CN107051911B - 用于微粒分选的微芯片、装置及配套元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于微粒分选的微芯片、装置及配套元件。该用于微粒分选的微芯片包括：样本液引入口，包含微粒的样本液被引入所述样本液引入口；样本液通道，从所述样本液引入口引入的所述样本液流过所述样本液通道；鞘液引入口，鞘液被引入所述鞘液引入口；主通道，所述样本液通道和第一鞘液通道在所述主通道处合并；分支通道，与所述主通道连通；以及旁路鞘液通道，位于分支通道中所述主通道的连通口附近，并且将液体喂入所述分支通道。

Description

用于微粒分选的微芯片、装置及配套元件
本申请是申请号为201310347353.4、发明名称为“微粒分选方法和用于微粒分选的微芯片”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本技术涉及一种微粒分选方法。更具体地，本技术涉及一种用于微粒分选的微芯片、装置及配套元件。
背景技术
已知一种微粒分选装置，它在通道中形成包含着微粒的鞘流，通过在所述鞘流中在所述微粒上照射光来检测从所述微粒发射的荧光和散射光并分离和回收展现预定光学特性的微粒群组(群体)。例如，在流式细胞仪中，通过以荧光染料将包含在样本中的多种类型的细胞标记并光学识别标记在每个细胞上的荧光染料，从而仅分离和回收特定类型的细胞。
在JP 2009-100698A和JP 2005-538727T中公开了微芯片式微粒分选装置，该微粒分选装置通过在通道内形成鞘流来执行分析，其中所述通道是在由塑料、玻璃等制成的微芯片上形成的。
在JP 2009-100698A中公开的微粒分选装置通过在引入通道和分支通道之间的分支部处基于激光照射生成气泡来在该分支部处控制鞘流的喂入方向，其中在该引入通道中形成鞘流，所述分支通道与所述引入通道相连通。根据这种微粒分选装置，在所述分支部处以气泡来控制鞘流的喂入方向能够仅使所述目标微粒从引入通道收集进分支通道中并将其分选。
此外，在JP 2005-538727T中公开的微流体系统在通道分支部处通过使用致动器来控制鞘流的喂入方向。在这种微流体系统中，所述致动器通过按压连接至在引入通道和分支通道之间的分支部的压力室来推出在压力室中的流体而改变鞘流的喂入方向，其中在该引入通道中形成鞘流，所述分支通道与所述引入通道相连通。
发明内容
对于微芯片式微粒分选装置，为了进一步增加分析的速度和精确性，对于用来从流经通道的鞘流中迅速、稳定地仅提取目标微粒的技术存在着需求。
根据本技术的实施方式，提供了能够从流过通道的鞘流中快速和稳定地仅提取目标微粒的微粒分选技术。
根据本技术的实施方式，提供了一种微粒分选方法，包括通过在连通主通道的分支通道中产生负压而在所述分支通道中收集流经所述主通道的液体中的微粒的步骤。在所述步骤中，液体在所述主通道和所述分支通道之间的连通口处形成从所述分支通道侧向所述主通道侧流动的液体的流动(flow，流)。所述流动可以通过将所述液体从引入口引入所述分支通道而形成，该引入口位于所述分支通道中的连通口附近。从所述引入口引入所述分支通道的液体被分成朝向所述连通口流动的逆流和在相反方向流动的顺流。
在这种微粒分选方法中，通过在上述步骤之前和在上述步骤之后维持在所述连通口中形成的从所述分支通道侧朝向所述主通道侧流动的所述液体的流动，能够防止所述主通道中的液体在所述分支通道中没有生成负压期间不必要地进入所述分支通道。
根据本技术的微粒分选方法，在所述步骤中，由于负压而从所述主通道吸入所述分支通道中的液体的流量(flow rate)可大于从所述引入口引入所述分支通道并朝向所述连通口喂入的液体的流量。在所述主通道中的微粒可以由此从所述连通口收集至经过所述分支通道的引入口的位置。
根据本技术的微粒分选方法，在所述步骤中，所述负压可以由致动器施加使所述分支通道的内部空间变形的力量而产生，以引起所述内部空间的容积增加。
所述负压的变化可以具有脉冲波形、阶跃波形或下冲阶跃波形。
根据本技术的实施方式，提供了用于将微粒分选的微芯片，它包含：样本液引入口，包含微粒的样本液引入该开口中；样本液通道，其中从所述样本液引入口引入的样本液流经该通道；鞘液引入口，其中鞘液被引入该开口中；第一鞘液通道，其中从所述鞘液引入口引入的鞘液流经该通道；主通道，其中所述样本液通道和所述第一鞘液通道在该主通道处合并；分支通道，其与所述主通道相连通；以及第二鞘液通道，连接所述鞘液引入口和鞘液排出口，该鞘液排出口位于所述分支通道中的至所述主通道的连通口附近，并且该第二鞘液通道将从所述鞘液引入口引入的鞘液从所述鞘液排出口喂入所述分支通道。根据用于本技术的分选微粒的微芯片，所述第二鞘液通道可以不与所述样本液通道、所述第一鞘液通道或所述主通道相连通。用于在接触面上施加变位的致动器可以被布置为与表面上的所述分支通道向对应的位置相接触。用于由于所述变位而产生容积变化的压力室可以配置在所述分支通道中。所述连通口、所述鞘液排出口以及所述压力室可以按照所提及的顺序布置在所述分支通道中。用于微粒分选的微芯片可以进一步包含两个所述第一鞘液通道。所述鞘液引入口可以提供在两个所述第一鞘液通道的对称中心。在所述分支通道的连通口的相反侧的末端可以是开放端。
在本技术的实施方式中，术语“微粒”具有广泛的含义，其包括生物学相关的微粒，比如细胞、微生物、核蛋白体等，以及包括合成微粒，比如胶乳微粒、凝胶微粒、工业微粒等。
生物学相关的微粒的示例包括形成不同细胞的染色体、脂质体、线粒体、细胞器(细胞器官)。细胞的示例包含动物细胞(造血细胞等)和植物细胞。微生物的示例包括细菌(比如大肠埃希杆菌)、病毒(比如烟草花叶病毒)、真菌(比如酵母)等。生物学相关的微粒的进一步示例包含核酸、蛋白质、它们的复合物等。工业微粒的示例包括有机或者无机高分子材料、金属等。有机高分子材料的示例包括聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。无机高分子材料的示例包括玻璃、硅石、磁性材料等。金属的示例包括金属胶体、铝等。虽然这些微粒的形状通常是球形的，微粒也可以具有非球形的形状。进一步，这些微粒的尺寸和质量没有特别限制。
根据上述的本技术实施方式，提供了能够从流过通道的鞘流中快速、稳定地仅提取目标微粒的微粒分选技术。
附图说明
图1示出根据本技术的第一实施方式的微粒分选装置A的配置的图；
图2示出安装在微粒分选装置A上的微芯片1a的配置的图；
图3示出微芯片1a的配置的图；
图4示出微芯片1a的配置的图；
图5A至图5C示出在微芯片1a的主通道15和分选通道16之间的分支部的配置的图；
图6示出微芯片1a的鞘液旁路通道18的鞘液入口13侧端的配置的图；
图7示出微芯片1a的鞘液旁路通道18的排出口181侧端的配置的图；
图8示出微粒分选装置A中的分选操作的图；
图9示出微芯片1a中的压力室161的功能的图；
图10示出微芯片1a的变形例的配置的图；
图11示出可在主通道15和分选通道16之间的分支部产生的样本液和鞘液的流动的图；
图12A和图12B示出从分选通道16的排出口181引入的鞘液的流动的图；
图13示出在分选操作期间吸入目标微粒的位置的图；
图14A至图14C示出驱动单元23施加在致动器31上的电压波形的图；以及
图15示出微芯片1a的变形例的配置的图。
具体实施方式
在本公开的以下部分，现在将会参考附图详细描述本公开的优选实施方式。应当注意的是在本说明书及其附图中，具有基本上相同功能和结构的结构元件是以相同的标识号表示，并且省略了这些结构元件的重复说明。将会以以下顺序做出所述描述。
1.用于微粒分选的微粒分选装置和微芯片，其能够实施根据本技术实施方式的微粒分选方法
(装置的总体配置)
(微芯片的配置)
2.根据本技术实施方式的微粒分选方法
(分选操作)
(逆流)
(驱动信号)
3.根据本技术实施方式的微粒分选方法的变形例
4.微粒分选程序
1.用于微粒分选的微粒分选装置和微芯片，其能够实施根据本技术的实施方式的微粒分选方法
(装置的总体配置)
图1示出适合实施根据本技术实施方式的微粒分选方法的微粒分选装置A的配置的图。进一步，图2至4示出安装在微粒分选装置A上的微芯片1a的配置的图。图2是顶视图，图3是透视图且图4是沿着图2所示的截面Q-Q截取的截面图。
微粒分选装置A包含微芯片1a、照射单元21、检测单元22以及驱动单元23。主通道15在微芯片1a上形成，包含作为分析目标的微粒的液体(样本液)经过主通道15(参考图2)。进一步，致动器31布置在微芯片1a的表面上(参考图3)。
照射单元21在流经微芯片1a的主通道15的微粒上照射光(激发光)。照射单元21包含例如发射激发光的光源，以及使激发光聚焦在流经主通道15的微粒上的物镜。光源可以基于分析对象从激光二极管、SHG激光器、气体激光器、高亮度LED等中适当地选择。照射单元21也能任选具有光源和物镜以外的光学元件。
检测单元22检测由于激发光的照射而从微粒发射的荧光和散射光。检测单元22包含物镜和检测器等，物镜使从微粒发射的荧光和散射光聚焦。检测单元22也可任选具有物镜和检测器以外的光学元件。
由检测单元22检测的荧光可以是从微粒本身发射的荧光或者是从标记在微粒上的荧光物质发射的荧光。进一步，由检测单元22检测的散射光可以是不同类型的散射光，比如前向散射光、侧向散射光、Rayleigh散射光以及Mie散射。
由检测单元22检测的荧光和散射光被转换成电信号，并且电信号输出至驱动单元23。驱动单元23基于输入的电信号确定微粒的光学特性。进一步，驱动单元23具有通过向致动器31施加电压并控制该电压来从主通道15将被确定为满足预定特性的微粒收集到分选通道16中的功能。驱动单元23的这种功能将在下面更详细地描述。驱动单元23由硬盘、CPU、存储器等配置，用于执行下述不同处理的程序和OS储存在硬盘中。
(微芯片配置)
现在将参考图2至4更详细地描述微芯片1a的配置。包含微粒的样本液从样本液入口11引入样本液通道12。进一步，鞘液从鞘液入口13引入。从鞘液入口13引入的鞘液分开并喂入两个鞘液通道14和14。样本液通道12和鞘液通道14和14合并以形成主通道15。穿过样本液通道12喂入的样本液层流和穿过鞘液通道14和14喂入的鞘液层流T在主通道15中合并，并形成样本液层流被鞘液层流T夹置的鞘流。
进一步，从鞘液入口13引入的鞘液也喂入与鞘液通道14分开形成的鞘液旁路通道18。鞘液旁路通道18的一端连接至鞘液入口13，而另一端连接至下述分选通道16(参考图4)的至主通道15的连通口附近。虽然鞘液旁路通道18的鞘液引入端可以连接至包括鞘液入口13和鞘液通道14和14的鞘液在其中流动的任一位点，但是优选鞘液旁路通道18连接至鞘液入口13。通过在两个鞘液通道14几何对称的中心位置(即在本实施方式中在鞘液入口13)连接鞘液旁路通道18，能够使得对等数量的鞘液流流至两个鞘液通道14。在图4中标识号156指示分选通道16至主通道15的连通口，标识号181指示对于穿过鞘液旁路通道18喂入的鞘液的至分选通道16的排出口。
图2中的标识号15a指示照射单元21照射激发光并且检测单元22检测荧光和散射光的检测区域。微粒在主通道15中形成的鞘流中排列为一条线地喂入检测区域15a，并用来自照射单元21的激发光照射。
主通道15在检测区域15a的下游分成三个通道。图5A至图5C示出了主通道15的分支部的配置。主通道15在检测区域15a的下游与分选通道16和废物通道17和17的三个分支通道相通。在这些通道中，分选通道16是已由驱动单元23确定为满足预定光学特性的微粒(在本发明的以下部分被认为是“目标微粒”)在其中收集的通道。另一方面，由驱动单元23确定为未满足预定光学特性的微粒(在本发明的以下部分被认为是“非目标微粒”)未收集到分选通道16中，并且流进两个废物通道17和17中的任一个。
鞘液旁路通道18连接至排出口181，排出口181位于分选通道16的至主通道15的连通口156附近(参考图4)。从鞘液入口13引入的鞘液从排出口181引入至分选通道16，并在连通口156形成从分选通道16侧流向主通道15侧的鞘液流动(该流动将会在下面更详细地描述)。
微芯片1a用三个基板层形成。样本液通道12、鞘液通道14、主通道15、分选通道16以及废物通道17由第一基板层a1和第二基板层a2形成(参考图4)。另一方面，鞘液旁路通道18由第二基板层a2和第三基板层a3形成。由基板层a2和a3形成的鞘液旁路通道18与鞘液入口13和分选通道16的排出口181连接，而没有与样本液通道12、鞘液通道14或主通道15相通。图6和7分别示出了鞘液旁路通道18的鞘液入口13侧端和排出口181侧端的配置。
应当注意的是微芯片1a的基板层的分层配置并不限于三层。进一步，鞘液旁路通道18的配置也不局限于附图中所示出的配置，只要鞘液旁路通道18与鞘液入口13和分选通道16的排出口181连接而没有与样本液通道12、鞘液通道14或主通道15相会即可。
通过用致动器31在分选通道16中产生负压来执行使目标微粒收集到分选通道16中，以将包含目标微粒的样本液和鞘液吸入分选通道16中。致动器31是压电元件或类似器件。致动器31被布置在与分选通道16对应的位置与微芯片1a的表面接触。更具体地，致动器31布置在与压力室161对应的位置，压力室161在分选通道16中设置为其内部空间已扩大的区域(参考图3和4)。压力室161位于分选通道16中连通口156和排出口181的下游。
压力室161的内部空间如图2所示在平面方向扩大(分选通道16的宽度方向)，且在如图4所示的截面方向扩大(分选通道16的高度方向)。即，分选通道16在压力室161在宽度方向和高度方向扩大。换而言之，分选通道16形成为它的垂直截面在样本液和鞘液的流动方向上在压力室161处尺寸增加。
致动器31通过由于所施加的电压变化而产生的伸张力(stretching force)经由微芯片1a的表面(接触面)引起分选通道16中的压力变化。当由于分选通道16中的压力的变化而在分选通道16中产生流动时，分选通道16的容积也同时改变。分选通道16的容积一直改变，直到达到基于与所施加的电压对应的致动器31变位所规定的容积。更具体地，当施加了电压并且分选通道16处在伸张状态时，致动器31通过挤压形成压力室161的变位板311使压力室161的容积保持较小(参见图4)。当所施加的电压减少时，致动器31在收缩方向产生力，从而减弱了对变位板311的挤压并且在压力室161中产生负压。
如图4所示，为了使致动器31的伸张力有效地传输到压力室161中，优选地在微芯片1a的表面上在与压力室161对应的位置形成凹陷，并且使致动器31布置在该凹陷部中。结果，用作致动器31的接触面的变位板311可制造得更薄，使得变位板311能够通过由致动器31的膨胀和收缩而产生的挤压力变化来轻易地变位，从而允许压力室161的容积的改变。
在图4和5中，标识号156指示分选通道16至主通道15的连通口。在主通道15中形成的鞘流中喂入的目标微粒从连通口156收集在分选通道16中。如图5C所示，为了促进在分选通道16中从主通道15收集目标微粒，期望连通口156被形成为在与主通道15中形成的鞘流中的样本液层流S对应的位置上开口。连通口156的形状没有特别限定，它可以是例如像图5A所示的平坦的开口形状，或者是像图5B所示的通过切割两个废物通道17的通道壁形成的切口的(notched)开口形状。
微芯片1a能够通过层叠形成有主通道15等的基板层而配置。在基板层上形成主通道15等可以通过使用模具进行热塑性树脂的注模成型来进行。可使用的热塑性树脂的示例包含已知的相关技术微芯片材料的塑料，比如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯树脂(PMMA)、环状聚烯烃、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
2.根据本技术的实施方式的微粒分选方法
(分选操作)
接下来，将会描述微粒分选装置A的操作。
当使用者开始分析时，微粒分选装置A驱动泵机将样本液和鞘液喂入微芯片1a的样本液入口11和鞘液入口13。结果，在主通道15中形成了鞘流，其中样本液层流被鞘液层流夹在中间。
微粒以在鞘流中单线地排列状态被喂入至检测区域15a并用来自照射单元21的激发光照射。由于激发光的照射而从微粒发射的荧光和散射光通过检测单元22检测，并转换为电信号。电信号被输出至驱动单元23。
驱动单元23基于输入电信号确定微粒的光学特性。如图8A和图8B所示，如果微粒被确定为目标微粒，那么在目标微粒从检测区域15a移动至分支部所耗费的时间(延迟时期)过去后，驱动单元23向致动器31发出驱动信号，以获取此微粒。在这点上，如有必要，驱动单元23也可被配置为经由放大器驱动致动器31。
具体地，如果致动器31是压电元件，那么驱动单元23在分选通道16中通过施加引起压电收缩的电压，引起压力室161的容积增加，从而产生负压，因而目标微粒从主通道15收集在分选通道16中。
另一方面，如图8C和图8D所示，如果确定微粒不是目标微粒，那么驱动单元23向致动器31发出不获取驱动信号，并且执行下一微粒的光学特性的确定。应当注意的是如果致动器31已经接收了不获取驱动信号，那么致动器31就不会运行。
驱动单元23重复微粒的光学特性的确定并使驱动信号输出至致动器31，直到完成分析(参考图8E和图8F)，从而仅有目标微粒积累在分选通道16中(参考图8F)。在分析完成以后，已经分离并进入分选通道16中的目标微粒由使用者回收。
如图9A所示，吸入分选通道16中的目标微粒被收集在压力室161中。在附图中，标识符号P代表已经收集在压力室161中的目标微粒，标识号162指示用于目标微粒P进入压力室161的收集开口。包含目标微粒P的样本液和鞘液的流动在流进内部空间已扩大的压力室161时转变成射流，并从通道墙面快速离开(参考图9A中的箭头)。结果，目标微粒P从收集开口162分离，并被收集在压力室161的后部。
由于目标微粒从主通道15吸入压力室161，压力室161的容积的增大量优选大于从连通口156直到收集开口162的分选通道16的容积(参考图4)。进一步，压力室161的容积的增大量优选地设置为生成足以引起包含目标微粒P的样本液和鞘液的流动以在收集开口162从通道墙面快速离开的负压的量。驱动单元23向致动器31输出压电收缩信号，其电压宽度(voltage width)与此容积增加量对应。
像在图10所示的变形例中那样，分选通道16从连通口156至收集开口162的长度可以设计得更短。从连通口156到收集开口162的长度越短，那么从连通口156到收集开口162的分选通道16的容积越小。这意味着用于使目标微粒从主通道15吸入压力室161的压力室161的容积增加量更小。结果，可减小施加在致动器31上的电压宽度，从而能够有效地分选操作。
因此，通过内部空间在分选通道16中已扩大的压力室161的后部收集目标微粒P，即使当分选通道16中的压力逆转，变为正压时，也能够防止目标微粒P从压力室161朝主通道15侧回流出去。如图9B所示，即使当分选通道16中的压力是正压时，由于样本液和鞘液从收集开口162的附近经过宽阔的区域流出，所以在远离收集开口162的位置已经收集的目标微粒P本身的移动量很小。结果，目标微粒P没有向后流出，而是被保持在压力室161中。
(逆流)
当驱动单元23确定微粒是非目标微粒时(当没有执行分选操作时)，优选非目标微粒或含有非目标微粒的样本液以及鞘液不进入分选通道16。然而，如图11所示，由于穿过主通道15喂入的样本液和鞘液的流动(参考附图中的实线箭头)具有大的动量，所以已经从连通口156流进分选通道16的样本液和鞘液的流动在分选通道16中改变方向，并沿着分选通道16的通道壁流出主通道15侧(参考附图中的虚线箭头)。
由于受到通道壁的限制，沿着通道壁从分选通道16流出主通道15侧的样本液和鞘液的流动缓慢，以致在连通口156处产生非目标微粒或含有非目标微粒的样本液以及鞘液的聚积。这种聚积阻碍了快速地进行目标微粒和非目标微粒的分选操作。
在微粒分选装置A中，当没有执行分选操作时，通过鞘液旁路通道18从排出口181引入分选通道16的鞘液起到抑制非目标微粒或含有非目标微粒的样本液以及鞘液进入分选通道16的作用。即从鞘液入口13引入的鞘液从排出口181引入分选通道16，并在连通口156处形成鞘液流动(在本发明的以下部分为“逆流”)，它从分选通道16侧流动至主通道15侧(参考图12A)。进一步，这种逆流与从主通道15试图进入分选通道16的样本液和鞘液的流动相反，从而抑制样本液和鞘液进入分选通道16。
优选逆流具有与试图从主通道15进入分选通道16的样本液和鞘液的流动的动量(力)相匹配的动量。逆流的动量能够通过调整喂入鞘液旁路通道18的鞘液量来控制。这种喂入量能够通过调整鞘液旁路通道18的通道直径来控制。进一步，调整喂入量也能够通过使用喂入单元比如提供在鞘液旁路通道18中的注射器泵或阀门来进行。
从鞘液入口13引入至鞘液通道14的鞘液流量与引入至鞘液旁路通道18的流量的流量比是基于两种通道的流动阻力比确定的。结果，即使对于鞘液入口13鞘液的引入压力改变，也能够进行稳定的操作，而流量比也不会波动。进一步，即使为了在检测区域15a改变微粒的流动速度而改变鞘液的流量，也可以单独地控制至鞘液通道14的流量和至鞘液旁路通道18的流量。
优选逆流的动量被设定为足够大以便完全抑制样本液和鞘液从主通道15进入分选通道16。然而，如果逆流没有完全抑制这样的进入，这也是可接受的。只要逆流在某种程度上减少了进入，逆流就能够有助于分选操作的速度的增加。如上所述，当沿着通道壁从分选通道16流出主通道15侧的样本液和鞘液的流动产生时，这引起了非目标微粒或含有非目标微粒的样本液的聚积。如图12B所示，如果从主通道15进入分选通道16的样本液和鞘液能够在某种程度上减少，那么能够抑制引起聚积的沿着通道壁从分选通道16流出主通道15侧的样本液和鞘液的流动。
应当注意的是通过在连通口156抑制非目标微粒或含有非目标微粒的样本液和鞘液的聚积，能够防止目标微粒和非目标微粒粘附在通道壁上。
即使当目标微粒被吸入分选通道16中时(在分选操作期间)，逆流也在连通口156处形成(参考图13A)。结果，在分选操作期间，目标微粒在大于逆流的吸入压力下吸入分选通道16(参见图13B)。压力室161的容积的增加量被设定为足以生成大于逆流的吸入压力。驱动单元23向致动器31输出压电收缩信号，该信号具有与该容积增加量对应的电压宽度。
另外，如图13B所示，目标微粒被吸入分选通道16直到其越过排出口181的位置。如果吸入分选通道16的力量不足，那么由于通过鞘液旁路通道18从排出口181引入分选通道16的鞘液而形成的逆流可能将目标微粒回流至主通道15。
为了充分地吸入目标微粒直到超过排出口181的位置，压力室161的容积的增加量被设定为大于逆流的流量，以及由于负压从主通道15吸入分选通道16的样本液和鞘液的流动的流量也被设定为大于逆流的流量。驱动单元23向致动器31输出压电收缩信号，该信号具有与该容积增加量对应的电压宽度。
(驱动信号)
现在将会参考图14A至图14C描述从驱动单元23施加在致动器31上的电压的波形(当获取目标微粒时的驱动信号)。施加在致动器31上的电压的波形可以是“脉冲波形”(图A)、“阶跃波形”(图B)或“下冲阶跃波形”(图C)的任一个。
在这里，“下冲阶跃波形”是指通过把下冲部分添加到“阶跃波形”而获得的波形，其中该下冲部分的电压值在低于阶跃部分的电压值。“下冲阶跃波形”可以被认为是“阶跃波形”和“脉冲波形”的结合波形。
阶跃波形的和下冲阶跃波形的波形部分的电压值的减少宽度被设定为给予压力室161的容积充分地增加，以便在分选通道16a中产生超过在连通口156处的逆流的吸入压力。进一步，该减少宽度被设定为引起压力室161的容积充分地增加，以便由于负压而将目标微粒吸入分选通道16直到经过排出口181的位置。
优选地，施加在致动器31上的电压是下冲阶跃波形。压力室161的容积能够在信号开始生成后立即增加，并且能够在分选通道16中产生大的负压。结果，利用下冲阶跃波形，在开始吸入目标微粒以后，立即能够更快地对于从主通道15进入分选通道16的样本液和鞘液的收集容积的增加做出响应，这使其能够更迅速地收集目标微粒。
除了满足阶跃波形和下冲阶跃波形的条件以外，脉冲波形的振幅还被设定为给予压力室161容积充分地增加，以便将目标微粒从主通道15吸入压力室161，并且使得包含目标微粒的样本液和鞘液的流动在收集开口162处从通道壁面快速离开。
由于脉冲波形和下冲阶跃波形包含引起压电膨胀的波形成分，所以压力室161的容积增加，从而在分选通道16中产生正压。进一步，在阶跃波形中，由于电压数值的预料之外的波动，在分选通道16中也能够产生正压。如上所述，由于目标微粒P在压力室161的后部收集，所以即使在分选通道16中产生了正压，目标微粒P也不会从压力室161朝向主通道15回流出去。
作为施加在致动器31上的电压的波形，特别优选的是采用脉冲波形。对于阶跃波形和下冲阶跃波形，如果施加在致动器31上的电压是零，致动器31达到它的可移动范围的界限，就不能收集目标微粒。这意味着存在着对于可分选微粒的最大数量的限制。另一方面，对于脉冲波形没有这种限制。
因此，根据根据本技术的实施方式的微粒分选方法，由于在连通口156处在主通道15和分选通道16之间形成逆流，所以能够抑制样本液和鞘液从主通道15不恰当地进入分选通道16。结果，在根据本技术的实施方式的微粒分选方法中，能够防止聚积非目标微粒或含有非目标微粒的样本液以及鞘液，并且能够迅速地进行目标微粒和非目标微粒的分选操作。
3.根据本技术的实施方式的微粒分选方法的变形例
在上述示例中，描述了一种情况，其中通过鞘液旁路通道18从排出口181引入分选通道16的鞘液仅形成朝向主通道15侧流动的逆流。在这种情况下，分选通道末端19(参考图2)可以是封闭的末端。
另一方面，分选通道末端19也可以是开放的末端(参考图15)。在这种情况下，从排出口181引入分选通道16的鞘液能够分成朝向主通道15侧流动的逆流和流向分选通道末端19侧的流动(在本发明的以下部分称为“顺流”)。
当从驱动单元23施加在致动器31上的电压的控制预料之外地波动时，引起压电膨胀的电压施加在致动器31上，这能够在分选通道16中产生正压。进一步，当在主通道15和废物通道17中发生压力波动时(尤其是在废物通道17的背压减少时)，在分选通道16中也能够产生正压。如果产生了这种正压，那么已经收集在分选通道16中的目标微粒可能回流进主通道15中。
由于上述顺流的形成，已经吸入分选通道16中直到经过排出口181的位置为止的目标微粒由顺流进一步喂入分选通道16的后部。结果，即使分选通道16中的压力是正压，目标微粒也能够保持在分选通道16中，而不会与顺流相反地流动以致回流至主通道15。因此，致动器31的驱动电压的控制能够在可靠的条件下进行。
如果分选通道末端19是开放的末端，那么从分选通道末端19排出的包含目标微粒的样本液和鞘液经由连接至分选通道末端19的管道等回收在容器中。为了抑制稀释所回收的目标微粒，优选地，顺流的流量低于逆流的流量。在顺流和逆流之间的流量比能够通过恰当地改变分选通道16的通道直径而调整。应当注意的是已经流到废物通道17的非目标微粒可以聚积在废物通道17中或排放出来。废物通道17和17也可以再次合并，以为非目标微粒配置单个外部排出口。
进一步，在上述示例中描述了一种情况，其中通过将从鞘液入口13引入的鞘液通过鞘液旁路通道18喂入分选通道16而形成逆流。在这种情况下，逆流能够通过简单的芯片结构形成。然而，在根据本技术的实施方式的微粒分选方法中，只要逆流能够在主通道15和分选通道16之间在连通口156处形成，则用于形成逆流的液体就不局限于鞘液。另外，用于将液体喂入分选通道16的方法也不限于采用鞘液旁路通道18。例如，喂入单元比如注射器泵可以直接地连接至排出口181。
4.微粒分选程序
用于实行上述操作的微粒分选程序储存在上述微粒分选装置A的驱动单元23中。
程序储存在硬盘上，在CPU和OS控制下读入存储器中，并执行上述分选操作。程序能够记录在计算机可读的记录介质中。记录介质可以是任一记录介质，只要它是计算机可读的记录介质就可以。特别地，可以使用盘型记录介质，比如软磁盘和CM-ROM。进一步，可以使用带式记录介质，比如磁带。另外，也能够采用如下配置：部分处理过程可以用硬件配置，比如DSP(数字信号处理器)、ASIC(应用特定的集成电路)、PLD(编程逻辑装置)以及FPGA(现场可编程门阵列)，并与上述软件程序协作执行高速处理过程。
本领域技术人员应当明白可以依据设计要求和其它因素而发生不同修改、结合、子结合和变更，只要它们在权利要求或其等同方案的范围内即可。
另外，根据本技术的实施方式的微粒分选方法也可以如下地配置。
(1)一种微粒分选方法，包含：
通过在连通主通道的分支通道中产生负压而在所述分支通道中收集流经所述主通道的液体中的微粒的步骤，
其中，在所述步骤中，在所述主通道和所述分支通道之间的连通口处形成从所述分支通道侧流向所述主通道侧的液体的流动。
(2)根据(1)所述的微粒分选方法，其中，在所述步骤中，通过将所述液体从位于所述分支通道中的所述连通口附近的引入口引入所述分支通道来形成所述流动。
(3)根据(2)所述的微粒分选方法，其中，在所述步骤中，由于负压而从所述主通道吸入所述分支通道中的所述液体的流量大于从所述引入口引入所述分支通道并朝向所述连通口喂入的液体的流量。
(4)根据(2)或(3)所述的微粒分选方法，其中，在所述步骤中，将所述主通道中的所述微粒从所述连通口收集到经过了所述分支通道的所述引入口的位置。
(5)根据(1)至(4)的任一项所述的微粒分选方法，其中，在所述步骤之前和之后维持所述流动。
(6)根据(2)至(5)的任一项所述的微粒分选方法，其中，在所述步骤中，从所述引入口引入所述分支通道的所述液体分成朝向所述连通口流动的逆流和在相反方向上流动的顺流。
(7)根据(1)至(6)的任一个所述的微粒分选方法，其中，在所述步骤中，通过致动器施加使所述分支通道的内部空间变形的力来产生所述负压，从而使所述内部空间的容积增大。
(8)根据(1)至(7)的任一项所述的微粒分选方法，其中，在所述步骤中，在所述分支通道中产生具有脉冲波形、阶跃波形或下冲阶跃波形的所述负压的变化。
另外，根据本技术的实施方式的用于微粒分选的微芯片也可以如下地配置。
(9)一种用于微粒分选的微芯片，包含：
样本液引入口，包含微粒的样本液被引入所述样本液引入口；
样本液通道，从所述样本液引入口引入的所述样本液流过所述样本液通道；
鞘液引入口，鞘液被引入所述鞘液引入口；
第一鞘液通道，从所述鞘液引入口引入的所述鞘液流过所述第一鞘液通道；
主通道，所述样本液通道和所述第一鞘液通道在所述主通道处合并；
分支通道，与所述主通道连通；以及
第二鞘液通道，连接所述鞘液引入口和在所述分支通道中位于至所述主通道的连通口附近的鞘液排出口，并且从所述鞘液排出口将从所述鞘液引入口引入的所述鞘液喂入所述分支通道。
(10)根据(9)所述的用于微粒分选的微芯片，其中，所述第二鞘液通道不与所述样本液通道、所述第一鞘液通道或所述主通道相连通。
(11)根据(9)或(10)所述的用于微粒分选的微芯片，其中，用于在接触面上施加变位的致动器被布置为与表面上的与所述分支通道相对应的位置接触。
(12)根据(11)所述的用于微粒分选的微芯片，其中，用于由所述变位而产生容积变化的压力室被配置在所述分支通道中。
(13)根据(12)所述的用于微粒分选的微芯片，其中，所述连通口、所述鞘液排出口以及所述压力室按照所提及的顺序布置在所述分支通道中。
(14)根据(9)至(13)的任一项所述的用于微粒分选的微芯片，进一步包含：
两个所述第一鞘液通道，
其中，所述鞘液引入口设置在两个所述第一鞘液通道的对称中心。
(15)根据(9)至(14)的任一项所述的用于微粒分选的微芯片，其中，在与所述分支通道的所述连通口的相反侧的末端是开放端。
本公开含有与在2012年8月16日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2012-180317有关的主题，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (15)

1.一种用于微粒分选的微芯片，包括：
样本液引入口，包含微粒的样本液被引入所述样本液引入口；
样本液通道，从所述样本液引入口引入的所述样本液流过所述样本液通道；
鞘液引入口，鞘液被引入所述鞘液引入口；
主通道，所述样本液通道和鞘液通道在所述主通道处合并；
分支通道，与所述主通道连通；以及
鞘液旁路通道，位于分支通道中的至所述主通道的连通口附近，并且将液体喂入所述分支通道。
2.根据权利要求1所述的用于微粒分选的微芯片，其中，所述鞘液旁路通道在主通道和分支通道之间的连通口处喂入从分支通道侧流向主通道侧的逆流。
3.根据权利要求2所述的用于微粒分选的微芯片，其中，所述鞘液旁路通道进一步喂入流向分支通道侧的中转液体。
4.根据权利要求1所述的用于微粒分选的微芯片，其中，所述鞘液旁路通道不与所述样本液通道、所述鞘液通道或所述主通道相连通。
5.根据权利要求1所述的用于微粒分选的微芯片，其中，用于在接触面上施加变位的致动器被布置为与接触面上的、与所述分支通道相对应的位置接触。
6.根据权利要求5所述的用于微粒分选的微芯片，其中，与所述致动器接触的所述微芯片的部分比所述微芯片的其他部分薄。
7.根据权利要求5所述的用于微粒分选的微芯片，其中，由于所述变位而产生容积变化的压力室被配置在所述分支通道中。
8.根据权利要求5所述的用于微粒分选的微芯片，进一步包括喂入单元，所述喂入单元被配置为调整逆流的喂入量。
9.根据权利要求8所述的用于微粒分选的微芯片，其中，所述喂入单元是泵或阀。
10.根据权利要求5所述的用于微粒分选的微芯片，其中，所述连通口、鞘液排出口以及压力室按照顺序布置在所述分支通道中。
11.根据权利要求5所述的用于微粒分选的微芯片，进一步包括：
两个第一鞘液通道，
其中，所述鞘液引入口设置在两个所述第一鞘液通道的对称中心。
12.根据权利要求5所述的用于微粒分选的微芯片，其中，在与所述分支通道的所述连通口的相反侧的末端是开放端。
13.根据权利要求5所述的用于微粒分选的微芯片，其中，施加在所述致动器上的电压的波形是脉冲波形、阶跃波形或下冲阶跃波形。
14.一种用于微粒分选的配套元件，包括权利要求1至13中任一项所述的微芯片，以及一个连接到所述微芯片的容器。
15.一种用于微粒分选的装置，包括权利要求1所述的微芯片。
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