用于确定对象的流体动力学尺寸的方法技术

本公开涉及一种用于确定诸如纳米尺寸对象的对象的流体动力学尺寸的方法，所述方法包括以下步骤：‑提供流体界面；‑将所述对象连结到所述流体界面，从而提供连结的对象，由此，所述连结的对象的移动由于连结到所述流体界面而受到限制；‑提供并确定作用在所述连结的对象上的流体动力学剪切力；‑跟踪所述连结的对象的移动；以及‑使用爱因斯坦‑斯莫鲁霍夫斯基关系计算对象的流体动力学尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定对象的流体动力学尺寸的方法
本公开涉及一种用于确定对象(诸如纳米尺寸对象)的流体动力学尺寸的方法。而且，本公开涉及用于确定对象(诸如纳米尺寸对象)的流体动力学尺寸的系统的用途，该系统包括：容器；用于在所述容器内提供流体界面的装置；提供并确定作用在连结到所述流体界面的对象上的流体动力学剪切力的装置；以及用于跟踪连结到所述流体界面的对象的装置。
技术介绍
消费者的需求和行业趋势促进许多不同领域(诸如生物研究、医学诊断、传感器技术以及3D打印)中的对象表征的发展。对象可以是其选择取决于所选
和应用的颗粒。例如，对象可以是金属颗粒、陶瓷颗粒、细胞、病毒、脂质组合体(lipidassemblies)等。接受研究的对象的尺寸可能变化，并且包括具有在微米范围(即，高达100μm)内和/或纳米范围(即，高达500nm)内的尺寸的对象。经常需要对对象进行分选以便能够进一步研究和/或使用所述对象。为了实现这一点，需要相对于用于被研究的应用的相关参数来表征对象。对象表征可以基于各种技术，诸如荧光强度和光散射。例如，荧光活化细胞分选(FACS)已经成功用于细胞种群异质性的流式细胞计数启用的详细研究中。因此，FACS已经对各种领域(像免疫学、血液学、药物学或生物基础研究以及医学诊断)具有极大影响。然而，不幸的是，FACS技术限于具有在微米范围内的尺寸的细胞，并且迄今为止还缺乏像病毒、外来体或脂质体的单纳米尺寸对象的基于FACS的分选的报告。Pospichalova等人的TheJournalofextracellularvesicles(2015年4月，文章号25530)公开了流式细胞计数中的典型问题并表明研究整个外来体种群极具挑战性。因为对象尺寸与对象的物理、化学和/或生物特性相关联，所以要确定的一个最重要的参数就是对象尺寸。该尺寸可以作为核心尺寸或流体动力学尺寸来测量。不幸的是，对象尺寸确定经常是困难或不便的。这对于小对象(诸如在纳米尺寸范围内的对象)尤其如此。除了来自微小对象的减弱信号之外，针对小对象的对象尺寸确定困难的一个重要原因是如下文在细胞计数分选的背景下说明的对高流速的要求。细胞计数分选要求足以使(由流动引起的)流体动力学移动超过对象的随机/布朗(Brownian)运动的流速，因为否则将无法控制在分选步骤中所需的对象的定向移动。针对随机运动的测量由对象的扩散系数D给出，该扩散系数D针对球形对象遵循所谓的斯托克斯-爱因斯坦关系(Stokes-Einstein-relation)，该关系将D与波尔兹曼(Boltzmann)常数kB、绝对温度T、动态粘滞度η以及对象的流体动力学半径R相关联：方程式1(Eq.1)是用于球形对象扩散穿过具有低雷诺(Reynolds)数的液体的斯托克斯-爱因斯坦方程式，其表明随机运动随着对象尺寸R的减小而增大，这暗示如果想要降低可分选对象的尺寸下限则必须增大流速。更高流速的直接结果是对象穿过读出/表征体积的通过时间的减少，这导致有效测量时间的减少，从而导致所检测的信号的幅度减小。这些影响使得对于基于体积的流式细胞计数难以对在0.5μm以下的对象进行分选，0.5μm经常被引用为商用流式细胞计数器中对对象进行高保真度分选的尺寸下限。因为大量纳米级对象(即具有1-100nm尺寸的对象)表现为非均质混合物，所以该限制具有重要的实际意义。例如，因为病毒、细胞外囊泡(extracellularvesicles)和外来体以及天然和合成脂质体相对于尺寸经常是非均质的，这使得它们的生物功能(例如，外来体和病毒)或适用性(例如，目的在于靶向药物传送的脂质体)的分析复杂，所以它们将极大受益于单对象分选能力。WO03/093801公开了一种被称为纳米颗粒跟踪分析(NTA)的单颗粒跟踪方法。对象尺寸通过对从3D轨迹提取的体积扩散系数应用斯托克斯-爱因斯坦关系来确定(参见WO03/093801的权力要求14)。WO2013/021185描述了NTA与动态光散射的组合，该组合主要将可溶解颗粒尺寸的范围扩大到μm级。US2004/0169903和US2014/0333935描述了通过使用全息视频显微镜增强位置确定的精度的颗粒尺寸确定。上述文献全部依赖斯托克斯-爱因斯坦关系，并且它们的方法包括以下步骤：使对象悬浮在流体中，使得它们可以三维地移动。如本文所说明的，这使得小对象的尺寸测量困难。Langmuir，2006年，第22卷，第2384-2391页公开了将单层囊泡束缚在微流体通道内的受支持的二维流体双层上，随后对囊泡位置进行流体动力学或电泳操纵。没有提及被束缚囊泡的流体动力学尺寸的分选和/或测量。因此，仍然需要用于测量对象尺寸的另选方法。本公开的目的是提供一种满足所述需要的方法。
技术实现思路
以上所提及的目的由一种用于确定对象(诸如纳米尺寸对象)的流体动力学尺寸的方法来实现，所述方法包括以下步骤：-提供流体界面；-将所述对象连结到所述流体界面，从而提供连结的对象，由此，所述连结的对象的移动由于连结到所述流体界面而受到限制；-提供作用在所述连结的对象上的流体动力学剪切力并确定其大小；以及-跟踪所述连结的对象的移动。还提供了一种用于确定对象(诸如纳米尺寸对象)的流体动力学尺寸的系统，该系统包括以下组件或由以下组件构成：-容器；-用于在所述容器内提供流体界面的装置；-提供作用在与所述流体界面相连结的对象上的流体动力学剪切力的装置；以及-用于跟踪与所述流体界面相连结的对象的装置。描述根据本公开，提供了一种用于确定对象(诸如纳米尺寸对象)的流体动力学尺寸的方法，所述方法包括以下步骤：-提供流体界面；-将所述对象连结到所述流体界面，从而提供连结的对象，由此，所述连结的对象的移动由于连结到所述流体界面而受到限制；-提供作用在所述连结的对象上的流体动力学剪切力并确定其大小；以及-跟踪所述连结的对象的移动。还提供了一种用于确定对象(诸如纳米尺寸对象)的流体动力学尺寸的系统，该系统包括以下组件或由以下组件构成：-容器；-用于在所述容器内提供流体界面的装置；-提供作用在与所述流体界面相连结的对象上的流体动力学剪切力的装置；以及-用于跟踪与所述流体界面相连结的对象的装置。容器可以是用于微流通道的容器。对象可以如本文所描述的。例如，对象可以包括金属、有机材料、无机材料、生物材料及其任何组合或由它们构成。生物材料可以从由一个或更多个蛋白质、病毒、外来体、脂质组合体、核酸、细胞外囊泡及其任何组合构成的组选择。还提供了用于确定对象(诸如纳米尺寸对象)的流体动力学尺寸的系统的用途，该系统包括以下组件或由以下组件构成：-容器；-用于在所述容器内提供流体界面的装置；-提供作用在与所述流体界面相连结的对象上的流体动力学剪切力的装置；以及-用于跟踪与所述流体界面相连结的对象的装置。容器可以是用于微流通道的容器。作为将对象连结到流体界面的结果，所连结的对象的移动将受到限制。例如，移动可以被限制在二维平面中。当流体界面是平面的时候可能是这种情况。。二维平面的两个维度可以沿x和y方向(x,y)延伸。本公开基于以下意想不到的发现：对象的尺寸(诸如流体动力学尺寸)可以通过将对象连结到流体界面来确定，从而减小所得到的连结的对象的扩散系数和随机运动。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定对象的流体动力学尺寸的方法，所述对象是诸如纳米尺寸对象，所述方法包括以下步骤：‑提供流体界面，‑将所述对象连结到所述流体界面，从而提供连结的对象，由此，所述连结的对象的移动由于连结到所述流体界面而受到限制，‑提供并确定作用在所述连结的对象上的流体动力学剪切力，以及‑跟踪所述连结的对象的移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.02 SE 1551581-01.一种用于确定对象的流体动力学尺寸的方法，所述对象是诸如纳米尺寸对象，所述方法包括以下步骤：-提供流体界面，-将所述对象连结到所述流体界面，从而提供连结的对象，由此，所述连结的对象的移动由于连结到所述流体界面而受到限制，-提供并确定作用在所述连结的对象上的流体动力学剪切力，以及-跟踪所述连结的对象的移动。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体动力学力由电泳装置、渗透装置、磁装置、对流和/或通过引起流动以及它们的任何组合来提供。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：-通过确定所述对象的扩散系数和速度确定作用在所述对象上的所述流体动力学剪切力，从而允许确定所述连结的对象的所述流体动力学尺寸。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述对象是具有在从1nm至500nm、从50nm至250nm、从200nm至400nm或从200nm至300nm的范围内的最大横截面尺寸的纳米尺寸对象。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述对象包括金属、有机材料、无机材料、生物材料以及它们的任何组合，或由金属、有机材料、无机材料、生物材料以及它们的任何组合构成。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述生物材料从由蛋白质、病毒、外来体、脂质组合体、核酸、细胞外囊泡以及它们的任何组合构成的组中选择。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法涉及根据多个所述对象的流体动力学尺寸来对这些对象进行分选。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，实...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·霍克，S·布洛克，B·约翰逊·法斯特，A·伦德格伦，
申请(专利权)人：哥德堡传感器设备公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE