具有磁性顆粒的多隔室設備的制造方法
【專利說明】具有磁性顆粒的多隔室設備
[0001]本申請是申請日為2008年12月16日、申請號為200880127256.1、發明名稱為“具有磁性顆粒的多隔室設備”的發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及具有用于流體和磁珠處理的集成專用閥樣結構(valve-likestructure)的微流體系統和設備，以及包含使用這種設備和系統的方法。
【背景技術】
[0003]磁性載體在體外診斷中廣泛地被使用，用于目標濃度提升(up-concentrat1n)和目標提取。目標可以是細胞、細胞一部分、蛋白質、核酸等。目標結合到磁性顆粒，且隨后這些與目標在其中懸浮的流體分離。之后可以進行另外的步驟，例如存儲、生物化學處理或者探測。
[0004]關于對微流體系統的述評，參考“N.Pamme, magnetism and microfluidics, LabChip, 2006, 6，24 - 38”。當前系統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每個步驟由此在整個過程中引入出現誤差的可能性。這些過程也會借鑒包括化學、分子生物學、醫學以及其他的許多不同學科。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系統內。

【發明內容】

[0005]本發明提供了新穎的具有專用閥樣結構的微流體系統和設備，以及針對它們的使用的相應方法。這些系統和設備可以使用于各種技術應用，諸如微觀合成、探測、診斷等。提供了磁性顆粒的閥功能，其中該閥功能擇優地在該微流體設備內沒有側通道，導致低成本、易于處理的盒(cartridge)。
[0006]根據本發明的設備為多隔室設備，其中在不同隔室之間輸運磁性載體而最少量地輸運流體。為了將磁性載體與周圍流體分離，該設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/或通過閥樣結構中的疏水成分或改性來實現。在根據本發明的一個實施例的設備和系統中，磁性顆粒通過磁性致動被集中在閥樣結構的邊界處并且通過施加在顆粒上的磁力被拖動經過該閥樣結構。閥樣結構可以順序安裝從而增強顆粒和流體的分離。
[0007]根據本發明的設備可以是多隔室設備。另外，在根據本發明的多隔室設備中實施的微流體系統(其中在不同隔室之間輸運磁性載體而最少量地輸運流體)可以構思為使得，使用或者不使用根據本發明的閥樣結構，流體可以獨立于顆粒的輸運而被提供到一個或多個隔室。藉此，流體可以被提供經過另一通道，該另一通道可以裝有或者未裝有根據本發明的閥樣結構并且可包含微流體系統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、預處理單元5 (在那里例如試劑被添加到流體)、并行通道6、預處理單元7 (其中例如細胞被過濾掉且另外的試劑可以被添加)以及公共預處理單元9的設備的草圖。隔室2經由通道6和預處理單元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備。流體流可以經由通過兩個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，使得在此實驗中顆粒的位置可以容易地被監測)并且虛擬隔室2用水填充。兩個隔室通過疏水屏障來分隔。
[0010]圖3為平面微流體設備，其中磁珠通過利用磁力從第一隔室輸運到第二隔室。該圖示出磁性顆粒存在于該第二隔室內部。
[0011]圖4為不具有含有清洗區域的物理通道的平面微流體設備的示意性圖示。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。虛擬通道和清洗區域通過兩個玻璃襯底的局部親水化來形成。一個虛擬通道(I)用分散在流體內的磁性顆粒填充，另一個通道(3)和清洗區域(2)用清洗流體填充。磁珠從一個通道被拖動越過順序安裝的閥樣結構(此情形下為疏水屏障)并且通過清洗區域，進入下一個通道；共同迀移的溶劑在每個清洗區域(2)內被稀釋。
[0012]圖5為用于集成核酸測試的微流體設備的示意性圖示，a)無閥樣結構以及b)有閥樣結構。
[0013]設備a)和b)均包含:隔室(1)，其具有樣品入口(進)以及樣品出口或排出口(出)，含有包含核酸的細胞材料的樣品被引入該隔室(I)內；隔室(2)，在該隔室(2)內發生細胞溶解并且核酸被釋放；隔室(3)，在該隔室(3)內核酸例如通過PCR被擴增；隔室(4)，在隔室(4)內核酸例如通過抗體捕獲而被探測。
