[发明专利]用于微流体环境中的细胞和生物分子分离的磁力装置

说明书

发明背景

本发明涉及微流体以及颗粒和分子的分选领域。

存在几种经设计用于从复杂混合物例如血液中分离同种细胞群体的方法。这些细胞分离技术可分为两大类：(1)侵入性方法，所述方法基于经固定的和使用各种细胞特异性标记染色的细胞的选择；和(2)非侵入性方法，通过使用对目标细胞群具有特异性的生物物理参数，所述方法用于分离活细胞。

侵入性技术包括荧光激活细胞分类术(FACS)、磁力激活细胞分类术(MACS)和免疫磁性胶体分类术。FACS通常是阳性选择技术，该技术使用经荧光标记的标记物来结合表达特定的细胞表面标记的细胞。FACS也可用于针对细胞内标记透化细胞并对细胞进行染色，这可构成分类术的基础。在实验室医学中，该技术是快速的，通常以1,000至1,500Hz的速率进行，和被良好地确立的。因为在高速度下在极短的停留时间期间获得较低数目的光子，所以高假阳性率和FACS关联。复杂的多参数分类方法也可用于增强FACS的特异性，但因为与基于多分析物的FACS关联的高成本，基于多分析物的FACS可能在常规临床检测中不实用。因为FACS需要相当高的操作员的专门技术，FACS非常耗费劳力，由于多重的操作导致细胞的损失，再加上设备的成本非常高，所以FACS的临床应用受到进一步的限制。

将MACS用作细胞分离技术，其中将表达特定的表面标记的细胞用抗该表面标记的抗体包被的磁珠从细胞混合物中分离出来。和FACS相比，MACS具有更便宜、更简单和更快速地进行的优点。由于多重的操作和处理，其遭受细胞的损失。

磁力胶体系统也已用于从血液中分离细胞。该胶体系统使用铁磁性纳米颗粒(nanoparticle)，该颗粒包被有可容易地附着至细胞表面抗原特异性单克隆抗体的山羊抗小鼠IgG。用铁磁性钠米颗粒标记的细胞在磁场中沿着通过平板印刷技术沉积在光学透明的表面上的铁磁性Ni线排列。该方法也需要多重的细胞处理步骤，所述步骤包括将细胞和磁性珠混合和在所述表面上进行分离。也不可能从样品中分选出单个细胞以进行进一步分析。

非侵入性技术包括电荷流分离术(charge flow separation)，其使用和电场相反的水平交叉流流体梯度(crossflow fluid gradient)以基于其特征性表面电荷密度分离细胞。尽管该方法可完全根据生物物理差异来分离细胞，但其特异性仍然不够。已试图修饰装置的特性(例如，分离器筛(separator screens)和缓冲液逆流条件)以解决该技术的该主要缺点。考虑到不同样品中预期的个体可变性，这些装置的特性的修饰都没有提供实际的解决方案。

因为现有技术方法存在高成本、低产量和缺少特异性的问题，所以存在对克服这些限制、将特定类型的细胞从混合物中排除的方法的需要。

发明概述

本发明表征了新的和有用的磁力装置以及将其用于细胞、蛋白、DNA和其他分子的分离、富集和纯化的方法。该装置总的来说包括磁性颗粒可结合的磁性区域或障碍物。然后使用磁性颗粒表面上的化学基团即捕获部分来结合颗粒，例如，来自复杂样品的目标细胞或分子，然后可选择性地释放被结合的种类以进行下游收集或进一步分析。

在一个方面，本发明表征了用于从样品中分离一种或多种想要的分析物的装置。该装置包括放置在通道中例如微流体通道中的磁性障碍物的第一区域，和通过磁力相互作用附着至障碍物中的至少一个上的许多磁性颗粒。

用于从样品中分离一种或多种想要的分析物的本发明的另一种装置包含具有许多磁性障碍物的通道，其中所述障碍物包含许多例如不具任何底层(underlying)支持结构的磁性颗粒，且能够结合一种或多种分析物的捕获部分附着至所述颗粒。可选择地，用于从样品中分离一种或多种想要的分析物的装置包含具有许多磁性障碍物的通道，其中所述障碍物包含许多磁性颗粒，且如此放置所述磁性障碍物以使至少部分一种或多种分析物在障碍物之间不能通过。在这些实施方案中，所述通道可进一步包含多个磁性位置的区域，在该区域磁性障碍物通过磁力相互作用附着至所述位置。