RU2582391C2 - Миниатюрная магнитная проточная цитометрия - Google Patents

Миниатюрная магнитная проточная цитометрия Download PDF

Info

Publication number
RU2582391C2
RU2582391C2 RU2013143620/15A RU2013143620A RU2582391C2 RU 2582391 C2 RU2582391 C2 RU 2582391C2 RU 2013143620/15 A RU2013143620/15 A RU 2013143620/15A RU 2013143620 A RU2013143620 A RU 2013143620A RU 2582391 C2 RU2582391 C2 RU 2582391C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
concentration
fluid
microchannel
substrate
Prior art date
Application number
RU2013143620/15A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013143620A (ru
Inventor
Олифер ХАЙДЕН
Михель Иоганнес ХЕЛОУ
Матиас РАЙСБЕК
Сандро Франческо ТЕДДЕ
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2013143620A publication Critical patent/RU2013143620A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2582391C2 publication Critical patent/RU2582391C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1404—Fluid conditioning in flow cytometers, e.g. flow cells; Supply; Control of flow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • G01N33/54333—Modification of conditions of immunological binding reaction, e.g. use of more than one type of particle, use of chemical agents to improve binding, choice of incubation time or application of magnetic field during binding reaction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/585—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with a particulate label, e.g. coloured latex
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/0098—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor involving analyte bound to insoluble magnetic carrier, e.g. using magnetic separation

Abstract

Группа изобретений относится к области магнитного обнаружения клеток, а именно к магнитной проточной цитометрии. Устройство для магнитной проточной цитометрии включает в себя магниторезестивный датчик, проточную камеру, которая предназначена для прохождения потока клеточной суспензии, и участок концентрирования для ориентации и концентрирования магнитно маркированной клеточной пробы. При этом участок концентрирования выполнен в форме меандра. Также раскрывается способ изготовления устройства для магнитной проточной цитометрии и способ магнитного обнаружения клеток с использованием указанного устройства. Устройство для магнитной проточной цитометрии является более компактным за счет использования участка концентрирования, выполненного в форме меандра. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Данное изобретение относится к магнитному обнаружению клеток в потоке.
В области измерения клеток и обнаружения клеток, наряду с оптическими способами измерения, такими как измерения рассеиваемого света или флуоресценции, известны также магнитные способы обнаружения, в которых подлежащий обнаружению сорт клеток маркируют с помощью магнитных меток.
В частности, для магнитного измерения известны способы, в которых магнитно маркированные клетки отсортировывают с помощью магнитофореза из комплексной клеточной суспензии, например пробы крови. Для этого эту комплексную суспензию необходимо сначала подготавливать соответствующим образом, с целью обеспечения возможности отделения из нее подлежащих обнаружению клеток. Магнитная маркировка осуществляется, в частности, тем, что в комплексную клеточную пробу вводят специфичную для клеток метку. Магнитофорез применяется до настоящего времени для сортировки магнитно маркированных клеток или в целом магнитных частиц.
Однако в области магнитно-резистивной сенсорики для обнаружения клеток можно также динамически считать магнитно маркированные клетки в комплексной суспензии в потоке. Для этого важно, чтобы клетки по отдельности друг за другом протекали через датчик и чтобы магнитно маркированные клетки проходили достаточно близко к магниторезистивному датчику вдоль него.
Поэтому в магнитном проточном цитометре маркированные клетки транспортируются в канале поверхностно над магнитным датчиком. Близость магнитно маркированных клеток к датчику имеет решающее значение, поскольку магнитное поле рассеяния магнитных меток, на основании которого в конечном итоге маркированная клетка обнаруживается датчиком, уменьшается пропорционально третьей степени расстояния.
Для обеспечения прохождения маркированной клетки в непосредственной близости от датчика можно в принципе выполнять возможно меньший диаметр канала, через который протекает проба клеток. То есть в экстремальном случае диаметр канала как раз настолько велик, что могут проходить отдельные клетки. При этом, естественно, возникает проблема, что за счет присутствия загрязнений, соответственно, посторонних частиц очень быстро происходит закупоривание канала.
Если же канал выполнить больше, то повышается вероятность того, что некоторые маркированные клетки проходят мимо датчика вне его дальности действия и тем самым не обнаруживаются. Этому можно противодействовать тем, что магнитно маркированные клетки концентрируются. Было установлено, что возможно более длинный путь концентрации через микроканал для текучей среды длиной до 1 см положительно сказывается на том, что в конце участка концентрации (или, по-другому, участка концентрирования) почти 100% магнитно маркированных клеток концентрируются из комплексной суспензии у дна канала так, что становится возможным измерение с помощью магнитного датчика. Однако расположение такого длинного участка концентрации на полупроводниковой подложке, на которой образован магниторезистивный конструктивный элемент, приводит к большому соотношению ширины и толщины подложки, что наряду с высокой стоимостью всей поверхности, в частности, для кремниевого кристалла, приводит также к проблемам обработки в процессе изготовления. Чем выше скорость потока и чем больше концентрация клеток в пробе, тем длиннее необходимо выбирать путь концентрации, с целью обеспечения достаточной концентрации магнитно маркированных клеток в момент перехода над датчиком.
Задачей данного изобретения является создание устройства для магнитного обнаружения клеток, которое при одинаковой точности концентрации и измерения обеспечивает возможность уменьшения полупроводниковой подложки, в частности кремниевого чипа, и тем самым также упрощения расположения измерительной схемы на платине.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в миниатюризации устройства для магнитной проточной цитометрии за счет использования участка концентрирования, выполненного в форме меандра.
Задача изобретения решена с помощью устройства согласно пункту 1 формулы изобретения. Соответствующий способ изготовления указан в пункте 11 формулы изобретения. Способ магнитного обнаружения клеток указан в пункте 14 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Устройство для магнитной проточной цитометрии содержит магниторезистивный датчик, с помощью которого обеспечивается возможность обнаружения магнитно маркированных клеток. Кроме того, устройство содержит проточную камеру, в частности микроканал для текучей среды, который предназначен для прохождения потока клеточной суспензии. В частности, микроканал для текучей среды имеет для этого вход, через который клеточную пробу можно инъецировать в устройство обнаружения. Кроме того, внутренняя поверхность микроканала для текучей среды может быть согласована, например, относительно свойств своей поверхности, с клеточной пробой, в частности, с ее вязкостью. Кроме того, устройство содержит участок концентрации, при этом участок концентрации выполнен в форме меандра. При этом участок концентрации целесообразно проходит вдоль микроканала для текучей среды. При направлении магнитно маркированной клеточной пробы непосредственно после инъекции по магнитному датчику не могут быть естественно измерены все маркированные клетки, поскольку в момент времени инъекции клеточной пробы в устройство магнитно маркированные клетки в клеточной пробе еще расположены хаотично и случайным образом во всем объеме пробы. Поэтому участок концентрации проходит, в частности, во внешнем магнитном поле, которое создается, например, с помощью постоянного магнита. В этом магнитном поле на магнитно маркированные клетки в клеточной суспензии действует магнитная сила, за счет которой они перемещаются, например, в направлении дна микроканала для текучей среды. Тем самым магнитно маркированные клетки могут концентрироваться у дна канала, а затем могут направляться достаточно близко над магниторезистивным датчиком. Лишь за счет этого обеспечивается надежное по существу 100%-ное обнаружение каждой отдельной магнитно маркированной клетки. Чем длиннее участок концентрации, тем надежнее концентрация всех магнитно маркированных клеток до момента прохода над датчиком на дне канала.
Преимуществом имеющего форму меандра участка концентрации является уменьшенная занимаемая площадь и возможная за счет этого миниатюризация всего измерительного устройства и возможная интеграция всего измерительного устройства на полупроводниковом чипе.
Таким образом, устройство имеет решающее преимущество за счет уменьшения занимаемой площади для магнитофорезного участка концентрации и уменьшения стоимости полупроводниковой подложки, в частности, дорогого кремниевого кристалла. Также за счет небольшого соотношения ширины и толщины кристалла обеспечивается простота обработки. Кристаллом обозначается, например, не заключенный в корпус полупроводниковый чип, интегрированный электронный конструктивный элемент, полупроводниковая или сенсорная подложка.
Кроме того, наряду с полупроводниковым чипом, уменьшается также весь микрообъем текучей среды, что приводит к большому уменьшению стоимости и упрощению изготовления датчика. Более длинный участок концентрации можно предпочтительно использовать для повышения скорости потока клеточной пробы и тем самым для увеличения пропускной способности и/или для уменьшения необходимого для пробы времени измерения.
Проточная камера, т.е. в частности микроканал для текучей среды, имеет, например, диаметр примерно 1000 мкм, что во много раз превышает диаметр клеток. В принципе может быть реализован диаметр канала между 30 мкм и 30000 мкм.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения участок концентрации устройства для магнитной проточной цитометрии имеет магнитные направляющие полосы. Они расположены, в частности, так, что они направляют клетки на середину дна канала. Это имеет то преимущество, что сконцентрированные у дна канала магнитно маркированные клетки ориентированы так, например, вдоль центральной магнитной направляющей линии на дне канала, что при прохождении над датчиком обеспечивается обнаружение отдельных клеток. Кроме того, магнитные направляющие линии выполняют задачу ориентирования магнитно маркированных клеток так, что их поле рассеяния вызывает в датчике возможно больший сигнал.
Особенно предпочтительно магнитные направляющие полосы выполнены ферромагнитными. Магнитная маркировка клеток осуществляется, в частности, с помощью суперпарамагнитных меток.
Магнитные направляющие полосы участка концентрации служат, в частности, для направления клеток ближе к середине канала. Особенно в зонах изгиба имеющего форму меандра участка концентрации это поддерживается тем, что магнитные направляющие полосы расположены так, что они направлены к середине канала. Направление к середине канала осуществляется потому, что на конце участка концентрации или ориентации расположен посредине канала магниторезистивный датчик или, например, решетка датчиков. Перекрытие всей ширины канала отдельными датчиками приводило бы к слишком сложной измерительной электронике. Магниторезистивные конструктивные элементы могут быть расположены под микроканалом для текучей среды, в стенке микроканала для текучей среды или же внутри канала.
Устройство имеет, в частности, подложку, например полупроводниковую подложку, на которой расположены магниторезистивный датчик, а также микроканал для текучей среды и участок концентрации. При этом магниторезистивный датчик интегрирован, в частности, в виде интегральной схемы на полупроводниковой подложке. Микроканал для текучей среды проходит в свою очередь вдоль участка концентрации на подложке. Например, магнитные направляющие полосы участка концентрации могут быть также интегрированы в полупроводниковом чипе. Интегрированное выполнение устройства на полупроводниковом чипе имеет преимущество компактной конструкции и небольшой величины.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения микроканал для текучей среды расположен вдоль участка концентрации так, что протекающая через микроканал для текучей среды магнитно маркированная клеточная проба ориентирована по магнитным направляющим полосам. Эта система имеет то преимущество, что клетки, наряду с концентрацией на дне канала, претерпевают ориентацию полей рассеяния, которая обеспечивает возможность высокочувствительного обнаружения отдельных клеток на датчике.
В частности, устройство имеет для этого магнит, который расположен вместе с устройством так, что протекающая через микроканал для текучей среды магнитно маркированная клеточная проба концентрируется с помощью магнитного поля магнита у дна канала. Для этого магнитно маркированные клетки снабжаются, в частности, суперпарамагнитными метками. То есть к клеткам присоединяются, в частности, суперпарамагнитные частицы. За счет магнитного поля магнита, в частности постоянного магнита, на магнитно маркированные клетки действует внутри клеточной суспензии сила, которая направляет их в направлении дна канала.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения микроканал для текучей среды и магниторезистивный датчик расположены так, что протекающая через микроканал для текучей среды магнитно маркированная клеточная проба направляется над датчиком. Таким образом, датчик расположен, в частности, внутри или ниже микроканала для текучей среды, так что протекающая через микроканал для текучей среды клеточная суспензия в любом случае направляется близко над датчиком. Целесообразно датчик расположен на дне канала или на стенке канала в направлении, в котором магнитное поле магнита концентрации направляет магнитно маркированные клетки. В соответствии с этим датчик обращен, в частности, точно к стороне микроканала для текучей среды, на которой концентрируются магнитно маркированные клетки.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения длина участка концентрации составляет по меньшей мере 12500 мкм, в частности по меньшей мере 15000 мкм. Например, может быть достаточным участок концентрации длиной 1 мм. Требуемая минимальная длина участка концентрации может также составлять 20000 мкм или до 1 см. Факторы влияния на требуемую длину участка концентрации и ориентации еще будут указаны ниже.
Было установлено, что эта большая длина участка концентрации имеет то преимущество, что также высококонцентрированные клеточные пробы в конце участка концентрации могут быть концентрированы на дне канала и ориентированы с помощью магнитных направляющих линий участка концентрации так, что в момент прохождения над магниторезистивным датчиком обеспечивается надежное распознавание отдельных клеток.
Для такого длинного участка концентрации подложка имеет свой наибольший размер, в частности максимально 18000 мкм, по меньшей мере максимально 20000 мкм. Например, подложка имеет свой наибольший размер лишь максимально 10 мм. При этом в большинстве случаев полупроводниковые кристаллы имеют прямоугольно вырезанные участки тонкого диска и в соответствии с этим максимальный размер подложки соответствует ее диагонали. Благодаря имеющему форму меандра участку концентрации он нуждается лишь в небольшой занимаемой площади на подложке. Это особенно предпочтительно, поскольку использование полупроводниковых подложек, в частности кремниевых кристаллов, связано с высокой стоимостью. В соответствии с этим за счет меандровой формы участка концентрации обеспечивается, что при небольшой площади полупроводникового чипа может быть реализован достаточно большой участок концентрации, с помощью которого также высококонцентрированные клеточные пробы могут быть концентрированы и ориентированы так, что могут быть обнаружены по отдельности магнитно маркированные клетки в этих клеточных пробах с помощью магниторезистивного датчика. Одновременно меандровая форма участка концентрации уменьшает соотношение ширины и толщины подложки, что означает, что подложка становится более компактной и тем самым более простой для обработки.
Магниторезистивный датчик устройства является, в частности, датчиком GMR (GMR=Giant Magneto Resistance, т.е. огромное магнитное сопротивление), например, магниторезистивный датчик устройства является датчиком TMR (TMR=Tunnel Magneto Resistance, т.е. туннельное магнитное сопротивление), или магниторезистивный датчик является датчиком AMR (AMR=анизотропное магнитное сопротивление).
В альтернативных вариантах выполнения можно использовать также оптические датчики, такие как флуоресцентные датчики или датчики света рассеяния, или же в комбинации с магнитными датчиками.
В способе изготовления указанного выше устройства сначала изготавливают магниторезистивный датчик на подложке, наносят магнитные направляющие полосы на подложку и выполняют микроканал для текучей среды на подложке. В одном предпочтительном варианте выполнения способа изготовления датчик интегрируют на полупроводниковой подложке. Для этого используют известные способы микросистемной технологии.
В одном предпочтительном варианте выполнения способа изготовления магнитные направляющие полосы участка концентрации осаждают непосредственно на подложку, например, с помощью термического испарения или распыления. Магнитные направляющие полосы изготавливают, в частности, из ферромагнитного материала, например из никеля. Для этого можно использовать также ферромагнитные сплавы.
В одном способе измерения для магнитного обнаружения клеток инъецируют магнитно маркированную клеточную пробу в указанное выше устройство с имеющим форму меандра участком концентрации, внутри устройства направляют в микроканал для текучей среды, с помощью магнита концентрируют у дна канала так, что магнитно маркированные клетки проходят над магниторезистивным датчиком и там обнаруживаются.
Концентрация с помощью внешнего поля, т.е. поля постоянного магнита, и магнитофорезная ориентация с помощью ферромагнитных полос осуществляется предпочтительно на месте во время процесса измерения. Поэтому требуется достаточно длинный участок концентрации для магнитно маркированных клеток, с целью обеспечения желаемого коэффициента обнаружения маркированных клеток, равного по существу 100%. Факторами влияния на требуемую длину участка концентрации и ориентации с ферромагнитными полосами являются:
1) скорость, с которой клеточная проба прокачивается через микроканал для текучей среды,
2) сила прикладываемого магнитного поля концентрации,
3) концентрация суперпарамагнитно маркированных клеток в суспензии, а также
4) магнитные свойства используемых меток,
5) состав и реологические свойства клеточной суспензии, т.е., например, свойства ее текучести, и
6) сорт маркированных клеток и количество их изотопов на поверхности клеток и тем самым количество парамагнитных меток на каждую клетку, которое определяет силу подлежащего обнаружению поля рассеяния.
Клеточную суспензию прокачивают через микроканал для текучей среды, в частности, с помощью перепада давления. Перепад давления можно создавать, например, посредством управления вручную шприцем или системой шприцев. За счет этого обеспечивается образование ламинарного потока клеточной пробы. Поскольку клетки и окружающая клетки комплексная среда имеют приблизительно одинаковую плотность, то также в зонах кривизны имеющего форму меандра канала для текучей среды возникает лишь небольшая центробежная сила, и маркированные клетки могут оставаться на своих траекториях движения.
Тем самым устройство и способ измерения являются особенно предпочтительными для небольших объемов высококонцентрированных проб (1000 клеток в одном микролитре), например, клеток CD4+. В крови здорового взрослого человека Т-клетки CD4+ составляют примерно 25-60% лимфоцитов. В соответствии с этим проба крови имеет концентрацию примерно 300-1600 клеток на микролитр. Увеличение или уменьшение количества Т-клеток CD4+ может происходить при многих заболеваниях. Степень увеличения или уменьшения хотя и не может служить в качестве доказательства болезни, однако может быть индикатором или дополнительно подтверждать имеющийся диагноз. Примерами, при которых возникает увеличение количества клеток CD4+, являются ревматические заболевания или же различные лейкемии. Уменьшение количества клеток CD4+ может быть указателем иммунной слабости, такой как, например, ВИЧ-заболевание (СПИД).
Таким образом, при магнитной проточной цитометрии решающее значение имеет то, что магнитно маркированные клетки транспортируются очень близко мимо магниторезистивного датчика. Поскольку клеточная проба протекает через проточную камеру, например микроканал для текучей среды, то клетки необходимо транспортировать в этой проточной камере вблизи ее внутренней поверхности, где установлен магниторезистивный датчик. В частности, стенка канала находится в прямом контакте с магнитным датчиком. В альтернативных вариантах выполнения магниторезистивный датчик заделан в стенку канала. В качестве магнитной маркировки служат предпочтительно суперпарамагнитные метки. В качестве магниторезистивных датчиков можно использовать датчики GMR, TMR или AMR. Близость магнитно маркированной клетки к датчику имеет решающее значение потому, что магнитное поле рассеяния магнитной маркировки уменьшается в ближней зоне поля пропорционально третьей степени расстояния. Дополнительно к концентрации магнитно маркированных клеток на поверхности датчика ориентация магнитно маркированных клеток оказывает положительное влияние на возможность обнаружения. При этом магнитно маркированные клетки предпочтительно ориентируются в направлении потока так, что магнитное поле магнитной маркировки вызывает в датчике возможно более отчетливый сигнал. При магнитной проточной цитометрии требуется возможно более точная дифференсация между фальшиво позитивными и позитивными сигналами. Для этого для позитивных сигналов должна обеспечиваться возможность установки возможно более высокого порогового значения для сигнала, с целью отличия его от шумовых сигналов.
В противоположность методу направления магнитно маркированных клеток по отдельности над датчиком за счет их стеснения в микроканале для текучей среды за счет его диаметра так, что лишь отдельные клетки могут проходить через него, способ, согласно изобретению, имеет то преимущество, что обеспечивает по существу 100%-ное обнаружение отдельных клеток непосредственно из неподготовленной комплексной суспензии. Таким образом, преодолевается большой недостаток так называемого механического разделения клеток и закупоривания систем для пропускания текучей среды. В таком измерительном устройстве магнитно маркированные клетки различного диаметра также нельзя точно определять по отдельности. Клетки имеют, например, диаметр в диапазоне примерно 3-30 мкм. Они предпочтительно направляются через намного более широкий микроканал для текучей среды, который имеет в 10-1000 раз больший диаметр. При этом датчик или решетка из отдельных датчиков расположена поперек направления потока и имеет, например, ширину 30 мкм в соответствии с диаметром клетки.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится в качестве примера описание вариантов выполнения данного изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - имеющий форму меандра участок концентрации,
фиг. 2 - магнитные направляющие линии в первом изгибе участка концентрации;
фиг. 3 - альтернативное расположение магнитных линий в первом изгибе участка концентрации;
фиг. 4 - сравнение по величине между прямым и имеющим форму меандра участком концентрации;
фиг. 5 - разрез измерительного устройства.
На фиг. 1 показан имеющий форму меандра участок 10 концентрации, согласно одному примеру выполнения изобретения. Участок 10 концентрации имеет три прямых участка, которые соединены друг с другом через два изгиба К1, К2. Участок 10 концентрации предназначен, с одной стороны, для ориентации, а также для концентрации магнитно маркированных клеток 90 у дна канала. То есть в показанном на фиг. 1 виде сверху микроканал 50 для текучей среды выполнен вдоль участка 10 концентрации так, что на клеточную пробу, которая направляется через этот микроканал 50 для текучей среды, действуют магнитные силы постоянного магнита для концентрации у дна канала, а также магнитное действие магнитных направляющих линий 15. Показанные на фиг. 1 магнитные направляющие линии 15 проходят вдоль участка 10 концентрации непосредственно на подложке 12, которая является, в частности, поверхностью полупроводникового чипа. Вдоль первого прямого частичного участка магнитные направляющие линии 15 проходят под острым углом к средней линии участка 10 концентрации и направляют тем самым магнитно маркированные клетки 90 в середину канала. Вдоль первого изгиба К1 магнитные направляющие линии 15 проходят от края участка 10 концентрации, т.е. от края микроканала 50 для текучей среды, к середине участка 10 концентрации. В этом примере показана центральная магнитная направляющая линия, которая всегда расположена вдоль середины канала. Кроме того, на фиг. 1 на виде сверху на участок 10 концентрации показан вход 11 для клеточной пробы в микроканал для текучей среды.
На фиг. 2 показана часть участка 10 концентрации с первым изгибом К1 участка концентрации. На фиг. 2 показан альтернативный вариант выполнения магнитных направляющих линий 15. Они вместо схождения в виде веера на средней линии могут быть также имеющими форму полукруга линиями с различными радиусами, каждая из которых проходит по траектории с неизменным расстоянием до стенок микроканала 50 для текучей среды. В этом примере магнитно маркированные клетки 90 в клеточной пробе направляются по этим траекториям через изгиб К1. Стрелками обозначено направление потока клеточной пробы через изгиб К1 участка 10 концентрации.
На фиг. 3 показан больший отрезок участка 10 концентрации, который имеет первый изгиб К1, а также части первого и второго прямых частичных участков. Магнитные направляющие линии 15 проходят в этом варианте выполнения снова веерообразно. Они ведут от стенки канала к средней линии канала 50 как в изгибе К1, так и на прямых частичных участках. На прямых частичных участках они проходят, в частности, под острым углом к средней линии канала 50. В соответствии с этим проходящая через микроканал 50 для текучей среды клеточная проба направляется к середине канала 50.
На фиг. 4 снова показан на виде сверху участок 10а концентрации в сравнении с линейным участком 10b концентрации. Для этого показана длина каналов в микронах. Участок 10 концентрации имеет ту же общую длину, что и линейный участок 10b концентрации, однако для него необходим вдвое меньший полупроводниковый чип 12а в качестве подложки 12, на которой расположен участок 10а концентрации в виде магнитных направляющих линий 15.
На фиг. 5 показан разрез одного варианта выполнения измерительного устройства, в котором участок 10 концентрации выполнен не непосредственно на полупроводниковом чипе 12, а на упаковочном материале 16. В разрезе показаны магнитные направляющие линии 15, по которым направляются магнитно маркированные клетки 90. В частности, сверху или снизу измерительного устройства расположен постоянный магнит, с помощью магнитного поля которого клетки 90 концентрируются у дна канала 50. Кроме того, на фиг. 5 показана опора 13, на которой выполнены способом осаждения контакты 17. На опору 13 установлен полупроводниковый чип 12, который с помощью приваренных проволочных выводов 18 контактирует с подложкой опоры 13. На полупроводниковом чипе 12 находится, в частности, магниторезистивный датчик 20 и небольшой другой отрезок участка 600 концентрации с магнитными направляющими линиями 15, который может компенсировать смещение 601 относительно участка 10 концентрации на упаковочном материале 16. Например, с помощью способа литья под давлением вместе с упаковочным материалом 16 формируется проточная камера 50. Стрелками снова обозначено направление потока клеточной пробы, соответственно обозначен вход 11 в микроканал 50 для текучей среды.

Claims (14)

1. Устройство для магнитной проточной цитометрии, содержащее
- магниторезистивный датчик (20),
- проточную камеру (50), которая предназначена для прохождения потока клеточной суспензии, и
- участок (10) концентрирования для ориентации и концентрирования магнитно маркированной клеточной пробы (90),
при этом участок (10) концентрирования выполнен в форме меандра.
2. Устройство по п. 1, в котором участок (10) концентрирования имеет магнитные направляющие полосы (15).
3. Устройство по п. 2, в котором магнитные направляющие полосы (15) являются ферромагнитными.
4. Устройство по любому из пп. 1-3, содержащее подложку (12), в частности полупроводниковую подложку, в котором магниторезистивный датчик (20), а также проточная камера (50), которая является, в частности, микроканалом для текучей среды, и участок (10) концентрирования расположены на подложке (12).
5. Устройство по п. 4, в котором микроканал (50) для текучей среды расположен вдоль участка (10) концентрирования так, что протекающая через микроканал (50) для текучей среды магнитно маркированная клеточная проба (90) ориентирована по магнитным направляющим полосам (15).
6. Устройство по п. 5, содержащее магнит, в котором магнит расположен так, что протекающая через микроканал (50) для текучей среды магнитно маркированная клеточная проба (90) концентрируется с помощью магнитного поля магнита у дна канала.
7. Устройство по п. 6, в котором микроканал (50) для текучей среды и магниторезистивный датчик (20) расположены так, что протекающая через микроканал (50) для текучей среды магнитно маркированная клеточная проба (90) направляется над датчиком (20).
8. Устройство по п. 7, в котором длина участка (10) концентрирования составляет по меньшей мере 12500 мкм.
9. Устройство по п. 8, в котором подложка имеет свой наибольший размер максимально 18000 мкм.
10. Устройство по п. 9, в котором магниторезистивный датчик (20) является датчиком GMR, TMR или AMR.
11. Способ изготовления устройства по любому из пп. 1-10, содержащий следующие стадии:
изготовления магниторезистивного датчика (20) на подложке (12),
нанесения магнитных направляющих полос (15) на подложку (12),
выполнения микроканала (50) для текучей среды на подложке (12).
12. Способ по п. 11, в котором магниторезистивный датчик (20) интегрируют на полупроводниковой подложке (12).
13. Способ по любому из пп. 11 или 12, в котором магнитные направляющие полосы (15) осаждают непосредственно на подложку (12), в частности, с помощью термического испарения или распыления.
14. Способ магнитного обнаружения клеток, в котором магнитно маркированную клеточную пробу (90) инъецируют в устройство по любому из пп. 1-10.
RU2013143620/15A 2011-02-28 2012-02-21 Миниатюрная магнитная проточная цитометрия RU2582391C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011004805A DE102011004805A1 (de) 2011-02-28 2011-02-28 Miniaturisierte magnetische Durchflusszytometrie
DE102011004805.7 2011-02-28
PCT/EP2012/052901 WO2012116906A1 (de) 2011-02-28 2012-02-21 Miniaturisierte magnetische durchflusszytometrie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013143620A RU2013143620A (ru) 2015-04-10
RU2582391C2 true RU2582391C2 (ru) 2016-04-27

Family

ID=45876687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013143620/15A RU2582391C2 (ru) 2011-02-28 2012-02-21 Миниатюрная магнитная проточная цитометрия

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20130330828A1 (ru)
EP (1) EP2668500B1 (ru)
JP (1) JP5827348B2 (ru)
KR (1) KR101548847B1 (ru)
CN (1) CN103502814A (ru)
BR (1) BR112013021961A2 (ru)
CA (1) CA2828288C (ru)
DE (1) DE102011004805A1 (ru)
RU (1) RU2582391C2 (ru)
WO (1) WO2012116906A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739974C1 (ru) * 2017-10-10 2020-12-30 Ханчжоу Чживэй Информейшн Текнолоджи Ко., Лтд. Способ маркировки клеток костного мозга и система для его осуществления

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6668176B2 (ja) * 2016-06-16 2020-03-18 株式会社東芝 センサ

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0672458A3 (en) * 1994-03-04 1996-02-28 Cleveland Clinic Foundation Magnetic cytometry method and apparatus.
DE19947495C2 (de) * 1999-10-01 2003-05-28 Agilent Technologies Inc Mikrofluidischer Mikrochip
JP2004503775A (ja) * 2000-06-14 2004-02-05 ボード・オブ・リージェンツ，ザ・ユニヴァーシティ・オヴ・テキサス・システム 検体混合物の組み合わせた磁気泳動および誘電泳動の操作のための方法および装置
US6623984B1 (en) * 2000-11-01 2003-09-23 The Cleveland Clinic Foundation MEMS-based integrated magnetic particle identification system
US6736978B1 (en) * 2000-12-13 2004-05-18 Iowa State University Research Foundation, Inc. Method and apparatus for magnetoresistive monitoring of analytes in flow streams
DE10136275C1 (de) * 2001-07-25 2002-12-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zur Probentrennung
DE102006024355B4 (de) * 2006-05-19 2008-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikrofluidische Anordnung zur Detektion von in Proben enthaltenen chemischen, biochemischen Molekülen und/oder Partikeln
US8409877B2 (en) * 2006-12-29 2013-04-02 Intel Corporation Enzymatic signal generation and detection of binding complexes in stationary fluidic chip
JP4983914B2 (ja) * 2007-03-20 2012-07-25 株式会社島津製作所 全有機体炭素測定装置
EP2040073A1 (en) * 2007-09-20 2009-03-25 Iline Microsystems, S.L. Microfluidic device and method for fluid clotting time determination
DE102009012108B4 (de) * 2009-03-06 2015-07-16 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Anreicherung und Erfassung von Zellen in strömenden Medien
US8029730B1 (en) * 2009-08-13 2011-10-04 Global Fia, Inc. Flow cell for chemiluminescence analysis
DE102009047801B4 (de) * 2009-09-30 2014-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Durchflusskammer mit Zellleiteinrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carr C, Matlachov A N, Sandin H,Espy M A, Kraus R H "Magnetic Sensors for Bioassay: HTS SQUIDs or GMRs?", IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol:17,Nr:2,Page(s):808 - 811, 01.06.2007. Sung-Yi Yang, Kang-Yi Lien, Kao-Jean Huang, Huan-Yao Lei, Gwo-Bin Lee "Micro flow cytometry utilizing a magnetic bead-based immunoassay for rapid virus detection", Biosensors and Bioelectronics, Vol:24,Nr:4, 2008, Page(s):855 - 862. Inglis D W, "Continuous microfluidic immunomagnetic cell separation", Applied Physics Letters, Vol:85,Nr:21,Page(s):5093 - 5095, 22.11.2004. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739974C1 (ru) * 2017-10-10 2020-12-30 Ханчжоу Чживэй Информейшн Текнолоджи Ко., Лтд. Способ маркировки клеток костного мозга и система для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
EP2668500B1 (de) 2016-04-13
WO2012116906A1 (de) 2012-09-07
RU2013143620A (ru) 2015-04-10
KR101548847B1 (ko) 2015-08-31
US20130330828A1 (en) 2013-12-12
CA2828288A1 (en) 2012-09-07
JP5827348B2 (ja) 2015-12-02
BR112013021961A2 (pt) 2016-11-16
JP2014509397A (ja) 2014-04-17
KR20130123475A (ko) 2013-11-12
CA2828288C (en) 2016-08-09
EP2668500A1 (de) 2013-12-04
DE102011004805A1 (de) 2012-08-30
CN103502814A (zh) 2014-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10668470B2 (en) Sorting particles using high gradient magnetic fields
Helou et al. Time-of-flight magnetic flow cytometry in whole blood with integrated sample preparation
US11155779B2 (en) Microfluidic sorting with high gradient magnetic fields using opposing arrays of adjacent magnets
Loureiro et al. Magnetoresistive chip cytometer
US9186668B1 (en) Microfluidic devices, systems, and methods for quantifying particles using centrifugal force
CN103501912B (zh) 用于分离样品中磁性标记部分的设备和方法
Huang et al. Single cell detection using a magnetic zigzag nanowire biosensor
US20100273184A1 (en) Device for magnetic detection of individual particles in a microfluid channel
US9522401B2 (en) Device and method for concentrating and detecting magnetically marked cells in laminarly flowing media
JP2008525789A (ja) 磁気センサに印加された磁場を評価する方法及び装置
US20130004982A1 (en) Method and apparatus for magnetic flow cytometry
RU2582391C2 (ru) Миниатюрная магнитная проточная цитометрия
Chícharo et al. Enhanced magnetic microcytometer with 3D flow focusing for cell enumeration
US20090001024A1 (en) Using asymmetrical flow focusing to detect and enumerate magnetic particles in microscale flow systems with embedded magnetic-field sensors
JP5766306B2 (ja) 磁気フローサイトメトリー装置、磁気フローサイトメトリー装置の製造方法および細胞の磁気検出方法
US9400236B2 (en) Magnetophoretic analyte selection and concentration
US8906702B2 (en) Methods and related devices for continuous sensing utilizing magnetic beads
WO2016163387A1 (ja) 電気測定用デバイス、及び電気測定装置
Chícharo et al. Evolution in Automatized Detection of Cells: Advances in Magnetic Microcytometers for Cancer Cells
KR101048858B1 (ko) 개방형 그루브 채널 칩
Amara et al. Highly-sensitive magnetic tunnel junction based flow cytometer
Mengzheng et al. A Novel Rare Cell Sorting Microfluidic Chip Based on Magnetic Nanoparticle Labels
WO2013158631A1 (en) Methods and related devices for continuous sensing utilizing magnetic beads
Mitrelias et al. Magnetic devices for ultra high throughput biological analysis

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170222