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用于进行化学或生物反应的方法和系统

阅读:925发布:2020-05-12

专利汇可以提供用于进行化学或生物反应的方法和系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本文公开了用于分析核酸和用于进行化学和/或 生物 反应的方法和系统。还公开了用于液滴生成、引导和分离的方法和系统。,下面是用于进行化学或生物反应的方法和系统专利的具体信息内容。

1.一种用于促进生物样品的化学或生物反应的方法,包括:
使第一流体相沿着流体流动路径通过膜中的至少一个开口向所述膜的下游的室流动,其中所述膜与所述流体流动路径相交,并且其中所述膜是柔性的;
使第二流体相沿着所述流体流动路径通过所述膜中的所述至少一个开口向所述室流动,所述室包含与所述第二流体相不混溶的所述第一流体相,其中所述第二流体相包含所述生物样品或所述生物样品的一部分;以及
在所述第二流体相与所述第一流体相接触时在所述室中生成多个液滴,其中所述多个液滴中的给定液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必需的试剂
2.根据权利要求1所述的方法,其中使用一流动控制器引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。
3.根据权利要求1所述的方法,其中使用正压引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。
4.根据权利要求1所述的方法,其中使用负压力引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二流体相包含所述化学或生物反应所必需的试剂。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一流体相包含所述试剂。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述化学或生物反应是核酸扩增,并且其中所述试剂包括一种或多种引物以及聚合酶。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述核酸扩增是聚合酶链式反应(PCR)。
9.根据权利要求7所述的方法,其中所述核酸扩增是等温扩增。
10.根据权利要求7所述的方法,其进一步包括在由所述给定液滴中的所述生物样品生成扩增产物所必需的条件下,使所述给定液滴经历核酸扩增。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述核酸扩增是聚合酶链式反应(PCR)。
12.根据权利要求10所述的方法,其中所述核酸扩增是等温扩增。
13.根据权利要求7所述的方法,其中所述生物样品包含病毒。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述病毒是RNA病毒。
15.根据权利要求13所述的方法,其中所述病毒是DNA病毒。
16.根据权利要求13所述的方法,其中所述病毒选自人免疫缺陷病毒I(HIV I)、人免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、疱疹病毒、甲型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、EB病毒、单核细胞增多症病毒、巨细胞病毒、SARS病毒、西尼罗热病毒、脊髓灰质炎病毒、麻疹病毒、单纯疱疹病毒、天花病毒、腺病毒、柯萨奇病毒、乳头瘤病毒、寨卡病毒和痘病毒。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所述流感病毒选自H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒和H5N1病毒。
18.根据权利要求16所述的方法,其中所述腺病毒为55型腺病毒(ADV55)或7型腺病毒(ADV7)。
19.根据权利要求16所述的方法,其中所述丙型肝炎病毒为具甲的RNA-丙型肝炎病毒(RNA-HCV)。
20.根据权利要求16所述的方法,其中所述柯萨奇病毒是柯萨奇病毒A16。
21.根据权利要求7所述的方法,其中所述生物样品包含致病细菌或致病原生动物
22.根据权利要求21所述的方法,其中所述致病细菌是革兰氏阳性或革兰氏阴性致病细菌。
23.根据权利要求21所述的方法,其中所述致病细菌选自金黄色葡萄球菌、单核细胞增生利斯特氏菌、大肠杆菌、阪崎肠杆菌、副溶血弧菌和志贺氏菌属的种。
24.根据权利要求21所述的方法,其中所述致病细菌是结核分枝杆菌。
25.根据权利要求21所述的方法,其中所述致病原生动物是疟原虫。
26.根据权利要求21所述的方法,其中所述致病细菌是沙氏菌。
27.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括检测所述给定液滴中的所述扩增产物。
28.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括监测包含所述多个液滴的溶液的温度
29.根据权利要求28所述的方法,其中通过检测所述溶液的温度来监测所述温度。
30.根据权利要求1所述的方法,其中所述多个液滴中的每一个具有约0.1微米至约200微米的液滴大小。
31.根据权利要求30所述的方法,其中所述大小为约1微米至150微米。
32.根据权利要求31所述的方法,其中所述大小为约10微米至100微米。
33.根据权利要求1所述的方法,其中在通常层流下沿着所述流体流动路径引导所述第一流体相或所述第二流体相。
34.根据权利要求1所述的方法,其中在斯托克斯流下沿着所述流体流动路径引导所述第一流体相或所述第二流体相。
35.根据权利要求1所述的方法,其中所述多个液滴是乳液的一部分。
36.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一流体相包含油。
37.根据权利要求36所述的方法,其中所述第一流体相包含表面活性剂
38.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一流体相是液相。
39.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二流体相是液相。
40.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括使所述室经历振动。
41.根据权利要求1所述的方法,其中所述膜中的所述至少一个开口允许流体仅沿着通向所述室的方向流动。
42.根据权利要求41所述的方法,其中所述至少一个开口包含单向
43.根据权利要求1所述的方法,其中所述膜是疏水性的。
44.根据权利要求1所述的方法,其中所述膜包含脂双层。
45.根据权利要求1所述的方法,其中所述至少一个开口包含孔蛋白。
46.根据权利要求45所述的方法,其中所述孔蛋白是α溶血素或其变体。
47.一种用于对生物样品进行化学或生物反应的系统,包含:
流体流动路径,该流体流动路径与膜的下游的室流体连通,其中所述膜包含至少一个开口并与所述流体流动路径相交,并且其中所述膜是柔性的;
控制器,其包含一个或多个计算机处理器,所述计算机处理器被单独或共同编程用于:
(i)使第一流体相沿着所述流体流动路径通过所述膜中的所述至少一个开口向所述膜的下游的所述室流动;
(ii)使第二流体相沿着所述流体流动路径通过所述膜中的所述至少一个开口向所述室流动,所述室包含与所述第二流体相不混溶的所述第一流体相,其中所述第二流体相包含所述生物样品或所述生物样品的部分;以及
(iii)在所述第二流体相与所述第一流体相接触时在所述室中生成多个液滴,其中所述多个液滴中的给定液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必需的试剂。
48.根据权利要求47所述的系统,所述开口允许在一个方向上的所述第一流体相的流动和所述第二流体相的流动。
49.根据权利要求48所述的系统,所述开口包含阀。
50.根据权利要求47所述的系统,其中所述膜是疏水性的。
51.根据权利要求47所述的系统,其中所述膜包含脂双层。
52.根据权利要求47所述的系统,其中所述至少一个开口包含孔蛋白。
53.根据权利要求52所述的系统,其中所述孔蛋白是α溶血素或其变体。
54.根据权利要求47所述的系统,其中所述第一流体相包含油。
55.根据权利要求54所述的系统,其中所述第一流体相包含表面活性剂。
56.根据权利要求47所述的系统,其中所述第一流体相是液相。
57.根据权利要求47所述的系统,其中所述第二流体相是液相。
58.根据权利要求47所述的系统,其进一步包含振动器。
59.根据权利要求47所述的系统,其进一步包含检测器。
60.根据权利要求59所述的系统,其中所述检测器是相机。
61.一种用于促进生物样品的化学或生物反应的方法,包括:
(a)提供样品处理单元,其包含与支撑件流体连通的流体流动路径,其中所述支撑件包含多个孔,并且其中所述多个孔中的单个孔包含将多个液滴中的给定液滴引导到所述单个孔中的吸湿材料;
(b)使所述多个液滴经历沿着所述流体流动路径向所述多个孔的流动,其中所述多个液滴中的所述给定液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必需的试剂;以及(c)将所述多个液滴中的所述给定液滴引导到所述多个孔中的所述单个孔中。
62.根据权利要求61所述的方法,其中所述吸湿材料是多糖。
63.根据权利要求61所述的方法,其中所述吸湿材料包含一种或多种纤维素纤维。
64.根据权利要求61所述的方法,其中所述吸湿材料包含聚合物
65.根据权利要求64所述的方法,其中所述聚合物选自丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、尼龙、聚酸酯、聚乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚苯乙烯。
66.根据权利要求61所述的方法,其进一步包括在第一流体相与第二流体相接触时生成所述多个液滴。
67.根据权利要求61所述的方法,其中所述化学或生物反应是核酸扩增,并且其中所述试剂包括一种或多种引物以及聚合酶。
68.根据权利要求67所述的方法,其中所述核酸扩增是聚合酶链式反应(PCR)。
69.根据权利要求67所述的方法,其中所述核酸扩增是等温扩增。
70.根据权利要求67所述的方法,其进一步包括在由所述多个液滴的每一个中所述生物样品的所述部分生成扩增产物所必需的条件下,使所述多个液滴经历核酸扩增。
71.根据权利要求70所述的方法,其进一步包括至少检测所述多个液滴的子集中的所述扩增产物。
72.根据权利要求70所述的方法,其进一步包括监测包含所述给定液滴的溶液的温度。
73.根据权利要求72所述的方法,其中通过检测所述溶液的温度来监测所述温度。
74.根据权利要求61所述的方法,其中所述多个液滴中的每一个具有约0.1微米至200微米的液滴大小。
75.根据权利要求74所述的方法,其中所述多个液滴中的每一个具有约1微米至150微米的液滴大小。
76.根据权利要求75所述的方法,其中所述多个液滴中的每一个具有约10微米至100微米的液滴大小。
77.根据权利要求61所述的方法,其进一步包括将所述给定液滴密封在所述单个孔中。
78.根据权利要求77所述的方法,其进一步包括提供邻近于所述单个孔的流体相,以将所述给定液滴密封在所述单个孔中。
79.根据权利要求78所述的方法,其中所述流体相是油相。
80.一种用于对生物样品进行化学或生物反应的系统,其包含:
样品处理单元,其包含与支撑件流体连通的流体流动路径,其中所述支撑件包含多个孔,并且其中所述多个孔中的单个孔包含将多个液滴中的给定液滴引导到所述单个孔的吸湿材料;以及
控制器,其包含一个或多个计算机处理器,所述计算机处理器被单独或共同编程用于:
(i)使所述多个液滴经历沿着所述流体流动路径的流动,其中所述多个液滴中的所述给定液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必需的试剂;以及
(ii)将所述多个液滴中的所述给定液滴引导到所述多个孔中的所述单个孔中。
81.根据权利要求80所述的系统,其中所述吸湿材料包含一种或多种纤维素纤维。
82.根据权利要求80所述的系统,其中所述吸湿材料包含多糖。
83.根据权利要求80所述的系统,其中所述吸湿材料包含聚合物。
84.根据权利要求83所述的系统,其中所述聚合物选自丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚苯乙烯。
85.根据权利要求80所述的系统,其进一步包含与所述多个孔传感连通的检测器。
86.根据权利要求80所述的系统,其中所述化学或生物反应是核酸扩增,并且其中所述试剂包括一种或多种引物以及聚合酶。
87.一种用于促进生物样品的化学或生物反应的装置,其包括含有多个孔的支撑件,其中所述多个孔中的单个孔包含吸湿材料,所述吸湿材料(i)将多个液滴中的给定液滴引导到所述单个孔,并且(ii)在所述化学或生物反应期间使所述给定液滴保留在所述单个孔中。
88.一种用于促进生物样品的化学或生物反应的方法,其包括:
(a)提供样品处理单元,其包含与支撑件流体连通的第一流体流动路径和第二流体流动路径,其中所述支撑件包含多个孔,并且其中所述多个孔中的单个孔包含邻近于所述第一流体流动路径的第一开口和邻近于所述第二流体流动路径的第二开口;
(b)使所述多个液滴沿着所述第一流体流动路径或所述第二流体流动路径向所述多个孔流动,其中所述多个液滴中的给定液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必需的试剂;
(c)引导所述多个液滴中的所述给定液滴从所述第一流体流动路径或所述第二流体流动路径通过所述第一或第二开口进入所述多个孔中的所述单个孔中;以及
(d)在所述第一流体路径中提供第一流体相,并在所述第二流体路径中提供第二流体相,从而使所述给定液滴保留在所述单个孔中。

说明书全文

用于进行化学或生物反应的方法和系统

发明背景

[0001] 核酸扩增方法可允许从复杂混合物如生物样品中有选择地扩增和鉴定感兴趣的核酸。为了检测生物样品中的核酸,通常对生物样品进行处理,以从生物样品的其他组分和
其他可能干扰核酸和/或扩增的物质中分离出核酸。在从生物样品中分离出感兴趣的核酸
之后,可通过例如核酸扩增,如基于热循环的方法(例如,聚合酶链式反应(PCR)),对感兴趣
的核酸进行扩增。在扩增感兴趣的核酸之后,可以检测扩增产物,并由终端用户解读检测结
果。然而,当需要进行多个或大量扩增反应时,这是枯燥、耗时且低效的。
[0002] 已提出用液滴作为分区以在约束的容积中进行化学和生化反应(例如,核酸扩增),并已开发了多种方法来生成这类液滴。然而,这些技术通常具有与不均匀的液滴大小
和组成、相对较低的通量和/或不能生成单分散液滴相关的问题。
[0003] 另外,在适当的试剂反应体系中,核酸扩增可以非常快速地发生。事实上,聚合酶链式反应(PCR)中核酸分子的扩增可以在每个循环中发生一到两秒,或甚至短于一秒。因
此,在许多情况下,PCR扩增的速度受到仪器(例如热循环仪)的性能而不是生物反应本身的
限制。

发明内容

[0004] 在此认识到需要快速、准确和高通量的方法、系统和装置以生成均匀大小、形状和组成的液滴,在一些情况下,重点在于用于分析核酸的液滴。这样的方法、系统和装置可用
于例如实现可经由核酸检测的疾病的快速样品-反馈检测和管理。
[0005] 本公开内容的一个方面提供了用于促进生物样品的化学或生物反应的方法,其包括:(a)使第一流体相(例如,连续流体)沿着流体流动路径通过柔性膜中的至少一个开口向
所述膜的下游的室流动;(b)使第二流体相(例如,包含生物样品的流体和/或与所述第一流
体不混溶的流体)沿着所述流体流动路径通过所述膜中的至少一个开口向包含所述第一流
体相的所述室流动;(c)在所述第二流体相与所述第一流体相接触时在所述室中生成多个
液滴。所述多个液滴中的给定液滴可包含所述生物样品(或其部分)以及所述化学或生物反
应所必需的试剂。
[0006] 在一些实施方案中,使用流动控制器引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。在一些实施方案中,使用正压引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。在一些实施方
案中,使用负压力引导所述第一流体相和/或所述第二流体相。在一些实施方案中,使用正
压力和负压力的组合引导所述第一流体相和/或所述第二流体相,其中所述正压力和负压
力的组合在时间上(例如,第一次为第一压力且第二次为第二压力)或空间上(例如,使用第
一压力如正压力引导第一通道中的第一流体相,并使用第二压力如负压力引导第二通道中
的第二流体相)进行分布。在一些实施方案中,在通常为层流的流动下沿着流体流动路径引
导所述第一流体相或所述第二流体相或两者,但局部湍流区域也是允许的。在一些实施方
案中,在斯托克斯流下沿着流体流动路径引导所述第一流体相或所述第二流体相或两者。
[0007] 一些实施方案的所述第一流体相包含化学或生物反应所必需的试剂。一些实施方案的所述第二流体相包含化学或生物反应所必需的试剂。在一些实施方案中,所述第一流
体相包含油。在一些实施方案中,所述第一流体相包含表面活性剂。在一些实施方案中,所
述第一流体相或所述第二流体相或两者是液相。
[0008] 本公开内容的一些实施方案具有的化学或生物反应是核酸扩增。因此,在一些实施方案中,促进化学或生物反应所必需的试剂包括一种或多种引物以及至少一种聚合酶。
在一些实施方案中,核酸扩增是聚合酶链式反应(PCR)。在一些实施方案中,所述核酸扩增
是等温扩增。本公开内容的一些实施方案包括两种或更多种类型的核酸扩增。用于促进生
物样品的化学或生物反应的方法可以进一步包括在由所述给定液滴中的所述生物样品或
其部分生成扩增产物所必需的条件下,使所述给定液滴经历核酸扩增。在这样的情况下,所
述核酸扩增是聚合酶链式反应(PCR),或者所述核酸扩增是等温扩增或两种上述核酸扩增
技术和/或本领域技术人员已知的任何其他技术的组合。促进生物样品的化学或生物反应
的方法可以进一步包括检测所述给定液滴中或来自所述给定液滴的扩增产物。
[0009] 在一些实施方案中,所述方法可以进一步包括监测包含所述多个液滴的溶液的温度。在一些实施方案中,通过检测所述溶液的温度来监测温度。
[0010] 一些实施方案的所述多个液滴中的每一个具有约0.1微米至约200微米的液滴大小。一些实施方案的所述多个液滴中的每一个具有约1微米至150微米的液滴大小。一些实
施方案的所述多个液滴中的每一个具有约10微米至100微米的液滴大小。在一些实施方案
中,所述多个液滴是乳液的一部分。
[0011] 在一些实施方案中,所述室经历振动。
[0012] 在一些实施方案中,所述膜是柔性的。在一些实施方案中,所述膜可具有疏性的部分。疏水性膜的实施方案可由于安置在所述膜上的微表面结构而疏水,或者所述膜可因
为所述膜包含疏水性材料而疏水。在一些实施方案中,所述膜包含脂双层。
[0013] 在一些实施方案中,所述膜中的所述至少一个开口允许流体仅沿着通向所述室的方向流动。在一些实施方案中,所述至少一个开口包含单向。一些实施方案的单向阀是主
动控制的。一些实施方案的单向阀是被动控制的。在一些实施方案中,所述至少一个开口包
含孔蛋白(port protein)。一些实施方案的孔蛋白包括α溶血素或其变体。
[0014] 本公开内容的另一个方面提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的系统,其包含:(a)与包含至少一个开口的柔性膜的下游的室流体连通的流体流动路径;以及(b)包
含一个或多个计算机处理器的控制器,所述一个或多个计算机处理器被单独或共同编程用
于(i)使第一流体相(例如,连续流体)沿着所述流体流动路径通过所述膜中的所述至少一
个开口向所述膜的下游的所述室流动;(ii)使第二流体相(例如,包含所述生物样品或其部
分的流体,或与所述第一流体不混溶的流体,或两者)沿着所述流体流动路径通过所述膜中
的所述至少一个开口向包含所述第一流体相的所述室流动;以及(iii)在所述第二流体相
与所述第一流体相接触时在所述室中生成多个液滴,使得所述多个液滴中的给定液滴包含
所述生物样品或者所述化学或生物反应所必需的试剂,或两者。
[0015] 本公开内容提供的另一个方面提供了用于促进生物样品的化学或生物反应的方法,其包括:(a)提供样品处理单元,其包含与含有多个孔的支撑件流体连通的流体流动路
径,其中所述多个孔中的单个孔将多个液滴中的给定液滴引导至所述单个孔(例如,经由吸
湿材料或吸湿结构);(b)使所述多个液滴经历沿着所述流体流动路径向所述多个孔的流
动,其中所述多个液滴中的所述给定液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必
需的试剂;以及(c)将所述多个液滴中的所述给定液滴引导到所述多个孔中的所述单个孔
中。
[0016] 一些实施方案的吸湿材料是多糖。
[0017] 一些实施方案的方法进一步包括在第一流体相与第二流体相接触时生成所述多个液滴。
[0018] 在一些实施方案中,所述化学或生物反应是核酸扩增。因此,所述化学或生物反应所必需的试剂可包括一种或多种引物和/或一种或多种聚合酶。在一些实施方案中,所述核
酸扩增是聚合酶链式反应(PCR)。在一些实施方案中,所述核酸扩增是等温扩增。在一些实
施方案中,所述方法可进一步包括在由所述多个液滴的每一个中所述生物样品的所述部分
生成扩增产物所必需的条件下,使所述多个液滴经历核酸扩增。在一些实施方案中,所述方
法可进一步包括至少检测所述多个液滴的子集中的所述扩增产物。
[0019] 在一些实施方案中,所述方法可进一步包括监测包含所述给定液滴的溶液的温度。此外,通过检测所述溶液的温度来监测一些实施方案的温度。
[0020] 在一些实施方案中,所述多个液滴中的每一个具有约0.1微米至约200微米的液滴大小。在一些实施方案中,所述多个液滴中的每一个具有约1微米至约150微米的液滴大小。
在一些实施方案中,所述多个液滴中的每一个具有约10微米至约100微米的液滴大小。
[0021] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括将所述给定液滴密封在所述单个孔中。在一些实施方案中,所述方法进一步包括提供邻近于所述单个孔的流体相,以将所述给定
液滴密封在所述单个孔中。在一些实施方案中,所述流体相是油相(例如,氟化油)。
[0022] 本公开内容的另一个方面提供了用于对生物样品进行化学或生物反应的系统,其包含样品处理单元(其自身包含与含有多个孔的支撑件流体连通的流体流动路径,其中所
述多个孔中的单个孔经由吸湿材料将多个液滴中的给定液滴引导到所述单个孔)和包含一
个或多个计算机处理器的控制器,所述计算机处理器被单独或共同编程用于(i)使所述多
个液滴(所述多个液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必需的试剂)经历沿
着所述流体流动路径的流动;以及(ii)将所述多个液滴中的所述给定液滴引导到所述多个
孔中的所述单个孔中。
[0023] 本公开内容的另一个方面提供了用于促进生物样品的化学或生物反应的装置,其包括含有多个孔的支撑件,其中所述多个孔中的单个孔包含吸湿材料,所述吸湿材料(i)将
多个液滴中的给定液滴引导到所述单个孔,并且(ii)在所述化学或生物反应期间使所述给
定液滴保留在所述单个孔中。
[0024] 本公开内容的另一个方面提供了用于促进生物样品的化学或生物反应的方法,其包括:(a)提供样品处理单元(其自身包含与支撑件流体连通的第一流体流动路径和第二流
体流动路径,其中所述支撑件包含多个孔,并且其中所述多个孔中的单个孔包含邻近于所
述第一流体流动路径的第一开口和邻近于所述第二流体流动路径的第二开口);(b)使所述
多个液滴(所述多个液滴中的给定液滴包含所述生物样品以及所述化学或生物反应所必需
的试剂)沿着所述第一流体流动路径或所述第二流体流动路径向所述多个孔流动;(c)引导
所述多个液滴中的所述给定液滴从所述第一流体流动路径或所述第二流体流动路径通过
所述第一或第二开口进入所述多个孔中的所述单个孔中;以及(d)在所述第一流体路径中
提供第一流体相,并在所述第二流体路径中提供第二流体相,从而使所述给定液滴保留在
所述单个孔中。
[0025] 根据下面仅示出并描述了本公开内容的说明性实施方案的详细描述,本公开内容的其他方面和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。将会认识到,本公开内容能
够包括其他的和不同的实施方案,并且其若干细节能够在多个明显的方面进行更改,所有
这些都不脱离本公开内容。相应地,附图和描述将被视为本质上是说明性的,而非限制性
的。
援引并入
[0026] 本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文,其程度如同特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。

附图说明

[0027] 本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对其中利用本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图(本文也称为“图”),将会获得对本发
明的特征和优点的更好的理解,在这些附图中:
[0028] 图1示出了用于生成液滴的示例性装置;
[0029] 图2A-图2C示出了支撑系统;
[0030] 图3A和图3B示出了示例性液滴群;
[0031] 图4示出了显示由可检测部分传递的信号作为温度的函数的图;
[0032] 图5示出了包含多个温度指示器的温度监测系统;
[0033] 图6示出了包含温度监测器的支撑系统的横截面图;
[0034] 图7A示出了示例性液滴生成装置的透视图;
[0035] 图7B示出了图7A的示例性液滴生成装置的剖面透视图;
[0036] 图7C示出了图7A的示例性液滴生成装置的室的近视图;
[0037] 图7D示出了图7A的示例性液滴生成装置的剖面侧视图;
[0038] 图8A示出了包含多个孔的支撑系统的示例性实施方案的透视图;
[0039] 图8B示出了支撑系统的示例性实施方案的流动路径的俯视图,该支撑系统包含图8A所示的多个孔;
[0040] 图8C示出了来自支撑系统的示例性实施方案的多个孔的子集的近视图,该支撑系统包含图8A中所示的多个孔;
[0041] 图9A示出了包含液滴生成装置的示例性液滴生成系统的透视图;
[0042] 图9B示出了图9A的示例性液滴生成系统的剖面侧视图;
[0043] 图9C示出了图9A所示的液滴生成系统的液滴生成装置的透视图;
[0044] 图10示出了被编程或以其他方式配置用于实现本文提供的方法的示例性计算机控制系统;
[0045] 图11A示出了使用75微升/小时的流速,由实验液滴生成系统生成的多个液滴;
[0046] 图11B示出了使用150微升/小时的流速,由实验液滴生成系统生成的多个液滴;
[0047] 图11C示出了使用300微升/小时的流速,由实验液滴生成系统生成的多个液滴;
[0048] 图11D示出了使用600微升/小时的流速,由实验液滴生成系统生成的多个液滴;
[0049] 图11E示出了使用1000微升/小时的流速,由实验液滴生成系统生成的多个液滴;
[0050] 图11F示出了将液滴大小与由图11A-图11E中所见的液滴的多数性确定的流速相关联的图。

具体实施方式

[0051] 尽管本文中已经示出并描述了本发明的多个实施方案,但对于本领域技术人员显而易见的是,这些实施方案仅以示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本发明的情况
下可想到多种变化、改变和替代。应当理解,可以使用本文所述的本发明实施方案的各种替
代方案。
[0052] 除非上下文另有明确说明,否则如在本说明书和权利要求书中所使用的,单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数的指代物。例如,术语“一个分子”包括多个分子,包括其混合物。
[0053] 如本文所用的,术语“核酸”通常是指任何长度的核苷酸(脱核糖核苷酸(dNTP)或核糖核苷酸(rNTP))或其类似物的聚合形式。核酸可具有任何三维结构,并且可执行任何
已知或未知的功能。核酸的非限制性实例包括DNA、RNA、基因或基因片段的编码区或非编码
区、由连分析确定的一个或多个基因座、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转移RNA、核糖
体RNA、短干扰RNA(siRNA)、短发夹RNA(shRNA)、微小RNA(miRNA)、核酶、cDNA、重组核酸、分
