CN107405633A - 基于高深宽比诱导生成液滴的液滴发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明报道了基于高纵横比诱导的液滴自分解的液滴发生器装置和液滴产生方法。用于产生液滴的装置可以包括通道(1)和连接到通道(1)的喷嘴(2)，并且通道(1)的深宽比大于3.0或更大。该装置还包括位于喷嘴(2)前面的阻挡轨道(10)，位于喷嘴(2)前方的供应轨道(9)，以及形成在喷嘴(2)和供应轨道(9)之间的空间中的供应沟槽(8)。

Description

基于高深宽比诱导生成液滴的液滴发生器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年5月22日提交的美国临时申请序列号62/179,927的权益，其全部内容通过引用并入本文，包括任何图形，表格或附图。
发明的应用背景
微滴有各种各样的应用。微流体***中的液滴可以作为“小型化反应器”，因为它们具有独特的特征，包括高通量，微量试剂消耗，杜绝污染，快速响应时间以及隔离反应的能力。因此，基于液滴的微流体已经成为诸如化学和生物测定，合成，反应，药物递送和诊断测试和筛选等应用的潜在平台。数字化聚合酶链反应(dPCR)是利用微滴技术实现商业化典范。首先将样品进行稀释并分隔为成千上万的反应室，以实现基于单分子测定的优异的灵敏度和定量。在过去两年中，已经开发了几种基于微滴/微孔技术的dPCR仪器。这些仪器首要条件是产生尺寸均匀且体积小的大量微滴。虽然半小时内实现单位体积为几毫升(pL)的数百万微滴的生产(例如，以-5.5千赫的液滴产生速率)可行，但大多数用于生产这种微滴的仪器是昂贵的并且操作复杂。
用于生产大量微滴的常规方法通常依赖于搅拌和超声处理方法。然而，由于所施加的机械应力的空间异质性，难以用这种方法制备单分散(均匀)液滴。用于高通量液滴产生的另一种广泛采用的工业方法是膜乳化，其中分散的流体被加压并通过多孔膜。然而，膜中孔径的变化和相邻液滴的相互干扰通常导致产生的液滴的多分散性(非均匀)。因此，在液滴质量不需要高的情况下，例如在食品加工或雾化给药中，这两种方法可以被使用。
形成微滴的另一种方法是基于微通道剪切力的***(例如，T形结构或流动聚焦结构)。在这些结构中，分散相首先被挤压至主通道中，在连续相剪切力的作用下在发生断裂，因而形成了单独均一的微滴。该方法中的大部分能量通过连续相的流动而消耗，并且使用小部分来克服分散相的表面张力以产生液滴。使用单个单元的方法去实现高频(例如，几kHz)液滴形成是困难的，甚至是不可能的。此外，由于两相需要精确的压力或流量控制，这种方法很难并行化多个单独单元以产生大量均匀的液滴。因此，使用该方法的高通量均匀的液滴产生难以实现。
液滴发生器的另一种类型是基于界面张力驱动的***(例如，槽式微通道，基于边缘/阶段乳化)。在这些***中，仅需要分散相的液滴分散控制，这使得并行化更容易实现。这些装置的可扩展性和紧凑尺寸也可以提供进一步改善液滴产生体积的潜力。然而，在减小液滴尺寸，改善液滴单分散性(均匀性)，最小化液滴形成单元之间的干扰以及稳定***动力学方面仍然存在挑战。
发明的简要介绍
由于上述不足，在本领域中有强烈的需求发明低成本，可并行化，可扩展并且能够在高频下产生均匀液滴的液滴产生方法和装置。本发明的实施例可应用于包括用于数字聚合酶链反应(dPCR)或其他目的的高通量液滴发生器。本发明利用高深宽比诱导的液滴自分解结构(HIDS)来发生自发液滴。在一些实施案例中，这些结构可以被并行化同时堆迭(堆叠)以用于大规模，高通量的液滴产生。本发明的液滴发生器可以是稳定的，因为仅需要对分散的流体进行加压，而不需要高精度的控制。如上所述，许多常规设计需要用于一种或两种流体的复杂的压力控制***，这会增加设备的尺寸和成本。相比之下，本发明实施例的示例性原型可以在1平方厘米的芯片内实现300通道/厘米的密度的并行化，能够生成5kHz同时具有低于5％的变异系数(CoV)的5pL液滴。
本发明中用于产生液滴的装置可由通道和连接到通道的喷嘴组成。其中通道的深宽比(通道的高度/通道的宽度)要大于3.0或更大。最基本的喷嘴结构可为一个简单的矩形开口，在开口的每一侧具有平坦的壁，连接一个有足够空间的腔体。可以使用一种或多种表面活性剂来稳定液滴，并且可以将一种或多种表面活性剂加入到连续相或分散相中。该装置同时可以在喷嘴前方增加阻挡导轨(阻挡轨道)和供应轨道，以及形成在喷嘴和供应轨道之间的空间中的供应沟槽。通道还是弯曲的或为一定曲线；过滤器可以放置于通道之前；并且喷嘴处的结构可以在通道的左右侧加上凹部或凹口。除了在通道的出口上的凹口或凹口，喷嘴可以包括在通道的每一侧上的突起。此外，可以包括用于接收(或配置为接收)液滴的微腔。通道可以具有4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，10.0或更大的深宽比(通道的高度/通道的高度)。
根据本发明的产生液滴的装置可以包括多个HIDS结构，其中每个HIDS结构包括通道和喷嘴，并且其中每个通道的深宽比为3.0或更大。HIDS结构可以以圆环形排布，喷嘴方向朝外。同时，HIDS结构可以一字排开，分散相流体通过结果被离散话然后为横向流动的连续相流体流走。同时可以在每个喷嘴的前面形成阻挡轨道，供应轨道和供应沟槽。HIDS结构可以垂直堆叠，并且通道可以以曲线或弯曲排开。深宽比在3.0或以上，4.0或以上，5.0或以上，6.0或以上，7.0或以上，8.0或以上，9.0或以上，或10.0或以上。
根据本发明用于生产液滴的方法可以包括：提供HIDS结构，其中HIDS结构包括通道和喷嘴，并且其中通道的深宽比为3.0或更大；并将分散的流体通过通道并流出喷嘴，使得液滴形成在连续相流体中。该方法还可以包括提供一个或多个附加HIDS结构，每个附加HIDS结构具有通道和喷嘴，并且其中每个附加通道的深宽比为3.0或更大。该方法还可以包括使分散的流体通过通道并从喷嘴中流出，使得在连续相流体中形成液滴。HIDS结构可以形成适于容纳(或配置为容纳)分散流体的周长(边界)，或者可以形成适合于在壁的一侧容纳(或构造成容纳)分散流体并允许其流过HIDS的壁结构并进入连续相流体。该方法还可以包括在每个喷嘴的前面提供阻挡导轨，该阻挡排斥液滴远离喷嘴并保持连续相中的液滴不会干扰由喷嘴产生的液滴。该方法还可以包括在每个喷嘴的前面提供供应轨道和供应沟槽，其中连续相流体流过供应沟槽以填充液滴之间的空间。该方法可以进一步包括提供每个具有通道和喷嘴的附加HIDS结构，其垂直地堆叠并使分散的流体流过附加的HIDS结构以形成液滴。该方法还可以包括在通道中提供曲线或弯曲，并且可以提供适于收集(或配置为收集)由HIDS结构产生的液滴的室。可以提供适于接收(或配置为接收)由HIDS结构产生的液滴并且还适于提供(或配置为提供)连续相流体流以携带由HIDS结构产生的液滴的微腔。该方法可以包括产生尺寸为10μm至100μm的液滴，并且每个通道可产生频率为0.5Hz至50Hz的液滴。该方法还可以包括提供具有3.0或更大，4.0或更大，5.0或更大，6.0或更大，7.0或更大，8.0或更大，9.0或更大，或10.0或更大的深宽比的通道。可以使用一种或多种表面活性剂来稳定液滴，并且可以将一种或多种表面活性剂加入到连续相，分散相或连续相和分散相中。
附图说明图1(a)是根据本发明的HIDS结构的图示；
图1(b)是显示本发明HIDS结构均匀产生液滴的图；
图2(a)是显示液滴直径对分散相的毛细管数(Ca)的曲线变化图；
图2(b)是显示液滴产生频率对分散相的毛细管数(Ca)的变化曲线图；
图3(a)是本发明实施例的一个实施例，其在喷嘴处具有支撑结构，设计用于促进液滴导流和连续相液体的供应；
图3(b)是本发明的实验实施例的图像图3(a)所示的实验图；
图3(c)是由本发明的稳定和积聚的实施例产生的液滴的图像；
图4(a)是根据本发明实施例的并行HIDS结构和液滴收集室图；
图4(b)是由压力泵驱动的本发明的实施方式的图；
图5(a)是根据本发明的的连续相流交叉流动的并行化HIDS结构的图；
图5(b)是表示图5(a)的实验图像；
图6(a)是本发明的二维形状的圆环状集成HIDS结构的图；
图6(b)是在一个硬币旁边的本发明的两个实施方式的图像；
图6(c)是在集成微滴产生器中具有800个通道的实施的图像；
图6(d)是本发明的实验实施例的图像，集成微滴产生器中具有164个通道；
图7(a)是具有三维HIDS结构多层整合的本发明实施例的图；
图7(b)在两层HIDS结构中集成了1600个通道的本发明的实验实施例；
图7(c)是使用HIDS结构显示微滴形成的实验图像。
在图中，使用以下注释:
1通道；
2喷嘴；
3分散相流；
4连续相流；
5腔体；
6凹部或凹口；
7液滴；
8供应沟槽；
9供应轨道；
10阻挡轨道；
11进口通道(入口通道)；
12中间通道；
13出口通道；
14过滤器；
15分散相入口；
16 HIDS结构；
17液滴收集腔；
18筛选，膜，过滤器；
19连续相出口；
20连续相流；
21堆叠HIDS结构；
22盖；
23分散相源；
24通孔；
25堆叠的HIDS结构；
发明的详细信息
本发明的实施方案基于本发明人的发现，即高纵横比矩形通道能够引起分散流体线的瑞利高原不稳定性。这导致分散的流体线在通道的出口(或喷嘴)处形成有利的球形液滴。高纵横比诱导的液滴自分解(HIDS)由表面张力驱动，并且能够解耦剪切应力干扰，使其有利于平行集成在芯片上，具有产生高体积的单分散(即均匀)的能力，液滴。此外，由于表面张力驱动的液滴自分解机制，HIDS***只需要一个压力源来驱动分散相的流动。相比之下，常规结构需要精确地控制分散相和连续相的流动条件。为了形成各种不同尺寸的液滴，一些通道可以具有不同的纵横比。另外，应该注意的是，HIDS结构适用于以油为基础的分散相和基于水的连续相的操作，反之亦然。
图1(a)示出了根据本发明实施例的高纵横比诱导液滴自分解(HIDS)结构的单个通道的设计，其将用于解释支持该技术的概念。本实施例中的通道1，喷嘴2和腔室5的高度均匀。通过使用具有高纵横比的通道来实现高纵横比诱导的液滴自分解，其被定义为通道H的高度除以通道w的宽度(H/W)。为了产生高纵横比诱导的液滴自分解，通道的高度与宽度之比通常应大于3.0(H/w>3.0)，但可以是3.0或更大，4.0或更大，5.0或更大，6.0或更大，7.0或更大，8.0或更大，9.0或更大，或10.0或更大。通道L的长度，室a的深度和室b的宽度通常对液滴自分解过程的影响大体上大于通道H的高度(L，a，b>>H)，因此装置设计比步骤乳化装置更灵活。通道的宽度可以在例如几微米到几十微米的范围内。在一个实施例中，通道长度/通道宽度可以是30或更大，并且通道长度/通道高度可以是10或更大。
当分散相流体3和连续相流体4之间的界面沿着高纵横比通道进行时，分散相流体3以压缩和能量不利的形状跟随壁几何形状。当分散相流体3到达喷嘴2时，限制分散相流体3的通道1释放到连续相流体4中以形成小的球形***物。当液滴生长时，突起的曲率继续下降。只要注射流量低，界面轮廓在准静态下演化，突起和界面的内压平衡。然而，限制在高纵横比喷嘴中的螺纹的曲率具有由通道w的宽度确定的最小值(k*)。当突起的半径通过临界值(r*＝1/k*)时，突起的曲率减小到线的最小曲率以下。由于将曲率与内部和外部压力之间的差异相关联的杨-拉普拉斯方程，可以不再保持螺纹和凸起之间的压力平衡。螺纹的不稳定的内部压力将额外的流体从螺纹驱动到凸起中并触发螺纹的颈缩，这导致连续相在分散相之后的流动，导致液滴形成和分离。
图1(a)所示的实施例在喷嘴2的每一侧上还具有凹槽或凹槽6，其中通道1与腔室5相接。然而，最基本的喷嘴可以是简单的矩形开口，开口的每一边。此外，代替在通道的出口上的凹口或凹口，喷嘴可以包括在通道开口的一侧或两侧上的突起。在包含连续相流体4的腔室5中示出了具有直径D的液滴。图1(b)是根据本发明的实验实施例的HIDS结构的单倍体液滴产生的图像，其类似于如图1(a)所示。图1(b)示出了在连续相流体4中由分散相流体3形成的液滴7的产生。如图1(b)所示，存在喷嘴2，其具有凹部或两边六角。
在HIDS中，界面张力相对于其他力如重力，惯性力和粘性力是主要的，这可能会扰乱流体行为。通过改变喷嘴的几何形状，分散相的流速，液体的粘度比和界面张力，进行了一系列实验，以更好地了解液滴形成机理，并建立了数学模型来预测所产生的液滴尺寸。
图2(a)是显示具有五种不同纵横比的通道的分散相的液滴直径对毛细管数(Ca)的曲线图。每个通道的尺寸(宽x高)为5μm×25μm，6μm×25μm，7μm×25μm，10μm×50μm，11μm×50μm，12μm×50μm，具有长宽比分别为5.0,4.2,3.6,5.0,4.5和4.2。参考图2(a)，在图示的毛细管数(Ca)范围内，液滴直径的变化相对较小。尽管图2(a)示出了液滴直径范围为约15μm至40μm，但是本发明的实施方案可以形成约10μm至100μm的液滴，体积范围为约0.5pL至500pL。
图2(b)是显示分散相的液滴产生频率对毛细管数(Ca)的曲线图。所示出的六个不同的通道具有与图2(a)所示相同的尺寸和纵横比。参考图2(b)，当毛细管数(Ca)增加时，液滴产生的频率或速率也增加。
由于其设计，制造和操作的简单性，HIDS结构非常适合并行集成。这可以在短时间内产生数百万个液滴，具有优异的均匀性。集成HIDS并行结构可以在有或没有交叉流的情况下完成。此外，在本发明的所有实施方案中，可以使用一种或多种表面活性剂来稳定液滴，并且可以将一种或多种表面活性剂加入连续相，分散相或连续相和分散相中。
图3(a)是本发明的实施例的图示，其具有在喷嘴处的支撑结构，其设计用于促进液滴去除和连续相液体的供应。图3(a)的实施例包括供应沟槽8，供应轨道9和阻挡轨道10。阻挡轨道10有助于将产生的液滴引导离开喷嘴，并且还可以保持由其它通道形成的液滴不受干扰液滴形成。供应轨道9为供应沟槽8产生空间，并允许将连续相流体供应到喷嘴。然后，当液滴形成并从通道释放时，连续相流体可以流过液滴，从而允许稳定和连续的液滴形成。
图3(b)是表示图3(a)所示的概念的本发明的实验实施例的图像。图3(b)示出了图像左侧的一系列平行HIDS结构。每个HIDS结构包括一个通道，该通道包括入口通道11，中间通道12和出口通道13。该实施例的中间通道12包括一系列弯曲或曲线，其可以增加通道的长度而不需要拓宽结构的宽度。出口通道13可以垂直于喷嘴或相对于喷嘴(未示出)成角度。也可以看到阻挡轨道10有助于引导产生的液滴并保持由其它通道产生的液滴干扰液滴形成。图3(c)是由本发明的实施例产生的液滴的图像，其被稳定化并且积聚在装置室中。已经证明，本发明的实施例可以在几天的时间内操作较长的时间段。此外，实验已经表明，当垂直取向时，该装置可以更稳定地操作，使得液滴向上漂浮并远离喷嘴(当分散相为油基且连续相为水基时)。
图4(a)是根据本发明实施例的没有交叉流的平行HIDS结构的图。图4(a)示出了液滴收集室17中的液滴的产生。分散相入口15位于左手侧，并且提供过滤器14用于分散相流体流过先前经过一系列平行HIDS结构16。当液滴积聚在液滴收集室17中时，允许连续相流体从连续相出口19流出，并且液滴通过筛网，膜或者保持在液滴收集室17中液滴收集室可以与通道相同或基本相同的高度，或者可以是不同的高度。可以在室17中形成单层液滴，或者可以形成多于一层的液滴。腔室17可以是可密封的，使得在液滴形成之后，腔室可以与分散相压力源和连续相出口断开并原样输送，用于各种各样的工业，科学，医疗和诊断应用。
图4(a)的实施方案的许多应用之一是数字聚合酶链反应(dPCR)液滴发生器。液滴可以直接储存在室中，并且可以在从喷嘴喷射之后形成为单层。关于这种***如何操作的示例，芯片可以首先出现在连续相流体(例如，油)中。然后，样品可以由仅具有几psi的操作压力的压力泵装载和驱动，如图4(b)所示。在HIDS结构16的喷嘴处发生自发的液滴破裂，并且填充液滴收集室17。可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)或使用标准软光刻或成型技术的其它聚合物来制造该器件。然而，该装置也可以由其他材料制成。图4(b)所示的芯片的有效面积为cm2。将样品分成数千甚至数百万个液滴后，将整个芯片放在热循环仪上进行DNA模板复制，并在显微镜下观察以进行分析。
对于不需要死体积或快速稳定的应用，例如单细胞分配和孵育和细菌生长，HIDS液滴发生器可以与连续相流体的交叉流20并入。图5(a)示出了根据本发明实施例的连续相流体的交叉流的平行HIDS结构的图。HIDS结构可以以平行线形成，并且交叉流20能够在下游洗涤产生的液滴7，在那里它们可被收集并用于进一步的应用。使用连续相流体的交叉流20清洗液滴7也提供了一种解决方案，以避免在喷嘴处的液滴积聚。应控制连续相流体(例如油)以缓慢流动以最小化剪切应力作用，并确保分散相流体线分解成液滴仍然受表面张力控制。这又确保所产生的液滴的尺寸是均匀的。连续相流体的交叉流可以例如通过外部压力源，离心力或毛细管效应来驱动。
图5(b)是表示图5(a)所示的概念的本发明的实验实施例的图像。HIDS结构显示在图像的底部，产生通过连续相流体4的交叉流除去的液滴7。
图6(a)是根据本发明的嵌入的二维HIDS结构的圆形对称整合图。HIDS结构16形成围绕分散相压力源23的环形的周长。然而，可以并入任何形状(例如，椭圆形，正方形，矩形)的周长。在操作中，分散相流体流过结构的中心，然后通过每个通道，以在周边的外侧上形成液滴。过滤器也可以放置在HIDS结构之前。
