CN101371124B - 处理生物样品和/或化学样品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种处理生物样品和/或化学样品的方法。所述方法包括：提供流体滴，所述流体滴包括内相和外相。所述外相与所述内相不混溶，并且所述外相包围所述内相。所述内相包含所述生物样品和/或化学样品。所述流体滴还包含磁吸性物质。所述方法还包括提供至少一个表面，所述表面对于所述流体滴内相的流体具有使所述流体滴在与其接触时保持完整的质地和浸润性。所述方法还包括将所述流体滴放置到所述至少一个表面上。所述方法还包括对所述流体滴中的生物样品和/或化学样品进行处理。

Description

处理生物样品和/或化学样品的方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理流体滴中的生物样品和/或化学样品的方法。
背景技术
化学、制药学和生物技术领域中的设备小型化导致了微流体设备的发展，所述微流体设备控制液体流动并使许多化学反应和生物反应得以进行。然而，因为缺乏适合的微组件，例如微型分离器或微滤器，所述设备不允许将常规的、多功能的化学实验室缩微到单微芯片上。此外，所述设备确实还常常不能满足综合的需求。因此，开孔设计(通常是多孔板)常常与自动混合及清洗设备组合使用。然而，所述开孔设计对进一步小型化提出越来越多的挑战，其主要问题之一是蒸发问题。
近来，因为有可能将分离和处理体积调低至皮升/飞升范围，流体滴的操控处理受到很大关注(例如参照国际专利申请WO2004/030820)。已经研发了几种芯片实验室(LOC)、微全分析系统(μTAS)和生物微机电系统(BioMEMS)用于液滴在表面上的移动、合并/混合、分裂和加热，例如介质上电润湿(EWOD)[Pollack，M.G.等，Appl.Phys.Lett.(2000)，77，1725～1726]、声表面波(SAW)[Wixforth，A.等，mstnews(2002)，5，42～43]、双向电泳[Cascoyne，P.R.C.等，Lab-on-a-Chip(2004)，4，299～309]及局部不对称环境[Daniel，S.等，Langmuir(2005)，21，4240～4228]。然而，这些方法缺少进行连续生物处理的最重要操作：将原料和/或反应产物从粗的混合物或复杂的混合物中分开/纯化/分离的能力。为了进行所述分离，需要引入固相作为基于液滴的体系的一部分。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于处理化学样品和/或生物样品的方法，所述方法避免了上述这些缺点。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种处理生物样品和/或化学样品的方法。所述方法包括提供流体滴。所述流体滴包括内相和外相。所述外相与内相不混溶。所述外相包围所述内相。所述内相包含生物样品和/或化学样品。所述内相通过所述外相与环境隔离。所述流体滴还包含磁吸性物质。所述方法还包括提供至少一个表面。所述表面对于所述流体滴内相的流体具有使流体滴在与其接触时仍保持完整的质地和浸润性。所述方法还包括将流体滴放置到所述至少一个表面上。所述方法还包括对所述流体滴中的生物样品和/或化学样品进行处理。在有些实施方式中，所述方法还包括通过使磁场或电磁场作用于所述流体滴来控制该流体滴相对于所述至少一个表面的位置。
另一方面，本发明提供流体滴。所述流体滴包括内相和外相，以及至少一个磁吸性粒子。所述流体滴的外相与所述流体滴的内相不混溶。所述流体滴的外相包围所述内相。所述流体滴的内相通过所述外相与环境隔离。所述的至少一个磁吸性粒子包括能结合生物样品和/或化学样品的配体。
又一方面，本发明提供一种形成流体滴的方法。所述流体滴包括内相、外相以及至少一个磁吸性粒子。所述方法包括提供第一流体及提供与所述第一流体不混溶的第二流体。所述方法还包括使所述第一流体与所述第二流体接触，由此形成包括内相和外相的流体滴。所述第一流体形成所述内相，被形成所述外相的第二流体包围。所述方法还包括提供至少一个磁吸性粒子。所述磁吸性粒子包括能结合生物样品和/或化学样品的配体。所述方法还包括将所述至少一个磁吸性粒子放置到所述流体滴内。
附图说明
结合考虑非限制性的实施例及附图，并参照详细的描述，可以更好地理解本发明，其中：
图1是液滴与表面(5)的不同接触角θ的示意图，所述表面为平的(A、B、C)、凸的(D)和凹的(E)。所述液滴包括内相(2)和外相(3)。
图2显示处于表面(5)上的具有较大接触角θ的液滴的侧视图(A)和俯视图(B)。所述液滴包括内相(2)和外相(3)。所述液滴还包括磁吸性粒子(1)。
图3A表示包含功能化磁吸性粒子(8)的、具有内相(2)和外相(3)的液滴的侧视图。用永磁体(20)将表面(5)下面的液滴控制在相对于表面(5)的一个位置。
图3B显示位于表面(5)上的、具有内相(2)、外相(3)和磁吸性粒子(8)的液滴(6)。
图3C显示位于电磁体(7)上的图3A或3B所示的液滴(6)，所述电磁体是分别由上面或下面看到的电磁体阵列中的一个。
图4显示通过第二流体滴(16)对流体滴(6)中的样品进行清洗的过程的俯视图(A)(还可参照图18)，以及侧视图(B)，显示表面(5)下面的磁体(20)。参与清洗过程的第二流体滴可位于不同于表面(5)的表面，包括磁吸性粒子(1)、内相(2)和外相(3)的流体滴位于所述表面(C)。
图5是从样品中分离目标物的示意图。携带表面抗原(11)的白细胞(10)与偶联到磁吸性粒子(1)上的抗体(9)结合。
图6显示使用本发明的方法进行的血液滴样品的遗传分析。白细胞结合到液滴中的功能化的磁吸性粒子(1)上，分离、清洗、使用薄膜传感器(15)控制的薄膜加热器(14)进行细胞热裂解，并进行反转录(RT)处理，然后进行聚合酶链反应(PCR)和焦磷酸测序(PSQ)。箭头示出了样品移动的方向。
图7显示了白血细胞(WBC)的分离，由与抗CD15和CD45功能化的超顺磁粒子(21)浆体混合的0.1μl新鲜的人毛细管全血开始，在室温下培养10分钟。用PBS/1％BSA清洗两次后，准备好WBC进行下游处理。
图8显示清洗后，将DAPI染色的白血细胞(22)固定化到Dynabeads CD15和CD45上。
图9显示从一滴人血(■)和100nl(●)血液分离出来的白细胞的绝对数目(左纵轴)和相对收率(右纵轴)；对于100nl血液，10分钟后所分离出来的白细胞的相对收率是85％。
图10显示通过实时检测液滴中进行的RT-PCR的扩增分析。
图11显示所得到的PCR产物的熔解曲线分析。一个峰(TM＝87.6℃，使用购自MJ Research的Opticon 2热循环仪测得的数值：TM＝84.6℃)表示单一的PCR产物、几乎没有副产物。
图12显示使用毛细管电泳对扩增的cDNA片段(图10)同一性的确认。使用具有约1400个白血细胞(■)的100nl CD45/15或阴性(没有模板)对照(NTC.●，灰色)、1μl PCR混合物和5μl矿物油，由样品得到具有208bp的PCR产物(收率20.5ng/μl)。1：15bp的标记物，2：引物二聚体，3：600bp的标记物。
图13显示通过所述PCR产物(cdsDNA＝20.5ng/μl)液相焦磷酸测序得到的热解谱图分析。
图14显示使用本发明的方法，进行基于液滴的焦磷酸测序得到的前三个碱基位置的热解谱图分析。
图15显示共价偶联到
Figure G2006800527634D00041
-M超顺磁粒子(micromod)上的、表面结合荧光素(FITC)标记的羊抗小鼠IgG(全分子)。
图16显示与涂敷Gt×Ms IgG FITC/Rbt×Gt IgG Fc HRP的超顺磁粒子反应后，含有底物溶液A(3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMB))和B(过氧化氢)的液滴(23)的无色溶液颜色变深(带有蓝色/带有绿色，24)。为了终止反应，从反应混合物中除去超顺磁粒子(25)。
图17显示使用本发明的方法，PCR过程中的温度/时间的轮廓线。因为芯片热质(thermal mass)较低(约0.5g)，可以实现快的加热速率和快的冷却速率(±20～50Ks-1)。
图18进一步显示对流体滴中的生物样品和/或化学样品进行处理的例子，所述处理包括移动流体滴、将该流体滴与另一流体滴合并、使流体滴的内部混合、使用又一流体滴清洗该流体滴以及将该流体滴分裂成子流体滴(参照实施例以了解细节)。
图19显示使用x平台、y平台操控本发明方法中流体滴的示例性仪器。将使用胶带固定的、涂敷特氟龙AF(无定形含氟聚合物)的载玻片相对于固定的永磁体移动(A)，所述永磁体位于x、y、z平台上(详见B)。
图20显示通过初始清洗(A)结合超顺磁粒子的白细胞获得的清洗液的内容物，以及通过随后的进一步清洗(B)结合超顺磁粒子的白细胞而获得的另一清洗液的内容物。所述另一清洗液几乎不含任何红血球。这显示了用单一液滴清洗除去红血球的效率，所述效率大小约为5个数量级。
图21示出焦磷酸测序的机理。
具体实施方式
本发明提供一种处理生物样品和/或化学样品的方法。所述方法适于任何处理，尤其是可以在流体中以小型化规模实施的方法(参照下文)。
样品可以是任何来源。它可以来源于例如人、动物、植物、细菌、病毒、孢子、真菌或原生动物、或来源于合成原料或生物原料的有机或无机材料，但不限于此。因此，所述方法可以处理下列任何样品，所述样品选自土壤样品、空气样品、环境样品、细胞培养物样品、骨髓样品、降雨样品、沉降物样品、污水样品、地下水样品、磨蚀样品(abrasionsample)、考古学样品、食物样品、血液样品、血清样品、血浆样品、尿样品、粪便样品、精液样品、淋巴液样品、脑脊髓液样品、鼻咽清洗样品、痰液样品、口腔抹片样品、咽喉抹片样品、鼻抹片样品、支气管肺泡灌洗样品、支气管分泌物样品、乳样品、羊水样品、活组织检查样品、癌样品、肿瘤样品、组织样品、细胞样品、细胞培养物样品、细胞裂解液样品、病毒培养物样品、指甲样品、毛发样品、皮肤样品、法医样品、感染样品、医院感染样品、产品样品、药物制剂样品、生物分子制备样品、蛋白制剂样品、脂质制剂样品、碳水化合物制剂样品、太空样品、地球外样品或其任意组合，但不限于此。若有需要，可将各样品预处理到任意程度。一个示例是，在用于本发明的设备之前，组织样品可以被消化、匀浆或离心。所述样品还可以制备成流体形式例如溶液。这些例子包括如下物质的溶液或浆液：核苷酸、多聚核苷酸、核酸、肽、多肽、氨基酸、蛋白质、合成聚合物、生化组合物、有机化学组合物、无机化学组合物、金属、脂质、碳水化合物、组合化学产物、候选药物分子、药物分子、药物代谢物或其任意组合，但不限于此。进一步的例子包括金属悬浮液、合金悬浮液及金属离子溶液或其任意组合，以及细胞悬浮液、病毒悬浮液、微生物悬浮液、病原体悬浮液、放射性化合物的悬浮液或其任意组合，但不限于此。可以理解的是，样品还可包括前述例子的任意组合。
通常但非必需，所述样品包括或希望包括目标物或其前体物。将通过多个例子来说明所述实施方式：例如目标物可以是添加或包含在样品中的细胞或分子，并且希望以纯化或富集的形式获得所述目标物。另一个例子是，目标物可以是已知的化合物或是理论上通过化学方法可由前体化合物获得的化合物。在这种情况下，所述样品可包括例如这种前体化合物的溶液。进一步的例子是，可怀疑细胞培养基被污染。在这种情况下，本发明的方法可用于鉴别污染物的类型。
因此，目标物或其前体物可具有任何性质。所述物质的例子包括核苷酸、寡核苷酸、多聚核苷酸、核酸、肽、多肽、氨基酸、蛋白质、合成聚合物、生化组合物、糖蛋白、放射性化合物、聚电解质、聚阳离子、聚阴离子、病原体、有机化学组合物、无机化学组合物、脂质、碳水化合物、组合化学产物、候选药物分子、药物分子、药物代谢物、细胞、病毒、微生物或其任意组合，但不限于此。在目标物例如是蛋白质、多肽、肽、核酸、多聚核苷酸或寡核苷酸的实施方式中，所述目标物可含有亲和标签。亲和标签的例子包括生物素、二硝基酚或毛地黄毒苷，但不限于此。对于目标物是蛋白质、多肽或肽的情况，亲和标签一步的例子包括寡聚组氨酸(例如五聚组氨酸或六聚组氨酸-标签)、多聚组氨酸、结合链霉亲和素的标签(例如在美国专利申请US 2003/0083474、美国专利US 5,506,121或6,103,493中记载的
Figure G2006800527634D00061
)、免疫球蛋白结构域、麦芽糖结合蛋白、谷胱甘肽S转移酶(GST)、钙调蛋白结合肽(CBP)、FLAG-肽(例如，序列Asp-Tyr-Lys-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys-Gly的肽)、T7抗原决定簇(Ala-Ser-Met-Thr-Gly-Gly-Gln-Gln-Met-Gly)、麦芽糖结合蛋白(MBP)、单纯疱疹病毒糖蛋白D的序列Gln-Pro-Glu-Leu-Ala-Pro-Glu-Asp-Pro-Glu-Asp的HSV抗原决定簇、序列Tyr-Thr-Asp-Ile-Glu-Met-Asn-Arg-Leu-Gly-Lys的水疱性口炎病毒糖蛋白(VSV-G)抗原决定簇、序列Tyr-Pro-Tyr-Asp-Val-Pro-Asp-Tyr-Ala的红血球凝集素(HA)抗原决定簇和序列Glu-Gln-Lys-Leu-Ile-Ser-Glu-Glu-Asp-Leu的转录因子c-myc的“myc”抗原决定簇，但不限于此。对于目标物是核酸、多聚核苷酸或寡核苷酸的情况，亲和标签还可以是寡核苷酸标签。所述寡核苷酸标签例如可以用互补序列与固定化的寡核苷酸杂交。各亲和标签可位于目标物内或连接于目标物的任何部位。一个示例是，可操作地将亲和标签融合到前述任意示例性蛋白质的氨基端或羧基端。
本发明的方法中，生物样品和/或化学样品包含在流体滴(例如液滴)中。一个示例是，它可包含在所述流体滴的内相(参照下文)。可通过任何方式将所述样品放置到流体滴中(参照下文)。
本发明的方法包括提供流体滴。另一方面，本发明还涉及本文所述的流体滴。从下文可明显看出，本文所述的流体滴起自组织的虚拟反应室(virtual reaction chamber)的作用。所述流体滴可具有任意所需的体积。例如约1pl～约1ml范围内的体积、约0.1nl～约500μl范围内的体积、或约100nl～约100μl范围内的体积。在某些实施方式中，在空气中处理体积为1ml以上的流体滴需要进一步还需适应流体滴环境。在这一点上，本领域技术人员应该明白当使用较大体积(例如2ml)的流体滴时，各流体滴在接触表面时会分裂成更小流体滴。当实施本发明的方法时不希望发生所述分裂时，通过实验很容易确定所选流体滴的适宜体积。
流体滴包含磁吸性物质。通常流体滴只有一个相(即所述流体滴的外相或内相)含有磁吸性物质。一个示例是，在有些实施方式中，磁流体例如铁磁流体可包含在流体滴中。例如，可从Ferrotec(Nashua，NH，美国)商购得到的铁磁流体，其以亚域磁吸性粒子在液体载体中的胶状悬浮液形式存在。各铁磁流体例如可基于非极性液体并形成流体滴的外相。在这种情况下，所述内相例如可以是水溶液。另一个示例是，富铁细菌可包含在流体滴的相中。许多菌种含有其代谢所需要的铁。大量的菌种包括脑膜炎奈瑟菌和淋病奈瑟菌具有例如铁传递蛋白和/或乳铁传递蛋白的铁吸收系统。只在某些实施方式中，所述细菌才含有本发明方法所用的足量的铁。其它细菌还原或氧化铁，因此含有较高量的铁。铁还原细菌(厌氧性的)的示例是异化金属还原菌(Geobactermetallireducens)。不管是液滴的内相还是外相，该菌通常可包含在水相中。当所选流体滴的外相例如是非极性液体时，该菌通常会包含在各流体滴的内相中(还可参照下文)。各细菌例如可通过重组表达技术含有能吸引目标物的表面蛋白。
再一个示例是，磁吸性粒子可包含在流体滴内。所述粒子能吸引目标物。在有些实施方式中，磁吸性粒子可被功能化为对目标物具有特异亲和力并捕获目标物，因此，所述磁吸性粒子可用作结合手段(见下文)。
出于方便，磁吸性粒子在本文中称为“磁粒”或“磁珠”。磁粒可含有反磁性材料、铁磁性材料、顺磁性材料或超顺磁性材料。超顺磁性材料响应于具有感应磁场的磁场而不发生永久磁化。基于氧化铁的磁粒例如是可商购得到的来自Dynal Biotech的
Figure G2006800527634D00081
来自Miltenyi Biotec的微磁珠、来自CPG Inc.的多孔玻璃磁珠，还有各种其它来源，例如Roche Applied Science、BIOCLON、BioSource InternationalInc.、micromod、AMBION、Merck、Bangs Laboratories、Polysciences或Novagen Inc.，仅举几个为例。基于超顺磁性Co和FeCo的磁性纳米粒，以及铁磁性Co纳米晶已有记载，例如Hütten，A.等对此有记载(J.Biotech.(2004)，112，47～63)。
可将磁珠设计成具有通过化学吸附(例如共价键)或物理吸附(例如静电引力)吸引目标物的功能。在这些实施方式中使用的磁粒可提供对某物质具有亲和力的表面，从而例如可以吸附/解吸蛋白质、肽、核酸和其它化合物。例子包括物理方式(例如π-堆积、偶极-偶极、诱导偶极-偶极、范德华力、相反电荷或氢键)的吸引，例如抗体-抗原的结合吸引，和对目标物有结合活性的配体与目标物之间(例如配体与金属)形成的亲和吸引，但不限于此。另两个示例是，可依赖于物理化学键(例如金与硫醇之间的键)、或几何学方式(例如尺寸排阻方式)。还可对同一磁粒或数个磁粒的不同区域进行设计以吸引或“捕获”目标物。
在有些实施方式中，所述磁粒包含能结合目标物的配体，怀疑所述目标物包含在或已知包含在生物样品和/或化学样品中。在有些实施方式中，所述配体能选择性地结合所述目标物，所述目标物例如离子、聚离子、金属、DNA、RNA、蛋白质(包括其合成类似物)、细菌细胞、孢子、病毒、小分子量有机分子或无机化合物等，但不限于此。各配体可以固定化到至少一个磁吸性粒子的表面。图5是目标物与固定化到磁粒上的配体相结合的例子的示意图。所述目标物为携带细胞表面标记物(例如CD45/15)的白细胞。所述磁粒包括γ-Fe2O3、Fe3O4以及聚甲基丙烯酸甲酯接枝的聚苯乙烯，在磁粒上固定化的是针对细胞表面标记物(例如抗CD45/15)的抗体。图15显示了标记的目标物(荧光抗体)与磁粒的结合。
各配体例如可以是基于烃的(包括聚合体的)配体并且包括含氮基团、含磷基团、含硫基团、含碳基团、含卤素基团或含拟卤素基团。配体可以是醇、有机酸、无机酸、胺、膦、硫醇、二硫化物、烷烃、氨基酸、肽、寡肽、多肽、蛋白质、核酸、脂质、糖、寡糖或多糖。另一例子是，配体还可以是阳离子、阴离子、聚阳离子、聚阴离子、电解质、聚电解质、碳纳米管、碳纳米泡沫、二氧化硅粒子、玻璃粒子或铝硅酸盐(alumosilicate)。通常，所述配体对目标物的亲和力比对其它物质高。各配体的例子包括冠醚、抗体、抗体片段及具有类抗体功能的蛋白结合分子，但不限于此。(重组)抗体片段的例子是Fab片段、Fv片段、单链Fv片段(scFv)、双功能抗体(diabodies)或域抗体(Holt，LJ等，Trends Biotechnol.21(11)，2003，484～490)。具有类抗体功能的蛋白结合分子的例子是基于脂质运载蛋白(lipocallin)家族的多肽的突变蛋白。参见例如Beste等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96，1999，1898～1903和WO 99/16873、WO 00/75308、WO 03/029471、WO 03/029462、WO03/029463、WO 2005/019254、WO 2005/019255或WO 2005/019256。这些文献中记载的脂质运载蛋白例如后胆色素结合蛋白、人中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白、人载脂蛋白D、人泪脂质运载蛋白或免疫抑制性糖蛋白，这些脂质运载蛋白具有可被修饰的天然配体结合位点，使得它们结合到所选的已知为半抗原的小蛋白区域。蛋白结合分子其它不受限制的例子是所谓的能结合多种小分子配体的蛋白质(glubody)(参见WO96/23879)、基于锚蛋白支架(ankyrin scaffold)(Hryniewicz-Jankowska，A等，Folia Histochem.Cytobiol.40，2002，239～249)或晶体蛋白支架(crystalline scaffold)(WO 01/04 144)的蛋白、记载在Skerra，J MoI.Recognit.13，2000，167～187中的蛋白和高亲和性多聚体(avimers)。高亲和性多聚体含有所谓的A结构域，作为数个细胞表面受体中的多个结构域的绳索(strings)出现(Silverman，J，等，(2005)Nature Biotechnology，23，1556～1561)。适宜配体的其它例子包括分子印迹结构、细胞外基质、外源凝集素、蛋白A、蛋白G、金属、金属离子、次氮基三乙酸(NTA)衍生物、RGD基序、右旋糖苷、聚乙烯亚胺(PEI)、聚电解质、氧化还原聚合物、糖蛋白、适配体、酶、染料、链霉亲和素、直链淀粉、麦芽糖、纤维素、甲壳素、谷胱甘肽、钙调蛋白、明胶、多粘菌素、肝素、NAD、NADP、赖氨酸、精氨酸、苄脒、多聚尿嘧啶(poly U)或寡脱氧胸苷(oligo-dT)，但不限于此。已知外源凝集素例如伴刀豆球蛋白A与多糖类和糖基化的蛋白质相结合。染料的示例是三嗪染料，例如特异性结合NADH依赖性酶的活性蓝(Cibacron blueF3G-A，CB)或活性红(Red HE-3B)。染料Green A与CoA蛋白、人血清白蛋白和脱氢酶相结合。染料7-氨基放线菌素D和4′，6-二脒基-2-苯基吲哚与DNA相结合。金属例如Ni、Cd、Zn、Co或Cu的阳离子通常用于结合亲和标签，所述亲和标签例如含有序列的寡聚组氨酸，包括六聚组氨酸或His-Asn-His-Arg-His-Lys-His-Gly-Gly-Gly-Cys标签(MAT标签)、六肽His-Ser-Gln-Lys-Val-Phe(结合镉)和N-甲基丙烯酰基-(L)-半胱氨酸甲酯。此外，可以用修饰剂涂敷磁粒，进一步增大底物对任何或某种形式、种类等的目标物的亲和力。
在有些实施方式中，目标物是怀疑或已知存在于其它(不需要的)物质内、需要从所述物质中提取出来的分子。从有机体、部分有机体或胚胎中提取分子例如可包括使用一种化合物，所述化合物能促进所需分子从有机体或部分有机体向流体内转移。从部分有机体中提取分子的示例是对整合到细胞膜中的蛋白质(全部或部分)进行提取。常常希望将所述蛋白质转移到水溶液中作进一步处理。促进所述蛋白质转移到水溶液中的化合物是洗涤剂。用添加洗涤剂的水溶液接触各细胞膜通常导致膜蛋白的提取。
在使用磁粒时，它们同时可作为目标物的载体，或者，它们本身作为标签或在传感器技术中用作放大器。例子包括巨磁电阻(GMR)[Chiriac，H等，(2005)Journal of Magnetism and Magnetic Materials，293，671～676]、表面增强拉曼光谱(SERS)、增强的表面等离子体共振(eSPR)和二维毛细管电泳，但不限于此。一个示例是，目标物可与固定化在本发明流体滴中的不同磁粒上的配体相结合。通过另外的亲和配体，目标物无论是结合到固定相上、溶液中还是其它物质上，它都可以和与其相结合的磁粒一起被分离出来。当磁粒受磁场作用时，它们形成偶极磁场。这种偶极磁场可用偶极传感器来检测。通过定量测定传感器阻抗的振幅，可确定目标物的量。
所述流体滴还包括内相和外相。所述外相包围所述内相。在有些实施方式中，所述外相是容纳所述内相的体相。在其它实施方式中，所述外相作为膜包围所述内相。所述外相的流体可以是液体或气体。所述内相的流体通常是液体。
在外相为膜的实施方式中，其体积通常处于内相体积的几个数量级以上至几个数量级以下的范围内。内相与外相的体积比可以在例如约1000∶1～约1∶1000的范围内(例如在约10∶1～约1∶10的范围内)选择。一个例子是，在室温下使用一个以上液滴时，希望选择内相与外相的大体积比，例如体积比约为1000∶1。在约100℃的温度范围内使用一个以上液滴时，希望选择内相与外相的小体积比，例如体积比约为1∶1000。在有些实施方式中，各膜厚度还是均一的。在其它实施方式中，膜包括不规则体(例如圆锥体)。例如已知各不规则界面是水与有些离子液体(例如辛基取代的六氟磷酸盐)之间的界面。
所述外相与所述内相不混溶。通常，所述外相的流体与所述内相的流体不混溶。任何流体均可用于各相，只要满足以下条件：(a)流体与其它相不混溶，从而可以形成两个分离的相，并且(b)所述流体不阻止进行所需的处理。两种不混溶气体的示例是氦气和二氧化碳，只要温度低于二元混合物临界温度、压力高于纯的液态二氧化碳蒸汽压力，它们通常在很宽组成范围内都能形成不混溶的两相。通常在内相中进行处理(还可参照下文)。因此，所选流体可具有任何性质。当所选相为液体或气体时，其可以分别是例如极性或非极性的液体或气体，为了表征与其它液体的性质(例如可溶性和混溶性)，常常将液体分为极性液体和非极性液体。极性液体通常含有电子密度不均匀分布的分子。相同的分类也可适用于气体。分子的介电常数或偶极矩反映其极性。极性分子通常还分为质子与非质子分子。因此，在很大程度上含有极性质子分子的流体例如液体，可称为极性质子流体。在很大程度上含有极性非质子分子的流体例如液体，可称为极性非质子流体。当分子溶于例如水或醇中时，质子分子含有氢原子，所述氢原子可为酸性氢。非质子分子不含有这样的氢原子。
非极性液体的例子包括己烷、庚烷、环己烷、苯、甲苯、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、二噁烷、乙醚或二异丙醚，但不限于此。偶极非质子液体的例子是甲基乙基酮、氯仿、四氢呋喃、乙二醇单丁醚、吡啶、甲基异丁基酮、丙酮、环己酮、乙酸乙酯、异丁酸异丁酯、乙二醇二乙酸酯、二甲基甲酰胺、乙腈、N，N-二甲基乙酰胺、硝基甲烷、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、N，N-二异丙基乙胺和二甲亚砜。极性质子液体的例子是水、甲醇、异丙醇、叔丁醇、甲酸、盐酸、硫酸、乙酸、三氟乙酸、二甲基次胂酸[(CH3)2AsO(OH)]、乙腈、苯酚或氯苯酚。离子液体通常具有有机阳离子和阴离子，所述阴离子可以是有机或无机的。据知，离子液体的极性(参照下文例子)主要由相关阴离子决定。例如卤化物、拟卤化物、BF4 -、硫酸二甲酯、NO3 -或ClO4 -是极性液体，而六氟磷酸盐、AsF6 -、双(全氟烷基)-酰亚胺和[C4F6SO3]-是非极性液体。每个相还可含有一种以上的流体。例如，如果一种以上的液体用作内相或外相，则所选的这些液体的混合物仍能形成与液滴其它各相分离的相，并且通常这些液体可以按照所选比例彼此混溶。一个示例是，极性气体氨易溶于极性液体水，使得这两种流体可以包含在一个共同的相中。
两个不混溶的相例如可通过如下方法获得，即选择极性流体(例如亲水性液体(参照下文))为一相，选择非极性流体(例如疏水性液体)为另一相。一个示例是，非极性气体二氧化碳(CO2)不溶于(除痕量外)极性液体水。然而，在某些情况下，例如在加压下，二氧化碳会溶于水(例如参照碳酸饮料)。在有些实施方式中，流体滴的内相流体可以是极性液体，而流体滴的外相流体可以是非极性液体。适宜的极性液体包括水、氧化氘、氧化氚、醇、有机酸(包括其盐)、无机酸(包括其盐)、有机酸酯、无机酸酯、醚、胺(包括其盐)、酰胺、腈、酮、离子洗涤剂、非离子洗涤剂、二氧化碳、二甲基砜、二甲亚砜、硫醇、二硫化物和极性离子液体，但不限于此。适宜的非极性液体包括矿物油、硅氧烷油、天然油、全氟化碳液体、部分卤化(例如氟化)碳液体、烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃、芳族化合物、二硫化碳和非极性离子液体，但不限于此。
一个示例是，所述流体滴的内相流体可以是亲水性液体，而所述流体滴的外相流体可以是疏水性液体。亲水性(“亲水的”)液体，也称为疏脂性(“疏脂的”)液体，含有能与水分子形成偶极-偶极相互作用并由此溶于水分子中的分子。疏水性(“憎水的”)液体，也称为亲脂的液体，趋于从水中分离出来。亲水性液体的例子包括水、丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、四氢呋喃、吡啶、氯仿、乙二醇单丁醚、吡啶、乙酸乙酯、乙腈、二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲酸、甲酰胺以及极性离子液体，但不限于此。极性离子液体的例子包括1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、N-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐、1，3-二烷基咪唑-四氟硼酸盐、1，3-二烷基咪唑-六氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双(五氟乙基)亚膦酸酯、1-丁基-3-甲基咪唑四(3，5-双(三氟甲基苯基)硼酸盐、四丁基铵双(三氟甲基)-酰亚胺、乙基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸酯、1-丁基-3-甲基咪唑甲基硫酸盐、1-正丁基-3-甲基咪唑([bmim])辛基硫酸盐以及1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，但不限于此。非极性液体的例子包括矿物油、己烷、庚烷、环己烷、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、二噁烷、乙醚、二异丙醚、甲基丙基酮、甲基异戊基酮、甲基异丁基酮、环己酮、异丁酸异丁酯、乙二醇二乙酸酯及非极性离子液体，但不限于此。非极性离子液体的例子包括1-乙基-3-甲基咪唑双[(三氟甲基)-磺酰]酰胺双(三氟甲磺酰基)酰胺、1-乙基-3-甲基咪唑双[(三氟甲基)-磺酰]酰胺三氟乙酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑双-(三氟甲基磺酰)酰亚胺、三己基(十四烷基)膦双[草酸(2-)]硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑三(五氟乙基)三氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、三(五氟乙基)三氟磷酸盐、三己基-(十四烷基)膦、N″-乙基-N，N，N′，N′-四甲基胍盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷三(五氟乙基)三氟磷酸盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺及1-正丁基-3-甲基-咪唑鎓盐，但不限于此。
流体滴的相可包括例如溶解、乳化或悬浮于流体滴中的其它物质。一个示例是，在使用水相时，它可包括一种或多种缓冲化合物。本领域使用了很多缓冲化合物，也可以用它们进行本文所述的各种处理。缓冲剂的例子包括下列盐溶液，即磷酸盐、碳酸盐、琥珀酸盐、柠檬酸盐、乙酸盐、甲酸盐、巴比妥酸盐、草酸盐、乳酸盐、邻苯二甲酸盐、马来酸盐、卡可酸盐、硼酸盐、N-(2-乙酰氨基)-2-氨基-乙烷磺酸酯(也称为ACES)、N-(2-羟乙基)-吡嗪-N′-2-乙烷磺酸(也称为HEPES)、4-(2-羟乙基)-1-吡嗪-丙烷磺酸(也称为HEPPS)、吡嗪-1，4-双(2-乙烷磺酸)(也称为PIPES)、2-[三(羟甲基)-甲基氨基]-1-乙烷磺酸(也称为TES)、2-环己基氨基-乙烷磺酸(也称为CHES)及N-(2-乙酰氨基)-亚氨基二乙酸盐(也称为ADA)，但不限于此。任何反离子均可以用于这些盐；示例可以是铵、钠及钾。缓冲剂的其它例子包括三乙醇胺、二乙醇胺、乙基胺、三乙基胺、氨基乙酸、甘氨酰甘氨酸、组氨酸、三(羟甲基)氨基甲烷(也称为TRIS)、双(2-羟乙基)-亚氨基-三(羟甲基)甲烷(也称为双TRIS)及N-[三(羟甲基)-甲基]-氨基乙酸(也称为TRICINE)，仅举几个为例，并不限于此。缓冲剂可以是这些缓冲化合物的水溶液或适宜的极性有机溶剂的溶液。一个示例是，缓冲剂可以固体形式(例如冻干形式)保存。在这种情况下，固态缓冲剂(例如粉末)可以通过合并和/或混合，例如通过超声波技术辅助或使用超声波技术而溶解于水相。在这种情况下，各水相的使用体积例如可用于获得所需的最终缓冲剂浓度。
流体滴的相中所包含物质的其它例子包括进行化学或生物处理所用的试剂、催化剂和反应物，但不限于此。一个示例是，为保持细胞或蛋白质处于完整状态，可以加入盐、底物或洗涤剂。另一个示例是，可需要螯合化合物例如来防止有机体接触痕量的其它有毒盐或提高化学反应收率。其它示例是，为保持蛋白质、RNA或DNA处于完整状态，可加入蛋白酶抑制剂、核糖核酸酶抑制剂或脱氧核糖核酸酶抑制剂。可作为流体滴的相的添加剂的另一个例子包括磁吸性粒子(如上所述)。
所述流体滴的内相通过所述外相与环境隔离。因此所述外相例如可用作屏障或密封层。术语“环境”指的是任何流体或固体物质，例如气体(具有任意所需的密度或压力)或液体，它不是内相、外相或表面(流体滴放置于该表面上)的一部分。一个示例是，所述外相可以防止或减少所述内相向周围大气蒸发。另一个例子，所述外相可以为接触或扩散等提供屏障。所述外相例如可以防止接触固体物质(例如沙或尘粒)或防止与所述流体滴内相可混溶的流体相接触。流体滴的外相还可以提供获得能量的方式，例如向内相提供一定波长的电磁辐射。所述外相还可以用于防止流体滴所处的表面受到所述流体滴内相组分的污染。此外，所述外相可以使样品例如体液(例如血液、痰液等)在非极性表面(例如PTFE)移动。在有些实施方式中，甚至当流体滴作为整体在非灭菌条件下或处于非灭菌条件下进行处理时，所述外相还可以保持内相的无菌性。所述外相还可以使得与另一包括具有相似极性(例如相似疏水性)的两相的流体滴相接触和融合。这种情况的例子是，当外相是疏水性液体而内相是亲水性液体时，所述外相可以与其它流体滴的外相合并，所述其它流体滴的外相是疏水性的并包围亲水性内相。在这种情况下，这两个示例性的液滴可发生自发融合。
可以各种方式提供流体滴。流体滴的形成包括提供内相流体、提供外相流体以及提供样品。本发明所用的包括两相的流体滴是自组织系统，由表面能来驱使其形成。因此，可以在第一步、第二步或最后一步提供内相或外相、或样品。或者，可以同时提供内相、外相或样品三者中的任意一个或多个(或部分)。一个示例是，流体滴的形成可包括提供第一流体和提供与该第一流体不混溶的第二流体。流体滴的形成还可包括将第一流体的一部分(例如一滴)分配给第二流体，由此形成被第二流体包围的第一流体的一个或多个流体滴，由此形成包括内相和外相的一个或多个流体滴。在有些实施方式中，流体滴的形成还可包括从形成外相的所述第二流体中收集出所述第一流体的流体滴或其一部分。在这种情况下，可以形成包括作为膜包围内相的外相的流体滴。在有些实施方式中，可通过在第二流体中形成第一流体的流体滴来形成初始的较大的滴。在这些实施方式中，可从此初始的较大的滴收集数个较小的滴。因为流体滴是自组织系统，通常不需要其它方式去获得具有初始体积的各个等份。
在这方面，本发明还涉及一种如上所述形成流体滴的方法。所述方法包括刚刚所述的形成流体滴，即通过提供彼此不混溶的两种流体，使第一流体与第二流体接触，由此形成被第二流体包围的第一流体的流体滴(如前所述)。在所述方法的一个实施方式中，使第一流体与第二流体接触包括将第一流体的滴分配到第二流体中。在有些实施方式中，所述方法还可包括从第二流体中收集出第一流体的滴，由此形成包括内相和外相且外相作为膜包围内相的流体滴。第一流体形成内相，第二流体形成外相。所述方法还包括提供至少一个磁吸性粒子，所述磁吸性粒子包括能结合目标物的配体(如前所述)。所述方法还包括将所述的至少一个磁吸性粒子放置到形成所述流体滴内相的第一流体中。如上所示，因为流体滴是自组织系统，在此方法进行过程中，可以在任何时候将所述的至少一个磁吸性粒子放置到第一流体或第二流体中。例如在将第一流体滴分配给第二流体中之前，可以将磁粒处理到滴中，例如第一流体的滴中。
如上所述，流体滴的内相可与流体滴所处的或将要放置到的至少一个表面中包含的物质直接接触。两个示例是固体表面或流体表面。只要所述至少一个表面具有使与其接触的流体滴保持完整的质地(例如粗糙度和波纹)，则其可以具有任何形状和几何结构。一个示例是，通常需要提供一种具有粗糙度的表面，所述粗糙度对流体滴内相的流体小到足以使与其接触的流体滴保持完整。术语“完整的”是指存在所定义的包括两相的流体滴。因此，当所述流体滴例如铺展到所需程度或与另一流体滴合并时，可理解为它是保持完整的。所述至少一个表面例如可以是凹圆形或凸圆形(参照图1D和1E)或其组合(图4C)。在一个实施方式中，所述至少一个表面基本上是平的(例如参照图1A～1C)。在另一实施方式中，所述至少一个表面是圆柱形的，流体滴可以沿所述圆柱形的表面旋转。
本发明的方法包括提供至少一个表面，例如，如上所述的表面。在有些实施方式中，提供一个以上的表面，例如两个表面、三个表面、四个表面等。在一个实施方式中，至少两个表面彼此相对。只要表面对所述流体滴内相的流体的浸润性能使与其接触的流体滴保持完整，则所述表面可以是任何材料制成的。在提供一个以上表面(例如两个彼此相对的表面)的一个实施方式中，各表面对所述内相流体具有能使与其接触的流体滴保持完整的质地和浸润性。
当例如所述流体滴的内相是极性液体(例如含水流体)时，所述至少一个表面可以是非极性的。在一个实施方式中，所述流体滴的内相是含水流体(例如水)，所述至少一个表面是非极性的。在有些实施方式中，各非极性表面可以选自聚硅氧烷(silicone)(包括表面修饰的聚硅氧烷)、聚合物例如塑料(无论生物聚合物还是合成聚合物，包括部分氟化聚合物、全氟化聚合物及表面修饰聚合物等)、表面修饰的氧化硅、表面修饰的氢化硅、表面修饰的纸、表面修饰的玻璃(例如表面修饰的耐热玻璃)、表面修饰的石英、表面修饰的云母、表面修饰的金属、表面修饰的合金、表面修饰的金属氧化物、表面修饰的陶瓷及其任意的复合材料。另一个示例是，所述流体滴的内相可以是亲水性而所述至少一个表面可以是疏水性或疏油性的。另一个示例是，所述流体滴的内相可以是非极性的，而所述至少一个表面可以是极性的。
通常通过处理来改变固体表面性能从而获得表面修饰。所述处理可包括各种方式，例如物理方式(例如机械方式、热方式或电学方式)、化学方式或电化学方式等。一个例子是，塑料材料表面通过用稀硫酸、铬酸、高锰酸钾溶液或稀硝酸处理可变成亲水性的。另一个例子是，通过氧或空气等离子体的氧化可使聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面变成亲水性的。如Kim等(2003 ECI Conference on Heat Exchanger Fouling andCleaning：Fundamentals and Applications[2003]，Vol.RPl，107～114)所记载，在反应气体存在下，通过离子辐射可使疏水性聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯)的表面变成亲水性的。通过将硅浸入H2O/H2O2/NH4OH中，可使其变成亲水性的。此外，通过涂敷亲水性自组装单层膜、亲水性聚合物或通过使用表面活性剂处理或使用聚合体前体物进行等离子处理，任何疏水性表面的表面性质均可变得更为亲水。
当本发明的方法与其它方法(例如分析方法或制备方法)组合使用时(还可参见下文)，优选提供允许或利于实施所述其它方法和本发明方法的表面。在实施所述其它方法期间或之前，流体滴两相的完整性可能受到影响或破坏。结果是，存在于所述流体滴内相的物质可能暴露于其它流体相并且与所述表面接触。本发明所用的流体滴可以使用各种适宜的内相和外相，这通常允许灵活选择化学表面处理的方式，包括涂敷。因此，经常可在本发明的方法和后续的方法中使用同一表面。
一个示例是，例如可优选例如通过对磁粒进行电泳分离或等电聚焦操作，无论磁粒是否包含在本发明所用的流体滴中。例如可优选提供一种与所存在的任何物质发生最小相互作用的表面，通过所选方法能检测到所述物质。例如当需要使用电磁场(例如电泳方法)来分析所分离的蛋白纯度时，与蛋白相互作用显著的表面会使分析结果发生错误。用相互作用最小的蛋白涂敷的适宜表面的两个示例是极性聚合物聚N-羟乙基丙烯酰胺以及聚乙二醇封端的烷基三氯硅烷。同样可知，等电聚焦所用设备的表面性质影响聚焦和迁移过程中获得窄的分离区的效率。为获得高分离度，在等电聚焦中使用pH梯度的表面处理的例子包括涂敷例如聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯基醇等高极性聚合物或涂敷碳氟化合物，但不限于此。
化学表面处理的例子包括与下列物质接触或与下列物质反应，这些物质包括六甲基二硅氮烷、2-羟基-4-(3-三乙氧基-甲硅烷基丙氧基)二苯基酮、(3-三乙氧基甲硅烷基)丙基琥珀酸酐、2-[甲氧基(聚氧乙烯)丙基]三甲氧基硅烷、(十七氟代-1，1，2，2-四氢癸基)三乙氧基硅烷、(十三氟代-1，1，2，2-四氢辛基)三乙氧基硅烷、(十七氟代-1，1，2，2-四氢癸基)三氯硅烷、(十三氟代-1，1，2，2-四氢辛基)三氯硅烷、甲基丙烯酰氧基甲基三(三甲基硅氧基)硅烷、PlusOneTMRepel-Silane ES(溶解于八甲基环八硅烷中的2％的二甲基二氯硅烷溶液，GE Healthcare)、
Figure G2006800527634D00191
(在庚烷中的氯化有机聚硅氧烷)、3-巯基-丙基三甲氧基硅烷、十八烷基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、环氧基丙氧基丙基-三甲氧基硅烷、2-(二苯基膦基)乙基三乙氧基硅烷、双(2-羟乙基)-3-氨基丙基-三乙氧基硅烷、氨基丁基三乙氧基硅烷、(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、丙基三氯硅烷、四乙氧基硅烷、环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-(2，3-环氧基丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、γ-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、聚(甲基丙烯酸甲酯)或聚甲基丙烯酸酯共聚物、氨基甲酸乙酯、聚氨基甲酸乙酯、氟代聚丙烯酸酯、特氟龙AF1600、2400及2200、聚(丙烯酸)(PAA)、聚(甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、聚(二甲基丙烯酰胺)、聚N-丙烯酰基-氨基乙氧基乙醇(AAEE)、二苯甲酮和Pluronic-F-68接枝的聚丙烯酰胺(Li等，Electrophoresis 2005，26，1800-1806)、聚[N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺](PHPMA)、α-磷酸胆碱-邻-(N，N-二乙基二硫代氨基甲酰基)十一烷基寡(N，N-二甲基丙烯酰胺)-寡-ST嵌段共寡聚物(oligoDMAAm-oligo-STblockco-oligomer)(参照例如Matsuda，T等，Biomaterials，(2003)，24，4517-4527)、聚(3，4-环氧基-1-丁烯)、3，4-环氧基-环己基甲基丙烯酸甲酯、2，2-双[4-(2，3-环氧基丙氧基)苯基]丙烷、3，4-环氧基-甲基丙烯酸环己酯、(3′，4′-环氧基环己基甲基)-3，4-环氧基环己基甲酸酯、己二酸二-(3，4-环氧基环己基甲基)酯、聚乙二醇与聚丙二醇的共聚物例如UCON(Analabs，Norwalk，CT，美国)、双酚A(2，2-双-(对-(2，3-环氧基丙氧基)苯基)丙烷)、2，3-环氧基-1-丙醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、右旋糖苷、表面活性剂例如十二烷基二甲基(3-磺基丙基)氢氧化铵(C12N3SO3)、十六烷基二甲基(3-磺基丙基)氢氧化铵(C16N3SO3)及椰油(酰胺丙基)羟基二甲基磺基甜菜碱(RCONH(CH2)3N+(CH3)2 CH2CH(OH)CH2SO3 -，其中R＝C8-C18)等，包括例如Supelcoat PS2(Supelco，Bellefonte，PA，美国)、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素等聚合物表面活性剂，但不限于这些物质。如美国专利申请2005/0249882所公开的，例如可通过化学气相沉积或通过表面聚合，然后使表面接触双功能试剂来使用聚合物进行涂敷。在后一种情况下，表面与涂敷聚合物之间形成了稳定的共价键。在表面粗糙或表面含微孔或纳米孔的实施方式中，例如可优选选择这种技术。
此外，所述至少一个表面可以提供具有不同表面性能的区域。在流体滴的内相是极性(例如亲水性)液体的上述示例中，例如表面有些区域的非极性(例如疏水性)可以比其它区域更大，或有些区域可以是极性(例如亲水性)的。一个示例是，为了实现流体滴在用于杂交的DNA阵列上得到铺展，优选极性增大的表面区域。还可以按照分别提供极性或非极性表面性能的方式处理所述至少一个表面的任何部位。例如可以分别处理固体表面。
定义流体(例如液体)表面浸润性的一般方式是处于热力学平衡状态的流体滴与水平表面之间的接触角(也称为润湿角)，所述水平表面通常是光滑和均匀的，通常被例如空气等气体包围。在这一点上，本领域技术人员应该知道的事实是：表面粗糙度增加，则接触角通常增大。
根据表面和流体的类型不同，流体滴可以有各种形状(例如图1所示)。另外，图1还显示了所示的流体滴的内相的各接触角θ。通常单独测量所关注的各个相，例如本发明所用流体滴的内相和外相的接触角(参照下文)。在有些实施方式中，可以以相同方式来测定包括内相和外相的流体滴的表面浸润性，尤其对于外相是体相的情况。然而，更为方便的是分别测量每个相的接触角。接触角θ是流体滴界面与水平表面之间的角。所述接触角θ是与所涉及表面的界面张力相关的热力学可变的角。它反映了流体滴内部分子之间的相互引力与流体滴分子朝向表面分子所受到的引力或斥力的受力平衡。
测量接触角最常用的技术是单相结构中的所谓静态法或座滴法(sessile drop method)，所述单相类似于图1所示的内相。测量通常包括连续滴加流体滴，直至接触角达到稳定状态。各稳定状态的值称为前进接触角。在这一点上，被认为意义较小的其它值就是所谓的后退接触角。所述后退接触角通过继续进行前进接触角的实验，即通过随后立即监测当等体积流体滴从所述流体滴不断缩回时的接触角而得到。测量接触角的其它方式包括Wilhemly平板法(Wilhemly Plate)法、捕泡法、毛细管上升法及倾斜滴测量法。
接触角θ为0度时形成浸润，而接触角θ在约0～约90度之间时，尤其是对于在约45度以下范围内的数值，流体滴通常形成铺展。接触角θ大于约90度时，则显示流体趋于成珠或从固体表面收缩(参照图1C的示例)。如上所示，通常测量流体单相的接触角。因此，通常单独测量所述流体滴的内相和外相的接触角。在有些实施方式中，本发明所用的至少一个表面对流体滴内相的流体具有这样的浸润性，将由各流体组成的单相流体滴被放置到所述表面上时，其特征是前进接触角θ为约50度以上。因此，所述表面的浸润性具有如下特点：由上述定义的流体滴内相的流体组成的流体滴与所述至少一个表面的界面处的前进接触角为约50度以上。在有些实施方式中，本发明所用的至少一个表面对流体滴外相的流体具有这样的浸润性，由外相流体组成的流体滴具有如下特点：各流体滴与所述至少一个表面在界面处的前进接触角θ为约50度以上。在有些实施方式中，本发明所用的至少一个表面对流体滴整体具有浸润性，所述浸润性很低使得其特征为：所述流体滴与所述至少一个表面在界面处的前进接触角θ为约50度以上。
在有些实施方式中，表面(例如固体表面)还对流体滴的内相或外相的流体呈惰性。这些实施方式使得可以多次重复使用设备。对腐蚀性最强的介质呈惰性的材料的示例是氟聚合物，例如氟化乙丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PFTE，特氟龙)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、四氟乙烯-全氟代-甲基乙烯基醚(MFA)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、全氟烷氧基共聚物(PFA)、聚氟乙烯、聚氯三氟乙烯、氟硅氧烷类或氟代膦嗪类(fluorophosphazenes)。
此外，尤其当各相是液相时，所述流体滴的内相或外相可包括离子表面活性剂或非离子表面活性剂，例如全氟碳表面活性剂。在适用情况下，表面活性剂通常主要吸附在接触线区域附近的固-液、液-液和液-气界面。一个示例是，可优选使用表面活性剂来减少所述流体滴内相所包含的样品与表面之间的非特异性相互作用。很多部分亲水且部分亲脂的表面活性剂用于本领域中，例如烷基苯磺酸盐类、烷基苯氧基聚乙氧基乙醇类、烷基葡糖苷类、仲胺和叔胺(例如二乙醇胺)、吐温、Triton100及三乙醇胺，或例如氟表面活性剂(例如
Figure G2006800527634D00221
FSO-100(DuPont))。
本发明方法还包括将流体滴放置到所述至少一个表面上。可以任何方式放置所述流体滴。一个例子是，可以提供分配器来处理。为了提供和分配所需尺寸的流体滴，所述分配器可以采用任何适宜的设备或机械装置。所述分配器的例子包括压电吸移器、基于注射泵的吸移器、蠕动泵、触压式分配器、调压式分配器、喷墨式(inkjet)分配器(包括注射器螺线管分配器)、针转移式分配器(参照Rose，D，Drug DiscoveryToday(1999)，4，411-419的评论)，但不限于此。流体滴的放置还可以依赖于或借助于它所包括的磁吸性物质的性质。因此，可以使用磁场、电磁场、电场或静电场。一个示例是，在磁场、电磁场或电场作用下，例如可以使用双向电泳从毛细管注射磁塞。在一个实施方式中，通过分配器可以将流体滴放置到表面上而不接触分配器。在另一实施方式中，通过接触分配，可以将流体滴直接分配到表面上。如需要，例如美国专利申请2003/0209560所公开的那样，可以使用照相机测量分配量。
图7、16和18显示了本发明所用流体滴在表面上的示例。在表面上分配流体滴之前、期间或之后，所述表面相对于地面可以具有任何取向。在表面基本上是平面以及流体滴是在气体例如空气中处理的实施方式中，出于方便，可优选将流体滴放置到各个表面上。同样，在这种情况下，为了帮助控制流体滴的位置，特别是当需要通过磁场方式将流体滴进行定位并在此之后终止磁场时，可优选保持各表面处于基本水平的位置。在这种情况下，如图3A和图3B所示，通常将所述流体滴处理到各表面之下或之上。在所提供的表面是凹面或凸面并且流体滴是在气体例如空气中处理的实施方式中，出于方便，例如相对于重力作用方向，可优选将流体滴处理到凹部的顶部或底部的位置。
本发明的方法通常不需要任何机械部件，所以它依赖于灵活的强有力的微流体系统。本发明的方法通常也不需要阀，因而不产生死体积。因此，本发明的方法很适合处理纳升级以及小于纳升级体积的样品(如前所述)而没有任何材料损耗。
通常本发明的方法包括控制流体滴的位置，尤其是相对于所述的至少一个表面的位置。例如，可以通过几何学方式(例如凹的表面)来控制所述位置(参照图1E)。控制流体滴位置的另一方式包括机械力。例如可以用其它表面(例如移液管尖的表面)接触流体滴施加这种机械力。控制流体滴位置的其它方式包括Guttenberg，Z.等，Lab on a Chip(2005)5，308～317所公开的声波的应用。控制流体滴位置的另一方式包括热梯度，例如所述的至少一个表面的热梯度的应用。例如可以通过红外激光器获得各热梯度。
在有些实施方式中，本发明的控制所述流体滴相对于所述至少一个表面的位置的方法还包括使磁场或电磁场作用于该流体滴。由此产生作用于磁粒上的力，迫使所述流体滴作为整体跟随磁粒的任何运动。由此可以控制流体滴的位置。在实施本发明方法的过程中，有些实施方式施加的磁场或电磁场是恒定的，而其它实施方式中施加的磁场或电磁场是变化的。在有些实施方式中，控制流体滴的位置包括例如在恒定的磁场或电磁场作用下移动表面。结果可以改变流体滴相对于表面的位置。在有些实施方式中，可以组合使用控制流体滴位置的几种方式(还可参照下文进一步的实施例)。在有些实施方式中，只有当流体滴已经通过磁场或电磁场得到定位时，才进行处理。在这些实施方式的一个方案中，当将流体滴置于所需位置之后，终止磁场或电磁场。一个示例是，可以将所述至少一个表面的区域处于下列条件下，例如改变的温度、(改变的)磁场、(改变的)电场(包括静电场)、(改变的)电磁场、改变的压力、(改变的)波长、(改变的)频率、(改变的)振幅、(改变的)化学浓度、(改变的)化学组成(例如气流)等。在这种情况下，控制流体滴的位置可包括将流体滴移动到处于该条件下的至少一个表面的所述区域。
在本发明方法的有些实施方式中，电场/磁场对流体滴的作用包括排斥该流体滴。在这些方式的某些方案中以及在其它实施方式中，电场/磁场对流体滴的作用包括吸引该流体滴。例如可以通过磁棒、电磁体、磁棒或电磁体阵列或其任意组合实现磁场或电场对流体滴的吸引或排斥。为了移动一个或多个流体滴，可以移动各磁体。为了控制流体滴的位置，还可以改变磁体阵列中一个或多个磁体的引力或斥力。
在提供上述所定义的至少两个表面的某些实施方式中，流体滴可以从一个表面转移到另一个表面并且可在这两个表面之间移动。在这些实施方式中，控制流体滴的位置可包括通过磁场或电磁场，在两个表面之间移动流体滴。
本发明的方法还包括处理流体滴中的生物样品和/或化学样品。可以进行能够在流体滴中进行的任何处理。可以进行处理的例子包括下列处理，物理检测怀疑包含在或已知包含在样品中的目标物、化学反应、细胞裂解、从有机体或部分有机体中提取分子、从有机体中释放分子及其任意组合，但不限于此。物理检测的例子包括光谱检测、光化学检测、光度法检测、荧光法检测、放射线学检测、声学检测、电化学检测、比色法检测、衍射法检测、干涉测量法检测、椭圆偏光测量法检测和热力学检测，并包括使用例如光活性标记、荧光标记、放射性标记或酶标记等。光谱法的两个示例是显微拉曼光谱法和相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微术。例如，后一技术适合于所关注的特定分子的选择性成像。化学反应的例子包括化学合成、化学降解、酶催化合成、酶催化降解、化学修饰、酶催化修饰、与结合分子的相互作用及其任意组合，但不限于此。酶催化合成的例子包括蛋白合成、核酸合成、肽合成、药物化合物合成及其任意组合，但不限于此。本发明的方法与例如任何生化转化或检测形式，例如酵母双杂交系统、小干涉RNA(siRNA)、转染、连接等相容。
例如对于被引发或催化的处理，进行处理可包括处于能量的作用之下。施加的能量的例子可包括红外辐射、微波辐射或光解能量，但不限于此。一个示例是，可将表面和流体滴一起放置于生物芯片上，所述生物芯片位于薄膜冷却器/加热器上。因此，例如可通过调节流体滴的环境温度来分别进行由升高温度或需要降低温度来驱动的化学合成。另一个例子是，可进行4～100℃之间控制温度的生物化学反应。因此，例如可以保存温度敏感型的生物样品。其它例子包括细胞分离(参照图9)、细胞培养、细胞裂解(图6)、反转录、聚合酶链反应(图10、图12)以及焦磷酸测序(图13)，但不限于此。焦磷酸测序是一种实时的核酸测序技术，它基于核酸聚合反应期间所释放的焦磷酸盐的测定(例如可参照Ronaghi，M，Genome Research(2001)，11，3～11的综述)。此外，各种光学检测系统的使用，例如光电二极管(PD)、光电倍增器(PMT)、光子计数探测器(PCM)、分光光度计以及电荷耦合器件(CCD)，使得并行、实时监测这些生物化学反应得以进行。
一个示例是，使用本发明可检测病原体、细菌、病毒或DNA序列从而鉴定疾病状态。可测定的疾病包括传染性疾病例如严重急性呼吸道综合征(SARS)、肝炎A、B和C、艾滋病(HIV/AIDS)、登革热、猪瘟、口蹄疫、禽流感、炭疽病、沙门氏菌病、疟疾、脊髓灰质炎、肺结核以及流感，但不限于此；可以在出生前检测(例如通过染色体异常检测)先天性病症例如镰刀型细胞贫血病、心脏畸形症(例如房间隔缺损、主动脉瓣上狭窄、心肌症)、唐氏(Down)综合症、畸足症、多指趾畸形症、并指趾症、萎缩性指症、螯状爪形手足等。本方法还适于测定和筛查癌症、例如通过DNA标记鉴定动物血缘、或测定和分析血液中的物质例如兴奋剂(doping)。
在其它实施方式中，本发明方法可用于一种或多种药学化合物(例如药物)的检测、反应(包括与生物细胞或部分生物细胞的结合反应)、合成或其任意组合。化合物(例如药学化合物)的合成例如可在衍生珠上以固相反应的形式进行。例如药物化合物可以按照文库的形式使用。所述文库的例子是化学合成的作为模型化合物的各种有机小分子的集合，或者是含有大量序列突变的核酸分子的集合。一个例子是，所述文库的每种化合物都可以放置成一个流体滴。可通过商购设备自动获得所述流体滴，这是本领域技术人员所熟知的。本发明的方法可用于例如药物筛选或用于检测尿样或血样中药物的存在。
另一个例子是，怀疑细胞培养基被污染(如前所述)。在这种情况下，可优选鉴别污染物的类型，并为此目的而使用本发明设备。在这些实施方式中，例如磁吸性物质可以是携带配体的磁吸性粒子，所述配体对污染物具有亲和性或与对污染物具有亲和性的其它物质具有亲和性。
在需要除去物质(例如样品副产物或样品的不需要的物质)的实施方式中，所述处理可以是清洗处理或包括清洗步骤的处理。所述处理还可包括将流体滴分裂成至少两个子流体滴。一个示例是，可以从细胞中提取核酸并与连接于磁粒的配体结合，同时弃去细胞碎片和试剂。图4A示出了使用了其它另外的流体滴对流体滴进行清洗的步骤的实施例。所述其它的流体滴还可包括两个或更多流体相。所述其它的流体滴可以按照包括两相、磁性物质和样品的流体滴的形式提供在同一表面上，或者所述其它的流体滴可以提供在另一表面上(图4B)。所述其它的流体滴向包括两相、磁性物质和样品的流体滴移动(图4A(1))。图4A中的箭头显示了永磁体当时的位置。两个流体滴合并(图4A(2))并形成了一个较大的流体滴(图4A(3))。为确保完全混合和清洗，例如可以施加足以抬起流体滴内的磁粒而不抬起整个流体滴的弱磁力。通过使磁粒进一步移向一边(图4A(4))而引发流体滴分裂(图4A(5))。磁粒/外相之比、相互作用的流体滴的体积比、它们的生化组成、表面形态、表面化学以及(电)磁场梯度强度指示相应的流体滴是否移动、合并、“被清洗”或是分裂。尽管处理的体积是纳升，但是在这些操作过程中，死体积为0，即没有材料损耗。如需要，在本发明的方法中，还可容易地使用其它功能单元，例如辅助混合或实现混合的基于压电的驱动器。
可以使用任何流体例如溶剂、酸或碱清洗或交换流体滴的内相(例如参见图18)，只要所述流体允许：(a)所述内相基本上保持完整；并且，(b)保持磁体对所述磁粒的吸引。在外相形成包围内相(如前所述)的膜的实施方式中，可进一步优选使外相作为膜而保持完整。在使用连接于磁粒的配体结合目标物的实施方式中，可进一步优选使配体保持完整并与所需目标物结合的流体。在处理之前、期间或之后的任何时间点，例如可使用超声波作用于流体滴而混合流体滴。因为所述流体滴基于自组织系统，这种混合不影响流体滴的完整性，而是有助于流体滴相内物质的均匀分布。
可以进行物质转移(例如清洗)，使复杂的处理得以进行。所需目标物可以结合到固定化于磁粒的配体上，因此可以添加、除去或交换流体(例如液体)，使例如肽、蛋白质、DNA、RNA、有机小分子、金属离子等(如前所述)的任何物质能在任何所需阶段或步骤中得以分离，并且可以依次进行复杂的生化转化(图4)。此外，流体滴的体积可以改变几个数量级。因此，本发明的方法提供无需任何技术突破的、介于宏观与微观世界之间的界面。
如需要，根据本领域熟知的技术(例如凝胶过滤、超滤或透析)，可以通过减小体积来增大样品中目标物的浓度。因为本发明的方法所用的体积小，尤其与目标物的高浓度相结合时，可以对绝对数目少的生物分子产生生物感应。
另一示例性的、但不受限制的例子是，本发明方法可用于实施夹心型酶联免疫吸附法(ELISA)。本领域技术人员已熟知这种检测方法的用途和性能。通过组合使用数个流体滴，其中每个流体滴含有至少一种或多种用于结合、清洗以及测定步骤的必需试剂，可检测样品中目标物的存在。如上所述，捕获试剂可以偶联到磁珠上。在一个特定实施方式中，所述捕获试剂是对所关注的抗原具有靶向性的抗体。更具体而言，所述抗体可以针对HIV病毒中以及怀疑含有这种HIV病毒的样品血液或血清中存在的抗原。通过比色分析和/或光谱分析可以监测抗原的测定。该过程可发生在洗脱探针上捕获的底物之后或在发生在设备本身内部而不需依靠洗脱步骤。
图6示出本发明的方法用于聚合酶链反应的用途。通过薄膜加热器和温度传感器可实现温度控制。模块1表示用配体修饰的超顺磁粒子矩阵。这些配体是针对不同的细胞表面标记物的受体。如上所述，任何关注的细胞可以此方式从体液或组织中分离出来。可用柳叶刀刺破手指得到一滴人毛细管全血。将这滴血液置于模块2上。依据白细胞的细胞表面标记物与固定化到磁粒上的配体的结合，可以将所述白细胞分离出来(参照上文，另外请参见图5和图7)。图8通过放大示出白细胞与固定化到磁粒上的配体相结合的例子。白细胞可以在模块3中的四个薄膜加热器中的一个上发生细胞热裂解。通过将样品引导于三个不同的温度区上，使聚合酶链反应(PCR)以顺时针方向进行(参照图6中的模块3)。图17显示使用本发明的方法测量的温度轮廓线。图11证实用本发明的方法所得的PCR产物与使用本领域常规方法所得的产物具有相同的性质。可以利用时空变换使样品多元化。可以产生生物素化的PCR产物，所述PCR产物可结合到涂敷链霉亲和素的超顺磁粒子上。扩增产物可以在模块4上进行化学变性并退火为焦磷酸测序(PSQ)的测序引物，焦磷酸测序可以通过移动样品使其经过含有碱基G、A、T和C的四个不同VRC，在模块5上以顺时针方向进行。图13示出了分析的例子。可以利用时空变换使样品多元化。若需要，在焦磷酸测序后，可在模块6上再以类矩阵的形式保存样品。或者还可进一步处理这些样品。
处理流体滴中的生物样品和/或化学样品的另一个例子是使流体滴的内部混合。术语“混合”是指被动混合，即通过扩散达到混合，或者是指主动混合，例如通过施加外部能量或作用力达到混合，或者是指其组合。固定的流体滴或移动的流体滴内的主动混合例如可包括搅动超顺磁粒子。例如可通过改变作用于流体滴的磁场或电磁场实现所述搅动。还可以通过移动各表面从而改变流体滴在恒定磁场或电磁场中的相对位置(如前所述)实现所述搅动。另一种方式的主动混合依赖于超声波，这种混合在所附实施例中有所说明。
处理流体滴中的生物样品和/或化学样品的另一个例子是使所述流体滴滤穿过又一个流体滴，如图18所示。通常通过使较小流体滴移动穿过较大流体滴进行所述滤穿，所述较小流体滴包含带有固定目标物的功能化超顺磁粒子。以此方式，可稀释较大流体滴中不需要的组分，例如副产物、杂质、底物、试剂、溶剂或溶剂组分、盐、酶、废物或缓冲剂等。对于从较大流体滴中进一步移出磁粒的情况，从较大流体滴中实质上只移出包含固定目标物的超顺磁粒子，而大多数不需要的物质仍留在所述流体滴中。由于系统的自组织性，同样也从较大流体滴中除去外相或部分外相。当外相是膜的形式时，外相的薄膜例如可包围少量剩余的内相。以此方式，基本上可从流体滴中除去没有被磁珠固定的物质(参照实施例和图20)。潜在的纯化效应类似于已知的亲和色谱机理，其中目标物被组成固定相的功能化柱材料保留，并用组成流动相的清洗液冲洗/清洗几次。与亲和色谱相反，本发明的方法中，清洗液是固定相，而功能化材料是流动相。还需要注意的是，使用本发明的方法不产生死体积。此外，与亲和色谱相反，本发明的方法允许以纳升的体积洗脱目标物。该优点在应用于例如生物传感时很重要，例如当高浓度的目标物存在于小体积中或要对快速动力学进行分析时。
可以通过手动或自动方式实施本发明方法的任何部分。本领域已经成熟地建立了化合物、流体和试剂的自动分配器、自动培养箱和高效荧光读数器(包括板式读数器)。通常，所述装备可直接与本发明的装置一起使用。如需要，本领域普通技术人员可容易地将所述装备或本发明的装置进行改装以用于特殊的应用。
实时检测可给出荧光信号对以循环次数表示的反应时间的扩增图(参见图10)。荧光增加到基线以上表明检测到积聚的扩增产物。当固定的荧光阈值设定于基线以上时，荧光信号会在某个时间点跨过该阈值。因为时间以循环次数表示，得到所谓的循环阈值次数(或值)或Ct值。该次数越小，扩增图中的各荧光曲线越向左并且扩增发生得越快。该次数越大，扩增发生得越慢，与非特异性的背景反应越难以区别。图10显示了用本发明的方法所得的荧光信号的一个示例。
本发明的方法可以与下列分析方法和制备方法组合使用，例如表面等离子共振、共振镜技术、反射干涉、巨磁电阻、质谱、椭圆偏光法、等电聚焦法、色谱法、电色谱法、电动色谱法和电泳法等。电泳法的例子例如自由流电泳法(FFE)、脉冲场凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)、毛细管区带或毛细管凝胶电泳。例如已知使用带电蛋白质对磁粒表面固定化使其电泳迁移率升高到几倍。组合使用所述方法可包括共同的步骤或共同的设备。一个例子是，例如可以使用等电聚焦法在微芯片上进行蛋白质分离。随后，已知含有或怀疑含有所关注的物质(例如蛋白质)的分离介质样品(例如两性电解质水溶液)可被用作例如本发明流体滴的内相。在分离介质是凝胶的情况下，可优选提取所关注的物质。适宜用作本发明所使用的流体滴内相和外相的流体种类通常允许选择那些很适宜用作等电聚焦表面的表面材料。结果是，在需要时，两种方法可共用一个共同的表面。色谱法的例子包括例如凝胶过滤法、尺寸排除色谱法、离子交换色谱法、亲和色谱法、疏水相互作用色谱法或疏水电荷诱导色谱法。一个示例是，在使用本发明的方法处理样品之前或之后，可实施各分析或制备方法。
为了易于理解本发明并付诸实践，通过以下不受限制的实施例来说明具体实施方式。
实施例
流体滴的操控
使用由双面胶(3M)固定到类似闹钟(Citizen)针柄上的房式排列的电磁体M1219-X钕铁硼碟式永磁体(Assemtech)(参照图18A)或相对于固定的钕铁硼碟式永磁体(Farnell)移动并且受操控杆或LabVIEW 8-软件(National Instruments)控制ProScanII-机动台系统(Prior)操控含有超顺磁粒子的流体滴(参照图19)。
流体滴含有极性液体内相和非极性液体外相。内相为水溶液并含有缓冲剂、试剂和超顺磁粒子(参照下文)。使用超滤后的矿物油(Fluka)作为形成外相的不混溶液体，所述外相为包围内相的薄膜形式。在室温(rt)下应用时，水相与不混溶相的体积比为10∶1，而对于需要在升高的温度下应用时，例如焦磷酸测序(PSQ)、反转录(RT)、细胞裂解和聚合酶链反应(PCR)，该体积比为1∶5。
微流控操控包括流体滴的合并、混合、清洗/过滤和分裂。通过改变磁场/电磁场从而搅动超顺磁粒子或通过超声波引起的声空化/声流来实现在流体滴内的混合。在有些情况下，组合使用两种技术。
为了产生超声波，使用配有房式放大器的33250A 80MHz函数/任意波形发生器(Agilent)和用环氧粘合剂(Alteco)粘到基底上的锆钛酸铅(PZT)片(Phillips)。根据实验，kHz范围内的不同波形实现了快速而有效的混合。除PCR溶液之外，在实验开始时，将所有液滴，即血液、功能化超顺磁粒子、矿物油、加帽溶液(capping solution)、清洗液、底物等放置到表面上，并且随后用这些液滴合并、混合、清洗/过滤和分裂含有超顺磁粒子的液滴。
图18显示了使用功能化的超顺磁粒子，从人新鲜毛细管全血中分离白血细胞的下列实施例的移动、合并、清洗/过滤和分裂过程(见下文)。因为白血细胞在其细胞膜上表达CD15和CD45抗原(细胞表面标记物)，所以可使用抗CD15和抗CD45的抗体涂敷的超顺磁粒子通过免疫反应有选择地去除所述白血细胞。图18A：使用由双面胶(3M)固定到类似闹钟(Citizen)针柄上的M1219-1钕铁硼碟式永磁体(Assemtech)，移动、合并、清洗/过滤和分裂含有功能化超顺磁粒子(1)的液滴，所述液滴置于上述磁铁上的特氟龙AF(DuPont)涂敷的载玻片(24×60mm，厚度约180μm，vfm CoverSlips，CellPath)上；为了使下图有较好的可见度，在闹钟与玻璃基底间放置白纸。图18B：含有100nlCD15和CD45(Dynal Biotech)的液滴(26)移向含有100nl人新鲜毛细管全血的液滴(27)并且合并(图18C、图18D)。两个液滴合并后，合并液滴(28)移向含有10μl清洗液(0.01M PBS/0.1％BSA)的液滴(29)(图18E、图18F)；在此培养步骤中，白血细胞固定化到功能化的粒子之上，由此，移动的超顺磁粒子引起的搅动维持着主动混合。此外，为达到此目的，可使用超声波引起的声流来缩短培养时间。应该注意的是，上述作法用于许多希望避免较高振幅声空化的应用中，因为较高振幅声空化引起白血细胞的破裂/裂解。合并后(图18G)，清洗/过滤固定化的白血细胞。术语“清洗”/“过滤”指的是使固定化有白血细胞的功能化超顺磁粒子移动穿过含有清洗液的较大液滴(图18H、图18I)。经此处理，只有含有固定化有白血细胞的超顺磁粒子和通过自组织的外相的不混溶液体薄膜离开较大液滴(图18J)。较大液滴中的所有其它物质，例如杂质如红血球、缓冲剂、盐、EDTA(用作抗凝血剂)、肝素、核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶等仍留在较大液滴中。存在的红血球使清洗液变为红色(参见残留液滴的暗污点)。与此同时，离开较大液滴的杂质被稀释，所述杂质是固定化有白血细胞的功能化超顺磁粒子的部分浆体。因此，稀释因子取决于相互作用的液滴的体积比：例如如果0.1μl固定化有白血细胞的功能化超顺磁粒子的液滴用10μl清洗液清洗三次，则浆体内的残留杂质被稀释百万倍[(1∶100)3]。此后，固定化有白血细胞的功能化超顺磁粒子离开清洗液(29)(图18J)并移向第二清洗液(30)(图18K、图18L)进行第二清洗步骤。为加强清洗，固定化有白血细胞的功能化超顺磁粒子在清洗液内来回移动几次(图1 8M至图18U)，才离开清洗液(图18V、图18W)。最后，准备好纯化的白血细胞进行下游处理，例如RT-PCR。通过使用Neubauer血球计对红血球进行计数来估计清洗液除去红血球(血液的主要组分，由于受核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶污染，干扰下游处理)的过滤效率(图20A、图20B)，效率为约100,000倍，即组合使用两份10μl清洗液可除去体积达1ml的样品中的所有红血球(1ml样品中红血球的绝对数目为5×109)。
热处理
构建于房式结构内的温度控制模块，包括铂(Pt)薄膜加热器和温度传感器以及专用集成电路(ASIC)控制器(参照图17)。或者，在配有Slide GriddleTM适配器(MJ Research)的
Figure G2006800527634D00321
Peltier热循环仪(MJ Research)上进行PCR实验(没有光学检测)。热处理设施类似于本领域的其它设备，例如，Guttenberg，Z.等所公开的(如前所述)。发现可商购订制的、包括控制器/软件的PCR-芯片适合用于本发明的方法。在有些试验中，使用来自Advalytix(Brunnthal，德国，www.advalytix.com)和Institute for Physical High Technology e.V.(Jena，德国)的PCR芯片。
光学检测
使用配有X-Cite 120荧光照明系统(EXFO Life Sciences)、HE 38 FITC滤光组件(Zeiss)和5784-20光电倍增管(Hamamatsu)的Axiotech vario荧光显微镜(Zeiss)来检测荧光并根据厂商说明书使用TDS50054B数字荧光示波器(Tektronix)进行记录。
对于生物发光检测，代替使用的是H7421-40光子记数探测器(Hamamatsu)。
表面修饰
通过在150℃和0.5Mbar下，于15E烘箱(Yield EngineeringSystems)中对玻璃(Schott)或硅(Silicon Sense)基底用(十七氟代-1，1，2，2-四氢癸基)三乙氧基硅烷(Gelest)进行2小时的化学气相沉积(CVD)，或通过用溶于FC-70的1％特氟龙AF(DuPont)溶液(3M)对玻璃、硅或聚合物基底(General Electric)进行旋涂而获得疏水性和疏油性的表面。使用OCA 30接触角测量设备(DataPysiscs)测得与水以及与矿物油(Fluka)的静态接触角分别为＞110°和＞70°。
在无任何用户干扰的条件下，相继进行以下系列过程，从人全血中分离白血细胞(WBC)、WBC细胞裂解、PCR和PSQ(图6)。
分离白血细胞
将含有0.1μl 200μg μl-1Dynabeads CD15和CD45(DynalBiotech)的1∶1悬浮液(Dynabeads CD15和CD45处于0.01M磷酸盐缓冲盐水PBS(Sigma-Aldrich)/1％牛血清白蛋白(BSA)(Roth)中)的液滴与含有15μl人新鲜毛细管全血的液滴合并、混合、在室温下培养10分钟，并相继在两个含有10μl 0.01M PBS/1％BSA的液滴和一个含有10μl PCR混合物的液滴中清洗(图7)。准备好连接于超顺磁粒子上的白血细胞(WBC)进行细胞裂解。
为对分离后的WBC进行计数，将含有超顺磁粒子的液滴与含有10μl 4％多聚甲醛(Roth)溶液(多聚甲醛溶于0.01M PBS/1％BSA)的液滴合并(参照下文)、混合(参照下文)，并在4℃下培养30分钟，相继在三个含有10μl 0.01M PBS/1％BSA的液滴中清洗。将WBC固定后，含有超顺磁粒子的液滴与含有1μl
Figure G2006800527634D00331
封固剂(所述封固剂含有4′，6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)(Vector))的液滴合并、混合并在4℃下培养过夜。最后，用方格尺寸为500×500μm的、高分辨率印制的聚合物箔(Infinite Graphics)盖住DAPI-染色的WBC，置于BX51系统显微镜(Olympus)下，用DP70数码照相机(Olympus)照相，转换为灰度模式(图8)并使用MetaMorph_V6.1(Molecular Devices)软件辅助计数(图9)。
细胞裂解
在分离WBC后，将含有超顺磁粒子的液滴与含有1μl PCR混合物的液滴合并、混合并且在95℃下培养5分钟。在WBC热裂解后，从含有PCR混合物的液滴中除去超顺磁粒子。准备好释放的染色体DNA进行PCR。
PCR
管家基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)用作目标物，由此得到的扩增子长度为208 bp(Maxim Biotech)。生物素CTC ATT TCC TGGTAT GAC AAC GA(SEQ ID NO：1)和GTC TAC ATG GCA ACT GTGAGG AG(Research Biolabs，SEQ ID NO：2)分别被用作正向引物和反向引物。基于50μl储备液中的Taq PCR Core试剂盒(QIAGEN)制备单重PCR混合物，该混合物具有以下组成：23.0μl焦碳酸二乙酯(DEPC)处理的水(Invitrogen)、10.0μl 5×Q-溶液、5.0μl 5×PCR缓冲液、5.0μl10％BSA、1.0μl10 mM脱氧核苷三磷酸(dNTP)、0.5μl 1∶100 SYBR Green(Invitrogen)、各2.50μl 10μM的正向引物和反向引物以及0.5μl 5u μl-1Taq DNA聚合酶。对于该特定的PCR，使用上述分离的约1400个WBC作为模板。
热循环条件如下：95℃下1分钟、58℃下1分钟、72℃下1分钟和80℃下15秒钟，共45个循环。在该80℃间隔期间采集荧光强度平均值以实时追踪PCR(图10)。为进行熔解曲线分析，将样品冷却到65℃保持1分钟，然后以斜率为0.01Ks-1持续升温到95℃(图11)。最后，使用Bioanalyzer 2100(Agilent Technologies)对PCR产物进行毛细管电泳分析(图12)。PCR结束后，准备好生物素化的PCR产物进行PSQ。
PSQ
为进行PSQ，使用包括耗材的5×96 PSQTM96 MA Pyro GoldReagent试剂盒(Biotage)。CAT GGC AAC TGT GAG GAG(SEQ ID NO：3)用作测序引物。将含有1μl 300μg μl-1
Figure G2006800527634D00341
My OneTM链霉亲和素的悬浮液(所述My OneTM链霉亲和素溶于2×结合缓冲液)的液滴与含有PCR混合物的液滴合并(如前所述)、混合并在65℃下培养15分钟。将生物素化的PCR产物固定后，将含有超顺磁粒子的液滴与含有10μl1×变性溶液的液滴合并、混合，在室温下培养1分钟，并相继在两个含有10μl1×清洗缓冲液的液滴中清洗。或者，双链(ds)DNA可在95℃、1分钟条件下发生热变性。双链DNA变性后，将含有超顺磁粒子的液滴与含有溶于1×退火缓冲液的1μl 0.3μM的测序引物溶液的液滴合并、混合，在80℃下培养2分钟，并冷却到室温。准备好连接于超顺磁粒子上的单链(ss)DNA进行PSQ。
为了证实单链DNA确已固定化到超顺磁粒子上，将含有超顺磁粒子的液滴悬浮于50μl1×退火缓冲液中并且在商购的PSQTM 96MA系统(Biotage)中测序(图13)。
最后，将含有超顺磁粒子的液滴与含有2.5μl dGTP溶液的液滴合并、混合，然后与含有10μl1∶1的酶和底物混合物的溶液的液滴合并(图14)。
蛋白质的亲和纯化(绿色荧光蛋白)
此实施例说明如何使用本发明的方法纯化蛋白质。
用0.01 M磷酸盐缓冲盐水(PBS)对标记的琼脂糖磁珠进行清洗后，可制备含有内相为1μl水溶液以及外相为超滤后矿物油(Fluka)的流体滴，所述内相含有50mM、pH7.7的Tris-HCl、200mM NaCl、5mMEDTA和链霉亲和素修饰的琼脂糖磁珠(QIAGEN，相当于4％(w/v)悬浮液)。可将含有溶于1μl溶于上述缓冲液(50mM、pH7.7的Tris-HCl、200mM NaCl、5mM EDTA)的粗细菌溶菌液(E.coli)的液滴与含有琼脂糖磁珠的液滴合并，所述溶菌液含有生物素化的重组绿色荧光蛋白(GFP)。可将所得液滴在室温下培养45分钟。此后，相继在三个含有10μl上述缓冲液(50mM、pH7.7的Tris-HCl、200mM NaCl、5mM EDTA)的液滴中清洗所述液滴。通过与含有25μl溶于上述缓冲液的10mM生物素的液滴合并且通过超声波作用进行混合，将1μl处于所得液滴中的纯化GFP进行洗脱，随后去除琼脂糖磁珠。可使用任何标准方法来定量，例如根据Layne的280nm和260nm波长下UV吸收比进行定量、例如根据Bradford的通过在参比液滴中进行颜色反应进行定量、通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳和其后的染色进行分离、或使用已知浓度的GFP参比溶液通过荧光检测进行定量。
酶联免疫吸附法(ELISA)
将含有1μl溶于0.1M 2-吗啡啉乙磺酸(MES)(Lancaster)中的羧基功能化的超顺磁粒子悬浮液的液滴与含有10μl溶于0.1M MES的0.2M N-乙基-N′-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(Lancaster)与0.02M N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(AlfaAesar)的溶液的液滴合并(如前所述)、混合，在室温下培养1分钟，并在含有10μl 0.01M磷酸盐缓冲盐水(PBS)(Sigma-Aldrich)的一个液滴中清洗。在羧基活化后，将含有超顺磁粒子的液滴与含有溶于0.01M PBS的1μl 1μg μl-1荧光素(FITC)标记的羊抗小鼠IgG(全分子)(Gt×Ms IgG FITC)(Sigma-Aldrich)溶液的液滴合并、混合，在室温下培养1分钟，并在含有10μl 0.01M PBS的一个液滴中清洗。在与Gt×Ms IgG FITC偶联后(图15)，将含有超顺磁粒子的液滴与含有10μl 0.1M 2-氨基乙醇(Sigma-Aldrich)的液滴合并、混合，在室温下培养1分钟，并相继在含有10μl 0.01M PBS/1％BSA的三个液滴中清洗。在使琥珀酰亚胺酯残基加帽后，将含有超顺磁粒子的液滴与含有1μl 1μgμl-1辣根过氧化物酶(HRP)标记的兔抗羊IgG Fc(Rbt×Gt IgG Fc HRP)(Chemicon)溶液(所述辣根过氧化物酶(HRP)标记的兔抗羊IgG Fc(Rbt×Gt IgG Fc HRP)溶于0.01M PBS/1％BSA)的液滴合并、混合，在室温下培养1分钟，并相继在含有10μl 0.01MPBS/1％BSA或10μl 0.01M PBS/0.05％吐温20(Sigma-Aldrich)的五个液滴中清洗。在Gt×Ms IgG FITC与Rbt×Gt IgG Fc HRP发生免疫反应后，将含有超顺磁粒子的液滴与含有10μl 1∶1过氧化物酶底物溶液A和B(Bethyl)溶液的液滴合并、混合，培养1～10分钟，并分裂(参照图16)。

Claims (53)

1.一种处理生物样品和/或化学样品的方法，所述方法包括：
提供流体滴，所述流体滴包括内相和外相，其中所述外相与所述内相不混溶，并且所述外相作为膜包围所述内相，以及其中所述内相包含所述生物样品和/或化学样品，所述内相通过所述外相与环境隔离，以及其中所述流体滴包含磁吸性物质；
提供至少一个表面，所述表面对于所述流体滴内相的流体具有使所述流体滴在与其接触时仍保持完整的质地和浸润性；
将所述流体滴放置到所述至少一个表面上；
使磁场或电磁场作用于所述流体滴，由此控制所述流体滴相对于所述至少一个表面的位置；以及
对所述流体滴中的生物样品和/或化学样品进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体滴内相的流体是液体。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述流体滴内相的流体是液体，所述流体滴外相的流体是液体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述磁吸性物质选自至少一个磁吸性粒子、磁流体、富铁细菌及其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述流体滴相对于所述至少一个表面的位置还包括通过改变所述磁场或电磁场来移动所述流体滴、移动所述至少一个表面及其组合中的一种。
6.根据权利要求5所述的方法，其中改变磁场包括改变至少一个磁体的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个表面对于所述流体滴内相的流体的浸润性具有如下特点：由所述流体滴内相的流体组成的流体滴与所述至少一个表面的界面处的前进接触角为50度以上。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个表面选自基本上平的基底、凹的基底、凸的基底及其任意组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体滴的内相直接接触所述表面中含有的物质。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体滴内相的流体是极性液体，所述至少一个表面是非极性表面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述非极性表面选自聚硅氧烷、塑料、表面修饰的氧化硅、表面修饰的氢化硅、表面修饰的纸、表面修饰的玻璃、表面修饰的石英、表面修饰的云母、表面修饰的金属、表面修饰的金属氧化物、表面修饰的陶瓷及由上述材料任意组合而成的任意的复合材料。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体滴内相的流体是非极性液体，所述至少一个表面是极性表面。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述流体滴包括：
提供第一流体，
提供与所述第一流体不混溶的第二流体，以及
使所述第一流体滴分配到所述第二流体上，由此形成包括内相和外相的流体滴，所述第一流体形成所述内相，被形成所述外相的所述第二流体包围。
14.根据权利要求13所述的方法，其中首先提供所述第一流体。
15.根据权利要求13所述的方法，其中同时提供所述第一流体、所述第二流体和所述样品。
16.根据权利要求13所述的方法，其中提供所述流体滴还包括：从形成所述外相的所述第二流体中收集出包括内相和外相的所述流体滴或其一部分，由此形成包含作为膜包围所述内相的外相的流体滴。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体滴的内相是极性液体，所述流体滴的外相是非极性液体。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述流体滴的内相是亲水性液体，所述流体滴的外相是疏水性液体。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述内相的流体选自水、氧化氘、氧化氚、醇、有机酸、无机酸、有机酸酯、无机酸酯、醚、胺、酰胺、腈、酮、离子洗涤剂、非离子洗涤剂、二氧化碳、二甲基砜、二甲亚砜、硫醇、二硫化物和极性离子液体。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述外相的流体选自矿物油、硅氧烷油、天然油、全氟化碳液体、部分卤化碳液体、烷烃、烯烃、炔烃、芳族化合物、二硫化碳和非极性离子液体。
21.根据权利要求4所述的方法，其中所述至少一个磁吸性粒子选自反磁粒子、铁磁粒子、顺磁粒子和超顺磁粒子。
22.根据权利要求4所述的方法，其中所述至少一个磁吸性粒子包含能结合目标物的配体，怀疑所述目标物包含在所述生物样品和/或化学样品中。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述配体能选择性地结合目标物，怀疑所述目标物包含在所述生物样品和/或化学样品中。
24.根据权利要求22所述的方法，其中使所述配体固定化到所述至少一个磁吸性粒子的表面上。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述配体选自冠醚、肽、抗体、基于脂质运载蛋白家族的多肽的突变蛋白、基于锚蛋白支架或晶体蛋白支架的蛋白质、高亲和性多聚体、能结合多种小分子配体的蛋白质、外源凝集素、核酸、蛋白A、蛋白G、酶、金属原子、碳纳米管、碳纳米泡沫、染料、链霉亲和素、直链淀粉、麦芽糖、纤维素、甲壳素、细胞外基质、谷胱甘肽、钙调蛋白、明胶、多粘菌素、肝素、NAD、NADP、赖氨酸、精氨酸、苄脒和铝硅酸盐。
26.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述至少一个表面的区域处于下列条件下，所述条件选自：改变的温度、磁场、电场、电磁场、压力、波长、频率、振幅、化学浓度和化学组成，以及其中控制所述流体滴相对于所述至少一个表面的位置包括将所述流体滴移动到处于所述条件下的所述至少一个表面的区域内。
27.根据权利要求1所述的方法，还包括提供彼此相对的至少两个表面，所述表面对于所述流体滴内相的流体具有使与其接触的所述流体滴保持完整的质地和浸润性。
28.根据权利要求27所述的方法，其中控制所述流体滴的位置包括通过所述磁场或电磁场和/或通过移动所述表面中的至少一个，在所述至少两个表面之间移动所述流体滴。
29.根据权利要求1所述的方法，其中处理生物样品和/或化学样品包括下列步骤，所述步骤选自将所述流体滴与另一流体滴合并、使所述流体滴的内部混合、使所述流体滴滤穿过又一流体滴以及将所述流体滴分裂成至少两个子流体滴。
30.根据权利要求1所述的方法，其中使所述生物样品和/或化学样品进行下列处理，所述处理选自怀疑包含在所述样品中的目标物的物理检测、化学反应、生物化学反应、细胞裂解、从有机体或部分有机体中提取分子及其任意组合。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述物理检测选自光谱检测、光化学检测、光度法检测、荧光法检测、放射线学检测、电学检测、声学检测、电化学检测、比色法检测、干涉测量法检测、衍射法检测和热力学检测。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述化学反应选自化学合成、化学降解、酶催化合成、酶催化降解、化学修饰、酶催化修饰、与结合分子的相互作用以及其任意组合。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述酶催化合成选自蛋白合成、核酸合成、肽合成、药物化合物合成及其任意组合。
34.根据权利要求1所述的方法，其中所述样品选自环境样品、细胞培养物样品、沉降物样品、地球外样品、考古学样品、食物样品、血液样品、血浆样品、尿样品、粪便样品、精液样品、淋巴液样品、脑脊髓液样品、鼻咽清洗样品、痰液样品、鼻抹片样品、支气管肺泡灌洗样品、支气管分泌物样品、乳样品、羊水样品、指甲样品、毛发样品、组织样品、细胞样品、细胞裂解液样品、法医样品、感染样品、产品样品、核苷酸溶液、核酸溶液、肽溶液、氨基酸溶液、蛋白质溶液、脂质溶液、碳水化合物溶液、细胞悬浮液、微生物悬浮液、金属悬浮液、合金悬浮液、金属离子溶液及其任意组合。
35.根据权利要求1所述的方法，其中所述样品选自土壤样品、空气样品、降雨样品、太空样品、污水样品、地下水样品、血清样品、口腔抹片样品、咽喉抹片样品、活组织检查样品、皮肤样品、肿瘤样品、骨髓样品、多肽溶液、多聚核苷酸溶液、病毒悬浮液及其任意组合。
36.根据权利要求1所述的方法，其中所述样品选自药物制剂样品、医院感染样品、合成聚合物溶液、组合化学产物溶液、药物分子溶液、药物代谢物溶液及其任意组合。
37.根据权利要求35所述的样品，其中所述肿瘤样品为癌样品。
38.一种流体滴，包括内相和外相、以及至少一个磁吸性粒子，
其中所述外相与所述内相不混溶，所述外相作为膜包围所述内相，以及
其中所述内相通过所述外相与环境隔离，以及
其中所述磁吸性粒子包括能结合怀疑包含在生物样品和/或化学样品中的目标物的配体。
39.根据权利要求38所述的流体滴，其中所述流体滴内相的流体是液体。
40.根据权利要求38所述的流体滴，其中所述流体滴内相的流体是液体，所述流体滴外相的流体是液体。
41.根据权利要求38所述的流体滴，其中所述流体滴的内相是极性液体，所述流体滴的外相是非极性液体。
42.根据权利要求41所述的流体滴，其中所述流体滴的内相是亲水性液体，所述流体滴的外相是疏水性液体。
43.根据权利要求41所述的流体滴，其中所述内相的流体选自水、氧化氘、氧化氚、醇、有机酸、无机酸、有机酸酯、无机酸酯、醚、胺、酰胺、腈、酮、离子洗涤剂、非离子洗涤剂、二氧化碳、二甲基砜、二甲亚砜、硫醇、二硫化物和极性离子液体。
44.根据权利要求41所述的流体滴，其中所述外相的流体选自矿物油、硅氧烷油、天然油、全氟化碳液体、部分卤化碳液体、烷烃、烯烃、炔烃、芳族化合物、二硫化碳和非极性离子液体。
45.根据权利要求38所述的流体滴，其中所述至少一个磁吸性粒子选自反磁粒子、铁磁粒子和顺磁粒子。
46.根据权利要求45所述的流体滴，其中所述顺磁粒子为超顺磁粒子。
47.根据权利要求38所述的流体滴，其中使所述配体固定化到所述至少一个磁吸性粒子的表面上。
48.根据权利要求47所述的流体滴，其中所述配体选自冠醚、肽、抗体、基于脂质运载蛋白家族的多肽的突变蛋白、基于锚蛋白支架或晶体蛋白支架的蛋白质、高亲和性多聚体、能结合多种小分子配体的蛋白质、外源凝集素、核酸、蛋白A、蛋白G、酶、金属原子、碳纳米管、碳纳米泡沫、染料、链霉亲和素、直链淀粉、麦芽糖、纤维素、甲壳素、细胞外基质、谷胱甘肽、钙调蛋白、明胶、多粘菌素、肝素、NAD、NADP、赖氨酸、精氨酸、苄脒和铝硅酸盐。
49.一种形成流体滴的方法，所述流体滴包括内相、外相和至少一个磁吸性粒子，所述方法包括：
提供第一流体，
提供与所述第一流体不混溶的第二流体，
使所述第一流体与所述第二流体接触，由此形成包括内相和外相的流体滴，所述第一流体形成所述内相，被形成外相的所述第二流体包围，
提供至少一个磁吸性粒子，
将所述至少一个磁吸性粒子放置到所述流体滴中，
其中所述磁吸性粒子包括能结合怀疑包含在生物样品和/或化学样品中的目标物的配体。
50.根据权利要求49所述的方法，其中首先提供所述第一流体。
51.根据权利要求49所述的方法，其中同时提供所述第一流体和所述第二流体。
52.根据权利要求49所述的方法，其中在将所述第一流体滴分配到所述第二流体中之前，将所述至少一个磁吸性粒子放置到所述第一流体中。
53.根据权利要求49所述的方法，其中使所述第一流体与所述第二流体接触包括将所述第一流体滴分配到所述第二流体上。
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