用于从全血分离出血浆的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种微流体的装置。此外，本发明还涉及一种用于在使用所述微流体的装置的情况下从全血分离出血浆的方法。


背景技术：

2.在许多体外诊断测试中，血液被用作初始样品材料。为了例如测量特定的dna区段或者特定的蛋白质，对血液进行处理。对许多诊断而言，分析血浆的成分在此是令人感兴趣的。
3.针对在病人处进行测量而无须将样品送入中央实验室的体外诊断(ivd)，由靠近病人的人员实施样品制备。因为这些人员通常不具备经验丰富的实验室流程处理知识，因此必须将流体的步骤的数量减少到最少的简单手动步骤。这可以借助微流体芯片实验室装置实现。这可以是基于气动的并且可以集成多个流体的处理和测量步骤。但在这些气动运行的微流体的装置中，通常无法进行在实验室日常中默认用于获取血浆的离心步骤。
4.de 102018216308 a1说明了一种微流体系统，在该微流体系统中可以从流体体积中沉降出颗粒。这可以用于从血清中沉降出血细胞。沉降在一个多条通道通入其中的腔中进行并且该腔可以划分成多个子空间。


技术实现要素：

5.微流体的装置具有至少一个带入口和出口的分离腔。入口在比出口更小的高度中通入分离腔。换句话说，在按规定使用所述装置时，在所述腔中，出口尤其关于重力布置得比入口更高。所述装置具有的优点是，基于出口的更大的高度，处在分离腔中的液体的第一相从处于第一相下方的分离的相以简单的方式部分经由出口排出。
6.这种装置可以优选用于能自动化地和量化地基于沉降将全血分成血浆和细胞的成分。入口和出口高度不同在此具有的优点是，在血液沉降之后，血浆可以与血液的残余分离地经由出口从分离腔导出，优选通过借助通过入口输入的载剂来置换血浆。因此可以有利地将血浆从出口从分离腔清除，细胞成分则留在分离腔中。
7.为了监控这种运载过程，优选的是，在分离腔中布置至少一个传感器。传感器特别优选是光学的传感器、完全特别优选是亮度传感器或相机。借助这种传感器可以监控，在血浆和现在富含沉降后的细胞成分的并且也可以称为残留血液的剩余的全血之间的相界何时运动到传感器的拍摄区域中，以便因此确保，尽可能多的血浆、但没有剩余的全血或细胞成分进入排出口。
8.为了保证没有细胞成分进入排出口，还优选的是，在出口处和/或中布置过滤器。虽然血浆可以经过这种过滤器，但血液的细胞成分被截留。由于全血中细胞成分的含量高，所以基于过滤器的方案并不适用于分离大量全血，因为过滤器会堵塞。换句话说，本发明有利地使得能通过血浆的基于沉降的相分离与使用过滤器的结合，大量获取尽可能无颗粒的血浆，而不会使过滤器很早堵塞。在此所说明的沉降与过滤的结合，因此使得能自动分离例
如超过50μl的较大体积的血浆。过滤器在此优选可以是用于将血浆从血液分离出来的过滤器，尤其是适用于此的膜过滤器，如vivid
tm
血浆分离膜。
9.原则上可以这样实现入口和出口的布置，使得入口处在分离腔的下侧处并且出口处在分离腔的上侧处。但出口优选布置在分离腔的侧壁中。这使得在分离腔的上侧中布置有样品输入处。样品输入处可以在微流体的装置设计成芯片实验室的情况下履行外界与芯片接口(world-to-chip-interface)的功能，通过外界与芯片接口可以将全血直接输入到分离腔中。然后不需要先通过微流体的装置的通道来运输全血，以便将全血紧接着通过入口导入到分离腔中。
10.此外还优选的是，出口通入另外的腔。另外的腔在此可以例如具有和分离腔一样大的或几乎一样大的体积。另外的腔还具有与分离腔的共同的壁。分离腔和另外的腔可以因此设计成上级的腔的一些部分，它们通过共同的壁被划分成分离腔和另外的腔。另外的腔在此实现了从分离腔置换处的血浆的聚集。通过在分离腔的出口和另外的腔之间不需要任何管线，而是将分离腔的出口同时用作另外的腔的入口，实现了两个腔的极为节省空间的布置。
11.为了提高从分离腔到另外的腔的运输效率，还优选的是，分离腔和另外的腔共同朝另外的腔的方向倾斜，特别是关于装置的下侧倾斜。所述倾斜在此优选至少为20
°
。在按规定使用装置时，在载剂被导入分离腔之后，这种有利地的倾斜方便了血浆经重力驱动地运输到另外的腔中。按照一种优选的设计方案，分离腔的底部在此可以关于装置的下侧倾斜设计。换句话说，分离腔的平坦的底面并不平行于装置的平坦的下侧，而是彼此成一个开角布置，例如在5和30度之间、优选在10和25度之间、完全优选在15和25度之间的开角。
12.微流体的泵送装置和阀可以例如通过聚合物膜在聚合物基底的留空部中的气动致动的偏转实现，微流体通道和分离腔也处在所述聚合物基底中。分离腔的合适的材料尤其是诸如聚碳酸酯(pc)、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚二甲基硅氧烷(pdms)或热塑性弹性体(tpe)之类的聚合物。可以尤其使用聚氨酯(tpu)或苯乙烯嵌段共聚物(tps)作为热塑性弹性体。将这些聚合物加工成分离腔可以特别是通过诸如注塑、热成型、冲压或激光透射焊之类的高通量方法完成。
13.分离腔的体积优选处在20μl至1000μl的范围内，并且特别优选处在50μl至100μl的范围内。
14.在用于将血浆从全血分离出来的方法中，规定先将全血引入到微流体的装置的分离腔中。倘若微流体的装置具有样品输入处，那么可以通过这个样品输入处完成所述引入。否则的话全血通过入口导入到分离腔中。
15.在全血进入分离腔之后，在那里将血细胞从全血沉降出来。沉降可以原则上以如下方式经重力驱动地进行，即将全血留在分离腔中一段预定的时间。然而为了加速沉降也可以优选规定，将磁珠添加到全血中并且然后通过施加外部磁场来加剧血细胞的沉降。
16.在结束血细胞从全血的沉降之后，经由装置的出口导出至少一部分血浆，其中，血浆由于沉降而作为分离的相在残余血液上方存在。按照所述方法的一种优选的设计方案，可以通过用载剂底涂(unterschichten)完成所述导出。载剂优选具有比血浆更高的密度。具有比血浆更高的密度并且也无法与这种血浆混合的合适的载剂，尤其是氟化烃。特别合适的载剂选自由双(非氟丁基)(三氟甲基)胺(fc40)、全氟三戊胺(fc70)、3-乙氧基-l,l,1,
2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-(三氟甲基)-己烷(hfe7500)和l,l,l,2,2,3,4,5,5,5-十氟-甲氧基-4-(三氟甲基)-戊烷(hfe7300)构成的组。但是载剂备选也可以是另外的血液或其它液体，其通过入口引入到分离腔中。
17.通过底涂可以将血浆朝出口的方向通过分离腔运输并且最终通过出口被置换。剩余的全血(经沉降的血细胞聚集在剩余的全血中)在分离腔中形成了与血浆分离的相，该相在底涂时被载剂可以同样通过分离腔运输。
18.为了防止剩余的全血进入出口，在所述方法的一种实施方式中优选的是，继续底涂，直至在血浆和全血的残余之间的相界在分离腔中达到了能预定的高度。这也如在上文中所说明的那样可以尤其借助在分离腔中的传感器识别到。
19.在所述方法的另一种实施方式中，继续底涂，直至能预定量的载剂被导入到分离腔中。这个能预定的量在此尤其根据分离腔的体积、出口所布置的高度和引入到分离腔中的全血的体积进行选择。针对所述方法的这种实施方式，不需要传感器。此外，血浆的运输的体积通过预定量的载剂已知并且可以作为接下来分析的参数包含在内。
20.全血的残余紧接着优选借助载剂从分离腔运输出来，以便使这个分离腔准备好重新使用。在所述方法的一种实施方式中可以为此规定，通过在血浆在其在微流体的装置中的规定地点处继续运输之后将另外的载剂导入到分离腔中，将全血的残余同样通过排出口置换出。通过排出口导引的全血然后可以例如借助阀被运输到另一条管线中并且用于进一步分析细胞成分。
21.在所述方法的另一种实施方式中规定，载剂通过分离腔的进入口被泵回。滞留在载剂上的剩余的全血在此跟随载剂并且同样通过入口离开分离腔。
附图说明
22.本发明的实施例在附图中示出并且在接下来的说明书中更为详细地阐释。
23.图1示出了按照本发明的一种实施例的微流体的装置的分离腔的示意性剖面图；
24.图2a至2d示出了按照本发明的一种实施例的方法的步骤，所述步骤在按图1的分离腔中运行；
25.图3a至3c示出了按本发明的方法的不同的实施例的流程图；
26.图4示出了在按本法发明的微流体的装置的另一种实施例中的分离腔的剖面图；
27.图5示出了在按本法发明的微流体的装置的再另一种实施例中的分离腔的剖面图；
28.图6a至6e示出了按本发明的一种实施例的方法的步骤，所述方法在按图5的分离腔中运行；
29.图7示出了在按本法发明的再另一种实施例的微流体的装置中的分离腔的剖面图；
30.图8示出了在按本法发明的再另一种实施例的微流体的装置中的分离腔的剖面图。
具体实施方式
31.用于分析血液样品的微流体的装置在本发明的第一种实施例中具有分离腔10，分
离腔在图1中示出。分离腔10的体积在本实施例中为75μl。分离腔具有在其下侧处的入口11和在其上侧处的出口12。液体穿过入口11和出口12的运输在微流体的装置中通过聚合物膜的气动致动的偏转进入聚合物基材中的留空部中完成。
32.图2a至2d表明，如何在按本发明的方法的第一种实施例中在微流体的装置的按第一种实施例的分离腔10中将血浆从全血分离出来。如在图2a中所示那样，分离腔10起初是空的。全血20紧接着通过入口11被导入到分离腔10中，直至这个分离腔如在图2b中所示那样完全被全血20填满。图2c表明，在一段时间后，血细胞通过重力g的驱动从全血20沉降出来，因而在全血20上方形成了血浆21构成的一个相。图2d表明，如何在最后通过入口11将在本实施例中是fc40的载剂30导入到分离腔10中，以便用这种载剂给全血20和血浆21底涂。在此，血浆21逐渐通过出口12被从分离腔10挤出。在预定体积的载剂30被导入到分离腔10中后，结束底涂。
33.在图3a中示出了这种方法的流程。在将全血20引入40到分离腔10之后，首先将血细胞从全血20沉降出来并且紧接着用载剂30对血浆和剩余的全血20进行底涂42。在血浆21以这种方式进入出口12之后，血浆在结束步骤43中通过泵送过程被导入到微流体的装置的另一个部分中。
34.图3b示出了在按本发明的方法的第二种实施例中按图3a的方法流程的修正方案。沉降41在此分成了两个分步骤411、412。在步骤411中，通过入口11将磁珠导入到全血20中，磁珠与血细胞结合。为此，在当前的实施例中规定，磁珠具有cd45抗体，其与白细胞结合。在随后的步骤412中接通布置在分离腔10下方的电磁体，以便启动血细胞的加速的沉降。
35.在图3c中示出了用于从全血20分离出血浆21的按本发明的方法的第三种实施例。紧接着已经说明的方法步骤40至43(在这些方法步骤中，方法步骤41必要时可以由分步骤411和412取代)的是将剩余的全血20从分离腔10运出44。这可以选择性地要么由此完成，即，通过入口11将另外的载剂30导入到分离腔10中，以便将剩余的全血20通过出口12从分离腔10挤出，或者由此完成，即将载剂30泵回，因而载剂通过入口11离开分离腔10并且在此随身携带剩余的全血20。紧接着借助泵送过程将剩余的全血20传递45到微流体的装置的另一个部分中。
36.图4示出了微流体的装置的第二种实施例中分离腔10的设计方案。在此，入口11和出口12没有处在分离腔10的下侧和上侧上。取而代之的是，入口11通入分离腔10的侧壁的下端部中。出口12在入口11上方在分离腔10的侧壁中结束。在分离腔10的上侧中设置有形式为开口的样品输入处13，其将分离腔10与未示出的界面区域连接起来，界面区域在本实施例中具有1ml的体积。通过这个界面区域可以将全血20不绕路地经由入口11直接引入到分离腔10中。
37.图5示出了在微流体的装置的第三种实施例中的分离腔10。上级的腔通过共同的壁51划分成分离腔10和另外的腔50。当入口11以和在微流体的第二种实施例中相同的方式设计是，出口12就是在共同的壁51上方的保持自由的区域，所述区域将分离腔10与另外的腔50连接起来。另外的腔50具有在其侧壁的下侧处的另外的出口52。在微流体的装置的这种实施例中，也设置有样品输入处13，样品输入处通过分离腔10的上侧实现了到这个分离腔的直接的进入。
38.图6a至6e示出了在使用按第三种实施例的微流体的装置的情况下按本发明的方
法的第四种实施例的流程。如在图6a中示出的那样，分离腔10先用全血20填充至共同的壁51的上棱边。然后进行图6b中所示的沉降，通过沉降在全血20上方沉积血浆21的一个相。当现在如在图6c中所示那样通过入口11将载剂30导入到分离腔10中时，在分离腔10中的液位上升，直至血浆21溢出到另外的腔50中。载剂30的导入在导入一个体积之后终止，在所述体积中，全血20的相的上边缘按照预期还大约处在共同的壁51的上棱边下方。由此达到了全血20在分离腔10中并且血浆21在另外的腔50中的图6d中所示的分离。图6e表明，血浆21如何最终通过出口12从另外的腔50泵出。
39.图7表明，在微流体的装置的第四种实施例中分离腔10是如何设计的。该分离腔在此尽可能与按照本发明的第三种实施例的分离腔10相同。但在出口12中布置有过滤器，过滤器防止了血细胞从分离腔10进入另外的腔50。以这种方式可以将较大体积的载剂30导入到分离腔10中，而在此不存在全血20转运到另外的腔50中的风险。因为全血20的转运尽管也在将血浆从另外的腔50清除之后通过过滤器14被阻止，但在微流体的装置的这种实施例中不可能的是，通过导入另外的载剂30将剩余的全血20从分离腔10清除，取而代之的是，剩余的全血必须通过入口11与载剂30一起被吸走。过滤器在此可以优选是用于将血浆从血中分离出来的血浆过滤器14、尤其是适用于此的膜过滤器，如vivid
tm
血浆分离膜。过滤器14可以例如具有在25和400平方毫米之间的、例如100平方毫米的面积。
40.最后，在图8中示出了在微流体的装置的第五种实施例中的分离腔10的设计方案。在此同样是按照微流体的装置的第三种实施例的分离腔10的略微的修正方案。取代过滤器14或备选除了过滤器14外，在分离腔10中还布置有形式为亮度传感器的传感器15。这个传感器被这样定义，使得该传感器检测共同的壁51的上棱边。取代将预定量的载剂30导入到分离腔10中的是，在使用微流体的装置的这种实施例的情况下规定，这样长时间地继续载剂30的导入，直至传感器15识别到，在血浆21和全血20之间的相界达到了共同的壁51的上棱边。

技术特征：
1.微流体的装置，具有至少一个带入口(11)和出口(12)的分离腔(10)，其特征在于，入口(11)在比出口(12)更小的高度上通入到分离腔(10)中。2.根据权利要求1所述的微流体的装置，其特征在于，至少一个传感器(15)布置在所述分离腔(10)中。3.根据权利要求1或2所述的微流体的装置，其特征在于，过滤器(14)布置在所述出口(12)处和/或中。4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流体的装置，其特征在于，所述出口(12)布置在所述分离腔(10)的侧壁中并且样品输入处(13)布置在所述分离腔(10)的上侧中。5.根据权利要求4所述的微流体的装置，其特征在于，所述出口(12)通入到另外的腔(50)中，另外的腔具有与所述分离腔(10)的共同的壁(51)。6.根据权利要求5所述的微流体的装置，其特征在于，所述分离腔(10)和所述另外的腔(50)共同朝所述另外的腔(50)的方向倾斜。7.用于将血浆(21)从全血(20)分离出来的方法，包括下列步骤：-将全血(20)引入(40)到根据权利要求1至6中任一项所述的微流体的装置的分离腔(10)中，-将血细胞从全血(20)沉降(41)出来，并且-经由出口(12)至少部分导出(42)通过沉降(41)分离的血浆(21)。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过用载剂(30)底涂来导出(42)所述血浆(21)，载剂优选具有比所述血浆(21)更高的密度。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，继续所述底涂，直至在所述血浆(21)和所述全血(20)的残余之间的相界达到所述分离腔(10)中的能预定的高度。10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，继续所述底涂，直至能预定量的载剂(30)被导入所述分离腔(10)中。11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述全血(20)的残余借助载剂(30)从所述分离腔(10)运出(44)。

技术总结
本发明涉及一种微流体的装置，其具有至少一个带入口和出口的分离腔。入口在比出口更小的高度上通入到分离腔中。为了将血浆(21)从全血(20)分离出来，将全血(20)引入到微流体的装置的分离腔中，将血细胞从全血(20)沉降出来并且用载剂(30)底涂在此被分离的血浆(21)，载剂具有比血浆(21)更高的密度。具有比血浆(21)更高的密度。具有比血浆(21)更高的密度。


技术研发人员：H
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2023/9/23