BR122017012966B1 - SYSTEM, READIBLE MEDIUM, APPARATUS THAT IDENTIFIES OBJECTS AND METHOD FOR IDENTIFYING OBJECTS THAT FLOW IN A MIXTURE OF SAMPLE FLUID - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um aparelho e um método para identificar objetos que incluem: um chip microfluídico os quais estão dispostos em uma pluralidade de canais, em que o chip microfluídico inclui: um canal de fluido principal no qual uma mistura de fluido de amostra de objetos a serem identificados é introduzida; uma pluralidade de canais de fluido de bainha nos quais os fluidos de bainha são introduzidos em que os fluidos de bainha orientam os objetos no canal de fluido principal em uma direção predeterminada enquanto ainda mantêm o fluxo laminar no canal de fluido principal; um aparelho de interrogatório que detecta e interroga os objetos orientados no canal de fluido principal e um aparelho de energia focalizada que realiza uma ação nos objetos.The present invention relates to an apparatus and a method for identifying objects that include: a microfluidic chip which are arranged in a plurality of channels, wherein the microfluidic chip includes: a main fluid channel in which a fluid mixture of sample of objects to be identified is introduced; a plurality of sheath fluid channels into which the sheath fluids are introduced wherein the sheath fluids orient objects in the main fluid channel in a predetermined direction while still maintaining laminar flow in the main fluid channel; an interrogation apparatus that detects and interrogates objects oriented in the main fluid channel and a focused energy apparatus that performs an action on the objects.
Description
[001] A presente invenção reivindica a prioridade do Pedido de Patente Provisório n° U.S. 61/897.743, depositado em 30 de outubro 2013, cujos conteúdos são incorporados ao presente documento a título de referência em sua totalidade.[001] The present invention claims priority from Provisional Patent Application No. U.S. 61/897,743 filed on October 30, 2013, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
[002] A presente invenção refere-se a um sistema microfluídico com um aparelho de pesquisa (“interrogation apparatus”) que detecta e pesquisa objetos em uma mistura de fluido de amostra de um chip microfluídico e um aparelho de energia focalizada que realiza uma ação que afeta os objetos. Em uma modalidade, o aparelho de pesquisa que realiza uma pesquisa dos objetos para determinar sua identidade e o aparelho de energia focalizada é um aparelho que age sobre os objetos direcionados (“targeted objects”). Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada é usado para danificar, matar, alterar, desabilitar ou destruir os objetos direcionados.[002] The present invention relates to a microfluidic system with an interrogation apparatus that detects and searches for objects in a mixture of sample fluid from a microfluidic chip and a focused energy apparatus that performs an action that affects the objects. In one modality, the research apparatus that performs a survey of objects to determine their identity and the focused energy apparatus is a device that acts on targeted objects. In one modality, the focused energy device is used to damage, kill, alter, disable or destroy the targeted objects.
[003] Na separação de diversas partículas ou materiais celulares - por exemplo, a separação de esperma em esperma viável e com motilidade de esperma não viável e sem motilidade ou separação por gênero - o processo é, em geral, uma tarefa demorada, com severas restrições de volume. Dessa forma, as técnicas de separação atuais não podem, por exemplo, produzir o rendimento desejado ou volumes de processo de materiais celulares de um modo pontual.[003] In the separation of several particles or cellular materials - for example, the separation of sperm into viable sperm and with non-viable sperm motility and without motility or separation by gender - the process is, in general, a time-consuming task, with severe volume restrictions. Therefore, current separation techniques cannot, for example, produce the desired yield or process volumes of cellular materials in a timely manner.
[004] Os sistemas a laser de danificação de foto utilizam lasers para fotolesionar ou matar objetos celulares não desejados. No entanto, a técnica anterior exigiu citômetros de fluxo com o uso de bocais, para pesquisar e dispor os objetos individuais em fluxo de gota e tentar separar e fotolesionar os objetos conforme os mesmos são abrangidos em diversos recipientes - que foram difíceis de atingir.[004] Photo damage laser systems utilize lasers to photodamage or kill unwanted cellular objects. However, the prior art required flow cytometers with the use of nozzles, to search and arrange the individual objects in droplet flow and to try to separate and photodamage the objects as they are covered in several containers - which were difficult to reach.
[005] Dessa forma, há necessidade por um método e um aparelho que identifica e discrimina entre objetos direcionados que são contínuos e têm alto rendimento, é eficaz em tempo e custo e que ocasiona danos desprezíveis ou mínimos para os diversos objetos direcionados. Além disso, tal aparelho e método devem ter aplicabilidade adicional para outras áreas biológicas e médicas, não apenas em discriminação de esperma, mas na discriminação de sangue e outros materiais celulares, incluindo estruturas virais, de organelas celulares e globulares, suspensões coloidais e outros materiais biológicos.[005] Thus, there is a need for a method and an apparatus that identifies and discriminates between targeted objects that are continuous and have high yield, is effective in time and cost, and causes negligible or minimal damage to the various targeted objects. Furthermore, such apparatus and method should have additional applicability to other biological and medical areas, not only in discrimination of sperm, but in discrimination of blood and other cellular materials, including viral structures, cell and globular organelles, colloidal suspensions and other materials biological.
[006] A presente invenção refere-se a um sistema microfluídico com um aparelho de pesquisa que detecta e pesquisa objetos em uma mistura de fluido de amostra de um chip microfluídico e um aparelho de energia focalizada que realiza uma ação que afeta os objetos. Em uma modalidade, o aparelho de pesquisa que realiza uma pesquisa dos objetos para determinar sua identidade e o aparelho de energia focalizada é um aparelho que age sobre os objetos direcionados. Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada é usado para danificar, matar, alterar, desabilitar ou destruir os objetos direcionados.[006] The present invention relates to a microfluidic system with a search device that detects and searches for objects in a mixture of sample fluid from a microfluidic chip and a focused energy device that performs an action that affects the objects. In one modality, the research apparatus that performs a search of objects to determine their identity, and the focused energy apparatus is an apparatus that acts on the targeted objects. In one modality, the focused energy device is used to damage, kill, alter, disable or destroy the targeted objects.
[007] Em uma modalidade, um aparelho que identifica os objetos inclui: um chip microfluídico no qual estão dispostos uma pluralidade de canais, incluindo: um canal de fluido principal no qual uma mistura de fluido de amostra de objetos a serem identificados é introduzido; uma pluralidade de canais de fluido envolvente nos quais os fluidos envolventes são introduzidos, os fluidos envolventes que orientam os objetos no canal de fluido principal em uma direção predeterminada enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal; um aparelho de pesquisa que detecta e pesquisa os objetos orientados no canal de fluido principal e um aparelho de energia focalizada que realiza uma ação sobre os objetos.[007] In one embodiment, an object identifying apparatus includes: a microfluidic chip into which a plurality of channels are disposed, including: a main fluid channel into which a fluid sample mixture of objects to be identified is introduced; a plurality of surrounding fluid channels into which the surrounding fluids are introduced, the surrounding fluids orienting objects in the main fluid channel in a predetermined direction while still maintaining laminar flow in the main fluid channel; a survey device that detects and surveys objects oriented in the main fluid channel and a focused energy device that performs an action on the objects.
[008] Em uma modalidade, o aparelho de pesquisa detecta e pesquisa os objetos para determinar informações sobre os objetos.[008] In one embodiment, the search apparatus detects and searches the objects to determine information about the objects.
[009] Em uma modalidade, as informações sobre os objetos determinam se os objetos forem direcionados pelo aparelho de energia focalizada.[009] In one modality, the information about the objects determines if the objects are directed by the focused energy device.
[0010] Em uma modalidade, a ação do aparelho de energia focalizada age sobre os objetos direcionados ou uma região que circunda os objetos direcionados.[0010] In one modality, the action of the focused energy apparatus acts on the directed objects or a region that surrounds the directed objects.
[0011] Em uma modalidade, a ação sobre os objetos direcionados é para danificar, desabilitar, alterar, matar ou destruir os objetos direcionados.[0011] In a modality, the action on the targeted objects is to damage, disable, alter, kill or destroy the targeted objects.
[0012] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente pelo menos um canal de saída que conduzem a partir do canal de fluido principal, o pelo menos um canal de saída que remove os objetos do chip microfluídico.[0012] In one embodiment, the apparatus additionally includes at least one outlet channel leading from the main fluid channel, the at least one outlet channel that removes objects from the microfluidic chip.
[0013] Em uma modalidade, o pelo menos um canal de saída remove tanto objetos direcionados quanto objetos não direcionados do chip microfluídico.[0013] In one embodiment, the at least one output channel removes both directed objects and undirected objects from the microfluidic chip.
[0014] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente uma pluralidade de canais de saída laterais que conduzem a partir do canal de fluido principal, a pluralidade de canais de saída laterais dispostos em ambos os lados do pelo menos um canal de saída, a pluralidade de canais de saída laterais que remove os fluidos envolventes do chip microfluídico.[0014] In one embodiment, the apparatus further includes a plurality of side outlet channels leading from the main fluid channel, the plurality of side outlet channels disposed on either side of the at least one outlet channel, the plurality of lateral outlet channels that remove the fluids surrounding the microfluidic chip.
[0015] Em uma modalidade, a pluralidade de canais de fluido envolvente inclui: uma primeira pluralidade de canais de fluido envolvente que cruzam o canal de fluido principal em uma primeira interseção, de modo que os fluidos envolventes compactem a mistura de fluido de amostra em pelo menos dois lados, de modo que a mistura de fluido de amostra se torne uma transmissão relativamente menor, inferior, ligada pelos fluidos envolventes, enquanto mantém fluxo laminar no canal de fluido principal.[0015] In one embodiment, the plurality of surrounding fluid channels includes: a first plurality of surrounding fluid channels that cross the main fluid channel at a first intersection such that the surrounding fluids compact the sample fluid mixture into at least two sides, so that the sample fluid mixture becomes a relatively smaller, lower transmission connected by the surrounding fluids while maintaining laminar flow in the main fluid channel.
[0016] Em uma modalidade, a pluralidade de canais de fluido envolvente inclui adicionalmente: uma segunda pluralidade de canais de fluido envolvente que cruzam o canal de fluido principal em uma segunda interseção a jusante da primeira interseção, de modo que os fluidos envolventes da segunda pluralidade de canais de fluido envolvente compactem a mistura de fluido de amostra em um dos pelo menos dois lados, ou nos dois lados opostos aos pelo menos dois lados, de modo que a mistura de fluido de amostra seja adicionalmente compactada enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal.[0016] In one embodiment, the plurality of surrounding fluid channels further includes: a second plurality of surrounding fluid channels that cross the main fluid channel at a second intersection downstream of the first intersection, so that the surrounding fluids of the second intersection The plurality of enveloping fluid channels compress the sample fluid mixture on one of the at least two sides, or on the two sides opposite the at least two sides, so that the sample fluid mixture is further compacted while still maintaining laminar flow in the main fluid channel.
[0017] Em uma modalidade, quando o segundo conjunto de canais de fluido envolvente comprime a mistura de fluido de amostra dos pelo menos dois lados, a pluralidade de fluidos envolventes compreende adicionalmente: um terceiro canal de fluido envolvente disposto vertical ao canal de fluido principal em uma terceira interseção e disposto a jusante da segunda interseção, o fluido envolvente do terceiro canal de fluido envolvente que compacta adicionalmente o fluido de amostra enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal.[0017] In one embodiment, when the second set of surrounding fluid channels compresses the sample fluid mixture from at least two sides, the plurality of surrounding fluids further comprises: a third surrounding fluid channel disposed vertically to the main fluid channel at a third intersection and disposed downstream of the second intersection, the enveloping fluid of the third enveloping fluid channel further compresses the sample fluid while still maintaining laminar flow in the main fluid channel.
[0018] Em uma modalidade, a pluralidade de canais de fluido envolvente focaliza de modo hidrodinâmico os objetos de modo que os objetos sejam orientados em uma direção predeterminada e disposta em um volume de núcleo restrito conforme os objetos fluem através do canal de fluido principal.[0018] In one embodiment, the plurality of surrounding fluid channels hydrodynamically focus on objects such that objects are oriented in a predetermined direction and disposed in a constrained core volume as objects flow through the main fluid channel.
[0019] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente uma câmara de ação na qual o aparelho de pesquisa que realiza uma pesquisa dos objetos focalizados de modo hidrodinâmico na mistura de fluido de amostra, a câmara de ação disposta no chip microfluídico a jusante de pelo menos uma dentre a segunda interseção ou a terceira interseção.[0019] In one embodiment, the apparatus additionally includes an action chamber in which the search apparatus that performs a search for hydrodynamically focused objects in the sample fluid mixture, the action chamber disposed in the microfluidic chip downstream of the hair. minus one of the second intersection or the third intersection.
[0020] Em uma modalidade, o aparelho de pesquisa inclui: uma fonte de luz que emite um feixe de luz na câmara de ação para iluminar e excitar os objetos na mistura de fluido de amostra.[0020] In one embodiment, the research apparatus includes: a light source that emits a beam of light into the action chamber to illuminate and excite objects in the sample fluid mixture.
[0021] Em uma modalidade, o feixe de luz excita fluorescência nos objetos de modo que os objetos direcionados sejam distinguidos dos objetos não direcionados.[0021] In one embodiment, the light beam excites fluorescence in the objects so that the directed objects are distinguished from undirected objects.
[0022] Em uma modalidade, a fonte de luz é um laser.[0022] In one embodiment, the light source is a laser.
[0023] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente um detector de sinal óptico que detecta o feixe de luz e converte o mesmo em um sinal eletrônico; e um controlador, que analisa o sinal eletrônico para determinar se os objetos devem ser direcionados ou não direcionados.[0023] In one embodiment, the apparatus further includes an optical signal detector that detects the light beam and converts it into an electronic signal; and a controller, which analyzes the electronic signal to determine whether objects should be steered or not steered.
[0024] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada é um laser.[0024] In one embodiment, the focused energy apparatus is a laser.
[0025] Em uma modalidade, o chip microfluídico contém uma ou mais camadas ou planos estruturais.[0025] In one embodiment, the microfluidic chip contains one or more layers or structural planes.
[0026] Em uma modalidade, o canal de fluido principal é disposto em uma camada ou plano estrutural diferente da pluralidade de canais de bainha (“sheath”).[0026] In one embodiment, the main fluid channel is disposed in a different structural layer or plane than the plurality of sheath channels.
[0027] Em uma modalidade, o pelo menos um dentre o canal de inserção de amostra e a pluralidade de canais de bainha são dispostos entre as camadas estruturais ou os planos do chip microfluídico.[0027] In one embodiment, the at least one of the sample insertion channel and the plurality of sheath channels are disposed between the structural layers or planes of the microfluidic chip.
[0028] Em uma modalidade, a primeira pluralidade de canais de bainha é disposta em uma camada ou plano estrutural diferente da segunda pluralidade de canais de bainha.[0028] In one embodiment, the first plurality of sheath channels is disposed in a different structural layer or plane than the second plurality of sheath channels.
[0029] Em uma modalidade, a câmara de ação inclui uma primeira abertura em corte através de pelo menos uma das camadas estruturais ou os planos no chip microfluídico, em que a primeira abertura é configurada para receber uma primeira cobertura transparente.[0029] In one embodiment, the action chamber includes a first opening cut through at least one of the structural layers or planes on the microfluidic chip, wherein the first opening is configured to receive a first transparent cover.
[0030] Em uma modalidade, a câmara de ação inclui uma segunda abertura cortada através da pelo menos uma dentre as camadas estruturais ou os planos em um lado oposto do chip microfluídico da primeira abertura, em que a segunda abertura é configurada para receber uma segunda cobertura transparente.[0030] In one embodiment, the action chamber includes a second opening cut through at least one of the structural layers or planes on an opposite side of the microfluidic chip from the first opening, wherein the second opening is configured to receive a second transparent cover.
[0031] Em uma modalidade, o chip microfluídico contém pelo menos uma camada funcional que inclui a pluralidade de canais de fluido envolvente e o canal de fluido principal e uma camada de topo que contém orifícios para acessar a pelo menos uma camada funcional.[0031] In one embodiment, the microfluidic chip contains at least one functional layer that includes the plurality of surrounding fluid channels and the main fluid channel and a top layer that contains holes for accessing the at least one functional layer.
[0032] Em uma modalidade, um tamanho de uma dentre a segunda pluralidade de canais de fluido envolvente é diferente dos outros da segunda pluralidade de canais de bainha.[0032] In one embodiment, a size of one of the second plurality of sheath fluid channels is different from the others of the second plurality of sheath channels.
[0033] Em uma modalidade, o tamanho da segunda pluralidade de canais de bainha é diferente de um tamanho da primeira pluralidade de canais de bainha.[0033] In one embodiment, the size of the second plurality of sheath channels is different from a size of the first plurality of sheath channels.
[0034] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente uma primeira saída disposta em uma extremidade do pelo menos um canal de saída.[0034] In one embodiment, the apparatus additionally includes a first output disposed at one end of the at least one output channel.
[0035] Em uma modalidade, o aparelho inclui, adicionalmente, uma pluralidade de saídas dispostas em uma extremidade de cada uma dentre a pluralidade de canais de saída laterais.[0035] In one embodiment, the apparatus additionally includes a plurality of outputs disposed at one end of each of the plurality of side output channels.
[0036] Em uma modalidade, o aparelho inclui, adicionalmente, pelo menos um entalhe disposto no chip microfluídico, o pelo menos um entalhe fornecido entre as saídas.[0036] In one embodiment, the apparatus additionally includes at least one notch disposed on the microfluidic chip, the at least one notch provided between the outputs.
[0037] Em uma modalidade, um tamanho da pluralidade de canais de saída laterais aumenta a partir de um tamanho do canal de fluido principal.[0037] In one embodiment, a size of the plurality of side outlet channels increases from a size of the main fluid channel.
[0038] Em uma modalidade, o canal de fluido principal se afunila em um ponto de entrada na primeira interseção no chip microfluídico.[0038] In one embodiment, the main fluid channel tapers into an entry point at the first intersection in the microfluidic chip.
[0039] Em uma modalidade, o canal de fluido principal se afunila na câmara de ação.[0039] In one embodiment, the main fluid channel tapers into the action chamber.
[0040] Em uma modalidade, a segunda pluralidade de canais de bainha se afunila antes de unir o canal de fluido principal.[0040] In one embodiment, the second plurality of sheath channels tapers prior to joining the main fluid channel.
[0041] Em uma modalidade, a segunda pluralidade de canais de bainha inclui pelo menos uma primeira porção vertical que une o canal de fluido principal a partir de aproximadamente um ângulo direito acima do canal de fluido principal.[0041] In one embodiment, the second plurality of sheath channels includes at least a first vertical portion that joins the main fluid channel from approximately a right angle above the main fluid channel.
[0042] Em uma modalidade, a segunda pluralidade de canais de bainha inclui uma segunda porção vertical que une o canal de fluido principal a partir de aproximadamente um ângulo direito abaixo do canal de fluido principal.[0042] In one embodiment, the second plurality of sheath channels includes a second vertical portion that joins the main fluid channel from approximately a right angle below the main fluid channel.
[0043] Em uma modalidade, as rampas internas são dispostas em pelo menos um dentre os canais de fluido principal antes da primeira interseção.[0043] In one embodiment, internal ramps are disposed in at least one of the main fluid channels before the first intersection.
[0044] Em uma modalidade, as rampas internas são dispostas no canal de fluido principal antes da segunda interseção.[0044] In one embodiment, the inner ramps are disposed in the main fluid channel before the second intersection.
[0045] Em uma modalidade, as rampas internas são dispostas em pelo menos um dentre a segunda pluralidade de canais de bainha.[0045] In one embodiment, the inner ramps are disposed in at least one of the second plurality of sheath channels.
[0046] Em uma modalidade, os objetos são células.[0046] In an embodiment, objects are cells.
[0047] Em uma modalidade, as células a serem atuadas pelo aparelho de energia focalizada incluem pelo menos um esperma viável ou com motilidade de esperma não viável e sem motilidade ou esperma discriminado por gênero ou outras variações de discriminação de sexo.[0047] In one embodiment, the cells to be actuated by the focused energy apparatus include at least one viable sperm or non-viable sperm motility and non-motility or gender discriminated sperm or other sex-discriminating variations.
[0048] Em uma modalidade, as células a serem atuadas pelo aparelho de energia focalizada incluem: células-tronco discriminadas de células em uma população; uma ou mais células classificadas discriminadas de células não classificadas; células discriminadas por características desejáveis ou indesejáveis; células discriminadas com base em marcadores de superfície; células discriminadas com base em integridade ou viabilidade de membrana; células que têm genes que são discriminados em DNA nuclear de acordo com uma característica específica; células discriminadas com base em situação reprodutiva potencial ou prevista; células discriminadas com base em uma habilidade para manter integridade após o congelamento; células discriminadas a partir de contaminantes ou detritos; células saudáveis discriminadas a partir de células danificadas; hemácias discriminadas a partir de glóbulos brancos e plaquetas em uma mistura de plasma; ou quaisquer células discriminadas a partir de quaisquer outros objetos celulares em frações correspondentes.[0048] In one embodiment, the cells to be actuated by the focused energy apparatus include: stem cells broken down from cells in a population; one or more sorted cells discriminated from unclassified cells; cells discriminated by desirable or undesirable characteristics; cells discriminated on the basis of surface markers; cells discriminated on the basis of membrane integrity or viability; cells that have genes that are broken down into nuclear DNA according to a specific trait; cells discriminated on the basis of potential or predicted reproductive status; cells discriminated on the basis of an ability to maintain integrity after freezing; cells broken down from contaminants or debris; healthy cells broken down from damaged cells; red blood cells broken down from white blood cells and platelets in a plasma mixture; or any cells discriminated from any other cell objects into corresponding fractions.
[0049] Em uma modalidade, o laser é um dentre um laser pulsado de 349 ou 355 nm.[0049] In one embodiment, the laser is one of a pulsed laser of 349 or 355 nm.
[0050] Em uma modalidade, o laser é um laser comutador-Q pulsado com capacidade para distribuir 15 ns ou pulsos de energia menores para os objetos a uma taxa de mais de 1.000 pulsos por segundo.[0050] In one embodiment, the laser is a pulsed Q-switch laser capable of delivering 15 ns or smaller pulses of energy to objects at a rate of more than 1000 pulses per second.
[0051] Em uma modalidade, o laser é um laser de 532 nm.[0051] In one embodiment, the laser is a 532 nm laser.
[0052] Em uma modalidade, o laser comutador-Q pulsado, de preferência, distribui pulsos de energia de 10 ns para os objetos a uma taxa de mais de 200.000 pulsos por segundo.[0052] In one embodiment, the pulsed Q-switch laser preferably delivers 10 ns energy pulses to the objects at a rate of more than 200,000 pulses per second.
[0053] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada age sobre os objetos em uma quantidade predeterminada de tempo após a pesquisa dos objetos.[0053] In one embodiment, the focused energy apparatus acts on the objects in a predetermined amount of time after searching the objects.
[0054] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada age sobre os objetos antes da pesquisa dos objetos pela fonte de luz.[0054] In one modality, the focused energy apparatus acts on the objects before searching the objects by the light source.
[0055] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada age sobre os objetos quando os objetos saem da pelo menos uma saída antes de serem coletados em um recipiente.[0055] In one embodiment, the focused energy apparatus acts on objects when the objects exit at least one outlet before being collected in a container.
[0056] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente um recipiente que coleta tanto os objetos direcionados quanto os objetos não direcionados.[0056] In one embodiment, the apparatus additionally includes a container that collects both targeted and untargeted objects.
[0057] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente um aparelho de bombeamento que bombeia pelo menos um dentre a mistura de fluido de amostra ou a pluralidade de fluidos envolventes no chip microfluídico.[0057] In one embodiment, the apparatus further includes a pumping apparatus that pumps at least one of the sample fluid mixture or the plurality of fluids surrounding the microfluidic chip.
[0058] Em uma modalidade, o aparelho de bombeamento bombeia a pelo menos uma dentre a mistura de fluido de amostra ou a pluralidade de fluidos envolventes no chip microfluídico com o uso de tubulação externa.[0058] In one embodiment, the pumping apparatus pumps the at least one of the sample fluid mixture or the plurality of fluids surrounding the microfluidic chip with the use of external tubing.
[0059] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente: pelo menos um reservatório externo que prende pelo menos uma dentre a mistura de fluido de amostra ou a pluralidade de fluidos envolventes.[0059] In one embodiment, the apparatus further includes: at least one external reservoir holding at least one of the sample fluid mixture or the plurality of surrounding fluids.
[0060] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente: um retentor de chip microfluídico no qual o chip microfluídico é montado, em que o retentor de chip microfluídico inclui aberturas através do qual a tubulação externa acessa o chip microfluídico do pelo menos um reservatório externo.[0060] In one embodiment, the apparatus further includes: a microfluidic chip retainer on which the microfluidic chip is mounted, wherein the microfluidic chip retainer includes openings through which the external tubing accesses the microfluidic chip of the at least one external reservoir .
[0061] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente: um controlador que controla o bombeamento de a uma dentre a mistura de fluido de amostra ou a pluralidade de fluidos envolventes no chip microfluídico.[0061] In one embodiment, the apparatus further includes: a controller that controls the pumping of a one of the sample fluid mixture or the plurality of fluids surrounding the microfluidic chip.
[0062] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente uma pluralidade de chips microfluídicos dispostos em paralelo, em que a pluralidade de chips microfluídicos contém uma pluralidade de misturas de fluido de amostra; em que um único aparelho de pesquisa é usado para cada um dentre a pluralidade de chips microfluídicos.[0062] In one embodiment, the apparatus further includes a plurality of microfluidic chips arranged in parallel, wherein the plurality of microfluidic chips contains a plurality of sample fluid mixtures; where a single research device is used for each of the plurality of microfluidic chips.
[0063] Em uma modalidade, um sistema de computador identifica objetos, incluindo: pelo menos uma memória que contém pelo menos um programa que inclui as etapas de: controlar um fluxo de uma mistura de fluido de amostra que contém objetos a serem identificados, através de um canal de fluido principal de um chip microfluídico; controlar uma introdução de uma pluralidade de canais de fluido envolvente no chip microfluídico, a pluralidade de fluidos envolventes que orienta os objetos no canal de fluido principal em uma direção predeterminada enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal; e analisar uma pesquisa dos objetos orientados no canal de fluido principal com o uso de um aparelho de pesquisa; e controlar uma ação sobre os objetos com o uso de um aparelho de energia focalizada; e um processador que executa o programa.[0063] In one embodiment, a computer system identifies objects, including: at least one memory that contains at least one program that includes the steps of: controlling a flow of a sample fluid mixture that contains objects to be identified, through from a main fluid channel of a microfluidic chip; controlling an introduction of a plurality of surrounding fluid channels into the microfluidic chip, the plurality of surrounding fluids orienting objects in the main fluid channel in a predetermined direction while still maintaining laminar flow in the main fluid channel; and analyze a survey of objects oriented in the main fluid channel with the use of a survey apparatus; and controlling an action on objects with the use of a focused energy device; and a processor that runs the program.
[0064] Em uma modalidade, um meio legível de computador não transitório contém instruções para identificar os objetos, inclui: controlar um fluxo de uma mistura de fluido de amostra que contém objetos a serem identificados, através de um canal de fluido principal de um chip microfluídico; controlar uma introdução de uma pluralidade de canais de fluido envolvente no chip microfluídico, em que a pluralidade de fluidos envolventes orienta os objetos no canal de fluido principal em uma direção predeterminada enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal; analisar uma pesquisa dos objetos orientados no canal de fluido principal com o uso de um aparelho de pesquisa; e controlar uma ação sobre os objetos com o uso de um aparelho de energia focalizada.[0064] In one embodiment, a non-transient computer readable medium contains instructions for identifying the objects, including: controlling a flow of a sample fluid mixture containing objects to be identified, through a main fluid channel of a chip microfluidic; controlling an introduction of a plurality of surrounding fluid channels into the microfluidic chip, wherein the plurality of surrounding fluids orients objects in the main fluid channel in a predetermined direction while still maintaining laminar flow in the main fluid channel; analyze a survey of objects oriented in the main fluid channel using a survey apparatus; and controlling an action on objects with the use of a focused energy device.
[0065] Em uma modalidade, um aparelho que identifica objetos inclui: um chip microfluídico no qual são dispostos uma pluralidade de canais, incluindo: um canal de fluido principal no qual uma mistura de fluido de amostra de objetos a serem identificados é introduzida e uma pluralidade de canais de fluxo envolvente que realizam pelo menos um processo de focalização hidrodinâmica de três etapas nos objetos, de modo que os objetos sejam orientados em uma direção predeterminada como os objetos fluxo através do canal de fluido principal.[0065] In one embodiment, an object identifying apparatus includes: a microfluidic chip into which a plurality of channels are disposed, including: a main fluid channel into which a fluid sample mixture of objects to be identified is introduced and a plurality of enveloping flow channels that perform at least a three-step hydrodynamic focusing process on objects such that objects are oriented in a predetermined direction as objects flow through the main fluid channel.
[0066] Em uma modalidade, a pluralidade de canais de fluido envolvente inclui: uma primeira pluralidade de canais de fluido envolvente que cruza o canal de fluido principal em uma primeira interseção para realizar uma primeira etapa das pelo menos três etapas de focalização hidrodinâmica, de modo que os fluidos envolventes compactem a mistura de fluido de amostra em pelo menos dois lados, de modo que a mistura de fluido de amostra se torne uma transmissão relativamente menor, inferior, ligada pelos fluidos envolventes, enquanto mantém o fluxo laminar no canal de fluido principal.[0066] In one embodiment, the plurality of surrounding fluid channels includes: a first plurality of surrounding fluid channels that crosses the main fluid channel at a first intersection to perform a first step of the at least three steps of hydrodynamic focusing, of so that the surrounding fluids compress the sample fluid mixture on at least two sides so that the sample fluid mixture becomes a relatively smaller, lower transmission connected by the surrounding fluids, while maintaining laminar flow in the fluid channel. main.
[0067] Em uma modalidade, a pluralidade de canais de fluido envolvente inclui adicionalmente: uma segunda pluralidade de canais de fluido envolvente que cruza o canal de fluido principal em uma segunda interseção a jusante da primeira interseção para realizar uma segunda etapa das pelo menos três etapas de focalização hidrodinâmica, de modo que os fluidos envolventes da segunda pluralidade de canais de fluido envolvente compactem adicionalmente a mistura de fluido de amostra nos pelo menos dois lados, de modo que a mistura de fluido de amostra seja adicionalmente compactada enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal.[0067] In one embodiment, the plurality of surrounding fluid channels further includes: a second plurality of surrounding fluid channels crossing the main fluid channel at a second intersection downstream of the first intersection to perform a second step of the at least three hydrodynamic focusing steps such that the surrounding fluids of the second plurality of surrounding fluid channels further compact the sample fluid mixture on at least two sides so that the sample fluid mixture is further compacted while still maintaining laminar flow in the main fluid channel.
[0068] Em uma modalidade, a pluralidade de fluidos envolventes inclui adicionalmente: um terceiro canal de fluido envolvente disposto vertical ao canal de fluido principal em uma terceira interseção e disposto a jusante da segunda interseção para realizar uma terceira etapa das ditas pelo menos três etapas de focalização hidrodinâmica, em que o fluido envolvente do terceiro canal de fluido envolvente compacta o fluido de amostra enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal.[0068] In one embodiment, the plurality of surrounding fluids further includes: a third surrounding fluid channel disposed vertical to the main fluid channel at a third intersection and disposed downstream of the second intersection to perform a third step of said at least three steps of hydrodynamic focusing, in which the enveloping fluid from the third enveloping fluid channel compresses the sample fluid while still maintaining laminar flow in the main fluid channel.
[0069] Em uma modalidade, o aparelho inclui adicionalmente: um aparelho de pesquisa que detecta e pesquisa os objetos orientados no canal de fluido principal e um aparelho de energia focalizada que realiza uma ação sobre os objetos.[0069] In one embodiment, the apparatus further includes: a search apparatus that detects and searches for objects oriented in the main fluid channel and a focused energy apparatus that performs an action on the objects.
[0070] Em uma modalidade, um método para identificar objetos que fluem em uma mistura de fluido de amostra, inclui: fluir uma mistura de fluido de amostra que contém objetos a serem identificados, através de um canal de fluido principal de um chip microfluídico; introduzindo uma pluralidade de canais de fluido envolvente no chip microfluídico, em que a pluralidade de fluidos envolventes orienta os objetos no canal de fluido principal em uma direção predeterminada enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal de fluido principal; pesquisando os objetos orientados no canal de fluido principal com o uso de um aparelho de pesquisa; e com o uso de um aparelho de energia focalizada nos objetos.[0070] In one embodiment, a method for identifying objects that flow in a sample fluid mixture, includes: flowing a sample fluid mixture that contains objects to be identified, through a main fluid channel of a microfluidic chip; introducing a plurality of surrounding fluid channels into the microfluidic chip, wherein the plurality of surrounding fluids orients objects in the main fluid channel in a predetermined direction while still maintaining laminar flow in the main fluid channel; surveying objects oriented in the main fluid channel with the use of a survey apparatus; and with the use of an object-focused energy device.
[0071] Dessa forma, alguns recursos foram ressaltados em consistência com a presente invenção de modo que a descrição detalhada dos mesmos a seguir possa ser mais bem entendida e a fim de que a presente contribuição à técnica possa ser mais bem apreciada. Há, de fato, recursos adicionais consistentes com a presente invenção que serão descritos abaixo e que formarão a matéria das reivindicações anexas na mesma.[0071] Thus, some features were highlighted in consistency with the present invention so that the detailed description of them below can be better understood and so that the present contribution to the technique can be better appreciated. There are, in fact, additional features consistent with the present invention which will be described below and which will form the subject matter of the claims appended hereto.
[0072] Nesse aspecto, antes de explicar pelo menos uma modalidade consistente com a presente invenção em detalhes, deve ser entendido que a invenção não é limitada em sua aplicação aos detalhes de construção e às disposições dos objetos apresentados na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos. Os métodos e aparelhos consistentes com a presente invenção têm capacidade para outras modalidades e de ser praticada e realizada de diversas maneiras. Além disso, deve ser entendido que a fraseologia e terminologia empregadas no presente documento, bem como o resumo incluído abaixo, têm o propósito de descrição e não devem ser interpretadas como limitantes.[0072] In this regard, before explaining at least one embodiment consistent with the present invention in detail, it should be understood that the invention is not limited in its application to the construction details and provisions of objects presented in the description below or illustrated in the drawings. The methods and apparatus consistent with the present invention are capable of other embodiments and of being practiced and performed in a variety of ways. Furthermore, it is to be understood that the phraseology and terminology employed in this document, as well as the abstract included below, are for the purpose of description and should not be construed as limiting.
[0073] Dessa forma, aqueles versados na técnica apreciarão que a concepção, sob a qual essa revelação é baseada, pode ser utilizada prontamente como uma base para se projetar outras estruturas, métodos e/ou sistemas para realizar os diversos propósitos da presente invenção. Portanto, é importante que as reivindicações sejam interpretadas como incluindo tais construções equivalentes na medida em que as mesmas não se afastem do espírito e do escopo dos métodos e aparelhos consistentes com a presente invenção.[0073] Accordingly, those skilled in the art will appreciate that the design, upon which this disclosure is based, can readily be used as a basis for designing other structures, methods and/or systems to accomplish the various purposes of the present invention. Therefore, it is important that the claims be construed to include such equivalent constructions to the extent that they do not depart from the spirit and scope of the methods and apparatus consistent with the present invention.
[0074] Os objetos, recursos e vantagens da presente invenção serão mais prontamente evidentes a título de referência à revelação a seguir quando considerados em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:[0074] The objects, features and advantages of the present invention will be more readily evident by reference to the following disclosure when considered in conjunction with the accompanying drawings, in which:
[0075] A Figura 1A mostra uma vista em perspectiva explodida de uma modalidade ilustrativa de um chip microfluídico de camada única com camada de "bloco bruto" de topo, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0075] Figure 1A shows an exploded perspective view of an illustrative embodiment of a single-layer microfluidic chip with a top "raw block" layer, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[0076] A Figura 1B (a) mostra uma vista em perspectiva explodida de uma modalidade ilustrativa de um chip microfluídico de duas camadas, com as camadas funcionais no topo da camada de fundo e na face inferior da camada de topo, de acordo com ainda outra modalidade consistente com a presente invenção.[0076] Figure 1B (a) shows an exploded perspective view of an illustrative embodiment of a two-layer microfluidic chip, with the functional layers on top of the bottom layer and on the underside of the top layer, according to further another embodiment consistent with the present invention.
[0077] A Figura 1B (b) mostra uma vista superior de camada de fundo e a face inferior da camada de topo da modalidade mostrada na Figura 1B (a).[0077] Figure 1B (b) shows a top view of the bottom layer and the bottom face of the top layer of the modality shown in Figure 1B (a).
[0078] A Figura 1C (a) mostra uma vista em perspectiva explodida de uma modalidade ilustrativa de um chip microfluídico de três camadas com três camadas funcionais, as camadas de topo e intermediária que têm as porções funcionais na face inferior das camadas, de acordo com ainda outra modalidade consistente com a presente invenção.[0078] Figure 1C(a) shows an exploded perspective view of an illustrative embodiment of a three-layer microfluidic chip with three functional layers, the top and middle layers having the functional portions on the underside of the layers, according to with yet another embodiment consistent with the present invention.
[0079] A Figura 1C (b) mostra a modalidade ilustrativa de três camadas da Figura 1C (a), a partir da perspectiva oposta, com as camadas invertidas, que mostram a face inferior, as camadas funcionais das camadas de topo e intermediária.[0079] Figure 1C (b) shows the illustrative embodiment of three layers of Figure 1C (a), from the opposite perspective, with the layers inverted, showing the underside, the functional layers of the top and middle layers.
[0080] A Figura 1D mostra uma vista em perspectiva explodida de uma modalidade ilustrativa de um chip microfluídico de quatro camadas com a camada de topo que é uma camada de "bloco bruto", de acordo com ainda outra modalidade consistente com a presente invenção.[0080] Figure 1D shows an exploded perspective view of an illustrative embodiment of a four-layer microfluidic chip with the top layer being a "rough block" layer, according to yet another embodiment consistent with the present invention.
[0081] A Figura 2 mostra uma vista superior de uma modalidade ilustrativa de um chip microfluídico, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0081] Figure 2 shows a top view of an illustrative embodiment of a microfluidic chip, according to an embodiment consistent with the present invention.
[0082] A Figura 3A mostra uma vista em perspectiva da amostra e canais de bainha ou de tampão em um chip microfluídico de duas camadas (funcional), de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0082] Figure 3A shows a perspective view of the sample and sheath or buffer channels in a two-layer (functional) microfluidic chip, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[0083] A Figura 3B mostra uma vista em perspectiva da amostra e canais de bainha ou de tampão em um chip microfluídico de camada única, de acordo com outra modalidade consistente com a presente invenção.[0083] Figure 3B shows a perspective view of the sample and sheath or buffer channels in a single-layer microfluidic chip, according to another embodiment consistent with the present invention.
[0084] A Figura 4A mostra uma vista em perspectiva do canal de amostra, com rampa afunilada e interna, que entra na interseção da primeira região de focalização hidrodinâmica de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0084] Figure 4A shows a perspective view of the sample channel, with tapered and internal ramp, which enters the intersection of the first hydrodynamic focusing region according to an embodiment consistent with the present invention.
[0085] A Figura 4B mostra uma vista em perspectiva do canal principal, com rampa afunilada e interna, que entra na segunda região de focalização hidrodinâmica, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0085] Figure 4B shows a perspective view of the main channel, with tapered and internal ramp, which enters the second region of hydrodynamic focusing, according to an embodiment consistent with the present invention.
[0086] A Figura 4C mostra um recurso de rampa no canal de amostra antes da câmara de ação, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0086] Figure 4C shows a ramp feature in the sample channel before the action chamber, according to an embodiment consistent with the present invention.
[0087] A Figura 5 mostra uma vista interna em corte transversal de uma pesquisa ilustrativa por uma fonte de luz, de objetos que fluem em uma mistura de fluido através do canal principal do sistema de chip microfluídico da Figura 1 A, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0087] Figure 5 shows an internal cross-sectional view of an illustrative search by a light source of objects flowing in a fluid mixture through the main channel of the microfluidic chip system of Figure 1A, according to a embodiment consistent with the present invention.
[0088] A Figura 6A mostra uma vista lateral esquemática inclinada do fluxo de objetos no canal principal de um sistema de chip microfluídico, de pesquisa para discriminação, com ativação do dispositivo de energia focalizada após a pesquisa, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0088] Figure 6A shows a schematic angled side view of object flow in the main channel of a microfluidic chip system, search for discrimination, with focused energy device activation after the search, according to a modality consistent with the present invention.
[0089] A Figura 6B mostra uma vista lateral esquemática inclinada do fluxo de objetos no canal principal de um sistema de chip microfluídico, de pesquisa para discriminação, com ativação do dispositivo de energia focalizada na saída de canal de saída, de acordo com outra modalidade consistente com a presente invenção.[0089] Figure 6B shows a schematic inclined side view of the flow of objects in the main channel of a microfluidic chip system, search for discrimination, with activation of the energy device focused on the output channel output, according to another modality consistent with the present invention.
[0090] A Figura 6C mostra uma vista lateral esquemática inclinada do fluxo de objetos no canal principal de um sistema de chip microfluídico, de pesquisa para discriminação, com ativação do dispositivo de energia focalizada em uma gota desconectada entre saída de canal de saída e coleta, de acordo com outra modalidade consistente com a presente invenção.[0090] Figure 6C shows a schematic angled side view of object flow in the main channel of a microfluidic chip system, search for discrimination, with focused energy device activation on a disconnected droplet between output channel output and collection , in accordance with another embodiment consistent with the present invention.
[0091] A Figura 6D mostra uma vista lateral esquemática inclinada do fluxo de objetos no canal principal de um sistema de chip microfluídico, de pesquisa para discriminação, com ativação do dispositivo de energia focalizada antes da pesquisa, de acordo com outra modalidade consistente com a presente invenção.[0091] Figure 6D shows a schematic angled side view of object flow in the main channel of a microfluidic chip system, search for discrimination, with focused energy device activation before the search, according to another modality consistent with the present invention.
[0092] A Figura 7 mostra uma vista em perspectiva do gradiente de força de cisalhamento através do canal principal microfluídico, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0092] Figure 7 shows a perspective view of the shear force gradient through the main microfluidic channel, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[0093] A Figura 8A mostra uma vista em corte transversal do canal principal de um chip microfluídico, após a primeira etapa de focalização hidrodinâmica, com o fluido de amostra compactado nos lados do canal principal e os objetos desviam da porção central do canal principal.[0093] Figure 8A shows a cross-sectional view of the main channel of a microfluidic chip, after the first hydrodynamic focusing step, with the sample fluid compacted on the sides of the main channel and objects deviating from the central portion of the main channel.
[0094] A Figura 8B mostra uma vista em corte transversal do canal principal de um chip microfluídico, após a segunda etapa de focalização hidrodinâmica, com o fluido de amostra compactado acima e abaixo do canal principal, de modo que os objetos estejam localizados substancialmente de modo central no canal principal.[0094] Figure 8B shows a cross-sectional view of the main channel of a microfluidic chip, after the second step of hydrodynamic focusing, with the sample fluid compacted above and below the main channel, so that the objects are located substantially from central mode on the main channel.
[0095] A Figura 9 mostra um corte transversal do canal principal do chip microfluídico, com um objeto no centro do mesmo, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0095] Figure 9 shows a cross-section of the main channel of the microfluidic chip, with an object in the center of it, according to an embodiment consistent with the present invention.
[0096] A Figura 10 é um diagrama que mostra um perfil de velocidade de fluxo através do canal principal de um chip microfluídico, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0096] Figure 10 is a diagram showing a flow velocity profile through the main channel of a microfluidic chip, according to an embodiment consistent with the present invention.
[0097] A Figura 11 mostra um corte transversal do canal principal de um chip microfluídico, com um objeto desviado do centro, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0097] Figure 11 shows a cross-section of the main channel of a microfluidic chip, with an object offset from the center, according to an embodiment consistent with the present invention.
[0098] A Figura 12A mostra a segunda etapa de focalização hidrodinâmica, em que os canais de bainha ou de tampão são paralelos ao canal de amostra de um chip microfluídico, acima e abaixo, e entram no canal de amostra de direções verticais, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[0098] Figure 12A shows the second step of hydrodynamic focusing, in which the sheath or buffer channels are parallel to the sample channel of a microfluidic chip, above and below, and enter the sample channel from vertical directions, according to with an embodiment consistent with the present invention.
[0099] A Figura 12B mostra a segunda etapa de focalização hidrodinâmica da Figura 12A, com um canal de bainha ou de tampão de um chip microfluídico, que é menor que o outro canal, de acordo com outra modalidade consistente com a presente invenção.[0099] Figure 12B shows the second hydrodynamic focusing step of Figure 12A, with a sheath or buffer channel of a microfluidic chip that is smaller than the other channel, according to another embodiment consistent with the present invention.
[00100] A Figura 13A mostra um histograma de células de esperma em um centro do canal principal de um chip microfluídico, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00100] Figure 13A shows a histogram of sperm cells in a center of the main channel of a microfluidic chip, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00101] A Figura 13B mostra um histograma de células de esperma desviadas de um centro do canal principal de um chip microfluídico, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00101] Figure 13B shows a histogram of sperm cells shifted from a center of the main channel of a microfluidic chip, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00102] A Figura 14 mostra uma vista em perspectiva, interna e oblíqua de objetos que fluem através do chip microfluídico e uma operação ilustrativa de focalização hidrodinâmica de duas etapas, com fluidos de única bainha ou tampão que entram a partir de uma porção superior do canal principal, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00102] Figure 14 shows an internal, oblique, perspective view of objects flowing through the microfluidic chip and an illustrative two-stage hydrodynamic focusing operation, with single-sheath or plug fluids entering from an upper portion of the main channel, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00103] A Figura 15 mostra uma vista em perspectiva do chip microfluídico e uma operação ilustrativa de focalização hidrodinâmica de duas etapas, com canais de fluido envolvente ou de tampão que entram verticalmente tanto a partir de uma porção superior quanto de uma porção inferior do canal de amostra, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00103] Figure 15 shows a perspective view of the microfluidic chip and an illustrative two-stage hydrodynamic focusing operation, with envelope or plug fluid channels entering vertically from either an upper or a lower portion of the channel of sample, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00104] A Figura 16 mostra uma vista esquemática lateral, inclinada do sistema de chip microfluídico com aparelho de pesquisa e discriminação e implantação dos elementos ópticos de feixe de lados opostos do canal de amostra, com os elementos ópticos de coleta compartilhados com os elementos ópticos de dispositivo de energia focalizada, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00104] Figure 16 shows a schematic, angled, side view of the microfluidic chip system with apparatus for research and discrimination and deployment of the beam optical elements from opposite sides of the sample channel, with the collection optical elements shared with the optical elements of focused energy device, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00105] A Figura 17 mostra uma vista esquemática lateral, inclinada do sistema de chip microfluídico com aparelho de pesquisa e discriminação, e implantação dos elementos ópticos de feixe de um mesmo lado do canal de amostra, com a pesquisa e feixes de energia focalizados combinados através dos mesmos, ou elementos ópticos separados, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00105] Figure 17 shows a schematic, tilted side view of the microfluidic chip system with search and discrimination apparatus, and deployment of the beam optical elements on the same side of the sample channel, with the search and combined focused energy beams through them, or separate optical elements, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00106] A Figura 18 mostra uma vista esquemática de múltiplos sistemas de chip microfluídico dispostos em paralelo, com o uso de um único aparelho de pesquisa, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00106] Figure 18 shows a schematic view of multiple microfluidic chip systems arranged in parallel, with the use of a single research apparatus, according to an embodiment consistent with the present invention.
[00107] A Figura 19 mostra uma vista esquemática da rede de controle de fluxo do sistema de chip microfluídico, com reservatórios individuais externos para amostra e fluidos envolventes ou de tampão, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00107] Figure 19 shows a schematic view of the flow control network of the microfluidic chip system, with individual external sample reservoirs and surrounding fluids or buffer, according to an embodiment consistent with the present invention.
[00108] A Figura 20 mostra uma vista esquemática da rede de controle de fluxo do sistema de chip microfluídico, com um único reservatório de bainha ou de tampão externo e reservatório de amostra, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00108] Figure 20 shows a schematic view of the flow control network of the microfluidic chip system, with a single sheath or external buffer reservoir and sample reservoir, according to an embodiment consistent with the present invention.
[00109] A Figura 21 mostra uma vista esquemática de uma rede regulada por pressão do sistema de chip microfluídico com um único reservatório de bainha ou de tampão, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00109] Figure 21 shows a schematic view of a pressure-regulated network microfluidic chip system with a single sheath or buffer reservoir, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00110] As Figuras 22A e 22B mostram a parte anterior e posterior, respectivamente, de um retentor de chip microfluídico que tem três portas para fluidos para um chip microfluídico de múltiplas camadas funcional, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção.[00110] Figures 22A and 22B show the front and rear, respectively, of a microfluidic chip retainer having three fluid ports for a functional multilayer microfluidic chip, in accordance with an embodiment consistent with the present invention.
[00111] As Figuras 23A e 23B mostram a parte anterior e posterior, respectivamente, de um retentor de chip microfluídico que tem quatro portas para fluidos para um chip microfluídico de camada única, de acordo com uma modalidade consistente com a presente invenção. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO[00111] Figures 23A and 23B show the front and rear, respectively, of a microfluidic chip retainer having four fluid ports for a single-layer microfluidic chip, in accordance with an embodiment consistent with the present invention. DESCRIPTION OF THE INVENTION
[00112] Antes de retornar para as Figuras, que ilustram as modalidades ilustrativas em detalhes, deve ser entendido que a presente revelação não é limitada aos detalhes ou à metodologia apresentada na descrição ou ilustrada nas Figuras. Também deve ser entendido que a terminologia tem propósito de descrição apenas e não deve ser interpretada como limitante. Um esforço tem sido feito para usar os mesmos números de referência ou similares em todos os desenhos para se referir às mesmas partes ou similares.[00112] Before returning to the Figures, which illustrate the illustrative modalities in detail, it should be understood that the present disclosure is not limited to the details or methodology presented in the description or illustrated in the Figures. It should also be understood that the terminology is for descriptive purposes only and should not be construed as limiting. An effort has been made to use the same or similar reference numerals in all drawings to refer to the same or similar parts.
[00113] A presente invenção se refere a um chip microfluídico com um aparelho de pesquisa que detecta e pesquisa objetos em uma mistura de fluido de amostra e um aparelho de energia focalizada que realiza uma ação sobre os objetos ou uma região ao redor dos objetos. Em uma modalidade, o aparelho de pesquisa que realiza uma pesquisa dos objetos para identificar os objetos e para determinar se os objetos devem ser direcionados pelo aparelho de energia focalizada. Em uma modalidade, os objetos direcionados são objetos direcionados indesejados.[00113] The present invention relates to a microfluidic chip with a search device that detects and searches for objects in a mixture of sample fluid and a focused energy device that performs an action on the objects or a region around the objects. In one embodiment, the survey apparatus that performs an object survey to identify the objects and to determine whether the objects should be targeted by the focused energy apparatus. In one modality, targeted objects are unwanted targeted objects.
[00114] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada é um aparelho de discriminação que discrimina entre objetos direcionados e não direcionados mediante a danificação, extermínio, alteração, desabilitação ou destruição dos objetos direcionados. A presente invenção é conduzida em uma corrente de fluído contínuo de fluxo dentro da rede microfluídica, em que os objetos são submetidos à focalização hidrodinâmica, posicionamento e orientação, e permite- se objetos não direcionados no fluxo através do chip microfluídico não alterado e objetos direcionados podem ser atuados, incluindo fotodanificados, exterminados, alterados, desabilitados ou destruídos, por um aparelho de energia focalizada.[00114] In one modality, the focused energy apparatus is a discrimination apparatus that discriminates between directed and undirected objects through the damage, extermination, alteration, disabling or destruction of the directed objects. The present invention is conducted in a continuous fluid stream flowing within the microfluidic network, in which objects are subjected to hydrodynamic focusing, positioning and orientation, and undirected objects are allowed to flow through the unaltered microfluidic chip and targeted objects they can be actuated, including photodamaged, terminated, altered, disabled or destroyed, by a focused energy device.
[00115] As diversas modalidades da presente invenção fornece a seleção de objetos em uma mistura de fluido, como, por exemplo: selecionar esperma viável ou com motilidade de esperma não viável e sem motilidade; selecionar esperma por gênero, e outras variações de seleção por sexo; selecionar células-tronco de células em uma população; selecionar uma ou mais células classificadas de células não classificadas que distinguem característicasdesejáveis/indesejáveis; selecionar células para características desejáveis; selecionar genes em DNA nuclear em células, de acordo com uma característica específica; selecionar células com base em marcadores de superfície; selecionar células com base em integridade de membrana (viabilidade), situação reprodutiva potencial ou prevista (fertilidade), habilidade para manter integridade após o congelamento, etc.; selecionar células de contaminantes ou detritos; selecionar células saudáveis de células danificadas (isto é, células cancerígenas) (com em extrações de medula óssea); hemácias de glóbulos brancos e plaquetas em uma mistura de plasma e selecionar quaisquer células de quaisquer outros objetos celulares, em frações correspondentes; selecionar células danificadas ou contaminantes ou detritos ou quaisquer outros materiais biológicos que se deseje passar por discriminação. Os objetos podem ser células ou microesferas tratadas ou revestidas com moléculas ligantes ou embebidas com uma molécula(s) de marcador fluorescente ou luminescente. Os objetos podem ter uma variedade de atributos físicos ou químicos, como tamanho, formato, materiais, textura, etc.[00115] The various modalities of the present invention provide the selection of objects in a fluid mixture, for example: select viable sperm or sperm with non-viable motility and without motility; select sperm by gender, and other variations of selection by sex; select stem cells from cells in a population; select one or more sorted cells from unclassified cells that distinguish desirable/undesirable features; select cells for desirable characteristics; select genes in nuclear DNA in cells, according to a specific trait; select cells based on surface markers; select cells based on membrane integrity (viability), potential or predicted reproductive status (fertility), ability to maintain integrity after freezing, etc.; select cells from contaminants or debris; select healthy cells from damaged cells (ie, cancer cells) (with bone marrow extractions); RBCs from white blood cells and platelets in a plasma mixture and select any cells from any other cell objects in corresponding fractions; select damaged cells or contaminants or debris or any other biological materials that one wishes to undergo discrimination. Objects can be cells or microspheres treated or coated with binding molecules or embedded with a fluorescent or luminescent label molecule(s). Objects can have a variety of physical or chemical attributes such as size, shape, materials, texture, etc.
[00116] Em uma modalidade, uma população heterogênea de objetos pode ser medida, com cada objeto que é examinado para quantidades ou regimes diferentes em quantidades similares (por exemplo, medições multiplexadas) ou os objetos podem ser examinados e distinguidos com base em um marcador (por exemplo, fluorescente), imagem (devido ao tamanho, formato, absorção diferente, dispersão, fluorescência, características de luminescência, perfis de emissão fluorescentes ou de luminescência, vida útil decrescente fluorescente ou luminescente) e/ou posição de partícula, etc.[00116] In one embodiment, a heterogeneous population of objects can be measured, with each object being scanned for different quantities or regimes in similar quantities (eg, multiplex measurements) or objects can be scanned and distinguished based on a marker (eg, fluorescent), image (due to size, shape, different absorption, scattering, fluorescence, luminescence characteristics, fluorescent or luminescence emission profiles, fluorescent or luminescent decreasing lifetime) and/or particle position, etc.
[00117] Além disso, a matéria da presente revelação também é adequada para outras aplicações médicas. Por exemplo, os diversos fluxos laminares discutidos abaixo podem ser utilizados como parte de um processo de diálise de rim, no qual o sangue total passa por limpeza de descartes e é devolvido para o paciente. Adicionalmente, as diversas modalidades da presente revelação podem ter aplicabilidade adicional para outras áreas biológicas ou médicas, como para seleção de células, vírus, bactéria, organelas ou subpartes celulares, estruturas globulares, suspensões coloidais, glóbulos lipídicos e de lipídio, géis, partículas imiscíveis, blastômeros, agregações de células, micro-organismos e outros materiais biológicos. Por exemplo, a seleção de objeto de acordo com a presente revelação pode incluir "lavagem" de célula, em que os contaminantes (como, bactérias) são removidos de suspensões de célula, que podem ser particularmente úteis em aplicações de indústria alimentícia e médica. Adicionalmente, a presente invenção tem aplicabilidade para selecionar objetos celulares sem motilidade de objetos celulares com motilidade.[00117] In addition, the subject matter of the present disclosure is also suitable for other medical applications. For example, the various laminar flows discussed below can be used as part of a kidney dialysis process, in which whole blood is cleaned from waste and returned to the patient. Additionally, the various modalities of the present disclosure may have additional applicability to other biological or medical areas, such as for selection of cells, viruses, bacteria, organelles or cell subparts, globular structures, colloidal suspensions, lipid and lipid globules, gels, immiscible particles , blastomeres, cell aggregations, microorganisms and other biological materials. For example, object selection in accordance with the present disclosure may include cell "washing", in which contaminants (such as bacteria) are removed from cell suspensions, which may be particularly useful in food and medical industry applications. Additionally, the present invention has applicability to select non-motile cellular objects from motile cellular objects.
[00118] A matéria da presente revelação também pode ser utilizada para transferir uma espécie de uma solução para outra solução, em que a separação por filtragem ou centrifugação não é prática ou desejável. Além das aplicações discutidas acima, aplicações adicionais incluem selecionar coloides de um determinado tamanho de coloides de outros tamanhas (para aplicações de pesquisa ou comerciais) e partículas de lavagem como células, óvulos, etc. (substituir de modo eficaz o meio no qual os mesmos estão contidos e remover os contaminantes) ou partículas de lavagem, como nanotubos de uma solução de sais e tensoativos com uma concentração de sal diferente ou sem tensoativos, por exemplo.[00118] The subject matter of the present disclosure can also be used to transfer a species from one solution to another solution, where separation by filtration or centrifugation is not practical or desirable. In addition to the applications discussed above, additional applications include selecting colloids of a certain size from colloids of other sizes (for research or commercial applications) and washing particles such as cells, eggs, etc. (effectively replacing the medium in which they are contained and removing contaminants) or washing particles, such as nanotubes of a salt solution and surfactants with a different salt concentration or without surfactants, for example.
[00119] A ação de selecionar espécies pode depender de diversas propriedades físicas dos objetos ou objetos que incluem automotilidade, autodifusidade, velocidade de queda livre ou ação sob uma força externa, como um atuador, um campo eletromagnético ou um contentor óptico holográfico. As propriedades que podem ser selecionadas incluem, por exemplo, motilidade de célula, viabilidade de célula, tamanho de objeto, massa de objeto, densidade de objeto, a tendência de objetos de atrair ou repelir uns aos outros ou outros objetos no fluxo, carga de objeto, química de superfície de objeto e a tendência de certos outros objetos (isto é, moléculas) de aderir ao objeto.[00119] The action of selecting species may depend on various physical properties of the objects or objects that include automotility, self-diffusion, free fall velocity or action under an external force such as an actuator, an electromagnetic field or a holographic optical container. Properties that can be selected include, for example, cell motility, cell viability, object size, object mass, object density, tendency of objects to attract or repel each other or other objects in the flow, object, object surface chemistry, and the tendency of certain other objects (ie molecules) to adhere to the object.
[00120] Embora a discussão abaixo tenha como foco a identificação e seleção de esperma viável ou com motilidade de esperma não viável e sem motilidade, ou selecionar esperma por gênero e outras variações de seleção por sexo, ou selecionar uma ou mais células classificadas de células não classificadas que distinguem características desejáveis/indesejáveis, etc., o aparelho, os métodos e os sistemas da presente invenção podem se estender para outros tipos de particulado, matéria biológica ou celular, que têm capacidade para serem pesquisados por técnicas de fluorescência dentro de um fluxo de fluido ou que têm capacidade para serem manipulados entre fluxos de fluido diferentes em uma ou mais saídas.[00120] Although the discussion below focuses on the identification and selection of viable sperm or with non-viable and non-motile sperm motility, or selecting sperm by gender and other selection variations by sex, or selecting one or more sorted cells of cells unclassified that distinguish desirable/undesirable characteristics, etc., the apparatus, methods and systems of the present invention may extend to other types of particulate, biological or cellular matter, which are capable of being searched by fluorescence techniques within a fluid flow or capable of being manipulated between different fluid flows in one or more outlets.
[00121] Em uma modalidade, uma concentração de objetos 160, como células (isto é, sêmen bruto), é determinada com o uso de um dispositivo de contagem de célula, como um Nucleocounter. Em uma modalidade, o volume de tingimento apropriado é obtido (isto é, com o uso de tintura de uma planilha calculadora) e o volume de TALP de tintura e os objetos 160 (isto é, sêmen puro) que precisam ser adicionados para uma concentração de célula predeterminada (isto é, concentração de esperma de 200 x 106/ml) são calculados. Por exemplo, uma quantidade de 1 ml de amostra tingida é preparada quando a concentração de sêmen puro = 1500 x 106/ml. Dessa forma, 200 x 106/ml/1500 x 106/ml = 0,133ml sêmen puro, que é adicionado a (em ordem) 0,012 ml de Hoechst 33342 (5 mg/ml solução de matéria-prima) e 0,855 de TALP de tingimento (pH 7,4), para igualar volume de tingimento de 1 ml total a 200 x 106/ml.[00121] In one embodiment, a concentration of
[00122] Em uma modalidade, TALP de tingimento é preparado por preenchimento de um recipiente (isto é, proveta) com água Milli-Q a 2/3 do volume desejado total. Uma barra de agitação e uma placa de agitação são usadas para misturar a solução, conforme produtos químicos são adicionados. Os produtos químicos, que são adicionados na ordem listada (até o Gentamicina, que é adicionado posteriormente), incluem:TABELA COMPONENTES QUÍMICOS DE TALP DE TINGIMENTO [00122] In one embodiment, dye TALP is prepared by filling a container (ie beaker) with Milli-Q water to 2/3 of the total desired volume. A stir bar and stir plate are used to mix the solution as chemicals are added. The chemicals, which are added in the order listed (up to Gentamicin, which is added later), include: TABLE DYE CHEMICAL COMPONENTS
[00123] Em uma modalidade, após a mistura adequada dos produtos químicos, o pH é ajustado para 7,4 com o uso de NaOH. A água Milli-Q adicional é usada para trazer a solução para um volume final em um recipiente (isto é, frasco volumétrico). Um filtro estéril (isto é, filtro estéril de 0,22) é usado para filtrar/esterilizar o volume. Um antibiótico (isto é, solução de Gentamicina) é adicionado após a filtragem e o volume de TALP de tingimento é armazenado a 5 °C e pode ser usado durante 7 a 10 dias.[00123] In one modality, after proper mixing of the chemicals, the pH is adjusted to 7.4 with the use of NaOH. Additional Milli-Q water is used to bring the solution to a final volume in a container (ie, volumetric flask). A sterile filter (ie, 0.22 sterile filter) is used to filter/sterilize the volume. An antibiotic (ie Gentamicin solution) is added after filtration and the volume of dye TALP is stored at 5 °C and can be used for 7 to 10 days.
[00124] Dessa forma, após o volume de amostra ser tingido com TALP de tingimento, em uma modalidade, as amostras tingidas 120 são colocadas em recipientes (isto é, tubos) em um banho de água definido em 34 a 35 °C e incubados durante um tempo predeterminado (isto é, 45 minutos). Em uma modalidade, após a incubação, as amostras tingidas foram removidas do banho de água e um volume igual de 4,0% de TALP de gema de ovo com corante alimentar vermelho que foi aquecido no banho de água definido como 34 a 35 °C, é adicionado.[00124] In this way, after the sample volume is dyed with dye TALP, in one modality, the 120 dyed samples are placed in containers (ie tubes) in a water bath set at 34 to 35 °C and incubated for a predetermined time (ie 45 minutes). In one embodiment, after incubation, stained samples were removed from the water bath and an equal volume of 4.0% egg yolk TALP with red food coloring that was heated in the water bath set to 34 to 35 °C , is added.
[00125] Para obter 4% de TALP de gema de ovo com corante alimentar vermelho, o TALP de tingimento conforme verificado acima é preparado e um volume desejado de solução final é determinado. O volume de TALP de tingimento e gema de ovo exigido para preparar uma solução de 4% de gema de ovo é calculado como a seguir:[00125] To obtain 4% TALP of egg yolk with red food coloring, the dye TALP as noted above is prepared and a desired volume of final solution is determined. The volume of dyeing TALP and egg yolk required to prepare a 4% egg yolk solution is calculated as follows:
[00126] O volume desejado: (250 ml) x 0,04 = 10 ml de gema de ovo necessário para solução de 4%. 240 ml de TALP de tingimento é adicionado a um recipiente graduado (isto é, cilindro) e 10 ml de gema de ovo é adicionado. O corante alimentício FD&C #40 é adicionado ao recipiente (isto é, cilindro), para obter: 0,261 ml/100 ml de solução.Com um volume total desejado de 250 ml, 0,261 ml x 250 ml / 100 = 0,653 ml de corante alimentar vermelho. O recipiente (isto é, cilindro) é coberto com parafilme e invertido cuidadosamente até que o volume seja misturado completamente. Permite-se, então, que o volume recipiente repouse ao longo da noite e seja resfriado em um ambiente frio. O recipiente de volume é, então, decantado de modo cuidadoso em um recipiente estéril, deixando qualquer sedimento no fundo do recipiente de volume. O volume é, então, filtrado/esterilizado através de um filtro de topo de garrafa de 0,22 μm e uma quantidade apropriada de solução de antibiótico é adicionada (isto é, 0,250 ml de Gentamicina/ 100 ml de TALP de gema de ovo).[00126] The desired volume: (250 ml) x 0.04 = 10 ml of egg yolk required for 4% solution. 240 ml of dye TALP is added to a graduated container (ie cylinder) and 10 ml of egg yolk is added. FD&C #40 food coloring is added to the container (ie cylinder) to obtain: 0.261 ml/100 ml of solution. With a total desired volume of 250 ml, 0.261 ml x 250 ml / 100 = 0.653 ml of food color Red. The container (ie cylinder) is covered with parafilm and carefully inverted until the volume is completely mixed. The container volume is then allowed to rest overnight and be cooled in a cool environment. The bulking vessel is then carefully decanted into a sterile vessel, leaving any sediment at the bottom of the bulking vessel. The volume is then filtered/sterilized through a 0.22 µm bottle top filter and an appropriate amount of antibiotic solution is added (ie, 0.250 ml of Gentamicin/100 ml of egg yolk TALP) .
[00127] Dessa forma, após a adição de um volume igual de 4% TALP de gema de ovo com corante alimentar vermelho à amostra tingida 120, as amostras tingidas 120 são filtradas mediante o vertimento das amostras 120 em um filtro de 20 mícrons (isto é, filtro CellTrics), que é extraído em outro recipiente estéril de cultura de 5 ml. Após um tempo predeterminado de tingimento (isto é, 45 minutos), volume igual de 4% TALP de gema de ovo é adicionado. A amostra tingida 120 (isto é, células) é passada por um filtro (isto é, filtro Partec, com 50 malha de mícron) e a amostra é colocada em um retentor ou reservatório de amostra 233 para introdução no chip microfluídico 100 (consulte as Figuras 19 a 21).[00127] Thus, after adding an equal volume of 4% TALP egg yolk with red food coloring to the 120 dyed sample, the 120 dyed samples are filtered by pouring the 120 samples into a 20 micron filter (this is, CellTrics filter), which is extracted into another sterile 5 ml culture vessel. After a predetermined dyeing time (ie 45 minutes), an equal volume of 4% TALP egg yolk is added. The 120-stained sample (ie, cells) is passed through a filter (ie, Partec filter, 50 micron mesh) and the sample is placed in a 233 sample retainer or reservoir for introduction into the 100 microfluidic chip (see Figures 19 to 21).
[00128] Em uma modalidade, a concentração de esperma final = 100 x 106/ml e a porcentagem de gema de ovo final = 2%. Uma nova alíquota de amostra 120 pode ser preparada e usada a cada hora é desejada.[00128] In one modality, the final sperm concentration = 100 x 106/ml and the percentage of final egg yolk = 2%. A new 120 sample aliquot can be prepared and used every hour is desired.
[00129] As diversas modalidades do chip microfluídico, conforme descrito abaixo, utilizam um ou mais canais de fluxo, que têm uma pluralidade de fluxos substancialmente laminares, o que permite que um ou mais objetos sejam pesquisados para identificação por um aparelho de pesquisa e sejam atuados por um aparelho de energia focalizada, com os objetos que saem do chip microfluídico em uma ou mais saídas. Em uma modalidade, os objetos não direcionados pelo aparelho de energia focalizada são não alterados e o aparelho de energia focalizada fotolesionada, altera, desabilita, mata ou destrói os objetos direcionados.[00129] The various modalities of the microfluidic chip, as described below, use one or more flow channels, which have a plurality of substantially laminar flows, which allows one or more objects to be searched for identification by a search device and to be actuated by a focused energy device, with objects exiting the microfluidic chip at one or more outlets. In one modality, objects not directed by the focused energy apparatus are unaltered and the focused energy apparatus, photodamage, alters, disables, kills or destroys the directed objects.
[00130] As diversas modalidades da presente invenção, desse modo, fornecem seleção de objetos em uma base contínua, como, dentro de um sistema fechado contínuo sem a danificação potencial e contaminação de métodos de técnica anterior, particularmente conforme fornecido em separação de esperma. O processo contínuo da presente invenção também fornece economia de tempo significativa ao selecionar e discriminar objetos.[00130] The various embodiments of the present invention thus provide selection of objects on a continuous basis, such as within a continuous closed system without the potential damage and contamination of prior art methods, particularly as provided in sperm separation. The continuous process of the present invention also provides significant time savings when selecting and discriminating objects.
[00131] Embora a presente matéria seja discutida em detalhes em relação a um chip microfluídico 100 ilustrado nas Figuras 1A a 2 e um retentor de chip microfluídico 200 ilustrado nas Figuras 20 a 21, deve ser entendido que essa discussão se aplica igualmente a diversas outras modalidades discutidas no presente documento ou qualquer variação das mesmas.[00131] Although the present matter is discussed in detail in relation to a
[00132] A Figura 1A é uma modalidade ilustrativa de um chip microfluídico 100. O chip microfluídico 100 é fabricado a partir de um material adequado como vidro ou um termoplástico (por exemplo, polímero de autofluorescência baixa etc.) ou combinação de materiais, através de um processo de gravação, fotolitografia suave ou processo de moldagem por injeção, também conhecido para um indivíduo de habilidade comum na técnica e é de tamanho adequado. Cada camada pode ser de qualquer espessura adequada, por exemplo, a espessura pode estar dentro de uma faixa de aproximadamente 300 a 400 μm e, com mais preferência, a espessura pode ser de aproximadamente 400 μm.[00132] Figure 1A is an illustrative embodiment of a
[00133] O chip microfluídico 100 inclui uma ou mais camadas estruturais nas quais estão dispostos microcanais que servem como canal(is) de inserção de amostra, canal(is) de fluido envolvente ou de tampão, canal(is) de saída, etc. Os microcanais são de tamanho adequado para acomodar correntes laminares de fluxo que contêm objetos e podem estar dispostas em qualquer uma das camadas do chip 100 no comprimento apropriado, desde que o objeto da presente invenção seja realizado. Em uma modalidade, as dimensões dos canais microfluídicos estão na faixa de 50 mícrons a 500 mícrons, com 100 a 300 mícrons são, de preferência, usados para evitar entupimento.[00133] The
[00134] A taxa de fluxo desejada através do chip microfluídico 100 pode ser controlada por uma taxa de fluxo de introdução predeterminada no chip 100, que mantém as dimensões de microcanal apropriadas dentro do chip 100, por mecanismos de bombeamento que bombeiam fluidos externos no chip 100 e mediante o fornecimento de estreitamento ou afunilamento dos microcanais em diversas localizações e/ou mediante o fornecimento de obstáculos, rampas ou divisores dentro dos microcanais (adicionalmente discutido abaixo).[00134] The desired flow rate through the
[00135] Mais especificamente, uma pluralidade de entradas é fornecida no chip microfluídico 100, em que as entradas fornecem acesso aos microcanais/canais. Em uma modalidade, conforme mostrado nas Figuras, 1A a 2, uma entrada de amostra 106 é usada para introduzir uma amostra de partículas ou objetos (isto é, células) 160 em uma mistura de fluido de amostra 120 em um canal de fluido principal 164 do chip microfluídico 100 de pelo menos uma fonte de reservatório (consulte a Figura 19).[00135] More specifically, a plurality of inputs is provided on the
[00136] O chip microfluídico 100 também inclui pelo menos uma entrada de bainha ou de tampão para a introdução de fluidos envolventes ou de tampão. Em uma modalidade, há duas entradas de bainha ou de tampão no chip microfluídico 100, que inclui uma entrada de bainha ou de tampão 107 e entrada de bainha ou de tampão 108, ambas dispostas próximas à entrada de amostra 106 e em que ambas introduzem fluidos envolventes ou de tampão 163 no chip microfluídico 100 (consulte as Figuras 1A a 3B).[00136] The
[00137] Em uma modalidade, há três entradas de bainha ou de tampão 107, 108 e 172 (consulte a Figura 1A e 3B) que introduzem fluidos envolventes ou de tampão no canal 164 do chip microfluídico 100. A localização das entradas de bainha ou de tampão 107, 108, 172 pode variar e as mesmas podem acessar os canais no chip 100 que estão nas mesmas camadas estruturais ou diferentes. Em uma modalidade, os fluidos envolventes ou de tampão 163 são introduzidos nas entradas 107, 108, 172 de um reservatório comum (consulte as Figuras 20 a 21) ou em outra modalidade, de reservatórios separados (consulte Figura 19).[00137] In one embodiment, there are three sheath or
[00138] Os fluidos envolventes ou de tampão são bem conhecidos na técnica de microfluídicos e em uma modalidade, podem conter nutrientes bem conhecidos na técnica para manter a viabilidade dos objetos 160 (isto é, células de esperma) na mistura de fluido. Tris comercialmente disponíveis, como disponível junto à Chata Biosystems, é um exemplo, e o fluido envolvente ou de tampão 163 pode ser formulado para incluir o seguinte:[00138] Surrounding or buffer fluids are well known in the microfluidic art and in one embodiment, may contain nutrients well known in the art to maintain the viability of objects 160 (i.e. sperm cells) in the fluid mixture. Commercially available Tris, as available from Chata Biosystems, is an example, and the buffer fluid or 163 can be formulated to include the following:
[00139] Água - 0,9712 L; Tris - 23,88 g; monohidrato de ácido cítrico - 11,63 g; D-frutose - 8,55 g. O pH é ajustado para 6,80 + 0,05 com ácido clorídrico e a osmolaridade é ajustada, se necessário, para 270 a 276 mOsm com alta pureza de frutose. A mistura é filtrada com o uso de um filtro de 0,22 mícron.[00139] Water - 0.9712 L; Tris - 23.88 g; citric acid monohydrate - 11.63 g; D-fructose - 8.55 g. The pH is adjusted to 6.80 + 0.05 with hydrochloric acid and the osmolarity is adjusted, if necessary, to 270 to 276 mOsm with high fructose purity. The mixture is filtered using a 0.22 micron filter.
[00140] O chip microfluídico 100 pode ter uma ou mais camadas estruturais nas quais os microcanais estão dispostos. Os canais podem ser dispostos em uma ou mais camadas ou entre camadas. As modalidades a seguir descrevem um processo de ligação, mas um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia como atingir os diversos recursos mediante o uso de um processo de moldagem por injeção. Por exemplo, em moldagem por injeção, em vez de formar duas camadas, dois moldes poderiam ser produzidos e unidos, de modo que uma injeção seja realizada na cavidade a fim de obter o chip da presente invenção.[00140] The
[00141] Em uma modalidade, conforme mostrado na Figura 1A, uma camada estrutural 101 é incluída no chip microfluídico, com uma camada de plástico de "bloco bruto" de topo 104 disposta no mesmo. A camada de "bloco bruto" de topo 104 se liga à camada funcional 101 para formar uma rede microfluídica fechada e pode ter múltiplos orifícios para fornecer acesso à(s) camada(s) inferior(es) do chip 100. Por exemplo, a camada de "bloco bruto" de topo 104 pode ter orifícios que correspondem às entradas 106, 107, 108, 172, etc., ou fornecer orifícios 145 para pinos para prender as camadas 101, 102, 104 etc., do chip 100 juntas. Em uma modalidade, a camada de topo 104 do chip microfluídico 100 inclui uma pluralidade de aberturas configuradas para se alinhar com os ajustes em um retentor de chip microfluídico 200 (adicionalmente descrito abaixo).[00141] In one embodiment, as shown in Figure 1A, a
[00142] Em outra modalidade, conforme mostrado na Figura 1B (a), duas camadas de plástico estruturais, funcionais 101-102 são incluídas no chip microfluídico 100, com nenhuma camada de "bloco bruto" de topo. Nessa modalidade, o lado funcional da camada de topo 102 está disposto na face inferior da camada 102, de modo que quando as camadas são colocadas juntas, os canais 114, 115, 116, 117 são formados (consulte Figura 1B (b)).[00142] In another embodiment, as shown in Figure 1B(a), two structural, functional plastic layers 101-102 are included in the
[00143] Em ainda outra modalidade, conforme mostrado na Figura 1C (a), três camadas estruturais funcionais 101, 102, 103 são usadas no chip microfluídico 100. Como na Figura 1B (a), as camadas 102, 103 incluem lados funcionais nas partes inferiores das camadas 102, 103, com camadas 101 e 102 que formam canais 116, 117 quando colocadas juntas. A camada 103 tem canais 114, 115 dispostos na face inferior da camada 103 (consulte a Figura 1C (b)).[00143] In yet another embodiment, as shown in Figure 1C(a), three functional
[00144] Em ainda outra modalidade, conforme mostrado na Figura 1D, quatro camadas de plástico estruturais 101 a 103 e uma camada de "bloco bruto" de topo 104, são usadas no chip microfluídico 100. Nessa modalidade, a camada 102 inclui 114, 115 e as camadas 101 e 103, cada uma, incluem um dos canais 117, 116, respectivamente.[00144] In yet another embodiment, as shown in Figure 1D, four structural
[00145] No entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que mais ou poucas camadas estruturais com lados funcionais e com ou sem camadas de "bloco bruto", podem ser usadas e os canais podem estar dispostos em qualquer uma das camadas estruturais, ou em camadas estruturais diferentes e, em qualquer disposição, com acesso àqueles canais através de uma camada de "bloco bruto" de topo, desde que o objetivo da presente invenção seja alcançado.[00145] However, an individual of ordinary skill in the art would know that more or a few structural layers with functional sides and with or without "rough-block" layers, can be used and channels can be arranged in any of the structural layers, or in different structural layers and, in any arrangement, with access to those channels through a top "rough block" layer, provided that the object of the present invention is achieved.
[00146] Em uma modalidade, uma mistura de fluido de amostra 120 incluindo objetos 160, é introduzida à entrada de amostra 106 e a mistura de fluido 120 flui através de canal principal 164 em direção à câmara de ação 129 (consulte as Figuras 1A a 2). Os fluidos envolventes ou de tampão 163 são introduzidos às entradas de bainha ou de tampão 107, 108 (consulte as Figuras 1A a 2) na maior parte das modalidades e em entradas de bainha ou de tampão 107, 108 e 172 em outra modalidade (consulte a Figura 1A). Os fluidos envolventes ou de tampão 163 fluem através de canais 114, 115 e 116, 117 no canal principal 164 e em direção à câmara de ação 129 antes de fluir para fora através de pelo menos canais de saída 140 e 142, em fluxo laminar.[00146] In one embodiment, a sample fluid mixture 120 including
[00147] Em uma modalidade, a mistura de fluido 120 de canal principal 164 se une com os fluidos envolventes ou de tampão 163 de canais 114, 115 na interseção 161 do chip microfluídico 100. Em uma modalidade, os fluidos de tampão 163 de canais 116, 117 se unem com a mistura de fluido combinada 120 e fluidos envolventes ou de tampão 163 da primeira interseção 161, a jusante na segunda interseção 162 (consulte as Figuras 1A a 2). Em uma modalidade, os fluidos envolventes ou de tampão 163 são inseridos por meio da entrada 172 no canal de fluido principal 164, a jusante da segunda interseção 162 (consulte as Figuras 1A e 3B).[00147] In one embodiment, the mixture of fluid 120 of
[00148] Em uma modalidade, os canais 114, 115 têmsubstancialmente as mesmas dimensões que os canais 116, 117,desde que a(s) taxa(s) de fluxo desejada(s) seja alcançada para realizar o objetivo da presente invenção, mas um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que as dimensões podem ser diferentes desde que as mesmas alcancem os resultados desejados(adicionalmente discutidos abaixo).[00148] In one embodiment,
[00149] Em uma modalidade, os canais 114 a 117 e 140 a 142 podem ter substancialmente as mesmas dimensões, no entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que o tamanho de qualquer um ou todos os canais no chip microfluídico 100 pode variar em dimensão (por exemplo, entre 50 e 500 mícrons), desde que a(s) taxa(s) de fluxo desejada(s) seja alcançada para realizar o objetivo da presente invenção.[00149] In one embodiment,
[00150] Em uma modalidade exemplificativa, os canais 114, 115 ou 116, 117 estão dispostos na mesma camada ou plano estrutural do chip microfluídico 100 que a camada ou plano na qual o canal 164 está disposto (consulte a Figura 1A, por exemplo) ou pode estar disposta em uma camada ou plano estrutural diferente (consulte a Figura 1B, por exemplo). Em outra modalidade, o canal de entrada 164 e os canais de bainha 114, 115 ou 116, 117, podem estar dispostos entre camadas estruturais ou planos do chip 100. Dessa forma, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que os canais 114 a 117, 164 e 140 a 142, etc., podem estar dispostos em qualquer camada ou entre quaisquer duas camadas. Adicionalmente, embora os canais 114 a 117, 164 e 140 a 142, etc. sejam descritos em modalidades exemplificativas, conforme mostrado nas Figuras, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que a disposição ou layout particular dos canais no chip 100 podem ser de qualquer disposição desejada desde que alcancem os recursos descritos da presente invenção.[00150] In an exemplary embodiment,
[00151] Em uma modalidade, os canais 116, 117 são cortados através da camada 101 (consulte as Figuras 1A e 2) e se unam à mistura de fluido 120 no canal 164 no mesmo plano por meio de orifícios cortados através das camadas. Em uma modalidade, os canais 116, 117 substancialmente paralelos ao canal de entrada 164 e a cada interseção de junção 161 em um ângulo do canal 164 (consulte as Figuras 2 a 3). Os fluidos envolventes ou de tampão dos canais 116, 117 compactam a mistura de fluido 120 fluxo de modo horizontal a partir dos lados, ou de modo lateral, de modo que os objetos 160 na mistura de fluido 120 sejam achatados e/ou orientados em uma direção selecionada ou desejada, enquanto ainda mantêm fluxo laminar no canal 164 (isto é, a primeira em duas etapas de focalização hidrodinâmica, conforme descrito adicionalmente abaixo).In one embodiment,
[00152] Adicionalmente, em uma modalidade, os canais 114, 115 se unem à mistura de fluido 120 no canal 164 na interseção 162, com cada canal 114, 115 em um ângulo do canal 164 (consulte a Figura 1A). Os fluidos envolventes ou de tampão dos canais 114, 115 compactam o fluxo de mistura de fluido 120 em relação ao canal 164 (consulte a Figura 14), de modo que os objetos 160 na mistura de fluido 120 sejam adicionalmente achatados e/ou orientados na direção selecionada ou desejada, enquanto ainda mantém fluxo laminar no canal 164 (isto é, a segunda em duas etapas de focalização hidrodinâmica, conforme descrito adicionalmente abaixo).[00152] Additionally, in one modality,
[00153] Além dessa modalidade, um terceiro fluido envolvente ou de entrada de tampão 172 estão dispostos a jusante da interseção 162 (consulte a Figura 3B), o que permite que uma terceira etapa de focalização hidrodinâmica ocorra, em que a mistura de fluido de amostra 120 é compactada a partir de cima do canal 164 pelos fluidos envolventes ou de tampão 163 introduzidos na mesma.[00153] In addition to this modality, a third surrounding fluid or plug
[00154] Em uma modalidade alternativa, após a primeira etapa de focalização hidrodinâmica descrita acima, os canais 114, 115 se unem à mistura de fluido 120 no canal 164 na interseção 162 a partir de um ângulo de cima (consulte a Figura 3A) - e pode estar acima ou abaixo (consulte a Figura 12A) - do canal 164, para compactar a mistura de fluido 120 a partir de uma direção vertical para achatar e/ou orientar adicionalmente os objetos 160 no canal 164 (isto é, a segunda etapa de focalização hidrodinâmica).[00154] In an alternative embodiment, after the first hydrodynamic focusing step described above,
[00155] No entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica verificaria que as configurações, ângulos e disposições estruturais retratados das entradas de bainha ou de tampão de chip microfluídico 100, entrada de amostra e canal de inserção de amostra e canais de bainha ou de tampão, bem como as etapas de focalização hidrodinâmica, podem ser diferentes desde que alcancem os recursos desejados da presente invenção.[00155] However, an individual of ordinary skill in the art would verify the depicted configurations, angles and structural arrangements of the 100 microfluidic chip sheath or plug inlets, sample inlet and sample insertion channel, and sheath or sheath channels. buffer, as well as the hydrodynamic focusing steps, can be different as long as they achieve the desired features of the present invention.
[00156] Em uma modalidade, conforme mostrado na Figura 2, os canais 114, 115 e 116, 117 são retratados como parcialmente coaxiais uns aos outros com um ponto central definido pela entrada de amostra 106. Dessa forma, em uma modalidade, os canais 114, 115 e 116, 117 estão dispostos em uma disposição substancialmente paralela, com os canais 114, 115 e 116, 117 que são equidistantes ao canal principal 164. No entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica reconheceria que a configuração retratada pode ser diferente desde que a mesma alcance os recursos desejados da presente invenção.[00156] In one embodiment, as shown in Figure 2,
[00157] Em uma modalidade, os orifícios e pinos/batentes 145 estão dispostos em diversas posições convenientes nas camadas 101, 102, 103, 104 etc. para fixar e alinhar as múltiplas camadas durante a fabricação de chip 100.[00157] In one embodiment, the holes and pins/stops 145 are arranged in several convenient positions in
[00158] Em uma modalidade, uma gaxeta 105 de qualquer formato desejado, ou anéis O, pode ser fornecida para manter uma vedação hermética entre o chip microfluídico 100 e o retentor de chip microfluídico 200 (consulte as Figuras 1D e 21 a 22, por exemplo). No caso de uma gaxeta 105, pode ser uma folha única ou uma pluralidade de objetos, em qualquer configuração, ou material (isto é, borracha, silicone, etc.), conforme desejado. Em uma modalidade, conforme mostrado na Figura 1D, uma primeira gaxeta 105 está disposta em uma extremidade do chip microfluídico 100 e faz interface ou é ligada à camada 104. Uma pluralidade de orifícios 144 são fornecidos na primeira gaxeta 105 e são configurados para se alinhar com a entrada de amostra 106, entrada de bainha/de tampão 107 e entrada de bainha/de tampão 108.[00158] In one embodiment, a
[00159] Em uma modalidade, uma segunda gaxeta 143 pode estar disposta em outra extremidade do chip microfluídico 100 oposta à primeira gaxeta 105 (consulte a Figura 1D, por exemplo) e faz interface ou é ligada à (com o uso de epóxi) camada estrutural de topo 104 (consulte as Figuras 1D e 21 a 22).[00159] In one embodiment, a
[00160] Em uma modalidade, os anéis O são usados em vez de gaxetas para auxiliar na vedação, bem como para estabilizar o chip microfluídico 100 no retentor de chip 200.[00160] In one embodiment, O-rings are used in place of gaskets to aid in sealing as well as to stabilize the
[00161] No entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que uma ou mais gaxetas ou anéis O podem ser aplicados às camadas externas do chip 100 a fim de proteger o chip 100 em um retentor de chip 200, durante a operação do mesmo.[00161] However, an individual of ordinary skill in the art would know that one or more gaskets or O-rings can be applied to the outer layers of
[00162] Em uma modalidade, os canais 114 a 117 e 140 a 142, do chip microfluídico 100, podem não variar apenas em dimensão, mas podem ter formatos afunilados em pontos de entrada para outros canais no chip 100 a fim de controlar o fluxo de fluido através dos canais. Por exemplo, o canal principal 164 pode se afunilar no ponto de entrada na interseção 161 (consulte a Figura 4A, afunilamento 166A) ou no ponto de entrada na interseção 162 (consulte a Figura 4B, afunilamento 166A) para controlar e acelerar o fluxo de amostra 120 na interseção 161 e permitir que os fluidos envolventes ou de tampão 163 dos canais 116, 117 ou 114, 115, respectivamente, compactem a mistura de fluido de amostra 120 em uma primeira direção (isto é, de modo horizontal ou lateral) em pelo menos dois lados, se não, em todos os lados (dependendo de onde o fluido canal 164 entrar na interseção 161) e em uma segunda direção (isto é, de modo vertical) (consulte as Figuras 3A a 3B, 4A a 4B e afunilamentos 166A).[00162] In one embodiment,
[00163] Em outra modalidade, as rampas podem estar dispostas no canal 164 ou nos canais 114 a 117 para alcançar o efeito de controlar e acelerar o fluxo de amostra através dos canais. As rampas podem ser além disso, ou em vez disso, afunilamentos.[00163] In another embodiment, the ramps may be arranged in
[00164] Por exemplo, uma rampa 166B pode estar disposta no canal 164 antes da amostra fluxo se aproximar das interseções 161 e 162, respectivamente, ou antes de entrar na câmara de ação 129 (consulte as Figuras 4A e 4B).[00164] For example, a
[00165] Dessa forma, a mistura de fluido de amostra 120 se torna uma transmissão relativamente menor, inferior, ligada ou envolvida por fluidos envolventes ou de tampão 163, enquanto mantém fluxo laminar no canal 164. No entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que o canal principal 164, ou os canais de tampão 114 a 117 pode ser de qualquer disposição física, como um canal em formato retangular ou circular, com afunilamentos, rampas ou outros recursos internos, desde que o objetivo da presente invenção seja obtido.[00165] In this way, the sample fluid mixture 120 becomes a relatively minor transmission, inferior, bound or enveloped by surrounding fluids or plug 163, while maintaining laminar flow in
[00166] Em uma modalidade, uma pluralidade de canais de saída provenientes do canal principal 164 (consulte a Figura 2) são fornecidos para remoção de fluido que flui através do chip microfluídico 100, incluindo quaisquer objetos direcionados ou não direcionados 160 e/ou fluidos envolventes ou de tampão 163. Em uma modalidade, conforme mostrado nas Figuras, 1A a 2, há três canais de saída 140 a 142 que incluem um canal de saída de lado esquerdo 140, um canal de saída central 141 e um canal de saída de lado direito 142. O canal de saída de lado esquerdo 140 termina em uma primeira saída 111, o canal de saída central 141 termina em uma segunda saída 112 e o canal de saída de lado direito 142 termina em uma terceira saída 113.No entanto, é possível ter apenas um canal de saída 141 e saída 112.[00166] In one embodiment, a plurality of output channels coming from the main channel 164 (see Figure 2) are provided for removing fluid flowing through the
[00167] Em uma modalidade, os canais de saída 140 a 142 se separam do canal 164 dentro da câmara 129 para as saídas 111 a 113. Em uma modalidade, o corte transversal e o comprimento dos canais de saída 140 a 142 devem ser mantidos em uma razão de volume predeterminada (isto é, 2: 1:2 ou 1:2: 1 etc.) para obter a resistência hidráulica desejada dos canais de saída 140 a 142.[00167] In one embodiment,
[00168] Em uma modalidade, os canais de saída 140-142aumentam em dimensão a partir do canal 164, deixando a câmara 129, de modo que a razão de saída para os objetos 160 seja aumentada através do canal relevante 141.[00168] In one embodiment, the output channels 140-142 increase in size from the
[00169] Em uma modalidade, em vez de uma borda reta, quando necessário, uma pluralidade de entalhes ou reentrâncias 146 podem estar dispostos em uma borda de fundo do chip microfluídico 100 para separar as saídas (isto é, saídas 111 a 113) e para a fixação de recipientes e tubulação externa (para reciclar os fluidos envolventes ou de tampão 163 - consulte as Figuras 19 a 21) etc. A primeira saída 111, a segunda saída 112 e a terceira saída 113 são alcançadas por meio de canais de saída 140 a 142 que se originam na câmara de ação 129 (consulte a Figura 2).[00169] In one embodiment, instead of a straight edge, where necessary, a plurality of notches or recesses 146 may be disposed on a bottom edge of the
[00170] Em uma modalidade, um recipiente 188 coleta os objetos 160 da segunda saída 112, embora outros recipientes possam coletar a saída da primeira saída 111 e terceira saída 113 (consulte as Figuras 6A a 6D). Em uma modalidade, porções da primeira, da segunda e da terceira saídas 111 a 113 podem ser caracterizadas de modo eletrônico para detectar as concentrações de objetos 160, medição de pH, contagem de células 160, concentração de eletrólitos, etc.[00170] In one embodiment, a
[00171] Em uma modalidade, os objetos direcionados 160 são atuados pelo aparelho de energia focalizada 157 e esses objetos 160, bem como objetos não direcionados 160, podem ser coletados como produto 165 da segunda saída 112.[00171] In one embodiment, the targeted
[00172] Em uma modalidade, o produto 165 de objetos direcionados e não direcionados 160 pode continuar a ser processado para armazenamento, para separação adicional ou para processamento, como criopreservação (discutido adicionalmente abaixo).[00172] In one embodiment, the
[00173] Em uma modalidade, o chip microfluídico 100 é fornecido em um estado estéril e pode ser preparado com uma ou mais soluções (isto é, fluidos envolventes ou de tampão 163), ou purgados de quaisquer fluidos ou materiais ou por drenagem do chip microfluídico 100 ou por fluxo de fluidos envolventes ou de tampão 153 ou outras soluções através do chip microfluídico 100, de acordo com métodos conhecidos.[00173] In one embodiment, the
[00174] Em uma modalidade, a jusante da interseção 162, os objetos 160 na mistura de fluido 120 fluem através de canal 164 em uma câmara de ação 129, em que os objetos 160 são pesquisados e atuados. Em uma modalidade, o canal 164 se afunila na câmara 129 (consulte a Figura 4B), que acelera o fluxo da mistura de fluido através da câmara 129. No entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que o canal 164 não precisaria se afunilar e poderia ser de qualquer dimensão e tamanho desde que a presente invenção seja realizada de acordo com as exigências desejadas.[00174] In one embodiment, downstream of
[00175] Em uma modalidade, um aparelho de pesquisa 147 é usado para pesquisar e identificar os objetos 160 na mistura de fluido no canal 164 que passa através da câmara 129. Adicionalmente, em uma modalidade, o dispositivo de energia focalizada 157 também age sobre os objetos 160 que passam através da câmara 129.[00175] In one embodiment, a
[00176] Em uma modalidade, a câmara 129 inclui uma abertura ou janela de diâmetro relativamente pequeno 150 (consulte a Figura 5) cortada através do chip microfluídico 100 e das camadas 101 a 102, através das quais os objetos 160 podem ser visualizados conforme os mesmos passam através do canal 164.[00176] In one embodiment,
[00177] Adicionalmente, uma abertura superficial e de diâmetro relativamente maior é cortada na camada 104, como uma janela de topo, e na camada 101 como uma janela de fundo. Em uma modalidade, a janela de topo é configurada para receber uma primeira cobertura transparente 133 e a janela de fundo 152 é configurada para receber uma segunda cobertura transparente 132. As coberturas 133, 132 podem ser produzidas a partir de qualquer material com as exigências de transmissão desejadas, como plástico, vidro ou podem até mesmo ser uma lente. Em outra modalidade, em vez de uma janela com coberturas, uma folha de plástico contínua pode ser usada. Verifique que embora os diâmetros relativos das coberturas 132, 133 e da abertura sejam mostrados na Figura 5, os mesmos podem variar de acordo com as considerações de projeto ou fabricação.[00177] Additionally, a shallow and relatively larger diameter opening is cut in
[00178] Em uma modalidade, a primeira e a segunda coberturas mencionadas acima 133, 132 são configuradas para fechar a câmara 129. As janelas e as coberturas 133, 132 (consulte a Figura 5), permitem que os objetos 160 fluam na mistura de fluido 120 no canal 164 através da câmara 129, sejam vistos através da abertura 150 e atuados por uma fonte de luz adequada 147 e um aparelho de energia focalizada 167 (discutido posteriormente).[00178] In one embodiment, the above-mentioned first and
[00179] Em uma modalidade, as janelas e/ou aberturas não são exigidas devido à estrutura do chip camadas (isto é, vidro) e/ou sua configuração, ou o dispositivo de energia focalizada 157 e os comprimentos de onda de fonte de luz 147 e níveis de potência são tais que nenhum dano ao chip 100 irá ocorrer.[00179] In one embodiment, windows and/or openings are not required due to the chip layer structure (i.e., glass) and/or its configuration, or the
[00180] O aparelho de pesquisa da presente invenção inclui uma fonte de luz 147 que é configurada para emitir um feixe de intensidade alta 148 com qualquer comprimento de onda que corresponde a objetos excitáveis na mistura de fluido 120 (consulte a Figura 5). Embora um laser 147 seja preferencial, quaisquer outras fontes de luz adequadas 147 podem ser usadas, como um diodo emissor de luz (LED) ou lâmpada de arco voltaico, etc. para emitir um feixe que excite os objetos.[00180] The research apparatus of the present invention includes a
[00181] Em uma modalidade, tal feixe de laser de intensidade alta 148 de um laser adequado 147 de um comprimento de onda pré- selecionado - por exemplo, uma onda contínua de 349 nm ou 355 nm (CW), ou laser pulsado de quase 147 CW - é exigido para excitar os objetos 160 na mistura de fluido (isto é, células de esperma). Em outra modalidade, um laser verde de 532 nm 147 é utilizado.[00181] In one embodiment, such a high
[00182] Em uma modalidade, o laser 147 (consulte a Figura 5) emite um feixe de laser 148 através da cobertura 133 em uma porção mais superior do chip 100, através da abertura 150, para iluminar os objetos 160 que fluem através do canal 164 na câmara 129 do chip 100 e, então, através da cobertura 132 na camada 101 do chip 100.[00182] In one embodiment, laser 147 (see Figure 5) emits a
[00183] Em uma modalidade, o feixe de luz 148 pode ser distribuído para os objetos 160 por uma fibra óptica que é embutida no chip microfluídico 100 na abertura 150.[00183] In one embodiment, the
[00184] O feixe de intensidade alta 148 interage com os objetos 160 (consulte explicação detalhada abaixo) e passa através das primeiras coberturas 133, para sair da cobertura 132 na janela de fundo, de modo que a luz emitida 151, que é induzida pelo feixe 148, seja recebida por uma lente objetiva 153 ou outros elementos ópticos de coleta. A lente objetiva 153 ou outros elementos ópticos de coleta podem estar dispostos em qualquer posição adequada em relação ao chip microfluídico 100 - por exemplo, paralela ao canal principal com oeixo geométrico óptico perpendicular ao fluxo de fluido de amostra 120. Devido ao fato de que a câmara 129 é vedada pela primeira e pela segunda coberturas 133, 132, o feixe de intensidade alta 148 não colide com o chip microfluídico 100 e danifica as camadas 101,104 (consulte a Figura 1A). Dessa forma, a primeira e a segunda coberturas 133, 132 ajudam a impedir a danificação do chipmicrofluídico 100 do feixe de intensidade alta 148 e ruído fotônico induzido a partir do material de chip microfluídico 100 (isto é, plástico).[00184] The
[00185] Em uma modalidade, o feixe de luz 148 passa através do chip 100 e a luz emitida 151 recebida pela lente objetiva 153 ou outros elementos ópticos de coleta, é detectado pelo detector 154 e é convertido em um sinal eletrônico por um sensor óptico 154, como um tubo fotomultiplicador (PMT) ou fotodiodo, etc. O sinal eletrônico pode ser digitalizado ou processado por um conversor analógico para digital (ADC) 155 e enviado para um processador de sinal digital (DSP) com base em controlador 156 ou computador. O controlador eletrônico 156 pode ser qualquer processador eletrônico com potência deprocessamento adequada, como um DSP, uma Unidade deMicrocontrolador (MCU), um Arranjo de Portas Programável em Campo (FPGA) ou mesmo uma Unidade de Processamento Central (CPU).[00185] In one embodiment, the
[00186] Em uma modalidade, o controlador com base em DSP 156 monitora o sinal eletrônico e, com base em critério predeterminado, o aparelho de energia focalizada 157 pode ser empregado quando um objeto direcionado 160 é detectado.[00186] In one embodiment, the DSP-based
[00187] No entanto, em outra modalidade, o aparelho de pesquisa simplesmente pesquisa os objetos 160 no fluxo de fluido de amostra 120 para identidade e não é conectado ao emprego do aparelho de energia focalizada 157 (consulte a Figura 6C).[00187] However, in another embodiment, the survey apparatus simply searches the
[00188] Em uma modalidade, a fim de distribuir um nível de energia desejado para os objetos 160, um aparelho de energia focalizada 157 é usado para fornecer pulsos de energia focalizada para os objetos 160. O aparelho de energia focalizada 157 pode ser um dispositivo térmico, elétrico, óptico ou eletromagnético 157, que teria um comprimento de onda desejado e distribuiria potência de pico alto com uma taxa de repetição muito alta (ou frequência de pulso) para os objetos direcionados 160.[00188] In one embodiment, in order to deliver a desired energy level to the
[00189] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 é acionado em um tempo predeterminado (isto é, milissegundos) após a ativação pelo controlador 156 (em que a temporização é definida com base na velocidade de trajetória de objetos 160 através do canal 164, e é discutida adicionalmente abaixo), e emite um pulse para o objeto selecionado ou alvo 160 (isto é, indesejado).[00189] In one embodiment, the
[00190] Exemplos de lasers pulsados 157 incluem modo travado, comutador Q, bem como aqueles lasers com o uso de tanto de técnicas de modo de travamento quanto de comutador Q. Por exemplo, um dispositivo de energia focalizada 157 como um Avia 3555-100 (disponível junto à Coherent, Inc., Santa Clara, CA) ou o laser de comutador Q Explorer XP lasers disponível junto à Spectra-Physics Inc., tem capacidade para operar em um modo de pulso sob demanda e pode distribuir pulsos de energia de 15 ns ou menos, em uma taxa de mais de 1.000 pulsos por segundo, para os objetos direcionados 160.[00190] Examples of pulsed 157 lasers include locked mode, Q switch, as well as those lasers using both lock mode and Q switch techniques. For example, a 157 focused energy device such as an Avia 3555-100 (available from Coherent, Inc., Santa Clara, CA) or the Q Explorer XP switch laser lasers, available from Spectra-Physics Inc., are capable of operating in a pulse-on-demand mode and can deliver pulses of power from 15 ns or less, at a rate of more than 1,000 pulses per second, for the 160 targeted objects.
[00191] Em uma modalidade, os níveis de energia de pulso de 0,5 a 8,0 μJ são usados e em uma modalidade preferencial, um laser comutador Q 157 em modo de pulso sob demanda é usado para distribuir uma energia de pulso média de 1,8 μJ com uma faixa para pulsos individuais de 1,3 μJ a 2,3 μJ. Em uma modalidade, as faixas de largura de pulso de 3 nanossegundos a 1 microssegundo, e de preferência, está em um faixa de 5 a 9 nanossegundos. No entanto, um indivíduo de habilidade comum na técnica saberia que qualquer laser de potência alta disponível atualmente ou desenvolvido posteriormente, com os pulsos de energia alta e frequência de pulso apropriados, seriam adequados para a presente invenção a fim de alcançar a precisão e/ou efeito alvo desejado.[00191] In one embodiment, pulse energy levels from 0.5 to 8.0 µJ are used and in a preferred mode, a
[00192] Em uma modalidade, a necessidade por uma região de ação hermética (isto é, câmara 129, ou espaço entre o chip 100 e o recipiente 188) a fim de distribuir a energia pulsada do aparelho de energia focalizada 157 para objetos direcionados 160 ou uma região em volta dos mesmos, é importante minimizar o impacto potencial de distribuição da energia para o lado de fora dos objetos direcionados 160 ou região, para, de outro modo, objetos não direcionados ou não selecionados 160. Por exemplo, um aparelho de energia focalizada 157 como o laser comutador Q Explorer XP 355-1, tem capacidade para distribuir <4 rms, fornecer estabilidade de pulso para pulso alta quando disparado em intervalos uniformes regulares.[00192] In one embodiment, the need for a hermetic action region (i.e.,
[00193] No entanto, para análise de fluxo citométrico e sistemas de ação em que os objetos 160 ou células entram na região de ação (isto é, câmara 129, ou espaço entre o chip 100 e o recipiente 188 - consulte as Figuras 6A a D) em intervalos não uniformes, medições adicionais são empregadas para distribuir energia de pulso uniforme 158 para colidir apenas com os objetos direcionados 160 ou células, ou a região em volta dos mesmos. Tais medições incluem corresponder os parâmetros de desempenho de laser 157, como comprimento de pulso e níveis de potência de pico para possibilitar que o sistema da presente invenção alcance uma precisão de alvo direcionada (isto é, em uma modalidade, fotolesionada ou taxa de morte de 95% ou taxa de impacto mais alta em objetos direcionados 160).[00193] However, for flow cytometric analysis and action systems where
[00194] Além disso, sintonização adicional com a operação de pulso sob demanda e desempenho do laser 157 para distribuir estabilidade de pulso para pulso extremamente alta quando disparado em intervalos não uniformes, reduz amplamente a variabilidade espacial da área impactada pelo pulso 158. Dessa forma, mediante a redução da variabilidade pulso para pulso no dispositivo de energia focalizada 157, a ação não intencionada, dano ou destruição para objetos não direcionados 160 ou células, é amplamente reduzida, alcançando, por exemplo, uma taxa de 85% ou mais de viabilidade para objetos não direcionados 160 ou células ativos.[00194] In addition, additional tuning with pulse-on-demand operation and
[00195] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 é utilizado em uma região de ação 129, como a câmara 129, antes da pesquisa pelo aparelho de pesquisa 157 (consulte a Figura 6D), e em outra modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 é utilizado na região de ação (isto é, câmara 129) após a pesquisa pelo aparelho de pesquisa 157 (consulte a Figura 6A). Em ainda outra modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 age sobre o fluido de amostra com objetos 160 após o mesmo sair do chip 100 e entrar em um recipiente 188 - ou na saída 112, ou em forma de gota desconectada 187 antes de entrar no recipiente 188 (consulte as Figuras 6B a C).[00195] In one modality, the
[00196] Na modalidade na qual o aparelho de energia focalizada 157 age sobre os objetos 160 após os mesmos serem pesquisados pelo aparelho de pesquisa 147 na região de ação 129 (isto é, câmara 129), mediante a determinação de que os objetos 160 devem ser direcionados, o aparelho de energia focalizada 157 emite um feixe de energia focalizada 158 para agir sobre os objetos 160 que fluem através do canal 164 (consulte as Figuras 5 e 6A a 6C, por exemplo).[00196] In the modality in which the
[00197] Na modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 age sobre os objetos 160 após pesquisa na região de ação 129 e após os objetos 160 fluírem através do canal de saída 141, mas antes do fluido de amostra 120 ser coletado pelo recipiente 188. Nessa modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 é utilizado conforme mencionado acima, mas é posicionado para emitir o feixe entre o chip 100 e o recipiente 188. Em uma modalidade, o fluido de amostra 120 simplesmente cai da saída 112 através do ar no recipiente 188 em forma de gota 187 e, em outra modalidade, pode haver um invólucro transparente entre o chip 100 e o recipiente 188.[00197] In the modality, the
[00198] O aparelho de energia focalizada 157 pode ser ajustado para danificar, alterar, desabilitar, matar ou destruir o objeto direcionado ou indesejado 160 no fluido de amostra 120 com um pulso ou para ativar um dentre os diversos mecanismos no objeto 160 ou célula, de modo que dano ou morte de célula seja resultante.[00198] The focused
[00199] No entanto, dependendo da disposição desejada (consulte adicionalmente abaixo para diversas modalidades), os objetos direcionados ou selecionados 160 podem ser objetos desejados 160, em que o aparelho de energia focalizada 157 não esteja ativado ou disparado, ou os objetos direcionados ou selecionados 160 podem ser objetos indesejados 160, em que o aparelho de energia focalizada 167 é atuado sobre os objetos 160, como para danificar, alterar, desabilitar, matar ou destruir os objetos selecionados, indesejados 160. No entanto, essas não são as únicas modalidades e as diversas modalidades são discutidas adicionalmente abaixo.[00199] However, depending on the desired arrangement (see additionally below for various modalities), the targeted or selected
[00200] Em uma modalidade, quando o objeto selecionado 160 é danificado, alterado, desabilitado, morto ou destruído pelo dispositivo de energia focalizada 157, o objeto 160 continua a fluir através do canal principal 164 para o canal de saída central 141 e para a segunda saída 112 e no recipiente 188, junto com quaisquer objetos não direcionados 160. Os fluidos envolventes ou de tampão 163 prosseguiram no fluxo laminar através dos canais de saída 140, 142, para as saídas 111, 112, respectivamente.[00200] In one embodiment, when the selected
[00201] No entanto, em uma modalidade, conforme verificado acima, os objetos 160 no canal 164 podem fluir para fora do chip 100 através do canal de saída 141 e da saída única 112.[00201] However, in one embodiment as noted above, objects 160 on
[00202] Em conformidade, em uma modalidade, os presentes métodos e aparelho têm capacidade para produzir um produto discriminado 165 (consulte as Figuras 6A a 6D) dos objetos 160 no recipiente 188, incluindo uma alta viabilidade de objetos não direcionados ou desejados 160 ou células e uma porcentagem alta de objetos direcionados fotodanificados, alterados, desabilitados, destruídos ou mortos 160.[00202] Accordingly, in one embodiment, the present methods and apparatus are capable of producing a discriminated product 165 (see Figures 6A to 6D) of
[00203] A fim de alcançar repetição de sinal satisfatória e danificação, alteração, desabilitação, morte ou destruição eficaz de objetos 160, é vantajoso usar elementos ópticos de conformação de feixe para o feixe de pesquisa 148 quanto para o feixe de energia focalizada 158 (consulte as Figuras 16 a 17). Conforme usado no presente documento, a expressão "local de feixe" se refere a um corte transversal ou do feixe 148 ou do feixe 158.[00203] In order to achieve satisfactory signal repetition and effective damage, alteration, disabling, killing or destruction of
[00204] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 está disposto a jusante da fonte de luz 147 e no mesmo lado da fonte de luz 147 (consulte a Figura 17), mas o aparelho de energia focalizada 157 também pode estar disposto a jusante e em um lado oposto da fonte de luz 147 (consulte a Figura 16, por exemplo).[00204] In one embodiment, the
[00205] Na modalidade da Figura 16, um elemento óptico de conformação de feixe para a o feixe de pesquisa 148 está disposto em um lado do chip 100. O feixe de pesquisa 148 da fonte de luz 147 passa através da região de ação (isto é, câmara 129) e é recebido pela lente objetiva 153.[00205] In the embodiment of Figure 16, an optical beam shaping element for the
[00206] Em uma modalidade, o feixe 148 é expandido pelo elemento óptico de conformação de feixe 181, que pode incluir uma pluralidade de lentes, as quais a disposição seria bem conhecida para um indivíduo de habilidade comum na técnica. Por exemplo, o elemento óptico de conformação de feixe 181 pode incluir um par de prismas e um par de lentes cilíndricas com comprimentos focais apropriados ou pode incluir outras lentes, com ou sem camadas de prismas, que estariam disponíveis para um indivíduo de habilidade comum na técnica. A expansão de feixe possibilita o tamanho de local final no ponto focal na região de pesquisa 129. Em uma modalidade, o local de feixe circular 148 é expandido com o uso de um expansor de feixe 180. A expansão de feixe também reduz a influência sobre um elemento óptico a jusante, limitando dano e extensão de vida útil.[00206] In one embodiment,
[00207] No entanto, em uma modalidade, nenhum expansor de feixe é utilizado. De modo alternativo, se o feixe de fonte tiver um diâmetro muito grande, o elemento óptico seria usado para reduzir esse diâmetro para um tamanho adequado.[00207] However, in one modality, no beam expander is used. Alternatively, if the source beam has a very large diameter, the optical element would be used to reduce that diameter to a suitable size.
[00208] Em uma modalidade, o elemento óptico de conformação de feixe 181 inclui duas lentes cilíndricas perpendiculares para alterar o formato de feixe 148 em uma elipse perpendicular à direção de fluxo de fluido de amostra 120 e ao longo da direção de fluxo de fluido de amostra 120, quando focalizado no centro das mesmas. O local de feixe elíptico 148 serve para excitar os objetos 160 que passam através do canal 164 do chip microfluídico 100 e fornece iluminação uniforme máxima em uma área central do local de feixe 148, para compensar por flutuações menores no fluxo de objetos 160 através do canal 164. Adicionalmente, em uma modalidade, a elipse do formato de feixe que tem uma dimensão mais ampla perpendicular ao fluxo de fluido de amostra 120, auxilia na redução de variação no sinal de fluorescência que advém dos objetos 160 (isto é, células de esperma) que não estão perfeitamente centralizados dentro da corrente de fluxo de fluido de amostra 120. A dimensão estreita mantém o feixe 148 em uma intensidade alta o suficiente para excitar de modo adequado a tinta fluorescente para a pesquisa dos objetos 160 (isto é, células de esperma). Embora um local de feixe elíptico 148 seja preferencial, em outras modalidades da presente invenção, um feixe em formato diferente pode ser utilizado. A potência do feixe de pesquisa pode ser ajustada, bem como auxiliar na pesquisa e limitar o impacto sobre os objetos pesquisados.[00208] In one embodiment, the beam-shaping
[00209] Em uma modalidade, o feixe de energia focalizada 158 também é conformado pelo elemento óptico de conformação de feixe 180. O formato do local de feixe focalizado 158 do dispositivo de energia focalizada 157 influencia na precisão de alvo direcionada e potencial para impactar os objetos não direcionados 160 no canal 164 e pode ter formatos de feixe variados, conforme a aplicação exigir. Em um sistema com base em fluxo, a largura de feixe ao longo da direção de fluxo do fluido de amostra 120 deve ser ajustada para ser estreita o suficiente de modo que apenas o objeto direcionado 160 seja afetado e a concentração de intensidade de feixe suficiente seja alcançada. O comprimento do local de feixe 158 através do canal de fluido 164 pode ser ajustado de modo intencional para compensar por qualquer instabilidade e variabilidade leve no fluxo focalizado do fluido de amostra 120. A conformação de feixe desejada pode ser facilmente alcançada por um indivíduo versado na técnica.[00209] In one embodiment, the
[00210] Em uma modalidade, conforme mostrado na Figura 16, o elemento óptico de conformação de feixe 180 para o feixe de energia focalizada 158 é utilizado para focalizar o feixe 158 para baixo para um tamanho bem menor para aumentar um fluxo de laser na região de ação 129. Em uma modalidade, o feixe 158 é expandido por elemento óptico de expansor de feixe 180 (consulte a Figura 16) que pode incluir uma pluralidade de lentes ou prismas com comprimentos focais apropriados, que seriam prontamente conhecidos por um indivíduo de habilidade comum na técnica.[00210] In one embodiment, as shown in Figure 16, the optical
[00211] Em uma modalidade, o feixe 158 passa através de um par de prismas anamórficos, por exemplo, para conformar o feixe 158. O feixe 158 é adicionalmente focalizado e compactado nas direções verticais e horizontais por um objeto óptico devido a uma propriedade de feixe gaussiano. Em uma modalidade, o objeto óptico pode ser, por exemplo, elemento óptico detector 153, como um objeto de microscópio ou uma lente de focalização com um comprimento focal pequeno. O local de feixe fornece uma combinação de concentração de energia para ação eficaz (isto é, matar, etc.) e largura suficiente para compensar por flutuações menores em um fluxo dos objetos 160 através do canal microfluídico 164. Em uma modalidade, um par de lentes cilíndricas é usada para expandir o feixe na dimensão vertical, antes de uma lente de focalização esférica ou lente objetiva ser usada para focalizar o feixe para um local de feixe elíptico de um diâmetro menor de 2 μm e um diâmetro maior de 20 μm.[00211] In one embodiment, the
[00212] Em modalidades alternativas, um formato e/ou dimensão(ões) diferentes podem ser usados para o feixe 158. Verifique que outros diâmetros maiores ou menores podem ser obtidos por um indivíduo versado na técnica e podem ser aplicados ao mesmo processo.[00212] In alternative embodiments, a different shape and/or dimension(s) may be used for the
[00213] Em outra modalidade, o dispositivo de energia focalizada 157 é implantado do lado oposto do feixe de pesquisa 148, conforme mostrado na Figura 17. A configuração se mostra vantajosa devido ao fato de que a mesma é facilmente implantada e usa de modo eficaz o espaço livre em um lado de detector de foto do sistema.[00213] In another embodiment, the
[00214] Em uma modalidade, os espelhos dicroicos são usados para dividir comprimentos de onda específicos ou para integrar os comprimentos de onda específicos na trajetória óptica. Além disso, embora um espelho e espelho dicroico/divisor de feixe possam ser usados, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que mais de um espelho e/ou espelho dicroico/divisor de feixe podem ser utilizados no presente sistema.[00214] In one embodiment, dichroic mirrors are used to split specific wavelengths or to integrate specific wavelengths into the optical path. Furthermore, although a dichroic mirror and mirror/beamsplitter may be used, the person of ordinary skill in the art will know that more than one mirror and/or dichroic mirror/beamsplitter may be used in the present system.
[00215] Em uma modalidade, os elementos ópticos de coleta 153, que incluem um objetivo de microscópio, coletam a emissão de fluorescência a partir dos objetos 160 no chip 100 e um espelho dicroico passa a emissão de fluorescência dos elementos ópticos de coleta 153 em direção ao detector de sinal óptico 154. Em uma modalidade, o dispositivo de energia focalizada 157 emite um feixe 158 que passa pelos elementos ópticos de conformação de feixe 180 (conforme descrito acima) e que é direcionado por um espelho e também refletido pelo espelho dicroico através dos elementos ópticos de coleta 153 no chip 100. Especificamente, em uma modalidade, a lente objetiva dos elementos ópticos de coleta 153 focaliza o feixe de energia focalizada 158, o qual entra na abertura posterior da lente objetiva, em um local restrito nos objetos 160 apenas levemente a jusante do ponto de pesquisa/excitação na região de ação 129. Entretanto, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que o feixe de energia focalizada 158 pode ser disposto abaixo da saída 112 do chip 100 ou levemente a montante da região de pesquisa/excitação 129.[00215] In one embodiment, the
[00216] Em uma modalidade, uma distância entre o local de feixe do feixe de pesquisa 148 e o local de feixe do feixe de energia focalizada 158 é ajustável.[00216] In one embodiment, a distance between the search
[00217] Em uma modalidade, um espelho dicroico, ou qualquer dispositivo de divisão de feixe, pode dividir uma pequena parte de luz para uma câmera 182 (consultar a Figura 5), o que permite que o usuário examine visualmente o alinhamento.[00217] In one embodiment, a dichroic mirror, or any beam splitting device, can split a small piece of light to a camera 182 (see Figure 5), which allows the user to visually examine the alignment.
[00218] Em uma modalidade, a câmera 182 fornece uma imagem visual do ambiente de fluxo microfluídico para propósitos de alinhamento geral. A câmera pode ser usada para determinar o local e a temporização para disparo do dispositivo de energia focalizada 157.[00218] In one embodiment,
[00219] Em outra modalidade, o feixe de energia focalizada 158 é implantado a partir do mesmo lado que o feixe de pesquisa 148 (consultar a Figura 17). Com essa abordagem, a lente de focalização para o aparelho de energia focalizada 157 não é compartilhada com o lado de detecção, então, a mesma é mais flexível para conformação de feixe e a mesma elimina a necessidade de um objetivo de microscópio que é classificado para alta potência no comprimento de onda da ação (isto é, fotodanificação, morte), o que pode reduzir o custo do sistema.[00219] In another embodiment, the
[00220] Nessa modalidade, o dispositivo de energia focalizada 157 emite um feixe 158 a partir do mesmo lado que o aparelho de pesquisa 147, e o feixe 158 é conformado por elementos ópticos de conformação de feixe 180 (descritos acima) para serem direcionados e alinhados por um espelho e um espelho dicroico, para serem focalizados nos objetos 160 no canal 164 do chip 100. Em uma modalidade, os elementos ópticos de focalização de feixe 181 (conforme descritos acima) são dispostos entre um espelho dicroico e o chip 100 para focalizar o feixe 158.[00220] In this embodiment, the
[00221] Conforme declarado acima, na modalidade, o feixe 158 é focalizado em um ponto restrito nos objetos 160 apenas levemente a jusante do ponto de pesquisa/excitação na região de ação 129. Entretanto, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que o feixe de energia focalizada 158 pode ser disposto abaixo da saída 112 do chip 100 ou levemente a montante da região de pesquisa/excitação 129 (consultar as Figuras 6A a D).[00221] As stated above, in the modality,
[00222] Além disso, conforme declarado acima, na modalidade, uma distância entre o local de feixe do feixe de pesquisa 148 e o local de feixe do feixe de energia focalizada 158 é ajustável.[00222] Furthermore, as stated above, in the modality, a distance between the beam location of the
[00223] Em sistemas de citometria de fluxo convencionais, uma vez que objetos ou células, especialmente com formatos assimétricos, tendem a se orientar conforme os mesmos fluem perto de uma superfície sólida, a função e o aperfeiçoamento da orientação do objeto ou da célula depende de projetos de bocal complexos, tais como defletores de orientação ou uma estrutura de desvio dentro do bocal. Para evitar o projeto complexo de sistemas de citometria de fluxo com base em bocal e seu alto custo de fabricação, o projeto do chip microfluídico 100 da presente invenção foca, posiciona e orienta os objetos 160, a fim de aperfeiçoar sua capacidade analítica. Dessa forma, em uma modalidade, os objetos 160 (isto é, células) com formatos não esféricos são alinhados em um volume de núcleo restrito no canal 164 e mantidos em uma orientação semelhante e desejada quando os mesmos passam através do feixe de pesquisa/detecção 148. Como um resultado, sinais de dispersão e detecção mais uniformes serão obtidos, dessa forma, o que ajuda a aumentar a sensibilidade e a estabilidade do sistema 100.[00223] In conventional flow cytometry systems, since objects or cells, especially with asymmetric shapes, tend to orient themselves as they flow close to a solid surface, the function and improvement of object or cell orientation depends complex nozzle designs such as guide deflectors or a deflection structure within the nozzle. To avoid the complex design of nozzle-based flow cytometry systems and their high manufacturing cost, the
[00224] Em uma modalidade, a orientação de objetos 160 pode ser realizada posicionando-se a corrente de núcleo de amostra 120 de desvio em relação ao centro do plano central do corte transversal do canal 164 com o uso de focalização hidrodinâmica.[00224] In one embodiment,
[00225] O seguinte descreve a focalização hidrodinâmica de duas etapas que ocorre durante o fluxo de fluido em uma modalidade do chip microfluídico 100 (consultar as Figuras 1B a 1D).[00225] The following describes the two-step hydrodynamic focusing that occurs during fluid flow in one embodiment of the microfluidic chip 100 (see Figures 1B to 1D).
[00226] Em uma modalidade, a primeira etapa de focalização hidrodinâmica da presente invenção é realizada inserindo-se uma amostra de fluido 120 que contém objetos 160, que inclui amostras biológicas, tais como células de esperma 160 etc., através de entrada de amostra 106, e inserindo-se fluidos envolventes ou de tampão 163 através de inserção de bainha ou de tampão 107, 108. Em uma modalidade, os objetos 160 são pré-tingidos com tinta de acordo com métodos conhecidos (por exemplo, tinta Hoechst), a fim de permitir fluorescência e imageamento dos mesmos.[00226] In one embodiment, the first hydrodynamic focusing step of the present invention is performed by inserting a fluid sample 120 containing
[00227] Em uma modalidade, os objetos 160 na mistura de fluido de amostra 120 fluem através do canal principal 164, são envolvidos e conformados pelo fluxo de fluido e têm uma orientação e uma posição aleatórias (consultar Figuras 3A e 6A). No cruzamento 161, a mistura de amostra 120 que flui no canal principal 164 é envolvida e conformada pelos fluidos envolventes ou de tampão 163 a partir dos canais 116, 117 e compactadas em uma primeira direção (isto é, pelo menos horizontalmente, em pelo menos ambos os lados do fluxo, se não em todos os lados, dependendo de onde o canal principal 164 entra no cruzamento 161), quando os fluidos envolventes ou de tampão 163 se encontram com a mistura de amostra 120. Essa compactação é denominada focalização hidrodinâmica (tridimensional (3-D)) e é usada para alinhar os objetos 160 no canal 164 em um volume de núcleo restrito que pode aproximar uma formação de arquivo único. A focalização hidrodinâmica tira proveito de um fluxo significativamente grande de bainha ou tampão no canal 164 para acelerar a velocidade vetorial de percurso dos objetos 160 através do canal microfluídico plano 164. Em uma modalidade, a corrente de núcleo de amostra 120 também pode ser desviada do plano central por uma estrutura de rampa 166B ou de afunilamento 166 A no canal 164, o que é anterior à junção 161 do canal 164 e dos canais de bainha ou tampão de primeira etapa 116, 117.[00227] In one embodiment, objects 160 in the sample fluid mixture 120 flow through the
[00228] Como um resultado, os objetos 160 são acelerados e o espaçamento entre os objetos 160 no canal microfluídico 164 também podem ser alongados. A velocidade vetorial dos objetos 160 é dependente da taxa de fluxo de amostra 120 e da razão do valor para a taxa de fluxo envolvente ou tampão 163. Essa função é útil para evitar problemas de entupimento e aglomeração de objeto 160 com amostras de objeto altamente concentradas 120.[00228] As a result, objects 160 are accelerated and the spacing between
[00229] Entretanto, conforme mostrado na Figura 8A, nesse estágio, a corrente de núcleo de amostra resultante 120 através do canal principal 164 ainda mostra objetos 160 ou células sobrepostos ao longo da direção de profundidade ou do eixo geométrico vertical do canal 164. Em particular, os objetos 160 estão focalizados ao redor do centro do canal 164 e podem ser compactados em uma tira delgada através da profundidade do canal 164. Dessa forma, no cruzamento 161, conforme o fluido de amostra 120 está sendo compactado pelos fluidos envolventes ou de tampão 163 a partir dos canais 114, 115, na direção do centro do canal 164, os objetos 160 (isto é, células de esperma) se movem na direção da largura do centro do canal 164.[00229] However, as shown in Figure 8A, at this stage, the resulting sample core stream 120 through
[00230] Em uma modalidade, a presente invenção inclui uma segunda etapa de focalização, em que a mistura de amostra 120 que contém objetos 160 é compactada adicionalmente por fluidos envolventes ou de tampão 163 a partir de uma segunda direção (isto é, a direção vertical, a partir do topo e do fundo) que entra a partir dos canais 114, 115 no cruzamento 162 (consultar a Figura 14). O cruzamento 162 que leva para o canal 164B é a segunda região de focalização. Observe que, apesar de as entradas no cruzamento 162 a partir dos canais 114, 115 serem mostradas como retangulares, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá compreender que qualquer configuração adequada (isto é, afunilada, circular) pode ser usada.[00230] In one embodiment, the present invention includes a second focusing step, wherein the sample mixture 120 containing
[00231] Em uma modalidade, os fluidos envolventes ou de tampão 163 nos canais 114, 114 entram a partir do mesmo plano (consultar as Figuras 3A e 6A) ou a partir de planos diferentes no canal 164 (consultar a Figura 15, em que os canais 114, 115 são dispostos acima e abaixo do canal principal 164, que entram no canal 164 verticalmente) para alinhar os objetos 160 no centro do canal 164B tanto por largura quanto por profundidade (isto é, horizontal e verticalmente), conforme os mesmos fluem ao longo do canal 164B. Então, o fluxo resultante no canal principal 164 é subsequentemente compactado e reposicionado pelo fluxo envolvente de segunda etapa através de canais microfluídicos 114, 115.[00231] In one embodiment, the enclosing or plug fluids 163 in
[00232] Dessa forma, na segunda etapa de focalização da presente invenção, a mistura de amostra 120 é compactada novamente pelos fluidos envolventes ou de tampão verticais 163 que entram nos canais 114, 115 e a corrente de amostra 120 é focalizada na profundidade de centro do canal 164, conforme ilustrado na Figura 8B, e o fluxo dos objetos 160 ao longo do centro do canal 164 em um volume de núcleo restrito que podem aproximar uma formação de arquivo único em uma orientação em particular.[00232] Thus, in the second focusing step of the present invention, the sample mixture 120 is again compacted by the envelope or vertical buffer fluids 163 entering
[00233] Consequentemente, após essas duas etapas subsequentes de focalização hidrodinâmica, um volume de núcleo restrito de objetos 160 ou células é obtido e a posição da corrente também pode ser ajustada para um local desejado ao longo do eixo geométrico vertical (consultar a Figura 8B). Dessa forma, os objetos 160 introduzidos na entrada de amostra 106 são submetidos à focalização hidrodinâmica de duas etapas, o que permite que os objetos 160 se movam através do canal 164B em um volume de núcleo restrito que pode aproximar uma formação de arquivo único, em uma orientação mais uniforme (dependendo do tipo de objetos 160), o que permite uma pesquisa mais fácil dos objetos 160.[00233] Consequently, after these two subsequent steps of hydrodynamic focusing, a restricted core volume of 160 objects or cells is obtained and the position of the current can also be adjusted to a desired location along the vertical geometric axis (see Figure 8B ). In this way, objects 160 introduced into
[00234] Em uma modalidade, a focalização hidrodinâmica de três etapas é desempenhada nos objetos 160 no chip 100. Nessa modalidade, conforme mostrado nas Figuras 1A e 3B, as primeiras duas etapas de focalização hidrodinâmica são realizadas por compactação horizontal da corrente do fluido de amostra 120 nos cruzamentos 161 e 162 e, então, em uma terceira etapa, a corrente do fluido de amostra 120 é compactada verticalmente no canal 164. Os canais de bainha ou de tampão 114, 115, e 116, 117 entram no canal 164 a partir de uma direção horizontal, em um ângulo de 45 graus ou menos para cada canal.[00234] In one embodiment, three-step hydrodynamic focusing is performed on
[00235] Mais especificamente, na primeira etapa de focalização hidrodinâmica, o fluxo de amostra 120 entre no primeiro cruzamento 161 e os fluidos envolventes ou de tampão 163 a partir dos canais 116, 117 envolvem o fluxo de amostra 120 e compactam imediatamente o mesmo em uma corrente de amostra delgada 120 no canal 164. Em uma modalidade, o canal de fluido de amostra 164 é afunilado com uma rampa interna antes do cruzamento 161, em que o canal de fluido envolvente ou de tampão 116, 117 entra no canal 164 (consultar a Figura 3B). Enquanto isso, uma vez que o canal 164 é mais raso (isto é, menor em dimensão) que os primeiros canais de bainha 116, 117, a corrente de amostra 120 é elevada pelo fluido envolvente ou de tampão 163 a partir dos canais 116, 117 para fluir para o topo do canal principal 164.[00235] More specifically, in the first hydrodynamic focusing step, the sample stream 120 between the
[00236] Na segunda etapa de focalização hidrodinâmica, os fluidos envolventes ou de tampão 163 são introduzidos a partir dos canais 114, 115 no canal 164 - o canal 114, 115 que é disposto perto do topo do canal principal 164 (consultar a Figura 3B). Em uma modalidade, conforme mostrado na Figura 3B, os canais de bainha ou de tampão 114, 115 se unem ao canal 164 horizontalmente e podem ter uma dimensão menor que aquela dos canais de bainha ou de tampão 116, 117. Dessa forma, uma vez que a profundidade dos canais 114, 115 é mais rasa que o canal principal 164, os fluidos envolventes ou de tampão 163 compactam adicionalmente a corrente de amostra 120 ao longo da largura do canal 164 para restringir a largura da corrente de amostra 120. Esse fluxo de fluido envolvente ou de tampão 163 aperfeiçoa significativamente a sensibilidade de medição de sinal.[00236] In the second hydrodynamic focusing step, the surrounding or plug fluids 163 are introduced from
[00237] Sem uma terceira etapa de focalização hidrodinâmica, a falta de compactação vertical nos cruzamentos 161 e 162 pode resultar na entrada de múltiplos objetos 160 ou células simultaneamente na região de detecção 129, dessa forma, reduzindo a sensibilidade de detecção ou causando erros de medição, especialmente para uma aplicação de citometria de fluxo de rendimento alta.[00237] Without a third hydrodynamic focusing step, lack of vertical compaction at
[00238] Entretanto, a focalização hidrodinâmica tridimensional é uma forma eficaz para alinhar os objetos 160 em um volume de núcleo restrito que pode aproximar uma formação de arquivo único no canal 164. Além disso, o posicionamento consistente do objeto 160 no canal 164 resulta em uma variabilidade mínima em velocidade vetorial de objeto para objeto no fluxo parabólico.[00238] However, three-dimensional hydrodynamic focusing is an effective way to align
[00239] Em citometria de fluxo com base em microfluídico, o perfil de velocidade vetorial do fluxo é parabólico ao longo do corte transversal retangular do microcanal. A Figura 7 ilustra o perfil de força de cisalhamento no corte transversal do canal microfluídico 164. O gradiente de força de cisalhamento mostrado na Figura 7 tem uma força de cisalhamento mínima na ponta afunilada e a região maior na traseira tem o valor de cisalhamento máximo. Dessa forma, o gradiente de força de cisalhamento hidrodinâmico é formado através do corte transversal do canal 164. A força de cisalhamento grande perto da parede do canal 164 ajuda a orientar objetos assimétricos 160.[00239] In microfluidic-based flow cytometry, the velocity vector profile of the flow is parabolic along the rectangular cross-section of the microchannel. Figure 7 illustrates the cross-sectional shear force profile of
[00240] Na presente modalidade, após as duas etapas de focalização hidrodinâmica, o fluxo de amostra 120 encolhe em uma corrente muito delgada tanto na direção horizontal quanto na vertical. A razão de fluidos envolventes ou de tampão 163 independentemente controlados a partir dos canais 116, 117 e 114, 115, cada um, determina o tamanho da corrente de amostra resultante 120 no canal 164. Após a compactação causada pelo fluido envolvente ou de tampão 163 a partir dos canais 114, 115, os objetos 160 podem se propagar um pouco ao longo da profundidade do canal 164, mas os objetos 160 ainda seguem a corrente de amostra 120, a qual está muito perto do teto de topo do canal principal 164 (nota: com o chip descrito como horizontalmente disposto para facilidade de referência). Portanto, é necessário ter um terceiro fluxo de fluido envolvente ou de tampão 163 a partir do canal 172 para compactar adicionalmente a corrente de amostra 120 ao longo da direção vertical e confinar bem os objetos 160 dentro da corrente de amostra 120 delgada.[00240] In the present embodiment, after the two steps of hydrodynamic focusing, the sample stream 120 shrinks in a very thin current in both the horizontal and vertical directions. The ratio of independently controlled surrounding fluids or buffer 163 from
[00241] Adicionalmente, uma vez que o fluxo de fluido envolvente ou de tampão 163 é introduzido perpendicularmente na corrente de amostra 120 pré-confinada a partir do canal de bainha ou de tampão 172, o mesmo ajuda a posicionar a corrente de amostra 120 em um local ao longo do corte transversal do canal 164 (isto é, atinge um resultado final, conforme mostrado na Figura 8B). Regulando-se precisamente a taxa de fluxo do fluido envolvente ou de tampão 163 a partir do canal 172, as posições dos objetos 160 podem ser controladas precisamente quando os mesmos passarem através da região de detecção 129.[00241] Additionally, since the surrounding fluid or buffer flow 163 is introduced perpendicularly into the pre-confined sample stream 120 from the sheath or
[00242] Em uma modalidade, o fluido envolvente ou de tampão 163 é introduzido através do canal 172 a partir de tubulação de bainha externa (consultar a Figura 20) em vez de por microcanais que passam pelo chip microfluídico 100. Dessa forma, um controlador de fluxo externo é exigido para fornecer uma taxa de fluxo constante e estável através do canal de entrada 172 (consultar as Figuras 19 a 21).[00242] In one embodiment, envelope fluid or buffer 163 is introduced through
[00243] O projeto da presente invenção permite que a corrente de amostra de núcleo 120 oriente objetos de formato plano, posicione os objetos 160 no canal 164 em uma disposição física que se aproxima de uniformidade, todos dentre os quais aperfeiçoam a ação de precisão a jusante do aparelho de energia focalizada 157.[00243] The design of the present invention allows the core sample stream 120 to orient flat-shaped objects, position the
[00244] Embora as três etapas de focalização hidrodinâmica sejam reveladas acima, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que a configuração e o número dos canais de bainha ou de tampão podem se alterar, desde que os mesmos atinjam os recursos desejados da presente invenção, em relação à orientação e à focalização dos objetos no fluido de amostra 120.[00244] Although the three steps of hydrodynamic focusing are disclosed above, the person of ordinary skill in the art will know that the configuration and number of the sheath or plug channels can change as long as they achieve the desired features of the present. invention, with respect to the orientation and focusing of objects in the sample fluid 120.
[00245] Para realizar os métodos de focalização hidrodinâmica tridimensional exemplificativos descritos acima, exige-se que tanto o fluido de amostra 120 quanto os fluidos envolventes ou de tampão 163 sejam entregues precisamente, de forma que um fluxo possa ser transmitido através do chip microfluídico 100. Após serem compactados pelos fluxos de fluido envolvente ou de tampão 163, os objetos 160 ou as células foram acelerados e o espaçamento médio entre os objetos 160 ou as células na corrente de núcleo de amostra 120 também foi alongado significativamente a partir dos mesmos. A razão da taxa de fluxo de fluido envolvente ou de tampão 163 total e da taxa de fluxo de amostra 120 pode ser ajustada entre 100: 1 e 1000: 1. De preferência, a razão de 200 a 400: 1 é usada no chip microfluídico 100 da presente invenção. A taxa de fluxo de fluido geral no chip microfluídico 100 é cerca de 2 a 4 ml/min. Os fluxos de fluido envolvente ou de tampão 163 introduzidos têm que ser constantes e livres de pulso para assegurar uma velocidade escalar de percurso estável dos objetos 160 durante a pesquisa e a detecção de sinal e entre a posição de detecção/pesquisa e a posição da ação do aparelho de energia focalizada 157 (consultar a Figura 6A). Isso facilita uma leitura de sinal precisa e uma ação no objeto 160 direcionado pelo aparelho de energia focalizada 157. Com o controle preciso de fluxo de fluido através do canal principal 164, a variação de taxa de fluxo geral é menor que 1% de taxa de fluxo de conjunto e a velocidade escalar de percurso de objetos direcionados 160 para ação potencial pelo aparelho de energia focalizada 157 varia menos que 1% a partir da posição em que a pesquisa e a detecção de objetos 160 ocorrem para a posição em que o aparelho de energia focalizada 157 age nos objetos 160 (consultar a Figura 6A).[00245] To perform the exemplary three-dimensional hydrodynamic focusing methods described above, it is required that both the sample fluid 120 and the surrounding or buffer fluids 163 be delivered precisely so that a flow can be transmitted through the
[00246] Um dentre os problemas desafiadores na detecção de objetos de formato plano 160 (isto é, células de esperma) é restringir os objetos 160 em uma orientação uniforme quando passam através do feixe de pesquisa 148. Dessa forma, um posicionamento aproximadamente uniforme de objetos 160 e uma orientação correspondente de objetos 160 no canal 164 ajudam a aumentar a sensibilidade do sistema. Com a estratégia de focalização hidrodinâmica supracitada, a posição de objetos 160 ao longo do canal 164 pode ser manipulada de uma forma controlada. Dessa forma, ajustando-se a razão entre os fluxos de fluido envolvente ou de tampão 163 a partir dos canais 116, 117, e 114, 115, e 172, a posição do desvio de corrente de amostra focalizada 120 a partir do centro do canal 164 de cerca de 5 a 20 mícrons (com base em um corte transversal do canal 164 de largura de 150 mícrons e alturas de 100 mícrons, por exemplo) é preferencial para a detecção de objetos de formato plano 160. Em geral, um ajuste de 0 a 100 mícrons de posição oblíqua dos objetos 160 pode ser atingido.[00246] One of the challenging problems in detecting flat 160 shaped objects (ie sperm cells) is to constrain the 160 objects to a uniform orientation as they pass through
[00247] Especificamente, a fim de alinhar os objetos 160 no canal 164 para aperfeiçoar sua orientação, a razão de aspecto alta do canal microfluídico 164 tira proveito de induzir a força de cisalhamento para girar a superfície plana do objeto 160 (isto é, célula de esperma) que está voltada para a parede do canal 164. Além disso, o fluxo de fluido envolvente ou de tampão 163 pode ser empregado ativamente para compactar e posicionar os objetos 160 no canal 164. Esses métodos são descritos abaixo em mais detalhes.[00247] Specifically, in order to align
[00248] Em uma modalidade, uma estrutura de geometria assimétrica pode ser utilizada para posicionar os objetos focalizados 160 no canal 164, através de um dentre: a) colocar uma rampa assimétrica 166B no canal principal de amostra 164 para elevar a amostra fluxo 120 (consultar a explicação acima em relação à Figura 4A); e b) colocar uma rampa assimétrica 166B no canal principal 164 antes da câmara de ação 129 para elevar a corrente de amostra focalizada 120 (consultar a explicação acima em relação à Figura 4B). Os recursos assimétricos acima podem ser usados individualmente ou em uma combinação apropriada de dois ou mais. Entretanto, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que esses recursos não são necessários para atingir a posição dos objetos 160 no canal 164.[00248] In one embodiment, an asymmetric geometry structure can be used to position
[00249] Em uma modalidade, conforme observado acima, as rampas podem ser usadas nos canais 114 a 117 para elevar o fluxo de amostra 120, embora as mesmas não sejam necessárias. A colocação de rampas nos canais é dependente da direção em que se exige que os objetos 160 da corrente de núcleo de amostra 120 sejam desviados do centro para aperfeiçoar a orientação do objeto 160 ou da célula. Entretanto, o método passivo acima tem menos flexibilidade para variar a posição do objeto 160 no canal principal 164.[00249] In one modality, as noted above, ramps can be used on
[00250] Em um método alternativo para desviar a corrente de núcleo de amostra 120 no canal 164, um fluxo envolvente assimétrico 163 é introduzido para ajustar as posições de objetos 160 ou células no canal 164. Existem vários métodos para realizar fluxo de fluido envolvente ou de tampão assimétrico 163, cujas duas modalidades são descritas abaixo.[00250] In an alternative method to bypass the sample core 120 current in
[00251] Uma modalidade é para introduzir fluxo de fluido envolvente ou de tampão único 163 que forma um ângulo de 90 graus com a parede do canal principal 164, conforme mostrado na Figura 3A (em um método de focalização hidrodinâmica de duas etapas) ou na Figura 3B (em um método de focalização hidrodinâmica de três etapas). Na modalidade de focalização hidrodinâmica de duas etapas, o fluxo de fluido envolvente ou de tampão 163 introduzido no cruzamento de focalização hidrodinâmica da segunda etapa 162, compacta adicionalmente a corrente de núcleo de amostra 120 subsequente à focalização hidrodinâmica de primeira etapa no cruzamento 161.[00251] One embodiment is to introduce enveloping or single plug fluid flow 163 that forms a 90 degree angle with the wall of the
[00252] Na modalidade de focalização hidrodinâmica de três etapas alternativa, essa compactação da corrente de núcleo de amostra 120 ocorre no cruzamento de focalização hidrodinâmica da terceira etapa, em que o canal 172 se une ao canal principal 164. Dessa forma, a etapa de focalização hidrodinâmica final posiciona os objetos 160 ou as células para um local desejado ao longo do eixo geométrico vertical. Controlando-se a razão das taxas de fluxo de focalização hidrodinâmica, uma posição dos objetos 160 desejada pode ser obtida para atingir a orientação ideal.[00252] In the alternative three-stage hydrodynamic focusing mode, this compaction of the sample core stream 120 occurs at the third stage hydrodynamic focusing intersection, where
[00253] Em uma segunda modalidade, com o uso do método de focalização hidrodinâmica de duas etapas, dois canais de bainha ou de tampão 114, 115, de segunda etapa se fundem em um ângulo à parede do canal principal 164, e ao canal principal paralelo 164 de cima e de baixo, conforme mostrado nas Figuras 12A, -12B. O ângulo dos canais de focalização hidrodinâmica da segunda etapa 114 115 e do canal principal 164 pode variar e é dependente dos métodos de fabricação. De preferência, um ângulo de 90 graus é selecionado (consultar as Figuras 12A a 12B). Taxas de fluxo de fluidos envolventes ou de tampão 164 diferentes podem fluir através dos dois canais 114, 115, os quais têm a capacidade para reposicionar acorrente de núcleo de amostra 120 no canal principal 164. Após os objetos 160 serem desviados do plano central do canal 164, a orientação dos objetos 160 é aperfeiçoada. Em uma modalidade específica, tais como células de esperma 160, as células de esperma 160 tendem a girar seus lados planos para a parede do canal 164 no eixo geométrico vertical.[00253] In a second embodiment, using the two-stage hydrodynamic focusing method, two second-stage sheath or plug
[00254] Conforme pode ser visto a partir da modalidade da Figura 12B, as dimensões dos canais 114, 115 não são necessariamente idênticas (conforme mostrado na Figura 12A), a fim de obter resistências hidráulicas diferentes. Dessa forma, a mesma taxa de fluxo dos fluxos de fluido envolvente ou de tampão 164 da segunda etapa nos canais 114, 115 também irá gerar fluxo de fluido oblíquo.[00254] As can be seen from the embodiment of Figure 12B, the dimensions of the
[00255] Para resumir, tanto o método passivo quanto o ativo acima podem ajudar a posicionar os objetos 160 de modo ideal e aperfeiçoar sua orientação no canal 164.[00255] To summarize, both passive and active methods above can help to position
[00256] Em uma modalidade, células de esperma em formato de panqueca 160 são tomadas como um exemplo dos objetos 160. Devido às suas cabeças em formato tipo panqueca ou lágrima plana, as células de esperma 160 irão reorientar a si próprias em uma direção predeterminada conforme as mesmas são submetidas à segunda ou à terceira (dependendo da modalidade) etapa de focalização - isto é, com suas superfícies planas perpendiculares à direção de feixe de luz 148 (consultar a Figura 6). Dessa forma, as células de esperma 160 desenvolvem uma preferência em sua orientação de corpo enquanto passam pelo processo de focalização hidrodinâmica. Especificamente, as células de esperma 160 tendem a ser mais estáveis com seus corpos planos perpendiculares à direção da compactação. Dessa forma, com o controle dos fluidos envolventes ou de tampão 163, as células de esperma 160 que iniciam com orientação aleatória atingem, agora, uma orientação uniforme. Dessa forma, as células de esperma 160 não apenas são dispostas em um volume de núcleo restrito no centro do canal 164B, mas as mesmas também atingem uma orientação uniforme com sua superfície plana normal à direção de compactação na última etapa de focalização hidrodinâmica.[00256] In one embodiment, pancake-shaped
[00257] Os métodos acima aperfeiçoam a orientação das células de esperma 160 e a capacidade para diferenciar o conteúdo de DNA de cromossomos de esperma X e Y (e distinguir, desse modo, entre o esperma X e Y). Os histogramas das Figuras 13A e 13B mostram as células de esperma 160 no centro do canal 164 e o desvio do centro do canal 164, respectivamente. Os círculos na esquerda e na direita do histograma na Figura 13A mostram as populações de células de esperma mal orientadas 160. A protuberância esquerda da população principal enfraquece a capacidade para diferenciar populações de esperma X e Y e contribui para a distribuição assimétrica de populações de esperma X e Y.[00257] The above methods improve the orientation of
[00258] Em uma modalidade, a fonte de luz de pesquisa 147 é um laser de excitação 147 (consultar a Figura16) que tem potência de 350 mW, comprimento de onda de 355nm e largura de pulso de 12 ps.[00258] In one embodiment, the
[00259] Em uma modalidade, a jusante adicionalmente das etapas de focalização hidrodinâmica, no canal 164, os objetos 160 são detectados na câmara de ação 129 na abertura 150 através da cobertura 133, com o uso da fonte de luz 147. A fonte de luz 147 emite um feixe de luz 148 (o que pode ser através de uma fibra óptica) o qual é focalizado no centro do canal 164 na abertura 150.[00259] In one embodiment, additionally downstream of the hydrodynamic focusing steps, in
[00260] Em uma modalidade, os objetos 160 são células de esperma 160, os quais são orientados pelas etapas de focalização hidrodinâmica, de forma que as superfícies planas das células de esperma 160 estejam voltadas em direção ao feixe de luz 148. Além disso, todos os objetos 160 ou as células de esperma 160 são movidos em um volume de núcleo restrito que pode aproximar uma formação de arquivo único pelas etapas de focalização hidrodinâmica, conforme os mesmos passam sob o feixe de luz 148. Conforme os objetos 160 passam sob a fonte de luz 147 e o feixe de luz 148 age sobre os mesmos, os objetos 160 emitem a fluorescência que indica a identidade dos objetos desejados 160.[00260] In one embodiment, the
[00261] A fonte de luz 147 fornece a energia de excitação de fluorescência para detecção de objetos 160 na região de ação 129. Em uma modalidade exemplificativa, em relação aos objetos 160 que são células de esperma 160, as células de cromossomo X fluorescem em uma intensidade diferente das células de cromossomo Y (com base no conteúdo de DNA, conforme é bem conhecido na técnica) (nota: 355nm é selecionado para a tinta Hoescht 33342 usada no DNA). Além disso, em outras modalidades, os objetos 160 que são células que transportam um traço podem fluorescer em uma intensidade ou um comprimento de onda diferentes das células que transportam um conjunto diferente de traços. Além disso, os objetos 160 podem ser vistos por indicadores de formato, tamanho ou qualquer outro indicador de distinção.[00261] The
[00262] Dessa forma, na modalidade de células de esperma 160, a iluminação para a superfície plana e a borda das células 160 é bastante diferente com células de esperma 160, conforme comparado com outras células. O sinal de fluorescência derivado da borda das células de esperma 160 é significativamente mais forte que aquele da superfície plana, o que aumenta a dificuldade de o processador digital 156 lidar com o sinal mais forte da borda e o sinal mais baixo normal da superfície plana de X e Y das células 160. Dessa forma, girar a superfície plana da célula de esperma 160 para estar voltada para a iluminação a laser (isto é, feixe de luz 148) ajuda a reduzir a variabilidade de orientação e aumentar a capacidade para o sistema diferenciar células de esperma 160 X ou Y.[00262] Thus, in the 160 sperm cell modality, the illumination for the flat surface and edge of the 160 cells is quite different with 160 sperm cells as compared to other cells. The fluorescence signal derived from the edge of
[00263] Na modalidade de fluorescência induzida por feixe, o feixe de luz 151 emitido (na Figura 5) é, então, coletado pelas lentes objetivas 153 e convertido, subsequentemente, a um sinal eletrônico pelo sensor óptico 154. O sinal eletrônico é, então, digitalizado por um conversor analógico para digital (ADC) 155 e enviado para um controlador eletrônico 156 para processamento de sinal.[00263] In the beam-induced fluorescence mode, the emitted light beam 151 (in Figure 5) is then collected by the
[00264] Conforme observado acima, em uma modalidade, o controlador com base em DSP 156 monitora o sinal eletrônico e, quando um sinal em particular é observado, um aparelho de energia focalizada 157 pode ser empregado para agir sobre um objeto 160 direcionado (consultar as Figuras 6A-6C). Entretanto, em uma modalidade alternativa, o aparelho de pesquisa que realiza uma pesquisa dos objetos 160 após o dispositivo de energia focalizada 157 agir sobre os mesmos (consultar a Figura 6D).[00264] As noted above, in one embodiment, the DSP-based
[00265] Em uma modalidade, a pesquisa da amostra 120 que contém objetos 160 (isto é, material biológico) é realizado por outros métodos. Dessa forma, as porções do, ou as saídas, chip microfluídico 100 podem ser inspecionadas óptica ou visualmente. Em geral, os métodos para pesquisa podem incluir imageamento visual direto, tal como com uma câmera, e podem utilizar imageamento por luz intensa direta ou imageamento fluorescente; ou técnicas mais sofisticadas podem ser usadas, tais como espectroscopia, espectroscopia por transmissão, imageamento espectral ou dispersão, tal como dispersão dinâmica de luz ou espectroscopia de onda difusora.[00265] In one embodiment, the search of sample 120 that contains 160 objects (ie biological material) is performed by other methods. In this way, portions of, or outlets,
[00266] Em alguns casos, a região de pesquisa óptico 129 pode ser usada em conjunto com aditivos, tais como substâncias químicas, os quais se ligam aos objetos 160 da mistura de amostra 120 ou afetam os mesmos, ou com grânulos, os quais são funcionalizados para ligar e/ou fluorescer na presença de certos materiais ou doenças. Essas técnicas podem ser usadas para medir as concentrações de célula, para detectar doença ou para detectar outros parâmetros que caracterizam os objetos 160.[00266] In some cases,
[00267] Entretanto, em outra modalidade, se a fluorescência não for usada, então, métodos de retrodispersão de luz polarizada também podem ser usados. Com o uso de métodos de espectroscopia, os objetos 160 são pesquisados conforme descrito acima. O espectro daqueles objetos 160 que tiveram resultados positivos e fluoresceram (isto é, aqueles objetos 160 que reagiram com uma marcação) são identificados por seleção pelo aparelho de energia focalizada 157.[00267] However, in another embodiment, if fluorescence is not used, then polarized light backscatter methods can also be used. Using spectroscopy methods, objects 160 are searched as described above. The spectrum of those
[00268] Em uma modalidade, os objetos 160 podem ser pesquisados e identificados com base na reação ou na ligação dos objetos 160 com aditivos ou fluidos envolventes ou de tampão 163, ou usando-se a fluorescência natural dos objetos 160 ou a fluorescência de uma substância associada ao objeto 160, como uma marcação de identidade ou uma marcação de fundo, ou correspondendo-se um tamanho, uma dimensão ou um recurso de superfície, etc. selecionados.[00268] In one embodiment, objects 160 can be searched and identified based on the reaction or binding of
[00269] Em uma modalidade, mediante a conclusão de uma análise, a seleção pode ser feita, através de um computador 182 (o qual monitora o sinal eletrônico e emprega o aparelho de energia focalizada 157) e/ou um operador, de quais os objetos 160 descartar e quais coletar.[00269] In one modality, upon completion of an analysis, the selection can be made, through a computer 182 (which monitors the electronic signal and employs the focused energy device 157) and/or an operator, of which 160 objects to discard and which to collect.
[00270] O aparelho de energia focalizada 157 da presente invenção pode executar várias ações nos objetos 160 no canal 164 ou entre um chip 100 e um recipiente 188.[00270] The focused
[00271] Em uma modalidade, o dispositivo de energia focalizada 157 age para fotodanificar ou destruir os objetos 160 de várias formas.[00271] In one embodiment, the
[00272] Especificamente, o aparelho de energia focalizada 157 age para extinguir objetos 160 (isto é, células). Por exemplo, os objetos direcionados 160 podem ser células indesejadas 160 e, mediante a ação pelo aparelho de energia focalizada 167, a morte celular pode ser causada superaquecendo-se o ambiente intracelular, o que pode promover, mas sem limitação, desnaturação ou redução de proteína na atividade enzimática.[00272] Specifically, the
[00273] Em outro método, a ação da dosagem de energia 158 a partir do aparelho de energia focalizada 157 é forte o suficiente para causar ruptura da membrana plasmática e vazamento do conteúdo celular fora da célula 160 e no ambiente de envolvimento (isto é, fluido envolvente ou de tampão 163).[00273] In another method, the
[00274] Em outro método, a morte do objeto 160 ou da célula pode ser causada pela formação de espécies de oxigênio radicais (ROS) devido à absorção de energia a partir dos pulsos de energia focalizados 158 a partir do aparelho de energia focalizada 157, o que irá causar, entre outras coisas, dano ao DNA e à proteína.[00274] In another method, the death of the
[00275] Em outra modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 pode desabilitar temporaria ou permanentemente os objetos direcionados 160, tais como células 160, com o uso de pulsos de energia focalizados 158 a partir do aparelho de energia focalizada 157.[00275] In another embodiment, the
[00276] Por exemplo, expor a células de esperma 160 a pulsos de energia focalizados 158, tais como aqueles produzidos por um laser ou LED 157, gera uma fotoativação dentro das células 160 e resulta em desabilitação temporária ou permanente de mecanismos celulares responsáveis por motilidade do esperma 160. Após desabilitar as células de esperma 160 direcionadas, a amostra resultante 120 contém esperma com motilidade 160 e esperma com imotilidade (direcionado) 160, em que o esperma com imotilidade não tem a capacidade para fertilizar oócitos naturalmente.[00276] For example, exposing 160 sperm cells to focused
[00277] Em outra modalidade, também pode ser desejável usar pulsos de energia focalizados 158 para tornar o esperma 160 infértil através da dimerização de nucleotídeos no DNA. A dimerização ocorre quando as células 160, tais como as células de esperma 160, são expostas a luz UV, o que causa ligações entre bases de pirimidina e resulta em um tipo de "transversalidade", que, se não reparada, inibe a replicação e a transcrição. Dessa forma, embora as células de esperma 160 direcionadas ainda estejam vivas, conforme evidenciado por sua motilidade, a fertilidade das células de esperma direcionadas 160 é altamente reduzida.[00277] In another embodiment, it may also be desirable to use
[00278] Em adição às células de esperma 160, o indivíduo pode usar fontes de energia focalizadas alimentadas 157, tais como LEDs ou lasers 157, para fotobranquear a fluorescência em objetos 160, tais como células ou coloides 160, o que expressa um nível predeterminado de fluorescência. Por exemplo, em muitas formulações de objeto de automontagem, uma faixa de tamanho ampla de objetos 160 é formada, os quais são difíceis de separar entre si. Para produzir uma amostra aperfeiçoada 120 de objetos 160 que têm um tamanho desejado, o indivíduo pode marcar fluorescentemente todos os objetos 160 com o uso de métodos conhecidos na técnica e o indivíduo pode usar pesquisa óptica para determinar um tamanho do objeto 160, e fotobranquear os objetos 160 que têm o nível predeterminado de fluorescência.[00278] In addition to
[00279] Em um exemplo específico, uma amostra de sêmen 120 pode conter contaminantes, tais como células bacterianas ou virais, os quais são o alvo de fotobranqueamento. Outro exemplo pode incluir células de esperma 160 que contêm um dado traço da célula 160 ou do DNA e que são marcados com o fluoróforo para medição quantitativa e/ou qualitativa. As células de esperma 160 que contêm o traço podem ser direcionadas pelo aparelho de energia focalizada 157. Em outra modalidade, as células de esperma 160 que não contêm o traço podem ser direcionadas para fotobranqueamento. As células específicas 160 em outras misturas de célula, tal como sangue, também são candidatas para tratamentos por fotobranqueamento para reduzir a viabilidade. Em ainda outra modalidade, células/objetos fotobranqueados 160 podem ser indetectáveis a jusante e, portanto, não são submetidos a etapas de processamento subsequentes (isto é, podem desviar etapas de processamento subsequentes).[00279] In a specific example, a 120 semen sample may contain contaminants, such as bacterial or viral cells, which are the target of photobleaching. Another example might include
[00280] Em outra modalidade, em contrapartida a desabilitar os objetos 160, os pulsos de energia focalizados 158 podem ser usados para ativar materiais, tais como moléculas ou compostos enjaulados, dentro dos objetos 160.[00280] In another embodiment, in contrast to disabling
[00281] Em uma aplicação, os compostos enjaulados representam, mas sem limitação, marcados fluorescentes ou moléculas responsivas a célula. Nessas aplicações, os pulsos de energia focalizados 158 são usados para causar fotoativação das moléculas ou compostos enjaulados que alteram a cinética de sinalização da célula 160 para terapias ex-vivo.[00281] In one application, caged compounds represent, but are not limited to, fluorescent tagged or cell responsive molecules. In these applications,
[00282] Em outra modalidade, os pulsos de energia focalizados 158 podem ativar eventos de fotopolimerização que desabilitam células ou coloides 160 alterando-se as propriedades internas do objeto 160.[00282] In another embodiment, the
[00283] Em outra modalidade, em relação a caminhos de sinalização intracelulares, os pulsos de energia focalizados 158 são usados para ativar proteínas de choque quente ou induzir biogênese ou ativação mitocondrial dentro dos objetos 160 ou das células, o que inclui células de germe, para aperfeiçoar a viabilidade e a funcionalidade celular. Caminhos intracelulares adicionais também podem ser ativados para reparar danos feitos tanto pelo dispositivo de pesquisa/detecção 147 como por vários outros fatores que são muito numerosos para listar (isto é, ambientais, térmicos, químicos, etc.)[00283] In another embodiment, with respect to intracellular signaling pathways,
[00284] Em uma modalidade, o indivíduo versado na técnica pode gerar fotopolimerização através de pulsos de energia focalizados 158 para encapsular temporariamente ou conter permanentemente células 160 direcionadas, coloides ou outros objetos, com o uso de PEG- acrilato/PEG-vinila/etc. de ramificações múltiplas, o que promove encapsulação dos objetos direcionados 160 ou células. As células de esperma 160 podem ser encapsuladas para aperfeiçoar a preservação de viabilidade e fertilidade através do armazenamento comercial e processos de distribuição.[00284] In one embodiment, the individual skilled in the art can generate photopolymerization through focused
[00285] Em outra modalidade, os pulsos de energia focalizados 158 são usados para causar eventos de fotopolimerização na superfície das células ou dos objetos 160 direcionados, o que aumenta o tamanho ou a densidade do material de encapsulação a fim de alterar o tamanho ou a densidade do objeto 160 direcionado ou aperfeiçoar as propriedades e o desempenho do material de encapsulação.[00285] In another embodiment,
[00286] Em outra modalidade, uma sequência passível de fotopolimerizável na porção hidrofóbica da vesícula pode ser usada para vedar permanentemente a molécula ou o objeto 160 desejados para encapsulação nos mesmos.[00286] In another embodiment, a photopolymerizable sequence in the hydrophobic portion of the vesicle can be used to permanently seal the desired molecule or object 160 for encapsulation therein.
[00287] Em outro método, o aparelho de energia focalizada 157 pode ser usado para agir externamente ou alterar o ambiente ao redor dos objetos direcionados 160.[00287] In another method, the
[00288] Em um método, os pulsos de energia focalizados 158 são usados para aquecer o ambiente local ao redor das células ou dos objetos 160 direcionados, de forma que um aperfeiçoamento térmico seja suficiente para causar toxicidade às células 160 direcionadas.[00288] In one method,
[00289] Em outra modalidade, os pulsos de energia focalizados 158 são usados para promover ruptura de analito que contém veículos de distribuição (tais como vesículas) que estão em proximidade estreita a células 160 direcionadas. Os veículos de distribuição transportam moléculas, al como fluoreto de sódio (NaF), que causam imobilidade temporária de células de esperma 160, ou heparina, o que promove a capacitação de espermatozoides 160. Quando a concentração de analitos ou de agentes de ativação é aumentada localmente, as células de esperma 160 direcionadas ou outros objetos respondem aos sinais locais sem ativar respostas semelhantes em células 160 não direcionadas.[00289] In another embodiment,
[00290] Em outra modalidade, quando os objetos 160 ou as células são fixados em uma superfície, o ambiente de envolvimento é modificado com os pulsos de energia focalizados 158 para variar o módulo de elasticidade da célula de superfície ou de liberação responsiva a substâncias químicas da superfície de objetos 160 ou células de envolvimento.[00290] In another embodiment, when objects 160 or cells are fixed to a surface, the enveloping environment is modified with
[00291] Em uma modalidade, a produção de calor através da absorção de luz/ondas EM 158 causam uma alteração de temperatura que mata os objetos 160 ou as células.[00291] In one embodiment, the production of heat through the absorption of light/waves
[00292] Em outra modalidade, os pulsos de energia focalizados 158 são usados para formar ligações químicas predeterminadas ou quebrar ligações químicas no material de fixação, direcionando, dessa forma, a diferenciação de objetos 160, tais como células-tronco 160, em linhagens celulares diferenciadas.[00292] In another embodiment,
[00293] Em uma modalidade, para algumas aplicações, é desejável usar pulsos de energia focalizados 158 para promover captação ou adesão celular em objetos direcionados 160.[00293] In one embodiment, for some applications, it is desirable to use
[00294] Em uma modalidade, a captação ou os anticorpos celulares, sondas celulares ou DNA são aperfeiçoados através de aquecimento local.[00294] In one embodiment, cellular uptake or antibodies, cell probes or DNA are enhanced by local heating.
[00295] Em uma modalidade, com o dito aquecimento local, quando o aumento de temperatura é também otimizado para manter a viabilidade do objeto 160 ou da célula, a internalização de objetos 160 em células viáveis 160 direcionadas é seletivamente promovida.[00295] In one embodiment, with said local heating, when the temperature rise is also optimized to maintain
[00296] Em uma modalidade, o objeto 160 a ser distribuído é fixado em um objeto, que, quando direcionado com uma fonte de luz 147, pode causar uma leve microbolha. Por exemplo, um oligonucleotídeo pode ser conjugado para uma nanopartícula de ouro. Quando o outro é aquecido com uma fonte de luz 147 em um comprimento de onda otimizado, uma microbolha é levemente formada. Mediante a cavitação da microbolha, as nanopartículas de ouro são quebradas e as partes da nanopartícula e do objeto fixos nas mesmas são permeabilizados através de uma membrana de célula.[00296] In one embodiment, the
[00297] Em outra modalidade, o aumento de temperatura do objeto 160 direcionado não é o suficiente para causar a formação de uma microbolha. O aumento de temperatura localizado é otimizado para manter a viabilidade e a seletividade da célula que promovem a internalização dos objetos 160 em células viáveis direcionadas.[00297] In another modality, the temperature increase of the
[00298] De modo semelhante, em outra modalidade, usando-se pulsos de energia focalizados 158 para aderir materiais em coloides ou objetos, a geometria do objeto 160 ou as propriedades do objeto 160 são alteradas, permitindo, dessa forma, técnicas de separação adicionais, tais como campos magnéticos ou elétricos, para separar materiais que não são normalmente suscetíveis a tais forças.[00298] Similarly, in another embodiment, by using
[00299] Em geral, a análise citométrica de fluxo e os sistemas de ação que usam uma fonte de radiação eletromagnética, tal como um aparelho de energia focalizada 157 ou laser, para agir em objetos selecionados 160, desejam, tipicamente, distribuir um nível de energia controlado para objetos individuais 160. Em uma modalidade, tais sistemas podem extinguir, alterar, danificar ou destruir objetos 160 ou células direcionados com o uso do aparelho de energia focalizada 157. Em outras modalidades, tais sistemas podem, dentre outros métodos, ativar alvos em objetos 160 ou células selecionados ou no fluido, meio ou matriz que envolvem os objetos selecionados 160, conforme descrito acima.[00299] In general, flow cytometric analysis and action systems that use an electromagnetic radiation source, such as a
[00300] Nos métodos acima, os quais utilizam pulsos de energia focalizados 158, a radiação pode ser aplicada por métodos tanto de disparo contínuo como de eliminação contínua, de forma que os objetos desejados 160 não sejam afetados e os objetos 160 indesejados, alterados, mortos, destruídos ou danificados sejam discriminados a partir da amostra 120. Considerações semelhantes, conforme observado acima, são dadas quando se seleciona um comprimento de onda de laser e uma potência de laser para modos de disparo contínuo e disparo contínuo.[00300] In the above methods, which use focused
[00301] Mais especificamente, no disparo contínuo, o aparelho de energia focalizada 157 é empregado para objetos direcionados 160. Especificamente, um objeto 160 em uma mistura de fluido de amostra 120 pode passar através de uma área de pesquisa/detecção na câmara 129, por exemplo, em que características especificadas do objeto 160 são avaliadas através de um ou mais dentre os métodos acima.[00301] More specifically, in continuous shooting, the
[00302] Dessa forma, em um sistema com base em fluxo, por exemplo, a área de ação 129 do aparelho de energia focalizada 157 é a jusante a partir da área de pesquisa óptico com o uso da fonte de luz 147 para pesquisa. Alternativamente, o aparelho de energia focalizada 157 é utilizado antes da pesquisa adicionalmente a jusante. Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 age nos objetos na câmara de ação 129. A distância entre a região de pesquisa óptico e a região de ação pode ser ajustada para acomodar temporizações diferentes.[00302] Thus, in a flow-based system, for example, the
[00303] Com base em critérios predeterminados, faz-se uma decisão sobre manter, descartar ou agir sobre o objeto selecionado 160. Os objetos 160 marcados para ação são atingidos por um pulso de energia acionado 158 do aparelho de energia focalizada 157 (consultar as Figuras 6A a 6C, por exemplo).[00303] Based on predetermined criteria, a decision is made whether to keep, discard or act on the selected
[00304] Quando o objeto 160 ou a célula não é direcionado, o mesmo permanece não afetado e flui através da câmara 129, por meio do canal 164, para o canal 141 e recipiente 188 de saída, os quais coletam objetos 160 direcionados e não direcionados como um produto discriminado 165.[00304] When the
[00305] Em uma modalidade, o pulso de laser 158 tem uma duração curta e pode direcionar seletivamente objetos 160 ou células individuais enquanto não exerce impacto intencional em objetos 160 ou células não direcionados que podem estar próximos, evitando, dessa forma, "excesso de aspersão" em objetos 160 ou células não direcionados. A energia de pulso é selecionada para transmitir o efeito desejado enquanto se evita perturbações indesejadas ao meio que envolve ou, por exemplo, em sistemas de fluxo, não se causa cavitação indesejada ou formação de bolha. Uma variedade de comprimentos de onda de laser pode ser usada; entretanto, a exigência de fluxo pode ser diferente dependendo das características do objeto 160, da tinta e do ambiente direcionados.[00305] In one embodiment, the
[00306] As unidades de laser 157 têm potência limitada, especialmente os modelos compactos que operam em alta frequência de pulso (>100 kHz tipicamente) e pode ser preferencial escolher um comprimento de onda de laser que minimize o fluxo exigido. Por exemplo, corresponder o comprimento de onda de laser 157 à absorção de tintas, outros alvos ou objetos 160 (isto é, moléculas) usados no processo de ação aperfeiçoa muito a eficácia e a eficiência. Adicionalmente, a energia de pulso 158 é selecionada para transmitir o efeito desejado enquanto se evita perturbações indesejadas ao meio que envolve ou, por exemplo, em sistemas de fluxo, o que não causa cavitação ou formação de bolhas não intencionais.[00306]
[00307] Em um exemplo específico relacionados a células de esperma 160, como os objetos 160, um laser 157 de 355 nm foi usado para tirar proveito da tinta (isto é, tinta Hoechst 33342) usada para o processo de tingimento da célula. Em um exemplo semelhante, um laser 157 de 349 nm pode ser usado. Em tais exemplos, quando células de esperma 160 indesejadas são fotodanificadas, destruídas ou mortas, os níveis de energia de pulso de 0,5 a 8,0 μJ são usados.[00307] In a specific example related to
[00308] No disparo contínuo, tal como em um sistema com base em fluxo, o pulso de energia focalizada 158 é constantemente empregado e apenas interrompido para a passagem dos objetos não direcionados 160 (isto é, objetos desejados 160 que não devem ser danificados, destruídos, alterados ou mortos) ou destroços ou contaminantes que não exigem ação nos mesmos.[00308] In continuous shooting, as in a flow-based system, the
[00309] Conforme declarado acima, com base em critériospredeterminados, faz-se uma decisão sobre tanto manter como descartar um objeto 160, ou agir sobre o mesmo, que inclui fotodanificar, extinguir, alterar, desabilitar ou destruir um objeto 160. O aparelho de energia focalizada 157, tal como uma onda contínua (CW) ou laser de pulso rápido ou LED, distribui uma corrente contínua de energia focalizada 158 para os objetos 160 e é usado para agir sobre (isto é, incluindo, fotodanificar, alterar, desabilitar, destruir ou extinguir) cada objeto 160 que passa através de um local em particular na corrente de fluxo do fluxo de fluido de amostra 120 em um sistema de fluxo exemplificativo. Quando os objetos não direcionados 160 são encontrados na região de ação, o feixe de laser 158 é desligado, defletido ou, de outro modo, interrompido por um período curto de time, para permitir que os objetos não direcionados 160 (em alguns casos, itens descartados) passem de modo não afetado. Os objetos 160 - direcionados ou não direcionados - fluem através do canal 141 para o recipiente 188.[00309] As stated above, based on predetermined criteria, a decision is made about either keeping or disposing of an
[00310] Os métodos para interromper ou difundir o feixe 158 incluem mecânicos (obturadores, cortadores, espelho galvanômetro), ópticos (defletor óptico acústico, modulador óptico acústico, modulador de luz espacial, dispositivo de microespelho digital, modificação de polarização, visor de cristal líquido), eletrônicos (condicionamento de pulso, queda ou alteração de um laser de comutador Q) ou acústicos. Quaisquer outros métodos ou técnicas conhecidos ou futuramente adequados podem ser utilizados para interromper o feixe de energia focalizada 158.[00310] Methods for interrupting or diffusing
[00311] Tanto com métodos direcionados como contínuos, o pulso de energia 158 tem uma duração curta e o aparelho de energia focalizada 157 pode direcionar seletivamente apenas um único objeto 160 e não impactar outros objetos 160 que estão próximos do fluxo de fluido de amostra 120 (isto é, pode limitar "dano colateral"). O pulso de energia 158 é selecionado para ser suficiente para atingir a ação desejada no objeto 160 (isto é, danificar, alterar, extinguir ou destruir o objeto 160) por exigências de usuário. A energia pulsada 158 a partir do aparelho de energia focalizada 157 deve estar em uma faixa em que a mesma não irá causar uma perturbação no fluido de amostra 120 devido à cavitação, formação de bolha ou método de absorção de energia.[00311] With both directed and continuous methods, the
[00312] Outras tecnologias para reduzir a ação, o dano e a destruição indesejados nos objetos não direcionados 160 incluem aqueles que absorvem uma porção significativa da energia de pulso 158, alteram a direção do feixe 158 ou descarregam excesso de energia inflamando-se os pulsos 158 na corrente de fluxo 120. Especificamente, essas podem incluir mover mecanicamente um espelho ou as lentes, a fim de desfocalizar ou defletir os pulsos de laser de excesso 158 em um dispositivo absorvedor de energia, lentes alteradas eletronicamente a fim de alterar o ângulo de propagação do laser 157 e tecnologias de acionamento sofisticadas que coordenam dados de energia de pulso coordenados a partir do laser 157 com dados sobre a temporização de objeto para objeto de objetos 160 na corrente de fluxo imediata.[00312] Other technologies to reduce unwanted action, damage, and destruction to
[00313] A temporização entre as ações pelo dispositivo de energia focalizada 157 nos objetos 160 não é uniforme e segue uma distribuição Poisson em que muitos intervalos curtos e extremamente longos ocorrem. Devido ao fato de que um sistema de ação com base em laser 157 inclui fatores limitantes inerentes, é preferencial incluir um “tempo de recarga” curto entre os pulsos de laser 158. O tempo de latência (inerente no aparelho de energia focalizada 157), além do tempo de "carga/recarga", é o tempo mínimo que o aparelho de energia focalizada 157 pode reagir (distribuir um pulso) e ainda fornecer o nível de energia exigido para o objeto direcionado 160.[00313] The timing between actions by the
[00314] Em uma modalidade, o tempo de carga deve estar na faixa de .1 a 1 segundo e, de preferência, deve ser de 0,1 μs a 4 ms. A variabilidade de pulso para pulso em níveis de energia afeta a taxa de produzir o efeito desejado nos objetos direcionados 160 ou nas células e o potencial para impactar os objetos não direcionados 160 ou as células. Quando inflamados em intervalos não uniformes, a estabilidade de pulso para pulso deve ser alta. Em um exemplo, um laser de comutador Q 157 em modo pulso sob demanda foi usado para distribuir uma energia de pulso média de 1,8 μJ com uma faixa para pulsos individuais de 1,3 μJ a 2,3 μJ.[00314] In a mode, the charging time must be in the range of .1 to 1 second and, preferably, it must be from 0.1 μs to 4 ms. Pulse-to-pulse variability in energy levels affects the rate of producing the desired effect on 160 targeted objects or cells and the potential to impact 160 untargeted objects or cells. When ignited at non-uniform intervals, pulse-to-pulse stability should be high. In one example, a 157 Q-switch laser in pulse-on-demand mode was used to deliver an average pulse energy of 1.8 µJ with a range for individual pulses of 1.3 µJ to 2.3 µJ.
[00315] Em um sistema com base em fluxo, a região de ação 129 pode ser localizada a jusante a partir da região de pesquisa óptico na câmara 129, ou a montante da mesma, e a distância entre a região de pesquisa óptico e a região de ação pode ser ajustada para acomodar temporizações diferentes. Para acomodar um tempo de carga suficiente para um laser pulsado 157, a temporização mínima entre a pesquisa dos objetos 160 ou das células, e a ação nos objetos selecionados 160 ou nas células, não deve ser menos que 1 μs.[00315] In a flow-based system, the
[00316] O aparelho de energia focalizada 157 opera de modo bem- sucedido, por períodos substanciais, em taxas de ação de até 5.600 objetos por segundo, com taxas de precisão que podem ser selecionadas e estarem na faixa de, por exemplo, 75 a 95%. Em sistemas em que o espaçamento entre os objetos 160 na corrente de fluxo é controlado, o sistema 157 pode operar em taxas de ação até a taxa de repetição do laser 157.[00316] The focused
[00317] Em uma modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 é empregado antes da pesquisa do objeto 160. Entretanto, em outra modalidade, a fim de determinar quais objetos 160 são selecionados para ação pelo aparelho de energia focalizada 157, conforme observado acima, um histograma, ou qualquer representação gráfica das características medidas/calculadas dos objetos 160 após a pesquisa, pode ser usado a fim de fazer a decisão para ação do mesmo na população de objetos 160. Em uma modalidade, após a pesquisa ser realizada, a plotagem da abrangência (isto é, tempo de trânsito através da região de pesquisa da câmara 129) pode refletir o tamanho relativo da corrente de núcleo de amostra 120 sob condições de fluxo diferentes, a distribuição de objeto 160 ou célula através do canal principal 164, e a velocidade vetorial de percurso do objeto 160, assim como a variação de velocidade vetorial do objeto 160 dentro de um projeto de chip 100 em particular.[00317] In one embodiment, the
[00318] Conforme observado acima, a alta razão de aspecto do canal principal 164 é importante para a focalização hidrodinâmica, a migração e a orientação do objeto 160 ou da célula. Em uma modalidade, menos que um para a alta razão de aspecto para o canal microfluídico 164 é usado na presente invenção. De preferência, a alta razão de aspecto de 2/3 é usada para o canal principal 164. O valor da própria abrangência indica aproximadamente a velocidade vetorial do objeto 160. O grande valor de abrangência indica que os objetos 160 passam pelo feixe de luz de pesquisa 148 lentamente. O tamanho restrito da abrangência indica que a corrente de núcleo de amostra 120 está mais perto do plano central do canal 164 e existe menos variação de velocidade vetorial do objeto 160.[00318] As noted above, the high aspect ratio of the
[00319] Em uma modalidade, para agir precisamente nos objetos selecionados 160, tanto que fluem através do chip 100 quando se afastam da saída 112, permite-se menos variação de velocidade vetorial de objetos 160 para assegurar que o aparelho de energia focalizada 157 possa direcionar precisamente os objetos 160 ou as células selecionados. Dessa forma, com base nos métodos de posicionamento e orientação descritos acima (isto é, métodos ativos e passivos), os objetos 160 são posicionados perto do centro do corte transversal do canal 164 para reduzir a variação de velocidade vetorial dos objetos 160.[00319] In one embodiment, to act precisely on selected
[00320] Em uma modalidade, para o objeto 160 ou as células de formato plano, tais como células de esperma vivas 160, tanto a orientação quanto à variação da velocidade vetorial precisam ser levadas em consideração. Dessa forma, as células de esperma 160 desviadas do plano central do canal 164 ao longo do eixo geométrico vertical (consultar a Figura 9B) tendem a obter uma resolução melhor (por exemplo, a diferenciação de células de esperma 160 X e Y é maior que 50% separadas no histograma obtido após a pesquisa) e uma população de célula 160 menos mal orientada. Dessa forma, a eficiência de resolução e de direcionamento (isto é, fotodanificação, morte) é equilibrada com, em uma modalidade exemplificativa, a corrente de núcleo de amostra 120 que é conformada, de preferência, em cerca de 10 mícrons de largura e 5 a 10 mícrons em altura do canal principal 164, através do corte transversal do canal principal 164, na região de pesquisa/detecção da câmara 129 e desviada por cerca de 2 a 10 mícrons do plano central do canal principal 164, controlando-se, de preferência, as etapas de focalização hidrodinâmica.[00320] In one embodiment, for
[00321] Em uma modalidade em que os objetos 160 são células de esperma, uma célula de esperma direcionada 160 pode ser uma célula de esperma portadora de espermatozoide macho (isto é, uma célula de esperma portadora de cromossomo Y) e uma célula de esperma não direcionada 160 pode ser uma célula de esperma portadora de espermatozoide fêmea (isto é, uma célula de esperma portadora de cromossomo X). Em outra modalidade, uma célula de esperma direcionada 160 pode ser uma célula de esperma portadora de espermatozoide fêmea (isto é, uma célula de esperma portadora de cromossomo X) e uma célula de esperma não direcionada 160 pode ser uma célula de esperma portadora de espermatozoide macho (isto é, uma célula de esperma portadora de cromossomo Y).[00321] In an embodiment where the
[00322] Em uma modalidade, os objetos 160 são agidos sobre antes da pesquisa utilizando-se choque térmico localizado para incorporar moléculas, tais como DNA ou outras sondas, através de camadas externas protetoras e nos objetos - isto é, através de membranas protetoras e nas células (consultar a Figura 6D). Os métodos tradicionais para incorporar moléculas com o uso de altas tensões exigem uma eletroporação bem-sucedida para permeabilizar as membranas que pode ser desejável, conforme evidenciado pelas altas taxas de mortalidade de célula. O choque térmico localizado representa um procedimento mais suave e, portanto, pode ser mais desejável para manter a viabilidade das células. O aparelho de energia focalizada 157 é usado para gerar uma elevação localizada na temperatura, atingindo, dessa forma, o choque térmico. O choque térmico localizado resulta em permeabilizar os objetos 160, facilitando, dessa forma, a incorporação das moléculas desejadas. Um aparelho de pesquisa 147 é usado doravante para detectar e pesquisar os objetos 160 a partir dos quais o aparelho de pesquisa 147 determina o número ou a proporção de objetos 160 para os quais a incorporação das moléculas foi alcançada. Esse método pode ser particularmente desejável em biodetecção, engenharia celular, terapêutica direcionada e distribuição de medicamento/gene.[00322] In one embodiment, objects 160 are acted upon prior to the survey using localized heat shock to incorporate molecules, such as DNA or other probes, through protective outer layers and into objects - that is, through protective membranes and in the cells (see Figure 6D). Traditional methods for incorporating molecules using high voltages require successful electroporation to permeabilize membranes which may be desirable, as evidenced by high cell mortality rates. Localized heat shock represents a milder procedure and, therefore, may be more desirable to maintain cell viability. The
[00323] Em uma modalidade, após a pesquisa ser desempenhada e após um histograma aceitável ser obtido (isto é, com resolução aceitável e distribuição de abrangência relativamente pequena), então, faz-se uma decisão de empregar o aparelho de energia focalizada 157 para agir nos objetos 160 ou nas células selecionados. Um dentre os parâmetros mais importantes é a definição de temporização para o pulso a partir do aparelho de energia focalizada 157 (isto é, atraso ou intervalo de tempo para o objeto 160 entre o feixe de pesquisa/detecção 148 e o feixe de energia focalizada 158).[00323] In one modality, after the search is performed and after an acceptable histogram is obtained (that is, with acceptable resolution and relatively small coverage distribution), then a decision is made to employ the
[00324] A zona de ação do aparelho de energia focalizada 157 é a área no corte transversal do canal principal 164 em que os objetos 160 ou as células selecionados podem ser agidos sobre eficazmente (isto é, fotodanificados, alterados, desabilitados, mortos, destruídos, etc.), conforme mostrado na Figura 16. Com base em um nível de energia predeterminado e um formato de feixe do aparelho de energia focalizada 157, e no projeto do canal microfluídico 164 e nas condições de fluxo, a zona de ação pode ser estimada por uma porcentagem de ação (por exemplo, <97%). O nível de energia do aparelho de energia focalizada 157 é dependente do tempo de corrente e de carga do aparelho de energia focalizada 157. A taxa de fluxo maior geral no canal principal 164 significa que os objetos 160 estão percorrendo mais rápido. Dessa forma, o tempo de trânsito dos objetos 160 através do feixe de energia focalizada 158 é mais curto. Por exemplo, para um nível de energia do aparelho de energia focalizada 157 de 2,3 μJ com certo formato de feixe (por exemplo, 2,5 mícrons x 15 mícrons) e a velocidade vetorial de percurso do objeto 160 de cerca de 7,5 m/s, a zona de ação do aparelho de energia focalizada 157 é estimada para ser cerca de 20 mícrons na direção do eixo geométrico Y e cerca de 16 mícrons na direção vertical.[00324] The action zone of the
[00325] Dentro da zona de ação, a porcentagem de objetos direcionados 160 afetados (isto é, danificados, alterados ou mortos) também depende do formato e da posição da corrente de núcleo de amostra 120. Ajustando-se as taxas de fluxo dos fluxos de focalização hidrodinâmica de bainha ou de tampão, o tamanho e a posição da corrente de núcleo de amostra 120 pode ser adaptada para acomodar a zona de ação nas direções horizontal e vertical. Eventualmente, no nível de energia desejado do aparelho de energia focalizada 157, as condições de fluxo para o presente chip microfluídico 100 podem ser determinadas. Dessa forma, o formato da corrente de amostra 120 pode ser, de preferência, restringido a cerca de 10 mícrons de largura e 5 a 10 mícrons de altura de modo exemplificativo.[00325] Within the action zone, the percentage of targeted
[00326] Em outras modalidades, a zona de ação, conforme substancialmente descrito acima, é disposta antes da pesquisa ou após o fluido de amostra 120 deixar o chip 100 para o recipiente 188 (consultar as Figuras 6B a D).[00326] In other embodiments, the action zone, as substantially described above, is arranged prior to the survey or after the sample fluid 120 leaves the
[00327] Conforme discutido acima, em uma modalidade exemplificativa com o uso de células de esperma 160 como os objetos 160, as células de esperma vivas 160 (isto é, células de esperma bovinas, com aproximadamente 50-50 células de cromossomo X e de cromossomo Y) são introduzidas na entrada de amostra 106 e passam pelas etapas de focalização hidrodinâmica para alcançar a região de pesquisa 129. Na região de pesquisa 129, a tinta, isto é, tinta Hoechst 33342) é excitada por um feixe de pesquisa 148 a partir de uma fonte de luz 147, tal como um laser 147, que gera fluorescência nas células 160, a qual é capturada por um detector de sinal óptico 154 após passarem por lentes objetivas 153.[00327] As discussed above, in an exemplary embodiment using
[00328] Com base nas características do sinal de fluorescência, por exemplo, uma diferença em propriedades reflexivas, o controlador 156 pode identificar e distinguir individualmente células de esperma direcionadas 160 de células de esperma não direcionadas 160. Se a célula de esperma 160 for uma célula de esperma desejada (isto é, uma célula de esperma de cromossomo X ou Y), faz-se uma determinação para permitir que a célula de esperma 160 desejada ou não direcionada passe pelo canal microfluídico 164 para o aparelho de coleta 188 de modo não afetado.[00328] Based on the characteristics of the fluorescence signal, eg a difference in reflective properties, the
[00329] Entretanto, se a célula de esperma for uma célula de esperma indesejada (isto é, a outra célula de esperma de cromossomo X ou Y), o aparelho de energia focalizada 157 será empregado para agir sobre a célula de esperma direcionada 160, após um tempo de atraso predeterminado, para permitir que a célula de esperma indesejada/direcionada alcance a zona de ação (que pode estar na câmara 129 ou entre a saída 112 e o aparelho de coleta 188.[00329] However, if the sperm cell is an unwanted sperm cell (ie the other sperm cell of X or Y chromosome), the
[00330] A presente invenção permite flutuação no sistema da presente invenção, a fim de ter a operação mais eficaz do dispositivo de energia focalizada 157 na zona de ação, após o tempo de atraso predeterminado. Dependendo da velocidade vetorial de percurso da célula de esperma direcionada 160, a célula de esperma direcionada 160 estará na zona de ação por cerca de 2 μs e o feixe de energia focalizada 148 é mais eficaz quando destinado ao centro da célula de esperma direcionada 160. Dessa forma, é preferencial limitar a flutuação para dentro de 1 μs ou menos.[00330] The present invention allows for flotation in the system of the present invention, in order to have the most efficient operation of the
[00331] Conforme observado acima, as células de esperma direcionadas 160 podem ser alteradas, fotodanificadas, mortas, alteradas, desabilitadas ou destruídas por: 1) modo direcionado ou "pulso sob demanda" ou 2) um modo de "disparo contínuo" do aparelho de energia focalizada 157. Conforme observado acima, é preferencial escolher um comprimento de onda de laser para o dispositivo de energia focalizada 157 que minimize o fluxo exigido. Por exemplo, corresponder o comprimento de onda de laser à absorção da tinta usada no tingimento da célula de esperma pode aperfeiçoar a eficiência e a eficácia. Por exemplo, se a tinta Hoechst 33342 for usada para o processo de tingimento, um comprimento de onda de laser de 355 nm para o aparelho de energia focalizada 157 é ideal.[00331] As noted above, targeted
[00332] Em uma modalidade, as células de esperma direcionadas são mortas ou destruídas. Em outra modalidade, as células de esperma direcionadas 160 são suficientemente desabilitadas, de forma que as mesmas não tenham mais a capacidade para desempenhar uma função definida. Por exemplo, uma cauda da célula de esperma direcionada 160 pode ser desabilitada, de forma que a mesma não exiba mais uma motilidade progressiva. Dessa forma, a célula de esperma 160 direcionada e desabilitada será impedida de fertilizar um óvulo.[00332] In one embodiment, targeted sperm cells are killed or destroyed. In another embodiment, targeted
[00333] Em uma modalidade, um software sofisticado para o controlador 156 pode ser projetado para um laser de alta potência 157 que corresponda às exigências descritas acima que permitem que pulsos únicos de laser 158 sejam inflamados. Dessa forma, o modo de disparo contínuo ou de "pulso sob demanda" distribui pulsos de laser consistentes 158 sempre que exigidos pelo aparelho de energia focalizada 157. O modo de disparo contínuo é usado, de preferência, para amostras 120 que contêm, em maior parte, células de esperma não direcionadas 160 e apenas um número relativamente pequeno de células de esperma direcionadas 160 que precisam ser eliminadas. Entretanto, com os sistemas de pulso sob demanda de alta velocidade escalar comercialmente disponíveis, o modo de disparo contínuo pode ser implantado para amostras que têm outras razões de células de esperma não direcionadas para direcionadas.[00333] In one embodiment, sophisticated software for the
[00334] Em uma modalidade alternativa, quando as células de esperma direcionadas 160 ultrapassam em grande parte as células de esperma não direcionadas 160, o aparelho de energia focalizada 157 pode não ter a capacidade para gerar pulsos de laser 158 rápido o suficiente para agir sobre (isto é, extinguir ou desabilitar) todas as células de esperma direcionadas 160. Dessa forma, o modo de disparo contínuo se torna menos eficaz. Nesse caso, o modo de "disparo contínuo" se torna mais favorável.[00334] In an alternative embodiment, when targeted
[00335] No modo de disparo contínuo, conforme discutido acima, o aparelho de energia focalizada 157 é uma onda contínua (CW) ou quase-CW, ou um laser rapidamente pulsado 157, usado para agir sobre (isto é, extinguir ou desabilitar) toda célula de esperma 160 que passa por um certo local no canal microfluídico 164 sem discriminar entre células de esperma 160 direcionadas e não direcionadas. O feixe de energia focalizada 158 é desligado, defletido ou, de outro modo, interrompido por um período curto de tempo para permitir que as células de esperma não direcionadas (isto é, uma dentre as células de cromossomo X ou de cromossomo Y) passem de modo não afetado quando um grupo de células de esperma não direcionadas 160 for identificado. O grupo pode ser qualquer número predeterminado de células de esperma 160 não direcionadas. Após as células de esperma 160 não direcionadas passarem a zona de ação, o modo de disparo contínuo é recomeçado.[00335] In continuous shooting mode, as discussed above, the
[00336] Em ambos os modos de operação direcionado e de disparo contínuo, as células de esperma 160 que estão muito perto entre si ou que se sobrepõem na corrente de fluido de amostra 120 são, ambas, mortas ou desabilitadas, mesmo se uma dentre as células de esperma 160 for uma célula de esperma 160 não direcionada em vez de uma célula de esperma 160 direcionada. Conforme usado no presente documento, o termo "muito perto" se refere à presença de duas ou mais células de esperma dentro da faixa do feixe de energia focalizada 158, de forma que ambos os objetos 160 sejam suficientemente agidos sobre pelo feixe de energia focalizada 158 que a ação desejada ocorre em ambas as células. Além disso, as células de esperma 160 que não têm capacidade para serem eficazmente identificadas, tanto como uma célula de esperma 160 não direcionada como direcionada, são mortas ou desabilitadas pelo feixe de energia focalizada 158 para assegurar uma pureza de amostra geral para o produto discriminado 165. Os motivos para o sistema de discriminação da presente invenção não ter a capacidade para identificar eficazmente uma célula de esperma 160 não direcionada podem ser devido a questões de fluxo dentro do canal microfluídico 164, problemas de tingimento, duetos, etc. Devido ao fato de que o sistema da presente invenção erra por parte de matar ou desabilitar células de esperma 160 direcionadas, ou quaisquer células de esperma 160 que não possam ser identificadas eficazmente tanto como direcionada como não direcionada, mais pulsos 158 podem ser usados que o número total de células de esperma 160 direcionadas reais presentes na amostra 129.[00336] In both directed and continuous firing modes of operation,
[00337] Em uma modalidade, conforme observado acima, é preferencial incluir um "tempo de recarga/carga” curto entre os pulsos de laser 158 do aparelho de energia focalizada 157. Primeiro, o espaçamento entre das células de esperma 160 consecutiva não é uniforme, mas, em vez disso, segue uma distribuição Poisson. No fluxo de fluido de amostra 120, existe uma porcentagem de células de esperma 160 que estão relativamente perto entre si. Para empregar o aparelho de energia focalizada 157 nos eventos que têm um espaçamento mais perto (isto é, tempo decorrido mais curto), permite- se um “tempo de recarga/carga” menor do feixe de energia focalizada 158. Além disso, se duas células de esperma 160 estiverem muito perto uma da outra, de forma que seus sinais de fluorescência interfiram um no outro, e não exista nenhuma identificação clara de se a célula de esperma 160 é uma célula direcionada ou não direcionada, o aparelho de energia focalizada 157 irá ter que disparar múltiplos pulsos de laser 158 em um período curto de tempo para extinguir ou desabilitar todas as células de esperma 160 não identificáveis, a fim de maximizar a pureza da amostra. Dessa forma, para atingir um rendimento maior, em geral, um tempo decorrido médio mais curto entre os pulsos 158 é exigido.[00337] In one embodiment, as noted above, it is preferable to include a short "recharge/charge time" between the
[00338] Conforme observado acima, a amostra 120 discriminada, após ser agida sobre pelo aparelho de energia focalizada 157, é coletada em um dispositivo de coleta 188. Dessa forma, em uma modalidade, o produto coletado 165 contém tanto as células de esperma 160 não direcionadas quanto as células de esperma 160 direcionadas (isto é, mortas, alteradas, destruídas, desabilitadas), ainda na mesma razão de gênero que a amostra 120 original. A coleta em um único recipiente 188 não afeta uma qualidade de amostra 120 geral. Dessa forma, em uma modalidade, o produto final 165 que é usado para fertilização eventual inclui tanto as células de esperma 160 não direcionadas quanto as direcionadas. Alternativamente, as técnicas de separação de produto 165 subsequentes (isto é, citometria de fluxo, placas eletrostáticas, aprisionamento óptico holográfico, etc.) podem ser usadas para, por exemplo, separar as células de esperma 160 do produto 165 em células de esperma 160 vivas ou mortas/desabilitadas, ou a centrifugação pode ser usada para remover destroços indesejados, tais como os restantes das células de esperma 160 direcionadas mortas ou desabilitadas.[00338] As noted above, the discriminated 120 sample, after being acted upon by the
[00339] Em uma modalidade, o sistema de chip microfluídico da presente invenção é usado em conjunto com um mecanismo de separação ou isolamento, tal como o dispositivo de montagem de atuador piezoelétrico descrito no Pedido de Patente no U.S. 13/943.322 pendente, depositado em 16 de julho de 2013, ou um sistema de aprisionamento óptico, conforme descrito nas Patentes nos U.S. 7.241.988, 7.402.131, 7.482.577, 7.545.491, 7.699.767, 8.158.927 e 8.653.442, por exemplo, cujo conteúdo de todas está incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade.[00339] In one embodiment, the microfluidic chip system of the present invention is used in conjunction with a separation or isolation mechanism, such as the piezoelectric actuator mounting device described in pending Patent Application No. US 13/943,322, filed in July 16, 2013, or an optical trapping system as described in US Patents 7,241,988, 7,402,131, 7,482,577, 7,545,491, 7,699,767, 8,158,927 and 8,653,442, for example, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
[00340] Em uma modalidade, conforme mostrado nas Figuras, 6B a C, o canal principal 164 é encurtado após a câmara de ação 129, de forma que os objetos 160 discriminados deixem o canal de saída 141 e a saída 112 em forma de gota 187, antes de caírem em direção a um aparelho de coleta 188. A operação do aparelho de energia focalizada 157 é a mesma, exceto pelo fato de que os objetos 160 são agidos sobre conforme os mesmos deixam a saída do canal de saída 112 (consultar a Figura 6B) ou conforme as gotas desconectadas 187 caem (consultar a Figura 6C), e antes que os mesmos entrem no aparelho de coleta 188.[00340] In one embodiment, as shown in Figures, 6B to C, the
[00341] Em uma modalidade, os objetos 160 discriminados são coletados em um recipiente 188, que tem 20% de Tris (nota: comercialmente disponível, tal como vendido por Chata Biosystems), que é disposto abaixo da saída 112 do chip 100. Em uma modalidade, o conteúdo do recipiente 188 é circulado em intervalos predeterminados para assegurar a mistura do produto 165 no mesmo. Em uma modalidade, quando o recipiente 188 alcança um volume predeterminado (isto é, 18 ml), o recipiente 188 pode ser substituído por um novo recipiente 188.[00341] In one embodiment, the discriminated
[00342] Em uma modalidade, antibióticos são adicionados a um recipiente preenchido 188 (isto é, 0,5 ml de antibióticos CSS para 30 ml de produto 165), com o tempo gravado, e uma pluralidade de recipientes 188 com o produto 165 são colecionados em um recipiente grande e resfriados. Em um exemplo, três recipientes 188 com o produto 165 que contém antibiótico, em um tempo, são dispostos em um recipiente plástico de 400 ml e colocados em um ambiente frio.[00342] In one embodiment, antibiotics are added to a filled container 188 (i.e., 0.5 ml of CSS antibiotics to 30 ml of product 165), with the time recorded, and a plurality of
[00343] Em uma modalidade, após uma quantidade predeterminada de tempo em resfriamento (isto é, duas horas), um prolongador Tris B (14% de Tris glicerol) é adicionado em duas alíquotas, separadas por um tempo predeterminado (isto é, 15 minutos) para cada tubo. Após a última amostra 120 ser resfriada por um tempo predeterminado (isto é, duas horas) e o prolongador B é adicionado, as amostras 120 são centrifugadas por 20 minutos a 850 xG em um centrifugador refrigerado em 5°C. O sobrenadante é aspirado de cada tubo, deixando -0,2 ml com o grânulo. Todos os grânulos são combinados em um único recipiente pré-pesado (isto é, tubo) e uma concentração de grânulo combinado com o uso de protocolos de contagem comercialmente disponíveis (isto é, Visão de Esperma) é determinada e a concentração final é calculada para 11,35 x 106 células/ml. O volume final é ajustado com um prolongador de antibióticos Tris A+B+CSS completo (isto é, razão 50:50 de 20% de Tris de gema de ovo + 14% de Tris glicerol).[00343] In one embodiment, after a predetermined amount of time in cooling (i.e., two hours), a Tris B extender (14% Tris glycerol) is added in two aliquots, separated by a predetermined time (i.e., 15 minutes) for each tube. After the last 120 sample has been cooled for a predetermined time (ie, two hours) and extender B is added, the 120 samples are centrifuged for 20 minutes at 850 xG in a centrifuge refrigerated at 5°C. The supernatant is aspirated from each tube, leaving -0.2 ml with the granule. All beads are combined in a single pre-weighed container (ie tube) and a combined bead concentration using commercially available counting protocols (ie Sperm View) is determined and the final concentration is calculated to 11.35 x 106 cells/ml. The final volume is adjusted with a complete Tris A+B+CSS antibiotic extender (ie, 50:50 ratio of 20% egg yolk Tris + 14% Tris glycerol).
[00344] Na modalidade exemplificativa de células de esperma 160, os dutos de sêmen impressos são preenchidos e vedados e os dutos são congelados com o uso de vapor de nitrogênio líquido.[00344] In the exemplary embodiment of
[00345] Em uma modalidade, as medidas de controle de qualidade pós-congelamento incluem etapas de contaminação bacteriana, em que um duto congelado é descongelado em um banho de água, e o duto descongelado é limpo com álcool para desinfetar o mesmo. O conteúdo do duto é transferido para placas em uma placa de ágar de sangue (5% de sangue de ovelha) e incubado em 37°C por 24 horas para determinar o teor bacteriano.[00345] In one embodiment, post-freeze quality control measures include bacterial contamination steps, in which a frozen duct is thawed in a water bath, and the thawed duct is cleaned with alcohol to disinfect it. The duct contents are transferred to plates on a blood agar plate (5% sheep blood) and incubated at 37°C for 24 hours to determine the bacterial content.
[00346] Em uma modalidade, as medições de controle de qualidade para motilidade progressiva incluem descongelar um duto congelado em um banho de água e expelir o conteúdo do duto em um tubo pequeno colocado no estágio de aquecimento de tubo. Métodos comerciais, tais como Análise de Motilidade ou Visão de Esperma, são usados para determinar o número de células com motilidade por duto.[00346] In one embodiment, quality control measurements for progressive motility include thawing a frozen duct in a water bath and expelling the duct contents into a small tube placed in the tube heating stage. Commercial methods, such as Motility Analysis or Sperm Vision, are used to determine the number of cells with motility per pipeline.
[00347] Em uma modalidade, as medições de controle de qualidade para a pureza de amostra incluem descongelar um duto congelado em um banho de água e isolar as células vivas processando-se as mesmas através de lã de vidro. Então, a análise FISH é desempenhada na população de célula viva para determinar a razão de cromossomo de sexo.[00347] In one embodiment, quality control measurements for sample purity include thawing a frozen duct in a water bath and isolating live cells by processing them through glass wool. Then, FISH analysis is performed on the live cell population to determine the sex chromosome ratio.
[00348] Em uma modalidade, uma pluralidade de chips microfluídicos 100, aparelhos de pesquisa ópticos e aparelhos de energia focalizada são montados em paralelo a um rendimento crescente.[00348] In one embodiment, a plurality of 100 microfluidic chips, optical research apparatus, and focused energy apparatus are mounted in parallel at increasing throughput.
[00349] Referindo-se agora à Figura 18, em uma modalidade, um leiaute de múltiplos sistemas 400 com, por exemplo, "n" sistemas 401, 402, etc., cada um equipado com um aparelho de energia focalizada 157, é ilustrado. Em uma modalidade, o leiaute de múltiplos sistemas 400 inclui um único aparelho de pesquisa 147 e um único feixe de pesquisa 148 que é configurado para fornecer uma energia de excitação de fluorescência para a detecção de objetos 160 - por exemplo, conteúdo de DNA de esperma.[00349] Referring now to Figure 18, in one embodiment, a multiple system layout 400 with, for example, "n"
[00350] Em uma modalidade, o leiaute de múltiplos sistemas 400 inclui adicionalmente elementos ópticos de conformação de feixe 181, com uma série de divisores de feixe 189, em que cada divisor de feixe fornece uma divisão de 50/50 da potência entrante. Esses resultados em feixes de potência quase iguais 158 para cada um dentre os múltiplos sistemas 401, 402, etc.[00350] In one embodiment, the multi-system layout 400 further includes beamshaping
[00351] Em uma modalidade, após o aparelho de energia focalizada 157 agir sobre os objetos 160 que fluem através do chip microfluídico 100, em vez de fluir no canal de saída 141, um mecanismo de separação (isto é, dispositivo de montagem de atuador piezoelétrico (externo ou interno), uma montagem de aprisionamento óptico, placas eletrostáticas ou outro mecanismo de separação bem conhecidos pelo indivíduo de habilidade comum na técnica, podem separar os objetos 160 direcionados e não direcionados. (Consultar o Pedido de Patente no U.S. 13/943,322, depositado em 16 de julho de 2013 ou as PatentesNos U.S. 7.241.988, 7.402.131, 7.482.577, 7.545.491, 7.699.767,8.158.927 e 8.653.442, por exemplo, cujo conteúdo está incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade).[00351] In one embodiment, after the
[00352] Dessa forma, em uma modalidade exemplificativa, os objetos 160 direcionados que foram danificados, mortos, desabilitados, destruídos ou alterados pelo aparelho de energia focalizada 157, podem ser separados de objetos 160 não direcionados, em que o mecanismo de separação que separa os objetos direcionados em um dentre os canais de saída 140 a 142 e os objetos 160 não direcionados em outro dentre os canais de saída 140 a 142.[00352] In this way, in an exemplary modality, the 160 directed objects that have been damaged, killed, disabled, destroyed or altered by the
[00353] Em outra modalidade, os objetos direcionados são separados com o uso de um mecanismo de separação após saírem da saída 112 com o uso de placas eletrostáticas - bem conhecidas na técnica - por exemplo.[00353] In another embodiment, the directed objects are separated with the use of a separation mechanism after leaving the
[00354] Em ainda outra modalidade, o aparelho de energia focalizada 157 age sobre os objetos 160 conforme os mesmos saem ou caem da saída 112, e o mecanismo de separação também separa os objetos 160 direcionados dos objetos 160 não direcionados doravante ou do produto 165.[00354] In yet another embodiment, the
[00355] Conforme mostrado nas Figuras 19 a 21, em uma modalidade, um mecanismo de bombeamento inclui um sistema que tem um gás pressurizado 235 que fornece pressão para bombear a mistura de fluido de amostra 120 a partir do reservatório 233 (ou tubo de amostra 233), através de tubulação 242, para a entrada de amostra 106 do chip microfluídico 100.[00355] As shown in Figures 19 to 21, in one embodiment, a pumping mechanism includes a system having a
[00356] Um reservatório central 240 (consultar as Figuras 20 a 21) ou reservatórios individuais 241 (consultar a Figura 19) contêm fluidos envolventes ou de tampão 163 e são conectados a cada inserção de bainha ou tampão 107, 108, 172 do chip microfluídico 100 através de tubulação, a fim de introduzir fluidos envolventes ou de tampão 163 nos mesmos. Em uma modalidade, os reservatórios são recipientes dobráveis 237 (consultar as Figuras 20 a 21), os quais são dispostos em vasos pressurizados 240 e o gás pressurizado 235 empurra fluidos envolventes ou de tampão 163 para o chip microfluídico 100. Em uma modalidade, o vaso pressurizado 240 empurra fluidos envolventes ou de tampão 163 para um coletor 238 (consultar a Figura 21) que tem uma pluralidade de saídas diferentes, de forma que os fluidos envolventes ou de tampão 163 sejam distribuídos através de tubulação 231a, 231b, ou 231c para as entradas de bainha ou de tampão 107, 108 ou 172, respectivamente, do chip 100. Embora uma disposição de fluido envolvente ou de tampão de três entradas seja mostrada (isto é, a Figura 1D), o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que menos ou mais fluidos envolventes ou de tampão de distribuição de tubulação para o chip microfluídico 100 é possível. Além disso, embora a tubulação seja mostrada como entrando no chip microfluídico 100 nas Figuras 18 a 21, a disposição da tubulação em relação às entradas no chip 100 não é mostrada na ordem exata. Além disso, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que a tubulação entra no chip 100 através do retentor de chip 200 (discutido abaixo).[00356] A central reservoir 240 (see Figures 20 to 21) or individual reservoirs 241 (see Figure 19) contain surrounding fluids or buffer 163 and are connected to each sheath or
[00357] Em uma modalidade, cada reservatório individual 241 ou reservatório central 240 inclui um regulador de pressão 234 que regula a pressão do gás 235 dentro do reservatório 241, 240 (consultar as Figuras 19 a 21). Em uma modalidade, um regulador de pressão 239 regula a pressão do gás 235 dentro do vaso de amostra 233. Os medidores de fluxo 243 e as válvulas de fluxo 244 controlam os fluidos envolventes ou de tampão 163 bombeados através da tubulação 231a, 231b ou 231c, respectivamente, nas entradas de bainha ou de tampão 107, 108 ou 172, respectivamente (através do retentor 200). Dessa forma, a tubulação 230, 231a, 231b, 231c é usada no carregamento inicial dos fluidos envolventes ou de tampão 120 no chip 100 e pode ser usada por toda a operação do chiplOO para carregar fluido de amostra 120 na entrada de amostra 106 ou entradas de bainha ou de tampão 107, 108 (e 172).[00357] In one embodiment, each
[00358] Em uma modalidade, os medidores de fluxo 243 são usados para fornecer a realimentação para válvulas de fluxo 244 (consultar as Figuras 19 a 20) colocadas nas rotas de fluxo envolvente para atingir um fluxo estável com uma taxa de fluxo constante nos canais microfluídicos. Com o controle preciso do fluxo, a variação de taxa de fluxo geral é menor que 1% da taxa de fluxo de conjunto e a velocidade escalar de percurso para objetos 160 direcionados varia menos que 1% durante a detecção e entre o local de pesquisa/detecção e o local de ação.[00358] In one embodiment, flow
[00359] Em uma modalidade, o fluido envolvente ou de tampão 163 é bombeado através de uma câmara a vácuo (não mostrada) que é disposta entre a caixa de pressão e o coletor, a fim de remover o gás dissolvido no fluido envolvente ou de tampão. Dentro da câmara a vácuo, um segmento de tubulação permeável a gás é disposto entre a porta de entrada e a porta de saída. Embora o fluido envolvente ou de tampão percorra dentro da câmara a vácuo através da tubulação permeável a gás, o gás dissolvido passa através da parede da tubulação, enquanto o líquido permanece dentro da tubulação. O vácuo aplicado ajuda o gás a permear através da parede da tubulação. Em uma modalidade, a tubulação permeável a gás é produzida a partir de um material poroso hidrofóbico, por exemplo, poli(tetrafluoroetileno) expandido (EPTFE), a qual tem uma alta pressão de entrada de água para líquido, mas é permeável para gás.[00359] In one embodiment, the surrounding fluid or buffer 163 is pumped through a vacuum chamber (not shown) that is disposed between the pressure box and the manifold in order to remove dissolved gas in the surrounding fluid or plug. Inside the vacuum chamber, a segment of gas permeable tubing is disposed between the inlet port and the outlet port. Although the enclosing or buffer fluid travels inside the vacuum chamber through the gas permeable tubing, the dissolved gas passes through the tubing wall while the liquid remains inside the tubing. The applied vacuum helps the gas to permeate through the pipe wall. In one embodiment, gas permeable piping is produced from a porous hydrophobic material, eg expanded poly(tetrafluoroethylene) (EPTFE), which has a high water-to-liquid inlet pressure but is permeable to gas.
[00360] Em uma modalidade, a interface de usuário do sistema de computador 156 inclui uma tela de computador que exibe os objetos 160 em um campo de visão adquirido por uma câmera CCD 182 sobre o chip microfluídico 100.[00360] In one embodiment, the computer
[00361] Em uma modalidade, o computador 156 ou um controlador 156 controla quaisquer dispositivos externos, tais como bombas (isto é, mecanismos de bombeamento das Figuras 19 a 20), se usadas, para bombear quaisquer fluidos de amostra 120, fluidos envolventes ou de tampão 163 no chip microfluídico 100, e também controlar quaisquer dispositivos de aquecimento que definem a temperatura dos fluidos 120, 163 que são inseridos no chip microfluídico 100.[00361] In one embodiment, the
[00362] De acordo com uma modalidade ilustrativa, qualquer uma dentre as operações, etapas, opções de controle, etc., podem ser implantadas por instruções que são armazenadas em um meio legível por computador, tais como uma memória de computador, banco de dados, etc. Mediante a execução das instruções armazenadas no meio legível por computador, as instruções podem fazer com que um dispositivo de computação 156 desempenhe qualquer uma dentre as operações, etapas, opções de controle, etc., descritas no presente documento.[00362] According to an illustrative modality, any of the operations, steps, control options, etc., can be implemented by instructions that are stored in a computer-readable medium, such as a computer memory, database , etc. By executing the instructions stored on the computer-readable medium, the instructions can cause a
[00363] As operações descritas neste relatório descritivo podem ser implantadas como operações desempenhadas por um aparelho de processamento de dados ou um circuito de processamento em dados armazenados em um ou mais dispositivos de armazenamento legíveis por computador ou recebidos a partir de outras fontes. Um programa de computador (também conhecido como um programa, software, aplicativo de software, escritura ou código) pode ser gravado em qualquer forma de linguagem de programação, que inclui linguagens compiladas ou interpretadas, linguagens declarativas ou de processo e o mesmo pode ser implantado em qualquer forma, incluído como um programa autônomo ou como um módulo, componente, sub-rotina, componente ou outra unidade adequada para uso em um ambiente computacional. Um programa de computador pode, mas não precisa, corresponder a um arquivo em um sistema de arquivos. Um programa pode ser armazenado em uma porção de um arquivo que retém outros programas ou dados (por exemplo, um ou mais ou mais escrituras armazenadas em um documento de linguagem de marcação), em um arquivo único dedicado ao programa em questão ou em múltiplos arquivos coordenados (por exemplo, arquivos que armazenam um ou mais módulos, subprogramas ou porções de código). Pode ser implantado um programa de computador para ser executado em um computador ou em múltiplos computadores que estão localizados em um sítio ou distribuídos em múltiplos sítios e interconectados através de uma rede de comunicação. Circuitos de processamento adequados para a execução de um programa de computador incluem, a título de exemplo, tanto microprocessadores de propósito geral e especial, e qualquer um ou mais processadores de qualquer tipo de digital computador.[00363] The operations described in this specification may be implemented as operations performed by a data processing apparatus or a processing circuit on data stored in one or more computer-readable storage devices or received from other sources. A computer program (also known as a program, software, software application, writing or code) can be written in any form of programming language, which includes compiled or interpreted languages, declarative or process languages, and it can be implemented in any form, included as a standalone program or as a module, component, subroutine, component, or other unit suitable for use in a computing environment. A computer program can, but need not, match a file on a file system. A program can be stored in a portion of a file that holds other programs or data (for example, one or more or more scripts stored in a markup language document), in a single file dedicated to the program in question, or in multiple files coordinates (for example, files that store one or more modules, subprograms or pieces of code). A computer program can be deployed to run on one computer or on multiple computers that are located at one site or distributed at multiple sites and interconnected through a communication network. Processing circuits suitable for executing a computer program include, by way of example, both general and special purpose microprocessors, and any one or more processors of any type of digital computer.
[00364] Em uma modalidade, o chip microfluídico 100 é carregado em um retentor de chip 200 (consultar as Figuras 22A a 23B). O retentor de chip 200 é montado em um estágio de translação (não mostrado) para permitir posicionar o retentor 200 em relação ao aparelho de pesquisa e ao aparelho de energia focalizada. O retentor de chip microfluídico 200 é configurado para reter o chip microfluídico 100 em uma posição, de forma que o feixe de luz 148 a partir do aparelho de pesquisa possa interceptar os objetos 160 da forma descrita acima, na abertura 150, e o aparelho de energia focalizada 157 possa agir sobre os objetos 160.[00364] In one embodiment, the
[00365] Os mecanismos para a fixação do chip 100 no retentor 200 são descritos abaixo em conjunto com seu método de operação, mas o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que esses dispositivos podem ter qualquer configuração para acomodar o chip microfluídico 100, desde que os objetivos da presente invenção sejam correspondidos.[00365] The mechanisms for attaching the
[00366] Conforme ilustrado nas Figuras 22A a 23B, em uma modalidade, um retentor de chip microfluídico 200 é produzido a partir de um material adequado, tal como liga de alumínio, ou qualquer outro material metálico/polímero adequado, e inclui uma placa principal 201 e uma placa de encaixe 202. A placa principal 201 e a placa de encaixe 202 podem ter qualquer formato adequado, mas sua configuração depende do leiaute do chip 100 e das exigências para acesso às mesmas.[00366] As illustrated in Figures 22A to 23B, in one embodiment, a
[00367] Em uma modalidade, a placa principal 201 tem um formato substancial em L, mas o formato do retentor 200 depende do leiaute do chip 100 (consultar as Figuras 22A a 23B). Uma perna da placa principal em formato de L 201 inclui uma pluralidade de fendas que é configurada para receber parafusos de montagem 219, os quais são usados para montar o retentor 200 no estágio de translação. Qualquer número de fendas de qualquer formato e tamanho adequados pode ser incluído na placa principal 201. Em uma modalidade, quatro parafusos 219 são usados para montar o retentor 200 no estágio de translação e ajustar a posição do retentor 200. Entretanto, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que qualquer número de fendas e parafusos de montagem de qualquer tamanho pode ser usado.[00367] In one embodiment, the
[00368] Em uma modalidade, uma válvula de comutação 220 é fixa na placa principal 201 acima dos parafusos de montagem 219 na perna da placa principal em formato de L 201 (consultar as Figuras 22A a 23B). Além disso, na outra perna da placa principal em formato de L 201, um par de atuadores lineares, tais como atuadores de cilindro pneumático 207A e 207B, é disposto no mesmo lado da placa principal 201 como a válvula de comutação 220 (consultar as Figuras 22A a 23B).[00368] In one embodiment, a switching
[00369] Em uma modalidade, a placa de encaixe 202 é fixa na placa principal 201, no outro lado e ao longo da outra perna da placa principal em formato de L 201 (consultar as Figuras 22A a 23B). A placa de encaixe 202 inclui uma pluralidade de aberturas que acomodam uma pluralidade de encaixes 204 a 206 (consultar as Figuras 22A a 22B, por exemplo) configurada para receber e engatar na tubulação externa (consultar as Figuras19 a 23B) para comunicar fluidos/amostras ao chip microfluídico 100. Em uma modalidade, a placa de encaixe 202 inclui três encaixes 204 a 206, que são usados para se alinhar com as entradas de bainha ou de tampão 107, 108 e com a entrada de amostra 106, respectivamente (consultar as Figuras IB e 22A a 22B). Em outra modalidade, quatro encaixes 204 a 206 e 216, são usados para se alinhar com as entradas de bainha ou de tampão 107, 108, com a entrada de amostra 106 e com as inserções de bainha ou de tampão 172, respectivamente (consultar as Figuras 1A e 23A a 23B). Entretanto, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que os encaixes são dispostos de qualquer forma por número e posição, a fim de se alinhar com o número de entradas no chip microfluídico 100 e permitir a transmissão de fluidos a partir de um ou mais reservatórios através da tubulação (consultar as Figuras 19 a 21).[00369] In one embodiment, the
[00370] Em uma modalidade, um par de limpadores de fenda 203A, 203B afixa a placa de encaixe 202 e os atuadores de cilindro pneumático 207A, 207B na placa principal 201 (consultar as Figuras 22A a 23B). Dessa forma, a placa de encaixe 202 é facilmente removida da placa principal 201 sem desmontar a válvula de comutação 220 e os atuadores de cilindro pneumático 207A, 207B da placa principal 202.[00370] In one embodiment, a pair of
[00371] Em uma modalidade, os atuadores de cilindro pneumático 207A, 207B, cada um, incluem um pistão (não mostrado) que tem uma haste de pistão acoplada ao mesmo e extensível e retrátil em relação à porção de corpo cilíndrica. Em uma modalidade, o ar é suprido através da porta 209 para a válvula de comutação 208 e sai através das portas 210, 211 para as portas 212, 213, respectivamente, no atuador de cilindro pneumático 207A. O ar é suprido adicionalmente a partir das portas 214A, 214B no atuador de cilindro pneumático 207A para as portas 215A, 215B, respectivamente, no atuador de cilindro pneumático 208A.[00371] In one embodiment,
[00372] O comutador de alternância 220 da válvula de comutação 208 abre e fecha para permitir ou impedir, respectivamente, que o ar do suprimento de ar entre através da porta 209 e para os atuadores de cilindro pneumático 207A, 207B. Quando o ar é fornecido para os atuadores de cilindro pneumático 207A, 207B, as hastes de pistão dos atuadores de cilindro pneumático 207A, 207B são estendidas para fora para uma posição aberta (não ilustrada) e a placa de encaixe 202 é empurrada para fora do chip microfluídico 100 para uma posição aberta para permitir que um usuário carregue (ou descarregue) o chip microfluídico 100 (consultar as Figuras 22A a 23B). Quando o suprimento de ar é fechado, as hastes de pistão dos atuadores de cilindro pneumático 207 A, 207B são retraídas para dentro para uma posição fechada (conforme ilustrado nas Figuras 22A a 23B) e a placa de encaixe 202 é atraída em direção ao chip 100 e pressionada contra o chip 100, o que forma uma vedação líquida entre o chip 100 e as conexões para a tubulação para os fluidos envolventes ou de tampão e de amostra.The
[00373] Em uma modalidade, quando o chip microfluídico 100 estiver na posição fechada, os anéis em O, que são dispostos na superfície da placa de encaixe 202, entre a placa de encaixe 202 e o chip 110, formam uma vedação substancialmente livre de vazamento para proteger o chip microfluídico 100 de dano. Entretanto, o indivíduo de habilidade comum na técnica irá saber que qualquer número e configuração de anéis em O ou juntas podem ser usados.[00373] In one embodiment, when the
[00374] Em uma modalidade, o retentor 200 é posicionado, de forma que o chip 100 esteja em uma altura suficiente para acomodar pelo menos um vaso de coleta 188 disposto sob o chip 100. Em outra modalidade, os vasos de coleta são dispostos entre cada saída 111 a 113.[00374] In one embodiment, the
[00375] A construção e as disposições do sistema de chip microfluídico com o dispositivo de energia focalizada, conforme mostrado nas diversas modalidades ilustradas, são apenas ilustrativas. Deve ser observado que a orientação de diversos elementos pode ser diferente, de acordo com outras modalidades ilustrativas, e que tais variações são destinadas para ser abrangidas pela presente revelação. Embora apenas algumas modalidades tenham sido descritas em detalhes nesta revelação, muitas modificações são possíveis (por exemplo, variações em tamanhos, dimensões, estruturas, formatos e proporções dos diversos elementos, valores de parâmetros, disposições de montagem, uso de materiais, cores, orientações, etc.) sem se afastar materialmente dos ensinamentos e das vantagens inovadores da matéria descrita no presente documento. Alguns elementos mostrados como formados integralmente podem ser construídos de múltiplas peças ou elementos, a posição de elementos pode ser revertida ou, de outro modo, variada e a natureza ou o número de elementos ou posições distintos podem ser alterados ou variados. A ordem ou a sequência de qualquer processo, algoritmo lógico ou etapas de método podem ser variados ou ressequenciados de acordo com modalidades alternativas. Outras substituições, modificações, alterações e omissões também podem ser feitas no projeto, nas condições e na disposição de operação das diversas modalidades ilustrativas sem se afastar do escopo da presente revelação. Todas tais modificações e variações são destinadas para serem incluídas no presente documento dentro do escopo da invenção e protegidas pelas reivindicações a seguir.[00375] The construction and arrangements of the microfluidic chip system with the focused energy device, as shown in the various illustrated embodiments, are illustrative only. It should be noted that the orientation of various elements may differ according to other illustrative embodiments, and that such variations are intended to be covered by the present disclosure. Although only a few modalities have been described in detail in this disclosure, many modifications are possible (eg variations in sizes, dimensions, structures, shapes and proportions of the various elements, parameter values, mounting arrangements, use of materials, colors, orientations , etc.) without departing materially from the teachings and innovative advantages of the subject described in this document. Some elements shown as integrally formed may be constructed from multiple parts or elements, the position of elements may be reversed or otherwise varied, and the nature or number of distinct elements or positions may be changed or varied. The order or sequence of any process, logical algorithm or method steps can be varied or resequenced according to alternative modalities. Other substitutions, modifications, alterations and omissions may also be made in the design, conditions and operating arrangement of the various illustrative modalities without departing from the scope of the present disclosure. All such modifications and variations are intended to be included herein within the scope of the invention and protected by the following claims.
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B25A | Requested transfer of rights approved |
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B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
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