图6(b)是用作尺寸参考的硬币旁边的本发明的两个实验实施例的图像。使用PDMS制造两个实验实施例，但是可以使用许多不同的材料，包括聚合物，树脂和金属。图6(c)是显微镜下图6(b)左侧所示的实验实施例的图像。图6(c)的集成微滴生成器具有800个通道，外径为42200μm，HIDS结构的圆形周长为直径为37600μm，通道宽度为15μm，通道高度为80μm，通道长度为2600μm，能够以4至12kHz的速率产生直径为50μm的液滴。每个HIDS结构具有挡板10，入口通道11，中间通道12和出口通道13。此外，每个中间通道12包括一系列曲线或弯曲以增加通道长度。
图6(d)是图6(b)右侧所示的实验实施例的图像。图6(d)的集成微滴生成器具有164个通道，外径为10600μm，直径为8000μm，沟槽宽度为15μm，通道高度为80μm，通道长度为2600μm的HIDS结构的圆形周长。实际上，这个164通道的HIDS发生器能够以0.8至2.5kHz的频率(即每通道5至15Hz)产生液滴。
图7(a)是具有HIDS结构的多层整合的本发明实施例的图。图7(a)所示的实施例使用类似于图6(a)所示的HIDS结构的堆叠。多层集成HIDS结构21包括在顶表面上具有盖22的多个可单独堆叠的HIDS结构25。每个可堆叠的HIDS结构25提供通道和HIDS液滴结构的基础层和周边，并且可堆叠的HIDS结构还与下面的结构的通道配合。通过每个可堆叠的HIDS结构提供通孔24，分散相流体从分散相流体源23流过。图7(b)是本发明的实验实施例，其将1600个通道集成在两层可堆叠HIDS结构。图7(c)是使用图7(b)所示的多层集成HIDS结构显示微滴形成的图像，其具有直径为42mm的圆形周长。使用一个压力源，工作在1.0至1.4psi，这种双层HIDS发生器能够在8至24kHz的频率范围内产生液滴。
本发明包括但不限于以下示例的实施方案。
实施例1.一种用于生产液滴的装置，包括通道和连接到通道的喷嘴，其中，所述通道的深宽比为3.0或以上。
实施例2.根据实施例1所述的装置，还包括位于所述喷嘴前方的阻挡轨道。
实施例3：根据实施例1-2中任一项所述的装置，还包括位于所述喷嘴前方的供应轨道，以及形成在喷嘴和供应轨道之间的空间中的供应沟槽。
实施例4.根据实施例1至3中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述通道包括入口通道，出口通道和中间通道；其中所述出口通道连接到所述喷嘴；和其中中间通道在入口通道和出口通道之间。
实施例5.根据实施例1-4任一项所述的用于生产液滴的装置，其中出口通道与喷嘴垂直(或基本垂直)。
实施例6.根据实施例4-5中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述中间通道包括弯曲或曲线。
实施例7.根据实施例1-6中任一项所述的用于生产液滴的装置，还包括在入口通道入口之前的过滤器。
实施例8.根据实施例1-7中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述喷嘴在所述出口通道的一侧包括凹部或凹口。
实施例9.根据实施例1-8中任一项所述的用于生产液滴的装置，还包括适于接收由通道产生的液滴的室。
实施例10.根据实施例1-9中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述装置适用于生产(或构造)直径在10μm至100μm范围内的液滴。
实施例11.根据实施例1-10任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述装置适用于生产(或配置为产生)0.5Hz至50Hz的频率的液滴。
实施例12.根据实施例1-11任一项所述的用于生产液滴的装置，其中通道的深宽比为4.0或更大，5.0或更大，6.0或更大，7.0或更大，8.0或更大，9.0或更大，或10.0或更大。
实施例13.一种用于生产液滴的装置，包括多个HIDS结构，其中每个HIDS结构包括通道和喷嘴，其中每个通道的深宽比为3.0或更大。
实施例14.根据实施例13所述的装置，其中，所述HIDS结构形成适于容纳(或配置为容纳)分散流体并允许(或配置为允许)分散的流体流过所述HIDS结构的周长。
实施例15.根据实施例13所述的装置，其中所述HIDS结构形成壁，所述壁适合于在所述壁的一侧容纳(被配置为容纳)分散流体并允许(或构造成允许)其流过所述HIDS结构。
实施例16.根据实施例13-15中任一项所述的装置，还包括在每个喷嘴前面的阻挡轨道。
实施例17.根据实施例13-16中任一项所述的装置，还包括在每个喷嘴前面的供应轨道和供应沟槽。
实施例18.根据实施例13-17中任一项所述的装置，其中所述HIDS结构被垂直堆叠。
实施例19.根据实施例13-18中任一项所述的装置，其中每个通道包括具有曲线或弯曲的中间部。
实施例20.根据实施例13-19中任一项所述的装置，还包括适于收集由所述HIDS结构产生的液滴的室。
实施例21.根据实施例13-19中任一项所述的装置，还包括室，所述室适于接收由所述HIDS结构产生的液滴并且还适于提供连续相流体流以携带由所述HIDS结构产生的液滴。
实施例22.根据实施例13-21中任一项所述的装置，其中所述装置适于产生直径在15μm至40μm范围内的液滴。
实施例23.根据实施例13-22中任一项所述的装置，其中所述装置适于产生每个通道中具有0.5Hz至50Hz频率的液滴。
实施例24.根据实施例13-23中任一项所述的装置，其中所述通道的深宽比为4.0或更大，5.0或更大，6.0或更大，7.0或更大，8.0或更大，9.0或更大，或10.0或更大。
实施例25.一种生产液滴的方法，所述方法包括：提供HIDS结构，其中HIDS结构包括通道和喷嘴，并且通道的深宽比为3.0或更大；和使分散的流体通过通道并流出喷嘴，使得液滴形成在连续相流体中。
实施例26.根据实施例25所述的方法，还包括提供一个或多个附加的HIDS结构，每个附加HIDS结构具有通道和喷嘴，并且其中每个通道的深宽比为3.0或更大；和使分散的流体通过通道并从喷嘴流出，使得在连续相流体中形成液滴。
实施例27.根据实施例26所述的方法，其中所述HIDS结构形成适于容纳(或构造成容纳)所述分散流体的周长。
实施例28.根据实施例27所述的方法，其中所述HIDS结构形成壁，所述壁适于在所述壁的一侧容纳(或构造成容纳)所述分散流体并允许(或构造成允许)其流过所述HIDS结构。
实施例29.根据实施例26-28中任一实施例所述的方法，还包括在每个所述喷嘴前面提供阻挡轨道，所述阻挡排斥液滴远离所述喷嘴并保持所述连续相中的液滴不会干扰由所述喷嘴产生的液滴。
实施例30.根据实施例26-29中任一项所述的方法，还包括提供在每个喷嘴前面的供应轨道和供应沟槽，其中所述连续相流体流过所述供应沟槽以填充所述液滴之间的空间。
实施例31.根据实施例26-30中任一项所述的方法，还包括提供附加的HIDS结构，每个具有通道和喷嘴的HIDS结构被垂直地堆叠并且使分散的流体通过附加的HIDS结构流动以形成液滴。
实施例32.根据实施例26-31中任一项所述的方法，其中每个通道包括具有曲线或弯曲的中间部。
实施例33.根据实施例26-32中任一项所述的方法，还包括提供适于收集由所述HIDS结构产生的液滴的室。
实施例34.根据实施例26-32中任一项所述的方法，还包括提供室，所述室适于接收(或配置为接收)由所述HIDS结构产生的液滴并且还适于提供(或配置为提供)连续相流体流携带HIDS结构产生的液滴。
实施例35.根据实施例26-34中任一项所述的方法，还包括产生直径在15μm至40μm范围内的液滴。
实施例36.根据实施例26-35中任一项所述的方法，还包括以0.5Hz至50Hz的频率从每个通道中产生液滴。
实施例37.根据实施例26-36中任一项所述的方法，其中所述通道的深宽比为3.0或更大，4.0或更大，5.0或更大，6.0或更大，7.0或更大，8.0或更大，9.0或更大，或10.0或更大。
实施例38.根据实施例33-39中任一项所述的方法，其中所述腔室具有与所述通道相同的高度(或基本相同的高度)。
实施例39.根据实施例33-40中任一项所述的方法，还包括将所述腔室与所述分散流体的源分离并将其密封。
实施例40.根据实施例9-13中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述腔室具有与通道的高度相同(或基本相同)的高度。
实施例41.根据实施例1-12中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中通道的深宽比为4.0或更大，5.0或更大，6.0或更大，7.0或更大，8.0或更大，9.0或更高，或10.0或更大。
应当理解，本文描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且将对本领域技术人员进行各种修改或改变，并且将被包括在本申请的精神和范围内，并且范围的所附权利要求。此外，本文公开的任何发明或其实施方案的任何元素或限制可以与本文公开的任何和/或所有其他元素或限制(单独地或以任何组合)或任何其它发明或实施方案组合，并且所有这些组合是涵盖了本发明的范围而不限于此。
本文中引用或引用的所有专利，专利申请，临时申请和出版物(包括“参考”部分中的引用)均通过引用整体并入，包括所有图形和表格，与它们的显式不一致本说明书的教导。
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18.美国专利申请公开号2006/0120213-使用微通道工艺技术的乳液工艺(Emulsion Process Using Microchannel Process Technology)
19.美国专利申请公开号2008/0182910-使用微通道工艺技术用于形成乳液的方法(Process For Forming An Emulsion Using Microchannel Process Technology)

Claims (48)

1.一种用于生产液滴的装置，包括：通道和连接到所述通道的喷嘴，其中，所述通道的深宽比为3.0或以上。
2.根据权利要求1所述的用于生产液滴的装置，还包括位于所述喷嘴前面的阻挡轨道。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的用于生产液滴的装置，还包括位于所述喷嘴前面的供应轨道，以及形成在所述喷嘴和所述供应轨道之间的空间中的供应沟槽。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述通道包括入口通道，出口通道和中间通道；其中所述出口通道连接到所述喷嘴；和其中所述中间通道在入口通道和出口通道之间。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述通道出口基本上垂直于所述喷嘴。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述通道出口相对于所述喷嘴成角度。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述中间通道包括弯曲或曲线。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于生产液滴的装置，还包括在所述通道入口部分之前的过滤器。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述喷嘴包括在所述出口通道的一侧上的凹部或凹口。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于生产液滴的装置，还包括适于接收由所述通道产生的液滴的室。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述装置适于产生直径在15μm至40μm范围内的液滴。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述装置适于产生频率为0.5Hz至50Hz的液滴。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的用于生产液滴的装置，其中所述通道的深宽比为7.0或更大。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的装置，其中所述室适于从分散相源分离并在具有积聚的液滴之后密封。
15.根据权利要求10-13中任一项所述的装置，其中所述室适于提供连续相流体的交叉流动。
16.根据权利要求10-15中任一项所述的装置，其中所述室与所述通道具有基本相同的高度。
17.根据权利要求10-15中任一项所述的装置，其中所述室相比所述通道具有不同的高度。
18.一种用于生产液滴的装置，包括：
多个HIDS结构，其中每个所述HIDS结构包括通道和喷嘴，其中每个所述通道的深宽比为3.0或更大。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述HIDS结构形成适合于容纳分散的流体并允许分散的流体流过所述HIDS结构的周长。
