液体处理器的尖端中的珠子操作方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及可通过施加静电场、磁场或电磁场来精确、快速且容易操作珠子的装置及方法。该方法尤其对执行存在于流体的珠子与残留悬浮液之间的分离有用，从而使液体处理用尖端中的收集及纯化效率最大化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】液体处理器的尖端中的珠子操作方法及装置
本专利技术涉及化学、生物及生化工序或反应的自动化领域。更加具体地，本专利技术公开从液体处理系统的尖端或孔(orifice)中分离磁性粒子及非磁性粒子的装置及方法。
技术介绍
微粒及纳米粒子的使用在生物传感用、医学治疗中的药物传递变形、抗体及蛋白质的生物分离纯化及筛选等医疗及生物学应用等诸多技术应用中受到很大的关注。通常，在本申请中，将可在外力的影响下选择性地输送一个以上特定成分的数埃到数毫米的标签、条形码、分子信标、海绵或粒子规定为“珠子”。尤其，磁分离技术正在成为DNA测序的核心部分。实际上，磁分离技术不仅是比较低廉且可扩展的优秀的方法，而且与类似方法相比提供许多优点，例如对样本施加极少的机械应力，具有高回收效率以及纯化样本等。磁珠因粒子外部表面的适当涂层而用作蛋白质、细胞、抗体、抗原及核酸的载体。实际上，为了结合和捕获目标靶分析物，磁珠需要涂敷有与上述靶特异结合的配体。配体类型的选择将完全依靠需要捕获的靶分子。上述珠子的中心芯具有磁性，并且起到响应于外部磁场的作用。由于金属氧化物通常比纯金属的氧化更加稳定，因而优选。上述珠子可根据上述磁芯的大小具有单畴或多畴结构。珠子的大小主要对矫顽力产生影响，珠子越小，则矫顽力越小。尤其，5～15nm左右的纳米粒子具有超顺磁性，相反，微粒具有强磁性。上述珠子的磁性及物理特性根据需要使用磁性粒子的用途来选择。纳米粒子具有当磁场被去除时不出现残留磁力的优点，并且，因磁力过于小而由粘性力占支配地位，这表示上述粒子的分离和移动更加困难。通常，磁性分离可通过与磁极的结合非常弱的珠子(顺磁性)、对磁化的灵敏度高的珠子(强磁性)、相对于被施加的磁场朝向180度方向磁化(抗磁性)的珠子或表现出超顺磁性行为的强磁性纳米粒子来进行。对于磁珠分离，第一步骤为使上述样本结合在上述珠子的外部涂层。含有上述靶分析物的溶液被分配到磁珠缓冲液中。通常，为了提高磁珠与分析物之间的结合效率而进行液体混合。根据以下式通过施加可产生力量的外部磁场来使珠子移动，由此实现上述分析物的分离。若仔细观察上述式，则可知磁力依靠磁场的梯度和珠子的磁矩。若施加磁场，则上述磁珠被磁化并开始形成沿着磁场梯度方向移动的簇。根据上述珠子的定量和尺寸、磁场梯度的强度及上述溶液的粘度，在规定时间之后，上述磁珠在依靠上述磁场线的受限区域中被颗粒化。此时，通过从残留溶液分离上述珠子来实现上述样本的分离。通常，排出残留溶液或将上述磁珠簇移动到其他容器中。接着，为了从上述磁珠分离分析物，在溶液中浸渍上述磁珠。为了优化从上述珠子收集上述样本，可能需要使珠子再悬浮，这表示克服磁珠之间的分离力。最终，上述磁珠为了收集此时的含有靶分析物的上清液而再次分离。上述磁珠分离的效率主要依靠在工序结束时收集到的起始样本的量(收集效率)及分离技术中所要去除的多余物质的存在(纯化效率)。
技术实现思路
