CN120303065A - 用于对生物样本进行集成式处理的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置和相应的方法，用于借助于沿着装置的竖直轴线所施加的离心力来对生物样本进行集成式处理。装置包括用于执行样本处理的连续步骤的至少第一和第二隔室，这两个隔室竖向布置并且彼此流体连通，其中每个隔室在其各自的远端端部包括微流控结构。第一微流控结构的毛细管具有比第二微流控结构的毛细管大的平均直径，从而使得在从装置的第一隔室行进到第二隔室时能够通过沿着装置的竖直轴线增加离心力来使生物样本穿过微流控结构。

Description

用于对生物样本进行集成式处理的装置

技术领域

本发明涉及一种装置和相应的方法，用于仅借助于沿着装置的竖直轴线所施加的离心力来对生物样本进行集成式处理，其中离心力随着样本处理的进行而增加。

背景技术

在过去的十年里，用于生物分子诊断的集成式现场(on-site)或即时(point-of-care)装置(integrated on-site or point-of-care device)的发展通过待采用的分析方案的小型化和自动化而受到推动。许多此类装置基于微流控系统。微流控的明显优势包括样本和试剂的减少的消耗、提高的效率以及相对较快的反应时间。

然而，仍然有一些障碍要克服，以便进一步提高自动化。在许多情况下，生物分子分析不受实际的诊断试验本身的阻碍，而是受到在从收集生物样本到引入试验装置的期间对生物样本的处理的阻碍。生物样本通常需要经历任意形式的纯化、分级分离、过滤、稀释、浓缩、消解或保存，以便适合下游分析(例如，不会因高粘度而堵塞装置)，从而提供可靠且精确的结果。

样本处理的这些准备步骤通常需要漫长而乏味的人工处理并且大量使用一次性耗材。经常需要不同的装置来执行不同的处理步骤，从而由于不必要的样本操作而增加了分析的固有误差。所采用的方案通常没有标准化，这会干扰再现性和质量控制，并且干扰高通量计划中自动化工作流程和样本处理的设置。

因此，持续需要改进的装置和相应的方法来处理生物样本，特别是关于复杂的诊断应用，例如基因组学分析、蛋白质组学分析和代谢组学分析。特别地，需要一种单一且易于使用的微流控装置，其将样本处理的多个步骤集成，并且不需要受过培训的人员进行操作。

因此，本发明的目的是提供这种用于对生物样本进行集成式处理的装置及其相应的应用方法。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种用于借助于沿着装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本的装置，所述装置包括：(i)用于执行样本处理的第一步骤的至少第一隔室，所述第一隔室包括在其近端部分用于装载生物样本的结构和在其远端部分的第一微流控结构；以及(ii)用于执行样本处理的第二步骤的至少第二隔室，所述第二隔室的近端端部与所述第一隔室的远端端部流体连通，所述第二隔室包括在其远端部分的第二微流控结构，样本处理的第二步骤与样本处理的第一步骤是连续的；其中，所述第一微流控结构包括具有第一平均直径的毛细管，所述第二微流控结构包括具有第二平均直径的毛细管，所述第一平均直径大于所述第二平均直径，从而使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第一离心力来使生物样本穿过所述第一微流控结构，并且使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第二离心力来使生物样本穿过所述第二微流控结构，所述第二离心力大于所述第一离心力。

在优选的实施方案中，第一微流控结构表现出比第二微流控结构更亲水的性质。为此，制造第一微流控结构的材料可以表现出比制造第二微流控结构的材料更亲水的性质；和/或第一微流控结构可以具有功能性表面改性，以便表现出比第二微流控结构更亲水的性质。

在其它具体的实施方案中，对生物样本的处理包括样本的至少部分纯化。在优选的实施方案中，对生物样本的处理包括选自由以下步骤组成的群组的至少两个步骤：样本的收集，样本的过滤，样本的脱盐，样本的浓缩，样本的稀释，样本的增溶和/或消解，耗尽样本中包含的一部分，以及富集样本中包含的一部分。

在特定的实施方案中，装置整体地形成为一体式。可替代地，装置的至少一个隔室形成为单独的部件，其可以与装置的其余一个或更多个隔室连接。

在进一步特定的实施方案中，装置配置为置于反应容器中并且与反应容器一起使用，其中所述反应容器的体积为0.1ml至50ml，优选0.2ml至10ml，更优选0.5ml至2.5ml。

在其它特定的实施方案中，装置进一步包括用于样本装载的隔室，其中所述用于样本装载的隔室的远端端部可以连接至所述至少第一隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通。

在再一些其它特定的实施方案中，装置进一步包括试剂存储器，其中所述试剂存储器的远端端部可以连接至用于样本装载的隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通；或者所述试剂存储器的远端端部可以连接至所述至少第一隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通，特别地其中所述试剂存储器预填充有试剂。

在再一些其它特定的实施方案中，装置进一步包括用于收集处理过的样本的样本收集存储器，其中所述样本收集存储器的近端端部可以连接至所述至少第二隔室的远端端部，使得两个隔室流体连通。

在另一个方面，本发明涉及一种用于借助于沿着处理装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本的方法，所述方法包括：(i)将生物样本引入如上文所限定的装置中；(iii通过以下方式在装置的至少第一隔室中执行样本处理的第一步骤：沿着装置的竖直轴线施加第一离心力，从而使得样本能够穿过第一微流控结构；以及(iii)通过以下方式在装置的至少第二隔室中执行样本处理的第二步骤：沿着装置的竖直轴线施加第二离心力，从而使得样本能够穿过第二微流控结构，其中所述第二离心力大于所述第一离心力。

在特定的实施方案中，方法进一步包括：将生物样本装载至与装置的至少第一隔室连接的用于样本装载的隔室；和/或在生物样本已经引入装置中之后，从与装置的用于样本装载的隔室连接或与至少第一隔室连接的试剂存储器中释放试剂。

在其它特定的实施方案中，方法进一步包括：将处理过的样本收集在与装置的至少第二隔室连接的样本收集存储器中。

在优选的实施方案中，生物样本选自由血液、血浆、血清、唾液、尿液、鼻咽拭子、口咽拭子和组织样本组成的群组。

在另一个方面，本发明涉及如上文所限定的装置用于处理待经历“组学”应用的生物样本的用途，特别地其中所述“组学“应用选自由基因组学、转录组学、蛋白质组学、脂质组学、糖组学、微生物组学和代谢组学组成的群组。

附图说明

图1：(A)根据本发明的示例性装置的照片。装置配置为在离心过程中用在标准2ml反应管(在上排所示)中(或配置为具有标准2ml反应管的形状和尺寸)。装置包括具有根据预期应用而配置的两个隔室(下排，左起第三)的处理单元。处理单元在其近端端部具有用于样本摄取的接口。在样本摄取之后，试剂存储器(下排，左起第二)连接至处理单元。在装载所需试剂之后，用螺纹盖(下排，左边)闭合试剂存储器。在借助于沿着装置的竖直轴线施加离心力来处理经纯化的样本之后，将处理过的样本收集在与处理单元的远端端部连接的样本收集存储器(下排，右边)中。(B)组装形式的示例性装置的照片。

图2：根据本发明的装置所基于的一般原理的图。装置包括至少两个用于样本处理的隔室，每个隔室包括微流控结构。第一微流控结构(或毛细管屏障)的毛细管的平均直径大于第二微流控结构的毛细管的直径，因此在从第一隔室行进到第二隔室时需要增加离心力以使样本穿过毛细管屏障。装置配置为其可以与标准反应管(在此是2ml反应管)一起使用。

图3：根据本发明的适于处理尿液样本的示例性装置的图。装置包括两个隔室，这两个隔室分别用于尿液样本的脱盐和大量蛋白质的去除。为此目的，第一隔室配备有用于脱盐的滤膜，第二隔室配备有用于结合大量蛋白质的亲和基质。每个隔室在其远端端部具有微流控结构(毛细管屏障)，其中第一微流控结构相比于第二微流控结构具有平均直径更大的更多毛细管。处理过的样本收集在样本收集存储器中。装置配置为其可以与标准50ml反应管一起使用。

图4：根据本发明的示例性多部件装置的图。装置包括具有闭合的底表面(例如，膜的形式)的试剂存储器(A)，所述闭合的底表面具有在存储器借助于螺纹连接至中央处理单元(B)时通过推进柱破裂的破裂点。处理单元包括至少两个用于样本处理且借助于螺纹连接至样本收集存储器(C)的隔室。组装的装置示于(D)。

图5：根据本发明的用于样本处理的示例性工作流程的图(A)。用移液管将生物样本施加至置于2ml标准反应管中的装置的第一隔室。将包含用于执行样本处理的缓冲剂和其它试剂的试剂存储器连接至装置的第一隔室。将反应管闭合，并且通过在微型离心机中施加离心力来执行样本处理。装置具有开口的底表面，从而使得处理过的样本收集在反应管中并且在从管中移除装置之后准备进行进一步分析。(B)所采用的相应装置配置为装在标准反应管中。以浅灰色所示的部分包括第一隔室和第二隔室，而以深灰色所示的部分表示与第一隔室连接的试剂存储器。(B)中所示的相应装置的横截面图(C)示出了分别在第一隔室和第二隔室的远端部分的两个微流控结构。装置的底表面是开口的，从而使得处理过的样本能够收集在反应管中。

图6：制造微流控结构的聚合物材料对以下离心力(以每分钟转数(rpm)计)的影响的图：通过一定平均直径(以μm计，示出的是在50μm至1.1mm之间的范围)的毛细管将水完全转移所需的离心力。示出了对聚丙烯(A)或聚四氟乙烯(B)制成的微流控结构的示例性分析。分析中所采用的微流控结构的厚度为1mm。在20℃的温度下使用2ml反应管以直径为24cm的转子进行离心。

图7：前进接触角(示出的是在90°至150°之间的范围)对以下离心力(以每分钟转数(rpm)计)的影响的图：通过平均直径为100μm(上曲线)和1mm(下曲线)的毛细管(由任意聚合物制成)将水完全转移所需的离心力。前进接触角是位于表面上的液滴的最高可能接触角。前进接触角是在通过用针逐渐将液体施加至表面来使液体(在此为水)润湿先前干燥的表面时测量的。当(或就在)接触线开始移动时，可以测量角度。分析中所采用的微流控结构的厚度为1mm。在20℃的温度下使用2ml反应管以直径为24cm的转子进行离心。

具体实施方式

本发明基于出人意料的发现，即对用于下游应用的生物样本的处理和制备可以仅借助于单个装置中的竖直离心力来执行，从而提供一种显著更省力、简化并具有成本效益的过程。用于装载样本并将装置放置于离心机中的动手时间仅限于几分钟。根据所应用的处理方案，每次试验的动手时间和总成本均可以降低至少30％至60％。

装置具有特别的设计，具有彼此流体连通的至少两个隔室的竖直布置并且具有位于它们各自的远端端部的微流控结构。每个隔室适于执行样本处理的一个步骤，其中从一个隔室到连续隔室的输送由所施加的离心力控制。将生物样本引入到装置中并且通过沿着装置的竖直轴线施加离心力来输送所述生物样本，其中样本穿过第一微流控结构的阻力低于穿过第二微流控结构的阻力。这是通过微流控结构的配置来实现的，其中第一微流控结构的毛细管尤其具有比第二微流控结构的毛细管更大的平均直径。可选地，第一微流控结构还表现出比第二微流控结构更亲水的性质。因此，生物样本的处理沿着装置的竖直轴线单向进行。

在下文将关于特定的实施方案并参考某些附图来描述本发明，但本发明应理解为不限于此，而仅由所附权利要求来限定。可以在本文未具体公开的任何元件或限制不存在的情况下适当地实施本发明。

在本文使用术语“包括”的情况下，它不排除其它元件或步骤。出于本发明的目的，术语“由......组成”被认为是术语“包括”的优选实施方案。如果在下文中将群组定义为包括至少一定数量的实施方案，则这也应理解为公开了优选地仅由这些实施方案组成的群组。

在提及单数名词时使用不定冠词或定冠词，例如“一个”、“一种”或“所述”的情况下，其包括该名词的复数，除非另有特别说明。

在本发明的上下文中指出数值的情况下，本领域技术人员将理解，所讨论的特征的技术效果是在精度区间内确保的，所述精度区间通常包括数值的以±10％，优选±5％给定的偏差。

此外，在说明书和权利要求书中，术语第一、第二、第三、(a)、(b)、(c)等用于区分相似元件，而非一定用于描述顺序或时间次序。应理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所描述的本发明的实施方案能够以除本文所描述或图示的顺序之外的其它顺序操作。

在下文使用术语的情况下将给出术语的进一步定义。提供以下术语或定义仅仅是为了帮助理解本发明。这些定义不应被解释为具有小于本领域普通技术人员所理解的范围。

在一个方面，本发明涉及一种用于借助于沿着装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本的装置，所述装置包括：

(i)用于执行样本处理的第一步骤的至少第一隔室，所述第一隔室包括在其近端部分用于装载生物样本的结构和在其远端部分的第一微流控结构；以及

(ii)用于执行样本处理的第二步骤的至少第二隔室，所述第二隔室的近端端部与所述第一隔室的远端端部流体连通，所述第二隔室包括在其远端部分的第二微流控结构，样本处理的第二步骤与样本处理的第一步骤是连续的；

其中，所述第一微流控结构包括具有第一平均直径的毛细管，所述第二微流控结构包括具有第二平均直径的毛细管，所述第一平均直径大于所述第二平均直径，从而使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第一离心力来使生物样本穿过所述第一微流控结构，并且使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第二离心力来使生物样本穿过所述第二微流控结构，所述第二离心力大于所述第一离心力。

本发明的装置包括至少两个隔室：第一隔室和第二隔室。装置可以具有两个以上的隔室，例如三个、四个、五个、六个或更多个隔室。隔室竖直布置为一个隔室的远端端部与下一个隔室的近端端部连接，从而使得两个隔室彼此流体连通，即待处理的样本可以从一个隔室转移至下一个隔室。两个隔室(例如至少第一隔室和第二隔室)之间的连接可以是刚性的，即这两个隔室相当于一个整体式实体。可替代地，两个隔室之间的连接可以是可拆卸的，例如呈插头连接(即插头和插座)或螺栓连接(即螺纹装配)的形式。

装置的至少第一隔室和第二隔室相当于其中进行样本处理的各个连续步骤的反应室。第一处理步骤在第一隔室中执行，第二处理步骤(其与第一处理步骤是连续的)在第二隔室中执行，以此类推。隔室可以具有球形、管形(圆柱形)或圆锥形形状，具有或不具有朝向近端和/或远端端部的锥形。第一隔室包括用于装载生物样本的结构，所述结构布置在隔室的近端端部。在其最简单的形式中，这种结构是开口，生物样本通过所述开口引入隔室。开口可以用任何形式的盖子(例如旋转盖)密封或锁定。可替代地，用于装载样本的结构可以配置为第一隔室的近端端部处的凹形表面，其在底部中心具有开口，以便促进流体流向底部中心(即使μl级别的小样本体积也是如此)，从而促进完整的样本的应用和处理。在一些实施方案中，用于装载的结构布置为与至少第一隔室中的第一微流控结构接近或直接相邻。

每个隔室在其远端部分包括微流控结构，所述微流控结构通常布置在隔室的远端三分之一中，特别是在隔室的远端20％或10％内。如本文所使用的术语“微流控结构”是指通常的聚合物基体中的一个或更多个微通道或毛细管的系统。微流控结构也可以直接布置在两个隔室之间的连接部位。通常，装置的微流控结构配置为分子筛或包括毛细管的屏障。微流控结构具有通常至多10mm的厚度。在特定的实施方案中，微流控结构具有0.5mm、1mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、7.5mm、8mm、9mm或10mm的厚度。通过沿着装置的竖直轴线施加外部离心力来驱动流体流过微流控结构。因此，在本发明的典型实施方案中，预计不会进一步涉及用于主动操纵流体流动的微型泵的布置。图2中示意性地示出了本发明的装置所基于的一般技术原理。

微流控结构可以通过各种成熟的增材制造技术(给出了示例性综述)制得，例如3D打印(Ngo,T.D.等人(2018)Composites Part B:Engineer.143,172-196)、注塑成型(Singh,S.&Verma,A.(2017)Materialstoday Proc.4,1423-1433)、熔融沉积成型(Penumakala,P.K.等人(2020)Composites Part B:Engineer.201,e108336)、立体光刻(Huang,J.等人(2020)Processes 8,e1138)、选择性激光烧结(Rajesh,R.等人(2015)Int.J.Curr.Engineer.Sci.Res.2,91-100)和热模压(hot embossing)(Deshmukh,S.S.&Goswami,A.(2020)Materialstoday Proc.26,405-414)。在具体的实施方案中，微流控结构借助于3D打印或借助于注塑成型来制得。

微流控结构包括允许通过结构转移流体的一个或更多个毛细管。通常，一个或更多个毛细管具有管形(圆柱形)或大致管形的形状。然而，非圆柱形毛细管也是可以的。通常，毛细管的平均直径在10μm至2mm之间的范围内，优选在50μm至1.5mm或100μm至1mm的范围内。平均直径的示例性范围为0.1mm至0.5mm、0.2mm至0.8mm和0.5mm至1mm。示例性平均直径为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm和2mm。

第一微流控结构中(在第一隔室中)所包括的毛细管的平均直径大于第二微流控结构中(在第二隔室中)所包括的毛细管的平均直径。通常，第一微流控结构中的毛细管的平均直径是第二微流控结构中的毛细管的平均直径的1.5倍至15倍，优选2倍至10倍。在示例性实施方案中，第一微流控结构中的毛细管的平均直径是第二微流控结构中的毛细管的平均直径的1.5倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍、11倍、12倍、13倍、14倍或15倍。例如，第一微流控结构中的毛细管的平均直径可以为1mm且第二微流控结构中的毛细管的平均直径可以为0.1mm；或者，第一微流控结构中的毛细管的平均直径可以为0.5mm且第二微流控结构中的毛细管的平均直径可以为0.2mm。

如果装置包括具有第三(或任何其它)微流控结构的第三(或任何其它)隔室，则第三(或任何其它)微流控结构中所包括的毛细管的平均直径小于第二(或任何在前的)微流控结构中所包括的毛细管的平均直径。上述考虑事项加上必要的变动是适用的。

与第一微流控结构相比的第二微流控结构中的毛细管的较小平均直径使得样本穿过第二微流控结构的阻力较高。因此，用于通过第二微流控结构转移样本所要施加的离心力必须高于用于通过第一微流控结构转移样本所要施加的离心力。换言之，如果要沿着装置的竖直轴线施加第一离心力以使得样本能够穿过第一微流控结构并且要沿着装置的竖直轴线施加第二离心力以使得样本能够穿过第二微流控结构，则第二离心力必须大于第一离心力。

在优选的实施方案中，第一微流控结构表现出比第二微流控结构更亲水的性质。为此，制造第一微流控结构的材料可以表现出比制造第二微流控结构的材料更亲水的性质。额外地或可替代地，第一微流控结构可以具有功能性表面改性，以便表现出比第二微流控结构更亲水的性质。

亲水材料和疏水材料通常由水在平坦表面上的几何形状来定义，特别是由液滴的边缘与其下方表面之间的角度来定义。这通常被称为(静态)接触角。然而，更确切地，自然界不存在平衡接触角，因此不存在实际上静态的接触角。相反，应当确定前进接触角(即最高可能接触角)和后退接触角(即最低可能接触角)，以获得表面润湿性的真实情况，从而获得材料的亲水或疏水性质。一般而言，如果液滴扩散，润湿了大面积的表面，则接触角小于90°，该表面被认为是亲水的或喜水的。相比之下，如果液滴形成几乎不接触表面的球体，则接触角大于90°，该表面是疏水的或防水的。材料的极性越高或带电官能团越多，其在水或其它极性物质(水性溶剂)中的溶解度就越高，就越是亲水的。

通常，本文所使用的微流控结构由聚合物材料制成。合适的聚合物材料包括聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、环状嵌段共聚物、环状烯烃(共)聚合物及其组合。所有这些聚合物材料都是众所周知的并且可以从各种供应商处商购获得。技术人员非常了解给定的聚合物材料与另一种聚合物材料相比所具有的亲水性质。例如，聚四氟乙烯由于其非极性分子结构而比聚丙烯显著地更加疏水。因此，聚丙烯制成的第一微流控结构表现出比聚四氟乙烯制成的第二微流控结构更亲水的性质。

技术人员还非常了解用于表面官能化(改性)的方法，以增强给定聚合物材料的亲水性质。合适的方法(给出了示例性综述)包括等离子体照射(例如，通过电晕放电；Agrawal,N.K.等人(2019)In:Radiation Effects in Polymeric Materials.Kumar,V.等人(eds.),Springer _Press)、化学气相沉积(Sun,L.等人(2021)Nat.Rev.Methods Primer 1,e5)、紫外线照射(Jaganathan,S.K.等人(2014)J.Materials Sci.50,2007-2018)和蚀刻(Mijovic,J.S.&Koutsky,J.A.(1977)Polymer Plastics Technol.and Engineer.9,139-179)。例如，等离子体照射也可以与亲水聚合物(例如聚乙烯醇或甲基丙烯酸酯化合物)的在前沉积相结合。

与相较于第一微流控结构的第二微流控结构中毛细管的较小平均直径相似，相较于第一微流控结构的第二微流控结构(的材料)表现出较低的亲水性质，使得样本穿过第二微流控结构的阻力更高。因此，如果要沿着装置的竖直轴线施加第一离心力以使得样本能够穿过第一微流控结构并且要沿着装置的竖直轴线施加第二离心力以使得样本能够穿过第二微流控结构，则第二离心力必须大于第一离心力。

在特定的实施方案中，装置进一步包括用于样本装载的隔室，即用于将生物样本引入装置的单独实体。否则，至少第一隔室用于装载样本。用于样本装载的单独隔室的存在可以取决于各种因素，例如样本的进一步处理之前可能需要额外操作的样本的体积或粘度。然而，对于许多应用，样本可以直接施加至至少第一隔室。用于样本装载的隔室的远端端部可以连接至至少第一隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通。微流控结构可以布置在用于样本装载的隔室的远端部分。用于样本装载的隔室与至少第一隔室之间的连接可以是刚性的，即这两个隔室相当于一个整体式实体。可替代地，两个隔室之间的连接可以是可拆卸的，例如呈插头连接(即插头和插座)或螺栓连接(即螺纹装配)的形式。用于样本装载的隔室可以具有凹形的底表面，以便将样本(以及任意缓冲剂或其它试剂)集中在底部的中心，从而促进进行完全处理。底表面中用于将样本转移至至少第一隔室的开口可以用具有破裂点的密封件密封，所述破裂点在用于样本装载的隔室与至少第一隔室连接之后破裂，例如借助于布置在至少第一隔室的近端端部处的推进柱而破裂。用于样本装载的隔室具有另外的用于样本装载的开口(例如在其顶表面)。用于样本装载的开口可以用任何形式的盖子(例如旋转盖)密封或锁定。

在其它特定的实施方案中，装置进一步包括试剂存储器，其中所述试剂存储器的远端端部可以连接至用于样本装载的隔室的近端端部，使得这两个隔室流体连通。可替代地，试剂存储器的远端端部可以连接至至少第一隔室的近端端部，使得这两个隔室流体连通。对于许多应用，将试剂存储器直接连接至至少第一隔室可能就足够了。试剂存储器与用于样本装载的隔室或至少第一隔室之间的连接可以是刚性的，即这两个隔室相当于一个整体式实体。可替代地，两个隔室之间的连接可以是可拆卸的，例如呈插头连接(即插头和插座)或螺栓连接(即螺纹装配)的形式。试剂存储器用于储存缓冲剂和/或试剂(例如，螯合剂、裂解试剂和酶)。在特定的实施方案中，试剂存储器预填充有一种或更多种试剂。预填充的试剂存储器可以是密封的，例如用盖子密封。试剂存储器可以具有凹形的底表面，以便将试剂(在装置的操作期间，也是试剂和生物样本的混合物)集中在底部的中心，从而促进进行完全处理。底表面中用于将试剂转移至用于样本装载的隔室或至少第一隔室的开口可以用具有破裂点的密封件密封，所述破裂点在与用于样本装载的隔室或至少第一隔室连接之后破裂，例如借助于布置在用于样本装载的隔室或至少第一隔室的近端端部处的推进柱而破裂。

在再一些其它特定的实施方案中，装置进一步包括用于收集处理过的样本的样本收集存储器，其中所述样本收集存储器的近端端部可以连接至至少第二隔室(即，用于执行样本处理的步骤的终端隔室)的远端端部，使得这两个隔室流体连通。样本收集存储器与至少第二隔室之间的连接可以是刚性的，即这两个隔室相当于一个整体式实体。可替代地，两个隔室之间的连接可以是可拆卸的，例如呈插头连接(即插头和插座)或螺栓连接(即螺纹装配)的形式。样本收集存储器可以具有凹形的底表面，以便将(最终)处理过的样本集中起来。样本收集存储器可以配置为可以连接至用于采用处理过的样本执行任意下游应用的任意装置。可替代地，在没有单独的样本收集存储器的情况下，装置的终端隔室(例如，具有第一隔室和第二隔室的装置的第二隔室)可以在底表面中具有开口或没有底表面，从而使得样本可以直接收集在装置所置于的反应容器或其它容器中。

本发明的装置可以用于执行在获得样本(例如直接从受试者或者从存储设备或存放处获得)之后对生物样本进行处理的任何步骤，以便为下游应用(例如核酸扩增和测序、质谱、免疫检测方法等)制备样本。在具体的实施方案中，对生物样本的处理包括样本的至少部分纯化，即，例如样本中所含材料的一部分的耗尽或任何杂物的去除。

在优选的实施方案中，对生物样本的处理包括选自以下步骤组成的群组的至少两个步骤：样本的收集，样本的过滤，样本的脱盐，样本的浓缩，样本的稀释，样本的增溶和/或消解，耗尽样本中所含的一部分以及富集样本中所含的一部分。所执行的实际处理步骤尤其取决于待分析的生物样本的类型和处理过的样本要经历的下游应用的类型。收集样本的步骤可以包括确保处理完整的样本体积，例如通过采用具有凹形底表面的用于样本装载的结构。技术人员非常了解为给定的设置选择适当的处理步骤。这种处理步骤在本领域中是广泛确立的且在分子生物学领域中是标准的(参见例如Sambrook,J.等人(1989)MolecularCloning:A Laboratory Manual.第2版，Cold Spring Harbor Laboratory Press,ColdSpring Harbor,NY；Ausubel,F.M.等人(2001)Current Protocols in MolecularBiology.Wiley&Sons,Hoboken,NJ)。

通常，第一处理步骤涉及改变样本的粘度或样本中所含材料的一部分的浓度。这些步骤也可以是样本收集的组成部分。因此，这种第一处理步骤可以涉及在适当的缓冲剂中稀释样本以利于后续步骤(例如，未稀释的全血样本可能会在后续的分馏步骤中堵塞亲和树脂)。第一处理步骤还可以涉及生物样本的脱盐，例如通过使用滤膜或半透膜和反渗透来脱盐，因为过高的盐浓度可能会干扰后续的处理步骤。为此目的，可以设置包括半透膜的反应隔室。在另一实施方案中，第一处理步骤涉及生物样本的增溶或裂解，即，使组织和细胞破裂以释放任何受关注的(大)分子，例如核酸或蛋白质。

通常，第二处理步骤涉及生物样本中所含材料的分馏，例如通过对核酸(通过添加核酸酶)或蛋白质(通过添加蛋白酶)进行选择性酶消解，或者通过选择性去除(耗尽)任何可能“掩盖”低丰度大分子并因此使试验结果模糊不清的高丰度大分子。例如，众所周知的是人血浆样本中存在的仅20种蛋白质(例如白蛋白、血纤维蛋白溶酶原、免疫球蛋白G、免疫球蛋白M、免疫球蛋白A、载脂蛋白)就占了血浆中蛋白质总质量的97％至98％。为了耗尽这些蛋白质，可以设置亲和基质，蛋白质经由特异性抗体分子(或其结合片段)选择性地结合至所述亲和基质。用于各种目的的这种亲和基质可以从各种供应商处商购获得并且可以布置在装置的反应隔室中。

图4示出了本发明的适用于处理尿液样本的示例性装置。在样本装载之后，第一处理步骤是通过布置在第一隔室中的半透膜进行过滤来将样本脱盐。在穿过第一微流控结构(毛细管屏障)之后，第二处理步骤是通过在设置在第二隔室中的亲和树脂或基质上进行选择性捕获来耗尽大量的蛋白质。在穿过第二微流控结构(毛细管屏障)之后，将处理过的样本收集在样本收集存储器中。

在具体的实施方案中，本发明的装置整体地形成为一体式。用于样本处理的至少第一隔室和第二隔室以及在存在情况下的用于样本装载的隔室和/或试剂存储器和/或样本收集存储器相当于一个整体式实体。在其它具体的实施方案中，装置的至少一个隔室形成为单独的部件，其可以与装置的其余一个或更多个隔室连接。例如，用于样本处理的至少第一隔室和第二隔室可以相当于一个整体式实体，而试剂存储器和样本收集存储器各自作为单独的实体存在。用于样本装载的隔室和试剂存储器也可以配置为一个整体式实体。还可以将至少第一隔室和第二隔室设置为单独的实体。例如，可以设置具有微流控结构的至少第一隔室和第二隔室，所述微流控结构具有毛细管，所述毛细管具有特定的预定平均直径。额外地或可替代地，可以设置适于样本处理的特定步骤的至少第一隔室和第二隔室，例如包括用于选择性地结合生物样本的一部分的特定亲和树脂的隔室或者包括用于将生物样本脱盐的限定性膜的隔室。在其它具体的实施方案中，本文所述的装置设置为包括至少两个单独的实体的零件包(kit-of-parts)，在适用的情况下适用于特定应用。

图1、图4和图5中示出了根据本发明的示例性装置。图5中还示出了采用这种装置进行样本处理的示例性工作流程。

在特定的实施方案中，装置配置为置于反应容器中并与反应容器一起使用，特别是在离心过程中与标准反应管一起使用。反应容器或反应管的体积通常为0.1ml至50ml，优选0.2ml至10ml，更优选0.5ml至2.5ml。例如，可以采用体积为0.5ml、1.0ml、1.5ml、2ml、5ml、10ml、15ml或50ml的反应管。这种反应管可以从各种供应商处商购获得。装置可以配置为以紧密配合或紧贴配合模件的方式置于反应容器中，以减少或防止离心过程中在反应容器中移动。可替代地，装置可以配置为与标准反应管类似地直接使用，即，装置成形为与这种标准反应管类似。

在另一个方面，本发明涉及一种用于借助于沿着处理装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本的方法，所述方法包括：

(i)将生物样本引入如上文所限定的装置中；

(ii)通过以下方式在装置的至少第一隔室中执行样本处理的第一步骤：沿着装置的竖直轴线施加第一离心力，从而使得样本能够穿过第一微流控结构；以及

(iii)通过以下方式在装置的至少第二隔室中执行样本处理的第二步骤：沿着装置的竖直轴线施加第二离心力，从而使得样本能够穿过第二微流控结构，

其中所述第二离心力大于所述第一离心力。

可以将生物样本直接引入至少第一隔室中。通常，将样本施加在至少第一隔室中的用于样本装载的结构上。在装置包括用于样本装载的隔室的特定实施方案中，将生物样本引入与装置的至少第一隔室连接的所述附加隔室中。生物样本的体积通常在5μl至25ml之间的范围内，这取决于样本的类型和所涉及的应用。例如，如果采用血浆或血清，则在5μl至100μl范围内或在10μl至50μl范围内的相对较小的样本体积可以对于大多数应用是足够的。如果分析尿液样本，则体积可以在5ml至25ml的范围内或在10ml至20ml的范围内。技术人员非常了解在给定设置下选择适当的样本体积。

在生物样本已引入装置中之后，可以在至少第一隔室中执行样本处理的第一步骤。可替代地，在执行样本处理的第一步骤之前，可以首先将样本与合适的缓冲剂和/或其它试剂(例如螯合剂、裂解试剂和酶)混合。在特定的实施方案中，在生物样本已引入包括试剂存储器的装置中之后，从与装置的用于样本装载的隔室连接或与至少第一隔室连接的试剂存储器中释放试剂。可以将试剂预填充在密封的试剂存储器中，试剂的释放可以通过以下方式来实现：通过在破裂点使试剂存储器的底表面处的密封件破裂，例如借助于布置在用于样本装载的隔室或至少第一隔室的近端端部处的推进柱来破裂，从而将试剂存储器连接至装置(连接至至少第一隔室的用于样本装载的隔室)。

然后将装置(其可选地在适当的反应容器中)置于离心机中，以在装置的至少第一隔室中执行样本处理的第一步骤。为此目的，沿着装置的竖直轴线施加第一离心力，使得样本能够穿过第一微流控结构并因此转移至装置的至少第二隔室。转移可以通过所施加的离心力来控制。只要所施加的离心力小于穿过第一微流控结构所需的第一离心力，样本就将留在至少第一隔室中。只有达到了第一离心力，样品才能够穿过第一微流控结构。

以下完全在技术人员的知识范围内：计算需要施加以促使液体通过一定配置的微流控结构的离心力。

为了计算需要多少压力(ΔPa，以N/m²计)来促使任意液体通过给定材料的管形毛细管，可以使用以下等式：

其中σ为以N/m计的表面张力(描述液体中的内聚力)，Θ_A为前进接触角(参见图7的图例中的定义)，D为毛细管的直径(以m计)。当额外考虑离心过程中的角速度和离心所采用的转子的直径(即，毛细管与旋转中心之间的距离)时，则可以使用以下等式计算所需的压力(ΔPd，以N/m²计)：

其中ρ为液体的密度(以kg/m³计)，ω²为角速度(以rad/s计，决定每秒通过多少2Pi)，r为毛细管与旋转中心之间的距离(以m计)。然后确定离心机在哪个点产生的压力与驱动液体通过毛细管所需的压力相同。这种相关性可以用以下等式表示：

如果将等式求解为ω，则可以如下计算在距旋转中心的任意距离(r)处促使液体(密度、表面张力)通过任意材料(前进接触角)制成且具有任意直径(D)的毛细管所需的角速度：

可以很容易地在文献中找到或很容易地通过实验确定各种材料的前进接触角、液体密度以及表面张力的许多值。通常，给出了20℃的温度下的这些值。通常以Rad/s给出角速度。1rad＝2Pi≈6.28。为了将rad/s转换为每分钟转数(rpm)，rad/s值必须乘以60s/2Pi≈9.55。

例如，通过使用上述考虑事项，可以根据微流控结构中所包括的毛细管的平均直径来计算促使水穿过不同聚合物材料制成的微流控结构所需的离心力(以rpm计)。图6中示出了分别是聚丙烯(图6的A)和聚四氟乙烯(图6的B)的两种不同聚合物材料的这种关系。分析中所采用的微流控结构的厚度为1mm。在20℃的温度下使用2ml反应管以直径为24cm的转子进行离心。水具有72.75N/m的表面张力和999kg/m³的密度。水与聚丙烯之间的前进接触角为100.7°，水与聚四氟乙烯之间的前进接触角为110°。

从图6的A可以推导出，促使水穿过平均直径为1mm的毛细管需要1000rpm，而促使水穿过平均直径为0.1mm的毛细管需要2500rpm。因此，当施加至根据本发明的装置时，样品从一个隔室向下一个隔室的转移可以通过每个隔室中所包括的微流控结构的配置来精确控制。使用上述示例，如果可以通过在1000rpm下产生的离心力来穿过具有平均直径为1mm的毛细管的第一微流控结构，并且可以通过在2500rpm下产生的离心力来穿过具有平均直径为0.1mm的毛细管的第二微流控结构，则可以仅通过改变毛细管的平均直径来控制流体流动。如果制造第一微流控结构的材料通过表面官能化进一步改性以增加亲水性质，则驱动水通过第一微流控结构和第二微流控结构所需的相应离心力的差异将变得更加显著。

从图6的B可以推导出用于制造微流控结构的聚合物材料的进一步影响。当使用比聚丙烯显著地更疏水的聚四氟乙烯时，可以通过在3500rpm(当使用聚丙烯时只需要2500rpm)下产生的离心力来促使水穿过平均直径为0.1mm的毛细管。

此外，图7示出了前进接触角对以下离心力(以rpm计)的影响：通过平均直径为100μm(上曲线)和1mm(下曲线)的毛细管(由任意聚合物如聚四氟乙烯制成)将水转移所需的离心力。再次，分析中所采用的微流控结构的厚度为1mm。在20℃的温度下使用2ml反应管以直径为24cm的转子进行离心。从结果中显而易见的是，随着疏水性的增加，促使水通过平均直径减小的毛细管所需的离心力会超过比例地增加。

回到本发明的方法，在样本已穿过第一微流控结构并进入至少第二隔室之后，通过以下方式在装置的至少第二隔室中进行样本处理的第二步骤：沿着装置的竖直轴线施加第二离心力，从而使得样本能够穿过第二微流控结构，其中第二离心力大于第一离心力。转移可以通过所施加的离心力来控制。只要离心力小于第二离心力，样本就将留在至少第二隔室中。只有达到了第二离心力，样本才能穿过第二微流控结构。由于装置的各个隔室的头尾排布，样本是沿着装置的竖直轴线单向(即，始终沿同一方向)转移的。因此，离心力也是沿着装置的竖直轴线单向施加的。

如果特定方案需要，则可以在与第二隔室流体连通的第三隔室中执行样本处理的第三步骤。第三隔室以其近端端部连接至第二隔室的远端端部。沿着装置的竖直轴线施加第三离心力，从而使得样本能够穿过第三隔室中所包括的第三微流控结构，其中第三离心力大于第二离心力。

在本发明的特定实施方案中，提供了一种包括隔室(用于执行样本处理的步骤)的装置，所述隔室具有以预定的配置布置在其中的微流控结构。例如，分别地，第一隔室包括可以通过在50rpm下产生的第一离心力而被穿过的第一微流控结构，第二隔室包括可以通过在500rpm下产生的第二离心力而被穿过的第二微流控结构，第三隔室包括可以通过在5000rpm下产生的第三离心力而被穿过的第三微流控结构。

在样本的处理已经完成之后，处理过的样本从装置中移除并经历下游应用。为了移除处理过的样本，至少第二隔室可以在隔室的底部三分之一处或直接在底表面处具有开口。可以将处理过的样本收集在装置所置于以进行离心的反应管中。在特定的实施方案中，将处理过的样本收集在与装置的至少第二隔室连接的样本收集存储器中。

本文中待分析的生物样本为源自哺乳动物的样本，所述哺乳动物例如为小鼠、大鼠、仓鼠、兔、猫、狗、猪、牛、马或猴子，优选人。这样的样本可以包括身体组织(例如，活检或切除、组织样本、组织裂解物)、拭子(例如，鼻咽或口咽拭子、伤口拭子、皮肤拭子)、粪便样本和体液(包括液体活检)，例如血液(全血、血浆、血清)、唾液、痰液、汗液、尿液、脑脊液、间隙液、泪液、淋巴液和眼球液。样本可以含有单个细胞、细胞群体(即两个或更多个细胞)或者源自身体组织或拭子的细胞提取物或混悬液，并且可以以未纯化的形式使用或者在使用前经历任何富集或纯化步骤。技术人员非常了解各种这样的纯化方法(参见例如Sambrook,J.等人(1989)Molecular Cloning:A Laboratory Manual.第2版，Cold Spring HarborLaboratory Press,Cold Spring Harbor,NY；Ausubel,F.M.等人(2001)CurrentProtocols in Molecular Biology.Wiley&Sons,Hoboken,NJ)。术语“全血”是指具有所有成分(即血细胞和血浆)的血液。术语“血浆”表示血液的液体介质。术语“血清”是指从中已去除凝血蛋白的血浆。在特定的实施方案中，生物样本选自由血液、血浆、血清、唾液、尿液、鼻咽拭子、口咽拭子和组织样本组成的群组。

在另一个方面，本发明涉及如上文所限定的装置用于处理待经历所谓“组学”应用的生物样本的用途。“组学”应用是相对较新的生物标志物发现和监测工具，其可以应用于研究大量的生物分子。总体而言，“组学”应用的目的是识别、表征和量化细胞、组织或生物体的结构、功能和动力中所涉及的特定类型的所有生物分子。许多“组学”应用在本领域是众所周知的，例如基因组学、表观基因组学、表型组学、转录组学、蛋白质组学、脂质组学、糖组学、微生物组学和代谢组学。

基因组学研究基因组的结构、功能、进化、映射和编辑，旨在表征和量化基因。表观基因组学研究基因组的支撑结构，包括蛋白质和RNA结合物、替代性DNA结构以及DNA修饰物。表型组学是对构成表型的性状的系统性研究。转录组学分析生物体的转录组(其所有mRNA转录物的总和)。除了分子识别外，它还包括每种RNA分子的量或浓度。术语蛋白质组是指细胞、组织或生物体中所有蛋白质的总和。蛋白质组学是研究这些蛋白质的相关生化特性和功能作用以及它们的量、修饰和结构在生长过程中和对内部刺激及外部刺激的反应中如何变化的科学。脂质组学研究生物体的全部脂质，糖组学研究全部的糖和碳水化物。微生物组是通常可以在特定生长环境中共同生存的微生物群落。代谢组表示生物细胞、组织、器官或生物体中所有代谢物(其是细胞过程的最终产物)的集合。代谢组学是研究所有涉及代谢物的化学过程的科学。

在特定的实施方案中，装置用于处理待经历“组学”应用的生物样本，所述“组学”应用选自由基因组学、转录组学、蛋白质组学、脂质组学、糖组学、微生物组学和代谢组学组成的群组。

可以在本文未具体公开的任何一个或更多个元件、一个或更多个限制不存在的情况下，适当地实施本文说明性地描述的本发明。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等应当宽泛地解读且不受限制。此外，在本文所使用的术语和表述已被用作说明性而非限制性的术语，并且在使用这些术语和表述时无意排除所示和所描述的特征或其部分的任何等效形式，而应认识到，在所要求保护的发明的范围内可以进行各种修改。因此，应当理解，尽管已经通过实施方案和可选的特征具体地公开了本发明，但是本领域技术人员可以采用其中所体现的发明的修改和变化，并且这样的修改和变化被认为在本发明的范围内。

在本文对本发明进行了广泛的和一般性的描述。落入一般性公开内容的较窄物类和一般性子群组中的每一个也形成本发明的一部分。这包括对本发明的一般性描述，以及附带条件或从类属中去除任何主题的否定性限制，无论本文中是否具体记载了切除的材料。

其它实施方案在所附权利要求范围内。此外，在本发明的特征或方面是根据马库什群组来描述的情况下，本领域技术人员将认识到，本发明由此也根据马库什群组的任何单个的成员或子群组的成员来描述。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.用于处理生物样本的装置，其借助于沿着装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本，所述装置包括：

(i)用于执行样本处理的第一步骤的至少第一隔室，所述第一隔室包括在其近端部分用于装载生物样本的结构和在其远端部分的第一微流控结构；以及

(ii)用于执行样本处理的第二步骤的至少第二隔室，所述第二隔室的近端端部与所述第一隔室的远端端部流体连通，所述第二隔室包括在其远端部分的第二微流控结构，样本处理的第二步骤与样本处理的第一步骤是连续的；

其中，所述至少第一隔室和所述至少第二隔室彼此可拆卸地连接；

其中，所述第一微流控结构包括具有第一平均直径的毛细管，所述第二微流控结构包括具有第二平均直径的毛细管，所述第一平均直径大于所述第二平均直径，从而使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第一离心力来使生物样本穿过所述第一微流控结构，并且使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第二离心力来使生物样本穿过所述第二微流控结构，所述第二离心力大于所述第一离心力；并且

其中，所述第一微流控结构表现出比所述第二微流控结构更亲水的性质。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，制造所述第一微流控结构的材料表现出比制造所述第二微流控结构的材料更亲水的性质；和/或其中，所述第一微流控结构具有功能性表面改性，以表现出比所述第二微流控结构更亲水的性质。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，对生物样本的处理沿着所述装置的竖直轴线单向进行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，在装置的至少第一隔室和至少第二隔室中对生物样本进行处理包括选自由以下步骤组成的群组的至少两个步骤：样本的收集，样本的过滤，样本的脱盐，样本的浓缩，样本的稀释，样本的增溶和/或消解，耗尽样本中包含的一部分，以及富集样本中包含的一部分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述装置配置为置于反应容器中并且与所述反应容器一起使用，所述反应容器的体积为0.1ml至50ml，优选0.2ml至10ml，更优选0.5ml至2.5ml。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其进一步包括用于样本装载的隔室，所述用于样本装载的隔室的远端端部能够连接至所述至少第一隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其进一步包括试剂存储器，所述试剂存储器的远端端部能够连接至用于样本装载的隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通；或者所述试剂存储器的远端端部能够连接至所述至少第一隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通，特别地其中所述试剂存储器预填充有试剂。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其进一步包括用于收集处理过的样本的样本收集存储器，所述样本收集存储器的近端端部能够连接至所述至少第二隔室的远端端部，使得两个隔室流体连通。

9.用于处理生物样本的方法，其借助于沿着处理装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本，所述方法包括：

(i)将生物样本引入如权利要求1至8中任一项所限定的装置中；

(ii)通过以下方式在装置的至少第一隔室中执行样本处理的第一步骤：沿着装置的竖直轴线施加第一离心力，从而使得样本能够穿过第一微流控结构；以及

(iii)通过以下方式在装置的至少第二隔室中执行样本处理的第二步骤：沿着装置的竖直轴线施加第二离心力，从而使得样本能够穿过第二微流控结构，

其中所述第二离心力大于所述第一离心力。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

将生物样本装载至与装置的至少第一隔室连接的用于样本装载的隔室；和/或

在生物样本已经引入装置中之后，从与装置的用于样本装载的隔室连接或与至少第一隔室连接的试剂存储器中释放试剂。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其进一步包括：

将处理过的样本收集在与装置的至少第二隔室连接的样本收集存储器中。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述生物样本选自由血液、血浆、血清、唾液、尿液、鼻咽拭子、口咽拭子和组织样本组成的群组。

13.如权利要求1至8中任一项所限定的装置用于处理待经历“组学”应用的生物样本的用途，特别地其中所述“组学“应用选自由基因组学、转录组学、蛋白质组学、脂质组学、糖组学、微生物组学和代谢组学组成的群组。

Claims (15)

1.用于处理生物样本的装置，其借助于沿着装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本，所述装置包括：

(i)用于执行样本处理的第一步骤的至少第一隔室，所述第一隔室包括在其近端部分用于装载生物样本的结构和在其远端部分的第一微流控结构；以及

(ii)用于执行样本处理的第二步骤的至少第二隔室，所述第二隔室的近端端部与所述第一隔室的远端端部流体连通，所述第二隔室包括在其远端部分的第二微流控结构，样本处理的第二步骤与样本处理的第一步骤是连续的；

其中，所述第一微流控结构包括具有第一平均直径的毛细管，所述第二微流控结构包括具有第二平均直径的毛细管，所述第一平均直径大于所述第二平均直径，从而使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第一离心力来使生物样本穿过所述第一微流控结构，并且使得能够通过沿着所述装置的竖直轴线施加第二离心力来使生物样本穿过所述第二微流控结构，所述第二离心力大于所述第一离心力。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一微流控结构表现出比所述第二微流控结构更亲水的性质。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，制造所述第一微流控结构的材料表现出比制造所述第二微流控结构的材料更亲水的性质；和/或其中，所述第一微流控结构具有功能性表面改性，以表现出比所述第二微流控结构更亲水的性质。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，对生物样本的处理包括样本的至少部分纯化。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，对生物样本的处理包括选自由以下步骤组成的群组的至少两个步骤：样本的收集，样本的过滤，样本的脱盐，样本的浓缩，样本的稀释，样本的增溶和/或消解，耗尽样本中包含的一部分，以及富集样本中包含的一部分。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述装置整体地形成为一体式；或者其中，所述装置的至少一个隔室形成为单独的部件，所述部件能够与所述装置的其余一个或更多个隔室连接。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述装置配置为置于反应容器中并且与所述反应容器一起使用，所述反应容器的体积为0.1ml至50ml，优选0.2ml至10ml，更优选0.5ml至2.5ml。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其进一步包括用于样本装载的隔室，所述用于样本装载的隔室的远端端部能够连接至所述至少第一隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其进一步包括试剂存储器，所述试剂存储器的远端端部能够连接至用于样本装载的隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通；或者所述试剂存储器的远端端部能够连接至所述至少第一隔室的近端端部，使得两个隔室流体连通，特别地其中所述试剂存储器预填充有试剂。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其进一步包括用于收集处理过的样本的样本收集存储器，所述样本收集存储器的近端端部能够连接至所述至少第二隔室的远端端部，使得两个隔室流体连通。

11.用于处理生物样本的方法，其借助于沿着处理装置的竖直轴线所施加的离心力来处理生物样本，所述方法包括：

(i)将生物样本引入如权利要求1至10中任一项所限定的装置中；

(ii)通过以下方式在装置的至少第一隔室中执行样本处理的第一步骤：沿着装置的竖直轴线施加第一离心力，从而使得样本能够穿过第一微流控结构；以及

(iii)通过以下方式在装置的至少第二隔室中执行样本处理的第二步骤：沿着装置的竖直轴线施加第二离心力，从而使得样本能够穿过第二微流控结构，

其中所述第二离心力大于所述第一离心力。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

将生物样本装载至与装置的至少第一隔室连接的用于样本装载的隔室；和/或

在生物样本已经引入装置中之后，从与装置的用于样本装载的隔室连接或与至少第一隔室连接的试剂存储器中释放试剂。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其进一步包括：

将处理过的样本收集在与装置的至少第二隔室连接的样本收集存储器中。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述生物样本选自由血液、血浆、血清、唾液、尿液、鼻咽拭子、口咽拭子和组织样本组成的群组。

15.如权利要求1至10中任一项所限定的装置用于处理待经历“组学”应用的生物样本的用途，特别地其中所述“组学“应用选自由基因组学、转录组学、蛋白质组学、脂质组学、糖组学、微生物组学和代谢组学组成的群组。