微流体布置
阅读：521发布：2020-08-25
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1.用于操作流体的微流体布置，包括：
基底；
第一流体；以及
第二流体，其与第一流体不混溶；
其中所述第一流体布置成至少部分地被所述第二流体覆盖；
其中所述第一流体以期望的形状布置在所述基底的未图案化的表面上，所述第一流体通过第一流体和第二流体之间的流体界面保持所述形状。
2.根据权利要求1所述的微流体布置，其中，所述基底的表面未通过化学表面图案化、物理功能化和/或表面形貌被图案化。
3.根据权利要求1或2所述的微流体布置，其中，所述微流体布置包括流体滴的阵列和/或微流体回路。
4.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体布置成所述形状，使得所述微流体布置的特征的横截面积具有纵横比(高度:宽度)为(1:2)或更少，优选纵横比为(1:4)或更少，更优选为(1:20)或更少，更优选为(1:50)或更少，更优选为(1:100)或更少，更优选为介于(1:50)和(1:500)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体布置成所述形状，使得接触角小于在所述基底上并被第二流体覆盖的第一流体的前进接触角，优选所述接触角小于前进接触角的50％，更优选小于前进接触角的25％，更优选小于前进接触角的10％，更优选为介于前进接触角的1％和50％之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，选择所述基底、所述第一流体和所述第二流体使得第一流体和所述基底之间具有大的平衡接触角。
7.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述第一流体布置成被所述第二流体覆盖，使得所述第一流体与所述第二流体接触的表面积大于所述第一流体与所述表面接触的表面积。
8.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述基底是亲水性的，所述第一流体是极性的而所述第二流体是非极性的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述第一流体是含水流体，所述第二流体是气体、油、和碳氟化合物中的一个。
10.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述第二流体包括全氟三正丁胺和/或全氟正二丁基甲胺。
11.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述微流体布置适于将与所述第一流体混溶的另外的流体添加到所述形状的所述第一流体的任意部分。
12.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述微流体布置适于从所述形状的第一流体的任意部分移除流体。
13.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，在向所述形状的所述第一流体添加或移除流体时，所述形状的印迹保持不变。
14.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述微流体布置的特征的体积可增加100倍或更少，可选地1000倍或更少，而不改变特征的印迹。
15.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述微流体布置的特征的体积可减少100倍或更少，可选地1000倍或更少，而不改变特征的印迹。
16.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述第二流体的密度大于第一流体的密度。
17.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，包括具有非圆形印迹的流体滴，优选方形印迹或六边形印迹的流体滴。
18.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，包括沿着所述通道的长度，具有
10-20％或更大的高度变化的通道。
19.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，包括沿着所述通道的长度，具有10μm或更大的高度变化的通道。
20.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，包括在不同时间具有高度变化为
10-20％或更多，和/或1μm或更多的通道。
21.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，包括具有第一体积流体的第一流体滴和具有第二体积流体的第二流体滴，其中第一流体滴和第二流体滴具有相同的印迹。
22.根据权利要求1-20中任一项所述的微流体布置，包括均具有第一体积流体的第一流体滴和第二流体滴，其中所述第一流体滴和所述第二流体滴具有不同的印迹。
23.根据权利要求22所述的微流体布置，其中，不同的印迹具有不同的面积和/或不同的形状。
24.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述第二流体被第三流体覆盖，所述第三流体与所述第二流体不混溶。
25.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述第一流体的另一部分以另一期望形状布置成与所述基底的所述表面是独立的。
26.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述基底包括孔，用于能够通过所述基底连接所述第一流体。
27.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，所述第一流体是以下中的至少一种：适于在液体蒸发之后在所述表面上形成沉积物；适合于表面的化学蚀变；剪切变稀流体；剪切增稠流体；凝胶前体；和凝胶。
28.根据前述权利要求中任一项所述的微流体布置，其中，将所述第一流体冷冻以在所述表面上形成所述形状的固体。
29.包含流体滴阵列的微流体布置，包括：
基底；
第一流体；以及
第二流体，其与第一流体不混溶；
其中所述第一流体布置成至少部分地被所述第二流体覆盖；
其中所述第一流体以给定的流体滴阵列布置在所述基底的未图案化的表面上，各流体滴横截面积具有纵横比(高度:宽度)为(1:2)或更小。
30.制造用于操作流体的微流体布置的方法，包括：
将第一流体以期望的形状布置在基底的未图案化的表面上；
布置与所述第一流体不混溶的第二流体，以至少部分地覆盖所述第一流体，其中，所述第一流体通过所述第一流体和所述第二流体之间的流体界面保持所述形状；以及干燥所述第一流体以在所述基底上形成所述形状的残余物。
31.制造用于操作流体的微流体布置的方法，包括：
将所述第一流体以期望的形状布置在基底的未图案化的表面上；以及
布置与第一流体不混溶的第二流体，以至少部分地覆盖所述第一流体，
其中所述第一流体通过所述第一流体与所述第二流体之间的流体界面保持所述形状。
32.根据权利要求31所述方法，其中，将所述第一流体布置成期望的形状包括将所述第一流体以任意形状布置在所述表面上，并将所述第一流体重新定位为所述期望的形状。
33.形成大体上在此描述的和/或参照附图说明的微流体布置的方法。
34.通过大体上在此描述的以及附图所示的微流体布置输送流体的方法。
35.再水化大体上在此描述的和/或参照附图说明的微流体布置的方法。
微流体布置
[0001] 本公开涉及微流体领域。
[0002] 微流体是用于描述在亚毫米通道截面内流体流动行为的术语。微流体布置(或“网”)的腔室和互连通道可设置在亲水性基质(如聚二甲基硅氧烷PDMS)上，用于将流体或溶质通过通道从一个腔室输送或操纵到另一个腔室，具有类似于此的微流体布置的基底可称为微流体“芯片”或“装置”。
[0003] 腔室和互联通道网通常由实心壁限定，其通常被蚀刻到基底表面，或者使用PDMS和软光刻制作而成。然而，微流体布置制作起来可能很慢，并且可能需要复杂的设备。此外，这种微流体布置的生物相容性仍不确定，因为基底可与被运输的流体中的细胞或介质相互作用。例如，在细胞生物学中，细胞通常生长在聚苯乙烯基底上，但聚苯乙烯很少在微流体布置中使用。
[0004] 通过流体通道在小流体腔室中添加和除去小体积试剂的方法在工业中有许多应用。例如免疫应答、癌症和组织发育等生物学过程的研究。另外，在微流体中添加试剂的方法包括使用微型吸液管、水凝胶、西格蒙室和微流体控制装置。
[0005] 本发明旨在提供一种操作简单又容易制造的微流体布置。
[0006] 基本微流体处理
[0007] 本发明提供了一种微流体布置，包括：基底、第一流体、与第一流体不相容的第二流体，其中第一流体被第二流体覆盖，第一流体在基底表面以给定形状排列，此种形状至少部分由第一和第二流体之间的界面张力限定。
[0008] 在基底的表面上通过利用第一流体和第二流体之间的界面张力来限定第一流体的给定形状，可提供一种非常简单、快速、廉价的微流体控制装置而不依赖于结构壁或其它的表面图案。此外，不混溶的第二流体可以例如用于保持微流体布置避免蒸发。
[0009] 起初，蚀刻的微流体芯片“硬连线(hardwired)”流体的相互作用，但是本发明设计的微流体布置可由最终用户根据需要/在需要时和甚至在实验期间设计，建造和重新布置。其次，还可简化对微流体布置的修改从而加速开发或发现的进程。
[0010] 微流体布置可用于操控流体，例如使流体流动，使流体经历期望的(物理和/或化学)条件，观察流体，分离流体，混合流体，和/或贮存流体。流体包括液体，气体或两者的组合；液体或含固体的气体；以及可流动的固体，如粉末。
[0011] 基底的表面可以是未图案化的(除了第一流体和第二流体的装置之外)。基底的表面未通过化学表面图案化、物理功能化(例如，用嵌入的磁体或电场发生器)和/或表面形貌化被图案化。第一流体可通过第一和第二流体之间的流体界面限制在给定的形状中。基底的表面可以是均匀的，均匀的表面可具有均匀的表面化学性能和/或物理性能和/或均匀的表面形貌。均匀的表面形貌可以是平坦的和/或表面没有凸起、平台、凹陷或者通道。
[0012] 第一流体可通过第一和第二流体之间的流体界面保持给定形状，而且第一流体可通过第一和第二流体之间的流体界面限制在给定形状中。这种限制或保持可以至少是部分的。界面张力可将第一流体限制在给定形状中。
[0013] 由于界面的流体性质，在不改变基底上第一流体印迹(footprint)的情况下，可通过改变基底与流体之间的接触角的方法来适应流体体积的变化。由于界面的流体性质，界面可改变形状。形状的变化可根据条件的变化，例如添加或移除流体、或流体的不同部分之间的压力差)来实现。由于界面是流动的，所以第一和第二流体之间的界面面积可变化。随着流体界面的改变，基底上的第一流体的印迹面积的面积可增加或减少，或保持不变[0014] 第一流体可作为流体滴在装置表面。流体滴的形状可能是一个截断的球体，或者是一个扁平的截去顶端的球。
[0015] 微流体布置可以是流体滴阵列。微流体布置可以是微流体回路。微流体回路可包括至少一个流体滴和/或至少一个通道。
[0016] 在装置表面上可设置至少两个流体滴并优选间隔一定距离。优选的是，每个流体滴要小于1mL；更优选的是，每个流体滴的体积至少在初始时介于10μL至10nL之间。该至少两个液体滴可具有不同的体积。
[0017] 第一流体可(进一步)地设置在表面上，以提供至少一个流体通道(与至少一个流体滴流体连通)。第一流体可在表面上排成一线。
[0018] 至少一个流体通道具有小于5cm的宽度，优选小于10mm，优选小于1mm，约10到700或500μm最好。优选地，至少一个流体通道的高度小于1mm，优选为10-100μm左右。该至少一个流体通道可以是基本笔直的。许多其它构造当然也是可行的，例如大致圆形(或“环形”)通道，弧形通道或“狗腿行('dog-leg'-shaped)”通道。
[0019] 在装置表面可设置至少两个流体通道，优选其中至少两个流体通道连接至少两个流体滴。该至少两个流体通道可以至少部分是基本上平行。
[0020] 第一流体可以在表面上布置为至少三个流体滴，其中至少两个流体通道与该至少三个流体滴互连。
[0021] 第一流体可以在表面上布置为至少三个流体滴，其中，至少两个流体通道将第一流体滴和第二流体滴与第三流体滴连接。或者是，至少两个流体通道通过至少一种其它流体滴将第一流体滴和第二流体滴与第三流体滴流体连接。其中该至少两个流体通道可具有不同的长度。该至少两个流体通道可具有不同的宽度。
[0022] 优选的是，表面布置为其与第一流体之间的界面张力基本上维持了基底表面第一流体的布置。基底表面可能是亲水的，也可能是疏水的。基底、第一流体和第二流体可被选择为在第一流体和基底之间存在大的前进接触角，这可提供良好的空间来增加第一流体在给定形状内的体积，而不改变第一流体在基底上的印迹。基底可以是亲水的，第一流体可以是极性的(亲水的)流体，第二流体可以是非极性(疏水)流体；第一流体可以是水溶液，第二流体可能是气体、石油或碳氟化合物(fluorocarbon)。碳氟化合物可包括全氟三正丁胺和/或全氟正二丁基甲基胺；或是一种全氟三正丁胺与全氟正二丁基甲基胺的混合物(1:1)，如TM TM3M公司的Fluorinert 的FC-40，和/或全氟化合物C5-18，也称为3M Fluorinert FC-40。
[0023] 第一流体可设置成给定形状，使其特征(feature)的截面区域具有高宽比为1:1或更小。高宽比还可以是1:2或更小，1:4或更小，1:20或更小，1:50或更小，1:100或更小，或介于1:50和1:500之间。通过提供相对平坦的特征，可提供良好的空间以在不改变第一流体在表面的印迹的情况下增加第一流体在给定形状内的体积。该特征部分可以是流体滴。该特征可以是储液器(reservoir)。
[0024] 可将第一流体设置成给定形状，使得接触角小于基底上的第一流体的前进接触角并被第二流体覆盖。通过提供相对平坦的特征，能够在不改变第一流体在基底上的印迹的情况下增加给定覆盖区内的第一流体的体积。接触角可小于前进接触角的50％，且可小于前进接触角的25％，或小于前进接触角的10％。接触角可介于前进接触角的1％-100％之间，或介于前进接触角的5％-50％之间。
[0025] 基底表面的至少一个区域优选基本平坦，第一流体设置在该区域中，该表面可以是周边封闭的。
[0026] 第一流体可设置成由第二流体覆盖，使得第一流体与第二流体接触的表面积大于第一流体与表面接触的表面积。
[0027] 所述微流体布置可适用于将与第一流体混溶的另一流体添加至给定形状中的第一流体的任何部分。可通过分配尖端直接添加，或从其它储液器或流体连接的回路中的其它处的分配尖端通过通路间接地添加。微流体布置可适用于从给定形状中的第一流体的任何部分去除流体，在向给定形状中的第一流体添加或从中移除流体时，给定形状的印迹能够保持不变。因为第一流体和第二流体之间界面的流体性质，能够包容第一流体的体积变化而不改变第一流体在基底上的印迹。
[0028] 滴的体积可增加100倍或少一些而不改变该特征物的印迹，也可为1000倍或少一些。滴的体积可增加10-50或1-50或0.01-100或2-100或2-50或5-100倍，滴的体积可减小100倍或不到100倍，也可为1000倍或不到1000倍，而不改变所述特征物的印迹。流体滴的体积可在不改变流体滴印迹的情况下增加或减小。在不改变特征物印迹的情况下，微流体布置的特征物的体积可增加1到50倍。因为体积可在不改变印迹的情况下增加，该特征物可用于例如储液器/腔室/孔之间形成没有固体壁的伪“流体”孔板。
[0029] 优选地，第一和第二流体具有不同的密度。例如，第一流体可以是水溶液，第二流体可以是碳氟化合物，使得第二流体比第一流体密度更大。或者，例如第一流体可以是水溶液，第二流体可以是气体，使得第一流体比第二流体密度更大。第二流体可比第一流体密度更大。
[0030] 如果设置在表面上的不相混溶的第二流体比第一流体密度更大，表面和第一流体应被设置成两者的界面张力足够强，以提供足够强的吸引粘合力来承受密度更大的第二流体对较轻的第一流体的浮力作用。
[0031] 第一流体可包含试剂，优选地其中试剂(至少初始时)包含在至少一个流体滴内。包含在第一流体中的试剂体积优选介于100nL到100μL之间，当然其它量的试剂也是可行的，这取决于流体滴的尺寸及所需的相互作用。
[0032] 多个流体滴可以阵列形式设置在基底表面。多个流体滴可包含不同浓度的试剂，试剂可通过至少一个流体通道在至少两个流体滴之间传输。
[0033] 流体滴和/或特征物可具有圆形印迹，方形印迹，六边形印迹，或任何其它规则或不规则形状的印迹。选择特定的印迹形状可实现流体滴的密集包装，流体滴的大表面积覆盖，以及对容量(capacity)的钉扎(pinning)行为以增加流体滴体积。
[0034] 微流体布置可以有一根沿其长度方向在1-500％的高度范围内变化的通道。该微流体布置的通道沿其长度上的高度变化范围为10-20％或更大，和/或10μm或更大。因为第一流体和第二流体的界面间的流体性质，沿通道长度的压力差可影响通道沿其长度的高度。这可使通道相对较低部分处的流体流速更高(与通道的较高部分的流体流速相比)。微流体布置可具有通道，其沿通道长度的高度变化在通道宽度的1％至50％之间。微流体布置具有高度变化的通道，所述高度变化的倍数为10-20％或更大的倍数，和/或1μm或更大(优选10μm或更大)。
[0035] 第二流体可被与第二流体不混溶的第三流体覆盖。
[0036] 如果流体滴初始时具有基本相同的体积和/或压力，当表面保持基本水平时，至少两个流体滴之间的扩散可在所述至少两个流体滴之间通过至少一个互连的流体通道发生。在该布置中，通道可具有均匀的高度。
[0037] 如果表面倾斜至水平的，流体可通过至少一个流体通道通过重力作用在流体上而从较高的流体滴输送到较低的流体滴。如果表面倾斜至水平，则流体可从较低的流体滴通过作用在该流体滴上的重力经至少一个流体通道输送到更高的流体滴。传输的方向可通过对比第一流体密度和第二流体密度来选择。第二流体可比第一流体密度更大，以便向较高的流体滴输送；第一流体可比第二流体密度更大，以便向所述较低的流体滴输送。
[0038] 如果流体滴最初有基本不同的体积，流体滴间的拉普拉斯压差可使得流体通过至少一个互连流体通道在流体滴之间传输。如果流体滴最初具有基本不同的界面张力，流体滴之间的拉普拉斯压差可使流体通过至少一个互连流体通道在流体滴之间传输。如果流体滴最初具有基本不同的曲率半径，流体滴间的拉普拉斯压差可使流体通过至少一个互连流体通道在流体滴之间传输。拉普拉斯压差与界面张力除以曲率半径成比例，比如流体滴的上升可在具有相同体积的不同形状的流体滴或具有相同形状的不同流体的流体滴之间发生。
[0039] 如果流体滴最初有大致相同的体积，但有不同的印迹，那么流体滴之间的拉普拉斯压差会导致流体通过至少一个相互连接的流体通道在流体滴之间运输。不同的流体滴可能有不同的印迹形状和/或不同的印迹区域。
[0040] 第一流体滴可包括第一体积的流体，第二流体滴包括第二体积的流体，第一流体滴和第二流体滴有相同的印迹。
[0041] 不同体积的流体导致第一和第二流体滴的曲率半径的不同，从而导致两个流体滴之间的拉普拉斯压力的不同以及从一个流体从流体滴到其它流体滴之间的流动。
[0042] 第一流体滴和第二流体滴可能有不同的印迹。第一流体滴和第二流体滴可体积相同。例如，印迹可以是不同的区域和/或不同的形状。印迹不同的液体滴(当然可以体积相同)可形成不同曲率半径的流体滴。这可能会导致两个流体滴之间的拉氏压力的不同，从而导致流体从一个流向到另一个。
[0043] 当基底表面从水平位置开始倾斜时，如果流体滴最初有实质上不同的体积，两个流体滴之间由于存在拉普拉斯压差和/或静水压力差(例如由第二流体与流体顶部上方的高程水平差引起)，会导致流体逆着重力方向经至少一个相互连接的流体通道在流体滴之间流动。
[0044] 第一流体的另一个部分可布置于相对于基底表面独立(freestanding)(即不受基底表面的直接支撑)的另一种给定形状中。另一部分可进一步地安排在另一个基底的表面上一个给定形状基底中。该另一个基底可地安排在接近上述基底处。第二流体可布置在基底和另一基底之间。类似地，流体可放置在平面基底的任何一侧，以在基底上形成带有通孔的重叠的通路，基底以允许基底任一侧的回路之间交换。另外，在基底的一侧翻转一个流体滴可使大曲率的流体滴(在第二流体的下表面)成为较小曲率的流体滴，这是由于第二流体引起的流体静压所造成的。
[0045] 所述微流体布置还可包括用于保持流体的一部分的固体结构。该固体结构包括用于使流体在相应结构内与第一流体连接的孔。该基底可包括用于使第一流体能够通过基底连接到例如在基底的另一表面上的流体的另外部分。
[0047] 第一流体可适用于在液体蒸发之后形成残渣或沉积在表面上。第一流体可适用于表面的化学变化。第一流体可以是剪切稀化流体或是剪切增稠流体。第一流体可以是凝胶前体。第一流体可以是凝胶，第二流体可以是水溶液。第一流体可以是水溶液。第二流体可以是凝胶前体或凝胶。第一流体可以是包括一个或多个如下流体的溶液(水性或其它)：海藻糖、细胞培养基、血清、磷酸盐缓冲盐、糖。该溶液可以是5％重量分数的溶质或更少的低浓度溶液，优选1％或更少，更优选0.5％以下。
[0048] 第一流体经冷冻后可在基底上形成所述形状的固体。
[0049] 表面可以是例如玻璃表面或聚苯乙烯表面。基底可以是例如玻璃载片或聚苯乙烯皮氏培养皿。
[0050] 本发明的另一方面提供了一种用于操纵流体的微流体布置，包括基底、第一流体、与第一流体不混溶的第二流体；其中第一流体被第二流体至少部分地覆盖；其中第一流体以想要的形状设置在基底未图案化的表面上。第一流体通过第一和第二流体之间的流体界面保持在所述形状中。所述微流体布置可包括前述和/或下述特征中的一个或多个。
[0051] 阵列
[0052] 本发明的另一方面提供了一种包括流体滴阵列的微流体布置：包括基底、第一流体、与第一流体不混溶的第二流体；其中第一流体被第二流体覆盖，并且其中第一流体被设置在基底表面上的给定的流体滴阵列中，流体滴(的形状)至少部分地由第一和第二流体之间的界面张力限定。可选地，在不改变流体滴印迹的情况下，流体滴体积能增加至100倍，或缩小至1％。
[0053] 基底的表面可无图案化(明显不同于第一和第二流体的布置)。基底表面未通过化学表面图案化，物理功能化和/或表面形貌化被图案化。第一流体可通过第一和第二流体之间的流体界面限制在流体滴中。基底的表面可以具有均匀的表面化学性，均匀的物理特性和/或均匀的表面形貌。表面上至少一个区域可以是基本平坦的，其中第一流体布置在所述区域内。该表面可以是周边封闭的。
[0054] 第一流体可以由第一和第二流体之间的流体界面保持在流体滴中，因为界面的流体特性，可以容许流体体积变化而不改变第一流体在基底上的印迹不随着。
[0055] 基底表面可被设置成使基底表面和第一流体之间的界面张力基本上能够保持第一流体在表面上的布置。基底表面可以是亲水的，也可以是疏水的。基底、第一流体和第二流体的选择以第一流体和基底之间存在较大的接触角(最好是前进接触角)为宜。基底可能是亲水的，第一流体可能是极性的(亲水的)流体，第二流体可以是非极性(疏水)流体；第一流体可以是水溶液，第二流体可以是气体、石油或碳氟化合物。碳氟化合物可包括全氟三正丁胺和/或全氟正二丁基甲基胺；或是一种全氟三正丁胺与全氟正二丁基甲基胺的混合物(1:1)，如3M公司的FluorinertTM的FC-40，和/或全氟化合物C5-18，也称为3M的FluorinertTMFC-40。这能够提供特别高的生物相容性。
[0056] 第一流体可布置在流体滴中，使其横截面区域(高宽)比为(1:1)或更少。该高宽比还可以是(1:2)或更少，(1:4)或更少，(1:20)或更少，(1:50)或更少，(1:100)或更少，或介于(1:50)和(1:500)之间。通过提供相对平坦的流体滴，可以具有在不改变印迹的情况下增加第一流体在流体滴内的体积的良好能力。
[0057] 第一流体可设置在流体滴中，使得流体滴接触角小于基底上的被第二流体覆盖的第一流体的前进接触角。通过提供相对平坦的流体滴，能够提供在不改变基底上的第一流体印迹的情况下增加流体滴内的第一流体的体积的良好能力。接触角可为前进接触角的1％-100％，或5％-50％。
[0058] 所述流体滴可适用于加入与第一流体混溶的流体而不改变流体滴的印迹。该流体滴可适用于从流体滴中除去流体而不改变印迹。由于第一流体和第二流体之间界面的流体性质，第一流体的体积改变能够被吸收而不改变第一流体在基底上的印迹。钉扎(pinning)允许在不改变流体滴印迹的前提下流体滴体积的改变。
[0059] 第二流体可比第一流体密度更大，例如第一流体是水溶液，第二流体是密度更大的碳氟化合物。使用密度更大的第二流体可促进钉扎行为，使得流体滴的体积变化可被吸收而不改变印迹。另外第二流体密度可比第一流体更小。
[0060] 所述流体滴可以间隔地设置在基底表面上，可在阵列中设置96、384、1536、3456或9600滴，可与传统的微孔处理机器人相结合，所述流体滴最好按标准孔板间隔设置。流体滴可以多个行设置在表面上，行可彼此偏移。
[0061] 每个流体滴体积可小于1ml；每个流体滴至少最初时可具有10μL和10nL的体积。不同的流体滴可具有不同的体积。滴的体积可在10nL和100μL之间。流体滴的体积可增加10-50或1-50或0.01-100的倍数的体积，也可减小100倍或更小的倍数，且可以是1000倍或更小的倍数。其它流体滴体积和体积增长倍数增加都是可能的，这取决于包括流体滴尺寸等因素。
[0062] 流体滴可被形成截去的球状，或截成球平面。流体滴可具有圆形印迹，方形印迹，六边形印迹，或任何其它规则或不规则形状的印迹。对特定印迹形状的选择可实现滴的密集包装，流体滴的大表面积覆盖，以及用于容量的有利的钉扎行为，以增加滴的体积而不改变流体滴的印迹。
[0063] 阵列中的不同流体滴可具有不同印迹和/或不同的印迹形状。
[0064] 阵列中的每一滴可包含不同的化学成分。阵列中的每一滴可包含相同的化学组成。阵列中的一些流体滴可包含相同的化学组成，而其它流体滴可包含不同的化学成分。阵列中的一些流体滴可与阵列中的其它流体滴不混溶。
[0065] 第二流体可仅部分地覆盖流体滴。例如第二流体可以是围绕1mm高的第一流体的流体滴为0.5mm深，第一流体部分地暴露。又如，第二流体不如第一流体的流体滴深，但第二流体的一部分在流体滴上形成薄膜，使得第二流体覆盖所述流体滴，第二流体的这种薄膜可足以防止第一流体的蒸发。可选择相应的流体界面张力以促进或阻止第二流体的薄膜在第一流体上的形成。第三流体可部分地覆盖流体滴。第三流体可覆盖第二流体。
[0066] 第一流体的部分可以是化学组成上不同的。比如在一个实例中，一流体滴包含盐水溶液，第二流体滴含有诸如乙醇之类的溶剂，第三流体滴含有进一步的溶剂如丙酮，第四流体滴含有生物样品的水溶液。
[0067] 本发明的另一方面提供了一种包括流体滴阵列的微流体布置：基底、第一流体、与第一流体不混溶的第二流体；其中，第一流体被设置成至少部分地被第二流体覆盖；并且第一流体被设置在基底的未图案化表面上的相应流体滴阵列中，每个流体滴截面面积为高宽比为1:2或更小。所述微流体布置可包括前述和/或下述特征中的一个或多个。
[0068] 干燥的图案
[0069] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于上述微流体布置的基底，该基底上的表面上设置有微流体布置的干图案，由此微流体布置可通过将第一流体引入表面上的图案而被再水合。基底优选为皮氏培养皿。二次水合可在基底表面产生新的微流体布置，表面上的印迹与脱水前的原始微流体布置一致。
[0070] 干图案可包括蒸发的(干燥出的)溶液的残渣。干图案可形成有纹理的表面或基底上的残渣或沉积物。可形成残渣或干图案的溶液包括溶液(水性或其它形式)，其可包括海藻糖、细胞培养基、血清、磷酸盐缓冲盐和糖类中的一种或几种。该溶液可以是重量份为5％的溶质或更低浓度的溶液，优选1％或更少，更优选0.5％以下。溶液可包括除水以外的溶剂(代替或除了水之外)，例如丙酮或乙醇。
[0071] 干燥图案可在表面上通过固体(没有溶剂)沉淀形成，或通过沉积溶液并随后除去溶剂(比如通过干燥)。物质(固体或液体)可通过多种方式沉积在表面上形成图案，包括例如来自出口的流动、在表面上重新定位、喷墨打印、压电滴分配、从喷嘴喷射、压印、丝网印刷、激光印刷、静电印刷、静电印刷。所述固体可以任意图案沉积，然后通过将固体重新定位成所要的形状而形成所需图案。
[0072] 可如上述设置第二流体以覆盖干燥图案。第二流体优选不是用于干燥的图案的溶剂。
[0073] 本发明的另一方面，提供了如上所述的一种微流体布置的干图案的重新水化方法。
[0074] 所述再水化可包括在所述干图案的区域中沉积第一流体的一部分的步骤，其中，第一流体自发地流入所述干图案的其它区域。自发流动可以是芯吸。所述再水化可包括蒸发的(干燥的)溶液的残余物以引发芯吸。
[0075] 再水化包括将干图案暴露于包含第一流体(优选以气体形式和/或分散流体滴形式)的气体的一个步骤。其中，第一流体在干图案上自发冷凝。气体可包括处于50-95％饱和度的气体形式的第一流体。该气体可包括气体形式的接近饱和的第一流体，例如在90-95％的饱和度。自发凝结可通过溶解在第二流体中的第一流体而发生。干燥的表面残余物可为溶解在第二流体中的第一流体产生渗透吸引力。
[0076] 本发明的另一方面，提供了一种用于操纵流体的微流体布置，包括具有表面和在该表面上的残渣的基底，其中残渣是布置成给定形状的干燥后的流体。微流体布置可包括前述和/或如下所述特征中的一个或多个。
[0077] 根据本发明的另一方面，提供了一种制作流体的微流体布置的方法，包括：将第一流体设置在给定形状的未图案化的基底表面上；设置与第一流体不混溶的第二流体以至少部分地覆盖第一流体，其中第一流体通过第一和第二流体之间的流体界面保持在所述形状中；以及干燥第一流体以在基底上形成所述形状的残余物。微流体布置可包括前述和/或如下的一个或多个特征。该方法可包括上述和/或下述的一个或多个步骤。
[0078] 本发明的另一方面提供了一种如上所述的再水化微流体布置的方法。
[0079] 本发明的另一方面提供了一种用于上述微流体布置的基底，所述基底具有表面，表面上设置有微流体布置的冷冻图案，由此微流体布置可通过解冻而重新形成。一旦解冻，微流体布置会再次起作用，并准备好用于其预期使用，而冻结的图案适合于操作和运输。
[0080] 本发明的另一方面提供了一种用于操纵流体的微流体布置的方法，包括：将第一固体以所需形状设置在基底上的未图案化的表面上，以在基底上形成所述形状的残余物。
[0081] 图案化方法
[0082] 本发明的另一方面提供了一种形成微流体布置的方法，包括：提供基底；提供第一流体；提供与第一流体不混溶的第二流体；将所述第一流体布置成使得第一流体被第二流体覆盖；将第一流体以给定形状排列在所述基底表面，所述形状至少部分地由第一和第二流体之间的界面张力限定。第一流体可通过第一和第二流体之间的流体界面限制在给定形状中。
[0083] 基底的表面可以是未图案化的(而非由第一和第二流体的布置构图)。基底的表面也可通过化学表面图案化，物理功能化(例如用嵌入的磁体或电场发生器)和/或表面形貌化来图案化。第一流体可通过第一和第二流体之间的流体界面限制在给定形状中。基底的表面可以是均匀的。基底的表面可具有均匀的表面化学性质，均匀的物理特性和/或均匀的表面形貌。
[0084] 第一流体优选地直接设置在表面上，使表面和第一流体之间的界面张力保持第一流体在表面上的布置。布置第一流体可包括在表面上沉积至少一滴流体。布置第一流体以可(进一步)包括将至少一个连续的第一流体痕迹(trail)沉积在表面上，从而(给至少一个流体滴)提供流体通道。
[0085] 第一流体可首先设置在表面上，然后第二流体可布置为覆盖第一流体。第二流体可仅部分地覆盖第一流体。第三流体可部分地覆盖第一流体。第二流体可首先设置在表面上，然后第一流体可被设置在第二流体的下面。
[0086] 沉积第一流体可包括例如拖拽一优选被第一流体润湿的物体(诸如探头)横穿过表面以提供第一流体的至少一个连续印迹，从而提供流体通道。流体通道可设置在表面上的至少两个流体滴之间。物体可与表面接触，或接近表面但不与表面接触，或者与表面相距一定距离。第一流体和物体之间的接触角可小于90°，更优选地小于80°，这能使第一流体将物体在一定程度上粘附到物体上并被该物体拖曳。
[0087] 沉积第一流体可包括将第一流体的一部分添加到给定形状中的任意位置。布置第一流体可包括从给定形状中的任意位置移除第一流体的一部分。由于流体界面限制了给定形状的第一流体，所以流体界面限制可容易地适应；这允许在给定形状的任何期望位置添加或去除流体。这不同于传统的微流体布置中的流体仅能在合适的端口处被添加或移除的情况。
[0088] 在表面上以给定的形状布置第一流体可进一步包括：使第一流体的一部分位移，以中断第一流体的不同部分之间的连接。位移可包括拖拽一物体穿过第一流体的一部分。所述物体可与表面接触，或者接近表面但不发生接触，或与表面间存在一定的距离。所述物体可以是尖端或针。如果第一流体是水，则该物体可以是疏水的。所述物体可对于第一流体具有低润湿性，第一流体可与所述物体具有高接触角。
[0089] 在表面上设置第一流体以提供给定的形状还可包括，引起第一流体部分位移以形成第一流体不同部分间的连接。位移可包括拖拽物体穿过第一流体的一部分。所述物体可与表面接触，或者接近表面但不发生接触，或与表面间存在一定的距离。所述物体可以是尖端或针。如果第一流体是水，则该物体可以是亲水性的。所述物体相对于第一流体可具有高润湿性，第一流体与物体可具有低接触角。通过将物体拉过表面而移动流体允许通道局部分离和接合，并且能够使通道中的流量停止或开始。
[0090] 在表面上设置第一流体以提供给定的形状还可包括：提供可抽吸流体到其中的管；用第二流体填充通道，管的内壁由第二流体润湿；将至少一滴第一流体引入管中，其中至少一滴被第二流体浸润；以及将管排空到表面上，以提供第一流体的至少一个流体滴与表面直接接触，其中第一流体被第二流体覆盖。
[0091] 可将第一流体的多滴引入到(输送)管中以形成一系列流体滴，流体滴在第二流体中由第二流体产生并被第二流体分离。管可排空到表面上以提供多个流体滴。
[0092] 试剂可加入到第一流体中。优选地，试剂被引入到至少一个流体滴中。试剂可被引入多个流体滴中，优选地，所述试剂的浓度在至少两个流体滴中是不同的。
[0093] 第二流体可被第三流体覆盖，该第三流体与第二流体不混溶。
[0094] 流体的一部分可被加热和/或被照射以固化流体。可在先前沉积第一流体的第一部分的地方沉积第一流体的另一部分。可在先前沉积第一流体的第一层之处上方沉积第一流体的第二层。这能够实现第一流体的复杂形貌的形成。
[0096] 在微流体布置或其一部分的形成期间，表面优选至少局部是水平的，并且理想上是平坦的。表面优选为固体和/或均质的，表面可以是例如玻璃表面或聚苯乙烯表面。基材可以是例如玻璃载片或聚苯乙烯皮氏培养皿。基质优选包含用于与细胞生物相容的用于细胞培养的聚苯乙烯。表面最好是周边封闭的。
[0097] 如上所述，第一流体可直接沉积在表面上，使得表面和第一流体之间的界面张力将第一流体保持在表面上。为沉积第一流体，包括上述通道的输送装置(或者“笔”)可与表面非常靠近，以使第一流体从笔内排出时，形成与所述基底的直接接触。
[0098] 流体输送装置(或者“笔”)包括填充有第一流体的管，“笔”可用于将第一流体的连续印迹拉过表面以连接两个流体滴。或利用干燥物体的尖端(“探针”)从一个流体滴到一个或多个额外的流体滴绘制或拉过表面，以产生流体的连续互连接触面积，其在流体滴之间充当流体通道而不需要额外的流体。
[0099] 表面的至少一个区域可经处理后提供与第一流体适当的界面张力(至少在该区域中)。
[0100] 优选地，流体滴各自具有约10或100nL的体积和10或100μL的体积，也可以是任何体积，但优选为小于1mL。
[0101] 表面上的流体通道的宽度可大致等于用于形成流体的印迹的笔或探针的直径，并且流体通道高度可由界面接触角和/或所使用的流体确定；但是宽度优选要小于流体印迹直径的一半。流体通道高度优选小于流体印迹直径的一半，和/或小于流体通道宽度的一半。流体滴可具有不同的体积。表面上的另一流体通道可具有不同的长度。另一种流体通道(或多个通道)可具有不同的宽度。一个或多个流体通道可连接任意两个流体滴。流体通道可在节点(或“结合”)处分成一个或多个分支，连接两个流体滴的流体通道可包含一个或多个节点。
[0102] 设置在表面上的给定形状变干后可留下图案化的表面，通过将一定体积的第一流体添加到表面的图案上，微流体布置可随后被二次水合。例如，表面可以是皮氏培养皿的一部分，然后被提供预成型(和干燥后的)的通道。
[0103] 设置在表面上的给定形状经冻结可在表面留下回路，微流体布置可随后解冻。此方法包括将第一流体在表面上的给定形状中冷冻，以及解冻已冷冻的第一流体以重新形成微流体布置。例如，如上所述表面可以是皮氏培养皿的一部分，其随后可被设置预制成形和冻结的回路。
[0104] 本发明的另一方面，提供了一种用于制造操纵流体的微流体布置的方法，包括：将第一流体以想要的形状设置在基底的未图案化表面上；设置与第一流体不混溶的第二流体以至少部分地覆盖第一流体，其中第一流体通过第一和第二流体之间的流体界面保持在所述形状中；以及冷冻第一流体以在基底上形成所述形状的固体。微流体布置可包括前述和/或如下的一个或多个特征。该方法可包括上述和/或之后的一个或多个步骤。
[0105] 打印
[0106] 本发明的另一方面提供了一种诸如打印机之类用于制造微流体布置(优选如上所述)的装置，包括：与出口连通的流体储液器；定位装置，用于相对于基底移动和定位所述出口；泵送装置，用于使流体从出口流动；以及控制装置，用于将关于所需流体形状的信息转换为定位装置的运动命令，激活泵送装置以形成微流体布置，和/或使其在基底上以所要的形状沉积第一流体，第一流体通过流体接口保持相应形状。
[0107] 微流体布置可包括以给定形状设置在基底表面上的流体。微流体布置可以是流体滴的一个或多个阵列。微流体布置可以是微流体回路。微流体回路可包括至少一个流体滴和/或至少一个通道。流体滴可具有小于1ml的体积，流体滴可具有10nL和10μL之间的体积。可将流体滴打印以覆盖不同的表面区域和/或形状。流体通道可具有小于2mm、1mm或介于
10-800μm的宽度；流体通道可具有小于1mm或介于5-100μm之间的高度。基底的表面可以是无图案的。
10-800μm的宽度；流体通道可具有小于1mm或介于5-100μm之间的高度。基底的表面可以是无图案的。
[0108] 控制装置可用于使流体从出口连续流动。
[0109] 出口可以是亲水性的或可在内部是亲水性的，出口(可包括管状结构)在外部可以是疏水的，管状结构可以是亲水性的。出口可包括覆盖管状结构的护套，护套可以是疏水的。这些装置对于沉积例如水溶液或另一极性(亲水性)流体特别有利。对于非极性(疏水)流体的沉积，出口(和/或其管状结构)可以是疏水的。
[0110] 所述控制布置可在出口与基底之间形成液体桥(或其它形式的液体)。
[0111] 控制装置可用于校准基底和出口之间的距离，可使出口接近表面，直到接收到出口和表面之间的已知距离的信号。该信号可以是用户提供的，可基于相机数据，可基于来自接近传感器的数据，可基于来自运动阻力检测器的数据，可基于电接触或LVT(线性电压换能器)。
[0112] 控制装置可使出口位于自表面起的出口直径的0.1至2倍之间以在表面上形成微流体布置。控制装置可使出口位于于从表面起的出口直径的0.2至1倍之间。控制装置可使出口位于从表面起的出口直径约0.5倍内(可选地小于出口直径的约0.5倍)。控制装置可使出口距离表面至少10μm，优选至少20μm。控制装置可使出口距离表面约10-200μm。控制装置可使出口距离表面约20-150μm。出口与表面之间较大的距离可导致表面上形成较宽的特征。在到达基底的表面之前，发射的液体可移动通过例如不混溶的液体层的屏障。
[0113] 这可使发射性液体(在移动通过屏障之后)与基底表面上原本存在的部分流体发生融合。
[0114] 泵送装置可在出口处提供流体静压以使流体从出口流动。泵送装置可在出口处提供小于或等于出口处形成的流体滴的拉普拉斯压力的流体静压(优选地在出口和基底之间未形成液桥时)。当在出口处形成的流体滴与表面接触时，可实现流动的激活，以及通过将出口从表面撤回足够远以中断出口和表面之间的流体桥并中断流体。
[0115] 控制装置可使出口位于从表面起的出口直径的3至10倍之间，以在重力加速度下向表面释放流体滴。流体滴的重力加速度可使得流体滴在到达基底的表面之前穿过例如液体膜之类的屏障移动。这可使发射的液体在通过屏障之后与基底表面上原本存在的部分流体发生融合。出口可置于最大的流体滴高度，其可被排放出口从表面支撑，可被出口支撑的最大的流体滴高度对应于在因自身重力而下降所形成的流体滴的大小，其形成主要依靠流体滴界面张力和液体密度。流体滴的重力加速度可使滴能够在到达基底的表面之前移动穿过例如液体膜之类的屏障，这可使发射的液体(在通过屏障之后)与基底表面上原本存在的部分流体发生融合。在另一种实施方式中，出口设置在表面的上方，并且引起从出口悬挂的流体滴，然后使出口朝向表面移动，直到流体滴接触表面上的表面或流体。
[0116] 液体可以是水溶液。液体可以是剪切稀化流体或剪切增稠流体。流体可以是凝胶前体。流体可以是凝胶。
[0117] 流体可适用于在流体蒸发后表面上的沉积物的形成或表面的化学变化。
[0118] 微流体布置可包括独立于基底表面的部分。
[0119] 装置或打印机还可包括：一个或多个进一步的流体储液器，其与一个或多个其他出口连通。一个或多个定位装置可相对于基底移动和定位一个或多个其他出口。一个或多个进一步的泵送装置可使液体从一个或多个其他出口流动。控制装置可将关于进一步的流体(可以是多种)的所要的沉积信息转换成用于(进一步的)定位装置的动作命令，并激活(进一步的)泵送装置以实现进一步的流体的沉积。这可实现诸如形成具有不同组成的流体滴阵列，或要由不相混溶的流体覆盖的微流体布置。
[0120] 所述装置还可包括加热器，加热器可用于加热一部分流体。加热的一部分流体能够从流体形成凝胶(或另一种固体)，和/或熔化固体以沉积流体，这可便于使用范围更广的形成微流体布置，并可使实现更复杂的微流体布置。该装置还可包括设置成照明流体的一部分光源。照射部分流体能够通过引发交联而从流体形成凝胶(或另一种固体)，。光源可以是紫外光源。通过形成凝胶(或另一种固体)可形成层，一层在另一层的顶上，以制造更复杂的3D分层射流网。
[0121] 第二流体的密度可基本上与第一流体的密度相同，这可使第一流体的一部分保持支撑或悬浮在第二流体内，以形成3D流体网。
[0122] 该装置还可适于在先前第一流体的第一部分被沉积的位置上沉积第一流体(或与第一流体可混溶的流体)的一部分。这能够实现具有复杂形貌的3D流体网的形成，也能够形成具有相对大体积(对于给定的腔室印迹(chamber footprint))的腔室，因为所述腔室的体积不受第一流体与基底之间的接触角的限制。装置可在距基底比第一流体的先前沉积部分更大距离的地方沉积一部分第一流体。该装置可在已沉积第一流体的第一层再沉积第一流体的第二层(或与第一流体可混溶的流体)。这可实现分层3D流体网的形成。
[0123] 本发明的另一方面提供了一种制造微流体布置(优选地如前述)的方法，包括上述装置的使用。
[0124] 本发明的另一方面提供了一种制造微流体布置(优选地如前述)的方法，包括将关于所要的流体形状的信息转换为动作命令，用于定位流体出口并激活泵送装置，以使流体从出口流到基底上。
[0125] 微流体布置可包括以给定形状设置在基底表面上的流体。微流体布置可以是流体滴阵列或微流体回路。微流体回路可包括至少一个流体滴和/或至少一个通道。流体滴可具有小于1ml的体积。流体滴可具有介于10nL和10μl之间的体积，可具有小于1mm的宽度或约10-500μm的宽度。流体通道可具有小于1mm的高度或约10-100μm的高度。基底的表面可以是无图案的。
[0126] 流体流出口的流动可以是连续的。流体流出口的流动可持续一段时间。在形成微流体布置的多个特征的过程中，流体流出口的流动可以是连续的。在流体滴阵列中的多个流体滴形成期间，出口的流体流动可以是连续的。
[0127] 在出口与基底之间可形成液桥(或其它形式的液体连通)。基底和出口之间的距离可被校准。基底和出口之间的距离可通过接近出口到表面的距离来校准，直到出口和表面之间发生接触。出口可设置为从表面起至少10μm(可选地至少20μm)，以在表面上形成微流体布置。出口距离可通过在表面上形成微流体布置使与表面的距离大约是出口直径的一半(并且可选地大约小于出口直径的一半)。出口距离可通过在表面上形成微流体布置使与表面的距离大约为出口直径(并且可选地大约小于出口直径)。
[0128] 通过适当设置出口、基底和流体，在出口处可以提供流体静压使液体从出口流出。在出口处的流体静压可小于或等于出口处形成的流体滴(优选地在出口和基底之间未形成液桥时)中的拉普拉斯压力。当使出口处形成的流体滴与表面接触时，这可实现流动的激活，以及通过从表面足够远地撤回出口实现中断流体以中断出口和表面之间的液桥。该装置可提供被动开/关泵送装置，仅当出口靠近表面时才使液体从出口流动。
[0129] 微流体布置的形成可在气体环境中发生。可设置进一步不混溶的流体以覆盖微流体布置。微流体布置的形成可在不混溶的另外液体的环境中发生。
[0130] 出口可位于从表面起的出口直径的3至10倍之间，以在重力加速度下向表面释放流体滴。出口至少位于最大流体滴高度处，且能从表面被排放出口支撑。可被出口支撑的最大流体滴高度与流体滴凭借其自身重量落下之前形成的流体滴的尺寸一致，并取决于流体滴的界面张力和流体的密度。流体滴的重力加速度可使滴能够在到达基底的表面之前移动穿过例如液体膜之类的屏障。这可使流体在通过屏障之后与基底表面上原本存在的部分流体发生融合。在另一种实施方式中，出口设置在表面的上方，并且引起从出口悬挂的流体滴，然后使出口朝向表面移动，直到流体滴接触表面上的表面或流体。
[0131] 液体可以是水溶液。液体可以是剪切稀化流体或剪切增稠流体。液体可以是凝胶前体。液体可以是凝胶。
[0132] 液体可适于液体蒸发后表面上的沉积物的形成。
[0133] 液体可适于表面的化学变化。
[0134] 微流体布置可包括独立于基底表面的部分。
[0135] 反向打印
[0136] 根据本发明的另一方面，提供了一种制造用于操纵流体的微流体布置的方法，包括：将第一流体以所要的形状的设置在基底的未图案化的表面上；以及设置与第一流体不混溶的第二流体至少部分地覆盖第一流体，其中第一流体通过第一和第二流体之间的流体界面保持在所述形状中。
[0137] 将第一流体设置成所要的形状，可包括将第一流体设置在表面上的任意形状中，并将第一流体重新定位至所要形状中。第一流体可设置在薄膜中。第一流体可湿润表面。第一流体可形成例如1mm厚或更薄的膜，或100μm或更小，或10μm或更小，或1μm或更小。所述重新定位可类似于传统构图中的拉毛(sgraffitto)技术。
[0138] 重新定位第一流体可包括将物体拖过表面以使第一流体的一部分移位(displace)。拖拽能够实现第一流体的特别有效的位移。物体可与表面接触，或接近表面但不与表面接触，或者与表面成一定距离。所述物体可以是尖端，针或管。所述物体可与表面接触，或者接近表面但不与表面接触，或与表面相距一定距离。
[0139] 第一流体和物体之间的接触角优选大于90°。这有助于特别有效地移位第一流体。第二流体和物体之间的接触角优选地小于90°，更优选地小于80°。这样可有助于在所述物体移动时绘入(draw in)第二流体以取代第一流体的位置，从而有助于重新定位的稳定。
[0140] 如果第一流体是水，则该物体优选是疏水的，以实现特别有效的位移。如果第二流体是碳氟化合物，则该物体优选是亲氟的，这能够使第二流体替换第一流体，从而促进位移。所述物体可包括聚四氟乙烯(也称为特氟隆或PTFE)以获得疏水性和亲氟性。
[0141] 拖拽绘制操作可包括绘制多条大致平行的线以形成第一流体的一个或多个通道，这样能特别高效地形成通道。所述绘图可包括在第一方向上以及在第二方向上绘制多个大致平行的线(优选地大致与第一方向正交)以形成一个或多个腔室(优选为矩形或方形腔室)。这样能够特别高效地形成腔室阵列。
[0142] 所述绘图可包括在第一方向上绘制多条大致平行的线以形成第一流体的一条或多条带；然后将流体的一个或多个部分添加到条带上；然后在第二方向上绘制多条近似平行的线以形成一个或多个腔室。这样可将流体高效地添加到微流体布置中。
[0143] 对于规则性，绘制可包括形成两个流体部分，两个流体部分都具有相同的印迹周长。所述绘制可包括沿流体部分的对称轴线将流体部分对半分开。
[0144] 重新定位第一流体可包括用物体压印(stamp)表面以移位第一流体的一部分。压印能够特别快速地形成复杂的图案。用于压印的物体可包括以与所要形状相对应的图案形成的表面。如果第一流体是水性的，则物体优选是疏水的，和/或如果第二流体是碳氟化合物，则所述物体优选为亲氟性的，优选包括聚四氟乙烯。
[0145] 方法可包括：首先将第一流体以任意形状设置在表面上；然后使第二流体至少部分地覆盖第一流体；然后将第一流体重新定位至想要的形状中。由于在重新定位第一流体之前存在第二流体，第二流体可取代第一流体的位置，从而有助于将第一流体保持在重新定位的装置中。
[0146] 在形成过程中，可在任何时间将进一步的流体加入到第一流体中。例如第一步为重新定位，第二步是添加进一步的流体，第三步为重新定位流体。这样能够实现将进一步的流体添加到大的构造(formation)中而不是多个较小的构造中。
[0147] 打印机调零
[0148] 根据本发明的另一方面，提供了一种将微流体布置(例如打印机)调零的方法，包括：将夹持器部分朝向基底移动，该夹持器部分夹持出口部分，所述出口部分具有朝向基底的尖端，使得尖端首先与基底接触，然后当夹持器部分继续向基底移动时，出口部分相对于(relative to)夹持器移动；停止夹持器部分；以及将夹持器部分移动与基底期望距离，出口部分不相对于夹持器部分移动。
[0149] 由于出口部分可相对于夹持器移动，所以可使出口部分接近基底而不会因碰撞造成损伤。这允许尖端在低精度的情况下接近基底，操作简单且效率高，但能使尖端与表面触碰，能够实现高精度的调零。所述装置能够准确地将出口部分定位在远离基底的所要距离处。
[0150] 为了简单起见，出口部分可相对于所述夹持器部件滑动。滑动能够在允许移动的同时提供稳定性。与滑动相关的摩擦可以提供一种机制，不仅允许部件之间在施加力时相对运动，而且当没有施加力时，部件之间保持结合而不会发生相对运动。
[0151] 为了简单起见，夹持器部分在向基底移动预定距离之后可停止。这能够避免复杂的检测设置。
[0152] 为了可靠，可在检测到尖端和基底之间的接触之后使夹持器部分停止。这可帮助确保尖端和基底确实发生了接触，还有助于避免出口部分相对于夹持器部分移动的足够远而引起问题。尖端和基底之间的接触可通过光学检测、用户输入和/或电检测来检测。
[0153] 所述方法还可包括，在基底移动夹持器部分之前将出口部分相对于夹持器部分固定的步骤。这能够确保各部分在不发生相对运动的情况下保持稳固地连接。
[0154] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于产生微流体布置的打印机的出口组件，该出口组件包括保持具有尖端的出口部分的夹持器部分，使得当向尖端施加力时，出口部分相对于夹持器部分运动，并且当没有力施加到尖端时，出口部分相对于夹持器部分保持在给定的构造中。
[0155] 由于出口部分可相对于夹持器部分移动，出口部分的移动可在无损坏出口组件或出口所附接的打印机的风险的情况下进行。这样可以提供一种简单、成本低、效率高且精度高的如上所述的装置调零方法。该调零方法能够精确地将出口部分定位在远离基底的期望距离处。
[0156] 所述夹持器可包括用于承载出口部分的低摩擦表面，这样可以当仅施加较小的力时，允许各部分相对于彼此移动，以使得出口组件的弹性变形最小，并在夹持器的回缩时，出口部分不滞后。夹持器与出口之间的静摩擦系数可为0.01-0.5，优选为0.01-0.1，更优选为0.04-08。
[0157] 该夹持器部可包括聚四氟乙烯套管。聚四氟乙烯套管可提供用于承载出口部分的特别方便的低摩擦表面。
[0159] 所述夹持器部分可包括橡胶套，优选硅橡胶。橡胶套可使打印机能够特别牢固地夹持出口组件。
[0160] 出口组件可包括橡胶套(作为用于连接到诸如打印机之类的装置上的夹持器部分)，设置在橡胶套内的作为出口部分的金属管，以及设置在橡胶套和金属管之间的聚四氟乙烯套管。这种装置可提供刚性的、易滑动的、抓握性特别好的组件。由于橡胶套和金属管相对于彼此移动，聚四氟乙烯套管可相对于橡胶套和/或金属管移动。套管装置能够在相对构造的范围内实现对不同部件的良好支撑。
[0161] 输送-拉普拉斯压力和流体静压
[0162] 根据本发明的另一方面，提供了一种通过上述的微流体布置输送流体的方法，包括：布置第一流体滴以具有比与第一流体连接的第二流体滴更大的体积，在两个流体滴之间存在拉普拉斯压力和/或流体静压的差使流体在两个流体滴之间流动。
[0163] 也可利用主动泵送，其中可增加/减小流体滴的体积以使流体滴之间的拉普拉斯压力和/或流体静压产生差异，从而改变流体滴流速的方向和大小。换句话说，可以连续地或间断地从任意流体滴中添加或去除流体滴，并因而在两个互联的流体滴之间改变流速。
[0164] 所述运输方法可包括向第一流体滴添加第一体积的流体并向第二流体滴添加第二体积的流体，其中第一流体滴和第二流体滴具有相同的印迹，优选具有相同的印迹面积和形状。其中，第一流体滴和第二流体滴中的压力在加入流体之前处于平衡状态，并且第一流体滴和第二流体滴接收不同体积的流体，流体的加入引起两流体滴之间产生拉普拉斯压差，因此导致从一滴流体滴到另一流体滴的流体流动。
[0165] 运输方法可包括向第一流体滴和第二流体滴添加第一体积的流体，其中，第一流体滴和第二流体滴具有不同的面积。例如，接触面可具有不同的面积和/或不同的形状。其中，第一流体滴和第二流体滴在添加流体之前处于平衡状态，并且第一流体滴和第二流体滴各自接收相同体积的流体，流体的加入引起两流体滴之间的拉普拉斯压差，从而引发流体从一滴到另一滴的流动。
[0166] 输送-重力
[0167] 根据本发明的另一方面，提供了一种通过上述微流体布置输送流体的方法，包括：将第一流体滴提升到流体连接的第二流体滴上方，利用重力使流体从较高流体滴流到较低流体滴。第二流体密度可比第一流体更小，第二流体可以是空气或气体。
[0168] 输送-重力(覆盖)
[0169] 根据本发明的另一方面，提供了一种通过上述微流体布置输送流体的方法，包括：将第一流体滴提升到流体连接的第二流体滴上方，使得第二流体滴上方的第二流体的高度基本大于第一流体滴上方的第二流体的高度，从而使流体从第二流体滴流到第一流体滴，其中，第二流体为液体。该方法利用了在流体滴上方的各第二流体(液体)的不同量(高度)产生在流体滴上的不同流体静压的效应。如果表面倾斜至水平，流体可通过重力作用通过至少一个流体通道在流体上从较低的流体滴输送到升高的流体滴。为了向高处的流体滴输送，第二流体可比第一流体密度更大。为了朝向较低的流体滴输送，第一流体可比第二流体密度更大。如果第二流体小于第一流体的密度，则流体滴之间的流动可从高至低；如果第二流体比第一流体密度更大，则流体可从低至高流动。如果第一和第二流体具有基本相同的密度，流动可由流体滴之间的拉普拉斯压差驱动，并且高度差变得相对不重要。
[0170] 通过使表面从平坦的水平方向倾斜，第一流体的至少两个流体滴之间的高度差会引起两个流体滴的流动，因为第二流体不同的流体滴形成各自不同的高度。换句话说，第二流体的至少两个流体滴存在不同的流体静压，以至于流体滴能克服重力沿着微流体布置“向上爬”，因为第二流体的更低的流体滴比高处的流体滴有更大的流体静压。
[0171] 上述使流体流动的方法可称为“被动泵送”。可通过调节第一和第二流体滴之间的高度差来控制被动泵送的速率。第一流体滴可通过从水平的表面倾斜而升高到第二流体滴上方。如果第一流体滴高于第二流体滴，甚至在其他水平的基底上也可实现被动泵送。流体滴中的之一可具有比另一流体滴更大的体积(因而更高的高度)，从而当微流体布置基本上水平时，流体滴之间的流体静压差可使流体流动。
[0172] 某一个流体滴可被设置成比其他液体滴具有更大的体积(并且因此具有较大的曲率半径)，从而当微流体布置基本水平时，流体滴之间的拉普拉斯压差可使流体流动。当每个流体滴内的压力相同时，该流动将停止。流体滴的曲率半径与接触角、流体滴体积、润湿面积和流体之间的密度差有关；同时也取决于界面张力。第一和第二流体滴可具有相同的界面张力。水压差可抵消两流体滴之间的拉普拉斯压差。
[0173] 因此，本发明还提供了控制流体或溶液经互连的流体通道从一个流体滴转移到另一个流体滴的方法。该方法可在高吞吐量应用中实施，例如药物筛选。
[0174] 如果第二流体小于第一流体的密度，则流体滴之间的流动可从高至低；如果第二流体比第一流体密度更大，则流体可从低至高流动。如果第一和第二流体具有基本相同的密度，流向可由流体滴之间的拉普拉斯压差决定，并且高度差变得相对不重要。
[0175] 界面张力变化的研究
[0176] 根据本发明的另一方面，提供了一种确定第一流体和第二流体之间的界面张力的方法，包括将微流体布置(可选地，如上所述的布置)暴露于化学物质(如表面活性剂)中，以及评估微流体布置特征的最终形状变化，以确定界面张力变化的表征。该特征可以是流体滴。
[0177] 由于使用了微流体布置，可对化学品动态曝光，从而可观察和研究界面张力的动态变化。因为使用了微流体布置，所以仅需要少量的化学品。
[0178] 不混溶的进一步流体可设置成覆盖流体滴(或微流体布置)。
[0179] 暴露之前的流体滴形状可具有平衡接触角的平衡流体滴形状。暴露后的流体滴形状可以是钟形。如果界面张力降低，流体滴的形状可以随时间变化，从而形状通常(但不是绝对地)是一种钟形流体滴。界面张力的进一步减小可导致流体滴形状进一步改变，并且流体滴的一部分脱离流体滴的上部。界面张力的评估可包括确定滴形状的侧面上的拐点。界面张力的评估可包括确定拐点处的曲率半径。界面张力的评估可包括确定流体滴的顶部和所述拐点之间的垂直距离。界面张力的评估可包括基于垂直距离计算流体静压差。可改变流体滴尺寸以适合/提高界面张力测量范围的精度。
[0180] 对于沿流体滴表面的界面张力分布的进一步信息，该评价可包括确定沿流体滴的表面各处的角度/曲率和流体静压。该评价还可包括将平衡接触角与拐点处的角度进行比较。
[0181] 所述暴露可包括向不混溶的进一步流体中添加表面活性剂以覆盖微流体流体滴。流体可浸没在密度更大的流体中。该流体可以是浸在碳氟化合物中的水溶液。
[0182] 本发明的另一方面提供了一种从微流体布置(可选地如前所述)分离一部分流体的方法，包括将微流体布置暴露于化学品(例如表面活性剂)以引起第一流体和第二流体之间的界面张力变化。特征物可以是流体滴。在流体滴或其它微流体特征处的界面张力的减小可导致流体滴形状改变，并且流体滴的一部分可分离，典型的是从流体滴上部分离。所述暴露可以是向不混溶的进一步流体中添加表面活性剂以覆盖微流体滴。流体可浸没在密度更大的流体中。流体可以是浸在碳氟化合物中的水溶液。
[0183] 通用特征
[0184] 本发明的另一方面提供了一种微流体布置和/或制造微流体布置的方法，微流体布置包括：基底；第一流体；与第一流体不混溶的第二流体；其中第一流体被设置成至少部分地被第二流体覆盖；并且第一流体以给定形状设置在基底的表面上。以下特征可独立地或组合地提供：
[0185] ·所述形状可至少部分地由界面张力限定；
[0186] ·第一流体可通过流体界面保持的给定形状；
[0187] ·基底的表面可以是未图案化(例如通过化学表面图案化，物理功能化和/或表面形貌化)，基底的表面可以是均匀的(例如，具有均匀的化学表面，均匀的物理特性和/或均匀的表面形貌)；
[0188] ·壁/界面/边界可以是流体(不是固体)；形成微流体布置的壁/界面/边界可以是流体；在表面上形成一定形状的壁/界面/边界可以是流体；
[0189] ·第一流体和表面之间的界面面积可小于第一流体和第二流体之间的界面面积；
[0190] ·第一流体的与第二流体接触的表面积可大于与表面接触的第一流体的表面积；
[0191] ·向所述布置中添加或从中移除第一流体可改变第一流体和第二流体之间的界面的面积；
[0192] ·第二流体可比第一流体密度大；或者第一流体可比第二流体密度大；或第二流体的密度与第一流体的密度基本相同；
[0193] ·基底、第一流体和第二流体可选择在第一流体和基底之间有较大的接触角(优选前进接触角)；
[0194] ·基底可以是亲水性的，第一流体可以是极性的(亲水性的)流体，第二流体可以是非极性(疏水)流体；
[0195] ·第一流体可以是水，第二流体可以是油、碳氟化合物、空气、FC40中的一种；
[0196] ·所述布置的微流体特征的横覆盖面面积可具有高宽纵横比(1:1)或更小；或(1:2)或更小；或(1:4)或更小；或(1:20)或更小；或(1:50)或更小；或(1:100)或更小；或介于(1:50)和(1:500)之间；所述特征可以是流体滴(或储液器)；
[0197] ·第一流体与基底的接触角可小于前进接触角；接触角可小于前进接触角的50％、25％，或10％；接触角可为前进接触角的1％-100％；
