專利名稱：具有磁性顆粒的多隔室設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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-like structure)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)：
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-concentration) 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(chǔ)、生物化學(xué)處理或 者探測(cè)。^i^MWMWMMi^ii&if,Pamme, magnetism andmicrofluidics, Lab Chip，2006，6，24-38”。當(dāng)前系統(tǒng)一般依賴于許多不同過(guò)程以使用微泵和微閥來(lái)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) 0每個(gè)步驟 由此在整個(gè)過(guò)程中引入出現(xiàn)誤差的可能性。這些過(guò)程也會(huì)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(jiǎn)易性， 把診斷中使用的各種過(guò)程集成在單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
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(duì)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(cè)、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(méi)有側(cè)通道，導(dǎo)致低成本、 易于處理的盒(cartridge)。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?chē)黧w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(guò)但是阻止流體通過(guò)。這可以通過(guò)使用可變形材料和/ 或通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)中的疏水成分或改性來(lái)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(guò)磁性致動(dòng)被集中在閥樣結(jié)構(gòu)的邊界處并且通過(guò)施加在顆粒上的磁力被拖 動(dòng)經(jīng)過(guò)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。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(guò)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。


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(guò)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。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(guò)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1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(cè))并且虛擬隔室2用水填充。兩 個(gè)隔室通過(guò)疏水屏障來(lái)分隔。圖3為平面微流體設(shè)備，其中磁珠通過(guò)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。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(guò)兩個(gè)玻璃襯底的局部親水化來(lái)形成。一個(gè)虛擬通道(1)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(guò)順序安 裝的閥樣結(jié)構(gòu)(此情形下為疏水屏障)并且通過(guò)清洗區(qū)域，進(jìn)入下一個(gè)通道；共同遷移的溶 劑在每個(gè)清洗區(qū)域(2)內(nèi)被稀釋。圖5為用于集成核酸測(cè)試的微流體設(shè)備的示意性圖示，a)無(wú)閥樣結(jié)構(gòu)以及b)有 閥樣結(jié)構(gòu)。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⑴內(nèi)；隔室⑵，在該隔室⑵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(guò)PCR被擴(kuò)增；隔室 (4)，在隔室(4)內(nèi)核酸例如通過(guò)抗體捕獲而被探測(cè)。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(guò)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?chǔ) 在該子隔室內(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)施例方式在本發(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(guò)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(guò)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(guò)，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(guò)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。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。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(guò)疏水屏障。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1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(guò)疏水屏障進(jìn)入隔室2，藉此僅少量的來(lái)自隔室1的液體與該磁性顆粒一起被輸運(yùn)。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(obstruction)并且磁力驅(qū)動(dòng) 該顆粒通過(guò)該可變形材料。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(guò)磁性致動(dòng)將磁性顆粒集中靠近閥樣結(jié)構(gòu)，-通過(guò)用磁力致動(dòng)使顆粒通過(guò)該閥樣結(jié)構(gòu)。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。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(lái)自相同的源。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(lái)自相同的源，其中該源為生物樣品。至少部分地來(lái)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(guò)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(kāi)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(duì)所分開(kāi)的流體樣品的部分II的預(yù)處理，以及-將所分開(kāi)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。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。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。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。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. 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)。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1。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(guò)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)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。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(guò)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)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(guò)。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 變形固體或其組合在優(yōu)選實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)包含疏水屏障。
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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。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(guò)長(zhǎng)度小于10mm，優(yōu)選地為0. 05mm至3mm，更優(yōu)選地為0. 5mm 至3mm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(kāi)并且從閥區(qū)域退回到腔內(nèi)的現(xiàn)象。夾斷優(yōu)選地在通過(guò)之后快速地發(fā) 生，從而使第一流體攜帶到第二流體最小化。然而夾斷應(yīng)該不要太快速地發(fā)生，從而允許越 過(guò)閥的高的顆粒輸運(yùn)量。磁性顆粒的實(shí)際傳遞由兩個(gè)步驟組成(1)通過(guò)磁性致動(dòng)將磁性顆粒收集和集中 在接近閥樣結(jié)構(gòu)的區(qū)域中；(2)將磁性顆粒拉入閥樣結(jié)構(gòu)的屏障區(qū)域。在步驟(1)中，在接 近閥樣結(jié)構(gòu)的位置處(磁性顆粒通過(guò)磁性致動(dòng)被收集和集中在那里)，流體腔的形狀優(yōu)選 地為具有曲率半徑的凸形。曲率半徑利于磁性顆粒的收集和集中，產(chǎn)生在流體彎月面上施 加高壓力的聚焦磁性顆粒本體。當(dāng)本體呈盤(pán)狀形狀時(shí)，顆粒被收集和集中處的流體腔區(qū)域 的曲率直徑優(yōu)選地等于或者小于磁性顆粒本體的直徑。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。在更優(yōu)選實(shí)施例中，粘彈性材料形成可變形障礙物并且粘彈性材料選自包含油、 凝膠或者可變形聚合物或其組合的群組。本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備且進(jìn)一步包含 磁源。在更優(yōu)選實(shí)施例中，磁源可選自包含電磁體、集成電流線、永磁體和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的永 磁體或者電磁體的群組。本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備且進(jìn)一步包含 探測(cè)單元。本發(fā)明的另一實(shí)施例為將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)用于探測(cè)生 物目標(biāo)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)用于選自包 含下述的群組的生物化學(xué)測(cè)定結(jié)合/拆開(kāi)測(cè)定、夾心法測(cè)定、競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定、置換測(cè)定以及酶 法測(cè)定。本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例是將根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)用于選 自包含下述的群組的方法傳感器復(fù)用、標(biāo)簽復(fù)用以及隔室復(fù)用。在另一實(shí)施例中，第一隔室潛在地在諸如過(guò)濾之類的預(yù)處理之后用樣品流體填 充，并且第二隔室用來(lái)自分離的貯存器的流體填充。第二隔室例如用從盒內(nèi)部或者從盒外 部供應(yīng)的緩沖流體填充。然而還可能的是第一隔室和第二隔室用經(jīng)不同預(yù)處理過(guò)的該樣品 流體填充。這繪示于圖1。隔室1用經(jīng)預(yù)處理5之后的流體填充。隔室2用經(jīng)預(yù)處理7之后 的相同流體填充。該微流體設(shè)備可以包含或者可以不包含一個(gè)或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié) 構(gòu)，并且可以包含或者可以不包含在微流體系統(tǒng)中通常使用的其他閥。
