CN111183348B - 用于分离微粒的微芯片和用于分离微粒的装置 - Google Patents

用于分离微粒的微芯片和用于分离微粒的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111183348B
CN111183348B CN201880063700.1A CN201880063700A CN111183348B CN 111183348 B CN111183348 B CN 111183348B CN 201880063700 A CN201880063700 A CN 201880063700A CN 111183348 B CN111183348 B CN 111183348B
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
capturing
stage
flow
capture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880063700.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111183348A (zh
Inventor
伊藤达巳
高桥和也
松本真宽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN111183348A publication Critical patent/CN111183348A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111183348B publication Critical patent/CN111183348B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502776—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for focusing or laminating flows
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1456—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1484—Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers microstructural devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0636—Focussing flows, e.g. to laminate flows
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0652—Sorting or classification of particles or molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0668—Trapping microscopic beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/14—Means for pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B01L2400/0439—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • G01N15/149—
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0053—Investigating dispersion of solids in liquids, e.g. trouble
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

提供了一种用于分离微粒的微芯片，该微芯片用于流式细胞仪中，可以在分离微粒时实现更高的速度、更高的纯度和更高的获取效率。一种用于分离微粒的微芯片，其特征在于，该微芯片包括：含微粒流体流过的主通道、沿同一轴线连接至主通道的捕获通道、连接至捕获通道的捕获室、以及与捕获通道相交的闸门通道，捕获通道具有与闸门通道相交的开口，并且沿着流体流动的方向，开口的上游的截面面积小于开口的下游的截面面积。

Description

用于分离微粒的微芯片和用于分离微粒的装置
技术领域
本发明涉及微粒分选微芯片和微粒分选装置。
背景技术
过去，已经为流式细胞仪开发了多种微粒分选微芯片。
例如，专利文献1公开了一种用于流式细胞仪的微芯片，其包括设置在其中的通道结构。该通道结构抑制了在样品液的层流和鞘液的层流汇合后产生的螺旋流场，从而避免了样品液的层流中的湍流。
具体地，微芯片采用包括以下的结构：第一引入通道、布置为将第一引入通道夹在其间并与第一引入通道横向汇合的第二引入通道、以及与第一和第二引入通道连通使得从这些通道供给的流体汇合并流动的汇合通道。汇合通道包括锥形部分，锥形部分被形成为使得在第一引入通道被第二引入通道夹在中间的方向上，汇合通道的通道宽度沿着流体供给的方向逐渐增加。
由于上述结构，可以供给样品液的层流，同时允许其朝向通道的中心汇聚。
此外，专利文献2公开了一种微粒分选微芯片，该微粒分选微芯片可以高速且稳定地从通过通道的鞘流中仅提取目标微粒。
具体地，该微粒分选微芯片包括：含微粒流体流过的主通道，以及分选通道，其包括沿其布置并与主流连通的分选室和压力室。分选室在其中吸取微粒，且压力室产生负压。分选室形成为使得垂直于分选室和压力室中的流体的流动方向的截面大于垂直于分选通道的其余部分中的流体的流动方向的截面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP 2011-179945 A
专利文献2：JP 2017-058375 A
发明内容
技术问题
本技术的主要目的是提供微粒分选微芯片，该微粒分选微芯片与上述微粒分选微芯片相比，能够以更高的速度、更高的纯度和更高的获取速率对微粒进行分选。
解决问题的方法
为了解决上述问题，本技术提供了微粒分选微芯片，包括：
含微粒流体流过的主通道；
与主通道同轴连通的捕获通道；
与捕获通道连通的捕获室；以及
与捕获通道相交的闸门通道，
捕获通道具有与闸门通道相交的开口，
沿着含微粒流体流动的方向，捕获通道在开口的上游的截面面积比开口的下游小。
优选地，闸门通道可以包括多个闸门通道，并且多个闸门通道可以连接至下游级捕获通道的上游端，使得多个闸门通道相对于来自上游级捕获通道的下游端的开口的含微粒流体的流中心彼此对称。
闸门通道可优选地配置成允许闸门流流体总是以恒定的流速流动。
在下游级捕获通道中，闸门流流体可以分支为从闸门通道在朝向上游级捕获通道的方向和朝向压力室的方向上流动。
捕获室可以优选地是压力室。
压力室可以具有振动板。
可以将压力室的内部压力反复地控制为负压、正压和常压。
主通道可以包括微粒检测区域。
此外，在捕获通道和捕获室之间可以包括连接通道。
主通道可以与含微粒流体入口连接，含微粒流体通过该入口引入。
主通道可以与鞘液入口连接，鞘液通过该入口引入。
主通道可以与分支通道连接，该分支通道在捕获通道的上游分支开，并且含微粒流体未流入捕获通道的部分可通过该通道流动。
分支通道可以与鞘液容器和/或闸门流体容器连接。
在捕获室的下游，可以进一步包括用于收集被捕获的微粒的微粒收集部。
当微粒已经到达上游级捕获通道的上游端时，压力室的内部压力可以从常压变为负压，并且含微粒流体可以被吸入上游级捕获通道、并且可以从上游级捕获通道的下游端的开口排出到下游级捕获通道以产生射流(射流)，以及
在微粒已经通过下游级捕获通道并已经到达压力室之后，压力室的内部压力可以从负压或常压变为正压。
优选地，含微粒流体的体积至少是上游级捕获通道的体积的一半。
更进一步，当压力室的内部压力从常压变为负压时，含微粒流体可以从上游级捕获通道的下游端的开口以一定体积排出到下游级捕获通道中，该一定体积不大于闸门流流体从闸门通道流入下游级捕获通道的体积。
更进一步，当压力室的内部压力从常压变为负压时，含微粒流体可以以不大于下游级捕获通道的体积的体积从下游级捕获通道朝向压力室的方向排出。
更进一步，本技术还提供了微粒分选装置，包括：
微芯片安装部，其被配置为在其上安装微粒分选微芯片，微粒分选微芯片包括：
含微粒流体流过的主通道，
与主通道同轴连通的捕获通道，
与捕获通道连通的捕获室，以及
与捕获通道相交的闸门通道，
捕获通道具有与闸门通道相交的开口，
捕获通道沿着含微粒流体流动的方向在开口的上游的截面面积比开口的下游小；
光施加部，将光施加到包括在主通道中的微粒检测区域上；
检测部，检测从微粒发出的散射光和/或荧光；以及
压力室控制部，将作为捕获室的压力室的内部压力改变为负压或正压。
此外，压力室控制部可以具有压电元件。
发明的有益效果
根据本技术，可以提供用于流式细胞仪的新颖的微粒分选微芯片，并因此可以以更高的速度、更高的纯度和更高的获取速率分选微粒。
要注意的是，上述有益效果不是绝对限制，并且可以是本公开中描述的任何有益效果。
附图说明
图1是表示微粒分选微芯片的基本结构的示例的图。
图2是微粒分选微芯片中的捕获部的放大图。
图3是示意性地示出微粒分选微芯片的垂直截面的图。
图4是示出在微粒分选微芯片中发生的由射流引起的微粒的运动的图。
图5是微粒分选微芯片中的捕获部和压力室的放大图。
图6示出微粒分选微芯片中的在T型构造中将闸门通道连接至捕获通道的部分的放大图。
图7是分别示意性地示出微粒分选微芯片中的捕获通道的长度、样品流的吸取体积与微粒之间的关系的图。
图8是示意性地示出在微粒分选微芯片中的捕获通道和闸门通道以十字形相交的示例中的含微粒流体的吸取操作和排出操作的图。
图9是示意性地示出在微粒分选微芯片中，当闸门流始终以恒定的流速流动时捕获通道内的含微粒流体的吸取操作和排出操作的图。
图10呈现了示出微粒分选微芯片中的两级捕获通道的图。
图11是表示微粒分选微芯片中的两级捕获通道的图。
图12呈现了示出在微粒分选微芯片的捕获通道中的微粒捕获操作的图。
图13是示意性地示出具有第一级捕获通道和第二级捕获通道的捕获通道的图。
图14是示意性地示出捕获通道的吸取体积与闸门流的流入体积之间的关系的图。
图15是示意性地示出捕获通道的吸取体积与闸门流的流入体积之间的关系的图。
图16是示出闸门通道不对称地连接到捕获通道的情况的图。
图17是示出闸门通道对称地连接到捕获通道的情况的图。
图18是示出第二级捕获通道是锥形通道的示例的图。
图19是示出第二级捕获通道是锥形通道的另一示例的图。
图20是示出其中第一级捕获通道是锥形通道的示例的图。
图21是示出其中第一级捕获通道和第二级捕获通道各自是锥形通道的示例的图。
图22是示出具有三级捕获通道的示例的图。
图23是示出具有另一三级捕获通道的示例的图。
图24是示出具有另外的三级捕获通道的示例的图。
图25是示出具有又一三级捕获通道的示例的图。
图26是示出其中微粒分选微芯片设置有连接通道的示例的图。
图27描绘了表示闸门通道相对于通道中心的对称连接的具体示例的图。
图28描绘了表示不同于图27的具体示例的闸门通道相对于通道中心的对称连接的另一具体示例的图。
具体实施方式
在下文中将关于用于实践本技术的优选实施例进行描述。
要注意的是，以下将描述的实施例是本技术的代表性示例，并且本技术的范围不应由实施例狭义地解释。
将按照以下顺序进行描述。
1.微粒分选微芯片的基本结构
(1)微芯片的基本结构
(2)捕获部中的微粒的运动
(3)压力室的压力控制
(4)微粒的返回释放
(5)微粒分选性能的提高
(6)捕获通道形状与吸取体积之间的关系
2.实施例1
3.实施例2
4.实施例3
5.实施例4
6.实施例5
7.实施例6
8.实施例7
9.实施例8
10.实施例9
11.实施例10
12.实施例11
13.微粒分选装置
(1)配置
(2)微粒分选程序
在此，在本技术中“微粒”可以包括诸如细胞、微生物和脂质体的生物微粒，诸如胶乳颗粒、凝胶颗粒和工业颗粒的合成颗粒等。
生物微粒可以包括例如构成各种细胞的那些，例如染色体、脂质体、线粒体、细胞器(细胞器)等。
细胞可以包括例如动物细胞(血细胞等)和植物细胞。
微生物可以包括例如细菌(如大肠杆菌)、病毒(如烟草花叶病毒)和真菌(如酵母)等。
生物微粒还可包括例如生物聚合物，诸如核酸、蛋白质及其复合物的聚合物。
此外，合成颗粒可以包括由有机或无机聚合材料、金属等制成的颗粒。有机聚合物材料可包括例如聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。无机聚合物材料可包括例如玻璃、二氧化硅、磁性材料等。金属可包括例如金胶体、铝等。
微粒的形状通常可以是球形或大致球形、或非球形。可以由本领域普通技术人员根据微芯片中每个通道的大小选择性地和适当地确定微粒的大小和质量。另一方面，还可以根据微粒的大小和质量来选择性地并且适当地确定微芯片中的每个通道的大小。
在本技术中，可以根据需要用化学或生物标记物，例如荧光染料等标记微粒。标记可以进一步有助于微粒的检测。合适的标记可以由本领域普通技术人员选择。
<1.微粒分选微芯片的基本结构>
(1)微芯片的基本结构
图1示出了微粒分选微芯片的基本结构的示例。
在图1的微芯片中，从含微粒流体入口101引入含微粒流体。此外，还布置有鞘液入口103，并且从鞘液入口103引入了鞘液。
在鞘流形成部112中，鞘液与含微粒流体和含微粒流体汇合(例如，从含微粒流体的两侧与含微粒流体汇合)以形成用鞘液包围含微粒流体的周围的层流、或用鞘液将含微粒流体夹在中间的层流，即通常称为的鞘流。层流流向检测部105。
在检测部105处，例如，光施加到含微粒流体中的微粒上以检测微粒。基于通过施加光而发生的荧光和/或散射光，确定微粒是否是待获取的微粒。检测部105可以是单个点或多个点。作为替代，在本技术中也可以将多个激光束施加到单个点上。
捕获部113被分支为多个，例如2个或3个。在捕获部113被分支为3个的情况下，例如，中心分支通道是捕获通道并与捕获室连通。另一方面，在捕获部113被分成2个的情况下，分支通道可以是废弃通道和捕获通道。捕获液位于鞘流中的含微粒流体到达的位置，并且期望具有足够大的截面形状以允许含微粒流体整体进入。
检测部105中被确定为要获取的每个微粒流朝向在捕获部113中分成三部分的一个分支部流动，并且当到达时，流向配置成接收目标微粒的捕获室。在本技术中，对捕获室没有特别的限制，只要其能够接收目标微粒即可。然而，优选地，捕获室可以是压力室。要注意的是，在本说明书中，具体地以捕获室为压力室进行描述。在这种情况下，将压力室114的内部压力控制为负压，由此将微粒吸入压力室114中并流入获取通道111。
上分支通道和下分支通道连接到废液通道110，并且已经流入废液通道110的流体可以被排放到微芯片的外侧。
要注意的是，捕获通道设置有在本说明书中被称为“闸门通道”或“多个闸门通道”的一个或多个通道，使得例如，一个或多个闸门通道连接到捕获通道或与捕获通道垂直相交。图27和图28是示出闸门通道相对于通道中心的对称连接的具体示例的示图，并且这些图示出其中闸门通道相对于通道中心对称地布置在第二级孔口处的示例。
在图27的示例中，闸门通道在垂直于主通道的平面(芯片的平面)的方向上形成，并且对称地连接至第二级孔口。在这种情况下，用于闸门流的引入通道形成在与形成主通道的表面相反的表面中，并且可以在芯片的上表面和下表面上设置未示出的层作为通道的盖。此外，在这种情况下，可以在孔口周围确保足够的空间，由于各个通道不相邻，所以通道壁可以保持较厚，并且芯片中的接合表面的接合部分可以各自具有较大的面积，从而在机械强度方面具有优势。
在图28的示例中，闸门通道形成在与主通道的平面相同的平面中，并且对称地连接至第二级孔口。在这种情况下，用于闸门流的引入通道形成在与形成主通道的表面相同的表面上，从而可以将微芯片制造为两层结构。
可以根据分选后要收集的微粒的用途从多种流体中选择要允许流过闸门通道的流体，这是因为该流体成为微粒的主要溶剂。例如，可以允许与微粒相容的流体(诸如含微粒流体、鞘液中使用的流体介质，或者在微粒为蛋白质、含表面活性剂、pH调节缓冲液等的情况下的流体介质等)以恒定的流速流动。
特别是在微粒是细胞的情况下，可以使用细胞培养液、细胞保存液等。如果对分选后收集的细胞进行下一步，例如进行诸如细胞培养、细胞活化或基因转移的步骤，则适合使用培养液。如果存储或运输收集到的细胞，则适合使用细胞保存液。在分选和收集的细胞是未分化的细胞(诸如iPS细胞)的情况下，可以使用分化诱导溶液以有效地进行下一步工作。
此外，作为允许流过闸门通道的流体，也可以使用具有阻塞作用的溶液。使用这种溶液能够抑制在分选后细胞在收集容器或袋子上的非特异性吸附。封闭剂可以包括含有一种或多种蛋白质(例如白蛋白)的溶液，含有一种或多种氨基酸(例如甘氨酸)的溶液，以及含有一种或多种非离子表面活性剂(例如Pluronic F68)的溶液。
此外，作为允许流体流过闸门通道的溶液，也可以使用具有细胞溶解活性的溶液。使用这种溶液，可以在对靶细胞群进行分选后提取细胞内的物质。具有细胞溶解活性的溶液可以包括含表面活性剂的溶液。
应当注意，鞘液可以类似地选自多种流体。在本说明书中，将由流过每个闸门通道的流体(闸门流流体)形成的流称为“闸门流”。
在一个或多个闸门通道的上游，流体可以独立地从未示出的入口引入到一个或多个闸门通道，并允许其以适当的流速流动。由于在本技术中引入到一个或多个闸门通道中的流体的流速相对于引入到鞘通道中的流体的流速较低，因此在仅通过一个或多个闸门通道使用诸如细胞培养液、细胞保存液或分化诱导液等昂贵的流体的情况下，上述构造是经济的。
作为替代，闸门流也被允许作为来自鞘液流的分支流而产生。
在图1的鞘液入口103的下游的鞘通道和图2或图3的闸门通道10的上游端可以连接在一起，使得鞘液流分支开并且也流入闸门通道以形成闸门流。在这种情况下，需要适当地设计每个闸门通道的通道阻力，以实现适当的流速。
在一个或多个闸门通道与捕获通道的相交处，随着产生倾向于直接通过一个或多个闸门通道的闸门流，还产生朝向检测部侧和压力室侧的闸门流。通过朝向检测部和压力室侧的闸门流，可以防止不被获取的微粒进入压力室侧的捕获通道。已经流过一个或多个闸门通道的一个或多个闸门流流出到捕获通道中，并分支成朝向捕获通道中的检测部侧和压力室侧的闸门流。通过朝向捕获通道中的检测部侧的闸门流，可以防止不被获取的微粒进入压力室侧的捕获通道。
(2)捕获部中的微粒的运动
图2以放大的比例示出了图1的捕获部113的一部分。
在捕获部，捕获通道分成三个分支，即上和下分支通道以及连接到压力室的狭窄的中心通道。中心通道上的圆圈表示与闸门通道的连接点。
闸门通道10与中心通道垂直相交。通过闸门通道10，闸门流流体总是以恒定的流速流动。
闸门流流体形成在闸门通道10和捕获通道彼此相交的位置处分支开的流(箭头22和箭头23)。箭头22的流防止了微粒在捕获通道的入口处停滞。箭头23的流将已经捕获在压力室中的微粒转移到图1的获取通道111中。
(3)压力室的压力控制
图3示意性地示出了微粒分选微芯片的垂直截面。
检测通道301与捕获通道303同轴连接。利用该捕获通道303，一个或多个闸门通道10以T形结构连接或以十字形等相交。
此外，捕获通道303同轴地连接到压力室114。压力室114包括振动板305，并且压电元件306经由隔离物布置在振动板305上方。通过压电元件306的变形，振动板305振动，从而压力室114的内部压力被反复地控制为从常压到负压、或者从负压或常压到正压。
通过压力室114的负压和正压或常压，导致在从捕获通道303到压力室114的流中产生射流。
图4示出了在压力室114中发生的由射流引起的微粒的运动。
图4的下行示出了压电元件的驱动波形，并且图4的上行示出了与压电元件的变形相对应的微粒的运动。
当压电元件变形且压力室的压力变为负压时，在压电元件变形之前不久之前已到达捕获通道前端的微粒(图4中的左侧)被吸入压力室(图4中的中心)。随后，当压电元件变形并且压力室的压力恢复时，吸取力被释放，并且力作用以将微粒推出(图4中的右侧)。
(4)微粒的返回释放
图5以放大比例示出了图1的捕获部113和压力室114。
如图5的左上方所示，在压力室中的流中产生了在捕获微粒时由射流引起的主流(虚线)和旋流(实线)。捕获的微粒可能会夹带在旋流中，并可能在压力室中涡旋。图5左下方的垂直的三图系的上行中示出了在旋流中夹带的微粒。
如果旋流中夹带的微粒在随后的用于获取另一微粒的排出操作中恰好位于捕获通道附近(图5左下方的垂直的三图系的中间行)，则微粒从压力室中释放出来(垂直的三图系的下行)。因此，微粒的获取率降低。
尤其是在高事件发生率的情况下，换言之，在相对于转移流可以携带的捕获颗粒，存在较多捕获颗粒的情况下(图5的右侧的垂直的三图系)，旋流也变成稳定流时，压力室中的颗粒密度变得均匀且高，并因此返回释放到压力室的外部的可能性增加。
因此，进行了研究以进一步提高微粒的捕获性能。
(5)微粒的捕获性能的提高
为了提高微粒的捕获性能，可以通过缩短捕获通道的长度来减小通道阻力来实现更高速度的分选。另外，不仅通过缩短捕获通道的长度，而且还通过减小捕获通道的直径，也可以通过减小朝向压力室的方向上的吸取体积来以更高的纯度和更高的获取速率进行分选。另外，通过减小朝向压力室的方向的吸取体积，被鞘液稀释的细胞浓度可以在一定程度上恢复(升高)。
图6以放大比例示出了闸门通道以T形构造连接到捕获通道的部分。
为了加速捕获操作，需要减小捕获通道的通道阻力。因此，期望缩短捕获通道长度603。然而，如图6所示，由于将闸门通道连接到捕获通道的结构，因此缩短受到限制。
此外，如图6的右图中的流线所示，当闸门流到达捕获通道时，其朝向检测通道侧和压力室侧分支，使得发生流分离。换句话说，在连接部分处，流朝向检测通道侧和压力室侧分离并分支。结果，在捕获通道与闸门通道的连接部分附近的流趋向于产生朝通道的一侧偏移的流。
鉴于上述情况，为了在捕获通道的入口处表现出微粒聚集效应，从与闸门通道10的连接部分(604)起，捕获通道长度603可能需要为捕获通道直径602的两倍或更大。还考虑到机械强度，捕获通道长度603可能需要是捕获通道直径602的两至三倍或更大。
基于图6的示例进行描述，如果假设捕获通道直径602为60μm，则在额外的假设(捕获通道的入口侧长度604为120μm，闸门通道直径为60μm，并且捕获通道的出口侧长度605为50μm)下，捕获通道长度603可能需要230μm左右。
接下来将讨论捕获微粒时的吸取操作。在捕获微粒时的吸取操作中，需要以穿过捕获通道所需的体积来吸取包含待获取的微粒的含微粒流体的流。
图7示意性地示出捕获通道的长度、含微粒流体的流的吸取体积和微粒之间的关系。
如果待获取的微粒和不需要的微粒彼此靠近，则它们一起被吸入捕获通道，这是因为如果捕获通道如图7的上行所示较长，则被吸入到捕获通道中的体积会变大。
另一方面，如果捕获通道如图7的下行所示较短，则由于要被吸入捕获通道中的体积变小，所以不能将待获取的微粒和不需要的微粒一起吸到捕获通道中。可以相应地区分待获取的微粒和不需要的微粒。结果，可以提高待获取的微粒的纯度，从而可以提高获取速度。
(6)捕获通道的形状与吸取体积之间的关系
图8示意性地示出了捕获通道中的含微粒流体的吸取操作和推出操作。
闸门通道10与捕获通道相交。例如，捕获通道直径可以设置为60μm，且总捕获通道长度可以设置为250μm。假设捕获通道体积(用白线围起来的部分)为0.9nL(0μs)，则从捕获通道向压力室侧吸取接近于捕获通道体积的0.9nL量级的含微粒流体(50μs)。接下来，以接近捕获通道体积的量排出含微粒流体(100μs，向左箭头方向)。当排出时，压力室中的含微粒流体也流入捕获通道。
图9示意性地示出了当闸门流总是以恒定的流速流动时，捕获通道中的含微粒流体的吸取操作和推出操作。
与上述相似，含微粒流体从捕获通道侧朝向压力室侧吸取，并被推出。
在吸取和推出操作期间，闸门流也正在流入。例如，假设向压力室侧的吸取和从压力室侧的推出操作是在100μs内完成的，并且朝向压力室侧的闸门流速为120μL/min(图9中的左)，闸门流的一部分分离并开始流入两侧的捕获通道(图9中的中心)，并且100μs后，多达0.2nL的含微粒流体流入压力室侧流(图9中的右，用白线围住的部分)。
由于上述的0.9nL和0.2nL在数量级上彼此接近，所以获得了如下想法：如果可以形成一种结构，以减少吸取体积和推出体积或捕获通道体积，并且还从捕获通道向压力室侧排出在微粒捕获操作期间流入的闸门流的体积，则可以减小从压力室的内部推出的体积，并且因此可以防止返回释放。
<2.实施例1>
在实施例1中，已经被捕获到压力室侧的获取的微粒不会释放回去，并且因此采用具有两级捕获通道的结构作为示例。
具体而言，根据本技术的微粒分选微芯片包括：
含微粒流体流过的主通道，
与主通道同轴连通的捕获通道，以及
与捕获通道同轴连通的压力室，
捕获通道包括第一级捕获通道和第二级捕获通道，
第一级捕获通道包括第一排出部，
第二级捕获通道包括第二排出部，
第一级捕获通道在其下游端处包括用作孔口的开口，
第一级捕获通道的开口的面积等于或小于第二级捕获通道的最小截面面积，并且
第二级捕获通道在其上游端包括一个或多个闸门通道，例如以T形构造连接或以十字形等形式相交的闸门通道。
第一级捕获通道的下游端的开口在于第二级捕获通道的上游端连接或相交的闸门通道的位置处连接。
图10示出了两级捕获通道。
捕获通道的第一级包括第一排出部1，其具有30μm的通道直径和50μm的长度。在捕获通道的第一级的下游端，有用作孔口的开口7(图10中的上行)。
在捕获通道的第一级中，含微粒流体流在吸取含微粒流体时形成射流。在第一级处，通道长度设置为短的和/或通道直径设置为小的，并且通道体积设置为小的(图10下行的(1))。
捕获通道的第二级的直径(通道直径60μm)设置为比第一级的通道直径大，从而减小了阻力。此外，闸门流连接到第二级(闸门通道直径60μm)。将第二级的体积设置为足够大以容纳闸门流的流入体积，或将该体积设置为足够大以避免流入的闸门流的分离、并保持吸取或推出的体积(图10下行的(2))。
图10的结构在图11中三维地表示。
通过将闸门通道10布置成在第一级捕获通道1和第二级捕获通道2之间相交的闸门通道10，形成了闸门流，并且从第一级捕获通道1的开口7朝向闸门流产生射流。包含有射流的闸门流流到截面面积大于第一级的开口的第二级捕获通道中，并朝向压力室侧流动。另一方面，也发生朝向检测部侧和压力室侧分支的闸门流。朝向检测部侧分支的闸门流可以防止不应获取的微粒进入压力室侧。
图12示出本实施例中的捕获通道中的微粒捕获操作。
在上行的左图中，闸门流始终以例如120μL/min的速度沿上下箭头方向引入。此时(0秒)，压力室的压力为正常(常压)。当待获取的颗粒(图12中的白点)到达捕获通道的入口时，开始对压力室进行负压控制。
在上行(25μs)的中心图中，压力室的压力变为负压，并且在捕获通道的第一级的下游端的流分离，从而产生射流。
在上行的右图中(50μs)，压力室的压力从负压恢复到常压。
接下来，即使压力室的压力已恢复为正压并且在下行的左图中(75μs)开始推出操作，夹带在射流中的微粒也不会立即释放。此外，闸门流在推出操作期间继续流入，并且从捕获通道的第一级的下游端附近，含微粒流体的流被闸门流代替。
在下行的中心图中(100μs)，压力室的压力从正压恢复到常压。
推出操作释放的是射流尾流和闸门流，并且来自压力室内部的释放很少。换句话说，抑制了微粒的返回释放。
在下行的右图中(125μs)，即使在推出操作期间微粒(图12中的黑点)从压力室进入第二级捕获通道，微粒也被闸门流推回到压力室中，直到执行下一个捕获操作为止。
图13示意性地示出包括第一级捕获通道和第二级捕获通道的捕获通道。
第一级捕获通道的截面为圆形。此外，第一级捕获通道，具体地在该示例中为第一排出部1，在其下游端连接至闸门通道10，并且闸门流流体以恒定的流速流过闸门通道10。
压力室的内部压力通过压电元件经历从负压到正压的反复的脉冲控制。
当压力室的内部压力为负压时，包含要被获取微粒的含微粒流体的流从第一级捕获通道被吸取向压力室侧。
现在，简单地假设第一排出部1的截面是圆形的，并且含微粒流体的流以正弦波经历加速和减速。为了使位于第一排出部1的上游端的中心的微粒从上游端到达下游端(图13中的圆(微粒)的运动)，大约计算出需要吸取第一排出部1的体积的一半(1/2)。因此，从第一排出部1对含微粒流体的流的吸取优选设定为与第一排出部1(第一级捕获通道)的体积的一半相同或更大的吸取量。
图14示意性地示出了来自第一排出部1的吸取体积与闸门流的流入体积之间的关系。
如果将压力室的内部压力改变为负压，则从第一排出部1吸取含微粒流体的流。在对压力室的内部压力进行从负压到正压或常压的脉冲控制的同时，闸门流流入第一排出部1中。
此时的闸门流的流入体积可以优选与含微粒流体的流的吸取体积相同或比其大。
这是因为，如果在捕获操作期间闸门流的流入体积大于含微粒流体的流的吸取体积，与第一排出部1的下游端附近的吸取体积大致相同的体积被排出，从而能够减小从压力室释放的体积。
图15示意性地示出排出到第二级捕获通道2的体积与闸门流的流入体积之间的关系。
第一级捕获通道的第一排出部1在其下游端具有用作孔口的开口，并且闸门通道10布置在压力室侧。闸门流流体始终以恒定的流速流过闸门通道，以形成闸门流。闸门流的部分从第二级捕获通道在朝向检测通道侧的方向上和朝压力室侧的方向(至第二排出部的方向)上分支。
当微粒首先到达第一级捕获通道的上游端时，压力室的内部压力改变为负压，以将含微粒流体的流吸取到第一级捕获通道。从第一级捕获通道的下游端(开口)产生射流，并且夹带在该射流中的微粒穿过第二级捕获通道。在微粒到达压力室的内部之后，压力室的内部压力变为正压。一旦被吸取到压力室中，该含微粒流体的流和闸门流然后被朝向第一级捕获通道侧推出。
此时，图15的第二级捕获通道的体积(虚线部分)可以优选地等于或大于当压力室的内部压力变为正压或常压时在朝着捕获通道1的方向上推出的体积。
这是因为，如图15所示，在第二级捕获通道的体积小于通过推出操作而被推出的体积的情况下，即使大量地引入闸门流，第二级捕获通道也无法保持全部的闸门流，闸门流发散到压力室中，并且在推出操作时该流体被从压力室推出。
优选地，接下来将压力室的内部压力改变为负压，由此将流体从第二级捕获通道推出到压力室，以使压力室中的流体的体积等于或小于第二级捕获通道的体积。
<3.实施例2>
优选地，本技术的微粒分选微芯片包括多个闸门通道，并且多个闸门通道连接到第二级捕获通道的上游端，使得闸门通道相对于来自用作孔口的开口的含微粒流体的流的中心彼此对称。
这是因为，如果闸门通道相对于捕获通道的中心不对称地连接，则捕获通道中的流也是不对称的，会产生意外的二次流，并且颗粒可能从压力室内部进入捕获通道。
图16示出了其中闸门通道不对称地连接到捕获通道的示例。
如果闸门通道仅连接到捕获通道的一侧，则当闸门流速高时，在连接部分处会发生流分离。然后，该流在第二级捕获通道中粘在与连接部分相对的表面上，并且产生意外的二次流。
因此，闸门通道相对于捕获通道的中心对称地布置，换言之，相对于来自用作孔口的开口的含微粒流体的流的中心对称地布置。
如果将闸门通道对称地布置，则可以减小来自每个闸门通道的流的流速，可以减小在通道的连接部分处的流速，并且可以减少流的分离。
此外，由于捕获通道中的流也是对称的，因此几乎不会发生意外的二次流。
要注意的是，尽管如图1所示可以包括单个闸门通道，或者如图27和28所示可以包括两个或多个闸门通道，但是包括两个或多个(多个)闸门通道是优选的。另外，不仅可以采用偶数个闸门通道，例如2或4，而且可以采用奇数个闸门通道，例如1、3或5。
图17示出其中闸门通道对称地连接到捕获通道的示例。
如果设置两个闸门通道，例如，一个从上方布置，另一个从下方布置，并且以一半的流速引入闸门流流体，则流的分离在与捕获通道连接的部分处减小并且是对称的，从而减少了意外的二次流的发生。
<4.实施例3>
捕获通道的截面的形状可以是例如正方形、矩形、圆形或椭圆形，并且对其没有特别限制。此外，捕获通道不仅可以是边平行的通道，而且可以是锥形通道。
图18示出其中从与闸门通道的连接部分的下游立即开始渐细的示例，并且图19示出了其中从第二级捕获通道的上游端开始渐细的另一示例。
在图18中，第二级捕获通道的第二排出部2是锥形通道，并且因此第二级捕获通道的体积在第一级捕获通道附近减小。因此，可以有效地存储从压力室侧在排出操作期间流出的闸门流，并且还可以减小在吸取操作期间对射流的阻力。第二级捕获通道在第一级捕获通道附近体积减小。因此，可以减小在吸取操作期间对射流的阻力。
<5.实施例4>
作为替代，第一级捕获通道可以是锥形通道。
图20示出了第一级捕获通道是锥形通道的示例。
如果采用这种结构，则可以在不增加第一级捕获通道的通道阻力的情况下引起在下游端有效地产生射流。
<6.实施例5>
此外，第一级捕获通道和第二级捕获通道可以分别是锥形通道。
图21示出了第一级捕获通道和第二级捕获通道各自是锥形通道的示例。
同样在这种情况下，第二级捕获通道2被设置为比第一级捕获通道1具有更大的最小截面面积。
通过采用这样的结构，可以增强从第一级捕获通道的下游端的开口产生的射流的动力，并且还可以减小第一级捕获通道附近的第二级捕获通道的体积，使得可以在吸取操作期间减小对射流的阻力。此外，可以在不增加第一级捕获通道的通道阻力的情况下引起在下游端有效地产生射流。
<7.实施例6>
捕获通道不仅可以分为两级，而且可以分为三级或更多级。
图22示出具有第一级捕获通道(包括第一排出部1)、第二级捕获通道(包括第二排出部2)和第三级捕获通道(包括第三排出部3)的示例。
第一级、第二级和第三级捕获通道可各自在其下游端具有用作孔口的开口。每个开口的面积被设定为等于或小于在下游侧紧邻的捕获通道的最小截面面积。
闸门通道10可与第二级捕获通道的上游端和第三级捕获通道的上游端中的每一个相交。
<8.实施例7>
在将捕获通道分为三级的情况下，可以存在闸门通道10与第二级捕获通道的上游端相交但没有闸门通道连接至第三级捕获通道的模式。
图23示出其中闸门通道与第二级捕获通道的上游端相交但没有闸门通道连接到第三级捕获通道的示例。
<9.实施例8>
在将捕获通道分成三级的情况下，可以存在闸门通道10与第三级捕获通道的上游端相交的模式。
图24示出其中没有闸门通道连接至第二级捕获通道的上游端、但是闸门通道被连接为与第三级捕获通道的上游端相交的示例。在此，第二级捕获通道和第三级捕获通道可以具有相同的截面面积。
<10.实施例9>
图25示出其中捕获通道被分成三级，第二级和第三级捕获通道是锥形的，并且闸门通道10与第二级捕获通道的上游端相交、但是没有闸门通道连接到第三级捕获通道的示例。
要注意的是，本技术中的捕获通道的形状不限于上述实施例的示例，并且在不损失本发明的有益效果的范围内可以采用各种捕获通道的形状。
<11.实施例10>
在根据本技术的微粒分选微芯片中，可以在捕获通道和压力室之间设置连接通道。
图26示出布置连接通道的示例。
可以将连接通道的截面面积设置为大于捕获通道的截面面积。在连接通道中，也可以布置微粒检测区域等。
在未设置连接通道的情况下，压电元件与压力室的连接例如导致即使期望除了压电元件之外还布置别的部件等，也空间不足。然而，通过采用上述结构，可以确保压力室周围的更宽的空间，从而导致设计自由度的增加。
<12.实施例11>
本技术的微粒分选微芯片可以包括含微粒流体入口、鞘液入口、微粒收集部等，并且也可以采用各个部分适当地连接在一起的结构。
如上面参考图1所提到的，从含微粒流体入口101引入含微粒流体。从鞘液入口103引入鞘液。含微粒流体和鞘液在鞘流形成部112中形成层流，并流过主通道。
紧接在主通道连通捕获通道之前，主通道立即分支到相同轴线上的捕获通道和多个单独的分支通道。闸门通道与捕获通道相交。
在闸门通道的上游侧，闸门流流体可以独立地从未示出的闸门通道入口引入，并允许其以适当的流速流动。此外，可以使闸门流从鞘液流分支并产生。如图1所示，通过将鞘通道与鞘液入口下游的闸门通道的上游端连接(鞘液流被分支并流入闸门通道中)来引入闸门流。在这种情况下，需要适当地设计闸门通道的通道阻力，以便获得适当的闸门流速。
另外，连接通道可以连接到鞘液容器和闸门流体容器。如果需要，可以提供泵以控制鞘液的流动，或者可以提供过滤器以使鞘液通过过滤器。鞘液可以通过这种结构再利用。
此外，微粒收集部可以布置在压力室的下游以收集捕获的微粒。提供收集的微粒用于测量、分析等。在微粒是细胞的情况下，它们也被提供用于增殖等。
<12.微粒分选装置>
(1)配置
本技术的微粒分选装置包括：
配置为其上安装有上述微粒分选微芯片的微芯片安装部，
将光施加到微粒分选微芯片中的微粒检测区域上的光施加部，
通过施加光来检测从每个微粒发出的散射光和/或荧光的检测部，以及
将压力室的内部压力改变为负压或正压的压力室控制部。
微粒分选装置的微芯片安装部可以被构造为使得能够容易地附接和拆卸微粒分选微芯片。在这种情况下，微粒分选微芯片可以是一次性的，也可以是通过洗涤等可重复使用的芯片。
微粒分选装置的光施加部将诸如激发光的光施加到流经主通道或连通通道的微粒上。光施加部可以包括被配置为发射光的光源和被配置为将光聚焦在流经主通道或连通通道的微粒上的物镜。
光源可以根据诸如辨别待获取的微粒的目的适当地从激光二极管、SHG激光器、固态激光器、气体激光器、高亮度LED等中选择。
除光源和物镜之外，光施加部还可根据需要包括一个或多个其他光学元件。
微粒分选装置的检测部可以通过施加来自光施加部的光来检测从微粒发出的散射光和/或荧光。检测部可以包括被配置为聚焦从微粒发出的荧光和/或散射光的聚光透镜以及检测器。
特定的检测器可以包括但不限于PMT、光电二极管、CCD、CMOS等。
此外，除了聚光透镜和检测器之外，检测部还可以根据需要包括一个或多个其他光学元件。
荧光可以是例如从微粒本身产生的荧光，或者是从在微粒上标记的材料例如荧光材料等发出的荧光，但不限于这种荧光。
散射光可以是例如几何光学散射光，瑞利散射光和/或米氏散射光，并且可以是通常检测诸如前向散射光或侧向散射光之类的光的配置。然而，散射光不限于这种光。
微粒分选装置的压力室控制部基于在检测部检测出的数据，控制是否允许流经微粒分选微芯片的主通道或连通通道的微粒前进至分支通道或将其吸入颗粒分选通道。
由检测部检测到的荧光和散射光可以被转换成电信号。
在这种情况下，微粒分选装置包括电信号转换部分。电信号转换部分可以被包括在压力室控制部中，或者可以不被包括在压力室控制部中。
压力室控制部可以接收这样的电信号，并且可以基于电信号来确定微粒的光学特性。
在基于微粒的光学特性的确定结果发现待获取的微粒的情况下，压力室控制部控制压力室的内部压力，以使通过通道的流发生变化，从而允许微粒通过用作孔口的开口进入捕获通道。为了将微粒吸入捕获通道，仅需要将压力室的内部压力更改为负压。
例如，可以通过反复地控制压力室的内部压力从负压到正压或常压，或者从正压或常压到负压，来执行通过通道的流的改变。如果压力室的内部压力更改为正压或常压，则可以再次更改通过通道的流。压力室的这种特定压力控制可以通过使用致动器(例如，压电元件)并使压电元件变形来执行。压力室控制部可以采用与JP2014-036604A中描述的驱动部分类似的构造。
(2)微粒分选程序
微粒分选装置的压力室控制部可以存储用于执行上述操作的微粒分选程序。作为选择，可以将压力室控制部和包括微粒分选程序的计算机连接在一起。
该程序被存储并保存在硬盘中，并在CPU或OS的控制下被读取到存储器中以执行上述捕获操作。
可以以记录在计算机可读记录介质上的形式使程序可用。对记录介质没有特别限制，只要是计算机可读的记录介质即可。具体地，例如，使用诸如软盘或CD-ROM的盘形记录介质。也可以使用诸如磁带的磁带记录介质。此外，也可以采用用诸如DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)、PLD(编程逻辑器件)、FPGA(现场可编程门阵列)等的硬件来配置处理的一部分的配置并与上述软件程序协作执行高速处理。
要注意的是，本技术还可以采用以下配置。
[1]
微粒分选微芯片，包括：
含微粒流体流过的主通道；
与主通道同轴连通的捕获通道；以及
与捕获通道同轴连通的压力室，其中
捕获通道包括上游级捕获通道和下游级捕获通道，
上游级捕获通道在其下游端包括用作孔口的开口，
上游级捕获通道的下游端处的开口的面积等于或小于下游级捕获通道的最小截面面积，
下游级捕获通道在其上游端包括一个或多个连接的闸门通道或一个或多个相交的闸门通道，以及
上游级捕获通道的下游端处的开口与在下游级捕获通道的上游端位置处的闸门通道连接在一起。
[2]
如[1]中描述的微粒分选微芯片，其中，
闸门通道包括多个闸门通道，并且多个闸门通道连接至下游级捕获通道的上游端，使得多个闸门通道相对于来自上游级捕获通道的下游端的开口的含微粒流体的流中心彼此对称。
[3]
如[1]或[2]中描述的微粒分选微芯片，其中，
闸门通道配置成允许闸门流流体总是以恒定的流速流动。
[4]
如权利要求3中描述的微粒分选微芯片，其中，
在下游级捕获通道中，闸门流流体分支为从闸门通道在朝向上游级捕获通道的方向和朝向压力室的方向上流动。
[5]
在[1]至[4]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
压力室具有振动板。
[6]
在[1]至[5]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
压力室的内部压力被反复地控制为负压、正压和常压。
[7]
在[1]至[6]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
主通道包括微粒检测区域。
[8]
在[1]至[7]的任一项中描述的微粒分选微芯片，还包括：
在捕获通道和压力室之间的连接通道。
[9]
在[1]至[8]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
主通道与含微粒流体入口相连，含微粒流体通过该入口引入。
[10]
在[1]至[9]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
主通道与鞘液入口连接，鞘液通过该入口引入。
[11]
在[1]至[10]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
主通道与分支通道连接，该分支通道在捕获通道的上游分支开，含微粒流体未流入捕获通道的部分通过分支通道流动。
[12]
在[11]中描述的微粒分选微芯片，其中，
分支通道与鞘液容器和/或闸门流体容器连接。
[13]
在[1]至[12]的任一项中描述的微粒分选微芯片，还包括：
在压力室的下游，用于收集被捕获的微粒的微粒收集部。
[14]
在[1]至[13]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
当微粒已经到达上游级捕获通道的上游端时，压力室的内部压力从常压变为负压，并且含微粒流体被吸入上游级捕获通道、并且从上游级捕获通道的下游端的开口排出到下游级捕获通道以产生射流，以及
在微粒已经通过下游级捕获通道并已经到达压力室之后，压力室的内部压力从负压或常压变为正压。
[15]
在[1]至[14]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
含微粒流体从上游级捕获通道的下游端的开口以至少上游级捕获通道的体积的一半的体积排出到第二级捕获通道中。
[16]
在[1]至[15]的任一项描述的微粒分选微芯片，其中，
当压力室的内部压力从常压变为负压时，含微粒流体从上游级捕获通道的下游端的开口以一定体积排出到下游级捕获通道中，该一定体积不大于闸门流流体从闸门通道流入下游级捕获通道的体积。
[17]
在[1]至[16]的任一项中描述的微粒分选微芯片，其中，
当压力室的内部压力从常压变为负压时，含微粒流体以不大于下游级捕获通道的体积的体积从下游级捕获通道朝向压力室的方向排出。
[18]
微粒分选装置，包括：
微芯片安装部，被配置为在其上安装微粒分选微芯片，该微粒分选微芯片包括：
含微粒流体流过的主通道，
与主通道同轴连通的捕获通道，以及
与捕获通道同轴连通的压力室，
捕获通道包括上游级捕获通道和下游级捕获通道，
上游级捕获通道在其下游端包括用作孔口的开口，
上游级捕获通道的下游端处的开口的面积等于或小于下游级捕获通道的最小截面面积，
下游级捕获通道在其上游端包括一个或多个连接的闸门通道或一个或多个相交的闸门通道，以及
上游级捕获通道的下游端处的开口与在下游级捕获通道的上游端位置处的闸门通道连接在一起；
光施加部，将光施加到包括在主通道中的微粒检测区域上；
检测部，检测从微粒发出的散射光和/或荧光；以及
压力室控制部，将压力室的内部压力改变为负压或正压。
[19]
在[18]中描述的微粒分选装置，其中
压力室控制部具有压电元件。
参考符号列表
1 第一排出部
2 第二排出部
3 第三排出部
7 开口
10 闸门通道
101 含微粒流体入口
103 鞘液入口
105 检测部
107 分支部
110 废液通道
111 获取通道
112 鞘流形成部
113 捕获部
114、213 压力室
211、303 捕获通道
212 连接通道
301 检测通道
305 振动板
306 压电元件
602 捕获通道直径
603 捕获通道长度。

Claims (19)

1.一种微粒分选微芯片，包括：
含微粒流体流过的主通道；
捕获通道和废液通道，各自在分支点处与所述主通道连通，所述捕获通道与所述主通道同轴连通，其中，所述废液通道包括第一废液通道和第二废液通道，所述第一废液通道和所述第二废液通道各自在所述分支点处与所述主通道连通；
与所述捕获通道连通的捕获室，所述捕获室包括压力室；以及
与所述捕获通道相交的闸门通道，其中，所述捕获通道具有与所述闸门通道相交的开口部，所述开口部位于所述分支点的下游，以及
沿着所述含微粒流体流动的方向，所述捕获通道在所述开口部的上游的截面面积小于所述捕获通道在所述开口部的下游的截面面积。
2.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述闸门通道的数量是多个，并且多个闸门通道连接至下游级的所述捕获通道的上游端，使得所述多个闸门通道相对于来自上游级的所述捕获通道的下游端的开口的所述含微粒流体的流中心彼此对称。
3.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述闸门通道被配置成允许闸门流流体以恒定的流速流动。
4.根据权利要求3所述的微粒分选微芯片，其中，
在下游级的所述捕获通道中，所述闸门流流体分支为从所述闸门通道在朝向上游级的所述捕获通道的方向上和朝向压力室的方向上流动。
5.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述压力室具有振动板。
6.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述压力室的内部压力被反复地控制为负压、正压和常压。
7.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述主通道包括微粒检测区域。
8.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，还包括：
在所述捕获通道和所述捕获室之间的连接通道。
9.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述主通道与含微粒流体入口连接，所述含微粒流体通过所述含微粒流体入口引入。
10.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述主通道与鞘液入口连接，鞘液通过所述鞘液入口引入。
11.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
所述主通道与分支通道连接，所述分支通道在所述捕获通道的上游分支开，并且流体的未流入所述捕获通道的部分通过所述分支通道流动。
12.根据权利要求11所述的微粒分选微芯片，其中，
所述分支通道与鞘液容器和/或闸门流体容器通道连接。
13.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，还包括：
在所述捕获室的下游，用于收集被捕获的微粒的微粒收集部。
14.根据权利要求1所述的微粒分选微芯片，其中，
当微粒已经到达上游级的所述捕获通道的上游端时，所述压力室的内部压力从常压变为负压，并且所述含微粒流体被吸入所述上游级的所述捕获通道、并且从所述上游级的所述捕获通道的下游端的开口排出到下游级的所述捕获通道以产生射流，以及
在所述微粒已经通过所述下游级的所述捕获通道并已经到达所述压力室之后，所述压力室的内部压力从负压或常压变为正压。
15.根据权利要求14所述的微粒分选微芯片，其中，
所述含微粒流体从所述上游级的所述捕获通道的所述下游端的所述开口以至少所述上游级的所述捕获通道的体积的一半的体积排出到所述下游级的所述捕获通道中。
16.根据权利要求14所述的微粒分选微芯片，其中，
当所述压力室的内部压力已从所述常压变为所述负压时，所述含微粒流体从所述上游级的所述捕获通道的所述下游端的所述开口以一定体积排出到所述下游级的所述捕获通道中，所述一定体积不大于闸门流流体从所述闸门通道流入所述下游级的所述捕获通道的体积。
17.根据权利要求14所述的微粒分选微芯片，其中，
当所述压力室的内部压力已从所述常压变为所述负压时，所述含微粒流体以不大于所述下游级的所述捕获通道的体积的体积从所述下游级的所述捕获通道朝向所述压力室的方向排出。
18.一种微粒分选装置，包括：
微芯片安装部，被配置为在其上安装根据权利要求1所述的微粒分选微芯片；
光施加部，将光施加到包括在所述主通道中的微粒检测区域上；
检测部，检测从微粒发出的散射光和/或荧光；以及
压力室控制部，将作为所述捕获室的压力室的内部压力改变为负压或正压。
19.根据权利要求18所述的微粒分选装置，其中，
所述压力室控制部具有压电元件。
CN201880063700.1A 2017-11-14 2018-11-09 用于分离微粒的微芯片和用于分离微粒的装置 Active CN111183348B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017218941 2017-11-14
JP2017-218941 2017-11-14
PCT/JP2018/041608 WO2019098126A1 (ja) 2017-11-14 2018-11-09 微粒子分取用マイクロチップ及び微粒子分取装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111183348A CN111183348A (zh) 2020-05-19
CN111183348B true CN111183348B (zh) 2024-04-09

Family

ID=66539046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880063700.1A Active CN111183348B (zh) 2017-11-14 2018-11-09 用于分离微粒的微芯片和用于分离微粒的装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11440004B2 (zh)
EP (1) EP3712593B1 (zh)
JP (2) JP7167935B2 (zh)
CN (1) CN111183348B (zh)
WO (1) WO2019098126A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230348840A1 (en) * 2019-11-05 2023-11-02 Sony Group Corporation Priming method of microparticle sorting microchip, microparticle sorting method, microparticle sorting device, and program
WO2021100618A1 (ja) * 2019-11-20 2021-05-27 ソニーグループ株式会社 マイクロチップ、サンプル分取キット及び微小粒子分取装置
CN111040938A (zh) * 2019-12-06 2020-04-21 哈尔滨工业大学（深圳） 微流控芯片及分选方法
CN114149893A (zh) * 2021-11-23 2022-03-08 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 微粒自夹流式微流控芯片及其制造方法和微粒自分散方法
WO2023223752A1 (ja) * 2022-05-16 2023-11-23 ソニーグループ株式会社 微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01170853A (ja) * 1987-12-25 1989-07-05 Hitachi Ltd 細胞選別装置
JP4601423B2 (ja) * 2004-12-28 2010-12-22 独立行政法人科学技術振興機構 細胞計測および分離チップ
EP4191227A1 (en) 2010-01-15 2023-06-07 On-chip Biotechnologies Co., Ltd. Disposable chip-type flow cell and flow cytometer using the same
JP5691195B2 (ja) 2010-03-01 2015-04-01 ソニー株式会社 マイクロチップ及び微小粒子分析装置
WO2013040428A1 (en) * 2011-09-14 2013-03-21 Dcb-Usa Llc Microfluidic chips for acquiring sperms with high motility, productions and applications thereof
JP6172147B2 (ja) * 2012-07-18 2017-08-02 ソニー株式会社 微小粒子分取装置及び微小粒子分取方法
JP6036496B2 (ja) * 2012-07-24 2016-11-30 ソニー株式会社 微小粒子分取方法
JP5910412B2 (ja) 2012-08-16 2016-04-27 ソニー株式会社 微小粒子分取方法及び微小粒子分取用マイクロチップ
US8961904B2 (en) * 2013-07-16 2015-02-24 Premium Genetics (Uk) Ltd. Microfluidic chip
CN105606786B (zh) * 2014-11-14 2019-12-24 Mems股份公司 用于确定燃气品质的特定量值的方法和测量装置
JP2017058735A (ja) 2015-09-14 2017-03-23 賢次 力田 作図方法
CN107297334B (zh) * 2017-05-31 2020-04-17 清华大学 基于微电火花空化的细胞分选装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11440004B2 (en) 2022-09-13
JP2023002771A (ja) 2023-01-10
JPWO2019098126A1 (ja) 2020-11-19
US20210170402A1 (en) 2021-06-10
EP3712593A4 (en) 2020-09-23
WO2019098126A1 (ja) 2019-05-23
JP7167935B2 (ja) 2022-11-09
JP7405216B2 (ja) 2023-12-26
CN111183348A (zh) 2020-05-19
EP3712593A1 (en) 2020-09-23
EP3712593B1 (en) 2024-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111183348B (zh) 用于分离微粒的微芯片和用于分离微粒的装置
US10197493B2 (en) Multiple flow channel particle analysis system
JP5910412B2 (ja) 微小粒子分取方法及び微小粒子分取用マイクロチップ
JP6136843B2 (ja) 粒子分取装置、粒子分取方法及びプログラム
EP2693192B1 (en) Micro-particle isolation device and method for controlling position in the micro-particle isolation device
JP6447506B2 (ja) 粒子分取装置及び粒子分取方法
JP2020076786A (ja) 液滴分取装置、液滴分取方法及びプログラム
JP2010025911A (ja) マイクロチップ及びマイクロチップにおける送流方法
WO2018216269A1 (ja) 微小粒子の吸引条件の最適化方法及び微小粒子分取装置
JP7207394B2 (ja) 微小粒子の吸引条件の最適化方法、微小粒子分取用装置、微小粒子分取用システム及び微小粒子分取用プログラム
JP2021181991A (ja) マイクロチップ及び微小粒子分取装置
WO2018216279A1 (ja) 微小粒子の吸引条件の最適化方法及び微小粒子分取装置
CN115997116A (zh) 微粒分选装置、微粒分选方法、程序和微粒分选系统
JP2020519305A (ja) 標的細胞の検出と単離のためのＭｉｃｒｏＦＡＣＳ
CN110093271A (zh) 细胞分选装置
WO2021090555A1 (ja) 微小粒子分取用マイクロチップのプライミング方法、微小粒子分取方法、微小粒子分取装置、及びプログラム
CN117535113A (zh) 微粒分选装置和方法
EP4317939A1 (en) Bioparticle sorting device, and method for adjusting sorting conditions of bioparticle sorting device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant