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力又不切實際。這里描述了一種使用標準化噴點設(shè)備的自動化方法。該方法可以在微流控設(shè)備手動操作的一小部分時間內(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，該儀器作為一個自動液滴發(fā)生器，允許在沒有微流控專業(yè)知識的情況下執(zhí)行液滴反應(yīng)。

液滴微流體使用微米級油包水乳液，以高通量和最少的試劑進行分析。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或細胞。例如，在酶篩選中，樣本可以由表達文庫變體的微生物組成，而在單細胞基因組學(xué)中，樣本可以由具有獨特分子特征的細胞組成。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)一的催化測量可以根據(jù)活性對酶變體進行評分，而統(tǒng)一的反應(yīng)條件可以對數(shù)千個不同的單細胞t轉(zhuǎn)錄體進行編碼和排序。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，藥物篩選針對模型系統(tǒng)單獨或組合測試數(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，當手動執(zhí)行時，該方法僅適用于少量試劑。自動乳化更具可擴展性，但需要與微流控設(shè)備接口的定制機器，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速度的限制，污染是一個主要問題，因為所有溶液都由同一個設(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，因為有數(shù)百種裝置可以同時運行。然而，并行裝置很難設(shè)計、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。自動液體處理和分配，使用商用空氣滴式打印機生成單分散液滴庫。（a）通過在三步循環(huán)中操作打印機的毛細管噴嘴，對每個樣品進行乳化。1.噴嘴移動到清洗盤，噴嘴中先前的內(nèi)容物被彈出；2.噴嘴移動到樣品板上，吸入幾微升樣品；3.噴嘴移動到油浴中，將液滴噴射到油浴中，然后移動到清洗盤。（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表面活性劑負載的油浴中，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)的自動對接和換樣時噴頭表面的嚴格清洗。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500 Hz的單分散液滴，因此只需幾小時即可產(chǎn)生數(shù)百種試劑的數(shù)百萬液滴。液滴生成是按需進行的，允許定義最終庫中每種試劑的準確比例。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)知識的分析。作為一個例子，我們使用它來進行數(shù)字PCR，盡管其他用于酶篩選、單細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。進行液滴分析時的一個重要考慮因素是不同溶液的流體性質(zhì)對液滴生成的影響。當使用我們的標準參數(shù)為ddPCR生成液滴時，我們發(fā)現(xiàn)平均直徑相對于水滴增加了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，產(chǎn)生不同濃度的液滴來表征動態(tài)范圍和準確性。與陰性對照組相比，當病毒存在時，我們觀察到熒光液滴（圖4d），獲得對應(yīng)于陰性液滴和陽性液滴的雙峰分布（圖4e）。因為我們以有限稀釋度裝載病毒，所以封裝遵循泊松統(tǒng)計。我們使用泊松估計器將每個液滴的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進行的ddPCR與使用常規(guī)微流體進行的反應(yīng)類似。此外，它還說明了這種方法在沒有微流控專業(yè)知識的情況下進行液滴反應(yīng)的前景。