乳化装置的制作方法

chip,2015,15,2759)之类的技术。此外，不依赖于流速意味着不需要紧密密封的通道(参见nie等人的anal.chem.2019,91,1779-1784)，这允许在不将部件化学密封在一起的情况下来组装这些装置。通常，现有技术中的微流体装置具有两个片材，它们必须被密封在一起以形成通道。
9.用于在阶梯乳化中使用的装置通常由硅、聚(二甲基硅氧烷)、聚碳酸酯和玻璃制成。
10.阶梯乳化尚未适于可大规模生产的设计，部分原因是前面提到的具有高纵横比(l/h》20)的通道的标准。此外，对于大规模生产，用于成型用于阶梯乳化的装置的工具应使用常规铣削和车削技术来形成并且由普通材料制成。该装置还应与常见的实验室装置(例如离心机、热循环仪、分光光度计和液体处理器)兼容。
11.高纵横比(长度(l)/高度(h)》20)不能通过注塑成型单个部件来实现。此外，使用诸如蚀刻和喷砂之类的减材技术难以实现高纵横比。用于先前装置的其他常用方法(如软光刻技术或湿法蚀刻技术)是不可扩展的，并且用于结合于先前装置中使用的部件的技术并不适于大规模生产。因此，具有两个部分(每个都通过注塑成型而成且无需粘合组装)的乳化装置代表了本领域的创造性进步。


技术实现要素：

12.现有技术的缺点通过本文所述的实施例来克服，这些实施例包括本文公开的一些实施例，这些实施例提供了一种注射成型的乳化装置，其中，内部部件嵌套在外部部件内而无需粘合。当被嵌套时，乳化装置与单管或多孔阵列兼容，用于液滴产生。
13.本文所述的一些实施例提供了一种乳化装置，其包括：具有两个开放端的圆筒形的外部部件；具有底部并具有圆周的圆筒形的内部部件，该圆周足以允许将内部部件嵌套在乳化装置的外部部件内，其中，内部部件和外部部件能够自由滑动；至少一个凹槽，其位于外部部件的内表面上或位于内部部件的外表面上，该凹槽的高度大于在外部部件和内部部件嵌套时在外部部件与内部部件之间的间隙；位于内部部件中的靠近底部的至少一个孔；以及位于外部部件的内表面上或位于内部部件的外表面上的径向分布通道；以及径向喷嘴通道，其位于外部部件的内表面的底部或内部部件的外表面的底部。
14.在一些实施例中，乳化装置是注塑成型的。在一些实施例中，乳化装置被插入到容器中以供使用。在一些实施例中，容器是聚合酶链式反应(pcr)管。在一些实施例中，容器是具有多个孔的板。例如，板可具有1至40个孔、20至60个孔、40至80个孔或60至100个孔。在一些实施例中，板具有不止100个孔。
15.在一些实施例中，至少一个凹槽位于外部部件的内表面上。作为选择，至少一个凹槽可以位于内部部件的外表面上。在一些实施例中，当将内部部件嵌套在外部部件内时，至少一个凹槽被封闭住以形成通道。在一些实施例中，当乳化装置在使用时，至少一个凹槽是竖向的。在一些实施例中，当装置在使用中时，至少一个凹槽是水平的。在一些实施例中，至少一个凹槽具有约1mm的长度、选自0.01mm至0.5mm的范围的深度和选自0.04mm至2mm的范围的宽度。在一些实施例中，深度为约0.025mm。在一些实施例中，宽度为约0.1mm。
16.在一些实施例中，内部部件的半径和外部部件的半径相差小于至少一个凹槽的深度。在一些实施例中，径向分布通道位于内部部件的底部上方约0.5mm处。在一些实施例中，
径向分布通道具有基于约10μm和约0.2mm之间的深度。在一些实施例中，径向分布通道具有约0.2mm的深度。在一些实施例中，径向分布通道具有约10μm的深度。在一些实施例中，径向分布通道具有10μm的深度。在一些实施例中，径向分布通道具有小于10μm的深度。在一些实施例中，径向分布通道的深度处于选自由以下组成的组的范围内：约10μm至约50μm、约40μm至约80μm、约70μm至约110μm、约100μm至约140μm、约130μm至约170μm以及约160μm至约200μm。在一些实施例中，径向分布通道具有选自由以下组成的组的深度：11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198和199μm。
