用于分选微流体颗粒的设备和方法技术

一种用于微流体颗粒分选器的单接合分选器，所述单接合分选器包括：输入通道，所述输入通道被配置以接收含有颗粒的流体；输出分选通道和输出废物通道，所述输出分选通道和所述输出废物通道每个都连接至所述输入通道，用于接收来自所述输入通道的流体；气泡发生器，所述气泡发生器可操作以选择性地使待分选颗粒周围的流体移位，从而在所述输入通道中产生所述流体的瞬变流；和旋涡元件，所述旋涡元件被配置以在所述瞬变流中引起旋涡，以将所述待分选颗粒引导至所述输出分选通道。

Equipment and method for separation of microfluidic particles

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分选微流体颗粒的设备和方法
技术介绍
用于颗粒分选的仪器在生物学研究中具有广泛的用途。颗粒分选技术的一种主要应用是分选生物细胞。基于细胞内的荧光标记的测量来分选细胞的手段通常被称为荧光激活细胞分选法(FACS)。颗粒分选的其他应用包括固体珠粒或者载流体中的一种液相的液滴的分选。例如，非水相载流体中的水相液滴可以用于容纳细胞。因此，待分选颗粒可以是例如细胞、珠粒或者含有其他颗粒的液滴。一种细胞分选技术的新应用是细胞疗法的产生。很多更新的细胞疗法需要分选大量的细胞。例如，很多新的自体T-细胞疗法要求将相对少见的T-淋巴细胞亚群从外周血单个细胞(PBMC)分选出来。通常而言，必须在相当短的一段时间内将大量的细胞分选出来(例如，在约一个小时内109个细胞)，并且对所需细胞(所述细胞通常可以占总外周血单个细胞的1-10％)的回收必须是高纯度、收率和活力。目前没有能够满足这些要求的分选技术，无论以实验仪器的形式还是以细胞疗法制造仪器的形式。目前的细胞分选仪器的其他缺点是：由于它们未考虑对于操作者或者患者的“由设计带来的安全性(safebydesign)”，它们不适用于治疗产品的GMP(优质生产规范)生产。这是因为被流体润湿的部件很难与仪器分开成为封闭式一次性消耗品，并且它们产生可能伤害操作者的气溶胶。本文所描述的解决方案提供一种颗粒分选技术，所述颗粒分选技术适用于在封闭式微流体芯片中，在短时间量内，以高活力、收率和纯度分选大量的细胞，所述封闭式微流体芯片可以被集成为一次性消耗品。在过去的几十年内，已经专利技术了很多微流体颗粒分选技术，然而，很少有微流体颗粒分选技术已经实现商业应用。一个常用的主题是“单接合分选器(single-junctionsorter)”的主题，在单接合分选器中，入口通道分叉为两个输出通道：“分选”通道和“废物”通道。通常通过水动力聚集区，将进入入口通道的颗粒聚集至输入通道的中央，并且输出口朝向废物通道被流体动力地偏移，从而使得中央流线流入废物中。被定位在分叉点处或者分叉点上游的致动器选择性地在所需颗粒上(或者在所需颗粒周围的流体上)施加力，以使所需颗粒远离所述中央流线移动并且进入分选通道中。已经论证了具有各种致动器的微流体颗粒分选器，例如基于表面声驻波(standingsurfaceacousticwave)、瞬态表面声波(transientsurfaceacousticwave)、压电致动的移位、微型机械阀、光钳、电泳、介电泳和由激光吸收或者由电加热产生的热蒸汽气泡的致动器。将颗粒聚集到入口通道的中央是很多颗粒分选器的重要部分，出于两个原因：首先，这允许通过聚焦的激光光束更加精确地对颗粒进行光学测量；其次，这允许通过致动器对颗粒进行更小的偏向，以将颗粒从废物流推向分选流。水动力聚集的可替代选择是由US7,340,957描述的声学聚集和由US9,347,595描述的惯性聚集。已经论证了使用热蒸汽气泡致动器的微流体颗粒分选器。通过电加热来产生气泡。热蒸汽气泡致动器设置于侧通道内。侧通道的作用是聚集和放大由气泡引起的流体移位，从而使得可以通过由气泡本身所直接引起的瞬态移位来分选颗粒。然而，侧通道的不利之处在于它使得微流体芯片复杂化，需要芯片上的空间和它自己的入口或者加注口(fillport)。在易碎颗粒(例如生物细胞)的情形下，使用任何单接合分选器所能够达到的分选速率都具有上限。这一上限大约为颗粒能够承受而没有破损的最大剪应力。对于哺乳动物的细胞，这一速率为约20,000s-1。因此，没有这种形式的单接合分选器能够实现规定的一个小时内109个细胞或者280,000/s的分选速率。在微流体芯片中并行设置颗粒分选器的尝试(为了提高分选速率)已经遭遇到了艰巨的技术挑战，所述技术挑战起源于需要并行设置光学仪器以测量芯片上的并行分选器的阵列。