[发明专利]惯性液滴的生成和颗粒的包封

说明书

描述了用于在正在处理的流体液滴内提供预定数量的微球体或微珠以及细胞的微流体装置和方法。该系统可以为每个液滴提供单个微珠和单个细胞，所述微珠可以包含DNA或其他试剂以用于随后鉴定与该微珠相连的特定细胞。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月10日提交的美国临时申请第62/253,605号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

发明背景

发明领域

本发明涉及微流体领域，将诸如微珠、核酸片段和细胞的颗粒包封进液滴来进行生物和化学反应。

相关技术的描述

微流体装置可用于使流体移动通过窄通道来进行某些诊断或其他反应。这些装置可以包括用于接收一种或多种流体的入口和将流体输送到外部装置或系统的出口。

发明概述

一方面，本发明的特征在于生成包含两种或更多种类型的颗粒的液滴的方法。该方法包括将其中悬浮有微珠的微珠流体聚集到第一微通道内的第一有序微珠流中；将其中悬浮有细胞的细胞流体聚集到第二微通道内的第二有序细胞流中；以及将第一有序流与第二有序流合并，以形成在每个液滴内具有预定数量的细胞和微珠的多个液滴。在一个实例中，第一微通道具有最小横截面尺寸D，并且微珠具有至少约0.1D的横截面尺寸。细胞具有至少约0.1D的横截面尺寸。第一有序流和第二有序流的合并包括与在第一流体和第二流体中不混溶的第三流体接触。聚集微珠包括使微珠通过第一微通道的第一惯性聚集部分。聚集细胞包括使细胞通过第二微通道的第二惯性聚集部分。

在这些方法的某些方法中，微珠包括核苷酸片段。所述核苷酸片段包括标签或条码区域、索引区域以及捕获区域。每个核苷酸片段的标签或条码区域的长度可以是至少约6个核苷酸。每个核苷酸片段的索引区域的长度可以是至少约4个核苷酸。捕获区域包括聚胸腺嘧啶(poly-T)核苷酸并且长度可以是至少约10个核苷酸。

在这些方法中的某些方法中，预定数量的细胞是一个，并且预定数量的微珠是一个。每个微珠的雷诺数(R_e)为至少约1，微珠的雷诺数定义为其中ρ是微珠流体的密度，U_m是微珠流体的最大流速，H是微珠流体的水力直径，以及μ是微珠流体的动力粘度。每个细胞的雷诺数为至少约1，细胞的雷诺数定义为其中ρ是细胞流体的密度，U_m是细胞流体的最大流速，H是细胞流体的水力直径，以及μ是细胞流体的动力粘度。

在这些方法中的某些方法中，含有k₁个微珠和k₂个细胞的多个液滴的比率大于(λ₁^k1exp(-λ₁)/(k₁！))(λ₂^k2exp(-λ₂)/(k₂！))，其中λ₁是每个液滴的微珠平均数量，λ₂是每个液滴的细胞平均数量。第一有序流的流速为至少约10μL/min，或约10至100μL/min，或约40至70μL/min，或约45至65μL/min，或约50至60μL/min，或约50μL/min，或约60μL/min。第二有序流的流速为至少约10μL/min，或约10至100μL/min，或约40至70μL/min，或约45至65μL/min，或约50至60μL/min，或约50μL/min，或约60μL/min。

在一个实施方案中，液滴生成系统包括：连接至设置在基底中的第一惯性聚集微通道的第一入口；第一流动源，其被配置为驱动含微珠的微珠流体通过所述第一惯性聚集微通道；连接至设置在所述基底中的第二惯性聚集微通道的第二入口，其中所述第一惯性聚集微通道被连接至所述第二惯性聚集微通道，以将所述微珠流体和所述细胞流体形成多个液滴；第二流动源，其被配置为驱动含细胞的细胞流体通过第二惯性聚集微通道。