[发明专利]微流体设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于微粒聚集的微流体设备和方法，尤其涉及用于感测生物实体诸如细胞、孢子及其类似物的传感器应用。

背景技术

需要持续改进微流体设备，尤其用于生物学上所谓的芯片实验室应用。这种装置可以包括，例如，用于产生将要分析的生物材料的部件（section），用于操纵生物材料的部件，以及感测结果的感测部件，所有的部件都集成在一个设备中。本文中，尤其关心感测诸如孢子、细胞及其类似实体的生物微粒。已知各种现有技术的感测技术，包括US6352838中所述的技术，其中采用介电泳力（dielectrophoretic force）以选择性地从杂质材料中分离目标材料；以及在US2007/0175755中所述的技术（其采用了大体上与含流体细胞的纵轴对齐的流体流动），此外，还可以在US2004/163955、US5858192、WO2004/059290、US2002/088712、US2007/175755和GB2266153A中找到背景现有技术。

发明内容

根据本发明第一方面，因而提供了一种用于感测生物微粒的微流体传感器，其包括用于在三维上进行微粒聚集的微粒聚集（particle concentration）设备，该传感器设备包括：承载（bearing）用于运载（carrying）承载所述用于聚集的微粒的导电流体的微流体通道或腔的基底，其中，所述通道具有：在所述通道或腔上间隔开的用于在其间形成电场的第一电极和第二电极；以及位于所述通道或腔的内表面上的用于与所述流体接触以选择性的感测所述微粒的感测表面；以及，其中所述微粒聚集设备包括用于施加穿过所述电极的交流电压，以使得所述微粒流动经过所述感测表面，并且在邻近或远离所述感测表面的三维上聚集所述微粒的器件。

在设备的一些优选实施方式中，感测电路或者邻近电极，或者与之相对。例如，在一种设置（arrangement）中，一对电极位于微流体通道或腔的一侧上，而感测表面位于通道或腔的相对侧上，从而可以由交流电压驱动对流循环（convective circulation），以使微粒扫过感测表面。在电极位于通道或腔的同一侧上时，电极之间的缝隙（gap）大约与从承载电极的通道或腔的一侧至承载感测表面的通道或腔的相对侧的距离（约+/-50％的公差）相同。在这种设置中，电极的宽度大约与该距离（同样也在约+/-50％内）相同。在平面图中，电极可以根据应用而限定多个结构，例如盘旋（serpentine）电极阵列或叉指电极阵列（interdigitated electrode array）。

因而在实施方式中，微粒在邻近感测表面的3D区域中在正交的x-、y-和z-方向上聚集，以促进感测。这是通过由电极阵列引起的电流体动力学（electrohydrodynamic）效应结合由微粒的感应极化所产生的相反的介电泳力，而形成的流体的循环/对流流动而实现。

在实施方式中，微粒的平均最大尺寸为至少0.5μm，更特别地平均最大尺寸在0.5μm至200μm范围内。因而，在实施方式中，微粒包括诸如细胞或孢子的相对较大的实体。在其他实施方式中，微粒可以包括处于水溶流体（乳状液）中的油滴，所述油滴包括生物实体。广义而言，可以根据微粒的尺寸按比例选择微流体通道的尺寸和电极尺寸，并且其在实施方式中，可以是10μm-500μm的数量级（order），例如在50-100μm左右。

在优选实施方式中，微粒聚集设备在邻近感测表面聚集微粒，但是如下文更详细所述，如果实际上这些是对感测目标的干扰，也可以将微粒聚集远离感测表面。

可以采用任意一系列不同的感测表面，包括但不局限于，聚合物膜（其在实施方式中包括全息图）、基于等离子体的传感器（plasmon-based sensor）、基于表面声波的传感器（surface acoustic wave-based sensor），以及本领域技术人员熟悉的其他类型的传感器。全息聚合物传感器的实例例如描述在WO2004/081624中。在实施方式中，采用抗体－抗原反应以选择性地结合目标，但是选择地可以采用其他选择性感测机制，包括例如选择性化学反应/结合，以及选择性的结合互补DNA链；本领域技术人员可以预知许多其他技术也可以采用。