例如，对于并行分选器中的激光照射的荧光测量，激光焦点必须进行分裂或者并行设置，并且同时与微流体分选器的阵列对准。然后必须并行设置收集光学器件，或者是通过横跨阵列进行扫描或者是通过为每一个发射波长通道提供阵列式检测器。以高灵敏度收集来自分选器的光需要高数值孔径的物镜。然而，芯片上的并行分选器的阵列占据了比单个通道更宽的视野。因此实现等同的光收集效率需要成比例地更大并且更昂贵的物镜，以及更大和更昂贵的滤光片和光学系统的其他元件。分选器的一维阵列对物镜的二维视野不能物尽其用。此外，使微流体芯片上的分选器的阵列的横向尺寸最小化是具有挑战性的，因为空间被输入和输出总管、水动力聚集区和致动器(所有这些都必须并行设置)使用了。在并行设置的微流体分选器中，所有的单个分选器都必须以高保真度同时工作，否则所分选的颗粒群的纯度和收率会显著变差。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供一种用于微流体颗粒分选器的单接合分选器，所述单接合分选器包括：输入通道，所述输入通道被配置以接收含有颗粒的流体；输出分选通道和输出废物通道，所述输出分选通道和所述输出废物通道每个都连接至所述输入通道，用于接收来自所述输入通道的流体；气泡发生器，所述气泡发生器可操作以选择性地使待分选颗粒周围的流体移位，从而在所述输入通道中产生所述流体的瞬变流；和旋涡元件，所述旋涡元件被配置以在所述瞬变流中引起旋涡，以将所述待分选颗粒引导至所述输出分选通道。所述旋涡元件使得在瞬变流中产生旋涡，所述瞬变流通过致动所述气泡发生器而提供。所产生的旋涡随着所述待分选颗粒向下游行进，并且导致朝向并且进入所述输出分选通道的所述颗粒发生移位(即，横向于流动轴移位)。这种移位大于在没有旋涡元件时通过致动所述气泡发生器所导致的移位，并且因此所述旋涡元件消除了在侧通道中提供气泡发生器的必要。这有利地允许在芯片上有效地并行设置根据本专利技术所述的单接合分选器。如在本文中使用的，词语“颗粒”涵盖了生物细胞、固体珠粒和载体流体中的一种液相的液体液滴(例如非水相载体流体中的水相液滴)。液体液滴本身可以含有其他颗粒。如在本文中使用的，词语“流体”涵盖了(通常以液相或者气相的形式的)水相流体和非水相流体两者。出于本专利技术的目的，这样的流体通常含有颗粒，但是也可以使用不含有颗粒的流体。本领域技术人员将理解术语“颗粒”和“流体”不限于上述定义，还应当根据它们在本领域所理解的意思来理解术语“颗粒”和“流体”。在整个本说明书中，术语“输出分选通道”、“分选输出通道”和“分选出口”可以互换使用。类似地，“输出废物通道”应当被理解为可与“废物输出通道”和“废物出口”互换。旋涡元件可以包括输入通道中的突起。旋涡元件可以包括输入通道中的转弯(turn)。旋涡元件可以包括输入通道中的凹陷。旋涡元件可以位于气泡发生器和输出分选通道之间。应当理解，旋涡元件可以采用适合于提供用于将所选择的颗粒引导至输出分选通道的旋涡的任意形状、形式或者几何结构。气泡发生器可以包括微加热器。在这种情形下，所述流体可以是对于所述微加热器具有足够的挥发性以产生气泡的任意流体，例如水、水相溶液或者非水相载体媒介。单接合分选器可以被配置以在不操作所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微流体颗粒分选器的单接合分选器，所述单接合分选器包括：/n输入通道，所述输入通道被配置以接收含有颗粒的流体；/n输出分选通道和输出废物通道，所述输出分选通道和所述输出废物通道每个都连接至所述输入通道，用于接收来自所述输入通道的流体；/n气泡发生器，所述气泡发生器可操作以选择性地使待分选颗粒周围的流体移位，从而在所述输入通道中产生所述流体的瞬变流；和/n旋涡元件，所述旋涡元件被配置以在所述瞬变流中引起旋涡，以便将所述待分选颗粒引导至所述输出分选通道。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170419 GB 1706205.01.一种用于微流体颗粒分选器的单接合分选器，所述单接合分选器包括：
输入通道，所述输入通道被配置以接收含有颗粒的流体；
输出分选通道和输出废物通道，所述输出分选通道和所述输出废物通道每个都连接至所述输入通道，用于接收来自所述输入通道的流体；
气泡发生器，所述气泡发生器可操作以选择性地使待分选颗粒周围的流体移位，从而在所述输入通道中产生所述流体的瞬变流；和
旋涡元件，所述旋涡元件被配置以在所述瞬变流中引起旋涡，以便将所述待分选颗粒引导至所述输出分选通道。


