CN111566482B - 微流体装置中的细胞捕获 - Google Patents

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Abstract

对生物样品中的靶细胞的捕获通过在上游微流体装置(1)的流动通道(30、60)中诱导所述生物样品的流来实现。将存在于所述生物样品中的靶细胞捕获在所述上游微流体装置(1)的细胞通道(20)中。一旦至少最小数量的靶细胞被捕获在所述细胞通道(20)中，就减小所述流动通道中的所述生物样品的所述流并且在所述上游微流体装置(1)处施加反向流，以释放所述上游微流体装置(1)的所述细胞通道(20)中捕获的所述靶细胞并且使得能够将所述靶细胞传送到下游微流体装置(100)的细胞通道(120)中。

Description

微流体装置中的细胞捕获
技术领域
本发明总体涉及微流体装置，并且具体地说涉及在此类微流体装置中从生物样品捕获靶细胞。
背景技术
单细胞生物学的最新发展已清楚表明，同基因细胞在相同条件下生长时在基因表达以及还有行为方面会显示出较大的差异。由此需要新的装置来对细胞到细胞的随时间变化的表型差异进行表征。为了成为培养和监测单细胞中的有效工具，此类装置需要满足某些标准。例如，应很容易对这些装置装载细胞，使得人们能够在装载之后立即监测表型特性。另外，许多不同的单独的细胞需要并行地生长以对细胞到细胞的差异进行表征，并且克服通过求平均值对单独的细胞进行表征的过程中的测量误差。所述装置应被设计成使得能够在恒定的和良好控制的生长条件下在一段较长的时间内培养细胞，以监测例如谱系相关动力学。如果所述装置使得能够改变培养条件以监测响应于新的培养基或测试剂而发生的动态变化，则这将是进一步优选的。例如，可能有利的是用不同的培养基并行地对同基因细胞进行测试，或并行地监测不同的细胞菌株对培养基变化的响应。
微流体装置的期望的应用是在靶细胞已被装载在微流体装置中之后立即快速且并行地监测生物样品中的诸如细菌的靶细胞对一组抗生素或其他测试剂的表型响应。在这种应用中，能够对微流体装置直接装载生物样品以加快分析速度将是有利的。
用“母机器(Mother Machine)”表示的现有技术微流体装置被公开于Wang等人，Current Biology 2010,20:1099-1103中。母机器允许并行地监测许多不同的细胞通道中的细胞。然而，这种现有技术微流体装置具有若干缺点。例如，细胞装载是复杂的并且很难快速改变微流体装置中的培养条件。
可用于分析生物样品的另外的微流体装置被展示于WO 2016/007063和WO 2016/007068中。
Baltekin等人，PNAS2017,114(34):9170-9175公开了使用微流体装置进行的快速抗生素敏感性试验(AST)测试(FASTest)。
微流体装置中的包含待分析的靶细胞的许多生物样品另外包含诸如其他细胞的污染颗粒，和/或包含与污染颗粒相比较处于比较低浓度的靶细胞。这可能会使靶细胞的分析和表征变复杂，因为污染颗粒会在细胞捕获期间战胜靶细胞并且可能会干扰分析和表征。
发明内容
总体目标是提供靶细胞从生物样品到微流体装置中的有效捕获。
这个和其他目标通过如本文所公开的实施方案来满足。
所述实施方案的一个方面涉及一种从生物样品捕获靶细胞的方法。所述方法包括在上游微流体装置的流动通道中在所述流动通道的第一端与第二端之间诱导包含靶细胞的生物样品的流。所述上游微流体装置包括衬底，所述衬底具有适于容纳所述靶细胞的细胞通道；流输入通道，所述流输入通道具有第一端和第二端；以及流输出通道，所述流输出通道与流体端口流体连接。所述细胞通道的相应的第一端与所述流输入通道流体连接，并且所述细胞通道的相应的第二端与所述流输出通道流体连接。所述细胞通道包括相应的障碍物，所述相应的障碍物被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物并且传递到所述流输出通道中。所述方法还包括监测所述细胞通道以检测所述细胞通道中捕获的靶细胞的存在。当至少最小数量的靶细胞被捕获在所述细胞通道中时，减小所述流动通道中的所述生物样品的所述流并且在所述上游微流体装置的所述流体端口处施加流体介质，以释放所述上游微流体装置的所述细胞通道中捕获的所述靶细胞并且使得能够将所述靶细胞传送到下游微流体装置的细胞通道中。所述下游微流体装置包括衬底，所述衬底具有适于容纳所述靶细胞的细胞通道；流输入通道，所述流输入通道具有第一端和第二端；以及流输出通道，所述流输出通道与流体端口流体连接。所述细胞通道的相应的第一端与所述流输入通道流体连接，并且所述细胞通道的相应的第二端与所述流输出通道流体连接。所述细胞通道包括相应的障碍物，所述相应的障碍物被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物并且传递到所述流输出通道中。
所述实施方案的另一个方面涉及一种用于从生物样品捕获靶细胞的系统。所述系统包括上游微流体装置、下游微流体装置、流体连接器和流量控制器。所述上游微流体装置包括衬底，所述衬底具有适于容纳所述靶细胞的细胞通道；流输入通道，所述流输入通道具有第一端和第二端；以及流输出通道，所述流输出通道与流体端口流体连接。所述细胞通道的相应的第一端与所述流输入通道流体连接，并且所述细胞通道的相应的第二端与所述流输出通道流体连接。所述细胞通道包括相应的障碍物，所述相应的障碍物被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物并且传递到所述流输出通道中。所述下游微流体装置包括衬底，所述衬底具有适于容纳所述靶细胞的细胞通道；流输入通道，所述流输入通道具有第一端和第二端；以及流输出通道，所述流输出通道与流体端口流体连接。所述细胞通道的相应的第一端与所述流输入通道流体连接，并且所述细胞通道的相应的第二端与所述流输出通道流体连接。所述细胞通道包括相应的障碍物，所述相应的障碍物被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物并且传递到所述流输出通道中。所述流量控制器适于在所述上游微流体装置的流动通道中在所述流动通道的第一端与第二端之间诱导包含所述靶细胞的所述生物样品的流。所述流体连接器适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在所述上游微流体装置的所述细胞通道中时将所述上游微流体装置的所述流输入通道的所述第一端和/或所述第二端与所述下游微流体装置的所述流输入通道的所述第一端和/或所述第二端互连。所述流量控制器适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在所述上游微流体装置的所述细胞通道中时减小所述流动通道中的所述生物样品的所述流，并且在所述上游微流体装置的所述流体端口处施加流体介质，以释放所述上游微流体装置的所述细胞通道中捕获的所述靶细胞并且将所述靶细胞传送到所述下游微流体装置的所述细胞通道中。
本发明实施方案使得能够通过将两个微流体装置互连而从生物样品有效地捕获靶细胞。所述上游微流体装置之后使得能够通过将靶细胞与可能也存在于生物样品中的污染颗粒分离来富集靶细胞。此外，可在所述生物样品流过上游微流体装置时在所述上游微流体装置中进行对所述靶细胞的培养。一旦已达到足够数量的靶细胞，就从所述上游微流体装置释放这些靶细胞并且通过反向流体流将所述靶细胞传送到所述下游微流体装置中。然后可在存在低风险的否则可能会干扰表征的污染颗粒的情况下对所述下游微流体装置中捕获的所述靶细胞进行表征。
附图说明
通过参考以下结合附图进行的描述可最好地理解所述实施方案以及其另外的目标和优点，在附图中：
图1是根据一个实施方案的微流体装置的示意图；
图2是根据一个实施方案的具有预过滤器的上游微流体装置的示意图；
图3是根据另一个实施方案的具有预过滤器的上游微流体装置的示意图；
图4是根据一个实施方案的包括上游微流体装置和下游微流体装置的系统的示意图；
图5是根据一个实施方案的下游微流体装置的示意图；
图6是根据另一个实施方案的下游微流体装置的示意图；
图7示意性地示出了根据一个实施方案的利用可连接到微流体装置的流体端口的流体储存器的流量控制器；
图8是示出根据一个实施方案的捕获靶细胞的方法的流程图；
图9是示出图8所示的方法的另外的任选步骤的流程图；并且
图10示出了根据一个实施方案的微流体装置在盘状物上的布置。
具体实施方式
在所有附图中，相同的附图标记用于相似或对应的元件。
本发明总体涉及微流体装置，并且具体地说涉及在此类微流体装置中从生物样品捕获靶细胞。
微流体装置已被提出用于分析和监测存在于生物样品中的靶细胞以确定靶细胞的各种特性，诸如表型和/或基因型特性和特征。在液体介质中主要包含靶细胞的基本上纯的生物样品的情况下，或者在生物样品包含处于比较高浓度的靶细胞的情况下，这种方法通常极为凑效。
然而，在若干应用中，生物样品可能是复杂的，另外包含所谓的污染颗粒和/或包含处于比较低浓度的靶细胞。污染颗粒可包括除了靶细胞之外的细胞、细胞碎片和非细胞材料，诸如灰尘和/或尘埃颗粒。在这些应用中，污染颗粒可能会堵塞微流体装置，从而阻止存在于生物样品中的靶细胞在微流体装置中的有效捕获。另外，如果与靶细胞相比较，生物样品包含比较高浓度的污染颗粒，则污染颗粒在微流体装置中捕获期间可能会战胜靶细胞，结果是微流体装置中没有捕获任何靶细胞或捕获过少的靶细胞。在任一种情况下，都将不会有足够数量的靶细胞捕获在微流体装置中，以便对靶细胞进行有效分析并且确定所述靶细胞的特性。
一种典型情况将是从(暂定)脓毒症患者取得的血液样品。在这种情况下，血液样品最常包含比较低浓度的作为靶细胞的致感染细菌，以及比较高浓度的作为污染颗粒的白细胞(WBC)和红细胞(RBC)。
这意味着如果这种血液样品被装载到微流体装置中，则WBC和RBC可能会阻塞和堵塞微流体装置中的细胞通道和/或占用基本上所有的细胞通道，在所述细胞通道中原本应当捕获细菌。因而，对于这种血液样品，在微流体装置中不会捕获或将捕获远远太少的细菌。
因此需要在微流体装置中从生物样品有效捕获靶细胞。
此目标根据本发明实施方案通过具有(参见图1至图6)多个，即至少两个微流体装置1、100来解决，所述至少两个微流体装置1、100包括：至少一个第一微流体装置，在本文表示为上游微流体装置1；以及至少一个第二微流体装置，在本文表示为下游微流体装置100。在这种情况下，将包含靶细胞，诸如处于低浓度的靶细胞和/或另外包含污染颗粒的生物样品输入到上游微流体装置1，以便在上游微流体装置1的细胞通道20中捕获靶细胞(也表示为细胞捕集)。这种捕获通常在一段较长的时间内进行，在所述时间期间，在上游微流体装置1的流动通道30、60中诱导了生物样品的流。这种流诱导为生物样品中的靶细胞进入细胞通道20并在其中捕获所述靶细胞提供了机会。另外，流过流动通道30、60的生物样品中存在的靶细胞在此流诱导阶段期间可生长和繁殖，以增加靶细胞的数量并且由此提高在细胞通道20中捕获足够数量的靶细胞的可能性。此外，细胞通道20中已经捕获的靶细胞在流诱导阶段期间将在细胞通道20中繁殖和增殖，从而增加捕获的靶细胞的总数量。
一旦足够数量的靶细胞已被捕获在上游微流体装置1的细胞通道20中，就会减小，诸如中断流动通道30、60中的生物样品的流，并且上游微流体装置1任选地连接到下游微流体装置100，这示意性地示出于图4中。然后在上游微流体装置1中施加反向流，以释放上游微流体装置1的细胞通道20中捕获的靶细胞并且使得能够在下游微流体装置100的细胞通道120中捕获靶细胞。
上游微流体装置1因此具有用于实现对靶细胞的有效捕获的若干重要功能。首先，所述上游微流体装置通过去除污染颗粒而从生物样品富集靶细胞。因此，细胞通道20和流诱导被设计和适配成主要捕获靶细胞，同时过滤掉污染颗粒。因而，在上游微流体装置1中进行靶细胞的纯化和富集。其次，上游微流体装置1中的流诱导阶段为生物样品中的靶细胞和细胞通道20中捕获的靶细胞生长和繁殖，由此增加靶细胞的数量提供了机会。第三，先在上游微流体装置1中进行靶细胞的初始捕获，之后在下游微流体装置100中进行靶细胞的释放和后续捕获实现了靶细胞在流体介质中的集中。因而，尽管生物样品中的靶细胞的初始浓度可能是低的，但是根据本发明获得的富集显著提高了下游微流体装置100中的靶细胞的浓度。
因此，即使原始生物样品包含低浓度的靶细胞和/或许多污染颗粒，本发明实施方案也使得能够在下游微流体装置100中捕获足够数量的靶细胞，以便对靶细胞进行有效分析并且确定所述靶细胞的特性。
图8是示出根据一个实施方案的从生物样品捕获靶细胞的方法的流程图。所述方法包括在步骤S1中在上游微流体装置1的流动通道30、60中在流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64之间诱导包含靶细胞的生物样品的流。上游微流体装置1包括衬底10，所述衬底10具有适于容纳靶细胞的细胞通道20。上游微流体装置1还包括流输入通道30，所述流输入通道30具有第一端32和第二端34；以及流输出通道40，所述流输出通道40与流体端口41流体连接。细胞通道20的相应的第一端22与流输入通道30流体连接，并且细胞通道20的相应的第二端24与流输出通道40流体连接。细胞通道20包括相应的障碍物25，所述相应的障碍物25被设计成阻止或者至少限制或抑制靶细胞20经过相应的障碍物并且传递到流输出通道40中。
所述方法还包括在步骤S2中监测细胞通道20以检测细胞通道20中捕获的靶细胞的存在。
步骤S2中的这种监测可与步骤S1串行或至少部分并行地执行。在前一种情况下，在步骤S2中监测细胞通道20期间可暂时中断流动通道30、60中的流诱导。如果步骤S2中的监测得出细胞通道20中没有足够数量的靶细胞的结论(参见任选步骤S3)，则所述方法继续进行到步骤S1，从而恢复流动通道30、60中的生物样品的流。
在后一种情况下，在步骤S2中的监测细胞通道20在生物样品在流动通道30、60中流动时进行。步骤S2中的监测则可执行一次或在多个时间实例，诸如排定或规律的时间实例处执行，例如每30秒、每分钟、每隔一分钟等执行。在步骤S2中还可能对细胞通道20进行略微连续的监测，而不是进行一次监测或在多个时间实例处进行监测。
在任一种情况下，当步骤S2中的监测得出至少最小数量的靶细胞被捕获在细胞通道20中的结论时，所述方法继续进行到步骤S4。这在图8中被示意性地示出为细胞通道20中的检测到的靶细胞的数量超过某一预定值T的情况。这个值以及因此靶细胞的最小数量通常预先限定并且一般取决于靶细胞的后续处理的类型，诸如可在下游微流体装置100中执行的靶细胞的表征。
只要步骤S2中的监测确定细胞通道20中没有足够数量的检测到的靶细胞，步骤S1和S2的循环就通过在流动通道30、60中诱导生物样品的流并监测细胞通道20来继续。
当确定至少最小数量的靶细胞被捕获在细胞通道20中时，所述方法继续进行到步骤S4。这个步骤S4包括减小流动通道30、60中的生物样品的流。下一个步骤S6包括在上游微流体装置1的流体端口41处施加流体介质，以释放上游微流体装置1的细胞通道20中捕获的靶细胞并且使得能够将靶细胞传送到下游微流体装置100的细胞通道120中。
下游微流体装置100包括衬底110，所述衬底110具有适于容纳靶细胞的细胞通道120。下游微流体装置100还包括流输入通道130，所述流输入通道130具有第一端132和第二端134；以及流输出通道140，所述流输出通道140与流体端口141流体连接。细胞通道120的相应的第一端122与流输入通道130流体连接，并且细胞通道120的相应的第二端124与流输出通道140流体连接。细胞通道120包括相应的障碍物125，所述相应的障碍物125被设计成阻止或者至少限制或抑制靶细胞120经过相应的障碍物并且传递到流输出通道140中。
因此，一旦足够数量的靶细胞被捕获并存在于上游微流体装置1中的细胞通道20中，就会减小，诸如完全中断或停止生物样品的流，或者至少与步骤S1中诱导的流相比较有所减小。
然后在上游微流体装置1处施加反向流体流。这意味着在流输出通道40的流体端口41处输入流体流并且所施加的流体介质流动到流输出通道40中，流过细胞通道20并且流动到上游微流体装置1的流输入通道30中。当流体介质穿过细胞通道20时，所述流体介质以流的方式传送这些细胞通道20中捕获的靶细胞，从而将靶细胞带到流输入通道30中。
在一个实施方案中，所述方法还包括如图8所示的步骤S5。这个步骤S5包括将上游微流体装置1的流输入通道30的第一端32和/或第二端34连接到下游微流体装置100的流输入通道130的第一端132和/或第二端134。之后将两个微流体装置1、100的流输入通道30、130互连以提供从上游微流体装置1的流输入通道30到下游微流体装置100的流输入通道130的流体路径。
在这个实施方案中，携带靶细胞的反向流继续从上游微流体装置1的流输入通道30进入下游微流体装置100的流输入通道130，通过细胞通道120并进入流输出通道140，并且通过下游微流体装置100的流体端口141离开。由于相应的障碍物125的存在，因此由这个反向流传送的靶细胞被捕获在下游微流体装置100的细胞通道120中。
然后可对下游微流体装置100的细胞通道120中的捕获的靶细胞进行进一步处理或表征。例如，可相对于表型和/或基因型对靶细胞进行表征、对所述靶细胞进行分类或鉴别等。
步骤S6中施加的流体介质可为与靶细胞相容的任何流体或液体介质。例如，流体介质可为培养基。
在一个优选的实施方案中，上游微流体装置1中的流输入通道30的端部32、34中的至少一者连接到下游微流体装置100中的流输入通道130的端部132、134中的至少一者。这种流体连接优选地通过流体互连器6来实施。流体互连器6可例如为连接到流输入通道30、130的相应的流体端口31、33、131、133的管道。可选地，流体互连器6可为衬底10、110中限定的通道，所述通道在步骤S1和S2期间诸如被阀阻塞，然后在步骤S5中打开以在流输入通道30、130的端部32、34、132、134之间提供流体连接。
尽管优选使用流体互连器6来使得能够在上游微流体装置1的细胞通道20与下游微流体装置100的细胞通道120之间传送靶细胞，但是所述实施方案并不限于此。例如，步骤S6中施加的反向流可将上游微流体装置1的细胞通道20中捕获的靶细胞朝向流输入通道30的端部32、34中的一者传送。如图1所示，相应的端部32、34优选地连接到流体端口31、33。之后可将流体端口31、33自身设计成操作为流体储存器，或连接到如图7所示的流体储存器3。反向流然后将靶细胞传送到流体端口31、33或所连接的流体储存器3。在一个实施方案中，之后可使用移液管或类似工具来将包含靶细胞的流体从流体端口31、33或流体储存器3向上吸移。然后将包含靶细胞的流体注入到下游微流体装置100的流输入通道130的流体端口131、133中，或注入到连接到这个流输入通道130的端部132、134的流体储存器。
另一替代方案是一旦步骤S6中施加的反向流已将靶细胞从细胞通道20传送到流体储存器3中，就将最初连接到上游微流体装置1中的流输入通道30的端部32、34的流体储存器3连接到下游微流体装置100的流输入通道130的端部132、134。流量控制器200之后可将流体从流体储存器3泵送到或以其他方式传送到下游微流体装置100的流输入通道130中。
因此，即使原始生物样品包含非常少的靶细胞和/或许多污染颗粒，多个微流体装置1、100在细胞捕获中的使用也能富集靶细胞并且提供为后续表征获得足够数量的靶细胞的有效的解决方案。
步骤S4中的流的减小可根据各种实施方案来执行。例如，可中断，由此停止流动通道30、60中的生物样品的流。在这种实施方案中，流动通道30、60中通常不存在生物样品的流。步骤S4中的减小由此减小到生物样品的零流量，即流的完全减小。
在其他实施方案中，在步骤S4中不需要中断或停止流动通道30、60中的生物样品的流。在这些实施方案中，在流动通道30、60中仍然存在生物样品的流。然而，与在步骤S1中在流动通道30、60中诱导并形成的初始流相比较，这个流已有所减小。流减小可例如通过以下方式来执行：减小生物样品的流速，使得流速在步骤S1之后变为初始流速的X％。此参数X可为小于100，诸如等于或小于95、等于或小于90、等于或小于85、等于或小于80、等于或小于75、等于或小于70、等于或小于65、等于或小于60、等于或小于55、等于或小于50、等于或小于45、等于或小于40、等于或小于35、等于或小于30、等于或小于25、等于或小于20、等于或小于15、等于或小于10或者等于或小于5的任何值。
步骤S4中的流的减小在一些应用中可能优于完全中断所述流。在流动通道30、60中具有小的流降低了尤其是在步骤S6之后在流动通道30、60中再一次恢复生物样品的流的情况下发生堵塞、气泡形成等风险。
在一个实施方案中，图8的步骤S1包括在上游微流体装置1的流输入通道30中在流输入通道30的第一端32与第二端34之间诱导生物样品的流。
这个实施方案特别适合于如图1所示的上游微流体装置1。因此，在这种情况下，在流输入通道30中诱导并形成生物样品的流。在生物样品在流输入通道30中流动时，所述样品还会通过细胞通道20流动到流输出通道40中并且通过流体端口41流出。
细胞通道20适于容纳靶细胞。这意味着细胞通道20具有允许靶细胞通过相应的第一端22进入细胞通道20的诸如直径、宽度和高度之类的大小以及形状。具有过大或不适于细胞通道20的横截面大小和形状的大小、形状和/或刚度的污染颗粒不会进入细胞通道20，而是保留在流输入通道30中的生物样品的流中。
细胞通道20包括相应的障碍物25，所述相应的障碍物25被设计成阻止诸如具有特定大小、尺寸、形状、形式或刚度的靶细胞经过相应的障碍物25并且传递到流输出通道40中。相应的障碍物25优选地布置在细胞通道20的第二端24处或靠近所述第二端之处。
在特定实施方案中，细胞通道20的尺寸是在100nm至100μm的范围内。
因此，在上游微流体装置1中在靶细胞与污染颗粒之间存在分离。大的污染颗粒、具有与细胞通道20不匹配的横截面形状的污染颗粒，以及过于刚硬而无法变形来进入细胞通道20的第一端22的污染颗粒无法进入细胞通道20并且由此将保留在流输入通道30中的生物样品中。对应地，小的污染颗粒，以及容易变形的污染颗粒可进入细胞通道20，但是也会经过障碍物25并流动到流输出通道40中，并且通过流体端口41流出。这意味着上游微流体装置1将主要在细胞通道20中捕获靶细胞，或至少带来细胞通道20中的靶细胞的富集。这意味着细胞通道20中的作为靶细胞的捕获的“颗粒”的百分比与生物样品中的作为靶细胞的“颗粒”的数量相比较将显著更高。
微流体装置1的衬底10具有在流输入通道30与流输出通道40之间延伸的多个，即至少两个但最普遍为数十个、数百个或甚至数千个或数十万个细胞通道20。细胞通道20优选地如图1所示彼此平行，其中第一端22与流输入通道30流体连接并且相对的第二端24与流输出通道40流体连接。因此，存在于流输入通道30中的生物样品可流过细胞通道20并进一步流动到流输出通道40中，并且通过流体端口41流出。这一大数量的细胞通道20为存在于流输入通道30中的生物样品中的靶细胞被捕获在细胞通道20中提供了许多机会。
上游微流体装置1可包括如图2所示的预过滤器50以去除污染颗粒的至少一部分，从而阻止可能抵达用于在上游微流体装置1中捕获靶细胞的细胞通道20的此类污染颗粒，或者至少显著减少所述污染颗粒的数量。图2所示的上游微流体装置1和预过滤器50的显著优点是如果预过滤器50被污染颗粒堵塞或阻塞，则可清洁所述预过滤器。因此，即使生物样品包含可能会堵塞预过滤器50和上游微流体装置1的许多此类污染颗粒，也可清洁预过滤器50以去除此类堵塞的污染颗粒，从而继续从上游微流体装置1中的生物样品捕获靶细胞。
图2是包括预过滤器50的上游微流体装置1的图示。预过滤器50包括具有第一端62和第二端64的过滤器通道60。预过滤器50还包括适于容纳靶细胞的预过滤器通道70。预过滤器通道70的相应的第一端72与过滤器通道60流体连接，并且预过滤器通道70的相应的第二端74与流输入通道30流体连接。
在这个实施方案中，图8的步骤S1包括在上游微流体装置1的过滤器通道60中在过滤器通道60的第一端62与第二端64之间诱导生物样品的流。
为了防止污染颗粒阻塞细胞通道20的入口，即第一端22并且由此阻止生物样品中的任何靶细胞进入细胞通道20并被捕获在其中，或者至少显著降低这种风险，将预过滤器50布置在细胞通道20的上游。这意味着预过滤器50将有效地去除存在于生物样品中的任何污染颗粒的至少很大一部分，并且由此防止此类污染颗粒抵达流输入通道30和细胞通道20或减少所述污染颗粒的数量。
在图2所示的预过滤器50的实施方案中，预过滤器50包括优选地彼此平行的多个预过滤器通道70。这些预过滤器通道70在一个实施方案中可基本上类似于细胞通道20，但是例外的是不像细胞通道20那样具有任何障碍物25。
预过滤器通道70则可具有与细胞通道20相同的横截面大小和形状，或者可具有不同的所述横截面大小和/或形状，只要靶细胞能够进入并流过预过滤器通道70即可。
当从过滤器通道60处的第一端72朝向流输入通道30处的第二端74延伸时，预过滤器通道70可具有基本上均匀的横截面大小和形状。在另一个实施方案中，横截面大小和/或形状从第一端72到第二端74可连续地变化或者以一个或多个阶梯变化。例如，与第二端74相比较，过滤器通道70的直径、宽度或高度在第一端72处可以更大。预过滤器通道70的这种缩窄可以是连续的，即当从第一端72到第二端74时平稳地减小直径、宽度或高度。可选地，预过滤器通道70的缩窄可以一个或多个阶梯逐步进行。
将平行的预过滤器通道70插入衬底材料之间的实施方案应仅被视作为预过滤器50的说明性实例。例如，可在预过滤器中将多个柱状物布置在过滤器通道与流输入通道之间。这多个柱状物形成在柱状物之间延伸并从过滤器通道延伸到流输入通道的预过滤器通道。在一个实施方案中，柱状物均匀地分布在过滤器通道与流输入通道之间的所谓的预过滤器区域或区中。在这种实施方案中，在相邻的柱状物之间的柱状物间距离在整个预过滤器区域或区中基本上是相同的。在一个替代实施方案中，柱状物可或多或少随机地分布在预过滤器区域或区上，只要预过滤器通道在过滤器通道与输入通道之间延伸，并且具有足以允许靶细胞从过滤器通道流过预过滤器区域或区并且流动到流输入通道中的尺寸即可。
在另一实施方案中，柱状物间距离在从过滤器通道到流输入通道时可在预过滤器区域或区上连续地变化或逐步地变化。例如，与靠近过滤器通道的相邻的柱状物之间的柱状物间距离相比较，所述柱状物间距离在靠近流输入通道的相邻的柱状物之间更小。
在另一个实施方案中，预过滤器区域或区包括在其之间具有开口的过滤器结构排或阵列。这些开口由此允许靶细胞穿过过滤器结构排或阵列。
单个过滤器结构排或阵列可布置在预过滤器区域或区中。这应仅被视作为说明性实例。事实上可能会有多个这样的排或阵列被一个接一个地布置以基本上形成过滤器结构矩阵。在这种情况下，处于不同排的过滤器结构可彼此对准，或者相对于彼此可至少部分地移位。在前一种情况下，预过滤器通道在过滤器结构的开口之间将是直通道，而在后一种情况下，预过滤器通道将会在不同排的过滤器结构的移位的开口之间形成之字形弯曲。
在多个过滤器结构排或阵列的情况下，在相邻的过滤器结构之间的距离在所有排或阵列中可以是相同的，即具有均匀的开口。可选地，相邻的过滤器结构之间的距离在不同排之间可有所不同，诸如与靠近流输入通道的一排过滤器结构的距离以及因此开口相比较，对于靠近过滤器通道的一排过滤器结构来说具有更大的所述距离以及因此开口。
除了具有像图2那样的平行的预过滤器通道70、由柱状物限定的预过滤器通道和在过滤器结构之间的预过滤器通道，存在另外的在预过滤器区域或区中形成预过滤器通道70的替代方式。所述实施方案由此不限于这些说明性实例。例如，延伸穿过衬底，或者在预过滤器区域或区中布置在过滤器通道与流输入通道之间的半渗透膜结构的连续孔可以可选地用作预过滤器通道。
在操作中，在步骤S1中在过滤器通道60中在相应的端部62、64之间诱导生物样品的流。生物样品还将流动到预过滤器通道70中。存在于生物样品中并且具有足够大的大小、形状和/或刚度的污染颗粒被阻止进入预过滤器通道70的第一端72并且由此保留在过滤器通道60中。然而，存在于生物样品中的任何靶细胞都将进入第一端72并且通过预过滤器通道70流动到流输入通道30中。如果预过滤器通道70具有变化的大小和/或尺寸，则污染颗粒实际上可能会通过第一端72进入预过滤器通道70，但是之后可能会由于过大，或者所具有的形状阻止它们进一步通过预过滤器区域或区75朝向预过滤器通道70的第二端74流动而被卡在沿着预过滤器通道70的长度的某一位置。
生物样品的流继续从流输入通道30通过细胞通道20，然后离开来进入流输出通道40和流体端口41。存在于生物样品的流中的任何靶细胞都会因障碍物25的存在而被捕集在细胞通道20中。
如果由于污染颗粒堵塞预过滤器通道70和/或阻塞预过滤器通道70的入口而需要清洁预过滤器50，则可从流输入通道30的流体端口31形成反向流体流并且使所述反向流体流通过过滤器通道60的过滤器端口61、63离开。流体之后将从流输入通道30流动并且流过预过滤器通道70，但是在相反的方向上流动，即从第二端74朝向第一端72流动，然后流动到过滤器通道60中。堵塞的污染颗粒之后会被反向流体流冲走并且通过过滤器端口61、63流出。这个反向流优选地为没有任何污染颗粒的流体，诸如培养基、洗涤介质或其他液体的流。
在清洁预过滤器50期间，通过从流输入通道30的流体端口31产生流，所述流体优选地还流动到细胞通道20中，流过流输出通道40并且通过流体端口41流出。这个流在清洁预过滤器50期间通过细胞通道20降低了冲走细胞通道20中捕获的任何靶细胞的风险。因此，细胞通道20中已经捕获的任何靶细胞在清洁过程期间都将被保留下来。
图3是具有多组预过滤器通道70、90的上游微流体装置1的另一个实施方案的图示。在这个实施方案中，过滤器通道60是上游过滤器通道60，并且预过滤器通道70是上游预过滤器通道70。预过滤器50还包括适于容纳靶细胞的下游过滤器通道80和下游预过滤器通道90。下游预过滤器通道90的相应的第一端92与下游过滤器通道80流体连接，并且下游预过滤器通道90的相应的第二端94与流输入通道30流体连接。在这个实施方案中，上游预过滤器通道70的相应的第一端72与上游过滤器通道60流体连接，并且上游预过滤器通道70的相应的第二端74与下游过滤器通道80流体连接。
在这个实施方案中，图8的步骤S1优选地包括在上游过滤器通道60中在上游过滤器通道60的第一端62与第二端64之间诱导生物样品的流。
因此，如图3所示的实施方案包括具有多组，即至少两组过滤器通道60、80和预过滤器通道70、90的预过滤器50。这些组之后串联地布置在衬底10中，其中上游组为上游过滤器通道60和上游预过滤器通道70，并且下游组为下游过滤器通道80和下游预过滤器通道90，并且其中上游对下游涉及从上游过滤器通道60朝向流输出通道40的流动方向。
在一个实施方案中，下游预过滤器通道90和上游预过滤器通道70具有相同的直径、宽度和高度以及相同的横截面形状。这意味着两组过滤器通道60、80和预过滤器通道70、90基本上是相同的。在另一个实施方案中，与上游预过滤器通道70相比较，下游预过滤器通道90可具有不同的直径、宽度和高度和/或横截面形状。具体地说，与下游预过滤器通道90相比较，上游预过滤器通道70具有更大的直径或更大的高度和/或宽度。
因此，对于预过滤器通道70、90的横截面积来说优选的是，与下游预过滤器通道90相比较，上游预过滤器通道70更大。如果上游预过滤器通道70和下游预过滤器通道90中的至少一者具有缩窄的横截面形状，则上游预过滤器通道70的在第二端74处的直径、宽度和/或高度优选地大于下游预过滤器通道90的在第二端94处的直径、宽度和/或高度。
当从第一端72、92延伸到第二端74、94时，上游预过滤器通道70和下游预过滤器通道90两者均可具有均匀的横截面形状和大小。可选地，上游预过滤器通道70和下游预过滤器通道90中的一者或两者在第一端72、92处可具有不同于第二端74、94的横截面形状和大小，诸如连续缩窄或逐步缩窄的预过滤器通道70、90。
具有多个过滤器通道60、80和多个预过滤器通道70、90的这个概念当然可延伸到多于两组这样的过滤器通道60、80和预过滤器通道70、90，所述通道可能具有不同尺寸。
可根据各种实施方案为图3所示的预过滤器50清除堵塞的污染颗粒。例如，可单独地清洁每组预过滤器通道70、90。对上游预过滤器通道70的单独的清洁可通过以下方式来执行：将反向流从与下游过滤器通道80的端部流体连接的过滤器端口81引导通过下游过滤器通道80以及上游预过滤器通道70和上游过滤器通道60，并且通过上游过滤器通道60的过滤器端口61、63引导出来。对应地，对下游预过滤器通道90的单独的清洁可通过以下方式来执行：将反向流从流输入通道30的流体端口31引导通过流输入通道30以及下游预过滤器通道90和下游过滤器通道80，并且通过下游过滤器通道80的过滤器端口81引导出来。
可选地，两组预过滤器通道70、90可在联合操作中通过以下方式来清洁：从流输入通道30的流体端口31提供反向流，使所述反向流通过流输入通道30并且通过下游预过滤器通道90、下游过滤器通道80、上游预过滤器通道70和上游过滤器通道60，并且通过所述上游过滤器通道所连接的过滤器端口61、63中的任一者或全部端口离开。
在步骤S1中在其中诱导生物样品的流的流动通道对于如图1所示的没有任何预过滤器50的上游微流体装置1来说可为流输入通道30，或者对于如图2和图3所示的包括预过滤器50的上游微流体装置1来说可为(上游)过滤器通道60。
在任一种情况下，在一个实施方案中，图8的步骤S1包括在流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64之间来回地诱导生物样品的振荡流。
在这个实施方案的特定实现方式中，第一流体储存器2连接到与流输入通道30的第一端32流体连接的第一流体端口31，或者连接到与(上游)过滤器通道60的第一端62流体连接的第一过滤器端口61。第二流体储存器4优选地连接到与流输入通道30的第二端34流体连接的第二流体端口33，或者连接到与(上游)过滤器通道60的第二端64流体连接的第二过滤器端口63。在这种情况下，流量控制器200可被配置为从第一流体储存器2诱导生物样品的流通过第一(流体或过滤器)端口31、61，通过过滤器通道(流输入通道30或(上游)过滤器通道60)并且通过第二(流体或过滤器)端口33、63离开并进入第二流体储存器4。流量控制器200之后被配置为在相反的方向上，即从第二流体储存器4诱导生物样品的流通过第二(流体或过滤器)端口33、63，通过流动通道(流输入通道30或(上游)过滤器通道60)并且通过第一(流体或过滤器)端口31、61离开并进入第一流体储存器2。
在另一个实施方案中，图8的步骤S1包括在流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64之间并且穿过流体连接器35来诱导生物样品的循环流(参见图4)，所述流体连接器35将流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64互连。
在这个实施方案中，流量控制器200被配置为诸如在第一流体或过滤器端口31、61与第二流体或过滤器端口33、63之间诱导生物样品的循环流。生物样品之后在同一个方向上流动，而不是来回振荡。在这种情况下，如图4示意性所示，在第一流体或过滤器端口31、61与第二流体或过滤器端口33、63之间存在流体连接。这个流体连接器35优选地包括适于容纳生物样品的至少一个流体储存器(未示出)。流体连接器35可为生物样品能够在其中流动的任何连接件，诸如管道或衬底10中的通道。
在任一种情况下，生物样品都可流入流动通道30、60中，从而提高将存在于所述生物样品中的任何靶细胞捕获在细胞通道20中的可能性。此外，流动通道30、60中的在流量控制器200的控制下的生物样品的流允许捕获生物样品中的靶细胞。这意味着即使生物样品最初包含非常少的靶细胞，培养也允许这些靶细胞在生物样品的振荡流或循环流期间生长并繁殖。因此，在细胞通道20中捕获靶细胞的可能性由此将随时间的推移而提高。
如果上游微流体装置1包括或可连接到合适的流体储存器2、4和流体连接器35，则有可能在振荡流与循环流之间进行切换。
在一个实施方案中，流量控制器200是提供压力驱动流的压力控制器。在这种情况下，压力控制器被配置为控制施加到流体端口31、33、41和过滤器端口61、63的流体压力以控制流体流的方向。
这种压力控制器的可使用的非限制性，但具说明性的实例为Festo AG的比例压力调节器VEAB。
其他流控制解决方案可包括结合阀来使用一个或多个泵以便控制流体流的方向。
步骤S2中的监测细胞通道20可包括对细胞通道20拍摄至少一个图像。可在单个时间实例处拍摄单个图像，或者在多个时间实例处拍摄多个图像。
在特定实施方案中，至少一个图像使用以下项来拍摄：显微镜诸如相差显微镜、所连接的相机诸如电荷耦合器件(CCD)相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机、或者荧光共焦扫描系统、拉曼成像、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)、受激拉曼散射(SRS)以及给出死细胞和活细胞的光谱变化的类似的化学敏感技术。这包括在有或没有对生长介质进行对比增强添加，诸如化学特异性探针和染料添加的情况下对一个或多个波长的测量。
图像不一定是区域的2D照片，而是也可对应于例如上游微流体装置1中的所选择的位置的线扫描。
可使用检测细胞通道20中的靶细胞的存在的其他技术作为对细胞通道20拍摄图像的替代或补充，诸如使用电子测量设备来测量整个细胞通道20中的电导率或细胞通道20中的产热。
一旦上游微流体装置1中捕获的靶细胞已通过在图8的步骤S6中施加反向流体流而传送到下游微流体装置100，就可对下游微流体装置100的细胞通道120中捕获的靶细胞进行表征。图9中示出了这种细胞表征的实施方案。
所述方法从图8中的步骤S6继续进行。下一个步骤S10包括在下游微流体装置100中的流输入通道130的第一端132和/或第二端134处施加构成或组成测试剂的流体介质。下一个步骤S11包括监测细胞通道120中的靶细胞。在步骤S12中基于对细胞通道120中的靶细胞的监测而确定靶细胞对测试剂的表型响应。
因此，下游微流体装置100可用于监测或分析存在于生物样品中的靶细胞的表型特性，诸如靶细胞对测试剂的表型响应。
测试剂可为任何分子、化合物、组合物、或者分子、化合物或组合物的混合物。在相关实施方案中，靶细胞更一般地暴露于细胞通道120中的一种或多种刺激。这一种或多种刺激不一定必须是测试剂，而是可以替代地为环境条件的变化，诸如温度变化。因此，之后确定靶细胞对一种或多种刺激的表型响应。
在步骤S12中确定靶细胞对测试剂的表型响应可包括针对靶细胞确定以下项中的至少一者：生长率、形状、大小、定义随时间变化的生长率的生长率曲线形式、定义随时间变化的细胞长度的长度曲线形式、定义随时间变化的细胞面积的面积曲线形式、颜色、光学密度、吸收光谱、电导率、产热或其组合。
在步骤S12中确定靶细胞的表型响应优选地基于在步骤S11中对细胞通道120中的靶细胞进行一次监测或在多个时间实例处进行监测而执行。因此，取决于靶细胞对测试剂的特定表型响应，在步骤S11中对靶细胞进行一次监测或在多个时间实例处进行监测可能就足够了。
步骤S11中监测靶细胞可包括对细胞通道120中的靶细胞拍摄至少一个图像。可在单个时间实例处拍摄单个图像，或者在多个时间实例处拍摄多个图像。
在第一实现方式实例中，测试剂是抗生素。在此实现方式实例中，可在步骤S12中基于对细胞通道120中的靶细胞的监测而确定诸如细菌的靶细胞对抗生素的敏感性。
在第二实现方式实例中，测试剂是细胞抑制剂。在此实现方式实例中，可在步骤S12中基于对细胞通道120中的靶细胞的监测而确定诸如癌细胞的靶细胞对细胞抑制剂的敏感性。
在第三实现方式实例中，测试剂是探针，诸如荧光原位杂交(FISH)探针。在这种情况下，可使用FISH探针来基于对细胞通道120中的靶细胞的监测而鉴别细胞通道120中捕获的特定靶细胞。不同的此类FISH探针靶向不同的靶细胞，从而使得能够根据FISH探针是否特异地结合到靶细胞来确定靶细胞的身份。FISH探针可靶向种属特异性的RNA或DNA序列，诸如23S rRNA。有关使用FISH探针来鉴别血液培养物中的微生物的更多信息，请参考Kempf等人，Journal of Clinical Microbiology 2000,38(2):830-838。适于不同细菌的FISH探针可在http://probebase.csb.univie.ac.at/node/8上面找到。
对种属的鉴别可有利地与根据上文呈现的实现方式实例中的任一者确定靶细胞对测试剂的表型响应进行组合。在这种情况下，种属鉴别优选地在出现对抗生素或细胞抑制剂的表型响应之后完成。以此方式，种属鉴别可有助于解释对细胞通道120中的测试剂的表型响应，这在生物样品包含多种种属或菌株的靶细胞的混合物的情况下是特别有利的。
在一个实施方案中，生物样品是血液样品，诸如全血样品、稀释的血液样品或血液培养样品。生物样品的其他实例包括其他体液样品，诸如尿液样品、唾液样品、粪便样品、脑脊液样品、羊水样品、乳汁样品、来源于痰的样品或淋巴液样品。可选地，生物样品可获自身体组织，诸如活体组织切片。其他实例包括针对细菌污染测试的食物样品；来自奶牛、山羊或其他产奶动物的用于乳腺炎测试的乳汁等。实际上，包含细胞并可被装载到微流体装置中的任何生物样品都可根据所述实施方案来使用。
图5和图6示出了衬底110具有适于容纳靶细胞的多组，诸如两组细胞通道120A、120B的下游微流体装置100。多个组中的每个组具有相应的流输入通道130A、130B，所述相应的流输入通道130A、130B具有与相应的第一流体端口131A、131B流体连接的相应的第一端132A、132B，以及与相应的第二流体端口133A、133B或共用的第二流体端口133流体连接的相应的第二端134A、134B。多个组中的每个组具有与相应的第三流体端口141A、141B或共用的第三流体端口141流体连接的相应的流输出通道140A、140B。
这种下游微流体装置100可用于在一组细胞通道120A中测试捕获的靶细胞对测试剂的表型响应，而另一组细胞通道120B用作对照，即捕获在其中的任何靶细胞不被暴露于测试剂，或者被暴露于另一种测试剂。
在这些实施方案中，第一组的细胞通道120A中捕获的靶细胞被暴露于测试剂，而第二组的细胞通道120B中捕获的靶细胞不被暴露于测试剂。
如图5和图6所示的下游微流体装置100的实施方案的优点是有可能通过在同一个衬底110中具有多组细胞通道120A、120B而具有内部对照。
可将图5至图6所示的各种实施方案进行组合和修改。例如，如图6所示的共用的第二流体端口133可与如图5所示的共用的第三流体端口141一起使用。另外，如图6所示的相应的第三流体端口141A、141B的使用可用于图5的下游微流体装置100中。
图4示出了与下游微流体装置100在一起的上游微流体装置1。该图还示意性地指出了将上游微流体装置1的流输入通道30的端部34中的一个与下游微流体装置100的流输入通道130的端部132中的一个连接的可切换的流体连接器6、或如图4所示的流体连接器35、或如图7所示的流体储存器4。
上游微流体装置1可以是根据本文公开的诸如图1至图3所示的实施方案中的任一者。对应地，下游微流体装置100可以是根据本文公开的诸如图1、图5、图6所示的实施方案中的任一者。
两个微流体装置1、100可包括相应的单独的衬底10、110。可选地，两个微流体装置1、100可提供在同一个衬底中，所述衬底则包括上游微流体装置1和下游微流体装置100两者的所有通道20、30、40、120、130、140。流体端口31、33、41、131、131、133、141(以及如果上游微流体装置1包括预过滤器50，则还有过滤器端口61、63、81)可提供在衬底10、110中，或者布置在衬底10、110外侧，然后使用诸如管道的相应的流体连接件来与通道30、40、130、140流体连接。
上游微流体装置1和下游微流体装置100的衬底10、110可由诸如塑料材料的任何材料制成，其中可限定构成细胞通道20、120，流输入通道30、130，流输出通道40、140以及任选地预过滤器50的结构。
衬底10、110的合适的材料的非限制性实例包括和/>它们是由ZEON Chemicals L.P.出售的环烯烃聚合物(COP)；以及/>其是由TopasAdvanced Polymers出售的环烯烃共聚物(COC)。这些材料在透射性和本底荧光方面具有优异的光学特性。所述材料在加热时还具有良好的流动特性，并且因此可复制小结构，从而允许形成微流体装置的衬底。
适合于衬底10、110的材料的其他实例包括玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)以及聚(对苯硫醚)(PPS)。
衬底10、110优选地是透明的以允许透过衬底10、110成像。
在一个实施方案中，共用的封盖或单独的封盖(未示出)被布置到衬底10、110上。封盖之后用作衬底10、110中限定的通道20、30、40、120、130、140的罩盖或封盖。封盖可由塑料材料或玻璃制成。封盖优选地是透明的以允许透过封盖成像。
图7示意性地示出了连接到微流体装置1的流量控制器200。这个流量控制器200优选地用于控制上游微流体装置和下游微流体装置两者的流。可选地，单独的流量控制器200可用于控制两个微流体装置中的流体流。流量控制器200优选地连接到微流体装置1的所有流体端口(以及过滤器端口)。连接可为在流量控制器200与流体端口(以及过滤器端口)之间的直接连接，或者如图7示意性所示经由相应的流体储存器2、3、4、5进行的连接。
所述实施方案的另一个方面涉及一种用于从生物样品捕获靶细胞的系统。所述系统包括上游微流体装置1、下游微流体装置100、流体连接器6和流量控制器200。上游微流体装置1包括衬底10，所述衬底10具有适于容纳靶细胞的细胞通道20；流输入通道30，所述流输入通道30具有第一端32和第二端34；以及流输出通道40，所述流输出通道40与流体端口41流体连接。细胞通道20的相应的第一端22与流输入通道30流体连接，并且细胞通道20的相应的第二端24与流输出通道40流体连接。细胞通道20包括相应的障碍物25，所述相应的障碍物25被设计成阻止靶细胞经过相应的障碍物25并且传递到流输出通道40中。下游微流体装置100包括衬底110，所述衬底110具有适于容纳靶细胞的细胞通道120；流输入通道130，所述流输入通道130具有第一端132和第二端134；以及流输出通道140，所述流输出通道140与流体端口141流体连接。细胞通道120的相应的第一端122与流输入通道130流体连接，并且细胞通道120的相应的第二端124与流输出通道140流体连接。细胞通道120包括相应的障碍物125，所述相应的障碍物125被设计成阻止靶细胞经过相应的障碍物125并且传递到流输出通道140中。流量控制器200适于在上游微流体装置1的流动通道30、60中在流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64之间诱导包含靶细胞的生物样品的流。
流体连接器6适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在上游微流体装置1的细胞通道20中时将上游微流体装置1的流输入通道30的第一端32和/或第二端34与下游微流体装置100的流输入通道130的第一端132和/或第二端134互连。流量控制器200适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在上游微流体装置1的细胞通道20中时减小流动通道30、60中的生物样品的流，并且在上游微流体装置1的流体端口41处施加流体介质，以释放上游微流体装置1的细胞通道20中捕获的靶细胞并且将所述靶细胞传送到下游微流体装置100的细胞通道120中。
在一个实施方案中，流量控制器200适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在上游微流体装置1的细胞通道20中时中断流动通道30、60中的生物样品的流。
在一个实施方案中，流量控制器200适于在上游微流体装置1的流输入通道30中在流输入通道30的第一端32与第二端34之间诱导生物样品的流。
在一个实施方案中，上游微流体装置1包括预过滤器50。预过滤器50包括具有第一端62和第二端64的过滤器通道60，以及适于容纳靶细胞的预过滤器通道70。预过滤器通道70的相应的第一端72与过滤器通道60流体连接，并且预过滤器通道70的相应的第二端74与流输入通道30流体连接。在这种实施方案中，流量控制器200适于在上游微流体装置1的过滤器通道60中在过滤器通道60的第一端62与第二端64之间诱导生物样品的流。
在一个实施方案中，过滤器通道60是上游过滤器通道60，并且预过滤器通道70是上游预过滤器通道70。预过滤器50则还包括下游过滤器通道80和适于容纳靶细胞的下游预过滤器通道90。上游预过滤器通道70的相应的第一端72与上游过滤器通道60流体连接，上游预过滤器通道70的相应的第二端74与下游过滤器通道80流体连接，下游预过滤器通道90的相应的第一端92与下游过滤器通道80流体连接，并且下游预过滤器通道90的相应的第二端94与流输入通道30流体连接。在这个实施方案中，流量控制器200适于在上游微流体装置1的上游过滤器通道60中在上游过滤器通道60的第一端62与第二端64之间诱导生物样品的流。
在一个实施方案中，流量控制器200适于在流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64之间来回地诱导生物样品的振荡流。
在一个实施方案中，流量控制器200适于在流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64之间并且穿过流体连接器35来诱导生物样品的循环流，所述流体连接器35将流动通道30、60的第一端32、62与第二端34、64互连。
在一个实施方案中，所述系统还包括基于显微镜的成像系统，所述基于显微镜的成像系统适于对上游微流体装置100中的细胞通道20拍摄至少一个图像。
在一个实施方案中，流量控制器200适于在下游微流体装置100中的流输入通道130的第一端132和/或第二端134处施加构成或组成测试剂的流体介质。
在一个实施方案中，下游微流体装置100的衬底110具有适于容纳靶细胞的多组细胞通道120A、120B。多个组中的每个组具有相应的流输入通道130A、130B，所述相应的流输入通道130A、130B具有与相应的第一流体端口131A、131B流体连接的相应的第一端132A、132B，以及与相应的第二流体端口133A、133B或共用的第二流体端口133流体连接的相应的第二端134A、134B。多个组中的每个组具有与相应的第三流体端口141A、141B或共用的第三流体端口141流体连接的相应的流输出通道140A、140B。在这种实施方案中，流量控制器200适于在多个组中的第一组的第一流体端口131A中施加构成或组成测试剂的流体介质，并且在多个组中的第二组的第一流体端口131B中施加没有测试剂或者构成或组成另一种测试剂的流体介质。
图10示意性地示出了包括上游微流体装置和下游微流体装置的多个系统的盘状物。这种方法实现了自动化和对多个生物样品的并行有效分析。例如，可使用一个装载站或机器人来在给定位置处装载生物样品。然后转动盘状物以使新的系统与这个装载位置对准。对应地，可将基于显微镜的成像系统布置在给定监测位置处以监测细胞通道中捕获的靶细胞。然后一旦发起了监测会话，就可转动盘状物以使不同系统与成像系统对准。
在例如盘状物上包括多个系统另外实现了对泵和流量控制器的有效使用，所述泵和流量控制器可由不同系统共享。
上文描述的实施方案应被理解为是本发明的几个说明性实例。本领域技术人员将理解，可在不脱离本发明的范围的情况下对所述实施方案进行各种修改、组合和改变。具体地说，在技术上可行的情况下，不同实施方案中的不同的局部解决方案可组合在其他配置中。然而，本发明的范围由随附权利要求限定。

Claims (19)

1.一种从生物样品捕获靶细胞的方法，所述方法包括：
在上游微流体装置(1)的流动通道中在所述流动通道的第一端与第二端之间诱导(S1)包含靶细胞的生物样品的流，其中所述流动通道的所述第一端和所述第二端连接到相应的流体端口，所述上游微流体装置(1)包括：
衬底(10)，所述衬底(10)具有适于容纳所述靶细胞的细胞通道(20)；
流输入通道(30)，所述流输入通道(30)具有第一端(32)和第二端(34)；以及
流输出通道(40)，所述流输出通道(40)与流体端口(41)流体连接，其中所述细胞通道(20)的相应的第一端(22)与所述流输入通道(30)流体连接，所述细胞通道(20)的相应的第二端(24)与所述流输出通道(40)流体连接，并且所述细胞通道(20)包括相应的障碍物(25)，所述相应的障碍物(25)被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物(25)并且传递到所述流输出通道(40)中；
生长和繁殖所述细胞通道(20)中捕获的所述靶细胞；
监测(S2)所述细胞通道(20)以检测所述细胞通道(20)中捕获的靶细胞的存在；
当至少最小数量的靶细胞被捕获在所述细胞通道(20)中时：
减小(S4)所述流动通道中的所述生物样品的所述流；
将所述流输入通道(30)的所述第一端(32)和/或所述第二端(34)连接(S5)到下游微流体装置(100)的流输入通道(130；130A，130B)的第一端(132；132A，132B)和/或第二端(134；134A，134B)；并且
在所述上游微流体装置(1)的所述流体端口(41)处施加(S6)流体介质，以释放所述上游微流体装置(1)的所述细胞通道(20)中捕获的所述靶细胞并且将所述靶细胞传送到所述下游微流体装置(100)的细胞通道(120；120A，120B)中，所述下游微流体装置(100)包括：
衬底(110)，所述衬底(110)具有适于容纳所述靶细胞的所述细胞通道(120；120A，120B)；
所述流输入通道(130；130A，130B)，具有所述第一端(132；132A，132B)和所述第二端(134；134A，134B)；以及
流输出通道(140；140A，140B)，所述流输出通道(140；140A，140B)与流体端口(141；141A，141B)流体连接，其中所述细胞通道(120；120A，120B)的相应的第一端(122)与所述流输入通道(130；130A，130B)流体连接，所述细胞通道(120；120A，120B)的相应的第二端(124)与所述流输出通道(140；140A，140B)流体连接，并且所述细胞通道(120；120A，120B)包括相应的障碍物(125)，所述相应的障碍物(125)被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物(125)并且传递到所述流输出通道(140；140A，140B)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中减小(S4)所述流包括中断(S4)所述流动通道中的所述生物样品的所述流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中诱导(S1)所述流包括在所述上游微流体装置(1)的所述流输入通道(30)中在所述流输入通道(30)的所述第一端(32)与所述第二端(34)之间诱导(S1)所述生物样品的所述流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述上游微流体装置(1)包括预过滤器(50)，所述预过滤器(50)包括：
过滤器通道(60)，所述过滤器通道(60)具有连接到流体端口(61)的第一端(62)和连接到流体端口(63)的第二端(64)；以及
预过滤器通道(70)，所述预过滤器通道(70)适于容纳所述靶细胞，其中所述预过滤器通道(70)的相应的第一端(72)与所述过滤器通道(60)流体连接，并且所述预过滤器通道(70)的相应的第二端(74)与所述流输入通道(30)流体连接；并且
诱导(S1)所述流包括在所述上游微流体装置(1)的所述过滤器通道(60)中在所述过滤器通道(60)的所述第一端(62)与所述第二端(64)之间诱导(S1)所述生物样品的所述流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中
所述过滤器通道(60)是上游过滤器通道(60)；
所述预过滤器通道(70)是上游预过滤器通道(70)；
所述预过滤器(50)包括：
下游过滤器通道(80)，所述下游过滤器通道(80)具有连接到流体端口(81)的端(82)；
下游预过滤器通道(90)，所述下游预过滤器通道(90)适于容纳所述靶细胞，其中所述上游预过滤器通道(70)的相应的第一端(72)与所述上游过滤器通道(60)流体连接，所述上游预过滤器通道(70)的相应的第二端(74)与所述下游过滤器通道(80)流体连接，所述下游预过滤器通道(90)的相应的第一端(92)与所述下游过滤器通道(80)流体连接，并且所述下游预过滤器通道(90)的相应的第二端(94)与所述流输入通道(30)流体连接；并且
诱导(S1)所述流包括在所述上游微流体装置(1)的所述上游过滤器通道(60)中在所述上游过滤器通道(60)的所述第一端(62)与所述第二端(64)之间诱导(S1)所述生物样品的所述流。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中诱导(S1)所述流包括在所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间来回地诱导(S1)所述生物样品的振荡流。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中诱导(S1)所述流包括在所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间并且穿过流体连接器(35)来诱导(S1)所述生物样品的循环流，所述流体连接器(35)将所述流动通道的所述第一端与所述第二端互连。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中监测(S2)所述细胞通道(20)包括对所述细胞通道(20)拍摄(S2)至少一个图像。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述下游微流体装置(100)中的所述流输入通道(130；130A，130B)的所述第一端(132；132A，132B)和/或所述第二端(134；134A，134B)处施加(S10)构成或组成测试剂的流体介质；
监测(S11)所述细胞通道(120；120A，120B)中的靶细胞；以及
基于对所述细胞通道(120；120A，120B)中的靶细胞的所述监测而确定(S12)所述靶细胞对所述测试剂的表型响应。
10.根据权利要求9所述的方法，其中
所述下游微流体装置(100)的所述衬底(110)具有适于容纳所述靶细胞的多组细胞通道(120A、120B)；
所述多组中的每个组具有相应的流输入通道(130A、130B)，所述相应的流输入通道(130A、130B)具有与相应的第一流体端口(131A、131B)流体连接的相应的第一端(132A、132B)，以及与相应的第二流体端口(133A、133B)或共用的第二流体端口(133)流体连接的相应的第二端(134A、134B)；
所述多组中的每个组具有与相应的第三流体端口(141A、141B)或共用的第三流体端口(141)流体连接的相应的流输出通道(140A、140B)；并且
施加(S10)所述流体介质包括在所述多组中的第一组的第一流体端口(131A)中施加(S10)构成或组成所述测试剂的所述流体介质，并且在所述多组中的第二组的第一流体端口(131B)中施加没有所述测试剂或者构成或组成另一种测试剂的流体介质；
监测(S11)所述靶细胞包括监测所述第一组的所述细胞通道(120A)中的靶细胞以及所述第二组的所述细胞通道(120B)中的靶细胞；并且
确定(S12)所述表型响应包括基于对所述第一组的所述细胞通道(120A)中的靶细胞以及所述第二组的所述细胞通道(120B)中的靶细胞的所述监测而确定所述靶细胞对所述测试剂的所述表型响应。
11.一种用于从生物样品捕获靶细胞的系统，所述系统包括：
上游微流体装置(1)，所述上游微流体装置(1)包括：
衬底(10)，所述衬底(10)具有适于容纳所述靶细胞的细胞通道(20)；
流输入通道(30)，所述流输入通道(30)具有第一端(32)和第二端(34)；以及
流输出通道(40)，所述流输出通道(40)与流体端口(41)流体连接，其中所述细胞通道(20)的相应的第一端(22)与所述流输入通道(30)流体连接，所述细胞通道(20)的相应的第二端(24)与所述流输出通道(40)流体连接，并且所述细胞通道(20)包括相应的障碍物(25)，所述相应的障碍物(25)被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物(25)并且传递到所述流输出通道(40)中；
下游微流体装置(100)，所述下游微流体装置(100)包括：
衬底(110)，所述衬底(110)具有适于容纳所述靶细胞的细胞通道(120；120A，120B)；
流输入通道(130；130A，130B)，所述流输入通道(130；130A，130B)具有第一端(132；132A，132B)和第二端(134；134A，134B)；以及
流输出通道(140；140A，140B)，所述流输出通道(140；140A，140B)与流体端口(141；141A，141B)流体连接，其中所述细胞通道(120；120A，120B)的相应的第一端(122)与所述流输入通道(130；130A，130B)流体连接，所述细胞通道(120；120A，120B)的相应的第二端(124)与所述流输出通道(140)流体连接，并且所述细胞通道(120；120A，120B)包括相应的障碍物(125)，所述相应的障碍物(125)被设计成阻止所述靶细胞经过所述相应的障碍物(125)并且传递到所述流输出通道(140；140A，140B)中；
流量控制器(200)，所述流量控制器(200)适于在所述上游微流体装置(1)的流动通道中在所述流动通道的第一端与第二端之间诱导包含所述靶细胞的所述生物样品的流，其中所述流动通道的所述第一端与所述第二端连接到相应的流体端口；
基于显微镜的成像系统，所述基于显微镜的成像系统适于对所述上游微流体装置(1)中的所述细胞通道(20)拍摄至少一个图像；以及
流体连接器(6)，所述流体连接器(6)适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在所述上游微流体装置(1)的所述细胞通道(20)中时将所述上游微流体装置(1)的所述流输入通道(30)的所述第一端(32)和/或所述第二端(34)与所述下游微流体装置(100)的所述流输入通道(130；130A，130B)的所述第一端(132；132A，132B)和/或所述第二端(134；134A，134B)互连，其中所述流量控制器(200)适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在所述上游微流体装置(1)的所述细胞通道(20)中时：
减小所述流动通道中的所述生物样品的所述流；并且
在所述上游微流体装置(1)的所述流体端口(41)处施加流体介质，以释放所述上游微流体装置(1)的所述细胞通道(20)中捕获的所述靶细胞并且将所述靶细胞传送到所述下游微流体装置(100)的所述细胞通道(120；120A，120B)中。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述流量控制器(200)适于在至少最小数量的靶细胞被捕获在所述上游微流体装置(1)的所述细胞通道(20)中时中断所述流动通道中的所述生物样品的所述流。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述流量控制器(200)适于在所述上游微流体装置(1)的所述流输入通道(30)中在所述流输入通道(30)的所述第一端(32)与所述第二端(34)之间诱导所述生物样品的所述流。
14.根据权利要求11所述的系统，其中
所述上游微流体装置(1)包括预过滤器(50)，所述预过滤器(50)包括：
过滤器通道(60)，所述过滤器通道(60)具有连接到流体端口(61)的第一端(62)和连接到流体端口(63)的第二端(64)；以及
预过滤器通道(70)，所述预过滤器通道(70)适于容纳所述靶细胞，其中所述预过滤器通道(70)的相应的第一端(72)与所述过滤器通道(60)流体连接，并且所述预过滤器通道(70)的相应的第二端(74)与所述流输入通道(30)流体连接；并且
所述流量控制器(200)适于在所述上游微流体装置(1)的所述过滤器通道(60)中在所述过滤器通道(60)的所述第一端(62)与所述第二端(64)之间诱导所述生物样品的所述流。
15.根据权利要求14所述的系统，其中
所述过滤器通道(60)是上游过滤器通道(60)；
所述预过滤器通道(70)是上游预过滤器通道(70)；
所述预过滤器(50)包括：
下游过滤器通道(80)，所述下游过滤器通道(80)具有连接到流体端口(81)的端(82)；
下游预过滤器通道(90)，所述下游预过滤器通道(90)适于容纳所述靶细胞，其中所述上游预过滤器通道(70)的相应的第一端(72)与所述上游过滤器通道(60)流体连接，所述上游预过滤器通道(70)的相应的第二端(74)与所述下游过滤器通道(80)流体连接，所述下游预过滤器通道(90)的相应的第一端(92)与所述下游过滤器通道(80)流体连接，并且所述下游预过滤器通道(90)的相应的第二端(94)与所述流输入通道(30)流体连接；并且
所述流量控制器(200)适于在所述上游微流体装置(1)的所述上游过滤器通道(60)中在所述上游过滤器通道(60)的所述第一端(62)与所述第二端(64)之间诱导所述生物样品的所述流。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的系统，其中所述流量控制器(200)适于在所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间来回地诱导所述生物样品的振荡流。
17.根据权利要求11至15中任一项所述的系统，其中所述流量控制器(200)适于在所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间并且穿过流体连接器(35)来诱导所述生物样品的循环流，所述流体连接器(35)将所述流动通道的所述第一端与所述第二端互连。
18.根据权利要求11至15中任一项所述的系统，其中所述流量控制器(200)适于在所述下游微流体装置(100)的所述流输入通道(130；130A，130B)的所述第一端(132；132A，132B)和/或所述第二端(134；134A，134B)处施加构成或组成测试剂的流体介质。
19.根据权利要求18所述的系统，其中
所述下游微流体装置(100)的所述衬底(110)具有适于容纳所述靶细胞的多组细胞通道(120A、120B)；
所述多组中的每个组具有相应的流输入通道(130A、130B)，所述相应的流输入通道(130A、130B)具有与相应的第一流体端口(131A、131B)流体连接的相应的第一端(132A、132B)，以及与相应的第二流体端口(133A、133B)或共用的第二流体端口(133)流体连接的相应的第二端(134A、134B)；
所述多组中的每个组具有与相应的第三流体端口(141A、141B)或共用的第三流体端口(141)流体连接的相应的流输出通道(140A、140B)；并且
所述流量控制器(200)适于在所述多组中的第一组的第一流体端口(131A)中施加构成或组成所述测试剂的所述流体介质，并且在所述多组中的第二组的第一流体端口(131B)中施加没有所述测试剂或者构成或组成另一种测试剂的流体介质。
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