CN117202990A - 微流体探针 - Google Patents

Abstract

在一个实施方案中，一种微流体探针具有非平面处理表面和入口孔口。可选择所述表面的形状以跨越使用所述微流体探针沉积流体所到的表面产生特定速度梯度剖面，例如恒定速度梯度或随着距所述入口孔口的距离而线性减小的速度梯度。所述微流体探针可在所述处理表面的周边边缘中限定溢出凹口。

Description

微流体探针

相关申请交叉引用

本申请要求于2021年2月1日提交的名称为“微流体探针(MICROFLUIDIC PROBE)”的第63/144,244号美国临时申请的优先权，所述申请的公开内容特此出于所有目的以全文引用的方式并入。

背景技术

本公开大体上涉及微流体探针。

微流体探针是一种非接触式微流体系统，其将流体动力流限制(HFC)的概念和扫描探针组合以用于产生可无需在封闭管道内执行分析的动态微流体装置。典型探针在众所周知的Hele-Shaw盒(Hele-Shaw cell)逼近度下操作，其中在两个平行的大体上平坦的表面--即，板--之间产生准2D斯托克斯流(quasi-2D Stokes flow)，这两个表面由任意小的间隙隔开，从而在微流体偶极子和微流体四极配置中工作。一般来说，所述方法可用于例如以下应用：在平坦表面上图案化蛋白质阵列、哺乳动物细胞刺激和操控、组织切片的局部灌注以及产生浮动浓度梯度。微流体探针已被提出作为组织光刻工具，并且可允许对福尔马林固定的石蜡包埋组织切片进行前瞻性研究。所述技术还用于微流体四极杆配置中，作为用于高级细胞趋化性研究的工具，其中所述技术可允许研究在迁移期间响应于移动浓度梯度的细胞动力学。

发明内容

根据一个方面，一种微流体探针头包括具有近侧末端和远侧末端的主体、在所述远侧末端处的处理表面，以及在所述处理表面中的注入孔口，其中所述处理表面是非平面的。

附图说明

图1示出简单形式的微流体探针头的下部倾斜局部视图。

图2示出抵靠板保持的图1的微流体探针头的正交截面图。

图3示出通过图2的微流体探针头与板之间的间隙的一部分的流体流动。

图4示出相对缓慢流体流动的流速梯度和所得耗尽区。

图5示出相对较快流体流动的流速梯度和所得耗尽区。

图6示出针对用图1的微流体探针头沉积的流体的流速梯度随半径的变化。

图7示出针对用图1的微流体探针头沉积的流体的配位体捕获随半径的变化。

图8示出根据本发明的实施例的具有锥形几何形状的微流体探针。

图9示出根据本发明的实施例的图8的微流体探针的横截面，以及微流体探针下方不同位置处的流量剖面。

图10示出根据本发明的实施例的图8的微流体探针的处理表面对于恒定表面速度梯度的理想形状，以及恒定间隙微流体探针的形状。

图11示出图10中示出的两个探针的有限元建模(FEM)模拟的结果。

图12示出根据本发明的实施例的具有处理表面的微流体探针，所述处理表面具有锥形几何形状并且还包含围绕中心入口孔口的抽吸孔口。

图13示出根据本发明的实施例的具有处理表面的微流体探针，所述处理表面具有锥形几何形状并且还包含围绕中心入口孔口的抽吸环。

图14示出通过透明板从下方观察的例如图13的微流体探针的微流体探针的性能。

图15示出根据本发明的实施例的三种不同的处理表面形状和速度梯度剖面。

图16限定斜率m，其为根据本发明的其它实施例的对于微流体探针具有速度梯度随径向距离而线性减小的所需斜率。

图17示出根据本发明的实施例的具有处理表面的微流体探针的横截面，所述处理表面在不同环形区之间具有锥度不连续性。

图18示出图17的微流体探针的流速剖面。

图19示出由图17的微流体探针处理的区域的俯视图。

图20示出根据本发明的实施例的用于最初润湿表面的例如图8的微流体探针的微流体探针的截面图和俯视图。

图21示出用于最初润湿表面的具有恒定间隙的微流体探针的俯视图和截面图。

图22示出根据本发明的实施例的微流体探针的间隙中的气泡的移动。

图23示出根据本发明的实施例的与微流体装置的通道路径组合的锥形几何形状的效应。

图24示出具有矩形横截面和纵向对称性的笔直封闭流动通道中的流速梯度。

图25示出根据本发明的实施例的具有圆化拐角的笔直封闭流动通道中的流速梯度。

图26示出根据本发明的实施例的在宽度上改变的流动通道。

图27示出根据本发明的实施例的在高度上改变的流动通道。

图28示出根据本发明实施例的使用微流体探针的实验结果。

图29示出从干燥状态经由中心孔口填充平坦腔室的困难。

图30示出根据本发明的实施例的具有锥形几何形状的微流体探针可如何促进从干燥状态填充探针间隙。

图31从俯视图和侧视图示出图30的填充过程。

图32示出根据本发明的实施例的阻塞效应。

图33示出在尖锐边缘处的流体的阻塞。

图34示出根据本发明的实施例的微流体探针的下部透视图，所述微流体探针包含锥形处理表面、抽吸凹槽和凹口。

图35示出根据本发明的实施例的图34的微流体探针的横截面。

图36示出用于接收流体的图34的微流体探针内的空间的实体模型。

图37示出根据本发明的实施例的图34的微流体探针内的流体流。

图38示出根据本发明的实施例的图34的微流体探针内的流体流。

图39示出根据本发明的其它实施例的其它形状的探针的仰视图。

图40示出根据本发明的实施例的从初始干燥状态填充腔室的实验结果。

图41A-41F示出根据本发明的实施例的示例过程。

具体实施方式

图1示出简单形式的微流体探针头100的下部倾斜局部视图。微流体探针头100具有远侧末端101和与远侧末端相对的近侧末端(图1的视图之外)。微流体探针头100还包含处理表面102，所述处理表面从远侧末端101凹入，从而形成围绕处理表面102的环形表面103。在使用时，环形表面103可抵着平板保持，并且流体可从中心孔口104施配。流体从中心孔口104向外扩散，涂布板，并且朝向抽吸孔口105流动。过量流体可通过在外部施加到抽吸孔口105的部分真空从板拉开。图1中仅示出一些流体流。

图2示出抵着板201保持的微流体探针头100的正交截面图。流体202向下沿中心通道203流到中心孔口104，向外流过板201与处理表面102之间的间隙204，流过抽吸孔口105，并向上流过抽吸通道205。

将认识到，对于流体202的恒定体积流量，穿过间隙204的流体的平均速度在中心孔口104附近比在抽吸孔口105处更高。这是因为流的正面区域随着距中心孔口104的距离的平方而向外增加。另外，流的其它方面随径向距离而改变。

图3示出穿过间隙204的一部分的流体202的流动。众所周知，在层流条件下，流过受限通道的流体倾向于形成抛物线流量剖面，其中空间(在此实例中的处理表面102与板201)的边界处的流速为零，并且最大流速u_MAX在通道的中间处。在其它点处，通过下式得出速度：

u＝u_MAX*(1-(2d/H)²)

u_MAX的值取决于若干因素，包含通道的厚度H、流体的粘度和流体在流动方向上的压力梯度。

出于本公开的目的，在板201的表面上的速度梯度备受关注。

例如，在一个应用中，流体202可以携带配位体，并且板201可以附着有受体，例如用于捕获配位体的抗体。使流体202在板201上通过，且接着测量对配位体的捕获可以指示配位体的浓度。在一些应用中，此类技术可以用于检测流体202中配位体的存在，以用于疾病诊断或其它目的。

配位体-受体捕获过程的动力学取决于化学反应的速率(结合的亲和力)和配位体对表面的质量输运速率。这两种速率通常皆与达姆科勒数(Da)进行比较。达姆科勒数Da可表达为

Da＝反应速率/质量转移速率。

如果Da<<1，那么化学反应限制动力学，且质量输运不发挥显著作用。然而，对于生物系统，通常Da>>1，因为质量输运速率受到生物分子(例如蛋白质)的低扩散系数的限制。如果化学反应速率高于质量输运速率，在受体顶部会形成耗尽区(具有低浓度配位体的区)，从而减慢动力学。如图4和5所示，此耗尽区的大小与表面上方的竖直流速梯度成反比。

在图4中，速度梯度相对较小，且因此耗尽层相对较厚。在图5中，速度梯度大于图4中，并且耗尽层比图4中薄。

由于反应的动力学直接取决于表面处的流速条件，因此在大多数应用中，这些流速条件应当尽可能均匀。这在使用例如微流体探针100的微流体探针时可能特别令人关注，因为流动条件随着距中心孔口104的径向距离而显著改变。

图6示出这种改变。当流体沉积在板201微流体探针100上时，流速梯度随着径向距离而减小。如图6的中心小图中定性示出的，流速梯度在微流体探针100的中心孔口104附近较高(由较深阴影示出)，并且朝向微流体探针100的周边601减小(由越来越浅的阴影示出)。图6的右边小图以图形方式示出流速梯度。显而易见，一旦中心孔口104的影响被避开，流速梯度随着径向距离而急剧减小。

这种或径向的流动分布非常不适于斑点的微阵列的质量输运，因为流速梯度的衰减是从入口区域起的指数衰减，没有平台(没有将阵列缩小到特定区域的可能性)。通过微阵列的等效斑点对配位体的所得捕获将如图7中所示而改变。中心斑点将经历较高流速梯度，并且将更具有动力学偏好，从而捕获更多数量的配位体，如较深阴影所指示。

根据本发明的一些实施例，一种微流体探针具有非平面的处理表面，并且从处理表面到被放置微流体探针的远侧末端的板形成改变的间隙。在一些优选实施例中，从处理表面到远侧末端的距离随着距注入孔口的径向距离而减小。此布置还可被称为“锥形”处理表面几何形状。例如，图8示出根据本发明的实施例的具有大致圆锥形处理表面801的微流体探针800。在中心孔口803处，处理表面801相比在处理表面的周边804处从远侧末端802凹入更多。

图9以横截面示出微流体探针800，其中中心孔口803高于处理表面801的周边804。在此实例中，处理表面801向上凹(远离远侧末端802)，但表面的圆锥形形状开口向下。也就是说，处理表面801相对于板201的斜率在中心孔口803附近比在周边804处更陡峭。

图9中还示出分别在处理表面801的中心孔口803附近和周边804处截取的流量剖面901和902。在此实例中，处理表面801的形状使得速度梯度随距中心孔口803的径向距离而保持恒定。

值得注意的是，如在此实例中在表面附近保持恒定速度梯度与保持微流体通道中的恒定平均速度不同。在其它实施例中，可指定处理表面形状以维持恒定的平均速度，其可用于其它目的。

图10示出根据本发明的实施例的用于具有100μm的入口-表面探针距离和r＝250μm的入口的处理表面801的理想形状，并且将所述形状与例如微流体探针100的恒定间隙探针进行比较。图11示出图10中示出的两个探针的有限元建模(FEM)模拟的结果。绘制距板表面2μm处的流速，这是板表面处速度梯度的良好指标。如可见，对于具有改变的间隙的微流体探针800，板表面处的流速梯度几乎恒定，而对于恒定间隙探针，流速梯度显著改变。

处理表面801的形状可通过分析确定。众所周知，在两个平坦表面之间流动的流体的速度剖面是抛物线的：

其中Q是流体的体积流动速率，r是距入口的径向距离，并且H是表面与探针之间的间隙。对y求微分得出：

设y＝0，得出

为了使此量对于恒定流动速率Q保持恒定，H²r必须为恒定的。将H_i设置为入口孔口处的高度，将r_i设置为入口孔口的半径，则对于任意位置r，

求解H得出：

具有非平面处理表面的微流体探针可以与抽吸环或径向分布的抽吸通道组合，这可以产生在其整个覆盖区中以恒定表面流动梯度操作的径向流体动力学流动限制。此类微流体探针可在浸没在浸润液体中的表面上操作。

图12示出具有处理表面1201的微流体探针1200，所述处理表面具有锥形几何形状，并且还包含围绕中心入口孔口1203的抽吸孔口1202。

在其它实施例中，抽吸环或凹槽可以围绕处理表面。例如，图13示出具有处理表面1301的微流体探针1300，所述处理表面具有锥形几何形状，并且还包含围绕中心入口孔口1303的抽吸环1302。

图14示出例如微流体探针1300的微流体探针的性能，如通过透明板从下方观察。微流体探针浸没在透明液体中，并且经由中心入口孔口1303将绿色液体施配到透明板的顶部。所施配的流体从中心入口孔口1303向外流动，并且经由抽吸凹槽从透明板抽吸。由于流动限制在局部起作用，因此不会发生周围浸没液体的污染。因此，探针可以扫描不同的区域，所述区域将始终经历相等的流速梯度。可以扫描一系列斑点，而不是用大限制来完全解决。

在一些应用中，特别是对于斑点的微阵列，通过将不同的斑点暴露于不同的受控表面流速梯度来探索化学系统的动力学可能是受关注的。在这种情况下，高度上改变的设计可以提供在不同区域中限定的逐渐改变的流动条件，而不是流动条件的完美均匀性。例如，图15示出三种不同的处理表面形状和速度梯度剖面。最左边剖面指示例如微流体探针100的恒定间隙微流体探针的性能。中心剖面指示例如微流体探针800的微流体探针的性能，其具有成形为依据径向距离维持恒定速度梯度的处理表面。最右边剖面指示具有成形为提供随径向距离而线性减小的速度梯度的处理表面的微流体探针的性能。可以使用类似于上文针对恒定速度梯度微流体探针800给出的程序的程序来确定处理表面的形状。例如，图16限定斜率m，其为速度梯度随径向距离而线性减小的期望斜率。参数H、H_i、r和r_i如上文所限定。以上式(3)仍然成立。即

然而，对于线性减小的速度梯度，

根据r求解H得出：

注意，对于m＝0，等式(7)简化为以上等式(5)。

实现其它速度剖面所需的处理表面形状可通过类似过程确定。

在其它实施例中，微流体探针的处理表面在不同区中可具有不同形状，以例如产生具有均匀流速梯度的步进(而非在整个表面上的均匀速度梯度)或逐渐改变的流速剖面。这对于寻址取决于斑点的配位体-受体亲和力而需要不同流动条件的微阵列中的斑点群组而言尤其有意义。

图17示出根据本发明的实施例的具有处理表面1702的微流体探针1701的横截面，所述处理表面在不同环形区1703、1704、1705之间具有锥度不连续性。微流体探针1701可以产生如图18中的流速梯度剖面，包含分别在环形区1703、1704、1705中的不同恒定流速梯度的三个区。

图19示出由微流体探针1701处理的区域的俯视图，所述区域包含同心环形区域1703、1704和1705，其具有内部恒定流速梯度，量值在较接近入口处较高。微阵列的斑点可以径向分布，以在相同区域中获得类似的流动条件。步骤的大小和数量将仅受制造能力限制。高度的改变，特别是距入口>3mm处，可能非常小，例如，小到几微米。

具有锥形几何形状的处理表面可具有额外优点，即其可促进将系统从干燥状态填充到液体填充状态。当第一液体填充并润湿整个内部几何形状时，在微流体装置中需要填充步骤。在此类程序中，重要的是确保稳定性和性能，尽可能在过程中不形成气泡/气袋。锥形几何形状有助于在被推入较低区域(对称填充)之前首先填充所有相等高度的区域。这是由于液体-空气界面的半径，因为较高半径使系统能量最小化。

例如，图20示出根据本发明的实施例的用于最初润湿表面的微流体探针(例如微流体探针800)的截面图和俯视图。进入液体填充在锥形几何形状下方的间隙，从而保持以入口为中心的大致圆形的水平剖面。在所述过程结束时，没有区域保持未润湿状态。

这与具有恒定间隙高度的微流体探针(例如微流体探针100)的性能形成对比，如图21中所示。在恒定高度的情况下，液体倾向于选择优先方向，从而导致不均匀的填充(未填充区域中的气袋)和非径向流动。对于进入试剂的空气-液体界面，所有方向都提供相同的能量变化。接着，液体填充将对表面糙度的小变化非常敏感，并且容易留下未润湿区，即气泡。

气泡的存在在任何微流体系统中通常都是破坏性的，并且可能产生不合需要的效应，例如流动路径的堵塞、中断和不稳定的定位。气泡的存在和产生通常取决于实验条件而难以避免。例如，高温、某些表面活性剂、高压差、不完美的密封或其他因素可能促成气泡形成。

锥形几何形状可用于经由上部抽吸通道收集气泡，以用于去除气泡。例如，如图22中所示，由于斜率与浮动效应组合，小气泡倾向于在此类系统中向上移动，并且大气泡倾向于朝向锥形几何形状的中心移位以最小化液体-空气表面能量(拉普拉斯压力)。

图23示出根据本发明的实施例的与微流体装置的通道路径组合的锥形几何形状的效应。进入的气泡通过抽吸通道收集，从而产生无气泡出口。抽吸通道可以主动抽吸或为静态的，通过填充顶部的腔体来收集气泡。在液体的竖直入口或出口中，例如微流体芯片的出口或微流体探针的抽吸，锥形几何形状可用于收集在局部形成或由液体携带的气泡。其还可用于确保微流体腔室的区域不存在气泡。

在其它实施例中，锥形几何形状的原理可用于非径向微流体几何形状。例如，如图24中所示，在具有矩形横截面和纵向对称性的笔直封闭流动通道2401中，流速梯度倾向于接近于侧壁减小。在2402处示出流速梯度的这种减小。根据本发明实施例，如图25所示，流动通道的拐角可以经圆化以减少速度梯度损失。

类似的技术可以用于宽度变化的流动通道，例如图26中所示的通道2601。截面宽度W的减小将导致流速梯度的局部增加。可以通过改变流动通道2601的高度来补偿此效应，如图27中的侧视图所示。截面宽度的逐渐减小可以用高度的逐渐增加来补偿。圆化边缘(如上所述)可用于整个表面的改进的流速梯度剖面。

图28示出实验结果，其将具有恒定间隙的微流体探针(例如微流体探针100)的性能与具有锥形几何形状的微流体探针(例如微流体探针800)的性能进行比较。将浓度为1μg/mL的抗IgM的处理溶液在用适当抗体斑点化的表面上洗涤，且速率为1μL/min。在运行结束时，通过测量从每个斑点发出的光来测量捕获率。如图28的左侧小图中显而易见的，恒定间隙探针产生广泛范围的捕获有效性，其中在探针区域的中心具有强信号，但在探针区域的周边处具有显著弱信号。斑点阵列在小图的底部示出，其中斑点的亮度指示捕获有效性。图28中的强度以任意单位给出，但是在三个小图上是一致的。

如图28的中间小图中所示，具有锥形几何形状的探针产生更均匀的捕获有效性和更高的总体平均捕获。

为了比较，图28的右边小图示出实验的结果，其中处理溶液简单地在斑点表面上洗涤并且通过振荡搅动，而不使用探针。虽然捕获的均匀性良好，但总体平均捕获有效性远低于两个探针中的任一个所实现的有效性，并且小于通过具有锥形几何形状的探针所实现的有效性的一半。因此，具有锥形几何形状的探针优于恒定间隙探针，并且优于简单洗涤。

具有锥形几何形状的微流体探针，例如微流体探针800，也可以改善来自干燥状态的微流体装置的填充。为了正常工作，微流体装置的通道首先需要完全充满液体。由于不完美的填充而产生的任何气袋都可能导致流体动力流动中断和最终的气泡形成。具有平面外注入和侧向抽吸的高纵横比微流体平坦腔室尤其难以从干燥状态填充，例如对于径向流动。图29示出这个问题，其示出具有中心注入孔口2902和侧向抽吸孔口2903的微流体探针2901的仰视图。微流体探针2901可以类似于上文所述的微流体探针100，与正被施配液体的表面具有恒定间隙。

进入液体2904并不需要填充这种间隙，因为这需要其以非常能量不利的方式扩散。相反，液体2904在入口2902和出口2903之间找到阻力最小的路径，从而使大部分几何形状未润湿。大腔室对于生物学应用通常是必需的，例如对于例如在斑点中图案化的表面受体与工作液体中的分子之间的生物测定。

图30示出根据本发明的实施例的具有锥形几何形状的微流体探针3001可如何促进从干燥状态，特别是在板3002的疏水性表面(例如由塑料制成的表面)上，填充探针间隙。流动前部的较大半径在能量上更有利，使得液体前部将倾向于保持距入口的均匀距离以最小化其总曲率。

图31以俯视图和侧视图示出这种效应，并且还示出本发明实施例中可能存在的用于进一步改善从干燥状态填充间隙的额外特征。例如，处理表面3101被环形抽吸凹槽3102围绕。如在3103处所示，抽吸凹槽3102具有处理表面3101的大体上尖锐拐角。然而，凹口3104形成于抽吸凹槽3102中的一个位置处，其目的在下文描述。

相对尖锐的边缘3103倾向于在形成于处理表面3101与板3002之间的腔室的边缘处“阻塞”流动流体。图32示出这种阻塞效应，其归因于毛细管力。

在图32的左边小图中，流入流体已经到达抽吸凹槽3102的边缘。接着，在尖锐边缘处产生的毛细管力迫使流体填充腔体的其它部分，如图32的两个右边小图中所示，而不是进入抽吸凹槽3102。

图33示出边缘3103处的毛细管力的效应。一旦液体前部到达腔室边缘3103，高度的突然改变就通过防止液体的前进移动来对液体进行阻塞。当液体前部到达腔室的一侧的边缘时，其将停止在该位置处前进。这促进了腔室的完全填充，如图32中所示。用任何尖锐边缘，例如以介于20与160度之间的角度α获得阻塞效应。

然而，阻塞效应在较低角度下不太稳定。这一事实可以用以选择流体最终自腔室溢出的地方。例如，图34示出根据本发明的实施例的微流体探针3001的下部透视图，其包含锥形处理表面3101、抽吸凹槽3102和在边缘3103中的凹口3104。凹口3104由圆柱形表面形成，所述圆柱形表面的轴线与处理表面3101成45度角。

图35示出根据本发明的实施例的微流体探针3001的横截面。由于凹口3104相对于处理表面3101比抽吸凹槽3102的边缘3103的其余部分倾斜较少，因此进入的流体将倾向于首先经由凹口3104从腔室溢出。虽然凹口3104与处理表面3101成45度角，但可使用其它角度，但优选地至少20度。

在图35中还可见以下事实：相对于处理表面3101，抽吸凹槽3102的深度不均匀。(“深度”在图35中向上。)在凹口3104处，抽吸凹槽3102处于其最小深度，并且仅从处理表面3101向上延伸短距离。然而，与凹口3104相对，抽吸凹槽3102处于其最大深度，并且连接到出口端口3501。抽吸凹槽3102的深度随着从凹口3104朝向出口端口3501的距离而增加。

图36示出用于接收流体的微流体探针3001内的空间的实体模型，或微流体探针3001本身的“负”空间。此凹槽配置有助于确保抽吸凹槽3102的均匀填充，而没有气泡截留。

例如，图37和38示出抽吸凹槽3102的填充。图37示出根据本发明的实施例的流体已溢出凹口3104且部分填充抽吸凹槽3102的侧视图和俯视图。图38示出当抽吸凹槽3102完全填满流体后的侧视图和俯视图。从溢出凹口3104的点，液体前部朝向腔室的任一侧上的出口3501移动。液体在其前部在凹槽3102内部前进时在边缘上方溢出。凹槽3102朝向出口3501的高度增加确保两侧的前部以类似速度向前移动并且在出口3501处相遇。凹槽3102将用作均匀抽吸源，以在腔室中获得径向流动。腔室的深度可在0.5mm与10mm之间的范围内，顶角在2度与60度之间，但其它尺寸和角度是可能的。

虽然上文所描述的微流体探针是圆形的，但本发明的方面也可以以其它形状的探针来体现。例如，图39示出根据本发明的实施例的矩形探针3901和三角形探针3902的仰视图。矩形探针3901包含入口孔口3903、锥形处理表面3904、抽吸凹槽3905、阻塞边缘3906、出口孔口3907和溢出凹口3908。类似地，三角形探针3902包含入口孔口3909、锥形处理表面3910、抽吸凹槽3911、阻塞边缘3912、出口孔口3913和溢出凹口3914。

图40示出根据本发明的实施例的从初始干燥状态4001填充腔室的实验结果。图40中的视图来自正被施配液体的板的底部。在状态4002处，液体已开始从中心孔口流动和扩散。在状态4003处，液体已经到达处理表面的阻塞边缘，并且已经开始从围绕处理表面的周边的阻塞位置向外流动。在状态4004处，流体几乎完全润湿表面。在状态4005处，板在处理表面下方完全润湿。在状态4006和4007中，液体溅到围绕处理表面的抽吸凹槽中，并且被抽吸掉。

实验已示出，通过微流体探针的低流动速率，例如10μl/min，可能不会导致处理表面与板之间的间隙的均匀填充。然而，在一些情况下，低流动速率可能是期望的，例如，以最小化红细胞上的剪切应力，这可能导致样品溶血。

在一些应用中，样品注入可以分两个阶段执行——第一阶段具有高流动速率，第二阶段具有低流动速率。例如，为了注入80μl样品，前20μl可以100μl/min注入，其余60μl以10μl/min注入。也可使用其他流动速率。这种两阶段过程可导致处理表面与板之间的间隙的更均匀的填充。

非典型抗红细胞抗体的筛选或鉴定

本发明的实施方案可以例如用于筛选或鉴定非典型抗红细胞抗体。例如，本发明的实施例可用于检测个体血液中针对各种红细胞抗原的抗体的存在或不存在。为此，寻求证明这些抗体(IgG和/或IgM)与表型分型红血细胞(其抗原是已知的或/和为重组抗原)的结合。当结合在表型分型红血细胞或重组抗原上时，这些非典型抗红细胞抗体通过抗免疫球蛋白抗体揭露。在第一步骤中，使用一组“筛选”红血细胞(经选择以便在输注中携带重要的所有抗原(用于检测非典型抗体的存在或不存在)的不同群组的两个或三个红血细胞)。在阳性筛选的情况下，接着借助于至少一组“鉴定”红血细胞来鉴定存在的一个或多个非典型抗体的特异性。一般来说，使用在绝大多数已知血型系统中表型分型的10至15或甚至20个不同的红血细胞。

底物的表面用于经由聚-D-赖氨酸(PDL)固定天然或溶血的表型分型红血细胞。对于本申请，微流体探针被设计为执行循序化学过程：沉积患者血浆、血清或全血样品，通过用缓冲液洗涤去除非特异性抗体，以及施配标记的抗Fc抗体缀合物以检测结合抗体。为了增加灵敏度，单步揭露可以用2步揭露代替：施配标记为抗Fc抗体缀合物(生物素化AHG)的生物素、去除未结合的过量物、施配标记为链霉亲和素(SA-PAL)的磷酸酶碱、去除过量物，以及添加底物。

在示例方法中，底物的表面是聚苯乙烯96孔平底板。将10μg/ml的pH7.4的在PBS中的PDL施配到每个孔中，并且在室温下培育2小时。在此步骤结束时，将孔在PBS pH 7.4中洗涤，接着在水中洗涤。最后，将其干燥且接着用于固定细胞。

结合剂是天然表型分型红血细胞。将细胞用非接触式印刷机沉积为PDL涂布孔底部上的斑点。在此实例中，使用在生理水中的10％细胞悬浮液。在沉积后，洗涤底物以去除未结合细胞，接着通过与补充有PVA/BSA10g/L的生理水接触而饱和以防止样品组分的非特异性结合和细胞保存。接着，干燥表面。

将每种红血细胞重复若干次做成斑点，以保证结果的可再现性。此处，固定两个表型分型红血细胞；选择它们是为了一个细胞对于特定抗原的表达是阳性的，而第二个细胞是阴性的。所评估的抗原属于主要系统(Rhesus、Kidd、Duffy、MNSs、Kell)。做出64个斑点的网格(一个RBC的32个斑点和另一个RBC的32个斑点)。

方法中的其它步骤如下，参考图41A-41F：

微流体探针定位在干燥孔中。探针可以是例如上述类型中的任一种。患者血浆、血清或全血流过孔以使样品和RBC接触。用中心通道执行的注入流以100μL/min进行，并且同时通过凹槽以相同流动速率抽吸溶液。此培育步骤持续约10分钟，如图41A中所示，且随后为洗涤步骤，如图41B中所示。为了确保完全去除所有样品的痕迹，将PBS缓冲液注入通过中心通道(100μL/min)，并且也注入通过浸润液体通道(100μL/min)，并且此缓冲液立即被凹槽以200μL/min抽吸。执行此步骤约一分钟可能足以去除所有非特异性抗体，但可以使用其它时间段。接着，在PBS/BSA中稀释的4μg/ml的标记为抗Fc抗体缀合物的生物素以100μL/min从中心通道沉积，并且同时通过凹槽以相同速度抽吸，如图41C中所示。此步骤可以持续约2.5分钟或另一适当时间。通过从中心通道施配的PBS缓冲液以及通过凹槽以200μL/min抽吸的浸润液体通道去除潜在过量的缀合物。此洗涤步骤也可持续约一分钟或另一合适的时间，如图41D中所示。为了完成揭露，在PBS/BSA中以1μg/mL稀释的标记为链霉亲和素的磷酸酶碱通过中心通道以100μL/min注入，并且由凹槽以相同速度抽吸，如图41E中所示。此步骤也可以持续约2.5分钟。在结束时，通过以100μL/min从中心和液体浸润通道注入TBS缓冲液，并且通过凹槽以200μL/min抽吸，执行去除未结合经标记链霉亲和素的最终洗涤约一分钟，如图41F中所示。沉淀底物的添加允许通过比色法检测附着到红血细胞的抗体的存在或不存在。所有这些顺序步骤优选地在37℃下用头部执行。

所属领域的技术人员将显而易见，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明的方法和系统中进行各种修改和变化。因此，希望本发明包含处于所附权利要求书和其等同物的范围内的修改和变化。应理解，本文公开的特征和能力的任何可行组合也被视为公开的。

Claims (20)

1.一种微流体探针头，包括：

主体，其具有近侧末端和远侧末端；

处理表面，其在所述远侧末端处；以及

注入孔口，其在所述处理表面中；

其中所述处理表面是非平面的。

2.根据权利要求1所述的微流体探针头，其中所述处理表面在所述注入孔口处从所述远侧末端凹入。

3.根据权利要求2所述的微流体探针头，其中从所述处理表面到所述远侧末端的距离随着距所述注入孔口的径向距离而减小。

4.根据权利要求3所述的微流体探针头，其中所述处理表面的横截面剖面是弯曲的，并且使其凹侧朝向所述近侧末端设置。

5.根据权利要求4所述的微流体探针头，其中所述处理表面的所述横截面剖面被选择为依据从所述注入孔口流动到所述远侧末端附近的测试表面上的流体的径向距离而产生恒定速度梯度。

6.根据权利要求4所述的微流体探针头，其中所述注入孔口从所述远侧末端凹入距离H_i，并且所述注入孔口为具有半径R_i的圆形，并且其中依据径向距离r，所述处理表面从所述远侧末端凹入距离

7.根据权利要求4所述的微流体探针头，其中所述处理表面的所述横截面剖面被选择为依据从所述注入孔口流动到所述远侧末端附近的测试表面上的流体的径向距离而产生线性减小的速度梯度。

8.根据权利要求3所述的微流体探针头，其中所述处理表面在所述处理表面的不同环形区之间具有锥度不连续性。

9.根据权利要求1所述的微流体探针头，进一步包括从所述处理表面向远侧延伸的一个或多个间隔特征，用于当所述一个或多个间隔特征抵靠所述测试表面放置时将所述处理表面与板隔开。

10.根据权利要求9所述的微流体探针头，其中所述一个或多个间隔特征包括在所述远侧末端处的凸起周边。

11.根据权利要求9所述的微流体探针头，其中所述一个或多个间隔特征包括多个抽吸柱。

12.根据权利要求1所述的微流体探针头，进一步包括在所述主体中的一个或多个抽吸孔口，所述一个或多个抽吸孔口在所述远侧末端抵靠测试表面放置时与所述注入孔口流体连通。

13.根据权利要求12所述的微流体探针头，其中所述一个或多个抽吸孔口设置在所述处理表面的所述周边处的凹槽中。

14.根据权利要求12所述的微流体探针头，其中所述一个或多个抽吸孔口设置在所述处理表面中。

15.根据权利要求1所述的微流体探针头，进一步包括围绕所述处理表面的抽吸凹槽。

16.根据权利要求15所述的微流体探针头，其中溢出凹口限定在所述处理表面的周边边缘中。

17.根据权利要求16所述的微流体探针头，其中所述抽吸凹槽在深度上是可变的，并且在接近所述溢出凹口的位置处具有其最小深度，并在与所述溢出凹口相对的位置处具有其最大深度。

18.根据权利要求1所述的微流体探针头，其中所述微流体探针头是非圆形的。

19.一种方法，包括：

经由微流体探针将第一量的流体以第一流动速率注入到表面上；以及

经由所述微流体探针将第二量的流体以第二流动速率注入到所述表面上。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一流动速率高于所述第二流动速率。