專利名稱：微流體器件及用其混合樣本和溶解細(xì)胞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括設(shè)置有多個(gè)電磁體的微通道的微流體器件及用該微流體器件混合樣本和溶解細(xì)胞的方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)闀?huì)形成層流，故流體在微流體器件的微通道中不能很好地混合，已經(jīng)做了各種努力來解決這一問題。例如，已經(jīng)找到通過使用復(fù)雜的二維或三維結(jié)構(gòu)來增加兩種流體之間發(fā)生擴(kuò)散的接觸面積的方法，和利用磁場(chǎng)的方法。然而，這樣的方法所需產(chǎn)生通道的制造工藝復(fù)雜，當(dāng)通道具有二維或三維結(jié)構(gòu)時(shí)流體的流動(dòng)會(huì)被阻塞。另外需要一混合區(qū)，在該混合區(qū)中，在流體流過的通道之外發(fā)生混合，因此產(chǎn)生一附加的死區(qū)。
美國(guó)專利No.6,467,946公開了一種在一容器內(nèi)利用磁場(chǎng)混合流體的傳統(tǒng)方法的示例，其教導(dǎo)在一具有活底的容器內(nèi)混合液體溶液的方法。該方法包括向裝在容器內(nèi)的液體溶液放置鐵磁材料，在靠近活底位置緊鄰容器的地方按圓形組合(circular pattern)使一對(duì)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。然而在該方法中，必須將棒形電磁體連接到外部電機(jī)上使之旋轉(zhuǎn)，而且很難使一對(duì)電場(chǎng)同步。
因此仍然需要一種在微通道內(nèi)使用磁場(chǎng)來簡(jiǎn)易有效地混合流體的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種微流體器件，包括設(shè)置有電磁體的微通道。
本發(fā)明還提供一種方法，用該微流體器件有效地混合包括磁性材料的樣本。
本發(fā)明還提供一種方法，用該微流體器件有效地溶解細(xì)胞。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種微流體器件，包括至少一個(gè)入口，至少一個(gè)出口，連接該入口和該出口的微通道，和設(shè)置在微通道的側(cè)壁上并相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定方向定位的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用微流體器件混合包含磁性材料的樣本的方法，微流體器件包括至少一個(gè)入口，至少一個(gè)出口，連接該入口和該山口的微通道，和設(shè)置在微通道的側(cè)壁上并相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定方向定位的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體，該方法包括通過微流體器件的入口將包含磁性材料的樣本注入到微通道內(nèi)；同時(shí)或循環(huán)操作設(shè)置在微通道的側(cè)壁上的電磁體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用本發(fā)明的微流體器件溶解細(xì)胞的方法，該方法包括通過微流體器件的入口將磁珠和細(xì)胞注入微通道；通過操作設(shè)置在微通道側(cè)壁上的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體來溶解細(xì)胞。


參考附圖對(duì)示例實(shí)施例的詳細(xì)描述會(huì)使本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)顯而易見，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的微流體器件，該微流體器件包括兩個(gè)入口、一混合區(qū)和一出口；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的微通道，電磁體垂直于微通道的側(cè)壁延伸；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的微混合單元示意圖，四個(gè)電磁體設(shè)置在由平面與微通道延伸的方向垂直并與微通道相交形成的交線上；圖4示出了按從樣本流入方向看為順時(shí)針方向、循環(huán)開啟圖3所示微混合單元的電磁體的步驟；圖5示出了當(dāng)如圖4所示按從樣本流入方向看為順時(shí)針方向循環(huán)開啟電磁體時(shí)、根據(jù)磁場(chǎng)變化的磁性材料的移動(dòng)情況；圖6示出了當(dāng)如圖4所示按從樣本流入方向看為順時(shí)針方向循環(huán)開啟電磁體時(shí)、磁性材料移動(dòng)導(dǎo)致樣本密度的變化情況；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一微通道，其中四組四個(gè)電磁體垂直于微通道延伸的方向定位，電磁體循環(huán)開啟；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一微通道，其中四組四個(gè)電磁體垂直于微通道延伸的方向定位，電磁體組按順、逆時(shí)針方向交替開啟。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種微流體器件，包括至少一個(gè)入口，至少一個(gè)出口，和連接該入口和該出口的微通道，設(shè)置在微通道的側(cè)壁上并相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定方向定位的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體。
術(shù)語“微流體器件”指包括至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口，入口和出口由微通道連接。微流體器件包括一微腔，在該微腔中發(fā)生或分析化學(xué)反應(yīng)。在本發(fā)明中，微通道的橫截面可以是任何形狀，例如圓形、矩形或梯形。
在上述根據(jù)本發(fā)明的微流體器件中，在微通道的側(cè)壁上至少設(shè)置兩個(gè)電磁體，電磁體的方向垂直于微通道的延伸方向。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“電磁體”可以指本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知道的任何電磁體。電磁體可以由電源、連接至電源的線圈和線圈纏繞的磁心組成。只要電磁體循環(huán)操作、在微通道中設(shè)置一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電磁體就可以相對(duì)于微通道延伸的方向以任意角度設(shè)置。電磁體可以大致垂直于或垂直于微通道延伸的方向。在本發(fā)明中，“電磁體設(shè)置在微通道的側(cè)壁上”指電磁體既靠近微通道又與微通道的側(cè)壁連接，以給微通道內(nèi)提供磁場(chǎng)。
在本發(fā)明中，電磁體可以設(shè)置成包括多個(gè)電磁體的電磁體組，所述多個(gè)電磁體在由平面相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定角度與微通道相交而形成的交線上。四個(gè)電磁體可以設(shè)置在由平面相對(duì)于微通道延伸的方向以直角與微通道相交而形成的交線上。
多個(gè)電磁體組可以形成在由平面相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定角度與微通道相交而形成的多條交線的中每一條上。例如，微流體器件可包括設(shè)置在四條交線中的每條上的四個(gè)電磁體。
可選地，電磁體可以沿微通道延伸的方向以螺旋的方式設(shè)置在微通道的側(cè)壁上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用微流體器件混合包含磁性材料的樣本的方法，微流體器件包括至少一個(gè)入口，至少一個(gè)出口，連接該入口和該出口的微通道，和設(shè)置在微通道的側(cè)壁上并相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定方向定位的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體，該方法包括通過微流體器件的入口將包含磁性材料的樣本注入到微通道內(nèi)；同時(shí)或循環(huán)地操作設(shè)置在微通道的側(cè)壁上的電磁體。
該方法包括通過微流體器件的入口將包含磁性材料的樣本注入到微通道內(nèi)。磁性材料可包含在生物樣本例如血液、組織、細(xì)胞、抗原、抗體、DNA、酶或化學(xué)樣本中，或者人工地設(shè)置于溶液中。磁鐵材料可以是具有磁體屬性的任何材料，例如但不限定于是從由鐵、鎳、鉻及其氧化物組成的組中選擇的一種。磁性材料可以形成為微珠(microbead)或納珠(nanobead)，但不限定于這些形式。注入樣本時(shí)，可將磁性材料和樣本同時(shí)注入，或者通過單一入口將樣本和磁性材料的混合物注入?？蛇x地，可通過不同的入口將樣本和磁性材料注入，并在微流體器件中的任意位置處混合。
該方法包括通過同時(shí)或循環(huán)操作設(shè)置在微流體器件的微流通道側(cè)壁上的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體，來混合包含磁性材料的樣本。當(dāng)同時(shí)操作電磁體時(shí)，兩個(gè)或更多個(gè)電磁體在微通道外側(cè)壁上相對(duì)于微通道延伸的方向按螺旋方式設(shè)置。本發(fā)明中，“電磁體循環(huán)操作”的描述表示在由兩個(gè)或更多個(gè)電磁體組成的電磁體組中，按有規(guī)律的間隔開啟/關(guān)閉一個(gè)電磁體。
在本方法使用的微流體器件中，可相對(duì)于微通道延伸的方向垂直設(shè)置電磁體。
在本方法使用的微流體器件中，電磁體可設(shè)置在交線上，所述交線由平面相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定角度與微通道相交而成。
在本方法使用的微流體器件中，四個(gè)電磁體可設(shè)置在交線上，所述交線由平面相對(duì)于微通道延伸的方向以直角與微通道相交而成。
在本方法使用的微流體器件中，多個(gè)電磁體可形成在多條交線中的每一條上。
在本方法使用的微流體器件中，四個(gè)電磁體可設(shè)置在四條交線上。
在本方法使用的微流體器件中，可相對(duì)于微通道延伸的方向螺旋地將電磁體設(shè)置在微通道的側(cè)壁上。
在根據(jù)本發(fā)明的該方法中，配位體材料可固定到磁性材料，包含磁性材料的樣本包括能與配位體材料特定地連接的分子。配位體材料可以但不限定于是配位體、抗原、酶基或抑制物。特定地連接到配位體材料的分子可以但不限定于是受體、抗體和抗原。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用一微流體器件溶解細(xì)胞的方法。該方法包括通過微流體器件的入口將磁珠(magnetic bead)和細(xì)胞注入微通道；通過操作設(shè)置在微通道側(cè)壁上的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體來溶解細(xì)胞。
在本方法中使用的微流體器件與上述微流體器件相同。
下面參考附圖將更全面地描述本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一微流體器件，包括兩個(gè)入口端110和120，一混合區(qū)200，一出口端300。一流體樣本經(jīng)過入口端110和120注入微流體器件中，經(jīng)過入口微通道410、420和微通道430流入混合區(qū)200，從混合區(qū)200經(jīng)微通道440和出口端300排出到外邊。在該微流體器件中，至少兩個(gè)電磁體(未示出)設(shè)置在入口微通道410、420及微通道430、440中的每一個(gè)的側(cè)壁上。電磁體相對(duì)于入口微通道410、420及微通道430、440的延伸方向按預(yù)定方向定向設(shè)置。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的微通道400，電磁體710垂直于微通道400的側(cè)壁定向。如圖2所示，微通道400包括微混合單元700，此處在微通道400側(cè)壁上的電磁體710垂直于流體樣本的流動(dòng)方向而定位。當(dāng)包含磁性材料的流體樣本存在于或流經(jīng)微通道400時(shí)，微混合單元700給磁性材料施加一磁場(chǎng)，利用該磁場(chǎng)混合流體樣本?？梢酝ㄟ^同時(shí)地或循環(huán)地開啟設(shè)置在微通道400側(cè)壁上的電磁體710來執(zhí)行這種混合，于是磁場(chǎng)影響包含磁性材料的流體樣本。電磁體710沿微通道400的側(cè)壁外周循環(huán)地操作，開啟/關(guān)閉電磁體710，于是給流體樣本施加一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。可以用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方法開啟/關(guān)閉電磁體710。例如用一循環(huán)地調(diào)節(jié)供應(yīng)給電磁體710電源的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電磁體710的順序操作。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一微混合單元700的示意圖，其中四個(gè)電磁體710設(shè)置在交線上，所述交線由垂直于微通道的延伸方向的平面與微通道400相交而成。參見圖3，微通道400的橫截面為矩形。然而微通道400的橫截面不限定為矩形，可以是任意形狀。
圖4示出了按從樣本流入方向看為順時(shí)針方向，循環(huán)開啟微混合單元700的電磁體710的步驟。如圖4所示，按從A到D的時(shí)間階段順時(shí)針循環(huán)操作電磁體710。
圖5示出了當(dāng)如圖4所示按從樣本流入方向看為順時(shí)針方向循環(huán)開啟電磁體710時(shí)、根據(jù)磁場(chǎng)變化的磁性材料的移動(dòng)情況。如圖5所示，可以看出當(dāng)電磁體710循環(huán)地開啟/關(guān)閉，微通道400內(nèi)的磁性材料隨磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖6示出了當(dāng)如圖4所示按從流體樣本流入方向看為順時(shí)針方向循環(huán)開啟電磁體710時(shí)、磁性材料移動(dòng)導(dǎo)致流體樣本密度的變化。如圖6所示，可以看出當(dāng)電磁體710循環(huán)地開啟/關(guān)閉，微通道400內(nèi)的流體樣本隨磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)、混合。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一微通道，其中四組四個(gè)電磁體按垂直于微通道延伸的方向定位，電磁體循環(huán)開啟。參見圖7，每個(gè)電磁體組都可以循環(huán)地開啟/關(guān)閉。由電磁體產(chǎn)生的循環(huán)開啟/關(guān)閉的頻率f1，f2，f3，f4和磁場(chǎng)的角速度ω1，ω2，ω3，ω4可以相同，也可以不同。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一微通道，其中四組四個(gè)電磁體按垂直于微通道延伸的方向定位，電磁體組按順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向交替開啟。參見圖8，電磁體組的每一個(gè)均可以循環(huán)地開啟/關(guān)閉，因此當(dāng)相鄰電磁體組關(guān)閉時(shí)，一電磁體組開啟，反之亦然。由電磁體產(chǎn)生的循環(huán)開啟/關(guān)閉的頻率f1，f2，f3，f4和磁場(chǎng)的角速度ω1，ω2，ω3，ω4可以相同，也可以不同。
根據(jù)本發(fā)明的微流體器件，可有效地混合流經(jīng)微流體器件的微通道的包含磁性材料的流體樣本。
根據(jù)使用該微流體器件混合包含磁性材料的流體樣本的方法，流體樣本能有效地在微通道內(nèi)混合。
根據(jù)用該微流體器件溶解細(xì)胞的方法，使用磁場(chǎng)在微通道內(nèi)可有效地溶解細(xì)胞。
雖然參考其示例性實(shí)施例，具體地示出和描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)形式和細(xì)節(jié)的各種改變，均沒有脫離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種微流體器件，包括至少一個(gè)入口；至少一個(gè)出口；連接所述入口和所述出口的微通道；和兩個(gè)或更多個(gè)電磁體，這些電磁體設(shè)置在所述微通道的側(cè)壁上并相對(duì)于所述微通道延伸的方向以預(yù)定方向定位。
2.如權(quán)利要求1所述的微流體器件，其中所述電磁體相對(duì)于所述微通道延伸的方向垂直定位。
3.如權(quán)利要求1所述的微流體器件，其中所述電磁體設(shè)置在一交線上，所述交線由一平面相對(duì)于所述微通道延伸的方向成一預(yù)定角度而與所述微通道相交形成。
4.如權(quán)利要求3所述的微流體器件，其中四個(gè)電磁體設(shè)置在一交線上，所述交線由一平面相對(duì)于所述微通道延伸的方向成一直角而與所述微通道相交形成。
5.如權(quán)利要求3所述的微流體器件，其中多個(gè)電磁體形成在多條交線中的每一條上。
6.如權(quán)利要求5所述的微流體器件，其中四個(gè)電磁體設(shè)置在四條交線中的每一條上。
7.如權(quán)利要求1所述的微流體器件，其中所述電磁體沿所述微通道延伸的方向、按螺旋方式設(shè)置在所述微通道的側(cè)壁上。
8.一種使用微流體器件混合包含磁性材料的流體樣本的方法，所述微流體器件包括至少一個(gè)入口，至少一個(gè)出口，連接該入口和該出口的微通道，和相對(duì)于所述微通道延伸的方向以一預(yù)定方向設(shè)置在所述微通道的側(cè)壁上的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體，所述方法包括通過所述微流體器件的入口將所述包含磁性材料的流體樣本注入到所述微通道內(nèi)；和同時(shí)地或循環(huán)地操作設(shè)置在所述微通道側(cè)壁上的電磁體。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述微流體器件中，所述電磁體相對(duì)于所述微通道延伸的方向垂直定位。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述微流體器件中，所述電磁體設(shè)置在交一線上，所述交線由一平面相對(duì)于所述微通道延伸的方向成一預(yù)定角度而與所述微通道相交形成。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述微流體器件中，四個(gè)電磁體設(shè)置在一交線上，該交線由一平面相對(duì)于所述微通道延伸的方向成一直角而與所述微通道相交形成。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在所述微流體器件中，多個(gè)電磁體形成在多條交線中的每一條上。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在所述微流體器件中，四個(gè)電磁體設(shè)置在四條交線中的每一條上。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述微流體器件中，所述電磁體沿所述微通道延伸的方向、按螺旋方式設(shè)置在微所述通道的側(cè)壁上。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述流體樣本的注入包括經(jīng)不同入口把將要混合的溶液和所述包含磁性材料的流體樣本注入所述微通道。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，一配位體固定在所述磁性材料中，能與所述配位體特定地連接的分子包括在所述包含磁性材料的流體樣本中。
17.一種利用權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的微流體器件溶解細(xì)胞的方法，該方法包括通過所述微流體器件的入口將磁珠和所述細(xì)胞注入所述微通道；和通過操作設(shè)置在所述微通道側(cè)壁上的兩個(gè)或更多個(gè)電磁體來溶解所述細(xì)胞。
全文摘要
一種微流體器件，包括至少一個(gè)入口，至少一個(gè)出口和一連接入口與出口的微通道。微流體器件包括兩個(gè)或更多個(gè)電磁體，這些電磁體設(shè)置在微通道的側(cè)壁上并相對(duì)于微通道延伸的方向以預(yù)定方向定位。
文檔編號(hào)B01F15/00GK1779430SQ20051012681
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
發(fā)明者金珍泰, 吳光昱, 趙允卿, 白象鉉, 金淑榮, 樸珍星, 南宮桷 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社