在根據(jù)本發(fā)明的方法、設(shè)備或者系統(tǒng)的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，閥樣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定地置 于該設(shè)備內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的方法、設(shè)備或者系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)閥樣結(jié)構(gòu)順序地 安裝在至少兩個(gè)隔室之間。按此方式，微流體設(shè)備或者系統(tǒng)舉例而言可以配備有附加清洗 區(qū)域，該附加清洗區(qū)域可以分離地被供應(yīng)清洗流體。每個(gè)清洗區(qū)域因此用于進(jìn)一步限制從 第一通道或腔到第二通道或腔的共同遷移/溢出的溶劑的量。本發(fā)明另一實(shí)施例是將這樣的閥樣結(jié)構(gòu)用于微流體系統(tǒng)或者設(shè)備中，該閥樣結(jié)構(gòu) 在不存在磁力時(shí)防止兩種流體的混合并且該閥樣結(jié)構(gòu)在受到磁力致動(dòng)時(shí)允許磁性顆粒通 過(guò)。下述定義適用于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、方法和系統(tǒng)。此處提到的閥樣結(jié)構(gòu)是這樣的空間，在不存在磁力時(shí)，流體無(wú)法通過(guò)該空間，但是 根據(jù)本發(fā)明的磁性顆?？梢岳么帕Ρ或?qū)動(dòng)通過(guò)該空間。閥樣結(jié)構(gòu)的閥功能通過(guò)包含在其 中的粘彈性介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，該粘彈性介質(zhì)選自氣體、流體、可變形固體或其組合。在粘彈性介質(zhì) 為氣體或者流體的情形下，閥樣結(jié)構(gòu)包含限定氣體或者流體的位置的附加材料或特征，例 如基本上固定氣體/流體或者流體/流體界面的機(jī)械結(jié)構(gòu)或者區(qū)域，例如機(jī)械固定結(jié)構(gòu)和/ 或該設(shè)備內(nèi)的表面能量轉(zhuǎn)變。閥樣結(jié)構(gòu)也可包含可變形固體，該可變形固體用作可變形粘 彈性流障礙物。磁性顆粒的實(shí)際傳遞由兩個(gè)步驟組成(1)通過(guò)磁性致動(dòng)將磁性顆粒收集和集中 在接近閥樣結(jié)構(gòu)的區(qū)域；(2)利用施加在顆粒上的磁力將磁性顆粒拉入最初由粘彈性材料 占據(jù)的空間。磁性顆粒首先分散于其中的流體將留在后面，這導(dǎo)致磁性顆粒的提取、分離或 者某種自清潔。由于物理現(xiàn)實(shí)的結(jié)果，當(dāng)然不可能徹底避免一定量的流體與磁性顆粒一起 被輸運(yùn)通過(guò)該閥樣結(jié)構(gòu)。然而，通過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)通道/隔室以及閥的幾何形態(tài)，可以最小化這 種共同輸運(yùn)。用于根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié)構(gòu)的粘彈性材料可以例如選自從致密的(例如流體或 者固體)到輕的(例如空氣)，以及從彈性的(例如，諸如PDMS之類的塑料)到無(wú)彈性和粘 性的(例如凝膠，或者疏水油)。如上所述的具有相似物理化學(xué)和機(jī)械屬性的材料也可以在 本發(fā)明中用作粘彈性材料。在油或者另一液體的情形下，可以使用彎月面固定以確保包含粘彈性材料的閥樣 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定地位于設(shè)備內(nèi)。彎月面固定可以通過(guò)這樣的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)，該區(qū)域基本上固定氣體/ 流體或者流體/流體界面的接觸線，例如具有變化的表面法線取向的機(jī)械結(jié)構(gòu)(例如邊緣) 和/或表面能量的轉(zhuǎn)變(例如從高到低表面能量，例如從親水到疏水)。就本發(fā)明而言的通道或者隔室是這樣的空間，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)或者方法 中使用的流體在所述空間中被限制到某區(qū)域。這種通道或者隔室的幾何形態(tài)可以采用任何 合適的形式，諸如，舉例而言樣品被收集在其中供進(jìn)一步處理的圓形或者矩形區(qū)域以及連 接前述區(qū)域的線性通道。該通道可以通過(guò)技術(shù)人員已知的各種方法移植到襯底材料內(nèi)，這 些方法例如蝕刻、銑削、壓花、成型、印制等。可替換地，通道可以以“虛擬通道”或者也以“虛擬隔室”的形式存在。這種虛擬通 道包含表面屬性不同于襯底的周?chē)砻娴膮^(qū)域，使得流體基本上被限制在通道內(nèi)。例如，這 種虛擬通道可以由玻璃表面制成，該玻璃表面用十八烷基三氯硅烷或其他硅烷，或者可以
8部分氟化或完全氟化的碳?xì)浠衔锏氖杷畬觼?lái)功能化。這些層舉例而言可以隨后用掩模來(lái) 蝕刻以獲得虛擬通道。虛擬通道理想地適合于與電潤(rùn)濕技術(shù)組合。虛擬通道技術(shù)的另外優(yōu) 點(diǎn)為使得對(duì)于大面積處理和后續(xù)切片而言能夠提供根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的低成本生產(chǎn)過(guò)程。用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者系統(tǒng)的襯底材料的選擇沒(méi)有特別限制。然而，這 種襯底材料在用于根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用的條件下必須是有作用的。這種襯底材料的實(shí)例是 有機(jī)和無(wú)機(jī)材料，化學(xué)和生物穩(wěn)定的材料，例如玻璃、陶瓷、諸如聚乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、 PET等之類的塑料。襯底可含有附加特征和材料，諸如光學(xué)特征(例如用于光學(xué)讀出的窗 口)、磁性特征(例如增強(qiáng)磁性顆粒的致動(dòng)的材料)、電學(xué)特征(例如用于檢測(cè)、致動(dòng)和/或 控制的電流線)、熱學(xué)特征(例如用于熱控制)、機(jī)械特征(例如用于盒穩(wěn)定性)、標(biāo)識(shí)特征寸。共同輸運(yùn)材料可以是目標(biāo)和/或另外材料(例如報(bào)告基團(tuán))，該共同輸運(yùn)材料可 以通過(guò)諸如共價(jià)鍵合、范德瓦爾斯相互作用、離子相互作用、疏水相互作用、氫鍵、絡(luò)合等的 化學(xué)或者物理手段附連到磁性顆粒。用于共價(jià)鍵合的化學(xué)連接體可以是但是不限于核酸、 縮氨酸、碳水化合物、碳?xì)浠衔?、PEG，它們可以利用諸如酰胺鍵、二硫鍵、酯鍵或者鏈接 化學(xué)之類的各種化學(xué)策略來(lái)附連。生物分子附連策略的實(shí)例可以選自但不限于抗體、蛋白 質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)_核酸相互作用、分子和/或細(xì)胞一部分和/或整個(gè)細(xì)胞之間 的相互作用。取決于所期望的提取類型，表面化學(xué)和表面結(jié)合生物化學(xué)基團(tuán)可以被選擇以 用于將目標(biāo)或者目標(biāo)類別非特異性以及特異性結(jié)合到磁性顆粒。技術(shù)人員將能夠選擇出適 合于目標(biāo)的這些公知方法中的一種。特異性生物分子附連方法的實(shí)例是將例如通過(guò)PCR獲 得的核酸通過(guò)與互補(bǔ)寡核苷酸雜化而結(jié)合到磁性顆粒。這些寡核苷酸可以與在PCR引物上 發(fā)現(xiàn)的特定序列互補(bǔ)，使得僅擴(kuò)增原子核類酸被捕獲。此處的目標(biāo)可以是適合于附連到磁性顆粒的任何化學(xué)或者生物實(shí)體。因此，目標(biāo) 可以是諸如小的有機(jī)分子、藥物、激素、聚縮氨酸、蛋白質(zhì)、抗體、聚核酸、碳水化合物的分 子，或者也可以是化學(xué)試劑。目標(biāo)也可以是更大的生物實(shí)體，諸如微生物、動(dòng)物細(xì)胞或人體 細(xì)胞，例如血細(xì)胞、組織細(xì)胞或癌癥細(xì)胞、植物細(xì)胞、細(xì)菌細(xì)胞、真菌細(xì)胞、病毒，或者前述的 片段或部分，諸如細(xì)菌細(xì)胞壁的片段、類似病毒的顆粒、病毒衣殼的片段等。樣品或者樣品流體指定包含目標(biāo)的流體，其后者將在此處進(jìn)一步討論。所述樣品 或者樣品流體可以原樣地依據(jù)本發(fā)明而使用，或者可以從在先樣品得到并且可以可選地已 經(jīng)預(yù)處理。因此，如果樣品在依據(jù)本發(fā)明來(lái)使用之前或者期間通過(guò)技術(shù)人員已知的任何方 法被分為所述樣品的一個(gè)或多個(gè)部分，其所得到的流體將另外稱為樣品或者樣品流體，無(wú) 論它們包含與原始樣品相同的物質(zhì)還是只包含其部分。預(yù)處理技術(shù)對(duì)于技術(shù)人員而言是已知的且不限于特定技術(shù)。預(yù)處理技術(shù)的實(shí)例舉 例而言為加熱、溶化、分餾(例如通過(guò)離心、過(guò)濾、傾析、色層分析等)、濃縮、用生物和/或化 學(xué)試劑改性，樣品流體可包含溶解、溶化或者分散的固體或者類似固體的微粒，例如細(xì)胞。如上所述的樣品或者樣品流體可以從各種源獲得，所述源沒(méi)有特別限制。這種源 的實(shí)例可以是但是不限于生物來(lái)源的樣品，所述源可以優(yōu)選地是從患者得到的樣品，更優(yōu) 選地即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)(point of care)樣品，來(lái)自食物、工業(yè)、臨床和環(huán)境測(cè)試的樣品?？梢栽诒景l(fā)明中使用的生物來(lái)源的樣品沒(méi)有特別限制。用于這種樣品的源的一些可能實(shí)例為體液，諸如血液或淋巴液、唾液、痰液、糞便、脫落物、汗液、皮膚分泌物、組織勻 漿樣品、來(lái)自實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)或者來(lái)自自然來(lái)源的細(xì)菌樣品(諸如環(huán)境樣品)。生物來(lái)源的樣品 也涵蓋從體外過(guò)程獲得的樣品以及已在體外過(guò)程中改變(例如變異、功能化等)的生物材 料。這些過(guò)程的實(shí)例為但不限于核酸擴(kuò)增，經(jīng)預(yù)處理或者未處理的細(xì)胞溶解產(chǎn)物、蛋白質(zhì)提 純、蛋白質(zhì)的化學(xué)和/或生物化學(xué)功能化，(例如諸如磷酸化、糖基化等)，諸如FPLC、PAGE、 超離心、毛細(xì)管電泳等的提純方法。在根據(jù)本發(fā)明的方法、系統(tǒng)或者設(shè)備中使用的磁性顆粒(MP)可以用作目標(biāo)的載 體。目標(biāo)(其可以在探測(cè)之前被分解或者仍附連到MP)的探測(cè)可以通過(guò)技術(shù)人員已知的標(biāo) 準(zhǔn)方法來(lái)完成?？商鎿Q地，報(bào)告分子可以附加地附連到MP(其可以選擇性地被處理或者分 解，藉此樣品仍附連到MP，或者其仍附連到MP而被探測(cè))，可以用于通過(guò)技術(shù)人員已知的標(biāo) 準(zhǔn)方法進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)可以基于磁性顆粒本身的特定屬性、基于目標(biāo)或者基于通過(guò)上述附連手段而 附連到顆?；蚰繕?biāo)的報(bào)告基團(tuán)。例如，探測(cè)技術(shù)可以基于但不限于比色法、發(fā)光、熒光、時(shí)間 分辨熒光、光熱干涉對(duì)比、瑞利散射、拉曼散射、表面等離子體激元共振、質(zhì)量變化(例如通 過(guò)MALDI)、石英晶體微量天平、懸臂、差分脈沖伏安法、通過(guò)非線性生成頻譜的化學(xué)制圖、光 學(xué)變化、電阻率、電容、各向異性、折射率和/或納米顆粒計(jì)數(shù)，基于諸如可見(jiàn)、IR或UV光的 電磁輻射的透射、折射或者吸收的方法，，NMR，ESR。探測(cè)可以基于直接測(cè)量磁性顆?；蛘吒?連到其或從其釋放的目標(biāo)的存在的方法。探測(cè)也可以基于間接的方法，該方法依賴于一種 或多種次級(jí)報(bào)告分子的累加、釋放或者改性，諸如FRET、ELISA、PCR、實(shí)時(shí)PCR、基于雜化的 方法等。