側向穿流的色譜元件的製作方法

2024-03-09 08:28:15

側向穿流的色譜元件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種微流體的色譜元件，其中，所有的組成部分布置在一個平面中，並且移動相側向地穿流固定相。
【專利說明】側向穿流的色譜元件
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微流體的色譜元件以及其在微流體系統中的應用。
【背景技術】
[0002]在過去的幾年裡微流體系統已越來越多地在化學、生物化學和醫藥研究及診斷學中創建起來。在此，尤其是所謂的微全分析系統(μ Total Analysis System, μ TAS)提供了如下優點，即能夠將單個的工作步驟綜合起來、自動化並且同時地減小到一微尺度上。
[0003]作為生物化學研究的固定的組成部分，創建了聚合酶鏈反應(PCR)並且允許核酸擴增，以便使其以可檢測的量可接近。在此情況下，在許多流程中需要清潔需擴增的或擴增後的DNA。為此目前提供了不同的產品，例如作為套件或過濾系統。一般來說，這些產品是色譜原理，其中，含有汙染物的溶液與所搜尋的核酸經由一固定的固相被傳導，其中，所述核酸也被稱作移動相，在所述固相上吸收所述核酸。接下來，利用不同的解決方案洗脫較差吸附的雜質。接下來，利用另一個移動相有目的性地洗脫所述核酸。
[0004]為此，作為固定相使用二氧化矽纖維、矽膠、氧化鋁纖維、氧化鋁凝膠或陰離子交換劑。在陰離子交換劑的情況下利用濃鹽溶液進行洗脫。因此，主要的石英光纖柱已被洗脫，通過其，藉助於離心力使所述移動相運動。
[0005]US 2008/0277356公開了一種微流體的裝置，其按照色譜原理工作。為此，在一過濾器平面上分層地敷設一用於所述移動相的通道結構，從而通過該多層結構產生一橫向穿流的過濾器元件。類似的多層的、橫向穿流的過濾器結構從US 2002/0185431中公開。在根據WO 2004/065010的由多個層構成的裝置中使用膜過濾器。多個固定相作為單獨的段的前後連接例如從EP 1916522中公開。

【發明內容】

[0006]因此，本發明的主題是一微流體的色譜元件，具有下列組成部分:
一用於以固定相進行填充的填充開口，
一聯接到所述填充開口上的用於容納所述固定相的空腔，
至少一個用於一移動相的流體入口，
至少一個用於所述移動相的分餾的流體入口，
布置在所述流體入口以及所述流體出口中的用於所述固定相的阻擋結構，
其中，所有的組成部分布置在一個平面中，並且所述移動相橫向地穿流所述固定相。
[0007]由此將該方法編譯到一相應的系統中，該系統可集成到一扁平的微流體的生物晶片中。
[0008]在此，作為固定相表示的是如下的相，其與物質混合物的單個物質，也就是說所述移動相發生相互作用。反過來，作為移動相表示的是流體的物質混合物，其穿流所述固定相。
[0009]在這一點上，布置在一個平面中表示的是，所述微流體的色譜元件的所有組成部分並排地布置，而不是布置在不同的層中。隸屬於此的還有所述移動相的入口和出口以及位於其之間的固定相，所述移動相是側向地(lateral)而不是橫向地(transversal)穿流所述固定相。因此，可以取消在橫向穿流的元件中所必需的穿通孔和其它的流體平面。
[0010]在所述微流體的色譜元件的一種優選的實施方式中，所述組成部分布置在一結構化元件的平面中。該結構化元件尤其是由一藉助於注塑成型、銑削、深衝或熱壓鑄來結構化的塑料成形件。為此考慮不同的聚合物，它們可以熱變形或擠壓並且相對於不同的固定相和移動相是惰性的。由於該結構化元件也在微流體實驗室中用於晶片系統上，該元件當然也可以稱作晶片。
[0011]在另一種優選的實施方式中，所述微流體的色譜元件的結構化元件具有一平面地放置的、密封地關閉的蓋子。其也可以由與所述結構化元件相同的材料製成。可替換的是，所述微流體的色譜元件的一件式構造也是可行的。
[0012]此外，所述微流體的色譜元件還具有阻擋結構，所述阻擋結構在一種特殊的實施方式中具有齒、間隙、狹縫、孔洞和/或穿孔，它們的開口小於所述固定相的最小顆粒。正如其名稱所暗示的，所述阻擋結構的功能是將所述固定相的顆粒鑑於所述移動相的入口和出口而可靠地阻擋住。因此，根據所述固定相的散裝物料的不同，對所述阻擋結構進行匹配。所述阻擋結構位於去往所述固定相的流體入口以及流體出口中。因此，它們可以構造相同地實施或不同地實施，只要所述固定相的顆粒被可靠地阻擋在所述移動相的入口和出口中。不同的顆粒組分適合於所述固定相。具有從20至60 μ m的顆粒直徑,例如Merck公司的矽膠60是優選的。所述阻擋結構相應地具有更小的間距。這樣，所述阻擋結構在矽膠60作為固定相的情況下具有大約50 μ m的間隙。
[0013]在一種特殊的實施方式中，所述阻擋結構被微銑削、壓鑄、注塑成型、從聚合物中藉助於雷射燒蝕或3D石印、變成多孔的或是多孔的。在此，所述阻擋結構可以由與所述結構化元件相同的材料成形出，或者由一種其它的材料，該材料與所述結構化元件連接。
[0014]原則上每一種材料都適合於所述固定相，該材料作為顆粒的散裝物料用於色譜分離、清潔和/或識別以及用於離子交換過程是已知的並且可以應用到側向穿流的微流體系統上。
[0015]在一種優選的實施方式中，所述微流體的色譜元件的固定相從無機材料、優選二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦或沸石中選出，並且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，該小球體具有一與所述空腔的邊界相匹配的堆積角(Schiittwinkel )。
[0016]在另一種優選的實施方式中，所述微流體的色譜元件的固定相從有機材料，優選生物聚合物、特別優選交聯瓊脂糖中選出，並且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，該小球體具有一與所述空腔的邊界相匹配的堆積角。
[0017]在所述微流體的色譜元件的另一種優選的實施方式中，生物化學的組成部分、優選抗體、酶或在噬菌體的表面上呈現的蛋白質的重組庫聯接到所述固定相上，並且如此地固定化。
[0018]所述固定相的堆積角在此可以理解為直至所述固定相的顆粒材料受載的角度，而其不會滑落或崩塌。在此，該堆積角與所述固定相的材料的特定的性質，尤其是種類、內聚力、極性、溼度等等相關。如已經提到，在所述微流體的色譜元件中的空腔的邊界與所述固定相的堆積角相匹配。這反過來意味著，在選擇所述固定相時，必須考慮所述空腔的尺寸。在通過所述空腔的邊界和穿過所述填充開口的橫截面所形成的角的輔助下，該角在理想情況下等於所述固定相的堆積角。因此，在一種優選的實施方式中，通過所述空腔的邊界和所述填充開口的橫截面所形成的角大於或等於所述固定相的堆積角。因此，所填充的空腔是實際上的色譜柱。
[0019]在所述微流體的色譜元件的另一種實施方式中，用於所述固定相的填充開口相比於所述空腔，也就是說所述實際上的色譜柱作為短的通道結構來成形。由此防止了在根據設定的應用中不出現大的不穿流的死體積。在這一點上重要的還有，通過所述柱的邊界和所述填充開口的橫截面所形成的角不允許比所述固定相的堆積角更扁平，或者說所述空腔的尺寸必須相應地進行匹配。所述開口必須至少在利用所述固定相進行填充時指向上，由此使顆粒能夠不受阻地到達所述柱的空腔中。為了利用所述固定相進行填充，將所述色譜元件優選垂直放置或傾斜。可選地，在填充過程期間可以藉助于振動或衝擊將所述散裝物料進行壓縮，從而也能夠實現具有一堆積角的固定相，其小於在所述空腔的邊界和所述填充開口的橫截面之間形成的角。利用這些技術可以產生不具有死容積或旁路的特別緊密地包裝的柱，這又導致一巨大的成本節約，因為迄今為止成本低廉的顆粒散裝物料無法在微流體系統中使用。這樣，也可以捨棄昂貴得多的磁性顆粒(磁珠)。
[0020]在另一種實施方式中，所述填充開口在填充之後通過粘接、優選利用粘性薄膜、熱膠或液體膠；熱封，優選利用熱衝頭；雷射焊接或利用機械鎖合器具、優選利用旋塞或塞子來鎖閉。這樣，所述散裝物料在所述晶片運輸時再也無法運動。
[0021]通過所述微流體的色譜元件的簡單的集成，使其適合於許多應用。但在此是在壓力驅動的或離心力驅動的微流體系統，尤其是在【背景技術】中所述的微全分析系統中的應用，其中，目的是在於清潔、分離和/或在離子交換過程中的使用。該使用大多在從幾個微bar至大約半個bar的超壓範圍中進行。其它特殊的應用在晶片系統的實驗室的研發中給出，例如用於細菌的識別或藥敏試驗，用於生物化學的分離和/或清潔，或者總體上在醫療保健和診斷產品的研發中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]根據本發明的裝置的其它優點和有利的設計方案通過附圖來圖解並且在下面的說明書中闡述。在此要注意的是，所述附圖僅具有描述的特徵並且不應考慮為以任何一種形式來限制本發明。附圖中使用了下列附圖標記。
【具體實施方式】
[0023]圖1示出了一微流體的色譜元件I的示意性豎直剖面圖。在一填充開口 2上聯接一用於容納一固定相的空腔3。所述移動相的流體入口 4通過一第一阻擋結構6與所述空腔3分界。在所述空腔3上聯接一流體出口 5，其同樣通過一第二阻擋結構6與所述空腔3分界。在此，用於容納所述移動相和所述固定相的所有組成部分位於一個平面中，該平面僅通過所述阻擋結構6中斷。
[0024]圖2A、B和C示意性示出了所述原理以及三個在所述微流體的色譜元件I的構造上不同的替選方案。經由所述填充開口2將所述空腔3以一散裝物料進行填充。所述流體入口 4和所述流體出口 5通過所述阻擋結構6與所述空腔3分界。通過所述空腔3的邊界和穿過所述填充開口 2的橫截面所圍出的角α明確了在填充時所述柱的指向上的邊界的定向。在圖2Α中通過所述柱的壁給出了所述空腔3的邊界。在圖2Β中一方面通過所述柱的壁且另一發明通過所述阻擋結構6定義了所述邊界。在圖2C中所述阻擋結構6限定了所述空腔3。所述微流體的色譜元件I的構造如此地構成，即所述角α以如下方式與所述固定相的堆積角相匹配，使得所述加α大於或等於所述堆積角。
[0025]圖3示出了填充一處於一側的微流體的色譜元件I的示意圖、利用一配量裝置7，例如一蝸輪蝸杆配量器，將所述固定相經由一漏鬥8以及所述填充開口 2填入到所述空腔3中。所述阻擋結構6防止了所述固定相到所述移動相的流體入口 4和流體出口 5中的擴散。通過所述色譜元件I的振動，可以將所述散裝物料額外地進行壓縮。接下來將所述填充開口 2利用一熱衝頭進行擠壓。接下來可以將所述微流體的色譜元件I集成到一微流體系統中。經由所述流體入口 4輸入所述移動相，其側向地穿流所述固定相併且隨後在分餾中經由所述流體出口 6離開所述柱。
[0026]圖4示出了以所述固定相填充的微流體的色譜元件I，其以一塞子9鎖閉或者說封裝。在所述填充開口 2上聯接著以所述固定相填滿的空腔3。所述流體入口 4和所述流體出口 5通過阻擋結構6與所述空腔3分界。用於容納所述移動相和所述固定相的所有組成部分位於一個平面中，該平面僅通過所述阻擋結構6中斷。
【權利要求】
1.微流體的色譜元件(I)，具有下列組成部分: 一用於以固定相進行填充的填充開口(2)， 一聯接到所述填充開口(2)上的用於容納所述固定相的空腔(3)， 至少一個用於一移動相的流體入口(4)， 至少一個用於所述移動相的分餾的流體出口(5)， 布置在所述流體入口(4)和所述流體出口(5)中的用於所述固定相的阻擋結構(6)， 其中，所有的組成部分布置在一個平面中，並且所述移動相側向地穿流所述固定相。
2.按照權利要求1所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述組成部分布置在一結構化元件的平面中。
3.按照權利要求2所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述結構化元件具有一平面地放置的密封地關閉的蓋子。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述阻擋結構(6)具有齒、間隙、狹縫、孔洞和/或穿孔，它們的開口小於所述固定相的最小顆粒。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述阻擋結構(6)是微銑削、壓鑄、注塑成型、從聚合物中藉助於雷射燒蝕或3D石印、變成多孔的或是多孔的。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述固定相從無機材料、優選二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦或沸石中選出，並且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，其中，所述小球體具有一與所述空腔(3)的邊界相匹配的堆積角。
7.按照權利要求1至5中任一項所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述固定相從有機材料，優選生物聚合物、特別優選交聯瓊脂糖中選出，並且以顆粒、粉末、膠體、纖維和/或小球體的形式存在，其中，所述小球體具有一與所述空腔(3)的邊界相匹配的堆積角。
8.按照權利要求6或7中任一項所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，在所述固定相上聯接生物化學的組成部分、優選抗體、酶或在噬菌體的表面上呈現的蛋白質的重組庫。
9.按照權利要求6或7中任一項所述的微流體的色譜元件(1)，其特徵在於，通過所述空腔(3)的邊界和所述填充開口(2)的橫截面所形成的角大於或等於所述固定相的堆積角。
10.按照權利要求1至9中任一項所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述填充開口(2)相比於所述空腔(3)作為短的通道結構成形出。
11.按照權利要求1至10中任一項所述的微流體的色譜元件(I)，其特徵在於，所述填充開口(2)在填充之後通過粘接、優選利用粘性薄膜、熱膠或液體膠；熱封，優選利用熱衝頭；雷射焊接或利用機械鎖合器具、優選利用旋塞或塞子(9)來鎖閉。
12.按照權利要求1至11中任一項所述的微流體的色譜元件(I)在一壓力運行或離心力運行的微流體系統、尤其是一微全分析系統中的應用，用於清潔、分離，和/或在離析交換過程範疇中使用。
【文檔編號】G01N30/60GK103703365SQ201280038653
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年6月15日 優先權日:2011年8月5日
【發明者】P.羅特哈赫爾 申請人:羅伯特·博世有限公司