BR112020012748A2 - dispositivo de chip microfluídico para medições de força óptica e imagiologia de células usando configuração e dinâmica de chip microfluídico - Google Patents

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Colin Hebert
Christopher Field
Shweta Krishnan
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Abstract

A presente invenção se refere a uma configuração de chip microfluídico na qual ocorre uma injeção em uma direção vertical ascendente e recipientes de fluido são situados sob o chip a fim de minimizar a sedimentação de partículas antes e na porção de análise dos canais dos chips. A entrada e o fluxo de fluido ascendente através da parte inferior do chip, de acordo com um aspecto, são feitos mediante o uso de um coletor, o que evita uma reorientação ortogonal da dinâmica de fluidos. O conteúdo do frasco se localiza sob o chip e é bombeado no sentido vertical ascendente diretamente para o primeiro canal do chip. Um canal longo se estende da parte inferior do chip até a parte superior do chip, onde o canal faz uma pequena curva horizontal. O fluido é bombeado para uma porção de análise horizontal que é o ponto mais alto do canal / fluido no chip e, portanto, fica próximo da parte superior do chip, o que resulta em imagens mais nítidas. Um laser pode também suspender células ou partículas nesse canal durante a análise.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE CHIP MICROFLUÍDICO PARA MEDIÇÕES DE
FORÇA ÓPTICA E IMAGIOLOGIA DE CÉLULAS USANDO CONFIGURAÇÃO E DINÂMICAS DE CHIP MICROFLUÍDICO".
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da Técnica
[0001] A presente invenção refere-se, de modo geral, a um dispositivo e método para a análise e imagiologia de partículas ou células em fluidos, e, em particular, a um dispositivo e método para imagiologia de partículas para fluidos mediante o uso de forças de pressão, dinâmica de fluidos, eletrocinéticas e ópticas.
[0002] A presente invenção é direcionada a um chip microfluídico no qual ocorre uma injeção em uma direção vertical ascendente, e frascos de fluido ficam situados abaixo do chip a fim de minimizar a sedimentação de partículas antes e na porção de análise dos canais do chip.
[0003] Foram necessárias alterações nos projetos de chips microfluídicos existentes no sentido de implementar a presente invenção. Por exemplo, a fim de manter os frascos verticalmente alinhados ao chip, uma interface diferente com o chip teve de ser estabelecida em comparação com a interface existente na técnica anterior. Em termos específicos, em vez do tubo de entrada fazer interface com o chip por meio de uma porta fixada à face maior do chip (tal como normalmente feito nos sistemas de chip microfluídicos de laboratório) de maneira ortogonal e, em seguida, bombear um fluido primeiro através e depois no sentido ascendente do chip, a presente invenção tem a entrada do fluido vindo pela parte inferior do chip, de acordo com um aspecto, mediante o uso de um coletor, o que evitará a reorientação horizontal do fluido ou da dinâmica do fluido.
[0004] De acordo com a presente invenção, o conteúdo do frasco se localiza abaixo do chip e bombeado para cima e verticalmente diretamente para o primeiro canal do chip. Um canal longo se estende a partir da parte inferior do chip para próximo à parte superior do chip. Em seguida, o canal faz uma pequena curva horizontal, mas o novo canal é tão curto que quase anula qualquer influência de sedimentação de células devido à gravidade e à velocidade de fluxo zero nas paredes. Nesse caso, ao contrário da técnica anterior, o fluido é bombeado até a porção de análise. A porção de análise horizontal é, portanto, o ponto de canal / ponto fluídico mais alto no chip e, por conseguinte, fica próxima à parte superior do chip, o que resulta em menos material de chip (por exemplo, vidro) entre o microscópio / câmera e a amostra que a técnica anterior e, portanto, imagens mais nítidas. O laser também suspende as células nesse canal durante a análise, o que impedirá que as mesmas se sedimentem. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA:
[0005] De acordo com a técnica anterior, os frascos de chip microfluídico contendo células ou partículas a serem separadas e/ou analisadas ficam situados ao lado e são bombeados horizontalmente para dentro dos canais do chip microfluídico. Primeiramente, o conteúdo dos frascos (por exemplo, partículas ou células) é bombeado em uma direção vertical ascendente, depois faz uma volta em U para descer e, em seguida, é bombeado horizontalmente para dentro do chip. (Vide, por exemplo, a Patente dos Estados Unidos Nº 9.594.071).
[0006] A conexão ao chip é horizontal, a qual, combinada com o volume morto (espaço vazio nas conexões fluídicas que é até certo ponto inevitável) na conexão, resulta em uma significativa sedimentação adicional devido à gravidade. Essa configuração também requer um canal de diâmetro relativamente grande em função da conexão, que, além do volume morto, cria uma área de velocidade relativamente baixa, aumentando ainda mais o problema de sedimentação de partículas. O chip proposto de acordo com a presente invenção elimina a necessidade de um grande canal de entrada horizontal e uma mudança muito abrupta de um grande canal de entrada horizontal para o fluxo ascendente relativamente fino no primeiro canal de chip vertical. Essa configuração elimina a sedimentação horizontal e uma mudança desnecessária de direção que causa sedimentação. Fazer com que as células entrem na borda inferior do chip também resolve o problema da sedimentação no volume morto ao orientar o mesmo verticalmente com relação à gravidade de modo que as células ou partículas não possam se sedimentar no fundo de um canal horizontal, mas, sim, sejam constantemente orientadas para cima pelo fluxo. Isso não é intuitivo e exigiu muita experimentação no sentido de solucionar o problema antes de projetar a solução incorporada pela presente invenção. Os dispositivos microfluídicos atualmente disponíveis incorporam conexões personalizadas e comercialmente disponíveis sobre a superfície polida e na área maior do vidro, em contraste com a presente invenção, que, de modo geral, força quaisquer partículas, por exemplo, as células, contidas no fluxo de amostra a fazer uma curva imediata e se deslocar horizontalmente depois de entrar no chip.
[0007] Ainda de acordo com a técnica anterior, as células ou partículas fazem vários deslocamentos horizontais em um chip microfluídico antes de atingir o canal de análise, o que leva a uma sedimentação. No momento em que o conteúdo do frasco entra no chip e nos canais do chip, o conteúdo é bombeado horizontalmente em comparação com o canal vertical no chip. O canal, nesse caso, flui no sentido ascendente e faz uma curva longa horizontal, em cujo momento as células tendem a se sedimentar no fundo do canal devido à gravidade, além de experimentar uma menor velocidade na parede devido às condições de fluxo laminar. Em essência, devido ao perfil de velocidade parabólica, o fluxo é mais alto no meio de um canal e diminui para zero na ou próximo à parede do canal. Depois do primeiro canal horizontal no chip, o fluido faz uma curva no sentido descendente antes do canal de análise onde as partículas são imageadas ou separadas. Devido a essa configuração, existe uma distância relativamente grande entre o microscópio / câmera e o canal de análise. Nessa configuração típica da técnica anterior, as partículas são forçadas para baixo e, finalmente, saem pela parte inferior do chip.
[0008] Além disso, devido às restrições da técnica anterior, são necessários múltiplos deslocamentos horizontais, fazendo com que as células se sedimentem em vários locais nos canais. Isso, por sua vez, causa uma diminuição na qualidade da imagem devido à necessidade de produzir imagens através do material adicional na borda do chip. Os canais da técnica anterior no chip tinham de ser bombeados em uma direção vertical ascendente, depois na horizontal, em seguida em um modo em zigue-zague para uma adequada suspensão de células ou partículas, e depois para baixo e para fora do chip. Os canais em zigue- zague são evitados pela presente invenção.
[0009] A técnica anterior também existe em relação à renderização de imagens 3D de células ou partículas em um fluido. Por exemplo, a publicação de M. Habaza, M. Kirschbaum, C. Guernth-Marschner, G. Dardikman, |. Barnea, R. Korenstein, C. Duschl, N.T. Shaked, Adv. Sci. 2017, 4, 1600205, ensina como aprisionar uma célula, girar a mesma em alta velocidade, e usar interferometria para medir a distribuição do Índice de refração dentro de uma célula. A interferometria também foi usada para analisar células em canais microfluídicos (vide, por exemplo, a publicação de Y. Sung et al., Phys. Rev. Appl. 2014 Feb. 27; 1: 014002). A presente invenção, no entanto, reivindica a captura de várias imagens de uma célula ou partícula à medida que a mesma se desloca no fluxo de fluido e passa pelos planos focais do(s) dispositivo(s) de imagiologia, deste modo eliminando a necessidade de se aprisionar a célula a fim de renderizar uma imagem 3D. Outras técnicas foram ensinadas, tais como mover uma célula ou partícula mediante o uso de um estágio de translação mecânica (por exemplo, na publicação de N. Lue et al., Opt. Express 2008 Sep. 29; 16(20): 16240-6), em que nenhuma dessas técnicas usa imagens de campo claro, tal como descrito no presente documento, como também não utiliza um fluxo de fluido a fim de prover um posicionamento celular com relação ao plano focal da imagem.
[0010] Todas as referências da técnica anterior acima citadas são incorporadas a título de referência ao presente documento em sua totalidade.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0011] A presente invenção é direcionada a um chip microfluídico no qual ocorre uma injeção e os frascos de amostras ficam situados abaixo do chip a fim de minimizar a sedimentação de partículas. Sendo assim, o conteúdo do frasco se localiza abaixo do chip e é bombeado no sentido ascendente e verticalmente diretamente para dentro do canal do chip. Um canal longo se estende da parte inferior do chip até a parte superior do chip. Em seguida, o canal faz uma curva horizontal curta, mas o canal da presente invenção é suficientemente curto de modo a se tornar insignificante com relação a qualquer influência de sedimentação de células devido à velocidade de fluxo zero nas paredes do canal. Nesse caso, ao contrário do estado da técnica, a amostra é bombeada no sentido ascendente para a porção de análise. A porção de análise horizontal é, portanto, o ponto de canal / ponto fluídico mais alto no chip e, por conseguinte, fica próxima à parte superior do chip, o que resulta em menos vidro entre o microscópio / câmera do que mostrado na técnica anterior e, portanto, imagens mais nítidas. À distância do canal de análise com relação à parte superior do chip pode ser de 100 mícrons a 2 mm, porém até 100 mm, tal como de 100 mícrons a 200 mícrons, de 200 mícrons a 300 mícrons, de 300 mícrons a 400 mícrons, e assim por diante. De acordo com uma modalidade, depois da porção de análise do chip, a amostra, por exemplo, um fluido, células e/ou partículas, é bombeada no sentido descendente até a parte inferior do chip e forçada para fora.
[0012] A presente invenção é ainda direcionada a um chip microfluídico no qual deslocamentos horizontais são minimizados, especialmente no ponto em que um fluido entra nos canais do chip. Os chips da técnica anterior contêm cerca de 13 mm de canais horizontais (porções que não são de análise), dos quais cerca de 2 mm têm uma porta de injeção de diâmetro muito maior, o que estimulará uma sedimentação devido à baixa velocidade. O chip descrito no presente documento tem, de acordo com uma modalidade preferida, cerca de 0,2 a 3,0 mm de canais horizontais (de não análise), embora os canais horizontais possam variar em comprimento de 0,01 a 100,0 mm, por exemplo, de 0,01 mm a 0,02 mm, de 0,02 mm a 0,03 mm, de 0,038 mm a 0,04 mm, e assim por diante. Este é o resultado do sistema de canais da presente invenção e tem uma ordem de magnitude diferente da técnica anterior, melhorando o fluxo e propiciando a eliminação de sedimentação de células / partículas.
[0013] Outro aspecto da presente invenção é direcionado a um chip microfluídico no qual ocorre uma imagiologia e a análise é baseada no ou próximo a um canto do chip, em função do que, a partir de vários pontos de vista, a imagem é aprimorada uma vez que existe menos vidro e uma distância menor entre a câmera e o canal de análise. Isso também permitirá que uma quantidade maior de lentes objetivas seja usada a fim de melhorar uma imagem detalhada ao aumentar a sua ampliação. Tal aprimoramento de design diminui a distorção da imagem causada pelo vidro (ou outra substância que compõe o chip, tal como plástico ou qualquer outro material transparente ou semitransparente)
ou pela distância (por exemplo, devido às imperfeições de um vidro). À distância entre o dispositivo de imagiologia e o canal de análise pode ser de 100 mícrons a 2 mm, no máximo até 100 mm, tal como de 100 mícrons a 200 mícrons, de 200 mícrons a 300 mícrons, de 300 mícrons a 400 mícrons, e assim por diante.
[0014] Além disso, a presente invenção é direcionada a um chip de classificação microfluídica com uma separação a jusante de um canal de análise, permitindo o uso de pressão e/ou um laser (ou outra força óptica) simultaneamente ou sequencialmente separado a fim de ativar uma função de classificação. De acordo com um aspecto, o fluxo continuará a partir do canal de análise para a função de classificação. Por exemplo, as partículas serão direcionadas para um canal vertical e, em seguida, para um canal de classificação horizontal. De acordo com uma modalidade, uma força óptica e/ou pressão será aplicada na direção do fluxo com o canal de classificação a fim de empurrar as partículas através do canal. As partículas não diretamente atuadas pela força óptica serão desviadas para um canal alternativo devido, por exemplo, à gravidade, às forças eletrocinéticas, às forças magnéticas, às linhas de fluxo laminar, às linhas de fluxo, a uma menor taxa de fluxo, a uma força óptica ortogonal ou a um vácuo aplicado no sentido de aspirar as partículas para dentro do canal alternativo. De acordo com outro aspecto relacionado a um canal de classificação pós-análise, a presente invenção permite o direcionamento de uma força óptica a partir de um lado traseiro do chip (o laser ou a força óptica sendo orientada na mesma direção do fluxo) e, em alguns aspectos, a divisão deste laser primário. De acordo com essas modalidades, a força óptica e/ou pressão poderá ser aplicada na direção oposta ao movimento da substância através do canal, por exemplo, contra o fluxo, ou poderá ser aplicada na mesma direção que o movimento da substância no canal, por exemplo, de acordo com o fluxo. A classificação de células ou partículas pode ocorrer em um único dispositivo ou em um chip separado. Por exemplo, na Figura 1B, o quinto canal anterior ao tubo de saída 145, contém uma ou mais bifurcações a fim de possibilitar regiões de classificação únicas ou múltiplas.
[0015] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um coletor é conectado a um frasco de maneira que o tubo atravesse o coletor e se conecte a um frasco ou a outro vaso do outro lado que faz contato com a substância (por exemplo, um fluido) no frasco. O coletor permite que os frascos sejam conectados ao chip microfluídico, porém armazenados abaixo do chip, e/ou o coletor permite que o conteúdo dos frascos seja injetado a partir da parte inferior do chip, o que reduzirá vários problemas experimentados pela técnica anterior, tais como a sedimentação de células ou partículas quando o frasco ou um tubo que vem do frasco se conecta ou se comunica com o chip microfluídico.
[0016] De acordo com outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um suporte de chip microfluídico, este suporte de chip compreendendo uma estrutura para orientar uma fonte de luz, incluindo uma cavidade de prisma integrada, que quando instalada com um prisma faz com que a luz saia em um ângulo com relação ao chip, sendo este um método preferido para a iluminação de uma geometria restrita. De acordo com essas modalidades, a fonte de luz inclui, mas não se limita a, fibra óptica ou uma fonte de luz colimada ou focada. Esta fonte de luz é precisamente direcionada, ou orientada, ou direcionada para dentro do canal de análise, em particular.
[0017] De acordo com outro aspecto da presente invenção, o dispositivo inclui um segundo dispositivo de imagiologia orientado ortogonalmente para a primeira câmera e visualização do canal. Os motivos para a segunda câmera variam. De acordo com um aspecto, a razão para um segundo dispositivo de imagiologia é ajudar no alinhamento visual do laser ou da força óptica no canal de análise. De acordo com outro aspecto, com o uso do método tal como descrito no presente documento, os dados da primeira câmera poderão ser gravados. Com a segunda câmera, os dados poderão ser combinados com os dados da primeira câmera, resultando em dados adicionais que poderão ser usados a fim de, de maneira mais precisa, extrapolar a posição, o tamanho, a forma, o volume, etc. da célula. Essas informações adicionais sobre a mesma célula (ou partícula) aumentarão a precisão e o alcance das medições e análises. De acordo com um aspecto adicional, a segunda câmera, combinada com a primeira câmera, permitirá uma reconstrução 3D de uma célula ou partícula, ou de grupo de células ou partículas, fotografadas pela câmera ortogonal e por uma câmera no fluxo ou por uma câmera localizada no lado do chip. Com o uso do algoritmo descrito no presente documento ou em outros, inclusive com a inversão ou desaceleração do fluxo, e fazendo uma ou mais imagens de uma célula ou partícula em específico, ou grupo de células ou partículas, a presente invenção permite que múltiplas imagens sejam analisadas e processadas, deste modo possibilitando a determinação de características / atributos / medições quantitativas, tais como volume de célula, formato de célula, localização de núcleo, localização de organelas ou corpos de inclusão, etc. De acordo com um outro aspecto da presente invenção, uma câmera é orientada de modo a fotografar no eixo geométrico, ou seja, na direção do fluxo.
[0018] De acordo com um aspecto, a presente invenção não requer um canal em serpentina ou em zigue-zague, tal como preferido de acordo com a técnica anterior, no sentido de manter as partículas adequadamente suspensas. Devido à natureza vertical do fluido e das partículas ou células que são injetadas no chip, o canal em zigue-zague será evitado pelas partículas bombeadas verticalmente integradas que fluem diretamente através do canal para o primeiro canal horizontal (nesse caso, referido como o segundo canal).
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0019] Os desenhos em anexo ilustram certos aspectos de algumas modalidades da presente invenção e não devem ser usados no sentido de limitar ou definir a presente invenção. Juntamente com o presente relatório descritivo, os desenhos servem para explicar determinados princípios da presente invenção.
[0020] A Figura 1A é um diagrama ilustrando uma visão geral da configuração do dispositivo, incluindo o chip, o coletor e os frascos. À Figura 1B é um diagrama que mostra certas ilustrações das orientações e locais dos canais de chip.
[0021] As Figuras 2A e 2B ilustram diagramas que mostram o suporte de chip microfluídico de acordo com a presente invenção.
[0022] As Figuras 3A e 3B são um diagrama que ilustra os ângulos e aspectos do suporte de chip de acordo com a presente invenção.
[0023] As Figuras 4A e 4B são diagramas mostrando exemplos do caminho da célula e da configuração de imagens relacionadas ao chip. A Figura 4C é um diagrama que mostra um caminho de célula alternativo.
[0024] A Figura 5 é um diagrama que mostra imagens em múltiplos planos do chip e como o mesmo pode ser usado no sentido de renderizar informações e imagens 3D.
[0025] As Figuras 6A e 6B são diagramas que mostram imagens em múltiplos planos do chip no fluxo de fluido, e como o mesmo pode ser usado no sentido de renderizar uma imagem 3D.
[0026] A Figura 7 é um diagrama que mostra como uma célula pode ser aprisionada e/ou equilibrada dentro da porção de análise do chip e fotografada a partir de vários ângulos.
[0027] A Figura 8 é um diagrama que mostra como uma câmera e uma fonte de iluminação podem ser colocadas alinhadas ao laser e a uma direção de fluxo, de tal modo que as partículas possam se movimentar para fora da câmera.
[0028] A Figura 9 é um diagrama que mostra como uma câmera e uma fonte de iluminação podem ser colocadas alinhadas ao lasere a uma direção de fluxo, de tal modo que as partículas possam se mover na direção da câmera.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0029] A presente invenção é descrita com referência a modalidades particulares de diversas características. Tornar-se-á evidente às pessoas versadas na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na prática da presente invenção sem se afastar do âmbito de aplicação ou espírito da presente invenção. Uma pessoa versada na técnica poderá reconhecer que essas características podem ser usadas individualmente ou em qualquer combinação com base nos requisitos e especificações de um determinado aplicativo ou projeto. Modalidades que compreendem várias características podem também consistir ou consistir essencialmente dessas várias características. Outras modalidades da presente invenção tornar-se-ão evidentes às pessoas versadas na técnica a partir da consideração desse relatório descritivo e prática da presente invenção. A descrição da presente invenção provida é meramente exemplar ou explicativa por natureza e, sendo assim, variações que não se afastam da essência da presente invenção são concebidas como dentro do âmbito de aplicação da presente invenção.
[0030] Antes de explicar em detalhe pelo menos uma modalidade da presente invenção, deve-se entender que a presente invenção não está limitada, em sua aplicação, aos detalhes de construção e disposição dos componentes apresentados no relatório descritivo a seguir ou ilustrados nos desenhos. A presente invenção é capaz de outras modalidades ou de ser praticada ou realizada de várias maneiras. Além disso, deve-se entender que a fraseologia e terminologia empregadas no presente documento são para fins de descrição e não devem ser consideradas como limitantes da presente invenção.
[0031] Em seguida, com referência às figuras, a Figura 1A mostra uma visão geral do dispositivo tal como ensinado no presente documento. Os frascos de amostra 130 ficam situados abaixo do chip microfluídico 100 (que também pode ser de modo geral referido como um substrato no presente documento) e não são limitados em termos de número de frascos ou tamanhos. Os frascos são configurados de modo a conter qualquer tipo de amostra que possa se mover através do dispositivo, tal como uma ou mais substâncias, incluindo, mas sem ficar limitadas a, um ou mais fluidos, líquidos, gás, plasma, soro, sangue, células, plaquetas, partículas, etc., ou suas combinações. No contexto do presente relatório descritivo, o termo fluido ou amostra pode ser usado genericamente de modo a se referir a uma ou mais substâncias. Os frascos são conectados direta ou indiretamente, como, por exemplo, com o uso indireto do tubo de ar 110 em comunicação operável com a parte inferior do chip. Os frascos podem também ser conectados por meio de um coletor 120, tal como mostrado em mais detalhe na Figura 1A. A Figura 1B mostra uma modalidade preferida do chip microfluídico 100, por meio do qual uma substância, fluido, partículas e/ou células é / são injetadas em uma superfície externa, por exemplo, uma borda, do chip microfluídico (vide o plano XZ na Figura 1B). A injeção é mostrada na Figura 1B ao longo de uma das faces compartilhadas pela menor distância, tal como a face XZ ou a face XY. De acordo com essa modalidade em particular, o comprimento do lado X 160 é menor que o comprimento do lado Y 170 e o comprimento do lado Z 180. Essa configuração permite que uma amostra apresente um desvio mínimo ao entrar nos canais do chip (por exemplo, nenhuma curva à direita ser necessária tal como no caso de modo geral revelado no atual estado da técnica).
[0032] Na Figura 1A, um coletor 120 é mostrado conectando o frasco ou frascos 130 ao chip microfluídico 100 de modo que a substância, fluido, partículas e/ou células possam ser injetadas ou bombeadas para dentro do chip microfluídico na direção vertical e ascendente. O coletor permite a injeção de substâncias a partir da parte inferior do chip, além de posicionar os componentes eletrônicos, sensores de fluxo e tubos (de líquidos e de ar) de forma a minimizar a sedimentação das células, o que otimizará a produtividade. O tubo de ar provê pressão ou vácuo, os quais, quando selados, propiciará um sistema fechado dentro dos limites do aparelho coletor. De acordo com uma modalidade, há uma distância entre o(s) frasco(s) e o coletor, indicando que não há vedação e que a pressão do volume interno é atmosférica. Isso permitirá o bombeamento de substâncias a partir do ou para um recipiente aberto à atmosfera (em que um vácuo é necessário para bombear a partir de um recipiente aberto). O coletor posiciona os equipamentos eletrônicos, os sensores de fluxo e o tubo (de líquido ou ar) de maneira a minimizar a sedimentação das células, o que otimizará a produtividade.
[0033] Ao injetar o conteúdo a partir da parte inferior do chip, a presente invenção minimiza o movimento horizontal no tubo de entrada 140 e no tubo de saída 145, o que causa problemas como a sedimentação de partículas ou células no(s) canal (canais) 150. O tubo de saída é desviado do tubo de entrada, neste exemplo, nas dimensões Z e X (Figura 1B). De acordo com essas modalidades, o tubo de saída se encontra deslocado, não deslocado, reto, alinhado ou angulado com relação ao tubo de entrada. Essa configuração evita a necessidade de canais verticais em serpentina ou em zigue-zague, uma vez que a configuração da presente invenção soluciona os problemas relacionados à sedimentação, tais como ocorrem na técnica anterior, por exemplo, no caso em que um fluido combinado com células e/ou partículas é injetado ou bombeado para dentro do chip a partir do lado em uma direção horizontal que, em seguida, deverá mudar a direção e a dinâmica do fluido a ser empurrado para cima. O coletor e a injeção a partir da parte inferior do chip também permitem que elementos, componentes, máquinas, ou hardware adicionais sejam colocados abaixo do chip (vide Figura 1A).
[0034] O coletor 120 funciona por meio do ajuste da pressão do ar acima do conteúdo do frasco e da provisão de uma geometria correta para os sensores de fluxo e equipamentos eletrônicos. Tubos, tais como tubos de fluido ou ar, passam através do coletor e se conectam a um frasco do outro lado. O ar pressurizado passa através de um lado do coletor e cria um sistema pressurizado fechado dentro do coletor. Ao ajustar a pressão na região fechada, o sistema permitirá alterações em parâmetros, tais como velocidade de fluxo e dinâmica dos fluidos. À região pressurizada se situa no(s) frasco(s) 130 e no coletor 120. De acordo com outro aspecto, nenhuma conexão de ar se faz necessária ao frasco, uma vez que o mesmo é aberto à atmosfera ambiente. Isso permitirá a amostragem de uma maior variedade de recipientes e fontes. De acordo com essa modalidade, um vácuo é aplicado ao outro um ou mais frascos de tal modo que um diferencial de pressão seja criado no sentido de direcionar o fluxo de fluido a partir de um recipiente aberto.
[0035] De acordo com uma modalidade, é usada uma injeção de amostra baseada em pressão. Os frascos são enchidos com uma amostra de um fluido e selados com uma tampa ou tubo conectado ao chip. Antes da fixação à tampa, o frasco poderá ser aberto ao ar ou selado com um septo ou outro dispositivo estanque ao gás. De acordo com um aspecto, a tampa poderá conter duas conexões, uma para um fluido, tal como gás, e outra para um líquido. Opcionalmente, essa modalidade de método inclui ainda a provisão de uma ponta de linha de entrada de amostra que se comunica com uma linha de entrada de amostra que se comunica com o primeiro canal.
[0036] De acordo com uma outra modalidade, uma injeção de amostra à base de vácuo é usada. Os frascos são enchidos com uma amostra de um fluido e selados com uma tampa ou tubo conectado ao chip. Antes da fixação à tampa, o frasco poderá ser aberto ao ar ou selado com um septo. De acordo com um aspecto, a tampa poderá conter duas conexões, uma para um fluido, tal como gás, e outra para um líquido. Opcionalmente, o fluido poderá ser aspirado a partir de um frasco aberto para a atmosfera por meio da aplicação de uma pressão de vácuo a um ou mais dos demais frascos. Opcionalmente, a modalidade de método inclui ainda a provisão de uma ponta de linha de entrada de amostra que se comunica com uma linha de entrada de amostra que se comunica com o primeiro canal.
[0037] Nas Figuras 2A e 2B e 3A e 3B, um suporte de chip 200, 300 é mostrado. O suporte de chip compreende uma estrutura para a orientação de uma fonte de luz 210, tal como uma fonte de luz de fibra óptica, um diodo emissor de luz, ou laser, e uma cavidade de prisma integrada 220, 320 que pode ser encaixada em um prisma. A fonte de luz é orientada ou alinhada por meio de uma estrutura ou canal integrado 240 dentro do suporte de chip até o local desejado. O espaço embutido para a fonte de luz de fibra óptica permitirá uma iluminação, tal como um cone de iluminação 250, mesmo ainda em ambientes geométricos restritos, tais como em um chip microfluídico 230, 330 ou em um canal de um chip microfluídico. Essa fonte de luz é direcionada, ou orientada ou focada de maneira precisa no canal de análise 260 em particular, de acordo com um aspecto preferido. De acordo com uma modalidade preferida, o suporte de chip inclui um espaço embutido para um prisma 220, 320 e para a fonte de luz de fibra óptica 210, permitindo iluminação em uma geometria restrita. O chip inclui ainda orifícios ou aberturas na parte inferior do suporte 350 a fim de alinhar com precisão o tubo fluídico, tal como descrito no presente documento. De acordo com uma modalidade, parafusos ajustáveis são integrados nos orifícios roscados 360 de uma ou mais faces para um alinhamento adequado.
[0038] A Figura 4A é uma modalidade preferida do chip microfluídico 400 tal como descrito no presente documento. Tal como mostrado, o fluido, primeiramente, se desloca no sentido ascendente em uma direção vertical através de um primeiro canal 410 e depois se comunica com um segundo canal horizontal 420. Um outro canal vertical 430 leva o fluido para ainda mais perto da parte superior do chip, em cujo ponto um quarto canal 440 fica horizontal e, tal como mostrado na Figura 4, compreende o canal de análise. Os canais ficam em comunicação operacional entre si de modo a permitir que uma amostra se desloque através do sistema de um canal para outro. De acordo com essas modalidades, a amostra poderá fluir do primeiro canal para o segundo canal, para o terceiro canal, e para o quarto canal, ou ao contrário, ou em combinações dos mesmos. Um aparelho de bomba e/ou vácuo poderá ser provido de modo a prover pressão positiva e/ou negativa em uma das ou em ambas as aberturas e saídas dos canais a fim de permitir o movimento das substâncias através dos canais. O canal de análise fica próximo a uma ou mais superfícies externas do substrato, por exemplo, às faces, bordas ou lados do chip. Por exemplo, o canal de análise, de acordo com essa configuração, fica próximo à parte superior e lateral do chip, deste modo melhorando a imagiologia e análise através da substância do chip microfluídico. De acordo com modalidades preferidas, o canal de análise é de cerca de 1 mm a cerca de 2 mm a partir da parte superior e lateral do chip. No entanto, a distância do canal de análise a partir da parte superior do chip poderá ser de 0,1 mm a 100 mm, por exemplo, de 0,1 mm a 0,2 mm, de 0,2 mm a 0,3 mm, de 0,3 mm a 0,4 mm, e assim por diante. Dito de outra maneira, o canal de análise poderá ser disposto dentro da parte superior
50 %, 33 %, 25 %, 10 % ou 5 % do substrato. O comprimento do canal de análise horizontal, de acordo com a presente invenção, poderá ser de cerca de 250 mícrons a cerca de 10 mm. No entanto, o comprimento do canal de análise poderá ser de 100 mícrons a 100 mm, por exemplo, de 0,1 mm a 0,2 mm, de 0,2 mm a 0,3 mm, de 0,3 mm a 0,4 mm, e assim por diante. Dito de outra maneira, o comprimento do canal de análise poderá ser de cerca de 75 % ou menos da altura, largura ou comprimento do substrato / chip, por exemplo, 50 % ou menos, 33 % ou menos, 25 % ou menos, 10 %, ou 5 % ou menos da altura, largura ou comprimento do substrato / chip.
[0039] Na Figura 4B, são mostrados dois dispositivos de imagiologia 450, tais como câmeras de visão mecânica. De acordo com uma modalidade, uma câmera pode ficar situada acima do chip e ser orientada ortogonalmente com relação ao canal de análise. De acordo com uma outra modalidade, uma câmera pode ficar situada ao lado do chip e ser orientada ortogonalmente à direção do fluxo ou diagonal à direção do fluxo (por exemplo, acima do canal, abaixo do canal, ou em ângulos laterais) do canal. De acordo com essas modalidades, a câmera pode ser posicionada de tal modo que a imagem seja feita em qualquer ângulo em relação ao fluxo de uma ou mais substâncias, tal como ortogonal ou a 90 graus com relação ao fluxo de uma ou mais substâncias, ou tal como de O a 90 graus, ou de 10 a 80 graus, ou de a 60 graus, e assim por diante. De acordo com uma outra modalidade, duas ou mais câmeras poderão ser usadas no sentido de criar imagens de células ou partículas no canal de análise. Por exemplo, uma câmera poderá se situar acima do chip e ser orientada ortogonalmente ao canal de análise. Uma segunda câmera poderá se situar ao lado do chip e ser orientada ortogonalmente à direção do fluxo ou diagonal à direção do fluxo (tal como acima do canal, abaixo do canal ou em ângulos ao lado do canal). Tal como ilustrado na Figura 4B, uma ou mais fontes de luz 460 poderão ser usadas no sentido de iluminar o canal de análise 440, e essas fontes de luz poderão se situar abaixo do chip e iluminar para cima, ao lado do chip e iluminar na direção do fluxo ou contra a direção do fluxo, acima do chip e iluminar para baixo, ou diagonalmente ao canal de análise.
[0040] De maneira alternativa, um espelho dicroico 840 ou outro elemento óptico apropriado poderá ser usado no sentido de desviar seletivamente uma faixa de luz de um comprimento de onda específico, ao mesmo tempo permitindo que outros comprimentos de onda passem, tal como mostrado na Figura 8. Isso permitirá que as câmeras 810 fiquem alinhadas ao canal de análise. Tal como ilustrado nas Figuras 8 e 9, várias modalidades dessa situação ocorrem, incluindo a colocação do laser de força óptica 830 e da câmera 810 nas mesmas extremidades ou nas extremidades opostas da região de análise. Uma fonte de iluminação 860 para a câmera poderá também ser necessária e poderá ser orientada de diversas maneiras, tal como mostrado nas Figuras 8 e
9. A fonte de luz poderá ser uma fonte de amplo espectro, tal como uma ou mais lâmpadas de LED ou uma fonte de estreito espectro, tal como um laser. A câmera poderá ser usada como uma câmera única ou como parte de um sistema de múltiplas câmeras em combinação com outros pontos de visualização, tal como descrito no presente documento.
[0041] Tal como ainda ilustrado na Figura 4A, uma fonte de luz 480, tal como um laser, poderá ser usada no sentido de afetar o fluxo de células. O laser poderá ser colocado alinhado ao fluxo de células ou contrário ao fluxo de células. O laser poderá também ser colocado e/ou orientado ortogonal ou diagonalmente ao fluxo de células.
[0042] Uma modalidade da presente invenção inclui um dispositivo para análise de partículas. (Vide, por exemplo, Figuras 4 a 9.) À modalidade da presente invenção inclui pelo menos uma câmera 450 para a captura de imagens de partículas ou células nos canais microfluídicos (por exemplo, 440). De acordo com uma modalidade, é incluído um laser ou outra força óptica 480, tal como uma fonte de luz colimada operável de modo a gerar pelo menos um feixe de fonte de luz colimada.
O pelo menos um feixe de fonte de luz colimada inclui pelo menos um feixe em seção transversal.
A modalidade da presente invenção inclui um substrato com um primeiro canal 410 que se estende na direção vertical do substrato, de tal modo que um primeiro plano atravesse o primeiro canal 410 substancialmente ao longo do seu comprimento, em função do que a amostra de fluido é injetada no substrato / chip a partir da parte inferior do chip e é forçada por meio de uma pressão positiva ou negativa no sentido ascendente.
A modalidade da presente invenção inclui um segundo canal 420 ortogonal ao primeiro canal e, por conseguinte, disposto horizontalmente no substrato, de tal modo que um segundo plano atravesse o segundo canal 420 substancialmente ao longo do seu comprimento, e que o segundo plano fique disposto ortogonalmente ao primeiro plano.
Este segundo canal fica na direção horizontal do chip.
O segundo canal se comunica direta ou indiretamente com o primeiro canal.
O segundo canal se comunica direta ou indiretamente com um terceiro canal vertical curto no sentido ascendente 430 que leva a rede de canais para mais perto da parte superior do chip.
O terceiro canal se comunica direta ou indiretamente com um quarto canal horizontal 440 que se localiza próximo ao topo e/ou no canto do chip.
De acordo com uma modalidade preferida, o quarto canal é o canal mais próximo da parte superior do chip.
De acordo com uma modalidade, o quarto canal é um canal de análise.
De acordo com um aspecto, uma câmera 450 é orientada ortogonalmente à direção do fluxo no quarto canal.
A modalidade da presente invenção inclui um bocal de fluxo de partículas focado operativamente conectado ao primeiro canal.
De acordo com um outro aspecto da presente invenção, o segundo canal sofre uma alteração de tamanho e passa através de um bocal antes de se comunicar com o terceiro canal.
[0043] A Figura 4C mostra uma outra modalidade de caminho de amostra do chip microfluídico. Tal como mostrado, o fluido se desloca no chip primeiro no sentido ascendente em uma direção vertical através de um primeiro canal 410, canal esse que, em seguida, se comunica direta ou indiretamente com um segundo canal horizontal 420, neste exemplo, na parte superior do chip e compreende o canal de análise nessa modalidade. O canal de análise, de acordo com essa configuração, fica próximo à parte superior do chip, desta maneira melhorando a imagiologia e análise através da substância do chip microfluídico. De acordo com modalidades preferidas, o canal de análise é de cerca de 1 mm a cerca de 2 mm a partir da parte superior e lateral do chip. No entanto, a distância do canal de análise a partir da parte superior do chip poderá ser de 0,1 mm a 100 mm, tal como de 0,1 mm a 0,2 mm, de 0,2 mm a 0,3 mm, de 0,3 mm a 0,4 mm, e assim por diante. Dito de outra maneira, o canal de análise poderá ser disposto dentro da parte superior 50 %, 33 %, 25 %, 10 % ou 5 % do substrato. O comprimento do canal de análise horizontal de acordo com a presente invenção poderá ser de cerca de 250 mícrons a cerca de 10 mm. No entanto, o comprimento do canal de análise poderá ser de 100 mícrons a 100 mm, tal como de 0,1 mm a 0,2 mm, de 0,2 mm a 0,3 mm, de 0,3 mm a 0,4 mm, e assim por diante. Dito de outra maneira, o comprimento do canal de análise poderá ser de cerca de 75 % ou menos da altura, largura ou comprimento do substrato / chip, tal como 50 % ou menos, 33 % ou menos, 25 % ou menos, 10 %, ou 5 % ou menos da altura, largura ou comprimento do substrato / chip. De acordo com essas modalidades, o substrato poderá compreender um ou mais canais de análise, tais como 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 canais de análise.
[0044] Tal como ainda ilustrado na Figura 4C, uma fonte de luz 480, tal como um laser, poderá ser usada no sentido de afetar o fluxo de substâncias, tal como o fluxo de células. O laser poderá ser colocado alinhado ao fluxo de células ou contrário ao fluxo de células. O laser poderá também ser colocado e/ou orientado ortogonal ou diagonalmente com relação ao fluxo de células.
[0045] Nas Figuras 1 e 4, um fluxo de fluido contendo células ou partículas é direcionado através de um primeiro canal vertical. A uma ou mais substâncias (fluido, células e/ou partículas) entram através da parte inferior do chip em uma abertura do primeiro canal e entram no substrato na direção vertical. O primeiro canal vertical tem entre 100 mícrons e 100 mm de comprimento, tal como de 0,1 mm a 0,2 mm, de 0,2 mm a 0,3 mm, e assim por diante. O primeiro canal é seguido por um segundo canal ortogonal / horizontal, que, de acordo com uma modalidade preferida, é mais curto que o primeiro canal. O segundo canal pode ter um comprimento de 250 mícrons a 100 mm, tal como de 0,25 mm a 0,5 mm, de 0,5 mm a 0,75 mm, de 0,75 mm a 1,0 mm, e assim por diante. Um terceiro canal se projeta verticalmente e paralelo ao primeiro canal. O terceiro canal pode ter um comprimento de 50 mícrons a 100 mm, tal como de 0,05 mm a 0,1 mm, de 0,1 mm a 0,15 mm, de 0,15 mm a 0,2 mm, e assim por diante. Os canais são dispostos em comunicação operacional, direta ou indiretamente, de tal modo a permitir que uma ou mais substâncias se movam através de múltiplos canais. A direção típica do fluxo de fluido é dada pelas setas de fluxo nas Figuras 4A e 4C, mas poderá ser invertida.
[0046] De acordo com modalidades preferidas, o quarto canal compreende o canal de análise, que é um canal de 250 mícrons a 100 mm de comprimento, tal como de 0,25 mm a 0,5 mm, de 0,5 mm a 0,75 mm, de 0,75 mm a 1,0 mm, e assim por diante. De acordo com essa modalidade, o quarto canal é o canal mais próximo da parte superior do chip. A distância do quarto canal a partir da parte superior do chip, medida no sentido vertical, poderá ser de 100 mícrons a 2 mm, mas no máximo de até 100 mm, tal como de 100 mícrons a 200 mícrons, de 200 mícrons a 300 mícrons, de 300 mícrons a 400 mícrons, e assim por diante. Dito de outra maneira, o quarto canal poderá ser disposto dentro da parte superior 50 %, 33 %, 25 %, 10 % ou 5 % do chip. O dispositivo de imagiologia, tal como uma câmera, poderá ser orientado ortogonalmente ao quarto canal e cerca de 100 mícrons a 2 mm a partir do quarto canal, porém no máximo até 100 mm a partir do quarto canal, tal como de 100 mícrons a 200 mícrons, de 200 mícrons a 300 mícrons, de 300 mícrons a 400 mícrons, e assim por diante.
[0047] De acordo com uma modalidade, um laser ou outra fonte óptica se encontra presente com um elemento de lente de focalização. A Figura 4A ilustra a presente invenção com o laser 480 operando, emitindo um feixe de laser, direcionando o feixe através de um elemento de lente de focalização para o quarto canal de fluxo 440. As partículas são alinhadas dentro do feixe de laser devido à força de gradiente que atrai partículas em direção à região de maior intensidade de laser. À força de dispersão de laser impulsiona as partículas na direção da propagação de feixe de laser (por exemplo, da esquerda para a direita na Figura 4A).
[0048] De acordo com uma outra modalidade, uma segunda câmera ou dispositivo de captura de imagem (vide 450), além da câmera ou dispositivo de captura de imagem orientado ortogonalmente ao quarto canal, é orientada para o lado do canal de análise (ou quarto canal), no presente caso, e direcionada ortogonalmente ou em qualquer ângulo com relação ao quarto canal; por exemplo, tal como ilustrado na Figura 4B. A captura de uma imagem de cada célula em vistas ortogonais permitirá que várias propriedades de célula, por exemplo, tamanho e forma, sejam calculadas em duas dimensões, aumentando a quantidade de informações que podem ser capturadas para cada célula. Isso também possibilitará o cálculo das propriedades volumétricas das células, incluindo volume total, forma, e fornecerá informações sobre células que não são simétricas sobre o eixo geométrico paralelo à direção do fluxo (o eixo Z, tal como ilustrado na Figura 5). Com o uso de duas ou mais câmeras, um modelo 3D básico da célula 550 poderá ser construído combinando as imagens ortogonais com o uso, por exemplo, dos algoritmos de reconstrução 3D existentes, tais como o método da teoria de difração ou o método de rotação de iluminação. Um modelo 3D e a análise de um modelo 3D permitirão uma análise mais precisa da célula, tal como tamanho, forma, orientação, além de outras medidas quantitativas e qualitativas com relação à(s) partícula(s) ou célula(s) no quarto canal do chip microfluídico.
[0049] Na Figura 5, é mostrada uma porção do canal de análise 540 a partir de dois planos diferentes, tais como os planos que podem ser imageados a partir de um dispositivo de imagiologia (vide, por exemplo, a Figura 4). No primeiro plano 520, uma parte da célula ou partícula 510 é imageada em uma determinada orientação. No segundo plano 530, outra parte da mesma célula ou partícula é imageada a partir de uma perspectiva diferente com relação à outra câmera. Isso permitirá o cálculo de múltiplas propriedades de célula, criando uma matriz de dados por célula por câmera e uma representação 3D da célula ou partícula 550.
[0050] À medida que diferentes porções da célula passam pelos planos focais (por exemplo, 630 (o plano focal XZ) e 640 (o plano focal YZ)) do(s) dispositivo(s) de imagiologia, diferentes cortes de imagem da célula poderão ser visualizadas conforme a célula se move, por exemplo, pelo fluxo de fluido 620. Isso é mostrado na Figura 6A. Na Figura 6A, partes da célula ou partícula são imageadas em vários pontos no tempo e/ou espaço em diferentes orientações e diferentes perspectivas. Nesse exemplo, à medida que a célula se move e gira através do plano focal, a mesma aparecerá com um tamanho diferente nas sucessivas imagens (tais como as quatro imagens exemplares por plano de duas câmeras diferentes, tal como mostrado na Figura 6A). O uso de algoritmos de reconstrução 3D permitirá uma renderização 3D mais complexa 650 da partícula ou célula. A partir de tal renderização, certos atributos da célula ou partícula poderão ser extrapolados, tais como tamanho de célula, volume, localização e tamanho do núcleo, bem como de outras organelas, e medição ou delineamento da topografia celular. Além disso, a rotação celular poderá ser medida como uma função do torque baseado na força óptica devido às alterações nas propriedades biofísicas ou bioquímicas, incluindo, mas não se limitando a, índice de refração, birrefringência ou forma ou morfologia da célula.
[0051] A Figura 6B ilustra imagens multiplanos no chip com várias imagens da mesma célula que é fotografada ao longo de um tempo, à medida que a célula se move através do plano focal, por exemplo. Nesses casos, uma visualização da célula é referida na técnica como um "corte" ou "corte de imagem". Um corte de imagem tem efetivamente a espessura do plano óptico que está sendo imageado. A espessura do plano da imagem, ou corte de imagem, é determinada, entre outras coisas, pela ampliação óptica do sistema de imagem. Em ampliações maiores, a distância de trabalho da lente objetiva diminui, resultando na necessidade de posicionar a lente mais próxima da célula ou partícula a ser imageada. De acordo com uma modalidade, um laser ou outra força óptica 670 poderá ser usada no sentido de afetar o fluxo da célula no canal de análise. De acordo com uma modalidade preferida, células ou partículas podem ser propositalmente induzidas para dentro ou para fora do plano focal do canal para imagiologia, tanto por meio da movimentação do laser e/ou câmera, ou do ajuste do(s) fluxo(s), como também por meio de um posicionamento usando um foco hidrodinâmico. Por exemplo, a fonte de laser poderá ser movida a uma distância 660 usando, por exemplo, um atuador piezelétrico ou estágio optomecânico elétrico linear. Isso poderá ser realizado em uma base por célula ou por população. O foco hidrodinâmico das células poderá ser alterado no sentido de afetar a posição inicial e a trajetória das células. Por exemplo, as partículas poderão ficar alinhadas ou ser orientadas no plano focal dentro de um feixe de laser devido à força de gradiente que atrai as partículas em direção à região de maior intensidade de laser. A força de dispersão de laser impulsiona as partículas na direção da propagação de feixe de laser. Vide Figura 6B. A movimentação do laser, nesse caso, no eixo geométrico X, permitirá a geração de imagens de características em diferentes partes da célula, ilustradas pelo disco 680. Essas imagens poderão representar, por exemplo, o núcleo, organelas, corpos de inclusão, além de outras características da célula ou partícula. O laser puxa a célula para o seu centro como resultado da força de gradiente. É ainda contemplado que duas ou mais câmeras poderão aumentar os detalhes e a precisão.
[0052] Uma modalidade da presente invenção mostrada na Figura 7 é um modo estático no qual a partícula ou célula 710 é parada em um específico local de retenção diferencial ao equilibrar as forças ópticas 730 e as forças fluídicas 735. A força óptica poderá ser aplicada, por exemplo, por um laser ou fonte de luz colimada. As imagens podem ser fotografadas em vários planos, tal como mostrado e descrito nas Figuras 5, 6A e 6B. Um sensor de fluxo é usado para medir a taxa de fluxo na qual cada partícula fica imóvel no fluxo para uma determinada potência de laser. Uma vez que as forças ópticas e fluídicas são equilibradas, a força de arrasto fluídico (ou seja, com base na taxa de fluxo e dimensão do canal) será igual à força óptica. As propriedades de cada célula poderão ser sequencialmente medidas desta maneira. Embora este não seja um sistema de medição de alta produtividade, esta modalidade da presente invenção permitirá uma observação mais atenta e uma imagiologia mais precisa da célula aprisionada, como também das alterações dinâmicas na força óptica resultantes de alterações bioquímicas ou biológicas em uma célula. Fluxos de reagentes contendo produtos químicos, bioquímicos, células ou outros agentes biológicos padrão poderão ser introduzidos nos canais de fluxo a fim de interagir com a(s) célula(s) aprisionada(s). Esses processos dinâmicos poderão ser quantitativamente monitorados por meio da medição das alterações na força óptica durante experimentos em uma única célula ou células.
[0053] De acordo com uma modalidade, uma câmera ou outro dispositivo de imagiologia é orientado e/ou focado no fluxo ou no fluxo oposto ao fluxo do canal de análise, de tal modo que a câmera ou dispositivo de imagiologia fique alinhado ou paralelo ao fluxo. (Vide, por exemplo, Figuras 8 e 9.) A Figura 8 mostra uma câmera 810 alinhada ao canal de análise 820 e ao laser ou à fonte de luz colimada 830 Um espelho dicroico ou dispositivo similar 840 reflete a luz de laser 835 para fora da câmera a fim de evitar danos, mas passa a luz 865 produzida pela fonte de iluminação 860 a fim de permitir uma imagiologia. À câmera é orientada paralela ao fluxo de fluido 870 de tal modo que as células ou partículas 880 possam, de acordo com uma modalidade, se mover para fora da câmera. A fonte de iluminação é orientada ortogonalmente ao canal e ao laser. Um segundo elemento dicroico 845 que passa a luz de laser e reflete a luz de iluminação é usado no sentido de direcionar a luz de iluminação e a luz de laser através do canal. Uma modalidade alternativa desta configuração alterna os locais do laser e da fonte de iluminação, de tal modo que o laser fique ortogonal ao canal e que a fonte de iluminação fique paralela ao canal. O segundo elemento dicroico poderá ainda direcionar a luz de laser e a luz visível através do canal.
[0054] Uma modalidade alternativa é mostrada na Figura 9. Nesse caso, a câmera ou o dispositivo de imagiologia 910 é orientado de tal modo que as células ou partículas 980 possam se deslocar em direção à câmera no fluxo de fluido 970. Sendo assim, a câmera e o laser 930 ficam no mesmo lado do canal, enquanto que a fonte de iluminação 960 fica na extremidade oposta do canal. Dois elementos dicroicos 940 e 945 são usados de modo a direcionar uma luz de laser 935 ou uma luz de iluminação 965 para dentro do canal, direcionar a luz de iluminação para a câmera e desviar a luz de laser da fonte de iluminação. Uma modalidade alternativa desta configuração alterna os locais do laser e da câmera de tal modo que o laser fique ortogonal ao canal e que a fonte de iluminação fique paralela ao canal. O segundo elemento dicroico 945, nesse caso, direcionará a luz de laser através do canal e a luz de iluminação para a câmera.
[0055] Opcionalmente, a modalidade da presente invenção inclui ainda pelo menos um elemento óptico entre uma fonte de força óptica e o dito quarto canal, e operável no sentido de produzir um feixe de modo TEM» (eletromagnético transversal) padrão, um feixe de modo TEMo1 padrão, um feixe de modo TEM padrão, um modo de feixe Hermite- Gaussiano padrão, um modo de feixe Laguerre-Gaussiano padrão, um feixe de Bessel, ou um feixe multimodal padrão. Opcionalmente, o pelo menos um elemento óptico inclui uma lente cilíndrica padrão, uma lente axicon padrão, um espelho côncavo padrão, um espelho toroidal padrão, um modulador de luz espacial padrão, um modulador acústico- óptico padrão, um conjunto de espelhos piezelétricos padrão, um elemento óptico difrativo, uma placa de quarto de onda padrão, e/ou uma placa de meia onda padrão. Opcionalmente, a fonte de força óptica poderá incluir um feixe circularmente polarizado padrão, um feixe linearmente polarizado padrão, ou um feixe elipticamente polarizado padrão.
[0056] Opcionalmente, um dispositivo é incorporado compreen- dendo um canal microfluídico, uma fonte de luz de laser focada por meio de uma luz óptica no canal microfluídico, e uma fonte de campo elétrico operacionalmente conectado ao canal microfluídico via eletrodos; um fluxo de partículas em um líquido através do canal microfluídico; e a manipulação da luz de laser e do campo elétrico no sentido de atuar em conjunto sobre as partículas no canal microfluídico, deste modo separando as partículas com base em critérios de tamanho, forma, Índice de refração, carga elétrica, distribuição de carga elétrica, mobilidade de carga, permissividade e/ou deformabilidade. Ainda, de acordo com outra modalidade, um dispositivo compreende um canal microfluídico configurado de modo a prover um campo dieletroforético (DEP) para um interior do canal através de um (1) sistema de eletrodo ou (2) sistema de campo DEP isolador, e uma fonte de luz de laser focada por uma lente óptica no canal microfluídico; fazer fluir uma pluralidade de partículas em um líquido para dentro do canal microfluídico; e operar a luz de laser e o campo em conjunto sobre as partículas no canal microfluídico a fim de aprisionar as partículas ou modificar a sua velocidade, em que o dito campo DEP é linear ou não linear. Uma outra modalidade possível de um dispositivo inclui um canal microfluídico que compreende uma entrada e uma pluralidade de saídas, e uma fonte de luz de laser focada por um elemento óptico a fim de atravessar o canal microfluídico em um ângulo crítico correspondente à velocidade do fluxo no canal microfluídico de modo a produzir uma força óptica sobre as partículas e, ao mesmo tempo, maximizar o tempo de permanência na luz de laser das partículas selecionadas, desta maneira separando as partículas na pluralidade de saídas, em que a luz de laser é operável no sentido de aplicar forças às partículas que fluem através do canal microfluídico, desta maneira separando as partículas na pluralidade de saídas.
[0057] Opcionalmente, a modalidade da presente invenção inclui ainda pelo menos uma unidade de interrogação de partículas que se comunica com um ou mais canais, tais como os canais de análise e, em particular, o quarto canal. A unidade de interrogação de partículas inclui um iluminador padrão, um elemento óptico padrão, e um sensor padrão. Opcionalmente, a pelo menos uma unidade de interrogação de partículas inclui um imageador de campo claro padrão, um detector de dispersão de luz padrão, um detector fluorescente de único comprimento = de onda padrão, um detector fluorescente espectroscópico padrão, uma câmera CCD (de dispositivo de carga acoplada) padrão, uma câmera CMOS (de semicondutor de óxido de metal complementar) padrão, um fotodiodo-padrão, um tubo fotomultiplicador padrão, um conjunto de fotodiodos padrão, um detector quimioluminescente padrão, um detector bioluminescente padrão e/ou um detector espectroscópico Raman padrão.
[0058] A pelo menos uma unidade de interrogação de partículas que se comunica com o quarto canal compreende um aparelho ou dispositivo baseado em força de laser que facilita a identificação, seleção e classificação de doenças celulares. De acordo com um aspecto, a unidade utiliza diferenças inerentes à pressão óptica, que surgem a partir de variações no tamanho, forma, índice de refração ou morfologia das partículas, como um meio de separar e caracterizar partículas. De acordo com um aspecto, um feixe de laser de infravermelho próximo exerce uma força física sobre as células, força essa que, nesse caso, é medida. A força óptica via pressão de radiação, quando equilibrada contra o arrasto fluídico das partículas, resulta em alterações na velocidade das partículas, alterações essas que poderão ser usadas no sentido de identificar partículas diferentes ou alterações nas populações de partículas com base em diferenças intrínsecas. O equilíbrio de força fluídica e óptica poderá também ser usado no sentido de alterar a posição relativa das partículas entre si com base em suas propriedades intrínsecas, resultando, assim, em separações físicas.
Uma outra modalidade da unidade de interrogação inclui um dispositivo para a análise e/ou separação de partículas, tal como pelo menos uma fonte de luz colimada operável no sentido de gerar pelo menos um feixe de fonte de luz colimada. O pelo menos um feixe de fonte de luz colimada inclui pelo menos uma seção transversal de feixe.
[0059] Uma modalidade da presente invenção envolve a combinação de vários dos elementos de design acima mencionados em um dispositivo unitário. Outras modalidades também incluem os métodos de uso de tais dispositivos. Um exemplo de tal dispositivo unitário é ilustrado na Figura 1. A modalidade ilustrada na presente invenção é uma estrutura de 5 camadas com todas as 5 camadas ligadas umas às outras de modo a produzir um chip microfluídico sólido, embora o chip possa ser de uma estrutura ao invés de camadas ligadas. O chip pode ser construído mediante o uso de vários materiais padrão, incluindo, mas não limitados a, sílica fundida, vidro em coroa, vidro borossilicato, vidro com soda e cal, vidro de safira, polímero de olefina cíclica (COP), dimetil polissiloxano (PDMS), OSTE, poliestireno, polimetacrilato de metila, policarbonato, outros plásticos ou polímeros. Esse chip permite a entrada de amostra, foco hidrodinâmico, interrogação óptica, imagiologia, análise, saída de amostra e acesso óptico claro para a luz de laser entrar e sair das regiões. O chip de acordo com essas modalidades pode também ser impresso em 3D, moldado, ou de outra maneira formado.
[0060] Opcionalmente, o pelo menos um tipo de partícula inclui uma pluralidade de tipos de partículas. Cada tipo de partícula da pluralidade de tipos de partículas inclui respectivas propriedades intrínsecas e respectivas propriedades induzidas. Opcionalmente, as propriedades intrínsecas incluem tamanho, forma, índice de refração, morfologia, fluorescência intrínseca e/ou razão de aspecto. Opcionalmente, as propriedades induzidas incluem deformação, orientação angular,
rotação, taxa de rotação, fluorescência de etiqueta de anticorpos, fluorescência de etiqueta de aptâmeros, fluorescência de etiqueta de DNA, fluorescência de etiqueta de coloração, uma métrica de retenção diferencial e/ou uma métrica da força de gradiente.
Esta modalidade de método inclui ainda a identificação e a separação da pluralidade de partículas de acordo com os respectivos tipos de partículas com base em pelo menos uma das propriedades intrínsecas e nas propriedades induzidas.
Opcionalmente, esta modalidade de método inclui ainda a interrogação ou a manipulação do fluxo de amostras.
Opcionalmente, a interrogação do fluxo de amostras inclui a determinação de pelo menos uma das propriedades intrínsecas e das propriedades induzidas dos tipos de partícula, e a medição da velocidade de partícula da pluralidade de partículas.
A medição de pelo menos uma das propriedades intrínsecas poderá ser usada para uma variedade de aplicações, incluindo, mas não se limitando a: determinar a infecciosidade viral de uma amostra de célula (o número de partículas de vírus funcionalmente infecciosas presentes em uma população celular em particular, semelhante a um ensaio de placa bacteriana ou ensaio de diluição do ponto final) para fins de quantificação viral, desenvolvimento e monitoramento de processos, ensaios de liberação de amostras, teste de agentes adventícios, diagnóstico clínico, descoberta de biomarcadores, determinar a produtividade de uma célula em termos de anticorpo ou proteína para o desenvolvimento e monitoramento de processos, determinar a eficácia, qualidade ou estado de ativação das células produzidas como uma terapia baseada em células, incluindo as células CAR T, além de outras aplicações oncológicas e células-tronco, determinar o efeito de um produto químico, uma bactéria, um vírus, um agente antimicrobiano ou antiviral em uma população celular específica, e determinar o estado ou potencial de uma doença em uma pesquisa ou amostra de célula clínica.
Opcionalmente, uma fonte de força óptica incluirá pelo menos um eixo de feixe, e o fluxo de amostra incluirá um eixo de fluxo de amostra. A etapa de determinar pelo menos uma das propriedades intrínsecas e as propriedades induzidas dos tipos de partículas, e a etapa de medir a velocidade das partículas da pluralidade de partículas juntas compreendem o deslocamento do eixo de feixe do eixo de fluxo de amostra. Opcionalmente, a etapa de determinar pelo menos uma das propriedades intrínsecas e as propriedades induzidas dos tipos de partículas, e a etapa de medir a velocidade das partículas da pluralidade de partículas juntas compreendem o cálculo de uma inclinação e de uma trajetória de uma partícula da pluralidade de partículas que se desviam de um eixo de fluxo de amostra em direção a pelo menos um eixo de feixe.
[0061] Uma pessoa versada na técnica poderá reconhecer que as características apresentadas poderão ser usadas de maneira singular, em qualquer combinação, ou omitidas com base nos requisitos e especificações de uma determinada aplicação ou design. Quando uma modalidade se refere a "compreender" certas características, deve-se entender que as modalidades poderão, de maneira alternativa, "consistir de" ou "consistir essencialmente de" qualquer uma ou mais dessas características. Outras modalidades da presente invenção tornar-se-ão evidentes às pessoas versadas na técnica a partir da consideração a esse relatório descritivo e da prática da presente invenção.
[0062] Deve-se notar, em particular, que quando uma faixa de valores é usada no presente relatório descritivo, cada valor entre os limites superior e inferior dessa faixa é também especificamente incluído. Os limites superior e inferior daquelas faixas menores poderão também ser independentemente incluídos ou excluídos nessas faixas. As formas no singular "um", "uma" e "o, a" incluem suas referências no plural, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Pretende-se que o presente relatório descritivo e exemplos sejam considerados como de uma natureza exemplar ou explicativa e que as variações que não se afastam da essência da presente invenção devem recair dentro do âmbito de aplicação da presente invenção.
Além disso, todas as referências citadas na presente invenção são, cada uma das mesmas, incorporadas ao presente documento a título de referência em sua totalidade e, como tais, têm a intenção de oferecer uma forma eficiente de complementar a descrição da presente invenção, bem como prover uma fundamentação técnica que detalhe o nível de uma habilidade simples com relação a essa mesma técnica.

Claims (78)

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo, caracterizado pelo fato de compreender: - um substrato compreendendo uma pluralidade de canais configurados de modo a transportar uma ou mais substâncias, em que a pluralidade de canais compreende: - um primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato, - um segundo canal em comunicação operável com o primeiro canal e disposto horizontalmente dentro do substrato, - um terceiro canal em comunicação operável com o segundo canal e disposto verticalmente dentro do substrato, e - um quarto canal em comunicação operável com o terceiro canal e disposto horizontalmente dentro do substrato; - em que o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto canais são dispostos de maneira a prover um caminho para o movimento de uma ou mais substâncias através do substrato do primeiro canal para o segundo canal, para o terceiro canal e para o quarto canal.
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal na direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal, em que a superfície planar horizontal inferior tem pelo menos um comprimento menor de uma borda à outra borda em comparação com pelo menos um comprimento de uma borda à outra borda em uma superfície planar vertical do chip em uma direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal.
4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal, em que a superfície planar horizontal inferior tem uma área de superfície ou igual em comparação com uma área de superfície em uma superfície planar vertical do chip em uma direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal.
5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal compreende uma abertura disposta em uma superfície externa do substrato e de maneira a prover um caminho para que uma ou mais substâncias entrem verticalmente no substrato e se movam verticalmente dentro do primeiro canal.
6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal na direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal, em que uma seção transversal do primeiro canal e uma seção transversal da abertura têm a mesma área, uma área menor ou uma área maior.
7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal na direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal, em que o primeiro canal e a abertura são moldados, dimensionados e orientados de maneira a manter uma continuidade direcional e volumétrica.
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma fonte de luz colimada ou focada orientada de modo a interagir com partículas ou células no quarto canal.
9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma fonte de luz colimada ou focada é orientada de modo a se propagar na direção, oposta à direção, ortogonal à direção ou diagonal ao movimento de uma ou mais substâncias no quarto canal.
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células em múltiplos planos focais.
11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células em múltiplos planos focais durante o movimento de uma ou mais substâncias.
12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células durante o movimento de uma ou mais substâncias.
13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células durante o movimento de uma ou mais substâncias a partir de múltiplos ângulos e/ou orientações.
14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células durante o movimento de uma ou mais substâncias a partir de múltiplos planos focais, ângulos e/ou orientações por um ou mais dispositivos de imagiologia.
15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma ou mais força elétrica, força óptica e/ou força fluídica a fim de mover célula(s) ou partícula(s) em um ou mais canais.
16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma ou mais força eletrocinética, força eletroforética e/ou força dieletroforética (DEP) a fim de mover célula(s) ou partícula(s) em um ou mais canais.
17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um ou mais dispositivos de imagiologia, em que pelo menos um dos dispositivos de imagiologia é capaz de ser movido de maneira a alterar o plano focal que está sendo imageado no quarto canal.
18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a(s) célula(s) ou partícula(s) no quarto canal são capazes de serem movidas por meio de uma mudança nas forças ópticas e/ou fluídicas, e a região da célula que está sendo imageada no quarto canal é alterada à medida que a partícula se move.
19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal se localiza a uma distância de duas ou mais superfícies externas do substrato, permitindo a imagiologia e a análise de múltiplas cortes de imagem de uma célula ou partícula quando um plano focal se move em relação à célula ou partícula.
20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal se localiza a uma distância de duas ou mais superfícies externas do substrato, permitindo a imagiologia e a análise de múltiplas cortes de imagem de uma célula ou partícula em movimento à medida que a mesma se move através de um plano focal.
21. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal se localiza a uma distância de duas ou mais superfícies externas do substrato, permitindo a imagiologia e a análise de múltiplas cortes de imagem de uma célula ou partícula em suspensão ou estática.
22. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são capazes de serem movidas por pressão, vácuo, peristaltismo, força eletrocinética, força eletroforética, força magnética, força óptica ou qualquer combinação dos mesmos.
23. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um espelho dicroico a fim de direcionar luz para ou a partir de um dispositivo de imagiologia que produz a imagem de e/ou analisa células ou partículas no quarto canal.
24. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um espelho dicroico a fim de direcionar uma fonte de luz colimada ou focada de modo a interagir com células ou partículas no quarto canal.
25. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um espelho dicroico a fim de direcionar uma fonte de luz colimada ou focada a partir de um dispositivo de imagiologia, de outra fonte de luz, ou de outra parte do dispositivo.
26. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de canais compreende um quinto canal disposto horizontalmente, verticalmente ou diagonalmente dentro do substrato.
27. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1,
caracterizado pelo fato de que a pluralidade de canais compreende um quinto canal, que se divide em dois ou mais canais ou poços para classificar células ou partículas.
28. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal se localiza mais próximo do topo do substrato que o primeiro canal, o segundo canal ou o terceiro canal.
29. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal se localiza de 100 mícrons a 100 mm do topo do substrato.
30. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal varia de 0,1 mm a 100,0 mm de comprimento.
31. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo canal varia de 0,1 mm a 100,0 mm de comprimento.
32. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o terceiro canal varia de 0,05 mm a 100,0 mm de comprimento.
33. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quarto canal varia de 0,1 mm a 100,0 mm de comprimento.
34. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal é maior em comprimento que o segundo canal, o terceiro canal ou o quarto canal.
35. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma unidade de interrogação de células ou partículas.
36. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um canal de coleta de células ou partículas.
37. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um dispositivo de imagiologia selecionado a partir de pelo menos um imageador de campo claro, um detector de dispersão de luz, um detector fluorescente de único comprimento de onda, um detector espectroscópico fluorescente, uma câmera CCD (de dispositivo de carga acoplada), uma câmera CMOS (de semicondutor de óxido de metal complementar), um fotodiodo, um arranjo de fotodiodos (PDA), um espectrômetro, um arranjo de tubos ou tubos fotomultiplicadores, um arranjo de fotodiodos, um detector quimioluminescente, um detector bioluminescente, um sistema de detecção de espectroscopia Raman padrão, uma espectroscopia Raman amplificada por superfície (SERS), uma espectroscopia Raman anti-Stokes coerente (CARS), e/ou uma espectroscopia Raman Stokes coerente (CSRS).
38. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma extremidade de tubo que injeta uma ou mais substâncias em uma abertura disposta em uma superfície externa do substrato de maneira a prover um caminho para que uma ou mais substâncias entrem no substrato e se movimentem dentro do primeiro canal, em que uma seção transversal da abertura tem uma área igual, uma área maior ou uma área menor que uma seção transversal da extremidade de tubo.
39. Aparelho para a fixação de um chip microfluídico, caracterizado pelo fato de compreender: - uma cavidade para a fixação do chip microfluídico; - um suporte de fonte de luz integrado de modo a permitir uma iluminação focada em requisitos de espaço restrito; - um suporte de prisma integrado de modo a permitir que um prisma reflita a luz para um local desejado no ou sobre o chip;
- orifícios roscados para parafusos prenderem e permitir o ajuste do chip microfluídico; e - orifícios roscados ou não roscados para tubos e conectores.
40. Aparelho, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que a fonte de luz integrada é selecionada a partir de pelo menos um dentre um diodo emissor de luz (LED), um diodo orgânico emissor de luz (OLED), uma fibra óptica, um feixe de fibras, um laser, um tubo de flash, uma lâmpada fluorescente, e/ou uma lâmpada incandescente ou halógena.
41. Dispositivo para a movimentação de células e/ou partículas em um fluido, o dispositivo sendo caracterizado pelo fato de compreender: - um substrato com múltiplos canais fluídicos internos de compreendendo: - um primeiro canal dos múltiplos canais internos dispostos no substrato de maneira que um primeiro plano orientado verticalmente em relação ao substrato atravesse o primeiro canal ao longo de seu comprimento; - uma abertura disposta em uma superfície externa do substrato e em comunicação operável com o primeiro canal de maneira que uma ou mais substâncias sejam capazes de entrar e se mover verticalmente no primeiro canal; - um segundo canal dos múltiplos canais internos dispostos no substrato e em comunicação operável com o primeiro canal de maneira que um segundo plano orientado horizontalmente em relação ao substrato atravesse o segundo canal ao longo de seu comprimento.
42. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal na direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal.
43. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal, em que a superfície planar horizontal inferior tem pelo menos um comprimento menor de uma borda à outra borda em comparação com pelo menos um comprimento de uma borda à outra borda em uma superfície planar vertical do chip em uma direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal.
44. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal, em que a superfície planar horizontal inferior tem uma área superficial menor em comparação com uma área de superfície em uma superfície planar vertical do chip na direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal.
45. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal compreende uma abertura disposta em uma superfície externa do substrato e de maneira a prover um caminho para que uma ou mais substâncias entrem verticalmente no substrato e se movam verticalmente dentro do primeiro canal.
46. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal na direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal, em que uma seção transversal do primeiro canal e uma seção transversal da abertura têm a mesma área, uma área menor ou uma área maior.
47. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são injetadas no primeiro canal disposto verticalmente dentro do substrato através de uma superfície planar horizontal inferior com uma abertura para o primeiro canal na direção vertical a fim de manter a continuidade direcional e volumétrica com o primeiro canal, em que o primeiro canal e a abertura são moldados, dimensionados e orientados de maneira a manter uma continuidade direcional e volumétrica.
48. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma fonte de luz colimada ou focada orientada de modo a interagir com partículas ou células no segundo canal.
49. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma fonte de luz colimada ou focada é orientada de modo a se propagar na direção, oposta à direção, ortogonal à direção ou diagonal à direção do movimento de uma ou mais substâncias no segundo canal.
50. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células em múltiplos planos focais.
51. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células em múltiplos planos focais durante o movimento de uma ou mais substâncias.
52. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células durante o movimento de uma ou mais substâncias.
53. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células durante o movimento de uma ou mais substâncias a partir de múltiplos ângulos e/ou orientações.
54. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal permite a imagiologia e a análise de partículas ou células durante o movimento de uma ou mais substâncias a partir de múltiplos planos focais, ângulos e/ou orientações por um ou mais dispositivos de imagiologia.
55. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma ou mais força elétrica, força óptica e/ou força fluídica a fim de mover célula(s) ou partícula(s) em um ou mais canais.
56. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma ou mais força eletrocinética, força eletroforética e/ou força dieletroforética (DEP) a fim de mover célula(s) ou partícula(s) em um ou mais canais.
57. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda um ou mais dispositivos de imagiologia, em que pelo menos um dos dispositivos de imagiologia é capaz de ser movido de maneira a alterar o plano focal que está sendo imageado no segundo canal.
58. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que a(s) célula(s) ou partícula(s) no segundo canal são capazes de serem movidas por meio de uma mudança nas forças ópticas e/ou fluídicas, e que a região da célula que está sendo imageada no segundo canal é alterada à medida que a partícula se move.
59. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal se localiza a uma distância de duas ou mais superfícies externas do substrato, permitindo a imagiologia e a análise de múltiplas cortes de imagem de uma célula ou partícula quando um plano focal se move em relação à célula ou partícula.
60. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal se localiza a uma distância de duas ou mais superfícies externas do substrato, permitindo a imagiologia e a análise de múltiplas cortes de imagem de uma célula ou partícula em movimento à medida que a mesma se move através de um plano focal.
61. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal se localiza a uma distância de duas ou mais superfícies externas do substrato, permitindo a imagiologia e a análise de múltiplas cortes de imagem de uma célula ou partícula suspensa ou estática.
62. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias podem ser movidas por pressão, vácuo, peristaltismo, força eletrocinética, força eletroforética, força magnética, força óptica ou qualquer combinação dos mesmos.
63. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda um espelho dicroico a fim de direcionar luz para ou a partir de um dispositivo de imagiologia que produz a imagem de e/ou analisa células ou partículas no segundo canal.
64. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41,
caracterizado pelo fato de compreender ainda um espelho dicroico a fim de direcionar uma fonte de luz colimada ou focada de modo a interagir com células ou partículas no segundo canal.
65. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda um espelho dicroico a fim de direcionar uma fonte de luz colimada ou focada a partir de um dispositivo de imagiologia, de outra fonte de luz, ou de outra parte do dispositivo.
66. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de canais compreende um terceiro — canal — disposto — horizontalmente, verticalmente — ou diagonalmente dentro do substrato.
67. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de canais compreende um terceiro canal, que se divide em dois ou mais canais ou poços para classificar células ou partículas.
68. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal se localiza mais próximo do topo do substrato que o primeiro canal.
69. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal se localiza de 100 mícrons a 100 mm do topo do substrato.
70. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal varia de 0,1 mm a 100,0 mm de comprimento.
71. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o segundo canal varia de 0,1 mm a 100,0 mm de comprimento.
72. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal é maior em comprimento que o segundo canal.
73. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma unidade de interrogação de célula ou partícula.
74. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda um canal de coleta de células ou partículas.
75. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda um dispositivo de imagiologia selecionado a partir de pelo menos um imageador de campo claro, um detector de dispersão de luz, um detector fluorescente de único comprimento de onda, um detector espectroscópico fluorescente, uma câmera CCD, uma câmera CMOS, um fotodiodo, um arranjo de fotodiodos (PDA), um espectrômetro, um arranjo de tubos ou tubos fotomultiplicadores, um arrano de fotodiodos, um detector quimioluminescente, um detector bioluminescente, um sistema de detecção de espectroscopia Raman padrão, uma espectroscopia Raman amplificada por superfície (SERS), uma espectroscopia Raman anti-Stokes coerente (CARS), e/ou uma espectroscopia Raman Stokes coerente (CSRS).
76. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma extremidade de tubo que injeta uma ou mais substâncias em uma abertura disposta em uma superfície externa do substrato e de maneira a prover um caminho para que uma ou mais substâncias entrem no substrato e se movimentem dentro do primeiro canal, em que uma seção transversal da abertura tem uma área igual, uma área maior ou uma área menor que uma seção transversal da extremidade de tubo.
77. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias são capazes de serem movidas por pressão, vácuo, peristaltismo, força eletrocinética, força eletroforética, força magnética, força óptica ou qualquer combinação dos mesmos, a fim de classificar célula(s) ou partícula(s) em uma ou mais regiões ou poços separados.
78. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 41, caracterizado pelo fato de que uma ou mais substâncias podem ser movidas por pressão, vácuo, peristaltismo, força eletrocinética, força eletroforética, força magnética, força óptica ou qualquer combinação dos mesmos, a fim de classificar célula(s) ou partícula(s) em uma ou mais regiões ou poços separados.
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