本发明专利技术涉及一种微观流体装置，包括一个或多个流体通道、一个或多个流体端口和Ｖ形粒子保持结构。流体通道通常与粒子保持结构相对，流体端口位于流体通道与粒子保持结构之间，粒子保持结构具有斜侧壁。流体，包括试剂，可以通过一个或多个流体通道或流体端口传输到微观流体装置。本发明专利技术还涉及使用微观流体装置来监视、观察、测量或者记录粒子生物参数的方法，以便从一组粒子中分离出单一的粒子、培养细胞、处理粒子和在装置中来回移动粒子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微观流体装置(microfluidic device )和使用该装置的方法。
技术介绍
近年来，微观流体"芯片"(microfluidic "clip")技术已经广泛应用于生 物分析3。尤其用于细胞生物化学分析的各种微观流体芯片技术近来得到发 展4—19。对于片上实验来说，细胞的传输和选择主要通过液体流动(liquid flow ) 来获得"9' 2(W2。成功的细胞生物化学研究的主要技术问题包括在试剂传 送期间保持细胞和维持细胞完整性的方法。到目前为止，用于细胞固定的主 要方法包括(1)细胞粘着8，23，24, (2)在切口型过滤器25—28、堰型过滤器9，11， 29'30或者聚合材料31'32中的物理保持，和(3)双向电泳33—35。细胞粘着和阻 塞通常不会均匀地对整个细胞表面产生力，而是对一小部分细胞表面产生局 部的力。即使这些粒子保持策略对静止细胞没有任何的负面影响，用于给细 胞传递试剂和緩冲液所须的液体流动也可能毁坏细胞。这是因为液体流动总 是对细胞施加力。因此，强的液体流动可能毁坏细胞。另一方面，为了确保 足够的液体流动用于试剂传送，该液体流动也不应太弱。为了平tf液体流动 的力，需要对细胞施加一个相反的力。近来，生物化学研究已经受益于微观流体芯片技术"3。尤其是对保持在 微观流体芯片中的生物细胞进行的研究4—19。大多数研究基于多组细胞进行， 只有一些研究基于单个细胞进行"'"'19。而且，微观流体芯片单细胞实验通 常受限于只能用一种类型的刺激，或者这些实验只能进行一次或者经过很短 的一段时间。这不能提供足够的与单细胞生物化学相关的信息。很多情况下， 与单个细胞相关的有用信息无法通过对细胞整体进行的测量来获得。虽然有 必要研究多组细胞(例如，为了 了解细胞-细胞间的相互作用)，但进行基因 单细胞微观流体实验也是有用的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种微观流体装置，包括至少一个用于将第一流体引入该装 置的第一通道和用于在该装置中保持粒子的大致V形的粒子保持结构，该粒 子保持结构具有相对的壁部分和位于所述相对的壁部分之间的中心壁部分， 其中粒子保持结构大致位于第一通道对面，并且相对的壁部分和中心壁部分 具有斜侧壁。 一个或多个流体端口布置在第一通道和粒子保持结构之间，用 于传送第二流体到该微观流体装置或者用于允许流体流出该装置。该斜侧壁可弯曲，并且可精确弯曲。当该侧壁精确弯曲时，其可以具有 两倍或更多倍于保持在微观流体装置中的粒子或细胞的宽度的曲率半径的 弧。第一通道具有大于保持在微观流体装置中的粒子或细胞的宽度的宽度。 中心壁部分可以具有两倍或更多倍于粒子或细胞的宽度的宽度。v形粒子保持结构可以具有两倍或更多倍于粒子或细胞的宽度的高度。 一个或多个流体 端口的宽度可以是粒子或细胞的宽度的两倍或者更多倍，也可以是粒子或细胞的宽度的4倍。粒子保持结构的侧端部分(lateral end portion)相？t于相 对的壁部分可以有一个0~ 180度的角度，该角度可以是135度。当流体通过第一通道传送时，流体在V形粒子保持结构上能形成一个零 速度点。由于在一个或多个流体端口之一中的电势或流体势的增加，由在第 二流体从一个或多个流体端口之一的传送的增加，该零速度点可以侧向平 移。本专利技术的微观流体装置还可以包括靠近V形粒子保持结构的用于检测 粒子生物参数的检测窗口。中心壁部分还可以包括一个或多个凹槽。口、两个或更多个第一流体通道的微观流体装置。本专利技术还涉及使用本专利技术的微观流体装置来监视、观察、测量或者记录 粒子生物参数的方法，生物参数可以是任何参数，包括大小、形态、生长率、 生物标记、物质流入、物质流出、粒子对一种或多种刺激的反应或者粒子对 其环境变化的反应。所述物质可以是有色物质、发色物质(chromogenic substance)、荧光物质、荧光标记物质、辐射标记物质或者任何其它物质。 动力学参数和热力学参数可以从细胞或粒子的生物参数中通过数学方法推 算出。可以实时以在扩展的时间周期上监视、观察、测量和记录生物参数。本专利技术还涉及包括使细胞在本专利技术的微观流体装置中生长的培养细胞 的方法，在微观流体装置中用流体处理粒子的方法，和使用微观流体装置从一组粒子中分离粒子的方法。本专利技术还涉及在微观流体装置中移动粒子的方法，该方法包括在零速度 点隔离粒子并在微观流体装置中移动该零速度点。本专利技术还涉及监视蛋白质、蛋白质晶体、纳米粒子或其它粒子的合成和 生长的方法。微观流体装置和方法也可以用于任何类型的粒子，例如细胞、熔珠(bead)、病毒粒子、蛋白质、蛋白质晶体、纳米粒子或其它粒子。细胞可 以是原核细胞或者真核细胞，例如酵母细胞、真菌细胞、植物细胞、动物细 胞或其它细胞。附图说明图1描述了细胞选择机构和微观流体装置的实施例的设计。(图.1A)微 观流体装置包括用于引入细胞(从端口 12或14之一)的端口 12和14,以 及用于传送緩冲液或试剂溶液的通道16 ( 40 n m宽)。位于试剂通道16的相 对端的V形粒子保持结构由其间具有中心壁部分的相对的壁部分组成。光电 倍增管(PMT)在检测窗口 (在插入图中显示为白色矩形框)中检测荧光信 号。单一的酵母细胞自由地靠在由液体流动平衡的15ym半径(见插入图) 的斜壁上。(B)细胞引入来自左侧的液体流动载有一组细胞到达粒子保持 结构。(C)细胞选择来自通道16的液体流动分离细胞并向下方的检测窗 口发送需要的细胞。液体流动可以由流体势(<lmm )或电势差(0.01 1.5kV ) 之一来驱动。"+ "表示高电势。(D)描述了微观流体装置的一个实施例。 (E)是沿图1D所示的线S1的微观流体装置的一个实施例的截面图。(F) 是沿线S2的截面图。(G)是图1E的一部分的放大图。(H)是微观流体装 置的实施例的透视图。图2描述了通过^1观流体装置的实施例得到的3-维流动控制。(A)由 来自通道16的流动产生的2-维通道流场。存在一个在该点处流速降低到接 近于零的零速度点(ZSP)。当不存在来自端口 12和14的流动时，ZSP位于 中间，直接与通道16相对(符号12、 l4、 16已经在图.l中描述过)。第三 维流场沿着在插入图中的截面图所示粒子保持结构的斜侧壁。(B-E )当来自 右侧的流体势增加时，流场的形状改变并且ZSP移至右侧。(F)所示当不 存在来自通道16的试剂流动时，流场可以由来自右侧的流体势驱动。(G-J )当来自左侧的流体势增加时，流场形状也改变。(K)所示当不存在来自通道16的试剂流动时，流场可以由来自左侧的流体势驱动。(L)沿着粒子保持结构斜侧壁的第三维流场导致细胞在斜侧壁上平衡。细胞上由液体流动(/) 施加的向上的力、细胞自身向下的重力(g)和来自斜壁(尸)的反作用力相互平衡。(M-O)随着来自通道16的试剂流动增加，细胞在斜侧壁上的位置 改变。(P)当没有流时细胞的位置。图3描述了施加给包含在本专利技术的微观流体装置中的细胞的力。(A)显 示了液体流过粒子保持结构斜侧壁附近时的不同方向和强度。(B )施加给细 胞的力在粒子保持结构的斜侧壁上平衡；g:细胞重力(减去浮力)；/a:流动 以角度(a)施加的力；水平流体流动施加的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微观流体装置，包括： ａ．至少一个第一通道，用于将第一流体引入该装置； ａ．大致Ｖ形的粒子保持结构，与第一通道间隔开，用于在其中保持粒子，该粒子保持结构具有相对的壁部分和设置在相对的壁部分之间的中心壁部分，其中该粒子保持结构大致位于第一通道的对面，并且相对的壁部分和中心壁部分具有斜侧壁；和 ｂ．设置在第一通道和粒子保持结构之间的一个或多个流体端口，用于将第二流体引入到该微观流体装置中，和用于允许一个或多个第一流体和第二流体流出该微观流体装置。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：保罗CH李，彭星月，
申请(专利权)人：西蒙弗雷瑟大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]
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