EA001560B1 - Устройство с электродной решеткой для осуществления химических, физических или физико-химических реакций - Google Patents

Abstract

Описывается устройство для осуществления химических, физических или физико-химических реакций между частицами, взвешенными в жидкой среде. Жидкая среда находится в каналах (1 - 8, 10, 40, 41, 42, 52, 72) в основном плоскостного субстрата. Жидкая среда не обязательно должна протекать через каналы (1 - 8, 10, 40, 41, 42, 52, 72), она может оставаться неподвижной, в то время как частицы продвигаются через нее. С каналами (1 - 8, 10, 40, 41, 42, 52, 72) связаны электродные решетки, которые приводят частицы в движение, например, под воздействием диэлектрофореза или бегущей волны диэлектрофореза. Сложные обрабатывающие системы могут быть получены при использовании множества каналов (1 - 8, 10, 40, 41, 42, 52, 72) и электродов (20, 21, 22, 36, 56, 71). Устройство может быть изготовлено, например, с применением технологий фотолитографии и/или лазерной обработки.

Description

Данное изобретение относится к устройствам для осуществления реакций и/или манипуляций химической, физической или физикохимической природы.

Со средних веков, и даже ранее, научный эксперимент и, как следствие, научно обоснованные производственные процессы основывались на концепции эффективного взаимодействия между различными материалами, имеющем своей целью получение требуемого продукта реакции. Первоначально природа описываемой реакции была малопонятна, но в XX столетии мы стали свидетелями большого сдвига в понимании реакции и деталей ее механизма. Научное понимание сегодня включает огромный спектр вопросов, таких, например, как происходит реакция на микроскопическом уровне, который, в свою очередь, приводит к развитию оснащения и оборудования для улучшения макроскопических реакций.

По сравнению с этим слишком мало внимания уделялось вопросу проведения реакций, имеющих своей целью производство полезных продуктов на микроскопическом уровне, хотя и осуществлялась большая исследовательская работа по изучению реакционных процессов на таком уровне.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, способного действовать и осуществлять реакции на микроскопическом уровне, в частности, для особо точного проведения последовательностей реакций, возможно включающих несколько стадий, для получения полезных продуктов без побочных продуктов или без необходимости стадии расширенной сепарации, например, при получении очень малых количеств требуемого продукта из намного больших количеств реактивов.

Выложенная заявка ΌΕ № 4127405 раскрывает метод сепарации смеси микроскопических суспензий диэлектрических частиц в жидкости, который включает в себя движение частиц по жидкости под действием диэлектрофореза, комбинированного с собственным движением жидкой среды. Жидкость вынуждена течь через слоистую силиконовую поверхность вдоль по направляющему каналу и электроды, которые подвергаются воздействию электрических сигналов для получения требуемого эффекта диэлектрофореза. В данном описании отсутствует какое-либо раскрытие использования диэлектрофореза для ускорения реакций, а только для достижении сепарации.

Задача, лежащая в основе настоящего изобретения имеет своей целью разработку улучшенного устройства для осуществления четкой последовательности контролируемых реакций для получения требуемых продуктов.

Согласно настоящему изобретению, здесь приводится устройство для осуществления химических, физических или физико-химических реакций между частицами, взвешенными в жидкой среде, которое включает в основном плоский плоскостной субстрат, средства, определяющие множество взаимосвязанных каналов жидкости и множество электродных решеток, связанных с каналами и/или местами соединения каналов, и средства для воздействия на электродные решетки электрическими сигналами для получения движения частиц, взвешенных в жидкости в каналах при помощи одного или нескольких явлений электродвижения, отличающееся тем, что устройство содержит, по меньшей мере, одно соединение, включающее пару частично перекрывающих друг друга электродных решеток, и тем, что средства для воздействия электрическими сигналами адаптированы к применению различных сигналов для каждой пары частично перекрывающих друг друга электродных решеток для получения различного движения взвешенных частиц под воздействием бегущих волн диэлектрофореза.

Термин частицы, использованный выше, имеет широкое толкование. Он относится, например, к сложным частицам, состоящим из твердой или жидкой основы, и добавленных к ней одной или нескольких реактивных сущностей (организмов), например, так называемым биомолекулам. Основа может иметь простую конструкцию, такую, как частица простейшей субстанции, или может иметь сложную природу, как, например, биологическая клетка или частица геля.

Конкретная конструкция взаимосвязанных каналов жидкости в субстрате может быть самой разнообразной в зависимости от сферы применения. Обычно они имеют форму плоскостной решетки, хотя несомненно (но более трудно выполнимо), что могут быть сделаны и трехмерные или слоистые решетки. Однако во всех случаях каналы в субстрате должны быть изготовлены точно и иметь соответствующие размеры. С этой целью, отдельно или в сочетании друг с другом, могут быть использованы две уже известные технологии, например, фотолитография и лазерная обработка. Подобные технологии также применимы при производстве электродных решеток, связанных с каналами жидкости. Каналы жидкости могут быть полностью или частично закрыты путем добавления крышки для удерживания частиц в пределах этих каналов.

Идея использования подобных технологий для изготовления наполнимых жидкостью каналов не нова. Вашицу в своей работе, озаглавленной Электростатическое воздействие на биологические объекты, Журнал по электростатике, 25 (1990), 109-123, описывает изготовление и применение устройства, которое он называет «замкнутая жидкостная цепь», для продвижения отдельных биологических клеток требуемым способом, при котором каналы немного шире, чем одна клетка. В устройстве согласно данному изобретению каналы могут быть шире, для того чтобы обеспечить контролируемые манипуляции со многими частицами одновременно.

Устройство согласно данному изобретению может быть визуально изображено как своего рода объединенный жидкостный контур на субстрате, соединенный с электродной решеткой, для перемещения частиц по жидкости в желаемом направлении. При дальнейшей аналогии с общеизвестной областью производства замкнутых контуров, многие из видов устройств в рамках настоящего изобретения могут быть рассмотрены как изготовленные из набора модулей или компонентов, каждый из которых сконструирован для конкретной задачи, такой как концентрация частиц, отделение одной частицы от другой, улавливание частиц определенного типа и их движение в массе. Необходимо заметить, что жидкость в каналах может быть движущейся или неподвижной.

Явление электродвижения для перемещения частиц может быть выбрано из множества электрокинетических эффектов. Особенную ценность представляет диэлектрофорез (ДЭФ), электроротация (РОТ) и бегущая волна диэлектрофореза (БВД). Данные явления широко известны и описаны в научной литературе, и, кроме того, хорошо изучены. Литература по данному вопросу приводит множество экспериментальных технологий, которые могут быть применены к структуре и конструкции устройства согласно настоящему изобретению. Например, производство плоскостных микроэлектродов широко известно из исследований по ДЭФ и осуществляется на практике в лабораторных исследованиях ДЭФ. Эта литература описывает также применение оптических технологий для измерения ДЭФ и РОТ свойств коллоидных частиц и совершенствование монтажа многослойных электродов для электрокинетических исследований.

Патентная литература также приводит множество технологий, которые могут быть использованы в устройстве согласно настоящему изобретению. Так международная публикация XV О 91/12262 раскрывает использование ДЭФ для манипуляций с твердыми, полутвердыми и жидкими материалами, международная публикация XV О 93/16383 раскрывает использование электроротационного анализа, а использование БВД для передвижения частиц раскрывает международная публикация XVО 94/22583. Различные технологии, использованные в вышеприведенных описаниях изобретений, могут быть частично использованы в данном изобретении.

Устройство согласно данному изобретению может быть использовано в огромном множестве сфер применения различных реакций. Особую важность, однако, представляет их использование при выполнении широкого ряда функций биологического процесса. Сюда могут быть включены и исследования лабораторного типа, и производственного, например, измерение присутствия количества примесей и загрязнений в воде за одну минуту, исследование фармацевтических компонентов и производство «сконструированных биомолекул». Описание данной технологии и способы ее применения даны Бриджет Р. Маркс в статье, озаглавленной Микрочипы могут быстро идентифицировать микроорганизмы и опубликованной в январском выпуске журнала Лазер Фокус Уорлд, с. 19 и 20, а также Марком Уардом в статье Дьявольские трюки с микрочипами в номере журнала Нью Сайентист от 01.03.1997 г., с. 22-26.

Данное изобретение проиллюстрировано только для примера со ссылкой на простое устройство для определения наличия специфических микроорганизмов в воде. Это объяснено сопутствующими чертежами, в которых на фиг. 1 изображена блок-схема устройства простой формы, согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 - схема транспортировочного пути БВД, используемого в устройстве, приведенном на фиг. 1 ;

на фиг. 3 - схема неселективной ловушки, используемой в устройстве, приведенном на фиг. 1 ;

на фиг. 4 - схема селективной ловушки, используемой в устройстве, приведенном на фиг. 1 ;

на фиг. 5 - схема сортировочного соединительного узла, используемого в устройстве, приведенном на фиг. 1 ;

на фиг. 6 - схема камеры электроротационного анализа, используемой в устройстве, приведенном на фиг. 1 .

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для обнаружения определенных микроорганизмов в воде. Сырая вода содержит широкий спектр микроорганизмов, большинство из которых безвредны. Однако два вида микроорганизмов, представляющих особый интерес, СгурЩкропбшш рагуиш и С1аг41а 1ашЫ1а являются паразитами. Устройство, приведенное на фиг. 1 , предназначено для обнаружения этих двух микроорганизмов и состоит из множества взаимосвязанных каналов 1-8, сформированных в субстрате. Несколько каналов содержат ловушки частиц Л1 и Л2, а выходные каналы содержат электроротационные камеры РОТ1 и РОТ2. Соединения между каналами обозначены как С_А, С_Б, С_В, С_Г и Сд. Наборы электродов (не показаны на фиг. 1 ) соединены с каналами для продвижения частиц (при подаче соответствующих электрических сигналов на электродные решетки) по этим каналам посредством БВД.

Устройство действует следующим образом.

Проба воды, пройдя через простые фильтры для удаления крупного мусора, подается во входной канал 1 . Там частицы, содержащиеся в пробе, подвергают воздействию БВД для того, чтобы они попали в ловушку Л1, где они посредством диэлектрофореза улавливаются набором зубчатых микроэлектродов. Одновременно проба в виде шариков из латекса с покрытием против определенных микроорганизмов подается в выходной канал 2. Эти шарики также подвергают воздействию бегущего электрического поля вдоль транспортировочного пути X в ловушку Л2. Ловушка Л2 обладает селективным действием и в данном случае предназначена для удержания шариков латекса. После того, как шарики латекса задержаны, частицы, накопленные в ловушке Л1, освобождаются и перемещаются через соединение С_Б в ловушку Л2. Для того чтобы неподвижные электроды притягивали шарики латекса и микроорганизмы, электроды подвергают воздействию соответствующего электрического поля. Данное улавливающее действие ускоряет реакцию между требуемыми микроорганизмами и шариками с антипокрытием. Частицы, не относящиеся к микроорганизмам, подвергают воздействию бегущей волны, которая перемещает их из ловушки Л2 по транспортировочному пути Ζ к выходному отверстию 8 для отходов. Таким образом, проба теперь содержит смесь, состоящую из комплексов микроорганизмов и шариков и микроорганизмов и шариков, не вступивших в реакцию. После освобождения всех уловленных частиц (вступивших и не вступивших в реакцию) из ловушки Л2 они перемещаются по соединению С_В, где частицы, не являющиеся шариками или комплексами, шарики-организмы пропускаются по транспортировочному пути Υ и через соединение С_А улавливаются ловушкой Л1. Оставшиеся частицы продолжают перемещаться по соединению С_Г, где комплексы шарикиорганизмы направляются к ротационной камере РОТ1. Оставшиеся частицы (не вступившие в реакцию шарики) направляются к выходному отверстию 8 для отходов. Комплексы шарикимикроорганизмы, находящиеся уже в камере РОТ1, могут быть исследованы при помощи электроротации. При соответствующем применении электрических полей и ротационного детектирования, используя метод обработки отраженных сигналов, просто пересчитать количество присутствующих организмов, а также определить их жизнеспособность. Подвергнув анализу микроорганизмы первого вида, процесс может быть произведен еще раз со вторым набором шариков латекса, захваченных ловушкой Л2, в этом случае нацеленной на микроорганизмы другого вида. В данном случае исследуемые организмы будут направлены к камере РОТ2 для сравнения и т. д.

Вышеприведенный пример носит чисто иллюстративный характер по отношению к устройствам, которые могут быть сконструированы согласно настоящему изобретению, и по отношению к последовательности манипуляций и типу реакций. Однако, как можно легко оценить, аналогичная цель может быть достигнута при использовании строительных блоков различных типов, причем некоторые из них изображены на последующих фигурах.

На фиг. 2 схематически изображен транспортировочный путь БВД. Канал 10 расположен между двумя изолирующими «берегами» 11, 12, каждый из которых имеет соответствующую высоту для определения глубины жидкости канала.

Множество поперечных электродов 20, 21, 22 и т. д. по длине канала проходят поперек канала, на вершине одного из изолирующих берегов расположен комплект из четырех проводящих полос 30, 31, 32 и 33. Берег имеет перфорацию, где показаны возможные электрические контакты между каждой из полос 30, 31 и т.д. и каждым из четырех поперечных электродов 20, 21 , 22 и т. д.

При использовании устройства согласно настоящему изобретению частицы в жидкости в канале 1 0 могут быть приведены в движение посредством приложения квадратурного синусоидального напряжения, т. е. при фазовых углах, равных 0, 90, 180 и 270°, к проводящим полосам 30 - 33. Это порождает бегущее электрическое поле в канале 1 0, и при соответствующем выборе амплитуды и частоты прилагаемых сигналов позволяет регулировать скорость движения частиц в жидкости канала, а также направление их движения. Соответственно элементы устройства данного типа могут быть использованы для перемещения частиц из одной части устройства настоящего изобретения к другой (по желанию). Практическое воплощение транспортировочного пути БВД, изображенного на фиг. 2, было описано Дж. П. X. Бертом, Р. Петигом, М. С. Тэлэри и Дж. Э. Теймом в 1995 г. в статье, озаглавленной Электроманипуляции с биочастицами под воздействием бегущего поля, опубликованной в томе Международный прогресс в точной инженерии (издатель М. Бонис, И. Элейли, П. Ревел, П. А. МакКеон и Дж. Корбетт), Е1§еу1ег Рге§8, с. 476 479. Тест-частицами, использованными для демонстрации индуктивного движения контролируемого бегущего поля были выбраны шарики латекса диаметром 6 мкм, а в качестве неподвижной жидкой среды (суспензии) был использован ионизированный водный раствор.

Стоит заметить, что использование четырех проводящих полос является в большей степени иллюстративным, чем необходимым; в качестве альтернативы могут быть использованы устройства с электродными/проводящими полосами, которые при подаче соответствующего сигнала будут создавать эффект БВД.

На фиг. 3 и 4 изображены различные типы ловушек. Представлены два типа ловушек, на фиг. 3 - неизбирательная (неселективная) ловушка, на фиг. 4 - избирательная (селективная).

Каждая ловушка состоит из канала 10 с поперечными электродами и подводящими сигнал полосами, идущими вдоль канала и присоединенными к поперечным электродам через перфорации в изоляционных берегах, как показано. Действие неселективной ловушки на фиг. 3 схоже с действием транспортировочного пути, показанного на фиг. 2. Однако часть пути пересекается зубчатыми электродами 36, взаимнорасположенными таким образом, что прямоугольные выступы-зубья каждого электрода направлены к выемке между выступамизубьями соседних электродов (по типу сцепленных пальцев двух рук) и соответственно наоборот. Они могут просто действовать как поперечные электроды на фиг. 2, но если требуется уловить частицы, то напряжение, прикладываемое к этим специфическим электродам, меняется, что приводит к возникновению сильно неравномерного электрического поля, которое может вызвать притягивание и частиц на зубцах. Практическая демонстрация улавливания биологических частиц с использованием зубчатых взаимнорасположенных электродов, имеющих форму, показанную на фиг. 3, была описана в публикации, озаглавленной Положительное и отрицательное скопление коллоидных частиц при диэлектрофорезе с использованием зубчатых микроэлектродов, взаиморасположенных по типу сцепленных пальцев рук, изданной в 1992 г. Р. Петигом, Ю. Хуангом, К - Б Вангом и Дж. П. X. Бертом в журнале по физике Д: Прикладная физика, т. 25, с. 881 - 888. Если требуется высвободить частицы, то к электродам прикладываются сигналы, реверсивнные по отношению к БВД типу, и частицы соответственно двигаются по каналу 1 0.

На фиг. 4 изображена селективная ловушку. Электрическое поле БВД постоянно воздействует на поперечные электроды с обеих сторон канала 1 0, но его частота подобрана таким образом, чтобы по-разному воздействовать на различные частицы, взвешенные в жидкости канала. Таким образом, если имеется два типа частиц, обладающих различными диэлектрическими свойствами, то частота может быть выбрана, например, таким образом, чтобы подвергнуть воздействию отрицательной силы диэлектрофореза частицы одного типа для продвижения к центру канала 1 0, тогда как частицы второго типа подвергают воздействию положительной силы диэлектрофореза, притягивая их к поперечным электродам, где они удерживаются до тех пор, пока воздействуют сигналы.

Практическое воплощение избирательной БВД-ловушки, приведенной на фиг. 4, было описано М. С. Тэлэри, Дж. П. X. Бертом, Дж. Э. Теймом и Р. Петигом в 1996 г. в работе Электроманипуляция и Сепарация Клеток с использованием БВД в Журнале физики Д: Прикладная физика, т. 29, с. 2198 - 2203. Дрожжевые клетки Засскаготусез ββΓβνίνίαβ выращивались при температуре 30°С в среде рН 5, содержащей 5% сахарозы, 0,5% экстракта дрожжей и 0,5% бактериального пептона. Клетки собирались после 24 ч в фазе экспотенциального роста культуры, промывались и подвергались вторичному взвешиванию трижды в 280 тМ маннитола. Удельная проводимость суспензии клеток в 280 тМ маннитола устанавливалась 8 мкСм/см и 78 мкСм/см путем прибавления №1С1. как определено анализатором полного сопротивления (импеданса) НР 4192 А при 100 кГц, используя черные платиновые электроды для сведения к минимуму эффекта поляризации электродов. Суспензия нежизнеспособных клеток готовилась путем обработки пробы дрожжей при температуре 75°С в течении 10 мин в автоклаве, за которой следовало трехразовое промывание и взвешивание образца в 280 тМ маннитола. Поглощение голубого красителя метилена использовалось для подтверждения того, что дрожжи стали нежизнеспособны. Смесь суспензий из нежизнеспособных и жизнеспособных дрожжей готовилась для двух сред с удельной проводимостью 8 мкСм/см и 78 мкСм/см. При подаче на четыре проводящие полосы 30, 31, 32, 33 сигналов с квадратурой 4 V рк-рк частотой 35 кГц (клетки взвешены в 280 тМ маннитола с удельной проводимостью 78 мкСм/см), нежизнеспособные клетки направлялись к концам электродов и останавливались посредством положительного диэлектрофореза путем перемещения их из канала. С другой стороны, жизнеспособные клетки, направлялись к середине канала под влиянием отрицательного диэлектрофореза и перемещались по каналу со скоростью приблизительно 25 мм/с в направлении, противоположном направлению бегущего электрического поля. В случае смешения жизнеспособных и нежизнеспособных дрожжевых клеток, взвешенных в 280 тМ маннитола проводимостью 8 мкСм/см при возбуждении электродов квадратурными сигналами 5 V рк-рк частотой 4 МГц, жизнеспособные дрожжевые клетки были быстро обездвижены на концах электродов под воздействием положительного диэлектрофореза, пока нежизнеспособные клетки направлялись к середине канала под действием отрицательного диэлектрофореза, и затем перемещались со скоростью приблизительно 30 мм/с по каналу в направлении, совпадающим с направлением бегущего поля.

В другой публикации в прессе, напечатанной одновременно с данной работой, Дж. П. X. Берт, Р. Петиг, М. С. Тэлэри описали под заголовком Микроэлектродные устройства для манипуляции и анализа биочастиц в отчете Института Мер и Весов способ, при котором эта основная методика может быть применена для разделения красных кровяных клеток от белых кровяных клеток в их взвеси.

На фиг. 5 изображен сортировочный соединительный узел, который может быть ис пользован для получения субпопуляции частиц различных типов из взвеси, или, наоборот, для смешения частиц различных типов, в зависимости от необходимости. Кроме того, частицы побуждаются к движению по каналам 40, 41, 42 путем приложения сигналов к поперечным электродам, указанным в общем как 50, 51, через подающие каналы. В части канала 40 на частицы в жидкости могут воздействовать два независимых поля бегущей волны. Сигналы, прикладываемые к 50, выбраны таким образом, что большинство частиц перемещаются по направлению вдоль канала 41, а сигнал, прикладываемый к 51, выбран таким образом, что требуемая субпопуляция частиц в жидкости лучше перемещается под его воздействием. Частицы различных типов во время движения по каналу 40 побуждаются к движению в направлении канала или 42, а в месте соединения каналов 40, 41 и каждая из сторон канала подвергается воздействию различных бегущих электрических полей, которые заставляют частицы двигаться вниз по соответствующим каналам 41 или 42. Данное разделение улучшается путем применения наложенных полей, усиливающих слабое действие диэлектрофореза на частицы, для того чтобы направить их в требуемую сторону канала.

На фиг. 6 изображена схема камеры ротационного анализа для отслеживания качественных характеристик частиц, взвешенных в жидкой среде, т. е. концентрация частиц, жизнеспособность частиц. Набор поперечных электродов, расположенных вдоль канала 52, может вызвать движение частиц, взвешенных в жидкости в канале 52 в направлении центральной камеры 53 путем приложения соответствующих сигналов к набору проводников 54, соединенных как описано выше с поперечными электродами. Камера 53 ограничена четырьмя фасонными электродами 56, соединенными как показано. При приложении сигнала с квадратурным синусоидальным напряжением к четырем проводникам 61 , 62, 63 и 64, которые присоединены к электродам 56, ротационное электрическое поле может быть приложено к камере 53. В процессе взаимодействия частиц с ротационным электрическим полем, частицы испытывают крутящий момент, величина и полярность которого соответствуют определенной природе частиц. Стенки камеры 53 являются прозрачными, так что можно вести наблюдение за частицами на микроскопическом уровне. Подобные наблюдения могут быть сделаны визуально, но более предпочтительно, если устройство настоящего изобретения используется совместно с автоматическим оптическим сканирующим устройством для определения свойств частиц в камере 53. Пример камеры ротационного анализа, имеющей форму, приведенную на фиг. 6, которая может быть использована для так называемого электроротационного анализа (ЭРА) (заявка на изобретение, номер международной публикации \νϋ 93/16382) представлен Дж. П. X. Бертом, К. Л. Чаном, Д. Доусоном, Э. Партоном и Р. Петигом в статье Анализ микробиологического загрязнения и ΌΝΑ-анализ, основанный на электроротации, опубликованной в журнале Аииа1е§ Вю1о§1е Оплсще. т. 54, с. 253 - 257 в 1996 г. Там описано использование известной ЭРАметодикой явления электроротации в сочетании с технологией использования антител для быстрого и точного обнаружения объектов анализа в водном растворе. В испытании объект анализа связан с положительно заряженным шариками, вызывая изменения в диэлектрических свойствах комплекса объект анализа - шарик по сравнению с просто шариком. Данное изменение диэлектрических свойств в свою очередь обнаруживается путем использования технологии электроротации. Отбор может регулироваться выбором соединяющих средств, использованных при воздействии на известные частицы, и, как таковой, метод анализа проб может применяться к различным объектам анализа размером от целых клеток до молекул. Для распознавания С’гурЮхропбшт и С1агФа используются шарики латекса диаметром 0,8 мм, которые повышают различие между ротационными характеристиками жизнеспособных и нежизнеспособных образцов.

Вся система распознавания методом ЭРА состоит из нескольких стадий. Первой стадией является подготовка проб. Обычно проба представляет собой от 1 0 до 1 00 л сырой воды, в зависимости от количества осадка, который сконцентрирован в объеме, приблизительно равном 250 мл. На стадии подготовки пробы вода сначала пропускается через простой фильтр для удаления крупных частиц осадка (> 30 мкм), а потом проходит стадию сепарации сродства, на которой концентрируются только Сгур1о5ропбшт или С1агФа в готовой пробе объемом приблизительно 1 мл. Формирующийся во время прохождения стадии сепарации сродства образец и служит для определения диэлектрических свойств СгурЮхропбшш или ΟίαΓάία. После соединения с паразитами шарики латекса проявляют сильный эффект антиполярной электроротации вместо эффекта сополярной электроротации, которая наблюдается у непокрытых шариков. Данный эффект возникает в силу низкой электропроводности внешней структуры СгурЮхропбшт и служит важным индикатором формирования шариковкомплексов. Наблюдения за антиполярной ротацией при 100 кГц подтверждают, что или живые или мертвые паразиты взаимодействовали с шариками, а последующий анализ при 250 кГц даст пробу жизнеспособных организмов (от множества комплексов шариков, проявляющих сильную антиполярную ротацию) и нежизнеспособных организмов, которые проявят или очень слабую ротацию, или ее полное отсутст вие. Наиболее ощутимый результат получается при использовании ротационного поля, генерируемого при приблизительно 1 МГц, поскольку нежизнеспособные комплексы шариковорганизмов проявляют сополярную ротацию, тогда как жизнеспособные комплексы проявляют антиполярную ротацию.

Поскольку данные свойства уже определены, сигналы могут применяться к комплекту проводников 70, соединенных с поперечными электродами 71 через выходной канал 72 для привлечения частиц из камеры 53 и их последующей транспортировке.

Предпочтительным является применение в устройстве согласно настоящему изобретению набора соответствующих сигналов, которые должны прилагаться к множеству электродов устройства в соответствующей временной последовательностью для достижения требуемого результата. В некоторых случаях при необходимости это может быть задано программно, тогда как в других случаях запрограммирована может быть последовательность, и под программируемым контролем генерируется напоминание, т.е. используются технологии контроля, основанные на микропроцессорах.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для осуществления химических, физических или физико-химических реакций между частицами во взвешенном состоянии в жидкой среде, включающее плоскостной субстрат, на котором размещены соединенные между собой каналы для жидкости и электродные решетки, связанные с каналами и/или с местами их соединения, а также средства для передачи электрических сигналов к электродным решеткам для того, чтобы вызвать движение частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкости внутри каналов при электрохимических явлениях, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно соединение каналов снабжено парой частично перекрывающих друг друга электродных решеток, при этом средство для передачи электрических сигналов адаптировано к подведению различных сигналов в каждую пару электродных решеток для получения различного движения взвешенных частиц под воздействием бегущих волн диэлектрофореза.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что взаимосвязанные каналы жидкости составляют единую плоскостную решетку.
3. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каналы получены путем фотолитографии и/или лазерной обработкой.
4. 4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что ширина каналов равна, по меньшей мере, двум средним размерам частиц, вступающих в реакцию.
5. 5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что электродные решетки и средства для передачи к ним электрических сигналов приспособлены для перемещения частиц при диэлектрофорезе, и/или электроротации, и/или бегущей волне диэлектрофореза.
6. 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть электродных решеток устроена таким образом, что при подаче соответствующих электрических сигналов действуют как ловушки частиц, из которых частицы могут быть впоследствии высвобождены посредством подачи к ним других электрических сигналов.
7. 7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна электродная решетка, устроенная так, что формирует вместе с присоединенными к ней каналами с жидкостью камеру электроротационного анализа.
8. 8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что оно содержит один входной канал и два выходных канала, причем электродные решетки соединены с входным и обоими выходными каналами, а средства для передачи электрических сигналов к электродным решеткам приспособлены к сортировке поступающих во входной канал частиц с различными характеристиками в два выходных канала.