铁磁流体中目标物质的微流处理制造技术

公开了系统、装置、方法和其它实施方式，包括检测样品中至少一种目标物质的装置，所述装置包括配置为接受包含至少一种目标物质和其中悬浮至少一种目标物质的生物相容的铁磁流体的样品的微流通道，确定样品十至少一种目标物质的检测器，和位置邻近微流通道的至少两个电极，所述至少两个电极配置为当可控的至少一种电流施加到至少两个电极时，在包含铁磁流体的样品中产生可控的磁力。所产生的可控的磁力导致至少一种目标物质导向检测器。还公开了用于分离铁磁流体中目标物质，和用于集中悬浮在铁磁流体中的目标物质的装置。

【技术实现步骤摘要】
铁磁流体中目标物质的微流处理本申请是国际申请日为2011年6月7日的专利技术名称为“铁磁流体中目标物质的微流处理”的PCT/US2011/039516号专利技术专利申请的分案申请，原申请进入中国国家阶段获得的国家申请号为201180063125.3。相关申请的交叉引用本申请要求2010年12月7日提交的，PCT申请号PCT/US10/59270，题目为“通过生物相容的铁磁流体进行的无标记细胞操作和分选”和2009年12月7日提交的美国临时申请序列号61/267,163和2010年10月28日提交的美国临时申请序列号61/407,738的优先权，其所有内容在此通过引用整体并入。领域本公开一般涉及铁磁流体的微流处理，包括包含多种目标物质(例如生物目标物质)的铁磁流体。更特别地，本公开涉及装置、系统和方法，以进行这些操作，如在生物相容的铁磁流体中分离多种目标物质，在生物相容的铁磁流体中集中目标物质，在样品中检测目标物质等。背景涉及血液中稀有细胞的疾病(如转移癌或低水平菌血症)的早期诊断和某些遗传性疾病状态(如镰状细胞贫血)的准确监测需要快速和准确的分离、分选和指引目标细胞类型朝向传感器表面。在这方面，细胞操作、分离和分类在癌症诊断(Dittrich等，2006，NatRevDrugDiscovery5：210-218)、病原体检测(Beyor等，2008，BlamedMicrodevices10：909-917)和基因组测试(Kamei等2005，BiotnedMicrodevices7：147-152；Cheong等，2008，LabChip8：810-813)背景下的各种生物测定中正越来越多地发现应用潜力。存在各种非接触微操作方法，包括光镊(Ashkin等，1987，Nature330：769-771；Chianetal.，2005，Nature436：370-372)、介电泳(DEP)(Hughes，2002，Electrophoresis23：2569-2582)、基于磁珠的分离器(Leeetal.，2001，ApplPhysLett79：3308-3310；Yanetal.，2004，PhysRevE70：011905)和确定性流体动力学(Davisetal.，2006，ProcNatlAcadSciUSA103：14779-14784)。但是，很多已有的方法不能可靠地实现快速、高通量和分辨率，同时低成本(Dufresneetal.，1998，RevSciInstrum69：1974-1977；Kremseretal.，2004，Electrophoresis25：2282-2291；Cabreraetal.，2001，Electrophoresis22：355-362)。光镊提供对操作单细胞的高分辨率和灵敏度，尽管这些操作可能导致样品加热(Liuetal.，1995，BiophysJ68：2137-2144)，并且通常受限于极小的区域(Ashkinetal.，1987，Science235：1517-1520)。全息方案最近已经将光镊范围延伸至同时触及几十个细胞(Applegateetal.，2004，OpticalExpress12：4390-4398)，尽管总通量仍然非常低。基于电场的方案，例如DEP，提供了实现综合的、成本有效的装置用于同时操作多种细胞的潜能。然而，它们的性能敏感地取决于具体液体介质的电性质、颗粒形状和其有效介电常数(Pethigetal.，1997，TrendsBiotechnol15：426-432)。DEP装置操作方案和工作离子介质对于每个不同的细胞类型需要小心优化，以达到在减少加热(Menacheryetal.，2005，NanoBiotechnology152：145149；Muller，etal.，2003，IEEEEngBiolMedMag22：51-61)和将细胞极化减到最少(Sebastianetal.，2006，JMicromechMicroeng16：1769-1777)的需要之间可使用的平衡。使用功能化的磁珠分离目标分子和细胞通过使用磁场而非电场来克服这些挑战。但是，此技术的不利方面是过长的孵育时间和清洗循环，以及去除后验标记的困难(Giis2004，MicrofluidicsNanofluidics1：22-40)。由Davis等(Davisetal.，2006，ProcNatlAcadSciUSA103：14779-14784)展示的确定性流体动力学方法能够实现高分辨率的分离，而不使用任何电磁场。但是此装置的高通量需要在大面积上高分辨率的光刻，使每个装置成本保持高昂。生物医药中铁磁流体大部分的通常的应用涉及磁性纳米颗粒的高度稀释的胶体悬浮液。其最广泛的商业用途是MRI造影剂(Kimetal.，2005，JMagnMagnMater289：328-330)。当适当地用目标抗体包衣时，它们还可以用于癌症的高温疗法或作为传感器检测病原体(Schereretal.，2005，BrazilianJPhys45：718-727)。尽管铁磁流体使用中的这些发展提供很多在医药和诊断中的机会，但本领域仍然需要将生物相容的铁磁流体用于微粒和活细胞两者的受控操作和快速分离的微流平台。概述描述了分离在生物相容的铁磁流体中悬浮的颗粒样品的装置。在一些实施方案中，装置包括微流通道，其具有样品入口、至少一个出口、和样品入口和至少一个出口间的长度，其中样品可以加入至样品入口，并沿长度流向至少一个出口。装置包括多个电极，其中微流通道长度横穿多个电极，并且进一步包括向多个电极施加电流的电源，以沿微流通道的长度产生磁场模式。在一些实施方案中，电极间的间隔逐渐增加。在一些实施方案中，电极间的间隔逐渐减少。在一些实施方案中，多个电极包含至少一个电极层。在一些实施方案中，多个电极包含多个电极层。在一些实施方案中，多个电极层是基本上直角模式。在一些实施方案中，多个电极包含同心圆模式。在一些实施方案中，微流通道长度的壁包括小型的、脊状的、有凹槽的、有沟槽的或倾斜的区域。在一些实施方案中，微流通道长度以约0-360(并且更特别地，0-90度)间的角度横穿多个电极的至少一部分。在一些实施方案中，颗粒是活细胞。还描述了从悬浮在生物相容的铁磁流体中的样品中分离至少一个靶标的系统。系统包括微流通道，其具有样品入口、至少一个出口、和样品入口和至少一个出口间的长度，其中样品可以加入至样品入口，并沿长度流向至少一个出口。系统还包括多个电极，其中微流通道长度横穿多个电极，并且当电流施加到电极时，进一步产生沿微流通道长度的磁场模式。系统进一步包括悬浮在生物相容的铁磁流体中的样品中至少一个靶标，其中当至少一个靶标沿微流通道长度的至少一部分通过时，至少一个靶标从剩余样品中分离。在一个实施方案中，生物相容的铁磁流体包含适量的离子物质以控制细胞上的渗透压来促进细胞持续性。在一些实施方案中，生物相容的铁磁流体包含约5-200mM的柠檬酸盐浓度。在一些实施方案中，生物相容的铁磁流体包含约40mM的柠檬酸盐浓度。在一些实施方案中，生物相容的铁磁流体具有约7.4的pH。在一些实施方案中，至少一个靶标基于目标大小分离。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
集中悬浮在生物相容的铁磁流体中的至少一种目标物质的装置，所述装置包括：微流通道，所述微流通道配置为接受包含至少一种目标物质和生物相容的铁磁流体的样品，接受的样品中的至少一种目标物质基本浓缩在具有相关的输入宽度的输入流中；和位置邻近微流通道的至少两个电极，所述至少两个电极配置为当可控的电流被施加到所述至少两个电极时，在含有铁磁流体的样品中产生可控的磁力，所产生的可控磁力导致至少一种目标物质被集中在所获得的宽度窄于输入流相关的输入宽度的流中。

【技术特征摘要】
