[发明专利]利用磁性悬浮的生物和非生物组分分选

说明书

提供了在微流体环境中用一种或多种磁体使组分、细胞、或其他这样的单元的群体悬浮的系统和方法。这些系统能够和方法可用于例如异质单元群彼此之间的分离和分选，以在单元悬浮的时候形成多单元集合，并实时在看护点评估样品。这些系统和方法还可利用框体，使得成像设备例如智能手机能够在系统内操纵时实时捕获单元。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月2日提交的美国临时申请系列号62/236,692，题为“利用磁性悬浮的生物和非生物组分分选”的优先权，其内容在此完整引入以供参考。

联邦资助研究或开发的声明

联邦政府对本发明的资助本发明在政府支持的国家科学基金授予的资助号1150733以及国立卫生研究院授予的EB015776和HG000205下作出。政府对本发明享有某些权利。

背景技术

本公开涉及在微流体环境中用一种或多种磁体使组分(moiety)、细胞、或其他这样的单元群体悬浮的系统和方法。这些系统和方法可用于异质单元群彼此分离和分选，在单元悬浮过程中形成多单元集合。这些系统和方法还可利用框体，使得成像设备例如智能手机能够在系统内操纵时实时捕获单元。

磁性悬浮常规用于分析单个宏观物体的密度和磁化率，并且作为在分离食物中有效的手段，确定牛奶、奶酪和花生酱中的脂肪含量，基于其固有密度比较多种颗粒，引导物体的自组装，和表征法医学相关证据。这些较早的基于磁性悬浮的实验使用不与显微术相容或不适合显微术的大装置来进行。

由于胞内顺磁性活性物质，例如活性氧物质(ROS)或活性氮物质(RNS)的形成或猝灭，广泛的生理和病理细胞过程伴随着细胞的体积质量密度或磁性特征的瞬时或永久变化。这些事件包括细胞周期阶段、分化、细胞死亡(凋亡/坏死)、恶性、疾病状态、激活、吞噬、体内和离体细胞衰老、病毒感染、以及对药物的特异性和非特异性应答。

发明内容

显现出对便携、强大、低廉以及便于使用的疾病诊断和预后检测平台的需要，用于在生活点，包括临床和家庭布置下分享健康信息。本文中，提供了基于磁性悬浮的诊断系统，其中不同的单元(例如白和红血细胞或其他组分)悬浮在磁力梯度下，并由于其在磁力梯度中的独特密度而分离。另外，公开了相应分析的便于使用的结合智能手机的悬浮系统。已显示使用便携成像磁性悬浮(i-LEV)系统，可鉴别白和红血细胞，且不需要使用任何标记即可对细胞数进行定量。此外，可在单一单元分辨率下(例如单细胞)下鉴别i-LEV内悬浮的细胞或其他组分，实现诊断和监测，以及临床和研究应用。除此之外，这还实现了通过智能手机在各种布置下，包括家庭和临床布置下进行疾病诊断和监控。

本公开系统有许多潜在应用。这样的系统可用作例如微流体平台，毋需标签即可从全细胞中高通量分离循环肿瘤细胞(CTC)。平台利用磁性悬浮原理，在细胞漂在微通道内时基于其密度概况分离细胞。癌细胞通常比血细胞的固有密度小，其可在微通道内于较高水平悬浮，其中自顶部至底部三种不同的顺磁流体流过(顶部和中间的流体：载体缓冲液，底部流体：含有癌细胞的样品血液)。然后从样品血液流体中提取悬浮的癌细胞，收集在顶部流动的载体缓冲液内。因此，平台能够例如从病人血液中高通量分离稀有的CTC，从而便于进行CTC衍生的生物标记和分子靶标的临床研究。

因此，如一些实施例所示，本公开系统特别用于从全血分离血浆，以及从全血分离CTC。

此外，该系统提供的分离和分选还有许多其他的应用。例如，其引发了基于磁信号的多细胞集合方法，实现了立体细胞培养技术。它还可用于磁性悬浮细胞，作为可能的基于地面的微重力刺激。此外，这些工具还可用于基于磁力/密度性质和成像/分子概况分析的分选、回收和表征方法。