DE69937353T2 - Instrument zur analyse und selektiven verteilung von objektproben - Google Patents

Instrument zur analyse und selektiven verteilung von objektproben Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hochgeschwindigkeitsmechanismen zum automatischen Identifizieren und physikalischen Auswählen von multizellularen Organismen oder anderen großen Objekten mit vorbestimmten Charakteristika aus gemischten Populationen und Ablagern von ihnen in diskreten Standorten.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Intakte multizellulare Organismen, wie etwa Nematoden, Fruchtfliegenlarven oder Zebrafischembryonen werden häufig als Modellsysteme verwendet um zu helfen, die Funktion menschlicher Gene zu verstehen, die damit in Zusammenhang gebracht werden, eine Rolle in Krankheiten zu spielen. Humangenhomologe wurden in diesen Modellorganismen identifiziert und es wurden Mutationen speziell in jenen Genhomologen eingeleitet. Derartige Mutationen führen häufig zu einer phänotypischen Änderung in dem Modellorganismus, die leicht zu beobachten ist, und es wurde gezeigt, dass gewisse Mutanten auf pharmakologische Mischungen mit einem messbaren Aktionsmodus reagieren. Mutanten von intakten Organismen werden nun als eine neue Klasse von in vivo Medikamentenschablonen für kombinatorische pharmakologische Mischungsbibliotheken verwendet. Durch Verwenden dieser Organismen kann man Ziele für einen Medikamenteneingriff identifizieren, ohne komplexe biochemische Bahnen zwischen dem Genotyp und dem Phänotyp ver stehen zu müssen. Außerdem werden nun kombinatorische chemische Ansätze im Festkörperzustand genutzt, um diese Medikamentenbibliotheken zu erzeugen; das Endergebnis besteht darin, dass die Probenchemikalien, die zu testen sind, in festen Mikrokugeln gewöhnlich zwischen 100 und 500 μm im Durchmesser vorhanden sind. Diese Festkörperzustandstechniken beschleunigen die Vorbereitung der Probenmischungsbibliothek beträchtlich, machen aber ein Verfahren zum genauen Auswählen und Abgeben dieser Mikrokugeln für Testzwecke notwendig.
  • Der historische Ansatz zum Modellieren von Krankheiten in multizellularen Organismen bestand darin, morphologische oder Verhaltensmutanten mit wesentlichen phänotypischen Defekten herzustellen. Die Absicht derartiger Untersuchung besteht darin, einen Mutanten zu erzeugen, der einem Krankheitszustand ähnelt oder ihn modelliert, sodass neue Therapeutika ohne Verwendung menschlicher "Meerschweinchen" überprüft werden können. In der Tat besteht unter Betrachtung der gegenwärtigen allgemeinen Geltung von Tierschutzaktivisten der sicherste Ansatz darin, die Verwendung von Säugetieren für Testzwecke vollständig zu meiden. Die Zielsetzung bestand dann darin, diese Modellkrankheitsdefekte und ihre Interaktion mit Kandidatentherapeutika objektiv und mit hoher Empfindlichkeit zu beobachten. Unglücklicherweise wurde diese Zielsetzung häufig nicht erfüllt. Der nächste Ansatz, um diese Zielsetzung zu erreichen, bestand darin, "lebendigtote" Proben zu erdenken, die in Mikrotiterfeldern unter Verwendung optischer Auslesesysteme ausgeführt werden können. Der Plan besteht darin, einzelne Organismen in Mikrotiterfelder abzugeben, die Kandidatentherapeutik hinzuzufügen und die Reaktion optisch zu erfassen. Falls die Kandidatentherapeutik in einer Mikrokugel vorhanden ist, dann muss die Mikrokugel auch akkurat ausgewählt und abgegeben werden.
  • Die Aussetzung von Modellorganismusmutanten gegenüber diversen pharmazeutischen Mischungsbibliotheken, selbst wenn die Mutation nicht mit einem menschlichen Genhomolog verknüpft war, hilft auch, Genfunktion zu definieren. Die Hinzufügung von derartigen funktionalen Genomtechniken zu dem Repertoire von Molekularbiologie und Biochemieverfahren führt zu einer beträchtlichen Geschwindigkeitserhöhung in dem pharmazeutischen Entdeckungsprozess. Forscher vermerken pharmazeutische Medikamentenbibliotheken auf Giftigkeit, nicht-spezifische Aktivität oder Zellmembranendurchlässigkeit etc. durch Beobachten ihres Verhaltens in intakten Organismen. Auf diese Weise können potenzielle neue Therapeutika, die Giftigkeit oder schädliche Ergebnisse zeigen, ohne Verschwendung wertvoller Ressourcen frühzeitig verworfen werden.
  • Der Bodennematode Caenorhabditis elegans ist ein besonders wichtiger multizellularer Organismus für diese Typen von Tests geworden, da seine Anatomie, Entwicklung, Verhalten und Genom vollständiger als das eines beliebigen anderen Tieres verstanden wird. C. elegans ist ein kleines Gewebetier, das aus nur 959 Zellen besteht, die jede aus einer einzelnen Zygotenzelle durch eine vollständig bekannte Zellenabstammung generiert wird. Diese kleine Zahl von Zellen weist dennoch eine Vielfalt von Zellentypen auf, die komplexere Tiere verkörpert, einschließlich Haut, Muskel, Darm und Nervenzellen.
  • Auf die Gene von C. elegans kann durch leistungsfähige klassische und molekulare genetische Werkzeuge einfach zugegriffen werden. Die Sequenzierung des Genoms von C. elegans ist auch weiter fortgeschritten als die eines beliebigen anderen Tieres und ist ein Modell für das Human Genome Project. Obwohl die meisten menschlichen Krankheitsgene, die identifiziert und geklont wurden basierend auf chromosomaler Position, keine Funktion haben, haben die große Mehrheit dieser ebenso wie die meisten anderen menschlichen Gene Homologe von C. elegans. Diese Homologe können unter Verwendung des oben erwähnten Ansatzes rasch analysiert werden, um die funktionale Biologie des homologen menschlichen Gens zu beleuchten.
  • Eine beachtliche Schlussfolgerung aus Untersuchungen von C. elegans besteht darin, dass die zellularen und molekularen Mechanismen, die in diesem Nematod arbeiten, jenen beachtlich ähnlich sind, die in komplexeren Tieren, einschließlich des Menschen, arbeiten. Diese Ähnlichkeiten sind so groß, dass die homologen menschlichen Gene in Nematoden funktionieren können und Nematodongene in Säugetierzellen funktionieren können. Forscher verwenden deshalb diesen Nematoden für zahlreiche Typen von Experimenten bezogen auf die Entwicklung von pharmazeutischen Wirkstoffen zur Verwendung bei Menschen oder anderen höheren Tieren.
  • Ungeachtet der potenziellen Leistung und Geschwindigkeit einer Verwendung von multizellularen Organismen wie C. elegans setzen gegenwärtige Programme für rasche pharmazeutische Medikamentenforschung Hochgeschwindigkeitsvorbereitungstechniken nicht ein. Als ein Beispiel kann mit heutigen Techniken der Molekularbiologie ein großes Labor Zerstörungsmutationen in multizellularen Organismen in einer Rate von 20 bis 30 pro Monat erzeugen. Um den Effekt einer chemischen Mischungsbibliothek (die häufig 100.000 oder mehr Elemente enthalten kann) in einer Klasse von mutierten Organismen zu evaluieren, muss man zuerst eine präzise Zahl von Organismen in der gleichen Entwicklungsstufe manipulieren und in einen Container ablagern, wie etwa die Wannen eines Mikrotiterplattenfeldes. Organismen einer anderen Entwicklungsstufe müssen ausgeschlossen werden, da sie die gemessene Antwort verfälschen würden.
  • Unter Verwendung von langsamen manuellen Verfahren sind die Auswahl und Ablagerung von Organismen des richtigen Typs der Flaschenhals für den ganzen Prozess pharmazeutischer Forschung. Falls die Testmischungen als Mikrokugeln vorhanden sind, dann fügt die genaue Auswahl und Abgabe von Mikrokugeln einen zusätzlichen Flaschenhals hinzu. Des weiteren beruhen manuelle Verfahren auf Pipetten, die genaue Volumina eines Fluid und nicht genaue Zahlen von Organismen abgeben. In vielen Untersuchungen, wo sich die Reproduktionsrate durch die Mutation ändert, ist es notwendig, die Untersuchung des Effektes einer Mischung von der kombinatorischen Bibliothek mit einer genauen und bekannten Zahl von multizellularen Organismen in jedem Titer zu beginnen. Ein beliebiges Auswahlsystem basierend auf einem Volumen wird wahrscheinlich ungenaue Zahlen von Organismen abgeben, da präzise gleichförmige Suspensionen von Organismen unmöglich aufrechterhalten werden. Falls die Testmischungen als Mikrokugeln verfügbar sind, ist es auf die gleiche Weise schwierig, eine gesteuerte Zahl von Mikrokugeln in jede Wanne zu platzieren. Ferner kann die Mikrokugelpopulation gemischt sein, sodass endgültige Ergebnisse nicht nur genaues Zählen, sondern Auswahl von Mikrokugeln erfordern – klar eine unmögliche Aufgabe für einfache Pipetten Flusszytometer haben Betriebscharakteristika, die gestatten, sie an die Probleme einer Automatisierung der Auswahl und Ablagerung von multizellularen Organismen und anderen großen Objekten, wie etwa Mikrokugeln, anzupassen. Flusszytometer wurden verwendet, um die Zahl von Nematoden in einem gegebenen Volumen eines Fluid zu zählen. Eine derartige Einrichtung wurde durch Byerly et al (Byerly, L., R. C. Cassada und R. L. Russell, "Machine for Rapidly Counting and Measuring the Size of Small Nematodes", Rev. Sci. Instrum. Vol. 46, Nr. 5, Mai 1975) beschrieben, wo das Flusszytometer als ein Hüllenfluss genutzt wird, um die Nematoden entlang der Richtung des Flusses auszurichten, sodass ihre Länge gemessen werden konnte und Zählungen Organismus für Organismus durch ein elektrisches Impedanzverfahren durchgeführt werden konnten, das dem ähnlich ist, das in einem kommerziellen Coulter®-Zähler verwendet wird. Ein Flusszytometer zum Arbeiten mit multizellularen Organismen ist nicht auf eine Verwendung eines Impedanzsensors begrenzt, sondern kann ein moderneres optisch abtastendes Flusszytometer sein.
