[发明专利]用于粒子分离和量化的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及分离具有不同物理属性的粒子、和/或测量粒子数量或 尺寸的方法和设备。本发明主要应用于生物样本的分析和分离。

背景技术

G.Medoro的专利申请PCT/WO 00/69565描述了一种使用介电电泳 电势的封闭笼(closed cage)来操作和定位粒子的设备和方法。此外， PCT/WO 00/69565讲授了分离方法。第一种方法是基于对不同细胞种 群的负(NDEP)和正(PDEP)的介电电泳(DEP)的差动作用，如果粒 子都遭受NEDP或PDEP，则不可能区分粒子。而其他分离方法要求使 用来自于设备中集成的传感器的信息，当没有这种传感器时，无法实 施分离方法。

已知许多其他分离方法，但都要求使用液体流动，因为这要求产 生控制良好的流体，所以在许多应用中这是不希望的特性。在 Electrophoresis 2002，23，2569-2582M.P.Hughes、Electrophoresis 2002，23，1973-1983P.R.C.Gascoyne，j.Vykoukal以及相关文献参 考中给出了对这些方法的评论，主要关注于介电电泳的使用。

特别地，授予Becker等的专利US 5,888,370中讲授了使用介电 电泳来确定液流的速度图(speed-profile)中的粒子高度，之后执行 粒子的分离。

其他基于介电电泳的分离方法不要求使用液流，但是它们使用所 谓的行波(TWD)。这些方法基于在经适当相移的射频(例如，0、90、 180、270度)上的正弦电压电极阵列中的应用。结果产生以一速度 (VTW)在空间中传播的电场，该速度(VTW)等于电极之间的距离， 以单个正弦电压的周期来划分相同的相位。在粒子上感应的极化与产 生极化的电场之间的相移引起粒子以小于VTW的幅度量级的速度、与 极化非同步地平移。因此，在分离之后，不可能保持对粒子位置的精 确控制，而这种精确控制在许多应用中是需要的，例如，希望通过将 粒子放置在传感器上来确定所分离粒子的数量。

本发明废除了已知技术的局限，即使粒子遭受相同的力(例如， NDEP)，本发明也可以分离粒子，本发明不需要液流，并可以在分离或 测量期间和之后，保持对粒子位置的控制。

发明内容

本发明涉及使用时变的非均匀力场来分离粒子的方法和设备。力 场可以是针对介电电泳(正或负)、电泳或电水利运动的，其特征在于 针对粒子的稳定平衡点集合。

当受到力场作用时，粒子的物理属性确定粒子的移动速度。第一 目标是隔离受到力场影响最多的粒子，换言之，最快的粒子。第二目 标是隔离受到力场影响较少的粒子，换言之，稍慢的粒子。第三目标 是沿一个方向分离受到力场影响最多的粒子，并沿相反方向分离受到 影响较少的粒子。另一目标是间接地量化一种类型的粒子群，以确定 该粒子群的响应速度或单个粒子的尺寸。

在所述方法的一个方案中，使场的稳定平衡点以一定速度在空间 中平移，所述速度基本上与样本中最快粒子的平移速度相当，从而只 有最快粒子通过改变位置而跟随场的稳定平衡点，而最慢粒子不受影 响。

根据本发明，这些平衡点的平移也可以以变化的速度进行，当这 按照与具有空间周期性的场有关的周期规律发生时，是特别有用的。 在所述方法的一个方案中，具有空间周期性的力场的平衡点沿第一方 向高速平移一段时间，以引起等于场的空间周期的移动，并沿与第一 方向相反的第二方向低速平移一段时间，以消除场的整体移动，从而 引起最慢粒子沿第二方向平移，而最快粒子没有移动。

在所述方法的另一方案中，场的平衡点沿第一方向高速平移一段 时间，以引起与场的空间周期减去对应于产生该场的电极的周期的量 相等的移动，从而引起最快粒子沿第一方向平移、以及最慢粒子沿相 反方向平移。

在所述方法的另一方案中，受到重力作用的粒子经受所施加的力 的影响的不同衰减，从而引起移动速度的变化，由此确定粒子的分离。

在所述方法的另一方案中，通过介电电泳的力将粒子分群，并利 用粒子对场的平移的不同响应速度，间接地确定群中粒子的数量或粒 子的尺寸。

本发明的另一方案是可以有利地实施前述方法中的一些的设备， 所述设备只包括被施加了不同时变电势的两个电极阵列。