微流体系统和微流体系统中的磁性粒子的弥散和积聚方法技术方案

本发明专利技术涉及一种微流体系统，包括磁性源（150）和通过通道连接的两个室（110）。根据优选实施例，室和通道填充有不同的流体，以在相关流体界面处产生非零表面张力。而且，磁性源（150）设置为提供至少两个分离的磁性梯度区（GR）并允许存在于各个室中的一个室的磁性粒子（MP）被吸引至这些不同的区中，其中，通过梯度区（GR）中的至少一个产生的磁吸力（F）还足够强，以允许将磁性粒子推动或拉动通过所述流体界面。在优选实施例中，可通过六面体形状的永磁体（150）来实现磁性源。本发明专利技术还涉及在所述微流体系统中的一种用于实现弥散的方法和一种用于实现磁性粒子系综的积聚的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体系统中的磁性粒子的弥散和积聚本专利技术是根据由国防高级研究计划署授予的HR0011-12-C-0007的美国政府支持做出的。美国政府对本专利技术享有一定的权利。
本专利技术涉及一种用于处理含磁性粒子的流体的微流体系统。而且，本专利技术涉及用于在该微流体系统中分别实现磁性粒子系综（ensemble）的弥散和积聚的方法。
技术介绍
WO2010/070461A1公开了一种微流体装置，该微流体装置包括用于液体的磁性毛细管阀，该液体具有包括磁性粒子的可观的表面张力。该装置包括各自具有功能化表面的至少两个平面固体基底，其中至少第一固体基底具有包括由至少一个疏水区域彼此分离的至少两个亲水区域的图案化表面（同时参阅RemcoC.denDulk、KristianeA.Schmidt、GwenolaSabatte、SusanaLiebana、MennoW.J.Prins的：“用于核酸和蛋白质的集成净化和浓缩的磁性毛细管阀（Magneto-capillaryvalveforintegratedpurificationandenrichmentofnucleicacidsandproteins）”，LabChip,2013,13,106）。
技术实现思路
鉴于该背景，本专利技术的一个目的是提供在包括磁性毛细管阀的系统中允许多样化处理磁性粒子的装置，同时能够对系统进行紧凑设计。通过根据权利要求1所述的微流体系统、根据权利要求8所述的方法和根据权利要求12所述的方法实现该目的。在从属权利要求中公开了优选实施例。根据第一方面，本专利技术的实施例涉及一种用于处理含磁性粒子的流体的系统，所述系统包括以下组件：a）设置为包括第一流体的至少两个室；b）与所述两个室连通并且设置为包括第二流体的至少一个通道，其中，在第一流体与第二流体之间的两个流体界面处产生非零表面张力；c）具有以下特征的磁性源：磁性源设置为提供至少两个分离的磁性梯度区，以将所述各室中的（至少）一个室的流体中存在的磁性粒子吸引至这些区中；这些梯度区中的一个梯度区的至少一部分可将磁吸力施加至所述磁性粒子的至少一部分上，所述磁吸力足够高以允许将所述磁性粒子推动和/或拉动通过所述两个流体界面。术语“磁性粒子”应该包括永磁性粒子以及可磁化粒子二者，例如超顺磁珠。磁性粒子的大小通常在3nm与50μm之间的范围内。而且，磁性粒子可包括令人感兴趣的结合目标组分。所述至少两个室和关联的通道通常实现在一体的微流体装置（或容纳盒）中，其中，磁性源是与所述装置分离的组件。室和通道通常可具有任意形状。通常，室将具有允许容纳大量流体的紧凑形状，例如立方体形状。室的容积通常在约1微升与约1000微升之间的范围内。通道将通常具有细长形状，具有比关联的室的容积小（得多）的容积。通道通常沿着直线连接所述两个室。室和通道各自可具有功能化表面，从而室中的亲水区域通过通道的疏水区域彼此分离（或者反之亦然）。可在WO2010/070461Al中找到关于这种实施例的更多细节。所述两个室中的第一流体和通道中的第二流体可为相同类型的，或者它们中的一些或全部可为不同类型。第一流体中的每一个产生朝着容纳于通道中的第二流体的各流体界面（弯月面）之一。因此，所述界面通常位于室连接至通道的区中。例如，当第一流体与第二流体不相溶时，可实现第一流体与第二流体之间的非零表面张力的产生。可在WO2011/042828Al中找到关于这种实施例的更多细节。通过磁性源的磁特性确定“磁性梯度区”，即，磁性梯度区的定位通常相对于所述源是固定的。当源布置为邻近于室或者通道时，所述磁性梯度区的至少一部分将到达所述室或通道中，从而导致对位于所述室或通道中的磁性粒子的磁吸力的产生。通常，每个磁体在周围空间中产生磁场，对于该周围空间关联的磁性梯度在一些位置呈现最大值。“梯度区”在此语境中可定义为空间中的那些区，在那些区中磁性梯度的值在所述最大值的约70%以上的范围内，优选地在约80%以上的范围内。在微流体系统的许多实际应用中，“梯度区”可定义为空间中的那些区，在那些区中磁性梯度的值大于约800T/m、或者约500T/m、或者约300T/m、或者约200T/m或者最优选地约100T/m。通常由于所述第一流体与第二流体之间的流体界面处的非零表面张力（即由于毛细管力），防止包括在第一流体之一的磁性粒子进入第二流体。因此，当磁性粒子应该从第一流体通过进入第二流体（或反之亦然）时，通常需要克服在相关流体界面处的一些阻力。在描述的微流体系统中，梯度区之一的至少一部分设置为允许产生足够高以克服所述阻力的磁吸力。将磁性粒子拉动通过流体界面通常要求对应的梯度区位于前方，即位于界面的另一侧，并且需要朝着该区将磁性粒子吸引通过界面。上述微流体系统由于该微流体系统仅使用单个磁性源从而具有允许紧凑设计的优点。同时，由于通过将所述磁性粒子吸引至不同的梯度区，所述磁性粒子可与室中的第一流体混合，并且由于磁性粒子可（利用相同磁性源）运动通过由所述至少两个室之间的通道构成的磁性毛细管阀，磁性粒子的多样化处理变为可能。在下文中，将更详细地描述本专利技术的各个优选实施例。根据第一优选实施例，磁性源可为永磁体。永磁体具有允许组件小型化的优点。根据上述永磁体的优选实施例，该永磁体可具有六面体形状，特别地具有立方体形状或者平行六面体形状。可容易地产生这些形状并且为多个分离的梯度区提供这些形状。在另一实施例中，磁性源可为电磁体。电磁体通过该电磁铁的电源的各种控制来允许电磁铁的磁性行为的多样化和柔性控制。根据另一实施例，磁性源可设置为使得梯度区相对于含磁性粒子的室的相对位置是可改变的。这允许磁性粒子在所述室中的运动或者通过所述室的运动。例如，可开发这种运动用于清洗目的，即，用于将杂质从磁性粒子转移至周围流体中。而且，运动可用于根据一些处理试验的需求来操纵磁性粒子。在磁性源是电磁体的情况下，可通过改变通过磁体中的不同线圈或线的电流来实现梯度区相对于室的位置的上述改变。可替换地地并且特别地在磁性源是永磁体的情况下，磁性源可设置为相对于室和/或通道是可运动的。通过使整个磁性源运动，可实现梯度区的位置的上述改变。优选地，磁性源在邻近于包括室和通道的平面的二维平面中是可运动的。室和通道所填充的流体种类取决于应当利用微流体系统执行的特定处理。例如，第一流体之一可为源自诸如体液的样本的水性液体，应该在磁性粒子的帮助下从所述体液提取目标物质。此外，第一流体中的至少一个可为这样的溶剂或缓冲液，应当将磁性粒子（包括结合目标物质）转移至该溶剂或缓冲液中从而将杂质留在样本流体中。通常，第一流体可优选地为亲水的而相关的第二流体为疏水的。在另一实施例中，也可存在相反的情况，第一流体为疏水的而第二流体为亲水的。根据第二方面，本专利技术涉及一种用于实现在上述类型的微流体系统的室中的磁性粒子系综的弥散的方法，所述方法包括：将磁性源布置成邻近于所述室，以使得系综的不同部分将受到通过至少两个梯度区产生的磁吸力，从而实行系综的分裂。当溶液中的磁性粒子未受到外部磁力而是可遵循磁性粒子的互相磁性吸引时，通常自然地形成磁性粒子的所述“系综”（或者云、簇）。多个磁性梯度区的存在可随后被开发用于磁性粒子系综的弥散，即，用于将所述磁性粒子与周围流体混合。可通过适当地布置磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理含磁性粒子（MP）的流体的微流体系统（100），包括：a）设置为包括第一流体的至少两个室（110、120）；b）至少一个通道（130），所述至少一个通道（130）与所述两个室（110、120）连通并且设置为包括第二流体，其中，在第一流体与第二流体之间的两个流体界面（131、132）处产生非零表面张力；c）磁性源（150），其中：磁性源设置为提供至少两个分离的磁性梯度区（GR），以将存在于各个室（110、120）中的一个室的流体中的磁性粒子（MP）吸引至这些区中；这些梯度区（GR）中的一个梯度区的至少一部分将磁吸力（F）施加至所述磁性粒子（MP）的至少一部分上，所述磁吸力（F）足够高以允许将所述磁性粒子（MP）的所述至少一部分推动和/或拉动通过所述流体界面（131、132）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.02 EP 14195888.4;2015.01.13 US 62/1027571.一种用于处理含磁性粒子（MP）的流体的微流体系统（100），包括：a）设置为包括第一流体的至少两个室（110、120）；b）至少一个通道（130），所述至少一个通道（130）与所述两个室（110、120）连通并且设置为包括第二流体，其中，在第一流体与第二流体之间的两个流体界面（131、132）处产生非零表面张力；c）磁性源（150），其中：磁性源设置为提供至少两个分离的磁性梯度区（GR），以将存在于各个室（110、120）中的一个室的流体中的磁性粒子（MP）吸引至这些区中；这些梯度区（GR）中的一个梯度区的至少一部分将磁吸力（F）施加至所述磁性粒子（MP）的至少一部分上，所述磁吸力（F）足够高以允许将所述磁性粒子（MP）的所述至少一部分推动和/或拉动通过所述流体界面（131、132）。2.根据权利要求1所述的微流体系统（100），其特征在于，磁性源是永磁体（150）。3.根据权利要求2所述的微流体系统（100），其特征在于，永磁体（150）具有六面体形状，特别地是立方体或者平行六面体形状。4.根据权利要求1所述的微流体系统（100），其特征在于，磁性源是电磁体。5.根据权利要求1所述的微流体系统（100），其特征在于，磁性源（150）设置为使得梯度区（GR）相...

【专利技术属性】
技术研发人员：M伊姆施尔，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL