微流控技術(shù)的應(yīng)用，包括組合化學(xué)合成、DNA編碼文庫和大規(guī)模多重PCR，需要由許多封裝在單獨(dú)液滴中的試劑組成的液滴文庫。然而，現(xiàn)有的生成它們的方法既費(fèi)力又不切實(shí)際。這里描述了一種使用標(biāo)準(zhǔn)化噴點(diǎn)設(shè)備的自動(dòng)化方法。該方法可以在微流控設(shè)備手動(dòng)操作的一小部分時(shí)間內(nèi)控制乳化數(shù)百種不同的試劑，且無需任何用戶干預(yù)。我們證明，由spotter產(chǎn)生的液滴與微流體產(chǎn)生的液滴具有相似的均勻性，并在約4h內(nèi)自動(dòng)生成含有192種不同試劑的約2mL乳液。它可以很容易地生成高度多樣性的液滴庫，這將使組合應(yīng)用在液滴微流控中更加可行。此外，該儀器作為一個(gè)自動(dòng)液滴發(fā)生器，允許在沒有微流控專業(yè)知識(shí)的情況下執(zhí)行液滴反應(yīng)。

液滴微流體使用微米級(jí)油包水乳液，以高通量和最少的試劑進(jìn)行分析。這些特性使得傳統(tǒng)的基于移液管的液體處理難以或不可能應(yīng)用。液滴微流控技術(shù)最成功的應(yīng)用是高通量生物測(cè)定法，它可以分析大量的離散成分，如DNA分子、功能化b eads或細(xì)胞。例如，在酶篩選中，樣本可以由表達(dá)文庫變體的微生物組成，而在單細(xì)胞基因組學(xué)中，樣本可以由具有獨(dú)特分子特征的細(xì)胞組成。在此類應(yīng)用中，含有不同離散成分但試劑條件一致的液滴允許高通量定量分析。例如，統(tǒng)一的催化測(cè)量可以根據(jù)活性對(duì)酶變體進(jìn)行評(píng)分，而統(tǒng)一的反應(yīng)條件可以對(duì)數(shù)千個(gè)不同的單細(xì)胞t轉(zhuǎn)錄體進(jìn)行編碼和排序。然而，其他應(yīng)用要求液滴內(nèi)的試劑也發(fā)生變化。例如，組合化學(xué)通過在不同組合中混合一組固定的輸入反應(yīng)物來合成化學(xué)庫。類似地，藥物篩選針對(duì)模型系統(tǒng)單獨(dú)或組合測(cè)試數(shù)百種化合物，以獲得所需的反應(yīng)。這種組合應(yīng)用將大大受益于液滴微流體的速度和效率，但由于快速生成不同試劑液滴庫的困難而受到限制。

生成液滴庫的常用策略是按順序乳化每種溶液并匯集產(chǎn)品。然而，當(dāng)手動(dòng)執(zhí)行時(shí)，該方法僅適用于少量試劑。自動(dòng)乳化更具可擴(kuò)展性，但需要與微流控設(shè)備接口的定制機(jī)器，而微流控設(shè)備在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。這兩種方法都受到一個(gè)速度的限制，污染是一個(gè)主要問題，因?yàn)樗�有溶液都由同一個(gè)設(shè)備乳化。并行裝置通過在其自身的滴液器中乳化每種溶液來避免污染，而且速度更快，因?yàn)橛袛?shù)百種裝置可以同時(shí)運(yùn)行。然而，并行裝置很難設(shè)計(jì)、制造和操作，并且容易因制造不完善或灰塵堵塞某些滴落器而發(fā)生故障。合成的乳液通常缺少庫中的關(guān)鍵試劑，并且含有大的、多分散的液滴，因此不適合進(jìn)一步使用。因此，從數(shù)百種不同試劑中生成單分散液滴庫仍然是將液滴微流體應(yīng)用于組合應(yīng)用的主要障礙。
 

圖1。自動(dòng)液體處理和分配，使用商用空氣滴式打印機(jī)生成單分散液滴庫。（a）通過在三步循環(huán)中操作打印機(jī)的毛細(xì)管噴嘴，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行乳化。1.噴嘴移動(dòng)到清洗盤，噴嘴中先前的內(nèi)容物被彈出；2.噴嘴移動(dòng)到樣品板上，吸入幾微升樣品；3.噴嘴移動(dòng)到油浴中，將液滴噴射到油浴中，然后移動(dòng)到清洗盤。（b）以這種方式生成的液滴庫是單分散的，類似于微流控裝置生成的液滴庫。

在這篇文章中，我們描述了一種簡單而快速的生成高多樣性液滴庫的方法。我們的方法使用Scienion SciFlexArrayer，一種設(shè)計(jì)用于將液滴打印到固體基底上的儀器。相反，我們使用它將液滴分配到一個(gè)表面活性劑負(fù)載的油浴中，從而生成穩(wěn)定的單分散液滴。由于該儀器是為商業(yè)用途而設(shè)計(jì)的，因此它具有生成庫的吸引人的功能，包括與微孔板吸樣區(qū)的自動(dòng)對(duì)接和換樣時(shí)噴頭表面的嚴(yán)格清洗。壓電液滴發(fā)生器是可控的，允許產(chǎn)生50至800 pL的液滴體積。它的速度很快，可產(chǎn)生高達(dá)500 Hz的單分散液滴，因此只需幾小時(shí)即可產(chǎn)生數(shù)百種試劑的數(shù)百萬液滴。液滴生成是按需進(jìn)行的，允許定義最終庫中每種試劑的準(zhǔn)確比例。該儀器還可以執(zhí)行通常需要微流控設(shè)備和相關(guān)專業(yè)知識(shí)的分析。作為一個(gè)例子，我們使用它來進(jìn)行數(shù)字PCR，盡管其他用于酶篩選、單細(xì)胞分析和分析物定量的分析是可行的。這種生成高多樣性液滴庫方法的速度、可靠性和易用該使組合應(yīng)用程序更容易使用。

我們使用這種方法來執(zhí)行數(shù)字液滴PCR（ddPCR），這是一種普遍存在且重要的應(yīng)用，通常需要微流體。進(jìn)行液滴分析時(shí)的一個(gè)重要考慮因素是不同溶液的流體性質(zhì)對(duì)液滴生成的影響。當(dāng)使用我們的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為ddPCR生成液滴時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)平均直徑相對(duì)于水滴增加了23%，變異系數(shù)為4.4%。如果需要，可以通過調(diào)整生成參數(shù)（例如脈沖幅度和寬度），將不同成分的液滴調(diào)整到所需的尺寸。在我們的ddPCR分析中，我們使用ΦX174病毒作為示例靶標(biāo)，產(chǎn)生不同濃度的液滴來表征動(dòng)態(tài)范圍和準(zhǔn)確性。與陰性對(duì)照組相比，當(dāng)病毒存在時(shí)，我們觀察到熒光液滴（圖4d），獲得對(duì)應(yīng)于陰性液滴和陽性液滴的雙峰分布（圖4e）。因?yàn)槲覀円杂邢尴♂尪妊b載病毒，所以封裝遵循泊松統(tǒng)計(jì)。我們使用泊松估計(jì)器將每個(gè)液滴的DNA分子數(shù)量與陽性液滴的百分比聯(lián)系起來（圖4f)。這表明，使用SciFlexArrayer進(jìn)行的ddPCR與使用常規(guī)微流體進(jìn)行的反應(yīng)類似。此外，它還說明了這種方法在沒有微流控專業(yè)知識(shí)的情況下進(jìn)行液滴反應(yīng)的前景。