CN116848227A - 用于流式细胞术和细胞分选仪系统的磁耦合收集系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于流式细胞术和细胞分选仪系统的具有磁耦合样品移动器的收集系统。所述收集系统使用驱动托架中的磁体来控制从动托架中其他磁体的位置。驱动托架由此可以控制从动托架的位置，而无需物理接触从动托架。

Description

用于流式细胞术和细胞分选仪系统的磁耦合收集系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求发明人Babak Honaryar等于2021年2月5日提交的标题为LOADINGSYSTEM WITH MAGNETICALLY COUPLED SAMPLE MOVER FOR FLOW CYTOMETRY AND CELLSORTER SYSTEMS的美国(US)临时专利申请号63/146,562的权益，出于所有意图和目的将其通过引用并入本文。
技术领域
本发明的实施方式大体上涉及流式细胞术和细胞分选仪系统。
背景技术
流式细胞术和细胞分选涉及对流体流中携带的测试样品的细胞或颗粒进行光学测量。细胞分选进一步分选收集到不同试管或收集托盘的孔中的细胞，以供进一步使用或计数。实现这些任务的实验室仪器被称为流式细胞仪和细胞分选仪。
一个或多个试管中的一个或多个测试样品可以通过加载机构加载并在单个批次中运行通过流式细胞仪/细胞分选仪，以提高分析一个或多个测试样品中细胞或颗粒的类型和数量的效率。
具有多个孔的收集托盘或舟皿可用于通过收集机构收集或接收流过流式细胞仪的一个或多个测试样品的分选的细胞/颗粒。具有其孔的收集托盘可以移动，以便通过收集机构收集或接收来自一个或多个测试样品的不同分选的细胞/颗粒。
期望的是，当将托盘移动到不同位置以将分选的细胞/颗粒收集到不同的孔中时，避免托盘的孔中的分选的细胞/颗粒被一种或多种测试样品中的未分选的细胞/颗粒污染。期望的是，对托盘的不同孔中的分选的细胞/颗粒与测试样品中的未分选的细胞/颗粒分开进行加热或空气调节。还期望的是，减少流式细胞仪/细胞分选仪的占用空间，以便可以将更多的流式细胞仪/细胞分选仪放置在实验室和桌面上。因此，期望一种更紧凑且更封闭的收集系统来改进现有系统。
发明内容
实施方式由权利要求书概括。然而，简单地说，提供具有磁耦合托盘移动器的收集系统以用于流式细胞术和细胞分选仪系统。收集系统使用驱动托架中的磁体来控制从动托架中其他磁体的位置。驱动托架由此可以控制从动托架的位置，而无需物理接触从动托架。驱动托架和从动托架由分隔板隔开，并且可以位于不同的环境中。具有多个孔的收集托盘可以可拆卸地耦合或安装到从动托架，使得其可以与从动托架一起磁性移动。
附图说明
在附图中以示例而非限制的方式示出了各种实施方式。
图1A是细胞分选仪系统的基本概念图，并且示出了流式细胞仪系统。
图1B是具有磁耦合样品移动器的收集系统的概念图。
图2A-2B是从动托架的第一实施方式的各种透视图。
图3是用于收集系统的磁耦合移动器的剖视图。
图4是从动托架的横截面侧视图。
图5A-5C是从动托架的另一实施方式的视图，其具有与图4的从动托架不同的设计。
图6A-6B是具有低摩擦设计的从动托架的透视图。
图7A-7B分别是具有处于一个位置的磁耦合样品移动器的收集系统的侧视图和透视图。
图8A-8B分别是具有处于另一位置的磁耦合样品移动器的收集系统的侧视图和透视图。
图9是磁耦合移动器在经历滞后(又名滑动)时的剖视图。
图10是用于磁耦合移动器的推/拉磁体布置的概念图。
图11是具有图10的推拉磁体布置的磁耦合移动器的概念图。
图12A-12B是用于磁耦合移动器的两种不同磁体布置的概念图。
图13A-13C是用于磁耦合移动器的三个其他实例磁体布置的概念图。
图14是用于减少滞后的磁耦合移动器的概念图。
图15是具有磁耦合样品移动器的收集系统的透视图。
图16是具有磁耦合样品移动器的收集系统的另一个透视图。
图17是用于托架的线性位置反馈系统的概念图。
图18是用于托架的回射光学位置反馈系统的概念图。
图19A是用于托架的霍尔效应位置反馈系统的概念图。
图19B是当存在来自磁体的磁场时霍尔效应的图。
图19C是当产生磁场的磁体移动穿过霍尔效应传感器时由霍尔效应传感器感测到的磁通量的图表。
图20是用于托架的电容式接近反馈系统的概念图。
图21A-21C是用于托架的感应式接近反馈系统的概念图。
图22A-22B是托架上的滑动凸块几何形状的概念图。
图23是托架上的滑动凸块几何形状的另一实施方式的概念图。
图24A-24F是用于驱动托架的各种弹簧收集系统的概念图。
应当认识到，一些或全部附图是出于说明目的，并不一定描绘所示元件的实际相对尺寸或位置。提供附图的目的是为了说明一个或多个实施方式，明确理解的是它们不会用于限制权利要求的范围或含义。
具体实施方式
在下面对实施方式的详细描述中，阐述了许多具体细节。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实践这些实施方式。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地模糊实施方式的各方面。本描述的各个部分是出于组织目的而提供的。然而，许多细节和优点适用于多个部分。
分选仪系统概述
提供了一种用于流式细胞术和细胞分选仪系统的具有磁耦合样品移动器的收集系统。提供了图1A用于说明上下文中的收集系统。
图1A是包括细胞分选仪系统109的流式细胞仪系统90的基本概念图。系统90的五个主要子系统包括激发光学系统102、射流系统104、发射光学系统106、采集系统106和分析系统110。射流系统104包括细胞分选仪系统109。细胞分选仪系统109包括收集系统100。通常，“系统”包括(电气、机械和机电)硬件装置、软件装置或其组合。
激发光学系统102包括例如激光装置112、光学元件114、光学元件116和光学元件118。示例光学元件包括光学棱镜和光学透镜。激发光学系统102照射光学询问区域120。射流系统104携带流体样品122通过光学询问区域120。发射光学系统106包括例如光学元件130和包括侧向散射(SSC)通道检测器、荧光波长范围一(FL1)检测器、荧光波长范围二(FL2)检测器、荧光波长范围三(FL3)检测器、荧光波长范围四(FL4)检测器和荧光波长范围五(FL5)检测器的各种光学检测器。发射光学系统106收集从经过的颗粒发射或散射的光子。发射光学系统106将这些光子聚焦到光学检测器SSC、FL1、FL2、FL3、FL4和FL5上。光学检测器SSC是侧向散射通道。光学检测器FL1、FL2、FL3、FL4和FL5是荧光检测器，其可以包括带通或长通滤波器以检测特定且不同的荧光波长范围。每个光学检测器将光子转换成电脉冲并将电脉冲发送到采集(电子)系统108。包括一个或多个模数转换器和数字存储设备的采集系统108处理并准备这些信号以用于在分析系统110中进行分析。
所公开的实施方式大部分用于细胞分选仪系统和流式细胞仪系统的射流系统104中。美国专利申请号15/817,277和美国专利申请号15/942,430公开了示例性流式细胞仪系统，其通过引用并入本文。美国专利号9,934,511公开了一种细胞分选仪系统，其通过引用并入本文。
收集系统概述
收集系统100包括一个或多个永磁体或电磁体以控制一个或多个从动磁体的位置。从动磁体距离驱动磁体有一小段距离。驱动磁体与从动磁体配对(例如，物理上相对或物理镜像)，可以被称为磁体对。
驱动磁体位置可以通过多种方式控制，其包括但不限于以下方式：(1)与线性马达耦合的电动定位台/工作台，其通过丝杠机构、正时皮带、驱动皮带机构、凸轮驱动机构或连杆驱动机构进行定位；(2)气动或液压驱动臂或定位机构；和/或(3)手动定位。
从动磁体(也称为被驱动磁体)位于通常通过非磁性材料(反磁性材料，不存在顺磁性和铁磁性)与驱动磁体隔开约0.1mm至约10.0mm的较小距离处。在一个实施方式中，非磁性材料在驱动磁体和从动磁体之间保持强且稳定的“耦合”。在另一实施方式中，系统100包括顺磁材料作为分隔介质。
驱动磁体固定至定位机构的最终移动台或工作台。从动磁体固定在通过磁耦合控制其物理位置的物体上。在一个实施方式中，一个驱动磁体和一个从动磁体是系统100的最低要求。仅使用两个磁体就可以控制X-Y方向。然而，使用多个磁体可以提高耦合的可重复性和可靠性，从而提高从动托盘(收集托盘)的位置。
有利地，磁耦合定位系统100能够通过使两个环境被屏障材料分隔开来将从动物体(例如，从动托架和/或收集托盘)放置在与驱动机构不同的环境中。在多种情况下，这种分离可能是高度需要的。例如，从动物体可能需要处于温度受控的环境中，而设置和维持驱动机构的温度可能不可行或不理想。在另一个实例中，从动物体及其环境可能暴露于刺激性化学品或生物危险材料。在这种情况下，可以选择并设计从动物体的材料组和几何形状及其直接/暴露的环境，以耐受这些危险。在传统系统中，选择材料并结合可以防止驱动机构部件损坏的设计成本很高。这种损坏要么直接发生，要么需要使用腐蚀性化学品和复杂的程序进行消毒和清洁。幸运的是，通过将两个环境彼此分离，本系统100可以降低成本和维护难度。系统100被设计成仅将从动物体的环境的材料组和几何形状暴露于侵蚀性元素。
这种环境分离的主要应用是使用流式细胞术技术进行细胞分选。细胞可以是病原体，但可能会错过分选仪中的靶标，因此需要积极的消毒和清洁。此外，细胞通常需要温控室，如果包括发热马达的驱动机构的部件与温控室隔离，则更容易实现。此外，定位机构中使用的高精度部件可能会因设定温度而改变尺寸，从而可能会影响这些部件的精度和可靠性。通常将细胞分选到具有例如96个或384个孔/微孔板的微孔板的孔中。该微孔板可以固定到位于受控室中的从动磁体托架/托盘上。
收集系统的架构
图1B是具有磁耦合样品移动器的收集系统100的概念图。系统100包括但不限于以下部件：顶部室152、底部室154、从动托架156(又名从动托盘)、驱动托架158(又名驱动托盘)、定位台160(又名驱动器台或驱动台)、微孔板162和X-Y移动机构164。
定位台160规定驱动托架158在X-Y坐标系中的位置(例如，平面上的位置)。从动托架156位于顶部室152的顶部。从动托架156嵌套并承载微孔板162。微孔板162包括用于接收从流式细胞仪的喷嘴排出的分选的细胞(例如，血细胞)的孔。微孔板162可包括例如96或384个孔。该微孔板162可以固定至从动托架156，所述从动托架156位于顶部室152的受控环境中。
图2A-2D是从动托架156的各种透视图。在从动托架156的一个实施方式中，五个方形磁体202耦合到从动托架156的底部。然而，取决于性能要求，任何几何形状的磁体或任何数量的磁体都是允许的。从动托架156可以使用永磁体。从动托架156还可以或替代地使用经由电池或另一电源供电的电磁体。驱动托架158(图2中未示出)可以包括吸引/排斥磁体，其反映耦合到从动托架156的磁体的几何形状和数量。
透视图156a示出了没有磁体的从动托架156的俯视图。透视图156b示出了具有耦合到从动托架156的底部的5个磁体的从动托架156的俯视图。透视图156c示出了不具有磁体的从动托架156的仰视图。透视图156d示出了具有耦合到从动托架156的底部的5个磁体的从动托架156的仰视图。
图3是用于收集系统100的磁耦合移动器300的剖视图。移动器300包括但不限于以下部件：从动托架156、驱动托架158、定位台160、从动磁体202(又名被驱动磁体)、驱动磁体302(又名驱动磁体)、分隔板166和压缩弹簧306。
驱动托架158包括安装在驱动托架158的顶侧上的一个或多个磁体302。从动托架156包括安装在从动托架156的底侧上的一个或多个磁体202。驱动托架158的一个或多个磁体302与从动托架156的一个或多个磁体202配对。
磁体对310包括与从动磁体202配对的驱动磁体302。在磁体对310中，驱动磁体302与对应的从动磁体202物理上相对和/或物理镜像。在磁体对310中，驱动磁体302和从动磁体202可以具有相同的极性(例如，彼此排斥)或相反的极性(例如，彼此吸引)。
分离位置304将顶部托架152与底部托架154分隔开，底部托架154包含X-Y移动机构164。X-Y移动机构164在X-Y坐标系中移动定位台160。驱动托架158相对分隔板166的底表面推动。特别是，耦合到定位台110的压缩弹簧206将驱动托架158相对分隔板166的底表面推动。从动托架156在重力的影响下向下相对于分隔板166的顶部推动。从动托架156的推动还受到从动磁体202和驱动磁体302之间的磁拉力的影响。每个从动磁体202可以是永磁体或电磁体。每个驱动磁体302可以是永磁体或电磁体。
图4是从动托架156的横截面侧视图。从动托架156包括但不限于微孔板404、橡胶适配器406、托架套筒408和磁体202。
微孔板404嵌套在橡胶适配器406内部，这有助于最小化微孔板404和从动托架156的其他部件之间的干扰。橡胶适配器的作用类似于缓冲器或减震器，并且可以帮助将微孔板404与从动托架156的不想要的噪声振动隔离。由此微孔板经历较小的干扰。
在一个实施方式中，橡胶适配器406是氟硅酮，其对于耐化学性和低压缩形变是理想的。橡胶适配器406可以模制、铸造或机械加工成冷冻状态。在一个实施方式中，托架套筒408是光滑的非磁性且耐化学腐蚀的材料，例如PTFE(聚四氟乙烯)、CTFE(氯三氟乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)、PPSU(聚苯砜)、PP(聚丙烯)等。磁体202与橡胶适配器过盈配合以驱动橡胶适配器406。橡胶适配器406与托架套筒408一起驱动微孔板404。
从动托架156有多种设计和架构，其使得磁体202能够指示嵌套微孔板404的位置。图4的从动托架156是具有很少或没有移动部件的简单形式。从动托架156包括两个装配部件：模制橡胶适配器406和机加工或压缩模制托架套筒408。从动托架156的组装通过橡胶适配器406、托架套筒408和磁体202之间的过盈配合来实现。组装通常不需要工具或紧固件。
替代架构
替代架构可以包括收集系统100的全部、某些不见或不包括收集系统100的部件。
图5A-5C示出了具有与图4的从动托架156的设计不同的从动托架506。从动托架506包括但不限于微孔板504、一个或多个凸台(bosses)508、以及一个或多个挠曲臂510(又名悬臂)。
从动托架506可以具有两个装配部件并且可以不需要组装工具或组装硬件。从动托架506通过中空销和凸台特征之间的轻微过盈配合来组装。微孔板504嵌套在挠曲臂510中，挠曲臂510将微孔板504定位成更靠近分选仪流，以便更容易地靶向微孔板504的孔。挠曲臂510可以弯曲以适应微孔板506的尺寸变化。磁体502与挠曲臂510具有轻微过盈配合。挠曲臂510可以被推入配合到凸台508中，通常不使用工具或其他紧固件。
图6A-6B示出了具有低摩擦设计的从动托架606。从动托架606包括但不限于磁体602、微孔板604、一个或多个塑料螺钉608、一个或多个挠曲臂610以及滚珠轴承612。
降低COF(摩擦系数)可以帮助减少滞后。滚珠轴承612降低了COF。滚珠轴承612耦合至从动托架606的底侧。滚珠轴承612配置成在分隔板304的顶表面上滚动，从而减小从动托架606与分隔板304之间的COF。滚珠轴承612可以由化学惰性材料(例如，PEEK或其他材料)制成。除了使得从动托架606更难以清洗/消毒之外，滚珠轴承还可以增加从动托架606的设计的复杂性。然而，减少摩擦是非常需要的。
在图6A-6B的示例性实施方式中，通过使用塑料螺钉608将六个立方体磁体602固定就位。挠曲臂610安装在从动托架606上以形成其上可以安装微孔板604的巢。
图7是具有磁耦合样品移动器的收集系统700的侧视图和透视图。图7的系统700是系统100的替代设计。系统700包括但不限于以下部件：顶部室152、底部室154、从动托架156(又名从动托盘)、驱动托架158(又名驱动托盘)、定位台160(又名驱动器台或驱动台)、微孔板162、X-Y移动机构164以及两个以上挠曲臂610。在图7的实施方式中，收集系统700具有移动到向左位置的从动托架156和驱动托架158。
图8是具有磁耦合样品移动器的收集系统700的另一个侧视图和另一个透视图。在图8的实施方式中，收集系统700具有移动至右侧位置的从动托架156和驱动托架158。
解决滞后问题的组件
图9是磁耦合移动器300在经历滞后904(又名滑动)时的剖视图。滞后904是在驱动磁体302开始移动之后开始出现的间隔距离。当驱动磁体302处于移动和拉动从动磁体202的过程中时，滞后904可以继续存在。滞后904根据驱动磁体302的加速度和/或速度而变化。在吸引磁体对之间出现磁力(Fs)。驱动托架158和从动托架156之间的至少一个磁体对受到吸引力。当驱动托架158移动时，吸引力趋向于引起(例如强制)从动托架156沿驱动托架158的移动方向移动。驱动磁体302的加速度和/或速度确定磁力(Fs)的法向分量(FsN)和水平分量(Fslag1)。
磁拉力(Fs)可以分解为法向分量(FsN)和水平分量(Fslagl)。摩擦力(Friction1)等于摩擦系数乘以法向分量(FsN)。每对吸引磁体间隔距离Z1。滞后904具有间隔距离Lag1。
力分量和滞后904可以通过使用公式组1中的以下公式来描述和确定：
公式组1.
图10是推/拉磁体布置1000的概念图。磁体布置1000包括但不限于从动磁体布置1016、驱动器磁体布置1018、用于从动托架156的框架1002和用于驱动托架158的框架1003。框架1002和框架1003是可选的。
减少滞后904的方法之一是利用(1)彼此吸引的磁体极性和(2)彼此排斥的磁体极性的组合。当驱动托架开始移动时，在托架(156、158)的当前位置彼此吸引的磁体极性具有拉力。水平方向(例如，X或Y方向)上的托架移动利用了直接拉动具有相反极性的成对磁体的优势。同时，彼此排斥的磁体极性由于同极性磁体而具有排斥力。同极性磁体的磁场越接近，排斥力就越强。排斥力通过推开从动托架156中具有相同极性的磁体而有助于驱动托架158的移动。排斥力还减小法向力，并且因此减小有效摩擦力。
驱动磁体布置1018包括被布置为使得交替极性面向从动托架156的驱动磁体。从动磁体布置1016包括被布置为使得交替极性面向驱动托架158的从动磁体。一个或多个磁体对具有彼此面对的相反极性的磁体。一个或多个磁体对具有彼此面对的相同极性的磁体。
为了使该技术发挥作用，磁体布置1000需要包括比具有所有牵引磁体对的装置相对更多的磁体。磁体应充分展开，以使吸引力和排斥力具有足够的强度以适当运行。在装置1000的一个实施方式中，吸引磁体和排斥磁体聚集在一起，如图10所示。在另一实施方式中，吸引磁体对位于一个位置，而排斥磁体对位于另一位置。
图11是推拉式磁体布置1100的另一个概念图。在驱动托架158中，四个立方体形状的磁体形成较大立方体1105，其中两个象限的极性与其他两个象限相反。在从动托架156中，磁体1107可以具有与驱动托架中的相应磁体立方体1109中的一半磁体相同的极性。磁体1107还可以具有与驱动托架中的相应磁体立方体1109中的一半磁体相反的极性。正如参考图10所讨论的，相同的极性相互排斥。相反的极性相互吸引。
图12A-12B是用于磁力移动器的两种不同磁体布置1200、1220的概念图。在图12A中，磁体布置1200具有四个立方体形状的磁体，其形成四个象限，其中两个象限的极性与其他两个象限相反。磁体布置1200包括具有一个极性的两个对角磁体1203和具有相反极性的两个对角磁体1204。在图12B中，另一磁体布置1220具有十六个立方体形状的磁体。布置1220可以由磁体布置1200的四种情况形成。十六个立方体磁体中的八个立方体磁体(四对对角的立方体磁体)具有一种极性1223，而八个其他立方体磁体(四对对角的立方体磁体)具有相反的极性1224。用于推拉架构的磁体布置可以具有任何形状和极性的任何组合。
图13A-13C是用于磁力移动器的另外的磁体布置1300A-1300C的概念图。磁体布置1300A-1300C包括但不限于旋转键控磁性模式1302、二维对准磁性模式1312和滑动闩锁磁性模式1322。
用于推拉架构的磁体布置1300A-1300C可以具有任何形状和任何极性组合。给定磁体布置1300A-1300C可以具有任何百分比(0％-100％)的相反极性磁体对和任何对应百分比(100％-0％)的相同极性磁体对。具体而言，给定的磁体布置可以具有任意比率的相反极性磁体对与相同极性磁体对(例如，相反极性/相同极性)。例如，如果60％的磁体对具有相同的极性，则40％的磁体对将具有相反的极性。如果50％的磁体对具有相同的极性，则50％的磁体对将具有相反的极性。如果30％的磁体对具有相同的极性，则70％的磁体对将具有相反的极性，依此类推。
磁体布置1300A-1300C可以具有磁体品质和/或强度的任意混合。例如，相同极性磁体对可以被设计为弱于相反极性磁体对。在这样的布置中，来自相同极性磁体对的排斥力可以弱于相反极性磁体对的吸引力，这取决于磁体布置中的相反极性/相同极性的比率。作为另一种选择，相同极性磁体对可以被设计为比相反极性磁体对更强。在这样的布置中，取决于相反极性/相同极性的比率，来自相同极性磁体对的排斥力可以强于相反极性磁体对的吸引力。
磁体布置1300A-1300C可以具有磁体对之间不同的间隔距离。例如，相同极性磁体对可以被设计为间隔10.0mm，而相反极性磁体对可以被设计为间隔8.0mm。在这种情况下，取决于磁体布置中相反极性/相同极性的比率，来自相同极性磁体对的排斥力可能弱于相反极性磁体对的吸引力。在另一实例中，相同极性磁体对可以被设计为间隔6.5mm，而相反极性磁体对可以被设计为间隔9.0mm。在这种情况下，取决于磁体布置中相反极性/相同极性的比率，来自相同极性磁体对的排斥力可能强于相反极性磁体对的吸引力。
图14A-14C是用于减少滞后的磁耦合移动器1400的概念图。磁耦合移动器1400包括但不限于从动托架1406和驱动托架1408。从动托架1406包括多个从动磁体1402。驱动托架1408包括多个驱动磁体1403。多个从动磁体和多个驱动磁体分别通过紧固件安装到从动托架1406和驱动托架1408，使得一个或多个磁体对被磁体对安装偏移1404偏移。
包括从动磁体1402和相对的驱动磁体1403的磁体对可以被安装为具有偏移1404。在驱动托架1408移动之前，偏移1404配置成导致在移动方向上拉动从动托架1406的水平力。然而，并非所有磁体都可以在预期方向上具有内置偏移1404。因此，可能期望在磁体对之间存在内置偏移1404的情况下使用更强的磁体。
用于解决表面缺陷和摩擦的组件
图15是具有磁耦合样品移动器的收集系统1500的透视图。系统1500包括但不限于以下部件：顶部室152、底部室154、从动托架156(又名从动托盘)、驱动托架158(又名驱动托盘)、分隔板166、压缩弹簧306和悬臂弹簧1502。
一个或多个悬臂弹簧安装到底部室154上。分隔板166安装到悬臂弹簧上。压缩弹簧306对驱动托架158施加向上的力并且有助于确保与分隔件304接触，尽管系统1500中存在潜在的不共面性。悬臂弹簧1502为分隔板166提供灵活的安装。在一个实施方式中，四个悬臂弹簧1502安装到分隔板166的下侧上。悬臂弹簧1502安装在分隔板166下侧的每个角上或附近。
图16是具有磁耦合样品移动器的收集系统1500的另一个透视图。滑动表面具有低至零的静摩擦力是期望的。静摩擦力是一种趋于阻碍表面运动的摩擦力。滑动表面包括例如分隔板304和沿分隔板166滑动的表面。因此，低至零静摩擦运动的重要考虑因素是用于滑动材料的材料的选择，包括从动托架156、驱动托架158和分隔板166。
每个托架(156、158)的滑动表面应当由具有最低可用COF(摩擦系数)或最低可能COF的材料制成。滑动表面还应具有高耐化学性。用于托架(156、158)的示例性合适材料包括但不限于PTFE(聚四氟乙烯)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)、UHMWPE(超高分子量聚乙烯)和/或PP(聚丙烯)。
分隔板166的滑动表面也应当由具有低/最低COF和低耐化学性的材料制成。滑动表面材料还应具有高耐磨性、低导热性和高刚性。用于分隔板166的示例性合适材料包括但不限于PEEK(聚醚醚酮)、PPSU(聚苯砜)和/或PCTFE(聚氯三氟乙烯)。用于分隔板166的材料可受益于包括DLC(类金刚石碳)的涂层以提高耐磨性并降低COF(摩擦系数)。对于分隔板166和/或托架(156、158)也可以考虑各种乙缩醛等级。
图22是托架(156、158)上的滑动凸块几何形状2200的概念图。托架(156、158)可以包括可充当接触表面几何形状的多个凸块2202(例如，突出几何形状)。有利地，凸块2202可以减小滑动表面之间的COF(摩擦系数)并且主要隔离凸块2202的滑动磨损。凸块2202被模制或机加工成与托架的主体(例如，从动托架156和/或驱动托架158)相同的材料。
图23是托架(156、158)上的滑动凸块几何形状2300的概念图。托架(156、158)可以包括可充当接触表面几何形状的多个凸块2302(例如，突出几何形状)。有利地，凸块2302可以减小滑动表面之间的COF(摩擦系数)并且主要隔离凸块2002的滑动磨损。凸块2302由与托架(156、158)的主体不同的材料制成。凸块2302可以由比托架(156、158)的主体更昂贵的材料制成。更昂贵的凸块2302可具有比托架的主体(156、158)更期望的特性。凸块2302可以插入托架(156、158)的主体的大部分中。因此，托架(156、158)的主体可以由比凸块2302的材料便宜的材料制成。
图24是用于驱动托架158的各种弹簧收集系统2400的概念图。示例性弹簧收集系统2400可以包括但不限于压缩螺旋弹簧2402、拉伸螺旋弹簧2404、恒力鼓弹簧2406、气体或泡沫橡胶弹簧2408、板簧或悬臂弹簧2410和/或扭转弹簧2412。弹簧收集系统2400弹簧将驱动托架158加载到分隔板166上。弹簧收集有助于保持驱动磁体302和从动磁体202之间的距离尽可能一致。
用于检测从动托架位置的反馈系统
系统100可以为驱动所述驱动托架158的定位台提供标准旋转反馈(例如，电动机、伺服电动机的编码器)和标准线性位置反馈(例如，接触开关)。然而，从动托架156与任何此类直接反馈系统隔离。为了检测从动托架156在平面中的水平位置，系统100可以实施多种技术中的一种。检测从动托架156的位置也验证了驱动托架158的位置。
系统100可以包括用于托架(156、158)的线性位置反馈系统，以用于感测水平X和Y方向上的距离和运动。传感器可包括例如X方向传感器和Y方向传感器，以检测从动托架156在平面中的水平位置、速度和加速度。随着随时间检测到的距离和运动，可以随时间对距离进行微分以确定速度，并且进一步随时间对速度进行微分以确定移动从动托架156的加速度。
图17是用于托架(156、158)的线性光学位置反馈系统1700的概念图。系统100可以实现用于感测水平X和Y方向上的运动的X方向反射器光电耦合器位置传感器1702和Y方向反射器光电耦合器位置传感器1704。X方向和Y方向传感器包括光源(例如LED或激光二极管)和光接收器(例如光电检测器)。X方向传感器1702的光源产生发射光束1703T到从动托架156的一侧上的光斑1703S上，该发射光束1703T被反射回来作为反射光束1703R。X方向传感器1702的光接收器接收反射光束1703R并且可以将其与发射光束1703T进行比较以确定X距离。类似地，Y方向传感器1704的光源产生发射光束1706T到从动托架156的垂直侧上的光斑1706S上，该发射光束1706T被反射回来作为反射光束1706R。Y方向传感器1704的光接收器接收反射光束1706R并且可以将其与发射光束1706T进行比较以确定Y距离。X和Y距离可以随时间求微分以确定移动从动托架156在X和Y方向上的速度和加速度。
图18是用于托架(156、158)的回射位置反馈系统1800的概念图。反馈系统1800包括但不限于回射光学位置传感器1802、透明层1806以及编码盘和/或编码带1808。位置传感器1802包括但不限于发光二极管1803和信号处理电路1804。透明层1806可以包括分隔板166。
发光二极管1803将光投射穿过透明层并投射到编码盘和/或编码带1808上。编码盘和/或编码带1808附接到从动托架156的底表面。编码盘和/或编码带1808将光反射回信号处理电路1804。基于从编码盘和/或编码带1808反射的光，信号处理电路1804可以计算从动托架156的位置、速度和加速度。
图19A是用于托架(156、158)的霍尔效应位置反馈系统1900的概念图。反馈系统1900包括但不限于霍尔效应传感器1902和磁体202。
图19B是当存在来自磁体的磁场时霍尔效应的图。图19C是当产生磁场的磁体移动穿过霍尔效应传感器时由霍尔效应传感器感测到的磁通量的图表。霍尔效应是在电导体上产生电压差(例如霍尔电压)，该电压差横向于导体中的电流以及横向于与电流垂直的施加磁场。
霍尔效应传感器1902可以耦合至托架。霍尔效应传感器通常耦合至从动托架152，但可以额外地或替代地耦合至驱动托架154。霍尔效应传感器1902检测从动托架156中的磁体202的位置。霍尔效应传感器1902包括但不限于X轴霍尔效应传感器和y轴霍尔效应传感器。霍尔效应传感器1902检测并报告驱动托架158和从动托架156之间的相对运动。
除了霍尔效应传感器1902和光学传感器1802之外，反馈系统还可以使用其他传感技术来检测从动托架156的位置和/或存在。例如，反馈系统可以使用接近传感器，如电容接近传感器(图20)和/或电感接近传感器(图21A-21C)。
图20是用于托架(156、158)的电容式接近反馈系统2000的概念图。反馈系统2000包括但不限于以下组件：电容式接近传感器2002和靶标2012。电容式接近传感器2002包括但不限于振荡器电路2004、触发器电路2006和调制器电路2008。反馈系统2000可以耦合到顶部室152、底部室154或流式细胞术系统90的另一位置。
反馈系统2000可以检测从动托架156的位置、存在和/或不存在。电容式接近传感器2002可以检测金属物体和非金属物体。传感器2002中的电容变化是对已移动的物体如何存在于静电场2010中或不存在于静电场2010中的测量。电容变化由振荡器电路2004、触发器电路2006和调制器电路2008的组合导出。由同心导体产生的静电场2010被同心导体附近的靶标2012(例如，从动托架156)中断。靶标2012的接近改变了由同心导体形成的电容。基于电容和/或电容的变化，传感器2002可以检测从动托架156的接近度。
图21A-21C是用于托架(156、158)的感应式接近反馈系统2100的概念图。感应式接近反馈系统2100包括但不限于以下组件：感应式接近传感器2102和靶标2120。感应式接近传感器2102包括但不限于检测线圈2110、振荡器电路2112、振荡状态感测电路2114、输出电路2116和运行指示器2118。反馈系统2100可以耦合到顶部室152，至底部室154，或至流式细胞术系统90的另一位置。
反馈系统2100可以检测从动托架156的位置、存在和/或不存在。感应式接近传感器2102可以检测金属物体。传感器2102发射高频磁场2122。感应式接近传感器2102的检测线圈2110检测处于感测方向2108的靶标2120。涡流2124由于金属靶标2120的电阻而产生能量损失(例如，热能损失)。能量损失减小了振荡电路2110中的振荡幅度。振荡状态感测电路2114感测振荡幅度的变化。输出电路2116输出结果并经由运行指示器2118传达活动状态。
优点
收集系统100使用驱动托架158中的磁体302来控制从动托架156中的其他磁体202的位置。由此，驱动托架158可以控制从动托架156的位置，而无需物理接触从动托架156。通过使两个环境被分隔板166的部件分开，磁耦合定位系统100可以使从动托架156处于与驱动托架158截然不同的化学环境中。这种分隔在多种情况下可能是非常期望的。例如，从动托架156可能需要处于温度受控的环境中，而设置和维持驱动托架158的温度可能是不可行或不期望的。在另一实例中，从动托架156及其环境可能暴露于刺激性化学品或生物危险材料。在这种情况下，从动托架156的材料组和几何形状及其直接/暴露的环境可以被选择和设计成耐受这些危险。在传统的系统中，选择材料并结合能够防止损坏驱动托架158的部件的设计是昂贵的。这种损坏或者直接发生，或者通过需要使用侵蚀性清洁化学品和复杂的程序进行消毒和清洁而发生。幸运的是，通过将两个环境彼此分开，本采集系统100可以降低成本和维护难度。收集系统100被设计成仅将从动托架156的环境暴露于恶劣要素(例如，刺激性化学品、严酷的温度、刺激性生物材料、刺激性蒸汽等)。
当以软件实现时，本发明的实施方式的要素本质上是用于执行必要任务的程序、代码段或指令。程序、代码段或指令可以存储在可以由处理器读取和执行的处理器可读介质或存储设备中。处理器可读介质可以包括可以存储信息的任何介质。处理器可读介质的实例包括但不限于电子电路、半导体存储器件、只读存储器(ROM)、闪存、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、软盘、CD-ROM、光盘和磁盘。程序或代码段可以经由诸如互联网、内联网等计算机网络下载并存储在处理器可读介质或存储设备中。
前述详细描述的某些部分可能已经按照对计算机存储器内的数据比特执行操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将他们的工作实质传达给本领域的其他技术人员的工具。这里的算法通常被认为是导致期望结果的自洽操作序列。这些操作是需要对物理量进行物理操作的操作。通常，但不一定，这些量可以采用能够被存储、传输、组合、比较和以其他方式操纵的电(例如，电流或电压)或磁信号的形式。有时已证明，主要出于通用的原因，将这些信号称为比特、值、电平、元素、符号、字符、术语、数字等是方便的。
然而，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非从上面的讨论明显地另外明确说明，否则应当理解的是，在整个描述中，使用诸如“处理”或“计算”或“计算”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机系统、处理逻辑或类似电子计算设备的动作和过程，其自动或半自动地操纵和转换计算机系统的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据，并将其转换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
此外，本发明的实施方式没有参考任何特定的编程语言来描述。应当理解的是，可以使用多种编程语言来实现本文描述的本发明的实施方式的教导。
本公开考虑了其他实施方式或目的。应当理解的是，本发明的实施方式可以通过除所描述的实施方式之外的其他方式来实践，这些实施方式在本说明书中呈现是为了说明而非限制的目的。说明书和附图并不旨在限制本专利文件的排除范围。注意的是，本说明书中讨论的特定实施方式的各种等同物也可以由所要求保护的发明来实践。即，虽然已经描述了本发明的具体实施方式，但是显然，根据前面的描述，许多替代、修改、排列和变化将变得显而易见。因此，要求保护的发明旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的替代、修改和变化。产品、过程或方法表现出与一个或多个所描述的示例性实施方式的差异这一事实并不意味着该产品或过程在所附权利要求的范围(字面范围和/或其他法律认可的范围)之外。

Claims (26)

1.一种用于流式细胞术和细胞分选仪系统的收集系统，所述收集系统包括：
驱动托架，其包括安装在所述驱动托架的顶侧上的一个或多个驱动磁体；和
从动托架，其包括安装在所述从动托架的底侧上的一个或多个从动磁体，其中，所述一个或多个驱动磁体与所述一个或多个从动磁体配对以形成一个或多个磁体对。
2.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
分隔板，其将所述驱动托架与所述从动托架物理地分隔，
其中，所述驱动托架位于所述分隔板下方，并且
其中，所述从动托架位于所述分隔板上方。
3.如权利要求2所述的收集系统，其进一步包括：
包括所述驱动托架的底部室；和
包括所述从动托架的顶部室，
其中，所述分隔板将所述底部室与所述顶部室物理分隔，并且
其中，所述分隔板从而使得所述底部托架和所述顶部托架能够处于不同的环境中。
4.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
位于所述从动托架顶侧的微孔板，
其中，所述微孔板包括多个孔，其配置成接收离开流式细胞仪喷嘴的分选细胞。
5.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
定位台，其中，所述驱动托架物理耦合至所述定位台，其中，所述定位台耦合至配置成控制所述定位台的位置的线性马达，并且其中，所述定位台由此控制所述驱动托架的位置。
6.如权利要求5所述的收集系统，其进一步包括：
弹簧，其耦合至所述定位台并被配置成将所述驱动托架推向分隔板的底表面。
7.如权利要求1所述的收集系统，其中
所述驱动托架与所述从动托架之间的至少一个磁体对受到吸引力；和
当所述驱动托架移动时，所述吸引力迫使所述从动托架朝所述驱动托架的方向移动。
8.如权利要求1所述的收集系统，所述从动托架包括：
托架套筒；
安装在所述托架套筒上的橡胶适配器；和
安装在所述橡胶适配器上的微孔板，其中，所述橡胶适配器有助于最小化对所述微孔板的干扰。
9.如权利要求1所述的收集系统，所述从动托架包括：
安装在所述从动托架上的一个或多个挠曲臂，和
安装在所述一个或多个挠曲臂上的微孔板。
10.如权利要求1所述的收集系统，所述从动托架包括：
一个或多个滚珠轴承，其耦合至所述从动托架的底侧，其中，所述一个或多个滚珠轴承配置成在分隔板的顶表面上滚动。
11.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
推/拉驱动磁体布置，其包括布置成使得交替极性面向所述从动托架的驱动磁体；和
推/拉从动磁体装置，其包括布置为使得交替极性面向所述驱动托架的从动磁体，其中，一个或多个磁体对具有彼此面对的相反极性的磁体，并且其中，一个或多个磁体对具有彼此面对的相同极性的磁体。
12.如权利要求1所述的收集系统，其中
至少一个磁体对安装成在该磁体对的从动磁体和驱动磁体之间具有偏移。
13.如权利要求3所述的收集系统，其进一步包括：
一个或多个悬臂弹簧，其安装在所述底部室上，其中，所述分隔板安装在所述悬臂弹簧上。
14.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
附着于所述从动托架底表面的编码条；和
位置传感器，其包括
发光二极管，其配置成将光投射到所述编码条上，以及
信号处理电路，其配置成基于从所述编码条反射的光来计算所述从动托架的位置。
15.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
耦合到所述从动托架的一个或多个霍尔效应传感器，其中，所述一个或多个霍尔效应传感器配置成检测并报告所述驱动托架和所述从动托架之间的相对运动。
16.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
接近反馈系统，其包括配置成检测所述从动托架的存在的电容式接近传感器。
17.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
接近反馈系统，其包括配置成检测所述从动托架的存在的感应式接近传感器。
18.如权利要求1所述的收集系统，其进一步包括：
一个或多个滑动凸块，其耦合到所述从动托架的底表面，其中，所述一个或多个滑动凸块包括以下至少之一：
与所述从动托架的底表面相同的材料，或
与所述从动托架的底表面不同的材料。
19.如权利要求6所述的收集系统，其中，所述弹簧包括以下至少之一：
压缩螺旋弹簧；
拉伸弹簧；
恒力鼓弹簧；
气弹簧；
泡沫橡胶弹簧；
板簧(leaf spring；)；
悬臂弹簧；或
扭转弹簧。
20.一种流式细胞仪系统，其包括：
激发光学系统，其配置成投射光；和
射流系统(fluidics system)，其配置成接收来自所述激发光学系统的投射光，所述射流系统包括具有收集系统的细胞分选仪系统，所述收集系统包括
驱动托架，其包括安装在所述驱动托架的顶侧上的一个或多个驱动磁体，以及
从动托架，其包括安装在所述从动托架的底侧上的一个或多个从动磁体，其中，所述一个或多个驱动磁体与所述一个或多个从动磁体配对以形成一个或多个磁体对。
21.如权利要求20所述的流式细胞仪系统，其中，所述射流系统进一步包括：
收集托盘，其耦合到所述从动托架，所述收集托盘具有多个孔，以将测试样品的分选细胞或颗粒收集到所述多个孔中的不同孔中。
22.一种方法，其包括：
将测试样品的细胞或颗粒分选到不同的流体流中；
将不同的流体流收集到收集托盘中的一组孔中的一个或多个孔中；和
磁性地移动所述收集托盘，以将所述收集托盘中的另一组孔中的一个或多个孔布置在不同的流体流下方。
23.如权利要求22所述的方法，其进一步包括：
在磁力移动所述收集托盘后，将不同的流体流收集到所述收集托盘中另一组孔中的一个或多个孔中。
24.如权利要求22所述的方法，其进一步包括：
在分选之前，
将所述收集托盘耦合至从动托架；和
将所述从动托架磁力耦合至驱动托架，
其中，所述从动托架通过分隔板与所述驱动托架物理分隔，并且其中，所述从动托架和所述收集托盘通过所述驱动托架磁性地移动在一起。
25.如权利要求22所述的方法，其进一步包括：
接收所述收集托盘的磁性运动的位置反馈，以验证所述收集托盘中的一个或多个孔在不同流体流下的布置。
26.如权利要求22所述的方法，其进一步包括：
接收所述从动托架和所述收集托盘一起的磁性运动的位置反馈，以验证所述收集托盘中的一个或多个孔在不同流体流下的布置。
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