CN105849561A - 用于测定生物活性的微流体装置 - Google Patents

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Abstract

在微流体装置中的保持围栏中的生物活性可以通过将粘结由生物活性产生的感兴趣的特定材料的捕捉目标放置在保持围栏中被测定。接着，无论是在微流体装置中还是在从微流体装置输出捕捉目标之后，可以对粘结到每个捕捉目标的感兴趣的生物材料进行评估。该评估可用于表征在每个保持围栏中的生物活性。该生物活性可以产生感兴趣的生物材料。因此，生物活性可对应于一个或更多个生物细胞或者由一个或更多个生物细胞产生。在保持围栏内的生物细胞可以是克隆细胞群体。每个克隆细胞群体的生物活性可以在每个群体的克隆状态被保持时被测定。

Description

用于测定生物活性的微流体装置
相关申请的交叉引用
本申请是美国转换临时专利申请序列第14/060,423号的非临时申请(并因此要求享有该美国转换临时专利申请的权益和/或优先权)。(前述申请序列第14/060,423号于2013年10月22日作为正常专利申请提交，然后响应于2014年10月17日提交并于2014年10月批准的请求书被转换为临时专利申请。)本申请还要求享有美国转换临时专利申请序列第14/060,237号和第14/060,321号、2014年10月1日提交的美国临时专利申请序列第62/058,658号、以及2014年10月22日提交的美国专利申请序列第14/520,510号的权益和优先权。(前述申请序列第14/060,237号于2013年10月22日作为正常专利申请提交，但响应于2014年10月17日提交并于2014年10月批准的请求书被转换为临时专利申请；前述申请序列第14/060,321号于2013年10月22日作为正常专利申请提交，但响应于2014年10月7日提交并于2014年10月9日批准的请求书被转换为临时专利申请。)
背景技术
在生物科学和相关领域中，测定诸如细胞的微目标的生物活性可能是有用的。本发明的一些实施例包括用于测定在微流体装置的保持围栏中的生物活性的装置和过程。
发明内容
在一些实施例中，本发明提供一种用于测定在微流体装置中的生物活性的过程。该生物活性可以表示诸如通过生物细胞进行的对感兴趣的生物材料的生产。因此，该过程可包括在微流体装置的保持围栏中培养产生感兴趣的生物材料的一个或更多个生物细胞。该过程还可包括将一个或更多个捕捉微目标引入到保持围栏中，以及允许将由一个或更多个生物细胞产生的感兴趣的生物材料粘结到一个或更多个捕捉微目标。所述捕捉微目标可包括例如特异粘结所述感兴趣的生物材料的粘结物质。该过程还可包括针对粘结的感兴趣的生物材料对捕捉微目标进行评估。
在某些实施例中，在允许感兴趣的生物材料粘结到一个或更多个捕捉微目标之后，但在针对粘结的感兴趣的生物材料对捕捉微目标进行评估之前，从保持围栏移除一个或更多个捕捉微目标。移除一个或更多个捕捉微目标可包括将一个或更多个捕捉微目标移动到位于微流体装置内的测定区域。在某些实施例中，测定区域是位于微流体装置的通道内的挡块(stop)、或者位于微流体装置内的腔室等。无论如何，测定区域可以邻近于将一个或更多个捕捉微目标从其中移除的保持围栏。可选地，或另外地，移除一个或更多个捕捉微目标可包括将一个或更多个捕捉微目标移动到在所述微流体装置中的通道，以及接着从所述微流体装置输出一个或更多个捕捉微目标。
在某些实施例中，移除一个或更多个捕捉微目标包括形成光阱，当所述光阱处于保持围栏中时捕集捕捉微目标中的至少一个。该光阱可包括投射到微流体装置的内表面上的光图案，其包围在微流体装置内的至少一个捕捉微目标和激活电极，诸如介电泳(DEP)电极。将光阱从保持围栏移动到微流体装置的通道和/或测定区域可导致捕集的捕捉微目标相应地移动。
在某些实施例中，一个或更多个捕捉微目标是磁性的。在相关实施例中，移除一个或更多个捕捉微目标可包括将磁场施加到微流体装置。
在某些实施例中，已经从保持围栏移除的捕捉微目标可以保持与保持围栏相关联。例如，相关性可以保持在捕捉微目标与已经将所述捕捉微目标从其中移除的保持围栏之间。用这种方式，当微流体装置包含多个保持围栏时，从已经从其保持围栏移除的捕捉微目标获得的数据可以追溯到适合的保持围栏。
在某些实施例中，当捕捉微目标处于保持围栏中时，针对粘结的感兴趣的生物材料，执行对捕捉微目标进行评估。
在某些实施例中，针对粘结的感兴趣的生物材料对捕捉微目标进行评估可包括确定粘结到捕捉微目标的感兴趣的生物材料的类型。在某些实施例中，针对粘结的感兴趣的生物材料对捕捉微目标进行评估可包括确定粘结到捕捉微目标的感兴趣的生物材料的活性。在某些实施例中，针对粘结的感兴趣的生物材料对捕捉微目标进行评估可包括确定粘结到捕捉微目标的感兴趣的生物材料的量。任何这样的确定可包括将测定材料与粘结到捕捉微目标的感兴趣的生物材料混合(和/或粘结)以及检测捕捉微目标与测定材料之间的相关性。例如，如果测定材料能够产生可检测的辐射，则该确定可包括检测捕捉微目标与来自测定材料的辐射之间的相关性。该确定还可包括在检测微目标与来自测定材料的辐射之间的相关性之前，从捕捉微目标洗掉未粘结和/或未反应的测定材料。可选地，或另外地，该确定还可包括确定与捕捉微目标相关的辐射是否对应于预定特征。例如，辐射可具有特征波长。
在某些实施例中，感兴趣的生物材料是蛋白质，诸如治疗性蛋白、抗体、生长因子、细胞因子、癌抗原、与病毒或其它病原体相关的感染性抗原、分泌蛋白、或者由生物细胞产生和/或释放的任何其它蛋白。在某些实施例中，感兴趣的生物材料是蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类、激素、代谢物、小分子、聚合物、或其任何组合。在某些实施例中，捕捉微目标的粘结物质具有用于感兴趣的生物材料的至少1μΜ、100nM、50nM、25nM、10nM、5nM、1nM或更强的亲和力。
在某些实施例中，保持围栏中存在单个生物细胞。在其他实施例中，保持围栏中存在两个或更多个生物细胞。在某些实施例中，保持围栏中的生物细胞是克隆群体。在某些实施例中，单个捕捉微目标被引入到保持围栏中。在其他实施例中，两个或更多个(例如，多个)捕捉微目标被引入到保持围栏中。在这些后面的实施例中，多个捕捉微目标中的每个捕捉微目标可具有粘结物质，其不同于多个捕捉微目标中的其他捕捉微目标的粘结物质。
在某些实施例中，感兴趣的生物材料是抗体，诸如候选治疗性抗体。在相关实施例中，该过程可包括多个捕捉微目标，其每一个具有粘结到不同的同种型抗体的粘结物质。在其他相关实施例中，该过程可包括多个捕捉微目标，其每一个具有对应于由抗体识别的抗原的不同表位的粘结物质。在另外的其它相关实施例中，该过程可包括多个捕捉微目标，其中一个具有对应于由所述抗体或其表位识别的抗原的粘结物质。多个捕捉微目标中的其余捕捉微目标可具有对应于抗原或其表位的同源物的粘结物质。同源抗原或其表位可以来自不同的物种。
在一些实施例中，本发明提供了用于测定在微流体装置中产生n种不同的感兴趣的生物材料的过程。该过程可包括在微流体装置的保持围栏中培养一个或更多个生物细胞，其中所述一个或更多个细胞产生n种不同的感兴趣的生物材料。该过程还可包括将n种不同类型的捕捉微目标引入到保持围栏中，每种类型具有特异粘结到所述n种不同的感兴趣的生物材料中的一种的粘结物质，以及允许将由生物细胞产生的n种不同的感兴趣的生物材料粘结到n种不同类型的捕捉微目标。该过程还可包括针对粘结的感兴趣的生物材料对n种不同类型的捕捉微目标进行评估。在某些实施例中，如果n种不同的感兴趣的生物材料中的至少一种特异粘结到n种不同类型的捕捉微目标中的一个，则这样的评估结果为阳性。在其他实施例中，如果至少两种n种不同的感兴趣的生物材料每种特异粘结到n种不同类型的捕捉微目标中的一个，则这样的评估结果为阳性。在另外的其他实施例中，如果所有n种不同的感兴趣的生物材料每种特异粘结到n种不同类型的捕捉微目标中的一个，则这样的评估结果为阳性。
在某些实施例中，n种不同类型的捕捉微目标被同时引入到保持围栏中。在其他实施例中，n种不同类型的捕捉微目标被顺序引入到保持围栏中。
在一些实施例中，用于测定在微流体装置中产生n种不同的感兴趣的生物材料的过程包括将一个或更多个y材料捕捉微目标引入到保持围栏中，每个y材料捕捉微目标具有y种不同的粘结物质，其每一个特异粘结到由一个或更多个生物细胞产生的n种不同的感兴趣的生物材料中的一种。该过程还可包括允许由一个或更多个生物细胞产生的n种不同的感兴趣的生物材料粘结到所述y材料捕捉微目标。此外，该过程可包括针对粘结的感兴趣的生物材料对y材料捕捉微目标进行评估。
对于前述过程中的任何过程，微流体装置可包括多个保持围栏，其每一个包含可以被顺序或并行测定的一个或更多个生物细胞。
在一些实施例中，本发明提供了一种微流体装置。该微流体装置可包括具有通道、保持围栏和测定区域的围界。保持围栏可包括隔离区域和连接区域，该连接区域具有到通道的近端开口和到隔离区域的远端开口。测定区域可以邻近于保持围栏。例如，测定区域可包括位于通道内的挡块。该挡块可以从所述连接区域的近端开口直接穿过所述通道，或者刚好在所述连接区域的近端开口之外直接穿过所述通道。可替代地，测定区域可包括测定腔室。该测定腔室可以位于保持围栏旁边或者直接从保持围栏的连接区域的近端开口穿过通道。在一些实施例中，测定腔室基本上缺少隔离区域(例如，可以将小于测定腔室的体积的50％与正流经通道的介质的整体流隔开)。在某些实施例中，微流体装置还可包括用于在围界内产生磁力的装置。这样的装置可以是例如磁铁。
附图说明
图1是根据本发明的一些实施例的用于测定在微流体装置的保持围栏中的生物活性的过程的示例。
图2A是根据本发明的一些实施例的可以利用它来执行图1的过程的微流体装置的透视图。
图2B是图2A的微流体装置的侧剖视图。
图2C是图2A的微流体装置的俯视剖视图。
图3A是根据本发明的一些实施例的缺少屏障和挡块的图2A到图2C的微流体装置的局部侧剖视图(为了便于说明)，其中选择器被配置为介电泳(DEP)装置。
图3B是图3A的局部俯视剖视图。
图4是根据本发明的一些实施例的过程的示例，其中保持围栏中的细胞的生物活性可以被测定。
图5A示出根据本发明的一些实施例的图4的培养步骤的示例。
图5B示出图4的培养步骤的示例，其中在具有隔离区域和连接区域的保持围栏中培养生物细胞。
图6示出根据本发明的一些实施例的图4的移动步骤的示例。
图7A示出根据本发明的一些实施例的图4的移动步骤的另一个示例。
图7B示出图7A的微流体装置的变型，其中偏转器用于在捕捉目标流经邻近保持围栏的通道时将捕捉目标引导到保持围栏中。
图8和图9示出根据本发明的一些实施例的图4中继续培养的步骤的示例。
图10示出根据本发明的一些实施例的图4的移除步骤的示例。
图11A示出根据本发明的一些实施例的图4的移除步骤的另一个示例。
图11B示出图4的移除步骤的变型，其中捕捉目标从包含生物细胞的保持围栏中移除并放置在测定围栏中。
图11C示出图4的移除步骤的另一个变型，其中捕捉目标从包含生物细胞的保持围栏中移除并放置在测定围栏中。
图12到图14示出根据本发明的一些实施例的图4的评估步骤的示例。
图15示出根据本发明的一些实施例的用于针对第一数量(n)特征和第二数量(m)特征测试在微流体装置中的保持围栏中的生物活性的过程的示例。
图16是根据本发明的一些实施例的用于测试针对图15的过程中的n个特征和/或m个特征的过程的示例。
图17是根据本发明的一些实施例的用于测试针对图15的过程中的n个特征和/或m个特征的过程的另一个示例。
图18示出根据本发明的一些实施例的将x个捕捉目标每个被配置为粘结不同的感兴趣的材料串联或并联移动到保持围栏中的示例。
图19示出根据本发明的一些实施例的将被配置为粘结多个y种不同的感兴趣的材料的捕捉目标移动到保持围栏中的示例。
图20A到图20C示出具有用于培养生物细胞的区域和用于放置捕捉微目标的单独区域的保持围栏的示例。
具体实施方式
本说明书描述了本发明的示例性实施例和应用。然而，本发明不限于这些示例性实施例和应用，或者不限于示例性实施例和应用运行的方式或在本文中描述。而且，附图可示出简化或局部视图，并且为了清晰起见，附图中的元件尺寸可不按比例扩大或者缩小。此外，当在本文中使用术语“在…上”、“附接到”、或“联接到”时，一个元件(例如，材料、层、基底等)可以“在另一个元件上”、“附接到另一个元件”、或“联接到另一个元件”，而不管该一个元件直接在另一个元件上、附接或联接到该另一个元件，还是有一个或更多个介入元件在该一个元件和该另一个元件之间。此外，如果提供的话，方向(例如，在上面、在下面、顶部、底部、侧面、上、下、在…下面、在…上面、上面、下面、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)是相对的并且仅作为示例提供、以便于说明和讨论并且不作为限制。此外，在对一系列元件(例如元件a、b、c)做附图标记的情况下，这些附图标记旨在包括所列出的元件自身的任何一个、小于全部所列出的元件的任何组合和/或全部所列出的元件的组合。
如本文所使用的，“基本上”是指足以达到预期目的。术语“基本上”因此允许根据绝对或完美状态、尺寸、测量、结果等进行诸如本领域普通技术人员可以预期，但对总体性能没有显着影响的小的、不重要的变型。当针对数值或者可以被表示为数值的参数或特征使用时，术语“基本上”是指在百分之十内。术语“多个”是指多于一个。
如本文所使用的，术语“捕捉目标”和“捕捉微目标”可互换使用，并且可包括如下的一个或更多个：无生命的微目标，诸如微粒、微珠(例如，聚苯乙烯珠、LuminexTM珠等)、磁珠、微米棒、微丝、量子点等；生物微目标，诸如细胞(例如，从组织或体液样本获得的细胞、血细胞、杂交细胞、培养细胞、来自细胞系的细胞、癌细胞、受感染细胞、转染和/或转化细胞、报告细胞等)、脂质体(例如，合成的膜制剂或者由膜制剂衍生的)、纳米脂质筏等；或无生命的微目标和生物微目标(例如，附接到细胞的微珠、脂质体包覆微珠、脂质体包覆磁珠等)的组合。例如，在“Ritchie et al.(2009)Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs,MehotdEnzymol.,464:211-231(里奇等人(2009年)，磷脂双分子层奈米圆盘中的膜蛋白的重组，方法酶学，464:211-231)”中，已经对纳米脂质筏进行了描述。
如本文所使用的，术语“特异性粘结”和“特异粘结”是指配体与受体之间的相互作用，其中配体的特定表面粘结到受体的特定表面上，从而离子键、氢键、和/或范德华力使配体和受体以特定的结构结合到一起。配体可以是感兴趣的生物材料，诸如蛋白质(例如，治疗性蛋白、抗体、生长因子、细胞因子、癌抗原、与病毒或其它病原体相关的感染性抗原、分泌蛋白、或者由生物细胞产生和/或释放的任何其它蛋白)、核酸、碳水化合物、脂类、激素、代谢物、或其任何组合。受体可以是粘结物质，例如，生物或化学分子，诸如蛋白质(例如，治疗性蛋白、抗体、生长因子、细胞因子、癌抗原、与病毒或其它病原体相关的感染性抗原、分泌蛋白、或者由生物细胞产生和/或释放的任何其它蛋白)、核酸、碳水化合物、脂类、激素、代谢物、小分子、聚合物、或其任何组合。配体到受体的特异性粘结与可量化的亲和力相关。亲和力可以被表示为例如离解常数Kd。
如本文中关于液体所使用的，术语“流”是指液体的除扩散之外的由任何机构导致的整体运动。例如，介质的流可包括由于点之间的压力差从一个点到另一个点的流体介质的移动。这样的流可包括液体的连续、脉冲、周期、随机、间歇或往复流，或者其任何组合。当一个流体介质流入到另一个流体介质中时，可导致湍流和介质的混合。
短语“基本上没有流”是指液体的流速，其小于将材料(例如，感兴趣的分析物)的组分扩散到液体中或者在液体内扩散的速率。这种材料的组分的扩散速率可以取决于例如温度、组分的尺寸、以及组分与流体介质之间的相互作用的强度。
如本文中关于流体介质所使用的，“使…扩散”和“扩散”是指流体介质的组分朝浓度梯度低的方向的热力学运动。
如本文中关于微流体装置内的不同区域所使用的，短语“流体连接”是指当不同区域基本上填充有液体(诸如流体介质)时，所述区域中的每一个中的流体被连接以形成流体的单个本体。这并不意味着不同区域中的流体(或流体介质)在组成上一定是相同的。相反，微流体装置的不同的流体连接区域中的流体可具有不同的组成(例如，不同浓度的溶质，如蛋白质、碳水化合物、离子、或其它分子)，其由于溶质向其各自的浓度梯度低的方向移动而不断变化和/或流体通过该装置流动。
本发明的微流体装置或设备可包括“波及”区域和“未波及”区域。未波及区域可以被流体连接到波及区域，假设流体连接被构造为使得在波及区域与未波及区域之间能够扩散，但在波及区域与未波及区域之间基本上没有介质的流。微流体设备可因此被构造为基本上使未波及区域与波及区域中的介质的流隔离，同时使得在波及区域与未波及区域之间仅能够进行扩散流体连通。
如果能够再生的群体中的所有活细胞是来自单个母细胞的子细胞，则生物细胞的群体是“克隆的”。术语“克隆细胞”是指相同的克隆群体的细胞。
在本发明的一些实施例中，微流体装置中的保持围栏中的生物活性可以通过将粘结由生物活性产生的感兴趣的特定材料的捕捉目标放置在保持围栏中来测定。接着，可以在微流体装置中对粘结到每个捕捉目标的感兴趣的材料进行评估。本发明的实施例可因此有效地测定发生在微流体装置中的保持围栏中的生物活性。此外，在生物活性包括克隆细胞群体，每个在保持围栏中的一个中产生特定的感兴趣的生物材料的情况下，本发明的一些实施例可以在微流体装置中对用于产生感兴趣的材料的每个群体的能力进行评估，同时保持每个群体克隆(例如，无需将可以从任一群体再生的细胞与任何其它群体混合)。
图1示出测定过程100的示例。图2A到图2C示出用于执行过程100的微流体装置200的示例，以及图3A和图3B示出可以是微流体装置200的一部分的介电泳(DEP)装置的示例。
如图1所示，在步骤102处，过程100可将捕捉目标移动到微流体装置中的保持围栏中，以及在步骤104处，过程100可在保持围栏的每一个中培养产生特定的感兴趣的生物材料的生物活性。保持围栏可包括未波及区域，并且生物活性可以位于或者被放置到这样的未波及区域中。生物活性可以是一个或更多个细胞的一部分或者由一个或更多个细胞组成，诸如一个、卵母细胞、精子、从组织分离出的细胞、血细胞(例如，B细胞、T细胞、巨噬细胞等)、杂交细胞、培养细胞、来自细胞系的细胞、癌细胞、受感染细胞、转染和/或转化细胞、报告细胞等。捕捉目标可包括一个或多个粘结物质，其每一个特异粘结到特定的感兴趣的生物材料。例如，捕捉目标的粘结物质可具有用于特定的感兴趣的生物材料的至少大约1mM或更强(例如，大约100μΜ、10μΜ、1μΜ、500nM、400nM、300nM、200nM、100nM、75nM、50nM、25nM、15nM、10nM、5nM、2.5nM、1nM或更强)的亲和力(例如，Kd)。这样的亲和力可以比例如用于除特定的感兴趣的生物材料之外的任何材料(或者存在于保持围栏和/或微流体装置中的至少任何其他感兴趣的生物材料)的亲和力强两倍、三倍、四倍、五倍、十倍或更多倍。因此可以说，每个捕捉目标粘结一个或更多个特定感兴趣生物材料，但基本上不粘结保持围栏中的其他生物材料。在一时间段之后，可以在步骤106处从保持围栏移除捕捉目标，以及可以在步骤108处保持在移除的捕捉目标与将每个移除捕捉目标从其中取出的围栏之间的相关性。在步骤110处，可以通过分析粘结到从保持围栏移除的捕捉目标的生物材料对每个保持围栏中的生物活性进行评估。例如，在步骤110处，过程100可以通过确定由从保持围栏移除的捕捉目标粘结的生物材料的量对每个保持围栏中的生物活性进行评价。该评价可包括例如确定每个保持围栏中的群体是否以等于或高于阈值速率产生感兴趣的材料。作为另一个示例，该评价可量化在每个保持围栏中由群体产生的感兴趣的材料的量。
图1是示例，并且设想了过程100的许多变型。例如，在捕捉目标处于保持围栏中时，过程100可以在步骤110处对生物活性进行评估，并且在一些变型中，过程100因此不需要包括步骤106、108或者步骤106和108可以被跳过。作为另一个示例，步骤102到110不需要以图1所示的顺序执行。例如，步骤102和104可以被颠倒。
图2A到图2C示出其上可以执行过程100的微流体装置200的示例。如图所示，微流体装置200可包括壳体202、选择器222、检测器224、流控制器226和控制模块230。
如图所示，壳体202可包括用于保持液体介质244的一个或更多个流动区域240。图2B示出其上介质244可以被设置为均匀的(例如，平坦的)和无特征的流动区域240的内表面242。然而，可替代地，内表面242可以是不均匀的(例如，不平坦的)并且包括诸如电极端子(未示出)的特征。
壳体202可包括一个或更多个入口208，介质244可以通过所述一个或更多个入口208被输入到流动区域240中。入口208可以是例如输入端口、开口、阀、另一个通道、流体连接器等。壳体202还可包括一个或更多个出口210，介质244可以通过所述一个或更多个出口210被移除。出口210可以是例如输出端口、开口、阀、通道、流体连接器等。作为另一个示例，出口210可包括诸如2013年4月4日提交的美国专利申请序列第13/856,781号(代理人案号BL1-US)所公开的输出机构中的任何输出机构的液滴输出机构。壳体202的全部或部分可以是透气的，以允许气体(例如，环境空气)进入和离开流动区域240。
壳体202还可包括设置在基部(例如，基底)206上的微流体结构204。该微流体结构204可包括柔性材料，诸如橡胶、塑料、弹性体、硅树脂(例如，可图案化的硅树脂)、聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)等，其可以是透气的。可替代地，微流体结构204可包括包含有刚性材料的其他材料。基部206可包括一个或多个基底。虽然示出为单个结构，但基部206可包括多个互连的结构，诸如多个基底。微流体结构204同样可包括可以被互连的多个结构。例如，微流体结构204还可包括由与该结构中的其他材料相同或不同的材料制成的盖(未示出)。
微流体结构204和基部206可限定流动区域240。虽然图2A到图2C中示出一个流动区域240，但微流体结构204和基部206可限定用于介质244的多个流动区域。流动区域240可包括可以互连的通道(图2C中的252和253)和腔室以形成微流体电路。对于包括多于一个的流动区域240的围界，每个流动区域240可以与一个或更多个入口208以及一个或更多个出口210相关联，用于分别输入和从流动区域240移除介质244。
如图2B和图2C所示，保持围栏256可以被设置在流动区域240中。例如，每个保持围栏256可包括形成部分围界的屏障254。部分围界可限定非流动空间(或隔离区域)。因此，每个保持围栏256的内部的一部分可以是非流动空间，除了在空的流动区域240被最初地填充介质244时之外，来自通道252的介质244不直接流入非流动空间中。例如，每个保持围栏256可包括一个或更多个屏障254，其形成部分围界，该围界的内部可包括非流动空间。当流动区域240填充有介质244时，限定保持围栏256的屏障254可因此阻止介质244直接从通道252流入到任何保持围栏256的受保护内部。例如，当流动区域240填充有介质244时，围栏256的屏障254基本上可以阻止来自通道252的介质244的整体流流入到围栏256的非流动空间中，相反，基本上仅允许围栏256中的非流动空间中的介质与来自通道252的介质的扩散混合。因此，在保持围栏256中的非流动空间与通道252之间的营养物质和废弃物的交换基本上可以仅通过扩散发生。
前述可以通过将围栏256定向为使得到围栏256中的开口不直接面对通道252中的介质244的流来完成。例如，如果介质的流为在图2C中的通道252中从入口208向出口210(并因此从左向右)，因为每个围栏256的开口不面对图2C中的左侧(否则将直接进入到这样的流中)，所以围栏256中的每一个基本上阻止介质244直接从通道252流入到围栏256中。
在以任何图案设置的流动区域240中可以有许多这样的保持围栏256，并且保持围栏256可以是任何许多不同的尺寸和形状。如图2C所示，保持围栏256的开口可以被设置为邻近通道252、253，其可以是邻近多于一个围栏256的开口的空间。每个围栏256的开口可以允许在通道252、253中流动的液体介质244的自然交换，但是每个保持围栏256的开口可另外被充分地包围，以防止任一围栏256中的诸如生物细胞的微目标(未示出)与任何其他围栏256中的微目标混合。虽然示出了八个围栏256和两个通道252、253，但其可以更多或更少。介质244可以在通道252、253中流经保持围栏256中的开口。通道252、253中的介质244的流可以例如将营养物质提供给保持围栏256中的生物目标(未示出)。作为另一个示例，公共流空间252、253中的介质252、253的流也可以提供用于来自保持围栏256的废弃物的移除。
如图2C所示，挡块258也可以被设置在流动区域240中，例如，在通道252、253中。每个挡块258可以被配置为抵抗在通道252、253中的介质244的流而将微目标(未示出)保持在原位。挡块258和围栏256的屏障254可包括以上针对微流体结构204所讨论的任何类型的材料。挡块258和屏障254可包括与微流体结构204相同的材料或不同的材料。如图2B所示，屏障254可以从基部206的表面242穿过整个流动区域240延伸到微流体结构204的上壁(与表面242相对)。可替代地，一个或更多个屏障254可以仅部分地穿过流动区域240延伸，因此不完全延伸到表面242或微流体结构204的上壁。虽然未示出，但挡块258和/或屏障254可包括附加特征，诸如一个或更多个相对小的开口，介质244可以穿过该开口。这样的开口(未示出)可以小于微目标(未示出)，以防止微目标穿过。
选择器222可以被配置为对介质244中的微目标(未示出)选择性地形成电动力。例如，选择器222可以被配置为选择性地激活(例如，打开)和去激活(例如，关闭)在流动区域240的内表面242处的电极。电极可以形成吸引或排斥介质244中的微目标(未示出)的介质244中的力，并且选择器222可因此选择和移动介质244中的一个或更多个微目标。电极可以是例如介电泳(DEP)电极。
例如，选择器222可包括一个或更多个光学(例如，激光)镊子装置和/或一个或更多个光电镊子(OET)装置(例如，如美国专利第7,612,355号所公开的(其全部内容通过引用的方式合并于此)，或者如美国专利申请序列第14/051,004号(代理人案号BL9-US)所公开的(其全部内容也通过引用的方式合并于此)。作为又一个示例，选择器222可包括用于移动其中悬浮一个或更多个微目标的介质244的液滴一个或更多个装置(未示出)。这样的装置(未示出)可包括电润湿装置，诸如光电润湿(OEW)装置(例如，如美国专利第6,958,132号所公开的)，或者其他电润湿装置。选择器222可因此在一些实施例中被表征为DEP装置。
图3A和3B示出其中选择器222包括OET DEP装置300的示例。如图所示，DEP装置300可包括第一电极304、第二电极310、电极激活基底308、电源312(例如，交流(AC)电源)、以及光源320。流动区域240中的介质244和电极激活基底308可以将电极304、310隔开。改变来自光源320的光322的图案可选择地激活并去激活在流动区域240的内表面242的区域314处改变的DEP电极的图案。(在下文中，区域314被称为“电极区域。”)
在图3B所示的示例中，定向到内表面242上的光图案322'照亮了在所示的正方形图案中的交叉阴影电极区域314a。另一个电极区域314未被照亮，因而在下文中称为“暗”电极区域314。从每个暗电极区域314穿过电极激活基底308到第二电极310的相对电阻抗大于从第一电极304穿过流动区域240中的介质244到暗电极区域314的相对阻抗。然而，照亮电极区域314a降低了从被照亮的电极区域314a穿过电极激活基底308到第二电极310的相对阻抗，该阻抗小于从第一电极304穿过流动区域240中的介质244到被照亮的电极区域314a的相对阻抗。
在电源312被激活的情况下，前述在被照亮的电极区域314a与邻近的暗电极区域314之间的介质244中形成电场梯度，该电场梯度进而形成吸引或排斥介质244中的附近的微目标(未示出)的局部DEP力。可因此通过改变从光源320(例如，激光源、高强度气体放电灯、或其他类型的光源)投射到微流体装置200的光图案322，在流动区域240的内表面242的许多不同的这样的电极区域314处选择地激活或去激活吸引或排斥介质244中的微目标的DEP电极。DEP力是否吸引或排斥附近的微目标可取决于诸如电源312的频率以及介质244和/或微目标(未示出)的介电性能的参数。
图3B所示的被照亮的电极区域314a的正方形图案322'仅是示例。电极区域314的任何图案可通过投射到装置200中的光322的图案被照亮，并且被照亮的电极区322'的图案可以通过改变光图案322被重复地改变。
在一些实施例中，电极激活基底308可以是光导材料，并且内表面242可以是无特征的。在这样的实施例中，可以根据光图案322在流动区域240的内表面242上的任何地方并以任何图案形成DEP电极314(见图3A)。电极区域314的数量和图案因此不是固定的，而是对应于光图案322。示例在前述的美国专利第7,612,355号中说明，其中前述专利的附图所示的无掺杂非晶硅材料24可以是可构成电极激活基底308的光电导材料的示例。
在其他实施例中，电极激活基底308可包括诸如半导体材料的电路基底，包括形成诸如半导体领域中已知的半导体集成电路的多个掺杂层、电绝缘层以及导电层。在这样的实施例中，电路元件可形成在流动区域240的内表面242处的电极区域314与第二电极310之间的电连接，该电连接可以通过光图案322选择性地激活和去激活。当未激活时，每个电连接可具有高阻抗，使得从对应的电极区域314到第二电极310的相对阻抗大于从第一电极204通过介质244到对应的电极区域314的相对阻抗。然而，当通过光图案322中的光而被激活时，每个电连接可具有低阻抗，使得从对应的电极区域314到第二电极310的相对阻抗小于从第一电极304通过介质244到对应的电极区域314的相对阻抗，这在如上所讨论的对应的电极区域314处激活DEP电极。可因此通过光图案322在流动区域240的内表面242的许多不同的电极区域314处选择地激活和去激活吸引或排斥介质244中的微目标(未示出)的DEP电极。电极激活基底308的这样的配置的非限制性示例包括美国专利第7,956,339号的图21和图22所示的基于光电晶体管的OET装置300以及在前述的美国专利申请序列第14/051,004号的所有附图所示的OET装置。
在一些实施例中，第一电极304可以是壳体202的第一壁302(或盖)的一部分，并且电极激活基底308和第二电极310可以是壳体202的第二壁306(或基部)的一部分，通常如图3A所示。如图所示，流动区域240可以在第一壁302与第二壁306之间。然而，前述不过是示例。在其他实施例中，第一电极304可以是第二壁306的一部分，而电极激活基底308和/或第二电极310中的一个或两个可以是第一壁302的一部分。作为另一个示例，第一电极304可以是与电极激活基底308和第二电极310相同的壁302或306的一部分。例如，电极激活基底308可包括第一电极304和/或第二电极310。此外，光源320可替代地位于壳体202下方。
配置为图3A和图3B所示的DEP装置300，选择器222可因此通过将光图案322投射到装置200中以激活在包围和捕捉微目标的图案中的流动区域240的内表面242的电极区域314处的一个或更多个的DEP电极，来选择流动区域240中的介质244中的微目标(未示出)。然后，选择器222可通过将光图案322相对于装置200移动来移动捕捉微目标。可替代地，装置200可以相对于光图案322移动。
虽然限定保持围栏256的屏障254在图2B和图2C中示出并作为物理屏障讨论如上，但屏障254可替代地包括虚拟屏障，该虚拟屏障包括由光图案322激活的DEP力。挡块258同样可包括物理屏障和/或包括由光图案322激活的DEP力的虚拟屏障。
再次参照图2A到图2C，检测器224可以是用于检测流动区域240中的事件的机构。例如，检测器224可包括能够检测介质中的微目标(未示出)的一个或更多个辐射特征(例如，由于荧光或发光)的光检测器。这样的检测器224可以被配置为检测例如介质244中的一个或更多个微目标(未示出)正在辐射电磁辐射和/或辐射的近似波长、亮度、强度等。合适的光检测器的示例包括但不限于光电倍增管检测器和雪崩光电检测器。
检测器224可选地或另外地包括用于捕捉包括在介质244中的微目标(未示出)的流动区域240的数字图像的成像装置。检测器224可包括的合适的成像装置的示例包括数码相机或光传感器，诸如电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体成像器。图像可以通过这样的装置被捕捉和分析(例如，通过控制模块230和/或操作者)。
流控制器226可以被配置为控制流动区域240中的介质244的流。例如，流控制器226可以控制流的方向和/或速度。流控制器226的非限制性示例包括一个或更多个泵或流体致动器。在一些实施例中，流控制器226可包括额外的元件，诸如用于感测例如流动区域240中的介质244的流的速度的一个或更多个传感器(未示出)。
控制模块230可以被配置为从选择器222、检测器224、和/或流控制器226接收信号并控制选择器222、检测器224、和/或流控制器226。如图所示，控制模块230可包括控制器232和存储器234。在一些实施例中，控制器232可以是数字电子控制器(例如，微处理器、微控制器、计算机等)，被配置为根据在存储器234中存储为非临时性信号的机器可读指令(例如，软件、固件、微码等)操作，该存储器234可以是数字电子、光学、或磁存储装置。可替代地，控制器232可包括硬连线数字电路和/或模拟电路、或者根据机器可读指令来操作的数字电子控制器与硬连线数字电路和/或模拟电路的组合。
如所提到的，微流体装置200是可用于执行过程100的装置的示例。例如，在步骤102处，选择器222(例如，被配置为如图3A和图2B所示)可以选择流动区域240中的介质244中的捕捉目标(未示出)并将所选择的捕捉目标移动到保持围栏256中。在步骤104处，营养物质可以被提供给通道252、253中的介质244的流中的围栏256中的生物微目标(未示出)。在步骤106处，选择器222可从围栏256选择和移除捕捉目标(未示出)，以及在步骤108处，检测器224和控制器230可以将每个移除的捕捉目标(未示出)与将该捕捉目标从其中取出的围栏256相关联。例如，检测器224可以捕捉捕捉目标(未示出)和围栏256的图像，以及控制器230可以将该相关性作为数字数据存储在存储器234中。在步骤110处，可以在微流体装置200中对粘结到每个移除的捕捉目标(未示出)的生物材料进行评估。例如，检测器224可以捕捉图像或检测移除的捕捉目标(未示出)的特征，以对粘结到移除的捕捉目标的生物材料进行评估。
图4示出用于测定微流体装置的保持围栏中的生物活性的过程400的另一个示例。过程400可以是更具一般性的过程100的更狭义示例，其中，在图4的过程400中，保持围栏中的生物活性是通过细胞的克隆群体进行的对感兴趣的生物材料生产。为了便于说明和讨论，在下面参照图2A到图2C的微流体装置200对过程400进行讨论，其中选择器222可以被配置如图3A和图3B所示。然而，过程400不限于此，并且可因此在其他微流体装置上执行。
如图4所示，在步骤402处，过程400可以在微流体装置200的保持围栏256中培养克隆细胞的群体的产生。图5A(类似图6、图7A、图8到图11B和图12到图14，其示出图2A到图2C的微流体装置200的流动区域240的一部分的俯视剖视图)和图5B示出了示例。
如图5A和图5B所示，可以通过使邻近至少一些围栏256的开口的通道252中的液体介质244流动，在一个或更多个保持围栏256中培养生物细胞502。流506中的营养物质可以培养保持围栏256中的生物活性。流506还可以提供将废弃物从围栏256移除。可以在邻近装置200中的其他围栏256的开口的其他通道(例如，图2C所示的253)中提供类似的流。
图5B示出具有隔离区域508和连接区域510的围栏。众所周知，经过围栏256的近端开口的微流体通道252中的流体介质244的流506可导致介质244的二次流流入和/或流出围栏。为了将围栏256的隔离区域508中的微目标502与二次流隔开，从近端开口到远端开口的隔离围栏256的连接区域510的长度可以大于当通道252中的流506的速度处于最大(Vmax)时流入到连接区域510中的二次流的最大穿透深度DP。只要通道252中的流506不超过的最大速度Vmax，流506和产生的二次流可因此被限制在通道252和连接区域510中且被保持在隔离区域508之外。通道252中的流506将因此不会使生物微目标502(或任何其他微目标)离开隔离区域508。隔离区域508中的生物微目标502将因此留在隔离区域508中而不管通道252中的流506。
在步骤402处的培养可有助于增加每个围栏256中的一个或更多个细胞502，以在每个围栏256中产生细胞502的群体500。每个围栏256可将其细胞502与所有其它围栏256中的细胞502隔离，以充分地防止任一围栏256中的细胞502与任何另一个围栏256中的细胞502混合。此外，在每个保持围栏256中产生的群体500可以从围栏256中的单个细胞502开始。每个围栏256中的细胞502的群体500可因此为克隆的(无性系)。
在步骤402处的培养还可以有助于产生待测定的感兴趣的特定材料504。感兴趣的材料504的非限制性示例包括蛋白质、核酸、碳水化合物、脂类、激素、代谢物、或其任何组合。感兴趣的蛋白质可包括例如治疗性蛋白、抗体、生长因子、细胞因子、癌细胞特异抗原、与病毒或其它病原体相关的感染性抗原、分泌蛋白、或者由生物细胞产生和/或释放的任何其它蛋白。因此，例如，细胞502可以是产生蛋白质(例如，抗体)的细胞，并且感兴趣的材料504可以是特定蛋白质(例如，特定抗体)。例如，感兴趣的材料可以是免疫球蛋白G(IgG)类型的抗体。包括除感兴趣的材料504之外的生物材料的材料可以在围栏中。例如，细胞502可以产生除感兴趣的材料504之外的其它材料。
在一些实施例中，在步骤402处的培养可包括多种类型的培养。例如，第一类型的介质244的第一流506可以培养每个围栏256中的细胞502的生长和分裂。此后，第二类型的介质244的第二流可以培养由每个围栏256中的细胞502产生的感兴趣的材料504。
在图4的步骤404处，过程400可以将捕捉目标602移动到保持围栏256中。捕捉目标602可以是例如无生命的微目标，诸如微粒、微珠(例如，聚苯乙烯珠、LuminexTM珠等)、磁珠、微米棒、微丝、量子点等。在一些情况下，捕捉目标602可以是无生命的微目标和生物微目标(例如，脂质体包覆微珠、脂质体包覆磁珠、附接到细胞的微珠等)的组合。在另一些情况下，捕捉目标602可以是生物微目标，诸如细胞、脂质体、纳米脂质筏等。此外，每个捕捉目标602可包括特异粘结特定的感兴趣的生物材料的特定粘结物质。捕捉目标602可包括例如具有用于特定的感兴趣的生物材料的至少大约1mM或更强(例如，大约100μΜ、10μΜ、1μΜ、500nM、400nM、300nM、200nM、100nM、75nM、50nM、25nM、15nM、10nM、5nM、2.5nM、1nM或更强)的亲和力(例如，Kd)的特定粘结物质。这样的亲和力可以比比例如用于除特定的感兴趣的生物材料之外的任何材料(或者存在于保持围栏和/或微流体装置中的至少任何其他感兴趣的生物材料)的亲和力强两倍、三倍、四倍、五倍、十倍或更多倍。例如，如果感兴趣的材料504是特定抗体，则捕捉目标602可包括粘结物质(例如，其抗原或表位)，其具有比用于保持围栏256和/或微流体装置中的任何其他材料的亲和力更大的特定抗体的亲和力。如所指出的，感兴趣的材料504可以是IgG抗体，在这种情况下，捕捉目标602的粘结物质可包括具有用于粘结IgG抗体的IgG Fc受体的材料。图6到图8示出步骤404的示例。
如图6所示，捕捉目标602可以被设置在邻近围栏256的开口的通道252中。如图7A到图7B和图8所示，单独的捕捉目标602可以被移动到特定围栏256中。
捕捉目标602可以通过入口208被引入到微流体装置200中(参见图2A到图2C)且通过流506移动到通道252，如图6所示。图7A示出其中类似图3A到图3B的DEP装置300那样配置的选择器222(参见图2A到图2C)产生可捕集单独的捕捉目标602的光阱702。然后，DEP装置300可将光阱702移动到围栏256中的一个中，其可将捕集的捕捉目标602移动到围栏256中。光阱702可以是投射到微流体装置200的流动区域240的内表面242上的光的变化图案322的一部分，如以上参照图3A和图3B所讨论的。一旦捕捉目标602处于围栏256中，对应于捕捉目标602的光阱602可以被关闭，如图8所示。检测器224可以捕获全部或部分流动区域240的图像，并且这些图像可有助于将单独的捕捉目标602捕集和移动到特定围栏256中。因此，特定数量(例如，一个或更多个)捕捉目标602可以被识别、选择和移动到每个围栏256中。
如图7A所示，介质244的流506可以在流506将捕捉目标602带入到通道252之后被停止。停止流506可有助于识别和选择单独的捕捉目标602。如图8所示，一旦捕捉目标602处于围栏256中，流506可以被恢复。可替代地，除了停止流506之外，流506可以仅被减慢到对检测器224极性检测以及选择器222在通道252中进行捕集和移动单独的捕捉目标602的而言足够慢的速度。作为又一个可替代方案，流506可以被启动并保持在大致稳定的速率下，该速率对检测器224进行检测以及选择器22进行捕集和移动单独的捕捉目标602而言足够慢。在这样的情况下，在图6、图7A和图8的每一个中，流506可以被保持在大致恒定的速度下。
虽然图7A示出每个阱702捕集一个捕捉目标602，但阱702可捕捉多于一个捕捉目标602。类似的，虽然图8示出在每个围栏256中的一个捕捉目标602，但多于一个捕捉目标602可以被移动到围栏256。无论如何，特定的、已知数量的捕捉目标602(例如，一个或更多个)可以被移动到每个围栏256中。通常而言，过程100和400中的步骤的顺序不是关键的，并因此例如可以颠倒步骤404和402的顺序。例如，捕捉目标602可以在第一细胞502被放置在围栏256之前被放置在保持围栏256中。在这样的情况下，该过程可包括用于将生物活性(例如，生物细胞502)移动到保持围栏256中的步骤。
作为用于主动地选择捕捉目标602并将捕捉目标602移动到保持围栏256中的可替代方案，图7B示出用于将捕捉目标602装载到保持围栏256中的比较被动的方法。图7B的微流体装置类似于图7A所示的微流体装置，除了在通道252中刚好在保持围栏256外部具有偏转器754之外。当捕捉目标602通过通道252流入到微流体装置中时，捕捉目标602的一小部分将被运送到通道252的外围。由流506在通道252的外围处运送的捕捉目标602可以通过偏转器754被捕捉且被偏转到保持围栏256中。与使用光阱以选择特定捕捉目标602并将特定捕捉目标602移动到特定保持围栏256中的方法不同，如图7B所示的偏转器的使用无法提供具体哪些捕捉目标602被仔细控制或者多少捕捉目标602被移动到每个保持围栏256中。然而，偏转器754的使用可有助于同时装载大量保持围栏。
图7B所示的偏转器754可以由与屏障254相同的材料，或者本文所讨论的任何其它合适的材料制成。此外，偏转器754可以与屏障254(如图所示)隔开或连接。偏转器754延伸通道252的整个高度，或者其可以通过通道仅部分向上延伸，从而潜在地减少了偏转到保持围栏256中的捕捉目标602(或生物微目标，诸如细胞)的数量。此外，偏转器754可以是由聚焦在通道252的表面242上的光形成的虚拟屏障。这样的光可以激活电极(例如，DEP电极)，从而以上述讨论的光阱的方式形成用于捕捉目标602(或细胞502)的屏障。这样的虚拟偏转器可以是有益的，因为一旦阈值数量的捕捉目标602已经被偏转到保持围栏256中其可以被关闭。例如，用户或控制器230可以监测偏转到任何特定保持围栏256中的捕捉目标602的数量，然后一旦达到捕捉目标602的阈值数量，关闭正激活电极(并因此产生偏转器)的光。
作为作为用于主动地选择捕捉目标602并将捕捉目标602移动到保持围栏256中的又一个可替代方案，通道252中的介质244的流506的高速率可用于增加进入保持围栏256的二次流的穿透深度Dp。因此，通过增加通道252中的介质244的流506的速率，捕捉目标602可以被推入到保持围栏256中。在一些实施例中，微流体装置具有通道252，该通道252具有大约3,000到6,000平方微米，或者大约2,500到4,000平方微米的横截面面积。适用于将捕捉目标602装载到这样的微流体装置中的保持围栏256中的介质244的流506的速率可以是例如大约0.05到5.0μL/秒(例如，大约0.1到2.0、0.2到1.5、0.5到1.0μL/秒，或者大约1.0到2.0μL/秒)。
在图4的步骤406处，培养围栏256中的细胞502可以持续一时间段，在该时间段期间细胞502可以继续繁殖和/或产生感兴趣的材料504。如图9所示，特定围栏256中的捕捉目标602可粘结由围栏256中的细胞502产生的感兴趣的材料504。图9因此示出粘结到围栏256中的捕捉目标602的感兴趣的材料504。
在一些实施例中，图4的测定过程400的目的可用于识别以最小阈值速率产生感兴趣的材料504的围栏256中的细胞群体502。在这样的实施例中，任一围栏256中的一个或更多个捕捉目标602可以粘结感兴趣的材料504的量以及步骤406的时间段可以使得以等于或高于最小阈值速率产生感兴趣的材料504的群体500将产生足够使围栏256中的(多个)捕捉目标602的感兴趣的材料504饱和。
在其他实施例中，测定过程400的目的可用于确定在每个围栏256中产生的感兴趣的材料504的数量。在这样的实施例中，围栏256中的一个或更多个捕捉目标602可以粘结感兴趣的材料504以及步骤406的时间段可以是使得即使以最高的可能速率产生感兴趣的材料504的群体500也不会使围栏256中的(多个)捕捉目标602饱和。
如在图5到图14中的页面右侧上的保持围栏256所示，过程400可以测定在保持围栏256中的单个生物目标502(例如，单个生物细胞)。因为据认为用于测定生物细胞的公知技术不足以敏感到能够测定例如由单个细胞产生的材料，所以用于测定保持围栏256中的单个生物目标502的能力是显著的。
如图4所示，在以上讨论的步骤406的时间段之后，在步骤408处，过程400可从特定围栏256选择单独的捕捉目标602，以及从围栏256移除所选择的捕捉目标602。在一些实施例中，移除的捕捉目标602可以被移动到通道252中。图10和图11A示出步骤408的示例。
如图10所示，可以利用光阱1002在特定围栏256中选择单独的捕捉目标602，其可以类似于以上讨论的光阱702。如图11A所示，捕集的捕捉目标602可以从围栏256移除并放置在邻近围栏256的开口的通道252中。例如，光阱1002可以从围栏256移动到通道252。又如图11A所示，捕捉目标602可以被移动到通道252中的挡块258，如所讨论的，其可以抵抗流动区域240中的介质244的流506而将捕捉目标602保持在原位。一旦移除的捕捉目标602被移动到挡块258，光阱1002可以被关闭。可替代地，光阱1002可以被保持为开启，以例如抵抗介质244的流506而将移除的捕捉目标602保持在原位。在这样的情况下，挡块258不需要被包括装置200的流动区域240中。无论如何，流506可以在步骤408期间被减慢甚至停止。作为又一个可替代方案，一旦被移动到通道252中，捕捉目标602可以从装置输出用于随后的分析。已经公开了用于输出捕捉目标的合适的方法，例如，在2014年10月22日提交的美国专利申请序列第14/520,150号中，该申请的全部内容通过引用合并于此。捕捉目标602可以单独地输出，按照来自相同的保持围栏256的一组输出，或者按照包括来自多个保持围栏256的捕捉目标602的组输出。在后一种情况下，捕捉目标602可具有有助于其识别和与将该捕捉目标602从其中移除的保持围栏256相关联的标识符。例如，LuminexTM珠可用作捕捉目标602，从而允许将来自特定保持围栏256的捕捉目标602与来自其他保持围栏256的捕捉目标区分开。
如图11B所示，用于将捕捉目标602移动到通道252中的挡块258的可替代方案包括将捕捉目标602移动到测定区域1156。该测定区域1156可以是邻近于保持围栏256，从而减少了移动捕捉目标602所需的时间以及有助于保持捕捉目标602与将该捕捉目标602从其中移除的保持围栏256之间的相关性。测定区可以通过屏障1154被限定，该屏障1154可以由与屏障254相同的材料，或者本文所讨论的任何其它合适的材料制成。虽然示出为具有与保持围栏256相同的尺寸和形状，但测定区域1156可以更小和/或具有不同的形状。例如，测定区域1156可以更小，并且可以包括或者可以不包括隔离区域。因此，例如，测定区域1156可以基本上缺少隔离区域(例如，测定区域的体积的不到50％可以与通道25中的介质244的流506的二次流隔开)。在某些实施例中，基本上缺少隔离区域可有助于从捕捉目标602去掉测定材料(以下将进一步讨论)。
作为使用光阱1002将捕捉目标602移出保持围栏256的可替代方案，可以使用磁力(诸如磁体)迫使磁性的捕捉目标602离开围栏256。如图11C所示，微流体装置1100可包括位于相对于保持围栏256的开口位于通道252的对面的测定区域1156。为了将捕捉目标602移出保持围栏256或者移动到测定区域1156中，磁力可以被施加到微流体装置，使得磁性的捕捉目标602被拉出或者推入到测定区域1156中。在这期间，通道252中的介质244的流506可以减慢或停止。
如上所述，虽然在图10以及图11A到图11C中示出了将一个捕捉目标602从每个围栏256移除，但可以在步骤404处将多于一个捕捉目标602放置到围栏256中，并且在这样的情况下，可以在步骤408处相应地从围栏256移除多于一个捕捉目标602。
再次返回到图4，在步骤410处，过程400可保持在步骤408处从围栏256移除的每个捕捉目标602与将该捕捉目标602从其中移除的围栏256之间的相关性。例如，控制器232可通过来自由检测器224提供的图像来识别和追踪捕捉目标602和围栏256的位置，并且控制器232可在存储器234中存储各个移除到通道252中的捕捉目标602与将每个捕捉目标602从其中取出的围栏256之间的相关性。表1是可存储在存储器234中的数字表的示例，其将捕捉目标602在通道252中的位置与将该捕捉目标602从其中移除的围栏256相关联。在表1的示例中，将在识别为挡块A的挡块258处的捕捉目标602从编号为3的围栏256取出。类似地，将在挡块258B处的捕捉目标602从编号1的围栏256取出，以及将在挡块258C处的捕捉目标602从编号2的围栏256取出。相应的表可用于存储关于测定区域1156中的捕捉目标602以及将该捕捉目标602从其中移除的保持围栏256的位置的数据。类似地，对于从微流体装置输出的用于分析的捕捉目标602，表可用于存储关于与特定捕捉目标602相关联的标识符以及将该捕捉目标602从其中移除的保持围栏256的数据。
在图4的步骤412处，过程400可以对粘结到通道252中的移除的捕捉目标602的感兴趣的材料504进行评估。例如，过程400可在步骤412处通过确定由围栏256中的细胞的群体500或者单个细胞502产生的感兴趣的材料504的数量和/或质量，对感兴趣的材料504进行评估。作为另一个示例，过程400可以在步骤412处对由围栏256中的细胞502的群体500或单个细胞502产生的材料504的类型进行评估。作为又一个示例，过程400可以在步骤412处对由围栏256中的细胞502的群体500或者单个细胞502产生的材料504的活性进行评估。因为粘接到捕捉目标602的感兴趣的材料504由在步骤408处将捕捉目标602从其中移除的围栏256中的生物活性产生，所以在步骤412处对粘结到移除的捕捉目标602的感兴趣的材料504进行评估可提供能够评估来自围栏256中的生物活性的信息。图12到图14示出步骤412的示例。
如图12所示，在步骤412处，测定材料1202可以是通过通道252流动的流506。测定材料1202可以粘结到位于移除的捕捉目标602上的感兴趣的材料504，并表现出明显的、可检测的行为。例如，测定材料1202可包含标签，该标签包括特异粘结感兴趣的生物材料504的粘结物质(例如，在位于感兴趣的材料504上的位置处，该位置不同于通过捕捉目标602粘结的位置)。在其中感兴趣的生物材料504是抗体的情况下，标签可包括Fc受体并且捕捉目标602可包括被抗体粘结的抗原，反之亦然。在图12到图14所示的示例中，测定材料1202可包括粘结到位于捕捉目标上的感兴趣的材料504并辐射能量1402的标签，如图14所示。因此，例如，测定材料1202可包括特异粘结感兴趣的生物材料504且被连接到发色团的粘结物质。在其他实施例中，测定材料1202可包括例如特异粘结感兴趣的生物材料504的连接到萤光素酶的粘结物质。在后一种情况下，测定材料1202还可包括适当的萤光素酶底物(例如，萤光素底物)。因此，测定材料1202可发荧光或发光。无论如何，测定材料1202可以足够的数量被提供至移除的捕捉目标602足够的时间，以使测定材料1202粘结到基本上全部的粘结到移除的捕捉目标602的感兴趣的材料504。
如图13所示，此后，未粘结到移除的捕捉目标602中的一个的测定材料1202可以被冲洗出通道252。例如，测定材料1202的流506接着可以是通道252中的介质244(或任何洗涤材料)的流，其可以基本上将未粘结到位于移除的捕捉目标602上的感兴趣的材料504的所有测定材料1202从通道252洗掉。如图13所示，通道252中的捕捉目标602现可包括粘结到捕捉目标602的感兴趣的材料504和粘结到感兴趣的材料504的测定材料1202。
如图14所示，测定材料1202可辐射可以由检测器224检查的能量1402。在一些实施例中，测定材料1202可能需要刺激(例如，通过光或其他辐射，或者化学催化剂或底物(其可以通过通道252流动))来触发能量1402的辐射。从移除的捕捉目标602辐射的能量1402的可检测的特征(诸如水平、亮度、颜色(例如，特定波长)等)可对应于粘结到移除的捕捉目标602的测定材料1202的量，可对应于粘结到移除的捕捉目标602的生物材料的量，进而可对应于将该捕捉目标602从其中移除的围栏256中的细胞群体500的产生感兴趣的材料504的能力。在一些实施例中，测定材料可以被反复地刺激。例如，可以定期地进行光刺激，并且在每次刺激之后检测产生的任何辐射。可替代地，化学催化剂或底物(例如，萤光素)可以流入到通道252中，依靠该化学催化剂或底物可以检测可检测的辐射。在适当的时间段之后，可以从通道252清除化学催化剂，在此之后，该过程可以被重复。
步骤412可包括检测从在步骤408处从围栏256移除的每个单独的捕捉目标602辐射的能量1402的水平。例如，检测器224可检测来自通道252中的每个移除的捕捉目标602的能量1402的水平。如针对步骤410所指出的，可以保持每个移除的捕捉目标602与将该捕捉目标602从其中取出的围栏256之间的相关性，例如，在类似上述表1的数字表中。从作为步骤412的一部分检测的每个移除的捕捉目标602辐射的能量1402的水平可以存储在这样的表中，如下方的表2所示，其可包括用于检测到的能量水平的列。
在图4的步骤414中，过程400可以识别具有期望的细胞群体500的保持围栏256，并且至少在默认情况下，还可以识别具有不期望的细胞群体500的保持围栏256。例如，在步骤414中，过程400可以确定哪些移除的捕捉目标602辐射高于(或低于)阈值水平的能量，并且与那些移除的捕捉目标602的相关保持围栏可以别识别为具有期望的细胞群体500。与以低于阈值水平辐射1402的移除的捕捉目标602相关的保持围栏256可以被识别为包含不期望的细胞群体500。
与在步骤414处仅识别具有期望和不期望的细胞群体500的保持围栏256相反，在其他实施例中，过程400可以定量地评价对应于移除的捕捉目标602的每个保持围栏256中的细胞群体500。例如，过程400可以检测和量化由每个移除的捕捉目标602辐射的能量1402，并因此评价在将移除的捕捉目标602从其中取出的每个保持围栏256中的细胞群体500产生感兴趣的材料504的能力。
在一些实施例中，检测器224可以捕获图像，根据该图像，操作人员或控制器230可以计算或粗略估计将移除的捕捉目标602中的一个从其中取出的每个保持围栏256中的细胞502的数量。在这样的实施例中，过程400可利用作为步骤412的一部分检测的辐射能量1402水平(或其它特征，诸如颜色、亮度等)以及保持围栏256中的细胞的数量来将在特定保持围栏256中的细胞502的群体500产生感兴趣的材料504的能力确定为每个细胞502比率。然后，过程400可利用前述内容以在步骤414处识别具有期望的细胞群体500的保持围栏256。
无论如何，在步骤414之后，可以将期望的细胞群体500从其各自的保持围栏256移除到装置200中的其他位置，或者用于进一步处理、分析、测试或使用的其他装置(未示出)。例如，期望的细胞群体500可以被选择和移动，如2014年10月22日提交的美国专利申请序列第14/520,150号中所示的，该专利作为即时申请转让给同一受让人。
图4是示例，并且可以设想过程400的许多变型。例如，在捕捉目标602处于保持围栏256中时，过程400可以在步骤412处对生物活性进行评估。在一些变型中，过程400因此不需要包括步骤408、410或者步骤408和410可以被跳过。作为另一个示例，所有步骤402到414不需要以图4所示的顺序执行。
图15示出用于测定微流体装置的保持围栏中的生物活性的过程1500的又一个示例。过程1500可以是更具一般性的过程100的更狭义示例，其中，在图15的过程1500中，针对第一数量(n)特征，然后针对第二数量(m)特征测试生物活性，其中n和m(其可以是相同数量或不同数量)均可以等于或大于任何整数值。为了便于说明和讨论，参照图2A到图2C的微流体装置200对过程1500进行如下讨论，选择器222可以被配置如图3A和3B所示。然而，过程1500不限于此，并可因此在其他微流体装置上执行。
如图15所示，在步骤1502处，过程1502可以培养微流体装置中的保持围栏中的生物活性。步骤1502可以类似图1的步骤104或者图4中的步骤402被执行。例如，总体地根据图4的上述讨论，生物活性可以通过图2A到图2C的微流体装置200的每个围栏256中的一个或更多个生物细胞产生一个或更多个感兴趣的不同的材料。步骤1502的培养可以在过程1500的整个执行期间连续地执行，并且步骤1502的培养可因此在步骤1504和/或1506期间被继续。
在步骤1504处，过程1500可以针对n个特征(每个特征可以是不同的特征)测试每个保持围栏256中的生物活性。这n个特征可以是针对如上所讨论的图1和图4的过程100或过程400测试的任何特征或者生物活性的其他特征。用这种方式评估多个特征对于包括抗体鉴定的众多应用而言是可取的。因此，例如，多个评估可有助于以下中的任何：识别构象特异性抗体(例如，不同的特征可以是用于粘结特定抗原的不同构象的抗体分析物的能力)；抗体分析物的表位定位(例如，不同的特征可以是粘结到抗原的各种基因或化学改变形式的能力)；评估抗体分析物的物种交叉反应性(例如，不同的特征可以是用于粘结到来自不同物种(诸如人类、老鼠、大老鼠和/或其他动物(例如，实验动物))的同源抗原的抗体分析物的能力；以及抗体分析物的IgG同型(例如，不同的特征可以粘结到IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgM、IgA、IgE和/或IgD的能力)。例如，在“Dhungana et al.(2009),Methods Mol.Biol.524:119-34(敦加纳等人(2009)，分子生物学方法524:119-34)”中已经对用于抗体的表位定位的化学改变的抗原的产生进行了描述。可以从评估多个特征中获益的其他应用包括，例如，检测与细胞健康、癌症、感染(例如，病毒、细菌、寄生虫等)、炎症、对治疗剂的反应等相关的标记。
在步骤1504处，过程1500可以执行表明每个围栏256中的生物活性是否具有n个特征中的任何一个或更多个的测试。因此，在一些实施例中，如果生物活性只有n个特征中的一个，则围栏256中的生物活性被认为在步骤1504处测试阳性。在其他实施例中，仅在生物活性具有所有n个特征的情况下，则围栏256中的生物活性才被认为在步骤1504处测试阳性，以及在其他实施例中，如果生物活性具有n个特征中的q个，其中q大于1但小于n，则围栏256中的生物活性被认为在步骤1504处测试阳性。
在步骤1506处，过程1500可以针对m个不同的特征(其每一个可以是不同的特征)测试在步骤1504处测试阳性的每个保持围栏256中的生物活性。在步骤1506处测试的m个特征可以不同于在步骤1504处测试的n个特征。该m个特征可包括针对如上所述的图1和图4的过程100或过程400测试的任何特征或者生物活性的其他特征。可替代地，在步骤1506处测试的m个特征与在步骤1504处测试的n个特征之间可以重叠。
可以以上述所讨论的用于执行步骤1504的任何方式执行步骤1506。例如，在步骤1506处，过程1500可以执行表明在步骤1504处测试阳性的围栏256中的生物活性是否具有m个特征中的任何一个或更多个的测试。因此，在一些实施例中，如果生物活性仅具有m个特征中的一个，则围栏256中的生物活性被认为在步骤1506处测试阳性。在其他实施例中，只有生物活性具有所有m个特征，则围栏256中的生物活性才被认为在步骤1506处测试阳性，以及在其他实施例中，如果生物活性具有m个特征中的p个，其中p大于1但小于m，则围栏256中的生物活性被认为在步骤1506处测试阳性。
图16和图17示出可执行图15的步骤1504和/或步骤1506的过程1600、1700的示例。
首先转到图16，在步骤1602处，过程1602可将数量x个捕捉目标移动到微流体装置200的每个围栏256中。例如，数量x可以是1和n之间(包括1和n)的所有数。图18(其示出图2A到图2C的微流体装置200的流动区域240的一部分的俯视剖视图)示出示例。如图所示，x个捕捉目标1812可以被移动到围栏256中。捕捉目标1812可以串行地、并行地、或者以串行和并行组合地被移动到围栏256中。又如图所示，生物微目标1802可以是在围栏256中。虽然在围栏256中示出三个生物微目标1802，但其可以有一个、两个或多于三个。生物微目标1802可以是例如产生一个或更多个感兴趣的材料的生物细胞。
每个捕捉目标1812可包括特异粘结到特定的感兴趣的生物材料的粘结物质。例如，该粘结物质可具有用于特定的感兴趣的生物材料的至少大约1mM或更强(例如，大约100μΜ、10μΜ、1μΜ、500nM、400nM、300nM、200nM、100nM、75nM、50nM、25nM、15nM、10nM、5nM、2.5nM、1nM或更强)的亲和力(例如，Kd)。这样的亲和力可以比例如用于除特定的感兴趣的生物材料之外的任何材料(或者存在于保持围栏和/或微流体装置中的至少任何其他感兴趣的生物材料)的亲和力强两倍、三倍、四倍、五倍、十倍或更多倍。因此，例如，每个捕捉目标1812可包括不同的粘结物质，其具有这样的用于可存在或由通过图15的步骤1502正在围栏256中培养的生物活性产生的不同的感兴趣的材料的占主导地位的亲和力。否则，捕捉目标1812通常可以与捕捉目标602类似，并且捕捉目标1812可以以上述所讨论的用于选择和移动捕捉目标602的任何方式被选择和移动。
在步骤1604处，该过程可以评估由在步骤1602处移动到围栏256中的x个捕捉目标中的每一个捕捉的生物材料。步骤1604可以类似图1的步骤110或图4的步骤414，并且可以参照图1的步骤110或图4的步骤414以上述所讨论的任何方式被执行。
如图16所示，过程1600可以选择性地被重复任何次数。数量x可以针对步骤1602的每次重复执行相同或不同。因此，例如，过程1600可以被执行一次或更多次直到n个捕捉目标(其每一个可具有不同的粘结物质)已经在步骤1602处被移动到围栏中并在步骤1604处被评估。因此，执行过程1600一次或更多次可使得通过执行步骤1602一次或更多次将总共n个捕捉目标移动到每个围栏中，并通过执行步骤1604一次或更多次来评估由n个捕捉目标捕捉的生物材料。例如，在步骤1602的每次重复执行时，x的值可以是1和n-1(包括n-1)之间的任何数，并且过程1600可以被重复直到在步骤1602的每次重复执行时的x的值总和至少为n。
如所指出的，图15的步骤1504和/或步骤1506可以通过图16的过程1600被执行。如果步骤1506被执行，则在图16的上述讨论中数量n被m所取代。
现参照图17，在步骤1702处，过程1700可以将y材料捕捉目标移动到微流体装置200的围栏256中，其中每个y材料捕捉目标可包括y种不同的粘结物质。数量y可以是2和n(包括2和n)之间的数。图19(其示出图2A到图2C的微流体装置200的流动区域240的一部分的俯视剖视图)示出示例。如图所示，y材料捕捉目标1912可以被移动到具有一个或更多个生物微目标1802的围栏256中，其可以是如上所讨论的。
该y材料捕捉目标1912可包括y种不同的粘结物质，其每一个特异粘结到特定的感兴趣的生物材料。例如，每个粘结物质可具有用于特定感兴趣的生物材料的至少大约1mM或更强(例如，大约100μΜ、10μΜ、1μΜ、500nM、400nM、300nM、200nM、100nM、75nM、50nM、25nM、15nM、10nM、5nM、2.5nM、1nM或更强)的亲和力(例如，Kd)。这样的亲和力可以比例如用于除特定的感兴趣的生物材料之外的任何材料(或者存在于保持围栏和/或微流体装置中的至少任何其他感兴趣的生物材料)的亲和力强两倍、三倍、四倍、五倍、十倍或更多倍。除此之外，y材料捕捉目标1912总体地可以类似于捕捉目标602，并且捕捉目标1912可以以上述所讨论的用于选择和移动捕捉目标602的任何方式被选择和移动。
在步骤1704处，过程1700可以评估由围栏256中的y材料捕捉目标1912捕捉的生物材料。步骤1704可以是类似图1的步骤110或图4的步骤414，并且可以参照图1的步骤110或图4的步骤414以上述所讨论的任何方式被执行。
如图17所示，过程1700可以选择性地重复任何次数。数量y可以针对步骤1702的每次重复执行相同或不同。因此，例如，过程1700可以被执行一次或更多次直到在步骤1702的每次执行时的y的值被相加至至少为n。例如，在步骤1702的每次重复执行时，y的值可以是2和n-2之间的任何数，并且过程1700可以被重复直到在步骤1702的每次重复执行时的y的值总和至少为n。
如所指出的，图15的步骤1504和/或步骤1506可以通过图17的过程1700被执行。如果步骤1506被执行，则在图17的上述讨论中数量n被m所取代。
图20A到图20C示出在可用于本发明的微流体装置和方法的保持围栏的形状上的变型。在每种情况下，保持围栏包括可用于包含生物活性(例如，一个或更多个生物细胞)的区域，以及可以用于包含捕捉目标602的另一个区域。例如，在图20A中，保持围栏256具有包括可包含生物细胞502的左侧部分和可包含捕捉目标602的右侧部分的隔离区域508。保持围栏256还包括具有到通道252的近端开口和到隔离区域508的远端开口的连接区域510。在图20B中，存在类似的结构，但保持围栏256更长且更浅(在连接区域510的深度方面)。在图20C中，保持围栏256包括将可包含生物细胞502的左侧部分与可包含捕捉目标602的右侧部分隔开的薄壁。薄壁是有漏隙的，因此允许在保持围栏256的左侧部分与右侧部分之间扩散感兴趣的生物材料，从而防止生物活性(例如，生物细胞502)接触捕捉目标602。
虽然已经在本说明书中描述了本发明的具体实施例和应用，但这些实施例和应用仅是示例性的，并且能够有很多变型。

Claims (39)

1.一种测定在微流体装置中的生物活性的过程，所述过程包括：
在微流体装置的保持围栏中培养一个或更多个生物细胞，其中所述一个或更多个细胞产生感兴趣的生物材料；
将一个或更多个捕捉微目标引入到所述保持围栏中，其中每个所述捕捉目标包括特异粘结所述感兴趣的生物材料的粘结物质；
允许将由所述一个或更多个生物细胞产生的所述感兴趣的生物材料粘结到所述一个或更多个捕捉微目标；以及
对粘结到所述捕捉微目标的所述感兴趣的生物材料进行评估。
2.根据权利要求1所述的过程，还包括在允许所述感兴趣的生物材料粘结到所述一个或更多个捕捉微目标之后，但在对粘结到所述一个或更多个捕捉微目标的所述感兴趣的生物材料进行评估之前，从所述保持围栏移除所述一个或更多个捕捉微目标。
3.根据权利要求2所述的过程，其中移除所述一个或更多个捕捉微目标包括将所述一个或更多个捕捉微目标移动到位于所述微流体装置内的测定区域。
4.根据权利要求3所述的过程，其中所述测定区域是位于所述微流体装置中的通道中的挡块。
5.根据权利要求3所述的过程，其中所述测定区域是位于所述微流体装置内的腔室。
6.根据权利要求2所述的过程，其中移除所述一个或更多个捕捉微目标包括：
将所述一个或更多个捕捉微目标移动到所述微流体装置中的通道；以及
从所述微流体装置输出所述一个或更多个捕捉微目标。
7.根据权利要求2到6中任一项所述的过程，其中移除所述一个或更多个捕捉微目标包括：
形成在所述保持围栏中捕集所述捕捉微目标中的至少一个的光阱，所述光阱通过将包围捕捉微目标中的所述至少一个的光图案投射到所述微流体装置的内表面上来形成；以及
将所述光阱从所述保持围栏移动到所述微流体装置中的通道。
8.根据权利要求2到6中任一项所述的过程，其中所述一个或更多个捕捉微目标是磁性的，并且其中移除所述一个或更多个捕捉微目标包括将磁场施加到所述微流体装置。
9.根据权利要求2到8中任一项所述的过程，还包括将每个所述移除的捕捉微目标与将所述移除的捕捉微目标从其中移除的所述保持围栏相关联。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的过程，其中所述评估包括确定粘结到所述一个或更多个捕捉微目标的所述感兴趣的生物材料的类型。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的过程，其中所述评估包括确定粘结到所述一个或更多个捕捉微目标的所述感兴趣的生物材料的的活性。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的过程，其中所述评估包括确定粘结到所述一个或更多个捕捉微目标的所述感兴趣的生物材料的量。
13.根据权利要求10到12中任一项所述的过程，其中所述确定包括：
将测定材料粘结到粘结至所述一个或更多个捕捉微目标的所述感兴趣的生物材料；以及
检测所述一个或更多个捕捉微目标与来自所述测定材料的辐射之间的相关性。
14.根据权利要求13所述的过程，其中所述确定还包括，在将所述测定材料粘结到所述感兴趣的生物材料之后，但在检测所述一个或更多个捕捉微目标与来自所述测定材料的辐射之间的相关性之前，从所述一个或更多个捕捉微目标洗掉未粘结的测定材料。
15.根据权利要求13所述的过程，还包括确定与每个所述捕捉微目标相关的辐射是否对应于预定特征。
16.根据权利要求1到15中任一项所述的过程，其中所述感兴趣的生物材料是蛋白质。
17.根据权利要求16所述的过程，其中所述蛋白质是抗体。
18.根据权利要求1所述的过程，其中在所述一个或更多个捕捉微目标处于所述保持围栏中时执行所述评估。
19.根据权利要求1到18中任一项所述的过程，其中所述一个或更多个捕捉微目标的所述粘结物质具有至少1μΜ的用于所述感兴趣的生物材料的亲和力。
20.根据权利要求1到19中任一项所述的过程，其中所述保持围栏中的所述一个或更多个生物细胞包括生物细胞的克隆群体。
21.根据权利要求1到19中任一项所述的过程，其中所述保持围栏中的所述一个或更多个生物细胞是单细胞。
22.根据权利要求1到21中任一项所述的过程，其中所述一个或更多个捕捉微目标是单个捕捉微目标。
23.根据权利要求1到21中任一项所述的过程，其中所述一个或更多个捕捉微目标包括多个捕捉微目标，其每一个包括与所述多个捕捉微目标中的其它捕捉微目标的粘结物质不同的粘结物质。
24.根据权利要求23所述的过程，其中所述感兴趣的生物材料是抗体，并且其中所述多个捕捉微目标中的每一个包括粘结到与由所述多个捕捉微目标中的其他捕捉微目标的粘结物质粘结的同种型抗体不同的同种型抗体的粘结物质。
25.根据权利要求23所述的过程，其中所述感兴趣的生物材料是抗体，并且其中所述多个捕捉微目标中的每一个包括对应于由所述抗体识别的抗原的表位的粘结物质。
26.根据权利要求23所述的过程，其中所述感兴趣的生物材料是抗体，并且其中所述多个捕捉微目标的一个捕捉微目标包括对应于由所述抗体或其表位识别的抗原的粘结物质，以及其中所述多个捕捉微目标的所述其他捕捉微目标每个包括对应于来自不同物种或其表位的所述抗原的同源物的粘结物质。
27.一种测定微流体装置中的生物活性的过程，所述过程包括：
在微流体装置的保持围栏中培养一个或更多个生物细胞，其中所述一个或更多个细胞产生n种不同的感兴趣的生物材料；
将n种不同类型的捕捉微目标引入到所述保持围栏中，每种所述类型的捕捉微目标包括特异粘结到所述n种不同的感兴趣的生物材料中的一种的粘结物质；
允许将由所述一个或更多个生物细胞产生的所述n种不同的感兴趣的生物材料粘结到所述n种不同类型的捕捉微目标；以及
对所述n种不同的感兴趣的生物材料与所述n种不同类型的捕捉微目标之间的粘结进行评估。
28.根据权利要求27所述的过程，其中如果所述n种不同的感兴趣的生物材料中的至少一种特异粘结到所述n种不同类型的捕捉微目标中的一个，则所述评估的结果为阳性。
29.根据权利要求23所述的过程，其中如果至少两种所述n种不同的感兴趣的生物材料每种特异粘结到所述n种不同类型的捕捉微目标中的一个，则所述评估的结果为阳性。
30.根据权利要求23所述的过程，其中如果所有n种不同的感兴趣的生物材料每种特异粘结到所述n种不同类型的捕捉微目标中的一个，则所述评估的结果为阳性。
31.根据权利要求27到30中任一项所述的过程，其中所述n种不同类型的捕捉微目标被同时引入到所述围栏中。
32.根据权利要求27到30中任一项所述的过程，其中所述n种不同类型的捕捉微目标被顺序引入到所述围栏中。
33.一种测定微流体装置中的生物活性的过程，所述过程包括：
在微流体装置的保持围栏中培养一个或更多个生物细胞，其中所述一个或更多个细胞产生n种不同的感兴趣的生物材料；
将一个或更多个y材料捕捉微目标引入到所述保持围栏中，每个y材料捕捉微目标包括y种不同的粘结物质，其每一个特异粘结到所述n种不同的感兴趣的生物材料中的一种；
允许由所述一个或更多个生物细胞产生的所述n种不同的感兴趣的生物材料粘结到所述y材料捕捉微目标；以及
对在所述n种不同的感兴趣的生物材料与所述y材料捕捉微目标之间的粘结进行评估。
34.一种微流体装置，包括：
围界，包括通道、保持围栏和测定区域，
其中所述保持围栏包括隔离区域和连接区域，所述连接区域具有到所述通道的近端开口和到所述隔离区域的远端开口；以及
其中所述测定区域邻近于所述保持围栏。
35.根据权利要求34所述的微流控装置，其中所述测定区域包括位于所述通道内的挡块。
36.根据权利要求34所述的微流控装置，其中所述测定区域包括具有到所述通道的开口的测定腔室，其中所述测定腔室位于所述保持围栏旁边。
37.根据权利要求34所述的微流控装置，其中所述测定区域包括具有到所述通道的开口的测定腔室，其中到所述测定腔室的所述开口相对于所述保持围栏的所述连接区域的所述近端开口直接位于所述通道的对面。
38.根据权利要求36或37所述的微流控装置，其中所述测定腔室基本上缺少隔离区域。
39.根据权利要求34到38中任一项所述的微流控装置，其中所述装置还包括用于在所述围界内产生磁力的装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110268414A (zh) * 2016-12-01 2019-09-20 伯克利之光生命科技公司 微流体装置中的微物体的自动检测和重新定位
CN110331125A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 南京航空航天大学 一种自动化实现多组细胞配对方法
CN110799840A (zh) * 2016-10-23 2020-02-14 伯克利之光生命科技公司 筛选b细胞淋巴细胞的方法
CN112703059A (zh) * 2018-07-12 2021-04-23 伯克利之光生命科技公司 针对抗病性状筛选植物原生质体

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201900002777A1 (it) * 2019-02-26 2020-08-26 Menarini Silicon Biosystems Spa Metodo e sistema microfluidico per l'isolamento di particelle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101548004A (zh) * 2005-08-19 2009-09-30 加利福尼亚大学董事会 用于诊断学和细胞分析的微流体方法
WO2010005593A1 (en) * 2008-07-11 2010-01-14 President And Fellows Of Harvard College Systems and methods of droplet-based selection
CN102215966A (zh) * 2008-10-10 2011-10-12 都柏林城市大学 微流体多路细胞和分子分析装置和方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2872912B1 (fr) * 2004-07-09 2007-03-02 Centre Nat Rech Scient Cnrse Nouveau systeme microfluidique et procede de capture de cellules
EP2053396A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device and method for the monitoring of the movement of cells
CN201427971Y (zh) * 2009-06-19 2010-03-24 东南大学 由单路电信号激励的细胞阵列式排布芯片
CN101580797B (zh) * 2009-06-19 2012-02-22 东南大学 一种低成本细胞定位排布芯片及应用方法
CN102580794B (zh) * 2011-01-13 2014-03-19 博奥生物有限公司 可定位细胞及生物体的微流控芯片及其应用
CN102296028B (zh) * 2011-09-08 2013-05-15 岭南大学校产学协力团 基于微孔微电极阵列的高通量细胞电融合微流控芯片装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101548004A (zh) * 2005-08-19 2009-09-30 加利福尼亚大学董事会 用于诊断学和细胞分析的微流体方法
WO2010005593A1 (en) * 2008-07-11 2010-01-14 President And Fellows Of Harvard College Systems and methods of droplet-based selection
CN102215966A (zh) * 2008-10-10 2011-10-12 都柏林城市大学 微流体多路细胞和分子分析装置和方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110799840A (zh) * 2016-10-23 2020-02-14 伯克利之光生命科技公司 筛选b细胞淋巴细胞的方法
CN110799840B (zh) * 2016-10-23 2022-03-01 伯克利之光生命科技公司 筛选b细胞淋巴细胞的方法
CN110268414A (zh) * 2016-12-01 2019-09-20 伯克利之光生命科技公司 微流体装置中的微物体的自动检测和重新定位
CN110268414B (zh) * 2016-12-01 2023-08-01 伯克利之光生命科技公司 微流体装置中的微物体的自动检测和重新定位
CN112703059A (zh) * 2018-07-12 2021-04-23 伯克利之光生命科技公司 针对抗病性状筛选植物原生质体
CN110331125A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 南京航空航天大学 一种自动化实现多组细胞配对方法
CN110331125B (zh) * 2019-06-28 2023-04-07 南京航空航天大学 一种自动化实现多组细胞配对方法

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