[发明专利]微流体介电泳液滴提取

说明书

一种用于在微流体环境中分离乳液的液滴的微流体设备，所述微流体设备包括流动单元，所述流动单元包括用于使第一流体流动经过所述流动单元的第一微流体通道，以及用于使第二流体流流动经过所述流动单元的第二微流体通道。所述微流体设备还包括：第一电极，所述第一电极位设置在所述第一微流体通道；以及第二电极，所述第二电极设置在所述第二微流体通道，位于所述分界面的相对于所述第一电极的相反侧。所述第一电极、所述第二电极以及所述第一微流体通道和所述第二微流体通道被构造为在所述微流体设备中产生非均匀电场梯度。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月30日提交的美国专利申请号16/399,439的优先权和利益，该申请的内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明整体涉及一种用于在微流体环境中将液滴与乳液分离的方法和设备。

背景技术

微流体系统可在输送、控制和操控微小流体量方面提供一系列有利的特征。例如，对于生物、化学和生化分析，在微流体设备中连续不互溶油相中承载的微米级(或更小)水性液滴相比于单相系统具有许多优势。具体来说，单独液滴形成分离和隔离的隔间以用于在皮升到纳升的体积中执行化学和生物反应而不会稀释和交叉污染。此外，许多表征技术(包括但不限于基于荧光的技术)已被开发用于高通量和灵敏的液滴内容物分析。因此，微液滴可被广泛应用于各种重要的应用。

液滴本质上是分离和隔离的隔间的事实对于许多应用来说是优势，然而其对于其他应用来说可能是障碍。液滴的隔离性质使得传统的连续流单相微流体系统无法直接在物理上获得液滴的内容物。例如，某些连续流分析技术，诸如质谱(MS)、液相色谱(LC)、毛细管电泳(CE)和组合方法(诸如LC-MS)不能直接与基于液滴的系统集成，因为在不引入周围的不互溶油相的情况下无法获得液滴内容物，该油相与所述技术不兼容。

为了解决这个问题，需要一种技术，其可提取一系列液滴的内容物，将它们分别排空到与下游分析技术兼容的(水基的)载流体的近侧流动流中，并以与传统连续流微流体设备兼容的方式执行此操作。为实现这一点，先前的尝试采用两个近端共流通道，一个通道包含液滴乳液，另一个通道包含与下游工作流兼容的(水性)流体流。通道由矩形区域连接，该区域保持在通道之间稳定的流动分界面(flow-boundary)并在该连接区域上施加均匀电场。电场诱导电聚结力，该电聚结力诱导液滴从乳液通道移动到水性通道，其中液滴与水性流体合并，有效地在新流中排空其内容物，并留下载体油。

虽然该先前尝试证明了液滴内容物转移到连续流动流中，但这是基于相对较弱的电流体动力学效应(称为电聚结)，该效应由施加在两个共同流动的近侧流体通道之间的区域的均匀电场驱动。电聚结通常用于通过在构成乳液的液滴之间生成相对吸引力来打破乳液。这通过在乳液上施加均匀电场来实现，其中乳液包含嵌入非导电不互溶流体(通常是油)中的导电液滴或可高度极化液滴。液滴将响应于外加场而产生电偶极矩，其中诱导矩相对于场方向对准。在液滴中诱导的偶极矩彼此相互作用，并且由于它们的协调取向，它们经历彼此的相对吸引力。液滴对所经历的净电聚结力F_E-C具有偶极-偶极形式，

其中，ε_M是连续油介质的介电常数，a和b是两个液滴的半径，ρ是其中心之间的距离，E₀是电场强度。针对弱偶极-偶极相互作用存在快速(～ρ^-4)下降。对于由先前尝试利用的几何结构，电聚结动力学略有不同，因为施加的均匀电场旨在致使水性液滴被吸引(合并)到(大)水通道。在这种情况下，水的导电通道作为均匀施加的电场的终端电极(termination electrode)。对于这种配置，在液滴上生成的电聚结力是液滴与其镜像液滴(水通道表面后方的镜像位置处)之间的偶极-偶极吸力。通过将方程1修改为以下来建立液滴与水通道之间的净吸引电聚结力