[发明专利]流体流动装置

说明书

一种微流体流动装置和方法。该装置包括导管，导管包括入口和远离入口的出口。导管进一步包括多个收缩部，每个收缩部包括在从入口到出口的方向上导管的截面积的减小。收缩部串联排布，并且在每个收缩部处的截面积的减小足以引起穿过其中的流体的拉伸流动，使得拉伸流动区域中的最大应变速率为至少500s^‑1。

技术领域

本发明提供了一种微流体流动装置，包括多个收缩部(constriction)，其足以引起行进通过其中的流体的拉伸流动(extensional flow)。还提供了一种包括该装置的系统以及相应的方法和用途。

背景技术

蛋白质是动态的和亚稳定的，因此具有对环境高度敏感的构象。在过去的50年中，温度、pH值和离液序列低的(kosmatropic)/离液序列高的(chaotropic)试剂的浓度的变化对蛋白质的构象能量图景(energy landscape)的影响已经得到了很好的理解。由此，这允许在蛋白质的部分或完全展开与其聚集倾向之间建立联系。

观察到由于流体动力学流动而施加于蛋白质上的力也会引发蛋白质聚集，并且尤其是在生物药物的制造中具有基本的、医学和工业的相关性。虽然已经进行了大量研究，但尚未就动力学流动诱导蛋白质聚集的能力达成共识。这是由于使用的蛋白质种类繁多(从溶菌酶，BSA和乙醇脱氢酶到IgG)，产生的流场类型不同(例如，剪切，拉伸和湍流或这些的混合)和及界面的存在与否所致。

相对于其他外在因素，流体动力学流场对蛋白质稳定性和构象的影响仍然知之甚少。在自然界和蛋白质的大规模制造期间都观察到流动诱导的蛋白质重塑和/或聚集，而流动的类型和大小、蛋白质结构、稳定性和聚集倾向性之间的关系尚不清楚。

剪切流场由垂直于行进方向的速度梯度引起，并且特征在于剪切速率(s^-1)。这导致了蛋白质沿着流动方向中的平移的弱旋转运动。拉伸流场由行进方向上的速度梯度产生，并且特征在于应变速率(s^-1)。这种类型的流动中的蛋白质将在前部(较快流动)和后部(较慢流动)之间经历拉伸力，潜在地导致分子的伸长，如对单个DNA分子的直接观察到的。

迄今为止，大多数蛋白质聚集研究都考虑了毛细管内或使用粘度型装置通过的剪切流动。总体上，这些研究表明，在没有界面的情况下，球状蛋白质通常抵抗剪切流动。最近显示，增加的BSA聚集伴随拉伸流动的增加(Simon et al.(2011)Physical degradationof proteins in well-defined fluid flows studied within a four-rollapparatus.Biotechnol.Bioeng.108(12):2914-2922)。然而，剪切流动和拉伸流动对蛋白质聚集的相对重要性尚未完全阐明。

在药物制造期间，流体(例如，包含蛋白质的药物组合物)会经受剪切流动和拉伸流动条件，这可能诱导蛋白质聚集。模拟这些条件的装置可以用于预测制造前这些流体的蛋白质聚集倾向性。

图1显示了流动设备100的设计。设备100包括经由单根毛细管106连接在一起的第一和第二注射器102、104。每个注射器102、104的活塞可以向毛细管106推动而驱动注射器中的流体来回通过毛细管。在图1中，箭头表示从第一注射器102向第二注射器104的流体流动方向。随着流体从第一注射器102向毛细管通过时，其会行进通过区域108中的收缩部。活塞的往复运动可以反复地使流体来回通过收缩部。

图1的装置可以产生类似于工业中发现的流动条件。因此，装置可以用于在制造之前预测流体(例如，包含蛋白质的药物组合物)的蛋白质聚集倾向性。

存在对于用于预测流体如包含蛋白质的药物组合物中的蛋白质聚集的倾向性的替代和改进的装置的需要。

发明内容