本专利技术涉及精确、快速且易于使用的用于操作珠子的装置及方法。该方法特别适用于进行珠子与流体中所存在的残留上清液之间的分离，并使液体处理用尖端中的收集及纯化效率极大化。液体处理用尖端通常用作可在流体与液体处理系统(“液体处理器”或“移液管”)之间进行去除或永久接口。在特定实施方式中，上述尖端可表示含有由液体处理器吸入并分配的流体的结构要素。在本公开中，上述尖端包括通常用于液体处理及生物学或化学反应领域的其他微孔板、管、针、注射器、真空采血器、过滤器、容器、毛细管及流体通道。尖端可被视为一次性使用时(通常用于防止污染)的一次性尖端，多次重复使用时的永久尖端。液体处理器为可分批选定量的试剂、样本或其他流体的手工配件或自动系统。液体处理器包括在液体处理及生物学或化学反应领域中通常所使用的其他手动移液管、注射器、泵、阀、工作台、毛细管、微流体通道及液体分配器。在本申请中，液体处理器包括可吸入及分配样本的装置(称之为移液器)以及以规定量从储存室中分配特定等份(aliquot)的流体的装置(称之为分配器)。由此，本申请中公开如下在移液器与分配器之间的特定等级的液体处理器，即，可进行从通过相同的尖端在上述尖端收集样本到对一个以上的流体的冲洗，可在移液器与分配器之间切换工作方式，并且被称为分配器。在本申请中，将分离定义为可使珠子在流体内均匀内分散或使珠子聚集在流体内部或外部的特定位置的对珠子进行的工序。因此，在本专利技术的一实施方式中，提供在液体处理器的尖端内分离珠子的方法。上述方法包括可向引起分离的珠子施加力量的静电、电力学、电磁、声音、机械、重力、核、磁或热源。一旦形成珠簇，则可通过从尖端仅排出残留流体来实现分离。在本专利技术的再一实施方式中，在从尖端自身排出流体的期间内，向珠簇施加外力，使得珠簇停留在上述尖端的内部。在本专利技术的另一实施方式中，将尖端设计为在排出流体的期间内无法使珠簇脱离上述尖端。在本专利技术的还有一实施方式中，一旦珠子被颗粒化，则流体以受控的流速排出，以防止发生剪切力大于珠簇的聚集力的流体动态湍流。在本专利技术的又一实施方式中，可通过液体处理器的作用及同时、依次、独立或配位中的一个外力进行移动来分离形成流体的珠子。上述分离可在液体处理器或与通常的吸入或分配装置相连接的容器内发生。上述连接可以为永久性的或可以解除，可借助电磁、声音、热量、重力或磁力等外力通过机械接触或非接触来实现。在本专利技术的又一实施方式中，含有样本的珠子在分配器的尖端内被吸入之后分离，切换到上述分配器的分配器模式可以进行珠子的清洗步骤或洗脱或染色。在本专利技术的又一实施方式中，珠子通过负责珠子颗粒化的外力的变化来移动。这种变化可简单地通过尖端相对于外力场的位移或外力场的变化来实现。在本专利技术的又一实施方式中，尖端被珠子及不同流体的层来填充。通过使上述珠子从流体向其他流体移动，来在上述尖端内实现一个以上物质的混合或浓度变化。在本专利技术的又一实施方式中，附设流体、油、凝胶或溶液的追加层，以使在层之间的扩散最小化，这应在上述珠子因流体的密度、极性、混溶性及其他化学及物理特性的差异而从流体溶液分离的期间内经过。在本专利技术的又一实施方式中，尖端可以预先加载可以为磁性或非磁性的珠子。空间分离通过可使流体渗透但无法使珠子渗透的膜来实现。在本专利技术的又一实施方式中，为了排出或不排出样本溶液，或利用新的流体填充尖端并使珠簇再悬浮，在尖端内部发生流体动态湍流。在本专利技术的又一实施方式中，清洗作用直接在尖端内部进行，以去除珠簇中多余物质的残留物。在本专利技术的又一实施方式中，洗脱步骤在尖端内部进行，以允许去除附着于珠子的分析物。在本专利技术的又一实施方式中，珠子在尖端内部干燥，以去除用于珠子的清洗或洗脱的洗脱液、溶剂或任意种类的流体。上述干燥可通过流体的移动或尖端外部或内部环境的温度变化来实现。