滴222。連續(xù)和目標(biāo)流體的連續(xù)流動速率的 應(yīng)用可導(dǎo)致形成具有相同或基本相似尺寸/體積的多個液滴222。在液滴形成過程中或之 后，連續(xù)流體繼續(xù)在位于互連區(qū)域下游的通道段217中流動。
[0075] 如圖6A-6C中所示，連續(xù)流體通道210、目標(biāo)流體通道216和互連區(qū)域228構(gòu)建和 設(shè)置為使得無需改變目標(biāo)流體通道或連續(xù)流體通道的截面尺寸即可形成液滴222。這可以 允許連續(xù)形成具有第一體積的第一液滴而無需閥或其它驅(qū)動結(jié)構(gòu)。液滴222形成的體積和 速度可通過選擇特定參數(shù)來控制，所述參數(shù)例如為互連區(qū)域228的尺寸、連續(xù)流體通道的 寬度、目標(biāo)流體通道的寬度、目標(biāo)流體和連續(xù)流體的流量以及所用目標(biāo)流體和連續(xù)流體的 類型。
[0076] 如圖6D中所述實施方案所示，驅(qū)動閥230可引起膜236變形。該變形可導(dǎo)致目標(biāo) 流體通道216在互連區(qū)域228收縮?；ミB區(qū)域228的寬度的減少可導(dǎo)致形成具有比液滴 222的尺寸小的液滴223。在某些實施方案中，閥230可引起互連區(qū)域228的寬度擴(kuò)張，導(dǎo) 致形成具有比液滴222的尺寸大的液滴（未示出）。
[0077] 在一些實施方案中，可形成一滴或一系列液滴而無需改變目標(biāo)流體或連續(xù)流體的 流量。這可以通過在液滴形成過程中應(yīng)用基本恒定的目標(biāo)流體和/或連續(xù)流體流量而連續(xù) 形成不同尺寸的液滴（例如具有第一和第二體積）。例如，在一些實施方案中，基本恒定的 壓力或體積源與輸送通道的上游部分（例如在入口處）流體連通。
[0078] 通過驅(qū)動閥230而形成第一和第二體積的液滴可以采取不同速度進(jìn)行。即第二體 積的液滴的產(chǎn)生頻率可以與第一體積的液滴的產(chǎn)生頻率不同。在其它實施方案中，第二體 積的液滴的產(chǎn)生頻率可以與第一體積的液滴的產(chǎn)生頻率相同。液滴形成的頻率可以通過使 通道系統(tǒng)的不同部分變形來調(diào)節(jié)，以下詳述。
[0079] 應(yīng)理解的是，任何合適的閥230可用于使膜236變形或者使目標(biāo)流體通道216在 互連區(qū)域228處收縮。在一個實施方案中，含有如圖1-5中所述的控制通道的閥可用作閥 230。在一些情況下，閥可為平面閥。在其它實施方案中，閥與目標(biāo)流體通道216和/或連 續(xù)流體通道210流體連通。例如，閥的一部分可插入目標(biāo)流體通道216中以減小互連區(qū)域 228的寬度。亦即，不是閥使膜變形，而是閥可阻擋一部分互連區(qū)域228以導(dǎo)致流體路徑變 窄。在另一個實施方案中，閥可位于目標(biāo)流體通道段216之上或之下（例如位于與目標(biāo)流 體通道段216和/或連續(xù)流體通道210相同的垂直平面上）。在一些情況下，閥包括上述一 個或更多個構(gòu)型。
[0080] 圖7A-7C示出根據(jù)本發(fā)明的一部分實施方案的微流體系統(tǒng)的另外構(gòu)型。如圖7A所 述實施方案所示，微流體系統(tǒng)250可包括含有目標(biāo)流體218的目標(biāo)流體通道252和兩個含 有連續(xù)流體211的連續(xù)流體通道256。目標(biāo)流體通道和連續(xù)通道在交叉點260處相交，交叉 點260與位于互連區(qū)域260下游的主通道264流體連通。液滴的形成可通過流動聚集在互 連區(qū)域260處或附近獲得。即，來自目標(biāo)流體和連續(xù)流體通道的流體在互連區(qū)域處相交，然 后流體向下游"聚集"（例如在主通道264)。當(dāng)流體不混溶（或略微混溶）時，目標(biāo)流體的 突起物在互連區(qū)域處形成并延伸至主通道中。隨著額外的目標(biāo)流體注入互連區(qū)域，該突出 物生長。同時，當(dāng)它們聚集到主通道中時，注入的連續(xù)流體剪切突出的目標(biāo)流體的外表面。 當(dāng)由于連續(xù)流體對目標(biāo)流體的剪切超過互連區(qū)域中保持目標(biāo)流體的表面張力時，一滴目標(biāo) 流體被截斷并分散到連續(xù)流體中，從而從互連區(qū)域流出到主通道中。以周期性速率重復(fù)該 過程并形成相同尺寸的液滴。這是所謂的流動聚集液滴形成的"滴注"機制。利用該方法， 無需改變目標(biāo)流體通道、連續(xù)流體通道、主通道或互連區(qū)域的截面尺寸即可發(fā)生液滴形成。 即，為了形成液滴不需要閥或其它驅(qū)動結(jié)構(gòu)。另外，可獲得基本均勻尺寸的液滴。
[0081] 在一些實施方案中，微流體系統(tǒng)250包括可位于相對于目標(biāo)流體通道、連續(xù)流體 通道、互連區(qū)域和/或主通道處于不同位置的一個或更多個閥270。圖7A中示出多個閥270 的位置。隨著一個或更多個閥270的驅(qū)動，相對于在驅(qū)動一個或更多個閥之前形成的液滴， 目標(biāo)流體通道、連續(xù)流體通道、互連區(qū)域和/或主通道可變形（例如壓縮和/或變窄，或膨 脹）以形成具有第二體積和/或第二頻率的液滴。例如，一個或更多個閥可構(gòu)建和設(shè)置為 改變目標(biāo)流體通道、一個或更多個連續(xù)流體通道、互連區(qū)域和/或主通道的截面尺寸，從而 可基于一個或更多個閥的位置產(chǎn)生不同尺寸和/或不同頻率的目標(biāo)流體的液滴。即，液滴 的尺寸和/或頻率可以根據(jù)閥驅(qū)動的位置和/或驅(qū)動程度而改變。
[0082] 圖7B示出包括含有目標(biāo)流體218的目標(biāo)流體通道274的微流體系統(tǒng)272,所述目 標(biāo)流體通道274與含有連續(xù)流體211的連續(xù)流體通道276流體連通。連續(xù)流體通道和目標(biāo) 流體通道在互連區(qū)域280相交?；ミB區(qū)域的下游是具有小于目標(biāo)流體通道和/或連續(xù)流體 通道的截面尺寸的至少一個截面尺寸的流體壓縮區(qū)域282。目標(biāo)流體的液滴可在通道壓縮 區(qū)域和主通道284之間例如通過在互連區(qū)域280處連續(xù)流體對目標(biāo)流體的剪切而形成。該 液滴形成可發(fā)生而無需改變目標(biāo)流體通道、一個或更多個連續(xù)流體通道、互連區(qū)域、通道壓 縮區(qū)域或主通道的截面尺寸。然后，隨著一個或更多個閥270的驅(qū)動，相對于驅(qū)動一個或更 多個閥之前形成的液滴，可以改變液滴的體積（振幅）和/或頻率。
[0083] 圖7C示出可用于形成根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的液滴的微流體系統(tǒng)的另一個實 施方案。如圖7C中所述實施方案所示，微流體系統(tǒng)290包括含有目標(biāo)流體218的目標(biāo)流體 通道292,所述目標(biāo)流體通道292與含有連續(xù)流體211的連續(xù)流體通道294流體連通。目標(biāo) 流體和連續(xù)流體通道通過壁295分離，所述壁在在一些實施方案中是可變形的。如在該示 例性實施方案中所述，目標(biāo)流體通道和連續(xù)流體通道與主壓縮區(qū)域298和主通道299流體 連通。微流體系統(tǒng)可包括相對于一個或更多個通道處于不同位置的一個或更多個閥270。 如本文所述，可獲得該液滴形成而無需改變目標(biāo)流體通道、一個或更多個連續(xù)流體通道、互 連區(qū)域、通道壓縮區(qū)域或主通道的截面尺寸。隨著一個或更多個閥270的驅(qū)動，可獲得液滴 的特征的改變。一個或更多個閥可驅(qū)動到不同程度以連續(xù)形成具有不同特征（例如體積和 /或頻率）的液滴。
