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]