附图说明图1示出可使用液体处理器或移液管尖端来分离磁珠的形状的简要场景。图2示出在液体处理器的尖端内部分离磁珠的简要场景。图3的(a)部分及图3的(b)部分示出以在尖端排出流体的期间内维持珠簇的方式优化的尖端的设计例。图4示出尖端内部中珠簇的位移。上述簇从位于尖端内部的流体取出。图5示出液体处理器的尖端内部中的清洗步骤。图6示出预先加载于尖端内部的珠子和使用膜来分离珠子的状态。图7示出从移液管尖端去除清洗缓冲液的残留物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在液体处理器的尖端内分离珠子的方法，其特征在于，包括：向尖端吸入含有珠子的液体的步骤；向尖端体积的至少一部分施加静电场、磁场或电磁场的步骤；随着时间的变化而改变施加于尖端体积的场的步骤；通过发生变化的上述场的变化量即增减率的作用来从液体分离磁珠的步；以及在不排出珠子的状态下从尖端分配液体的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.18 US 62/310,084;2016.06.17 US 62/351,5121.一种在液体处理器的尖端内分离珠子的方法，其特征在于，包括：向尖端吸入含有珠子的液体的步骤；向尖端体积的至少一部分施加静电场、磁场或电磁场的步骤；随着时间的变化而改变施加于尖端体积的场的步骤；通过发生变化的上述场的变化量即增减率的作用来从液体分离磁珠的步；以及在不排出珠子的状态下从尖端分配液体的步骤。2.一种使包含在液体处理器的尖端的磁珠再悬浮的方法，其特征在于，包括：向尖端吸入含有珠子的液体的步骤；向尖端体积的至少一部分施加静电场、磁场或电磁场的步骤；随着时间的变化而改变施加于尖端体积的场的步骤；以及通过发生变化的上述场的变化量即增减率的作用来使磁珠在液体内部再悬浮的步骤。3.一种分离悬浮在液体处理器的尖端内部的珠子的装置，其特征在于，包括尖端外部的磁铁或电磁铁，以从液体分离珠子为目的，以向上述尖端体积施加可变磁场的方式移动上述尖端或调制上述磁场来分离悬浮在液体处理器的尖端内部的液体的珠子。4.一种使珠子再悬浮在液体处理器的尖端内部的液体中的装置，其特征在于，包括尖端外部的磁铁或电磁铁，以使珠子再悬浮在液体中为目的，以向上述尖端体积施加可变磁场的方式移动上述尖端或调制上述磁场来使珠子再悬浮在液体处理器的尖端内部的液体中。5.根据权利要求3和4所述的装置，其特征在于，上述磁铁或上述电磁铁设计成用于实现局部化的高梯度的磁场。6.根据权利要求3和4所述的装置，其特征在于，上述局部化的高梯度磁场的区域通过上述尖端的移动、上述磁铁的移动或调制上述电磁铁来在上述尖端体积内扫集。7.根据权利要求5和6所述的装置，其特征在于，上述珠子通过在先前分离的珠簇积聚珠子来从上述尖端内部的液体渐增地分离。8.根据权利要求1所述的在液体处理器的尖端内分离珠子的方法，其特征在于，上述珠子通过在先前分离的珠簇积聚珠子来从上述尖端内部液体分离。9.根据权利要求1所述的在液体处理器的尖端内分离珠子的方法，其特征在于，上述尖端被珠子及不同流体的层来填充，通过使珠子从流体向其他流体移动，来在上述尖端内实现一个以上物质的混合或浓度变化。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治·霍拉克，
申请(专利权)人：安德鲁联合有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH