CN104511324B - 带有面外通道和会聚元件的颗粒操纵系统 - Google Patents

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Abstract

一种颗粒操纵系统使用基于MEMS的微制造式颗粒操纵装置，所述装置具有入口通道、输出通道和形成于基底上的可移动构件。可移动构件平行于制造平面移动，就像在入口通道中流动的流体那样。可移动构件将目标颗粒与颗粒的其余部分分离，将其转移到输出通道中。然而，至少一个输出通道不平行于制造平面。所述装置可用来将样本料流中的目标颗粒与非目标材料分离。目标颗粒可以是例如干细胞、受精卵、癌细胞、T细胞、血液的组分、细菌或DNA样本。所述颗粒操纵系统也可包括使目标颗粒会聚于入口通道的特定部分中的微流体结构。

Description

带有面外通道和会聚元件的颗粒操纵系统
技术领域
本发明涉及用于在微制造式流体通道中操纵小颗粒的系统和方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)是使用诸如用来制造半导体装置的那些的表面或块体光刻处理技术在基底上制造的非常小的、常常可移动的结构。MEMS装置可以是例如可移动的促动器、传感器、阀、活塞或开关，其具有几微米至几百微米的特征尺寸。例如，可移动的MEMS开关可用来将一个或多个输入端子连接到一个或多个输出端子，这些部件都微制造在基底上。用于可移动开关的促动器件可以是例如热的、压电的、静电的或磁性的。MEMS装置可制造在半导体基底上，该基底可操纵在流体料流中经过MEMS装置的颗粒。
在另一示例中，MEMS装置可以是可移动阀，其用作分选机构以用于从流体料流中分选各种颗粒，例如从血液中分选细胞。颗粒可在封闭在微通道中的流体料流内被输送至分选装置，流体料流在压力下流动。在到达MEMS分选装置时，分选装置将诸如血液干细胞的所关注的颗粒导向至单独的贮器，并且将流体料流的其余部分导向至废物贮器。
相比称为流式细胞仪的现有的荧光激活的细胞分选系统(FACS)，基于MEMS的细胞分选器系统可具有显著的优点。流式细胞仪通常是大而昂贵的系统，其基于来自粘附到所关注的细胞上的标签的荧光信号来分选细胞。细胞被稀释和悬浮在鞘(sheath)流体中，然后通过喷嘴经由快速解压分离成单独的小滴。在从喷嘴射出之后，小滴基于来自标签的荧光信号而以静电方式被分离到不同的仓中。与这些系统有关的问题有由解压导致的细胞损伤或功能丧失、在样本之间的困难且昂贵的消毒程序、不能根据不同参数再分选子群体、以及拥有、操作和维护这些大型且昂贵的设备部件所需的大量培训。由于至少这些原因，流式细胞仪的使用已被局限到大型医院和实验室，并且该技术对于较小的实体来说还不可用。
已授予了涉及这样的基于MEMS的颗粒分选装置的多个专利。例如，美国专利No.6,838,056 (‘056专利)涉及基于MEMS的细胞分选装置，美国专利No. 7,264,972 b1 (‘972专利)涉及用于基于MEMS的细胞分选装置的微机械式促动器。美国专利No. 7,220,594 (‘594专利)涉及用MEMS细胞分选设备制造的光学结构，并且美国专利No. 7,229,838 (‘838专利)涉及用于操作基于MEMS的颗粒分选系统的促动机构。另外，美国专利申请No. 13/374,899 (‘899申请)和No. 13/374,898 (‘898申请)提供了其它MEMS设计的另外的细节。这些专利(‘056、‘972、‘594和‘838)和专利申请(‘898和‘899)中的每一份均以引用方式并入本文中。
发明内容
基于MEMS的微制造式颗粒分选系统的一个特征在于，流体在整个分选过程中可被限制到形成于中半导体基底中的小的微制造式通道。MEMS装置可以是阀，该阀将样本料流的一种或多种目标颗粒与其它组分分离。当信号指示目标颗粒存在时，MEMS装置可将来自一个通道的颗粒料转向到另一个通道中。该信号可以是来自荧光标签的光子，该标签粘附到目标颗粒上并且由在MEMS装置上游的询问区域中的激光照射来激发。因此，MEMS装置可以是颗粒或细胞分选器，其对限制于微制造式流体通道的流体样本进行操作，但使用类似于FACS流式细胞仪的检测器件。特别地，‘898申请公开了一种微制造式流体阀，其中入口通道、分选物通道和废物通道均在平行于微制造式流体阀的制造平面的平面中流动。
通过使微制造式流体通道中的至少一个将流导引出微制造式阀的制造平面之外，可以对现有技术装置做出显著改进。具有这样的构造的阀的优点在于：当阀打开或关闭时，抵抗阀移动的压力被最小化，因为不需要可移动构件来将流体柱移开。相反，包含非目标颗粒的流体可在可移动构件上方和下方移动以到达废物通道。此外，力生成设备可设置成更靠近可移动阀，导致更高的力和更快的促动速度。结果，打开或关闭阀所需的时间可以远短于现有技术阀，从而提高分选速度和准确度。本文所公开的系统和方法可描述具有至少一个面外通道的这样一种微制造式颗粒分选装置。
在本文所公开的系统和方法中，一种微机械式颗粒操纵装置可形成于制造基底的表面上，其包括：微制造式可移动构件，其形成于基底上并且具有第一转移表面，其中可移动构件响应于施加到该可移动构件上的力而从第一位置移动至第二位置，其中所述移动基本上在平行于基底的表面的平面中；样本通道，其形成于基底中并且在其中流过流体，所述流体包括目标颗粒和非目标材料，其中入口通道中的流基本上平行于所述表面；分选物输出通道和废物输出通道，微制造式构件将目标颗粒转移到分选物输出通道中，而非目标材料流入废物输出通道，并且其中在废物输出通道中的流不平行于所述平面；以及鞘流体入口，其与样本通道处于流体连通；以及会聚元件，其联接到鞘流体入口并且被构造成驱使目标颗粒进入样本通道的特定部分。
在一个实施例中，提供了一种微机械式颗粒操纵装置，其中第一转移表面具有平滑地弯曲的形状，该形状在该形状上的一点处基本上相切于入口通道中的流向并且在该形状上的第二点处基本上相切于第一输出通道的流向，其中第一转移表面在可移动构件处于第一位置时将流从入口通道转移到第一输出通道中，并且在第二位置上允许流进入第二输出通道。
在本发明的另一个实施例中，微机械式颗粒操纵装置设有包括分选物通道和废物通道的多个输出通道，其中分选物通道中的流基本上反平行于输入通道中的流，并且其中废物通道中的流基本上正交于输入通道和分选物通道中的流，并且其中废物输出通道在微制造式构件的移动的至少一部分期间位于微制造式构件的至少一部分的正下方或正上方。
