具有磁性顆粒的多隔室設(shè)備的制造方法
【專利說明】具有磁性顆粒的多隔室設(shè)備
[0001]本申請是申請日為2008年12月16日、申請?zhí)枮?00880127256.1、發(fā)明名稱為“具有磁性顆粒的多隔室設(shè)備”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及具有用于流體和磁珠處理的集成專用閥樣結(jié)構(gòu)(valve-likestructure)的微流體系統(tǒng)和設(shè)備，以及包含使用這種設(shè)備和系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]磁性載體在體外診斷中廣泛地被使用，用于目標(biāo)濃度提升(up-concentrat1n)和目標(biāo)提取。目標(biāo)可以是細(xì)胞、細(xì)胞一部分、蛋白質(zhì)、核酸等。目標(biāo)結(jié)合到磁性顆粒，且隨后這些與目標(biāo)在其中懸浮的流體分離。之后可以進(jìn)行另外的步驟，例如存儲、生物化學(xué)處理或者探測。
[0004]關(guān)于對微流體系統(tǒng)的述評，參考“N.Pamme, magnetism and microfluidics, LabChip, 2006, 6，24 - 38”。當(dāng)前系統(tǒng)一般依賴于許多不同過程以使用微栗和微閥來操縱流體和磁珠，例如用于磁性顆粒的清洗步驟以及用于緩沖置換(buffer replacement)ο每個(gè)步驟由此在整個(gè)過程中引入出現(xiàn)誤差的可能性。這些過程也會借鑒包括化學(xué)、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及其他的許多不同學(xué)科。因此將期望以最低的成本、高的可靠性以及最大的操作簡易性，把診斷中使用的各種過程集成在單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了新穎的具有專用閥樣結(jié)構(gòu)的微流體系統(tǒng)和設(shè)備，以及針對它們的使用的相應(yīng)方法。這些系統(tǒng)和設(shè)備可以使用于各種技術(shù)應(yīng)用，諸如微觀合成、探測、診斷等。提供了磁性顆粒的閥功能，其中該閥功能擇優(yōu)地在該微流體設(shè)備內(nèi)沒有側(cè)通道，導(dǎo)致低成本、易于處理的盒(cartridge)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備為多隔室設(shè)備，其中在不同隔室之間輸運(yùn)磁性載體而最少量地輸運(yùn)流體。為了將磁性載體與周圍流體分離，該設(shè)備的通道可以裝有特殊的屏障(barrier)材料，該屏障材料允許磁性顆粒通過但是阻止流體通過。這可以通過使用可變形材料和/或通過閥樣結(jié)構(gòu)中的疏水成分或改性來實(shí)現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備和系統(tǒng)中，磁性顆粒通過磁性致動(dòng)被集中在閥樣結(jié)構(gòu)的邊界處并且通過施加在顆粒上的磁力被拖動(dòng)經(jīng)過該閥樣結(jié)構(gòu)。閥樣結(jié)構(gòu)可以順序安裝從而增強(qiáng)顆粒和流體的分離。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可以是多隔室設(shè)備。另外，在根據(jù)本發(fā)明的多隔室設(shè)備中實(shí)施的微流體系統(tǒng)(其中在不同隔室之間輸運(yùn)磁性載體而最少量地輸運(yùn)流體)可以構(gòu)思為使得，使用或者不使用根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié)構(gòu)，流體可以獨(dú)立于顆粒的輸運(yùn)而被提供到一個(gè)或多個(gè)隔室。藉此，流體可以被提供經(jīng)過另一通道，該另一通道可以裝有或者未裝有根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié)構(gòu)并且可包含微流體系統(tǒng)中通常使用的另外的閥和通道。
【附圖說明】
[0008]圖1為具有隔室1、隔室2、屏障通道3、流體入口端4、預(yù)處理單元5 (在那里例如試劑被添加到流體)、并行通道6、預(yù)處理單元7 (其中例如細(xì)胞被過濾掉且另外的試劑可以被添加)以及公共預(yù)處理單元9的設(shè)備的草圖。隔室2經(jīng)由通道6和預(yù)處理單元7用流體填充。
[0009]圖2為具有虛擬通道和隔室的平面微流體設(shè)備。流體流可以經(jīng)由通過兩個(gè)玻璃襯底的局部親水化形成的虛擬通道觀察到。虛擬隔室I用磁珠的懸浮液填充(其使得該流體被著以棕色，使得在此實(shí)驗(yàn)中顆粒的位置可以容易地被監(jiān)測)并且虛擬隔室2用水填充。兩個(gè)隔室通過疏水屏障來分隔。
[0010]圖3為平面微流體設(shè)備，其中磁珠通過利用磁力從第一隔室輸運(yùn)到第二隔室。該圖示出磁性顆粒存在于該第二隔室內(nèi)部。
[0011]圖4為不具有含有清洗區(qū)域的物理通道的平面微流體設(shè)備的示意性圖示。箭頭代表通道的部分，溶劑可以從這些部分被引入通道或者從通道移除。虛擬通道和清洗區(qū)域通過兩個(gè)玻璃襯底的局部親水化來形成。一個(gè)虛擬通道(I)用分散在流體內(nèi)的磁性顆粒填充，另一個(gè)通道(3)和清洗區(qū)域(2)用清洗流體填充。磁珠從一個(gè)通道被拖動(dòng)越過順序安裝的閥樣結(jié)構(gòu)(此情形下為疏水屏障)并且通過清洗區(qū)域，進(jìn)入下一個(gè)通道；共同迀移的溶劑在每個(gè)清洗區(qū)域(2)內(nèi)被稀釋。
[0012]圖5為用于集成核酸測試的微流體設(shè)備的示意性圖示，a)無閥樣結(jié)構(gòu)以及b)有閥樣結(jié)構(gòu)。
[0013]設(shè)備a)和b)均包含:隔室(1)，其具有樣品入口(進(jìn))以及樣品出口或排出口(出)，含有包含核酸的細(xì)胞材料的樣品被引入該隔室(I)內(nèi)；隔室(2)，在該隔室(2)內(nèi)發(fā)生細(xì)胞溶解并且核酸被釋放；隔室(3)，在該隔室(3)內(nèi)核酸例如通過PCR被擴(kuò)增；隔室(4)，在隔室(4)內(nèi)核酸例如通過抗體捕獲而被探測。
[0014]設(shè)備b)附加地包含根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié)構(gòu)(用中斷的線代表)，隔室通過該閥樣結(jié)構(gòu)被分離。隔室(2)和(3)進(jìn)一步包含子隔室，在使用之前或者之后磁性顆?？梢源鎯υ谠撟痈羰覂?nèi)。應(yīng)指出，閥樣結(jié)構(gòu)存在于不同子隔室的入口處在本發(fā)明中是可選的。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過閥樣結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含步驟:
(a)提供一種設(shè)備，該設(shè)備包含通過閥樣結(jié)構(gòu)連接的至少兩個(gè)隔室，其中該閥樣結(jié)構(gòu)可在受到磁性致動(dòng)時(shí)允許所述磁性顆粒通過，以及其中該閥樣結(jié)構(gòu)在不存在磁力時(shí)防止兩種流體的混合，
(b)用包含磁性顆粒的流體樣品填充至少兩個(gè)隔室的第一隔室，
(C)施加將所述磁性顆粒拖動(dòng)越過閥樣結(jié)構(gòu)的磁力，將磁性顆粒從至少兩個(gè)隔室的第一隔室傳遞到第二隔室。
[0016]在優(yōu)選實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)包含粘彈性介質(zhì)，其中該粘彈性介質(zhì)選自氣體、流體、可變形固體或其組合。
[0017]在另一優(yōu)選實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)包含疏水屏障以及磁力驅(qū)動(dòng)顆粒越過疏水屏障。
[0018]圖2和3示出根據(jù)本發(fā)明包含疏水屏障的平面設(shè)備。圖2示出位于隔室I內(nèi)的具有磁性顆粒的懸浮液(其使流體著以棕色)，而隔室2用水填充。在圖3中，磁性顆粒已被驅(qū)動(dòng)顆粒越過疏水屏障進(jìn)入隔室2，藉此僅少量的來自隔室I的液體與該磁性顆粒一起被輸運(yùn)。
[0019]在另一優(yōu)選實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)包含可變形障礙物(obstruct1n)并且磁力驅(qū)動(dòng)該顆粒通過該可變形材料。
[0020]在又一優(yōu)選實(shí)施例中，該方法附加地包含步驟(b)和(c)之間的下述兩個(gè)步驟:
-通過磁性致動(dòng)將磁性顆粒集中靠近閥樣結(jié)構(gòu)，
-通過用磁力致動(dòng)使顆粒通過該閥樣結(jié)構(gòu)。
[0021]在又一優(yōu)選實(shí)施例中，第一隔室用包含磁性顆粒的樣品流體填充并且第二隔室用另一流體填充。
[0022]在根據(jù)本發(fā)明的方法的又一優(yōu)選實(shí)施例中，第一隔室中的流體以及第二和/或另外隔室中的流體至少部分地來自相同的源。
[0023]在本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施例中，第一隔室中的流體以及第二和/或另外隔室中的流體至少部分地來自相同的源，其中該源為生物樣品。
[0024]至少部分地來自相同的源的第一隔室中的流體以及第二和/或另外隔室中的流體可以通過這樣的方法得到，該方法包含在根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟a)至c)之前的下述步驟:
-將流體樣品分為部分I和部分II，
-將磁性顆粒添加到所分開的流體樣品的部分I并輸運(yùn)到所提供的設(shè)備的至少兩個(gè)隔室的所述第一隔室，
-進(jìn)行對所分開的流體樣品的部分II的預(yù)處理，以及 -將所分開的流體樣品的部分II輸運(yùn)到所提供的設(shè)備的所述第二隔室。
[0025]上述這些附加步驟也可以在這樣的方法中執(zhí)行，這些方法使用不具有根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié)構(gòu)的設(shè)備。
[0026]在更優(yōu)選實(shí)施例中，附連到磁性顆粒的目標(biāo)與磁性顆粒從第一隔室共同輸運(yùn)到第二隔室。
[0027]在另一更優(yōu)選實(shí)施例中，在顆粒從第一隔室到第二隔室的輸運(yùn)期間，在顆粒進(jìn)入第二隔室之前閥樣結(jié)構(gòu)致使顆粒失去第一隔室的共同輸運(yùn)流體的實(shí)質(zhì)部分。
[0028]在另一更優(yōu)選實(shí)施例中，小于10%，優(yōu)選地小于5%，更優(yōu)選地小于1%，最優(yōu)選地小于0.1%的第一隔室中含有的流體與磁性顆粒一起被輸運(yùn)到第二隔室內(nèi)。
[0029]在再一更優(yōu)選實(shí)施例中，磁性顆粒和第一隔室的共同輸運(yùn)流體的體積之間的比率大于0.05，甚至更優(yōu)選0.1以及特別優(yōu)選地0.2，并且最為特別優(yōu)選地大于I。
[0030]本發(fā)明的另一實(shí)施例為用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備，該設(shè)備包含通過閥樣結(jié)構(gòu)連接的至少兩個(gè)隔室，其中該閥樣結(jié)構(gòu)在不存在磁力時(shí)防止兩種流體的混合。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備，該設(shè)備包含通過閥樣結(jié)構(gòu)連接的至少兩個(gè)隔室，其中該閥樣結(jié)構(gòu)在受到磁力致動(dòng)時(shí)允許磁性顆粒通過。
[0032]在優(yōu)選實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)包含粘彈性介質(zhì)，其中粘彈性介質(zhì)選自氣體、流體、可變形固體或其組合。
[0033]在優(yōu)選實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)包含疏水屏障。
[0034]在優(yōu)選實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)包含含有至少兩個(gè)疏水表面的毛細(xì)通道。
[0035]在另一優(yōu)選實(shí)施例中，由疏水屏障分離的隔室是緊密靠近的。在本發(fā)明的上下文中“是緊密靠近的”限定為通過長度小于10mm，優(yōu)選地為0.05mm至3mm，更優(yōu)選地為0.5mm至3_的疏水屏障分離。不希望受任何理論限制，認(rèn)為這個(gè)范圍窗口促進(jìn)當(dāng)?shù)谝涣黧w內(nèi)的被團(tuán)聚在一起成為本體的磁性顆粒觸及第二流體時(shí)，液體連接(也稱為流體頸部)出現(xiàn)在兩種流體之間。令人驚奇地，液體連接產(chǎn)生兩種流體之間最小的交叉污染，這或許是因?yàn)?i)磁性顆粒本體作為插塞位于通道內(nèi)部，以及(ii)因?yàn)榱黧w連接似乎非常迅速夾斷。夾斷是指液體連接斷開并且從閥區(qū)域退回到腔內(nèi)的現(xiàn)象。夾斷優(yōu)選地