17.在一些实施例中，径向分布通道具有约10μm的宽度。在一些实施例中，径向分布通道具有10μm的宽度。在一些实施例中，径向分布通道具有小于10μm的宽度。在一些实施例中，径向分布通道的宽度处于选自由以下各项组成的组的范围内：约10μm至约50μm、约40μm至约80μm、约70μm至约110μm、约100μm至约140μm、约130μm至约170μm以及约160μm至约200μm。在一些实施例中，径向分布通道的宽度选自由一下构成的组：11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198和199μm。
18.在一些实施例中，径向喷嘴通道的深度与至少一个凹槽的深度相同。在一些实施例中，至少一个凹槽具有20:1的长度与深度之比。在一些实施例中，内部部件的底部是实心的。在一些实施例中，实心底部用于在液滴形成期间捕获气泡。在一些实施例中，内部部件的底部包括锥形或杯状突起。在一些实施例中，内部部件的底部包括圆柱形突起。在一些实施例中，圆柱形或锥形突起包括开口。在一些实施例中，内部部件的底部的开口转移气泡以在液滴形成期间产生更多数量的液滴。在一些实施例中，至少一个孔是缝隙。
19.本文所述的一些实施例提供了成阵列排列的多个乳化装置。在一些实施例中，该阵列是具有不止一个孔的板。在一些实施例中，板具有至少96个孔。在一些实施例中，板具有不止96个孔。
20.本文中描述的一些实施例是一种产生用于液滴式数字化聚合酶链式反应(ddpcr)
的液滴的方法，该方法包括：将本文中描述的乳化装置插入到聚合酶链式反应(pcr)管或含有连续相的多孔板中；将液滴相移液到内部部件的储液器中，由此液滴相被通过内部部件的孔分布到介于内部部件和外部部件之间的界面；从而将该相作为液滴从外部部件散发到pcr管中。
附图说明
21.图1提供了乳化装置的组装的一些实施例。
22.图2a提供了外部部件的一些实施例的仰视图。图2b提供了外部部件的一些实施例的侧视图。
23.图3a、图3b和图3c提供了内部部件的一些实施例。
24.附图于此示出了本公开的一些实施例，并且因此不应被视为是对范围的限制，因为本发明可以允许其他同样有效的实施例。应当理解，任何实施例的元件和特征可以在其他实施例中找到而无需进一步叙述，并且在可能的情况下，相同的附图标记已被用于指示附图所共有的可比较元件。
具体实施方式
25.本公开于此描述了两个圆筒形部件的组装的一些实施例，内部部件嵌套在外部部件中，以形成可以在大规模生产中注塑成型的乳化装置。在一些实施例中，乳化装置在内部部件与外部部件之间具有未密封的结构。例如，不使用粘合剂或焊接来组装该乳化装置。
26.在一些实施例中，嵌套的内部部件和外部部件解决了先前乳化装置的设计缺陷。例如，现有技术中的许多装置中所需的高纵横比不能被直接制造成可大量生产的部件。相比之下，在一些实施例中，乳化装置没有集成设备，例如泵、流体控制器或机器人。作为选择，在一些实施例中，乳化装置由注射泵驱动。在一些实施例中，乳化装置是一次性的。
27.图2a和图2b分别是外部部件4的一些实施例的仰视图和侧视图。在一些实施例中，外部部件4是具有开放底部11的圆筒形杯状物。
28.在一些实施例中，外部部件在内表面7上包括至少一个竖向凹槽8。在一些实施例中，至少一个凹槽8位于内部部件1的外部上。在一些实施例中，多个凹槽8n位于外部部件4的内表面7上或位于内部部件的外部上。在一些实施例中，每个凹槽8的长度是其深度的至少20倍。在一些实施例中，每个凹槽8为1mm长。在一些实施例中，每个凹槽8的深度为0.025mm和/或每个凹槽8的宽度为0.1mm。
29.在一些实施例中，内部部件1是具有实心底部的杯状物。在一些实施例中，内部部件1在底部具有开口。在一些实施例中，储液器9是内部部件1的内部。在一些实施例中，内部部件1的外径比外部部件4的内径小0.01mm。在一些实施例中，内部部件1包括孔3。在一些实施例中，内部部件1包括邻近底部的两个孔、三个孔、四个孔或多个孔3n。作为选择，在一些实施例中，孔3或多个孔3n位于内部部件1的底部中。在一些实施例中，孔3垂直于内部部件1延伸，从而形成缝隙。在一些实施例中，内部部件1的底部具有转移或消除气泡的突起13(例如圆柱体或圆锥体)。在一些实施例中，内部部件1的底部具有捕获气泡(例如杯子)的突起13。在一些实施例中，突起13可以具有圆柱形(图3a)、杯形(图3b)或圆锥形(图3c)。