[0084] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案可用于形成不同體積和/或頻率的液滴的微流 體系統(tǒng)310。如在該示例性實施方案中所述，微流體系統(tǒng)310包括含有目標(biāo)流體314的目標(biāo) 流體通道312,所述目標(biāo)流體通道312與含有連續(xù)流體320的連續(xù)流體通道318流體連通。 目標(biāo)流體通道和連續(xù)流體通道在互連區(qū)域322相交，并且連續(xù)流體在此處剪切部分的目標(biāo) 流體以形成液滴323。如在該示例性實施方案中所述，液滴323在驅(qū)動閥324之前形成，其 構(gòu)建和設(shè)置為使主通道326的一部分收縮。即，無需改變目標(biāo)流體通道312、一個或更多個 連續(xù)流體通道318、互連區(qū)域322或主通道326的截面尺寸液即可形成滴323。
[0085] 閥324可為與圖1-5相關(guān)描述的閥相似的閥，并且可包括例如用于包含流體的控 制通道328。流體沿著箭頭330和332流入控制通道328可導(dǎo)致控制通道擴(kuò)張。這反過來 導(dǎo)致位于控制通道和主通道326之間的膜336變形。該膜的變形可導(dǎo)致主通道326的收縮。 由于閥324與其中連續(xù)流體可剪切目標(biāo)流體的互連區(qū)域322相鄰，因此閥的驅(qū)動可改變所 形成的液滴的一個或更多個特征。例如，閥324的驅(qū)動可導(dǎo)致主通道326變窄，由于在該區(qū) 域的主通道的體積減小而形成具有較小體積的液滴。在其它實施方案中，真空或其它減壓 源可與控制通道328流體連通與引起主通道的擴(kuò)張。這可導(dǎo)致由于在該區(qū)域的主通道的體 積增加而形成具有較大體積的液滴。
[0086] 在一個實施方案中，本發(fā)明的方法涉及制造一系列具有第一體積和含有目標(biāo)流體 的的單個且基本均勻的液滴，所述液滴在微流體系統(tǒng)中被連續(xù)流體（例如液體）包圍。如本 文所述，這種液滴形成可不需在使用過程中改變微流體系統(tǒng)的通道的截面尺寸而獲得。所 述方法還包括改變微流體系統(tǒng)的通道的截面尺寸，從而產(chǎn)生含有具有不同于第一體積的第 二體積的目標(biāo)流體的液滴。在一些實施方案中，第一和第二體積的液滴的形成也可以通過 應(yīng)用基本恒定流量的目標(biāo)流體和連續(xù)流體來獲得。即，目標(biāo)流體和連續(xù)流體的流量（例如 在入口）不需要為了形成不同體積的液滴而改變。在一些實施方案中，基本恒定的壓力或 體積源與目標(biāo)流體和連續(xù)流體通道的上游部分（例如在入口）流體連通。另外，第二體積 的液滴的產(chǎn)生頻率可與第一體積的液滴的產(chǎn)生頻率相同或不同。
[0087] 如圖9A中所述實施方案所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施方案微流體系統(tǒng)410可用于形 成不同體積的液滴。如在該示例性實施方案中所述，微流體系統(tǒng)410包括含有目標(biāo)流體414 的目標(biāo)流體通道412,所述目標(biāo)流體通道412與含有連續(xù)流體420的連續(xù)流體通道418流體 連通。目標(biāo)流體通道和連續(xù)流體通道在互連區(qū)域422處相交，在此處連續(xù)流體剪切部分的 目標(biāo)流體以形成液滴423。如在圖9A的示例性實施方案中所述，在驅(qū)動閥424之前形成基 本均勻體積的液滴423,其構(gòu)建和設(shè)置為使主通道426的一部分收縮。即，無需改變目標(biāo)流 體通道412、一個或更多個連續(xù)流體通道418、互連區(qū)域422或主通道426的截面尺寸液即 可形成滴423。
[0088] 閥424可為與圖1-5相關(guān)描述的閥相似的閥，并且可包括例如用于包含流體的控 制通道428。如圖9B所示，流入控制通道428可導(dǎo)致控制通道擴(kuò)張。這反過來導(dǎo)致位于控 制通道和主通道426之間的膜436變形。該膜的變形可導(dǎo)致主通道426收縮。由于閥424 與液滴形成區(qū)域相鄰，因此閥的驅(qū)動可改變所形成的液滴的一個或更多個特征。例如，閥 424的驅(qū)動可導(dǎo)致主通道426變窄，由于在該區(qū)域的主通道的體積減小而形成比液滴423具 有較小體積的具有基本均勻體積的液滴425。在其它實施方案中，真空或其它減壓源可與控 制通道428流體連通以引起主通道的擴(kuò)張。這可導(dǎo)致由于在該區(qū)域的主通道的體積增加而 形成具有較大體積的液滴。
[0089] 圖10示出說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案對于施加到圖9的控制通道428的不同 壓力的液滴尺寸分布圖。如在該示例性實施方案中所述，提高控制通道中的壓力可導(dǎo)致形 成較小液滴。
[0090] 一系列微流體液滴（例如"液滴列"）可攜帶用于執(zhí)行和監(jiān)測具有有限外部監(jiān)督的 化學(xué)反應(yīng)的信息和化學(xué)品。該過程的中心是寫入和讀取信息的能力。在一些實施方案中，本 文所述的流體系統(tǒng)能夠?qū)⒛M信息寫入到微流體液滴列。通過調(diào)節(jié)所述列中的液滴尺寸， 可以對調(diào)幅信息進(jìn)行編碼。類似地，通過調(diào)節(jié)產(chǎn)生列中的液滴的頻率，可以對調(diào)頻信息進(jìn)行 編碼。兩種形式的信息通過使該列流過通道而儲存和傳遞，并且二者可用檢測器進(jìn)行回讀 以監(jiān)測液滴尺寸和頻率。
[0091] 在一些實施方案中，本文所述的制品和方法可用于通過調(diào)節(jié)液滴尺寸將調(diào)幅信息 存儲到一系列液滴中。如圖11A中所述的實施方案所示，驅(qū)動圖9A和9B的閥424以引起作 為時間函數(shù)的主通道尺寸的變化。線480示出主通道尺寸的變化，同時線482示出液滴尺 寸的變化。如圖11B中所述的實施方案所示，對液滴直徑（線486)、主通道直徑（線487) 進(jìn)行自相關(guān)以及液滴和主通道直徑的互相關(guān)（線488)。圖11C示出圖11A中的時間信號的 自-和互功率譜（auto-andcrosspowerspectra)。這些曲線示出譜功率在兩種信號中類 似分布；即，閥控制通道信號和測量液滴尺寸的譜圖直至約2Hz都相似。這表示這兩種信號 由相同調(diào)子組成，并且應(yīng)用于閥的信號可通過監(jiān)測液滴而重建。
[0092] 在一些實施方案中，一系列液滴的振幅和/或頻率可利用本文所述的制品和方法 來調(diào)節(jié)。在一些情況下，液滴形成的振幅和/或頻率可相互獨立地改變。在一個實施方案 中，本發(fā)明的方法涉及以第一頻率產(chǎn)生一系列含有目標(biāo)流體的單一且基本均勻的液滴，所 述液滴被連續(xù)流體包圍。該液滴形成可無需改變用于產(chǎn)生液滴的微流體系統(tǒng)的通道的截面 尺寸而實現(xiàn)。該方法還包括改變微流體系統(tǒng)的通道的截面尺寸從而以與第一頻率不同的第 二頻率產(chǎn)生含有目標(biāo)流體的液滴。以第一頻率形成的液滴可具有與以第二頻率形成的液滴 相同或不同的體積。另外，在液滴產(chǎn)生過程中，可施加基本恒定流量的目標(biāo)流體和/或連續(xù) 流體。
[0093] 在某些實施方案中，目標(biāo)流體通道和/或連續(xù)流體通道（例如流聚集區(qū)域）可與 旁路通道系統(tǒng)結(jié)合（例如如圖1A-1D所示）。例如，目標(biāo)流體通道和/或連續(xù)流體通道可為 通過交叉點與"第二通道段"或旁路通道流體連通的"第一通道段"。旁路通道可允許來自 與第一通道段流體連通的輸送通道的過量流體通過在旁路通道中流動而繞過流聚集區(qū)域 的下游。在一些實施方案中，該構(gòu)型可允許在目標(biāo)流體和/或連續(xù)流體通道中的流體流動 獨立于微流體系統(tǒng)中其它通道中的流體流而減少/增加。該構(gòu)型可允許目標(biāo)流體和/或連 續(xù)流體的流量改變，而不改變與目標(biāo)通道和/或連續(xù)流體通道相連的流體流動源。在一些 情況下，基本恒定壓力源或基本恒定體積源可與連續(xù)流體通道和/或目標(biāo)流體通道流體連 通。也可以組合基本恒定的壓力源和體積源。
