CN113916850A - 用于回收和分析粒子的系统和方法 - Google Patents

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奥斯丁·佩恩
维沙·沙玛
凯尔·格利森
普里亚达诗尼·戈戈伊
卡思克·加内桑
布莱恩·博尼费斯
威尔·周
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Abstract

本申请涉及用于回收和分析粒子的系统和方法。一种用于分离和分析单个细胞的系统和方法，包括：具有宽表面的基底；限定在基底的宽表面处的一组井，以及由壁限定的一组通道，其将每个井流体联接到该一组井中的至少一个相邻井；以及流体输送模块，其限定入口并包括可移除地联接到基底的板，该板限定流体连接到入口的凹进区域并面向基底的宽表面，该流体输送模块包括细胞捕获模式。

Description

用于回收和分析粒子的系统和方法
本申请是申请日为2017年11月16日，申请号为201780071466.2，发明名称为“用于回收和分析粒子的系统和方法”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是2017年7月24日提交的美国申请号15/657，553的部分延续，该申请是2016年10月25日提交的美国专利申请序列号15/333，420的延续，该申请是2015年1月28日提交的美国专利申请序列号14/607，918的延续，该申请是美国专利申请序列号13/557,510的延续，并且本申请要求2011年8月1日提交的美国临时申请序列号61/513，785的权益，这些申请全部通过本引用以其整体并入。
本申请也是2017年9月29日提交的美国申请号15/720，194的部分延续，该申请是2017年2月14日提交的共同未决的美国申请号15/431，977的延续，该申请是2015年9月23日提交的美国申请号14/863，191(现为美国专利号9，610，581)的延续，该申请是2014年3月13日提交的美国申请号14/208,298(现为美国专利号9，174，216)的延续，该申请要求2013年10月22日提交的美国临时申请序列号61/894，150、2013年5月31日提交的美国临时申请序列号61/829，528和2013年5月13日提交的美国临时申请序列号61/779,049的权益，这些申请全部通过本引用以其整体并入本文。
本申请也是2017年2月13日提交的美国申请号15/430，833的部分延续，该申请是2016年6月30日提交的美国专利申请序列号15/199，245的延续，该申请是2014年3月13日提交的美国专利申请序列号14/208，458的延续，该申请要求2013年11月11日提交的美国临时申请序列号61/902，431和2013年3月13日提交的美国临时申请序列号61/779,090的权益，这些申请全部通过本引用以其整体并入本文。
本申请要求于2016年11月17日提交的美国临时申请序列号62/423,322和于2017年8月14日提交的美国临时申请序列号62/545,251的权益，这些申请均通过本引用以其整体并入本文。
本申请还涉及于2017年2月24日提交的美国申请号15/442,222，其通过本引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明大体上涉及粒子分析领域，并且更具体地涉及一种用于在粒子分析领域内回收和分析粒子的新且有用的系统和方法。
背景
随着对细胞特异性药物测试、诊断和其他试验的兴趣增加，允许个体细胞分离、鉴定、和回收的系统在细胞分析的领域内变得越来越值得拥有。此外，随着个性化医疗的出现，低成本、高保真的细胞分析系统变得非常值得拥有。然而，先前存在的细胞和其他粒子捕获系统存在各种缺点，妨碍了对于细胞特异性测试的广泛采用。例如，流式细胞术要求同时鉴定和分选细胞，并将细胞观察限制在细胞被分选的点。流式细胞术不允许在单个流式细胞术工作流中对同一细胞进行多次分析，也不允许任意细胞亚群分选。传统的微流体装置通常不能在不损伤细胞的情况下允许随后的细胞移除，并且只能捕获表达特定抗原的细胞；这些系统不能捕获也是希望得到的非表达细胞。细胞活性的这种丧失会妨碍对分选或分离的细胞进行活细试验。细胞过滤器可以基于尺寸分离样本成分，而不会造成严重的细胞损伤，但是会堵塞，并且不允许特定的细胞鉴定、个体细胞的分离、和已鉴定的个体细胞的回收。该领域中的其他技术还受限于允许对个体细胞进行多重试验的能力，同时最小化样本制备步骤和过于昂贵的仪器。
因此，在粒子分选领域需要创建新的且有用的系统和方法来回收和分析细胞，并且本文公开的发明提供了这种有用的系统和方法。
发明内容
本申请提供了以下内容：
1)一种用于细胞回收的系统，所述系统包括：
细胞捕获基底，其包括第一宽面和与所述第一宽面相对的第二宽面，所述细胞捕获基底限定：
由平面界定的基底主体，所述平面与所述第一宽面共面；
在所述基底主体内的一组井，所述一组井中的每个井限定：在所述平面处的孔；布置在所述孔和所述第二宽面之间的基座；和从所述孔延伸到所述基座的壁；以及
限定在所述基底主体内的多个通道，其中，所述一组井中的每个井通过所述多个通道中的相应通道与所述一组井中的相邻井流体联接；
成像子系统，其被配置为对所述一组井中的目标井的图像数据进行采样；
细胞回收器子系统，包括：
细胞提取器，其包括提取器尖端和出口，其中：所述细胞提取器在所述提取器尖端和所述出口之间限定空隙；并且所述提取器尖端接近所述平面来进行定位；和
泵，其经由所述出口流体联接到所述空隙；以及
致动器，其被配置为沿着基本上与所述平面正交的轴线相对于所述细胞捕获基底来平移所述细胞提取器，所述致动器可操作成将所述提取器尖端放置成与所述目标井接触。
2)根据1)所述的系统，其中，所述成像子系统包括：
光学传感器；
滤光器模块，包括：激发滤光器和发射滤光器；
光源，其被配置为通过所述激发滤光器将光传输到达所述目标井；
透镜，其限定基本上与所述平面正交的光轴，其中，所述透镜：
将来自所述激发滤光器的光聚焦到所述细胞上；和
将来自所述细胞的光通过所述发射滤光器朝向所述光学传感器传输；和
聚焦致动器，其被配置为基本上沿着所述光轴平移所述透镜。
3)根据2)所述的系统，其中：
所述滤光器模块还包括分色镜，所述分色镜被配置为平分由所述激发滤光器和所述发射滤光器限定的相交平面；和
所述系统还包括反射镜，所述反射镜被配置成将来自所述光源的光反射到所述滤光器模块中，使得来自所述光源的光在到达所述细胞捕获基底之前被90°反射两次。
4)根据1)所述的系统，其中，所述泵是注射泵，所述注射泵通过限定小于20微升的死体积的挠性管流体联接到所述空隙。
5)根据1)所述的系统，还包括控制子系统，所述控制子系统被配置为：
从所述成像子系统接收所述图像数据；
基于所述图像数据，控制所述致动器的马达以使所述提取器尖端放置成与所述目标井接触；和
响应于提取器尖端与所述目标井接触，控制所述细胞回收器以从所述目标井中提取细胞。
6)根据1)所述的系统，其中，所述细胞提取器是毛细管。
7)根据6)所述的系统，其中，所述空隙在所述提取器尖端处限定了孔，所述孔限定了10微米至50微米之间的宽度。
8)根据1)所述的系统，还包括细胞容器，其中，所述提取器尖端可操作成从所述目标井内移动到所述细胞容器内。
9)根据1)所述的系统，还包括被配置成防止周围环境与所述一组井连通的约束子系统。
10)根据1)所述的系统，其中：
所述一组井被分成井的子集，其中，每个子集中的每个井通过所述多个通道中的通道与井的所述子集中的每个相邻井流体连接；
和
每个子集中的每个井的壁防止在井的每个子集和相邻的子集之间的流体连通。
