微流体系统的制作方法

本发明涉及用于分离颗粒的微流体系统和用于操纵颗粒的设备。

背景技术：

在分离属于样品的小颗粒的领域中，已知的系统包括：第一入口，在使用中，通过该第一入口将样品引入系统中；分离单元，其包括主腔室和回收腔室，并且被设计用于相对于样品的其他颗粒以选择性的方式将至少一部分指定类型的颗粒从主腔室转移到回收腔室；一个或多个储存器，其被设计用于容纳液体并且与分离单元流体连接；一个或多个致动器，其用于将液体从储存器移动到分离单元。

在这些类型的系统中，通过移动其中含有颗粒的液体(通常是缓冲液)来执行颗粒输送的一部分。然而，已经通过实验观察到，这种类型的移动并不总是可靠和准确的(它不产生可重复的结果)。

此外，颗粒在分离单元内选择性移动，通常通过利用其他系统(例如，介电电泳或磁泳仪)执行的该移动在某些情况下不是完全可靠和准确的。

本发明的目的是提供一种用于分离颗粒的微流体系统和一种用于操纵颗粒的设备，它们至少部分地克服了已知技术的缺点，并且同时易于制造且制造成本低。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种用于分离颗粒的微流体系统和一种用于操纵颗粒的设备，它们在随附的独立权利要求中限定，并且优选在直接或间接地引用独立权利要求的任一项权利要求中限定。

除非另有明确说明，否则在本文中，以下术语具有下面指出的含义。

截面的等效直径是指与该截面具有相同面积的圆的直径。

微流体系统是指包括至少一个微流体通道和/或至少一个微流体腔室的系统。特别地，微流体系统包括至少一个泵(更具体地，多个泵)、至少一个阀(更具体地，多个阀)并且如果需要，包括至少一个垫圈(更具体地，多个垫圈)。

特别地，微流体通道是指截面的等效直径小于0.5mm的通道。

特别地，微流体腔室的高度小于0.5mm。更具体地，微流体腔室的宽度和长度大于高度(更确切地说，是高度的至少五倍)。

在本文中，颗粒是指最大尺寸小于500μm(有利地小于150μm)的微粒。颗粒的非限制性例子是：细胞、细胞碎片(特别是细胞片段)、细胞聚集体(例如，源自干细胞的小细胞簇，例如神经球或乳腺球)、细菌、脂质球、微球(聚苯乙烯和/或磁性的)、由与细胞结合的微球形成的复合纳米球(例如，高达100nm的纳米球)。有利地，颗粒是细胞。

根据一些实施方式，颗粒(有利地是细胞和/或细胞碎片)的最大尺寸小于60μm。

颗粒的尺寸可以使用具有刻度尺的显微镜或与具有刻度尺的载玻片(其上沉积有颗粒)一起使用的普通显微镜通过标准方式测量。

在本文中，颗粒的尺寸是指颗粒的长度、宽度和厚度。

术语“选择性”用于识别颗粒的移动(或表示移动和/或分离的其他类似术语)，其中移动和/或分离的颗粒是主要为一种或多种指定类型的颗粒。有利地，选择性移动(或表示移动和/或分离的其他类似术语)需要移动具有至少90％(有利地95％)指定类型的颗粒的颗粒(百分比由指定类型的颗粒的数量相对于全部颗粒的数量给出)。

附图说明

下面参照附图描述本发明，附图示出了本发明的一些非限制性实施方式，其中：

-图1是根据本发明的系统的示意性侧视图；

-图2是图1系统的一部分的立体分解图；

-图3是图2的部分的平面图；

-图4示出了图3的部分的沿着iv-iv线的截面；

-图5是在实验测试期间连接至传感器的图1的系统的部件的照片；以及

-图6是图2的分解图的元件的平面图。

具体实施方式

在图1中，附图标记1总体上表示用于分离属于样品的至少一种指定类型的颗粒的微流体系统。系统1包括：入口2(图6)，在使用中，通过该入口将样品引入系统1中；分离单元3，其包括主腔室4和回收腔室5，并且被设计用于相对于样品中的其他颗粒以基本上选择性的方式将指定类型的至少一部分颗粒从主腔室4转移到回收腔室5。系统1还包括至少一个储存器6，储存器6被设计用于容纳液体并且与分离单元3流体(并且直接)连接；以及至少一个致动器7(特别是泵或在压力下的储存器-图1)，其用于将液体移动到(沿着)储存器6以及分离单元3的至少一部分中。特别地，致动器7被设计用于将液体从储存器6移动到分离单元3。

特别地，储存器6的(内部)容积至少为1μl。更具体地，储存器6的(内部)容积达到10ml。

根据一些非限制性实施方式，系统1的结构和操作对应于公开号为wo2010/106428的专利申请中描述的结构和操作，并且应当注意，根据彼此替换的实施方式，储存器6被设计用于容纳样品(如果需要，在缓冲液中稀释)或被设计用于容纳运输液体(更确切地说，缓冲液)，该运输液体特别地在使用中用于通过夹带而输送颗粒。

特别地，在第一种情况下，储存器6与主腔室4流体(直接)连接，并且致动器7被设计用于将液体(包含样品)从储存器6移动到主腔室4。特别地，在第二种情况下，储存器6与回收腔室5流体(直接)连接，并且致动器7被设计用于将运输液体从储存器6移动到回收腔室5(并且如果需要，随后移动到主腔室4和/或出口10)。

根据一些变型，储存器6与主腔室4流体(直接)连接，并且被设计用于容纳运输液体(更确切地说，缓冲液)，该运输液体特别地在使用中用于通过夹带而输送颗粒。在这些情况下，致动器7被设计用于将运输液体从储存器6(直接)移动到主腔室4。

在实践中，根据一些非限制性实施方式并且当储存器6连接至回收腔室5并且容纳运输液体时，在使用中，样品(或其一部分)被输送到主腔室4中(图6)。指定类型的颗粒选择性地(例如，通过介电电泳)从主腔室4移动到回收腔室5的等待区域8。此时，由于致动器7(图1)，(通过适当地操作所设置的各种阀；特别地，通过将设置在主腔室4的出口处的阀4’保持打开，并将设置在回收腔室5的出口处的阀8’和9’保持关闭)使盐溶液流动，以通过主腔室4从储存器6(图6)流出。因此，颗粒从等待区域8移动到回收腔室5的回收区域9。此时，由于致动器7，(通过适当地操作所设置的各种阀；特别地，通过将设置在主腔室4和等待区域8的出口处的阀8’和9’保持关闭，并将设置在回收区域9的出口处的阀9’保持打开)使盐溶液流动，以通过回收区域9从储存器6流出，使得颗粒被送到出口10，然后它们可以从该出口10被回收。

注意，当指出两个元件“直接”连接和/或接触时，是指不插入另外的元件。

根据一些非限制性实施方式，系统1包括微流体装置11和用于操纵(分离)颗粒的设备12(图1和图2)。特别地，微流体装置11和设备12如公开号为wo2010/106434和wo2012/085884的专利申请中所述。

系统1还包括调节组件13，调节组件13包括至少一个调节装置14，该至少一个调节装置具有至少一个传热元件15，传热元件15设置在储存器6处(特别是与储存器6接触)，以调节储存器6的温度，特别是从储存器6吸收热量。更确切地说，元件15包括被设计用于传导热量的材料(特别是金属；更具体为铜)(元件15由该材料制成)。特别地，元件15不存在于(接触)分离单元3(更确切地说，主腔室4和分离腔室3)。根据一些实施方式，元件15和储存器6之间的距离短于从元件15到分离单元3(更确切地说，到主腔室4和分离腔室3)的距离。

在一些情况下，元件15包括(是)板。根据具体实施方式(如图所示的实施方式-特别是参见图4)，元件15包括(是)两个重叠板。

特别地，借助于在使用中通过元件15起作用的调节装置14，调节组件13被设计用于调节储存器6的温度(更具体地，将储存器6的温度保持在给定范围内)。有利地但非必要地，调节装置14被设计用于从元件15(并且因此从储存器6)移除热量。

更确切地说，元件15(特别是调节装置14)被设计用于将来自储存器6的壁的热量传走和/或向储存器6的壁传递热量(特别地，从储存器6的壁移除热量)。

已经通过实验和令人惊讶地观察到，通过控制储存器6中的液体温度，可以获得更加可靠、准确且可再现的颗粒移动。

这可能主要是由于两个因素。第一，对温度的控制允许控制液体的粘度并将粘度保持在窄的范围内。第二，保持温度受控(特别是防止其升高)降低了气泡形成的风险。

关于第一个问题，应该注意的是，通过降低液体的粘度，由于雷诺数的变化，通过夹带移动颗粒所需的液体量减少。

关于第二个问题，应该注意的是，气泡产生阻碍颗粒移动的障碍物(也在分离单元3中)。

根据一些非限制性实施方式，调节组件13(更确切地说，调节装置14)包括用于从元件15吸取热量的热泵16。有利地但非必要地，热泵16与元件15直接接触(即，没有插入其他元件)。特别地，热泵16包括珀尔帖冷却器。

根据一些非限制性实施方式，热泵16(珀尔帖冷却器)被设计用于以5-8瓦特(特别是6-7瓦特)的功率运行。

有利地但非必要地，调节组件13(更确切地说，调节装置14)包括热绝缘体17(图2中示出)，热绝缘体17设置在元件15的相对于储存器6的相对一侧上。特别地，热绝缘体17直接与元件15的相对于储存器6面向相对一侧的表面接触。更确切但非必要地，热绝缘体17覆盖该表面(除了其中热泵16设置成与元件15接触的区域之外)。

根据一些非限制性实施方式，调节组件13(更确切地说，调节装置14)包括液体热交换器18。特别地，热交换器18连接至冷却回路19(图1)，冷却回路19设置有散热器20、流体连接热交换器18和散热器20的两个管道21和22、用于冷却散热器20中存在的液体的风扇20’以及用于沿着管道21和22并通过热交换器18和散热器20输送冷却液的泵23。

有利地但非必要地，调节组件13(更确切地说，调节装置14)包括用于检测元件15的温度的温度传感器24。特别地，传感器24设置成与元件15直接接触。

根据一些非限制性实施方式，调节组件13(更确切地说，调节装置14)包括用于检测热交换器18的温度的温度传感器25。特别地，传感器25设置成与热交换器18直接接触。

根据一些非限制性实施方式(并且如果储存器6容纳运输液体并且因此与回收腔室5和致动器7流体连接，并且被设计用于将运输液体从储存器6移动到回收腔室5)，系统1包括至少一个另外的储存器26，其设置在入口2和分离单元3(特别是主腔室)之间并且(直接)流体连接(即，以便允许流体通过)入口2和分离单元3(特别是主腔室)。特别地，储存器26被设计用于容纳至少一部分样品。在这种情况下，元件15设置在储存器6和储存器26处。

在这种情况下，特别地，系统1还包括另外的致动器(更确切地说，是已知类型的但没有示出的泵)，该致动器被设计用于将液体从储存器26移动到分离单元3(具体地，到主腔室4)

根据替代和非限制性实施方式，致动器7还被设计用于将液体从储存器26移动到分离单元3。在这些情况下，特别地，提供了转向器，该转向器允许受压的流体从致动器7朝向储存器6或朝向储存器26引导，以便分别将液体从储存器6移动到分离单元3或从储存器26移动到达分离单元3。

根据一些非限制性实施方式，储存器26设置在该另外的致动器和主腔室4之间。根据一些实施方式，元件15和储存器26之间的距离短于从元件15到分离单元3(更确切地说，到主腔室4和分离腔室3)的距离。

特别地，储存器26的(内部)容积至少为1μl。更具体地，储存器26的(内部)容积达到10ml。

根据一些非限制性实施方式，系统1包括：管道27，管道27与主腔室4流体连接以接收来自主腔室4的液体；至少一个出口10，其与回收腔室5流体连接，并且在使用中，收集在回收腔室5中的至少一部分指定类型的颗粒穿过该出口10；以及至少一个管道28，其用于将回收腔室流体连接至出口。

在这些情况下，元件15设置在管道27和28(以及储存器6和26)的区域中。

根据一些非限制性实施方式，系统1包括微流体装置11，微流体装置11包括主腔室4、回收腔室5、储存器6(并且如果需要，包括储存器26、管道27和28以及出口10)。特别地，在使用中，收集在回收腔室5中的至少一部分指定类型的颗粒通过出口10流出微流体装置11。

根据一些非限制性实施方式，分离单元3包括用于颗粒的选择性移动的电极系统。

在一些情况下，分离单元包括从由介电电泳仪、光学镊子、磁泳仪、声泳仪(及其组合)组成的组中选择的系统。特别地，分离单元包括介电电泳系统。

根据一些实施方式，介电电泳系统和/或其操作如在公开号为wo0069565、wo2007010367、wo2007049120的专利申请中的至少一个中所述。

有利但非必要地，系统1包括用于操纵(用于分离)颗粒的设备12；设备12设置有座29(在图1中部分且示意性示出)，装置11被容纳在座29中并且座29可在打开位置和关闭位置之间移动(这方面的进一步细节，例如参见公开号为wo2010/106434和wo2012/085884的专利申请)。设备12包括致动器7和调节组件13(并且如果需要，还包括所述另外的致动器)。特别地，当座29处于打开位置时，装置11可从设备12移除。

根据一些实施方式，设备12包括电连接器，以将设备12电连接至微流体装置11。在这种情况下，微流体装置11具有可与所述的电连接器联接的另外的电连接器11’。

根据一些非限制性实施方式，系统1(特别是调节组件13)包括控制装置30(图1)，该控制装置被设计用于控制调节装置14以便将储存器6的温度(如果需要，所述的另外的储存器和管道27和28的温度)保持为基本恒定。特别地，控制装置30被设计用于控制调节装置14，以便将元件15的温度保持为基本恒定。特别地，控制装置30被设计用于调节传热元件15的温度。

更确切地说，控制装置30被设计用于根据传感器24检测到的参数来控制调节装置14，以便调节传热元件15的温度，特别是将传热元件15的温度保持在一个或多个限定的值(更具体地，在限定的温度范围内)。

特别地，控制装置30被设计用于操作调节装置14，以便将元件15的温度保持在大约0℃至大约40℃(更具体地，从大约15℃至大约25℃)。

更确切地说，控制装置30根据传感器24(和传感器25)检测到的参数来调节热泵16的操作。更确切地说，在使用中，当传感器24检测到相对于参考温度过高的温度时，控制装置30操作热泵16以便从元件15移除更多的热量。

有利地但非必要地，调节组件13包括至少一个另外的调节装置31，至少一个另外的调节装置31具有至少一个传热元件32，该传热元件32设置在分离单元3处以调节主腔室4的温度和(和/或)回收腔室5的温度(特别是从主腔室4和/或从回收腔室5吸收热量)。

根据一些实施方式，元件32不存在于(接触)储存器6(更确切地说，储存器6的壁)(并且可能是储存器26)(并且可能是管道27和28)处。根据一些实施方式，元件32与储存器6(以及可能的储存器26)(以及可能的管道27和28)之间的距离大于从元件32到分离单元3(更确切地说，到主腔室4和回收腔室5)的距离。

在这种情况下，有利地，控制装置30被设计用于彼此独立地控制(操作)调节装置14和31。特别地，控制装置30被设计用于彼此独立地调节传热元件15和32的温度。

特别地，控制装置30被设计用于调节传热元件32的温度。

更特别地，控制装置30被设计用于控制调节装置31，以便将元件32的温度保持在大约-20℃至大约40℃(更确切地说，从大约-5℃至大约20℃)。

已经观察到，通过调节组件13和调节装置31，获得了特别好的结果，因为可以以独立的方式调节分离单元3和储存器6(连同任何其他储存器和/或管道)的温度。分离单元3和储存器6通常在非常不同的条件下操作。

根据具体的非限制性实施方式(如图1中所示的实施方式)，调节装置31包括与调节装置14的部件基本相同的类似部件，它们以与上述针对调节装置14描述的方式基本相同的方式彼此配合。更确切地说，调节装置31包括热绝缘体(没有示出)、热泵33(特别是珀尔帖冷却器)、用于检测元件32的温度的传感器34和冷却回路35，冷却回路35具有两个管道36和37、泵38、散热器39和风扇39’。

根据一些非限制性实施方式，热泵33(珀尔帖冷却器)被设计用于以20-30瓦特(特别是24-16瓦特)的功率运行。

控制装置30类似于上面针对调节装置14所描述的那样作用在调节装置31的元件上。同样在这种情况下，更确切地说，控制装置30根据传感器34检测到的参数来调节热泵33的操作。

特别地，控制装置30被设计用于操作调节装置31，以便将分离单元3的温度保持基本恒定。控制装置30被设计用于操作调节装置31，以便将元件32的温度保持基本恒定。

根据具体的非限制性实施方式(如图所示的实施方式)，控制装置30包括控制单元41和控制单元40，控制单元41被设计用于控制(操作)调节装置14，控制单元40被设计用于控制(操作)调节装置31。

有利地但非必要地，元件15和32设置在微流体装置11的相对两侧上。这降低了它们相互干扰的可能性。

更确切地说，系统1不包括另外的调节装置(例如，包括热泵和/或冷却回路，冷却液在使用中流过该冷却回路)，该另外的调节装置被设计用于调节装置11或其一部分的温度(特别是吸收来自装置11或其一部分的热量)，并包括相应的传热元件(至少设置在装置11的附近，特别是与装置11接触)。

更特别地，元件15和32(分别)设置在微流体装置11的上方和下方。

根据一些实施方式，元件15设置在与装置11相距小于500μm(特别是小于300μm)的距离处。

有利地但非必要地，元件32设置成与装置11分开(不接触)。特别地，元件32设置在与装置11相距至少0.1μm的位置处。

在一些情况下，元件15设置成与装置11接触。

有利地但非必要地，调节装置14(更确切地说，元件15)具有贯通开口(孔)42。特别地，开口42设置在分离单元3处(更确切地说，在主腔室4和回收腔室5处)。根据一些实施方式，开口42设置在元件32处。

应该注意的是，开口42允许光学检测在分离单元3中(特别是在主腔室4和/或在回收腔室5中)发生的情况。这允许以简单有效的方式识别和控制指定类型的颗粒的选择性移动。

特别参照图5，进行测试以测试根据本发明的系统1。例如，在操作条件下，可以将储存器6的温度保持在16℃至17℃的温度范围内。从进行的测试可以看出，可以正确地控制储存器6和其他部件的温度。在图5中，从a到i的字母表示温度传感器。

根据没有示出的一些非限制性实施方式，调节组件13包括两个(或更多个)调节装置14(如上面针对调节装置14所指出的，每个调节装置14独立于另一个调节装置14构造和/或操作)。一个调节装置14设置在储存器6处以调节其温度；另一个调节装置14设置在储存器26中以调节其温度。系统1包括控制装置30，其被设计用于彼此独立地控制(操作)调节装置14。特别地，以这种方式，可以将两个储存器6和26保持在彼此不同的温度。更确切地说，调节装置14各自具有相应的元件15，所述元件彼此分开(即不接触)。

根据本发明的第二方面，提供如上所限定的设备12。

除非另有明确说明，否则本文中引用的参考文献(文章、书籍、专利申请等)的内容在此完整引用。特别地，所提及的参考文献通过引用并入本文。