[发明专利]操纵和/或检测粒子的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及操纵和/或检测粒子的方法和装置。该发明主要应用于在单独单元上实施生物协议。

背景技术

G.Medoro名下的专利No.PCT/WO 00/69565描述了一种采用封闭介电电泳(dielectrophoretic)电位笼用于操纵粒子的装置和方法。所描述的方法教导了如何在两维空间内独立于所有其他粒子控制每个粒子的位置。用于俘获悬浮粒子的力是负介电电泳。对操纵操作的单独控制是通过对与集成到同一衬底中的电极阵列中的每个元件相关联的存储元件和电路进行编程来执行的。由于每个陷阱的维度受到在与单独电极相对应的空间中集成编程所必需的电子器件这种需要的限制，因此具有重大局限。在G.Medoro et al.，3，317-325(2003)IEEESensors Journal中进一步描述了基于平行延伸电极的单元操纵装置，其控制不需要使用集成在衬底自身中的晶体管。延伸电极的形状和空间分布使得能够产生圆柱形陷阱，通过其可以俘获粒子群。由于不能独立操纵单独粒子，具有重大局限。

如T.Schnelle et al.，Biochim.Biophys.Acta 1157，127-140(1993)中所述，其他基于介电电泳的粒子操纵方法不能独立控制多个粒子。这在需要研究多个粒子之间的相互作用的应用中具有重大局限。

基于介电电泳的其他方法要求单元和衬底之间直接接触，因为它们使用正介电电泳(PDEP)力。具体地，在J.Suehiro，J.Phys.D：Appl.Phys.，31，3298-3305(1998)中描述了一种方法，设想产生陷阱，其能够通过正介电电泳(PDEP)力将粒子吸引到衬底上。粒子因此附着到衬底上，通过合适的负介电电泳(NDEP)力分布，粒子可以从衬底脱离或被推到新的区域。除了对单元造成无法弥补的损害的风险，还有一些重要局限，例如不能采用具有高电导率的生理溶液，或者不能采用聚苯乙烯微粒进行操作，因为在两种情况下，都不存在激活正介电电泳力的必要条件。

同样的，Becker等人名下的专利No.US 6,294,063描述了一种方法和装置，用于通过可编程力分布，操纵大量固态、液态或气态生物材料。同样在这种情况下，与反应面的接触是该方法和装置操作不可或缺的必要条件。但是最大的局限是，如果需要采用无源衬底(从而不太昂贵)，需要相应于电极数目(n×m)的多个控制信号(n×m)。为了增加大约成百上千的电极的数目，需要使用有源衬底，正如P.R.C.Gascoyne et al.，Lab Chip，2004，4，299-309中所解释的，有源衬底包括用于单独寻址n×m个电极并局部产生控制信号的晶体管。以这种方式，芯片的输入信号数目可保持在可接受范围内。

另外一种公知的用于操纵液态粒子(微滴)的方法是介质上电润湿(EWOD)，如T.B.Jones，Journal of Micromechanics andMicroengineering，15(2005)1184-1187中所述。在这种情况下，形成在衬底上的电极所施加的电场使得气相包围的微滴沿着激励电极的序列所控制的方向推进。可以通过包括盖子(这也为电介质覆盖)(如Pamula等名下的专利申请No.US 2004/0058450A1所教导的)，或者通过简单的包括在衬底顶部与微滴建立电接触的被称作“链”的导线，(J.Berthier et al.，NSTI Nanotech 2005，www.nsti.org，vol.1，2005)，来获得基于这一原理的装置。与以上关于使用介电电泳所讨论的方式相似，为了在完整二维阵列上通过EWOD操纵粒子，公知技术中记载的实施例或者采用使用相应于阵列电极数目的输入信号，或者采用具有晶体管的有源衬底。

操纵粒子的另一种力是粘滞摩擦力，由电流体(electro-hydrohynamic，EHD)流产生，例如电热(ETF)流动或者交流电渗透。在N.G.Green，A.Ramos and H.Morgan，J.Phys.D：Appl.Phys.33(2000)中，EHD流用于对粒子进行移位。例如，专利No.PCTWO 2004/071668 A1描述了一种设备，用于使用上述电流体流，将粒子集中在电极上。