ES2876264T3 - Sistema y dispositivo para la generación de gotitas combinatorias de alto rendimiento - Google Patents

Sistema y dispositivo para la generación de gotitas combinatorias de alto rendimiento Download PDF

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Tza-Huei Wang
Tushar Dnyandeo Rane
Helena Claire Zec
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Abstract

Un sistema de micro fluidos que comprende: un trozo (101) de micro fluidos que comprende un cuerpo de trozo que define: una sección (102) de formación de gotas que comprende: un canal (122, 165) principal, un canal (124, 161) de entrada de muestra que tiene un primer extremo conectado de manera fluida a dicho canal (122, 165) principal y un segundo extremo configurado para recibir la muestra y el fluido de enjuague, una válvula (164) de canal de entrada en dicho canal (124, 161) de entrada de muestra para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde dicho canal (124, 161) de entrada de muestra a dicho canal (122, 165) principal, un canal (126, 162) de enjuague conectado de manera fluida a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra en una posición entre dicha válvula (164) de canal de entrada y dicho segundo extremo de dicho canal (124, 161) de entrada de muestra, una válvula (163) de canal de enjuague en dicho canal (126, 162) de enjuague para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde dicho canal (124, 161) de entrada de muestra a dicho canal (126, 162) de enjuague; y un conjunto de válvulas de solenoide fuera del trozo para controlar dichas válvulas; en donde una secuencia predeterminada de accionamiento de la válvula es ejecutable en el conjunto de válvulas por un controlador de informático con control de tiempo independiente para cada accionamiento, en donde dicha sección (102) de formación de gotas tiene una primera configuración en la que dicha válvula (164) de canal de entrada está abierta y dicha válvula (163) de canal de enjuague está cerrada para proporcionar una gota de muestra que tiene un volumen predeterminado en dicho canal (122, 165) principal suspendida en un fluido inerte, y en donde dicha sección (102) de formación de gotas tiene una segunda configuración en la que dicha válvula (164) del canal de entrada está cerrada y dicha válvula (163) del canal de enjuague está abierta de manera que el fluido de enjuague enjuaga dicho canal (124, 161) de entrada de muestra mediante un flujo de dicho fluido de enjuague a través de dicho canal (124, 161) de entrada de muestra y fuera de dicho canal (126, 162) de enjuague; una sección (103) de división de gotas conectada de forma fluida a dicho canal (122, 165) principal de dicha sección (102) de formación de gotas para recibir dicha gota de muestra de dicho canal (122, 165) principal y dividir dicha gota de muestra en una pluralidad de gotas hijas para salir de dicha sección (103); de división de gotas una pluralidad de canales secundarios, en donde la pluralidad de gotas hijas salen de dicha sección (103) de división de gotas en uno respectivo de la pluralidad de canales secundarios; y una sección (104) de inyección de reactivo conectada de forma fluida a cada una de dicha pluralidad de canales secundarios y que tiene una pluralidad correspondiente de canales de inyección de reactivo dispuestos de manera que cada reactivo de una pluralidad de reactivos sea inyectable simultáneamente en una respectiva de dicha pluralidad de gotas hijas mientras dichas gotas hijas están en dicha pluralidad de canales secundarios para proporcionar una pluralidad de gotas de muestra-reactivo enviadas en uno correspondiente de una pluralidad de canales de salida, en donde la pluralidad de canales de salida está conectada de forma fluida a la pluralidad de canales secundarios y está configurada para recibir la pluralidad de gotas de muestra-reactivo, y en donde dicha sección (102) de formación de gotas comprende un canal de alivio de presión para regular de manera controlable la presión sobre dicha gota de muestra mientras se está formando; una primera fuente (240) de muestra conectada selectivamente a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra; una segunda fuente (240) de muestra conectada selectivamente a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra; una fuente (243) de fluido de enjuague conectada selectivamente a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra, y un sistema de detección de impedancia que está conectado de forma fluida a dicho trozo (101) de micro fluidos.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y dispositivo para la generación de gotitas combinatorias de alto rendimiento
Esta invención se realizó con el apoyo del Gobierno de la subvención n°R01CA155305 concedida por el Departamento de Salud y Servicios Humanos, los Institutos Nacionales de Salud (NIH). El Gobierno de los EE. UU tiene ciertos derechos sobre esta invención.
Antecedentes
Campo técnico
El campo de las realizaciones actualmente reivindicadas de esta invención se refiere a sistemas, dispositivos y métodos de micro fluidos, y más particularmente a sistemas, dispositivos y métodos de micro fluidos que proporcionan una generación de alto rendimiento de gotas combinatorias.
Discusión de la técnica relacionada
La investigación reciente en micro fluidos digitales ha crecido a medida que las gotas pueden funcionar como reactores miniaturizados en aplicaciones biológicas y químicas. Las plataformas de micro fluidos de gotas cuentan con la capacidad de generar muchas reacciones en cortos períodos de tiempo. Sin embargo, la mayoría de las plataformas de gotas digitalizan las muestras en gotas discretas y se limitan al análisis de muestras individuales en condiciones1 de sonda homogéneas. Dichas plataformas son incapaces de abordar las necesidades de las aplicaciones de próxima generación que requieren grandes bibliotecas de muestras y sondas. Los ejemplos incluyen el análisis de SNP de polimorfismo de un solo nucleótido para la mejora de cultivos y la genotipificación requerida para la identificación de genes asociados con enfermedades comunes. Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de sistemas, dispositivos y métodos de micro fluidos mejorados. Se hace referencia además a la solicitud de patente n° US 2013/165346 A1 que se refiere a un sistema de micro fluidos que comprende un generador de gotas y un sistema de tratamiento de gotas.
Compendio
La invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es un esquema de una realización de la invención.
La Figura 2 es un esquema de una realización de la invención en comparación con dispositivos de fluidos que utilizan un funcionamiento en serie.
La Figura 3 es un esquema de una plataforma de fusión y fisión de gotas en paralelo.
La Figura 4 muestra el diseño y la arquitectura de un dispositivo de micro fluidos de ejemplo.
La Figura 5 muestra el diseño y la arquitectura de otro ejemplo de dispositivo de micro fluidos.
La Figura 6 es un esquema de generación de gotas de muestra y enjuague del canal.
La Figura 7 muestra una micrografía de una sección de las regiones de fisión e incubación de un dispositivo de ejemplo y diagramas de la dependencia del volumen de la gota de muestra del tiempo de apertura de la válvula y la contrapresión.
La Figura 8 muestra micrografías fluorescentes de un dispositivo de micro fluidos que indican la capacidad de multiplexación del dispositivo.
La Figura 9 muestra la uniformidad de la bifurcación de las gotas.
La Figura 10 muestra gotas de reactivo uniformes.
La Figura 11 muestra gotas de muestra-reactivo fusionadas.
La Figura 12 muestra la detección paralela basada en imágenes de gotas fusionadas.
La Figura 13 muestra un dispositivo de carga automática acoplado a un dispositivo de micro fluidos.
La Figura 14 muestra un dispositivo para la detección de impedancia acoplado a un dispositivo de micro fluidos. Descripción detallada
Algunas realizaciones de la presente invención se discuten en detalle a continuación. Al describir las realizaciones, se emplea terminología específica en aras de la claridad.
Algunas realizaciones de la presente invención proporcionan una plataforma basada en gotas en paralelo para la generación combinatoria bajo demanda de gotas de nano litros.
Al paralelizar los módulos de fisión y fusión, el rendimiento se puede aumentar en dos órdenes de magnitud. Con la generación de gotas de 32 Hz según una realización de la presente invención, el rendimiento proyectado de este diseño en paralelo es casi 3 millones de gotas de sonda de muestra por día en un solo dispositivo (con 4 réplicas de 750 mil mezclas diferentes). Esto se traduce en 240 mezclas únicas de sonde de muestras con 4 réplicas por minuto.
Como se ve en la Figura 1, una realización de la presente invención incluye un trozo 101 de micro fluidos, con una sección 102 de formación de gotas, una sección 103 de división de gotas conectada a la sección de formación de gotas y una sección 104 de inyección de reactivo conectada de forma fluida a la sección de división de gotas.
Las realizaciones de la invención actual pueden ser trozos de micro fluidos que permiten el procesamiento paralelo de gotas de muestra como se ve en la Figura 2. La Figura 2 contrasta los trozos de micro fluidos de diseño lineal tradicional (panel superior) con una realización de la invención actual que permite la operación, procesamiento y detección de gotas de muestra (panel inferior). Como se ve en el panel inferior de la Figura 2, las gotas de muestra se someten a etapas de bifurcación antes de la inyección con un reactivo. En esta realización, la bifurcación da como resultado la formación de al menos 4 gotas de muestra hijas. A continuación, estas gotas hijas se inyectan cada una con uno de los cuatro reactivos (R1, R2, R3, R4) para formar una gota de muestra más el reactivo (S R1, S R2, S R3, S R4). Finalmente, estas gotas de muestra más reactivo se detectan en paralelo. Esto contrasta con los enfoques tradicionales (panel superior) donde gotas de muestra se incuban con reactivos (R4, R3, R2 y R1) para crear gotas de muestra más reactivo (S R4, S R3, S R2 y S R1) de manera lineal.
La Figura 3 detalla la realización descrita en la Figura 2. En esta realización, la invención funciona a través de una serie de etapas: Etapa 1: La plataforma de gotas (o trozo de micro fluidos) es capaz de aceptar un número ilimitado de muestras de una placa de pozos múltiples. Posteriormente se puede cargar y procesar un número ilimitado de muestras; en este caso, al menos 7 muestras están representadas por S1, S2, S3, S4, S5, S6 y S7. Puede verse en la Figura 3 que las muestras 1-7 se pueden procesar en un orden secuencial a medida que sus respectivas gotas de muestra (S1, S2, S3, S4, S5, S6 y S7) se mueven a través de los canales. La plataforma de gotas puede ser capaz de aceptar un número ilimitado de muestras de una placa de pozos múltiples con un sistema (SSL) de carga de muestras en serie personalizado. Etapa 2: Las gotas de muestra se digitalizan en gotas hijas más pequeñas de aproximadamente ~30 nL de tamaño. Una vez que se ha procesado una muestra, la entrada de la muestra se enjuaga antes de la inyección de nuevas muestras para evitar la contaminación cruzada. El volumen de las gotas de muestra se controla mediante el tiempo de apertura de la válvula y la contrapresión en las entradas. Los canales de alivio de presión aguas arriba y aguas abajo (canal 1 de alivio de presión y canal 2 de alivio de presión, respectivamente) contribuyen a la monodispersidad de las gotas al reducir la resistencia aguas abajo. Etapa 3: La fisión se produce cuando las gotas hijas fluyen a través de 3 uniones de bifurcación en serie y se dividen en 8 gotas. El flujo se detiene una vez que las gotas hijas llegan al sitio de inyección del reactivo activando la válvula de aceite. Un tercer canal de alivio de presión aguas abajo (canal 3 de alivio de presión) asegura una división homogénea de las gotas. Etapa 4: A continuación, se inyecta una biblioteca de reactivos directamente en las 8 gotas hijas de muestra simultáneamente. En este caso, las sondas (R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7 y R8) se inyectan directamente en las gotas. El volumen de la sonda se controla mediante el tiempo de apertura de la válvula y la contrapresión en las entradas. Etapa 5: Después de la inyección, las 8 gotas de muestra-reactivo se mezclan en canales serpentinos y fluyen a través de 2 uniones de bifurcación en serie adicionales, produciendo un total de 32 gotas de 8 composiciones únicas. La detección se puede realizar utilizando imágenes o sistemas3 de espectroscopia de fluorescencia confocal paralela.
Toda esta secuencia de operaciones se realiza en menos de un segundo. Además, la secuencia de gotas se mantiene en la plataforma de gotas. Esto permite la indexación espacial para la identificación de gotas. Esto evita la necesidad de incluir códigos de barras en cada gota para identificar su contenido.
Las realizaciones de muestra descritas anteriormente implican regiones con dos alturas de canal diferentes. Se incorporan canales positivos y poco profundos (25 pm) cerca de la región de introducción de la muestra y las entradas de la sonda para permitir el accionamiento de la válvula. El resto de la capa de fluidos tiene una altura de 45 pm. Usamos SPR220-7 (Rohm & Haas, 25 pm) y SU-8 (Microchem, serie 3000, 45 pm) foto resistente como material estructural para fabricar el molde para nuestro dispositivo.
Fabricación de ejemplo de trozo de micro fluidos o plataforma
Además, los trozos de micro fluidos que ilustran la realización de muestra descrita anteriormente se fabrican usando técnicas de litografía blanda multicapa con un proceso de fabricación de tres capas modificado. La litografía blanda se utiliza para fabricar múltiples dispositivos a partir de estos moldes. El kit de elastómero de silicona SYLGARD 184 se utiliza para fabricar trozos de micro fluidos que ilustran una realización de la invención. El elastómero y el agente de curado del kit se mezclan en una proporción de 10:1 (material de soporte PDMS), 15:1 (de fluidos), 7:1 (válvula) en peso y se desgasifica durante aproximadamente 30 minutos antes de verterlo en los moldes respectivos. Una vez que se han ensamblado las capas de PDMS individuales, todo el conjunto se hornea a 80°C durante 20 minutos. A continuación, el polímero solidificado se despega y se corta en trozos individuales. A continuación, se perforan orificios de acceso de fluidos en trozos individuales y los trozos se unen con vidrio de cobertura (n.°1) utilizando plasma de O2. Todos los dispositivos fueron tratados con Aquapel para hacer su superficie hidrofóbica. El fluido portador utilizado para mantener la separación entre los tapones de muestra consistía en un perfluorocarbono (FC-3283) y un tensioactivo no iónico soluble en flúor (1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro-1-octanol) mezclado en una proporción de 4:1 por volumen.
La Figura 4 y la Figura 5 ilustran realizaciones de la invención ilustradas en las Figuras 2 y 3 y descritas anteriormente. La Figura 4 muestra un trozo de micro fluidos capaz de realizar la generación de gotas de muestra, la división de gotas, la fusión de gotas con sondas y la detección de gotas en un solo dispositivo.
La Figura 4 muestra los canales (121) de fluidos, las capas (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8) de válvulas y la entrada (Aceite) de aceite conectada a un canal (o canal principal) (122) central con fusión en paralelo, regiones (123) de fisión e incubación. Hay 2 entradas (o canales de entrada de muestra) (124 y 125) de muestra con los canales (126 y 127) de enjuague correspondientes. Dos canales de alivio de presión cerca de las entradas de la muestra aseguran que las gotas de la muestra inicial sean mono dispersas al desacoplar el tamaño de la gota de la resistencia al flujo del canal de incubación. Un tercer canal de alivio de presión después de las regiones de fisión desacopla el rendimiento de división de las gotas de la resistencia al flujo del canal de incubación. Los canales de incubación tienen un diseño 128 serpenteante.
La Figura 5 muestra otra realización del trozo de micro fluidos descrito anteriormente. El dispositivo de micro fluidos de la Figura 5 emplea una arquitectura de dos capas donde el flujo de aceite, gotas de muestra y gotas de reactivo en la capa de fluido se regulan mediante válvulas designadas en una capa de válvula. El aceite se bombea a través de su entrada al canal central para impulsar la formación y el flujo de gotas. El canal (122) central, donde se produce la generación, bifurcación, fusión y detección de gotas, experimenta varias divisiones, se conecta con los canales de entrada de reactivo y finalmente se divide en 32 canales con la misma longitud y, por lo tanto, la misma resistencia de fluidos. Existen dos entradas de muestra con los correspondientes canales de enjuague. Dos canales de alivio de presión cerca de las entradas de la muestra aseguran la uniformidad de las gotas de la muestra al desacoplar la generación de gotas de la resistencia de fluidos del canal de incubación. Las gotas de muestra viajan a través de las tres primeras etapas de las uniones bifurcadas en Y, produciendo un total de ocho gotas hijas idénticas. Pueden inyectarse ocho reactivos a través de entradas (canales de inyección de reactivo) (R1 - R8) de reactivo y fusionarse directamente con las gotas hijas de la muestra entrante. Las gotas de muestra-reactivo fusionadas atraviesan dos uniones en Y bifurcadas adicionales, de modo que cada inyección de muestra y reactivos da como resultado un total de 32 gotas (cuatro réplicas de ocho composiciones diferentes). Luego, cada gota hija fluye a través de su canal de incubación en forma de serpentina y llega con todas las demás gotas hijas del mismo grupo simultáneamente al área de detección, donde los 32 canales se vuelven paralelos y encajan dentro de un área de visualización del microscopio, lo que facilita la detección paralela mediante microscopía.
En una realización de la invención, las gotas de muestra se forman en una serie de etapas como se ilustra en la Figura 6. En la Figura 6, Etapa 1: un canal 161 de entrada de muestra y un canal 162 de enjuague permanecen vacíos mientras la válvula 1 (válvula del canal de enjuague) (163) y la válvula 2 (válvula del canal de entrada) (164) permanecen cerradas. En la etapa 2: la muestra se carga en la entrada de la muestra mientras que la válvula 1 permanece en una configuración cerrada y la válvula 2 está en una configuración abierta. En el Etapa 3: se completa la fase de carga de la muestra y se cierran ambas válvulas. En el Etapa 4: se abre la válvula 1 y se forma una gota en el canal 165 principal. En el Etapa 5, se cierra la válvula 1 y se abre la válvula 2 para permitir que un fluido de enjuague enjuague el canal de entrada de muestra. El fluido de enjuague usado sale por el canal de enjuague. El proceso de los Etapas 2-4 se repite en los Etapas 6-8 con la misma muestra o con una muestra diferente.
Los trozos de micro fluidos ilustrados en la Figura 4 y la Figura 5 y descritos anteriormente se utilizaron después para la preparación y el procesamiento de las gotas de muestra. Todas las entradas de los dispositivos se mantuvieron a presión constante, con presiones de entrada independientes para 1) entrada de fluido portador, 2) ambas entradas de muestra y 3) las 8 entradas de sonda. La presión aplicada a las entradas de muestra fue controlada directamente por el controlador de presión utilizado para el sistema SSL. Todas las válvulas del dispositivo fueron controladas por un conjunto de válvulas de solenoide fuera del trozo, como se demostró anteriormente. Desarrollamos el software Matlab (Mathworks, Natick MA) para el control por ordenador del conjunto de válvulas. Este software nos permitió ejecutar una secuencia predeterminada de accionamiento de la válvula con control de tiempo independiente para cada accionamiento. La apertura de una válvula correspondiente a una entrada en el dispositivo que conduce a la liberación de una gota de muestra de fluido desde esa entrada a un canal central en el dispositivo. El volumen de esta gota podría controlarse mediante la variación del tiempo de apertura de la válvula, así como la contrapresión.
Respecto a los reactivos: se estimó el volumen de gotas de muestra y sonda generadas con el dispositivo de micro fluidos. Esta estimación de volumen se realizó procesando las imágenes de estas gotas utilizando el software ImageJ. Para la estimación del volumen de las gotas de muestra, generamos gotas hechas de colorante azul para alimentos utilizando una de las cuatro entradas de reactivo en los dispositivos de micro fluidos, hasta que toda la región de incubación de los dispositivos estuvo llena de gotas. A continuación, se tomaron imágenes de todo el dispositivo usando una cámara DSLR. La imagen se importó en ImageJ y se recortó para obtener una imagen de la región de incubación en el dispositivo. A continuación, esta imagen se convirtió en una imagen binaria utilizando el umbral de color para identificar las gotas sobre la imagen de fondo. A continuación, se obtuvo una estimación del área de la gota para cada gota en la imagen utilizando la función 'Analizar partículas'. Este análisis se limitó a áreas de partículas mayores que un umbral más bajo para excluir del análisis cualquier partícula y gotas satélites ocasionales. Las áreas de gotas así estimadas se convirtieron después en volumen de gotas que usan la profundidad conocida de la región del canal de incubación (200 gm).
El dispositivo exhibe una excelente uniformidad de gotas de muestra para idénticas condiciones de generación y fisión de gotas. El control preciso del tamaño de la gota generado en el dispositivo a partir de una entrada de muestra individual mediante la variación de la presión y el tiempo de apertura de la válvula se demuestra en la Figura 7. Para estas mediciones, se midió el tamaño final de la gota después de la fisión. Una característica única del dispositivo son los 3 canales de alivio de presión. Los canales de alivio de presión desacoplan tanto 1) la dependencia del tamaño de la gota inicial generada como 2) la fisión de las gotas en el dispositivo de la resistencia al flujo del canal de incubación. En la Figura 7, el panel de la izquierda muestra una micrografía de una sección de las regiones de fisión e incubación del dispositivo y muestra gotas de muestra que contienen colorante para alimentos verde que se divide e incuba. El gráfico central superior de la Figura 7 es un gráfico de la dependencia del volumen de la gota de la muestra del tiempo de apertura de la válvula y la contrapresión. El volumen de las gotas se midió después de la fisión de las gotas. El volumen de las gotas varía linealmente con el tiempo de apertura de la válvula. Las pequeñas barras de error indican monodispersidad. El panel central inferior es un histograma de volúmenes de gotas de muestra (tiempo de apertura de la válvula,05 segundos). Los histogramas se superponen con gráficos de densidad de kernel. Son visibles tres conjuntos de datos: volúmenes de gotas para 13789,5 Pascal (2 PSI), 20684,3 Pascal (3 PSI) y 27579 Pascal (4 PSI). Todas las poblaciones de gotas tienen una distribución estrecha que indica monodispersidad y están bien separadas (sin superposición en los volúmenes de gotas). El gráfico superior derecho es un gráfico de la dependencia del volumen de la gota de la sonda del tiempo de apertura de la válvula y la contrapresión. El volumen de las gotas se midió después de la fisión de las gotas. El volumen de las gotas varía linealmente con el tiempo de apertura de la válvula. Las pequeñas barras de error indican monodispersidad. El gráfico inferior derecho es un ejemplo de histograma de los volúmenes de gotas de la sonda (tiempo de apertura de la válvula .05 segundos). Los histogramas se superponen con gráficos de densidad de kernel. Son visible cuatro conjuntos de datos: volúmenes de gotas para 13789,5 Pascal (2 PSI), 20684,3 Pascal (3 PSI), 27579 Pascal (4 PSI) y 34473,8 Pascal (5 PSI). Todas las poblaciones de gotas tienen una distribución estrecha que indica monodispersidad y están bien separadas (sin superposición en los volúmenes de gotas).
En la Figura 8 se muestra la generación de 8 mezclas combinatorias de tapones de muestra y sondas en el dispositivo. En la Figura 8, se utilizaron diferentes fluoróforos con concentraciones variables (FITC, Cy5, D1H2O) para simular diferentes muestras y sondas. En la Figura 4, el panel superior izquierdo muestra la inyección de reactivo: Micrografía fluorescente de una gota de muestra (verde: FITC - 1 gM) en la entrada de inyección de reactivo (Cy5 - 5 gM). El panel superior derecho muestra gotas de reactivo y muestra fusionadas en la región de incubación. Las 4 filas superiores de gotas se inyectaron con el Reactivo 8 (Cy5 - 10 gM). Las 4 filas inferiores se inyectaron con Reactivo 7 (Cy5 - 5 gM). El panel inferior muestra micrografías fluorescentes de gotas combinatorias: la fila superior muestra gotas que contienen solo reactivos (R1-R8) y el panel inferior muestra gotas de muestra (1 gM FITC) fusionada y reactivo (R1-R8).
La uniformidad de la bifurcación de las gotas se puede ver en la Figura 9. Las gotas pueden dividirse en mitades iguales, como lo indica la eficiencia de bifurcación de 50% en las cinco etapas de bifurcación. Las micrografías de inserción muestran gotas, que están coloreadas con colorante para alimentos negro para una visualización mejorada, a punto de dividirse en mitades iguales en las cinco etapas de bifurcación. La barra de escala debajo de cada micrografía representa 500 gm.
En la Figura 10 se puede ver la inyección paralela de ocho puntos de gotas de reactivo uniformes. La activación simultánea de las ocho entradas de reactivo da como resultado gotas de reactivo con tamaños uniformes en todas las entradas.
En la Figura 11 se puede ver la fusión paralela de ocho gotas de muestra con gotas de reactivo. En la figura 8, la inyección simultánea de los ocho reactivos directamente en ocho gotas hijas de muestra entrantes da como resultado ocho gotas de muestra-reactivo fusionadas.
La detección paralela basada en imágenes de gotas fusionadas se muestra en la Figura 12. Cada una de las ocho gotas de muestra-reactivo fusionadas experimenta dos bifurcaciones adicionales, lo que da como resultado cuatro réplicas de gotas hijas fusionadas. Después de la incubación, estas gotas se detectan en paralelo en la zona de detección. La barra de escala representa 500 gm.
En otras realizaciones de la plataforma descrita anteriormente, cada uno de los canales de entrada de reactivo está equipado con canales y válvulas de enjuague individuales (como se describe para los canales de entrada de muestra anteriores y en las Figuras 3-6) para que los canales de entrada de reactivo se puedan enjuagar antes de usos posteriores.
En otras realizaciones de la plataforma descrita anteriormente, se incorporan múltiples canales de entrada de muestra de manera que se procesan múltiples muestras simultáneamente. En tales realizaciones, los canales de entrada de muestra funcionan de manera alterna, de modo que mientras un primer canal de entrada de muestra proporciona una gota de muestra, un canal de entrada de muestra alternativo se enjuaga y posteriormente se carga con una alícuota adicional de la muestra o una alícuota de una muestra diferente. Una vez que el primer canal de entrada de muestra ha proporcionado una gota de muestra, se enjuaga mientras que el segundo canal de entrada de muestra proporciona una gota de muestra. El proceso se repite.
En otras realizaciones de la plataforma descritas anteriormente, también se incluyen secciones adicionales para crear mezclas caóticas para mezclar muestras y/o gotas de muestra-reactivo.
Dispositivos de ejemplo
Otras realizaciones de la presente invención pueden proporcionar un dispositivo de emulsificación de micro fluidos en paralelo, que aumenta el rendimiento mientras mantiene la capacidad de generar mezclas combinatorias. En una realización de este tipo, un trozo de micro fluidos como se describió anteriormente en realizaciones anteriores está conectado a sistemas adicionales. En tal realización, el dispositivo funciona a través de una serie de etapas (como se ilustra en la Figura 3): Etapa 1: La plataforma de gotas se puede hacer capaz de aceptar un número ilimitado de muestras de una placa de pozos múltiples con un sistema (SSL) de carga de muestras en serie personalizado (también descrito en la Figura 14 y la Figura 15, panel superior). Etapa 2: las gotas de muestra se digitalizan en gotas hijas más pequeñas (~30 nL). Una vez que se ha procesado una muestra, la entrada de la muestra se enjuaga con una solución tampón antes de la inyección de nuevas muestras para evitar la contaminación cruzada. Etapa 3: La fisión se produce cuando las gotas hijas fluyen a través de 3 uniones de bifurcación en serie y se dividen en 8 gotas. El flujo se detiene una vez que las gotas hijas llegan al sitio de inyección de la sonda activando la válvula de aceite. Etapa 4: A continuación, se inyecta una biblioteca de sondas directamente en las 8 gotas hijas de muestra simultáneamente. Etapa 5: Después de la inyección, las 8 gotas de la sonda de muestra se mezclan en canales serpentinos y fluyen a través de 2 uniones de bifurcación en serie adicionales, produciendo un total de 32 gotas de 8 composiciones únicas. Toda esta secuencia de operaciones se realiza en menos de un segundo. Además, la secuencia de gotas se mantiene en el dispositivo. Esto permite la indexación espacial para la identificación de gotas. Esto evita la necesidad de incluir códigos de barras en cada gota para identificar su contenido.
En otra realización del dispositivo descrito anteriormente, un sistema de carga de muestras automatizado (como un muestreador automático o un pipeteador robótico) se conecta a los canales de entrada de muestras como se ve en la Figura 13. Esto puede permitir procesar un número ilimitado de muestras, así como la automatización del dispositivo. Después de cada muestra, los canales se enjuagan utilizando canales de enjuague integrados en el dispositivo para evitar la contaminación cruzada (Figura 14, panel superior). En la Figura 14 (panel superior), la muestra se carga desde un depósito (240) de muestra a un canal (241) de entrada. Una vez que se genera una gota de muestra en un canal (242) principal, el canal de entrada se enjuaga con líquido de enjuague de un depósito (243) de líquido de enjuague y el fluido de enjuague sale del canal de entrada desde un canal (244) de desechos. El muestreador automático o el pipeteador robótico también pueden equiparse con un capilar, un adaptador de capilar y un anillo de sellado de caucho para facilitar la carga de la muestra y el enjuague del canal de entrada.
En otra realización del dispositivo descrito anteriormente, los canales de alivio de presión están acoplados a la invención. Estos canales de alivio de presión se abren cuando se generan gotas, lo que a su vez conduce a gotas monodispersas. El análisis de tamaño basado en el área de las gotas indica que las gotas exhiben una excelente monodispersidad.
En otra realización del dispositivo descrito anteriormente, se acopla a la invención una nueva combinación de inyección de reactivo posterior a la división y de división de gotas. Esto puede permitir que el proceso de generación de gotas esté altamente paralelizado. En la realización del dispositivo de los ejemplos que se describen a continuación, un solo tapón de muestra se divide en 8 gotas hijas. Se inyectan 8 reactivos diferentes en paralelo directamente en las gotas. La división adicional después de la inyección de reactivo crea cuatro réplicas de gotas de una combinación única de alcance, 32 gotas en total. Es importante tener en cuenta que el dispositivo particular que se describe aquí es una realización de un concepto que puede variarse para adaptarse a un amplio intervalo de necesidades cambiando el número o disposición de canales, puertos, válvulas, número de etapas de división, etc.
En otra realización del dispositivo descrito anteriormente, las gotas de la sonda de muestra se mantienen en una sola configuración de archivo evitando así la necesidad de un mecanismo de código de barras para identificar el contenido de cada gota individual.
En otra realización del dispositivo descrito anteriormente como se ve en la Figura 14, se conecta un sistema de detección de impedancia a los canales de entrada de muestra. En tal realización, el sistema de detección de impedancia funciona monitorizando ópticamente el contenido de los canales de entrada de muestra y los canales de enjuague para la detección automatizada de muestra o fluido de enjuague. Si los canales contienen muestra, el sistema de impedancia retroalimenta a un controlador para dirigir la liberación del fluido de muestra al canal principal para la generación de una gota de muestra. Alternativamente, si los canales contienen fluido de enjuague, el sistema de impedancia retroalimenta al controlador para dirigir la liberación del fluido de enjuague a través del canal de enjuague. El sistema de impedancia proporciona lectura del contenido de los canales mientras el dispositivo está en uso, como se puede ver en la Figura 14, panel inferior. Un sistema de impedancia de este tipo también se puede añadir a los canales de inyección de reactivo para determinar el contenido de estos canales y dirigir su enjuague o inyección de reactivo.
Los ejemplos descritos anteriormente de plataformas y dispositivos basados en gotas de nano litros paralelizados y bajo demanda que aceptan un número ilimitado de tapones de muestra de una placa de pozos múltiples, digitalizan estos tapones en gotas hijas más pequeñas, realizan la división de gotas y fusión sin sincronización robusta con una biblioteca de sondas en paralelo son ejemplos de realización de la presente invención. En los ejemplos descritos anteriormente, la secuencia de gotas de sonda de muestra en el dispositivo se mantiene, lo que permite la indexación espacial para identificar el contenido de las gotas. Los dispositivos descritos anteriormente combinan la precisión de los dispositivos basados en válvulas a la vez que ofrecen un mayor rendimiento. La plataforma bajo demanda descrita anteriormente satisface la demanda de herramientas flexibles y rentables que pueden realizar un cribado de alto rendimiento para aplicaciones de próxima generación.
La realización ilustrada se ha expuesto únicamente con fines de ejemplo y no debe considerarse como una limitación de la invención que se define por las reivindicaciones adjuntas.
Referencias
1. Huebner A, Srisa-Art M, Holt D, et al. Chem Commun (Camb). 2007; (12) (12): 1218-1220.
2. Brouzes E, Medkova M, Savenelli N, et al. Proc Natl Acad Sci USA. 2009; 106 (34): 14195-14200.
3. Puleo CM, Yeh HC, Liu KJ, Wang TH. Lab Chip. 2008; 8 (5): 822-825.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de micro fluidos que comprende:
    un trozo (101) de micro fluidos que comprende un cuerpo de trozo que define:
    una sección (102) de formación de gotas que comprende:
    un canal (122, 165) principal,
    un canal (124, 161) de entrada de muestra que tiene un primer extremo conectado de manera fluida a dicho canal (122, 165) principal y un segundo extremo configurado para recibir la muestra y el fluido de enjuague,
    una válvula (164) de canal de entrada en dicho canal (124, 161) de entrada de muestra para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde dicho canal (124, 161) de entrada de muestra a dicho canal (122, 165) principal, un canal (126, 162) de enjuague conectado de manera fluida a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra en una posición entre dicha válvula (164) de canal de entrada y dicho segundo extremo de dicho canal (124, 161) de entrada de muestra,
    una válvula (163) de canal de enjuague en dicho canal (126, 162) de enjuague para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde dicho canal (124, 161) de entrada de muestra a dicho canal (126, 162) de enjuague; y un conjunto de válvulas de solenoide fuera del trozo para controlar dichas válvulas;
    en donde una secuencia predeterminada de accionamiento de la válvula es ejecutable en el conjunto de válvulas por un controlador de informático con control de tiempo independiente para cada accionamiento, en donde dicha sección (102) de formación de gotas tiene una primera configuración en la que dicha válvula (164) de canal de entrada está abierta y dicha válvula (163) de canal de enjuague está cerrada para proporcionar una gota de muestra que tiene un volumen predeterminado en dicho canal (122, 165) principal suspendida en un fluido inerte, y en donde dicha sección (102) de formación de gotas tiene una segunda configuración en la que dicha válvula (164) del canal de entrada está cerrada y dicha válvula (163) del canal de enjuague está abierta de manera que el fluido de enjuague enjuaga dicho canal (124, 161) de entrada de muestra mediante un flujo de dicho fluido de enjuague a través de dicho canal (124, 161) de entrada de muestra y fuera de dicho canal (126, 162) de enjuague;
    una sección (103) de división de gotas conectada de forma fluida a dicho canal (122, 165) principal de dicha sección (102) de formación de gotas para recibir dicha gota de muestra de dicho canal (122, 165) principal y dividir dicha gota de muestra en una pluralidad de gotas hijas para salir de dicha sección (103); de división de gotas
    una pluralidad de canales secundarios, en donde la pluralidad de gotas hijas salen de dicha sección (103) de división de gotas en uno respectivo de la pluralidad de canales secundarios; y
    una sección (104) de inyección de reactivo conectada de forma fluida a cada una de dicha pluralidad de canales secundarios y que tiene una pluralidad correspondiente de canales de inyección de reactivo dispuestos de manera que cada reactivo de una pluralidad de reactivos sea inyectable simultáneamente en una respectiva de dicha pluralidad de gotas hijas mientras dichas gotas hijas están en dicha pluralidad de canales secundarios para proporcionar una pluralidad de gotas de muestra-reactivo enviadas en uno correspondiente de una pluralidad de canales de salida, en donde la pluralidad de canales de salida está conectada de forma fluida a la pluralidad de canales secundarios y está configurada para recibir la pluralidad de gotas de muestra-reactivo, y
    en donde dicha sección (102) de formación de gotas comprende un canal de alivio de presión para regular de manera controlable la presión sobre dicha gota de muestra mientras se está formando;
    una primera fuente (240) de muestra conectada selectivamente a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra; una segunda fuente (240) de muestra conectada selectivamente a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra; una fuente (243) de fluido de enjuague conectada selectivamente a dicho canal (124, 161) de entrada de muestra, y un sistema de detección de impedancia que está conectado de forma fluida a dicho trozo (101) de micro fluidos 2. Un sistema de micro fluidos según se reivindica en la reivindicación 1, en donde el sistema de micro fluidos comprende además un sistema de carga de muestras automatizado que está conectado de forma fluida a dicho trozo (101) de micro fluidos.
    3. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 1, en donde dicha sección (102) de formación de gotas del trozo (101) de micro fluidos comprende, además:
    un segundo canal (125) de entrada de muestra que tiene un primer extremo conectado de manera fluida a dicho canal (122, 165) principal y un segundo extremo configurado para recibir la muestra y el fluido de enjuague,
    una válvula (164) de canal de entrada en dicho segundo canal (125) de entrada de muestra para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde dicho segundo canal (125) de entrada de muestra a dicho canal (122, 165) principal,
    un segundo canal (127) de enjuague conectado de manera fluida a dicho segundo canal (125) de entrada de muestra en una posición entre dicha válvula (164) de canal de entrada y dicho segundo extremo de dicho segundo canal (125) de entrada de muestra, y
    una válvula (163) de canal de enjuague en dicho segundo canal (127) de enjuague para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde dicho segundo canal (125) de entrada a dicho segundo canal (127) de enjuague
    en donde en la secuencia predeterminada de accionamiento de la válvula ejecutable por el controlador informático, dicha sección (102) de formación de gotas tiene una tercera configuración en la que dicha válvula (164) de canal de entrada de dicho segundo canal (125) de entrada de muestra está abierta y dicha válvula (163) de enjuague de canal de dicho segundo canal (127) de enjuague está cerrada para proporcionar una gota de muestra que tiene un volumen predeterminado en dicho canal (122, 165) principal suspendida en un fluido inerte, y en donde dicha sección (102) de formación de gotas tiene un cuarta configuración en la que dicha válvula (164) de canal de entrada de dicho segundo canal (125) de entrada de muestra está cerrada y dicha válvula (163) de canal de enjuague de dicho segundo canal (127) de enjuague está abierta de modo que el fluido de enjuague enjuague dicha segundo canal (125) de entrada de muestra mediante un flujo de dicho fluido de enjuague a través de dicho segundo canal (125) de entrada de muestra y fuera de dicho segundo canal (127) de enjuague.
    4. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 3, en donde dichos canales de entrada del trozo (101) de micro fluidos funcionan de manera alterna, de modo que mientras que el primero de dichos canales de entrada está configurado para proporcionar una gota de muestra en dicho canal (122, 165) principal, un segundo de dichos canales de entrada está configurado simultáneamente para enjuagar, y en donde, a continuación de la formación de gotas de muestra por dicho primero de dichos canales de entrada, dicho primero de dichos canales (124) de entrada de muestra está configurado para enjuagar y dicho segundo de dichos canales (125) de entrada de muestra está configurado simultáneamente para proporcionar una gota de muestra en dicho canal (122, 165) principal.
    5. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 1 o 3, en donde dicha sección (104) de inyección de reactivo del trozo (101) de micro fluidos comprende un canal de alivio de presión para regular de manera controlable la presión sobre dicha pluralidad de gotas hijas mientras se inyecta cada una de dicha pluralidad de reactivos en una correspondiente de dicha pluralidad de gotas hijas.
    6. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 1 o 3, en donde el trozo (101) de micro fluidos comprende además una sección de división de gotas de muestra-reactivo conectada de manera fluida a cada una de dicha pluralidad de canales de salida para recibir dicha pluralidad de gotas de muestra-reactivo y dividir cada una de dichas gotas de muestra-reactivo en una pluralidad de gotas de muestra-reactivo hijas para salir desde dicha sección de división de gotas de muestra-reactivo en uno respectivo de una pluralidad de segundos canales de salida.
    7. Un sistema de micro fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones 1,3 y 6, en donde dicha sección de división de gotas de muestra-reactivo del trozo (101) de micro fluidos es un divisor de gotas de múltiples etapas.
    8. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 1 o 3, en donde el trozo (101) de micro fluidos comprende además una sección (123) de incubación conectada de manera fluida a cada una de dicha pluralidad de canales de salida de manera que cada una de dichas gotas de muestra-reactivo fluye hacia el respectivo canal (128) de incubación para mantener la muestra identificable y la información del reactivo de esta.
    9. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 8, en donde dichos canales (128) de incubación del trozo (101) de micro fluidos tienen la misma longitud.
    10. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 1 o 3, en donde dicha sección (104) de inyección de reactivo del trozo (101) de micro fluidos comprende, además:
    una válvula de inyección de reactivo en cada uno de dichos canales de inyección de reactivo para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde cada uno de dichos canales de inyección de reactivo a dicha pluralidad de canales secundarios,
    un canal de enjuague conectado de forma fluida a cada una de dicha pluralidad de canales de inyección de reactivo, y
    una válvula de canal de enjuague en dicho canal de enjuague para permitir y bloquear selectivamente el flujo de fluido desde cada una de dicha pluralidad de canales de inyección de reactivo a dicho canal de enjuague,
    en donde en la secuencia predeterminada de accionamiento de la válvula ejecutable por el controlador informático, dicha sección (104) de inyección de reactivo tiene una primera configuración en la que dicha válvula de inyección de reactivo en cada una de dicha pluralidad de canales de inyección de reactivo está abierta y dicha válvula de canal de enjuague en dicho canal de enjuague está cerrada para proporcionar un reactivo en dicha pluralidad de canales secundarios, y en donde dicha sección (104) de inyección de reactivo tiene una segunda configuración en la que dicha válvula de inyección de reactivo en cada una de dicha pluralidad de canales de inyección de reactivo está cerrada y dicho válvula de canal de enjuague en dicho canal de enjuague está abierta de manera que el fluido de enjuague enjuaga cada una de dicha pluralidad de canales de inyección de reactivo mediante un flujo de dicho fluido de enjuague a través de cada una de dicha pluralidad de canales de inyección de reactivo y fuera de dicho canal de enjuague en cada una de dicha pluralidad de canales de inyección de reactivo .
    11. Un sistema de micro fluidos según la reivindicación 1 o 3, en donde el trozo (101) de micro fluidos comprende además una sección con canales de detección en donde dichos canales de detección son al menos parcialmente transparentes para mediciones ópticas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10914727B2 (en) 2015-08-19 2021-02-09 The Texas A&M University System Microfluidic platform device and method for identifying neutralizing and/or enhancing antibodies through direct functional assays
US20180321206A1 (en) * 2015-11-06 2018-11-08 Koninklijke Philips N.V. Modular fluid sensing system
CN110505918B (zh) * 2017-02-13 2022-06-14 生物辐射实验室股份有限公司 用于形成乳状液阵列的系统、方法以及装置
US11059043B2 (en) * 2017-04-19 2021-07-13 The Johns Hopkins University Impedance based feedback control of microfluidic valves
WO2018200896A1 (en) 2017-04-28 2018-11-01 Neofluidics, Llc Fluidic devices with reaction wells and uses thereof
WO2018204150A1 (en) * 2017-05-02 2018-11-08 Wu Guikai Method and system for reference-assisted droplet detection, indexing and sorting for assays and diagnostics
WO2018213643A1 (en) 2017-05-18 2018-11-22 10X Genomics, Inc. Methods and systems for sorting droplets and beads
US10544413B2 (en) 2017-05-18 2020-01-28 10X Genomics, Inc. Methods and systems for sorting droplets and beads
US11745181B2 (en) 2017-08-09 2023-09-05 Unchained Labs Devices and methods for bioassay
US20190064173A1 (en) 2017-08-22 2019-02-28 10X Genomics, Inc. Methods of producing droplets including a particle and an analyte
WO2019083852A1 (en) 2017-10-26 2019-05-02 10X Genomics, Inc. MICROFLUIDIC CHANNEL NETWORKS FOR PARTITIONING
CN109746059B (zh) * 2017-11-06 2024-04-12 北京新羿生物科技有限公司 微液滴生成系统
US11305279B2 (en) * 2017-11-10 2022-04-19 Neofluidics, Llc Integrated fluidic circuit and device for droplet manipulation and methods thereof
JP2019144164A (ja) * 2018-02-22 2019-08-29 株式会社エンプラス 流体取扱装置
US11998885B2 (en) 2018-10-26 2024-06-04 Unchained Labs Fluidic devices with reaction wells and constriction channels and uses thereof
CN109289951B (zh) * 2018-10-29 2021-01-05 深圳先进技术研究院 液滴分裂微流控芯片及应用
WO2021110896A1 (en) * 2019-12-04 2021-06-10 Astraveus Microfluidic device and method for processing particles
CN111841669B (zh) * 2020-06-19 2023-10-20 华中科技大学同济医学院附属同济医院 一种用于微生物检测的pcr芯片及基于该pcr芯片的液滴分配方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004208152A (ja) 2002-12-26 2004-07-22 Mitsubishi Electric Corp 遅延回路
WO2004071638A2 (en) * 2003-02-11 2004-08-26 Regents Of The University Of California, The Microfluidic devices and method for controlled viscous shearing and formation of amphiphilic vesicles
JP3778290B2 (ja) * 2003-07-29 2006-05-24 船井電機株式会社 光ディスク再生装置
US20050176135A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Brian Jones Cassette for isolation, amplification and identification of DNA or protein and method of use
JP4784508B2 (ja) * 2004-05-07 2011-10-05 コニカミノルタエムジー株式会社 検査用マイクロリアクタおよび検査装置ならびに検査方法
US20060153745A1 (en) 2005-01-11 2006-07-13 Applera Corporation Fluid processing device for oligonucleotide synthesis and analysis
US8257964B2 (en) * 2006-01-04 2012-09-04 Cell ASIC Microwell cell-culture device and fabrication method
US7811603B2 (en) 2006-05-09 2010-10-12 The Regents Of The University Of California Microfluidic device for forming monodisperse lipoplexes
EP2481815B1 (en) * 2006-05-11 2016-01-27 Raindance Technologies, Inc. Microfluidic devices
DE102009032820A1 (de) * 2009-07-13 2011-01-20 Mitsubishi Polyester Film Gmbh Ein- oder mehrschichtige, stabilisierte Polyesterfolie
US9625454B2 (en) * 2009-09-04 2017-04-18 The Research Foundation For The State University Of New York Rapid and continuous analyte processing in droplet microfluidic devices
US9376713B2 (en) * 2009-09-23 2016-06-28 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Label free detection of nucleic acid amplification
CN105689030A (zh) * 2011-02-07 2016-06-22 哈佛学院院长等 分裂液滴的系统和方法
US10222391B2 (en) * 2011-12-07 2019-03-05 The Johns Hopkins University System and method for screening a library of samples
JPWO2013140846A1 (ja) 2012-03-21 2015-08-03 日本電気株式会社 対象物質分析チップ

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