舉例而言，對(duì)通過(guò)PCR獲得的核酸的探測(cè)可以基于用報(bào)告基團(tuán)標(biāo)記的dNTP或PCR 引物，使得僅擴(kuò)增的核酸被探測(cè)。改性的磁性顆粒的特定實(shí)例為鏈霉MP 磁性顆?？捎蒙锘钚詫油糠髲亩Y(jié)合 到其他物質(zhì)。例如，磁性顆粒可以用鏈霉親和素涂敷從而特異地結(jié)合到生物素或者用生物 素標(biāo)記的生物基團(tuán)。免疫M(jìn)P:磁性顆粒可用生物活性層涂敷從而結(jié)合到其他物質(zhì)。例如， 磁性顆?？梢杂每贵w涂敷從而特異地結(jié)合到抗原或者用抗原標(biāo)記的生物基團(tuán)。寡FITC 標(biāo) 記的引物可以在擴(kuò)增期間使用從而在產(chǎn)物內(nèi)建立標(biāo)簽。例如，F(xiàn)ITC標(biāo)記可以建立在寡核酸 (oligonuleic)擴(kuò)增產(chǎn)物內(nèi)，這利于使用抗FITC抗體進(jìn)行另外處理和探測(cè)。應(yīng)指出，改性的 磁性顆粒決不限于上述實(shí)例。可替換地，磁性顆粒本身也可被用于探測(cè)目的。在這種情形下，用于探測(cè)顆粒的傳 感器可以是任何合適的傳感器以探測(cè)傳感器表面上或附近磁性顆粒的存在。探測(cè)可以基于 顆粒的任何屬性，例如經(jīng)由磁性方法(例如磁阻、霍爾、線圈)，光學(xué)方法(例如成像、熒光、 化學(xué)發(fā)光、吸收、散射、漸逝場(chǎng)技術(shù)、表面等離子體激元共振、拉曼光譜等)，聲波探測(cè)(例如 表面聲波、體聲波、懸臂、石英晶體等)，電學(xué)探測(cè)(例如傳導(dǎo)、阻抗、電流測(cè)定、氧化還原循 環(huán))，其組合等。為了在一些上述方法中使用，磁性顆粒必須配備有例如熒光染料的另外的 功能實(shí)體。這種改進(jìn)的顆粒在市場(chǎng)上可購(gòu)得或者在某些情況下在用于本發(fā)明之前該顆粒必 須被改性。技術(shù)人員將知曉如何選擇適合于所期望的探測(cè)方法的必要改性。在根據(jù)本發(fā)明的方法、系統(tǒng)或者設(shè)備中使用的磁性顆粒的尺寸范圍可以在3nm和 IOOOOnm之間，優(yōu)選地在IOnm和5000nm之間，更優(yōu)選地在50nm和3000nm之間。如根據(jù)本發(fā)明的方法、設(shè)備或系統(tǒng)中使用的電磁體也可以是多極磁體。經(jīng)過(guò)多極磁體線圈的電流可以被控制為使得線性相位步進(jìn)電機(jī)被實(shí)施以長(zhǎng)距離地拖動(dòng)所述珠越過(guò) 每個(gè)所述多個(gè)閥樣結(jié)構(gòu)。按此方式，在讀出設(shè)備中不需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)的部分。理想地，分階段 的閥樣結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)可以與多極電磁體幾何形態(tài)同步。可以使或者不使傳感器元件相對(duì)于生物傳感器表面進(jìn)行掃描來(lái)執(zhí)行使用本文提 到的探測(cè)方法的探測(cè)。測(cè)量數(shù)據(jù)可以作為端點(diǎn)測(cè)量結(jié)果被導(dǎo)出，以及通過(guò)動(dòng)態(tài)地或者間歇 地記錄信號(hào)來(lái)導(dǎo)出。目標(biāo)或者探測(cè)用標(biāo)簽可以通過(guò)該檢測(cè)方法而直接被探測(cè)?？商鎿Q地，顆粒、目標(biāo)或 標(biāo)簽可以在探測(cè)之前被進(jìn)一步處理。進(jìn)一步處理的實(shí)例為感興趣的材料被添加或者目標(biāo)或 標(biāo)簽的(生物)化學(xué)或物理屬性被修改以利于探測(cè)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)或者方法包含至少兩個(gè)由閥樣結(jié)構(gòu)分離的隔室。盡管如 此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)或方法可包含多于兩個(gè)隔室，這些隔室可以通過(guò)通道來(lái)連接從 而獲得隔室的串聯(lián)或并聯(lián)布置，藉此利用閥樣結(jié)構(gòu)相互分離而限定至少兩個(gè)不同區(qū)域。然 而，不一定所有隔室通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)與每個(gè)鄰近隔室分離(例如比較圖5b，其中將子隔室與 隔室2和3分離的閥樣結(jié)構(gòu)是可選的)。在優(yōu)選實(shí)施例中，由閥樣結(jié)構(gòu)分離的隔室緊密靠近。兩個(gè)腔緊密靠近的一個(gè)優(yōu)點(diǎn) 為磁性顆粒被高效地輸運(yùn)越過(guò)疏水閥。我們將高效的輸運(yùn)歸因于(i)需要渡越的短的流體 內(nèi)距離，以及(ii)磁性顆粒本體的前部接觸第二流體時(shí)被釋放的界面能量。磁性顆粒本體 與第二流體接觸導(dǎo)致位于磁性顆粒本體前部的彎月面消失。結(jié)果，磁性顆粒可以高效地移 動(dòng)到第二流體內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中該閥樣結(jié)構(gòu)包含疏水屏障。此屏障優(yōu)選地實(shí)施在通道內(nèi)，該通道 的至少兩個(gè)表面實(shí)質(zhì)上是疏水的。最優(yōu)選的是，兩個(gè)對(duì)立放置的表面是疏水的。甚至更優(yōu) 選的是，整個(gè)通道是疏水的。對(duì)于圓形通道的情形(此情形中難以識(shí)別分離的表面)，優(yōu)選 的是至少50%的通道表面是疏水的且這優(yōu)選地分布成使得通道表面的兩個(gè)相對(duì)象限是疏 水的。我們驚訝地發(fā)現(xiàn)至少兩個(gè)表面是疏水的通道在顆粒輸運(yùn)方面的性能顯著優(yōu)于具有一 個(gè)疏水和一個(gè)親水表面的通道。特別地在這些通道中夾斷的平衡得到改善。特別地，流體 的彎月面看上去在磁性顆粒本體的背部周?chē)o緊閉合。在磁性顆粒本體與第二流體合并之 后不久發(fā)生夾斷。據(jù)認(rèn)為，彎月面在磁性顆粒本體背部周?chē)木o緊閉合確保了非常少量地 將第一流體攜帶到第二流體內(nèi)。這種合并引起的夾斷結(jié)合了兩個(gè)重要屬性(i)磁性顆粒朝向第二流體的輸運(yùn)在 合并時(shí)得到增強(qiáng)，因?yàn)榕c磁性顆粒本體前部相關(guān)聯(lián)的界面能量被釋放，以及(ii)彎月面在 磁性顆粒本體后面緊緊夾斷，這使得交叉污染低。隔室可以獨(dú)立地配備有附加子隔室，磁性顆?？梢源鎯?chǔ)在該附加子隔室內(nèi)從而添 加磁性顆粒到樣品或者從樣品移除磁性顆粒。