[发明专利]形成相对单分散液滴的装置和方法

说明书

相关申请

本申请要求于2013年3月6日提交的美国临时专利申请序列号61/773,604，标题为“Devices and Methods for Forming Relatively Mondisperse Droplets”的权益，其在此通过引用将其全部引入。

技术领域

总体上描述了用于分裂流体液滴的装置和方法。

发明背景

出于流体输送、产品制造、分析等目的，操作流体以形成所需构造的流体流、不连续的流体流、液滴、颗粒、分散体等是相对充分研究的技术。在微流体系统中生产液滴的方法的例子包括使用T形接头或流动聚焦(flow-focusing)技术。但是，这种技术典型地在相对缓慢的层状或“滴下”条件工作，并且在一些应用中，需要更快的液滴产生速率，例如以生产更多数目的液滴。

一些常规的流体装置尝试通过连接多于一个流体装置以并行形成颗粒来增产。但是，对于一些应用例如工业应用而言，需要数千或甚至数百万的流体装置的并行。因此，流体装置的生产量在它们的工业化变得可行之前必须明显提高。此外，在数千流体装置的阵列中，甚至单个流体装置的失效都会导致较高的多分散性。因此，需要改进液滴生产系统和方法。

发明内容

总体上描述了用于分裂流体液滴的装置和方法。本发明的主题在一些情况中包括相关的产品，对于具体问题可选的解决方案，和/或一种或多种装置和/或制品的多种不同用途。

在一方面，本发明总体上涉及一种制品。根据一组实施方案，该制品包括微流体型通道，其中包括障碍物的二维阵列，其布置为多行基本上规则间隔的障碍物，该行布置为基本上垂直于穿过该微流体型通道的平均流体流动的方向。在一些情况中，该基本上规则间隔的障碍物的至少一些行相对于相邻的基本上规则间隔的障碍物的行是偏移的。

该制品在另一组实施方案中包括微流体型通道，其中包括障碍物的二维阵列，其布置为多行障碍物，该行布置为基本上垂直于穿过该微流体型通道的平均流体流动的方向。在某些情况中，在穿过该微流体型通道的平均流体流动的方向上划过该障碍物阵列的至少约90％的假想线与至少约40％的形成该阵列的障碍物行的障碍物相交。

又一组实施方案总体上涉及一种制品，其包括微流体型通道，其中包括障碍物的阵列，其布置为使得所有从上游进入该障碍物阵列的流体的流路至少发生五次方向变化后，在该阵列下游离开。

本发明在另一方面中总体上涉及一种方法。在一组实施方案中，该方法包括以下操作：提供包括在微流体型通道内的障碍物二维阵列，和使多个液滴经过该障碍物阵列，以将至少约50％的液滴分裂以形成多个分裂的液滴。在一些情况中，障碍物与接下来最近的障碍物之间的平均距离小于约1mm。

根据另一组实施方案，该方法包括以下操作：通过使多个液滴经过障碍物二维阵列，以向该多个液滴施加剪切力，从而使该液滴分裂以形成多个分裂的液滴。在一些实施方案中，该多个分裂的液滴具有一定的特性尺寸分布，以使得不大于约5％的分裂的液滴的特性尺寸大于该多个分裂的液滴的平均特性尺寸的约120％或者小于约80％。

又一组实施方案总体上涉及一种方法，其包括使液滴经过包括于微流体型通道中的障碍物二维阵列，以将该液滴分裂来形成多个分裂的液滴。

当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新颖特征从本发明的以下各种非限制性实施方案的详细描述将变得明显。在本说明书和通过引用并入的文件包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，以本说明书为准。

附图说明

本发明的非限制性实施方案将参考附图以实施例方式进行描述，其为示意性的而不意在按比例绘制。在图中，所描述的各相同的或近乎相同的部分典型地由单一的数字表示。出于清楚的目的，当允许本领域技术人员理解本发明而不需说明时，不是每个部分都标在每张图中，也不是显示本发明的各实施方案的每个部分。在图中：

图1显示了本发明一个实施方案的装置的图示。

图2A-G显示了根据某些实施方案的多个障碍物的阵列和液滴分裂。

图3显示了根据一个实施方案的装置的并行化。

图4A-B显示了根据某些实施方案的液滴尺寸相对于毛细管数和间隙体积的图。

图5A-C显示了根据一组实施方案，分散相的体积百分比，液滴尺寸和变化系数相对于间隙体积的图。

图6显示了根据一组实施方案，基于障碍物几何形状的液滴的特性尺寸分布。