用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的流體力學(xué)細(xì)胞導(dǎo)引裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量或分析物富集的流體力學(xué)細(xì)胞導(dǎo)引的裝置和方法。其中，有磁標(biāo)記的分析物，尤其細(xì)胞（1），在流動(dòng)中從試樣中動(dòng)力地富集并逐個(gè)尤其磁阻式地探測(cè)。為了細(xì)胞導(dǎo)引，在流動(dòng)通道（100）內(nèi)設(shè)置導(dǎo)引門檻（12），因此除了磁性富集力（10z）和流動(dòng)剪力（10y）外，還通過流體力學(xué)屏障（12）在要探測(cè)的細(xì)胞（1）上作用偏轉(zhuǎn)力（10X）。
【專利說明】用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的流體力學(xué)細(xì)胞導(dǎo)引裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量，尤其細(xì)胞導(dǎo)引裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在細(xì)胞測(cè)量和細(xì)胞探測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，已知光學(xué)測(cè)量方法，如散光或熒光測(cè)量，以及磁性探測(cè)方法。
[0003]尤其在磁性探測(cè)方法中，為了細(xì)胞分選、細(xì)胞導(dǎo)引或細(xì)胞富集已知利用磁致電泳，其中借助磁性導(dǎo)引條帶在有標(biāo)記的細(xì)胞上施加磁性力，使它們能依次脫離這些導(dǎo)引條帶，或也能對(duì)準(zhǔn)細(xì)胞測(cè)量裝置的方向。迄今借助梯度磁場(chǎng)促使有標(biāo)記的細(xì)胞或粒子富集在基底表面上，再借助磁致電泳使細(xì)胞或要探測(cè)的粒子在基底表面上定位。
[0004]為了制造這種磁致電泳富集和定位段，已知例如通過平版印刷術(shù)在基底上施加磁性條帶。然而這種制造方法非常昂貴并因而不利于制造其使用方?jīng)Q定要大批量生產(chǎn)的構(gòu)件。由此增大硅足跡(Footprint)而導(dǎo)致磁致電泳富集段的另一個(gè)缺點(diǎn)。為了將富集段和細(xì)胞測(cè)量裝置集成在硅芯片上，與使用這種構(gòu)件合乎理性的費(fèi)用相比，更在乎它的尺寸大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，為流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量提供一種能便于制造的裝置。
[0006]上述技術(shù)問題通過按專利權(quán)利要求1所述的裝置得以解決。在專利權(quán)利要求11中給出了一種細(xì)胞導(dǎo)引的方法。在專利權(quán)利要求13中給出了一種按本發(fā)明裝置的制造方法。本發(fā)明有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)是從屬權(quán)利要求的技術(shù)主題。
[0007]按本發(fā)明用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的裝置包括一個(gè)流動(dòng)通道，一個(gè)磁性單元，磁性單元設(shè)置在流動(dòng)通道的通道底部下方并設(shè)計(jì)為能產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，梯度磁場(chǎng)穿過被流動(dòng)通道圍繞的體積，還包括至少一個(gè)細(xì)胞測(cè)量裝置，以及至少一個(gè)導(dǎo)引門檻，導(dǎo)引門檻以這樣的方式設(shè)置在流動(dòng)通道內(nèi)，亦即能流過流動(dòng)通道的細(xì)胞可以被導(dǎo)引門檻朝細(xì)胞測(cè)量裝置的方向引導(dǎo)。其優(yōu)點(diǎn)是，要探測(cè)的細(xì)胞可以在微型射流器內(nèi)通過流動(dòng)條件和梯度磁場(chǎng)按二維富集。本裝置另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，能取消磁致電泳的富集，并因而與迄今已知的富集段相比結(jié)構(gòu)性成本低得多。
[0008]按本發(fā)明一種有利的實(shí)施形式，裝置包括一個(gè)流動(dòng)通道，它的通道直徑和通道內(nèi)壁的表面性質(zhì)設(shè)計(jì)為，能在流動(dòng)通道內(nèi)產(chǎn)生復(fù)合式細(xì)胞懸浮液的具有層流流動(dòng)斷面的流動(dòng)。流動(dòng)通道尤其涉及一種微型射流通道。優(yōu)選地，以比較大的能保證復(fù)合溶液層流流動(dòng)的通道直徑工作，不會(huì)例如基于沉積而導(dǎo)致堵塞。通過設(shè)計(jì)具有導(dǎo)引門檻的通道，還保證朝細(xì)胞測(cè)量裝置的方向富集，這允許取消例如在現(xiàn)有技術(shù)中用于分離有標(biāo)記的細(xì)胞的那種Y形微型射流器。
[0009]按本發(fā)明另一種有利的實(shí)施形式，裝置包括一個(gè)磁性單元，它設(shè)計(jì)為能產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，通過它能使有磁標(biāo)記的細(xì)胞富集在通道底部。有磁標(biāo)記的細(xì)胞尤其涉及一種超順磁性標(biāo)記，例如借助超順磁珠(Bead)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，全部有磁標(biāo)記的細(xì)胞可以富集在通道底部，在那里它們?cè)趯恿髁鲃?dòng)中被引領(lǐng)到至少一個(gè)導(dǎo)引門檻處，從而使它們可以通過此導(dǎo)引門檻偏轉(zhuǎn)。在這里，導(dǎo)引門檻具有一個(gè)大體是所要探測(cè)的那種細(xì)胞類型的細(xì)胞直徑的高度。
[0010]裝置中的導(dǎo)引門檻尤其是相對(duì)于通道底部的隆凸，或由相對(duì)于通道底部的沉降構(gòu)成。也就是說，當(dāng)導(dǎo)引門檻作為隆凸伸入到通道容積內(nèi)時(shí)，導(dǎo)引門檻例如形成縮小的通道，或者當(dāng)導(dǎo)引門檻在通道底部?jī)?nèi)構(gòu)成沉降的、可以說是溝槽的邊緣時(shí)，就形成了展寬的通道。通過這些導(dǎo)引門檻的實(shí)施形式，可以對(duì)細(xì)胞試樣施加不同的流體力學(xué)影響。
[0011]在相對(duì)于通道底部為隆凸的情況下，門檻高度是隆凸的高度，在相對(duì)于通道底部是沉降的情況下，門檻高度可以說涉及通道底部?jī)?nèi)的溝槽的深度。在這里，可以說，流體在其上流動(dòng)的溝槽外壁構(gòu)成導(dǎo)引門檻。
[0012]尤其是，裝置包括許多導(dǎo)引門檻。它們以這樣的方式設(shè)置在流動(dòng)通道內(nèi)，亦即能流過流動(dòng)通道的細(xì)胞可以被導(dǎo)引門檻富集在通道底部的部分表面上方的流動(dòng)通道的部分體積內(nèi)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，裝置不涉及在其中分選有標(biāo)記細(xì)胞的Y形微型射流器，而是可以實(shí)現(xiàn)將要探測(cè)的細(xì)胞富集在試樣體積內(nèi)部。恰當(dāng)?shù)兀霾糠煮w積或通道底部的部分表面在流動(dòng)通道中心，細(xì)胞可以從兩側(cè)出發(fā)向那里富集。然后在通道底部的部分表面內(nèi)部還尤其設(shè)置細(xì)胞測(cè)量裝置。細(xì)胞測(cè)量裝置例如設(shè)置在通道底部?jī)?nèi)或其上。尤其是，細(xì)胞測(cè)量裝置的檢測(cè)區(qū)沿細(xì)胞測(cè)量裝置上方的部分體積延伸。
[0013]導(dǎo)引門檻的隆凸尤其設(shè)計(jì)為，使細(xì)胞不停頓在導(dǎo)引門檻之間的空隙內(nèi)，以及不堵塞此空隙。因此，結(jié)構(gòu)高度，亦即相對(duì)于通道底部的門檻高度，優(yōu)選細(xì)胞直徑的數(shù)量級(jí)，優(yōu)選地略小于細(xì)胞直徑。多個(gè)導(dǎo)引門檻的布局必須空留出通道底部足夠大的部分區(qū)域，富集的細(xì)胞能在這里延續(xù)其通過流動(dòng)通道的軌跡?；虮ＷC在導(dǎo)引門檻之間留出足夠?qū)挼耐ǖ溃蛟谑种甘浇Y(jié)構(gòu)的情況下作為替代方式保證足夠錯(cuò)移。
[0014]按本發(fā)明一種示例性的實(shí)施形式，導(dǎo)引門檻可借助例如在硅芯片上的光致抗蝕劑條帶實(shí)現(xiàn)。為此，光致抗蝕劑門檻尤其借助平版印刷術(shù)制成。有利地，有導(dǎo)引門檻的富集段尤其借助壓鑄設(shè)計(jì)為一體式的塑料件，由此富集段不需要硅基底。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，可以減小硅足跡并因而也降低流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量裝置的制造和構(gòu)件成本。
[0015]按本發(fā)明一項(xiàng)有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，裝置的導(dǎo)引門檻在通道底部上延伸為，使遭受朝通道底部方向磁性力及沿流動(dòng)方向流體剪力的有磁標(biāo)記的細(xì)胞，只能順一條路途經(jīng)過通道底部的預(yù)定的部分表面渡過導(dǎo)引門檻。也就是說，導(dǎo)引門檻尤其在通道底部?jī)蓚?cè)安置在通道壁上，使富集在通道底部有磁標(biāo)記的細(xì)胞不能沿通道壁流動(dòng)。尤其是，導(dǎo)引門檻分別從一個(gè)通道壁，沿通道底部的兩個(gè)縱向半部，一直朝大約通道中心方向延伸，在那里保證富集在通道底部的細(xì)胞沿流動(dòng)方向流動(dòng)。在這里，導(dǎo)引門檻尤其可布置為，使在其上富集的有磁標(biāo)記的細(xì)胞的部分表面是一個(gè)狹窄的矩形部分表面，它按流動(dòng)方向沿通道中心延伸。作為替代方式，導(dǎo)引門檻也可以手指狀互相插入，所以在其上富集細(xì)胞的部分表面意味著是一個(gè)鋸齒形或波紋形延伸的分段。尤其是，在其上富集細(xì)胞的部分表面也可以按流動(dòng)方向沿流動(dòng)通道的徑跡收縮。
[0016]按本發(fā)明一項(xiàng)有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，導(dǎo)引門檻與通道底部設(shè)計(jì)為一體。尤其是，導(dǎo)引門檻與通道底部設(shè)計(jì)為一個(gè)壓鑄件。所述設(shè)計(jì)為壓鑄件的實(shí)施形式其優(yōu)點(diǎn)是，富集段不必附加地設(shè)置在細(xì)胞測(cè)量用的基底上，在大多數(shù)情況下基底恰當(dāng)?shù)厥枪栊酒?。由此可以顯著減小用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的構(gòu)件的所謂足跡，亦即硅基底的尺寸，這也降低了這種流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量裝置的價(jià)格。此外，尤其與例如在制造磁致電泳的富集段時(shí)所使用的那種平版印刷法相比，流體力學(xué)式的富集段的所述設(shè)計(jì)制造非常簡(jiǎn)單。
[0017]尤其是，導(dǎo)引門檻是相對(duì)于通道底部的直線狀隆凸。采用直線形狀，使富集在底部的細(xì)胞通過層流流動(dòng)沿門檻輸送，不會(huì)導(dǎo)致在通道底部的流動(dòng)中干擾的紊流。作為替代方式，導(dǎo)引門檻可以沿弧線朝通道中心方向延伸。在直線形門檻定向時(shí)，它們尤其與流動(dòng)方向成銳角設(shè)置。也就是說，要沿導(dǎo)引門檻輸送的富集的細(xì)胞未被導(dǎo)引門檻阻攔，而是細(xì)胞的輸送沿流動(dòng)方向進(jìn)一步延伸。
[0018]有利地，具有富集段的裝置包括一種組合，該組合由在單獨(dú)的、例如與通道底部設(shè)計(jì)為一體的塑料通道段上的導(dǎo)引門檻，與借助硅芯片上的光致抗蝕劑門檻的富集段的一小部分組成，在硅芯片上還設(shè)有細(xì)胞測(cè)量裝置。借助這種組合可以減小硅足跡。通過導(dǎo)引門檻的幾何形狀和流體力學(xué)條件，細(xì)胞富集在任意長(zhǎng)的富集段上，以及一旦細(xì)胞到達(dá)硅芯片，還在那里在細(xì)胞測(cè)量裝置前，優(yōu)選地還連接少量成對(duì)的導(dǎo)引門檻，以便在轉(zhuǎn)移到新的通道底部基底上時(shí)保持細(xì)胞的富集和定位。
[0019]因此富集段的這種混合形式構(gòu)成一種有利的、可減小硅足跡的方案。在塑料基底上借助導(dǎo)引門檻的流體力學(xué)式的富集段的結(jié)構(gòu)例如位于硅芯片之前。尤其用于探測(cè)有磁標(biāo)記的單個(gè)細(xì)胞的磁阻式構(gòu)件處于硅芯片上。
