[發明專利]微流體顆粒操縱

有效

• 申請號: 201680076683.6
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN108432132B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 艾葉;大衛·約翰·科林斯
• 申請（專利權）人: 新加坡科技與設計大學
• 主分類號: H03H9/145
• 分類號: H03H9/145;G01N29/02
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王暉;李丙林

本發明涉及使用聲波來操縱和分選顆粒和細胞。在實施方式中，提供了用于操縱流體懸浮液中的顆粒的微流體裝置，該裝置包括：(a)基底；(b)限定在該基底中的通道，該通道具有用于接收流體懸浮液的入口和用于排出流體懸浮液的出口；以及(c)聲源，該聲源被配置為傳遞橫向于流體懸浮液在通道中的流動的行進的表面聲波，其中該聲源是叉指換能器(IDT)，該IDT包括具有指向通道的錐形端的多個同心圓弧，并且該錐形端具有在4μm和150μm之間的孔徑。在可替代的實施方式中，該裝置包括部署在第一通道與聲源中間的第二通道，其中第一和第二通道通過泵送通道連接。

技術領域

本發明涉及操縱并且更具體地分選顆粒(particle，粒子)。又更具體地說，本發明涉及使用聲波，包括表面聲波，來操縱和分選顆粒。在實施例中，本發明可以用于分選細胞。

背景技術

快速的細胞和顆粒分選是許多研究、工業和臨床醫學應用——包括癌癥研究、^1、2生殖技術、³定向進化、⁴高通量藥物篩選、⁵聲學造影劑生產、⁶水監測⁷以及稀有細胞富集^8、9——中的基本過程。為了在細胞群體之間進行區分，理想地，這些方法利用了不同群體之間不同的物理參數，諸如大小、^10-12磁化率、^13-15聲學造影、^16、17介電常數¹⁸或可變形性¹⁹，使得分選在存在連續施加的力場和/或流動的情況下被動地發生。在細胞的情況下，該方法學可以容易地用于在不同類型的細胞之間進行分選，但是不太擅長在異質(heterogeneous，異相、異形)細胞群體內分選，其中熒光檢測²⁰或阻抗譜^21、22可以基于參數諸如細胞功能或形態來區分。這些方法盡管更通用，但需要單獨和協調的按需致動系統來將選定的細胞物理地平移到單獨的儲存器。流式細胞技術中的熒光激活細胞分選(FACS)是用于細胞分選的黃金標準，其中選定的細胞在電場中被電力地充電、呈霧狀散開并隨后被偏轉。²³雖然FACS用于在高速下分選，但集合系統通常是大型的、昂貴的，并且不適用于便攜式平臺。

人們越來越關注等效的片上分選系統，其中的許多旨在在便宜的集成平臺上復制常規流式細胞技術中的分選效應，但是這必須需要開發微尺度致動系統，其不需要生成與FACS中的情況一樣的含有細胞的氣霧劑。最常見地，由于油相和水相之間大的介電常數差值，介電泳力被局部地施加到含有細胞的珠滴，²⁴其中珠滴是用于局部地容納細胞周圍的體積的有用工具，²⁵盡管在單相中進行分選的情況下通量受到限制。可替代地，Chen等人展示了一種利用脈沖激光誘導的空化(cavitation，空穴作用)以將各個細胞在kHz速率下平移到單獨的出口流的裝置。²⁶然而，考慮到空化已經在其他地方用于細胞溶解，在這種情況下的空化的生物相容性尚未被很好地理解。²⁷

聲場為分選提出了一種有吸引力的生物相容性的替代，其中細胞已經被捕獲，同時在從數分鐘至數小時的暴露時間段內保持細胞活力/形態，^28-33并且其中電驅動電路可以被容易地小型化以用于便攜的和有成本效益的使用。³⁴利用由附連至諧振室的體波模換能器生成的體聲波(BAW)，Jakobsson等人展示了在連續流動中熒光珠的主動分選，其中選定的顆粒被平移到駐波節點位置。³⁵然而，表面聲波(SAW)換能器通常更容易與微流體系統集成，其中通過選擇合適的叉指換能器(IDT)模式和位置而可以容易地限定聲場的形狀，其中IDT限定壓電基底上的SAW路徑。SAW同樣被應用于高通量分選；Nawaz等人和Ren等人使用相對的IDT結構來生成亞-ms的駐SAW脈沖，其中選定的顆粒和細胞在其穿過聲場時被平移，^36、37在概念上類似于Ding等人的工作成果，其中駐波場中的頻移導致節點位置中的移位。³⁸