Aparatos y procedimientos para la separación de alta resolución de componentes de muestras en dispositivos de canales microfabricados.

Un aparato de separación de componentes de muestras (12), que comprende un canal de separación (50,

188)que tiene al menos una porción recta (58, 192) y al menos una porción de giro (56, 190, 220, 234), caracterizadoporque:la porción de giro tiene una anchura de canal eficaz que es menor que la anchura de canal eficaz de la porción recta,para aumentar la longitud de un tapón de muestra (196) que pasa a través de la porción de giro para reducir elensanchamiento de banda provocado por el paso del tapón de muestra a través de la porción de giro.

Aparatos y procedimientos para la separación de alta resolución de componentes de muestras en dispositivos de canales microfabricados

Referencia a solicitudes de patente relacionadas

La presente solicitud se refiere a la solicitud de EE. UU. N.º de serie 08/965.738, presentada el 7 de noviembre de 1997 y titulada "Microfabricated Array Electrophoresis Device and Method" (Dispositivo de electroforesis con matriz capilar microfabricado y procedimiento de uso) .

Declaración referente a investigación financiada con fondos federales

La presente invención se realizó con el respaldo del gobierno mediante la subvención N.º FG0391ER61125, que fue concedida por el Departamento de Energía de EE. UU. y la subvención N.º HG01399, que fue concedida por el Instituto Nacional de Salud. El gobierno tiene determinados derechos en la invención.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a aparatos y procedimientos para separar componentes de muestras, tales como aparatos y procedimientos para la separación de alta resolución de componentes de muestras en dispositivos de canales microfabricados.

Pueden usarse técnicas de separación de componentes de muestras (p. ej., electroforesis capilar) en muchos procedimientos de diagnóstico y de identificación de genes, tales como el mapeo de genes, la detección de polimorfismos, la secuenciación génica y el diagnóstico de enfermedades, para separar ácido desoxirribonucleico (ADN) , ácido ribonucleico (ARN) , proteínas, u otros analitos moleculares pequeños en función de sus propiedades físicas y químicas. De acuerdo con la técnica de separación de componentes de muestras de electroforesis capilar, se transportan las moléculas en un capilar (o canal) que está conectado a un depósito lleno de tampón. También pueden formarse estos capilares mediante técnicas de microfabricación sobre sustratos planos (normalmente vidrio) . Se aplica un campo eléctrico entre los extremos del canal para hacer que migren las moléculas. Normalmente, las muestras se introducen en un extremo de potencial alto y, bajo la influencia del campo eléctrico, se mueven hacia un extremo de potencial bajo del canal. Después de migrar a través del canal, se detectan los componentes de la muestra separados mediante un detector adecuado.

En un primer aspecto de la presente invención se proporciona un aparato de separación de componentes de muestras que comprende un canal de separación que tiene al menos una porción recta y al menos una porción de giro, caracterizado porque:

la porción de giro tiene una anchura de canal eficaz que es menor que la anchura de canal eficaz de la porción recta, para aumentar la longitud de un tapón de muestra que pasa a través de la porción de giro para reducir el ensanchamiento de banda provocado por el paso del tapón de muestra a través de la porción de giro.

En un aspecto adicional de la presente invención se proporciona un procedimiento de separación de una muestra que comprende:

depositar una muestra en un depósito de muestra en un sustrato

inyectar una porción de la muestra en una porción de un canal de separación del sustrato; y

aplicar un voltaje entre un depósito de cátodo y un depósito de ánodo del sustrato con el fin de conducir la muestra a lo largo del canal de separación que se define en el sustrato, entre el depósito de cátodo y el depósito de ánodo, teniendo una trayectoria de transporte de muestras una porción recta y al menos una porción de giro, caracterizado porque:

la porción de giro tiene una anchura de canal eficaz menor que la anchura de canal eficaz de la porción recta, para aumentar la longitud de un tapón de muestra que pasa a través de la porción de giro para reducir el ensanchamiento de banda provocado por el paso del tapón de muestra a través de la porción de giro.

Sumario de la invención

Las realizaciones pueden incluir una o más de las características siguientes.

Puede configurarse el canal de separación para realizar una separación electroforética. La porción de giro puede tener una anchura de canal eficaz en el plano de giro que es menor que la anchura de canal eficaz de la porción sustancialmente recta. Puede proporcionarse una porción de transición ahusada para acoplar la porción sustancialmente recta del canal, más ancha, a la porción de giro, más estrecha. También puede proporcionarse una región de transición que tenga una anchura de canal eficaz que aumente desde la porción de giro más estrecha hasta la porción sustancialmente recta más ancha. El aumento de la anchura de canal eficaz de la porción transición

puede ser sustancialmente lineal, escalonado o curvo. La porción de transición puede definir una trayectoria curva.

La porción de giro tiene una pared interior y una pared exterior. La velocidad de un componente de muestra cerca de la pared interior de la porción de giro puede ser inferior a la velocidad de un componente distinto de la misma muestra cerca de la pared exterior de la porción de giro. La porción de giro puede incluir una o más barreras para el transporte de muestras. Pueden disponerse las barreras para el transporte de muestras para retrasar el transporte de moléculas de muestra cerca de la pared interior de la porción de giro con respecto al transporte de moléculas cerca de la pared exterior de la porción de giro. Pueden disponerse una pluralidad de barreras para el transporte de muestras en la porción de giro del canal de separación con una densidad que es mayor en regiones cercanas de la pared interior que en regiones cercanas a la pared exterior. Preferentemente, la densidad de barreras para el transporte de muestras aumenta a lo largo de una dirección desde la pared exterior hacia la pared interior.

En otro aspecto más, la invención proporciona un procedimiento de fabricación de un aparato de separación de componentes de muestras, que comprende; formar un depósito de cátodo en un sustrato; formar un depósito de ánodo en el sustrato; y formar en el sustrato un canal de separación que define, entre el depósito de cátodo y el depósito de ánodo, una trayectoria de transporte de muestras que tiene una porción sustancialmente recta y al menos una porción de giro con una característica de transporte de muestras que es diferente de la característica de transporte de muestras de la porción sustancialmente recta de la trayectoria de transporte de muestras.

En otro aspecto, la invención proporciona un procedimiento de separación de una muestra por electroforesis, que comprende: depositar una muestra en un depósito de muestra de sustrato de electroforesis de matriz capilar; inyectar una porción de la muestra en una porción de un canal de separación definido en el sustrato; y aplicar un voltaje de funcionamiento entre un depósito de cátodo y un depósito de ánodo en el sustrato con el fin de conducir la muestra a lo largo del canal de separación que se define en el sustrato, entre el depósito de cátodo y el depósito de ánodo, teniendo una trayectoria de transporte de muestras una porción sustancialmente recta y al menos una porción de giro con una característica de transporte de muestras que es diferente de la característica de transporte de muestras de la porción sustancialmente recta de la trayectoria de transporte de muestras.

Entre las ventajas de la invención se encuentran las siguientes.

Mediante la reducción del ensanchamiento de bandas provocado por el paso de una muestra a través de los giros de un canal de separación, la invención proporciona un aparato de separación de alta resolución de componentes de muestras con un tamaño global pequeño. Por ejemplo, pueden proporcionarse canales de separación largos, que proporcionan separaciones de alta resolución, en un sustrato relativamente pequeño. Esta característica es particularmente ventajoso para la secuenciación de ADN, que es una técnica que pueden requerir longitudes de canal de separación de 10 cm o más. Además, la invención permite optimizar la disposición de canales y depósitos en una zona pequeña. La invención también permite la disposición conveniente de múltiples capilares microfabricados sobre un sólo sustrato.

Puede aplicarse la invención a todos los tipos de dispositivos de separación microfabricados, incluidos aquellos que realizan electroforesis capilar,... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de separación de componentes de muestras (12) , que comprende un canal de separación (50, 188) que tiene al menos una porción recta (58, 192) y al menos una porción de giro (56, 190, 220, 234) , caracterizado porque:

la porción de giro tiene una anchura de canal eficaz que es menor que la anchura de canal eficaz de la porción recta, para aumentar la longitud de un tapón de muestra (196) que pasa a través de la porción de giro para reducir el ensanchamiento de banda provocado por el paso del tapón de muestra a través de la porción de giro.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que el canal de separación está configurado para realizar una separación electroforética.

3. El aparato de la reivindicación 1, en el que la porción de giro incluye una o más barreras para el transporte de muestras (232) .

4. El aparato de la reivindicación 1, en el que la porción de giro tiene una anchura de canal que es menor que la anchura de canal de la porción recta.

5. El aparato de la reivindicación 1, que además comprende una porción de transición que acopla la porción recta y la porción de giro, teniendo la porción de transición una anchura que aumenta desde la porción de giro más estrecha

(195) hacia la porción recta más ancha.

6. El aparato de la reivindicación 5, en el que el aumento de la anchura del canal de la porción de transición (210, 212) es lineal.

7. El aparato de la reivindicación 5, en el que el aumento de la anchura del canal de la porción de transición (226, 228) es escalonado.

8. El aparato de la reivindicación 5, en el que la porción de transición (229, 230) define una trayectoria curva.

9. El aparato de la reivindicación 1, en el que la porción de giro tiene una pared interior (236) y una pared exterior (238) , y la velocidad de un componente de muestra cerca de la pared interior de la porción de giro es menor que la velocidad de un componente diferente de la misma muestra cerca de la pared exterior de la porción de giro.

10. El aparato de la reivindicación 1, en el que la porción de giro tiene una pared interior (236) y una pared exterior (238) , y además comprende una pluralidad de barreras para el transporte de muestras dispuestas en la porción de giro del canal de separación con una densidad que es mayor en regiones próximas a la pared interior que en regiones próximas a la pared exterior.

11. El aparato de la reivindicación 10, en el que la densidad de barreras para el transporte de muestras aumenta a lo largo de una dirección (240) desde la pared exterior hacia la pared interior.

12. El aparato de la reivindicación 1, que además incluye: un depósito de cátodo (52.

9. 110) ; un depósito de ánodo (54, 112) ; y en el que el canal de separación define una trayectoria de transporte de muestras entre el depósito de cátodo y el

depósito de ánodo.

13. El aparato de la reivindicación 12, en el que la porción de giro tiene una pared interior (236) y una pared exterior (238) , y la porción de giro incluye una o más barreras para el transporte de muestras (232) dispuestas para retrasar el transporta de moléculas de muestras cerca de la pared interior de la porción de giro con relación al transporte de moléculas de muestra cerca de la pared exterior de la porción de giro.

14. El aparato de la reivindicación 12, que además comprende una pluralidad de canales de separación (80-94) , definiendo cada uno, entre un depósito de cátodo asociado y el depósito de ánodo, una trayectoria de transporte de muestras que tiene al menos una porción de giro.

15. El aparato de separación de componentes de muestras de la reivindicación 1, que además incluye: un depósito de muestras (66.

11. 128) acoplado al canal de separación; y un depósito de desechos (68.

13. 144) acoplado al canal de separación.

16. Un procedimiento de separación de una muestra que comprende: depositar una muestra en un depósito de muestras (66, 114, 128) en un sustrato (16) ;

inyectar una porción de la muestra en una porción de un canal de separación (50, 188) del sustrato; y

aplicar un voltaje entre un depósito de cátodo (52.

9. 101) y un depósito de ánodo (54, 112) del sustrato con el fin de conducir la muestra a lo largo del canal de separación que se define en el sustrato, entre el depósito de cátodo y el depósito de ánodo, teniendo una trayectoria de transporte de muestras una porción recta (58, 192) y al menos una

porción de giro (56, 190 220, 234) , caracterizado porque:

la porción de giro tiene una anchura de canal eficaz que es menor que la anchura de canal eficaz de la porción recta, para aumentar la longitud de un tapón de muestra (196) que pasa a través de la porción de giro para reducir el ensanchamiento de banda provocado por el paso del tapón de muestra a través de la porción de giro.

17. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que la porción de giro tiene una anchura de canal que es menor 10 que la anchura de canal de la porción recta.

18. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que la porción de giro tiene una pared interior (236) y una pared exterior (238) , y la porción de giro incluye barreras para el transporte de muestras (232) dispuestas para retrasar el transporta de moléculas de muestras cerca de la pared interior de la porción de giro con relación al transporte de moléculas de muestra cerca de la pared exterior de la porción de giro.

19. El procedimiento de la reivindicación 16, que además comprende una pluralidad de canales de separación (8094) , definiendo cada uno, entre un depósito de cátodo asociado y el depósito de ánodo, una trayectoria de transporte de muestras que tiene al menos una porción de giro.

20. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que la porción de giro incluye una o más barreras para el transporte de muestras (232) .