支核酸、质粒、载体、分离的任意序列的DNA、分离的任意序列的RNA、核酸探针和引物。核酸
可包含一种或多种修饰的核苷酸,如甲基化核苷酸和核苷酸类似物。如果存在的话,对核苷
酸结构的修饰可以在核酸组装之前或之后进行。核酸的核苷酸序列可被非核苷酸组分中
断。核酸可在聚合后进一步修饰,例如通过与报道剂偶联或结合。
[0054] 如本文所用的,术语“引物延伸反应”通常是指双链核酸变性,引物与变性的核酸的一条或两条链结合,随后引物延长。
[0055] 如本文所用的,术语“反应混合物”通常是指包含对于完成核酸扩增(例如,DNA扩增、RNA扩增)所必需的试剂的组合物,此类试剂的非限制性实例包括对靶RNA或靶DNA具有
特异性的引物组、由RNA的逆转录产生的DNA、DNA聚合酶、逆转录酶(例如,用于RNA的逆转
录)、合适的缓冲液(包括两性离子缓冲液)、辅因子(例如,二价和一价阳离子)、dNTP和其他
酶(例如,尿嘧啶-DNA糖基化酶(UNG)等)。在一些实施方案中,反应混合物还可包含一种或
多种报道剂。
[0056] 如本文所用的,“报道剂”通常是指产生可检测信号的组合物,其存在与否可用于检测化学或生物反应。在一些情况下,报道剂可以与初始反应物结合,并且报道剂水平的变
化可用于检测扩增产物。在一些情况下,报道剂可以是仅在反应进行时可检测的(或不可检
测的)。报道剂可以是光学活性染料(例如,荧光染料)。染料的非限制性实例包括SYBR绿、
SYBR蓝、DAPI、碘化丙锭、Hoeste、SYBR金、溴化乙锭、吖啶、原黄素、吖啶橙、吖啶黄素、荧光
香豆素(fluorcoumanin)、椭圆玫瑰树、道诺霉素、氯喹、偏端霉素D、色霉素、乙菲啶
(homidium)、光神霉素、多吡啶钌、茴霉素、菲啶和吖啶、溴化乙锭、碘化丙锭、碘化己锭、
二氢乙锭、乙锭同型二聚体-1和乙锭同型二聚体-2、单叠氮化乙锭和ACMA、Hoechst 33258、
Hoechst 33342、Hoechst 34580、DAPI、吖啶橙、7-AAD、放线菌素D、LDS751、羟 脒
(hydroxystilbamidine)、SYTOX Blue、SYTOX Green、SYTOX Orange、POPO-1、POPO-3、YOYO-
1、YOYO-3、TOTO-1、TOTO-3、JOJO-1、LOLO-1、BOBO-1、BOBO-3、PO-PRO-1、PO-PRO-3、BO-PRO-
1、BO-PRO-3、TO-PRO-1、TO-PRO-3、TO-PRO-5、JO-PRO-1、LO-PRO-1、YO-PRO-1、YO-PRO-3、
PicoGreen、OliGreen、RiboGreen、SYBR Gold、SYBR Green I、SYBR Green II、SYBR DX、
SYTO-40、-41、-42、-43、-44、-45(蓝)、SYTO-13、-16、-24、-21、-23、-12、-11、-20、-22、-15、-
14、-25(绿)、SYTO-81、-80、-82、-83、-84、-85(橙)、SYTO-64、-17、-59、-61、-62、-60、-63(红)、荧光素、异硫氰酸荧光素(FITC)、四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)、罗丹明、四甲基罗
丹明、R-藻红蛋白、Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7、德克萨斯红(Texas Red)、Phar-
Red、别藻蓝蛋白(APC)、Sybr Green I、Sybr Green II、Sybr Gold、CellTracker Green、7-
AAD、乙锭同型二聚体I、乙锭同型二聚体II、乙锭同型二聚体III、溴化乙锭、伞形、曙红、
绿色荧光蛋白、赤藓红、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀绿、茋、萤光黄、级联蓝(cascade 
blue)、二氯三嗪胺荧光素、丹磺酰氯、荧光镧系络合物(如包含铕和铽的那些络合物)、羧基
四氯荧光素、5-羧基荧光素和/或6-羧基荧光素(FAM)、5-碘乙酰胺基荧光素(或6-碘乙酰胺
基荧光素)、5-{[2-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素(和5-{[3-5-(乙酰基巯基)-琥
珀酰基]氨基}荧光素)(SAMSA-荧光素)、丽丝胺罗丹明B磺酰氯、5-羧基罗丹明和/或6-羧基
罗丹明(ROX)、7-氨基-甲基-香豆素、7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)、BODIPY荧光团、
8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐、3,6-二磺酸-4-氨基-二甲酰亚胺、藻胆蛋白、
AlexaFluor 350、AlexaFluor 405、AlexaFluor 430、AlexaFluor 488、AlexaFluor 532、
AlexaFluor 546、AlexaFluor 555、AlexaFluor 568、AlexaFluor 594、AlexaFluor 610、
AlexaFluor 633、AlexaFluor 635、AlexaFluor 647、AlexaFluor 660、AlexaFluor 680、
AlexaFluor 700、AlexaFluor 750和AlexaFluor 790染料、DyLight 350、DyLight 405、
DyLight 488、DyLight 550、DyLight 594、DyLight 633、DyLight 650、DyLight 680、
DyLight 755和DyLight 800染料,或其他荧光团。
[0057] 在一些情况下,报道剂可以是序列特异性寡核苷酸探针,其在与扩增产物杂交时是光学活性的。由于探针与扩增产物的序列特异性结合,使用寡核苷酸探针可以提高检测
的特异性和灵敏度。探针可与本文所述的任何光学活性报道剂(例如,染料)连接,还可包括
能够阻断相关染料的光学活性的猝灭剂。可用作报道剂的探针的非限制性实例包括TaqMan
探针、TaqMan Tamara探针、TaqMan MGB探针或Lion探针。
[0058] 在一些情况下,报道剂可以是RNA寡核苷酸探针,其包括相邻地定位在探针上的光学活性染料(例如,荧光染料)和猝灭剂。染料与猝灭剂的紧邻可阻断染料的光学活性。探针
可与待扩增的靶核酸序列结合。当探针在扩增过程中被DNA聚合酶的外切核酸酶活性断裂
时,猝灭剂与染料分离,游离的染料恢复其光学活性,该光学活性随后可被检测到。
[0059] 如本文所用的,术语“靶核酸”通常是指在核酸分子的起始群体中的具有某种核苷酸序列的核酸分子,其存在、量和/或序列或者其中一项或多项的变化需要进行测定。靶核
酸可以是任何类型的核酸,包括DNA、RNA和它们的类似物。如本文所用的,“靶核糖核酸
(RNA)”通常是指作为RNA的靶核酸。如本文所用的,“靶脱氧核糖核酸(DNA)”通常是指作为
DNA的靶核酸。
[0060] 如本文所用的,术语“扩增(amplifying)”和“扩增(amplification)”可互换使用,并且通常是指生成核酸的一个或多个拷贝或“扩增产物”。术语“术语“扩增”通常是指生成
DNA分子的一个或多个拷贝或“扩增的DNA产物”。术语“逆转录扩增”通常指经逆转录酶的作
用从核糖核酸(RNA)模板生成脱氧核糖核酸(DNA)。
[0061] 核酸的扩增可以是线性的、指数的或其任意组合。核酸扩增方法的非限制性实例包括逆转录、引物延伸、连接酶链反应(LCR)、解旋酶依赖性扩增(例如,首先使核酸与解旋
酶接触的扩增)、不对称扩增、滚环扩增、多重置换扩增(MDA)、聚合酶链式反应(PCR)及其变
体。PCR变体的非限制性实例包括实时PCR、等位基因特异性PCR、装配PCR、不对称PCR、数字
PCR、乳液PCR、拨出PCR、解旋酶依赖性PCR、巢式PCR、热启动PCR、反向PCR、甲基化特异性
PCR、微引物PCR、多重PCR、巢式PCR、重叠-延伸PCR、热不对称交错PCR、递降PCR和连接酶链
反应(LCR)。在一些情况下,用巢式核酸扩增实现扩增。此外,核酸的扩增可等温进行,或者
可通过一个或多个温度循环(例如,热循环)进行。溶液的热循环可用于大量样品处理和/或
生物/化学反应,包括制备用于核酸扩增反应的生物样品和进行核酸扩增反应。
[0062] 如本文所用的,术语“进行化学或生物反应所必需的组分”通常是指完成和/或检测对生物样品的给定化学或生物反应所需的材料。该组分可以是进行任何类型的化学或生
物反应所必需的组分,该反应的进展通过加入热来引发、持续和/或增强。非限制性实例包
括核酸扩增反应、变性反应、细胞溶解反应、酶促反应、涉及分子识别的反应以及其他化学
或生物反应。这样的组分可包括反应物、催化剂(例如,酶)、反应介质(例如,缓冲液、溶剂)、
用于反应检测的报道剂、以及辅因子。在化学或生物反应是核酸扩增反应的情况下,该组分
可以是核酸扩增反应所必需的组分。核酸扩增反应所必需的组分包括一种或多种模板核酸
分子(例如,衍生自生物样品的模板核酸分子)、一种或多种引物、一种或多种聚合酶、一种
或多种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)、辅因子(例如,阳离子如Mg2+)和合适的反应介质(例如,缓
冲液)。在一些情况下,聚合酶是能够以模板引导的方式将核苷酸并入引物的聚合酶(例如,
DNA聚合酶)。聚合酶可以是任何合适的聚合酶,并可以实现多种聚合酶。聚合酶的非限制性
实例包括Taq聚合酶、Tth聚合酶、Tli聚合酶、Pfu聚合酶、VENT聚合酶、DEEPVENT聚合酶、EX-
Taq聚合酶、LA-Taq聚合酶、Expand聚合酶、Sso聚合酶、Poc聚合酶、Pab聚合酶、Mth聚合酶、
Pho聚合酶、ES4聚合酶、Tru聚合酶、Tac聚合酶、Tne聚合酶、Tma聚合酶、Tih聚合酶、Tfi聚合
酶、Platinum Taq聚合酶、高保真聚合酶、Tbr聚合酶、Tfl聚合酶、Pfutubo聚合酶、Pyrobest
聚合酶、Pwo聚合酶、KOD聚合酶、Bst聚合酶、Sac聚合酶、Klenow片段、及其变体、修饰产物和
衍生物。
[0063] 如本文所用的,术语“变性(denaturing)”和“变性(denaturation)”可互换使用,并且通常是指双链核酸的螺旋结构的完全或部分解旋,并且在一些实施方案中是指单链核
酸的二级结构的解旋。变性可包括病原体细胞壁或病毒外壳的失活,以及抑制剂蛋白质
失活。可发生变性的条件包括“变性温度”和“变性持续时间”,“变性温度”通常是指允许发
生变性的温度,“变性持续时间”通常是指发生变性所分配的时间量。
[0064] 如本文所用的,术语“延长”通常是指以模板引导的方式将核苷酸并入核酸。延长可借助于诸如聚合酶或逆转录酶等酶而发生。可发生延长的条件包括“延长温度”和“延长
持续时间”,“延长温度”通常是指允许发生延长的温度,“延长持续时间”通常是指发生延长
所分配的时间量。
[0065] 如本文所用的,术语“受试者”通常是指具有可测试或可检测的遗传信息的实体或介质。受试者可以是人或个体。受试者可以是脊椎动物,例如哺乳动物。哺乳动物的非限制
性实例包括鼠、猿、人类、农场动物、运动动物和宠物。受试者的其他实例包括例如食物、植
物、土壤和水。受试者可以是正在接受治疗或寻求治疗的患者或个体。受试者可来自病原
体,诸如病毒、细菌或微生物。靶序列可来自或对应于病原体序列,该病原体如病毒、细菌或
微生物。来自和/或对应于来自病毒的序列的靶序列可来自和/或对应于RNA病毒或DNA病
毒。在一些实施方案中,靶序列从其获取或靶序列对应的病毒选自人免疫缺陷病毒I(HIV 
I)、人免疫缺陷病毒II(HIV II)、正粘病毒、埃博拉病毒、登革病毒、流感病毒、疱疹病毒、甲
肝炎病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒、庚型肝炎病毒、
EB(Epstein-Barr)病毒、单核细胞增多症病毒、巨细胞病毒、SARS病毒、西尼罗热病毒、脊髓
灰质炎病毒、麻疹病毒、单纯疱疹病毒、天花病毒、腺病毒、柯萨奇病毒和水痘病毒。一些靶
序列对应(和/或取自)的流感病毒包括但不限于H1N1病毒、H3N2病毒、H7N9病毒和H5N1病
毒。一些靶序列对应(和/或取自)的腺病毒可以是55型腺病毒(ADV55)或7型腺病毒(ADV7)。
一些靶序列对应(和/或取自)的丙型肝炎病毒可以是例如具甲的RNA-丙型肝炎病毒(RNA-
HCV)。一些靶序列对应(和/或取自)的柯萨奇病毒包括柯萨奇病毒A16。
[0066] 一些实施方案的靶序列来自致病细菌或致病原生动物。这样的实施方案的致病细菌可以是革兰氏阳性或革兰氏阴性致病细菌。在一些实施方案中,致病细菌选自金黄色葡
萄球菌(Staphylococcus aureus)、单核细胞增生利斯特氏菌(Listeria monocytogenes)、
大肠杆菌(Escherichia coli)、阪崎肠杆菌(Enterobacter sakazakii)、副溶血弧菌
(Vibrio Parahemolyticus)和志贺氏菌属的种(Shigella spp.)。在一些实施方案中,致病
细菌为结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)。在一些实施方案中,致病原生动物
为疟原虫(Plasmodium)。在一些实施方案中,致病细菌为沙氏菌(Salmonella)。
[0067] 如本文所用的,术语“温育”和“孵育”可互换使用,并且通常是指在具有或没有震动或搅拌的情况下将样品、混合物或溶液在某个温度下保持某一时间段。“温育温度”通常
是指允许发生温育的温度。“温育时间段”通常是指发生温育所分配的时间量。
[0068] 如本文所用的,术语“流体”通常是指液体或气体。流体不能维持确定的形状,并且在可观察的时间框架期间将会流动以填充其所在的容器。因此,流体可具有允许流动的任
何合适的粘度。如果存在两种或更多种流体,则本领域普通技术人员可从基本上任何流体
(液体、气体等)中独立选择每种流体。
[0069] 如本文所用的,术语“水性流体”通常是指由水制成的流体,或含有水的流体。例如,水性流体可以是以水为溶剂的水溶液。本公开内容的水性流体可包含进行所需化学反
应例如聚合酶链式反应(PCR)所必需的试剂。水性流体的非限制性实例包括但不限于水和
其他包含水的水溶液,如细胞或生物介质、乙醇、盐溶液等。
[0070] 如本文所用的,术语“连续流体”通常是指形成连续流动的液体。连续流体可以是与水溶液不混溶的流体。例如,连续流体可以是由除水以外的液体制成的非水性流体,以除
水之外的液体制成的非水流体,或者使用除水之外的液体制成的非水性流体。连续流体的
非限制性实例包括但不限于油,诸如油、含氟油(例如,氟代烃油)、有机溶剂等。
[0071] 如本文所用的,术语“通道”通常是指约束和/或引导流体流动的路径。本公开内容的通道可以是任何合适的长度。通道可以是直的、基本上直的,或者它可以包含一个或多个
曲线、弯曲等。例如,通道可以具有蛇形或螺旋形配置。在一些实施方案中,通道包括一个或
多个分支,一些或全部分支与一个或多个其他通道连接。
[0072] 如本文所用的,通道的“横截面尺寸”可以相对于通道内的流体流动的总体方向垂直地测量。
[0073] 如本文所用的,术语“弹性模量”的使用可以解释为包括弹性的各个层面,其包括拉伸弹性(杨氏模量)、剪切模量刚度模量、体积模量、轴向模量、Lamé参数(如第一个参
数)、P波模量等。其可用于描述均质材料、非均质材料、各向同性材料、各向异性材料和复合
材料。更广泛地,“弹性模量”用于广泛地描述材料的弹性张量的各种参数。
[0074] 如本文所用的,术语“液滴”通常是指被第二流体(例如,连续流体)包围的第一流体(例如,水性流体)的隔离部分。乳液可包括第一流体(例如,液体)的液滴在第二流体中的
分散体。第一流体可以与第二流体不混溶。在一些实施方案中,第一流体和第二流体基本不
混溶。本公开内容的液滴可以是球形的或呈现其他形状,例如,具有椭圆形横截面的形状。
在非球形液滴中,液滴的直径是具有与该非球形液滴相同的体积的完美数学球体的直径。
液滴可包含表层(skin)。该表层可在加热该液滴时形成。该表层可具有比液滴内部更高的
粘度。在一些实施方案中,该表层可阻止液滴与其他液滴融合。
[0075] 如本文所用的,术语“样品”通常是指含有或疑似含有核酸分子的任何样品。例如,受试者样品可以是含有一种或多种核酸分子的生物样品。该生物样品可从受试者的身体样
品获得(例如,提取或分离),该身体样品可选自血液(例如,全血)、血浆、血清、尿液、唾液、
粘膜分泌物、痰、粪便和泪液。该身体样品可以是受试者的体液或组织样品(例如,皮肤
品)。在一些示例中,该样品获自受试者的无细胞体液,如全血。在这样的情况下,该样品可
包含无细胞DNA和/或无细胞RNA。在一些其他示例中,该样品是环境样品(例如,土壤、废物、
环境空气等)、工业样品(例如,来自任何工业过程的样品)和食物样品(例如,奶制品、植物
产品和肉制品)。
[0076] 在一些实施方案中,直接从受试者获得样品而无需进一步处理。在一些实施方案中,在生物或化学反应(例如,核酸扩增)之前处理样品。例如,可以在添加生物样品和核酸
扩增所必需的试剂之前将裂解剂添加到样品支持器中。裂解剂的实例包括Tris-HCl、EDTA、
去污剂(例如,Triton X-100、SDS)、溶菌酶、葡萄糖酶(glucolase)、蛋白酶E、病毒内溶素、
外溶素(exolysin)、消解酶(zymolose)、溶细胞酶(Iyticase)、蛋白酶K、来自噬菌体的内溶
素和外溶素、来自噬菌体PM2的内溶素、来自枯草芽孢杆菌(B.subtilis)噬菌体PBSX的内溶
素、来自乳杆菌(Lactobacillus)原噬菌体Lj928、Lj965、噬菌体15Phiadh的内溶素、来自
炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)噬菌体Cp-I的内溶素、无乳链球菌(Streptococcus 
agalactiae)噬菌体B30的双功能肽聚糖溶素、来自原噬菌体细菌的内溶素和外溶素、来自
利斯特氏菌(Listeria)噬菌体的内溶素、穴蛋白(holin)-内溶素、细胞20裂解基因、holWMY
沃氏葡萄球菌(Staphylococcus wameri)M噬菌体varphiWMY、沃氏葡萄球菌M噬菌体
varphiWMY的Iy5WMY、吐温20、PEG、KOH、NaCl及其组合。在一些实施方案中,裂解剂是氢氧化
钠(NaOH)。在一些实施方案中,生物样品不用去污剂处理。
[0077] 在一些实施方案中,系统或方法进一步包括检测器。在检测期间,所述检测器检测来自溶液的信号,所述信号指示所述生物样品的化学或生物反应。在一些实施方案中,所述
检测器可与容纳溶液的器皿相集成。在一些实施方案中,所述检测器可与所述器皿成
地分隔开。在一些实施方案中,所述检测器可以可操作地耦合到所述器皿。在一些实施方案
中,所述检测器可操作地耦合到至少第一热区,使得当可检测样品进入至少第一热区时,所
述检测器检测到所述可检测样品。在一些实施方案中,所述控制器将溶液定位成与所述检
测器传感通信。所述溶液和检测器可通过溶液相对于检测器的平移(和/或反之亦然)或通
过溶液相对于检测器的旋转(和/或反之亦然)或其任意组合进行传感通信。所述平移的轴
和旋转的轴可相对于检测器的任何特征轴(例如,相对于光通信路径定义的轴、相对于垂直
于光通信路径的轴等)。
[0078] 液滴可包含可检测的部分,其允许检测由生物和/或化学反应(例如,核酸扩增反应)产生的任何信号。例如,可检测部分可产生可检测信号,其存在与否表明扩增产物的存
在。可检测信号的强度可与扩增产物的量成比例。在一些实施方案中,当生成了与最初扩增
的靶核酸不同类型的核酸的扩增产物时,可检测信号的强度可与最初扩增的靶核酸的量成
比例。例如,在经由平行的逆转录和对由逆转录获得的DNA的扩增来扩增靶RNA的情况下,这
两种反应所必需的试剂还可包括产生可检测信号的可检测部分,该信号指示出存在扩增的
DNA产物和/或扩增的靶RNA。可检测信号的强度可与扩增的DNA产物和/或扩增的原始靶RNA
的量成比例。使用可检测部分还支持实时扩增方法,包括用于DNA扩增的实时PCR。
[0079] 可检测部分可通过共价或非共价相互作用与包括扩增产物在内的核酸相连接。非共价相互作用的非限制性实例包括离子相互作用、范德华力、疏水相互作用、氢键键合及其
组合。在一些实施方案中,可检测部分与初始反应物结合,并且可检测部分水平的变化用于
检测扩增产物。在一些实施方案中,可检测部分仅在核酸扩增进行时是可检测的(或不可检
测的)。在一些实施方案中,光学活性染料(例如,荧光染料)用作可检测部分,诸如本文所述
的任何可检测部分。可用作可检测部分的此类染料的非限制性实例包括但不限于SYBR绿、
SYBR蓝、DAPI、碘化丙锭、Hoeste、SYBR金、溴化乙锭、吖啶、原黄素、吖啶橙、吖啶黄素、荧光
香豆素(fluorcoumanin)、椭圆玫瑰树碱、道诺霉素、氯喹、偏端霉素D、色霉素、乙菲啶
(homidium)、光神霉素、多吡啶钌、氨茴霉素、菲啶和吖啶、溴化乙锭、碘化丙锭、碘化己锭、
二氢乙锭、乙锭同型二聚体-1和乙锭同型二聚体-2、单叠氮化乙锭和ACMA、Hoechst 33258、
Hoechst 33342、Hoechst 34580、DAPI、吖啶橙、7-AAD、放线菌素D、LDS751、羟 脒
(hydroxystilbamidine)、SYTOX Blue、SYTOX Green、SYTOX Orange、POPO-1、POPO-3、YOYO-
1、YOYO-3、TOTO-1、TOTO-3、JOJO-1、LOLO-1、BOBO-1、BOBO-3、PO-PRO-1、PO-PRO-3、BO-PRO-
1、BO-PRO-3、TO-PRO-1、TO-PRO-3、TO-PRO-5、JO-PRO-1、LO-PRO-1、YO-PRO-1、YO-PRO-3、
PicoGreen、OliGreen、RiboGreen、SYBR Gold、SYBR Green I、SYBR Green II、SYBR DX、
SYTO-40、-41、-42、-43、-44、-45(蓝)、SYTO-13、-16、-24、-21、-23、-12、-11、-20、-22、-15、-
14、-25(绿)、SYTO-81、-80、-82、-83、-84、-85(橙)、SYTO-64、-17、-59、-61、-62、-60、-63(红)、荧光素、异硫氰酸荧光素(FITC)、四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)、罗丹明、四甲基罗
丹明、R-藻红蛋白、Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7、德克萨斯红(Texas Red)、Phar-
Red、别藻蓝蛋白(APC)、Sybr Green I、Sybr Green II、Sybr Gold、CellTracker Green、7-
AAD、乙锭同型二聚体I、乙锭同型二聚体II、乙锭同型二聚体III、溴化乙锭、伞形酮、曙红、
绿色荧光蛋白、赤藓红、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀绿、茋、萤光黄、级联蓝(cascade 
blue)、二氯三嗪胺荧光素、丹磺酰氯、荧光镧系络合物(如包含铕和铽的那些络合物)、羧基
四氯荧光素、5-羧基荧光素和/或6-羧基荧光素(FAM)、5-碘乙酰胺基荧光素(或6-碘乙酰胺
基荧光素)、5-{[2-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素(和5-{[3-5-(乙酰基巯基)-琥
珀酰基]氨基}荧光素)(SAMSA-荧光素)、丽丝胺罗丹明B磺酰氯、5-羧基罗丹明和/或6-羧基
罗丹明(ROX)、7-氨基-甲基-香豆素、7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)、BODIPY荧光团、
8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐、3,6-二磺酸-4-氨基-萘二甲酰亚胺、藻胆蛋白、
AlexaFluor 350、AlexaFluor 405、AlexaFluor 430、AlexaFluor 488、AlexaFluor 532、
AlexaFluor 546、AlexaFluor 555、AlexaFluor 568、AlexaFluor 594、AlexaFluor 610、
AlexaFluor 633、AlexaFluor 635、AlexaFluor 647、AlexaFluor 660、AlexaFluor 680、
AlexaFluor 700、AlexaFluor 750和AlexaFluor 790染料、DyLight 350、DyLight 405、
DyLight 488、DyLight 550、DyLight 594、DyLight 633、DyLight 650、DyLight 680、
DyLight 755和DyLight 800染料,或其他荧光团。
[0080] 在一些实施方案中,可检测部分是在与扩增产物杂交时具有光学活性的序列特异性寡核苷酸探针。由于探针与扩增产物的序列特异性结合,寡核苷酸探针的使用可提高检
测的特异性和灵敏度。探针可连接至本文所述的任何光学活性可检测部分(例如,染料),并
且还可包括能够阻断相关联的染料的光学活性的猝灭剂。可用作可检测部分的探针的非限
制性实例包括TaqMan探针、TaqMan Tamara探针、TaqMan MGB探针或Lion探针。
[0081] 在一些实施方案中,可检测部分是RNA寡核苷酸探针,其包含相邻地定位在探针上的光学活性染料(例如,荧光染料)和猝灭剂。染料与猝灭剂的紧邻可阻断染料的光学活性。
探针可与待扩增的靶序列结合。当探针在扩增期间被DNA聚合酶的外切核酸酶活性断裂时,
猝灭剂与染料分离,游离的染料重新获得其光学活性,该光学活性随后可被检测到。
[0082] 在一些实施方案中,可检测部分是分子信标(molecular beacon)。分子信标包括例如在发夹构象的寡核苷酸的一端上连接的猝灭剂。该寡核苷酸的另一端是光学活性染
料,例如,荧光染料。在发夹构型中,光学活性染料和猝灭剂足够紧邻,使得猝灭剂能够阻断
染料的光学活性。然而,一旦与扩增产物杂交,寡核苷酸即呈线性构象并与该扩增产物上的
靶序列杂交。寡核苷酸的线性化导致光学活性染料与猝灭剂分离,从而使得光学活性恢复
并且可被检测到。分子信标对扩增产物上的靶序列的序列特异性可改善检测的特异性和灵
敏度。
[0083] 在一些实施方案中,可检测部分为放射性物质。放射性物质的非限制性实例包括14C、123I、124I、125I、131I、Tc99m、35S和3H。
[0084] 在一些实施方案中,可检测部分是能够产生可检测信号的酶。可检测信号可通过酶对其底物或在酶具有多种底物的情况下对特定底物的活性来产生。可用作可检测部分的
酶的非限制性示例包括碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、I2-半乳糖苷酶、碱性磷酸酶、β-半乳
糖苷酶、乙酰胆碱酯酶和萤光素酶。
[0085] 在一些实施方案中,可检测部分可包含热液晶(TLC),也称为热致变色液晶,其颜色响应是温度的函数。TLC可以包括当被第一颜色(例如,白色、红外、红色、橙色、黄色、绿
色、蓝色、紫色、紫外)的光照射时作为温度的函数改变其反射颜色的材料。包含至少一种
TLC的可检测部分可以在第一温度下反射第一波长的光(可见或不可见),并在第二温度下
反射第二波长的光(可见或不可见)。在一些实施方案中,可检测部分可以被安置在条带、面
板、片、板或贴纸内。在一些实施方案中,可检测部分可以被安置在系统内安置的至少一个
液滴(在一些实施方案中选自多个液滴)内,使得可以通过检测至少一个液滴的颜色来测量
样品的温度。检测被安设在至少一个液滴内的可检测部分可用于校准系统(例如,促使控制
器引导热产生和/或冷却、促使控制器生成一定量的液滴或液滴产生的速率等)。
[0086] 在一些实施方案中,纯化样品(例如,通过过滤、离心、柱纯化和/或磁性纯化,例如,通过使用磁珠(例如,超顺磁珠))以获得纯化的核酸。
[0087] 如本文所用的,术语“约”或“将近”通常是指合理的变化,例如,指定量的+/-10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1%之内。
[0088] 如本文所用的,术语“过冲”通常是指高于或低于目标点或区域或者指定点或区域的点或区域。在一些示例中,在加热过程中,过冲热区可以处于高于目标温度的温度下,而
在冷却过程中,过冲热区可以处于低于目标温度的温度下。例如,在将溶液加热至100℃的
过程中,可使用处于约140℃的温度下的过冲热区。在另一示例中,在将溶液冷却至25℃的
过程中,可使用处于约0℃的温度下的过冲热区。过冲热区可以提供较大的温度下降或温度
变化,这继而可以提供更大的热传递速率以在必要或需要时提供加热或冷却。
[0089] 如本文所用的,术语“热连通”通常是指其中两种或更多种材料能够彼此交换诸如热能能量的状态。这样的能量交换可以通过能量从一种材料向另一种材料传递的方式来
进行。这样的能量传递可以是辐射的、传导的或对流的热传递。所述能量可以是热能。在一
些示例中,彼此热连通的两种或更多种材料彼此热接触,例如,直接物理接触或者通过一种
或多种中间材料而接触。
液滴生成
[0090] 在本公开内容的一个方面,用于促进生物样品的化学或生物反应的方法可以包括使第一流体相沿着流体流动路径通过膜中的至少一个开口向膜下游的室流动;使第二流体
相沿着流体流动路径通过膜中的至少一个开口向该室流动;以及当第二流体相与第一流体
相接触时,在室中生成多个液滴。第一流体相可与第二流体相不混溶,并且第二流体相可包
含生物样品、生物样品的部分以及/或者化学或生物反应所必需的试剂。因此,多个液滴中
的给定液滴可包含生物样品(和/或其部分)以及/或者化学或生物反应所必需的试剂。
[0091] 膜可以是柔性的。例如,膜可包括弹性模量不大于约100千兆帕斯卡(GPa)、90GPa、80GPa、70GPa、60GPa、50GPa、40GPa、30GPa、20GPa、10GPa、9GPa、8GPa、7GPa、6GPa、5GPa、
4GPa、3GPa、2GPa、1GPa、0.9GPa、0.8GPa、0.7GPa、0.6GPa、0.5GPa、0.4GPa、0.3GPa、0.2GPa、
0.1GPa、90兆帕斯卡(MPa)、80MPa、70MPa、60MPa、50MPa、40MPa、30MPa、20MPa、10MPa、9MPa、
8MPa、7MPa、6MPa、5MPa、4MPa、3MPa、2MPa或1MPa,或者弹性模量的值可以取任何两个上述值
之间的值。膜可包含弹性模量在约0.1GPa至约5GPa之间的材料。可构成膜的材料包括但不
限于:缩共聚物、缩醛均聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、、双来酰亚胺、铋、
物、碳化物泡沫、碳、碳泡沫、碳纳米纤维纤维素、铯、碘化铯、、氰基丙烯酸酯、乙烯三氟
氯乙烯(ECTFE)、乙烯乙烯醇、呋喃、玻璃、石墨、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、马来酰亚胺、
三聚氰胺、甲基丙烯酸酯、尼龙、苯酚甲醛、酚醛塑料、淀粉基塑料(plastarch)、聚乳酸、聚
酰胺、聚芳醚酮(PAEK)、聚碳酸酯、聚三氟氯乙烯、聚环氧化物、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚
酰亚胺、聚乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚烯烃、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚
四氟乙 烯(PTFE) 、聚氨酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯 、聚 偏二氟乙 烯
(polyvinylidinefluoride,PVDF)、铷、聚硅氧烷、热塑性塑料、热塑性弹性体和脲甲醛。还
可以使用上述材料的合金和/或复合材料
[0092] 膜的结构和/或几何配置可有助于其柔性。例如,膜可以具有约5纳米(nm)、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、
700nm、800nm、900nm、1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、
900μm、1毫米(mm)、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1厘米(cm)、2cm、3cm、4cm、5cm、
6cm、7cm、8cm、9cm、10cm的厚度,或者膜的厚度可以取任何两个上述值之间的任何值。还有
使膜成柔性的其他方法,例如,使用沿膜的凹穴(divot)、沿膜的一个表面延伸的通道、至少
包含第一材料和第二材料的膜的部分、比第一材料具有更大的柔性的第二材料等。
[0093] 膜的至少一个开口可呈现任何形状,其包括但不限于圆形、卵圆形、椭圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、多边形或任何可被描述为任意数目的正弦和余弦函数之和的
曲线。膜内的开口可具有不大于约1mm、900微米(μm)、800μm、700μm、600μm、500μm、400μm、
300μm、200μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、1μm、0.5μm或0.1μm的直径,或者膜的开口的大小可以取任何两个上述值之间的值。膜内的开口可具有
约1μm至约50μm的直径。当开口从膜的一侧延伸到另一侧时,其可具有均匀的横截面面积
和/或形状。在一些实施方案中,开口可以是沿着膜的一侧到另一侧的长度而变化的横截面
面积和/或形状(例如,横截面面积可以从一侧到另一侧增大、横截面面积可以从一侧到另
一侧减小等)。膜的至少一个开口可以允许流体仅沿一个方向(例如,在室的方向上)流动。
例如,膜中的至少一个开口可包含单向阀(如止回阀)。可能的阀的实例包括但不限于自旋
阀(aspin valve)、球阀、球旋塞阀、龙头阀、鼓阀、Boston阀、蝶形阀、陶瓷盘形阀、止回
阀、阻气阀、瓣阀、旋塞阀、按需阀、隔膜阀、双座阀、双止回阀、鸭嘴阀、翻板阀(flipper 
valve)、流量控制阀脚踏阀、四通阀、冷冻塞阀、冷冻密封阀、气压阀、闸门阀、球形阀、
Heimlich阀、刀阀、Larner-Johnson阀、叶片阀、针阀、导阀、夹管阀活塞阀、塞阀、柱塞阀、
提升阀、提升阀、压力调节器、减压阀、法式阀(presta valve)、簧片阀、泄压阀、摆动阀、旋
转阀、rotolock阀、破裂阀、鞍形阀、安全阀、取样阀、Schrader阀、电磁阀滑阀、活塞阀、旋
流阀、Tesla阀、热膨胀阀、热膨胀阀、恒温混合阀、恒温散热阀、真空破坏阀或其变体。
[0094] 对于包含至少两个开口的那些实施方案,开口可以以任何图案彼此间隔开,该图案例如是线性图案、网格状图案、放射状图案、螺旋状图案、基于泊松分布的图案等。开口与
其相邻开口之间的间隔可以是均匀的,也可以是变化的。开口与其最近邻开口之间的间隔
可以是约1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1mm,或者开口与其最近邻开口之间的间隔可以取任何两个上述值之间的值。开口的分布可以是对称的
或不对称的。
[0095] 可以将疏水性涂层施加到膜上,使得膜的至少一部分(例如,第一表面、不同于第一表面的第二表面、第一表面的一半、至少一个开口、开口附近的区域等)可包含疏水性涂
层。膜本身可以是疏水性的和/或包含疏水性材料。这样的疏水性可以是构成膜的材料的内
在性质和/或其可以根据膜的至少一部分的表面特征(如微结构)而出现。可用于促进膜的
至少一部分上的疏水性的材料包括但不限于:丙烯酸类、酰胺类、嵌段共聚物类、碳酸酯类、
二烯类、酯类、醚类、氟代烃类、酰亚胺类、烯烃类、苯乙烯类、乙烯基类、乙烯基缩醛类、乙烯
基酯类、乙烯基醚类(vinyl eths)、乙烯基酮类、偏二氯乙烯类、乙烯基吡咯烷酮
(vinylpryrolidone)聚合物类和乙烯基吡啶类。
[0096] 此外,膜可包含生物材料以赋予柔性、疏水性或其他所需性质(如生物相容性、边界层发生等)。例如,膜可包含脂双层。任选地或作为替代,膜或膜的至少一部分(例如,开
口)可包含至少一种孔蛋白,如α溶血素或其变体。
[0097] 复合材料(包含两种或更多种具有不同物理和/或化学性质的组成材料的材料)可用于膜,只要用于膜的复合材料中的至少一种材料具有约1MPa至100GPa的弹性模量值即
可。膜可包含本文所述材料的任何组合、本文所述材料的变体、本文所述材料的合金和/或
涉及本文所述材料的反应的产物。
[0098] 膜可以与流体流动路径相交。流体流动路径和膜可以临时地、周期性地、永久地和/或可操作地相交。流体流动路径(由流动路径向量限定)与膜(由膜向量限定)的相交可
以形成约0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、
85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°、155°、160°、
165°、170°、175°或180°的角度,或者流体流动路径与膜之间相交的角度可以取任何两个上
述值之间的任何值。流体流动路径与膜的相交可以随时间改变,使得在第一时间处流体(例
如,第一流体、第二流体等)可以相对于膜以第一角度流动,并且在第二时间处流体可以相
对于膜以第二角度流动。作为非限制性示例,在第一时间处流体可以以大致垂直于膜的角
度流动,在第二时间处流体可以以大致平行于膜的角度流动。
[0099] 任何实施方案的流体可以由控制器引导或使用控制器引导。例如,可以使用流量控制器引导第一流体相和/或第二流体相。可以在任何给定时间经由正压和/或负压使得第
一流体和/或第二流体流动。可用于使一种或多种流体流动。可以使用的泵包括但不限于
毛细管泵、离心泵隔膜泵、双缸泵、齿轮泵、喷射泵、凸轮泵、多缸泵、蠕动泵、活塞柱塞泵、
旋桨泵、往复泵、回转泵、回转柱塞泵、螺杆泵、单缸泵、三缸泵或叶片泵,或其任意组合。泵
可以是轴流泵、径流泵或混流泵。流体可以以恒定速率、以可变速率或以周期性速率或其任
意组合流动。控制器可用于控制泵(例如,泵的流速、泵的运行状态等)。可以使用一种或多
种泵。
[0100] 流体(如第一流体相和/或第二流体相)可以在通常为层流的流动下沿着流体流动路径被引导。流体(同样如第一流体相和/或第二流体相)可以在斯托克斯流(也称为蠕动
流)下沿着流体流动路径被引导。可以经由达西定律描述至少一个开口附近的流体。
[0101] 第一流体相可包含液相,如油和/或表面活性剂。可以使用的许多表面活性剂包括但不限于:阴离子表面活性剂(包含阴离子官能团的表面活性剂(硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐
羧酸盐)),如烷基硫酸盐、月桂基硫酸铵、月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基醚硫酸盐
月桂基醚硫酸钠、月桂基乙醚硫酸钠、肉豆蔻基醚硫酸钠、二辛基磺基琥珀酸钠、全氟辛烷
磺酸盐、全氟丁烷磺酸盐、烷基芳基醚磷酸盐、烷基醚磷酸盐、羧酸盐;阳离子表面活性剂,
如奥替尼啶二盐酸盐、西曲溴铵、西吡氯铵、苯扎氯铵、苄索氯铵、二甲基二(十八烷基)氯化
铵、二(十八烷基)二甲基溴化铵;两性离子(两性)表面活性剂,如磷脂、磷脂酰丝氨酸、磷脂
酰乙醇胺、磷脂酰胆碱和鞘磷脂;以及非离子表面活性剂,如聚乙二醇烷基醚、聚丙二醇烷
基醚、葡萄糖苷烷基醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇烷基苯基醚、甘油烷基酯、聚氧乙烯
二醇失水山梨醇烷基酯、失水山梨醇烷基酯、椰油酰胺mea、椰油酰胺dea、十二烷基二甲基
氧化胺、聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物、泊洛沙姆、以及聚乙氧基化脂胺。本领域技
术人员将理解,这样的表面活性剂列表虽然不是详尽的,但是是指导性的,强调了第一流体
在液滴生成中的作用。
[0102] 第二流体相可包含液相,如水相。第二流体相可包含生物样品或生物样品的一部分。第二流体相可包含化学或生物反应所必需的试剂。相反地,可选的第三流体相可包含化
学或生物反应所必需的试剂。第三流体相可以以类似于第一流体相和/或第二流体相如何
被引入室的方式被引入室中。
[0103] 第一流体相和/或第二流体相可包含化学或生物反应所必需的试剂。所述方法的化学或生物反应可在液滴形成之前、液滴形成期间或液滴形成之后进行。这样的化学或生
物反应的非限制性实例可以是核酸扩增。核酸扩增可需要试剂,如一种或多种引物和/或聚
合酶。核酸扩增可以是经由聚合酶链式反应(PCR)进行。核酸扩增可以经由等温扩增进行。
备选地,核酸扩增可以经由环介导的等温扩增(LAMP)、基于核酸序列的扩增(NASBA)、链置
换扩增、多重置换扩增(MDA)、滚环扩增(RCA)、连接酶链反应(LCR)、解旋酶依赖性扩增
(HDA)和/或分枝扩增方法(RAM)进行。任何核酸序列扩增技术可单独使用或与本文所述的
任何其他核酸序列扩增技术组合使用。
[0104] 当第二流体流过膜中的至少一个开口时,由于第二流体与驻留在室中的第一流体接触,因此可在室内形成液滴。第一流体相可与第二流体相不混溶(并反之亦然)。液滴或其
子集可包含生物样品(和/或其部分)以及化学或生物反应所必需的试剂。
[0105] 本公开内容的液滴可呈现任何合适的形状。例如,液滴可以是球形的或大致球形的。本公开内容的液滴可呈现不一定是球形的形状(例如,它们可呈现椭球形状)。如本文所
提及的,所有这样的液滴的直径将被认为是具有与非球形液滴相同体积的完美数学球体的
直径。液滴可以各自具有约0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、
1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、
90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm的直径,或者液滴可以取在任何两个上述值之间的液滴大小。多个液滴中的每一个可具有约0.1μm
至约200μm、约1μm至约150μm和/或约10μm至约100μm的液滴大小。液滴可以构成乳液的一部
分。
[0106] 单个液滴的平均大小可以取决于一种或多种流体的性质(例如流速、粘度),室的大小、配置或几何形状,和/或流体流动端口的大小、配置或几何形状。平均大小和/或形状
的变化可以由流体系统的随机性质以及/或者所使用的装置和/或系统的工程公差引起。
[0107] 在第二流体相与第一流体相接触时,液滴可各自具有至少部分地取决于第一流体相、第二流体相或两者的流速的大小和/或形状。在第二流体相与第一流体相接触时,第一
流体相的流速可以是约0微升/分钟(μL/min)、0.1μL/min、0.2μL/min、0.3μL/min、0.4μL/
min、0.5μL/min、0.6μL/min、0.7μL/min、0.8μL/min、0.9μL/min、1μL/min、2μL/min、3μL/min、4μL/min、5μL/min、6μL/min、7μL/min、8μL/min、9μL/min、10μL/min、11μL/min、12μL/min、13μL/min、14μL/min、15μL/min、16μL/min、17μL/min、18μL/min、19μL/min、20μL/min、
21μL/min、22μL/min、23μL/min、24μL/min、25μL/min、26μL/min、27μL/min、28μL/min、29μL/min、30μL/min、31μL/min、32μL/min、33μL/min、34μL/min、35μL/min、36μL/min、37μL/min、
38μL/min、39μL/min、40μL/min、41μL/min、42μL/min、43μL/min、44μL/min、45μL/min、46μL/min、47μL/min、48μL/min、49μL/min、50μL/min、60μL/min、70μL/min、80μL/min、90μL/min、
100μL/min、110μL/min、120μL/min、130μL/min、140μL/min、150μL/min、160μL/min、170μL/min、180μL/min、190μL/min、200μL/min,或者在与第二流体相接触时,第一流体相的流速可
以取任何两个上述值之间的任何值。类似地,在第二流体相与第一流体相接触时,第二流体
相的流速可以是约0微升/分钟(μL/min)、0.1μL/min、0.2μL/min、0.3μL/min、0.4μL/min、
0.5μL/min、0.6μL/min、0.7μL/min、0.8μL/min、0.9μL/min、1μL/min、2μL/min、3μL/min、4μL/min、5μL/min、6μL/min、7μL/min、8μL/min、9μL/min、10μL/min、11μL/min、12μL/min、13μL/min、14μL/min、15μL/min、16μL/min、17μL/min、18μL/min、19μL/min、20μL/min、21μL/min、22μL/min、23μL/min、24μL/min、25μL/min、26μL/min、27μL/min、28μL/min、29μL/min、
30μL/min、31μL/min、32μL/min、33μL/min、34μL/min、35μL/min、36μL/min、37μL/min、38μL/min、39μL/min、40μL/min、41μL/min、42μL/min、43μL/min、44μL/min、45μL/min、46μL/min、
47μL/min、48μL/min、49μL/min、50μL/min、60μL/min、70μL/min、80μL/min、90μL/min、100μL/min、110μL/min、120μL/min、130μL/min、140μL/min、150μL/min、160μL/min、170μL/min、
180μL/min、190μL/min、200μL/min,或者在与第二流体相接触时,第二流体相的流速可以取
任何两个上述值之间的任何值。第一流体相和第二流体相的流速可以是累积的或相减的。
第一流体相和第二流体相的流速可以以任何方式组合。
[0108] 可影响一个或多个液滴的大小和/或形状的其他因素包括环境压力、跨膜的压力差、环境温度、温度梯度、第一流体的粘度(运动学和动力学的)、第二流体的粘度(运动学和
动力学的)、第一流体与第二流体的粘度差、膜的至少一个开口的大小等。
[0109] 可以通过垂直于液滴流动方向的剪切力来辅助液滴的形成和/或从膜的脱离。例如,在通过第二流体相经过膜与第一流体相(如驻留在室中的第一流体相)接触而形成液滴
的那些实施方案中,随后可使用垂直于第二流体相的流动路径的剪切力来增加液滴从膜脱
离的速率,如通过第一流体相的横向流移动或通过膜的搅动(如通过振动膜所驻留的装置
或系统或者通过单独移动膜或者其一些组合)。
[0110] 可以通过减小第一流体相与第二流体相的界面张力来进一步辅助液滴的形成和/或从膜的脱离。通过引入包含表面活性剂的第三流体相或者通过将表面活性剂掺入第一流
体相或第二流体相中,可以增大或减小第一流体相与第二流体相之间的界面张力。表面活
性剂可用于减小第一流体相与第二流体相的界面张力,并从而增加液滴的形成和/或从膜
的液滴。表面活性剂可以是本文所述的任何种类,包括但不限于阴离子表面活性剂、阳离子
表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。当表面活性剂吸附在第一与第二
流体相之间的界面处时,可以在动力学上减小界面张力。也就是说,界面张力可以至少部分
地由表面活性剂吸附的速率控制。界面张力的总体减小(以及因此其对液滴的形成和/或从
膜的脱离的影响)是所用特定表面活性剂类型和浓度的函数。
[0111] 一个或多个液滴可以驻留于第二流体(例如,水溶液)的一部分内。驻留于第二流体的一部分内的一个或多个液滴可以单独地或共同地或者作为包含它们的第二流体部分
的一部分被第一流体(例如,连续流体、油、表面活性剂等)完全包围。
[0112] 当第一流体(例如,水性流体)的一部分基本上被第二流体(例如,连续流体)包围时,可以形成本公开内容的液滴。如本文所用的,当仅通过第二流体可在第一流体周围形成
闭环时,第一流体的一部分被第二流体所“包围”。如果仅通过第二流体的闭环无论在任何
方向上均可围绕在第一流体周围,则第一流体的一部分被第二流体“完全包围”。如果仅通
过第二流体的环可根据方向围绕在液滴周围,则第一流体的一部分被第二流体“基本上包
围”。
[0113] 形成后,可以使给定液滴经历核酸扩增。可以在由给定液滴中的生物样品(和/或其部分)产生扩增产物所必需的条件下进行核酸扩增。如前所述,液滴和/或液滴的成分可
经历的核酸扩增技术包括但不限于聚合酶链式反应、等温扩增、环介导的等温扩增(LAMP)、
基于核酸序列的扩增(NASBA)、链置换扩增、多重置换扩增(MDA)、滚环扩增(RCA)、连接酶链
反应(LCR)、解旋酶依赖性扩增(HDA)、分枝扩增方法(RAM)或本领域技术人员已知的任何核
酸扩增技术。扩增产物可以是可检测的和/或可以在一个或多个液滴中检测到。
[0114] 所述方法可以进一步包括来自可检测的多个液滴的一个或多个液滴。因此,来自多个液滴的一个或多个液滴可包含允许检测由化学或生物反应(例如,核酸扩增反应)生成
的信号的可检测部分。例如,可检测部分可产生可检测信号,其存在与否指示扩增产物的存
在。可检测部分可以是光学可检测的、生物学可检测的、化学可检测的、放射性可检测的、机
械可检测的、热可检测的、电可检测的(经由无源或有源电学性质)、磁性可检测的等。可检
测信号的强度(例如,振幅、频率、持续时间等)可以与扩增产物的量成比例,或者其可以是
扩增产物的量的函数,等等。在一些实施方案中,当扩增产物由与最初扩增的靶核酸不同类
型的核酸所生成时,可检测信号的强度可与最初扩增的靶核酸的量成比例或者可以是最初
扩增的靶核酸的量的函数。例如,在通过平行的逆转录和扩增从逆转录获得的DNA来扩增靶
RNA的情况下,对于这两个反应所必需的试剂还可包括产生可检测信号的可检测部分,该可
检测信号指示扩增的DNA产物和/或扩增的靶RNA的存在。可检测信号的强度可与扩增的DNA
产物和/或扩增的原始靶RNA的量成比例。可检测部分的使用还使得实时扩增方法成为可能
(诸如用于DNA扩增的实时PCR)。
[0115] 可检测部分可通过共价或非共价相互作用与包括扩增产物在内的核酸相连接。非共价相互作用的非限制性实例包括离子相互作用、范德华力、疏水相互作用、氢键键合及其
组合。在一些实施方案中,可检测部分与初始反应物结合,并且可检测部分水平的变化用于
检测扩增产物。在一些实施方案中,可检测部分仅在核酸扩增进行时是可检测的(或不可检
测的)。在一些实施方案中,光学活性染料(例如,荧光染料)用作可检测部分。染料的非限制
性实例包括SYBR绿、SYBR蓝、DAPI、碘化丙锭、Hoeste、SYBR金、溴化乙锭、吖啶、原黄素、吖啶
橙、吖啶黄素、荧光香豆素(fluorcoumanin)、椭圆玫瑰树碱、道诺霉素、氯喹、偏端霉素D、色
霉素、乙菲啶(homidium)、光神霉素、多吡啶钌、氨茴霉素、菲啶和吖啶、溴化乙锭、碘化丙
锭、碘化己锭、二氢乙锭、乙锭同型二聚体-1和乙锭同型二聚体-2、单叠氮化乙锭和ACMA、
Hoechst33258、Hoechst 33342、Hoechst 34580、DAPI、吖啶橙、7-AAD、放线菌素D、LDS751、
羟 脒(hydroxystilbamidine)、SYTOX Blue、SYTOX Green、SYTOX Orange、POPO-1、POPO-
3、YOYO-1、YOYO-3、TOTO-1、TOTO-3、JOJO-1、LOLO-1、BOBO-1、BOBO-3、PO-PRO-1、PO-PRO-3、BO-PRO-1、BO-PRO-3、TO-PRO-1、TO-PRO-3、TO-PRO-5、JO-PRO-1、LO-PRO-1、YO-PRO-1、YO-
PRO-3、PicoGreen、OliGreen、RiboGreen、SYBR Gold、SYBR Green I、SYBR Green II、SYBR 
DX、SYTO-40、-41、-42、-43、-44、-45(蓝)、SYTO-13、-16、-24、-21、-23、-12、-11、-20、-22、-
15、-14、-25(绿)、SYTO-81、-80、-82、-83、-84、-85(橙)、SYTO-64、-17、-59、-61、-62、-60、-
63(红)、荧光素、异硫氰酸荧光素(FITC)、四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)、罗丹明、四甲基
罗丹明、R-藻红蛋白、Cy-2、Cy-3、Cy-3.5、Cy-5、Cy5.5、Cy-7、德克萨斯红(Texas Red)、
Phar-Red、别藻蓝蛋白(APC)、Sybr Green I、Sybr Green II、Sybr Gold、CellTracker 
Green、7-AAD、乙锭同型二聚体I、乙锭同型二聚体II、乙锭同型二聚体III、溴化乙锭、伞形
酮、曙红、绿色荧光蛋白、赤藓红、香豆素、甲基香豆素、芘、孔雀绿、茋、萤光黄、级联蓝
(cascade blue)、二氯三嗪胺荧光素、丹磺酰氯、荧光镧系络合物(如包含铕和铽的那些络
合物)、羧基四氯荧光素、5-羧基荧光素和/或6-羧基荧光素(FAM)、5-碘乙酰胺基荧光素(或
6-碘乙酰胺基荧光素)、5-{[2-5-(乙酰基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素(和5-{[3-5-(乙酰
基巯基)-琥珀酰基]氨基}荧光素)(SAMSA-荧光素)、丽丝胺罗丹明B磺酰氯、5-羧基罗丹明
和/或6-羧基罗丹明(ROX)、7-氨基-甲基-香豆素、7-氨基-4-甲基香豆素-3-乙酸(AMCA)、
BODIPY荧光团、8-甲氧基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐、3,6-二磺酸-4-氨基-萘二甲酰亚胺、藻
胆蛋白、AlexaFluor 350、AlexaFluor 405、AlexaFluor 430、AlexaFluor 488、AlexaFluor 
532、AlexaFluor 546、AlexaFluor 555、AlexaFluor 568、AlexaFluor 594、AlexaFluor 
610、AlexaFluor 633、AlexaFluor 635、AlexaFluor 647、AlexaFluor 660、AlexaFluor 
680、AlexaFluor 700、AlexaFluor 750和AlexaFluor 790染料、DyLight 350、DyLight 
405、DyLight 488、DyLight 550、DyLight 594、DyLight 633、DyLight 650、DyLight 680、
DyLight 755和DyLight 800染料,或其他荧光团。
[0116] 可检测部分可以是在与扩增产物杂交时具有光学活性的序列特异性寡核苷酸探针。由于探针与扩增产物的序列特异性结合,寡核苷酸探针的使用可提高检测的特异性和
灵敏度。探针可连接至本文所述的任何光学活性可检测部分(例如,染料),并且还可包括能
够阻断相关联的染料的光学活性的猝灭剂。可用作可检测部分的探针的非限制性实例包括
TaqMan探针、TaqMan Tamara探针、TaqMan MGB探针或Lion探针。
[0117] 可检测部分可以是RNA寡核苷酸探针。这样的寡核苷酸探针可包含邻近于探针定位的光学活性染料(例如,荧光染料)和/或猝灭剂。染料与猝灭剂的紧邻可阻断染料的光学
活性。探针可与待扩增的靶序列结合。一旦在扩增期间DNA聚合酶的外切核酸酶活性使探针
断裂,猝灭剂可与染料分离,而游离的染料可重新获得其光学活性,该活性可随后被检测
到。
[0118] 可检测部分可以是分子信标,诸如在发夹构象中连接在寡核苷酸一端的猝灭剂。在该寡核苷酸的另一端可以是光学活性染料,诸如荧光染料。在发夹构型中,光学活性染料
和猝灭剂可以紧密地接近,使得猝灭剂可以能够阻断染料的光学活性。然而,一旦与扩增产
物杂交,该寡核苷酸可以呈线性构象并与该扩增产物上的靶序列杂交。寡核苷酸的线性化
可以导致光学活性染料与猝灭剂的分离,从而使得光学活性恢复,并且可被检测到。分子信
标对扩增产物上的靶序列的序列特异性可改善检测的特异性和灵敏度。
[0119] 其他示例性可检测部分包括但不限于放射性物质(例如,14C、123I、124I、125I、131I、Tc99m、35S和3H)和能够通过酶与其底物或特定底物的活性生成可检测信号的酶(例
如,碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、I2-半乳糖苷酶、碱性磷酸酶、β-半乳糖苷酶,乙酰胆碱酯
酶和荧光素酶)。
[0120] 在一些实施方案中,可检测部分是能够产生可检测信号的酶。可检测信号可通过酶对其底物或在酶具有多种底物的情况下对特定底物的活性来产生。可用作可检测部分的
酶的非限制性示例包括碱性磷酸酶、辣根过氧化物酶、I2-半乳糖苷酶、碱性磷酸酶、β-半乳
糖苷酶、乙酰胆碱酯酶和萤光素酶。
[0121] 在一些实施方案中,可检测部分可包含热液晶(TLC),也称为热变色液晶,其颜色响应随温度变化。TLC可由在被第一种颜色(例如,白色、红外、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、
紫色、紫外)的光照射时,其反射颜色随温度变化而变化的材料组成。包含至少一种TLC的可
检测部分可在第一温度下反射第一波长的光(可见或不可见)并在第二温度下反射第二波
长的光(可见或不可见)。在一些实施方案中,可检测部分可安置在条带、面板、片、板或贴纸
内。在一些实施方案中,可检测部分可安置在系统内安置的至少一个液滴(在一些实施方案
中选自多个液滴)中,使得通过检测至少一个液滴的颜色来测量样品温度。检测安置在至少
一个液滴内的可检测部分可用于校准系统(例如,促使控制器引导热量产生和/或冷却、促
使控制器产生一定量的液滴或液滴产生的速率等)。
[0122] 所述方法可以进一步包括将至少一个液滴定位成与检测器进行传感通信,该检测器例如是能够检测本文所述的任何可检测部分的检测器。该检测器可以检测来自指示化学
或生物反应或者生物样品的化学或生物反应产物的液滴的信号。
[0123] 为了帮助液滴生成、液滴形成和/或液滴引导,所述室可经历振动。所述室的振动可包括一种或多种类型的振动,包括但不限于自由振动、强迫振动和阻尼振动。
[0124] 所述方法可以进一步包括监测包含多个液滴的溶液的温度。可以通过检测溶液的温度来监测温度。可以使用温度传感器监测温度。
[0125] 在本公开内容的另一个方面,用于对生物样品进行化学或生物反应的系统可包含与具有至少一个开口的膜下游的室流体连通的流体流动路径,以及控制器,该控制器被编
程用于(i)使第一流体相经历沿着流体路径通过膜中的至少一个开口的流动,(ii)使第二
流体相经历沿着流体流动路径通过膜中的至少一个开口的流动,以及(iii)生成多个液滴。
该系统可包含位于膜的一侧(例如,膜的下游)的室,第一流体相和第二流体相可流入其中
(沿着流体流动路径)。在引导第一流体相沿着流体路径通过膜中的至少一个开口流动之
后,第一流体可驻留于室内。在第一流体驻留在室内的情况下,第二流体相可以通过膜中的
至少一个开口流到室。第一流体相可与第二流体相不混溶(例如,第一流体相可包含油,且
第二流体相可包含含有生物样品、生物样品的一部分以及/或者化学或生物反应所必需的
试剂的水溶液),因此在第二流体相与室内的第一流体相接触时,可以生成一个或多个液
滴。选自多个液滴中的至少一个液滴可包含生物样品或其部分。备选地或组合地,选自多个
液滴中的至少一个液滴可包含化学或生物反应所必需的试剂。
[0126] 所述系统的膜可以是本文所述的任何类型。例如,该膜可以是柔性的(例如,该膜可包含弹性模量不大于约100千兆帕斯卡(GPa)、90GPa、80GPa、70GPa、60GPa、50GPa、40GPa、
30GPa、20GPa、10GPa、9GPa、8GPa、7GPa、6GPa、5GPa、4GPa、3GPa、2GPa、1GPa、0.9GPa、0.8GPa、
0.7GPa、0.6GPa、0.5GPa、0.4GPa、0.3GPa、0.2GPa、0.1GPa、90兆帕斯卡(MPa)、80MPa、70MPa、
60MPa、50MPa、40MPa、30MPa、20MPa、10MPa、9MPa、8MPa、7MPa、6MPa、5MPa、4MPa、3MPa、2MPa或
1Mpa的材料,或者弹性模量的值可以取任何两个上述值之间的值)。该膜可包含弹性模量在
约0.1GPa至约5GPa之间的材料。
[0127] 如前所述,所述膜可包含一种或多种柔性材料,包括但不限于:缩醛共聚物、缩醛均聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、铝、双马来酰亚胺、铋、硼、碳化物、碳化物泡沫、碳、碳
泡沫、碳纳米纤维、纤维素、铯、碘化铯、铜、氰基丙烯酸酯、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、乙烯乙
烯醇、呋喃、玻璃、石墨、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、马来酰亚胺、三聚氰胺、甲基丙烯酸
酯、尼龙、苯酚甲醛、酚醛塑料、淀粉基塑料、聚乳酸、聚酰胺、聚芳醚酮(PAEK)、聚碳酸酯、聚
三氟氯乙烯、聚环氧化物、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙
烯酸甲酯(PMMA)、聚烯烃、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯、聚氯乙烯、
聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、铷、聚硅氧烷、热塑性塑料、热塑性弹性体和脲甲醛。
[0128] 所述膜可包含本文所述材料的任何组合、本文所述材料的变体、本文所述材料的合金、本文所述材料的复合物和/或涉及本文所述材料的反应产物,只要用于膜的复合材料
中的至少一种材料具有约1MPa至100GPa的弹性模量值即可。
[0129] 所述膜可包含疏水性材料。例如,可以将疏水性涂层施加到膜上,使得膜的至少一部分(例如,第一表面、不同于第一表面的第二表面、第一表面的一半等)可包含疏水性涂
层。膜的疏水性可以是构成膜的材料的内在性质和/或其可以根据膜的至少一部分的表面
特征(如微结构)而出现。可用于促进膜的至少一部分上的疏水性的材料包括但不限于:丙
烯酸类、酰胺类、嵌段共聚物类、碳酸酯类、二烯类、酯类、醚类、氟代烃类、酰亚胺类、烯烃
类、苯乙烯类、乙烯基类、乙烯基缩醛类、乙烯基酯类、乙烯基醚类(vinyl eth)、乙烯基酮
类、偏二氯乙烯类、乙烯基吡咯烷酮聚合物类和乙烯基吡啶类。
[0130] 此外,所述膜可包含生物材料以赋予柔性、疏水性或其他所需性质(如生物相容性、边界层发生等)。例如,该膜可包含脂双层。任选地或作为替代,该膜或膜的至少一部分
(例如,开口)可包含至少一种孔蛋白,如α溶血素或其变体。
[0131] 所述膜可以与流体流动路径相交。流体流动路径和膜可以临时地、周期性地、永久地和/或可操作地相交。流体流动路径(由流动路径向量限定)和膜(由膜向量限定)的相交
可以形成约0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、
85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°、135°、140°、145°、150°、155°、160°、
165°、170°、175°或180°的角度,或者流体流动路径与膜之间相交的角度可以取任何两个上
述值之间的任何值。流体流动路径与膜的相交可以随时间改变,使得在第一时间处流体(例
如,第一流体、第二流体等)可以相对于膜以第一角度流动,并且在第二时间处流体可以相
对于膜以第二角度流动。作为非限制性示例,在第一时间处流体可以以大致垂直于膜的角
度流动,在第二时间处流体可以以大致平行于膜的角度流动。控制器可引导流体流动路径、
控制膜与流体流动路径的相交和/或使流体(例如,第一流体、第二流体等)流向膜和/或流
过膜。
[0132] 在本公开内容的各个方面,用于处理生物样品的方法和系统可包括加热溶液或分区群或以相对较高的温度缓变速率加热溶液或分区群。由于多种原因,相对较高的温度缓
变速率可能有利,包括减少样品处理时间和减少生物样品(和任何其他材料)暴露于升高温
度的时间。例如,系统可以以至少约5℃/秒(“s”)、至少约10℃/s、至少约15℃/s、至少约20
℃/s、至少约25℃/s、至少约30℃/s、至少约35℃/s、至少约40℃/s、至少约45℃/s、至少约
50℃/s、至少约55℃/s、至少约60℃/s、至少约65℃/s、至少约70℃/s、至少约75℃/s、至少
约80℃/s、至少约85℃/s、至少约90℃/s、至少约95℃/s、至少约100℃/s、至少约105℃/s、
至少约110℃/s、至少约115℃/s、至少约120℃/s、至少约150℃/s、至少约200℃/s或更高的
速率加热,或者方法可包括以该速率加热溶液或分区群。一旦加热终止,溶液或分区群可以
以至少约5℃/s、至少约10℃/s、至少约15℃/s、至少约20℃/s、至少约25℃/s、至少约30℃/
s、至少约35℃/s、至少约40℃/s、至少约45℃/s、至少约50℃/s、至少约55℃/s、至少约60
℃/s、至少约65℃/s、至少约70℃/s、至少约75℃/s、至少约80℃/s、至少约85℃/s、至少约
90℃/s、至少约95℃/s、至少约100℃/s、至少约105℃/s、至少约110℃/s、至少约115℃/s、
至少约120℃/s、至少约150℃/s或更高的冷却速率冷却。
[0133] 在各个方面,用于处理本文所述的生物样品的方法和系统可以提供加热和/或冷却。加热和/或冷却可以是广泛的(其中整个装置或系统被加热和/或冷却),或者加热和/或
冷却可以是局部的(其中装置或系统的至少一部分(例如,单个孔、多个孔的一部分、多个
孔、支撑件、通道、室等)被加热和/或冷却)。虽然广泛的加热和/或冷却(也称为整体加热
和/或冷却)以及局部的加热和/或冷却可以以任何组合用于处理如本文所述的生物样品的
方法和系统,但是这里将会特别注意局部的加热和/或冷却,因为局部的加热和/或冷却可
以比整体加热和/或冷却更有效。然而,本领域技术人员将理解,这里提供的局部加热和/或
冷却的描述易于应用于一般情况。
[0134] 在一些实例中,加热被感应地实现,以产生分区(例如,液滴)和/或在一些情况下围绕分区的溶液的局部加热。如本文其他地方所述,可以通过一个或多个加热元件产生和/
或施加热量。加热元件在分区内、邻近于分区和/或在包含待加热组件的溶液内的定位提供
更加接近待加热物质的热量。由于局部加热减少了向周围环境的热量损失,因此与在等效
能量输入下的整体加热相比,用于加热的能量更少(在一些情况下,能量大量减少),并且可
实现更快速的加热。
[0135] 在一些情况下,一旦加热终止,由于周围环境比被加热的物质(例如,分区、溶液)冷得多,可确保快速冷却。如上所述,局部加热导致加热所必需的能量较少。由于供应于加
热的能量较少,因此冷却的能量传递量也较低。与局部加热区域(例如,溶液、分区群内、分
区内)的温度相比相对较低的周围环境温度可快速从局部加热区域传递能量。例如,加热元
件可包含在乳液中的液滴内,使得加热定位在液滴的内部。相反,相对较低的能量转移到乳
液的连续相中,使得连续相保持在基本上相同的温度。在加热终止时,乳液的液滴内部与连
续相之间较大的温度梯度可驱动液滴内部快速冷却。此外,这样的冷却还可避免与整体冷
却相关的低效性(以及由此较低的冷却速率),诸如与冷却未经受加热的大量物质相关的低
效性。
[0136] 本公开内容的方法和系统可用于局部加热。在局部加热中,相对局部的体积可以以比较大的周围体积更高的加热速率加热。备选地或附加地,本文提供的方法和系统可用
于进行整体(例如,1毫升至5毫升体积)加热。在整体加热中,可加热整个给定体积。
[0137] 在各个方面,本文所述的用于处理生物样品的方法和系统可用于快速热循环,由此反复加热和冷却分区群的溶液。例如,在核酸扩增反应期间,热循环可使溶液或分区群的
温度从变性温度(例如,在80℃-100℃的范围内,由此双链核酸分离成其单链)到延长温度
(例如,在30℃-80℃的范围内,由此核苷酸并入模板核酸中)重复循环。由于包括减少样品
处理时间在内的多种原因,相对高温的热循环时间可能是有利的。例如,系统可在至多约5
分钟(“min”)、至多约4min、至多约3min、至多约2min、至多约1min、至多约45秒(“s”)、至多
约30s、至多约25s、至多约20s、至多约15s、至多约10s、至多约9s、至多约8s、至多约7s、至多
约6s、至多约7s、至多约6s、至多约5s、至多约4s、至多约3s、至多约2s、至多约1s、至多约
0.5s、至多约0.1s或更短内完成单个热循环,或者方法可包括在上述时间内完成溶液的单
个热循环。
[0138] 本公开内容的方法和系统可用于使样品经历一个或多个加热和冷却循环,如至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100个加热和冷却循环。加热和冷却可以通过将样品在变性温度下温育变性持续时间并将样品在延长温度下温育延长持续时
间而进行。
[0139] 变性温度可根据例如所分析的特定生物样品、生物样品中靶核酸的特定来源(如病毒颗粒、细菌)、所使用的试剂和/或所期望的反应条件而变化。例如,变性温度可为约80
℃至约110℃。在一些实例中,变性温度可为约90℃至约100℃。在一些实例中,变性温度可
为约90℃至约97℃。在一些实例中,变性温度可为约92℃至约95℃。在另外其他的实例中,
变性温度可为约80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃。
[0140] 变性持续时间可根据例如所分析的特定生物样品、生物样品中靶核酸的特定来源(例如,病毒颗粒、细菌)、所使用的试剂和/或所期望的反应条件而变化。例如,变性持续时
间可以少于或等于300秒、240秒、180秒、120秒、90秒、60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。例如,变性持续时间可以不超过120秒、90秒、60
秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。
[0141] 延长温度可根据例如所分析的特定生物样品、生物样品中靶核酸的特定来源(例如,病毒颗粒、细菌)、所使用的试剂和/或所期望的反应条件而变化。例如,延长温度可为约
30℃至约80℃。在一些实例中,延长温度可为约35℃至约72℃。在一些实例中,延长温度可
为约45℃至约65℃。在一些实例中,延长温度可为约35℃至约65℃。在一些实例中,延长温
度可为约40℃至约60℃。在一些实例中,延长温度可为约50℃至约60℃。在另外其他的实例
中,延长温度可为约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℃或80℃。
[0142] 延长持续时间可根据例如所分析的特定生物样品、生物样品中靶核酸的特定来源(例如,病毒颗粒、细菌)、所使用的试剂和/或所期望的反应条件而变化。例如,延长持续时
间可以少于或等于300秒、240秒、180秒、120秒、90秒、60秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。例如,延长持续时间可以不超过120秒、90秒、60
秒、55秒、50秒、45秒、40秒、35秒、30秒、25秒、20秒、15秒、10秒、5秒、2秒或1秒。
[0143] 在所述多个方面的任何方面,可以进行多个循环的引物延伸反应。可进行任何适当数目的循环。例如,进行的循环数可以少于约100、90、80、70、60、50、40、30、20、10或5个循环。进行的循环数可取决于,例如,获得可检测的扩增产物(例如,指示在生物样品中存在靶
RNA的可检测量的扩增DNA产物)所必需的循环数(例如,循环阈值(Ct))。例如,获得可检测
的扩增产物(例如,指示在生物样品中存在靶RNA的可检测量的DNA产物)所必需的循环数可
以少于约或为约100个循环、75个循环、70个循环、65个循环、60个循环、55个循环、50个循
环、40个循环、35个循环、30个循环、25个循环、20个循环、15个循环、10个循环或5个循环。此
外,在一些实施方案中,可检测量的扩增产物(例如,指示在生物样品中存在靶RNA的可检测
量的DNA产物)可以以小于100、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5的循环阈值(Ct)获得。
[0144] 扩增产生指示存在所扩增的靶核酸的可检测量的扩增产物的时间可根据从中获得靶核酸的生物样品、将要进行的特定核酸扩增反应和所期望的扩增反应的特定循环数而
变化。例如,靶核酸的扩增可在120分钟或更短、90分钟或更短、60分钟或更短、50分钟或更
短、45分钟或更短、40分钟或更短、35分钟或更短、30分钟或更短、25分钟或更短、20分钟或
更短、15分钟或更短、10分钟或更短或者5分钟或更短的时间段内产生指示存在靶核酸的可
检测量的扩增产物。
[0145] 在一些实施方案中,靶RNA的扩增可在120分钟或更短、90分钟或更短、60分钟或更短、50分钟或更短、45分钟或更短、40分钟或更短、35分钟或更短、30分钟或更短、25分钟或
更短、20分钟或更短、15分钟或更短、10分钟或更短或者5分钟或更短的时间段内产生指示
存在靶RNA的可检测量的扩增DNA产物。
[0146] 在一些实施方案中,可使反应混合物经历多个系列的引物延伸反应。多个系列中的单个系列可包括特定引物延伸反应的多个循环,其特征在于例如,如本文其他地方所述
的特定变性和延长条件。通常,例如,就变性条件和/或延长条件而言,每个单个系列与多个
系列中的至少一个其他单个系列不同。例如,就变性温度、变性持续时间、延长温度和延长
持续时间中的任一个、两个、三个或全部四个而言,单个系列可与多个系列中的另一个单独
系列不同。此外,多个系列可包含任何数目的单个系列,例如,至少约或约2、3、4、5、6、7、8、
9、10个或更多个单个系列。
[0147] 例如,多个系列的引物延伸反应可包括第一系列和第二系列。第一系列例如可包含超过十个循环的引物延伸反应,其中第一系列的每个循环包括(i)将反应混合物在约92
℃至约95℃下温育不超过30秒,随后(ii)将反应混合物在约35℃至约65℃下温育不超过约
一分钟。第二系列例如可包含超过十个循环的引物延伸反应,其中第二系列的每个循环包
括(i)将反应混合物在约92℃至约95℃下温育不超过30秒,随后(ii)将反应混合物在约40
℃至约60℃下温育不超过约1分钟。在该特定实例中,第一和第二系列在其延长温度条件上
不同。然而,该实例并非意在限制,因为可使用不同延长和变性条件的任意组合。
[0148] 在一些实施方案中,缓变时间(即,热循环仪从一个温度转变至另一温度所花的时间)和/或缓变速率可以是扩增中的重要因素。例如,扩增产生指示存在靶核酸的可检测量
的扩增产物的温度和时间可根据缓变速率和/或缓变时间而变化。缓变速率可影响用于扩
增的温度和时间。
[0149] 在一些情况下,循环之间的缓变时间和/或缓变速率可以是不同的。然而在一些情况下,循环之间的缓变时间和/或缓变速率可以是相同的。缓变时间和/或缓变速率可基于
正在处理的样品进行调整。
[0150] 在一些情况下,可根据例如样品的性质和反应条件来确定不同温度之间的缓变时间。也可根据样品的性质和反应条件来确定确切的温度和温育时间。在一些实施方案中,可
使用多个热循环将单个样品处理(例如,使之经受扩增条件)多次,各个热循环在例如缓变
时间、温度和/或温育时间方面不同。随后可为该特定样品选择最好或最佳的热循环。这提
供了针对被测试的特定样品或样品组合调整热循环的稳健且有效的方法。
[0151] 在一些实施方案中,靶核酸可在引物延伸反应启动之前经受变性条件。在多个系列的引物延伸反应的情况下,靶核酸可在执行所述多个系列之前经受变性条件,或者可在
所述多个系列之间经受变性条件。例如,靶核酸可在多个系列中的第一系列与第二系列之
间经受变性条件。此类变性条件的非限制性实例包括变性温度分布(例如,一个或多个变性
温度)和变性剂。
[0152] 进行多个系列的引物延伸反应的优点可能在于,与在相若的变性和延长条件下的单一系列的引物延伸反应相比,多个系列的方法以较低的循环阈值产生指示在生物样品中
存在靶核酸的可检测量的扩增产物。与在相若的变性和延长条件下的单一系列相比,使用
多个系列的引物延伸反应可将此等循环阈值降低至少约或约1%、5%、10%、15%、20%、
25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%。
[0153] 在一些实施方案中,可在进行引物延伸反应之前预加热生物样品。生物样品进行预加热的温度(例如,预加热温度)和持续时间(例如,预加热持续时间)可根据例如所分析
的特定生物样品而变化。在一些实例中,可将生物样品预加热不超过约60分钟、50分钟、40
分钟、30分钟、25分钟、20分钟、15分钟、10分钟、9分钟、8分钟、7分钟、6分钟、5分钟、4分钟、3分钟、2分钟、1分钟、45秒、30秒、20秒、15秒、10秒或5秒。在一些实例中,可在约80℃至约110
℃的温度下预加热生物样品。在一些实例中,可在约90℃至约100℃的温度下预加热生物样
品。在一些实例中,可在约90℃至约97℃的温度下预加热生物样品。在一些实例中,可在约
92℃至约95℃的温度下预加热生物样品。在另外其他的实例中,可在约80℃、81℃、82℃、83
℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃的温度下预加热生物样品。
[0154] 各个方面包括检测指示生物样品的化学或生物反应的信号的检测器或检测此类信号。在一些情况下,信号是由检测器产生的电子信号。此外,可以通过检测产物(例如,直
接检测产物本身、检测指示产物形成的物质如报道剂)或通过其一种或多种反应物(例如,
检测反应物(包括生物样品)的消失、检测指示反应物消失的物质等)来检测化学或生物反
应。可使用任何合适的检测器和相关的检测模式来检测。所用的特定类型的检测器和/或检
测可取决于例如特定的化学或生物反应、发生化学或生物反应的任何器皿的类型、是否使
用报道剂、以及在使用报道剂的情况下报道剂的特定类型。检测方法的非限制性实例包括
光学检测、光谱检测、静电检测、电化学检测等。光学检测方法包括但不限于荧光测定法和
紫外-可见光吸收。光谱检测方法包括但不限于质谱法、核磁共振(NMR)波谱法和红外光谱
法。静电检测方法包括但不限于基于凝胶的技术,例如,凝胶电泳。电化学检测方法包括但
不限于在适当物质的高效液相色谱分离后对该物质的电化学检测。适当的检测器可用于本
文所述的每种示例性检测方法,该检测器的实例包括分光光度计、成像设备(例如,显微镜
相机等)、电喷雾检测器、飞行时间检测器、NMR检测器、电导检测器或其任意组合。
[0155] 控制器可包含本文所述的任何类型(参见例如,“控制系统”部分)。控制器可包含一个或多个计算机处理器。控制器和/或其计算机处理器可以被编程用于使第一流体相(例
如,油)沿着流体流动路径通过膜中的至少一个开口流动(使得第一流体穿过膜进入膜下游
的室),使第二流体相(例如,包含生物样品和/或其部分的流体相)沿着流体流动路径通过
膜中的至少一个开口向室流动(此时的室包含第一流体相并且第一流体相可与第二流体相
不混溶),并在室中生成多个液滴。例如,可以在第二流体相与第一流体相接触时生成多个
液滴。多个液滴中的一个或多个液滴可包含生物样品、其部分以及/或者化学或生物反应所
必需的试剂。
液滴引导和分离
[0156] 在本公开内容的另一个方面,用于促进生物样品的化学或生物反应的方法包括:提供样品处理单元,该样品处理单元包含与支撑件(该支撑件可包含多个孔)流体连通的流
体流动路径;使多个液滴经历沿着流体流动路径向支撑件的流动(例如,使液滴沿着流体流
动路径向所述多个孔流动);以及引导所述多个液滴中的给定液滴进入支撑件的单个位置
(如引导所述多个液滴中的给定液滴进入所述多个孔中的单个孔中)。前述方法的多个液滴
和/或来自多个液滴的给定液滴可包含生物样品、其部分以及/或者化学或生物反应所必需
的试剂。
[0157] 当第一流体与第二流体接触(例如,第二流体流入第一流体)时,可以生成多个液滴。在第一流体与第二流体接触时可以生成一个或多个液滴。液滴可以各自具有约0.1微米
(μm)、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、
7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、
130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm的液滴大小,或者液滴可以取在任何两个上述值之间的液滴大小。所述多个液滴中的每一个可具有约0.1μm至约200μm、约1μm
至约150μm或约10μm至约100μm的液滴大小。所述液滴可以构成乳液的一部分。
[0158] 液滴可以各自具有至少约1纳升(nl)、2nl、3nl、4nl、5nl、6nl、7nl、8nl、9nl、10nl、20nl、30nl、40nl、50nl、60nl、70nl、80nl、90nl、100nl、200nl、300nl、400nl、500nl、600nl、
700nl、800nl、900nl、1微升(μl)、2μl、3μl、4μl、5μl、6μl、7μl、8μl、9μl、10μl、20μl、30μl、40μl、50μl、60μl、70μl、80μl、90μl、100μl、200μl、300μl、400μl、500μl、600μl、700μl、800μl、
900μl、1毫升(ml)、2ml、3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml、9ml或10ml的液滴体积,或者液滴可以具有在任何两个上述值之间的液滴体积。
[0159] 所述化学或生物反应可以是核酸扩增。这样的核酸扩增可以经由聚合酶链式反应(PCR)、等温扩增、环介导的等温扩增(LAMP)、基于核酸序列的扩增(NASBA)、链置换扩增、多
重置换扩增(MDA)、滚环扩增(RCA)、连接酶链反应(LCR)、解旋酶依赖性扩增(HDA)和/或分
枝扩增方法(RAM)来完成。任何核酸序列扩增技术可单独使用或与本文所述的任何其他核
酸序列扩增技术组合使用。对于化学或生物反应(如对于核酸扩增)所必需的试剂可包括一
种或多种引物和聚合酶。
[0160] 所述方法可以进一步包括在一定条件下使所述多个液滴经历核酸扩增,该条件是由具有这样的内容物(例如,包含生物样品和/或其部分)的每个所述多个液滴内的生物样
品和/或其部分的至少一部分(例如,子集)生成扩增产物所必需的和/或足以由其生成扩增
产物。所述多个液滴中的至少一部分的扩增产物可以是可检测的(例如,光学可检测的、生
物学可检测的、化学可检测的、放射性可检测的、机械可检测的、热可检测的、电可检测的
(经由无源或有源电学性质)、磁性可检测的等)。该方法可以进一步包括至少检测所述多个
液滴的子集中的扩增产物。检测可以通过本文所述或本领域已知的任何技术进行。
[0161] 检测所述多个液滴的至少一部分的扩增产物可能需要所述方法进一步包括将所述多个液滴的至少一部分定位成与检测器(如能够检测本文所述的任何可检测部分的检测
器)进行传感通信。该检测器可以检测来自指示化学或生物反应的液滴的信号或者生物样
品的化学或生物反应的产物。
[0162] 支撑件可包含一个或多个孔(well)。在这些一个或多个孔中,至少一个单个孔可包含吸湿材料。可构成支撑物的一个或多个孔中的至少一个单个孔的可能的吸湿材料包括
但不限于:纤维素纤维(例如,花、纸等)、糖、焦糖、蜂蜜、甘油、乙醇、甲醇、硫酸、盐(例如,NaCl)、多糖。还可由于其吸湿性质使用几种聚合物,包括但不限于丙烯腈丁二烯苯乙烯
(ABS)、尼龙、聚碳酸酯、聚乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚苯乙烯。但还可以使用其他更强
的吸湿材料(如氯化、氢氧化、氢氧化钠、氯化锌等),但是本领域技术人员应根据因素
的合并谨慎使用,该因素包括所使用的生物样品、待完成的化学或生物反应、液滴的大小、
液滴的含水量等,因为这些吸湿性较强的物质可以很容易地吸水并容易溶解于其中(例如,
潮解)。干燥剂可用作吸湿材料,只要它们不对生物样品所要经历的化学或生物反应产生不
利影响。
[0163] 支撑件可以是适合于保持包含生物样品、其部分以及/或者化学或生物反应所必需的试剂的水溶液的任何形状和/或尺寸。支撑件可具有适合于保持来自多个液滴中的至
少一个液滴的形状和/或尺寸。支撑件可包含多个孔。至少一部分孔可具有适合于保持来自
多个液滴中的至少一个液滴的形状和/或尺寸。例如,支撑件可包含一个或多个形状为圆锥
形、立方形或圆柱形的孔。应当理解,支撑件的多个孔中的一个或多个孔可具有作为其他形
状的组合的形状(例如,半个圆形和半个正方形)。
[0164] 支撑件的尺寸可以被设定成保持至少约1纳升(nl)、2nl、3nl、4nl、5nl、6nl、7nl、8nl、9nl、10nl、20nl、30nl、40nl、50nl、60nl、70nl、80nl、90nl、0.1微升(μl)、0.5μl、1μl、
1.5μl、2μl、2.5μl、3μl、3.5μl、4μl、4.5μl、5μl、5.5μl、6μl、6.5μl、7μl、7.5μl、8μl、8.5μl、9μl、9.5μl、10μl、11μl、12μl、13μl、14μl、15μl、16μl、17μl、18μl、19μl、20μl、21μl、22μl、23μl、24μl、25μl、26μl、27μl、28μl、29μl、30μl、35μl、40μl、45μl、50μl、55μl、60μl、65μl、70μl、
75μl、80μl、85μl、90μl、95μl、100μl、110μl、120μl、130μl、140μl、150μl、160μl、170μl、180μl、190μl、200μl、300μl、400μl、500μl、600μl、700μl、800μl、900μl、1000μl、2ml、3ml、4ml、
5ml、6ml、7ml、8ml、9ml或更大的第一流体容积,或者支撑件的尺寸可以被设定成保持约等
于任何两个上述值之间的值的第一流体容积。
[0165] 支撑件包含多个孔,其中至少一个孔的尺寸可以被设定成保持至少约1nl、2nl、3nl、4nl、5nl、6nl、7nl、8nl、9nl、10nl、20nl、30nl、40nl、50nl、60nl、70nl、80nl、90nl、0.1μl、0.5μl、1μl、1.5μl、2μl、2.5μl、3μl、3.5μl、4μl、4.5μl、5μl、5.5μl、6μl、6.5μl、7μl、7.5μl、8μl、8.5μl、9μl、9.5μl、10μl、11μl、12μl、13μl、14μl、15μl、16μl、17μl、18μl、19μl、20μl、
21μl、22μl、23μl、24μl、25μl、26μl、27μl、28μl、29μl、30μl、35μl、40μl、45μl、50μl、55μl、60μl、65μl、70μl、75μl、80μl、85μl、90μl、95μl、100μl、110μl、120μl、130μl、140μl、150μl、160μl、170μl、180μl、190μl、200μl、300μl、400μl、500μl、600μl、700μl、800μl、900μl、1000μl、
2ml、3ml、4ml、5ml、6ml、7ml、8ml、9ml或更大的第一流体容积,或者来自支撑件的多个孔中
的至少一个孔的尺寸可以被设定成保持约等于任何两个上述值之间的值的第一流体容积。
[0166] 支撑件可以包含一个或多个第一流体流动端口。所述一个或多个第一流体端口中的至少一个可以与第一流体容积流体连通。例如,包含生物样品、其部分以及/或者化学或
生物反应所必需的试剂的水溶液可以通过所述一个或多个第一流体流动端口流入和/或流
出第一室。所述一个或多个第一流体流动端口可以具有相同或不同的形状,并且它们可以
具有相同或不同的尺寸。例如,所述一个或多个第一流体流动端口中的每一个可独立地具
有不大于约1mm、不大于约800μm、不大于约600μm、不大于约500μm、不大于约400μm、不大于
约300μm、不大于约250μm、不大于约200μm、不大于约100μm、不大于约75μm、不大于约50μm、不大于约25μm、不大于约10μm、不大于约5μm、不大于约4μm、不大于约3μm、不大于约2μm、不大于约1μm或更小的直径,或者所述一个或多个第一流体流动端口中的每一个可以独立地
具有约等于任何两个上述值之间的值的直径。在一些实施方案中,所述一个或多个第一流
体流动端口中的每一个可独立地具有至少约1μm、至少约2μm、至少约3μm、至少约4μm、至少
约5μm、至少约10μm、至少约15μm、至少约20μm、至少约25μm、至少约50μm、至少约75μm、至少约100μm、至少约200μm、至少约250μm、至少约300μm、至少约400μm、至少约500μm、至少约600μm、至少约800μm或更大的直径,或者所述一个或多个第一流体流动端口中的每一个可以独
立地具有约等于任何两个上述值之间的值的直径。在一些实施方案中,所述一个或多个第
一流体流动端口中的每一个可以具有大于至少一个液滴的横截面的直径。
[0167] 所述方法可以进一步包括引导来自多个液滴的一个或多个液滴沿着第一流体流动路径或第二流体流动路径或两者,其中第一流体流动路径和第二流体流动路径与支撑件
流体连通。支撑件可以是本文所述的任何类型。例如,支撑件可包含多个孔。所述多个孔可
包含具有邻近于第一流体流动路径的第一开口的至少一个单个孔。备选地或组合地,至少
一个单个孔可包含邻近于第二流体流动路径的第二开口。
[0168] 可以使来自多个液滴的一个或多个液滴沿着第一流体流动路径或第二流体流动路径流动到多个孔。来自所述多个液滴的给定液滴可包含生物样品、其部分以及/或者化学
或生物反应所必需的试剂。在沿着流体流动路径(例如,第一流体流动路径、第二流体流动
路径等)流动时,可以引导来自所述多个液滴的一个或多个液滴通过选自所述多个孔中的
单个孔中的开口进入所述多个孔中的单个孔中。单个孔可包含与第一流体流动路径流体连
通的第一开口。单个孔可进一步包含与第二流体流动路径流体连通的第二开口。可以提供
第一流体流动路径中的第一流体相(例如,油、表面活性剂、连续流体、其任意组合等)和第
二流体流动路径中的第二流体相(例如,水溶液、包含生物样品的溶液、其部分、化学或生物
反应所必需的试剂、其任意组合等)。第一流体相可具有第一流体性质(例如,密度、粘度(运
动学的、动力学的等)、温度、压力、比容、比重量、比重等),并且第二流体相可具有不同于第
一流体相的第一流体性质的第二流体性质(例如,密度、粘度(运动学的、动力学的等)、温
度、压力、比容、比重量、比重等)。例如,第一流体相可以包含具有大于来自多个液滴的单个
液滴的密度的第一密度的流体,并且第二流体相可以包含具有小于来自多个液滴的单个液
滴的密度的第二密度的流体。如此,来自所述多个液滴的单个液滴可以保留在所述多个孔
中的单个孔内。本领域技术人员将理解,第一流体性质和第二流体性质的其他这样的组合
可用于将单个液滴保留在单个孔内,如第一压力和第二压力、第一流速和第二流速等。
[0169] 单个液滴可以通过邻近于单个孔的流体相保留在单个孔内。这样的邻近于单个孔的流体相可以用单个孔密封单个液滴。
[0170] 可以将一个或多个液滴在单个孔内保留任何时间段。来自所述多个液滴的一个或多个液滴可以保留在一个或多个单个孔内以发生化学或生物反应,或者来自所述多个液滴
的一个或多个液滴可以保留在一个或多个单个孔内以检测已发生化学或生物反应,或者来
自所述多个液滴的一个或多个液滴可以保留在一个或多个单个孔内以确定化学或生物反
应已经发生的程度(例如,已经产生了多少产物、反应发生的速度有多快等)。
[0171] 为了帮助液滴引导,可使支撑件经历振动。支撑件的振动可包括一种或多种类型的振动,包括但不限于自由振动、强迫振动和阻尼振动。
[0172] 在本公开内容的另一个方面,用于对生物样品进行化学或生物反应的系统可包含样品处理单元、与包含多个孔的支撑件流体连通的流体流动路径、以及控制器。所述多个孔
中的单个孔可包含将来自所述多个液滴的给定液滴引导到单个孔的吸湿材料。
[0173] 支撑件可包含选自所述多个孔的一个或多个单个孔,所述孔包含适于将来自所述多个液滴的一个或多个液滴引导到所述一个或多个单个孔的吸湿材料。支撑件可包含至少
1个孔、2个孔、3个孔、4个孔、5个孔、10个孔、100个孔、200个孔、300个孔、400个孔、500个孔、
1,000个孔、10,000个孔、100,000个孔或1,000,000个孔。所述孔可以至少部分地或很大程
度上突出到支撑件中。
[0174] 控制器可包含一个或多个计算机处理器。控制器和/或一个或多个计算机处理器可单独或共同被编程用于使所述多个液滴经历沿流体流动路径的流动,或将所述多个液滴
中的给定液滴引导到单个孔中。来自所述多个液滴的给定液滴或所述多个液滴自身可包含
生物样品、其部分以及/或者化学或生物反应所必需的试剂。
[0175] 在本公开内容的另一个方面,用于促进生物样品的化学或生物反应的装置可包含支撑件。支撑件可包含多个孔。所述多个孔可包含含有吸湿材料的至少一个单个孔,该吸湿
材料将来自多个液滴的给定液滴引导到所述至少一个单个孔或者在化学或生物反应期间
将给定液滴保留在所述至少一个单个孔中,或者这两者。
[0176] 在本公开内容的另一个方面,用于促进生物样品的化学或生物反应的方法可以包括提供样品处理单元,该样品处理单元包含与支撑件流体连通的第一流体流动路径和第二
流体流动路径。支撑件可以是本文所述的任何类型。例如,支撑件可包含多个孔。所述多个
孔可包含具有邻近于第一流体流动路径的第一开口的至少一个单个孔。备选地或组合地,
至少一个单个孔可包含邻近于第二流体流动路径的第二开口。
[0177] 所述方法可进一步包括使所述多个液滴经历沿着第一流体流动路径或第二流体流动路径向所述多个孔的流动。来自所述多个液滴的给定液滴可包含生物样品、其部分以
及/或者化学或生物反应所必需的试剂。
[0178] 所述方法还可进一步包括引导所述多个液滴中的给定液滴从第一流体流动路径或第二流体流动路径通过第一开口或第二开口进入所述多个孔中的单个孔中。
[0179] 所述方法可进一步包括在第一流体流动路径中提供第一流体相,并且在第二流体流动路径中提供第二流体相。第一流体相可具有第一流体性质(例如,密度、粘度(运动学
的、动力学的等)、温度、压力、比容、比重量、比重等),并且第二流体相可具有不同于第一流
体相的第一流体性质的第二流体性质(例如,密度、粘度(运动学的、动力学的等)、温度、压
力、比容、比重量、比重等)。例如,第一流体相可以包含具有大于来自多个液滴的单个液滴
的密度的第一密度的流体,并且第二流体相可以包含具有小于来自所述多个液滴的单个液
滴的密度的第二密度的流体。如此,来自所述多个液滴的单个液滴可以保留在所述多个孔
中的单个孔内。
[0180] 图1示出了液滴生成装置100的横截面图。液滴生成装置100可包含由膜110隔开的第一室101(本文也称为“前室”、“预备室”和“起始室”)和第二室102(本文也简单地称为
“室”)。从第一室101到第二室102延伸着第一流动路径141和第二流动路径142,流体可以沿
着第一流动路径141和第二流动路径142流动(例如,第一流体相131、第二流体相132等)。第
一流动路径141和第二流动路径142可以单独地或共同地以任何角度与膜110相交。例如,在
一些实施方案中,第一流动路径141和第二流动路径各自在界面的法线(例如,与交点处的
表面的切线成90°)处与膜110相交。通常,在第一流动路径141或第二流动路径142或两者与
膜110相交处,第一流动路径141和第二流动路径142可以单独地或组合地以与由膜110处的
界面的切线所限定的法线成不大于0°、1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、15°、20°、25°、
30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°或90°的角度与膜相交。第一流动路径141和/或第二流体流动路径142可以临时地、周期性地、永久地和/或可操作地与膜110相
交。第一流动路径141和/或第二流动路径142与膜110的相交可以随时间改变,使得在第一
时间处流体(例如,第一流体相131、第二流体相132等)可以相对于膜110以第一角度流动,
并且在第二时间处流体可以相对于膜110以第二角度流动。作为非限制性示例,在第一时间
处流体可以以大致垂直于膜110的角度流动,并且在第二时间处流体可以以大致平行于膜
110的角度流动。
[0181] 液滴生成装置100可包含限定器皿120的内表面,器皿120保持第一流体相131、第二流体相132、两者或两者都不保持。该器皿可以是本文所述的任何种类。例如,器皿120可
以是接收包含生物样品的溶液的反应器皿(例如,PCR管)。器皿120可具有各种大小、形状、
重量和配置。在一些实施方案中,器皿120是圆形管状或椭圆管状的。在一些实施方案中,器
皿120是矩形、正方形、菱形、圆形、椭圆形或三角形的。器皿120可以是规则形状或不规则形
状的。例如,器皿120可以是室、管、孔、毛细管、匣盒、小池、离心管、移液管端头。在一些实施方案中,器皿120的表面积体积比为至少100mm-1、200mm-1、300mm-1、350mm-1、400mm-1、450mm
-1 -1 3 -1 4 -1 5 -1 6 -1 7 -1 8 -1
、500mm 、1x 10 mm 、1x 10 mm 、1x 10 mm 、1x 10 mm 、1x 10 mm 、1x 10 mm 、1x 
109mm-1、1x 1010mm-1、1x 1011mm-1、1x 1012mm-1、1x 1013mm-1、1x 1014mm-1、1x 1015mm-1或更大。
[0182] 在一些实施方案中,器皿120是器皿阵列的一部分。器皿阵列可与液滴生成装置100集成。器皿阵列可包含多个液滴生成装置100。器皿阵列可包含器皿的调整组合(例如,
第一器皿120可与液滴生成装置100集成,并且第二器皿(未示出)可与液滴生成装置100耦
合)。器皿阵列可用于方法的自动化和/或同时处理多个样品。例如,器皿120可以是由许多
孔组成的微孔板的孔。器皿阵列可包含任何适当数目的器皿120。例如,阵列可包含至少2、
4、6、8、10、12、14、16、18、20、25、35、48、96、144、288、384个或更多个器皿120。器皿阵列的器皿120部分还可以是由流体处理设备可单独寻址的,使得该流体处理设备可正确识别器皿
120,并将适当的流体材料分配到器皿120中。流体处理设备可用于使流体材料向器皿120的
添加自动化。
[0183] 第一室101可包含第一流体相131或第二流体相132或两者流过的入口区域103。第一室101可进一步包含在入口区域103下游和膜110上游的第一减压区域147,使得从入口区
域103流向第一室101的流体可以沿着减压区域147经历压降。
[0184] 第一室101的减压区域147可包含通道的加宽、沿着减压区域长度的横截面面积变化、扩散器等。可以计算第一室101的减压区域147,使得穿过膜110的流动在膜的至少第一
部分基本恒定。例如,流过膜110的流体可以在与第一流动路径141或第二流动路径142或两
者相交的膜110的横截面的至少约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、
30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%或100%具有恒定速度。类似地,流过膜110的
流体可以在与第一流动路径141或第二流动路径142或两者相交的膜110的横截面的至少约
1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、
90%、95%或100%具有恒定流速。
[0185] 减压区域147可以使沿其长度通过的流体的流速减小至少约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、125%、
150%、175%、200%、250%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、
2000%、3000%、4000%、5000%、6000%、7000%、8000%、9000%或10000%,或者减压区域
147可以使沿其长度通过的流体的流速减小任何两个上述值之间的任何量。减压区域147可
以使沿其长度通过的流体的流速减小不大于约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、
10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、125%、150%、175%、200%、
250%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、2000%、3000%、4000%、
5000%、6000%、7000%、8000%、9000%或10000%,或者减压区域147可以使沿其长度通过
的流体的流速减小任何两个上述值之间的任何量。减压区域147可以使压力(例如,平均压
力、局部压力、由传感器测量的压力等)减小至少约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、
9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、125%、150%、175%、
200%、250%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、2000%、3000%、
4000%、5000%、6000%、7000%、8000%、9000%或10000%,或者减压区域147可以使沿其
长度通过的流体的压力减小任何两个上述值之间的任何量。减压区域147可以使压力(例
如,平均压力、局部压力、由传感器测量的压力等)减小不大于约1%、2%、3%、4%、5%、
6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、125%、
150%、175%、200%、250%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、
2000%、3000%、4000%、5000%、6000%、7000%、8000%、9000%或10000%,或者减压区域
147可以使沿其长度通过的流体的压力减小任何两个上述值之间的任何量。
[0186] 第二室102可包含第一增压区域126,第一增压区域126的增加可使沿其长度通过的流体的流速增大至少约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、
40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、125%、150%、175%、200%、250%、300%、
400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、2000%、3000%、4000%、5000%、
6000%、7000%、8000%、9000%或10000%,或者增压区域126可以使沿其长度通过的流体
的流速减小任何两个上述值之间的任何量。增压区域126可以使沿其长度通过的流体的流
速减小不大于约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、40%、50%、
60%、70%、80%、90%、100%、125%、150%、175%、200%、250%、300%、400%、500%、
600%、700%、800%、900%、1000%、2000%、3000%、4000%、5000%、6000%、7000%、
8000%、9000%或10000%,或者增压区域126可以使沿其长度通过的流体的流速减小任何
两个上述值之间的任何量。增压区域126可以使压力(例如,平均压力、局部压力、由传感器
测量的压力等)减小至少约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、20%、30%、
40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、125%、150%、175%、200%、250%、300%、
400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、2000%、3000%、4000%、5000%、
6000%、7000%、8000%、9000%或10000%,或者增压区域126可以使沿其长度通过的流体
的压力减小任何两个上述值之间的任何量。增压区域126可以使压力(例如,平均压力、局部
压力、由传感器测量的压力等)减小不大于约1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、
10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、125%、150%、175%、200%、
250%、300%、400%、500%、600%、700%、800%、900%、1000%、2000%、3000%、4000%、
5000%、6000%、7000%、8000%、9000%或10000%,或者增压区域126可以使沿其长度通过
的流体的压力减小任何两个上述值之间的任何量。
[0187] 第二室102可进一步包含第一减压区域127。第二室102的第一减压区域127可以是与第一室101的减压区域147类似的类型。实际上,第二室102的第一减压区域127可以是本
文所述的任何类型。此外,尽管图1所示的实施方案具有包含单个减压区域147的第一室101
以及包含第一增压区域126和第一减压区域127的第二室102,但第一室102和第二室102可
以单独地或共同地包含任何数目的增压区域和/或减压区域。此外,第一室101和第二室102
可以单独地或共同地包含任何组合的任何数目的增压区域和/或减压区域(例如,第一室中
的第一减压区域,接着是(即下游是)第二室的另一减压区域,接着是第二室中的增压区
域)。
[0188] 第二室102可进一步包含收窄区域125。在一些情况下,收窄区域125可以伴有锥形部121,锥形部121将第二室102的初始横截面面积和/或形状(这里由紧邻膜110下游的第二
室102的面积和/或形状限定)减小至收窄区域125的横截面面积和/或形状。另外的锥形部,
这里也称为扩展区域122,可用于将室的横截面面积和/或形状从收窄区域125增加到下游
的区域。
[0189] 收窄区域125可以发挥许多作用。在一些情况下,收窄区域125提供液滴生成装置100的一部分,用户或机器可以使用该部分来舒适地抓取、保持和/或操作液滴生成装置
100。在一些情况下,收窄区域125提供液滴生成装置100的一部分,其可以与液滴生成系统
耦合。在一些情况下,收窄区域125包含增压区域。尽管以上描述是相对于第二室102而陈述
的,但是本领域技术人员将理解,第一室101或第二室102或两者都可包含收窄区域125或两
者都可不包含收窄区域125。第一室101或第二室102或两者的收窄区域125可位于膜110的
下游、膜110的上游或其任意组合。此外,尽管图1中仅示出了单个收窄区域125,但是可以以
任何组合在任何数目的室中使用任何数目的收窄区域。在一些实施方案中,收窄区域125具
有安置在其中的膜110。
[0190] 膜110可以是本文所述的任何类型。例如,膜110可以是柔性的,使得膜110包含弹性模量为约0.1GPa至约5GPa的材料。这样的可构成该实施方案或任何实施方案的膜110的
材料包括但不限于:缩醛共聚物、缩醛均聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、铝、双马来酰亚
胺、铋、硼、碳化物、碳化物泡沫、碳、碳泡沫、碳纳米纤维、纤维素、铯、碘化铯、铜、氰基丙烯酸酯、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、乙烯乙烯醇、呋喃、玻璃、石墨、高密度聚乙烯、低密度聚乙
烯、马来酰亚胺、三聚氰胺、甲基丙烯酸酯、尼龙、苯酚甲醛、酚醛塑料、淀粉基塑料、聚乳酸、
聚酰胺、聚芳醚酮(PAEK)、聚碳酸酯、聚三氟氯乙烯、聚环氧化物、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚
醚酰亚胺、聚乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚烯烃、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、
聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、铷、聚硅氧烷、
热塑性塑料、热塑性弹性体和脲甲醛。还可以使用上述材料的合金和/或复合物。膜110的一
个或多个部分可包含至少第一材料和第二材料,第二材料具有比第一材料更大的柔性,使
得膜110的组合柔性大于第一材料的柔性。复合材料(包含两种或更多种具有不同物理和/
或化学性质的组成材料的材料)可用于膜110,只要用于膜110的复合材料中的至少一种材
料具有约1MPa至100GPa的弹性模量值即可。膜110可包含本文所述材料的任何组合、本文所
述材料的变体、本文所述材料的合金和/或涉及本文所述材料的反应产物。
[0191] 膜110的柔性可至少部分地归因于膜110的结构和/或几何构型。例如,膜110可包含薄膜110,该薄膜110的厚度与其直径(这里的直径是指横截面面积等于膜110的横截面面
积的正圆的直径)的比率可以是不大于约1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、
0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01、0.009、0.008、0.007、0.006、0.005、
0.004、0.003、0.002、0.001、0.0009、0.0008、0.0007、0.0006、0.0005、0.0004、0.0003、
0.0002、0.0001、0.00009、0.00008、0.00007、0.00006、0.00005、0.00004、0.00003、
0.00002、0.00001、0.000009、0.000008、0.000007、0.000006、0.000005、0.000004、
0.000003、0.000002、0.000001、0.0000009、0.0000008、0.0000007、0.0000006、0.0000005、
0.0000004、0.0000003、0.0000002、0.0000001、0.00000005,或者膜110的厚度与其直径的
比率可以取任何两个上述值之间的任何值。此外,膜110可以具有不大于约5纳米(nm)、
10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、
600nm、700nm、800nm、900nm、1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、
30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、
800μm、900μm、1毫米(mm)、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1厘米(cm)、2cm、3cm、4cm、
5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm的厚度,或者膜的厚度可以取任何两个上述值之间的任何值。
[0192] 膜110的柔性可至少部分地归因于至少部分地从膜110的第一侧朝向膜的第二侧延伸的一个或多个洞。膜110可包含沿着膜110的第一表面或沿着膜110的第二表面或两者
的凹穴,或者沿着膜110的一个表面延伸的通道。膜110可包含穿过膜110部分地延伸的一个
或多个洞的任何组合,如驻留在膜的第一表面上的一组凹穴和驻留在膜的第二表面上的另
一组凹穴。在一些实施方案中,膜110包含从膜110的第一侧朝向膜110的第二侧部分地延伸
的一个或多个洞以及从膜110的第一侧到膜110的第二侧完全延伸的一个或多个洞的组合。
[0193] 膜110可包含穿过膜110的至少一个开口111。所述至少一个开口111——在一些实施方案中,所述至少一个开口111选自多个开口——可呈现任何形状,包括但不限于圆形、
椭圆形、卵圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、多边形或任何可被描述为任意数目的正
弦和余弦函数之和的曲线。膜110内的开口111可具有不大于约1mm、900微米(μm)、800μm、
700μm、600μm、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、
20μm、10μm、9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm、3μm、2μm、1μm、900纳米(nm)、800nm、700nm、600nm、
500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、
9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm、1nm的直径,或者膜110的开口111的大小可以取任何
两个上述值之间的值。膜110内的开口111可具有约1μm至约50μm的直径。开口111可具有均
匀的横截面面积和/或形状,使得开口111的第一侧112的横截面面积和/或形状等同于开口
111的第二侧113的横截面面积和/或形状。在一些实施方案中,膜110中的开口111可以是沿
着其长度从膜的第一侧112到开口111的第二侧113有所变化的横截面面积和/或形状(例
如,横截面面积可以从一侧到另一侧增加,横截面面积可以从一侧到另一侧减小等)。
[0194] 膜110可包含穿过膜110的任何数目的开口111。例如,膜110可包含至少1个开口、2个开口、3个开口、4个开口、5个开口、6个开口、7个开口、8个开口、9个开口、10个开口、20个
开口、30个开口、40个开口、50个开口、60个开口、70个开口、80个开口、90个开口、100个开
口、200个开口、300个开口、400个开口、500个开口、600个开口、700个开口、800个开口、900
个开口、1,000个开口、2,000个开口、3,000个开口、4,000个开口、5,000个开口、6,000个开
口、7,000个开口、8,000个开口、9,000个开口、10,000个开口、20,000个开口、30,000个开
口、40,000个开口、50,000个开口、60,000个开口、70,000个开口、80,000个开口、90,000个
开口、100,000个开口、200,000个开口、300,000个开口、400,000个开口、500,000个开口、
600,000个开口、700,000个开口、800,000个开口、900,000个开口、1,000,000个开口、2,
000,000个开口、3,000,000个开口、4,000,000个开口、5,000,000个开口、6,000,000个开
口、7,000,000个开口、8,000,000个开口、9,000,000个开口、10,000,000个开口,或者穿过
膜110的开口11的数目可以取任何两个上述值之间的值。
[0195] 膜110的至少一个开口111可以允许流体仅沿一个方向(例如,在室102的方向上)流动。沿着膜110的至少一个开口111的单向流动可以至少部分地借助于本文其他地方描述
的阀。
[0196] 对于包含至少两个开口的那些实施方案(如图1),开口可以以任何图案彼此间隔开,该图案包括但不限于线性图案、网格状图案、放射状图案、螺旋状图案、基于泊松分布的
图案等。开口与其相邻开口之间的间隔可以是均匀的,也可以是变化的。开口与其最近邻开
口之间的间隔可以是约1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、
50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1mm,或者开口与其最近邻开口之间的间隔可以取任何两个上述值之间的值。开口的分
布可以是对称的或不对称的。
[0197] 可以将疏水性涂层(未示出)施加到膜110上,使得膜110的至少一部分(例如,第一表面、不同于第一表面的第二表面、第一表面的一半、至少一个开口、开口附近的区域等)可
包含疏水性涂层。膜110本身可以是疏水性的和/或包含疏水性材料。这样的疏水性可以是
构成膜110的材料的内在性质和/或其可以根据膜的至少一部分的表面特征(如微结构)而
出现。可用于促进膜的至少一部分上的疏水性的材料包括但不限于:丙烯酸类、酰胺类、嵌
段共聚物类、碳酸酯类、二烯类、酯类、醚类、氟代烃类、酰亚胺类、烯烃类、苯乙烯类、乙烯基
类、乙烯基缩醛类、乙烯基酯类、乙烯基醚类(vinyl eths)、乙烯基酮类、偏二氯乙烯类、乙
烯基吡咯烷酮聚合物类和乙烯基吡啶类。
[0198] 膜110可包含一种或多种生物材料以赋予柔性、疏水性或其他所需性质(如生物相容性、边界层发生等)。例如,膜110可包含脂双层。任选地或作为替代,膜110或膜的至少一
部分(例如,开口)可包含至少一种孔蛋白,如α溶血素或其变体。
[0199] 在一些实施方案中,膜110可具有疏水性的部分。疏水性膜实施方案可由于安置在膜110上的微表面结构而疏水,或者膜110可因为膜包含疏水性材料而疏水。在一些实施方
案中,膜110包含脂双层。在一些实施方案中,膜中的至少一个开口允许流体仅沿着通向室
的方向流动。在一些实施方案中,至少一个开口包含单向阀。一些实施方案的单向阀是主动
控制的。一些实施方案的单向阀是被动控制的。在一些实施方案中,所述至少一个开口包含
孔蛋白(port protein)。一些实施方案的孔蛋白包括α溶血素或其变体。
[0200] 在给定时间,第一室101可包含第一流体相131(在第二室102中示出)或第二流体相132(如图1所示)两者,或两者都不包含。第一流体相131可包括连续流体相,如油(例如,
烃、硅油、含氟油(例如氟代烃油)、有机溶剂等)。第二流体相132可包括水性流体相,如包含
生物样品或其部分的水性流体相。第一流体相131和第二流体相132可以是不混溶的。
[0201] 在一些实施方案中,第一流体相131被引导从入口区域103通过第一室101沿第一流动路径141通过膜110(经由至少一个开口111,从开口111的第一侧112横穿到开口111的
第二侧113)进入第二室102。第一流体相131可以保持在器皿120的第二室102中。在一些实
施方案中,第二流体相132被引导从入口区域103通过第一室101沿第二流动路径141通过膜
(经由至少一个开口111,从开口111的第一侧112横穿到开口111的第二侧113)进入第二室
102,其中在一些情况下,该第二流体相132可以与驻留在第二室102中的第一流体相131接
触。在第二流体相132与第一流体相131接触的那些情况下,可以在第二流体相132与第一流
体相131接触时生成一个或多个液滴150。
[0202] 任何实施方案的液滴150可包含一个或多个液滴150。一些实施方案的液滴150包含多个液滴,并且所述多个液滴中的每一个可以包含生物样品或其部分。
[0203] 液滴150可以具有至少部分地取决于第一流体相131的流速的大小,或者液滴150可以具有至少部分地取决于第二流体相132的流速的大小,或者液滴150可以具有至少部分
地取决于相对于第一流体相131和第二流体相132的净流速的大小。例如,对于其中第一流
体相131被保持在室102内的那些实施方案,由于第二流体相132被引入室102中(例如,通过
膜110的至少一个开口111),因此如果第二流体相132以第一流速流动,则当第二流体相132
与第一流体相131接触时可形成第一大小的液滴150(例如,因为第一流体相131和第二流体
相132是不混溶的),并且如果第二流体相132以第二流速流动,则可形成第二大小的液滴
150。例如,如果第一流速大于第二流速,则前一实例的第一大小的液滴150将大于第二大小
的液滴150。也就是说,至少在一些实施方案中,流速越大,在第二流体相132与第一流体相
131接触时产生的液滴150越大。本领域技术人员将理解,除非另有说明,否则尽管使用术语
“第一”和“第二”,但它们并非旨在描述相继顺序或表明仅可使用两种流体相、流速等。在一
些实施方案中,第三流体相(或第四流体相、第五流体相、第六流体相等)可以与第一流体相
和第二流体相结合使用,并且可以是本文所述的任何种类。在任何给定时间,本文所述的任
何流体相(例如,第一流体相131、第二流体相132)的流速可以是至少约0微升/分钟(μL/
min)、0.1μL/min、0.2μL/min、0.3μL/min、0.4μL/min、0.5μL/min、0.6μL/min、0.7μL/min、
0.8μL/min、0.9μL/min、1μL/min、2μL/min、3μL/min、4μL/min、5μL/min、6μL/min、7μL/min、8μL/min、9μL/min、10μL/min、11μL/min、12μL/min、13μL/min、14μL/min、15μL/min、16μL/min、17μL/min、18μL/min、19μL/min、20μL/min、21μL/min、22μL/min、23μL/min、24μL/min、
25μL/min、26μL/min、27μL/min、28μL/min、29μL/min、30μL/min、31μL/min、32μL/min、33μL/min、34μL/min、35μL/min、36μL/min、37μL/min、38μL/min、39μL/min、40μL/min、41μL/min、
42μL/min、43μL/min、44μL/min、45μL/min、46μL/min、47μL/min、48μL/min、49μL/min、50μL/min、60μL/min、70μL/min、80μL/min、90μL/min、100μL/min、110μL/min、120μL/min、130μL/min、140μL/min、150μL/min、160μL/min、170μL/min、180μL/min、190μL/min、200μL/min,或者本文所述的任何流体相的流速可以取任何两个上述值之间的任何值。本文所述的任何流
体相的流速可以与本文所述的任何其他流体相的流速累积或相减。
[0204] 任何实施方案的液滴150可呈现任何合适的形状。例如,液滴150可以是球形或近似球形的。一些实施方案的液滴150可呈现非球形形状,如椭球形或圆盘形。任何实施方案
的液滴150可各自具有不大于约0.1微米(μm)、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、
0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、
200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1毫米(mm)、1.1mm、1.2mm、1.3mm、
1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、
2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm的直径(这里的直径被认为是具有与给定液滴相同体积的完美数学球体的直径),或者液滴150可以取任何两个上述值之间
的液滴大小。所述多个液滴中的每一个可具有约0.1μm至约200μm、约1μm至约150μm和/或约
10μm至约100μm的液滴大小。
[0205] 任何实施方案的液滴150可以以任何合适的速率形成。在一些实施方案中,液滴150以至少约1个液滴/秒(dps)、2dps、3dps、4dps、5dps、6dps、7dps、8dps、9dps、10dps、
20dps、30dps、40dps、50dps、60dps、70dps、80dps、90dps、100dps、200dps、300dps、400dps、
500dps、600dps、700dps、800dps、900dps、1,000dps、2,000dps、3,000dps、4,000dps、5,
000dps、6,000dps、7,000dps、8,000dps、9,000dps、10,000dps、20,000dps、30,000dps、40,
000dps、50,000dps、60,000dps、70,000dps、80,000dps、90,000dps、100,000dps、200,
000dps、300,000dps、400,000dps、500,000dps、600,000dps、700,000dps、800,000dps、900,
000dps、1,000,000dps、2,000,000dps、3,000,000dps、4,000,000dps、5,000,000dps、6,
000,000dps、7,000,000dps、8,000,000dps、9,000,000dps、10,000,000dps、20,000,
000dps、30,000,000dps、40,000,000dps、50,000,000dps、60,000,000dps、70,000,000dps、
80,000,000dps、90,000,000dps或100,000,000dps的速率形成,或者液滴形成的速率可以
取任何两个上述值之间的值。在一些实施方案中,液滴150以不大于约100,000,000个液滴/
秒(dps)、90,000,000dps、80,000,000dps、70,000,000dps、60,000,000dps、50,000,
000dps、40,000,000dps、30,000,000dps、20,000,000dps、10,000,000dps、9,000,000dps、
8,000,000dps、7,000,000dps、6,000,000dps、5,000,000dps、4,000,000dps、3,000,
000dps、2,000,000dps、1,000,000dps、900,000dps、800,000dps、700,000dps、600,000dps、
500,000dps、400,000dps、300,000dps、200,000dps、100,000dps、90,000dps、80,000dps、
70,000dps、60,000dps、50,000dps、40,000dps、30,000dps、20,000dps、10,000dps、9,
000dps、8,000dps、7,000dps、6,000dps、5,000dps、4,000dps、3,000dps、2,000dps、1,
000dps、900dps、800dps、700dps、600dps、500dps、400dps、300dps、200dps、100dps、90dps、
80dps、70dps、60dps、50dps、40dps、30dps、20dps、10dps、9dps、8dps、7dps、6dps、5dps、
4dps、3dps、2dps、1dps的速率形成,或者液滴形成的速率可以取任何两个上述值之间的值。
液滴形成的速率可以由用户选择并由控制器引导,如本文其他地方所述。
[0206] 可以通过垂直于液滴流动方向的剪切力来辅助液滴的形成和/或从膜的脱离。例如,在第二流体相通过膜与第一流体相(如驻留在室中的第一流体相)接触的而形成液滴的
那些实施方案中,随后可使用垂直于第二流体的流动路径的剪切力来增加液滴从膜脱离的
速率,如通过第一流体相的横向流移动或通过膜的搅动(如通过振动膜所驻留的装置或系
统,或者通过单独移动膜,或者它们的一些组合)。
[0207] 可以通过减小第一流体相与第二流体相的界面张力来进一步辅助液滴的形成和/或从膜的脱离。通过引入包含表面活性剂的第三流体相或者通过将表面活性剂掺入第一流
体相或第二流体相中,可以增大或减小第一流体相与第二流体相之间的界面张力。可使用
表面活性剂来减小第一流体相与第二流体相的界面张力,从而增加液滴的形成和/或从膜
的脱离。表面活性剂可以是本文所述的任何种类,包括但不限于阴离子表面活性剂、阳离子
表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。当表面活性剂吸附在第一与第二
流体相之间的界面处时,可以在动力学上减小界面张力。也就是说,界面张力可以至少部分
地由表面活性剂吸附的速率控制。界面张力的总体减小(以及因此其对液滴的形成和/或从
膜的脱离的影响)是所用特定表面活性剂类型和浓度的函数。
[0208] 图2A-图2C示出了与用于生物处理的方法和系统相关联的示例性支撑系统200的横截面视图。该实施方案或任何实施方案的支撑系统200可以是样品处理单元的一部分。样
品处理单元(例如,经由支撑系统200)可包括多个孔(例如,多个支撑件)和与多个孔流体连
通的流体流动路径。使得多个液滴沉积在多个孔内的多个液滴通过流体流动路径到多个孔
的流动可通过控制器控制或可手动执行。引导多个液滴的流动可以包括沿着第一通道(诸
如图2A所示的第一通道222)或第二通道(诸如图2A所示的第二通道223)或两者引导多个液
滴,并且在第一通道中提供第一液相,并且在第二通道中提供第二液相,以将多个液滴保留
在多个孔中。第一液相可与第二液相不同,但两者均优选与液滴和/或多个液滴不混溶。至
少一个加热元件可用于将电能或电磁能转换为热能,从而使多个液滴经受加热。这样的加
热可至少部分地处理生物样品。
[0209] 支撑系统200可用于固定样品或样品的部分。如图2A-图2B所示,样品可包含溶液(例如,乳液中包含生物样品或部分生物样品的水溶液)的一个或多个液滴201。一个或多个
液滴201可以是本文所述的任何类型的液滴,包括反应液滴、加热液滴或空液滴。
[0210] 现转向图2A,支撑系统200可包含第一边界层202和第二边界层203,液滴201可位于其间的支撑件204的开口210中。第一边界层202和第二边界层203可单独或共同包含光学
透明材料,诸如光学透明塑料(例如,丙烯酸、聚碳酸酯等)、玻璃、有机材料等。在一些实施
方案中,除了光学透明度之外,构成第一边界层202或第二边界层203的材料可以是导电的。
此外,第一边界层202和/或第二边界层203可包含热电材料,该热电材料在通过经受电势或
注入电流而激活时产生热量。可构成第一边界层202或第二边界层203或两者的光学透明且
导电的材料的实例可以是氧化铟
[0211] 第一边界层202可至少部分地划定第一通道222,第一通道222内可驻留第一流体212。类似地,第二边界层203可至少部分地划定第二通道223,第二通道223内可驻留第二流
体213。在一些实施方案中,支撑件204可至少部分地划定第一通道222或第二通道223或两
者。第一边界层202和支撑件204的组合可至少部分地划定第一通道222,并且/或者第二边
界层203和支撑件204的组合可至少部分地划定第二通道223。
[0212] 第一边界层202或第二边界层或两者可单独或共同包含加热元件。加热元件可以是本文所述的任何类型(例如,感应加热元件、热电加热元件等)。支撑系统200可通过第一
边界层202、第二边界层203或两者加热,或不通过其任一者加热。对于其中第一边界层202
和第二边界层203均包含加热元件的那些实施方案,可由两个层同时或顺序地或其任意组
合产生热量。
[0213] 包含生物样品的溶液(在该示出的实施方案中为液滴201)与第一边界层202之间的热接触可由第一流体212促进。类似地,包含生物样品的溶液(例如,液滴201)与第二边界
层203之间的热接触可通过第二流体213促进。第一流体212和第二流体213可包含本文所述
的任何流体,诸如油。第一流体212和第二流体213可包含不同的流体。构成第一流体212和
第二流体213的流体的化学组成、粘度、密度等可不同。在其中第一流体212与第二流体213
的密度不同的情况下,第一流体212可比包含生物样品的溶液密度更小,而第二流体213可
比包含生物样品的溶液密度更大,使得包含生物样品的溶液可停留在两种流体之间,例如,
在支撑件204的开口210中。
[0214] 第一边界层202或第二边界层203或两者可包含涂层(未示出),该涂层使第一边界层202或第二边界层203或两者与其他元件(例如,与耦合元件205、第一流体212、第二流体
213等)电绝缘。例如,第一边界层202或第二边界层203或两者可包含氧化铟锡和聚对苯二
甲酸乙二醇酯(PET)(例如,PET-P、PET-G等)的组合。第一边界层202或第二边界层203或两
者可包含碳、石墨、塑料、金属(例如,、镍、铝等)或其任意组合。例如,碳层可沉积、涂覆、
层压喷涂、熔合、结合或耦合到第一边界层202、第二边界层203、或支撑系统200的任何组
件、或其任意组合。第一边界层202或第二边界层203或两者可包含非导电材料,诸如一种或
多种塑料、碳、石墨等。在一些实施方案中,第一边界层202或第二边界层203或支撑系统200
的任何组件可通过注塑形成。
[0215] 第一边界层202或第二边界层或两者可单独或共同具有小于或约1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1毫米(mm)、2mm、3mm、4mm、5mm、
6mm、7mm、8mm、9mm、1厘米(cm)、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm的厚度,或它们可取其间的任何值。在一些实施方案中,第一边界层202或第二边界层或两者可单独或共同具
有不大于约1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、
60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1毫米(mm)、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1厘米(cm)、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、
9cm、10cm的厚度,或它们可取其间的任何值。类似地,在一些实施方案中,支撑系统200具有
小于或约1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1毫米(mm)、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1厘米(cm)、2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、
9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm的总厚度。在一些实施方案中,支撑系统200具有不大于约1微米(μm)、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、
20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、
700μm、800μm、900μm、1毫米(mm)、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1厘米(cm)、2cm、
3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm、16cm、17cm、18cm、
19cm、20cm的总厚度。
[0216] 第一边界层202和第二边界层203可各自通过耦合元件205耦合到支撑件204。
[0217] 支撑件204可包含本文所述的任何类型的分区。例如,支撑件204可包含材料网(诸如镍、铬、不锈钢等)。支撑件的大小和形状可被设定成容纳合适体积的材料(例如,样品、包
含样品的溶液等)。在一些情况下,支撑件可容纳至少约0.001mL、至少约0.005mL、至少约
0.01mL、至少约0.05mL、至少约0.1mL、至少约0.5mL、至少约1mL、至少约2mL、至少约3mL、至
少约4mL、至少约5mL、至少约6mL、至少约7mL、至少约8mL、至少约9mL、至少约10mL或更大的
体积。在一些情况下,支撑件204可容纳至多约10mL、至多约9mL、至多约8mL、至多约7mL、至
多约6mL、至多约5mL、至多约4mL、至多约3mL、至多约2mL、至多约1mL、至多约0.5mL、至多约
0.1mL、至多约0.05mL、至多约0.01mL、至多约0.005mL、至多约0.001mL的体积。此外,支撑件
204可包含在任何合适的体积内。在一些情况下,支撑件204可限定小于或等于约50毫升
(mL)、40mL、30mL、20mL、10mL、5mL、1mL、100微升(uL)、10uL、1uL、500纳升(nL)、100nL或1nL的体积。支撑件204可限定从皮升(pL)或纳升(nL)直到微升(uL)范围的体积。由支撑件204
限定的体积可为至少约1pL、10pL、100pL、500pL、1nL、100nL、500nL、1uL、100uL、1000uL或更
大。在一些情况下,支撑件204可容纳小于或等于约1000uL、100uL、50uL、40uL、30uL、20uL、
10uL、1uL、500nL、100nL或1nL的体积。
[0218] 支撑件204可被配置用于在加热多个液滴之前、期间或之后保留多个液滴(可以单独或共同包含生物样品或其部分的液滴)。至少一个加热元件(属于可能的多个加热元件)
可与多个孔热连通。
[0219] 耦合元件205可包括粘合剂、胶水、胶带、锁定机构、焊接、焊合接头或缝合区域。
[0220] 开口210的大小和形状可被设定成接收液滴201。在一些情况下,开口210可具有略小于液滴201的投影直径的横截面直径,使得仅一部分液滴201可通过开口210配合。液滴可
通过过盈配合固定,可通过范德华反应保持到位,以及/或者可通过毛细力引导和/或支撑。
当液滴201固定在支撑系统200中时,液滴可能不保持其形状。在液滴701当固定在支撑系统
200中时不保持其形状的情况下,液滴可呈现开口210的形状或部分形状。在一些情况下,开
口210可仅允许液滴201从开口210的一侧(例如,第一侧)进入,同时防止其从开口210的另
一侧(例如,第二侧)离开。在一些情况下,开口210可允许单向流动。
[0221] 开口210可允许第一通道222与第二通道223之间的流体连通,使得第一通道222中的第一开口与第二通道223中的第二开口流体连通。
[0222] 图2B示出了类似于图2A所示的支撑系统200。支撑系统200包含通过耦合元件205耦合到支撑件204的第一边界层202、支撑件204耦合在其上的第二边界层203、开口210和第
一流体212。图2B中的支撑系统200的每一个元件(例如,第一边界层202、第二边界层203、支
撑件204、耦合元件205、开口210、第一流体212、第一通道222等)可以是本文所述的任何类
型。
[0223] 图2C示出了支撑系统200,其包含第一边界层202、结合到第一边界层202的支撑件204、具有引导一个或多个液滴和/或包含生物样品的溶液的部分进入支撑件204的引导元
件207的开口210。
[0224] 引导元件207可包含吸湿材料,如本文所述的任何材料(例如,糖等)。引导元件207可包含一个或多个纤维(诸如纤维素纤维),以使液滴和/或包含生物样品的溶液的部分被
引导至支撑件204。引导元件207可包括包含表面特征(例如,阶梯)的结构,该特征使液滴
和/或包含生物样品溶液的部分被引导至支撑件204。
[0225] 本文所述的任何支撑系统200可用于促进生物样品的化学或生物反应的一种或多种方法。
[0226] 在一些实施方案中,支撑系统200可以是样品处理单元的一部分,该样品处理单元包含与支撑系统200流体连通的流体流动路径,其中支撑件200包含多个孔,并且其中所述
多个孔中的单个孔包含将多个液滴中的给定液滴引导到所述单个孔的吸湿材料。
[0227] 在一些实施方案中,用于促进生物样的化学或生物反应的装置包括含有多个孔的支撑系统200,其中所述多个孔中的单个孔包含吸湿材料,该吸湿材料(i)将多个液滴中的
给定液滴引导到所述单个孔,并且(ii)在所述化学或生物反应期间将所述给定液滴保留在
所述单个孔中。
[0228] 在一些实施方案中,样品处理单元包含与支撑系统200流体连通的第一流体流动路径和第二流体流动路径,其中支撑系统200包含多个孔,并且其中所述多个孔中的单个孔
包含邻近第一流体流动路径的第一开口和邻近第二流体流动路径的第二开口。这样的实施
方案可以进一步包括第一和第二流体流动路径,所述多个液滴可以沿其流动(沿着第一流
体流动路径或第二流体流动路径或两者)。来自所述多个液滴的给定液滴可以被引导从其
沿着流过的流体流动路径(例如,第一流体流动路径、第二流体流动路径或两者)通过第一
开口或第二开口(取决于给定液滴占据的路径)进入来自所述多个孔的单个孔中。此外,第
一流体相可以安置在第一流体路径内,第二流体相可以安置在第二流体路径内,从而将给
定液滴保留在所述单个孔中。
[0229] 在一些情况下,所述多个孔的子集包含对于对生物样品进行化学或生物反应所必需的组分。例如,生物样品可包含核酸分子,并且至少多个分区的子集可包含生物样品和核
酸扩增反应所必需的组分,实例是本文其他地方提供的核酸扩增反应和对于核酸扩增所必
需的组分。在至少所述多个分区的子集包含对生物样品进行化学或生物反应所必需的组分
的情况下,所述方法可以进一步包括对生物样品进行化学或生物反应(例如,在借助或不借
助热循环的情况下,至少在所述多个分区的子集中进行核酸扩增反应)。此外,该方法还可
包括检测指示化学或生物反应的一种或多种信号。可使用任何合适的检测器和检测模式,
包括本文其他地方提供的检测器和检测模式的实例。
[0230] 图3A和图3B示意性地示出了两个液滴群的实例。如图3A所示,器皿300包含含有液滴群的连续相301。液滴群包含三种类型的液滴:反应液滴302,监测液滴303和空液滴304
(例如,不含有生物样品的部分的液滴)。
[0231] 反应液滴302可包含生物样品的一部分和对生物样品进行化学或生物反应所必需的组分。作为替代,反应液滴302包含整个生物样品。
[0232] 监测液滴303可包含可检测部分。监测液滴303的可检测部分可包含能够检测温度、温差、热、热通量或热剂量或其任意组合的可检测部分。例如,监测液滴可包含某种类型
的热液晶(例如,热液晶的纳米颗粒),其在第一温度下反射具有第一波长的光,并且可在第
二温度下反射具有第二波长的光,从而对监测液滴的温度进行监测。在一些实施方案中,来
自监测液滴的信号可指示液滴群的状态。例如,来自一个或多个监测液滴的信号可指示溶
液的温度、器皿的温度、液滴群的至少子集(例如,最近邻液滴、第一类型的液滴、第二类型
的液滴、第三类型的液滴等)的温度、或其任意组合。
[0233] 如图3B所示,器皿310包含含有液滴群的连续相311。液滴群包含两种类型的液滴:反应液滴312和空液滴313。如本文所述,反应液滴312包含生物样品的一部分、对生物样品
进行化学或生物反应所必需的组分、以及一个或多个可检测部分314。作为替代,反应液滴
312包含整个生物样品。
[0234] 在各个方面,溶液可具有任何合适的体积。在一些情况下,溶液的体积可以保持相对较小,例如,以适应较小的样品大小和/或允许更快的处理时间。例如,溶液的体积可以是
至多约100mL、至多约50mL、至多约10mL、至多约9mL、至多约8mL、至多约7mL、至多约6mL、至
多约5mL、至多约4mL、至多约3mL、至多约2mL、至多约1mL、至多约0.7mL、至多约0.5mL、至多
约0.3mL、至多约0.1mL、至多约0.05mL、至多约0.01mL、至多约0.005mL、至多约0.001mL或更
小。在一些情况下,溶液的体积可最大化,例如,以适应较大的样品大小而无需单独处理。例
如,溶液的体积可以是至少约0.001mL、至少约0.005mL、至少约0.01mL、至少约0.05mL、至少
约0.1mL、至少约0.3mL、至少约0.5mL、至少约0.7mL、至少约1mL、至少约2mL、至少约3mL、至
少约4mL、至少约5mL、至少约6mL、至少约7mL、至少约8mL、至少约9mL、至少约10mL、至少约
50mL、至少约100mL或更大。
[0235] 在一些实施方案中,用于促进化学或生物反应的方法进一步包括使水相与连续相接触,以产生包含分散在连续相中的水性液滴的乳液。在一些情况下,水相和连续相可在第
一通道、第二通道和第三通道的交叉点或接合处接触,其中第一通道向接合处提供水相,而
第二通道向接合处提供连续相。由于水相在连续相中不混溶,因此在连接处的连续相中产
生水性液滴,并可从连接处流过第三通道。在一些情况下,通过交替打开和关闭向整体连续
相提供水相的不连续等份的端口或通道而使水相和连续相接触。
[0236] 图4示出了曲线图400,其示出了由本文所述的任何种类的可检测部分传递的信号作为温度的函数的示例性实施方案。曲线图400包含两个轴,第一轴410表示由温度指示器
指示的温度(例如,可检测部分的温度、系统的温度、可检测部分所耦合的基板的温度、一个
或多个液滴的温度等),而第二轴420表示信号强度。在所示的实施方案中,函数401表示可
检测部分产生的信号与温度之间的关系,在该情况下信号是来自光学可检测的可检测部分
的光强度或颜色;然而,本领域技术人员将理解,可检测部分产生的信号可产生于本文所述
的任何可检测部分。非限制性地,所示实施方案的可检测部分可包含温度指示器,如热液
晶。温度指示器的函数401可呈现任何形状,如图中所示的S形曲线。函数401可以具有相对
于温度的可操作下界411和可操作上界412,使得由温度指示器指示的信号在第一温度411
或低于第一温度411下具有第一响应421,并且由温度指示的信号在第二温度412或高于第
二温度412下具有第二响应422。在第一温度411与第二温度412之间存在温度指示器的可操
作范围,因此响应的可操作范围可以位于温度指示器的第一响应421与温度指示器的第二
响应422之间。可操作温度范围可以是本文所述的任何温度范围。
[0237] 图5示出了温度监测系统500,其包含耦合到基板501的多个温度指示器505、510、515、520、525、530(各自包含选自本文所述的任何可检测部分的可检测部分)。基板501可包
括如本文所述的器皿、如本文所述的支撑件,或者基板501可包括本文所述的任何系统的任
何表面(例如,沿器皿表面、层压层、加热层等安置)。温度指示器505、510、515、520、525、530
可单独或共同包含一个或多个电阻器、一个或多个热电偶、一个或多个热敏电阻、一个或多
二极管、一个或多个晶体管、一个或多个红外发射器、一个或多个可检测部分(例如,温度
指示器505、510、515、520、525、530可包含荧光染料或荧光检测器)、一个或多个液晶(例如,
一个或多个热变色液晶颗粒)或者一个或多个温度敏感性涂层(例如,涂料、膜、薄膜、层
等)。温度指示器505、510、515、520、525、530可单独或共同传递一个或多个温度敏感性参
数。温度敏感性参数可包括但不限于电阻、电势、电流、开路电压、颜色、光强或其任意组合。
例如,温度指示器505、510、515、520、525、530可包含热液晶,其在第一温度下反射第一颜色
和/或强度的光,并在第二温度下反射第二颜色和/或强度的光。温度指示器505、510、515、
520、525、530可呈现任何形状,诸如圆形(如所示的温度指示器505、510、515、520、525所呈
现的)、卵圆形、椭圆形、正方形、矩形(如所示的温度指示器530所示)、三角形、线、颗粒、两
个或更多颗粒或者点(如在其中实施方案使用热电偶、热敏电阻等的情况下)或其任意组
合。
[0238] 可以使用一个或多个温度指示器505、510、515、520、525、530,使得至少第一温度指示器(例如,505)具有第一温度范围(例如,约30℃至约50℃),并且第二温度指示器(例
如,510)具有第二温度范围(例如,约50℃至约70℃)。在一些实施方案中,第一温度范围和
第二温度范围没有操作重叠。例如,第一温度指示器505可以可操作地指示30℃至小于50℃
的温度,并且第二温度指示器510可以可操作地指示50℃至小于70℃的温度。在一些实施方
案中,第一温度范围和第二温度范围具有一些操作重叠。例如,第一温度指示器505可以可
操作地指示30℃至60℃的温度,并且第二温度指示器510可以可操作地指示50℃至70℃的
温度,使得第一温度范围的一部分和第二温度的该范围是相同的。在其中两个或更多个温
度指示器可操作地指示来自重叠温度范围的温度的那些实施方案中,检测温度的检测器
(未示出)可以使用第一温度范围的结果来校准第二温度范围的结果。在其中两个或更多个
温度指示器可操作地指示来自重叠温度范围的温度的那些实施方案中,检测温度的检测器
(未示出)可以对由第一温度指示器指示的结果和由第二温度指示器指示的结果求平均。
[0239] 温度指示器可单独或共同具有约0℃至约10℃、约10℃至约20℃、约20℃至约30℃、约30℃至约40℃、约40℃至约50℃、约50℃至约60℃、约60℃至约70℃、约70℃至约80
℃、约80℃至约90℃、约90℃至约100℃、约100℃至约110℃、约110℃至约120℃、约120℃至
约130℃、约130℃至约140℃、约140℃至约150℃、约150℃至约160℃、约160℃至约170℃、
约170℃至约180℃、约180℃至约190℃、约190℃至约200℃、约200℃至约210℃的可操作范
围,或者温度指示器可单独或共同具有在任何两个上述值之间的可操作范围。在一些实施
方案中,温度指示器可单独或共同具有约0℃至约5℃、约5℃至约10℃、约10℃至约15℃、约
15℃至约20℃、约20℃至约25℃、约25℃至约30℃、约30℃至约35℃、约35℃至约40℃、约40
℃至约45℃、约45℃至约50℃、约50℃至约55℃、约55℃至约60℃、约60℃至约65℃、约65℃
至约70℃、约70℃至约75℃、约75℃至约80℃、约80℃至约85℃、约85℃至约90℃、约90℃至
约95℃、约95℃至约100℃、约100℃至约105℃、约105℃至约110℃、约110℃至约115℃、约
115℃至约120℃、约120℃至约125℃、约125℃至约130℃、约130℃至约135℃、约135℃至约
140℃、约140℃至约145℃、约145℃至约150℃、约150℃至约155℃、约155℃至约160℃、约
160℃至约165℃、约165℃至约170℃、约170℃至约175℃、约175℃至约180℃、约180℃至约
185℃、约185℃至约190℃、约190℃至约195℃、约195℃至约200℃、约200℃至约205℃的可
操作范围。
[0240] 可以通过本文所述的任何检测器监测温度指示器505、510、515、520、525、530。例如,在其中一个或多个温度指示器505、510、515、520、525、530单独或共同地包含一种或多
种热液晶的一些实施方案中,温度指示器505、510、515、520、525、530可以由相机监测。
[0241] 尽管一个或多个可检测部分被示出为耦合到基板501,但是一个或多个可检测部分可以安置在样品、器皿、来自所述多个孔的一个或多个孔或者任何实施方案的一个或多
个液滴内。例如,一个或多个监测液滴可以单独或共同地包含本文所述的一个或多个可检
测部分。
[0242] 图6示出了包含支撑系统601(类似于图2A-图2C所示的支撑系统)的温度监测器600的示例性实施方案的横截面视图。支撑系统可以是本文所述的任何类型。在图6所示的
实施方案中,支撑系统包括第一边界层602和第二边界层603,其经由耦合元件605耦合到包
含由中间支撑件614分隔开的两个孔610a和610b的支撑件604。第一通道622可至少可由第
一边界层602和第二边界层603的边界划分。温度监测器的温度可由耦合到温度监测器的温
度指示器650指示。温度指示器可以是本文所述的任何类型,例如热电偶或热敏电阻(例如,
负热系数热敏电阻、正热系数热敏电阻等)。
[0243] 图7A示出了示例性液滴生成装置700的透视图。液滴生成装置700包含具有第一致动器的第一室(在图7B和图7D中最佳示出)和具有第二致动器712的第二室702。
[0244] 如图所示,第二致动器712具有致动器头部706,致动器头部706包含安置在致动器712顶部的凸缘区域。(如本文所用,术语“顶部”、“底部”和“侧面”的使用是相对于图示进行
的,并不旨在表明装置700作为整体的单一取向。应当相对于所示实施方案指示本文的描述
中的“顶部”、“底部”和/或“侧面”。)致动器头部706可以被配置成易于配合于成年人的手
内。在一些实施方案中,致动器头部706可以耦合至机械致动器(如注射泵)以帮助致动第一
致动器或第二致动器712或两者。
[0245] 第二致动器712可以具有沿着致动器712的特征轴(例如,中心轴、侧轴)从致动器712的顶部延伸穿过致动器712的至少一部分的通道707。在一些实施方案中,通道707一直
延伸穿过第二致动器712。通道707的大小和/或形状可被设定成接收、容纳、保持和/或耦合
到第一室701或第一致动器711或两者。
[0246] 第二致动器712可以可滑动地耦合至其安置在其中的第二室702。第二致动器712的致动可以引导安置在第二室702内的流体相(例如,包含多个液滴的流体相)通过一个或
多个开口703离开室702。在离开室702时,流体相可以进入支撑件760(本文也称为“盘”、“匣
盒”、“样品支持器”和“存储单元”)。流体相可以通过与支撑件760内的一个或多个通道761
对准的一个或多个开口703进入支撑件760。
[0247] 支撑件760可以是本文所述的任何类型。尽管支撑件被示出为圆形,但是支撑件可以具有任何形状,包括但不限于包括圆形、卵圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、
六边形、八边形、多边形或其任意组合。支撑件760可以耦合至第一室或第二室702(如图所
示)。另一结构(例如,第二室702)耦合至支撑件760或支撑件760耦合至另一结构(例如,第
二室702)可以是暂时的或永久的。支撑件760可以可释放地耦合至第一室或第二室702。在
一些实施方案中,支撑件760围绕第一室或第二室702或两者旋转。在一些实施方案中,第一
室或第二室702或两者可围绕支撑件760旋转。支撑件760可以具有光学透明的顶部和/或底
部表面,使得与支撑件760光学连通的检测器(未示出)可以检测从支撑件760内部生成的光
学信号(例如,通过液滴内的可检测部分)。
[0248] 图7B示出了图7A的示例性液滴生成装置700的切面透视图。从该透视图可以看到液滴生成装置700包括其中安置有第一致动器711的第一室701和其中安置有第二致动器
712的第二室702。第一室701进一步安置在第二致动器712的通道707内,使得第一室701及
其致动器711位于第二致动器712内。
[0249] 第一致动器711可包含致动器头部718。致动器头部718可以是凸缘的。致动器头部718可以被配置成易于配合于成年人的手内。在一些实施方案中,致动器头部718可以耦合
至机械致动器(如注射泵)以辅助第一致动器711或第二致动器712或两者的致动。
[0250] 第一致动器711可以可滑动地耦合至第一室701。第一致动器711的致动可以沿着第一室701的特征轴(例如,沿着第一室701的中心轴线、沿着由第一室701的侧面限定的轴
线等)。第一致动器711的致动可以是空间和/或时间上线性的或非线性的或其任意组合。在
一些实施方案中,第一致动器711可以以恒定速率致动,而在其他实施方案中,第一致动器
711可以以第一加速度致动,达到恒定速度,然后以第二加速度停止。本领域技术人员将理
解其他相当的致动方案。
[0251] 第一致动器711或第二致动器712或两者的致动可以由用户或机器启动。在一些实施方案中,第一致动器711或第二致动器712或两者的致动可由控制器(如本文所述的任何
控制器)控制。在一些实施方案中,第一致动器711的致动可以在第二致动器712的致动之
前。在一些实施方案中,第一致动器711的致动在第二致动器712的致动之后。在一些实施方
案中,第一致动器711的致动与第二致动器712的致动同时发生。第一致动器711的致动可以
在第二致动器712的致动之前、之后或同时以任何组合发生。例如,在第一流体相(例如,连
续相流体)已安置在第二室702内的实施方案中,第一室701可以包含第二流体相(例如,水
相流体、包含生物样品或其部分的流体),该第二流体相经由第一致动器711的致动而被推
动穿过安置在第一室701底部的膜710,使得第二流体相与第二室702内的第一流体相接触,
从而生成一个或多个液滴。驻留在第二室702内的一个或多个液滴可以经由第二室702中的
一个或多个开口703被引导出支撑件760。(尽管所示实施方案示出了第二室712沿着朝向第
二室702底部的侧表面的一个或多个开口703,但是一个或多个开口703可以安置在第二室
702上的任何点处,如第二室702的底部表面。)支撑件760可包含可操作地与一个或多个开
口703对准的一个或多个通道761。
[0252] 耦合至第一致动器701的底部的可以是第一致动器端头721。类似地,第二致动器702可包含第二致动器端头722。第一致动器端头721和/或第二致动器端头722可以与一种
或多种流体(例如,第一流体相、第二流体相等)相接。因此,第一致动器端头721和/或第二
致动器端头722可包含生物惰性和/或耐腐蚀材料(例如,塑料、橡胶等)。
[0253] 图7C示出了图7A的示例性液滴生成装置700的底部的近视图。液滴生成装置700可包括具有第一致动器711的第一室701和具有第二致动器的第二室702(参见图7A、图7B和图
7D)。
[0254] 第一室701可终止于沿其底部表面的至少一部分安置的膜710。膜710可以是本文所述的任何类型。膜710可包含至少一个开口715,其具有朝向第一室701的内部定向的第一
侧716和朝向第一室701的外部定向的第二侧717,第一室701的外部在一些实施方案(如所
示的实施方案)中等同于第二室702的内部。
[0255] 第一室701可以物理地接合第一致动器711。所述物理接合可以经由与室701密封接合的致动器端头721。可以通过致动器端头721上的突起731(本文也称为“密封件”)促进
这样的密封接合。密封件731可以引起致动器端头721与室701之间的过盈配合。密封件731
和致动器端头721可包含整体组件。在一些实施方案中,密封件731耦合至致动器端头721
(经由缝合、焊接、焊合、压配合、包覆模制、粘合等)。密封件和/或致动器端头721可以由生
物学和/或化学上惰性和/或耐腐蚀的材料如塑料或橡胶制成。
[0256] 第一室701可以耦合至或停留在第二室702内的致动止动件740上。更具体地,第一室701可以耦合至或停留在致动止动件740的第一表面741上。类似地,第二致动器712可以
耦合至或停留在致动止动件740的第二表面742上。致动止动件740可以限制致动器712在一
个方向(例如,其中致动可以生成液滴的方向)上的致动。第一室701和/或第二致动器712与
致动止动件740的耦合可提供密封接合,使得没有流体可穿过耦合区域。
[0257] 致动止动件740可包含多个致动止动元件。多个致动止动元件中的每一个可包含其中一个或多个致动元件可停留或与其耦合的细长结构,该细长结构具有耦合至室702的
底部以及包含第一表面741和第二表面742的顶部。第一表面741和第二表面可以处于不同
的高度(注入在本发明的示例性实施方案中的情况下)。在一些实施方案中,第二表面742延
伸超过第一表面741。在一些实施方案中,第一表面741延伸超过第二表面742。在一些实施
方案中,第一表面741和第二表面742处于大致相同的高度。
[0258] 第二室702可以经由侧耦合件766或底部耦合件767(例如经由室702的最底部表面705)或两者耦合至支撑件760。支撑件760的耦合可以经由机械耦合或通过化学耦合。在一
些实施方案中,支撑件760通过过盈配合与室702耦合。在一些实施方案中,通过粘合剂至少
部分地促进支撑件760与室702的耦合。一些实施方案可采用用于将支撑件760与室702对准
的手段,其包括安置在室702上的一个或多个特征(例如,槽、通道、突起、凹穴、销、洞等)以
及安置在支撑件760上的一组一个或多个匹配特征(例如,与槽匹配的突起、与销匹配的洞
等)。在一些实施方案中,侧耦合件766可包含螺旋状螺纹,使得室702和支撑件可螺纹接合
并可操作地耦合。在一些实施方案中,室702的一个或多个洞703与支撑件760的一个或多个
通道761的对准可以促进耦合。
[0259] 图7D示出了图7A的示例性液滴生成装置700的切面侧视图。液滴生成装置700包括安置在第二致动器712的通道707内的第一室701(具有第一致动器711),该第二致动器712
自身安置在第二室702内。第一致动器711可终止于致动器端头721中。第一致动器端头721
的大小和/或形状可被设定成与其所安置在内的第一室701的内表面的大小和/或形状相匹
配。第二致动器712可终止于第二致动器端头722中,该第二致动器端头722的大小和/或形
状可被设定成与其所安置在内的第二室702的内表面的大小和/或形状相匹配。在一些实施
方案中,第二致动器端头722的大小和/或形状进一步被设定成与第一室721的外表面的大
小和/或形状相匹配。例如,如果第一室701具有近似圆柱形的外表面并且第二室702具有近
似圆柱形的内表面,则第二致动器端头722可呈现环状横截面,其中该环状横截面的外圆与
由第二室702的横截面限定的圆大致匹配,并且环状横截面的内圆与由第一室701的横截面
限定的圆大致匹配。
[0260] 第一致动器端头721和第二致动器端头722可以是本文所述的任何类型。例如,第二致动器端头722可包含提供与室702的密封接合的突起732。突起732可以引起在致动器端
头721与室701之间发生过盈配合。密封件732和致动器端头722可包含整体组件,但在一些
实施方案中,密封件732和致动器端头722包含不同的组件。在一些实施方案中,突起732耦
合至致动器端头721(经由缝合、焊接、焊合、压配合、包覆模制、粘合等)。突起732和/或致动
器端头721可以由生物和/或化学上惰性和/或耐腐蚀的材料如塑料或橡胶制成。
[0261] 图8A示出了包含多个孔804的支撑系统800的示例性实施方案的透视图。支撑系统800可进一步包含基板801以及一个或多个耦合元件(在该情况下,存在三个这样的耦合元
件805a、805b、80c),一个或多个耦合元件805a、805b、805c能够将支撑系统800流体耦合至
一个或多个其他元件(例如,液滴生成装置、一个或多个管、真空、泵等)。基板801可进一步
包含从耦合元件805a、805b、805c通向多个孔的一个或多个通道802。
[0262] 支撑系统800可进一步包括第一流体流动路径841和第二流体流动路径842。第一流体流动路径841可以在多个孔804的第一侧上耦合(例如,流体耦合、可操作地耦合等)至
多个孔804。第二流体流动路径842可以在多个孔804的第二侧上耦合(例如,流体耦合、可操
作地耦合等)至多个孔804。第一流体流动路径841与多个孔804之间的界面可包含第一半透
膜861(在图8C中最佳示出)。第二流体流动路径842与多个孔804之间的界面可包含第二半
透膜862(在图8C中最佳示出)。第一半透膜861或第二半透膜862或两者可包含可渗透第一
流体相(例如,空气、油、水溶液等)并且不可渗透第二流体相(例如,空气、油、水溶液等)的
膜。例如,第一半透膜861或第二半透膜862或两者可允许空气通过但不允许液体通过,使得
当第一流体相(如油)沿着流体流动路径流动到多个孔,随后最终流到半透膜(例如经由安
置在单个孔与半透膜之间的通道)时,流体流动路径中剩余的空气被推动穿过半透膜,但第
一流体相(在该情况下是油)不穿过半透膜。这可以填充孔并允许将第一流体相保持就位。
第一流体相可包含如本文所述的一个或多个液滴。
[0263] 半透膜可包含疏水性膜。半透膜的至少一部分可包含疏水性表面。例如,半透膜可包含第一表面和第二表面,其中第一表面或第二表面或两者至少有一部分是疏水性的。
[0264] 半透膜可包含亲水膜。半透膜的至少一部分可包含亲水表面。例如,半透膜可包含第一表面和第二表面,其中第一表面或第二表面或两者至少有一部分是亲水的。
[0265] 在一些实施方案中,第一流体相(例如,空气、油、水溶液等)安置在第一流体流动路径841内,并且第二流体相(例如,空气、油、水溶液等)安置在第二流体流动路径842内。
[0266] 第一流体相可具有第一流体性质(例如,密度、粘度(运动学的、动力学的等)、温度、压力、比容、比重量、比重等),并且第二流体相可具有不同于第一流体相的第一流体性
质的第二流体性质(例如,密度、粘度(运动学的、动力学的等)、温度、压力、比容、比重量、比
重等)。例如,第一流体相可以包含具有大于来自多个液滴的单个液滴的密度的第一密度的
流体,并且第二流体相可以包含具有小于来自多个液滴的单个液滴的密度的第二密度的流
体。如此,来自多个液滴的单个液滴可以保留在多个孔804的单个孔内。本领域技术人员将
理解,第一流体性质和第二流体性质的其他这样的组合可用于将单个液滴保留在单个孔
内,该性质如第一压力和第二压力、第一流速和第二流速等。
[0267] 在一些实施方案中,支撑系统800可进一步包含与多个孔804流体连通的孔流体流动路径850。在一些实施方案中,可以沿着孔流体流动路径850引导一个或多个液滴。在一些
实施方案中,可以沿着第一流体流动路径841引导一个或多个液滴。在一些实施方案中,可
以沿着第二流体流动路径842引导一个或多个液滴。
[0268] 支撑系统800可包含本文所述的任何支撑件。支撑系统800可包含任何数目的孔804。例如,支撑系统800可包含至少1个孔、2个孔、3个孔、4个孔、5个孔、6个孔、7个孔、8个
孔、9个孔、10个孔、20个孔、30个孔、40个孔、50个孔、60个孔、70个孔、80个孔、90个孔、100个孔、200个孔、300个孔、400个孔、500个孔、600个孔、700个孔、800个孔、900个孔、1,000个孔、
2,000个孔、3,000个孔、4,000个孔、5,000个孔、6,000个孔、7,000个孔、8,000个孔、9,000个
孔、10,000个孔、20,000个孔、30,000个孔、40,000个孔、50,000个孔、60,000个孔、70,000个
孔、80,000个孔、90,000个孔、100,000个孔,或者孔804的数目可以取任何两个上述值之间
的值。来自多个孔804的单个孔可以是可单独寻址的(例如,通过流体处理装置可单独寻址
的,使得该流体处理装置可正确识别孔,并将适当的流体材料分配到孔中)。此外,来自多个
孔804的单个孔的内容物可以是可检测的(例如,包含可检测部分、与检测器传感通信等)。
[0269] 图8B示出了支撑系统800的示例性实施方案的流动路径的俯视图,该支撑系统800包含图8A所示的多个孔804。所示实施方案着重于一个或多个流体相可如何围绕支撑系统
800流动。
[0270] 支撑系统800可以包含一个或多个开口如开口803a和803b,溶液(例如,包含多个液滴的溶液)可以通过该开口流入或流出。第一开口803a与第二开口803b之间可以是溶液
可以流过的通道该通道与多个孔804流体连通。第一开口803a可以经由第一通道802a流体
耦合至多个孔804,并且第二开口803b可以经由第二通道802b流体耦合至多个孔804。
[0271] 将多个孔804彼此连接的可以是孔流体流动路径850,一个或多个液滴可以被引导沿着该流动路径850。孔流体流动路径850可以与多个孔804流体连通。在一些实施方案中,
孔流体流动路径850可以与第一通道802或第二通道802b或两者流体连通。
[0272] 连接到多个孔804的可以是第一流体流动路径841或第二流体流动路径842或两者。在一些实施方案中,第一流体流动路径841经由多个孔804的第一侧连接到多个孔804,
并且第二流体流动路径842经由多个孔804的第二侧连接到多个孔804。第一流体流动路径
841可以与可流体地耦合至开口(未示出)的第三通道802c流体连通。第二流体流动路径842
可以与可流体地耦合至开口(未示出)的第四通道802d流体连通。
[0273] 孔流体流动路径850、第一流体流动路径841或第二流体流动路径842或其任意组合内的内容物可以经由正压(高于大气压的压力)泵送(如通过正压泵)被引导沿着所述流
动路径。孔流体流动路径850、第一流体流动路径841或第二流体流动路径842或其任意组合
内的内容物可以经由负压(低于大气压的压力)泵送(如通过负压泵)被引导沿着所述流动
路径。孔流体流动路径850、第一流体流动路径841或第二流体流动路径842或其任意组合可
经历真空。孔流体流动路径850、第一流体流动路径841或第二流体流动路径842或其任意组
合可以流体耦合至本文所述的任何泵。
[0274] 支撑系统800可以备选地以多种方式配置。在第一配置中,可以沿着孔流体流动路径850引导一个或多个液滴(其可以在溶液中),同时第一流体相安置在第一流体流动路径
841内并且第二流体相安置在第二流体流动路径842内。一个或多个液滴沿着孔流体流动路
径850的流动可以在任何方向上(例如,进入或离开多个孔)。类似地,第一流体相沿着第一
流体流动路径841的流动或第二流体相沿第二流体流动路径842的流动或其任意组合可以
在任何方向上。例如,第一流体相沿着第一流体流动路径841的流动可以在第一方向上,同
时第二流体相沿着第二流体流动路径842的流动可以在第二方向上,其中第一和第二方向
是相同的,或者第一流体相沿着第一流体流动路径841的流动可以在第一方向上,同时第二
流体相沿着第二流体流动路径842的流动可以在第二方向上,其中第一和第二方向是不同
的(例如,在相反的方向上、在垂直的方向上等)。此外,一个或多个液滴沿着孔流体流动路
径850的流动、第一流体相沿着第一流体流动路径841的流动或第二流体相沿着第二流体流
动路径842的流动或其任意组合可以单独地或共同地改变方向,如在用户的要求下或在控
制器的指示下。一个或多个液滴沿着孔流体流动路径850的流动、第一流体相沿着第一流体
流动路径841的流动或第二流体相沿着第二流体流动路径842的流动或其任意组合可以单
独地或共同地在程序期间改变方向一次、在程序期间改变方向两次或更多次,以及/或者以
恒定间隔改变方向。第一流体相和第二流体相可以是本文所述的任何类型的流体。在一些
实施方案中,第一流体相可具有第一流体性质(例如,密度、粘度(运动学的、动力学的等)、
温度、压力、比容、比重量、比重等),并且第二流体相可具有不同于第一流体相的第一流体
性质的第二流体性质(例如,密度、粘度(运动学的、动力学的等)、温度、压力、比容、比重量、
比重等)。例如,第一流体相可以包含具有大于来自多个液滴的单个液滴的密度的第一密度
的流体,并且第二流体相可以包含具有小于来自多个液滴的单个液滴的密度的第二密度的
流体。如此,来自多个液滴的单个液滴可以保留在多个孔的单个孔内。本领域技术人员将理
解,第一流体性质和第二流体性质的其他这样的组合可用于将单个液滴保留在单个孔内,
该流体性质如第一压力和第二压力、第一流速和第二流速等。
[0275] 在另一配置中,可以沿着孔流体流动路径850引导一个或多个液滴(其可以在溶液中),同时第一流体相安置在第一流体流动路径841内并且安置在第二流体流动路径842内。
一个或多个液滴沿着孔流体流动路径850的流动可以在任何方向上(例如,进入或离开多个
孔)。类似地,第一流体相沿着第一流体流动路径841或沿着第二流体流动路径842的流动或
其任意组合可以在任何方向上。例如,第一流体相沿着第一流体流动路径841的流动可以在
第一方向上,同时第一流体相沿着第二流体流动路径842的流动可以在第二方向上,其中第
一和第二方向是相同的,或者第一流体相沿着第一流体流动路径841的流动可以在第一方
向上,同时第一流体相沿着第二流体流动路径842的流动可以在第二方向上,其中第一和第
二方向是不同的(例如,在相反的方向上、在垂直的方向上等)。此外,一个或多个液滴沿着
孔流体流动路径850的流动、第一流体相沿着第一流体流动路径841的流动或第一流体相沿
着第二流体流动路径842的流动或其任意组合可以单独地或共同地改变方向,如在用户的
要求下或在控制器的指示下。一个或多个液滴沿着孔流体流动路径850的流动、第一流体相
沿着第一流体流动路径841的流动或第一流体相沿着第二流体流动路径842的流动或其任
意组合可以单独地或共同地在程序期间改变方向一次、在程序期间改变方向两次或更多
次,以及/或者以恒定间隔改变方向。
[0276] 在另一配置中,可以沿着第一流体流动路径841引导一个或多个液滴(其可以在溶液中),同时第一流体相安置在孔流体流动路径850内并且第二流体相安置在第二流体流动
路径842内。一个或多个液滴沿着第一流体流动路径841的流动可以在任何方向上(例如,进
入或离开多个孔)。类似地,第一流体相沿着孔流体流动路径850的流动或第二流体相沿第
二流体流动路径842的流动或其任意组合可以在任何方向上。例如,第一流体相沿着第一流
体流动路径的流动可以在第一方向上,同时第二流体相沿着第二流体流动路径的流动可以
在第二方向上,其中第一和第二方向是相同的,或者第一流体相沿着第一流体流动路径的
流动可以在第一方向上,同时第二流体相沿着第二流体流动路径的流动可以在第二方向
上,其中第一和第二方向是不同的(例如,在相反的方向上、在垂直的方向上等)。此外,一个
或多个液滴沿着第一流体流动路径841的流动、第一流体相沿着孔流体流动路径850的流动
或第二流体相沿着第二流体流动路径842的流动或其任意组合可以单独地或共同地改变方
向,如在用户的要求下或在控制器的指示下。一个或多个液滴沿着第一流体流动路径841的
流动、第一流体相沿着孔流体流动路径850的流动或第二流体相沿着第二流体流动路径842
的流动或其任意组合可以单独地或共同地在程序期间改变方向一次、在程序期间改变方向
两次或更多次,以及/或者以恒定间隔改变方向。
[0277] 在另一配置中,可以沿着第一流体流动路径841引导一个或多个液滴(其可以在溶液中),同时第一流体相安置在孔流体流动路径850内并且安置在第二流体流动路径842内。
一个或多个液滴沿着第一流体流动路径841的流动可以在任何方向上(例如,进入或离开多
个孔)。类似地,第一流体相沿着孔流体流动路径850或沿着第二流体流动路径842的流动或
其任意组合可以在任何方向上。例如,第一流体相沿着孔流体流动路径850的流动可以在第
一方向上,同时第一流体相沿着第二流体流动路径842的流动可以在第二方向上,其中第一
和第二方向是相同的,或者第一流体相沿着孔流体流动路径850的流动可以在第一方向上,
同时第一流体相沿着第二流体流动路径842的流动可以在第二方向上,其中第一和第二方
向是不同的(例如,在相反的方向上、在垂直的方向上等)。此外,一个或多个液滴沿着第一
流体流动路径841的流动、第二流体相沿着孔流体流动路径850的流动或第一流体相沿着第
二流体流动路径842的流动或其任意组合可以单独地或共同地改变方向,如在用户的要求
下或在控制器的指示下。一个或多个液滴沿着第一流体流动路径841的流动、第一流体相沿
着孔流体流动路径850的流动或第一流体相沿着第二流体流动路径842的流动或其任意组
合可以单独地或共同地在程序期间改变方向一次、在程序期间改变方向两次或更多次,以
及/或者以恒定间隔改变方向。
[0278] 一个或多个液滴可以被引导通过通道802a穿过开口803a(例如,通过首先穿过耦合至图8A的耦合元件805a的通道)到达孔流体流动路径850,选自一个或多个液滴中的给定
液滴可以从孔流体流动路径850被引导至选自多个孔804的单个孔中。
[0279] 在一些实施方案中,可以沿着液滴流动路径802b引导一个或多个液滴(或包含一个或多个液滴的溶液)通过液滴流动开口803b,直到到达液滴得以保持在其中的来自多个
孔804的单个孔。这样的实施方案可以进一步包括被引导通过通道802穿过第一流体流动开
口803a的第一流体相。
[0280] 图8C示出了来自支撑系统800的示例性实施方案的多个孔804的子集的近视图,该支撑系统800包含图8A中所示的多个孔804。
[0281] 来自多个孔804的第一单个孔814可以经由第一耦合通道811b与第一流体流动路径841流体连通。在第一耦合通道811b与第一流体流动路径841之间的界面处可以是如前所
述的第一半透膜861(例如,包含疏水性表面的半透膜)。来自多个孔804的第二单个孔815可
以经由第二耦合通道811d与第二流体流动路径842流体连通。在第二耦合通道811d与第一
流体流动路径842之间的界面处可以是如前所述的第二半透膜862(例如,包含疏水性表面
的半透膜)。第一单个孔814可以经由第一孔对孔通道从多个孔804与第二单个孔815流体连
通。多个孔804的第一子集可以通过孔流体流动路径850同样多个孔804的第二组流体耦合。
[0282] 来自多个孔804的单个孔814可呈现许多形状,如通常为圆形的形状、通常为椭圆形的形状、通常为泪滴状的形状、通常为三角形的形状、通常为正方形的形状、通常为矩形
的形状、包含多边形的形状。
[0283] 图9A示出了包含储器940和液滴生成装置950的示例性液滴生成系统900的透视图。储器940和液滴生成装置950两者均耦合至系统900的底座910。储器940和/或液滴生成
装置950的耦合可包括元件的物理互锁(诸如在储器940或液滴生成装置950上发现的特征
(例如,突起、轴、螺纹组、通道等),其在底座910中发现有相应匹配的特征(例如,凹穴、洞、
接收螺纹组、材料的环等))、储器940与底座910之间和/或液滴生成装置950与底座910之间
的压配合(也称为过盈配合)、粘合结合(如经由化学键合、胶水、胶带等)、焊接或焊合。储器
940和/或液滴生成装置950或两者与底座910的耦合可以借助于可以帮助将储器940和/或
液滴生成装置950或两者夹持到底座910的耦合机构920。储器940和/或液滴生成装置950与
底座910的耦合可以包括可释放的耦合,其中储器940和/或液滴生成装置950可从底座910
移除。如此,储器940和/或液滴生成装置950与底座910之间的耦合可以是临时的、永久的或
可操作的,或其任意组合。
[0284] 储器940可包含终止于远端942的轴杆941。轴杆941可以是细长轴杆。轴杆941可呈现任何横截面形状或大小。在一些实施方案中,轴杆941的形状和/或大小可被设定成近似
注射器的形状和/或大小。储器940的远端942可包含耦合机构。耦合机构可以是本文所述
的任何类型(例如,螺纹组)。在一些实施方案中,储器940的远端942耦合至诸如管或注射器
等流体源。耦合至储器940的远端942可以包括远端942与其耦合物之间的螺纹接合,使得至
少第一方向的螺纹接合(例如,第一旋转,诸如顺时针的)引起远端942与其耦合物之间的进
一步接合(例如,紧固、接合的螺纹量的增加、覆盖的远端942的量的增加、解耦合所需的力
和/或功和/或能量的增加等),并且至少第二方向的螺纹接合(例如,第二旋转,诸如逆时针
的)引起远端942与其耦合物之间减少的接合(例如,松动、接合的螺纹量的减少、覆盖的远
端942的量的减少、解耦合所需的力和/或功和/或能量的减少等)。在一些实施方案中,远端
942保持自由并且对周围环境开放。
[0285] 在一些实施方案中,储器940包含注射器。注射器可以是本领域已知的任何类型,其包括被动致动和主动致动的注射器。在一些实施方案中,可以通过控制器的主动控制来
使储器940的内容物(例如,第一流体相、第二流体相等)移动。在一些实施方案中,可以通过
用户(如通过压下柱塞(如在注射器实施方案的情况下)或通过添加额外的内容物)使储器
940的内容物(例如,第一流体相、第二流体相等)移动。
[0286] 液滴生成装置950可包含终止于远端952的轴杆951。轴杆951可以是细长轴杆。轴杆951可呈现任何横截面形状或大小。在一些实施方案中,轴杆951的形状和/或大小可被设
定成近似于注射器的形状和/或大小。液滴生成装置950的远端952可包含耦合机构。耦合机
构可以是本文所述的任何类型(例如,螺纹组)。在一些实施方案中,液滴生成装置950的远
端952耦合至诸如管或注射器等流体源。耦合至液滴生成装置950的远端952可以包括远端
952与其耦合物之间的螺纹接合,使得至少第一方向的螺纹接合(例如,第一旋转,诸如顺时
针的)引起远端952与其耦合物之间的进一步接合(例如,紧固、接合的螺纹量的增加、覆盖
的远端952的量的增加、解耦合所需的力和/或功和/或能量的增加等),并且至少第二方向
的螺纹接合(例如,第二旋转,诸如逆时针的)引起远端952与其耦合物之间减少的接合(例
如,松动、接合的螺纹量的减少、覆盖的远端952的量的减少、解耦合所需的力和/或功和/或
能量的减少等)。在一些实施方案中,远端952保持自由并且对周围环境开放。
[0287] 液滴生成装置955可进一步包含容器955。容器955可具有内部特征(诸如图9B中所示的内部特征),如第一室或第二室。容器955可包含膜。一些实施方案的容器955在一些时
间点包含第一流体相(例如,油)。在一些实施方案中,容器955在一些时间点包含第二流体
相(例如,水溶液)。在一些实施方案中的一些时间点,容器955包含对于化学或生物反应所
必需的试剂。
[0288] 图9B示出了图9A中所示的示例性液滴生成系统900的切面侧视图,其着重于内部特征。示例性液滴生成系统900包含储器940和液滴生成装置950(如图1中所示和图7A-图7D
中所示)。
[0289] 储器940可进一步包含通道944。通道944的大小和/或形状可被设定成接收注射器。
[0290] 可以单独地或共同地、同时地或顺序地引导任何数目的流体相(例如,第一流体相、第二流体相、第三流体相等)从储器940的远端942移动通过储器942的通道944,通过通
道944的近端943,通过连接到底座910的通道930的储器940的开口949,沿着通道930到达液
滴生成装置950的开口959,通过液滴生成装置950的第一室961,通过膜965进入液滴生成装
置950的第二室962,并通过开口953到达液滴生成装置950的通道954。一旦进入通道954,可
引导流体相(其可包含一个或多个液滴,如果在沿着前述流体流动路径流动时,流体相经历
如本文所述的液滴生成方法)进一步离开系统(例如,以供进一步处理、测序、检测等)。
[0291] 在一些实施方案中,可以单独地或共同地、同时地或顺序地引导任何数目的流体相(例如,第一流体相、第二流体相、第三流体相等)从液滴生成装置950的远端952移动通过
通道954,通过容器955的开口953,进入液滴生成装置950的第二室962,通过膜965,进入第
一室961,通过连接到底座910的通道930的液滴生成装置的开口959,通过通道930到达储器
940的开口949,通过储器940的近端943,通过通道944,到达储器的远端942。一旦进入通道
944,可引导流体(其可包含一个或多个液滴,如果在沿着前述流体流动路径流动时,流体相
经历如本文所述的液滴生成方法)进一步离开系统(例如,以供进一步处理、测序、检测等)。
[0292] 根据本文所述的任何液滴生成的方法或系统的描述,可以使用液滴生成系统900生成液滴。
[0293] 图9C示出了图9A所示的液滴生成系统900的液滴生成装置950的透视图。如前所述,液滴生成装置950可以是从液滴生成系统900可移除的。液滴生成装置950包含终止于远
端952的第一轴杆951、终止于近端968的第二轴杆957以及第一轴杆951和第二轴杆957与之
耦合的容器955。第一轴杆951的内部和/或第二轴杆957的内部可以与容器955的内部流体
连通(关于容器955的内部视图,参见图9B)。
[0294] 第一轴杆951的远端952可以是本文所述的任何类型,如终止于螺纹组中以便与另一元件(例如,注射器、管、器皿、泵等)螺纹接合的类型。第二轴杆957的近端958可终止于螺
纹组中以便与另一元件(例如,注射器、管、器皿、泵等)螺纹接合。
[0295] 容器955可包含两个或更多个当组合在一起时限定容器的内部(例如,包含一个或多个室的内部、包含膜的内部等)的组件。对于包含两个或更多个组件的容器955的那些实
施方案,该两个或更多个组件可以经由本文所述的任何耦合方法如一个或多个固件956
(例如,一个或多个螺钉、一个或多个螺栓、一个或多个销等)的紧固耦合在一起。
[0296] 系统900可进一步包含与系统900传感通信的检测器(未示出),使得可以检测可检测部分(本文所述的任何类型)。
[0297] 系统900可进一步包含与系统900物理接触的振动器(未示出),其可振动系统900的至少一部分以辅助液滴的形成、从膜脱离和/或沿一个或多个通道的引导。
控制系统
[0298] 本公开内容提供了经编程以供实现本公开内容的方法的计算机控制系统。图10示出了计算机系统1001,其被编程或以其他方式被配置用于样品处理和分析,诸如液滴生成
以及核酸扩增和检测。计算机系统1001可以调节本公开内容的方法和系统的各个方面。
[0299] 计算机系统1001包括中央处理单元(CPU,本文中亦称为“处理器”和“计算机处理器”)1005,其可以是单核或多核处理器,或者用于并行处理的多个处理器。计算机系统1001
还包括存储器或存储位置1010(例如,随机存取存储器只读存储器、闪速存储器)、电子存
储单元1015(例如,硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1020(例如,网络适
配器)以及外围设备1025,诸如高速缓冲存储器、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配
器。存储器1010、存储单元1015、接口1020和外围设备1025通过诸如主板等通信总线(实线)
与CPU 1005相通信。存储单元1015可以是用于储存数据的数据存储单元(或数据储存库)。
计算机系统1001可借助于通信接口1020可操作地耦合至计算机网络(“网络”)1030。网络
1030可以是因特网、互联网和/或外联网,或者与因特网相通信的内联网和/或外联网。在一
些情况下,网络1030是电信和/或数据网络。网络1030可包括一个或多个计算机服务器,所
述一个或多个计算机服务器可支持分布式计算,诸如计算。在一些情况下,网络1030可借
助于计算机系统1001实现对等网络,这可使耦合至计算机系统1001的设备能够起到客户端
或服务器的作用。
[0300] CPU 1005可以执行一系列机器可读指令,该计算机可读指令可体现在程序或软件中。该指令可储存在诸如存储器1010等存储位置中。该指令可针对于CPU 1005,该指令随后
可编程或以其他方式配置CPU 1005以实现本公开内容的方法。由CPU 1005执行的操作的实
例可包括提取、解码、执行和回写。
[0301] CPU 1005可以是诸如集成电路等电路的一部分。系统1001的一个或多个其他组件可包含在电路中。在一些情况下,该电路是专用集成电路(ASIC)。
[0302] 存储单元1015可储存文件,诸如驱动程序、库和保存的程序。存储单元1015可储存用户数据,例如,用户偏好和用户程序。在一些情况下,计算机系统1001可以包括一个或多
个附加数据存储单元,所述附加数据存储单元在计算机系统1001外部,诸如位于通过内联
网或因特网与计算机系统1001相通信的远程服务器上。
[0303] 计算机系统1001可通过网络1030与一个或多个远程计算机系统相通信。例如,计算机系统1001可与用户的远程计算机系统相通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机
(例如,便携式PC)、平板或平板型PC(例如, iPad、 Galaxy Tab)、电
话、智能电话(例如, iPhone、支持Android的设备、 )或个人数字助
理。用户可经由网络1030访问计算机系统1001。
[0304] 如本文所述的方法可通过机器(例如,计算机处理器)可执行代码的方式来实现,所述机器可执行代码储存在计算机系统1001的电子存储位置上,例如在存储器1010或电子
存储单元1015上。机器可执行代码或机器可读代码能够以软件的形式提供。在使用期间,该
代码可由处理器1005执行。在一些情况下,可从存储单元1015检索该代码并将其储存在存
储器1010上以备由处理器1005迅速存取。在一些情况下,可排除电子存储单元1015,而将机
器可执行指令储存在存储器1010上。
[0305] 该代码可被预编译并被配置用于与具有适于执行该代码的处理器的机器一起使用,或者可在运行期间被编译。该代码能够以编程语言提供,可选择编程语言以使该代码能
够以预编译或即时编译(as-compiled)的方式执行。
[0306] 在另一个方面,本公开内容提供了包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质,该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行后,实现用于对生物样品进行化
学或生物反应的方法。该方法可以包括将包含生物样品的溶液沉积在样品支持器中,并且
该样品支持器可以在化学或生物反应期间保持该溶液。该样品支持器可以与多个热区相邻
安置,该热区包含至少第一热区和第二热区。第二热区可以沿着(1)样品支持器或(2)所述
多个热区的旋转的轴线与第一热区成角度地分开。该方法可以进一步包括通过样品支持器
或所述多个热区的旋转交替并顺序地将所述溶液定位在所述多个热区中的每一个中,以对
生物样品进行化学或生物反应。在第一热区中,所述溶液可以在第一温度分布下进行加热
或冷却,而在第二热区中,所述溶液可以在与第一温度分布不同的第二温度分布下进行加
热或冷却。
[0307] 在另一个方面,本公开内容提供了包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质,该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行后,实现用于生成至少一个包含
用于化学或生物反应的生物样品的液滴的方法。该方法可以包括启动装置,该装置包含(1)
第一室,该第一室包含第一流体容积和与第一流体容积流体连通的至少一个第一流体流动
端口,其中第一流体容积包含含有用于化学或生物反应的生物样品的水溶液;以及(2)第二
室,该第二室包含第二流体容积和与第二流体容积流体连通的至少一个第二流体流动端
口,其中第二室至少部分地围绕第一室,其中第二流体容积保持与所述水溶液不混溶的连
续流体,并且其中第二室相对于第一室是可旋转的,反之亦然。该方法可以进一步包括旋转
第一室或第二室以使第一流体流动端口与第二流体流动端口对准,以使包含生物样品的水
溶液经历从第一流体容积向第二流体容积的流动,以在该水溶液接触连续流体后产生至少
一个液滴,所述至少一个液滴包含生物样品或其一部分。
[0308] 在另一个方面,本公开内容提供了包含机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质,该机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行后,实现用于在化学或生物反应
(例如,核酸扩增反应)期间冷却包含生物样品(例如,核酸样品)的溶液的方法。
[0309] 本文提供的系统和方法的各方面,诸如计算机系统1001,可体现在编程中。本技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”,其一般为在一种类型的机器可读介质上携带或
体现的机器(或处理器)可执行代码和/或关联数据的形式。机器可执行代码可存储在诸如
存储器(例如,只读存储器、随机存取存储器、闪速存储器)或硬盘等电子存储单元上。“存
储”型介质可包括计算机的任何或全部有形存储器、处理器等,或其关联模,诸如各种半
导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等,其可在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。
该软件的全部或部分有时可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。这样的通信,例
如,可使软件能够从一个计算机或处理器加载到另一计算机或处理器中,例如,从管理服务
器或主机加载到应用服务器的计算机平台中。因此,可承载软件元素的另一类型的介质包
括光波、电波和电磁波,诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通
过各种空中链路而使用的。携载这类波的物理元件,诸如有线或无线链路、光学链路等,也
可以被认为是承载软件的介质。如本文所用的,除非受限于非暂时性有形“存储”介质,否则
诸如计算机或机器“可读介质”等术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
[0310] 因此,机器可读介质,诸如计算机可执行代码,可采取许多形式,包括但不限于:有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘,诸如任何
计算机中的任何存储设备等,例如可用于实现如附图中所示的数据库等。易失性存储介质
包括动态存储器,诸如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆;铜线和
光纤,包括构成计算机系统内的总线的导线。载波传输介质可采取电信号或电磁信号或者
声波或光波的形式,诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信过程中生成的那些电信号或电磁
信号或者声波或光波。因此,计算机可读介质的常见形式包括例如:软盘、柔性盘、硬盘、磁
带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、任何其
他具有孔洞图案的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯
片或匣盒、传送数据或指令的载波、传送这样的载波的电缆或链路,或者计算机可从中读取
编程代码和/或数据的任何其他介质。这些计算机可读介质形式中的许多可以参与将一个
或多个指令的一个或多个序列载送至处理器以供执行。
[0311] 计算机系统1001可包括电子显示器1035或与之通信,电子显示器1035包含用于随时间提供例如核酸序列信息的用户界面(UI)1040。UI的实例包括但不限于图形用户界面
(GUI)和基于网络的用户界面。在一些情况下,用户界面可以是图形用户界面。此外,用户界
面可包括一个或多个图形元素。图形元素可包括图像和/或文本信息,如图片、图标和文本。
图形元素在用户界面上可具有不同的尺寸和方向。此外,电子显示屏可以是任何适宜的电
子显示器,包括本文其他地方描述的实例。电子显示屏的非限制性实例包括监视器、移动设
备屏、膝上型计算机屏、电视、便携式视频游戏系统屏和计算器屏。在一些实施方案中,电子
显示屏可包括触摸屏(例如,电容式或电阻式触摸屏),使得在电子显示屏的用户界面上显
示的图形元素可经由用户触摸电子显示屏来选择。
[0312] 在一些实施方案中,用户界面可用于为系统选择方案。例如,用户界面可以显示用户可访问的一个或多个图形元素以执行扩增方案,从而扩增生物样品中的靶核酸。作为另
一非限制性示例,用户界面可以显示用户可访问的一个或多个图形元素以执行温度监测功
能。这样的温度监测功能可以是本文所述的任何类型,如显示当前温度值、显示期望温度
值、显示当前热通量、显示期望热通量,从而允许用户选择期望温度(之后,控制器可以指示
一个或多个加热元件的加热和/或冷却)。用户界面可以用于允许用户指导本文所述的任何
技术的任何操作,其包括但不限于扩增化学或生物产物、引导化学或生物反应(例如,发生、
以期望的速率发生等)、检测化学或生物反应和/或其产物等。
[0313] 所述系统还可以包括计算机处理器1005,该计算机处理器耦合至电子显示屏并且被编程用于在由用户选择图形元素时执行扩增方案。所述扩增方案可以包括使包含生物样
品和进行核酸扩增所必需的试剂的反应混合物经历多个系列的引物延伸反应以生成指示
靶核酸在所述生物样品中的存在的扩增产物。每个系列的引物延伸反应可以包括以下的两
个或更多个循环:在以变性温度和变性持续时间为特征的变性条件下温育反应混合物,接
着是在以延长温度和延长持续时间为特征的延长条件下温育反应混合物。就变性条件和/
或延长条件而言,单个系列可以不同于所述多个系列中的至少一个其他单个系列。
[0314] 在一些实施方案中,扩增方案可进一步包括选择针对靶核酸的引物组。在一些实施方案中,试剂可包含脱氧核糖核酸(DNA)聚合酶、可选的逆转录酶以及针对所述靶核酸的
引物组。在一些实施方案中,用户界面可以显示多个图形元素。所述图形元素中的每一个可
以与多个扩增方案中的给定扩增方案相关联。在一些实施方案中,所述图形元素中的每一
个可以与疾病相关联。多个扩增方案中的给定扩增方案可以针对于测定所述疾病在受试者
体内的存在。
[0315] 本公开内容的方法和系统可通过一种或多种算法来实现。算法可在由中央处理单元1005执行时通过软件实现。该算法可以例如调控系统或实现本文提供的方法。
[0316] 本公开内容的设备、系统和方法可以与其他设备、系统或方法,诸如PCT/CN14/094914和PCT/CN14/078022中描述的那些设备、系统或方法相组合,这些申请中的每一个都
通过引用整体并入本文。
实施例
实施例1:液滴生成,根据流速的液滴大小
[0317] 多个液滴的液滴大小可以至少部分地是第一流体相、第二流体相或两者的流速的函数。尽管可以根据本文所述的任何方法生成液滴,但是具体地在本特定实施例中可以使
用两种方案中的一种。使用如本文所述的注射泵和液滴生成装置的第一种方法包括:(a)用
一定体积(例如,约200uL)的氟化油填充室;(b)用一定体积的氟化油和水溶液填充注射器
(因为在紧挨膜下方的容器中可存在“死体积”,所以在这里使用油来确保所有水溶液都被
推动穿过膜);(c)将具有水溶液的注射器耦合至液滴生成系统(本文所述的任何类型);(d)
将系统耦合至注射泵,使得注射器在注射泵作用于其上并设定流速时使其内容物移动;以
及(e)推动注射器中的空气(如果存在)、水和油穿过膜,使得形成液滴。液滴可以流至油-气
表面。使用如本文所述的压力泵和液滴生成装置的第二种方法包括:(a)用氟化油和水溶液
(例如,约200uL)填充室;(b)将液滴收集器连接到装置的左侧部分;(c)将压力控制器连接
到流体上方的右侧部分;(d)施加恒定压力;以及(e)推动空气(如果存在)、油和水通过入口
区域穿过膜。氟化油应保持与膜的良好接触。通过使水溶液穿过膜直至其与油相接触来形
成液滴。液滴可以流至油-气表面。
[0318] 测试了五种流速:75微升/小时(μl/hr)、150μl/hr、300μl/hr、600μl/hr和1000μl/hr。这些速率中的每一种形成的多个液滴的图像可见于图11A-图11E。更具体地,图11A示出
了由其中流速为75μl/hr的实验形成的多个液滴;图11B示出了由其中流速为150μl/hr的实
验形成的多个液滴,;图11C示出了由其中流速为300μl/hr的实验形成的多个液滴,;图11D
示出了由其中流速为600μl/hr的实验形成的多个液滴,;并且图11E示出了由其中流速为
1000μl/hr的实验形成的多个液滴,。
[0319] 发现了一种关系,其中液滴大小根据流速而增加,使得75μl/hr的流速产生平均直径为大约99.2微米(μm)的液滴,150μl/hr的流速产生平均直径为大约115.2μm的液滴,300μ
l/hr的流速产生平均直径为大约135.2μm的液滴,600μl/hr的流速产生平均直径为大约
138.8μm的液滴,1000μl/hr的流速产生平均直径为大约142.2μm的液滴。该关系的图形表示
可见于图11F。从图11F可以看出,流速与液滴大小之间的关系可以是非线性的。
[0320] 尽管本文中已经示出并描述了本发明的优选实施方案,但对于本领域技术人员而言明显的是,这些实施方案仅以示例的方式提供。并非旨在通过说明书中提供的具体实例
来限制本发明。尽管已经参考前述说明书描述了本发明,但对本文实施方案的描述和说明
不应以限制性的意义来解释。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下现将想到多种变
化、改变和替换。此外,应当理解,本发明的所有方面并不限于本文阐述的具体描述、配置或
相对比例,其取决于多个条件和变量。应当理解,本文中所述的本发明实施方案的各种替代
方案可用于实施本发明。因此可以设想,本发明还应当覆盖任何这样的替代、修改、变化或
等同项。旨在以下述权利要求限定本发明的范围,并由此涵盖这些权利要求范围内的方法
和结构及其等同项。
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