2.根据权利要求1所述的单接合分选器，其中，所述旋涡元件包括所述输入通道中的突起。


3.根据权利要求1或2所述的单接合分选器，其中，所述旋涡元件包括所述输入通道中的转弯。


4.根据任意一项前述权利要求所述的单接合分选器，其中，所述旋涡元件包括所述输入通道中的凹陷。


5.根据任意一项前述权利要求所述的单接合分选器，其中，所述旋涡元件位于所述气泡发生器和所述输出分选通道之间。


6.根据任意一项前述权利要求所述的单接合分选器，其中，所述气泡发生器包括微加热器。


7.根据任意一项前述权利要求所述的单接合分选器，其被配置以在不操作所述气泡发生器并且因此没有所述瞬变流时，将所述颗粒引导至所述输出废物通道。


8.根据任意一项前述权利要求所述的单接合分选器，包括惯性聚集部，所述惯性聚集部被配置以沿着所述输入通道的中央集中所述流体中的所述颗粒。


9.根据权利要求8所述的单接合分选器，其中，所述惯性聚集部包括蜿蜒的通道。


10.根据权利要求8或9所述的单接合分选器，其中，所述输入通道包括所述惯性聚集部。


11.根据权利要求1至10中任意一项所述的单接合分选器，所述单接合分选器包括阀，所述阀被配置为关闭以阻止所述流体穿过所述输出分选通道，以便干扰所述流体的流动，从而将累积的碎片朝向所述输出废物通道引导。


12.一种微流体颗粒分选器，包括由多个单接合...

【专利技术属性】
技术研发人员：米哈伊尔·巴什塔诺夫，理查德·戈尔德，卡勒姆·海耶斯，弗雷德·侯赛因，罗宾·普里查德，萨尔曼·萨姆孙·罗杰斯，努诺·瓦雷拉斯，亚历山大·茹科夫，
申请(专利权)人：TTP公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB