[发明专利]粒子在孔内流动的控制

说明书

背景技术

本发明大体涉及用于检测、测量或控制粒子和/或辐射物的粒子敏感或辐射物敏感的系统，并涉及操纵粒子流穿过小孔，以便于例如实现精确测量粒子流的、和/或详细控制材料的反应、转移和凝聚。

控制纳米级粒子的传输和确定这种粒子的特性的能力在分子生物学、生物化学、生物技术、遗传学、医学和纳米技术领域是有用的。

DuBlois和Wesley在JOURNAL OF VIROLOGY，1977年8月，第227-233页的“Sizes and Concentrations of Several Type C Oncomaviruses and Bacteriophage T2 by the Resistive-Pulse Technique”中描述了一种纳米粒子计数器，即，一种适于测量纳米级粒子的Coulter计数器。该计数器具有电泳测量，在横跨孔的电压和压力差的作用下穿过孔的特定尺寸的粒子的数量的能力。然而，所描述的装置缺少了有选择地改变跨孔的电压和压力以便于控制粒子的速度和移动并由此增加仪器的灵敏度或允许对单个粒子的移动进行控制的能力。

US 6004443教导了一种用于通过检测样本分散来在毛细管中的自由液体电泳期间控制分离柱内的样本分散以及通过在压力诱导液体与电渗透液体之间建立不平衡来校正分散的方法。该毛细管电泳的改进方法允许精确控制毛细管中的粒子，其具有的优点在于，在毛细管中中间物被最佳地分离。然而，粒子的分离不是从一个池到另一个池，而且不建议使粒子从一个池扩散到另一个池。而且，通过这种方法不能实现对粒子在一个池中的凝聚或反应的控制。

US 7279883公开了一种利用微制造技术制作的新型微型Coulter计数器。该计数器包含微米或纳米液体系统来迫使粒子穿过装置的管道，以使得装置的阻抗会根据粒子的性质改变并能够测量粒子。该制造技术允许在样本上同时采用多个尺寸的管道，由此允许在一个溶液中检测多个不同的粒子。然而，该装置不允许对诱导的或电渗透的粒子流的精确控制，并因此受限于它对粒子检测的应用。

US 7077939公开了一种利用电泳和跨过嵌入在薄膜的单个纳米管的压力的联合来对粒子进行控制和检测的方法。然而，该方法不允许为了精确控制粒子的速度和移动而实时调整压力和电流。而且，采用碳纳米管作为孔来电检测粒子影响了测量结果。碳纳米管从其本质上而言具有高的导电率，且正因为如此，决定了它形成的孔的电特性。因此，当粒子穿过孔时，孔的电特性的微小变化被碳纳米管的存在而掩盖。

US 4331862教导了一种利用以不同流速的不同大小和浓度的粒子来校准血液粒子计数器的方法。然而，该校准方法不包括控制电位和孔大小的变量。因此，该方法被限制为只能适用于流速、粒子大小以及粒子浓度是唯一可被改变的变量的处理的应用。

PCT/EP2005/053366公开了一种可调整的弹性孔，为了检测、测量和控制粒子和/或电磁辐射的目的，其可被调整。所公开的装置最典型地通过刺穿预先切割成十字几何图形的弹性材料薄板制成。

本发明的目的为，通过联合横跨孔的电位差和压力差以便于形成对纳米级粒子在微米及纳米液体应用中的运动的精确控制，来克服现有系统的缺点。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种控制粒子在两个池之间的孔内流动的方法，该方法包括：使粒子悬浮在孔内的液体中；施加跨孔的电位差以使得在液体中的较高电位区域和较低电位区域之间易于电泳传输粒子；施加跨孔的压力差以使得穿过孔从高压池向低压池易于传递带有粒子的液体；在穿过该孔之前和/或之中和/或之后监测粒子；以及调节跨孔的电位差和/或压力差以便于获得对粒子在孔内移动的精确控制。电泳法为用于在液体介质中获得从较高势场向较低势场的悬浮粒子流的已知技术。然而，本发明将这种技术与压力差的应用相结合来影响液体穿过孔从高压池向低压池的传输，以便于获得对粒子移动的精确控制。本发明利用了现代电子技术的能力来对压力差和电位进行准确测量和精确控制，以及对电流的精确测定以便测量、控制和操纵粒子穿过孔的运动。通过改变压力差和电位，来控制和测量流过孔的粒子的数目，以便将精确的粒子数量传递到反应，以及以便在溶液中分离粒子，是可能的。

在本发明的最佳实施例中，跨孔的电位差和/或压力差在粒子穿过孔移动期间被调节，以便控制粒子的速度，以至于可精确测量粒子大小、速度、粒子电荷、Zeta电位和/或浓度。