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CN113301996B - 用于可变形珠富集和自调节式排序以及在液滴中包封的微流体装置 - Google Patents

用于可变形珠富集和自调节式排序以及在液滴中包封的微流体装置 Download PDF

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CN113301996B CN202080008319.2A CN202080008319A CN113301996B CN 113301996 B CN113301996 B CN 113301996B CN 202080008319 A CN202080008319 A CN 202080008319A CN 113301996 B CN113301996 B CN 113301996B
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Abstract

本文公开了一种微流体装置，包括：与一个或更多个微流体通道流动连通的一个或更多个入口，其中，所述一个或更多个入口适于接收可变形珠、油以及/或者包含缓冲液、细胞和/或颗粒的悬浮液，其中，所述一个或更多个微流体通道通过交叉接合部与所述一个或更多个入口流动连通并在一个或更多个微流体通道与一个或更多个入口之间限定流体流动路径，所述流体流动路径形成基本上平面的基底，并且其中，微流体通道适于生成液滴。还公开了制造和使用该微流体装置的方法。

Description

用于可变形珠富集和自调节式排序以及在液滴中包封的微流 体装置
本申请要求于2019年1月9日提交的共同未决的美国临时申请第62/790,369号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的领域涉及医疗和生物技术行业中的微流体装置，特别是用于可变形珠富集和自调节式排序以及在液滴中包封的装置。
背景技术
本文中的所有出版物均通过引用并入，就像每个单独的出版物或专利申请被具体地和单独地指示为通过引用并入一样。如果并入的参考文献中术语的定义或使用与本文提供的该术语的定义不一致或相反，则应用本文提供的该术语的定义，而不应用参考文献中该术语的定义。
以下描述包括可有助于理解本发明的信息。这并不是承认本文提供的任何信息是现有技术或与当前要求保护的发明相关，也不是承认任何特别或隐含引用的出版物是现有技术。
最近发现基于液滴的微流体在诸如化学和生物测定的应用中很受欢迎。该技术涉及使用液滴作为微反应器，其中，液滴装载有离散物体，例如单个颗粒和/或单个细胞，并研究该单个细胞的行为。然而，目前已知的方法没有提供控制包封在一个液滴中的离散物体的数量的方法。这给以高度受控的方式研究单细胞行为带来了困难。
Edd，Jon F等人(“Controlled encapsulation of single-cells intomonodisperse picolitre drops”Lab on a Chip 8.8(2008):1262-1264)公开了一种利用惯性效应将颗粒有序包封到液滴中的方法。然而，该方法需要非常长的微通道(约60 mm)和高流速(超过119mm s-1)，因此不适用于医用耗材。
类似地，Abate，Adam R.，等人(“Beating Poisson encapsulation statisticsusing close-packed ordering”Lab on a Chip 9.18(2009)：2628-2631)公开了将可变形珠以紧密堆积排序有序包封到液滴中。但这种排序设计显著增加了微通道中的流动阻力，不适用于恒压源应用。
因此，本领域需要新的适用于医学和生物技术工业并适用于恒压源应用的基于液滴的微流体领域中的装置和方法。
发明内容
本发明主题提供用于实现单个细胞条码化(barcoding)的装置和方法。一方面，本文公开了一种微流体装置，包括：一个或更多个入口以及一个或更多个微流体通道，其中，一个或更多个入口适于接收可变形珠、油以及/或者包含缓冲液、细胞和/或颗粒的悬浮液，其中，一个或更多个微流体通道通过交叉接合部与一个或更多个入口流动连通并在一个或更多个微流体通道与一个或更多个入口之间限定流体流动路径，所述流体流动路径形成基本上平面的基底，并且其中，微流体通道适于生成液滴。
在一个实施例中，微流体通道可以是两个交叉接合部之间的夹管通道，其中，夹管通道的尺寸小于可变形珠的尺寸。夹管通道可以使可变形珠输送频率与液滴生成频率同步。在一些实施例中，微流体装置还可以包括一系列低液压阻力储存器和高液压阻力通道，以集中可变形珠并补偿可变形珠在悬浮液中的不均匀分布。微流体装置还可以包括连接到用于接收可变形珠的入口的长漏斗，其中，该漏斗在保持输送频率的同时引导珠并将其排列成排。在微流体装置中形成的液滴可以是油包水液滴或水包油液滴。微流体装置还可以包括用于在液滴生成通道中生成液滴的压力控制装置。
在一方面，该装置包括具有双交叉接合部的通道层，用于通过油包水或水包油乳状液来包封可变形珠。该装置还可包括一组用于颗粒/细胞的通道、另一组用于输送和富集可变形珠的通道以及另一组用于油的通道。用于颗粒/细胞的通道和用于可变形珠的通道通过交叉接合部连接。当混合的细胞和可变形珠溶液在第二接合部处与油接触时，形成微液滴或纳米液滴。可变形珠在到达交叉接合部之前流过一系列低阻力储存器和高阻力通道，然后是长漏斗室。这使得在珠与颗粒/细胞在交叉接合部处流体连通之前，能够在恒定压力下保持松散堆积的珠的相对恒定流动，这又确保了珠以自调节的方式包封成液滴，产生高的单线态(singlet)包封百分比。
在一个实施例中，微流体装置可以适于由热循环器接纳，并且其中，热循环器包括用于接纳微流体装置的平坦的表面，并适于以离散的、预编程的步骤来升高和降低表面的温度。在另一方面，微流体装置可以连接至检测单元，例如光学检测单元。在一个实施例中，光学检测单元可以包括：(a)一个或更多个发射光发生器，(b)用于检测反射光和/或荧光的光学检测器，(c)用于接纳微流体装置的芯片台，以及(d)控制电路和存储器电路，其中，控制电路可以使芯片台沿XYZ方向移动以扫描微流体装置中的腔室区域，并且其中，存储器电路存储由光学检测器检测到的反射光和/或荧光的强度和波长。
本公开内容的各种实施例还包括一种具有高单线态包封百分比的液滴生成的方法，包括：提供微流体装置，该微流体装置包括一个或更多个入口以及一个或更多个微流体通道，其中，一个或更多个入口适于接收可变形珠、油以及/或者包含缓冲液、细胞和/或颗粒的悬浮液，其中，一个或更多个微流体通道通过交叉接合部与一个或更多个入口流动连通并在一个或更多个微流体通道与一个或更多个入口之间限定流体流动路径，所述流体流动路径形成基本上平面的基底，并且其中，微流体通道适于生成液滴；提供样品，该样品包含第一入口中的细胞、第二入口中的细胞裂解缓冲液和第三入口中的油；以及通过提供可变形珠、样品和油通过微流体装置的连续流动，将样品分割以形成包封在油滴中的细胞样品，其中，每个液滴包括可变形珠和单个细胞样品。
根据优选实施例的以下详细描述以及附图中，本发明主题的各种目的、特征、方面和优点将变得更加明显，其中，相同的附图标记表示相同的部件。
附图说明
在参考图中示出示例性实施例。本文公开的实施例和附图旨在被认为是说明性的而非限制性的。
图1描绘了根据本文的实施例的用于集中珠并稳定输送频率的夹管和储存器序列的示意图。
图2描绘了根据本文的实施例的示出引导可变形珠并将其排列成单排的漏斗通道的示意图。
图3描绘了根据本文的实施例的在用于液滴包封中的自调节珠的双交叉接合部处的双夹管的示意图。
图4描绘了根据本文的实施例的示出用于液滴包封中的自调节珠的双夹管的示意图。亮点域表示分配的相流体；暗点域表示连续相流体，斜线域表示可变形珠。
图5描绘了根据本文的实施例的用于单细胞条码化的微流体装置的线框图。底部放大图示出了用于将可变形珠集中并自调节式包封成液滴的通道布局，包括用于对可变形珠进行集中和排序的夹管和储存器序列，用于将珠排列成单排的长漏斗，以及在双交叉接合部处的用于将珠自调节式单线态包封成液滴的双夹管。
图6描绘了根据本文的实施例的示出液滴生成与在双夹管处挤压可变形珠的同步的显微镜图片。
图7描绘了根据本文的实施例的示出高百分比单线态包封的结果的显微图片。
具体实施方式
如本文所述，根据本文的各种实施例，发明人开发了一种微流体装置，该装置将可变形珠富集并调节通道内的可变形珠输送，从而实现高百分比的单线态包封。例如，在本发明主题的一个特别设想的方面，微流体装置可以包括与一个或更多个微流体通道流动连通的一个或更多个入口。在一些实施例中，一个或更多个入口适于接收可变形珠、油以及/或者包含缓冲液、细胞和/或颗粒的悬浮液。在一个实施例中，一个或更多个微流体通道通过交叉接合部与一个或更多个入口流动连通，并在微流体通道与入口之间限定流体流动路径。流体流动路径被设想为形成基本上平面的基底。在一些实施例中，微流体通道适于生成用于医学或生物技术应用的液滴。
如本领域技术人员已知的，已经发现基于液滴的微流体在诸如使用液滴作为微反应器的化学和生物测定的应用中受欢迎，其中，液滴装载有离散对象，例如颗粒和细胞。当前使用随机包封法来避免多个离散对象被包封在一个液滴中。在这种方法中，因为每个液滴包封的离散对象的数量由泊松统计决定，因此必须使用非常低浓度的离散对象悬浮液，这降低了包含所需数量的离散对象的液滴的比例，从而降低了单个对象能被包封的有效比率。参见Collins、David J等人的(“The Poisson distribution and beyond:methods formicrofluidic droplet production and single cell encapsulation”(2015):3439-3459)，其全部内容通过引用并入本文。
Edd、Jon等人试图通过迫使离散对象通过具有长的微通道(约60mm长)和高流速(高于119mm s-1)的高纵横比微通道来实现基于惯性效应的离散对象排序，基于惯性效应的离散对象排序能够被实现。(参见Edd、Jon F.等人的“Controlled encapsulation ofsingle-cells into monodisperse picolitre drops.”Lab on a Chip 8.8(2008):1262-1264，其通过引用并入本文)。然而，由于这种排序方式需要很长的微通道(约60mm)和高流速(119mm s-1以上)，因此不适用于医用耗材。
Abate、Adam等人公开了通过压缩可变形珠并迫使它们形成紧密堆积的六边形阵列，能够实现可变形珠的紧密堆积排序。(参见Abate、Adam R.等人的“Beating Poissonencapsulation statistics using close-packed ordering”Lab on a Chip 9.18(2009):2628-2631，其通过引用并入本文)。然而，这种排序设计显著增加了微通道中的流动阻力，这在恒流量注射泵驱动系统中能够被克服，但不适用于恒压源应用。
对于目前已知的基于微流体的可变形珠堆积方法，通常使用注射泵。然而，在医疗装置工业例如如下所述的医疗器械应用中，注射泵的这种使用具有若干缺点。首先，注射泵通过流量控制来输送流体。某些应用需要精确的压力控制。其次，注射泵直接接触样品流体，这可能会导致不同样品的交叉污染。需要多次洗涤步骤以减少污染。此操作会导致更长的总周转时间。然而，交叉污染难以避免。第三，注射泵的集成涉及很多管道，这可能使集成的器械变得笨重。由于上述原因，在医疗器械中优选基于压力泵的恒压驱动系统，而不是注射泵方法。
然而，当将恒压源应用于基于微流体的可变形珠排序时，出现如下挑战：1)取决于可变形珠被堆积在微流体通道内的方式，微流体通道内的液压阻力能够在大范围内变化，基于注射泵的恒定流量的特性，这对于注射泵来说不会成为问题，但是将由于微流体装置内的大的流体流量变化而导致恒压源系统失效；2)干扰因素，例如来自压力源的压力变化、制造中微流体装置的尺寸变化、可变形珠悬浮液的大小和浓度变化，将增加使用恒压源系统实现稳健的高百分比单线态包封的难度。
如本公开内容通篇所公开的，发明人通过设计能够利用恒压源系统可靠地实现高百分比单线态包封的微流体装置，而找到了解决工业中这些当前问题的方法。如本文所公开的，发明人已开发并描述了微流体装置，该微流体装置能够在恒定压力下集中可变形珠并保持松散堆积的珠的相对恒定流，同时珠仍能够以自调节的方式包封成液滴，从而产生高的单线态包封百分比。从另一个角度来看，发明人在本文中描述了一种微流体装置，该微流体装置富集并调节通道内的可变形珠输送，从而实现高百分比的单线态包封。
目前关于可变形珠在微流体中有序输送的文献使用注射泵作为驱动力，因为注射泵具有恒定流量特征。这广泛用于学术应用和部分工业应用；然而，医疗装置和生物技术中使用注射泵是不利的。缺点包括：1)由于管道装填导致试剂损失；2)来自注射器和管道的潜在交叉污染；3)管道内气泡积聚，因此恒压源在微流体工业/医疗器械中得到更广泛的应用。对于恒压应用场景，微通道内可变形珠悬浮液的阻力的不一致性干扰了可变形珠以恒定频率有序输送的稳定性，导致高度依赖液滴生成频率和可变形珠输送频率的同步的高速率的一液滴一珠包封失败率。当前公开的装置和方法克服了上述挑战并提供了液滴生成和可变形珠输送之间的可靠同步。
为了克服可变形珠悬浮液的不一致性，发明人开发了如下所公开的若干设计要素。首先，如下面的图1所示，发明人开发了一种用于在恒压源系统内实现可变形珠的稳健有序输送的核心设计。其次，如图2所示，发明人开发了一种用于引导可变形珠并将其排列成单排的长漏斗。最后，如图3所示，发明人开发了一种用于在恒压源系统内实现液滴包封中的自调节珠的核心设计。
基于液滴的单细胞排序技术的实现依赖于高百分比的一液滴一珠包封，而这又取决于液滴生成频率和可变形珠输送频率的同步。目前，以高度有序的方式稳定可变形条码珠的输送频率存在挑战。若干限制因素阻碍了可变形珠输送的恒定频率：1)取决于可变形珠如何被堆积在通道内，微流体通道内的液压阻力能够在大范围内变化；2)制造过程中微流体装置的尺寸变化；3)可变形珠悬浮液的浓度变化；4)来自压力源的压力变化。如图1所示，发明人通过开发用于集中珠并稳定输送频率的夹管和储存器序列系统，克服了上面列出的挑战以实现可变形珠的稳健有序输送。在图1所示的实施例中，夹管通道宽度或深度或两者均小于或等于100％可变形珠直径；储存器通道宽度至少为夹管通道宽度的两倍；储存器流体阻力小于夹管通道阻力的一半。
在一个实施例中，如图2所示，发明人开发了一种用于引导可变形珠并将其排列成单排的长漏斗。在一个实施例中，长漏斗的宽侧是珠直径的五倍以上；长漏斗的窄侧宽度几乎与珠直径相同；长漏斗通道的长度设想为珠直径的十倍以上。
在另一个实施例中，如图3所示，发明人开发了一种用于在恒压源系统内实现液滴包封中的自调节珠的核心设计。该装置包括双交叉接合部处的用于液滴包封中的自调节珠的双夹管。设想夹管通道宽度或深度或两者均小于或等于100％可变形珠直径；而次级夹管通道的长度大于珠直径。
在另一方面，本文公开了一种用于液滴生成的方法，包括：提供一种微流体装置，该装置包括与一个或更多个上述微流体通道流动连通的一个或更多个入口，其中，一个或更多个入口适于接收可变形珠、油以及/或者包含缓冲液、细胞和/或颗粒的悬浮液，其中，一个或更多个微流体通道通过交叉接合部与一个或更多个入口流动连通并在一个或更多个微流体通道与一个或更多个入口之间限定流体流动路径，所述流体流动路径形成基本上平面的基底，并且其中，微流体通道适于生成液滴。该方法包括：提供样品，该样品包含第一入口中的细胞、第二入口中的细胞裂解缓冲液和第三入口中的油，并且通过提供可变形珠、样品和油通过微流体装置的连续流动来分隔样品以形成包封在油滴中的细胞样品，其中，每个液滴包括可变形珠和单个细胞样品。图4是该方法的一个实施例的示意图。它示出了用于液滴包封中的自调节珠的双夹管的概念。如图4(a)所示，两个相距d的挤压珠朝向双交叉接合部移动，d能够在适当的范围内变化。如图4(b)所示，来自第一交叉接合部的间隔流使珠分裂，同时第一珠被挤压到次级夹管通道中，由于阻力增加，间隔流量降低。如图4(c)所示，当第二珠也挤入次级夹管通道时，进一步降低了间隔流量，将第一珠推入油相中，油水流量比增大，导致触发液滴的断裂。通过重复该珠挤压和滴塞断裂同步，两个滴塞断裂之间的时间Δt与两个附加可变形珠之间的距离成比例。通过这种方式，本装置实现了将松散堆积的可变形珠包封成液滴的自调节，以实现高百分比的单线态包封。
图5示出了用于单细胞条码化的微流体装置的线框图。如图底部放大图所示，示出了用于将可变形珠集中并自调节式包封成液滴的通道布局，包括用于对可变形珠进行集中和排序的夹管和储存器序列，用于将珠排列成单排的长漏斗，以及在双交叉接合部处的用于将珠自调节式单线态包封成液滴的双夹管。
图6示出了显微镜图片，该显微镜图片显示了液滴生成与在双夹管处可变形珠挤压的同步。从图右侧的珠输送通道能够看到包封前珠到珠距离的变化。然而，利用双夹管设计的液滴生成触发效应，在左侧成像区域中看到，仍然能够实现高百分比的单线态包封。
图7示出了显示高百分比单线态包封的结果的显微镜图片：来自液滴包封中的一批珠的随机样本FOV，能够观察到高百分比单线态包封。
本讨论提供了本发明主题的许多示例实施例。尽管每个实施例代表发明要素的单个组合，但本发明主题被认为包含所公开的要素的所有可能的组合。因此，如果一个实施例包括要素A、B和C，而第二个实施例包括要素B和D，则即使不是明确披露，本发明的主题也被认为包括A、B、C或D的其他剩余组合。
在一些实施方案中，用于描述和要求保护本发明的某些实施方案的表示成分的量、性质如浓度、反应条件等的数字被理解为在一些情况下被术语“大约”修饰。因此，在一些实施例中，书面描述和所附权利要求中阐述的数值参数是能够根据特定实施例寻求获得的期望特性而变化的近似值。在一些实施例中，应该根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释数值参数。尽管阐述本发明的一些实施例的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中阐述的数值被尽可能精确地报告。在本发明的一些实施例中呈现的数值可能包含由在它们各自的测试测量中发现的标准偏差必然导致的某些误差。
除非上下文有相反的指示，否则本文列出的所有范围都应被解释为包括它们的端点，而开放范围应被解释为仅包括商业上的实际值。类似地，除非上下文有相反的指示，否则所有值列表都应被视为包含中间值。
如在本文的说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确规定，否则“一”、“一个”和“该”的含义包括复数引用。此外，如在本文的描述中使用的，除非上下文另有明确规定，否则“在…”的含义包括“在……中”和“在……上”。
本文对值范围的叙述仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的简要方法。除非本文另有说明，否则将具有范围的每个单独的值并入说明书中，就好像它在本文中单独引用一样。除非本文另有说明或与上下文明显不同，否则本文所述的所有方法都能够以任何合适的顺序进行。关于本文中的某些实施例提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明并且不对另外要求保护的本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示对本发明的实践必不可少的任何未要求保护的要素。
本文公开的本发明的替代要素或实施例的组不应被解释为限制性的。每个组成员能够单独或者以与组的其他成员或本文中发现的其他要素的任何组合被提及和要求保护。出于方便和/或可专利性的原因，组中的一个或更多个成员能够包含在组中或从组中删除。当发生任何此类包含或删除时，在本文中，本说明书被视为包含修改后的组，从而满足所附权利要求中使用的所有Markush组的书面描述。
对本领域技术人员来说显而易见的是，除了已经描述的那些之外，在不脱离本文的发明构思的情况下，更多的修改是可能的。因此，本发明的主题不受所附权利要求的精神的限制。此外，在解释说明书和权利要求时，所有术语都应以与上下文一致的尽可能广泛的方式来解释。特别地，术语“包括”和“包括…”应被解释为以非排他方式指代要素、部件或步骤，表明所引用的要素、部件或步骤可以存在未明确引用的其他要素、部件或步骤或者与未明确引用的其他要素、部件或步骤一起使用或者组合。当说明书权利要求涉及选自A、B、C...和N构成的组中的至少一项时，文本应解释为仅需要该组中的一个要素，而不是A加N，或B加N等。

Claims (15)

1.一种包括微流体装置的装置，所述微流体装置适用于恒压源并且包括：
一个或更多个入口，以及一个或更多个微流体通道，
其中，所述一个或更多个入口适于接收可变形珠、油以及/或者包含缓冲液、细胞和/或颗粒的悬浮液，
其中，所述一个或更多个微流体通道通过交叉接合部与所述一个或更多个入口流动连通，并且在所述一个或更多个微流体通道与所述一个或更多个入口之间限定流体流动路径，所述流体流动路径形成基本上平面的基底，并且
其中，所述微流体通道适于生成液滴，
其中，所述微流体通道是两个交叉接合部之间的夹管通道，并且，
其中，所述夹管通道的尺寸小于所述可变形珠的尺寸，
其中，所述微流体装置还包括一系列低液压阻力储存器和高液压阻力通道，以集中可变形珠并补偿可变形珠在悬浮液中的不均匀分布，并且
其中，所述微流体装置还包括连接到用于接收所述可变形珠的入口的长漏斗，其中，漏斗在保持输送频率的同时引导珠并将珠排列成排。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述液滴是油包水液滴。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述液滴是水包油液滴。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括用于在液滴生成通道中生成液滴的压力控制装置。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微流体装置适于由热循环器接纳，并且其中，所述热循环器包括用于接纳所述微流体装置的平坦的表面并且适于以离散的、预编程的步骤来升高和降低所述表面的温度。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微流体装置适于由光学检测单元接纳，所述光学检测单元包括：(a)一个或更多个发射光发生器，(b)用于检测反射光和/或荧光的光学检测器，(c)用于接纳所述微流体装置的芯片台，以及(d)控制电路和存储器电路，其中，所述控制电路能够使所述芯片台沿XYZ方向移动以扫描所述微流体装置中的腔室区域，并且其中，所述存储器电路存储由所述光学检测器检测到的反射光和/或荧光的强度和波长。
7.一种用于液滴生成和珠包封的方法，包括：
提供包括微流体装置的装置，所述微流体装置适用于恒压源并且包括一个或更多个入口以及一个或更多个微流体通道，其中，所述一个或更多个入口适于接收可变形珠、油以及/或者包含缓冲液、细胞和/或颗粒的悬浮液，其中，所述一个或更多个微流体通道通过交叉接合部与所述一个或更多个入口流动连通，并且在所述一个或更多个微流体通道与所述一个或更多个入口之间限定流体流动路径，所述流体流动路径形成基本上平面的基底，并且其中，所述微流体通道适于生成液滴；并且其中，所述微流体通道是两个交叉接合部之间的夹管通道，其中，所述夹管通道的尺寸小于所述可变形珠的尺寸；
提供样品，所述样品包含第一入口中的细胞、第二入口中的细胞裂解缓冲液和第三入口中的油；以及，
通过提供可变形珠、样品和油通过所述微流体装置的连续流，将所述样品分割以形成包封在油滴中的细胞样品，其中，每个液滴包括可变形珠和单个细胞样品；
其中，所述微流体装置还包括一系列低液压阻力储存器和高液压阻力通道，以集中可变形珠并补偿可变形珠在悬浮液中的不均匀分布，并且
其中，所述微流体装置还包括连接到用于接收所述可变形珠的入口的长漏斗，其中，漏斗在保持输送频率的同时引导珠并将珠排列成排。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述夹管通道使可变形珠输送频率与液滴生成频率同步。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述夹管通道中可变形珠输送频率与液滴生成频率的同步确保了每个液滴有一个细胞。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述液滴是油包水液滴。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述液滴是水包油液滴。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述微流体装置还包括用于在液滴生成通道中生成液滴的压力控制装置。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述微流体装置适于由热循环器接纳，并且其中，所述热循环器包括用于接纳所述微流体装置的平坦的表面并且适于以离散的、预编程的步骤来升高和降低所述表面的温度。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述微流体装置适于由光学检测单元接纳，所述光学检测单元包括：(a)一个或更多个发射光发生器，(b)用于检测反射光和/或荧光的光学检测器，(c)用于接纳所述微流体装置的芯片台，以及(d)控制电路和存储器电路，其中，所述控制电路能够使所述芯片台沿XYZ方向移动以扫描所述微流体装置中的腔室区域，并且其中，所述存储器电路存储由所述光学检测器检测到的反射光和/或荧光的强度和波长。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的方法，其中，所述微流体装置是根据权利要求1中所述的微流体装置。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1715881A (zh) * 2004-07-02 2006-01-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种集成式微流控芯片控制与分析平台
CN101726478A (zh) * 2008-10-20 2010-06-09 三星电子株式会社 用于制造和光学检测生物芯片的装置
CN105738331A (zh) * 2016-01-29 2016-07-06 山东师范大学 一种用于单细胞电泳芯片的双激光诱导荧光多色检测器
WO2017218486A1 (en) * 2016-06-14 2017-12-21 Mission Bio, Inc. Methods and compositions for emulsification of solid supports in deformable beads
CN108136401A (zh) * 2015-07-23 2018-06-08 塞弗德公司 热控设备及其使用方法
CN108367291A (zh) * 2015-11-10 2018-08-03 Illumina公司 惯性液滴的生成和颗粒的包封
WO2018236615A1 (en) * 2017-06-20 2018-12-27 10X Genomics, Inc. METHODS AND SYSTEMS FOR ENHANCED STABILIZATION OF DROPLETS

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2005141456A (ru) * 2003-06-06 2006-06-10 Майкроникс, Инк. (Us) Система и способ нагревания, охлаждения и термоциклирования в микрожидкостном устройстве
US7784495B2 (en) * 2005-05-02 2010-08-31 Massachusetts Institute Of Technology Microfluidic bubble logic devices
EP2185930A4 (en) * 2007-08-21 2010-11-24 Affomix Corp METHOD, SYSTEMS AND METHOD FOR INTERACTION SCREENING
EP2286125B1 (en) * 2008-05-16 2015-07-08 President and Fellows of Harvard College Valves and other flow control in fluidic systems including microfluidic systems
CN105008895B (zh) * 2012-10-15 2019-02-15 纳诺赛莱克特生物医药股份有限公司 颗粒分选的系统、设备和方法
US9975122B2 (en) * 2014-11-05 2018-05-22 10X Genomics, Inc. Instrument systems for integrated sample processing
US11873483B2 (en) * 2015-03-11 2024-01-16 The Broad Institute, Inc. Proteomic analysis with nucleic acid identifiers
US20170189909A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-06 The Regents Of The University Of California Enhanced cell/bead encapsulation methods and apparatuses
US10780438B2 (en) * 2017-06-09 2020-09-22 The Regents Of The University Of California High-efficiency encapsulation in droplets based on hydrodynamic vortices control

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1715881A (zh) * 2004-07-02 2006-01-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种集成式微流控芯片控制与分析平台
CN101726478A (zh) * 2008-10-20 2010-06-09 三星电子株式会社 用于制造和光学检测生物芯片的装置
CN108136401A (zh) * 2015-07-23 2018-06-08 塞弗德公司 热控设备及其使用方法
CN108367291A (zh) * 2015-11-10 2018-08-03 Illumina公司 惯性液滴的生成和颗粒的包封
CN105738331A (zh) * 2016-01-29 2016-07-06 山东师范大学 一种用于单细胞电泳芯片的双激光诱导荧光多色检测器
WO2017218486A1 (en) * 2016-06-14 2017-12-21 Mission Bio, Inc. Methods and compositions for emulsification of solid supports in deformable beads
WO2018236615A1 (en) * 2017-06-20 2018-12-27 10X Genomics, Inc. METHODS AND SYSTEMS FOR ENHANCED STABILIZATION OF DROPLETS

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Beating Poisson encapsulation statistics using close-packed ordering;Adam R. Abate等;《Lab on a Chip》;20090728;第18卷(第9期);第2628页第2栏第5段、第2630页第1栏第1段以及附图1 *
Comparative Analysis of Droplet-Based Ultra-High-Throughput Single-Cell RNA-Seq Systems;Xiannian Zhang等;《Molecular Cell》;20190103;第73卷(第1期);全文 *
Controlled encapsulation of single-cells into monodisperse picolitre drops;Jon F. Edd等;《Lab on a Chip》;20080613;第8卷(第8期);全文 *
High-throughput deterministic single-cell encapsulation and droplet pairing, fusion, and shrinkage in a single microfluidic device;Schoeman, RM等;《ELECTROPHORESIS》;第35卷(第2-3期);第385-392页 *
Massively parallel digital transcriptional profiling of single cells;Grace X.Y. Zheng等;《NATURE COMMUNICATIONS》;20170116;第8卷(第14049期);摘要、第2页第1栏第3段以及附图1 *
Pinched flow coupled shear-modulated inertial microfluidics for high-throughput rare blood cell separation;Ali Asgar S. Bhagat等;《Lab on a Chip》;20110419;第11卷(第11期);全文 *
Single cell kinase signaling assay using pinched flow coupled droplet microfluidics;Ramesh Ramji等;《Biomicrofluidics》;20140519;第8卷(第3期);第3页第5段、第4页第1段以及附图1 *
The Poisson distribution and beyond——methods for microfluidic droplet production and single cell encapsulation;David J. Collins等;《Lab on a Chip》;20150730;第15卷(第17期);全文 *

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