[发明专利]微粒特别是生物学微粒表征和计数的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及微粒表征和计数的方法和装置，本发明寻求实现单个细 胞的生物学协议(biological protocols)的应用。

背景技术

G.Medoro所有的PCT/WO 00/69565专利申请描述了通过利用封闭 的电介质电泳势能笼框(dielectrophoretic potential cages)对微粒进行操 作和检测的装置和方法。所述方法教导在两维空间中如何控制独立于所 有其他微粒的每一微粒。用来捕获悬浮微粒的力是负的电介质电泳。通 过与集成在同一衬底中的电极阵列和传感器的每一元件有关的存储器元 件和电路的编程，产生对操纵操作的单独控制。但是，受传感器特性分 散约束的固有空间“噪声”(技术上称为“固定型噪声 (Fixed-Pattern-Noise)”)严重地限制细胞检测中传感器本身的可靠性。 该专利报告使用光学和/或阻抗计传感器。即使通过扣除参考图像对传感 器的增益差别进行补偿，但结果还是不完全可靠，因为其他的因素例如 照射的空间差别(对于光学传感器)或液体的导电性(对阻抗计传感器)， 不能得到补偿。

专利US 6294063(Becker等人)披露了一种方法和装置，其通过可 编程的力的分配来操纵固态、液态或气态生物学材料的包裹(packages)。 该专利也提及传感器的使用。但是，在那种情况下也还是存在固定型噪 声问题。

另一操纵液态微粒(小滴)的已知方法是电介质上电润湿(EWOD)， 描述于T.B.Jones，Journal of Micromechanics and Microengineering， 15(2005)1184-1187中。在那种情况下，提供在衬底上的电极施加的电场， 使被气态包围的小滴能在受激电极序列所控制的方向上向前推进。基于 这种原理的装置能做成包含一个帽盖(也可用电介质覆盖)，如Pamula 等人的专利申请US 2004/0058450 A1所教导的，或者简化为称为“链” 的一条线，与衬底上面的小滴建立电接触。J.Berthier等人，NSTI Nanotech 2005，www.nsti.org，vol.1，2005。

操纵微粒的又一种力是由电流体动力学(EHD)流产生的粘滞摩擦 力，例如电热流(ETF)或AC电渗透。在NG.Green，A.Ramos和H.Morgan， J.Phys.D：Appl.Phys.33(2000)中，EHD用来显示微粒。例如PCT WO 2004/071668 A1描述一种利用上述电流体动力学流将微粒浓缩在某些电 极上的装置。

在“Impedance Spectroscopy Flow Cytometry：On-Chip Label-Free Cell Differentiation”(Cytometry Part A 65A：124-132(2005)，Cheung K，Gawad S， Renuad P)中使用微粒芯片上集成的阻抗差分传感器来区分流动中的微 粒。

在“Near-Field Optical Sensors for Particle Shape Measurements”(IEEE Sensor Journal，vol.3，No.5，Oct.2003，pp.646-651)中，描述一种基于集 成传感器(光电二极管)阵列检测微粒形状的芯片。但是，微粒的移动 是通过液体流动来操作的，这需要例如泵或其他模拟机械装置，因此不 可能对被分析的微粒的位置进行精确的控制。

在Medoro等人的意大利专利申请BO2005A000481中，报告了一些 用电极阵列操纵微粒的方法，以及检测它们的方法和装置，但是它有类 似于已经陈述过的专利PCT/WO 00/69565的区分不同细胞的能力方面的 限制。

最后，在国际专利申请NO.PCT/IT02/00524中描述了一种方法，其 中，第一生物学实体通过对第一生物学实体有粘合力的第二生物学实体 来识别(反过来也是这样)，那里，第一生物学实体被停止在至少部分可 选择地激活和寻址的第一电极阵列所限定的表面上，朝向至少一个第二 电极，与经过电介质电泳笼框移动的第二生物学实体接触；优选通过以 第一频率辐射激励粘合于第二生物学实体的荧光团组，并经过集成在电 极中的光学传感器以第二频率检测荧光发射，检测至少一部分第一和第 二生物学实体之间的相互粘合作用(如果有的话)。因此，再次存在的问 题是消除与光学检测有关系的“噪声”(“固定型噪声”)。