[发明专利]用于形成二维微滴阵列的方法和设备

说明书

某些实施方案涉及有限阶梯乳化装置和/或方法，该有限阶梯乳化装置/或方法将有限阶梯乳化与限制梯度结合，用于形成具有低尺寸分散性的2D微滴单层阵列。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月16日提交的美国申请第62/658,172号的优先权，该申请通过引用整体并入本文。

背景技术

A.技术领域

实施方案一般涉及微流体装置。特定的实施方案涉及用于产生均匀的微滴阵列的微流体装置。

B.相关技术的描述

微流体系统的主要成本动因可以是可消耗的微流体通路部分。在某些方面，每个微流体通路可以具有很多非常小的形貌，该形貌需要在尺寸上相同，方差在约1微米至2微米之内。因此，需要很好地控制制造工艺。鉴于微流体通路是消耗品，用于所述微流体通路的制造工艺需要能够用于大规模制造。

用于模塑的母料通常可以用两种方式生产。第一种是通过微铣削。微铣削是还原制造工艺，其中电脑控制的旋转铣刀从钢、黄铜、铝或其他材料的实心块中去除材料。实际上来说，微铣削可产生约10μm的形貌并且保持公差约为+/-1μm。但是，为了实现此公差范围必须控制刀具磨损，和/或原料和刀具的振动和温度。随着形貌数量的增加和微铣削时间的增加，这些事情变得更成问题。例如，使用微铣削生产公差为+/-1μm的包含32个微通道的微流体芯片母料目前还无法在商业上进行。

另一种生产母料的方法是使用光刻工艺来蚀刻硅。之后通过电镀工艺将经蚀刻的硅的形貌转移至金属。不论形貌的数量多少，此工艺能够保持+/-1μm的公差，因为它不容易受到如工具磨损、振动和热条件等因素的影响。标准的光刻方法局限于可以掌握到接近90度壁的形貌。斜坡或倾斜区域不能用标准的光刻产生。斜坡可以在光刻中以无限个90度的阶梯来近似，但这成本很高。需要多次蚀刻才能形成斜坡状的阶梯级联。这样的用于制造斜坡状结构的步降过程将很大程度上影响母料制作的成本。

仍然需要可以用来成本有效地生产具有低微滴尺寸分散性的二维(2D)微滴阵列的微流体通路设计和制造方法。

发明内容

某些实施方案提供了与用于形成基本上均匀的微滴阵列的微流体装置有关的制造问题的解决方案。尤其是，本文描述的微流体装置设计为使其可以通过微铣削和光刻生产方法来高效地和成本有效地制造。例如，发明人设计了进行用于形成低尺寸分散2D微滴阵列的过程的装置。该装置使用了具有喷嘴的微流体通路、阶梯乳化区域、斜坡区域和成像或阵列区域。该设备和工艺生产了具有低尺寸分散性的2D微滴阵列，用于更成本有效的和稳健的分析。

实施方案涉及与限制梯度结合的有限阶梯乳化，用于形成具有低尺寸分散性的2D微滴单层阵列。在某些方面，生产了具有小于3％的尺寸分散性的未堆叠的2D微滴单层微滴阵列。某些实施方案涉及配置为形成低尺寸分散性的2D单层阵列的微流体装置。