最后，由于其包括微制造式通道和新颖的阀设计，本文所公开的系统和方法可允许实现附加的有用特征。例如，该技术可形成具有细胞计数能力的颗粒操纵系统，如在美国专利申请No.13/507,830中所描述的那样。该专利申请以引用方式全文并入本文中。本文所描述的MEMS装置可用来操纵封闭在微制造式通道中的流体料流中的颗粒，同时也存在多个询问区域，其可提供关于操纵的反馈。例如，在细胞分选的情况中，在MEMS装置的上游可存在一个激光询问区域，并且在MEMS装置的下游可存在至少一个附加的激光询问区域，以确认关于是否已分选了正确的细胞的颗粒操纵的结果。
本文所公开的系统和方法也允许构造单输入/双输出分选装置，其中来自单个输入通道的流可被转移至两个分选物输出通道中的任一个，或被允许一直流到废物通道。
在另一个实施例中，新型的阀构造可利用流体力学学颗粒会聚技术，如由例如Xaiole Mao 等人的“ Single-layer planar on-chip flow cytometer usingmicrofluidic drifting based three-dimensional (3D) hydrodynamic focusing,”(以下称为“Mao,”Journal of Royal Society of Chemistry, Lab Chip, 2009, 9, 1583–1589)所教导的技术。本文所公开的系统和方法的微制造式构造使它们尤其适合在Mao中所公开的技术，如下文进一步所述。
这些和其它特征和优点在以下详细描述中描述或根据该详细描述是显而易见的。
附图说明
参照附图描述各种示例性细节，在附图中：
图1是处于静态(不分选)位置的微制造式颗粒分选系统的简化平面图；
图2是处于促动(分选)位置的微制造式颗粒分选系统的简化平面图；
图3a是示出检测器的视场的微制造式颗粒分选系统的简化平面图，其中微流体阀处于静态(不分选)位置；图3b是示出检测器的视场的微制造式颗粒分选系统的简化图，其中微流体阀处于促动(分选)位置；
图4a是处于促动(分选)位置的微制造式颗粒分选系统的简化剖视图，示出了样本料流向分选物通道内的流动，该分选物通道与入口通道在相同的平面中；图4b是处于静态(不分选)位置的微制造式颗粒分选系统的简化剖视图，示出了样本料流向废物通道内的流动，该废物通道与入口通道不在相同的平面中；图4c是处于静态(不分选)位置的微制造式颗粒分选系统的简化剖视图，示出了样本料流向废物通道内的流动，该废物通道与入口通道不在相同的平面中，其中样本料流围绕转移器的顶部和底部流动；
图5是处于静态(不分选)位置的微制造式颗粒分选系统的简化平面图，示出了静止的可导磁结构；
图6是用于微制造式颗粒分选系统的促动机构的平面图，示出了外部磁场与静止的可导磁结构结合的工作；
图7是处于促动(分选)位置的用于微制造式颗粒分选系统的促动机构的平面图，示出了外部磁场与静止的可导磁结构结合的工作；
图8是微制造式颗粒分选系统的简化视图，其中多个微制造式颗粒分选器被布置成提供串联的分选能力；
图9是双向微制造式颗粒分选系统的平面图，其中该系统具有不止一个分选物输出；
图10是具有不止一个分选物输出的双向微制造式颗粒分选系统的平面图，其中双向微制造式颗粒分选装置处于促动位置；
图11是与流体力学学会聚歧管结合的微制造式颗粒分选系统的平面图；
图12是根据本发明的微制造式颗粒分选系统的系统级图示，示出了各种检测和控制部件的布置方式；以及
图13是从控制系统到微制造式颗粒分选装置的信号波形图，示出了用来控制装置的移动的脉冲中的不同。
具体实施方式
本文所述系统是一种颗粒分选系统，其可利用MEMS颗粒操纵系统的微通道构造。更一般地说，所述系统和方法描述了具有入口通道和多个输出通道的颗粒操纵系统，其中多个输出通道中的至少一个被设置在与入口通道不同的平面中。该构造相对于现有技术具有一些显著的优点。
在下文讨论的图中，类似的附图标记旨在表示类似的结构，并且这些结构以各种细节水平示出，以提供该新型装置的重要特征的清楚视图。应当理解，这些图不一定按比例描绘各结构，并且诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“左”和“右”的方向名称是随意的，因为所述装置可在任何特定取向下被构造和操作。特别地，应当理解，名称“分选物”和“废物”是可互换的，因为它们仅表示颗粒的不同群体，并且哪一个群体被称为“目标”或“分选物”群体是随意的。
图1是处于静态(未促动)位置的新型微制造式流体装置10的平面图示。装置10可包括微制造式流体阀或可移动构件110(阴影区域)以及多个微制造式流体通道120、122和140。微制造式流体通道140(在图1和图2中显示为虚线区域140)充当输出通道，并且可位于微制造式构件110的至少一部分的正下方且不平行于微制造式流体通道120、122或微制造式构件110的平面。微制造式构件110在平行于该平面或在该平面内的路径中制造和移动。优选地，微制造式流体通道140正交于微制造式流体通道120、122的平面和微制造式构件110的移动路径。微制造式流体通道140的孔隙可覆盖(优选地重叠)微制造式构件110的移动路径的至少一部分，即，虚线区域在微制造式构件110的移动的至少一部分期间与微制造式构件110重叠，如图1和图2所示。这种重叠在微制造式构件处于“废物”或未促动位置(图1)时可允许在输入通道120和输出通道140之间存在流体路径，并且在“分选物”或促动位置处(图2)该路径关闭且颗粒被转向。如前所述，该构造可减小流体阻力，从而增加微制造式构件110的速度。
流体阀110和微制造式流体通道120、122及140可使用下文更详细描述的MEMS光刻制造技术形成于诸如硅基底的合适基底中。制造基底可具有制造平面，所述装置形成于该平面中并且可移动构件110在该平面中移动。
样本料流可由样本入口通道120引入到微制造式流体阀110。样本料流可包含颗粒的混合物，包括至少一种所需的目标颗粒和多种其它非所需的非目标颗粒。颗粒可悬浮在流体中。例如，目标颗粒可以是悬浮在诸如盐水的缓冲流体中的生物材料，例如，干细胞、癌细胞、受精卵、蛋白、T细胞、细菌、血液的组分、DNA片段。入口通道120可形成于与阀110相同的制造平面中，使得流体的流动基本上在该平面中。阀110的移动也在该制造平面内。关于分选/保存或处置/报废给定颗粒的决策可基于任何数量的有区别的信号。在一个示例性实施例中，该决策基于由颗粒发射的荧光信号、基于粘附到颗粒且由照明激光器激发的荧光标签。关于该检测机构的细节是文献中熟知的，并且在下文中将结合图12进一步讨论。然而，可以预料其它种类的有区别的信号，包括散射光或侧面散射光，这可基于颗粒的形态或许多机械、化学、电学或磁性效应，这些效应可将颗粒识别为目标颗粒(且因此被分选或保存)或非目标颗粒(且因此被放弃或以其它方式处置)。
当阀110处于图示位置时，输入料流无阻碍地传送到输出孔口和通道140，通道140在入口通道120的平面之外且因此在装置10的制造平面之外。也就是说，流是从入口通道120到输出孔口140，流从输出孔口140基本上竖直地且因此正交于入口通道120地流动。该输出孔口140通往面外通道，该通道垂直于图1中显示的纸平面，并且描绘于图4a-4c的剖视图中。更一般地说，输出通道140不平行于入口通道120或分选物通道122的平面或可移动构件110的制造平面。
输出孔口140可以是形成于制造基底中或结合到制造基底的覆盖基底中的孔。在分选阀或可移动构件110上方和下方的释压区域允许流体在可移动构件110上方和下方流至输出孔口140，并且在图4a-4c中更详细地显示。此外，阀110可具有弯曲的转移表面112，该表面可将输入料流的流动转向至分选物输出料流中，如接下来结合图2所描述的。孔口140的轮廓可以使得它与入口通道120和分选物通道122的一些(但非全部)重叠。通过使轮廓140与入口通道重叠，并且利用以上所述释压区域，当可移动构件或阀110处于未促动的废物位置时，存在让输入料流直接流入废物孔口140中的路线。
图1是处于静态(未促动)位置的新型微制造式流体装置10的平面图示。装置10可包括微制造式流体阀或可移动构件110(阴影区域)以及多个微制造式流体通道120、122和140。微制造式流体通道140充当输出通道，并且可位于微制造式构件110的至少一部分的正下方或正上方且不平行于微制造式流体通道120、122或微制造式构件110的平面。优选地，微制造式流体通道120正交于微制造式流体通道120、122或微制造式构件110的平面。微制造式流体通道140可覆盖微制造式构件110的移动路径的至少一部分，即，在虚线/带虚线的形状内的区域。
图2是处于促动位置的微制造式装置10的平面图。在该位置，可移动构件或阀110(阴影区域)被向上偏转到图2中所示位置。转移表面112是将入口通道120的流转向至分选物输出通道122中的分选轮廓。输出通道122可位于与入口通道120基本上相同的平面中，使得在分选物通道122内的流也在与在入口通道120内的流基本上相同的平面中。在入口通道120和分选物通道122之间可存在角度α。该角度可以是至多约90度的任何值。可移动构件110的促动可起因于来自图2中一般地示出的力生成设备400的力。在一些实施例中，力生成设备可以是电磁体，但应当理解，力生成设备也可以是静电式、压电式或一些其它器件，用于在可移动构件110上施加力，从而使其从第一位置(图1)移动至第二位置(图2)。在这些实施例中的一些中，目标颗粒为干细胞、癌细胞、受精卵、蛋白、T细胞、细菌、血液的组分和DNA片段中的至少一种。
更一般地说，例如在图1和图2中示出的微机械式颗粒操纵装置可形成于制造基底的表面上，其中微机械式颗粒操纵装置可包括：具有第一转移表面112的微制造式可移动构件110，其中可移动构件110响应于施加到可移动构件的力而从第一位置移动至第二位置，其中所述移动基本上在平行于所述表面的平面中；样本入口通道120，其形成于基底中并且流体流过其中，所述流体包括一种或多种目标颗粒和非目标材料，其中样本入口通道中的流基本上平行于所述表面；以及多个输出通道122、140，微制造式构件将流体转移到其中，并且其中在输出通道140中的至少一个中的流不平行于所述平面，并且其中至少一个输出通道140在可移动构件110的移动的至少一部分期间位于可移动构件110的至少一部分的正下方。
在一个实施例中，转移表面112可以几乎相切于输入流方向和分选物输出流方向，并且在这些切线之间的斜度可以平滑地变化。在该实施例中，料流的移动质量具有从输入方向向输出方向平滑地转变的动量，因此当目标颗粒为生物细胞时，最小的力被传递到颗粒。如图1和图2所示，微机械式颗粒操纵装置10包括具有平滑地弯曲的形状的第一转移表面112，其中该表面在该形状上的一点处基本上相切于样本入口通道中的流向并且在该形状上的第二点处基本上相切于第一输出通道的流向，其中第一转移表面在可移动构件110处于第一位置时将流从样本入口通道转移到第一输出通道中，并且在第二位置处允许流进入第二输出通道。
在其它实施例中，微机械式颗粒操纵设有第一转移表面，该表面具有三角形、梯形、抛物线形、圆形和V形中的至少一种，其中转移表面在可移动构件处于第一位置时将流从入口通道转移到第一输出通道中，并且在第二位置处允许所述流进入第二输出通道。转移器在所有情况下都用来将流从入口通道导向至另一个通道。
应当理解，虽然通道122被称为“分选物通道”，而孔口140被称为“废物孔口”，但这些术语可以互换，使得分选物料流被导入废物孔口140，并且废物料流被导入通道122，而不失任何一般性。类似地，“入口通道”120和“分选物通道”122可反过来。用来命名这三个通道的术语是随意的，但入口料流可由阀110转移到两个单独的方向中的任一个，这些方向中的至少一个不位于与另两个相同的平面中。当参照角向方向使用时，术语“基本上”(即，基本上相切的或基本上竖直的)应理解为表示在所参照的方向的15度内。例如，“基本上正交”于一线应理解为表示相对于该线为约75度至约105度。
图3a和图3b示出了其中在入口通道120和分选物通道122之间的角度α为大约零度的实施例。相应地，分选物通道122大致反平行于入口通道120，使得流动在入口通道120中是从右向左。在阀110处于图3a所示未促动的静态位置的情况下，入口料流直接流至废物孔口140并且竖直地离开装置10。
在图3b中，阀110处于促动的分选位置。在该位置，流被阀110的转移表面112转向，并且进入反平行的分选物通道122中。该构型可具有这样的优点：检测器150的视场覆盖入口通道120和分选物通道122两者。因此，单组检测光学器件可用来检测目标颗粒通过相应的通道的传送。也可能有利的是使检测区域和阀110之间的距离最小化，以便使在阀的打开和关闭中的定时不确定性最小化。
可移动构件或阀110可利用柔性弹簧114附连到基底。弹簧可以是基底材料的狭窄峡部。在以上阐述的示例中，基底材料可以是单晶硅，该材料因其突出的机械性能(例如其强度、低残余应力和抗蠕变性)而闻名。在适当掺杂的情况下，该材料也可变成充分导电的，以避免电荷积聚在所述装置的任何部分上，否则这可能妨碍装置的移动。弹簧可具有如图所示的蛇形形状，其具有约1微米至约10微米的宽度以及在约10N/m和100N/m之间并且优选地约40N/m的弹簧常数。
图4a、图4b、图4c为示出面外废物通道140的操作的剖视图。图4c相对于图4a和图4b略微放大，以便示出绕过可移动构件110且通过废物孔口140进入废物通道142的流。箭头指示可移动构件110在通道120和122的平面中的移动路径。在该实施例中，废物通道142为竖直的，基本上正交于入口料流120和分选物料流122。入口通道120和120正交于废物通道142，其中入口通道122的方向在纸平面之外。应当理解，除正交之外的其它实施例是可能的，但在任何情况下，进入废物通道142的流都在入口通道120和/或分选物通道122中的流的平面之外。如图4a所示，在阀110处于分选促动位置的情况下，入口料流和目标颗粒可流入分选物料流122中，该分选物料流在图4a中流出纸外，并且废物孔口140大部分(虽然不是完全地)被可移动构件110阻塞。在阀或可移动构件110的顶部上的区域144(在图4c中的大小不按尺寸)可被释压，以便为这种流动提供间隙。
当阀或可移动构件110如在图4b中那样未促动时，入口通道120的流可通过越过、绕过或经过可移动构件或阀110而直接流入废物通道142。在阀或可移动构件110的顶部上的区域144可被释压，以便为这种流动提供间隙。释压区域144在放大的图4c中更详细地示出。因此，当可移动构件未被促动时，流可以被直接输送至废物通道。当可移动构件被促动时，大部分流体将被导向至分选物通道，但液体可能仍然在可移动构件上方和下方流动。
因此，在可移动构件110上方和下方均提供流的目的是减小由促动器移动在阀或可移动构件110之后的区域中所产生的流体压力。换言之，目的是在阀110之前的高压区域和该阀之后的低压区域之间提供尽可能短的路径。这允许阀在抵抗其移动的压力极小的情况下操作。结果，图1-4c所示可移动阀110可以显著快于将所有通道都设置在相同平面中的阀。
竖直的废物通道142的另一个优点在于：通过将其定位在静止的可导磁结构130和可移动的可导磁结构116的正下方，在可导磁结构116和130之间的磁间隙可比当流体通道经过两者间时更窄。相比现有技术设计，更窄的间隙能够实现更高的力和因此更快的促动。接下来将提供磁性部件和磁性促动机构的描述，并且面外通道构造的优点将是显而易见的。
图5是装置10的装置100的另一个示例性实施例的平面图，示出了静止的可导磁结构130的布置和可移动构件110的更多细节。在该实施例中，可移动构件110可包括转移表面112、柔性铰接件或弹簧114、以及被对应于可移动构件110的线包围但在该线内部的单独的区域116。该区域116可嵌有诸如镍铁导磁合金的可导磁材料，并且可如下文进一步描述那样起作用。
在另一个实施例中，微机械式颗粒操纵装置还包括：第一可导磁材料，其嵌入可移动构件中；第一静止的可导磁结构，其被设置在基底上；以及第一磁通源，其在可移动构件和上面形成可移动构件的基底的外部。
优选地，当磁通源被激活时，微机械式颗粒操纵装置的可移动构件从第一位置移动至第二位置。
可导磁的材料应理解为表示能够支持在其自身内磁场的形成的任何材料。换言之，材料的磁导率是该材料响应于施加的磁场而获得的磁化的程度。
如本文所用，术语“可导磁材料”或“具有高磁导率的材料”应理解为磁导率相比空气或真空的磁导率较大的材料。也就是说，可导磁材料或具有高磁导率的材料是具有至少约100的相对磁导率(相比空气或真空)的材料，即，为空气或真空的磁导率(为约1.26×10− 6H•m−1)的100倍。存在可导磁材料的许多示例，包括铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)和铁(Fe)合金。一种流行的可导磁材料被称为导磁合金，其具有在在约60%和约90%之间的Ni与在40%和10%之间的铁的成分。最常见的成分是80%的Ni和20%的Fe，其具有约8000的相对磁导率。
从静磁学熟知的是，可导磁材料被引入其中磁通线集中的区域中，以便降低由可导磁材料提供的磁路对磁通的磁阻。相应地，由于嵌入的可导磁材料116的存在，磁场中的梯度朝具有高磁通集中度的区域驱使可移动构件110的移动。即，带有嵌入的可导磁材料116的可移动构件110将在正磁通梯度的方向上被吸引。
磁场磁通线的外部源可设置在装置100外部，如图6所示。该来源可以是电磁体500。电磁体500可包括周围卷绕导体514的可导磁芯512。卷绕的导体或线圈514和芯512生成磁场，该磁场离开磁体的极、发散并且返回到相对的极，如从电磁学熟知的。相应地，可移动构件110通常被吸向电磁体500的极，如图7所示。
然而，装置100的性能可通过使用静止的可导磁结构130来提高。术语“静止的结构”应理解为表示这样的结构：其固定到基底上并且不像可移动构件或阀110那样相对于基底移动。静止的可导磁结构130可被成形为收集这些发散的磁通线，并且将它们再会聚到紧邻具有嵌入的可导磁材料的可移动构件110的区域中。静止的可导磁结构可具有带有较窄的喉部134的膨胀区域132。磁通线被收集在膨胀区域132中并且被会聚进出狭窄的喉部区域134。相应地，喉部区域134中的磁通线的密度显著高于不存在静止的可导磁结构130的情况下的密度。因此，静止的可导磁结构130的使用(尽管是可选的)允许更高的力、更快的促动，并且减少对电磁体500紧邻装置10的需求。磁场线从狭窄的喉部区域134离开可导磁材料并且返回到外部源500的相对的磁极。但由于磁场线在喉部区域134中的高度集中，嵌入可移动构件110的可导磁材料116可被吸向静止的可导磁结构130，并带动可移动构件的剩余部分。
当电磁体为静态并且没有电流被供应至线圈514时，弹簧114的恢复力致使可移动构件110处于“关闭”或“废物”位置。在该位置，入口料流无阻碍地通过装置100传送到废物通道140。该位置在图5中示出。当电磁体500被激活并且电流被施加通过线圈514时，磁场在芯512中产生并离开芯512的极。这些磁通线由静止的可导磁结构130收集并会聚并且会聚在紧邻喉部134的区域中。如此前所提及的，可移动构件110的可导磁部分116被吸向喉部134，从而移动可移动构件110和转移表面112，使得入口通道120中的入口料流被转向至输出或分选物通道122。该位置在图7中示出。
导磁合金可用来形成可导磁结构116和130，但应当理解，也可使用其它可导磁材料。导磁合金是一种适用于MEMS光刻制造技术的熟知的材料。用于制造可导磁结构116和130的方法在下文中进一步描述。
如此前所提及的，使废物通道140和142在可移动构件或阀110正下方允许可移动的可导磁结构116设置得更靠近静止的可导磁结构130。相反，如果废物通道在相同平面中，那么该间隙将不得不至少足够大以适应废物通道，并伴有相关联的公差。结果，促动力更高，并且阀打开和关闭时间要短得多。这又对应于更快的分选或更高的分选准确度或两者。
在使用上述电磁促动技术的情况下，可实现接近10微秒的促动时间。相应地，颗粒分选装置能够以超出50kHz或更高的频率分选颗粒，假设需要10微秒来拉入促动器，并且需要10微秒来将促动器返回到出厂位置。
然而，对于任何颗粒分选机构来说，在分选纯度和分选速度之间存在固有的折衷。我们只能将流体速度增加至某个点，在该点之后，进入分选器的物理极限，例如，这时阀速度使得在检测到细胞时没有足够的时间来打开阀或活门。超出该极限，每秒实现更多事件的最明显方式是增加细胞密度。但随着细胞密度的增加，其中所需的和非所需的细胞均被收集的分选冲突的发生率也增加。
为了克服这种局限性，细胞样本理论上在顺序分选策略中可被处理多次 – 开始是非常快速的粗略分选，然后是更慢的高精度分选。由于大量的细胞稀释物(来自鞘流体)、缓慢的处理速度和由多次通过高压力静电分选机构导致的不可接受的细胞受损，对于传统的FACS系统来说，这通常是不可行的选项。在以10米/秒的速度从60psi爆炸性地解压到0psi的情况下，单次通过流式细胞仪是异常暴力的。细胞不可能幸免于多次这样的处理，而不显著丧失生活力。即使人们愿意接受稀释液、人工处理和细胞死亡，FACS的产率损失也是让人难以接受的。另外，用于处理、清洁、消毒和验证的每周期时间常数是无法承受的，并且样本的无菌性被彻底牺牲。因此，这种顺序分选对于基于FACS的临床细胞分选来说不是可行的方法。
相比之下，对于上述微制造式颗粒分选系统来说，利用微流体通道构造，多级“顺序”分选可通过如下文所述的直接方式进行。可使用多个MEMS分选装置10或100进行多个颗粒操纵操作。分选装置可以在单独的MEMS芯片上并且封闭在一次性盒中，或者多个阀可利用MEMS制造技术形成于单个基底上。在一个实施例中，多个MEMS分选芯片在一定程度上分离，使得通过侧向地偏移装置，附加的MEMS芯片可变得可操作。该实施例在下文中进一步描述并且在图8中示出。更广泛地，分选装置系统可包括在第一操纵装置或分选级100下游的第二操纵装置或分选级200。分选级100意指利用例如分别如图1和图5所示的装置10或装置100的级。
第一分选级100和第二分选级200前面分别为激光询问区域170和270。在该区域中，激光用来照射样本料流中的颗粒。带有荧光标签的那些颗粒可以由于激光照射而发荧光。该荧光信号被检测并且指示样本料流中目标颗粒的存在。在检测到目标颗粒时，信号被发送至控制器，该控制器控制电磁体500，激励电磁体并且因此打开可移动构件或阀110。目标颗粒因此被导入分选物通道122。该功能在下文中结合图12所示整个颗粒分选系统更详细地描述。分选级100和200也可伴有在最末分选级200下游的第三激光询问区域280。该询问可被进行以评价分选的准确度或者为了调整各种分选参数。虽然在图12中仅示出两个顺序布置的分选操作，但应当理解，这种基本概念可以扩展至任何数量的附加分选级，并且代替串联构型或除了串联构型之外，各级可以布置成并联构型。
因此，第一分选物可以快速地运行通过第一分选级100，以便以可忽略不计的产率损失富集目标细胞。第一分选级100的输出可根据位于区域170中的鉴别器或检测器的输出而流入废物通道140或分选物通道122。如果料流流至分选物通道122，那么它会继续流至第二分选级200，第二分选级200可具有其自身的相关联的检测区域270。类似于分选级100，流可被导向至废物通道240或分选物通道222。利用该方法，样本通过整个顺序分选过程保持无菌且被温柔地处理。应当理解，虽然难以在二维图中描绘，但废物通道140和240可位于相对于入口通道120以及分选物通道122和222不同的平面中。在图8中，废物通道140和240描绘为流入纸内。
在另一个实施例中，利用图1、图3或图5中所示构造，也可设想出双输出双位置颗粒操纵装置。在该实施例中，微机械式颗粒操纵装置还可包括第二转移表面，当可移动构件处于第三位置时，该第二转移表面将流从入口通道转移到第三输出通道内。
为了在阀的打开和关闭期间更好且更快地控制可移动构件，该实施例的微机械式颗粒操纵装置可设有嵌入可移动构件中的第二可导磁材料、设置在基底上的第二静止的可导磁结构、以及在可移动构件外部的第二磁通源。
这样的装置在图9中示出。图9示出了双输出装置800，其中单个入口通道820可为两个单独的分选物输出通道822和824中的任一个进料，具体取决于可移动构件810的位置。双输出装置800可具有两个可导磁区域816和818，可导磁区域816和818可被分别吸向两个静止的可导磁结构830和850中的任一个。例如，如果诸如电磁体500(以虚线/点划线示出)的外部磁通源被定位在静止的可导磁结构830附近，那么从电磁体500发出的磁通由静止的可导磁结构830集中，并且可移动的可导磁结构816被吸向静止的可导磁结构830。图10中描绘了这种情况。当可移动结构顺时针旋转时，通过转移表面842使分选物通道822对来自入口通道820的流打开。当另一个外部磁体(未示出)在装置800和上部静止的可导磁结构850上方被激励时，可移动构件810逆时针旋转，由分选物转移表面812将入口通道820中的流导入上部分选物通道824中。废物通道孔口840可相比140被扩大，使得它被设置在可移动构件810的至少一部分的正下方，但不妨碍分选物转移表面812或842的移动。可移动构件810由薄壁810固定在基底处。包括铰接点814的薄壁810充当类似于图3a/b的114的柔性弹簧。
虽然图1-11中所示实施例结合电磁促动机构进行描述，但应当理解，也可以使用其它促动力。例如，如果可导磁结构116和130由导电而非可导磁的材料制成，则可横跨元件116和130设置电势，以产生用于移动可移动构件110的静电力。也可使用压电力。
由于颗粒操纵装置10和100的微制造式构造，它适用于可利用这样的封闭的明确限定的构造的技术。图11中示出了一种这样的技术，其中微制造式颗粒操纵装置可具有将鞘流体提供至样本料流的至少一个附加的通道，以及联接到入口通道的会聚元件。鞘流体可用来调整目标颗粒在入口通道内的浓度和定位。会聚元件可被构造成将目标颗粒驱迫到样本入口通道的特定部分中，如下文进一步描述的。会聚元件可被设置在与可移动构件110基本上相同的平面中，并且可以形成在与可移动构件110和入口通道120相同的基底表面中。
图11描绘了微制造式流体歧管300，其可用来将颗粒会聚在流体料流内的某个区域中。用于设计这样的歧管的技术可见于例如Xiaole Mao 等人的“Single-layer planaron-chip flow cytometer using microfluidic drifting based three-dimensional(3D) hydrodynamic focusing ,”(Journal of Royal Society of Chemistry, LabChip, 2009, 9, 1583–1589)中。该歧管可包括样本入口310和鞘流体通道320。顾名思义，鞘通道将鞘流体添加到样本料流中，鞘流体是一种缓冲流体，其趋于稀释料流中的颗粒的流并且将它们定位在料流的特定部分中。混合的流体接着围绕联接到入口通道120的会聚元件(这里为会聚通道330)流动，该会聚元件趋于将颗粒聚在流内的特定平面中。该平面基本上在图11的纸平面中。混合的流体接着经过另一个交点(“y-交点”350)，该交点在颗粒的平面上方和下方引入额外的鞘流体。在y-交点350处，两股流可从基本上反平行并且正交于z-会聚通道330的方向加入z-会聚通道330。这种相交可将颗粒的平面压缩成基本上在料流的中心的单个点。相应地，在y-交点350处，目标颗粒可从平面压缩成接近z-会聚通道330和样本入口通道120的中心的料流线。术语“接近中心”意味着料流线在通道的中心处是技术上可行的。将颗粒会聚到某个体积内趋于降低其位置的不确定性和因此降低可移动构件或阀110的打开和关闭定时中的不确定性。这样的流体力学会聚可因此提高分选操作的速度和/或准确度。
在具有图11中所示流体力学会聚的微制造式颗粒操纵装置10或100的一个示例性实施例中，z-弯曲部330的角度扫掠范围(angular sweep)是约180度的弯曲弧线。即，在鞘入口和细胞入口的结合部与y-交点350之间的近似角度扫掠范围可以为约180度。通常，z-弯曲部330的曲率半径可以为至少约100微米且小于约500微米，并且通道的特征尺寸(即宽度)典型地为约50微米，以提供会聚效应。在一个实施例中，通道的曲率半径可以为约250微米，并且样本入口通道120和z-弯曲通道的通道宽度或特征尺寸为接近约50微米。这些特征尺寸可提供足以会聚颗粒的曲率，使得颗粒在y-交点350处从z-会聚通道330离开时趋于被限制于纸平面。该平面接着在y-交点350处被压缩到通道中的点。
微制造式颗粒操纵装置10或100可在颗粒分选系统1000中使用，该系统封闭在包含图12中所示部件的外壳中。MEMS颗粒操纵装置10、100或800可被封闭在塑料的一次性盒中，该一次性盒被插入系统1000中。插入区域可以是可移动级，其具有可用于相对于一个或多个数据精确定位颗粒操纵装置10、100或800的机构和相关联的微流体通道，所述数据相对于收集光学器件1100对检测区域和颗粒操纵装置10、100或800进行定向和定位。如果需要更精确的定位，入口级也可以是平移级，其基于可移动构件110相对于数据的位置的观测来调整定位。
应当理解，虽然图12示出了使用多个激光源1400和1410的颗粒分选系统1000，但根据应用可能仅需要单个激光器。对于图12中所示多个激光器来说，激光源1410中的一个可与一组相关联的平行光学器件(图12中未示出)一起使用以照射至少一个附加的激光询问区域170和/或270。该设备可以在一定程度上比单激光器系统布置起来更加复杂和昂贵，但可具有优点，因为光学路径和检测路径可针对不同的激光询问区域分离。对于该实施例来说，可能不需要改变激光器1410光的轨线、光谱内容、定时或持续时间。虽然在图12中未明确示出，但应当理解，附加的激光器1410的检测路径也可与激光器1400的检测路径分开。相应地，颗粒分选系统的一些实施例可包括多个激光源和多个光学检测路径，而其它实施例尽可使用单个激光源1400和收集光学器件1100。在此处所述实施例中，多个激发激光器使用共同的光学路径，并且光学信号由图12中所示系统以电子方式分离。
图12中所示实施例基于FACS型检测机构，其中一个或多个激光器1400、1410激发粘附到目标颗粒的一个或多个荧光标签。激光激发可发生在多个询问区域中，例如区域170、270和280。由此发射的荧光被检测，并且信号被馈送至计算机1900。计算机接着生成控制信号，该信号控制电磁体500或多个电磁体(如果诸如图8中那样使用多个分选器)。应当理解，也可以使用其它检测机制，包括可分辨目标颗粒与非目标颗粒的电学、机械、化学或其它效应。
相应地，图12中所示MEMS颗粒分选系统1000可包括多个元件，这些元件可能有助于实现附加的询问区域170和270或更多。首先，光学操纵器件1600可改变激光辐射从激光器1400到第二或第三询问点的轨线、光谱内容、定时或持续时间。可包括在光学操纵器件1600中的项目的示例为例如双折射晶体、旋转棱镜、反射镜、可饱和吸收器、声光调制器、谐波型晶体、Q开关。更一般地说，光学操纵器件1600可包括沿着到附加的询问区域的光学路径的支路改变激光频率、幅度、定时或轨线的一个或多个项目。
例如，光学操纵器件1600可包括分束器和/或声光调制器。分束器可将入射激光束的一部分分成二级分支或分枝，其中该二级分支或分枝穿过调制器，该调制器在高频率下调制二级光束的幅度。调制频率可以是例如约2MHz或更高。相比之下，入射在第一激光询问区域101上的光可以是连续波(未调制的)。二级分支或分枝接着被导向至附加的激光询问区域170或270。这种激发接着将从带合适标签的细胞产生对应的荧光图案。
这种调制的荧光图案接着可由检测光学器件1600拾取，该光学器件可以将检测到的来自询问区域170和/或270的荧光与来自激光询问区域170的荧光重新结合。结合后的辐射可接着入射在一个或多个检测器1300上。
附加的光学部件1700也可改变第二光束路径的频率、幅度、定时或轨线；然而，它可能在收集光学器件1100的上游(在检测器侧)而不是像光学部件1600那样在其下游(在样本侧)执行该操作。
检测器1300的输出可被分析以将对应于激光询问区域280的内容与对应于激光询问区域170或270的内容分离。这可以通过将某些电子分辨器件施加到来自检测器1300的信号来实现。电子分辨器件1800的细节可取决于对光学操纵器件1600的选择。例如，分辨器件1800可包括与包括在光学操纵器件1600中的声光调制器一致的高通级和低通级。或者，电子分辨器件1800可包括例如滤波器(高通和/或低通)和/或包络检测器。
因此，根据光学操纵器件1600的选择，从检测器1300输出的未滤波信号可包括连续波、低频部分和已调制的高频部分。在通过高通滤波器级滤波之后，信号可具有基本上仅高频部分，并且在低通级之后，仅具有低频部分。这些信号可接着在计算机1900的逻辑电路中被容易地分离。备选地，高通滤波器可以是包络检测器，其产生与高频脉冲的幅度的包络线相对应的信号。
可在电子分辨器件1800中包括其它种类的部件以分离信号。这些部件可包括例如信号滤波器、混合器、锁相环路、复用器、触发器、或可以分离或分辨信号的任何其它类似装置。部件1800也可包括此前描述的高通和/或低通电子滤波器或包络检测器。来自电子分辨器件1800的两组信号可由逻辑电路1900不同地处理以便分离信号。
因此，MEMS颗粒操纵系统可结合一个或多个附加的下游激光询问区域使用，其中，附加的激光询问区域用来确认操纵级在操纵颗粒料流方面的有效性或准确度。来自经过分选级100和200的激光询问区域280的下游评价可允许操作者为单独的颗粒类型测量一个事件数(例如，捕获的分选后事件率)除以另一个事件数(例如，初始分选前事件率)的比率，并且基于该比率进行反馈以调整初始询问参数(例如，x、y、z位置以及“开窗口”时间长度)。该方法可用来优化系统1000的产率或准确度。备选地，操作者可测量目标细胞的分选后事件率除以分选后总事件率反馈的比率，以调整诸如x、y、z位置以及“开窗口”时间长度的初始激光询问参数，以便优化分选系统1000的纯度。通过改变由计算机1900发送至电磁体500的控制信号2000，或者通过改变光学检测参数或者如图12所示通过改变激光控制信号，可调整这些分选参数。
根据本发明的颗粒操纵系统还可包括电磁体、以及提供对电磁体的控制波形的电路。图12中描绘的系统如何可用来调整分选参数的一个示例是通过递送至电磁体500的控制信号波形2000。该波形2000可被微调以调整阀或可移动构件110或810的分选性能，并且可由逻辑电路1900产生。
控制波形可用来微调阀的打开和关闭过程，从而增加分选过程的速度。在另一个实施例中，颗粒操纵系统的控制波形包括将可移动构件设定成移动的更高幅度的加速阶段、打开可移动构件的恒定幅度阶段、以及在关闭时减缓可移动构件的制动阶段。
图13描绘了具有附加特征的控制信号波形2000，该附加特征可用来控制可移动构件110或810的移动。该控制信号波形2000可由计算机1900生成，并且因此可变得基本上任意复杂的。控制信号波形2000可以是电压波形或电流波形。控制信号波形2000可被施加到电磁体500的线圈510，例如，以驱动电流通过线圈以产生促动磁场。控制信号2000可包括初始加速阶段2110，该阶段具有比控制信号波形2000的其余部分显著更大的幅度，并且持续几十微秒。
在加速阶段的电流的较大幅度可用来克服由移动的磁体在线圈中产生的反电动势。它也可以产生更高的力，这可能是将可移动构件110、810从其静止位置启动并克服可能正阻碍移动的任何摩擦力所需的。在该初始加速阶段之后，控制信号可具有维持阶段，在此期间，电流为基本上恒定的并且持续几十微秒。在该阶段期间，可移动构件110或810从其在图1、图5或图9中的关闭位置行进至在图2、图7或图10中的促动位置。虽然电流可能在此期间为恒定的，但在可移动构件上的力可能是可变的，其为在可移动的可导磁结构116、816和840与相应的静止的可导磁结构130、840和850之间的闭合距离的函数。如2130中所示反转控制信号的极性使磁场的方向反转，并且使可导磁部分退磁。在反转期2130之后，持续几微秒的静态期2140可能紧随其后，在此期间，不产生磁场，并且在可移动构件110或810上的弹簧元件114或814的弹簧力可使可移动构件返回到其未促动状态。这可以处于废物或放弃位置。在促动器正关闭并且将要到达出厂位置的时期之后，短暂的“制动”脉冲2150可减慢可移动构件的速度。这可以避免在硬停止部上不合需要地反弹，否则，这可能允许非目标颗粒进入分选物通道122。或者，如果不存在硬停止部，那么这可能允许最快地返回到未促动位置。
利用如上文结合图12描述的分选物通道内容物的下游确认，图13中所示电流分布的可调整参数中的任一个(例如，加速阶段的幅度和持续时间、打开阶段的幅度和持续时间、静态阶段的持续时间、或制动阶段的幅度和持续时间)可被调整以改善系统的分选性能。
描述现在转到图1-11中所示装置的制造。制造可始于在第一基底中形成嵌入的可导磁结构116和130。基底可以是例如单晶硅基底。为了形成这些结构，可通过蚀刻在基底表面的这些区域中形成凹陷。首先，可将光致抗蚀剂沉积在基底表面上并且在对应于116和130的区域上移除。然后，可通过例如在氢氧化钾(KOH)中蚀刻基底来形成沟槽以形成合适的凹陷。可将晶种层适形地沉积在第一基底表面上并且图案化，以提供用于将NiFe镀覆到沟槽中的晶种层。晶种层可以是例如Ti/W，或者可以接着通过溅镀、CVD或等离子沉积来沉积Cr/Au。该层可用光致抗蚀剂覆盖并且根据区域116和130的所需形状图案化。光致抗蚀剂和晶种层的非所需区域可接着通过化学蚀刻来移除。然后可通过溅镀、等离子沉积或电镀法将可导磁结构沉积在图案化的晶种层上。例如，已知导磁合金(80% Ni和20% Fe)可通过电镀容易地沉积。
备选地，可使用剥离法来沉积一层可导磁材料，然后将大部分材料从除116和130之外的区域剥离。关于嵌入的可导磁材料的光刻形成的更多细节可见于例如美国专利No.7,229,838中。美国专利No. 7,229,838以引用方式全文并入本文中。然后可通过化学机械抛光(CMP)将基底平面化，留下用于随后结合盖板的平坦表面。
在已经制造了可导磁结构116和130的情况下，可以形成可移动构件或阀110和810。表面可再次被光致抗蚀剂覆盖并且被图案化以保护嵌入的可导磁结构116和130。入口通道120和输出通道122以及释压区域144可与可移动构件110和810同时形成。在可移动构件110、810以及其表面结构将保留的其它区域被覆以光致抗蚀剂的情况下，可通过例如深反应离子蚀刻(DRIE)来形成结构110、810、120、122和144。
为了形成流体通道，可将盖板结合到此前为此目的而平面化的基底的表面。盖板可以是光学上透明的，以允许将激光施加到流入入口通道120的流体料流中的颗粒，并且使由粘附到颗粒上的荧光标签发射的荧光被上文所述光学检测系统检测。在该透明材料中形成的孔可形成废物通道142。备选地，废物通道142可形成于第二基底中，例如第二硅基底，并且结合到第一基底的表面。备选地，可在使用绝缘体上硅(SOI)基底的第一基底的相对表面上形成输出通道142，其中废物通道142和孔口140形成于SOI基底的操作层和介质层中，并且可移动结构形成于装置层中。
关于执行上文概述的该过程的更多细节是本领域的技术人员熟知的，或者容易在许多光刻处理参考文献中找到。
虽然已结合上文概述的示例性实施描述了各种细节，但在回顾了此前的公开内容之后，各种备选方案、修改、变型、改进、和/或显著的等同物(不论是已知的或目前无法预见的或可能目前无法预见的)都可能变得显而易见。因此，上文阐述的示例性实施旨在为示例性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种形成于制造基底的表面上的微机械式颗粒操纵装置，包括：
微制造式可移动构件，其形成于所述基底上且具有第一转移表面，其中所述可移动构件响应于施加到所述可移动构件上的力而从第一位置移动至第二位置，其中所述移动基本上在平行于所述基底的表面的平面中；
样本通道，其形成于所述基底中并且流体流过其中，所述流体包括目标颗粒和非目标材料，其中所述样本通道中的流基本上平行于所述表面；
分选物输出通道和废物输出通道，所述微制造式构件将所述目标颗粒转移到所述分选物输出通道中，而所述非目标材料流入所述废物输出通道中，并且其中所述废物输出通道中的流不平行于所述平面；以及
鞘流体入口，其与所述样本通道处于流体连通；以及
联接到所述鞘流体入口上的会聚元件，其被构造成迫使所述目标颗粒进入所述样本通道的特定部分中。
2.根据权利要求1所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，会聚元件包括z-会聚通道，其中所述z-会聚通道相对于所述鞘流体入口弯曲约180度的弧，并且迫使所述目标颗粒进入基本上单个平面中。
3.根据权利要求2所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，所述z-会聚通道具有在100微米和500微米之间的曲率半径。
4.根据权利要求1所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，所述会聚元件设置在与所述可移动构件相同的平面中，并且形成于同一基底中。
5.根据权利要求2所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，所述样本通道和z-会聚通道两者具有约50微米的特征尺寸。
6.根据权利要求2所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，还包括y-交点，在所述y-交点处，所述目标颗粒被从所述平面压缩到接近所述z-会聚通道的中心的料流线。
7.根据权利要求6所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，所述y-交点出现在两股流从基本上反平行的方向加入所述z-会聚通道的地方，并且各个流在所述y-交点处基本上正交于所述z-会聚通道。
8.根据权利要求1所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，所述第一转移表面具有这样的形状：其在所述形状上的一点处基本上相切于所述样本通道中的流向并且在所述形状上的第二点处基本上相切于所述分选物输出通道的流向，并且其中所述第一转移表面在所述可移动构件处于所述第一位置时将流从所述样本通道转移到所述分选物输出通道中，并且在所述第二位置上允许所述流进入所述废物输出通道。
9.根据权利要求1所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，所述分选物输出通道中的流基本上反平行于所述样本通道中的流，并且其中所述废物输出通道中的流基本上正交于所述样本通道和所述分选物输出通道中的流，并且其中所述废物输出通道在所述微制造式构件的移动的至少一部分期间位于所述微制造式构件的至少一部分的正下方或正上方。
10.根据权利要求1所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，还包括：
第一可导磁材料，其被嵌入所述可移动构件中；
第一静止的可导磁结构，其被设置在所述基底上；以及
第一磁通源，其在所述可移动构件和其上面形成所述可移动构件的基底的外部。
11.根据权利要求10所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，当所述磁通源被激活时，所述可移动构件从所述第一位置移动至所述第二位置。
12.根据权利要求1所述的微机械式颗粒操纵装置，其特征在于，所述力为磁性力、静电力和压电力中的至少一种，并且其中所述目标颗粒为干细胞、癌细胞、受精卵、蛋白、T细胞、细菌、血液的组分和DNA片段中的至少一种。
13.一种颗粒操纵系统，包括：
根据权利要求1所述的微机械式颗粒操纵装置；
至少一个激光器，其被导向至设置在所述样本通道中的激光询问区域；以及
至少一组检测光学器件，其检测来自粘附到所述流体中的目标颗粒上的荧光标签的荧光信号。
14.根据权利要求13所述的颗粒操纵系统，其特征在于，还包括：
电磁体；以及
电路，其将控制波形提供至所述电磁体。
15.根据权利要求14所述的颗粒操纵系统，其特征在于，所述控制波形包括将所述可移动构件设定成移动的较高幅度的加速阶段、打开所述可移动构件的恒定幅度阶段、以及在关闭时减缓所述可移动构件的幅度阶段。
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