  • Z. B. wurde ein optisches Flusszytometer zum Analysieren von gestreckten Organismen, wie etwa Plankton mit einer Breite von 500 μm und einer Länge über 1000 μm in einer Reihe von veröffentlichten Artikeln beschrieben, wie etwa Peeters, J. C., G. B. Dubelaar, J. Ringelberg und J. W. Visser, "Optical Plankton Analyser: a Flow Cytometer for Plankton Analysis, I: Design Considerations" Cytometry Sept 10 (5): 522–528 (1989); und Dubelaar, G. B., A. C. Groenwegen, W. Stokdijk, G. J. van den Engh und J. W. Visser, "Optical Plankton Analyser: a Flow Cytometer for Plankton Analysis, II: Specifications", Cytometry Sept 10 (5): 529–539 (1989). Der Größenbereich des Planktons, das in diesen optischen Flusszytometern verwendet wird, ist ähnlich zu dem, was bei Nematoden, Fruchtfliegenlarven oder Zebrafischembryonen angetroffen wird. In allen diesen Literaturstellen wurden die multizellularen Organismen lediglich analysiert, wurden aber nicht ausgewählt und abgelagert. Ähnlich ist Analyse großer Mikrokugeln mit Flusszytometern Routine, solange wie die Querschnittsfläche der Flusszelle ausreichend ist, die Mikrokugel unterzubringen.
  • Auswahl und Ablagerung von nicht-multizellularen Organismen und anderen kleinen Objekten mit Flusszytometern ist gut bekannt. Das Verfahren, das verwendet wird, um spezifische Organismen oder Objekte (z. B. Mikrokugeln) auf Anweisung von dem Flusszytometer auszuwählen und abzulagern, besteht aus einem Mechanismus, die Richtung des fließenden Stroms von Organismen oder Objekten umzuschalten, der aus der Flusszelle des Flusszytometers hervorkommt, sodass analysierte Objekte speziell in einer Mikrotiterplatte oder einem ähnlichen Con tainer abgelagert werden können. Umschalten wird in einer festen Verzögerungszeit durchgeführt, nachdem das Flusszytometer einen gewünschten Organismus identifiziert hat. Die Verzögerung ist typischerweise in der Größenordnung von einer Millisekunde zu Dutzenden von Millisekunden. Das häufigste Verfahren, das in kommerziellen Zellensortierungseinrichtungen vorgefunden wird, ist elektrostatische Umlenkung von gewünschten Objekten, sobald sie aus einem Ausgangsport in der Flusszelle in Luft hervorgekommen sind. Elektrostatische Umlenkung wird durch geladene Platten bewerkstelligt, die in einem Strom von Tropfen arbeiten.
  • Elektrostatische Zellensortierungseinrichtungen sind jedoch speziell für einzelne Zellen gestaltet und zum Sortieren von großen Objekten, wie etwa Nematoden, Fruchtfliegenlarven, Zebrafischembryonen oder großen Mikrokugeln nicht von Nutzen. Dies ist so, da die Flusszelle einer elektrostatischen Zelle in Frequenzen von Dutzenden von Kilohertz mechanisch vibriert wird, um den Fluidstrom in (geladene oder nicht-geladene) Tropfen in der Luft mechanisch aufzubrechen, die in der Größenordnung von 50 μm im Durchmesser sind. Ein Tropfen dieser Größe ist für typische einzelne Zellen mit Durchmessern von 5 μm bis 30 μm optimal, er ist aber viel kleiner als die meisten multizellularen Organismen, die typischerweise in der Größenordnung von 1 mm in der Länge sind. Der mechanische Vibrationsschritt und das anschließende Aufbrechen des Stroms in kleine Tropfen ist für multizellulare Organismen typischerweise tödlich. Die Vibrationsfrequenz einer elektrostatischen Zellensortierungseinrichtung ist nicht variabel; deshalb kann man die Tropfengröße nicht ändern, um multizellulare Organismen unterzubringen. Des weiteren vibriert die ganze Flusszelle immer in dieser Frequenz, was es unmöglich macht, einzelne Tropfen auf Anweisung zu erstellen. JP 06 109617 A verwendet einen Gasstrom, um den Fluidprobenstrom zusammenzuziehen, um zarte Zellen vor elektrostatischer Sor tierung zu schützen. JP 62 229045 offenbart ein System, das Schaden an einer Zelle in einer elektrostatischen Sortierungseinrichtung reduziert, indem ein Gasfluss verwendet wird, um die Tropfen aufwärts zu blasen. EP-A-0 626 455 verwendet elektrostatische Sortierung mit einem kapselnden Material, um die Proben zu schützen.
  • In dem Fall von großen Mikrokugeln, die in kombinatorischer Chemie verwendet werden, gibt es keine Sorge, dass mechanische Vibration die Mikrokugel beschädigen wird. Ungeachtet dessen sind elektrostatische Sortierungseinrichtungen nicht in der Lage, derartige große Objekte effektiv auszuwählen und abzulagern. Dies ist ein Ergebnis der Geometrie, die mit den elektrostatischen Ablenkungsplatten verwendet wird. In den Spannungen, die gewöhnlich verwendet werden, führt statische Ladung zu einer Abweichung von nur einigen Grad. Es ist unmöglich, größere Abweichungen durch Erhöhen der Spannungen zu erzeugen, da Auffaltung auftreten wird. Eine adäquate Abweichung, um ausgewählte von zurückgewiesenen Tropfen zu trennen, wird erreicht, indem dem Strom erlaubt wird, einen ausreichenden Abstand über die geladenen Platten hinaus zu fallen. In dem Fall der typischen Tropfen von 50 μm fallen die Tropfen zusätzliche 2,5 cm über die Ablenkungsplatten hinaus. Falls die Tropfengröße auf 100 μm verdoppelt wird (immer noch nicht ausreichend, um eine Mikrokugel kombinatorischer Chemie von 100 μm unterzubringen), hat der größere Tropfen eine stark erhöhte Masse, was bedeutet, dass der Winkel der Abweichung kleiner ist; deshalb ist ein größerer Fallabstand notwendig, um adäquate Ablenkung zu erzeugen (d. h. der Ablenkungswinkel ist kleiner). Das Nettoergebnis ist, dass Tropfen von 100 μm einen Fallabstand von 20 cm erfordern. Mit einem derartigen großen Fallabstand werden winzige Instabilitäten in dem Flussstrom in merkliche Ablenkungen vergrößert. Die Mikrotiter der Platten in gegenwärtiger Verwendung können in der Größenordnung von einem bis zu einigen Millimetern im Durchmesser sein. Mit einem Fallabstand von 20 cm sind die meisten aktuellen elektrostatischen Sortierungseinrichtungen nicht in der Lage, ein derartiges kleines Ziel genau zu treffen. Das Problem wird sogar noch größer, wenn die Tropfengröße weiter erhöht wird, um Mikrokugeln von 400 μm oder multizellulare Organismen unterzubringen. Mit einer Tropfengröße von einem Millimeter (die Größe, die notwendig ist, um einen typischen Nematoden abzudämpfen), erhöht sich der Fallabstand auf ungefähr 125 cm, was es vollständig unmöglich macht, Tropfen in Zielcontainern von sogar mehreren Millimetern Durchmesser abzulagern. Somit sind elektrostatische Sortierungseinrichtungen für multizellulare Organismen oder andere große Objekte vollständig ungeeignet. Selbst wenn der Prozess den Organismus nicht tötet oder beschädigt, macht es die Ablenkungsgeometrie unmöglich, große Objekte genau abzulagern.
  • Es wurden andere Sortierungsverfahren in einem Versuch verwendet, die Nachteile elektrostatischer Sortierungseinrichtungen zu überwinden. JP 04 204254A offenbart ein System, worin eine Ausgangsdüse einer Analysekammer magnetischen neu positioniert wird, um den Pfad eines Fluidstroms in der Luft zu ändern. GB-A-3 318 720 verwendet ein Vakuum, um Partikel in Sammelröhren, die neu positioniert werden können, selektiv einzuziehen. JP 04 001568 verwendet Vakuum, um einen Probenstrom in der Luft selektiv in Sammelkammern einzuziehen. EP-A-0 422 616 verwendet Ströme eines Fluid, um einen Probenstrom in der Luft umzulenken und selektiv neu auszurichten. US-A-4 756 427 verwendet Druckwellen, um einen Probenstrom selektiv umzulenken.
  • EP-A-0 626 455 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für Analyse, Trennung und Mikro-Kapselung von Zellenelementen. Genauer wird darin offenbart, dass von einem Computer ein Polarisierungsimpuls zu einer Fokussierungskammer ankommt und polarisierte Partikel durch Platten mit einer konstanten Spannung von 2500 V so abgelenkt werden, um in einen Empfänger platziert zu werden, wobei somit Partikel durch zuerst ihr elektrisches Polarisieren und dann durch Anwenden eines elektrostatischen Feldes auf die elektrisch polarisierten Partikel abgelenkt werden.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Instrument und ein Verfahren eines relativ einfachen Aufbaus bzw. geeigneter Anwendbarkeit zum Auswählen und genauen Abgeben von multizellularen Organismen und anderen großen Objekten bereitzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch ein Instrument gemäß Anspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 21 erreicht.
  • Weitere Verbesserungen davon sind in den Unteransprüchen bezogen jeweils auf Anspruch 1 und 21 spezifiziert.
  • Das Instrument verwendet hydrodynamische Flussbedingungen in einer Ausrichtungskammer, um gestreckte multizellulare Probenorganismen auszurichten. und Organismen oder Objekte in der Mitte des Fluidflussstroms zu zentrieren, nachdem sie eines nach dem anderen eine Abtastungszone passiert haben, die vorzugsweise innerhalb der Kammer ist. In der Abtastungszone werden die ausgerichteten und zentrierten Objekte vorzugsweise durch einen Lichtstrahl abgefragt. Optische Detektoren empfangen gebrochenes, reflektiertes, fluoresziertes und gestreutes Licht von den befragten Objekten und geben entsprechende elektrische Signale aus. Ein Signalverarbeitungs-Computersystem verwendet diese Signale, um gewünschte analysierte Objekte auszuwählen. Ein erster Fluidschalter stromabwärts der Abtastungszone und außerhalb der Kammer reagiert auf Signale, die durch das Computersystem entwickelt werden. Wenn der Schalter offen ist, passiert der Flussstrom, der die Objekte enthält, den Schalter und gelangt in einen Sammlungscontainer. Wenn der Schalter geschlossen ist, lenkt ein Fluidstrom von dem Schalter den Flussstrom, der die analysierte Objekte enthält, ab und verhindert, dass er den Sammlungscontainer erreicht.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann der Fluidschalter eine geschaltete Quelle von komprimiertem Gas mit einem Gas enthalten, das zu einem Standort stromaufwärts von der Abtastungszone und außerhalb der Kammer gerichtet wird. Die geschaltete Quelle aus komprimiertem Gas kann eine Quelle von komprimiertem Gas und ein elektrisch betriebenes Ventil, wie etwa ein Solenoidventil, enthalten, um einen Gasstrom von der Quelle von komprimiertem Gas zu unterbrechen. Die geschaltete Quelle von komprimiertem Gas kann betriebsfähig sein, mit dem Fluidflussstrom, der Objekte von der Abtastungszone überträgt, mit einer ausreichenden Kraft zu interagieren, um den Trägerfluid in einen Strahl von Tropfen zu wandeln.
  • Eine Probenquelle kann betriebsfähig sein, einen Fluid, der eine ausreichend geringe Konzentration von großen Probenobjekten überträgt, zu versorgen, dass die Objekte im wesentlichen eines in einem Zeitpunkt durch die Abtastungszone fließen. Der Fluidschalter kann auf ein verzögertes Erfassungssignal von dem Computersystem reagieren. Der Fluidschalter kann betriebsfähig sein, nur vorbestimmte Beträge eines Fluid mit dem ausgewählten Probenobjekt zu enthalten. Das Computersystem kann betriebsfähig sein, den Schalter zu veranlassen, ein Objekt in einem Zeitpunkt auszuwählen, wobei jedes Objekt durch ein vorbestimmtes Volumen eines Fluid begleitet wird.
  • Eine Illuminationsquelle kann zu der Abtastungszone gerichtet werden, wobei der Detektor ein optischer Detektor ist. Das Computersystem kann betriebsfähig sein, die Länge von mindestens einem der ausgewählten Objekte zu bestimmen, indem die Zeit gemessen wird, die das mindestens eine der Objekte benötigt, um zwischen dem Detektor und der Illuminationsquelle zu passieren. Der Detektor kann ein Detektor auf einer Achse sein, der sich über der Abtastungszone entlang einer Illuminationsachse der Illuminationsquelle befindet. Der Detektor kann ein Detektor außerhalb einer Achse sein, die zu einer Illuminationsachse der Illuminationsquelle im allgemeinen senkrecht ist. Ein Detektor auf einer Achse kann sich über der Abtastungszone entlang der Illuminationsachse der Illuminationsquelle befinden. Die Illuminationsquelle kann ein fokussierter Laser geringer Leistung sein. Die Abtastungszone kann eine Breite von ungefähr 10–40 μm haben. Die Abtastungszone kann einen quadratischen Querschnitt haben. Die Ausgangsöffnung der Probenquelle kann von der Abtastungszone durch ein gesamtes Leitungsvolumen von weniger als 500 Mikrolitern getrennt sein. Ein zweiter Fluidschalter stromabwärts des ersten Fluidschalters und außerhalb der Kammer kann die ausgewählten Objekte in unterschiedliche Container abgeben.
  • In einem anderen allgemeinen Aspekt wird ein Abgabeinstrument für einen multizellularen Organismus oder einen großen Partikel offenbart, das enthält Mittel zum Ausrichten der Organismen oder Objekte in einem Fluidstrom in einer Richtung parallel zu einer Flussrichtung des Fluidstroms, Mittel zum Erfassen des Vorhandenseins der Organismen oder Objekte in dem Fluidstrom, die sich stromabwärts der Mittel zum Ausrichten befinden, und Mittel zum selektiven Umlenken von Abschnitten des Fluid, wobei sich die Mittel zum selektiven Umlenken stromabwärts von den Mitteln zum Erfassen befinden, außerhalb irgend einer Kammer sind, die die Mittel zum Ausrichten enthält und auf die Mittel zum Erfassen reagieren.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann das Abgabeinstrument für einen multizellularen Organismus oder ein großes Objekt ferner enthalten Mittel zum Umlenken einer Ausgabe des Mit tels zum Bestimmen relativ zu einem ersten Container, um dadurch weitere der Organismen in einen zweiten Container abzugeben. Das Mittel zum selektiven Umlenken kann dazu da sein, nur einen vorbestimmten Umfang eines Fluid mit jedem der ausgewählten Organismen zu enthalten.
  • In einem weiteren allgemeinen Aspekt wird ein Verfahren zum Abgeben von multizellularen Organismen und großen Objekten offenbart, das enthält Zentrieren und Ausrichten der Organismen oder Objekte in einer Längsausrichtung in einer Kammer, Fließen der Organismen in der Längsausrichtung durch die Mitte einer Abtastungszone mit einem Trägerfluid und Erfassen des Vorhandenseins der Organismen oder Objekte in der Abtastungszone. Mindestens einiges des Trägerfluid wird durch Mittel zur Umlenkung basierend auf dem Schritt zum Erfassen einiger der Organismen oder Objekte umgelenkt, und einige der Organismen oder Objekte, die in Abschnitten des Trägerfluid verbleiben, die nicht umgelenkt wurden, werden gesammelt. Die Mittel zur Ablenkung sind außerhalb der Kammer angeordnet.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann der Schritt zum Umlenken einen Schritt zum Wandeln des Trägerfluid in einen Strahl von Tropfen (Tropfennebel) enthalten. Der Schritt zum Umlenken kann für eine vorbestimmte Zeitperiode für jeden der erfassten Organismen stattfinden. Das Verfahren kann auch einen Schritt zum Illuminieren der Abtastungszone enthalten, mit dem Schritt zum Erfassen von Licht von dem Schritt zum Illuminieren. Der Schritt zum Erfassen kann einen Detektor auf einer Achse und einen Detektor außerhalb einer Achse einsetzen und Signale von diesen Detektoren kombinieren. Der Schritt zum Zentrieren kann einen Schritt zum Befördern eines Hüllenfluid vorbei an einer Düse enthalten. Der Schritt zum Befördern kann mit einer maximalen Reynolds-Zahl von ungefähr einhundert durchgeführt werden. Das Verfahren kann ferner enthalten einen Schritt zum Sortieren der Organismen oder Ob jekte in eine Vielzahl von Kategorien nach dem Schritt zum Umlenken, wobei der Schritt zum Sammeln die Organismen oder Objekte in eine Vielzahl unterschiedlicher Container platziert. Das Verfahren kann ferner enthalten den Schritt zum Aussetzen der Organismen, die in dem Schritt zum Sammeln gesammelt werden, einem pharmazeutischen Wirkstoff, der durch ein großes Objekt hervorgebracht werden kann. Der Schritt zum Abgeben der Organismen kann Abgeben vorbestimmter Zahlen von Nematoden in jeden einer Zahl von Containern enthalten. Der Schritt zum Fließen kann Bezugspartikel zusammen mit den Nematoden einführen. Der Schritt zum Abgeben kann Abgeben nur von multizellularen Organismen mit einer bestimmten Charakteristik in einen gegebenen Container enthalten.
  • In einem anderen allgemeinen Aspekt wird ein Abgabeinstrument offenbart, das enthält eine Quelle von Organismen oder großen Objekten, eine Abtastungszone, die auf Vorhandensein von Organismen oder Objekten reagiert, einen Detektor, der zu der Abtastungszone gerichtet ist, und eine erste geschaltete Quelle eines Fluid mit einem Ausgang, der zu einem Standort stromabwärts des Detektors gerichtet ist und einen Steuereingang hat, der auf den Detektor reagiert.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann die geschaltete Quelle eines Fluid eine Quelle von komprimiertem Gas und ein elektrisch betriebenes Ventil, wie etwa eine Solenoidventil, enthalten, um einen Gasstrom von der Quelle von komprimiertem Gas zu unterbrechen. Die geschaltete Quelle eines Fluid kann betriebsfähig sein, mit einem Fluidstrom von dem Detektor mit einer ausreichenden Kraft zu interagieren, um den Fluid in dem Detektorfluidstrom in einen Strahl von Tropfen zu wandeln. Die geschaltete Quelle eines Fluid ist nicht in irgend einer Flusskammer enthalten, um nicht Fluidinstabilitäten einzuführen. Die geschaltete Quelle eines Fluid kann auf ein Verzögerungserfassungssignal von dem Detektor reagieren. Der Abgabefluidschalter kann betriebsfähig sein, vorbestimmte Beträge von Detektorfluid-Stromfluid wiederholt nicht-umgelenkt zu lassen. Das Abgabeinstrument kann ferner eine zweite geschaltete Quelle eines Fluid enthalten, die positioniert ist, einen Fluid umzulenken, der durch die erste geschaltete Quelle eines Fluid nicht-umgelenkt gelassen wird.
  • In einem weiteren allgemeinen Aspekt wird ein Abgabeinstrument offenbart, das enthält ein Mittel zum Bereitstellen eines Fluidstroms, der Objekte überträgt, wobei sich das Mittel zum Bereitstellen innerhalb einer Flusskammer befindet, ein Mittel zum Erfassen des Vorhandenseins der Objekte in dem Fluidstrom, wobei sich das Mittel zum Erfassen stromabwärts von dem Mittel zum Bereitstellen befindet, ein erstes Mittel zum selektiven Richten eines Gasstroms zu dem Fluidstrom, um Abschnitte des Fluid umzulenken, wobei sich das Mittel zum selektiven Richten stromabwärts des Mittels zum Erfassen befindet, außerhalb der Kammer, und auf das Mittel zum Erfassen reagiert.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann ein zweites Mittel bereitgestellt werden zum selektiven Richten einer Ausgabe des ersten Mittels zum selektiven Richten, relativ zu einem ersten Container, um dadurch Abschnitte des Fluidstroms in einen zweiten Container abzugeben. Das Mittel zum selektiven Richten kann dazu dienen, nur einen vorbestimmten Umfang des Fluid mit jedem der ausgewählten Objekte zu enthalten.
  • In einem anderen allgemeinen Aspekt wird ein Abgabeverfahren offenbart, das enthält Einspeisen von Objekten durch die Mitte einer Abtastungszone mit einem Trägerfluid, Erfassen des Vorhandenseins der Objekte, Umlenken von mindestens einigem des Trägerfluid basierend auf dem Schritt zum Erfassen und Sammeln einiger der Objekte, die in Abschnitten des Trägerfluid verbleiben.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann der Schritt zum Umlenken einen Schritt zum Wandeln des Trägerfluid in einen Strahl von Tropfen enthalten. Der Schritt zum Umlenken kann für eine vorbestimmte Zeitperiode für jedes der Objekte stattfinden. Der Schritt zum Umlenken ist von dem Schritt zum Erfassen physikalisch entfernt, um Einführung von Fluidinstabilitäten zu vermeiden. Das Verfahren kann ferner enthalten einen Schritt zum Sortieren der Objekte in eine Vielzahl von Kategorien nach dem Schritt zum Umlenken, und der Schritt zum Sammeln kann die Objekte in eine Vielzahl unterschiedlicher Container sammeln. Das Verfahren kann ferner enthalten den Schritt zum Aussetzen der Objekte, die in dem Schritt zum Sammeln gesammelt werden, einem pharmazeutischen Wirkstoff. Der Schritt zum Abgeben der Objekte kann Abgeben vorbestimmter Zahlen der Objekte in jeden einer Zahl von Container enthalten. Der Schritt zum Einspeisen kann Bezugspartikel mit den Objekten einspeisen. Der Schritt zum Abgeben kann Abgeben nur von Objekten mit einer bestimmten Charakteristik in einen Container enthalten.
  • Systeme gemäß der Erfindung können helfen, zu beschleunigen und die Kosten pharmazeutischer Entwicklung zu reduzieren. Durch rasches Sortieren und Ablagern großer Zahlen lebendiger Populationen mit bestimmten Charakteristika kann ein Sortierungsinstrument gemäß der Erfindung erlauben, viele Mischungen in den sortierten Organismen in einer gegebenen Zeitperiode zu testen. Indem erlaubt wird, dass bestimmte Typen von multizellularen Organismen aus großen Populationen ausgewählt werden, können einzelne mit seltenen Mutationen gesammelt und rascher untersucht werden. Indem die Auswahl und genaue Ablagerung großer Mikrokugeln gestattet wird, die Testmischungen tragen, können die Testorganismen und Testmischungen rasch und genau kombiniert werden. Als ein Ergebnis können mehr Experimente in der gleichen Zeitperiode durchgeführt werden, und diese Experimente können bei geringerem Aufwand durchgeführt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Skizze des Analyse- und Abgabensystems der vorliegenden Erfindung;
  • 2A ist ein Blockdiagramm des Systems, das eine detailliertere Ansicht der Flusszelle und Probe und Hüllenkammern zeigt;
  • 2B ist ein Blockdiagramm des Systems, das eine detailliertere Ansicht des Systems stromabwärts von der Flusszelle zeigt;
  • 3 ist ein schematischer Querschnitt einer Flusszelle zur Verwendung in dem System von 2;
  • 4 ist ein Diagramm, das die Ausrichtung gestreckter Probenorganismen in der Hüllenflusszelle von 3 veranschaulicht;
  • 5A ist ein axialer Querschnitt einer Abtastungskammer einer Flusszelle und eines Detektors für das System von 2;
  • 5B ist ein Längsquerschnitt der Abtastungszone mit der Flusszelle und dem Detektor für das System von 2;
  • 6 ist ein Längsquerschnittsdiagramm, das die Beziehung zwischen einem Nematoden und einer optischen Abtastungszone der einer Hüllenflusszelle für das System von 2 veranschaulicht;
  • 7 ist eine schematische Zeichnung der Spannung gegenüber der Zeit für ein Lichtblockierungssignal in dem System von 2;
  • 8A ist ein Blockdiagramm eines ersten alternativen Fluidansteuersystems für das System von 2;
  • 8B ist ein Querschnittsdiagramm einer Spritze für das System von 8A;
  • 9 ist ein Blockdiagramm eines zweiten alternativen Fluidansteuersystems für das System von 2;
  • 10A ist eine schematische Zeichnung der Spannung gegenüber der Zeit für ein Lichtblockierungssignal, das durch einen erwachsenen Nematoden und ein übereinstimmendes Ei erzeugt wird;
  • 10B ist eine schematische Zeichnung der Ableitung des Signals von 10A;
  • 11 ein Flussdiagramm, das die gesamte Operation des Systems von 1 veranschaulicht;
  • 12 ist ein schematischer Querschnitt von Sektionen einer Ausführungsform des Abgabensystems für große Objekte von 1; und
  • 13 ist ein Diagramm, das einen Nematodenfluss mit der Zeit und entsprechende elektronische Signale für einen Nematoden in einem anderen Maßstab veranschaulicht, für die Abgabensystemabschnitte von 12.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Beschreibung wird bereitgestellt, um einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung durchzuführen und zu verwenden, und legt die besten Modi dar, die durch den Erfinder zum Ausführen dieser Erfindung betrachtet werden. Einem Fachmann werden jedoch verschiedene Modifikationen rasch offensichtlich sein, da die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Erfindung hierin speziell definiert wurden, um eine Einrichtung zum Auswählen und Ablagern von gestreckten multizellularen Organismen oder anderen großen Objekten unter Verwendung eines Fluidschalters hoher Geschwindigkeit und eines gesteuerten Fluidstroms, um nicht ausgewählte Organismen abzulenken, vorzusehen.
  • Diese Anmeldung verweist wiederholt auf große Objekte und multizellulare Organismen. Mit "groß" sind Objekte oder Organismen gemeint, die beträchtlich größer als jene sind, die durch eine herkömmliche elektrostatische Sortierungseinrichtung analysiert und sortiert werden, die normalerweise Objekte in der Größenordnung eines Durchmessers von 10 μm mit Tropfen in der Größenordnung eines Durchmessers von 50 μm sortiert. Große Objekte sind größer als ein Durchmesser von 50 μm und haben vorzugsweise mindestens eine Abmessung, die zwischen 70 und 500 μm oder größer reicht. Die Tropfengrößen, die mit der gegenwärtigen Erfindung eingesetzt werden, sind im Durchmesser mindestens 100 μm und im Durchmesser vorzugsweise 1 mm. Somit sind "große" Objekte mindestens in einer Größenordnung einer Größe, die größer als jene ist, die durch herkömmliche elektrostatische Sortierungseinrichtungen behandelt werden.
  • 1 zeigt eine äußerst schematische Darstellung des Instrumentes der vorliegenden Erfindung. Es sollte den hervorspringenden Elementen der vorliegenden Erfindung Aufmerksamkeit geschenkt werden. Große Probenobjekte von einer Quelle 46 werden in einem Fluidstrom in einer Flusskammer 16 durch hydrodynamische Fokussierung zentriert und ausgerichtet. Detektoren erfassen Charakteristika von Probenobjekten in dem Flussstrom. Stromabwärts der Detektoren und von den Detektoren physikalisch getrennt, um Ausbreitung von Fluidinstabilitäten zu vermeiden, lenkt ein Steuerstrom eines Fluid unter der Steuerung eines elektronischen Ventils 20 Abschnitte des Probenstroms um, die nicht erwünscht sind. Probenstromabschnitte, die Probenobjekte enthalten, die vorbestimmte Charakteristika erfüllen, werden nicht umgelenkt und passieren in einen einer Vielzahl von Containern 82, die indiziert werden können.
  • Bezug nehmend auf 2 enthält ein Abgabensystem 10 für gestreckte multizellulare wirbellose Tiere, wie etwa Nematoden, oder für andere große Objekte ein Hüllenfluidansteuersystem 12, ein Nematodenfluidansteuersystem 14, eine Hüllenflusszelle 16, ein Erfassungssystem 18, ein Sortierungsstellglied 20, ein Containerbetätigungssystem 22 und einen Diagnose- und Steuerprozessor 24. Das Hüllenfluidansteuersystem enthält einen ersten Stufenregulator 30, der eine Eingangsöffnung für eine unter Druck gesetzte Gasquelle hat, wie etwa eine Stickstoff- oder Quelle komprimierter Luft von 25–30 psig. Ein zweiter Stufenregulator hat einen Eingang, der mit dem ersten Stufenregulator verbunden ist, und einen Ausgang, der Gas in einem regulierten Druck zu einem Hüllenfluidreservoir 34 abgibt. Ein elektronischer Pegelsensor 35 steuert eine Hüllenfluideingabeleitung 33, um einen konstanten Pegel in dem Reservoir zu unterhalten. Ein Partikelfilter 36 ist zwischen einem Ausgang des Hüllenfluidreservoirs und einer Eingangsöffnung 38 der Flusszelle verbunden um zu verhindern, dass beliebige Artikel in dem Hüllenfluid in die Flusszelle passieren.
  • Ein Probenfluidansteuersystem enthält ähnlich einen ersten Stufenregulator 40, der mit einer unter Druck gesetzten Gas quelle verbunden ist, wie etwa einer unter Druck gesetzten Stickstoff- oder Luftquelle von 25–30 psig. Ein zweiter Stufenregulator 42 ist zwischen dem ersten Stufenregulator 40 und einem Eingang eines Probendruckgefäßes 44 verbunden, das mit einer eingespannten Kappe 50 versiegelt ist. Das Probendruckgefäß 44 enthält ein Probenspeicherreservoir 46, das an einer Mischeinrichtung 48 montiert ist. Die multizellularen Probenorganismen, wie etwa Nematoden, werden in das Probenspeicherreservoir 46 platziert. Die Mischeinrichtung 48 kann ein magnetischer Rührer sein, der Klingen enthält, die einen Auftrieb in dem Fluid erzeugen, der die suspendierten Probenorganismen oder Objekte enthält. Eine Ausflussleitung ist zwischen dem Probenspeicherreservoir 46 und einem Probenspeiseeingang 52 der Flusszelle 16 vorgesehen. Die Flusszelle 16 enthält eine Probenspeisekammer 54, eine Hüllenfluidkammer 56 und eine Abtastungskammer 58. Um in kommerziellen Umgebungen effektiv zu arbeiten, sollte das tote Volumen in der Ausflussleitung und Flusszelle gering sein, wie etwa kleiner als 500 Mikroliter.
  • Das Erfassungsteilsystem 18 enthält eine Quelle 60 und einen Detektor 62, die auf einer von beiden Seiten der Abtastungskammer 58 platziert sind. Die Quelle kann eine optische Quelle sein, wie etwa ein Laser (z. B. ein Halbleiterlaser oder ein Helium-Neon-(HeHe)Laser). Die Quelle kann auch eine nicht-optische Quelle sein, oder sich kann sogar weggelassen werden, wie etwa wenn chemisch luminiszierende, phosphoriszierende oder radioaktive Markierungen in den Organismen oder Objekten selbst verwendet werden. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet einen optischen Detektor, kann aber einfach mit einem zusätzlichen Detektor für nicht-optische Abstrahlung, Magnetismus oder andere physikalische Eigenschaften ergänzt werden, der Organismen oder andere analysierte Objekte unterscheiden kann. Ein optischer Detektor kann eine Fotodiode, oder ein beliebiger anderer geeigneter Typ eines optischen oder nicht-optischen Detektors sein. Es kann auch ein zweiter Detektor außerhalb einer Achse vorgesehen sein, wie etwa, um Licht zu erfassen, das von der Abtastungskammer in rechten Winkeln gestreut wird. Der Detektor außerhalb der Achse befindet sich allgemein senkrecht zu einer Illuminationsachse der Quelle.
  • Das Sortierungsstellglied 20 kann eine geschaltete Quelle eines Fluid sein. Ein Beispiel wäre ein Ventil hoher Geschwindigkeit, das Luft von einer unter Druck gesetzten Luftquelle umschaltet. In Ventile hoher Geschwindigkeit, die für Tintenstrahldruckanwendungen hergestellt werden, haben geeignete Charakteristika. Geeignete Ventile dieses Typs enthalten die INKA-Serie (z. B. INKA4004212H) Miniatur-Solenoidventile, die von Lee Company of Westbrook, Connecticut, verfügbar sind. Diese Ventile können von einer Niederspannungsquelle in Raten bis zu 1200 Hz arbeiten, was dem System einfach erlaubt, Raten von 50 Probenorganismen pro Sekunde oder besser zu handhaben, obwohl Raten von 10 oder 20 Organismen pro Sekunde zum Abgeben in 96-Wannenplatten relativ befriedigend sind. Ein äußerst wichtiger Aspekt der gegenwärtigen Erfindung ist die Platzierung des Stellgliedes 20. Die Objekte, die zu analysieren und abzulagern sind, werden ausgerichtet und vorzugsweise erfasst innerhalb einer Flusskammer; das Stellglied 20 muss stromabwärts und außerhalb dieser Flusskammer platziert sein, sodass der Umlenkungsprozess physikalisch von der Kammer isoliert ist. Anderenfalls würden Fluidstörungen, die durch den Umlenkungsprozess eingeführt werden, Analyse und Auswahl von großen Objekten in einer beliebigen vernünftig hohen Geschwindigkeit verhindern.
  • Eine Rinne 21 ist quer von dem Stellglied auf eine derartige Weise platziert, um Tiere oder Objekte zu fangen, die abgelenkt werden, wenn das Stellglied in seinem offenen Zustand ist. Wenn das Stellglied geschlossen ist, passiert der Pro benstrom, der die Probenorganismen enthält, durch die Flusszelle und in den Sammlungscontainer, wie etwa einen Mikrotiter einer Mikrotiterplatte. Wenn das Stellglied offen ist, wird der Probenstrom in der Rinne 21 umgelenkt und erreicht den Mikrotiter nicht. Klar arbeitet ein derartiger Ablenkungsprozess optimal, wenn die Ablenkung außerhalb und weg von der Flusskammer geschieht.
  • Das Containerbetätigungssystem 22 enthält eine Platte 80 (z. B. einer Mikrotiterplatte), die eine Vielzahl von Containern 82A ... 82N (z. B. Mikrotiter) enthält, in die das System die Probenorganismen abgibt. Die Platte ist an einem Plattenstellglied 84 montiert, das einen Ansteuermechanismus enthält. Der Ansteuermechanismus platziert die Container der Platte in den Ausflusspfad der Flusszelle 16 aufeinanderfolgend. Der Ansteuermechanismus ist unter einer Steuerung des Diagnose- und Steuerprozessors 24.
  • Der Diagnose- und Steuerprozessor 24 enthält eine Akquisitionsschnittstelle 70 mit einem Eingang, der auf den Detektor 62 reagiert. Er enthält auch ein Allzweck-Operationsmodul, und ein oder mehr Protokollmodule 76, 78, 80. Eine Tastatur 82 (oder ein ähnliches Dateneingabemittel) ist mit dem Berechnungssystem betriebsmäßig verbunden, das auch eine Anzeige 84 ansteuert. Der Diagnose- und Steuerprozessor 24 enthält auch eine Steuerschnittstelle 72, die dem Stellglied 20 ein Stellgliedsteuersignal und ein Quellensteuersignal, um die Quelle 60 zu steuern, bereitstellen kann.
  • Der Diagnose- und Steuerprozessor 24 kann dedizierte Hardware, Software eines speziellen Zwecks, die auf einem Allzweck-Computerprozessor läuft, oder eine Kombination der beiden enthalten. Die Entscheidung, irgend eine spezifische Funktionalität zu implementieren, die einen bestimmten Ansatz verwendet, wird auf einer Zahl von ökonomischen und techni schen Betrachtungen und Kompromissen beruhen. Z. B. kann die Akquisitionsschnittstelle 70 das Signal, das von dem Detektor 62 empfangen wird, filtern und konditionieren, unter Verwendung entweder analoger Schaltungstechnik oder Softwaresignalverarbeitungsroutinen oder eines Hardware-DSP (digitaler Signalprozessor). Die Ziele des Systems können auch durch Varianten der gezeigten Architektur erreicht werden. Z. B. kann das Plattenstellglied durch eine Steuervorrichtung gesteuert werden, die von dem Diagnose- und Steuerprozessor unabhängig ist, wie etwa einem dedizierten Füllgraddetektor. Es können auch Änderungen an den hydraulischen Abschnitten des Systems durchgeführt werden, ohne seine Funktionalität oder Ziele zu beeinträchtigen, solange wie gewisse Punkte beachtet werden: der Fluidumlenkungsprozess muss von den Ausrichtungs- und Erfassungsprozessen physikalisch isoliert sein. Ein optimales Verfahren zum Erreichen dieser Isolation besteht darin, die Fluidumlenkung stromabwärts und außerhalb der Flusskammer zu platzieren, wo die Fluidumlenkung in einem Probenstrom in Luft arbeitet. Dies macht es unmöglich, dass Fluidinstabilitäten, die durch den Umlenkungsprozess verursacht werden, stromaufwärts in die Erfassungszone übertragen werden, wo sie den gesamten Prozess unterbrechen würden.
  • Bezug nehmend auf 2 und 11, beginnt eine Operation des Systems 10 mit der Benutzerauswahl eines Protokolls für eine bestimmte Abgabeoperation (Schritt 100). Dies kann durch Aufrufen eines der Protokollmodule 76, 78, 80 bewerkstelligt werden, die unterschiedliche Typen von Operationen handhaben. Z. B. erlaubt ein einfaches Zählmodul dem System, eine feste Zahl von Probenorganismen in jeden der Container 82A ... 82N abzugeben. Ein kompliziertere Zähloperation kann die Organismen zählen, während unerwünschtes Material beseitigt wird, wie etwa Eier etc. Noch weiter ausgearbeitete Protokolle können die Charakteristika von einzelnen Organismen oder Partikeln erfassen und nur jene mit bestimmten Entwicklungs-, ge netischen oder anderen Charakteristika auswählen, wie etwa durch Erfassen einer radioaktiven oder fluoreszierenden Markierung in dem Organismus oder Partikel oder durch Erfassen einer bestimmten Größe oder Form des Objektes. Noch komplexere Protokolle erlauben Teilen des Systems, Objekte in zwei oder mehr Teilpopulationen zu sortieren, während auch unerwünschtes Material (z. B. Organismen der falschen Stufe oder Typs oder Fremdkörper oder Partikel der falschen Größe etc.) zurückgewiesen werden.
  • Der erste Schritt, der durch das Protokoll spezifiziert wird, besteht darin, von dem Detektor 62 ein Signal zu erlangen, das die Interaktion zwischen Licht von der Quelle 60 und Probenobjekten in der Abtastungskammer 58 darstellt, wenn ein optisches Erfassungsschema eingesetzt wird (Schritt 102). Der Diagnose- und Steuerprozessor 24 führt dann Signalverarbeitungsoperationen, wie etwa Filtern, in dem erlangten Signal durch, um die Erfassung eines Probenobjektes zu verbessern (Schritt 104). Das Computersystem testet das verarbeitete Signal auf eine Erfassungsbedingung, bis ein Zielobjekt gefunden ist (Schritt 106). Die Erfassungsbedingung kann sich für unterschiedliche Protokolle unterscheiden. Z. B. kann das Computersystem nur Tiere mit übereinstimmenden Eiern, oder andere Fremdkörper suchen. Alternativ kann es erforderlich sein, dass ein Probenorganismus oder Partikel bestimmte Größen- oder Formkriterien erfüllt.
  • Unterschiedliche Typen von Detektoren können auch mit unterschiedlichen Erfassungsbedingungen in Verbindung stehen. Z. B. kann ein Strahlungszähler eine Strahlungspegelschwelle abtasten müssen, um eine radioaktive Markierung in einem Tier zu erfassen. Ein magnetischer Sensor kann magnetische Partikel erfassen, die in kombinatorischer Chemie verwendet werden. Alternativ kann ein optischer Detektor einen bestimmten Pegel von Licht abtasten müssen, um eine bioluminiszierende, chemo luminiszierende, phosphoriszierende oder fluoreszierende Markierung zu erfassen. Wenn der Computer ein Zielobjekt findet, das die richtigen Kriterien erfüllt, unterbricht das Ventil des Sortierungsstellgliedes 20 den Gasfluss, der in dem Probenstrom gerichtet ist, der die Flusszelle 16 verlässt (Schritt 108) für eine vorbestimmte Zeitperiode entsprechend der Länge des Zielobjektes. Dies verhindert, dass ein großes Objekt unbeabsichtigt in die Rinne 21 geblasen wird. Falls dies nicht das letzte Objekt ist, das in einem bestimmten Container benötigt wird, setzt das System fort, die Signale zu erlangen, zu verarbeiten und zu testen, bis entweder ein anderes Zielobjekt erfasst ist, bis ein Timer abläuft oder bis ein Fehlersignal angetroffen wird (Schritt 110). Wenn das System die Zielzahl für den Container erreicht, und andere Container bleiben, die zu füllen sind (Schritt 112), instruiert die Steuerschnittstelle 72 des Computersystems 24 das Plattenstellglied 84, die Platte 80 vorzurücken (Schritt 114). Nachdem die Platte vorgerückt wurde, wird das Signal erneut erlangt, verarbeitet und getestet, um Objekte auszuwählen, um sie in den nächsten Container abzugeben.
  • Komplexere Protokolle können ein Paar von Sortierungsstellgliedern 20' oder ein mehrstufiges Stellglied betreiben, um Zielobjekte zu drei oder mehr Zielen zu richten, wie etwa ein Gefäß, eine erste Rinne 21 oder eine zweite Rinne 21', die stromabwärts der ersten Rinne 21 platziert ist (siehe gestrichelte Linien in 1). In diesem Typ einer Konfiguration kann das System eine Population von Probenobjekten in zwei Teilpopulationen einfach trennen, während auch unerwünschtes Material zurückgewiesen wird. Erneut sind beide Sortierungsstellglieder stromabwärts von und außerhalb der Flusskammer, sodass der Sortierungsprozess Fluidinstabilitäten nicht einführen kann.
  • Bezug nehmend auf 3 und 4 ist die Flusszelle 16 aufgebaut, die gestreckten Probenorganismen in der Erfassungskammer zu zentrieren und auszurichten. Unterschiedliche Geschwindigkeiten innerhalb des Fluid in der Flusszelle bewirken, dass die Organismen mit der Flussrichtung ausgerichtet werden. Dies geschieht, da sich ein Fluid, der weiter von der Mitte der Zelle fließt (z. B. 86), in einer schnelleren Rate als ein Fluid bewegt, der näher zu der Mitte der Zelle 87 fließt (z. B. ein Fluid entlang Linie 88). Dieser Geschwindigkeitsunterschied bewirkt, dass die Organismen in nahezu allen Fällen ausgerichtet werden. Obwohl gelegentliches Falten der Probenorganismen auftreten kann, können derartige Organismen durch den Sortierungsmechanismus zurückgewiesen werden.
  • Der Ausrichtungseffekt der Flusszelle 16 kann durch eine Abbildung einer Strähne von schlaffen Spagetti bildhaft dargestellt werden, die sich durch Wasser um eine schneidende glatte Stange bewegt. Die Spagetti wird sich praktisch immer gerade machen und von der Stange gleiten wegen dem nicht ausgeglichenen Zug in dem längeren Ende der Strähne. Der einzige Fall, wo dies nicht auftritt, ist, wenn die Stange genau in der Mitte der Strähne ist.
  • Die Flusszelle 16 ist konfiguriert, die Hüllenflussflüssigkeit zu veranlassen, an der Öffnung des Probenorganismenspeiserohres 54 in einer Rate vorbei zu fließen, die die Reynolds-Zahl des Hüllenfluid unter ungefähr einhundert beibehält. Beibehaltung der Reynolds-Zahl unter ungefähr einhundert stellt sicher, dass der Fluss laminar und ohne Van-Karman-Instabilität ist, was hilft, die Probenorganismen in der Abtastungskammer zentriert zu halten. Die Reynolds-Zahl wird durch Behandeln der Kante 55 der Öffnung des Probenflussrohres 54 als ein Klippenobjekt berechnet. Die Hydrodynamik von Klippenobjekten wird z. B. in Sektionen 9.1–9.2 von "Principles of Heat Transfer" von Frank Kreith, International Textbook Company, Scranton, PA, 1966 erörtert.
  • Es ist wichtig, die Probenorganismen in dem Flussstrom zu zentrieren, da die Geschwindigkeit des Fluid quer über den Durchmesser der Abtastungskammer 58 nicht die gleiche ist. Da Fluidviskosität, Dichte und Geschwindigkeit, die in dem System verwendet werden, ausgewählt werden, um einen laminaren Fluss zu ergeben, ist das Geschwindigkeitsprofil in der Erfassungszelle parabelförmig. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit über eine vernünftig breite Region der Mitte der Zelle maximal und ungefähr konstant ist, und in der Grenze zwischen dem Fluid und der Zellenwand Null ist. Als ein Ergebnis werden zentrierte Probenorganismen alle in einer einzelnen Geschwindigkeit fließen und einander nicht passieren oder zusammen "bündeln". Falls die Organismen nicht zentriert wären, könnten jene nahe der Wand langsamer als jene in der Mitte fließen, was zu einer "Zufallszählung" (z. B. mehr als ein einzelner Organismus in einem Zeitpunkt, der die Abtastungszone passiert) führen könnte, sogar wenn die Lösung von Organismen in der Probenorganismenkammer kalkuliert wurde, eine derartige Zufälligkeit zu vermeiden. Fehlen von Zentrierung könnte auch bedeuten, dass sich nach Erfassung ein Organismus nahe der Wand so langsam bewegen kann, dass ihn andere Organismen passieren könnten, in den Fluidraum eintreten, der für den langsameren Organismus reserviert war, und falsch abgegeben werden. Es ist wesentlich, den Probenfluid nicht mit dem Hüllenfluid zu vermischen, bis die zwei in den Container abgegeben sind.
  • Bezug nehmend auf 5A, 5B und 6 hat die Abtastungskammer 58 einen rechteckigen Querschnitt. Diese Form macht es einfach, die Zelle optisch auszurichten, und sie sollte in richtiger Ausrichtung für Monate ohne einen Eingriff eines Bedieners bleiben. Die Form des Strahls in der Fokusregion, oder "Abtastungszone", ist äußerst wichtig. Der Strahl sollte in der x-Richtung (d. h. entlang des Strahls) breit sein, und in der z-Richtung (d. h. entlang der horizontalen Achse) eng sein. Aus der Sicht von optischen kinematischen Design ist die einzige schwierige Ausrichtungsrichtung in dem System die x-Richtung, was deshalb ist, warum ein breiter vergebender Strahl in dieser Dimension verwendet wird. Ein scharfer Fokus (5B) in der z-Dimension gestattet dem System, einen Probenorganismus entlang seiner Achse (Länge) durch Messen seiner "Flugzeit" durch die Abtastungszone zu messen. In einer Ausführungsform ist, optimiert für Organismen mit einem Durchmesser von ungefähr 70 μm, die optische Abtastungszone 20 μm stark in der z-Richtung, und die Abtastungskammer ist 300 μm breit in den x- und y-Richtungen. Die relativen Positionen der Quelle 60, der Abtastungskammer 58 und des Detektors 62 veranlassen den Detektor, Lichtblockade zu messen. Wenn ein Probenorganismus in die Abtastungszone passiert, wird einiges Licht aus dem Strahl gestreut (Haupteffekt), während einiges Licht absorbiert wird (Nebeneffekt). Beide diese Effekte arbeiten zusammen, um den Lichtpegel in dem Detektor abzusenken, wenn ein Organismus die Abtastungskammer passiert. Der Abfall in dem Licht, das von der Quelle zu dem Detektor durchläuft, kann als eine Zählung durch einen elektronischen Schwellendetektor einfach registriert und zu dem Prozessor 24, oder sogar zu einer weniger komplizierten Einrichtung, wie etwa einem Zähler weitergegeben werden. Rauschen, das in dem Laser und dem Detektor generiert wird, sollte keine Betrachtung in der Erfassung von Objekten sein, die so groß wie multizellulare Probenorganismen sind.
  • Das System kann Detektorimpulse verwenden, um einfach zu zählen und einen Abgabebefehl zu aktivieren, Impulse können aber auch verwendet werden, um die Größe des Probenorganismus auszumessen. Ausmessung ist in einer Probenpopulation nicht quantitativ wesentlich, die durch einen Gradienten gereinigt wurde, ist aber dessen ungeachtet wichtig, eine Größenschwelle einzustellen, um Hintergrundfremdkörper von den Zielorganismen zu trennen. Das Vorhandensein eines Objektes wird durch einen Abfall in der Spannung von dem Detektor abgetastet, der solange anhält, wie das Objekt in der Abtastungszone ist (siehe 7, wo die Breite 93 des erfassten Impulses 91 eine Organismusverweilzeit in der Abtastungszone darstellt). Falls die Objektgeschwindigkeit (d. h. die Fluidgeschwindigkeit in der Mitte der Abtastungszelle) und die Zeitdauer des negativ-gehenden Impulses bekannt sind, kann der Prozessor die Länge des Objektes kalkulieren (bei gestreckten multizellularen Organismen besonders wertvoll).
  • Die Fluidgeschwindigkeit kann durch Präzisionsmechanikdesign oder weniger aufwändig durch Setzen des Fluid mit einer sehr geringen Konzentration von kleinen Styropormikrokugeln und dann Erfassen des Lichtlöschungssignals von diesen Mikrokugeln, während die Probenorganismen gezählt werden, aufrechterhalten werden. Die Organismen und Mikrokugeln können hergestellt werden, vollständig unterscheidbare Lichtlöschungssignale zu haben, in denen durch die Berechnungselektronik unterschiedlich agiert werden kann, selbst wenn ein Probenobjekt und eine Mikrokugel die Abtastungszone gemeinsam passieren. Die eingeführte Flugzeit der Mikrokugel wird nicht verwendet, um die Fluidgeschwindigkeit zu regulieren, was dazu tendiert, aufwändig und schwierig zu sein, sondern nur die Berechnungsparameter zu ändern, die verwendet werden, um die Probenorganismuslänge zu kalkulieren. Der biologische Effekt der Plastikmikrokugeln kann für gewisse Spezies oder für stromabwärtige Prozesse schädlich sein, und sollte deshalb vor einer Implementierung sorgfältig evaluiert werden.
  • Falls es eine gute biologische Korrelation zwischen Länge und Durchmesser des Organismus gibt, kann die Flugzeitlängenmessung ausreichende Größeninformation liefern. Falls diese Kor relation in der Population von Interesse nicht existiert und Mikrokugeln nicht verwendet werden können, können die Durchmesser des Organismus durch einen zweiten Detektor gemessen werden, der außerhalb der Achse in der x-Richtung positioniert ist. Dieser Detektor wird einen elektronisch positivgehenden Lichtstreuimpuls registrieren. Die Amplitude, im Gegensatz zu der Dauer, des elektronischen Impulses kann in Echtzeit auf den Durchmesser des Probenorganismus über eine Menge von Lichtstreugleichungen bezogen werden, die in dem Computersystem gespeichert sind. Das Lichtauslöschungssignal von dem Detektor auf der Achse und das Lichtstreusignal von dem Detektor außerhalb der Achse können durch den Computer kombiniert werden, um eine Echtzeitkalkulation aller Dimensionen des Probenorganismus zu ergeben. Natürlich werden unterschiedliche Typen von Organismen (z. B. Nematoden gegenüber Fruchtfliegenlarven) etwas unterschiedliche vorher gespeicherte Streuinformation erfordern.
  • Bezug nehmend auf 10A und 10B wird die Lichtstreutheorie, die gewöhnlich auf Objekte in Flusscytometrie angewendet wird, Rayleigh-Gans, oder anomale Brechung, Theorie genannt. Sie trifft auf Objekte zu, die im Vergleich zu der Quellenwellenlänge groß sind und die einen geringen Brechungsindex relativ zu dem umgebenden Medium aufweisen, was in diesem Fall Wasser ist. Unter Verwendung dieser theoretischen Behandlung als eine erste Annäherung kann der Prozessor die Annahme verwenden, dass Lichtblockadesignale dem Bereich eines geometrischen Schattens für die Probenorganismen folgen. In dem Fall von Nematoden kann die Probenpopulation erwachsene Würmer, Larven und Eier enthalten. Unter dieser Annahme würde das zeitliche Signal für einen erwachsenen Nematoden und ein Ei gemeinsam erscheinen, wie in 10A gezeigt. Standardmäßige elektronische Verfahren können auf ein derartiges Signal angewendet werden, um zwischen einem Signal eines erwachsenen Nematoden und einem zu unterscheiden, das mit einem Ei über einstimmt. Berechnung der Ableitung eines Blockadesignals z. B., wie in 10B gezeigt, erlaubt, eine Erwachsener-Ei-Übereinstimmung rasch zu erfassen; z. B. zeigt eine ungerade Zahl von Impulsen in einer Impulsfolge eine Übereinstimmung an. Es ist zu vermerken, dass obwohl die Nematoden im Durchmesser zu groß sind, um durch die Theorie nach Rayleigh-Gans oder anomaler Brechung genau gehandhabt zu werden, diese Behandlung für viele Zwecke ausreichend sein kann. Es könnten auch detailliertere Modelle entwickelt werden, um mehr Information über die Nematoden oder andere multizellulare Probenorganismen zu erhalten. Insgesamt ist optische Erfassung bei einer Messung der Größe und Form von Probenorganismen oder anderen großen Objekten besonders vielseitig.
