[发明专利]基于形状的粒子分离的装置和方法

说明书

相关申请

本申请要求于2011年9月30日提交的美国临时专利申请号US61/541,934的优先权，和于2012年3月2日提交的美国临时申请号US61/606,287的优先权，在此引入其全部内容以供参考。要求优先权符合美国法典35§119。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是由政府支持批准号0930501，荣获美国国家科学基金会。政府对本发明具有一定权力。

技术领域

本发明的领域总体涉及用于分离和分选应用的微流体装置。更具体地，本发明的领域涉及基于其各自形状用于分离和分选粒子(颗粒，particle)的微流体装置。

背景技术

已进行了各种尝试，利用微流体用于细胞或微粒的连续分离。一些方法使微流体与外部施加的力场相结合。例如，已经尝试基于电、磁、光、和声的力来分离粒子。还有其它方法基于微通道里产生的被动流体力学(passive hydrodynamics)。例如，已经提出了基于尺寸排阻原理操作的各种过滤器(如，堰式、横流式)和膜。例如，Takagi等人，已开发出使用具有不对称设置的多个分支通道的微通道的连续粒子分离技术。参见Takagi等，Continuous particle separation in a microchannel having asymmetrically arranged multiple branches，Lab Chip，Jul；5(7)778-84(2005)。该方法提高微通道内使用层流的捏流分选(pinched flow fractionation，PFF)的分离方案。

Yamada等已经提出了一种利用流体力学过滤(HDF)用于粒子连续浓缩和分类的微流体装置。该方法使用各种侧通道以沿微流体通道壁对齐粒子。附加的下游选择通道用于从主通道选择性地提取不同粒子。参见Yamada等人，Hydrodynamic filtration for on-chip particle concentration and classification utilizing microfluidics，Lab Chip，Nov；5(11):1233-39(2005)。Choi等已开发了一种使用水电泳用于微粒子的微流体分离和定量技术，悬浮粒子在微结构诱发的压力场影响下的运动。通过利用在微通道中倾斜的障碍物，可以产生侧向压力梯度，使得微粒可以沿由梯度诱发的侧流偏转和排列。参见Choi等人，Continuous hydrophoretic separation and sizing of microparticles using slanted obstacles in a microchannel，Lab Chip，Jul；7(7):890-97(2007)。

Huang等人已提出了通过确定性侧向位移(deterministic lateral displacement，DLD)的连续粒子分离方法。参见Huang等人，Continuous Particle Separation Through Deterministic Lateral Displacement，Science，Vol.304No.5673第987-990页(2004年5月)。这项技术利用了在障碍物周围的层流的非对称分叉。粒子在其尺寸的基础上确定性地选择其路径。其它方法基于离心分离。例如，Ookawara等人报道了使用具有2mm半圆半径的200μm×170μm微通道进行离心分离，其中浆液粒子被定向到分叉通道的一个臂。参见Ookawara等人，K.Feasibility Study on Concentrator of Slurry and Classification of Contained Particles by Micro-Chennel，Chem.Eng.J.,v.101,171-178(2004)。最近，Di Carlo等人已开发出一种惯性聚集、排列、和分离技术，以受控的方式在微流体通道内使粒子排列。参见Di Carlo等，Continuous inertial focusing,ordering,and separation of particles in microchannels.PNAS,104,48,18892-18897(2007)。