專利名稱：鞘流裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來講，本發(fā)明涉及流體處理，在具體方 面，涉及對流體進(jìn)行處理以檢測、選擇或分選微粒部分。在其它方面，本發(fā)明涉及生物流體處理，細(xì)胞、蛋白質(zhì)和核酸的檢測、分選或選擇。本文公開了其它方面。背景粒子分選技術(shù)廣泛用于懸液中的祀定部分(targeting moieties),但是過多的污染可能是要克服的技術(shù)障礙。例如，可能試圖從復(fù)雜的全血樣品分選出相對稀少的細(xì)胞。其它細(xì)胞類型的污染可能需要預(yù)處理以富集靶細(xì)胞，或者需要后處理以除去不需要的非靶細(xì)胞。此外，污染部分可位于容器側(cè)壁或其它表面上。盡管可使與表面涂層(例如硅酮型產(chǎn)品)的非特異性結(jié)合減到最小，但是這可能并不足夠。當(dāng)存在水平流體流動(dòng)平面，且懸液中的粒子沿該平面流動(dòng)時(shí)，粒子可能沉到底部(取決于密度、粘度和其它特征)。然后粒子可能形成障礙，堵塞流路。加上污染粒子可以共定位于(例如)與捕集結(jié)構(gòu)一起配置的微流體裝置。特別是當(dāng)IE粒子極其稀少時(shí)，非特異性結(jié)合可混淆IE物質(zhì)(target species)的分選或檢測。存在提高粒子分選特異性的手段。在微流體體積中，可以使用流體動(dòng)力學(xué)聚焦(hydrodynamic focusing)轉(zhuǎn)運(yùn)祀部分。流體動(dòng)力學(xué)聚焦的常規(guī)方法包括使用中央樣品流每側(cè)的兩個(gè)外圍流體流在橫向上約束樣品流。有關(guān)流式細(xì)胞術(shù)主題以及使用流體鞘的開創(chuàng)性論文一般參見 P. Crosland-Taylor, “A device for counting smallparticles suspended in fluid through a tube (通過管統(tǒng)計(jì)懸浮于流體中的小粒子的裝置)，”Nature 171 :37-38(1953)doi :10.1038/171037b0。一般而言，鞘流(sheath flow)是一種特殊的層流類型。雖然可將鞘流配置成包繞流體流的外流“管”，或者完全或部分包繞液體流的其它流路，但是本文的鞘流還包括層流中相對于鄰接平行流體流路的流體流路。因此，固體表面上的層流平面被認(rèn)為就是位于流體“表面”(例如鄰接的平行流體流路)上時(shí)的鞘流平面。鞘流意味著基本無湍流，因?yàn)檫^多的湍流可導(dǎo)致流體流路混合(而且流體層流平面層可能不再起“鞘”的作用)。因此，層流，而不是湍流，是產(chǎn)生鞘流所必需的。根據(jù)構(gòu)造和流體特征，鞘流可起流體動(dòng)力學(xué)聚焦流體樣品(通過包繞樣品流路而不混合)的作用，或者，如果存在層(或鞘，其不完全包繞液流)，則層流平面的流體可起流體延伸裝置壁的作用一本質(zhì)上在流體樣品和周圍固體表面之間起流體屏障的作用。
鞘流特別用于微流體的情況下，其中懸液中的粒子可破壞或阻斷微流體回路。因此，流體動(dòng)力學(xué)聚焦或鞘流允許更快的樣品流速和更高的通過量。然而,產(chǎn)生用于微流體裝置(或較大裝置)的層流鞘流(laminar sheath flow)是個(gè)問題。常規(guī)裝置，例如常規(guī)流式細(xì)胞儀需要具有專門組件的復(fù)雜儀器，而且制造特別精細(xì)。雖然據(jù)報(bào)道可能有產(chǎn)生微流體鞘流的特殊幾何形狀和構(gòu)造，但是仍存在對易于制造、可用于宏觀流體和微流體尺度的可預(yù)測的鞘流裝置，特別是在靶部分分選中靈敏度得到改進(jìn)以及與表面的非特異性結(jié)合降低的鞘流裝置的需要。概述本發(fā)明提供基于鞘流的裝置、制造和儀器系 統(tǒng)、使用方法、制造方法和相關(guān)方面。本發(fā)明源于可在固體表面上建立的層流下游獲得鞘流的觀察結(jié)果。在固體表面不連續(xù)的地方，層流基本按照所建立的那樣連續(xù)不斷，除非當(dāng)配置使得流動(dòng)平面與相鄰的平行液體流動(dòng)平面中的液體流鄰接時(shí)，便起“鞘流”的作用。這個(gè)觀察結(jié)果產(chǎn)生了本發(fā)明的許多方面和應(yīng)用。因此，容易建立在許多流體學(xué)應(yīng)用中具有優(yōu)勢的鞘流，而又不需要復(fù)雜儀器。在具體方面，本發(fā)明涉及處理生物流體和粒子，包括但不限于血液及其組分、細(xì)胞、核酸和蛋白質(zhì)以及存在于生物功能或與生物功能有關(guān)的其它分析物。鑒于本公開內(nèi)容，其它方面對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見的。附圖
簡述圖I是鞘流裝置的示意圖，其中在樣品層流上方和下方使用4個(gè)組件板建立層流緩沖液流。圖2A和圖2B是分別表示配置用于磁泳粒子分離(magnetophoretic particleseparation)的裝置的橫截面?zhèn)纫晥D和頂視圖的圖示。圖2C表示適于本文所述的鞘流裝置的磁捕集器(magnetic trap)的各種結(jié)構(gòu)。圖3A和圖3B是分別表示可移動(dòng)磁捕集站(magnetic trapping station)的橫截面?zhèn)纫晥D和頂視圖的圖示。圖4是表示無鞘流(左圖)和接著使用鞘流(右圖)的裝置中固體微流體通道表面上血細(xì)胞的非特異性結(jié)合的照片的復(fù)件。圖5A和圖5B柱狀圖分別表示使用本文所述鞘流裝置自全血得到的稀有細(xì)胞純度和稀有細(xì)胞回收率。圖6A是表示鞘流裝置組件的分解透視圖。圖6B是裝配的圖6A的鞘流裝置的照片。圖6C是表示圖6A和圖6B所述鞘流裝置的細(xì)節(jié)的橫截面透視圖。圖7A是表示鞘流裝置組件的分解透視圖。圖7B是圖7A所述裝配鞘流裝置的透視圖。圖8是根據(jù)不同實(shí)施方案分選樣品的方法的工藝流程圖。圖9A和圖9B表示使用本文所述鞘流裝置自臍帶血分離的造血細(xì)胞的純度和回收率。詳述如上所述，本發(fā)明源于以下觀察結(jié)果一旦在固體表面上建立起層流流路，則可作為鄰接相鄰的平行層流流路平面的鞘流而持續(xù)。因此，即使沒有最初用來建立層流的固體表面，流體也可在與一個(gè)或多個(gè)平行流體層流平面鄰接時(shí)建立的流路和流動(dòng)平面中持續(xù)。在一些實(shí)施方案中，與一個(gè)或兩個(gè)緩沖液流路鄰接建立層流樣品流路。這樣，建立起鞘流，從而防止樣品流路與鞘流裝置的內(nèi)表面接觸。圖I表示本發(fā)明的鞘流裝置100的分解透視圖。鞘流裝置100包括4個(gè)平行板105、110、115和120，當(dāng)使之毗連時(shí)形成鞘流裝置100。通過板105 “z”軸上的出入口引入樣品流體,正如用虛線箭頭125表示的一樣。流體樣品沖擊例如板115上的研磨表面并發(fā)生偏離，通過內(nèi)腔加工(chambering),樣品流體沿固體表面定向從而建立起層流流路。固體表面在層流流路平面上是不連續(xù)的(例如當(dāng)流體通過固體表面的末端，或以其它方式中斷與固體表面的接觸時(shí))，而流體作為層流持續(xù)。緩沖流體通過板120和105的進(jìn)口引入，正如用虛線箭頭130和135標(biāo)明的一樣。每個(gè)緩沖液 流分別沖擊板115和110的類似表面，同樣建立與樣品層流鄰接的層流。這些層流作為各自的層流層連續(xù)不斷，從而產(chǎn)生鞘流。也就是說，樣品層流被緩沖液層流包入鞘中，例如防止樣品流接觸鞘流裝置的某些內(nèi)表面。因此，一方面，本發(fā)明提供鞘流裝置，其包括(a)鞘流平面區(qū)上游的第一層流建立固體表面；(b)與鞘流平面區(qū)平行的樣品層流區(qū)；和任選(c)第二鞘流平面區(qū)上游的第二層流建立固體表面。如同圖I說明的配置一樣，可使用本發(fā)明的裝置來建立鞘流，所述裝置被配置成在相應(yīng)的鞘流平面上游的相應(yīng)固體表面上建立一個(gè)或多個(gè)平行層流平面。本文描述的實(shí)施方案包括具有磁力分離站的鞘流裝置，該分離站使磁性標(biāo)記的樣品組分偏離，并且任選捕集磁性標(biāo)記的樣品組分。示例性的磁捕集站可參見例如美國專利公開文本20090053799A1，“Trapping Magnetic Sorting System for Target Species (祀物質(zhì)的捕集磁選系統(tǒng))”,通過引用結(jié)合到本文用于所有目的。在某些實(shí)施方案中，鞘流裝置采用非磁力驅(qū)動(dòng)分離。這些力的實(shí)例包括聲學(xué)力(acoustic force)、光學(xué)力(optical force)和介電力(dielectricforce)。圖2A和2B是分別表示被配置用于磁泳粒子分離的本發(fā)明鞘流裝置200的橫截面?zhèn)纫晥D和頂視圖的圖示。裝置200包括頂板205和底板210。含有靶部分(例如圖示的細(xì)胞220)的復(fù)雜樣品位于頂部流體層和底部流體層之間的層流層中。用于粒子選擇的結(jié)構(gòu)，此處為鎳鐵磁結(jié)構(gòu)230，位于頂板205內(nèi)表面，使得通過頂部緩沖鞘流防止層流中的樣品直接接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，鎳結(jié)構(gòu)是隔離開的，例如用材料包覆，使得所收集的靶物質(zhì)(例如活細(xì)胞)不會直接接觸(可能有毒的)鎳。施加外部可控力(此處為磁力)以磁泳分選出選擇性粒子(如圖所示，細(xì)胞用磁性粒子215選擇性標(biāo)記，因此對磁性選擇起反應(yīng))。圖2B表示表示自上而下的視圖，顯示廢料不會偏離或不被磁泳結(jié)構(gòu)捕集，而是在樣品液流中通過。下面描述了本實(shí)施方案的更多方面。圖2C表示可用于本文所述的鞘流裝置的磁捕集網(wǎng)格或圖案的9種變化。這些用作產(chǎn)磁場梯度(MFG)結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施方案中，磁捕集網(wǎng)格或圖案由磁性材料制成。在另一個(gè)實(shí)施方案中，由與外磁體聯(lián)用的材料形成磁捕集網(wǎng)格或圖案，例如微加工或絲網(wǎng)印刷，所述外磁體在磁捕集網(wǎng)格或圖案中引起高度定位的強(qiáng)磁場，目的是吸引樣品流中磁性粒子標(biāo)記的靶物質(zhì)通過緩沖鞘流并轉(zhuǎn)移到磁捕集網(wǎng)格或圖案上?！愣?，本發(fā)明的裝置及相關(guān)方法和系統(tǒng)建立基本無湍流或?qū)嵸|(zhì)無湍流的分立的流體層流層，使得流體層間保持分立。本文使用的關(guān)于層流鞘流的術(shù)語“基本無湍流”在層流鞘流方面是指可能有一些湍流，但仍實(shí)現(xiàn)鞘流結(jié)果。在這種情況下使用的術(shù)語“實(shí)質(zhì)無”是指可能有一些不可避免的湍流，但如上所述，仍實(shí)現(xiàn)所需要的層流鞘流層。在某些方面，鞘流在樣品流體(試圖從其中分離或檢測靶部分)與固體表面之間提供流體屏障，從而起固體表面的隔離屏障的作用。例如，使用鞘流減少任何非靶部分與固體表面的非特異性結(jié)合。因此，本發(fā)明提供防止樣品流體組分與裝置的固體表面進(jìn)行不需要的相互作用的方法。隨著樣品流體與固體表面之間不需要的相互作用實(shí)現(xiàn)所需要的相互作用，例如流體組分的選擇性收集。例如，可使用本發(fā)明的裝置，通過提供基本上防止樣品流體與固體表面(像側(cè)壁或者固體頂表面或底表面、捕集站(如上所述)等)接觸的鞘流屏障，來防止樣品流體層流平面內(nèi)的非靶部分過多的非特異性結(jié)合。
另外，可利用鞘流“夾住(pinch)”樣品流或以其它方式使樣品流橫向變窄，從而提供狹窄的樣品流，這可用于例如樣品中的細(xì)胞計(jì)數(shù)的目的。在某些實(shí)施方案中，層流鞘流束縛層流樣品流，所述層流樣品流在尺寸上具有與待檢測的細(xì)胞或其它靶物質(zhì)的尺寸相當(dāng)?shù)膶挾?。鑒于本公開內(nèi)容，其它方面對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。術(shù)語除非另有定義，否則與本發(fā)明聯(lián)用的科技術(shù)語應(yīng)具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常所理解的含義。通用術(shù)語本申請中，單數(shù)的使用包括復(fù)數(shù)，除非另有明確的說明。本申請中，不定冠詞意指“至少一個(gè)”，除非另有明確說明。列出的名單后的表述“……的至少一個(gè)”意指該名單中的任一個(gè)或多個(gè)成員，并非意指所列的所有成員都必需存在?！盎颉钡氖褂靡庵浮昂?或”，除非另有明確說明。在多項(xiàng)從屬權(quán)利要求的情況下，“或”的使用是以僅擇一方式回指多于一個(gè)的前述獨(dú)立權(quán)利要求或從屬權(quán)利要求。此外，術(shù)語“包括”以及其它形式例如“包含”和“含有”的使用不是限制性的。同樣，術(shù)語例如“元件”或“組分/組件”涵蓋包括一個(gè)單元的元件和組分/組件以及包括多于一個(gè)單元的元件或組分/組件，除非另有明確說明。如果提及“技術(shù)從業(yè)人員”，則這是指文中主題所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)從業(yè)人員，除非另有說明。流體力學(xué)/流體動(dòng)力學(xué)術(shù)語描述流體力學(xué)(包括微流體學(xué)(microf Iuidics))的各種術(shù)語以其常規(guī)技術(shù)含義使用。術(shù)語“流體”和術(shù)語“液體”在本文中按同義詞使用，是指流動(dòng)并任選呈容器的形狀的物質(zhì)。在某些情況下，有可能是流動(dòng)的氣態(tài)物質(zhì)或固體物質(zhì)。例如，微細(xì)顆粒狀材料可以流動(dòng)。術(shù)語“流體回路”是指位于本發(fā)明的鞘流裝置中的流體相互連接的功能區(qū)的配置。正如本文更詳細(xì)的描述一樣，功能區(qū)包括貯器或區(qū)室和流體可通過其流動(dòng)的通道。通道可以是任選的，例如，其中兩個(gè)區(qū)室通過鄰接壁直接在流體上連通。兩個(gè)貯器或室可以在流體上可逆連通，例如通過可為密封和開放的或者可為多孔的鄰接壁，只允許某種大小的粒子流過。技術(shù)從業(yè)人員應(yīng)了解可能用于本發(fā)明的流體回路的多種配置。除了配置以外，還有同樣多種的集成流體回路的選擇，例如本文所述的流量控制結(jié)構(gòu)元件。粒子分選術(shù)語本文不時(shí)使用的術(shù)語“部分”是指“一部分”并包括對粒子的提及?！傲Ｗ印笔侵妇推滢D(zhuǎn)運(yùn)和性質(zhì)而言作為完整單元工作的小物體。術(shù)語“分析物”可以是“部分”或“粒子”，在分析方法中，作為檢測其存在情況或測定其性質(zhì)的物質(zhì)，以其普通含義使用。生物學(xué)和生物化學(xué)術(shù)語如果討論分子的具體分類，例如核酸或蛋白質(zhì)，則包括合成形式，例如天然存在的分子的模擬物或異構(gòu)形式。除非另有說明，否則同樣包括修飾形式，只要保持所需要的功能性質(zhì)。例如，對CD34細(xì)胞表面蛋白有選擇性的適體包括化學(xué)衍生物(例如聚乙二醇化、產(chǎn)生替代形式(pro-form)、用其它活性部分(例如酶、核酶等)衍生化)。術(shù)語“生物流體”是指流體的來源，包括( 但不限于)羊水、房水、血液和血漿(本文的血液是指血漿成分、除非文中另有明確規(guī)定或說明)、耵聹(耳垢)、考珀(Cowper’ s)液、食糜(chime)、間質(zhì)液、淋巴液、哺乳動(dòng)物乳汁、黏液、胸膜液、膿、唾液、皮脂、精液、血清、汗液、淚液、尿液、陰道分泌物、嘔吐物和滲出物(來自傷口或病灶)。術(shù)語“選擇性結(jié)合分子”是指與特定靶部分選擇性但不必特異性結(jié)合的分子。結(jié)合不是隨機(jī)的。選擇性結(jié)合分子可選自各種抗體或置換物(permutations)(多克隆或單克隆抗體、肽體(P印tibody)、人源化抗體、截短抗體、模擬物和本領(lǐng)域可獲得的其它形式)、適體(其可為DNA、RNA或各種蛋白質(zhì)形式，并且可用其它功能部分(例如酶部分或比色部分)進(jìn)一步修飾)，或者可能是特定生物系統(tǒng)特有的。蛋白質(zhì)可與特定的“標(biāo)簽”例如“His標(biāo)簽”一起表達(dá)，技術(shù)從業(yè)人員可確定合適種類的選擇性結(jié)合分子或合適的可檢測標(biāo)記。所述列舉的名單不是窮盡性的。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實(shí)施方案不限于生物樣品甚至有機(jī)樣品，而是擴(kuò)展到非生物材料和無機(jī)材料。因此，可采用本文描述的儀器和方法篩選、分析、修飾或者以其它方式加工液體中的大范圍的生物和非生物物質(zhì)。靶物質(zhì)和/或非靶物質(zhì)可包括小或大的天然或合成來源的化學(xué)實(shí)體，例如化合物、超分子裝配體、蛋白質(zhì)、細(xì)胞器、片段、玻璃、陶瓷等。在某些實(shí)施方案中，它們是單體、寡聚體和/或具有任何分支程度的聚合體。它們可在細(xì)胞或病毒上表達(dá)，或者它們可以是獨(dú)立的實(shí)體。它們還可以是完整的細(xì)胞或病毒本身。整體考慮因素實(shí)施和利用本發(fā)明的整體考慮因素包括整體裝置配置、材料、制備系統(tǒng)、儀器系統(tǒng)和應(yīng)用。另提供包括工作實(shí)施例的具體實(shí)施方案。下面還包括了預(yù)測性實(shí)施例。在實(shí)施或利用本發(fā)明時(shí)，一般要考慮流體動(dòng)力學(xué)原理，包括可壓縮流與不可壓縮流、粘性流與非粘性流、穩(wěn)流與非穩(wěn)流、層流與湍流、牛頓流體與非牛頓流體、亞音速流與近音速流、超音速流和高超音速流、非相對論流(non-relativistic flow)與相對論流、磁流體動(dòng)力學(xué)(或粒子分選的其它考慮因素)。所列名單是不完整的，但是從業(yè)人員應(yīng)了解流體、粒子、裝置和分選方法必需全部整體化。因此，本發(fā)明尤其可用于選擇血樣中的稀有細(xì)胞，例如循環(huán)腫瘤細(xì)胞，同時(shí)使可能混淆結(jié)果的非選擇性結(jié)合降到最小。對于細(xì)胞尺寸的粒子，物理約束意味著流體動(dòng)力學(xué)聚焦流需要幾米/秒鐘的速度。在這種速度下，典型細(xì)胞可在幾微秒內(nèi)橫越自身的直徑?？蓪⒈景l(fā)明的裝置配置用于其它功能。例如，可試圖首先分離細(xì)胞，然后原位培養(yǎng)細(xì)胞；因此，可將本發(fā)明的裝置另外配置以用作生物反應(yīng)器。此外，可先在本發(fā)明的鞘流裝置上培養(yǎng)細(xì)胞，或者利用預(yù)先生長的細(xì)胞，獲得蛋白質(zhì)(或其它靶部分)。然后，可對靶蛋白(或部分)進(jìn)行可檢測標(biāo)記，并懸于準(zhǔn)備在本發(fā)明的鞘流裝置中分選的流體中。本發(fā)明可用來分選或篩選化學(xué)物質(zhì)文庫，即通過選擇適體文庫中的適體與之結(jié)合的蛋白質(zhì)。可以現(xiàn)有流體處理裝置使用的任何方式使用本發(fā)明的鞘流裝置。整體考慮因素包括所需要的制備方法系統(tǒng)、所需要的用途和所需要的相關(guān)儀器(如有的話)。要結(jié)合樣品大小和應(yīng)用要求；控制液流方向、路徑和速度的方法；選擇或分選微粒物質(zhì)(如有需要)的方法以及與所需儀器的配合，來考慮裝置幾何學(xué)。本發(fā)明的鞘流裝置、相關(guān)方法和系統(tǒng)在宏觀流體以及微觀流體樣品兩個(gè)方面有工業(yè)應(yīng)用，并且正如下面更詳細(xì)描述的一樣，可進(jìn)行配置和調(diào)配用于多種目的。微流體裝置可用于以下目的例如樣品中的蛋白質(zhì)純化、稀有細(xì)胞分離和稀有分子(例如蛋白質(zhì)或適體)篩選。這些可與本發(fā)明的層流建立表面配置，以便如本文所述在流體層中建立鞘流。參見例如 J. Qian, X. Lou, Y. Zhang, Y. Xiao, H. T. Soh, " Rapid Generation of Highly Specific Aptamers via Micromagnetic Selection (通過微觀磁性選擇快速產(chǎn)生高特異性適體)"Analytical Chemistry (2009) ;U. Kim 和 H. T. Soh, " Simultaneous Sortingof Multiple Bacterial Targets Using Integrated Dielectrophoretic-MagneticActivated Cell Sorter (使用集成介電電泳-磁性活化細(xì)胞分選儀同時(shí)分選多個(gè)細(xì)菌革巴標(biāo))"Lab on a Chip (2009) ；Y. Liu, J. D. Adams, K. Turner, F. V. Cochran, S. Gambhir和 H. T.Soh, Controlling the Selection Stringency of Phage Display Using aMicrofluidic(使用微流體控制卩遼菌體展示的選擇嚴(yán)格性).Lab on a Chip (2009)；X. Lou, J. Qian, Y. Xiao, L. Viel, A. E. Gerdon, E. T. Lagally, P. Atzberger, T. M. Tarasow,A.J. Heeger 和 H. T. Soh, “Micromagnetic Selection of Aptamers in MicrofluidicChannels (微流體通道中適體的微觀磁性選擇)，’^Proceedings of the National Academyof Sciences, USA，106 (9) 2989-2994 (2009)，所有文獻(xiàn)均通過引用結(jié)合到本文中。鞘流裝置的總體配置按照以下原理來配置本發(fā)明的鞘流裝置在固體表面上建立這樣的層流，一旦流體層與另一流體層接觸(例如正如本文所述與固體表面的接觸中止時(shí))，其便作為鞘流持續(xù)。本發(fā)明的鞘流裝置可具有任何數(shù)目的配置和構(gòu)造，只要可獲得固體表面建立與平行的層流流路平面上的鄰接流體在上游流體接觸的層流?？偟膩碇v，本發(fā)明提供針對用作流體樣品流路與裝置表面之間的屏障的鞘流配置的裝置。這種屏障抑制或防止樣品流體與裝置表面相互作用。在一個(gè)實(shí)例中，這種屏障基本上防止主題流體樣品中的部分與固體表面非特異性結(jié)合。通過基本上防止非特異性結(jié)合，可以避免有害作用，例如因部分的蓄積破壞流路流動(dòng)(path flow)，或者污染選定的稀有部分。在空間上，如果鞘流裝置水平(相對于地平線)放置時(shí)，則流路彼此垂直排成一線(例如一層放在另一層上)。這闡述于圖I和圖6A-C，其中頂部鞘流和底部鞘流與樣品流平面的兩側(cè)之一平行和鄰接。頂鞘位于“頂部”，底鞘位于“底部”，因此以垂直方向堆放，雖然流動(dòng)平面是水平的?？梢源怪狈较?垂直于水平線)類似地配置本發(fā)明的裝置。至于垂直方向，流路是水平分層的(例如彼此從左到右)。根據(jù)流體回路，流路可以在或不在平坦平面上。如果將流路配置成半圓通道、圓形管的形狀或類似有溝的配置，則流路將基本上平行(不相交，與弧形平面三維形狀的歐氏幾何學(xué)一致)。在某些情況下，可具有基本靜止的流體“池(pool) ”用作流體鞘(fluid sheath)。雖然嚴(yán)格來說流體池是不流動(dòng)的，但非常粘的流體(例如呈裝載其的容器形狀的物質(zhì))可具有流體移動(dòng)特征，但是極其緩慢。因此，可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行配置以具有這類“池”區(qū)，例如底部流體層(見下文)，粘性較低的流體樣品在其上流動(dòng)。尺寸在具體考慮流體力學(xué)/動(dòng)力學(xué)和流體特征的情況下，可調(diào)節(jié)本發(fā)明的裝置至任何尺寸。在一個(gè)實(shí)施方案中，針對微流體回路調(diào)節(jié)本發(fā)明的裝置。在其它實(shí)施方案中，將本發(fā)明的裝置配置用于升規(guī)?；蚨嗌?guī)模的用途。就層流建立區(qū)域而言，考慮因素包括鑒于流體特征建立層流所必需的表面積。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)了解的是，流體特征包括粘度、微粒物質(zhì)特征(例如流體動(dòng)力學(xué))、微粒物質(zhì)濃度和流體與例如鄰接層中的流體混溶(或否則與之反應(yīng))的程 度。至于尺寸，可根據(jù)包括以下的流體動(dòng)力學(xué)考慮因素，計(jì)算用于所需流量/流速的壓力的量可壓縮流與不可壓縮流、粘性流與非粘性流、穩(wěn)流與非穩(wěn)流、層流與湍流、牛頓流體與非牛頓流體、亞音速流與近音速流、超音速流和高超音速流、非相對論流與相對論流、磁流體動(dòng)力學(xué)和按照本領(lǐng)域已知方法的其它近似法。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)以整個(gè)系統(tǒng)(包括裝置材料)的角度來考慮流體動(dòng)力學(xué)。鞘流裝置可具有方向性，分離力在該方向內(nèi)起使靶物質(zhì)從樣品流平面偏向鞘流平面的作用?？偟膩碇v，這個(gè)方向?qū)⒋怪庇诹鲃?dòng)方向，且鞘流和樣品流將形成平行鄰接層，沿著這個(gè)方向一個(gè)位于另一個(gè)之上。這個(gè)方向的裝置尺寸(裝置的“高度”)可能相對較小，通常在裝置中是最小的，大約是分離力在其內(nèi)起作用的距離。因?yàn)檫@些力常常是短程力，所以這個(gè)方向上的裝置尺寸常常約為I毫米或更小。相比之下，橫向裝置尺寸，即垂直于流動(dòng)方向和分離力方向兩者的方向上的尺寸，可能相當(dāng)大。這允許將裝置調(diào)節(jié)到相對較大的尺寸，并且允許通過量相應(yīng)增加，在某些情況下，在微流體形式下約為數(shù)百毫升/小時(shí)。在某些情況下，這個(gè)橫向裝置尺寸為至少約10厘米甚至至少約20厘米。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，裝置的高度約為700微米，其橫向尺寸約為20厘米。本文提供的尺寸良好適用于磁泳分離機(jī)械裝置，包括本文其它部分描述的任何磁泳分離機(jī)械裝置。目前，工作實(shí)施例涉及微流體尺寸(一般具有Imm或更小的流體通道直徑，參見下文中的實(shí)施例)。除了對實(shí)際應(yīng)用的限制以外，尺寸的下限主要受制備方法的約束。例如，如果需要納米電子元件，則可采用微型平板印刷技術(shù)集成這類元件。對于微流體應(yīng)用，可以尋找限制液流中的湍流和使所需路徑中的層流最優(yōu)化的均衡。可對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行配置以用于例如 I-IOii LUO-IOOii L、IOO-IOOOii LUOOOii L-IOOml 的樣品體積。此外鑒于實(shí)際考慮因素例如流體力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)原理和所需應(yīng)用，可將本發(fā)明的鞘流裝置的規(guī)模放大至實(shí)際上的任何尺寸。在鞘流上游建立層流的普遍原理廣泛適于比用于微流體應(yīng)用的裝置大的裝置，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)了解允許放大的流體動(dòng)力學(xué)普遍原理。例如，在一些實(shí)施方案中，可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行配置以用于介于約IOOml-I升之間、在某些情況下為多升規(guī)模的較大的樣品體積。流體層的數(shù)目和特征術(shù)語“流體層”在本文中用于表示分立的基本無湍流的流體流路平面?！傲黧w層”可以是固體表面上的層流，或者可以是相對于平行平面上的鄰近、鄰接流體層的鞘流。雖然不位于二維平面方向上，但是本發(fā)明也適用于具有全鞘包繞樣品流體的裝置?？墒褂眠@些層流建立表面的組合來產(chǎn)生包繞樣品的流體層，從而允許3D流體動(dòng)力學(xué)聚焦易于實(shí)現(xiàn)。這樣，樣品流在水平和垂直兩個(gè)方向上與通道壁(在裝置流體回路中)分隔開。流體層的數(shù)目在總體方面，本發(fā)明提供包括至少三個(gè)分立的依次鄰接的流體層流層的裝置(及相關(guān)方法和系統(tǒng))。層流流路彼此鄰接放置，并彼此平行，呈串聯(lián)形式。每個(gè)層流流路與其它層流流路平行，并垂直于其流路分層?？墒褂萌龑?正如下文中的工作實(shí)施例)，使得樣品層流平面夾在(例如)上層和下層之間。可以增加另外的流體層，雖然固相支持體不存在時(shí)層(鞘)流平面持續(xù)的程度大多將取決于流體力學(xué)考慮因素?？煽紤]流體回路的特征，例如幾何配置、通道壁組成和摩擦力。其它考慮因素涉及流速和流動(dòng)力、流動(dòng)平面尺寸、每個(gè)流動(dòng)平面層的流體體積和技術(shù)從業(yè)人員所了解的其它流體力學(xué)考慮因素。 流體層厚度有關(guān)流體層的數(shù)目，每個(gè)流體層的厚度(或深度)是重要的。從業(yè)人員應(yīng)理解的是，裝置配置和應(yīng)用以及流體特征將決定流體層厚度。例如，如果對鞘流裝置進(jìn)行配置用于磁泳，磁力應(yīng)大于提供鞘流的流體層所提供的阻力。也就是說，施加以自溶液分離磁性標(biāo)記的靶粒子的磁力應(yīng)足以吸引粒子穿過流體層到達(dá)所需要的區(qū)域(比如捕集站，見上文)。因此，例如，如果尋求上表面上具有捕集站的磁泳裝置，使得將磁力施加于水平平面上的裝置頂部，則本發(fā)明的鞘流裝置可包括相對粘的(相對于樣品粘度)、緩慢流動(dòng)的(或靜止的)第一(例如底部)流體層，相對不粘的(相對于底部層)樣品層，和大體上無粘性的頂層。那樣的話，頂層的鞘流基本上阻止了磁捕集站(位于頂面)中的非特異性結(jié)合，卻不阻止磁性標(biāo)記的靶粒子穿過該層而被捕集。結(jié)構(gòu)元件一般而言，除簡單的流體保留或儲存以外，本發(fā)明的鞘流裝置還起提供流體移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用的作用。結(jié)構(gòu)特征提供了這個(gè)流體回路。本發(fā)明的鞘流裝置包括一個(gè)或多個(gè)出入口、一個(gè)或多個(gè)貯器和在出入口和貯器之間或之中提供流體連通的一個(gè)或多個(gè)通道。還描述了其它結(jié)構(gòu)組件。出入口 一般而言，根據(jù)整體配置和材料，本發(fā)明的鞘流裝置可具有其中使材料進(jìn)入或排出的至少一個(gè)出入口和用于裝載流體的至少一個(gè)貯器。可對用于流體(或其它材料)進(jìn)入或排出的出入口進(jìn)行配置以便與其它裝置或儀器一起作為整個(gè)系統(tǒng)的組成部分
一起操作。出入口可與外部環(huán)境連接，例如通過提供流體充入或流體排出的通道。對于流體充入，可配置出入口用于通過注射器、移液管或通過自動(dòng)充填儀器充入。參見圖6B，其中出入口配備了適于注射器的適配器。流體出口可以是例如廢物處理?；蛘?，出口可以是陽性選擇方案的組成部分，由此選擇性俘獲懸液中的微粒物質(zhì)?？梢允褂贸鋈肟诘耐獠炕ミB的各種類型，例如管道釘(tubing stud)、軟管倒鉤連接、0環(huán)連接或其它外部互連類型。出入口，而不是外部互連，可備選地與裝置的另一部分(例如單獨(dú)封閉的貯器)呈流體連通。從功能上講，用于相同的目的，例如流體充入或流體分配(出口)的目的。本發(fā)明的裝置可具有一個(gè)或不止一個(gè)用于多種功能的出入口，例如用于引入多種不同的流體或用于排出單獨(dú)部分，而且每一個(gè)可任選與外部環(huán)境或與裝置的另一部分連接。貯器本發(fā)明的裝置還包括至少一個(gè)用于裝載流體并對流體進(jìn)行任何功能的貯器。貯器可用于功能目的，并包括實(shí)現(xiàn)此目的的其它結(jié)構(gòu)元件。例如，如果需要培養(yǎng)細(xì)胞，則可將合適的細(xì)胞培養(yǎng)儀與貯器整合，例如(但不限于)通風(fēng)裝置、混合器或溫度控制器。這些裝置可構(gòu)成本發(fā)明的鞘流裝置的組成部分，或者可以是相關(guān)加工儀器的組成部分，其中其裝置整合是臨時(shí)的(當(dāng)鞘流與儀器有效連接時(shí))?？蓪A器進(jìn)行調(diào)配以系統(tǒng)內(nèi)操作實(shí)現(xiàn)某一功能。裝置功能組件可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行配置或調(diào)配以充入和測量固定的體積，或 者用于連續(xù)流?？蓪Ρ景l(fā)明的裝置進(jìn)行配置用于多重功能(例如細(xì)胞溶解和蛋白質(zhì)分離)?？蓪Ρ景l(fā)明的裝置進(jìn)行配置用于單步或多步過程或測定，并且可進(jìn)行配置用于試劑儲存。本發(fā)明的裝置可包括過濾配置或調(diào)配。例如，本發(fā)明的鞘流裝置還可包括用于捕集靶部分的結(jié)構(gòu)，例如作為粒子分選的形式。例如，如下所述，可包括用于磁泳粒子分選的鐵磁網(wǎng)格，以用作用于磁力結(jié)合靶物質(zhì)的“捕集站”?？稍诒景l(fā)明的鞘流裝置中特別有利地進(jìn)行從懸液中分離粒子。例如，如果需要從復(fù)雜混合物中磁泳分離特定部分，則可在適當(dāng)?shù)奈恢蒙戏胖煤线m的磁泳捕集結(jié)構(gòu)，例如上文引述的美國專利公開文本20090053799A1中描述的鐵磁結(jié)構(gòu)。參見圖6B，其中上層包括鐵磁捕集站?？砂ǘ喾N粒子分選/檢測/分析功能部件，正如本說明書各處指出的一樣?？膳c鞘流流體學(xué)裝置中的磁捕集分選儀集成的操作模塊的實(shí)例包括(a)其它富集模塊，例如熒光激活細(xì)胞分選儀和洗滌模塊，(b)反應(yīng)模塊，例如樣品擴(kuò)增(例如PCR)模塊、限制性內(nèi)切酶反應(yīng)模塊、核酸測序模塊、靶標(biāo)記模塊、染色質(zhì)免疫沉淀反應(yīng)模塊、交聯(lián)模塊，甚至細(xì)胞培養(yǎng)模塊，(c)檢測模塊，例如核酸、抗體或其它高特異性結(jié)合劑的微陣列和熒光分子識別模塊，和(d)溶解模塊，用于溶解細(xì)胞、破壞病毒蛋白質(zhì)外殼或以其它方式釋放小的生命系統(tǒng)中的組分?？稍诖判苑诌x儀之前或之后提供這些模塊的每一種。在單一流體學(xué)系統(tǒng)中，可能有多個(gè)相同或不同類型的與磁性分選儀集成的操作模塊。此外，一個(gè)或多個(gè)磁性分選儀可與多個(gè)其它操作模塊平行或串聯(lián)排列。這些操作模塊中的一些可設(shè)計(jì)或配置成捕集器，其中樣品中的靶物質(zhì)保持靜止或一般限制在特定的體積中。從上述模塊實(shí)例中應(yīng)顯而易見的是，可在集成流體學(xué)裝置模塊中對靶物質(zhì)和/或非靶物質(zhì)進(jìn)行的操作包括分選、與磁性粒子偶聯(lián)(本文有時(shí)亦稱“標(biāo)記”)、結(jié)合、洗滌、捕集、擴(kuò)增、除去不需要的物質(zhì)、沉淀、裂解、稀釋、連接、測序、合成、標(biāo)記(例如使細(xì)胞染色)、交聯(lián)、培養(yǎng)、檢測、成像、定量、溶解等?？稍诩闪黧w裝置的磁選模塊中進(jìn)行的生物化學(xué)操作的具體實(shí)例包括合成、純化和/或篩選質(zhì)粒、適體、蛋白質(zhì)和肽；評價(jià)酶活及使蛋白質(zhì)和糖衍生化。還可進(jìn)行多種生物化學(xué)測定和電生理學(xué)測定，包括(I)基因組分析(測序、雜交)、PCR和/或用于DNA和RNA寡聚體的其它檢測和擴(kuò)增方案；(2)基因表達(dá)；(3)酶活測定；(4)受體結(jié)合測定；和(5)ELISA測定?？梢远喾N方式進(jìn)行前述測定，例如均質(zhì)方式、基于珠粒的方式和表面結(jié)合方式。此外，可使用本文所述裝置進(jìn)行使用特定酶或催化劑的生物分子的連續(xù)產(chǎn)生，以及生物分子或在生物系統(tǒng)中有活性的分子(例如治療藥)的產(chǎn)生和遞送。還可使用本文所述流體裝置進(jìn)行肽、蛋白質(zhì)及DNA和RNA寡聚體的重組合成。集成和流體回路可以許多方法實(shí)現(xiàn)功能元件的集成。一般而言，可通過液流通道以所有組合使出入口和貯器呈流體連接?？墒挂毫魍ǖ肋m于所需要的流動(dòng)種類，并可具有允許所需要的流體移動(dòng)的任何尺寸。流量控制結(jié)構(gòu)元件可選自多種種類。這些可以是閥、多孔膜、混合器、泵和其它傳統(tǒng)的流量控制結(jié)構(gòu)元件?？刹捎梅浅Ｒ?guī)的流量控制，例如原位固化以阻斷流動(dòng)的材料的調(diào)配。應(yīng)考慮層流建立表面與流體回路集成的結(jié)合。例如，如果存在在鞘流上游建立的層流，則鞘流應(yīng)以反向不相容的(逆流)方式互不干擾。本發(fā)明的裝置的全部或部分可以是生物可降解的，例如使用在熱、陽光、水等存在 下降解為無毒的組成部分的聚合材料。本發(fā)明考慮因素還包括產(chǎn)品識別，例如條形碼、RFID或其它識別裝置的方法。本發(fā)明的裝置還可與相關(guān)試劑包裝在一起。例如，為了與生物試劑一起使用，將本發(fā)明的裝置與合適的緩沖液、介質(zhì)、可檢測標(biāo)記部分、儀器(例如用于流體充入的注射器)或其它項(xiàng)目包裝在一起。洗液或載液可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行配置或調(diào)配以與例如水性緩沖液(含或不含洗滌劑)、醇(例如甲醇、乙醇、異丙醇)、有機(jī)溶劑(例如己烷、碳氟化合物、芳族化合物)或任何上述物質(zhì)的組合一起使用。在某些實(shí)施方案中，這些流體可用作鞘流流體。電化學(xué)活性/電活性本發(fā)明的裝置可包括一個(gè)或多個(gè)印刷電路板、交叉指型電極、濺射電極或絲網(wǎng)印刷電極或者電容陣列。例如，可在聚合材料上預(yù)先制備電路板，并使用該電路板制備本發(fā)明的鞘流裝置。這些元件可通過指導(dǎo)捕集站和/或各種前處理和后處理模塊或站的操作的關(guān)聯(lián)邏輯來控制。用于粒子捕集或分選的力的可操作性本發(fā)明裝置的最有前景的應(yīng)用之一是粒子分選，有許多方法可進(jìn)行這種分選。使用可控力，例如磁力、聲學(xué)力、電泳力或光學(xué)力移動(dòng)懸于流體中的反應(yīng)性粒子。例如，可考慮使用磁性活化粒子分選(例如細(xì)胞分選)。實(shí)際應(yīng)用中，這包括使用選擇性結(jié)合分子與之連接的磁珠。在選擇性結(jié)合分子與所需要的靶標(biāo)結(jié)合時(shí)，磁體因此如此連接。然后，可使用磁力，任選鐵磁捕集站，捕集或分選所需要的靶標(biāo)。因此，可將鐵磁材料埋入鞘流裝置材料中，例如印制的磁性區(qū)域或通過將鐵磁塵粒摻入制造材料(例如應(yīng)用于特定區(qū)域)。同樣可以使用本領(lǐng)域可得到的其它可控力，例如聲學(xué)力、電泳力或其它力。技術(shù)從業(yè)人員應(yīng)了解適應(yīng)本發(fā)明系統(tǒng)的合適的裝置配置。光學(xué)檢測可將本發(fā)明的裝置配置成允許進(jìn)行光學(xué)檢測。例如，如果需要比色、熒光或發(fā)光可檢測標(biāo)記，則這具有實(shí)際的應(yīng)用性。其它光學(xué)界面可包括光纖、表面等離子共振、衰減全反射或其它光學(xué)界面。其它特征/特殊要求可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行滅菌(例如用環(huán)氧乙烷，考慮選定材料對于其它滅菌技術(shù)的耐久性，例如耐高壓滅菌能力(autoclavability))。在如此選定的材料或配置中，可具有與細(xì)胞培養(yǎng)要求的表面相容性和其它的表面能。本發(fā)明的裝置可以是例如可透氣的?？蓪で髢?nèi)涂層(例如硅)以使與表面的非特異性結(jié)合降到最低。磁泳實(shí)施方案和磁捕集實(shí)施方案記住上述原理，便可設(shè)想包括鞘流和磁選兩者的各種設(shè)計(jì)。在某些實(shí)施方案中，磁選包括捕集模式，其中非靶物質(zhì)和靶物質(zhì)在加入外磁場后相繼洗脫出來。換句話說，與磁性粒子連接的物質(zhì)保持在原位，而未連接的物質(zhì)被洗脫出來。然后，在此第一洗脫步驟完成后，附著磁場并防止洗脫的物質(zhì)以使得其可被洗脫和回收的某種方式釋放。按照一些實(shí)施方案，MACS系統(tǒng)的捕集模塊包括樣品(包括與磁性粒子連接和未連接的物質(zhì))通過其流動(dòng)的通道。通道的一側(cè)包括產(chǎn)生磁場梯度的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)隨著施加外部來源的磁場而產(chǎn)生磁場梯度。該磁場梯度吸引和俘獲磁性粒子以及連接的物質(zhì)。在樣品流過捕集模塊后，俘獲的粒子可通過改變所施加的磁場或通過切斷磁性粒子與連接物質(zhì)之間的連接而釋放出來。例如，在某些實(shí)施方案中，流體分離裝置可通過下列特征表征(a)至少一個(gè)樣品入口或接入通道，其被配置成在流體分離裝置中提供樣品流；(b)至少一個(gè)鞘流入口通道， 其被配置成提供一個(gè)或多個(gè)液流，所述液流在流體分離裝置內(nèi)形成環(huán)繞樣品流的鞘，從而降低樣品組分與裝置的非特異性結(jié)合；(C)分選站，其與樣品和鞘流入口呈流體連接，并沿著樣品流路徑定位；和(d)磁場梯度發(fā)生器，用于與外磁場相互作用以在分選站中產(chǎn)生磁場梯度變化，從而使磁性粒子從樣品流偏離和/或自樣品流捕集磁性粒子。在某些情況下，分選站具有大致矩形的內(nèi)部空間，用于束縛流經(jīng)分選站的流體。在這類情況下，內(nèi)部空間具有橫截于(例如垂直于)樣品流的流動(dòng)方向的第一和第二橫向尺寸。在不同實(shí)施方案中，第二橫向尺寸(其通常為水平平面上的寬度)為第一橫向尺寸(其通常為垂直方向的高度)的至少約2倍?？蓪ρb置進(jìn)行配置，使得所述至少一個(gè)鞘流入口通道被配置成提供沿第一橫向尺寸被樣品流彼此分隔開的兩個(gè)鞘流。此外，在使用內(nèi)部矩形空間的一些實(shí)施方案中，內(nèi)部空間部分被兩個(gè)基本平行和基本平坦的表面限定，所述平面以不大于約2毫米、在其它情況下不大于約I毫米的距離間隔開。在這類實(shí)施方案中，配置所述至少一個(gè)鞘流入口通道以提供與兩個(gè)平行的平坦表面呈接觸流動(dòng)并被樣品流彼此分隔開的兩個(gè)鞘流。第一鞘流入口通道可包括位于分選站上游且以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。另外，裝置可包括第二鞘流入口通道，其具有其自身的位于分選站上游且以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。樣品入口通道可具有其自身的平行于分選站內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平行和基本平坦表面的基本平坦表面。可在同樣提供用于鞘流入口通道中的平坦表面的平面結(jié)構(gòu)上提供這些表面。示例性的結(jié)構(gòu)見圖I、圖2和圖6A-6C。流體分離裝置的磁場梯度發(fā)生器可包括在接近分選站的分選裝置上經(jīng)圖案化的大量鐵磁元件，并且可具有接近大量鐵磁元件的永磁體?？蓪⒋罅胯F磁元件布置在分選站的流體通路內(nèi)，以供鐵磁元件和樣品流之間的流體接觸。為了防止元件與流動(dòng)鞘和樣品直接接觸，可能需要在鐵磁元件上提供保護(hù)層或鈍化層。這類層可用于防止例如樣品組分(例如細(xì)胞)中毒或污染。合適保護(hù)層的實(shí)例包括薄的(例如IOnm-I微米)氧化硅層、氮化硅層或其它合適的惰性防滲材料層。在某些實(shí)施方案中，鐵磁元件包括鎳元件，例如微圖案化元件。實(shí)例見圖8A-8H。如下所示，以有條理或隨機(jī)的方式提供鐵磁結(jié)構(gòu)，例如規(guī)則或不規(guī)則幾何形狀的平行線條、正交網(wǎng)格和矩形陣列。結(jié)構(gòu)可以是如圖所示的規(guī)則的或網(wǎng)狀的。在一個(gè)具體實(shí)例中，鎳鐵磁元件用薄的二氧化硅鈍化層涂覆。在不同實(shí)施方案中，對磁場梯度發(fā)生器進(jìn)行配置以臨時(shí)俘獲磁性粒子，然后釋放磁性粒子。如有關(guān)圖2A和圖2B所述，在流動(dòng)通道底壁內(nèi)表面上形成鐵磁結(jié)構(gòu)。這些用作產(chǎn)磁場梯度(MFG)結(jié)構(gòu)。外磁場通常用作捕集流經(jīng)流體介質(zhì)的磁性粒子的驅(qū)動(dòng)力。為了產(chǎn)生局部高磁場梯度以助于俘獲流動(dòng)的磁性粒子，MFG結(jié)構(gòu)可定形外磁場。在圖2A描述的實(shí)施方案中,通過一系列交變極性的永磁體提供外磁場。更概括地講,外磁場可通過一個(gè)或多個(gè)永磁體和/或電磁體來產(chǎn)生。在一些實(shí)施方案中，磁體的聚集體(例如圖2A所示聚集體)是可單獨(dú)或作為一個(gè)單元移動(dòng)的，目的是為了在動(dòng)力學(xué)上改變施加在捕集區(qū)的磁場。在某些實(shí)施方案中，使用電磁體控制磁場。在其它實(shí)施方案中，可以使用永磁體，其可機(jī)械地移入和移出分選站附近，使得可局部提高和降低分選區(qū)的磁場梯度以利于磁性粒子的序貫俘獲和釋放。在使用電磁體的一些情況下，控制磁場，使得在過程早期(磁性粒子俘獲期間)產(chǎn)生強(qiáng)場梯度，然后在過程后期(粒子釋放期間)降低或移除。在一個(gè)實(shí)施方案中，裝置的捕集區(qū)是可移動(dòng)的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可移動(dòng)的捕 集區(qū)是一次性的。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，如果整合捕集區(qū)(例如鎳網(wǎng)格)的板是一次性的，則捕集區(qū)由被刻痕的最外面的周緣限定，使得在捕集操作和洗滌以除去任何廢料后，捕集區(qū)可從整合捕集區(qū)的板中“放出”。參見圖3A和圖3B—板300的側(cè)視圖和頂視圖，該板在板中整合了鎳網(wǎng)格捕集區(qū)310和刻痕315，使得例如可使用吸盤裝置通過施加足以沿著板上的刻痕折斷的拉力，從板中拉出可移動(dòng)的捕集區(qū)。根據(jù)需要，可在有或沒有所施加的磁場時(shí)，移動(dòng)可移動(dòng)的捕集區(qū)。一旦移動(dòng)，可在網(wǎng)格上對靶細(xì)胞分析或操作，或者取出靶細(xì)胞并在網(wǎng)格以外進(jìn)行分析或操作。如圖2A的實(shí)例所示，磁性粒子用一個(gè)或多個(gè)對靶細(xì)胞或要俘獲的其它物質(zhì)的標(biāo)記有特異性的分子識別元件(例如抗體)包覆。因此，一個(gè)或多個(gè)磁性粒子與結(jié)合的細(xì)胞或其它靶物質(zhì)一起作為組合單元流入捕集模塊。對于大的具有許多暴露的結(jié)合部分的靶物質(zhì)(例如哺乳動(dòng)物細(xì)胞)，常見的是具有多個(gè)附著的磁性粒子。在一些實(shí)施方案中，捕集區(qū)相對較薄，但卻可能相當(dāng)寬，以提供相對高的通過量。換句話說，通道本身的橫截面積相對較大，而通道的高度或深度相當(dāng)薄。通道的薄度可受磁場的有效范圍的限定，所述磁場用于吸引流體介質(zhì)中流經(jīng)捕集區(qū)的磁性粒子。因此，在一些實(shí)施方案中，捕集區(qū)內(nèi)部的橫截面高度為約2毫米或更小。在某些情況下，高度為約I. 5毫米或更小、或約I毫米或更小、甚至約0. 8毫米或更小。捕集區(qū)內(nèi)部空間的寬度受通過量因素和制備限制的組合的支配。在一些實(shí)施方案中，寬度小于I毫米，但可大于30cm。在一個(gè)具體實(shí)例中，高度為約0. 5-1毫米，寬度為約15-25厘米。此外，可通過連接多個(gè)獨(dú)立的平行鞘流捕集裝置改進(jìn)通過量。在一些實(shí)施方案中，向這些平行裝置的每一個(gè)提供單一樣品供給。同樣，可向裝置提供緩沖液或其它鞘流流體的單一供給。平行操作的這類裝置的數(shù)目可以為2、3、4、5個(gè)，甚至更多個(gè)。在Sang-Hyun Oh等人為發(fā)明人,2006年10月18日提交的美國專利申請11/583，989 (以 US 2008/0124779A1 公布，題為 “Microf luidic magnetophoretic deviceand methods for using the same (微流體磁泳裝置和使用該裝置的方法)”)描述流動(dòng)模塊的其它文段中，論述了適用于本發(fā)明的流體學(xué)系統(tǒng)的各種細(xì)節(jié)，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合到本文中用于所有目的。這類細(xì)節(jié)的實(shí)例包括緩沖液組成、磁性粒子特征、外磁體特征、用于MFG的鐵磁材料、流動(dòng)條件、樣品類型、與其它模塊的集成、流體學(xué)元件和磁性元件的控制系統(tǒng)、靶物質(zhì)和磁性粒子之間的結(jié)合機(jī)制等?？偟膩碇v，與用于美國專利申請?zhí)?1/583，989 (同上)中所述類型的連續(xù)流磁流分選儀(continuous flow magnetic flowsorter)相比，在磁捕集模塊中，所施加的外磁場可相對較高(考慮模塊的整體設(shè)計(jì))。無論如何，為了確保(與磁性粒子連接的)靶物質(zhì)被俘獲并且抵御流動(dòng)的流體保持在原位，對靶物質(zhì)施加的磁力應(yīng)充分大于流體動(dòng)力阻力。在圖8所示的典型陽性選擇實(shí)例中，磁捕集過程800如下進(jìn)行。首先，在操作801中，將樣品(例如可能含有靶細(xì)胞的生物樣品)用小的磁性粒子標(biāo)記，所述磁性粒子用對靶細(xì)胞的表面標(biāo)志物有特異性的俘獲部分(例如抗體)包覆。該標(biāo)記過程可發(fā)生在微流體分選裝置上或在微流體分選裝置以外。在該標(biāo)記后，在操作803中，使樣品流入含或不含同時(shí)流動(dòng)的緩沖溶液的分選站(包括捕集區(qū))中。緩沖液可通過一個(gè)或多個(gè)鞘流入口遞送，樣品則通過一個(gè)或多個(gè)其它的入口遞送，參見805。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，緩沖液先流動(dòng)以建立一個(gè)或兩個(gè)緩沖液層流的鞘流。一個(gè)緩沖液層流用于防止與分選站附近的裝置內(nèi)表面非特異性結(jié)合。當(dāng)使用兩個(gè)層流緩沖液流時(shí)，一個(gè)如上所述使用，另一個(gè)防止裝置的另一個(gè)內(nèi)表面非特異性結(jié)合，其中樣品層流介于兩個(gè)緩沖液層流之間。在操作807中給分選站 賦予外磁場，以在操作809中使磁性標(biāo)記的靶細(xì)胞或其它物質(zhì)抵御由流動(dòng)流體發(fā)揮的流體動(dòng)力阻力而保持在原位。這種情況發(fā)生的同時(shí)，在操作811中使未標(biāo)記的非靶物質(zhì)連續(xù)洗脫出來。如上所述，磁場通常通過位于分選站附近的外磁體施加。在大多數(shù)或全部樣品溶液完全流過分選站后，在操作813中可通過許多不同的機(jī)制(包括一些涉及改變磁場梯度和/或提高流體動(dòng)力的機(jī)制)的任一種將磁性組分釋放出來。例如，可減少、移除室中的磁場或使之重新定向，同時(shí)將樣品輸入流用脫離劑(用于釋放俘獲物質(zhì))和/或緩沖液流置換。最后，之前固定化的磁性組分或者僅其俘獲的物質(zhì)(未純化的)在緩沖溶液中流出室。然后，在操作815中可在分選室出口收集包括靶物質(zhì)的純化樣品組分，在一些配置中，所述出口可直接位于捕集室的下游。在某些情況下，將純化靶物質(zhì)遞送到一個(gè)或多個(gè)后處理站中。然后該工藝流程結(jié)束。在一些實(shí)施方案中，從捕集區(qū)中直接取出捕集的靶材料?？蓪θ绱巳〕龅牟牧线M(jìn)行分析，可將如此取出的材料用于產(chǎn)生細(xì)胞產(chǎn)物，對其進(jìn)行操作用于其它目的等。在一種情況下，把裝置的捕集區(qū)設(shè)計(jì)成與所連接的捕集材料一起從裝置的其余部分上剝落。為此，可將裝置設(shè)計(jì)成具有在產(chǎn)磁場梯度區(qū)周圍的薄的周緣或弱化區(qū)。使用該配置，技術(shù)人員可在樣品流過裝置后，拆離捕集區(qū)，以從外部接近捕集的材料。為了有助于拆離過程，可用機(jī)械設(shè)計(jì)裝置(例如拉環(huán)、槽口或螺脊)設(shè)計(jì)該裝置。為此，現(xiàn)將描述捕集型磁力分離系統(tǒng)的實(shí)例。該系統(tǒng)采用一次性流體學(xué)芯片或盒(cartridge),各裝有包括磁捕集模塊的流體學(xué)元件。在操作的一種模式(陽性選擇)中，將樣品(例如少量血液)供應(yīng)到盒的接收端口，然后將與樣品在一起的盒插入處理和分析儀器中。在芯片內(nèi)，在磁捕集模塊上分選樣品中的磁性粒子和靶物質(zhì)(如有的話)，并濃縮。在樣品以這種方式處理后，可釋放捕集的種類，并收集在輸出管中。這可通過各種方法完成，包括降低或消除施加于捕集模塊的外磁場，或者加入從磁性粒子中釋放俘獲物質(zhì)的試齊U。備選地或者聯(lián)合地，可增加施加于磁性粒子的流體動(dòng)力。在某些實(shí)施方案中，底架放置系統(tǒng)組件，其包括提供使樣品流過捕集模塊的主要驅(qū)動(dòng)力的壓力系統(tǒng)(例如注射泵和壓力控制器)。當(dāng)然，可以采用利用備選驅(qū)動(dòng)力(例如連續(xù)泵或氣動(dòng)系統(tǒng))的其它設(shè)計(jì)。同樣在緩沖液泵和流量控制模塊控制下將緩沖液貯器中的緩沖液供給盒。鞘流裝置制造系統(tǒng)一般而言，本發(fā)明的裝置和相關(guān)儀器可按照可獲得的方法制造，只要配置以允許層流建立表面是組件?？梢岳闷桨嬗∷⑿g(shù)和蝕刻技術(shù)制造針對所需微流體流的精確設(shè)計(jì)?？梢缘统杀臼褂米⑸涑尚鸵灾苽渚哂刑厥馀渲玫膭傂曰住Ｈ欢?，單獨(dú)制備基底，使室和通道(其中流體流過)開放。為了封閉裝置，然后可以使用層壓、熱、聲學(xué)或激光將類似的剛性材料頂層密封(附著在密封裝置的頂層)。例如玻璃、乙烯樹脂(vinyls)或其它常用的塑料聚合物等材料可用于“芯片實(shí)驗(yàn)室(lab on a chip)”和其它裝置?？蓪性O(shè)計(jì)(通道、入口、區(qū)室和其它流體流路或保留區(qū))進(jìn)行配置。可附加互連元件，例如用于進(jìn)入或流出或者用于加壓流動(dòng)/終止的口，或者可將互連元件形成為可注模設(shè)計(jì)(例如)的組成部分。其它元件，例如電傳感器、機(jī)械傳感器或不同的傳感器可位于類似的專用位置上。 本發(fā)明的鞘流裝置制造系統(tǒng)包括用于流體充入、裝配、分離、編碼(例如條形編碼)、滅菌和包裝的儀器。本發(fā)明的制造系統(tǒng)包括遵從各種政府或工業(yè)制度(包括食品和藥物要求(例如FDA、EMEA)、質(zhì)量檢查機(jī)構(gòu)(例如國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Organization forStandardization))和其它設(shè)立來確保用于特殊目的的質(zhì)量的制度)的制備系統(tǒng)。鞘流裝置儀器系統(tǒng)可將本發(fā)明的裝置和方法調(diào)配或配置成與主體儀器一起工作或滿足系統(tǒng)要求。調(diào)配或配置包括(但不限于)以下的一種或多種例如真空填充、泵和閥的自動(dòng)控制、有壓流、加樣用注射環(huán)(iniection loop)、溫度控制、電滲流動(dòng)、變?nèi)菡婵毡谩㈩A(yù)計(jì)體積流率、離心力處理、濕度控制和氣體交換控制?？赏ㄟ^自動(dòng)化儀器控制流體流動(dòng)，雖然取決于裝置，但也可使用手工控制。例如，本發(fā)明的裝置可使用氣壓或空氣壓力以通過與自動(dòng)化儀器有效連接的集成口建立流動(dòng)。捕集前的處理可在鞘流裝置上的分選“上游”或之前進(jìn)行各種處理。這些處理的實(shí)例包括靶標(biāo)標(biāo)記、細(xì)胞溶解和耗盡。在下面的論述中說明的標(biāo)記可包括使具有特異性結(jié)合部分的磁性粒子與樣品的靶成分或非靶成分偶聯(lián)。溶解可包括破壞細(xì)胞膜或細(xì)胞壁以將細(xì)胞成分(細(xì)胞器、生物分子等)釋放到樣品中。耗盡包括在分離前除去樣品中的一種或多種特定的成分。耗盡的實(shí)例是通過聲學(xué)方法或其它方法從樣品中除去紅細(xì)胞?？稍谛酒匣蛐酒酝膺M(jìn)行其它預(yù)處理操作，包括用于染色、固定或?qū)⑼鈦聿牧蠈?dǎo)入細(xì)胞的各種化學(xué)方法。在許多實(shí)現(xiàn)中，必須確保樣品的靶成分或非靶成分適當(dāng)?shù)赜么胖椤皹?biāo)記”。這種標(biāo)記操作在捕集/分離階段(其中磁性粒子在流動(dòng)的流體介質(zhì)被俘獲和保持靜止)上游(之前)進(jìn)行。磁性粒子可具有對靶物質(zhì)或非靶物質(zhì)有特異性親和力的表面官能團(tuán)。因此，當(dāng)磁性粒子與相關(guān)物質(zhì)接觸時(shí)，它們便與這些物質(zhì)結(jié)合形成綴合物。一個(gè)本發(fā)明的操作涉及有利于磁性粒子與樣品中的合適物質(zhì)或組分結(jié)合或綴合的機(jī)制。通常，這種分選前處理在與捕集區(qū)呈流體連通定位的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立室或貯器中進(jìn)行，雖然這不是必需的。這類室或貯器可位于與捕集區(qū)相同的裝置(芯片)上或位于獨(dú)立的裝置或芯片中。合適時(shí)，它們可具有微流體尺寸甚至略微較大的尺寸。在一個(gè)實(shí)例中，一個(gè)或多個(gè)預(yù)處理貯器的每一個(gè)的體積約為5毫升。在某些情況下，貯器可介于0. 5ml-10ml之間。將磁珠以及樣品和有利于結(jié)合的其它試劑各自供應(yīng)給一個(gè)或多個(gè)貯器中。注意，磁性粒子可以官能化形式提供，在這種情況下，不必提供其它試劑。磁性粒子相對于貯器中的其它成分移動(dòng)以利于標(biāo)記。按照某些實(shí)施方案，這種移動(dòng)是通過將連續(xù)施加氣壓于兩個(gè)獨(dú)立室中引起的。在一些實(shí)施方案中，這種移動(dòng)是通過在稍后部分所述磁性粒子釋放中所述類型的磁性混合機(jī)制引起的。可采用有利于混合的相同機(jī)制；例如通過例如使磁場振蕩而移動(dòng)磁場?；旌蠙C(jī)制的其它實(shí)例包括超聲攪拌或攪拌。提供磁性粒子的流體混合并允許標(biāo)記和/或釋放樣品物質(zhì)的系統(tǒng)和方法的實(shí)例詳見2009年4月16日提交的PCT專利申請?zhí)朠CT/US2009/040866 (PCT公布號WO 2009/129415)，通過引用結(jié)合到本文用于所有目的。捕集后的處理可在鞘流裝置中分選后進(jìn)行不同的處理。這些處理可在分選站中和/或站的下游 進(jìn)行。總的來講，處理可包括定量測定靶物質(zhì)(例如細(xì)胞計(jì)數(shù))、提取有關(guān)靶物質(zhì)的分子信息(例如特定的SNP是否存在)和/或提取基于細(xì)胞的產(chǎn)物(例如捕集的干細(xì)胞的分化型)。適當(dāng)處理的實(shí)例包括通過光學(xué)技術(shù)直接檢測靶物質(zhì)、分析試驗(yàn)、捕集細(xì)胞或病毒的生長、靶物質(zhì)的轉(zhuǎn)化(例如分化捕集干細(xì)胞)、對表達(dá)模式進(jìn)行概況分析和遺傳表征。可用來表征表達(dá)概況和/或遺傳序列的特殊工具包括微陣列(例如mRNA陣列)和高通量測序工具。更多的論述可參見PCT專利申請?zhí)朠CT/US2009/040866(同上)。分離后操作常常包括用于從在捕集站中捕集的或以其它方式在分選站中分離的磁性粒子中釋放靶物質(zhì)的方法。在典型情況下，在捕集操作結(jié)束時(shí)，僅保留在捕集區(qū)中的樣品物質(zhì)與磁性粒子結(jié)合。對于許多應(yīng)用，重要的是在進(jìn)一步處理前從磁性粒子中分離出俘獲的物質(zhì)。在本文描述的分離后操作中，采用從磁性粒子中釋放結(jié)合的物質(zhì)的一些機(jī)制。可獲得各種結(jié)合和釋放系統(tǒng)。這些包括例如以下釋放試劑，其(I)消化使磁珠與俘獲物質(zhì)化學(xué)偶聯(lián)的鍵，(2)與化學(xué)鍵或生物化學(xué)鍵機(jī)制競爭結(jié)合俘獲物質(zhì)，和(3)裂解與第二抗體的鍵。可按照所述方法簡單濃縮、純化和/或釋放捕集的靶物質(zhì)?；蛘呖蓪ζ渥鬟M(jìn)一步分析和/或處理。在一些實(shí)施方案中，將已俘獲和洗滌并任選按上述方法在捕集器中釋放的粒子暴露于樣品中的靶物質(zhì)的一種或多種標(biāo)志物(例如標(biāo)記抗體)。例如，某些待檢測的腫瘤細(xì)胞表達(dá)兩種或更多種特異性表面抗原。為了檢測這些腫瘤，可以使用多于一種標(biāo)志物?？乖倪@種組合只發(fā)生在某些獨(dú)特的腫瘤中。在一個(gè)或多個(gè)標(biāo)記流經(jīng)捕集器達(dá)足夠長的時(shí)間后，可洗滌俘獲的粒子/細(xì)胞。此后，粒子/細(xì)胞可從捕集器中取出用于進(jìn)一步分析或可原位分析它們。例如，如果例如這類標(biāo)記或熒光團(tuán)，則可在第一和第二標(biāo)記激發(fā)時(shí)用探測束掃描捕集器的內(nèi)容物。然后，以第一和第二標(biāo)記特有的頻率檢測發(fā)射光。在某些實(shí)施方案中，使各別細(xì)胞或粒子成像以表征捕集301的內(nèi)容物，因此確定靶腫瘤細(xì)胞的存在情況(或數(shù)量)。當(dāng)然可檢測腫瘤細(xì)胞以外的各種靶成分。實(shí)例包括病原體，例如某些細(xì)菌或病毒。在另一個(gè)實(shí)施方案中，來自樣品進(jìn)入物的核酸通過適當(dāng)機(jī)制俘獲。可檢測這些核酸，并在未進(jìn)行任何擴(kuò)增的情況下直接進(jìn)行概況分析，例如使用微陣列。或者，PCR試劑(合適緩沖液中的核苷酸、聚合酶和引物)進(jìn)入捕集器，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)腜CR熱循環(huán)程序。熱循環(huán)持續(xù)直到達(dá)到適當(dāng)?shù)臄U(kuò)增水平。隨后，可進(jìn)行擴(kuò)增靶核酸的原位檢測，用于例如基因分型或特定突變的檢測?；蛘呖稍诶鐔为?dú)室(其可含有核酸微陣列或電泳介質(zhì))的捕集器下游完成檢測。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可通過引入例如靶序列的適當(dāng)標(biāo)記的插入探針或供體-猝滅劑探針，在捕集器中進(jìn)行實(shí)時(shí)PCR。探針可與其它PCR試劑(例如引物、聚合酶和核苷酸)一起引入。原位實(shí)時(shí)PCR適用于這樣的分析，其中正對表達(dá)水平進(jìn)行分析。在一些實(shí)施方案中，在實(shí)時(shí)PCR或終點(diǎn)PCR中，可通過使用聚焦在捕集區(qū)的合適檢測儀器(例如熒光顯微鏡)，在捕集器中進(jìn)行擴(kuò)增序列的檢測。在一些實(shí)施方案中，俘獲元件原位將樣品中的細(xì)胞俘獲并將其限于反應(yīng)室。此后，將裂解劑(例如鹽或洗滌劑)遞送到該室中。裂解劑可以溶液管塞(plug)遞送，并可供在整個(gè)室中擴(kuò)散，在此其將固定化細(xì)胞及時(shí)溶解。這可供提取細(xì)胞遺傳材料用于隨后的擴(kuò)增。在某些實(shí)施方案中，裂解劑可與PCR試劑一起遞送，使得在經(jīng)過允許裂解劑溶解細(xì)胞并移出核酸的足夠的一段時(shí)間后，可開始熱循環(huán)程序，并檢測靶核酸。在其它實(shí)施方案中，樣品核酸以未加工樣品提供，并與含有合適的雜交序列的磁 性粒子偶聯(lián)。然后，分選磁性粒子，并固定在捕集器中。在將PCR試劑遞送到室中并關(guān)閉所有閥門后，可通過熱循環(huán)進(jìn)行PCR。在最初的溫度波動(dòng)期間，俘獲的樣品核酸從磁性粒子上釋放。本文描述的核酸擴(kuò)增技術(shù)是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)。然而，在某些實(shí)施方案中，可采用非PCR擴(kuò)增技術(shù)，例如各種等溫核酸擴(kuò)增技術(shù)；例如實(shí)時(shí)鏈置換擴(kuò)增(SDA)、滾環(huán)擴(kuò)增(RCA)和多重置換擴(kuò)增(MDA)。這些中的每一種都可在裝有適當(dāng)閥門和流送管的裝置中的捕集器(例如室)內(nèi)進(jìn)行。除了核酸的提取和分析以外，俘獲的細(xì)胞本身可直接用作該過程的產(chǎn)物，或者可對其進(jìn)行操作以產(chǎn)生所需要的產(chǎn)物。例如，可使用裝置從血液或組織中分離干細(xì)胞作為基于細(xì)胞的產(chǎn)物。或者，俘獲的細(xì)胞可用試劑(例如生長因子、趨化因子和抗體)操作以產(chǎn)生所需要的基于細(xì)胞或基于分子的產(chǎn)物。可進(jìn)行多個(gè)純化和操作步驟以在裝置內(nèi)得到所需要的產(chǎn)物。應(yīng)用本發(fā)明的儀器和方法的一個(gè)實(shí)例操作是自動(dòng)化蛋白質(zhì)純化，特別因?yàn)樵诩?xì)胞培養(yǎng)中表達(dá)蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)純化可手工進(jìn)行。然而，本發(fā)明的儀器和方法提供節(jié)省時(shí)間和勞力的自動(dòng)操作，其以低成本提供高純度的產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)例中，所需要的蛋白質(zhì)在生物體(例如病毒、細(xì)菌、昆蟲或哺乳動(dòng)物細(xì)胞)中表達(dá)?？稍O(shè)計(jì)表達(dá)的蛋白質(zhì)，使得可將其從背景材料中選擇性分離出來。這可通過加入一個(gè)或多個(gè)可選擇的氨基酸標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)，所述氨基酸標(biāo)簽將一段氨基酸加到蛋白質(zhì)上。標(biāo)簽可以是His標(biāo)簽、FLAG標(biāo)簽或其它基于表位的標(biāo)簽(E-標(biāo)簽)。將細(xì)胞(例如)引入本文所述的一個(gè)樣品貯器中，其中磁性粒子和裂解試劑在相同貯器中，或者在一個(gè)或多個(gè)貯器中。磁性粒子可以是用高親和力介質(zhì)(例如NTA-瓊脂糖或含有鎳的其它樹脂)包被的磁珠。通過一種或多種上述技術(shù)(例如氣動(dòng)、液壓或磁性混合)促進(jìn)各個(gè)樣品貯器之間的混合。通過裂解試劑破壞細(xì)胞后，在合適的條件下磁性粒子與裂解物中的靶蛋白結(jié)合。然后，未加工的裂解物流入磁力分離室，在此珠粒被捕集到通道表面。加入洗滌緩沖液以洗脫未加標(biāo)簽和未結(jié)合的蛋白質(zhì)和其它細(xì)胞片段。按照不同的實(shí)施方案，可通過磁力或通過其它方法攪拌磁力分離室，以進(jìn)一步除去困在捕集粒子之間的任何未結(jié)合的蛋白質(zhì)。可使用高嚴(yán)格性洗滌緩沖液進(jìn)一步洗脫不需要的粒子。這時(shí)，以非常高選擇性僅將靶蛋白和結(jié)合的磁性粒子保留在室中?？赏ㄟ^珠粒脫離劑將靶蛋白釋放到小體積中，任選用于進(jìn)一步處理。最后，可釋放出磁性粒子。因?yàn)檫@些各種不同的操作發(fā)生在機(jī)器中的單一盒或一次性盒中，可對程序進(jìn)行預(yù)先編程和自動(dòng)化以節(jié)省時(shí)間和成本。可使用該配置來選擇性捕集其它核酸相關(guān)產(chǎn)物，例如RNA，其可如此標(biāo)記，使得同樣是可選擇的。一般應(yīng)用正如所述，可廣泛地應(yīng)用本發(fā)明的鞘流裝置。它們可用來俘獲和分離許多不同類型的用磁性粒子加標(biāo)簽的靶物質(zhì)。因此本發(fā)明的鞘流流體裝置具有許多應(yīng)用，包括例如生物流體樣品制備和分析、稀有分子或細(xì)胞分離、化學(xué)文庫篩選、臨床實(shí)驗(yàn)情況下的護(hù)理點(diǎn)診斷(point of care diagnostic)、環(huán)境試驗(yàn)或監(jiān)測、消費(fèi)產(chǎn)物和食品質(zhì)量控制方面。本發(fā)明特別應(yīng)用于學(xué)術(shù)、工業(yè)和臨床情況中。在學(xué)術(shù)、工業(yè)和臨床情況中，本發(fā)明的鞘流裝置特別用于分離細(xì)胞系、蛋白質(zhì)、遺傳材料等，以測試、表征和進(jìn)一步操作例如擴(kuò)增細(xì)胞系、蛋白質(zhì)、mRNA、遺傳密碼、分子特征蛋白質(zhì)組學(xué)(proteonomics)等。鞘流裝置和方法可通過從血 樣中分離CTC而用于疾病(例如癌癥)的早期檢測和診斷。特別在臨床情況中，實(shí)施方案包括篩選潛在患者群的臨床試驗(yàn)候選人資格和/或測試已招募到臨床試驗(yàn)中的患者的生物流體有關(guān)治療功效和/或治療方案的未來進(jìn)程的信息以及測定輔助治療或新輔助治療的功效。下面描述了更具體的實(shí)例。鞘流研究工具本發(fā)明的鞘流裝置廣泛用于科學(xué)研究中，包括但不限于篩選分子文庫。例如，可利用本發(fā)明的裝置，通過在本發(fā)明的裝置上制備純化和分離的蛋白質(zhì)，然后將蛋白質(zhì)暴露于單一裝置中的適體文庫，來篩選適體文庫。本文使用的術(shù)語“適體”意指其最大意義而言，是指與特異性靶分子和相關(guān)合成分子(例如模擬物)結(jié)合的寡核酸或肽分子。本發(fā)明的鞘流裝置可用于生物標(biāo)記/藥物研發(fā)平臺，其利用分子或細(xì)胞文庫分選例如適體文庫、核糖體文庫、噬菌體展示、細(xì)菌肽展示、酵母展示系統(tǒng)等。在另一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明的鞘流裝置可用來針對多個(gè)終點(diǎn)分離靶細(xì)胞，所述終點(diǎn)包括細(xì)胞計(jì)數(shù)、分型、擴(kuò)增、分化等。鞘流生物/化學(xué)監(jiān)測、合成或分析可對本發(fā)明進(jìn)行配置或調(diào)配用于多種生物或化學(xué)監(jiān)測、合成或分析目的，例如化學(xué)威脅監(jiān)測、核酸分析(例如利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增)、連續(xù)監(jiān)測特殊情況，例如封閉環(huán)境監(jiān)測、個(gè)人化基因組學(xué)和診斷、化學(xué)合成，例如病毒外殼或適于遞送到生理環(huán)境中的其它納米籠(nanocage)內(nèi)包含的適體治療劑(aptamerictherapeutics)的合成，或者其它化學(xué)合成。對于家庭用途，例如在監(jiān)測游泳池或飲用水質(zhì)量方面，可包括PH指示物、金屬指示物或其它水質(zhì)量指示物。可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行配置或調(diào)配用于生產(chǎn)過程控制，例如生物制藥生產(chǎn)過程中的生物反應(yīng)器監(jiān)測，或者用于食品工業(yè)?？蓪Ρ景l(fā)明的裝置進(jìn)行調(diào)配或配置用于流體控制和分析、氣體控制和分析。例如，通過針對連續(xù)流調(diào)配本發(fā)明裝置，可監(jiān)測分選細(xì)胞的速率?？蓪Ρ景l(fā)明的裝置進(jìn)行配置用于生產(chǎn)質(zhì)量控制，例如用于供應(yīng)鏈監(jiān)測。因?yàn)楸景l(fā)明的鞘流儀器可以高選擇性俘獲流體樣品中的靶物質(zhì)，所以在例如在治療背景下，必須以高純度從具有十分復(fù)雜的物質(zhì)混合物的流體生物樣品中分離出靶物質(zhì)時(shí)，這就表示優(yōu)于許多常規(guī)系統(tǒng)的強(qiáng)大優(yōu)勢。配置
預(yù)充裝“芯片試劑盒(Kit on a Chip) ”:因?yàn)橐子谥苽浜褪褂?，所以考慮本發(fā)明的一個(gè)方面是預(yù)裝有用于特定目的的試劑的鞘流裝置。例如，裝置可預(yù)裝有用于生物樣品制備的試劑?？蓪@個(gè)“芯片試劑盒”鞘流裝置方面進(jìn)行調(diào)配用于多種如上所述的應(yīng)用。例如，這類“芯片試劑盒”實(shí)施方案可包括各種試劑，并可調(diào)配用于多個(gè)領(lǐng)域，例如生物流體樣品制備和分析、稀有分子或細(xì)胞分離、化學(xué)文庫篩選、臨床實(shí)驗(yàn)情況下的護(hù)理點(diǎn)診斷、環(huán)境試驗(yàn)或監(jiān)測、消費(fèi)產(chǎn)物和食品質(zhì)量控制方面。本發(fā)明包括一個(gè)或多個(gè)適于這類用途的預(yù)充裝裝置。配置是非限制性的，但應(yīng)與相關(guān)儀器和方法一起加以考慮。可將試劑置于鞘流裝置內(nèi)以易于使用，例如以預(yù)定量在貯器中。例如，可通過培養(yǎng)如此表達(dá)所需要的蛋白質(zhì)的細(xì)胞，來獲得基本純化的蛋白質(zhì)制備物。主題貯器可如此調(diào)配以培養(yǎng)細(xì)胞，并具有在受控條件下與合適試劑呈流體連通的出入口。試劑包括用于溶解細(xì)胞、洗滌細(xì)胞和除去與某一部分選擇性結(jié)合的珠粒的緩沖液。其它試劑包括選擇性結(jié)合分子，例如抗體、適體和選擇性(雖然不必是特異性)結(jié)合靶分子的其它分子。另外的試劑包括允許俘獲選定分子的不同部分，例如磁珠、聲學(xué)珠粒(acoustic bead)和提供該功能的其它珠粒。試劑還包括核酸，例如適于從復(fù)雜混合物中選出特定核酸的引物。例如，本發(fā)明的 裝置可用來篩選基因組DNA，并在裝置本身內(nèi)使用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增所選出的序列。集成系統(tǒng)芯片試劑盒配置可單獨(dú)存在、為包括本發(fā)明的鞘流裝置的集成系統(tǒng)的組成部分或用作所述集成系統(tǒng)?？蓪⑵渌幚砟K或室加在本發(fā)明儀器的鞘流組件的“上游”或“下游”。例如，可制備合適的表達(dá)后修飾流體回路，例如給貯器供應(yīng)例如用于衍生化和或其它反應(yīng)的所需要的聚合物或其它物質(zhì)。在一個(gè)具體實(shí)例中，使本發(fā)明的鞘流裝置配置有用于從培養(yǎng)中的細(xì)胞表達(dá)蛋白質(zhì)的流體回路和任選用于衍生化如此表達(dá)的蛋白質(zhì)的其它模塊，例如其中可使主題蛋白質(zhì)衍生化的聚乙二醇化模塊?？膳c流體學(xué)裝置中的磁捕集分選儀集成的操作模塊的實(shí)例包括(a)其它富集模塊，例如熒光激活細(xì)胞分選儀和洗滌模塊，(b)反應(yīng)模塊，例如樣品擴(kuò)增(例如PCR)模塊、限制性內(nèi)切酶反應(yīng)模塊、核酸測序模塊、靶標(biāo)記模塊、染色質(zhì)免疫沉淀反應(yīng)模塊、交聯(lián)模塊、甚至細(xì)胞培養(yǎng)模塊，(c)檢測模塊，例如核酸、抗體或其它高特異性結(jié)合劑的微陣列及熒光分子識別模塊，和(d)溶解模塊，用于溶解細(xì)胞、破壞病毒蛋白質(zhì)外殼或以其它方式釋放小的生命系統(tǒng)的組分。這些模塊的每一種都可在磁性分選儀之前或之后提供。在單一流體學(xué)系統(tǒng)中，可能有多個(gè)相同或不同類型的與磁性分選儀整合的操作模塊。此外，一個(gè)或多個(gè)磁性分選儀可與多個(gè)其它操作模塊平行或串聯(lián)排列。這些操作模塊中的一些可設(shè)計(jì)或配置成捕集器，其中樣品中的靶物質(zhì)保持靜止或一般限于特定體積中。操作模塊的特征取決于所需要的反應(yīng)類型，可包括熱管理系統(tǒng)、微型混合器、催化劑結(jié)構(gòu)和傳感系統(tǒng)。熱管理系統(tǒng)可包括加熱器、溫度傳感器和微型熱交換器?？蓪⑺羞@些組件整合以精確控制溫度。這類溫度控制在例如使用PCR用于DNA擴(kuò)增時(shí)是決定性的。從上述模塊實(shí)例中應(yīng)顯而易見的是，可在集成流體學(xué)裝置模塊中對靶物質(zhì)和/或非靶物質(zhì)進(jìn)行的操作包括分選、與磁性粒子偶聯(lián)(本文有時(shí)亦稱“標(biāo)記”)、結(jié)合、洗滌、捕集、擴(kuò)增、除去不需要的物質(zhì)、沉淀、裂解、稀釋、連接、測序、合成、標(biāo)記(例如使細(xì)胞染色)、交聯(lián)、培養(yǎng)、檢測、成像、定量、溶解等。可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行配置以在同一裝置中進(jìn)行多種功能之一?？稍诩汕柿髁黧w裝置的磁選模塊中進(jìn)行的生物化學(xué)操作的實(shí)例包括質(zhì)粒、適體、蛋白質(zhì)和肽的合成和/或篩選；評價(jià)酶活；以及使蛋白質(zhì)和糖衍生化。還可進(jìn)行多種生物化學(xué)試驗(yàn)和電生理學(xué)測定，包括(I)基因組分析(測序、雜交)、PCR和/或DNA和RNA寡聚體的其它檢測和擴(kuò)增方案；(2)基因表達(dá)；(3)酶活測定；(4)受體結(jié)合測定；及(5) ELISA測定?？梢远喾N方式進(jìn)行前述測定，例如均質(zhì)方式、基于珠粒的方式和表面結(jié)合方式。此夕卜，可使用本文所述裝置進(jìn)行使用特定酶或催化劑的生物分子的連續(xù)產(chǎn)生以及生物分子或在生物系統(tǒng)中有活性的分子(例如治療藥)的產(chǎn)生和遞送。還可采用本文所述鞘流裝置進(jìn)行肽、蛋白質(zhì)及DNA和RNA寡聚體的重組合成，正如在宏觀流體體積中常規(guī)進(jìn)行的一樣。特殊應(yīng)用細(xì)胞捕集和操作如上所述，當(dāng)配置或調(diào)配以培養(yǎng)、純化或分離多種生物材料的組分或者分析多種生物材料時(shí)，本發(fā)明的鞘流裝置的開發(fā)特別有用。在具體方面，可對本發(fā)明的裝置進(jìn)行配置或調(diào)配用于細(xì)胞溶解、基于珠粒的置換測定、灌注、過濾、樣品制備、趨化作用、全血分離和各種其它過程。從復(fù)雜的生物樣品中分離特定的細(xì)胞類型特別有用。例如，生物樣品可含有一種 或多種干細(xì)胞、細(xì)菌、人細(xì)胞、生物膜材料、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、酵母、藻類、原發(fā)性腫瘤細(xì)胞、永生化細(xì)胞系、組織或器官培養(yǎng)物、單細(xì)胞或多細(xì)胞生物體、霉菌和可從樣品(例如培養(yǎng)物)中分離的其它生物體。按照慣例，從這些復(fù)雜混合物中分離細(xì)胞類型是勞動(dòng)密集型的，并且常由于低產(chǎn)量、低純度、因過度操作造成的分離細(xì)胞無存活力等而不成功。正如所提及的，本發(fā)明的鞘流裝置不僅僅可具有調(diào)配用于細(xì)胞分選的流體回路，而且還可分離不同的細(xì)胞類型，所述細(xì)胞隨后可擴(kuò)繁或分化用于表征、治療等。本發(fā)明的鞘流儀器允許分離后處理例如異地和/或原位擴(kuò)繁和分化。例如，通過用攜帶對靶細(xì)胞有選擇性的結(jié)合劑(例如抗體或化學(xué)活性基團(tuán))的磁性粒子給細(xì)胞加標(biāo)簽來分離靶細(xì)胞類型。將樣品暴露于磁性粒子中，因此靶細(xì)胞通過結(jié)合磁性粒子的選擇性結(jié)合劑與磁性粒子選擇性結(jié)合。其中本發(fā)明的鞘流裝置有特別應(yīng)用的兩種示例性細(xì)胞類型是干細(xì)胞和循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTC)。有關(guān)干細(xì)胞和CTC的鞘流裝置和方法應(yīng)用的更詳盡描述如下。干細(xì)胞醫(yī)學(xué)研究人員認(rèn)為，干細(xì)胞治療具有改變?nèi)祟惣膊【置婧蜏p輕疾患的潛力。干細(xì)胞自我更新和產(chǎn)生新干細(xì)胞群的傾向，提供了修復(fù)和/或置換(通過分化成靶細(xì)胞群)機(jī)體患病和受損組織而又無排斥和副作用風(fēng)險(xiǎn)的巨大潛力。醫(yī)學(xué)研究人員預(yù)期使用成體干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞技術(shù)治療癌癥、代謝障礙、心力衰竭、肌肉損傷和神經(jīng)障礙。干細(xì)胞治療具有前景的更具體的病癥為腦損傷、癌癥、脊髓損傷、心臟損傷、造血作用、禿發(fā)、缺齒、失聰、失明和視力減退、肌萎縮性側(cè)索硬化、移植物抗宿主病、克羅恩病(Crohn’ sdisease)、神經(jīng)和動(dòng)作出生缺陷(neural and behavioral birth defect)、糖尿病、矯形障礙(orthopedic disorder)、傷口愈合和不育癥。參見The Leading Edge of Stem CellTherapeutics (干細(xì)胞治療學(xué)的最前緣)，Singec I.等,Annu. Rev. Med. 58 :313-328, 2007。干細(xì)胞研究和/或治療的一個(gè)關(guān)鍵是分離高純度的有活力的干細(xì)胞。如上所述，本發(fā)明的鞘流儀器和方法允許用戶從例如血液、骨髓、臍帶或其它來源中選擇和分離特定的干細(xì)胞，并任選對分離細(xì)胞進(jìn)行進(jìn)一步操作，例如原位和/或異地培養(yǎng)通過鞘流裝置分離的細(xì)胞。因此，本發(fā)明的一個(gè)具體方面是配置用于從生物樣品中分離干細(xì)胞的鞘流裝置和方法。這類選擇性結(jié)合分子可與多種用于鞘流裝置內(nèi)選擇的合適載體連接，例如磁泳珠粒、聲學(xué)珠粒或能夠俘獲如此選擇的分子(和細(xì)胞)的其它部分。在一個(gè)實(shí)施方案中，鞘流裝置使用攜帶對干細(xì)胞有選擇性的部分的磁性粒子，所述部分為例如CD34+選擇性結(jié)合分子。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，磁性粒子用來通過與靶干細(xì)胞結(jié)合并且在被裝置中的緩沖鞘流包繞的樣品流中移動(dòng)時(shí)，從樣品流中經(jīng)由鞘流選擇性拉出或偏離出至收集網(wǎng)格，來捕集和分離干細(xì)胞?？蓪Ψ蛛x干細(xì)胞在收集網(wǎng)格上或收集網(wǎng)格以外進(jìn)行表征和/或操作。正如所提及的，本發(fā)明的鞘流裝置可具有其它分離后用于擴(kuò)增干細(xì)胞群和/或分化干細(xì)胞的模塊或特征。例如可根據(jù)結(jié)合部分和局部環(huán)境，在從用于捕集細(xì)胞的磁性粒子中分離出來之前或之后進(jìn)行分離后修飾。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的一樣，這類分離后模塊或特征可具有用于干細(xì)胞生長的生物反應(yīng)器的其它特征，例如培養(yǎng)基、氧氣、溫度、培養(yǎng)基更換等。在一個(gè)具體實(shí)例中，可對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行配置用于從血液中分選合適的干細(xì)胞，并進(jìn)一步培養(yǎng)用于擴(kuò)繁的干細(xì)胞。可任選包括選擇培養(yǎng)基、生長因子和預(yù)裝到本發(fā)明 的鞘流裝置中的其它材料。例如，可使用造血干細(xì)胞選擇性試劑，例如抗體或適體。這類試劑可與例如CD34+干細(xì)胞選擇性結(jié)合。在一個(gè)實(shí)例中，然后，與CD34+細(xì)胞結(jié)合和未結(jié)合的磁性粒子保持在原位，洗去其它材料。加入珠粒釋放試劑(例如市售試劑)，使結(jié)合細(xì)胞釋放。在珠粒被磁力俘獲的同時(shí)，可在流體上清液中分離出干細(xì)胞。其它類型的干細(xì)胞可包括胚胎干細(xì)胞、胎兒干細(xì)胞、羊膜(amneonic)干細(xì)胞、成體干細(xì)胞或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。如上所述，可使用分離細(xì)胞(本實(shí)例中為干細(xì)胞)，從自鞘流裝置的液體樣品分離的干細(xì)胞得到基于細(xì)胞的產(chǎn)物?；诩?xì)胞的產(chǎn)物可包括擴(kuò)繁細(xì)胞群、分化細(xì)胞和從細(xì)胞分子組分的分析中得到的產(chǎn)物，例如遺傳編碼信息、RNA、DNA、致癌信息等。在干細(xì)胞的情況下，本發(fā)明的鞘流裝置的模塊可用來原位培養(yǎng)干細(xì)胞、擴(kuò)繁和/或分化干細(xì)胞群，或者將其取出用于在不同的裝置中擴(kuò)繁和/或分化?？墒褂脭U(kuò)繁的干細(xì)胞群給患者注射在例如腫瘤或組織損傷部位，例如神經(jīng)或肌肉組織。干細(xì)胞也可修復(fù)組織或有助于修復(fù)組織。在腫瘤學(xué)中，可使用干細(xì)胞協(xié)助破壞腫瘤。另外，一般認(rèn)為癌癥干細(xì)胞(CSC)是因化學(xué)治療在破壞腫瘤生長的同時(shí)對殺死CSC不起作用而引起癌生長復(fù)發(fā)的成分。可使用本發(fā)明的鞘流裝置分離、表征和操作CSC，正像本文所述的其它干細(xì)胞一樣。本發(fā)明的鞘流裝置還可用于組織再生。例如如果鞘流裝置用于如上所述的干細(xì)胞擴(kuò)繁，則可使用試劑使分離的干細(xì)胞分化成不同類型的組織相關(guān)細(xì)胞一基于細(xì)胞的產(chǎn)物的另一個(gè)實(shí)例。本發(fā)明的這類鞘流裝置可配置有對于離體生長組織生物相容性的支架和合適的試劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，對鞘流裝置進(jìn)行配置，以以最初在鞘流裝置中分離和原位生長的細(xì)胞為基礎(chǔ)培養(yǎng)肝或其它器官組織用于移植。因?yàn)榭蓪Ρ景l(fā)明的裝置進(jìn)行配置用于干細(xì)胞選擇和原位擴(kuò)繁，所以可對裝置作進(jìn)一步配置成包括預(yù)充裝試劑用于各種應(yīng)用，包括干細(xì)胞分化成所需要的靶標(biāo)組織。鞘流裝置本身可由生物相容性材料制備，使得可將干細(xì)胞長成的組織(或支架上的細(xì)胞群)直接加到或植入患者中。在另一個(gè)實(shí)例中，可對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行配置以分離干細(xì)胞，并產(chǎn)生適于角膜移植的角膜組織。循環(huán)腫瘤細(xì)胞大部分癌癥死亡由腫瘤細(xì)胞在全身組織中通過造血系統(tǒng)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和增殖引起。有活力的腫瘤衍生上皮細(xì)胞、循環(huán)腫瘤細(xì)胞或CTC已在癌癥患者的外周血中鑒定出來，并且可能是難治性轉(zhuǎn)移疾病起因(參見Nagrath, S.等，Isolation of RareCirculating Tumour Cells in Cancer Patients by Microchip Technology (通過微芯片技術(shù)分離癌癥患者中的稀有循環(huán)腫瘤細(xì)胞)，Nature，第450卷20/27，1235-1240，2007)。因此，CTC的研究與早期轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的生物學(xué)極其相關(guān)，并為患有明顯轉(zhuǎn)移的患者提供有力的診斷來源(參見Pantel, K.等，Detection, Clinical Relevance and SpecificBiological Properties of Disseminating Tumour Cells (擴(kuò)散性腫瘤細(xì)胞的檢測、臨床相關(guān)性和特殊生物性質(zhì))，Nature Reviews,第8卷329-40, 2008)。此外,癌癥患者血液中的CTC的分子分析為監(jiān)測療程期間腫瘤基因型的改變提供了可能性(參見=Detection ofMutations in EGFR in Circulating Lung-Cancer Cells (循環(huán)肺癌細(xì)胞中 EGFR突變的檢測)，Maheswaran，S.等，N Engl J Med, 359 =366-77,2008) 因此，利用例如來自單次抽血的液體樣品，作為用于檢測、表征和監(jiān)測非血液學(xué)癌癥的腫瘤組織源，提供了優(yōu)于侵入性活體檢查的巨大優(yōu)勢。CTC研究和/或治療的一個(gè)關(guān)鍵是分離高純度的CTC。本發(fā)明的鞘流儀允許用戶從液體樣品(例如來自抽血)中選擇和分離CTC，而不需要對實(shí)體腫瘤進(jìn)行活組織檢查。使用本發(fā)明的儀器和方法，可以例如自患者血液選出用于分析的特定的循環(huán)腫瘤細(xì)胞，所述 患者正進(jìn)行診斷和/或監(jiān)測細(xì)胞增殖病癥(例如癌癥)。使用本發(fā)明的鞘流裝置的護(hù)理點(diǎn)診斷是早期和準(zhǔn)確診斷例如癌癥類型和/或進(jìn)展的有力工具。此外，現(xiàn)有癌癥患者可獲益于其系統(tǒng)中例如根據(jù)簡單抽血的CTC的快速周轉(zhuǎn)分析，用于制訂目前和未來的治療方案以及測定輔助治療(例如消除腫瘤生長的手術(shù))的功效。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是監(jiān)測以及適當(dāng)時(shí)調(diào)整患者的治療方案的方法，所述方法包括(a)從進(jìn)行第一治療方案的患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品；(b)通過分離方法從樣品中分離腫瘤細(xì)胞，所述分離方法包括(i)用對腫瘤細(xì)胞有特異性親和力的磁性粒子標(biāo)記樣品，從而產(chǎn)生標(biāo)記樣品，(ii)使標(biāo)記樣品通過包括分選區(qū)的流體裝置，所述分選區(qū)具有有效使標(biāo)記樣品中的磁性粒子偏離和/或捕集標(biāo)記樣品中的磁性粒子的磁場梯度，從而從樣品中分離出腫瘤細(xì)胞，其中樣品在緩沖溶液鞘中流動(dòng)以減少樣品與流體裝置的非特異性結(jié)合；和(C)對在(b)中自樣品分離的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行表征，以為患者提出未來治療和/或評價(jià)現(xiàn)有治療的功效。在一個(gè)實(shí)施方案中，樣品是取自患者的流體樣品。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，樣品是血樣。在另一個(gè)實(shí)施方案中，腫瘤細(xì)胞是CTC。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一治療方案是化學(xué)治療方案，而在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，未來治療是不同的化學(xué)治療方案。在一個(gè)實(shí)施方案中，腫瘤細(xì)胞的表征是計(jì)數(shù)，在另一個(gè)實(shí)施方案中，腫瘤細(xì)胞的表征是分子表征。在一個(gè)更具體的實(shí)施方案中，分子表征是腫瘤細(xì)胞的遺傳突變。在一個(gè)實(shí)施方案中，為患者提出未來治療包括預(yù)測第一治療方案的未來有效性。在另一個(gè)實(shí)施方案中，為患者提出未來治療包括鑒定第二治療方案，其不同于第一治療方案并考慮患者之前未觀察到的腫瘤細(xì)胞的特征。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括(d)在患者進(jìn)行第二治療方案后，從患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品；和(e)此后對在(d)中獲取的樣品和腫瘤細(xì)胞進(jìn)行(b)和(C)(與之前的段落相同)。因此，采用本發(fā)明的方法和儀器，臨床醫(yī)師可以例如針對適于臨床試驗(yàn)的候選者篩選潛在患者群。這樣，可引導(dǎo)患者，例如具有表明對預(yù)定治療方案難起反應(yīng)的致癌編碼(oncogenic coding)的CTC患者,轉(zhuǎn)向其它可行的治療。或者,在某些情況下,用特殊的新的治療方案具體對準(zhǔn)難治性患者。在另一個(gè)實(shí)例中，分析患者的CTC的計(jì)數(shù)和/或其分子成分，并根據(jù)這種信息確定現(xiàn)行治療是否有效、是否應(yīng)繼續(xù)、或者是否應(yīng)考慮另一種治療或其它治療。在另一個(gè)實(shí)施方案中，通過計(jì)數(shù)和/或其它表征對患者的CTC進(jìn)行分析，以評價(jià)輔助治療是否有效。在一個(gè)具體實(shí)例中，患者的CTC計(jì)數(shù)表明輔助治療是成功的，目前不需要進(jìn)一步治療。在另一個(gè)具體實(shí)例中，患者的CTC計(jì)數(shù)表明輔助治療是成功的，但是根據(jù)與之前患者的CTC表征相比CTC發(fā)生突變，另一種治療是必需的。在另一個(gè)實(shí)例中，患者的CTC計(jì)數(shù)表明輔助治療是不成功的，另一種輔助治療是必需的。實(shí)施方案按照本文的描述，一個(gè)實(shí)施方案是流體分離裝置，其包括(a)至少一個(gè)樣品入口通道，其被配置成在流體分離裝置中提供樣品流；(b)至少一個(gè)鞘流入口通道，其被配置成提供一個(gè)或多個(gè)液流，該液流在流體分離裝置內(nèi)形成環(huán)繞樣品流的鞘，從而減少樣品組分與裝置的非特異性結(jié)合；(C)分選站，其與樣品和鞘流入口呈流體連接，并沿著樣品流路徑定位；和(d)磁場梯度發(fā)生器，用于與外磁場相互作用以在分選站中產(chǎn)生磁場梯度變化，從而使磁性粒子從樣品流偏離和/或捕集樣品流中的磁性粒子。在一個(gè)實(shí)施方案中，磁性粒子被分選站捕集。 在一個(gè)實(shí)施方案中，分選站具有大致矩形的內(nèi)部空間，用于束縛流經(jīng)分選站的流體；內(nèi)部空間具有橫截于樣品流的流動(dòng)方向的第一和第二橫向尺寸，第二橫向尺寸為第一橫向尺寸的至少約2倍；并將所述至少一個(gè)鞘流入口通道配置成提供沿第一橫向尺寸被樣品流彼此分隔開的兩個(gè)鞘流。在另一個(gè)實(shí)施方案中，分選站具有大致矩形的內(nèi)部空間，用于束縛流經(jīng)分選站的流體；內(nèi)部空間部分被以不大于約2毫米距離分隔開的兩個(gè)基本平行和基本平坦的表面限定，并將所述至少一個(gè)鞘流入口通道配置成提供與兩個(gè)平行的平坦表面呈接觸流動(dòng)并被樣品流彼此分隔開的兩個(gè)鞘流。在一個(gè)實(shí)施方案中，兩個(gè)基本平行和基本平坦的表面以不大于約I毫米的距離分隔開。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)鞘流入口通道包括第一鞘流入口通道，其包括位于分選站上游且以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，流體分離裝置還包括第二鞘流入口通道，其包括其自身的位于分選站上游且以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)樣品入口通道包括其自身的以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，磁場梯度發(fā)生器包括在接近分選站的分選裝置上經(jīng)圖案化的大量鐵磁元件。在另一個(gè)實(shí)施方案中，磁場梯度發(fā)生器包括接近大量鐵磁元件的永磁體。在又一個(gè)實(shí)施方案中，大量鐵磁元件被布置在分選站的流體通路內(nèi)，以供鐵磁元件和樣品流之間的流體接觸。鐵磁元件可包括微圖案化鎳元件。在一個(gè)實(shí)施方案中，對磁場梯度發(fā)生器進(jìn)行配置以暫時(shí)俘獲磁性粒子，然后釋放磁性粒子。另一個(gè)實(shí)施方案是俘獲樣品中的靶物質(zhì)的方法，所述方法包括(a)向流體分選裝置的至少第一入口通道提供樣品，其中樣品包括對靶物質(zhì)具有特異性親和力的磁性粒子；(b)向流體分選裝置提供鞘流，以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)鞘流，所述鞘流在流體分離裝置內(nèi)形成環(huán)繞樣品流的鞘，從而減少樣品與裝置的非特異性結(jié)合；(C)使磁場梯度發(fā)生器磁化以捕集至少一些磁性粒子，從而從樣品中分離捕集的磁性粒子；和(d)分析與捕集的磁性粒子結(jié)合或已結(jié)合的靶物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，磁場梯度發(fā)生器包括大量鐵磁元件。鐵磁元件可包括流體裝置中的微圖案化鐵磁材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，使磁場梯度發(fā)生器磁化包括自永磁體或電磁體向磁場梯度發(fā)生器施加外磁場。所述方法還可包括以下的任何組合1)檢測與捕集磁性粒子結(jié)合的純化的靶物質(zhì)，2)在流體分選裝置中擴(kuò)增靶物質(zhì)的核酸，3)在流體分選裝置中溶解細(xì)胞，其中至少一些細(xì)胞包含靶物質(zhì)，4)從流體分選裝置中的細(xì)胞或病毒中分離遺傳材料，其中至少一些細(xì)胞或病毒包含靶物質(zhì)，和5)回收純化的靶物質(zhì)，包括樣品中至少50%的靶物質(zhì)。另一個(gè)實(shí)施方案是純化樣品中的靶物質(zhì)(包括對靶物質(zhì)具有親和力的磁性粒子)的方法，所述方法包括(a)使樣品流入具有磁場梯度發(fā)生器的流體分選裝置，從而俘獲至少一些磁性粒子，其中流動(dòng)的樣品包含在或夾在基本不含樣品的液體鞘之間；(b)除去或降低施加至磁場發(fā)生器的磁場，從而釋放俘獲的磁性粒子；和(C)在磁場發(fā)生器下游收集或處理具有至少一些磁性粒子的純化的靶物質(zhì)。另一個(gè)實(shí)施方案是鞘流裝置，其包括(a)鞘流平面區(qū)上游的第一層流建立表面；(b)平行于鞘流平面區(qū)并在樣品鞘流平面區(qū)上游的樣品層流建立表面；和任選(c)第二鞘 流平面區(qū)上游的第二層流建立表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，鞘流裝置還包括粒子捕集站。該捕集站可以是例如磁捕集站。本文所述的鞘流裝置可以是較大流體回路的組成部分。另一個(gè)實(shí)施方案是鞘流裝置，其包括(a)鞘流平面上游的第一層流建立表面；(b)平行于鞘流平面區(qū)并在樣品鞘流平面區(qū)上游的樣品層流建立表面；和(c)第二鞘流平面區(qū)上游的第二層流建立表面。在一個(gè)實(shí)施方案中，(a) (b)和(c)中的層流建立表面足以保持獨(dú)立的鞘流平面基本無湍流。在一個(gè)實(shí)施方案中，子部件(b)的樣品層流建立平面具有頂部和底部表面，且子部件(C)的第二層流表面位于與用于樣品層流的表面相對的表面上。鞘流裝置可與水平線基本正交地定向。鞘流裝置還可包括粒子捕集站。在一個(gè)實(shí)施方案中，粒子捕集站包括鐵磁成分?？蓪η柿餮b置進(jìn)行調(diào)配用于磁泳粒子分離。本文所述的鞘流裝置可以還包括至少一個(gè)裝有試劑的貯器，經(jīng)調(diào)配用于從全血中分離干細(xì)胞和/或經(jīng)配置用于微流體操作。在一個(gè)實(shí)施方案中，鞘流裝置包括裝有試劑的忙器，所述試劑包括緩沖劑、大量磁珠、干細(xì)胞擴(kuò)繁劑(expansion agent)、適體、包含蛋白質(zhì)的組合物、細(xì)菌細(xì)胞培養(yǎng)物和包含噬菌體群的組合物中的至少一種。另一個(gè)實(shí)施方案是在鞘流裝置中自流體樣品分離靶物質(zhì)的方法，包括(a)使用與選擇性結(jié)合靶物質(zhì)的磁性粒子結(jié)合的試劑，用磁性粒子預(yù)先標(biāo)記流體樣品中的靶物質(zhì)；(b)沿著鞘流裝置的平坦表面建立層流緩沖液流；(c)在鄰接層流緩沖液流處建立流體樣品層流；(d)使來自流體樣品層流的靶物質(zhì)穿過層流緩沖液流；和(e)在磁捕集站上捕集靶物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，層流高度約為幾微米，寬度約幾毫米。緩沖液和樣品層流由于其沿長度和寬度尺寸的面積一致而鄰接，也就是說，它們在高度尺寸上堆積。當(dāng)采用這類方法分離靶物質(zhì)時(shí)，增加通過量的一種方式是增加層流的寬度，同時(shí)保持流動(dòng)的高度為微米(亞毫米)狀態(tài)。這可通過運(yùn)行多個(gè)平行鞘流裝置和/或通過增加鞘裝置中的層流寬度來實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括在建立流體樣品層流前，建立鄰接第一層流緩沖液流的第二層流緩沖液流，其中流體樣品的層流建立在第一和第二層流緩沖液流之間。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一和第二緩沖液層流及流體樣品層流足以保持獨(dú)立的流動(dòng)平面基本無湍流。在另一個(gè)實(shí)施方案中，磁捕集站包含鐵磁成分。在一個(gè)實(shí)施方案中，靶物質(zhì)包括細(xì)胞、細(xì)菌、病毒、蛋白質(zhì)和核酸中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，靶物質(zhì)是循環(huán)腫瘤細(xì)胞，流體樣品是全血。另一個(gè)實(shí)施方案是分析患者的方法，所述方法包括(a)從患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品；(b)通過分離方法從樣品中分離腫瘤細(xì)胞，所述分離方法包括(i)用對腫瘤細(xì)胞有特異性親和力的磁性粒子標(biāo)記樣品，從而產(chǎn)生標(biāo)記樣品，(ii)使標(biāo)記樣品通過包括分選區(qū)的流體裝置，所述分選區(qū)具有有效使標(biāo)記樣品中的磁性粒子偏離和/或捕集標(biāo)記樣品中的磁性粒子的磁場梯度，從而從樣品中分離出腫瘤細(xì)胞，其中樣品在緩沖溶液鞘中流動(dòng)以減少樣品與流體裝置的非特異性結(jié)合；和(c)對在(b)中自樣品分離的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行表征。在一個(gè)實(shí)施方案中，(c)中的表征提供用于診斷病況、針對臨床試驗(yàn)進(jìn)行篩選、評價(jià)治療性治療的有效性和測定手術(shù)有效性的信息。在另一個(gè)實(shí)施方案中，樣品是取自患者的流體樣品。在一個(gè)實(shí)施方案中，樣品不取自患者的活組織檢查，例如樣品是血樣。在一個(gè)實(shí)施方案中，腫瘤細(xì)胞是來自非血液學(xué)癌癥的循環(huán)腫瘤細(xì)胞。在另一個(gè)實(shí)施方案中，表征是腫瘤細(xì)胞的計(jì)數(shù)和/或腫瘤細(xì)胞的分子表征。分子表征是例如腫瘤細(xì)胞的遺傳突變。另一個(gè)實(shí)施方案是監(jiān)測和適當(dāng)時(shí)調(diào)整患者的治療方案的方法，所述方法包括(a)從進(jìn)行第一治療方案的患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品；(b)通過分離方法從樣品中分離 腫瘤細(xì)胞，所述分離方法包括(i)用對腫瘤細(xì)胞有特異性親和力的磁性粒子標(biāo)記樣品，從而產(chǎn)生標(biāo)記樣品，(ii)使標(biāo)記樣品通過包括分選區(qū)的流體裝置，所述分選區(qū)具有有效使標(biāo)記樣品中的磁性粒子偏離和/或捕集標(biāo)記樣品中的磁性粒子的磁場梯度，從而從樣品中分離出腫瘤細(xì)胞，其中樣品在緩沖溶液鞘中流動(dòng)以減少樣品與流體裝置的非特異性結(jié)合；和(C)對在(b)中自樣品中分離的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行表征，以為患者提出未來治療。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一治療方案是化學(xué)治療方案。在一個(gè)實(shí)施方案中，未來治療是不同的化學(xué)治療方案。在一個(gè)實(shí)施方案中，為患者提出未來治療包括預(yù)測第一治療方案的未來有效性，在另一個(gè)實(shí)施方案中，為患者提出未來治療包括鑒定第二治療方案，其不同于第一治療方案并考慮患者之前未觀察到的腫瘤細(xì)胞的特征。監(jiān)測和適當(dāng)時(shí)調(diào)整患者的治療方案的方法還可包括(d)在患者進(jìn)行第二治療方案后，從患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品；和(e)此后對在(d)中取得的樣品和腫瘤細(xì)胞進(jìn)行(b)和(C)。另一個(gè)實(shí)施方案是提供基于細(xì)胞的產(chǎn)物的方法，所述方法包括(a)獲取包括靶細(xì)胞的樣品；(b)通過分離方法從樣品中分離出靶細(xì)胞，所述分離方法包括(i)用對靶細(xì)胞具有特異性親和力的磁性粒子標(biāo)記靶細(xì)胞，從而在樣品中產(chǎn)生標(biāo)記細(xì)胞群，(ii)使樣品通過包括具有磁場梯度的分選區(qū)的流體裝置，所述磁場梯度有效使至少部分的標(biāo)記細(xì)胞群從樣品中偏離和/或從樣品中捕集至少部分的標(biāo)記細(xì)胞群，從而從樣品中分離出靶細(xì)胞，其中樣品在緩沖溶液鞘中流動(dòng)以減少樣品與流體裝置的非特異性結(jié)合；和(c)從在(b)中自樣品分離的靶細(xì)胞得到基于細(xì)胞的產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括對在(b)中自樣品分離出的靶細(xì)胞進(jìn)行處理以產(chǎn)生基于細(xì)胞的產(chǎn)物。在一個(gè)實(shí)施方案中，靶細(xì)胞是干細(xì)胞，處理靶細(xì)胞包括處理干細(xì)胞以成為有效的治療藥。在一個(gè)實(shí)施方案中，處理干細(xì)胞以成為有效的治療藥包括使干細(xì)胞分化以產(chǎn)生更特化的細(xì)胞類型。如同本文描述的其它方法一樣，樣品可以是取自患者的流體樣品，例如血樣。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括對在(b)中自樣品分離出的靶細(xì)胞進(jìn)行表征。表征可以是靶細(xì)胞的計(jì)數(shù)和/或靶細(xì)胞的分子表征。在一個(gè)實(shí)施方案中，分子表征是靶細(xì)胞的遺傳序列。
實(shí)施例下面提供工作實(shí)施例和預(yù)測性實(shí)施例。實(shí)施例I表示從復(fù)雜的血樣中磁泳分選稀有細(xì)胞的本發(fā)明的裝置。實(shí)施例2描述了本發(fā)明的芯片試劑盒實(shí)施方案。實(shí)施例3-7描述了其中生物制劑或化學(xué)物質(zhì)是樣品流體的組成部分的實(shí)施方案。實(shí)施例8和9描述了其中本發(fā)明的裝置用于監(jiān)測(例如分別監(jiān)測環(huán)境進(jìn)程和生物藥物制備)的實(shí)施方案。實(shí)施例10描述了使用本發(fā)明的裝置用于護(hù)理點(diǎn)診斷。實(shí)施例11表示人臍帶血樣品中造血祖細(xì)胞(HPC)的相對富集。實(shí)施例I :從全血中分離稀有細(xì)胞以及與無鞘流的裝置的比較本工作實(shí)施例表明本發(fā)明的鞘流裝置建立了基本上阻止非靶血細(xì)胞與磁泳捕集站非特異性結(jié)合的流體層。
我們的實(shí)驗(yàn)表明，基于磁力的微流體分離在IO6個(gè)MNC(單核細(xì)胞)和全血中富集了極稀有的祀細(xì)胞，其被稱為多流微磁性分離器(Multi-stream Micro MagneticSeparator, M-MMS 或 MMS)。使用圖6A所示和圖6B所拍攝的裝置。圖6A是說明本發(fā)明的麗S裝置600的鞘流組件的一個(gè)實(shí)施方案的分解透視圖。為了說明裝置的各個(gè)組件在彼此對齊時(shí)如何產(chǎn)生鞘流而將圖分解。在本實(shí)施例中，有7塊板，即615、620、625、630、635、640和645，每個(gè)配置有出入口和/或通道，被配置成在對齊并將緩沖液和樣品流引入裝置時(shí)產(chǎn)生鞘流。樣品入口 601，是引入液體樣品的地方，如表示樣品流路的虛線箭頭602所指出。樣品流經(jīng)板620和625上的類似口，并流經(jīng)板630上的通道尾部后，流經(jīng)板635頂面(如圖示)上的沖擊區(qū)(striking area) 606 (樣品層流建立表面)。為方便起見,對齊時(shí),樣品流箭頭602表示為好像液流被沖擊區(qū)606轉(zhuǎn)向，因此建立了方向平行于板630并處于板630的腔室中的層流。類似地，緩沖液出入口 604是引入緩沖溶液的地方，如表示一個(gè)緩沖液流路的虛線箭頭603所指出。緩沖液流經(jīng)板620的通道的類似尾部后，流經(jīng)板625頂面(如圖示)上的沖擊區(qū)605 (緩沖液層流建立表面)。為方便起見，緩沖液流箭頭603表示為好像液流被沖擊區(qū)605轉(zhuǎn)向，因此建立起方向平行于板625并處于板625的腔室中的層流。亦類似地，另一個(gè)緩沖液入口 608是引入緩沖液的地方，如表示另一緩沖液流路的虛線箭頭609所指出。緩沖液流經(jīng)板640的通道的類似尾部后，流經(jīng)板635底部表面(如圖示)的沖擊區(qū)607 (緩沖液層流建立表面)。為方便起見，緩沖液流箭頭609表示為好像液流被沖擊區(qū)607轉(zhuǎn)向，因此建立于方向平行于板635并處于板635的腔室中的層流。箭頭611表示共同的廢料流路，因?yàn)橐毫?02、603和609在板620、625、630、635和640的通道的遠(yuǎn)端形成匯合(當(dāng)對齊時(shí))，并通過出口 610排出裝置，正如虛線箭頭611所表不的一樣。參照圖6B，在通道頂面使鎳網(wǎng)格薄層圖案化(例如，如有關(guān)圖2A和圖2B中所述；見圖6B如灰色陰影中的網(wǎng)格圖案)。對鎳網(wǎng)格進(jìn)行配置以在外磁體存在時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)磁場梯度，從而允許俘獲磁珠標(biāo)記的靶分析物。未標(biāo)記的背景細(xì)胞不受磁場梯度影響，作為廢料持續(xù)洗脫出來。由于最初僅純的鞘流接觸頂面，僅磁捕集的靶分析物將被捕集到頂面，其中與表面的非特異性結(jié)合最小，產(chǎn)生極高純度的樣品。圖6B表示樣品入口配件650 (例如leurlock)、分別為655和660的上部和下部緩沖液入口配件，以及廢料出口配件665。這些配件允許例如通過注射器引入樣品，而將緩沖液通過專用管路持續(xù)泵入裝置600中。廢料例如通過專用廢料管路移入中央貯器中?？赏ㄟ^簡單地?cái)嚅_管路關(guān)上裝置，并與新裝置重新連接。圖6C表示裝置600 —部分(左上四分之一)的橫截面A。圖6C的下圖即放大的橫截面，表示樣品流路和緩沖液流路、它們?nèi)绾伪舜肃徑佣ⅰ⒁约叭绾畏乐箻悠妨饔|到鞘流裝置600的頂部和底部內(nèi)表面。在橫截面的最右部分表示層流樣品流上面和下面的層流緩沖液流鞘(虛線箭頭表示頂部緩沖液、樣品和底部緩沖液各自的流動(dòng)方向)。圖7A是表示類似鞘流裝置700的組件的分解透視圖。鞘流裝置700具有層705、710、715、720、725、730和735，其在如圖所示的成疊彼此鄰接對齊時(shí)形成裝置700。裝置700不同于裝置600，因?yàn)檠b置700在頂板705上具有全部入口(下部緩沖液入口 740、上部緩沖液入口 745和樣品入口 755)和出口(廢料出口 750)(回想起裝置600在底板上具有下部緩沖液入口)。這允許方便處理，因?yàn)檠b置700可在操作期間放置在平坦表面上。在本實(shí)施例中，頂板705為具有鎳捕集網(wǎng)格的玻璃，層710、720和730為粘結(jié)層(adhesive layer)， 例如厚約0. 2mm，層715和725為聚碳酸酯，例如厚約0. 125mm，而層735為玻璃。圖7B是裝配的圖7A中描述的鞘流裝置700的透視圖。對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行配置，使得利用50% (w/w)蔗糖將底部流體層與血液的粘度和密度相匹配。首先通過以同樣的流速，在用于比較的有和沒有鞘流的芯片中，注入全血(在缺乏磁性粒子時(shí))，來證實(shí)鞘流功效。如圖4(左圖)所示，無鞘流時(shí)，RBC和其它細(xì)胞與表面非特異性粘附。圖4(右圖)中，鞘流裝置證實(shí)了功效，因?yàn)楸砻婊静缓前屑?xì)胞。為了量化M-MMS回收和尋回稀有細(xì)胞的能力，將MCF-7乳癌細(xì)胞用市售的納米尺寸的磁性粒子(抗PE磁性粒子，BD Biosciences)預(yù)先標(biāo)記。將預(yù)先標(biāo)記的MCF-7腫瘤細(xì)胞以50個(gè)細(xì)胞/ml、30個(gè)細(xì)胞/ml或10個(gè)細(xì)胞/ml加入全血中。結(jié)果見圖5A和圖5B。平均純度為69%、58%和20% (分別對于50、30和10個(gè)細(xì)胞/ml (5A))。這為初始樣品的約IxlO7倍富集。平均細(xì)胞回收率為86%、94%和92% (分別對于50、30和10個(gè)細(xì)胞/ml(5B))。使用原位標(biāo)記，得到靶細(xì)胞約90%的回收率。細(xì)胞純度約為13%，這是初始樣品的2X IO6倍富集。據(jù)推測，這不如預(yù)先標(biāo)記分選一樣有效，因?yàn)榕c原位磁性標(biāo)記相關(guān)的效率低所致。因此，本發(fā)明提供流體鞘流裝置，包括與層流平面中的樣品流體層鄰接和平行的平面中的層流鞘流的第一流體層，和任選與層流平面中的樣品流體的第二側(cè)鄰接的層流鞘流的第二流體層，其中首先在固相支持體上建立鞘流。實(shí)施例2:“芯片試劑盒”這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。按照預(yù)先確定的流體回路，制造本發(fā)明的鞘流裝置。采用流體分配自動(dòng)化儀器用所需要的流體預(yù)裝入選定的貯器中來制造裝置。將貯器密封，其中預(yù)充裝貯器的一部分具有這樣的密封，其將隨預(yù)定拉力而破裂，使得流體與不同貯器呈流體連通。有若干種針對特殊目的預(yù)充裝的貯器，而且流體回路允許流體在施加合適的力(例如氣動(dòng)力)時(shí)流向預(yù)定區(qū)域。因此，通過離開貯器和進(jìn)入本發(fā)明的裝置的流體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的鞘流，例如參見圖I和圖2，其是預(yù)先確定的流體回路的組成部分。在一個(gè)實(shí)例中，自動(dòng)化儀器以預(yù)定的時(shí)間模式配合裝置的流體回路用氣動(dòng)活塞加力以產(chǎn)生鞘流。實(shí)施例3 :生物標(biāo)記檢測這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。將本發(fā)明的鞘流裝置與流體回路一起配置用于分選自個(gè)體獲取的生物流體中的生物標(biāo)記。生物標(biāo)記的存在表明特定的疾病狀態(tài)。生物標(biāo)記選自細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸或上述任一種的降解產(chǎn)物。疾病狀態(tài)選自癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和感染。癌癥生物標(biāo)記選自循環(huán)腫瘤細(xì)胞、蛋白質(zhì)和核酸。神經(jīng)系統(tǒng)疾病生物標(biāo)記選自細(xì)胞、蛋白質(zhì)，包括但不限于abeta 1_42蛋白或其片段或寡聚體，或選自以下的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的其它生物標(biāo)記阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease)、亨廷頓舞蹈病(Huntington’s disease)、肌萎縮性側(cè)索硬化癥(Amylateral sclerosis) (“ALS”或Lou Gehrig病)、癡呆、多發(fā)性硬化和由朊病毒引起的疾病。感染的生物標(biāo)記選自感染原和二級病原體或有害作用的可檢測標(biāo)記，包括但不限于病毒、細(xì)菌、真菌、朊病毒和任何其它類型的感染原。病毒可以是HIV病毒、肝炎病毒(任何類型)、流感病毒(任何類型)、任何類型的乳頭瘤病毒(HPV)、狂犬病病毒或任何其它病毒感染原。生物標(biāo)記可以是如此列舉的生物體或感染原的部分。例如，生 物標(biāo)記可以是與病毒外殼有關(guān)的蛋白質(zhì)。實(shí)施例4 :適體篩選這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。將本發(fā)明的鞘流裝置與流體回路一起配置以使用適體檢測流體樣品中的稀有分子。適體任選與可檢測標(biāo)記締合。將適體在使之與其靶標(biāo)結(jié)合的條件下暴露于流體懸液中。在位于本發(fā)明的鞘流裝置中的貯器內(nèi)的捕集站中俘獲適體和靶標(biāo)。用使用不足以從捕集站洗出適體/靶標(biāo)的氣動(dòng)力(或其它力)施加的流體(例如緩沖液)洗去非靶材料?？刹捎眠@項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例，例如檢測尿液、血液或其它體液中的物質(zhì)。例如，可檢測尿液中的痕量可卡因或其它非法吸食的藥劑。參見例如Swensen，J.S.等，Continuous, real-time monitoring of cocaine in undiluted blood serumvia a microf luidic, electrochemical aptamer-based sensor (通過微流體電化學(xué)的基于適體的傳感器連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測未稀釋血清中的可卡因).J. Am. Chem. Soc. doi :10. 1021/ja806531z，通過引用結(jié)合到本文中用于所有目的。 實(shí)施例5 :測試體液中的分析物這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行配置用于流體回路，使得可監(jiān)測個(gè)體(例如人或動(dòng)物)的非法或合法藥物的存在情況或劑量?？蓪Ρ景l(fā)明的裝置進(jìn)行配置以檢測或監(jiān)測醫(yī)學(xué)處方劑量、藥代動(dòng)力學(xué)、身體性能或腦性能的提高、非法(脫氧麻黃堿、可卡因、大麻(大麻素))或內(nèi)分泌相關(guān)物質(zhì)，例如葡萄糖(胰島素)。例如，對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行配置以提供用適于檢測體液(例如血液或尿液)中的藥物或藥物降解或下游代謝物質(zhì)的試劑預(yù)充裝的貯器(或室)。對鞘流裝置進(jìn)行配置，使得將血液(例如)樣品分配至貯器中，然后，用合適的試劑預(yù)充裝的貯器隨著施力(例如手動(dòng)拉伸壓力)可被打開。試劑當(dāng)與體液如此混合時(shí)，提供是否給予患者適當(dāng)?shù)膭┝康目梢暀z測。實(shí)施例6 :包括適體在內(nèi)的化學(xué)文庫篩選這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。將本發(fā)明的鞘流裝置與流體回路一起配置以針對特殊目的篩選化學(xué)物質(zhì)文庫。例如，可針對蛋白質(zhì)靶標(biāo)篩選適體文庫，例如通過使用噬菌體展示篩選?？蓪m體/蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)行分析以鑒定如此結(jié)合的適體和任何結(jié)合特征，可再次對富集的適體進(jìn)行文庫篩選。這可以重復(fù)過程進(jìn)行，以選擇具有特殊特征的適體部分，例如與例如蛋白質(zhì)部分的特定表位的結(jié)合親和力或與蛋白質(zhì)部分的特定表位結(jié)合。本實(shí)施例的鞘流裝置可具有貯存和任選培養(yǎng)預(yù)定蛋白質(zhì)的噬菌體展示群的貯器，以及入口或用待如此篩選的主題適體文庫預(yù)充裝的室?；蛘?，可具有貯存適體文庫的貯器，所需蛋白質(zhì)(或用于選擇的其它基質(zhì))分配在其中。用施加于貯器以混合適體文庫和蛋白質(zhì)(或其它來源)的力可有助于結(jié)合反應(yīng)。實(shí)施例I :基因組篩選；DNA分析這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。將本發(fā)明的鞘流裝置與微流體回路一起配置并用于核酸分選?；?qū)NA樣品置于裝置內(nèi)，或?qū)⒑蠨NA的細(xì)胞置于裝置內(nèi)，所述裝置與貯器和通道呈流體流通以遞送適于與特定DNA序列結(jié)合(和如需要或必需時(shí)任選溶解細(xì)胞以暴露內(nèi)部DNA)的試劑。例如，使用DNA引物與特定的相應(yīng)DNA序列結(jié)合。將引物加入裝有主題DNA(例如基因組或法醫(yī)樣品)的貯器中。將洗液加入室中以洗去未結(jié)合的部分。然后，使引物/DNA暴露于數(shù)輪的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，包括加入試劑。試劑是使用施加拉伸強(qiáng)度的自動(dòng)化儀器適當(dāng)混合的。 實(shí)施例8:環(huán)境監(jiān)測本實(shí)施例是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。將本發(fā)明的鞘流裝置與合適的材料和流體回路一起配置用于環(huán)境監(jiān)測或分析。雖然環(huán)境流體樣品處理與生物流體(見上文)的水性流體處理非常相像，但針對野外使用的改動(dòng)包括堅(jiān)固材料(例如被制備成承受極端溫度、陽光、鹽分或其它環(huán)境條件)，以及在缺乏可靠電力時(shí)使用。例如，房主可能希望監(jiān)測飲用水，但是在一段時(shí)間內(nèi)在受試者中收集飲用水并分析一次?；蛘?，本發(fā)明的鞘流裝置可用來監(jiān)測微生物物種指示物用于石油和天然氣鉆井，其中已知某些物種與含有石油或天然氣的特殊地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員選出能夠在這些條件下承受樣品施用的材料。還可對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行進(jìn)一步配置，使得手動(dòng)(手工工具或手提工具)施加的壓力足以供流體在鞘流流路中流動(dòng)。飲用水或環(huán)境水(例如鹽水源或淡水源)、土壤(例如土壤整治)、PCB或超級基金場(superfund site)清理監(jiān)測、環(huán)境放射監(jiān)測、種群恢復(fù)(例如藻類或磷蝦)或其它生態(tài)學(xué)目的以及居住環(huán)境監(jiān)測(例如水、空氣或土壤樣品監(jiān)測或分析，包括飲用水或游泳池用水)?？梢允褂醚b有選擇性結(jié)合重金屬(例如水銀、鉛、鐵，甚至金或銀(用于探測))的適體(例如或其它選擇性結(jié)合分子)的預(yù)充裝裝置。可以監(jiān)測環(huán)境毒素(例如砷)、過多的藥物環(huán)境污染、MBE或其它有機(jī)溶劑。海洋區(qū)域(例如大陸架區(qū)域)酸化的檢測可用例如包含酸化指示物(例如比色條)進(jìn)行。實(shí)施例9 :監(jiān)測生物藥物制備這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。本發(fā)明的鞘流裝置可用于生物制品的制備中，以在生物過程期間監(jiān)測。例如，可在不同階段從分離生物反應(yīng)器中收集蛋白質(zhì)以監(jiān)測蛋白質(zhì)產(chǎn)生批次間的變化。還可以這樣的方式監(jiān)測疫苗制備?？刹捎帽景l(fā)明的鞘流裝置，監(jiān)測各種生物制品和生物藥劑用于質(zhì)量保證目的。實(shí)施例10 :護(hù)理點(diǎn)診斷這是一項(xiàng)預(yù)測性實(shí)施例。可適宜地配置本發(fā)明的鞘流裝置用于各種護(hù)理點(diǎn)血液面板分析，其通常在臨床實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。對本發(fā)明的鞘流裝置進(jìn)行配置，使得先將患者的血液存放在貯器中，然后，使用拉伸壓力，弓I導(dǎo)血液流動(dòng)從而分配到分離貯器中。然后，如此分配到各個(gè)貯器中的血樣分別暴露于用于這類臨床實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐的部分例如染劑或染料或者抗體。備選地或另外地，可將如此分配的血液暴露于更適于預(yù)定目的的備選試劑例如肝酶、血糖、甲狀腺、C蛋白或其它血液部分。實(shí)施例11 :從人臍帶血樣品中相對富集造血祖細(xì)胞(HPC)在并行基礎(chǔ)上，將如上文實(shí)施例I中描述的應(yīng)用鞘流和磁捕集的本發(fā)明的實(shí)例裝置與市售的 MACS Cell Separation Column (可獲自 Miltenyi Biotec of Bergisch
Gladbach, Germany)進(jìn)行比較,所述市售裝置利用磁捕集用磁性粒子標(biāo)記的細(xì)胞用于細(xì)胞分離，但無鞘流能力。先將冷凍的或2天之久新鮮臍帶血多核細(xì)胞(MNC)過濾除去任何死細(xì)胞。然后，樣品用 Miltenyi CD34 Microbeads (可獲自 Miltenyi Biotec of Bergisch Gladbach,Germany)標(biāo)記。將標(biāo)記樣品分割,使一部分流經(jīng)上述Miltenyi分離柱,使另一部分流經(jīng)例如關(guān)于實(shí)施例I描述的本發(fā)明鞘流磁分離裝置。使流經(jīng)Miltenyi柱的樣品部分再次流經(jīng) 另一個(gè)Miltenyi柱,使得可對經(jīng)由Miltenyi系統(tǒng)的一次通過(MACS Ix)和兩次通過(MACS2x)，與經(jīng)由本發(fā)明的鞘流裝置(MMS)的單一通過進(jìn)行比較。采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員了解的標(biāo)準(zhǔn)免疫熒光染色和FACS分析，對3個(gè)純化樣品的每一個(gè)進(jìn)行分析。圖9A和圖9B表示對使用上述方法(分別為MACS lx,MACs 2x和MMS)分離的HPC進(jìn)行FACS分析的結(jié)果。對如上所述的N = 6次運(yùn)行匯集數(shù)據(jù)，其中包括誤差棒以表示標(biāo)準(zhǔn)差。圖9A表示來自麗S分離的HPC純度比MACS Ix好得多，可能比MACS 2x好，但至少與MACS 2x相當(dāng)。這就表明麗S技術(shù)優(yōu)于常規(guī)非鞘流裝置的改進(jìn)性能。圖9B表示分別基于MACS lx、MACS 2x和MMS每一種的HPC回收率。雖然MACS Ix顯示較高的回收率，但是樣品的純度(參見圖9A)比MACS 2x或麗S低。結(jié)果還表明，用麗S的回收率(和純度)與MACS 2x相當(dāng)，但與用MACS常規(guī)裝置的兩次洗脫相比，只要一次通過MMS裝置便能達(dá)到同等的純度和回收率。有各種各樣的配置和應(yīng)用，鑒于本公開內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可確定這類配置和應(yīng)用。本發(fā)明不受本文描述的具體實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
1.一種鞘流裝置，其包括 (a)鞘流平面區(qū)上游的第一層流建立表面； (b)平行于鞘流平面區(qū)并在樣品鞘流平面區(qū)上游的樣品層流建立表面；和 (c)配置成使靶物質(zhì)從樣品層流偏離并進(jìn)入鞘層流的粒子移動(dòng)站； 其中所述樣品層流由樣品層流建立表面建立，而所述鞘層流在鞘流平面區(qū)中建立。
2.權(quán)利要求I的鞘流裝置，其還包括(d)第二鞘流平面區(qū)上游的第二層流建立表面。
3.權(quán)利要求2的鞘流裝置，其中(a)(b)和(d)中的層流建立表面足以保持獨(dú)立的鞘流平面基本無瑞流。
4.權(quán)利要求3的鞘流裝置，其中子部件(b)的樣品層流建立平面具有頂部和底部表面，且子部件(d)的第二層流表面位干與用于樣品層流的表面相対的表面上。
5.權(quán)利要求4的鞘流裝置，其中所述粒子移動(dòng)站采用磁力、聲學(xué)力、電泳カ和光學(xué)力中的至少ー種。
6.權(quán)利要求5的鞘流裝置，對其進(jìn)行調(diào)配用于磁泳粒子分離。
7.權(quán)利要求6的鞘流裝置，其還包括至少ー個(gè)裝有試劑的貯器。
8.權(quán)利要求6的鞘流裝置，其中所述靶物質(zhì)是干細(xì)胞，且所述樣品層流包含全血。
9.權(quán)利要求6的鞘流裝置，其是微流體的。
10.權(quán)利要求6的鞘流裝置，其還包括裝有試劑的貯器，所述試劑包括緩沖劑、大量磁珠、干細(xì)胞擴(kuò)繁劑、適體、包含蛋白質(zhì)的組合物、細(xì)菌細(xì)胞培養(yǎng)物和包含噬菌體群的組合物中的至少ー種。
11.一種在鞘流裝置中從流體樣品中分離靶物質(zhì)的方法，所述方法包括 (a)沿鞘流裝置的平坦表面建立緩沖液流層流鞘； (b)鄰接緩沖液流層流鞘建立流體樣品層流；和 (C)使靶物質(zhì)從流體樣品層流偏離并進(jìn)入緩沖液流層流鞘； 其中所述緩沖液流層流鞘和所述流體樣品層流鄰接。
12.權(quán)利要求11的方法，所述方法還包括在鄰接流體樣品層流處建立第二緩沖液流層流鞘，其中(b)包括在第一和第二層流緩沖液流之間建立流體樣品層流。
13.權(quán)利要求12的方法，其中建立第一和第二緩沖液流層流鞘以及流體樣品層流足以保持獨(dú)立的流動(dòng)平面基本無湍流。
14.權(quán)利要求13的方法，其中使靶物質(zhì)從流體樣品層流偏離并進(jìn)入緩沖液流層流鞘包括使用磁力、聲學(xué)力、電泳カ和光學(xué)力中的至少ー種。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述靶物質(zhì)包括細(xì)胞、細(xì)菌、病毒、蛋白質(zhì)和核酸中的至少ー種。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述靶物質(zhì)在緩沖液流層流鞘流過的捕集站中被分離。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述捕集站應(yīng)用磁力以捕集用磁性粒子選擇性標(biāo)記的靶物質(zhì)。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述靶物質(zhì)是循環(huán)腫瘤細(xì)胞，所述流體樣品是全血。
19.ー種對患者進(jìn)行分析的方法，所述方法包括 (a)從患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品； (b)通過分離方法從樣品中分離所述腫瘤細(xì)胞，所述分離方法包括(i)用對所述腫瘤細(xì)胞具有特異性親和カ的磁性粒子標(biāo)記樣品，從而產(chǎn)生標(biāo)記樣品， (ii)使標(biāo)記樣品通過包括分選區(qū)的流體裝置，所述分選區(qū)具有有效使標(biāo)記樣品中的磁性粒子偏離和/或捕集標(biāo)記樣品中的磁性粒子的磁場梯度，從而從樣品中分離出腫瘤細(xì)胞，其中所述樣品在緩沖溶液鞘中流動(dòng)以減少樣品與流體裝置的非特異性結(jié)合；和 (C)對在(b)中自樣品分離的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行表征。
20.權(quán)利要求19的方法，其中(c)中的表征提供用于診斷病況、針對臨床試驗(yàn)進(jìn)行篩選、評價(jià)治療性治療的有效性和測定手術(shù)有效性的信息。
21.權(quán)利要求19的方法，其中所述樣品是取自患者的流體樣品。
22.權(quán)利要求19的方法，其中所述樣品不取自患者的活組織檢查。
23.權(quán)利要求19的方法，其中所述樣品是血樣。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述腫瘤細(xì)胞是來自非血液學(xué)癌癥的循環(huán)腫瘤細(xì)胞。
25.權(quán)利要求19的方法，其中所述表征是所述腫瘤細(xì)胞的計(jì)數(shù)。
26.權(quán)利要求19的方法，其中所述表征是所述腫瘤細(xì)胞的分子表征。
27.權(quán)利要求26的方法，其中所述分子表征是所述腫瘤細(xì)胞的遺傳突變。
28.—種監(jiān)測患者的治療方案以及適當(dāng)時(shí)調(diào)整患者的治療方案的方法，所述方法包括 (a)從進(jìn)行第一治療方案的患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品； (b)通過分離方法從樣品中分離所述腫瘤細(xì)胞，所述分離方法包括 (i)用對所述腫瘤細(xì)胞具有特異性親和カ的磁性粒子標(biāo)記樣品，從而產(chǎn)生標(biāo)記樣品，( )使標(biāo)記樣品通過包括分選區(qū)的流體裝置，所述分選區(qū)具有有效使標(biāo)記樣品中的磁性粒子偏離和/或捕集標(biāo)記樣品中的磁性粒子的磁場梯度，從而從樣品中分離出腫瘤細(xì)胞，其中所述樣品在緩沖溶液鞘中流動(dòng)以減少樣品與流體裝置的非特異性結(jié)合；和(C)對在(b)中自樣品分離的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行表征，以為患者提出未來治療。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述第一治療方案是化學(xué)治療方案。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述未來治療是不同的化學(xué)治療方案。
31.權(quán)利要求28的方法，其中為患者提出未來治療包括預(yù)測第一治療方案的未來有效性。
32.權(quán)利要求28的方法，其中為患者提出未來治療包括鑒定第二治療方案，其不同于第一治療方案并考慮患者之前未觀察到的腫瘤細(xì)胞的特征。
33.權(quán)利要求32的方法，其還包括 (d)在患者進(jìn)行第二治療方案后，從患者中獲取包含腫瘤細(xì)胞的樣品；和 (e)此后對⑷中獲取的樣品和腫瘤細(xì)胞進(jìn)行(b)和(C)。
34.ー種提供基于細(xì)胞的產(chǎn)物的方法，所述方法包括 (a)取得包含靶細(xì)胞的樣品； (b)通過分離方法從樣品中分離所述靶細(xì)胞，所述分離方法包括 (i)用對所述靶細(xì)胞具有特異性親和カ的磁性粒子標(biāo)記靶細(xì)胞，從而在樣品中產(chǎn)生標(biāo)記細(xì)胞群， ( )使樣品通過包括分選區(qū)的流體裝置，所述分選區(qū)具有有效使樣品中的至少部分的標(biāo)記細(xì)胞群偏離和/或從樣品中捕集至少部分的標(biāo)記細(xì)胞群的磁場梯度，從而從樣品中分離出靶細(xì)胞，其中所述樣品在緩沖溶液鞘中流動(dòng)以減少樣品與流體裝置的非特異性結(jié)合；和 (C)從在(b)中自樣品分離的靶細(xì)胞得到基于細(xì)胞的產(chǎn)物。
35.權(quán)利要求34的方法，其還包括對在(b)中自樣品分離的靶細(xì)胞進(jìn)行處理以產(chǎn)生基于細(xì)胞的產(chǎn)物。
36.權(quán)利要求35的方法，其中所述靶細(xì)胞是干細(xì)胞，而處理靶細(xì)胞包括處理干細(xì)胞以成為有效的治療藥。
37.權(quán)利要求36的方法，其中處理干細(xì)胞以成為有效的治療藥包括使干細(xì)胞分化以產(chǎn)生更特化的細(xì)胞類型。
38.權(quán)利要求34的方法，其中所述樣品是取自患者的流體樣品。
39.權(quán)利要求38的方法，其中所述流體樣品是血樣。
40.權(quán)利要求34的方法，其還包括對在(b)中自樣品分離出的靶細(xì)胞進(jìn)行表征。
41.權(quán)利要求40的方法，其中所述表征是所述靶細(xì)胞的計(jì)數(shù)。
42.權(quán)利要求40的方法，其中所述表征是所述靶細(xì)胞的分子表征。
43.權(quán)利要求42的方法，其中所述分子表征是所述靶細(xì)胞的遺傳序列。
44.ー種流體分離裝置，所述裝置包括 (a)至少ー個(gè)樣品入口通道，其被配置成在流體分離裝置中提供樣品流； (b)至少ー個(gè)鞘流入ロ通道，其被配置成在流體分離裝置內(nèi)提供ー個(gè)或多個(gè)流體鞘，并分隔樣品流與裝置表面，從而減少樣品組分與裝置的非特異性結(jié)合； (c)分選站，其與樣品和鞘流入ロ呈流體連接，并沿著樣品流路徑定位；和 (d)磁場梯度發(fā)生器，用干與外磁場相互作用以在分選站中產(chǎn)生磁場梯度變化，從而使磁性粒子從樣品流偏離和/或捕集樣品流中的磁性粒子。
45.權(quán)利要求44的流體分離裝置，其中所述分選站具有大致矩形的內(nèi)部空間，用于束縛流經(jīng)分選站的流體，和 其中內(nèi)部空間具有橫截于樣品流的流動(dòng)方向的第一和第二橫向尺寸，和 其中第二橫向尺寸為第一橫向尺寸的至少約2倍，和 其中對所述至少ー個(gè)鞘流入ロ通道進(jìn)行配置以提供沿第一橫向尺寸被所述樣品流彼此分隔開的兩個(gè)鞘流。
46.權(quán)利要求44的流體分離裝置，其中所述分選站具有大致矩形的內(nèi)部空間，用于束縛流經(jīng)分選站的流體，和 其中所述內(nèi)部空間部分被以不大于約2毫米距離分隔開的兩個(gè)基本平行和基本平坦的表面限定，和 其中對所述至少ー個(gè)鞘流入ロ通道進(jìn)行配置以提供與所述兩個(gè)平行的平坦表面呈接觸流動(dòng)并被所述樣品流彼此分隔開的兩個(gè)鞘流。
47.權(quán)利要求46的流體分離裝置，其中所述兩個(gè)基本平行和基本平坦的表面以不大于約I毫米的距離分隔開。
48.權(quán)利要求46的流體分離裝置，其中所述至少ー個(gè)鞘流入ロ通道包括第一鞘流入ロ通道，其包括位于分選站上游且以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。
49.權(quán)利要求48的流體分離裝置，其還包括第二鞘流入ロ通道，其包括其自身的位于分選站上游且以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。
50.權(quán)利要求49的流體分離裝置，其中所述至少一個(gè)樣品入口通道包括其自身的以基本平行于內(nèi)部空間的兩個(gè)基本平坦表面定向的基本平坦表面。
全文摘要
總的來講，本發(fā)明涉及流體處理，在具體方面，對流體進(jìn)行處理以檢測、選擇、捕集和/或分選微粒部分。所述鞘流裝置可供從流體樣品中分離靶物質(zhì)，同時(shí)避免了不需要的物質(zhì)與分離裝置表面的非特異性結(jié)合。本發(fā)明描述了生物流體處理、細(xì)胞、蛋白質(zhì)和核酸的檢測、分選或選擇。本發(fā)明特別用于診斷情況、分析患者醫(yī)學(xué)病況、監(jiān)測和/或調(diào)整治療方案和產(chǎn)生基于細(xì)胞的產(chǎn)物。
文檔編號G01N33/487GK102713640SQ201080035957
公開日2012年10月3日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者A·德富斯科, H·T·索, K·錢, P·W·登斯皮, P·帕加諾, Y·張 申請人:辛溫尼奧生物系統(tǒng)公司