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CN105408022B - 用于快速生产微滴的设备和方法 - Google Patents

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CN105408022B CN201480040033.7A CN201480040033A CN105408022B CN 105408022 B CN105408022 B CN 105408022B CN 201480040033 A CN201480040033 A CN 201480040033A CN 105408022 B CN105408022 B CN 105408022B
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Abstract

本发明总体上涉及一种流体微滴的生产。本发明的某些方面总体上涉及用于通过使流体从第一通道通过多个侧通道流动到第二通道而形成微滴的系统和方法。离开侧通道进入第二通道的流体可以形成多个微滴，并且在一些实施例中，以极高的微滴生产速率形成多个微滴。此外，在一些方面，也可以形成双重或更多重的多重乳剂。在一些实施例中，这可以通过直接、同步的生产方法形成多重乳剂和/或通过形成被收集并再注入到用以形成双重乳剂的第二微流装置的单一乳剂而而实现。

Description

用于快速生产微滴的设备和方法
相关申请
本申请要求于2013年5月14日提交的、标题为“Rapid Production of Droplets”的美国临时专利申请序列No.61/823,175的权益，该专利申请通过引用全部并入本文。
政府资助
本发明各个方面的研究至少部分由美国国家科学基金会赞助，批准号为DMR-0820484和DMR-1006546。美国政府对本发明有一定权利。
技术领域
本发明总体上涉及一种流体微滴的生产。
背景技术
乳剂在日常生活中普遍存在；许多食品(例如牛奶、蛋黄酱或沙拉酱)和某些类型的油漆都是乳剂。单一乳剂的微滴还能够用作模板以制造微粒，所述微粒用作用于运送目的的载体或用作分层2D和3D材料的构建块。特别是如果用作模板以制造微粒子或胶囊，重要的是，密切控制微滴的大小和组分。这些参数能够被控制的程度由组装路线决定；最广泛使用的技术包括块乳化、膜滤和微流组装。块乳化技术允许以较高产量地生产乳剂，这使其对于工业应用是有吸引力的。然而，对所产生的微滴的大小的控制较差，导致较广的大小分布。相反，微流组装使得能够组装单分散微滴并且对微滴的大小具有较好的控制；这通过每次单个微滴的可控成形和微滴制造器实现。然而，其代价在于产量较低。
尽管微流技术提供了对微滴大小和组分的较好控制，但是低生产量限制了微流技术在工业上的应用并且限制用来生产用于组装新型分层2D和3D材料的微粒构建块。对于许多应用，膜乳化技术存在有吸引力的折中：该技术的生产量显著高于微流技术所达到的生产量，而微滴的大小分布显著低于通过块乳化路线生产的微滴的大小分布。然而，通过膜乳化技术生产的微滴的多分散性随着微滴的平均大小的增加而增加。因此，以高生产量生产单分散微滴仍是主要挑战。
发明内容
本发明大体涉及流体微滴的生产。在一些情况中，本发明的主题涉及相关产品、对特定问题的替代性解决方案、和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。
在一个方面，本发明总体上涉及一种设备，例如，微流设备。根据一组实施例，该设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些实施例中，第一微流通道的横截面面积是所述至少五个侧微流通道的最小横截面面积的至少20倍。
根据另一组实施例，设备包括长度为至少约5毫米的第一微流通道、基本平行于第一微流通道的第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。
在再另一组实施例中，设备包括长度为至少约5毫米的第一微流通道、第二微流通道、每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道、第三微流通道、和每个均使第二微流通道与第三微流通道相连接的至少五个侧微流通道。
在又另一组实施例中，设备包括第一微流通道、第二微流通道、每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道、和连接至所述至少五个侧微流通道中的每一个的多个辅助微流通道。
在另一组实施例中，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些情况中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的长度在侧微流通道的平均长度的约90％到约110％之间。
根据另一组实施例，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些情况中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的横截面面积在侧微流通道的平均横截面面积的约90％到约110％之间。
根据再另一组实施例，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些情况中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的容积在侧微流通道的平均容积的约90％到约110％之间。
在又另一组实施例中，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和至少五个侧微流通道，每个侧微流通道均具有基本相同的尺寸，并且每个侧微流通道均使第一微流通道与第二微流通道相连接。
在另一方面，本发明总体上涉及一种方法。在一组实施例中，所述方法包括使第一微流通道中的第一流体通过至少五个侧微流通道流动到包含在第二微流通道中的第二流体内。在一些情况中，第一流体在第二微流通道内形成多个微滴，每个微滴的特征尺寸在所述多个微滴的平均特征尺寸的约90％到约110％之间。
根据另一组实施例，所述方法包括使第一微流通道中的第一流体通过至少五个侧微流通道流动到包含在第二微流通道中的第二流体内的步骤。在一些情况中，所述至少五个侧微流通道中的每一个对第一流体的流动阻力在第一流体通过侧微流通道的平均流动阻力的约90％到约110％之间。
在又另一组实施例，所述方法包括步骤：使第一微流通道中的第一流体通过至少五个侧微流通道流动到包含在第二微流通道中的第二流体内，其中，第一流体在第二微流通道内形成多个微滴；并且使包含在第二微流通道内的所述多个微滴通过至少五个侧微流通道流动到包含在第三微流通道中的第三流体内，其中，所述多个微滴形成包含在第三流体内的多个双重乳剂微滴。
根据再另一组实施例，所述方法包括使第一微流通道中的第一流体通过至少五个侧微流通道流动到包含在第二微流通道中的第二流体内、同时使第三流体流入到所述至少五个侧微流通道中的每一个中的步骤。在某些实施例中，第一流体形成被第三流体包围的微滴，第三流体形成被第二流体包围的微滴。
在另一方面，本发明涵盖制造本文所述的一个或多个实施例(例如，本文所讨论的设备)的方法。在另一方面，本发明涵盖使用本文所述的一个或多个实施例(例如，本文所讨论的设备)的方法。
结合附图考虑，通过下文对本发明的各个非限制性实施例的详细描述，本发明的其他优点和新颖性特征将变得显而易见。如果本说明书与通过引用并入本文的文献存在冲突和/或矛盾的公开内容，则以本说明书为准。如果通过引用并入本文的两个或更多个文献相对于彼此存在冲突和/或矛盾的公开内容，则以具有在后有效日期的文献为准。
附图说明
参照附图，以示例的方式对本发明的非限制性实施例进行描述，所述附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。附图中示出的相同或相似的部件典型地由单一附图标记表示。出于清楚的目的，不是所有部件都在每个附图中标注出，在示出对于本领域技术人员了解发明来说不必要时，也没有示出本发明的每个实施例的所有部件。附图中：
图1A－图1C示出了根据本发明的某些实施例的各种设备；
图2A－图2B是根据本发明的另一实施例的设备的光学显微图像；
图3A－图3B示出了在本发明的一些实施例中对微滴大小的控制；
图4示出了在本发明的另一实施例中侧通道的宽度与微滴大小的关系；
图5A－图5B示出了根据本发明的某些实施例的微滴大小；
图6A－图6B示出了在本发明的又一实施例中流率对微滴的影响；
图7A－图7B示出了在本发明的又另一实施例中流率对微滴的影响；
图8示出了在本发明的另一实施例中的微流通道；
图9A－图9B示出了在本发明的一个实施例中对微滴大小的控制；
图10A－图10B示出了在本发明的另一实施例中对微滴大小的控制；
图11A－图11B示出了在本发明的又另一实施例中对微滴大小的控制；
图12A－图12B示出了在本发明的又一实施例中对微滴大小的控制；
图13示出了在本发明的又一实施例中的微流装置；
图14A－图14B示出了根据本发明的另外的实施例的各种设备；
图15A－图15B示出了在本发明的又另一实施例中的设备；
图16A－图16F示出了在本发明的又一实施例中的设备；
图17A－图17C示出了在本发明的某些实施例中微滴的形成；
图18A－图18D示出了在本发明的一些实施例中微滴的产生；
图19A－图19E示出了在本发明的一些实施例中压力对微滴产生的影响；
图20A－图20J示出了在本发明的某些实施例中粘度对微滴产生的影响；
图21A－图21D示出了在本发明的另一实施例中微滴的产生；
图22A－图22D示出了在本发明的某些实施例中流率的影响。
具体实施方式
本发明总体涉及流体微滴的产生。本发明的某些方面总体涉及用于通过使流体从第一通道通过多个侧通道流动到第二通道而产生微滴的系统和方法。离开侧通道进入第二通道的流体可以形成多个微滴，并且在一些实施例中，可以以极高的微滴产生速率形成多个微滴。此外，在一些方面，也可以形成双重或更多重的多重乳剂。在一些实施例中，这可以通过直接、同步的产生方法和/或通过形成单一乳剂而形成多重乳剂来实现，所述单一乳剂被收集并再注入到第二微流装置中以形成双重乳剂。
现在，参照图1A，对本发明的实施例的一个示例进行描述。正如会在下文更详细地讨论的，在其它实施例中，也可以使用其它构造。图1中，设备5包括第一通道10、第二通道20、和多个侧通道25，所述多个侧通道每个都使第一通道与第二通道相连接。这些通道中的一些或全部可以是微流通道。第一流体12可以通过第二通道10进入，而第二流体22通过第二通道20进入。第一流体能够流经侧通道进入第二通道20。如果第一流体和第二流体是至少基本不混溶的，那么离开侧通道的第一流体可以在第二通道内形成单独的微滴，如微滴30所示。此外，在某些实施例中，第一流体自身可以包含乳剂。
在一些情况中，侧通道每个都可以具有基本相同的尺寸，即，侧通道可以具有基本相同的容积、横截面面积、长度、形状等。例如，第一通道10和第二通道20中的每个可以是基本笔直的和平行的，和/或第一和第二通道可以不必是笔直的、但在第一和第二通道之间可以具有较为恒定的分隔距离，使得侧通道中的一些或全部在连接第一通道与第二通道时具有基本相同的形状或其它尺寸。
如上所述，从第一通道流经侧通道并且进入第二通道的流体可以形成包含在第二流体内的多个第一流体微滴。在一些情况中，例如，如果侧通道具有基本相同的横截面面积和/或长度和/或其它尺寸，微滴可以具有基本相同的大小或特征尺寸。以这种方式，根据本发明的某些实施例，可以形成基本单分散的多个微滴。
然而，尽管图1A所示的侧通道示出为笔直的并且带有恒定的横截面面积，但是这仅是作为示例，在其它实施例中，侧通道不需要是笔直的，和/或侧通道可以不必具有恒定的横截面面积。例如，侧通道可以在通道内的不同位置处具有不同的横截面面积。此外，在某些实施例中，例如，如图8所示，可以存在与这些通道相连的其它通道。此外，尽管侧通道在图1A中示出为规则地周期性间隔开，但这不是要求的，在其他情况中，侧通道也可以以其它方式间隔开。例如，在一组实施例中，相邻通道之间的间隔可以是基本相同的、和/或侧通道的横截面尺寸或面积可以是基本相同的大小，以产生具有基本相同的大小或特征尺寸(例如，如本文讨论的)的微滴。