20.根据权利要求18所述的装置，其中所述HIDS结构形成壁，所述壁适于在所述壁的一侧容纳分散的流体并允许其流过所述HIDS结构。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的装置，还包括在每个所述喷嘴前面的阻挡轨道。
22.根据权利要求18-21中任一项所述的装置，还包括在每个所述喷嘴前面的供应轨道和供应沟槽。
23.根据权利要求18-22中任一项所述的装置，其中所述HIDS结构是垂直堆叠的。
24.根据权利要求18-23中任一项所述的装置，其中每个所述通道包括具有曲线或弯曲的中间部。
25.根据权利要求13-24中任一项所述的装置，还包括适于收集由所述HIDS结构生产的液滴的室。
26.根据权利要求18-24中任一项所述的装置，还包括室，所述室适于接收由所述HIDS结构生产的液滴且还适于提供连续相流体流动以带走由所述HIDS结构生产的液滴。
27.根据权利要求18-26中任一项所述的装置，其中所述装置适于生产直径在15μm至40μm范围内的液滴。
28.根据权利要求18-27中任一项所述的装置，其中所述装置适于生产从每个所述通道流出的具有0.5Hz至50Hz频率的液滴。
29.根据权利要求18-28中任一项所述的装置，其中所述通道的深宽比为7.0或更大。
30.根据权利要求18-29中任一项所述的装置，其中，一些所述通道具有不同的深宽比。
31.根据权利要求25-30中任一项所述的装置，其中所述室与所述通道具有基本上相同的高度。
32.根据权利要求25-30中任一项所述的装置，其中所述室相比于所述通道具有不同的高度。
33.根据权利要求25-32中任一项所述的装置，其中所述室适于从分散相源分离并在具有积聚的液滴之后密封。
34.一种生产液滴的方法，所述方法包括：提供HIDS结构，其中所述HIDS结构包括通道和喷嘴，并且所述通道的纵横比为3.0或更大；和使分散的流体通过所述通道并流出所述喷嘴，使得在连续相流体中形成液滴。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括提供一个或多个附加的HIDS结构，每个具有通道和喷嘴，并且其中每个所述通道的深宽比为3.0或更大；和
使分散的流体通过所述通道并从所述喷嘴流出，使得在连续相流体中形成液滴。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述HIDS结构形成适于容纳所述分散的流体的周长。
37.根据权利要求35所述的方法，其中所述HIDS结构形成壁，所述壁适于在所述壁的一侧容纳所述分散的流体并允许其流过所述HIDS结构。
38.根据权利要求34-37中任一项所述的方法，还包括提供在每个所述喷嘴的前面的阻挡轨道，所述阻挡轨道排斥远离所述喷嘴的液滴并且保持所述连续相中的液滴不会干扰由所述喷嘴生产的液滴。
39.根据权利要求34-38中任一项所述的方法，还包括提供在每个所述喷嘴的前面的供应轨道和供应沟槽，其中所述连续相流体流过所述供应沟槽以填充所述液滴之间的空间。
40.根据权利要求35-39中任一项所述的方法，还包括提供附加的HIDS结构，每个具有通道和喷嘴，其是垂直地堆叠的并使所述分散的流体通过所述附加的HIDS结构以形成液滴。
41.根据权利要求34-40中任一项所述的方法，其中每个所述通道包括具有曲线或弯曲的中间部。
42.根据权利要求34-41中任一项所述的方法，还包括提供适于收集由所述HIDS结构生产的液滴的室。
43.根据权利要求34-41中任一项所述的方法，还包括提供室，所述室适于接收由所述HIDS结构生产的液滴且还适于提供连续相流体流动以将所述HIDS结构生产的液滴从所述喷嘴携带走。
44.根据权利要求34-43中任一项所述的方法，其中所述室与所述通道具有基本上相同的高度。
45.根据权利要求34-44中任一项所述的方法，还包括生产直径在15μm至40μm范围内的液滴。
46.根据权利要求34-45中任一项所述的方法，还包括生产流出于每个所述通道的频率为0.5Hz至50Hz的液滴。
47.根据权利要求34-45中任一项所述的方法，其中所述通道的深宽比为7.0或更大。
48.根据权利要求42-46中任一项所述的方法，还包括从所述分散的流体的源分离所述室并密封。
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