CN111032183A - 从液体中分离颗粒的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可与散装液体接触以进行颗粒分离的表面。所述表面包括间隔开的多个肋，以在其间通过毛细作用保留一部分散装液体和目标颗粒。总体上，由表面上的多个肋保留的散装液体的该部分形成液膜。可以保护容纳在空间中并被液膜包围的一种或多种颗粒免受通过该表面上的排液弯月面施加的一种或多种力的影响。

Description

从液体中分离颗粒的装置和方法
相关申请
本申请要求于2017年5月26日提交的美国临时专利申请号62/511,503的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及液体和表面的相互作用，并且更具体地涉及液体中的一个或多个颗粒与表面的相互作用。本发明还涉及存在于液体中并与所述表面接触的颗粒或其子集的分离。
背景技术
在许多应用中，可以使颗粒与一表面接触，以使它们与散装液体(bulk liquid)或散装液体中的其他颗粒隔离开。随后将散装液体与任何污染性颗粒一起去除可能是分离并富集目标颗粒的有效方法。但是，将散装液体从该表面去除可能会对与该表面接触的颗粒施加一定的力。这种力可能对与该表面接触的颗粒或从散装液体中回收的分离颗粒的回收率造成损失。
液体-表面相互作用在气-液-固界面处，散装液体与表面接触的地方可能形成弯月面。在排液或填充过程中，弯月面经过表面可能会对气-液-固界面处的颗粒施加某些力，包括摩擦力，静摩擦力和剪切力。因此，排液弯月面可以对与该表面接触的颗粒施加净力，从而将所述颗粒从该表面移开。
在细胞生物学领域中，从不同的细胞群中分离出一个细胞群或从散装液体中分离出细胞群的效率，可能在通过倾倒或抽吸去除散装液体的过程中受到影响，而所需的细胞群则通过选择性力集中并保留在表面，例如容器边界上。例如，磁性标记的细胞可能会被放置在容器附近的磁铁富集在容器表面的液膜中。为了有效分离，在去除包含没有磁性标记的细胞和其他污染物的散装液体时，磁性标记的细胞应被保留在表面。
因此，需要一种装置和方法，当排液弯月面经过颗粒时，可以对与表面接触的颗粒提供更好的保护。
发明内容
本文公开的方法和装置提供了采用肋的表面和方法，该表面和方法可有助于减少在散装液体的排液弯月面的影响下表面上的颗粒的剪切。可以通过在表面的第一肋和第二肋之间的空间中，通过毛细作用保留一部分散装液体形成液膜来减少颗粒的这种剪切。
作为非限制性示例，在(1)总回收率值，(2)增加初始颗粒数范围，使得分离低颗粒数时更有效，(3)减小分离性能的差异，(4)以及分离时间更快方面，本发明所公开的方法和装置可以改善从包括多种颗粒的散装液体中分离颗粒的手动倾倒和自动移液方法的总体性能。
在广义上，提供了一种用于从散装液体中分离颗粒的装置。该装置包括要与含颗粒的散装液体接触的表面；表面上的多个肋，包括至少第一肋和与所述第一肋间隔开一间距的第二肋；以及第一肋和第二肋之间的空间，其尺寸设计成当与表面接触的液体被从表面上移走时，部分散装液体和其中至少一部分颗粒通过毛细作用滞留在该空间中。
在一些实施例中，第一肋沿第一纵轴延伸，并且其中第二肋沿第二纵轴延伸。
在一些实施例中，第二纵向轴线基本平行于第一纵向轴线。
在一些实施例中，第一纵向轴线和第二纵向轴线通常是线性的。
在一些实施例中，第一肋包括：第一侧壁，其从该表面延伸远离并且具有第一基底边缘和第一突出边缘；以及第二侧壁，其从表面延伸远离并且具有第二基底边缘和第二突出边缘；第一基底边缘与第二基底边缘间隔开第一肋宽度，并且第一突出边缘在第一顶点高度处与第二突出边缘连接，并且第二肋包括第三侧壁，第三侧壁从该表面远离地延伸并具有第三基底边缘和第三突出边缘，以及第四侧壁，其从该表面远离地延伸并且具有第四基底边缘和第四突出边缘，第三基底边缘与第四基底边缘间隔开第二肋宽度而第三突出边缘在第二顶点高度处与第四突出边缘连接。
在一些实施例中，第一顶点高度和第二顶点高度分别在大约20μm至大约1mm之间。
在一些实施例中，该装置还包括第三肋，该第三肋与第二肋隔开该间距距离，该第三肋包括第五侧壁，该第五侧壁从该表面远离地延伸并且具有第五基底边缘和第五突出边缘，以及第六侧壁，其从该表面远离地延伸并具有第六基底边缘和第六突出边缘，第五基底边缘与第六基底边缘间隔开第三肋宽度，并且第五突出边缘在第三顶点高度处与第六突出边缘连接。
在一些实施例中，第三顶点高度在大约20μm与大约1mm之间，并且不同于第一顶点高度和第二顶点高度。
在一些实施例中，第一突出边缘通过第一顶壁连接到第二突出边缘，并且第三突出边缘通过第二顶壁连接到第四突出边缘。
在一些实施例中，第五突出边缘通过第三顶壁连接到第六突出边缘
在一些实施例中，第一顶壁、第二顶壁和第三顶壁的宽度在大约1μm至大约1mm之间。
在一些实施例中，该间距距离为至少1μm。
在一些实施例中，该间距距离小于大约1mm。
在一些实施例中，多个肋中相邻的肋之间的该间距是均匀的。
在一些实施例中，第一肋具有在与第一纵向轴线正交的平面中的第一横截面形状，并且第二肋具有在该平面中的第二横截面形状。
在一些实施例中，第一横截面形状与第二横截面形状相同。
在一些实施例中，第一横截面形状是四边形。
]在一些实施例中，第一横截面形状是三角形。
在一些实施例中，第一纵向轴线和第二纵向轴线相对于其上的散装液体的流动方向定向，使得第一纵向轴线和第二纵向轴线不平行于流动方向。
在一些实施例中，该表面包括容器的内表面。
在一些实施例中，第一顶壁和第二顶壁与容器的内表面共面。
在一些实施例中，容器是试管。
在一些实施例中，第一肋和第二肋沿表面纵轴延伸一肋长度，并且其中该肋长度为表面纵轴的5％至95％。
在广义上，提供了一种用于容纳含颗粒的散装液体的容器。所述容器包括：封闭的底端，其具有底壁；敞开的上端；一个或多个从底端延伸至上端的侧壁；以及界定容器内部的内表面以及相对的外表面；在内表面上并从内表面远离地延伸到容器内部的多个肋，所述多个肋至少包括第一肋和与第一肋间隔开一间距的第二肋；以及位于第一肋与第二肋之间的空间；从而，当散装液体容纳在容器的内部时，散装液体接触内表面，第一肋和第二肋以及第一肋和第二肋之间的空间，并且第一肋和第二肋的尺寸确定为当从表面去除与表面接触的散装液体时，散装液体的一部分和其中的至少一部分颗粒在第一肋和第二肋之间毛细滞留。
在一些实施例中，侧壁沿着容器轴线从底端延伸到上端，并且其中第一肋沿着平行于容器轴线的第一肋轴线延伸。
在一些实施例中，多个肋覆盖侧壁内表面的5％至95％的面积。
在一些实施例中，多个肋位于容器的底端，中间或上端。
在一些实施例中，侧壁包括多个肋。
在一些实施例中，多个肋与容器侧壁一体地形成。
在广义的方面，提供一种使用包括一表面以及在该表面上的多个肋的装置从散装液体中分离颗粒的方法，所述肋包括：至少一个第一肋和与第一肋间隔开一间距的第二肋；以及位于第一肋和第二肋之间的空间。该方法包括：使装置与散装液体接触，从而散装液体接触该表面，第一和第二肋，以及第一和第二肋之间的空间；将散装液体中颗粒的至少第一部分容纳到第一和第二肋之间的空间中；从该表面上去除散装液体，使部分散装液体毛细滞留在第一和第二肋之间，以在其间形成液膜；当从表面上去除散装液体时，保护容纳在第一肋和第二肋之间并夹带在液膜中的颗粒免受排液弯月面的一个或多个力的作用；并使夹带在液膜内的受到保护的颗粒重新悬浮在缓冲液中。
在一些实施例中，该方法还包括施加第一力以将颗粒推入第一肋与第二肋之间的空间中。
在一些实施例中，进入空间的颗粒的至少第二部分响应于第一力。
在一些实施例中，第一力是磁性吸引力，并且响应颗粒具有被吸引到磁体的第一磁荷，使得该装置在磁体和散装液体之间，由此第一力朝向该空间推动颗粒的第一部分。
在一些实施例中，在没有第一力的情况下，容纳到空间中的颗粒将空间排空。
在一些实施例中，该方法还包括将抗磁性添加剂添加到散装液体中。
在一些实施方案中，抗磁性添加剂是钆。
根据以下附图和详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。然而，应当理解的是，详细说明和具体示例虽然表明了本发明的优选实施方式，但是其仅以说明性方式给出，因为根据该详细说明，在本发明的本质和范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
现在将结合附图描述本发明，其中：
图1A根据一个实施例，示出了用于从散装液体中分离颗粒的装置的透视图，该装置具有包括多个肋的基本平坦的表面。
图1B根据另一实施例，示出了用于从散装液体中分离颗粒的装置的透视图，该装置成形为试管，在其具有的一表面上包括多个肋。
图1C根据另一个实施例，示出了用于从散装液体中分离颗粒的两个装置的分解图，该装置成形为圆形培养容器，在其具有的一表面上包括多个肋。
图1D示出了图1C的培养皿的仰视图。
图1E根据另一个实施例，示出了用于从散装液体中分离颗粒的装置的透视图，该装置成形为矩形培养容器，在其具有的一表面上包括多个肋。
图2示出了包括多个肋的图1装置的示例性表面的剖视图。
图3A示出了具有各种肋图案的图1的装置的示例性表面的俯视图。所示出的包括多个肋的表面可以是基本平坦的表面，或非平坦表面的一部分。
图3B示出了在其内侧壁上包括多个肋的实验管的前视图。其内表面上的肋可以是如图3A所示的图案。
图4A示出了一表面的正投影俯视图/前视图，该表面包括已经与含颗粒的散装液体接触的多个肋。
图4B示出了在散装液体中的至少一部分颗粒已经受到第一力作用并且已经开始从该表面去除散装液体之后的图4A所示表面的正投影俯视图/前视图。。
图4C示出了一旦所有的散装液体基本上都已经从表面去除后，图4B所示表面的正投影俯视图/前视图。
图4D示出了图4C所示表面沿线A的侧视图。
图4E示出了图4C所示表面沿线B的正投影前视图/俯视图。
图5A示出了将颗粒剪切离开表面的排液弯月面的剖视图。
图5B示出了通过在一表面的第一肋和第二肋之间延伸的液膜来保护颗粒免受排液弯月面影响的剖视图。
图6A示出了在细胞分离的倾倒法中弯月面剪切的示意图。
图6B示出了透视图照片，其描绘了容器的侧壁的颗粒/细胞在排液弯月面经过时的剪切效应。在此，使用抗CD45磁性标记抗体对PMBC进行了阳性选择。将试管放在STEMCELLSilver磁铁中10分钟，盖上盖子，将磁铁倾斜至水平，然后小心地拉出试管以拍摄图像。
图7示出了去除主体流体后，滞留在G管(槽管)和F管(Falcon试管)中的分离细胞的存活率提高的示意图。
图8显示了评估在各种分离过程下使用G管(槽管)和F管(Falcon试管)分离的细胞的纯度和回收率的图。“S”表示分离步骤，其包括旨在从该表面去除大部分分离的细胞和/或颗粒的清洗步骤，并且“R”表示其目的不是从该表面去除大部分分离的细胞和/或颗粒的冲洗步骤。
图9A根据一个实施例，示出了在其内侧壁上包括多个肋的管(G-管)的透视剖视图。
图9B示出了图9A中所示方框区域的放大图(i)和(ii)。
图9C示出了图9A中所示的示例性管的透视图，该管在其封闭的底端处包括移液座。
图10A示出了在倾倒细胞分离方法中滞留在G管和F管中的液膜体积的图。该图显示了使用在表面上含不同肋密度的G管和F管的EasySep细胞分离方法的结果。2空间管和4空间管分别指肋密度为1/2和1/4的管。
图10B示出了在抽吸细胞分离方法中滞留在G管和F管中的液膜体积的图。该图显示了使用在表面上含不同肋密度的G管和F管(如图8A所示)的RoboSep细胞分离方法的结果。
图11示出了显示在使用G管和F管进行细胞分离的抽吸或倾倒方法中，抗磁性添加剂对回收率和纯度的影响图。
具体实施方式
本文所述的采用肋的表面可以与包含一个或多个颗粒群的散装液体结合使用。多个肋可以有助于保护与该表面接触的颗粒群的至少一部分颗粒免受通过其上的排液弯月面施加的某些力的影响。
本发明的颗粒可以是任何生物或非生物颗粒。生物颗粒可以包括但不限于：细胞，无论是原核细胞还是真核细胞，以及它们的聚集体；亚细胞成分，例如细胞器或细胞外囊泡；蛋白质；核酸；或朊粒。非生物颗粒可包括但不限于：包含一种或多种金属和/或类金属或任何其他无机物的颗粒；或包含有机物的颗粒。在某些实施方案中，该颗粒可以是生物颗粒和非生物颗粒的组合。例如，本发明的颗粒可包含与一种或多种磁性或可磁化颗粒络合的细胞。本发明的颗粒的平均直径可以在埃级至毫米的范围内。
表面
用于从散装液体1中分离颗粒的装置包括表面10。该表面可以包括任何可与含颗粒的散装液体13接触的材料或由其组成。示例性表面可以包括玻璃，一种或多种聚合物，金属或类金属。在一个实施例中，表面10可以是大致平坦的(图1a)。在另一个实施例中，表面10可以包括容器的内侧壁或内表面，该容器包括但不限于试管，例如底部封闭的试管，烧瓶，瓶子或其他容器(图1b-e)。在任何情况下，容器的大致平坦的表面或内侧壁或内表面均可与液体接触，该液体包括含颗粒的散装液体13。
肋
装置1在表面10上包括多个肋15(图1)。多个肋15至少包括第一肋20和第二肋30(图2)。第一肋20和第二肋30中的每一个都沿着各自的第一纵向轴线和第二纵向轴线延伸。在一个实施例中，第二纵向轴线基本平行于第一纵向轴线。在其他实施例中，第一纵向轴线和第二纵向轴线是大致线性的。在特定的实施例中，第一纵向轴线和第二纵向轴线通常可以不是线性的。在这样的实施例中，第一纵向轴线和第二纵轴可以包括曲折形，螺旋形或锯齿形图案。
如图2所示，第一肋20可以包括第一侧壁21a，该第一侧壁21a从表面10延伸远离，并具有第一基底边缘23a和第一突出边缘25a。第一肋20还可以包括第二侧壁21b，该第二侧壁21b从表面10远离地延伸并且具有第二基底边缘23b和第二突出边缘25b。同样如图2所示，第二肋30可以包括第三侧壁31a，该第三侧壁31a从表面10远离地延伸并且具有第三基底边缘33a和第三突出边缘35a。第二肋30还可以包括第四侧壁31b，该第四侧壁31b从表面10远离地延伸并且具有第四基底边缘33b和第四突出边缘35b。
在一些实施例中，第一基底边缘23a可以与第二基底边缘23b间隔开第一肋宽度wfr。类似地，第三基底边缘33a可以与第四基底边缘33b间隔开第二肋宽度wsr。在这样的实施例中，第一肋宽度wfr和/或第二肋宽度wsr可以是1μm至大约1mm，或者更大。
在其他实施例中，例如当第一肋20和/或第二肋30可分别呈与第一肋20的第一纵向轴线和第二肋30的第二纵向轴线正交的倒三角形横截面形状时，第一侧壁21a和第二侧壁21b，和/或第三侧壁31a和第四侧壁31b可以基本从表面10上的公共点延伸和发散。在这样的其他实施例中，第一基底边缘23a和第二基底边缘23b可以基本上彼此重叠，和/或第三基底边缘33a和第四基底边缘33b也可以彼此基本上重叠。因此，第一肋宽度wfr和/或第二肋宽度wsr可以更适当地在与表面10间隔开的位置处分别跨过第一侧壁21a和第二侧壁21b和/或第三侧壁31a和第四侧壁31b。
第一突出边缘25a可以在第一肋顶点高度hfr处连接到第二突出边缘25b，并且第三突出边缘35a可以在第二肋顶点高度hsr处连接到第四突出边缘35b。在一些实施例中，第一突出边缘25a和第二突出边缘25b可以通过第一顶壁27连接，以及/或者第三突出边缘35a和第四突出边缘35b可以通过第二顶壁37连接。在其他实施例中，例如，各相应的肋具有与第一肋20的第一纵向轴线和/或第二肋30的第二纵向轴线正交的三角形或尖形横截面形状，第一突出边缘25a可以直接连接到第二突出边缘25b，以及/或者第三突出边缘35a可以直接连接到第四突出边缘35b。
在第一肋20和/或第二肋30具有分别在与第一纵向轴线和第二纵向轴线正交的平面中的横截面形状的实施例中，该横截面形状是弓形的或圆形的，肋的相应侧壁的突出边缘可在肋顶点高度处相交。
在另一实施例中，装置1可以进一步包括第三肋40。第三肋40可以包括第五侧壁41a，该第五侧壁41a从表面10远离地延伸并且具有第五基底边缘43a和第五突出边缘45a。第三肋40还可以包括第六侧壁41b，该第六侧壁41b从表面10远离地延伸并且具有第六基底边缘43b和第六突出边缘45b。在一些实施例中，第五基底边缘43a可以与第六基底边缘43b间隔开第三肋宽度wtr。在这样的实施例中，第三肋宽度wtr可以在1μm与大约1mm之间，或者更大。在其他实施例中，例如，当第三肋40呈与第三肋40的第三纵轴正交的倒三角形横截面形状时，第五侧壁41a和第六侧壁41b基本可以从表面10上的公共点延伸和叉开。在这样的其他实施例中，第五基底边缘43a和第六基底边缘43b可以基本上彼此重叠。因此，第三肋宽度wtr可以更适当地在与表面10间隔开的位置处跨过第五侧壁41a和第六侧壁41b。
第五突出边缘45a可以在第三肋顶点高度htr处连接到第六突出边缘45b。在一些实施方式中，第五突出边缘45a和第六突出边缘45b可以通过第三顶壁47连接。在其他实施方式中，例如，所述第三肋40具有垂直于第三肋40的第三纵向轴线的三角形或尖形横截面形状，第五突出边缘45a可以直接连接至第六突出边缘45b。在某些实施例中，第一顶壁27，第二顶壁37和第三顶壁47的宽度可以在大约1μm至大约1mm之间，或者更大。
在一些实施例中，在与表面10正交并从表面10延伸远离的方向上测量第一肋顶点高度hfr(例如在第一顶壁27处取得)，第二肋顶点高度hsr(例如在第二顶壁37处取得)和/或第三顶点肋高度htr(例如在第三顶壁47处取得)，该高度可在20μm至约1mm之间。在某些实施例中，第一肋顶点高度hfr和第二肋顶点高度hsr可以各自在约20μm到约1mm之间。在其他实施例中，第一肋顶点高度hfr和第二肋顶点高度hsr可以相同。在其他实施例中，第三顶点肋高度htr可以在约20μm至大约1mm之间，并且可以分别不同于第一顶点高度和第二顶点高度。
第三肋40可以与第二肋30间隔开，并且第二肋30可以与第一肋20间隔开间距距离p(图2)。间距距离p可以在基本上平行于表面10的平面中并且在相邻的肋之间例如在第二侧壁21b和第三侧壁31a之间测量。间距距离p可以在相邻肋之间的任何点处，例如在沿着相邻肋的相邻侧壁的任何点处测量。根据横截面几何形状(在与相邻肋的纵向轴线正交的平面中取得)，可以在例如第二基底边缘23b和第三基底边缘33a之间测量间距距离p。备选地，可以在例如第二突出边缘25b和第三突出边缘35a之间测量间距距离p。通常，间距距离p应足以容纳至少一个目标颗粒的直径。例如，大多数动物细胞的直径可以为约10至30μm，某些较大的动物细胞如巨核细胞的直径可以为约160μm。此外，许多病毒的直径可以为约30nm至约250nm或更大。更进一步，许多细菌的直径可以为约100nm至约10,000nm或更大。在一些实施例中，间距距离p可以是至少10μm。在其他实施例中，间距距离p可以小于1mm。
在一些实施例中，多个肋15中相邻肋之间的间距距离p可以是均匀的。在其他实施例中，多个肋15中相邻肋之间的间距距离p可能不均匀。在间距距离不均匀的实施例中，间距距离可以在相对较大的间距距离和相对较小的间距距离之间交替。
多个肋15中相应肋的每个侧壁可以与表面10形成一限定边缘。在图2所示的实施例中，在相应肋的每个侧壁与表面10之间形成的边缘可受到多个肋15在与其纵轴正交的平面中取得的横截面形状的影响。多个肋15的横截面形状可以是任何多边形或其一部分。在一些实施例中，第一肋20具有在与第一纵向轴线正交的平面中取得的第一横截面形状，并且第二肋30具有在该平面中取得的第二横截面形状。
尽管在下面的讨论中可能提到第一肋20，但是相同的讨论可以应用于第二肋30和/或第三肋40。在一些实施例中，第一肋20可以包括彼此大致平行的大致平坦的侧壁21a和21b，且以80°到100°之间的角度与表面10相交(图2)。在某些实施例中，侧壁21a和21b可以以大约90°，或90°的角度与表面10相交。在一些实施例中，第一横截面形状基本为正方形或矩形，或者为四边形，例如梯形。在其他实施例中，第一横截面形状向内或向外弯曲，并包括第一顶壁(图2)。
在其他实施例中，第一横截面形状是三角形(图2)。在第一横截面形状为三角形的实施例中，第一侧壁和第二侧壁可以以60°的角度与表面10相交以形成等边三角形。在第一横截面形状是三角形的其他实施例中，第一侧壁和第二侧壁可以与表面10相交以形成等腰三角形。或者，第一横截面形状可以是弓形或半球形(图2)。
在其他实施例中，第一横截面形状可以组合各种形状，例如，第一横截面形状包括四边形并具有弓形或尖形顶壁(图2)。这样的横截面形状可能是合适的，其中颗粒可以与多个肋15的顶壁，例如第一顶壁27或第二顶壁37接触并沉降在该顶壁上，而不是在第一肋20和第二肋30之间的空间50中。在不被前述限制的情况下，本发明可以包括可以促使颗粒进入空间50并远离多个肋15中的一个或多个肋的顶壁的任何形状。在这样的实施例中，第一肋20可以包括第一顶点29，第二肋可以包括第二顶点39，第二顶点39大约是可以与其接触的颗粒的宽度。或者，第一顶点29和第二顶点39的宽度可小于可与其接触的颗粒的宽度。
在一些实施例中，第一横截面形状与第二横截面形状相同。在其他实施例中，第一横截面形状不同于第二横截面形状。
多个肋15可以以任何方式定向，只要这种定向可以在从离开表面10排出散装液体后使一部分散装液体以毛细作用滞留(图3a)。在一个优选实施例中，多个肋15可以大体上沿排液弯月面在表面10上通过的相同方向ds线性地布置，其中(第一肋20和第二肋30各自的)第一纵向轴线和第二纵向轴线相对于散装液体在其上的流动方向定向为使得第一纵向轴线和第二纵向轴线平行于流动方向。而在其他实施例中，多个肋15可相对于排液弯月面在表面10上通过的方向上大致线性地水平dp或基本垂直地延伸。在特定实施例中，(第一肋20和第二肋30各自的)第一纵向轴线和第二纵向轴线相对于散装液体在其上方的流动方向被定向为使得第一纵向轴线和第二纵向轴线不平行于流动方向。在其他实施例中，这些肋可以是曲折形的，螺旋形的，带阴影的或其他样式的，并且沿着纵向轴线在相对于排液弯月面的流动方向沿着该表面的任何方向上延伸。实际上，重要的就是当排液弯月面经过该表面时，肋的定向可有效地以毛细作用保留一部分散装液体。
在用于容纳含颗粒的散装液体113的容器100的实施例中，该容器可以是试管，烧瓶，盘等。在一些实施例中，所述容器可包括：具有底壁的封闭底端；开放的上端；从底壁延伸至上端的一个或多个侧壁；以及界定容器内部的内表面和相对的外表面。在特定实施例中，容器100是试管(图3b)。容器100在其内表面110上包括多个肋115(以上对其各方面做了概括性描述)。多个肋115可以从内表面110延伸到容器100的内部。如上所述，多个肋115至少包括第一肋120和第二肋130。同样如上所述，第二肋130可与第一肋120间隔开一间距距离(图3b中未示出；见图2)；该间距距离限定了第一肋120和第二肋130之间的空间150。
在特定实施例中，侧壁112沿着容器轴线从底端170延伸到顶端180。侧壁112的内表面110包括沿着平行于容器轴线的第一肋轴线延伸的第一肋120。多个肋115可覆盖侧壁112的内表面110的5％-95％的面积。在一些实施例中，内表面110和/或侧壁112可包括从容器100的封闭底端170附近延伸到容器100的开放上端180附近的多个肋115。
在其他实施例中，肋可以基本上不在容器的整个长度上延伸。例如，内表面110的仅一部分可包括多个肋115。在一个实施例中，多个肋115可大致位于容器100的底端170处，例如能在引力，包括但不限于离心力作用下形成一团颗粒。在另一个实施例中，多个肋115可大致位于容器100的顶端180。在又一实施例中，多个肋115可基本位于容器100的中部。本领域技术人员将进一步理解的是，多个肋不必沿着容器的侧壁和/或内表面的整个圆周定位。
肋也可以以适合于特定下游应用的密度设置在表面上。可以通过在单位尺寸的表面10或110的上分别提供期望数量的多个肋15或115来建立肋的密度。作为说明性示例，在整个20mm大小的表面上可能需要十个宽度为1mm的肋。这样的配置可产生每2毫米大小的表面(在适当方向上)具有1个肋的密度。尽管如此，本发明可以涵盖设置在表面上的肋的任何密度，从而所需的密度可能受限于一些因素，例如在表面上形成肋的可行性或通过毛细作用保留一部分通过采用了肋的表面的散装液体的能力。
更进一步地，可以以本领域中已知的任何方式来制备具有多个肋的表面。可以使用注塑成型来制造表面以在其上形成多个肋。或者，可以使用可由3D打印机处理的任何多种基材来对包括肋的表面进行3D打印。或者，可通过在基本光滑的表面上粘附单独的肋而使其具有多个肋。在备选方案中，可通过将布置在通用背衬上的多个肋粘附到基本光滑的表面而使该表面具有肋。更进一步，在例如通过手工或机械刻痕或蚀刻来制造表面之后，可以使表面在物理上具有多个肋。或者，可以通过在表面上施加合适的成分来以在表面上化学地形成多个肋。
空间
装置1或容器100还包括分别位于第一肋20和第二肋30之间的空间50或位于第一肋120和第二肋130之间的空间150。尽管下面的讨论可能集中在装置1和空间50上，但它同样适用于容器100和空间150。
空间50的尺寸设计成当接触表面10的散装液体13从该表面去除时，使散装液体13的一部分60和至少一部分颗粒62通过毛细作用保留在第一肋20和第二肋30之间(参见例如图4b或图4c)。散装液体的一部分在空间中的毛细滞留可能受许多因素影响。这些因素包括但不限于散装液体与表面之间的接触角度，散装液体的粘度，空间的体积以及该表面上的疏水域和亲水域的分布。
在使用装置1或容器100的应用中，空间50的体积vsp以及通过毛细作用保留在第一肋20和第二肋30之间的散装液体13的尾部60是重点考虑因素。空间50的体积vsp是空间50的宽度wsp，空间50的深度dsp和空间50的长度lsp的函数。例如，当散装液体的特征为低密度时，可能需要具有适当小体积的空间。作为另一示例，如果散装液体包括与液态水相当的密度，则肋之间的空间可以是几百微米到几毫米的数量级。
此外，空间50的体积v可以被确定为：以颗粒直径来测量的话，其尺寸可以容纳至少一个颗粒62，该颗粒62能在例如第一力65(例如由磁铁提供的磁场)的影响下容纳在空间内。在一些情况下，亚微米颗粒，例如病毒颗粒或细菌可以被收集在第一肋20和第二肋30之间的空间内。在其他情况下，可以在第一肋20和第二肋30之间的空间50内收集微米级的细胞。在其他情况下，可以在第一肋20和第二肋30之间的空间50内收集几百微米的颗粒，例如哺乳动物细胞聚集体。
当排液弯月面70在表面10上经过时，通过毛细作用保留在空间50内的散装液体13的部分60以及其中的颗粒62的部分处于降低的液体速度中。在这种情况下，排液弯月面70的一个或多个力可相对于散装液体13中通过毛细作用保留的部分60减小，从而保护容纳在第一肋20和第二肋30之间和夹带在散装液体13的部分60中的颗粒62的部分。
液膜
整体地或单独地，在多个肋15之间的空间50内的散装液体13的通过毛细作用保留的部分60可以形成液膜80。从总体上讲，在散装液体13从表面去除后，液膜80可以覆盖表面10(图4e)。
除了受空间vsp的体积的影响外，通过毛细作用保留的散装液体13的部分60(和液膜80)的厚度tlf可能受到液-气-固界面之间的接触角度，液体粘度，液体的表面吸附以及排液弯月面70的速度的影响。当厚度tlf小于颗粒62的直径pd时，可从表面10剪切容纳在第一肋20和第二肋30之间的空间50中的散装液体13中的颗粒62或其一部分。如果厚度tlf小于颗粒62(或颗粒的聚集体)的直径pd，则颗粒62可能会承受从表面10向外作用的力，从而将颗粒62从表面10剪切回散装液体13中(图5a)。例如，在细胞分离过程的典型条件下，在从容器中倒出或抽吸散装液体的过程中，容器表面，例如试管壁上的单个细胞可被弯月面的一个或多个力从表面剪切下来。
如果厚度tlf大于颗粒62的直径pd，则可以避免颗粒62从表面10剪切下来以及/或者从第一肋20和第二肋30之间的空间50剪切出来(图5b)。上述目的可以通过确保排液弯月面的足够速度来实现，或者可以通过采用多个肋15的表面10，以便于通过在表面10上形成因毛细作用保留在第一肋20和第二肋30之间的液膜来减慢排液来实现。这些和其他增加液膜厚度的策略可以单独使用或协同使用。
然而，颗粒分离或隔离性能的优化所涉及的不仅仅是当散装液体被排出时，简单地使尾膜厚度最大化。一方面，太厚的尾膜可能会留下不需要的颗粒，这些颗粒可能靠近表面，但不一定与表面接触，这可能对应于最初随机分布在本体溶液中的颗粒，而不是那些通过例如通过磁力促使直接接触的颗粒。另一方面，尾膜越薄，所需颗粒的回收率就越低，因为在散装液体排液过程中，它们可能会从界面上被剪切下来。因此，表面上的多个肋的特性可能需要如上所述的优化，以实现散装液体通过毛细作用保留的部分(即，液膜)以最大限度地提高后续颗粒的回收率与散装液体的排放以最大限度地提高后续颗粒的回收纯度之间的适当平衡。
实际上，由于样品例如散装液体中的不同颗粒可能以不同的频率存在，所以对于任何给定的颗粒，该表面，肋或它们之间的空间的特性都可以进一步优化。例如，可以基于要保留在多个肋之间的空间内的表面上的颗粒的数量和程度来改变改最佳液膜厚度。此外，第一肋和第二肋之间的空间可能会从液膜中排除较大的颗粒，因此，当将散装液体从表面上去除时，即使有力将较大的颗粒推向该表面，也很容易将排除的颗粒去除。以这种方式，尺寸选择以及特定的磁性标记可用于实现颗粒混合物的分离。
此外，例如通过施加第一力65，散装液体13中的颗粒62的至少第一部分可以被容纳到第一肋20和第二肋30之间的空间50中。这种第一力65可以促使颗粒的第一部分进入第一肋和第二肋之间的空间，并且进入空间50的颗粒的至少第二部分响应于第一力65。当散装液体13从表面10去除时，颗粒的第一部分和/或第二部分可通过保护它们免受排液弯月面70的一个或多个力的影响，从而将它们夹带在液膜80中，并因此保留在空间50和液膜80中。
一旦将散装液体13从表面10上去除，可能希望使受液膜80保护并进入液膜80中的这部分颗粒再悬浮在缓冲液中。因此，在一个实施例中，当将散装液体13从表面10上去除时，表面10上的多个肋15可以保护颗粒62的一部分免受排液弯月面70施加的一个或多个力的作用，但是多个肋15可以不阻止颗粒的该部分在颗粒分离方法的下游步骤中例如在没有第一力65时排空空间50。
更进一步，颗粒在表面上的分布可能影响局部液膜的厚度。因此，在另一个实施例中，肋的尺寸可以确定为使得液膜的厚度可以受肋的影响，而不是受表面上或表面附近的颗粒分布的影响。通过使用表面肋控制液膜厚度和均匀性来减少目标颗粒回收率的差异，可能是使用此设计理念实现的另一个优势。
在颗粒和/或细胞分离方法中的应用
在初步的颗粒和/或细胞分离方法中，当在倒出方案中使用EASYSepTM(加拿大干细胞技术有限公司，STEMCELL Technologies Inc.)时，观察到弯月面剪切效应(图6)。下面将描述从试管中倒出液体的示例性方案的各个方面。特别是，在图6a中示出了气-液界面(弯月面)的轨迹。
如在图6a中可以看出的，可以对具有含颗粒的散装液体210的试管200进行一种从散装液体中分离颗粒的方法，该方法使用EASYSepTM((STEMCELL技术有限公司)系统或另一种用于从散装液体中分离颗粒的系统。在磁体235(所示的颗粒和/或细胞分离方法的后续步骤包括但未显示磁铁235)的影响下，颗粒和/或细胞215可与试管200的内表面接触，试管200的内表面可包括第一侧壁220和第二侧壁230。当试管200移离垂直轴时，散装液体210沿试管200的第一侧壁220排下并形成弯月面240，该弯月面240可从其内表面剪切掉颗粒和/或细胞215。被剪切的颗粒215可以通过将弯月面240向下排到试管200的底端250来清除。一旦弯月面240经过了第一侧壁220并到达管200的底端250，第二阶段的除液开始，其中液体210的排出并没有排液弯月面。在试管排液的这一阶段，只有排出液体产生的微弱的液体阻力效应促使颗粒和/或细胞远离表面。在试管排液的最后阶段，弯月面从底端250经过第二侧壁230到其开放上端260，从第二侧壁230高效地剪切颗粒和/或细胞215。这种剪切效应发生在试管排液的最后阶段，并导致所需的颗粒和/或细胞形成滞留在管开口280处的“最后一滴”270。这时，可以停止EASYSepTM(STEMCELL技术有限公司)方案中的试管排液，以使包含目标颗粒和/或细胞的最后一滴被保留。
为EASYSepTM(STEMCELL技术有限公司)开发的概念模型确定了使用倒出或液体抽吸步骤从试管中去除散装液体的步骤在细胞分离方法中是有问题的。确实如上所述，跨过包括致密的细胞层的大致光滑表面的排液弯月面可将细胞从表面剪切掉。在将散装液体从试管中移出后，此类剪切掉的细胞可能会包括所述“最后一滴”。为了按照EASYSepTM(STEMCELL技术有限公司)方案(参见EASYSepTM手册)得到令人满意的回收率，在将散装液体从试管中倒出后，应保留使“最后一滴”。如果在试管排液过程中丢失了“最后一滴”，则对阳性选择的回收率或对阴性选择的纯度可能会产生很大的负面影响。
在去除散装液体的倾倒方法中，排液弯月面仅影响试管的一些侧壁(图6b)。如图6b所示，使用抗CD45磁性标记抗体对PMBC进行了阳性选择。将试管放在STEMCELL Silver磁铁中10分钟，盖上盖子，将磁体从垂直轴上移开，然后在成像前将管从磁铁上移走。同样如图6b所示，大部分细胞已从经历排液弯月面的试管的侧壁剥离。还要注意，例如用RobosepTM(STEMCELL技术有限公司.)以抽吸方法去除散装液体时，试管的整个内表面可能会受到排液弯月面的影响，这可能导致回收率大大降低。
在倾倒或抽吸过程中与表面接触的颗粒和/或细胞的弯月面介导剪切的问题能以从本体液体中分离颗粒的方法来避免，该方法通过如上所述地提供采用多个肋的表面，以使液膜通过毛细作用保留在该表面上。例如，可以将表面从光滑的表面设计(在下文中称为“F管”)更改为具有多个肋和位于肋之间的空间的表面(称为“G型管”)，如本文所述。
示例性方法可包括使表面与包含一个或多个颗粒的散装液体接触，从而散装液体接触该表面、第一肋和第二肋、以及第一肋和第二肋之间的空间。一旦散装液体已经与表面、多个肋、以及它们之间的空间接触，则散装液体中的颗粒的至少第一部分可以被容纳到第一肋和第二肋之间的空间中。
将颗粒的第一部分容纳到第一肋和第二肋之间的空间可以是被动的或主动的。在容纳步骤是主动的实施例中，可通过施加第一力以促使颗粒的第一部分进入第一肋和第二肋之间的空间中来实现该容纳。第一力可以是引力，磁性吸引力，压力或可以促使颗粒沿特定方向运动的任何其他力。在一些实施例中，在没有第一力的情况下，容纳在空间中的颗粒可以排空空间。第一力的使用可以按需将颗粒的第一部分与散装液体中的其他颗粒分开。
在第一力是磁性吸引力的实施例中，响应颗粒可以具有被吸引到磁体的第一磁荷，使得包括多个肋的表面位于磁体和本体液体之间，由此第一力促使颗粒的第一部分朝着空间移动。在这样的实施例中，响应颗粒如果是磁性的或磁化的，将对第一力做出响应，使得这些颗粒被容纳到第一肋和第二肋之间的空间中。作为一个具体的例子，靶细胞可以通过免疫亲和相互作用(例如抗体或抗体的复合物，即四聚体抗体复合物)与一个或多个可磁化的颗粒连接，并且在磁力的作用下，靶细胞：颗粒复合物可能会在磁力的方向上被吸引到表面。
一旦第一部分颗粒被容纳在第一肋和第二肋之间的空间内，就可以将散装液体从表面上去除。当从表面上去除散装液体时，一部分散装液体可以通过毛细作用保留在第一肋和第二肋之间，以在其间形成液膜。可以如上文更全面地描述的那样控制或影响第一肋和第二肋或多个肋之间的液膜的厚度。
通过第一肋和第二肋，或多个肋，与液膜的配合作用，容纳在空间中的颗粒可被夹带在液膜中，从而在将散装液体从表面去除时，保护其免受排液弯月面的一个或多个力作用。通过保护夹带在液膜中的颗粒免受排液弯月面的一个或多个力的作用，一旦将散装液体从表面去除，颗粒就被保留在液膜中。一旦将散装液体连同散装液体中的任何污染或未保留的颗粒一起从表面去除，就可能需要分离或再悬浮夹带在液膜中的颗粒。夹带在液膜内的受保护的颗粒的再悬浮可以通过向表面上添加适当的再悬浮缓冲液或通过扩散将其被动地添加到再悬浮缓冲液中来完成。再悬浮可以进一步包括从第一力的影响中去除表面或施加第二力促使颗粒离开表面并离开第一肋和第二肋之间的空间。
本领域技术人员将认识到，与用于从散装液体中分离颗粒的许多方法一样，该处理可包括清洗或冲洗步骤以提高分离的颗粒的纯度。
具有上述一些或全部所需特征的容器可通过在容器的内部周边设置肋(例如，平行的垂直肋)来获得毛细作用。每个肋与试管表面的内周相连，以形成尖锐的边缘，从而增强毛细上升。另外，肋有助于使排出的弯月面偏转并使液膜变厚，以减少排液弯月面从壁上剥离细胞的可能性。类似地，肋之间的空间中的液体速度可较低，从而导致对表面处的细胞的阻力较小。另外，由于毛细上升，细胞在壁上时可能会保持水合，从而减少了细胞固定以及由于脱水和离子强度的提高而可能导致的细胞死亡。
在另一个实施例中，还可以在容器的表面上使用类似于螺纹的水平肋或螺旋肋来获得改进的性能。在细胞分离的液体去除阶段应保留细胞，但随后可能需要通过沿容器壁向下清洗液体来回收细胞。因此，在一个优选的实施方案中，沿着试管的长度方向的垂直肋可以在液体去除期间提供对排液弯月面的足够防范，但是仍然允许通过冲洗将细胞从壁上洗掉。
由于可以通过使用位于容器底部的移液器进行抽吸来执行整个排液处理，因此在ROBOSepTM(STEMCELL技术有限公司)方案中，弯月面剪切效应可以被放大。在这样的抽吸模式期间，与管的表面接触的颗粒和/或细胞可以通过排液弯月面被拉离该表面。当颗粒和/或细胞从表面去除时，它们可能被夹带在抽吸液体中并且不利地从容器中被抽出。这种分离效果显著降低了将颗粒和/或细胞与散装液体中的其他颗粒和/或细胞分离后的回收率。因此，本发明的将细胞保持在容器边界上的方法可以提高阳性细胞选择方案中细胞的回收率，或者在阴性细胞选择方案中达到最大纯度。
因此，本发明的装置以及利用其来改善颗粒和/或细胞分离方法是通过在排液弯月面经过表面时控制弯月面的厚度来实现的。如本文所述，可以通过提高颗粒和/或细胞的回收率和/或纯度来证明对颗粒和/或细胞分离方法的这种改进。
此外，可以通过在细胞分离过程中延长细胞的存活率来证明使用本发明的装置来提高颗粒和/或细胞分离的方法。在使颗粒和/或细胞与以肋改进的表面(或容器的内表面)接触并且通过倒出或抽吸将主体流体除去之后，使颗粒和/或细胞夹带在液膜中。这些颗粒和/或细胞比使用典型的光滑壁管进行细胞分离实验的颗粒和/或细胞保持更长的存活率。图7显示，在使用肋改进的试管的实验过程中，细胞存活率保持一致。相反，在使用光滑壁管的实验过程中，细胞活力会持续下降。肋改进试管的液膜中夹带的细胞的这种存活率的提高可允许根据需要使用更长的方案或“干燥时间”。
更进一步地，可以通过减少细胞分离程序的步骤数量(并从而减少时间和成本)来证明使用本发明的装置对颗粒和/或细胞分离方法的改进。在典型的细胞分离程序中，颗粒和/或细胞在力(例如磁力)的影响下，与光滑表面(例如容器的内表面，例如光滑的管壁)接触，且将主体流体从表面去除，同时保持将分离的颗粒和/或细胞固定在适当位置的力的影响。然后将缓冲液添加到试管中，并与试管中的内容物混合，使许多细胞和/或颗粒从表面脱落。然后培养含颗粒和/或细胞的缓冲液(在力的作用下)，以使细胞和/或颗粒向表面重新迁移。为了增加分离的细胞和/或颗粒的纯度，该过程可以重复任何次数，这也可能具有降低分离的细胞和/或颗粒的总体回收率的效果。图8示出了使用了肋改进表面(或容器的内表面)克服对执行这种分离顺序的需要。反而，进行一种或多种温和的清洗会产生与多次分离方法相当的细胞和/或颗粒的回收率和纯度。相反地，与多次分离方法相比，使用光滑表面(例如容器的光滑内表面)的一个或多个温和的清洗步骤(代替多次分离方法)导致分离细胞和/或颗粒回收率的不利的降低，
在图9a中示出了采用肋的G管的示例性剖视图。适用肋的管300的整体形状(直径，长度，壁厚，边缘特征)可以是在现有细胞分离实践中使用的标准光滑壁塑料管(即F管)的典型形状。在G管300的内表面310上，如本发明所述的肋320沿其长度方向轴向延伸。在一个实施例中，肋320从管300的开口端325开始大约10mm，并且朝底端340向下延伸。通过改变肋的横截面形状(例如，正方形，三角形，圆形)，肋的高度(例如250，500，1000μm)和周边的肋的密度(例如，围绕周边分布的10、30或60个肋)来评估各种实施例。肋密度可以通过扩展其间的空间的利用性以及根据主体流体中包含的靶细胞和/或颗粒的预期比例来调整。通过基于靶细胞和/或颗粒的预期比例调整肋密度，可以在分离过程中提高此类靶细胞和/或颗粒的纯度和回收率。例如，在肋之间仅具有足够的空间以容纳靶细胞和/或颗粒(响应于力例如磁力)，在最靠近力的影响的表面部分的空间中，靶细胞和/或颗粒可以很好地超过非靶细胞和/或颗粒。
在倾倒方案中，标准的光滑壁F管和改进的G管设计都保留了大量的液体，这代表EASYSepTM(STEMCELL技术有限公司)方案中的“最后一滴”。G管的体积约为400μL，标准F管的体积约为200μL，这表明G管有助于保留更厚的液膜。图10a显示了在倾倒模式下，3个G管设计与F管相比保留的体积。还比较了两个不同的排液时间(即2秒和10秒)。可以看出，肋密度和排液时间都影响液膜中的最终保留体积。图10b显示了RoboSepTM(STEMCELL技术有限公司)方案中典型的管抽吸模式排液的相似结果。在这些条件下，肋的几何形状，肋的密度和抽吸速度会显著影响液膜厚度和保留的液体体积。在高肋密度下，保留的液膜可能约为在管倾倒抽吸期间观察到的厚度(即300uL)。对于F管，保留的膜体积可能小于G管的保留体积的10％。此外，保留的体积可以是表面上肋密度的强函数。在肋密度为1/2时，保留的体积可以是以500μm间隔获得的2/3，而在1/4密度下，可以保留小于液体体积的1/3的体积。因此，肋密度可用于调节所呈现的液膜厚度。
当抽吸速率降低时，从用于管完全排液的2秒到完全排液的10秒，液膜体积也可能显著减小。因此，从G管中抽吸散装液体的速度也可能会显著影响液膜体积。应注意，对于F管，在此范围内，抽吸速率对最终保留体积没有明显影响。在这两种情况下，F管设计仅保留G管设计最大保留体积的约10％。因此，G管可以通过控制抽吸速率来提供进一步的保留液膜体积的调节。
在抽吸实验期间，注意到由于抽吸真空，抽吸移液器有时会粘在适用了肋的管300的底部。为了解决该问题，对包括多个肋320的管300进行了进一步的创新，其中可以将一对肋330添加到管300的底部340。该对肋330用作移液器尖端座，使得在管底部340和抽吸移液器之间不能形成真空(图9b)。根据该创新，可以将抽吸移液器直接放置在管底部340上，以保持移液器的一致放置，而不会导致在抽吸期间移液器尖端固定到管底部。
在进一步的实验中，测试了向散装液体中添加抗磁性添加剂以将作了非磁性标记的细胞从磁体附近的表面或容器壁离开的可能性(即，从第一肋和第二肋之间的空间中移出)。抗磁性液体(例如钆)给细胞分离过程中增加一个额外的作用力，因为液体可能比细胞(以及细胞所占据的体积)磁性更强，会产生净斥力以将非磁性标记的细胞移离与磁铁相邻的容器的表面。因此，G管和抗磁性添加剂可以协同作用。G管有助于在细胞分离过程中将液体保留在靶细胞聚集的壁附近；液膜越厚，靶细胞的回收率就越高，因为其可以更好地保护细胞免受弯月面的剪切。但是，在液膜变厚的情况下，未标记的细胞的保留也可能更高，其随机分布在管的散装液体中，且因此分布在容器壁上液膜中。在添加抗磁性液体的情况下，可以将未标记的细胞向从与磁体相邻的容器壁上获得的液膜体积中分离出。因此，通过改变壁的几何形状使液膜变厚，可以提高靶细胞的回收率，而借助抗磁性添加剂将非靶细胞从壁上分离则可提高纯度(图11a，11b)。
本发明的装置以及颗粒和/或细胞分离方法提供了适用肋的表面，其可以通过在由表面上的肋形成的液膜来有助于保护接触表面的颗粒和/或细胞，并由此有助于减少排液/填充表面上颗粒和/或细胞的弯月面剥离。手动倾倒和自动移液的整体性能可在下述方面有所改进：(1)总体颗粒回收率和纯度值，(2)初始细胞数范围增加，使得在低细胞数下可更有效分离，(3)分离性能的差异减小(4)和分离时间更快。
以下非限制性示例提供了可以帮助技术人员理解本发明的主题的更多细节。
示例性实施例
实施例1：原型初步制造
尽管可以使用任何表面来测试适用肋的表面构想，但是最初的测试集中在适合EasySepTM Silver磁铁的14mL试管规格上，并且可以用于RoboSepTM方案中。测试了其他构想，包括艾本德型(Eppendorf-type)(2mL)和50mL管尺寸。图9展示了原型G管的视图。从标准的14mL F管中复制出整体形状(直径，长度，壁厚，边缘特征)。在G管的内部，多个肋沿其长度方向轴向延伸。这些肋从距离管的开口上端约13.5mm处开始，并向管的半球形封闭底端延伸。通过改变肋的形状(正方形，三角形)，肋的高度(250，500，1000μm)和肋的间隔(密度)来创建许多设计。一个可能的实施例可以包括间距为900μm高为500μm的正方形肋。备选实施例可以包括三角形的肋或具有小于细胞直径的顶点宽度的肋，以解决细胞在肋的顶表面上的保留问题。
示例2：体积保留
进行实验以测量和比较抽吸后保留在光滑壁的F管和带肋的G管中的体积。用含蛋白质(即10％新生小牛血清)的磷酸盐缓冲盐水进行实验。首先，向每个管中加入5mL液体，然后通过倾倒或抽吸将液体除去；保持已倒置的管或抽吸真空达2s或10s的指定时间。使用质量平衡法测量残留在管中的液体。图10a和10b总结了结果。
在倾倒方法中，F管和G管设计都保留了大量的液体，这代表EasySepTM方案中通常保留的“最后一滴”。G管中体积约为400μL，F管中体积约为200μL。当管倒置10s而不是2s时，保留的液体更少，因为在这段时间内会有更多液滴从管中滴落。这些结果的一个有趣的方面是倾倒期间保留的体积变化小。倒出的体积可能受界面张力与管口附近液体重量之间平衡的影响。对于掉下的液滴，其重量可能会超过界面张力。因此，这种关系限制了可以通过倾倒从管中排出的液体量。
对于抽吸，保留的液体体积随肋密度成正比地减小，并且如所期望的那样与F管(0肋)趋同。与保留的体积由界面张力和重量之间的平衡控制的倾倒过程不同的是，而在抽吸过程中，保留的体积由肋的毛细作用控制，并且随着液体从肋中排出而产生阻力。因此，滞留体积与表面上肋的数量和尺寸直接成正比。保留在管中的较大体积(即液膜)可能会降低靶细胞的纯度，因为污染细胞可能会留在保留的体积中。如果靶细胞的回收率保持恒定，则肋的存在会增加保留的液体体积，从而降低每次清洗的纯度。因此，需要精心设计肋。
示例3：注塑成型的G管在RoboSep抽吸方案中的评估
(A)使用标准RoboSepTM操作程序在RoboSepTM平台上进行了针对CD19阳性细胞选择的实验。实验条件的唯一区别是分离过程中使用的管。使用F管分离了三个0.5mL供体样品，使用G管分离了三个0.5mL样品。表1列出了每种管类型的目标细胞的回收率。在该结果中，表明纯度相对不受影响，而目标细胞的回收率提高了2倍以上。
表1
管类型 ％纯度 ％回收率
F管-1 95.1 37.27
F管-2 91.2 28.65
F管-3 87.6 41.14
G管-1 95.5 84.85
G管-2 94.7 76.78
G管-3 88.3 87.41
(B)使用标准的RoboSepTM操作程序在RoboSepTM平台上进行针对CD56阳性细胞选择的实验。实验条件的唯一区别是管。使用F管分离了三个0.5mL供体样品，使用G管分离了三个0.5mL样品。表2列出了每种管类型的目标细胞的回收率。在该结果中，表明纯度相对不受影响，而目标细胞的回收率提高了3倍以上。此外，证实了该设计对不同细胞类型选择的一般适用性。
表2
管类型 ％纯度 ％回收率
F管-1 97.5 16.7
F管-2 95.5 19.02
F管-3 97.2 19.94
G管-1 97.4 56.94
G管-2 96.5 61.03
G管-3 98 62.15
(C)使用标准的RoboSep操作程序在RoboSep平台上进行了针对CD3阳性选择的实验。实验条件的唯一区别是管设计。使用F管分离了三个0.5mL供体样品，使用G管分离了三个0.5mL样品。表3列出了每种管类型的平均目标细胞回收率。在该结果中，表明纯度相对不受影响，而目标细胞的回收率提高了1.5倍以上。然而，该实施例也证明了随着G管设计的体积保留的增加，纯度略有下降。
表3
管类型 ％纯度 ％回收率
F管-1 99.6 40.5
G管-1 95.5 66.0
示例4–在RoboSep过程中使用可释放颗粒的管表面设计的比较
使用标准的RoboSepTM操作程序在RoboSepTM平台上进行针对CD19阳性选择的实验。实验条件的唯一区别是管设计。使用F管和三种不同的肋密度的G管设计，一式三份地分离了四个0.5mL供体样品。在该实验中，比较了壁上的肋密度以优化G管的性能。在每种情况下，分离了三个重复样品，并评估纯度和回收率(表5)。在此未发现表面上的肋密度对最终CD19阳性选择的纯度有显著影响。但是，肋密度显著影响CD19阳性细胞的回收率。结果表明，随着肋密度的增加，回收率也增加。测试的最大肋密度(每管60根肋)得到的回收率明显高于15或30根的肋设计(P<0.0001)。
表4
Figure BDA0002289483610000191
示例5–G管与抗磁性添加剂的协同作用
进行了实验，以评估在作了磁性标记的细胞纯化中使用具有抗磁性添加剂(钆)与G管的协同效应。G管有助于在管壁上保留液膜，在细胞分离过程中目标细胞富集在磁体附近的该管壁上。同时，抗磁性添加剂例如螯合的Gd2+将非目标、未标记的细胞与磁体相邻的管壁分离开。在这一分离中，标记的和未标记的细胞的逆向流动可以提高散装液体抽吸后液膜中目标细胞的纯度。图11a和11b分别示出了CD3+和CD19+的选择实验的数据。在进一步的重复实验中发现了相似的结果。这些实验涉及F管和G管之间的直接比较，以及倾倒与抽吸液体分离方法的比较。显然，抗磁性添加剂可以补偿由于G管的保留体积的增加而导致的细胞纯度损失，同时保持由于表面肋而导致的表面排液缓慢而实现回收率增加。以下是一些结果总结：
·对于抗磁性添加剂，纯度的改善显著(p<0.0001，p<0.0001)，但对回收率没有显著影响(p＝0.12，p＝0.68)。
·抗磁性添加剂与倾倒共同作用，这是出乎意料的，因为在管倒置过程中产生的混合可能被认为会对分离产生破坏作用。因此，抗磁性添加剂可用于提高纯度。
·与F管(～0.5罗吉特(logit)纯度)相比，具有和不含添加剂的G管的相对改进更大(～1.0罗吉特纯度)。
因此，抗磁性添加剂在倾倒和抽吸方法中都改善了F管和G管的纯度，而对回收率没有负面影响。但是，G管中纯度的相对提高更大，证实存在协同作用。

Claims (36)

1.一种用于从散装液体中分离颗粒的装置，所述装置包括：
由含颗粒的散装液体接触的表面；
所述表面上的多个肋，所述肋包括至少第一肋和与所述第一肋间隔开一间距距离的第二肋；以及
在所述第一肋和所述第二肋之间的空间，其尺寸被设置为当与所述表面接触的液体从所述表面上去除时，所述散装液体的一部分和所述散装液体中的所述颗粒的至少一部分通过毛细作用被保留在所述空间中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一肋沿着第一纵向轴线延伸，并且所述第二肋沿着第二纵向轴线延伸。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述第二纵向轴线基本平行于所述第一纵向轴线。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述第一纵向轴线和所述第二纵向轴线是大致线性的。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的装置，其特征在于：所述第一肋包括：第一侧壁，其从所述表面延伸远离并且具有第一基底边缘和第一突出边缘；以及第二侧壁，其从所述表面延伸远离并且具有第二基底边缘和第二突出边缘；所述第一基底边缘与所述第二基底边缘间隔开第一肋宽度，并且所述第一突出边缘在第一顶点高度处连接到所述第二突出边缘；以及
所述第二肋包括：第三侧壁，其从所述表面延伸远离并具有第三基底边缘和第三突出边缘；以及第四侧壁，其从表面延伸远离并具有第四基底边缘和第四突出边缘；所述第三基底边缘与所述第四基底边缘间隔开第二肋宽度，并且所述第三突出边缘在第二顶点高度处连接到所述第四突出边缘。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述第一顶点高度和所述第二顶点高度分别在大约20μm至大约1mm之间。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：第三肋，其与所述第二肋间隔开所述间距距离，所述第三肋包括：第五侧壁，其从所述表面延伸远离并且具有第五基底边缘和第五突出边缘；以及第六侧壁，其从表面延伸远离并具有第六基底边缘和第六突出边缘；所述第五基底边缘与所述第六基底边缘间隔开第三肋宽度，并且所述第五突出边缘在第三顶点高度处与所述第六突出边缘连接。
8.根据权利要求5～7中任意一项所述的装置，其特征在于：所述第三顶点高度在大约20μm与大约1mm之间，并且不同于所述第一顶点高度和所述第二顶点高度。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述第一突出边缘通过第一顶壁连接到所述第二突出边缘，并且所述第三突出边缘通过第二顶壁连接到所述第四突出边缘。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述第五突出边缘通过第三顶壁连接到所述第六突出边缘。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于：所述第一顶壁、第二顶壁和所述第三顶壁的宽度在大约1μm至大约1mm之间。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的装置，其特征在于：所述间距距离为至少1μm。
13.根据权利要求1～12中任意一项所述的装置，其特征在于：所述间距距离小于约1mm。
14.根据权利要求1～13中任意一项所述的装置，其特征在于：所述多个肋中的相邻肋之间的间距距离是均匀的。
15.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述第一肋具有在与所述第一纵向轴线正交的平面中取得的第一横截面形状，并且所述第二肋具有在该平面中截取的第二横截面形状。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述第一横截面形状与所述第二横截面形状相同。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于：所述第一横截面形状是四边形。
18.根据权利要求15至17中任意一项所述的装置，其特征在于：所述第一横截面形状是三角形。
19.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述第一纵向轴线和所述第二纵向轴线相对于所述散装液体在其上的流动方向定向，使得所述第一纵向轴线和所述第二纵向轴线不平行于所述流动方向。
20.根据权利要求1～19中任意一项所述的装置，其特征在于：所述表面包括容器的内表面。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于：所述第一顶壁和所述第二顶壁与所述容器的所述内表面共面。
22.根据权利要求20或21所述的装置，其特征在于：所述容器是试管。
23.根据权利要求1～22中任意一项所述的装置，其特征在于：所述第一肋和所述第二肋沿着表面纵向轴线延伸一肋长度，并且所述肋长度为所述表面纵向轴线的5％-95％。
24.一种用于容纳含颗粒的散装液体的容器，其特征在于，该容器包括：
封闭的底端，其具有：底壁；敞开的上端；从所述底壁延伸至所述上端的一个或多个侧壁；以及界定所述容器内部的内表面和相对的外表面；
所述内表面上的多个肋，其从所述内表面延伸到所述容器的内部，所述多个肋至少包括第一肋和与所述第一肋间隔开一间距距离的第二肋；以及
所述第一肋与所述第二肋之间的空间；
从而，当散装液体容纳在所述容器的内部时，所述散装液体接触所述内表面、第一肋和第二肋、以及所述第一肋和所述第二肋之间的所述空间；并且，所述第一肋和所述第二肋的尺寸被设置为：当与所述表面接触的所述散装液体从所述表面上去除时，使所述散装液体的一部分和所述散装液体中的所述颗粒的至少一部分通过毛细作用保留在其中。
25.根据权利要求24所述的容器，其特征在于：所述侧壁沿着容器轴线从所述底端延伸到所述上端，并且所述第一肋沿着平行于所述容器轴线的第一肋轴线延伸。
26.根据权利要求24或25所述的容器，其特征在于：所述多个肋覆盖所述侧壁的所述内表面的面积的5％至95％。
27.根据权利要求24～26中任意一项所述的容器，其特征在于：所述多个肋位于所述容器的底端、中部或所述上端。
28.根据权利要求24～27中任意一项所述的容器，其特征在于：所述侧壁包括所述多个肋。
29.根据权利要求24～28中任意一项所述的容器，其特征在于：所述多个肋与所述容器侧壁一体地形成。
30.一种使用装置从散装液体中分离颗粒的方法，其中，所述装置包括：表面；所述表面上的多个肋；所述多个肋包括至少第一肋和与所述第一肋间隔开一间距距离的第二肋；以及在所述第一肋和所述第二肋之间的空间，
所述方法包括：
使所述装置与所述散装液体接触，从而所述散装液体接触所述表面、所述第一肋和所述第二肋、以及所述第一肋和所述第二肋之间的所述空间；
将所述散装液体中的所述颗粒的至少第一部分容纳到所述第一肋和所述第二肋之间的所述空间中；
从所述表面上除去所述散装液体，使所述散装液体的一部分通过毛细作用保留在所述第一肋和所述第二肋之间，以在其间形成液膜；
当所述散装液体从所述表面上去除时，保护容纳在所述第一肋和所述第二肋之间并夹带在所述液膜中的所述颗粒免受排液弯月面的一个或多个力的作用；以及
使夹带在所述液膜中的受保护的颗粒再悬浮在缓冲液中。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于：还包括施加第一力以促使所述颗粒进入到所述第一肋和所述第二肋之间的空间中。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于：进入到所述空间中的所述颗粒的至少第二部分响应于所述第一力。
33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于：所述第一力是磁性吸引力，并且响应颗粒具有被吸引到磁铁的第一磁荷，使得所述装置位于所述磁铁和所述散装液体之间，从而使得所述第一力促使所述颗粒的第一部分朝着所述空间移动。
34.根据权利要求31～33中的任意一项所述的方法，其特征在于：在没有所述第一力的情况下，容纳在所述空间中的颗粒将所述空间排空。
35.根据权利要求30～34中任意一项所述的方法，其特征在于：还包括将抗磁性添加剂添加到所述本体液体中。
36.根据权利要求35的方法，其特征在于：所述抗磁性添加剂是钆。
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