微流體系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微流體系統(tǒng)，微流體系統(tǒng)包括：包含多個(gè)兩種不混溶流體的元件的微通道，該微通道包括包含磁性粒子(M)的液滴(30)；和用于在所述微通道內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，所述裝置包含可激活的磁性元件，所述可激活的磁性元件包含尖端(5,6)，所述微流體系統(tǒng)配置成通過流或者通過壓力差來傳送所述液滴。
【專利說明】微流體系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流體裝置和方法，尤其是用于磁控制磁性粒子的微流體裝置和方法，以及其在分析物的檢測(cè)和/或量化中的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]免疫測(cè)定法是一種廣泛應(yīng)用在對(duì)于疾病生物標(biāo)志物篩選的臨床研究和醫(yī)療診斷中的功能強(qiáng)大的技術(shù)。該方法的顯著的特異性和靈敏度歸因于在樣本內(nèi)的大范圍材質(zhì)中的抗體和其靶標(biāo)之間的分子識(shí)別。大多數(shù)測(cè)定方法是異質(zhì)的:免疫復(fù)合物形成到固體表面上，通常形成到微量滴定板的底部上，并且在檢測(cè)之前，通過數(shù)次洗滌步驟除去未結(jié)合的分子。然而，這種安排呈現(xiàn)出多個(gè)缺陷，其中，低的捕獲面積和表面與體積之比是最主要的，因?yàn)樗鼈兣c免疫測(cè)定方法的靈敏度直接相關(guān)。
[0003]作為用于執(zhí)行生物標(biāo)志物捕獲的固體載體的磁性微粒子的出現(xiàn)能夠克服這些問題中的一個(gè)問題。微珠顯示出具有重要的粘合能力的大的比表面，該粘合能力提供較好的捕獲功效。另外，由于磁性微粒子的超順磁特性，它們易于處理使多個(gè)免疫測(cè)定法分離和洗滌步驟更快地實(shí)施的情況。由于微流體的樣式，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，大型捕獲區(qū)域的聯(lián)接能夠?qū)崿F(xiàn)在幾分鐘內(nèi)以良好的靈敏度檢測(cè)生物標(biāo)志物的醫(yī)療點(diǎn)平臺(tái)。
[0004]免疫凝集是最簡(jiǎn)易且最快速的一步式免疫測(cè)定法之一。它在于:在具有至少兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的靶標(biāo)存在的情況下，使用功能化的珠形成聚集體[15]。該簡(jiǎn)易過程被廣泛地應(yīng)用于免疫診斷學(xué)，但仍受聚集體形成的緩慢歷程所限制?；谖⒘黧w的多個(gè)策略已經(jīng)顯示出能夠縮短反應(yīng)時(shí)間且提高靈敏度，但是這些過程仍是費(fèi)力的[16]。
[0005]目前，在微流體中所進(jìn)行的大多數(shù)珠式ELISA以連續(xù)流的形式實(shí)施，但是由于處理和抽吸原因?qū)е乱后w體積不能小于幾微升。對(duì)于某個(gè)臨床診斷應(yīng)用而言，需要減小免疫測(cè)定法的體積，在該臨床診斷應(yīng)用中，該體積樣本確實(shí)可以少量地存在，例如新生兒的血液樣本。另外，對(duì)于一些應(yīng)用而言，減小樣本體積或試劑體積是重要的，在這些應(yīng)用中，大量標(biāo)準(zhǔn)或材料或樣本需要被篩選，如藥物篩選、高通量篩選、組合化學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、數(shù)字生物學(xué)、合成生物學(xué)等情況。在大多數(shù)國(guó)家中已經(jīng)建立了新生兒疾病的篩選(Clague&Thomas,2002) [5]，但對(duì)這些樣本的子微升反應(yīng)會(huì)有機(jī)會(huì)從采集的相同樣本體積進(jìn)行多個(gè)分析。液滴微流體能夠處理小的自封閉體積。然而，多步驟反應(yīng)不易于利用常見的液滴控制(例如，合并和分裂)來執(zhí)行，這是磁性液滴處理提供簡(jiǎn)易方式以克服這些難題且在數(shù)字微流體平臺(tái)上執(zhí)行珠式測(cè)定的原因。
[0006]多個(gè)方法已經(jīng)被用于控制磁性粒子，以在綜合系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行生物分析。首先，Shikida等人(Shikida等人,2006a) (Shikida等人,2006b) [6]和[7]介紹了在微流體系統(tǒng)中分散在油中的兩個(gè)水滴之間的珠轉(zhuǎn)移。由于動(dòng)磁和閘控結(jié)構(gòu)，通過分裂包含粒子的小液滴來進(jìn)行提取以在提取期間保持該液滴。液滴體積已經(jīng)從約40微升減小至幾微升，以便進(jìn)行PCR擴(kuò)增(Tsuchiya等人，2008) [3]?；谠撐墨I(xiàn)，磁性珠控制的多個(gè)示例在數(shù)字微流體上得以說明。大多數(shù)示例為2D平臺(tái)，2D平臺(tái)能夠被分為兩組:一組為利用可移動(dòng)磁體從放置到表面上的液滴中提取珠(Zhang等人，2010) [8] (Long等人，2009) [9]，另一組為基于電潤(rùn)濕裝置，其中，使液滴移動(dòng)靠近固定磁體(Sista等人，2008) [I]。盡管所有的這些系統(tǒng)都能夠執(zhí)行多個(gè)步驟分析測(cè)定，但是它們并不是簡(jiǎn)單且易于操作的，主要是由于液滴形成和定位到表面上和/或要實(shí)現(xiàn)的磁體移動(dòng)。Lehmann等人(Lehmann等人,2006) [10]記錄了一種平臺(tái)，該平臺(tái)將線圈陣列集成在PCB襯底上，該P(yáng)CB襯底與疏水性/親水性表面圖案結(jié)構(gòu)聯(lián)接以分裂液滴。盡管該集成，但是系統(tǒng)復(fù)雜性高度地增大且液滴體積和珠數(shù)量仍在微升和幾百微克的范圍內(nèi)。
[0007]兩相微流體為形成靈活且高通量的分析系統(tǒng)提供了獨(dú)特能力。將液滴微流體與磁性粒子相結(jié)合的平臺(tái)提供了非均相分析測(cè)定的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能夠在不存在小份的分散、混合和合并的情況下進(jìn)行復(fù)雜的操作，例如芯片上輸送。基于該策略的關(guān)注的應(yīng)用被提出，尤其對(duì)2D載體使用電濕潤(rùn)[I]，但它們是相對(duì)低通量的，且電濕潤(rùn)增加了限制生物測(cè)定性能的難以區(qū)別的污染問題。
[0008]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服上述限制。特別地，在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明涉及基于微毛細(xì)管或微通道的具有集成的磁性鉗的平臺(tái)，該平臺(tái)能夠快速且穩(wěn)健地實(shí)施液滴內(nèi)的復(fù)雜的珠式生物測(cè)定。因此，該方法能夠使我們可靠地分離、運(yùn)輸、混合和合并液滴，同時(shí)提供實(shí)施生物測(cè)定所必需的高通量分析和復(fù)用能力。
[0009]另外，例如在Gu 等人(Anal chem, 2011, dx.do1.0rg/10.1021/ac201678g)中所公開的方法在未將超順磁粒子與鐵磁粒子結(jié)合的情況下，不可以提供超順磁粒子的分裂。
[0010]然而，鐵磁粒子在被磁化后不易分離，因此現(xiàn)有技術(shù)的這種方法不允許再懸浮、且強(qiáng)烈地限制了方案步驟的數(shù)目。亞鐵磁粒子、或反鐵磁粒子也可能具有這些缺陷。
[0011]此外，現(xiàn)有的液滴系統(tǒng)不可以提供執(zhí)行洗滌步驟和洗脫步驟的可能性。
[0012]在其它已知的方法中[12]，通過水力動(dòng)力法分裂液滴，磁體被用于優(yōu)先移動(dòng)一個(gè)子液滴中的磁性粒子。然而，在該情況下，包含粒子的液滴和其它液滴具有類似的尺寸，因此分離能力較差。
[0013]本發(fā)明的另一目的在于增大聚集體形成動(dòng)力學(xué)、減小體積、和提供完全自動(dòng)化的且低成本的用于免疫凝集的平臺(tái)。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于通過改進(jìn)的提取過程來實(shí)施化學(xué)的、生物的、物理的或生化的過程、分析或反應(yīng)的方法。
[0015]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供用于實(shí)施化學(xué)的、生物的、物理的或生化的過程、分析或反應(yīng)的改進(jìn)的方法，其中，超順磁粒子被包含在容納在微通道中的液滴中。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種允許阻止包含在液滴內(nèi)的磁性粒子成為包含最小體積的流體的二級(jí)液滴的系統(tǒng)，而不阻止液滴的剩余物。
[0017]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供用于在微流體裝置中實(shí)施可選地包括多個(gè)步驟的各種類型的分析測(cè)定的系統(tǒng)，該微流體裝置可不包括微電極陣列或微制造的微線圈。
[0018]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供用于在微流體裝置中實(shí)施可選地包括多個(gè)步驟的各種類型的分析測(cè)定的系統(tǒng)，其中，液滴通過流動(dòng)或通過壓力差被運(yùn)輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明涉及一種微流體系統(tǒng)，所述微流體系統(tǒng)包括:[0020]?微通道，該微通道尤其包括縱向軸線，和
[0021]?用于在所述微通道內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，所述裝置包括可激活的磁性元件。
[0022]“可激活的磁性元件”指能夠被可逆地磁化的材料，從而該材料能夠在其周圍引起磁場(chǎng)。通常，能被直接激活的磁性元件為電磁體的芯。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的可激活的磁性元件可被間接地激活?？杉せ畹拇判栽氖纠秊檐洿判栽脑浒ㄔ跈C(jī)械裝置中，在機(jī)械裝置中，永久磁體能夠通過機(jī)械部件可逆地靠近所述軟磁性元件的一部分，其中，圍繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁體能夠被轉(zhuǎn)動(dòng)以使其磁極與芯的一側(cè)接觸(在這種情況下，芯被激活)，或者被轉(zhuǎn)動(dòng)以不再與這種芯接觸，在這種情況下，芯未被激活。
[0024]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可激活的磁性元件包括尖端。
[0025]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可激活的磁性元件包括芯和尖端。
[0026]為了便于描述，在說明書中可區(qū)別磁性元件的“芯”和尖端，芯是磁性材料的相對(duì)大體積的件，其截面明顯地大于尖端的截面。
[0027]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，尖端是磁性元件的組成部分。在其它優(yōu)選的實(shí)施方式中，尖端可由可磁化的材料構(gòu)成，與磁性元件的芯磁連接，使得在所述芯中形成的磁場(chǎng)線傳送到所述尖端中。
[0028]尖端是指固體材料的末端，該固體材料的末端具有凸形且具有沿著尖端的軸線減小的截面。
[0029]所述尖端可具有橫貫于縱向軸線測(cè)量的截面，該截面沿著該縱向軸線減小。
[0030]該減小的截面可在所述尖端內(nèi)形成磁場(chǎng)線的聚合，從而可增大磁場(chǎng)在尖端處的絕對(duì)值，同時(shí)僅僅將磁場(chǎng)集中于小體積上。
[0031]例如與現(xiàn)有技術(shù)的圓柱形或矩形磁鐵相比較，小尺寸和高磁場(chǎng)的這種組合可使得形成更強(qiáng)的磁場(chǎng)梯度。
[0032]可間接激活的元件的另一示例為軟磁材料件，其尖端面對(duì)另一可直接激活的或可間接激活的磁性元件的磁極中的一個(gè)磁極。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述磁性元件包括可被可逆磁化的芯和與該芯磁聯(lián)接的尖端。
[0033]例如，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述芯可被導(dǎo)電線圈環(huán)繞，該導(dǎo)電線圈與電流發(fā)生器連接。
[0034]在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，尤其用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜方案的實(shí)施方式中，本發(fā)明的微流體系統(tǒng)可包括所述可激活的磁性元件中的一些磁性元件，其定位在微通道的多個(gè)不同區(qū)域上或者定位在微流體系統(tǒng)的多個(gè)不同的微通道上。
[0035]在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，微流體系統(tǒng)至少包括一對(duì)可激活的磁性元件，該一對(duì)可激活的磁性元件跨過微通道彼此相對(duì)。
[0036]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，該對(duì)彼此相對(duì)的磁性元件可包括可直接激活的磁性元件和第二可間接激活的磁性元件，該第二可間接激活的磁性元件“從動(dòng)于”該可直接激活的磁性元件。
[0037]這意味著第二磁性元件為可磁化材料，該第二磁性元件的尖端面對(duì)跨過微通道的第一磁性元件的尖端且僅僅通過感應(yīng)磁化而從所述第一磁性元件獲取其磁化。
[0038]該配置的優(yōu)勢(shì)在于一對(duì)磁性元件，而不存在例如具有兩個(gè)線圈的成本。[0039]在根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，系統(tǒng)可包括多個(gè)可激活的磁性元件，該多個(gè)可激活的磁性元件定位在同一微通道的長(zhǎng)度上的不同位置處。
[0040]由于這點(diǎn)，磁場(chǎng)線可被更好地定位，且磁場(chǎng)梯度可更強(qiáng)。
[0041]沿著同一微流體通道的長(zhǎng)度引入多個(gè)可激活的磁性元件，可允許實(shí)施液滴之間的復(fù)雜操作。
[0042]特別地，可提供利用第一對(duì)可激活的磁性元件將磁性粒子轉(zhuǎn)移到一個(gè)液滴內(nèi)的機(jī)會(huì)，在液滴仍移動(dòng)期間等待培養(yǎng)、且使用第二對(duì)可激活的磁性元件提取被培養(yǎng)的磁性粒子。因此，這些粒子可以根據(jù)需要被培養(yǎng)、洗滌多次。
[0043]還可使液滴運(yùn)動(dòng)的方向反向以使液滴回到同一對(duì)的可激活的磁性元件。
[0044]有利地，本發(fā)明可提供這樣的方法，在該方法中，液滴運(yùn)動(dòng)與粒子處理完全分開。
[0045]根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施方式，同一微通道或多個(gè)微通道可被定位在單個(gè)磁性元件的前方、或者定位在一對(duì)磁性元件中的兩個(gè)元件之間。
[0046]這可使得微通道內(nèi)或者微通道陣列內(nèi)具有多個(gè)活性區(qū)，具有僅一個(gè)可激活的磁性結(jié)構(gòu)的成本和復(fù)雜性。實(shí)施這的一種方式是使用一個(gè)或兩個(gè)刀片狀的磁性元件，并且微流體系統(tǒng)包括多個(gè)微通道或者一彎曲的微通道，或者可替選地多個(gè)管或者單個(gè)管，該單個(gè)管折疊成線圈以多次在尖端附近經(jīng)過。
[0047]有利地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括微流體裝置，該微流體裝置配置成在微通道內(nèi)形成一系列的至少兩種不混溶流體的多個(gè)元件。
[0048]通常，這樣的系列可為在周圍的不混溶的第二流體中的第一流體的液滴。所述第一流體可為水性的，在這種情況下，所述第二流體為油(氟化的或者非氟化的)或者氣體、或者任何與水不混溶的流體。很明顯，所述第一流體也可為與水不混溶的流體，且所述第二流體為水性的或者與水不混溶的另一流體，或者第二流體可為與第一流體不混溶的非水性的流體(例如，氫化油和氟化油)、或者任何其它的不混溶流體的組合。
[0049]在特別有利的實(shí)施方式中，所述第一流體為水性的，且所述第二流體為氟化油。
[0050]為了明確，將被另一不混溶的流體所包圍的任何種類的流體團(tuán)稱作“液滴”，不論其形狀如何:例如液滴可為漂浮液滴、或者被其容器高度限制的液滴，有時(shí)在文獻(xiàn)中稱作“塞子(plug)”或者“彈丸(slug)”。
[0051]另外，通過擴(kuò)展，術(shù)語“液滴”在此將包含流體的任何區(qū)室化的部分，該任何區(qū)室化的部分能夠包含磁性粒子并懸浮在流體中，在該流體中，液滴可傳輸而不發(fā)生擴(kuò)散。例如，液滴包括囊泡或微囊。
[0052]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中的磁性粒子為表面功能化的。
[0053]每個(gè)表面功能化的磁性粒子可為靶標(biāo)提供至少一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，優(yōu)選地至少兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，例如該靶標(biāo)存在于包含表面功能化的磁性粒子的液滴中。
[0054]結(jié)合位點(diǎn)可包含選自以下列表的要素:抗體；抗原；金屬；組氨酸標(biāo)簽；疏水基團(tuán)；氫結(jié)合基團(tuán)；蛋白A ;基于核酸且能夠特異結(jié)合一些核苷酸序列的配位體；聚合電解質(zhì)；磷脂；化學(xué)物質(zhì)；藥物；核酸；核酸和酶的組合，例如用于DNA擴(kuò)增的混合物；熒光基團(tuán)；發(fā)光基團(tuán)；染料；納米粒子；金納米粒子；量子點(diǎn)；DNA嵌入染料；適體；或者任何類型的被公認(rèn)能夠影響細(xì)胞代謝或者膠體對(duì)象的特性(尤其它們的光學(xué)特性)的物種；催化劑；或能夠使化合物改性的酶；或者其混合物，結(jié)合位點(diǎn)優(yōu)選地包含抗體，靶標(biāo)為相關(guān)的抗原，反之亦然。
[0055]祀標(biāo)可在表面功能化的磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)上被捕獲。
[0056]當(dāng)磁性粒子用在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中時(shí)，可形成聚集體。
[0057]“磁性粒子的聚集體”指多個(gè)彼此連接的磁性粒子或者彼此接觸的磁性粒子。
[0058]形成聚集體的磁性粒子可通過連接橋彼此連接，該連接橋具有下列結(jié)構(gòu):第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)-靶標(biāo)-第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)，所述第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)與第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)不同。
[0059]當(dāng)施加由可激活的磁性元件形成的磁場(chǎng)時(shí)，磁性粒子可形成聚集體。
[0060]然而在磁性粒子未受到可激活的磁性元件形成的磁場(chǎng)的影響的情況下，磁性粒子也可形成聚集體。
[0061]事實(shí)上，有利地，在不同的磁性粒子之間的連接橋的存在允許使磁性粒子保持聚集體的形狀，即使是在不存在可激活的磁性元件形成的磁場(chǎng)的情況下。
[0062](液滴內(nèi)磁性粒子的質(zhì)量)/(包含磁性粒子且可選地包含靶標(biāo)的液滴的體積)的比值可在0.lmg/mL和10mg/mL之間，和/或(液滴內(nèi)靶標(biāo)的質(zhì)量)/ (包含磁性粒子和靶標(biāo)的液滴的體積)的比值可在10ng/mL和1000ng/mL之間。
[0063]包含磁性粒子的液滴可為油包水型液滴。
[0064]在一實(shí)施方式中，微通道包含多個(gè)含有磁性粒子的液滴。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的另一 方面，本發(fā)明涉及一組件，該組件包括:
[0066]?上文限定的系統(tǒng)，和
[0067]?檢測(cè)器，該檢測(cè)器配置成測(cè)量存在于微通道內(nèi)的包含磁性粒子的液滴的至少一種特征，所述液滴優(yōu)選地包括磁性粒子的聚集體。
[0068]檢測(cè)器可為光學(xué)檢測(cè)器且可被配置成測(cè)量液滴的至少一種光學(xué)特征，優(yōu)選地光學(xué)透射率。
[0069]該組件可以還包括配置成照射液滴的光源，例如，光學(xué)檢測(cè)器被配置成測(cè)量來自光源的被液滴吸收的光的量。
[0070]根據(jù)另一方面，本發(fā)明還涉及一種從在微通道內(nèi)流動(dòng)的第一流體的第一初級(jí)液滴中提取至少一個(gè)磁性體的方法，所述方法優(yōu)選地使用上文所限定的系統(tǒng)，且該方法包括:
[0071]-通過使磁性體受到由至少一個(gè)可激活的磁性元件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用，而在所述可激活的磁性元件附近捕獲磁性體，
[0072]-使所述第一初級(jí)液滴變形，
[0073]-使所述第一初級(jí)液滴分裂成第一次級(jí)液滴和第二次級(jí)液滴，所述第一次級(jí)液滴包括磁性體且通過磁場(chǎng)而保持捕獲在可激活的磁性元件附近以從所述第一初級(jí)液滴中提取至少一個(gè)磁性體。
[0074]引起粒子捕獲和提取的磁力可為磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)梯度二者的函數(shù)。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還涉及一種控制至少一個(gè)磁性體的方法，包括:
[0076]-根據(jù)上文所限定的方法，從在微通道內(nèi)流動(dòng)的第一流體的第一初級(jí)液滴中提取磁性體，和
[0077]-通過改變由可激活的磁性元件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和/或梯度、尤其通過終止由可激活的磁性元件產(chǎn)生的磁場(chǎng),來釋放磁性體。[0078]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種控制磁性粒子的方法，所述方法優(yōu)選地使用如上所述的系統(tǒng)或者組件，所述方法包括:
[0079]?通過使液滴中包含的磁性粒子受到由線圈激發(fā)的至少一個(gè)可激活的磁性元件、優(yōu)選地可激活的微流體元件產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用，而在所述可激活的磁性元件附近，捕獲和聚集所述磁性粒子，
[0080]磁性粒子為表面功能化的，每一表面功能化的磁性粒子提供用于靶標(biāo)的至少一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)、優(yōu)選地至少兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，靶標(biāo)存在于包含磁性粒子的液滴中。
[0081]有利地，這種方法增強(qiáng)了聚集體形成動(dòng)力學(xué)、減小了體積且提供了完全自動(dòng)化且低成本的用于免疫凝集的平臺(tái)。
[0082]優(yōu)選地，在捕獲和聚集步驟結(jié)束之前、更優(yōu)選地在該步驟開始之前，靶標(biāo)可被捕獲在表面功能化的磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)上。
[0083]形成聚集體的磁性粒子可通過具有下列結(jié)構(gòu)的連接橋彼此連接:第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)-靶標(biāo)-第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)，所述第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)與第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)不同。
[0084](液滴內(nèi)磁性粒子的質(zhì)量)/(包含磁性粒子和靶標(biāo)的液滴的體積)的比值可在
0.lmg/mL和10mg/mL之 間，和/或(液滴內(nèi)靶標(biāo)的質(zhì)量)/ (包含磁性粒子和靶標(biāo)的液滴的體積)的比值可在10ng/mL和1000ng/mL之間。
[0085]包含磁性粒子的液滴可為油包水型液滴。液滴在微通道內(nèi)的流動(dòng)速率優(yōu)選地小于I μ L/分鐘。
[0086]捕獲步驟的時(shí)間段可根據(jù)樣本和粒子的培養(yǎng)所必需的時(shí)間而改變。該時(shí)間段可在
0.1s和Ih之間，優(yōu)選地在Is和30分鐘之間，更優(yōu)選地在IOs和10分鐘之間。優(yōu)選地，聚集步驟短于捕獲步驟，且與一個(gè)液滴面對(duì)磁阱的路徑有關(guān)。聚集步驟可在0.01s和100s之間，優(yōu)選地在0.1s和IOs之間，或者在0.3s和2s之間。所述方法可以還包括通過改變由可激活的磁性元件形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和/或梯度、尤其通過終止由可激活的磁性元件形成的磁場(chǎng)來釋放磁性粒子的聚集體的步驟。
[0087]在一實(shí)施方式中，磁性粒子在釋放步驟后仍形成聚集體。
[0088]在一實(shí)施方式中，在釋放步驟后，液滴可流動(dòng)至檢測(cè)區(qū)，在該檢測(cè)區(qū)中，測(cè)量液滴的特征，在該測(cè)量期間，所述液滴仍包含磁性粒子的聚集體。
[0089]在該測(cè)量期間，形成聚集體的磁性粒子可通過具有下列結(jié)構(gòu)的連接橋彼此連接:第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)-靶標(biāo)-第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)，所述第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)與第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)不同。
[0090]所述特征可為液滴的光學(xué)特征，優(yōu)選地光學(xué)透射率。
[0091]在一實(shí)施方式中，當(dāng)液滴存在于檢測(cè)區(qū)中時(shí)，光源照射液滴，在所述檢測(cè)區(qū)中測(cè)量來自所述光源的被液滴吸收的光的量。
[0092]多個(gè)包含磁性粒子的液滴可存在于微通道內(nèi)。
[0093]在一實(shí)施方式中，所述方法還包括通過在導(dǎo)電線圈中引發(fā)交流電流而實(shí)施的可激活的磁性元件的消磁步驟，其中，該交流電流的強(qiáng)度隨著時(shí)間減小，所述強(qiáng)度尤其減小為O。
[0094]沿著微通道的縱向軸線測(cè)量的可激活的磁性元件的尖端的厚度小于液滴的長(zhǎng)度，優(yōu)選地以小于1:5的比率、更優(yōu)選地以小于1:10的比率。[0095]微流體系統(tǒng)可被配置成通過流或者壓力差來傳輸液滴。
[0096]流或者壓力差可通過泵或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它合適的裝置來產(chǎn)生。
[0097]微流體系統(tǒng)可包括壓力傳感器和/或壓力控制器。在一實(shí)施方式中，微流體系統(tǒng)包括允許測(cè)量流的速率的傳感器和/或用于控制這種速率的控制器。
[0098]磁性元件
[0099]尖端形狀
[0100]尖端的最簡(jiǎn)單示例為具有圓形截面的錐體。根據(jù)本發(fā)明的錐形尖端優(yōu)選地具有在頂點(diǎn)處小于45°的半角。
[0101]尤其用在本發(fā)明中的另一類型的尖端為刀片狀尖端。
[0102]在該情況下，當(dāng)然，尖端僅在一個(gè)方向上具有尖銳的頂尖角，即在與刀片的邊緣垂直的平面內(nèi)具有尖銳的頂尖角。根據(jù)本發(fā)明的刀片狀尖端優(yōu)選地具有小于45°的頂尖角。
[0103]然而，根據(jù)本發(fā)明的尖端可具有很多不同的形狀。
[0104]例如，尖端的三維形狀可具有更復(fù)雜的形狀，包括橢圓形刀片、圓形刀片等。
[0105]還出于機(jī)械制造或堅(jiān)固性的原因，根據(jù)本發(fā)明的尖端在其最末端可以是鈍圓的或平的。然而，如上所述，有利的是它們?nèi)跃哂锌傮w減小的截面。
[0106]與尖端的最大截面相比，所述平的或鈍圓的部分可僅僅表示小區(qū)域，通常小于所述最大截面的10%、優(yōu)選地小于所述最大截面的5%、且更優(yōu)選地小于所述最大截面的2%。
[0107]然而，當(dāng)技術(shù)上可行時(shí)，有利地，該尖端可不具有鈍圓的或平的端部。
[0108]在一實(shí)施方式中，尖端具有橫貫微通道的縱向軸線的縱向軸線、尤其與微通道的縱向軸線垂肓的縱向軸線。
[0109]在一實(shí)施方式中，當(dāng)朝向微通道移動(dòng)時(shí)，尖端的截面在其整個(gè)長(zhǎng)度或者部分長(zhǎng)度上減小。
[0110]尖端尺寸
[0111]尖端的典型尺寸可根據(jù)應(yīng)用而變化，尤其根據(jù)微通道的尺寸而變化。
[0112]為了簡(jiǎn)潔和明確，除非另有說明，“尖端的尺寸”指沿著以下平面的尺寸:在該平面中，尖端的會(huì)聚角最小。例如，對(duì)于刀片狀尖端，將在與刀片邊緣垂直的平面中考慮尺寸。
[0113]除非另有說明，否則“尖端的回轉(zhuǎn)半徑”也將指在尖端的會(huì)聚角最小的平面內(nèi)的有效的回轉(zhuǎn)半徑。
[0114]由于技術(shù)原因，尖端可以不是十分圓的，如上文陳述，尖端可具有小的鈍圓部分或者一些不規(guī)則部分，因此使用術(shù)語“有效的”，且在該情況下，有效的回轉(zhuǎn)半徑為具有最緊密地包圍尖端的端部的圓形的平滑部分的半徑。
[0115]磁性元件的尖端可具有比得上微通道的尺寸的尺寸。
[0116]除非另有說明，否則“微通道的尺寸”指微通道的沿著由尖端和微通道之間的最短距離所限定的線的尺寸。明顯地，如果微通道是圓柱形的，則其尺寸是其直徑。如果微通道具有矩形的截面，則尺寸指微通道的垂直于尖端軸線而計(jì)算的厚度。
[0117]本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)在于，磁性元件可被“大線圈”激活，該“大線圈”可距離微通道本身一定距離而設(shè)置。因此，與例如Gijs的EP1974821或者scherrer的W0200361470中所描述的現(xiàn)有技術(shù)相比，使加熱問題最小化，可使用更高的電流，且可形成更強(qiáng)的磁力。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種微流體系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微通道、在所述微通道內(nèi)形成一系列的至少兩種不混溶流體的多個(gè)元件的部件、和至少一個(gè)可激活的磁性元件，該可激活的磁性元件的尖端面向所述微通道，其中，所述尖端與磁性芯磁連接，其中，所述磁性芯具有明顯大于所述通道且明顯大于所述尖端的回轉(zhuǎn)半徑的截面。
[0118]所形成的磁場(chǎng)
[0119]因此，本發(fā)明的另一目的在于提供具有至少一個(gè)微通道和可激活的磁性元件的微流體系統(tǒng)，該可激活的磁性元件可在所述微通道的一部分中形成磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的強(qiáng)度在IOmT和IT之間、優(yōu)選地在20mT和IOOmT之間。
[0120]因此，本發(fā)明的另一目的在于提供具有至少一個(gè)微通道和可激活的磁性元件的微流體系統(tǒng)，該可激活的磁性元件可在所述微通道的一部分中形成磁場(chǎng)梯度，尤其沿著微通道的縱向軸線的磁場(chǎng)梯度，該磁場(chǎng)梯度在ΙΟΤ/m和10000T/m之間、更優(yōu)選在100T/m和200T/m之間、更優(yōu)選在200T/m和500T/m之間、或者500T/m和1000T/m之間。
[0121]磁場(chǎng)可是連續(xù)的或者交變的，尤其是正弦的。
[0122]微誦道
[0123]另外，應(yīng)當(dāng)注意，有利地，本發(fā)明中限定的“微通道”可通過刻蝕法或者“軟刻蝕”方法來制作，但是也指定該術(shù)語為任何管狀容器或管，例如剛性管或柔性管。
[0124]然而，與現(xiàn)有技術(shù)中的大多數(shù)液滴磁性操控裝置(其涉及二維的平面陣列)相反，根據(jù)本發(fā)明的微通道優(yōu)選地是單維的，例如它們具有寬度、厚度和長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于所述寬度和所述厚度，為所述寬度和所述厚度的至少10倍、通常100倍或者更多倍。
[0125]除此之外，有利地，微通道是圓柱形的或者平行六面體形的，但是它們也可具有更復(fù)雜的形狀(包括楔形、凸起形、凹槽形)、其壁上的微結(jié)構(gòu)、或者可對(duì)微流體感興趣的任何特征。
[0126]然而，作為總的特征，本發(fā)明的微通道具有亞毫米截面，S卩，本發(fā)明的微通道在其長(zhǎng)度的至少一部分上、尤其是至少在其長(zhǎng)度的面向可激活的磁性元件的部分上、尤其在其至少50%的長(zhǎng)度上，具有小于Imm2的截面，或者本發(fā)明的微通道具有至少一個(gè)小于500 μ m的橫截面尺寸。
[0127]在不同的優(yōu)選實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的微通道的在其長(zhǎng)度的至少一部分上、尤其在至少其長(zhǎng)度的面向可激活的磁性元件的部分上、尤其在其至少50%的長(zhǎng)度上、尤其在其整個(gè)長(zhǎng)度上的橫截面在100 μ m2和1000 μ m2之間、或者在1000 μ m2和10000 μ m2之間、或者在0.0lmm2和0.1mm2之間。
[0128]根據(jù)本發(fā)明的微流體系統(tǒng)包括至少一個(gè)微通道且可包括多個(gè)微通道。所述微通道可完全是線型的、或者分支形成網(wǎng)。因此，盡管多數(shù)是線型的，但是本發(fā)明的微通道可包括分支部分，例如側(cè)分支部分或者交叉分支部分。優(yōu)選地，分支區(qū)域沿著微通道位于與面向可激活的磁性元件的區(qū)域遠(yuǎn)離的區(qū)域中。
[0129]微通道內(nèi)的液滴
[0130]液滴的尺寸和液滴產(chǎn)生
[0131]塞子或液滴的尺寸是極其可變的，例如從I皮升(pL)到2L。
[0132]然而，有利地，本發(fā)明可允許得到在現(xiàn)有技術(shù)中不容易獲得的尺寸范圍內(nèi)的液滴，尤其在IOpL和500nL之間、尤其在IOpL和IOOpL之間、在IOOpL和InL之間、在InL和IOnL之間、在IOnL和IOOnL之間或在IOOnL和500nL之間。
[0133]現(xiàn)有技術(shù)中已知多種在微通道內(nèi)形成一系列至少兩種不混溶流體的多個(gè)元件的裝直。
[0134]例如，它們可包括流聚焦裝置(Anna等人，Applied Physics Letters、82,第384頁、2003 (6)0110.1063/1.1537519) ;T_ 接頭(Zheng 等人，Analytical Chermistry, 2004,76,4977-4982)或者兩相微吸量管(Chabert 等人，Analytical Chemistry, 2006, 78,7722-307728)、或者其組合。
[0135]由于這一點(diǎn)且與微通道的總體單維性質(zhì)結(jié)合，本發(fā)明可允許通過周圍流體的簡(jiǎn)單流或者壓力運(yùn)輸以塞子或液滴的形式的大量的樣本或試劑。
[0136]這緩解了對(duì)于將微線圈(例如Elsenhans、Gijs等人的現(xiàn)有技術(shù)(例如，EP1974821))或者微電極(如在Pamula等人(W02010/042637)中)集成到微系統(tǒng)的需要。
[0137]包含在液滴內(nèi)的磁性粒子
[0138]磁性粒子優(yōu)選地是超順磁的。
[0139]磁性粒子的尺寸可極其多樣化。
[0140]粒子的尺寸指所述粒子的最大尺寸。
[0141]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，粒子的平均尺寸在0.5 μ m和5 μ m之間。
[0142]除非另有說明，一組粒子的平均尺寸為以D50的粒度統(tǒng)計(jì)尺寸。
[0143]在另一實(shí)施方式中，磁性粒子包括第一組粒子和與所述第一組粒子混合的第二組粒子，所述第一組粒子的平均尺寸在I μ m和5 μ m之間，所述第二組粒子具有較大的平均尺寸，優(yōu)選地在IOym和50 μ m之間、或者在50μπι和100 μ m之間、或者在100 μ m和200 μ m之間、或者在200 μ m和500 μ m之間的平均尺寸。
[0144]關(guān)于磁性粒子的質(zhì)量，其也可在本發(fā)明內(nèi)變化，但是通常有利的是本發(fā)明用于操控小質(zhì)量的粒子。通常，在一個(gè)液滴內(nèi)包含的磁性粒子的質(zhì)量將在0.5 μ g和2 μ g之間、或者在2 μ g和8μ g之間。
[0145]在一些其它實(shí)施方式中，需要高的磁場(chǎng)梯度和至少一個(gè)尺寸小于50 μ m的小的微通道，磁性粒子的質(zhì)量可在0.01 μ g和0.1 μ g之間、或者在0.1 μ g和0.5 μ g之間?？商孢x地，在其它涉及至少一個(gè)橫向尺寸大于100 μ m、或者甚至大于300 μ m的微通道的實(shí)施方式中，磁性粒子的質(zhì)量可在8μ g和100 μ g之間。
[0146]多種類型的超順磁粒子被本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知且可用于本發(fā)明。尤其，本發(fā)明利用攜帶配位體的粒子是特別有利的。
[0147]如本文中所使用的，配位體表示能夠與其它物種(尤其被分析物)可逆地或不可逆地連接的物種或官能團(tuán)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知多個(gè)配位體。本發(fā)明特別感興趣的配位體為抗體，例如針對(duì)COI的表面抗原的抗體。然而,可使用多種其它配位體,例如金屬、組氨酸標(biāo)簽、疏水基團(tuán)、氫結(jié)合基團(tuán)、蛋白A等?？捎糜诒景l(fā)明的其它類型的配位體為基于核酸的配位體，且能夠與一些核苷酸序列特異性連接。本發(fā)明內(nèi)的配位體，例如聚合電解質(zhì)、或磷脂，也可由于靜電作用而發(fā)揮它們的連接作用。
[0148]配位體還可表示化學(xué)物質(zhì)、藥物、核酸、核酸和酶的組合(例如用于DNA擴(kuò)增的混合物)、抗體、熒光基團(tuán)、發(fā)光基團(tuán)、染料、納米粒子、金納米粒子、量子點(diǎn)、DNA嵌入染料、適體、或者任何類型的被認(rèn)為能夠影響細(xì)胞的代謝或根據(jù)本發(fā)明的膠狀對(duì)象的特性、尤其是其光學(xué)特性的物種。
[0149]在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明的磁性粒子可支承附接到其表面的能夠使化合物改性的表面催化劑、或酶。
[0150]這樣，本發(fā)明可被用于以極其小的體積來進(jìn)行各種類型的反應(yīng)，尤其ELISA、核酸擴(kuò)增、測(cè)序反應(yīng)、蛋白消化、或化學(xué)反應(yīng)，尤其催化反應(yīng)。
[0151]方法和應(yīng)用
[0152]在一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述多個(gè)可激活的元件可同時(shí)被激活。
[0153]但是，在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述多個(gè)可激活的元件中的至少一些可被單獨(dú)地激活，以拓寬方案的靈活性。
[0154]尤其，有利地，在包含磁性粒子的一個(gè)液滴經(jīng)過時(shí)，將激活可激活的元件以保留所述磁性粒子。
[0155]相反地，當(dāng)液滴經(jīng)過時(shí)可激活的磁性元件可被去激活，以使液滴經(jīng)過而其內(nèi)容物未變化、或者以將次級(jí)液滴釋放到所述液滴中，該次級(jí)液滴包含先前通過所述可激活的磁性元件所保持的磁性粒子。
[0156]值得注意的是，所述激活和去激活可手動(dòng)地、自動(dòng)地或者根據(jù)需求而實(shí)施。
[0157]值得注意的是，所述激活和去激活可與液滴的移位同步進(jìn)行。在該情況下，在一個(gè)或多個(gè)可激活的磁性元件附近的液滴的位置可通過不同的裝置(例如通過光學(xué)裝置、通過磁性傳感器)或通過阻抗測(cè)定來檢測(cè)。該檢測(cè)信號(hào)然后被發(fā)送到自動(dòng)化系統(tǒng)，例如計(jì)算機(jī)中的軟件。優(yōu)選地，所述軟件能夠響應(yīng)于所述信號(hào)來激活磁性元件或去激活磁性元件。在其它實(shí)施方式中，與上述技術(shù)組合是有利的，所述軟件還可控制在微通道內(nèi)運(yùn)輸液滴的載送流體的運(yùn)動(dòng)。
[0158]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，包含磁性粒子的第一初級(jí)液滴可被分裂成第一次級(jí)液滴和第二次級(jí)液滴，所述第一次級(jí)液滴包含大部分所述磁性粒子和在所述第一初級(jí)液滴中包含的流體中的小部分流體，所述第二次級(jí)液滴包含小部分的所述磁性粒子和在所述第一初級(jí)液滴內(nèi)包含的流體中的大部分流體。
[0159]優(yōu)選地，所述第二次級(jí)液滴被流運(yùn)載走，所述第一次級(jí)液滴保持面對(duì)磁性尖端。
[0160]優(yōu)選地，所述第二次級(jí)液滴包含所述初級(jí)液滴中所包含的磁性粒子中的20%和10%之間、或者10%和5%之間、或者5%和2%之間、或者2%和0.5%之間、或者小于5%的磁性粒子。
[0161]也優(yōu)選地，所述第一次級(jí)液滴包含最初包含在初級(jí)液滴內(nèi)的流體體積的20%和10%之間、或者10%和5%之間、或者5%和2%之間、或者2%和0.1 %之間的流體體積。
[0162]本發(fā)明的另一優(yōu)勢(shì)為:由于磁性元件的可激活性質(zhì)，其還允許將束縛在上述第一次級(jí)液滴內(nèi)的磁性粒子釋放到較大體積的第二初級(jí)液滴中。
[0163]因此，本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于執(zhí)行化學(xué)的、生物的、物理或生物化學(xué)的過程、分析或反應(yīng)的方法，由于再懸浮過程，束縛在第一次級(jí)液滴內(nèi)的磁性粒子被釋放到第二初級(jí)液滴內(nèi)，第二初級(jí)液滴的體積大于所述第一次級(jí)液滴的體積。
[0164]還優(yōu)選地，所述第一次級(jí)液滴的體積在所述第二初級(jí)液滴的體積的50%和20%之間、或者20%和10%之間、或者10%和5%之間、或者5%和2%之間、或者2%和0.1%之間。[0165]還有利地，本發(fā)明提供了用于有效地將所述磁性粒子混合在所述第二初級(jí)液滴內(nèi)的手段。所述手段可選自:在液滴中簡(jiǎn)單地使用對(duì)流，通過微通道中的彎曲、或者通過微通道中的微結(jié)構(gòu)、或者通過聲波或超聲波、或者通過流脈動(dòng)或者壓力脈動(dòng)、或者通過微通道的不均勻直徑，來提高該流，這作為非詳盡列表。
[0166]明顯地，本發(fā)明的具體優(yōu)勢(shì)和目的還在于提供用于執(zhí)行化學(xué)的、生物的、物理或生物化學(xué)的過程、分析或反應(yīng)的方法，其中，上述的提取和/或再懸浮的步驟中的幾個(gè)步驟被組合在同一微流體系統(tǒng)內(nèi)。
[0167]在包含本發(fā)明的磁性元件的微系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施這一點(diǎn)是有利的，該磁性元件面對(duì)微流體系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)不同位置。
[0168]作為另一特殊的實(shí)施方式，這種方法可通過使液滴在微通道內(nèi)來回移動(dòng)來實(shí)施，該微通道面對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)磁性元件。根據(jù)每一尖端內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的取向，兩個(gè)活動(dòng)尖端的組合可用于捕獲和提取珠或者用于引起液滴內(nèi)的混合。
[0169]聲波，尤其是超聲波，可在微通道內(nèi)傳播。這種方法可被用于增強(qiáng)液滴內(nèi)的混合。然而，必須特別注意系統(tǒng)內(nèi)的超聲波引起的可能的加熱效應(yīng)。
[0170]在尖端中會(huì)觀測(cè)到剩余磁場(chǎng)的情況下，簡(jiǎn)單的消磁步驟可通過在線圈中產(chǎn)生交流電流而實(shí)施，該交流電流的強(qiáng)度隨著時(shí)間而減小(至O)。此處為成功使用的一組參數(shù)的示例:
[0171]-電流強(qiáng)度:線性衰減3A->0A
[0172]_ 頻率:IOOHz
[0173]-成功地使用正弦波信號(hào)/方波信號(hào)
[0174]-尖端材料:高導(dǎo)磁合金(mumetal)或者AFK502。
[0175]本發(fā)明的方法可為用于檢測(cè)和/或量化樣本內(nèi)的分析物的方法。
[0176]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，根據(jù)本發(fā)明的方法可用于微反應(yīng)、免疫反應(yīng)、酶消化、ELISA、診斷、預(yù)后、藥物傳輸、高通量篩選等。
[0177]本發(fā)明的方法可被用于多種類型的分析物、生物分子、多肽、蛋白質(zhì)、代謝物、核酸、細(xì)胞、細(xì)胞器、微粒和納米粒子、聚合物、膠體、感染劑、食物成分、環(huán)境樣品。
[0178]本發(fā)明的裝置可被整合成多個(gè)復(fù)雜裝置內(nèi)的一個(gè)技術(shù)塊，所述復(fù)雜裝置尤其為高通量篩選裝置、芯片實(shí)驗(yàn)室、護(hù)理點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)工具、機(jī)器人等。
[0179]另外，本發(fā)明的方法可整合成用于診斷、藥物發(fā)現(xiàn)、靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)、藥物評(píng)估的復(fù)雜方案的一部分。
[0180]當(dāng)然，本發(fā)明的微流體系統(tǒng)和本發(fā)明的方法可與本領(lǐng)域中所已知的所有種類的微流體部件或功能相結(jié)合、或者包括本領(lǐng)域中所已知的所有種類的微流體部件或功能。
[0181]此外，由于所使用的樣品的小的尺寸，本發(fā)明對(duì)于細(xì)胞測(cè)定(尤其是單細(xì)胞的篩選)、數(shù)字生物學(xué)、數(shù)字PCR、數(shù)字化核算擴(kuò)增的應(yīng)用是特別關(guān)注的。
[0182]數(shù)字化指對(duì)生物對(duì)象或化學(xué)對(duì)象的單份進(jìn)行的生物操作，與這種對(duì)象的整體相對(duì)，且其中，對(duì)這些單份中的每份的操作的結(jié)果可被分離。
[0183]生物對(duì)象或化學(xué)對(duì)象，指任何分子的、超分子的、晶體的、膠體的、細(xì)胞的、亞細(xì)胞的對(duì)象，作為非詳盡列表，包括小細(xì)胞、細(xì)胞器、病毒、天然的DNA、人工的DNA或改性的DNA、RNA或核酸變種、蛋白質(zhì)、糖蛋白、磷蛋白、任何被取代的天然的或人工蛋白、脂類、磷脂、有機(jī)分子、有機(jī)金屬分子、大分子、單晶、量子點(diǎn)、納米粒子、囊泡、微囊等。
[0184]本發(fā)明對(duì)于控制或分析危險(xiǎn)物質(zhì)也是有利的，例如輻射物質(zhì)、納米粒子、毒性的或者爆炸的化學(xué)物質(zhì)。
[0185]特別地，本發(fā)明可用于與各種光學(xué)檢測(cè)方法組合，尤其光學(xué)檢測(cè)方法，因?yàn)橥ㄟ^將磁性粒子保留在第二液滴中，可減小由于這些粒子形成的光線吸收和噪音。
[0186]非詳盡的應(yīng)用列表為底物酶轉(zhuǎn)化成熒光產(chǎn)物、吸收檢測(cè)、化學(xué)發(fā)光檢測(cè)、比色檢測(cè)、電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)。
[0187]本發(fā)明也可用于基于磁性、尤其使用基于巨磁電阻的磁性傳感器的檢測(cè)方法，或者用于蛋白質(zhì)結(jié)晶。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0188]-圖1為根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置的局部圖解視圖；
[0189]-圖1A為根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置的圖解視圖；
[0190]-圖2圖解地示出根據(jù)本發(fā)明的珠處理方法的不同步驟；
[0191]-圖3A和圖3B示出說明珠簇提取所需的條件的相圖；
[0192]-圖4示出根據(jù)本發(fā)明的方法的示例；
[0193]-圖5至圖8示出通過根據(jù)本發(fā)明的方法所獲得的結(jié)果；
[0194]-圖9圖解地示出根據(jù)本發(fā)明的另一珠處理方法的不同步驟；
[0195]-圖10示出液滴中磁性珠的凝集的明視場(chǎng)顯微圖；
[0196]-圖11示出磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)圖9中所描述的方法的影響；
[0197]-圖12至圖14和圖15至圖15F圖解地示出可用于根據(jù)本發(fā)明的方法中的微流體裝置的變型的細(xì)節(jié)；
[0198]-圖16A和圖16B示出可激活的磁性元件的示例；和
[0199]-圖17示出根據(jù)本發(fā)明的微通道的實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0200]可僅利用一個(gè)與電磁線圈連接的磁性尖端來成功地進(jìn)行提取。此處給出了描述該尖端幾何結(jié)構(gòu)的示意說明(以虛線的線圈嵌入):
[0201]在本系統(tǒng)中使用的材料為高導(dǎo)磁合金或AFK502或AFKOl (Arcelor金屬)。使用自制的圓柱形電磁線圈，其由大約1000匝的絕緣銅線(0.8mm直徑)構(gòu)成。所使用的電流強(qiáng)度從OA到4A。
[0202]面向第一尖端的第二尖端可被加入，以形成一對(duì)可激活的磁性元件。
[0203]該第二尖端有助于使磁場(chǎng)線聚焦，從而增大微流體通道內(nèi)的磁場(chǎng)梯度。因此，可以以較小的磁性粒子含量或者以較低的場(chǎng)強(qiáng)度(即，較小的電流)來實(shí)施液滴分裂。
[0204]在另一配置中，第二尖端可與附加的電磁線圈連接。
[0205]這可被完成以增大場(chǎng)強(qiáng)度，從而更促進(jìn)液滴分裂和粒子提取。
[0206]圖1示出了微流體系統(tǒng)1，其包括沿著縱向軸線X延伸的微通道2和用于產(chǎn)生磁場(chǎng)以捕獲磁性體且實(shí)施如圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的方法的捕獲裝置3。
[0207]裝置3包括至少一個(gè)可激活的磁性元件5，且在所示的示例中，裝置3包括兩個(gè)可激活的磁性元件5、6。這對(duì)元件5、6也被稱作“磁性鉗”。
[0208]磁性元件5和磁性元件6彼此相對(duì)且沿著軸線Y延伸，該軸線Y橫穿軸線X、優(yōu)選地與軸線X垂直。磁性元件5和磁性元件6分別包括對(duì)應(yīng)的具有與軸線Y垂直的橫截面的尖立而5a和尖2而6a,該橫截面朝向另一尖％5減小。當(dāng)尖5a和尖2而6a朝向所不的微通道2移動(dòng)時(shí)，其橫截面變小。
[0209]在所示的示例中，每一尖端具有細(xì)長(zhǎng)的橫截面且各自的在與軸線X垂直的平面內(nèi)延伸的邊緣5b或邊緣6b。
[0210]兩個(gè)邊緣5b、6b可平行于彼此延伸，如圖所示，該兩個(gè)邊緣相隔一定的距離，例如該距離不超過微通道在方向Y上的厚度的5倍。
[0211]邊緣5b和邊緣6b可接觸限定微通道的壁，同時(shí)通過這些壁與在微通道內(nèi)流動(dòng)的流體分隔開。
[0212]尖端5a和尖端5b的寬度可大于微通道的寬度，如圖所示。
[0213]尖端5a和尖端6a優(yōu)選地由軟磁材料(例如μ金屬)制成，以在激發(fā)后不具有剩磁或具有少量剩磁。
[0214]尖端5a和尖端6a可與相對(duì)應(yīng)的芯5c或芯6c —體制成。
[0215]激勵(lì)線圈12繞著芯5c纏繞以產(chǎn)生與軸線Y共線的感應(yīng)。
[0216]如圖1A所示，線圈12與控制器15連接，該控制器15可包括運(yùn)行軟件的計(jì)算機(jī)，該軟件配置成基于各種輸入數(shù)據(jù)且例如基于光學(xué)液滴檢測(cè)而激發(fā)線圈12。
[0217]攝像機(jī)16可監(jiān)控微通道且向控制器15提供液滴檢測(cè)信息。當(dāng)液滴位于磁性元件5附近時(shí)，該信息能夠使得自動(dòng)激發(fā)線圈12以執(zhí)行例如圖2中所示的方法。
[0218]本發(fā)明的系統(tǒng)還包括微流體裝置20，其用于產(chǎn)生微通道2內(nèi)的液滴。
[0219]裝置20包括例如Chabert等人在[2]中所公開的形成液滴的器件。
[0220]裝置20還能夠借助泰勒錐(Taylor cone)現(xiàn)象來產(chǎn)生液滴，如在W02004/091763中公開的。這兩個(gè)出版物在此通過引用方式并入本文中。
[0221]當(dāng)激發(fā)線圈12時(shí)，通過尖端5a產(chǎn)生磁場(chǎng)，且該磁場(chǎng)在尖端5a和尖端6a之間的間隙內(nèi)延伸。磁場(chǎng)在尖端5a和尖端6a之間是強(qiáng)磁場(chǎng)且非常窄，這能夠捕獲如圖2所示的液滴內(nèi)的磁性珠。
[0222]所捕獲的磁性珠為超順磁粒子。
[0223]通過利用降低幅值的交流電流對(duì)線圈12通電，控制器15被配置成對(duì)可激活的磁性元件5和磁性元件6周期性去磁。
[0224]在圖1所示的示例中，只有可激活的磁性元件5設(shè)置有線圈。在未示出的變型中，相對(duì)的元件6也設(shè)置有激勵(lì)線圈。
[0225]線圈12可通過DC或AC電流激發(fā)。
[0226]優(yōu)選地，如圖所示，線圈12與尖端的邊緣隔開，例如隔開至少Icm或2cm，這可減少熱從線圈朝向微通道的轉(zhuǎn)移。
[0227]在下文中將詳細(xì)描述所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0228]SM
[0229]示例1:粒子提取
[0230]利用兩種類型的裝置來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。裝置I由單個(gè)軟磁合金(AFK502R，Imphy AlloysArcelor Mittal)制成的磁性尖端構(gòu)成。由1000圈的銅線制成的電磁線圈(直徑33.5mm)被用于控制一個(gè)尖端的磁化。該磁性尖端被放置成與特氟隆管(300 μ m ID和600 μ m OD,Sigma-Aldrich)垂直。
[0231]使用自制的圓柱形電磁線圈，其由大約1000匝的絕緣銅線(直徑0.8mm)構(gòu)成。所使用的電流強(qiáng)度從OA到4A。
[0232]在第二類型的裝置(裝置2)中，與第一尖端相對(duì)的第二尖端可被添加，以形成磁性鉗構(gòu)型(反射對(duì)稱)。
[0233]在圖2中示出了所實(shí)施的方法的不同步驟。
[0234]使用自動(dòng)吸管機(jī)器人系統(tǒng)，在特氟隆管中產(chǎn)生液滴串。
[0235]在具有3%的表面活性劑(1H，1H, 2H, 2H-全氟癸基_1_醇，F(xiàn)luorochem)的氟化油40(FC-40，3M)中形成水滴30?？紤]IOOnL液滴，引入I μ g的粒子Μ(1 μ m，Dynal MyOneCOOH粒子)。
[0236]系統(tǒng)由通過XYZ位移臺(tái)而承載的、且與NeMesys注射泵系統(tǒng)(Cetoni)連接的吸取尖端(特氟隆管Sigma)構(gòu)成，XYZ位移臺(tái)和NeMesys注射泵系統(tǒng)都由圖形化編程軟件Labview(美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instrument))控制。樣本被儲(chǔ)存在微量滴定板內(nèi)。在每一孔內(nèi)，水性的樣本被氟化油覆蓋。系統(tǒng)順序地吸取每一孔內(nèi)的水性的溶液和氟化油，以便按照150nL的間隔產(chǎn)生定制的一連串的80nL的液滴30。在液滴形成期間，包含磁性粒子懸浮物的管至少每5分鐘就混合一次，以避免珠沉淀。
[0237]液滴串的通常速率為lmm/s。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，油流動(dòng)速率保持恒定。
[0238]當(dāng)經(jīng)過磁性鉗5、6時(shí)，電磁體中的電流強(qiáng)度對(duì)于裝置2從OA切換至1.5A、對(duì)于裝置I從OA切換至2A。所形成的磁場(chǎng)產(chǎn)生朝向激活的尖端的吸力。產(chǎn)生磁性珠簇35。當(dāng)液滴30在磁性鉗之間通過時(shí)，磁性珠簇35保持不動(dòng)直到其到達(dá)液滴的水/油交界面處。當(dāng)?shù)竭_(dá)液滴的前沿時(shí)，作用在珠簇上的磁性拉力被轉(zhuǎn)移到水/油交界面上，從而使液滴變形。高于一定閾值時(shí)，磁力克服了毛細(xì)作用力且使包含粒子的液滴31從母體液滴中分離出來。母體液滴32被油流拖走，而所提取的液滴31保留在誘捕器中。很明顯，如果所得到的液滴的尺寸(其主要由粒子簇的體積來決定)小于內(nèi)部的毛細(xì)管尺寸，則滿足該條件。在本實(shí)驗(yàn)中，被提取的液滴的體積為InL。
[0239]簇液滴31可保持限制在磁性鉗5、6內(nèi)，直到新的塞33自發(fā)地接觸和合并。
[0240]在圖2中圖解地示出了這些不同步驟。
[0241]在合并后，根據(jù)待實(shí)施的操作，磁場(chǎng)可:
[0242]a)維持有效，以當(dāng)液滴通過時(shí)保持粒子誘捕在該誘捕器內(nèi)；
[0243]b)釋放，以使粒子再懸浮在新的液滴34中。在該情況下，由液滴運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的再循環(huán)流導(dǎo)致內(nèi)部的水動(dòng)力再循環(huán)流，這促進(jìn)了樣本和粒子的混合。
[0244]該策略提供了對(duì)于次微升樣本體積中的生物測(cè)定所需的全部基本功能，即粒子洗滌、提取和培養(yǎng)。受約束的液滴的操控是有利的，由于液滴具有小的體積、容易空間處理和時(shí)間處理，且引起促進(jìn)樣本混合的內(nèi)部水力再循環(huán)流。與較早的操作相比較，碳氟化合物毛細(xì)管中的氟化油的使用避免了與水塞和表面之間的接觸相關(guān)的污染。使用電磁致動(dòng)的鉗，利用極短的響應(yīng)時(shí)間，包含磁性粒子的液滴可單獨(dú)地被控制。例如與文獻(xiàn)[3、4]中的記載相比，該新的方法允許更好的提取效率和更小的樣本體積，并且，當(dāng)與自動(dòng)化的液滴形成平臺(tái)[2]組合時(shí)(該平臺(tái)允許形成包含任意地選自微量滴定板的任意數(shù)量的液滴的“串”的形成)，該新的方法允許容易且靈活地實(shí)施復(fù)雜的方案。
[0245]在下文中將給出關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法的多個(gè)細(xì)節(jié)。
[0246]捕獲特征
[0247]用于從液滴中提取磁性粒子簇的磁力Fm與磁場(chǎng)梯度有關(guān):
【權(quán)利要求】
1.一種微流體系統(tǒng)(I)，包括: ?微通道(2)，所述微通道(2)包含多個(gè)兩種不混溶流體的元件(30)，所述微通道包括含有磁性粒子(M)的液滴(30)，和 ?裝置(3)，所述裝置(3)用于在所述微通道(2)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述裝置包括可激活的磁性元件(5 ;6)，所述可激活的磁性元件包括尖端(5a ；6a)， 所述微流體系統(tǒng)被配置成通過流或者通過壓力差輸送所述液滴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述可激活的磁性元件(5；6)是間接可激活的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述磁性元件(5；6)還包括芯(5c ；6c),例如具有恒定的截面的芯。
4.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述尖端(5a；6a)與所述芯(5c ；6c)機(jī)械連接，優(yōu)選地與所述芯一體制成。
5.根據(jù)前兩項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述芯(5c；6c)是可逆地可磁化的且所述尖端(5a ；6a)與所述芯(5c ；6c)機(jī)械連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述芯(5c;6c)被導(dǎo)電線圈(12)環(huán)繞，所述導(dǎo)電線圈(12)與電流發(fā)生器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述尖端具有縱向軸線(Y)和至少一個(gè)橫向尺寸(1 ;i)，所述至少一個(gè)橫向尺寸沿著該縱向軸線減小。
8.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述尖端(5a；6a)具有橫貫于所述縱向軸線(Y)測(cè)量的截面積，所述截面積沿著該縱向軸線(Y)減小。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述尖端(5a；6a)在朝向所述微通道(2)移動(dòng)時(shí)具有減小的截面。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，還包括微流體裝置(20)，所述微流體裝置(20)配置成在所述微通道(2)內(nèi)形成一系列的至少兩種不混溶流體的多個(gè)元件(30)，所述微流體裝置(20)例如被配置成形成在周圍的不混溶的第二流體中的第一流體的液滴(30)，所述微通道(2)優(yōu)選地將磁性粒子(M)并入在所述第一流體的液滴(30)內(nèi)。
11.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述第一流體是水性的且所述第二流體是油，尤其是氟化油。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，包含所述磁性粒子(M)的所述液滴(30)的體積在InL和500nL之間，所述液滴(30)的體積尤其在InL和IOnL之間、或者IOnL和IOOnL之間、或者IOOnL和500nL之間。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述可激活的磁性元件(5；6)配置成至少在所述微通道(2)的一部分中形成磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)的強(qiáng)度在IOmT和IT之間、優(yōu)選地在20mT和IOOmT之間。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述可激活的磁性元件(5;6)配置成至少在所述微通道(2)的一部分中形成磁場(chǎng)梯度、尤其形成沿著所述微通道的縱向軸線的磁場(chǎng)梯度，所述磁場(chǎng)梯度在ΙΟΤ/m和10000T/m之間、更優(yōu)選地在100T/m和1000T/m之間。
15.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述可激活的磁性元件(5；6)配置成至少在所述微通道(2)的一部分中形成磁場(chǎng)梯度、尤其形成沿著所述微通道的縱向軸線的磁場(chǎng)梯度，所述磁場(chǎng)梯度在200T/m和500T/m之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述可激活的磁性元件(5；6)配置成至少在所述微通道(2)的一部分中形成磁場(chǎng)梯度、尤其形成沿著所述微通道的縱向軸線的磁場(chǎng)梯度，所述磁場(chǎng)梯度在500T/m和1000Τ/m之間。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，包括多個(gè)可激活的磁性元件。
18.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(1)，包括跨過所述微通道(2)彼此面對(duì)的一對(duì)可激活的磁性元件(5 ;6)，所述一對(duì)可激活的磁性元件優(yōu)選地配置成產(chǎn)生與所述微通道(2)的縱向軸線⑴垂直的磁場(chǎng)。
19.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(1)，包括跨過所述微通道(2)彼此面對(duì)的兩對(duì)可激活的磁性元件(5 ；6 ；7 ;8)，所述兩對(duì)可激活的磁性元件沿著所述微通道(2)的長(zhǎng)度被定位在不同的位置處。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述液滴包含超順磁粒子。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述磁性粒子(M)不包括鐵磁粒子。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述磁性粒子(M)的平均尺寸在0.5 μ m和5 μ m之間。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述磁性粒子(M)為表面功能化的。
24.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(1)，其中，每個(gè)表面功能化的磁性粒子(M)提供用于靶標(biāo)(38)的至少一種類型的結(jié)合位點(diǎn)(39a)、優(yōu)選地至少兩種不同類型的結(jié)合位點(diǎn)(39a)，所述靶標(biāo)(38)存在于包含所述表面功能化的磁性粒子(M)的液滴(30)中。
25.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述靶標(biāo)(38)被捕獲在所述表面功能化的磁性粒子(M)的所述結(jié)合位點(diǎn)(39a)上。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述磁性粒子形成磁性粒子的聚集體(35 ；35a)。
27.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(1)，其中，形成所述聚集體(35;35a)的磁性粒子(M)通過連接橋(39)彼此連接，所述連接橋具有以下結(jié)構(gòu):第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)(39a)-祀標(biāo)(38)-第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)(39b),所述第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)與所述第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)不同。
28.根據(jù)權(quán)利要求23至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述結(jié)合位點(diǎn)(39a)包括選自以下列表的要素:抗體；抗原；金屬；組氨酸標(biāo)簽；疏水基團(tuán)；氫結(jié)合基團(tuán)；蛋白A ;基于核酸且能夠特異結(jié)合一些核苷酸序列的配位體；聚合電解質(zhì)；磷脂；化學(xué)物質(zhì)；藥物；核酸；核酸和酶的組合，例如用于DNA擴(kuò)增的混合物；熒光基團(tuán)；發(fā)光基團(tuán)；染料；納米粒子；金納米粒子；量子點(diǎn)；DNA嵌入染料；適體；或者任何類型的被認(rèn)為能夠影響細(xì)胞代謝、或者膠體對(duì)象的特性、尤其膠體對(duì)象的光學(xué)特性的物種；催化劑；或能夠使化合物改性的酶；或者其混合物。
29.根據(jù)權(quán)利要求26至28中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述磁性粒子(M)在受到由所述可激活的磁性元件(5 ；6)產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用時(shí)形成聚集體(35)。
30.根據(jù)權(quán)利要求26至29中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述磁性粒子(M)在未受到由所述可激活的磁性元件(5 ；6)產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用時(shí)形成聚集體(35a)。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，其中，(所述液滴內(nèi)磁性粒子的質(zhì)量)/(包含所述磁性粒子且可選地包含靶標(biāo)的所述液滴的體積)的比值在0.lmg/mL和lOmg/mL之間，和/或(所述液滴內(nèi)靶標(biāo)的質(zhì)量)/ (包含所述磁性粒子和所述靶標(biāo)的所述液滴的體積)的比值在10ng/mL和1000ng/mL之間。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，包含所述磁性粒子(M)的所述液滴(30)為油包水型液滴。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述微通道(2)包含多個(gè)含有磁性粒子(M)的液滴(30)。
34.根據(jù)權(quán)利要求3至33中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述芯(5c；6c)的平均截面為所述微通道(2)的平均截面的5倍和50倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的50倍和500倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的500倍和5000倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的5000倍和50000倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的50000倍和1000000倍之間。
35.根據(jù)權(quán)利要求3至34中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述芯(5c;6c)的最大截面為所述微通道(2)的平均截面的5倍和50倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的50倍和500倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的500倍和5000倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的5000倍和50000倍之間、或者為所述微通道(2)的平均截面的50000倍和1000000倍之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求3至35中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述芯(5c;6c)的平均截面的平方根為所述尖端的回轉(zhuǎn)半徑的5倍和50倍之間、或者為所述尖端的回轉(zhuǎn)半徑的50倍和500倍之間、或者為所述回轉(zhuǎn)半徑的500倍和5000倍之間。
37.根據(jù)權(quán)利要求3至36中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述芯(5c；6c)的最大截面的平方根為所述尖端的回轉(zhuǎn)半徑的5倍和50倍之間、或者為所述尖端的回轉(zhuǎn)半徑的50倍和500倍之間、或者為所述回轉(zhuǎn)半徑的500倍和5000倍之間。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，用于在所述微通道內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的所述裝置被配置成形成連續(xù)的磁場(chǎng)且捕獲磁性粒子(M)。
39.根據(jù)權(quán)利要求1至37中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，用于在所述微通道內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的所述裝置被配置成形成交變磁場(chǎng)且捕獲磁性粒子(M)。
40.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，用于在所述微通道(2)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的所述裝置被配置成在所述微通道(2)內(nèi)形成磁場(chǎng)且捕獲所述磁性粒子(M)，所述磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線與所述微通道(2)的縱向軸線(X)不共線。
41.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)(I)，其中，用于在所述微通道內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)的所述裝置被配置成在所述微通道內(nèi)形成磁場(chǎng)且捕獲所述磁性粒子(M)，所述磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線基本上與所述微通道的縱向軸線垂直，優(yōu)選地較強(qiáng)的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線與所述微通道的縱向軸線垂直。
42.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的所述裝置相對(duì)于所述微通道是靜止的，且被配置成捕獲所述磁性粒子(M)。
43.根據(jù)權(quán)利要求6至42中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述電流發(fā)生器在至少一個(gè)液滴特征的檢測(cè)功能中被激活。
44.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，包括用于使所述微通道的內(nèi)部受到超聲波影響的聲波發(fā)生器。
45.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述可激活的磁性元件(5;6)包括軟磁材料。
46.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，包括用于對(duì)所述可激活的磁性元件消磁的消磁器。
47.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，第一可激活的磁性元件(5)與第二可激活的磁性元件(6)沿著所述微通道的縱向軸線占據(jù)相同的軸向位置。
48.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)，其中，所述可激活的磁性元件僅僅具有一個(gè)用于捕獲所述微通道內(nèi)的磁性粒子的軸向端部。
49.一種組件,包括: ?根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(1)，和 ?檢測(cè)器(60)，所述檢測(cè)器(60)被配置成測(cè)量存在于所述微通道內(nèi)的包含磁性粒子的液滴的至少一個(gè)特征，所述液滴優(yōu)選地包括磁性粒子(M)的聚集體(35)。
50.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán) 利要求所述的組件，其中，所述檢測(cè)器(60)為光學(xué)檢測(cè)器且被配置成測(cè)量所述液滴(30)的至少一個(gè)光學(xué)特征、優(yōu)選地光學(xué)透射率。
51.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組件，還包括光源(61)，所述光源(61)被配置成照射所述液滴(30)，所述光學(xué)檢測(cè)器(60)被配置成測(cè)量來自所述光源(61)的被所述液滴(30)吸收的光的量。
52.一種從在微通道(2)內(nèi)流動(dòng)的第一流體的第一初級(jí)液滴(30)中提取至少一個(gè)磁性體的方法，所述方法優(yōu)選地使用根據(jù)權(quán)利要求1至48中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)或者使用根據(jù)權(quán)利要求49至51中任一項(xiàng)所述的組件，且所述方法包括: -通過使磁性體受到由線圈(12)激發(fā)的至少一個(gè)可激活的磁性元件(5;6)、優(yōu)選地可激活的微流體元件(5 ；6)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用，而在所述可激活的磁性元件(5 ；6)附近捕獲所述磁性體， -使所述第一初級(jí)液滴(30)變形， -將所述第一初級(jí)液滴(30)分裂成第一次級(jí)液滴(31)和第二次級(jí)液滴(32)，所述第一次級(jí)液滴(31)包括所述磁性體且保持由所述磁場(chǎng)捕獲在所述可激活的磁性元件(5 ；6)附近，以從所述第一初級(jí)液滴(30)中提取所述至少一個(gè)磁性體。
53.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所產(chǎn)生的所述第二次級(jí)液滴(32)相對(duì)于所述第一次級(jí)液滴(31)而移位。
54.根據(jù)權(quán)利要求52或53所述的方法，其中，所述第一初級(jí)液滴(30)包括磁性粒子且所述第二次級(jí)液滴(32)包含所述初級(jí)液滴(30)中所包含的磁性粒子中的20%和10%之間、或者10%和5%之間、或者5%和2%之間、或者2%和0.5%之間、或者小于5%的磁性粒子。
55.根據(jù)權(quán)利要求52至54中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一次級(jí)液滴(31)包含所述第一初級(jí)液滴(30)內(nèi)最初所包含的流體體積中的20%和10%之間、或者10%和5%之間、或者5%和2%之間、或者2%和0.1 %之間的流體體積。
56.一種操控至少一個(gè)磁性體的方法，包括: -根據(jù)權(quán)利要求52至55中所限定的方法，從在微通道(2)內(nèi)流動(dòng)的第一流體的第一初級(jí)液滴(30)中提取所述磁性體，和 -通過改變由所述可激活的磁性元件(5 ；6)形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和/或梯度、尤其通過終止由所述可激活的磁性元件(5 ；6)形成的磁場(chǎng)，來釋放所述磁性體。
57.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在釋放所述磁性體之前，將包含所述磁性體的所述第一次級(jí)液滴(31)與第二初級(jí)液滴(33)合并。
58.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，剛好在合并之前，所述第二初級(jí)液滴(33)的體積大于所述第一次級(jí)液滴(31)的體積。
59.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，剛好在合并之前，所述第一次級(jí)液滴(31)的體積在所述第二初級(jí)液滴(33)的體積的50%和20%之間、或者20%和10%之間、或者10%和5%之間、或者5%和2%之間、或者2%和0.1%之間。
60.根據(jù)權(quán)利要求57至59中任一項(xiàng)所述的方法，其中: -所述第一次級(jí)液滴 (31)包括磁性粒子， -所述第一次級(jí)液滴(31)和所述第二初級(jí)液滴(33)之間的合并產(chǎn)生第三初級(jí)液滴(34)， 所述方法還包括將所述磁性粒子分散在所述第三初級(jí)液滴(34)的內(nèi)體積中的步驟。
61.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，通過所述第三初級(jí)液滴(34)的流動(dòng)、和/或通過所述微通道(2)的幾何形狀、和/或通過所述微通道(2)內(nèi)的微結(jié)構(gòu)的存在、和/或通過所述微通道(2)內(nèi)的超聲波的使用，來確保所述分散步驟。
62.根據(jù)權(quán)利要求57至61中任一項(xiàng)所述的方法，還包括朝向可激活的磁性元件(5；6)向后移動(dòng)所述第三初級(jí)液滴(34)的步驟。
63.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，當(dāng)所述第三初級(jí)液滴(34)位于所述可激活的磁性元件(5 ；6)附近時(shí)，所述第三初級(jí)液滴(34)向后移動(dòng)時(shí)所朝向的所述可激活的磁性元件(5 ；6)產(chǎn)生磁場(chǎng)，以提取所述磁性體。
64.根據(jù)權(quán)利要求56至63中任一項(xiàng)所述的方法，還包括通過在導(dǎo)電線圈(12)中產(chǎn)生交流電流而執(zhí)行的所述可激活的磁性元件(5;6)的消磁步驟，其中，所述交流電流的強(qiáng)度隨著時(shí)間而減小，所述強(qiáng)度尤其減小為O。
65.根據(jù)權(quán)利要求52至64中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述可激活的磁性元件(5；6)具有尖端(5a ;6a)，沿著所述微通道(2)的縱向軸線(X)測(cè)量的所述尖端(5a ;6a)的厚度小于所述第一初級(jí)液滴(30)的長(zhǎng)度，優(yōu)選地以小于1:5的比率、更優(yōu)選地以小于1:10的比率。
66.一種操控磁性粒子(M)的方法，所述方法優(yōu)選地使用根據(jù)權(quán)利要求1至48中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)或者根據(jù)權(quán)利要求49至51中任一項(xiàng)所述的組件，所述方法包括: ?通過使液滴(30)內(nèi)所包含的磁性粒子(M)受到磁場(chǎng)的作用而在至少一個(gè)可激活的磁性元件(5 ；6)附近捕獲和聚集所述磁性粒子(M)，所述磁場(chǎng)由線圈(12)所激發(fā)的所述可激活的磁性元件(5 ;6)、優(yōu)選地可激活的微流體元件產(chǎn)生， 所述磁性粒子(M)為表面功能化的，每一表面功能化的磁性粒子(M)提供用于靶標(biāo)(38)的至少一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)(39a)、優(yōu)選地至少兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)(39a)，所述靶標(biāo)(38)存在于包含所述磁性粒子(M)的所述液滴(30)中。
67.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，優(yōu)選地在捕獲和聚集步驟結(jié)束之前、更優(yōu)選地在捕獲和聚集步驟開始之前，所述靶標(biāo)(38)被捕獲在所述表面功能化的磁性粒子(M)的所述結(jié)合位點(diǎn)(39a)上。
68.根據(jù)權(quán)利要求66和67中任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成所述聚集體(35；35a)的磁性粒子(M)通過連接橋(39)彼此連接，所述連接橋(39)具有以下結(jié)構(gòu):第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)(39a)-靶標(biāo)(38)-第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)(39b)，所述第二磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)與所述第一磁性粒子的結(jié)合位點(diǎn)不同。
69.根據(jù)權(quán)利要求66到68中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述結(jié)合位點(diǎn)(39a)包括選自以下列表的要素:抗體；抗原；金屬；組氨酸標(biāo)簽；疏水基團(tuán)；氫結(jié)合基團(tuán)；蛋白A ;基于核酸且能夠特異結(jié)合一些核苷酸序列的配位體；聚合電解質(zhì)；磷脂；化學(xué)物質(zhì)；藥物；核酸；核酸和酶的組合，例如用于DNA擴(kuò)增的混合物；熒光基團(tuán)；發(fā)光基團(tuán)；染料；納米粒子；金納米粒子；量子點(diǎn)；DNA嵌入染料；適體；或者任何類型的被認(rèn)為能夠影響細(xì)胞代謝、或者膠體對(duì)象的特性、尤其膠體對(duì)象的光學(xué)特性的物種；催化劑；或能夠使化合物改性的酶；或者其混合物。
70.根據(jù)權(quán)利要求66到69中任一項(xiàng)所述的方法，其中，(所述液滴內(nèi)磁性粒子的質(zhì)量)/(包含所述磁性粒子和所述祀標(biāo)的所述液滴的體積)的比值在0.lmg/mL和10mg/mL之間，和/或(所述液滴內(nèi)靶標(biāo)的質(zhì)量)/(包含所述磁性粒子和所述靶標(biāo)的所述液滴的體積)的比值在10ng/mL和1000ng/mL之間。
71.根據(jù)權(quán)利要求66到70中任一項(xiàng)所述的方法，其中，包含所述磁性粒子(M)的所述液滴(30)為油包水型液滴。
72.根據(jù)權(quán)利要求66到71中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述捕獲和聚集步驟持續(xù)的時(shí)間段在0.1s和65分鐘之間、優(yōu)選地在Is和35分鐘之間、更優(yōu)選地在IOs和15分鐘之間。
73.根據(jù)權(quán)利要求66到72中任一項(xiàng)所述的方法，還包括通過改變由所述可激活的磁性元件(5 ；6)形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度和/或梯度、尤其通過終止由所述可激活的磁性元件(5 ；6)形成的磁場(chǎng)，來釋放所聚集的磁性粒子(35)的步驟。
74.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述釋放步驟之后，所述磁性粒子(M)仍形成聚集體(35 ；35a)。
75.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述釋放步驟之后，所述液滴(30)流動(dòng)至檢測(cè)區(qū)(70)，在所述檢測(cè)區(qū)(70)中測(cè)量所述液滴(30)的特征，在該測(cè)量期間所述液滴仍包括磁性粒子(M)的聚集體(35a)。
76.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，所述特征為所述液滴(30)的光學(xué)特征，優(yōu)選地光學(xué)透射率。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的方法， 其中，當(dāng)所述液滴(30)存在于所述檢測(cè)區(qū)(70)中時(shí)，光源(61)照射所述液滴(30)，在所述檢測(cè)區(qū)(70)中測(cè)量來自所述光源(61)的被所述液滴(30)吸收的光的量。
78.根據(jù)權(quán)利要求66至77中任一項(xiàng)所述的方法，其中，多個(gè)包含磁性粒子(M)的液滴(30)存在于所述微通道(2)內(nèi)。
79.根據(jù)權(quán)利要求66至78中任一項(xiàng)所述的方法，還包括通過在所述導(dǎo)電線圈(12)內(nèi)產(chǎn)生交流電流而執(zhí)行的所述可激活的磁性元件(5;6)的消磁步驟，其中，所述交流電流的強(qiáng)度隨著時(shí)間而減小，所述強(qiáng)度尤其減小為O。
80.根據(jù)權(quán)利要求66至79中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述可激活的磁性元件(5;6)具有尖端(5a ;6a)，沿著所述微通道的縱向軸線(X)測(cè)量的所述尖端(5a ;6a)的厚度小于所述液滴的長(zhǎng)度，優(yōu)選地以小于1:5的比率、更優(yōu)選地以小于1:10的比率。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK103930210SQ201280056545
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月19日
【發(fā)明者】讓-路易斯·維伊瓦, 勞倫特·馬拉奎因, 斯特凡諾·貝戈洛, 阿納斯·阿里謝里夫, 斯蒂芬妮·德斯克羅伊斯 申請(qǐng)人:國(guó)家科學(xué)研究中心