Кювет с гидродинамической фокусировкой для проточного анализа Российский патент 2024 года по МПК F04F5/02 G01N21/05 

Изобретение относится к проточным анализаторам, например, цитометрам, где требуется выстроить клетки или частицы в линию по одной для последующей детекции и определения параметров каждой детектируемой клетки или частицы.

В научной литературе (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC3631262/) представлены гидрофокусирующие кюветы из ПДМС, использующиеся в проточной цитометрии.

Также известна трехмерная (3D) гидродинамическая фокусировка с использованием микрофлюидного устройства (S8941826B2, опубл. 27.01.2015). Гидрофокусировка в описанных в литературе ПДМС чипах производится в двух плоскостях. В плоскости основания чипа гидрофокусировка осуществляется с помощью двух потоков обжимающей жидкости с обоих сторон от фокусируемого потока. В вертикальной плоскости гидрофокусировка может производится за счет инерционных потоков в искривленных каналах (поток Дина). Параметры, при которых происходит оптимальная фокусировка в искривленном канале, зависят от радиуса кривизны канала, его длины и скорости потока жидкости, что ограничивает диапазон возможных скоростей движения частиц, и, следовательно, скорости детекции исследуемых частиц и производительности всего биоаналитического устройства.

В других случаях (https://www.researchgate.net/publication /228868472_Three-dimensional_hydrodynamic_focusing_in_two-layer_ polydimethylsiloxane_PDMS_microchannels) для гидродинамической фокусировки в вертикальной плоскости в чипах используются двухуровневые ПДМС отливки, которые более сложны в изготовлении, чем одноуровневые: нужно точно совместить слои относительно друг друга.

В рассмотренных гидрофокусирующих кюветах из ПДМС фокусировка исследуемого потока жидкости происходит последовательно в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной), что приводит к увеличению геометрических размеров области фокусировки в длину. Кроме того коммерчески производимые гидрофокусирующие кюветы изготавливают из стекла или кварца. Стоимость комплекта кюветы из стекла с системой гидрофокусировки может составлять 7999 долларов США.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является расширение арсенала технических средств гидрофокусирующих кювет из ПДМС и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что кювета с гидродинамической фокусировкой включает узел подготовки гидродинамической фокусировки и кювету, причем узел подготовки гидродинамической фокусировки состоит из входной трубки для подачи обжимающей жидкости, герметизирующей септы, капилляра или иглы для подачи фокусируемого потока, крышки, а кювета состоит из зоны фокусировки жидкостей и зоны детекции. При этом зона фокусировки жидкостей представляет собой конус.Зона детекции представляет собой канал диаметром 300 - 320 мкм.

Изобретение поясняется графически: Фиг. 1 Вид узла для подготовки гидрофокусировки в продольном разрезе; Фиг. 2 Вид узла для подготовки гидрофокусировки спереди в разрезе по середине трубки для подачи обжимающей жидкости; Фиг. 3 Схема потоков в собранной кювете (оранжевые стрелки - фокусируемая жидкость с образцом частиц, синие стрелки - обжимающая жидкость); Фиг. 4 Основание держателя гидрофокусирующей кюветы; Фиг. 5 Крышка держателя гидрофокусирующей кюветы; Фиг. 6 Собранная гидрофокусирующая кювета в держателе; Фиг. 7 Демонстрация гидродинамической фокусировки красителя в канале кюветы.

Гидрофокусирующая кювета состоит из двух частей. Часть первая - узел подготовки гидродинамической фокусировки, в котором производится подключение потоков жидкостей (фиг.1). Часть вторая - собственно кювета, в теле которой сформированы зона фокусировки жидкостей и зона детекции (фиг.3).

Узел подготовки гидродинамической фокусировки состоит из входной трубки 1 для подачи обжимающей жидкости, герметизирующей септы 2, капилляра или иглы 3 для подачи фокусируемого потока, крышки узла для подготовки гидрофокусировки 4. Входная трубка для обжимающей жидкости 1 сделана под углом для более равномерного распределения обжимающей жидкости в объеме узла подготовки гидрофокусировки.

Кювета для детекции из ПДМС включает в себя зону соединения 5 узла для подготовки гидрофокусировки с частью кюветы для детекции, конус 6 для сужения диаметра потока фокусируемой жидкости, канал 7 для детекции потока фокусируемой жидкости, выходное отверстие 8 для жидкостей.

Гидрофокусирующая кювета помещается в держатель, состоящий из основания 9 (Фиг. 4) и крышки 10 (Фиг. 5). Держатель предназначен для защиты кюветы от механических повреждений. В основании и крышке держателя имеются углубления 11 для узла подготовки гидрофокусировки и окна 12 для оптического доступа к зоне детекции гидрофокусирующей кюветы. В основании 9 держателя гидрофокусирующей кюветы выполнено углубление 13 для части кюветы с зоной детекции, в крышке 10 имеется выступ 14 для фиксации части кюветы с зоной детекции.

Для использования кюветы узел подготовки гидрофокусировки и кюветы для детекции из ПДМС устанавливают в основание держателя 9 и закрывают крышкой 10. К узлу подготовки гидрофокусировки к входной трубке 1 подключается входной интерфейс для обжимающей жидкости, к капилляру или игле 3 подключается входной интерфейс для фокусируемой жидкости с образцом частиц. Выходной интерфейс для отвода жидкости подключается к выходному отверстию 8.

Работа гидрофокусирующей кюветы состоит в следующем: обжимающая жидкость подается через входную трубку 1 для обжимающей жидкости и заполняет весь объем узла для подготовки гидрофокусировки, фокусируемая жидкость подается через капилляр или иглу 3 в центр потока обжимающей жидкости, в зоне соединения 5 узла подготовки гидрофокусировки и части кюветы для детекции. Таким образом поток фокусируемой жидкости движется окруженный со всех сторон обжимающей жидкостью в центре канала. Далее за счет сужения канала в кювете конусом 6 диаметр потока и обжимающей и фокусируемой жидкости уменьшается и после сужения канала поток фокусируемой жидкости внутри потока обжимающей жидкости входит в канал 7 детекции. Через окно 12 для оптического доступа к зоне детекции кюветы проводятся необходимые измерения параметров клеток или частиц, которые находятся внутри фокусируемой жидкости.

На фиг. 7 представлена демонстрация гидродинамической фокусировки красителя в канале кюветы: диаметр канала 7 составляет 300 - 320 мкм, ширина сфокусированного потока жидкости 45 - 55 мкм.

Изобретение относится к проточным анализаторам, например, цитометрам, где требуется выстроить клетки или частицы в линию по одной для последующей детекции и определения параметров каждой детектируемой клетки или частицы. Гидрофокусирующая кювета состоит из двух частей. Часть первая - узел подготовки гидродинамической фокусировки, в котором производится подключение потоков жидкостей. Часть вторая - собственно кювета, в теле которой сформированы зона фокусировки жидкостей и зона детекции. Поток фокусируемой жидкости движется окруженный со всех сторон обжимающей жидкостью в центре канала. Далее за счет сужения канала в кювете конусом диаметр потока и обжимающей и фокусируемой жидкости уменьшается и после сужения канала поток фокусируемой жидкости внутри потока обжимающей жидкости входит в канал детекции. Через окно для оптического доступа к зоне детекции кюветы проводятся необходимые измерения параметров клеток или частиц, которые находятся внутри фокусируемой жидкости. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Кювета с гидродинамической фокусировкой, включающая узел подготовки гидродинамической фокусировки и кювету, причем узел подготовки гидродинамической фокусировки состоит из входной трубки для подачи обжимающей жидкости, герметизирующей септы, капилляра или иглы для подачи фокусируемого потока, крышки, а кювета состоит из зоны фокусировки жидкостей и зоны детекции.

2. Кювета с гидродинамической фокусировкой по п.1, отличающаяся тем, что зона фокусировки жидкостей представляет собой конус.

3. Кювета с гидродинамической фокусировкой по п.1, отличающаяся тем, что зона детекции представляет собой канал диаметром 300 - 320 мкм.