用于制備樣品微流體系統(tǒng)、盒和的方法
【專利說明】用于制備樣品微流體系統(tǒng)、盒和的方法
[0001]關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究與開發(fā)的聲明
本發(fā)明是通過政府支持在由海軍研究實驗室授予的合同號N00173-08-2-C003下完成的。政府在本發(fā)明中具有某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實施例大體涉及微流體系統(tǒng)、盒(cartridge)和方法,并且更具體地涉及用于自動地制備樣品的微流體系統(tǒng)、盒和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]通常要求在裝載入用于分析的分析儀器中之前制備包含所關(guān)心的分析物的樣品。例如，流動細(xì)胞計是分析單獨(dú)的細(xì)胞或微粒的有力分析儀器，其用于從細(xì)胞分析跨越至分子和基因組分析的廣泛范圍的應(yīng)用。需要在裝載入流動細(xì)胞計之前利用專用于特定應(yīng)用的樣品制備程序來制備細(xì)胞或微粒。多個商業(yè)上可獲得的流動細(xì)胞計是昂貴、大型的臺式儀器，其在樣品裝載之前要求細(xì)致的手工樣品制備。手動樣品制備通常要求高度熟練人員耗費(fèi)長時間并且高成本地執(zhí)行，并且其要求額外的實驗室設(shè)備和資源。樣品制備和操作中的一些自動化已通過大規(guī)模機(jī)器人系統(tǒng)實現(xiàn)。但是，這些機(jī)器人增加了系統(tǒng)尺寸、成本和復(fù)雜性，從而使得它們不適于定點(diǎn)照護(hù)(point-of-care)應(yīng)用。
[0004]希望提供一種系統(tǒng)、盒和方法，其可集成到如流動細(xì)胞計的分析儀器中，以提供快速且自動的樣品制備。此外，還希望提供一種基于微流體的系統(tǒng)，其緊湊、不昂貴、并且適于在定點(diǎn)照護(hù)時使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)在本文中公開的一個實施例，提供看一種用于制備包含所關(guān)心的分析物的樣品的微流體系統(tǒng)。該微流體系統(tǒng)包括微流體盒和磁性元件。微流體盒包括多個儲存器、止動器、多個微流體流通道和多個微型閥。微流體通道與儲存器和止動器聯(lián)接。微型閥沿著微流體流通道定位。磁性元件相對于止動器定位。磁性元件構(gòu)造為產(chǎn)生磁場，以磁性地使所關(guān)心的分析物停止在止動器中。止動器構(gòu)造為使一種或更多種試劑流動穿過其以與所關(guān)心的分析物反應(yīng)。
[0006]根據(jù)在本文中公開的另一實施例，提供一種用于制備包含所關(guān)心的分析物的樣品的微流體盒。微流體盒包括多個儲存器、止動器、多個微流體流通道和多個微型閥。止動器構(gòu)造為使用磁場來使初始樣品停止。微流體流通道與儲存器和止動器聯(lián)接，并且構(gòu)造為使來自儲存器中的一個或更多個的一種或更多種試劑行進(jìn)穿過止動器，以形成制備好的樣品。微型閥沿著微流體流通道定位，以用于控制一種或更多種試劑的流。
[0007]根據(jù)在本文中公開的另一實施例，提供一種用于在微流體盒中自動地制備樣品的方法。該方法包括將初始樣品引入止動器中。該方法還包括通過磁場使初始樣品停止在止動器中。并且，該方法還包括穿過止動器引入來自一個或更多個試劑儲存器的一種或更多種試劑，以在一種或更多種試劑流動穿過止動器時與初始樣品反應(yīng)以形成制備好的樣品。該方法還包括通過從止動器移除磁場來將制備好的樣品釋放到下游分析部分中。
【附圖說明】
[0008]在參照附圖閱讀下列詳細(xì)說明時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，貫穿附圖，相同字符的代表相同的部分，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的微流體盒的樣品制備部分的頂視圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的微流體系統(tǒng)的透視圖；
圖3是圖2的微流體儀器的磁性元件的實施例的透視圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的微流體盒的示意圖；且圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例使用微流體儀器制備樣品的方法的示意流程圖；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例使用微流體儀器制備樣品的方法的示意流程圖。
【具體實施方式】
[0009]除非另外限定，則在本文中使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本公開屬于的領(lǐng)域的技術(shù)人員通常所理解的相同含義。在本文中使用的用語“第一”、“第二”等不指示任何順序、數(shù)量或重要性，而是用于將一個元件與另一個區(qū)分。而且，用語“一”和“一個”不指示數(shù)量的限制，而是指示存在至少一個引用的項目?！鞍ā?、“包含”或“具有”及其變型的使用在本文中指的是包含此后列出的項目及其等同物以及附加項目。盡管用語“連接的”和“聯(lián)接的”通常用于描述物理或機(jī)械連接或聯(lián)接，但它們不意圖如此受限，并且可包括電連接或聯(lián)接，不管是直接還是間接的。而且，術(shù)語“連接的”和“聯(lián)接的”可意指共同允許載流流體或液體在其中流動的物理或機(jī)械連接或聯(lián)接。
[0010]圖1例示了根據(jù)示范實施例的微流體盒的樣品制備部分10的頂視圖。樣品制備部分10包括:多個儲存器Ila-1ld ;止動器18 ;多個微流體流通道15a_15e，其將儲存器Ila-1ld與止動器18聯(lián)接；和多個微型閥17a_17e，其沿著微流體流通道15a_15e定位，以便控制流通道內(nèi)的流體流。如在本文中所使用的，用語“沿著”意圖指“在…的路線上方”或“鄰近于…”，并且不一定要求將微型閥定位在流通道中。例如，盡管微型閥可位于流通道中，但是它們還可定位在相關(guān)的流通道的平面的上方或下方，使得當(dāng)壓力施加至微型閥或從微型閥移除時，微型閥關(guān)閉或打開通道。儲存器Ila-1ld可代表:一個或更多個樣品儲存器，其構(gòu)造為儲存待處理的初始樣品；和一個或更多個試劑儲存器，其構(gòu)造為儲存用于處理初始樣品的試劑。初始樣品和試劑可完全儲存在微流體盒內(nèi)，或者初始樣品和/或一種或更多種試劑可與微流體盒分開地儲存，并且在樣品制備工序期間從外部源引入。初始樣品和試劑可借助于進(jìn)入端口從外部源引入微流體盒的樣品制備部分10中，該進(jìn)入端口例如與儲存器(Ila-1ld)、流通道(15a_15e)、或微型閥(17a_17e)聯(lián)接或?qū)?zhǔn)。儲存在微流體盒(例如，在儲存器中)中的試劑可以以液體形式或干燥形式儲存。儲存在盒上的干燥試劑具有長時間穩(wěn)定、易于儲存且易于使用的優(yōu)點(diǎn)。干燥試劑可使用例如水而重新溶解或重新構(gòu)成。初始樣品可包括一種或更多種背景基質(zhì)和在背景基質(zhì)中存在的一種或更多種所關(guān)心的分析物。例如，背景基質(zhì)可為血液、洗鼻液、其他體液或環(huán)境基質(zhì)。所關(guān)心的分析物可為各種分類的有機(jī)物，例如細(xì)菌、病毒、細(xì)胞或蛋白質(zhì)或核酸。
[0011]在一個實施例中，作為樣品制備工序的部分，與初始樣品結(jié)合地使用適于俘獲所關(guān)心的分析物的磁性微粒。在一個實施例中，磁性微粒功能化為使得所關(guān)心的分析物通過磁性微粒上的功能化表面而結(jié)合至磁性微粒，功能化表面提供特異性或非特異性的結(jié)合部分。在一個實施例中，磁性微粒包括功能化磁性珠，該磁性珠具有例如大約I?1ym的尺寸。磁性微?？膳c初始樣品預(yù)混合或一起儲存，或者磁性微粒和初始樣品可分開儲存并且僅在樣品制備工序期間結(jié)合。在初始樣品和磁性微粒儲存在一起的實施例中，它們可儲存在微流體盒上的樣品儲存器中，或者儲存在與微流體盒分離的容器中，并且作為樣品制備工序的部分注入微流體盒中。在備選實施例中，磁性微粒和初始樣品可彼此隔離地儲存，并且僅在樣品制備工序期間混合。在該情況下，初始樣品和/或磁性微?？蓛Υ嬖谖⒘黧w盒上或遠(yuǎn)離該微流體盒。在一個實施例中，磁性微?？稍谂c所關(guān)心的分析物反應(yīng)之前裝載入或儲存在試劑儲存器中。出于說明的目的，儲存器Ilb-1ld將描述為代表試劑儲存器，而儲存器Ila將描述為代表樣品儲存器。然而，實際上，初始樣品和試劑可儲存于不同的儲存器中，并且可使用更多或更少數(shù)量的儲存器。儲存器可儲存一種或更多種類型的試劑，例如緩沖劑和各種標(biāo)記劑。
[0012]微流體流通道15a_15e包括主通道15e和多個分支通道15a_15d。主通道15e與止動器18聯(lián)接，并且分支通道15a-15d中的各個分別將儲存器Ila-1ld中的各個聯(lián)接至主通道15e，使得儲存器Ila-1ld