30.在一些实施例中，在操作期间，液滴相被添加到储液器9并被通过通孔3n分布到介
于内部部件1与外部部件4之间的界面。在一些实施例中，液滴相被通过径向分布通道2分布在内部部件1的外部上。在一些实施例中，径向分布通道2的深度为0.2mm并且位于该装置的底部上方0.5mm。在一些实施例中，0.5mm的间距导致了分配通道2的长高比为20:1。在一些实施例中，径向分布通道2的深度介于约10μm与约0.2mm之间。在一些实施例中，径向分布通道2的深度为约10μm。在一些实施例中，径向分布通道2的深度为10μm。在一些实施例中，径向分布通道2的深度小于10μm。在一些实施例中，径向分布通道2的宽度介于约10μm与约0.2mm之间。在一些实施例中，径向分布通道2的宽度为约10μm。在一些实施例中，径向分布通道2的宽度为10μm。在一些实施例中，径向分布通道2的宽度小于10μm。在一些实施例中，位于外部部件4的内表面7的底部的径向凹槽12提供了阶梯乳化梯段式喷嘴。在一些实施例中，径向凹槽12的深度为0.025mm。
31.在一些实施例中，乳化装置由在连续相中的液滴相的接触角大于120
°
的材料制成。在一些实施例中，低于120
°
的接触角将会导致液滴相，从而润湿该装置且不表现出rayleigh-plateau不稳定性。在一些实施例中，乳化装置由聚丙烯制成。如ozkan等人在2007surf.topogr.:metrol.prop.5 024002中所示，聚丙烯具有约151
°
的水包十六烷接触角，该文献的全部内容被通过引用结合到本文中。聚丙烯的特殊润湿性(也称为疏水性)使简单的压合密封足以连结该内部部件和该外部部件。在一些实施例中，乳化装置使用烷烃作为油相。在一些实施例中，乳化装置利用聚丙烯的高水包烷烃接触角(151
°
)来排除对新型表面活性剂或表面处理的需要，这在制造过程期间节约成本。在一些实施例中，乳化装置由聚碳酸酯制成。聚碳酸酯的水包烷烃接触角为140
°
。由于聚碳酸酯具有较高的玻璃化转变温度和较低的收缩率，因此与聚丙烯相比，聚碳酸酯可生产出亲和力更高的注塑成型件。
32.一些实施例包括多个乳化装置。在一些实施例中，多个乳化装置被成阵列排列。在一些实施例中，多个乳化装置可被装配在多孔板中，例如，24孔、48孔、96孔或384孔的形式。
33.i.装置的组装
34.图1提供了被插入到pcr管中的乳化装置的一些实施例的分解图。在一些实施例中，通过将内部部件1嵌套在外部部件4内来组装该乳化装置。在一些实施例中，当组装该乳化装置时，内部部件1和外部部件4被同心地嵌套。作为选择，在组装该乳化装置时，内部部件1和外部部件4在内部且切向地嵌套。在一些实施例中，与现有技术(例如nie等人的anal.chem.2019,91,1779-1784，其被通过引用全部结合到本文中)中所示的乳化装置相比，内部部件1和外部部件4的径向对称减少了在乳化装置的组装过程中对于对准的需要以及对用以将乳化装置保持在一起的夹持力的需要。在一些实施例中，当组装该乳化装置时，内部部件1和外部部件4之间存在压配合密封件。
35.在一些实施例中，当组装该乳化装置时，内部部件1和外部部件4之间的间隙小于凹槽8的高度以获得稳健的乳化。
36.在一些实施例中，由径向几何形状产生的润湿力驱动该乳化装置在内部部件1的外部的圆周和外部部件4的内表面7的圆周之间具有均匀的间距。在一些实施例中，内部部件1和外部部件4使用本领域已知的模具制造技术(例如车床)以高精度制造，并且适用于涉及高力、受控温度通量和/或光学可视化的实验室技术。
37.一些实施例包括制造到外部部件4的内表面7中的至少一个凹槽8，当通过将内部部件1嵌套在外部部件内来组装该乳化装置时，该凹槽形成封闭通道。作为选择，在一些实
施例中，至少一个凹槽8被形成在内部部件1的外部上，当通过将内部部件1嵌套在外部部件4内来组装该乳化装置时，该凹槽8形成封闭通道。在一些实施例中，多个凹槽8n被形成在外部部件4的内表面7中或被形成在内部部件1的外部上。
38.在一些实施例中，乳化装置装配在容器内以供使用。例如，该容器可以是管，例如聚合酶链式反应(pcr)管5，或者该容器可以是多孔板。在一些实施例中，内部部件1被嵌套在外部部件4内并被插入到pcr管5中，类似于在市售dna分离试剂盒中发现的插件。在一些实施例中，外部部件4包括唇部10，其具有比pcr管5的内圆周大的外圆周。在一些实施例中，唇部10防止外部部件4浸没到pcr管5中。在一些实施例中，容器包含连续相。在一些实施例中，乳化装置被至少部分地浸没到连续相中，从而导致内部部件1和外部部件4之间的界面被连续相润湿。
39.在一些实施例中，乳化装置包括通过离心力密封的微流体通道。在一些实施例中，乳化装置包括入口端口，当内部部件1和外部部件4在由离心力驱动的容器内处于适当位置时，该入口端口打开。在一些实施例中，乳化装置由注射泵驱动。在一些实施例中，乳化装置通过在注塑模具制造中利用放电加工(edm)而具有5-50μm深的浅通道。
40.ii.乳化方法
41.在一些实施例中，为了乳化装置的操作，液滴相被移液到内部部件1的储液器9中，作为液滴从乳化装置中排出，并允许沉淀在该容器中。在一些实施例中，乳化装置将水滴直接插入到较低密度的油相中。相比之下，现有技术在这些相之间使用空气间隙。在一些实施例中，使用本文装置的乳化方法使用烷烃(如十六烷)作为油来代替氟化油(例如氢氟醚(hfe)油或fluorinert
tm
油(3m))。
42.在一些实施例中，液滴相可以由储液器9中的压力驱动，无论是通过正气压还是通过离心力。所形成的液滴体积是被移液到内部部件中的液滴相的体积。随着液滴的形成，它们取代了容器中的连续相。为了防止溢出，外部部件和容器之间的空间的体积应该等于或大于该储液器的体积。该空间应在装置运行开始时被空气所占据。在一些实施例中，乳化装置由注射泵驱动。
43.在该方法的一些实施例中，结果通过荧光发光(bulk fluorescence)进行测量。
44.iii.定义
45.除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文所述的方法和材料相似或等效的方法和材料可被用于实施或检测所公开的技术的实施例，但下面描述了合适的方法和材料。在冲突的情况下，以本专利说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法和示例仅是说明性的而非限制性的。通过以下详细描述和权利要求书，其他特征和优点将是显而易见的。
46.如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数，除非上下文另有明确规定。
47.如本文所用，术语“阵列”是指具有多个能够用于进行乳化的隔板的容器。
48.如本文所用，术语“注塑成型”是指物品的制造技术，其涉及将熔融相的材料注射到形成该物品的模具中。
49.等效方案
50.本文所述制剂的所有范围包括其间的范围并且可以包括或不包括端点。可选包括
的范围是从它们之间的整数值(或包括一个原始端点)，处于所列举的数量级或下一个更小的数量级。例如，如果下限值为0.2，则可选包括的端点可以是0.3、0.4、...1.1、1.2等以及1、2、3等；如果较高的范围是8，则可选包括的端点可以是7、6等以及7.9、7.8等。单侧边界(例如3或更大)同样包括一致的边界(或范围)，其始于处于所列举的数量级或更低的一个数量级的整数值。例如，3或更大包括4或3.1或更大。
51.在整个专利说明书中对“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”、“一些实施例”或“一种实施例”的引用表示所描述的特征、结构、材料或特性被包括在本公开的一些实施例中。因此，在整个专利说明书中出现的诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”、“一些实施例”或“在一种实施例中”之类的短语的出现不一定指的是同一实施例。
52.在本专利说明书中引用的专利申请和专利及其他非专利参考文献的公开内容被以引用的方式全部结合到本文中，就好像每个单独的公开文献或参考文献被具体地和单独地表明被通过引用结合到本文中而得到充分阐述一样。本技术要求优先权的任何专利申请也以上述针对公开文献和参考文献所述的方式被通过引用结合到本文中。