技术领域
[0001] 本
发明涉及一种将微粒，特别地，将诸如编码微载体的微载体通
过喷射装置喷射 到微流体通道中的方法。
[0002] 在本发明的范围内，术语微流体通道指的是一种封闭通道，即，用于流体的细长通 道，其横截面尺寸为微观的，即，其横截面的最大尺寸一般为大约1至大约500微米，优选为 大约10至大约300微米。微流体通道具有纵向方向，该纵向方向没有必要是直线并且对应 于流体在微流体通道内流动的方向，即，实质上优选为对应于流体的平均速度矢量的方向， 其中流体假定呈
层流状态。
[0003] 微载体或者微粒指的是任何类型的颗粒、任何类型的载体，其尺寸是微观的，一般 最大尺寸为IOOnm至300 μ m，优选为1 μ m至200 μ m。
[0004] 根据本发明，术语微载体指的是功能化或者适于被功能化的微粒，其包含或者适 于包含一个以上的束缚（bound)于微载体的表面或者沉浸（impregnated)于其大部分中的 配体或者功能单元。化学和
生物分子的大
频谱可以作为配体附着到微载体。微载体能够具 有多功能和/或配体。在此使用的术语功能单元意味着限定任何种类，
修改、附着、附加、涂 覆，或者共价或者非共价地束缚于上述微载体的表面或者沉浸于其大部分。这些功能包括 常规地用于高通量筛选技术和诊断的所有技术。
背景技术
[0005] 药物发现或者筛选和DNA测序通常涉及在大量的化合物或者分子上执行化验。这 些化验一般地包括，例如，对令人关注的化合物或者特别的目标分子筛选化学库、或者对分 子之间的令人关注的化学和生物相互作用进行试验。那些化验常常需要执行数以千计的单 独的化学和/或生物反应。
[0006] 处理这样大量的单独的反应带来众多实际问题。最显著的问题可能是必须对每一 个单独的反应进行标记和
跟踪。
[0007] 跟踪反应特性的一个常规方法是通过将每一个在微量滴定板（microtiter plate)(微阵列）中的反应进行物理分离来实现。然而，使用微量滴定板带来几个缺点，特 别地，如对使用的微量滴定板的尺寸产生物理限制，因而对可能在滴定板上执行的不同反 应的数量产生物理限制。
[0008] 考虑到使用微阵列的这些限制，当前它们有利地由功能化的编码微粒替代，以执 行化学和/或生物化验。每一个功能化的编码微粒设置有编码，该编码唯一地识别束缚 于微粒的表面的特别的配体。这种功能化的编码微粒的使用允许用于随机处理，这意味 着数以千计的唯一功能化的编码微粒可以都被混合并且同时经过试验。在国际
专利申请 W000/63695中描述了功能化的编码微粒的实例，如图1所示。
[0009] 国际专利申请WO 2010/072011描述了一种化验装置，该化验装置具有至少一个 作为反应室的微流体通道，在反应室中能够封装多个功能化的编码微粒或者微载体。一般 地，这种微载体1，如图1所示，包含本体2,本体2具有正圆柱形状或者由第一圆形表面3 和未示出的第二圆形表面勾划出的盘状，该第二圆形表面与第一圆形表面3相对。这种微 载体1通常通过附接于该微载体的特殊标记进行编码，用于对其的识别。该特殊标记可以 包含多个贯穿孔4的特殊图案也可以包括例如不对称的定向标记5,诸如如图1所示的L形 标志或者三
角形。这种不对称的定向标记5使主要的第一圆形表面3和主要的第二圆形表 面之间区别开来。
[0010] 在WO 2010/072011中描述的化验装置的微流体通道设置有作为
过滤器的停止装 置，该停止装置允许包含化学和/或生物
试剂的液体溶液流经的同时将微载体1阻隔在其 内部。上述微流体通道的几何高度和上述微载体的尺寸被选择，使得上述微载体1 一般以
单层布置方式布置在每一个微流体通道的内部，防止上述微载体1互相重叠。
[0011] 欧洲专利申请EP 11000970. 1描述了一种如图2所示的编码微载体6,上述微载体 6的第一圆形表面3包含用于检测化学和/或生物反应的检测表面8并且进一步包含突出 装置7,突出装置7定形为确保：当编码微载体6放置在平坦面上同时检测表面8面对上述 平坦平面时，在上述平坦面和这个检测表面之间存在间隙。
[0012] 令人关注的反应的检测能够基于化验装置的微流体通道中存在的每一个编码微 载体的
荧光强度的连续读取。该化验中的目标分子的存在将触发预定荧光
信号，预定荧光 信号通过化验装置的透明观测壁进行检测。当编码微载体被喷射到微流体通道中时，它的 检测表面面对上述观测壁并且液体（包含用于化验的令人关注的化学和/或生物试剂）的 层流经过上述检测表面和观测壁之间的上述间隙。由于间隙中的液体的层流，微载体的检 测表面呈现出令人关注的更均匀反应。
[0013] 如图3所示，微载体6被制备成悬浮在液体样本16中，液体样本16经由具有
侧壁 15的入口井14被喷射到微流体通道13中，微流体通道13的端部在侧壁15上打开。入口 井14的底壁17连接到微流体通道的底壁18,微流体通道的底壁18包含上述观测壁10。
[0014] 在
现有技术中，液体样本16通过喷射装置被喷射到微流体通道13中，该喷射装置 具有尖端19,通过尖端19,液体样本在喷射时排出，上述尖端19在喷射期间被插入到入口 井14中。在喷射期间，液体样本16与入口井14的底壁17
接触，并且微载体6通过从尖端 19沉降直到它们落在入口井14的底壁17上而沉积。束缚于检测表面8的分子的存在的检 测仅仅当上述检测表面8面对观测壁10时是可能的，如图4中的第一微载体11所示。然 而，在沉降期间，微载体6可能翻转，从而一些微载体6呈现出它们的检测表面8与微流体 通道13的观测壁10相对，如图4中的第二微载体12所示。因此，其检测表面呈现出错误 方位的第二微载体12不能发射出任何检测信号并且在生物化验期间可能被当作错误的否 定。此外，由箭头B表示的流体流动被第二微载体12扰乱，其中该第二微载体12的检测表 面8和观测壁10之间不存在空间9。实际上，缺少空间9,流体流动的速度在观测壁10附近 是非常低的。然后，流体流动的速度场在微流体通道13中是不均匀的，这样导致试剂和目 标分子的不均勾分布，其中该试剂和目标分子与第一微载体11的检测表面8互相作用（由 于试剂在速度非常低的流体流动部分中不更新）。因此，防止在微流体通道内的微载体的错 误方位的问题是至关重要的，以执行可靠的生物实验，用于研宄和临床实验。
发明内容
[0015] 本发明的目的是改善所有或者部分的上述缺点。
[0016] 对于该目的，本发明提出一种通过喷射装置将微粒喷射到微流体通道中的方法， 该喷射装置包含尖端，在被喷射时，上述微粒通过该尖端排出，上述微流体通道具有在入口 井的侧壁中打开的端部，并且微流体包含顶侧和底侧，底侧包含突出装置，其中该方法包含 以下步骤：
[0017] a)将上述尖端
定位在至少上述侧壁的区域的上方并且与上述侧壁相距预定距离 的
位置；和
[0018] b)将微粒喷射到上述入口井中，从而微粒与上述区域接触或者在上述区域附近， 在喷射期间上述侧壁是非
水平的并且非竖直的，从而喷射的微粒的至少一部分在侧壁上滑 动并且进入微流体通道的上述端部，并且喷射的微粒的该至少一部分的底侧面对微流体通 道的底壁。
[0019] 微粒优选地悬浮在液体样本中。在这种情况下，喷射装置包含包括微粒的液体样 本。在喷射期间，液体样本的至少一部分可以与微粒同时地被喷射到入口井。在变化体中， 实质上，没有液体样本从尖端排出并且被喷射到入口井中，微粒从尖端排出并且仅仅通过 沉降进入入口井（"沉降"意味着微粒通过重
力下降，没有必要通过包含上述微粒的流体流 动来驱动）。微通道和入口井可以预先填充液体流体，液体流体可以具有与液体样本大致相 同的成分和/或
粘度（viscosity)。
[0020] 因此，在根据本发明的方法中，喷射装置的尖端相对于入口井的侧壁精确地定位， 尖端和入口井的侧壁之间的距离d被预定，并且例如与微粒的尺寸、液体样本的粘度、液体 样本内的微粒的浓度，或者喷射装置的尖端的排出孔口的尺寸相关。优选地，喷射装置位于 侧壁的区域上方的位置，侧壁位于上述尖端和微流体通道的上述端部（入口）之间的位置。 喷射装置的尖端、侧壁的上述区域和微流体通道的端部可以大致共面。
[0021] 上述预定距离d可以在0. 5至5mm的范围内，优选地在0. 5至4mm的范围内，更优 选地在1至3mm的范围内。
[0022] 液体样本（或者微粒）与入口壁的侧壁接触，这与现有技术的方法是相反的。此 外，根据本发明，上述侧壁相对于竖直面和水平面倾斜，从而微粒可以，特别是在重力下，在 侧壁上滑动。
[0023] 在落在或者下降在入口井的侧壁上之前，包含在喷射的液体样本中的微粒在从喷 射装置的尖端排出之后通过沉降而下落。在沉降期间，微粒旋转，然后落在入口井的侧壁 上。微粒的旋转归因于它们的形状。由于它们的底侧存在突出装置，微载体不关于垂直于 其纵向轴线的平面对称。微粒可能绕着其
重心旋转。
[0024]
发明人已经识别了在喷射装置的尖端和入口井的侧壁之间的距离d能够被优化 以保证至少一部分的微粒，以及意外的大部分的微粒，在侧壁上滑动并且进入微流体通道， 同时微粒的包含突出装置的底侧面对微流体通道的底壁。因此，本发明允许显著地增加具 有正确方位的微粒的比例，即，这些具有正确方位的微粒的底侧面对微流体通道的底壁，从 而这些底侧的突出装置可以限定如上所述的空间，并且微粒的检测表面可以面对微流体通 道的观测壁。
[0025] 优选地，喷射装置包含液体样本，微粒悬浮在液体样本中，液体样本的微粒的浓度 为每毫升液体样本中微粒小于2000个，优选地小于1000个。这种低浓度允许减少在沉降 期间微粒之间的互相作用（特别是流体动力学上的互相作用）的
风险，其中这些互相作用 可能限制微粒的旋转。优选地，执行微粒或者液体样本的喷射，从而微粒实质上逐个地落 在侧壁上。
[0026] 喷射装置可以在微粒或者液体样本的喷射期间移动，从而促进微粒在侧壁上的沉 积。
[0027] 在步骤a)，喷射装置可以被定位，使得纵向轴线和侧壁或者侧壁的纵向轴线之间 的角度在〇度至30度之间。在
实施例中，喷射装置大致平行于侧壁（的纵向轴线）。
[0028] 入口井的侧壁可以相对于水平面倾斜一定角度，该角度为大约10度至80度，优选 地20度至70度，更优选地50度至70度。该角度能够被确定，从而限制或者避免当微粒沉 积在侧壁上时的壁效应（wall effect)。
[0029] 微流体通道的底壁优选地连接到入口井的底壁。
[0030] 微粒可以是微载体和例如编码微载体。
[0031] 微粒可以具有盘形形状并且具有大约1至200 μ m的直径和1至50 μ m的高度。
[0032] 微流体通道的高度优选地小于微粒的厚度的两倍并且小于微粒的直径，从而避免 在微流体通道内的微粒的任何再定位。
[0033] 本发明也提出一种用于执行上述方法的装置，该装置包含：化验装置，化验装置包 含至少一个微流体通道，每一个微流体通道都在入口井的侧壁上打开并且具有连接到入口 井的底壁的底壁；和装载装置，装载装置承载处于倾斜位置的化验装置，从而上述入口井位 于上述至少一个微流体通道的上方，在该倾斜位置，化验装置和水平面之间的角度为大约 10至80度，优选地大约20至70度，并且更优选地大约20至40度。这个角度例如为大约 30度。
附图说明
[0034] 阅读以下通过非限制实例同时参考附图的描述，能够更好的理解本发明和其他细 节、特征和优势，其中：
[0035] 图1和2图解根据现有技术的微载体的顶部立体图；
[0036] 图3显示根据现有技术的方法的入口井和微流体通道的截面图，其中包含微粒的 液体样本被喷射到该微流体通道中；
[0037] 图4显示包含微粒的微流体通道的截面图；
[0038] 图5显示根据本发明的入口井和微流体通道的截面图，其中包含微粒的液体样本 被喷射到该微流体通道中；
[0039] 图6至8显示图5的入口井的截面图并且图解从入口井到微流体通道的微粒的移 动。
具体实施方式
[0040] 根据本发明的方法如图5至图8所示，图5至图8图解了这个方法的步骤。
[0041] 图5中所示的第一步骤或者喷射步骤与图3中所示的喷射步骤的不同之处至少在 于：化验装置（包含至少一个微通道13,其具有在入口井14的侧壁15上打开的端部）相 对于水平面倾斜。化验装置（或者入口井14和微流体通道13的底壁17、18)和水平面之 间的角度α例如为大约30度。
[0042] 如图5所示，入口井14大致位于微流体通道13的上方，从而被喷射到入口井14 中的液体样本能够通过在入口井中沉降而沉积并且由于重力而滑入微流体通道。
[0043] 在显示的实例中，入口井14具有大致圆筒形形状，因此其侧壁15为大致圆筒形表 面，并且具有纵向轴线A，纵向轴线A大致垂直于微流体通道13的纵向轴线。这里，纵向轴 线A和水平面之间的角度γ为大约60度。
[0044] 液体样本16通过喷射装置被喷射到入口井14和微流体通道13中，该喷射装置包 含例如吸液管或者微量调节喷射器（microsyringe)，吸液管或者微量调节喷射器具有携带 诸如一次性
吸头的尖端19的端部。液体样本16停驻在该尖端中，尖端然后插入到入口井 14中，从而将微粒6排出到该入口井14中。
[0045] 如上所述，液体样本16包含微粒6,微粒6可以是诸如编码微载体的微载体。这些 微粒6具有例如盘形形状并且每一个微粒包含顶侧和底侧，上述底侧包含如上所述的突出 装置，即，当底侧面对平面壁时生成间隙的装置。突出装置抵接上述平面壁，从而在平面壁 和它的底壁之间限定上述间隙，上述间隙具有大致等于突出装置的高度的厚度。
[0046] 根据本发明，如图5所示，微粒6被喷射到在入口井14的侧壁上。这点是通过将 喷射装置的尖端19定位在入口井的侧壁15的区域20的上方并且与其具有预定距离d的 位置来实现。如下文要说明的，微粒6通过重力在侧壁15上滑动直到微粒到达微流体通道 13的入口，即，在侧壁15上打开的微流体通道13的端部。
[0047] 液体样本16沉积于其上的侧壁15的区域20位于微流体通道13的入口的上方， 并且优选地与上述入口和喷射装置的尖端19共面。在显示的实例中，图5的图纸面是经过 侧壁15和微流体通道13的纵向轴线的平面P。上述区域20在上述平面中位于微流体通道 13的入口的相同侧。
[0048] 沉降距离d被预定，使得微粒6能够在沉降期间旋转并且落在侧壁上，同时微粒6 的顶侧面对侧壁15。如图5所示，每一个从喷射装置的尖端19排出的微粒6通过沉降在如 上所述的侧壁的区域20上而旋转（箭头21)并且沉积。发明人已经发现距离d能够被精 确地限定从而确保大部分微粒6落在侧壁15上，同时微粒6的顶侧面对侧壁15。一旦与侧 壁15接触，微粒6在侧壁15上滑动并且保持它们的方位。
[0049] 在本发明的特别的实施例中，入口井14具有大约5mm的直径和大约7mm的高度， 微粒具有大约30 μ m的直径和大约10 μ m的高度，并且微流体通道13具有大约16 μ m的高 度，距离d为大约3mm。
[0050] 喷射装置的尖端19的纵向轴线B相对于水平面倾斜并且特别地与侧壁15或者其 纵向轴线A大致平行。在喷射装置的尖端19和侧壁15的纵向轴线之间的角度β可以等 于角度γ。
[0051] 在沉降期间微粒6之间的相互作用，即，流体动力学上的相互作用可能影响到它 们的方位并且可能限制上述旋转。因此，对于限制这些相互作用可以是有利的。这可以通 过大致逐个地将微粒6喷射到入口井14中来实现，如图5和图6适应性显示。可以使用具 有低微粒浓度的液体样本，从而限制上述相互作用。
[0052] 被喷射到入口井14中的微粒6在侧壁15上滑动直到微粒到达微流体通道13的 入口。在进入微流体通道13之前，微粒绕着大致位于微流体通道13的顶部22和侧壁15 之间的连接区域的中心C旋转（箭头23)。在旋转之后，微粒6落在微流体通道13的底壁 18上，同时微粒的底侧面对这个底壁。
[0053] 本发明保证大部分微粒的包含突出装置的底侧面对微流体通道13的底壁18。如 图8所示，所有的微粒6具有正确的方位，微粒的底侧面对微流体通道的底壁的观测壁10 并且都限定了间隙，液体的层流能够通过该间隙。由于液体的层流，微粒6可以在位于其底 侧的检测表面上呈现出令人关注的更均匀反应。一旦在微流体通道13中，如果几何约束微 粒6,微粒6的方位不能再改变。
[0054] 能够改变微粒6的设计以进一步提高在沉降期间的旋转。例如，突出装置的位置、 形状和尺寸和/或编码微粒的编码的位置、形状和尺寸可以调整，从而影响沉降角度，并且 使其有利于落下。可以进一步提高入口井14的尺寸从而能够使喷射装置在入口井14中移 动并且使微粒6理想地逐个地落下。
[0055] 根据本发明的方法由以下实例进一步说明。
[0056] 实例1 :具有50 μ m的直径的微载体
[0057] 实例1使用具有盘形形状和大约50 μ m的直径的微载体。这些微载体的底侧包含
氧化层和突出装置（间隔部）。
[0058] 实例2 :具有30 μ m的直径的微载体
[0059] 实例2使用具有盘形形状和大约30 μm的直径的微载体，这些微载体的底侧包含 氧化层和突出装置（间隔部）。
[0060] 实例1和2的微载体通过吸液管装置和根据本发明的方法被喷射到化验装置的微 流体通道中。
[0061] 以下表格给出了微流体通道内的微载体的方位的结果。
[0062]
[0063] 表格的最后一列显示了超过百分之五十的微载体在微流体通道中具有正确的方 位，从而它们的检测表面（位于底侧上）能够通过上述微流体通道的观测壁进行检测。
