[发明专利]具有磁性颗粒的多隔室设备

说明书

技术领域

本发明涉及具有用于流体和磁珠处理的集成专用阀样结构(valve-like structure)的微流体系统和设备，以及包含使用这种设备和系统的方法。

背景技术

磁性载体在体外诊断中广泛地被使用，用于目标浓度提升(up-concentration)和目标提取。目标可以是细胞、细胞一部分、蛋白质、核酸等。目标结合到磁性颗粒，且随后这些与目标在其中悬浮的流体分离。之后可以进行另外的步骤，例如存储、生物化学处理或者探测。

关于对微流体系统的述评，参考“N.Pamme，magnetism andmicrofluidics，Lab Chip，2006，6，24-38”。当前系统一般依赖于许多不同过程以使用微泵和微阀来操纵流体和磁珠，例如用于磁性颗粒的清洗步骤以及用于缓冲置换(buffer replacement)。每个步骤由此在整个过程中引入出现误差的可能性。这些过程也会借鉴包括化学、分子生物学、医学以及其他的许多不同学科。因此将期望以最低的成本、高的可靠性以及最大的操作简易性，把诊断中使用的各种过程集成在单个系统内。

发明内容

本发明提供了新颖的具有专用阀样结构的微流体系统和设备，以及针对它们的使用的相应方法。这些系统和设备可以使用于各种技术应用，诸如微观合成、探测、诊断等。提供了磁性颗粒的阀功能，其中该阀功能择优地在该微流体设备内没有侧通道，导致低成本、易于处理的盒(cartridge)。

根据本发明的设备为多隔室设备，其中在不同隔室之间输运磁性载体而最少量地输运流体。为了将磁性载体与周围流体分离，该设备的通道可以装有特殊的屏障(barrier)材料，该屏障材料允许磁性颗粒通过但是阻止流体通过。这可以通过使用可变形材料和/或通过阀样结构中的疏水成分或改性来实现。在根据本发明的一个实施例的设备和系统中，磁性颗粒通过磁性致动被集中在阀样结构的边界处并且通过施加在颗粒上的磁力被拖动经过该阀样结构。阀样结构可以顺序安装从而增强颗粒和流体的分离。

根据本发明的设备可以是多隔室设备。另外，在根据本发明的多隔室设备中实施的微流体系统(其中在不同隔室之间输运磁性载体而最少量地输运流体)可以构思为使得，使用或者不使用根据本发明的阀样结构，流体可以独立于颗粒的输运而被提供到一个或多个隔室。藉此，流体可以被提供经过另一通道，该另一通道可以装有或者未装有根据本发明的阀样结构并且可包含微流体系统中通常使用的另外的阀和通道。

附图说明

图1为具有隔室1、隔室2、屏障通道3、流体入口端4、预处理单元5(在那里例如试剂被添加到流体)、并行通道6、预处理单元7(其中例如细胞被过滤掉且另外的试剂可以被添加)以及公共预处理单元9的设备的草图。隔室2经由通道6和预处理单元7用流体填充。

图2为具有虚拟通道和隔室的平面微流体设备。流体流可以经由通过两个玻璃衬底的局部亲水化形成的虚拟通道观察到。虚拟隔室1用磁珠的悬浮液填充(其使得该流体被着以棕色，使得在此实验中颗粒的位置可以容易地被监测)并且虚拟隔室2用水填充。两个隔室通过疏水屏障来分隔。

图3为平面微流体设备，其中磁珠通过利用磁力从第一隔室输运到第二隔室。该图示出磁性颗粒存在于该第二隔室内部。

图4为不具有含有清洗区域的物理通道的平面微流体设备的示意性图示。箭头代表通道的部分，溶剂可以从这些部分被引入通道或者从通道移除。虚拟通道和清洗区域通过两个玻璃衬底的局部亲水化来形成。一个虚拟通道(1)用分散在流体内的磁性颗粒填充，另一个通道(3)和清洗区域(2)用清洗流体填充。磁珠从一个通道被拖动越过顺序安装的阀样结构(此情形下为疏水屏障)并且通过清洗区域，进入下一个通道；共同迁移的溶剂在每个清洗区域(2)内被稀释。

图5为用于集成核酸测试的微流体设备的示意性图示，a)无阀样结构以及b)有阀样结构。

设备a)和b)均包含：隔室(1)，其具有样品入口(进)以及样品出口或排出口(出)，含有包含核酸的细胞材料的样品被引入该隔室(1)内；隔室(2)，在该隔室(2)内发生细胞溶解并且核酸被释放；隔室(3)，在该隔室(3)内核酸例如通过PCR被扩增；隔室(4)，在隔室(4)内核酸例如通过抗体捕获而被探测。

设备b)附加地包含根据本发明的阀样结构(用中断的线代表)，隔室通过该阀样结构被分离。隔室(2)和(3)进一步包含子隔室，在使用之前或者之后磁性颗粒可以存储在该子隔室内。应指出，阀样结构存在于不同子隔室的入口处在本发明中是可选的。

具体实施方式