利用超高频声波控制溶液中的微粒移动的方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种控制流体中的目标颗粒移动的微流控系统及方法。本发明专利技术的系统包括流体通道，其具有入口和多个出口；一个或多个超高频声波谐振器，所述超高频体声波谐振器可在所述流体通道产生频率为约0.5‑50GHz的体声波；通过调节超高频体声波谐振器体声波产生区域的形状和设置方位，使得颗粒在进入体声波在溶液中引发的涡旋通道，按指定位置和方向移动。本发明专利技术的系统和方法可以对溶液中的颗粒进行控制和分离，得到指定的颗粒，或得到分离颗粒后的纯化的溶液。

【技术实现步骤摘要】
利用超高频声波控制溶液中的微粒移动的方法及设备本申请要求以下中国专利申请的优先权：2019年6月13日提交的、申请号为201910512148.6、专利技术名称为“利用超高频声波控制溶液中的微粒移动的方法及设备”，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术涉及细胞研究方法学与医疗器械领域。具体的，本专利技术涉及一种对细胞或微囊泡进行分离和分析的微流控系统和使用所述系统来分离和分析细胞或微囊泡的方法。
技术介绍
人体体液如血液和组织液中存在的细胞或亚细胞颗粒，以及核酸和蛋白质等生物大分子颗粒对生理健康和研究非常重要，因此存在将体液中的细胞或亚细胞颗粒或生物大分子颗粒进行分离的需求。现有技术中通过滤网的方法分离细胞等颗粒的方法很多，但都存在诸如操作复杂，容易出现堵塞，处理量低等缺点。利用微流控系统对样品中的颗粒进行分离是新兴的技术。已经报道的方法大多数是基于细胞等颗粒的物理性质如大小进行分离，或者是基于生物特异性进行区别和分离。这些方法存在花费巨大和处理量低的问题。因此，目前亟需一种系统及方法，以实现对溶液中的细胞或微囊泡或生物大分子颗粒的分离，获得需要的细胞或生物大分子颗粒，或是去除细胞等颗粒后得到的纯化的体液。
技术实现思路
本专利技术首次发现利用超高频体声波能够在微流控系统中有效地操控溶液中的细胞或囊泡，或核酸或蛋白质或多糖等生物大分子等柔性颗粒的移动位置和方向，由此提供了分离和获得目标细胞或囊泡或生物大分子颗粒，或者是获得去除细胞或囊泡或生物大分子等颗粒后的液体的方法和系统。具体的，本专利技术提供了一种控制溶液中柔性微粒的移动的方法，包括：(1)使含有目标柔性微粒的溶液流经一个微流控设备，所述设备包括；流体通道，其具有入口和流出通道；一个或多个超高频体声波谐振器，其设置于所述流体通道的一个壁上，所述超高频体声波谐振器可在所述流体通道产生传向所述流体通道的对侧的壁的频率为约0.5-50GHz的体声波；(2)所述超高频谐振器发射传向所述流体通道的对侧的壁的体声波，在溶液中产生由超高频谐振器的体声波产生区域的边界限定(define)的涡旋通道；(3)使得溶液中的目标柔性微粒进入涡旋通道和顺着涡旋通道移动，并在设定的位置离开涡旋通道。柔性微粒是指具有形变性质的纳米或微米颗粒。柔性颗粒可以是人工的或天然的。所述颗粒可以为带有膜结构的微团，特别是具有脂质双分子层或类脂质双分子层的微团，例如为细胞或囊泡，包括外泌体等，或者是人工制备的，例如为油包水制剂或者水包油包水(W/0/W)双乳液制剂形式的脂质体或微胶囊等。所述颗粒也可以是具有不规则形状的，例如为核酸或蛋白等生物大分子。在其中一个方面，本专利技术提供了一种控制溶液中细胞或囊泡的移动的方法，包括：(1)使含有目标细胞或囊泡的溶液流经一个微流控设备，所述设备包括；流体通道，其具有入口和流出通道；一个或多个超高频体声波谐振器，其设置于所述流体通道的一个壁上，所述超高频体声波谐振器可在所述流体通道产生传向所述流体通道的对侧的壁的频率为约0.5-50GHz的体声波；(2)所述超高频谐振器发射传向所述流体通道的对侧的壁的体声波，在溶液中产生由超高频谐振器的体声波产生区域的边界限定的涡旋通道；(3)使得溶液中的目标细胞或囊泡进入涡旋通道和顺着涡旋通道移动，并在设定的位置离开涡旋通道。在本专利技术中，细胞或囊泡可以是人工的或天然的，通常所述颗粒为带有膜结构的微团，特别是具有脂质双分子层或类脂质双分子层的微团。本专利技术涉及的柔性颗粒通常具有约0.01-30um的直径，优选为0.2-25um的直径，更优选为0.5-20um。在本专利技术的其中一个方面，所述柔性颗粒为天然存在的颗粒，例如细胞或细胞释放到细胞外环境中的囊泡。细胞包括天然的或培养的高等植物或动物(例如包括人在内的哺乳动物)的细胞，以及细菌，真菌等单细胞生物或简单多细胞生物。囊泡为各种不同的动物细胞释放到细胞外环境中的微囊泡。这些细胞相关的微囊泡是从细胞膜上脱落或由细胞分泌的具有双层膜结构的囊泡状小体。它们可以具有大约30-1000nm、大约30-800nm、大约30-150nm或者大约30-100nm的直径。细胞释放的微囊泡包括外泌体、微囊泡、囊泡、膜小泡、水泡、气泡、前列腺小体、微颗粒、管腔内囊泡、核内体样囊泡或胞吐囊泡等。在其中一个方面，本专利技术提供了一种控制溶液中目标核酸或蛋白质或多糖等生物大分子(特别是核酸)的移动的方法，包括：(1)使含有目标生物大分子的溶液流经一个微流控设备，所述设备包括；流体通道，其具有入口和流出通道；一个或多个超高频体声波谐振器，其设置于所述流体通道的一个壁上，所述超高频体声波谐振器可在所述流体通道产生传向所述流体通道的对侧的壁的频率为约0.5-50GHz的体声波；(2)所述超高频谐振器发射传向所述流体通道的对侧的壁的体声波，在溶液中产生由超高频谐振器的体声波产生区域的边界限定的涡旋通道；(3)使得溶液中的目标生物大分子进入涡旋通道和顺着涡旋通道移动，并在设定的位置离开涡旋通道。在本专利技术的其中一个方面，所述方法中的生物大分子是指核酸。本文所用的“核酸”(以及等价术语“多核苷酸”)是指在核苷酸亚单位之间包含磷酸二酯键的核糖核苷或脱氧核糖核苷的聚合物。核酸包括，但不限于，基因DNA、cDNA、hnRNA、mRNA、rRNA、tRNA、微RNA、片段核酸、从亚细胞器如线粒体获得的核酸，以及从可能出现在样品上或样品中的微生物或病毒获得的核酸。核酸包括天然或合成的，例如以人工或天然DNA或RNA为模板的扩增反应产物。核酸可以是双链或者单链、环状或线性的。可以用于检测目标核酸的样品包括下述样品：来自细胞培养物、真核微生物或诊断样品如体液、体液沉淀物、洗胃样本、细针抽取物、活组织检查样品、组织样品、癌细胞、来自病人的细胞、来自组织的细胞或来自待测试和/或治疗疾病或感染的个体的体外培养的细胞、或法医样品。体液样品的非限制性实例包括全血、骨髓、脑脊液、腹膜液、胸膜液、淋巴液、血清、血浆、尿、乳糜、粪便、射精、痰、乳头吸液、唾液、棉签样本、冲洗或灌洗液和/或擦拭样本。本专利技术方法尤其适用于分离长度≥300bp，优选≥1kbp、更优选≥10kbp、例如为≥50kbp的核酸(例如任何形式的DNA和RNA，包括天然或合成核酸，例如以DNA或RNA为模板的扩增反应产物)。本专利技术中的超高频体声波谐振器是指能够产生频率超过0.5GHz(优选为超过1GHz)，例如频率为0.5-50GHz的体声波的谐振器。所述超高频体声波谐振器例如可以为薄膜体声波谐振器或固态装配型谐振器等。在本专利技术的方法中，超高频谐振器发射传向所述流体通道的对侧的壁(例如流道顶部)的超高频体声波，声波衰减到流体中产生的体积力使得流经的溶液中出现声射流，导致微流道中的液体产生局部的立体的旋涡。由于涡旋是由于声波衰减引发的体积力产生的，涡旋的中心轴在体声波作用边界的上方；超高频体声波引起的连续涡旋形成声流体涡旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制溶液中目标柔性颗粒如细胞微囊泡或核酸和蛋白质等生物大分子颗粒的移动的方法，包括：/n(1)使含有柔性颗粒如细胞微囊泡或核酸和蛋白质等生物大分子颗粒的溶液流经一个微流控设备，所述设备包括；/n流体通道，其具有入口和流出通道；/n一个或多个超高频体声波谐振器，其设置于所述流体通道的一个壁上，所述超高频体声波谐振器可在所述流体通道产生传向所述流体通道的对侧的壁的频率为约0.5-50GHz的体声波；/n(2)所述超高频谐振器发射传向所述流体通道的对侧的壁的体声波，在溶液中产生由超高频谐振器的体声波产生区域的边界限定(define)的涡旋通道；/n(3)通过调节超高频体声波谐振器的体声波作用区域的形状和位置，使得溶液中的柔性颗粒进入涡旋通道和顺着涡旋通道移动，并在设定的位置离开涡旋通道，该位置称为释放点。/n

【技术特征摘要】
20190613 CN 20191051214861.一种控制溶液中目标柔性颗粒如细胞微囊泡或核酸和蛋白质等生物大分子颗粒的移动的方法，包括：
(1)使含有柔性颗粒如细胞微囊泡或核酸和蛋白质等生物大分子颗粒的溶液流经一个微流控设备，所述设备包括；
流体通道，其具有入口和流出通道；
一个或多个超高频体声波谐振器，其设置于所述流体通道的一个壁上，所述超高频体声波谐振器可在所述流体通道产生传向所述流体通道的对侧的壁的频率为约0.5-50GHz的体声波；
(2)所述超高频谐振器发射传向所述流体通道的对侧的壁的体声波，在溶液中产生由超高频谐振器的体声波产生区域的边界限定(define)的涡旋通道；
(3)通过调节超高频体声波谐振器的体声波作用区域的形状和位置，使得溶液中的柔性颗粒进入涡旋通道和顺着涡旋通道移动，并在设定的位置离开涡旋通道，该位置称为释放点。


2.权利要求1的方法，其中还包括通过调节体声波的功率和/或通过调节所述溶液流经体声波区域的速度，来调节进入涡旋通道的柔性颗粒。


3.权利要求1的方法，其中对应所述释放点的体声波作用区域存在转折或曲率变化。


4.权利要求1-3中任一项的方法，其中所述超高频谐振器的体声波产生区域的边界线条设置为适于目标柔性颗粒保持在涡旋通道中顺着涡旋通道移动至释放点，例如通过减少体声波产生区域的边界线条中出现转折或曲率变化。


5.权利要求1的方法，其中所述微流控设备的流体通道的高度为约20-200μm，优选为约25-100μm，更优选为约30-80μm，例如为约40-60μm。


6.权利要求1的方法，其中将所述流体通道分为不同区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：段学欣，杨洋，
申请(专利权)人：安行生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81