Komercjalizacja własności intelektualnej IChF Sposób dzielenia
Transkrypt
Komercjalizacja własności intelektualnej IChF Sposób dzielenia
Komercjalizacja własności intelektualnej IChF Nr oferty 395776/2/2012 Sposób dzielenia kropel w złączu mikroprzepływowym i układ do dzielenia kropel w złączu mikroprzepływowym Przedmiotem wynalazku jest sposób dzielenia kropel w złączu mikroprzepływowym obejmujący etap doprowadzenia kropel do złącza mikroprzepływowego i rozerwania kropel w tym złączu. Urządzenie pozwala na wysokoprzepustowe wytwarzanie i transport populacji (tzw. „bibliotek”) monodyspersyjnych kropel o objętości poniżej 1 nanolitra. Kompozycja chemiczna kropel w każdej z bibliotek jest ściśle kontrolowana. Urządzenie jest kompatybilne m.in. z płytkami mikrotitracyjnymi 96-dołkowymi a także innymi formatami płytek. Coraz liczniejsze doniesienia dotyczące zastosowania mikroprzepływowych układów w naukach biologicznych pozwalają przewidywać bardzo szybki rozwój w najbliższej przyszłości technologii nazywanej ‘laboratorium w chipie’ (z ang. Lab-on-a-chip). Szczególnie obiecujące jest wykorzystanie generowanych w mikrokanałach kropli jako zminiaturyzowanych reaktorów, ze względu na ich małą objętość od mikrolitrów, przez nanolitry po pikolitry. Typowo, mikroukłady kropelkowe zbudowane są z sieci kanałów mikroprzepływowych, z ich wlotami i wylotami, które mogą się łączyć wewnątrz układu, w których tworzone są krople roztworów otoczonych niemieszającą się z nimi fazą ciągłą. Krople wewnątrz układów mogą być łączone, transportowane wzdłuż kanałów z wymieszaniem ich zawartości, przetrzymywane w ustalonych lub zmiennych warunkach i wreszcie sortowane lub dzielone na rozgałęzieniach kanałów i odzyskiwane z układu. Wykorzystanie mikrolaboratoriów do prowadzenia reakcji chemicznych i biochemicznych wewnątrz mikrokropli posiada następujące zalety: i) brak dyspersji czasu przebywania elementów płynu w kanale, ii) szybkie mieszanie, iii) możliwość łatwej kontroli kinetyki reakcji, iv) możliwość prowadzenia wielu reakcji równolegle oraz v) mała konsumpcja reagentów vi) przyspieszona detekcja wyników reakcji (mała objętość kropli powoduje, że produkty reakcji szybciej osiągają mierzalne stężenie). Ze względu na te cechy mikroukłady kropelkowe mogą być cennym narzędziem dla chemii analitycznej, chemii syntetycznej, biochemii, mikrobiologii, diagnostyki medycznej czy też diagnostyki molekularnej. Jednym z wyzwań związanych z mikroukładami kropelkowymi jest tworzenie kropel o znanym i zmiennym składzie. Pozwoliłoby to na przeprowadzanie wysokoprzepustowych badań przesiewowych. Poprzez zmienny skład kropli rozumiemy stężenie aktywnych związków chemicznych takich jak np. leków, inhibitorów, hormonów, kofaktorów itp., jak również bardziej złożonych molekuł takich jak białka (enzymy, przeciwciała), kwasy nukleinowe oraz innego typu makrocząstek w szczególności kulek paramagnetycznych. Z wielu względów pożądane jest, aby krople miały objętość poniżej 10 nL, ze względu na i) minimalne zużycie reagentów iii) maksymalną przepustowość ii) możliwość wykonywania reakcji i testów biochemicznych na pojedynczych komórkach czy molekułach. Komercjalizacja własności intelektualnej IChF Nr oferty 395776/2/2012 Rys. 1 Schemat działania wynalazku – pierwszym etapem jest produkcja dużych kropli o objętości powyżej kilkuset nanolitrów – jest ona realizowana poprzez zautomatyzowaną aspirację małych objętości cieczy z płytki wielodołkowej do wężyka. Mogą to byś sekwencje o zawierające różne związki chemiczne (a) lub zmienne stężenie tego samego reagentu (c). W wyniku podziału w złączu na chipie o odpowiedniej geometrii możliwe jest uzyskanie różnych typów bibliotek kropel (b, d, e). W przykładowym zastosowaniu przeprowadzono ocenę żywotności bakterii E.coli za pomocą wysokoprzepustowego (>30 Hz) pomiaru fluorescencyjnego. Wynalazek umożliwia dzielenie kropel w złączu mikroprzepływowym, oraz grupowanie i separację nowopowstałych kropel o objętości poniżej 1 nL w odrębne populacje, tzw. „biblioteki kropel”. Zastosowanie modułu synchronicznie produkującego krople na żądanie złożone z trzeciego płynu niemieszającego się zarówno z fazą ciągłą jak i fazą kropelkową zapewnia fizyczne zabezpieczenie populacji małych kropel, przed wzajemnym wymieszaniem. Wynalazek umożliwia przeprowadzenie enkapsulacji pojedynczych komórek, mikrokulek oraz innych makrocząstek mających znaczenie analityczne. Populacje kropel (<10 nL) oddzielone dużymi kroplami niemieszającego się płynu mogą zostać poddane inkubacji o czasie kontrolowanym od ułamków sekund do godzin. Co więcej, układ mikrofluidyczny umożliwia przeprowadzenie sekwencji pomiarów (np. fluorescencyjnych) na pojedynczej kropli, lub na wybranej podgrupie kropli znajdujących się w układzie. Sekwencje pomiarów umożliwiają określenie kinetyki reakcji lub procesów zachodzących wewnątrz kropli. Alternatywnie populacje kropel mogą być poddane elektrokoalescencji w celu przywrócenia pierwotnej kropli o dużej objętości, w celu wykonania na niej złożonych operacji asymetrycznego podziału, koalescencji z innymi kroplami, pomiaru Komercjalizacja własności intelektualnej IChF Nr oferty 395776/2/2012 spektrofotometrycznego czy też innej operacji, która z przyczyn technicznych nie może być wykonana na kroplach o objętościach poniżej 10 μL. Rozwiązania będące przedmiotem wynalazku mogą służyć do przeprowadzenie wysokoprzepustowych badań przesiewowych przeprowadzonych w kroplach o pikolitrowych objętościach, w których mogą znajdować się pojedyncze komórki lub pojedyncze molekuły. Kontakt z twórcą wynalazku Prof. Dr hab. Piotr Garstecki – [email protected] Kontakt z pełnomocnikiem ds. Wdrożeń i Patentów Marcin Izydorzak –[email protected]