CN103402641B - 用于处理液体或基于液体的物质的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于处理液体或基于液体的物质的装置，所述装置包括多个体积，至少两个体积至少部分地被所述体积内和/或与其连接的管道内的一个或多个相位引导器界定，以控制所述体积内的一种或多种液体或基于液体的物质的等分。每个体积具有相对于弯月面前进方向的上游侧和下游侧，藉此它可以被一种或多种液体或基于液体的物质填充或排空。所述装置还包括至少一个公共上游侧管道，所述公共上游侧管道被连接来通过多个进口或抽吸管道供给液体或基于液体的物质，多个相位引导器表现出预定水平的稳定性，并且与至少一个其他相位引导器的稳定性相比，一个或多个相位引导器表现出预定的不同的稳定性，藉此控制所述体积填充和/或排空的优先顺序。所述稳定性由沿着一个所述相位引导器的位于该相位引导器的下游侧的锐角的值和半径确定。

Description

用于处理液体或基于液体的物质的装置和方法

本发明涉及用于处理液体或基于液体的物质的装置和方法。特别地，本发明涉及基于含有相位引导器（phaseguides）的微流体体积（microfluidic volumes）的这些装置和方法。

相位引导器是这样一种结构，它的体积被液体充满或排空，限制液体本体的弯月面的在体积上前进或后退的能力，因此界定液体和另一种物质（例如另一种液体，或气体）之间的预定形状的界面。

相位引导器可以以各种方式构造。一种技术涉及构建尖锐的边缘。在这种尖锐的边缘上的改进需要改变流体-流体弯月面的主要半径，使得在弯月面上形成更高的压力下降，因此表示压力屏障。这一概念也被称为“弯月面阻塞（meniscus pinning）”。

因此一种典型的相位引导器是一种沿弯月面的整个长度突出进液体的三维结构。在所形成的细长的突起上弯月面的阻塞要求额外的能量使液体弯月面跨过它，从而使得液体是被限制的，除非额外的能量被施加至液体的本体。

另一种典型的相位引导器是突出进散装材料的棱。此时阻塞产生于相位引导器之前。

此外，相位引导器可以包括通常故意的脆弱位置，在该位置上跨过相位引导器所需的能量较低。如果相位引导器是正确设计的，在这样一个位置，所述液体可以跨过相位引导器。这一故意的脆弱位置也界定了相位引导器的“稳定性”，这决定了在弯月面前进或后退期间，当散装液体同时面对多个相位引导器时，相位引导器溢出的顺序或优先级。

当面对相位引导器的基板比相位引导器自身更加亲水时，会形成特别通用的相位引导器。这一实施方式导致弯月面伸展，并且增加弯角的效果以及它们在相位引导器的稳定性上的半径。

因此根据其精确的设计，相位引导器可以完全地限制液体，或者可以仅仅在优选的位置允许其前进或后退，使得液体跟随所选的路径，填充或排空特定的空间体积，或者采用特定的形状。

相位引导器可以通过一定体积的内表面上的具有不同程度的润湿性的区域来定义，而非被构建成突出的屏障。相同地，这些区域可以需要输入能量，从而促使液体弯月面跨过它们前进。

在WO2010/086179 A2中公开了相位引导器结构的多种设计。从解释本发明的角度来看，这一公开文献的理解是需要的，所以WO2010/086179A2的全部内容以引用的方式合并入本文中。

US 6,601,613 B2描述了一种用于流体回路内的被动液体阀门的装置和方法，其通过对微通道的尺寸或表面性能进行局部改造。该改造结构选自疏水贴片、表面张力贴片、疏水短通道收窄、亲水短通道收窄和亲水通道加宽。该公开文献提及调整阻力从而形成特异的被动阀门，但没有描述这样做的机制。再者，该公开文献描述了一种树状网络，其中子通道从父通道的下游末端形成分支。所采用的阀门原理似乎没有提供高水平的稳定性，因为需要充分注意来平衡流体动力阻力。

US 6,637,463描述了一种多通道的微流体***，其旨在采用与US 6,601,613 B2中描述的原理相似的被动阀门注射进单一的进口通道之后，将液体分布于多个通道上。该文档还公开了用于各种流路的流体动力学阻力的平衡，并省略了调整被动阀门结构的稳定性的机制。

US2007/0280856 A1描述了流体腔室的另一种树状网络。所述腔室包括“物理改造”以防止泡沫形成。将被填充的腔室即使没有物理改造也是可产出的。再者，该专利没有公开任何特异的阀门机制。

相位引导器的技术产生了用来传达特定上下文的含义的术语。以下简短的词汇有助于解释本文使用的某些术语，虽然这些定义是非限制性的：

等分（Aliquoting）：指等分传递；进入体积的精确量的液体的***或部分。

公共管道（Common conduit）：用于液体或者一种或多种基于液体的混合物、悬浮液、乳液或化合物的管道，其具有两个或更多的从中分支的进口，用于将这些液体提供至多个体积或从多个体积排空，或排出体积。

管道（Conduit）：一种通道、管或管道，液体或一种或多种基于液体的混合物、悬浮液、乳液或化合物（在此“基于液体的物质”）可以通过它在本发明的装置中传输。

受限的等分（Confined aliquoting）：指将精确量的液体等分至大于被等分的液体体积的体积。

限制性相位引导器（Confining phaseguide）：一定体积内的相位引导器，该体积旨在将液体或一种或多种基于液体的混合物、悬浮液、乳液或化合物限制至比整体更小的子体积。

轮廓相位引导器（Contour phaseguide）：一种将液体体积限制至非常近似于最终设想的形状的相位引导器。轮廓相位引导器决定了与已经存在于腔室内的第一液体接触前或填充腔室前第二液体的轮廓。

相对基板（Counter substrate）：面向相位引导器所在基板的基板。

死角相位引导器（Dead angle phaseguide）：一种支撑性相位引导器，它确保填充末端的体积（通常为角落）。

进料管道（Feeding conduit）：通常（但不一定）从供给管道分支的管道，用于将液体供给至一定体积或从体积撤回。

进口（Inlet）：一种用于液体或一种或多种基于液体的混合物、悬浮液、乳液或化合物的管道，含有至少一种相位引导器的体积通过它可以被该液体填充或排空。

基于液体的物质（Liquid-based substance）：液体或基于液体的混合物、悬浮液、乳液或化合物。

液体合并（Liquid merging）：两种混溶的基于液体的物质相互接触并开始形成一种液体的过程。

弯月面阻塞（Meniscus pinning）：相位引导器阻止弯月面超出某一位点前进或后退的情况，相位引导器在该位点留住弯月面。

计量（Metering）：精确的、“等分的”量的液体从散装液体分离。

相位引导器（Phaseguide）：除了本文其他地方给出的定义之外，可以将相位引导器视为线状的材料或几何形状，它跨越弯月面的整个长度、宽度或高度，并代表用于该弯月面的前进或后退的压力屏障。

相位引导器溢出（Phaseguide overflow）；溢出（overflow）：液体或基于液体的物质故意地、受控地在某一位置流过（突破）相位引导器的过程，在该位置所述液体/基于液体的物质拥有足够的能量来突破相位引导器。

相位引导器基板（Phaseguide substrate）：相位引导器所存在的基板。

处理（Processing）：混合、取样、化验、测试、观察或评估。

稳定性（Stability）：相位引导器或其部分被基于液体的物质的流分支所需要的流体压力的一种指标。

供给管道（Supply conduit）：一种管道，它具有一个或多个从中分支的公共进料管道。

支撑性相位引导器（Supporting phaseguide）：一定体积内的相位引导器，该体积决定了填充或排空体积期间弯月面的前进或后退方向。

排出（Venting）：引起或者允许通过排出管道从体积或区域除去液体或气体形式的物质。

排出管道（Venting conduit）：一种导管，可以通过它发生排出。

壁（Walls）：与一个或多个相位引导器和/或相对基板相交的物质。

2D相位引导器：与含有相位引导器的体积的上、下或其他表面位于公共平面的相位引导器。

3D相位引导器：从其表面或散装材料内的腔体或通道突出进体积的相位引导器。

相位引导器溢出和相位引导器稳定性的概念在以下部分阐述和解释：

相位引导器溢出和相位引导器稳定性

液体-空气界面通常由三个界面组成：液体-固体、液体-空气和空气-固体。这样一种界面可以被分为两种情况：

1）一种亲水***，其中液体-空气界面与固相的接触角度小于90°；

2）一种亲水***，其中液体-空气界面与固相的接触角度大于90°。

相似的划分可以被用于液体-液体界面：

3）一种***，其中第一液体与固相的接触角度小于90°；

4）一种***，其中第一液体与固相的接触角度大于90°。

相位引导器可以在四种情况中使用。分类1）和3）中的屏障效果是相同的，并与情况2）和4）不同。这通过图1示出。

在一个亲水***中，图1中标号1代表液体而标号2代表空气。该设置在疏水***中是反转的。

图1c和1f示出了在两个方向上的弯月面阻塞。可以清楚地看出，根据该***是亲水的或疏水的，以及该液体是前进还是后退，阻塞效果是不同的。因此，我们定义两个方向的弯月面阻塞和相位引导器：

1）当亲（水）相前进时，发生正向流动/正向阻塞/正向溢出；

2）当亲（水）相后退时，发生反向流动/反向阻塞/反向溢出。

因此根据流体前进或后退的方向，正向阻塞和反向阻塞形成不同的液体行为并且代表不同稳定性的压力屏障。

以上描述的与图1相关的信息形成正向和反向方向的定义，它是特定于图1所示的例子。与相位引导器稳定性相关使用的某些术语的更普遍的理解可以从下文获得：

上游、下游、填充和排空

如本文中通常使用的，术语“上游”和“下游”是关于流体-流体弯月面的前进方向定义的。可以根据弯月面是从一侧（即好像观察者是在界定弯月面的一种流体内）还是另一侧（好像观察者是在另一种流体内）被观察，不同地判定相对上游和下游部分。

因此考虑这些术语的一种方式是，弯月面从流体互联网络的上游部分前进；而弯月面向其下游部分前进。

使用这一定义的填充流体网络的动作是指前进的流体-流体弯月面，其中上游液体是基于液体的物质，而下游流体是气体，通常为但不一定是空气。

排空流体网络的动作是指前进的流体-流体弯月面，其中上游流体包括气体（通常为空气），而下游流体是基于液体的物质。

相位引导器稳定性通常是定义在两个方向的，并且取决于流体-流体弯月面的前进方向。再者，关于什么被视为网络的上游部分以及什么被视为网络的下游部分的问题通常会根据弯月面的移动方向而变化。鉴于此，通常需要特定的上下文以及应用方法来决定形成本发明的装置的部分的网络的上游和下游部分。

对于3D相位引导器的一个重要参数是相位引导器的侧壁的拔模角（draft angle）。侧壁的拔摸角被定义为从相对基板的正常状态的偏离。典型的拔摸角是0°，表示相位引导器的侧壁对于相对基板是正常的。但是，为了制造目的，可能需要大至10°的拔摸角（例如从它们的模具释放塑料成型不见的重要性）。

最大拔摸角取决于相位引导器和相对基板的完全的润湿性能。它应该优选小于45°，更优选小于10°并且最优选接近0°。负的拔摸角会产生甚至更稳定的相位引导器，但是这些设置会遇到制造的实际限制。

同样重要的是定义相位引导器稳定性。WO2010/086179 A2描述了如何通过设计相位引导器的V状特征来调整相位引导器稳定性，至少以四种方式：

作为小的相位引导器壁界面角（见图2a至2c）；

作为沿相位引导器的V状弯曲（见图2d至2f）；

作为沿结构的分支（见图2g至2i）；

作为相位引导器内形成的进口。

当弯月面变得在相位引导器边缘和相对基板之间拉伸时，可以获得通过角度控制的特别高程度的稳定性和它们的半径。这是当相对基板比相位引导器材料更亲水时的典型情况。在处理具有前进接触角度大约为20°的玻璃相对基板和接触角度大约为70°的相位引导器材料时，我们通常观察到相位引导器稳定性的优异控制。因此，具有小于45°、更优选小于30°的接触角度的强亲水性顶部基板；以及具有大于45°、更优选大于60°的接触角度的较不亲水的相位引导器材料，有利于形成通过角度变化控制相位引导器稳定性。

为了形成稳定的相位引导器屏障，沿相位引导器（包括相位引导器壁、分支或弯曲）的最小角度需要大于Concus-Finn定理定义的临界角：

这里θ₁ 和θ₂分别是在角两侧（即壁材料和相位引导器材料）的接触角度。对于尖锐的V弯曲和对于大部分分支设置，θ₁和θ₂具有相同的值。对于由相同材料制备的相位引导器-壁角来说也是同样的情况。

除了角度变化之外，相位引导器稳定性可以通过角度的半径的变化来调整。较大的半径比较小的半径形成更高的稳定性。清楚地，也可以采用角度和半径调整的组合。因为弯月面上的压力随着弯月面的两个主要半径的倒数的和而变化，对于较小的半径来说，相位引导器稳定性的调整是最有效的。实际上，使用角度的变化来调整稳定性相对半径的变化来说更为优选。

调整相位引导器的稳定性的其他方法可以包括调节3D相位引导器的拔模角、侧壁的拔模角、3D相位引导器的高度，以及3D和2D相位引导器的通道网络的润湿性和几何形状。再者，实际上调整相位引导器稳定性的最通用方法是通过上述弯曲、分支、相位引导器壁界面或进口的角度变化。

在图2的所有附图中，溢出在最小角度会发生，在此处为α2。同样的原理适用于反向流动（见图3a至3i）。

对于溢出能够被预测的角度，对于正向流动和反向流动来说并非一定是相同的。

从图2和3可以清楚看出，一旦散装液体同时面向多个相位引导器，则能够建立选择性的相位引导器溢出。这在图4a和4b中有描述。

图4a示出了同时阻塞于两个相位引导器的液体体积。在液体上的正向压力的应用之下（由图4b中的箭头标记），溢出发生于最不稳定的相位引导器。在本例中，它是右边的相位引导器，其具有尖锐的V状弯曲。

图5a再次示出了阻塞于两个相位引导器的液体。在反向压力（见图5b中的箭头）的应用之下，溢出发生于最不稳定的相位引导器。它也是右边的相位引导器，其具有尖锐的V状弯曲。

相位引导器的稳定性取决于流动方向。如果该方向被反转，如图5所示，稳定性如上所示地变化。

图6示出了锯齿状的相位引导器，其在正向压力和反向压力下都表现出降低的稳定性。

发明内容

宽泛地，本发明涉及利用WO2010/086179 A2中公开的基础相位引导器结构的结构。本发明还涉及使用这些结构的方法。

特别在微流体的领域中，需要液体和液体组合的受控处理。涉及相位引导器的流体技术是有帮助的场合的例子包括但不限于：化验、组合化学、分析化学、合成化学、临床试验、样品制备、分离技术、体外受精、基因敲除和敲减、细胞转染、组织培养、结晶实验、组合药理学和生物技术、细胞培养、分光光度法以及所有相关测试和实验活动的方法。

根据本发明，在第一方面，提供了用于处理液体或基于液体的物质的装置，所述装置包括多个体积，至少两个体积至少部分地被所述体积内和/或与其连接的管道内的一个或多个相位引导器界定，以控制所述体积内的一种或多种液体或基于液体的物质的等分，每个体积具有在将一种或多种液体或基于液体的物质填充或排空所述体积期间被界定的、相对于弯月面运动方向的上游侧和下游侧，所述装置包括至少一个公共上游侧管道，所述公共上游侧管道被连接来通过多个进口或抽吸管道供给流体，所述流体特别是液体或基于液体的物质，多个相位引导器表现出预定水平的稳定性，并且与至少一个其他相位引导器的稳定性相比，一个或多个相位引导器表现出预定的不同的稳定性，藉此控制填充和/或排空至少一个所述体积期间相位引导器发生溢出的优先顺序；所述稳定性由沿着一个所述相位引导器的位于该相位引导器的下游侧的锐角的值和半径确定。

更宽泛地，根据本发明，提供了一种用于处理液体或基于液体的物质的装置，所述装置包括多个体积，每个体积至少部分地被一个或多个相位引导器界定，以在所述体积中等分精确量的一种或多种基于液体的物质，每个体积包括两个或以上的各自的进口，通过进口它可以被一种或多种基于液体的物质填充，并且每个体积被连接至至少一个排出装置，以排出在填充和/或排空期间被驱逐的物质，所述装置包括连接至所述多个体积的公共进料管道。

根据本发明的第二方面，提供了用于处理液体或基于液体的物质的装置，所述装置包括多个体积，至少两个体积至少部分地被所述体积内和/或与其连接的管道内的一个或多个相位引导器界定，以控制所述体积内的一种或多种液体或基于液体的物质的等分，每个体积具有在将一种或多种液体或基于液体的物质填充或排空所述体积期间被界定的、相对于弯月面运动方向的上游侧和下游侧，所述装置包括至少一个公共上游侧管道，所述公共上游侧管道被连接来通过多个进口或抽吸管道供给流体，所述流体特别是液体或基于液体的物质，多个相位引导器表现出预定水平的稳定性，并且与至少一个其他相位引导器的稳定性相比，一个或多个相位引导器表现出预定的不同的稳定性，藉此控制填充和/或排空至少一个所述体积期间相位引导器发生溢出的优先顺序；在允许加入第二所述液体或基于液体的物质之前，所述装置用来将第一液体或基于液体的物质限制在一个所述体积内。

在本发明的一个优选的实施例中，至少一个所述体积包括或者连接至上游侧相位引导器，所述上游侧相位引导器在第一所述体积内或者与其相连，所述上游侧相位引导器比至少一个其他下游侧相位引导器（在至少一个第二所述体积内或与其相连）具有更低的稳定性。该排布可以选择性地被称为提供过流储存器。这种排布在以下情况是有用的：需要用选定量的液体填充由体积形成的系列、网络或阵列的部分，然后快速容纳选定量之上的任何过量液体。

在本发明的另一个优选的实施例中，所述装置包括至少一个作为相位引导器基板的突出的相位引导器，所述突出通过允许弯月面溢出的第一侧和第二侧界定，所述第一侧和第二侧各自为相位引导器的侧壁，每个侧壁具有相对于普通的相对基板的小于45°的拔模角，相位引导器在每个末端具有与管道或腔室壁的相交处，相位引导器侧壁进一步具有润湿性，所述润湿性形成大于一个所述弯月面与相对基板的接触角度的、相对于正在前进或后退的弯月面的接触角度。

在本发明的又一个优选的实施例中，所述装置包括至少一个作为管道的突出的相位引导器，所述突出通过允许弯月面溢出的第一侧和第二侧界定，所述第一侧和第二侧为相位引导器的侧壁，每个侧壁具有相对于普通的相对基板的小于45°的拔模角，相位引导器在每个末端具有与管道或腔室壁的相交处，相位引导器侧壁进一步具有润湿性，所述润湿性形成大于弯月面与相对基板的接触角度的、相对于正在前进或后退的弯月面的接触角度。

所述装置的设计的上述特征有利地是根据上面设定的Concus-Finn方程的知识。

根据本发明的第三方面，提供了一种使用液体或基于液体的物质填充或部分填充多个体积的方法，所述体积通过一个或多个管道被连接在系列、网络或阵列中；所述系列、网络或阵列包括当参照液体-液体或液体-气体弯月面的运动方向时判定的上游和下游部分；所述系列、网络或阵列包括至少一个设于相对上游的相位引导器和至少一个设于相对下游的相位引导器，设于相对上游的相位引导器和设于相对下游的相位引导器表现出相互不同的稳定性，所述稳定性取决于构造与每个所述相位引导器的下游侧所对的锐角的值，还取决于所述构造和相关的所述相位引导器的相交处界定的半径的尺寸，所述方法包括设置设于相对上游的相位引导器和设于相对下游的相位引导器的稳定性，以确定填充多个体积的顺序；并且进行填充步骤，使得相位引导器的溢出以由相位引导器稳定性决定的预定的顺序发生。

根据本发明的第四方面，提供了一种使用液体或基于液体的物质填充或排空一个或多个体积的方法，所述体积通过一个或多个管道被连接在系列、网络或阵列中；所述系列、网络或阵列包括当参照液体-液体或液体-气体弯月面的运动方向时判定的至少一个下游部分，所述系列、网络或阵列包括设于一个所述体积的相对下游的两个或以上的相位引导器，所述方法包括以下步骤：将在所述系列、网络或阵列中离一个所述管道的相对下游起源相对远的、一个所述设于相对下游的相位引导器的稳定性，选择为低于在所述系列、网络或阵列中相对靠近所述管道的起源的、一个所述设于相对下游的相位引导器的稳定性；以及进行填充或排空步骤，使得相位引导器的溢出以由相位引导器稳定性决定的预定的顺序发生。

根据本发明的第五方面，提供了一种在形成系列、网络或阵列的部分的一个或多个体积中隔离一种或多种液体或基于液体的物质的方法，所述体积包括当参照液体-液体或液体-气体弯月面的运动方向时判定的一个上游和下游部分；所述系列、网络或阵列的相对下游管道具有分支地与其连接的一个所述体积，并且包括其中的设于所述管道的起源的相对下游的相位引导器，以及设于参照所述管道的起源相对上游的进一步的相位引导器，设于相对下游的相位引导器比进一步的相位引导器具有更低的稳定性；所述方法包括以下步骤：引起体积的部分排空，藉此液体或基于液体的物质流过设于相对下游的相位引导器，从而在将液体或基于液体的物质保留在体积内的同时，部分地排空管道。

根据本发明的第六方面，提供了一种在通过一个或多个管道被连接在系列、网络或阵列中的体积中引起接触的方法，所述系列、网络或阵列包括当参照液体-液体或液体-气体弯月面的运动方向时判定的上游和下游部分，所述体积包括界定所述体积的第一部分、第二部分和第三部分的两个或以上的相位引导器，每个所述部分被连接至所述系列、网络或阵列的各自的所述管道，位于相对下游的所述管道被连接至界定于所述体积内的两个所述相位引导器之间的体积的第二部分，各自的位于相对上游的所述管道被连接至所述体积的第一部分和第三部分，所述方法包括以下步骤：引起或允许液体或基于液体的物质填充进所述体积的第一部分；引起或允许一个所述相位引导器被液体或基于液体的物质突破；以及引起或允许进一步的液体或基于液体的物质填充进所述体积的第二部分，使得液体或基于液体的物质之间发生接触。

根据本发明的第七方面，提供了一种从通过一个或多个管道被连接在系列、网络或阵列中的体积引起部分移除的方法，所述系列、网络或阵列包括当参照液体-液体或液体-气体弯月面的运动方向时判定的上游和下游部分，所述体积包括界定所述体积的第一部分、第二部分和第三部分的两个或以上的相位引导器，每个所述部分被连接至所述系列、网络或阵列的各自的所述管道，所述体积的第二部分被界定于所述体积内的两个所述相位引导器之间，所述方法包括以下步骤：引起或允许从所述体积的第二部分排空液体或基于液体的物质；引起或允许一个所述相位引导器被液体或基于液体的物质突破；并且因此引起或允许排空所述体积的第一部分和/或第三部分，使得所述体积变得部分地空出。

此处公开的是一种操作用于处理液体或基于液体的物质的装置的方法，所述装置包括多个体积，每个体积包括一个或多个相位引导器，以在所述体积中等分精确量的一种或多种基于液体的物质，每个体积包括两个或以上的各自的进口，通过进口它可以被一种或多种基于液体的物质填充，并且每个体积被连接至至少一个排出装置，以排出在填充和/或排空期间被驱逐的物质，所述方法包括以下步骤：使基于液体的物质通过一个或多个进口填充一个或多个体积，直到基于液体的物质变得阻塞于每个所述体积内选定的相位引导器，因此使预定量的基于液体的物质停留在每个体积内，填充期间基于液体的物质通过其排出装置驱逐每个所述体积内的任何预先存在的与基于液体的物质具有不同润湿性的流体物质，所述装置包括连接至所述多个体积的公共进料管道。

本发明的可选特征被定义于从属权利要求中。

为免生疑问，本发明的多种独特的方面和特征可以额外被提供于任何可见的组合中。

因此例如两个装置方面可以存在于本发明的一个和相同的实施例中；并且例如两个或以上的方法方面可以相互结合来进行。

这些方法步骤的组合可以取决于随后进行或在某些情况下同时进行的精确情况。

本发明存在于整数和/或方法步骤的所有这些组合中，它们会被技术人员根据本文的公开而想起。

以下通过非限制性例子的方式，描述本发明的优选的实施方式，并参照附图，其中：

图1a至1g示出了可能使用相位引导器的弯月面阻塞的多个类型。阻塞类型的发生取决于该***是亲水的还是疏水的，以及相位引导器的设计。

图2a至2i示出了“调整”正向流动相位引导器稳定性的方式。

图3a至3i示出了“调整”反向流动相位引导器稳定性的方式。

图4a和4b示出了选择性的或优先的相位引导器溢出的原理。

图5a和5b示出了当应用“反向”压力时的选择性溢出。

图6a和6b示出了一种因为其设计而在正向流动方向和反向流动反向都具有降低的稳定性的相位引导器。

图7a至7d是根据本发明的装置的基础可选形式的简化示意图，其中至少一种液体通过公共的进料管道被等分至多个体积中的每一个，图7示出了填充前、中、后装置的状态。

图8a至8d是根据本发明的装置的基础可选形式的简化示意图，其中至少一种液体通过公共排空管道被从多个体积中的每一个排空，图8示出了排空前、中、后装置的状态。

图9a至9b是根据本发明的装置的基础可选形式的简化示意图，其中至少一种液体通过公共的进料管道被等分至每一个体积，图9示出了填充前、后装置的状态。

图10a至10c示出了对根据本发明的体积的过流体积排布的局部示意图。

图11a至11c示出了图10a至10c的过流体积可以如何被结合进图9的装置并被与图9的装置结合使用。

图12a至12c示出了图10a至10c实施例的变形，其对于准确的液体计量是有用的。

图13a至13d示出了图12a至10c的原理被应用在例如图7的多体积网络中的排布。

图14a至14c示出了图12a至12c的原理被应用在例如图7的多体积网络中的排布。

图15a至15c示出了多种优选的相位引导器形状，它们允许在细管道中调节正向和反向稳定性。

图16a至16c示出了根据本发明的另一种排布，用于基于液体的物质的准确分配的量之间受控混合或引起其接触。

图17a至17c示出了图16实施例的变形，其中由相位引导器界定的迷宫式或蜿蜒的排出区域形成基于液体的物质之间更大的接触面积，并且因此与例如图16a至16c的排布相比，由于扩散而更快地交换试剂。

图18a至18c示出了本发明的一个实施例，其中相位引导器控制允许受控的多液体等分及后续的合并。

图19示出了液体路由方案的例子，其中两种液体通过公共的供给管道被等分引入，而第三液体对每个流量被单独地等分。

图20示出了路由方案的更复杂的例子，其中第三液体通过公共的供给单元被等分，其需要用于跨过微流体供给管道的孔。

图21示出了路由方案的更复杂的例子，其中第三液体被等分为两个或3个体积的独特组合，而第四液体被***至每个体积。

图22a至22c示出了本发明的一个实施例，它对预定的液体部分从某一体积的选择性回收是有用的，而对剩余的液体部分引起最小干扰。

图23a至23c示出了与图22相似的实施例，并且被设置为允许液体从某一体积的完全撤离（“回收”）。

参考附图，图7a至7b以简化的示意形式示出了根据本发明的装置的可选基础版本。在图7a至7c中，多个体积10被界定于可以含有体积的有壁腔室或其他结构11内。

在所示实施例中每个体积在俯视时都是矩形，并且所有体积10在尺寸和形状上彼此相似。这并不是必要的，而体积设计的变形在本发明的范围内是可能的。

所述体积优选是通用的类型，并且适合于基于液体的物质的混合、化验、测试、反应、分配和其他处理，优选在“微流体”或“纳米流体”规模，相位引导器在该规模特别有效。

腔室11可以由一系列材料（包括材料的混合物）制备。优选的是，每个腔室11的至少部分是透明的或半透明的，使得腔室内容的任何可见的变化可以通过肉眼或使用光学评估/测试设备观察。

每个体积10具有进口14和出口52，其中进口14连接至公共进料管道13，而出口连接至公共排出管道53。该网络包括相位引导器63¹至63ⁿ，它们被置于该体积相对于填充方向的下游或者该体积自身之内。

至少一个相位引导器63¹具有修改的稳定性，使得它相对于所述的其他相位引导器较不稳定。该相位引导器确保了优先的溢出，从沿公共排出管道53的最远离排出装置的相位引导器开始，这一排出装置没有在图7中示出，但实际上连接在排出管道53的自由末端53a。

图7b至7d中的大箭头表示在进料管道13的进口末端13a液体流动的应用。该流动可以通过施加至进口13a的压力或者施加至管道53的末端53a的排出装置的抽吸来生成。

在图7d中，公共排出装置53被部分地填充液体。这并非总是这样的。实际上，在某些情况下，优选公共排出管道53在操作期间不被填充液体。

虽然示出的该实施例中的公共排出管道对应于并且通常采用多个体积，但这并非是必要的。

并且，可以没有公共排出管道53，而体积可以具有它们自身独自的排出管道。

体积10被示出为大于管道网络，但这并非是必要的。

而且在现实中一个体积可以由多个相继“串联”的体积组成。

图7a至7d中的装置可以是具有分支或多个“层级”的更高阶网络的部分。在该情况下，较高层级的每个分支具有与图7a至7d中相同的相位引导器设置，并且其中所述体积被较低层级的分支代替。每个分支的较不稳定的相位引导器的稳定性应该高于子分支的较不稳定的相位引导器的稳定性。

如图8a至8d中所示，图7a至7d的装置也可以被用作液体的完全回收。图8c中的小箭头指向相对于其他相位引导器具有更低稳定性的相位引导器63¹，通过该方式所述液体在排空操作期间被限制在某个位点。因此，公共排出管道53的排空开始于沿公共排出管道离排出装置最远的体积相关的相位引导器。

再次地，可以基于抽吸或者基于正压的应用（或这些效果的组合），来进行行动。

图8a至8d中的装置可以是多分支层级的网络的部分。在该情况下，较高层级的每个分支具有与图8a至8d中相同的相位引导器设置，并且其中所述体积被较低层级的分支代替。每个分支的较不稳定的相位引导器的稳定性应该高于子分支的较不稳定的相位引导器的稳定性。

在图7和8中，网络的填充液体的、相对上游部分通过阴影标记。

因为在这些附图中指定的动作，以下描述的图13a至13d中关于什么是“上游”和什么是“下游”的意义相对于图7和8的情况是反转的。因此在图13a至13d中通过阴影标记的填充液体的部分可以被视为位于非阴影的、填充气体的部分的相对下游。在图13a至13c的内容中后者可以被说成位于网络中的相对上游。

与图7、8和13相关的描述相似的原理可以被应用于本文所述的其他实施例。

图9a和9b以简化的示意形式示出了根据本发明的装置的可选基础版本。在图9a和9b中，多个体积10被界定于可以各自含有体积10的有壁腔室或其他结构11内。

每个体积10包括至少一个内部相位引导器12。所述相位引导器可以是本文所述的2D或3D相位引导器，并且在附图中被示为直线（仅仅出于表示的目的）。

在图9a和9b中相位引导器12被示出为以直线的形式在每个体积10的内部从一侧跨越至另一侧。如所解释的，这些相位引导器突出进体积10的垂直高度的一段较短距离，或者作为每个情况下散装材料的通道（当相位引导器是3D形式），或者代表相对于代表的散装材料的不同润湿性的线（在2D和3D相位引导器的情况下）。

但是相位引导器可以采用所示的直线之外的形状。

图9a和9b中的相位引导器12是限制性相位引导器。如所解释的，这些相位引导器旨在防止前进液体的流动，并且使弯月面沿对应于相位引导器的线的平面停止。

图9a和9b的结构是具有两层的分支层级的“二阶”网络。在最低的层级的分支，每个体积10是通过进口管道14的形式与进料管道13流体连接，进料管道13对于多个体积10是公共的。在第二层级水平，公共进料管道连接至供给管道16，它也是反过来连接至需要填充进体积10的基于液体的物质的来源的相同的供给管道。

如箭头17所示，这种基于液体的物质可以被沿着供给管道16流动，从供给管道它通过进料管道13和进口14进料入体积10的内部。因此进入该体积的液体本体的弯月面前进，直到它们沿相位引导器12对齐。

相位引导器12是本文以及WO2010/086179 A2中所解释的“限制性”类型。因此，该弯月面不会前进超过相位引导器，除非施加了额外的能量。结果是，在填充操作期间，每个体积10变得基本上同时部分填充有（在所示的实施例中）相同量的基于液体的物质。这一动作的结果如图9b中所示。

如图9a和9b的排布中的虚线所标记的，大量的体积可以使用所示管道被连接在常规或非常规网络中。将每个体积同时填充所需量的基于液体的物质的能力使得图9a和9b的装置在各种医药、化工和生物测试、实验和试用情况中极其有用。

在图9a和9b中体积10被以非完整的形式示出。实际上，它们中的每一个会包括进一步的进口，该进口连接在每个情况中所示相位引导器的相反一侧上至到所示的一侧（可能通过公共进料管道的相似网络连接至另一个供给管道）以及至少一个排出装置。为了清晰，也可以从图10、12和14中形成相同的省略。

因为相位引导器不会在均匀的液体或气体流体中显著地干扰，所以气体流出通量不会被相位引导器影响。

图10a至10c示出了被限制于体积10内的两个相位引导器上的液体等分以及过流体积19。

在这一特别的配置中，需要至少三个排出装置：一个排出下述限制性相位引导器12a的左边区域，一个排出下述限制性相位引导器12b的右边区域，以及一个排出过流体积19。

在图10a至10c中进口14与连接至体积10的图7、8和9的进口51中的一个相似，并且包括侧面分支18。侧面分支18开口到过流体积19，其在所示实施例中是矩形或圆筒形的容器（虽然并非在每个情况下都要这样）。

体积10的内部通过从侧面平行的体积10的一侧延伸至另一侧的两个平行的相位引导器12a、12b划分。相位引导器12从腔室的一个壁延伸至在某位置的侧面的另一个壁，在该位置进口14开口进该体积的内部，并且是限制性类型的。因此它们在体积10内界定了体积区域21，该区域在所示实施例中是侧面平行的和立方形的（虽然在本发明的范围内其他形状是可能的）。

侧面分支18包括形成过流体积19的入口的进一步的过流相位引导器22。虽然过流相位引导器22也是限制性类型，但它的稳定性低于体积10内的相位引导器12和下述图12、14中的相位引导器31。

填充体积区域21的方法包括形成基于液体的物质的流动（通过图10b和10c中的箭头23表示），以流过进口14（例如通过图7至9的供给管道和一个进料管道13的操作）。在体积区域21的初始填充期间，过流相位引导器22防止任何流体进入过流体积，相反地所有流体最初进入体积区域21。

这里相位引导器12迫使基于液体的物质采用体积区域21的形状和体积。如图10c所示，一旦该区域体积被充满，基于液体的物质的任何进一步流动会突破过流相位引导器22，由于它的较低的稳定性，与相位引导器12a和12b相比它会更容易被突破。这使得或允许任何过流的溢出会进入过流体积19。

这反而意味着在微流体环境中小体积的填充可以非常精确地实现。这是因为需要通过进口14供给流体，仅仅直到该流体开始进入体积（储存器）19。根据体积19的容量，研究人员对于他正在注射的体积中的误差范围具有确定性。

过流体积19在所示例子中被置于进口管道的一个分支。可选地，该体积可以被置于体积10的下游以及排出装置的上游。这一设置在WO2010/086179 A2中有更详细的描述。

如图9a和9b的情况，为了清晰，图10a至10c省略了通常连接至体积10的可选的第二和第三进口以及排出装置。

基于图10排布的变形在本发明的范围内是可能的。

例如一个或两个相位引导器12可以被腔室11的壁代替。再者，这些相位引导器可以采用多种形状中的任意一种，并且无需是相同的设计。

再者，过流体积19通常会包括排出装置，该排出装置允许在填充动作期间驱逐其中的气体。

图10a至10c的排布最适合于以下情形，其中只有一个体积10，或者多个中的一个体积10通过单独的进料管道14进料。另一方面，在图7和9的排布中，多个体积10通过公共进料管道13进料，能够更有效地对一组体积10提供过流体积。

这一排布在图11a至11c中示出。

图11a至11c示出了图9和图10的混合体的排布。因为图9a和9b的装置包括多个通过供给管道16连接的体积10以及数个公共进料管道13，所以不需要在进口14中对每个体积10放置过流体积。相反地，在图11a至11c中，提供了从供给管道16分支的单一的过流体积19。

过流相位引导器22存在于通向过流体积（储存器）19的分支内。如图10a至10c实施例的情况，过流相位引导器22的稳定性低于位于体积10内的相位引导器12的稳定性。结果是，在填充体积10期间，在基于液体的物质前的所有基于液体的物质的填充变得能够流过过流相位引导器22。进一步地，其结果是这意味着在任何进入过流体积的流动发生之前，所有体积10被所需等分的基于液体的物质填充。

类似于10a至10c，图11a至11c示出了填充体积10的顺序。

过流体积19并不需要如所示放置于体积10的网路的“上游”。相反地，储存器19可以位于任何所选的位置，填充期间在该位置它会与基于液体的物质接触。

控制填充过程的相位引导器，例如图10和11中的相位引导器22，可以重复设置，使得即使在一个或多个重复的相位引导器意外突破的情况下，***也能连续正确地运行。

在必要的进一步修改之后，与图10a至10c相关的上述排布的变形也可以应用于图11a至11c的实施例中。

图12a至12c示出了与图10a至10c相似的排布，其被修改为不存在过流体积19，并且额外的限制性相位引导器24存在于进口14，其设于在侧面分支18中的可以被称为“计量性相位引导器”的相位引导器31之上。

填充图12a至12c中的体积10的方法依次示出。从空的体积10开始，基于液体的物质26被使得或者允许流进体积10，因此填充限制性相位引导器12之间的体积区域21，其为了方便被视为与图10中的相对相位引导器方向相同，但当然可以不同地设置。

额外的相位引导器24具有比过量计量性相位引导器31更低的正向稳定性。其结果是，在如图12b中的箭头27标记的填充期间，基于液体的物质26的弯月面突破相位引导器24并且流过它从而填充体积区域21。

根据采用的设计标准，计量性相位引导器31可以具有或不具有比相位引导器12更低的正向稳定性，而管道18可以被用作或不被用作过流体积。

计量性相位引导器31可以根据本文所解释的原理被构造为各向异性的（anisotropic），使得可以根据受限的弯月面上的施加压力（正向或反向）的迹象，应用不同的稳定性数值。

利用这一可能性，如图12c中的箭头28所标记，进口14中的液体流动可以随后被反转。该情况下，当该流动如箭头28所标记时，在“反向”流动方向的计量性相位引导器31的稳定性可以被设置为低于相位引导器12。结果是，计量性相位引导器31上的液体本体的弯月面的阻塞被突破，而分支18和大部分进口14变得空出。随后弯月面被沿相位引导器24一分为二。结果是，体积区域21中的基于液体的体积的等分被从散装液体分离，并被精确地计量。

在图12的排布的替代实施例中，进口14的横截面积可以被制成小于侧面分支18的横截面积。这意味着当向所述装置提供相似的计量功能时，可以潜在地省略相位引导器24。

图12a至12c的侧面分支18可以被连接至储存器（例如图10和11的储存器19），或者它可以附接至气体排放装置，当液体方向被反转以及液体被计量时，通过该装置气体（通常为但并不一定是空气）可以流进管道。

当计量结构和过流体积同时连接至该网络时，通常希望计量性相位引导器31具有比过流相位引导器22更高的正向稳定性以及更低的反向稳定性。

图13a至13d示出了图12a至12c的原理到图7a至7d中所示的通常种类装置的延伸，其中使用多个体积10。

因此图13的实施例与图7/图8的排布相似，并具有细小的增添/修改，使得它还能够被用来将液体相互隔离。在本例中，隔离体积10的相位引导器63ⁿ被沿公共进料管道13设置并且最远离排空位点，它采用图12a至12c中相位引导器31的功能，并且比连接至相同的公共进料管道13的体积的较靠近排空位点的其他相位引导器63¹、63²等具有更低的稳定性，

公共排出管道53可以被填充或不被填充液体。

沿公共进料管道13的离排空位点最远的体积10在操作之后不会含有隔离的液体。实际上，这一特别的体积可以是对于使用者没有价值的，或者可以是或作为通道。

进一步地，公共排出管道53不是强制性的。

图13a至13c中的装置可以是具有多个分支层级的更高阶网络的部分。在所有分支都期望被排空的设置中，除了最低层级并且含有将被隔离的体积的分支之外，该设置与图8的更高阶网络的设置相似，不同点在于最低层级且含有例如图13a的结构的分支。为了网络的正确运行，最低层级的分支的相位引导器63ⁿ需要比更高层级的分支中具有最低稳定性的相位引导器63ⁿ具有更低的稳定性（在反向方向，相对于后退的液体弯月面）。

图14a至14c示出了示出了图12a至12c的原理到图9a至9d中所示的通常种类装置的延伸，其中使用多个体积10。

因此图14的实施例与图9的二阶排布相似，除了在分支网络的更高层级水平每个公共进料管道13具有计量性相位引导器31和相位引导器12¹……12ⁿ。 目的是在体积10中提供多个计量的等分。

在其远离供给管道16的末端，每个公共进料管道13被连接至本文所述的通常类型的排出装置。与排出装置的连接包括各自的计量性相位引导器31，该计量性相位引导器的稳定性被选择来确保在任何计量性相位引导器31的突破（如果有）发生之前，所有体积10的正确、精确的填充。

填充情况（由箭头32表示）在图14a中示出。

通过流动方向的反转（通过图14b的箭头33标记），公共进料管道13的排空发生。如图13的排布，在较高层级水平的相位引导器12的反向流动稳定性比计量性相位引导器31的更高，从而确保在下一最高层级水平的任何相位引导器12¹、12²等的突破发生之前，排空每个公共进料管道。

再者，计量性相位引导器31的反向流动稳定性比任何相位引导器12更低，使得在液体被计量时，每个等分的体积维持阻塞在相位引导器12。

在排空所有管道13之后，根据图8所示排空管道16（如果需要）。在考虑排空方向的流动时，相位引导器12的稳定性确保相位引导器12的突破以以下顺序发生：始于离来源最远的相位引导器12，至到与供给管道16相连的相位引导器。

因为在该例子中进口14的横截面积小于管道13的横截面积，液体被后退的弯月面分割，液体10因此被从散装液体分离，形成体积10中的等分的计量。

作为通过使用所述狭窄的横截面来计量的替代方式，额外的受限计量性相位引导器可以被置于每个体积10的出口。该相位引导器会以图12a至12c中的相位引导器24相似的方式界定更宽的计量的液体。

在例如图12和14中的相位引导器12和31同时就它们的正向和反向稳定性而言被界定。图15a至15c示出了提供这一方式的三种优选的相位引导器。

图15a采用三角形的相位引导器12a，其中相位引导器的每一侧具有与管道的壁的角α。在图15a中，角α_adv指在考虑正向稳定性（即对应于弯月面的前进）时影响相位引导器稳定性的角α，而角α_rec指与反向稳定性（对应于弯月面后退）相关的角α。

在图15b中，分支式相位引导器12b的稳定性通过两个方向中分支的角α_adv和α_rec来调整。在图15c中，稳定性通过V状相位引导器12c的角α_adv和α_rec来调整。在每个图15b和15c中，角α_adv和α_rec可以被构造成类似于它们在图15a中的意义。

图15a的相位引导器排布具有相对于图15b和15c的优点，即相对于管道壁59的x-和y-方向的相位引导器排布的对齐较不关键。图15b和15c的排布具有相对于图15a的实施例的优点，即就旋转角度而言，其对齐较不关键。

图16a至16c示出了一种排布，其中一个体积10被限制性相位引导器12内部地分为第一部分10a和第二部分10b。

如图所示，相位引导器12跨过体积10的宽度，虽然相位引导器的其他形状和排布是可能的。

体积10包括轮廓相位引导器34，它界定靠近限制性相位引导器的排出区域，其具有连接至在限制性/轮廓相位引导器对的一侧的体积的第一部分的进口14’，以及连接至在限制性/轮廓相位引导器对的另一侧的体积的第二部分的进口14’’。在所示实施例中排出区域36被界定为在14’、14’’之间的位置跨过体积10的长条形。

轮廓相位引导器34包括设计的溢出位点37，其位于排出区域36的远离进口14’、14’’的末端。其结果是，相位引导器34的突破发生在该远端并且排出区域从中填充。

设计的溢出37在此示意地被描述为降低的相位引导器壁角。但是它可以是沿相位引导器在该特别的位置增强溢出的任何种类的设置，包括但不限于分支、进口或V-弯曲。

排出管道52允许流体在体积10的部分10b的填充期间从排出区域排出。

排出管道52包括进一步的相位引导器63，而进口14’包括限制性相位引导器24。

操作图16a至16c的体积10的方法包括首先使第一基于液体的物质26a通过进口14’填充体积10的左手部分10a。限制性相位引导器12阻止部分10a中的等分扩散进体积10的部分10b。该液体随后通过限制性相位引导器24被计量和限制。这在图16a中示出。

随后，如图16b中所示，体积10的右手部分10b通过进口14’’被填充通常不同的基于液体的物质26b。

轮廓相位引导器34使得物质26b向溢出位点填充，并且仅仅当体积区域10b完全被基于液体的物质26b填充时，相位引导器34在该溢出位点37被基于液体的物质26b溢出（图16c）。当这种情况发生时，物质26b开始填充排出区域36，通过排出管道52驱逐其中的任何气体（通常但并不一定是空气）。

在该位点两种基于液体的物质26a、26b相互接触并且进一步被相位引导器63限制。

在图16a至16c中，只有液体26b溢出相位引导器37。在到达相位引导器12时，液体26a从相反的一侧被液体26b接触，并且相位引导器溢出发生于接触的瞬间，因为接触解除了阻塞。

以这种方式，两种液体可以大部分地接触，而不会干扰液体26a、26b的量的某一液体轮廓。两个相位引导器12、34之间的距离、排出区域36和相位引导器63的位置以及它们之间相位引导器34的溢出位点决定了填充过程期间液体轮廓被歪曲的程度。

如在本发明的其他实施例的情况下，体积10的末端（extremities）可以通过腔室壁、进一步的相位引导器或这些部件的组合分界。但是相位引导器63和24可以不设置。含有多个体积10的网络（如图9a和9b的实施例）可以被提供例如来使用本发明的装置进行许多并行的化学或生物试验。

进一步地，两个相位引导器12和37、进口14’’和排出装置52的结构可以被替换，以便于多种液体的***。为了在体积10中***n种液体，基础结构会被重复(n-1)次。

在图10a至10c中所示的一个或多个过流体积19进一步可以被增加在沿着可能连接至图12装置的进料和供给管道的选定位置，从而供给基于液体物质。

当设有这样的过流体积时，相位引导器63需要比图10a至10c中的过流相位引导器22具有更高的稳定。这使得一旦两种液体26a和26b被连接并且排出区域36被填充，能够形成第二液体26b的精确等分以及液体轮廓的最小变形。

进一步地，该结构可以连接至图12和14的计量结构。在该例子中图14中的计量性相位引导器31需要比相位引导器63在反向流动中具有更低的稳定性。

图17a至17e是图16a至16c的直接对应，不同点在于（如图所示）相位引导器12’和34’被制成提供非直线排出出区域36’的形状。

基本上参照图16a至16c以上述方式运作的这样的排布使得基于液体的物质26a、26b之间形成更大的接触区域，因此由于扩散而形成这些物质含有的化合物的更快速交换。因此当研究例如成分的密切混合是重要的反应时，图17的实施例可以具有特别的用途。

图18a至18c示出了本发明的另一个实施例，其中第一基于液体的物质26a被限制在体积10内的限制性相位引导器12的一个第一侧10a。这是因为设有限制性相位引导器12和位于与体积10的第一侧10a连接的第一进口14’的额外的限制性相位引导器24。

通过体积10的部分10b上的进一步的进口14’’引入的、界定在限制性相位引导器12的相反的第二侧上的进一步的基于液体的物质26b可以在到达限制性相位引导器12时与第一基于液体的物质接触。

该影响依赖于以下原理：如果受限于相位引导器的弯月面被从相反的一侧接触，因为接触接触了阻塞，相位引导器溢出会发生在接触的瞬间。

排出装置5252与体积部分10b连通，以在基于液体的物质26a、26b的每个的填充期间，使得物质从体积部分10a和10b被驱逐。该排出装置通过相位引导器63被关闭。

进一步地，在例如图10a至10c中所示的一个或多个过流体积19可以被增加在沿着进料和供给管道的选定的位置，该管道可以被连接至图10的装置，从而供给基于液体的物质。

在过流体积19的情况下，相位引导器63会比图10a中的过流相位引导器31具有更高的稳定性，因此允许第二液体26b的精确等分。

进一步地，为了方便多种液体的***，两个相位引导器12和24以及进口14’的结构可以被重复。为了在体积10中***n种液体，该结构会被需要(n-1)次。为了***n种液体，排出装置5252只被需要一次。但是排出装置5252需要被放置从而它便于液体或气体的排出直至最后被填充的液体n。

图22a至22c示出了与图16a至16c中相似的本发明实施例，它可以被用在从体积10选择性地回收液体的方法中。在该例子中，体积10被分为两个主要的液体体积部分10a、10b，它们通过彼此靠近且界定排出区域36的两个相位引导器12、34分离。

排出管道5252与排出区域36连接，并且被限制性液体相位引导器63界定。代表性的进口14’、14’’连接至体积部分10a、10b的每个的内部。两个进口14’、14’’包括限制性相位引导器24’、24’’。

相位引导器34可以包括位于它的离进口14’’较远的末端的设计的溢出位点37。

在它的初始状况（图22a），两个部分10a、10b和排出区域36填充油代表性液体26a、26b。通过管道52或者在进口14’’的压力的下降施加的气体压力迫使液体弯月面26从相位引导器63后退。通过相位引导器12、34的弯月面阻塞和降低稳定性的部分37的操作，意味着该液体优选被驱逐，首先从排出区域36，然后是通过进口14’的体积部分10b，在该阶段（图22b）没有液体被从部分10a驱逐。

相位引导器63比相位引导器24’具有更低的反向稳定性，使得在通过进口/出口14’’施加负压时弯月面回缩发生在相位引导器63。因此两个相位引导器12、34之间的空间填充有将液体26a从液体26b分离的空气/气体。如图22c中所示，被隔离的液体26a可以随后分别地从液体26a中被完全回收。

图22的实施例还运行在正压被施加至管道52的情况中。如果相位引导器63和34比相位引导器24’具有更低的反向稳定性，则相位引导器24’的溢出会发生，并且相位引导器12和37之间的空间会填充有空气以分离两种气体。随后，溢出发生在相位引导器34，而液体26b被一进步从体积10b中驱除。

进一步的变形示出于图23a至23c。

结构性地，图23a至23c示出了与图22 a至22c相似的排布，但是相位引导器再次被选择来产生特定的、不同的运行模型。

更特别地，图23a至23c中的相位引导器24’的稳定性低于相位引导器63。因此在通过进口14’’施加负压时，如图23b中所示，弯月面回缩从相位引导器24’开始。

假设相位引导器12和34的稳定性低于相位引导器63，体积部分10a和10b以及排出区域会以图23b至23c的顺序排空。

在图22和23的每个例子中，示出了被分为两个部分10a、10b的体积10。但是在本发明的范围内还可能的是，将一个体积（例如体积10）细分为更多部分，因此允许处理两种以上所述的基于液体的物质。

在一般情况下，液体被设相位引导器12或34分为几个部分，每个部分与含有相位引导器24或63的管道（5252或14）相连。在进口施加抽吸时，被驱逐的液体的部分被最低稳定性的限制性相位引导器14或63界定。

在第二种通用方法中，当施加正压至一个管道5252或14时，被驱逐的液体的部分被最低稳定性的相位引导器24或63界定。

在两种情况下，被驱逐的液体大约包括与被施加压力（正压或负压）的管道相连的液体部分、与最低稳定性的相位引导器相连的液体部分，以及这两个液体部分之间的液体部分。

在所述任意的实施例的中，为了根据所需的图案、路径和形状引导基于液体的物质的流动并确保体积的末端（即死角）的完全填充，可以设有一个或多个支撑性或死角相位引导器。但重要的是，这些支撑性或死角相位引导器关于最终的过流和/或限制性相位引导器具有更低的稳定性。

如WO2010/086179 A2中所解释的，死角（即可能难以完全填充的几何形状的角或定点）的填充可以通过使用促进这些空间的完全填充的死角相位引导器而被制得更加可靠。

腔室内的相位引导器图案也可以采用各种各样的形式，包括多种图案，用于（受限的）等分、死角和支撑性相位引导器以及任何额外种类的限制性相位引导器的放置。

填充期间的正向流动

在本发明中，决定体积内的等分的基于液体的物质的量的限制性相位引导器（图7至23中的相位引导器12）是最稳定的相位引导器，它遇到填充体积或多个体积的基于液体的物质。在正向流动条件下，这些限制性相位引导器并不旨在被漫过，除非它被第二基于液体的物质从相反一侧接触。

该体积内或者下游的排出性相位引导器也是限制性相位引导器，其适用于与正向流动中限制性相位引导器12相同的规则。

支撑性和控制相位引导器（例如用于多个体积计量的靠近供给管道的）通常具有最低的正向稳定性。这对于确定计量后弯月面位置的受限的计量性相位引导器也是正确的。这三种相位引导器之间的相对稳定性在本发明中是次要的。

过流相位引导器的稳定性是这样的，一旦网络的所有部分被填充，它被流过或突破。这意味着在正向流动条件下过流相位引导器比限制性相位引导器12更不稳定，但是比支撑性、控制以及受限的计量性相位引导器更稳定。

这同样适用于计量性相位引导器，然而对于网络中的计量性相位引导器和过流相位引导器都将被一种液体填充的情况，过流相位引导器比计量性相位引导器在正向流动下具有更低的稳定性。

计量期间的反向流动

如果在计量期间流动被反转，重要的是计量性相位引导器被受限流过。因此，该相位引导器需要比任何相位引导器具有更低的稳定性，藉此基于液体的物质被同时限制，它们通常是限制性相位引导器和排出性相位引导器。计量性相位引导器还需要比任何过流相位引导器具有更低的反向流动稳定性，在本例中两者都是可用的。再次清楚的是，过流和计量性相位引导器可以是相同的。还清楚的是，当基于液体的物质在先前的步骤期间与进一步的基于液体的物质合并时，该进一步的基于液体的物质受限于的相位引导器的稳定性变得具有类似的重要性。

靠近图14a至14e中的供给管道16的控制相位引导器（例如12¹、12²等）需要比计量性相位引导器具有更高的反向流动稳定性，从而确保所有公共进料管道的排空，并因此计量所有相连的体积。

当需要排空供给管道16时，重要的是控制相位引导器比过流相位引导器具有更低的稳定性。再者，如上所讨论的，根据它们与进料来源的距离，控制相位引导器相对于彼此需要具有提高的稳定性，最不稳定的相位引导器是离来源最远的一个。

回收 / 排空期间的反向流动

对于具有多个进口和排出装置的***，相位引导器溢出的顺序对于从体积回收全部或者选择的部分基于液体的物质来说是至关重要的。考虑到基于液体的物质被限制在相位引导器上的所有侧面，想要被流过的相位引导器应该比其他限制性相位引导器具有更低的稳定性。因为回缩期间弯月面可能会遇到各种支撑性、死角、限制性和轮廓相位引导器，需要相对于限制性相位引导器的稳定性和所需的排空方法，仔细地选取这些相位引导器的稳定性。

例如，如果例如图18中的结构需要被排空（例如通过在进口14’’施加负压），额外的排出性相位引导器需要被增加来阻塞排出装置52。可能优选的是，相位引导器24被首先流过，然后排空区域或体积26a，然后溢出相位引导器12（这需要比该额外的排出性相位引导器（未示出）具有更低的反向稳定性）。可能设置的是，相位引导器12在腔室的顶部远离进口14’’处被流过，从而排空整个体积26b。还可以选择增加额外的支撑性和死角相位引导器，以确保体积26a和26b的完全排空。然后这些相位引导器需要总是比该额外的排出性相位引导器具有更低的反向流动稳定性。

排空该腔室的一种不同的方法包括在例如进口14’施加正压。对于进口14’’和排出装置52都含有限制性（排出性或受限的计量性）相位引导器的情况，这两个相位引导器的一个的溢出由它们的相对稳定性决定。

在图22（选择性部分回收）和图23（完全回收）中描述了相似的、更复杂的方案。

在以上附图中描述的多种实施例产生了用于处理设备内的液体的典型方法。第一液体被***至一个或多个体积。该液体被相位引导器12或63限制，并且当***比该体积更多的体积时，过流相位引导器被突破，而过量的流动填充过流体积。当填充所需的体积区域时，或者在突破过流体积之后，液体流动被反转，从而计量性相位引导器被突破，液体弯月面被一分为二。体积区域内被等分和计量的液体优选被阻塞于限制性相位引导器12或63以及限制性相位引导器24。

第二液体遵循大体相同的过程被可选地***。在图18中描述的液体等分结构的情况下，第二基于液体的物质与第一基于液体的物质合并，然后被排出性相位引导器63和限制性相位引导器24限制。在例如图16和17的结构的情况下，第二基于液体的物质填充第二体积区域10b，然后突破轮廓相位引导器37，随后与基于液体的物质10a合并，然后限制于排出性相位引导器63。当增加过量的基于液体的物质体积时，第二过流相位引导器被突破，此后该流动被反转，而两个合并的基于液体的物质被计量。

可选地，额外的液体可以遵循相同的方法或基于该方法的变形被***。

在处理基于液体的物质之后，被处理的基于液体的物质可以如上所述被部分或完全回收。

图19示出了用于路由根据本发明的基于液体的物质的排布，其中两种基于液体的物质26a、26b被路由至多个体积，填充体积10的网络的各自的体积部分10a、10b，第三基于液体的物质26c被单独地***至每个体积10。这些体积具有如之前的实施例中所示的相同的基本构造。

注射进每个体积10的基于液体的物质26c的成分在每种情况下不一定是相同的，当然所有物质26c可以彼此不同。

每个体积的各个部分10a、10b、10c被界定为例如图16、17和18中所示的液体***排布（它在所示实施例中简单地形成所示的条状外形，但在本发明的其他实施例中可以采用其他形式）。这些体积或该网络可以进一步包括液体计量和/或过流的实施例，例如在图10、11、12和14中描述的。

基于液体的物质26a、26b、26c的排布顺序在本例中不是重要的并且可以被改变。也可以根据所选的相位引导器图案和排出装置的设置选择注射的顺序。

公共进料管道13被适当地连接，从而传递基于液体的物质26a、26b、26c。为了清楚的示出，排出装置被同图19中省略。

图19的路由方案可以通过增加更多基于液体的物质来扩展，这些物质类似于基于液体的物质26c被单独地***。也不需要的是，公共进料管道在实验中处理所有体积，或者所有公共进料管道处理相同的体积。

但是，不可能通过两个以上的公共进料管道处理两个以上的体积，而不需要额外的微流体层来允许微流体管道的跨越。

图20示出了类似于图19的实施例的实施例，不同的是该基于液体的物质是通过公共进料口路由的，而不是利用第三基于液体的物质26c的单独注射。其结果是，第三物质26c的所有量都被同时注射，而不是如在图19的实施例中被单独地注射。

通过两个以上的公共液体管道处理多个体积10的结果是，管道需要相互跨过，而不会带入各自含有的液体而相互接触。因此流体过道38是必须的，在图20中标记了3个流体过道，在图中可以看到多个例子。一个过道连接一个平面上的流体网络与第二平面上的流体网络，第二平面可以与第一平面在或不在相同水平（高度）。两个流体平面通过至少一层材料彼此分离。一个过道通常包括一个孔或通道，该材料通过它连接一层中的一个通道或管道与第二层中的第二通道或管道。

图21示出了更复杂的路由网络，其中基于液体的样品26a被分布于三个体积10。此外，三种基于液体的反应物26b、26c、26d依赖于该路由网络被分配在体积10的各种组合中。

使用图21的装置的方法在本文中被称为“组合式微流体”。组合式微流体在结合基于液体的物质时以及对被结合的各自体积而言具有完全的灵活性。

本发明适为对界定好的体积中受控的反应等分相邻的多种液体。与上述多种等分理念结合，会形成组合式微流体技术，其中反应物和样品可以在任何预先界定的组合和量中被筛选。

本发明对于大规模并行的筛选和合成特别有用。本发明的优点在于因为分配和流体路由步骤的部分自动化，减少了移液步骤。本发明可以被用于非常小的体积，并且允许样品或反应物等分的一步到位的大规模并行实验。本发明进一步允许液体的非常精确的计量，并且与微孔板和多孔板相比的优点在于，封闭的体积方法限制了蒸发并允许精确地控制参数（例如扩散和热输送）。本发明的另一个独特方面是，筛选或反应产物可以被部分或完全回收，用于进一步分析。

可以被实施的应用包括通常在多孔板和微孔板中实施的所有应用。此外，该平台允许多个不能再这些板上进行的处理。被测试的样品可以是任何种类的液体，包括悬浮液（例如细胞悬浮液或微球悬浮液）、乳状液、具有溶解的化合物的流体、不具有溶解的化合物的流体（例如脂蛋白）或纯流体。流体可以包括生物分子、细胞细胞器、颗粒、微球、有机体（例如斑马鱼或胚胎）和/或囊。该流体可以是简单的（例如水），或者高度复杂的（例如血液或其他体液、废水或饮用水、食物和其他材料/混合物）。

基于基于核酸的扩增技术的实验，例如PCR（包括实时PCR和数字PCR）、NASBA、LAMP（环介导等温扩增）、滚环扩增、解旋酶依赖等温扩增和RPA（重组聚合酶扩增），可以使用本发明的实施例容易地进行。

以下是使用图19的排布的实施例，可以连同后续的其他实施例一起分析：

当受试的样品（在本例子中为物质26b）的培养需要首先通过一种反应物（例如物质26a），然后通过反应物添加（物质26c），并进一步培养及读出试验时，图19的排布是有利的。

这种试验的一个例子是实时NASBA（基于核酸序列的扩增）试验。这种试验要求精确的、恒定的温度控制。在NASBA中，高温初始温度（通常为65°C）的培养对于一种反应物混合物（例如物质26a）和样品（例如物质26b）是需要的，从而展开二次RNA结构。

冷却（通常至41 °C）之后，加入酶混合物（即物质26c），并在该较低温度下开始扩增过程。

该实施例便于通过腔室壁进行快速热传递，并且如果需要扩增过程的实时读出，则便利于光学（通常为荧光）读出。

例如在图19中所示的针对这种NASBA反应的实施例的一个优点是，样品盒反应物可以以精确的量被***。

进行该试验需要的移液步骤的数目是(n+2)，其中n是样品的数目，加上两个加入反应物的步骤。另一方面，因为通常两个加入反应物的步骤需要实施于每个样品孔，典型的现有技术NASBA试验需要3*n个移液步骤。

图19的方法的进一步优点在于，该方法可以在例如自动机械控制台或取样站中被简单地自动化。

在这些排布中，以图9中的箭头标记的每个导管的进口的图案可以被设置为配合滴度板中孔的外形。

以下是使用图20的排布来处理实时PCR试验的例子：

使用该实施例的一个例子可以出现于并行实时聚合酶链反应（PCR）运行中。基于液体的样品26a的一系列稀释液可以被以不同的体积引入体积10，随后通过例如水26b被稀释。然后加入PCR试剂溶液26c并开始运行PCR。

这代表了用于制备实时PCR运行的极其快速和简单的方法，节省了多个移液步骤。

在两个例子中，实施例需要便于通过腔室壁进行快速热传递，并且如果需要扩增过程的实时读出，则会提供光学（通常为荧光）读出。

图7和13的实施例可以被用于数字PCR，其中一种样品被分布于一系列随后被相互分离的腔室。

基于核酸的扩增也被用于蛋白质组中的邻位连接技术。该技术也可以使用本发明而被实施。

以下是使用图21的排布进行组合药物筛选的例子。

组合式微流体的概念可以被用于例如组合药物筛选，其中例如液体26b、26c 和26d可以是药理活性的化合物，而液体26a可以是或者可以传输例如细胞样品。可以加入含有例如荧光标记物的额外的液体（在图21中未示出），以确定细胞样品上反应物组合的效果。

显然，通过每个试验的被组合的反应物的数目以及被组合的反应物的量，复杂程度会显著增加。

如果使用标准的96孔板，其中一种样品在两两组合的95种反应物上被筛选，并且没有两个组合是来自相同的化合物，则需要个筛选腔室。

如果需要在三种反应物的组合中进行测试，需要的腔室的数目是138 415。相似的计算可以被用于384和1536孔板。本发明的装置因此允许大量的并行筛选实验，并且只需要有限的移液步骤。

以下例子描述了本发明在所述组分和部分的多种组合中的应用。

经典的免疫检测（例如ELISA）也可以使用本发明的实施例的变形来进行。标准的间接ELISA包括抗原固定步骤、非特异性封闭步骤、一级抗体和二级抗体的加入以及最后的与酶联二级抗体反应的物质的加入。

固定步骤可以在设备的材料或者细小的载体（例如微球）上进行。免疫检测需要多个洗涤步骤，通常通过用试剂冲洗来完成。这大致可以通过两种方式完成。第一种是连续流冲洗***，其中试剂被简单地更换。第二种方式是从腔室移除第一试剂，使得除了被固定的物质之外是空的。在后续步骤中，可以加入冲洗液体或下一种试剂。

实施洗涤步骤的另一种方式是使用外部可激活微粒（例如微球），试验的部分（通常是感兴趣的抗原或抗体）被附接至该微粒。一旦微球悬浮液被***至一个体积，这些微球可以被从一种液体传送至相接的液体，因此实现洗涤和试剂增加步骤。

例如，固定于磁性微球的表面的抗体可以被***至根据本发明的体积。如果相邻的额外的试剂体积设有相位引导器，并且包括含有抗原的样品，含有报告体（reporter）的第二抗体和代表洗涤步骤的干净溶液、（磁性）微球可以被依次从一种液体相传递至下一个液体相，从而实施免疫测定。

细胞试验是可以使用本发明的装置和方法步骤进行的另一类重要方法。同样根据***的几何形状和起始体积中细胞的浓度，细胞样品可以以细胞悬浮液或单独的细胞被***。细胞液可以被悬浮于胶凝的液体中，从而便于在三维设置中培养。

在与试剂、药物、青霉素和其他物质接触时，可以研究细胞形态。也可以检测细胞***行为、细胞间相互作用和荧光或发光行为。可以通过以确切的数量和比例***多种细胞来模拟组织。

对刺激或挑战测试的响应可以在腔室中执行，单一细胞、多个细胞、组织或一种或多种有机体的反应可以被一次、多次或连续地观察。观察可以发生于腔室内或者在回收（部分）体积之后。多种检测技术可以被整合或用于下游分析（见下文）。

该设备也可以被用于体外受精，其中一个体积部分含有***而另一个含有***细胞。可以进行***的预选以确保通过最健康和有活性的***细胞受精。受精***的后选择也可以例如通过观察细胞***生化试验（测序、测定）来完成。随后最有前景的实验可以被回收，用于进一步的处理或植入。

该设备也可以被用于转染实验，包括基因敲除/敲减和基因改造。

测序实验，例如焦磷酸测序法和各种“下一代”测序技术，也可以使用本发明的设备进行。这些实验通常包括核苷酸的加入和后续的洗涤步骤。这意味着目标分子需要以某种方式被固定在腔室中。它的一些可能是微球固定或固定在表面（例如实验）。

也可以通过将测序目标固定于磁性微球上来使用上述方法，这些微球可以通过具有核苷酸的溶液和洗涤缓冲液而被上下传输。

所述***对于化合物的合成也是极其有用的。组合式微流体允许针对测试各种反应物组合、体积比和试剂加入顺序而设立大型阵列的腔室，形成非常大量的反应产物，如有需要，这些产物可以被提取用于进一步的下游分析。这也可以被用于筛选催化剂活性和有效性。这对于昂贵的化合物（例如许多催化剂和酶）是特别有利的。寡核苷酸合成或肽合成也可以被实施。

可以被用于腔室内的分析的检测技术包括荧光显微法、UV光谱、表面等离子体共振、拉曼光谱、电流分析法、电位测定法、伏安法、库仑法、NMR、干涉法以及其他方法。可以使用化学发光和荧光装置、分光光度法（例如UV吸收检测）或通过折射率或颜色变化的光学读出，来进行实验的读出。细胞生长、细胞***或细胞死亡的观察可以使用倒置相差显微镜来完成，而共聚焦显微镜可以被用来反映细胞或组织内特定平面上的亲和标记。

当本发明体积之外的进一步分析要进行时，可以使用多种检测仪器，包括质谱法、液相色谱法、气相色谱法、NMR、电化学检测和其他许多方法。

质谱法对于测量生化概况来说是特别有用的。例如，从腔室内一个细胞或多个细胞的小分子的分泌可以通过回收部分体积（而非细胞本身）来分析。

根据本发明的技术也可以被用于执行电泳实验、等电聚焦、等速电泳、印迹法或液相色谱法。在该情况下，在开始分离实验之前，精确定义的样品插件被***至两个或更多的电解质体积（是均匀的、前置/后置或梯度）之间。一个或多个样品插件可以在分离之后被精确地回收。这些实验可以包括或不包括凝胶。

清楚的是，对于许多上述技术，腔室需要包括驱动或感应电极、SPR岛及其他装置。所述腔室还可以包括用于引导光路的元件，例如棱镜、光栅、波导及其他元件。

电极也可以被用于终点检测，以通过测量电容或传导率来控制结构的完全填充。也可以通过***湿后变色的化合物来进行终点检测。也可以使用机械视觉设置来直接观察腔室的填充。腔室填充观察可以基于折射率、颜色或光强度的变化。也可以将标记物（例如荧光标记物）加入至液体来便于检测填充或排空状态或过程。

蒸发可以是限制根据本发明的装置内的液体处理的因素。如果处理期间发生蒸发，通过一个限制性相位引导器的限制可以被提升，潜在地导致例如处理之后（选择性的）回收期间不正确的行为。相同稳定性的相位引导器的重复设置在这方面可以是特别有利的，因为通过蒸发后退的弯月面因此失去限制并很快遇到重复的相位引导器，它会被其重新限制。如有需要这可以发生一次以上。

沿着相似的线，相位引导器可以被重复来弥补意外的溢出。这对于过流相位引导器22和相位引导器31是特别有用的。

有许多不同的方式来制造上述筛选腔室实验。本发明的某些优选实施例是基于或者兼容标准的微孔板，包括板的尺寸和内孔距离或倾斜。典型的孔格式是6、24、96、384、1536孔板。

在这个实施例中，孔与进口、供给管道或公共进料管道接触，而排出管道可以与孔接触或不接触。在某些情况下，如果只使用标准孔板的部分孔位置，则会是有利的。一个例子是，384孔板的每个第二行处理设置多个进口或管道，而第二行被省略，因此本质上至具有192个活性孔。

孔板尺寸使得本发明的实施例能够用于标准的实验室自动化设置，而不需要大型仪器开发。它的一个例子可以包括常用于制药和生物技术行业的移液自动机械。

这些自动机械可能需要根据读出、加热和体积的最终驱动或体积内的化合物而进行调整。

此外，本发明的自动机械和/或部件可能需要对填充、计量和/或回收期间对孔的抽吸应用或者压力进行调整。

这样做的一种示例性方法是通过在泵的远端（例如移液管或其他分配单元）和本发明的或连接至本发明的孔之间施加密封。

在另一个实施例中，根据本发明的结构可以连接至真空歧管，从而传输基于液体的物质。

可以通过在一块材料（塑料、陶瓷、玻璃、其他）上的研磨或铸造或者通过从子部件装配来制备这些孔。

微流体部件（包括管道和相位引导器）可以被设于孔层的使用中的底部，并通过层压或粘接设在底层上。

一种替代方式是将孔和微流体结构设于分离的板中，然后进行粘接。还可以将微流体体积的部分（例如相位引导器）设于一种材料，而管道的其他部分（例如管道和腔室）设于第二块材料。

另一种选择是将微流体结构设于被夹在含有孔的顶基板和底基板之间的中间层。所述中间层可以例如是干膜抗蚀剂或激光切割结构。

相位引导器可以被设于相同的中间材料（见Vulto等，2010，例如干膜抗蚀剂）。相位引导器还可以例如通过光刻或丝网印刷被设成薄层。

对于多微流体管道层，可以进行相似的选择。微流体管道的第一层可以被构建于孔板的底侧，覆盖具有层压或粘合结构中的通孔的中间层；而底基板可以包括第二通道层。或者，第一和第二微流体层可以被设于同样具有通孔的中间基地的顶部和底部。该基底可以通过层压或粘合技术被夹在顶孔板和底基底之间。

如上所述，根据本发明，有多种方式在装置的制造结构中提供排出装置。

最简单的方法是使用进口孔。但是这不代表空间的最有效利用。或者排出孔可以被***中间的进口孔，直接通过孔板进入微流体结构层。在另一个实施例中，所述孔板是从内部中空的，而排出发生于该中空空间内。还可以仅使用微流体层自身的平面来界定排出孔，以向侧面进行排出。同样的方法还可以被用在第二平面：侧面排出方法被用在相对于微流体层更高或更低的平面。

