據麥姆斯咨詢介紹，近年來，液滴微流控技術已在分析和生物分析領域得到廣泛應用。在基于液滴微流控的分析過程中，裝置內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，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·霍普金斯大學的研究人員開發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集成了一個可調節真空和壓力源的可編程氣動微閥網絡，因此可以將連續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，在裝置內將樣品加壓成納升液滴。此外，相同的真空和壓力調節還賦予TESLI清潔和樣品切換能力，從而能夠具備連續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域，定制的激光誘導熒光（LIF）檢測器測量來自每個液滴的熒光信號，從而產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，其中微閥被驅動以調節液滴的產生和流動（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只需重復循環，從而實現可擴展操作。

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險降至最低。為此，研究人員評估了3種清潔方案——直接連續去離子（DI）水清洗（圖4a）、排氣后連續去離子水清洗（圖4b）、循環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。評估結果表明，后兩者的熒光強度恢復到基線強度，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。在清潔有效性相當的后兩個方案之間，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

盡管初步結果比較理想，但研究人員開發的該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，研究人員設想利用TESLI獨特的開放式樣品點樣能力，并結合移液機器人技術，如OpenLH和其他開源移液系統，以實現完全自動化。此外，研究人員還計劃設計一種新的TESLI，通過移液機器人即可在不重復點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生器，尤其是該研究團隊之前開發的集成可編程微滴匯編器（iPPA）相結合，該裝置可以通過集成基于氣動微閥的液滴發生器和基于流動聚焦接頭的液滴發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液滴微流控技術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用。