2010.10.28 US 61/407738;2010.12.07 US PCT/US10/5921.集中悬浮在生物相容的铁磁流体中的至少一种目标物质的装置，所述装置包括：微流通道，所述微流通道配置为接受包含至少一种目标物质和生物相容的铁磁流体的样品，接受的样品中的至少一种目标物质基本浓缩在具有相关的输入宽度的输入流中；和位置邻近微流通道的至少两个电极，所述至少两个电极配置为当可控的电流被施加到所述至少两个电极时，在含有铁磁流体的样品中产生可控的磁力，所产生的可控磁力导致至少一种目标物质被集中在所获得的宽度窄于输入流相关的输入宽度的流中，其中所述至少两个电极包括多个基本上平行布置的电极。2.权利要求1的装置，其中至少部分根据至少两个电极的物理属性，所述位置邻近微流通道的至少两个电极配置为传导可控地提供的电流和产生可控的磁力。3.权利要求2的装置，其中所述至少两个电极包括具有下列的至少一种的结构：至少两个电极的一个或多个的基本上直的形状，至少两个电极的一个或多个的基本上波浪形的形状，至少两个电极的基本上平行的布置，和至少两个电极基本上锥形的定位，其中所述至少两个电极逐渐互相接近。4.权利要求2的装置，其中所述至少两个电极配置为导致至少一种目标物质流入位于至少两个电极的上方和之间的微流通道中的空间。5.权利要求1的装置，其中所述至少两个电极配置为产生反向行波场的至少两个磁波，以导致至少一种目标物质集中到至少两个产生的磁波之间边界中心附近。6.权利要求1的装置，其中所述至少两个电极包括电极的阵列，其中至少一些第一电极阵列相对相邻的电极基本上成锥形定位布置，以使第一电极配置为逐渐接近相邻电极，电极阵列配置为产生磁力，以导致产生的至少一种目标物质的流在相邻电极对的上方和之间形成。7.权利要求1的装置，其中所述至少两个电极配置为当具有相关相位的可控的电流施加到至少两个电极时，在样品中产生可控的磁力，其中至少一种电流的相关相位与另一电流的相关相位不同。8.权利要求1的装置，其中所述至少一种目标物质包括至少两种目标物质，并且其中所述多个电极进一步配置为导致所获得的集中流中多种目标物质的至少两种被分离。9.权利要求1的装置，其中所述至少两个电极间的间距逐渐增加。10.权利要求1的装置，其中所述至少两个电极间的间距逐渐减少。11.权利要求1的装置，其中所述至少两个电极布置在至少一个电极层中。12.权利要求11的装置，其中所述至少两个电极布置在多个电极层中。13.权利要求1的装置，其中微流通道长度以0-90度的角度经过邻近至少两个电极的至少一部分。14.权利要求1的装置，其中所述至少一种目标物质包括基于细胞的目标物质。15.集中微流通道中至少一种目标物质的方法，所述方法包括：接受包含悬浮在生物相容的铁磁流体中的至少一种目标物质的样品，接受的样品中的至少一种目标物质基本浓缩在具有相关的输入宽度的输入流中；和向位置邻近微流体的至少两个电极可控地施加至少一种电流，以在包含样品的铁磁流体通道中产生可控的磁力，其中磁力导致至少一种目标物质集中到宽度窄于输入流相关的输入宽度的所产生的流中，其中所述至少两个电极包括多个基本上平行布置的电极。16.检测样品中至少一种目标物质的装置，所述装置包括：微流通道，其配置为接受包含至少一种目标物质和其中悬浮至少一种目标物质的生物相容的铁磁流体的样品；确定样品中至少一种目标物质的检测器；和位置邻近微流通道的至少两个电极，所述至少两个电极配置为当可控的至少一种电流施加到至少两个电极时，在包含铁磁流体的样品中产生可控的磁力，所产生的可控的磁力导致至少一种目标物质导向检测器，其中所述至少两个电极包括多个基本上平行布置的电极。17.权利要求16的装置，其中至少部分根据至少两个电极的物理属性，所述位置邻近微流通道的至少两个电极配置为传导可控地提供的至少一种电流和产生可控的磁力。18.权利要求17的装置，其中所述至少两个电极的物理属性包括至少两个电极的电极结构，根据该属性产生可控的磁力，所述至少两个电极的结构包括下列的一种或多种：至少两个电极的一个或多个的基本上直的形状、至少两个电极的一个或多个的基本上波浪形的形状、至少两个电极的基本上平行的布置，和至少两个电极基本上锥形的定位，其中所述至少两个电极逐渐互相接近。19.权利要求16的装置，其中所述至少两个电极包括电极阵列，其中至少一些电极布置为相对相邻电极成基本锥形的定位，使得所述至少一些电极逐渐接近其相邻电极。20.权利要求16的装置，其中所述至少两个电极配置为当具有相关相位的可控的电流施加到至少两个电极时，在含铁磁流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：H科塞尔，
申请(专利权)人：耶鲁大学，
类型：发明
国别省市：美国;US