據(jù)麥姆斯咨詢介紹，近年來，液滴微流控技術(shù)已在分析和生物分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在基于液滴微流控的分析過程中，裝置內(nèi)離散成液滴的樣本主要通過管道加載，但這種基于管道的樣品加載具有處理多樣本的可擴展性有限、自動化困難和樣本浪費等缺點。雖然自動進樣器的進步已經(jīng)緩解了其中一些缺點，但可以替代基于管道的樣品加載技術(shù)，提供了一種潛在的有希望的替代方案，但尚未得到充分探索。

為了填補這一空白，來自約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種液滴生成裝置，該裝置具有新穎的無需管道的樣品加載接口（TESLI）。TESLI集成了一個可調(diào)節(jié)真空和壓力源的可編程氣動微閥網(wǎng)絡(luò)，因此可以將連續(xù)的亞微升樣品直接點樣到與大氣互通的TESLI入口，然后利用真空注入到裝置中，并在最小程度的浪費下，在裝置內(nèi)將樣品加壓成納升液滴。此外，相同的真空和壓力調(diào)節(jié)還賦予TESLI清潔和樣品切換能力，從而能夠具備連續(xù)處理多個樣品的可擴展性。

無管樣品加載和集成液滴裝置

TESLI和集成液滴裝置的開發(fā)有助于簡化樣品點樣、基于TESLI的樣品注入和液滴生成以及在線液滴孵化和檢測的工作流程。無需將樣品預(yù)加載到管道中，然后將管道插入入口，而是可以通過移液機器人或移液槍將樣本直接點樣到與大氣互通的TESLI入口上，然后再將其注入裝置。此外，一對TESLI被合并在同一裝置中，以交替操作并最大限度地減少空閑時間。當一個新樣品（Sn）利用真空通過一個TESLI的入口注入到裝置中時，另一個TELSI中先前加載的樣品（Sn-1）同時被加壓到充滿油的液滴集成通道中，與此同時，試劑（R）從試劑通道加壓進入液滴集成通道，并在此和樣品混合以形成納升液滴。然后，每個生成的液滴都被加壓油相向下游推進，以相對于相鄰液滴的固定位置進行在線孵育，從而使液滴位置起到獨特的條形碼作用。最后，隨著每個液滴順序流過裝置中的檢測區(qū)域，定制的激光誘導(dǎo)熒光（LIF）檢測器測量來自每個液滴的熒光信號，從而產(chǎn)生用于分析的熒光跡線。

圖1 通過TESLI（無需管道的樣品加載接口）和集成液滴裝置實現(xiàn)了簡化的工作流程

圖2 具有雙TESLI的集成液滴裝置。集成液滴裝置由兩個PDMS層組成：產(chǎn)生、孵育和檢測液滴的頂部流體層（填充綠色染料以進行可視化）和底部閥層，其中微閥被驅(qū)動以調(diào)節(jié)液滴的產(chǎn)生和流動（填充用于可視化的紅色染料）。

TESLI如何運行

TESLI以4步循環(huán)運行：在入口處點樣樣品，在裝置中注入和儲存樣品，從注入的樣品中產(chǎn)生液滴，以及清潔裝置中未使用的樣品。對于每個新樣本，TESLI只需重復(fù)循環(huán)，從而實現(xiàn)可擴展操作。

圖3 TESLI如何運行

清潔效率和死體積的表征

由于每個TESLI在使用過程中需依次注入多個樣品，因此必須通過有效清潔將交叉污染的風(fēng)險降至最低。為此，研究人員評估了3種清潔方案——直接連續(xù)去離子（DI）水清洗（圖4a）、排氣后連續(xù)去離子水清洗（圖4b）、循環(huán)排氣和短暫去離子水清洗（圖4c）。在啟動所有3種清潔方案后，觀察到熒光強度立即降低，所有這些都逐漸接近基線，表明有效清潔。然而，為了盡量減少交叉污染，有必要比較熒光強度的微小增加。評估結(jié)果表明，后兩者的熒光強度恢復(fù)到基線強度，而第一個清洗方案的熒光強度保持在基線強度以上，這表明樣品存儲通道中仍有未清洗的熒光素（FAM）殘留物。在清潔有效性相當?shù)暮髢蓚€方案之間，研究人員選擇了第二個清潔方案用于這項工作的其余部分，因為在該方案的循環(huán)清潔計劃中只需要點DI水1次而不是8次。

圖4 清潔效率和死體積的表征

盡管初步結(jié)果比較理想，但研究人員開發(fā)的該TESLI和集成液滴裝置仍有局限性，因此需要進一步的改進。首先，目前該裝置需要手動移取樣品和去離子水，因此，研究人員設(shè)想利用TESLI獨特的開放式樣品點樣能力，并結(jié)合移液機器人技術(shù)，如OpenLH和其他開源移液系統(tǒng)，以實現(xiàn)完全自動化。此外，研究人員還計劃設(shè)計一種新的TESLI，通過移液機器人即可在不重復(fù)點DI水的情況下進行清潔。另外，研究人員計劃將TESLI與基于氣動微閥的液滴發(fā)生器，尤其是該研究團隊之前開發(fā)的集成可編程微滴匯編器（iPPA）相結(jié)合，該裝置可以通過集成基于氣動微閥的液滴發(fā)生器和基于流動聚焦接頭的液滴發(fā)生器來生成成千上萬個獨特的液滴組。這種組合裝置可以實現(xiàn)液滴微流控技術(shù)前所未有的可擴展性。隨著這些未來的改進，TESLI有可能成為液滴微流控中強大的樣品加載方法，用于各種分析和生物分析應(yīng)用。