11)根据10)所述的系统，其中：
井的每个子集都被所述平面中的闭合曲线所包围；和
所述提取器尖端的内径小于所述闭合曲线的最大弦。
12)根据1)所述的系统，其中，所述细胞捕获基底还包括限定入口和出口的歧管，其中，所述入口和出口经由所述歧管的内部流体联接到所述一组井中的每个井。
13)一种用于细胞回收的系统，所述系统包括：
细胞捕获基底，其包括宽面，所述细胞捕获基底限定：
由平面界定的基底主体，所述平面与所述宽面共面；
在所述基底主体内的一组井，所述一组井中的每个井限定：在所述平面处的孔；在所述基底主体内的基座；和从所述孔延伸到所述基座的壁；以及
限定入口和出口的歧管，其中，所述入口和出口经由所述歧管的内部流体联接到所述一组井中的每个井；
光学组件，其与跨过所述细胞捕获基底的平面相对，所述光学组件限定基本上与所述平面正交的光轴；
细胞回收器，包括：
接近所述平面定位的毛细管；和
流体联接到所述毛细管的泵；以及
致动器，其被配置为沿着基本上与所述平面正交的轴线平移所述毛细管和所述细胞捕获基底中的一个，所述致动器可操作成将所述毛细管的尖端放置成与所述一组井中的井接触。
14)根据13)所述的系统，其中，所述细胞捕获基底还包括被限定在所述基底主体内的多个通道，其中，所述一组井中的每个井通过所述多个通道中的相应通道流体联接到所述一组井中的相邻井。
15)根据14)所述的系统，其中：
所述一组井被分成井的子集，其中，每个子集中的每个井通过所述多个通道中的通道与井的所述子集中的每个相邻井流体连接；
和
每个子集中的每个井的壁防止在井的每个子集和相邻的子集之间的流体连通。
16)根据13)所述的系统，还包括基底致动器，所述基底致动器被配置为沿着基本上平行于所述平面的轴线平移所述细胞捕获基底。
17)根据16)所述的系统，还包括机械联接到所述细胞捕获基底的细胞容器，其中：
在所述基底致动器的致动期间，所述细胞容器与所述细胞捕获基底一起移动；
所述基底致动器可操作成在接收配置中沿着所述毛细管的中心轴定位所述细胞容器；和
在所述接收配置中，所述细胞回收器可操作成将所述毛细管的内容物沉积到所述细胞容器中。
18)根据13)所述的系统，其中，所述毛细管限定了在10微米和50微米之间的内径。
19)根据13)所述的系统，其中，所述光学组件包括荧光显微镜和图像传感器，所述图像传感器被配置为对来自所述荧光显微镜的图像数据进行采样。
20)根据19)所述的系统，还包括控制子系统，所述控制子系统被配置为：
从所述图像传感器接收所述图像数据；
基于所述图像数据，控制所述致动器的马达以使所述提取器尖端放置成与所述目标井接触；和
响应于提取器尖端与所述目标井接触，控制所述细胞回收器以从所述目标井中提取细胞。
21)根据13)所述的系统，其中，所述一组井包含单细胞形式的多个细胞。
附图简述
图1A是系统的实施例的示意表示。
图1B是系统的示例的示意表示。
图2描绘了使用该系统提取的细胞的第一和第二显微图。
图3A描绘了系统的各个方面的具体示例。
图3B是使用系统执行的方法的变型的示意表示。
图4A-图4B分别是带有和不带有粒子容器的系统的第一具体示例的透视图。
图5A是图1B的区域的第一详细视图。
图5B是布置在系统中的粒子捕获基底和粒子容器的具体示例的平面视图。
图6A-图6B分别是图1B的第二和第三详细视图。
图7是系统的第二具体示例的透视图。
图8是方法的实施例的流程图表示。
图9是方法的第一示例的示意表示。
图10是方法的第二示例的流程图表示。
优选实施例的描述
本发明的优选实施例的以下描述并非旨在将本发明限制于这些优选实施例，而是旨在使本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。
1.系统
如图1A所示，用于回收和分析一组粒子中的粒子的系统100优选地包括：结构框架10，该结构框架10支撑：捕获台110，该捕获平台110在系统100的捕获模式下定位粒子捕获基底200；成像子系统120，其可操作以对粒子捕获基底200成像(例如，其中成像子系统120包括照明子系统，其可操作以向捕获台110传输光，并与光学传感器协作，该光学传感器可操作以在捕获模式下生成粒子捕获基底200的内容的图像数据集)；粒子回收器子系统130，其包括流体联接到粒子提取器134的泵132；致动子系统，其包括联接捕获台的第一单元141、联接到成像子系统的第二单元142、和联接到粒子回收器子系统的第三单元143；粒子容器站150，其容纳粒子容器152；以及控制子系统160，其基于在捕获基底处从图像数据集鉴定的粒子的位置，生成回收粒子并将粒子传输到粒子容器152的命令。
更详细地说(例如，如图1B和/或图7所示)，系统100的实施例可以包括：结构框架10，该结构框架10支撑：限定宽面的捕获台110，该捕获台110在系统100的捕获模式下定位具有被定向成垂直于宽面的一组粒子捕获室的粒子捕获基底200，该宽面在捕获模式下包括朝向捕获基底200的封闭表面的开口；成像子系统120，包括：照明子系统，其可操作以朝向开口传输光；滤光器子系统，其可操作以在捕获模式下过滤在照明子系统和捕获基底200之间传输的光；以及光学传感器，其与操纵传输到光学传感器的光的聚焦和光学子系统128协作，光学传感器可操作以在捕获模式下生成该一组粒子捕获室的内容的图像数据集；粒子回收器子系统130，其包括流体联接到粒子提取器134(例如，毛细管)的泵132，该粒子提取器134具有在捕获模式下面向捕获基底的开放表面的捕获端135；致动子系统，其包括联接到捕获台的第一单元141、联接到成像子系统的第二单元142、和联接到粒子回收器子系统的第三单元143；粒子容器站150，其容纳粒子容器152；以及控制子系统160，其基于在捕获基底处从图像数据集鉴定的粒子的位置，生成用于通过致动子系统将粒子提取器134与粒子的位置对齐的命令，控制由粒子回收器子系统的泵提供的压力，并将粒子传输到粒子容器，从而在捕获模式下以单粒子形式回收粒子。
一些变型中，系统100可以包括：与控制子系统160通信的显示器170，该显示器可操作来呈现以下中的至少一个：系统的与控制子系统160相关联的控制参数和从图像数据集导出的图像；以及约束子系统(containment subsystem)180(例如，无菌罩)，其可操作以创建用于样本处理的无菌环境，该约束子系统180被配置成围绕结构框架10。
该系统优选地用于针对个体细胞(例如，以单细胞形式捕获的)和/或细胞群的回收提供便携式无菌环境。该系统优选地能够实现自动的细胞定位和鉴定(例如，基于图像数据，诸如荧光显微镜数据)、细胞提取器134(例如，毛细管)对齐和插入、细胞提取(例如，通过抽吸)、和/或提取的细胞输送(例如，到诸如多孔板的细胞容器的指定位置)。然而，系统可以附加地或替代地执行任何其他合适的功能。
在具体示例中，对于内径为30μm(或其他合适直径)的毛细管，该系统可以实现在90分钟内超过90个回收的粒子的吞吐量，将处于存活状态的回收的单个细胞转移到下游容器，诸如孔板(例如，96孔板、任何其他合适形式的孔板)、管(例如，PCR管、圆锥形管等)、培养皿(例如，有盖培养皿)、或任何其他合适的下游容器。如图2所示，从系统中以单细胞形式回收的细胞(例如，MCF7细胞)可以以存活状态被回收，并培养生长以供进一步分析。在特定示例中，系统的5色荧光和明场成像子系统与用于图像采集、照明控制、和成像聚焦的计算系统相协作，帮助毛细管相对于感兴趣的目标粒子/细胞的定位以进行回收。在具体示例中，系统可以被放置在无菌罩中进行无菌操作；然而，可选地，系统的变型可以具有与无菌样本处理相关的任何其他合适的尺寸。