在一组实施例中，侧通道的最小横截面面积基本小于第一或第二通道的横截面面积。例如，第一通道的横截面面积可以是侧通道的最小横截面面积的至少10倍。在一些情况中，第一通道的高度和侧通道的高度可以是不同的，例如，以产生这种不同的横截面面积。在下文详细讨论了其它比例或构造。在不希望受限于任何理论的情况下，应当认为由于侧通道的横截面面积基本小于第一或第二通道的横截面面积，因此流体流动的阻力主要由侧通道的尺寸主导，而不是由第一或第二通道的尺寸主导。相应地，如果侧通道具有基本相同的尺寸，那么侧通道每个都应当对流体流动产生基本相同的阻力，相应地，所产生的微滴基本相同。因此，至少根据本发明的一些实施例，通过控制各因素例如控制经过侧通道的总压降基本恒定，可以产生基本单分散的多个微滴。
此外，应注意的是，由于在一些实施例中，流体流动阻力是微滴产生的主要因素，其它因素(例如连续相的粘度)对微滴产生具有较小影响。例如，如图21所示，连续相的粘度基本不影响平均微滴大小，尽管微滴的多分散性可能增大。
还应理解的是，第一通道和第二通道可以具有任何合适的长度。在一些实施例中，可以使用较长的通道，例如，使得在第一和第二通道之间可以存在较多数量的侧通道，这可以用于产生较多数量的微滴和/或以较大速率产生微滴。例如，在第一通道和第二通道之间存在的侧通道的数量可以为至少100、500、1000个等等。此外，在某些实施例中，第一和/或第二通道的长度可以为至少5mm、至少1cm、至少2cm、至少3cm等等。
此外，尽管在图1A中仅示出了两个通道，这只是出于解释目的。在本发明的其他实施例中，其他通道和/或其他构造也是可能的。例如，在图1B中，除了第一通道10、第二通道20和侧通道25外，在第一通道的相对侧存在第三通道30，所述第三通道由每个均连接第一通道与第三通道的额外的侧通道连接。这些额外的侧通道可以与连接第一通道和第二通道的侧通道相同或不同，并且可以用于进一步增加所生产的微滴的数量和/或速率。
上述讨论是能够用于生产微滴的本发明的一个实施例的非限制性示例。然而，其他实施例也是可能的。相应地，更普遍地，如下文讨论的，本发明的各个方面涉及用于微滴的各种系统和方法。
本发明的一个方面总体上涉及用于生产微滴的系统或设备。在一些情况中，微滴可以是相对单分散的。在一组实施例中，通过使第一流体从第一通道通过多个侧通道流动到包含在第二通道中的第二流体而生产微滴。在本发明的各个实施例中，第一通道、第二通道和侧通道可以是微流通道，不过在一些情况中，第一通道、第二通道和侧通道不必都是微流通道。下文更详细地呈现出微流通道的各种性质的示例和细节，例如，大小、尺寸、可选的涂层等等。此外，如下文讨论的，在一些情况中，第一流体和第二流体可以是基本不混溶的。
用于包含第一流体的第一通道可以具有任何合适的长度。在一组实施例中，第一通道是基本笔直的，例如，如图所示。然而，在其他实施例中，第一通道可以包含一个或多个曲线部、弯曲部等等。在一些情况中，第一通道可以具有蛇形或螺旋形构造。此外，在一些实施例中，第一通道可以包括一个或多个分支部，所述分支部中的一些或全部可以包含连接第一通道与第二通道(或在一些实施例中，连接第一通道与多于一个的第二通道)的侧通道。如本文讨论的，第一通道还可以连接至流体源(例如，第一流体源)。
第一通道可以具有任何合适的长度。在一些情况中，通道的长度可以测量成包括第一通道的包含连接第一通道与一个或多个第二通道的侧通道)的区域，包括第一通道的分支部。因此，例如，如果第一通道具有“Y”型或“T”型构造，那么第一通道的总长度可以包括两个分支部(如果两个分支部每个都包含侧通道)。在一组实施例中，第一通道(包含侧通道)的总长度可以为至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约5mm、至少约7mm、至少约1cm、至少约1.5cm、至少约2cm、至少约2.5cm、至少约3cm、至少约5cm、至少约7cm、至少约10cm等等。然而，在一些情况中，第一通道(包含侧通道)的总长度可以为至多约10cm、至多约7cm、至多约5cm、至多约3cm、至多约2.5cm、至多约2cm、至多约1.5cm、至多约1cm、至多约7mm、至多约5mm、至多约3mm、或至多约2mm。在一些情况中，任何这些总长度的组合也是可能的。
第一通道的横截面面积可以是基本恒定的，或者在一些实施例中可以例如根据沿第一通道内的流体流动方向的位置而变化。根据一组实施例，第一通道的平均横截面面积可以是至少约1000平方微米、至少约2000平方微米、至少约3000平方微米、至少约5000平方微米、至少约10000平方微米、至少约20000平方微米、至少约30000平方微米、至少约50000平方微米、至少约100000平方微米、至少约200000平方微米、至少约300000平方微米、至少约500000平方微米、至少约1000000平方微米等等。然而，在一些情况中，第二通道的平均横截面面积可以是至多约1000000平方微米、至多约500000平方微米、至多约300000平方微米、至多约200000平方微米、至多约100000平方微米、至多约50000平方微米、至多约30000平方微米、至多约20000平方微米、至多约10000平方微米、至多约5000平方微米、至多约3000平方微米、至多约2000平方微米。任何这些面积的组合也是可能的。在某些实施例中，第一通道的横截面面积可以例如与第一通道的长度一起变化。但是，在一些实施例中，第一通道的横截面面积可以在平均横截面面积的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。此外，第一通道可以具有任何合适的横截面形状，例如，圆形、卵形、三角形、不规则形、正方形或长方形等等。
第一通道也可以具有任何合适的最大横截面尺寸，即，具有第一通道的横截面内能够包含的最大尺寸，其中横截面确定为垂直于第一通道内的平均流体流动方向。例如，最大横截面尺寸可以为至多1mm、至多约800微米、至多约600微米、至多约500微米、至多约400微米、至多约300微米、至多约250微米、至多约200微米、至多约100微米、至多约75微米、至多约50微米、至多约25微米、至多约10微米等等。此外，在一些情况中，最大横截面尺寸可以是至少约5微米、至少约10微米、至少约25微米、至少约50微米、至少约75微米、至少约100微米、至少约200微米、至少约250微米、至少约300微米、至少约400微米、至少约500微米、至少约600微米、至少约800微米等等。此外，在某些实施例中，这些最大横截面尺寸的组合也是可能的。
在一些情况中，第一通道(例如，如本文讨论的)可以与一个第二通道或者多于一个的第二通道流体连通。正如第一通道一样，第二通道也可以是微流通道，不过在一些实施例中，第一和第二通道中的一者或两者不是微流通道。下文中更详细地讨论了微流通道的各种性质的非限制性示例。
在一组实施例中，第二通道与第一通道分开相对恒定的分隔距离，和/或第一通道和第二通道可以彼此基本平行。在一组实施例中，第一通道与第二通道的分隔距离在第一通道与第二通道之间的平均分隔距离的约75％到约125％之间。在其他实施例中，该分隔距离也可以在约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。
在一些情况中，如上所述，可以存在多于一个的第二通道。第二通道中的每个都可以例如通过一个或多个本文所讨论的侧通道而与第一通道流体连通。如果存在多于一个的第二通道，第二通道中的每个都可以处于与第一通道相同或不同的距离处。此外，第二通道可以具有相同或不同的长度、形状、横截面面积、或其他性质。第二通道也可以彼此流体连通或可以不彼此流体连通。
第二通道可以具有任何合适的长度。在一组实施例中，第二通道是基本笔直的，例如，如图所示。然而，在其他实施例中，类似于第一通道，第二通道可以包含一个或多个曲线部、弯曲部等等。在一些情况中，第二通道的形状可以与第一通道的形状基本相同，例如，使得第二通道与第一通道分开相对恒定的分隔距离。然而，在其他情况中，第二通道可以具有不同的形状。
第二通道可以具有任何合适的长度。在一些情况中，第二通道的长度可以与第一通道的长度相同。在一些情况中，第二通道的长度可以测量成包括第二通道的包含连接第一通道与一个或多个第二通道的侧通道)的区域。在一组实施例中，第二通道(包含侧通道)的总长度可以为至少约1mm、至少约2mm、至少约3mm、至少约5mm、至少约7mm、至少约1cm、至少约1.5cm、至少约2cm、至少约2.5cm、至少约3cm、至少约5cm、至少约7cm、至少约10cm等等。然而，在一些情况中，第二通道(包含侧通道)的总长度可以为至多约10cm、至多约7cm、至多约5cm、至多约3cm、至多约2.5cm、至多约2cm、至多约1.5cm、至多约1cm、至多约7mm、至多约5mm、至多约3mm、或至多约2mm。在一些情况中，任何这些总长度的组合也是可能的。
第二通道的横截面面积可以是基本恒定的，或者在一些实施例中可以例如根据沿第二通道内的流体流动方向的位置而变化。根据一组实施例，第二通道的平均横截面面积可以是至少约1000平方微米、至少约2000平方微米、至少约3000平方微米、至少约5000平方微米、至少约10000平方微米、至少约20000平方微米、至少约30000平方微米、至少约50000平方微米、至少约100000平方微米、至少约200000平方微米、至少约300000平方微米、至少约500000平方微米、至少约1000000平方微米等等。然而，在一些情况中，第二通道的平均横截面面积可以是至多约1000000平方微米、至多约500000平方微米、至多约300000平方微米、至多约200000平方微米、至多约100000平方微米、至多约50000平方微米、至多约30000平方微米、至多约20000平方微米、至多约10000平方微米、至多约5000平方微米、至多约3000平方微米、至多约2000平方微米。任何这些面积的组合也是可能的。在某些实施例中，第二通道的横截面面积可以例如与第二通道的长度一起变化。然而，在一些实施例中，第二通道的横截面面积可以在平均横截面面积的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。第二通道的横截面面积可以与第一通道的横截面面积相同或不同。此外，第二通道可以具有任何合适的横截面形状，例如，圆形、卵形、三角形、不规则形、正方形或长方形等等。第二通道的横截面形状可以与第一通道的横截面形状相同或不同。
第二通道还可以具有任何合适的最大横截面尺寸，即，具有第二通道的横截面内能够包含的最大尺寸，其中横截面确定为垂直于第二通道内的平均流体流动方向。例如，最大横截面尺寸可以为至多1mm、至多约800微米、至多约600微米、至多约500微米、至多约400微米、至多约300微米、至多约250微米、至多约200微米、至多约100微米、至多约75微米、至多约50微米、至多约25微米、至多约10微米等等。此外，在一些情况中，最大横截面尺寸可以是至少约5微米、至少约10微米、至少约25微米、至少约50微米、至少约75微米、至少约100微米、至少约200微米、至少约250微米、至少约300微米、至少约400微米、至少约500微米、至少约600微米、至少约800微米等等。此外，在某些实施例中，这些最大横截面尺寸的组合也是可能的。第二通道的最大横截面尺寸可以与第一通道的最大横截面尺寸相同或不同。
如上所述，第一通道可以借助一个或多个侧通道而与第二通道连接。从流自第一通道的第一流体可以经过侧通道中的一个或多个而进入包含在第二通道内的第二流体。第一流体与第二流体可以是基本不混溶的，因此可以形成包含在第二流体内的第一流体的微滴。在一些实施例中，如所讨论的，侧通道可以具有基本相同的形状或大小，和/或侧通道的横截面面积可以基本小于第一或第二通道的横截面面积，使得流体流动的阻力主要由侧通道的尺寸主导；这可以导致在本发明的某些实施例中生产基本单分散的微滴。
相应地，在一组实施例中，侧通道中流体流动的平均阻力是第一和/或第二通道中流体流动的阻力的至少约3倍。此外，在某些情况中，侧通道中流体流动的平均阻力可以是第一和/或第二通道中流体流动的阻力的至少约5倍、至少约10倍、至少约20倍、至少约30倍、至少约50倍、至少约75倍、至少约100倍、至少约200倍、至少约300倍、至少约500倍、至少约1000倍。然而，在一些情况中，侧通道中流体流动的平均阻力可以是第一和/或第二通道中流体流动的阻力的至多约1000倍或500倍。侧通道也可以具有基本相同的平均阻力。此外，在一些情况中，侧通道中流体流动的阻力可以在所有侧通道中流体流动的平均阻力的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。
在一组实施例中，通过使用在侧通道内具有较小横截面面积或较小的最小或最大横截面尺寸的侧通道，可以形成流体流动的较大阻力。此外，在一些实施例中，除了或代替控制通道内的横截面面积或横截面尺寸，还可以使用其他技术来形成较高阻力，例如，涂覆侧通道和/或形成较曲折的侧通道。相应地，侧通道可以是基本笔直的，例如，如图所示，或者侧通道可以包含一个或多个曲线部、弯曲部等等。如果存在多于一个的侧通道，侧通道可以每个都具有相同或不同的形状。例如，侧通道中的一些或全部可以是基本笔直的。此外，侧通道可以具有任何合适的横截面形状，例如，圆形、卵形、三角形、不规则形、正方形或长方形等等，并且每个侧通道可以各自具有相同或不同的横截面形状。侧通道的横截面形状也可以与第一通道和/或第二通道的横截面形状相同或不同。
侧通道可以具有任何合适的最大横截面尺寸，即，具有能够包含在侧通道的横截面内的最大尺寸，其中横截面确定为垂直于侧通道内的平均流体流动方向。例如，最大横截面尺寸可以为至多1mm、至多约800微米、至多约600微米、至多约500微米、至多约400微米、至多约300微米、至多约250微米、至多约200微米、至多约100微米、至多约75微米、至多约50微米、至多约25微米、至多约10微米等等。此外，在一些情况中，最大横截面尺寸可以是至少约5微米、至少约10微米、至少约25微米、至少约50微米、至少约75微米、至少约100微米、至少约200微米、至少约250微米、至少约300微米、至少约400微米、至少约500微米、至少约600微米、至少约800微米等等。此外，应注意的是，侧通道的高度不必与第一或第二通道的高度相同，例如，如图1C所示。
此外，在一些实施例中，侧通道的通道内的最小横截面尺寸与最大横截面尺寸的比率可以为至少约1:1.1、至少约1:1.5、至少约1:2、至少约1:3、至少约1:5、至少约1:7、至少约1:10、至少约1:15、至少约1:20、至少约1:25、至少约1:30、至少约1:35、至少约1:40、至少约1:50、至少约1:60、至少约1:70、至少约1:80、至少约1:90、至少约1:100等等。此外，在某些实施例中，该比率可以是至多约1:100、至多约1:90、至多约1:80、至多约1:70、至多约1:60、至多约1:50、至多约1:40、至多约1:35、至多约1:30、至多约1:25、至多约1:20、至多约1:15、至多约1:10、至多约1:7、至多约1:5、至多约1:3、至多约1:2、至多约1:1.5等等。在又其他实施例中，任何这些比率的组合也是可能的。
侧通道也可以具有任何合适的长度。在一些情况中，侧通道的长度可以由第一通道与第二通道之间的分隔距离确定。在一些情况中，侧通道的平均长度可以为至少约10微米、至少约20微米、至少约30微米、至少约50微米、至少约100微米、至少约200微米、至少约300微米、至少约500微米、至少约1000微米、至少约2000微米等等。在某些实施例中，侧通道的长度可以为至多约2000微米、至多约1000微米、至多约500微米、至多约300微米、至多约200微米、至多约100微米、至多约50微米、至多约30微米、至多约20微米、至多约10微米。任何这些长度的组合也是可能的，例如，平均长度可以在约300微米到约1000微米之间。此外，在一些实施例中，侧通道的长度可以基本相同，或者侧通道的长度可以在所有侧通道的平均长度(或第一通道与第二通道之间的分隔距离)的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。
在一组实施例中，侧通道的平均横截面面积可以是至少约20平方微米、至少约30平方微米、至少约50平方微米、至少约75平方微米、至少约100平方微米、至少约300平方微米、至少约400平方微米、至少约500平方微米、至少约750平方微米、至少约1000平方微米、至少约1600平方微米、至少约2000平方微米、至少约3000平方微米、至少约4000平方微米、至少约5000平方微米、至少约6000平方微米、至少约6400平方微米、至少约7000平方微米、至少约8000平方微米、至少约9000平方微米、至少约10000平方微米等等，和/或侧通道的平均横截面面积可以是至多约10000平方微米、至多约9000平方微米、至多约8000平方微米、至多约7000平方微米、至多约6400平方微米、至多约6000平方微米、至多约6000平方微米、至多约5000平方微米、至多约4000平方微米、至多约3000平方微米、至多约2000平方微米、至多约1600平方微米、至多约1000平方微米、至多约750平方微米、至多约500平方微米、至多约400平方微米、至多约300平方微米、至多约100平方微米、至多约75平方微米、至多约50平方微米、至多约30平方微米、至多约20平方微米等等。
在一些实施例中，侧通道的横截面面积可以在所有侧通道的平均横截面面积的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。此外，在一些实施例中，侧通道的横截面面积可以是基本恒定的，或者在一些实施例中侧通道的横截面面积可以例如根据沿侧通道内的流体流动方向的位置而变化。在一些实施例中，侧通道的横截面面积可以在平均横截面面积的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。此外，在一些实施例中，侧通道的容积可以是基本恒定的。在一些情况中，侧通道的容积可以在所有侧通道的平均容积的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间变化。
在一组实施例中，第一通道和/或第二通道的横截面面积是侧通道的最小横截面面积的至少约10倍，并且在某些情况中，第一通道和/或第二通道的横截面面积是侧通道的最小横截面面积的至少约15倍、至少约倍、至少约20倍、至少约30倍、至少约40倍、至少约50倍、至少约75倍、至少约100倍、至少约200倍、至少约300倍、至少约500倍、至少约1000倍、至少约2000倍、至少约3000倍、或至少约5000倍。然而，在一些情况中，第一通道和/或第二通道的横截面面积可以是侧通道的最小横截面面积的至多约5000倍、至多约3000倍、至多约2000倍、至多约1000倍、至多约500倍、至多约300倍、至多约200倍、至多约100倍、至多约75倍、至多约50倍、至多约40倍、至多约30倍、至多约20倍。在本发明的其他实施例中，任何这些范围的组合也是可能的。
可以存在任何合适数量的侧通道。根据一些实施例，较多数量的侧通道对以较快速率生产微滴可以是有用的。此外，如果侧通道对流体流动的阻力相比于第一和/或第二通道对流体流动的阻力较大，那么，额外数目的侧通道可能不显著影响微滴生产速率和/或微滴的单分散性。因此，在一些实施例中，可以存在较大数量的例如连接第一通道和第二通道的侧通道。例如，在一组实施例中，连接第一通道和第二通道的侧通道的数量可以是至少5个、至少10个、至少15个、至少20个、至少25个、至少30个、至少50个、至少75个、至少100个、至少200个、至少300个、至少400个、至少500个、至少600个、至少800个、至少1000个、至少1200个、至少1500个、至少2000个、至少2500个等等。
侧通道可以以任何合适的角度与第一通道和/或第二通道相交。在一组实施例中，侧通道与第一通道和/或第二通道的相交角度是约90°。然而，其他角度也是可能的。侧通道每个都可以以基本相同的角度与第一通道和/或第二通道相交，或者相交角度每个都可以各自相同或不同。此外，根据实施例，与第一通道的相交角度和与第二通道的相交角度也可以是相同或不同的。在一组实施例中，侧通道每个都可以以在约45°到约135°、约70°到约110°、约80°到约100°、约85°到约95°、约88°到约92°等等之间的角度与第一通道和/或第二通道相连。此外，该角度不必在90°附近。例如，侧通道可以以约10°、约15°、约20°、约25°、约30°、约35°、约40°、约45°、约50°、约55°、约60°、约65°、约70°、约75°、约80°、约85°、约90°、约95°、约100°、约105°、约110°、约115°、约120°、约125°、约130°、约135°、约140°、约145°、约150°、约155°、约160°、约165°、约170°等等的角度和/或以在任何这些数值之间的角度(例如，在约90°到约170°之间等等)与第一通道和/或第二通道相连。
此外，侧通道可以以任何合适的配置布置在第一通道和第二通道之间。在一组实施例中，侧通道线性地周期性地间隔开，例如，使得任何侧通道与其最近的相邻侧通道之间的距离都基本相同，或者至少使得任何相邻侧通道之间的分隔距离在相邻侧通道之间的平均分隔距离的约75％到约125％、约80％到约120％、约90％到约110％、约95％到约105％、约97％到约103％、或约99％到约101％之间。在一些情况中，例如，如果侧通道的横截面面积基本恒定，那么，侧通道之间的间隔可以用于确定微滴的大小，例如，如图1和图9所示。此外，在一些情况中，例如在侧通道的横截面面积不基本恒定和/或相邻侧通道之间的分隔距离不基本恒定的设备中，可能形成多分散微滴。
此外，在一组实施例中，侧通道可以定位成在侧通道与第一和/或第二通道的相交部彼此较为靠近。例如，在一个实施例中，侧通道可以定位成使得任何侧通道与其最近的相邻侧通道之间的平均距离与侧通道的平均横截面积基本相同。在另一组实施例中，侧通道定位成在侧通道与第一和/或第二通道的相交部具有周期性间隔，该周期性间隔为侧通道的最小横截面尺寸的约25％到约400％之间。在一些情况中，该周期性间隔为侧通道的最小横截面尺寸的至少约25％、至少约50％、至少约75％、至少约100％、至少约150％、或至少约200％，和/或该周期性间隔可以为侧通道的最小横截面尺寸的至多约200％、至多约100％、至多约75％、或至多约50％。
在一些情况中，侧通道定位成以线性构造与第一和/或第二通道相交，例如，以侧通道与第一通道和/或第二通道的1×n相交构造。然而，在其他实施例中，侧通道可以以不同的或非线性的构造与第一和/或第二通道相交；例如，侧通道可以以二维阵列的相交构造而相交，并且相交部可以规则地或不规则地间隔开。
此外，在一些实施例中，侧通道可以与其他辅助通道流体连通。这些在某些实施例中可以与本文所述的任何系统或方法相组合，例如，与下位所述的多个通道相组合。因此，一个或多个辅助通道可以与侧通道流体连通，并且在一些情况中，辅助通道可以与一个或多个侧通道流体连通。作为非限制性示例，图15B中，示出多个侧通道50，其连接如图15A所示的第一通道51和第二通道52。辅助通道55与侧通道50流体连通。在本示例中，辅助通道55接触两个侧通道，不过这仅作为示例，在其他实施例中，辅助通道可以仅与一个侧通道流体连通。在侧通道50内的流体进入第二通道52之前，流体可以通过辅助通道55流动进入侧通道50。此外，在这些附图中，侧通道50在区域60处改变其横截面面积。
在一组实施例中，这种构造可以用于形成双乳剂微滴。例如，第一通道51中的第一流体可以通过侧通道50而流向第二通道52。在流动通过第一通道51的同时，第二流体可以流动通过辅助通道55以至少部分地围绕第一流体，例如在区域60处。第二通道52可以包含第三流体，使得第一流体和(围绕第一流体的)第二流体可以断开(break off)以形成微滴，例如形成第一流体的微滴，第一流体作为微滴包含在第二流体内，第二流体转又包含在第三流体内。
在另一方面，第二通道可以与一个第三通道或多于一个的第三通道流体连通，在一些情况中，例如，经由连接第二通道与第三通道的多个侧通道、以与上述有关侧通道连接第一通道与第二通道的方式中的任何一种类似的方式而与第三通道流体连通。类似地，第二通道的尺寸、形状、大小、涂层等等可以类似于上述有关第一通道的尺寸、形状、大小、涂层等等。连接第二通道与第三通道的侧通道可以各自与连接第一通道与第二通道的侧通道相同或不同，例如，具有相同或不同的数量、尺寸、大小、面积、涂层、几何结构、横截面面积、最大横截面尺寸等等。
在一组实施例中，这种构造可以用于形成双乳剂微滴(例如，第一流体作为微滴包含在第二流体内、第二流体又作为微滴包含在第三流体内)。在一些实施例中，还可以形成更多重的多重乳剂。典型地，第一流体与第二流体是基本不混溶的，并且第二流体与第三流体是基本不混溶的(取决于实施例，第一流体和第三流体可以是彼此混溶的或不混溶的)。因此，例如，第一流体可以从第一通道通过多个侧通道流动到包含在第二通道内的第二流体中。(包含第一流体的微滴的)第二流体可以又从第二通道通过多个侧通道流动到包含第三流体的第三通道中。图14A和图14B示出了这种构造的一个非限制性示例，图14B是图14A的放大图。在这些附图中，通过第一通道10进入的流体通过多个侧通道25流动至第二通道20；包含在连续的第二流体内的第一流体的微滴随后通过侧通道28流动至第三通道30。在这些附图中，这种通道模式也在第一通道的两侧重复，不过这不一定是必要的。
此外，这种“嵌套”模式可以重复一次或多次，例如，以形成更多重微滴。例如，可以使第三流体通过多个侧通道流动至包含第四流体的第四通道(第四流体可以与第三流体是基本不混溶的)，并且可以重复该过程等，以形成三重、四重、或更多重的多重乳剂(例如，微滴内的微滴内的微滴，等等)。用于连接其他通道的侧通道可以各自相同或不同。此外，如前所讨论的，可以通过在本文讨论的任何装置内使用作为第一流体的乳剂(包括多重乳剂)来形成多重乳剂微滴(例如，三重或更多重的乳剂微滴)。
如上所述，本发明的某些方面涉及使用例如本文所述的设备和装置来生产微滴。在一些情况中，例如，在具有较多数量的侧通道的情况下，可以实现较高的微滴生产速率。例如，在一些情况下，可以生产大于约1000微滴/秒、大于或等于5000微滴/秒、大于约10000微滴/秒、大于约50000微滴/秒、大于约100000微滴/秒、大于约300000微滴/秒、大于约500000微滴/秒、大于约1000000微滴/秒等等。
此外，在一些情况中，在一些实施例中，可以生产基本单分散的多个微滴。在一些情况中，多个微滴具有的特征尺寸分布可以使得至多约20％、至多约18％、至多约16％、至多约15％、至多约14％、至多约13％、至多约12％、至多约11％、至多约10％、至多约5％、至多约4％、至多约3％、至多约2％、至多约1％、或更少的微滴的特征尺寸大于或小于所有微滴的平均特征尺寸的约20％、大于或小于约30％、大于或小于约50％、大于或小于约75％、大于或小于约80％、大于或小于约90％、大于或小于约95％、大于或小于约99％、或大于或小于更多的百分比。本领域技术人员将能够例如使用激光散射、微观检查或其他已知技术来确定微滴群的平均特征尺寸。在一组实施例中，多个微滴具有的特征尺寸分布可以使得至多约20％、至多约10％、至多约5％的微滴的特征尺寸可以大于所述多个微滴的平均特征尺寸的约120％或小于所述多个微滴的平均特征尺寸的约80％、大于约115％或小于约85％、大于约110％或小于约90％、大于约105％或小于约95％、大于约103％或小于约97％、大于约101％或小于约99％。这里使用的微滴的“特征尺寸”是与微滴具有相同体积的理想球体的直径。此外，在一些情况中，已有微滴的特征尺寸的变化系数可以是小于或等于约20％、小于或等于约15％、小于或等于约10％、小于或等于约5％、小于或等于约3％、或者小于或等于约1％。
在一些实施例中，在一些情况中，多个微滴的平均特征尺寸可以小于约1毫米、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、小于约5微米。在某些情况中，平均特征尺寸也可以大于或等于约1微米、大于或等于约2微米、大于或等于约3微米、大于或等于约5微米、大于或等于约10微米、大于或等于约15微米、大于或等于约20微米。
在一些实施例中，微滴可以经历额外工序。在一个示例中，微滴可以转变为颗粒(例如，通过聚合工序)。在另一示例中，微滴可以被分类和/或检测。例如，可以确定微滴内的物种，并且可以基于这种确定对微滴进行分类。总的来说，微滴可以经历本领域技术人员已知的任何合适的工序。参见例如Link等2004年4月9日提交的、名称为“Formation andControl of Fluidic Species”的国际专利申请号PCT/US2004/010903，其于2004年10月28日公开，公开号为WO2004/091763；Stone等2003年6月30日提交的、名称为“Method andApparatus for Fluid Dispersion”的国际专利申请号PCT/US2003/020542，其于2004年1月8日公开，公开号为WO2004/002627；Weitz等2006年3月3日提交的、名称为“Method andApparatus for Forming Multiple Emulsions”的国际专利申请号PCT/US2006/007772，其于2006年9月14日公开，公开号为WO2006/096571；Link等2004年8月27日提交的、名称为“Electronic Control of Fluidic Species”的国际专利申请号PCT/US2004/027912，其于2005年3月10日公开，公开号为WO 2005/021151；上述专利申请中的每一个通过引用全部并入本文。
因此，在一些实施例中，微滴的至少一部分可以被硬化或固化，例如，以形成颗粒。可以使用任何合适的技术(例如，化学反应、相变、温度改变等等)发生这种硬化或固化。例如，至少一部分微滴可以利用引起微滴发生固化的化学反应而被固化，例如，以形成颗粒。例如，添加到流体微滴中的两种或更多种反应物可以反应以生产固体产物，例如，作为壳体材料。作为另一示例，包含在流体微滴内的第一反应物可以与微滴内的第二反应物反应以生产固体产物。此外，在一个实施例中，通过分解引发剂(例如，利用紫外线灯或温度变化)能够使单体或低聚体溶液聚合。
在一组实施例中，可以通过聚合反应形成材料。聚合能够以多种方式实现，包括使用预聚物或单体形成固体颗粒，所述预聚物或单体可以例如化学地、通过热、经由电磁辐射(例如，紫外线辐射)等等而被催化。例如，一个或多个单体或低聚体前体(例如，溶解和/或悬浮于流体微滴内的)可以被聚合以形成聚合物。聚合反应可以例如在形成流体微滴期间或在已经形成流体微滴之后自发地进行，或者以某种方式被引发。例如，可以通过向流体微滴添加引发剂、通过对流体微滴施加光或其他电磁能(例如，以引发光聚合反应)等等引发聚合反应，从而发生聚合和成形。在一些实施例中，可以使用氧化还原引发。例如，包含羟基的某些单体可以借助铈离子或其他氧化剂进行氧化还原反应以形成能够引发聚合反应的基团。另外的非限制性示例包括与抗坏血酸或其他合适的酸反应的过氧化物引发剂。
在一些实施例中，例如在成形之前或成形之后，在微滴内可以包含物种。因此，例如，在第一流体和/或第二流体内可以包含物种。在一些情况中，可以存在多于一种的物种。因此，例如，在微滴内可以包含精确数量的药品、药剂、或其他试剂。作为另一实例，在微滴内可以包含一个或多个细胞。可以包含在微滴内的其他物种包括例如生化物种，诸如核酸(例如siRNA、mRNA、RNAi和DNA)、蛋白质、缩氨酸、或酶等等。可以包含在微滴内的另外的物种包括但不限于纳米颗粒、量子点、香料、蛋白质、指示剂、染料、荧光物、化学制品、两亲化合物、清洁剂、药品、食物或食物组分等等。可以包含在微滴内的物种的其他示例包括但不限制为农药，例如，除草剂，杀菌剂，杀虫剂，生长调节剂，维生素，激素和杀微生物剂。在一些情况中，微滴还可以用作反应容器，例如用于控制化学反应，或者用于体外转录和翻译(例如，用于定向进化技术)。
本发明的某些方面总体上涉及包含诸如上述的通道的装置。在一些情况中，通道中的一些可以是微流通道，但是在某些实施例中，不是所有的通道都是微流通道。在装置内可以具有任何数量的通道(包括微流通道)，并且通道可以以任何合适的构造布置。通道可以全部互连，或者可以存在多于一个的通道网络。通道可以各自为笔直的、成曲线的、弯曲的等等。在一些情况中，在装置中可以存在较多数量和/或较大长度的通道。例如，在一些实施例中，在一些情况中，装置内的通道加在一起时的总长度可以是至少约100微米、至少约300微米、至少约500微米、至少约1毫米、至少约3毫米、至少约5毫米、至少约10毫米、至少约30毫米、至少50毫米、至少约100毫米、至少约300毫米、至少约500毫米、至少约1米、至少约2米、或至少约3米。作为另一示例，装置可以具有至少1个通道、至少3个通道、至少5个通道、至少10个通道、至少20个通道、至少30个通道、至少40个通道、至少50个通道、至少70个通道、至少100个通道等等。
在一些实施例中，装置内的通道中的至少一些是微流通道。在本文中所使用的“微流”指的是包括至少一个横截面尺寸小于约1毫米的流体通道的装置、物品或系统。通道的“横截面尺寸”是垂直于通道内的净流体流动方向测量的。因此，例如，装置中流体通道的一些或全部的最大横截面尺寸可以小于约2毫米，并且在某些情况中，可以小于约1毫米。在一组实施例中，装置中的所有流体通道都是微流通道和/或都具有至多约2毫米或至多约1毫米的最大横截面尺寸。在某些实施例中，流体通道可以由单个部件(例如，蚀刻基底或模制单元)部分地形成。当然，在本发明的其他实施例中，可以使用更大的通道、管、腔室、储存器等等来储存流体和/或将流体运送到各个元件或系统，例如如之前讨论的。在一组实施例中，装置中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。
在本文中所使用的“通道”指的是在装置或基底上或在装置或基底中的至少部分地引导流体的流动的特征件。通道可以具有任何横截面形状(圆形、卵形、三角形、不规则形、正方形或长方形等等)并且可以被覆盖或不被覆盖。在通道被完全覆盖的实施例中，通道的至少一部分的横截面是完全封闭的，或者整个通道(除通道的入口和/或出口或开口以外)可以沿其整个长度是完全封闭的。而且通道的纵横比(长度与平均横截面尺寸之比)可以是至少2:1，更典型地是至少约3:1、至少约4:1、至少约5:1、至少约6:1、至少约8:1、至少约10:1、至少约15:1、至少约20:1、至少约30:1、至少约40:1、至少约50:1、至少约60:1、至少约70:1、至少约80:1、至少约90:1、至少约100:1或更大。敞开通道一般将包括有助于控制流体运输的特征部，例如，结构特征部(细长凹部)和/或物理或化学特征部(疏水性对亲水性)或者其他能够对流体施力(例如，包含力)的特征部。能够产生合适的力的力致动器的非限制性示例包括压电致动器、压力阀、施加交流电场的电极等等。通道内的流体可以部分地或完全地充满通道。在使用敞开通道的一些情况中，可以例如使用表面张力(即，凹液面或凸液面)将流体保持在通道内。
通道可以具有任何尺寸，例如，通道的垂直于净流体流动的最大尺寸为小于约5毫米或2毫米、或者小于约1毫米、小于约500微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约60微米、小于约50微米、小于约40微米、小于约30微米、小于约25微米、小于约10微米、小于约3微米、小于约1微米、小于约300纳米、小于约100纳米、小于约30纳米、或小于约10纳米。在一些情况中，选择通道的尺寸，使得流体能够自由地流经装置或基底。也可以选择通道的尺寸，以例如允许流体在通道中具有某一体积流率或线性流率。当然，通过本领域技术人员已知的任何方法，可以改变通道的数量和通道的形状。在一些情况中，可以使用多于一个的通道。例如，可以使用两个或更多个通道，其中所述通道彼此相邻或靠近地定位、彼此相交地定位等等。
在某些实施例中，装置内的通道中的一个或多个通道的平均横截面尺寸可以小于约10厘米。在某些情况中，通道的平均横截面尺寸小于约5厘米、小于约3厘米、小于约1厘米、小于约5毫米、小于约3毫米、小于约1毫米、小于500微米、小于200微米、小于100微米、小于50微米、或者小于25微米。“平均横截面尺寸”是在垂直于通道内的净流体流动的平面中测量的。如果通道是非圆形的，那么，可以将面积与通道的横截面面积相同的圆的直径作为平均横截面尺寸。因此，通道可以具有任何合适的横截面形状，例如圆形、卵形、三角形、不规则形、正方形或长方形、四边形等等。在一些实施例中，将通道尺寸设定为允许包含在通道内的一种或多种流体进行层流流动。
通道还可以具有任何合适的横截面纵横比。“横截面纵横比”是，对于通道的横截面形状，在横截面形状上彼此垂直地进行的两个测量值的最大可能比例(大的测量值比小的测量值)。例如，通道的横截面纵横比可以是小于约2:1、小于约1.5:1、或在一些情况中约1:1(例如，对于圆形或正方形横截面形状)。在其他实施例中，横截面纵横比可以较大。例如，横截面纵横比可以是至少约2:1、至少约3:1、至少约4:1、至少约5:1、至少约6:1、至少约7:1、至少约8:1、至少约10:1、至少约12:1、至少约15:1、或至少约20:1。
如上所述，通道可以以任何合适的构造布置在装置内。可以使用不同的通道布置，例如，以操控通道内的流体、微滴、和/或其他物种。例如，装置内的通道可以布置成用以形成微滴(例如，离散的微滴、单一乳剂、双重乳剂或其他多重乳剂等等)、用以混合其中包含的流体和/或微滴或其他物种、用以筛选或分类其中包含的流体和/或微滴或其他物种、用以分开或分割流体和/或微滴、用以引起发生反应(例如，在两种流体之间、在由第一流体携带的物种和第二流体之间、或者在由两种流体携带的两种物种之间发生)等等。
在下文中，对用于操控流体、微滴、和/或其他物种的系统的非限制性示例进行讨论。合适的操控系统的另外的示例还可参见以下文献：Link等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，其于2006年7月27日公开，美国专利申请公开号为2006/0163385；Stone等2004年12月28日提交的、名称为“Method and Apparatus for Fluid Dispersion”的美国专利申请序列号11/024,228，其于2010年5月4日授权，美国专利号为7,708,949；Weitz等2007年8月29日提交的、名称为“Method and Apparatus for Forming Multiple Emulsions”的美国专利申请序列号11/885,306，其于2009年5月21日公开，美国专利申请公开号为2009/0131543；以及Link等2006年2月23日提交的、名称为“Electronic Control of Fluidic Species”的美国专利申请序列号11/360,845，其于2007年1月4日公开，美国专利申请公开号为2007/0003442；上述文献中的每一个都通过引用全部并入本文。
流体可以经由一个或多个流体源运送到装置内的通道中。可以使用任何合适的流体源，并且在一些情况中，使用多于一个的流体源。例如，可以使用泵、重力、毛细管作用、表面张力、电渗透、离心力等等将流体从流体源运送到装置内的一个或多个通道中。在一些实施例中，还可以使用真空(例如，来自真空泵或其他合适的真空源)。泵的非限制性示例包括注射器泵、蠕动泵、加压流体源等等。装置可以具有与之相联的任何数量的流体源，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10个等等或更多个流体源。流体源不需要用于将流体运送到同一通道中，例如，第一流体源可以将第一流体运送到第一通道，而第二流体源可以将第二流体运送到第二通道等等。在一些情况中，两个或更多个通道布置成在一个或多个相交部相交。在装置内可以存在任何数量的流体通道相交部，例如2、3、4、5、6个等等或更多个相交部。
根据本发明的某些方面，可以使用各种材料和方法形成诸如本文所描述的装置或部件，例如通道(例如微流通道)、腔室等等。例如，各种装置或部件可以由固体材料形成，其中，通道可以通过微加工、薄膜沉积工艺(例如旋涂和化学汽相沉积、物理汽相沉积)激光制造、光刻技术、蚀刻方法(包括湿化学或等离子工艺)、电沉积等等形成。参见例如Scientific American,248:44-55,1983(Angell等)。
在一组实施例中，本文所描述的装置的各种结构和部件可以由聚合物形成，所述聚合物例如是弹性体聚合物(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚四氟乙烯(PTEE或)等等)。例如，根据一个实施例，可以通过使用PDMS或其他软光刻技术分别地制造流体系统而实现通道(例如微流通道)(在以下参考文献中讨论了适用于本实施例的软光刻技术的详细内容：标题为“Soft Lithography”的文献，其作者为Younan Xia和GeorgeM.Whitesides，公开于Annual Review of Material Science,1998年,第28卷,第153-184页；标题为“Soft Lithography in Biology and Biochemistry”的文献，其作者为GeorgeM.Whitesides,Emanuele Ostuni,Shuichi Takayama,Xingyu Jiang和Donald E.Ingber，公开于Annual Review of Biomedical Engineering,2001年,第3卷,第335-373页；这些参考文献中的每一个都通过引用全部并入本文)。
可能适合的聚合物的其他示例包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、环烯烃共聚物(COC)、聚四氟乙烯、氟化聚合物、硅酮(例如聚二甲硅氧烷)、聚偏二氯乙烯、双苯并环丁烯(BCB)、聚酰亚胺、聚酰亚胺的氟化衍生物等等。也可以想到包括上述聚合物的组合、共聚物、混合物。装置也可以由复合材料形成，所述复合材料例如是聚合物和半导体材料的复合材料。
在一些实施例中，装置的各种结构或部件由聚合和/或挠性和/或弹性材料制成，并且可以便利地由可硬化流体形成，从而有助于通过模制(复制模塑、注射成型、铸塑成型)制造。可硬化流体本质上可以是能够被诱发固化或自发固化成固体的任何流体，其中，所述固体能够包含和/或运输打算用于流体网络并与流体网络一起使用的流体。在一个实施例中，可固化流体包括聚合液体或液体聚合前体(即，“预聚物”)。合适的聚合液体可以包括例如热塑性聚合物、热固性聚合物、蜡、金属或加热至高于其熔点的上述材料的混合或复合物。作为另一示例，合适的聚合液体可以包括一种或多种聚合物在合适的溶剂中的溶液，所述溶液在移除溶剂时(例如通过蒸发)形成固体聚合材料。可以例如从熔融状态或通过溶剂蒸发固化的聚合材料为本领域技术人员所熟知。各种聚合材料(其中许多为弹性材料)都是适合的，并且对于一个或者两个母模由弹性材料组成的实施例，各种聚合材料也适用于形成模具或母模。这样的聚合物的非限制性示例列表包括硅酮聚合物、环氧聚合物和丙烯酸酯聚合物总类下的聚合物。环氧聚合物的特征在于具有通常称为环氧基、1,2-环氧化物或环氧乙烷的三元环醚基。例如，除了基于芳香胺、三嗪、和脂环族骨架的化合物以外，还可以使用双酚A的二缩水甘油醚。另一示例包括熟知的酚醛(Novolac)聚合物。根据本发明的适于使用的硅酮弹性体的非限制性示例包括由包括氯硅烷(例如甲基氯硅烷、乙基氯硅烷、苯基氯硅烷等等)的前体形成的硅酮弹性体。
在某些实施例中使用硅酮聚合物，例如，硅酮弹性体聚二甲硅氧烷。PDMS聚合物的非限制性示例包括以Dow Chemical Co.,Midland,MI的商标Sylgard、尤其以商标Sylgard182,Sylgard 184,和Sylgard186出售的PDMS聚合物。包括PDMS的硅酮聚合物具有若干有益性质，从而简化了本发明的各种结构的制造。例如，这样的材料便宜、容易得到并且可以通过加热固化而由预聚物液体固化。例如，PDMS典型地可以通过将预聚物液体暴露于例如约65℃至约75℃的温度而固化，暴露时间为例如至少约一小时。并且，硅酮聚合物(例如PDMS)可以是弹性的，因此可以用于形成具有较高纵横比的很小的特征件，这在本发明的某些实施例中是必需的。就此而言，挠性的(即，弹性的)模具或母模是有利的。
从硅酮聚合物(例如PDMS)形成结构(例如微流结构或通道)的一个优点在于这种聚合物具有这样的能力：这种聚合物例如通过暴露于含氧等离子体(例如空气等离子体)而被氧化，使得氧化的结构在其表面包含化学基团，所述化学基团能够交联至其他氧化的硅酮聚合物表面或者交联至各种其他聚合材料或非聚合材料的氧化的表面。因此，结构能够被制造、随后被氧化并且本质上不可逆地密封至其他硅酮聚合物表面或其他基底的与氧化的硅酮聚合物表面反应的表面，而不需要单独的粘合剂或其他密封部件。在大多数情况中，可以简单地通过使氧化的硅酮表面接触另一表面而完成密封，不需要施加辅助的压力形成密封。即，预氧化的硅酮表面用作抵靠合适的匹配表面的接触粘合剂。特别地，除了可以不可逆地密封至其本身，氧化的硅酮(例如氧化的PDMS)还可以不可逆地密封至除其本身以外的一系列的氧化的材料，所述氧化的材料包括例如玻璃、硅、二氧化硅、石英、氮化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃碳、和环氧聚合物，这些氧化的材料以类似于PDMS表面的方式(例如，通过暴露于含氧等离子体)被氧化。在本领域中，例如在题目为“Rapid Prototyping ofMicrofluidic Systems and Polydimethylsiloxane”、出版于Anal.Chem.,70:474-480,1998年(Duffy等)的文章中描述了用于本发明的内容以及整个模制技术的氧化和密封方法，该文章通过引用并入本文。
由氧化的硅酮聚合物形成通道或其他结构(或内部、流体接触表面)的另一个优点在于，这些表面能够远比典型的弹性体聚合物的表面(其中，希望亲水性内表面)更具亲水性。因此，相比于由典型的未氧化的弹性体聚合物或其他疏水性材料组成的结构，可以更容易地用水溶液填充这种亲水性通道表面并使其变湿。
在一些方面，可以使用多于一个的层或基底(例如，多于一个的PDMS层)制造这样的装置。例如，可以使用多于一个的层或基底来制造具有带有多个高度的通道的装置和/或其交界面如本文所述地定位的装置，所述多于一个的层或基底可以随后例如使用等离子结合而组装或结合在一起，以制成最终装置。作为特定示例，可以从包括两个或更多个光刻胶层的母模模制本文所述的装置，例如，其中2个PDMS模具随后通过使用O2等离子体或其他合适技术激活PDMS表面而结合在一起。例如，在一些情况中，铸造PDMS装置的母模可以包含一个或多个光刻胶层，例如，以形成3D装置。在一些实施例中，一个或多个层可以具有一个或多个匹配凸部和/或凹部，所述一个或多个匹配凸部和/或凹部对齐以便例如以锁键方式适当地对齐这些层。例如，第一层可以具有凸部(具有任何合适的形状)，第二层可以具有可以接收凸部的相应的凹部，从而使两个层变得相对于彼此适当地对齐。
在一些方面，可以例如用涂料(包括光敏涂料)涂覆通道的一个或多个壁或部分。例如，在一些实施例中，微流通道中的每一个在共同接合处可以具有基本相同的疏水性，不过，在其他实施例中，各种通道可以具有不同的疏水性。例如，第一通道(第一组通道)在共同接合处可以呈现第一疏水性，而其他通道可以呈现与第一疏水性不同的第二疏水性，例如，呈现大于或小于第一疏水性的疏水性。用于例如利用溶胶凝胶涂层涂覆微流通道的系统和方法的非限制性示例可以参见以下文献：Abate等2009年2月11日提交的、名称为“Surfaces,Including Microfluidic Channels,With Controlled Wetting Properties”的国际专利申请号PCT/US2009/000850，其于2009年10月1日公开，公开号为WO 2009/120254；Weitz等2008年8月7日提交的、名称为“Metal Oxide Coating on Surfaces”的国际专利申请号PCT/US2008/009477，其于2009年2月12日公开，公开号为WO2009/020633，上述文献每个都通过引用全部并入本文中。涂层的其他示例包括聚合物、金属、或陶瓷涂层，例如使用本领域技术人员已知的技术进行涂覆。
如所述的，在一些情况中，通道中的一些或全部可以被涂覆或其他方式处理，使得通道中的一些或全部(包括人口和子通道)每个都具有基本相同的亲水性。在某些情况下可以使用涂料，以控制和/或改变通道的壁的疏水性。在一些实施例中，提供溶胶凝胶，所述溶胶凝胶可以作为涂层形成在通道(例如微流通道)的基底(例如壁)上。在一些情况中，溶胶凝胶的一个或多个部分可以反应以改变其疏水性。例如，溶胶凝胶的一部分可以暴露于光(例如紫外线光)中，所述光可以用于诱发溶胶凝胶中改变其疏水性的化学反应。溶胶凝胶可以包括光引发剂，所述光引发剂在暴露于光时产生自由基。可选地，使光引发剂与溶胶凝胶内的硅烷或其他材料缀合(conjugated)。如此产生的自由基可以用于使得在溶胶凝胶的表面上发生凝结或聚合反应，因此改变表面的疏水性。在一些情况中，可以例如通过控制在光中的暴露(例如，使用遮挡件)而使各个部分反应或者不反应。
现在，提供各种定义，这些定义将帮助理解本发明的各个方面。在下文中，穿插这些定义，是将更为全面地描述本发明的进一步的公开内容。
在本文中使用的“微滴”是第一流体的完全被第二流体包围的孤立部分。在一些情况中，第一流体和第二流体是基本不混溶的。应注意的是，微滴不必是球形的，而是例如取决于外部环境也可以具有其他形状。在非球形微滴中，微滴的直径是体积与非球形微滴的体积相等的理想数学球体的直径。如前所讨论的，可以使用任何合适的技术形成微滴。
在本文中所使用的“流体”具有其通常含义，即，液体或气体。流体不能维持确定的形状并且会在可观测的时间范围内流动以填充流体被推入其中的容器。因此，流体可以具有允许流动的任何合适的粘度。如果存在两种或更多种流体，可以由本领域技术人员在本质上任何流体(液体、气体等等)当中独立地选择每种流体。
本发明的某些实施例提供多个微滴。在一些实施例中，多个微滴由第一流体形成，并且可以基本被第二流体包围。如在本文中所使用的，如果能够仅经过流体围绕微滴绘出闭环，那么微滴被流体“包围”。如果不管方向如何都能够围绕微滴绘出仅经过流体的闭环，那么微滴“被完全包围”。如果取决于方向能够围绕微滴绘出仅经过流体的闭环(例如，在一些情况中，围绕微滴的环大部分由流体组成但也可以包括第二流体或第二微滴，等等)，那么微滴“被基本包围”。
在大多数、但并非全部实施例中，微滴和包含微滴的流体是基本不混溶的。然而，在一些情况中，微滴和包含微滴的流体可以是混溶的。在一些情况中，亲水性液体可以悬浮在疏水性液体中，疏水性液体可以悬浮在亲水性液体中，气泡可以悬浮在液体中，等等。典型地，疏水性液体和亲水性液体相对于彼此是基本不混溶的，其中，亲水性液体对水的亲和性高于疏水性液体对水的亲和性。亲水性液体的示例包括但不限于水和其他包括水的水溶液，例如细胞或生物培养基、乙醇、盐溶液等等。疏水性液体的示例包括但不限于油，例如碳氢化合物、硅油、碳氟化合物、有机溶剂等等。在一些情况中，两种液体可以选择成在形成流体流的时间范围内是基本不混溶的。本领域技术人员可以使用接触角测量等等来选择合适的基本混溶或基本不混溶的流体，以实施本发明的技术。
以下文献通过引用全部并入本文中：Link等2004年4月9日提交的、名称为“Formation and Control of Fluidic Species”的国际专利申请号PCT/US04/10903，其于2004年10月28日公开，公开号为WO 2004/091763；Stone等2003年6月30日提交的、名称为“Method and Apparatus for Fluid Dispersion”的国际专利申请号PCT/US03/20542，其于2004年1月8日公开，公开号为WO2004/002627；Link等2004年8月27日提交的、名称为“Electronic Control of Fluidic Species”的国际专利申请号PCT/US04/27912，其于2005年3月10日公开，公开号为WO 2005/021151；以及美国专利号8,337,778。此外，2013年5月14日提交的、名称为“Rapid Production of Droplets”的美国临时专利申请序列号61/823,175通过引用全部并入本文中。
以下示例旨在说明本发明的某些实施例，但不是举例说明本发明的全部范围。
示例1
这些示例描述了一种微流设备，所述微流设备允许以较高的生产率生产平均直径在30微米至200微米范围内的较为单分散的微滴。在以下示例中使用的所有装置均为基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基的3D微流装置，每个装置都具有一个宽175微米、高210微米、长3毫米的储存器，所述储存器连接到分散相的入口。每个储存器被210微米高的主通道包围，连续相流经所述主通道。装置可以被分为彼此成镜像的两部分；镜平面沿着储存器的长轴的中心延伸。
在第一示例中，如图1B所示，储存器的长轴的两个边缘通过2x1000个10微米高、10微米宽、500微米长的通道(所述通道定位于主通道的z轴线的中间)连接至主通道。如图2所示，在小通道与主通道相交的相交部形成微滴。如图1B所示，微滴通过单一出口离开，所述单一出口定位在小通道阵列的端部处。
已发现，微滴的平均大小取决于分散相的粘度和装置的几何结构。已发现，连续相的粘度仅轻微地影响微滴的大小。相反，如图3A－3B所示，随着分散相的粘度的增加，微滴的大小增加。如图3B所示，绘制了微滴的大小随无量纲的毛细管数Ca的变化，其中Ca定义为Ca＝q内×η/γ，其中，η(eta)是内相的粘度；γ(gamma)是具有不同粘度的不同类型的内相和外相的表面张力。这些曲线彼此十分相似，这表明微滴大小受内相的流率与其粘度的乘积的影响。
为了研究设备的几何结构对微滴大小的影响，改变小通道的宽度ws(见图1)和相邻通道之间的间隔。图4示出了微滴大小随ws比例变化。在内相的流率较高时，微滴大小也取决于相邻通道之间的间隔；如图5所示，随着间隔增大，微滴大小增大。如图6A、6B、7A、7B所示，在内相的流率较低并且分散相的粘度较低时，微滴大小不取决于内相和外相的流率，这表明微滴因毛细波不稳定性而破碎。在内相的流率较高时，微滴在与相邻微滴接触时破碎。微滴的破碎被认为是由微滴的先端和末端的不同曲率引起的不同拉普拉斯压力驱动的。因微滴在与相邻微滴接触时变形，造成微滴的先端和末端具有不同曲率。因此，在不希望受限于任何理论的情况下，认为形成单分散微滴的前提是微滴在通道中同步生产，这是因为随后微滴可以均匀且均等地变形。随着相邻通道之间的间隔增大，同步化变得更加艰难；如图5A－5B所示，在相邻通道之间具有较大间隔的装置中生产的微滴的多分散性明显高于在相邻通道之间具有较小间隔的装置中生产的微滴的多分散性。因此，有利的是，在较小通道内使微滴破碎；这允许形成较为单分散的微滴而不需要同步破碎。
微滴的先端和末端的不同曲率还可以通过使微滴在小通道内的通道壁上变形而引起；如图8所示，如果小通道的小孔被扩大，那么可以引起微滴的先端和末端的不同曲率。为了检验孔的几何结构对微滴大小的影响，改变如图8限定的孔的宽度w和高度以及其长度l。这些装置包括2x250个小通道，这些小通道使分散相的大储存器与用于连续相的两个大通道互连。此外，在这些装置中，孔的高度总是与宽度w相等。在保持连续相的流率为恒定的20ml/h的同时，测量微滴大小随分散相的流率的变化。如图9A－9B所示，宽度w不显著影响微滴大小。然而，孔必须至少长100微米才能在小通道内引起微滴的破碎。如图10A－10B所示，在孔的长度为l＝50微米的装置中生产的微滴明显大于在孔的长度为100或200微米的装置中生产的微滴。此外，如果分散相的流率大于7.5ml/h，那么，在长度为l＝50微米的装置中生产的微滴的多分散性明显高于在长度l大于100微米的装置中生产的微滴的多分散性，正如图10A－10B中在长度为l＝50微米的装置中生产的微滴的大的误差条所指示的那样。
为了研究ws对在具有200微米长、80微米宽和高的孔的装置中生产的微滴的大小的影响，ws在10微米到60微米之间变化。如图11A－11B所示，微滴大小随ws比例变化，这与具有横截面恒定的小通道的装置类似。如图12A－12B所示，对于大于10微米的ws，微滴大小仅微弱地取决于分散相的流率。这表明微滴因毛细波不稳定性而破碎。相反，在ws＝100微米的装置中生产的微滴的大小随分散相流率的增加而增加。如图11A－11B所示，类似于在具有横截面恒定的小通道的装置中生产的微滴，随着ws增大，变化系数(CV)降低。CV定义成微滴大小分布的标准偏差σ(sigma)除以微滴的平均大小，即，CV＝σ/d。此外，通道的孔的顶视图不必是正方形的，而是也可以是如图13所示的楔形。
因此，上述实验示出了不同类型的微流装置，所述微流装置允许以较高的生产率进行较为单分散的单一乳剂的组装。通过调节小通道的尺寸中的ws，可以密切控制微滴的平均大小，所述小通道使这些装置内的分散相的储存器与主通道互连。
示例2
本示例示出了一种微流“千足虫式”装置，所述装置以全新的、可扩展的方式生产乳剂液滴。所述装置能够允许以例如600ml/h的产量生产较为单分散的乳剂。
包含在乳剂和凝胶中的液滴例如在食品、药品、化妆品和农业中广泛使用。可以通过剪断两种不混溶的液体(例如通过机械混合、声波降解法、高压均化或膜滤)制造所述液滴。这些技术高产量地形成液滴，但对液滴的形成提供有限的控制，因此典型地生产多分散液滴。
在一些情况中，液滴能够用作进行筛选试验的器皿、用作在有限容积中进行化学和生化反应的容器、以及用作生产具有限定大小和组分的颗粒的模板。这些应用通常需要液滴具有较窄的大小分布，因而必须以可控的方式生产液滴。一种对流体流动并因此对液滴形成提供极高控制的技术是微流技术；微流技术可以生产具有很窄的大小分布的液滴。然而，这种精细的控制通常带来产量较低的代价。微流液滴制造器典型地每次生产一个液滴；即使制造器可以每秒生产高达数千个液滴，但产量仍然较低。在一些情况下，产量在对于(直径)小于50微米的液滴而言的每小时几十微升直至对于超过100微米的液滴而言的每小时若干毫升的范围内。
上述限制例如可以通过使单个液滴制造器并行而得到解决。如果通过分配通道连接，多个液滴制造器可以同时运行而不用增加用于流体的入口数量；而产量随着液滴制造器的数目成比例增加。遗憾的是，在不就较窄的大小分布作出让步的情况下，有时难以实施上述策略，这是因为液滴大小很大程度上取决于流体的速度。如果在并行的装置内流率存在细微变化，这时每个液滴制造器生产单分散液滴，但是在相邻的液滴制造器中生产的液滴的大小可能是不同的。如果所有液滴最后在单个瓶子内收集，液滴的大小分布因而变广，因此限制了本技术对某些应用的效果。还可以通过拉普拉斯压力的小差异形成液滴；这时液滴的大小取决于流率，这使这些液滴制造器的并行化更为容易。然而，液滴生成频率受到拉普拉斯压力的小差异的限制，这可能会导致流体流动较慢。
本示例示出了一种包含多个生产液滴的喷嘴的装置的设计，在高频时，所述液滴的大小不取决于流体流率。然而，这种装置可以有助于单分散乳剂液滴的高产量。在本示例中，提供微流装置。微流装置由于与千足虫大体相像而被称为“千足虫式”装置。该装置能够以更为可扩展的方式生产单分散液滴。装置的接合处的流体流动由压差引起，所述压差由生长的液滴引发。因此，流体流动由装置几何结构和流体性质决定，并且相对独立于流体注入的流率。如下文所讨论的，在这些示例中使用的千足虫式装置包含布置在200mm2的区域上的500到1250个独立液滴制造器，并且用于以高达每小时600毫升的产量生产大小在15微米直至280微米范围内的高度单分散性液滴。
在本示例中使用的千足虫式装置由聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成并且使用软光刻制造。所述装置包括用于内相的一个入口和用于外相的一个入口。用于内相的入口将流体引导到宽175微米、高260微米、长3毫米的储存器中。平行于所述储存器的两个长侧部的是宽225微米、高260微米的用于外相的两个通道；所述两个通道与储存器相距950微米。如图16A－16B所示，用于分散相和连续相的通道通过680个宽20微米、高20微米、长900微米的连接通道连接，所述连接通道的长轴定向为垂直于储存器的长轴。如图16C所示，这些通道的孔是三角形的；其长度l为231微米，连续相的通道壁与连接通道的出口之间的角度为θ＝170°，孔的宽度w为100微米。在出口端部处，通道高度突然增加超过一个数量级。如图16A所示，液滴通过位于装置的下游最远处的单一出口离开装置。
内相是水溶液，所述水溶液包含不同量的聚乙二醇(PEG)(Mw＝6kDa)以调整其粘度。外相是全氟化油(HFE7500)，其包含1％的全氟化表面活性剂并且具有1mPas的粘度。通过在使用容积控制泵注入流体之前用包含1％的全氟化三氯硅烷的HFE7500基溶液处理通道壁来避免内水相变湿。
通过采用包含20wt％PEG、粘度为8mPa的水溶液来演示千足虫式装置的操作。引人注目的是，如图16D所示，尽管由680个不同的通道以高达10ml/h的产量生产液滴，但是千足虫式装置生产的液滴高度单分散性，平均大小为60微米。确实，这些液滴的变化系数(CV)(定义成平均液滴大小除以其标准偏差)已发现为低至3％。如果在不同的通道中生产的液滴具有基本相同的大小，那么可以实现这种低CV。这意味着，液滴大小不取决于流体流率，这是因为在整个装置中流率不太可能完全相等。为了验证这一观点，独立地改变内相和外相的流率，并获取所产生的液滴的光学显微图像以测量其大小。确实，如图16A－16F所示，发现液滴大小不取决于内相和外相的流率。这与在微流流动聚焦接合处生产的、大小显著取决于流体流率的液滴大相径庭。
图16A示出了千足虫式装置的示意图。用于内相的储存器由(1)标记，用于外相的通道由(2)标记，连接通道由(2)标记。图16B示出了概况图，图16C示出了千足虫式装置的区段的放大光学显微图像。标记了连接通道的宽度a，孔长度l，宽度w，角度θ(theta)。图16D示出了在千足虫式装置中以10ml/h的内相流率生产的液滴的光学显微图像。图16E－16F示出了内相流率(图16E)和外相流率(图16F)对液滴大小的影响。误差条表示液滴大小的标准偏差。
为了解释液滴大小对流体流率不敏感的原因，使用以17kHz运行的高速照相机监测液滴形成。内相以恒定速率从连接通道流到孔中，所述恒定速率由分散相的流率设定。如图17A所示，由于内相是不变湿的流体，随着内相通过孔朝向孔的边缘流动，内相形成半圆形弯液面；包含在孔中的内相有时被称为“舌状物”。如图17B所示，当内相到达孔的边缘时，内相被推入到连续相的大通道中，并且通过沿z方向膨胀并在xy平面中收缩以使其表面面积最小而形成液滴。
在不希望受限于任何理论的情况下，认为可以通过下文解释上述内容。为了保持平衡，液滴的总曲率等于舌状物的曲率；r0是平均半径；rxy是孔平面中的半径，rz是垂直于孔的半径。生长的液滴的曲率持续减小，这是因为液滴可以沿z方向膨胀。然而，舌状物的表面曲率不能适应较大变化，这是因为和是由孔的几何结构决定的；如图16C所示，a是连接通道的宽度，h是通道高度，α(alpha)是流体与壁的接触角度，并且确实，如果液滴半径达到特征值rc(约为20微米)，那么，生长的液滴的表面曲率与舌状物的表面曲率相等；液滴中的拉普拉斯压力则等于舌状物的拉普拉斯压力，系统平衡。然而，由于额外的流体被推入到孔中，更多的内相流入到液滴中并且使其半径增加超过rc，这使得系统不再平衡。因此，液滴中的拉普拉斯压力变得小于舌状物中的拉普拉斯压力并将更多的内相推入到液滴中，液滴则更快速地生长。舌状物与液滴之间的压力梯度变得更大，并且进一步加速内相向液滴的通量。确实，内相的通量从在孔的第一部分中的几乎停滞增加到靠近孔的边缘处的极高速度。
图17示出了在水相的弯液面到达楔(wedge)的边缘(图17A)、20ms之后(图17B)、27ms之后(图17C)的千足虫式装置中滴液形成的时滞光学显微图像。
如图17C所示，如果从舌状物进入到滴液的通量超过从连接通道进入到舌状物的通量，则舌状物的总体积减小，这导致内相变细。舌状物体积的减小使孔中的压力降低，并且使外相流入到孔中。随着舌状物的不稳定性增加，外相的定位在液-液相间附近的部分转变其方向并且沿着界面流出孔；所述流动与生长的滴液的交错断裂一起进行。因此，在滴液形成的最后阶段期间，靠近孔边缘的流体流动由滴液与舌状物之间的压力梯度驱动，因此不取决于入口处的流体流率。
在液滴形成的最后阶段期间驱动流体流动的压力梯度取决于舌状物的Lp，其主要贡献来自沿z方向的曲率；因此，压力梯度受到h的很大影响。有意思的是，如图18所示，随着h增加，液滴大小线性地增加，这表明液滴大小与舌状物和生长的液滴之间的压力梯度直接相关。确实，如图18B所示，h＝10微米的装置生产小至15微米的液滴，尽管其单分散性没有大液滴的那么高。如图18A和18D所示，h＝40微米的装置生产大至160微米的液滴，这表明通过调节孔的高度能够在较大范围内改变液滴大小。
图18A示出了通道高度h对液滴大小的影响。图18B－18D是在h＝10微米(图18B)、h＝20微米(图18C)、h＝40微米(图18D)的装置中制造的水液滴的光学显微图像。内相的流率为5ml/h(图18B)、10ml/h(图18C)、100ml/h(图18D)。
舌状物的拉普拉斯压力也随着θ(theta)增加而降低，这是因为舌状物在xy平面的曲率减小。确实，如图19A－19D所示，随着θ(theta)增加，液滴大小增加，从而证实了液滴大小取决于舌状物的拉普拉斯压力Lp的观点。然而，如果θ(theta)接近180°并且孔的宽高比w/h接近1，那么，孔中的内相的速度不会明显慢下来，系统永远都达不到平衡。液滴于是通过不同的机制破碎，所述机制与膜乳化十分相似；这一机制生产的液滴的大小分布显著变广。相反，如果θ(theta)变得太小以致于孔的宽w高h比超过一特征值，那么，舌状物变得不对称，并且液滴破碎变得较少可控；确实，如图19A的光学显微图像所示并且如图19D的增大的误差条所表示的，液滴于是开始在沿孔的边缘的多个位置处破碎，这导致具有较广的液滴大小分布。
确实，液滴破碎机制这时与步骤乳化工艺相似。类推地，还可以通过调整l改变h/w，对液滴的大小和大小分布影响相同。过高的l值导致较高的h/w比和较广的液滴大小分布，这是因为液滴在沿孔的边缘的多个位置处破碎，这导致对液滴破碎的控制较差，因此导致较广的大小分布，正如图19E中液滴大小的较大误差条所示的那样，所述液滴在θ(theta)＝145°、l＝531微米的装置中生产。过低的l值导致较小的h/w比，这不允许系统在液滴形成的初始阶段达到平衡。液滴破碎于是受到较少控制，并且在这些装置中生产的液滴略大、更重要的是多分散性更高，正如图19E中液滴大小的相当大的误差条所示的那样，所述液滴在θ(theta)＝170°、l＝131微米的装置中生产。
图19A－19C示出了在千足虫式装置(右)中生产的液滴(左)的光学显微图像，其中，θ(theta)＝145°(图19A)、θ(theta)＝161°(图19B)、θ(theta)＝170°(图19A)；l＝331微米。图19D示出了液滴大小随θ(theta)的变化。图19E示出了孔的长度l对液滴大小的影响，其中，所述液滴在楔的角度为145°(圆形)、161°(三角形)、170°(正方形)的装置中形成。误差条对应于液滴大小分布。
如果调整h，可以改变液滴大小。然而，h/w比应当保持在液滴形成能够得到控制的范围内。在这种情况中，调整w使得0.15<h/w<0.25。在h＝10微米的装置中，w减小到66微米；这允许将包含在横截面为200mm2的千足虫式装置中的液滴制造器的数目增加到1250个，这是因为所述数目受到相邻液滴制造器的最小间隔(对应于w)的限制。相反，对于h＝40微米的装置，w增加到160微米，因此将包含在这些装置中的液滴制造器的数目降低到500个。
与装置几何结构相比，如图20A－20F所示，内相的粘度不显著影响液滴大小。值得注意的是，如图20A和20F所示，即使从粘度高达水的粘度的55倍的流体，千足虫式装置也生产非常单分散的液滴，这与形成这些粘性液体的长射流并且所述长射流典型地不可控地破碎成多分散液滴的传统流动聚焦装置相反。
为了可控地形成液滴，舌状物可以在液滴形成之后缩回并且在液滴形成的初始阶段期间保持其平衡的半圆形形状。随着内相的粘度增大，这种缩回变得更慢。因此，如图20G所示，随着粘度的增大，装置的产量下降，如图20H所示，单个液滴制造器的液滴生成频率也下降。当使液滴与舌状物相连的线变得过细并因此断裂时，液滴与舌状物分开。当内相从连接通道到舌状物的通量小于内相从舌状物到液滴的通量并因此舌状物的体积下降时，出现液滴与舌状物分开的情况。然而，如果连接通道中的内相的通量超过一特征值(例如，通过增加内相在其入口处的流率)，那么，舌状物的体积可能不会显著减小。液滴于是继续生长，直到其或者被连续相的流或者被撞击液滴不可控地剪断。对液滴形成的较差控制导致所产生的液滴具有极高的多分散性。
内相在其入口处的通量的特征值可能会影响千足虫式装置的产量。然而，对于横截面为200mm2、h＝40微米的装置，这种限制可以高达150ml/h，比单个流动聚焦装置的产量大将近两个数量级。如图20I所示，随着h减小，产量下降，并且如图20所示，液滴生成频率也下降。千足虫式装置的各个液滴制造器的液滴生成频率比流动聚焦微流装置的液滴生成频率小将近一个数量级。较低的液滴生成频率归因于形成液滴的机制完全不同。为了可控地在千足虫式装置中形成液滴，系统在液滴形成的初始阶段达到平衡，这可能需要一些时间，但是这使液滴形成非常稳定。因此，这里使用的装置可扩展得更多，并且能够通过增加液滴制造器的数目来补偿较低的液滴生成频率而不用就液滴的单分散性作出让步。确实，千足虫式装置中液滴制造器的密度是各个流动聚焦装置中液滴制造器的密度的将近100倍。因此，尽管各个液滴制造器的液滴生成频率较低，但是千足虫式装置的每面积液滴生成频率是流动聚焦装置的每面积液滴生成频率的将近10倍。
图20A示出了在装置中生产的液滴的大小，其中所述装置的通道高h＝10微米(圆形)、h＝20微米(三角形)、h＝30微米(正方形)、高h＝40微米(五角形)。图20B－20G是在h＝20微米的装置中生产的液滴的光学显微图像。分散相的粘度为1mPas(图20B)、3mPas(图20C)、8mPas(图20D)、12mPas(图20E)、30mPas(图20F)、55mPas(图20G)。图20G和20H示出了内相的粘度对内相的最大流率(图20G)和对单个液滴制造器的液滴生成频率(图20H)的影响。装置的高度为h＝20微米(正方形)和h＝40微米(三角形)。内相的粘度为8mPas。图20I和20J示出了对于粘度为1mPas(圆形)、3mPas(直立三角形)、8mPas(倒三角形)、12mPas(正方形)、55mPas(六角形)的内相而言，孔的高度对内相的最大流率(图20I)和对各个喷嘴的液滴生成频率(图20J)的影响。
令人惊讶的是，如图21A所示，如果在h＝40微米的装置中形成液滴，即使以高达每小时600毫升的产量进行生产，由低粘度流体组成的液滴的单分散性也很高。如图21B所示，液滴大小从160微米(如果以低于150ml/h的内相流率进行生产)增加到260微米(对于高于300ml/h的流率)，这意味着液滴形成的机制是不同的。为了验证这一观点，使用以17kHz运行的高速照相机获取影像。确实，如图21B－21C所示，液滴被连续相和相邻液滴剪断，而不是因内相中的压力梯度而破碎。因此，如果流率低于100ml/h，千足虫式装置以滴注态运行，并且系统在液滴形成的初始阶段期间平衡。相反，如果流率高于300ml/h(此时系统始终达不到平衡)，千足虫式装置则以射流态运行。然而，如图21D所示，即使千足虫式装置以射流态运行，一旦分散相的流率超过300ml/h，液滴大小便不取决于该流率。这允许即使在射流态以极高的产量生产液滴时，也保持液滴的极好的单分散性。这些结果证明了千足虫式装置以空前高的产量生产不同大小的高度单分散的液滴的潜力。
图21A示出了在h＝40微米的千足虫式装置中的液滴生产的光学显微图像。内相的粘度为3mPas，流率为600ml/h，外相的流率为700ml/h。图21B和21C是液滴被剪断之前(图21B)和液滴被剪断时(图21C)的光学显微图像。图21D示出了内相的流率对在h＝40微米的装置中形成的液滴的大小的影响。
此外，图22示出了内相的流率(图22A－22B)和外相的流率(图22C－22D)对液滴的大小(图22A、22C)和大小分布(图22B、22D)的影响，其中液滴包括粘度为1mPas(圆形)和8mPas(三角形)的水溶液。连续相的粘度为1mPas(填充符号)和10mPas(空符号)。
千足虫式装置在这一特定示例中生产液滴所使用的明显不同的机制使单分散液滴的生产可扩展。由于孔中的流体被由生长的液滴引发的压力梯度驱动，液滴大小不取决于流体注入到装置中的流率；因此，用该装置生产的所有液滴(从第一个开始到最后一个结束)基本相同，在可以收集单分散液滴之前不需要使装置平衡。此外，一个千足虫式装置的容积对应于约0.1毫升。如果将多个千足虫式装置包装成1升，其将例如每小时生产40升的15微米大小的液滴、80升的60微米大小的液滴、800升的160微米大小的液滴、以及4700升的260微米大小的液滴。因此，使用该装置，可以为销量高达每年几千吨的产品制造单分散液滴。因此，这种千足虫式装置具有使微流技术大规模使用的潜力。
尽管本文对本发明的几个实施例进行了描述和说明，但是本领域技术人员应当容易地想到各种其他部件和/或结构用以执行本文描述的功能和/或获得本文描述的结果和/或一个或多个优点，这样的改变和/或修改中的每一个被认为都落入本发明的范围内。更一般来说，本领域技术人员应当容易地明白本文描述的所有参数、尺寸、材料和构造旨在用于解释目的，并且实际的参数、尺寸、材料和构造将取决于使用本发明的教导的一个或多个特定应用。本领域技术人员仅进行常规实验便会认识到或者能够确定本文描述的本发明的特定实施例的许多等同方案。因此，应当理解的是，前述实施例仅以示例的方式给出，并且在所附权利要求及其等同的范围内，本发明可以以特定描述和要求保护的方式以外的其他方式实施。本发明涉及本文所述的每个独立的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，那么两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合都包括在本发明的范围内。
本文限定和使用的所有定义应当理解为控制字典中的定义、通过引用并入的文献中的定义、和/或所限定的术语的常规含义。
除非明确相反地指明，在本文说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”应理解为“至少一个”。
在本文说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为如此联接的元件中的“任一者或两者”，即，在一些情况中结合地存在而在其他情况中分别地存在的元件。用“和/或”列出的多个元件应当以同样的方式解释，即，如此结合的元件中的“一个或多个”。除了由“和/或”语句具体限定的元件以外，其他元件可以可选地存在，无论是否与这些具体限定的元件相关。因此，作为非限制示例，关于“A和/或B”，当结合开放式语言(例如“包括”)使用时，在一个实施例中可以仅指代A(可选地包括除B以外的元件)；在另一实施例中可以仅指代B(可选地包括除A以外的元件)；在又另一实施例中可以指代A和B(可选地包括其他元件)；等等。
在本文说明书和权利要求书中使用的“或”应理解为与上述“和/或”意思相同。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应解释为是包含的，即，包括若干或一列元件中的至少一个、但也包括若干或一列元件中的多于一个，并且可选地包括另外的未列出的项目。只有清楚指明相反内容的术语，例如“…中的仅一个”或“…中的恰好一个”、或在权利要求中使用的“由…构成”，指的是包括若干或一列元件中的恰好一个。总的来说，本文使用的术语“或”应当仅在由排他性术语(例如，“任一”、“…中的仅一个”、或“…中的恰好一个”)说明时才解释为表示排他的替代(即，“一个或另一个但不是两个”)。在用于权利要求中时，“主要由…构成”应当具有用于专利法领域的常规含义。
在本文说明书和权利要求中使用的短语“至少一个”(指代一列的一个或多个元件)应当理解成，表示从一列元件中的任意一个或任意多个元件选择的至少一个元件，但不必包括一列元件内具体列出的每个和所有元件的至少一个，并且不排除一列元件中的任何元件的组合。这一定义也允许除“至少一个”指代的在一列元件内具体确定的元件以外，可以可选地存在其他元件，无论该元件与具体确定的元件相关还是无关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等同地，“A或B中的至少一个””、或等同地，“A和/或B中的至少一个””)可以在一个实施例中指代至少一个、可选地包括多于一个的A，并且不存在B(并且可选地包括除B以外的元件)；在另一实施例中指代至少一个、可选地包括多于一个的B，并且不存在A(并且可选地包括除A以外的元件)；在又另一实施例中指代至少一个、可选地包括多于一个的A，以及至少一个、可选地包括多于一个的B(并且可选地包括其他元件)；等等。
应当理解的是，除非清楚地相反指明，在本文要求保护的包括多于一个的步骤或动作的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不必限制为方法的步骤或动作所述的顺序。
在权利要求书以及上述说明书中，所有连接词(例如，“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“留有”、“由…组成”等等)应理解为是开放式的，即，表示包括但不限于。正如美国专利局专利审查流程指南第2111.03节所规定的，只有连接词“由…构成”、“主要由…构成”分别是封闭式或半封闭式连接词。

Claims (48)

1.一种用于生产流体微滴的方法，包括：
使第一微流通道中的第一流体通过至少五个侧微流通道流动到包含在第二微流通道中的第二流体内；
其中，所述第一流体在所述第二微流通道内形成多个微滴，每个微滴的特征尺寸在所述多个微滴的平均特征尺寸的90％到110％之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个微滴的变化系数为小于20％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括以至少1000微滴/秒的速率形成微滴。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述多个微滴的平均特征尺寸小于1000微米。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第二微流通道内形成的所述多个微滴包含在第二流体内。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一流体和所述第二流体是不混溶的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的横截面面积是所述至少五个侧微流通道的最小横截面面积的至少20倍。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的长度为至少5毫米；并且
所述第二微流通道平行于所述第一微流通道。
9.根据权利要求1所述的方法，包括至少10个侧微流通道，每个侧微流通道均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接。
10.根据权利要求1所述的方法，包括至少30个侧微流通道，每个侧微流通道均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接。
11.根据权利要求1所述的方法，包括至少100个侧微流通道，每个侧微流通道均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接。
12.根据权利要求1所述的方法，包括至少300个侧微流通道，每个侧微流通道均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接。
13.根据权利要求1所述的方法，包括至少1000个侧微流通道，每个侧微流通道均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的长度在侧微流通道的平均长度的90％到110％之间。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道和所述第二微流通道的分隔距离在平均分隔距离的90％到110％之间。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道定位成使得任何相邻的侧微流通道之间的分隔距离在相邻的侧微流通道之间的平均分隔距离的90％到110％之间。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道具有在所述至少五个侧微流通道的最小横截面尺寸的25％到400％之间的周期性间隔。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道具有在所述至少五个侧微流通道的最小横截面尺寸的90％到110％之间的周期性间隔。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道每个均以在20°到170°之间的角度连结所述第一微流通道。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道每个均以在80°到100°之间的角度连结所述第一微流通道。
21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道每个均以在20°到170°之间的角度连结所述第二微流通道。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道每个均以在80°到100°之间的角度连结所述第二微流通道。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，每个均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接的所述至少五个侧微流通道布置在线性构造中。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，每个均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接的所述至少五个侧微流通道布置在二维构造中。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道的最小横截面面积小于500平方微米。
26.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道的最小横截面面积小于100平方微米。
27.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的横截面面积在侧微流通道的平均横截面面积的90％到110％之间。
28.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的容积在侧微流通道的平均容积的90％到110％之间。
29.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道中的至少一个的横截面面积是不恒定的。
30.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道的最大长度不超过1毫米。
31.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少五个侧微流通道的最大长度不超过500微米。
32.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道和所述第二微流通道每个均是笔直的。
33.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的长度为至少1毫米。
34.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的长度为至少5毫米。
35.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的长度为至少1厘米。
36.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的长度为至少2厘米。
37.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的长度为至少3厘米。
38.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二微流通道的长度为至少1毫米。
39.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的横截面面积在平均横截面面积的90％到110％之间变化。
40.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二微流通道的横截面面积在平均横截面面积的90％到110％之间变化。
41.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的最大横截面尺寸至多1毫米。
42.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道的最大横截面尺寸至多250微米。
43.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道、所述第二微流通道和所述侧微流通道每个的壁均由聚合物形成。
44.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微流通道、所述第二微流通道和所述侧微流通道每个的壁均由聚二甲基硅氧烷形成。
45.根据权利要求1所述的方法，还包括：
第三微流通道；以及
每个均使所述第一微流通道与所述第三微流通道相连接的至少五个侧微流通道。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，每个均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接的所述至少五个侧微流通道以及每个均使所述第一微流通道与所述第三微流通道相连接的所述至少五个侧微流通道均具有相同的尺寸。
47.一种用于生产流体微滴的设备，包括：
第一微流通道，所述第一微流通道的长度为至少5毫米；
第二微流通道；
每个均使得所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道；
第三微流通道；以及
每个均使所述第二微流通道与所述第三微流通道相连接的至少五个侧微流通道。
48.一种用于生产流体微滴的设备，包括：
第一微流通道；
第二微流通道；
每个均使所述第一微流通道与所述第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道；以及
多个辅助微流通道，所述多个辅助微流通道连接至所述至少五个侧微流通道中的每一个。
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