[0094] 圖12示出根據(jù)本發(fā)明一個實施方案可用于形成不同頻率的液滴的微流體系統(tǒng) 510。如在該示例性實施方案中所述，微流體系統(tǒng)510包括含有目標(biāo)流體514的目標(biāo)流體通 道512,所述目標(biāo)流體通道512與含有連續(xù)流體520的連續(xù)流體通道518流體連通。目標(biāo)流 體通道和連續(xù)流體通道在互連區(qū)域522處相交，在互連區(qū)域522處連續(xù)流體剪切部分的目 標(biāo)流體以形成液滴523。如在圖12A的示例性實施方案中所述，在閥524驅(qū)動之前形成以間 隔540示出的具有基本均勻體積和具有第一頻率的液滴523,其構(gòu)建和設(shè)置為使連續(xù)流體 通道518的一部分收縮。即，無需改變目標(biāo)流體通道512、一個或更多個連續(xù)流體通道518、 互連區(qū)域522或主通道526的截面尺寸即可形成液滴523。
[0095] 閥524可為與圖1-5相關(guān)描述的閥相似的閥，并且可包括例如用于包含流體的控 制通道528。如圖12B所示，流體流入控制通道528可導(dǎo)致控制通道擴(kuò)張。這進(jìn)而可導(dǎo)致位 于控制通道和連續(xù)流體通道518之間的膜536變形。這種膜變形可導(dǎo)致連續(xù)流體通道518 收縮。由于閥524與液滴形成區(qū)域相鄰，因此閥的驅(qū)動可改變所形成的液滴的一個或更多 個特征。例如，閥524的驅(qū)動可導(dǎo)致連續(xù)流體通道518變窄，導(dǎo)致形成液滴525。液滴525 具有與第一頻率不同的第二頻率，這通過比間隔540更長的間隔541表示。
[0096] 在一些實施方案中，液滴可不依賴于液滴尺寸而改變頻率。如上所述，液滴形成可 通過形成目標(biāo)流體的突起開始。在"滴注"機制中，對于固定的表面張力和剪切率，產(chǎn)生液 滴的頻率至少部分地通過目標(biāo)流體突起物的填充速率而確定。因此，液滴形成頻率可通過 例如使用閥調(diào)節(jié)注入到互連區(qū)域的目標(biāo)流體流量來調(diào)節(jié)。這可以通過例如選擇合適的目標(biāo) 流體和連續(xù)流體的流量（可保持基本恒定）和驅(qū)動與互連區(qū)域附近的連續(xù)流體通道相關(guān)聯(lián) 的閥來實現(xiàn)。由于閥改變載體流體的流量而不改變表面張力或剪切率，因此液滴以相同的 尺寸但不同的速率截斷。
[0097] 在一些實施方案中，頻率調(diào)制僅可利用包括與旁路通道流體連通的連續(xù)流體通道 518的裝置來促進(jìn)，使得閥524的驅(qū)動導(dǎo)致連續(xù)流體通道收縮，旁路通道允許過量流體繞過 流聚集區(qū)域（包括互連區(qū)域522)。在互連區(qū)域處的連續(xù)流體的流量可降低以使液滴以較低 速率產(chǎn)生。在某些實施方案中，頻率的獨立調(diào)制可利用與連續(xù)流體通道和/或目標(biāo)流體通 道流體連通的基本恒定體積源（或基本恒定壓力源）獲得。
[0098] 圖13示出說明對于施加到圖12A和12B的連續(xù)流體通道518的不同壓力的液滴 產(chǎn)生頻率分布圖。如在該示例性實施方案中所述，連續(xù)流體通道寬度的增加可導(dǎo)致液滴產(chǎn) 生頻率的增加。連續(xù)流體通道寬度可通過驅(qū)動閥524(例如控制通道528施加壓力）而改 變。在該特定實施方案中，連續(xù)流體的流量保持基本恒定在100μL/小時，目標(biāo)流體的流量 保持基本恒定在10μL/小時。引入系統(tǒng)的流體的流量保持基本恒定。
[0099]圖14A-14C示出調(diào)頻信息可通過調(diào)節(jié)液滴尺寸而存儲到一系列液滴中。在該特 定實施方案中，使用圖12Α和12Β的微流體系統(tǒng)510并且連續(xù)流體的流量保持基本恒定在 100μL/小時，同時目標(biāo)流體的流量保持基本恒定在10μL/小時。即，這些流體的流量不隨 引入微流體系統(tǒng)的流體而改變。圖14Α示出連續(xù)流體通道（線550)和液滴頻率（線552) 的原始時間序列。圖14Β示出說明對連續(xù)流體通道的寬度（線554)、液滴頻率（線556)的 自相關(guān)以及連