[發(fā)明專利]電動(dòng)濃縮設(shè)備及其使用方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680009643.6
• 申請(qǐng)日: 2006-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN101506647A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·韓;Y-C·王
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 麻省理工學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N27/06
• 分類號(hào): G01N27/06
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 王 英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供在濃縮(concentration)溶液中感興趣帶電粒種的過(guò)程中的設(shè)備及其使用方法。本發(fā)明提供基于對(duì)感興趣帶電粒種的電動(dòng)截留(electrokinetic?trapping)的濃縮設(shè)備，所述感興趣帶電粒種能夠被進(jìn)一步地析出(isolate)和分析。?

技術(shù)背景

蛋白質(zhì)組學(xué)的主要挑戰(zhàn)之一是諸如血清或細(xì)胞提取物的生物分子樣本過(guò)于復(fù)雜。典型的血液樣本可能含有多于10,000種的不同蛋白質(zhì)種類，其濃度在9個(gè)數(shù)量級(jí)上變化。在蛋白質(zhì)組學(xué)中，蛋白質(zhì)的這種多樣性以及其巨大的濃度范圍，對(duì)于樣本制備提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。?

由于有限的分離峰值容量(可達(dá)～3000)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍(～10⁴)，基于多維分離步驟和質(zhì)譜法(MS)的傳統(tǒng)蛋白質(zhì)分析技術(shù)具有缺陷。微流體生物分子分析系統(tǒng)(所謂的μTAS)允許進(jìn)行自動(dòng)生物分子處理。將各種生物分子的分離和提純步驟以及化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)增小型化到微芯片上，展示了快幾個(gè)數(shù)量級(jí)地進(jìn)行樣本分離和處理。另外，將兩個(gè)不同分離步驟微流體集成到一個(gè)多維分離設(shè)備中已經(jīng)被展示。然而，大多數(shù)的微流體分離和樣本處理設(shè)備都遭受樣本容積不匹配的關(guān)鍵問(wèn)題。微流體設(shè)備在處置和處理1pL～1nL的樣本流體時(shí)非常有效，但是大多數(shù)的生物分子樣本在容積大于1nL的液體中才可得到或者被處置。因此，基于微芯片的分離技術(shù)常常僅僅分析可得到樣本中的一小部分，這大大限制了整體的檢測(cè)靈敏度。在蛋白質(zhì)組學(xué)中，由于信息豐富的信號(hào)分子(如，細(xì)胞因子和生物標(biāo)志物)僅僅存在于痕量濃度(nM～pM范圍內(nèi))中，并且對(duì)于蛋白質(zhì)和肽而言沒(méi)有諸如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)的信號(hào)擴(kuò)增技術(shù)的這一事實(shí)使該問(wèn)題更加嚴(yán)重。?

需要一種有效的樣本濃縮器，其能夠得到典型的微升或以上的典型樣本容積并且將分子濃縮到更小容積中，以便其能夠被更靈敏地分離出和檢測(cè)到。當(dāng)前可用于提供液體中的樣本預(yù)濃縮的幾種策略包括場(chǎng)放大樣本堆積(FAS)、等速電泳(ITP)、電動(dòng)截留、膠束電動(dòng)推掃(micellar?electrokinetic?sweeping)、色譜分析預(yù)濃縮以及膜預(yù)濃縮。這些技術(shù)中的許多最初是為毛細(xì)管電泳而開發(fā)的，并且需要特定的緩沖液布置(buffer?arrangements)和/或反應(yīng)物。色譜分析和基于過(guò)濾的預(yù)濃縮技術(shù)的效率取決于目標(biāo)分子的疏水性和大小。電動(dòng)截留能夠用于任何帶電的生物分子粒種，但是為了操作通常需要納米多孔的電荷選擇性膜。總體上，所展示的用于現(xiàn)有預(yù)濃縮方案的濃縮因子被限制在～1000，并且由于諸如反應(yīng)物和材料需求的各種操作限制，很難將它們應(yīng)用到集成的微系統(tǒng)中。?

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種濃縮設(shè)備，其包括：?

微通道；?

納米通道；?

用于感應(yīng)所述納米通道中電場(chǎng)的單元；?

用于感應(yīng)所述微通道中電動(dòng)或壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的單元；以及?

導(dǎo)管，包含感興趣粒種的液體能夠通過(guò)所述導(dǎo)管；?

其中，將所述微通道連接到所述納米通道，并且將所述導(dǎo)管連接到所述微通道。?

在一個(gè)實(shí)施例中，在所述設(shè)備中導(dǎo)入(introduction)包含感興趣粒種的液體以及獨(dú)立感應(yīng)所述納米通道中的所述電場(chǎng)以及獨(dú)立感應(yīng)所述微通道中的電動(dòng)或壓力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)時(shí)，在所述微通道內(nèi)濃縮所述感興趣粒種。?

在另一個(gè)實(shí)施例中，用于感應(yīng)在所述納米通道、或者所述微通道或者其結(jié)合中的電場(chǎng)的裝置是電壓源。在一個(gè)實(shí)施例中，所施加的電壓在50mV到500V之間。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓源將相等的電壓施加于所述微通道的陽(yáng)極和陰極側(cè)；或者在另一個(gè)實(shí)施例中，電壓源將較大的電壓施加于所述微通道中與陰極側(cè)相對(duì)照的陽(yáng)極側(cè)。?

在一個(gè)實(shí)施例中，微通道的寬度在1-100μm之間，并且在另一個(gè)實(shí)施例中，微通道的深度在0.5-50μm之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，納米通道的寬度在1μm-50μm之間，并且在另一個(gè)實(shí)施例中，所述納米通道的深度在20-100納米之間。?

在一個(gè)實(shí)施例中，將微通道的表面功能化，以降低或增強(qiáng)所述感興趣粒種關(guān)于所述表面的吸附。在另一個(gè)實(shí)施例中，將納米通道和/或微通道的表面功能化，以增強(qiáng)或降低設(shè)備的操作效率。在另一個(gè)實(shí)施例中，將外部的門電勢(shì)施加于所述設(shè)備的襯底，以增強(qiáng)或降低設(shè)備的操作效率。在另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備主要由透明材料組成。在另一個(gè)實(shí)施例中，透明材料為Pyrex、二氧化硅、氮化硅、石英或者SU-8。?