[发明专利]用于从溶液浓缩颗粒的方法和系统

说明书

交叉参考相关申请

本申请要求2008年6月6日提交的美国临时申请61/059708和2008年10月27日提交的美国临时申请61/108799的权益，所述申请各自以其全文通过引用合并入本文。

政府许可权的申明

本发明是在国家科学基金会拨给的基金号0740525下和在由疾病控制中心拨给的基金号200-2007-M-22794下由政府资助进行的。政府具有本发明的某些权利。

背景

结核病(TB)，当今全球传播最广的疾病之一，已感染了三分之一的世界人口。在2006年，报导了九百二十万例新TB病例，一百七十万例涉及死亡，大部分发生在发展中国家。在2006年，在美国报导了大约15,000例新TB病例。因为具有活动但未治疗的TB的患者每年可传染平均10至15人，因此新TB患者的快速诊断是有效控制该疾病所必需的。

目前，存在多种用于TB诊断的技术。然而，可供利用的方法都不具有低检测限、分析时间和成本的优良组合。具有低检测限的此类技术非常费时，而相对快速的检测又具有高检测限并且通常需要通过(慢)测试来最终确认。尽管存在用于检测TB的成熟技术，但仍然需要改进的检测方法来在全球范围内对付该疾病。

另一种目的分析物是细胞外DNA，其在疾病诊断学和环境分子生物学领域中是极其吸引人的。与活细胞中的基因组DNA不同，细胞外DNA是从濒死细胞释放的游离DNA。因此，体液中循环的细胞外DNA可用作不同急性病例如癌症的早期指示剂。例如，健康人的细胞外DNA的浓度为大约30ng/mL，但对于癌症患者其浓度增加至大约300ng/mL。

为了进行环境监控，溶解在湖泊和土壤中的细胞外DNA是环境质量的指示剂，因为溶解的DNA是由细胞裂解和活生物体的排泄物产生的。

尽管极具吸引力，但细胞外DNA的研究受到目前利用的标准样品制备方法的阻碍。常规方法从粗制样品过滤、离心和收集DNA开始。样品制备过程通常需要数小时，这可降解和突变细胞外DNA。结果，细胞外DNA的原始信息在分析前就部分或完全丢失。因此，可浓缩细胞外DNA的快速方法对于鉴定病原体信息是非常重要的。

TB和细胞外DNA的上述实例是科学上重要的分析物，目前使用较慢的、低效的和不足的方法检测其。用于从溶液提取颗粒分析物例如TB和DNA的改进方法将通过改善用于疾病例如TB和癌症的测试的效率、成本和准确性而为全球卫生提供极大的益处。

概述

在一个方面，提供了用于浓缩颗粒的方法，其包括将具有高高宽比(aspect ratio)的第一电极浸入含有颗粒的液体，其中第一电极包含具有杆纬向尺寸(shaft latitudinal dimension)的杆和具有远端纬向尺寸(distal latitudinal dimension)的远末端，其中所述远端纬向尺寸为1纳米至1毫米；通过使用该第一电极产生电场感应力来将颗粒驱向第一电极；和利用毛细管作用力(通过从液体撤出第一电极而在第一电极与液体之间形成的)将颗粒固定在第一电极的表面上。

在另一个方面，提供了颗粒浓缩系统，其包含具有高高宽比的第一电极，其中第一电极包含具有杆纬向尺寸的杆和具有远端纬向尺寸的末端，其中所述远端纬向尺寸为1纳米至1毫米，第一液体包含第一颗粒；执行器，所述执行器的大小和构造适于用来将第一电极浸入第一液体和从其中撤出，以便在抽出的第一电极与第一液体之间形成的毛细管作用力将第一颗粒固定在第一电极的表面上；和电信号发生器，所述电信号发生器的大小和构造设计为利用第一电极产生电感应力，以便当将第一电极浸入第一液体时，优先将第一颗粒驱向第一电极。

在另一个方面，提供了用于浓缩颗粒的方法，其包括：将具有高高宽比的第一电极浸入含有颗粒的液体中，其中所述第一电极包含具有杆纬向尺寸的杆和具有远端纬向尺寸的末端，其中所述远端纬向尺寸为1纳米至1毫米；和通过使用第一电极产生电场感应力来将颗粒驱向第一电极。

附图概述

当结合附图参考下列详细描述时，本发明的上述方面和许多相伴的有利方面将变得更容易理解和领会，其中：

图1A是本发明代表性实施方案的一部分的图解说明，所述实施方案包括通过由第一电极产生的电场感应介电泳力驱动的液体中颗粒向第一电极的基本上线性的运动；

图1B是图1A中举例说明的本发明代表性实施方案的一部分的图解说明，其中从液体中撤出第一电极，并且作为毛细管作用力固定颗粒的结果，第一电极使颗粒从液体浓缩在其表面上，所述颗粒通过电场感应介电泳力被吸引至第一电极；