[发明专利]微流体中的磁导管

说明书

一种方法，包括以下步骤：向数字微流体系统(1)提供附连至基板(3)并且被疏水表面(5)覆盖的电极(2)，以及用于通过电浸润操控液滴(8‑1)的控制单元(7)；紧邻电极(2)提供用于将支持磁铁的磁场引导至第一疏水表面(5)的磁导管(9)；在该疏水表面(5)上提供包括磁响应珠(11)的液滴(8‑1)；通过电浸润移动具有磁响应珠(11)的液滴(8‑1)直到液滴(8‑1)的一部分被放置到磁导管(9)的顶部；致动磁导管(9)的支持磁铁(10)并且吸引/集中磁响应珠(11)；以及当致动支持磁铁(10)时，通过电浸润将具有减少数量的磁响应珠(11)的液滴(8‑1’)移离特定磁导管(9)。还揭示了一种用于在数字微流体的液体部分或液滴中悬浮磁响应珠的方法以及在其中执行该方法的一次性测试盒(17)。

技术领域

本发明涉及小量液体(通常以微级和纳米级格式)的控制和操控。在数字微流体中，定义的电压被施加于电极阵的电极，从而个体液滴得以解决(电浸润)。对于电浸润方法的一般概览而言，请参见Washizu的IEEE关于工业应用的学报，1998年第34卷，第4号，以及Pollack等人的Lab chip，2002年第2卷96-101。简要地说，电浸润指使用微电极阵列，优选地使用被用作工作表面的疏水层覆盖的微电极阵列来移动液滴的方法。通过将定义的电压施加于电极阵列的电极，引入了在定址电极上呈现的液滴的表面张力的变化。这导致定址电极上的液滴的接触角的显著变化，因此导致该液滴的移动。对于此类电浸润规程而言，两种布置电极的主要方式是已知的：使用具有用于在单面设置中引入液滴移动的电极阵列的单个工作表面，或添加面对类似电极阵列并在双面设置中提供至少一个接地电极的第二表面。电浸润技术的主要优势在于仅需要少量，例如，单滴液体。由此，可在相当短的时间内实行液体处理。此外，液体移动的可完全处于电子控制下，从而产生了样本的自动化处理。

在生命科学和诊断应用中，生物分子的提取和纯化通常是经由功能化的磁响应珠(或用于短路的磁珠)来进行的。在提取期间，目标生物分子经由化学部分具体地结合至液珠的表面。在用磁力固定磁珠之后，不期望的生物分子和流体通常用移液管使流体流通过来使被移除。最优提取被定义为具有期望生物分子的最大保留和不希望的生物分子的最大移除的那些提取；在实践中，这些要求将转换为使液珠保留最大化同时使剩余流体最小化。许多参数影响提取和清除的效率：如由磁珠数量和每液珠的结合位置的数量所确定的可用结合位置的数量、液珠与结合分子交互的速度、液珠和所捕获的生物分子彼此结合的亲合力、液珠上的磁场强度、磁场梯度和洗涤剂流体移动经过磁珠的力。

具有磁珠的电浸润是极有吸引力的手段，藉由该手段以运行需要串联结合和清洗步骤的异质性分析。结合在该微流体格式中是极为高效的，因为液珠可在发生结合时被混合，因此有效地减小了扩散距离。清洗也是高效的，因为大多数液体可在将液滴从液珠拉开时被移除。与常规系统的挑战类似，电浸润系统的挑战在于要相对于水液滴和填充流体(例如是油或空气)的界面张力保持液珠。为了防止磁珠被冲走，期望具有将液珠集中在较小区域中以使液珠球团能更好地抵抗将磁珠冲走的界面张力的强磁力。

在标准电浸润设备中，期望将磁铁置于PCB(＝印刷电路板)下方，该PCB包含用于电浸润的驱动电极以将磁珠拉到液滴之外。在PCB是器械的一部分而不是消耗品的一部分的基于薄膜的电浸润中，能够将许多特征直接结合到PCB中是奢侈的。这导致增加的PCB层并且因此导致更厚的PCB厚度。一示例是要容纳嵌入式加热器的附加层。磁场幅值和梯度强烈地取决于磁铁与感兴趣的位置之间的距离，从而厚的PCB减小了液滴和磁珠上的有效磁力。在电浸润系统中生成强磁力的常见方式是在PCB下方使用较大的磁铁。

如定位在PCB下面的此类大磁铁具有若干不利之处：

-它们占据了器械中相当大的空间，

-液珠位置处的磁力减小，因为它相当远，

-磁梯度更为分散，

-液珠提取的位置是不明确的，因为磁场被分散，

-磁铁必须仔细地与PCB对准以确保磁珠提取位置与电浸润液滴运动兼容。