用于将小滴注射在微流体系统中的系统和设备技术方案

本发明专利技术公开了一种用于将第一流体(F1)的小滴递送到第二流体(F2)的小滴的微流体设备，其包括：主通道(10)，其具有携载所述第二流体的小滴的载体流体(FC)；辅助通道(20)，其在第一相交点(T1)处通过第一孔口(41)及第一流体界面(31)且在所述第一相交点下游的第二相交点(T2)处通过第二孔口(42)及第二流体界面(32)流体地联接到所述主通道，其中所述载体流体的流动诱发所述第一孔口和所述第二孔口之间的压力差，所述压力差产生平衡条件，使得所述第二流体界面的弯月面在所述第二孔口附近维持在所述辅助通道中，其中平衡偏差触发所述第一流体的体积从所述第二流体界面到所述主通道中的释放。通道中的释放。通道中的释放。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将小滴注射在微流体系统中的系统和设备

技术介绍

[0001]本文档涉及在微流体和毫流体系统中处置流体，且更确切地说，在所谓的小滴系统—小滴微流控(droplet microfluidics)—中处置流体，所述小滴微流控用于例如生化和生物分析应用中。本文档致力于以受控方式混合若干流体。
[0002]更确切地说，本申请是针对微通道中的两相流，在所述微通道中，第二流体的小滴由载体流体传输。当第二流体的一个小滴穿过主通道和辅助通道之间的相交点时，此微通道系统允许第一流体的受控体积到主通道中的释放。
[0003]已经研究了微微型注射器在从微微升到微升的范围内将第一流体的小滴递送到第二流体的小滴中的原理。
[0004]文档US2016194225中公开了如图1中所示出的此类微微型注射器。小滴借助于激活电极从侧储集器注射到主通道中。
[0005]然而，此类微微型注射器需要在侧储集器中进行非常精细的压力控制以适当地操作。此类准确的绝对压力控制需要使用昂贵的组件。
[0006]本专利技术人已致力于提议一种更具成本效益的解决方案，以在微微升到微升的范围内将第一流体的小滴递送到第二流体的小滴中。

技术实现思路

[0007]本文档提出一种用于递送第一流体的体积及第二流体的一个或多个小滴的一次或多次释放的具有受控系统的微流体设备，其包括：
[0008]‑
主通道，其具备具有流动方向的载体流体，载体流体携载浸没在载体流体中的第二流体的一个或多个小滴，
[0009]‑
辅助通道，其被形成为具有预界定封闭容积的储集器，在两个相交点处流体地联接到主通道，其中辅助通道：
[0010]○
通过被配置成在辅助通道中在载体流体和第一流体之间产生第一流体界面的第一孔口连接到第一相交点；
[0011]○
通过被配置成在载体流体和第一流体之间产生第二流体界面的第二孔口连接到第一相交点下游的第二相交点；
[0012]其中载体流体的流动诱发第一孔口和第二孔口之间的压力差，压力差产生平衡条件，使得第二流体界面的弯月面在第二孔口附近维持在辅助通道中；
[0013]其中大于预界定阈值的相对于平衡条件的平衡偏差触发第一流体的体积从第二流体界面到主通道中的释放。
[0014]因此，在此类设备中无需精细的压力控制。代替地，使用相对压降来产生上文所提及的平衡条件，这比使用高准确度泵成本上更低。微流体芯片的大小因此被优化且是可扩展的。从电力消耗的视角来看，此微流体装置也是一种有利的解决方案。
[0015]我们在此注意到，所谓的“平衡偏差”可以是任何类型的现象，且由任何类型的致动器产生。
[0016]在从句“体积的释放”下，其应被理解为一个小滴的释放，但其不限于小滴释放。此所述体积也可直接释放到循环到主通道中的一个小滴中。
[0017]平衡条件意味着以使得此微流体芯片处于稳定情形的方式设置微流体装置，所述稳定情形在出现小干扰时变得不稳定。当所述情形不稳定时，会产生平衡偏差。
[0018]可被称作“微微型注射器”的此类装置是可控制的、可再现的且特定的。实际上，所述系统是可控制的，这是因为可决定是否释放第一流体的体积。此外，所述系统是可再现的，这是因为释放体积对于尤其通过给定流动速率、小滴的固定大小、给定辅助通道和通道的给定尺寸而确定的给定方案始终是相同的。最后，所述系统是特定的，这是因为释放是精确的。
[0019]此外，由于第二流体界面的可靠稳定化，即使微流体装置的操作停止，微流体芯片也是可重复使用的。
[0020]根据一个选项，第二流体界面处的相对于平衡条件的平衡偏差可由在第一相交点和第二相交点之间在主通道中传递的第二流体的至少一个小滴产生，由此增加了压降并触发了第一流体的体积从第二流体界面的释放。
[0021]滴在第一相交点和第二相交点之间传递会产生扰动，这意味着所述系统已移动远离平衡条件。在扰动足够大的条件下，第一流体的体积(例如小滴)释放到主通道中。
[0022]此微流体装置使得有可能界定平衡/不平衡条件，使得由滴在第一孔口和第二孔口之间传递而诱发的扰动足以触发第一流体的体积到主通道中的释放。因此，所述操作纯粹是被动的，不涉及主动组件。因此，此类系统极具成本效益。
[0023]根据一个选项，第二流体界面处的相对于平衡条件的平衡偏差可由致动器产生，从而允许第一流体的体积从第二流体界面的释放。
[0024]由此，通过致动器的选择性激活来控制释放，此激活可由软件产生。因此，可靠且有条件的控制是可能的。
[0025]根据一个选项，致动器可以是与辅助通道、优选地与超声波振动直接或间接相互作用的压电致动器。
[0026]此类压电致动器易于控制且是高效的。此类压电致动器可在衬底上直接集成在微芯片配置中。
[0027]根据一个选项，致动器可作用于布置在辅助通道中的可变形膜，可变形膜在被按压时触发小滴从第二流体界面的释放。
[0028]根据一个选项，一对或多对电极可在第二相交点处或下游沿着主通道定位，以在主通道内部产生电场且引起第一流体的小滴与第二流体的小滴的聚结。
[0029]所述电极易于定位及控制。通过所述电极的激活选择性地触发聚结。
[0030]根据一个方面，当无小滴可在主通道中循环时，具有第一曲率半径和第二曲率半径的第一流体界面及具有第三曲率半径和第四曲率半径的第二流体界面被设定大小以遵循公式：
[0031][0032]其中：
[0033]Q对应于主通道中的流动速率；
[0034]R
L
对应于主通道的线性液压阻力；
[0035]L
AB
对应于第一相交点和第二相交点之间的距离；
[0036]γ对应于第一流体和载体流体之间的界面张力；
[0037]h
′
对应于第一流体界面的第一曲率半径；
[0038]w
′
对应于第一流体界面的第二曲率半径；
[0039]h对应于第二流体界面的第三曲率半径；
[0040]w对应于第二流体界面的第四曲率半径。
[0041]由于此几何条件，当无第二流体的小滴在主通道中循环时，所述系统是稳定的。
[0042]根据一个方面，当一个或多个小滴可在第一相交点和第二相交点之间循环时，具有第一曲率半径和第二曲率半径的第一流体界面及具有第三曲率半径和第四曲率半径的第二流体界面被设定大小以遵循公式：
[0043][0044]其中：
[0045]Q对应于主通道中的流动速率；
[0046]R
L
对应于主通道的线性液压阻力；
[0047]L
AB
对应于第一相交点和第二相交点之间的距离；
[0048]α对应于常数；
[0049]n对应于在第一相交点和第二相交点之间循环的第三流体的滴的数目；
[0050]L
drio
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于递送第一流体(F1)的体积及第二流体(F2)的一个或多个小滴的一次或多次释放的具有受控系统的微流体设备，其包括：
‑
主通道(10)，其具备具有流动方向(FW)的载体流体(FC)，所述载体流体携载浸没在所述载体流体(FC)中的所述第二流体的一个或多个小滴；
‑
辅助通道(20)，其被形成为具有预界定封闭容积(V1)的储集器，在两个相交点处流体地联接到所述主通道，其中所述辅助通道：ο通过被配置成在所述辅助通道中在所述载体流体和所述第一流体之间产生第一流体界面(31)的第一孔口(41)连接到第一相交点(T1)；ο通过被配置成在所述载体流体和所述第一流体之间产生第二流体界面(32)的第二孔口(42)连接到所述第一相交点下游的第二相交点(T2)；其中，所述载体流体的流动诱发所述第一孔口和所述第二孔口之间的压力差，所述压力差产生平衡条件，使得所述第二流体界面的弯月面在所述第二孔口附近维持在所述辅助通道中；其中，大于预界定阈值的相对于所述平衡条件的平衡偏差触发所述第一流体的体积从所述第二流体界面到所述主通道中的释放。2.根据权利要求1所述的微流体设备，其特征在于，所述第二流体界面(32)处的相对于所述平衡条件的所述平衡偏差是由在所述第一相交点和所述第二相交点之间在所述主通道中传递的所述第二流体的至少一个小滴产生，由此增加了压降并触发了所述第一流体的体积从所述第二流体界面的释放。3.根据权利要求1到2中任一项所述的微流体设备，其特征在于，所述第二流体界面处的相对于所述平衡条件的所述平衡偏差是由致动器(16)产生，从而允许所述第一流体的体积从所述第二流体界面的释放。4.根据权利要求3所述的微流体设备，其特征在于，所述致动器是压电致动器(17)，其与所述辅助通道、优选地与超声波振动直接或间接相互作用。5.根据权利要求3所述的微流体设备，其特征在于，所述致动器作用于布置在所述辅助通道中的可变形膜，所述可变形膜在被按压时触发小滴从所述第二流体界面的释放。6.根据前述权利要求中任一项所述的微流体设备，其特征在于，一对或多对电极(18)在所述第二相交点处或下游沿着所述主通道定位，以在所述主通道内部产生电场且引起所述第一流体的小滴与所述第二流体的小滴的聚结。7.根据权利要求1所述的微流体设备，其特征在于，当无小滴在所述主通道中循环时，具有第一曲率半径和第二曲率半径的所述第一流体界面及具有第三曲率半径和第四曲率半径的所述第二流体界面被设定大小以遵循公式：其中：Q对应于所述主通道中的流动速率；R
L
对应于所述主通道的线性液压阻力；L
AB
对应于所述第一相交点和所述第二相交点之间的距离；γ对应于所述第一流体和所述载...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克，
申请(专利权)人：威辛斯公司，
类型：发明
国别省市：