[0198] ·微流体布置可适于进一步添加(可混溶的)流体到第一流体的任意部分和/或从第一流体的任意部分移除流体；
[0199] ·微流体布置可适于向第一流体添加和/或从中移除进一步(可混溶)的流体，而不改变第一流体在基底上的印迹；
[0200] ·所述布置可包括流体滴阵列和/或回路；所述回路可包括至少一个储液器和至少一个通道；
[0201] ·流体滴(腔)印迹可以是非圆形的(例如，正方形或六边形或不规则的)；
[0202] ·通道高度可沿着通道显著变化；高度可依赖于压力变化；
[0203] ·不同流体滴可具有相同体积但不同的印迹；
[0204] ·不同流体滴可具有相同的印迹但不同的体积；
[0205] ·通道可独立于基底的表面；
[0206] ·可提供固体结构以保持流体的一部分，固体结构包括用于使流体在结构内与如前所述的微流体布置相连接的孔；
[0207] ·微流体布置的流体特征(例如通道)可通过从该特征中使一部分流体移位(displacing)而中断；
[0208] ·微流体布置可被干燥；可重构干燥的微流体布置；
[0209] ·微流体布置可被冻结；冻结的微流体布置可被解冻；以及
[0210] ·微流体布置的特征(如水滴或储液器)的体积可能随时间而变化。
[0211] 本发明的另一方面提供了一种微流体布置和/或制造微流体布置的方法，所述微流体布置包括：未图案化的基底；第一流体；与第一流体不混溶的第二流体；以及一个或多个以下特征，可以是独立的或是其组合：
[0212] ·基底为平面状；
[0213] ·第一流体与基底之间的界面面积小于第一流体与第二流体之间的流体壁界面的面积；
[0214] ·第一流体可提供至少两个流体储液器，流体储液器通过未图案化基底上的至少一个第一流体通道连接；
[0215] ·第一流体可在基底上提供至少一个液体储液器；
[0216] ·第一流体通过第一和第二流体和基底之间的流体-流体-固体界面保持在固定的印迹形状中；
[0217] ·与第一流体可混溶的另一流体可向第一流体添加/从中去除，以改变形状微流体布置特征的形状或体积，从而通过微流体布置诱导流动(无源泵送)；
[0218] ·当流体在通道中流动时，流体壁形状会改变，导致通道的流动方向上的垂直高度和截面面积的变化，而在基底上的第一流体的接触面积保持不变；
[0219] ·沿通道长度方向存在平均速度的变化；
[0220] ·如果在流体装置中不存在流体流动，由于流体装置中的压力均衡，通道的横截面面积沿通道长度方向几乎不变；
[0221] ·与第一流体可混溶的另一流体可在与所述微流体布置装置同一平面中被添加在第一流体/从第一流体移除。
[0222] ·与第一流体可混溶的另一流体可在所述流体布置内的任何位置处被添加至第一流体/从第一流体移除。
[0223] ·与第一流体可混溶的另一流体被添加至第一流体中或从第一流体中移除，使得其通道横截面面积和/或高度和/或形状(因导致的流动)改变；
[0224] ·与第一流体可混溶的另一流体添加至第一流体中或被从中移除，而第一流体在基底上的接触面积保持不变；
[0225] ·与第一流体可混溶的另一流体可以在第一流体中加入或从中移除，其加入或移除的体积小于超过前进接触角或减至零接触角所需的体积；
[0226] ·任何数量的通道和储液器构成流体布置；
[0227] ·微流体布置中没有储液器，而仅由至少一个通道构成；
[0228] ·微流体布置中没有通道，而仅由至少一个储液器组成；
[0229] ·在微流体布置中存在至少一个或多个通道的装置，它们连接单个储液器；
[0230] ·有至少一个储液器和至少一个通道的布置；
[0231] ·基底为处理过或未经处理的细胞培养皿或玻璃；
[0232] ·第一流体是水性的，第二流体是碳氟化合物并优选为FC40；
[0233] ·在微流体布置设置好后，第二流体可添加至第一流体上以防止第一流体蒸发；
[0234] ·第一流体可以蒸发；
[0235] ·第一流体可被蒸发(干燥)，其残余物会产生纹理化的图案化表面(取决于第一流体的组合物和/或溶解于其中的分子的选择)；
[0236] ·一个或多个蒸发的(干燥)流体储液器由第二流体(优选为液体，优选为碳氟化合物)覆盖；
[0237] ·可通过向干燥的微流体布置添加流体而再水合所述微流体布置；
[0238] ·微流体布置可在诸如湿细胞培养室之类的潮湿环境中被再水合，并且优选是由于流体通过第二流体转移到干燥表面上；
[0239] ·多个储液器之间没有连通；
[0240] ·第二流体为液体；
[0241] ·在第一流体设置在表面上之前，第二流体可提前覆盖在基底表面；
[0242] ·可把第一流体设置在第二流体和基底表面之间，以使第一流体的蒸发最小化；
[0243] ·在储液器出口处的主动泵送机构，包括通过液桥(或其它形式的液体连通)与微流体布置的任一部分连通的液体储液器；
[0244] ·布置主动泵(例如注射器泵)以将流体提供给微流体布置，以提供比无源泵送更好的控制
[0245] ·在微流体布置内的任何位置处使用亲氟装置切割微流体布置(或切去其特征物)，从而使流动停止并在表面上形成第一流体的较小特征；
[0246] ·通过将尖端与微流体布置的最初不连通的两个特征接触，或者通过在微流体布置的最初不连通的两个特征之间拖动亲水性尖端，从而用亲水性装置将微流体布置的特征连接，以形成微流体布置的特征之间的传递路径；
[0247] ·可长时间地进行多个地点的多个流体滴切断和连接；
[0248] ·在第一流体上加上第二流体以防止湿润表面的蒸发；
[0249] ·与第一流体可混溶的流体(最好比所需的体积小)，以超过储液器的前进接触角优选通过第二流体，优选在与蒸发的流体储液器同一平面中，添加到至少一个干燥后的第一流体储液器中以用于重构流体储液器，同时保持与第一流体的原始储液器相同的印迹(并且优选地保持与原始储液器相同的印迹)；
[0250] ·在保持储液器和基底之间的接触区域不变，但使流体壁形状改变的同时，向现在的流体储液器添加和/或从中去除附加的流体等分试样；
[0251] ·储存器与基底之间的界面区域小于流体储存器与第二流体之间的流体界面的区域；
[0252] ·第二流体与在第一流体的储液器完全蒸发之前加入的第一流体不混溶；
[0253] ·通过在管的尖端上产生流体滴而将流体加入到储液器中，然后使流体滴与表面上的储液器接触；只要在表面上的储层的钉扎线的位置不前进，就可以添加一个或多个流体滴；
[0254] ·通过使尖端进入第一流体储液器中并使用泵送装置添加连续流体直到前进接触角，或移除连续流体直到体积降至零，来添加或去除流体；
[0255] ·第一流体(可选地用于在基底上创建多个储液器)是一种低浓度(例如<0.5％)的海藻糖磷酸缓冲盐(PBS)或单独的细胞培养基(cell media)的其中一种或两种组合，可经过蒸发在表面留下一定的图形化结构；
[0256] ·该图形化的阵列可被蒸发，并可日后通过添加第一流体来再水化(rehydrated)，这可以通过向干燥的储液器中加入与第一流体相混溶的流体实现；
[0257] ·可添加或去除一种混溶的流体以形成不同形状或体积的(流体滴)储液器，从而在微流体布置中引发流动(被动泵送)；
[0259] ·冻结的微流体布置被解冻并可保留其表面上的形状，形功能性的微流体布置(可选地，微流体布置能够在微流体布置的任意位置接收可混溶流体；可选地，微流体布置能够使流体或流体界面变形，同时保持第一液体和基底之间的润湿区域和形状)；
[0260] ·亲氟尖端降低穿过第二流体和第一流体而接触到基底，并沿基底表面移动，由此穿过该表面上的水性流体，该水性流体从表面前部移位并由尖端后面的被碳氟化合物替换，导致基底表面第一流体的流体布置的改变；
[0261] ·第一流体的多个图案在基底表面被切断；
[0262] ·平行的多个亲氟或亲水的尖端形成了相似形状图案的阵列；
[0263] ·尖端首先将第一流体切割成任意厚度的通道，然后进行正交切割，形成离散的流体贮库阵列；
[0264] ·切口的间距等于在标准孔板中的间距，以在平面表面上提供流体孔板(fluidic well plate)；
[0265] ·第一流体可以是包含细胞的细胞介质，并且所得到的表面上的流体装置包含近似同等地分布的细胞数量；
[0266] ·在第一次切割后，在用亲氟尖端正交切割之前不同细胞类型或流体加入到每个通道中以产生阵列，在阵列中的流体孔板上的相邻储液器包含不同的细胞类型；
[0267] ·亲水尖端的直径至少为第一流体储液器之间距离的一半，从而在储液器之间形成连通路径；
[0268] ·亲氟尖端置换第一流体可在表面上形成第一流体的图案，从而提供具有多个较小特征物的微流体布置；以及
[0269] ·水层不用不混溶流体覆盖，但尖端由不混溶流体(优选FC 40)润湿。
[0270] 本发明的另一方面提供了一种装置，诸如用于制造(可选地如前述的)微流体布置的打印机，和/或用诸如打印机之类的装置制造(可选地如前述的)微流体布置的方法，可选为独立或组合地具有以下特征中的一个或多个；
[0271] ·通过液桥(或其它形式的液体连通方式)与基底连通的液体储液器，优选地在液体储液器的流体出口与所述流体/基底之间形成；
[0272] ·定位装置，其适于相对于基底移动和定位所述出口；
[0273] ·泵送装置，其适于使液体从出口流动，从而在表面上沉积流体轨迹以形成液体微流体布置；
[0274] ·控制装置，其适于将关于所要的流体形状的信息转换成用于定位装置的动作命令，并激活泵送装置，从而引起微流体布置的形成；
[0275] ·打印机为在纸张上打印液体的标准打印机装置；以及
[0276] ·打印表面是非吸收性表面，并且可选地为流体表面。
[0277] 本发明的另一方面提供了一种用于制造(可选地如前述的)微流体布置的压印装置，和/或用压印装置制造(可选地如前述的)微流体布置的方法，可选地独立或组合地包括以下特征中的一个或多个：
[0278] ·压印装置为亲水性材料，和/或具有亲水表面或表面部分；
[0279] ·压印装置为吸收材料(如海绵)，和/或具有吸收性表面或表面部分；
[0280] ·根据微流体控装置的所需形状形成了压印装置的轮廓，该轮廓与基底接触并被流体润湿；以及
[0281] ·压印操作适合于与基底接触，并在基底上留下图案(可选地，基底最好最初未被图案化)，
[0282] 在本文所述的所有实施例中，表面和第一流体都可以是亲水性的，或者表面和第一流体都可以是疏水的，使得表面和第一流体之间的适当界面张力保持表面上的第一流体所限定的形状。重要的是，第一和第二流体必须不混溶，使得它们之间的界面张力在表面上形成给定的形状，例如，一个或多个流体滴和/或流体通道。
[0283] 流体通道可以是微米级高度(例如，在约1-100、5-100或10-100μm之间)，并且可以优选地具有大约等于用于创建它的物体宽度的宽度。可通过形成紧密邻近的两个通道并使它们连接来形成一个较大的通道，从而形成较宽的通道。
[0284] 上述不混溶的“第二流体”可以是气体/空气或液体，并且可以被描述为由于两种流体的不混溶性而具有与“第一流体”不同的“相”。在优选实施例中，环境空气提供第二流体，其中第一流体优选为液体。本领域技术人员将认识到，给定形状的第一相(例如水溶液)，在表面上布置成给定的形状，被环境空气(即气体)覆盖，它是不混溶的流体，不需要“主动地”覆盖第一流体。该布置对于短期实验来说是优选的，例如少于12小时的持续时间。
[0285] 如本文中所指的，术语“拉普拉斯压力”优选为曲面的内部与外侧之间的压力差，以及一对曲面之间的拉普拉斯压力之差。压力差是由流体滴的曲率半径和/或两种不同流体之间界面的界面张力引起的。
[0286] 在本文中，术语“流体通道(fluid conduit)”优选地表示用于输送流体的流体路径(或通道)。术语“通道(channel)”可与术语“通道(conduit)”同义地使用(并且在任何一种情况下，优选地指平坦表面部分上的流体路径且不包含在凹陷中)。如本文中所指的，术语“流体回路”优选指多个特征，所述多个特征彼此流体连通，例如是储液器和通道。术语“网络(network)”可与术语“回路(circuit)”同义。术语“流体滴(drop)”可与术语“腔室(chamber)”或术语“储液器(reservoir)”同义地使用。
[0287] 如本文中所指的，术语“管(tube)”优选为中空圆柱体或具有任意横截面形状的中空结构(例如塑料，玻璃等材质的)，所述塑料，玻璃等适于容纳或运输流体并且包括(但不限于)管或流体腔室。如本文所述，术语“针(needle)”优选是指空心针(例如皮下注射针或其他的)，且可与管子同义使用。
[0288] 本文所述的任何装置特征也可以作为方法特征提供，反之亦然。此外，本发明的某一特定方面的任何特征都可以单独提供给和/或以任何适当的组合应用于本发明的其他方面。
[0290] 图1示出了示例性的微流体布置；
[0291] 图2A和2B示出了由不混溶流体覆盖的微流体布置，该不混溶流体为液体；
[0292] 图3A和3B示出了如何可以引起两个流体滴之间的被动泵送的示例；
[0293] 图4A和4B示出了更复杂的微流体布置；
[0294] 图5(i)至(v)示出了流体流动通过示例性的微流体布置的阶段的时间顺序；
[0295] 图6A至6C示出了如何将等分的流体添加至微流体布置中的流体滴；
[0296] 图7(i)至(v)示出了互连的流体滴之间的流体形成和运输的示例；
[0297] 图8(i)至(iv)示出了多个微流体布置的示例；
[0298] 图9示出了更多个微流体布置的示例；
[0299] 图10示出了由作为不混溶流体的空气覆盖的微流体布置的示例；
[0300] 图11示出了表面上的微流体布置的示例性阵列；
[0301] 图12示出了链式布置下的三个流体滴之间的流体输送；
[0302] 图13是更复杂的微流体布置的示例；
[0303] 图14是示出腔室之间的流速的图表；
[0304] 图15A至15C示出了正在重构的变干的微流体布置；
[0305] 图16A至16C示出了正在重构的另一变干的微流体布置；
[0306] 图17(i)和(ii)示出了具有不同宽度的两个流体通道；
[0307] 图18示出了布置在表面上的流体滴的示例性阵列；
[0308] 图19(i)-(v)示出了示例性的多通道“径向混合器”的微流体布置；
[0309] 图20至23示出了使用本发明可以产生的各种不同的微流体布置；
[0310] 图24A和24B示出了简单的微流体回路，说明改变流体滴的尺寸(以及拉普拉斯压差)如何可以控制流速，
[0311] 图25A、25B和25C示出了用于药物筛选的化学梯度；
[0312] 图26、27、28、29和30示出了用于创建浓度梯度的微流体回路；
[0313] 图31、32和33示出了另一些的用于创建浓度梯度的微流体回路；
[0314] 图34和35示出了用于将流体添加到腔室的阵列的微流体回路；
[0315] 图36和37示出了用于研究试剂组合的微流体回路；
[0316] 图38示出了具有连接接合处和分开接合处的微流体回路；
[0317] 图39示出了具有导管的网格的微流体布置；
[0318] 图40示出了具有用于驱动流动的外部泵的微流体布置；
[0319] 图41示出了具有直接被泵入导管的流体的微流体布置；
[0320] 图42(i)至(iv)、43(i)和(ii)以及44(i)和(ii)示出了另一些具有直接被泵入导管的流体的微流体布置；
[0321] 图45A、45B、45C和45D示出了另一种具有直接被泵入导管的流体的微流体布置；
[0322] 图46示出了位于玻璃表面上的微流体布置；
[0323] 图47示出了具有流体式天桥/地下通道的回路；
[0324] 图48示出了另一种具有流体式天桥/地下通道的回路；
[0325] 图49示出了界面张力的变化如何影响流体滴的形状；
[0326] 图50示出了流体滴的阵列；
[0327] 图51示出了用于在阵列中制备流体滴的过程的示意图；
[0328] 图52示出了将流体添加到阵列中的流体滴的过程的示意图；
[0329] 图53示出了通过重新定位流体来制备微流体布置的示意图；
[0330] 图54(i)至(iii)示出了通过重新定位流体产生的微流体布置；
[0331] 图55示出了通过重新定位流体产生的另一微流体回路；
[0332] 图56A至56D示出了通过重新定位流体产生的方形腔室的阵列；
[0333] 图57示出了微流体布置中腔室体积随时间减小的曲线图；
[0334] 图58示出了微流体布置的示意图；和
[0335] 图59示出了流体滴中的压力比与体积比的曲线图。
[0336] 图1示出了简单的微流体布置100，其中两个流体滴102、104通过流体通道106流动连接，流体滴102、104和流体通道106均由以给定的形状布置在表面108(例如塑料培养皿)上的第一流体110形成。不混溶的第二流体112(在本示例中为环境空气)覆盖第一流体110。在两种不混溶流体110、112之间通过界面张力产生的流体界面114限定了流体110布置在表面108上的形状。
[0337] 优选地，选择表面108和流体110以确保它们之间存在足够的界面张力，以在表面108上保持流体110给定形状。这可以通过流体110和表面108均为亲水性的来实现。或者，流体和表面均可以是疏水性的。
[0338] 图2A和2B示出了微流体布置200，其中两个流体滴202、204通过流体通道206连接，类似于前面所述，但其中布置在表面208上的第一流体210被不混溶流体212(在本示例中为液体)覆盖。例如，第一流体210可以是水溶液，第二不混溶流体212可以是碳氟化合物(例如，单一化合物全氟三正丁胺，(例如3M Fluorinert TM FC-40)，和/或全氟三正丁胺混合物(例如3M Fluorinert TM FC-40)，与全氟正二丁基甲基胺；1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟丁基-N，,N-双(九氟基丁基)-1-丁胺-1,1,2,2,3,3,4,4,4-九氟丁基-N-(九氟丁基)-N-(三氟甲TM基)-1-胺(1:1)，C21F48N2，CAS登记号51142-49-5，和/或3M Fluorinert FC-77，全氟三正丁胺，CAS编号86508-42-1，和/或3M Fluorinert TM FC-40，全氟三正丁胺，CAS编号86508-
42-1，在下文统称为FC40)。流体212的覆盖层由矩形培养皿的边缘周围的固体壁保持。
42-1，在下文统称为FC40)。流体212的覆盖层由矩形培养皿的边缘周围的固体壁保持。
[0339] 使用“被动”泵送方法(例如，通过流体静压差和/或拉普拉斯压差)，而不是“主动”泵送方法(例如使用注射泵)，将流体理想地运输通过本文所述的微流体布置。在图2A所示的微流体布置200中，两个流体滴202、204具有基本相等的高度，并且表面208基本上是水平的，其中重力在垂直方向上起作用。由于共同的界面张力和曲率，流体滴202、204具有相同的拉普拉斯压力，因此流体滴202、204之间经由互连流体通道206的流体连通将仅通过扩散被动地发生。
[0340] 对于基本上水平的表面，可以通过在流体滴202、204中创建拉普拉斯压差来启动被动泵送。这可以通过改变流体滴202、204的体积并由此改变它们的曲率半径来实现。当流体滴202、204之间存在拉普拉斯压差时，将开启从较高压力的流体滴到较低压力的流体滴的流动。例如，对于布置在相同的、基本上水平的表面上但具有由流体通道连接的不同体积的两滴相同的水溶液，将从较小的流体滴到较大的流体滴的流动。流体滴202、204之间的拉普拉斯压差还可以通过改变流体滴的界面张力来实现。
[0341] 启动被动泵送的另一种方式是将其上布置有微流体布置的表面倾斜离开水平位置。图3A和3B示出了与图2A基本相同(具有相似编号的特征)的微流体布置300。然而，在图3A中，微流体布置300被定向为使得流体滴304升高到高于流体滴302，其中流体滴302、304两者仍然被不混溶流体312覆盖。此时流体滴302、304各自上方的不混溶流体312的量不同，因此如果不混溶流体312的密度比布置在表面308上的流体310的密度大，则流体静压(由第二流体312分别施加到每个流体滴302或304上的PA或PB)是不同的。
[0342] 在图3A中，表面的倾斜引起PA>PB的流体静压差，这导致流体310逆着抵抗重力“上坡”，通过微流体布置300从较低的流体滴302通过微流体布置300流向升高的流体滴304，这归因于第二流体312施加在较低的流体滴302上的流体静压高于施加在升高的流体滴304上的流体静压。应当理解，可以以其它方式倾斜表面308来颠倒流动方向，使得流体滴302升高到高于流体滴304，由此使不混溶流体312在较低的流体滴304之上的流体静压更大，使得流向升高的流体滴302。
[0343] 相反，如图3B所示，如果不混溶流体312的密度低于流体滴302、304(例如，如果流体滴是含水的，则不混溶流体312为碳氢化合物或气体)，则流动会由于升高的流体滴302中流体的重力作用而发生“下坡”，从升高的流体滴302流向较低的流体滴304。类似于如上所述，应当理解，可以以其他方式倾斜表面来颠倒流动方向。
[0344] 可以通过不混溶流体312(对于流体310)的相对密度，和/或流体滴302、304(分别)相对于水平位置的相对高度差hA，hB，和/或互连流体通道306的长度，和/或互连流体通道306的横截面积来控制流速。因此，可以控制流体滴302、304之间通过互连流体通道306的流动方向，而不考虑流体滴302、304的含量。
[0345] 对于不同尺寸的流体滴，流动连接的流体滴之间的高度差hA，hB必须足以克服拉普拉斯压差，这些压差应当对抗流体滴之间的期望流动方向。可以通过将表面308返回到水平位置来随时中断流动。
[0346] 可以使用诸如亲水性探针(如果流体210、310是亲水性的)这样的物体来中断或恢复通过流体通道的流动。例如，可以通过将探针拖拽过提供互连流体通道206、306的流体连续轨迹(continuous trail)来“切割”流体通道206、306，从而中断流体滴202、204；302、304之间的流动。可以通过以类似于在电路板上的点之间进行焊接的方式，沿着流体的中断轨迹(即，穿过流体通道206、306的切割点之间的间隙)拖拽亲水性探针来再次提供流体的连续轨迹，从而重新建立流体滴202、204；302、304之间的流动。
[0347] 在原理验证实验(未示出)中，将两个含水滴(2-10μl)沉积(通过空气)到水平布置的培养皿的亲水表面上。其中一个含水滴含有染料；另一滴是无染料的。将干燥的亲水性探针从无染料含水滴中拉到含染料含水滴中以形成高度约为5-100μm的互连流体通道。接下来，将碳氟化合物(FC40)形式的不混溶流体倒入培养皿中，以在不改变微流体布置的情况下在两个相互连接的含水滴上形成隔离屏障并防止含水溶液蒸发。在一段时间内，染料能够通过互连流体通道从一个含水滴扩散(或被泵送)到另一个含水滴。
[0348] 在另一个实验中，证明了生物相容性；再次，使用在培养皿的亲水表面上提供的并通过流体通道连接的两个含水滴，其中微流体布置覆盖有碳氟化合物(FC40)形式的不混溶流体。在本实验中，类似于上文结合图3A和3B所述的流体输送方法，重力被用来将药物(在一个示例中是细胞因子，肿瘤坏死因子α)从一个含水滴转移到另一个含水滴，从含有在生长培养基中的药物的流体滴转移到含有在生长培养基中培养皿表面上生长的细胞的流体滴。在本示例中，细胞含有编码(绿色)荧光蛋白的基因，该(绿色)荧光蛋白在用细胞因子处理后被呈现，由此清楚地证明流体输送。
[0349] 在实验过程中，如图3A所示，升高培养皿以增加FC40在包含药物的流体滴上的垂直高度。这会导致培养基与药物一起从流体滴“上坡”流动到含有细胞的升高的流体滴。接下来，将培养皿置于常规培养箱中以使细胞响应细胞因子并表达(绿色荧光)蛋白。如上所述，可以通过升高培养皿的另一侧来颠倒流动的方向，并且可以通过不混溶流体的相对密度和/或两个流体滴之间相对于水平位置的高度差和/或流体滴之间的距离和/或连接流体通道的长度或宽度来控制流速。
[0350] 图4A和4B示出微流体布置400用于混合包含不同试剂(分别使用红色和绿色染料，在图4B中的照片中显示了浅色的流体滴402和深色的流体滴416)的两个流体滴402、416的基本功能，然后将流体滴402、416递送至第三流体滴404，从而复制通常在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中制造的普通微流体布置。在这里，层流(laminar flow)由流体滴之间的拉普拉斯压差和流体静压差驱动。
[0351] 图4A示出了该稍微更复杂的微流体布置400的俯视图，其在图4B所示的实验中用FC40覆盖。在图4B中所示的微流体布置400的平面和侧视图(在三小时的操作后获得)中，在从上方(顶部)和侧部(底部)的视图中，可以清楚地看到来自浅色滴402和深色滴416的染料在接合处(或“交叉处”)430处汇合前分别如何从它们的分支流体通道418、420流动，并且以时间受控的方式一起流动到第三流体滴404。图4B中的放大视图示出了流体通道418和420的接合处430。塑料基底的底部表面的反射使得产生从图4B中的侧视图中可以看到的通道的双重图像。
[0352] 将用于浅色滴402的流体通道418的分支部分的长度设置为约用于深色滴416的流体通道420的分支部分的长度的一半(在它们在接合处430处相交之前)会导致来自浅色滴402的染料的流速约为来自深色滴416的染料的流速的两倍(假设流体通道418、420具有相似的横截面)，这是由于通过流体通道418、420的流动是层流。因此，通过改变接合处430之前的流体通道418、420的长度，可以控制不同试剂的流速以及由此所得到的第三流体滴404中的相对浓度。
[0353] 图5(i)至(v)示出了通过更复杂的微流体布置(从一个大流体滴到第二个单个流体滴(“节点”)，然后分裂成三个流体滴)的染料着色水溶液的流体静力学(重力)驱动转移，该更复杂的微流体布置提供在培养皿上并覆盖有不混溶流体(碳氟化合物，FC40)。该微流体布置以一段时间内从上方获得的系列视图(i)到(v)示出，其中三个流体滴被升高，由此流体由于较大流体滴上方的碳氟化合物的较高高度所导致的较大流体滴上的较大流体静压，而由此流体在14小时内从较大流体滴转移到三个流体滴(经由第二流体滴)。图5(i)至(v)中所示的微流体回路是通过在作为储液器(reservoir)的表面上沉积许多流体滴作为储液器而产生的，然后手动在表面上拖拽尖端越过表面以形成连接这些流体滴的通道而形成的。再次，塑料基底的底部表面的反射使回路出现了回路的双重图像。
[0354] 在上述实施方式中，可以使用填充有第一流体的合适的流体输送装置(“笔”)在表面上布置流体通道。当笔被拖拽过表面时，它会沉积流体痕迹，从而当用不混溶的第二流体覆盖时在表面上提供流体通道。
[0355] 例如，可以使用例如移液器(或其他合适的流体输送装置)，在该过程中的任意时刻向任意的流体滴中添加流体或从任意的流体滴中提取流体，以改变流体滴中的拉普拉斯压力，并以此引起流动。在如图6A至6C所示的示例中得到论证。在图6A中，所提供的微流体布置600包括通过流体通道606相互连接的两个流体滴602、604。在图6B中，使用装有流体(例如RPMI细胞培养基)624的移液器622将流体添加到位于微流体布置600右侧的(第二)流体滴604。在图6C中，再次使用移液器622将另一流体(例如，有色染料)626添加到位于微流体布置600左侧的另一(第一)流体滴602。
[0356] 如上所述，由于两个流体滴602、604的拉普拉斯压差和流体静压差，当微流体布置600处于基本水平位置时，包含有色染料626的第一流体滴602的流体将会发生受控流动。可变流速可以通过倾斜微流体布置600使其倾斜来实现，以便使用流体滴之间的流体静压差。
例如，如果包含较大量流体的(第二)流体滴604升高到高于另一(第一)流体滴602，则第一流体滴602上的较高的不混溶流体将引起流体“上坡”流动(即，抵抗重力)到第二流体滴
604。可以通过改变倾斜的角度来改变流速。使用液体(而不是气体)作为覆盖提供流体腔
602、604和流体通道606的流体的不混溶流体可以提供最佳流速控制。
例如，如果包含较大量流体的(第二)流体滴604升高到高于另一(第一)流体滴602，则第一流体滴602上的较高的不混溶流体将引起流体“上坡”流动(即，抵抗重力)到第二流体滴
604。可以通过改变倾斜的角度来改变流速。使用液体(而不是气体)作为覆盖提供流体腔
602、604和流体通道606的流体的不混溶流体可以提供最佳流速控制。
[0357] 在另一个实施方式中，将一滴第一流体沉积到表面上，然后使用已经用相同流体润湿的探针(或“笔”)的尖端将流体从流体滴拖拽过表面，以创建流体痕迹。该过程用于创建图5中的通道。该流体痕迹优选地提供将该滴流体与沉积在表面上的另一滴流体连接的流体通道。该方法得益于不需要任何额外的流体来创建流体通道。
[0358] 在又一个实施方式中，可以通过已经覆盖表面的不混溶的第二流体将第一流体沉积到表面上。理想地，该流体通过不混溶液体引入，使其与表面直接接触，其中如果该流体的密度大于不混溶流体，则流体与表面直接接触会不可避免地发生，因为流体会通过不混溶流体沉落至表面。当然，第二流体可以是环境空气。
[0359] 然而，如果不混溶流体的密度大于流体密度，可能是流体是水溶液而不混溶流体是碳氟化合物(例如FC40)的情况，则该流体必须通过不混溶流体直接沉积到亲水性(在本示例中)表面。这样使得水溶液和表面之间的界面张力可以抵消两种流体之间的浮力差异的影响，以将水溶液保持在不混溶流体的底部并附着到表面。
[0360] 在另一个实施方式(未示出)中，可以在表面上提供一个或多个流体通道，而不提供流体滴。随后可以使用移液器或类似的流体输送装置在稍后的阶段添加流体滴，以在流体通道的任一端的表面上沉积流体滴。
[0361] 在另一个实施方式中，在表面上提供具有极小接触角的一个或多个流体滴(或其他特征)。由于接触角小，流体滴可以接收另外的流体，而不会影响流体滴的印迹(footprint)。这样可以更容易地放置具有限定的钉扎线(pinning line)以及明确限定的拉普拉斯压力和高度的流体。
[0362] 在又一个实施方式中，可以通过用吞没在不混溶流体内的一连串的流体滴预先填充 (本文也称为聚四氟乙烯或PTFE)管(或类似布置)来创建微流体布置。然后可以将一个或多个流体滴与覆盖它的不混溶流体几乎同时沉积在表面上。例如，这可以通过将管连接到例如注射泵上，并使用管的尖端以与可以使用笔来绘制的相同方式在表面上绘制第一流体的期望形状来实现。
[0363] 例如，如果流体滴是水溶液，则管首先填充有不混溶流体，例如碳氟化合物(例如FC40)。例如，之后随着管的端部连续浸入(在“退出”模式期间)或离开(在“停止”模式期间)容纳在96孔板的不同孔中的水溶液，泵循环通过“退出”和“停止”模式。
[0364] 交替浸渍过程使管装载一连串吞没在不溶混液体内的水溶液的流体滴，这将“润湿”管壁，使得水溶液滴(以及其中的任何水溶性试剂)决不会接触管壁。因此，该管可以装载一系列不同的流体滴(如果在装载过程中浸入含有不同水溶液的不同孔中)；每一滴水溶液通过不混溶液体与下一滴分离。
[0365] 一旦以这种方式装载，附接到管的泵就可用来将吞没在不混溶液体中的水溶液滴喷射到表面上，其中流体和表面之间的界面张力以在表面上沉积的形式保持微流体布置的图案。
[0366] 在又一个实施方式中，可以通过使用疏水性尖端来重新定位流体以将其从不需要的区域清除来创建微流体布置，从而使剩余的流体形成期望的微流体布置。在一示例中，含水流体层沉积在基底上。在此阶段，含水流体未形成图案化，而仅在表面上形成薄膜。之后沿着表面拉着尖端，其中该表面取代从而移动某些区域的含水流体并将其留在其他区域中以形成期望的形状。例如，为了形成一排方形腔室的阵列，则绘制制网格线。更复杂的形状同样是可能的。在含水流体被重新定位并被另一种相对稠密的流体(与气体相比)例如碳氟化合物替代的情况下，这种取代是特别有效的。该碳氟化合物在形成图案定型之前将该碳氟化合物被方便地覆盖在含水膜上。例如将亲氟、疏水尖端(例如聚四氟乙烯(PTFE)尖端)浸入覆盖层中，然后通过含水膜到达表面。碳氟化合物取代并替代含水膜被位移(displaced)并被碳氟化合物取代。由于该尖端是亲氟性的，因此它会与碳氟化合物一起拖动并帮助替代取代的水溶液。这将参考图53在下面更详细地描述。
[0367] 图7示出了在实验性的微流体布置中互连流体滴之间的流体的形成以及流体的流体静压驱动运输的示例。在适用于贴壁细胞系的聚苯乙烯细胞培养皿(提供表面)中形成多个流体通道，并用碳氟化合物覆盖。实验按如下方法进行：
[0368] (i)在水平方向上，RPMI(无血清细胞冻存)培养基的十个1μl流体滴通过十个长度为20mm的流体通道连接，该十个流体通道通过注入培养基通过钝的不锈钢针形成，理想地位于基底表面的上方；然后使用机器人以预先设定的顺序移动针。有效地，在针(“笔”)和亲水表面之间形成液体“桥”，以允许含水流体通过针相对于表面的运动在表面上形成任意图案。为了创建流体通道，将注射泵设置为在10mm/s的移动速度下以300nl/sec的速度沉积流体。在40个随机位置测量所得流体通道的宽度，发现其为484μm，标准偏差小于平均值的4％。随后用FC40覆盖回路。
[0369] (ii)将4μl(红色)染料溶液添加至第一排1μl流体滴，并且在加入染料后约1小时拍摄照片，以证明在保持水平方向时，(红色)染料没有流过流体通道。
[0370] (iii)流体滴在不同的相对高度下流动。将培养皿(表面)相对于水平位置倾斜7°的角度(即，移动着色有色(红色)流体滴低于(无色)的培养基流体滴)，这导致流动从该排红色流体滴朝着图7底部所示的较高流体滴通过通道(即，流动是“上坡”)；在改变培养皿的角度之后直接拍摄图像约60s，这可以指示各种通道中流动的可重复性。在这里和下一个图板中看到的较淡的流体滴是主流体滴在培养皿底面的反射，并且它们由于培养皿的倾斜而出现在主流体滴之间。
[0371] (iv)由于通过流体通道供给的(红色)染料的添加，(无色)培养基滴开始变大，在倾斜培养皿和开始流动后的400s拍摄该图像。
[0372] (v)显示了典型的流体回路的侧视图，该流体回路显示两流体滴最终具有相似的尺寸，并且红色染料已经从一个流体滴转移到另一个流体滴。
[0373] 图8示出了具有通过流体滴之间的拉普拉斯压差和流体静压差的组合驱动进行的层流的浓度梯度“装置”的示例。使用0.61mm外径(不锈钢)针(未示出)，以600nl/sec的恒定注入速率形成流体通道。改变针(在表面之上)的移动时间使得在那些位置形成流体滴。在中间合并位置之后，较大流体通道的宽度通过在创建时将在接合处之后的每个流体通道的位置偏离0.5mm获得。此类装置通常在水平表面上操作，沉积到流体滴(使用移液器尖端)的初始沉积体积的源流体滴(左)为10μl，汇集(sink)流体滴(右)为20μl。流体通道覆盖有4mm高度的碳氟化合物。
[0374] 更详细地说，图8示出了以下内容：
[0375] (i)使用双“入口”装置创建浓度梯度。提供(分支)入口的流体通道宽度为600μm，梯度流体通道(在相交/接合之后)宽为1030μm。源流体滴(source fluid drop)的流动导致浓度梯度和流动方向，其中浓度梯度垂直于并沿流动方向的浓度梯度。接合处的放大(“插入”)图像显示流动期间接合处的相差像(phase-contrastimage)和明场像(bright-field image)。
[0376] (ii)(i)中“装置”的侧视图，示出了连接流体通道的高度。另外值得注意的是，“汇集(sink)”流体滴会导致混合溶液，因此该装置也可用作混合器。
[0377] (iii)三入口梯度发生器，入口流体通道宽600μm，梯度流体通道(接合之后)宽1550μm。流体滴初始为1μl体积。为了开始流动，将10μl培养基，10μl红色染料，10μl蓝色染料和20μl培养基分别手动移液到左侧的流体滴和汇集流体滴中。插图示出了在形成之后和操作过程中的接合处，其中较淡的(红色)流体流在接合处之后变窄，由于较高的速度和高度，在三个流体流的中心处形成“流动聚焦”。
[0378] (iv)(iii)中“装置”的侧视图，示出了流体通道和流体滴的高度。
[0379] 图9示出了类似于图8中形成的那些微流体布置的微流体布置(并且该微流体布置还具有由流体滴之间的拉普拉斯压差驱动的层流)，其中：
[0380] (i)示出了在将溶液沉积到流体滴之前形成的微流体布置。放大的“插图”示出了操作过程中(相差像和明场像)流体通道之间的接合处。
[0381] (ii)示出了与图8iii相同的装置，其中，颠倒左侧的源流体滴中的(红色)染料和细胞培养基流体。放大的“插图”示出了操作过程中期间(相差像和明场像)流体通道之间的接合处。
[0382] (iii)示出了用于创建浓度梯度的五入口“装置”，或者示出了灌注系统，其中细胞可以在更宽的流体通道的表面上生长，同时暴露于5种不同的溶液。
[0383] [每张图像中的流动为从左到右]
[0384] 在一些应用中，希望长时间保持通过层流的恒定的流动。一个应用示例是将在通道中的一个位置处生长的贴壁细胞暴露于恒定浓度的药物(其在图8和图9中用蓝色染料示出的示例中表示)，以及将处于不同位置的细胞暴露于不同浓度(但浓度恒定)浓度的相同药物。图8和图9所示的Y形(以及三叉形和多供给入口)回路可用于这样做；现将更详细地描述如图8(i)和9(i)所示的简单Y形回路的合适方案。首先，从左侧(左上方和左下方)的每个流体滴中移除一些培养基，然后将少量蓝色染料添加到左上方的流体滴中，并将等量的培养基引入左下方的流体滴。目前，左侧的两个流体滴比右侧的流体滴具有更大的曲率，由此拉普拉斯压差将培养基从左向右驱动培养基。在接合点(细胞在通道中生长的地方)之后，两流体流并排流动(图8(i)和9(i)中的下部插图论证了接合后的层流)。在此层流期间，蓝色染料从顶部流向底部流扩散；随后，下部流中蓝色染料的浓度沿着通道的长度逐渐增加，因此只要流动以相同的速度持续，该通道中任意点处的细胞都会暴露于恒定的药物浓度。
[0385] 随着时间的推移，左右流体滴之间的拉普拉斯压差下降，并且随着流体从左侧的较小流体滴转移至右侧的较大流体滴而流动减小。因此，使左侧的流体滴中具有尽可能大的体积，同时保持适当的拉普拉斯压差是有用的。这可以通过复制(或三倍或更一般地增加)左侧的输入流体滴和通道的数量以创建4-导管通道(或6-导管通道等)接合处来实现。由于流动与压差成正比(压力取决于曲率，由此取决于流体滴的半径)，并且源流体滴的体积与半径立方成比例，所以可以增加源流体滴的体积。因此，拉普拉斯压力为30Pa的一个左侧流体滴可以被两个拉普拉斯压力各自为15Pa的流体滴替换(以保持相同的流速)，实现8倍的体积增加。
[0386] 图10示出了图9所示的类似“装置”，但该“装置”具有由重力驱动的层流，其中流体滴和互连通道的微流体布置由被(环境，大气)空气覆盖的流体形成，该(环境，大气)空气作为限定表面上的布置的不混溶流体。该“装置”通过倾斜表面并利用重力来操作。表面的角度和拉普拉斯压差决定了流速。结果发现，当在高湿度环境中使用该“装置”时，在5个小时后没有发现流体通道的尺寸有明显变化。
[0387] 图11示出了微流体布置的示例性阵列，提供了用于创建浓度梯度或灌注实验的流体“装置”。图中可以看到12个独立的微流体回路的2×6阵列，每个回路具有三叉形状，具有三个入口流体滴，这些入口流体滴在接合处连接以形成更宽的通道，然后结束于汇集的流体滴。
[0388] 图12示出了水平表面上的三个连接的流体滴之间的流体转移，在流体滴之间由拉普拉斯压差驱动。该流动将蓝色染料从左侧的最小流体滴驱动到右侧的较大流体滴。更具体地：
[0389] (i)运行30分钟后，由于不同曲率引起的拉普拉斯压差(以及由流体滴上方的密度较大的第二流体的不同高度引起的流体静压)，(蓝色)染料已开始转移至中间流体滴。
[0390] (ii)运行12小时后，第一流体滴几乎已经排空，其流体转移至中间的流体滴，中间流体滴的流体已经转移至右侧的流体滴。
[0391] 图13示出了用于提供“稀释发生器装置”的更复杂的微流体布置。顶部的矩形储液器(reservoir)连接到三个不同长度的通道。
[0392] 图14是显示经由0.66mm宽的流体通道，在具有体积为18μl的水平表面上的流体滴和具有体积为20μl的流体滴之间泵送的流体的流速(以微升每秒)随时间的曲线图。拉普拉斯压差与流体静压差相结合可以实现泵送。随着时间的推移，流体滴之间的压差减小并且流速降低。
[0393] 结果还发现，第一流体可以沉积在表面上以限定允许干燥的微流体布置，并且随后可以通过向表面上的相同位置添加更多的第一流体来重构该微流体布置。例如，流体回路可以在空气中形成，并且允许液体蒸发；然后将变干的溶质留在表面上以在表面上留下回路的图案，如图15A所示。然后在稍后时间可以通过向回路的每一端添加大量的亲水性流体，再水化变干的回路。图15B显示流体从每一端朝向中部芯吸(wicking)(流动)，以填充变干的通道。如图15C所示，一旦变干的流体通道完全再润湿，微流体布置(在图15A至15C所示的示例中为两端均具有圆形流体滴的直通道)就可以以常规方式使用。
[0394] 图16A显示已被允许干燥的微流体布置(三叉形回路)的更复杂图案。在图16B中，通过将一定体积的亲水性流体添加到右侧的每个圆形储液器(流体首先添加到底部的储液器，最后添加到顶部的储液器)，流体通道被再水化。图16C示出了微流体布置再次完全润湿，备用。
[0395] 图17示出了分别在(i)空气和(ii)碳氟化合物(FC40)中形成不同宽度的流体通道。使用与前述相同的方法，在(i)对大气开放的细胞培养皿和(ii)含有碳氟化合物的细胞培养皿的清洁表面上形成流体通道。结果发现，与在空气中创建的流体通道相比，在碳氟化合物中创建的流体通道的宽度减小了20％。两幅图像均使用带有明场光源的显微镜检验对比法拍摄。
[0396] 图18示出了布置成提供单独的反应室的流体滴1802(或“反应室”)的阵列，这些流体滴没有通过流体通道连接。流体滴1802的阵列可以被与第二流体不混溶的第三流体覆盖。如果需要，可以以不同的浓度将等分的流体添加到或移除出每个流体滴1802。例如，可以将等分的另外的流体添加到流体滴1802中以在该流体滴内完成反应。
[0397] 下面将通过以下示例描述形成流体滴和/或通道的方法。
[0398] 外径0.49mm的钝针通过直径220μm的PTFE管连接到预填充有RPMI培养基的注射器，由Harvard Ultra系列的注射泵控制。针连接到3D导线系统(3D traversesystem)(Z-400，CNC Step步骤，德国)。使用预编程系统，在水平方向上将针尖靠近培养皿的底部。
[0399] 为了形成包含连接两个流体滴的单一流体通道的一个回路，将注射泵设定为以300-2000nl/sec的速度注入，同时保持针在固定位置，由此在基底上形成流体滴。然后以来自注射泵的固定注入速度(300-2000nl/sec)，针沿着表面以固定的速度(2-20mm/s)来回移动以形成流体通道。一旦针已移动到所需的流体通道的长度，移动停止，使用相同的注射泵注射条件形成第二个流体滴。然后将针从基底表面撤回，并且重复相同的顺序以形成任意数量的另外的流体通道。
[0400] 为了防止沉积的流体蒸发，之后使用碳氟化合物(不混溶流体)覆盖流体通道和流体滴。可选地，流体通道和流体滴可以形成在碳氟化合物的预填充储液器中，当形成过程可能花费大量时间时，例如绘制出数百个流体通道时，这种替代方法是有用的。通过简单添加多达10个注射器到相同的注射泵中可以很容易地制造平行流体通道，并以此回路形成速度提高一个数量级。
[0401] 图19(i)-(v)示出了说明示例性多通道“径向混合器”微流体布置的一系列图像。图19(i)示出了表面(6-cm的聚苯乙烯培养皿)上的微流体布置，没有任何染料。在图19(ii)中，染料已被添加到每个流体滴中，将其沿着每个流体通道朝向中央连接的流体滴逐渐输送，如图19(iii)所示。图19(iv)显示分离的流体一旦到达中心流体滴就开始混合在一起，在图(v)中，示出了来自微流体布置的边缘周围的各流体滴的分离流体在中心流体滴中混合在一起。该流动由周边流体滴和中心流体滴之间的拉普拉斯压差驱动。
[0402] 图20至23示出了可以使用本文所述的方法创建的几个其他示例性的微流体布置。
[0403] 图20示出了一种“连续稀释发生器(dilution series generator)”装置，其中，在第一步骤中建立来自橙色储液器的流体滴(左下)的流动，在第二步骤中建立来自蓝色储液器的流体滴的(右上)的流动，使得不同数量的橙色和蓝色染料沉积在10个分支流体滴中。在这两个步骤中，流动均由拉普拉斯压差驱动。
[0404] 图21示出了类似于图20中所示的示例的可选“连续稀释发生器”装置，但该示例中的分支流体滴具有不同长度的供给通道(5个短的，4个长的供给通道)。上图示出了在加入橙色染料(到顶部的通道的左手端)之后但在加入蓝色染料之前的回路；下图示出了添加蓝色染料(到顶部的通道的右手端)之后的回路。
[0405] 现通过以下示例描述引起流体流动的方法。喷嘴(例如钝针)通过填充管与周边环境压力相同的流体储液器连接。此处，当喷嘴尖端降低到储液器水平以下时，所产生的小的静压头(hydrostatic head of pressure)驱动喷嘴尖端的流体。当尖端的流体滴形成半球时，系统中的压降变得最大。如果静压头不足，则跨越喷嘴尖端上的流体滴界面上的拉普拉斯压力将停止流动。如果使喷嘴尖端处的液体开始与表面接触，则在喷嘴和表面之间形成液体桥。这减少了喷嘴尖端处液体的曲率，从而降低了拉普拉斯压力。随后，流体从尖端流出，流速与静压头成正比。当尖端从表面缩回时，由于喷嘴尖端的拉普拉斯压力增加，流动再次停止。这是如何控制首先橙色染料溶液和之后的蓝色染料溶液流动通过图21所示的回路。这种布置也可以用来通过沿着表面移动喷嘴来绘制回路。
[0406] 图22示出了“八通道混合器”的布置。右上角的插图显示了接合处的层流。图23示出了“八通道分路器”的布置；两者均采用流体滴之间的拉普拉斯压差来驱动流动。
[0407] 可以使用Nunclon“delta”表面的直径60mm的细胞培养皿作为形成微流体布置的基底，例如，图23中使用以及许多其他示例性示例中使用。一些细胞培养皿经等离子体(plasma)处理用于细胞培养；这也可以为形成微流体回路提供有用的表面特性。
[0408] 常规的微流体回路是嵌入在固体(solid)(通常是塑料)中，并且回路中的流体被固体壁限制。本文描述的回路是形成在均匀的、平坦的未图案化的表面上，并且它们被流体(例如空气、油、FC40)-而不是固体壁限定到表面的特定区域。未被固体壁包含的常规开放微流体回路要么通过在平坦表面中形成凹槽以限定回路形貌来制备，要么通过化学修饰(功能化)表面以限定不同的疏水性区域和亲水性区域从而限定回路形貌来制备。相比之下，本文所描述的微流体布置形成在平坦且具有均匀表面化学性的未图案化表面上。
[0409] 微流体布置的一些关键因素在于：
[0410] ·具有流体(不是固体)壁；
[0411] ·流体1和表面之间的界面面积小于流体1和流体2之间的界面面积；
[0412] ·可以通过添加与现有通道一致的流体和/或通过向储液器添加流体来将流体通过网络(network)泵送；
[0413] ·在流动方向上通道可能变形(morph)并具有变化的横截面积/形状/高度(这是由于压力梯度的发生，进而导致曲率半径变化)；在没有流动的情况下，通道沿着其长度可以具有均匀的形状和高度(假设通道印迹沿其长度是均匀的)。
[0414] ·从回路/阵列添加或移除流体可能会改变不混溶流体之间的界面面积；
[0415] ·回路/阵列的特征的横截面形状和面积可能变形/变化；
[0416] ·当流体正流经通道时，或当流体被添加到流体滴或回路中时(假设微流体布置的印迹不变)，通道的高度可能沿着通道的长度而变化；
[0417] ·在平坦和/或未图案化的表面上形成，而不是例如在由表面中的凹陷形成的通道中形成；
[0418] ·流体可以被添加到(或移除出)通道或流体滴的任何点(因为很容易从表面上方的所有方向接近所有点)；并且
[0419] ·当流体在系统中正在泵入并且通道位于水平面上时，储液器在入口和出口处将具有不同的形状(尽管它们具有相似的几何印迹)。
[0420] 下面将更深入地说明本微流体布置的各种特征以及用于设计本微流体布置(回路和流体滴阵列)的设置。
[0421] 流体滴的形状
[0422] 孤立的流体滴的形状-尤其是它们的印迹-非常重要，以便
[0423] (i)将尽可能多的流体滴装入平面表面上的高密度阵列中，
[0424] (ii)确保相邻的流体滴不融合，并且
[0425] (iii)在不改变印迹的情况下能够在流体滴中添加/移除流体(这将允许平坦表面上的流体滴的阵列替换微量滴定板)。
[0426] 考虑孤立的水滴在空气中的表面上具有圆形印迹(类似于覆盖有FC40的圆形含水滴的阵列的图18所示的装置)。接触角(流体滴接触固体的角度)由(固体/水)、(水/空气)和(空气/固体)之间的界面张力决定。由于接触角滞后，可以形成大于平衡接触角的前进(最大)接触角和小于平衡接触角的后退(最小)接触角。可以将一定量的另外的水加入至(或移除出)流体滴而不会改变圆形印迹；接触线定义印迹界限为“钉扎(pinned)”，并且接触角增大(或减小)到前进最大接触角(或后退或最小接触角)的界限。然而，如果添加(或移除)水以改变接触角超过这些界限，则印迹的表面积增大(或减小)。当流体在给定表面上不能很好地钉扎时，向流体中添加亲水性分子可以帮助减小接触角并有助于钉扎。
[0427] 现比较空气中聚苯乙烯表面上的大致为半球形的水滴的形状与FC40下相同体积的水滴的形状；在平衡状态下，空气下的圆形印迹的直径大于FC40下的圆形印迹的直径(因为FC40下的接触角较高)。现考虑添加FC40覆盖层对空气中创建的水滴形状的影响；“钉扎(pinning)”确保印迹的直径保持不变。而且，可以添加(或移除)更多的水而不改变印迹的面积。例如，在培养物处理过的聚苯乙烯基底上，空气中具有约50度的平衡接触角的细胞培养基流体滴在被FC40覆盖时具有约70度的平衡接触角，从而允许添加约60％的另外的流体而不改变润湿的印迹区域，同时保持由球冠所表示的形状。实际上，由于前进接触角大于平衡接触角，所以甚至可以添加更大的体积。此外，当流体滴足够大时，浮力效应会变得重要，甚至可以将更多的流体添加到初始的流体滴尺寸。
[0428] 以下示例说明了上述钉扎效应的结果。在第一示例中，在空气中的聚苯乙烯表面上绘制约0.27μl的水滴，该水滴具有直径3mm的圆形印迹；该水滴具有约5度的接触角(这小于平衡接触角，因为相对于润湿区域具有如此小的体积)并且最大高度约为0.075mm。该水滴的(高度:宽度)纵横比约为(1:40)。由于“钉扎”失败，在印迹增加之前，将多达2.5μl添加到此水滴。如果水滴是在FC40下而不是空气下，则在印迹增加之前可以添加4.32μl。在第二示例中，约0.27μl的水滴具有4mm直径的印迹和约2度的接触角。在这个示例中，流体滴具有约0.04mm的高度。该流体滴的(高度:宽度)纵横比约为(1:100)。在不增加印迹的情况下，流体滴可以在空气中含有多达6.3μl，在FC40下可以含有多达10.2μl。因此，在不改变印迹的情况下可以添加流体滴中许多倍的流体。决定任意其他直径的流体滴所包含的流体的体积是直径立方的比率-因此直径1mm的流体滴拥有直径4mm的(1/4)3体积(在空气中约100nl，在FC40中约156nl)。
[0429] 和较大的水滴在一起，FC40覆盖层具有另外的作用，即，可以在不改变印迹的情况下将更多的水添加到聚苯乙烯表面上的预先存在的水滴中。和较大的水滴在一起，重力变得更重要；它通过(密度较大)FC40和水之间浮力密度的差异起作用，与“钉扎”相结合。向FC40下的“钉扎”水滴添加更多的水最初会增加水滴的垂直高度，而不会增加印迹面积(因为水倾向于通过FC40上涨而上浮)。这意味着可以将更多的水添加到水滴而不增加印迹(即，水滴变高，具有柱形或钟形)-这可以允许在具有上述优点的情况下具有更紧密的水滴间隔。
[0430] 使用在如上所述的表面上“拖拽”流体的方法允许创建具有非圆形印迹(例如，方形、六边形或星形而不是圆形)的流体滴。例如，为了创建方形的流体滴，边对边拖拽绘制许多直线流体(长度相等)，使得相邻的通道合并以形成方形。在具有方形印迹的流体滴的阵列的情况下，印迹可以占据基底面积的更大部分(这可能是有利的-例如有利于最大化在每个流体滴中生长的贴壁细胞的数量)。在空气中的表面上的一点处沉积的情况下，具有以这种方式印制的方形印迹的流体滴中流体的高度可以远小于具有等体积并具有圆形印迹的流体滴中流体的高度。
[0431] 在一示例中，期望在组织培养皿表面上的流体滴中均匀分布人类贴壁细胞。在一个示例中，将一滴细胞生长培养基沉积在空气中的表面上，然后将悬浮液中的细胞加入到该培养基流体滴中(无钉扎)；细胞倾向于快速下落到表面，同时流体滴的圆形印迹的半径缓慢增加到其平衡状态。这可能导致印迹中间的细胞集中，外周的细胞较少。下面考虑印制相同体积的生长培养基以形成具有更大印迹和更平坦轮廓的流体滴。下面可以将含有贴壁细胞的培养基添加到该流体滴中而不增加印迹。而且，流体流动确保流体/细胞在整个流体滴中快速扩散，使得它们随后以在整个印迹域上更均匀地分布停在表面上。为了获得均匀分布，优选首先以接触角低于平衡接触角的方式(提供相对“平坦”的流体滴)在表面上形成流体滴，然后向流体滴添加另外的流体，而不改变流体滴的印迹，使得新增加的成分均匀分布在流体滴。由于随后添加的流体遍布流体滴的大部分，因此与该另外的流体的混合会更加均匀和快速。
[0432] 不同的流体滴可以具有不同的内部压力，这可以用来控制通过回路的流动。这将在下面进行更详细地说明。
[0433] 通道形状
[0434] 使用与流体液相同的一般原理成形通道。通道宽度可通过从圆形喷嘴喷射或多或少的流体、或使用不同尺寸和形状的喷嘴或改变基底与喷嘴尖端之间的距离、或通过选择覆盖流体来控制-如图17所示(下面更详细地介绍)。另外，多个流体通道可以印制得很近，以便它们合并形成一个较宽的通道。并排并允许合并的数个通道可以形成任意宽度的通道。这控制了通道可容纳的流体量；例如6mm宽的通道容纳的流体量约为具有相同接触角的3mm通道容纳流体量的8倍。使用不同的不混溶流体(例如空气、油、FC40)来控制通道的高度和横截面轮廓。通道高度也可以沿通道长度变化；由于流速(单位时间内的质量输送)沿通道是不变量，变化通道高度对局部速度有间接的影响-在下面关于拉普拉斯压力的部分将对此进行更详细的描述。之后可以使用变化通道横截面轮廓和长度来控制通过通道的流动。变化沿通道不同位置处的局部速度可用于评价切变对沿通道生长的细胞的影响(例如心脏/循环系统病理学关注的)。在接合处(例如，在T形接合处，或者通道接合流体滴的位置)，可以使用通道形状和方向来控制流入流体滴的层流的初始方向和速度。
[0435] 如图17所示，覆盖流体影响图案化流体的几何形状；在该示例中，在FC40下绘制的通道比在空气中绘制的相同通道窄约20％。在回路中操纵流动
[0436] 通过通道的流动与通道的横截面积/轮廓和长度以及流体粘度成正比。对于此处的讨论，我们通常以一个列子来说明(除非另有说明)，聚苯乙烯培养皿中的简单回路由两个等体积的具有球形印迹的含水滴(含水滴A和含水滴B)组成，该两个含水滴由连接含水滴的直线含水通道连接；该回路由FC40覆盖且培养皿是水平的(如图2A和2B所示)。
[0437] 1主动法(active method)
[0438] (i)外部泵。例如，将填充有水并连接到注射泵的管的尖端插入到流体滴A的表面下方，并且将另一个充满水的管的尖端插入流体滴B的表面下方(另一端连接到废液池)。之后，随着水从流体滴B流出进入废液池，注射泵可将水注入流体滴A。在一变型中，省略流体滴A和流体滴B；而是将连接到注射泵的尖端直接插入到表面上的流体通道中，并且将连接到废液池的管的尖端类似地插入到流体回路中合适的下游位置处。之后，注射泵可以将水注入通道，水流过通道然后流入废液池。下文结合图40-45描述示例，以说明由外部泵驱动的流动的两种变型。
[0441] 2被动法(passive method)
[0442] (i)重力。未填充FC40的培养皿由水平倾斜，因此水下坡流过回路。
[0443] (ii)与界面张力相结合的重力被用来启动和控制流体流动通过喷嘴，结合图21如上文所述。简言之，喷嘴通过填充管被连接到填充到与喷嘴相同水平的流体的储液器；因此没有流体流过系统。如果此刻将喷嘴尖端降低，则流体流出喷嘴形成流体滴，该流体滴会长大直到其形成半球形(直径由喷嘴的内径限定)。如果静压头不足，则跨越喷嘴尖端上的界面的拉普拉斯压力停止流动。如果使喷嘴尖端的液体与表面接触，则喷嘴和表面之间形成液体桥。这减少了喷嘴尖端处液体的曲率，从而降低了拉普拉斯压力。因此，流体从尖端流出。当尖端从表面缩回时，由于喷嘴尖端的拉普拉斯压力增加，流动再次停止。对于使用许多注射泵要花费过高的高通量(high-throughput)应用来说，这种方法可能特别具有吸引力。该方法也可能更快，因为储液器中的大量流体可以供给印制尖端，而不是可以容纳在注射器内的小体积供给印制尖端。
[0444] (iii)通过流体静压作用的重力。填充有FC40的培养皿倾斜，由此流体滴B高于流体滴A；因此，流体滴A上方的FC40的深度高于流体滴B上方的FC40的深度，作用在流体滴A上的FC40的较高的“流体静力学”压力驱动水上坡流动至流体滴B(如图3A和3B所示)。通过流体静压作用的重力的特殊情况是，像图2A中那样的含水回路用少量的FC40覆盖，使得互连通道被覆盖(以限制蒸发)，但两个流体滴均没有被完全覆盖。如果现在将流体添加到左侧的流体滴中，则该流体滴中的水的流体静压可以驱动流体从左到右(如果足以克服两流体滴之间的拉普拉斯压差)。或者，可以使用管将在较高或较低海拔的一个流体滴连接到另一个流体滴。
[0445] (iv)扩散。向流体滴A加入类似于NaCl的溶质；钠离子和氯离子通过通道扩散到流体滴B。
[0446] (v)扩散电泳。两种现象有助于扩散电泳；化学电泳(由化学势差异引起)和电泳(由阴离子和阳离子的不同扩散性引起)。[注意，没有电极插入流体滴中]。在此，不存在流体滴B，因此死端通道被连接至流体滴A(其中也含有胶粒)。如果通道中溶质浓度较高，则扩散电泳驱动胶粒进入通道并流向死端；运输速率可能比由纯扩散引起的运输速率大几个数量级。这种传输与通道中的循环流动和颗粒聚集有关(其可以驱动不同大小颗粒的分离)。也可以在流体滴中使用KC1电泳式驱动颗粒的流动，在系统中具有恒定渗透压(osmolarity)的情况下，在通道中使用NaCl电泳式驱动颗粒的流动(反之亦然)。类似现象出现在通道的边缘(以及在颗粒的表面处，如在扩散电泳中)；因此，马兰戈尼应力(Marangoni stress)可以沿着表面携带颗粒。
[0447] (vi)化学动力泵，包括由密度驱动现象、自扩散电泳、气泡推进(bubble propulsion)、自电泳、自电渗、酶作用引起的流体流动；电动力泵和磁动力泵、包括电流体动力泵、电渗泵和磁流体动力泵；
[0448] (vii)拉普拉斯压差(曲面内外之间的压差)。流体滴中的拉普拉斯压力取决于曲率半径和界面张力。拉普拉斯压差在此处最容易通过使用不同尺寸和/或形状的流体滴来实现-这会产生不同的曲率半径。例如，如果两个流体滴在培养皿均具有圆形印迹并且流体滴B的印迹半径大于流体滴A的印迹半径(即，流体滴A体积<流体滴B体积)并且流体滴A的曲率大于流体滴B的曲率，那么流体滴A的拉普拉斯压力大于流体滴B，流体从流体滴A流向流体滴B。在本示例中，拉普拉斯压差可以驱动流体从较小的(水)流体滴A流向较大的流体滴B-这有悖于重力作用通过较高高度的较大流体滴中水将向另一方向驱动流动的直觉。此外，如果回路覆盖有FC40，则较小的含水滴A上方的较高高度的(密度较大)FC40可以提供额外的流体静压，以增大两个流体滴之间的拉普拉斯压差的影响，并且朝更大的流体滴B驱动流动。
[0449] 现结合图58考虑流体回路的示例，其中示出了具有各种尺寸的简单微流体布置的示意图。流体滴和通道(即通道宽度)的印迹由钉扎线固定。流体滴的形状近似于球冠，跨越界面的拉普拉斯压差为
[0450]
[0451] 其中γ，R和P是界面张力、曲率半径和压力。那么，较小的流体滴跨越其界面的压力差大于较大的流体滴跨越其界面的压力差。由于流体滴覆盖有不同高度(h1,h4)的FC40(密度，ρ＝1,850kg/m3)，因此流体滴底部的压力来源于流体静压和拉普拉斯压力：
[0452]
[0453] 驱动向右侧流动的两个流体滴底部处的压力差为
[0454]
[0455] 流体静压和拉普拉斯压力之间的相互作用解释了为什么源流体滴的体积可以相对线性地降低。因此，随着体积收缩，曲率半径会增加，拉普拉斯压力会降低，而这种降低会由于FC40(其密度高于水)引起的静水压力的增加而平衡。
[0456] 图59示出了说明拉普拉斯压力和流体静压对源体积变化的影响之间的相互作用的曲线图。压力(P)比和体积(V)比定义为
[0457]
[0458]
[0459] 红色点线表示当源流体滴中的流体和覆盖层具有相同的密度时压力比的变化；拉普拉斯压力的变化是压力比减小的唯一驱动者，以及源流体滴的体积(以及流速)逐渐下降。如果覆盖层的密度比水小，则这种下降会更快速。绿色虚线和黑色实线显示当5或18μl的源流体滴被较大密度的FC40覆盖时的变化。对于5-μl的流体滴，压力比降低约8％将减少体积约25％。对于18-μl的流体滴，压力比基本保持不变(<1％变化)，直到体积下降约25％。因此，较大的流体滴对于较高百分比的其原始体积可以保持恒定的压力比(以及上述的稳定流速)。类似的考虑适用于体积变化不可忽略的汇集流体滴。
[0460] 下表给出了图58所示的回路中流体滴压力的数值示例，假设接触角、界面张力和FC40的深度分别为70°、40mN/m和3mm。流体滴的体积是可以用手可靠移取的量。几何值给出标度
[0461]
[0462]
[0463] 在另一个由拉普拉斯压差引起的流动的示例中，流体滴A具有圆形印迹，流体滴B具有相同面积的方形印迹。如果这两个流体滴具有相等的体积，则流体滴B具有更大的拉普拉斯压力，并且流体从流体滴B向流体滴A流动。通过适当选择印迹的形状和面积，可以使用任何体积的流体，以通过取得合适的流体滴曲率来创建压降或高压源。同样的效果也可以实现，就好像不同体积的两个流体滴具有相同的印迹面积。对于具有特定流体界面张力的形状像加盖的球体(capped sphere)的单个流体滴的情况，可实现的流体滴曲率与流体滴由于平衡接触角与表面形成的自然几何形状有关。
[0464] 由通道连接的两个流体滴之间的拉普拉斯压差对通道高度具有重要的影响-以及通过通道的流动。由于流动方向上压力下降，通道的高度可以变化，流体通道的限定壁(confining wall)的形状改变以假定满足由通道曲率产生的拉普拉斯压力平衡的高度。为了说明需要，考虑具有两个相同的由通道连接的流体滴A和流体B的基本回路；两流体滴中的拉普拉斯压力是相同的，并且通道高度在其整个长度上是恒定的(如图6A所示)。如果向流体滴B中添加水以增加流体滴的体积(并减小水-FC40界面处的曲率-如图6B所示)，则流体滴B处的拉普拉斯压力小于流体滴A处的拉普拉斯压力。这导致沿着通道产生压差(接近流体滴A压力高，接近流体滴B压力低)；这随后会对通道高度(接近流体滴A高度高和接近流体滴B高度低)和通过通道(接近流体滴A流速低和接近流体滴B流速高)的流速(从A到B)产生影响。独立地控制流体滴A的含量和压力，流体B能够控制可变的通道几何形状。通道高度的这种变化可以忽略不计，或者根据具体情况可以是显着的。通道几何形状的变化会引起局部流速的变化；这种情况可以用来评价切变(shear)对沿着通道的不同位置生长的细胞的影响(例如，在心脏/循环系统的病理学中被关注)。
[0465] 在图58所示的示意性微流体布置中，通道左侧的高度高于右侧，并且通道高度随着流体滴大小/体积的变化而变化。
[0466] 沿着通道的任意点的横截面近似为一段圆；因为只有一个曲率半径，因此跨越界面的拉普拉斯压力为
[0467]
[0468] 在点的高度为h6处的入口的曲率半径(R通道)可以通过假定入口的压力和流体滴的底部的压力相等而获得。假定通道高度可忽略不计，跨越通道界面的压降由下式给出[0469]
[0470] 一旦已知通道的曲率半径，就可以计算横截面的几何形状。下表给出了图58所示回路中流体滴压力的数值示例，假设接触角、界面张力和FC40的深度分别为70°、40mN/m和3mm。
[0471]
[0472]
[0473] 这些数据提供以下标度
[0474] w∝h2∝CA∝L界面∝CSA3∝R0
[0475] 其中，CA是接触角，L界面是界面的长度，CSA是通道的横截面积。
[0476] 图58所示回路中的流动由流体滴之间的压力差驱动。由于通道高度的变化响应于局部压力，因此沿通道长度平均流速变化。例如，使用5和10μl的流体滴，在通道的长度上存在22Pa的压差，并且通道的最大高度从约30μm降低至约17.5μm；随后，平均速度从入口到出口增加了约70％。图58所示的示意性回路包括通道高度从入口到出口均匀下降的简化；实际上速度和压降之间的关系是非线性的，并且线性高度变化会发生偏差。
[0477] 现描述一种布置的示例，该布置具有变化的通道几何形状，用于改变局部流速。通过流体通道将5μl的含水滴(流体滴A)连接至仅由空气覆盖的平坦水平表面上的10μl的含水滴(流体滴B)。在一瞬间，两个含水滴具有50度的接触角并且含水流体与周围空气之间的界面张力在任意位置都是恒定的，例如0.04mN/m，使流体滴A产生0.86mm的流体滴高度，使流体滴B产生1.1mm的流体滴高度。这在流体滴A处提供了跨越空气/流体滴界面约33Pa的拉普拉斯压差，在流体滴B处提供了跨越空气/流体滴界面约26Pa的拉普拉斯压差。两流体滴之间的高度差还提供了两流体滴之间的流体静压差。该流体静压差等于含水流体和空气之间的密度差乘以重力乘以两流体滴之间的高度差。在本例中，第二流体是空气，其密度与水相比可忽略不计。在本示例中，流体静压差约2.4Pa。由于该压差与拉普拉斯压差相反，因此流体滴之间的净压差为4.5Pa，从而将流体从流体滴A通过通道泵送至流体滴B。随着压力逐渐降低，通道高度也沿其长度改变，这种改变与跨越通道局部界面上的拉普拉斯压力有关。例如，具有入口压力为33Pa、出口压力为28.5Pa(拉普拉斯压力和流体静压)的500μm宽的通道会导致高度沿通道长度从26μm变化至21μm。这种高度变化在流体滴之间是非线性的。
[0478] 在一变型中，流体滴A具有2μl体积(而不是5μl)，其它都与上面的示例相同；此处通道的入口高度约40μm，而通道的出口高度保持更接近21μm(因为这由出口储液器流体滴B控制)。在本示例中，与前面的示例相比，通过通道的流速(以及局部流速)增加。随着从出口到入口的压力逐渐相等，通道高度在时间和空间上发生变化，以在远离流体滴的区域变得显著均匀。
[0479] 在一变型中，覆盖流体(具有不可忽略的密度)代替流体滴和通道周围的空气；此处流体静压可以增加拉普拉斯压差(而不是像上述示例中那样相反)，由此导致流体滴A和流体滴B之间的压差增加。在覆盖流体的密度大于含水流体的密度的情况下，流体滴A和流体滴B之间的流体静压起到辅助拉普拉斯压差的作用。甚至可能是跨越通道界面的拉普拉斯压力小于来自该位置处的覆盖流体的流体静压力；在这种情况下，由于通道被挤压并最终被中断，通道高度可以减小到零；之后流动停止。这将在通道出口附近发生，此处跨越通道界面的拉普拉斯压力最小。这种行为可以用在控制通过通道的流速的方法中，通过向出口储液器添加/从出口储液器移除流体来改变出口处的通道高度以控制通过通道的流速。
[0480] 回路中的流动类型
[0481] (i)层流。在一示例中，在Y形结构中的流体流动被认为是从两个源通道进入同一个通道(如图8(i)所示并在上文进行了更深入地说明)。在两股流合并之后，尽管溶质可以在两股流之间扩散，但层流确保混合很少。需要注意，两股流可以不同的速率流动通过一个通道。在另一个示例中，如果从三叉形的三个臂中引入，则三个层流可以流动通过一个通道(如图8(iii)所示)。在另一个示例中，如果从多入口回路的5个臂引入，则5个层流可以流动通过一个通道(如图9(iii)所示)。
[0482] (ii)流体滴中的旋涡。在示例中，流体滴B内的流动被认为是流体从A通过通道到达(可能由拉普拉斯压力驱动)。当层流进入流体滴B时，会形成漩涡(旋涡)。漩涡形状受到通道/流体滴接合处的几何形状的影响。从侧面看，这些漩涡趋向于存在流体滴的底部。从上面看，并且如果入口点与球形流体滴的印迹的中心直径正交，则主要流动是沿着印迹的中心线从入口点到流体滴的背面；流动现分裂成绕着印迹的边缘行进，从而在每侧上产生漩涡。如果入口点与流体滴的中心线偏离，则流体会从入口点再次到流体滴的背面，但是主要流体会被转向一侧的较大体积。这种旋涡/旋涡可以提高流体滴中的混合。
[0483] (iii)毛细流动。考虑具有由直通道连接的两个流体滴(A和B)示例性回路；该回路包含细胞培养基或其稀释液(或例如-在水蒸发后-在培养皿的表面留下残余物的任何其它分子)。现允许回路干燥。向流体滴B添加额外的水，然后向流体滴A添加额外的水，导致(驱动毛细现象)水从变干通道的每端向中间芯吸(这也在上文结合图15A，15B和15C进行了说明)。芯吸(wicking)从表面沉积图案产生功能性回路。变干的回路可以方便地储存和运输，并在使用前可以再水化。这可以使复杂回路集中制造，并且还有助于高压灭菌。
[0484] 再水化回路的替代方法包括：
[0485] (a)用FC40覆盖聚苯乙烯培养皿上的变干回路，将该培养皿置于常规(湿润)的细胞培养保温箱(37，℃5％CO2，约95-100％相对湿度)中，回路自发进行再水化过夜(潮湿环境中的水溶解在FC40中，并再水化回路)。再水化的流体滴的印迹是相应原始流体滴的印迹(因为通过FC40传输的水量相对很少)。这得出了重要的结论，即，之后大量额外的流体可以添加到流体滴中而不增加印迹的形状或尺寸(这对于将许多这样的流体滴或回路包装到板上的阵列中是重要的)。
[0486] (b)将变干板置于如上所述的培养箱的潮湿环境中(当回路再水化时)，然后用FC40再水化覆盖。
[0487] (c)在潮湿的环境中冷却变干板，使回路再水化，然后用FC40覆盖。
[0488] (d)在覆盖FC40之前，增加湿度以开始再水化。
[0489] (e)将水滴放在培养皿的盖子上以增加局部湿度以允许再水化，然后覆盖FC40。
[0490] (iv)阀门。可以使用疏水性探针来中断通道，或者可以使用亲水性探针来恢复通过通道的流动。例如，通过拖拽疏水性探针跨越通道以将通道“切割”，中断流体滴A和B之间的流动。通过在一个切割端和另一个切割端之间拖拽亲水性探针来重新建立流动。这种切割和再接合创建了阀门。或者，可以放置固体以从一个切割端延伸到另一个切割端；流体润湿该固体并且在毛细作用力的帮助下沿着固体拖拽流体，并在通道的切割端之间形成连接。对于固体而言，伸长的亲水材料(例如不锈钢针)尤其适合。举例来说，通道可以用0.5mm PTFE管切割。然后通过将直径0.5mm或更大直径的不锈钢针放置在切割区域中而可以将通道重建为连续通道。使用小物体切割通道会产生狭窄的切口或间隙，而使用大物体切割通道会产生较大的切口或间隙。
[0491] 现介绍使用本文描述的方法创建的微流体布置的多个另外的示例。
[0492] 图24A和24B示出简单的微流体回路，其示出了改变流体滴尺寸(以及拉普拉斯压差)如何能够控制流速。图24A示出6个相同的回路，其包含印在6-cm聚苯乙烯细胞培养皿上的细胞培养基。回路中每个流体滴之间的中心距为30mm。图24B示出了图24A的回路，其中每个回路中向右侧流体滴中移取10μl的培养基(粉红色)，并且将各种不同量的红色染料移取到每个回路的左侧流体滴中，同时将10μl添加到底部的流体滴中，然后将8μl，6μl，4μl，2μl，最后0μl加到顶部的流体滴中。拉普拉斯压差驱使红色染料从左到右通过通道。左侧的流体滴最初具有相同的接触角，但较小的流体滴形状形成较小的球体，因此具有较小的曲率，从而产生跨越流体滴界面的较大的拉普拉斯压差。在最后一次在顶部添加红色染料之后的几分钟后采集图像。虽然红色染料是先被添加到底部回路，但少量染料已进入通道。在从顶部起的第二个通道中，红色染料最后被加入；然而，一些染料已经进入了右侧的流体滴。这表明拉普拉斯压差可以有效地驱动流动。
[0493] 改变通道宽度还允许灵敏地控制微流体回路中的流动。图57示出了腔室体积随时间降低的曲线图。在微流体布置中，通过11mm长且具有不同宽度(590μm、670μm、880μm和1730μm通道宽度)的通道将18μl流体滴连接到20μl流体滴。源流体滴的体积缩小，通过较宽的通道的体积减小(指示流动)速率最快。此处，由于通道宽度仅改变三倍，因此流速从约
8nl/s到约80pl/s变化。用狭窄的通道，流动可以保持稳定几个小时。
8nl/s到约80pl/s变化。用狭窄的通道，流动可以保持稳定几个小时。
[0494] 微流体回路可以被重复使用。例如，可以改变通过从流体滴中移除流体和向流体滴中添加流体以降低流体滴的含量，以执行新的任务。
[0495] 图25A和25B示出了用于创建浓度梯度的微流体回路。图25C示出了在这种浓度梯度下不同位置的细胞生长，从而说明该微流体回路如何用于药物筛选。
[0496] 图25A示出了添加染料之前的微流体回路。一个Y型回路和4个相同的线性回路被印在6-cm的聚苯乙烯细胞培养皿上并覆盖FC40；都含有细胞培养基。印在白纸上的回路计划被放置在培养皿下面，并以mm表示尺寸。
[0497] 图25B显示在向输入口添加3μl红色或蓝色染料(代表药物)或培养基(3μl)之后的图25A的微流体回路。下面更详细地描述这5个回路。
[0498] 图25B中，带有红色和蓝色染料的最上面的回路：添加染料到左边的圆形流体滴中。圆形流体滴和矩形之间的压差将两种染料驱动到矩形中；随着时间的推移，扩散创建跨越矩形从左到右两种染料的浓度梯度(两种染料均在左侧均以高浓度出现，在右侧均以低浓度出现)。
[0499] 图25B中，从顶部起的第二个回路仅含蓝色染料：添加培养基到左侧的流体滴中，添加蓝色染料到右侧的流体滴中。圆形流体滴和矩形之间的压差将蓝色染料驱动到矩形中；随着时间的推移，扩散创建跨越矩形从右到左蓝色染料的浓度梯度(右侧高浓度，左侧低浓度)。
[0500] 图25B中，从顶部起的第3和第4个回路具有两个染料(两个相同的回路)：添加红色染料到左侧流体滴中，添加蓝色染料到右侧流体滴中。圆形流体滴和矩形之间的压差驱动染料进入矩形；随着时间的推移，扩散创建跨越矩形从右到左蓝色和红色染料的(相反的)浓度梯度(左侧高浓度的红色染料，右侧高浓度的蓝色染料)。
[0501] 图25B中，底部回路只有红色染料：红色染料添加到左侧流体滴，培养基添加到右侧流体滴。圆形流体滴和矩形之间的压差将红色染料驱动到矩形中；随着时间的推移，扩散创建跨越矩形从右到左红色染料的浓度梯度(左侧高浓度，右侧低浓度)。
[0502] 图25C示出了在类似于图25A和25B中从顶部起的第三和第五个回路的回路中的中心矩形的不同位置(从左到右)生长的细胞的明场视图。对于药物筛选，将细胞添加到中心矩形中，生长24小时，添加药物，细胞再生长24小时，然后使用明场显微镜进行成像。此处，TNFα代替了红色染料，而MG132代替了蓝色染料。底部一行的图像表明TNFα对细胞没有明显的影响(所有三个中心板中的细胞看起来相似)；上部一行的图像显示MG132的高浓度(在该回路中矩形右侧发现)会引起细胞死亡(由存在右侧的板中的许多折射圆形细胞表示)。
[0503] 图26示出了用于创建试剂的连续稀释的回路。这种梯度可以应用于检查两种药物(由红色和蓝色染料代表)的组合对活细胞(未呈现)的影响。每种测试浓度仅需要亚微升体积的染料/药物。在6-cm的聚苯乙烯细胞培养皿上空气中绘制(0.5-mm喷嘴；流速250nl/sec；喷嘴速度20mm/s)回路(含有细胞培养基)，然后覆盖FC40。将喷嘴在z轴上升高以从一点移动到另一点而不会在表面上印制流体的次数最小化。
[0504] 通过首先在培养皿上绘制各腔室的印迹而创建各腔室，随后填充该腔室。这两步过程非常重要，因为它可以使得印迹精确印出，以便-在这种情况下-所有相同的腔室均具有相同的印记(以及拉普拉斯压力)；之后，一旦开始流动，所有相同的腔室就会以完全相同的速率排空/填充。
[0505] 通过沿两条偏离0.4mm的平行路径拖拽喷嘴创建上下两个“主”通道(宽度约1mm)。通过绘制三个同心圆创建在每个主通道端部处具有圆形印迹(直径2.9mm)的大腔室，其中每个同心圆与下一个偏离0.5mm；直线也沿着最大圆的直径延伸并且由3条在圆之间延伸并跨越最小圆直径的短线组成。八个“进料器”通道(由喷嘴单程拖拽)将每个主通道连接到8个较小且相同的腔室，该腔室具有直径2.5mm的圆形印迹(绘制为一组2个同心圆，每个圆与下一个偏离0.4mm，并且每个均有沿直径的线，其由两条在圆之间延伸并跨越最小圆的直径的短线组成)。因此，这些腔室均在喷嘴连续移动时创建(而没有使用静止喷嘴)。
[0506] 通过通道的流动由通道长度和横截面以及作用于腔室的流体静压/拉普拉斯压力决定；此处，所有8个小腔室具有近似相等的体积和印迹是非常重要的。接下来，将5μl红色染料(代表第一药物)添加到左侧的大腔室中，将5μl蓝色染料(代表第二药物)添加到右侧的大腔室中。由于这两个已填充的腔室的曲率和高度大于8个小腔室的曲率和高度，因此染料从大流体滴流动到小流体滴，直到压差平衡和流动停止；之后，所有8个腔室均包含相同的体积(可以在假设小腔室和大腔室中压力相同的情况下计算)。最左侧的小腔室仅含有红色染料，最右侧的小腔室仅含有蓝色染料；中间的那些腔室含有红色(或蓝色)染料的渐减(或渐增)浓度。通过确定较小流体滴中的压力何时等于较大流体滴中的压力(使用拉普拉斯压力和流体静压平衡)，可以计算处于平衡的每个腔室内的流体体积。
[0507] 对于药物筛选应用，细胞可以添加到回路的任何地方。例如，只有小腔室可能包含细胞，或者细胞可以分布在整个回路中。当绘制回路时，细胞可以与细胞培养基一起通过喷嘴添加，或者细胞可以在限定印迹之后添加。在一变型中，这些腔室具有方形印迹而不是圆形印迹。
[0508] 图27示出了图26的回路的变型，其具有11个更小的流体滴而不是8个更小的流体滴；这使得连续腔室之间的浓度梯度更小。
[0509] 图28示出了与图27中使用的回路相同的回路，但是照片是在红色和蓝色染料还没有完全填充中央腔室时的较早阶段拍摄的。例如，在11个中的第6腔室中(从左数)，蓝色染料从顶部进入，红色染料从底部进入。
[0510] 图29示出了图27的回路的变型，其中较大的流体滴(用于蓝色染料储液器和红色染料储液器)均位于“主”通道的左端。通过这种布置，左侧的小中央腔室(即，最接近大流体滴)具有红色和蓝色染料的最高浓度，而离大流体滴最远的小腔室具有两种染料的最低浓度。
[0511] 图30示出了图29的回路的变型，其具有“进料器”通道的替代布置。此处，进料线通过与腔室形成切线(与图27中的直角相反)的通道连接到较小的流体滴。这种布置有可能促进通过不同通道添加的试剂的更好混合。
[0512] 图31和32示出了用于创建单一药物和药物混合物的稀释梯度的回路的变型。
[0513] 图31所示的回路使用组织培养基(粉红色)在空气中印制。该流体回路包括两个主要通道(通过绘制两条相邻的线合并以形成更宽的通道而创建)，每个通道具有大的左侧腔室或“入口”(直径2.9mm)和8个小腔室或“稀释腔室”(直径2.1mm)。进料通道(使用单程创建)将中心的9个腔室(直径2.3mm)连接到两个主通道。所有腔室均用具有通过中间的线的同心圆绘制。该回路用FC40覆盖。将培养基(10μl)加入每个入口。允许培养基在整个系统中平衡，因此所有腔室都具有相同的压力；该流体成为用于连续稀释所添加染料(代表药物)的稀释流体。将10μl红色和蓝色染料(代表药物)移到相应的入口，流体被自发地通过该系统泵送。当流体沿着主通道进入每个腔室时，红色或蓝色染料被连续稀释(左侧腔室中高浓度，右侧腔室中低浓度)。红色(和蓝色)染料也会沿着进料通道向下(和向上)流入中部的中等尺寸的腔室，在此处两种染料混合在一起。因此，该回路可以单独或组合地产生两种药物的连续稀释。在混合物中，两种药物以不同稀释度以相同的比例存在。
[0514] 在6-cm聚苯乙烯细胞培养皿中使用细胞培养基在空气中绘制(0.5-mm喷嘴；流速250nl/sec；喷嘴速度20mm/s)图32所示的回路，然后用3ml的FC40覆盖。两个主通道中的每一个均包含左侧的入口(具有直径2.9mm的印迹)。8个“稀释”室(直径2.1mm的印迹)直接位于2个主通道的上方或下方(这些印迹的中心与主通道的中心线偏离0.5mm)。进料通道将主通道连接到用于容纳细胞的中央“细胞”腔室(具有直径2.3mm的印迹)。首先将培养基(10μl)添加到每个入口；这样将所有腔室填充到相同的压力，并且该培养基变成用于稀释染料/药物以形成浓度梯度的流体。一旦达到平衡，就将10μl蓝色或红色染料添加到入口，该流体将被泵送通过系统。当它进入邻接主通道的每个稀释腔室时，会被稀释；这会沿每个主通道创建红色或蓝色染料的浓度梯度。流体还流过进料通道进入细胞腔室。因此，每个细胞腔室含有不同浓度的红色和蓝色染料(但所有细胞腔室中红色和蓝色染料的比例相同)。如果需要将另外的药物/培养基添加到细胞中，则可以将额外的流体添加到入口。一旦达到平衡，就会观察到回路在24小时内保持稳定而腔室内的浓度没有变化。
[0515] 图33示出了用于创建类似于结合图26、27和28所述的浓度梯度的阵列的微流体回路的左侧端，但该回路具有两排较小的梯度混合腔室(而不是一排)。此处，有三个主通道，该主通道在每端具有入口(红色染料被添加到右侧的两个入口，但图中未示出)。两排较小的腔室各创建相同的浓度梯度。为了获得与单排布置(图26、27和28)相同的浓度梯度，需要使单进料通道(蓝色)的参数适合于产生双进料通道(红色)之一的两倍流速，例如通过选择腔室印迹和添加量。
[0516] 图34和35示出了可用于向腔室阵列添加新鲜流体的微流体回路。
[0517] 图34和35所示的回路用细胞培养基在空气中用0.5mm的针和350nl/s的流速绘制。右侧的部分回路不在视野范围内，仅描述图中的区域。左侧的5个大入口具有直径约3.4mm的印迹，连接到该5个大入口的5个主通道宽度约1.1mm。40个小腔室(直径2.8mm的印迹)通过较小的进料通道(宽度约0.6mm)连接到主通道。小腔室具有直径为2.8mm的印迹，间距为
4.5mm(如384孔板)。一旦制成，回路就覆盖6ml的FC40以防止蒸发。之后，将10μl培养基加红色或蓝色染料添加到每个入口。在约40分钟的时间内，随着所有细胞腔室均充满流体(流体高度增加而印迹直径不变)，系统达到平衡。图34和35示出了在添加染料之后两个时间的系统-这些染料被添加以说明流体流动。在平衡时，每个输入腔室损失3.3μl，而40个小细胞室的每一个增加约840nl的体积。
4.5mm(如384孔板)。一旦制成，回路就覆盖6ml的FC40以防止蒸发。之后，将10μl培养基加红色或蓝色染料添加到每个入口。在约40分钟的时间内，随着所有细胞腔室均充满流体(流体高度增加而印迹直径不变)，系统达到平衡。图34和35示出了在添加染料之后两个时间的系统-这些染料被添加以说明流体流动。在平衡时，每个输入腔室损失3.3μl，而40个小细胞室的每一个增加约840nl的体积。
[0518] 该回路提供了一种方法，允许从入口(两个图像左侧的5个大腔室)向一排小腔室(这里是右侧的40个小腔室-但可能还有更多)供给流体。例如，这种方法可以用来生长成在较大阵列中的每个小腔室中群体(colony)时，向该单个细胞提供新鲜培养基。该系统允许将新鲜培养基添加到每个小腔室中而不改变其印迹的直径，并且没有任何流体从一个小腔室流到另一个小腔室。这很方便使用，因为使用者只需将培养基移入5个入口腔室，而培养基在这里会自主流动至40个较小的腔室，使得40个较小的腔室均具有相同的组成。这可以例如允许新鲜的培养基随时间供给细胞：例如使用者可以每3天将新鲜的培养基加入到5个储液器中，并且新鲜的培养基均匀地流入这些腔室。这5个储液器可以被较大的单一储液器替换，这样允许进行甚至更少的移液步骤，但这会导致所增加的未使用的试剂量停留在试剂移入的流体滴中。
[0519] 图36和37示出了用于研究试剂组合的微流体回路。
[0520] 图36示出了可用于检验4种药物(由红色和蓝色染料表示)的组合对活细胞(未呈现)的影响的回路。该回路(含有细胞培养基)在6-cm聚苯乙烯细胞培养皿中在空气中被绘制(0.5-mm喷嘴；流速250nl/sec；喷嘴速度20mm/s)。四个下部腔室均有直径为2.7mm的印迹，中心距为4mm。邻近的两排具有每个均具有2.3mm印迹的腔室；这些腔室可以包含细胞。一旦印制完成，回路就覆盖3ml的FC40。将5μl的每种染料添加到底部的入口腔室。这种染料之后流入较小的储液器并且流动在接合处合并。最高的流体滴用作压力较低的流体滴以保持流动通过系统。平衡时，所有流体滴均具有相同的压力，因此相同直径的流体滴将具有相同体积的流体。
[0521] 图37示出了可用于检验8种药物(由红色和蓝色染料代表)的不同组合对活细胞(此处未呈现)的影响的回路。该回路(含有细胞培养基)在6-cm聚苯乙烯细胞培养皿中在空气中被绘制(0.5-mm喷嘴；流速250nl/sec；喷嘴速度20mm/s)，然后覆盖3ml的FC40。将5μl的红色或蓝色染料添加到底部的8个入口腔室中的每一个(这些入口腔室间隔4.5mm-在384孔微量滴定板中测的间距)。除最高的腔室(最初的压力最低)外，其它所有腔室均较小，并且可以在药物筛选中包含细胞。来自每个入口腔室的染料(或药物)被向上带入至从底部起算的第二排中的较小腔室中(其用于评价该一种药物对细胞的影响)。从底部起算的第三、四和五排的腔室包含来自2、4和8个输入腔室的染料/药物的混合物。一旦系统中的压力达到平衡，所有流体滴就均具有相同的压力，并且具有相同印迹的流体滴包含相同体积的流体。一旦实现均衡，浓度分布就会保持稳定并且至少12小时不变。
[0522] 图38示出了用于连接和分离流体流的微流体回路。在这里，两股流(红色和蓝色)从两个大输入口(右侧包含蓝色或红色染料)流入4个腔室(在左侧最初不含染料)。来自输入口的流在接合处汇合，在层流中彼此并肩流动，之后在接合处分离，并随后再次分离。在结合层流中，两个流动之间发生部分扩散(尽管这可能导致仅可忽略的质量转移)。
[0523] 图39示出了在左下方具有通道网格和两个输入腔室的微流体布置。在所示示例中，首先将一定量的蓝色染料加入到其中一个输入腔室中，并允许流入网格。然后将一定量的红色染料加入另一个供给室并允许流入栅格。结果得到了两种染料在网格中的分布。
[0524] 图40示出了具有用于驱动流动的外部泵的微流体布置，而不是其他示例中描述的被动法。在这个示例中，外部泵布置成在许多小时内以固定流速驱动培养基通过回路。在前面的两个“入”口(流体滴)(直径2.6mm，中心间距14mm)分别通过窄通道(宽0.6mm)连接到宽的矩形通道(长20mm和宽1.6mm)，该宽的矩形通道反过来通过一个短的4-mm通道(宽1mm)连接到后部的大“汇集”的流体滴(直径5.6mm)。在60mm聚苯乙烯培养皿中在空气中，用0.5mm针尖以20mm/s的速度移动喷射细胞培养基+10％血清(流速300nl/s)绘制该回路，然后用4ml的FC40覆盖该回路。红色和蓝色染料通过0.5mm钝针(这些可以用PTFE制成的塑料管代替)泵入每个入口(10nl/s)。1小时后拍摄照片。
[0525] 图41示出了具有用于驱动流动的外部泵的微流体布置，类似于图40中所示的布置。与图40中所示的示例不同，不提供“入口”流体滴；相反，流体被直接泵入通道。两个不锈钢针的尖端(前端；直径0.5mm；两个尖端的间距14mm)插入输入通道(宽度1.1mm)。两个不锈钢针被连接到由一个注射泵驱动的两个注射器，该注射泵以100nl/s的恒定速率驱动流动。蓝色和红色染料从输入通道流入宽的中央通道(20mm x1.6mm)，通过短的4-mm通道(宽
1mm)，并流入后部的大的“汇集”流体滴(直径5.6mm)。约5min后拍摄照片。如前例所示，在
60-mm培养皿中在空气中，用0.5mm的针尖以20mm/s的速度移动喷射细胞培养基+10％血清(流速300nl/s)绘制出该回路，并用4ml的FC40覆盖该回路。在1nl/s而不是100nl/s的较低流速下，流动足够缓慢，以致相当数量的红色和蓝色染料能够在中央通道中的层流之间扩散(使得在后部产生紫色)；在1000nl/s的较高流速下，流速非常快，以致几乎不发生扩散转移。12小时后，染料在中央通道中的分布在整个12小时期间保持相似，但汇集中的体积显着增加。
1mm)，并流入后部的大的“汇集”流体滴(直径5.6mm)。约5min后拍摄照片。如前例所示，在
60-mm培养皿中在空气中，用0.5mm的针尖以20mm/s的速度移动喷射细胞培养基+10％血清(流速300nl/s)绘制出该回路，并用4ml的FC40覆盖该回路。在1nl/s而不是100nl/s的较低流速下，流动足够缓慢，以致相当数量的红色和蓝色染料能够在中央通道中的层流之间扩散(使得在后部产生紫色)；在1000nl/s的较高流速下，流速非常快，以致几乎不发生扩散转移。12小时后，染料在中央通道中的分布在整个12小时期间保持相似，但汇集中的体积显着增加。
[0526] 在外部泵驱动流动的情况下，本微流体特征(通过流体界面保持给定形状)特别方便。通过将针(或管)简单插入通道即可实现与外部泵的连接。由于通道界面是流体，所以微流体布置不会受损。针可以缩回和/或重新定位而不会损坏微流体布置。因此，不需要特别的设计来提供入口/出口，具有简化设计的优点。而且，由于不需要特殊的连接器，可以避免连接器泄漏的问题。
[0527] 图42至图44示出了具有外部泵以驱动流动的微流体布置，其中流体被直接泵入类似于图41中所示布置的通道中。图42至44示出了具有2-4个稳定层流的微流体回路。图42示出了具有2个输入通道的Y形微流体回路，该2个输入通道连接到共同通道中，其中两股输入流在层流中彼此并排继续流动。图43示出了具有3个输入通道的三叉形微流体回路，该3个输入通道连接到共同通道中，其中三股输入流在层流中彼此并排继续流动。图44示出了具有4个输入通道的“二加二”微流体回路，这些输入通道按阶段连接到共同通道中，其中四股输入流在层流中彼此并排继续流动。在所有三个示例中，输入通道宽约500μm，共同通道宽约500μm，废物流体滴具有直径6mm的圆形印迹。这三个示例中的回路使用尖端速度为15mm/s的0.5mm钝针和300nl/s流速的细胞培养基印制。针(外径0.6mm；在示意图中用黑圆圈标记)连接到注射泵；针布置成将来自上方的流体沉积到远离废物流体滴的输入通道的端部区域中。示意图中的灰色箭头表示流向。
[0528] 图42(i)示出了Y形回路的示意图。图42(ii)至(iv)显示以每小时1微升(图42(ii))；每小时10微升(图42(iii))；和每小时100微升(图42(iv))的流速供给红色和蓝色染料的Y形回路的明场显微照片。在每小时1微升(图42(ii))的流速下观察到共同通道中层流之间的染料有显著的扩散。在每小时10微升和更高(图42(iii)和(iv))的流速下观察到染料的少许扩散。
[0529] 图43(i)示出了三叉形回路的示意图。图43(ii)示出了供给有不同有色流体的三叉形回路的明场显微照片；在共同通道中，红色层流位于清澈的中心流的侧面。
[0530] 图44(i)示出了四入口回路的示意图。图44(ii)示出了供给有不同有色流体的四入口回路的明场显微照片。在共同通道中可以观察到四个层流。
[0531] 图45A至45D示出了具有外部泵以驱动流体的微流体布置，其中流体被直接泵入通道中，类似于前述示例。本示例中的微流体回路用于流动聚集；如上所述的三叉形回路用于将共同通道中的中心流限定为狭窄的聚集流。在开始流动后的30分钟采集图像。图45A显示在覆盖有3ml的FC40的6-cm聚苯乙烯细胞培养皿中的微流体回路的照片。三个入口通道接合入共同通道，流入具有圆形印迹的废液池。使用尖端速度为15mm/s的0.5mm钝针以300nl/s流速的细胞培养基印制微流体回路。输入通道宽500μm，共同通道宽也是500μm。三个空心针(外径0.6mm)连接到注射泵(未示出)以将流体输送到三叉形的输入通道的三个尖端。红色和蓝色染料流动(16μl/h)通过三叉形的外臂，同时荧光珠(直径2μm)流动(4μl/h)通过中心臂。经过一段时间的流动后，通过沿表面拉动亲氟(疏水)尖端通过通道断开供给三叉形和废液池的管线，以停止流动。
[0532] 图45B示出了在通道被切割，流动因此被停止之后的三叉形的接合区域的明场显微图。图45C示出了同一区域的荧光显微照片。图45D示出了共同通道中层流的放大荧光显微照片。结果观察到包含荧光珠的含水流被侧面的含染料流挤压，在表面上留下窄宽度的荧光珠。流动停止后，荧光珠被限制宽约40μm的流体流中。
[0533] 图46显示玻璃基底(而不是其它示例中所述的聚苯乙烯基底)上的微流体布置。在本示例中，微流体回路在载玻片上产生超过1.5mm的扩散梯度。该浓度梯度由扩散产生，而不是由质量流体转移(对流)产生，这是因为恒定的输入浓度是由稳定的流体流动来维持的。在空气中在载玻片上用0.5mm针尖以20mm/s的速度移动喷射细胞培养基+10％血清(流速300nl/s)绘制回路，并用4ml的FC40覆盖该回路。入口流体滴1和流体滴2(左侧)具有直径为3.3mm的印迹，“汇集”流体滴(右侧)具有直径为6.5mm的印迹。入口和汇集流体滴通过宽0.7或1mm的细的和厚的通道直接连接。宽度为1mm，长度为1.5mm(插图)的“细胞腔室”连接两个宽流。最初，将6.5μl的培养基移到每个入口中；流体沿着最短路径从入口流到汇集处；
该流动确保了在细胞室的顶端(或底端)发现均匀浓度的蓝色(或红色)染料。随着一段时间的检验显示，一些蓝色染料向下部通过细胞腔室(即，从上部宽通道流到下部宽通道)，同时红色染料向上部通过细胞腔室。这表明染料转移是由扩散引起的，而不是对流引起的，由于对流将是单向的。
该流动确保了在细胞室的顶端(或底端)发现均匀浓度的蓝色(或红色)染料。随着一段时间的检验显示，一些蓝色染料向下部通过细胞腔室(即，从上部宽通道流到下部宽通道)，同时红色染料向上部通过细胞腔室。这表明染料转移是由扩散引起的，而不是对流引起的，由于对流将是单向的。
[0534] 在某些情况下，可能需要包括固体结构组件，例如用于容纳大量液体的储液器。例如对于储液器来说，围绕储液器的周围可以设置固体壁结构。该储液器在顶部可能保持敞开。出口可以设置在储液器壁中，例如在与基底相邻的壁的底部边缘处，非常像城墙中的门。表面张力可以将流体保留在储液器中并且防止其通过出口，直到在基底上绘制将储液器流体连接到壁外部的通道为止。
[0535] 在某些情况下，可能需要允许一个通道跨越另一个通道而不用使得流体连通。有时需要一个含水通道(具有FC40的壁)越过另一个通道(具有类似的壁)。考虑在空气中在聚苯乙烯表面上的一对相同的回路；每个回路均有通过直的含水通道相连的两个含水流体滴。一个回路已覆盖了FC40。接下来，使另一个回路颠倒(表面张力保持颠倒回路的形状)并置于第一回路上，使得通道以非平行角度交叉。最后，将第二个回路降到第一个回路，直到流体滴的顶部和底部接触另一表面。该结果为天桥/地下通道。在某些情况下，可以在与底部基底不同的高度处产生多个处于不同层的回路。
[0536] 或者，可以在具有连接它们的通孔的单个基底的两侧上形成回路。此通孔可以填充有用于流体实验的液体或用于扩散实验的液体。
[0537] 图47示出了具有流体式天桥/地下通道的回路。带有小孔的载玻片位于填充有FC40的矩形微滴定板中的两个基座(黑色)上。FC40完全覆盖由界面力保持到载玻片两表面上的含水回路(粉红色)。水从载玻片下表面的流体滴(左前方)连续延伸，通过小孔到顶部表面，然后沿着连接通道到另一个流体滴(右上角)上。这种结构可以以各种方式(例如，使用粘在载玻片下侧并与上表面上的通道成直角的另一个通道)用作流体式天桥或地下通道。此外，由于整个结构覆盖有FC40，由于流体静压的作用，下面流体滴上的压力高于顶部流体滴上的压力，因此该方法可用于长时间从下方较大的流体滴供给储液器。
[0538] 图48示出了带有流体式天桥/地下通道的另一个回路。其中载玻片上设置两个具有储液器的通道，使得通道彼此面对，并且载玻片被布置为使得通道在交叉区域处合并。这种布置可以提供3D型结构创建的复合体，其中各载玻片上的通道之间连通。将储液器再次填充FC40。
[0539] 在更复杂的3D结构的另一个示例中，第一流体和第二流体的密度匹配，使得第一流体的部分可以保持支撑或悬浮在第二流体内。这可以使得能够在基底上形成第一流体的更精细形貌。在腔室的情况下，对于给定的腔室印迹，腔室体积不受第一流体与基底之间的接触角限制。如果第一流体适当地位于第二流体中，则该腔室可以形成相对较高的结构。
[0540] 在更复杂的3D结构的另一个示例中，布置并固化(例如通过暴露于高温或UV光)第一流体层，然后在第一层的顶部上布置另外的第一流体层。这可以形成更精细的形貌。
[0541] 虽然本文所示示例中一般仅使用两种或三种不同的流体(例如，空气，水和FC40)，但任意数量的流体也可以组合。例如，绘制第一含水流体回路，绘制第二乙醇基回路，添加FC40覆盖层，并且在基底表面处的FC40覆盖层下方绘制空气基回路。
[0542] 下面概述用于操作本文所述的微流体布置的一些通用技术。起点是微流体回路或流体滴(具有已被绘制在表面上的给定印迹)的阵列，可能具有额外的覆盖层(FC40)以防止蒸发。
[0543] 流体的添加
[0544] ·喷嘴从流体滴的表面下方添加流体，喷嘴与微流体回路接触。
[0545] ·喷嘴从流体滴的表面上方添加流体，喷嘴和微流体回路之间没有直接接触。
[0546] ·喷嘴连续或间断地喷射流体。
[0547] ·如上所述的变干流体滴的再水化。
[0548] ·通过覆盖的不混溶液体/流体(例如FC40)转移材料(例如类似二氧化碳的气体或类似水的流体)。
[0549] 流体的减少
[0550] ·喷嘴从流体滴的表面下方或微流体回路中的任意位置移除流体。
[0551] ·通过覆盖的不混溶液体/流体(例如FC40)转移材料(例如类似二氧化碳的气体或类似水的流体)。
[0552] 从流体滴中选择特定含量
[0554] ·通过附着于两种流体之间的界面(例如，在水和油之间，这可以用于去除亲脂性试剂)。
[0556] 以下操作技术特定于微流体回路。为定制效果(tailored outcomes)可以密切控制流速和发生的时间。各种操作可以结合使用以产生复杂的功能。
[0557] 添加/合并
[0558] ·在一个通道(沿其长度可能具有相同或不同的横截面积和形状)中的层流流体之间
[0559] ·在一个接合点处的两个或更多通道之间
[0560] ·通过在流体滴或腔室内混合
[0561] ·为了清洁回路
[0562] 稀释
[0563] ·在通过一个长通道(沿其长度可能具有相同或不同的横截面积和形状)期间，[0564] ·在通过连续通道(沿其长度方向也可能有相同或不同的横截面积)期间[0565] ·在通过沿一个长通道布置的一个或多个流体滴/腔室期间分离(splitting)[0566] ·在接合处
[0567] 创建浓度梯度
[0568] ·通过沿着通道扩散(无净流体流动)
[0569] ·当两股流沿着一个通道流动时，通过从一股流扩散到另一股流
[0570] ·通过跨越(线性)界面扩散，其中两股流在一个方形/矩形/六角形的腔室中部汇合
[0571] 分离颗粒
[0572] ·使用不同横截面的通道过滤颗粒
[0573] ·通过死端通道进行扩散电泳。
[0574] ·通过通道中的颗粒上的“惯性升力”。这源于颗粒表面上的压力和粘性应力的不对称性，并且取决于颗粒尺寸、通道的几何形状和流动(在本系统中可以容易地操纵后两者)。
[0575] 下面更详细地描述本文所述的微流体布置的一些一般特征。
[0576] 由于没有限定通道的刚性壁，可以例如通过增加通道中流体的压力来改变通道的高度。由于钉扎作用，通道的印迹可以保持不变。如果通道的高度(以及相应的接触角)超过阈值，则通道变宽。通道高度可以在3个数量级内变化；例如，最初高1μm的通道高度可以增加到100μm或甚至1000μm，同时保持相同的通道印迹。如上所述，在沿着通道存在压力梯度的情况下，沿着通道长度的不同位置处的通道高度也存在变化。
[0577] 由于没有限定腔室的刚性壁，可以改变腔室的体积。通过识别由于钉扎作用给定的印迹可以保持不变，可以通过移除/添加一定的体积来减少或增加流体滴(腔室)的曲率半径，并且不改变印迹。这允许选择和控制流体滴中的拉普拉斯压力和流体静压，并因此选择和控制回路中的流动。还应该注意的是，最大钉扎角取决于三种材料(基底和两种流体)；通过适当选择材料的组合，可以实现相对高的最大钉扎角，并且可以提供用于改变流体滴的体积而不影响流体滴印迹的相对大的容量。
[0578] 在图19-21和26-35所示的示例中，使用没有限定腔室和通道的固定壁的系统是特别相关的，因为这些设计包括具有入口但不具有出口的“死端”腔室。在本微流体布置中，当流体被添加(至较大的“储液器”腔室)、流体(从较大的“储液器”腔室)流出、以及流体流入(到较小的“反应”腔室)时，腔室的体积改变。对于固定的腔室体积，这是不可能的，对于流入腔室的流动来说，必须有流出腔室的平衡流动。为了提供这种常规的固体壁，微流体通常需要每个腔室具有出口，无论是微流体通道还是微流体系统外的口。因为在本微流体布置中腔室体积可以改变，整个装置可以更简单。
[0579] 如果初始回路被绘制或印制使得特征相对平坦(即，它们在基底上方具有相对较小的高度，并且具有小的接触角，例如1°至10°)，则是有益的；这样它们具有接收额外流体的重要能力。这允许限定骨架(skeleton)回路布局，其使得能够在期望的位置随后添加试剂和流体并且导致期望的流体在回路中流动。骨架回路可以集中制造(可以根据使用者指定的设计)并且可以根据需要运输(可选地在变干或冷冻的状态)给使用者使用。之后，使用者可以选择多个其他参数，例如要添加的体积(影响拉普拉斯压力和回路中的流动)、覆盖层(影响回路的浮力)和基底倾斜(影响回路中的流体静压)等。
[0580] 本微流体布置中的另外的便利是流体可以在不需要诸如注射泵的外部主动泵装置的情况下实现。相反，可以控制流体静压和拉普拉斯压力来实现回路中所期望的流动。借助于非固体壁，具有可变体积腔室可以实现这种被动泵送。没有外部主动泵送布置带来了诸如没有死体积和样品浪费的优点，这对于稀有样品、以及系统简单化可能尤其重要，而且对系统简单，昂贵设备的独立性和与现有设备的实施/整合也很重要。
[0581] 在绘制微流体回路时，即，在预先限定预湿回路的印迹时，上面描述自动绘制系统以实现特征的精确。手绘可能非常合适，特别对于上述的切断特征。如果需要手绘，但难以达到良好的精度，则模板可以提供预定义的特征，例如可根据需要布置的通道和腔室。合适的回路设计包括任何常规使用的微流体布局。如上所述，还可以设计“死端”腔室。
[0582] 如上所述，本微流体布置的优点之一是使用者在改变给定微流体布局方面具有相当大的自由度。在一简单的示例中，提供了4个储液器和反应腔室，每个储液器具有不同的试剂。使用者首先可将反应腔室连接至第一试剂，然后在一定时间之后再将反应腔室连接至第二试剂，然后在又一定时间之后切断第一试剂和第二试剂并将反应腔室连接至第三试剂，等等。实际上，布局可以包括腔室之间的中断的连接通道，使得使用者可以再次容易地连接以形成未中断的连接通道。可以使用疏水针来切断通道，亲水针对于连接中断的通道可能是合适的。快速改变微流体回路配置的能力使得使用者能够在很少的硬件需求的情况下高度控制实验。
[0583] 所述示例基于用于微流体回路的含水溶液，如所述的与生物化学实验有关的示例，生物系统通常是水基的。除水之外的流体同样适用于形成本发明所述的微流体回路。例如，可以选择油基回路来形成用于液晶显示器的液晶。在另一示例中，使用其他溶剂和试剂来形成量子点。
[0584] 本文中的许多示例描述了FC40覆盖层以使含水微流体布置的蒸发最小。FC40与水不混溶并且是特别有利的，因为它比许多常规使用的油具有更好的生物相容性。FC40比油更容易处理，并且与许多油相比，具有与水匹配的更接近的折射率。FC40通常不适合用于常规系统，因为它比水密度高，水可以漂浮在FC40上。例如，在常规的微孔阵列中，就没有使用FC40，因为FC40会由于孔(well)中的大的含水体积而下沉到孔底，由此无法覆盖含水相。本微流体布置是基于表面张力的，因此高密度的覆盖物可稳定地覆盖含水相而不发生相转化。覆盖层的更高密度甚至是有利的，因为它在如上所述的倾斜下的显着流体静压差。可以使用硅油来代替FC40，该硅油例如来自Sigma-Aldrich的AR20(聚苯基甲基硅氧烷)，其在25℃下的粘度约20mPa.s，并且密度与水大致相同。
[0585] 下面结合图49说明研究界面张力变化的应用。图49(上)显示FC40中的两个含水滴。图49(下)示出了在暴露于表面活性剂一段时间后FC40中的相同的两个含水滴。随着表面活性剂吸附到流体滴表面，流体滴形状从球形变为钟形。钉扎导致流体滴印迹保持不变。由此产生的复杂流体滴形状由流体静压和界面张力决定；可以分析钟形曲线中的拐点以提供关于界面张力的指标。通过观察悬浮在管中的流体滴的变化形状，来研究在添加表面活性剂的情况下常规界面张力变化。这里描述的方法允许动态研究界面张力，并且只需要少量的试剂。
[0586] 在流体滴的表面处，界面上的流体静压和界面上的拉普拉斯压力相互平衡。在沿流体滴表面曲线的拐点处，仅在一个平面上有曲率(相反，沿着流体滴表面的其他地方通常有两个曲率半径，这使得拉普拉斯压力的评价更加复杂)。如果在拐点处只有单一曲率半径，那么界面上的拉普拉斯压力可以使用简化的关系来确定：
[0587] 界面上的拉普拉斯压力＝界面张力/曲率半径。
[0588] 通过测量拐点水平面上的流体滴的直径，可以很容易地确定曲率半径。给定两种流体之间的密度差，可以通过测量流体滴顶部与拐点之间的垂直距离来确定在拐点处的界面上的流体静压。因此，界面张力(静态和动态)可以通过以下关系式很容易地确定：
[0589] 界面张力＝曲率半径*界面上的流体静压。
[0590] 流体滴的大小可以变化以适应/改善界面张力测量范围的准确度。
[0591] 阵列
[0592] 现将详细地说明应用于单独流体滴的阵列的微流体布置(结合图18所述)。
[0593] 向小腔室添加和移除少量试剂(纳升到微升)的能力在工业中有许多应用。通常，通过微量移液器将小体积分配到微孔中。应用于微阵列的本微流体布置提供了使用简单且便宜的微孔的替代方案；这种替代方案可以很容易地结合到高通量应用中。应用于微阵列的本微流体布置特别适用于需要将特定浓度的试剂添加到(移除出)体积为几纳升多达至几微升的腔室。
[0594] 检测不断少量的材料的能力逐年提高，这促使人们寻求更好的方法来处理不断增加数量的更小体积。“微孔板”(也称为“微量滴定板”或“微孔”)广泛用于分析和诊断实验室的高通量液体处理过程。微孔板具有127.76×85.48×14.22mm(长×宽×高)的标准尺寸(ANSI/SLAS标准)；具有96,384和1,536孔/板的那些分别具有大约100-500,15-150和3-10微升的工作体积/孔，并且孔通常间隔相距<1个孔直径。每个孔的含有物与其他孔的含有物隔离。不同孔之间不发生物质交换，即使邻近培养孔，无菌孔也保持无菌状态。没有流体通过壁流失，通过密封孔(例如用塑料膜或覆盖不混溶的液体如油)可以限制从表面蒸发。
[0595] 应用于微阵列的本微流体布置允许通过可以具有上述标准尺寸的平坦的未图案化(具有均匀的表面化学)表面(例如由聚苯乙烯或玻璃制成)替代常规“微孔板”(因此它可以与现有的机器人液体处理系统一起使用)。在该表面上“印制”流体滴的阵列，每个流体滴相当于“微孔板”中的一个孔。使用当前使用的机器人系统或下面更深入描述的“印制机”，在此阵列的流体滴中添加/移除流体。请注意，相同的一般注意事项适用于非标准尺寸表面上的阵列，具有非圆形印迹(例如方形或六角形)的流体滴阵列，以及其中流体滴更紧密(例如，通过逐个偏移第二行和第二列)排列的阵列。上文结合微流体回路描述的特征和考虑同样适用于此处所述的微阵列。
[0596] 应用于微阵列的本微流体布置的示例中，含水滴形成于平坦的未图案化的聚苯乙烯表面上(可使用产生适当界面张力的其它液体/表面)。首先，通过从喷嘴/“笔”喷射水来将含水滴“印制”在平坦的未图案化表面上。空气:水(即流体:流体)界面围绕流体滴。流体滴限定于其通过界面张力沉积的表面上的局部区域。表面周围没有固体限定壁；同样，没有表面功能化促使流体滴进入特定区域。接下来，流体滴上覆盖不混溶流体，以使其与周围环境隔离并防止蒸发；流体:流体界面仍然围绕着流体滴。该不混溶流体可能是漂浮在水上的油，也可能是像FC40这样比水密度大的碳氟化合物(如果流体滴足够小，则表面张力的强度足以确保水仍然粘在其沉积的表面上，尽管覆盖有较高密度的流体)。最后，可以使用同一个或另一个喷嘴通过覆盖的不混溶流体将水添加到流体滴或从流体滴中去除水。之后，界面张力确保了流体滴在板上的印迹和位置基本保持不变(这便于随后的机器人液体处理，因为机器人可以容易地被编程以返回到相同的x，y，z坐标)。这些过程可用来在平坦的未图案化的表面上生成单独的流体滴(几何形状大致成球冠)的阵列。
[0597] 图50示出了流体滴的阵列。在本示例中，示出了含有蓝色染料的水滴在标准微量滴定板中的阵列(插图显示放大图)。此处，具有用FC40覆盖的1,536个600nl(体积可扩展多达1,000nl)的流体滴的阵列。
[0598] 这种阵列的使用具有若干相互关联的优点，下面更深入地说明这些优点。
[0599] (i)每个流体滴中的流体随后依然适合液体处理，从这个意义上讲，所印制的流体滴阵列保持“功能性”。例如，通过将吸液管插入流体滴表面的下部，通过常规的机器人驱动移液器可以容易地将流体添加到流体滴或从流体滴中移除流体。与常规的“微孔板”一样，当从不同的流体滴中添加/移除流体时，使用不同的移液器以最小化流体滴之间的流体转移和污染。然而，也可以使用定制的流体印制机(例如下面更详细描述的印制系统)将流体添加到流体滴中。在这种情况下，喷嘴可以位于流体滴表面的上方，流体不断流出喷嘴并流到阵列中预先存在的流体滴。这可以通过预先存在的流体滴中的流体将喷嘴中的流体污染最小化。因此，可以使用相同的喷嘴将相同的试剂添加到阵列中的不同流体滴。
[0600] (ii)对于高通量应用，其对最大化每单位面积的流体室(孔/滴)的密度，以及最小化每个孔/滴内的含水体积(因为试剂通常是昂贵的)是有利的。考虑常规的384孔板，其中孔通常被建议具有约5μl的最小工作体积。可以在未图案化的表面上的相同区域中排列略微多的(至少384个)仅包含1μl的含水(球形)滴(甚至允许1-流体滴直径的较大的流体滴间“死”空间)。随着孔/滴变小，这种差异会增加。因此，常规1,536孔板(被建议的最小工作体积约3μl)与仅含有0.1μl的约1,855含水滴相比，其可以排列在未图案化表面上的相同区域中(同样假定1-流体滴直径的较大的流体滴间“死”空间)。此外，可以在典型“微孔板”的工作区域中排列约8,475个流体滴(体积0.01μl)。现代广泛使用的机器人能够移取这种小流体滴。因此，应用于微阵列的本微流体布置允许将更小体积的腔室装入标准“微孔板”的工作区域-这将节省使用的体积。流体滴可以更紧密地包装(例如，通过在每个第二行和列偏移)。
[0601] (iii)在常规“微孔板”中使用小体积会带来显着的“边缘”效应，这可能使下游分析变得复杂。例如，在标准的1,536孔的“微孔板”中，一个孔(半径0.86mm)中体积约11％的3μl含水滴在外围的半月板中(即，在中间水平以上)。于是，只能用显微镜费劲地对孔中要关注的包含物(可能是在底部生长的人类细胞)成像，特别是当显微镜只能从上方直接“看到”孔时。但从一个角度很容易并同时地对含有生长细胞的平坦表面上的许多流体滴成像。
[0602] (iv)筛选药物对阵列中生长的哺乳动物细胞的作用是有吸引力的。这种细胞通常在聚苯乙烯上生长。据观察，如果管充满含有一滴包裹在FC40中的含血清培养基的两相系统，那么流动会在流体滴的末端引起囊泡和血清蛋白/脂蛋白聚集体的形成。这种囊泡/聚集体的存在可能使随后的显微镜分析复杂化(因为囊泡看起来非常像细胞、细胞核或亚细胞器)。还观察到，当首先通过使用下面描述的印制系统，将一滴培养基(其可能含有细胞)从仅包含单相的源/管中通过空气沉积到表面，然后用碳氟化合物FC40覆盖时，是看不到这种囊泡/聚集体的。使用管中的单相或多相流在该预成型的流体滴中添加后续流体导致流体滴中几乎没有囊泡(如果有的话，是由于其他非水相)。
[0603] (v)阵列中的流体滴可以具有非圆形的印迹-例如方形或六边形。例如，阵列中的方形流体滴的印迹可以占据承载阵列的基底的面积的较大部分。如果(例如)有利于使在每流体滴中生长的贴壁细胞的数量最大化以获得更高的灵敏度，这可能是有利的。
[0604] 本微流体布置对于微阵列的应用可以被用来以与广泛使用(例如用于细胞基试验)的当前过程兼容的方式，执行小体积的高通液体处理(向/从腔室添加/去除流体)。具有许多孔的标准“微孔板”被平坦的非结构化表面(其可能具有与常规微孔板相似的尺寸)替代。表面上的流体滴阵列替代了标准“微孔板”中的孔阵列。在本系统中，固体壁仅围绕平坦表面的边缘；这些壁限定(不混溶)流体(例如，油或碳氟化合物，如FC40)的任意覆盖层，该覆盖层可能随后添加以防止蒸发并将阵列中的单独流体滴与另一个流体滴隔离。随着流体滴尺寸减小，最小化蒸发变得越来越重要。
[0605] 现在描述用于制造本阵列的方法的示例。使用填充有流体并连接到泵的管形成单个含水滴。采用主动泵送(例如注射泵)或者被动泵送(例如重力驱动虹吸管)，泵驱动流体流过所述管。机器人抓持管的尖端(“喷嘴”)并将其移动到(亲水)表面上方的预定位置。启动泵喷射液体，以便在静止喷嘴处形成含水滴直到它最终接触到表面；然后，流体迅速而无序地重新排列，形成从通道通过喷嘴连续延伸到表面的完整的(仍在流动的)水桥。该流体桥及其印迹通过界面张力(水与固体表面和喷嘴之间，以及水与周围流体-在本描述的示例中其为空气，但在其他实施方式中可以是不混溶的流体如油或FC40-之间的界面张力)，喷嘴尺寸和流速在表面上成形。随着流动继续，喷嘴可沿x和/或y方向移动，以将表面上的流体滴的印迹改变成任意期望的形状(例如，给出形状像方形、六边形或星形的印迹)。随着流动继续(或未继续)，可以升高喷嘴以断开桥并在表面上留下流体滴。这种现在印制的流体滴的形状由各种界面张力、流速、正离开的喷嘴的形状以及喷嘴的离开速度决定。当泵从表面上的一个位置移动到另一个位置时(允许快速印制)并同时持续喷射流体时，可以重复此过程以创建流体滴的阵列。当然，在这样的移动过程中，泵也可以停止流动。
[0606] 一旦制成，可以用比水轻的油(类似于常规用于微孔阵列的油)覆盖流体滴的阵列。也许令人惊讶的是，也可以使用比水密度大的像FC40的碳氟化合物(因为表面张力足以在表面上保持少于几微升的含水滴，尽管密度不同)。
[0607] 使用将机器人驱动的移液器浸入阵列中的流体滴的常规方法，可以将水添加到这种阵列中的流体滴中并从中移出。为了防止交叉污染，每个流体滴通常使用新的移液器。上述具有机器人移动喷嘴的印制机系统还可以以不同的方式将水添加(并移除)到预先存在的流体滴或回路(可以用油或碳氟化合物覆盖)。添加流体时，喷嘴靠近预先存在的流体滴的表面(最好不要触及它)，然后启动泵(如果尚未运行)。然后，在喷嘴处形成流体滴，最终与表面上预先存在的水滴结合(与前非常像)。这与常规的方法不同，在常规方法中，在将流体泵入该流体滴之前，将移液器的尖端插入微量滴定板中的孔中流体的表面下方。对于具有圆形印迹的流体滴，混合可能更有效，因为两种效应起作用-连续流动提供了等效泵送引起的混合，其由两流体滴的合并引起的无秩序流动增强。在流体滴具有方形印迹的情况下，流动甚至比具有圆形印迹的流体滴中的流动更加混乱。在这里，连续流动还可以最小化流体从阵列中的一个流体滴遗留到下一滴，从而可以最小化含有不同试剂的流体滴之间的交叉污染。如前所述，界面张力、流速、喷嘴和表面之间的垂直距离、喷嘴尺寸以及喷嘴的垂直运动速率全选择成确保适当地制造/中断水桥，以确保所需的水从喷嘴转移到表面上的流体滴。为了从阵列中预先存在的流体滴中移除流体，可以使用常规方法(例如，当泵停止时，喷嘴可以像常规的移液器尖端一样插入流体滴中，然后泵反向启动，或者如果流体滴尺寸足够，可以使用标准移液器/机器人)。
[0608] 如上所述，当水从喷嘴连续流动时可以制成阵列。换言之，在印制机从一个地方移动到另一个地方时，流动连续以初始创建流体滴的阵列。制成阵列后，随着更多的水添加到阵列中的选定流体滴，水也可以持续流动。这使得阵列的快速生产和/或随后的快速液体处理成为可能。如上所述，可以使用相同的喷嘴制作阵列和/或将水加入选定的流体滴中(在交叉污染少的区域中)。这样就不必为每个流体滴使用新的移液尖端(这样可以降低成本)。
[0609] 我们下面考虑FC40的覆盖层对流体滴的形状的影响。可以将少量的水添加到聚苯乙烯表面的流体滴中(或从聚苯乙烯表面上的流体滴中移除)，而不会改变聚苯乙烯上的印迹；限定印迹界限的接触线被“钉扎”，并且接触角增大(或减小)直到前进最大接触角(或后退或最小接触角)的极限。然而，如果添加(或移除)水使接触角超过这些极限，则印迹的表面积增加(或减小)。当用FC40覆盖时，最大接触角增加，“扎钉”确保可以在不改变印迹的情况下添加(或移除)更多的水。这对阵列中流体滴的高密度包装特别有利，同时避免相邻流体滴的合并。
[0610] 在较大水滴的情况下，FC40覆盖层具有另一种效果，即，可以将更多的水添加到聚苯乙烯表面上预先存在的水滴中。在较大流体滴的情况下，重力变得更重要；它通过(密度较大的)FC40和水之间浮力密度的差异起作用，与“钉扎”相结合。向FC40下的“钉扎”水滴中添加更多的水最初会增加流体滴的垂直高度，而不会增加印迹的面积，因为水易于上升通过FC40而浮到其表面上。
[0611] 如上所述，阵列中的流体滴可以具有非圆形印迹，用于增强钉扎、更好的混合以及更大的基底面积覆盖率。
[0612] 可以选择流体滴的印迹以满足特定目的。在一个示例中，在空气中的聚苯乙烯盘上印制两个等体积的水滴；第一滴具有圆形印迹，另一滴具有方形印迹。具有圆形印迹的流体滴具有最高的曲率(以及拉普拉斯压力)，并且可以以各种方式(例如，在将两个流体滴通过流体通道连接之后，将流体从一个流体滴转移到另一个流体滴，或者允许以不同的速率从表面蒸发)利用该压差。在另一个示例中，具有相等体积的三个流体滴(如之前在聚苯乙烯上在空气中印制)均具有圆形印迹，但具有不同的直径。其中一个流体滴是半球形；另一个流体滴具有较大的印迹直径并且相对平坦；第三个流体滴具有相对小的印迹直径并且相对较高；半球形的流体滴具有最高曲率(和拉普拉斯压力)。如在前面的示例中所述，可以以各种方式(例如，在将流体滴通过流体通道连接之后，将流动从一个流体滴转移到另一个流体滴，或允许以不同速率从表面蒸发)利用这种压力差。
[0613] 如上面关于微流体回路所述，如果利用相对平坦的流体滴(具有小接触角，例如1°至10°，并且初始流体滴体积取决于流体滴的直径)绘制或印制初始流体滴阵列，使得流体滴具有用于接收额外流体的显着容量(由于钉扎使得流体滴的印迹保持不变)，则是有利的。这允许限定骨架流体滴阵列，并随后在期望的位置添加试剂和流体。
[0614] 图51和52示出了一示例，其中流体被添加到流体滴并从流体滴中移出。在图51(i)中，水滴由分配尖端处的表面张力保持。在图51(ii)中，流体滴在基底上形成，在空气中具有前进接触角。在图51(iii)中添加更多的水会增加印迹。在图51(iv)中，移除水留下未改变的印记(边缘被“钉扎”)，但接触角为<。现在，水可以添加到这个“扁平”的流体滴，而不会改变印迹(随着接触角增加到)。在图51(v)中，图51(iii)用FC40的覆盖结构允许添加更多的水而不改变印迹，因为FC40中的前进接触角>。
[0615] 在图52(i)中，示出了“印制”已经印制在基底上的“扁平”流体滴，类似于图51(iv)中的流体滴，但具有另外的FC40覆盖层。在图52(ii)中，将水添加到流体滴中，导致图52(iii)中所示的流体滴具有更大的体积(在一示例中增加14倍)并且流体滴印迹没有发生任何改变。
[0616] 如上所述，可以将流体滴阵列脱水(为便于处理和运输，如上所述)和再水化(如上详述)以供使用。在一示例中，表面用流体滴预先图案化，使得每个流体滴含有不同的试剂(例如，siRNA筛选中使用的不同siRNA)。水从流体滴中蒸发，板被包装并运送给使用者，然后使用者可以再水化流体滴并添加样品以开始测定。或者，阵列可以被冷冻，运输，然后解冻。
[0617] 下面更详细地说明细胞培养物阵列的示例。通常在微阵列板上培养细胞培养物以深刻理解生物学过程。由于微阵列板上的孔通常具有弯曲的壁，所以在这些孔中对细胞成像可能是有问题的。使用承载流体滴的平坦、未图案化的表面可以改善成像。而且，如上所述，用沉积在平坦的未图案化的表面上的流体滴，可以实现更好的包装和密度以及表面覆盖。典型的微孔需要约30μl的最小样品体积，而在具有相同印迹的流体滴中，体积可以介于300nl和3μl之间。较小的体积使得流体滴可以更便宜地填充，并且更少浪费稀缺材料，例如药物库。由于钉扎作用，可以在不改变印迹的情况下将大量流体添加到流体滴中。例如，为了形成流体滴，将200nl流体沉积在表面上(以相对平坦的薄流体滴)；随后可以进一步增加至2000nl。在常规的微阵列中，如果不增加孔的印迹，则体积增加10倍通常是不可能的。对于微阵列的储存和运输，通常有利的方法是使用预图案化在表面上的阵列，对其进行再水化，然后添加细胞以供使用；在这点上，在图案化之后添加相对较大体积的能力是特别有利的。因为在添加更多流体和细胞后，流体滴的印迹的面积没有增加，因此要比印迹增加且相对少量的细胞找到通往周边的路径，能够得到更密集，更均匀的细胞分布。在成像方面，密集、均匀的细胞分布是有利的。最后，FC40展现了如上所述油的优越属性，特别是在生物相容性方面，但不适合在孔中使用：因为相对较大体积的水的浮力足以将水漂浮在孔中FC40上。
[0618] 如上所述的流体滴的阵列的更多可能性包括：
[0619] ·来自两个喷嘴的有序沉积首先形成含水滴，然后覆盖不混溶的流体。
[0620] ·在上述方法中，在沉积含水滴之后添加覆盖层；在另一种方法中，含水滴沉积在覆盖膜下方。含水流体从喷嘴喷射并通过预先存在的油层或碳氟化合物层到达表面；这里的含水滴不会接触空气，因为它总是被隔离油或碳氟化合物包围。在这种替代方法中，可能会有覆盖层流体对流体滴造成一定的污染。
[0621] ·在上述方法中，随着流体从喷嘴流出而形成流体滴；在另一种方法中，管预先填充被油包裹的水滴(因此当从喷嘴喷出时，含水滴已经存在)。将含水滴从预填充有被油或碳氟化合物包围的含水液滴的管(或预先用油滴内的水滴填充，所述油滴又被碳氟化合物包围)喷射到表面上。
[0622] ·在上述方法中，覆盖层被选择为只覆盖流体滴(以达到最大流体滴的体积/高度)或以一定余度覆盖流体滴。在一个变型中，覆盖层可以仅部分地覆盖流体滴。例如，上覆盖的第二流体可以是深0.5mm，围绕高1mm的第一流体的流体滴(一些第二流体仍然可以在第一流体的流体滴上形成薄膜以防止第一流体蒸发)。第三流体可以部分地覆盖流体滴。第三流体可以覆盖第二流体。
[0623] ·不添加覆盖层，并且流体滴保持在空气中。
[0624] ·流体滴沉积在图案化的表面。
[0625] ·可以使用管内的气泡作为驱动活塞来制备流体滴。
[0626] ·可以从在平坦表面上形成的流体滴填充管。
[0627] 上述示例涉及亲水表面如聚苯乙烯上的含水滴。在替代方案中，相同的方法和考虑被用于在疏水表面上形成油滴的阵列。如上所述，类似于含水滴，可以将其它油添加到这种油滴中以及从这种油滴中中移除。通过适当选择表面和流体，可以提供适当的界面张力以使本文所述的流体滴的微阵列具有广范围的流体和基底。
[0628] 印制
[0629] 下面更详细地描述如上所述的用于制作微流体布置的印制系统。
[0630] 印制系统在表面上印制流体滴和/或微流体回路(腔室和/或流体滴和/或通道的网络)的功能阵列，例如为了创建如上所述的2D和3D回路。在一示例中，该装置包括3个部件：机器人驱动的喷嘴/笔/触针，注射泵(通过PTFE管连接到喷嘴)，以及驱动机器人和注射泵的相关计算机/软件。印制系统还可以向体积从几纳升到几微升的腔室添加或移除特定量的试剂。向小腔室添加和移除少量试剂(纳升到微升)的能力在工业中有许多应用。通常情况下，通过移液器将小体积分配到测试管或微量滴定板中的孔中。该印制系统简单，价格便宜，可以结合到高通量工艺中。
[0631] 单个流体滴，流体滴的阵列或更复杂的流体回路被“印制”在表面上，典型地(但不一定)是被“印制”在平坦的水平且未图案化的表面上；它们通过表面张力保持在适当的位置，并且被流体界面限定和/或分离。任何可能的微流体网络都可以通过在水平的(平坦的，水平的)亲水表面上拖拽填充水的“笔”，以留下流体的痕迹来创建。一旦制成，沉积的流体就可以通过用不可混溶的流体如碳氟化合物(除其他方面，防止蒸发)将其覆盖来保存和隔离。随后，含水流体或溶质可被动地(例如通过扩散，或使用合理地设置整个网络中的流体滴中的拉普拉斯压差)或主动地(例如使用泵)通过网络转移。在创建网络和操纵流体流过该网络时使用界面张力的知识。得到的阵列可以非常像常规微孔一样使用(例如，在基于细胞的测定中，在药物筛选中，或在需要流体的几乎任何测定中)，以及与常规微流体芯片非常相似的回路(例如，用于添加和减去试剂)。
[0632] 印制系统具有三个基本组件：(i)驱动流向“笔”或“喷嘴”的机构(例如注射泵或重力驱动虹吸管)，(ii)握持笔/喷嘴和将其相对于基底移动的机器人(例如，在x，y和z中具有约10μm的精度；例如，机器人可以沿z方向移动笔以及在x和y方向上移动用于承载基底的载物台)；以及(iii)软件/计算机，其允许使用者在计算设备上绘制期望的回路，并将该回路所相关(underlying)的坐标转换为驱动泵和机器人的代码，因此在表面上创建流体滴的阵列或回路。
[0633] 以上描述了本印制过程的多个示例。现描述用于在聚苯乙烯表面上印制(在空气中)单个水滴的印制操作的另一示例-其中，使用填充水并连接到可驱动流体流动的泵的管。机器人握持管的尖端(“喷嘴”)并将其携带到(亲水)表面上方的3D空间中的预定位置。泵喷射流体，使静止喷嘴处的流体滴增大直至其接触表面；之后，流体重新排列，形成从管通过喷嘴不断延伸到表面的完整的(可能静止-流动(still-flowing)的)水桥。流体桥的形状和尺寸及其在表面上的印迹由喷嘴尺寸、流速和界面张力(水与固体表面和喷嘴两者之间以及水与周围流体之间)决定。当流动继续时，喷嘴被最终升高，以打断水桥并在表面留下流体滴。该已印制的流体滴的形状由各种界面张力、流速、喷嘴的形状以及喷嘴所遵循的路径决定。当泵从表面上的一个位置移动到另一个位置(允许快速印制)，且继续喷射流体时，可以重复此过程以创建流体滴的阵列。在一变型中，泵在这种移动过程中停止流动(尽管这可能导致延迟流体的沉积)。
[0634] 对于更复杂的流体回路，一旦喷嘴已降低到其位置且第一流体滴沉积在表面上-并且随着流动继续-只需将喷嘴横向移动(在x和/或y尺寸而在z轴上不改变)，就可以将通道添加到那个流体滴，以创建具有任意期望的2D形状的流体连接通道。通过扩展，通过横向移动喷嘴而不在z轴上改变并且不停止泵(用于快速印制)，可以将另外的流体滴和连接通道添加到此回路中。在一变型中，泵在此横移过程中停止流动。当喷嘴被升高以断开流体桥和/或泵停止时，停止向该回路添加另外的流体。喷嘴可以返回到先前形成的流体滴或回路以添加另外的流体。喷嘴可以返回到先前形成的回路特征并添加另外的连接回路特征。流速和喷嘴与表面之间的垂直距离、喷嘴尺寸、界面张力以及横向和垂直运动的速率都被选择为确保流体桥被适当地形成/打断，以在表面上提供流体的期望图案和体积。
[0635] 在上述示例中，流体沉积在表面上，而周围的流体是空气。在其他示例中，流体沉积在表面上，同时被不同的不混溶流体如油或FC40包围。在一个这样的示例中，含水流体被注入通过在开始时覆盖表面的碳氟化合物，并由此沉积在表面上。
[0636] 在上述示例中，流体以期望的图案沉积在表面上。在其他示例中，流体重新定位在表面上以形成期望的图案。此过程类似于被称为拉毛(sgraffito)的已知技术。图53-56更详细地说明了通过重新定位的印制。
[0637] 图53示出了通过重新定位进行印制的示意图。诸如微量滴定板之类的基底480在其表面上具有用诸如FC40的碳氟化合物的不混溶层484覆盖的薄的含水膜482。疏水性和亲氟性的尖端486(诸如PTFE管)插入含水膜482和碳氟化合物层484中，沿基底480的表面被绘制。尖端486的疏水性有助于置换含水膜482，以及由于尖端的亲氟性，碳氟化合物484有助于重新填充先前由水溶液占据的空间。以这种方式可以形成图案，在所示的示例中线488为所形成的图案。通过例如绘制多条直线，可以生成含水流体的“岛”。类似地可以生成其他更复杂的含水流体的图案。
[0638] 图54(i)至(iii)示出通过重新定位流体产生的微流体布置。图54(i)示出了许多平行的微流体通道。图54(ii)和(iii)示出了方形腔室的阵列。不是在表面上的期望位置印制腔室的阵列，而是通过从不期望的位置转移水溶液来绘制图示的图案。印制尖端在水溶液将被转移的表面上移动，从而在期望的通道之间以及期望的腔室之间移动。在该示例中，塑料基底的表面用含水流体润湿。移除过量的含水流体以避免形成超过最小厚度的膜，但留下足够的含水流体以润湿表面。将1ml的FC40覆盖在含水膜上以形成不混溶层。将32G PTFE管(内径0.23mm)降低通过FC40和含水流体，直到其接触表面，并以直线(以15mm/s)在板上被拉动；当PTFE尖端通过含水膜时，水从前面的表面移开，并由后面的FC40代替，从而将含水膜重新定位为限定的形状。
[0639] 在图54(i)中，水溶液以线的形状移位。在线的端部，PTFE尖端返回到起始位置并偏移一距离，以形成一系列平行线；每条新的线距最后一行偏移374μm至600μm。明场图像示出了所形成的一些具有由FC40线分隔的不同厚度的含水线(蓝色)(具有由PTFE尖端的宽度确定的恒定厚度，该PTFE尖端和与该尖端正进入的方向垂直的表面接触)。在图54(ii)中，水溶液以网格形式替代。从图54(i)中看到的图案开始，然后以与第一组线相垂直的角度绘制多个其他线以创建网格(使用均匀偏移)。这生成了方形或长方形的含水室，该含水室侧面约100-400μm，体积降至几纳升。这些腔室可以用这种方式制成标准板。由于形成腔室的水溶液为薄膜并且相对平坦，因此腔室可以填充其初始体积的许多倍而不改变印迹，假设腔室的总体积使得腔室界面的接触角小于这些特定材料的前进接触角。图54(iii)示出了54(ii)中所示的相同阵列的荧光图像。
[0640] 图55示出了通过如上所述重新定位流体产生宽度为20-110μm的多个平行微流体通道。为了产生通道，用由32G PTFE管形成的尖端以45度接触表面来绘绘制第一条线；这制成了由FC40填充的宽约130μm的线。之后，将尖端从表面移开，使其移动返回到第一条线的同一水平起始位置，但是在负的垂直方向上偏移240μm的距离。该尖端之后被带回到表面上并且绘制平行线(表面上的FC40的通道)。这两条线形成了具有110μm宽度的含水通道，该含水通道的每侧由FC40限定。用190,180,170,160,150μm的垂直偏移量重复该过程，分别产生60,50,40,30,20μm的含水通道宽度。
[0641] 图56A至56D示出通过重新定位流体产生的方形腔室的阵列。产生多个类似于结合图55所述的那些均匀间隔开的含水通道。与图55不同，这些线以相等的偏移绘制。以与第一组成直角的方式绘制另一组均匀间隔的线以产生含水腔室的网格，其中各方形含水腔室被覆盖并通过FC40与其相邻的含水腔室分开。腔室间距和腔室数量可以等同于含有1,536个孔的标准微量滴定板中的腔室间距和腔室数量(图56A)；也可以在标准微量滴定位置的总体尺寸内制造具有6144个孔(图56B)、24576个孔(图56C)或98304个孔(图56D)的更高密度阵列。每个腔室能够容纳约3000至4500nl(图56A)，约300至450nl(图56B)，约30至45nl(图56C)或约3至4.5nl(图56D)。
[0642] 为了通过重新定位流体来进行印制，上述印制系统不需要驱动流向“笔”或“喷嘴”的机构(例如注射泵或重力驱动虹吸管)，而仅需要机器人握持笔/喷嘴并将其从一个地方移动到另一个地方(例如，在x，y和z中具有约10μm的精度)；以及允许使用者在计算设备上绘制期望回路的软件/计算机，并将该回路所相关(underlying)的坐标转换为驱动机器人的代码，从而在表面上创建流体滴的阵列或回路。
[0643] 在一些示例中，通过移位产生第一图案，然后将一种或多种不同的流体添加到图案的不同部分并随后重新定位流体以形成第二图案，这样处理可能是方便的。例如，将大面积分成多个条带(例如类似于图54i所示的图案)。之后，向每个条带添加特定的流体组成或用量。随后通过移位进一步构图产生第二图案(例如类似于图54ii所示的矩形腔室阵列)。可能有用的示例包括制备用于细胞培养的腔室阵列的步骤。相对薄的初始流体膜是有利的，因为它可以容易地被移动。但为了提供足够大体积的培养基，提供超过最小体积的腔室是有利的。在分离成腔室之前向条带中添加培养基减少了操作次数，因为每个条带只需添加一次就足够了。在另一示例中，腔室组成的变型是期望的；每个条带可以补充不同的组成，然后细分成腔室，而不是向各个腔室添加不同的补充剂。
[0644] 为了提供具有均匀体积的腔室，将特征区域分成具有相同印迹边界长度的两个部分的图案化过程是有利的。这可以帮助避免由于边缘效应造成的不均匀性。对于对称特征，这是通过将对称线上的特征区域减半来实现的。在图示示例中，形成长度为32mm的流体条。在16mm处进行第一次切割，由此将条的区域减半，形成两个相同的隔室。在8mm和24mm处进行第二次切割，从而进一步减小隔室等等。通过该过程，在每个步骤最佳地形成相似的隔室，得到最佳均匀的腔室。
[0645] 如上所述的印制系统的印制输出(不管图案形成是通过流体沉积还是通过流体再定位)可以是包括流体滴的阵列或常规已知的微流体回路设计在内的各种图案中的任何一种。回路可以执行不同的功能(例如，样本稀释、分裂、合并/混合)。具有不同功能的回路(例如样品稀释、分离、合并/混合)可以以不同的方式添加在一起，以在表面上生成完整的实验室(laboratories)。
[0646] 印制系统和方法的一些显着特点和选择是：
[0647] (i)使用流体界面作为特征的边界具有优点：由于边界由界面张力确定，所以可以准确和可重复地形成该边界。与具有固体壁结构的传统微流体和微孔板不同，流体特征的边界并不取决于可以在固体物体内形成凹槽或通道的精度。
[0648] (ii)由于流体由流体边界(而非固体壁)限定，因此流体滴或回路中的任何位置处的流体仍然适合于液体处理(例如，流体随后可容易地被添加(或移除)到流体滴或回路中的任何点处)。
[0649] (iii)由于流体滴被第二种流体覆盖，污染的可能性被最小化。
[0650] (iv)对于流体回路，由于具有不同形状和位置的流体边界可用于创建不同的局部压力，因此可以容易地驱动液体通过系统，而无需使用额外的泵(尽管可能使用外部泵)。流体可以以预先确定的方式转移通过回路，流动可以在需要时启动和停止。在印制流体滴阵列的情况下，可以印制具有不同几何形状的流体滴，并且这些流体滴可以具有不同的行为。
[0651] (v)现有的喷墨印制机可以创建流体滴阵列；流体滴(利用高原-瑞利不稳定性或压电晶体形成)从孔口射出并飞行通过空气落在-并粘附在-表面上。在这种情况下，流体滴不会同时与分配装置和表面接触；由于在喷嘴处产生离散的流体滴，所以流体流动是不连续的，回路以点描(Pointillist)或数字方式印制。在上述印制机的情况下，使用模拟方法草绘阵列(和/或回路)；可以连续从喷嘴流出流体，并且流体可以在喷嘴和表面之间形成完整的桥。
[0653] (vii)印制机功能取决于喷嘴/喷嘴特性、尺寸、配置和排布的适当选择。例如，对于通过沉积进行印制，喷嘴到表面的距离以及在表面上方z轴方向上适当的初始喷嘴位置是相关的。喷嘴和表面的相对位置可通过以下步骤调零。机器人“松松地”抓持喷嘴部分(例如PTFE管或钝针尖)，并将该喷嘴部分缓慢地降低到表面上。一旦喷嘴接触到表面，喷嘴部分滑过机器人的抓持，机器人就会停止。例如，可以通过眼睛来容易地检测喷嘴部分的滑动。机器人在喷嘴部分上的夹持被固定。之后，机器人可以将喷嘴提升到表面上方所需的距离。该喷嘴部分可以连接到机器人，使得只需要非常小的力就足以使喷嘴部分相对于机器人移动。喷嘴部分可以连接到机器人，使得在表面、喷嘴部分和机器人之间的相互作用期间发生可忽略的运动滞后。例如，可以选择相对较硬的喷嘴部分。这可以允许准确调零。在一变型中，机器人牢固地抓持套筒，针被安装在该套筒中使得如果施加力，它就可以移动，但是在没有力的情况下，针保持固定在套筒内。这可以避免紧固机器人抓持的步骤，并且还可以实现刚度、滑动容易性和可抓持性的有利组合。特别有利的喷嘴部分包括可以被机器人抓持的硅橡胶管；硅橡胶管内的PFTE管，以便于滑动；位于PTFE管内的钢针，以保持刚度，钢针从PTFE管和硅胶管中伸出。在一变型中，喷嘴朝表面移动设定的距离，直到可以推测(可选择实际观察)喷嘴已经接触表面(不需要确定喷嘴部分相对于表面滑动多远)为止。这可以避免检测的需要，同时仍然能够实现喷嘴相对于表面的精确调零。
[0654] 在另一种调零方法中，基底表面覆盖有已知厚度的流体层，将喷嘴降低；一旦喷嘴的尖端接触流体层，就会在两者之间形成固液桥，这可以容易地被检测到(例如通过眼睛)。喷嘴停止并且喷嘴到表面的距离可以校准到流体层的已知厚度。这允许简单调零喷嘴相对于表面的高度以及随后将喷嘴精确定位在表面上方的期望距离处。另一种选择是从喷嘴的尖端挤出流体滴，然后将喷嘴降低，仍然附着的流体滴朝向液体的表面下降；接下来形成液-液桥(其也容易被眼睛检测到)，并且可以如之前那样确定与表面的距离。当然，例如涉及接近传感器，电接触/传感器的任何其他方法也可以用于校准表面上方喷嘴的高度。
[0655] (viii)当一些流体(例如，富含血清的生长培养基)从喷嘴(例如，不锈钢针)被递送到表面(例如聚苯乙烯培养皿)时，一些流体可以在针的外部迅速积累，而不是在表面上或朝表面上积累-这会导致在该表面上沉积的流体量不适当。这可以通过使用PTFE管作为针周围的(疏水)套管，以使得仅不锈钢尖端的一小部分暴露于培养基来最小化。或者，PTFE套管可以推倒，以使其正好突出针的尖端。这种印制配置允许绘制两个不同宽度的通道，这取决于在印制网络时针或PTFE套管是否位于尖端。
[0656] (ix)上述印制机可以将流体添加到(和/或移除出)预先存在的流体滴或回路(可能被油或碳氟化合物覆盖)。当添加流体时，喷嘴再次接近预先存在的流体滴(或者通过延伸，回路)的表面，优选地不接触它。泵当前可能会启动，或者它可能已连续运行。然后，流体滴在喷嘴处生长，最终与表面上预先存在的流体滴结合(与以前几乎一样)。这与常规方法不同，在常规方法中，在将流体泵入该流体滴之前，通常将移液器尖端插入预先存在的流体滴(或测试管中的流体或微量滴定板中的流体)的表面下方。在我们的实例中，混合更有效率，由于两个效应的贡献-连续流动提供了等效的泵送引起的混合，这由两个流体滴合并引起的混乱流动增强。此处，连续流动还可以最小化流体从阵列中的一个流体被遗留到下一流体滴，这种遗留会使含有不同试剂的流动滴之间产生交叉污染。如前所述，界面张力、流速、喷嘴与表面之间的垂直距离、喷嘴尺寸以及喷嘴的横向和垂直运动速率都被选择为确保适当地制造/打断流体桥，以在表面上提供流体的期望图案。为了从预先存在的流体滴或回路中移除流体，可以使用常规方法(例如，在泵停止，喷嘴像传统的移液器尖端一样插入流体滴或回路中，然后反向启动泵)。
[0657] (x)上述印制机可以在不使用主动泵的情况下允许流体流动；在这里，重力结合界面张力用于启动和控制流体流动通过喷嘴。这种方法对于高通量应用很有吸引力，因为使用许多注射泵可能会导致成本过高。这种方法也可能会更快，因为储液器中的大量流体(而不是可以容纳在注射器内的小体积流体)可以供给印制尖端。喷嘴(例如钝针)通过填充管连接到填充流体到相同水平的储液器；随后没有流体流过系统。如果将喷嘴尖端稍微降低，流体会从喷嘴流出，形成流体滴，该流体滴会生长到其形成半球(直径由喷嘴内径限定)。如果压力的静压头不足，则喷嘴尖端上的流体滴界面上的拉普拉斯压力将停止流动。如果喷嘴尖端处的液体之后与表面接触，则在喷嘴和表面之间形成液体桥。这减少了喷嘴尖端处液体的曲率，从而降低了拉普拉斯压力。随后，流体从尖端流出，下面可以以与压力的静压头成比例的流速绘制任意回路。当尖端从表面缩回时，由于喷嘴尖端处的拉普拉斯压力增加，流动会再次停止。
[0658] (xi)到现在为止，这些示例描述了在未图案化的表面上沉积流体滴/回路。在一变型中，流体滴/回路沉积在图案化表面(例如，具有微孔或具有在疏水性或亲水性可能不同的局部贴片的一个表面)上。然后，可以将喷嘴替换为将图案切入表面，或者递送改变表面的疏水性或亲水性的试剂的尖端。所得到的图案可能之后会变成用于流体滴和/或通道的“钉扎”设置，从而允许增加(或减小)接触角，使得所述流体滴/通道可以保持比在平坦的无图案化表面直接印制时更多(或更少)的流体。
[0659] (xii)上面的几个示例描述了从靠近表面的喷嘴沉积水滴。在一些示例中，可能希望向现有的流体滴或含有水并覆盖有FC40的回路添加更多的水。这可以当喷嘴被放置在目标流体滴或回路上方足够高的位置时，通过允许水滴(其本身可能被FC40包围而变的更重)从喷嘴落下来实现，使得水滴以足够的速度下落以穿过覆盖的FC40并与目标流体滴或回路融合。可能值得注意的是，两个水滴的融合可以在不产生另外的较小流体滴的情况下发生，并且不会改变水滴接受体的印迹的中心点的位置。因此重力能被用来引起目标流体滴通过空气和另外的流体膜融合。
[0660] (xiii)可以包括一些规定，以最小化印制过程中静电的积聚。例如，可以在合适的位置提供离子化空气流(类似于电离空气枪)或者提供去离子器。
[0661] (xiv)可以通过改变z轴并印制很快固化的流体(包括水凝胶，如胶状物或琼脂糖)或与周围流体(可能是FC40或硅油)具有相同密度的流体或在剪切稀化/稠化条件下使用在剪切应力下粘度变化的流体进行印制，来创建3D结构。在一示例中，相对稠密的材料如液态金属(或另一种材料)沉积在表面的不同高度处的FC40膜内。在另一示例中，剪切稀化(触变的)或剪切稠化(流变的)流体(当其置于剪切应力下时其粘度变化)沉积在离表面不同的高度处。在印制过程中，流动剪切使流体表现出低粘度并自由流动。在沉积之后，流动(和剪切)停止并且流体表现出高粘度。合适的流体甚至可以允许创建独立结构，或者在适当匹配的密度流体内的那些结构。
[0662] 如本领域技术人员将认识到的，本发明可以用于创建互连流体滴的复杂的微流体布置，并且以受控方式通过该微流体布置转移流体和/或溶质。有利地，本发明可以用于需要流体或溶质受控地转移到(并流出)具有几纳升至几微升体积的流体滴的应用中。
[0663] 此外，本公开的各方面可以由以下编号的条款来另外描述：
[0664] 1.一种包含流体滴阵列的微流体布置，包括：基底；第一流体；以及与第一流体不混溶的第二流体；其中所述第一流体布置成至少部分地被所述第二流体覆盖；其中所述第一流体以给定的流体滴阵列布置在所述基底的未图案化的表面上，各流体滴具有(高度:宽度)纵横比为(1:2)或更小的横截面积。
[0665] 2.根据条款1所述的微流体布置，其中，所述基底的表面未通过化学表面图案化、物理功能化和/或表面形貌被图案化。
[0666] 3.根据条款1或2所述的微流体布置，其中，纵横比为(1:4)或更小，优选(1:20)或更小，更优选(1:50)或更小，更优选(1:100)或更少。
[0667] 4.根据条款1或2所述的微流体布置，其中，纵横比在(1:50)和(1:500)之间。
[0668] 5.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体通过第一流体与第二流体之间的流体界面保持在所述流体滴中。
[0669] 6.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，所述流体滴与所述表面之间的接触角小于在所述基底上并被第二流体覆盖的第一流体的前进接触角。
[0670] 7.根据条款6所述的微流体布置，其中，接触角小于前进接触角的50％，并且优选小于前进接触角的25％，更优选小于前进接触的10％。
[0671] 8.根据条款6所述的微流体布置，其中，接触角介于前进接触角的1％和50％之间。
[0672] 9.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，添加与所述第一流体混溶的另一流体不会改变所述流体滴的印迹。
[0673] 10.根据条款9所述的微流体布置，其中，流体滴的体积增加100倍或少于100倍，可选地增加1000倍或少于1000倍。
[0674] 11.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，从流体滴移除流体不会改变所述流体滴的印迹。
[0675] 12.根据条款11所述的微流体布置，其中，流体滴的体积减小100倍或少于100倍，可选地减少1000倍或少于1000倍。
[0676] 13.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，第二流体比第一流体密度大。
[0677] 14.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，所述基底是亲水性的，第一流体是极性的而第二流体是非极性的。
[0678] 15.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体是含水流体，第二流体是气体、油、和碳氟化合物中的一个。
[0679] 16.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，第二流体包括全氟三正丁胺和/或全氟正二丁基甲胺。
[0680] 17.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，所述流体滴以规则间隔排列布置在所述表面上，优选在所述阵列中具有96、384或1536个流体滴。
[0681] 18.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，所述流体滴以多排布置在所述表面上，可选地，所述多排相互偏移(offset)。
[0682] 19.根据前述条款中任一项所述的微流体布置，其中，所述流体滴中的一个或多个具有非圆形印迹，优选具有方形印迹或六边形印迹。
[0683] 本公开的各方面可以由以下编号的条款来另外描述：
[0684] 1.一种制造用于操作流体的微流体布置的方法，包括：将第一流体以期望的形状布置在基底的未图案化的表面上；布置与第一流体不混溶的第二流体，以至少部分地覆盖第一流体，其中，第一流体通过第一流体和第二流体之间的流体界面保持所述形状；以及使第一流体变干以在基底上形成所述形状的残余物。
[0685] 2.根据条款1所述的方法，其中，所述基底的表面未通过化学表面图案化、物理功能化和/或表面形貌被图案化。
[0686] 3.根据条款1或2所述的方法，其中，所述微流体布置包括流体滴的阵列和/或微流体回路。
[0687] 4.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，第一流体布置成被第二流体覆盖，使得第一流体与第二流体接触的表面积大于第一流体的与所述表面接触的表面积。
[0688] 5.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述基底是亲水性的，第一流体是极性的而第二流体是非极性的。
[0689] 6.根据前述任一条款所述的方法，其中，第一流体是含水流体，第二流体是气体、油和碳氟化合物中的一个。
[0690] 7.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，第一流体是包含以下一种或多种的溶液：海藻糖，细胞培养基，血清，磷酸盐缓冲溶液和糖。
[0691] 8.根据条款7所述的方法，其中，所述溶液是溶质为5％重量或更少的低浓度溶液，优选1％重量以下或更少，更优选0.5％重量或更少。
[0692] 9.一种通过条款1至8所述的方法制造的微流体布置。
[0693] 10.一种用于操作流体的微流体布置，包括具有表面的基底和在表面上的残余物，其中所述残余物来自以期望形状布置的变干的流体。
[0694] 11.根据条款10所述的微流体布置，其中，第一流体引入所述残余物使微流体布置再水化，使得第一流体以所述形状布置。
[0695] 12.一种条款9至11中任一项所述的微流体布置的再水化方法，包括在所述残余物的区域中沉积一部分第一流体。
[0696] 13.根据条款12所述的方法，其中，第一流体自发地流入残余物的其他区域。
[0697] 14.根据条款12或13所述的方法，其中，第一流体自发地被毛细作用吸入残余物的其他区域。
[0698] 15.根据条款12至14中任一项所述的方法，其中，沉积包括暴露于包括第一液体的气体。
[0699] 16.根据条款15所述的方法，其中，第一流体自发地冷凝在所述残余物上。
[0700] 17.根据条款15或16所述的方法，其中，所述气体包含气体形式的第一液体，其饱和度为50-95％，优选饱和度为90-95％。
[0701] 本公开的各方面可以由以下编号的条款来另外描述：
[0702] 1.一种制造用于操作流体的微流体布置的方法，包括：将第一流体以期望的形状布置在基底的未图案化的表面上；以及布置与第一流体不混溶的第二流体以至少部分地覆盖第一流体，其中，第一流体通过第一流体与第二流体之间的流体界面保持所述形状。
[0703] 2.根据条款1所述的方法，其中，将第一流体布置成期望的形状包括将第一流体以任意形状布置在所述表面上，并将所述第一流体重新定位为所述期望的形状。
[0704] 3.根据条款2所述的方法，其中，重新定位第一流体包括在表面上拖拽物体以使第一流体的一部分移位。
[0705] 4.根据条款3所述的方法，其中，所述物体是尖端、针或管。
[0706] 5.根据条款3或4所述的方法，其中，第一流体是含水的，所述物体是疏水性的。
[0707] 6.根据条款3至5中任一项所述的方法，其中，第二流体是碳氟化合物，所述物体是亲氟性的。
[0708] 7.根据条款3至6中任一项所述的方法，其中，所述物体包括聚四氟乙烯。
[0709] 8.根据条款3至7中任一项所述的方法，其中，所述拖拽包括拖拽绘制多条大致平行的线以形成所述第一流体的一个或多个通道。
[0710] 9.根据条款3至7中任一项所述的方法，其中，所述拖拽包括在第一方向上绘制多条大致平行的线，并且在第二方向(优选大致正交于所述第一方向)上绘制多条大致平行的线以形成一个或多个(优选为矩形或方形)腔室。
[0711] 10.根据条款3至7中任一项所述的方法，其中，所述拖拽包括：在第一方向上绘制多条大致平行的线以形成所述第一流体的一个或多个条带；然后将一部分或多部分流体添加到所述一个或多个条带中；然后在第二方向上绘制多条大致平行的线，以形成一个或多个腔室。
[0712] 11.根据条款3至9中任一项所述的方法，其中，所述拖拽包括形成两个流体部分，这两个流体部分均具有相同的印迹边界长度。
[0713] 12.根据条款11所述的方法，其中，所述拖拽包括沿所述流体部分的印迹的对称线将流体部分减半。
[0714] 13.根据条款2所述的方法，其中，重新定位第一流体包括用物体冲压所述表面以将第一流体的一部分移位。
[0715] 14.根据条款13所述的方法，其中，所述物体包括以与所述期望形状对应的图案形成的面。
[0716] 15.根据条款2至14中任一项所述的方法，其中，第一流体与所述物体之间的接触角大于90°。
[0717] 16.根据条款2至15中任一项的方法，其中，第二流体与所述物体之间的接触角小于80°。
[0718] 17.根据条款2至16中任一项所述的方法，其中，第一流体是含水的并且所述物体是疏水性的，和/或所述第二流体是碳氟化合物并且所述物体是亲氟性的，优选所述物体包括聚四氟乙烯。
[0719] 18.根据条款2至17中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：首先在所述表面上以任意形状布置所述第一流体；然后布置第二流体以至少部分地覆盖第一流体；然后将第一流体重新定位成期望的形状。
[0720] 19.根据条款1所述的方法，其中，将第一流体布置成期望的形状包括在所述表面上以期望的形状沉积所述第一流体。
[0721] 20.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述微流体布置包括流体滴的阵列和/或微流体回路。
[0722] 21.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述第一流体以所述形状布置，使得所述微流体布置的特征的横截面区域具有(1:2)或更小的(高度:宽度)纵横比，优选纵横比为(1:4)或更小，更优选为(1:20)以下或更小，进一步优选为(1:50)或更小，进一步优选为(1:100)或更小，进一步优选为介于(1:50)和(1:500)之间。
[0723] 22.根据前述条项中任一项所述的方法，其中，第一流体布置成所述形状，使得接触角小于所述基底上并被第二流体覆盖的第一流体的前进接触角，优选所述接触角小于前进接触角的50％，更优选小于前进接触角的25％，还更优选小于前进接触角的10％，还更优选为前进接触角的1％至50％。
[0724] 23.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，第一流体布置成被第二流体覆盖，使得第一流体的与第二流体接触的表面积大于第一流体的与表面接触的表面积。
[0725] 24.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，第一流体是含水流体，第二流体是气体、油和碳氟化合物中的一个。
[0726] 25.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，在向所述形状的第一流体中添加或移除流体时，所述形状的印迹保持不变。
[0727] 26.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述微流体布置的特征的体积可增加和/或可减少100倍或少于100倍，可选地1000倍或少于1000倍，而不改变所述特征的印迹。
[0728] 27.根据前述任一项条款所述的方法，还包括加热一部分流体和/或照射一部分流体，以固化流体。
[0729] 28.根据前述任一项条款所述的方法，还包括在先前沉积第一流体的第一部分的位置上方沉积一部分第一流体。
[0730] 29.根据条款28所述的方法，还包括在先前沉积第一流体的第一层的位置上方沉积第一流体的第二层。
[0731] 30.一种制造用于操作流体的微流体布置的装置，包括：与出口连通的储液器；适于相对于基底移动和定位所述出口的定位布置；适于使所述出口的液体流动的泵送布置；以及控制布置，其适于将关于流体的期望形状的信息转换成用于定位布置的运动指令并且激活泵送布置，以使第一流体以期望形状沉积在基底上，同时第一流体通过流体界面保持所述形状。
[0732] 31.根据条款30所述的装置，其中，所述微流体布置包括流体滴的阵列和/或微流体回路。
[0733] 32.根据条款30或31所述的装置，其中，所述控制布置适于使流体连续流出所述出口。
[0734] 33.根据条款30至32中任一项所述的装置，其中，所述控制布置适于在所述出口和所述基底之间形成液桥。
[0735] 34.根据条款30至33中任一项所述的装置，其中，流体在沉积期间处于环境温度。
[0736] 35.根据条款30至34中任一项所述的装置，其中，所述控制布置适于校准基底与出口之间的距离。
[0737] 36.根据条款35所述的装置，其中，所述控制布置适于使所述出口接近所述表面，直到接收到指示所述出口与所述表面接触的信号为止。
[0738] 37.根据条款30至36中任一项所述的装置，其中，所述控制布置适于使所述出口定位成距用于在所述基底上沉积第一流体的所述表面至少10μm和/或大约一个出口直径或更小处。
[0739] 38.根据条款30至37中任一项所述的装置，其中，所述泵送布置适于在所述出口处提供流体静压以引起所述出口的液体流动。
[0740] 39.根据条款38所述的装置，其中，泵送布置适于优选在出口和基底之间没有形成液桥时，在出口处提供流体静压，该流体静压小于或等于形成在所述出口处的流体滴(可选为半球形流体滴)中的拉普拉斯压力。
[0741] 40.根据条款30至39中任一项所述的装置，其中，所述控制布置适于使所述出口处形成的流体滴接触所述表面以激活流动。
[0742] 41.根据条款30至40中任一项所述的装置，其中，所述控制布置适于使所述出口距所述表面足够远，以中断所述出口与所述表面之间的液桥，从而中断流动。
[0743] 42.根据条款30至41中任一项所述的装置，其中，所述控制布置适于使所述出口定位在距所述表面3到10倍的出口直径处，用于在重力加速度下向所述表面释放流体滴或流体流。
[0744] 43.根据条款30至42中任一项所述的装置，其中，流体是剪切变稀流体(shear thinning fluid)。
[0745] 44.根据条款30至43中任一项所述的装置，还包括与相应的一个或多个另外的出口连通的一个或多个另外的储液器；以及可选的一个或多个另外的定位布置，以使所述一个或多个另外的出口相对于所述基底移动和定位，和/或一个或多个另外的泵送布置，以使液体从所述一个或多个另外的出口流动。
[0746] 45.根据条款44所述的装置，其中，所述控制布置适用于将关于另外的流体的期望沉积的信息转换为(另外的)定位布置的运动指令，并且激活(另外的)泵送布置，从而使另外的流体沉积。
[0747] 46.根据条款30至45中任一项所述的装置，还包括布置成加热一部分流体的加热器，和/或布置成照亮一部分流体的光源。
[0748] 47.根据条款30至46中任一项所述的装置，还适于在先前沉积第一流体的第一部分的位置上方沉积一部分第一流体。
[0749] 48.如条款47所述的装置，还适于在先前沉积第一流体的第一层的位置上方沉积第一流体的第二层。
[0750] 本公开的各方面可以由以下编号的条款来另外描述：
[0751] 1.一种用于制造微流体布置的印制机，包括：与出口连通的储液器；定位布置，其适于相对于基底移动和定位所述出口；泵送布置，其适于使所述出口的液体流动；以及控制布置，其适于将关于期望的流体形状的信息转换成用于定位布置的运动指令并且激活泵送布置，用于形成微流体布置。
[0752] 2.根据条款1所述的印制机，其中，所述微流体布置包括在基底的表面上以给定形状布置的流体。
[0753] 3.根据条款1或2所述的印制机，其中，所述微流体布置包括流体滴的阵列和/或微流体回路。
[0754] 4.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于使流体连续流出所述出口。
[0755] 5.根据前述任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于在所述出口和所述基底之间形成液桥。
[0756] 6.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于校准基底与出口之间的距离。
[0757] 7.根据条款6所述的印制机，其中，所述控制布置适于使所述出口接近所述表面，直到接收到指示所述出口与所述表面接触的信号为止。
[0758] 8.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于使所述出口定位成距在所述表面上形成微流体布置的所述表面至少10μm。
[0759] 9.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于使所述出口定位成距在所述表面上形成微流体布置的所述表面大约一半的出口直径或更小。
[0760] 10.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述泵送布置适于在所述出口处提供流体静压以引起所述出口的液体流动。
[0761] 11.根据条款10所述的印制机，其中，泵送布置适于优选在出口和基底之间没有形成液桥时，在出口处提供流体静压，该流体静压小于或等于形成在所述出口处的流体滴(可选地为半球形流体滴)中的拉普拉斯压力。
[0762] 12.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于使在所述出口处形成的流体滴接触所述表面以激活流动。
[0763] 13.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于使所述出口距所述表面足够远，以中断所述出口与所述表面之间的液桥，从而中断流动。
[0764] 14.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述控制布置适于使所述出口定位在距所述表面距离为出口直径的3到10倍处，用于在重力加速度下向所述表面释放流体滴或流体流。
[0765] 15.根据前述条款中任一项所述的印制机，其中，所述流体是剪切变稀流体(shear thinning fluid)。
[0766] 16.根据前述条款中任一项所述的印制机，还包括与相应的一个或多个另外的出口连通的一个或多个另外的储液器；以及可选的一个或多个另外的定位布置，以使一个或多个另外的出口相对于所述基底移动和定位，和/或一个或多个另外的泵送布置，以使液体从一个或多个另外的出口流动。
[0767] 17.根据条款16所述的印制机，其中，所述控制布置适于将关于另外的流体的期望沉积的信息转换成用于(另外的)定位布置的运动指令，并且激活(另外的)泵送布置，以使另外的流体沉积。
[0768] 18.一种产生微流体布置的方法，包括将关于期望的流体形状的信息转换为用于定位流体出口并激活泵送布置的运动指令，从而使出口的流体流到基底上。
[0769] 19.根据条款18所述的方法，其中，微流体布置包括在基底表面上以给定形状布置的流体。
[0770] 20.根据条款18或19所述的方法，其中，微流体布置包括流体滴的阵列和/或微流体回路。
[0771] 21.根据条款18至20中任一项所述的方法，其中，流体流出出口是连续的。
[0772] 22.根据条款21所述的方法，其中，在形成微流体布置的多个特征的过程中，流体流出出口是连续的。
[0773] 23.根据条款18至22中任一项所述的方法，其中，在出口和基底之间形成液桥。
[0774] 24.根据条款18至23中任一项所述的方法，还包括校准基底和出口之间的距离。
[0775] 25.根据条款24所述的方法，其中，校准包括将出口接近表面直到出口与表面接触。
[0776] 26.根据条款18至25中任一项所述的方法，还包括将出口定位在距在所述表面上形成微流体布置的表面至少10μm和/或出口直径的大约一半或更少处。
[0777] 27.根据条款18至26中任一项所述的方法，还包括布置出口、基底和流体的流体静压，使得出口处的流体静压小于或等于形成在出口处的流体滴(可选地半球形流体滴)中的拉普拉斯压力，优选地在出口和基底之间没有形成液桥时。
[0778] 28.根据条款18至27中任一项所述的方法，还包括使在出口处形成的流体滴与表面接触以激活流动，和/或将出口足够远离表面以中断出口和表面间的液桥，从而中断流动。
[0779] 29.根据条款18至28中任一项所述的方法，其中，微流体布置的形成可以发生在气体环境中或不混溶的另外的液体环境中。
[0780] 30.根据条款18至29中任一项所述的方法，还包括将所述出口定位在距用于在重力加速度下向所述表面释放流体滴的所述表面3到10倍的出口直径。
[0781] 31.一种微流体布置，包括：基底；第一流体；以及与第一流体不混溶的第二流体；其中，第一流体被布置成被第二流体覆盖；其中，第一流体以给定形状布置在基底的表面上，该形状至少部分地由第一流体和第二流体之间的界面张力限定。
[0782] 32.根据条款31所述的微流体布置，其中，基底的表面未图案化。
[0783] 33.根据条款31或32所述的微流体布置，其中，基底的表面未通过化学表面图案化、物理功能化和/或表面形貌被图案化。
[0784] 34.根据条款31至33中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体通过第一流体与第二流体之间的流体界面保持给定形状。
[0785] 35.根据条款31至34中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体作为流体滴被布置在表面上，由此提供流体腔室。
[0786] 36.根据条款35所述的微流体布置，其中，在表面上提供至少两个流体滴，优选以间隔布置。
[0787] 37.根据条款36所述的微流体布置，其中，所述至少两个流体滴具有不同的体积。
[0788] 38.根据条款35至37中任一项所述的微流体布置，其中，每个流体滴具有小于1ml的体积。
[0789] 39.根据条款35至38中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体进一步布置在表面上以提供与所述至少一个流体滴流体连通的至少一个流体通道。
[0790] 40.根据条款31至39中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体布置在表面上以提供至少一个流体通道，优选地第一流体在表面上布置成一排。
[0791] 41.根据条款39或40所述的微流体布置，其中，所述至少一个流体通道的宽度小于5cm，优选小于1cm，优选小于1mm，并且优选介于约10μm和700μm之间。
[0792] 42.根据条款39至41中任一项所述的微流体布置，其中，所述至少一个流体通道的高度小于1mm，并且优选地介于约10μm与100μm之间。
[0793] 43.根据条款39至42中任一项所述的微流体布置，还包括布置在表面上的至少两个流体通道。
[0794] 44.根据条款43所述的微流体布置，其中，所述至少两个流体通道流动连接至少两个流体滴。
[0795] 45.根据条款43或44所述的微流体布置，其中，所述至少两个流体通道至少部分地大体上平行。
[0796] 46.根据条款43至45中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体布置成在所述表面上提供至少三个流体滴，其中所述至少两个流体通道连续地流动连接所述至少三个流体滴。
[0797] 47.根据条款43至46中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体布置成在表面上提供至少三个流体滴，其中所述至少两个流体通道布置成将第一流体滴和第二流体滴与第三流体滴流动连接。
[0798] 48.根据条款47所述的微流体布置，其中，所述至少两个流体通道布置成通过至少一个其他的流体滴将第一流体滴和第二流体滴与第三流体滴流动连接。
[0799] 49.根据条款43至48中任一项所述的微流体布置，其中，所述至少两个流体通道具有不同的长度。
[0800] 50.根据条款43至49中任一项所述的微流体布置，其中，所述至少两个流体通道具有不同的宽度。
[0801] 51.根据条款31至50中任一项所述的微流体布置，其中，表面布置成使得所述表面与第一流体之间的界面张力基本上保持第一流体在所述表面上的布置。
[0802] 52.根据条款31至51中任一项所述的微流体布置，其中，基底、第一流体和第二流体被选择使得第一流体和基底之间具有大的平衡接触角。
[0803] 53.根据条款31至52中任一项所述的微流体布置，其中，所述基底是亲水性的，第一流体是极性的而第二流体是非极性的。
[0804] 54.根据条款31至53中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体是含水流体，第二流体是气体、油和碳氟化合物中之一。
[0805] 55.根据条款31至54中任一项所述的微流体布置，其中，第二流体包括全氟三正丁胺和/或全氟正二丁基甲胺。
[0806] 56.根据条款31至55中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体以给定形状布置，使得所述微流体布置的特征的横截面积具有(高度:宽度)纵横比为(1:2)或更小，纵横比优选为(1:4)或更小，纵横比优选为(1:20)或更小，更优选为(1:50)或更小，进一步优选为(1:100)或更小，还更优选介于(1:50)和(1:500)之间。
[0807] 57.根据条款31至56中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体以给定形状布置，使得接触角小于基底上且被第二流体覆盖的第一流体的前进接触角，优选接触角小于前进接触角的50％，更优选小于前进接触角的25％，还更优选小于前进接触角的10％，还更优选介于前进接触角的1％和50％之间。
[0808] 58.根据条款31至57中任一项所述的微流体布置，其中，所述表面的至少一区域基本上是平坦的，其中第一流体布置在所述区域中。
[0809] 59.根据条款31至58中任一项所述的微流体布置，其中，所述表面被外围封闭。
[0810] 60.根据条款31至59中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体布置成被第二流体覆盖，使得第一流体的与第二流体接触的表面积大于第一流体与表面接触的表面积。
[0811] 61.根据条款31至60中任一项所述的微流体布置，其中，所述微流体布置适于将与第一流体混溶的另外的流体添加到给定形状的第一流体的任意部分。
[0812] 62.根据条款31至61中任一项所述的微流体布置，其中，所述微流体布置适于从给定形状的第一流体的任意部分移除流体。
[0813] 63.根据条款31至62中任一项所述的微流体布置，其中，在向给定形状的第一流体添加或移除流体时，给定形状的印迹保持不变。
[0814] 64.根据条款31至63中任一项所述的微流体布置，其中，微流体布置的特征的体积可增加100倍或更少，可选地1000倍或更少，而不改变特征的印迹。
[0815] 65.根据条款31至64中任一项所述的微流体布置，其中，所述微流体布置的特征的体积可减少100倍或更少，可选地1000倍或更少，而不改变特征的印迹。
[0816] 66.根据条款31至65中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体的密度大于第二流体的密度。
[0817] 67.根据条款31至66中任一项所述的微流体布置，其中，第二流体的密度大于第一流体的密度。
[0818] 68.根据条款31至67中任一项所述的微流体布置，还包括第一流体中的试剂。
[0819] 69.根据条款68所述的微流体布置，其中，所述试剂至少在最初包含在至少一个流体滴内。
[0820] 70.根据条款31至69中任一项所述的微流体布置，包括布置在表面上阵列中的多个流体滴。
[0821] 71.根据条款70所述的微流体布置，其中，多个流体滴含有不同浓度的试剂。
[0822] 72.根据条款31至71中任一项所述的微流体布置，包括具有非圆形印迹的流体滴，优选方形印迹或六边形印迹的流体滴。
[0823] 73.根据条款31至72中任一项所述的微流体布置，包括沿着所述通道的长度具有10-20％或更大范围的高度变化的通道。
[0824] 74.根据条款31至73中任一项所述的微流体布置，包括沿着所述通道的长度具有10μm或更大范围的高度变化的通道。
[0825] 75.根据条款31至74中任一项所述的微流体布置，包括在不同时间具有高度变化为10-20％或更大范围，和/或1μm或更大的通道。
[0826] 76.根据条款31至75中任一项所述的微流体布置，包括具有第一体积流体的第一流体滴和具有第二体积流体的第二流体滴，其中第一流体滴和第二流体滴具有相同的脚印。
[0827] 77.根据条款31至76中任一项所述的微流体布置，包括均具有第一体积的流体的第一流体滴和第二流体滴，其中第一流体滴和第二流体滴具有不同的印迹。
[0828] 78.根据条款77所述的微流体布置，其中，不同的印迹具有不同的面积和/或不同的形状。
[0829] 79.根据条款31至78中任一项所述的微流体布置，其中，第二流体被与第二流体不混溶的第三流体覆盖。
[0830] 80.根据条款31至79中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体的另一部分以另一给定形状布置成与所述基底的表面是独立的。
[0831] 81.根据条款31至80中任一项所述的微流体布置，还包括用于保持流体的一部分的固体结构，以及用于使得所述结构内的流体能够与第一流体连接的孔。
[0832] 82.根据条款31至81中任一项所述的微流体布置，其中，第一流体是以下中的至少一种：适于在所述液体蒸发之后在所述表面上形成沉积物，适合于表面的化学蚀变，剪切变稀流体，剪切增稠流体，凝胶前体和凝胶。
[0833] 83.根据条款31至82中任一项所述的微流体布置，其中，所述表面是玻璃表面或聚苯乙烯表面。
[0834] 84.一种包含流体滴的阵列的微流体布置，包括：基底；第一流体；以及与第一流体不混溶的第二流体；其中第一流体布置成被第二流体覆盖；第一流体被布置在所述基底的表面上的给定的流体滴的阵列中，所述流体滴至少部分地由所述第一流体和所述第二流体之间的界面张力限定，可选地，流体滴的体积可增加高达百倍或可降低至百分之一，而不会改变流体滴的印迹。
[0835] 85.一种用于条款31至84中任一项所述的微流体布置的基底，所述基底具有其上布置有微流体布置的变干图案的表面，由此所述微流体布置可通过将第一流体引入表面上的图案再水化。
[0836] 86.根据条款85所述的基底，其具有根据条款31至84中任一项所述的第二流体，所述第二流体布置成覆盖变干的图案。
[0837] 87.一种再水化根据条款85或86所述的基底上的变干图案的方法。
[0838] 88.根据条款87所述的方法，其中，所述再水化包括步骤：将根据条款31至84中任一项所述的第一流体的一部分沉积在变干的图案的区域中。
[0839] 89.根据条款87所述的方法，其中，所述再水化包括步骤：将变干的图案暴露于包含根据条款31至84中任一项所述的第一流体的气体中。
[0840] 90.根据条款89所述的方法，其中，所述气体包括接近饱和的气体形式的第一流体。
[0841] 91.一种用于条款31至84中任一项所述的微流体布置的基底，所述基底具有其上布置有微流体布置的冻结图案的表面，由此所述微流体布置可通过解冻重新形成。
[0842] 92.一种创建微流体布置的方法，包括：提供基底；提供第一流体；并提供与第一流体不混溶的第二流体；布置第一流体以使其被第二流体覆盖；以及将第一流体以给定形状布置在基底的表面上，所述形状至少部分由第一流体和第二流体之间的界面张力限定。
[0843] 93.根据条款92所述的方法，其中，第一流体通过第一流体和第二流体之间的流体界面被限定于给定形状。
[0844] 94.根据条款92或93所述的方法，其中，基底的表面未图案化。
[0845] 95.根据条款92至94中任一项所述的方法，还包括将第一流体直接布置到表面上，使得表面和第一流体之间的界面张力将第一流体的布置保持在表面上。
[0846] 96.根据条款92至95中任一项所述的方法，其中，布置第一流体包括将至少一个流体滴沉积到表面上。
[0847] 97.根据条款96所述的方法，其中，布置第一流体还包括将第一流体的至少一个连续痕迹沉积到表面上，由此向至少一个流体滴提供流体通道。
[0848] 98.根据条款92至97中任一项所述的方法，其中，布置第一流体包括将第一流体的至少一个连续印记沉积到表面上，由此提供流体通道。
[0849] 99.根据条款92至98中任一项所述的方法，其中，首先将第一流体布置到表面上，然后将第二流体布置为覆盖第一流体。
[0850] 100.根据条款92至99中任一项所述的方法，其中，第二流体仅部分地覆盖第一流体。
[0851] 101.根据条款92至100中任一项所述的方法，其中，第二流体首先布置到表面上，然后将第一流体布置在第二流体的下方。
[0852] 102.根据条款92至101中任一项所述的方法，其中，沉积第一流体包括在表面上拖拽优选被第一流体润湿的物体，以在所述表面上提供第一流体的至少一个连续痕迹，从而提供流体通道。
[0853] 103.根据条款92至102中任一项所述的方法，还包括在布置于表面上的至少两个流体滴之间提供流体通道。
[0854] 104.根据条款92至103中任一项所述的方法，其中，沉积第一流体包括将一部分第一流体添加到给定形状的任意位置。
[0855] 105.根据条款92至103中任一项所述的方法，其中，布置第一流体包括从给定形状的任意位置移除一部分第一流体。
[0856] 106.根据条款92至105中任一项所述的方法，其中，布置第一流体以在表面上提供给定形状包括使第一流体的一部分移位以中断或形成第一流体的不同部分之间的连接。
[0857] 107.根据条款106所述的方法，其中，移位包括在一部分第一流体上拖拽物体。
[0858] 108.根据条款107所述的方法，其中，所述物体是尖端或针。
[0859] 109.根据条款108所述的方法，其中，所述物体对第一流体具有低润湿性。
[0860] 110.根据条款92至109中任一项所述的方法，其中，布置所述第一流体以在表面上提供给定形状还包括：提供其中可以拖拽流体的管；用第二流体填充所述管，由此第二流体润湿所述管的内壁；将至少一滴第一流体拖拽至所述管中，其中所述至少一滴被吞没在第二流体中；将所述管排空到表面上以提供与所述表面直接接触的至少一滴第一流体，其中所述第一流体被所述第二流体覆盖。
[0861] 111.根据条款110所述的方法，还包括将多滴第一流体拖拽到所述管中以形成吞没在所述第二流体内并被所述第二流体分离的连续流体滴。
[0862] 112.根据条款110或111所述的方法，包括排空所述管以在表面上提供多个流体滴。
[0863] 113.根据条款110至112中任一项所述的方法，还包括将试剂引入到第一流体中。
[0864] 114.根据条款113所述的方法，其中，将试剂引入至少一个流体滴中。
[0865] 115.根据条款112至114中任一项所述的方法，还包括将试剂引入多个流体滴中，优选所述试剂的浓度在至少两个流体滴中不同。
[0866] 116.根据条款110至115中任一项所述的方法，还包括用与第二流体不混溶的第三流体覆盖第二流体。
[0867] 117.一种创建根据条款92至116中任一项所述的微流体布置的方法，所述方法还包括允许布置在表面上的所述给定形状变干以留下图案化表面，由此所述微流体布置随后可以通过添加一定体积的第一流体到表面上的图案进行再水化。
[0868] 118.一种创建根据条款92至116中任一项所述的微流体布置的方法，所述方法还包括冻结表面上的给定形状的第一流体，随后选择地解冻该冷冻的第一流体以重新形成所述微流体布置。
[0869] 119.一种通过前述条款中任一项所述的微流体布置输送流体的方法，所述方法包括：将第一流体滴布置成具有比流动连接的第二流体滴更大的体积，由此两流体滴之间的拉普拉斯压差用来使两个流体滴之间发生流体流动。
[0870] 120.根据条款119所述的方法，还包括向所述第一流体滴添加或移除第一体积的流体并向所述第二流体滴添加第二体积的流体，第一流体滴和第二流体滴具有相同的印迹。
[0871] 121.根据条款120所述的方法，还包括将第一体积的流体添加到第一流体滴和第二流体滴，其中第一流体滴和第二流体滴具有不同的印迹。
[0872] 122.根据条款119至121所述的方法，还包括通过调节第一流体滴和第二流体滴之间的高度差来控制流体的流速。
[0873] 123.一种通过前述条款中任一项所述的微流体布置输送流体的方法，包括：将第一流体滴升高到流动连接的第二流体滴的上方，以利用重力使流体从升高的流体滴流动至下部的流体滴，其中，第二流体是空气或气体。
[0874] 124.一种通过前述条款中任一项所述的微流体布置输送流体的方法，包括：将第一流体滴升高到流动连接的第二流体滴的上方，使得第二流体滴上方的第二流体的高度显着大于第一流体滴上方的第二流体的高度，从而使流体从第二流体滴流向第一流体滴，其中第二流体是液体。
[0875] 125.一种控制前述条款中任一项所述的微流体布置中的流动的方法，包括使用优选地被第一流体润湿的物体来控制流体流过流体通道，由此可以通过在所述表面上拖拽所述物体来中断流动，以中断提供流体通道的第一流体的连续性，并且由此可通过在表面上拖拽润湿的物体来恢复流动，以在中断的流体通道中重新建立第一流体的连续性。
[0876] 126.一种确定第一流体和第二流体之间的界面张力的变化的方法，包括将前述任一条款所述的微流体布置暴露于化学物质，并评价产生的微流体布置的特征的形状变化，以确定界面张力变化的指征。
[0877] 127.根据条款126所述的方法，其中，所述评价包括确定所述特征的钟形的侧面上的拐点，或者确定曲率半径限于一个平面的任意形状。
[0878] 128.根据条款127所述的方法，其中，所述评价包括确定所述拐点处的曲率半径。
[0879] 129.根据条款128所述的方法，其中，所述评价包括确定所述流体滴的顶部与所述拐点之间的垂直距离。
[0880] 130.根据条款129所述的方法，其中，所述评价包括基于垂直距离来计算流体静压差。
[0881] 131.一种从微流体布置中分离一部分流体的方法，包括将微流体布置暴露于化学物质中，以引起第一流体和第二流体之间的界面张力变化。
[0882] 132.根据条款126至131中任一项所述的方法，其中，所述流体浸入密度更大的流体中。
[0883] 133.一种对用于产生微流体布置的印制机调零的方法，所述方法包括：朝基底移动保持部分，该保持部分保持具有面向基底的尖端的出口部分，使得所述尖端首先接触到基底，然后随着保持部分继续向基底移动，出口部分相对于保持部分移动；停止保持部分；移动保持部分远离基底期望距离，而不使出口部分相对于保持部分移动。
[0884] 134.根据条款133所述的方法，其中，出口部分相对于保持部分滑动。
[0885] 135.根据条款133或134所述的方法，其中，在保持部分朝基底移动预定距离之后，保持部分停止。
[0886] 136.根据条款133或134所述的方法，其中，在检测到所述尖端与基底之间接触后，保持部分停止。
[0887] 137.根据条款136所述的方法，其中，通过光学检测、使用者输入和/或电检测来检测所述尖端和基底之间的接触。
[0888] 138.根据条款133至137中任一项所述的方法，还包括在将保持部分从基底移动期望距离之前，将出口部分相对于保持部分固定的步骤。
[0889] 139.一种用于产生微流体布置的印制机的出口组件，出口组件包括保持具有尖端的出口部分的保持部分，使得在力施加到所述尖端时，出口部分相对于保持部分移动，以及使得在没有力施加到尖端时，出口部分相对于保持部分保持给定构型。
[0890] 140.根据条款139所述的出口组件，其中，保持部分包括用于承载出口部分的低摩擦表面。
[0891] 141.根据条款139或140所述的出口组件，其中，保持部分与出口部分之间的静摩擦系数在0.01与0.5之间，优选在0.01与0.1之间，并且更优选在0.04与0.08之间。
[0892] 142.根据条款139至141中任一项所述的出口组件，其中，保持部分包括聚四氟乙烯套筒。
[0893] 143.根据条款139至142中任一项所述的出口组件，其中，出口部分包括金属管，优选为钢管。
[0894] 144.根据条款139至143中任一项所述的出口组件，其中，保持部分包括橡胶套筒，优选硅橡胶。
[0895] 145.根据条款139至144中任一项所述的出口组件，包括橡胶套筒，其作为用于附接到印制机的保持部分；金属管，其作为布置在橡胶套筒内的出口部分；以及布置在橡胶套筒和金属管之间的聚四氟乙烯套筒。
[0896] 146.一种制造用于操作流体的微流体布置的方法，包括：将第一固体以期望形状布置在基底的未图案化表面上，以在基底上形成所述形状的残余物。
[0897] 147.一种制造用于操纵流体的微流体布置的方法，包括：将第一流体以期望形状布置在基底的未图案化表面上；布置与第一流体不混溶的第二流体以至少部分地覆盖第一流体，其中，第一流体通过第一流体和第二流体之间的流体界面保持所述形状；以及冷冻第一流体以在基底上形成所述形状的固体。
[0898] 148.根据条款147所述的方法，还包括在基底上融化所述固体以重新形成微流体布置。
[0899] 应该理解，以上仅以示例的方式描述了本发明，可以在本发明的范围内对细节进行修改。
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