CN109174788A - 微球清洗芯片及包含其的微球清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微球清洗芯片，所述微球清洗芯片包括至少一个清洗腔室，每个所述清洗腔室设置有至少一个微球入口、至少一个微球出口和至少一个设置有微球拦截模块的接口。本发明的微球清洗芯片及包含其的微球清洗装置能够有效地提升以微球为微载体的各类生物化学反应的自动化程度，进一步推动生物、化学、医学、药学等领域相关反应技术的发展。

Description

微球清洗芯片及包含其的微球清洗装置

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及一种微球清洗芯片及包含其的微球清洗装置。

背景技术

在生物化学检测领域，常用到微球作为检测载体，进行蛋白、核酸等生物标志物的检测，对微球表面加以修饰，使得微球可以特异性吸附待检物质，进而完成生物标志物检测。其中对微球表面非特异性吸附的清洗是一个十分重要的环节，直接影响到后续检测结果的准确性。

微球作为检测载体的一项重要的应用是流式荧光微球技术：将每一种捕获性试剂结合至微球，与特异性蛋白反应，通过多次的微球清洗去除表面的非特异性吸附，然后再加入荧光标记的第二抗体，通过检测每种因子的平均荧光强度，从而对每种蛋白进行定性和定量检测。

微球作为检测载体的一项重要的应用是高通量单细胞测序技术，如Drop-seq技术和inDrops技术：在上述两种技术中，来源于每个单细胞的核酸被捕获到带有核酸序列修饰的微球上，通过多次清洗微球才能去除微球表面的非特异性吸附，得到良好的测序结果。

值得注意的是，在上述应用中，均涉及到微球的多次清洗。现有的微球清洗方法为清洗液重悬-充分混合-离心-弃掉上清，每个步骤均需手动操作，且需要使用不同的仪器，在实际操作层面上具有诸多不便。

为了解决上述问题，微流控技术是一种合适的选择。第一，微流控芯片所操作的流体体积与上述应用中反应体系的体积有很好的匹配；第二，微流控技术具有集成化的优点，非常利于流体操作过程的自动化实现。因此，开发一种能用于上述应用的微球清洗芯片是一种迫切的需求，也是生物化学检测自动化技术中的一种必然的趋势。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种微球清洗芯片，所述微球清洗芯片包括至少一个清洗腔室，每个所述清洗腔室设置有至少一个微球入口、至少一个微球出口和至少一个设置有微球拦截模块的接口；所述微球拦截模块阻挡微球通过，但能够通过微球清洗液；在各个口施加不同的压力和/或流量，自动化驱动所述微球和微球清洗液在微球清洗芯片中按既定的方向运动，实现自动化的微球清洗和回收。

在一种实施方式中，所述微球清洗芯片包括一个清洗腔室、一个微球入口、一个微球出口和二个设置有微球拦截模块的接口。

在一种实施方式中，所述微球拦截模块包括至少一个柱状结构，所述柱状结构可以阻挡微球通过，但能够通过微球清洗液。

在一种实施方式中，所述柱状结构的端面为圆形、方形、三角形、梯形、扇形或扇环形中的一种或多种，优选地为具有相同中心的扇环形。

在一种实施方式中，如果所述柱状结构多于一个，则所述柱状结构的排列方式为多边形阵列和/或环形阵列中的一种或多种，优选地为环形阵列，更优选地为中心与所述扇环形端面中心重合的环形阵列。

在一种实施方式中本发明提供一种微球清洗装置，所述装置包括至少二个上述的微球清洗芯片，各个微球清洗芯片的微球入口与盛放有待清洗微球的连排管中的各个管分别连接，各个微球清洗芯片的微球出口与用于回收微球的连排管中的各个管分别连接。

在一种实施方式中本发明提供一种微球清洗装置，所述装置分为上层结构和下层结构，所述下层结构包括至少二个上述的微球清洗芯片，所述上层为连接管道，所述连接管道中设有微球入口、微球出口和接口；下层结构的各个微球清洗芯片的微球入口连接到上层结构的微球入口，下层结构的各个微球清洗芯片的接口连接到上层结构的接口，下层结构的各个微球清洗芯片的微球出口连接到上层结构的微球出口。

本发明公开的一种微球清洗芯片能够在自动化气控装置的驱动下对微球实现全自动的多次清洗，包含其的微球清洗装置能够进一步满足多微球样品和大量微球清洗的需求。所述的微球清洗芯片及包含其的微球清洗装置能够有效地提升以微球为微载体的各类生物化学反应的自动化程度，进一步推动生物、化学、医学、药学等领域相关反应技术的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一种单腔室、四接口微球清洗芯片的结构示意图；

图2是本发明微球清洗芯片拦截模块的结构示意图；

图3是本发明一种单腔室、六接口微球清洗芯片的结构示意图；

图4是本发明一种单腔室、三接口微球清洗芯片的结构示意图；

图5是包括八个腔室的八样品并行微球清洗芯片的微球清洗装置示意图，其中虚线方框内所示为所述微球清洗装置的示意图，虚线方框外所示为微球进样八连排管和微球回收八连排管；和

图6是本发明一种两腔室的大容量微球清洗装置示意图，其中实线部分为所述微球清洗装置的下层结构，虚线部分为所述微球清洗装置的上层结构。

具体实施方式

为了使本领域技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合下面结合实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种单腔室、四接口的微球清洗芯片

图1为一种微球清洗芯片的结构示意图。微球清洗芯片包含一个清洗腔室5，所述的清洗腔室设置有四个接口，分别为一个微球入口1，一个微球出口4，其余的接口2和3设置有微球拦截模块6。

如图2所示，微球拦截模块6是一组柱状阵列结构，其端面为一系列具有相同中心的扇环形，以环形阵列的形式排布，环形阵列的中心与各个扇环形的中心重合，从而使各个柱状结构具有恒定的间距，该间距小于微球的直径，从而可以阻挡微球的通过，但能够通过用于微球清洗的流体。微球拦截模块6设计成多层柱状阵列结构，进一步保证阻挡微球的可靠性。

相应的微球清洗过程包括四个步骤：

步骤一：微球进样，微球通过微球入口1进入清洗腔室5，清洗液通过接口2和微球出口4进入微球清洗腔室5，微球清洗腔室5中的流体通过接口3排出。此过程中，微球会被驱动到接口3的拦截模块6，并被该拦截模块6阻挡。

步骤二：反向清洗，清洗液通过微球入口1、接口3和微球出口4进入清洗腔室5，清洗腔室5中的流体通过接口2排出。此过程中，微球会被驱动到接口2的拦截模块6，并被该拦截模块6阻挡。

步骤三：正向清洗，清洗液通过微球入口1、接口2和微球出口4进入微球清洗腔室5，微球清洗腔室5中的流体通过接口3排出。此过程中，微球会被驱动到接口3的拦截模块6，并被该拦截模块6阻挡。

步骤二和步骤三循环进行五次，实现更彻底的微球清洗。

步骤四：微球回收，微球清洗液通过微球入口1、接口2和3进入清洗腔室5，微球随流体通过微球出口4排出。在此过程中，微球会被驱动到微球出口4，进而从清洗腔室5中回收。

在上述步骤中，只需在各个口施加不同的压力，即可自动化驱动微球及相应的清洗液等流体在微球清洗芯片中按既定的方向运动，实现自动化的微球清洗和回收。

实施例二：一种单腔室、六接口的微球清洗芯片

图3为一种微球清洗芯片的结构示意图。微球清洗芯片包含一个清洗腔室5，所述的清洗腔室设置有六个接口，分别为一个微球入口1，一个微球出口4，其余的四个接口2、3、7和8设置有微球拦截模块6。

相应的微球清洗过程包括八个步骤：

步骤一：微球进样，微球通过微球入口1进入清洗腔室5，清洗液通过接口2、7、8和微球出口4进入微球清洗腔室5，微球清洗腔室5中的流体通过接口3排出，微球被接口3的拦截模块6阻挡。

步骤二：第一站清洗，清洗液通过微球入口1、接口2、3、7和微球出口4进入清洗腔室5，清洗腔室5中的流体通过接口8排出，微球被接口8的拦截模块6阻挡。

步骤三：第二站清洗，清洗液通过微球入口1、接口2、3、8和微球出口4进入清洗腔室5，清洗腔室5中的流体通过接口7排出，微球被接口7的拦截模块6阻挡。

步骤四：第三站清洗，清洗液通过微球入口1、接口3、7、8和微球出口4进入清洗腔室5，清洗腔室5中的流体通过接口2排出，微球被接口2的拦截模块6阻挡。

步骤五：第四站清洗，与步骤三相同；

步骤六：第五站清洗，与步骤二相同；

步骤七：第六站清洗，清洗液通过微球入口1、接口2、7、8和微球出口4进入清洗腔室5，清洗腔室5中的流体通过接口3排出，微球被接口3的拦截模块6阻挡。

步骤二到步骤七循环进行五次，实现更彻底的微球清洗。

步骤八：微球回收，微球清洗液通过微球入口1、接口2、3、7和8进入清洗腔室5，微球随流体通过微球出口4排出。

在上述步骤中，只需在各个口施加不同的压力，即可自动化驱动微球及相应的清洗液等流体在微球清洗芯片中按既定的方向运动，实现自动化的微球清洗和回收。

实施例三：一种单腔室、三接口的微球清洗芯片

图4为一种微球清洗芯片的结构示意图。微球清洗芯片包含一个清洗腔室5，所述的清洗腔室设置有两个接口，分别为一个微球入口1、一个微球出口4，其余的一个接口7设置有微球拦截模块6。

相应的微球清洗过程包括三个步骤：

步骤一：微球进样，微球通过微球入口1进入清洗腔室5，清洗液通过微球出口4进入微球清洗腔室5，微球清洗腔室5中的流体通过接口7排出，微球被接口7的拦截模块6阻挡。

步骤二：微球清洗，清洗液通过微球入口1和微球出口4进入清洗腔室5，清洗腔室5中的流体通过接口7排出，微球被接口7的拦截模块6阻挡。

步骤三：微球回收，微球清洗液通过微球入口1和接口7进入清洗腔室5，微球随流体通过微球出口4排出。

在上述步骤中，只需在各个口施加不同的压力，即可自动化驱动微球及相应的清洗液等流体在微球清洗芯片中按既定的方向运动，实现自动化的微球清洗和回收。

实施例四：一种并行处理多个样品的微球清洗装置

图5虚线方框内的部分为一种微球清洗装置的结构示意图。所述的微球清洗装置具有八个相同的单元，每个单元的结构与实施例一中所述的芯片结构相同。

在本实施例所述的微球清洗装置之前，将第1个单元的微球入口11与盛放有待清洗微球的八连排管中的第1个管101连接，将第1个单元的微球出口14与用于回收微球的八连排管中的第1个管111连接；类似地，将第8个单元的微球入口81与盛放有待清洗微球的八连排管中的第8个管108连接，将第8个单元的微球出口84与用于回收微球的八连排管中的第8个管118连接，以此类推。

在微球的清洗过程中，使用气压将管101内的微球通过第1个单元的微球入口11驱动到清洗腔室15中，将管108内的微球通过第8个单元的微球入口81驱动到清洗腔室85中，以此类推。每个单元内的微球经过实施例一中所述的微球清洗过程后，使用气压将第1个单元内的微球通过微球出口14驱动到回收管111中，使用气压将第8个单元内的微球通过微球出口84驱动到回收管118中，以此类推。

通过本实施例所述的微球清洗装置，可以使用八个微球清洗腔室同时对八个微球样品进行清洗。

实施例五：一种大容量的微球清洗装置

图6为一种微球清洗装置的结构示意图。所述的微球清洗装置的下层结构具有两个相同的单元，每个单元的结构与实施例一中所述的芯片结构相同；所述的微球清洗装置的上层结构为连接管道，分别将下层结构的各个微球入口11和21连接到上层结构的微球入口121，将下层结构的各个接口12和22连接到上层结构的接口122，将下层结构的各个接口13和23连接到上层结构的接口123，下层结构的微球出口14和24连接到上层结构的微球出口124。

在微球的清洗过程中，使用气压将微球通过上层结构的微球入口121驱动到微球清洗芯片的上层结构，在上层结构中，微球被分配到下层结构两个不同单元的微球入口11和21。经过实施例一所述的微球清洗过程后，使用气压将微球通过下层结构的微球出口14和24导出，微球被汇合到上层结构的微球出口124，统一进行回收。

通过本实施例所述的微球清洗芯片，可以将待清洗的微球分配到两个清洗腔室中进行并行清洗，从而提高清洗的容量。

应该理解到披露的本发明不仅仅限于描述的特定的方法、方案和物质，因为这些均可变化。还应理解这里所用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式方案的目的，而不是意欲限制本发明的范围，本发明的范围仅受限于所附的权利要求。

本领域的技术人员还将认识到，或者能够确认使用不超过常规实验，在本文中所述的本发明的具体的实施方案的许多等价物。这些等价物也包含在所附的权利要求中。

Claims (7)

1.一种微球清洗芯片，其特征在于，所述微球清洗芯片包括至少一个清洗腔室，每个所述清洗腔室设置有至少一个微球入口、至少一个微球出口和至少一个设置有微球拦截模块的接口；所述微球拦截模块阻挡微球通过，但能够通过微球清洗液；在各个口施加不同的压力和/或流量，自动化驱动所述微球和微球清洗液在微球清洗芯片中按既定的方向运动，实现自动化的微球清洗和回收。

2.根据权利要求1所述的微球清洗芯片，其特征在于，所述微球清洗芯片包括一个清洗腔室、一个微球入口、一个微球出口和二个设置有微球拦截模块的接口。

3.根据权利要求1所述的微球清洗芯片，其特征在于，所述微球拦截模块包括至少一个柱状结构，所述柱状结构可以阻挡微球通过，但能够通过微球清洗液。

4.根据权利要求3所述的微球清洗芯片，其特征在于，所述柱状结构的端面为圆形、方形、三角形、梯形、扇形或扇环形中的一种或多种，优选地为具有相同中心的扇环形。

5.根据权利要求4所述的微球清洗芯片，其特征在于，如果所述柱状结构多于一个，则所述柱状结构的排列方式为多边形阵列和/或环形阵列中的一种或多种，优选地为环形阵列，更优选地为中心与所述扇环形端面中心重合的环形阵列。

6.一种微球清洗装置，其特征在于，所述装置包括至少二个权利要求1-5任一所述的微球清洗芯片，各个微球清洗芯片的微球入口与盛放有待清洗微球的连排管中的各个管分别连接，各个微球清洗芯片的微球出口与用于回收微球的连排管中的各个管分别连接。

7.一种微球清洗装置，其特征在于，所述装置分为上层结构和下层结构，所述下层结构包括至少二个权利要求1-5任一所述的微球清洗芯片，所述上层为连接管道，所述连接管道中设有微球入口、微球出口和接口；下层结构的各个微球清洗芯片的微球入口连接到上层结构的微球入口，下层结构的各个微球清洗芯片的接口连接到上层结构的接口，下层结构的各个微球清洗芯片的微球出口连接到上层结构的微球出口。