[发明专利]利用人工智能控制并操纵微流体中多相流的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于控制微流体液滴或气泡的系统。该系统包括用于产生微液滴或气泡的微流体产生器。一种反馈传感器被提供用于感应所生成的微液滴或气泡的一个或多个反馈参数。一个控制器被提供使用感应到的反馈参数来控制微流体产生器。

技术领域

本发明总体上涉及亚毫米级的微液滴或气泡。

特别的，尤其不排它的，本发明能应用于lab-on-chip平台、生化和化学分析，生化分析，颗粒和材料分析，药物和化妆品，颗粒和细胞分拣系统，细胞密封或材料合成等方面。

背景

本说明书中对现有技术的参考引用不是，也不应该被认为是一种承认或任何形式的暗示，即现有技术形成公知常识的一部分。

许多化学，生化，材料，化妆品，药物和生物过程都期望具有所需参数的微液滴。

在生物化学应用中，具有离散流体体积的液滴可以被独立处理和操控。每一个液滴能作为一个独立微反应器，其中一些反应可以以高通量进行操作(如每毫秒几个液滴)。另一个优点是，液滴中高表面积与体积之比可以用于提高反应速率，或促进热量或材料交换。

在制药应用中，无论在设计药物、个性化药物还是各种医学成像技术中，具有所需参数的液滴非常适合作为医学药品(通常以液滴的形式存在)。特别的，可穿戴芯片装置可以被配置到人体上来提供定制剂量的药物。在医学成像中，可以对密封在各种细胞内的液滴进行成像、检测、分离和计数。

在生物应用中，液滴可以包含细胞并作为生物反应器。细胞能装配并培养成为组织或类器官。可以分拣例如精子和受精卵等细胞，来启动人工繁殖包括人工授精，体外受精、克隆和胚胎分裂或卵裂。

众所周知，液滴可通过使互不相溶的流体进入微流体产生器的微通道来产生，微通道通过通道连接点相连。该流体流动进入连接点，而一种流体的液滴(分散相流体)在另一种流体(连续相流体)中产生。产生液滴的液滴直径和频率主要由通道的几何结构、流体的流速和流体属性决定，如黏度、表面张力。现有使用的液滴产生方法包括使用电场、热能、气动、声控和磁场等方法。

通过改变流动速率或施加给通道压力来调整液滴的直径。一般，液滴产生后测量液滴参数例如液滴大小，然后需要反复验证来控制液滴的参数。通常液滴参数根本在实时情况下不能被完全感应到。

这个优选的实施例提供了一个系统，比反复验证法更有效的控制微液滴。该优选的实施例也补偿了那些未被可靠感应到的参数。

基于液滴的微流体致力于化学、生物和材料加工的微流体系统中离散液滴的产生和操控。单独的液滴可以作为微反应器或隔室，具有很多优势，如分离或间隔用于分析的不同样品，减少试剂消耗和反应时间，在单个装置中具有进行大规模试验的能力。这些优势使其能在从音乐到单细胞基因组学的很多领域运用。由于产生液滴的体积小速度高，需要一种快速分拣液滴的方法来获得所需数量的微粒或细胞进行分析。

分拣液滴是一个重要的过程，用来运输并分配液滴进入产生装置下游的不同通道。一个已建立液滴的分拣方法是荧光激活液滴分拣(FADS)(fluorescence activateddroplet sorting)(J.-C.Baret etal.in“Lab on a Chip”,volume 9,2009,p.1850-1858)，利用电场，其每秒能分拣大约2000个荧光激活液滴。至今，电驱动是最佳的选择，因为它是最可靠、最准确并且反应速度最快的，这对于高速分拣是非常必要的。

基于电驱动的传统液滴分拣系统的常见劣势是生物样品必须用荧光染料标记。标记的微粒需要耗时，染料不能与所有细胞类型兼容时，非常不可取，并且在活细胞成像过程中可能会影响细胞行为。在某些情况下，仅能用死细胞进行细胞荧光标记。