  • Bezug nehmend auf 8A, 8B und 9 stellen, obwohl das in 2 vorgestellte Fluiddesign preiswert und einfach zu reinigen ist, andere Fluiddesigns auch Vorteile dar. In einer ersten Designalternative wird ein Hüllengefäß unter Druck gesetzt, und der Proben-(Nematoden)Fluss wird durch eine Spritzenpumpe 90 angesteuert (siehe 7A). Die Kosten eines derartigen Systems sind höher und Säuberung kann schwieriger sein, aber diese Alternative weist größere Flussstabilität auf, was erlaubt, dass die Flussgeschwindigkeit enger reguliert wird, was Mikrokugeln unnötig machen kann, während genauere Größenunterscheidung bereitgestellt wird. Die Spritzentrommel in diesem alternativen Design kann rotiert werden, um die Probenorganismen in Suspension zu halten (siehe 7B). Dies kann durch Rollen der Trommel hin und her (Schwingungsrotation) am leichtesten bewerkstelligt werden, da es keine Notwendigkeit für eine rotierende Fluidversiegelung gibt. Ein gerippter Innenraum für die Spritzentrommel kann auch Mischung erleichtern.
  • In einem zweiten alternativen Ansatz ist eine Spritze 92 mit einer starren Proben- (Nematoden) Kammer 94 durch ein System von Prüfventilen 96, 98 versehen (siehe 9). In diesem alternativen System werden Probenorganismen nicht tatsächlich in die Spritzentrommel gezogen, sondern stattdessen in der starren Kammer 94 gehalten. Es wird ein für einen Probenorganismus freundlicher Fluid ohne Organismen in die Spritze durch die Prüfventile periodisch gezogen und Mischung findet außerhalb der Spritze statt, während der Fluid in die Kammer 94 eintritt (die mit Mischern ausgerüstet ist, um die Organismen in Suspension zu halten). Dieses alternative Verfahren einer Operation erfordert nicht Spritzenänderungen, um die Organismuszufuhr aufzufüllen. Beide diese alternativen Ansätze können gewöhnliche Einwegplastikspritzen verwenden.
  • Es kann sein, dass die alternativen Designs weniger wahrscheinlich beträchtliche Druckübergänge in den Fluidleitungen erzeugen. Derartige Druckübergänge könnten einen Probenstrom in der Flusszelle verlangsamen oder vollständig abschneiden und zu einer Periode führen, während der Organismen nicht zentriert und nicht ausgerichtet werden. In dem in 2 vorgestellten Fluidsystem sollten Verfahren zum Umrühren der Organismen gewählt werden, um sie in Suspension zu halten, ohne beträchtliche Druckübergänge einzuführen. Es sind magnetische Rührvorrichtungen verfügbar, die Auftrieb erzeugen, und können die einfachste Lösung sein. Eine Rollenflasche oder Schraubenkonfiguration nach Archimedes führt Fluidrauschen nicht ein und stellt effektive Suspension der Probenorganismen bereit. Die Fluidleitungen in dem Speichergefäß sollten sich während einer Operation nicht bewegen, und aus diesem Grund sollte die Flusszelle stationär bleiben, während die Platte bewegt wird, um Änderungen in der Containerposition zu bewirken. Während sehr stabil, müssen die Probencontainer in den alternativen Ausführungsformen letztlich neu gefüllt werden, was zu einer Auszeit für das System im Vergleich zu der Einrichtung von 2 führen kann, wo die Probe rasch neu aufgefüllt werden kann.
  • Bezug nehmend nun auf 12, kann eine Ausführungsform der Abtastungskammer 58 aus einem aufrechten rechteckigen Parallelepipped aus Quarz mit einer Kapillare mit einem Durchmesser von 250 μm hergestellt werden, die seine Längsachse passiert und eine Abtastungszone definiert. Es wird vermerkt, dass obwohl der rechteckige Querschnitt bevorzugt wird, es auch möglich ist, eine andere Geometrie der Abtastungskammer zu verwenden, oder sogar die Wände der Abtastungskammer insgesamt wegzulassen, wobei nur eine offene Abtastungszone gelassen wird. Der Fluidausgang des Stellgliedes 20 befindet sich weniger als ungefähr einen Zentimeter unter dem Auslass der Kapillare und in ungefähr einem Millimeter von der ungestörten Position des Flüssigkeitsflusses. Es ist wichtig, dass das Stellglied 20 so angeordnet ist, um Fluidinstabilitäten nicht in den Flussstrom einzuführen. Die Abmessung von einem Millimeter wurde herausgefunden, für diese Ausführungsform optimal zu sein, da es erscheint, dass sie zu einer Zerstäubung des Fluid an Stelle zu einer Ablenkung des Flusses führt, was dazu tendiert, zu Flussstörungen zu führen. Die tätige Fluidflussrichtung zielt im wesentlichen in rechten Winkeln zu dem Probenfluidfluss.
  • Bezug nehmend auf 13 tendiert der Fluss von Probenorganismen (hier Nematoden) 120A, 120B, ... 120N mit der Zeit dazu, unregelmäßig zu sein. Einfaches Abgeben von Gruppen von ihnen, während das Stellgliedventil deaktiviert gelassen wird, kann zu unterschiedlichen Volumina von Flüssigkeit führen, die mit unterschiedlichen Gruppen befördert werden. Aus diesem Grund wird das Ventil nur deaktiviert, wenn einer der Nematoden vorhanden ist. Wenn ein Nematod (z. B. 120D) in der Kapillare erfasst wird, wird ein Spitzenerfassungssignal 122 aus der Ausgabe des Detektors abgeleitet. Nach einer Bewegungsperiode 124, die auf die Bewegungszeit des Nematoden von dem Detektorstrahl zu dem Stellglied und auf die Antwortzeit des Stellgliedes bezogen ist, wird das Stellglied ausgeschaltet (Flanke 128). Das Stellglied wird dann für eine Durchlaufperiode 126 ausgeschaltet gelassen, eingeschaltet (Flanke 130) und gelassen, bis ein Spitzenerfassungssignal für den nächsten Nematoden erfasst wird. Diese Zeitsteuerung erlaubt dem Nematoden und einer vorbestimmten Menge von umgebender Flüssigkeit 121B, in das Gefäß darunter zu passieren, verhindert aber, dass überschüssige Flüssigkeit in das Gefäß eintritt. In einer Ausführungsform ist die Bewegungsperiode vier Mikrosekunden, und die Durchlaufperiode kann von vier bis zehn Mikrosekunden abgestimmt werden. Das System kann auch programmiert sein, mehr als einen Nematoden in jeder Durchlaufperiode passieren zu lassen. Typischerweise ist der Organismus in einem zylindrischen Fluidsegment eingeschlossen, das mehrere Millimeter in der Länge und ungefähr 0,2 Millimeter im Durchmesser ist. Das Volumen des Fluidsegmentes, das den Organismus enthält, ist in der Größenordnung einer Größe von einem Mikroliter oder etwas weniger. Falls nur einer oder einige Organismen in jeden Mikrotiter abgegeben werden, ist der Lösungseffekt in einer Testprobe von 50–100 Mikroliter vernachlässigbar.
  • Sicherstellen, dass nur eine vorbestimmte Menge von Flüssigkeit eine Population von Probenorganismen begleitet, ist aus mehreren Gründen von Nutzen. Es kann schwierig sein, ähnliche Dosen von Testsubstanzen in unterschiedliche Container zu dosieren, falls es unterschiedliche Mengen von Flüssigkeit in jedem der Container gibt. Es können auch Langlebigkeit und Aktivität der Probenmechanismen beeinträchtigt werden, da eine Erhöhung der Menge von Flüssigkeit in jedem Container das Volumen-zu-Fläche-Bereichsverhältnis für den Container erhöht, was Sauerstoffaufnahme für den Probenorganismus beeinträchtigen kann. Herstellen von großen, einzelnen, gestreckten Tropfen, die jeder einen einzelnen Probenorganismus enthalten, hilft auch, eine Verletzung an dem Organismus zu vermeiden, während er abgegeben wird.
  • Andere Verfahren können auch zum Umlenken des Fluidflusses geeignet sein. Derartige Verfahren können die Verwendung von elektrostatischen, piezoelektrischen, Ferrofluid- oder anderen geeigneten Fluidschaltern einschließen. Um die Probenorganismen lebendig zu halten, müssen jedoch diese Verfahren sorgfältig maßgeschneidert werden. Z. B. scheinen Experimente mit elektrostatischen Schaltanordnungen anzuzeigen, dass Aussetzen von multizellularen Organismen, wie etwa Nematoden, gegenüber mechanischen Vibrationen hoher Frequenz, die verwendet werden, um den Flussstrom in variabel geladene Tropfen aufzubrechen, und gegenüber elektrischen Feldern hoher Intensität, die verwendet werden, um jene Tropfen abzulenken, häufig für die Organismen tödlich ist. Als ein Ergebnis müssten die elektrischen Feldpegel und Vibrationspegel für diesen Typ eines Schalters zu Lasten anderer Systemparameter reduziert werden, um als ein geeigneter Schalter für multizellulare Organismen zu agieren. Selbst dann zeigt die oben präsentierte Analyse an, dass die großen Fallabstände, die für adäquate Ablenkung von großen (z. B. größer als 50 μm) Tropfen erforderlich sind, im wesentlichen die Verwendung von elektrostatischen Sortierungsverfahren mit großen Objekten ausschließen. Ferrofluidzuschlagsstoffe haben sich auch erwiesen, für die Probenorganismen schädlich zu sein, oder interagieren mit Wirkstoffen, die in den Organismen zu testen sind, sodass der Effekt eines beliebigen derartigen Zuschlagstoffs vor seiner Auswahl sorgfältig evaluiert werden muss. Ferner trägt die Hinzufügung eines Ferrofluidmaterials zu Aufwand und experimenteller Komplexität bei. Piezoelektrische Ventile, wie etwa jene, die in "A New Fluid Switching Flow Sorter" von J. Duhnen et al., Histochemistry 77: 117, (1983) vorgestellt werden, führen wesentliche Schockwellen in den Fluid ein und können deshalb auch zu einer Verletzung von multizellularen Organismen führen. Der mechanische Ausgangspegel eines Messumformers, die Geometrie der Sortierungseinrichtung und der Schaltspielraum müssen deshalb abgestimmt werden, um zu der Population zu passen, die zu sortieren ist. Aus den oben erörterten Gründen wird die Verwendung eines Fluidventils gegenwärtig betrachtet, der am meisten geeignete Ansatz zum Umlenken des Fluidflusses für multizellulare Organismen zu sein. Erneut ist es wichtig, dass das Fluidventil von der Flussausrichtung und Erfassungssystemen physikalisch isoliert ist, um Einführung von Fluidinstabilitäten zu vermeiden, die Ausrichtung und Erfassung beeinträchtigen würden. In vielen der beschriebenen Beispiele ist der Umlenkungsfluid ein Gas, nämlich Luft. Es ist klar, dass andere Gase, wie etwa Stickstoff oder Argon, leicht gegen Luft eingetauscht werden können. Es wird auch betrachtet, dass andere Fluids, wie etwa Flüssigkeiten, in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • Es können andere Typen von Objekten unter Verwendung von Techniken, die in dieser Anmeldung beschrieben werden, sortiert werden, gestreckte multizellulare Tiere sind von besonderem Interesse. Z. B. wurden lebendige Fruchtfliegenlarven (Drosophila melanogaster) unter Verwendung dieser Techniken erfolgreich abgegeben. Es wird auch geglaubt, dass diese Techniken zum Abgeben und Sortieren der gestreckten Embryonen von Zebrafisch (Danio rerio) und geeignet sind. Offensichtlich sind andere multizellulare Organismen ähnlicher Größen, wie etwa zusätzliche Nematoden oder andere Würmer, Insektenlarven, andere Arthropoden oder Weichtier- oder Wirbeltierlarven gleichermaßen in der vorliegenden Erfindung verwendbar. Es sollten auch nicht Embryonen verschiedener Pflanzen zum Testen von Mischungen landwirtschaftlicher an Stelle pharmazeutischer Verwendung übersehen werden. Abgesehen von multizellularen Organismen sind große Mikrokugeln, die in kombinatorischer Chemie verwendet werden, um Bibliotheken von Testmischungen zu erzeugen, bevorzugte Objekte, die durch das Instrument der vorliegenden Erfindung zu analysieren und abzulagern sind.
  • Zusätzlich zu den Entsprechungen der beanspruchten Elemente werden offensichtliche Ersetzungen, die jetzt oder später einem Durchschnittsfachmann bekannt sind, definiert, in dem Bereich der definierten Elemente zu sein. Die Ansprüche sind somit zu verstehen zu enthalten, was oben speziell veranschaulicht und beschrieben wird, was konzeptionell äquivalent ist, was offensichtlich ersetzt werden kann und was auch im wesentlichen die wesentliche Idee der Erfindung einbezieht. Deshalb ist zu verstehen, dass innerhalb des Bereiches der angefügten Ansprüche die Erfindung anders als hierin speziell beschrieben praktiziert werden kann.

Claims (34)

  1. Ein Instrument zum Analysieren und selektiven Abgeben von Probenobjekten, umfassend eine Ausrichtungskammer (16) zum Zentrieren und Ausrichten von Probenobjekten, die in einem Probenfluidstrom getragen werden, wenn sie dort durch fließen, wobei die Ausrichtungskammer eine stromabwärtige Ausgangsöffnung hat; eine Probenobjekt-Abtastzone; einen Probendetektor (62), der auf Vorhandensein von Probenobjekten in der Probenobjekt-Abtastzone reagiert; und einen Fluidschalter (20) stromabwärts der Probenobjekt-Abtastzone und physikalisch isoliert von der Probenobjekt-Abtastzone, um Einführung von strömungstechnischen Instabilitäten zu verhindern, wobei der Fluidschalter in einem Steuerfluidstrom angeordnet ist, der angepasst ist, auf den Probenfluidstrom in einem Aufprallbereich aufzutreffen, um so den Probenfluidstrom abzulenken, wobei der Fluidschalter betriebsfähig ist, als Reaktion auf den Probendetektor den Steuerfluidstrom zu stoppen, um so zu ermöglichen, dass Anteile des Probenfluidstroms, die ausgewählte Probenobjekte enthalten, vorbei an dem Aufprallbereich ohne Ablenkung durch den Steuerfluidstrom fließen.
  2. Das Instrument nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Probenobjektquelle (14), die angepasst ist, Probenobjekte in einer Fluidsuspension zu enthalten und mit einer Ausgangsöffnung, die zum Erzeugen eines Fluidstroms fähig ist, der Probenobjekte trägt, wenn die Probenobjektquelle Probenobjekte in einer Fluidsuspension enthält, wobei die Ausgangsöffnung in strömungstechnischer Verbindung mit einer Eingangsöffnung (52) der Ausrichtungskammer (16) ist.
  3. Das Instrument nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Probencontainer (82), der aufgestellt ist, Anteile des Probenfluidstroms und Probenobjekte darin zu empfangen, die vorbei an dem Aufprallbereich ohne Ablenkung durch den Steuerfluidstrom fließen.
  4. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidschalter (20) eine Quelle von komprimiertem Gas und ein elektrisch betriebenes Ventil, um einen Gasstrom von der Quelle von komprimiertem Gas zu unterbrechen, umfasst.
  5. Das Instrument nach Anspruch 4, wobei der Gasstrom betriebsfähig ist, mit dem Probenfluidstrom mit ausreichender Kraft zu interagieren, um den Probenfluidstrom in einen Strahl von Tropfen zu wandeln.
  6. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidschalter auf ein verzögertes Erfassungssignal von dem Probendetektor reagiert.
  7. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidschalter betriebsfähig ist, nur vorbestimmte Mengen von Fluid mit erfassten Objekten zu ent halten, die den Fluidschalter ohne Ablenkung durch den Steuerfluidstrom passieren.
  8. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuervorrichtung, die zwischen dem Probendetektor und dem Fluidschalter verbunden und betriebsfähig ist, den Fluidschalter zu veranlassen, ein Probenobjekt in einem Zeitpunkt auszuwählen.
  9. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausrichtungskammer eine Eingangsöffnung für ein Hüllenfluid hat.
  10. Das Instrument nach Anspruch 2, wobei eine Beziehung zwischen der Ausrichtungskammer und dem Ausgang der Probenobjektquelle definiert ist, eine Reynoldszahl von ungefähr hundert oder weniger zwischen der Ausgangsöffnung der Probenobjektquelle und einem Volumen der Probenobjekt-Abtastzone aufrechterhalten.
  11. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Illuminationsquelle (60), die zu der Probenobjekt-Abtastzone gerichtet ist, wobei der Probendetektor (62) ein optischer Detektor ist.
  12. Das Instrument nach Anspruch 11, wobei die Illuminationsquelle ein fokussierter Laser geringer Leistung ist.
  13. Das Instrument nach Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend einen Prozessor, der betriebsfähig ist, die Länge von mindestens einem der Probenobjekte durch Messen der Zeit, die das mindestens eine der Probenobjekte braucht, um zwischen dem Probendetektor (62) und der Illuminationsquelle (60) zu passieren, zu bestimmen.
  14. Das Instrument nach beliebigen der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend einen Detektor außerhalb einer Achse, der sich über einem Abtastvolumen entlang einer Illuminationsachse der Illuminationsquelle (60) befindet.
  15. Das Instrument nach Anspruch 14, wobei der Detektor außerhalb der Achse allgemein senkrecht zu einer Illuminationsachse der Illuminationsquelle (60) ist.
  16. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Probenobjekt-Abtastzone eine Breite von ungefähr 10–40 μm hat.
  17. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Probenobjekt-Abtastzone durch eine Menge von Wänden mit einem rechteckigen Querschnitt definiert ist.
  18. Das Instrument nach Anspruch 2, wobei der Ausgang der Probenobjektquelle (14) von der Probenobjekt-Abtastzone durch ein gesamtes Leitungsvolumen von weniger als 500 Mikrolitern getrennt ist.
  19. Das Instrument nach beliebigen der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zweiten Fluidschalter (21) stromabwärts des Fluidschalters (20) zum Abgeben der Probenobjekte in unterschiedliche Probencontainer (82A, ..., 82N).
  20. Das Instrument nach Anspruch 2, wobei die Quelle von Probenobjekten (14) vorgesehen ist, ausgedehnte multizellulare Tiere in einer Fluidsuspension zu enthalten.
  21. Ein Verfahren, umfassend Schritte zum Zentrieren und Ausrichten von Probenobjekten in einem Probenfluidstrom; Passieren des Probenfluidstroms durch eine Probenobjekt-Abtastzone; Erfassen von Vorhandensein von Probenobjekten in der Probenobjekt-Abtastzone; und Ablenken des Probenfluidstroms durch einen Steuerfluidstrom, der auf den Probenfluidstrom aufprallt; und Sammeln von Probenobjekten durch Ausschalten des Steuerfluidstroms intermittierend basierend auf einem Schritt zum Erfassen, um Anteilen des Probenfluidstroms, die Probenobjekte enthalten, zu ermöglichen, zu einem Sammlungscontainer ohne Ablenkung zu passieren.
  22. Das Verfahren nach Anspruch 21, umfassend einen Schritt zum Vorsehen von Probenobjekten in einer Fluidsuspension so, um in strömungstechnischer Verbindung mit einer Probenobjekt-Abtastzone zu sein.
  23. Das Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei der Probenfluidstrom komprimiertes Gas umfasst, das durch ein elektrisch betriebenes Ventil unterbrochen werden kann.
  24. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 23, wobei der Schritt zum Ablenken einen Schritt zum Wandeln des Probenfluidstroms in einen Strahl von Tropfen enthält.
  25. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 24, wobei der Schritt zum Ablenken für eine vorbestimmte Zeitperiode für jedes der Probenobjekte stattfindet.
  26. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 25, ferner umfassend einen Schritt zum Illuminieren der Probenobjekt-Erfassungsabtastzone, wobei ein Schritt zum Erfassen Licht von dem Schritt zum Illuminieren erfasst.
  27. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 26, wobei der Schritt zum Erfassen durch Verwenden eines Detektors auf einer Achse und eines Detektors außerhalb einer Achse, und durch Kombinieren von Signalen von diesen Detektoren durchgeführt wird.
  28. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 27, wobei der Schritt zum Zentrieren und Ausrichten einen Schritt zum Übermitteln eines Hüllenfluids enthält.
  29. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 28, wobei der Schritt zum Passieren mit einer Reynoldszahl von ungefähr hundert oder weniger durchgeführt wird.
  30. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 29, ferner umfassend einen Schritt zum Sortieren der Probenobjekte in eine Vielzahl von Kategorien folgend dem Schritt zum Ablenken, wobei der Schritt zum Sammeln die Kategorien in einer Vielzahl unterschiedlicher Container sammelt.
  31. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 30, wobei die Probenobjekte multizellulare Organismen sind, das Verfahren ferner umfassend einen Schritt zum Aussetzen der multizellularen Organismen, die in dem Schritt zum Sammeln gesammelt werden, einem pharmazeutischen Artikel.
  32. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 31, wobei ein Schritt zum Abgeben von Probenobjekten einen Schritt zum Abgeben vorbestimmter Zahlen von Probenobjekten in jeden einer Vielzahl von Containern enthält.
  33. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 32, wobei Bezugspartikel mit den Probenobjekten in dem Probenfluidstrom vorhanden sind.
  34. Das Verfahren nach beliebigen von Ansprüchen 21 bis 33, wobei ein Schritt zum Sammeln Sammeln in einen Container nur von Probenobjekten mit einer vorbestimmten Charakteristik enthält.
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