结构框架10优选地用于支撑系统100的其他元件(例如，机械联接到其他元件，诸如静态联接和/或经由一个或更多个致动器联接和/或铰链联接)。例如(例如，如图1B所示)，结构框架10可以包括(例如，借助于致动子系统的第二单元142)支撑聚焦和光学子系统128的一些或全部的构件、支撑成像子系统120的其余部分的构件、(例如，借助于致动子系统的第一单元141)支撑捕获台110以及可选的粒子容器站150的构件、以及(例如，借助于致动子系统的第三单元143)支撑粒子回收器子系统130的构件。
在一些实施例中，支撑粒子回收器子系统130的结构框架构件包括在致动子系统的第三单元143和粒子回收器子系统130之间延伸的臂(例如，从第三单元143悬臂伸出)，该臂优选地保持粒子提取器基本上与光轴对齐。优选地，臂被配置为最小化不期望的粒子提取器运动(例如，由于振动)，诸如将这种运动限制为小于相对于期望位置的阈值偏差(例如，小于10、5、2、1、0.5、0.25、或0.1微米)。例如，臂可以具有导致振动幅度小于阈值偏差的自然振动模式，和/或系统可以在臂和第三单元143之间包括一个或更多个减震器(例如，从而减少粒子提取器振动运动)。然而，不期望的粒子提取器运动可以附加地或可选地以任何其他合适的方式被最小化。
在一些实施例中，结构框架10包括多个独立的框架模块(例如，各自支撑不同子系统的元件)，其被配置为诸如通过机械紧固件(例如，螺栓、夹子、夹具等)彼此附接(例如，可逆地和/或可重复地附接)。例如(例如，如图4A-图4B中所示)，结构框架10可以包括支撑(例如，容纳、封闭等)成像子系统120(和致动子系统的第二单元142)的第一模块以及支撑捕获台、粒子回收器子系统130、和致动子系统的其余元件的第二模块(例如，其中第二模块在每侧具有在10至50cm之间的尺寸，诸如33×41×25cm)。
结构框架10优选包括(例如，由其构成)一种或更多种刚性材料，诸如金属和/或刚性聚合物。结构框架10可以可选地封闭(或基本上封闭)系统的所有或某些其他元件(例如，从而提供对元件的机械保护和/或以其他方式将元件与其周围环境隔离)。例如，结构框架10可以在成像子系统120的部分或全部的周围形成光学外壳(例如，不透明外壳，诸如完全或部分不透光外壳)(例如，减少来自环境光的背景读数)。然而，结构框架10可以附加地或可选地包括任何其他合适配置的任何其他合适元件。
1.1捕获台
捕获台110优选地用于接收一个或更多个粒子捕获基底200(例如，细胞捕获装置)并将其相对于成像子系统120(例如，照明模块、聚焦和光学子系统128、光学传感器等)、粒子回收器子系统130(例如，细胞提取器134)、和/或系统100的任何其他合适的元件对齐(例如，如图5A、图5B和图6A所示)。这种对齐能够实现基于光的分析和/或在粒子捕获基底200内感兴趣的捕获细胞(和/或其他粒子)的光学引导的回收。
捕获台110优选地限定宽面，该宽面联接到(例如，保持、支撑等)一个或更多个粒子捕获基底200。例如，捕获台110可以支撑多个粒子捕获基底200(例如，通过重力、通过一个或更多个紧固件(诸如弹簧夹和/或按压在每个基底200的开放表面上的螺钉)等，每个基底200的封闭表面保持抵靠宽面)。捕获台110优选地将粒子捕获基底200定位成使得(例如，在捕获模式下)基底的宽面(例如，封闭表面)抵靠宽面(例如，基本上与宽面共面)。例如，基底200可以定位成使得一组粒子捕获室(例如，限定在开放表面中，诸如与开放表面和/或封闭表面正交)被定向成垂直于宽表面。捕获台110优选地不妨碍进入开放表面(例如，进入室)，但是可以附加地或可选地包括布置在开放表面上和/或附近的任何合适的元件。
宽面优选地包括一个或更多个开口。每个开口可以提供对基底200的封闭表面的光学通路(例如，允许光传输、实现物镜的紧密接近等)。每个开口可以是限定在宽面中的空隙、透明材料的窗口，和/或可以是任何其他合适的开口。
捕获台110可以附加地或可选地支撑粒子容器站150(例如，邻近粒子捕获基底200)。在一个示例中，捕获台110刚性地联接粒子捕获基底200和粒子容器站150，使得捕获台110和所有刚性联接的元件能够协调移动(例如，通过致动子系统的第一单元141)。然而，捕获台110可以附加地或可选地以任何其他合适的方式支撑系统的任何其他合适的元件。
捕获台110可以可选地包括在2017年2月13日提交的且标题为“System forImaging Captured Cells”的美国申请号15/430，833中描述的元件，该申请通过本引用以其整体并入本文(例如，如关于平台的描述)。然而，捕获台110可以附加地或可选地包括任何合适布置的任何其他合适元件。
1.2成像子系统
成像子系统120优选地包括：照明子系统(例如，可操作用于向开口传输光)、滤光器子系统(例如，可操作用于在捕获模式下过滤在照明子系统和捕获基底200之间传输的光)、以及与聚焦和光学子系统128协作的光学传感器，该聚焦和光学子系统128操纵传输到光学传感器的光(例如，该光学传感器可操作用于在捕获模式下生成该一组粒子捕获室的内容的图像数据集)，诸如图6B中所示。成像子系统120可以包括诸如在2017年2月13日提交的且标题为“System for Imaging Captured Cells”的美国申请号15/430，833中描述的元件，该申请通过本引用以其整体并入本文。
成像子系统120优选地包括显微镜(例如，倒置显微镜)，诸如荧光显微镜。在一个示例中，照明子系统包括明场照明源(例如，诸如一个或更多个白色LED的白色光源、窄光谱和/或单波长光源等)和/或荧光光源(例如，宽光谱光源，优选包括紫外和/或红外波长的光)，优选具有可调节的强度；滤光器子系统包括一个或更多个激发滤光器、发射滤光器、和/或分色镜(例如，分组成一个或更多个滤光器模块中，诸如包括单个激发滤光器、分色镜、和发射滤光器的对齐的组)；光学传感器包括光电二极管，该光电二极管包括被配置成将电磁能量转换成电信号的光电材料；以及聚焦和光学子系统128包括透镜(例如，物镜)，其被配置成将来自照明模块的光聚焦到在捕获台110处的目标对象(例如，粒子捕获基底200、捕获的细胞、细胞提取器134的捕获端135等)(和/或被配置成将来自目标对象的光聚焦到光学传感器上的透镜)。透镜优选地被定向成基本上与宽面正交(例如，将光轴限定成基本上与宽面正交)。透镜(和/或聚焦和光学子系统128的其他元件)优选地被配置成由致动子系统的第二单元142移动(例如，基本上沿着光轴平移)。然而，成像子系统120可以附加地或可选地包括任何其他合适布置的任何其他合适元件。
1.3粒子回收器子系统
粒子回收器子系统130优选用于从阵列的井(well)中提取单细胞和细胞群(和/或任何其他合适的粒子)中的至少一个。虽然优选地选择性地移除来自单个井的个体细胞，但是粒子回收器子系统130可以促进从一组井中同时移除多个细胞/细胞群。优选地，通过向细胞施加移除力来移除细胞/细胞群。移除力可以通过毛细力施加，但是可以附加地或可选地通过从井中抽吸内容物(即，使用负压力)来施加。移除力可以附加地或可选地通过泵送流体通过一组井(例如，借助于周边通道)来施加以提供正压力，该正压力驱动来自井的细胞/细胞群。在一个变型中，由在粒子回收器子系统130处的泵机构提供的泵压力小于10,000Pa，并且在具体变型中，提供的泵压力为6,000Pa。然而，可以使用任何其他合适的泵压力或抽吸压力。
在一些变型中，粒子回收器子系统130可以包括细胞提取器134。细胞提取器134用于从系统100内的可寻址位置选择性地移除一个或更多个分离的细胞。细胞提取器134优选地被配置为从单个井中移除细胞/细胞群，但是可选地，可以被配置为从多个井中同时移除多个细胞/细胞群。粒子回收器子系统130优选地在提取模式下可操作，其中在提取模式下，粒子回收器子系统130沿着正交于井的底表面的方向从一组井中的一个井中提取一组单个细胞中的至少一个。在提取模式下，流体输送模块优选地从基底上移除；然而，当细胞移除模块在提取模式下操作时，流体输送模块可以可选地保持联接到基底。
在细胞提取器134的第一变型中，细胞提取器134被配置成从正交于基底200的开放表面(例如，宽表面)的方向进入一组井。细胞提取器134优选地从基底200的开放表面沿基本上正交方向移除细胞/细胞群，但是可选地，可以沿相对于开放表面成角度的方向移除细胞/细胞群。细胞提取器134优选地在捕获端135和进入一组井的出口(例如，跨过细胞提取器134的长度与捕获端135相对的)之间限定内部空隙(诸如中空通道(例如，微量吸液管的、诸如玻璃毛细管的毛细管，等))，并限定与一个或更多个井流体连通的基本上流体隔离的体积。空隙可以包括位于捕获端135处的一个或更多个密封元件(例如，聚合物涂层或适当的几何形状)，其有助于与井113形成流体密封形式。粒子回收器子系统130可以可选地包括围绕细胞提取器134的一部分(例如，围绕提取器134的大部分暴露长度，其中提取器尖端从鞘中露出，以避免在尖端插入期间鞘与基底200干扰)的保护构件(例如，聚合物鞘)。细胞提取器134优选地从近端到捕获端135(例如，尖端)逐渐变细，以便提供足够的几何形状来将井的内容物接收到细胞提取器134中；然而，细胞提取器134可选地可以具有任何其他合适的形式。这样，中空针优选地被配置成在感兴趣的井内形成基本上流体隔离的体积，并且然后使用低压发生器(例如，泵)将保留的细胞/细胞群从井中抽吸出来，通过中空通道，并进入细胞提取器134的细胞收集体积。空隙优选地在捕获端135处限定微米量级的孔，诸如具有在1微米至500微米之间(例如，在10微米至100微米之间、在20微米至50微米之间、30微米、40微米等)的特征尺寸(例如，直径、宽度、内接和/或外接圆直径等)的孔。在一种变型中，细胞提取器134是具有200微米高度和25微米中空通道直径的微量吸液管；在另一种变型中，细胞提取器134是具有30微米的通道直径的毛细管；在第三种变型中，细胞提取器134是具有150微米的通道直径的毛细管。在另一种变型中，一组井中的井被分组成使得每组可以被平行于基底的宽表面的平面中的闭合曲线所包围，并且细胞提取器134的内径小于闭合曲线的最大弦。在另一种变型中，内径小于单个井的特征尺寸(例如，宽度、直径等)。然而，这些具体示例的其他变型可以具有任何其他合适的限定尺寸。
细胞提取器134能够抽吸和/或分配样本(例如，诸如细胞、周围液体等的粒子)直至最大体积(例如，等于或小于空隙或其可填充部分的体积)。最大体积可以是0.1到500微升之间的体积(例如，1到50微升之间，诸如5、10、或25微升)。然而，细胞提取器134可以附加地或可选地容纳任何其他合适的样本体积。
细胞提取器134可以使用微制造技术来制造，或者可以附加地或可选地使用任何其他合适的制造技术注塑成型、激光切割、冲压、或制造。在中空针制造的一种变型中，优选使用蚀刻技术(诸如，深反应离子蚀刻(DRIE)、等离子蚀刻、或任何其他合适的蚀刻方法)将内腔蚀刻到诸如硅的基底中。该步骤优选与覆盖要保护的基底的部分的掩模一起使用。然后，壁和相关联的轮廓优选地通过利用腐蚀性液体或等离子体对基底进行各向同性蚀刻来制造，但是也可以使用任何其他合适的各向同性材料去除方法。掩模优选地用于保护穿刺端。在第二变型中，管(例如，玻璃管、塑料管等)可以(例如，通过对管端施加受控加热并在受控张力下拉动管)来拉动，以将管开口变窄到期望的直径。多个中空针优选地同时制造成阵列200，但是可以可选地单独制造。
粒子回收器子系统130优选地包括泵132，该泵132被配置成改变细胞提取器空隙内(例如，毛细管的中空通道内)的压力。泵132优选为正排量泵，更优选为注射泵，但是可以附加地或可选地包括任何其他合适的泵。例如，泵132可以包括压电致动器、隔膜泵、和/或任何其他合适的泵送机构。
泵132优选由泵致动器144(更优选为电动致动器(例如，被配置为由它们控制子系统160控制)，诸如下面关于致动子系统所述)控制。然而，泵132可以附加地或可选地(例如，通过注射泵柱塞在注射泵筒内的手动平移，诸如通过用手直接推或拉柱塞)来直接控制。
泵132(例如，泵的流体端口，诸如入口或出口)优选通过管136(更优选为挠性管)流体联接到细胞提取器134(例如，到空隙)。挠性管能够使细胞提取器134相对于泵132独立运动(例如，在致动子系统的第三单元143的致动期间；诸如在捕获端135的对齐、插入、和/或移除期间)。管136优选包括聚合材料(例如，特氟隆、泰贡、聚乙烯等)(例如，由聚合材料制成)，但是可以附加地或可选地包括金属(例如，钢、铜等)和/或任何其他合适的材料。为了产生有效的泵压(例如，用于细胞提取)，管136的死体积优选最小化，诸如死体积小于阈值最大体积(例如，小于25、15、10、5、2、1、或0.5微升)。在一个示例中，通过将填充元件(诸如线)放置在管内(例如，在内径为500微米的管内放置400微米直径的线)来减小死体积，从而占据管体积的一部分。管136优选是在泵132和细胞提取器134之间运行的单个管，但是可以附加地或可选地包括任何合适的流体歧管和/或其他流体联接器。
粒子回收器子系统130优选能够容易地移除和/或附接(例如，再附接)细胞提取器134(例如，毛细管)。这可以实现细胞提取器的(例如，污染和/或损坏的细胞提取器的)清洁和/或更换。例如，细胞提取器134可以通过扣件(friction fitting)(例如，可选地包括限定在细胞提取器134上的软管倒钩和/或将管136保持在细胞提取器134上的适当位置的软管夹)联接到管136。粒子回收器子系统130可以包括多个一次性(例如，一次性使用)细胞提取器134，和/或可以包括一个或更多个被配置用于重复使用的细胞提取器134。然而，粒子回收器子系统130可以包括任何合适类型的任何其他合适的细胞提取器组134，和/或可以仅包括单个细胞提取器134(例如，不可移除的细胞提取器)。
然而，粒子回收器子系统130可以包括任何其他合适的细胞移除工具，诸如在2012年7月25日提交的且标题为“Cell Capture System and Method of Use”的美国申请号13/557，510中描述的工具，该申请通过本引用以其整体并入本文。
系统100中的细胞移除优选是自动的，但是可以附加地或可选地是半自动的或手动的。此外，细胞移除可以与细胞鉴定一起进行，包括通过图像分析(例如，通过处理器的视觉处理，通过使用光检测器等)或以任何其他适合的方式自动固定、透化、着色、成像、和鉴定从一组井中移除的细胞。粒子回收器子系统130可以被配置成便于例如利用致动子系统将细胞提取器134前进到包含感兴趣的细胞/细胞群的井。粒子回收器子系统130可以附加地或可选地被配置成便于细胞移除方法选择和/或细胞移除工具选择。在另一种变型中，粒子回收器子系统130处的细胞鉴定可以是半自动的，并且细胞回收可以是自动的。例如，细胞着色和成像可以自动完成，其中感兴趣的细胞的鉴定和选择可以手动完成。在另一种变型中，所有步骤都可以手动执行。然而，可以使用自动或手动步骤的任意组合。
1.4致动子系统
致动子系统优选包括联接到捕获台110(例如，控制捕获台110的运动)的第一单元141、联接到成像子系统120(例如，控制成像子系统120的运动)的第二单元142、联接到粒子回收器子系统130(例如，控制粒子回收器子系统130的运动)的第三单元143以及联接到泵132(例如，控制泵132的动作)的泵致动器144。
第一单元141优选地实现和/或控制捕获台110和/或粒子容器站150的横向运动(例如，沿着基本上平行于宽面的一个或更多个轴线的平移)。例如，第一单元141可以包括X轴平移器(例如，控制沿着捕获台110的长边的横向平移)和Y轴平移器(例如，控制沿着垂直于X轴的轴线的横向平移)。第一单元141可以附加地或可选地启用和/或控制沿着平面外轴(例如，基本上垂直X轴和Y轴的Z轴、基本上正交于宽面的轴线、基本上平行光轴的轴线、垂直轴等)的平移、横向旋转(例如，围绕平面外轴)、倾斜(例如，围绕基本上平行于宽面的一个或更多个轴线(诸如X轴和/或Y轴的旋转)、和/或任何其他合适的运动。
第一单元141可以可选地包括致动器，以用于在粒子提取配置(例如，其中粒子捕获基底200与粒子提取器134和/或光轴对齐)和粒子输送配置(例如，其中粒子容器站150与粒子提取器134和/或光轴对齐)之间移动捕获台110和/或粒子容器站150。例如，捕获台110和粒子容器站150(以及可选地，第一单元141的其他致动器)可以沿着轨道平移和/或围绕悬臂的连接轴(例如，垂直轴、水平轴等)旋转以在粒子提取和粒子输送配置之间切换。然而，第一单元141可以附加地或可选地包括任何其他合适配置的任何其他合适元件。
第二单元142优选包括聚焦致动器，该聚焦致动器实现和/或控制成像子系统120聚焦(例如，通过将物镜移动得更靠近和/或更远离成像目标，诸如粒子捕获基底200、其内容物、和/或粒子提取器的捕获端135)。例如，聚焦致动器能够实现和/或控制物镜(和/或其他光学元件)沿着光轴和/或基本上与宽面正交的轴线的平移。聚焦致动器优选实现精确控制物镜沿光轴的移动，诸如实现控制到小于阈值精度(例如，10、50、75、100、150、400、或1000nm)。第二单元142可以可选地包括光学元件选择致动器，诸如将光学元件(例如，物镜、滤光器等)移动到光路中和/或从光路中移出的旋转致动器和/或平移致动器。第二单元142可以附加地或可选地包括横向平移致动器(例如，实现和/或控制成像子系统元件沿着基本上平行于宽面和/或垂直于光轴的轴线的平移)、倾斜致动器(例如，实现和/或控制成像子系统元件的旋转，诸如围绕基本上平行于宽面和/或正交于光轴的轴线的旋转)，和/或任何其他合适的致动器。
第三单元143优选包括一个或更多个致动器(例如，插入致动器)，其实现和/或控制粒子提取器134(例如，相对于捕获台110和/或粒子容器站150)的平面外运动(例如，沿着一个或更多个基本上不平行于宽面的平面外轴的平移)。平面外轴优选是基本上正交于宽面和/或井孔(well apertures)的轴线。然而，平面外轴可以附加地或可选地包括垂直轴、基本平行于由粒子提取器134限定的轴线(例如，由空隙限定的轴线，诸如毛细管的中心轴)、基本上平行于光轴的轴线、和/或任何其他合适的轴线。例如，插入致动器可以控制捕获端135(和/或移除)到基底200中的插入(例如，到目标井中；在目标井的顶部上，诸如捕获端135与井的顶表面接触；等等)，从而能够提取井内容物(例如，细胞和/或细胞群，诸如以单细胞形式捕获的细胞)。插入致动器优选能够精确控制粒子提取器沿平面外轴(例如，光轴)的运动，诸如能够控制到小于阈值精度(例如，10、50、75、100、150、400、或1000nm)。插入致动器可以附加地或可选地被配置成使用致动器马达的力感测和/或失速(例如，允许捕获端135在纳米孔的顶部的精确定位)。
第三单元143可以附加地或可选地包括一个或更多个横向平移致动器。横向平移致动器优选地实现和/或控制提取器134沿着基本上平行于宽面的一个或更多个轴线(例如，X轴和Y轴)和/或基本上垂直于平面外轴的平移。横向平移致动器能够实现粒子提取器134的横向对齐，诸如与光轴、目标井、粒子容器152和/或其一部分(例如，多孔板(multi-well plate)的目标井)、和/或系统的任何其他合适的元件对齐。第三单元143可以可选地包括一个或更多个倾斜致动器，其可以实现和/或控制提取器134围绕一个或更多个轴线(例如，横轴，诸如基本上平行于X轴和Y轴的轴线)的旋转。倾斜致动器能够实现粒子提取器134的角度对齐，能够以不同取向(例如，包括需要以倾斜角度插入宽面的取向)从井中提取粒子，和/或能够执行任何其他合适的功能。
第三单元143可以附加地或可选地包括致动器(例如，类似于上述关于第一单元141的致动器)，以用于在粒子提取配置(例如，其中粒子提取器134与粒子捕获基底200和/或光轴对齐)和粒子输送配置(例如，其中粒子提取器134与粒子容器站150对齐)之间移动提取器134。例如，提取器134(且可选地，第三单元143的其他致动器、泵132和/或泵致动器144、和/或系统的任何其他合适的元件)可以沿着轨道平移和/或围绕悬臂的连接轴(例如，垂直轴、水平轴等)旋转，以在粒子提取配置和粒子输送配置之间切换。然而，第三单元143可以附加地或可选地包括任何其他合适配置的任何其他合适元件。
第三单元143的致动器优选控制粒子提取器134的运动，但不控制泵132的运动(例如，其中提取器134通过致动器机械联接到泵132)。然而，第三单元143的所有的或某些致动器可以可选地控制泵132的运动(例如，一起移动泵132和提取器134)。
泵致动器144优选地用于控制泵132的泵送动作(例如，压差、泵送体积等)。泵致动器144可用于控制细胞提取器内容物的抽吸和/或输送(例如，从而能够从基底200提取粒子(诸如细胞)和/或将提取的粒子输送到粒子容器152)。在一个示例中，粒子回收器子系统130可以包括线性致动器，该线性致动器联接到注射泵的柱塞并且被配置为在注射泵的筒内平移柱塞(例如，基本上沿着由筒限定的中心轴)。泵致动器144(例如，柱塞线性致动器)优选由马达控制，但是可以附加地或可选地手动致动(例如通过旋钮)和/或以任何其他合适的方式进行控制。在第二示例中，泵致动器144包括压电致动器(例如，被配置成执行泵送，诸如通过改变正排量泵的内部体积)，该压电致动器被配置成由(例如，来自控制子系统160的)电控制信号控制。然而，致动子系统可以包括任何其他合适类型的任何其他合适的泵致动器144，其可以以任何合适的方式被控制(例如，手动地、自动地，诸如通过控制子系统160等)。
所有的或某些致动器优选实现系统元件运动的精确(例如亚微米)控制。例如，致动器可以包括微分头和/或精密驱动器，以用于精确的手动和/或电动运动控制。然而，致动器可以附加地或可选地包括具有任何合适精度的任何其他合适致动器。所有的或某些致动器可以可选地包括位置检测器，诸如编码器(例如，光学、磁性等；线性、旋转等；绝对的、相对的等)、限位开关、和/或任何其他合适的位置检测器。位置检测器优选地被配置为采样位置数据并将位置数据传送给系统的其他元件(例如，传送给控制子系统160、伺服马达等)。所有的或某些致动器可以包括马达(例如，步进马达、伺服马达等)和/或任何其他合适的机构来实现致动器的自动控制(例如，通过控制子系统160)。
在一些变型中，致动子系统(例如，实现对捕获台移动、成像子系统移动、粒子回收器子系统移动、和/或系统的任何其他合适元件的移动的控制)包括诸如在2017年2月13日提交的且题为“System for Imaging Captured Cells”的美国申请号15/430，833中描述的元件(和/或实现对其的控制)，该申请通过本引用以其整体并入本文(例如，关于平台、聚焦和光学模块、和/或任何其他合适的模块所描述的)。例如，第一单元141可以包括诸如关于平台所描述的致动器，第二单元142可以包括诸如关于聚焦和光学模块所描述的致动器，以及第三单元143和/或泵致动器144可以包括类似于关于平台和/或聚焦和光学模块的致动器所描述的致动器。然而，致动子系统可以附加地或可选地包括任何其他合适的致动器。
在一些变型中，致动子系统的所有的或某些致动器可以被配置成由控制子系统160控制(例如，自动控制)。例如，控制子系统160可以自动控制第一单元141(例如，以便于自动化功能，包括对感兴趣对象的自动聚焦、自校准、捕获的细胞和/或粒子容器与粒子提取器134的对齐、细胞捕获装置询问(interrogation)、细胞捕获装置搅动等)、第二单元142(例如，以便于自动化功能，包括对感兴趣对象的自动聚焦、自校准、放大选择、滤光选择、视场选择等)、第三单元143(例如，以便于自动化功能，包括捕获的细胞和/或粒子容器与粒子提取器134的对齐、粒子提取器插入和/或取出等)、泵致动器144(例如，以便于自动化功能，包括抽吸和/或输送粒子提取器134内的流体、粒子提取器灌注和/或清洁等)，和/或致动子系统的任何其他合适的元件。然而，所有的或某些致动器可以附加地或可选地半自动受控和/或手动受控，使得用户或其他实体可以以某种方式(例如，使用机械联接到捕获台110的旋钮、刻度盘、和/或微分头)来操纵捕获台110。
1.5粒子容器站
粒子容器站150优选地用于接收和保持一个或更多个粒子容器152，并且可以可选地相对于粒子回收器子系统130(例如，细胞提取器134)、捕获台110、成像子系统120(例如，照明模块、聚焦和光学子系统128、光学传感器等)、和/或系统100的任何其他合适的元件对齐粒子容器152。例如，粒子容器站150可以支撑一个或更多个粒子容器152(例如，通过重力和/或通过一个或更多个紧固件(诸如弹簧夹和/或按压在每个容器152上的螺钉)保持抵靠站150；通过沿着容器152的侧壁施加的向内力保持在站150内，诸如来自涂胶容器和/或站150的任何其他合适元件内的摩擦配合的压缩力；等等)。粒子容器152可以包括管(例如，锥形管、标准PCR管等)、多孔板(例如，96孔板)、培养皿、和/或任何其他合适的容器(例如，被配置成接收和/或容纳细胞和/或其他粒子的容器)。然而，粒子容器站150可以附加地或可选地包括任何其他合适布置的任何其他合适元件。
粒子容器站150可以刚性地联接到捕获台110(例如，如上所述)，刚性地联接到结构框架10，可致动地联接(例如，通过致动子系统的一个或更多个致动器，诸如通过第一单元、第二单元、和/或第三单元的致动器，和/或通过实现粒子容器站150的独立运动的其他致动器)到结构框架10和/或系统的任何其他合适的元件，和/或可以以任何其他合适的方式布置在系统内。
1.6控制子系统
控制子系统160优选地用于控制系统操作，诸如实现下面描述的方法的执行(例如，自动和/或半自动执行)。
控制子系统160可以包括以下项中的一个或更多个：处理器(例如，CPU、GPU、微处理器等)、存储器和/或数据存储模块(例如，闪存、RAM、硬盘驱动器等)、和/或任何其他合适的部件。处理系统优选地被安装到结构框架10上，但是可选地可以被安装到任何其他合适的部件，和/或可以与系统100的其他元件机械分离(例如，可以通过数据连接器连接到系统，可以与系统的其他部件无线通信，等等)。
控制子系统160优选地被配置成与其他系统元件(诸如成像子系统120和/或致动子系统)通信和/或控制其他系统元件(诸如成像子系统120和/或致动子系统)。例如，控制子系统160可以联接(例如，电联接；由能够传输电力、控制信号、和/或数据的联接器以其他方式联接；等等)到光学传感器(实现光学传感器的激活和/或从光学传感器接收诸如图像数据的数据)和联接到致动子系统的一个或更多个致动器(例如，实现对致动器的控制和/或从致动子系统的位置传感器接收诸如位置数据的数据)。然而，控制子系统160可以附加地或可选地包括任何其他合适的部件，连接到系统的任何其他合适的元件，和/或执行任何其他合适的功能。
1.7显示器
系统100可以可选地包括显示器170。显示器170优选地被配置成与控制子系统160通信(例如，通过诸如视频数据线缆的数据连接件联接到控制子系统160；被配置成从控制子系统160无线接收信息；等等)。显示器170优选地被配置为显示以下中的一个或更多个：系统的与控制子系统160相关联的控制参数和从图像数据集导出的图像。例如，显示器可以显示由图像子系统120捕获的图像(例如，近实时图像流，诸如实时视频；先前捕获的图像；等等)和/或其衍生物、与系统操作相关的控制参数和/或其他信息(例如，呈现为图像上的叠加、与图像分开呈现和/或代替图像呈现等)、和/或任何其他合适的信息。屏幕上呈现的(例如，以叠加形式呈现的)控制参数(例如，信息)可以包括：系统元件的位置(例如，坐标、图像视场内和/或外部的视觉指示等)；系统元件的当前和/或计划运动；细胞鉴定，诸如选择的/未选择的细胞、细胞类型(例如，基于荧光显微镜数据所确定的)等；用于细胞回收(例如，从基底200的井中)和/或接收(例如，在容器152的井处)的目标井；回收过程步骤和/或状态(例如，“校准”、“灌注”、“鉴定细胞”、“回收40个细胞中的21个”、“清洗毛细管”等)；和/或任何其他合适的信息。然而，显示器170可以附加地或可选地执行任何其他合适的功能。
1.8约束子系统
约束子系统180优选地用于创建用于样本处理的无菌环境(例如，将系统内容物(诸如基底200和/或容器152的内容物)与约束子系统180周围的环境隔离)。在第一实施例中，约束子系统180是无菌罩(例如，生物安全柜)，其中系统100的其他元件(例如，结构框架10和附接的子系统)装配在无菌罩内。在该实施例中，结构框架10优选地具有足够小的尺寸，以使得能够容易地放置在生物安全柜中(并且可选地，从生物安全柜移除)(例如，小于10英寸高×24英寸宽×30英寸深)，但是可选地可以具有任何其他合适的尺寸。在第二实施例中，约束子系统180包围结构框架10和附接的部件(例如，直接附接到结构框架10的外部)。在一个示例中(例如，如图4A所示)，约束子系统180包括铰接盖，该铰接盖在闭合配置和打开配置之间可操作，在闭合配置中系统的一些或所有元件(例如，捕获台110和粒子回收器子系统130)被盖封闭，在打开配置中用户能够接近以其他方式被封闭的部件(例如，能够放置和/或移除系统元件，诸如粒子捕获基底200、粒子提取器134等)。然而，约束子系统180可以附加地或可选地包括任何合适布置的任何其他合适部件。
1.9粒子捕获基底
粒子捕获基底200优选地限定封闭表面(例如，底表面)和开放表面(例如，顶表面)。这些表面优选地是跨过基底主体彼此相对(例如，基本上彼此平行)的宽面。开放表面优选地限定一个平面，诸如基底顶面。基底200优选地在基底主体内限定一组井，该一组井中的每个井限定：(例如在平面处的)孔；布置在基底主体内(例如，孔和封闭表面之间)的基座；和从孔延伸到基座的壁。此外，基底200可以在基底主体内限定多个通道，其中一些或所有的井井通过一个或更多个通道与一个或更多个相邻的井流体联接。在目标井处的细胞提取器抽吸期间(例如，在目标井中捕获的细胞的提取期间)，这些通道可以促进从相邻井、通过目标井并且到细胞提取器中的流体流动(如，对流)。这种流体流动可以实现、促进、和/或推动捕获的细胞进入细胞提取器。在具体示例中，粒子捕获基底200限定了具有微米量级宽度(例如，1-100微米，诸如1、5、10、15、20、25、30、35、40、50、或60微米)的六边形井的六边形阵列(例如，密排阵列)。在该具体示例中，井被细分为七个井的六边形组，其中每个六边形组的井通过通道流体连接，并且分隔相邻六边形组的组间壁不允许六边形组之间的流体连通(例如，不限定通道)。
题为“Cell Capture System and Method of Use”且于2012年7月25日提交的美国申请号13/557，510、题为“System and Method for Isolating and Analyzing Cells”且于2014年5月28日提交的美国申请号14/289，155和题为“System and Method forIsolating and Analyzing Cells”且于2017年2月24日提交的美国申请号15/422，222中描述了粒子捕获基底200的实施例、变型、和示例，以上申请均通过本引用以其整体并入。然而，粒子捕获基底200可以附加地或可选地包括任何其他合适布置的任何其他合适元件。
如图3A和图3B所示，系统100可以可选地在用于以单粒子形式从样本中捕获粒子的平台内起作用(和/或与其互补)，其中该平台包括样本制备部分，该样本制备部分可操作来处理包含一组感兴趣粒子的样本，并将处理后的样本传输通过粒子捕获基底200(例如，微流体芯片、细胞捕获基底等)以用于以单粒子形式(和/或粒子群)捕获一组粒子。粒子(例如，细胞)然后可以在存活状态下以单细胞形式被回收，用于进一步处理和/或分析(例如，与诊断应用相关)。在第一实施例中，系统100和粒子捕获平台是集成的(例如，共享用于保持粒子捕获基底200的公共台)，其中粒子捕获基底200在处理后的样本传输和随后的粒子回收期间都保持在粒子捕获平台中的适当位置。在第二实施例中，在处理后的样品传输之后，粒子捕获基底200可以从粒子捕获平台移除，并被放置在捕获台110中用于粒子回收。然而，系统100和粒子捕获平台可以附加地或可选地具有任何其他合适的关系。
在2014年3月13日提交的且题为“System and Method for Capturing andAnalyzing Cells”的美国申请号14/208，298、2016年3月18日提交的且题为“System andMethod for Capturing and Analyzing Cells”的美国申请号15/074，054、以及2014年3月13日提交的且题为“System for Imaging Captured Cells”的美国申请号14/208，458中描述了样本制备部分的实施例、变型、和示例，以上申请均通过本引用以其整体并入。然而，系统100可以附加地或可选地与任何其他合适的平台或平台部件协作。
2.方法
捕获粒子回收的方法优选包括对捕获的粒子(例如，在粒子捕获基底200内进行捕获)成像、选择捕获的粒子、提取选择的粒子、以及输送提取的粒子(例如，如图8所示)。粒子优选为细胞(例如，活细胞)，但是可以附加地或可选地包括任何其他合适的粒子。方法优选使用上述系统100(和/或粒子捕获平台)来实现，但是可以附加地或可选地使用任何其他合适的机构来实现。
捕获的粒子优选由成像子系统120(例如，使用明场显微镜、荧光显微镜等)成像。粒子优选地基于成像(例如，由控制子系统160、由用户等)来选择(例如，选择特定类型的细胞，其中细胞类型基于荧光显微术来确定)。粒子提取优选地由粒子回收器子系统130执行，更优选地基于由成像子系统120采样的图像数据(例如，显示捕获端135相对于所选细胞的位置的实时视频)，这能够例如使粒子提取器134在目标井上方对齐，并控制捕获端135的插入(例如，插入目标井；放置在目标井的顶部上，诸如其中捕获端135与限定目标井的壁的顶表面接触；等等)。优选地，通过在捕获端135被插入(例如，到目标井中、在目标井的顶部上等)的同时致动泵132(例如，降低粒子提取器内的压力，从而引起抽吸)来执行粒子提取。在提取后，粒子提取器134优选地被重新定位在粒子容器152的目标区域(例如，目标井)处，在该时刻，粒子输送可以通过致动泵132来实现(例如，增加粒子提取器内的压力，从而排出其内容物)。
控制子系统160优选地实现方法(和/或其元素)的自动化(和/或半自动)执行。例如，控制子系统160可以被配置为(例如，基于从成像子系统120接收的图像数据)执行：(例如，通过移动物镜)在诸如井、捕获的粒子、和/或粒子提取器捕获端(例如，毛细管尖端)的成像目标上自动聚焦；(例如，基于荧光标准)对目标细胞的自动鉴定；对捕获端的自动检测和横向平移(例如，将捕获端与包含目标细胞的目标井对齐，将捕获端与粒子容器的目标区域对齐，等等)；与目标井接触(例如，在顶部、插入其中等)的捕获端的自动放置(例如，避免可能损坏毛细管尖端的碰撞，使其不可操作来提取细胞)；自动泵致动(例如，实现抽吸和/或细胞喷射)；和/或该方法的任何其他合适的元件。
将捕获端放置成与目标井接触可以包括，例如：聚焦在捕获基底的参考元件上，优选目标井的元件(例如，井的顶表面)；聚焦在粒子提取器上(例如，在捕获端上，诸如毛细管尖端)；确定参考元件和粒子提取器之间的相对距离(例如，基于在它们之间切换焦点所需的物镜运动)；以及基于相对距离移动粒子提取器(例如，向目标井移动等于该距离的量、移动小于该距离的量等)。在一个示例中，可以在捕获端移动期间和/或之间(例如反复地)调整聚焦(例如，跟随捕获端移动，在参考元件和捕获端之间来回切换，等等)，并且可以相应地更新相对距离的确定。然而，附加地或可选地，可以使用任何其他合适的技术(例如，插入致动器力感测和/或失速)来将捕获端放置成与目标井接触。
系统100可以附加地或可选地支持诸如在题为“System and Method forCapturing and Analyzing Cells”且于2016年11月28日提交的美国申请号15/362，565、题为“System and Method for Capturing and Analyzing Cells”且于2014年3月13日提交的美国申请号14/208，298、题为“System and Method for Capturing and AnalyzingCells”且于2016年3月18日提交的美国申请号15/074，014、和/或题为“System forImaging Captured Cells”且于2014年3月13日提交的美国申请号14/208，458中描述的方法(例如，细胞捕获、成像、和/或分析方法)，这些申请均通过本引用和/或任何其他合适的方式以其整体并入。例如，方法可以包括在粒子成像、选择、提取、和输送之前(例如，如图9所示)，在粒子捕获基底200的井内捕获粒子(例如，以单细胞形式捕获活细胞)。然而，方法可以附加地或可选地包括任何其他合适方式执行的任何其他合适元件。
在一个实施例中(例如，如图10所示)，方法包括：在粒子捕获基底200中捕获活细胞(例如，以单细胞和/或单群形式)；将细胞保持为存活形式(例如，多天、多周等)；对细胞成像；处理细胞；处理后对细胞重新成像；基于成像数据选择细胞(例如，初始成像和/或重新成像)；提取所选择的细胞并将提取的细胞输送至粒子容器(例如，使用如上所述的系统100)，诸如96孔板或第二粒子捕获基底；维持和/或使细胞生长(例如，培养细胞)一段延长的时间段(例如，数天、数周等)；和/或成像和/或监测提取的细胞(例如，在培养期间)。在第一示例中，处理细胞包括用一组试剂(例如，CRISPR试剂)处理所有捕获的细胞。在第二示例中，处理细胞包括：诸如基于成像数据选择细胞(例如，细胞的子集)；以及将试剂输送到所选择的细胞(例如，对于每个所选择的细胞使用相同的试剂组，对于不同的细胞使用不同的试剂组，等等)。在这个示例中，可以使用粒子回收器子系统(例如，使用细胞提取器；使用附接到粒子回收器子系统的不同试剂输送元件，诸如代替细胞提取器；等等)和/或任何其他合适的目标输送机构来输送试剂。例如，试剂可以使用附接到粒子回收器子系统的更薄的毛细管(例如，足够薄以适配在目标井内部，足够薄以穿透捕获的细胞，等等)来输送，并且可以可选地包括将毛细管插入目标井和/或捕获的细胞中以用于试剂输送(例如，将CRISPR试剂直接输送到目标细胞的胞质溶胶中)。然而，方法可以另外地或可选地包括任何其他合适的元素。
优选实施例及其变型的系统100和方法可以被至少部分地体现和/或实现为被配置成接收储存计算机可读指令的计算机可读介质的机器。指令优选地由计算机可执行部件执行，该计算机可执行部件优选地与系统和处理器和/或控制器中的一个或更多个部分集成在一起。计算机可读介质可存储在任何合适的计算机可读介质上，诸如RAM、ROM、闪存、EEPROM、光学设备(CD或DVD)、硬盘驱动器、软盘驱动器、或任何合适的设备。计算机可执行部件优选地是通用或专用处理器，但任何合适的专用硬件或硬件/固件组合设备能够可替代地或另外地执行指令。
附图图示了根据优选的实施方案、实例配置、及其变化形式的系统、方法和计算机程序产品的可能的实现方式的架构(architecture)、功能和操作。就这点而言，在流程图或框图中的每个块可代表模块、程序段、或代码的部分，该模块、程序段、或代码的部分包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当指出的是，在一些可选的实现方式中，在模块中提到的功能可以以在附图中指出的顺序以外的顺序发生。例如，连续地显示的两个块事实上可以基本上同时执行，或者块有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还应当指出的是，框图和/或流程图说明中的每个块，以及框图和/或流程图说明中的块的组合，可以由进行指定功能或动作的基于特定目的的硬件的系统、或特定目的的硬件和计算机指令的组合来实现。
如本领域中的技术人员将从先前的详细描述以及从附图和权利要求中认识到的，可在不偏离在所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下对本发明的优选的实施方式进行修改和改变。

Claims (20)

1.一种用于从捕获基底进行细胞回收的系统，所述捕获基底包括分布在所述捕获基底的宽面上的一组井，所述系统包括：
成像子系统，所述成像子系统被配置为对所述一组井中的一个或更多个井的图像数据集进行采样；
回收器子系统，所述回收器子系统包括提取器，所述提取器包括提取器尖端、出口和被限定在所述提取器尖端和所述出口之间的空隙；
致动器，所述致动器被配置为相对于所述捕获基底来平移所述提取器，所述致动器被配置成将所述提取器尖端放置成与所述一组井中的目标井流体连通；以及
提取子系统，所述提取子系统被配置成：
接收所述图像数据集；
基于所述图像数据集，控制所述致动器以将所述提取器尖端定位成与所述目标井流体连通；以及
响应于实现将所述提取器尖端定位成与所述目标井流体连通，控制所述回收器子系统以从所述目标井提取目标材料。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一组井中的每个井的横截面限定多边形。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述捕获基底还包括歧管，所述歧管限定歧管入口和歧管出口，其中，所述歧管入口和所述歧管出口流体联接到所述一组井中的每个井。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述成像子系统包括：
光学传感器；
光源，所述光源被配置为朝向所述目标井传输光；
透镜，所述透镜限定基本上与所述宽面正交的光轴，其中，所述透镜被配置成执行以下中的至少一项：将光聚焦到所述目标材料上；和将来自所述目标材料的光引向所述光学传感器；以及
聚焦致动器，所述聚焦致动器被配置为基本上沿着所述光轴平移所述透镜。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述提取器包括毛细管，所述毛细管被配置成向所述目标材料施加毛细力。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述提取器包括泵，所述泵联接到所述出口并且被配置为与所述提取子系统的操作相协作地来施加移除力。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述提取子系统包括用于重复地从所述目标井抽吸内容物和向所述目标井输送内容物的指令。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述提取器的空隙终止于所述提取器尖端的孔，所述孔限定了10微米至50微米之间的宽度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标材料包括以下中的至少一项：细胞、功能化粒子和来源于生物样本的内容物。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括捕获容器，其中，所述提取器尖端能够操作来将所述目标材料从所述目标井移动到所述捕获容器。
11.一种用于从捕获基底进行细胞回收的系统，所述捕获基底包括分布在所述捕获基底的宽面上的一组井，所述系统包括：
回收器子系统，所述回收器子系统包括提取器，所述提取器包括提取器尖端、出口和被限定在所述提取器尖端和所述出口之间的空隙；
定位子系统，所述定位子系统被配置成相对于所述捕获基底来定位所述提取器，所述定位子系统被配置成将所述提取器尖端放置成与所述一组井中的目标井连通；以及
提取子系统，所述提取子系统被配置成：
引导所述定位子系统以将所述提取器尖端定位成与至少一个目标井连通；以及
响应于实现将所述提取器尖端定位成与所述目标井流体连通，控制所述回收器子系统以从所述至少一个目标井提取目标材料。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述目标材料包括以下中的至少一项：细胞、功能化粒子和来源于生物样本的内容物。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述一组井中的每个井的横截面限定多边形。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述提取子系统被配置为重复地从所述至少一个目标井抽吸内容物和向所述至少一个目标井输送内容物。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述提取器包括毛细管，所述毛细管被配置成向所述目标材料施加毛细力。
16.根据权利要求11所述的系统，其中，所述提取器包括泵，所述泵联接到所述出口并且被配置为与所述提取子系统的操作相协作地来施加移除力。
17.根据权利要求11所述的系统，还包括基底致动器，所述基底致动器包括平台，所述基底致动器被配置为相对于所述回收器子系统平移所述捕获基底。
18.根据权利要求11所述的系统，还包括成像子系统，所述成像子系统被配置为对所述一组井中的一个或更多个井的图像数据集进行采样，其中，所述提取子系统还被配置成接收所述图像数据集并基于所述图像数据集，控制所述定位子系统以将所述提取器尖端定位成与所述目标井流体连通。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述成像子系统包括：
光学传感器；
光源，所述光源被配置为朝向所述目标井传输光；
透镜，所述透镜限定基本上与所述宽面正交的光轴，其中，所述透镜被配置成执行以下中的至少一项：将光聚焦到所述目标材料上；和将来自所述目标材料的光引向所述光学传感器；以及
聚焦致动器，所述聚焦致动器被配置为基本上沿着所述光轴平移所述透镜。
20.根据权利要求11所述的系统，其中，所述一组井被分成一组井的子集，其中，井的每个子集都被闭合曲线所包围，以及所述提取器尖端的内径小于所述闭合曲线的最大弦。
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