再者，隔室可以獨(dú)立地配備有例如用抗體改 性的表面的特定附加特征，從而允許用于核酸的陣列的形式的使用捕獲分子的ELISA類型 測(cè)定。隔室還可具有用于添加干或濕形式的隔室特定試劑的特征，從而利于隔室內(nèi)的(生 物)化學(xué)過(guò)程。再者，設(shè)備或者系統(tǒng)可以整體或者部分地由適于與此處描述的探測(cè)或處理 技術(shù)一起使用的材料組成。因此，這種材料舉例來(lái)說(shuō)可以是耐熱的(例如用于PCR)或者是 半透明的(例如用于光譜法)。在根據(jù)本發(fā)明的方法、系統(tǒng)或者設(shè)備中，可以使用一種或者多種類型的磁性顆粒，所述磁性顆?？梢栽谒鼈兘M成材料方面各自不同并且/或者所述磁性顆?？梢杂帽砻娣?子獨(dú)立地改性從而與相應(yīng)目標(biāo)以及此處提到的探測(cè)和處理技術(shù)兼容。在預(yù)處理中，可以使用此處提到的探測(cè)和處理技術(shù)(例如此處提到的PCR、ELISA、 FRET、光譜方法以及其他方法)，諸如緩沖劑、溶劑、添加劑和試劑的附加成分，所述附加成 分常規(guī)地與這些技術(shù)一起使用且所述附加成分是技術(shù)人員所已知的。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)或者方法與例如結(jié)合/拆開(kāi)測(cè)定、夾心法測(cè)定、競(jìng)爭(zhēng)測(cè) 定、置換測(cè)定、酶法測(cè)定等的若干種生物化學(xué)測(cè)定類型一起使用。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)或者設(shè) 備可以探測(cè)分子生物目標(biāo)。注意，分子目標(biāo)經(jīng)常確定例如細(xì)胞、病毒、或者細(xì)胞或病毒的片 段，組織提取物等更大基團(tuán)的濃度和/或存在。根據(jù)本發(fā)明的方法、系統(tǒng)或者設(shè)備適合于傳感器復(fù)用(即并行使用不同的傳感器 和傳感器表面)、標(biāo)簽復(fù)用(即并行使用不同類型的標(biāo)簽)以及隔室復(fù)用(即并行使用不同 的反應(yīng)隔室)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)或者設(shè)備可以用作快速的、具有魯棒性的且易于使用的即時(shí)現(xiàn) 場(chǎng)生物傳感器。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)或者設(shè)備可以是將與緊湊讀取器儀器一起使用的一次性 用品的形式，含有用于操縱磁性顆粒的一種或多種磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置和/或一種或多種探測(cè)裝 置。用于操縱和/或探測(cè)的裝置也可以由外部設(shè)備提供。另外，本發(fā)明的設(shè)備、方法和系統(tǒng) 可以在自動(dòng)化高吞吐量測(cè)試中使用。在這種情況下，具有反應(yīng)隔室的設(shè)備應(yīng)具有適合自動(dòng) 化儀器的形狀，例如與孔板設(shè)備或者比色皿設(shè)備類似的形狀。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者系統(tǒng) 因此也可以以立即可用系統(tǒng)的形式被提供，該系統(tǒng)類似于工具包，其中必要的(緩沖劑)試 劑和磁性顆粒以干和/或濕的形式被合并在內(nèi)。除了分析應(yīng)用之外，根據(jù)本發(fā)明的方法、系統(tǒng)或者設(shè)備可以用在片上實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng) 或者片上處理系統(tǒng)中用于合成的目的。分子以及反應(yīng)類型沒(méi)有特別限制，只要分子的反應(yīng) 基團(tuán)和反應(yīng)條件適合于片上實(shí)驗(yàn)室或者片上處理系統(tǒng)即可。技術(shù)人員將能夠判定哪些條件 與片上實(shí)驗(yàn)室或者片上處理設(shè)備兼容以及特別地與根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié)構(gòu)兼容，使得在反 應(yīng)基團(tuán)和根據(jù)本發(fā)明的閥樣結(jié)構(gòu)之間不發(fā)生反應(yīng)。這樣的合成的一些實(shí)例可以是聚核苷酸 合成、多肽合成、結(jié)扎化學(xué)、鏈接化學(xué)或者通?？梢栽谄蠈?shí)驗(yàn)室或者片上處理設(shè)備中執(zhí)行 的其他化學(xué)改性。另外的應(yīng)用包括DNA分析(例如，通過(guò)PCR和高通量排序)、疾病的即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)診斷、 蛋白質(zhì)組學(xué)、血細(xì)胞分離設(shè)備、生物化學(xué)測(cè)定、基因分析、藥物篩選等。實(shí)例根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)例1微流體設(shè)備是由覆蓋有單層的十八烷基三氯硅烷或其他硅烷的玻璃襯底制成。掩 模被覆蓋在兩個(gè)襯底的表面上并暴露于常壓等離子體。兩個(gè)襯底使用了鏡像掩模布局。局 部親水化使得在玻璃板之間形成‘虛擬通道’。兩個(gè)玻璃襯底使用雙面帶組裝在一起，所述 雙面帶用作兩個(gè)玻璃襯底的間隔層。該帶還用作與外部環(huán)境的液體密封，使得針對(duì)該虛擬 通道實(shí)現(xiàn)了潮濕飽和的環(huán)境。這防止流體從虛擬通道進(jìn)一步蒸發(fā)。一旦組裝好，磁珠的水 基分散被引入通道。用于流體的物理通道和隔室可以通過(guò)各式各樣的制作技術(shù)來(lái)生產(chǎn)，該技術(shù)包括諸
12如壓花、成型、銑削、蝕刻、印制、密封、焊接、膠粘等的圖案化和連接技術(shù)。本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例實(shí)例2_兩個(gè)隔室微流體系統(tǒng)流體為血液樣品。在預(yù)處理單元9中，例如過(guò)濾該樣品，優(yōu)選地從干試劑添加緩沖 鹽以及其他試劑。在預(yù)處理單元5中添加磁性顆粒，磁性顆粒與樣品在隔室1內(nèi)被培養(yǎng)。在 預(yù)處理單元7進(jìn)行例如過(guò)濾樣品的另外預(yù)處理。此流體例如通過(guò)毛細(xì)管輸運(yùn)而輸運(yùn)到隔室 2。磁性顆粒輸運(yùn)經(jīng)過(guò)屏障通道3。這些可以在隔室2內(nèi)進(jìn)一步反應(yīng)，例如用于探測(cè)或者另 外處理。若干種定時(shí)順序是可能的。在上述中，隔室2先用流體填充且此后磁性顆粒輸運(yùn) 到隔室2內(nèi)。還可能的是，磁性顆粒先移動(dòng)到隔室2且此后流體被供應(yīng)到隔室2。實(shí)例3-三個(gè)隔室微流體系統(tǒng)三個(gè)隔室測(cè)定的實(shí)例如下(MP在此指代“磁性顆?！?將免疫M(jìn)P添加到樣品。在第一隔室中，免疫M(jìn)P捕捉細(xì)胞或者例如病毒的其他基 團(tuán)。此后MP通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)輸運(yùn)到第二隔室。這代表提取和濃度提升步驟。細(xì)胞隨后溶解 在第二隔室內(nèi)。此后探針?lè)肿痈竭B到溶解產(chǎn)物內(nèi)的目標(biāo)。例如寡生物素和寡FITC特異性 地結(jié)合所釋放的RNA。此后免疫M(jìn)P被拉出第二隔室進(jìn)入第一子隔室，并且鏈霉MP從第二子 隔室釋放到第二隔室內(nèi)。第二子隔室通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)可連接到第二隔室。在第二隔室中，鏈 霉MP結(jié)合到生物素化探針。此后鏈霉MP通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)輸運(yùn)到第三隔室。第三隔室配備有 具有抗FITC抗體的傳感器?？蛇x地(干)試劑也存在于第三隔室內(nèi)從而增強(qiáng)結(jié)合和檢測(cè) 過(guò)程。實(shí)例4-四個(gè)隔室微流體系統(tǒng)在第一隔室中，將具有免疫M(jìn)Pl的試劑添加到樣品。MPl上的捕獲分子經(jīng)由可分解 連接體被耦合。MPl捕獲細(xì)胞或者例如病毒的其他基團(tuán)。此后MPl通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)輸運(yùn)到下 一個(gè)隔室。這構(gòu)成第一濃度提升步驟，其中體積例如從Iml減少到50 μ 1。在第二隔室中， 酶將細(xì)胞從MPl分解開(kāi)。MPl從隔室移除到子隔室內(nèi)。此后，免疫ΜΡ2從另一子隔室供應(yīng)， 藉此這些ΜΡ2不具有可分解連接體。ΜΡ2捕捉細(xì)胞。接著ΜΡ2通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)輸運(yùn)到下一個(gè) 隔室，這代表第二濃度提升步驟，例如將體積從50 μ 1減少到2 μ 1。在第三隔室中，細(xì)胞被 溶解。此后探針?lè)肿痈竭B到溶解產(chǎn)物內(nèi)的目標(biāo)。例如寡生物素和寡FITC特異性地結(jié)合到 所釋放的RNA。此后免疫M(jìn)P被從該隔室拉出進(jìn)入子隔室，并且鏈霉MP從另一子隔室釋放到 第三隔室內(nèi)。這些結(jié)合到生物素化探針。此后鏈霉MP通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)輸運(yùn)到第四隔室。在 第四隔室中使用抗FITC抗體進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)例5-具有清洗通道的微流體設(shè)備制造不具有含有清洗區(qū)域的物理通道的平面微流體設(shè)備，如圖4所描繪。虛擬通 道和清洗區(qū)域通過(guò)對(duì)兩個(gè)玻璃襯底的局部親水化來(lái)形成。一個(gè)虛擬通道(1)用磁性顆粒和 有色流體(水中的酸性橙II鈉鹽II)填充，另一個(gè)通道(3)和清洗區(qū)域(2)用水填充。磁 珠用永磁體從一個(gè)通道(1)拖動(dòng)越過(guò)疏水屏障并經(jīng)過(guò)清洗區(qū)域(2)，進(jìn)入下一個(gè)通道(3)； 共同遷移的溶劑在每個(gè)清洗區(qū)域中被稀釋，這可以從每次經(jīng)過(guò)疏水屏障之后酸性橙II的 濃度減少看出。實(shí)例6-用于集成核酸測(cè)試的微流體設(shè)備圖5b)所代表的或者類似設(shè)置的設(shè)備可以用于集成核酸測(cè)試。樣品被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)入
13口(進(jìn))。使用包含捕獲分子(例如抗體)的磁性顆粒，將細(xì)胞捕獲并且從隔室(1)輸運(yùn)到 隔室(2)，所述捕獲分子是專門(mén)針對(duì)感興趣細(xì)胞的?？蛇x地上清液可以經(jīng)由出口(出)被移 除。在隔室(2)中，細(xì)胞被溶解，并且第一磁性顆粒被移除到分離的存儲(chǔ)隔室內(nèi)。隨后，從 另外存儲(chǔ)隔室添加辨別核酸或者一類核酸材料的第二批次磁性顆粒。核酸隨后與磁性顆粒 被共同輸運(yùn)到隔室(3)內(nèi)，在所述隔室內(nèi)核酸材料可以從磁性顆粒釋放，第二磁性顆?？?以被移除到存儲(chǔ)隔室內(nèi)，并且隨后核酸被擴(kuò)增(例如通過(guò)PCR)。包含僅僅辨別擴(kuò)增核酸的 捕獲分子的第三種磁性顆粒然后被用于將擴(kuò)增核酸共同輸運(yùn)到隔室(4)內(nèi)，在該隔室(4) 內(nèi)擴(kuò)增核酸被探測(cè)。實(shí)例7-具有兩個(gè)疏水表面的兩個(gè)隔室之間的親水通道。已經(jīng)用兩種類型的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備7. 1，連接兩個(gè)隔室的通道內(nèi)存在兩個(gè)疏 水表面；以及設(shè)備7. 2，含有用通道連接的兩個(gè)隔室，該通道具有一個(gè)疏水表面和一個(gè)輕微 親水表面。兩個(gè)設(shè)備的底部部分是顯微鏡載玻片，全氟癸基三乙氧基硅烷 (perfluorodecyl-tri-etoxysilane)的自組裝單層(SAM)應(yīng)用在該載玻片上。此SAM通過(guò) 氧等離子體處理被部分地除去，留下親水腔在疏水背景中作為島的圖案。對(duì)于設(shè)備7. 1，頂 部部分為已在Telfon AF 1600中浸涂的PMMA的玻片。對(duì)于設(shè)備7. 2，頂部部分為未處理 的PMMA玻片。在兩種設(shè)備中，頂部部分通過(guò)100 μ m厚的雙面帶與底部部分分離。富氟的SAM具有約105°的接觸角。未處理的PMMA具有約75 °的接觸角，而在 Teflont AF 1600中浸涂的PMMA具有約115°的接觸角。使用如在較前實(shí)例中描述的通常程序。在磁性顆粒與第二流體合并之后，流體連接在具有兩個(gè)疏水表面的設(shè)備(7. 1)中 被夾斷，且在具有一個(gè)疏水和一個(gè)親水表面的設(shè)備(7.2)中不被夾斷。因此可以得出結(jié)論， 對(duì)于良好的夾斷而言，頂部和底部部分二者的疏水性是優(yōu)先的。
權(quán)利要求
用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方法，包含步驟(a)提供設(shè)備，該設(shè)備包含通過(guò)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(guò)，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所述至少兩個(gè)隔室的第一隔室，(c)施加將所述磁性顆粒拖動(dòng)越過(guò)所述閥樣結(jié)構(gòu)的磁力，將磁性顆粒從所述至少兩個(gè)隔室的第一隔室傳遞到第二隔室。
2.根據(jù)權(quán)利要求的方法，其中所述閥樣結(jié)構(gòu)為連接所述至少兩個(gè)隔室的毛細(xì)通道的一 部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方法，其中該閥樣 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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方 法，其中該閥樣結(jié)構(gòu)包含疏水屏障，以及磁力驅(qū)動(dòng)顆粒越過(guò)該疏水屏障。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方法，其中該 閥樣結(jié)構(gòu)包含可變形障礙物，以及所述磁力驅(qū)動(dòng)顆粒通過(guò)該可變形材料。5、根據(jù)權(quán)利要求1至4的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方法，其中該 方法附加地包含步驟(b)和(c)之間的兩個(gè)步驟-通過(guò)磁性致動(dòng)將磁性顆粒集中靠近該閥樣結(jié)構(gòu)， -通過(guò)用磁力致動(dòng)使所述顆粒通過(guò)所述閥樣結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方 法，其中該第一隔室由包含磁性顆粒的樣品流體填充，以及所述第二隔室由另一流體填充。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方 法，其中附連到所述磁性顆粒的目標(biāo)與該磁性顆粒一起從所述第一隔室共同輸運(yùn)到所述第二隔室。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方 法，其中在顆粒從所述第一隔室到所述第二隔室的輸運(yùn)期間，在顆粒進(jìn)入所述第二隔室之 前該閥樣結(jié)構(gòu)致使顆粒失去所述第一隔室的共同輸運(yùn)流體的實(shí)質(zhì)部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)的用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)的方 法，其中所述磁性顆粒和所述第一隔室的共同輸運(yùn)流體的體積之間的比率大于0. 05。
10.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)的方法的設(shè)備，包含通過(guò)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。
11.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)的方法的設(shè)備，包含通過(guò)閥樣結(jié)構(gòu)連接的 至少兩個(gè)隔室，以及其中所述閥樣結(jié)構(gòu)在受到磁力致動(dòng)時(shí)允許磁性顆粒通過(guò)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的設(shè)備，其中所述閥樣結(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。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中所述閥樣結(jié)構(gòu)包含疏水屏障。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備，其中所述閥樣結(jié)構(gòu)包含含有至少兩個(gè)疏水表面的毛細(xì)通道。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述隔室是緊密靠近的。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中所述閥樣結(jié)構(gòu)包含可變形障礙物。
17.—種系統(tǒng)，包含根據(jù)權(quán)利要求10至16中任意一項(xiàng)的設(shè)備且進(jìn)一步包含選自包含電 磁體、集成電流線、永磁體和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的永磁體或電磁體的群組的磁源。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任意一項(xiàng)的設(shè)備或者根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)在選自包含 結(jié)合/拆開(kāi)測(cè)定、夾心法測(cè)定、競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定、置換測(cè)定和酶法測(cè)定的群組的生物化學(xué)測(cè)定中的 使用。
19.閥樣結(jié)構(gòu)在微流體系統(tǒng)或者設(shè)備中的使用，所述閥樣結(jié)構(gòu)在不存在磁力時(shí)防止兩 種流體的混合且所述閥樣結(jié)構(gòu)在受到磁力致動(dòng)時(shí)允許磁性顆粒通過(guò)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了具有閥樣結(jié)構(gòu)(3)的微流體設(shè)備，可以輸運(yùn)磁性顆粒通過(guò)該閥樣結(jié)構(gòu)而最少量地輸運(yùn)流體。這允許對(duì)磁性顆粒的順序處理。
文檔編號(hào)B01L3/00GK101945705SQ200880127256
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者A·H·J·英明克, D·B·范達(dá)姆, J·H·馬斯, M·I·博亞姆法, M·J·M·布魯伊寧克斯, M·W·J·普林斯, M·科茨, R·鄧杜爾克, T·范德威克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司