本发明专利技术提供了用于浓缩悬浮在液体中的颗粒（例如，细菌、病毒、细胞和核酸）的方法和系统。电场感应力将颗粒驱向浸在液体中的第一电极。当颗粒靠近（例如接触）第一电极时，从液体中撤出电极，撤出的电极与液体表面之间形成的毛细管作用力将颗粒固定在电极上。当从液体撤出电极时，之前浸入液体的电极部分具有固定在其表面上的颗粒。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从溶液浓缩颗粒的方法和系统交叉参考相关申请本申请要求2008年6月6日提交的美国临时申请61/059708和2008年10月27 日提交的美国临时申请61/108799的权益，所述申请各自以其全文通过引用合并入本文。政府许可权的申明本专利技术是在国家科学基金会拨给的基金号0740525下和在由疾病控制中心拨给 的基金号200-2007-M-22794下由政府资助进行的。政府具有本专利技术的某些权利。背景结核病(TB)，当今全球传播最广的疾病之一，已感染了三分之一的世界人口。在 2006年，报导了九百二十万例新TB病例，一百七十万例涉及死亡，大部分发生在发展中国 家。在2006年，在美国报导了大约15，000例新TB病例。因为具有活动但未治疗的TB的 患者每年可传染平均10至15人，因此新TB患者的快速诊断是有效控制该疾病所必需的。目前，存在多种用于TB诊断的技术。然而，可供利用的方法都不具有低检测限、分 析时间和成本的优良组合。具有低检测限的此类技术非常费时，而相对快速的检测又具有 高检测限并且通常需要通过(慢)测试来最终确认。尽管存在用于检测TB的成熟技术，但 仍然需要改进的检测方法来在全球范围内对付该疾病。另一种目的分析物是细胞外DNA，其在疾病诊断学和环境分子生物学领域中是极 其吸引人的。与活细胞中的基因组DNA不同，细胞外DNA是从濒死细胞释放的游离DNA。因 此，体液中循环的细胞外DNA可用作不同急性病例如癌症的早期指示剂。例如，健康人的细 胞外DNA的浓度为大约30ng/mL，但对于癌症患者其浓度增加至大约300ng/mL。为了进行环境监控，溶解在湖泊和土壤中的细胞外DNA是环境质量的指示剂，因 为溶解的DNA是由细胞裂解和活生物体的排泄物产生的。尽管极具吸引力，但细胞外DNA的研究受到目前利用的标准样品制备方法的阻 碍。常规方法从粗制样品过滤、离心和收集DNA开始。样品制备过程通常需要数小时，这可 降解和突变细胞外DNA。结果，细胞外DNA的原始信息在分析前就部分或完全丢失。因此， 可浓缩细胞外DNA的快速方法对于鉴定病原体信息是非常重要的。TB和细胞外DNA的上述实例是科学上重要的分析物，目前使用较慢的、低效的和 不足的方法检测其。用于从溶液提取颗粒分析物例如TB和DNA的改进方法将通过改善用 于疾病例如TB和癌症的测试的效率、成本和准确性而为全球卫生提供极大的益处。概述在一个方面，提供了用于浓缩颗粒的方法，其包括将具有高高宽比(aspect ratio)的第一电极浸入含有颗粒的液体，其中第一电极包含具有杆纬向尺寸(shaft latitudinal dimension)的杆禾口具有远端讳向尺寸(distal latitudinal dimension)的 远末端，其中所述远端纬向尺寸为1纳米至1毫米；通过使用该第一电极产生电场感应力来 将颗粒驱向第一电极；和利用毛细管作用力(通过从液体撤出第一电极而在第一电极与液 体之间形成的)将颗粒固定在第一电极的表面上。在另一个方面，提供了颗粒浓缩系统，其包含具有高高宽比的第一电极，其中第一电极包含具有杆纬向尺寸的杆和具有远端纬向尺寸的末端，其中所述远端纬向尺寸为1纳 米至1毫米，第一液体包含第一颗粒；执行器，所述执行器的大小和构造适于用来将第一电 极浸入第一液体和从其中撤出，以便在抽出的第一电极与第一液体之间形成的毛细管作用 力将第一颗粒固定在第一电极的表面上；和电信号发生器，所述电信号发生器的大小和构 造设计为利用第一电极产生电感应力，以便当将第一电极浸入第一液体时，优先将第一颗 粒驱向第一电极。在另一个方面，提供了用于浓缩颗粒的方法，其包括将具有高高宽比的第一电极 浸入含有颗粒的液体中，其中所述第一电极包含具有杆纬向尺寸的杆和具有远端纬向尺寸 的末端，其中所述远端纬向尺寸为1纳米至1毫米；和通过使用第一电极产生电场感应力来 将颗粒驱向第一电极。附图概述当结合附图参考下列详细描述时，本专利技术的上述方面和许多相伴的有利方面将变 得更容易理解和领会，其中图IA是本专利技术代表性实施方案的一部分的图解说明，所述实施方案包括通过由 第一电极产生的电场感应介电泳力驱动的液体中颗粒向第一电极的基本上线性的运动；图IB是图IA中举例说明的本专利技术代表性实施方案的一部分的图解说明，其中从 液体中撤出第一电极，并且作为毛细管作用力固定颗粒的结果，第一电极使颗粒从液体浓 缩在其表面上，所述颗粒通过电场感应介电泳力被吸引至第一电极；图2是本专利技术代表性实施方案的一部分的图解说明，所述实施方案包括通过电场 感应电渗力驱动的液体中颗粒向第一电极的循环运动；图3是本专利技术代表性实施方案的一部分的图解说明，所述实施方案包括液体中颗 粒上介电力和电渗力的组合驱动颗粒朝向第一电极，所述第一电极包含能够结合附着至颗 粒的第二结合伴侣的第一结合伴侣；图4A和4B是可用于本专利技术的由碳化硅和碳纳米管制造的代表性第一电极的显微 照片；图4C和4D是可用于本专利技术的涂有聚合物的第一电极的显微照片；图5A-5C是在进行本专利技术的方法后由碳化硅和碳纳米管制造的并且具有固定在 其表面上的聚合物颗粒的代表性第一电极的显微照片；图6A-6C是具有DNA固定在其表面上的本专利技术代表性第一电极的显微照片；图6D是通过本专利技术的方法分析的一系列DNA溶液的DNA浓度对荧光强度的图；图7是通过本专利技术的方法分析的一系列DNA和细胞的溶液的DNA浓度对荧光强度 的图；图8A是具有TB细胞固定在其表面上的第一电极的显微照片；图8B是通过本专利技术的方法分析的一系列TB溶液的TB细胞浓度对荧光强度的图；图9A是比较参照溶液和含有TB的溶液中第一电极的外施电压和测量的电流的 图；图9B是通过本专利技术的方法分析的一系列包含TB的溶液的TB细胞浓度对标准化 电流的图；附图说明图10是具有DNA在其表面上杂交的第一电极和不具有DNA的参照第一电极的电压对电流的图；图IlA是使用本专利技术的方法进行DNA杂交的AC电压对荧光的图；图IlB是使用本专利技术的方法进行DNA杂交的DNA杂交时间对荧光的图；图12是通过本专利技术的方法将HIV固定在其表面上的第一电极的显微照片；图13A是第一电极在用于本专利技术方法之前的荧光显微照片；图1 是图13A中画出的第一电极在进行本专利技术方法后的荧光显微照片，其中HIV 被固定在电极的表面上；图14是作用于固定在根据本专利技术电极上的颗粒的力的图解说明；图15A是当颗粒被固定在从液体撤出的电极上时液体与不同大小的颗粒之间形 成的临界角的图解说明；图15B是当颗粒被固定在从液体撤出的电极上时液体与不同大小颗粒之间形成 的分离角(split angle)的图；图16A是作用于固定在从液体撤出的电极上的颗粒的力的图解说明；和图16B是固定在电极的侧面上的多个颗粒的图解说明。专利技术详述在一个方面，提供了浓缩颗粒的方法，其包括将具有高高宽比的第一电极浸没在 含有颗粒的液体中，其中所述第一电极包含具有杆纬向尺寸的杆和具有远端纬向尺寸的远 末端，其中所述远端纬向尺寸为1纳米至1毫米；通过使用该第一电极产生电场感应力来驱 动颗粒朝向第一电极；和利用通过从液体撤出第一电极而在第一电极与液体之间形成的毛 细管作用力将颗粒固定在第一电极的表面上。本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于浓缩颗粒的方法，其包括： （ａ）将具有高高宽比的第一电极浸入含有颗粒的液体中，其中第一电极包含具有杆纬向尺寸的杆和具有远端纬向尺寸的远末端，其中所述远端纬向尺寸为１纳米至１毫米； （ｂ）通过使用第一电极产生电场感应力而将颗粒驱向第一电极；和 （ｃ）利用通过从溶液撤出第一电极而在第一电极与液体之间形成的毛细管作用力将颗粒固定在第一电极的表面上。
【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：JH·郑，
申请(专利权)人：华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：US
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