CN114072657A - 高通量、长时程、延时显微镜检查后的活细胞分离 - Google Patents

高通量、长时程、延时显微镜检查后的活细胞分离 Download PDF

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Abstract

微流体装置，其包括细胞流动层和控制层。细胞流动层包括生长通道、收集通道、连接生长通道和收集通道的多个桥联通道、多个桥联阀部分，以及与生长通道偶联的多个细胞生长沟。生长通道包括控制进出生长通道流动的入口阀部分和出口阀部分。收集通道包括控制进出收集通道流动的入口阀部分和出口阀。桥联阀部分控制生长通道和收集通道之间的流动。控制层包括致动桥联阀部分的第一控制通道和致动生长通道和收集通道的入口阀部分和出口阀部分的第二控制通道。

Description

高通量、长时程、延时显微镜检查后的活细胞分离
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年6月20日递交的标题为“ISOLATING LIVE CELLS AFTER HIGH-THROUGHPUT,LONG-TERM,TIME-LAPSE MICROSCOPY”的第62/864,091号美国临时专利申请的权益和优先权，其在此通过引用整体并入本文中。
关于联邦赞助的研究或开发的声明
本发明根据美国国防高级研究计划局(the Defense Advanced ResearchProjects Agency)授予的第HR0011-16-2-0049号基金；美国国家科学基金会(theNational Science Foundation)授予的第1615487号基金；和美国国防高级研究计划局授予的第DARPA-BAA-16-17号基金，在政府支助下完成。政府享有本发明的某些权利。
技术领域
本公开涉及微流体装置。具体地，本公开涉及使得能够进行长时程监测细胞群和目标细胞的高效提取的微流体装置。
背景技术
遗传筛选通过确定哪些基因或基因部分决定表型特性在生物学中发挥着重要作用。它们的能力取决于可以考虑的突变文库的广度、可以测量的特性类型、在确保时空均匀性的同时控制生长条件的能力，以及——因为许多突变只改变表型的分布——取决于针对每个突变体采样的那些分布的可靠性。
当前的技术仅提供端点低分辨率快照，并且提供很少的关于生长、细胞内动态和对环境变化的响应的信息。此外，因为每个细胞只被探测一次，目前的技术难以区分遗传稳定特性和瞬时表型异质性。因此，需要用于成像和分析细胞的新设备和方法。
发明概述
用于分析细胞和提取一个或多个目标细胞的微流体装置，其包括基底；与基底耦合的细胞流动层；以及与细胞流动层耦合的控制层。细胞流动层包括生长通道、多个细胞生长沟、收集通道和多个桥联通道。生长通道具有入口部分、出口部分、主体部分、入口阀部分和出口阀部分。生长通道的入口阀部分被配置为帮助选择性地控制生长通道的入口部分和生长通道的主体部分之间的流动。生长通道的出口阀部分被配置为帮助选择性地控制生长通道的主体部分和生长通道的出口部分之间的流动。多个细胞生长沟流体偶联至生长通道的主体部分。收集通道具有入口部分、出口部分、主体部分、入口阀部分和出口阀部分。收集通道的入口阀部分被配置为帮助选择性地控制收集通道的入口部分和收集通道的主体部分之间的流动。收集通道的出口阀部分被配置为帮助选择性地控制收集通道的主体部分和收集通道的出口部分之间的流动。多个桥联通道中的每个将生长通道的主体部分与收集通道的主体部分偶联。多个桥联通道中的每个包括桥联阀部分，其被配置为帮助选择性地控制生长通道和收集通道之间的流动。控制层被配置为帮助致动：(i)多个桥联通道中的每个的桥联阀部分，(ii)生长通道的入口阀部分，(iii)生长通道的出口阀部分，(iv)收集通道的入口阀部分，和(v)收集通道的出口阀部分。
使用具有生长通道、流体偶联至生长通道的多个细胞生长沟和流体偶联至生长通道的收集通道的微流体装置来分析细胞和提取一个或多个目标细胞的方法，所述方法包括：将一个或多个细胞和生长培养基注入生长通道的入口部分中，使得一个或多个细胞和生长培养基流入生长通道的主体部分中，并填充多个细胞生长沟中的至少一个；关闭生长通道的入口阀部分和生长通道的出口阀部分；清洗生长通道的入口部分以从生长通道的入口部分中去除污染物；分析多个细胞生长沟中的至少一个中的一个或多个细胞，以鉴定一个或多个目标细胞；打开多个桥联阀部分，允许流体流过生长通道的主体部分和收集通道的主体部分之间的多个桥联通道；使一个或多个目标细胞从多个细胞生长沟中的至少一个移动，通过生长通道的主体部分和多个桥联通道中的一个或多个，进入收集通道的主体部分；关闭多个桥联阀部分；打开收集通道的入口阀部分和收集通道的出口阀部分；使一个或多个目标细胞从收集通道的主体部分移入收集通道的出口部分中；以及从收集通道的出口部分中收集一个或多个目标细胞。
以上概述并非旨在代表本公开的每种实施方式或每个方面。本公开的另外的特征和益处从下面阐述的详细描述和附图中是显而易见的。
附图简要说明
从以下示例性实施方式的描述连同参考附图将更好地理解本公开。
图1A是根据本公开的方面的用于分析细胞和提取一个或多个目标细胞的示例性微流体装置的透视图；
图1B是根据本公开的方面的图1A的示例性微流体装置的部件分解图；
图2A是根据本公开的方面的图1A的示例性微流体装置的通道的布局的顶视图；
图2B是根据本公开的方面的图2A的通道布局的一部分的放大图；
图3A是根据本公开的方面的打开状态的图1A的示例性微流体装置的两个阀部分的横截面视图；
图3B是根据本公开的方面的从打开状态移动到关闭状态的图3A的两个阀部分的横截面视图；
图3C是根据本公开的方面的关闭状态的图3A的两个阀部分的横截面视图；
图4A是根据本公开的方面的注射细胞和生长培养基期间图1A的示例性微流体装置的入口部分的顶视图；
图4B是根据本公开的方面的注射细胞和生长培养基之后图4A的入口部分的顶视图；
图4C是根据本公开的方面的进行清洁以去除残留的污染物的图4A的入口部分的顶视图；
图5A是根据本公开的方面的图1A的示例性微流体装置的细胞生长沟的顶视图；
图5B是根据本公开的方面的与反向通道偶联的图1A的示例性微流体装置的细胞生长沟的顶视图；
图6是显示根据本公开的方面的细胞生长沟中的细胞生长的记波器；
图7是根据本公开的方面的用于分析细胞和提取一个或多个目标细胞的方法的流程图；
图8A是根据本公开的方面的细胞和生长培养基被注入生长通道中时图1A的生长通道和一系列示例性微流体装置的顶视图；
图8B是根据本公开的方面的清洗生长通道的入口部分时图8A的生长通道和收集通道的顶视图；并且
图8C是根据本公开的方面的将细胞从生长通道移至收集通道时图8A的生长通道和收集通道的顶视图。
虽然本公开易于进行各种修改和替代形式，但具体实施方式已在附图中以实例的方式示出并将在本文中详细描述。然而，应当理解，本公开并不旨在限于所公开的特定形式。相反，本公开将涵盖落入所附权利要求所定义的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
发明详述
虽然本公开可以有许多不同的形式，但在附图中示出并且将在本文中详细描述本公开的示例性实施方式，应当理解本公开将被视为本公开原理的实例，并且无意将本公开的广泛方面限制于所示的实施方式。
图1A示出了可用于分析细胞和提取一个或多个目标细胞的微流体装置100的透视图。图1B示出了微流体装置100的部件分解图。在一些实施方式中，装置100被用于多代延时显微镜检查。在这些实施方式中，同基因细胞群可以被限制在装置100内并生长，这允许细胞成像多代。然后可以从装置100中提取一个或多个目标细胞，用于各种下游应用。
装置100包括盖玻片102、与盖玻片耦合的细胞流动层110和与细胞流动层110耦合的控制层150。通常，细胞流动层110安装在盖玻片102上，并且控制层150安装在细胞流动层110上。细胞流动层110包括各种不同的通道，在使用期间细胞(和其他流体，如生长培养基和清洗流体或溶液)可以通过该通道流动。控制层150可以包括充满流体以致动细胞流动层110的各种不同的阀的不同通道。如本文中更详细讨论的，阀可被致动，以选择性地控制细胞和其他流体流过细胞流动层110的各种通道。
在一些实施方式中，细胞流动层110和控制层150均由聚二甲基硅氧烷(PDMS)块组成，并且由单独的模具浇铸而成。在一些实施方式中，盖玻片102由玻璃制成。细胞流动层110和控制层150的各种通道可以使用任何合适的制造技术形成。在一些实施方式中，细胞流动层110和控制层150使用多层软光刻制造。在这些实施方式中，模具最初是使用UV光刻技术由硅晶片形成的。然后通过流动液体PDMS将PDMS层浇铸到硅模具中，然后固化，以便使PDMS硬化。两个PDMS层可以粘合在一起(例如经由固化或部分固化)，并粘合到盖玻片102(例如经由等离子体粘合)，然后进一步烘烤。因此，从正硅片模具压印细胞流动层110和控制层150的通道的负空间。
制造过程的结果是三维装置100。在一些实施方式中，细胞流动层110和控制层150具有约20.0mm至约40.0mm，或约30.0mm的长度；细胞流动层110和控制层150具有约10.0mm至约20.00mm，或约17.0mm的宽度；细胞流动层110具有约40.0μm至约60.0μm，或约50.0μm的高度；并且控制层150具有约2.0mm至约10.0mm，或约6.0mm的高度。
细胞流动层110的各种通道限定在细胞流动层110的下侧上。因此，细胞流动层110包括形成细胞流动层110中限定的各种通道的顶壁(例如，顶板)的顶壁113A。当细胞流动层110与盖玻片102粘合时，盖玻片102形成细胞流动层110的各种通道的底壁(例如，底板)。类似地，控制层150的各种通道限定在控制层150的下侧上。控制层150的顶壁113B形成控制层150的各种通道的顶壁(例如，顶板)。细胞流动层110的顶壁113A形成控制层150的各种通道的底壁(例如，底板)。细胞流动层110和控制层150的通道中的每个经由向上延伸通过细胞流动层110和/或控制层150，以及控制层150的顶壁中限定的多个开口的多个垂直通道，与空气流体偶联。
图2A是装置100的顶视图，其显示了细胞流动层110和控制层150的各种通道的二维布局。图2B是装置100的放大顶视图，其显示了一组生长和收集通道。细胞流动层110包括四对分析通道。每对分析通道包括生长通道112和收集通道122。虽然任何监测和成像过程在使用装置100期间发生，但是细胞整体位于生长通道112中。一旦鉴定目标细胞，目标细胞可被移动至收集通道122，可以从中收集目标细胞。通常，在操作装置100期间可以使用生长通道112和收集通道122对中的任何一个或多个。例如，所有四对可以同时用于分析相同类型的细胞；所有四对可以同时用于分析不同类型的细胞；可以同时使用少于所有四对来分析相同或不同类型的细胞。虽然装置100在图2A中显示为具有四对生长通道112和收集通道122，但是装置100可具有任何数量的生长通道112和收集通道122，包括一个或多个。
生长通道112由不同的部分形成，并且包括入口部分114A、入口阀部分116A、主体部分118、出口阀部分116B和出口部分114B。生长通道112的不同部分位于沿细胞流动层110长度的不同的位置处。例如，入口部分114A和入口阀部分116A位于细胞流动层110的第一端111A处，而出口阀部分116B和出口部分114B位于细胞流动层110的第二端111B处。主体部分118位于第一端111A和第二端111B之间。通常，生长通道112的每个部分是细胞和流体可以流过的通道。
细胞流动层110还包括流体偶联至至少生长通道112的主体部分118的多个细胞生长沟120。细胞生长沟120位于生长通道112的第一侧上，并且被配置为在与其中生长通道112在装置100的第一端111A和装置100的第二端111B之间延伸的方向垂直的方向上从生长通道112延伸。
细胞生长沟120被配置为在使用装置100期间充满细胞。细胞生长沟120具有整体等于或稍大于在使用装置100期间分析的细胞宽度的宽度。因此，细胞生长沟120中的任一者中的细胞呈线性、一维分组排列(例如，在几何上被限制为单行的细胞)。当最初充满细胞生长沟120的细胞开始分裂时，细胞最终以同基因型世系的细胞充满终端细胞生长沟120。这些细胞整体具有相同的遗传组成，并且在单个一维系中排列。细胞生长沟120的长度(例如，细胞生长沟120从生长通道112延伸的距离)可以为约1.0μm至约100.0μm。细胞生长沟120的宽度可以为约0.1μm至约50.0μm。细胞生长沟120的高度可以为约0.1μm至约50.0μm。通常，细胞生长沟120的尺寸可以在晶圆制造过程中根据需要的显微镜检查的灵敏度(例如，由于光的点扩散功能，更紧密隔开的细胞生长沟将比位置隔开更远的细胞生长沟具有更大的沟间信号溢出)、与装置100一起使用的细胞大小、通量需求等，进行调整。相邻对细胞生长沟120之间的距离可以为约0.1μm至约10.0μm。
收集通道122位于生长通道112的第二侧上，与细胞生长沟120相对。因此，生长通道112位于细胞生长沟120和收集通道122之间。收集通道122还在装置100的第一端111A和装置100的第二端111B之间延伸，方向平行于生长通道112且垂直于细胞生长沟120。与生长通道112相似，收集通道122包括入口部分124A、入口阀部分126A、主体部分128、出口阀部分126B和出口部分124B。收集通道122的不同部分位于沿细胞流动层110长度的不同位置处。例如，入口部分124A和入口阀部分126A位于细胞流动层110的第一端111A处，而出口阀部分126B和出口部分124B位于细胞流动层110的第二端111B处。主体部分128位于第一端111A和第二端111B之间。通常，收集通道122的每个部分是细胞和流体可以流过的通道。
在所示的实施方式中，细胞流动层还可以包括流体偶联至收集通道122的主体部分128的多个细胞生长沟130。细胞生长沟130位于收集通道122的一侧上，与生长通道112相对。细胞生长沟130被配置为从收集通道122延伸，方向垂直于其中收集通道122在装置100的第一端111A和装置100的第二端111B之间延伸的方向。通常，细胞生长沟130可具有与细胞生长沟120相同或相似的尺寸。
细胞流动层110还包括位于生长通道112和收集通道122之间的多个桥联通道132。桥联通道132是限定在相邻桥联突起133对之间的开放空间，其整体延伸细胞流动层110的整个高度至细胞流动层110的顶壁。在一些实施方式中，桥联通道132仅位于生长通道112的主体部分118和收集通道122的主体部分128之间。在其他实施方式中，桥联通道132可进一步延伸，使得细胞流动层110包括位于生长通道112和收集通道122的其他部分之间的桥联通道132。桥联通道132被配置为允许细胞和流体在生长通道112和收集通道122之间流动。
如本文所示，生长通道112包括入口阀部分116A和出口阀部分116B，并且收集通道122包括入口阀部分126A和出口阀部分126B。这些阀部分可被致动以帮助选择性地控制细胞和流体通过生长通道112和收集通道122的流动。生长通道112的入口阀部分116A控制生长通道112的入口部分114A和生长通道112的主体部分118之间的流动。收集通道122的入口阀部分126A控制收集通道122的入口部分124A和收集通道122的主体部分128之间的流动。生长通道112的出口阀部分116B控制生长通道112的主体部分118和生长通道112的出口部分114B之间的流动。收集通道122的出口阀部分126B控制收集通道122的主体部分128和收集通道122的出口部分124B之间的流动。
在所示的实施方式中，生长通道112和收集通道122的阀部分116A、116B、126A、126B至少部分地由细胞流动层110的顶壁部分形成。因为细胞流动层110的顶壁形成了生长通道112和收集通道122的顶壁，阀部分116A、116B、126A、126B进而至少部分地由生长通道112和收集通道122自身的顶壁部分形成。当阀部分116A、116B、126A、126B被致动时，阀部分116A、116B、126A、126B的顶壁朝盖玻片102向下压缩，以闭合阀部分116A、116B、126A、126B处的生长通道112和收集通道122。当阀部分116A、116B、126A、126B被压缩并且细胞流动层110的通道闭合以阻止流体流动时，阀部分116A、116B、126A、126B处于打开状态。当阀部分116A、116B、126A、126B未被压缩并且细胞流动层110的通道被打开以允许流体流动时，阀部分116A、116B、126A、126B处于关闭状态。
生长通道112的入口阀部分116A位于入口部分114A和主体部分118之间。因此，当入口阀部分116A的顶壁向下压缩时，入口部分114A和主体部分118之间的生长通道112顶壁部分被向下压缩，以阻止细胞和流体在入口部分114A和主体部分118之间的生长通道112中流动。收集通道122的入口阀部分126A位于入口部分124A和主体部分128之间。因此，当入口阀部分126A的顶壁向下压缩时，入口部分124A和主体部分128之间的收集通道122顶壁部分被向下压缩，以阻止细胞和流体在入口部分124A和主体部分128之间的收集通道122中流动。
生长通道112的出口阀部分116A位于主体部分118和出口部分114B之间。因此，当出口阀部分116B的顶壁向下压缩时，主体部分118和出口部分114B之间的生长通道112顶壁部分被向下压缩，以阻止细胞和流体在主体部分118和出口部分114B之间的生长通道112中流动。收集通道122的出口阀部分126A位于主体部分128和出口部分124B之间。因此，当出口阀部分126B的顶壁向下压缩时，主体部分128和出口部分124B之间的收集通道122顶壁部分被向下压缩，以阻止细胞和流体在主体部分128和出口部分124B之间的收集通道122之间流动。
细胞流动层110还包括被配置为帮助选择性地控制流过桥联通道132的多个桥联阀部分134。因此，桥联阀部分134可被致动，以阻止细胞和流体在生长通道112和收集通道122之间流动。与阀部分116A、116B、126A和126B相似，桥联阀部分134至少部分地由细胞流动层110的顶壁部分形成。因为细胞流动层110的顶壁形成了桥联通道132的顶壁，桥联阀部分134进而至少部分地由桥联通道132自身的顶壁部分形成。当桥联阀部分134被致动时，桥联通道132的至少部分的顶壁被向下朝盖玻片102压缩，以闭合桥联通道132。
桥联阀部分134至少部分地与桥联通道132重叠，因为桥联阀部分134是可被向下压缩的桥联通道132顶壁部分。为了阻止细胞和流体流过桥联通道132，每个桥联通道132顶壁的整个宽度(相邻桥联突起133之间的)形成了各自的桥联阀部分134。因此，当桥联阀部分134被致动时，桥联通道132顶壁的整个宽度向下压缩以阻塞桥联通道132。
在一些实施方式中，桥联阀部分134沿生长通道112和收集通道122之间的桥联通道132的整个长度延伸。在这些实施方式中，每个桥联通道132的整个顶壁形成桥联阀部分134。在其他实施方式中，桥联阀部分134仅沿生长通道112和收集通道122之间的桥联通道132长度的一部分延伸。在这些实施方式中，每个桥联通道132顶壁的仅一部分形成桥联阀部分134。然而，因为桥联阀部分134仍然延伸穿过桥联突起133的相邻对之间的桥联通道132的整个宽度，桥联阀部分134仍然能够控制通过桥联通道132的流动。
通常，每个桥联阀部分134被配置为控制通过桥联通道132中的一个或多个的细胞和流体的流动。在一些实施方式中，每个桥联阀部分134控制通过各个桥联通道132的流动。在其他实施方式中，至少一个桥联阀部分134控制通过两个或更多个桥联通道132的流动。
控制层150包括可被加压的一个或多个控制通道，以便致动细胞流动层110的各个阀部分。控制层150的控制通道与形成细胞流动层110的各个阀部分的细胞流动层110顶壁部分重叠。当控制通道被加压时，阀部分的顶壁向下压缩，以移动至其关闭状态，并且控制通道展开。然后控制通道可被减压，以使阀部分返回到其打开状态，并且控制通道收缩。
在所示的实施方式中，控制层150限定了第一控制通道152A和第二控制通道152B。第一控制通道152A被配置为控制所有入口阀部分116A和126A，以及所有出口阀部分116B和126B。第二控制通道152B被配置为控制所有桥联阀部分134。因此，第一控制通道152A在控制层150中延伸，使得第一控制通道152A与形成所有入口阀部分116A和126A以及所有出口阀部分116B和126B的顶壁的细胞流动层110顶壁部分重叠。在所示的实施方式中，第一控制通道152A可具有U形形状。U形的基底154A在细胞流动层110的第一端111A和第二111B之间延伸。一条U形的腿154B延伸穿过生长通道112的所有入口部分114A，以及收集通道122的所有入口部分124A。类似地，U形的另一条腿154C延伸穿过生长通道112的所有出口部分114B，以及收集通道122的所有出口部分124B。在其他实施方式中，第一控制通道152A可具有其他形状和/或配置，只要第一控制通道152A与细胞流动层110的所有所需阀部分重叠。
第二控制通道152B还在控制层150中延伸，使得第二控制通道152B与形成所有桥联阀部分134顶壁的细胞流动层110顶壁部分重叠。在所示的实施方式中，第二控制通道152B包括第一部分158A、第二部分158B和第三部分158C。部分158A与顶对的生长和收集通道112、122的所有桥联阀部分134重叠。部分158B与中间对的生长和收集通道112、122的所有桥联阀部分134重叠。部分158C与底对的生长和收集通道112、122的所有桥联阀部分134重叠。第二控制通道152B还包括连接第一部分158A和第二部分158B的第一中间部分160A；以及连接第二部分158B和第三部分158C的第二中间部分160B。在其他实施方式中，第二控制通道152B可具有其他形状和/或配置，只要第二控制通道152B与细胞流动层110所有所需的阀部分重叠。
图3A至图3C显示了被加压以致动细胞流动层110的两个示例性阀部分304A和304B并闭合下面通道的控制层150的示例性控制通道302的横截面视图。两个示例性阀部分304A、304B可以是入口阀部分116A和126A、两个出口阀部分116B和126B，或者两个相邻的桥联阀部分134。在图3A中，控制通道302充满了不可压缩或基本上不可压缩的流体，如蒸馏水。在图3A中，控制通道302充满流体，但尚未被加压。因此，阀部分304A和304B的顶壁306A和306B未被压缩，并且阀部分304A和304B处于其打开状态。
在图3B中，控制通道302中的流体已开始被加压(例如，已向控制通道302施加压力)。因此，阀部分304A和304B的顶壁306A和306B已开始压缩，并且朝盖玻片102移动。阀部分304A和304B未完全关闭，并因而流体仍然可以流过阀部分304A和304B。在图3C中，向控制通道302施加更多的压力，以便阀部分304A和304B的顶壁306A和306B向下压缩至盖玻片102。当这种压缩发生时，阀部分304A和304B移动到其关闭状态，使得流体不能流过阀部分304A和304B。为了使阀部分304A和304B返回到它们的打开状态，从控制通道302移除压力。形成顶壁306A和306B(在一些实施方式中，其可以是PDMS)的材料整体是弹性的，使得当从控制通道302移除压力时，顶壁306A和306B返回到它们的未压缩状态(图3A)。
如图3A中所示，阀部分304A和304B整体具有圆拱形的横截面，并且相比不同位置处细胞流动层110顶壁的厚度，阀部分304A和304B处细胞流动层110顶壁的厚度相对更薄。因为阀部分304A和304B处顶壁的厚度较薄，顶壁是柔性的并且可以压缩，如图3B和图3C中所示。此外，圆拱形的横截面帮助确保阀部分304A和304B处的顶壁压缩，并且不对抗来自控制通道302的压力。因此，入口阀部分116A、126A的横截面；出口阀部分116B、126B；和桥联阀部分134都是圆拱形的。相比生长通道112、收集通道122和桥联通道132中的其他位置，这些位置还具有相对更薄的顶壁，以帮助使得阀部分的顶壁能被压缩。在生长通道112、收集通道122和没有阀部分的桥联通道132中的位置处，顶壁相对更薄，并且通道具有大体方形的或矩形的横截面。
回到参考图2A和图2B，为了致动阀部分116A、116B、126A和126B，第一控制通道152A被加压，使得阀部分116A、116B、126A和126B的顶壁被压缩至盖玻片102，并且没有流体可流过阀部分116A、116B、126A和126B。去除来自第一控制通道152A的压力使阀部分116A、116B、126A和126B返回到其打开状态，使得流体能够再次流过阀部分116A、116B、126A和126B。类似地，为了致动桥联阀部分134，第二控制通道152B被加压，使得桥联阀部分134的顶壁被压缩至盖玻片102，并且没有流体可流过桥联阀部分134。从第二控制通道152B去除压力使桥联阀部分134返回到其打开状态，使得流体可以再次流过桥联通道132。在一些实施方式中，第一控制通道152A和152B在使用过程中总是充满不可压缩流体(无论阀部分保持打开或关闭)，并可向填充的控制通道152A、152B施加压力，以致动阀。在这些实施方式中，通过每个控制通道控制的所有阀部分可被同时或近乎同时致动。在其他实施方式中，当阀部分返回到其打开状态时，不可压缩流体被从控制通道152A、152B部分地或完全去除。
回到参考图2A和图2B，在一些实施方式中，细胞流动层110可包括位置临近细胞生长沟120的多个反向通道142，使得每组细胞生长沟120被定位在生长通道112之一和反向通道142之一之间。每个细胞生长沟120可被开口至反向通道142之一。通常，每个细胞生长沟120中的开口足够狭窄，使得生长培养基和其他流体可以流过开口进入反向通道142中，但在细胞生长沟120中繁殖的细胞能够通过开口。反向通道142可用于以细胞定殖细胞生长沟120，如本文中进一步讨论的。
细胞流动层110和控制层150的各个通道包括流体可流入和流出的开口。在一些实施方式中，生长通道112的入口部分114A包括第一入口开口115A和第二入口开口115B，如图2A中的上面两个生长通道112中所示。在其他实施方式中，生长通道112的入口部分114A仅包括第一入口开口115A，如底部生长通道112中所示。每个收集通道122的入口部分124A包括入口开口125。在一些实施方式中，入口部分114A可具有三个或更多个入口开口。在一些实施方式中，入口部分124A可具有两个或更多个入口开口。
出口部分类似地包括流体可流入或流出的出口开口。生长通道112的出口部分114B中的每个都包括出口开口117。收集通道122的出口部分124B中的每个都包括出口开口127。第一控制通道152A和第二控制通道152B中的每个都嵌入有开口，经由开口控制通道152A、152B可填充流体和加压。第一控制通道152A包括开口153A，并且第二控制通道152B包括开口153B。临近每组细胞生长沟120的反向通道142中的每个都包括反向通道出口开口143。
各个入口开口、出口开口和控制通道开口大体上都是三维的，并且垂直上升到控制层150的顶壁，如图1A和图1B所示。各种装置、机构等可连接至控制层150的顶壁中的开口，以向开口中注射细胞、流体等。在一些实例中，泵(如蠕动泵、注射泵、压力管等)可与开口偶联，以便注射细胞、生长培养基、清洗流体等，以及加压和减压控制通道152A和152B(经由流动的不可压缩流体)。在所示的实施方式中，反向通道出口开口143被开口至装置100外部的空气。然而，在其他实施方式中，反向通道出口开口143可完全定位在细胞流动层110中，并且可将反向通道142与生长通道112的主体部分118流体偶联。
现在参考图4A至图4C，可使用两个入口开口115A和115B清洗生长通道112的入口部分114A。如图4A中所示，入口开口115A、115B中的一个或两个可用于向生长通道112的主体部分118中注射细胞和生长培养基。第一控制通道152A未被加压，并因而生长通道112的入口阀部分116A处于其打开状态。注入第一入口开口115A中的细胞、生长培养基或其他物质能够流入生长通道112的主体部分118中。随后，一定量的物质(例如，生物膜、紧紧嵌入PDMS中的缝隙和/或裂缝中的不能通过强力冲洗生长培养基去除或通过细胞生长替换的细胞)可能残留于入口部分114A中，如图4B中所示。在使用装置100前，入口阀部分116A整体保持打开状态，并因而需要从入口部分114A中去除该剩余物质，以便在使用装置100期间生长通道112不被剩余细胞和碎屑污染。
如图4C中所示，第一控制通道152A可被加压，以便关闭生长通道112的入口阀部分116A。入口阀部分116A关闭时，注入入口部分114A中的任何流体不能流过入口阀部分116A并进入主体部分118中。然而，清洗流体可被注入第一入口开口115A中。因为入口阀部分116A关闭，并且入口部分114A包括第二入口开口115B，清洗流体可流过入口部分114A，并在第二入口开口115B处流出。清洗流体可从入口部分114A中去除剩余细胞和其他物质，使得在使用装置100期间，入口阀部分116A可处于打开状态，而不会污染生长通道112。
可使用各种不同类型的流体来清洗入口部分114A。在一些实施方式中，清洗流体是未稀释的消毒剂。在一些实施方式中，清洗流体是稀释的消毒剂(如10％(v/v)消毒剂)。在一些实施方式中，可使用涉及多种不同清洗流体的多阶段清洗过程。例如，可首先使用消毒剂(稀释的或未稀释的)或另一强效清洗流体清洗入口部分114A，以去除入口部分114A中剩余的任何物质。接下来，将乙醇(其可被稀释(10％(v/v/))或未稀释)注入入口部分114A中，以从入口部分114A中去除过量的消毒剂。最后，将生长培养基注入入口部分114A中，以去除过量的乙醇并恢复营养平衡。在一些实施方式中，使用水而非乙醇。
该多阶段清洗过程可能是有利的，如在装置100的许多应用中，生长培养基在使用期间流(注射、泵送等)入生长通道112中。因此，多阶段清洗过程能够：(1)利用强效清洗流体如消毒剂以确保所有剩余细胞和其他物质被去除，以及(2)确保清洗后没有过量或残留的消毒剂保留在入口部分114A中，使得在使用期间没有消毒剂会无意中流入生长通道112中。
图5A和图5B示出了各种尺寸的细胞生长沟和反向通道。每个细胞生长沟的宽度502为约0.1μm至约50.0μm。每个细胞生长沟的高度为约0.1μm至约50.0μm。从相同生长通道延伸的不同细胞生长沟可具有不同的宽度。例如，图5A显示了多个细胞生长沟，包括细胞生长沟120A、120B、120C和120D。沟120A具有这四个沟中最小的宽度，从120B、120C到120D，尺寸逐渐增加。通常，细胞生长沟可具有任何期望的宽度，具体取决于应用。相邻对的细胞生长沟间隔504。该距离可为约0.1μm至约20.0μm。
图5B显示了一系列的细胞生长沟(包括细胞生长沟120A、120B、120C和120D)，其在其后端处开口至反向通道142。细胞生长沟120A包括开口121A。细胞生长沟120B包括开口121B。细胞生长沟120C包括开口121C。细胞生长沟120D包括开口121D。这些开口121A至121D中的每个可具有约1.0μm至约300.0μm的宽度506，以及约0.1μm至约20.0μm的高度。反向通道142可具有约1.0μm至约300.0μm的宽度508，以及约0.1μm至约50.0μm的高度。
图6示出了时间系列的细胞生长沟120之一，显示了同基因型世系的单个起始细胞的生长。在零时，细胞生长沟120包括单个细胞。九个小时后，单个细胞已经长成两个细胞。在十八小时，细胞生长沟120包含三个细胞。在二十七小时，细胞生长沟120包含四个细胞。最后，在三十六小时，细胞生长沟120包含六个细胞。如在图6中所证明的，狭窄的细胞生长沟120使细胞群能够以线性一维分组方式生长，例如，在细胞生长沟120内的单列线中生长。这种一维分组使得能够进行单个细胞的成像、分析、监测等，并且还有助于追踪细胞谱系。
如图6中所示，在细胞群生长时，细胞开始被推得更接近离生长通道112最近的细胞生长沟120的末端。一旦细胞生长沟120充满，下一次分裂会将最后的细胞推出进入生长通道112中。细胞群以2n的速度增长，其中n是细胞世代数。一般来说，细胞生长沟120的长度足以容纳约5个细胞至约10个细胞，并且可以在约2代至约10代生长之间实现同基因型世系。因为同基因型世系是通过细胞生长如此快速、稳健和被动地实现的，细胞生长沟120不需要单独装载来自同一谱系的单个细胞或多个细胞(例如，合并的混合家族群体可能在细胞沟内随机播种(seed)，如本文进一步讨论的那样)。
图7示出了使用装置100的方法700的流程图。图8A至图8C示出了方法700的不同步骤时的装置100的阶段。在步骤702，细胞和生长培养基通过入口部分114A被注入生长通道112中。细胞和生长培养基可经由入口开口115A和115B中的一个或两个被注射。细胞和生长培养基在桥联阀部分134关闭时被注射。如图8A中所示，第一控制通道152A未加压，使得入口阀部分116A和126A打开。因此，细胞和生长培养基能够流过入口阀部分116A，进入生长通道112的主体部分118中。桥联阀部分134关闭，使得细胞和生长培养基不会流过桥联通道132至收集通道122。
在步骤704，通过加压第一控制通道152A，入口阀部分116A、126A和出口阀部分116B、126B关闭。如图8B中所示，当第一控制通道152A被加压时，入口阀部分116A、126A和出口阀部分116B、126B移至关闭状态。当这些阀部分处于其关闭状态时，细胞和生长培养基保留在生长通道112的主体部分118中，并阻止流入入口部分114A或出口部分114B中。桥联阀部分134保持关闭，使得细胞和生长培养基不能流过桥联通道132。
在步骤706，通过向第一入口开口115A或第二入口开口115B中注射清洗流体，来清洗入口部分114A。如图8B中所示，因为第一控制通道152A被加压并且入口阀部分116A关闭，清洗流体流过两个入口开口115A和115B之间的入口部分114A。因此，清洗流体去除污染物如残留的细胞、生长培养基、细菌等。在一些实施方式中，清洗入口部分114A包括使用三阶段过程，如本文所述的。在这些实施方式中，消毒剂首先流过入口部分114A，以去除污染物。然后乙醇可以流过入口部分114A，以去除过量的消毒剂，并且最终生长培养基可以流过入口部分114A，以去除过量的乙醇并恢复营养平衡。在一些实施方式中，使用水而非乙醇。
当细胞和生长培养基被注入装置100中时，可以使用多种技术来时细胞定殖细胞生长沟120。在一些实施方式中，细胞经由扩散定殖细胞生长沟120。在这些实施方式中，入口阀部分116A和126A、出口阀部分116B和126B，以及桥联阀部分134均保持关闭。然后，生长通道112的主体部分118中的细胞能够扩散到细胞生长沟120中。关闭桥联阀部分134确保细胞不会通过桥联通道132不利地扩散到收集通道122中。关闭入口阀部分116A和126A以及出口阀部分116B和126B确保细胞不会不利地扩散到生长通道112的主体部分118外部。关闭入口阀部分116A和126A以及出口阀部分116B和126B还阻止任何流体流入生长通道112的主体部分118中或其外部，这可减缓或阻止一些或所有细胞扩散到细胞生长沟120中。该扩散过程可在清洗入口部分1114A之前、期间或之后发生，只要入口阀部分116A和126A以及出口阀部分116B和126B关闭。
在另一实施方式中，可使用离心来装载细胞生长沟120。此技术可用于无法浓缩，并因此难以扩散到细胞生长沟120中的稀释培养物。在这些实施方式中，一旦细胞和生长培养基被注入生长通道112中，即可使用离心机或其他旋转机构旋转装置100，以便使得细胞流入细胞生长沟中。因为装置100被旋转，其整体不可能加压第一控制通道152A和第二控制通道152B，并且所有的阀部分在基于离心的装载过程中保持打开。因此，在使用离心后，入口部分114A必须整体被清洗。在使用离心后，还需要清洗收集通道122。
在其中细胞流动层110包括反向通道142的实施方式中，流体通过细胞生长沟120的转向对流流动可用于将细胞抽入细胞生长沟120中。在这些实施方式中，桥联阀部分134保持关闭。经由转向对流流动的装载可在清洗入口部分114A之前发生，只要入口阀部分116A和126A以及出口阀部分116B和126B在入口清洗过程中关闭。
回到参考图7，一旦入口部分114A被清洗，在步骤708，入口阀部分116A和出口阀部分116B打开，并且另外的生长培养基可以流入生长通道112的主体部分118中。在步骤710，细胞生长沟120中的细胞可被成像、监测、分析等。在方法700的这一阶段，装置100出现在图8A中所示的配置中。另外的生长培养基可以流入生长通道112中，作为使细胞定殖细胞生长沟120的一部分。然而，在分析细胞生长沟120中的细胞期间，生长培养基整体连续流入生长通道112的主体部分118中。因此，在分析细胞生长沟120中的细胞期间，生长通道112的入口阀部分116A和出口阀部分116B整体打开。然而，在其他实施方式中，在另外的生长培养基流入生长通道112的主体部分118后，生长通道112的入口阀部分116A和出口阀部分116B关闭。在这些实施方式中，成像和/或分析在生长通道112的入口阀部分116A和出口阀部分116B关闭时发生。
一旦细胞定殖细胞生长沟120，就可以进行各种不同类型的分析。可以使用任意数量的不同显微镜检查技术随时间对细胞进行成像，包括但不限于荧光、相衬、明场、光片或任何类型的超分辨率成像方式。为了测定细胞外分泌，可将抗体偶联珠或其他分析物检测系统流入生长通道112的主体部分118中。此外，油或其他与水不混溶的流体可以流入生长通道112的主体部分118中，以捕获细胞生长沟120内的细胞和水介质，有效地产生封闭的反应隔室。在通过成像分析此类细胞外试剂后，可以从生长通道112的主体部分118中清除油，并用生长培养基代替，以恢复细胞生长沟120内所有细胞的生长。
在步骤712，可通过使清洗流体通过入口开口125流入收集通道122中来清洗收集通道122。目标细胞最终移至收集通道122中，并因此在移入目标细胞前，需要整体从收集通道122中去除潜在的污染物。清洗收集通道122整体包括应用于生长通道112的入口部分114A中的相同的三阶段清洗过程。清洗流体(如稀释的或未稀释的消毒剂)可以首先流过收集通道122。然后，乙醇流过收集通道122以去除残留的消毒剂。最后，生长培养基流过收集通道122以去除残留的乙醇。在一些实施方式中，使用水而非乙醇。
如图8A中所示，因为第二控制通道152B被加压并且桥联阀部分134关闭，清洗过程中使用的流体流过整个收集通道122，而不会进入生长通道112中。清洗流体去除收集通道122中存在的，以及任何上游和下游连接器、管道等中的从非无菌环境中的组装芯片沉积的细胞和其他污染物。
收集通道122的清洗整体可以在将细胞装载到细胞生长沟120后的任何时间点发生。因此，清洗收集通道122可以在步骤710中细胞的成像和/或分析期间或之后发生。在清洗收集通道122之前必须关闭收集通道122的入口阀部分126A和出口阀部分126B。
如果在监测和分析阶段中鉴定到一个或多个目标细胞，则可以容易地使用桥联通道132和收集通道122从装置100提取一个或多个目标细胞。在步骤714，首先关闭入口阀部分116A和126A以及出口阀部分116B和126B，并打开桥联阀部分134，如图8C中所示。在入口阀部分116A和126A以及出口阀部分116B和126B关闭后打开桥联阀部分134，以确保没有细胞受到通过入口阀部分116A和126A以及出口阀部分116B和126B的残留物流动的影响。在步骤716，一个或多个目标细胞从细胞生长沟120移至收集通道122中。一个或多个目标细胞能够从细胞生长沟120流过桥联通道132，并进入收集通道122的主体部分128中。因为入口阀部分116A、126A和出口阀部分116B、126B关闭，一个或多个目标细胞不能够不利地流入入口部分114A、124A或出口部分114B、124B中。
可使用任何合适的技术移动一个或多个目标细胞。在一些实施方式中，可以使用电润湿或介电泳(其可以包括光电镊子)。在其他实施方式中，可以使用光钳。光钳是一种光学仪器，它使用聚焦的激光束对小颗粒施加力。在一些实施方式中，可以使用激光器(如掺钕钇铝石榴石激光器)、扩束器、各种不同的透镜和反射镜来实现光钳，以将激光束引导到所需的位置，以及显微镜物镜和聚光镜，以形成所需的光束形状和强度特征。与装置100一起使用期间，光钳的组件可整体相对于装置100定位于任何方向。光钳的激光束传播到细胞流动层110中并捕获或抓住要移动的细胞。装置100可以相对于静止的光钳移动，和/或光钳的激光束本身可以被引导以操纵捕获的细胞。然后光钳可以将目标细胞从细胞生长沟120之一，通过桥联通道132之一移动，并进入收集通道122的主体部分128中。
关闭入口阀部分116A、126A和出口阀部分116B、126B可阻止残留的对流流动并使细胞上的拖拽力最小化，并从而允许在较低激光功率下经由光钳可靠地运输细胞。另外，经由实施分束、模式形成和自适应波前校正，可以产生光钳阵列(即全息光捕获)。全息光捕获提供了能够同时运输多于一个细胞的益处。
通常，可以将任意数量的目标细胞移动到收集通道122中。在一些实施方式中，可以从单个细胞生长沟120中移除单个目标细胞。在其他实施方式中，可以从多个细胞生长沟120中的每一个中移除单个目标细胞。在另外的实施方式中，可以从单个细胞生长沟120中移除多个目标细胞。在其他实施方式中，可以从多个细胞生长沟120中的每一个中移除多个目标细胞。在其他实施方式中，可以从第一组的一个或多个细胞生长沟120中的每个中移除单个细胞，并且可以从第二组的一个或多个细胞生长沟120中的每个中移除多个细胞。
在步骤718，桥联阀部分134关闭，并且收集通道122的出口阀部分126B打开。在步骤720，从收集通道122的出口部分124B中提取一个或多个目标细胞。可以使用任何合适的技术，将一个或多个目标细胞从收集通道122的主体部分128移动到收集通道122的出口部分124B，如通过使生长培养基流过收集通道122或通过使用光钳。
在一些实施方式中，在从生长通道122去除之后，可将一个或多个目标细胞移至收集通道122的细胞生长沟130。可以维持和监测细胞生长沟130中的目标细胞，然后移至出口部分124B并提取。取决于进行分析的类型，从生长通道112去除目标细胞但不立即从收集通道122提取目标细胞可能是有利的。在这些实施方式中，从收集通道122提取的目标细胞可以包括移至收集通道122的细胞生长沟130中的目标细胞的后代。
在一些实施方式中，一旦从装置100提取目标细胞，可冲洗收集通道122，以确保从收集通道122中清除任何残留细胞。该冲洗可以例如通过使生长培养基流过收集通道122来实现。
在一些实施方式中，并非所有目标细胞从细胞生长沟120移至收集通道122，并随后提取。在这些实施方式中，细胞生长沟120中的一些细胞被提取。然后，冲洗收集通道122，收集通道122的入口阀部分126A和出口阀部分126B关闭，并且桥联阀部分134重新打开，使得另外的目标细胞可以从细胞生长沟120移至收集通道122。
在方法700的一些实施方式中，当入口阀部分116A、出口阀部分116B、入口阀部分126A或出口阀部分126B中的任一个打开或关闭时，这些入口和出口阀部分中的其余部分打开或关闭。因此，当方法700的任一步骤是指打开或关闭任一入口和出口阀部分时，该步骤还包括打开或关闭其他入口和出口阀部分。然而，桥联阀部分134整体与入口阀部分116A、126A以及出口阀部分116B、126B分开控制。在其他实施方式中，入口阀部分116A、出口阀部分116B、入口阀部分126A或出口阀部分126B中的任一个可与入口阀部分116A、出口阀部分116B、入口阀部分126A或出口阀部分126B的其余部分独立地控制。在其他实施方式中，桥联阀部分134可连同入口阀部分116A、出口阀部分116B、入口阀部分126A或出口阀部分126B中的任一者一起控制。
因此，如图8A至图8C中所示，细胞流动层110的各个阀部分允许在较长时间段内分析细胞，并以最小努力容易地从装置提取。入口阀部分116A允许在细胞流入生长通道112的主体部分118中后，清洗生长通道112的入口部分114A。在分析细胞生长沟120中的细胞期间，入口阀部分116A和出口阀部分116B还允许生长培养基流入生长通道112中。最后，桥联阀部分134允许收集通道122与生长通道112保持分离，直到完成分析。由此，一个或多个目标细胞的移动通道(生长通道112和收集通道122)保持实质上或完全没有碎屑或污染物(如残留的细胞、细菌等)。此外，桥联阀部分134允许以与生长通道112的入口部分114A相似的方式清洗收集通道122和附接至收集通道122的任何芯片外管道网络。因此，一个或多个目标细胞能够容易地从细胞生长沟120移至收集通道122的出口部分124B，并从装置100提取，而不会污染。
垂直于生长通道112的线性细胞生长沟120的排列使得细胞谱系的后代能够被正交流动的培养基冲走。从细胞生长沟120内限制的细胞谱系中不断清除后代，独特地使细胞能够被监测多代(例如，对于哺乳动物细胞为连续10至100代，并且对于细菌、对于位于细胞沟的末端处的细胞可能为超过连续1,000代)，因为细胞不会在局部聚集。结合清洗入口部分114A和收集通道122，装置100避免了由于每代细胞呈指数倍增而可能发生的大量细胞积累。经过30代的生长后，从每个初始细胞可以积累超过10亿个后代。装置100避免了这种积累。装置100的特征组合允许从多代成像的细胞群中回收未受污染的单细胞。进而，可以实现以前无法实现的广泛应用。
装置100可用于多种不同的应用。第一种应用是检测各种细胞广泛特性的微小但遗传稳定的差异。大多数细胞行为都是统计分布的，使得给定的基因型会产生广泛的不同表型。例如，即使在相同环境中生长的基因相同的细胞之间，细胞中蛋白质的表达也可能有很大差异。在遗传筛选中，具有理想特性的稀有遗传变异然后通常会被仅暂时显示理想表型的细胞所超过。装置100能够追踪多个平行细胞中多代生长的每个遗传变异，并从而提供大量的统计样本。统计样本能够将基因遗传性状与瞬时表型变异性区分开来，从而能够在瞬时模拟目标行为的大量细胞群中识别出目标稀有变异。
任何可以通过显微镜检查直接或间接观察到的特性都可以用来记录行为，即使当与单细胞中的表型异质性相比，变体之间的遗传编码差异很小时。这使得检测广泛特性的微小但遗传稳定的差异成为可能，包括但不限于基因表达、细胞生长速率、形态、细胞定位模式、酶活性、DNA复制和修饰、染色体分离模式、代谢状态和细胞包膜，或以上的任何组合。
通过追踪特性可以获得各种生物材料的改进。生物材料可以包括核糖核酸(RNAs)和蛋白质，包括但不限于荧光或发光蛋白质；调控元件，如激活剂和阻遏物；光遗传学激活的控制蛋白；酶和抗体；mRNAs；用于成簇的规则间隔短回文重复序列(CRISPR)等的小RNAs和向导RNAs。
追踪遗传差异可以包括追踪细胞中基因表达和反应网络的变化，以评估通路和表达程序；进行全细胞测定以测量细胞的生理学、形态学和生长速率，以及细胞分裂时子细胞之间的差异；检测细胞器或其他细胞内结构的数量或空间分布的变化；以及检测细胞间相互作用和到每个沟中的细胞分泌。
此外，装置100允许在不克隆目标遗传变体的情况下研究目标遗传变体。克隆整体是非常耗时和资源需求性的，并且甚至可能无法复合一个或多个染色体、质粒等中的遗传突变。因此，装置100使目标细胞立即可用于进一步繁殖、储存、下游活细胞功能测定和其他应用。
第二种应用是鉴定长时间尺度(例如，多代)的表观遗传行为。许多细胞行为是表观遗传的，例如，许多代的时间尺度上的行为变化。为了识别这种行为，需要多代细胞生长的观察窗口，在一些情况下，需要数十代或甚至数百代。装置100允许在观察这些长时程表观遗传变化后回收细胞。因此，能够进行各种过程，包括染色质重塑的遗传筛选、细胞命运决定、双稳态电路和多代振荡器，或可以通过长时程成像观察到的任何其他表观遗传行为。
第三种应用是检测细胞对不同环境的反应。许多细胞行为取决于生长条件。装置100允许在许多不同环境下进行多代成像，这使得屏幕能够首先记录细胞和细胞过程的所有可观察特性如何在环境之间变化。可以并行监测大量遗传变异，然后可以提取目标细胞变体。
第四种应用是执行各种要执行的测定。通过物理提取细胞，装置100允许对提取的细胞进行DNA测序以外的测定，如全基因组终末测定。通过在每次分裂时提取两个子细胞中的一个，可以完成细胞谱系的全基因组时间进程(例如追踪全基因组特性)，同时观察留在装置100中的子细胞的特性。
虽然已经参考一个或多个特定实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对其进行许多改变。这些实施方式中的每一个及其明显变型都被认为落入本公开的精神和范围内。还预期根据本公开的方面的另外的实施方式可以结合来自本文描述的任何实施方式的任何数量的特征。

Claims (64)

1.用于分析细胞和提取一个或多个目标细胞的微流体装置，所述微流体装置包括：
基底；
细胞流动层，其与所述基底偶联，所述细胞流动层包括：
生长通道，其具有入口部分、出口部分、主体部分、入口阀部分和出口阀部分，所述生长通道的入口阀部分被配置为帮助选择性地控制所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间的流动，所述生长通道的出口阀部分被配置为帮助选择性地控制所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分之间的流动；
多个细胞生长沟，其流体偶联至所述生长通道的主体部分；
收集通道，其具有入口部分、出口部分、主体部分、入口阀部分和出口阀部分，所述收集通道的入口阀部分被配置为帮助选择性地控制所述收集通道的入口部分和所述收集通道的主体部分之间的流动，所述收集通道的出口阀部分被配置为帮助选择性地控制所述收集通道的主体部分和所述收集通道的出口部分之间的流动；
多个桥联通道，所述多个桥联通道中的每个都将所述生长通道的主体部分与所述收集通道的主体部分偶联，所述多个桥联通道中的每个都包括桥联阀部分，所述桥联阀部分被配置为帮助选择性地控制所述生长通道和所述收集通道之间的流动；以及
控制层，其偶联至所述细胞流动层，使得所述控制层被配置为帮助致动(i)所述多个桥联通道中的每个的桥联阀部分，(ii)所述生长通道的入口阀部分，(iii)所述生长通道的出口阀部分，(iv)所述收集通道的入口阀部分，以及(v)所述收集通道的出口阀部分。
2.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述多个细胞生长沟中的每个都定位在所述生长通道的主体部分的第一侧附近。
3.如权利要求2所述的微流体装置，其中所述多个细胞生长沟中的每个都配置为在其中包含一个或多个细胞。
4.如权利要求2所述的微流体装置，其中所述收集通道的主体部分定位在与所述生长通道的主体部分的第一侧相对的所述细胞生长通道的主体部分的第二侧附近。
5.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述生长通道的主体部分大体定位在所述多个细胞生长沟和所述收集通道的主体部分之间。
6.如权利要求1所述的微流体装置，其中当所述多个桥联阀中的每个的桥联阀部分处于第一定向时，所述多个桥联通道中的每个打开，使得允许流体在所述生长通道和所述收集通道之间流动。
7.如权利要求6所述的微流体装置，其中当所述多个桥联通道中的每个的桥联阀部分处于第二定向时，所述多个桥联通道中的每个关闭，使得阻止流体在所述生长通道和所述收集通道之间流动。
8.如权利要求1所述的微流体装置，其中当所述生长通道的入口阀部分处于第一定向时，阻止流体在所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间流动。
9.如权利要求8所述的微流体装置，其中当所述生长通道的入口阀部分处于第二定向时，允许流体在所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间流动。
10.如权利要求1所述的微流体装置，其中当所述收集通道的入口阀部分处于第一定向时，阻止流体在所述收集通道的入口部分和所述收集通道的主体部分之间流动。
11.如权利要求10所述的微流体装置，其中当所述收集通道的入口阀部分处于第二定向时，允许流体在所述收集通道的入口部分和所述收集通道的主体部分之间流动。
12.如权利要求1所述的微流体装置，其中当所述生长通道的出口阀部分处于第一定向时，阻止流体在所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分之间流动。
13.如权利要求10所述的微流体装置，其中当所述生长通道的出口阀部分处于第二定向时，允许流体在所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分之间流动。
14.如权利要求1所述的微流体装置，其中当所述收集通道的出口阀部分处于第一定向时，阻止流体在所述收集通道的主体部分和所述收集通道的出口部分之间流动。
15.如权利要求14所述的微流体装置，其中当所述收集通道的出口阀部分处于第二定向时，允许流体在所述收集通道的主体部分和所述收集通道的出口部分之间流动。
16.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述生长通道的入口部分包括第一入口开口和第二入口开口。
17.如权利要求16所述的微流体装置，其中当所述生长通道的入口阀部分处于第一定向时，流体能够通过所述生长通道的入口部分在所述第一入口开口和所述第二入口开口之间流动，并且不能够在所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间流动。
18.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述控制层包括顶壁以及一个或多个侧壁，所述顶壁与所述基底间隔开，并且其中所述生长通道中的每个的顶壁、所述多个细胞生长沟、所述收集通道和所述多个桥联通道由所述流动层的顶壁形成。
19.如权利要求18所述的微流体装置，其中所述控制层还包括：(i)第一控制通道，其被配置为帮助致动所述多个桥联通道中的每个的桥联阀部分，以及(ii)第二控制通道，其被配置为帮助致动所述生长通道的入口阀部分、所述生长通道的出口阀部分、所述收集通道的入口阀部分和所述收集通道的出口阀部分。
20.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述多个桥联通道中的每一个分别的桥联阀部分至少部分地由所述多个桥联通道中每一个分别的顶壁的至少一部分形成。
21.如权利要求20所述的微流体装置，其中所述控制层的第一控制通道与形成所述多个桥联通道中的每个的桥联阀部分的所述细胞流动层的顶壁的一部分重叠。
22.如权利要求21所述的微流体装置，其中形成所述多个桥联通道中的每个的桥联阀部分的所述顶壁的一部分被配置为响应利用不可压缩流体加压的第一控制通道而朝所述基底塌陷，从而阻止流体流过所述多个桥联通道中的每个。
23.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述生长通道中的入口阀部分至少部分地由所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间的所述生长通道的顶壁的至少一部分形成。
24.如权利要求23所述的微流体装置，其中所述控制层的第二控制通道与形成所述生长通道的入口阀部分的所述细胞流动层的顶壁的一部分重叠。
25.如权利要求24所述的微流体装置，其中形成所述生长通道的入口阀部分的所述顶壁的一部分配置为响应利用不可压缩流体加压的所述第二控制通道而朝所述基底塌陷，从而阻止流体在所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间流动。
26.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述收集通道的入口阀部分至少部分地由所述收集通道的入口部分和所述收集通道的主体部分之间的所述收集通道的顶壁的至少一部分形成。
27.如权利要求26所述的微流体装置，其中所述控制层的第二控制通道与形成所述收集通道的入口阀部分的所述细胞流动层的顶壁的一部分重叠。
28.如权利要求27所述的微流体装置，其中形成所述收集通道的入口阀部分的所述顶壁的一部分配置为响应利用不可压缩流体加压的第二控制通道而朝所述基底塌陷，从而阻止流体在所述收集通道的入口部分和所述收集通道的主体部分之间流动。
29.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述生长通道的出口阀部分至少部分地由所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分之间的所述生长通道的顶壁的至少一部分形成。
30.如权利要求29所述的微流体装置，其中所述控制层的第二控制通道与形成所述生长通道的出口阀部分的细胞流动层的顶壁的一部分重叠。
31.如权利要求30所述的微流体装置，其中形成所述生长通道的出口阀部分的所述顶壁的一部分被配置为响应利用不可压缩流体加压的所述第二控制通道而朝所述基底塌陷，从而阻止流体在所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分之间流动。
32.如权利要求19所述的微流体装置，其中所述收集通道的出口阀部分至少部分地由所述收集通道的主体部分和所述收集通道的出口部分之间的所述收集通道的顶壁的至少一部分形成。
33.如权利要求32所述的微流体装置，其中所述控制层的第二控制通道与形成所述收集通道的出口阀部分的细胞流动层的顶壁的一部分重叠。
34.如权利要求33所述的微流体装置，其中形成所述收集通道的出口阀部分的顶壁的一部分被配置为响应利用不可压缩流体填充的所述第二控制通道而朝所述基底塌陷，从而阻止流体在所述收集通道的主体部分和所述收集通道的出口部分之间流动。
35.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述细胞流动层和所述控制层由聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成。
36.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述基底由玻璃形成。
37.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述生长通道的入口部分、所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分中的每个具有大体方形的横截面。
38.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述生长通道的入口阀部分和所述生长通道的出口阀部分中的每个具有大体圆拱形的横截面。
39.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述收集通道的入口部分、所述收集通道的主体部分和所述收集通道的出口部分中的每个具有大体方形的横截面。
40.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述生长收集的入口阀部分和所述收集通道的出口阀部分中的每个具有大体圆拱形的横截面。
41.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述桥联通道中的每个具有大体圆拱形的横截面。
42.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述多个细胞生长沟中的每个具有约25.0μm的长度和约1.5μm的宽度。
43.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述多个细胞生长沟中的每个与所述多个细胞生长沟中的一个相邻沟隔开约4.0μm的距离。
44.如权利要求1所述的微流体装置，其中所述多个桥联通道中的每个具有约200.0μm的长度以及约50.0μm至约100.0μm的宽度。
45.使用微流体装置来分析细胞和提取一个或多个目标细胞的方法，所述微流体装置具有生长通道、流体偶联至所述生长通道的多个细胞生长沟和流体偶联至所述生长通道的收集通道，所述方法包括：
向所述生长通道的入口部分中注射一个或多个细胞和生长培养基，使得所述一个或多个细胞和所述生长培养基流入所述生长通道的主体部分中，并填充所述多个细胞生长沟中的至少一个；
关闭所述生长通道的入口阀部分和所述生长通道的出口阀部分；
清洗所述生长通道的入口部分以从所述生长通道的入口部分去除污染物；
分析所述多个细胞生长沟中的至少一个中的一个或多个细胞，以鉴定所述一个或多个目标细胞；
打开所述多个桥联阀部分，允许流体通过所述多个桥联通道在所述生长通道的主体部分和所述收集通道的主体部分之间流动；
使所述一个或多个目标细胞从所述多个细胞生长沟中的至少一个通过所述生长通道的主体部分和所述多个桥联通道中的一个或多个移动进入所述收集通道的主体部分中；
关闭所述多个桥联阀部分；
打开所述收集通道的入口阀部分和所述收集通道的出口阀部分；
使所述一个或多个目标细胞从所述收集通道的主体部分移动到所述收集通道的出口部分中；以及
从所述收集通道的出口部分收集所述一个或多个目标细胞。
46.如权利要求45所述的方法，其还包括将所述一个或多个细胞和生长培养基注射至所述生长通道的入口部分中之前：
关闭所述微流体装置的多个桥联阀部分以阻止流体通过多个桥联通道在所述生长通道的主体部分和所述收集通道的主体部分之间流动。
47.如权利要求45所述的方法，其中所述生长通道入口的入口部分具有第一入口开口和第二入口开口，所述第一入口开口和所述第二入口开口都通过所述生长通道的入口部分与所述生长通道的主体部分流体连通，并且其中清洗所述生长通道的入口部分包括将清洗流体注入所述生长通道的入口部分的第一入口开口中，使得所述清洗流体流过所述生长通道入口的入口部分，并在所述生长通道的入口部分的第二入口开口处离开所述生长通道入口的入口部分。
48.如权利要求47所述的方法，其中将所述清洗流体注入所述第一入口开口中包括：
将消毒剂注入所述第一入口开口中，以从所述生长通道的入口部分中去除所述污染物；
将乙醇或水注入所述第一入口开口中，以从所述生长通道的入口部分中去除残留的消毒剂；和
将生长培养基注入所述第一入口开口中，以从所述生长通道的入口部分中去除残留的乙醇或水。
49.如权利要求45所述的方法，其中当所述生长通道的入口阀部分被关闭时，阻止流体在所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间流动。
50.如权利要求45所述的方法，其中当所述生长通道的出口阀部分被关闭时，阻止流体在所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分之间流动。
51.如权利要求45所述的方法，其中当所述收集通道的入口阀部分被关闭时，阻止流体在所述生长通道的入口部分和所述生长通道的主体部分之间流动。
52.如权利要求45所述的方法，其中当所述收集通道的出口阀部分被关闭时，阻止流体在所述生长通道的主体部分和所述生长通道的出口部分之间流动。
53.如权利要求45所述的方法，其中使所述一个或多个目标细胞移动包括利用光钳捕获所述一个或多个目标细胞，以及利用所述光钳移动所述一个或多个目标细胞。
54.如权利要求53所述的方法，其中相对于所述微流体装置移动所述光钳，以移动所述一个或多个目标细胞。
55.如权利要求53所述的方法，其中相对于所述光钳移动所述微流体装置，以移动所述一个或多个目标细胞。
56.如权利要求45所述的方法，其中所述多个生长沟中的至少一个中的所述一个或多个细胞被配置为生长成细胞的同基因型世系。
57.如权利要求45所述的方法，其中分析所述一个或多个细胞包括对所述一个或多个细胞进行显微镜检查。
58.如权利要求45所述的方法，其还包括在所述生长培养基流入所述生长通道的主体部分中之后：
打开所述收集通道的入口阀部分和所述收集通道的出口阀部分；和
清洗所述收集通道，以从所述收集通道去除污染物。
59.如权利要求58所述的方法，其中清洗所述收集通道包括将清洗流体注入所述收集通道的入口部分中，使得所述清洗流体流过所述收集通道的主体部分，并进入所述收集通道的出口部分中。
60.如权利要求59所述的方法，其中将所述清洗流体注入所述收集通道的入口部分中包括：
将消毒剂注入所述收集通道的入口部分中，以从所述收集通道去除所述污染物；
将乙醇或水注入所述收集通道的入口部分中，以从所述收集通道去除残留的消毒剂；和
将生长培养基注入所述收集通道的入口部分中，以从所述收集通道去除残留的乙醇或水。
61.如权利要求45所述的方法，其还包括在清洗所述生长通道的入口部分之后：
打开所述生长通道的入口阀部分和所述生长通道的出口阀部分；以及
将生长培养基注入所述生长通道的入口部分中，使得所述生长培养基流入所述生长通道的主体部分中。
62.如权利要求61所述的方法，其还包括在打开所述多个桥联阀部分之前：
关闭所述生长通道的入口阀部分和所述生长通道的出口阀部分。
63.如权利要求45所述的方法，其还包括在从所述收集通道的出口部分收集所述一个或多个目标细胞后：
鉴定所述多个细胞生长沟中的至少一个中另外的目标细胞；
冲洗所述收集通道；以及
从所述多个细胞生长沟中的至少一个中收集所述另外的目标细胞。
64.如权利要求63所述的方法，其中收集所述另外的目标细胞包括：
关闭所述收集通道的入口阀部分和所述收集通道的出口阀部分；
打开所述多个桥联阀部分；
使所述另外的目标细胞从所述多个细胞生长沟中的至少一个移动，通过所述生长通道的主体部分和所述多个桥联通道中的一个或多个，进入所述收集通道的主体部分中；
关闭所述多个桥联阀部分；
打开所述收集通道的入口阀部分和所述收集通道的出口阀部分；
使所述另外的一个或多个目标细胞从所述收集通道的主体部分移至所述收集通道的出口部分中；以及
从所述收集通道的出口部分中收集所述另外的一个或多个目标细胞。
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