CN102939535A - 微流体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开旨在从试料分离标靶的微流体装置。本发明由箱体、第一过滤装置和第二过滤装置构成。在箱体的内侧形成有用于包含多个非标靶和多种类型的各标靶的试料流动的第一通路和从第一通路分支的第二通路。在箱体的上部形成有用于向第一通路供给试料的导入口。在箱体的下部形成有用于从第一通路和第二通路排出试料的排出口。第一过滤装置设置于第一通路的上游以从试料过滤多种类型的各标靶，且将被过滤的多种类型的各标靶引向第二通路。第二过滤装置设置于第二通路以接受来自第一过滤装置的多种类型的各标靶并按大小进行过滤。

Description

微流体装置
技术领域
本发明涉及微流体装置，更为详细地讲，涉及旨在从试料（Sample）分离标靶（Target）的微流体装置。
背景技术
最近对于旨在治疗人的疾病的动物实验及临床实验在强化管制。为了代替这种动物实验及临床实验正在积极地进行旨在从人的血液采集活着的细胞（Live cell）的研究和技术开发。细胞的采集利用微流体装置（Micro fluidicdevice）、循环肿瘤细胞芯片（CTC chip，Circulating tumor cells chip）、过滤器（Filter）等多种细胞采集装置而实施。
美国专利申请公开第2007/0259424A1号所公开的微流体装置。该专利文献的微流体装置由上部层（Top layer）、下部层（Bottom layer）和多个障碍物（Obstacles）构成。在各个障碍物的表面涂覆有结合剂部分（Binding moiety）例如抗体（Antibody）、荷电聚合物（Charged polymer）、与各细胞（Cells）结合的分子（Molecule）。障碍物由从上部层或下部层的表面向高度方形成的多个微型柱（Micro post）构成。试料例如血液在通过上部层的入口（Inlet）导入之后，沿着通道（Channel）流动并通过上部层的出口（Outlet）排出。包含在血液中的细胞捕获于结合剂部分。
发明内容
技术课题
但如上所述的微流体装置由于使标靶单纯地结合在结合剂部分而进行捕获因而存在标靶的捕获率非常低的问题。而且，如上所述的微流体装置上存在不易另行采取捕获在结合剂部分的标靶，且不适合用于从大量的血液中分离出标靶并进行检查和分析的问题。
本发明是为了解决上述的各种问题而研究出的，本发明的目的在于提供一种能够有效地分离包含在试料中的标靶的微流体装置。
本发明的另一目的在于提供一种能够从试料按大小简便地分离标靶的微流体装置。
本发明的另一目的在于提供一种能够通过预处理从包含在试料中的各非标靶和各标靶中去除各非标靶之后通过后处理有效地分离经过了预处理的各标靶的微流体装置。
解决课题方案
旨在达到如此目的的本发明的特征是包括：箱体，其在内侧形成有用于包含多个非标靶和多种类型的各标靶的试料流动的第一通路和从第一通路分支的第二通路，在上部形成有用于向第一通路供给试料的导入口，在下部形成有用于从第一通路和第二通路排出试料的排出口；第一过滤装置，其设置于第一通路的上游以从试料过滤多种类型的各标靶，且将被过滤的多种类型的各标靶引向第二通路；以及第二过滤装置，其设置于第二通路以接受来自第一过滤装置的多种类型的各标靶并按大小进行过滤。
发明效果
根据本发明的微流体装置能够将包含在试料中的多种类型的各标靶按大小有效地过滤并分离。而且，对各非标靶和各标靶进行预处理而去除各非标靶之后，通过后处理而分离在预处理所获得的各标靶，因而能够非常有用地应用于从人的血液等分离并采取细胞。
附图说明
图1是表示根据本发明的微流体装置的构成的立体图。
图2是表示在根据本发明的微流体装置中拆下盖子后的箱体的主体的立体图。
图3是表示根据本发明的微流体装置的构成的剖视图。
图4是在根据本发明的微流体装置中，拆卸第一过滤装置而表示的其构成的立体图。
图5是在根据本发明的微流体装置中，拆卸第二过滤装置而表示的其构成的立体图。
图6是表示根据本发明的微流体装置的第二过滤装置中的网式过滤器的构成的立体图。
图7是局部地表示根据本发明的微流体装置的第二过滤装置中的网式过滤器的构成的剖视图。
图8是在根据本发明的微流体装置中，为了说明通过第一过滤装置的各非标靶的过滤而表示的剖视图。
图9是在根据本发明的微流体装置中，为了说明通过第二过滤装置的各标靶的过滤而表示的剖视图。
图10是表示根据本发明的微流体装置中的网式过滤器的另一实施例的立体图。
图11是表示根据本发明的微流体装置中的网式过滤器的其它实施例的立体图。
图12是表示根据本发明的微流体装置中的网式过滤器的其它实施例的立体图。
图13是表示根据本发明的微流体装置的另一实施例的剖视图。
图14是在根据本发明的微流体装置的另一实施例中，拆卸分散装置的构成而表示的立体图。
图15是在根据本发明的微流体装置的另一实施例中，为了说明通过分散装置和第二过滤装置的各标靶的过滤而表示的剖视图。
具体实施方式
本发明的其它的目的、各特定的优点、新颖的特征从与各附图相关的下面的详细说明和各优选实施例将更加清楚。
下面利用各附图来详细说明对于根据本发明的微流体装置的优选实施例。
首先，参照图1至图3，根据本发明的微流体装置在通过一次过滤包含在试料2中的多个非标靶（Non-target）4和多种类型的各标靶6、6a、6b、6c而分离各标靶6之后，对于已分离的各标靶6通过二次过滤而按大小分离。
如在图8和图9所详细地图示，非标靶4具有小于各标靶6的直径的直径d。作为一例，各标靶6由第一类型的各标靶6a、第二类型的各标靶6b和第三类型的各标靶6c构成。第一类型的各标靶6a具有第一直径d1，第二类型的各标靶6b具有第二直径d2，第三类型的各标靶6c具有第三直径d3。第一直径d1大于第二直径d2，第二直径d2大于第三直径d3。试料2由人或动物的唾液、汗、尿液等生理性流体、血液、血清（Serum）构成。而且，试料2可多样地选择如包含人、动物、植物的细胞、组织等的各标靶6的流体、包含病毒、细菌等的流体等。在试料2选择为血液的情况下，各标靶6是包含在血液中且具有互不相同的大小的各细胞。血液中的各细胞中有红血球（Red blood cell）、白血球（White blood cell）等。在本发明的实施例中非标靶4可选择为各红血球。
重新参照图1至图3，根据本发明的微流体装置具备构成外观的箱体（Cabinet）10。箱体10的主体12在其内侧具有为了试料2的流动而形成的第一通路14和从第一通路14分支的第二通路16。第一通路14和第二通路16由隔壁18而分成左右。在隔壁18的上端形成有为了引导试料2的流动而从第一通路14朝向第二通路16倾斜的倾斜面18a。在隔壁18的上方形成有连接第一通路14和第二通路16的第三通路20。在隔壁18的下方形成有连接第一通路14和第二通路16的第四通路22。
以与第一通路14的上游连接的方式在主体12的上部形成有旨在供给试料2的导入口24。导入口24定位于第一通路14的上方以向第一通路14供给试料2。在第三通路20的一侧形成有将通过导入口24流入的试料2的流动引向第一通路14的导向件（Guide）20a。以与第一和第二通路14、16的下游连接的方式在主体12的下部形成有旨在排出试料2的排出口26。在主体12的前表面以与第一和第二通路14、16连接的方式形成有敞开端部28。
在第一通路14的上游以与敞开端部28连接的方式形成有各一对槽（Groove）30。各槽30配置成从第一通路14的一侧朝向第二通路16倾斜。一对第一至第四槽32a~32d以沿着试料2的流动方向与敞开端部28连接的方式形成于第二通路16。第一至第四槽32a~32d各自均水平配置。箱体34通过多个螺钉36的连结以覆盖敞开端部28的方式安装于主体12的前表面。箱体34可由在主体12的前表面以枢轴（Hinge）为中心旋转而能够打开关合的门构成。为了保持气密在主体12与箱体34之间可安装密封件（Packing）。
参照图2至图4和图8，根据本发明的微流体装置具备倾斜地安装于第一通路14的用于过滤多种类型的各标靶6的第一过滤装置40。第一过滤装置40由支撑框架（Support frame）42、网式过滤器（Mesh filter）44和盖子框架（Coverframe）46构成。支撑框架42的两端夹入各槽30中。在支撑框架42的中央形成有用于试料2流动的孔42a。在支撑框架42的上表面沿着孔42a的周围形成有安装槽42b。
网式过滤器44的边缘安装于安装槽42b中。网式过滤器44具有以过滤多种类型的各标靶6的方式形成的多个过滤孔44a。各过滤孔44a形成为具有小于各标靶6的直径的直径。各非标靶4通过各过滤孔44a，而各标靶6通不过各过滤孔44a。网式过滤器44可以10~50μm的厚度构成。网式过滤器44的各过滤孔44a可通过利用了微电机系统（MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystems；微电机系统）技术的蚀刻（Etching）而形成。
盖子框架46以覆盖网式过滤器44的边缘的方式安装于安装槽42b内。网式过滤器44的边缘固定于支撑框架42与盖子框架46之间。在盖子框架46的中央以与支撑框架42的孔42a对齐的方式形成有孔46a。在孔46a的一侧面形成有用以引导试料2的流动的倾斜面46b。支撑框架42的上表面和盖子框架46的上表面并排在同一水平平面上。
参照图2和图3、图5至图7和图9，根据本发明的微流体装置具备设置于第二通路16中的第二过滤装置50，该第二过滤装置50将多种类型的各标靶6从第一过滤装置40接受并按大小过滤多种类型的各标靶6。第二过滤装置50由沿着试料2的流动方向配置的多个过滤器组装体50-1、50-2、50-3构成。过滤器组装体50-1、50-2、50-3各自夹入各第一至第三槽32a~32c内而水平安装。过滤器组装体50-1、50-2、50-3各自由支撑框架52、网式过滤器54和盖子框架56构成。在本实施例中，虽然图示了在各第四槽32d未安装有过滤器组装体的情形并进行了说明，但在各第四槽32d内也可安装过滤器组装体。
支撑框架52的两端夹入各第一至第三槽32a~32c内。在支撑框架52的中央形成有用于试料2流动的孔52a。在支撑框架52的上表面沿着孔52a的周围形成有安装槽52b。网式过滤器54的边缘安装于安装槽52b内。网式过滤器54具有以过滤多种类型的各标靶6的方式形成的多个过滤孔54a。各过滤孔54c的直径可根据各标靶6的直径适当地变更以具有过滤各标靶6的大小。
过滤器组装体50-1、50-2、50-3各自的网式过滤器54排列成其各过滤孔54a的直径沿着试料2的流动方向逐渐减小。例如，在各过滤器组装体50-1、50-2、50-3层叠为3级的情况下，第一过滤器组装体50-1的各过滤孔54a可形成为15~20μm，第二过滤器组装体50-2的各过滤孔54a可形成为10~15μ，第三过滤器组装体50-3的各过滤孔54a可形成为5~10μm。
盖子框架56以覆盖网式过滤器54的边缘的方式安装于安装槽52b内。网式过滤器54的边缘固定于支撑框架52与盖子框架56之间。在盖子框架56的中央以与支撑框架54的孔54a对齐的方式形成有孔56a。为了引导各标靶6的流动，孔56a的截面积形成为从上游朝向下游逐渐减小的料斗形状（Hoppershape）。支撑框架52的上表面和盖子框架56的上表面并排在同一水平平面上。
如图7所示，在网式过滤器54的表面涂覆有亲水性表面层54b。亲水性表面层54b可通过在网式过滤器54的表面涂覆（Coating）亲水性物质例如氧化钛（TiO2）、氧化硅（SiO2）而形成。亲水性表面层54b分散与网式过滤器54的表面接触的试料2的流动而防止液体堵塞。另一方面，亲水性表面层54b还可相同地形成于网式过滤器44的表面。
为了捕获作为各标靶6的细胞，在亲水性表面层54b的表面涂覆有抗体表面层54c。抗体表面层54c的抗体例如可由抗上皮细胞粘附分子抗体（Anti-Epithelial Cell Adhesion Molecule antibody，Anti-EpCAM antibody）、抗细胞角蛋白抗体（Anti-Cytokeratin antibody，Anti-CK antibody）等构成。在本实施例中，抗体表面层54c可代替亲水性表面层54b而直接涂覆在网式过滤器54的表面上。另一方面，在图9例示了亲水性表面层54b和抗体表面层54c仅涂覆于第三过滤器组装体50-3的网式过滤器54上的情形。
参照图1至图3，根据本发明第一实施例的微流体装置作为用于向箱体10的导入口24供给试料2的试料供给装置60具备注射器62。注射器62的筒体64具有用于储存试料2的空筒64a、用于使试料2流入的入口64b和用于排出试料2的出口64c。注射器62的活塞（Piston）66通过入口64b插入在空筒64a中并沿着空筒64a进行往返运动并通过出口64c排出试料2。出口64c通过软管（Hose）68与导入口24连接。试料供给装置60可以由能够抽吸定量的试料2并向箱体10的导入口24供给的注射泵（Syringe pump）、柱塞泵（Plunger pump）等构成。而且，在作为试料2的一例选择人的血液的情况下，试料供给装置60还可以由能够储存并供给血液的采血管（Blood collectiontube）、包（Bag）、袋（Pack）等多种形态构成。
下面说明具有如此构成的根据本发明的微流体装置的作用。
参照图2和图3，筒体64的出口64c通过软管68与箱体10的导入口24连接。若活塞76沿着筒体74的空筒74a推进，则试料2通过出口74c排出，并通过软管78和箱体10的导入口24后如图3中的箭头“A”所示那样流入第一通路14的上游。流入第一通路14的试料2将流经倾斜着的第一过滤装置40。
参照图3和图8，试料2的各标靶6由第一过滤装置40的预处理（Preprocessing）而一次过滤。各非标靶4通过各过滤孔44a并朝向第一通路14的下游流动。各标靶6通不过各过滤孔44a。在各过滤孔44a的直径形成为5μm的情况下，各非标靶4例如直径为6~8μm的红血球通过各过滤孔44a。红血球由包围细胞核（Cell nucleus）的细胞质（Cytoplasm）的变形而能够脱出小于其直径的孔。各标靶6例如直径为5μm以上的各细胞通不过过滤孔44a。各标靶6顺着网式过滤器44的表面流下并如图3中的箭头“B”所示那样朝向第二通路16的上游流动。此时，试料2的液体成分中一部分通过各过滤孔44a并与各非标靶4一起朝向第一通路14的下游流下，剩余的液体成分顺着网式过滤器44朝向第二通路16的上游流动。隔壁18的倾斜面18a和盖子框架46的倾斜面46b顺利地引导各标靶6从第一过滤装置40到第二通路16的流动。
参照图2、图3和图9，经过了第一过滤装置40的多种类型的各标靶6由第二过滤装置50的后处理（Post processing）而二次过滤。多种类型的各标靶6按其大小由过滤器组装体50-1、50-2、50-3各自的各过滤孔54a而过滤。各标靶6中具有15μm以上的大小的第一类型的各标靶6a通不过第一过滤器组装体50-1的各过滤孔54a，具有不到15μm的大小的第二和第三类型的各标靶6b、6c通过第一过滤器组装体50-1的各过滤孔54a。各标靶6中具有10μm以上的大小的第二类型的各标靶6b通不过第二过滤器组装体50-2的各过滤孔54a，具有不到10μm的大小的第三类型的各标靶6c通过第二过滤器组装体50-2的各过滤孔54a。具有5μm以上的大小的第三类型的各标靶6c通不过第三过滤器组装体50-3的各过滤孔54a，具有不到5μm的大小的剩余的各标靶或流入到第二过滤装置50中的各非标靶4通过第三过滤器组装体50-3的各过滤孔54a。经过了第一过滤装置40和第二过滤装置50的过滤的试料2通过排出口26排出到箱体10外而安全地储存到公知的盛液体（Tank）、储液囊（Reservoir）等中。
这样，各标靶6通过多级层叠的各过滤器组装体50-1、50-2、50-3按大小过滤而分离，因而例如能够从人的血液有效地采取直径为12~25μm的白血球。另一方面，细胞与抗体表面层54c结合而被捕获，因而较大地提高细胞捕获率。
图10中图示有根据本发明的微流体装置中的网式过滤器的另一实施例。参照图10，另一实施例的网式过滤器134在其上表面具有以容纳各标靶6的方式形成的多个池（Pool）。各池136的截面形成为圆形。过滤孔134a各自形成于各池136的中央。各过滤孔134a和各池136形成为构成同心。根据需要池136可多级形成。
各标靶6随试料2的流动而流入各池136中并被引向各过滤孔134a。通不过各过滤孔134a的各标靶6a容纳于各池136中。于是，一旦试料2的过滤结束则工作人员就能轻易地采取容纳于各池136中的各标靶6a。由于细胞容纳于各池136中，因而防止细胞的变形从而提高细胞的过滤率。
图11中图示有根据本发明的微流体装置中的网式过滤器的其它实施例。参照图11，其它实施例的网式过滤器234具有直径沿着试料2的流动方向逐渐减小的方式与各过滤孔234a的上部连接的各锥孔（Taper hole）236。锥孔236导向各过滤孔234a使得各试料2的流动顺利。而且，通不过各过滤孔234a的各标靶6a容纳于各锥孔236中。
图12中图示有根据本发明的微流体装置中的网式过滤器的其它实施例。参照图12，其它实施例的网式过滤器334在其上表面具有以包围各过滤孔334a的上方而将试料2的流动引向各过滤孔334a的方式形成的多个导流墙（Guidewall）336。导流墙336各自在网式过滤器334的上表面具有以从过滤孔334a各自的边缘延伸的方式形成的空筒338。各导流墙336由空筒338的截面形成为六边形的蜂窝构造（Honeycomb structure）构成。导流墙338以各试料2的流动均匀地分散到过滤孔334a各自的方式进行引导。
图13至图15中图示有根据本发明的微流体装置的另一实施例。参照图13至图15，另一实施例的微流体装置在第二过滤装置50的上游具备以分散试料2的流动的方式设置的分散装置80。分散装置80设置于第二通路16的各第一槽26a中。由于分散装置80设置于第二通路16各第一槽26a中，因而各过滤器组装体50-1、50-2、50-3中的某一个可省略。即、可替换第一过滤器组装体50-1而安装分散装置80，第二和第三过滤器组装体50-2、50-3可安装于分散装置80的下游。
分散装置80与在前面所说明的各过滤器组装体50-1、50-2、50-3的支撑框架52、网式过滤器54、盖子框架56相同地由支撑框架82、网式过滤器84和盖子框架86构成。支撑框架82的两端夹入各第一槽26a中。在支撑框架82的中央形成有用于试料2流动的孔82a。在支撑框架82的上表面沿着孔82a的周围形成有安装槽82b。
网式过滤器84的边缘安装于安装槽82b中。网式过滤器84具有使多种类型的各标靶6通过地形成的多个分散孔84a。分散孔84a形成为具有大于各标靶6的直径的直径。盖子框架86以覆盖网式过滤器84的边缘的方式安装于安装槽82b中。网式过滤器84的边缘固定于支撑框架82与盖子框架86之间。在盖子框架86的中央以与支撑框架82的孔82a对齐的方式形成有孔86a。
如图15所示，试料2在经过分散装置80的同时向与试料2的流动方向正交的方向分散。包含在试料2中的各标靶6随试料2的流动而通过网式过滤器84的所有分散孔84a，并且向第二通路16的宽度方向均匀地分散。作为试料2的一例，人的血液由于其黏度有可能偏向第二通路16的一处流动。血液的流动流经分散装置80而分散，血液的分散流动提高各标靶6的过滤率。流经分散装置80的多种类型的各标靶6由第二过滤装置50而过滤。
以上所说明的实施例只不过是说明了本发明的优选实施例而已，本发明的权利范围并非限定于所说明的实施例，本领域技术人员在本发明的技术思想和权利要求范围内可进行各种变更、变形或替换，应理解为这种实施例属于本发明的范围。

Claims (11)

1.一种微流体装置，其特征在于，包括：
箱体，其在内侧形成有用于包含多个非标靶和多种类型的各标靶的试料流动的第一通路和从上述第一通路分支的第二通路，在上部形成有用于向上述第一通路供给上述试料的导入口，在下部形成有用于从上述第一通路和上述第二通路排出上述试料的排出口；
第一过滤装置，其设置于上述第一通路的上游以从上述试料过滤上述多种类型的各标靶，且将被过滤的上述多种类型的各标靶引向上述第二通路；以及
第二过滤装置，其设置于上述第二通路以接受来自上述第一过滤装置的上述多种类型的各标靶并按大小进行过滤。
2.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，
上述第一过滤装置包括：
支撑框架，其从上述第一通路朝向上述第二通路倾斜地安装于上述第一通路中，在中央形成有用于上述试料流动的孔，在上表面沿着上述孔的周围形成有安装槽；
网式过滤器，其边缘安装于上述安装槽内，具有过滤上述多种类型的各标靶的多个过滤孔；以及
盖子框架，其以覆盖上述网式过滤器的边缘的方式安装于上述安装槽内，在中央形成有与上述支撑框架的孔对齐的孔。
3.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，
上述第二过滤装置由以多级安装于上述第二通路的多个过滤器组装体构成，上述多个过滤器组装体各自包括：
支撑框架，其安装于上述第二通路，在中央形成有用于上述试料流动的孔，在上表面沿着上述孔的周围形成有安装槽；
网式过滤器，其边缘安装于上述安装槽内，具有过滤上述多种类型的各标靶的多个过滤孔；以及
盖子框架，其以覆盖上述网式过滤器的边缘的方式安装于上述安装槽内，在中央形成有与上述支撑框架的孔对齐的孔。
4.根据权利要求3所述的微流体装置，其特征在于，
为了按大小逐级过滤上述多种类型的各标靶，上述多个过滤器组装体配置成上述多个过滤孔的直径沿着上述试料的流动方向逐渐减小。
5.根据权利要求3所述的微流体装置，其特征在于，
在上述网式过滤器的表面涂覆有亲水性表面层。
6.根据权利要求5所述的微流体装置，其特征在于，
上述试料由包含作为上述多种类型的各标靶的细胞的血液构成，为了捕获上述细胞，在上述网式过滤器的表面和上述亲水性表面层的表面的某一个中涂覆有抗体表面层。
7.根据权利要求3所述的微流体装置，其特征在于，
在上述网式过滤器的上表面形成有容纳上述多种类型的各标靶的多个池，上述多个过滤孔各自形成于上述多个池的中央。
8.根据权利要求3所述的微流体装置，其特征在于，
上述网式过滤器具有以直径沿着上述试料的流动方向逐渐减小的方式与上述多个过滤孔的上部连接的锥形空筒。
9.根据权利要求3所述的微流体装置，其特征在于，
上述网式过滤器在其上表面具有以包围上述多个过滤孔的上方而将上述试料的流动分别引向上述多个过滤孔的方式形成的多个导流墙，上述多个导流墙各自由蜂窝构造构成，该蜂窝构造在上述网式过滤器的上表面具有以从上述多个过滤孔各自的边缘延伸的方式形成的空筒。
10.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，
在上述第二过滤装置的上游进一步设有用以分散上述试料的流动的分散装置。
11.根据权利要求10所述的微流体装置，其特征在于，
上述分散装置包括：
支撑框架，其安装于上述第二通路，在中央形成有用于上述试料流动的孔，在上表面沿着上述孔的周围形成有安装槽；
网式过滤器，其边缘安装于上述安装槽内，具有上述多种类型的各标靶通过的多个分散孔；以及
盖子框架，其以覆盖上述网式过滤器的边缘的方式安装于上述安装槽内，在中央形成有与上述支撑框架的孔对齐的孔。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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