在通过板的底部排出的情况下，额外的囊可以被置于下方，以防止污染或意外的液体溢出。

毛细结构可以被结合进过流体积，以吸收过量流体。

总体上本发明提供基于液体的物质的处理中的相当的通用性。

本说明书中的明显在先公开的文档的列表或讨论不一定应被视为承认该文档是本领域的状态的部分或者是常见的一般知识。

Claims (32)

1.用于处理基于液体的物质的装置，所述装置包括多个体积，至少两个体积至少部分地被所述体积内和/或与其连接的管道内的一个或多个相位引导器界定，以控制所述体积内的一种或多种基于液体的物质的等分，

每个体积具有在将一种或多种基于液体的物质填充或排空所述体积期间被界定的、相对于弯月面运动方向的上游侧和下游侧，

每个体积具有至少一个上游体积管道，所述装置包括至少一个公共上游侧管道，所述公共上游侧管道被连接来通过多个上游体积管道供给流体，

多个相位引导器表现出预定水平的稳定性，并且与至少一个其他相位引导器的稳定性相比，一个或多个相位引导器表现出预定的不同的稳定性，藉此控制填充和/或排空至少一个所述体积期间相位引导器发生溢出的优先顺序；所述稳定性由构造和一个所述相位引导器的下游侧所对的锐角的值和半径确定，其中所述构造是或者包括下游侧相位引导器的弯曲、下游侧相位引导器的分支、下游侧相位引导器的进口或下游侧相位引导器与壁的相交处。

2.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括多个体积，至少两个体积至少部分地被所述体积内的一个或多个相位引导器界定，以控制所述体积内的一种或多种基于液体的物质的等分，

每个体积具有至少两个上游体积管道，藉此允许向含有至少一个相位引导器的至少一个所述体积加入至少两种液体，

每个体积具有在将一种或多种基于液体的物质填充或排空所述体积期间被界定的、相对于弯月面运动方向的上游侧和下游侧，

所述装置包括至少一个公共上游侧管道，所述公共上游侧管道被连接来通过多个上游体积管道供给流体；

在允许加入第二所述基于液体的物质之前，所述装置用来将第一基于液体的物质限制在一个所述体积内。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中一个或多个体积具有至少一个在所述体积内的相对于弯月面前进的上游的或与所述体积相连的相位引导器。

4.根据前述权利要求1或2所述的装置，其中一个或多个体积具有至少一个在所述体积内的相对于弯月面前进的下游的或与所述体积相连的相位引导器。

5.根据前述权利要求1或2所述的装置，其中至少一个所述体积包括或者被连接至上游侧相位引导器，所述上游侧相位引导器在第一所述体积内或者与第一所述体积相连，并且比在至少一个第二所述体积内或者与第二所述体积相连的至少一个其他下游侧相位引导器具有更低的稳定性。

6.根据前述权利要求1或2所述的装置，所述装置包括用于两个或以上的所述体积的公共下游侧管道，其中位于影响公共下游侧管道或与其连接的进一步的含有流体的特征的、离公共下游侧管道的相对下游起源最远的所述体积的下游侧的第一相位引导器，与位于连接至所述下游侧管道的、比第一下游侧相位引导器更加靠近公共下游侧管道的相对下游起源的进一步的体积的下游侧的至少一个进一步的相位引导器相比，具有更低的稳定性。

7.根据权利要求6所述的装置，其中下游侧管道包括至少一个体积或进一步的含有流体的结构，它们从中分支并且具有相对于至少一个分支的体积设于下游管道的相对下游起源的远端的相位引导器，所述分支的体积包括所述体积内或者所述体积上游的至少一个上游侧相位引导器，

设于远端的相位引导器比所述至少一个上游侧相位引导器具有更低的稳定性，使得在排空所述体积时，所述第一相位引导器被流过，因此排空管道并在所述至少一个体积内隔离基于液体的物质。

8.根据权利要求7所述的装置，所述装置额外包括高层级公共下游侧管道，所述高层级公共下游侧管道被连接至更低层级的两个或以上的所述公共下游侧管道并且比它们具有更高的层级；并且其中高层级下游侧管道包括相对低稳定性相位引导器，所述相对低稳定性相位引导器比更低层级的分支中的更低稳定性的相位引导器具有更高的稳定性。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述体积或至少一个所述体积被至少两个相位引导器内部地分为第一部分、第二部分和第三部分，至少一个体积部分与管道接触。

10.根据权利要求9所述的装置，其中至少一个相位引导器包括相位引导器不稳定性的定义的位置，在该位置至少一个相位引导器开始溢出，从而建立两种基于液体的物质之间的接触。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中下游体积管道被连接至两个相位引导器之间的体积的第二部分，两个上游体积管道被连接至两个相位引导器的两侧的体积的第一部分和第三部分，所述装置被设置来使两种基于液体的物质接触。

12.根据权利要求11所述的装置，当其引用权利要求10时，其中相位引导器不稳定性的位置远离与第二体积部分连接的下游体积管道。

13.根据权利要求9或10所述的装置，其中上游体积管道被连接至两个相位引导器之间的体积的第二部分，两个下游体积管道被连接至两个相位引导器的两侧的体积的第一部分和第三部分，所述装置被设置来回收基于液体的物质的特定部分。

14.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置包括至少一个具有允许弯月面溢出的第一侧和第二侧的相位引导器，并且包括在两端与壁相交的弯月面，相位引导器的第一侧相对于壁对着第一角度，而第二侧与壁对着第二角度，第一侧与壁的角度和半径独立于所述第二侧与一个所述壁的角度和半径，使得相位引导器的稳定性能够在弯月面的运动的正向和反向方向中被独立地调整。

15.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置包括至少一个具有允许弯月面溢出的第一侧和第二侧的相位引导器，第一侧具有第一分支而第二侧具有第二分支，每个分支相对于相位引导器对着一个角度；第一分支与相位引导器的角度和半径独立于第二分支与相位引导器的角度和半径，使得相位引导器的稳定性能够在弯月面的运动的正向和反向方向中被独立地调整。

16.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置包括至少一个具有允许弯月面溢出的第一侧和第二侧的相位引导器，第一侧和第二侧各自包括它的轮廓的第一V状和第二V状，第一V状和第二V状被形成为相位引导器的进口或者被形成为相位引导器的尖锐的弯曲，第一V状具有独立于所述第二V状的角度和半径的角度和半径，使得相位引导器的稳定性能够相对于弯月面的运动的正向和反向方向被独立地调整。

17.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置包括至少一个作为进入相位引导器基板的突出的相位引导器，所述突出通过允许弯月面溢出的第一侧和第二侧界定，所述第一侧和第二侧各自为相位引导器的侧壁，每个侧壁具有相对于普通的相对基板的小于45°的拔模角，相位引导器在每个末端具有与管道或腔室壁的相交处，相位引导器侧壁进一步具有润湿性，所述润湿性形成大于一个所述弯月面与相对基板的接触角度的、相对于正在前进或后退的弯月面的接触角度。

18.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置包括至少一个作为进入管道的突出的相位引导器，所述突出通过允许弯月面溢出的第一侧和第二侧界定，所述第一侧和第二侧为相位引导器的侧壁，每个侧壁具有相对于普通的相对基板的小于45°的拔模角，相位引导器在每个末端具有与管道或腔室壁的相交处，相位引导器侧壁进一步具有润湿性，所述润湿性形成大于弯月面与相对基板的接触角度的、相对于正在前进或后退的弯月面的接触角度。

19.根据权利要求1或2所述的装置，其中多个相位引导器彼此靠近设置。

20.根据权利要求1或2所述的装置，在至少一个所述体积内包括至少一个相位引导器，所述相位引导器选自包括死角相位引导器或支撑性相位引导器的列表。

21.根据权利要求1所述的装置，其中一个体积的至少部分是透明的或半透明的，并且所述装置包括连接来读出或者监测过程的一个或多个光学设备。

22.根据权利要求1或2所述的装置，其中一个所述体积的至少一部分包括当被选定的基于液体的物质接触时化学地或可见地变化的部分。

23.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置包括由多个公共上游侧管道处理的多个体积，所述公共上游侧管道被设置成使得每个体积由至少两个公共上游侧管道的单独组合处理。

24.根据权利要求1或2所述的装置，其中至少一个体积或管道含有感应器或转换元件。

25.根据权利要求1或2所述的装置，其中至少一个体积含有颗粒，所述颗粒能够通过允许外部驱动的搅拌器和所述颗粒的传输来操作，所述颗粒能够是或者包括磁性或金属微球。

26.一种使用基于液体的物质填充或部分填充多个体积的方法，所述体积通过一个或多个管道被连接在系列或阵列中；

所述系列或阵列包括当参照液体-液体或液体-气体弯月面的运动方向时判定的上游和下游部分；

所述系列或阵列包括至少两个相位引导器，所述相位引导器表现出彼此不同的稳定性，所述稳定性取决于构造与每个所述相位引导器的下游侧所对的锐角的值，还取决于在所述构造和相关的所述相位引导器的相交处界定的半径的尺寸，

所述方法包括设置相位引导器的稳定性，以进行填充步骤，使得相位引导器的溢出以由相位引导器稳定性决定的预定的顺序发生，其中所述构造是或者包括相位引导器与一个所述体积的壁之间的相交处、相位引导器中的弯曲和/或形成于相位引导器内的进口。

27.根据权利要求26所述的方法，其中因为所述体积内设有限制基于液体的物质的填充范围的一个或多个相位引导器，发生至少一个所述体积的部分填充，从而临时地界定所述体积的一个或多个未填充的部分，所述方法进一步包括以下步骤：将进一步的基于液体的物质引入一个所述未填充的部分；并使得所述体积内的基于液体的物质相互接触。

28.根据权利要求26或27所述的方法，所述方法进一步包括从一个所述体积排空基于液体的物质的步骤。

29.根据权利要求26或27所述的方法，所述方法包括以下步骤：引起或允许位于一个所述体积的相对上游的相位引导器被基于液体的物质溢出，所述位于相对上游的相位引导器比位于所述体积的相对下游的至少一个额外的相位引导器具有更低的稳定性。

30.根据权利要求28所述的方法，所述方法包括以下步骤：引起或允许位于一个所述体积的相对上游的相位引导器被基于液体的物质溢出，所述位于相对上游的相位引导器比位于所述体积的相对下游的至少一个额外的相位引导器具有更低的稳定性。

31.根据权利要求29所述的方法，所述方法包括以下步骤：在分别使用预定的量的基于液体的物质填充一个或多个所述体积之后，允许或引起基于液体的物质流进被连接在所述系列或阵列中的过流体积。

32.根据权利要求30所述的方法，所述方法包括以下步骤：在分别使用预定的量的基于液体的物质填充一个或多个所述体积之后，允许或引起基于液体的物质流进被连接在所述系列或阵列中的过流体积。