电动浓缩设备及其使用方法技术

本发明专利技术提供一种用于浓缩感兴趣粒种和／或控制设备中液体流动的设备及其使用方法。尤其，该方法利用包括连接到多个纳米通道的多个微通道的设备，通过感应纳米通道中的电场，导致在微通道和纳米通道之间的连接区域中的离子消耗，并且在微通道内形成空间电荷层，其提供对于所述感兴趣粒种的能障，这使其能够在微通道中的区域中浓缩。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供在浓縮(concentration)溶液中感兴趣带电粒种的过 程中的设备及其使用方法。本专利技术提供基于对感兴趣带电粒种的电动 截留(electrokinetic trapping)的浓縮设备，所述感兴趣带电粒种能够被 进一步地析出(isolate)和分析。
技术介绍
蛋白质组学的主要挑战之一是诸如血清或细胞提取物的生物分 子样本过于复杂。典型的血液样本可能含有多于10,000种的不同蛋 白质种类，其浓度在9个数量级上变化。在蛋白质组学中，蛋白质的 这种多样性以及其巨大的浓度范围，对于样本制备提出了严峻挑战。由于有限的分离峰值容量(可达 3000)和动态检测范围( 104)，基于多维分离步骤和质谱法(MS)的传统蛋白质分析技术具有缺 陷。微流体生物分子分析系统(所谓的WAS)允许进行自动生物分 子处理。将各种生物分子的分离和提纯步骤以及化学反应和扩增小型 化到微芯片上，展示了快几个数量级地进行样本分离和处理。另外， 将两个不同分离步骤微流体集成到一个多维分离设备中已经被展示。 然而，大多数的微流体分离和样本处理设备都遭受样本容积不匹配的 关键问题。微流体设备在处置和处理lpL lnL的样本流体时非常有 效，但是大多数的生物分子样本在容积大于lpL的液体中才可得到或 者被处置。因此，基于微芯片的分离技术常常仅仅分析可得到样本中 的一小部分，这大大限制了整体的检测灵敏度。在蛋白质组学中，由 于信息丰富的信号分子(如，细胞因子和生物标志物)仅仅存在于痕 量浓度(nM pM范围内)中，并且对于蛋白质和肽而言没有诸如聚 合酶链式反应(PCR)的信号扩增技术的这一事实使该问题更加严重。需要一种有效的样本浓縮器，其能够得到典型的微升或以上的典 型样本容积并且将分子浓縮到更小容积中，以便其能够被更灵敏地分离出和检测到。当前可用于提供液体中的样本预浓縮的几种策略包括场放大样本堆积(FAS)、等速电泳(ITP)、电动截留、胶束电动推扫 (micellar electrokinetic swe印ing)、色谱分析预浓縮以及膜预浓 縮。这些技术中的许多最初是为毛细管电泳而开发的，并且需要特定 的缓冲液布置(buffer arrangements)和/或反应物。色谱分析和基于过 滤的预浓縮技术的效率取决于目标分子的疏水性和大小。电动截留能 够用于任何带电的生物分子粒种，但是为了操作通常需要纳米多孔的 电荷选择性膜。总体上，所展示的用于现有预浓縮方案的浓縮因子被 限制在 1000，并且由于诸如反应物和材料需求的各种操作限制，很 难将它们应用到集成的微系统中。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术掛共了一种亂缩设备，其包括微通道；纳米通道；用于感应所述纳米通道中电场的单元；用于感应所述微通道中电动或压力驱动流动的单元；以及 导管，包含感兴趣粒种的液体能够通过所述导管； 其中，将所述微通道连接到所述纳米通道，并且将所述导管连接 到所述微通道。在一个实施例中，在所述设备中导入(introduction)包含感兴趣粒种 的液体以及独立感应所述纳米通道和所述微通道中的所述电场，在所 述微通道内浓缩所述感兴趣粒种。在另一个实施例中，用于感应在所述纳米通道、或者所述微通道 或者其结合中的电场的装置是电压源。在一个实施例中，所施加的电压 在50mV到500V之间。在一个实施例中，电压源将相等的电压施加于 所述微通道的阳极和阴极侧；或者在另一个实施例中，电压源将较大 的电压施加于所述微通道中与阴极侧相对照的阳极侧。在一个 例中，微通道的宽度在l-100pm之间，并且在另一个 实施例中，微通道的深度在0.5-50^m之间。在另一个实施例中，纳 米通道的宽度在l^m-50nm之间，并且在另一个实施例中，所述纳米 通道的深度在20-100纳米之间。在一个实施例中，将微通道的表面功能化，以降低或增强所述感兴 趣粒种关于所述表面的吸附。在另一个实施例中，将纳米通道和/或 微通道的表面功能化，以增强或降低设备的操作效率。在另一个实施 例中，将外部的门电势施加于所述设备的衬底，以增强或降低设备的 操作效率。在另一个实施例中，设备主要由透明材料组成。在另一个 实施例中，透明材料为Pyrex、 二氧化硅、氮化硅、石英或者SU-8。在另一个实施例中，将设备耦合到分离系统；或者在另一个实施 例中，耦合到检测系统；或者在另一个实施例中，耦合到分析系统； 或者在另一个实施例中，耦合到其结合。在另一个实施例中，将设备 耦合到照明源。在另一个实施例中，设备包括多个微通道、纳米通道或者其结合。 在一个实施例中，将多个微通道、多个纳米通道或者其结合安排成特 定的几何形状(geometry)，其在一个实施例中，包括微通道关于所述 纳米通道的垂直定向。在一个实施例中，本专利技术提供一种MI液体中感兴趣粒种的方法，其 包，,本专利技术的设备。在一个实施例中，本专利技术提供一种包括本专利技术的设备的微流体泵，其 在一个实施例中具有在10pm/sec到10mm/sec之间的液体流动速度。在一个实施例中，本专利技术提供一种浓縮液体中感兴趣粒种的方法， 该方法包括下列步骤将液体从源导入浓縮设备，其中所述液体包含感兴趣粒种，并且 其中所述设备包括连接到纳米通道的微通道；感应所述纳米通道中的电场，借此离子消耗发生于其中将所述微 通道连接到所述纳米通道的区域，并且在所述微通道内形成空间电荷 层，其给所述感兴趣粒种提供能障；以及感应所述微通道中的液体流动。13在一个 例中，流动是电渗的，并且在另一个实施例中，凭借对 微通道中电场的感应，在微通道中感应电渗流动。在另一个实施例中， 流动是压力驱动的。在一个实施例中，将相等的电压施加于微通道的阳极和阴极侧；或 者在另一个实施例中，将较大的电压施加于微通道中与阴极侧对照的 阳极侧。在另一个实施例中，在将较大的电压施加于所述微通道的阳 极侧之前，在微通道中产生空间电荷层。在一个实施例中，液体是溶液。在另一个实施例中，液体是悬浮 液，其在另一个实施例中是器官匀桨、细胞提取物或者血液样本。在 一个实施例中，感兴趣粒种包括蛋白质、多肽、核酸、病毒颗粒或者 其结合。在一个实施例中，该方法还包括使感兴趣粒种经历毛细管电泳的 步骤。在一个实施例中，该方法还包括从设备中释放所述感兴趣粒种 的步骤。在另一个实施例中，当所述粒种以低于检测限值的浓度存在 于所述液体中时，该方法用于检测所述感兴趣的粒种。在另一个实施例中，本专利技术提供一种用于控制系统中液体流动的 方法，该方法包括将所述液体从源施加于所述系统中的泵送设备，其中所述设备包 括连接到纳米通道的微通道，并且所述液体包含带电粒种或两性粒种(amphoteric species);感应所述纳米通道中的电场，借此离子消耗发生于其中将所述微 通道连接到所述纳米通道的区域，并且在所述微通道内形成空间电荷 层，其给所述感兴趣粒种提供能障；以及感应所述微通道中的电场，借此在所述微通道中感应电渗流动， 所述流动将所述液体进一步导入所述设备，并且所述流动由所述电场 的强度控制。附图说明图1示意性地描绘了一种蛋白质MI设备的实施例，(A)该设备的布局 的实施例；(B)显示(A)中虚线滩区域的放大示意图，示出纳 31(1-10)关于M道(l-20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浓缩设备，其包括：　至少一个微通道；　至少一个纳米通道；　用于感应所述纳米通道中的电场的单元；　用于感应所述微通道中电动或压力驱动流动的单元；以及　导管，包含感兴趣粒种的液体能够通过所述导管；　其中， 将所述微通道连接到所述纳米通道，并且将所述导管连接到所述微通道。

【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：J韩，YC王，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US[美国]