CN105073262B - 用于高通过量精子分选的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本披露涉及一种用于在一个微流体芯片中分选精子细胞的系统、装置、以及方法。具体来说，多种不同的特征被并入微流体芯片中并且被并入分选系统中，用于将多个流动通道中的精子对准和定向，并且用于确定精子取向和测量相对DNA含量。

Description

用于高通过量精子分选的设备和方法

技术领域

大体上，本披露涉及一种用于分选粒子的设备和方法，并且更具体地说涉及微流体芯片中的精子细胞的高通过量分选。

背景技术

包括流式细胞术的各种技术已被用于产生关于某些所希望的特征而言丰富的精子群体。在畜牧生产行业中，影响繁殖结果的一种能力具有明显的好处。例如，性别预选为乳品业提供了经济效益，因为预选的雌性后代确保了奶牛的出生。类似地，牛肉产业和猪肉产业以及其他肉类生产商从产生雄性后代中获益。此外，濒危或外来物种通过增加的雌性后代百分比可以被置于加速繁殖计划中。

生产商业可行的对携带X染色体精子或携带Y染色体精子进行分选的精子群体的先前努力很大程度上依赖于空气中激发(jet-in-air)方式的流式细胞仪中的液滴分选。(参见例如美国专利号6,357,307；美国专利号5,985,216；以及美国专利号5,135,759)。然而，这些方法和装置存在有某些缺点。甚至随着液滴流式细胞术的发展仍然存在现实的局限性，这些局限性阻碍了可以在一个特定的窗口中进行分选的精子细胞的数量。因此，性别分选人工受精(AI)剂量通常比常规的AI剂量要小。例如，在牛类中，常规的AI剂量可能包含约一千万的精子，而性别分选剂量常常包含约两百万的精子。用于马和猪的常规的AI剂量分别处于精子的数亿和数十亿的量级中。虽然性别分选精子可能是有价值的，但还没有发现性别分选精子在任何物种中被广泛使用，因为较低的AI剂量通常导致较低的妊娠率和出生率。考虑到在马和猪中所需的大量的精子，还没有实现用于AI的可接受的剂量。

精子是时间敏感的且脆弱的缺乏再生能力的细胞。因此，较长的分选时间会损害精子，因为它们在染色和分选过程中会不断地退化。此外，在一个空气中激发方式的流式细胞仪中分选的精子可能经受进一步伤害精子的机械力、扭力、应力、应变以及高功率激光。在一个空气中激发方式的流式细胞仪的流体流中，精子以在约15m/s与约20m/s之间的速度行进。这些速度与窄流尺寸相结合可能导致可以损害精子细胞膜的破坏性的剪切力。此外，由于以高速行进的精子在较短的时间内保持入射到光束轮廓，从而提供用于区分精子的较少的激发和测量窗口，因此需要较高的激光功率。最终，从一个空气中激发喷嘴中以15m/s速度喷射出的精子将以类似的速度冲击在一个收集容器中的流体或该容器的壁，从而导致进一步伤害精子的机会。

发明内容

下文概述了要求保护的本发明的某些实施例。这些实施例不意图限制要求保护的本发明的范围，而是用作本发明的可能形式的简述。本发明可以涵盖与这些概述不同的各种形式。

一个实施例涉及一种精子分选系统，该精子分选系统可以包括一个样品源。至少一个流动通道可以被形成在一个衬底中，并且与该样品源流体连通。该至少一个流动通道可以包括一个检验区、一个第一出口、以及一个第二出口。至少一个转向机构可以与该至少一个流动通道流体连通，以便选择性地使精子转向远离该第一出口。一个电磁辐射源可以被配置用于在该检验区处照射该至少一个流动通道中的精子，并且一个检测器可以被对准以便测量精子特征。一个与该检测器通信的分析器可以确定精子特征，并向控制器提供用于选择性地启动该转向机构的多条指令。一个与该第二出口连通的收集容器可以基于这些测得的精子特征来收集转向的精子。

另一个实施例涉及一种用于分选精子的微流体芯片。该微流体芯片可以包括形成在一个衬底中的多个流动通道。每个流动通道可能包括与两个出口连通的一个入口。每个流体通道可以另外地包括一个流体聚焦区，该流体聚焦区具有一个关联的流体聚焦特征，用于将该流动通道中的精子细胞对准；一个精子定向区，该精子定向区具有一个关联的精子定向特征，用于将该流动通道中的精子细胞定向；以及一个检验区，该检验区至少部分地在该流体聚焦区和该精子定向区的下游处。此外，一个转向机构可以与每个流动通道连通。

另一个实施例涉及一种分选精子的方法。该方法可以首先使精子流动通过一个微流体芯片中的多个流动通道。可以随后在该微流体芯片中将精子定向并使其流动通过一个检验区。可以在该检验区处分析精子，以便确定精子特征。可以将定向的精子与未定向的精子和/或无活力的精子进行区分，并且可以基于这些检测到的精子特征来选择定向的精子的一个亚群。可以随后将选出的精子的该亚群收集在该收集容器中。

附图说明

图1展示了根据在此描述的某些实施例的精子分选微流体系统中的一个单一流动通道的示意图。

图2A至2C展示了根据在此描述的某些实施例的一个微流体芯片上的多个流动通道的安排。

图3A至3D展示了根据在此描述的某些实施例的一个转向机构的操作。

图4A至4C展示了根据在此描述的某些实施例的多个可替代的转向机构。

图5展示了根据在此描述的某些实施例的一个可替代的转向机构。

图6展示了根据在此描述的某些实施例的一个芯片座和光束分离器。

图7示意性地展示了根据在此描述的某些实施例的一个芯片、芯片座以及暗盒。

图8展示了具有一个纵轴的一个精子细胞。

图9A至9C展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道。

图10A至10D展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的截面视图。

图11A至11D展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的截面视图。

图12A至12B展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的一部分。

图13展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的垂直横截面图。

图14A至14B展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的一部分。

图15展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的垂直横截面图。

图16展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的一部分。

图17展示了根据在此描述的某些实施例的一个流动通道几何结构的一部分。

图18A至18C展示了根据在此描述的某些实施例的一个定向几何结构。

图19A至19C展示了根据在此描述的某些实施例的一个定向几何结构。

图20A至20C展示了根据在此描述的某些实施例的多个流动通道特征。

图21A至21B展示了根据在此描述的某些实施例的多个精子定向特征的多个可替代实施例。

图22展示了根据在此描述的某些实施例的收集光学器件。

图23展示了根据在此描述的某些实施例的一个检测器阵列。

图24A至24E展示了根据在此描述的某些实施例的不同的检测方案。

图25A至25D展示了根据在此描述的某些实施例的多个流动通道的照射和光收集特征。

图26A至26D展示了根据在此描述的某些实施例的多个检测系统。

图27展示了根据在此描述的某些实施例的为多个光路提供一个单一检测器的一个检测方案。

图28A至28B展示了根据在此描述的某些实施例的合并有对侧向荧光检测的替代物的一个检测方案。

图29A至29D展示了根据在此描述的某些实施例的用于通过一个前向信号来确定精子取向的一个检测方案。

虽然本发明可以通过各种各样的修改和替代形式体现，在图中展示了并在此通过示意性示例的方式描述了特定实施例。应当理解，附图和详细描述并不意图将本发明范围限制为披露的具体形式，而是所有落入权利要求书的精神和范围内的修改、替代方案、以及等效物都意图被包含。

具体实施方式

在此描述的某些实施例涉及一种用于分选精子的高通过量微流体系统和装置，该系统和装置通过包括多个平行的流体通道同时将该精子维持在更温和的分选条件下来克服现有装置在分选速度上的缺陷。

在此所使用的术语“流动通道”是指形成在一个介质中或者穿过该介质的一个通路，该通路允许如液体或气体的流体的移动。一个微流体系统的这些流动通道可以具有在约1微米与约500微米之间的范围内的横截面尺寸。

一个“微流体系统”可以被认为是将感兴趣的粒子运送通过一个或多个流动通道用于对这些感兴趣的粒子进行监测、检测、分析、和/或分选的一种装置。

术语“有活力的”应当被理解为是指通常公认的细胞健康的描述。作为一个实例，精子分选技术采用一个双重染色方案，其中一种猝灭染料有差别地渗透膜受损精子。通过渗透膜受损精子细胞并猝灭与一种DNA选择性荧光染料有关的荧光，这种染色方案将膜受损精子与通常更健康的精子区分开。该猝灭染料的渗透在分析或分选过程中是可容易确定的，并且可以用作对无活力精子的代理。然而，一些被猝灭的精子可以能够受精，并且一些未淬灭的精子可能不能够受精，或者可能不久以后失去受精的能力。在任何一种情况下，在这种方案中的未淬灭的精子提供了在常规过程中可以被认为是“有活力的”的精子的一个实例。

如在此所使用的术语“光束段”和“小光束”应当被理解成可互换地是指电磁辐射的一个光束的与该光束的另一部分空间上分离的一部分，其中每个部分可以包括一个光束轮廓的一小部分，或者可以包括通过多个常规的分束器分离的多个光束部分，每个光束部分具有与该原始光束相同的轮廓和该强度的一小部分。

如在此所使用的术语“垂直”、“横向”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、以及其他相似的短语应当被理解成描述性的术语，这些描述性的术语提供了在这些图中所描述的特征之间的一般关系并且不对权利要求构成限制，尤其是与在此描述的流动通道和微流体芯片相关的，所述流动通道和微流体芯片可以任何取向实施。

转到附图，图1展示了包括一个高通过量分选设备10的一个精子分选系统。高通过量分选设备10可以是具有至少一个流动通道18的一个流体封闭的装置60，如一个微流体芯片80。示意性地，流动通道18被展示为一个单一流动通道；然而流动通道18应当被理解为该分选设备中的至少一个流动通道。作为一个非限制性实例，可以在一个单一高通过量分选设备10中形成4个与512个之间的流动通道。每个流动通道18可以被形成在一个芯片衬底中，并且可以具有在25微米与250微米之间的内部尺寸。这些流动通道18可以被间隔开约100微米与3000微米之间的距离。这些流动通道18的间隔可以取决于该系统在每个通道中检测荧光的能力，或者取决于实现使流动通道18中的精子12转向的机电或机械部件所需的空间。

鞘流体可以由一个鞘源16供应，并通过一个鞘入口50流入流动通道18中。包含在一个样品流体中的精子12可以由一个样品源14供应并且可以最初位于该样品源中。包含感兴趣的粒子或细胞(如精子细胞)的样品可以从样品源14流出并通过一个样品入口48流入至少一个流动通道18中。样品入口48和鞘入口50可以被配置为使得在流动通道18中产生一个层流或几乎是层流的同轴流72。同轴流72可以由样品的一个内流76(还称为一个芯流)和鞘流体的一个外流78组成。适当的流速可以被应用至样品源14和鞘源16，用于建立流动通道18中的流动速度、适当的样品与鞘比率、以及粒子事件比率。

与在一个液滴分选器中的在约15m/s与约20m/s之间的速度相比，同轴流72中的这些粒子的速度在流动通道18中可以是在约1.5m/s与约5m/s之间。这种更低的速度减少了这些精子细胞所暴露的压力，并且可能更重要地是，减少了这些粒子在流动通道18中所暴露的剪切力。此外，在该描述的系统中消除了与收集液滴有关的冲击。

在一个实施例中，样品和鞘在提供了一个约1:20的样品和鞘比率的压力下建立。在某些实施例中，鞘流体可以几乎被消除或者甚至完全被消除，从而产生极少的稀释或者没有稀释。相比之下，液滴分选器倾向于在鞘流体中以约50:1的比率来稀释精子细胞，并且可以甚至以多达100:1的比率来稀释样品。这些高稀释因子可能促成可以对所分选精子的健康方面具有负面影响的稀释休克。

回到图1，精子12被展示穿过流动通道18中的一个检验区26，在该检验区中精子12被一个电磁辐射源30照射，并且在该检验区中，从精子12发射或反射的电磁辐射52被具有适合的纵横比和数值孔径的一组或多组收集光学器件54捕获以用于投射至一个或多个检测器56上，该一个或多个检测器可互换地被称为传感器，用于通过分析器58进行量化。可在分析器58中做出一个分选决定，该分选决定随后经过一个控制器36用于在一个转向机构28中致动适当的响应。转向机构28可以是一个变换器42，如一个超声波变换器，该变换器用于产生使流动路径18中的细胞转向的波。变换器42还可以是形成一个致动器的一部分的一个压电元件。转向机构28可以引导精子进入一个第一出口20、第二出口22、以及一个第三出口24中的任何一个中。然而，在一个实施例中，转向机构28可以引导精子仅仅进入一个第一出口20或一个第二出口22中。

由电磁辐射源30发射的电磁辐射46可以通过自由空间中的光束成形光学器件40和/或一个分束装置74来操纵，以便产生还可以被称为小光束或光束段44的一个或多个操纵的光束44。一个适合的电磁辐射源可以包括一个准连续波激光器，如可从理波光谱物理公司(Newport Spectra Physics)(美国加利福尼亚州欧文市)获得的Vanguard 355-350或Vanguard 355-2500型号的激光器。呈一个或多个小光束形式的一个操纵光束可以被有目的地改变，以便提供从一个小光束到下一个小光束的一致的强度、能量、和/或几何结构。每个小光束强度分布可以另外地在一个或多个轴线上是高度一致的。例如，每个小光束可以具有一个“高顶”或“平顶”的光束轮廓，尽管其他轮廓也可以被使用。在一个实施例中，每个小光束分布还可以具有在一个或多个轴线上的高斯分布。每个小光束可以具有一个椭圆形、圆形、矩形或其他任何适合的形状。每个小光束还可以具有一个纵横比、对称的轴线或其他适合的分布。可替代地，小光束强度分布可以以一种非均匀的方式改变。在一个实施例中，可以采用多个光纤来将多个光束递送至一个或多个流动通道中。

电磁辐射源30可以是在若干个流动通道18的每一个之间分配的一个共同的电磁辐射源。作为一个实例，分束装置74可以是一个分节镜，如在美国专利号7,492,522中所描述的一种，该专利的全部内容通过引用结合在此。该分节镜可以将电磁辐射46分成多个小光束，每个小光束被引导至至少一个流动通道18的一个对应的检验区26中。在另外的实施例中，一个部分透射元件可以在自由空间中或者作为一个光纤电缆的部分来并入多个光路中。该部分透射元件可以包括多个穿过孔和/或多个阻滞区，以便获得适合于激发该检验区中的精子细胞的一个最终的光束轮廓。多个部分透射元件可以被定位在一个光具组中，或者可替代地它们可以被并入到一个芯片衬底之上或之内。这种元件可以包括每个流动通道超过一个的透射区。作为一个非限制性的实例，沿着一个流动轴线的成对矩形孔口可以相继照射一个流动路径中的精子细胞。

分析器58和控制器36可以是两个分开的部件，或者可以代表由如处理装置32的一个单一部件执行的两个功能。例如，通过一个总线连接至一个或多个处理器的一个或多个存储器可以执行多条编写的计算机指令，以便执行关于控制器36和分析器58描述的每个功能。适合的处理装置32的非限制性实例包括个人计算机和其他计算机系统。分析器58可以与可以包括一个显示器64和一个输入端66的一个用户界面62通信。用户界面62可以图形化地显示不同的分选参数并提供一个视觉反馈用于调节一个或多个分选参数。作为一个非限制性实例，一个分选逻辑可以包括应用至每个分选决定的逻辑。该分选逻辑可以由使用者在用户界面62处基于显示器64上产生的分选数据或者基于被提供在用户界面62处的分选数据的视觉表示来进行调节。可以对该分选逻辑进行的这些调节的类型可以包括调节多个选通区域、调节用于处理巧合事件的策略、和/或调节与每个潜在的分选决定关联的分选包络。

作为一个示例性实例，精子可以被识别成有活力的携带X染色体精子、有活力的携带Y染色体精子、或者是对于收集所不希望的粒子，如废物和未定向的精子。在一个实施例中，该同轴流在默认的情况下流至第一出口20，并且第一出口20与用于收集废物的一个容器连通。在这种配置中，与第一出口20连通的该容器还可以是一个被动收集容器，因为当没有采取行动时精子被收集在这个容器中。被肯定地识别为有活力的携带X染色体精子68或有活力的携带Y染色体精子70的粒子可以通过一个转向机构28被主动地转向。该转向机构的致动可以使用针对许多精子计算的速度以及单独测量的速度和聚合速度来定时。有活力的携带X染色体精子68可以被转向进入第二出口22中，而有活力的携带Y染色体精子70可以被转向进入第三出口24中。

转到图2A，精子分选系统10的一部分是以一个微流体芯片80的形式来展示的，该微流体芯片具有各自通常是平行的若干个流动路径18a、18b、18c、18d、以及18n。每个流动通道18可以被流体连接至样品和鞘，并且被连接至收集容器，从而形成一个流体封闭的装置60。每个流动通道18具有如关于图1所描述的一个样品入口48和一个鞘入口50，用于建立该流动通道中的同轴流。一个检验区26横跨每个流动通道18而设置。一个特定的转向机构被展示为一个气泡阀的形式，该气泡阀用于使在流动通道18中流动的粒子转向。这些气泡阀可以如同在美国专利号7,569,788中所描述的那些，该专利的全部内容通过引用结合在此。这些气泡阀可以在每个流动通道18中被操作，用于允许粒子流动通过每个通道18的第一出口20，或者用于将粒子转向至每个通道18的第二出口22中或第三出口24中。应理解，多个气泡阀是出于说明性的目的被提供在这个图中，并且也可以并入其他转向机构28，如用于利用超声波使细胞偏转的机构和利用电磁辐射来促进粒子偏转的机构。

图2B展示了可以是可交换的并且不需要一起使用的不同的特征。每个流动通道18被展示成仅仅具有第一出口20和第二出口22。这种构型可以被用于收集具有单一所希望性状的细胞，诸如仅收集有活力的携带X染色体精子或有活力的携带Y染色体精子。一个超声波变换器阵列82被展示在检验区26的下游处，并且是出于选择性地将精子细胞转向的目的。超声波变换器阵列82可以被嵌入微流体芯片80中或者它们可以被放置在微流体芯片80的外部上。不管定位如何，超声波变换器阵列82均可以包括独立地通过控制器36启动的一系列独立的超声波变换器42，用于在平行的流动通道18中按需要将精子细胞转向它们对应的出口。多个超声波变换器可以沿着针对一个给定的流动通道的流动方向被安排成阵列或其他形式，以使得当一个给定的粒子沿着该流动通道朝向一个选择区或通向多个出口的分支行进时，多个致动能够被施加至该给定的粒子。多个流体出口可以与一个适合的耦合芯片座元件对接并且提供多个适合的歧管特征，以便维持流体隔离或者汇集不同的出口流体。

图2C展示了这些通道和这些出口的可替代的构型。多个汇集通道可以利用微流体芯片80来制造，用于多个共同输出的收集和汇集。在一个实施例中，邻近的多个出口被与第一流动通道18a、第二流动通道18b、第三流动通道18c、以及第四流动通道18d并流。该分选逻辑可以根据不同的芯片构型来进行调节，以便确保第二出口和第三出口分别地收集每个流体流中的相同的粒子。例如，第一流动通道18a的第一出口20a′与第二流动通道18b的第一出口20b′合并。在每个合并点的下游，接收来自两个出口的流体的单一通道可以被汇集在一个第一汇集通道84中。第一汇集通道84可以形成于微流体芯片80的一个不同的层，以便允许来自多个合并出口的汇集。第一汇集通道84可以与一个第一共同收集容器流体连通。第一汇集通道84另外被展示成一种构型，该构型用于收集来自第三流动通道18c的第一出口20c′的流体、来自第四流动通道18d的第一出口20d′的流体。

类似地，第二汇集通道86被展示成与第一流动通道18a的合并的第二出口22a′和第二流动通道18b的第二出口22b′连通，并且与第三流动通道18c的合并的第二出口22c′和第四流动通道18d的第二出口22d′连通。第二汇集通道86可以与一个第二共同收集容器流体连通。第三汇集通道88被展示为与第一流动通道18a的合并的第三出口24a′和第二流动通道18b的第三出口24b′连通，并且与第三流动通道18c的合并的第三出口24c′和第四流动通道18d的第三出口24d′连通。第三汇集通道88可以与一个第三共同收集容器流体连通。

现转到图3A-3D，转向机构28的一个实施例被描述成在动作中。包含精子细胞12的样品可以被通过一个样品入口48供应并通过鞘入口50被注入由鞘源16提供的一个鞘流体流中。流动通道18携带精子12通过检验区26，在该检验区中这些细胞被电磁辐射源30照射，并且在该检验区中通过与检测器56通信的分析器58来确定精子特征。

两个相反的转向机构28被以检验区26的下游的一个第一气泡阀90a和一个第二气泡阀90b的形式来展示。这些气泡阀90彼此对置地隔开，但是本领域的普通技术人员将认识到还可以使用其他构型。第一气泡阀90a和第二气泡阀90b分别通过一个第一侧通路94a和一个第二侧通路94b与流动导管18流体连通。

液体，通常是鞘流体，填充这些侧通路94a和94b，从而提供在流动通道18与和每个侧通路关联的一个膜96之间的流体连通。膜96可以呈一个弯月面或其他柔性材料(包括弹性材料)的形式。膜96限定了在该鞘流体与另一个流体体积98之间的一个界面，该另一个流体体积是如在相关联的气泡阀90的一个流体腔室100中的气体或胶体。一个致动器可以被提供用于接合任一气泡阀90，当被启动时该致动器即刻引起流动通道18中的一个流动扰动并使该流动通道中的流动偏转。如所展示的，一个致动器被联接至第一气泡阀90a和第二气泡阀90b。一个气泡阀90可以用作一个缓冲器，用于吸收由另一个气泡阀90当被启动时所产生的压力脉冲。可替代地，一个致动器可以仅与一个气泡阀90连通，用于使粒子或细胞在一个单一方向上偏转。可替代地，一个致动器可以仅与一个单一气泡阀连通，用于使粒子在超过一个方向上偏转。如随后将更详细地描述的，一个单一气泡阀可以被配置用于沿着它们的流体路径选择性地推动或拉动这些粒子的轨迹。这些致动器可以是插脚，这些插脚被配置用于将多个流动通道18中的任何一组气泡阀致动。多个插脚可以被配置成多种安排以便适应不同的构型，如同在图2A-2C中所描述的那些构型。美国专利8,123,044中描述了用于将多个插脚单独地致动以用于使多个平行的流动通道中的粒子偏转的一个致动器的一个说明性实例，该专利的全部内容通过引用结合在此。

第一侧通路94a被液压地连接至第一气泡阀90a中的一个流体腔室100a上，这样使得当在这个腔室中产生的压力增加时，流动通道18中接近侧通道94a的流动被移位远离侧通道94a，该侧通道大致垂直于该流动通道中的正常流动。与第一侧通路94a对置定位的第二侧通路94b被液压地连接至第二气泡阀90b中的一个第二流体腔室90b上，并且可以吸收与由第一气泡阀90a所引起的垂直位移有关的压力。这个第一侧通路94a与第二侧通路94b配合以便引导之前提及的由将流体腔室90a加压所引起的液体位移，这样使得该位移具有垂直于通过流动通道18的这些粒子的正常流动的一个分量。在一个可替代实施例中，可以在没有一个配合的第二气泡阀的情况下使用一个单一的气泡阀。

这两个侧通路94和流体腔室100的配合引起在通过该外部致动器来对任何一个流体腔室100加压和减压时，穿过流动通道18的流动被向侧面瞬时来回地移动。基于所检测的精子特征，在任一气泡阀90上的一个致动器可以通过控制器36来驱动，并且可以被用于使具有预先确定特征的精子偏转，以便将它们与该样品中的剩余粒子分离。

流动通道18被展示为具有一个第一支路，该第一支路通向与现有的流动通道18大体平行的一个第一出口20。除非这些气泡阀90中的一个被启动，第一出口20可以是粒子将流动到的一个默认出口。一个第二出口22可以在检验区26的下游处分支远离第一出口20一定距离。类似地，通过大体在流动通道18的与该第一分支对置侧上的一个分支，可以到达一个第三出口24。在这些延伸至第二出口22和第三出口24的这些分支之间的角度可以被分开在0度与180度之间，或者甚至在10度与45度之间。

从样品源14供应的这些精子细胞12可以包含可以由分析器58区分的多种类型的细胞。对于精子12，可能存在的是有活力的携带X染色体精子68、有活力的携带Y染色体精子70、以及不希望的粒子。该不希望的粒子可能包括死亡的精子、不能被识别的未定向的精子、其他粒子，或者在该流动通道中没有被充分地间隔来进行分离的精子细胞。

当在一个精子细胞12中感测到一个预先确定的特征(示出为携带X染色体精子68)时，分析器58可以向控制器36提供一个信号，用于在一个合适的时间启动合适的外部致动器，该外部致动器转而接合第二气泡阀90b以便引起流体腔室100b中的压力变化。这种压力变化使第二气泡阀90b中的膜96b偏转。第一侧通路94a和第一气泡阀90a吸收流动通道18中产生的瞬时压力变化，从而在流动腔室18中产生一个转向力，该转向力被定时以便使携带X染色体精子68转向至流动通道18中的一个不同的位置处(见图3B)。第一气泡阀90a的流体腔室90a可以具有一个弹性壁，如一个弯月面，或者可以包含一种可压缩流体，如一种气体或胶体。这些弹性特性允许液体从流动通道18流动进入第一侧通路94a中，从而允许吸收该压力脉冲，由此提供细胞被转向的一个较窄的窗口，并且防止对粒子流中的未选粒子的流动的干扰。类似地，在检测到一个携带Y染色体精子70的情况下，一个外部致动器可以被用来对第一气泡阀90a进行加压并使该精子细胞转向至第三出口24中。可替代地，任一携带Y染色体精子、携带X染色体精子、或者甚至两者可以通过被允许通过以到达该第一出口而进行被动的分选，同时不希望的精子被偏转远离该第一出口。

图3C展示了当示出为相同的有活力的携带X染色体精子68的该感兴趣的粒子已离开在第一侧通路94a与第二侧通路94b之间的体积时，紧随第二气泡阀90b的偏转的一段时间。在这种启动后，两个流体腔室100内部的压力回到正常值，并且每个膜96返回一个平衡位置处，同时鞘流体离开第一侧通路94a并重新进入第二侧通路94b中，如箭头所示。

图3D展示了在完成该切换序列后的系统10。每个气泡阀90的流体腔室100内部的压力被平衡，从而允许通过流动通道18的流动正常化，这样使得未偏转的精子继续朝向第一出口20。同时，该感兴趣的粒子(仍然示出为一个有活力的携带X染色体精子细胞)已被从它的原始轨迹上移位，并且流入该第一分支和第二出口22中，而其他细胞可以继续不偏转地朝向第一出口20，由此可基于预先确定的特征来分离这些粒子。

在一个可替代实施例中，第一气泡阀90a和第二气泡阀90b中的一个或两个可以通过一个致动器预先加载压力。响应于由分析器58产生的分选决定和来自于控制器36的分选行动，该致动器可以被从任一气泡阀90卸载，来缩回对应的膜96、将另外的鞘流体吸入对应的侧通路94中，以便将精子细胞的轨迹偏转朝向那条侧通路94。

现参考图4A，描述了一个转向机构28的一个实施例并且具体地是气泡阀90的一个实施例，其中一个致动器92在一个附接点112处被固定至一个柔性界面102上。柔性界面102可以与流体腔室100流体密封，或者可以致动转而引起如同下面所描述的那些动作的一个中间部件。在可以被视为一个静止位置的一个第一位置中，致动器92和柔性界面102处于静止状态，这样使得在流体腔室100中的流体98不将膜96偏转至侧通路94中。在可以被视为一个第一启动位置的一个第二位置中，致动器92可以被驱动进入柔性界面102中，从而引起柔性界面102侵入流体腔室100的体积，这样使得压力被施加在膜96上并且流体被从侧通路94中排出。这个排放的鞘流体提供了可以使如精子的粒子远离侧通路94偏转的压力脉冲。

当致动器92在一个附接点112处被附接至柔性界面102上时，可能是可以被视为一个第二启动位置的一个第三位置，因此致动器92拉动柔性界面102远离流体腔室100，从而扩大该体积(在可压缩流体的情况下)，这样使得膜96被收回并且另外的鞘流体被吸入侧通路94中。所产生的压力脉冲可以将精子或其他粒子朝向流动通道18中的侧通路94中吸入。应理解，流体腔室100的体积、流体98的类型、以及侧通路94的尺寸可以被修改，以便实现流动通道18中的所希望的偏转。还应理解，该第二位置和该第三位置可以被视为极端位置，并且也可以考虑在这两个极端位置之间的大量的中间位置。例如，流动通道18可以包括四个、五个、六个或者更多个分支，每个分支可以能够接收通过气泡阀90适当地偏转的粒子。

图4B提供了一个可替代实施例，因此致动器92被预先加载至柔性界面102上。换句话说，流体腔室100、流体98、以及膜96可以被认为是处于一个静止位置中，同时存在柔性界面102的进入流体腔室100体积中的一些偏转。致动器92可以被进一步驱动进入柔性界面102中至一个第一启动位置，从而作用于流体98，以便将膜96移位并将鞘流体从侧通路94中排出。

向外移动致动器92至该第二启动位置可以用于将膜96向内吸入，并将流体吸入侧通路94中。在这种实施例中，将致动器92移动至可以看起来是一个静止位置的一个位置中可以实现用于使粒子偏转的一个压力脉冲。在描述的实施例中，这种移位可以引起将粒子朝向侧通路94吸入的一个压力脉冲。然而，一个附接点112可以被设置在致动器92与柔性界面102之间，这样使得柔性界面102能够在相反方向上被预先加载。

图4C描述了一个气泡阀的一个可替代的实施例，其中柔性界面102可以包括一个双晶压电元件110。双晶压电元件110可以被设置成与流体腔室100处于一个密封的关系中，或者可以抵靠另一种柔性材料搁置，该另一种柔性材料被抵靠流体腔室100密封并且双晶压电元件110的运动通过该另一种柔性材料被转化。在一个静止位置中，双晶压电元件110可以处于静止状态，这样使得粒子不偏转地经过侧通路94。响应于一个控制信号，双晶压电元件110可以弯曲至一个第一启动位置中，从而侵入流体腔室体积100中，并引起膜96从侧通路94中排出。所产生的压力脉冲可以将粒子偏转远离侧通路94和气泡阀90。类似地，双晶压电元件110可以被提供引起该元件偏转或弯曲至一个第二启动位置中的一个信号。该第二启动位置可以以将流体吸入侧通路94中的方式对流体98、流体腔室100、以及膜96起作用。以这种方式，粒子可以被朝向侧通路94偏转。

双晶压电元件110可以在偏转和定时的程度上通过电信号得到精确的控制。例如，在第一启动位置与第二启动位置之间的任何数量的中间位置可以被实现用于利用不同轨迹使粒子偏转。双晶压电元件110可以仅需要一个电连接，由此潜在地简化了可能另外存在的间距问题。

尽管多个气泡阀呈现一个可行的转向机构，但其他转向机构28被考虑用于与在此描述的该微流体芯片的某些方面一起使用。图5中展示了一个可替代的安排，该安排示出了一个粒子正通过多个变换器42(如压电元件或超声波变换器)的启动被转向。每个变换器42可以形成一个变换器阵列82的一部分。变换器阵列82中的每个变换器42可以基于预期的或计算的粒子速度被按顺序启动，以便在沿着流动通道18的多个点处提供作用于粒子的多个脉冲。

一个电磁辐射源30可以提供用于检验粒子的电磁辐射。一个荧光、散射或者其他响应性发射可以通过一个或多个检测器56来检测并通过分析器58来处理。所产生的分选决定可以被通过一个驱动元件108从一个控制器36传达至每个变换器42。驱动元件108可以提供变换器42的定时的启动，用于与精子细胞或其他粒子沿着流动通道18多次相互作用。每个变换器42可以是一个声波变换器，或者甚至是一个超声波变换器，并且这些变换器被驱动的频率可以被优化用于产生粒子的偏转，或者甚至更具体地用于使流动通道18中的精子偏转或转向。在一个实施例中，每个变换器42可以提供被引导来将该粒子转向的一个单一脉冲，而在另一个实施例中，每个变换器可以产生被引导来将该粒子转向的多个脉冲。在又一个实施例中，一个或多个变换器阵列82可以被操作以便在流动通道18中产生一个驻波。作为一个转向机构28，该驻波可以吸引或排斥在该声场的某些波节或波腹中的粒子。在一个实施例中，这些变换器42在10-16MHz的范围内进行操作。

在一个实施例中，在流动通道18的每一侧上存在一个变换器阵列82，用于将粒子在两个方向上转向。在另一个实施例中，可以并入一个单一的变换器阵列82用于使粒子或精子细胞在两个方向上偏转。变换器阵列82可以被嵌入一个芯片衬底中，或者它们可以位于一个微流体芯片80的一个外表面上。此外，变换器阵列82可以是从芯片80中可移除的。

在一个可替代实施例中，一个光学元件阵列可以以相似的方式并入，以便通过一个辐射压力来将粒子转向。一个单一激光器或者其他电磁辐射源可以被选通或分段，其方式使得允许对沿着该流动通道行进的一个单一粒子或快速跟随流动通道18中的粒子的多个应用。可替代地，多个激光器可以被用于通过若干个辐射压力的应用来使一个粒子偏转。

现转到图6，一个芯片座104被展示用于将一个微流体芯片80保持在一个精确的位置中，这样使得一个致动模块106和成形的/分离的光束可以分别精确地接合这些转向机构28和检验区26。一个分束装置74被展示用于产生多个光束段，每个光束段可以被与一个流动通道18对准，且大体上垂直于该流动通道18或者呈一定的角度。芯片座104可以包括一个机构，该机构用于将微流体芯片80牢固地固定在一个相对位置中，或者可以包括用于调节微流体芯片80的相对位置的多个机构，如用于将该芯片中的该流动通道与多个检测器和照射光源对准的机构。

现转到图7，微流体芯片80的一个实施例被展示成位于一个芯片座104上，并结合了呈一个暗盒168形式的一个流体系统。应理解，被展示为形成于芯片座104的多个部分中的一些特征也可以被整合至微流体芯片80自身的一个附加层中。微流体芯片80被展示成具有多个流动通道18，除了在每个通道中的一个第一出口20、一个第二出口22以及一个第三出口24之外，这些流动通道具有一个鞘入口50和一个样品入口48。

暗盒168可以包括与微流体芯片80和/或芯片座104流体连通的一系列储存器。暗盒168可以由一种聚合物或其他适合的生物相容性材料形成，并且每个储存器被计划用于直接保持流体，或者保持填充有流体的多个气囊或其他可密封的容器。一个样品储存器114可以是与芯片座104中的一个样品通道134流体连通的一个流体密封的储存器。该样品储存器与样品通道134之间的该流体连接可以在无菌条件下进行，从而防止或减少该样品暴露至病原体和细菌。类似地，一个鞘储存器116可以被流体连接至芯片座104中的一个鞘通道136上。每个储存器可以具有一个关联的传送机构。作为一个实例，流体可以经由每个储存器处产生的压力梯度来传送。这些压力梯度可以通过泵、蠕动泵、以及其他类似的装置来产生。

图7的一个切除部分展示了鞘通道136和样品通道134与它们的对应入口以及与第一流动通道18a的连接。尽管没有展示，但剩余的流动通道18b至18n可以具有类似的通过这些通道与多个储存器的流体连接。以这种方式，18a至18n的每个流动通道可以被从一个共同样品储存器114以及从一个共同的鞘储存器116供应，以便促进一个微流体芯片80中的多个通道的并行操作。

暗盒168可以包含用于被处理的流体的另外的多个储存器。作为一个实例，暗盒168可以包含一个被动收集储存器120、一个第一主动收集储存器122以及一个第二主动收集储存器124。被动收集储存器120可以通过一个被动收集通道140与每个通道18的第一出口20流体连通，在该被动收集通道中流体从每个第一出口20汇集，并通过一个被动收集管线150来进料。在一个实施例中，该被动收集可以是默认收集，并且可以包括废物和/或不希望的粒子。类似地，第一主动收集储存器122可以通过一个第一主动收集通道142和一个第一主动收集管线152被流体连接至每个流动通道18的第二出口22上，并且一个第二主动收集储存器124可以通过一个第二主动收集通道144和一个第二主动收集管线154被连接至第三出口24上。一个第二切除部分展示了在第三出口24与第二主动收集通道144之间的关系，该关系对于每个流动通道18来说将是类似的。不论是主动地或被动地分选的流体和精子细胞均可以通过一个传送机构(如一个压力梯度)被吸入通过每个各自的出口、通道、管线以及储存器。

作为一个说明性实例，微流体芯片80中的这些通道可以具有在约20μm与约400μm之间的宽度，而在该芯片座中的这些通道可以具有在约200μm与约2mm之间的宽度。将每个通道连接至它们对应的储存器的这些管线可以具有约0.25mm与约5mm之间的内直径。

一个实施例提供了一个可任选的鞘流体再循环系统160，用于使来自该废物储存器的鞘流体再循环。图7展示了一个再循环管线162，该再循环管线提供了从被动收集储存器120至鞘储存器116的流体连通。一个泵164可以被设置在该再循环管线中，以便驱动流体通过一个浓缩系统166(如一个过滤器)，并继续流至鞘储存器116中。可替代地，被动收集储存器120和鞘储存器116可以被设置在不同的压力下，该不同的压力倾向于驱动流体从被动收集储存器120通过再循环管线162，并流至鞘储存器116中。可替代地，其他多个传送机构可以被并入，以便将来自这些收集储存器中的一个的流体运送至鞘储存器116中。在一个实施例中，该过滤器可以由其他细胞浓缩系统166替代，或者由用于移除流体或上清液的系统替代。在一个实施例中，一系列的过滤器可以被用于适当地调节鞘流体以用于一个特定的应用，如精子分选。精子浓缩系统的另外的非限制性实例可以包括离心分离系统、微流体单元、多孔膜、螺旋浓缩器、或者水力旋流器、或者其他粒子浓缩装置或流体移除系统。在又一个实施例中，细胞浓缩系统166可以提供在第一主动收集储存器122与第二主动收集储存器124中的一个或两个中的在一个合适的浓度下用于进一步处理的主动收集的精子，同时提供返回鞘储存器116中的上清液鞘流体。作为一个实例，精子可以被浓缩至一个适合的剂量，用于接收一个冷冻补充剂，或者精子可以被浓缩至一个适合的剂量用于执行AI、IVF或者另一个辅助生殖程序。

在一些实施例中可以存在的又一个特征是一个温度调节元件170。暗盒168可以执行任何或者所有储存在该暗盒上的流体的加热和/或冷却。例如，温度调节元件170可以采用暗盒168上的多个加热和/或冷却垫或区域的形式。暗盒168的每个腔室或储存器可以被保持在不同的温度下，或者使其温度在操作过程中被修改。可以使用用于控制在该整体式粒子处理暗盒的一个选择的腔室或区域中的温度的任何适合的装置。在一个精子分选实施例中，可能希望尽可能地将精子维持在一个相对恒定的温度下，如一个冷却温度下。出于降低精子活性的目的，可能还希望将可能是未对准和未定向的精子的精子冷却。在这种实施例中，该暗盒可以由一种导热材料来构成，用于容易地将每个储存器维持在类似的、特别是冷冻的温度下。

精子取向和对准

简要参考图8，在三个视图中展示了一个精子200。尽管在物种之间存在一些变化，但精子200代表了很大一部分哺乳类动物精子的基本形状，包括牛类精子、马类精子、以及猪类精子。基本的精子头部形状在此可以被称为是一个大体的桨形。如由本领域技术人员可以容易地理解的，在此描述的这些原则将同样可适用于许多其他物种，如由威尔逊，D.E.和里德，D.M(Wilson,D.E.and Reeder,D.M)列在世界哺乳动物物种(Mammal Species of the World)(史密森学会出版社(Smithsonian Institution Press)，1993)一书中的许多物种，该书的全部内容通过引用结合在此。

精子细胞200的两个最大的部分是精子头部204和精子尾部206。精子头部204容纳核DNA，DNA选择性染料结合至该核DNA，这对于性别分选精子的目的是有利的。精子头部204是大体的桨形，并且长度比宽度大。一个纵轴212被展示为沿着精子头部204的长度而穿过该精子头部的中心的一个轴线，该轴线可以与精子尾部206的长度大体上平行。一个横轴214被展示为穿过精子头部204的中心，并且垂直于纵轴212。相对于一个理想的取向，围绕该纵轴旋转的精子可以被认为是以与航空术语滚动同义的方式来“旋转的”，而围绕横轴214旋转的精子可以被认为是以与航空术语倾伏同义的方式来“倾斜的”。该精子头部的长度沿着该纵轴被表示为L。精子头部204的宽度被表示为W，而厚度被表示为T。通过一个非限制性实例，许多品种的牛具有多个精子尺寸，这些尺寸近似为L＝10微米，W＝5微米，以及T＝0.5微米。

在许多物种中区分精子是较困难的，因为DNA选择性染料的摄取在携带X染色体精子与携带Y染色体精子中仅略有不同。多数哺乳动物物种表明DNA含量中在约2％至5％之间的差别。为了精确地发现这种差别，每个被分析的精子细胞被优选地设置成一致对准的并且处于一个一致的取向中。如果精子变成未对准或者未定向，它们的测得的荧光波动远远超过几个百分点。理想地，精子将被对准，因为该纵轴将通过该检测器和/或该照射源的焦点，而该纵轴和该横轴二者保持垂直于该检测器的一个光轴和/或由一个照射源产生的一个光束的一个光束轴。被修改用于精子分选的先前的空气中激发方式的流式细胞仪包括一个侧向荧光检测器，该侧向荧光检测器用于排除被旋转的精子的目的，但是微流体系统中不存在多个侧向检测器，当前的微流体芯片的几何结构也不允许包括多个侧向检测器。下面的特征可以被单独地并入或者可以任意组合和排列被并入，以便在一个微流体芯片中提供定向的精子和/或确定精子何时在一个微流体芯片中被定向。

流动通道特征

现转到图9A，展示了一个流动通道318的透视图。所展示的流动通道318包括形成在一个微流体芯片300的一部分中的一个流体聚焦区330和一个精子定向区332。尽管流体聚焦区330包括呈一个流体聚焦几何结构形式的一个流体聚焦特征，并且一个精子定向区332被展示成具有一个定向通道几何结构的定向特征，但应理解的是其他聚焦特征和定向特征可以被并入来代替或附加至这些描述的几何结构。

流动通道318可以是在这种微流体芯片中的多个流动通道(如在4个与512个流动通道之间)中的一个。一个鞘流入口350被展示成在流动通道318中的样品入口348的上游处，用于建立同轴流(有时称为鞘流)的目的。

流体聚焦区330可以包括一个垂直流体聚焦区336，该垂直流体聚焦区具有用于聚焦和/或对准芯流的一个垂直方向的一个几何结构；和一个横向流体聚焦区334(或横向聚焦区)，该横向流体聚焦区具有用于聚焦和/或对准该芯流的一个横向方向的一个几何结构。如所展示的，横向流体聚焦区334包括与流体聚焦区330相同的流动通道318的长度，两者均与垂直流体聚焦区336重叠。应理解，横向流体聚焦区334可以占据不超过整个流体聚焦区，并且垂直流体聚焦区336并非必需与横向流体聚焦区334重叠。横向流体聚焦区334可以被认为是流体通道318的长度，沿着该长度终止于一个第一转变点338处的一个横向通道宽度“w”减少至一个第二宽度“w′”。这种几何结构倾向于使样品的该芯流变窄，并且可以通常有助于在流动通道318中将精子细胞对准，从而提供通常将精子细胞限制在其中的一个更窄的样品带。

一个精子定向区332可以在流动通道318中在第一转变点338之后紧接流体聚焦区330一段距离，或者可替代地，流体聚焦区330和精子定向区332可以部分或完全重叠。精子定向区332可以终止于一个第二转变点340处，其后可以是一个检验区326。在一个实施例中，减少宽度“w′”的该通道可以具有通过精子定向区332或者该精子定向区的一部分，以及通过检验区326的一个一致的尺寸。

转到图9B，展示了流动通道318的一个垂直截面视图，该流动通道具有一个横向流体聚焦区334和一个垂直流体聚焦区336，其后是一个精子定向区332和一个检验区326。在一个实施例中，垂直流体聚焦区336包括一个垂直流体聚焦特征342，该垂直流体聚焦特征可以是能够在流动通道318中产生压力脉冲的一个补充的鞘通道、一系列的唇缘、边缘、锯齿形、波状起伏、或减速带、或一个变换器。在一个实施例中，一个通道的高度“h”被保持相对恒定，直到到达第一转变点338处。在其他实施例中，垂直流体聚焦区336可以具有改变通道高度“h”的几何结构，或者精子定向区332可以与流体聚焦区330重叠，从而引入使该通道高度在第一转变点338之前改变的一个通道几何结构。在一个实施例中，该通道高度“h”从第一转变点338发展成在第二转变点340处的一个减少的通道高度“h′”。可替代地，该通道高度“h”可以穿过精子定向区332被减少。精子定向区332可以始于流体聚焦区330之后，或者该精子定向区可以部分或者甚至完全地与流体聚焦区330重叠。

图9C展示了用于产生同轴流或鞘流的一个可替代的构型，因此样品入口348被设置成与流动通道318大体上平行。在这种构型中，样品入口348可以被设置成一个斜面构型，以便在刚开始时为该芯流促进一个带形。本领域的普通技术人员将理解，用于在一个微流体通道中建立鞘流的任何已知的构型也可以与在此描述的这些取向方面合并。作为一个非限制性实例，在美国专利号7,311,476中描述的任何入口/样品通道可以与在此描述的各种特征合并，该专利的全部内容通过引用结合在此。

图10A-10D展示了具有合并有一个流体聚焦区330和一个精子定向区332的一个相对简单的几何结构的一个流动通道318；然而，这些区域中的每一个还可以被并入到更复杂的流动通道几何结构中。图10A-10D中的每个图展示了一般的原则，并且不需要按比例描述或反映出1:1的纵横比。图10A将截面AA展示成填充有鞘流体352的一个大体上正方形的流动通道318。向下游移动至截面BB，图10B展示了可见与鞘流体352是处于同轴关系的样品354的一个芯流。在BB处的该芯流的一个更近的视图展示了一个未对准且未定向的精子细胞360的一个实例。在该芯流周围的多个箭头展示了通过流动通道318几何结构中的改变而施加至该芯流的力。从AA至BB的转变在高度上没有改变的情况下引起该通道的一个轻微的扩大。

向下游移动至CC，流动通道318的宽度“w”被减少，从而使该芯流聚焦，这被展示在移动至该芯流的中心并变成对准的精子细胞360处，同时保持在该流中的一个未定向的位置。提供了该横向移动的这些力被展示为多个粗体箭头，这些粗体箭头强调该通道几何结构的这个部分的流体动力学影响。从截面CC至DD，该流体通道的高度“h”被减少，从而倾向于对在该芯流中的精子施加多个定向力。与后面的多个位置相比，多个更大的力从多个垂直位置处施加，从而倾向于将一个精子细胞的平坦表面定向。

图11A-11D展示了与图10A-10D类似的具有圆形和椭圆形的横截面的一个类似的流动通道几何结构，除了流动通道318包括大体上椭圆形和圆形的横截面。

芯流形成

尽管一个一致的芯流的形成对于许多分析技术是有益的，但当区分来自携带X染色体精子与携带Y染色体精子的相对小的荧光差异时，其是特别有用的。一个精子分选器的一个有用的特征将是形成具有一个大体上带形的一个芯流，该芯流可以有助于在一个流动通道中的精子对准和精子取向。

现转到图12A，一个流体聚焦区430被并入流体通道418的一个区域中，用于产生芯流流动，或者说鞘流。芯流形成几何结构400被展示成一个微流体芯片80(如那些之前描述的微流体芯片)中的一个流动通道418的一个内表面。芯流形成几何结构400可以使用微型制造、注射成型、冲压、机械加工、3D打印或通过其他适合的制造技术来由塑料、聚碳酸酯、玻璃、金属、或者其他适合的材料制造。因此，该芯流形成几何结构可以被形成为一个单一层，或者由多个堆叠层形成。

所展示的芯流形成几何结构400提供了改进的鞘流容量，并且因此提供了改进的聚焦能力。具体来说，鞘入口450可以具有多个圆锥入口形状，每个圆锥入口形状在一个鞘聚集体积422处被接收。这些鞘聚集体积可以向另外的流动通道418部件提供一个单一出口，或者多个出口。延伸至流体聚焦区430中的一个单一出口被示出。可替代地，一个单一入口可以被分支进入芯流形成几何结构400中。另外，可以在源自鞘聚集体积422的一个或多个流体路径上设置流动限制。

所描述的流体聚焦区430包括一个横向流体聚焦部件和一个垂直流体聚焦部件，二者均有助于通过流动通道418的鞘流体和样品的轴向加速度。所展示的横向流体聚焦部件包括一个横向流体聚焦腔室420。横向流体聚焦腔室420具有来自样品入口448的样品，以及来自一个或多个鞘入口450的鞘。如所展示的，两个对称的鞘入口450从边缘处填充横向流体聚焦腔室420，而样品从中间部分进入横向流体聚焦腔室420中。随着该样品和鞘沿着横向流体聚焦腔室420前进，该腔室的宽度减小，从而提供了来自该腔室的侧面的一个增加的向内的力，该力倾向于使样品聚焦在横向流体聚焦腔室420的中间部分中并使该流动通道中的鞘和样品加速。所展示的垂直流体聚焦部件包括一个第一垂直流体聚焦通道424，该第一垂直流体聚焦通道与样品入口448相对于横向流体聚焦腔室420的位置相结合。第一垂直流体聚焦通道424可以包括分支远离横向流体聚焦腔室420并且被设置成与横向流体聚焦腔室420进一步在下游流体连通的一个环形通道。以这种方式，第一垂直流体聚焦通道424提供了一种用于使鞘流的一部分转向的装置，该装置可以在后面的一点处被引入流体通道418中，以便将样品的该芯流的该垂直位置聚焦。

图12B提供了该横向流体聚焦部件的一个示意图。一个样品流406被展示为从样品入口448进入横向聚焦腔室420中。而鞘流408被展示为在横向流体聚焦腔室420的边缘处从每个鞘入口450进入横向流体聚焦腔室420中。随着该横向流体聚焦腔室的宽度的减小，鞘流408提供了在样品406上的一个增加的剪切力，二者加速了该样品的流动，从而分隔该样品中的粒子，并且将该样品流横向地聚焦至横向流体聚焦腔室420的中心处。

样品408的该垂直流动受到芯流形成几何结构400的两个特征的影响，这可以从图13中最清楚地看出。图13代表了沿着芯流形成几何结构400的一个纵轴的一个垂直横截面。在进入该横向流体聚焦腔室420中时，会对该样品流产生一个第一向下的垂直影响，因为该样品是从横向流体聚焦腔室420下方引入，这样使得该样品向上的流动将被在其上方的鞘流408抵制。一种代表性的样品流406被展示成到达样品入口448的末端，并对着一个鞘流408向上移动。一旦样品406的该芯流到达第一流体垂直聚焦通道424，鞘流408就将该样品向上引导，从而使该样品聚焦远离流动通道418的底部。

一旦经过聚焦区430，该样品就可以继续通过一个精子定向区330和一个检验区326。该精子可以根据以下描述中的多个特定特征被定向，并且可以根据之前描述的不同的机制来执行一个分选动作。

转到图14A，展示了一个可替代的芯流形成几何结构500，该芯流形成几何结构合并有一个流体聚焦区530，该流体聚焦区包括处于一个第一和第二垂直流体聚焦通道的形式的一个双U形或双环形。一个实施例涉及一种芯流形成几何结构500，该芯流形成几何结构具有一个第一垂直流体聚焦通道524和第二垂直流体聚焦通道526，该第一垂直流体聚焦通道和第二垂直流体聚焦通道被配置用于有助于使反向的垂直流体聚焦鞘流进入一个流动通道518中，用于形成一个改进的芯流。图14A描述了定位在与鞘入口550相同的垂直水平面处的一个样品入口548，该样品入口通向一个横向流体聚焦腔室520。第一垂直流体聚焦通道524在横向流体聚焦腔室520的上方垂直延伸，并且第二垂直流体聚焦通道526在横向流体聚焦腔室520的下方垂直延伸。在经过横向聚焦腔室520、第一垂直聚焦通道524以及第二垂直聚焦通道526的多个聚焦特征之后，一个更聚焦的和/或更对准的芯流可以流动通过流动通道560的剩余部分。

参考图14B，鞘流被展示成通过该鞘入口并被分成三个部分。第一鞘流554进入横向流体聚焦腔室520中，并且响应于变窄的宽度来倾向于将该样品聚焦在横向流体聚焦腔室520的中心处。鞘流的一个第二部分556被转向通过第一垂直流体聚焦通道524，并且鞘流的一个第三部分558被引导通过第二垂直流体聚焦通道526。提供了比圆锥鞘入口550的末端更大的一个截面面积的一个鞘聚集体积522提供了用于分配通过每个鞘部分的相对高的鞘流速的一个有益的体积。具体地说，通过第一垂直聚焦通道524以及第二垂直聚焦通道526的增加的鞘流可以提供使流动通道518中的芯流的垂直位置聚焦的改进的能力。

现转到图15，沿着芯流形成几何结构500的一个纵轴的一个垂直横截面展示了样品506的一个芯流和在大致相同的垂直位置处被引入流动通道518中的一个鞘流体508。来自第一垂直流体聚焦通道524的鞘流508提供了在样品的该芯流上的一个向下的聚焦影响，接着是来自由第二垂直流体聚焦通道526提供的鞘流体的一个向上的聚焦影响。流动通道518的紧随着这些相反的垂直鞘流的部分是处于相对于横向流体聚焦腔室520和样品入口548的一个抬高的垂直位置处。流动通道518的紧随该聚焦区的部分可以随后在一个区域设计中被操纵，以便向样品的该芯流中的粒子赋予取向。

图16展示了芯流形成几何结构600的一个可替代实施例，该芯流形成几何结构呈现与图15中所描述的大致相同的垂直横截面。在与图16中展示的这些鞘流体流动路径有关的若干个流线方面中可能存在某些提升的效率。在一个方面中，鞘流体从每个鞘聚集体积622通过并进入聚焦入口632中，该聚焦入口立即将该鞘流体置于一个轨迹中，用于将样品流体606的芯流横向聚焦。第一垂直流体聚焦通道624和第二垂直流体聚焦通道626中的每一个还是具有一个共同入口630的流线型。

图17展示了芯流形成几何结构700的另一个实施例，该芯流形成几何结构具有多个流线型的鞘流部件，如一个狭窄的入口732和直接被连接至每个鞘入口750的鞘聚集体积722上的共同入口730。此外，图17展示了第一垂直流体聚焦通道724和第二垂直流体聚焦通道726中的每一个的一些部分的一个可替代的垂直放置。

利用一个平面流动通道的取向

转到图18A，展示了一个定向通道几何结构的一个实施例，因此流动通道818转变成一个减少的高度，该定向几何结构可以通常被称为一个平面定向几何结构838。这种定向几何结构可以包括一个定向区832和一个检验区826。该平面定向几何结构可以遵循任何上文描述的流体聚焦几何结构或特征，如所描述的芯流形成几何结构中的任何一个。

在平面定向通道几何结构832之前，流动通道818可以具有在约25微米与75微米之间的一个高度，以及在约100微米与约300微米之间的一个宽度。在定向通道几何结构832之前的高度“h”可以在一个长度L上被减少至一个第二高度“h′”。减少的高度“h′”可以是在约10微米与35微米之间，用于产生一个芯流，该芯流在该较窄的轴线上接近1至0.5微米，或者接近一个精子细胞的厚度。图18A展示了一个渐变，其中该转变的长度“L”可以是在约200微米与约5000微米之间。在该转变之前，流动通道818可以具有在约4:1与5:1之间的一个宽度和高度的比率，并且在该转变之后，该宽度和高度的比率可以是约8:1与10:1之间。

紧随着任何聚焦几何结构，流动通道818可以具有一个大体上矩形的形状，或者多个邻边可以变圆，从而产生一个“D”形轮廓，参见图18B的横向剖面图。开始的轮廓被以虚线表示，从而提供了这两个轮廓的一个比较。

图18C展示了在检验区826之前的一个突然的转变，该转变可以具有在约25微米与约200微米之间的一个转变长度“L”。在一个实施例中，可能存在紧随检验区826的一个再扩张842。该较短的转变和该再扩张的结合可以提供一个系统，该系统需要较少的压力来驱动细胞通过，或者降低该系统的背压。

在一个模仿喷嘴的几何结构中的取向

参考图19A-19C，一个流动通道918的一个实施例具有一个定向几何结构，该定向几何结构模仿一个空气中激发方式的流式细胞仪的一个定向喷嘴。在这种实施例中，这些流体聚焦特征和这些精子定向特征可以重叠，并且事实上被并入一个共同的几何结构中。一个流动通道918被设置成与一个第一鞘入口950a和一个第二鞘入口950b流体连通，第一鞘入口和第二鞘入口中的每一个进料到一个定向腔室930中。定向腔室930可以包括模仿一个喷嘴的内部的一个内表面区域。一个样品入口948通过一个注射管910进料、经过一个注射管出口914进入定向腔室930中。定向腔室930可以在其最上游的点处具有一个大体上椭圆形的横截面，但是该横截面也可以是圆形或矩形。无论如何，该定向腔室的高度可以是约1000微米。该定向腔室的该内表面可以在5000微米上转变成具有50微米的一个高度和200微米的一个宽度的一个大体上椭圆形的或甚至一个“D”形的通道。注射管910可以延伸约3000微米进入该定向腔室中，并且可以使内部和外部特征中的一个或两个提供一个带状芯流和定向该芯流中的粒子，如精子。作为一个实例，该注射管可以具有一个有斜面的尖端。作为另一个实例，该注射管可以具有终止于该注射管出口处的一个椭圆形的或甚至矩形的内部通道。注射管910可以具有一个约300微米的外部厚度。作为一个非限制性的实例，该内部通道可以具有一个约100微米的高度和约200微米的一个宽度。

下游的通道特征

结合之前讨论的任何定向或聚焦特征，各种下游的特征可以被并入一个流动通道中。这些特征可以提供倾向于将粒子定向或对准的一个偏置力。在一个实施例中，下游的多个通道特征可以是在一个流动通道中的主要的或甚至是仅有的精子定向特征。在这种实施例中，下游的多个通道特征提供了用于分析和分选的充分的取向。在另一个实施例中，这些下游的通道特征与其他聚焦特征和/或定向特征结合使用，并且可以分别地用于将开始变成未对准或未定向的精子再对准或再定向。这些下游的通道特征还可以刚好设置在一个检验区之前，用于在定向粒子(如精子细胞)中获得最优效果的目的。

转到图20A，一个下游的通道特征被展示成一个坡道1002的形式，该坡道可以处于一个流动通道1018的一部分中。坡道1002可呈现在该流动通道的高度上的一个相对陡峭的下降，如关于图18A-18C所描述的。坡道1002可以被设计来呈现一个芯流，该芯流具有仅略大于一个精子细胞的厚度的一个厚度。具有一个小于45度的斜度的坡道1002可以被认为是一个平缓的坡道，而具有在45度与90度之间的一个斜度的一个坡道可以被认为是一个陡峭的坡道。

图20A提供了与该下游的通道特征重叠的一个激发区26的一个实例。坡道1002被展示为位于该流动通道的内部上的至少两个表面上，并且可以在检验区26之后不久终止，来减少背压并允许流体更容易地流动通过该系统。

图20B提供了呈一个坡道1002、接着一个扩张1004形式的一个下游的通道特征，这可以被称为一个减速带。这些减速带可以被串联放置，以便将一个芯流刚好在该检验区之前聚焦，并且用于将该芯流中的精子定向。在一个实施例中，多个减速带或一连串的减速带存在于流动通道18的单一表面上，而在另一个实施例中，多个减速带或一连串的减速带可以存在于流动通道18的不止一个表面上。在一个相关的实施例中，一个单一减速带可以具有多个圆形边缘，并且可以被称为一个波状起伏。类似地，一系列的圆形减速带可以被称为一系列的波状起伏。一个波状起伏或一系列的波状起伏可以存在于一个单一表面上，或者可以存在于一个流动通道18中的多个表面上。这些减速带和/或波状起伏可以向流动通道18中延伸约5微米与15微米之间。

图20C展示了呈一个释压-压缩区1006形式的一个下游的通道特征，这可以被认为是一个相反的减速带。流动被展示为进入该区域中，在该区域中流动在通道的扩展处首先分散开。随着流动的继续，在该扩展区域的陡峭末端处该流动被再次压缩。尽管该描述的实施例提供多个边缘，但这些表面可以是平滑的，从而产生多个波状起伏的另一个实施例。这些特征可以向该流动通道中延伸约5微米与15微米之间。

图20D展示了可以被放置在流动通道18中的一系列的锯齿形(chevron shaped)特征1008。一系列的锯齿形特征1008提供了可以倾向于将该芯流聚焦的一连串的力。这些锯齿形特征1008可以包括在一个流动通道的三个侧面上的一个切除特征。在一个实施例中，这些锯齿形特征1008可以是倾斜或斜置的。这些锯齿形特征1008还可以具有多个圆形的边缘，用于使该芯流经受一系列的波状起伏。如同所述相反的减速带，这些锯齿形可以向流动通道18中延伸约5微米与15微米之间。

利用磁铁的精子对准/取向

转到图21A，精子定向特征的一个实施例被描述成一个第一磁铁192A和一个第二磁铁192B，该第一磁铁和第二磁铁被用于向精子细胞的所希望的取向提供一个磁场B。第一磁铁192A可以位于一个流动通道上方的一个垂直位置中，并且第二磁铁192B可以在该流动通道的下方平行地定位，以便产生一个静磁场B，该静磁场对移动通过该流动通道的精子起作用。这些磁铁可以被放置在其他取向中，只要该磁场垂直于这些精子细胞，这些精子细胞已被示出是与它们的垂直于该施加的场的平面尺寸是对准的。在某些实施例中，可能希望产生一个足够强的磁场来将在多达512个通道中的精子定向。一个或多个系列的磁铁可以被组合使用，以便产生这种静磁场。在一个非限制性的实施例中，这些磁铁192可以被安排以便产生在约0.05特斯拉至约1.0特斯拉之间的一个磁场。

利用变换器的精子对准/取向

在一个可替代的实施例中，一个变换器或一系列的变换器可以横跨一个或多个流动通道放置在一个微流体芯片的外部上。一个变换器的一个实例可以是一个压电式变换器，该压电式变换器具有与该微流体芯片的一个外部表面相接触的一个大体上平面的表面194。所述变换器可以被驱动以便在该流动通道中产生一个驻波。精子可以被驱动至该驻波的多个波节和波腹，从而产生在该流动通道中的精子的一个对准以及可能的取向。

在一些实施例中，除了其他的定向或对准特征，可以通过一个平面变换器产生一个驻波。例如，可出于将精子间隔和对准的目的在该流动通道中产生该驻波，同时可以对该流动通道施加一个磁场来将精子定向。作为一个非限制性的实例，已惊人地发现在10-16MHz之间运行的一个平面变换器可以改进在一个流动通道中流动时的精子取向。

测量精子特性

不管在每个流动通道中所采用的定向和聚焦特征如何，在照射精子和检测从被照射的精子发射或反射的电磁辐射中都需要非常高的精度。精子是活的游动细胞，其可以通过它们尾巴的运动被不规律地推动。因此，即使十分小心地将一个流通通道中的精子对准和定向，却总是存在许多精子完全变成非定向的或者抵抗取向力的可能性。先前的努力可能已考虑到在所有侧面上或者从所有侧面照射精子头部的可能性。然而，这类构型对于在一个单一芯片中的多个流动通道是不适用的，因为每个通道都需要用于包括反射面和/或折射透镜的收集光学器件和照射光学器件的大量空间。

照射

在先前的空气中激发方式的流式细胞仪中，每个喷嘴或流都倾向于针对性能和分选特征被单独地监测。然而，在具有4个至512个流体通道的一个微流体芯片中，出于数据跟踪和显示的目的希望汇集某些数据。由于在染色的精子中产生的荧光的变化是极小的，因此应当减少或消除每个流动通道中的照射的变化。可以采用如同在美国专利7,492,522中描述的一种系统以用于提供横跨多个流动通道18的一致的照射，该专利的全部内容通过引用结合在此。

回头简要地参考图1，展示了一个电磁辐射源30，该电磁辐射源可以是一个准连续波激光器，如可从理波光谱物理公司(Newport Spectra Physics)(美国加利福尼亚州欧文市)获得的Vanguard 355-350或Vanguard 355-2500型号的激光器。从电磁辐射源30发射的电磁辐射46可以通过在自由空间中的光束成形光学器件40和/或一个分束装置74来操纵，以便产生有时被称为光束段或小光束的一个或多个操纵的光束44。这些小光束可以采取一个或多个改变的光束的形式，以便向多个流动通道提供一致的强度、能量、和/或几何结构。

实现一致的光束段的一种构型可以包括在自由空间中的光束成形光学器件40，用于将来自电磁辐射源30的电磁辐射成形成在一个或多个轴线上的一个高度一致的轮廓，如一个“高顶”或“平顶”的光束轮廓。仅作为一个实例，该光束轮廓可以具有在一个或多个轴线上的一个一致的强度，或者可以具有在一个或多个轴线上的一个高斯强度分布。在一个实施例中，一个高顶轮廓的光束可以根据在该微流体芯片中的流动通道的数量来被分成多个光束段。一个分节镜，或者用于空间上分离该光束的分段的另一个装置，可以紧随着初始的光束成形光学器件，用于将多个光束段投射到该流体芯片的这些流动通道上。所产生的光束段可以是大致平行的，并且根据这些流动通道的间隔被间隔开。

在一个可替代的实施例中，光束成形光学器件可以提供具有一个最终光束强度分布的光束，并且该光束强度可以随后通过多个分束镜或其他适合的光学分束装置被分成多个光束、或具有一致尺寸的多个光束段。作为一个实例，可以采用一个分束镜阵列，如分束镜的微阵列。在一个接近256个至512个流动通道的芯片中，可以使用多个分束元件的一个组合。例如，一个光束可以通过常规的分束镜被分成若干个光束段，例如四至八个，这样使得该原始的光束轮廓被维持在处于该原始光束强度的一小部分中的每个光束段中。一旦由此形成，每个光束段就可以通过一个分节镜被分离，以便对该微流体芯片中的每个流动通道进行照射。

此外，在一个可替代的实施例中，多个阻断或掩蔽元件可以被放置在每个光束段的光束路径中。这些阻断或掩蔽元件对于每个流动路径可以是唯一的，或者可以被成形以便有助于确定关于该流动路径中的粒子速度、该流动路径中的粒子对准、或者甚至该流动路径中的粒子取向的特定信息。这些元件可以位于自由的空间中，或者可以被并入一个微流体芯片80的衬底上。

检测

现参考图22，收集光学器件54的一个实例或该收集光学器件的一部分被展示用于在此描述的不同的系统中。电磁辐射44的一个代表性的操纵光束可以在垂直于该流动通道的一个方向上入射到微流体芯片80的检验区26上。呈前向荧光形式的发射的电磁辐射52被展示为源自可以是一个精子细胞12的粒子。

收集光学器件54可以被放置在电磁辐射的该操纵光束的光束路径中，或者处于相对于激发光束44的0度位置处。收集光学器件54可以包括一个高数值孔径集光透镜126，该集光透镜用于每个流动通道18的检验区26中的反射的和/或发射的光的聚焦收集。一个物镜140，或多个物镜可以使收集的发射和/或反射光聚焦在一个像平面182上，该光入射到装配一个光纤电缆阵列188的一个表面上，该光纤电缆阵列具有被配置用于每个流动通道18的一个检验区26的一个光纤电缆186。在一个实施例中，物镜140可以包括一个较大的物镜或一系列的物镜，该物镜能够从一个大芯片区域发射荧光至多个对应的检测器上，或者至与检测器连通的光纤上。作为一个非限制性的实例，收集光学器件54可以包括一个大面积低光圈数的光学系统，该光学系统被配置用于从一个区域收集，该区域具有在约25mm与75mm之间的一个长度或宽度，并且具有在约0.9至1.2的一个范围内的一个光圈数，并且该光学系统被配置成约10mm和30mm的一个工作距离。可替代地，一个或多个微透镜或微透镜阵列也可以被用于收集从多个流动通道发射的荧光。

图23展示了一个光学安排190，如一个光纤电缆阵列，该光纤电缆阵列可以被用于从一个微流体芯片80中的一系列的平行的流动通道18中捕获前向荧光或侧向荧光。除了图22的收集光学器件之外，这种光学安排可以被用于收集侧向荧光。可替代地，光学安排190可以被定位在前向位置中，或处于0度，以便直接收集来自每个流动通道18的前向荧光。在一个说明性实施例中，在第一检测器的阵列中的每个第一检测器和在第二检测器的阵列中的每个第二检测器可以是侧向荧光检测器。在精子分选操作中，这些检测器可以用于确定精子何时是未定向的，不管它们是否由于旋转或由于倾斜而未定向。

图24A提供了一个检测方案的实例，除了处于一个约45度角的收集侧向荧光的一个第一侧向检测器176和在相反方向上处于45度角的收集侧向荧光的一个第二侧向检测器178之外，该实例并入了用于检测一个前向荧光的收集光学器件54。第一侧向检测器176和第二侧向检测器178可以被表征为具有在每个检测器的光轴之间的一个90度的角度。

除了在图24A、图24A-24E中展示的检测方案的原理图之外，除了可以通过与每个流动通道的检验区26相关联的前向检测器54、第一侧向检测器176和第二侧向检测器178中的每一个所产生的波形脉冲之外，还提供了在一个流动通道18中的不同的精子取向。这些波形脉冲可以在该分析器中被确定，并且这些波形脉冲的多个特征或特性可以被计算，以用于由分析器58所施加的一个分选逻辑中。通常，应理解，具有垂直于精子的平桨形表面的一个光轴的一个检测器将提供最大可能的信号，而具有平行于该平面表面的一个光轴的一个检测器将有效地观察一个精子头部的较窄的边缘并且可以产生一个显著较低的信号。

图24A提供了在一个流动通道中的没有旋转或倾斜的精子细胞12的一个实例，从而允许该前向荧光信号捕获一个最大的脉冲高度和脉冲面积，用于与代表其他精子细胞的其他波形脉冲进行直接的比较。由第一侧向检测器176和第二侧向检测器178产生的这些波形脉冲可以被看成大致上类似于彼此。

转到图24B，一个倾斜的精子细胞12具有一个约45度向下的倾斜，呈现出第一侧向检测器176处于一个垂直荧光中，并且呈现出第二侧向检测器178利用该精子的边缘。在某些情况下，该精子的边缘可以非常明亮地但是更短暂地发出荧光，因为该精子将处于其他取向中。由第一侧向检测器176产生的波形脉冲将具有可以被与由第二侧向检测器178产生的波形脉冲、以及由前向检测器54产生的波形脉冲相比较的一个峰值高度、峰值面积、以及峰值宽度。

类似地，图24C提供了被向上倾斜45度的一个精子头部的一个实例，呈现出第一侧向检测器176利用一个荧光，并且第二侧向检测器178利用一个垂直荧光。同样，在来自这些侧向检测器的所产生的波形脉冲的脉冲高度、脉冲宽度、以及脉冲面积中可以存在一个明显的差异。因此，可以分析测得的多个波形脉冲参数以便确定精子细胞在检测过程中何时是倾斜的。可以比较在波形脉冲高度、面积、宽度中的差异以便确定差别。当差别超过一个阈值时，可以确定一个精子细胞没有足够好地对准来准确地区分携带X染色体精子或携带Y染色体精子的存在。也可以确定另外的参数用来比较，如一个脉冲斜率、上升时间、以及内脉冲面积。

图24D展示了一个被倾斜90度的精子细胞。在这种情况下，由该第一侧向检测器和该第二侧向检测器产生的这些波形脉冲可以是非常类似的。由该前向检测器产生的波形脉冲应当是显著变化的，例如脉冲宽度、上升时间、以及面积可以与处于一个适当取向中的精子区分开来。

图24E展示了被围绕其纵轴旋转的一个精子细胞。一个精子头部的曲率可以向该第一侧向检测器和该第二侧向检测器提供相似的信号，但是在每个波形峰值的时间之间可能存在一个偏移或滞后。因此，可以在这两个信号之间计算出一个上升时间、斜率或峰值滞后，以便确定何时细胞。

在此描述的许多实施例中，采用尝试将倾斜和旋转的精子定向的多个特征和几何结构。然而，一定比例的精子将无论如何都不能变成定向的。不管这些描述的定向特征如何，一些精子可以在该流动通道中被送入一个翻转状态。这种精子在倾斜和旋转方面可以表现出变成未定向的一个较高倾向。因此，当旋转本身可能更难于在一个微流体芯片中检测时，用于检测倾斜的任何描述的装置也可以有助于消除旋转的精子针对性别分选的选通。

如通过上文可易于理解的，先前还没有在一个微流体芯片中的多个流动通道中测量一个真实的侧向荧光值，或者可替代的侧向散射。在精子分选领域中，这种测得的侧向荧光将提供关于精子取向的有价值的信息。

图25A展示了一种微流体芯片1080构型，该微流体芯片构型提供了在一个流动通道1018中或者在多个流动通道的每一个中测量前向荧光1052和一个侧向荧光1058的能力。提供了微流体芯片1080的一部分的一个横截面视图，因此在流动通道1018中的流动可以被理解为是处于向外的方向中。为了清除起见，流动通道1018的尺寸可以被过分强调。

出于将一个侧向荧光1058、或侧向散射反射至可以被检测到的一个位置的目的，可以将呈一个反射面1010形式的一个反射元件与每个流动通道1018关联。应理解，一个折射元件可以被用来代替反射面1010或者与其组合。作为一个实例，微流体芯片衬底可以由多种材料构建，这些材料具有不同的折射率以便实现在一个特定路径中的光(如前向荧光或侧向荧光)的一个所希望的反射和/或折射。在一个实施例中，通过沿着流动通道1018a的检验区以约45度角大致平行的放置，一个反射面1010a与流动通道1018a相关联。一个侧向荧光1058a被展示成是从被电磁辐射1044a激发的一个精子细胞1012发射出的。侧向荧光行进直到到达反射面1010a，在该点处该侧向荧光被重定向成大致平行于前向荧光信号1052a。如所能易于理解的，这些反射面1010可以被设置成其他角度，用于以平行于前向荧光1052之外的方式来收集侧向荧光。

该描述的系统可以包括像先前所描述的那些的收集光学器件54，该收集光学器件包括一个较大的、单一的集光透镜，因此前向荧光和侧向荧光中的每一个被投射到与和一个荧光检测器通信的多个光纤电缆电缆重合的一个像平面上。该侧向荧光检测器可以大致等同于该前向荧光检测器，唯一的差异可能是存储在分析器58中的多个指令的执行。可替代地，也可以使用如同在图26A-26D中描述的多种检测方案。

一个第二流动通道1018b被描述成产生一个第二前向荧光1052b和一个第二侧向荧光1058b，然而这种实施例可以包括在4个与512个之间的流动通道。在一个实施例中，每组流动通道1018和它们关联的反射面1010可以通过一个阻断元件1026与其他组分离，该阻断元件防止这些流动通道1018之间的串扰。

图25B展示了反射面1110的一个变化，该反射面通过将形成微流体芯片1180的该衬底的一部分切除而形成。切除部分1112可以具有相对于流动通道1118的一个近端面1114和一个远端面1116。该近端面可以包括与流动通道1118关联的该反射面，并且可以能够全内反射得到一个折射率差。如同先前的图，一个阻断元件可以选择性地被添加在每组流动通道与它们相关联的反射面之间。

转到图25C，每个流动通道1218与一个第一反射面1220和一个第二反射面1222相关联。每个反射面可以被以约45度角设置，从而提供了与前向荧光1252平行的一个-90侧向荧光1254和一个+90侧向荧光1256。如同先前的图，这些材料的折射率差异提供了一个全内反射面，因此响应于通过电磁辐射1244激发的粒子，产生了一个前向荧光和两个侧向荧光路径。这种实施例可能需要一个阻断元件以便防止在多个通道之间的串扰。

图25D展示了一个实施例，其中该内反射面被设置在流动通道1318本身的一个或多个侧壁中。第一流动通道1318a被展示为具有一个第一反射侧壁1320a和一个第二反射侧壁1322a。然而，应理解，微流体芯片可以被制造为使得只有该第一侧壁具有反射特性。可替代地，两个侧壁可以具有反射特性，但是可以采用只检测一个+90侧向荧光或-90侧向荧光的一个检测系统。在任何一种情况下，一个阻断元件1326可以被并入在这些流动通道之间来防止在这些通道之间的串扰。在一个实施例中，不同的芯片衬底的这些折射特性可以在该芯片中的不同的位置处被改变，以便实现所希望的反射和/或折射。例如，该衬底的与表面1320和1322重合的一个中间层可以包括一种材料，该材料具有与该衬底的顶层和底层相比的一个不同的折射率。

可以采用不同的检测系统来检测由图25A-25D的这些芯片所产生的平行的前向荧光和侧向荧光。在一个实施例中，并入一个单一较大的集光透镜，用于将每个荧光聚焦到之前描述的入射至一个光纤阵列的一个像平面上。这种实施例可能需要两倍之多的检测器。

图26A中描绘一个可替代的检测系统，其用于每个通道1418中收集一个前向荧光1452和一个侧向荧光1456。描述的微流体芯片1480产品包括与每个流动通道1418关联的一个反射面1410，该反射面响应于一个激发电磁辐射1444，提供了一个前向光路和一个侧向光路。一个透镜阵列1430，如一个微透镜阵列，可以被与微流体芯片1480对准，用于从这些前向光路和侧向光路中的每一个中收集光。这些微透镜阵列1430可以包括用于第一流动通道1418a的一个前向集光透镜1440a和一个侧向集光透镜1442a。每个前向集光透镜1440和侧向集光透镜1442可以被配置用于将该收集的电磁辐射(不论荧光还是散射)分别地聚焦到一个前向检测器1446a和一个侧向检测器1448a上。可替代地，透镜阵列1430将收集的电磁场聚焦至与多个独立检测器通信的一个光纤电缆阵列上。

图26B展示了一个可替代的实施例，该实施例包括类似于图23中描述的该阵列的一个光纤阵列1520，该光纤阵列并入了两倍数量的光纤电缆，用于收集由一个激发电磁波1544和与每个流动通道1518关联的一个反射面1510所产生的一个前向荧光1552和一个侧向荧光1558。类似地，图26C提供了紧邻微流体芯片1680的一个检测器阵列1650，因此每个流动通道1618具有一个关联的反射面1610，这样使得每个激发电磁辐射1644可以产生一个前向和侧向荧光。一个前向检测器1646和一个侧向检测器1684被设置在检测器阵列1650中用于每个流动通道1618。

在一个可替代的实施例中，这些检测器或者一个光纤阵列可以被放置在与该激发光束的一个落射照射(epi-illumination)关系中。图26D展示了一个微流体芯片1780，该微流体芯片具有一个流动通道1718和一个关联的反射面1710，该反射面被成角度，用于在接收该激发光束的方向上反射侧向荧光或散射，其中该激发光束可以被一个侧向检测器1748、或者与一个侧向检测器1748通信的一个光纤电缆接收。一个分色镜1726可以被放置用于每个通道，以便将一个激发光束1744引导朝向流动通道1718，同时在反向1758中的来自该细胞的发射荧光可以通过分色镜1726到达一个后检测器1746，或者到达与一个反检测器1746通信的一个光纤电缆中。该描述的实例提供了一个内反射表面1710，该内反射表面可以将一个侧向荧光1756引导至该侧向检测器。

可以容易地看出，对在一个芯片中的多个平行流动通道中精子取向问题的不同的潜在解决方案可以向该通道几何结构、收集光学器件、和/或所需的检测器配置增加复杂程度。

转到图27，存在一个潜在的解决方案，因此通过包括多个掩模或部分透射的阻断元件，可以消除这些另外的检测器。具体地说，一个第一检测掩模1820和一个第二检测掩模1830可以被分别地放置在前向荧光1852和侧向荧光1856的路径中。每个掩模可以被放置在自由的空间中，可以被联接至芯片的衬底上，或者可以被联接至在该荧光的路径中的另一个光学元件上。通过第一检测掩模1820和通过第二检测掩模1830的光路可以最终达到相同的检测器1840，该检测器将转而产生一个波形脉冲，该波形脉冲代表来自前向荧光和侧向荧光的信息。对于互不相交的透射，这些掩模可以被配置为使得由该检测器产生的波形脉冲包括直接归因于前向荧光的多个区段、以及直接归因于侧向荧光的多个部分和区段。可替代地，由于一个分析器可用于对多个信号进行解卷积，因此在没有过度产生测量误差的情况下，第一检测掩模1820和第二检测掩模1830可以在一定程度上重叠。

一个分析器可以对来自单个波形脉冲的每个信号进行解卷积，因此提供了来自一个单一检测器的前向荧光和侧向荧光信息。可替代地，更复杂的多个掩模可以被并入每个光路中，并且该检测器可以接收来自超过一个流动通道的多个信号，因此每个流动通道包括在每个相关联的掩模中的一个独特的标记模式。

图28A提供了一个检测方案的另一个实施例，该检测方案可以与在此描述的各种其他特征结合。该展示的检测方案消除了对于完全地检测一个侧向荧光的需要，并且可以与一个微流体芯片1980中的在4个与512个之间的流动通道中的每一个结合。一个精子细胞1912被展示为处于一个流动通道1918的检验区处，正在通过电磁辐射1944的一个光束来对其进行分析。该激发光束和一个前向荧光在该激发光束的路径中穿过微流体芯片1980向前传送，并遇到一个分色镜1924，该分色镜可以将这两个光中的一个反射，因为每个光处于不同的波长。作为一个实例，电磁辐射1944可以由在一个紫外线(UV)波长下操作的一个激光器来产生，并且可以穿过分色镜1924并到达一个吸收/消光检测器1962上。电磁辐射1960的透射部分可以被用于各种目的。吸收/消光检测器1962可以被配置用于有效地针对细胞的存在来监测该流动通道，当一个细胞通过激发光束1944时，由吸收/消光检测器1962接收到的该透射部分1960的强度被大大降低。不光是细胞的存在，荧光被熄灭的量可以提供一个可量化的测量，用于确定一个经过的精子是否处于一个所希望的取向中。

同时，一个反射的前向荧光1952被入射至一个前向荧光检测器1946上，该荧光检测器可以被用于测量经过的精子细胞1912的DNA含量。图28B展示了由一个吸收/消光检测器产生的一个代表性的信号。可以看到一个基线1940，该基线表明该激发光束的透射部分1960的全部能量被入射至该吸收/消光检测器1962上。应注意，吸收/消光检测器1962，或通向该检测器的光通路中的光学器件可以包括一个中性密度滤光器，或者一些其他的光学装置，用于减少由吸收/消光检测器1962遇到的实际的激光能量。在任何一种情况下，建立一个基线，该基线反映出没有精子通过该激发光束的时间。可以看到一个波形脉冲1950，该波形脉冲表示通过该光束的一个定向的精子细胞，该波形脉冲随后是一个不那么明显的波形脉冲1960，该波形脉冲表示一个未定向的精子细胞。

可以计算由消光检测器1962产生的多个信号的波形特征，以便确定哪些脉冲代表定向的精子细胞并且哪些脉冲代表未定向的精子细胞。脉冲峰值、脉冲面积、或者甚至可以表示该脉冲面积的集中在该脉冲峰值周围的一部分的一个脉冲内面积可以单独地或者组合地提供一个关于精子取向的测定。

图28B还展示了来自检测器1946的一个荧光信号，该信号具有对应于该定向的精子细胞的一个第一波形脉冲1970，和对应于该未定向的精子细胞的一个第二波形脉冲1980。当一个精子细胞根据该消光信号被确定是定向的时，可以接着针对脉冲峰值脉冲面积、脉冲面积、和/或其他波形特征来对该荧光信号进行分析，以便对在这些精子细胞中的DNA的相对量进行量化，用于确定一个X-染色体或一个Y-染色体的存在。

图29A-29D展示了另一种潜在的构型，该构型消除了对于侧向荧光检测的需要以及对于一个第二检测器的需要。图29A大体上描述了一个微流体晶片2080的垂直截面视图，该微流体晶片具有一个流动通道2018，在该流动通道中一个激发光束2044被示意性地展示成引起精子产生一个前向荧光2052，该前向荧光通过一个掩模2020并到达一个检测器2054上。

在图29B中展示的该微流体芯片的俯视图展示了在掩模2020中的两个不同区域。一个定向的精子细胞2012被描绘成在通向掩模2020的线路上行进通过流动通道2018。由每个不同掩模区域产生的信号通向相同的检测器2054并且可以提供一系列的波形脉冲。可以在图29B中看出在这个窗口处由检测器2054产生的针对定向精子2014和未定向精子2016的情形的信号。

第一掩模区域2022可以是掩模2020的DNA含量测量部分，并且可以包括一个单一孔口2030，该孔口至少与被测量的精子一样宽，并且至少与精子头部一样长。可以从第一波形脉冲2002A确定一个峰值高度和峰值面积，从而将携带X染色体精子与携带Y染色体精子进行区分，而一个未定向精子2016的第一波形脉冲2002B可以根据一个分选逻辑被从分类中排除。

第二掩模区域2024可以包括多个开口。在一个实施例中，若干对间隔的开口可以相继地沿着流动路径2018定位。每对开口可以具有一个不同的横向位置，尽管也可能存在一些重叠。在一个实施例中，该间隔的开口可以是1至10微米宽，然而还可以使用更小的和更大的宽度。第一对间隔开口2026被展示成分开最远。因此，定向的精子2014将倾向于足够好地发出荧光穿过两个开口，以便产生一个第二波形脉冲2004A，而未定向的精子2016可以产生一半强度的一个脉冲，但是很可能将不产生任何波形脉冲。

第二对开口2028被展示在距离稍远的下游处，并且一起更近地间隔开。定向的精子2014将发出荧光穿过该掩模中的两个开口，以便产生一个第三波形脉冲2006A。取决于错误取向的程度，一个未定向精子2016可以在该掩模的这个部分处产生一些荧光，但是该说明性的实例向该检测器提供了一个边缘，并且仍未产生波形脉冲。在第二区域2024中的一个最后的开口2032被展示成位于流动路径2018的中心位置中。同样，定向的精子2014可以产生一个第四波形脉冲2008A。甚至具有面向该掩模的一个边缘的未定向精子2016可以产生一个第四波形脉冲2008B。

该检测器被设置成与一个分析器通信，该分析器可以解读该第二、第三以及第四波形脉冲的存在或缺失，从而确定一个精子细胞当其通过该检验区时是否被定向。在一个数字系统中，一旦做出一个取向的决定，就可以评估该第一脉冲波形的脉冲面积和/或脉冲峰值，并且可以做出关于性别特征的一个确定。

图29D提供了第二掩模区域2024′的一个可替代的安排，该安排呈多个裂缝的形式，这些裂缝沿着该流动路径以横向模式逐渐移动。应理解，任何数量的其他类似的构型可以并入第二掩模区域2024′中。在一个不成对的构型中，波形脉冲的数量可以提供关于精子是否被定向以及其可能是未定向的程度高低的一个指示。应理解，可以采用任何数量的模式，只要在这些孔口或裂缝在横向位置中存在一些差异。

如从前述内容所能理解的，描述的用于将一个芯流聚焦或者将一个流动通道中的精子对准的多个特征可以与用于定向精子的不同的特征组合，以及与用于检测精子取向的不同的特征组合，并且甚至与用于将一个芯流聚焦的其他特征组合。类似地，出于将精子定向的目的，可以在一个单一流动通道中采用这些描述的取向特征中的一个或多个。本领域技术人员将认识到，以上所述本发明包括许多发明方面，这些发明方面可以以任何组合提供并且至少包括以下方面。

A1.一种精子分选系统，包括：一个样品源；一个衬底；至少一个流动通道，该至少一个流动通道形成在该衬底中，该流动通道具有与该样品源流体连通的一个入口，该流动通道进一步包括一个检验区、一个第一出口、以及第二出口；至少一个转向机构，该至少一个转向机构与这些至少一个流动通道中的每一个连通，以便选择性地将在该至少一个流动通道中的精子转向远离该第一出口；一个电磁辐射源，该电磁辐射源用于在该检验区处照射精子；一个检测器，该检测器被对准以便在该至少一个流动通道的该检验区中测量精子特征；一个分析器，该分析器与该检测器通信，以便确定精子特征；一个控制器，该控制器与该分析器通信，用于基于测得的精子特征选择性地启动该转向机构；以及一个收集容器，该收集容器与该第二出口连通。

A2.如权利要求A1所述的系统，其中该至少一个流动通道包括形成在一个微流体芯片上的多个流动通道。

A3.如权利要求A2所述的系统，其中这些多个流动通道包括在4个与512个之间的流动通道。

A4.如权利要求A2或A3所述的系统，其中被表征为有活力的携带X染色体精子的精子或者被表征为有活力的携带Y染色体精子的精子被偏转至每个流动通道的该第二出口。

A5.如权利要求A1至A4中任一项所述的系统，其中该收集容器包括与一个或多个流体通道的该第二出口流体连通的一个共同流体收集容器。

A6.如权利要求A1至A5中任一项所述的系统，其中每个流动通道进一步包括一个第三出口。

A7.如权利要求A6所述的系统，其中被表征为有活力的携带X染色体精子的这些精子细胞被转向至该第二出口或该第三出口中的一个，并且被表征为有活力的携带Y染色体精子的精子被转向至该第二出口和该第三出口中的另外一个。

A8.如权利要求A1至A6中任一项所述的系统，其中这些流动通道的每个第二出口被连接至一个共同的第一收集容器上。

A9.如权利要求A6所述的系统，其中这些流动通道的每个第三出口被连接至一个共同的第二收集容器上。

A10.如权利要求A1至A9中任一项所述的系统，进一步包括与该第一出口连通的一个被动收集容器。

A11.如权利要求A1至A9中任一项所述的系统，进一步包括一个鞘源，并且其中该流动通道进一步包括与该鞘源流体连通的一个鞘入口。

A12.如权利要求A11所述的系统，进一步包括一个鞘流体再循环系统，该鞘流体再循环系统包括：一个传送机构，该传送机构与该被动收集容器流体连通；一个流体路径，该流体路径将该被动收集容器连接至该鞘源上；以及一个粒子浓缩装置或一个流体移除系统，该粒子浓缩装置或流体移除系统处于将该被动收集容器连接至该鞘源上的流体路径中。

A13.如权利要求A1至A12中任一项所述的系统，其中该至少一个流动通道包括形成在一个微流体芯片上的多个流动通道，并且其中该转向机构的至少一部分被嵌入在该微流体芯片中。

A14.如权利要求A1至A13中任一项所述的系统，其中该至少一个流动通道包括形成在一个微流体芯片上的多个流动通道，并且其中该转向机构的至少一部分被定位在该微流体芯片的外部上。

A15.如权利要求A1至A14中任一项所述的系统，其中该转向机构包括一个侧通路，该侧通路与该流动通道流体连通，并且通过一个柔性界面与一个流体体积流体连通。

A16.如权利要求A15所述的系统，其中该流体包括选自下组的一种，该组由以下各项组成：一种胶体、一种液体、以及一种气体。

A17.如权利要求A15或A16所述的系统，进一步包括一个致动器，该致动器接触该柔性界面的一部分，其中该致动器与该控制器通信。

A18.如权利要求17所述的系统，其中该致动器在一个静止位置与两个或更多个启动位置之间是可移动的，同时维持与该柔性界面的接触。

A19.如权利要求A18所述的系统，进一步包括一个第三出口，并且其中粒子被动地流至该第二出口，并且其中在该静止位置与该第一活动位置之间的致动器移动使粒子转向该第一出口，并且其中在该静止位置与该第二活动位置之间的致动器移动使粒子转向一个第三出口。

A20.如权利要求A18或权利要求A19所述的系统，其中该致动器被附接至该柔性界面上

A21.如权利要求A18至A20中任一项所述的系统，其中该致动器被预先加载至该柔性界面上。

A22.如权利要求A1至A21中任一项所述的系统，进一步包括一个双晶压电元件。

A23.如权利要求A15至A22中任一项所述的系统，其中该双晶压电元件包括该柔性界面。

A24.如权利要求A15至A22中任一项所述的系统，其中该双晶压电元件与该柔性界面相接触。

A25.如权利要求A15至A24中任一项所述的系统，其中该双晶压电元件被配置用于两个方向上的偏转，以便使该流动通道中的精子在两个方向上转向。

A26.如权利要求A1至A25中任一项所述的系统，其中该转向机构包括被联接至该流动通道的一个变换器。

A27.如权利要求A26所述的系统，其中该变换器包括用于使该流动通道中的粒子转向的一个超声波变换器。

A28.如权利要求A27所述的系统，其中该超声波变换器包括一个超声波变换器阵列，并且进一步包括一个驱动元件，该驱动元件对在该阵列中的每个变换器的启动计时，以便实现所希望的偏转。

A29.如权利要求A28所述的系统，包括一个第二超声波变换器阵列，其中每个超声波变换器阵列位于该流动通道的相对侧上。

A30.如权利要求A28或A29所述的系统，其中该超声波变换器阵列被配置用于产生多个驻波。

A31.如权利要求A28至A30中任一项所述的系统，其中该超声波变换器阵列被配置用于维持在该流动路径中的一个精子细胞的朝向该第一出口的轨迹，使在一个流动路径中的一个精子细胞的轨迹朝向该第二出口偏转，或者使在一个流动路径中的一个精子细胞的轨迹朝向一个第三出口偏转。

A32.如权利要求A26至A31中任一项所述的系统，其中该变换器被至少部分地嵌入邻近该流动通道的该衬底中。

A33.如权利要求A26至A32中任一项所述的系统，其中该变换器被放置成与该衬底的一个外表面相接触。

A34.如权利要求A1至A33中任一项所述的系统，进一步包括用于将该流动通道中的精子偏转的一个或多个电磁辐射源。

A35.如权利要求A1至A34中任一项所述的系统，进一步包括光束成形光学器件，该光束成形光学器件用于操纵从该电磁辐射源产生的电磁辐射，以便检验该至少一个流动通道的每个检验区处的精子。

A36.如权利要求A35所述的系统，其中该至少一个流动通道包括多个流动通道，并且其中该光束成形光学器件包括一个分束装置，该分束装置用于将多个大致等同的光束引导至该多个流动通道的每一个的该检验区处。

A37.如权利要求A36所述的系统，其中该分束装置包括一个反射面或折射材料，该反射面或折射材料用于将该光束轮廓的多个部分作为多个光束段反射，或者用于在具有相同轮廓的多个光束之间划分一个光束强度。

A38.如权利要求A35至A37中任一项所述的系统，其中该光束成形光学器件进一步包括用于建立一个高顶光束轮廓的一个光束成形光学器件。

A39.如权利要求A1至A38中任一项所述的系统，其中每个流动通道具有将由该流动通道中的精子所产生的一个侧向荧光重定向的一个关联的反射面或一个关联的折射元件。

A40.如权利要求A39所述的系统，其中该关联的反射面或该关联的折射元件将一个侧向荧光重定向在大致平行于一个第一荧光的一个方向上。

A41.如权利要求A39或A40所述的系统，其中该第一荧光包括一个前向荧光。

A42.如权利要求A39或A40所述的系统，其中该第一荧光包括一个反向荧光。

A43.如权利要求A39至A42中任一项所述的系统，其中该反射面是由该衬底上的一个表面形成。

A44.如权利要求A39至A42中任一项所述的系统，其中该反射面是由该流动通道的一个表面形成。

A45.如权利要求A39至A44中任一项所述的系统，其中每个流动通道被通过一个光阻断元件分开。

A46.如权利要求A39至A42或至A45中任一项所述的系统，其中该反射面进一步包括嵌入在该衬底中的一个反射元件。

A47.如权利要求A39至A43或至权利要求A45中任一项所述的系统，其中该反射面包括该衬底的由邻近该检验区的切除部分所形成的一个外表面，其中在该切除部分中的折射率差异提供了一个反射特性。

A48.如权利要求A47所述的系统，其中该切除部分提供了一个反射面，该反射面相对于该衬底的表面和/或该精子的所希望的平面或取向呈约45度角。

A49.如权利要求A47或48所述的系统，进一步包括一个第二反射面，该第二反射面包括该衬底的由邻近该检验区的一个第二切除部分所形成的一个第二外表面，用于产生一个第二侧向荧光。

A50.如权利要求A1至A49中任一项所述的系统，其中该检测器包括一个前向荧光检测器。

A51.如权利要求50所述的系统，进一步包括一个第一侧向荧光检测器。

A52.如权利要求51所述的系统，进一步包括一个第二侧向荧光检测器。

A53.如权利要求A52所述的系统，其中该第一和该第二侧向荧光检测器以分开约90度来设置。

A54.如权利要求A51至A53中任一项所述的系统，进一步包括测量多个流动通道的每一个中的一个第一侧向荧光值的一个第一侧向荧光检测器阵列，和一个第二侧向荧光检测器阵列。

A55.如权利要求A1至A54中任一项所述的系统，进一步包括用于收集来自一个或多个流动通道的荧光的收集光学器件。

A56.如权利要求A55所述的系统，其中该收集光学器件包括用于收集来自多个流动通道的荧光的一个单一的集光透镜。

A57.如权利要求A55所述的系统，进一步包括用于收集来自每个流动通道的荧光的一个透镜阵列。

A58.如权利要求A55所述的系统，进一步包括用于收集来自每个流动通道的荧光的一个光纤阵列。

A59.如权利要求55所述的系统，进一步包括落射照射前向收集光学器件。

A60.如权利要求A59所述的系统，进一步包括一个分色镜，该分色镜被定位成将来自该电磁辐射源的电磁辐射反射至该检验区上，并且在反向上的荧光发射穿过该分色镜行进至一个检测器。

A61.如权利要求A1至A60中任一项所述的系统，其中该流动通道包括多个流体聚焦特征。

A62.如权利要求A61所述的系统，其中该流动通道的这些流体聚焦特征进一步包括：一个芯流形成几何结构。

A63.如权利要求A62所述的系统，其中该芯流形成几何结构进一步包括：一个横向流体聚焦区；一个第一垂直流体聚焦部件；以及一个第二垂直流体聚焦部件。

A64.如权利要求A63所述的系统，其中该第一垂直流体聚焦部件包括一个第一垂直流体聚焦通道，并且该第二垂直流体聚焦部件包括一个第二垂直流体聚焦通道。

A65.如权利要求A64所述的系统，其中该第一垂直流体聚焦通道和该第二垂直流体聚焦通道在相反垂直位置中与该流动通道连通。

A66.如权利要求A64或A65所述的系统，其中该第一垂直流体聚焦通道提供了一个第一垂直影响，并且其中该第二垂直流体聚焦通道提供了在与该第一垂直影响相反方向上的一个第二垂直影响。

A67.如权利要求A61至A66中任一项所述的系统，其中该流动通道的这些流体聚焦特征进一步包括：用于在每个流动通道中产生多个压力波的多个变换器。

A68.如权利要求A67所述的系统，其中该至少一组变换器被彼此对称地定位，具有垂直于精子的所希望的取向的一个表面。

A69.如权利要求A68所述的系统，进一步包括用于每个流动通道的一系列变换器。

A70.如权利要求A69所述的系统，其中该系列变换器被配置用于沿着该流动通道产生一个压力驻波。

A71.如权利要求A1至A70中任一项所述的系统，其中该至少一个流动通道包括多个定向特征。

A72.如权利要求A71所述的系统，其中这些定向特征包括被确定尺寸以使得定向精子细胞的一个内部通道几何结构。

A73.如权利要求A72所述的系统，其中该通道几何结构进一步包括一个平面通道几何结构。

A74.如权利要求A72或A73所述的系统，其中该通道几何结构进一步包括一个喷嘴几何结构。

A75.如权利要求A72至A74中任一项所述的系统，其中该通道几何结构进一步包括以下这些通道特征中的一个或多个：一个锯齿、一个平缓的坡道、一个陡峭的坡道、一个释压-压缩区、一个阶梯、或者一个波状起伏。

A76.如权利要求A71至A75中任一项所述的系统，其中这些定向特征进一步包括：一个磁铁，该磁铁用于在每个流动通道的该定向区域中产生一个磁场。

A77.如权利要求A1至A76中任一项所述的系统，其中该流动通道进一步包括与该鞘源流体连通的一个鞘入口，和与该样品源流体连通的一个样品入口，该样品入口被定位在由该鞘入口产生的一个鞘流中，以便促进鞘和样品的一个同轴流。

A78.如权利要求A77所述的系统，其中该样品入口包括一个有斜面的、平坦的、或者具有一个矩形横截面的入口。

A79.如权利要求A77或A78所述的系统，其中该流动通道在该样品入口处包括一个第一宽度和一个第一高度。

A80.如权利要求A79所述的系统，其中该流动通道在一个第一转变点处包括一个第二宽度和一个第二高度。

A81.如权利要求A80所述的系统，其中该流动通道的该宽度在该样品入口与该第一转变点之间被减小。

A82.如权利要求A80或A81所述的系统，其中该流动通道在一个第二转变点处包括一个第三宽度和一个第三高度。

A83.如权利要求A81所述的系统，其中该宽度在该第一转变点与该第二转变点之间保持不变，并且该高度在该第一转变点与该第二转变点之间被减小。

A84.如权利要求A82或A83所述的系统，其中该第三高度和该第三宽度被维持穿过该检验区。

A85.如权利要求A1至A84中任一项所述的系统，其中该流动通道从正方形横截面转变成一个矩形横截面。

A86.如权利要求A1至A82中任一项所述的系统，其中该流动通道从一个圆形横截面转变成一个椭圆形横截面。

A87.如权利要求A1至A86中任一项所述的系统，进一步包括至少一个掩模。

A88.如权利要求A87所述的系统，其中该至少一个掩模包括一个照射掩模，该照射掩模被定位在被引导至该检验区的电磁辐射的路径中。

A89.如权利要求A88所述的系统，其中该照射掩模沿着该流动路径包括一个第一区域和一个第二区域。

A90.如权利要求A89所述的系统，其中该第一区域提供了一个开口，该开口被配置用于产生一个充分的波形脉冲，以便当有活力的携带X染色体精子与有活力的携带Y染色体精子被定向时来将它们进行区分。

A91.如权利要求A89或A90所述的系统，其中该第二区域包括一系列的开口，这些开口被配置用于产生一系列的波形脉冲，这些波形脉冲将定向的精子细胞与未定向的精子细胞进行区分。

A92.如权利要求A89至A91中任一项所述的系统，其中该第二区域包括一系列的开口，这些开口沿着该流动路径具有多个不同的横向分布。

A93.如权利要求A89至A92中任一项所述的系统，其中该第二区域包括一个第一对间隔开口，随后是一个第二对间隔开口，其中该间隔在该第一对开口与该第二对开口之间是不同的。

A94.如权利要求A89至A92中任一项所述的系统，其中该第二区域包括沿着该流动路径的一系列连续的开口，每个开口沿着该流动路径具有一个不同的横向位置。

A95.如权利要求A88所述的系统，其中该至少一个掩模包括处于一个收集的电磁辐射的光路中的至少一个检测掩模。

A96.如权利要求A95所述的系统，其中一个第一检测掩模被放置在发射的前向荧光的路径中，并且一个第二检测掩模被放置在发射的侧向荧光的路径中。

A97.如权利要求A96所述的系统，其中该第一检测掩模和该第二检测掩模具有不同的裂缝分布，并且其中每个掩模与相同的检测器通信。

A98.如权利要求A97所述的系统，其中该分析器与该检测器通信，并且被配置用于基于该第一检测掩模和该第二检测掩模中的每一个中的裂缝分布，来对表示该前向荧光的一个第一波形脉冲和表示该侧向荧光的一个第二波形脉冲进行解卷积。

A99.如权利要求A87所述的系统，其中该掩模被定位在自由空间中。

A100.如权利要求A87所述的系统，其中该掩模位于该衬底上。

A101.如权利要求A1至A100中任一项所述的系统，其中该检测器包括一个第一检测器，并且该系统进一步包括一个第二检测器。

A102.如权利要求A101所述的系统，其中该第一检测器包括一个吸收检测器，并且该第二检测器包括一个荧光检测器。

A103.如权利要求A102所述的系统，进一步包括在该吸收检测器的光路中的一个中性密度滤光器。

B1.一种用于分选精子的微流体芯片，该微粒体芯片包括：

一个衬底；

多个流动通道，这些流动通道被形成在该衬底中，每个流动通道包括：

一个入口；

一个流体聚焦区，该流体聚焦区具有一个关联的流体聚焦特征，该流体聚焦特征用于将该流动通道中的精子细胞对准；

一个精子定向区，该精子定向区具有一个关联的精子定向特征，该精子定向特征用于将该流动通道中的精子细胞定向；

一个检验区，该检验区至少部分在该流体聚焦区与该精子定向区的下游处；

至少一个第一出口和一个第二出口；以及

一个转向机构，该转向机构与每个流动通道连通。

B2.如权利要求B1所述的微流体芯片，其中该流动通道聚焦区的这些流体聚焦特征进一步包括：一个芯流形成几何结构。

B3.如权利要求B1或B2所述的微流体芯片，其中该芯流形成几何结构进一步包括：一个横向流体聚焦区；一个第一垂直流体聚焦部件；以及一个第二垂直流体聚焦部件。

B4.如权利要求B3所述的微流体芯片，其中该第一垂直流体聚焦部件包括一个垂直流体聚焦通道，并且该第二垂直流体聚焦部件包括一个第二垂直流体聚焦通道。

B5.如权利要求B4所述的微流体芯片，其中该第一垂直流体聚焦通道和该第二垂直流体聚焦通道在相反垂直位置中与该流体聚焦区连通。

B6.如权利要求B4或B5所述的微流体芯片，其中该第一流体垂直聚焦通道提供了一个第一垂直影响，并且其中该第二垂直流体聚焦通道提供了在与该第一垂直影响相反方向上的一个第二垂直影响。

B7.如权利要求B1至B6中任一项所述的微流体芯片，其中该流体聚焦区的该流体聚焦特征进一步包括：用于在每个流动通道的该聚焦区中产生多个压力波的多个超声波变换器。

B8.如权利要求B1至B7中任一项所述的微流体芯片，其中该流体聚焦区的该流体聚焦特征进一步包括：用于沿着该流动通道产生一个压力驻波的一个超声波变换器阵列。

B9.如权利要求B1至B8中任一项所述的微流体芯片，其中该流动通道定向区的该精子定向特征进一步包括：一个通道几何结构。

B10.如权利要求B9所述的微流体芯片，其中该通道几何结构进一步包括一个平面通道几何结构。

B11.如权利要求B9或B10所述的微流体芯片，其中该通道几何结构进一步包括一个喷嘴几何结构。

B12.如权利要求B9至B11中任一项所述的微流体芯片，其中该通道几何结构进一步包括以下这些通道特征中的一个或多个：一个锯齿、一个平缓的坡道、一个释压-压缩区、一个陡峭的坡道、或者一个阶梯。

B13.如权利要求B1至B12中任一项所述的微流体芯片，其中该精子定向区的这些精子定向特征进一步包括：一个磁铁，该磁铁用于在每个流动通道的该定向区域中产生一个磁场。

B14.如权利要求B1至B13中任一项所述的微流体芯片，其中该精子定向区的这些精子定向特征进一步包括用于沿着该流动通道产生一个压力驻波的一个超声波变换器阵列。

B15.如权利要求B1至B14中任一项所述的微流体芯片，其中该转向机构包括一个气泡阀。

B16.如权利要求B1至B14中任一项所述的微流体芯片，其中该转向机构包括一个超声波变换器阵列。

B17.如权利要求B1至B16中任一项所述的微流体芯片，其中每个流动通道具有将由该流动通道中的精子所产生的一个侧向荧光重定向的一个关联的反射面或折射元件。

B18.如权利要求B17所述的微流体芯片，其中该关联的反射面将一个侧向荧光重定向在大致平行于一个第一荧光的一个方向上。

B19.如权利要求B18所述的微流体芯片，其中该第一荧光包括一个前向荧光。

B20.如权利要求B18所述的微流体芯片，其中该第一荧光包括一个反向荧光。

B21.如权利要求B17至B19中任一项所述的微流体芯片，其中该反射面被形成为该衬底上的一个表面。

B22.如权利要求B17至B19中任一项所述的微流体芯片，其中该反射面被形成为该流动通道的一个表面。

B23.如权利要求B1至B22中任一项所述的微流体芯片，其中该流动通道进一步包括与该鞘源流体连通的一个鞘入口，并且其中该样品入口被定位在由该鞘入口产生的一个鞘流中，以便促进鞘和样品的一个同轴流。

B24.如权利要求B23所述的微流体芯片，其中该样品入口包括一个有斜面的入口。

B25.如权利要求B23或B24所述的微流体芯片，其中该流动通道在该样品入口处包括一个第一宽度和一个第一高度。

B26.如权利要求B25所述的微流体芯片，其中该流动通道在一个第一转变点处包括一个第二宽度和一个第二高度。

B27.如权利要求B26所述的微流体芯片，其中该流动通道的该宽度在该样品入口与该第一转变点之间被减小。

B28.如权利要求B27所述的微流体芯片，其中该流动通道在一个第二转变点处包括一个第三宽度和一个第三高度。

B29.如权利要求B28所述的微流体芯片，其中该宽度在该第一转变点与该第二转变点之间保持不变，并且该高度在该第一转变点与该第二转变点之间被减小。

B30.如权利要求B28或B29所述的微流体芯片，其中该第三高度和该第三宽度被维持穿过该检验区。

B31.如权利要求B1至B30中任一项所述的微流体芯片，其中该流体流动通道从正方形横截面转变成一个矩形横截面。

B32.如权利要求B1至B30中任一项所述的微流体芯片，其中该流动通道从一个圆形横截面转变成一个椭圆形横截面。

C1.一种分选精子的方法，该方法包括以下步骤：使精子流动通过在一个微流体芯片中的多个流动通道；将这些多个流动通道中的精子定向；使该定向的精子流动通过在这些流动通道中的一个检验区；在该至少一个检验区处分析精子，以便确定精子特征；将在这些流动通道中的定向的精子与未定向的精子进行区分；基于所检测到的精子特征来选择定向精子的一个亚群；将该选择的精子亚群收集在一个收集容器中。

C2.如权利要求C1所述的方法，进一步包括以下步骤：提供一个电磁辐射源；操纵从该电磁辐射源产生的电磁辐射，用于检验多个检验区。

C3.如权利要求C2所述的方法，其中操纵电磁辐射的该步骤进一步包括以下步骤：将由该电磁辐射源产生的该电磁辐射分离。

C4.如权利要求C2或C3所述的方法，其中操纵该电磁辐射的该步骤进一步包括以下步骤：操纵该电磁辐射的光束轮廓的形状。

C5.如权利要求C1至C4中任一项所述的方法，其中基于所检测到的精子特征来选择精子的一个亚群的该步骤进一步包括以下步骤：基于所检测到的精子特征来将在流动通道中的一个选择的精子的流动转向。

C6.如权利要求C1至C5中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：将定向的精子与未定向的精子进行区分，并且从选择中排除未定向的精子。

C7.如权利要求C1至C6中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：响应于在该检验区处的精子发射的电磁辐射，利用一个前向荧光检测器产生一个第一信号，其中该第一信号包括具有可检测的脉冲特征的多个波形脉冲。

C8.如权利要求C7所述的方法，进一步包括以下步骤：利用一个侧向荧光检测器产生一个第二信号。

C9.如权利要求C8所述的方法，其中利用一个侧向荧光检测器产生一个第二信号的该步骤进一步包括将一个反射元件与每个流动通道相关联，用于向外反射该侧向荧光并且检测平行于一个前向荧光的该侧向荧光。

C10.如权利要求C9所述的方法，进一步包括以下步骤：检测通过一个第一掩模的该前向荧光，和通过一个第二掩模的该侧向荧光。

C11.如权利要求C10所述的方法，进一步包括以下步骤：对来自由该检测器产生的信号的一个第一波形脉冲和一个第二波形脉冲进行解卷积。

C12.如权利要求C11所述的方法，其中该解卷积的波形脉冲提供了该精子取向。

C13.如权利要求C1至C7中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：响应单一精子，利用一个单一检测器产生多个波形脉冲，其中该多个波形脉冲提供了关于该精子细胞的取向信息。

C14.如权利要求C13所述的方法，进一步包括以下步骤：测量激光消光以便确定精子取向。

C15.如权利要求C14所述的方法，进一步包括以下步骤：利用一个第一侧向荧光检测器产生一个第二信号，其中该第二信号包括具有可检测的脉冲特征的多个波形脉冲；并且利用一个第二侧向荧光检测器产生一个第三信号，其中该第二信号包括具有可检测的脉冲特征的多个波形脉冲。

C16.如权利要求C15所述的方法，其中这些第二和第三信号的脉冲特征区分了精子细胞的取向。

C17.如权利要求C15或权利要求16所述的方法，其中这些脉冲特征是选自下组，该组由以下各项组成：峰值高度、脉冲宽度、脉冲峰值滞后、脉冲斜率、脉冲面积、以及它们的组合。

C18.如权利要求C15至C17中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：将该第二信号的这些脉冲特征与该第三信号的这些脉冲特征进行比较，以便确定精子取向。

如从上文可以容易地了解到，本发明的基本概念能以多种方式体现。本发明涉及性别分选精子的众多且不同的实施例，包括但不限于本发明的最佳方式。

正因为这样，由说明书披露或本申请所随附的图或表显示的本发明的具体实施例或要素并不旨在是限制性的，而是一般由本发明涵盖的众多且不同的实施例或关于其任何特殊要素涵盖的等效物的说明。此外，本发明的一个单一实施例或元件的具体描述可能未明确地描述所有可能的实施例或元件；许多替代物由说明书和图隐含地披露。

应了解，一个设备的每个元件或一种方法的每个步骤可以由一个设备术语或方法术语描述。此类术语可以在希望使本发明所有权获得的隐含地广泛涵盖范围明确时被取代。作为一个示例，应了解，一种方法的所有步骤都可以被披露为一个行动、采取该行动的一种手段或造成该行动的一个元件。类似地，一个设备的每个元件都可以被披露为物理元件或该物理元件促进的行动。但是作为一个示例，“分选器”的披露应理解为涵盖“分选”的行动的披露(无论是否明确地论述)，并且相反地，有效地存在“分选”的行动的披露，这样的披露应理解为涵盖一个“分选器”和甚至一种“用于分选的手段”的披露。用于每个元件或步骤的此类替代术语被理解为明确地包括在说明书中。

另外，关于所使用的每个术语，应了解，除非其在本申请中的利用与这种解释不一致，否则常见词典定义应理解为包括在如兰登书屋韦氏未删节词典(Random HouseWebster's Unabridged Dictionary)，第二版中包含的每个术语的描述中，每个定义通过引用结合在此。

此外，出于本发明的目的，术语“一个”或“一种”实体指代一个或多个这种实体。这样，术语“一个”或“一种”、“一个或多个”以及“至少一个”在此可以相互交换地使用。

无论是否明确指示，假设在此的所有数值由术语“约”来修饰。出于本发明的目的，范围可以表述为从“约”一个特定值至“约”另一特定值。当表述这种范围时，另一个实施例包括从一个特定值至另一个特定值。用端点对数值范围的叙述包括所有包含在此范围内的数值。一至五的数字范围包括例如数值1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等。还将理解，每个范围的端点相对于另一个端点以及独立于另一个端点都是有意义的。当一个值被表述为使用前缀“约”的近似值时，将理解，此特定值形成另一个实施例。

本专利申请的背景部分提供了本发明所涉及的领域的陈述。这个部分还可以结合或含有对可用于本发明所涉及的技术状态有关的相关信息、问题或顾虑中的某些美国专利、专利申请、公开案或要求保护的发明的主题的解释。任何美国专利、专利申请、公开案、陈述或在此引用或结合的其他信息都不意图解释、理解或视作是承认作为相关于本发明的现有技术。

本说明书中陈述的权利要求通过引用结合在此作为本发明的本说明书的一部分，并且申请人明确地保留使用此类权利要求的这种结合的内容的全部或一部分作为支撑权利要求中任一项或全部或其任何元件或组件的另外的说明书的权利，并且申请人视需要进一步明确地保留将此类权利要求的结合的内容中任何部分或全部或其任何元件或组件从说明书移动到权利要求书中的权利或反之亦然，以界定由本申请或由其任何后续申请或接续申请、部分申请或部分接续申请寻求保护的主题，或获得减少依据或符合任何国家或条约的专利法、规则或法规的费用的任何好处，并且通过引用结合的这种内容在本申请(包括其任何后续接续申请、部分申请或部分接续申请)的整个待定或对其的任何再颁布或延伸期间应继续存在。

Claims (118)

1.一种精子分选系统，包括：

一个样品源；

一个鞘源；

一个衬底；

至少一个流动通道，该至少一个流动通道形成在该衬底中，该流动通道具有与该样品源流体连通的一个样品入口，该流动通道进一步包括一个检验区、一个第一出口、第二出口以及与该鞘源流体连通的一个鞘入口，所述至少一个流动通道进一步包括一个芯流形成几何结构，该芯流形成几何结构具有一个横向流体聚焦区、一个第一垂直流体聚焦通道以及一个第二垂直流体聚焦通道，所述第一垂直流体聚焦通道和所述第二垂直流体聚焦通道接触所述流动通道的相反垂直侧面，其中，该样品入口被定位在由该鞘入口产生的一个鞘流中，以便促进鞘和样品的一个同轴流，从而所述同轴流中的粒子的速度在所述至少一个流动通道中为1.5m/s与5m/s之间；

至少一个转向机构，该至少一个转向机构与该至少一个流动通道中的每一个连通，以便选择性地将在该至少一个流动通道中的精子转向远离该第一出口；

一个电磁辐射源，该电磁辐射源用于在该检验区处照射精子；

一个检测器，该检测器被对准以便在该至少一个流动通道的该检验区中测量精子特征；

一个分析器，该分析器与该检测器通信，以便确定精子特征；

一个控制器，该控制器与该分析器通信，用于基于测得的精子特征选择性地启动该转向机构；以及

一个收集容器，该收集容器与该第二出口连通。

2.如权利要求1所述的系统，其中该至少一个流动通道包括形成在一个微流体芯片上的多个流动通道。

3.如权利要求2所述的系统，其中这些多个流动通道包括在4个与512个之间的流动通道。

4.如权利要求2所述的系统，其中被表征为有活力的携带X染色体精子的精子或者被表征为有活力的携带Y染色体精子的精子被偏转至每个流动通道的该第二出口。

5.如权利要求4所述的系统，其中该收集容器包括与一个或多个流体通道的该第二出口流体连通的一个共同收集容器。

6.如权利要求1所述的系统，其中每个流动通道进一步包括一个第三出口。

7.如权利要求6所述的系统，其中被表征为有活力的携带X染色体精子的这些精子细胞被转向至该第二出口或该第三出口中的一个，并且被表征为有活力的携带Y染色体精子的精子被转向至该第二出口和该第三出口中的另外一个。

8.如权利要求6所述的系统，其中这些流动通道的每个第二出口被连接至一个第一共同收集容器上。

9.如权利要求6所述的系统，其中这些流动通道的每个第三出口被连接至一个第二共同收集容器上。

10.如权利要求1所述的系统，进一步包括与该第一出口连通的一个被动收集容器。

11.如权利要求1所述的系统，进一步包括一个鞘流体再循环系统，该鞘流体再循环系统包括：

一个传送机构，该传送机构与该被动收集容器流体连通；

一个流体路径，该流体路径将该被动收集容器连接至该鞘源上；以及

一个粒子浓缩装置或一个流体移除系统，该粒子浓缩装置或流体移除系统处于将该被动收集容器连接至该鞘源上的该流体路径中。

12.如权利要求1所述的系统，其中该至少一个流动通道包括形成在一个微流体芯片上的多个流动通道，并且其中该转向机构的至少一部分被嵌入在该微流体芯片中。

13.如权利要求1所述的系统，其中该至少一个流动通道包括形成在一个微流体芯片上的多个流动通道，并且其中该转向机构的至少一部分被定位在该微流体芯片的外部上。

14.如权利要求1所述的系统，其中该转向机构包括一个侧通路，该侧通路与该流动通道流体连通，并且通过一个柔性界面与一个流体体积流体连通。

15.如权利要求14所述的系统，其中该流体包括选自下组的一种，该组由以下各项组成：一种胶体、一种液体、以及一种气体。

16.如权利要求14所述的系统，进一步包括一个致动器，该致动器接触该柔性界面的一部分，其中该致动器与该控制器通信。

17.如权利要求16所述的系统，其中该致动器在一个静止位置与两个或更多个启动位置之间是可移动的，同时维持与该柔性界面的接触。

18.如权利要求17所述的系统，进一步包括一个第三出口，并且其中粒子被动地流至该第二出口，并且其中在该静止位置与该两个或更多个启动位置中的第一启动位置之间的致动器移动使粒子转向该第一出口，并且其中在该静止位置与该两个或更多个启动位置中的第二启动位置之间的致动器移动使粒子转向一个第三出口。

19.如权利要求17所述的系统，其中该致动器被附接至该柔性界面上。

20.如权利要求17所述的系统，其中该致动器被预先加载至该柔性界面上。

21.如权利要求14所述的系统，进一步包括一个双晶压电元件。

22.如权利要求21所述的系统，其中该双晶压电元件包括该柔性界面。

23.如权利要求21所述的系统，其中该双晶压电元件与该柔性界面相接触。

24.如权利要求21所述的系统，其中该双晶压电元件被配置用于两个方向上的偏转，以便使该流动通道中的精子在两个方向上转向。

25.如权利要求1所述的系统，其中该转向机构包括被联接至该流动通道的一个变换器。

26.如权利要求25所述的系统，其中该变换器包括用于使该流动通道中的粒子转向的一个超声波变换器。

27.如权利要求26所述的系统，其中该超声波变换器包括一个超声波变换器阵列，并且进一步包括一个驱动元件，该驱动元件对在该阵列中的每个变换器的启动计时，以便实现所希望的偏转。

28.如权利要求27所述的系统，包括一个第二超声波变换器阵列，其中每个超声波变换器阵列位于该流动通道的相对侧上。

29.如权利要求27所述的系统，其中该超声波变换器阵列被配置用于产生多个驻波。

30.如权利要求27所述的系统，其中该超声波变换器阵列被配置用于维持在该流动路径中的一个精子细胞的朝向该第一出口的轨迹，使在一个流动路径中的一个精子细胞的轨迹朝向该第二出口偏转，或者使在一个流动路径中的一个精子细胞的轨迹朝向一个第三出口偏转。

31.如权利要求25所述的系统，其中该变换器被至少部分地嵌入邻近该流动通道的该衬底中。

32.如权利要求25所述的系统，其中该变换器被放置成与该衬底的一个外表面相接触。

33.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于将该流动通道中的精子偏转的一个或多个电磁辐射源。

34.如权利要求1所述的系统，进一步包括光束成形光学器件，该光束成形光学器件用于操纵从该电磁辐射源产生的电磁辐射，以便检验该至少一个流动通道的每个检验区处的精子。

35.如权利要求34所述的系统，其中该至少一个流动通道包括多个流动通道，并且其中该光束成形光学器件包括一个分束装置，该分束装置用于将多个等同的光束引导至该多个流动通道的每一个的该检验区处。

36.如权利要求35所述的系统，其中该分束装置包括一个反射面或折射材料，该反射面或折射材料用于将该光束轮廓的多个部分作为多个光束段反射，或者用于在具有相同轮廓的多个光束之间划分一个光束强度。

37.如权利要求34所述的系统，其中该光束成形光学器件进一步包括用于建立一个高顶光束轮廓的一个光束成形光学器件。

38.如权利要求1所述的系统，其中每个流动通道具有将由该流动通道中的精子所产生的一个侧向荧光重定向的一个关联的反射面或一个关联的折射元件。

39.如权利要求38所述的系统，其中该关联的反射面或该关联的折射元件将一个侧向荧光重定向在大致平行于一个第一荧光的一个方向上。

40.如权利要求39所述的系统，其中该第一荧光包括一个前向荧光。

41.如权利要求39所述的系统，其中该第一荧光包括一个反向荧光。

42.如权利要求38所述的系统，其中该反射面是由该衬底上的一个表面形成。

43.如权利要求38所述的系统，其中该反射面是由该流动通道的一个表面形成。

44.如权利要求38所述的系统，其中每个流动通道被一个光阻断元件分开。

45.如权利要求38所述的系统，其中该反射面进一步包括嵌入在该衬底中的一个反射元件。

46.如权利要求38所述的系统，其中该反射面包括该衬底的由邻近该检验区的切除部分所形成的一个外表面，其中在该切除部分中的折射率差异提供了一个反射特性。

47.如权利要求46所述的系统，其中该切除部分提供了一个反射面，该反射面相对于该衬底的表面和/或该精子的所希望的平面或取向呈45度角。

48.如权利要求46所述的系统，进一步包括一个第二反射面，该第二反射面包括该衬底的由邻近该检验区的一个第二切除部分所形成的一个第二外表面，用于产生一个第二侧向荧光。

49.如权利要求1所述的系统，其中该检测器包括一个前向荧光检测器。

50.如权利要求49所述的系统，进一步包括一个第一侧向荧光检测器。

51.如权利要求50所述的系统，进一步包括一个第二侧向荧光检测器。

52.如权利要求51所述的系统，其中该第一和该第二侧向荧光检测器以分开90度来定位。

53.如权利要求50所述的系统，进一步包括测量多个流动通道的每一个中的一个第一侧向荧光值的一个第一侧向荧光检测器阵列，和一个第二侧向荧光检测器阵列。

54.如权利要求1所述的系统，进一步包括用于收集来自一个或多个流动通道的荧光的收集光学器件。

55.如权利要求54所述的系统，其中该收集光学器件包括用于收集来自多个流动通道的荧光的一个单一集光透镜。

56.如权利要求54所述的系统，进一步包括用于收集来自每个流动通道的荧光的一个透镜阵列。

57.如权利要求54所述的系统，进一步包括用于收集来自每个流动通道的荧光的一个光纤阵列。

58.如权利要求54所述的系统，进一步包括落射照射前向收集光学器件。

59.如权利要求58所述的系统，进一步包括一个分色镜，该分色镜被定位成将来自该电磁辐射源的电磁辐射反射至该检验区上，并且在反向上的荧光发射穿过该分色镜行进至一个检测器。

60.如权利要求1所述的系统，其中该第一垂直流体聚焦通道提供了一个第一垂直影响，并且其中该第二垂直流体聚焦通道提供了在与该第一垂直影响相反方向上的一个第二垂直影响。

61.如权利要求1所述的系统，其中该流动通道进一步包括：用于在每个流动通道中产生多个压力波的多个变换器。

62.如权利要求61所述的系统，其中该至少一组变换器被彼此对称地定位，具有垂直于精子的所希望的取向的一个表面。

63.如权利要求62所述的系统，进一步包括用于每个流动通道的一系列变换器。

64.如权利要求63所述的系统，其中该系列变换器被配置用于沿着该流动通道产生一个压力驻波。

65.如权利要求1所述的系统，其中该至少一个流动通道包括多个定向特征。

66.如权利要求65所述的系统，其中这些定向特征包括被确定尺寸以使得定向精子细胞的一个内部通道几何结构。

67.如权利要求66所述的系统，其中该通道几何结构进一步包括一个平面通道几何结构。

68.如权利要求66所述的系统，其中该通道几何结构进一步包括一个喷嘴几何结构。

69.如权利要求66所述的系统，其中该通道几何结构进一步包括以下这些通道特征中的一个或多个：一个锯齿、一个平缓的坡道、一个陡峭的坡道、一个释压-压缩区、一个阶梯、或者一个或多个波状起伏。

70.如权利要求65所述的系统，其中这些定向特征进一步包括：一个磁铁，该磁铁用于在每个流动通道的该定向区域中产生一个磁场。

71.如权利要求1所述的系统，其中该样品入口包括一个有斜面的、平坦的、或者具有一个矩形横截面的入口。

72.如权利要求1所述的系统，其中该流动通道在该样品入口处包括一个第一宽度和一个第一高度。

73.如权利要求72所述的系统，其中该流动通道在一个第一转变点处包括一个第二宽度和一个第二高度。

74.如权利要求73所述的系统，其中该流动通道的宽度在该样品入口与该第一转变点之间被减小。

75.如权利要求73所述的系统，其中该流动通道在一个第二转变点处包括一个第三宽度和一个第三高度。

76.如权利要求75所述的系统，其中该流动通道的宽度在该第一转变点与该第二转变点之间保持不变，并且该流动通道的高度在该第一转变点与该第二转变点之间被减小。

77.如权利要求75所述的系统，其中该第三高度和该第三宽度被维持穿过该检验区。

78.如权利要求75所述的系统，其中该流动通道从正方形横截面转变成一个矩形横截面。

79.如权利要求75所述的系统，其中该流动通道从一个圆形横截面转变成一个椭圆形横截面。

80.如权利要求1所述的系统，进一步包括至少一个掩模。

81.如权利要求80所述的系统，其中该至少一个掩模包括一个照射掩模，该照射掩模被定位在被引导至该检验区的电磁辐射的路径中。

82.如权利要求81所述的系统，其中该照射掩模沿着该流动路径包括一个第一区域和一个第二区域。

83.如权利要求82所述的系统，其中该第一区域提供了一个开口，该开口被配置用于产生一个充分的波形脉冲，以便当有活力的携带X染色体精子和有活力的携带Y染色体精子被定向时来将它们进行区分。

84.如权利要求82所述的系统，其中该第二区域包括一系列的开口，这些开口被配置用于产生一系列的波形脉冲，这些波形脉冲将定向的精子细胞与未定向的精子细胞进行区分。

85.如权利要求82所述的系统，其中该第二区域包括一系列的开口，这些开口沿着该流动路径具有多个不同的横向分布。

86.如权利要求82所述的系统，其中该第二区域包括一个第一对间隔开口，随后是一个第二对间隔开口，其中该间隔在该第一对开口与该第二对开口之间是不同的。

87.如权利要求85所述的系统，其中该第二区域包括沿着该流动路径的一系列连续的开口，每个开口沿着该流动路径具有一个不同的横向位置。

88.如权利要求81所述的系统，其中该至少一个掩模包括至少一个检测掩模。

89.如权利要求88所述的系统，其中一个第一检测掩模被放置在发射的前向荧光的路径中，并且一个第二检测掩模被放置在发射的侧向荧光的路径中。

90.如权利要求89所述的系统，其中该第一检测掩模和该第二检测掩模具有不同的裂缝分布，并且其中每个掩模与相同的检测器通信。

91.如权利要求90所述的系统，其中该分析器与该检测器通信，并且被配置用于基于该第一检测掩模和该第二检测掩模中的每一个中的裂缝分布，来对表示该前向荧光的一个第一波形脉冲和表示该侧向荧光的一个第二波形脉冲进行解卷积。

92.如权利要求80所述的系统，其中该掩模被定位在自由空间中。

93.如权利要求80所述的系统，其中该掩模位于该衬底上。

94.如权利要求1所述的系统，其中该检测器包括一个第一检测器，并且该系统进一步包括一个第二检测器。

95.如权利要求94所述的系统，其中该第一检测器包括一个吸收检测器，并且该第二检测器包括一个荧光检测器。

96.如权利要求95所述的系统，进一步包括在该吸收检测器的光路中的一个中性密度滤光器。

97.一种用于分选精子的微流体芯片，该微流体芯片包括：

一个衬底；

多个流动通道，这些流动通道被形成在该衬底中，每个流动通道包括：

与一个样品源流体连通的一个样品入口；

与一个鞘源流体连通的一个鞘入口，其中该样品入口被定位在由该鞘入口产生的一个鞘流中，以便促进鞘和样品的一个同轴流，从而所述同轴流中的粒子的速度在该流动通道中为1.5m/s与5m/s之间；

一个流体聚焦区，该流体聚焦区具有一个横向流体聚焦区、一个第一垂直流体聚焦通道以及一个第二垂直流体聚焦通道，所述第一垂直流体聚焦通道以及所述第二垂直流体聚焦通道接触所述流动通道的相反垂直侧面；

一个精子定向区，该精子定向区具有通道几何结构，该通道几何结构将该流动通道中的精子细胞定向；

一个检验区，该检验区至少部分在该流体聚焦区与该精子定向区的下游处；

至少一个第一出口和一个第二出口；以及

一个转向机构，该转向机构与每个流动通道连通。

98.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该第一流体垂直聚焦通道提供了一个第一垂直影响，并且其中该第二垂直流体聚焦通道提供了在与该第一垂直影响相反方向上的一个第二垂直影响。

99.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该通道几何结构进一步包括一个平面通道几何结构。

100.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该通道几何结构进一步包括一个喷嘴几何结构。

101.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该通道几何结构进一步包括以下这些通道特征中的一个或多个：一个锯齿、一个平缓的坡道、一个释压-压缩区、一个陡峭的坡道、或者一个阶梯。

102.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该转向机构包括一个气泡阀。

103.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该转向机构包括一个超声波变换器阵列。

104.如权利要求97所述的微流体芯片，其中每个流动通道具有将由该流动通道中的精子所产生的一个侧向荧光重定向的一个关联的反射面或折射元件。

105.如权利要求104所述的微流体芯片，其中该关联的反射面将一个侧向荧光重定向在大致平行于一个第一荧光的一个方向上。

106.如权利要求105所述的微流体芯片，其中该第一荧光包括一个前向荧光。

107.如权利要求105所述的微流体芯片，其中该第一荧光包括一个反向荧光。

108.如权利要求105所述的微流体芯片，其中该反射面被形成为该衬底上的一个表面。

109.如权利要求105所述的微流体芯片，其中该反射面被形成为该流动通道的一个表面。

110.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该样品入口包括一个有斜面的入口。

111.如权利要求97所述的微流体芯片，其中该流动通道在该样品入口处包括一个第一宽度和一个第一高度。

112.如权利要求111所述的微流体芯片，其中该流动通道在一个第一转变点处包括一个第二宽度和一个第二高度。

113.如权利要求112所述的微流体芯片，其中该流动通道的宽度在该样品入口与该第一转变点之间被减小。

114.如权利要求112所述的微流体芯片，其中该流动通道在一个第二转变点处包括一个第三宽度和一个第三高度。

115.如权利要求114所述的微流体芯片，其中该流动通道的宽度在该第一转变点与该第二转变点之间保持不变，并且该流动通道的高度在该第一转变点与该第二转变点之间被减小。

116.如权利要求115所述的微流体芯片，其中该第三高度和该第三宽度被维持穿过该检验区。

117.如权利要求115所述的微流体芯片，其中该流动通道从正方形横截面转变成一个矩形横截面。

118.如权利要求115所述的微流体芯片，其中该流动通道从一个圆形横截面转变成一个椭圆形横截面。