CN102026726A - 文库元素的微流控选择 - Google Patents

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R·罗夫奇克
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Abstract

这里公开了一种系统，包括：芯片；布置在芯片中的流动通道；所述流动通道与入口和出口相通；所述流动通道允许文库从所述入口流向所述出口；衬底；所述衬底布置在所述芯片上；所述衬底用作所述流动通道的上壁；以及受体；所述受体布置在所述衬底上；所述受体与文库中的元素相互作用。

Description

文库元素的微流控选择
技术领域
本公开涉及文库元素的微流控选择。
背景技术
实质上希望在生物医学科学的每个领域都具有基于化学或生物化学化验来确定具体分析物的存在和数量的系统。其希望的范围是从制订生物化学路径且处理它们的与疾病过程相关的功能的基础科学研究实验室到对于临床相关分析物的程度例行监测病人的临床诊断学。其他领域包括药物研究和麻醉药发现应用、DNA测试、兽医学、食物和环境应用。在所有的这些情况下，都必须确定具体分析物或分析物群组的存在和数量。
对于药理学、遗传学、化学、生物化学、生物工艺学、分子生物学等领域中的分析，通常有用的是检测一种或多种分子结构的存在以及特征化分子结构之间的相互作用。重要的分子结构通常包括抗体、抗原、代谢物、蛋白质、麻醉药、小分子、酶、核酸以及其他配合基和分析物。分子结构还可以位于细胞和微生物的内部或外部。在医学中，例如，确定作为各种疾病过程的标志的细胞组成(诸如受体或细胞因子(cytokines)、或者抗体和抗原)的存在是非常有用的，所述的细胞组成实质上存在于生理学流体中或者已被引入系统中。在基因分析中，片段DNA和RNA序列分析在诊断学、基因测试和研究、农业和制药学研发中都是非常有用的。由于分子细胞生物学以及常态和病态系统了解的快速发展的情形，对新的、更快速的和更精确的检测方法的需求总是日益增加。
用于识别这种分子结构以及分子结构之间的相互作用的有用的技术是高吞吐量地筛选大量化学或生物化学的集合，通常称为“文库”。大多数高吞吐量筛选测量了单个分子现象的化合物的行为，例如，特定酶活性，其被认为是在一些生理学系统诸如疾病状态中起作用。在筛选过程之前，这种文库的元素未被证实对由筛选测量的分子现象或者其中分子现象起作用的病态有影响。这种筛选被设计用于识别影响该特定分子现象的化合物，以使得其中现象起作用的生理学系统可以与被识别的化合物接触。
文库的筛选通常是通过利用微量滴定板和基于珠的筛选进行的。在利用微量滴定板筛选文库时，微量滴定板也涂布有感兴趣的靶标(例如，受体)。噬菌体文库，通常称为噬菌体文库，一般用于筛选目的。在这些文库中，化学变异性被引入噬菌体基因组中，并且因为大量噬菌体可以被包含在少量文库中，所以可以实现噬菌体的大的化学多样性。在噬菌体文库中，噬菌体基因组的可变部分可以被表达且显示为外壳蛋白。因此，通过寻找感兴趣的受体和显示在噬菌体表面上的特定蛋白质之间的相互作用，可以实现噬菌体文库的筛选。然后布置噬菌体文库与含有感兴趣的受体的分析器件的孔接触(E，P2)。一些噬菌体会结合到受体上。然后冲洗孔以移除未被结合到受体上的那些噬菌体。在移除未结合的噬菌体之后，洗提结合到受体上的那些噬菌体。然后按顺序排好一些结合的噬菌体的DNA以估计筛选的质量。洗提的噬菌体随后被复制以增加它们的数量(扩增)。然后重复前述步骤直至结合了噬菌体的基因序列显示出“交感”。交感的出现表明筛选导致从文库中以等概率提取了一个或几个能够结合受体的噬菌体。
在基于珠的筛选中，具有平均粒度为大约1至大约10微米的胶乳、硅石或其他合适的材料的珠涂覆感兴趣的受体。允许噬菌体文库在溶液中自由地与珠相互作用。未结合的噬菌体和珠利用离心法或基于多种技术(磁珠、介电泳、荧光)的颗粒分类机分离。结合到珠的噬菌体被洗提。如上所列出的，洗提的噬菌体被扩增，之后进行上述相同系列的步骤以显示出交感。
由于步骤数的缘故，包含微量滴定板和基于珠的筛选的前述方法都是昂贵的、费时的且劳动密集的。例如，购买噬菌体文库花费大约$1,000，且2至4轮筛选通常花费3个星期。另外，上述两种方法都使用多个循环，其导致方法污染以及结果质量劣化。
因此希望具有可以用于有效且廉价筛选噬菌体文库的方法。
发明内容
这里公开了一种系统，包括：芯片；布置在芯片中的流动通道；所述流动通道与入口和出口相通；所述流动通道允许文库从所述入口流向所述出口；衬底；所述衬底布置在所述芯片上；所述衬底用作所述流动通道的上壁；以及受体；所述受体布置在所述衬底上；所述受体与文库中的元素相互作用。
这里公开了一种方法，包括：在微流控设备的载荷垫上布置文库；所述微流控设备包括：芯片；布置在芯片中的流动通道；所述流动通道与入口和出口相通；所述流动通道允许文库从所述入口流向所述出口；衬底；所述衬底布置在所述芯片上；所述衬底用作所述流动通道的上壁；以及受体；所述受体布置在所述衬底上；所述受体与文库中的元素相互作用；将第一溶液加到所述载荷垫以通过所述入口将所述文库的元素传送到所述流动通道中；将所述文库的一小部分元素结合到所述受体以形成元素-受体复合物；以及洗提元素-受体复合物。
这里公开了一种制造微流控设备的方法，包括：在芯片中布置流动通道；在所述芯片中布置出口和载荷垫；在所述流动通道的基部上布置金属层；在所述芯片上布置衬底；所述衬底用作所述流动通道的上壁；以及在相对布置到金属层的所述衬底的表面上布置受体；所述受体与文库的元素相互作用。
附图说明
图1A是示范性描述微流控设备的侧视图；
图1B是示范性描述沿着图1A中描述的微流控设备AA′处的横截面图；
图2是微流控设备的另一示范性描述；
图3是示出一轮筛选文库的减少效率的条形图；
图4是对用通孔代替了载荷垫的微流控设备的实施例的描述；以及
图5是实例2中洗提之后获得的序列的描述。
具体实施方式
这里公开的是一种利用微流控设备从文库中选择元素的系统和方法。该元素可以是噬菌体、病毒、诸如泡囊的自组合结构等。该微流控设备包括与入口和出口相通的流动通道，通过进口和出口可以引入和移除文库。该流动通道进一步用涂有受体(也称为靶标)的衬底覆盖，受体被选择为能够与来自文库的期望元素相互作用。在通过流动通道输送该文库期间，来自文库的元素与靶标反应。在靶标和元素之间反应之后，通过清洗该流动通道可以移除未结合的元素，而随后可以分离并分析与靶标反应的特定元素。
该系统的优点在于：其能够被用于快速分析文库。尽管在使用常规微量滴定板时通常要进行2至3轮的筛选，但是本系统和方法可以仅在一轮中实现文库的强力减少。本系统可以控制微流控通道中的液流条件，以使得改变如扩散和结合动力学的反应参数，有利于促进特定文库元素和靶标之间的期望反应。由于微流控通道具有微米级别的通道尺寸，所以通道中的液流总是薄片层状的。这可以有效冲洗并使死体积的存在和影响最小化。结果，溶液流动的体积和流速是精确的。另外，可以非常有效地冲洗微流控设备。反应的动力受到规模的显著影响；有利于选择地，控制流动通道的尺寸和流动条件可以改变反应参数，如扩散和结合动力学。此外，微流控流动通道是封闭系统，并且可以用于排除外部污染。
现在参考图1A和1B，示范性的微流控设备100包括具有入口160、出口110和流动通道150布置于其中的芯片120。入口160和流动通道150被刻在芯片120中。入口160与载荷垫190相通，载荷垫190也被刻在芯片120中。出口110整体地刻穿芯片并且在芯片120的与上面布置有流动通道150的一面相对的面上建立了开口。出口110具有布置在其上的唇缘180。唇缘180可以与任选的泵(未示出)流体地相通。金属层130布置在整个芯片120上或者特别地布置在与文库接触的雕刻结构上。这些结构是载荷垫190、入口160、流动通道150和出口110。钝化层140可以布置在穿过微流控设备整个表面的金属层130上，或者如果需要的话仅布置在流动通道150中。
金属层130通常包括金，因为利用溅射技术、热蒸发、无电镀沉积或电镀，金容易沉积在表面上。由于仅使用薄层，所以金的成本不是问题。芯片120上存在金有助于更改芯片的润湿性和蛋白质排斥性。通过芯片上总是具有金，可以独立于制备芯片所使用的材料来开发和应用一般的表面处理，以将钝化层140放置在金属层上。可选地，如果芯片的表面性质允许直接沉积钝化层140，则可以使用除了金之外的金属，或者甚至可以省略金属层130。在使用低复杂性的文库和该文库具有与受体直接相互作用的元素的极少数偶然情况下，可以省略金属层130和钝化层140。如上所述，金属层130涂敷芯片120的结构，在芯片的内部，文库将穿过流动通道150且更特别地其涂敷流动通道150。
流动通道150具有布置在金属层130上的钝化层140。钝化层140可以是疏水性的或者亲水性的，这取决于使用主动泵作用还是被动泵作用。被动泵作用指的是利用自发地具有文库流过芯片120的毛细力。因此被动泵作用需要芯片的雕刻结构是亲水性的。即使芯片120的雕刻结构是疏水性的，也可以进行主动泵作用。不考虑其亲水性/疏水性，钝化层140应最小化或防止流动通道150表面上的文库元素的非特定的或不希望的沉积。粘附到芯片120上的任一文库元素将被从文库提取出来，并且可能被重新回收且错误地识别为结合到受体的元素。亲水性钝化层可以包括移植到金属层130上的薄聚合物膜。在一个实施例中，亲水性聚合物膜包括含有聚乙二醇的聚合物。可选地亲水性钝化层可以包括沉积的蛋白质层，诸如清蛋白。可以通过在芯片120上沉积薄的疏水性聚合物来形成疏水性钝化层。为此，例如可以使用氟化材料。
衬底170沉积在芯片120上并且密封流动通道150、入口160和出口110。衬底应与芯片120接触以防止流体泄漏。衬底170可以由适合的弹性体制造。如果使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为衬底170的材料，则自然产生的粘合接触会出现在芯片120和衬底170之间，其会导致芯片中的流动通道的有效密封。下面针对衬底提供弹性体的列表。可选地，衬底可以由适合于制造芯片120的材料制成并且可以通过修剪、结合或胶合到芯片120上来组装。在一个实施例中，唇缘180和衬底170可能必须被处理以防止文库的元素与唇缘以及未被受体200覆盖的衬底区域相互作用。受体200沉积在衬底170上。从文库中选择能与所希望的元素相互作用的受体200。
芯片120可以由各种不同的材料制造。示范性的材料是半导体材料、金属、有机聚合物或陶瓷。适合的半导体的实例是硅、二氧化硅和氮化硅等，或者是包括前述材料中至少一种的组合。例如可以使用硅晶片。示范性的金属芯片是铝或不锈钢。
有机聚合物可以选自多种热塑性树脂、热固性树脂、热塑性树脂的混合物、热固性树脂的混合物、或者热塑性树脂与热固性树脂的混合物。有机聚合物可以包括聚合物的混合物、共聚物、三元共聚物、或者包括有机聚合物中至少一种的组合。有机聚合物可以包括半晶态聚合物或非晶态聚合物。可以使用的有机聚合物的实例是聚烯烃，诸如聚乙烯、聚丙烯；聚酰胺诸如尼龙4，6、尼龙6、尼龙6，6、尼龙6，10、尼龙6，12；聚酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)；多芳基化合物、聚酰亚胺、聚缩醛、聚丙烯酸、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯酸脂、聚甲基丙烯酸酯诸如聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸脂或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚醚砜、聚氯乙烯、聚硅氧烷等，或者包括前述有机聚合物中至少一种的组合。有机聚合物还可以基于硅树脂弹性体。例如，可以使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
适合的陶瓷的实例是金属氧化物。适合的金属氧化物的实例包括硅石(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、二氧化铈(CeO2)等，或者包括前述金属氧化物中至少一种的组合。示范性的陶瓷芯片是包括硅石和/或氧化铝的芯片。
芯片可具有任意所希望的厚度。对于芯片的示范性的厚度是大约0.3至大约5毫米。如上所提到的，芯片120包括入口160和出口110。入口160与其上布置了文库的载荷垫190相通。载荷垫190的尺寸通常是几个平方毫米且可以是几十到几百微米深。在示范性实施例中，载荷垫190的尺寸为大约12mm2且深达大约20微米。载荷垫190可以容纳大约100纳升至大约10微升的容量。文库的成分则通过入口160输送到流动通道150中。
出口110可以可选地贴附到唇缘180。唇缘180可以可选地与泵(未示出)流体相通。可以使用泵来促使流体从入口160经由流动通道150输送到出口110。唇缘180通常是由不与流体或者在微流控设备100中研究的感兴趣的元素发生反应的材料制造的。
泵可以是主动的(例如，利用注射器机械挤压或者拖拉)或者基于毛细的(例如，利用可润湿的钝化层140)。示范性的注射器是CetoniGmbH(Gera，DE)的
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注射器泵。在主动泵作用的情况下，可以使用唇缘180来固定地贴附与芯片120和泵相通的毛细管或管状器官。任选地，可以使用直径为几微米的彩珠来校准和监测微流控设备100的流动状况。珠或其它信息流跟踪物可以被加到文库中以精确地监测筛选期间的流速。
金属层130布置在芯片120上。如上所述金属层130可以是金。还可以使用其上可以移植或沉积有机分子以形成钝化层的其他金属。例如，可以使用具有表面氧化物的金属。上述金属是镍、铝和钛。可以利用共价键或离子相互作用将钝化层贴附到这些金属的氧化物。尤其是如果金属层130是诸如金的贵金属(不能很好地粘接到玻璃、二氧化硅和其他氧化表面)，则可选的钛层可以布置在金属层130和芯片120之间。钛层具有大约1至大约5纳米的厚度且用作促进金属层130与芯片120结合的粘合助聚剂。金属层130具有大约5至50纳米的厚度，特别地为大约8至大约40纳米，更特别地为大约10至大约25纳米。在示范性实施例中，金属层130具有大约10至大约20纳米的厚度。
如上所述，流动通道150布置在金属层130上且具有金属层130作为基部。流动通道150与入口160和出口110流体相通。金属层130可布置在钝化层140上。钝化层可以是疏水性的或亲水性的。当金属层130包括金时，通过在上金属表面上微接触印刷十六烷硫醇，芯片的上表面可以制成疏水性的以及芯片的雕刻结构(例如，载荷垫190、入口160、流动通道150和出口110)可以制成亲水性的；上金属表面是不接触芯片的金属表面。
用十六烷硫醇的微接触印刷是最小化被印刷的表面上液体墨的喷散的“干”印刷方法。一旦十六烷硫醇存在于上金属表面上，它就会阻挡随后的化学品的沉积。因此在用十六烷硫醇印刷之后，芯片120可以直接被浸入或被覆盖有具有用于金属的结合团的聚乙二醇的乙醇溶液。在没有十六烷硫醇的那些区域中，聚乙二醇形成钝化层140。为了处理金表面，用硫醇基团功能化聚乙二醇。用十六烷硫醇印刷芯片花费仅几秒，之后用聚乙二醇覆盖芯片120的雕刻结构。在该处理之后，雕刻结构是可润湿的且耐受来自文库的噬菌体的蛋白质沉积。
覆盖有疏水层的芯片的上表面会阻挡芯片120的用衬底170密封的区域中的泄漏。其还防止了放置在载荷垫中的溶液向芯片120的其他区域的意外散布。
流动通道150在文库的筛选中担当重要角色，并且具有如下几何形状，该几何形状确保绝大多数的文库元素能从流动通道150的内腔扩散到受体200。流动通道150的宽度和长度应提供足够的受体表面积以使得对于来自文库的可结合到受体的所有元素具有足够的结合位置。即使流动通道150的长度、宽度和深度能在希望时容易改变，通常也希望试图坚持下面的设计考量。首先，流动通道150不应宽至确保衬底170断裂。流动通道150不应太短或太深，否则进入流动通道150的文库元素在离开筛选区域之前可能不具有从流动通道150的大部分扩散到受体的可能性。
除了流动通道150的几何形状之外，流动通道150中的流动条件、体积、文库元素和受体之间的结合动力学、受体密度和表面上的取向、温度、文库元素的扩散常数、其中布置了文库元素的溶液的粘度、文库的浓度和每种类型的文库元素的复制数量都相互作用从而影响筛选的结果。
流动通道150可以具有任意的截面几何形状。该截面可以是长方形、正方形、半圆形、圆形或多边形。还可以使用前述几何形状的组合。用于流动通道150的示范性截面是长方形或正方形截面。图1B是图1A沿着AA′的截面的图并且描绘了流动通道150的长方形截面。
如果需要的话，入口160和出口110之间的流动通道150的几何形状可以是直线形的或曲线形的。通常希望最小化流动通道150中的流体流动方向上的急剧的拐角(例如直角)数目。在一个实施例中，不希望在沿着流动通道150的流体流动的方向上具有任何急剧的拐角。流体流动方向上没有急剧的拐角确保了在可以捕获将被测试或检测的元素(诸如噬菌体)的流动通道150中没有死体积。通常，流动通道150的长度可以从大约1毫米到大约150毫米。如果需要的话，该长度可以超过150毫米。然而，关注空间，当希望大于100毫米的长度时，希望流动通道在入口160和出口110之间具有弯曲路径。在一个实施例中，弯曲路径可以具有蜿蜒形状。在另一实施例中，蜿蜒路径可以包括如图2中可以看到的彼此连接的反向U形曲线。
在一个实施例中，流动通道150具有微米大小的尺寸。流动通道150的微米大小的宽度和深度尺寸确保了流动通道150中的流体流动总是薄片状的。这允许洗提感兴趣的噬菌体。流动通道150具有大约30至大约130微米的宽度，特别地为大约40至大约120微米以及更特别地为大约50至大约100微米。流动通道150的示范性宽度为大约60微米。流动通道150具有大约10至大约50微米的深度，特别地为大约15至大约40微米，以及更特别地为大约20至大约30微米。流动通道的示范性深度为大约20微米。
现在再次参考图1A，流动通道150由衬底170密封。当流动通道150设置在芯片120上时，衬底170用作流动通道150的上壁。受体200布置在衬底170上。衬底170可以包括弹性体或非弹性材料，诸如陶瓷(如上所列出的)或有机聚合物(如上所列出的)。当使用在其上受体不从溶液自发沉积的材料时，希望首先用交联剂或疏水分子对它们进行处理以促使受体从溶液贴附。在一个实施例中，希望用疏水有机聚合物处理衬底170。如果使用非弹性材料作为衬底170，则它们只挤压向芯片120用于密封，或可选地，它们可以胶粘或接合到芯片120。
在一个实施例中，衬底170通常包括在室温测试时弹性体的抗压模量(也称为杨氏模量)小于或等于大约107兆帕斯卡(MPa)、特别地小于或等于大约106(MPa)。衬底的弹性性质导致它有效地密封衬底放置在其上方的微结构。衬底通常覆盖从入口160到出口110的流动通道150。衬底不覆盖载荷垫190。弹性体可以是亲水性的或疏水性的。在示范性实施例中，希望弹性体是疏水性的。因此通过用诸如具有一个亲水性的和一个疏水畴的二块共聚物的疏水材料涂敷，亲水性的弹性体的表面可以被转换成疏水性的。
可以用于衬底170的适合的弹性体是诸如聚二甲基硅氧烷的聚硅氧烷；天然的和合成的聚异戊二烯、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、异丁烯和异戊二烯的共聚物、氯丁基橡胶、溴化丁基橡胶、聚丁二烯和丙烯腈的共聚物、表氯醇橡胶、聚丙烯酸橡胶、氟硅酮橡胶、氯磺化聚乙烯等、或者包括前述弹性体中至少一种的组合。示范性的弹性体是聚二甲基硅氧烷。
衬底170通常具有大约0.5至大约5毫米的厚度。衬底170的与金属层130相反的表面被部分或完全地由受体200(也称为靶标)覆盖。选择受体取决于与文库中特定希望的元素相互作用的能力。受体可以是酶、缩氨酸、蛋白质、无机颗粒、涂有受体的珠、未涂敷的珠、细胞、多糖、病毒性颗粒、聚合物、抗体、抗原或可以具有与由噬菌体显示出的蛋白质或缩氨酸的配合基-受体类型相互作用的其他类型的分子或材料。例如利用模板、喷墨沉积法或在表面上图案化蛋白质的其他方法，受体可以被图案化在衬底表面上。可选地，受体在用衬底170密封之后可以通过在流动通道150中流动受体的溶液来沉积在衬底上。
在一个实施例中，在一种利用微流控设备100的方法中，噬菌体文库布置在载荷垫190上。这里，具体参考噬菌体描述文库的元素。虽然在这里公开的方法描述了使用噬菌体文库，但是也可使用包括病毒、自组分子等的其它文库。将第一溶液加到载荷垫190上，以通过入口160将噬菌体传送到流动通道150中。一旦在流动通道150中，噬菌体就会遇到受体。根据受体的选择，在选择的噬菌体和受体之间发生结合。然后流动通道150中的第一溶液利用与唇缘流体相通的泵被泵出。在另一个实施例中，可以利用毛细管作用将流动通道中的第一溶液挤压出流动通道。在再另一个实施例中，可以向流动通道中引入一定量的清洗溶液，以从流动通道取代先前引入的第一溶液。
在通过清洗从流动通道移除第一溶液之后，经由载荷垫和入口将洗提溶液加入流动通道以洗提与布置在衬底170上的受体结合的噬菌体。洗提步骤的目的是利用例如基于DNA序列测定的常规方法，使噬菌体与受体分离，以重新得到它们用于分析。可选地，在洗提步骤之前，可以分析噬菌体-受体结合的相互作用的一些特性。可以利用放射性、荧光性、化学发光、磷光、酶活性、微热量测定、质谱分析等来研究这些相互作用。典型地，利用细菌宿主繁殖洗提的噬菌体来扩增它们的数量，使它们更方便处理和分析。
在一个实施例中，在制造微流控设备的一种方法中，通过常规的光刻和深度反应性离子蚀刻在晶片中建立流动通道150、入口160、载荷垫190和出口110。利用多个曝光和蚀刻步骤，能够产生上面列出的具有不同深度的结构。例如，载荷垫可以制造得比流动通道更深，以便载荷垫可以容纳滴定的溶液。一般出口110蚀刻穿过该晶片，以允许唇缘180与芯片120接合。使唇缘位于芯片的与流动通道和受体相反的表面上，这简化了流动通道和泵之间的相通，并且不会扰乱衬底170在芯片120上的位置和密封。还可以使用其它蚀刻方法，例如化学蚀刻，来形成流动通道或其他结构。例如出口可以是钻孔或激光烧蚀的。通过溅射可以在晶片上布置可选的钛层和金属层130。然后，通过在芯片120的上表面上微接触印刷十六烷硫醇，之后在芯片上流过硫基聚(乙二醇)的乙醇溶液，之后用乙醇冲洗并吹干该芯片，可以在金属层130上布置钝化层140。
衬底170一般是通过将弹性体薄片切割成期望的尺寸并将其布置在芯片120上而制造的。通过将衬底170的表面暴露于受体200的溶液，并让受体200不可逆地吸附在衬底170的表面上，从而在衬底170上布置受体200。通常在流动通道150上布置衬底170之前执行在衬底170上布置受体170。在一个实施例中，首先用偶联剂处理要结合受体200的衬底170的表面，以增强受体与衬底表面的不可逆结合。合适的偶联剂是硅烷偶联剂。然后可以利用标准可热固化粘合剂将密封和唇缘180粘附到晶片上以形成微流控设备。
这种器件的优点在于：允许文库包含大量要被快速测试和分析的元素。虽然大多数应用包含使用生物分子，但是如果特定的结合靶标可用或者如果如上所述分子自身可以附着到受体，则本质上可以检测任何分子。
通过下面的非限制性实例进一步描述本发明：
实例
实例1
实施了该实例以证明抗生蛋白链菌素的文库筛选。该微流控设备具有用于芯片的硅晶片和聚二甲基硅氧烷(PDMS)衬底。流动通道具有20微米的深度和60微米的宽度。受体包含抗生蛋白链菌素。
针对固定在PDMS衬底上的抗生蛋白链菌素，筛选编码十二肽的噬菌体显示文库(a phage display library encoding dodecapeptides)(来自新西兰Biolabs#E8110S的M13噬菌体文库)。在先前上述的图1和2中示出了用于这种筛选的微流控芯片。通过整夜用磷酸盐缓冲液(PBS)中抗生蛋白链菌素含量为0.1微克每毫升(μg·mL-1)的溶液覆盖PDMS表面，将(文库提供的)抗生蛋白链菌素沉积在PDMS衬底上。在用PBS、去离子水清洗并在N2气流下干燥之后，用0.5％(重量)的牛血清白蛋白(BSA)溶液和PBS中抗生蛋白链菌素含量为0.1μg·mL-1的溶液覆盖PDMS，以阻挡PDMS的表面最初不被抗生蛋白链菌素覆盖。该阻挡步骤有助于防止噬菌体与露出PDMS的非指定的相互作用。在用PBS、去离子水清洗和干燥之后，PDMS衬底被布置在具有流动通道的硅晶片上，而没有覆盖载荷垫。
用Tris-缓冲盐水(TBS)透析该文库持续大约4小时。在该步骤期间，文库体积从大约10增加到大约50微升(μL)。利用大约10μL的部分将该文库管移到载荷垫上，并以每小时30微升(μLh-1)的流速通过流动通道。通过流动通道之后收集的文库的部分称为“废料”。保留该废料，为了将来计算溶液中存在的噬菌体的滴定(tittering)。然后用包含0.1％的Tween 20(瑞士，Fluka生产的表面活性剂)的TBS冲洗流动通道。将具有0.1％的Tween 20的PBS或TBS中含1-3％BSA的溶液布置在PDMS的周围，并且使PDMS与芯片分离，并用具有0.1％Tween 20的TBS冲洗。在室温下利用0.1mM的PBS生物素溶液从表面洗提结合的噬菌体，持续1小时。利用文库供应商推荐的方案滴定洗提的噬菌体的数量：洗提是利用埃布氏菌作为宿主和琼脂糖板作为生长培养基扩增的。
进行扩增的培养的一系列稀释并将其用于对琼脂糖板划线。计数斑块形成单位(pfu)来评估洗提中噬菌体的浓度。还可以利用这种方法来评估废料中的噬菌体浓度。
图3是示出仅在一次筛选中如何有效减少文库的条形图。尽管在使用常规微量滴定板时通常使用2至3轮筛选，但是这里仅通过一轮就实现了文库的强力减少。每10μL噬菌体的数量从～1011个噬菌体(文库)减少到～103个噬菌体(洗提)。这种文库大小的强力减小是由在“微流控条件”下筛选文库产生的。在该微控器件中，如果不存在死体积，会出现层流且很小。结果，溶液流动的体积、速度是精确的，并且清洗非常有效。反应动力学受规模的影响显著；控制流动通道的尺寸和流动条件可以改变反应参数，如扩散和结合动力学，有利于选择。此外，微流控通道是封闭系统，并且可以用于消除外界污染。经验上要控制微量滴定板和橡胶珠的表面化学性质，因为在这些表面是非理想的。在微流控设备中利用明确定义的表面允许更好地控制表面钝化、结合关注的靶标和靶标的可用性。甚至可以减小表面上靶标的总面积，以促进文库结合元素之间的竞争。通过用较强的结合剂代替较弱的结合剂，可以增加选择性。利用本发明，通过在PDMS的表面上图案化靶标并且利用小的流速，就可以实现这些。
实例2
实施该实例来筛选红细胞凝聚素抗原的文库。针对抗体(Ab)靶标筛选编码十二肽的噬菌体显示文库(来自新西兰Biolabs#E8110S的M13噬菌体文库)。该Ab直接抵抗来自红细胞凝聚素流感病毒的合成肽(9氨基酸序列YPYDVPYA)，并且是单克隆鼠Ab(#H1200-3，IgG，来自USBiological，Ma，USA的clone 3H428B)。该文库的缓冲液是具有50％丙三醇的TBS(tris-缓冲盐水，即，50mM的Tris-HCL，pH7.5，150mM NaCl)。文库的复杂性是2.7×1019种转化体。10μL的文库包含大约各个序列的55个拷贝。
除了用来装载文库的载荷垫用通孔代替之外，用来筛选该文库的微流控设备具有与实例1中描述的微流控设备相同的设计，这可以从图4中看出。该通孔连接到一微口、聚醚醚酮(PEEK)管(0.09英寸直径，大约10厘米长)。该管浸在Eppendorf管(1.5mL或更小)中。这里，如果需要，可以方便地使用大体积的溶液和长的步骤。在用衬底密封了微流控设备的流动通道之后，抗体以大约1至大约5μLmin-1之间的流速通过该流动通道(50μm深、100μm宽、15mm长的通道)。抗体以20至125μgmL-1的浓度稀释在PBS中。15分钟之后，用PBS以大约5至大约10μLmin-1的流速冲洗微流动通道，持续15分钟。以相对高的流速清洗有助于去除那些微弱结合在衬底的抗体。没有用抗体覆盖的区域用BSA遮挡，以防止后续步骤中噬菌体的未指定沉积。这可以通过利用大约1至大约5μLmin-1的流速流过PBS中BSA的溶液(PBS中1至3％的BSA浓度)持续60分钟来实现。最后，以大约5至大约10μLmin-1的流速用TBS清洗流动通道，持续1小时。因为TBS是用于该文库的缓冲液，所以该清洗步骤选择TBS。还可以使用其它缓冲液，如PBS。
透析(Slide-A-Lyzer from Pierce，1L，USA，分子量定点：3500Daltons)该文库，以移除丙三醇或降低丙三醇的初始浓度。通常，如果筛选10μL的文库，要透析1.5倍的文库体积。例如，在1升的TBS中在室温下透析15μL的文库，持续一整夜。也可以使用更短的时间。该透析步骤移除了丙三醇，并因此降低了文库样品的粘性，因此提高了溶液中噬菌体的扩散。典型地，10μL的透析文库(对应大约4×1010个的噬菌体)被加入100μL的具有0.1％Tween 20的TBS。
然后在停止流动条件下传送该文库(这里，2μLmin-1的流速持续21分钟之后1分钟不流动)，其中通过流动通道释放的文库的体积由通道体积和培养时间决定，培养时间由基于M13噬菌体的扩散常数扩散到靶标区域的最大长度(即，通道深度)决定。停止流动条件的最终约束条件是：通道入口处通道底部处的噬菌体在其离开通道之前应该有足够的时间扩散到通道顶部。由于这里使用的流动通道具有50μm的深度且仅具有15mm的长度，所以采用缓慢流速。另外，泵系统中的滞后量(泵停止时和液体中元素停止流动时之间的时间)经验地利用荧光珠确定，以提高停止流动条件的精度。
文库用20小时通过流动通道(大约每小时5μL)，通过使流动通道更宽或更长可以缩短时间。然后，通过将具有0.1％Tween 20的TBS释放通过流动通道，之后TBS以大约10至大约15μLmin-1的流速持续大约4到大约6个小时，完成冲洗。通过以大约5μLmin-1的流速流动YPYDVPYA控制肽(600μL PBS中50μg)，来洗提保留在流动通道中的噬菌体。还可以使用更慢和更快的流速。30分钟内收集噬菌体，洗提增加，在埃布氏菌中扩增，随后被定序用于分析。在图5中报告了获得的序列。显著地，仅在一轮中，第一洗提等分试样包含具有与已知抗原决定基HA阱类似的序列的噬菌体在文库的统计水平(利用文库的商业小册子中描述的方法计算的)之上。这证明了用该基于微流的筛选方法产生的选择。
虽然上述的实例是基于噬菌体文库，但是也可以使用其它类型的文库。利用这里公开的方法，还可以筛选使用其它类型病毒的文库，或使用如泡囊的自组结构的文库，或者使用其全部可以被元素覆盖以形成文库的珠或纳米微粒的文库。还可以使用基于细胞的文库。利用这里公开的方法和系统，还可以筛选化学品、聚合物、无机化合物、聚糖、自然活性化合物、肽和寡(聚)核苷酸的文库。
虽然参考示范性实施例已经描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解：在没有偏离本发明的范围的前提下，可以进行各种变化，并且等效物可替代本发明的元素。另外，在没有偏离本发明的基本范围的前提下，可以进行许多修改，以适用于属于本发明教导的特殊情形或材料。因此，意图是本发明并不限于作为计划实施本发明的最佳模式而公开的具体实施例。

Claims (24)

1.一种系统，包括：
芯片；
布置在所述芯片中的流动通道；所述流动通道与入口和出口相通；所述流动通道用于允许文库从所述入口流向所述出口；
衬底；所述衬底布置在所述芯片上；所述衬底用作所述流动通道的上壁；以及
受体；所述受体布置在所述衬底上；所述受体用于与文库中的元素相互作用。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述流动通道涂有金属层。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述金属层包括金。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述芯片包括硅。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述芯片包括有机聚合物。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述芯片包括金属氧化物；所述金属氧化物是硅石、氧化铝、氧化钛、氧化锆、二氧化铈、或者包括前述金属氧化物中至少一种的组合。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述流动通道具有30至大约130微米的宽度。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述流动通道具有大约10至大约50微米的深度。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述流动通道具有大约1至大约150毫米的长度。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述流动通道具有弯曲的路径。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述衬底包括弹性体；所述弹性体是聚硅氧烷；天然聚异戊二烯、合成聚异戊二烯、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、异丁烯和异戊二烯的共聚物、氯丁基橡胶、溴化丁基橡胶、聚丁二烯和丙烯腈的共聚物、表氯醇橡胶、聚丙烯酸橡胶、氟硅酮橡胶、氯磺化聚乙烯；或者包括前述弹性体中至少一种的组合。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述衬底包括聚二甲基硅氧烷。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述受体包括酶、缩氨酸、蛋白质、无机颗粒、细胞、多糖、病毒性颗粒、聚合物、抗体、抗原或包括前述受体中至少一种的组合。
14.如权利要求1所述的系统，进一步包括泵；所述泵与所述出口相通。
15.如权利要求1所述的系统，进一步包括载荷垫；所述载荷垫与所述入口相通。
16.一种使用如权利要求1所述的系统的物品。
17.一种方法，包括：
在微流控设备的载荷垫上布置文库；所述微流控设备包括：
芯片；
布置在所述芯片中的流动通道；所述流动通道与入口和出口相通；所述流动通道用于允许文库从所述入口流向所述出口；
衬底；所述衬底布置在所述芯片上；所述衬底用作所述流动通道的上壁；以及
受体；所述受体布置在所述衬底上；所述受体与文库中的元素相互作用；
将第一溶液加到所述载荷垫，以通过所述入口将所述文库的元素传送到所述流动通道中；
将所述文库的一部分元素结合到所述受体以形成元素-受体复合物；以及
洗提元素-受体复合物。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括增加那些能够结合到所述受体的文库的元素。
19.如权利要求17所述的方法，进一步包括分析文库的那些能够结合到所述受体的元素；所述分析是通过分析技术实施的；所述分析技术包括寡核苷酸定序、放射性、荧光性、化学发光、磷光、酶活性、质谱分析法、量热法、或包括前述分析技术中至少一种的组合。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述元素-受体复合物的洗提是利用第二溶液实现的。
21.一种制造微流控设备的方法，包括：
在芯片中布置流动通道；
在所述芯片中布置出口和载荷垫；
在所述流动通道的基部上布置金属层；
在所述芯片上布置衬底；所述衬底用作所述流动通道的上壁；以及
在所述衬底的相对布置到金属层的表面上布置受体；所述受体用于与文库的元素相互作用。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述芯片是微制造的。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述芯片不密封入口；所述入口与所述载荷垫相通。
24.一种由权利要求21所述的方法制造的物品。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110441472A (zh) * 2018-05-04 2019-11-12 伊鲁米那股份有限公司 具有集成歧管的流动池

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8836513B2 (en) 2006-04-28 2014-09-16 Proteus Digital Health, Inc. Communication system incorporated in an ingestible product
CN103259027A (zh) 2005-04-28 2013-08-21 普罗透斯数字保健公司 药物信息系统
US8912908B2 (en) 2005-04-28 2014-12-16 Proteus Digital Health, Inc. Communication system with remote activation
US9198608B2 (en) 2005-04-28 2015-12-01 Proteus Digital Health, Inc. Communication system incorporated in a container
US8802183B2 (en) 2005-04-28 2014-08-12 Proteus Digital Health, Inc. Communication system with enhanced partial power source and method of manufacturing same
EP2013829A4 (en) 2006-05-02 2010-07-07 Proteus Biomedical Inc PERSONALIZED THERAPEUTIC REGIMES FOR A PATIENT
KR101611240B1 (ko) 2006-10-25 2016-04-11 프로테우스 디지털 헬스, 인코포레이티드 복용 가능한 제어된 활성화 식별자
US8718193B2 (en) 2006-11-20 2014-05-06 Proteus Digital Health, Inc. Active signal processing personal health signal receivers
WO2008095183A2 (en) 2007-02-01 2008-08-07 Proteus Biomedical, Inc. Ingestible event marker systems
US8956288B2 (en) 2007-02-14 2015-02-17 Proteus Digital Health, Inc. In-body power source having high surface area electrode
US8932221B2 (en) 2007-03-09 2015-01-13 Proteus Digital Health, Inc. In-body device having a multi-directional transmitter
EP2063771A1 (en) 2007-03-09 2009-06-03 Proteus Biomedical, Inc. In-body device having a deployable antenna
US8115618B2 (en) 2007-05-24 2012-02-14 Proteus Biomedical, Inc. RFID antenna for in-body device
PT2192946T (pt) 2007-09-25 2022-11-17 Otsuka Pharma Co Ltd Dispositivo no corpo com amplificação de sinal dipolo virtual
ES2636844T3 (es) 2008-03-05 2017-10-09 Proteus Biomedical, Inc. Sistemas y marcadores de eventos ingeribles de comunicación multimodo, y métodos para usarlos
US9879360B2 (en) * 2008-06-20 2018-01-30 International Business Machines Corporation Microfluidic selection of library elements
EP3427660A1 (en) 2008-07-08 2019-01-16 Proteus Digital Health, Inc. Ingestible event marker data framework
WO2010019778A2 (en) 2008-08-13 2010-02-18 Proteus Biomedical, Inc. Ingestible circuitry
KR20110104079A (ko) 2009-01-06 2011-09-21 프로테우스 바이오메디컬, 인코포레이티드 약제학적 투여량 전달 시스템
CN102341031A (zh) 2009-01-06 2012-02-01 普罗秋斯生物医学公司 摄取相关的生物反馈和个人化医学治疗方法和系统
US8540664B2 (en) 2009-03-25 2013-09-24 Proteus Digital Health, Inc. Probablistic pharmacokinetic and pharmacodynamic modeling
NZ619375A (en) 2009-04-28 2015-03-27 Proteus Digital Health Inc Highly reliable ingestible event markers and methods for using the same
US9149423B2 (en) 2009-05-12 2015-10-06 Proteus Digital Health, Inc. Ingestible event markers comprising an ingestible component
TWI517050B (zh) 2009-11-04 2016-01-11 普羅托斯數位健康公司 供應鏈管理之系統
UA109424C2 (uk) 2009-12-02 2015-08-25 Фармацевтичний продукт, фармацевтична таблетка з електронним маркером і спосіб виготовлення фармацевтичної таблетки
WO2011127252A2 (en) 2010-04-07 2011-10-13 Proteus Biomedical, Inc. Miniature ingestible device
TWI557672B (zh) 2010-05-19 2016-11-11 波提亞斯數位康健公司 用於從製造商跟蹤藥物直到患者之電腦系統及電腦實施之方法、用於確認將藥物給予患者的設備及方法、患者介面裝置
US9103787B2 (en) 2010-05-25 2015-08-11 Stmicroelectronics S.R.L. Optically accessible microfluidic diagnostic device
EP2642983A4 (en) 2010-11-22 2014-03-12 Proteus Digital Health Inc DEVICE INGREABLE WITH PHARMACEUTICAL PRODUCT
US9844779B2 (en) 2011-01-14 2017-12-19 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Membrane-integrated microfluidic device for imaging cells
US20130344617A1 (en) * 2011-03-15 2013-12-26 Carclo Technical Plastics Lmited Sample metering
US9756874B2 (en) 2011-07-11 2017-09-12 Proteus Digital Health, Inc. Masticable ingestible product and communication system therefor
WO2015112603A1 (en) 2014-01-21 2015-07-30 Proteus Digital Health, Inc. Masticable ingestible product and communication system therefor
MX340001B (es) 2011-07-21 2016-06-20 Proteus Digital Health Inc Dispositivo, sistema y método de comunicación móvil.
US9235683B2 (en) 2011-11-09 2016-01-12 Proteus Digital Health, Inc. Apparatus, system, and method for managing adherence to a regimen
JP2015534539A (ja) 2012-07-23 2015-12-03 プロテウス デジタル ヘルス， インコーポレイテッド 摂取可能構成要素を備える摂取可能事象マーカーを製造するための技法
JP5869736B2 (ja) 2012-10-18 2016-02-24 プロテウス デジタル ヘルス， インコーポレイテッド 通信デバイス用の電源において電力消失およびブロードキャスト電力を適応的に最適化するための装置、システム、および方法
US20150343437A1 (en) * 2013-01-07 2015-12-03 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Duct device
US11149123B2 (en) 2013-01-29 2021-10-19 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. Highly-swellable polymeric films and compositions comprising the same
WO2014144738A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Proteus Digital Health, Inc. Metal detector apparatus, system, and method
US11744481B2 (en) 2013-03-15 2023-09-05 Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd. System, apparatus and methods for data collection and assessing outcomes
CN103331097B (zh) * 2013-05-27 2015-04-08 陕西师范大学 聚二甲基硅氧烷微流控芯片在分离寡多糖中的应用
US9796576B2 (en) 2013-08-30 2017-10-24 Proteus Digital Health, Inc. Container with electronically controlled interlock
US10084880B2 (en) 2013-11-04 2018-09-25 Proteus Digital Health, Inc. Social media networking based on physiologic information
US10732189B2 (en) 2015-01-14 2020-08-04 Bio-Rad Europe Gmbh Blood analysis systems and methods
EP3248012B8 (en) 2015-01-23 2019-11-13 Bio-Rad Laboratories, Inc. Immunoblotting systems and methods
US11051543B2 (en) 2015-07-21 2021-07-06 Otsuka Pharmaceutical Co. Ltd. Alginate on adhesive bilayer laminate film
TWI570243B (zh) * 2015-11-03 2017-02-11 國立清華大學 噬菌體之篩選裝置及方法
US10187121B2 (en) 2016-07-22 2019-01-22 Proteus Digital Health, Inc. Electromagnetic sensing and detection of ingestible event markers
TWI735689B (zh) 2016-10-26 2021-08-11 日商大塚製藥股份有限公司 製造含有可攝食性事件標記之膠囊之方法
WO2019118445A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Trustees Of Boston University Disposable fluidic cartridge for interferometric reflectance imaging sensor
CN112725905A (zh) * 2020-12-31 2021-04-30 张研 一种数字微流控文库构建系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6451191B1 (en) * 1999-11-18 2002-09-17 3M Innovative Properties Company Film based addressable programmable electronic matrix articles and methods of manufacturing and using the same
CN1482369A (zh) * 2002-08-30 2004-03-17 英特尔公司 微流体通道中的级联流体动力学集中
EP1415788A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Agilent Technologies, Inc. Integrated microfluidic array device
CN101052468A (zh) * 2004-09-09 2007-10-10 居里研究所 采用共线电场的微流控装置
EP1867733A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-19 Hitachi Software Engineering Co., Ltd. Biological material preparation chip and preparation chip system and method for DNA extraction from biological materials

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020022261A1 (en) * 1995-06-29 2002-02-21 Anderson Rolfe C. Miniaturized genetic analysis systems and methods
CN1329729C (zh) * 1996-06-28 2007-08-01 卡钳生命科学股份有限公司 微流体系统
US6074827A (en) * 1996-07-30 2000-06-13 Aclara Biosciences, Inc. Microfluidic method for nucleic acid purification and processing
US6485905B2 (en) * 1998-02-02 2002-11-26 Signature Bioscience, Inc. Bio-assay device
US6610499B1 (en) * 2000-08-31 2003-08-26 The Regents Of The University Of California Capillary array and related methods
US20040185453A1 (en) * 2003-03-21 2004-09-23 Joel Myerson Affinity based methods for separating homologous parental genetic material and uses thereof
WO2005095262A1 (en) * 2004-04-01 2005-10-13 Nanyang Technological University Microchip and method for detecting molecules and molecular interactions
US9879360B2 (en) * 2008-06-20 2018-01-30 International Business Machines Corporation Microfluidic selection of library elements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6451191B1 (en) * 1999-11-18 2002-09-17 3M Innovative Properties Company Film based addressable programmable electronic matrix articles and methods of manufacturing and using the same
CN1482369A (zh) * 2002-08-30 2004-03-17 英特尔公司 微流体通道中的级联流体动力学集中
EP1415788A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Agilent Technologies, Inc. Integrated microfluidic array device
CN101052468A (zh) * 2004-09-09 2007-10-10 居里研究所 采用共线电场的微流控装置
EP1867733A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-19 Hitachi Software Engineering Co., Ltd. Biological material preparation chip and preparation chip system and method for DNA extraction from biological materials

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110441472A (zh) * 2018-05-04 2019-11-12 伊鲁米那股份有限公司 具有集成歧管的流动池
CN110441472B (zh) * 2018-05-04 2022-06-07 伊鲁米那股份有限公司 具有集成歧管的流动池
US11376584B2 (en) 2018-05-04 2022-07-05 Illumina, Inc. Flow cell with integrated manifold
US11951477B2 (en) 2018-05-04 2024-04-09 Illumina, Inc. Flow cell with integrated manifold

Also Published As

Publication number Publication date
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KR20110036002A (ko) 2011-04-06
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JP2011525109A (ja) 2011-09-15
US20090318303A1 (en) 2009-12-24

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Sugumar et al. Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics Springer-Verlag 2008
Tonkinson et al. Transitioning of ELISA assay to a quantitative microspot format

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