[0020]這種混合的富集段可例如還包括一個(gè)部分，在此部分中導(dǎo)引門檻有鎳成分或設(shè)計(jì)為鎳條帶。通過導(dǎo)引門檻中有鎳成分，將多余的自由磁標(biāo)記通過磁固定力攔阻在鎳條帶上或鎳導(dǎo)引門檻上，可以說是從復(fù)合式懸浮液中濾出。尤其是，鎳導(dǎo)引門檻借助激光消蝕使之具有某種結(jié)構(gòu)。含有鎳成分的導(dǎo)引門檻尤其連接在具有不含鎳的導(dǎo)引門檻的富集段上游，亦即沿流動(dòng)方向在通道內(nèi)設(shè)在導(dǎo)引門檻前。但作為替代方式，含鎳的導(dǎo)引和過濾條帶也可以直接在到達(dá)細(xì)胞測(cè)量裝置前設(shè)置在硅基底上，以及在那里實(shí)現(xiàn)富集和導(dǎo)引以及還有過濾多余標(biāo)記的雙重功能。
[0021]通過在流動(dòng)中動(dòng)力式的富集和細(xì)胞導(dǎo)引，裝置的優(yōu)點(diǎn)保證可以在通道內(nèi)從事富集和測(cè)量。裝置沒有指定要借助Y形分離裝置從周圍復(fù)合式懸浮液分選出有標(biāo)記的細(xì)胞，以及也不必麻煩地從懸浮液中分離多余的標(biāo)記，而是可以通過導(dǎo)引門檻攔阻。尤其是，導(dǎo)引門檻的高度和其相對(duì)于流動(dòng)方向的角度設(shè)置為，將其流體動(dòng)力學(xué)直徑比有標(biāo)記的細(xì)胞小很多的自由磁標(biāo)記鉤掛并攔阻在導(dǎo)引門檻上，亦即不能渡過導(dǎo)引門檻。僅在復(fù)合式懸浮液內(nèi)較大的成分或粒子，如有標(biāo)記的細(xì)胞，才在層流流動(dòng)中被一起拖走并因而沿門檻輸送。也就是說，即使如在這種情況下借助導(dǎo)引門檻的非磁性或非磁致電泳的富集，仍能將過濾作用在細(xì)胞測(cè)量裝置的測(cè)量區(qū)內(nèi)施加在多余的以及此后無(wú)用的標(biāo)記上。
[0022]為了支持尤其非磁性的，亦即沒有鎳成分的導(dǎo)引門檻流體力學(xué)的過濾效果，導(dǎo)引門檻可以改變高度，也就是說，尤其與要探測(cè)的細(xì)胞類型的尺寸和要過濾的自由磁性粒子或標(biāo)記的尺寸相匹配。按一種有利的實(shí)施形式，門檻高度在流動(dòng)通道的延伸徑跡內(nèi)沿流動(dòng)方向增大。第一個(gè)門檻仍很低以及可以被大多數(shù)粒子和細(xì)胞渡過。然后沿通道徑跡將門檻高度逐漸增大，并因而攔阻越來越大的粒子。只是應(yīng)探測(cè)的有磁標(biāo)記的細(xì)胞才未被門檻阻擋，而是沿門檻輸送并在通道的部分體積內(nèi)增濃。為此，所有的門檻尤其面朝此部分體積的方向，所述部分體積尤其在通道底部處于通道中心。
[0023]通道直徑或通道高度和寬度尤其等于幾個(gè)100 μ m,例如200 μ m。門檻高度與要探測(cè)的細(xì)胞類型及其細(xì)胞直徑有關(guān)，以及尤其等于幾個(gè)微米，例如?ο μ m,或也達(dá)30 μ m。因此流動(dòng)通道尤其可以導(dǎo)引復(fù)合式懸浮液的足夠大的體積，由此不導(dǎo)致堵塞。
[0024]在按本發(fā)明的用于磁性流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的方法中，造成細(xì)胞試樣的層流流動(dòng)，以及細(xì)胞借助導(dǎo)引門檻富集在流動(dòng)通道的一個(gè)預(yù)定的部分體積內(nèi)。在這里，給要探測(cè)的細(xì)胞做磁標(biāo)記，以及使其在梯度磁場(chǎng)中動(dòng)力式富集在通道底部。本方法的優(yōu)點(diǎn)是，流體力學(xué)和磁性的力配合作用，使有磁標(biāo)記的細(xì)胞能相宜地富集在可預(yù)定的體積內(nèi)，不必將它從細(xì)胞懸浮液中分離。按方法的一種有利的實(shí)施形式，所述部分體積按流動(dòng)方向沿通道底部延伸，從而使細(xì)胞沿軸線逐個(gè)導(dǎo)引通過細(xì)胞測(cè)量裝置。
[0025]對(duì)于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的方法，例如將血液試樣層流式通過微型射流器輸送。通過使基底具有某種結(jié)構(gòu)，細(xì)胞在流動(dòng)中接近通道底部，亦即部分對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)引門檻。在梯度磁場(chǎng)內(nèi)，例如超順磁性的分析物向具有某種結(jié)構(gòu)的通道底部遷移，并在那里磁阻式探測(cè)。
[0026]因此在按本發(fā)明的用于磁性流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的方法中，在有磁標(biāo)記的細(xì)胞上或在磁珠(Magnetbead)上或一般而言在要探測(cè)的磁性粒子上作用三個(gè)力:梯度磁場(chǎng)的磁性力，它通過在通道底部下面的磁性單元產(chǎn)生。梯度磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度例如在I與300mT之間。這種磁性力將細(xì)胞垂直向通道底部表面吸引。此外，流動(dòng)的細(xì)胞試樣的剪力作用在各個(gè)細(xì)胞上。所述流動(dòng)尤其是層流流動(dòng)。因此，這種力沿細(xì)胞試樣通過通道的流動(dòng)方向作用。第三個(gè)力施加在通道底部的導(dǎo)引門檻上，它們意味著是富集在底部有磁標(biāo)記的細(xì)胞的流體力學(xué)障礙。由此為了沿流動(dòng)方向繼續(xù)前行，促使細(xì)胞本身沿導(dǎo)引門檻朝通道中心方向運(yùn)動(dòng)，或一般而言根據(jù)導(dǎo)引門檻的定向，朝通道的部分區(qū)域方向運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地做磁標(biāo)記是通過超順磁性粒子實(shí)現(xiàn)。
[0027]在實(shí)施用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的方法時(shí)，流動(dòng)速度、表面性質(zhì)以及磁場(chǎng)強(qiáng)度也起重要作用。流動(dòng)速度例如尤其應(yīng)與細(xì)胞試樣和主要與通道直徑相適應(yīng)，以保證層流流動(dòng)。借助表面具有某種功能可以優(yōu)化通道內(nèi)壁和通道底部的表面性質(zhì)。借助梯度磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，可以對(duì)要偏轉(zhuǎn)和要富集的細(xì)胞進(jìn)一步施加影響。要探測(cè)的細(xì)胞還有一些可以通過流動(dòng)速度的大小、表面性質(zhì)和磁場(chǎng)強(qiáng)度影響的機(jī)械特性。
[0028]在按本發(fā)明的用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量裝置的制造方法中，導(dǎo)引門檻與通道底部設(shè)計(jì)為一體，尤其設(shè)計(jì)為壓鑄件。
[0029]因此按本發(fā)明的裝置具有的優(yōu)點(diǎn)是，提供了一種無(wú)需磁致電泳進(jìn)行流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的解決辦法。例如可以采用不同的技術(shù)，尤其如壓鑄或模壓，制造這種有某種結(jié)構(gòu)的基底，它通過導(dǎo)引門檻，亦即基底底部的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地導(dǎo)引和富集有磁標(biāo)記的細(xì)胞。因此無(wú)需如在磁致電泳式富集時(shí)那樣使用平版印刷術(shù)。可以說，磁致電泳式富集段的磁導(dǎo)線通過基底底部的三維結(jié)構(gòu)代替。在這里尤其采用優(yōu)選的人字形。這種結(jié)構(gòu)尤其具有稱為導(dǎo)引門檻的直線狀隆凸。它們尤其相對(duì)于通過通道的流動(dòng)方向成銳角設(shè)置。所述門檻相對(duì)于通道底部典型地具有在0.1與20 μ m之間的高度。導(dǎo)引門檻的寬度尺寸例如在I與100 μ m之間。導(dǎo)引門檻的長(zhǎng)度根據(jù)通道寬度選擇為，使它們?cè)谕ǖ肋吘壟c通道壁對(duì)齊以及一直達(dá)到大體通道的中心。或它們只是將近達(dá)到中心，從而在從兩側(cè)朝通道中心方向延伸的導(dǎo)引門檻之間保留一個(gè)過道，或作為替代方式它們將其長(zhǎng)度超過通道中心地伸出，然后手指狀互相插入地排布。相對(duì)于流動(dòng)方向的角度例如小于45°，尤其小于20°。
[0030]在用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的方法中，血液試樣尤其層流式通過微型射流器輸送。通過基底具有某種結(jié)構(gòu)，在血液試樣內(nèi)部的細(xì)胞部分地定位在基底表面附近。有磁標(biāo)記的分析物，尤其有超順磁性標(biāo)記的分析物，在梯度磁場(chǎng)內(nèi)遷移到基底表面，亦即遷移到通道底部，以及導(dǎo)引它們接近基底，亦即接近通道底部，在那里基底的結(jié)構(gòu)可以影響它們。然后如此富集和定位的細(xì)胞可以磁阻式探測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面參見圖1至圖7示例性地說明本發(fā)明的實(shí)施形式:
[0032]圖1表示有細(xì)胞導(dǎo)引隆凸的通道底部的透視圖；
[0033]圖2表示有位于下方的永久磁鐵的通道底部的縱剖面或側(cè)視圖；
[0034]圖3表示流動(dòng)通道的橫截面或正視圖；
[0035]圖4表示有人字形布局的導(dǎo)引溝槽或?qū)бT檻的裝置的俯視圖；
[0036]圖5表示有人字形排列的導(dǎo)引溝槽或?qū)бT檻的裝置的另一個(gè)俯視圖；以及
[0037]圖6表示圖4的局部放大圖；
[0038]圖7表示混合式細(xì)胞富集段。
【具體實(shí)施方式】
[0039]圖1表示通道底部13的透視圖，它是扁平的基底。在下方間隔一定距離處表示另一個(gè)扁平的長(zhǎng)方六面體20，它是磁性單元20。此磁性單元尤其是永久磁鐵。磁性單元20也可以沿比通道底部13大的面積延伸，以保證在流動(dòng)通道100區(qū)域內(nèi)有均勻的磁場(chǎng)。尤其是,磁性單元20在流動(dòng)通道100內(nèi)產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，在此梯度強(qiáng)場(chǎng)內(nèi)將磁性粒子，例如有磁標(biāo)記的細(xì)胞1，或還將自由的磁標(biāo)記，沿負(fù)的z方向朝通道底部13的方向富集。在圖中通過在圖邊緣處小的坐標(biāo)系分別表示x、y和z方向。在圖1中，在通道底部基底13上設(shè)置許多導(dǎo)引門檻12，它們表示為細(xì)長(zhǎng)的矩形。這些隆凸12尤其安置在通道底部的邊緣上或通道壁14上。圖1沒有表示通道壁14。導(dǎo)引門檻12伸向通道中心，不過在那里它們沒有與對(duì)面的導(dǎo)引門檻對(duì)接，而是或在中心存在一個(gè)直的過道，或以這樣的方式手指形互相交插，亦即通過導(dǎo)引門檻可以延伸一條鋸齒形或蛇形曲線。在圖1中用箭頭41表示有磁標(biāo)記的細(xì)胞I可能的流動(dòng)軌跡。有磁標(biāo)記的細(xì)胞I用圓或橢圓表示。作用在細(xì)胞上的力10x、y、z用空心箭頭表不。仍用寬的空心箭頭表不流動(dòng)方向40,在圖1中它自左向右延伸。因此，在流動(dòng)通道100內(nèi)，在一端引入在復(fù)合式細(xì)胞懸浮液內(nèi)部的有磁標(biāo)記的細(xì)胞I,并沿流動(dòng)方向40流過具有導(dǎo)引門檻12的富集段。通過朝通道底部13方向的磁性力IOz，通過在層流流動(dòng)中沿流動(dòng)方向40的液體剪力10，以及通過意味著是一種屏障的導(dǎo)引門檻12，它們又在圖1的x-y平面內(nèi)在細(xì)胞I上施加一個(gè)機(jī)械力IOx，使細(xì)胞I沿導(dǎo)引門檻12朝通道底部13部分區(qū)域130的方向移動(dòng)。在其中細(xì)胞I已增濃的部分區(qū)域130的末端，還設(shè)有細(xì)胞測(cè)量裝置30，它尤其包括至少一個(gè)磁阻元件。
[0040]圖2表示類似于圖1所示裝置的縱剖面或側(cè)視圖。在這里上下排布兩個(gè)扁平的長(zhǎng)方形，它們表示基底或通道底部13以及在下方隔開間距的磁性單元20。作為圖示實(shí)施形式的替代方式，永久磁鐵也可以沒有間距地直接安裝在通道底部13的下面。在通道底部13的上面，仍用空心箭頭表示圖2中從左向右的流動(dòng)方向40，以及表示通過三個(gè)導(dǎo)引門檻12和通過在圖2右端，并因而在富集段末端的細(xì)胞測(cè)量裝置30剖開示出的橫截面。有磁標(biāo)記的細(xì)胞I通過永久磁鐵20遭受一個(gè)垂直于通道底部13的磁性力10。導(dǎo)引門檻12的高度尤其與有磁標(biāo)記的細(xì)胞I尺寸，亦即流體動(dòng)力學(xué)直徑相協(xié)調(diào)，尤其略小于細(xì)胞直徑。然而在高度過小的情況下，有磁標(biāo)記的細(xì)胞并未受到通過門檻12的導(dǎo)引力10，而是越過它們?cè)趯恿髁鲃?dòng)中被拖走。對(duì)于過高的屏障12，有磁標(biāo)記的細(xì)胞I不再受到通過流動(dòng)的剪力10,，并被鉤掛在門檻12后面。
[0041]圖3表示流動(dòng)通道100的橫截面或正視圖。在圖3中再次表示設(shè)計(jì)為細(xì)長(zhǎng)矩形的磁性單元20以及在上方相隔一定距離的通道底部基底13，在它上面設(shè)置通道壁14，該通道壁包圍一個(gè)長(zhǎng)方六面形的通道體積。在流動(dòng)通道100內(nèi)還用虛線表示有磁標(biāo)記的細(xì)胞I富集在其中的部分體積110。
[0042]圖4表不通道底部13的俯視圖，在通道底部13上仍用空心箭頭40標(biāo)明在圖4中從左向右的流動(dòng)方向。在通道底部13的每一側(cè)，在剖面內(nèi)用斷面線表示通道壁14。在通道壁14內(nèi)部各延伸一條虛線，它表示磁性區(qū)域的端部。也就是說，虛線的距離200表示被磁場(chǎng)穿過的區(qū)域的寬度。它尤其比流動(dòng)通道100寬。由此保證在通道體積內(nèi)的磁場(chǎng)盡可能均勻。穿過磁場(chǎng)的區(qū)域200由磁性單元20造成，它設(shè)置在通道底部13下方，如在圖1至圖3中可看到的那樣。在通道100內(nèi)導(dǎo)引門檻12仍設(shè)置為與通道壁14相交一個(gè)角度δ，所以導(dǎo)引門檻12從通道壁14按流動(dòng)方向40指向通道中心的方向。因此有磁標(biāo)記的細(xì)胞I,如通過流動(dòng)軌跡41所表示的那樣，在導(dǎo)引門檻12上朝部分區(qū)域130的方向偏轉(zhuǎn)，部分區(qū)域130 —直延伸到細(xì)胞測(cè)量裝置30或更遠(yuǎn)。
[0043]圖5表不導(dǎo)引門濫12 —種可能的布局,它們彼此相交一個(gè)很小的銳角δ地延伸。圖中再次表示通道寬度100。圖6局部放大地表示圖5中彼此相交一個(gè)銳角δ地延伸的導(dǎo)引門檻12，它們有門檻厚度或?qū)挾萪以及門檻之間的距離D。門檻12相對(duì)于流動(dòng)方向40設(shè)置的角度S，可以如圖6中那樣例如相對(duì)于通道中心線表示，或相對(duì)于通道壁14計(jì)量。在圖6中有磁標(biāo)記的細(xì)胞I仍畫為小圓。在這里清楚表明，在門檻12之間有足夠?qū)挼牧鲃?dòng)路徑保證通過細(xì)胞1，所以它們不會(huì)堵塞導(dǎo)引門檻的空隙。
[0044]最后，圖7表示具有混合式細(xì)胞富集段的裝置的另一種可能的設(shè)計(jì)形式。在圖7左邊的區(qū)域內(nèi)，表示在具有塑料導(dǎo)引門檻12的塑料基底13上的富集段，導(dǎo)引門檻12導(dǎo)致所述的細(xì)胞I流體力學(xué)地富集。在圖右邊的區(qū)域內(nèi)，在基底13上連接硅芯片15，在它上面設(shè)置細(xì)胞測(cè)量裝置30。如圖7中示例性表示的那樣，它還可以有另一些導(dǎo)引門檻125，它們尤其延續(xù)在部分區(qū)域130上的富集段。流動(dòng)方向40仍通過圖中從左向右的空心箭頭表示。有磁標(biāo)記的細(xì)胞I畫成橢圓，它們的流動(dòng)軌跡用箭頭41表示。按圖7所表示的例子,在兩側(cè)安置在通道壁14上的導(dǎo)引門檻12不是手指形互相交插，而是在通道中心的區(qū)域內(nèi)留空一個(gè)直的流動(dòng)區(qū)，它處于用于富集的部分區(qū)域內(nèi)。為了使細(xì)胞I通過導(dǎo)引門檻12在富集段后仍能直線狀導(dǎo)引經(jīng)過細(xì)胞測(cè)量區(qū)30，硅芯片15還有一個(gè)小的分段，亦即具有導(dǎo)引門檻125的富集段。這些導(dǎo)引門檻125可例如在導(dǎo)引門檻125的材料內(nèi)也有鎳的成分，并因而使尚且自由的標(biāo)記在細(xì)胞測(cè)量裝置30前被磁滯留力濾出。作為替代方式，在硅芯片15上的導(dǎo)引門檻125可例如通過光致抗蝕劑的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。此外，在圖7中仍用空心箭頭表示將細(xì)胞I沿導(dǎo)引門檻12導(dǎo)向中心的偏轉(zhuǎn)力10x，以及朝流動(dòng)方向40的射流剪力10y。
【權(quán)利要求】
1.一種用于流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的裝置，具有 -流動(dòng)通道(100)， -磁性單元(20)，該磁性單元設(shè)置在流動(dòng)通道(100)通道底部(13)的下方并設(shè)計(jì)為能產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，該梯度磁場(chǎng)穿過被流動(dòng)通道(100)圍繞的體積， -至少一個(gè)細(xì)胞測(cè)量裝置(30)，以及 -至少一個(gè)導(dǎo)引門檻(12)，所述導(dǎo)引門檻以這樣的方式設(shè)置在流動(dòng)通道(100)內(nèi)，亦即，能流過流動(dòng)通道(100)的細(xì)胞(I)可以被導(dǎo)引門檻(12)朝細(xì)胞測(cè)量裝置(30)的方向引導(dǎo)。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述流動(dòng)通道(100)的通道直徑和通道內(nèi)壁的表面性質(zhì)設(shè)計(jì)為，能夠在所述流動(dòng)通道(100)內(nèi)產(chǎn)生復(fù)合式細(xì)胞懸浮液的具有層流流動(dòng)斷面的流動(dòng)。
3.按照權(quán)利要求1或2之一所述的裝置，其中，所述磁性單元(20)設(shè)計(jì)為能產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，通過該梯度磁場(chǎng)能使有磁標(biāo)記的細(xì)胞，尤其有超順磁性標(biāo)記的細(xì)胞(I )，富集在所述通道底部(13)。
4.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，所述導(dǎo)引門檻(12)是相對(duì)于所述通道底部(13)的隆凸，或由相對(duì)于通道底部(13)的沉降構(gòu)成。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的裝置，具有許多導(dǎo)引門檻(12)，它們以這樣的方式設(shè)置在流動(dòng)通道(100)內(nèi)，亦即，能夠流過所述流動(dòng)通道(100)的細(xì)胞(I)可以被導(dǎo)引門檻(12)富集在所述通道底部(13)的部分表面(130)上方的流動(dòng)通道(100)的部分體積內(nèi)。
6.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，所述細(xì)胞測(cè)量裝置(30)設(shè)置在所述通道底部(13)上或其內(nèi)。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，所述導(dǎo)引門檻(12)在通道底部上這樣延伸，使得遭受朝通道底部(13)方向磁性力(IOz)以及沿流動(dòng)方向(40)流體剪力(IOy)的有磁標(biāo)記的細(xì)胞(I )，只能順一條路徑經(jīng)過所述通道底部(13)的預(yù)定的部分表面(130)渡過所述導(dǎo)引門檻(12)。
8.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，所述導(dǎo)引門檻(12)與所述通道底部(13)設(shè)計(jì)為一體，尤其設(shè)計(jì)為壓鑄件。
9.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，所述導(dǎo)引門檻(12)是相對(duì)于所述通道底部(13)的直線狀隆凸。
10.按照權(quán)利要求5至9之一所述的裝置，其中，所述導(dǎo)引門檻(12)與流動(dòng)方向(40)成銳角地設(shè)置。
11.一種用于磁性地流動(dòng)細(xì)胞計(jì)量的方法，其中，造成細(xì)胞試樣的層流流動(dòng)，給細(xì)胞(O做磁標(biāo)記，以及將細(xì)胞在梯度磁場(chǎng)中動(dòng)力地富集在通道底部(13)，以及其中，細(xì)胞(I)借助導(dǎo)引門檻(12)富集在通道底部(13)的部分表面(130)上的流動(dòng)通道(100)的一個(gè)預(yù)定的部分體積(110)內(nèi)。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述部分表面(130)按流動(dòng)方向(40)沿通道底部(13)延伸，所以細(xì)胞(I)沿一條軸線被導(dǎo)引經(jīng)過細(xì)胞測(cè)量裝置(30)。
13.一種按照權(quán)利要求1至10之一所述裝置的制造方法，其中，所述導(dǎo)引門檻(12)與所述通道底部(13)設(shè)計(jì)為一體，尤其設(shè)計(jì)為壓鑄件。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK103718019SQ201280037748
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月28日
【發(fā)明者】O.海登, M.J.赫洛, S.F.泰德 申請(qǐng)人:西門子公司