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CN102405098A - 流动聚焦微流装置的尺度放大 - Google Patents

流动聚焦微流装置的尺度放大 Download PDF

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CN102405098A
CN102405098A CN201080017038XA CN201080017038A CN102405098A CN 102405098 A CN102405098 A CN 102405098A CN 201080017038X A CN201080017038X A CN 201080017038XA CN 201080017038 A CN201080017038 A CN 201080017038A CN 102405098 A CN102405098 A CN 102405098A
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channel
target fluid
microfluidic
target
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CN201080017038XA
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M·罗曼诺威斯基
A·R·阿巴特
D·A·韦茨
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Harvard University
Original Assignee
Harvard University
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Abstract

本发明描述了用于在流体中聚焦和/或形成具有相似或不相似尺寸的不连续部分的微流方法和装置的并行使用。在一些方面，本发明总体涉及流动聚焦式技术，并且还涉及微流控制技术，更具体地，涉及并行使用微流系统和用于将流体组分输送到多个这样的装置的系统，所述微流系统布置用于控制分散剂中的分散相和所述多相流体系统中分散相的尺寸及尺寸分布。

Description

流动聚焦微流装置的尺度放大
美国联邦政府资助的研究项目
获得本发明各个方面的研究至少部分由批准号为DMR-0213805的美国国家科学基金资助。美国政府具有本发明的一些权利。
相关申请
本申请要求由Romanowsky等人2009年3月13日提交的名称为“微流装置的尺度放大(Scale-up of Microfluidic Devices)”的美国专利临时申请序列号61/160,184和由Romanowsky等人2009年7月7日提交的名称为“微流装置的尺度放大(Scale-up of MicrofluidicDevices)”的美国临时专利申请序列号61/223,627的权益，所述两个临时专利申请都以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明总体涉及流动聚焦式技术，并且还涉及微流控制技术，更特别地涉及并行使用微流系统和用于将流体组分输送到多个这样的装置的系统，所述微流系统布置用于控制分散剂中的分散相和所述多相流体系统中分散相的尺寸及尺寸分布。
背景技术
为了流体输送、产品制造、分析等，对流体进行控制以形成期望构型的流体流、不连续的流体流、颗粒、分散体等是比较仔细研究的技术。例如，已经使用称为毛细流动聚焦的技术制备了直径小于100微米的高度单分散性的气泡。在该技术中，将气体驱出毛细管进入液体浴中，毛细管设置在一个小孔上方，外部液体通过该小孔的收缩流动使气体聚焦为细的射流，所述细的射流随后由于毛细不稳定性而破碎为等尺寸的气泡。在相关的技术中，类似的装置可用于在空气中制备液滴。
微流控制技术是涉及在非常小的尺度下控制流体流动的技术领域。微流装置通常包括非常小的通道，流体在所述通道中流动，所述通道可分支或以其它方式布置用于使流体彼此混合，以将流体转移到不同的位置，引起流体之间的层流，稀释流体等。已经向“晶片实验室(lab-on-a-chip)”微流技术投入了巨大努力，其中研究人员试图在晶片或微流装置上的非常小的尺度上进行已知的化学或生物反应。另外，正在使用微流控制技术开发不需要在宏观尺度上知道的新技术。在微流尺度下正在研究或开发的技术的示例包括高通量筛选技术、药物输送、化学动力学测量、组合化学(其中需要快速测试化学反应、化学亲和力和微结构形成)以及物理、化学和工程领域中基础问题的研究。
对分散体领域进行了仔细研究。分散体(或乳液)是通常为流体的两种材料的混合物，由一种分散在另一种中的至少两种不相容(不能溶混)的材料的混合物限定。即，一种材料破碎为由另一相(分散剂或连续相)包围的小的隔离区域或微滴，第一相携带在所述另一相中。分散体的示例可在包括食品和化妆品行业等很多行业中找到。例如，洗液通常为分散在水基分散剂中的油。在分散体中，控制分散相微滴的尺寸可影响总体产品性能，例如洗液的感觉。
分散体的形成通常在包括运动部件的设备(例如混合器或类似设计用于破碎材料的装置)中进行，所述设备可能易于损坏，并且在很多情况下，不适用于控制非常小的分散相微滴。特别地，传统的工业方法通常涉及构建用于在通常不适用于精细的小分散体控制的尺寸等级下操作的制造设备。膜乳化是一种使用微米尺寸的孔来形成乳液的小尺度技术。但是，分散相的多分散性可能在一些情况下受薄膜的孔尺寸限制。
不连续流体的批量生产易于在产品均匀性方面存在问题。对于复杂结构，例如双重乳液(微滴包微滴)或三重乳液(微滴包微滴包微滴)，这些问题可能是复合的。对于双重或三重乳液的另一个问题是差的包封率，其中大量的最里层相泄漏到最外层相中，这可能限制这样的乳液作为用于例如药物、香料或香精等高价值或挥发性化合物的载体的有用性。相反，微流装置可基本上通过在单个微滴水平上控制乳液形成来制备具有非常高均匀性和包封率的多重乳液。这样的控制基本上以一次形成一滴乳液微滴的速度来形成乳液微滴的代价进行，每一个微流装置每小时仅制备几分之一毫升数量级的小量产物。本发明部分涉及满足提高微流装置产物的需要。
虽然存在很多涉及多相系统控制的技术，但是仍需要改进对分散相尺寸、尺寸范围(多分散性)和其他因素的控制。
发明内容
本发明总体涉及流动聚焦式技术，并且还涉及微流控制技术，更特别地涉及并行使用微流系统和用于将流体组分输送到多个这样的装置的系统，所述微流系统布置用于控制分散剂中的分散相和所述多相流体系统中分散相的尺寸及尺寸分布。本发明的主题在一些情况下涉及相互关联的产品、对于特定问题的替代解决方案和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。
在一方面，提供一种方法。所述方法包括将目标流体引入通道的入口中，和将所述目标流体的分开的多个部分同时从多个微流出口排出，所述多个微流出口每一个流体连接到所述入口，同时至少部分由分散流体包围所述目标流体的分开的多个部分的至少一个。
在另一方面，提供一种用于在并行微流通道中形成微滴的系统。所述系统包括具有入口的分配通道，所述入口流体连接到多个微流目标流体出口，每一个目标流体出口限定与可流体连接到分散流体源的至少一个分散流体通道处于流体连通的微流互连区域的一部分。
在另一方面，提供一种用于在并行微流通道中形成微滴的系统。所述系统包括连接用于运送目标流体的目标流体通道的互连区域，和用于运送分散流体的分散流体通道，其中，至少限定所述互连区域的外壁的一部分和限定所述目标流体通道的外壁的一部分是单个一体装置的部分。
本申请的主题可在一些情况下涉及相互关联的产品、特定问题的替代解决方案和/或单个系统或物品的多种不同用途。
本发明的其他优点、特征和用途将从下面结合附图对本发明非限制性实施例的详细描述变得显而易见，所述附图是示意性的，并且不是按比例绘制。在附图中，各附图中示出的每一个相同或几乎相同的部件通常由一个数字表示。为了清楚，不是每一个部件在每一幅图中都标示，也不是本发明的每一个实施例的每一个部件都示出，其中图示说明对使本领域普通技术人员理解本发明来说不是必需的。在本说明书和以引用方式并入本文的文件包括相矛盾的公开内容的情况下，应以本说明书为准。
附图说明
下文将参照附图通过示例来描述本发明的非限制性实施例，附图为示意性的，并且并非按比例绘制。附图中，每一个示出的相同的或几乎相同的部件通常由一个数字表示。为了清楚，不是每一个部件都在每一个附图中标示，也不是所示的本发明每一个实施例的每一个部件都在每一个附图中标示，其中图示说明对使本领域普通技术人员理解本发明来说不是必需的。附图中：
图1是根据一个实施例的流体分配制品的示意图。
图2是根据一个实施例的三维并行微流装置的示意图。
图3是根据一个实施例的一维并行微流装置的示意图。
图4是根据一个实施例的二维并行微流装置的示意图。
图5是根据本发明一个实施例的微流装置的示意图。
图6是穿过图5的线44的示意性剖面图。
图7是根据一个实施例的二维并行微流装置的照片。
图8是根据一个实施例的并行微流装置的示意图。
图9是根据一个实施例的并行微流装置的示意图。
图10是根据一个实施例的并行微流装置的示意图。
图11是根据一个实施例的并行微流装置的示意图。
图12是根据一个实施例的并行微流装置的照片。
具体实施方式
下面的文档通过引用以其全文并入本文中：1996年4月30日授予Kumar等人的美国专利no.5,512,131；1996年6月26日公开的Whitesides等人的国际专利公开WO 96/29629；2002年3月12日授予Kim等人的美国专利no.6,355,198；2001年11月29日公开的Anderson等人的国际专利公开WO 01/89787；2004年10月28日公开的Link等人的国际专利公开WO 2004/091763；2004年1月8日公开的Stone等人的国际专利公开WO 2004/002627；Ahn等人的2005年3月10日公开的国际专利公开WO 2005/021151；2007年8月9日公开的国际专利公开WO 2007/089541；2008年10月9日公开的Chu等人的国际专利公开WO 2008/121342；2006年9月14日由Weitz等人公开的国际专利公开WO 2006/096571。2009年3月13日Weitz等人提交的名称为“Controlled Creation of Emulsions，IncludingMultiple Emulsions”的美国临时专利申请序列号61/160,020；2009年3月13日Romanowsky等人提交的名称为“Scale-up of MicrofluidicDevices”的美国临时专利申请序列号61/160,184；和2009年7月7日Romanowsky等人提交的名称为“Scale-up of Microfluidic Devices”的美国临时专利申请序列号61/223,627也通过引用并入本文中。
提供了并行使用用于在流体中聚焦和/或形成相似或不相似尺寸的不连续部分的微流方法和装置的系统和技术。在一方面，流体分配物品用于将流体从一个输入分配到多个输出。使用所公开的方法和物品，可以三维方式连接多个微流装置。描述了微流系统和技术，其中，在一些情况下，可能很重要的是，控制回压和流动速率，以使微流过程，例如微滴形成，可在多个相似或相同的处理位置上可再现地并且一致地进行。这是微流环境中的挑战性的问题，并且没有发现现有技术中提供了任何实现此的能力。本发明做到了。在一些情况下，选择通道尺寸来使并行装置中的压力变化显著减小。
在一些实施例中，本发明涉及与多相材料并行操纵相关的装置和技术。虽然本领域普通技术人员将意识到，根据本发明的一些实施例，可操纵包括不同数量的相的各种材料中的任何一种，本发明的多个实施例通常可与不相容流体的两相系统一起使用。当在此使用时，“流体”意思是可被推动流经下面所述装置来获得本文所讨论的有益效果的任何物质。本领域普通技术人员将意识到哪些流体具有适用于根据本发明的各个实施例的粘度，即哪些物质为“流体”。应意识到，就本发明一些实施例而言，物质在一些条件下可以是流体，但是在其他情况下可能具有太高的粘度因而不能用作流体。在一种或多种材料在至少一些条件下表现为与本发明一些实施例相容的流体的情况下，所述材料可作为用于操纵的可能材料包括在内。
在一组实施例中，本发明涉及在没有用于产生微滴形成的运动部件的流动系统(优选微流系统)中，在分散剂中的分散相的微滴形成、控制尺寸和尺寸分布的微滴形成。即，在具有期望尺寸的微滴形成的一个或多个位置处，所述装置没有作为整体相对于所述装置运动来影响微滴形成或尺寸的部件。例如，在控制尺寸的微滴形成之处，微滴在没有相对于所述装置的其他部件运动的部件的情况下形成，所述装置的其他部件限定微滴在其中流动的通道。在第一组微滴破碎为更小的微滴的情况下，这可称为微滴尺寸的“被动控制”或称为“被动破碎”。
通过将很多单个的装置集成在相同的单片晶片上，并行微流装置可用于制备大量产物。在一些情况下，并行微流装置可每天每一个集成晶片产生多升的大量乳液或甚至更多的乳液。例如，每一个集成晶片每天制备至少约200mL，每一个集成晶片每天可制备至少约1L，每一个集成晶片每天制备至少约2L，每一个集成晶片每天制备至少约5L，每一个集成晶片每天制备至少约50L，每一个集成晶片每天制备至少约500L或甚至更多。
在一些实施例中，并行尺度放大伴随有用于将流体输入到装置阵列并且从所述装置阵列收集产物的流体分配物品。如下面更详细所述，流体分配物品和装置阵列可使用已知方法制造。流体分配物品可用于在与外部流体供给源和收集器的接口数量最少的情况下来操作任意数量的微流装置、连接高密度装置阵列和通过系统冗余延长集成装置的长运行寿命。
现在参照图1，示意性示出了根据本发明一个实施例的一维并行微流系统300。流体分配物品190用于将流体从输入130和140分配到并行的微滴形成阵列200，并且将由微滴形成阵列形成的所得乳液通过输出150排出。流体分配物品允许流体进入例如单个通道135，以流入通道160中，以及分配到多个通道165中，所述多个通道165进入系统200中的微滴形成装置中。
图2是本发明的一个实施例，示意性示出微滴形成装置120的三维并行微流系统100的组件。系统100包括微滴形成装置120的二维阵列200。如图1中所示，在本发明的该实施例中，第一流体(即例如油等分散剂流体)通过输入130流入通道135中，第二流体通过输入140流入通道145中，在微滴形成装置120中通过第一流体和第二流体的相互作用制备的乳液通过通道155和输出150流出系统。分配板190包括通道160、170和180，处于与二维微滴形状阵列200的平面不同的平面中，以使通道160、170和180处于与交叉通道210、220和230不同的平面中。通道165、175和185分别将通道160、170和180连接到通道210、220和230。
在一些实施例中，流体分配物品包括叠置在微流装置层(图1)上方的一层或多层流体通道。虽然“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于限定本发明多个实施例的系统的一些部分和各部分的关系，但是应可理解，所述系统可用于与所述的那些定向不同的定向中。流体分配物品可以可扩展的并行构型用于装置的一维(1-D)、二维(2-D)和/或三维(3-D)阵列。例如，如图3中所示的单组流体通道可用于装置的1-D线性阵列，图3示出与通道210、220和230流体连通的微流装置120的1-D阵列400。在该实施例中，通道210、220和230直接设置在阵列中每一个装置的相应的入口或出口上方，即通道210将第一流体通过入口211供到每一个装置，通道220将第二流体通过入口221供到每一个装置，通道230从出口231收集来自每一个装置的产物。在一些实施例中，流体分配物品通道每一个在通道的顶侧具有至少一个孔(例如孔212、222和232)，用于将流体供到相应的通道和/或从相应的通道收集产物。
类似的设计可用于形成装置的2-D阵列，每一个1-D子阵列自己的一组分配通道用于每一个1-D子阵列，如图4中所示，图4图示了微流装置120的2-D阵列500，与每一个装置的1-D阵列流体连通的第一组分配通道210、220和230，和分别与第一组分配通道210、220和230流体连通的第二组分配通道160、170和180。通道160、170和180可具有至少两组孔，第一组孔165、175和185和第二组孔166、167和168，第一组孔165、175和185分别将通道160、170和180连接到通道210、220和230，流体可通过所述第二组孔流入阵列500和/或产物可从阵列500收集。
在一些实施例中，每一组分配通道中的分配通道结合在一层中。因而，2-D阵列500可通过在第一层中制造装置120，在第一层顶上的第二层中制造分配通道210、220和230，并且在第二层顶上的第三层中制造分配通道160、170和180来构造。本领域技术人员将意识到，装配顺序可不同。
在一些情况下，3-D阵列通过连接如图2中所示的2-D阵列的单元来构造。在一些实施例中，一组分配通道(例如图2中的通道135、145和155)用于流体连接2-D阵列的单元。3-D阵列可以多种构造方式构造，例如通过叠置2-D阵列、并排放置2-D阵列等。如图2中所示，阵列100可使用单组输入和/或输出130、140和150来操作。
在一些实施例中，分配通道和装置可结合在单一层中。一个非限制性示例显示在图8中，图8示出具有用于两个装置620的两个分配通道610和612的阵列600。在该示例中，分配通道610容纳由入口614供给的连续相(例如油)，分配通道612容纳由入口616供给的分散相(例如水溶液)。分配通道供入微滴制备装置620中，并且微滴622通过出口624离开所述装置。应可理解，多于两个装置可使用图8中图示的布局来操作，例如，通过并排重复设置另外的装置620和沿其相应纵轴延长分配通道610和612来实现。还应理解，可使用不同于线性布置的布置。例如，装置和/或分配通道中的一个或多个可为曲线或弯曲形状。例如，分配通道610和612及装置620可如图9中所示布置，图9示出二维阵列650。
在另一个非限制性示例中，构造用于制备微滴包微滴乳液的装置和分配通道可按单层制造。图10图示了该示例的一个实施例，并且显示了具有用于两个装置720的两个分配通道710和712的阵列700。在该示例中，分配通道710容纳由入口714供给的连续相，分配通道712容纳由入口716供给的分散相。连续相的微滴722通过使连续相流入容纳分散相的通道730中产生。微滴724每一个包含连续相微滴722，微滴724通过使微滴722流入通道732中产生。微滴724通过出口726离开所述装置。图12显示了构造用于制备微滴包微滴乳液的装置的另一个实施例。
这样的微滴可用于例如制备如芯/壳式微粒等微粒。应可理解，也可使用例如该设计等设计来产生更高阶乳液(即，三重乳液、四重乳液等)。例如，通过使微滴724流入容纳另一相的通道中而不是流入出口726中，可产生三重乳液。例如，油-水-油乳液可通过使油相流入水相来产生悬浮在水相中的油滴，使悬浮在水相中的油滴流入油相来产生悬浮在油相中的水包油乳液(即包含悬浮在水滴中的油滴的微滴)，并且使悬浮在油相中的水包油乳液流入水相来产生油-水-油乳液(即包含悬浮在悬浮于油滴中的水滴中的油滴的微滴)形成。
在一些实施例中，所述相中的一个或多个相，例如水相，可包含表面活性剂。例如，水相可包含十二烷基硫酸钠(sodium dodecylsulfate)。如本文所讨论的，油相可以是任何适合的材料。合适的油相的非限制性示例包括作为连续相的具有1.8％(重量百分比)“R22”表面活性剂的HFE-7500油和正辛醇(1-octanol)(R22是可购得的全氟聚醚(杜邦)
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157FSL油的铝盐)。
在另一个非限制性示例中，图9中所示的阵列650可通过改变流动方向和流经通道的流体类型进行不同的操作，如图11中所示。图11示出具有装置820的阵列800，其产生由连续相包围的四种不同的分散相。(四种分散相可根据应用具有相同或不相同的组分)。在该示例中，分配通道610容纳由入口614供给的连续相，并且容纳由通道840供给的连续相的收集通道810收集微滴822、824、826和828，所述微滴通过出口816离开通道810。入口830、832、834和836每一个使不同的分散相通过通道840流入收集通道810中，以分别产生微滴822、824、826和828。这可用于例如并行产生不同微滴的库。应可理解，入口830、832、834和836可使相同或不同流体的任何组合流入。应可理解，图8-11中所示的阵列在其他实施例中也可以三维形式并行设置。
与涉及顺序地在第一步中制备微滴以及然后将微滴在分开的第二步中混合在一起的传统方法相比较，例如如图11中图示的阵列可在一些情况下导致节约大量的时间用于库的产生。这可是有利的，例如在库包含一种或多种易于降解的敏感组分时可能是有利的。在一些情况下，使用共同的压力差来推动每一种微滴类型的形成可改善微滴尺寸的均匀性。在一些实施例中，与例如同一入口通道再次用于流入不同的分散相时的情况相比较，每一个分散相使用单独的入口可减小微滴污染的可能。
流体分配物品通道可按比装置微通道的尺寸大得多的尺寸(高度、宽度和/或长度)制造，这可使沿流体分配物品通道的压降与横跨每一个微流装置的压降相比较基本上可忽略。如下面更详细所述，这样的设计可防止装置的液力耦合，确保其独立和稳定的性能，和/或在装置之间平均地分隔流体。因而，单组分配通道可用于微流装置的线性阵列，并且减少其到单组入口/出口孔的接口界面而基本上不影响装置的性能。
流体分配物品可用于与很多独立微流装置的一个阵列相接，由此使单组入口和出口用于包括任意数量的装置的组件。在一些实施例中，本发明的方法和物品允许扩大规模到至少约100个装置、至少约1000个装置、至少约10000个装置、至少约100000个装置或甚至更多个装置。
在一些情况下，所述装置以高密度阵列布置。例如，装置之间的间距可小于100微米、小于50微米、小于20微米、小于10微米等。由于单层方案中必须避免通道交叉，因此流体分配物品的使用还允许比使用单层方案获得并行装置的更致密包装。
进入和/或离开所述组件的流体的总流动速率可以是至少约100mL每小时，至少约1L每小时，至少约10L每小时，至少约100L每小时，至少约1000L每小时或甚至更大。
在一个实施例中，本发明的物品可构造成包括多个以三维形式布置的装置(例如立方体状结构)。例如，这样的物品可包括至少50、100、200、400、600或甚至10000个装置。在一些情况下，包括至少这样数量的装置的物品可占据小于5cm3的体积。本发明公开了单个微流装置可具有压力P并且使用所公开的流体分配物品连接多个也各自具有压力P的这样的装置没有造成压力的显著增大，例如具有每一个压力为P的10000个装置的物品的压力可远小于10000×P。在一些情况下，所述压力可以小于10×P，小于5×P，小于2×P等。在一些实施例中，具有多个装置的系统的压力具有基本上等于P的压力。在本发明的该方面，在多个实施例中，包括多个如上所述的装置的物品不会造成总装置的总压力增大高于P自身25％、20％、15％、10％、5％或甚至2％，其中每一个装置具有压力p，多个装置的连接如在此所述，每一个装置的压力P与任何其他压力P的差不超过5％。
本发明的又一个优点是，阵列中的每一个装置基本上独立于阵列中的其他装置操作。因而，如果一个装置堵塞或损坏，阵列中的其他装置可继续操作。
与达到稳态运行之前要遭受长久振动困扰的单层散开方案对比，如本文所述使用流体分配物品连接的装置的阵列还经受非常短的开启瞬时行为。例如，本发明的装置中的开启瞬时行为可小于约10分钟，小于约5分钟，小于约1分钟，小于约0.1分钟等。
由于液力耦合造成的压力振动是微流装置中的常见问题，特别是当例如PDMS等的弹性材料用于制造装置时。例如，泵送到弹性微流装置中的通道内的流体可能造成通道膨胀和收缩，由此在流体中引入压力波动。在通道用于多个微流装置的实施例中，压力波动可能在供入连接到通道的每一个装置中的流体压力中引入起伏波动。在一些实施例中，本发明通过控制给装置进料的通道的容积而基本上避免了这些压力起伏波动。在一些情况下，装置中的压力变化可通过流体分配通道缓解，由此基本上防止压力变化影响其他装置。例如，连接到彼此流体连通的第一和第二装置的流体分配通道可允许第一和第二装置彼此退耦。
随后的测试将可用于使本领域技术人员设计基本上没有液力耦合的微流装置的阵列。对于具有N个由分配通道连接的基本上相同的装置的1-D阵列，每一个装置的液力阻力值为Rd，并且分配通道在相邻装置之间的整个距离上具有液力阻力Rc1(即每段阻力)。应可理解，装置的入口和出口之间的阻力可以不同，但在相同的数量级内。例如，与水入口和装置出口之间的阻力相比较，油入口和装置出口之间的阻力可不同。如果Rc1比Rd小得多，则阵列中第一个和最后一个装置之间的流动速率的分数差值小于N＊Rc1/Rd。在一些情况下，该数量保持低于50％，低于40％，低于30％，低于20％，低于10％，低于1％，低于0.5％，低于0.1％等。
对于具有M排装置，每一排包含N个装置，并且每一排使用其自己的一组第一代线性分配通道的以M×N网格布置的M×N个装置的2-D阵列，第一代分配通道的入口和相应的出口之间的液力阻力约为Rd/N，假设Rc1比Rd小得多。为了将流体均等地输送到M排装置中的每一排，第二代分配通道应具有比Rd/N小得多的每段阻力Rc2。在该情况下，第一排装置和最后一排装置之间的流动速率的分数差值小于M＊N＊Rc2/Rd。为了在对于1-D阵列的相同精度下保持每一个装置基本上均等的流动，第二代通道应设计成使Rc2＜Rc1/M。
类似地，在以K个M×N网格的平面布置的K×M×N的装置的3-D阵列中，第三代通道的每段阻力应为Rc3＜Rc2/K。
现在参照图5，以剖视图示意性示出微流系统26形式的本发明的一个实施例(但是应可理解，在没有图6的顶壁38的情况下，系统26的俯视图将看上去类似)。虽然“顶部”和“底部”用于限定本发明的各个系统的某些部分和各部分的关系，但是应理解，所述系统可按与所述的那些定向不同的定向使用。作为参照，应说明，根据图5的定向，所述系统设计成使流体最好从左到右流动。
系统26包括限定微流系统的区域的一系列壁，所述系统将通过它们进行描述。微流互连区域28由壁29限定在系统中，并且包括上游部分30和下游部分32，所述下游部分32连接到出口，图5中未示出出口的更下游。在图5中示出的实施例中，由侧壁31限定的目标流体通道34设置在互连区域28的外边界内。目标流体通道34在互连区域28的上游部分30和下游部分32之间具有出口37。所述系统因而布置用于从通道34向上游部分和下游部分之间的互连区域中输送目标流体。
图6是穿过图5的线4-4的剖视图，(除了图5中所示的一些部件，例如壁29和31)显示了底壁36和顶壁38，其与壁29和31一起限定连续区域28(在其上游部分30处)和目标流体通道34。可看到，在上游部分30处的互连区域28包括两个由目标流体通道34分开的分开部分。所述分开部分在更下游互连。
再次参照图5，互连区域28包括由从侧壁29延伸到互连区域中的延伸部42形成的尺寸限制部分40。从互连区域的上游部分30流到下游部分32的流体必须经过示出实施例中的尺寸限制部分40。目标流体通道34的出口37设置在尺寸限制部分上游。在示出的实施例中，互连区域28的下游部分具有中心轴44，所述中心轴44与目标流体通道34的中心轴相同。即，目标流体通道设置用于在尺寸限制部分上游并且与尺寸限制部分成直线地释放目标流体。如图5中所示布置，目标流体通道34将目标流体释放到互连区域28内部。即，互连区域的外边界是在目标流体通道的外边界的外部。在互连区域中的向下游流动的流体与从目标流体通道释放的流体汇合处的精确点处，目标流体至少部分由互连区域中的流体包围，但是不是完全由互连区域中的流体包围。而在示出的实施例中，其被经过其周长的约50％包围。目标流体的周长的部分由底壁36和顶壁38约束。
在示出的实施例中，尺寸限制部分是圆形孔，但是其可采用任何各种形式。例如，其可以是细长的、卵形、方形等。优选地，其以使分散流体包围并且限制目标流体的横截面形状的任何方式成形。尺寸限制部分在优选实施例中没有阀。即，其是不能在打开状态和闭合装置之间转换的孔，并且通常具有固定尺寸。
虽然图5和6中未示出，但是在图5和6的布置中可设置一个或多个中间流体通道，以提供包围目标流体的不连续部分的包封流体，其通过由分散流体在目标流体上的作用产生。在一个实施例中，提供两个中间流体通道，其在目标流体通道34的每一侧，每一个具有靠近目标流体通道出口的出口。在一些情况下，目标流体的不连续部分通过在目标流体和分散流体之间引入中间流体形成，每一部分由中间流体的壳体包围。在一些实施例中，壳体被硬化。后面的定义将有助于理解本发明的一些方面。而且几组参数也包括在内，在定义列表中，本发明的一些实施例落在所述参数范围内。
当在此使用时，“通道”意思是物品(基底)上或物品(基底)中的特征，所述特征可至少部分限制和引导流体流动，并且所述特征的长宽比(长度与平均横截面尺寸之比)为至少2∶1，更通常为至少3∶1、5∶1或10∶1。该特征可以是凹槽或具有任何横截面形状(弯曲、方形或矩形)的其他凹陷，并且可被覆盖或不被覆盖。在其被完全覆盖的实施例中，通道的至少一部分可具有完全封闭的横截面，或整个通道除了其入口和出口之外可沿其整个长度完全封闭。开放通道通常将包括便于控制流体输送的特性，例如结构特性(例如细长凹陷)和/或物理或化学特性(疏水性对亲水性)或可在流体上施加力(例如包容力)的其他特性。通道中的流体可部分或完全填充通道。在使用开放通道的一些情况下，流体可例如利用表面张力(例如凹入或凸出弯月面)被保持在通道中。通道可具有任何尺寸，例如，垂直于流体流的最大尺寸小于约5或2毫米，或小于约1毫米，或小于约500微米，小于约200微米，小于约100微米，或小于约50或25微米。在一些情况下，通道尺寸可选择成使流体能够自由流经反应器。通道尺寸也可选择成例如允许通道中流体的特定体积或线性流动速率。当然，通道的数量和通道的形状可通过本领域普通技术人员已知的任何方法来改变。在附图中示出的实施例中，全部通道完全封闭。当在此使用时，“通道”不包括在通道壁和障碍物之间形成的空间。相反，如本文定义的障碍物应理解为被容纳在通道中。较大的通道、管等可出于多种目的用于微流装置中，例如用于大量存储流体或将流体输送到本发明各个实施例的部件。
在一些但不是全部实施例中，本文所述的系统的全部部件是微流部件。当在此使用时，“微流”指包括至少一个具有小于1毫米(mm)的横截面尺寸且长度与最大横截面尺寸的比率至少为3∶1的流体通道的装置、设备或系统，“微流通道”是符合这些标准的通道。横截面尺寸垂直于流体流动方向测量。在本发明的一些部件中的大部分流体通道具有小于2毫米，优选小于1毫米的最大横截面尺寸。在一组实施例中，全部流体通道至少在一种流体由另一种流体分散的区域处是微流通道，或最大横截面尺寸不超过2毫米。在另一个实施例中，与流体分散相关的、部分地由单个部件形成(例如蚀刻基底或模制单元)全部流体通道是微流通道，或最大尺寸为2毫米。当然，较大的通道、管等可用于存储大量流体，并且用于将流体输送到本发明的其他实施例的部件。
当在此使用时，“微流互连区域”指装置、设备或系统的包括两个或多个流体连通的微流通道的部分。
通道的“横截面尺寸”垂直于流体流动方向测量。本发明的各个实施例的部件中的大部分流体通道具有小于2mm，并且在一些情况下小于1mm的最大横截面尺寸。在一组实施例中，全部流体通道为微流通道，或具有不大于2mm或1mm的最大横截面尺寸。在另一个实施例中，流体通道可部分地由单个部件形成(例如蚀刻基底或模制单元)。当然，更大的通道、管、隔室、槽等可用于存储大量流体，和将流体输送到本发明各个实施例的部件。在一组实施例中，全部起作用的流体通道的最大横截面尺寸小于500微米，小于200微米，小于100微米，小于50微米，或小于25微米。装置和系统也可包括具有非微流部分的通道。
通道中的流体微滴可具有小于通道的平均横截面尺寸的约90％的横截面尺寸，并且在一些实施例中，具有小于通道的平均横截面尺寸的约80％、约70％、约60％、约50％、约40％、约30％、约20％、约10％、约5％、约3％、约1％、约0.5％、约0.3％、约0.1％、约0.05％、约0.03％或约0.01％。
当在此使用时，“一体”意思是部件的部分结合的方式使得在不将部件彼此切割或破碎的情况下它们不可能彼此分离。
当在此使用时，“微滴”是第一流体的完全由第二流体包围的隔离的部分。应注意的是，微滴不一定是球形的，而是也可例如根据外部环境呈现其他形状。在一个实施例中，微滴具有基本上等于垂直于流体流动的通道最大尺寸的最小横截面尺寸，微滴位于所述通道中。
微滴总体的“平均直径”是微滴直径的算术平均值。本领域中普通技术人员将能够例如使用激光散射或其他已知技术确定微滴总体的平均直径。非球形微滴中的微滴直径是在整个表面上积分的微滴的数学定义的平均直径。作为非限制性示例，微滴的平均直径可小于约1mm，小于约500微米，小于约200微米，小于约100微米，小于约75微米，小于约50微米，小于约25微米，小于约10微米，或小于约5微米。在一些情况下，微滴的平均直径也可以是至少约1微米，至少约2微米，至少约3微米，至少约5微米，至少约10微米，至少约15微米或至少约20微米。
当在此使用时，“流体”被赋予了其最一般的意思，即液体或气体。流体可具有任何适当的允许流动的粘度。如果存在两种或多种流体，则每一种流体可由本领域普通技术人员在考虑到流体间关系的情况下，在基本上任何流体(液体、气体和类似物)中独立选择。流体可每一种为可溶混的或不可溶混的。例如，两种流体可选择成在流体流形成的时间范围内不可溶混，或在反应或相互反应时间范围内不可溶混。在所述部分长时间保持为液体的情况下，则所述流体应显著不可溶混。在接触和/或形成之后分散部分通过聚合或类似反应快速硬化的情况下，流体不需要是不可溶混的。本领域的普通技术人员可利用接触角测量或类似方法选择适当的可溶混或不可溶混流体，以进行本发明的各种技术。
当在此使用时，如果可仅通过第二实体围绕第一实体画出闭合的圈，则第一实体被第二实体“包围”。如果可围绕第一实体画出仅通过第二实体的闭合圈，而与方向无关，则第一实体被完全包围。在一个方面，第一实体可以是细胞，例如悬浮在介质中的细胞被介质包围。在另一方面，第一实体是微粒。在本发明的又一方面，实体可都是流体。例如，亲水液体可悬浮在疏水液体中，疏水液体可悬浮在亲水液体中，气泡可悬浮在液体中等。通常，在亲水液体比疏水液体对水具有更大的亲和力的情况下，疏水液体和亲水液体基本上关于彼此不可溶混。亲水液体的示例包括但不限于水和包含水的其他水性溶液，例如细胞或生物介质、乙醇、盐溶液等。疏水液体的示例包括但不限于油，例如烃类、硅油、氟代烃油、有机溶剂等。
当在此使用时，术语“确定”通常指对物种的分析或测量，例如定量或定性分析或测量，或者对物种的存在与否的检测。“确定”也可指对两个或更多个物种之间的相互作用的例如定量或定性的分析或测量，或通过检测相互作用的存在与否。示例性技术包括但不限于光谱分析法，例如红外、吸附、荧光、紫外/可见光谱分析、FTIR(红外吸收光谱分析)或拉曼方法；比重测定技术；椭圆光度法；压电测量；免疫分析；电化学测量；光学测量，例如光密度测量；圆二色谱；光散射测量，例如准电光散射；旋光分析；折射法；或透明度测量。
本发明在一些方面提供目标流体在分散流体中的不连续或隔离区域的形成，这些流体可任选地由一种或多种中间流体分开。这些流体可由本领域普通技术人员在考虑到流体之间的关系的情况下在基本上任何流体(液体、气体和类似物)中选择。例如，目标流体和分散流体选择为在分散部分形成的时间范围内不可溶混。在分散部分长时间保持为液体情况下，流体应显著不可溶混。在形成分散部分之后分散部分通过聚合或类似方法快速硬化的情况下，流体不必是不可溶混的。本领域普通技术人员可使用例如接触角测量或类似方法选择适当的不可溶混流体来进行本发明的各种技术。
在一些实施例中，不连续部分具有最大尺寸，并且具有最大的最大尺寸的部分与具有最小的最大尺寸的部分的尺寸比率为至少10∶1，至少25∶1，至少50∶1，至少100∶1等。不连续部分可具有小于50微米、小于25微米、小于10微米、小于5微米、小于1微米等的最大横截面尺寸。
目标流体分散体可由本领域普通技术人员根据本文的技术以及流动聚焦领域中的可用技术来控制。可参照例如“Generation of SteadyLiquid Microthreads and Micron-Sized Monodispersed Sprays andGas Streams”，Phys.Rev.Lett.，80：2，1998年1月12日，Ganan-Calvo，以及很多其他文献，选来择流体以实现本发明各个实施例的目的。如将从下面的示例更全面意识到的，对分散流体流动速率和分散流体与目标流体的流动速率之间的比率的控制可用于在流体分散体中控制目标流体流和/或分散体尺寸，以及单分散性与多分散性。与本文教导的流动速率和比率的控制结合的本发明的微流装置使得显著改善控制和范围。可将分散部分的尺寸的直径范围减小到小于1微米。在一些实施例中，目标流体与分散流体的流动速率的比率小于1∶5、小于1∶25、小于1∶50、小于1∶100、小于1∶250、小于1∶400等。微流通道中的分散流体的流动速率可以是任何合适的速率。例如，流动速率可在6×10-5和1×10-2毫升每秒之间，1×10-4和1×10-3毫升每秒之间和类似速率。
很多分散体具有整体(bulk)性能(例如流变能力；分散体怎样流动，和可任选地受分散体尺寸和分散体尺寸分布影响的例如光学性能、味觉、触觉等其他性能)。典型的现有技术，例如现有技术流动聚焦技术，最常涉及的是单分散体系。本发明还涉及控制双分散体和多分散体不连续部分分布导致的情况，并且这可能在通过改变不连续尺寸分布等影响整体性能时有用。
在一些实施例中，本发明可用来形成用于药物(例如制药)、护肤产品(例如洗液、沐浴露)、食品(例如沙拉酱、冰激凌)、墨水胶囊、油漆、微工程材料的微制模(例如，光子晶体、智能材料等)、泡沫和类似物的众多分散流体部分或微粒。根据本发明各个实施例制备的高度单分散浓缩液晶微滴可自组织为二维和三维结构，并且这些可用于例如新颖的光学装置中。
在一些实施例中，可形成气-液分散体来产生泡沫。当气体在气-液分散体中的体积百分比增大时，各个气泡可在其被迫向彼此时失去其球形形状。如果受一个或多个表面限制，则这些球可能被挤压为盘状，但是在透过挤压表面观看时将通常保持圆形形状模式。通常，当气泡在更高的体积百分比下变成非球形或多边形时，分散体被称为泡沫。虽然很多因素，例如分散体尺寸、粘度和表面张力可在泡沫形成时影响，但是在一些实施例中，当气体在气-液分散体中的体积百分比超过例如75、80、85、90或95时，泡沫形成(非球形气泡)。
根据本发明的一组实施例，多种材料和方法可用于形成所述系统的部件。在一些情况下，所选的各种材料适于各种方法。例如，本发明的一些实施例的部件可由固体材料形成，其中通道可通过微机加工、例如旋涂和化学气相沉积等薄膜沉积法、激光制造、光刻技术、包括湿化学或等离子体法的蚀刻方法和类似方法形成。参见例如Angell等人的Scientific American 248：44-55(1983)。在一个实施例中，所述系统的至少一部分通过在硅片中蚀刻特征而由硅形成。用于由硅精确并且有效制造本发明各个实施例的装置的技术是已知的。在另一个实施例中，该部分(或其他部分)可由聚合物形成，并且可以是弹性聚合物，或聚四氟乙烯(PTFE；)或类似物。
不同的部件可由不同的材料制造。例如，包括底壁和侧壁的微流装置的底部可由例如硅或PDMS等不透明材料制成，顶部或盖可由例如玻璃或透明聚合物等透明材料制造，用于观察和控制流体过程。在底部支撑材料不具有精确的期望功能的情况下，部件可进行涂覆来将期望的化学功能暴露给接触内通道壁的流体。例如部件可如所示制造，内部通道壁使用另一种材料涂覆。
用于制造本发明各种装置的材料或用于涂覆流体通道内壁的材料可理想地选自不会不利地影响流经装置的流体或受流经装置的流体影响的材料，例如在将用于所述装置中的工作温度和压力下，在存在流体时具有化学惰性的一种或多种材料。
在一个实施例中，本发明的一些部件由聚合和/或柔韧和/或弹性材料制造，并且可方便地由可硬化流体形成，便于通过模制制造(例如复制模制法、注射模制法、铸塑模制法等)。可硬化流体可基本上是可被促使固化或自发地固化为固体的任何流体，其能够容纳并且运送预期用于微流网络结构中或与微流网络结构一起使用的流体。在一个实施例中，可硬化流体包括聚合物液体或液体聚合物前体(即预聚物)。合适的聚合物液体可包括例如加热到其熔融点之上的热塑性聚合物、热固性聚合物或这样的聚合物的混合物；或在适当溶剂中的一种或多种聚合物的溶液，所述溶液在通过例如蒸发去除溶剂时形成固体聚合物材料。可从例如熔融状态或通过溶剂蒸发而固化的这样的聚合物材料对于本领域普通技术人员是已知的。对于一个或两个模具由弹性材料构成的实施例，多种聚合物材料是合适的，其中很多是弹性的，并且多种聚合材料也适于形成模子或模具。这样的聚合物的非限制性示例的列表包括硅树脂聚合物、环氧树脂聚合物和丙烯酸脂聚合物的总类的聚合物。环氧树脂聚合物的特征是，存在通常称为环氧基、1，2-环氧化物或环氧乙烷基的三元环醚基团。例如，除了基于芳香胺、三嗪和脂环族主链的化合物，可使用双酚A的二环氧甘油醚。另一个示例包括公知的酚醛树脂聚合物。根据本发明一些实施例适用的硅树脂弹性体的示例包括由包含例如甲基氯硅烷、二乙基氯硅烷和苯基氯硅烷等氯硅烷的前体形成的硅树脂弹性体。
在一组实施例中，优选硅树脂聚合物，例如硅树脂弹性体聚二甲基氯硅烷(PDMS)。示例性的聚二甲基氯硅烷聚合物包括由DowChemical Co.Midland，MI以商标Sylgard出售的聚合物，特别是Sylgard 182，Sylgard 184和Sylgard 186。包括PDMS的硅树脂聚合物具有简化本发明一些实施例的微流结构制造的几个有益性能。例如，这样的材料不贵，容易获得，并且可通过使用热固化来从预聚液体固化。例如，PDMS通常可通过将预聚液体暴露于例如约65℃到约75℃的温度，暴露时间为例如约1小时来固化。而且，例如PDMS等硅树脂聚合物可是弹性的，并且因而可用于形成具有相当高的长宽比的非常小的特征，这在本发明的一些实施例中是必要的。关于这点，柔性(例如弹性)模子或模具可能是有利的。
由例如PDMS等硅树脂聚合物形成例如本发明各个实施例的微流结构等结构的一个优点是能够使这样的聚合物例如通过暴露于例如空气等离子体等含氧等离子体来氧化，以使氧化的结构在其表面处包含能够交联到其他氧化的硅树脂聚合物表面或多种其他聚合和非聚合材料的氧化表面的化学基团。因而，可制造并随后氧化部件，并且基本上不可逆地将所述部件密封到其他硅树脂聚合物表面，或与氧化的硅树脂聚合物表面反应的其他基底的表面，而不需要单独的粘合剂或其他密封装置。在大多数情况下，密封可简单地通过将氧化的硅树脂表面接触另一个表面来完成，而不需要施加辅助压力来形成密封。即，预氧化的硅树脂表面用作针对适当配合表面的接触粘合剂。特别地，除了可不可逆地将其自身密封外，例如氧化的PDMS等氧化硅树脂还可不可逆地密封到与其自身不同的一些氧化材料，包括例如已经以类似方式氧化到PDMS表面(例如通过暴露于含氧等离子体)的玻璃、硅、二氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃碳和环氧树脂聚合物。可用于本发明范围内的氧化和密封方法以及总体成型技术描述在以下文献中：Duffy等人的Rapid Prototyping of MicrofluidicSystems and Polydimethylsiloxane，Analytical Chemistry，第70卷，474-480页，1998年，其以引用的方式并入本文中。
由氧化的硅树脂聚合物形成本发明各个实施例的微流结构(或内部流体接触表面)的另一个优点是，这些表面可能比通常的弹性聚合物表面更具有亲水性(在需要亲水内表面的情况下)。这样的亲水通道表面可能因而比由通常的未氧化的弹性聚合物或其它疏水材料构成的结构更易于由水性溶液充满和润湿。因而，本发明的一些装置可制成具有比未氧化的弹性聚合物更亲水的表面。
在一些实施例中，可能期望使得通道表面疏水。用于使通道表面疏水的一个非限制性方法包括使通道表面与赋予通道表面疏水性的试剂接触。例如，在一些实施例中，通道表面可使用Aquapel(一种商业化汽车玻璃处理剂)(PPG Industries，Pittsburgh，PA)接触(例如冲洗)。在一些实施例中，与赋予疏水性的试剂接触的通道表面可随后使用空气清洗。在一些实施例中，所述通道可被加热(例如烘烤)来蒸发包含赋予疏水性试剂的溶剂。
因而，在本发明的一方面，微流通道的表面可改性来便于例如多重乳液等乳液的制备。在一些情况下，表面可通过在微流通道的至少一部分上涂覆溶胶-凝胶来改性。如本领域普通技术人员所知的，溶胶-凝胶是可处于溶胶或凝胶状态的材料，并且通常包括聚合物。凝胶状态通常包括包含液相的聚合物网络，并且可通过从溶胶例如通过烘干或加热技术去除溶剂来由溶胶状态制备。在一些情况下，如下面所讨论的，溶胶可在使用之前例如通过使一些聚合反应在所述溶胶中进行来预处理。
在一些实施例中，溶胶-凝胶涂层可选择成具有一定的性能，例如，具有一定的疏水性。涂层的性能可通过控制溶胶-凝胶的组分来控制(例如通过在溶胶-凝胶内使用一些材料或聚合物)，和/或通过使涂层改性来控制，例如通过将涂层暴露于聚合反应，以使聚合物对溶胶-凝胶涂层起反应，如下面所讨论的。
例如，溶胶-凝胶涂层可通过在溶胶-凝胶中结合疏水聚合物而更疏水。例如，溶胶-凝胶可包含一种或多种硅烷，例如，氟硅烷(即包含至少一个氟原子的硅烷)，如十七氟硅烷，或其他硅烷，如甲基三乙氧基硅烷(MTES)或包含一个或多个脂链的硅烷，如十八烷基硅烷或其他CH3(CH2)n-硅烷，其中n可以是任何合适的整数。例如，n可大于1、或10，并且小于约20、25或30。硅烷也可任选地包括其他基团，例如醇基，如十八烷基三乙氧基硅烷。通常，大部分硅烷可用于溶胶-凝胶中，具体的硅烷根据例如疏水性等所需性能选择。在本发明的其他实施例中也可选择其他硅烷(例如具有更短或更长的链长)，取决于例如所需的相对亲水性或疏水性等因素。在一些情况下，硅烷可包含其他基团，例如，如氨基等基团，其将使溶胶-凝胶更亲水。非限制性示例包括二氨基硅烷、三氨基硅烷或N-[(3-三甲氧基)丙烷基]乙烯基二氨基硅烷。硅烷可在溶胶-凝胶中反应来形成低聚物或聚合物，并且聚合程度(例如低聚物或聚合物的长度)可通过控制反应条件，例如通过控制温度、存在酸的量或类似物来控制。在一些情况下，溶胶-凝胶中可存在不止一种硅烷。例如，溶胶-凝胶可包括氟硅烷，以使所得溶胶-凝胶表现出更高的疏水性，还包括便于聚合物制备的其他硅烷(或其他化合物)。在一些情况下，可存在能够制备SiO2化合物以便于聚合的材料，例如TEOS(正硅酸乙酯)。
应可理解，溶胶-凝胶不限于仅包含硅烷，除了硅烷或代替硅烷，可存在其他材料。例如，涂层可包含一种或多种金属氧化物，例如SiO2，钒氧化物(V2O5)，二氧化钛(TiO2)和/或氧化铝(Al2O3)。
在一些情况下，微流通道由适于接收溶胶-凝胶的材料构造，例如玻璃、金属氧化物或如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和其他硅氧烷聚合物等聚合物。例如，在一些情况下，微流通道可以是其中包含硅原子的微流通道，并且在一些情况下，微流通道可以选择成使其包含硅烷醇(Si-OH)基，或可改性来具有硅烷醇基。例如，微流通道可暴露于使硅烷醇基在微流通道上形成的氧等离子体、氧化剂或强酸。
溶胶-凝胶可作为涂层存在于微流通道上，并且涂层可具有任何合适的厚度。例如，涂层可具有不超过约100微米、不超过约30微米、不超过约10微米、不超过约3微米或不超过约1微米的厚度。在一些情况下可能期望更厚的涂层，例如在需要更高的耐化学性的应用中。但是，在其他应用中，例如在相对小的微流通道中，可能期望更薄的涂层。
在一组实施例中，可控制溶胶-凝胶涂层的疏水性，例如使溶胶-凝胶涂层的第一部分相对疏水，并且使溶胶-凝胶涂层的第二部分相对疏水。涂层的疏水性可使用本领域普通技术人员已知的技术确定，例如使用接触角测量法，如下面讨论的那些。例如，在一些情况下，微流通道的第一部分可具有疏水性，其有助于有机溶胶到水中，而第二部分可具有疏水性，其有助于水到有机溶胶中。
溶胶-凝胶涂层的疏水性可例如通过将溶胶-凝胶涂层的至少一部分暴露于聚合反应来将聚合物反应到溶胶-凝胶涂层来改性。反应到溶胶-凝胶涂层的聚合物可以是任何合适的聚合物，并且可选择成具有一定的疏水性能。例如，聚合物可选择成比微流通道和/或溶胶-凝胶涂层更疏水或更亲水。作为一个示例，可使用的亲水聚合物为聚(丙烯酸)。
可通过将聚合物以单体(或低聚)形式提供到溶胶-凝胶涂层(例如溶液中)，并且在聚合物和溶胶-凝胶之间发生聚合反应，来将聚合物添加到溶胶-凝胶涂层。例如，自由基聚合反应可用于使聚合物结合到溶胶-凝胶涂层。在一些实施例中，例如自由基聚合反应等反应可通过将反应物暴露于热和/或光，例如紫外(UV)光，来引发，可任选地，在存在能够在暴露于光时产生自由基(例如通过分子分裂)的光引发剂的情况下进行。本领域普通技术人员将意识到很多这样的光引发剂，很多所述光引发剂可商购获得，例如Irgacur 2959(CibaSpecialty Chemicals)或2-羟基-4-(3-三乙氧基硅烷基丙氧基)-二苯酮(SIH6200.0，ABCR GmbH & Co.KG)。
光引发剂可包含在添加到溶胶-凝胶涂层中的聚合物中，或在一些情况下，光引发剂可存在于溶胶-凝胶涂层内。例如，光引发剂可包含于溶胶-凝胶涂层内，并在暴露于光时被激发。光引发剂还可结合或键合到溶胶-凝胶的组分，例如硅烷。作为示例，例如Irgacur 2959等光引发剂可通过氨酯键结合到异氰酸酯-硅烷，其中光引发剂上的伯醇可参加与异氰酸酯基的亲核加成，这可产生氨酯键。
应注意的是，在本发明的一些实施例中，仅溶胶-凝胶涂层的一部分可与聚合物反应。例如，单体和/或光引发剂可仅暴露于微流通道的一部分，或聚合反应可仅在微流通道的一部分中引发。作为一个特别的示例，微流通道的一部分可暴露于光，而其他部分可通过使用蒙片或滤光器防止暴露于光。因此，由于聚合反应不是在微流通道上的所有地方进行，因此微流通道的不同部分可表现出不同的疏水性。作为另一个示例，可通过将曝光模式的缩小图像投影到微流通道，使微流通道暴露于UV光。在一些情况下，通过投影技术，可实现小的分辨率(例如1微米或更小)。
本发明的另一方面总体涉及用于将这样的溶胶-凝胶涂覆到微流通道的至少一部分上的系统和方法。在一组实施例中，微流通道暴露于溶胶，然后处理所述溶胶来形成溶胶-凝胶涂层。在一些情况下，溶胶也可预处理，以使得进行局部聚合反应。可任选地从微流通道去除额外的溶胶-凝胶涂层。在一些情况下，如所讨论的，可处理涂层的一部分来改变其疏水性(或其他性能)，例如，通过将涂层暴露于包含单体和/或低聚物的溶液，并且使单体和/或低聚物的聚合与涂层一起发生来进行。
溶胶可包含在溶剂中，所述溶剂也可包含其他化合物，例如包含上面所述那些的光引发剂。在一些情况下，溶胶也可包含一种或多种硅烷化合物。溶胶可使用任何合适的技术处理来形成凝胶，例如通过使用化学或物理技术，如加热，将溶剂去除。例如，溶胶可暴露于至少约150℃、至少约200℃或至少约250℃的温度，所述温度可用于驱除或挥发至少一些溶剂。作为一个特别的示例，溶胶可暴露于热板装置来达到至少约200℃或至少约250℃的温度，并且溶胶暴露于热板可使得驱除或挥发至少一些溶剂。但是在一些情况下，溶胶-凝胶反应可甚至在不加热，例如室温的情况下进行。因而，例如，溶胶可独自保留一段时间(例如约1小时、约1天等)，和/或可使空气或其他气体从溶胶上方经过，以使溶胶-凝胶反应进行。
在一些情况下，可从微流通道去除仍存在的任何未成凝胶的溶胶。未成凝胶的溶胶可例如以物理方式，通过向微通道施加压力，或添加化合物等来主动去除，或在一些情况下，未成凝胶的溶胶可被动去除。例如，在一些实施例中，存在于微流通道中的溶胶可被加热来蒸发溶剂，所述溶剂在微流通道中以气态积聚，由此增大微流通道中的压力。在一些情况下，所述压力可能足够使未成凝胶的溶胶中的至少一些从微流通道去除，或被“吹出”微流通道。
在一些实施例中，溶胶被预处理来使局部聚合反应在暴露于微流通道之前进行。例如，溶胶可被处理来使局部聚合反应在溶胶中进行。溶胶可例如通过将溶胶暴露于酸或足够进行至少一些胶化的温度下而被处理。在一些情况下，所述温度可低于溶胶在被添加到微流通道时将暴露的温度。可进行溶胶的一些聚合反应，但是聚合反应可例如通过降低温度在完成之前停止。因而，在溶胶内，可形成一些低聚物(其可能不一定在长度方面得到良好表征)，但是完全聚合反应尚没有进行。部分处理的溶胶可然后被添加到微流通道，如上面所述。
在一些实施例中，在涂层已经引入到微流通道之后，涂层的一部分可被处理来改变其疏水性(或其他性能)。在一些情况下，涂层暴露于含有单体和/或低聚物的溶液，所述单体和/或低聚物然后聚合来结合到涂层，如上面所讨论的。例如，涂层的一部分可暴露于热或光，例如紫外光，这可用于引发自由基聚合反应，以使聚合反应进行。可任选地，可例如在溶胶-凝胶涂层中存在光引发剂，以利于该反应。
这样的涂层和其他系统的另外的详细内容可参见2008年3月28日Abate等人提交的名称为“Surface，Including MicrofluidicChannels，With Controlled Wetting Properties”的美国临时专利申请序列号61/040,442；和2009年2月11日由Abate等人提交的名称为“Surface，Including Microfluidic Channels，With Controlled WettingProperties”的国际专利申请，每一个以其全文以引用的方式并入本文中。
在一个实施例中，底壁由与一个或多个侧壁或顶壁或其他部件不同的材料形成。例如，底壁的内表面可包括硅片或微晶片或其他基底的表面。其他部件可如上所述密封到这样的替代基底。在期望将由硅树脂聚合物(例如PDMS)构成的部件密封到不同材料的基底(底壁)的情况下，优选基底选自氧化的硅树脂聚合物能够不可逆地密封到其的材料组(例如玻璃、硅、二氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂聚合物和已经氧化的玻璃碳表面)。或者，可使用其他密封技术，如对于本领域普通技术人员显而易见的，包括但不限于，使用单独的粘合剂、热结合、溶胶结合、超声熔合等。
在另一个实施例中，本发明总体涉及用于形成包括多重乳液等乳液的系统和方法。在一些情况下，包括多重乳液的乳液可通过“触发(triggering)”过程形成，其中，流体微滴或其他实体用于形成包含所述流体微滴或其他实体的微滴的一次或多次嵌套。以这样的方式，在一些情况下，可形成多重乳液，例如三重乳液、四重乳液、五重乳液等。一些实施例中，第一微滴(或其他实体)用于“堵塞”通道；汇集在所述微滴后面的流体将所述微滴推动穿过通道，以形成乳液。在一些情况下可重复该过程来形成多重乳液。本发明的其他方面总体涉及用于制备这样的乳液的系统、使用这样的乳液的方法、提升这样的乳液的方法或类似方法。
因而，在一些实施例中，本发明总体涉及包括多重乳液的乳液，并且涉及用于制备这样的乳液的方法和设备。当在此使用时，“多重乳液”描述了其中包含一个或多个更小的微滴的更大的微滴。所述更大的微滴可悬浮在第三流体中。在一些实施例中，在多重乳液中的更大程度的嵌套是可能的。例如，乳液可包含其中包含更小微滴的微滴，其中更小微滴中的至少一些中包含甚至更小的微滴等。多重乳液可用于包封例如药剂、细胞、化学物品或类似物的物质。如下面所述，在一些实施例中，可利用基本上精确的重复性来形成多重乳液。
其中证实乳液或多重乳液可用的领域包括例如食品、饮料、保健和美容、油漆和涂料以及药物和药物输送。例如，精确量的药物、药剂或其他制剂可包含在乳液中，或在一些情况下，细胞可包含在微滴中，并且细胞可存储和/或输送。可存储和/或输送的其他物种包括例如生物化学物种，例如siRNA，RNAi和DNA等核酸、蛋白质、肽或酶或类似物。可结合到乳液中的其他物质包括但不限于纳米微粒、量子点、香精、蛋白质、指示剂、染色剂、荧光物质、化学物质或类似物。在一些情况下，乳液也可用作例如用于控制化学反应的反应容器，或用于体外转录和转译的反应容器，例如用作定向进化技术的反应容器。
在一些实施例中，使用本文所述的方法和装置，可制备具有一致微滴尺寸和/或数量的乳液，和/或对于涉及多重乳液的情况，可制备一致外层微滴与内层微滴的尺寸和/或数量比率(或其他这样的比率)的乳液。例如，在一些情况下，在具有可预知尺寸的外层微滴内的单个微滴可用于提供特定药量。另外，微滴中可存储、运送或输送化合物或药物的组合物。例如，由于微滴可包括疏水和亲水部分，因此在一个多重乳液微滴中，可输送疏水和亲水物质。根据本发明的一些实施例，这些部分中的每一个的数量和浓度可得到一致控制，这可在多重乳液微滴中提供两种或更多种物质的可预知并且一致的比率。
在一方面，乳液可通过“触发”过程形成，其中微滴或其他实体用于形成包含所述微滴或其他实体的流体微滴的一次或多次嵌套。除了流体微滴，一些实施例中也可使用其他实体，例如细胞或凝胶微粒。
更一般地，本发明的多个方面涉及用于形成包括多重乳液的乳液的系统和方法，所述系统和方法利用其中例如流体微滴或凝胶等可变形实体至少部分堵塞通道出口的过程，在所述过程中，包含可变形实体的微滴的形成通过将可变形实体推入出口通道中而被“触发”。出口通道可以是例如如下面讨论的微流通道。通常，在没有该部分堵塞的情况下，不可能发生微滴形成(但是在一些实施例中可能存在相对低的误差率)，并且因此说微滴形成通过形成和释放可变形实体对出口通道中的部分堵塞来“触发”。
当在此使用时，“可变形实体”是能够至少部分堵塞出口通道的任何实体，在可变形实体至少部分堵塞出口通道的同时，包含可变形实体的携带流体不能流经进入出口通道的可变形实体。在一些情况下，堵塞可以是完全的，即从出口通道横截面看，携带流体的分子在不横穿可变形实体的情况下不可能流经出口通道。但是，在其他情况下，堵塞可以是部分的，以使得理论上分子在不横穿可变形实体的情况下可能进入出口通道中，但是由于例如粘性、疏水斥力、电荷斥力或类似物等影响，仍可防止携带流体进入出口通道。
其他示例可参见Weitz等人2009年3月13日提交的名称为“Controlled Creation of Emulsions，Including Multiple Emulsions”的美国临时专利申请No.61/60,020，其以引用的方式并入本文中。
以下的文件以引用的方式并入本文中：由Kumar等人1993年10月4日提交的名称为“Formation of Microstamped Patterns onSurfaces and Derivative Articles”的美国专利申请序列号08/131,841，现在已为1996年4月30日授权的美国专利No.5,512,131；1996年6月26日WO 96/29629公开、由Whitesides等人1996年3月1日提交的名称为“Microcontact Printing on Surfaces and DerivativeArticles”的国际专利申请No.PCT/US96/03073的优先权；Kim等人1998年1月8日提交的名称为“Method of Forming Articles IncludingWaveguides via Capillary Micromolding and Microtransfer Molding”的美国专利申请序列号09/004,583，现在已为2002年3月12日授权的美国专利No.6,355,198；Anderson等人2001年5月25日提交的名称为“Microfluidic Systems including Three-Dimensionally ArrayedChannel Networks”的国际专利申请No.PCT/US01/16973，2001年11月29日以WO 01/89787公开；由Stone等人2002年6月28日提交的名称为“Multiphase Microfluidic System and Method”的美国临时专利申请序列号60/392,195；由Link等人2002年11月5日提交的名称为“Method and Apparatus for Fluid Dispersion”的美国临时专利申请序列号60/424,042；Link等人2003年4月10日提交的名称为“Formation and Control of Fluidic Species”的美国临时专利申请序列号60/461,954；由Stone等人2003年6月30日提交的名称为“Methodand Apparatus for Fluid Dispersion”的国际专利申请No.PCT/US03/20542，2004年1月8日WO 2004/002627公开；由Link等人2003年8月27日提交的名称为“Electronic Control of FluidicSpecies”的美国临时专利申请序列号60/498,091；Link等人2004年4月9日提交的名称为“Formation and Control of Fluidic Species”的国际专利申请No.PCT/US2004/010903，2004年10月28日以WO2004/091763公开；Link等人2004年8月27日提交的名称为“Electronic Control of Fluidic Species”的国际专利申请No.PCT/US2004/027912，2005年3月10日以WO 2005/021151公开；Stone等人2004年12月28日提交的名称为“Method and Apparatus forFluid Dispersion”的美国专利申请序列号11/024,228，2005年8月11日以美国专利申请公开No.2005-0172476公开；Weitz等人2005年3月4日提交的名称为“Method and Apparatus for Forming MultipleEmulsions”的美国临时专利申请序列号60/659,045；Garstecki等人2005年3月4日提交的名称为“Systems and Methods of FormingParticles”的美国临时专利申请序列号60/659,046；和Link等人2005年10月7日提交的名称为“Formation and Control of Fluidic Species”的美国专利申请序列号11/246,911。
将从下面的示例更全面地理解本发明的这些和其他实施例的功能和优点。后面的示例旨在示出本发明的有益效果，而不是对本发明的完整范围进行示例说明。
示例1
该示例对并行微滴形成系统的制造进行示例说明。
微流微滴形成装置的阵列使用标准多层软光刻技术由PDMS(聚二甲基硅氧烷)制造。流体通道在PDMS层中布置成具有实心壁和顶部，但是具有开放的底部。通道的制造通过将包含通道层结合到玻璃或PDMS基底完成。一层中的通道可通过在下层通道的顶部中冲孔而连接到相邻层中的通道。
在该示例中，最底层包含微流装置的阵列，所述微流装置在该层中不连接在一起。该装置层以等离子体方式结合到涂覆有固化的PDMS弹性体薄层的载玻片。
包含流体通道阵列的第一分配通道层结合在所述装置层之上，具有与装置层中的入口匹配的间距和覆盖全部装置排的足够长度。该单个第一通道层构成用于装置的1-D阵列的流体分配物品。
对于装置的2-D阵列，第二通道层结合到所述第一通道层上方，一组通道垂直延伸到下部组，并且具有适当的长度和间距，以覆盖下部通道的入口和出口，如图7中所示。
为了制造装置的3-D阵列，几个2-D阵列和流体分配物品沿以下顺序叠置(从载玻片向上构建)：用于最底部刚性支撑的载玻片；实心隔板层；装置层；流体分配物品，其包括第一通道层和第二垂直通道层；第二顺序的实心隔板层；装置层；流体分配物品；依此类推，进行任意数量的重复。流体分配物品使用垂直于装置层的一组分配通道。
通过使用注射泵将流体经由聚乙烯手术管供给来操作组装的装置阵列。
示例2
该示例对用于并行微流装置的通道尺寸的计算进行示例说明。
作为样本计算，用于制备简单乳液微滴的T形接头的5×5阵列的期望通道尺寸使用下面本领域已知的方程估算：
R＝[(12＊μ＊L)/(w＊h3)]＊{1-[(192/π5)＊(h/w)]}，
其中“R”是矩形微通道中的阻力，“μ”是流体粘度，“L”是通道长度，“w”是通道宽度，“h”是通道高度。
假设粘度μ＝1mPa＊s，则通道长度4000μm、宽度50μm、高度25μm的T接头具有约100kPa＊s/μL的阻力。如果第一代分配通道高度为150μm，宽度为1500μm，相邻装置之间的距离为10000μm，则每段的阻力为Rc1＝0.2kPa＊s/μL。这在5个装置之间以1％的精度水平提供均等的流动分配。对于第二代分配通道，将高度增大到250μm，并且保持其他尺寸相同，则得到Rc2＝0.04kPa＊s/μL，这再次以1％精度水平提供均等的流动分配。
示例3
该示例对双重乳液形成的并行过程说明。
每一个微滴形成单元包括两个串联交叉接头，如图12中所示。装置的阵列使用标准软光刻在单片PDMS块中模制。入口和出口孔手动冲出，并且使用等离子体粘合将微通道密封到玻璃底板。再次使用等离子体粘合将分配通道层密封到阵列上。为了使装置中的通道表面疏水，以用于微滴形成，使用Aquapel(可购得的汽车玻璃处理剂)冲洗组装的装置，并且使用空气清洗组装的装置。烘焙所述装置几小时，以烘干残留的Aquapel。
为了制备双重乳液，将以下的流体喷射通过分配通道：作为最里层相的1-辛醇，作为壳相的具有0.5％(重量百分比)的十二烷基硫酸钠(“SDS”，表面活性剂)的水和作为连续相的具有1.8％(重量百分比)“R22”表面活性剂的HFE-7500油(R22是可商购获得的全氟醚Krytox 157 FSL油的铵盐)。最里层相使用的总流动速率是250微升每小时，壳相是1000微升每小时，连续相是4000微升每小时。不同尺寸的双重乳液可通过改变流动速率和/或通过使用具有不同尺寸微通道的装置来形成。在这些情况下，分配通道可例如通过使用如示例2中的计算进行调整。
本领域普通技术人员将意识到，在实现本发明时可用本文没有示出或详细描述的辅助部件。例如，各种流体源、用于控制输送到本文所示通道的这些流体的压力和/或流动速率的装置等。本领域普通技术人员将容易地设想多种其他装置和结构来执行本文所述的功能和/或获得本文所述的效果或优点，并且每一个这样的变形形式或修改形式被认为落在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地意识到，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和结构的意义在于举例说明，实际的参数、尺寸、材料和结构将取决于使用本发明的具体应用。本领域技术人员将意识到或能够发现不止一种常规实验、很多等同方法用于本文所述的本发明的特定实施例。因此，应可理解，前述实施例仅以举例说明方式呈现，并且在所附权利要求书及其等同物范围内，本发明可按不同于具体所述的其它方式实现。本发明涉及本文所述的每一个单独的特征、系统、材料和/或方法。另外，如果这样的特征、系统、材料和/或方法不相互矛盾，则这样的特征、系统、材料和/或方法中的两个或多个的任何组合包括在本发明的范围内。
在权利要求书中(以及上面的说明中)，全部转换术语，例如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“构成”、“制成”、“形成”和类似用语应理解为是开放性的，即意思是包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册2111.03章提出的，仅转换术语“由......构成”和“基本由......构成”分别应是封闭或半封闭的。

Claims (78)

1.一种方法，包括：
将目标流体引入通道的入口中；和
将所述目标流体的多个分开的部分同时地从多个微流出口排出，其中每一个微流出口流体连接到所述入口，同时至少部分地使用分散流体包围所述目标流体的多个分开的部分中的至少一个部分。
2.根据权利要求1所述的方法，包括使分散流体形成所述目标流体的不连续部分。
3.根据权利要求2所述的方法，包括将所述目标流体暴露于所述分散流体的两个分开流，并且允许所述两个分开流结合且完全地周向地包围所述目标流体流。
4.根据权利要求1所述的方法，包括提供微流互连区域，所述微流互连区域具有上游部分和连接到一出口的下游部分；和
在所述出口上游的互连区域中形成所述目标流体的多个不连续部分，所述不连续部分中的至少一些具有小于20微米的最大尺寸。
5.根据权利要求4中所述的方法，其中，所述互连区域具有封闭的横截面。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互连区域具有小于1毫米的最大横截面尺寸。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互连区域具有小于200微米的最大横截面尺寸。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互连区域具有小于50微米的最大横截面尺寸。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互连区域具有小于25微米的最大横截面尺寸。
10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述目标流体和所述分散流体都在所述互连区域的外边界内。
11.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互连区域包括尺寸限制部分，所述尺寸限制部分辅助形成所述不连续部分。
12.根据权利要求11所述的方法，包括允许所述分散流体和目标流体经过尺寸限制部分，其中，所述目标流体不接触限定所述尺寸限制部分的壁。
13.根据权利要求4所述的方法，包括在所述互连区域中将所述目标流体从目标流体通道引入分散流体中。
14.根据权利要求2所述的方法，其中，所述目标流体包括液体。
15.根据权利要求2所述的方法，其中，所述目标流体包括气体。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述目标流体通道至少部分由互连区域包围。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述互连区域包括上游部分，所述上游部分具有部分包围所述目标流体通道并且在所述目标流体通道的出口处互连的至少两个部分。
18.根据权利要求4所述的方法，包括在所述互连区域的上游部分和下游部分之间产生压力差，在所述上游部分和出口之间引入分散流体，并且至少部分地通过压力差形成所述目标流体的不连续部分。
19.根据权利要求18所述的方法，包括至少部分地通过尺寸限制部分在所述互连区域的上游部分和出口之间产生压力差。
20.根据权利要求19所述的方法，包括使所述目标流体和分散流体流经所述尺寸限制部分。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述分散流体和目标流体中的每一个具有一定的流动速率，并且所述目标流体与分散流体的流动速率的比率小于1∶5。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述比率小于1∶25。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述比率小于1∶100。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述比率小于1∶400。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述目标流体通道具有在所述尺寸限制部分上游终止于互连区域中的出口。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述目标流体通道具有穿过所述尺寸限制部分的轴线。
27.根据权利要求4所述的方法，其中，所述互连区域的下游部分具有中心轴线，所述目标流体从具有与所述互连区域的下游部分的中心轴线对齐的中心轴线的目标流体通道引入所述互连区域中。
28.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分散流体具有在6×10-5毫米每秒和1×10-2毫米每秒之间的流动速率。
29.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分散流体具有在1×10-4毫米每秒和1×10-3毫米每秒之间的流动速率。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，目标流体与分散流体的流动速率的比率小于1∶5。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，目标流体与分散流体的流动速率的比率小于1∶100。
32.根据权利要求29所述的方法，其中，目标流体与分散流体的流动速率的比率小于1∶400。
33.根据权利要求2所述的方法，包括在所述分散流体中形成单分散不连续目标流体部分。
34.根据权利要求2所述的方法，包括在所述分散流体中形成单分散目标流体微滴。
35.根据权利要求2所述的方法，包括在所述分散流体中形成多分散不连续目标流体部分。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述不连续部分每一个具有最大尺寸，并且具有最大的最大尺寸的部分与具有最小的最大尺寸的部分的尺寸比率为至少10∶1。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述比率为至少25∶1。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述比率为至少100∶1。
39.根据权利要求35所述的方法，其中，所述不连续部分中的至少一些具有小于50微米的最大横截面尺寸。
40.根据权利要求35所述的方法，其中，所述不连续部分中的至少一些具有小于10微米的最大横截面尺寸。
41.根据权利要求35所述的方法，其中，所述不连续部分中的至少一些具有小于1微米的最大横截面尺寸。
42.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述目标流体和所述分散流体之间引入中间流体，并且形成所述目标流体的不连续部分，每一个不连续部分由中间流体壳体包围。
43.根据权利要求42所述的方法，还包括硬化所述壳体。
44.根据权利要求42所述的方法，包括通过在目标流体通道和互连区域之间的至少一个中间流体通道而在所述目标流体和所述分散流体之间引入中间流体。
45.根据权利要求42所述的方法，其中，所述至少一个中间流体通道具有靠近所述目标流体通道的出口的出口。
46.根据权利要求2所述的方法，其中，所述目标流体和所述分散流体在形成所述不连续部分的时间范围内不可溶混。
47.根据权利要求42所述的方法，其中，所述目标流体、中间流体和分散流体中的每一个在不连续部分形成的时间范围内相互不可溶混。
48.一种用于在并行的微流通道中形成微滴的系统，包括：
分配通道，其具有流体连接到多个微流目标流体出口的入口，每一个目标流体出口限定与可流体连接到分散流体源的至少一个分散流体通道处于流体连通的微流互连区域的一部分。
49.根据权利要求48所述的系统，其中，所述分配通道与多个微流装置处于流体连通，每一个微流装置连接到所述多个微流目标流体出口中的至少一个。
50.根据权利要求48所述的系统，还包括多个分配通道，每一个分配通道具有流体连接到多个微流目标流体出口的入口。
51.根据权利要求50所述的系统，其中，所述多个分配通道中的至少一个分配通道流体连接到所述分配通道中的每一个，每一个连接通过所述多个分配通道中的所述至少一个分配通道的微流出口形成。
52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述多个分配通道中的所述至少一个分配通道基本上不与所述多个分配通道平行。
53.根据权利要求48所述的系统，其中，所述分配通道连接微流装置的一维阵列。
54.根据权利要求50所述的系统，其中，所述多个分配通道连接微流装置的二维阵列。
55.根据权利要求50所述的系统，其中，所述多个分配通道连接微流装置的三维阵列。
56.根据权利要求53、54或55所述的系统，其中，微流装置的所述阵列能够具有至少约100mL每小时的流动速率。
57.根据权利要求53、54或55所述的系统，其中，微流装置的所述阵列能够具有至少约1L每小时的流动速率。
58.根据权利要求53、54或55所述的系统，其中，微流装置的所述阵列能够具有至少约10L每小时的流动速率。
59.根据权利要求53、54或55所述的系统，其中，微流装置的所述阵列能够具有至少约100L每小时的流动速率。
60.根据权利要求53、54或55所述的系统，其中，所述阵列包括至少1000个微流装置。
61.根据权利要求53、54或55所述的系统，其中，所述阵列包括至少10000个微流装置。
62.根据权利要求53所述的系统，其中N×Rc1/Rd小于约1％。
63.根据权利要求54所述的系统，其中Rc2＜Rc1/M。
64.根据权利要求55所述的系统，其中Rc3＜Rc2/K。
65.根据权利要求48所述的系统，其中，多个所述微流互连区域与可流体连接到分散流体源的至少两个分散流体通道处于流体连通。
66.根据权利要求48所述的系统，其中，所述微流互连区域中的每一个与可流体连接到分散流体源的至少两个分散流体通道处于流体连通。
67.根据权利要求48所述的系统，其中，至少限定所述互连区域的一部分和限定目标流体通道的一部分为单个一体装置的部分。
68.根据权利要求48所述的系统，其中，所述互连区域具有上游部分和连接到出口的下游部分，目标流体微流通道具有在所述互连区域的上游部分和出口之间的出口。
69.根据权利要求48所述的系统，其中，所述互连区域包括上游部分和连接到出口的下游部分，以及在所述上游部分和所述出口之间的尺寸限制部分。
70.根据权利要求69所述的系统，其中，所述目标流体通道具有在所述尺寸限制部分上游的出口。
71.根据权利要求70所述的系统，其中，所述目标流体通道和所述互连区域的下游部分各具有中心轴线，其中，这些轴线对齐。
72.根据权利要求48所述的系统，其中，所述目标流体通道和所述互连区域的下游部分各具有中心轴线，其中，这些轴线对齐。
73.根据权利要求48所述的系统，还包括流体连接到所述互连区域和目标流体通道的至少一个中间流体通道。
74.根据权利要求73所述的系统，其中，所述中间流体区域具有在所述互连区域的上游部分和出口之间的出口。
75.根据权利要求73所述的系统，其中，所述中间流体通道具有在所述互连区域的尺寸限制部分上游的出口。
76.根据权利要求73所述的系统，其中，所述目标流体通道通过至少一个中间流体通道与所述互连区域在侧向上分开。
77.根据权利要求75所述的系统，其中，所述目标流体通道和中间流体通道中的每一个具有在所述尺寸限制部分上游的出口。
78.一种用于在并行微流通道中形成微滴的系统，包括：
互连区域，其连接用于运送目标流体的目标流体通道和用于运送分散流体的分散流体通道，其中，至少限定所述互连区域的外壁的一部分和限定所述目标流体通道的外壁的一部分是单个一体装置的部分。
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