[发明专利]微滴速度检测

说明书

提供了用于对微滴穿过微流体通道的速度进行测量的方法和系统。在本发明的第一方面，提供了一种对微滴穿过微流体通道的速度进行测量的方法。所述微流体通道插置在激光器与检测器之间，并且包括透明的照明部位。在所述照明部位和所述检测器处对所述激光器进行引导。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2014年11月6日提交的美国临时专利申请号62/076,316的优先权权益，出于所有目的，所述申请通过引用结合于此。

背景技术

微流体方法涉及将小体积的流体穿过微制造结构并且操纵这些体积以便实施生物或化学反应。为了执行这种反应，可在具有纳升或更小体积的离散微滴中对样本、反应物、溶剂、或其他试剂进行封装。微滴通常浸没在载流体中，其是相位分离的并且通过微流体通道与所述载流体一起被输送。在足够小的通道中，此输送以低雷诺数发生并且展现层流。可通过例如合并微滴(引起微滴熔融)、分割微滴(引起微滴裂变)、将材料注入到微滴中、或者从微滴中提取材料来促进反应。

为了控制微流体设备中微滴的移动，可能有用的是在微滴穿过微流体通道时实时测量所述微滴的速度。类似地，针对经历材料注入或提取的微滴，可能有用的是测量微流体通道中一个或多个点处的这些微滴的宽度或体积。这些测量可被反馈至对载流体的流速或微滴操纵进行管理的子系统，从而允许优化基于微滴的反应。然而，由于微流体设备的小尺寸和微滴自身，测量微滴速度或大小是具有挑战性的。利用常规的光学器件对单独的微滴进行成像需要高放大倍率以及有限的视场。以通常的速度通过微流体通道而行进的微滴对视场进行遍历的速度可快于可在连续视频帧中获取所述微滴的两张图像的速度。为了获得同一微滴的两张或多张图像并且对变化进行测量，可采用更复杂的光学器件来扩展视场，或者可使用高速相机而非常规的视频相机。这些解决方案昂贵且难以实现。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种测量微滴穿过微流体通道的速度的方法。所述微流体通道插置在激光器与检测器之间，并且包括透明的照明部位。在所述照明部位和所述检测器处对所述激光器进行引导。所述检测器包括多个物理上分离的检测区域并且被配置成用于针对每个区域生成信号，所述信号与入射到所述区域上的光的强度成比例。当所述微滴不存在于所述照明部位时，所述方法包括：将由所述激光器发射的激光束照射通过所述照明部位并且照射到所述检测器上，其中，所述激光束入射到第一区域和第二区域上；测量所述第一区域的第一基线信号，并且测量所述第二区域的第二基线信号。进一步地，当所述微滴穿过所述照明部位时，所述方法包括：将所述激光束照射通过所述照明部位并且照射到所述检测器上；测量所述第一区域的第一信号；以及测量所述第二区域的第二信号。所述方法还包括：确定所述第一信号从所述第一基线信号初始地偏离第一预定量时的第一偏离时间；确定所述第二信号从所述第二基线信号初始地偏离第二预定量时的第二偏离时间；计算所述第一偏离时间与所述第二偏离时间之间的差以便获得经过时间；以及基于所述经过时间确定速度，由此对所述微滴穿过所述微流体通道的速度进行测量。

在所述方法的一些实施例中，所述检测器的所述第一区域或所述检测器的所述第二区域包括单个像素或光电二极管。在一些实施例中，确定速度包括将适当的距离除以所述经过时间。在一些实施例中，所述第一预定量是所述第一基线信号的至少1％、2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％，或者所述第二预定量是所述第二基线信号的至少1％、2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。在一些实施例中，所述第一预定量或者所述第二预定量至少是1次、10次、100次、1,000次、1,0000次、1,00000次、或1,000000次计数。在一些实施例中，所述第一信号通过降低至所述第一基线信号以下所述第一预定量而初始地偏离所述第一基线信号，或者所述第二信号通过降低至所述第二基线信号以下所述第二预定量而初始地偏离所述第二基线信号。在一些实施例中，所述第一信号通过超过所述第一基线信号所述第一预定量而初始地偏离所述第一基线信号，或者所述第二信号通过超过所述第二基线信号所述第二预定量而初始地偏离所述第二基线信号。在这些实施例中的任何实施例中，所述第一预定量可大约等于所述第二预定量。