[发明专利]流体动力聚焦装置

说明书

一种流体动力聚焦装置，优选地实现为微流体装置，包括：第一流动通道(4)；较小的第二流动通道(8)；包封区(12)，其同轴连接在所述第一流动通道(4)与所述第二流动通道(8)之间；以及烟道(14)，其包括主体(16)和样品流体入口(18)，所述烟道从定界所述包封区(12)的优选倾斜壁(20)延伸且到所述包封区(12)中。所述主体(16)和所述样品流体入口(18)各自形成有细长，优选地泪珠形轮廓，所述轮廓具有面向所述第一流动通道(4)的前边缘(28)和朝向后边缘(32)相对渐缩的相对长边缘(30a、30b)。

本发明涉及一种流体动力聚焦装置。

分析、分类或以其它方式处置流动样品流体中的单一粒子的需要通常需要将样品流体聚焦成精确均匀流。此类聚焦通常是通过使用鞘液包围样品流体且将所述样品流体在空间上压缩成极薄且在空间上精确定位的流来达成。流体动力聚焦装置通常由两个主要组件组成：第一通道，其包括包封区；以及第二通道，其通常是在其中对样品流体执行测量的通道。鞘液在第一通道中流动，其目的是包封和聚焦经由包封区处的样品流体入口引入到鞘液中的第二样品流体流。此第二样品流体通常含有待测量的人造或生物粒子。

体积鞘液流的量值比体积样品流体流大，通常是30倍。鞘液流在第一通道中引入且用于将样品流体流聚焦到第二通道中。第二通道相较于第一通道具有更小横截面且通常约为0.2x0.2mm。这允许激光或其它已知测量模式在第二通道的测量区处查询现在成一列纵队在样品液体中流动的样品粒子。

为了达成样品流体的有效聚焦，重要的是定位样品流体流的入口，其方式为使得样品流体变成完全被流动鞘液包封。用于解决此问题的传统方法是经由与第一通道的包封区中的鞘液流同轴定位的针入口引入样品流体流。然而，取决于针尺寸，此方法可能容易堵塞。所述方法还需要机械零件之间的非常精确对准。此外，从经济角度看，期望使用例如注射模制、增材制造或光刻技术等制造方法来产生此类装置。然而，通过允许样品流体入口完全被鞘液流包围的先前提到的方法产生几何形状是非常困难的。

在EP 1281059中描述了解决与传统方法相关联的问题的流体动力聚焦装置。此流体动力聚焦装置采用了用于样品流体的短管或‘烟道’入口，其垂直于鞘液的流动方向突出到第一通道的包封区中，使得来自烟道的样品流体的‘羽流’将在鞘液流动时向下游朝向第二通道迁移。

使用烟道设计的优点主要与制造相关，因为设计不具有负滑移角，也就是说，不具有悬垂结构。这实现众多有成本效益的制造技术，例如，注射模制、增材制造或光刻技术。然而，烟道自身在鞘流中引入了显著干扰。反过来，这将对测量区处的经聚焦样品流体的形状产生负面影响。干扰的主要原因是烟道下游的尾流效应。尾流区中的流动条件将趋向于加宽和扭曲来自入口烟道的羽流，这将由于例如样品流体速度、测量激光照明强度和光学焦点的差异而对测量质量产生负面影响。

已开发一种替代流体动力聚焦装置，其公开在US 9784644中。此装置基本上用其中形成样品流体入口的特定成形岛状物替换EP 1281059中所描述的装置的烟道。岛状物经成形以使得与已知烟道相关联的尾流效应减小。装置大体上包括：微流体芯片，其中形成用于载送鞘液的第一通道；菱形腔室，其与第一通道同轴以形成包封区；中心菱形岛状物，其突出到腔室中且与腔室同心定位，岛状物与腔室相比具有更小的横向和竖直尺寸，使得鞘液可从通道流动通过腔室，在岛状物的横向侧周围且在岛状物的顶部表面之上流动；穿过岛状物的样品流体入口，所述样品流体入口在所述岛状物的顶部表面处终止；以及第二通道，其用于接收来自腔室的鞘液和经包封的经聚焦的样品液体且与第一通道相比具有更小横截面。通过样品流体入口引入到微流体装置中的任何样品流体因此沿着岛状物的顶部表面向下游载送，并且由鞘液横向限制，所述顶部表面在样品流体下方形成屏障。随着样品流体水平地流出岛状物的顶部表面，已在岛状物周围流动的鞘液的部分从下方限制样品流体，并且样品流体变成流体动力聚焦的。

然而，取决于流动条件，存在样品流体流可能在岛状物的表面之上涂抹且以不可预测方式扭曲的风险。此外，样品流体中的粒子可能会被捕获在岛状物的表面处，这又可能导致样品流体的不可预测流动特性。