CN102317514B - 具有微通道的微阵列 - Google Patents

Abstract

一种在适于模压的厚板的平面上形成的微阵列，微阵列包括多个微孔组，微孔组包括有在适于模压的厚板的平面上所形成的多个微孔，每一个微孔都被确定尺寸，以便能够容纳至少单个细胞，和在适于模压的厚板的平面上形成的多个微通道，多个微通道被配置为允许来自微阵列的第一区域中的液体能够传递到微阵列的第二区域中。

Description

具有微通道的微阵列

相关的申请

本申请在此要求于2009年2月20日提交的美国第12/390,279号专利申请的优先权，其全部利益通过引证并入本文。

背景技术

通常情况下，对多个细胞进行分离在医学研究中的非常重要的部分，例如，在筛选和重获单个抗体分泌细胞的研究中。在某些情况下，医学研究人员希望将单个的细胞从含有大量的细胞的悬浮液中分离出来，以便进行更进一步的研究。有一种技术包括使用含有微孔的微阵列。细胞的悬浮液被放置在微阵列中，从而允许少量的细胞被分配到各个微孔中。在某些情况下，基片被放置在微阵列中以帮助分离细胞，并允许形成印制好的微阵列。在微阵列和基片之间的过多的残余液体可能导致出现不理想的结果。

发明内容

一般来说，在某一方面，本发明提供的是一种在适于模压的厚板的平面上形成的微阵列，微阵列包括多个微孔组，微孔组包括在适于模压的厚板的平面上形成的多个微孔，每一个微孔都被确定尺寸，以便能够容纳至少单个细胞，和在适于模压的厚板的平面上形成的多个微通道，多个微通道被配置为允许来自微阵列的第一区域中的液体能够传递到微阵列的第二区域中。

本发明的各种执行方案可以提供一种或更多的如下特征。微通道包括第一组和第二组的微通道，其中第一组和第二组微通道形成格子框架，而且它们是流体连通的，其中格子框架限定为数众多行间区域。至少一个微孔组被布置在行间区域的至少一个其中之一上。微通道的格子框架的配置结构选自包括正方形和六边形所组成的组。对微通道进行如此配置，以致在适于模压的厚板上的平面上的液体可以通过微通道从行间区域中排出，当适于模压的厚板的平面被放置在与基片的平面相接触的位置上时，以致可以在适于模压的厚板和基片之间能够形成密封。

本发明的各种执行方案也提供了一种或更多的如下特征。液体以所述方式从行间区域中排出，微孔中的每一个都保留有足够的液体来维持其中所包含的至少一个细胞。微阵列进一步包括圆周形的微通道，其与微通道流体连通并被布置在在微孔组的周围。端口是通过适于模压的厚板来形成的，端口与微通道流体连通，端口和微通道的配置结构使得可以通过端口进行微通道中的抽吸。微孔组中的每一个都包括至少一个微孔，其与微孔组中的其他的微孔是有区别的。至少一个有区别的微孔在微孔组中的每一个中所预先确定的位置中进行定位，以致微孔组的方向可以通过肉眼的观察来确定。

本发明的各种执行方案还进一步提供一种或多种如下特征。至少一个有区别的微孔指示出信息，该信息可以用于确定微孔组中的每一个微孔在微阵列中的位置。信息是一种纵栏和横栏数字。有差别的微孔与微孔组中的其他微孔相比具有不同的外形。每一个微孔组中的尺寸实质上与用于观察微孔组的相机的视域的尺寸是相同的。微孔中的每一个都与微通道流体连通。微孔中的每一个实质上都是50μm×50μm×50μm。每一个行间区域都包括排列为4纵栏和4横栏所组成的16微孔组。微通道延伸到适于模压的厚板的外侧边缘上。

本发明的各个方面可以提供一种或更多种的如下能力。大量的单个细胞可以通过阵列来进行分离。在阵列的表面和辅助基片之间的液体捕获可以有效排出。微孔组的方向可以通过肉眼观察来确定。阵列中的微孔的位置可以是通过肉眼观察来毫无疑义地确定的。阵列可以用于形成基片上的印制的微阵列。阵列可以被剪裁，以便印制的微阵列可以通过特定的仪器来进行优化。印制的微阵列的质量可以通过现有的技术来改进提高。每一个微孔都可以通过基片来密封，以致次毫微升的培养液可以被限定。阵列可以优化为手动和/或自动的显微操作。

本发明的上述能力和其他的能力以及本发明自身将通过以下的附图、详细的描述和权利要求得以更全面的理解。

附图说明

附图1是一部分阵列的示意图，其包括多个微孔组和微通道。

附图2是沿着附图1中的线I-I进行剖切而获得的阵列的剖面的示意图。

附图3是微孔组的示意图。

附图4是一部分的阵列和基片的组合的示意图。

附图5是一部分阵列的示意图，其包括有端口。

附图6是一部分阵列的示意图，其包括多个端口。

附图7是一部分阵列的示意图，其包括多个微孔组和微通道。

附图8是微孔组的示意图，其包括地址信息。

附图9是可以效仿的微孔组的照片。

具体实施方式

本发明中的各种实施方案提供了用于准备被相互连接的微通道网络进行细分的微孔的阵列的技术。阵列上的平坦的表面被配置为放置在与基片(例如，玻璃、塑料、金属、硅、橡胶)的平面相接触的位置上，以形成一种，例如，在发现新的单克隆抗体的使用中的配置结构。阵列可以被排列为一种允许在阵列的表面和基片之间进行液体捕获，以便在阵列被放置在与基片接触的位置上时液体能够被有效地排出到阵列的边缘上的结构。阵列可以被排列为正方形或者是六边形的结构，其中多个微孔在微通道之间的空间中进行定位。微通道可以在阵列的边缘上横穿通道的环形部分，而且可以包括允许对来自系统的过多的媒质进行抽吸。更进一步，各个微孔的外形是可以改变的，以便能够对在阵列中的微孔的各个组的位置进行编码。其他的实施方案都是在本发明的范围之内。

参考附图1-2，其中显示的是阵列5的一部分。优选的是，阵列5是由一种适合的组分，例如，一种适于模压的厚板10所组成的。优选的是，适于模压的厚板10是使用聚二甲硅氧烷(PDMS)来构建的，尽管也可以使用其他的材料。例如，适于模压的厚板10也可以通过使用各种不同的硅、乳胶、天然橡胶、水凝胶(例如，胶原蛋白、聚丙烯酰胺)，和/或其他的透气的，适用于生物的材料来构建，优选的是，具有类似于PDMS的杨系数的材料。

阵列5优选包括多个微孔块15和多个微通道20。典型的是，微通道20包括均匀的10-100um的宽度和1-4mm的间距，尽管其他的宽度和间隔距离也是可以使用的。优选的是，多个微通道20被配置为形成一种微通道的格子框架的结构，其限定多个微孔块15可以在其中定位的行间区域。举例来说，微通道20可以被配置为平行-垂直的方式，以形成正方形的“城市街道”式的结构，尽管其他的配置方式也是可行的(例如，微通道20可以被配置为六边形的结构，以便形成“蜂巢”式的结构)。阵列5的大小可以根据应用的需要进行改变。例如，阵列5的尺寸可以被配置为与25mm×60mm的盖玻片相一致的尺寸，以及与在显微镜中使用的标准的载玻片的尺寸相一致的尺寸。

同样也是参考附图3，微孔块15中的每一个都优选包括多个微孔组25，其配置为4x4的结构，其可以提高阵列5和基片40的接触面的粘合力，尽管其他的配置方式也是可行的。优选的是，微孔组25中的每一个都被确定尺寸，以致它们能够优化用于与在典型的商业用相机(例如，1360x1024像素)的CCD上的可见视场相匹配。微孔块15的尺寸也可以被优化，以便在阵列5与基片40结合时减小所产生的失真。举例来说，微通道20可以用作微孔块15之间的解耦缓冲器，这是通过，例如，提供机械的应力消除来实现的。在实验过程中，人们发现微孔块15的4x4的配置结构在某些情况(例如，来自微孔块15的其中之一的微刻图案是失真的，然而来自微孔块15周围的图案是令人满意的)下能减小失真。更进一步说，当微孔块15被描述为包括多个微孔组25时，阵列5可以进行配置，以致微孔块15中的每一个都包括单一的微孔组。包括有孤立细胞的可以效仿的微孔组的照片被显示在附图9中。进一步说，附图1显示的是微孔组25的32x64的配置结构，其他的尺寸也是可行的(例如，96孔的托盘底座的尺寸)。

微孔组25中的每一个都包括有多个被排列为5×7的矩形的配置结构的立方体微孔30，在微孔之间具有100um的间距。优选的是，微孔30是立方体的，而且将尺寸确定为在每一个微孔中所容纳的细胞的数量是最少的，同时便于细胞通过手动的显微操作(例如，50μm×50μm×50μm)来重获。举例来说，微孔30可以被确定尺寸为在含有细胞的悬浮液被放置到阵列5之上时，可以获得的细胞平均密度为1-3个细胞。微孔的正方形的外形也可以通过肉眼检查(例如，外形可以使其能够容易地将阳性元素从后生物中区分开)来方便评定已经印刷好得微阵列的质量。尽管上文中所提到的内容，微孔30可以被配置为其他的外形、尺寸和间距。进一步说，微孔组25也可以是其他的尺寸(例如，改变微孔的数量)和外形(例如，矩形、六边形、三角形等等)。

微孔组25中的每一个都可以进行配置，以致任何一个给定的微孔组25的方向能立即得以确定。在一种技术中，在每一个微孔组25中的一个或更多的预先确定的微孔30是具有不同的外形和/或稍微不同的配置结构。例如，在每一个微孔组25的左上方的微孔(例如，微孔35)可以是棱形的(当从上面看时，相对于其余的微孔35而言)。如此，观察者可以通过观察棱形的微孔的位置来确定微孔组25的方向。其他的技术也可以用于暗示微孔组25的方向(例如，使用其他外形的微孔)。

优选的是，阵列5可以通过使用软的平板微刻技术来构建。例如，阵列5可以通过将适用于生物的弹性橡胶(例如，PDMS)铸造和/或模压(例如，喷射模塑、传递模塑、压缩模塑等等)到主模上来形成，主模包括地志图案的表面。在主模上的图案可以从底部明显地印制到模塑橡胶上。优选的是，主模是一种硅片，其支撑光阻材料的图案，光阻材料是通过使用在影印平板术中的标准设备制成的，影印平板术通常可以在大部分的大学和/或纳米构建中心中的清洁设备中找到。可以效仿的工厂设备包括斯坦福的Microfluidics铸造厂，KNI的Microfluidic铸造厂以及Harvard Center的Nanoscale系统。其他的技术和/或设备也可以用于构建阵列5。

现在参考附图4，阵列5可以被配置为在微刻技术中使用，而微孔30的阵列5通过将含有细胞的悬浮液放置在阵列5上的方式来承载细胞，并允许细胞从悬浮液中分配到各个微孔30中。阵列5可以被配置为放置在与基片40接触的位置上(例如，载玻片)，其被适当地用于执行捆缚从细胞中分泌的抗体的功能。在繁殖的过程中(例如，10-60分钟)，优选的是，从每一个细胞中分泌的抗体在基片40的表面上被捕获，典型的结果是，导致蛋白质微阵列出现在基片40，在此，阵列上的每一个点与阵列5中的微孔30相对应。

阵列5被进行配置，以致在每一个平面都放置在接触位置上(例如，表面45和50，对应地)时，其形成与基片40的保角密封。举例来说，阵列5的配置结构可以是，将阵列5放置在与基片40接触的位置上，在阵列5的表面和基片40的表面之间进行的液体捕获可以有效地排出到阵列5的边缘上。因此，阵列5的配置结构允许液体从行间区域(例如，区域55)中排出，并允许两个表面密封在一起。而且，通过使用已经揭示的阵列5的配置结构，优选的是，在阵列5和基片40之间的密封实现之后，每一个微孔都含有充足的液体，以致不会破坏和/或杀死其中所含有的(例如，每一个微孔可以被密封为限定次毫微升的培养液)任何一个细胞。过多的液体可以在多个位置上进行抽吸，例如，从阵列5(例如，区域50)中退出的每一个微通道20。而且，阵列5可以被配置为与夹具一并使用，以致阵列5和基片40能够被把持在一起，从而可以施加压力以有助于对微孔30进行密封。

微通道20的配置结构可以改变，而且一个或者更多的选择也是可行的。例如，可以提供抽吸端口用于收集从行间区域(例如，阵列和基片的行间区域)中排出的过多液体，从而获得保角密封，和/或在阵列和基片之间实现抽吸。

举例来说，参考附图5和附图6，其中显示的是阵列105。在阵列105中，微通道20的配置结构不同于参考附图5所描述的配置结构。例如，微通道20不会延伸到阵列105的边缘上。而是，微通道20与外侧的微通道110流体连通，外侧的微通道形成围绕在微孔块15的外围部分。外侧的微通道110的宽度可以比微通道20(例如，在附图5中所示)更宽(例如，0.5-5mm的宽度)，尽管微通道110的其他的宽度也是可行的(例如，附图6中所示)。连接到微通道110上的可以是端口115。优选的是，端口115是一种孔，其可以通过适于模压的厚板10来形成。通过使用端口115，过多的液体可以从阵列105中抽吸出来。除此之外，端口115和/或微通道20可以用作容器以收集从行间区域中排出的过多的液体，从而减少甚至消除抽吸的需要。

端口115可以放置在阵列105的一个或者多个位置上。例如，参考附图5，端口115可以放置在外侧的微通道110的外部，并且通过连接的微通道120来流动连接到微通道110的内部。参考附图6，多个端口115的其中之一也可以同轴放置在外侧的微通道110中。端口115的其他配置也是可行的(例如，端口与一个或更多的微通道20同轴放置)。

参考附图7，阵列5也可以包括额外的微通道125，其将微孔组25中的每一个都连接到微通道20上。微通道125的使用可以使得从/到每一个微孔组25中吸出和/或引出额外的液体成为可能。举例来说，小分子(例如，药剂、代谢物)可以通过扩散的方式进入到微孔组25中。

微孔组25中的每一个都可以进行独一无二的编码，以致阵列5，105上的任何一个给定的微孔组25的精确的位置可以被确定。因此，在通过阵列5，105的分析的负载的含有细胞的微孔定位之后，负载中的每一个微孔的“地址”都可以被识别。如此，举例来说，来自负载的微孔的细胞必定在稍后的时间内得以重获。

参考附图8，可以效仿的编码方案将微孔组25分为预先确定的区域130，135，140，145，并将预定的值分配给每一个区域中的微孔30的其中之一。例如，区域130，135分别代表微孔组25被确定位置的纵栏中最重要和最不重要的数字。同样地，区域140，145分别代表微孔组25被确定位置的横栏中最重要和最不重要的数字。在每一个区域中的微孔中的每一个都可以被赋值(例如，正如附图8中所示)。因此，在每一个区域130，135，140，145中表示的数字都可以通过改变指定的微孔(例如，通过使用棱形的微孔来识别适当的数字)的外形的方式来识别。数字0可以通过将特定的微孔指定为0来表示，或者，可以选择的是，在特定的区域中缺少棱形的微孔可以指示为数字0。因此，附图8对微孔35进行了解释，显示出纵栏20，横栏58的地址。使用这样的编码方案，在阵列5，105中的特定的微孔可以用6位数的数字进行标识，第一和第二个数字代表负载的微孔组的纵栏，第三和第四数字代表的是负载的微孔的横栏，以及最后两个数字代表的是负载的微孔组中的微孔的横栏和纵栏。例如，224757的地址代表的是微孔组的右下方的微孔在阵列5，105中的第22纵栏，第47横栏中定位。

其他的实施方案都在本发明的范围和主旨之内。本领域内的普通技术人员将会意识到，本文中所描述的实施例的各种不同部分是可以相互替换和/或用其他的实施例中的各种不同的部分进行替代的，而且其他的修改也是可行的。在本文所引用参考的任何材料文献与所揭示的内容相冲突的情况而言，本发明所揭示的内容是具有控制性的。

而且，尽管上文中的说明涉及到本发明，其所描述的内容可能包括不止一种发明。

Claims (16)

1.一种在适于模压的厚板的平面上形成的微阵列，微阵列包括：

在适于模压的厚板的平面上形成的多个微通道，所述多个微通道被配置用于形成格子框架以限定为数众多的行间区域；以及

多个微孔组，每个微孔组被布置在行间区域的其中之一上并且不与格子框架直接连接，其中每个微孔组包括在适于模压的厚板的平面上形成的多个微孔，并且每一个微孔都被确定尺寸，以便能够容纳至少单个细胞。

2.根据权利要求1中的微阵列，其中对微通道进行配置，以致在适于模压的厚板的平面上的液体可以通过微通道从行间区域中排出，当适于模压的厚板的平面被放置在与基片的平面相接触的位置上时，以致可以在适于模压的厚板和基片之间能够形成密封。

3.根据权利要求2中的微阵列，其中液体从行间区域中排出，微孔中的每一个都保留有足够的液体来维持其中所包含的至少一个细胞。

4.根据权利要求1-3中任一权利要求的微阵列，其中所述多个微通道包括圆周形的微通道，其与端口流体连通以至于通过端口能够进行微通道的抽吸。

5.根据权利要求1中的微阵列，其尺寸被配置为与25mm×60mm的盖玻片相一致的尺寸，或者与在显微镜中使用的标准的载玻片的尺寸相一致的尺寸。

6.根据权利要求1中的微阵列，微孔组的每一个都被确定尺寸以与在相机中使用的CCD上的可见视场相匹配。

7.根据权利要求6中的微阵列，其中所述CCD为1360x1024像素。

8.根据权利要求1中的微阵列，其中每个微孔都被确定尺寸以在每一个微孔中所容纳的细胞的数量是最少的。

9.根据权利要求2中的微阵列，其中所述微通道和微孔被安排和构成以至于当含有细胞的悬浮液被承载在微阵列上时，悬浮液中的细胞分配到微阵列的微孔中，并且，当适于模压的厚板的平面被放置在与基片的平面相接触的位置上时，在适于模压的厚板和基片之间能够形成密封，在适于模压的厚板的平面上的液体可以通过微通道从行间区域中排出，以及在实现密封之后，每个微孔都含有充足的液体以致不会破坏或杀死微孔内所含有的细胞。

10.根据权利要求1中的微阵列，其中微通道的格子框架具有选自由正方形和六边形所组成的组的配置。

11.根据权利要求1中的微阵列，其中微孔组中的每一个都包括至少一个微孔，其与微孔组中的其他的微孔是有区别的。

12.根据权利要求11中的微阵列，其中至少一个有区别的微孔在微孔组中的每一个微孔组的预先确定的位置中进行定位，以致微孔组的方向可以通过肉眼的观察来确定。

13.根据权利要求11中的微阵列，其中至少一个有区别的微孔指示出信息，该信息可以用于确定微阵列中的微孔组中的每一个微孔组的位置。

14.根据权利要求13中的微阵列，其中信息是一种纵栏和横栏数字。

15.根据权利要求11中的微阵列，其中至少一个有差别的微孔与微孔组中的其他微孔相比具有不同的外形。

16.根据权利要求1中的微阵列，其中微孔中的每一个实质上都是50μm×50μm×50μm。