CN104736718A - 用于操纵流体样品中的组分的装置和方法 - Google Patents
用于操纵流体样品中的组分的装置和方法 Download PDFInfo
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Abstract
提供了用于对液体样品中所包含的组分(例如，细胞)进行分选的装置。在某些方面，所述装置包括磁性分离装置和流体连接到磁性分离装置上的声学浓缩器装置。本发明的多个方面进一步包括用于对液体样品中的细胞进行分选的方法，以及用于实践所述主题方法的系统和用具包。
Description
引言
流式细胞术是研究中被很好接受的工具，它允许用户对样品流体中的组分进行快速分析和分选。流式细胞计数器使用载液(例如，鞘液(sheathfluid))以使样品组分(实质上一次一个组分)通过照射区。通过光源(例如激光)对每个样品组分进行照射，并且对由每个样品组分散射的光进行检测并分析。所述样品组分可以在它们退出照射区时基于它们的光学和其他特征来分离。
流式细胞计数术常被用作对用于试验的细胞进行分选和收集，所述试验是例如体内移植和体外细胞培养。例如，流式细胞计数术可被用于分离正经受干细胞移植的癌症患者的无肿瘤干细胞群(例如，造血干细胞)。流式细胞计数方法也越来越多地用在疾病诊断和监测中，例如用于免疫异常的产前和新生儿诊断。流式细胞计数术的许多应用需要高速地对细胞进行分析，分选、或收集，以最小化细胞的损伤、死亡、或聚集。进一步，可能需要高效率以进行准确诊断。
在某些应用中，流式细胞计数方法已合并了细胞磁性分离的步骤。细胞流经位于适当配置的磁性分离装置中的管或筒的磁性分离已显示出是非常有效的。在磁性分离装置中，包括磁性标记的组分的样品流体流经位于磁性分离装置中的管，该磁性分离装置包括磁体。随着该样品流经该管，在该样品中的磁性标记的组分通过由该磁体产生的磁场被保留在该管中。未标记的组分(例如，细胞)不被保留在该管中并流经该磁性分离装置。
在使用前，常常必须洗涤并浓缩流经该磁性分离装置的细胞。通常，这必然需要涉及离心的手动步骤，该步骤可能会费时，损害所述细胞，或导致该样品中的细胞的聚集。此外，因为所述细胞通常必须长时间静止，所以所述细胞形成聚集物的可能性高。
概述
提供了用于对液体样品中所包含的组分(例如，细胞)进行操纵的装置。在某些方面，所述装置包括磁性分离装置和流体连接到磁性分离装置上的声学浓缩器装置。本发明的多个方面进一步包括用于对液体样品中的细胞进行分选的方法，以及用于实践该主题方法的系统和用具包。
本披露的实施例实现了高效、高流速以及低成本地分离液体样品中的组分。在某些方面，所述组分是细胞。感兴趣的细胞包括但不限于原核细胞(例如，细菌细胞或古细菌细胞)以及真核细胞(例如，哺乳动物细胞，例如神经细胞、肌细胞、上皮细胞(例如，循环肿瘤细胞)、干细胞(例如，造血干细胞)、脂肪细胞等等)。细胞可以从一系列样品来检测，所述样品包括获得自体外来源(例如，来自培养生长的实验室细胞的细胞悬浮液)或来自体内来源(例如，哺乳动物受试者、人类受试者、等)的样品。
在某些方面，使用装置在液体样品中对组分(例如，细胞)进行分选，该装置包括磁性分离装置和被流体连接到该磁性分离装置的声学浓缩器装置。在该主题装置和系统中，可包括宽范围的磁性分离装置和声学浓缩器装置，例如，如此处所述的。在某些方面，磁性分离装置包括一个或多个磁场源，例如2个或更多个，包括3个或更多个，4个或更多个，或5个或更多个磁场源。磁性分离装置可包括1个或多个磁场引导件，例如2个或更多，包括3个或更多，4个或更多，或5个或更多。感兴趣的磁场引导件包括但不限于具有锥形(例如，顶端)边缘的磁场引导件，该引导件被配置成增加来自磁场源的磁通量。
此外，宽范围的声学浓缩器装置可以包括在所述主题装置和系统中，在一些实施例中在关于以下方面而变化：规模(例如，大型或微型规模)；芯片材料(例如，硅、玻璃，等)；芯片大小；分离通道的数目(例如，1个或多个，2个或更多个、5或更多个、10个或更多个、20个或更多个、等)；分离通道的定向(例如，串行、并行、和/或两者)；一个或多个分离通道的大小；输入和输出的数目；振动发生器的类型(例如，压电陶瓷转换器，例如锆钛酸铅(PZT))；振动发生器的数目；波动频率；施加至振动发生器的电压；流速(例如，大约1μl/min，大约100μl/min，大约1ml/min，或大约100ml/min或更高)；泵或阀的存在或不存在(例如，一个或多个注射泵、弹性泵、和/或蠕动泵)；等等，如在此将更完整地描述的。进一步，感兴趣的声学浓缩器装置包括但不限于在以下文献中描述的那些：美国专利号6,929,750；劳雷尔(Laurell)，等人(2007)《化学学会综述》(Chem.Soc.Rev.)，2007，36，492–506；彼得松(Petersson)，等人(2005)《分析化学》(Analytical Chemistry)77:1216–1221；以及阿古斯特松(Augustsson)，等人(2009)《芯片上的实验室》(Lab on a Chip)9:810–818；将其披露通过引用结合于此。
本披露的装置和系统可以包括被配置成控制该装置或系统的一个或多个处理器。在某些方面，处理器可被配置成在磁性分离装置中施加磁场。替代地，处理器也可被配置成例如通过改变形状、频率、以及递送至该振动发生器的电能功率中的一者或多者来控制声学浓缩器装置。本披露的方面进一步包括闭合回路装置和系统。
本披露还提供用于在液体样品中操纵多个组分的方法。在某些实施例中，所述方法包括：将该样品中的磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离，从而生成第一分选的样品；并且声学地浓缩该第一分选的样品，以产生第二分选的样品。在某些方面，所述方法进一步包括收集该第二分选的样品，和/或分析该分选的样品。还提供了用于实践所述主题方法的用具包。
附图简要说明
当结合附图阅读时，本发明可以从以下详细说明书得到最好的理解。以下图包括在附图中：
图1是系统的图解，根据本披露的实施例，该系统包括磁性分离装置和被流体连接到该磁性分离装置的声学浓缩器装置。
图2是系统的流体配置图表，根据本披露的实施例，该系统包括磁性分离装置、声学浓缩器装置、和流式细胞计数器。
图3a是描述了根据本披露的某些实施例位于磁性分离装置中的一对楔形磁场引导件之间的流道的配置的图表。图3b是描述了根据本披露的某些实施例位于磁性分离装置中的一对楔形磁场引导件之间的多个流道的配置的图表。两个流道位置邻近于该楔形磁场引导件的顶端。图3c是描述了根据本披露的某些实施例位于磁性分离装置中的一对楔形磁场引导件之间的多个流道的另一种配置的图表。在这些实施例中，位置邻近于该楔形磁场引导件的顶端的两个流道可穿过一对冲压密封板通过建立和膨胀中空通道而形成。
图4a是描述了根据本披露的某些实施例位于磁性分离装置中的楔形磁场引导件和平边磁场引导件之间的多个流道的配置的图表。图4b是描述了根据本披露的某些实施例位于磁性分离装置中的楔形磁场引导件和平边磁场引导件之间的多个流道的另一种配置的图表。在这些实施例中，所述流道可穿过一对冲压密封板通过建立和膨胀中空通道而形成(像以上图3c中所述的流道)。
图5a是描述了根据本披露的某些实施例位于磁性分离装置中的楔形磁场引导件和曲边磁场引导件之间的多个流道的配置的图表。图5b是描述了根据本披露的某些实施例位于磁性分离装置中的楔形磁场引导件和曲边磁场引导件之间的多个流径的另一种配置的图表。在这些实施例中，所述流径可穿过一对冲压密封板通过建立和膨胀中空通道而形成(像以上图3c和4b中所述的流道)。
图6描述了根据本披露的某些实施例的磁场源和磁场引导件的配置。图6描述了各自偶联到磁场引导件的一对永磁，具有多个楔形物配置。在这些实施例中，一个或多个流道可位于该多个楔形磁场引导件之间。
图7描述了根据本披露的某些实施例的磁场源和多个磁场引导件的配置。图7描述了偶联到两个磁场引导件的单个永磁，具有多个楔形物配置。在这些实施例中，一个或多个流径可位于该多个楔形磁场引导件之间。
图8，小图A-D是声学浓缩器装置的图解。小图A-C：声学浓缩器装置流道的侧视图。微粒开始于沿着通道的侧面流动(小图A)。声驻波可以被包括在通道中(例如，使用振动发生器，例如压电转换器，将其放置在该通道邻近处)，如由虚线所指示的(小图B-C)。声驻波在通道中心产生了压力波节(小图B)。存在于通道中的微粒可以向着压力波节移动(小图C)。小图D：声学浓缩器装置流道的俯视图。在此实例中，流体流动的方向是从图的顶部到底物。该声学浓缩器包括两个样品入口和缓冲液入口。输入如所图示的安排，样品流体(深灰色)沿着通道的侧面流动，其中缓冲液(浅灰色)在之间流动。压电转换器位于通道之下，当其启动时在通道中产生声驻波。该声驻波导致被包含在样品中的某些微粒从该通道的侧面向着该通道的中心中形成的压力波节(如通过聚焦区指示的；顶部插入)移动。通过洗涤的样品出口对现在被包含在缓冲液中的这些微粒进行收集。置于通道侧面的两个出口收集废物。
图9是系统900的图表，该系统900包括磁性分离装置920、声学浓缩器930、和流式细胞计数器940，用以根据本披露的实施例对液体样品910进行分选。以约107个细胞/ml的浓度将磁性试剂添加到液体样品910中，该液体样品包含外周血单核细胞(PBMC)。该液体样品910流经磁性分离装置920(例如，以约200-400μl/min的流速)，其保留该液体样品910的细胞，该液体样品910已用该磁性试剂(例如，红细胞)标记。退出该磁性分离装置的流体因此富集CD4T淋巴细胞(例如，以约2.5x 106个细胞/ml的浓度)。这种流体流经声学浓缩器930，例如图8，小图A-D中所示出的类型的声学浓缩器。该声学浓缩器包含压电转换器935(例如PZT)，该压电转换器在被激活时引起该CD4T淋巴细胞向着该通道的中心形成的压力波节移动。这个浓缩区是由该中心洗涤的样品出口收集的，该样品出口被流体连接到分选器940，例如BD生物科学InfluxTM细胞分选器。废物通过该声学浓缩器上的两个出口被去除。相对于流进该声学浓缩器的流体，该洗涤的样品915因此富集CD4T淋巴细胞(例如，以约107个细胞/ml的浓度)。使用流式细胞计数器940以适当的流速(例如，以约40-60μL/min的流速)对该洗涤的样品915进行分选可分离深蓝细胞的较小群体，所述深蓝细胞可以是被收集的919。
图10，小图A-B是根据本披露的实施例包括磁性分离装置和声学浓缩器的系统的机械组分的图解。
图11-12显示用以测量本披露的系统的分选效率的软件的截屏。该BDInflux分选分析工具被用以比较使用或不使用该主题装置时流式细胞计数器的分选效率。该软件被用以确定观察到的电子效率(相对于预期的电子效率)。预期的结果基于展现标准泊松分布的样品。样品夹带—对样品中的细胞聚集度的测量，定义为所述细胞的所观察到的分布与基于标准泊松分布的预期分布的比率—也被计算。展现标准泊松分布的样品具有1的夹带因子，高度聚集的样品>1，并且优于其的泊松<1。该软件也提供了事件率相对于时间的信息以及相邻液滴容器(drop bin)中的细胞位置的分析。
图13是用以测量本披露的系统的分选效率的BD Influx分选分析工具软件的截屏，显示对该分选液滴中的细胞的位置的图形化描述。
图14是用以建立分选条件以及预测分选效率的软件(BD FACS优化器)的截屏。该软件用以预测分选效率，然后将所述分选效率与使用或不使用本披露的装置而制备的样品的观察到的效率进行比较。
图15是针对样品的分选液滴中细胞位置的图形化描述，该样品不是用本披露的系统制备的。这个分析是使用该BD Influx分选分析工具进行的。这个样品展现了高的夹带因子(47)，并且可以看到几个细胞团。所观察到的电子效率(91.7％)低于期望值(98.4％)。
图16是针对样品的分选液滴中细胞位置的图形化描述，该样品是用本披露的系统制备的。与图15中所示的样品相反，该样品展现低的夹带因子(0.02)，并且未看到细胞团。所观察到的电子效率(100％)优于期望值(96.7％)。这个分析是使用该BD Influx分选分析工具进行的。
详细说明
提供了用于对液体样品中所包含的组分(例如，细胞)进行操纵的装置。在某些方面，所述装置包括磁性分离装置和流体连接到磁性分离装置上的声学浓缩器装置。本发明的多个方面进一步包括用于对液体样品中的细胞进行分选的方法，以及用于实践该主题方法的系统和用具包。
在更详细地描述本发明之前，应理解的是本发明不被限制于描述的具体实施例，因为所述可以改变。还应理解的是，在此使用的术语仅是出于描述具体实施例的目的，并且不旨在限制，因为本发明的范围将仅由所附权利要求书限制。
在提供了一系列值时，应理解每个中间值，到下限的第十个单位(除非上下文清晰地另外指示)，该范围的上限与下限之间以及任何其他陈述的或在该范围内的中间值均被涵盖在本发明之内。这些更小范围的上限和下限可以独立地被包括在更小范围之内，并且也被涵盖在本发明之内，服从于在所陈述范围内任何确切排除的限制。在所陈述的范围包括一个或两个限制时，排除了那些被包括的限制的任一个或两者的范围也被包括在本发明之内。
除非另外定义，在此所使用的全部技术术语和科学术语具有与本发明所属领域之内的普通技术人员通常所理解的相同的意思。虽然类似于或等同于在此描述的那些的任何方法和材料也可以用于本发明的实践或测试中，现在将对代表性说明性方法和材料进行描述。
在本说明书中引用的所有公开物和专利通过引用结合于此，就像每个单独公开物或专利被确切地并且单独地指示为通过引用被结合并且通过引用结合于此，以结合所引用的所述公开物来披露和描述所述方法和/或材料。任何公开物的引用内容是针对在提交日之前的披露，并且不能理解为承认因为先前发明而本发明不能获得比所述公开物更早的申请日。另外，所提供的公开日期可能与实际公开日期不同，实际公开日期可能需要独立地确定。
应指出，如在此使用的，并且在所附权利要求书中，单数形式“一个”、“一种”、以及“该”包括复数指代物，除非上下文另外清晰地指示。另外指出的是，权利要求书可以撰写以排除任何可选择的要素。这样的陈述意在作为使用与权利要求要素的叙述有关的排他性术语诸如“单独”、“仅”等或利用“否定型”限定的前提基础。
如将对于本领域技术人员清楚的是，在阅读本披露时，在此描述和展示的单独实施例的每一个具有离散的组成部分和特征，所述组成部分和特征可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下易于与任何其他一些实施例的特征分离或组合。可以按照所叙述的事件的顺序或按照逻辑上可行的任何其他顺序来进行任何叙述的方法。
装置
如上所述，本披露提供了用于对包含在液体样品中的多个组分(例如细胞)进行分选的装置。在某些方面，所述装置包括磁性分离装置和流体连接到磁性分离装置上的声学浓缩器装置。
如在此使用的术语“样品”、“液体样品”和“流体样品”意指包含以任何希望浓度的在悬浮液中的一种或多种单独组分的任何样品。例如，该样品可以包含1011或更少、1010或更少、109或更少、108或更少、107或更少、106或更少、105或更少、104或更少、103或更少、500或更少、100或更少、10或更少、或一个组分(例如细胞)/毫升。该样品可以包含已知数目的组分或未知数目的组分。
样品可展现宽范围的黏性。液体的粘性可取决于温度。在某些实施例中，流体样品在给定温度下具有与水实质上相等的粘性(例如，在20℃约1cP，在40℃约0.65cP)。用在本披露中的流体样品可展现宽范围的粘性，在一些方面范围从约0.01cP至约750cP，包括约0.1cP至约100cP，例如约0.1cP至50cP、约0.2cP至约10cP、约0.2cP至约2.0cP、约0.5至1.5cP、或约0.75cP至1.5cP。
在某些实施例中，该流体样品包含有机(例如，生物)材料。有机材料可以是生物或非生物来源。在一些方面，流体样品可仅包含有机材料。在某些方面中，样品包含无机材料。无机材料可以是化学(例如，合成的)来源的。在某些实施例中，样品包括有机和非有机材料两者。
在某些方面，该流体样品包含细胞。合适的细胞包括真核细胞(例如，哺乳动物)和/或原核细胞(例如，细菌细胞或古细菌细胞)。样品可以获得自体外来源(例如，来自培养生长的实验室细胞的细胞悬浮液)或获得自体内来源(例如，哺乳动物受试者、人类受试者等)。在一些实施例中，该细胞样品获得自体外来源。体外来源包括但不限于，原核(例如，细菌、古细菌)细胞培养物、包含原核和/或真核(例如，哺乳类、原生生物、真菌等)细胞的环境样品、真核细胞培养物(例如，建立的细胞系的培养物，已知的或购买的细胞系的培养物，固定化细胞系的培养物，原代细胞培养物，实验室酵母菌培养物等)、组织培养物等等。
在一些实施例中，该样品是获得自体内来源，并且可以包括获得自组织(例如，来自组织活检的细胞悬浮液，来自组织样品的细胞悬浮液等)和/或体液(例如，全血、分级的血液、血浆、血清、唾液、淋巴液、间质液等)的样品。在一些情况下，在评估之前，对衍生自受试者的细胞、流体、或组织进行培养、储存或操纵。体内来源包括活的多细胞生物，并且可以产生非诊断性或诊断性细胞样品。
在某些实施例中，样品的来源是“哺乳动物”或“哺乳类”，其中这些术语被广泛地用于描述在哺乳纲之内的生物，包括食肉目(例如，狗和猫)、啮齿目(例如，小鼠、豚鼠、和大鼠)、以及灵长类(例如，人类，黑猩猩，以及猴子)。在一些情况下，受试者是人类。所述方法可以应用于获得自两性的以及在任何发育阶段(即新生儿、婴儿、幼年、青春期、成年)的人类受试者的样品，其中在某些实施例中，人类受试者是幼年、青春期或成年人。尽管本发明可以应用于来自人类受试者的样品，但应理解的是，所述方法还可以对来自其他动物受试者(即，在“非人类受试者”中)的样品来进行，所述其他动物受试者例如但不限于鸟、小鼠、大鼠、狗、猫、牲畜以及马。
主题装置可被配置为用于分析液体样品的流经装置。“流经”是指液体样品可以穿过入口进入该装置，被携带穿过流径(例如导管)中的装置，并且然后通过出口退出该装置。该装置可被配置成携带该样品的连续流穿过该装置，并随着该样品流经该装置而连续地分离该样品中的磁性标记的部分，和/或随着该样品流经该装置的声学浓缩器部分而基于该微粒的声学对比系数(也称作Φ-系数；下述的)连续地分离微粒(例如，细胞)。该磁性分离装置和该声学浓缩装置中每个可具有如所希望的1个或更多个入口和出口。例如，该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个可单独包括1个或更多个入口，例如2个或更多个入口，例如3个或更多个入口，并包括5个或更多个入口。在某些实施例中，该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个单独包括1个和5个之间的入口，例如2个和4个之间的入口(并包括3个入口)。同样地，该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个可单独包括1个或更多个出口，例如2个或更多个出口，例如3个或更多个出口(并包括5个或更多个出口)。在某些实施例中，该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个单独包括1个和5个之间的出口，例如2个和4个之间的出口(并包括3个出口)。
该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个的入口和出口的数量可以相同或不同。例如，在一种情况下，该主题装置包括具有1个入口和1个出口的磁性分离装置，以及具有3个入口和3个出口的声学浓缩器装置。在另一个实施例中，该主题装置包括具有1个入口和2个出口的磁性分离装置，以及具有2个入口和2个出口的声学浓缩器装置。
所述入口中每个可被配置用以将任何组分引入该主题装置中，如例如流体样品、磁性微粒、试剂、溶剂和缓冲液。当该装置包括超过一个入口时，每个入口可被用于引入相同或不同的组分。例如，一个入口可被用于引入流体样品，而一个或多个替代入口可被用于引入洗涤缓冲液或鞘液。可手动地(例如，通过注射器或注射器泵)或通过一个或多个注射器(例如，计算机控制的注射系统、蠕动泵系统等)将每种希望的组分引入该入口。
通过该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个的流速可取决于与该主题装置处于流体连通的所希望的分离、浓度或随后的分析而变化，如下更详细说明的。在某些实施例中，该装置被配置成具有约1μL/min或更高的流速，例如约10μL/min或更高，包括约30μL/min或更高、或约40μL/min或更高、或约50μL/min或更高、或约60μL/min或更高、或约80μL/min或更高、或约100μL/min或更高、或约200μL/min或更高、或约300μL/min或更高、或约400μL/min或更高、或约500μL/min或更高、或约750μL/min或更高、或约1mL/min或更高、或约2mL/min或更高、或约5mL/min或更高、或约10mL/min或更高、或约100mL/min至约1L/min。在某些方面，该装置的流速是这样的以使得从该装置的输出最佳用于使用流式细胞计数器进行的随后的分析，例如约20至150μL/min，包括约30至100μL/min，例如约40-60μL/min。
该主题装置可被配置成提供恒定流速。“恒定流速”意指流体流经该主题装置的速度增加或降低2％或更少，例如1.5％或更少，例如1％或更少，例如0.5％或更少，例如0.5％或更少(并包括改变0.1％或更少)。在一些情况下，该主题装置被配置成提供该样品通过该磁性分离装置和该声学浓缩装置两者的恒定流速。在其他情况中，该主题装置被配置成提供仅通过该磁性分离装置的恒定流速。在又其他情况中，该主题装置被配置成提供仅通过该声学浓缩器装置的恒定流速。通过该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个的流速如所希望的可以相同或不同。在一些实施例中，通过该磁性分离装置的流速与通过该声学浓缩器装置的流速相同。在其他实施例中，通过该磁性分离装置的流速不同于通过该声学浓缩器装置的流速。例如，在某些情况下，通过该磁性分离器装置的流速大于通过该声学浓缩器装置的流速。在其他情况中，通过该磁性分离器装置的流速小于通过该声学浓缩器装置的流速。
在某些实施例中，流经该磁性分离器装置实质上不含层流。实质上不含层流意指，流体流经该磁性分离器装置的导管特征在于单流并且不存在任何层流。这样，在这些实施例中，流体样品在不存在层压鞘液下流经该磁性分离装置。
在某些情况下，流体流经该磁性分离器装置的流体动力学特征在于实质上是紊流。术语“紊流”以其常规意义使用，意指流体流是不包括任何层流(例如洗涤缓冲液层流)的单流。
在一些实施例中，流体流经该声学浓缩器装置是层流式的。术语“层流”以其常规意义使用，是指流体在多个平行层(在所述层之间几乎没有扰动)中流动的流体动力学。例如，鞘缓冲液的流可在流经该声学浓缩器装置的样品的两个流之间分层。在这些实施例中，当施加声场时，完整细胞(例如，淋巴细胞)或具有更高密度的微粒被径向迫至流动洗涤缓冲液层中的声驻波的波节处。该浓缩的样品可通过专用样品出口退出该声学浓缩器装置，而在平行层样品流中的微粒可被引导至独特的、分开的出口。
在某些实施例中，该装置的流速可被调整为使得来自该装置的输出对于随后的通过具体装置(例如BD生物科学InfluxTM细胞分选器)进行的分析是最佳的。
主题装置可方便展现低夹带的液体样品的产生。夹带是对液体样品中的组分(例如细胞)聚集度的测量，定义为该组分所观察到的分布与基于标准泊松分布的预期分布的比率。在某些方面，该主题装置可方便产生具有2.0至0.0，例如约1.5至0.0，包括约1.0至0.0、约0.75至0.0、约0.5至0.0、约0.4至约0.02、或约0.25至0.0的夹带因子的样品。
图1显示根据本披露的实施例用于操纵液体样品中的组分的流经流体装置100的示意图。液体样品110可流经包括磁性分离装置120的主题装置。在某些方面，在流经该磁性分离装置120之前将磁性试剂添加到该液体样品中。随着该液体样品流经该磁性分离装置120(例如，以约200-400μl/min的速度)，已被磁性标记的部分标记的液体样品的那些组分被该装置120保留。磁性分离装置的输出可与声学浓缩器装置130流体偶合和/或处于流体连通。该声学浓缩器装置130可对该流体样品进行分选和/或浓缩，从而产生分选的样品115。来自流经流体装置100的流体样品可被收集为废物118。在某些方面，该分选的样品115可被进一步分析(例如，像通过流式细胞计数测定该分选的样品)，如会在此处更全面描述的。
在本披露的一些实施例中，该主题装置包含至少一个磁性分离装置和至少一个声学浓缩器装置。这样，该主题装置包括至少一个独特的磁性分离装置模块和至少一个独特的声学浓缩器装置模块。在某些方面，所述主题装置不包括同位的磁场源和位置邻近于常见样品室或容器的声学浓缩器源。
在这些实施例中，所述主题装置可以包含两个或更多个磁性分离装置，例如3个或更多个，包括4个或更多个、5个或更多个、6个或更多个，或7至10个。当主题装置包含2个或更多个磁性分离装置时，该磁性分离装置可以按照任何便利的配置来安排，例如串行配置、平行配置、或两者的组合。此外，当主题装置包含2个或更多个磁性分离装置时，该磁性分离装置可以是实质上相同的、相同的、或异形的(即，在一个或多个方面不同，例如一个或多个磁体的数量和/或类型，一个或多个磁场引导件的数目和/或类型，所述磁体的大小等)。
在一些实施例中，所述主题装置可以包含两个或更多个声学浓缩器装置，例如3个或更多个，包括4个或更多个、5个或更多个、6个或更多个，或7至10个。当主题装置包含2个或更多个声学浓缩器装置时，该声学浓缩器装置可以按照任何便利的配置来安排，例如串行配置、平行配置、或两者的组合。并且，当主题装置包含2个或更多个声学浓缩器装置时，所述声学浓缩器装置可以是实质上相同的、相同的、或异形的(例如，在一个或多个方面不同，例如，在流动通道的大小、施加电压、振动频率等方面)。
此外，在一些方面主题装置可包含一个或多个另外的部件(参见，例如，图2和图10，小图A-B)。这类部件的实例包括但不限于一个或多个阀门(例如，夹管阀等)、存储器(例如，样品存储器、洗涤存储器、废物存储器等)、泵(例如，注射器泵、蠕动泵等)、连接管(例如，硅胶管)、外壳、处理器等，如会在此处将更全面描述的。图2说明了根据某些实施例的装置的实例，其中该装置与泵201处于连通以将样品210通过夹管阀202递送到磁性分离器220的入口。磁性分离器220的出口与声学浓缩器230处于流体连通。声学浓缩器230可包括夹管阀202a以收集已通过磁性分离器220但还未通过该声学分离器230的样品。在声学分离器230的出口处的流体样品可穿过夹管阀202c到达包括废气203的来源的废物室218。通过夹管阀202b收集在声学分离器230的出口处的流体样品，该夹管阀202b与流入流体240处于流体连通。流入流体240包括分选器流动池242、夹管阀202d和鞘液存储器244，该鞘液存储器244具有鞘气(sheath air)245的供应。
在一些实施例中，主题装置包括该磁性分离装置和该声学浓缩器装置之间的导管。位于该磁性分离装置和该声学浓缩器装置之间的导管与该磁性分离装置的出口和该声学浓缩器装置的入口处于流体连通。该导管可被配置成从该该磁性分离装置的出口引导该样品的流并进入该声学浓缩器装置的入口。在某些方面，该导管是封闭的，以使得通过围绕中心流径的外壁定义该导管。该中心流径可与该导管的纵轴对准。该中心流径可具有任何便利的形状，例如但不限于，具有圆形、椭圆形、正方形、长方形、五角形、六角形的横截面轮廓，不规则横截面轮廓，其组合等的流径。
在使用过程中，该导管还可被配置成在将从该磁性分离装置的出口接收的样品递送到该声学浓缩器装置之前将该样品保留时间段。例如，在某些情况下该导管可被配置成将从该磁性分离装置的出口接收的样品保留5秒或更久，例如5秒或更久，例如10秒或更久，例如30秒或更久，并包括60秒或更久。例如，该时间段的范围可以从5秒至60秒，例如从10秒至50秒(并包括从15秒至45秒)。该导管的长度可以变化，范围从1cm至30cm，例如从2cm至28cm，例如从5cm至25cm，并包括从10cm至20cm。
在某些实施例中，该导管可具有5cm或更小，例如2cm或更小，包括1cm或更小，或7mm或更小，或5mm或更小，或3mm或更小，或2mm或更小，或1mm或更小的高度(例如，用于不具有圆形横截面轮廓的导管)或内径(例如，用于具有圆形横截面轮廓的导管)。该导管的长度范围可以从1cm至1000cm，例如从2cm至750cm，包括从5cm至500cm，或从5cm至250cm，或从10cm至100cm，例如从10cm至50cm，例如从10cm至25cm。
连接该磁性分离装置和该声学浓缩器的导管可包括一个或多个流径，如所希望的。取决于离开该磁性分离装置的出口的数量和进入该声学浓缩器装置的入口的数量，该导管可包括2个或更多个流径，例如3个或更多个流径，并包括5个或更多个流径。例如，位于该磁性分离装置和该声学浓缩器装置之间的导管可包括从2个至5个流径，例如3个流径。
现在将在以下更详细地描述该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个的实施例的不同方面。
磁性分离装置
该主题装置的实施例的方面包括一个或多个磁性分离装置。磁性分离装置可被配置成在样品中将磁性标记的部分与非磁性标记的部分(例如，与磁性标记不相关的部分)进行分离。
在某些情况下，磁性分离装置通过将该磁性标记的部分保留在该装置中而不保留不感兴趣的部分，将感兴趣的磁性标记的部分与不感兴趣的部分(例如，未磁性标记的部分)分离。因为感兴趣的部分是磁性标记的，通过将该磁性标记的部分吸引到该装置中的磁场源并将该磁性标记的部分保留在该装置中，该装置可被配置成将该磁性标记的部分保留在该装置中。在其他情况下，通过在该装置中保留该不感兴趣的磁性标记的部分而不保留感兴趣的部分，该装置将不感兴趣的磁性标记的部分与感兴趣的部分(例如，感兴趣的未被磁性标记的部分)分离。在这些实施例中，因为感兴趣的部分是未被磁性标记的，感兴趣的部分未被保留在该装置中并流经该装置。该装置可被配置成通过将该磁性标记的部分吸引到该装置中的磁场源，并将该不感兴趣的磁性标记的部分保留在该装置中，将该不感兴趣的磁性标记的部分保留在该装置中。
该磁性分离装置可被配置成将磁性标记的部分与简单样品或复杂样品分离。“简单样品”意指样品，该样品包括一个或多个磁性标记的部分和少数(若有的话)从该溶剂分离的其他分子种类。“复杂样品”意指样品，该样品包括感兴趣的一个或多个磁性标记的部分并且也包括不感兴趣的许多其他分子，例如不同的蛋白、细胞等。在某些实施例中，该复杂样品是血液样品，通过此意指血液或其部分，例如，血清。在某些实施例中，该复杂样品是血清样品。在某些实施例中，此处所披露的使用该装置测定的复杂样品是这样一种样品，该样品包括10个或更多，例如20个或更多，包括100个或更多，例如，103个或更多，104个或更多(例如15,000个；20,000个或甚至25,000个或更多)独特的(即，不同的)在分子结构方面彼此不同的分子实体。
感兴趣的部分可包括可以与磁性标记稳定相关联的任何部分，该磁性标记可通过磁性分离装置检测。“稳定相关联”意指该磁性标记和该感兴趣的部分在使用条件下(例如，在所述测定条件下)保持其相对于彼此的空间上的位置。这样，该磁性标记和该感兴趣的部分可以非共价地或共价地与彼此稳定相关联。非共价的关联的实例包括非特异吸附、基于静电(例如，离子、离子对相互作用)的结合、疏水相互作用、氢键相互作用、通过共价地附接至该感兴趣的部分或该磁性标记上的特异性结合对成员进行的特异性结合、其组合等。共价的结合的实例包括在该磁性标记和存在于该感兴趣的部分上的官能团之间形成的共价键，例如–OH，其中该官能团可以是天然发生的或呈现为引入的连接基团的成员。因此，该磁性标记可以被吸附、物理吸附、化学吸附、或共价附接至该感兴趣的部分的表面。
感兴趣的磁性分离装置的实例包括但不限于描述于以下文献中的那些：美国专利号5,945,281、6,858,440；6,645,777；6,630,355；以及6,254,830；美国专利申请号PCT/US 2012/032423；以及霍普纳(Hoeppener),等人(2012)《癌症研究当前结果》(Recent Results Cancer Res.)195:43-58；将它们的披露通过引用结合于此。
以下提供了感兴趣的磁性分离装置的另外的实施例和方面。
磁场源
磁性分离装置的实施例的方面包括一个或多个磁场源。该磁场源可被配置成产生磁场。在某些情况下，该磁场源产生不均匀的磁场。“不均匀的”意指该磁场具有磁场梯度，其中该磁场的强度不同(取决于该磁场内的位置)。例如，该磁场可具有磁场梯度，其中该磁场强度在一个区域更大并且在进一步远离那个区域的位置逐渐减小。因此，该磁场源可被配置成产生具有磁场梯度的磁场。
在一些情况下，磁性分离装置被配置成产生磁场，该磁场足以分离该样品中的磁性标记的部分。该磁场分离该样品中磁性标记的部分的能力可取决于各种参数，例如磁场强度、磁场梯度、磁性标记的类型、磁性标记的尺寸、该磁性标记的部分和该磁场源之间的距离等。在某些情况下，该磁场能够施加于磁性标记上的力与该磁场强度和该磁场梯度成比例。在一些情况下，该磁场源被配置成产生具有磁力的磁场，该磁力足以将该样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。例如，该磁场源可被配置成产生具有磁场梯度的磁场，以使得该磁场和该磁场梯度的乘积足以将该样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。
该磁场源可以具有任何形状，这可方便将该样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。例如，该磁场源可以被延长，以使得该磁场源具有大于该磁场源的横宽(transverse width)的长度。
在某些实施例中，磁性分离装置可被配置成引导该样品的流通过该磁性分离装置，以使得该样品流邻近于该磁场源。最小化该磁场源和该样品之间的距离并从而最小化该磁场源和该样品中磁性标记的部分之间的距离可方便该磁性标记的部分在该磁性分离装置中的保留。在一些情况下，磁性分离装置被配置成引导该样品的流通过该装置以最大化邻近于该磁场源的流径的长度。例如，该装置可被配置成引导该样品的流通过磁性分离装置以使得该样品流实质上平行于该磁场源的纵轴。
在某些实施例中，磁性分离装置包括一个磁场源。在一些情况下，该磁场源被配置成产生磁场，该磁场足以将该样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。例如，该磁场源可被配置成产生磁场，该磁场足以将该磁性标记的部分保留在该装置中。在多个包括一个磁场源的实施例中，磁性分离装置可被配置成引导该样品的流通过该装置以使得该样品流经靠近该磁场源的区域。在一些情况下，磁性分离装置被配置成引导该样品的流通过该装置以使得该样品流实质上平行于该磁场源的纵轴。磁性分离装置也可被配置成引导该样品的流通过靠近该磁场源的区域，其中该磁场源产生的磁场和磁场梯度可以是最强的。
在其他实施例中，磁性分离装置包括两个磁场源，尽管磁性分离装置可包括任何数量的磁场源，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、或50个或更多个所希望的磁场源。例如，磁性分离装置可包括第一磁场源和第二磁场源。在一些情况下，该第一磁场源和该第二磁场源被配置成产生不均匀的磁场(例如，具有磁场梯度的磁场)，该磁场足以将该样品中的磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。该第一磁场源和该第二磁场源可被配置成产生磁场，该磁场足以将该磁性标记的部分保留在该装置中。在某些实施例中，安排该第一和第二磁场源，以使得在所述磁场源之间的区域产生磁场。这样，该第一和第二磁场源可被配置成产生磁场，该磁场足以在所述磁场源之间的区域保留该磁性标记的部分。
在某些实施例中，该第一磁场源具有面对该第二磁场源的表面，并且该第二磁场源具有面对该第一磁场源的表面，以使得这两个表面彼此相对。该第一磁场源的面对该第二磁场源的表面可以是实质上平面的。类似地，该第二磁场源的面对该第一磁场源的表面可以是实质上平面的。在一些情况下，该第一磁场源和彼此面对的第二磁场源的表面实质上彼此平行。在这些情况下，该第一和第二磁场源的相对的表面可以与彼此是实质上一致的距离。在其他实施例中，该第一和第二磁场源的相对表面彼此不平行，以使得该第一磁场源的一端比该第一磁场源的相对端更近于该第二磁场源。在一些情况下，该第一磁场源和该第二磁场源都是细长的。该第一磁场源的纵轴可实质上平行于该第二磁场源的纵轴。
在包括第一磁场源和第二磁场源的实施例中，该第一磁场源和该第二磁场源的磁化矢量可在实质上相同的方向上对准。在一些情况下，具有在实质上相同的方向上对准的磁化矢量的第一磁场源和第二磁场源促进在该第一和第二磁场源之间的区域中磁场和磁场梯度的形成。在某些实施例中，该第一磁场源的磁化矢量实质上垂直于面对该第二磁场源的表面。在一些情况下，该第二磁场源的磁化矢量实质上垂直于面对该第一磁场源的表面。在某些情况下，该第一和第二磁场源的磁化矢量两者都实质上垂直于该第一和第二磁场源的彼此面对的表面并在实质上相同的方向上对准。
在包括第一和第二磁场源的实施例中，该装置可被配置成引导该样品的流通过该装置以使得该样品流经该第一磁场源和该第二磁场源之间的区域。在一些情况下，如上所述，该第一和该第二磁场源对准，以使得它们的纵轴实质上平行。在这些情况下，该装置可被配置成引导该样品的流通过该装置以使得该样品流实质上平行于该第一和第二磁场源的纵轴。该装置也可被配置成引导该样品的流通过该第一和第二磁场源之间的区域，其中由该第一和第二磁场源产生的磁场和磁场梯度可以最强。
该磁场源可包括永磁体、电磁体、超导磁体、其组合等。在某些实施例中，该磁场源包括一个或多个永磁体。“永磁体”是具有持久的磁场的磁性材料，以使得该磁场随着时间的推进不会大幅降低。相比之下，术语“软磁体”是指在施加的外磁场的存在下可被磁化的材料，但当去除该外磁场时其磁性大幅降低。在其中该磁场源包括一个或多个永磁体的实施例中，使用永磁体可方便产生磁场而不需要外部能量输入到该装置中从而为该磁场源供给动力。在一些情况下，永磁体成本少于电磁体或超导磁体，其产生磁场，该磁场具有实质上类似的磁场强度和磁场梯度。在这些情况下，使用永磁体可减少该磁场源的成本，并因此减少该磁性分离装置的整体成本。在某些情况下，当该磁场源包括一个或多个永磁体时，使用永磁体可方便产生磁性分离装置，该磁性分离装置没有包括电磁体和/或超导磁体的磁性分离装置那么复杂。例如，包括永磁体的装置的实施例可无需包括与电磁体和/或超导磁体相关联的部件，例如动力源、与该磁场源相关联的电路、与该电磁体和/或超导磁体相关联的冷却部件、温度传感器等。在某些实施例中，该主题磁性分离装置不包括电磁体或超导磁体。
在一些情况下，该磁场源包括两个或更多个永磁体。所述永磁体可具有任何希望的形状，并且在一些情况下可以是立方体或棒状的永磁体。在某些实施例中，该永磁体是立方体或棒状的磁体，该磁体具有位置邻近于该磁性分离装置的导管的实质上平的面。具有“实质上平的面”意指该永磁体不会围绕该磁性分离装置的导管包绕(全部或部分)。这样，在这些实施例中，该磁体是棒状的或立方体状的永磁体，该永磁体具有该磁体的位置毗邻于该导管的平边面中的一个。
在某些情况下，该磁场源可具有范围从1cm至100cm，例如从1cm至75cm，包括从1cm至50cm，或从1cm至25cm，或从1cm至10cm，或从5cm至10cm，例如从5cm至6cm的长度；范围从0.1cm至100cm，例如从0.1cm至75cm，包括从0.1cm至50cm，或从0.1cm至25cm，或从0.1cm至10cm，或从0.1cm至5cm，或从0.1cm至2cm，或从0.5cm至2cm，例如从1cm至1.5cm的宽度；和范围从0.1cm至100cm，例如从0.1cm至75cm，包括从0.1cm至50cm，或从0.1cm至25cm，或从0.1cm至10cm，或从0.1cm至5cm，或从0.1cm至2cm，或从0.5cm至2cm，例如从1cm至1.5cm的高度。在某些实施例中，该磁场源的长度的范围是从3cm至5cm。
该磁场源可以是永磁体，例如稀土磁体。稀土磁体包括但不限于钐-钴磁体(例如，SmCo5)、钕合金(NdFeB)磁体(例如，Nd2Fe14B)等。
在某些实施例中，该磁场源产生范围从0.01T至10T，或从0.01T至5T，或从0.01T至2T，或从0.1T至2T，或从0.1T至1.5T，包括从0.1T至1T的磁场。在一些情况下，该磁场源被配置成产生磁场，该磁场具有范围从0.1T/mm至10T/mm，例如从0.1T/mm至7T/mm，或从0.1T/mm至5T/mm，或从0.1T/mm至3T/mm，例如从0.1T/mm至2T/mm，包括从0.1T/mm至1T/mm的磁场梯度(例如，绝对场梯度)。在某些情况下，该磁场源产生具有磁场梯度的磁场，以使得该磁场和该磁场梯度(例如，绝对场梯度)的乘积范围从0.001T2/mm至100T2/mm，例如从0.01T2/mm至75T2/mm，包括从0.1T2/mm至50T2/mm，或从0.1T2/mm至25T2/mm，或从0.1T2/mm至10T2/mm，或从0.1T2/mm至5T2/mm，或从0.1T2/mm至3T2/mm，例如从0.1T2/mm至2T2/mm，包括从0.1T2/mm至1T2/mm。
在某些实施例中，该磁场源提供磁场梯度。术语磁场梯度以其常规意义使用，是指磁场强度的密度作为磁场源的距离的函数。在这些实施例中，磁场梯度被提供到该磁性分离装置的导管的深度上。在某些情况下，没有磁场梯度沿着该磁性分离装置的导管的长度产生。
磁场引导件
磁性分离装置的实施例包括一个或多个磁场引导件。该磁场引导件可被配置成引导该磁场从该磁场源到该样品流径中。在某些情况下,该磁场引导件被配置成聚集该磁场源产生的磁场。该磁场引导件可通过增加该磁场源的磁通量来聚集该磁场，其中该磁通量是穿过给定表面区域的磁场的量(例如，该磁场密度)。该磁通量可取决于该磁场强度、该表面的区域和该磁场与该表面之间的角度。例如，通过引导该磁场通过更小的区域，该磁场引导件可聚集该磁场，并因此增加该磁通量。在一些情况下，引导该磁场通过更小的区域增加该磁场密度，因此导致该磁通量的增加。在某些实施例中，该磁场引导件被配置成与不存在该磁场引导件的情况下的磁场密度相比将磁场密度增加5％或更多，例如与不存在该磁场引导件的情况下的磁场密度相比将磁场密度增加10％或更多，例如25％或更多，例如50％或更多，例如75％或更多，例如90％或更多，并包括95％或更多。例如，在这些情况下该磁场引导件可被配置成将该磁场密度增加从5％至95％，例如从10％至90％，例如15％至85％，例如20％至80％，并包括从25％至75％。在其他实施例中，所述磁场引导件被配置成与不存在该磁场引导件的情况下的磁场密度相比将磁场密度增加2倍或更多，例如与不存在该磁场引导件的情况下的磁场密度相比增将磁场密度加3倍或更多，例如4倍或更多，例如5倍或更多，并包括10倍或更多。例如，在这些情况下，该磁场引导件可被配置成将该磁场密度增加从2倍至10倍，例如从3倍至9倍，例如从4倍至8倍，并包括从5倍至7倍。
该磁场源和该磁场引导件可被配置成产生磁通量，该磁通量足以将样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。在一些情况下，该磁场引导件被配置成产生磁场，该磁场具有范围从0.01T至10T，或从0.01T至5T，或从0.01T至2T，例如从0.1T至2T，包括从0.5T至1.5T的磁通量密度。
在某些情况下，该磁场引导件被配置成将该磁场从该磁场源引导到该样品流径中，而损失最小的磁通量。在一些情况下，该磁场引导件被配置成将该磁场从该磁场源引导到该样品流径中，而磁通量无大幅损失。无任何意图被理论所束缚，该磁场引导件可被配置成最小化磁通量的降低，这归因于存在于靠近该软磁体的表面的软磁体中的自动消磁场。例如，该磁场引导件可被配置成将该磁场从该磁场源引导到该样品流径中，而磁通量从初始磁通量降低50％或更少，例如从初始磁通量降低40％或更少，包括30％或更少，或25％或更少，或20％或更少，或15％或更少，或10％或更少，或7％或更少，或5％或更少，例如3％或更少，或2％或更少，或1％或更少。
在某些实施例中，通过具有锥形形状的部分并通过引导该磁场从该磁场源通过该磁场引导件的锥形部分，该磁场引导件被配置成聚集该磁场。“锥形”意指该磁场引导件的部分具有拥有较大的横截面积的更宽端，并且该磁场引导件的部分的横截面积向着该磁场引导件的较窄的相对端逐渐变小。例如，该磁场导向件可具有楔形部分，其中该楔形部分的底部具有面积。平行于该楔形部分的底部所取的楔形部分的横截面向着与该底部相对的该楔形部分的末端(即，向着该楔形部分的顶缘)将具有逐渐变小的面积。
在一些情况下，该磁场引导件具有楔形部分并被配置成从该楔形部分的底部向该楔形部分的顶缘引导该磁场。从该楔形部分的底部向该楔形部分的顶缘引导该磁场可方便来自该磁场源的磁场的磁通量增加，如上所述。该磁通量在该磁场引导件的楔形部分的顶缘处的增加可邻近于该磁场引导件的顶缘产生与在不存在该磁场引导件的情况下存在的相比更高的磁场以及更高的磁场梯度。该磁场引导件可能是其他锥形，例如但不限于角锥体、圆锥体、截头锥体、其组合等。
在一些情况下，该磁场引导件包括锥化为点或缘(例如，该顶缘)的部分。例如，该磁场引导件的横截面轮廓可在该磁场引导件的顶缘锥化为点。在其他实施例中，该磁场引导件的横截面轮廓锥化为圆形边缘，以使得该顶缘在该顶缘处具有圆形(例如，弓形)横截面轮廓。如此处所使用的术语“楔形的”意在包括具有顶缘的磁场引导件的实施例，该顶缘具有在该顶缘处锥化为点的横截面轮廓。术语“楔形的”也包括具有顶缘的磁场引导件的实施例，该顶缘具有在该顶缘处未锥化为点的横截面轮廓。例如，该磁场引导件的顶缘可具有圆形、平截、钝化等的横截面轮廓。该磁场引导件的顶缘可具有宽度，该宽度大致相同于位置毗邻于该磁场引导件的顶缘的导管的宽度(或直径)。在某些实施例中，该磁场引导件的顶缘具有宽度，该宽度小于该导管的宽度(或直径)。在一些情况下，该磁场引导件的顶缘的宽度是5mm或更小，例如4mm或更小，或3mm或更小，或2mm或更小，或1mm或更小，或0.5mm或更小，或0.1mm或更小。
在某些情况下，该磁场引导件的楔形部分的顶缘具有顶角，其中该顶角是磁场引导件在该顶缘处相接触的两个面之间的角。在一些情况下，该顶角是150度或更小，或135度或更小，例如120度或更小，或105度或更小，包括90度或更小，或75度或更小，或60度或更小，或45度或更小，例如30度或更小。在一些实施例中，该顶角是60度。
在某些实施例中，该磁场引导件的顶缘可实质上平行于该磁场引导件的纵轴。此外，该磁场引导件的顶缘可实质上平行于该磁场源的纵轴。在具有一个磁场源的实施例中，该磁场源可具有与该磁场源相关联的一个或多个磁场引导件。例如，该磁场源可具有与该磁场源相关联的第一磁场引导件和第二磁场引导件。在一些实施例中，该装置包括布置在该磁场源的第一表面上的第一磁场引导件，和布置在相同磁场源的第二表面上的第二磁场引导件。在一些情况下，该第一和第二磁场引导件布置在该磁场源的相对的表面上。在某些实施例中，该第一磁场引导件的第一顶缘是楔形的，该第二磁场引导件的第二顶缘是楔形的，并且该第一顶缘面对并平行于该第二顶缘而实质上对准。该第一顶缘可位于沿其长度距该第二顶缘实质上一致的距离处。在一些情况下，如上所述，该磁场源包括永磁体，并且该磁场源的第一和第二表面是该磁场源的北极和南极。
在具有超过一个磁场源的实施例中，每个磁场源可具有与其相关联的磁场引导件。每个磁场引导件可这样安置，以使得该磁场引导件的纵轴实质上平行于其相关联的磁场源的纵轴。
在某些实施例中，该磁场引导件的顶缘具有线性轮廓。“线性”意指该磁场引导件的顶缘是实质上直线的。在一些情况下，该磁场引导件的顶缘具有非线性轮廓，例如但不限于锯齿波、正弦波、方波、三角波轮廓、其组合等。具有非线性轮廓的顶缘的磁场引导件可方便靠近该顶缘的非线性部分的磁场和/或磁场梯度的局部增加。
该磁场引导件可邻近于该磁场源。在某些情况下，该磁场引导件与该磁场源接触。例如，该磁场引导件可附接到该磁场源以促进该磁场引导件和该磁场源之间的接触。如上所述的，磁性分离装置可包括一个磁场源。在这些实施例中，该磁场源可包括如上所述的楔形部分。该磁场源也可包括该楔形部分和该磁场源之间的延长部分。该磁场引导件的延长部分可被配置成将该楔形部分安置在远离该磁场源的表面的一定距离处。例如，该磁场引导件的延长部分可接触该磁场引导件延长部分的第一表面的一部分上的磁场源。该磁场引导件的延长部分可延长超过该磁场源的上表面的距离。该磁场引导件的延长部分的延长超过该磁场源的上表面的第一表面的部分可具有该磁场引导件的楔形部分。在一些实施例中，该磁场引导件的延长部分和楔形部分是连续的(例如，由相同块的材料形成)。在其他情况下，该磁场引导件的延长部分和楔形部分是彼此附接的分离的块。如上所述，该装置也可包括布置在与该第一磁场引导件相对的磁场源的表面上的第二磁场引导件。类似于上述的第一磁场引导件，该第二磁场引导件可包括延长部分和楔形部分。该第一和第二磁场引导件可这样配置以使得该第一磁场引导件的楔形部分的顶缘邻近于该第二磁场引导件的楔形部分的顶缘。在一些情况下，该第一磁场引导件的顶缘实质上平行于该第二磁场引导件的顶缘。该第一磁场引导件的顶缘可面对该第二磁场引导件的顶缘对准。例如，该第一磁场引导件的顶缘可面对该第二磁场引导件的顶缘实质上直接对准。在某些实施例中，该第一磁场引导件的顶缘面对该第二磁场引导件的顶缘实质上对准并与其实质上平行。在使用过程中，该第一磁场引导件的顶缘和该第二磁场引导件的顶缘之间的距离可以是5cm或更小，例如2cm或更小，包括1cm或更小，或7mm或更小，或5mm或更小，或3mm或更小，或2mm或更小，或1mm或更小。
在如上所述的其他实施例中，磁性分离装置可包括两个磁场源，例如彼此邻近安排的第一和第二磁场源。在一些情况下，第一磁场引导件与该第一磁场源相关联，并且第二磁场引导件与该第二磁场源相关联。该第一磁场引导件可位于第一磁场源上，位于邻近于该第二磁场源的第一磁场源的表面上。例如，在其中所述磁场引导件是楔形的实施例中，该第一磁场引导件可布置在该第一磁场源上，以使得该第一磁场引导件的底部接触邻近于该第二磁源的第一磁源的表面。类似地，该第二磁场引导件可位于第二磁场源上，位于邻近于该第一磁场源的第二磁场源的表面上。例如，在其中所述磁场引导件是楔形的实施例中，该第二磁场引导件可布置在该第二磁场源上，以使得该第二磁场引导件的底部接触邻近于该第一磁源的第二磁源的表面。在这种安排下，该第一和第二磁场引导件可位于该第一和第二磁场源之间。此外，该第一磁场引导件的顶缘可邻近于该第二磁场引导件的顶缘。在一些情况下，该第一磁场引导件的顶缘实质上平行于该第二磁场引导件的顶缘。该第一磁场引导件的顶缘可面对该第二磁场引导件的顶缘对准。例如，该第一磁场引导件的顶缘可面对该第二磁场引导件的顶缘实质上直接对准。在某些实施例中，该第一磁场引导件的顶缘面对该第二磁场引导件的顶缘实质上对准并与其实质上平行。在使用过程中，该第一磁场引导件的顶缘和该第二磁场引导件的顶缘之间的距离可以是5cm或更小，例如2cm或更小，包括1cm或更小，或7mm或更小，或5mm或更小，或3mm或更小，或2mm或更小，或1mm或更小。
图3a-c描述了位于一对楔形磁场引导件之间的不同类型的流道。图3a描述了一种配置，其中在某些实施例中，单流径301位置邻近于一对楔形磁场引导件302a和302b的顶端。在某些情况下，可与该主题磁性分离装置并行地重复这种配置，以建立位于一对楔形磁场引导件之间的多个并行通道，从而增加流量。
图3b描述了一种配置，其中在某些实施例中，两个流道303a和303b位于一对楔形磁场引导件304a和304b之间。在某些情况下，可与该主题磁性分离装置并行地重复这种配置，以建立位于一对楔形磁场引导件之间的多个并行通道，从而增加流量。
图3c描述了位于一对楔形磁场引导件306a和306b之间的一对流道305a和305b的另一种配置。如以下更详细描述的，可穿过一对冲压密封板307(例如，橡胶、塑料等)通过建立并膨胀中空路径形成所述流道。在某些情况下，可与该主题磁性分离装置并行地重复这种配置，以建立位于一对楔形磁场引导件之间的多个并行通道，从而增加流量。
图4a-4b描述了一种配置，根据某些实施例，其中一对流道位于楔形磁场引导件和平边磁场引导件之间。图4a描述了一种配置，其中两个流径401a和401b位置邻近于楔形磁场引导件403的顶端并毗邻于平边磁场引导件402。图4b描述了以下的另一种配置，两个流道404a和404b位于楔形磁场引导件406和平边磁场引导件405之间。可穿过一对冲压密封板407(例如，橡胶、塑料等)通过建立并膨胀中空路径形成所述流道(像以上图3c中所述的流径)。
图5a-5b描述了一种配置，根据某些实施例，其中一对流道位于楔形磁场引导件和曲边磁场引导件之间。图5a描述了一种配置，其中两个流径501a和501b位置邻近于楔形磁场引导件503的顶端并毗邻于曲边磁场引导件502。图5b描述了以下的另一种配置，两个流道504a和504b位于楔形磁场引导件506和曲边磁场引导件505之间。可穿过一对冲压密封板507(例如，橡胶、塑料等)通过建立并膨胀中空路径形成所述流道(像以上图3c和4b中所述的流径)。
如上所述，该第一和第二磁场引导件可被配置成聚集由该磁场源产生的磁场。在某些情况下，该第一和第二磁场引导件将该磁场聚集到邻近于该第一和第二磁场引导件的顶缘的区域。例如，该第一和第二磁场引导件可将该磁场聚集在该磁场引导件的顶缘之间的区域。该第一和第二磁场引导件可被配置成邻近于该磁场引导件的顶缘产生磁通量，该磁通量足以将样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。在一些情况下，该第一和第二磁场引导件被配置成邻近于该磁场引导件的顶缘产生磁场，该磁场具有范围从0.01T至10T，或从0.01T至5T，或从0.01T至2T，例如从0.1T至2T，包括从0.5T至1.5T的磁通量密度。
在某些方面，每个磁场源与单独的磁场引导件相关联(例如，附接)。图6描述了与具有多个楔形物(即，锯齿)配置的磁场引导件602和604相关联的两个磁场源(例如，永磁体)601和603。该磁场引导件可包括任何数量的楔形形状，例如从2至25，例如从3至20，例如从4至15，例如从5至10，并包括从6至8。在某些实施例中，该磁场引导件包括3-楔形物配置。在其他实施例中，磁场源可与超过一个磁场引导件相关联(例如附接)。图7描述了偶联到两个磁场引导件701和703的单个永磁702，这两个磁场引导件具有多个楔形物配置。
在某些实施例中，该磁场引导件包括软磁体。术语“软磁体”是指在施加的外磁场的存在下可被磁化，但当去除该外磁场时其磁性大幅降低的材料。软磁体可包括但不限于铁磁材料，例如铁(例如，退火铁)、不锈钢和镍、铁磁材料，例如金属的陶瓷氧化物，其组合等。
在一些情况下，该磁场引导件可具有范围从1cm至100cm，例如从1cm至75cm，包括从1cm至50cm，或从1cm至25cm，或从1cm至10cm，或从5cm至10cm，例如从5cm至6cm的长度；范围从0.1cm至100cm，例如从0.1cm至75cm，包括从0.1cm至50cm，或从0.1cm至25cm，或从0.1cm至10cm，或从0.1cm至5cm，或从0.1cm至2cm，或从0.5cm至2cm，例如从1cm至1.5cm的宽度；和范围从_0.1cm至100cm，例如从0.1cm至75cm，包括从0.1cm至50cm，或从0.1cm至25cm，或从0.1cm至10cm，或从0.1cm至5cm，或从0.1cm至2cm，或从0.5cm至2cm，例如从1cm至1.5cm的高度。
在某些实施例中，磁性分离装置包括一个或多个磁通量汇点(magneticflux sink)。该磁通量汇点可被布置在该磁场源的表面上。在一些情况下，该磁通量汇点被布置在该磁场源的表面上，该表面与该磁场源与该磁场引导件接触的表面相对。在某些情况下，该磁通量汇点被配置成增加该磁场源的磁场。该磁通量汇点可被配置成通过降低该磁场源的自动消磁场来增加该磁场源的磁场(例如，该永磁体的自动消磁场)。在一些情况下，该磁通量汇点包括软磁体。
导管
磁性分离装置的实施例可进一步包括导管。该导管可被配置成引导该样品的流通过磁性分离装置。这样，该导管可被配置成在通道、管、孔等中携带样品的流(例如，样品溶液)。在某些实施例中，该导管是封闭的，以使得通过围绕中心流径的外壁定义该导管。该中心流径可与该导管的纵轴对准。该中心流径可具有任何便利的形状，例如但不限于，具有圆形、椭圆形、正方形、长方形、五角形、六角形的横截面轮廓，不规则横截面轮廓，其组合等的流径。在使用过程中，该导管也可被配置成保留该样品中磁性标记的部分。
在一些情况下，该导管的至少一个部分位于所述磁场引导件之间，例如在该第一磁场引导件和该第二磁场引导件之间。该导管可位于该第一和第二磁场引导件之间，以使得该导管的纵轴实质上平行于该第一磁场引导件的纵轴和该第二磁场引导件的纵轴。例如，该导管可位于该第一和第二磁场引导件的顶缘之间，以使得该导管的纵轴实质上平行于该第一和第二磁场引导件中每个的顶缘。在一些情况下，实质上平行于该磁场引导件的顶缘安置该导管最大化了导管的长度，并因此最大化该样品流体的流的长度，该样品流体的流位于该磁场引导件的顶缘之间。在某些情况下，实质上平行于该磁场引导件的顶缘安置该管道最大化了该样品在该磁场引导件之间的流动的时间量。实质上平行于该磁场引导件的顶缘对准该导管可方便将该磁性标记的部分保留在该导管中。
在一些情况下，该导管的至少一个部分位置邻近于所述磁场引导件，例如毗邻该第一磁场引导件和该第二磁场引导件。在一些情况下，该导管位置毗邻于该第一和第二磁场引导件的顶缘，但不处于其之间。在某些情况下，安置该导管以使得该导管直接接触所述磁场引导件中一个或多个的外表面。例如，可安置该导管以使得该导管接触该磁场引导件的楔形部分的成角度的外表面。在一些情况下，可不直接将该导管安置在该磁场引导件的顶缘之间，而是毗邻所述顶缘安置并接触如上所述的磁场引导件的外表面。该导管可邻近于该第一和第二磁场引导件安置，以使得该导管的纵轴实质上平行于该第一磁场引导件的纵轴和该第二磁场引导件的纵轴。例如，该导管可毗邻于该第一和第二磁场引导件安置，以使得该导管的纵轴实质上平行于该第一和第二磁场引导件中每个的顶缘。在一些情况下，实质上平行于该磁场引导件的顶缘安置该导管最大化了导管的长度，并因此最大化该样品流体的流的长度，该样品流体的流毗邻于该磁场引导件的顶缘。在某些情况下，实质上平行于该磁场引导件的顶缘安置该导管最大化了该样品邻近于该磁场引导件流动的时间量。实质上平行于该磁场引导件的顶缘对准该导管可方便将该磁性标记的部分保留在该导管中。
在一些情况下，该导管被配置成在位于所述磁场引导件之间的导管的部分中具有较窄的横截面积。例如，安置在该磁场引导件之间的导管的部分的上游的导管的横截面积可大于安置在该磁场引导件之间的导管的部分的横截面积。类似地，安置在该磁场引导件之间的导管的部分的下游的导管的横截面积可大于安置在该磁场引导件之间的导管的部分的横截面积。因此，在一些情况下，安置在该第一和第二磁场引导件之间的导管的部分具有横截面积，该横截面积小于安置在该第一和第二磁场引导件之间的导管的部分的上游或下游的导管的部分的横截面积。
在某些实施例中，该导管可被手动地安置在该磁场引导件之间。例如，该导管可被手动地在该磁场引导件之间对准，并可被手动地从该磁场引导件之间去除。该导管可被配置成在该导管的外部上具有一个或多个对准引导件，例如，但不限于，凹口、接片、凹槽、导杆等，其可方便将该导管安置在该磁场引导件之间。在一些实施例中，该装置可被配置成自动地将该导管安置在该磁场引导件之间。该导管可包括一个或多个如上所述的标记或对准引导件，该装置可被用于将该导管安置在该磁场引导件之间。
在一些情况下，该导管被配置成可远离该磁场安置，例如，可远离该磁场源和该磁场引导件安置。远离该磁场安置该导管可方便回收在测定中保留在该导管中的磁性标记的部分。在某些情况下，该装置可被配置成自动远离该磁场引导件安置该导管。
在某些情况下，该导管被配置成可被重新使用。可重复使用的导管可被配置成在多个测定之间被洗涤，例如，但不限于，被配置成通过使洗涤溶液或缓冲液流动而在多个测定之间通过该导管被洗涤。在一些情况下，该导管可被配置成被洗涤并重新使用，而不从该装置去除该导管。在其他情况下，该导管可被配置为从该设备去除，洗涤并且然后重新插入该设备中用于随后的测定。在某些实施例中，该导管被配置成一次性的。一次性的意指该导管可被使用一次或几次(例如，20次或更少，15次或更少，10次或更少，或5次或更少)，并且然后被丢弃并替换为新的导管。例如，该导管可被配置为单次使用的导管，其中该导管被配置成用于单个测定，并且然后被移除和丢弃。可在随后的测定中使用新的导管。
在某些实施例中，该导管可具有5cm或更小，例如2cm或更小，包括1cm或更小，或7mm或更小，或5mm或更小，或3mm或更小，或2mm或更小，或1mm或更小的高度(例如，用于不具有圆形横截面轮廓的导管)或内径(例如，用于具有圆形横截面轮廓的导管)。在某些实施例中，其中该导管具有圆形横截面轮廓，该内径是1mm。该导管的长度范围可以从1cm至1000cm，例如从2cm至750cm，包括从5cm至500cm，或从5cm至250cm，或从10cm至100cm，例如从10cm至50cm，例如从10cm至25cm。
在某些实施例中，该导管被配置为实质上无磁性梯度增强材料。例如，该导管可由非磁性的和/或不可磁化的材料制成。在一些情况下，该导管的中心流径实质上无磁性梯度增强材料(除其自身的磁性标记之外)。举例来说，该导管的中心流径除了该样品(例如包括在该测定本身中使用的任何缓冲液和磁性标记等)之外可以基本上没有任何材料(例如基底材料、可磁化微粒(例如可磁化球体/椭圆体)、可磁化线材、可磁化圆柱体等)。在一些情况下，具有本质上不含多种材料(例如可磁化材料)的中心流径的导管方便了该分离的磁性标记的部分的随后的回收。例如，在该导管的该中心流径中，与具有材料例如可磁化材料的导管相比，当该导管实质上无材料时，可以更容易地将分离的磁性标记的部分从该导管冲洗。分离的磁性标记的部分可以更容易地从该导管冲洗，举例来说，这归因于不存在对基本上没有材料的导管中的流体流路的限制和/或在可具有将磁性标记的部分保留在该导管中的剩余磁化强度的流径中不存在可磁化材料。
在某些实施例中，该导管包括柔性材料。当位于该磁场引导件之间时，该磁场引导件，在一些情况下，可接触该导管的表面。在一些情况下，该第一磁场引导件(例如，该第一磁场引导件的顶缘)接触该导管的表面，并且该第二磁场引导件(例如，该第二磁场引导件的顶缘)接触该导管的相对表面。该磁场引导件可被配置成接触该导管的表面而不在该导管上施加显著压力。在其他实施例中，磁性分离装置被配置成将该导管压缩在该第一磁场引导件的顶缘和该第二磁场引导件的顶缘之间。在一些情况下，在不存在任何压迫的情况下，该导管被压缩以使得该导管的高度(例如，内径)被压缩为该导管的高度的一部分。例如，该导管可被压缩至其初始高度的90％或更少，例如其初始高度的80％或更少，包括70％或更少，或60％或更少，或50％或更少。在某些实施例中，该导管被配置以使得该导管可被压缩靠近该导管的中心，但可保持向着该导管的外缘的实质上相同的高度。在这些实施例中，在压缩下，该导管可具有中心流径，该中心流径具有高度，该高度小于靠近该导管的外缘的流径的高度。具有中心流径(该中心流径具有高度，该高度小于靠近该导管的外缘的流径的高度)可方便该导管中磁性标记的部分的保留，因为通过该导管的较窄的中心流径的流速可小于通过该导管的较宽的外围的流速。
在某些实施例中，该导管包括一个或多个流道，其通过在一对密封板之间建立和膨胀一个或多个中空路径而形成。例如，该导管可包括两个流道，其通过在聚合材料的冲压密封板之间膨胀两个平行路径而形成，该聚合材料是例如，但不限于，硅酮、聚丙烯、聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯等。在某些实施例中，该流道是通过在柔性材料板之间膨胀中空路径而形成，该柔性材料是例如柔性聚合物材料(例如，硅酮、聚乙烯、聚丙烯、PEEK等)。根据这些实施例，导管可包括一个或多个流道，例如2个或更多个流道(例如，参见图3c、4b和5b)，例如3个或更多个流道，例如5个或更多个流道，并包括10个或更多个流道，例如像从2至10个流道，例如从3至9个流道，例如从4至8个流道，并包括5个流道。在某些情况下，可与该主题磁性分离装置并行地重复这种配置，以建立多个并行通道，从而增加该导管的流量。
在某些实施例中，该导管包括刚性材料。当位于该磁场引导件之间时，该磁场引导件，在一些情况下，可接触该导管的表面。在一些情况下，该第一磁场引导件(例如，该第一磁场引导件的顶缘)接触该导管的表面，并且该第二磁场引导件(例如，该第二磁场引导件的顶缘)接触该导管的相对表面。该磁场引导件可被配置成接触该导管的表面而不在该导管上施加显著压力。
该导管可由与所述测定条件，例如，该样品溶液缓冲液、压力、温度等兼容的任何材料制成。例如，该导管可包括对该样品、该样品中的部分、缓冲液等实质上无反应的材料。该导管可包括柔性材料，以使得该导管是柔性的。在某些情况下，如上所述，如果该导管在该磁场引导件的顶缘之间被压缩，该导管被配置成从其初始形状变形和/或延伸。当该导管在该磁场引导件之间被压缩时，该导管可被配置成从其初始形状变形和/或延伸而不破碎、分裂，撕裂等。在一些情况下，该导管包括玻璃，或聚合物，例如，但不限于，硅酮、聚丙烯、聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、铁氟龙等。在某些实施例中，该导管包括柔性材料，例如柔性聚合物材料(例如，硅酮、聚乙烯、聚丙烯、PEEK等)。
在一些情况下，该导管具有被布置在该导管的外表面上的覆盖层。该覆盖层可被配置成保护该导管远离周围环境，并且在一些情况下，可包括一个或多个对准引导件以方便将该导管安置在该磁场引导件之间，如上所述。该覆盖层可包括柔性材料，以使得该覆盖层是柔性的并可从其初始形状变形和/或延伸。在某些情况下，如上所述，如果该导管在该磁场引导件的顶缘之间被压缩，该覆盖层被配置成从其初始形状变形和/或延伸。当该导管在该磁场引导件之间被压缩时，该覆盖层可被配置成从其初始形状变形和/或延伸而不破碎、分裂，撕裂等。在某些实施例中，该导管包括柔性材料，例如柔性聚合物材料(例如，硅酮、聚乙烯、聚丙烯、PEEK等)。
导管支架
在某些实施例中，磁性分离装置包括可操作地偶联到该导管的导管支架。在一些情况下，该导管支架被配置成将该导管可操作地偶联到该磁性分离装置上。例如，该导管支架可被配置成方便安置该导管于该磁场引导件之间。在一些情况下，该导管支架包括附接到该导管的外部的延长的接片。该延长的接片可被附接到该导管的外部，以使得该延长的接片实质上平行于该导管的纵轴。在某些情况下，该导管支架方便将该导管安置在该磁性分离装置中，以使得该导管的纵轴实质上平行于该磁性分离装置的纵轴，例如实质上平行于如上所述的该磁场引导件的顶缘。
在一些情况下，该磁性分离被配置成与可操作地偶联到该导管上的导管支架配对。例如，该磁性分离装置可被配置成具有一个或多个配对元件，例如，但不限于，凹口、接片、凹槽、通道，导杆等，其对应于该导管支架上的一个或多个相应的对准引导件。该一个或多个配对元件可方便将该导管安置在该磁性分离装置的磁场引导件之间。在一些情况下，该磁性分离装置包括被配置成与该导管支架配对的通道。该通道可被配置成将该导管支架安置在该磁性分离装置中，以使得该导管的纵轴实质上平行于该磁性分离装置的纵轴，例如实质上平行于如上所述的该磁场引导件的顶缘。
在某些实施例中，该导管支架可被手动地安置在该磁场引导件之间。例如，通过将该导管支架与该磁性分离装置的相应的配对元件(例如，通道)对准，该导管支架可被手动地安置于该磁性分离装置中。在一些情况下，该导管支架可被手动地从该磁性分离装置中去除。在一些实施例中，该装置可被配置成自动将该导管支架安置在该磁性分离装置中。该导管支架可包括一个或多个如上所述的标记或对准引导件，该装置可被用以自动将该导管支架安置在该磁性分离装置中。
声学浓缩器装置
如上所述，本披露的装置的实施例的方面可包括一个或多个声学浓缩器装置。在该主题装置中，一个或多个声学浓缩器可位于一个或多个磁性分离装置的上游、下游、或两者处。
如在此使用的，术语“声学浓缩器装置”和“声学分离器装置”被广泛地使用并且一般指的是在其中通过超声驻波的手段使流体中的微粒物质可以得到控制或操纵的装置，并且所述术语可互换使用。因此，在某些方面，声学浓缩器装置可被用以对流体样品中的组分进行分选。在某些方面，声学浓缩器装置可替代地，或也被用以浓缩流体样品中的组分。感兴趣的声学浓缩器装置的实例包括但不限于在以下文献中描述的那些：美国专利号6,929,750；劳雷尔(Laurell)，等人(2007)《化学学会综述》(Chem.Soc.Rev.)，2007，36，492–506；彼得松(Petersson)，等人(2005)《分析化学》(Analytical Chemistry)77:1216–1221；以及阿古斯特松(Augustsson)，等人(2009)《芯片上的实验室》(Lab on a Chip)9:810–818；将其披露通过引用结合于此。
图8，小图A-D中说明了声学浓缩器装置的某些方面的一般原则。图8，小图D是微流体声学浓缩器装置的示意图描述，该装置允许通过声学浓缩对样品中的细胞进行浓缩和/或分选。在此实例中，流体流动801的方向是从图的顶部到底物。该声学浓缩器装置包括两个样品入口802a和802b以及缓冲液入口803。输入如所图示的安排，样品流体(紫色)沿着通道的侧面流动，其中缓冲液(黄色)在之间流动，所述流体在层流下运行。这样，该第一液体介质和该第二液体介质以足以产生该第一和第二介质的层流的方式组合，即流，其中这两种介质相异地但相邻地并且接触流径地流动。该第一和第二介质的密度在一些情况下不同，以方便将来自第一介质的组分操纵到第二介质中，或反之亦然，其中在一些情况下该第一与第二介质之间的密度差是1％或更大，例如5％或更大，包括10％或更大。压电转换器位于通道之下，当其启动时在通道中产生声驻波。该声驻波导致被包含在样品中的某些微粒从该第一介质中的通道的侧面向着该第二介质中的通道的中心中形成的压力波节(如通过聚焦区指示的；顶部插入)移动。如在图8中所示，通过洗涤的样品出口805对现在被包含在缓冲液中的所述微粒(例如，细胞)进行收集。置于通道侧面的两个出口804a和804b收集废物。
在一些实施例中，该声学驻波聚集到该流道的中心。在这些实施例中，该声学驻波被配置成在该通道内传导，在该流道内施加径向声学辐射压力。在某些情况下，所施加的声学驻波不会在该流道的外部传导。在某些实施例中，仅通过振动传感器在单个方向上施加该声场。这样，在这些实施例中该振动传感器不会在两个或更多个不同方向同时施加声场。
在某些方面，声学浓缩器装置不包括多个输入。例如，在图8，小图D中描述的微流体声学浓缩器装置可替代地以下述方式操作，其中通过该中心入口输入样品流体，而该外入口不存在、未被使用、和/或被阻挡掉。在此类实施例中，包含多种微粒的样品可流经该中心入口，经过该压电转换器，并通过洗涤的样品输出而被收集。该声学驻波导致包含在该样品中的某些微粒变得浓缩，以使得这些微粒(例如，细胞)存在于通过洗涤的样品出口收集的样品中，处于相对于输入到该声学浓缩器装置的样品流体中的微粒的浓度更高的浓度。
声学浓缩器装置的某些方面的基本原理展示于图8，小图A-C中，所述图提供了声学浓缩器装置通道的横截面示图。如在这些图中所描绘的，微粒开始于沿着通道的侧面流动(图8，小图A)。声驻波可以被包括在通道中(例如，使用振动发生器，例如压电转换器，放置在该通道邻近处)，如由虚线所指示的(图8，小图B-C)。声驻波在通道中心产生了压力波节(图8，小图B)。取决于它们的物理特性，存在于通道中的某些微粒可以向着压力波节移动(图8，小图C)。通常，直径小于大约1微米的分子和微粒不受一个或多个声驻波的影响。
声学浓缩器装置运行的机制描述于例如劳雷尔(Laurell)等人(2007)《化学学会综述》(Chem.Soc.Rev.)，2007，36，492–506中。简便地，声对比系数(也称为Φ-系数)取决于微粒(例如，细胞)的密度(ρc)和其压缩性(βc)两者，这两者与周围介质的对应特性(ρw，βw)相关。声对比系数可以是正的或负的，这决定了声场力的方向并且确定特定微粒是否将向着压力驻波波节(即图8，小图B中图片的中心)或向着压力反波节(即，图8，小图B中通道的侧面)移动。大体上，在水性介质中固体微粒向着压力波节移动。因此，取决于应用，一个或多个通道的形状和大小、制成声学浓缩器装置通道的材料、所采用的入口和出口的数目、通道中的流速、所施加的超声频率、以及声学浓缩器装置的其他参数可以不同。
在某些方面，声学浓缩器装置可以基于隆德方法(Lund-method)，该方法中悬浮微粒的声浓缩或分离是基于层流微通道，该层流微通道是使用振动发生器例如压电陶瓷从下面超声致动。通道的宽度可以被选择为对应于所希望的超声波长的一半，由此在其中可以形成驻波的流动通道的侧壁之间产生共振体。诱导的驻波可以由此正交于入射的超声波前而产生。在具有正Φ-系数的悬浮微粒充满通道时，它们通过轴向初辐射力(PRF)沿着通道中心向着压力波节面移动，而具有负Φ-系数的那些向着靠近侧壁的反波节面移动(图8，小图C)。分离通道的末端分为三个或更多个出口通道，由此允许正Φ-系数微粒通过中心出口退出，并且负Φ-系数微粒通过侧面出口退出(图8，小图D)。
该通道可具有任何便利的配置。而该横截面形状可以变化，在一些情况下，感兴趣的通道的横截面形状包括但不限于：直线形横截面形状，例如，正方形、矩形、梯形、三角形、六角形等，曲线形横截面形状，例如，圆形、卵形等，以及不规则形状，例如，耦合到平面部分的抛物线底部部分等。
声学浓缩器装置可从任何便利的刚性材料制造。在某些方面，一个或多个流体通道是通过在硅、钢、玻璃(例如，派热克斯玻璃(Pyrex glass))、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、或任何其他便利材料中蚀刻(例如，非均质地蚀刻)而制成。该一个或多个通道可以使用在通道顶上密封的膜来密封。可以使用任何便利的膜类型，例如玻璃(例如硼硅玻璃)。在某些实施例中，该流道由派热克斯玻璃组成。在其他实施例中，该流道由硼硅玻璃组成。在一些实施例中，该流道在该表面内或沿该表面不包括任何可被配置用于反射或改变该声波的传播的反射表面。在其他实施例中，该流道不包括用于沿着该流道的表面俘获微粒的任何捕获剂或表面蚀刻。
在某些方面，振动发生器结合至通道的底部。感兴趣的振动发生器包括但不限于例如PZT的压电转换器。在某些方面，压电转换器具有多层类型，但也可以使用双层压电元件以及任何其他类型的具有合适大小的超声生成元件。在一些实施例中，该振动传感器和该流道可一起被整合在该声学浓缩器装置中。在这些实施例中，该振动传感器和该流道形成单部件声学浓缩器装置。
该振动发生器可具有任何理想的形状，并在一些情况下可以是立方体或棒状的压电转换器。在某些实施例中，该振动发生器是立方体或棒状的压电转换器，其具有位置邻近于该声学浓缩器装置的导管的实质上平的面。“具有实质上平的面”意指该振动发生器不会围绕该声学浓缩器装置的导管包绕全部或部分)。这样，在这些实施例中，该振动发生器是棒状的或立方体状的，其平边面中的一个的位置邻近于该导管。在某些实施例中，施加的声波的频率对应于振动转换器的基频谐振模式(例如，对于许多PZT片而言大约为2MHz)。在一些实施例中，该频率可以替代地对应于振动转换器的谐波，例如第一谐波、第二谐波、等等。在不同的方面，施加的频率可以是大约1.5MHz或更大，包括大约1.9MHz或更大，例如大约2.0MHz至大约2.1MHz、大约2.1至大约2.2MHz、大约2.2MHz至大约2.3MHz、大约2.3至大约2.4MHz、大约2.5MHz至大约3.0MHz、大约3.0MHz至大约3.5MHz、大约3.5至大约4.0MHz、大约4.0MHz至大约5.0MHz、或大约5.0MHz或更大。
在某些实施例中，当施加到该声学浓缩器装置中的样品流时，声波的振幅保持不变。这样，在这些实施例中，当施加到该声学浓缩器装置中的样品流时，所施加的声波的振幅被配置成增加或降低2％或更少，例如1.5％或更少，例如1％或更少，例如0.5％或更少，例如0.25％或更少，例如0.1％或更少，例如0.05％或更少，并包括0.01％或更少。所施加的声波的振幅可取决于流经该声学浓缩器装置的微粒和流体的密度和速度变化，并且可以是约5dB(参照20微帕斯卡)或更多，例如25dB(参照20微帕斯卡)或更多，例如50dB(参照20微帕斯卡)或更多，例如100dB(参照20微帕斯卡)或更多，并包括200dB(参照20微帕斯卡)或更多，例如从约5至约25dB(参照20微帕斯卡)，例如从约25至约50dB(参照20微帕斯卡)或更多，例如从约50至约75dB(参照20微帕斯卡)，例如从约75至约100dB(参照20微帕斯卡)，例如从约100至约125dB(参照20微帕斯卡)，例如从约125至约150dB(参照20微帕斯卡)，例如从150至约175dB(参照20微帕斯卡)，并包括从约175至约200dB(参照20微帕斯卡)。
施加的启动电压也可以变化。例如，在某些方面启动电压是约0.1Vpp至约100Vpp或更高，例如约0.1Vpp至约1Vpp、约1Vpp至约10Vpp、约10Vpp至约20Vpp、约20Vpp至约30Vpp、约30Vpp至约40Vpp、约40Vpp至约50Vpp、约50Vpp至约75Vpp、约75Vpp至约100Vpp、或约100Vpp或更高。
在某些方面，其中可进行声浓缩的通道的大小是大约375μm×大约150μm×大约30-70mm。在其他方面，该通道可以例如从大约100-550μm×大约50-250μm×大约20-100mm发生变化。
在某些方面，声学浓缩器装置可以通过处理器进行控制，该处理器被配置为控制振动发生器。该处理器可以被包含在控制单元或控制盒之内(参见，例如，图10，小图A-B)。在某些方面，该处理器被配置为通过改变形状、频率、以及递送至振动发生器的电能功率中的一者或多者来控制振动发生器。如在图10中说明的，装置1000包括样品存储器1010、洗涤和废物存储器1018、磁性组件1020、控制箱1060、照相机1050和芯片组件1030。
声学浓缩器装置的流速可以变化。在某些实施例中，调节该声学浓缩器装置的流速以使得自该声学浓缩器装置的输出对于随后的分析是最佳的，例如约20至150μL/min，包括约30至100μL/min，例如约40-60μL/min。可调节该声学浓缩器装置的流速以使得从该声学浓缩器装置的输出对于随后的通过具体装置(例如BD生物科学InfluxTM细胞分选器)进行的分析是最佳的。在某些方面，该声学浓缩器装置被用以减小来自磁性分离器的流速，以使得自该声学浓缩器装置的输出对于随后的分析是最佳的，和/或是特别为具体装置例如BD生物科学InfluxTM细胞分选器设计的。
在某些方面，声学浓缩器装置的流速可以通过调节一个或多个泵(例如，注射泵，例如由FL萨拉索塔(Sarasota)的世界精密仪器公司(WorldPrecision Instruments Inc.)经销的WPI sp210iwz)或阀(例如，夹管阀)来控制。在某些实施例中，流速可以由处理器例如如上所述的处理器来控制。
在某些方面，在一个或多个声学浓缩器装置处分选和/或浓缩细胞的速率是约1μl/min或更高。例如，在某些方面，该速率是大约10μl/min或更高，包括大约10μl/min至大约50μl/min、大约50μl/min至大约100μl/min、大约100μl/min至大约200μl/min、大约200μl/min至大约300μl/min、大约300μl/min至大约400μl/min、大约400μl/min至大约500μl/min、大约500μl/min至大约600μl/min、大约600μl/min至大约700μl/min、大约700μl/min至大约800μl/min、大约800μl/min至大约900μl/min、大约900μl/min至大约1ml/min、大约1ml/min至大约10ml/min、大约10ml/min至大约20ml/min、大约20ml/min至大约30ml/min、大约30ml/min至大约40ml/min、大约40ml/min至大约50ml/min、大约50ml/min至大约60ml/min、大约60ml/min至大约70ml/min、大约70ml/min至大约80ml/min、大约80ml/min至大约90ml/min、大约90ml/min至大约100ml/min、大约100ml/min至大约150ml/min、大约150ml/min至大约200ml/min、大约200ml/min至大约500ml/min、或大约500ml/min至1L/min。在某些方面，调节该声学浓缩器装置的流速以使得自该声学浓缩器装置的输出对于随后的分析是最佳的，例如约20至150μL/min，包括约30至100μL/min，例如约40-60μL/min。可调节该声学浓缩器装置的流速以使得自该声学浓缩器装置的输出对于随后的通过具体装置(例如BD生物科学InfluxTM细胞分选器)进行的分析是最佳的。
在一些实施例中，流体流经该声学浓缩器装置是层流式的。术语“层流”以其常规意义使用，是指流体在多个平行层(在所述层之间几乎没有扰动)中流动的流体动力学。例如，鞘缓冲液的流可在流经该声学浓缩器装置的样品的两个流之间分层。在这些实施例中，当施加声场时，完整细胞(例如，淋巴细胞)或具有更高密度的微粒被径向迫至流动洗涤缓冲液层中的声驻波的波节处。该浓缩的样品可通过专用样品出口退出该声学浓缩器装置，而在平行层样品流中的微粒可被引导至独特的、分开的出口。
在某些方面，该主题声学浓缩器装置被配置成施加声学辐射压力，该声学辐射压力足以基于预定的微粒尺寸分离该流动的流中的微粒。通过使所施加的声波的频率以及径向声压的振幅发生变化，在这些实施例中，该声学浓缩器装置被配置成选择性地浓缩具有预定尺寸的微粒。例如，在一些情况下，该声学浓缩器装置被配置成施加声学辐射压力，该声学辐射压力足以浓缩具有以下直径的微粒：10μm或更大，例如25μm或更大，例如50μm或更大，并包括100μm或更大，例如从10至25μm，例如从25至50μm，例如从50至75μm，并包括从75至100μm。例如，通过使声波频率以及振幅发生变化，如所希望的，该声学浓缩器可被配置成从细胞碎片、蛋白质(在其他溶解产物杂质中)分离完整细胞(例如，淋巴细胞)。
在某些方面，为了实现希望的流速，可以在一个或多个声学浓缩器装置中使用多个并行的分离通道。例如，在某些方面，使用两个或更多个并行的分离通道，包括3个或更多个，例如5个或更多个，8个或更多个、15个或更多个、25个或更多个、40个或更多个、60个或更多个、80个或更多个、100个或更多个、125个或更多个、150个或更多个、200个或更多个、300个或更多个、400个或更多个、500个或更多个、或1000个或更多个。所述分离通道可以被包含在一个或多个芯片中，例如2个或更多个、5个或更多个、10个或更多个、20个或更多个、50个或更多个、或100个或更多个。并且，可以使用多个振动转换器，例如，2个或更多个，5个或更多个，或10个或更多个。在某些实施例中，该声学浓缩器装置包括单一转换器，例如单一压电转换器。
在某些方面，两个或更多个分离通道被串行安排。可将任何便利数量的声学浓缩器装置和/或分离通道串行安排和/或并行安排以方便对流体样品中的组分进行分选和/或浓缩。
因此，在一些实施例中，所述主题方法可以涉及两个或更多个声学浓缩器装置的使用，例如3个或更多个，包括4个或更多个、5个或更多个、6个或更多个、或7个或更多个。此类声学浓缩器装置可以按照任何便利的配置来安排，例如串行配置、并行配置、或两者的组合。并且，所述声学浓缩器装置可以是实质上相同的、相同的、或异形的(例如，在一个或多个方面不同，例如，在流动通道的大小、施加的电压、振动频率等方面)。
并且，在一些方面，在实践所述主题方法中使用的声学浓缩器装置可以包含一个或多个另外的部件。这类部件的实例包括但不限于一个或多个阀门(例如，夹管阀等)、存储器(例如，样品存储器、洗涤存储器、废物存储器等)、泵(例如，注射器泵、蠕动泵等)、连接管(例如，硅胶管)、外壳、处理器等。
系统
还提供了包括一种或多种本披露的装置的系统。
在某些方面，该系统是流式细胞计数系统，其包括流式细胞计数样品流体子系统(flow cytometric sample fluidic subsystem)，如下所述。另外，所述流式细胞计数系统包括流体地连接至流式细胞计数样品流体子系统的流式细胞计数器。在某些方面,系统包括流式细胞计数样品流体子系统，该子系统包括磁性分离装置(例如，如上所述)和被流体连接到该磁性分离装置上的声学浓缩器装置(例如，如上所述)。系统可包括被流体连接到该流式细胞计数样品流体子系统的流式细胞计数器(例如，BD生物科学FACSCantoTM流式细胞计数器、BD生物科学InfluxTM细胞分选器等)。图9呈现了这样系统900的图解，该系统900包括具有磁场源911的磁性分离装置920、具有压电声学转换器935的声学浓缩器930、以及流式细胞计数器940。本披露的系统的机械部件的说明示于图10，小图A-B中。
图9说明了根据某些实施例的装置的实例，其中该装置与进入到磁性分离器920的入口中的样品910处于连通。磁性分离器920的出口与具有丰富细胞(例如，富集CD4的T-淋巴细胞)的导管912和声学浓缩器930处于流体连通。声学浓缩器930包括出口导管915以收集穿过声学分离器930的样品。在声学分离器930的出口处的流体样品可穿过废物室918。通过流式细胞计数器940收集了在声学分离器930的出口处的流体样品。流式细胞计数器940包括分选器流动池942和鞘液存储器944、激发光学器件946、偏转板949、一个或多个前散射探测器947和一个或多个侧向散射光和荧光检测器948。从流式细胞计数器940收集了分选的样品919(例如，富集和分选的细胞)。该系统通常可包括如此处所述的一个或多个主题流体装置，并且处理器被配置成控制该一个或多个流体装置。这些部件可以集成为呈单一单元的同件产品，或在两个或更多个不同的单元中分布(例如，作为系统)，其中这两个或更多个不同的单元彼此处于连通，例如经由有线的或无线的通讯工具。
因此，本披露的方面进一步包括系统，例如基于计算机的系统，如上所述，所述系统被配置成操纵液体样品中的组分。“基于计算机的系统”是指用于分析本发明的信息的硬件、软件、和数据存储装置。基于计算机的系统的实施例的最少硬件包括中央处理器(CPU)(例如，处理器)、输入装置、输出装置、以及数据存储装置。当前可获得的基于计算机的系统的任意一种可以适合用于在此披露的实施例中。数据存储装置可以包括任何含有以下项的产品：对如上所述的本发明信息的记录、或可以访问这种产品的存储访问工具。例如，所述主题系统的实施例可以包括以下部件：(a)通讯模块，用于协助系统与一个或多个用户之间的信息传递，例如经由用户计算机或工作站；以及(b)处理模块，用于执行在磁性标记部分的分析中涉及的一个或多个任务。在某些实施例中，该系统包括硬件、固件和/或软件(其显现分选过程中细胞夹带的信息)。
在某些方面，系统可以按照闭合回路的形式运行。例如，在一些实施例中，系统可测量分选的一个或多个参数，例如所观察到的流式细胞计数器的电子效率、样品夹带值、该分选液滴中的细胞的位置等。此类参数的实例和监测软件提供在图11-16中。在实质上实时的基础上，该系统可改变该主题流体分选装置的一个或多个参数，以自动获得更多有效的结果和/或取决于用户需要优化处理速度。例如，该系统可以改变磁性分离装置的流速、声学分离装置的流速、声学浓缩装置的振动发生器的频率、施加至振动发生器的功率等中的一个或多个。在某些方面，这种闭合回路系统可以涉及应用一个或多个统计学或学习机算法，例如基因算法、神经网络、隐马尔科夫模型、贝叶斯网络、等等。
此外，本披露的系统可以包括多个另外的部件，例如，数据输出装置(如监测器、打印机、和/或扬声器)，数据输入装置(如界面接口、键盘、鼠标等)，流体处理部件、电源、等。
方法
本披露的多个方面包括操纵流体样品中的组分的方法，例如通过使用如上所述的装置和系统。在某些实施例中，该方法包括将该样品中的磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离，从而生成第一分选的样品，并且声学地浓缩该第一分选的样品以产生第二分选的样品。在某些方面，该方法进一步包括收集该第二分选的样品，和/或分析该分选的样品。
在某些情况下，将该样品中的磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离包括施加磁场，该磁场具有足以将该样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离的磁通量。随着该样品流经该导管，该磁场可被连续地施加，或在脉冲应用中可被不连续地施加。在某些实施例中，该磁场源是如上所述的永磁体，并且因此随着该样品流经该导管，该磁场被连续地施加至该样品。
此处所披露的方法的方面可包括分析或测定该分选的样品。此处所披露的测定方法可以是定性或定量的。因此，如此处所使用的，术语“检测”或“分离”是指定性和定量测定两者，并因此包括“测量”和“测定样品中组分的水平”。
此处所披露的方法的方面可进一步包括在执行该磁性分离测定之前(例如，在将该样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离之前)将磁性标记附接到样品中一个或多个目标部分上。这样，该方法可包括在执行该磁性分离测定之前磁性标记样品中一个或多个部分。如果感兴趣的磁性标记流经紧密靠近该装置产生的磁场(例如，所述磁场源之间和/或该装置的磁场引导件之间)的导管的部分的话，感兴趣的磁性标记可被该装置保留。
用于实践本披露的某些实施例的磁性标记是磁性微粒，例如，但不限于铁磁、顺磁、超顺磁、反铁磁或铁磁性微粒。在某些情况下，该磁性微粒在不存在磁场时显示“无磁性”(例如，剩余磁化实质上为零)。在不存在外磁场时，剩余磁化实质上为零的磁微粒可能实质上在溶液中不彼此聚集。
在生物环境下，该磁性微粒可以是化学稳定的，其可方便它们在所述测定条件下的使用。在一些情况下，所述磁性微粒是生物兼容的，例如水溶性的和功能化的，这样它们可以容易地附接到感兴趣的生物分子(如特异结合到目标分析物的抗体)上。通过将磁性微粒关联或结合到特异抗体上，所述磁性微粒可通过该抗体和互补的抗原之间的特异性结合相互作用而靶向特异的分析物。在一些情况下，该磁性标记可通过彼此的非共价键或共价键结合到如上所述的蛋白或抗体上。非共价的关联的实例包括非特异吸附、基于静电(例如，离子、离子对相互作用)的结合、疏水相互作用、氢键相互作用、通过共价地附接到该磁性微粒的表面的特异结合对成员进行的特异性结合等。共价的结合的实例包括在该磁性微粒的表面上存在的生物分子和官能团之间形成的共价键，例如–OH，其中该官能团可以是天然发生的或呈现为引入的连接基团的成员。
在某些实施例中，该磁性微粒是纳米微粒。“纳米微粒”意指具有处于1nm至1000nm的范围的平均尺寸(例如，平均直径)的微粒。在某些实施例中，所述磁性纳米微粒的平均尺寸(例如，平均直径)是次微米大小的，例如，从1nm至1000nm，或从1nm至500nm，或从5nm至250nm，例如从5nm至150nm，包括从5nm至50nm。例如，具有以下的平均直径的磁性纳米微粒适合用在此处：5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、和200nm，连同具有在这些值中任何两个之间的范围内的平均直径的纳米微粒。在某些实施例中，该磁性微粒具有基本上均一的形状。例如，该磁性微粒可以是球形的形状。除了球形形状之外，适合用在此处的磁性纳米微粒可以具有盘、棒、线、纤维、金字塔等的形状。
该磁性标记可通过如上所述的非共价的或共价的相互作用与所述感兴趣的部分(或多个部分)稳定地相关联。例如，该磁性标记可通过分子的结合对之间的结合作用与该感兴趣的部分关联。该分子的结合对可取决于感兴趣的结合作用而变化。感兴趣的结合作用包括该分子的结合对之间的任何相互作用，其中该结合作用在结合作用的环境条件下在该分子的结合对之间特异性地发生。感兴趣的结合作用的实例包括但不限于：核酸杂交相互作用、蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质-核酸相互作用、酶-底物相互作用和受体-配体相互作用，例如，抗体-抗原相互作用和受体激动剂或拮抗剂相互作用。
具有感兴趣的分子结合作用的分子的实例包括但不限于：生物聚合物和小分子，其可以是有机或无机小分子。“生物聚合物”是具有一种或多种类型的重复单元的聚合物。生物聚合物可以在生物系统中发现(尽管它们可以是合成的)，并且可以包括肽、多核苷酸和多糖，以及由氨基酸类似物或非氨基酸基团，或核苷酸类似物或非核苷酸基团组成或包含所述的这类化合物。这样，生物聚合物包括其中常规主链已被替换为非天然发生的或合成的主链的多核苷酸和其中常规碱基的一个或多个已经被替换为能够参与沃森-克里克(Watson-Crick)型氢键相互作用的基团(天然的或合成)的核酸(或合成的或天然发生的类似物)。例如，“生物聚合物”可包括DNA(包括cDNA)、RNA、寡核苷酸、PNA、其他多核苷酸等。“生物单体”引用单个单元，其可以与相同的或其他生物单体连接，以形成生物聚合物(例如，具有两个连接基团的单个氨基酸或核苷酸，其中之一或两者都可具有可移除的保护基团)。
在一些情况下，该分子的结合对是配体和受体，其中给定的受体或配体可以是或可以不是生物聚合物。如此处所使用的术语“配体”是指能够共价或否则化学结合感兴趣的化合物的部分。配体可以是天然发生的或人造的。配体的实例包括但不限于，关于细胞膜受体的激动剂和拮抗剂、毒素和毒液、病毒表位、激素、鸦片剂、类固醇、肽、酶底物、辅因子、药物、凝集素、糖、寡核苷酸、核酸、寡糖、蛋白质等。如此处所使用的术语“受体”是具有针对配体的亲和力的部分。受体可以共价或非共价地附接到结合成员，无论是直接地或通过特异性结合物质。受体的实例包括但不限于，抗体、细胞膜受体、单克隆抗体和与特定的抗原决定簇反应的抗血清、病毒、细胞、药物、多核苷酸、核酸、肽、辅因子、凝集素、糖、多糖、细胞膜、细胞器等。当两个分子通过分子识别而合并以形成复合物时形成“配体受体对”。
因此，所述方法可包括检测分子的结合对之间的结合作用。该结合作用可包括该分子的结合对中的一个成员被如此处所述的磁性标记所标记。例如，该分子的结合对中的一个成员可以被磁性标记并且可以结合到其互补结合对成员上以形成结合对复合物。使用如此处所述的磁性分离装置和方法，可将该结合对复合物与该样品中不感兴趣的部分分离。在进行磁性分离测定后，可以用任何便利的方法检测该结合对复合物，该方法是例如，但不限于流式细胞术、荧光检测、高效液相色谱(HPLC)、电泳、其组合等。
本披露的方法的方面可进一步包括分析该分选的样品。在一些情况下，该分析包括进一步对该样品进行分选。例如，该方法可包括使用流式细胞计数术装置对该样品进行计数和/或分选。流式细胞计数测定程序在本领域中是熟知的。参见，例如，奥默罗德(Ormerod)(编著)，《流式细胞术：实践方法》(Flow Cytometry:A Practical Approach)，牛津大学出版社(OxfordUniv.Press)(1997)；乔罗谢夫斯基(Jaroszeski)等人(编著)，《流式细胞术方案》(Flow Cytometry Protocols)，分子生物学中的方法(Methods inMolecular Biology)91期，胡马纳出版社(Humana Press)(1997)；《实践流式细胞术》(Practical Flow Cytometry)，第三版，威利-丽丝出版社Wiley-Liss(1995)；弗戈(Virgo)等人(2012)《临床生物化学年鉴》(Ann ClinBiochem.)1月；49(pt 1):17-28；林登(Linden)，等人，《凝血止血研讨会》(Semin Throm Hemost.)2004年10月；30(5):502-11；艾莉森(Alison)，等人《病理学杂志》(J Pathol)，2010年12月；222(4):335-344；以及赫尔比希(Herbig)等人(2007)《治疗性药物载体系统锐评》(Crit Rev Ther Drug Carrier Syst.)24(3):203-255；将它们的披露通过引用结合于此。
在某些实施例中，在本发明的方法中的任何时间，该样品未被分析。这样，在这些实施例中，在该磁性分离装置或该声学浓缩器装置中样品富集的过程中，该样品未被可视化或以其他方式表征。在这些实施例中，该样品流经该磁性分离装置和该声学浓缩器装置中每个，而没有任何用于可视化、表征或以其他方式测定所富集的样品的组成的分离步骤。例如，在本发明的方法中未通过任何光学表征方法，例如用肉眼可视化或通过荧光、紫外光谱(UV-vis)、红外或光散射光谱，对该样品进行分析。
在某些方面，相对于不存在执行本披露的方法的情况下装置的分选速度，本披露的方法可增加该装置(例如，流式细胞计数术装置)上样品的分选速度。分选速度可被增加2倍或更高，例如4倍或更高，包括5倍或更高，或10倍或更高。
在某些方面，相对于不存在执行本披露的方法的情况下装置的电子效率，本披露的方法可增加该装置(例如，流式细胞计数术装置)的电子效率。该电子效率可被增加1％或更多，例如2％或更多，包括5％或更多，或10％或更多。
在某些方面，相对于不存在执行本披露的方法的情况下装置的分选效率，本披露的方法可增加该装置(例如，流式细胞计数术装置)的分选效率。该分选效率可被增加1％或更多，例如2％或更多，包括5％或更多，或10％或更多。
在某些方面，相对于不存在执行本披露的方法的情况下装置的夹带，本披露的方法可增加该装置(例如，流式细胞计数术装置)上的样品的夹带。该夹带可被减少2倍或更多，例如4倍或更多，包括5倍或更多，或10倍或更多。
在某些情况下，分析该分选的样品包括确定该样品的组分的一个或多个物理和/或化学性质，例如，但不限于，荧光，质量，电荷，化学成分，UV吸收，红外吸收，光散射、其组合等。
用具包
还提供了用于实践以上所述方法的一个或多个实施例的用具包。所述主题用具包可以包括不同的部件和试剂。在一些情况下，该用具包包括在所述方法(例如，如上所述的)中发现用途的试剂，例如用于洗涤可重复使用的导管的洗涤溶液或缓冲液，和一个或多个用于标记样品中的部分的磁性标记，以使得可将该样品中磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离。
在一些情况下，所述用具包包括：至少在所述方法(例如，如上所述的)中发现用途的试剂；以及具有储存于其中的计算机程序的计算机可读取介质，其中该计算机程序在加载在计算机中时运行计算机以执行如在此所述的流式细胞计数测定；以及具有地址的物理基质，从该地址可获得计算机程序。
除了以上部件之外，所述主题用具包进一步包括用于实践所述方法的说明书。这些说明书可以按多种形式存在于所述主题用具包中，所述形式中的一种或多种可以存在于用具包中。这些说明书可以存在的一种形式是打印在合适介质或基底上(例如，在其上打印信息的一张或多张纸)、打印在用具包的包装中、打印在包装插入物中等的信息。又另外的手段可以是在其上已经记录有信息的计算机可读取介质，例如CD、DVD、蓝光光碟(Blu-Ray)、闪存盘、等等。可以存在的又另外的手段是可以在远离的地方经由因特网来获取信息的网址。任何方便的手段可以存在于所述用具包中。
实用性
在希望对流体样品中的组分(例如，细胞)进行分选和/或浓缩情况下，发现了所述主题装置、系统、方法、以及用具包在各种不同应用中的用途。
例如，所述主题方法和装置的实施例可方便对包括细胞的液体样品进行分选。图9，例如，本披露的实施例的装置被用以执行本披露的实施例的方法，其中从包含大部分细胞(非CD4T淋巴细胞)的样品分选相对较小群体的细胞(例如，CD4T淋巴细胞)。使用本披露的方法和/或装置，这些细胞可被高效、高流速和低耗费地从该液体样品分离。
实例
如可以从以上提供的披露所理解的，本披露具有广泛多样的应用。因此，提出以下实例以便为本领域普通技术人员提供如何制造和使用本发明的完整披露和描述，并且不旨在限制诸位发明人考虑作为他们的发明的范围，它们也不旨在表示以下实验是进行的所有或仅有的实验。本领域的技术人员将易于认识到多种可以改变或修饰以产生本质上相似结果的非关键参数。因此，提出以下实例以便为本领域普通技术人员提供如何制造和使用本发明的完整披露和描述，并且不旨在限制诸位发明人考虑作为他们的发明的范围，它们也不旨在表示以下实验是进行的所有或仅有的实验。就使用的数字(例如量、温度等)而言，已努力确保其精确度，但仍应考虑到有一些实验误差和偏差。
材料和方法
以下是在下述实例中使用的总体材料与方案。
磁性分离装置
该磁性分离装置包括六个永磁体(N45稀土钕(NdFeB)棒磁体，2英寸x 0.5英寸x 0.5英寸，CMS磁力公司)和六个楔形磁场引导件。所述磁场引导件由不锈钢制成并具有60度顶角。每个磁场引导件的顶缘具有线性轮廓。这六个永磁体被安排为具有三个磁体的两个组。每个组具有三个磁体，具有6英寸x 0.5英寸x 0.5英寸的总尺寸。该第一和第二组的磁体被直接相对于彼此安置在该装置中。每个永磁体具有附接的相应的磁场引导件，并且该第一组的磁场引导件的顶缘被直接相对地且并平行于该第二组磁场引导件的顶缘安置。这两个组的磁场引导件的顶缘之间的间隙是1mm。该磁场引导件的顶缘之间的间隙中的磁通量密度被测量为1.1特斯拉，并且该磁场梯度是0.8T/mm。该磁通量被定位在该磁场引导件的顶缘之间的间隙中，以从该第一组磁体向该第二组磁体的方向。
导管
该导管是PTFE(聚四氟乙烯)管，具有2mm外径和1mm内径。该导管的有效长度是6英寸，其对应于与该导管接触的磁体组的长度。
声学浓缩器装置
大体如在以下文献中描述的设计和制造该声学浓缩器装置：美国专利号6,929,750；劳雷尔(Laurell)，等人(2007)《化学学会综述》(Chem.Soc.Rev.)，2007，36，492–506；彼得松(Petersson)，等人(2005)《分析化学》(Analytical Chemistry)77:1216–1221；以及阿古斯特松(Augustsson)，等人(2009)《芯片上的实验室》(Lab on a Chip)9:810–818；将其披露通过引用结合于此。简而言之，该声学浓缩器装置包括使用传统的各向异性湿法刻蚀的微装配于硅中的芯片。成直角的横截面主通道是125μm深，350μm宽和30mm长。在该主通道开始处，存在一个中心入口通道和两个侧入口通道。该侧入口通道从共有入口起始。在该主通道的末端，存在一个中心出口通道和两个侧出口通道，其具有共有出口(图8，小图D)。该通道被玻璃盖的阳极键合密封。管道系统和压电陶瓷板被附接到该芯片的背面。使用注射器泵控制通过该入口和出口的流速。通过该主通道的总容积流是0.3-2.0μl/秒或更低，导致低于20的雷诺数，即真正的层流。通过在2MHz操作的压电陶瓷板开动该主通道(对应于其基频谐振模式)。该启动电压初始设置在10Vpp。
试剂和样品
在该试验中使用包括生物素人类CD4T淋巴细胞夹带测定混合物和链霉亲和素涂覆的磁性微粒的BD ImagTM人类CD4T淋巴细胞夹带组(贝克顿(Becton)，迪金森和有限公司(Dickinson and Co.))。该磁性微粒是具有范围从200nm至400nm的平均直径和200μg/ml的库存浓度的超顺磁性微粒。根据制造商建议的方案，每百万细胞用5μl混合物。在孵育和洗涤之后，每百万细胞使用5μl链霉亲和素涂覆的磁性微粒。试验的样品是使用BDCPTTM细胞制备管与柠檬酸钠(贝克顿，迪金森和有限公司)制备的人外周血单核细胞(PBMC)。所述PBMC悬浮于1x磷酸盐缓冲生理盐水(PBS)中，该生理盐水中带有处于2至5000万细胞/ml的浓度的0.5％牛血清白蛋白(BSA)和20mM EDTA。在测定混合物中的生物素化抗体结合到PBMC中除了CD4+T淋巴细胞的所有群体上。在测定混合物中共轭至磁性微粒的链霉亲和素特异性结合到生物素上。用以上两个步骤的结合方法，通过该生物素标记的PBMC和该链霉亲和素涂覆的磁性微粒之间的特异性结合作用，PBMC中除了CD4+T淋巴细胞之外的所有细胞均被磁性标记。
该样品流经位于磁性分离装置中的磁场引导件之间的导管，并且磁性标记的细胞被捕获在该磁场引导件的顶缘之间的间隙中的磁场中。未被磁性标记的CD4+T淋巴细胞未被保留在该导管中并穿过该导管至位于该磁体下游的声学浓缩器装置。
操作条件
磁性标记的细胞和非标记的细胞穿过由蠕动泵或气压驱动的导管中的磁性分离装置。该流速是200μl/min至400μl/min。例如，空气压缩机被用于将18psi施加到该导管中的样品，以实现在该导管中的400μl/min流速。该声学浓缩器中的流速受该声学浓缩器的导管和注射器泵的流速的控制，以实现通过该主通道的约0.3-2.0μl/秒或更低的容积流量。可替代地，可调节该声学浓缩器装置的流速以实现所希望的浓缩度和用于分选器(例如，像BD生物科学InfluxTM细胞分选器)的最佳流量。
试验在室温下进行。可任选地，该标记的PBMC在执行该分离测定之前被保持在冰上。
流式细胞计数分析
根据制造商的说明，在BD生物科学InfluxTM细胞分选器上执行流式细胞计数分选。使用该BD Influx分选分析工具和BD FACS优化器工具执行软件分析。
实例1
针对由预富集系统(包括磁性分离装置和声学浓缩器装置)处理的样品观察到高于预期的电子和分选效率(图15-16)。
真实世界的生物样品中的细胞通常发生聚集，并且这些聚集体不能被有效地检测或分选。它们的存在常常会影响邻近液滴的滴落中断行为，进一步降低分选效率。表现非常好的样品将展示出泊松分布，并且可统计学地预测检测的电子效率和分选效率。度量夹带因子已经发展到定量描述多少细胞群从正常泊松分布偏离。夹带因子为1的样品会展现出正常的泊松分布，而聚集的样品往往展现出8-10，或更高的值。
图11-12显示用以测量本披露的系统的分选效率的来自BD Influx分选分析工具的软件的截屏。图11描述了用以确定观察到的相对于预期的电子效率的数据分析面板1100的截屏。数据分析面板1100包括数据报告1101。该BDInflux分选分析工具也包括所述数据的图形表示1102、1103和1104。预期的结果基于展现标准泊松分布的样品。样品夹带—对样品中的细胞聚集度的测量，定义为所述细胞的所观察到的分布与基于标准泊松分布的预期分布的比率—也被计算。展现标准泊松分布的样品具有1的夹带因子，高度聚集的样品>1，并且优于其的泊松<1。该软件也提供了事件率相对于时间的信息以及相邻液滴容器中的细胞位置的分析。
图13是用以测量本披露的系统的分选效率的BD Influx分选分析工具软件的截屏1300，显示对该分选液滴中的细胞的位置的图形化描述。
图14是用以建立分选条件以及预测分选效率的软件(BD FACS优化器)的截屏1400。该软件用以预测分选效率，然后将所述分选效率与使用或不使用本披露的装置而制备的样品的观察到的效率进行比较。
使用磁性分离和声学浓缩处理的样品展现0.02至0.4的夹带因子，这表明该过程迫使细胞被排序为更规则的分布。这是理想的结果，并且在电子和排序效率中可以测量到增加，这转化成更快的分选程序，该程序产生具有更好的生物功能的细胞产物。例如，图15呈现BD Influx分选分析工具软件的截屏1500，其中样品不是用本披露系统制备的。这个样品展现了高的夹带因子(47)，并且可以看到几个细胞团。图形描述1501说明可以在此样品中看到细胞团并且夹带高。数据图1502提供所述数据的参数：
事件率＝3000；
分选率＝1721；
中断率＝65；
分选效率＝96.3％-96.6％；
夹带＝47
电子效率＝91.7(观察到的)-98.4％(预期的)
此处，所观察到的电子效率(91.7％)低于所期望的值(98.4％)。该BD Influx分选分析工具也包括所述数据的图形表示1503、1504和1505。
图16表示在分选之前根据本发明的实施例使用磁性分离和声学浓缩处理的样品的BD Influx分选分析工具软件的截屏1600。图形描述1601说明，在磁性分离和浓缩之后以12M/mL运行的样品提供了优于预期的分选和电子效率。数据面板1602提供数据输出：
事件率＝7000；
分选率＝553；
中断率＝7；
分选效率＝98.7％-85.4％；
夹带＝0.02
电子效率＝100％(观察到的)-96.7％(预期的)
此处，该样品展现低的夹带因子(0.02)，并且未看到细胞团。所观察到的电子效率(100％)优于期望值(96.7％)。该BD Influx分选分析工具也包括所述数据的图形表示1603、1604和1605。
尽管为附加条款，此处提出的披露也由以下条款限定：
1.用于操纵液体样品中的组分的流体装置，该装置包括：
磁性分离器；以及
被流体连接到该磁性分离器上的声学浓缩器。
2.根据条款1所述的装置，其中该声学浓缩器被流体连接到该磁性分离器的输出上。
3.根据条款1或2所述的装置，其中该液体样品具有约0.2cP至约1.5cP的粘性。
4.根据条款1至3中任一项所述的装置，其中该液体样品包括细胞。
5.根据条款1至4中任何一项所述的装置，其中该装置具有约30至100μL/min的输出流速。
6.根据条款1至5中任一项所述的装置，其中该磁性分离器包括永磁体。
7.根据条款1至6中任一项所述的装置，其中该磁性分离器包括磁场引导件。
8.根据条款1至7中任一项所述的装置，其中该声学浓缩器包括流道，该流道包括入口和出口，该入口和出口定义了于其间的流体流径；以及
振动发生器，该振动发生器位置毗邻于该流体流径并被配置成在该流体流径中产生声场。
9.根据条款8所述的装置，其中该振动发生器是压电转换器。
10.根据条款9所述的装置，其中该振动发生器包括锆钛酸铅。
11.根据条款1至10中任一项所述的装置，包括处理器，该处理器被配置成使用该磁性分离器施加磁场。
12.根据条款1至11中任一项所述的装置，包括处理器，该处理器被配置成控制该声学浓缩器。
13.流式细胞计数系统，包括：
流式细胞计数样品流体子系统，该流式细胞计数样品流体子系统包括：磁性分离器；以及被流体连接到该磁性分离器上的声学浓缩器；以及
被流体连接到该流式细胞计数样品流体子系统的输出上的流式细胞计数器。
14.对液体样品进行分选的方法，该方法包括：
将该样品中的磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离，从而产生第一分选的样品；并且
声学地浓缩该第一分选的样品，以产生第二分选的样品。
15.根据条款14所述的方法，包括收集该第二分选的样品。
16.根据条款14或15所述的方法，包括分析该第二分选的样品。
17.根据条款16所述的方法，其中分析该第二分选的样品包括流式细胞计数分析。
18.根据条款14至17中任何一项所述的方法，其中该第二分选的样品具有约0.0至1.0的夹带因子。
19.根据条款14至18中任一项所述的方法，进一步包括用磁性标记来标记该液体样品中的部分。
20.根据条款14至19中任一项所述的方法，其中该方法受处理器控制。
21.根据条款14至20中任一项所述的方法，其中该处理器在闭合回路反馈机制下控制该方法。
22.根据条款14至21中任一项所述的方法，其中该液体样品包括生物样品。
23.根据条款14至22中任一项所述的方法，其中该液体样品获得自人类。
24.用具包，包括：
用于洗涤磁性分离器的洗涤溶液；以及
用于标记液体样品中的部分的磁性标记。
虽然上述发明已经通过说明和实例的方式出于清楚理解的目的在一些细节方面进行了描述，但是本领域技术人员根据本披露传授的内容很容易明白可以对其进行某些变化和修改而不偏离所附权利要求的精神或范围。
因此，先前仅说明本发明的原理。应了解，本领域的普通技术人员应能够设计不同的安排，虽然在此未明确描述或展示所述安排，但是它们体现本发明的原理并且被包括在本发明的精神和范围内。另外，在此叙述的所有实例和条件性语言原则上旨在帮助读者理解本发明的原理，而不限于所述具体叙述的实例和条件。此外，在此叙述本发明的原理、方面和实施例以及其具体实例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能等效物两者。另外，预期此类等效物包括当前已知的等效物以及有朝一日发展的等效物，即不论结构而执行相同功能的发展的任何要素。因此，本发明的范围不是旨在受限于在此显示和描述的示例性实施例。相反地，本发明的范围和精神由所附权利要求体现。
Claims (14)
1.一种用于操纵液体样品中的组分的流体装置，所述装置包括：
磁性分离器；以及
被流体连接到所述磁性分离器上的声学浓缩器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述声学浓缩器被流体连接到所述磁性分离器的输出上。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中所述磁性分离器包括以下各项中的一个或多个：永磁体、楔形磁场引导件、平边磁场引导件和曲边磁场引导件。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中所述声学浓缩器包括流道，所述流道包括入口和出口，所述入口和出口定义了于其间的流体流径；以及
振动发生器，所述振动发生器位置毗邻于所述流体流径并被配置成在所述流体流径中产生声场。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述振动发生器是压电转换器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，进一步包括处理器，所述处理器被配置成执行以下各项中的一个或多个：使用所述磁性分离器施加磁场并控制所述声学浓缩器。
7.一种流式细胞计数系统，包括：
流式细胞计数样品流体子系统，所述流式细胞计数样品流体子系统包括：磁性分离器；以及被流体连接到所述磁性分离器上的声学浓缩器；以及
被流体连接到所述流式细胞计数样品流体子系统的输出上的流式细胞计数器。
8.一种对液体样品进行分选的方法，所述方法包括：
将所述样品中的磁性标记的部分与非磁性标记的部分分离，从而产生第一分选的样品；并且
声学地浓缩所述第一分选的样品，以产生第二分选的样品。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括以下各项中的一个或多个：收集所述第二分选的样品，分析所述第二分选的样品并且
通过流式细胞计数术分析所述第二分选的样品。
10.根据权利要求8-9中任何一项所述的方法，其中所述第二分选的样品具有约0.0至1.0的夹带因子。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，进一步包括用磁性标记来标记所述液体样品中的部分。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其中所述方法在闭合回路反馈机制下受处理器控制。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其中所述液体样品包括人类生物样品。
14.一种用具包，包括：
用于洗涤磁性分离器的洗涤溶液；以及
用于标记液体样品中的部分的磁性标记。
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