[0014]設備b)附加地包含根據本發明的閥樣結構(用中斷的線代表)，隔室通過該閥樣結構被分離。隔室(2)和(3)進一步包含子隔室，在使用之前或者之后磁性顆粒可以存儲在該子隔室內。應指出，閥樣結構存在于不同子隔室的入口處在本發明中是可選的。
【具體實施方式】
[0015]在本發明的一個實施例中，提供了用于從流體樣品傳遞磁性顆粒通過閥樣結構的方法，該方法包含步驟:
(a)提供一種設備，該設備包含通過閥樣結構連接的至少兩個隔室，其中該閥樣結構可在受到磁性致動時允許所述磁性顆粒通過，以及其中該閥樣結構在不存在磁力時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隔室的第一隔室，
(C)施加將所述磁性顆粒拖動越過閥樣結構的磁力，將磁性顆粒從至少兩個隔室的第一隔室傳遞到第二隔室。
[0016]在優選實施例中，閥樣結構包含粘彈性介質，其中該粘彈性介質選自氣體、流體、可變形固體或其組合。
[0017]在另一優選實施例中，閥樣結構包含疏水屏障以及磁力驅動顆粒越過疏水屏障。
[0018]圖2和3示出根據本發明包含疏水屏障的平面設備。圖2示出位于隔室I內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，磁性顆粒已被驅動顆粒越過疏水屏障進入隔室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。
[0019]在另一優選實施例中，閥樣結構包含可變形障礙物(obstruct1n)并且磁力驅動該顆粒通過該可變形材料。
[0020]在又一優選實施例中，該方法附加地包含步驟(b)和(c)之間的下述兩個步驟:
-通過磁性致動將磁性顆粒集中靠近閥樣結構，
-通過用磁力致動使顆粒通過該閥樣結構。
[0021]在又一優選實施例中，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]在根據本發明的方法的又一優選實施例中，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]在本發明的更優選實施例中，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，該方法包含在根據本發明的方法的步驟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并輸運到所提供的設備的至少兩個隔室的所述第一隔室，
-進行對所分開的流體樣品的部分II的預處理，以及 -將所分開的流體樣品的部分II輸運到所提供的設備的所述第二隔室。
[0025]上述這些附加步驟也可以在這樣的方法中執行，這些方法使用不具有根據本發明的閥樣結構的設備。
[0026]在更優選實施例中，附連到磁性顆粒的目標與磁性顆粒從第一隔室共同輸運到第二隔室。
[0027]在另一更優選實施例中，在顆粒從第一隔室到第二隔室的輸運期間，在顆粒進入第二隔室之前閥樣結構致使顆粒失去第一隔室的共同輸運流體的實質部分。
[0028]在另一更優選實施例中，小于10%，優選地小于5%，更優選地小于1%，最優選地小于0.1%的第一隔室中含有的流體與磁性顆粒一起被輸運到第二隔室內。
[0029]在再一更優選實施例中，磁性顆粒和第一隔室的共同輸運流體的體積之間的比率大于0.05，甚至更優選0.1以及特別優選地0.2，并且最為特別優選地大于I。
[0030]本發明的另一實施例為用于執行根據本發明的方法的設備，該設備包含通過閥樣結構連接的至少兩個隔室，其中該閥樣結構在不存在磁力時防止兩種流體的混合。
[0031]本發明的優選實施例是用于執行根據本發明的方法的設備，該設備包含通過閥樣結構連接的至少兩個隔室，其中該閥樣結構在受到磁力致動時允許磁性顆粒通過。
[0032]在優選實施例中，閥樣結構包含粘彈性介質，其中粘彈性介質選自氣體、流體、可變形固體或其組合。
[0033]在優選實施例中，閥樣結構包含疏水屏障。
[0034]在優選實施例中，閥樣結構包含含有至少兩個疏水表面的毛細通道。
[0035]在另一優選實施例中，由疏水屏障分離的隔室是緊密靠近的。在本發明的上下文中“是緊密靠近的”限定為通過長度小于10mm，優選地為0.05mm至3mm，更優選地為0.5mm至3_的疏水屏障分離。不希望受任何理論限制，認為這個范圍窗口促進當第一流體內的被團聚在一起成為本體的磁性顆粒觸及第二流體時，液體連接(也稱為流體頸部)出現在兩種流體之間。令人驚奇地，液體連接產生兩種流體之間最小的交叉污染，這或許是因為(i)磁性顆粒本體作為插塞位于通道內部，以及(ii)因為流體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域退回到腔內的現象。夾斷優選地