微液滴的体积测量制造技术

描述了被注入到开放端口探针(OPP)中的声学分配样品的改进。描述了校准声学分配器中的体积分配确定和机制以产生准确且精确的体积传递的装置和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微液滴的体积测量
本申请涉及微液滴领域。具体地，本申请涉及用于使用质谱法测量所分配的微液滴的体积的系统和方法。
技术介绍
微流体分配涉及流体的控制和操纵，以从整体(bulk)流体样品中提取小体积的流体进行检查。微流体分配出现于1980年代初，并且已经被用于尤其诸如喷墨打印、DNA微阵列、芯片实验室技术、3-D打印头、药物库的重新格式化和微量滴定板复制、个体细胞和细胞裂解物的分配之类的各种各样的领域。微流体分配不断成长和发展，并且现在能够分配越来越小体积的流体，通常是经由通过非接触方法传递高度精确的体积的方法。微流体分配在其中试剂价格高或可用数量有限的领域以及期望高速和高通量的应用中是特别有用的。举例来说，出于这些原因，包括高通量筛选(HTS)和药理学相关的给药/分布/代谢/排泄(ADME)性质的表征的药品开发及发现和与下一代基因排序相关的领域一样已经包含了微流体分配。最近，专利技术人已经结合了微流体分配技术，以将样品引入诸如质谱仪之类的分析测量工具。微流体分配的基本操作涉及从相对较大的“整体”样品中分离小体积的样品材料。样品材料可以以不同形式被分配，例如，作为单个分立液滴、液滴的组、雾或样品材料的其它物理布置。取决于用于分离样品材料的具体机制，不同的分配形式在每次分配或多或少地可以是可再现的。例如，通过液滴进行的分配已经被用于分配小至微微升范围的分立液滴。用于从样品传递小体积液滴的最常见类型的系统中的一些被广泛地表征为喷射或动态设备，示例包括例如：声学技术；压电技术；压力驱动技术；气动泵/阀技术；电场驱动技术等。这些分配设备全都转移被引导进入整体样品中的所测量的量的能量，以便从整体样品流体中分离出以一个或多个液滴的形式的所期望的样品体积。从整体样品流体分配液滴所需的能量的量与整体流体的流体性质相关，其中粘度和表面张力是主要考虑。控制由分配设备生成并转移到整体样品流体中的能量的分配参数需要专门针对整体样品流体的流体性质具体定制，以便传递具有足够从整体样品流体脱离的能量的目标液滴体积。由于问题的复杂性，与针对给定整体样品流体的所期望的液滴体积对应的具体分配参数的选择是通过一个或多个分配参数的经验调节过程来实现的，分配一个或多个液滴、测量这一个或多个液滴的分配体积、调整分配参数以及迭代地重复该序列直到识别出一致地传递针对整体样品流体的所期望的液滴体积的分配参数为止。不管所使用的分配技术如何，分配参数常常是相互依赖的，从而由于对一个分配参数的调整可能影响对其它分配参数的调节，因此使该调节过程是高度参数化的。声学液滴分配在商业上用于将液体样品从一个微量滴定板转移到另一个微量滴定板上，这就是所谓的板复制和重新格式化。还开发出用于将样品从各种配置的试管转移到微量滴定板中的分配器。专利技术人使用声学液滴分配来将受控制体积的样品引导到捕获探针中进行收集和转移，以用于通过质谱仪进行质量分析。作为液体分配的示例，声学液滴分配(ADD)是用于将液滴从微量滴定板中的样品孔(samplewell)非接触地、体积准确且精确地转移到第二微量滴定板中的对应样品孔的技术。声波形式的能量的使用允许以分立液滴形式的流体的转移在条件高度受控制时是非接触的、体积准确且精确的。微量滴定板中的典型孔密度为每个微量滴定板96、384和1536个孔，并且用于分配的典型液滴体积在1-20nL的范围内。可以分配大于20nL的体积，期望的是这些液滴在解吸后由于流体不稳定性而会出现碎裂。可以将多个液滴顺序分配到目标孔中，以累积达到所期望的分配体积。药物研究与开发组织广泛使用这种方法来从其庞大的药品库中分配通常溶于二甲基亚砜中的小体积化合物，从而在针对生物活性的HTS分析筛选以及确定药物性质的ADME分析中进一步进行测试。例如，声学分配器通过用RF功率供给能量的压电振动器产生声波，并且通过金属透镜经由耦合流体转移到样品孔的底部。使用耦合流体将金属透镜连接到样品孔的底部，因为由于声波通过气态介质迅速减速，因此必须避免气隙。声波传播通过可以由各种兼容的塑料或其它材料构成还具有各种厚度和形状的样品孔的底部，然后行进通过样品的流体到达表面处的弯液面。此时，当声波在液-气界面处减速时出现压力扰动，这在适当条件下会将已知体积的液滴以精确且可再现方式准确发射至表面上方几厘米处。诸如基于气动或压力的液滴分配器之类的其它液滴分配器的操作可以基于正被分配的液体样品的物理参数在液滴分配方面类似地变化。可以通过调整与该分配器类型密切相关的多个物理参数来控制分配器的操作。例如，声学分配器可以变化频率、功率、方向、持续时间或猝发率、聚焦位置等，以便从液体样品生成液滴。确定在设置分配设备的操作参数时将什么值用于这些物理参数以从具有不同流体性质和深度的液体重复传递所期望的液滴体积是被称为校准的过程。样品、板和环境性质的变化需要调整物理参数进行补偿。确定将什么值用于物理参数以传递所期望的液滴体积是被称为“校准”的过程。例如，在声学分配器的情况下，需要校准声学参数，以便可再现地分配准确且精确的液滴体积。液滴体积测量对于校准过程是主要的。具有不同流体性质的样品需要特有的校准文件，并且在样品的不同深度处需要特有的校准文件。然而，仪器中的声波频率、功率、能量持续时间(重复或猝发率)、焦点以及压电换能器和透镜元件的各个特性全都影响所分配的液滴的体积。用于传递指定液滴体积的这些参数的值强烈取决于整体溶液的粘度和表面张力性质。出于该原因，需要针对具有不同粘度的不同液体的校准文件。也可以需要针对样品孔中不同深度的特定流体的校准文件，因为当能量通过流体行进到达沉积能量以发射液滴的表面时，能量消散。由于压电换能器和相关联的透镜组件的制造的变化，因此校准文件特定于每个个体仪器。校准是多步骤的迭代过程，其涉及调整物理参数(例如，声学功率、频率、重复或“猝发”率，以及用透镜将波聚焦到靠近样品液体表面的点)。其值受到样品流体的粘度的影响，该样品流体的粘度将改变样品液体的表面张力，从而改变发射液滴所需的功率。样品、板和环境性质的变化需要调整物理参数进行补偿。在每次体积测量之后，迭代地调整声学功率、频率和重复或“猝发”率的物理参数并且重复体积测量。越接近正确的体积，需要的调整越少。最终，只有一个参数需要精细调节，而所有其它剩余参数都保持固定值，从而减弱该过程的参数化本质。一些方法提供了保持频率和功率固定并且仅调整猝发率和聚焦距离，但是可以调整所有这些参数以实现目标液滴体积。另外，波必须行进到达表面的距离将影响波的焦点的位置，该位置是通过定位聚焦透镜来控制的。该距离随孔中的样品的体积的变化而变化，当样品由于分析的本质而被分配、蒸发或逐个样品地变化时，该样品体积随时间而改变。必须针对每个孔准确确定并且按透镜位置来调整该距离。这是通过测量声波反射返回到压电发射器(也用作检测器)所花费的时间来进行的。如果声音在样品流体中的速度是已知的，则可计算到表面的距离。对于许多类型的流体混合物，声音的速度是未知的，因此必须由仪器进行测量。确定声音在任何样品流体中的速度是校准过程的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种校准液滴分配器的方法，所述液滴分配器从液体样品分配样品液滴，所述方法包括：/n提供包括已知校准物浓度的校准物的液体样品；/n从液体样品分配假定液滴尺寸的液滴；/n将假定液滴尺寸的液滴离子化；/n使用质谱仪测量离子化的液滴中的校准物的校准物质量；以及/n通过将基于假定液滴尺寸的预计校准物质量与所测量的校准物质量进行比较来确定实际液滴尺寸。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180611 US 62/683,210;20190204 US 62/800,9361.一种校准液滴分配器的方法，所述液滴分配器从液体样品分配样品液滴，所述方法包括：
提供包括已知校准物浓度的校准物的液体样品；
从液体样品分配假定液滴尺寸的液滴；
将假定液滴尺寸的液滴离子化；
使用质谱仪测量离子化的液滴中的校准物的校准物质量；以及
通过将基于假定液滴尺寸的预计校准物质量与所测量的校准物质量进行比较来确定实际液滴尺寸。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定实际液滴尺寸与假定液滴尺寸的差异大于阈值尺寸；以及
基于液滴尺寸差异的大小和符号中的至少一个来调整液滴分配器的至少一个液滴分配器参数。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
使用先前调整的所述至少一个液滴分配器参数重复地从液体样品分配后续假定液滴尺寸的后续液滴，将后续液滴离子化，测量离子化的后续液滴中的校准物的后续校准物质量，通过将基于假定后续液滴尺寸的预计后续校准物质量与所测量的后续校准物质量进行比较来确定实际后续液滴尺寸，以及调整液滴分配器的所述至少一个液滴分配器参数，直到实际后续液滴尺寸与假定液滴尺寸的差异小于阈值尺寸。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·R·科维，刘畅，
申请(专利权)人：DH科技发展私人贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG