CN114502250B - 用于样品过滤的方法和组合物 - Google Patents

Abstract

公开了用于产生从头过滤结构的方法和组合物，所述从头过滤结构用于在进一步处理例如化学、生物或其它样品之前过滤所述样品。

Description

用于样品过滤的方法和组合物

交叉引用

本申请要求2019年8月13日提交的第62/886,299号美国临时申请的权益，该申请以引用的方式并入本文。

背景技术

分析液体处理领域对能够以快速、回收率高、抗积垢和堵塞并且最大程度地减少任何可能的样品间污染的方式处置小到中等体积的样品的微流体装置的需求日益增加。这些属性包括低成本、易于使用和适用于微流体分析液体处理工作流程，即这些解决方案不应妨碍使用者的工作流程。

发明内容

在某些实施方案中，本文提供了用于提供第一过滤元件的方法，包括(i)提供多个第一微型颗粒在第一液体中的第一悬浮液，其中所述第一微型颗粒具有介于1um与1000um之间的第一流体动力学直径；(ii)将所述第一悬浮液施加于至少一个具有短尺寸和长尺寸的非圆形开口，其中所述短尺寸小于所述第一微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述第一颗粒的流体动力学直径的至少2倍，使得所述第一微型颗粒在所述开口处积聚并形成包含所述第一微型颗粒的第一过滤元件。在某些实施方案中，通过使所述第一液体流入并流过所述开口将所述第一悬浮液施加于至少一个收缩部。在某些实施方案中，所述开口包括通向通往处理系统的导管的开口。在某些实施方案中，所述方法进一步包括通过使第二液体流出并流过所述开口以在所述开口处分散所述微型颗粒来分散在步骤(ii)中形成的所述第一过滤元件。在某些实施方案中，所述方法进一步包括通过将多个第二微型颗粒在第三液体中的第二悬浮液施加于所述至少一个开口以在所述开口处形成包含所述第二微型颗粒的第二过滤元件来形成第二过滤元件，其中所述第二微型颗粒具有介于1um与1000um之间的第二流体动力学直径，其中所述开口的短尺寸小于所述第二微型颗粒的流体动力学直径，且所述开口的长尺寸为所述第二微型颗粒的流体动力学直径的至少2倍。在某些实施方案中，所述方法进一步包括通过使第四液体流出并流过所述开口以在所述收缩部分散所述微型颗粒来分散所述第二过滤元件。在某些实施方案中，所述第一微型颗粒包括吸附所述第一液体的至少一种组分的表面。在某些实施方案中，所述第一微型颗粒包括不结合核酸的表面。在某些实施方案中，所述表面包括氟化表面。在某些实施方案中，所述导管包括内部氟化表面。在某些实施方案中，所述第一液体包含核酸，且所述处理系统包括聚合酶链反应系统。在某些实施方案中，所述第一微型颗粒是球形或基本上球形的，且所述开口具有矩形或基本上矩形的形状。在某些实施方案中，所述方法进一步包括将所述第一微型颗粒的第一悬浮液施加于多个开口，其中所述多个开口均为非圆形的，具有短尺寸和长尺寸，其中所述短尺寸小于所述第一微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述第一颗粒的流体动力学直径的至少2倍。

在某些实施方案中，本文提供了一种设备，其包括(i)多个样品容器，其中的每一者包含微型颗粒和所述微型颗粒悬浮在其中的液体，其中所述微型颗粒具有介于1um与1000um之间的流体动力学直径；(ii)具有至少一个具有短尺寸和长尺寸的非圆形开口的导管，其中所述短尺寸小于所述微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述微型颗粒的流体动力学直径的至少2倍(iii)被构造成将所述导管的所述一个或多个开口顺序地浸入所述多个样品中的系统；(iv)被构造成使所述液体流过所述一个或多个开口进入所述导管、使得所述微型颗粒在所述开口处积聚并形成包含所述微型颗粒的过滤元件的系统；和(v)被构造成使第二液体经过所述一个或多个开口流出所述导管以在所述开口处分散所述微型颗粒的系统。在某些实施方案中，所述多个第一微型颗粒具有10um至100um范围内的直径。在某些实施方案中，所述第一液体是水性液体。在某些实施方案中，所述微型颗粒是球形或基本上球形的。

在某些实施方案中，本文提供了将聚合酶链反应(PCR)样品加载到数字PCR分析仪器中的方法，包括(i)提供多个在水溶液中包含核酸的样品，其中每个样品进一步包含多个微型颗粒，且其中所述微型颗粒具有流体动力学直径；(ii)将样品导管放入所述多个样品中的第一样品中，其中所述导管具有开口，且其中所述开口具有小于所述第一样品中的所述微型颗粒的流体动力学直径的关键尺寸，且其中所述导管被构造成与所述PCR分析仪器流体连接；(iii)使所述第一样品的水溶液中的所述核酸流入所述导管中的所述开口并流入所述导管中，其中所述第一样品中的所述微型颗粒不能流入所述导管中，而是在所述导管的所述开口处形成包含一个或微型颗粒的第一过滤元件；(iv)在步骤(iii)之后，使液体流过所述导管并流出所述导管的所述开口，以从所述导管的所述开口中移除来自所述第一样品的所述一个或多个微型颗粒，并移除所述第一过滤元件；(v)将所述样品导管放入所述多个样品中的第二样品中，其中所述第二样品不同于所述第一样品，并使所述第二样品的水溶液中的核酸流入所述导管中的所述开口并流入所述导管中，其中所述第二样品中的所述微型颗粒不能流入所述导管中，而是在所述导管的所述开口处形成包含一个或微型颗粒的不同于所述第一过滤元件的第二过滤元件。在某些实施方案中，所述方法进一步包括(vi)在步骤(v)之后，使液体流过所述导管并流出所述导管的所述开口，以从所述导管的所述开口中移除来自所述第二样品的所述一个或多个微型颗粒，并移除所述第二过滤元件。在某些实施方案中，使至少10个不同的样品流入所述导管并流入所述PCR分析仪器中，形成并撤销至少10个不同的过滤元件。在某些实施方案中，使至少100个不同的样品流入所述导管并流入所述PCR分析仪器中，形成并撤销至少100个不同的过滤元件。在某些实施方案中，所述微型颗粒具有1um至1000um的流体动力学直径。在某些实施方案中，所述方法进一步包括从所述一个或多个样品的所述水溶液中产生多个分区。

以引用的方式并入

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均以引用的方式并入本文，其程度如同明确且单独地指示将每一单独的出版物、专利或专利申请以引用的方式并入一般。

附图说明

在所附权利要求中特别阐述了新颖的特征组合物和方法。通过参考以下阐述说明性实施方案的详细描述和附图将会获得对本发明组合物和方法的特征和优点的更好的理解，在所述说明性实施方案中利用的是所述组合物和方法的原理，在附图中：

图1显示从头过滤器(de novo filter)形成中的各个阶段。

图2显示从头过滤器形成和过滤器分散的各个阶段的显微照片。

图3显示一个实施方案，其中样品导管中的开口是狭缝，且用于过滤器形成的颗粒是球体。

图4显示一个实施方案，其中样品导管中的开口是狭缝，用于过滤器形成的颗粒是球体，且狭缝的长尺寸是平均球体直径的若干倍。

具体实施方式

本文公开的方法和组合物涉及用于过滤液体溶液的方法，并且更具体地为按需产生微孔过滤元件，包括如下步骤：提供微型颗粒的液体悬浮液，将液体悬浮液施加于具有比悬浮液中的颗粒尺寸小的钻孔的喷嘴，将液体吸入喷嘴中，导致在喷嘴的钻孔处形成微孔过滤元件，直到流动被反转，破坏过滤元件。通常，用于微流体应用的样品过滤可在使用微流体装置之前或期间进行。微型颗粒对于液体溶液可以是外源性的，例如添加到样品(如分析样品)中或在样品(如分析样品)中形成的微型颗粒。

通常，在使用微流体装置之前进行过滤的应用中，用合适的过滤单元过滤液体溶液，所述过滤单元采用比要使用的微流体装置中的最小关键尺寸小的孔尺寸。这确保了进入装置的液体已经充分清除了可能会例如通过堵塞装置中的通路而妨碍装置的功能的碎屑和/或颗粒物。然而，将过滤后的液体从其储存容器转移到装置上的贮器中以及该过程中的其它步骤可能会导致引入来自许多来源的物质，这些来源包括但不限于新容器的表面、空气或处理期间的使用者。

为了克服这一难题，常常将过滤单元集成到装置的流体流中，以允许在使用期间进行连续过滤。这些过滤器可作为例如盘、网或玻璃料形式的管路过滤器存在，或者可以是构造到微流体装置本身中的结构特征件，如堰式过滤器、柱式过滤器、错流过滤器或膜过滤器。这种方法的一种典型方式是使用配备有微型制作柱的微流体装置，所述微型制作柱在阵列中的每个柱之间具有限定的间距。微流体柱允许流体动力学直径小于柱间距离的液体组分通过，同时截留可能会破坏装置的功能的较大颗粒物。然而，与所有静态过滤方法一样，这种装置容易在截留的颗粒物积聚时快速积垢，堵塞过滤器的一部分并减少开孔的数目。这种堵塞有效地改变了跨越积垢过滤器的流体动力学阻力，直到装置不再可用。另外并且当使用同一微流体装置对多个后续样品进行处理时甚至更成问题的是，过滤器特征件和或堵塞的碎屑可能会有效地将样品成分从先前的样品转移到后续样品中，从而损害样品完整性。

因此，大多数具有集成的微流体管道的装置往往需要用一次性的单次使用的过滤单元对样品进行预过滤，或者微流体本身是需要在样品之间进行交换的单次使用的物品。

因此，需要一种不需要一次性微流体装置或样品预过滤单元来连续使用微流体仪器的过滤策略。

本文公开的方法和组合物允许将多个连续样品导入处理系统中，其中样品已经被充分过滤以避免破坏处理系统的功能，而不需要中断取样例如以更换或清洁过滤器等，并且没有或基本上没有由于过滤造成的从一个样品到下一个样品的遗留。在某些实施方案中，所述方法和组合物允许将至少5、10、20、30、50、100、200、500、1000、2000或5000个连续样品导入处理系统中，其中样品已经被充分过滤以避免破坏处理系统的功能，而不需要中断取样例如以更换或清洁过滤器等，并且没有或基本上没有由于过滤造成的一个样品到下一个样品的遗留。在某些实施方案中，这是通过在每个样品中添加或形成外源性微型颗粒来实现的，其中所述微型颗粒具有比用于将样品从例如其样品容器移动到处理系统的主体的取样导管中的收缩部(例如，开口；一般来说，术语“收缩部”和“开口”在本文中同义地使用，除非另有说明)的最大尺寸更大的关键尺寸，如更大的球形颗粒的直径。在某些实施方案中，微型颗粒是球形或基本上球形的，且收缩部(例如，开口)是非圆形的，如矩形或大致矩形的，其中微型颗粒的直径大于非圆形收缩部(开口)例如矩形的短尺寸。在某些实施方案中，矩形收缩部具有的长尺寸为短尺寸的至少1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9或10倍。然而，可以采用任意合适的几何形状的收缩部，只要其构造的方式不允许微型颗粒通过即可。微型颗粒积聚在收缩部，从而形成阻止样品中比微型颗粒之间的空间大的颗粒移动到取样导管中的从头过滤器。通常，在样品之间，导管中的流动被反转，以将来自一个样品的所有或基本上所有的微型颗粒从导管的收缩部移开，之后其才被置于下一个样品中。然后在下一个样品中重复该过程。因此，不需要更换过滤元件，因为过滤元件是在每个样品中从头形成的，然后在下一个样品之前移除。也没有或基本上没有来自从头过滤元件的样品间交叉污染，因为没有或基本上没有来自一个样品的从头过滤元件被转入到下一个样品中。例如，平均起来，来自一个样品的不到5％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、0.01％、0.005％、0.001％、0.0005％或0.0001％的从头过滤元件(由例如外源添加或形成的微型颗粒形成)被转入到下一个样品中。

因此，我们在本文中公开了一种动态形成的过滤单元，其通过在关键尺寸比微型颗粒小的收缩部或孔口处液体溶液中微型颗粒的积聚而构造在微流体管、通道或导管的内部或外部的预定位置处。微型颗粒在收缩部的积聚产生微米尺寸的过滤单元，其阻止颗粒物穿过过滤单元，而不会妨碍液体溶液进入微流体装置。在抽取所需量的液体溶液后，任何所关注的液体溶液的倒冲破坏微型颗粒过滤单元，使装置返回到其初始状态。

在最广泛的方面，本发明涉及通过产生微孔元件来产生过滤元件的方法，包括如下步骤：提供微型颗粒的液体溶液，将液体悬浮液施加于至少一个比悬浮液中的微型颗粒的流体动力学直径小的收缩部，并使微型颗粒在收缩部积聚。

虽然微型颗粒可包含任意合适的物质，但在某些实施方案中，所述物质选自树脂、含氟聚合物、陶瓷、金属、硅酸盐及其衍生物、琼脂糖、丙烯酰胺等。

在某些情况下，微型颗粒的表面物质是不与或基本上不与经过微型颗粒的物质中的一种或多种所关注的组分相互作用的物质；例如通过由微型颗粒产生的从头过滤器过滤的样品(如水性样品)的一种或多种组分。在其中所关注的是核酸的样品中，这种物质不与或基本上不与核酸相互作用。在其中所关注的是蛋白质或肽的样品中，这种物质不与或基本上不与蛋白质或肽相互作用。在某些情况下，该物质包括氟化表面以阻止样品吸附。合适的树脂包括聚(四氟乙烯)(PTFE)和可选的含氟聚合物树脂或涂有氟化表面的衍生化二氧化硅微型颗粒。

在某些情况下，微型颗粒包括例如被衍生化的表面，以在液体溶液通过微型颗粒聚集体时吸附来自液体溶液的某些组分，同时对在装置中被分析的那些分子是惰性的或基本上惰性的。例如，在与聚合酶链反应相关的应用中，微型颗粒可以选择性地与常见的基于血液的PCR抑制剂如蛋白酶、核酸酶和血红素或基于土壤的抑制剂如腐殖酸、富里酸、多糖和多酚结合。

虽然微流体管、通道或导管可包含任意合适的物质，但优选的物质包括二氧化硅、聚醚醚酮、聚二甲基硅氧烷或含氟聚合物塑料。

在某些情况下，管、通道或导管包括氟化表面以阻止样品吸附。合适的物质包括由含氟聚合物物质如PTFE、PFA等或用氟化表面涂覆衍生化的二氧化硅碎片构造的管、通道或导管。

在某些情况下，微型颗粒尺寸可在直径为100nm至2mm或500nm至1mm或1um至1000um或1um至500um或2um至500um或2um至200um或5um至500um或5um至200um的范围内。在某些实施方案中，所述范围是流体动力学直径为10um至100um。将要理解的是，在其中微型颗粒是球形或基本上球形的实施方案中，流体动力学直径和实际直径是相等的。

收缩部或收缩部的相关尺寸具有比微型颗粒流体动力学直径小(例如略小)的尺寸，从而确保微型颗粒不会穿过收缩部或自身嵌在收缩部之内。收缩部(开口)的相关或关键尺寸是微型颗粒必须适合以便穿过收缩部(开口)的尺寸。例如，在圆形收缩部中，相关或关键尺寸是直径；对于矩形，相关或关键尺寸是短边的长度。可以对其它形状进行类似的分析。收缩部(开口)可具有直径为50nm至1mm或100nm至1mm或500nm至1mm或1um至1000um或1um至500um或2um至500um或2um至200um或5um至500um或5um至200um的关键尺寸。在某些情况下，该范围可以是5um至95um。

在某些情况下，微型颗粒可具有与微流体管、通道或导管中的收缩部相同的形状。在其它情况下，微型颗粒可具有与收缩部不同的形状。例如，如果微型颗粒是球形物体，且收缩部是非球形的或反之，则因悬浮液中的微型颗粒之一的互补形状匹配造成的收缩部堵塞的可能性较低。

在某些情况下，微流体管、通道或导管中的收缩部可以在仅一个(关键)尺寸上比收缩部小。例如，收缩部可采取细长狭缝的形式，其短尺寸小于溶液中的微型颗粒的直径，而较大的狭缝尺寸可具有微型颗粒的一倍或多倍大的尺寸。例如，较大的尺寸可以为短尺寸的至少1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9或10倍。这个实例将限制收缩部堵塞的可能性。

在某些情况下，通道、导管或管道可具有多个允许流体进入微流体装置的钻孔(如本文所用的开口或收缩部)。当将微型颗粒悬浮液抽取到微流体装置中时，流体将进入每个流体入口，导致产生多个微型颗粒聚集体。在一个或多个流体入口堵塞的情况下，剩下未受阻的流体入口允许装置继续发挥作用。另外，与单个流体入口相比，流体入口数增加可允许总流速增加。因此，在某些实施方案中，采用多个收缩部(开口)，其全都具有比微型颗粒小的关键尺寸，例如至少2、3、4、5、6、7、8、10、12、15、20、30、40、50、75或100个收缩部(开口)和/或不多于3、4、5、6、7、8、10、12、15、20、30、40、50、75、100或150个收缩部(开口)。

在某些情况下，微型颗粒可通过不同于流体流动的力被吸引到流体入口。这些的非限制性实例可包括磁性和磁性颗粒、电场和带电颗粒、介电泳场和相应的颗粒以及重力和随着将管插入颗粒床中沉降到容器底部的颗粒。

在液体样品的分析液体处理的情况下，微型颗粒可以是初始样品的一部分、作为外部试剂添加的，或者可以预先沉积到容器中，并在将样品添加到所述容器中时重新悬浮。

将微型颗粒预先沉积到容器中的一个非限制性实例可以是配制微型颗粒在载体相如山梨糖醇中的溶液或悬浮液，将预定体积的所述样品添加到容器中，然后冻干溶剂，直到干燥。微型颗粒的含糖基质有效地保持与容器结合，直到被溶剂化的样品溶解。山梨糖醇仅是示例性的，并且将要理解的是，可以使用任意合适的载体相，只要其可以被冻干，并且其不与或基本上不与要使用的可能的样品以改变它们在样品被引入的处理系统中的用途的方式相互作用即可。

在某些实施方案中，所述微型颗粒过滤策略可用在分析液体处理系统的情况下。这些方法和组合物可应用于可对所关注的物质进行有效尺寸过滤的任何分析液体处理系统。

分析液体处理系统的一个非限制性实例是数字PCR仪器。在此实例中，PCR样品由液体处理机器人或使用者制备，将其注入分析液体处理系统中，使用液滴发生器和连续相载体如氟化油载体将其转化成乳液，进行热循环以进行PCR反应，然后使其通过检测器以通过任意合适的方式分析PCR反应的程度。在此实例中，使每个样品通过同一分析液体处理系统，要求高水平的样品过滤和低水平的样品间污染。样品数可从1个至数千个不等。

微型颗粒过滤策略的引入代表了在所述数字PCR仪器的易用性和稳健性方面的重大进步。例如，可以配制含所需浓度的微型颗粒的2倍浓缩PCR主混合物。在用所需量的样品、引物和检测剂进行一对一稀释后，可以将样品添加到96孔板中，并插入到数字PCR仪器中。将具有比PCR溶液中的微型颗粒的直径小的钻孔的样品注射管浸入到样品中，将样品抽取到仪器中，在管的表面上形成微型颗粒过滤器，并将样品抽取到仪器中以进行数字PCR。在抽取样品后，将样品注射管移动到清洗站，在清洗站通过尖端分配清洗溶液，从而有效地移除微型颗粒过滤器，清洗来自管的PCR物质，有效地使样品注射管在接触样品之前返回到其初始状态。

因此，在某些实施方案中，提供了将聚合酶链反应(PCR)样品加载到PCR分析仪器如数字PCR仪器中的方法，包括(i)提供多个在水溶液中包含核酸的样品，其中每个样品进一步包含多个微型颗粒，且其中所述微型颗粒具有流体动力学直径；(ii)将样品导管放入所述多个样品中的第一样品中，其中所述导管具有开口(收缩部)，且其中所述开口的关键尺寸比所述第一样品中的所述微型颗粒的流体动力学直径小，且其中所述导管被构造成与所述PCR分析仪器流体连接；(iii)使所述第一样品的水溶液中的所述核酸流入所述导管中的所述开口并流入所述导管中，其中所述第一样品中的所述微型颗粒不能流入所述导管中，而是在所述导管的所述开口处形成包含一个或微型颗粒的第一过滤元件。开口(收缩部)可以是任意合适形状的。在某些实施方案中，开口是圆形或基本上圆形的，并且关键尺寸是直径。在某些实施方案中，开口是矩形或基本上矩形的，并且关键尺寸为矩形的短边的长度；在这样的情况下，矩形的长边的长度可以为任意合适的长度，如短边长度的至少1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、7、8、9、10、12、15或20倍。在某些实施方案中，所述方法包括(iv)在步骤(iii)之后，使液体流过所述导管并流出所述导管的所述开口，以从所述导管的所述开口中移除来自所述第一样品的所述一个或多个微型颗粒，并移除所述第一过滤元件；例如，通过将流体远离所述开口引入到所述导管中，并使所述流体流过所述导管并流出所述开口，从而置换微型颗粒。在一些情况下，导管保留在从中移除样品的样品容器中，并且流过的流体进入所述容器中；在一些情况下，导管移动到另一容器例如废物容器中，并且流过的流体进入所述另一个容器中。所述方法还可包括(v)将所述样品导管放入所述多个样品中的第二样品中，其中所述第二样品不同于所述第一样品，并使所述第二样品的水溶液中的核酸流入所述导管中的所述开口并流入所述导管中，其中所述第二样品中的所述微型颗粒不能流入所述导管中，而是在所述导管的所述开口处形成包含一个或微型颗粒的不同于所述第一过滤元件的第二过滤元件。此过程可重复任意合适的次数，其中在每个样品处形成微型颗粒的从头过滤器，然后在已经将样品或样品的一部分移动到PCR仪器中之后进行分散，而不需要进行任何另外的过滤步骤，例如在所述过程期间不需要增加或更换过滤器(在常规意义上)；例如，不间断地取样至少2、3、4、5、7、10、12、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、150、200、300、400、500、600、700、800、900或1000个样品以增加新的或清洁的过滤元件(超出形成和分散从头过滤器的需要)和/或不间断地取样不多于3、4、5、7、10、12、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、150、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、3000、4000、5000个样品以增加新的或清洁的过滤元件(超出形成和分散从头过滤器的需要)。而是对于每个样品来说，形成新的过滤元件，然后将其撤销。微型颗粒具有任意合适的尺寸，只要它们不能穿过一个或多个开口即可，如为本文别处所描述的尺寸，例如流体动力学直径为1-1000um。微型颗粒可以是任意合适形状的，例如球形或基本上球形的。导管中可以采用任意合适的开口数，如本文所述的数目，例如1-100个开口或1-10个开口或1-5个开口或2-100个开口或2-10个开口或2-5个开口或3-100个开口或3-10个开口或3-5个开口或5-100个开口或5-50个开口或5-10个开口或10-100个开口或10-50个开口。

图1显示含有特定关键直径(尺寸)的通道、导管或孔口102的基底101。此基底101可以是含有微流体通道的微流体芯片或管道。含有流体动力学直径大于基底101中的通道或孔口102的特定关键直径的微型颗粒103的溶液通过通道或孔口102抽取。在抽取溶液时，微型颗粒开始在进入点积聚。微型颗粒的这种积聚形成具有孔洞105的基质104，孔洞105的尺寸由微型颗粒在进入点的堆积性质指定。这些孔洞105的尺寸明显比微流体基底101上的进入点小。通过积聚的微型颗粒聚集体阻止所述溶液中的颗粒物的进入，所述进入可能会阻碍所述微流体装置的功能。

图2显示本文公开的方法和组合物的一个实施方案的测试。通过将50um金属丝203插入到内径为0.01”的1/16”OD管道202中并加热来制备定制的PFA管道201。PFA管道201在加热时在金属丝203周围软化并变形。在移除金属丝203后，PFA管道201实际上具有50um直径的孔口206。将定制的管道201连接于注射泵，然后浸入悬浮的53-63um荧光聚苯乙烯微球205的制备溶液204中。按照制造商的说明书，制备溶液204的浓度为0.1g微球205分散在10mL去离子水中。将管和溶液置于放大40倍的荧光显微镜下并进行成像，同时以100uL/min的速率取出。在规定量的时间之后，使液体流动反转。将从视频中选择的帧按时间顺序放置。箭头表示液体流动的速度。在时间t＝1开始液体抽取。在时间t＝5开始液体反转。随着时间的推移，显而易见微型颗粒207在管道钻孔处积聚以及其在液体流动反转时立即分散。

图3显示本文公开的方法和组合物的另一实施方案。在某些情况下，微型颗粒可具有与收缩部相同的形状。在其它情况下，微型颗粒可具有与收缩部不同的形状。例如，如果微型颗粒是球形物体，且收缩部是非球形的或反之，则收缩部堵塞的可能性较低。

在一个实施方案中，将球形微型颗粒301的液体样品抽取到关键直径比溶液中的微型颗粒小的非圆形微通道302中。在微型颗粒溶液被抽取到基底303中的非圆形微通道302中时，微型颗粒301在流体入口处聚集。微型颗粒与通道之间的形状不匹配确保了微型颗粒不能堵塞流体入口。

图4显示本文公开的方法和组合物进一步的实施方案。在某些情况下，收缩部可以在仅一个关键尺寸上比微型颗粒小。例如，收缩部可通过产生具有小于微型颗粒的直径的短直径的狭缝来形成，而较大的狭缝尺寸可具有微型颗粒的一倍或多倍大的尺寸。这个实例将限制收缩部堵塞而阻止液体流过收缩部的可能性。

在一个实施方案中，将球形微型颗粒403的液体样品抽取到关键直径(尺寸)比溶液中的微型颗粒403小的细长微通道401中。细长微通道401具有阻止微型颗粒进入的几何形状，但大到足以使多个微型颗粒跨越整个入口。在微型颗粒溶液被抽取到基底402中的细长微通道401中时，微型颗粒403在流体入口处聚集。微型颗粒403与细长微通道401之间的形状不匹配确保了微型颗粒403能够堵塞流体入口。

在某些实施方案中，本文提供了用于提供第一过滤元件的方法，包括(i)提供多个第一微型颗粒在第一液体中的第一悬浮液，其中所述第一微型颗粒具有在如本文所述的任意合适范围内的第一流体动力学直径，如在1um与1000um之间或10um与100um之间；(ii)将所述第一悬浮液施加于至少一个具有短尺寸和长尺寸的非圆形开口，如椭圆形或基本上椭圆形形状的或者矩形或基本上矩形形状的，其中所述短尺寸小于所述第一微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述短尺寸的合适倍数，如本文所述，例如为所述第一颗粒的流体动力学直径的至少1.5、2、3、4或5倍，例如至少2倍，使得所述第一微型颗粒在所述开口处积聚并形成包含所述第一微型颗粒的第一过滤元件。所述开口可以是通向通往仪器的导管的开口，或者构造成位置通往仪器，用于处理穿过开口的液体或液体的组分。可以通过任意合适的方法使液体穿过开口，例如通过使液体流动。在某些实施方案中，可通过使第二液体通过开口回流出来(例如，使流体通过开口流动的方向反转)而分散在步骤(ii)中形成的过滤元件。所述方法可进一步包括通过将多个第二微型颗粒在第三液体中的第二悬浮液施加于所述至少一个开口以在所述开口处形成包含所述第二微型颗粒的第二过滤元件来形成第二过滤元件，其中所述第二微型颗粒具有在如本文所述的任意合适范围内的第二流体动力学直径，如在1um与1000um之间或10um与100um之间，其中所述开口的短尺寸小于所述第二微型颗粒的流体动力学直径，且所述开口的长尺寸为所述短尺寸的合适倍数，如本文所述，例如所述第二微型颗粒的流体动力学直径的至少1.5、2、3、4或5倍，例如至少2倍。然后第二过滤器在一些情况下可类似于第一过滤器分散。每种流体中的微型颗粒可以是任意合适形状的；在某些情况下，微型颗粒是球形或基本上球形的。一些或所有微型颗粒的表面可以使得其能够与一种或多种液体的某些组分相互作用，和/或不与或基本上不与其它组分相互作用。例如，在包含待分析的核酸的液体的情况下，微型颗粒可具有不与或基本上不与核酸相互作用的表面；所述表面可进一步能够与其它组分相互作用，如本文别处所述。在一些情况下，使用多个开口，所有开口的关键尺寸都比颗粒的流体动力学直径小。

在某些实施方案中，本文提供了一种设备，其包括(i)多个样品容器，其中的每一者包含微型颗粒和所述微型颗粒悬浮在其中的液体，其中所述微型颗粒具有任意合适的流体动力学直径，例如1um与1000um之间或10um与100um之间；(ii)具有至少一个具有短尺寸和长尺寸的非圆形开口的导管，其中所述短尺寸小于所述微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述微型颗粒的流体动力学直径的任意合适的倍数，如所述微型颗粒的流体动力学直径的至少1.5、2、3、4、5、7或10倍，例如至少2倍；(iii)被构造成将所述导管的所述一个或多个开口顺序地浸入所述多个样品中的系统，例如取样系统，如用于数字PCR仪器的取样系统；(iv)被构造成使所述液体流过所述一个或多个开口进入所述导管的系统，如泵，使得所述微型颗粒在所述开口处积聚并形成包含所述微型颗粒的过滤元件；和(v)被构造成使第二液体经过所述一个或多个开口流出所述导管以在所述开口处分散所述微型颗粒的系统。因此，所述设备被构造成对来自样品容器的物质顺序地进行取样，在每次取样期间形成过滤器，并在取样完成之后分散所述过滤器，并在容器间移动。每个过滤器可以被分散回到从中取出样品的容器中，或者分散到不同的容器中，如一个或多个废物容器。

虽然本文已显示和描述了本发明组合物和方法的优选实施方案，但对本领域技术人员显而易见的是，这类实施方案仅以举例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员将会设想到许多变化、改动和替换。应当理解的是，本文所述的方法和组合物的实施方案的各种替代方案可用于实践所述方法和组合物。以下权利要求旨在限定组合物和方法的范围，并且由此涵盖这些权利要求及其等同方案的范围内的方法和结构。

Claims (23)

1.一种用于提供第一过滤元件的方法，包括

(i)提供多个第一微型颗粒在第一液体中的第一悬浮液，其中所述第一微型颗粒具有介于1um与1000um之间的第一流体动力学直径；

(ii)将所述第一悬浮液施加于至少一个具有短尺寸和长尺寸的非圆形开口，其中所述短尺寸小于所述第一微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述第一微型颗粒的流体动力学直径的至少2倍，使得所述第一微型颗粒在所述开口处积聚并形成包含所述第一微型颗粒的第一过滤元件。

2.如权利要求1所述的方法，其中通过使所述第一液体流入并流过所述开口将所述第一悬浮液施加于至少一个收缩部。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述开口包括通向通往处理系统的导管的开口。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过使第二液体流出并流过所述开口以在所述开口处分散所述微型颗粒来分散在步骤(ii)中形成的所述第一过滤元件。

5.如权利要求2所述的方法，进一步包括通过将多个第二微型颗粒在第三液体中的第二悬浮液施加于所述至少一个开口以在所述开口处形成包含所述第二微型颗粒的第二过滤元件来形成第二过滤元件，其中所述第二微型颗粒具有介于1um与1000um之间的第二流体动力学直径，其中所述开口的短尺寸小于所述第二微型颗粒的流体动力学直径，且所述开口的长尺寸为所述第二微型颗粒的流体动力学直径的至少2倍。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括通过使第四液体流出并流过所述开口以在所述至少一个收缩部分散所述微型颗粒来分散所述第二过滤元件。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一微型颗粒包括吸附所述第一液体的至少一种组分的表面。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一微型颗粒包括不结合核酸的表面。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述表面包括氟化表面。

10.如权利要求3所述的方法，其中所述导管包括内部氟化表面。

11.如权利要求3所述的方法，其中所述第一液体包含核酸，且所述处理系统包括聚合酶链反应系统。

12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述第一微型颗粒是球形或基本上球形的，且所述开口具有矩形或基本上矩形的形状。

13.如权利要求1-11中任一项所述的方法，包括将所述第一微型颗粒的第一悬浮液施加于多个开口，其中所述多个开口均为非圆形的，具有短尺寸和长尺寸，其中所述短尺寸小于所述第一微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述第一微型颗粒的流体动力学直径的至少2倍。

14.一种用于样品过滤的设备，其包括：

(i)多个样品容器，其中的每一者包含微型颗粒和所述微型颗粒悬浮在其中的第一液体，其中所述微型颗粒具有介于1um与1000um之间的流体动力学直径；

(ii)具有至少一个具有短尺寸和长尺寸的非圆形开口的导管，其中所述短尺寸小于所述微型颗粒的流体动力学直径，且所述长尺寸为所述微型颗粒的流体动力学直径的至少2倍

(iii)被构造成将所述导管的所述一个或多个开口顺序地浸入所述多个样品中的系统；

(iv)被构造成使所述第一液体流过所述一个或多个开口进入所述导管、使得所述微型颗粒在所述开口处积聚并形成包含所述微型颗粒的过滤元件的系统；和

(v)被构造成使第二液体经过所述一个或多个开口流出所述导管以在所述开口处分散所述微型颗粒的系统。

15.如权利要求14所述的设备，其中多个第一微型颗粒具有10um至100um范围内的直径。

16.如权利要求14所述的设备，其中所述第一液体是水性液体。

17.如权利要求14-16中任一项所述的设备，其中所述微型颗粒是球形或基本上球形的。

18.一种将聚合酶链反应(PCR)样品加载到数字PCR分析仪器中的方法，包括：

(i)提供多个在水溶液中包含核酸的样品，其中每个样品进一步包含多个微型颗粒，且其中所述微型颗粒具有流体动力学直径；

(ii)将样品导管放入所述多个样品中的第一样品中，其中所述导管具有开口，且其中所述开口具有小于所述第一样品中的所述微型颗粒的流体动力学直径的关键尺寸，且其中所述导管被构造成与所述PCR分析仪器流体连接；

(iii)使所述第一样品的水溶液中的所述核酸流入所述导管中的所述开口并流入所述导管中，其中所述第一样品中的所述微型颗粒不能流入所述导管中，而是在所述导管的所述开口处形成包含一个或微型颗粒的第一过滤元件；

(iv)在步骤(iii)之后，使液体流过所述导管并流出所述导管的所述开口，以从所述导管的所述开口中移除来自所述第一样品的所述一个或多个微型颗粒，并移除所述第一过滤元件；

(v)将所述样品导管放入所述多个样品中的第二样品中，其中所述第二样品不同于所述第一样品，并使所述第二样品的水溶液中的核酸流入所述导管中的所述开口并流入所述导管中，其中所述第二样品中的所述微型颗粒不能流入所述导管中，而是在所述导管的所述开口处形成包含一个或微型颗粒的不同于所述第一过滤元件的第二过滤元件。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：

(vi)在步骤(v)之后，使液体流过所述导管并流出所述导管的所述开口，以从所述导管的所述开口中移除来自所述第二样品的所述一个或多个微型颗粒，并移除所述第二过滤元件。

20.如权利要求18所述的方法，其中使至少10个不同的样品流入所述导管并流入所述PCR分析仪器中，形成并撤销至少10个不同的过滤元件。

21.如权利要求18所述的方法，其中使至少100个不同的样品流入所述导管并流入所述PCR分析仪器中，形成并撤销至少100个不同的过滤元件。

22.如权利要求18-21中任一项所述的方法，其中所述微型颗粒具有1um至1000um的流体动力学直径。

23.如权利要求18-21中任一项所述的方法，进一步包括从所述一个或多个样品的所述水溶液中产生多个分区。