JP2005538727A - 粒子を分類するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

毛管サイズの閉鎖流路システムを移動する粒子を分類するための方法および装置は、所定の特性を有する粒子を粒子の流れから分離するための圧力パルスを選択的に生成するためのバブル弁を備える。粒子分類システムは、圧力パルスを吸収するための緩衝材をさらに含むことができる。粒子分類システムは、分類速度をさらに高めるために連結される複数の密接結合分類モジュールを含むことができる。粒子分類システムは、誤差率を小さくするために、粒子の流れを順次分類するための多段分類デバイスを備えることができる。

Description

本発明は、分類モジュールの入力流路をいくつかの出力流路に分割できる、懸濁液中の粒子を分類するための方法及び装置に関する。より詳細には、本発明は、粒子処理量を高めるように複数の分類モジュールが相互接続されている粒子分類システムに関する。

本願は、いずれの内容も参照により本明細書に組み込まれている、2002年9月16日に出願された米国仮特許出願第60/411143号、および2002年9月16日に出願された米国仮特許出願第60/411058号の優先権を主張するものである。本願は、また、その内容が参照により本明細書に組み込まれている、2002年6月24日に出願された米国特許出願第10/179488号の一部継続である、2002年12月23日に出願された米国特許出願第10/329008号の優先権を主張するとともに、その一部継続である。

バイオテクノロジ、ならびに特に細胞学および薬物選別の分野では、粒子の高処理分類が必要とされている。分類を必要とする粒子の例としては、血小板、白血球、腫瘍細胞、胚細胞等の様々な種類の細胞がある。これらの粒子は、細胞学の分野で特に関心が持たれている。他の粒子としては、タンパク質、酵素およびポリヌクレオチドのような(高)分子がある。この系統の粒子は、新規薬物の開発時における薬物選別の分野で特に関心が持たれている。

粒子分類のための方法および装置は知られており、その多くは、従来技術の文献に、下流に少なくとも1つの分枝点を有する流路網を流れる液体に粒子が懸濁され、検出-判断-偏向原理に従って処理される条件で記載されている。移動粒子は、まず、吸光度、蛍光強度およびサイズ等の具体的な特性について分析される。この検出段階の結果に応じて、粒子がさらに下流でどのように扱われるかを判断する。次いで、判断の結果を適用して、特定の粒子の方向を流路網の所定の分枝の方へ偏向する。

重要なのは、分類装置の処理量、すなわち単位時間に分類できる粒子の数である。閉鎖流路における粒子懸濁液の流れを採用する分類器の典型的な分類速度は、単一の分類ユニットに対して、数百粒子毎秒から数千粒子毎秒の範囲にある。

その内容が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第4175662号(以後‘662特許と称する)に分類デバイスの例が記載されている。‘662特許では、粒子、この場合は細胞の流れは、下流の分枝点(T-分枝)で2つの垂直流路に枝分かれする直線流路の中央を流れる。進入粒子は、粒子を流路の中央に封じ込める相溶性液体のシースにより囲まれている正常な条件では、粒子が自動的に分枝の1つを流れるように、2つの分枝での流速が調整される。流路のある区間において、光学システムでありうる検出器を使用して粒子の特性が測定される(検出段階)。検出器は、判断段階において、検出器が所定の特性を有する粒子を検出したときに信号を生成する。粒子が検出されると、偏向器が活性化されて、偏向段階において粒子を偏向する。この場合、偏向器は、偏向器が不活性な状態で粒子が正常に流れる流路の分枝に配置された電極対を備える。電流パルスを加えることによって、水性液を電気分解して、電極対の間に気泡を発生させる。気泡のサイズが大きくなるに従って、この分枝での流速はこの発生段階を通じて小さくなる。電流パルスを加えた後に、気泡の成長が停止し、気泡は流れに沿って運ばれる。その結果、特定の分枝での流量は瞬時に減少し、対象となる粒子は、経路を変えて、他の分枝へ流下する。

‘662特許のデバイスは、粒子を分類するのに有効である。しかし、1つの深刻な欠点は、流体網の特定点に潜在的に蓄積しうる気泡が生成されることである。この気泡生成は、流路を詰まらせ、分類誤差を発生させる可能性がある。他の欠点は、生成気体(たいていは酸素および水素)およびイオン種(たいていはOH^-およびH⁺)が、電極対を備えた分枝を流れる粒子に影響を及ぼすことである。加えて、細胞、および酵素のようなデリケートなタンパク質は、極めて脆く、気泡と共に生成された汚染成分によって破壊されうる。他の欠点は、分類装置全体が複雑なことである。特に、微小電極構造は、システムの小流路での取付けおよび組立てが極めて複雑である。その結果、分類コストが比較的大きくなる。

その内容が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第3984307号(以後‘307特許と称する)に従来技術の粒子分類システムの他の例が記載されている。‘307特許では、粒子は、流動するシース液に封じ込められながら、流路の中央を流れる。検出器区間を通過した後に、流路は、間に鋭角を形成した2つの流路に枝分かれする(例えばY分枝)。分枝点の直前には、適切な所定の特性を有する特定の粒子を偏向させるために、電気的に活性化された変換器が流路内に配置される。記載の変換器は、電気的に活性化されると流路内で圧力波を発生する圧電アクチュエータまたは超音波変換器である。生成された圧力波は、分枝内の流れを瞬時に攪乱することで、対象となる粒子を他の分枝に偏向させる。

‘307特許のデバイスでは、既に述べたデバイスのように、偏向器が流路システム内に組み込まれるため、構成コストが比較的大きくなる。このデバイスの他の欠点は、偏向器原理が用いられることである。生成された圧力波は、分枝点に限定されず、上流を伝搬して検出器区間に入るとともに、両分枝を下降する。これは、流路の流れ全体に影響を与える。これは、高処理分類システムを構成するために典型的に行われるように、この種の分類器が直列または並列接続される場合に特に大きな欠点となる。1つの分類器に生成された圧力波は、次いで近隣の分類器ユニットにおける粒子の流れおよび偏向に影響を与えうる。

その内容が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第4756427号には他の分類器が記載されている。この分類器は‘662特許の分類器と類似している。しかし、この場合は、分枝の抵抗を瞬時に変化させることにより、1つの分枝における流れを攪乱する。外部アクチュエータによって分枝流路の高さを変えることによって抵抗を変化させる。好ましい実施形態では、この外部アクチュエータは、流路の上部に接着された圧電ディスクで、活性化するとそれを下方に移動させる。

‘427特許に記載されている分類器の構成は、先述の分類器構成より複雑ではないが、記載された種類の複数の分類モジュールを互いに結合させて、分類速度を高めるのにまだ問題がある。これは、‘307特許に記載された分類器のように、生成された圧力波が他の分類モジュールに干渉するためである。

その内容が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第5837200号には他の粒子分類デバイスが記載されている。‘200特許には、粒子の磁気特性に基づいて粒子を分別または選別するための磁気偏向機構を使用する分類デバイスが記載されている。‘200特許には、個々の粒子流を平行に処理、分離することがさらに記載されている。
米国仮特許出願第60/411143号 米国仮特許出願第60/411058号 米国特許出願第10/179488号 米国特許出願第10/329008号 米国特許第4175662号 米国特許第3984307号 米国特許第4756427号 米国特許第5837200号 米国特許出願第10/329018号

本発明は、毛管サイズの閉鎖流路システムを移動する粒子を分類するための方法および装置を提供する。

本発明の粒子分類システムは、単位時間当たりに大量の粒子を分類する高精度な手段を提供しながら、低コストで組み立てることができる分類モジュールを提供する。該粒子分類システムは、分類速度をさらに高めるために組み合わせられる複数の密接に結合した分類モジュールを含むことができる。粒子分類システムは、誤差率を低下させるために、粒子の流れを連続的に分類するための多段分類デバイスを備えることができる。

粒子分類システムは、本発明による改良型の流体粒子切換方法および切換デバイスを具現化する。粒子分類システムは、粒子を分類するための毛管サイズの閉鎖流路システムを備える。流路システムは、粒子の流れを導入するための第1の供給管と、搬送液を供給するための第2の供給管とを備える。第1の供給管は搬送液の流れに粒子の流れを導くためのノズルを形成する。第1の供給管および第2の供給管は、分枝点において第1の分枝と第2の分枝に枝分かれする測定管と流体連通する。測定領域が、測定管内に定められ、測定領域における粒子の所定の特性を感知するための検出器に対応づけられる。2つの対向バブル弁が、測定管と連通して配置され、互いに対向するように間隔を設けている。バブル弁は、一対の対向側路を通じて測定管と連通する。液体をこれらの側路に部分的に充填して、搬送液をバブル弁の液溜に橋渡しするメニスカスをそこに形成する。バブル弁の1つを駆動させるための外部アクチュエータも設けられる。外部アクチュエータが活性化すると、活性化したバブル弁の液溜め内の圧力が上昇し、メニスカスを偏向させ、測定管に流れの攪乱を生じさせて、そのなかの流れを偏向する。

測定領域に配置されたセンサが、測定領域を流れる粒子の特性を感知すると、センサは、感知された特性に応じて信号を生成する。外部アクチュエータは、センサに応答して、第1のバブル弁の圧縮チャンバ内の圧力パルスに、所定の特性を有する粒子を偏向させ、選別された粒子を第2の分枝管に流下させる。

一態様において、本発明は、導入口と、管が2つの分枝管に別れる分枝点とを有する測定管を設ける工程と、粒子が分枝管の第1の分枝管を正常に流れるように、粒子の流れを懸濁させた流体の流れを管入り口に導き、管内の流れを瞬時に偏向させるための2つの対向側路を分枝点から上流に設ける工程とを含む粒子分類方法を備える。側路のうちの第1の側路は、外部アクチュエータによって作用されてそのなかの圧力を変化させる第1のバブル弁の圧縮チャンバに水圧により接続される。側路のうちの第2の側路は、圧力変化を吸収するための第2のバブル弁の緩衝チャンバに水圧により接続される。該方法は、流れの中の粒子の所定の特性を感知し、所定の特性が感知されると信号を生成するための測定ステーションを側路の上流に測定管に沿って設けることをさらに含む。該方法は、所定の特性の感知に応じて、側路の間の管内に流れの攪乱を生成するために外部アクチュエータを活性化させることによって、所定の特性を有する粒子を偏向させ、選別された粒子を第2の分枝管に流下させる工程をさらに含む。

本発明のさらなる態様において、複数の分類モジュールを並列または直列にそれぞれ接続して、複数の分類モジュールをバイナリーツリー状構成で接続することによって、粒子分類速度を高め、分類する粒子の種類を増加させる。

本発明の一態様によれば、粒子分類システムが提供される。粒子分類システムは、導入口、第1の排出口および第2の排出口を備えた、搬送液に封じ込められた懸濁粒子の流れを搬送するための第1の管と、粒子の所定の特性を感知するためのセンサと、第1の管と連通する側路と、側路に隣接する密封チャンバであって、搬送液が側路内にメニスカスを形成して、搬送液から密封チャンバを分離する密封チャンバと、アクチュエータとを備える。アクチュエータは、センサが所定の特性を感知したときに、密封チャンバ内の圧力を変えて、メニスカスを偏向させる。メニスカスの偏向によって、所定の特性を有する粒子が第2の排出口に流入し、所定の特徴を有さない粒子が第1の排出口に流入する。

本発明は、高処理選別、例えば1つまたは複数の細胞型に対する活性について多数の候補化合物を選別する上で大きな価値を有することになると考えられる。例えば、活性化合物または生化学的特徴付けについて合成または天然生成物を選別する上で特別の価値を有する。

また、本発明は、生体分子のような複数の分子についての試料の高処理選別に大きな価値を有することになると考えられる。ポリペプチド、受容体リガンド、酵素基質、酵素または受容体活性の作用物質または拮抗物質、あるいは核酸のような多くの生体分子の存在について試料を選別するのに、本発明を用いることができる。

本発明は、液体に懸濁された粒子を分類するための粒子分類システムを提供する。粒子分類システムは、所定の特性に基づく粒子の高処理低誤差分類を提供する。例示的な実施形態に関して以下に本発明を説明する。本発明は、いくつかの異なる応用形態および実施形態で実施することができ、その応用が本明細書に示されている特定の実施形態に限定されないことを当業者なら理解するであろう。

本明細書に用いられている「管」、「流路」および「流動路」は、液体および気体等の流体の移動を可能にする媒体内に形成された経路を意味する。微小流体システムにおける流路の断面寸法は、約1.0μmから約500μm、好ましくは25μmから250μm、最も好ましくは50μmから150μmの範囲にあるのが好ましい。当業者は、流動路の適切な容積および長さを決定することができるであろう。それらの範囲は、上に引用した値を上限または下限として含むものである。流動路は、選択された任意の形状および配列を有することができ、その例としては、直線または非直線構成およびU字形構成が挙げられる。

「粒子」という用語は、細胞を含むが、それに限定されない個別の物体の個々の単位を意味する。

本明細書に用いられている「センサ」という用語は、粒子のような物体の特性を測定するためのデバイスを意味する。

本明細書に用いられている「バブル弁」という用語は、圧力パルスを生成して、流路の流れを制御するデバイスを意味する。

本明細書に用いられている「搬送液」という用語は、管または流路を通じて1つまたは複数の粒子を運ぶための、粒子を囲む相溶性液体のシースを意味する。

図1は、本発明の教示による粒子分類システム10の概略図である。本発明の1つの応用形態によれば、粒子分類システム10は、粒子を分類するための毛管サイズの閉鎖流路システムを備える。流路システムは、粒子の流れ18を導入するための第1の供給管12と、搬送液を供給するための第2の供給管14とを備える。第1の供給管12は、ノズル12aを形成し、粒子の流れは、搬送液の流れに導入される。第1の供給管12および第2の供給管14は、搬送液に懸濁された粒子を搬送するために、測定管16と流体連通する。測定管は、分枝点21で第1の分枝流路22aと第2の分枝流路22bとに枝分かれする。測定領域20が測定管16内に定められ、測定領域20を通る粒子の所定の特性を感知する検出器19に対応づけられる。2つの対向バブル弁100aおよび100bが、測定管と相対的に配置され、それと流体連通して配置される。弁は、互いに対向するように間隔を設けて配置されるが、他の構成も使用できることを当業者なら認識するであろう。バブル弁100aおよび100bは、それぞれ一対の対向側路24aおよび24bを通じて測定管16と連通する。液体を側路24aおよび24bに部分的に充填させて、そのなかにメニスカス25を形成する。メニスカスは、関連するバブル弁100の液溜における気体の如き、搬送液と他の流体との間の界面を定める。アクチュエータ26によって活性化されると管内に流れの攪乱を瞬時に生じさせて、そのなかの流れを偏向させるいずれかのバブル弁を駆動させるためのアクチュエータ26も設けられる。例示されるように、アクチュエータは、バブル弁100bに結合される。第2のバブル弁100aは、第1のバブル弁100bによって生成された圧力パルスを吸収するための緩衝材として機能する。

第1の側路24bは、チャンバ内の圧力が上昇すると、測定管における側路付近の流れが内方向に、管内の正常な流れに対して実質的に垂直になるように、第1のバブル弁100bにおける圧縮チャンバ70bに水圧により接続される。第1の側路24bの反対側に配置された第2の側路24aは、圧力の過渡変動を吸収するための第2のバブル弁100aにおける緩衝チャンバ70aに水圧により接続される。この第1の側路24bは、変位が測定管での粒子の正常な流れに対して垂直の成分を有するように、第2の側路24aと協働して、圧力チャンバ70bを加圧することによって生じた先述の液体の変位を誘導する。

圧力チャンバ70bを加圧すると、一定量の液体が第1の側路24bから過渡的に排出される。第2の側路24aの弾力性により、加圧排出に際して、管内の液体が第2の側路24aに過渡的に流入する。2つの側路と、それらが相互接続する流体構造との協働により、検出手段19によって生成された信号に応答して外部アクチュエータ26によって誘発される圧縮チャンバ70bの加圧および減圧に際して、測定管16での流れが過渡的に横方向に前後移動する。導管内の正常な流れに対して垂直の成分を有するこの過渡的な液体の変位を、所定の特性を有する粒子を偏向させて、混合物中の残留粒子から分離するのに利用できる。

示されるように、測定管16は、分枝点21において2つの分枝22a、22bに枝分かれし、これらの分枝における流速は、粒子が2つの分枝のうちの第2の分枝22bを正常に流れるように調整される。分枝22aと22bの角度は、0から180度、好ましくは10から45度である。しかし、その角度は、真っ直ぐな隔離壁を間に有する2つの平行管に対応する0度でありうる。

好ましくは、分類される粒子は、粒子を含まない液体シースに囲まれた、中央液体流における測定位置に供給される。粒子流を封じ込める方法は知られており、しばしば「シース流」構成と呼ばれる。通常、封じ込めは、懸濁粒子の流れを、細い排出ノズルを通じて、管16内を流れる粒子を含まない搬送液に導入することによって達成される。懸濁液と搬送液の流速の比を調整することによって、管内のラジアルな封じ込め、ならびに粒子間の距離を調整することができる。搬送液の流速が比較的大きいため、粒子間の距離が大きい粒子の流れがより多く封じ込められる。

第1の供給管12によって導入された懸濁液において、2つの種類の粒子、すなわち標準粒子18aと対象粒子18bを区別できる。測定領域20において粒子18bの所定の特性を感知すると、検出器19は信号を生成する。外部アクチュエータ26は、検出器19が所定の特性の感知に応答して信号を発したときに、第1のアクチュエータバブル弁100bを活性化させて、測定管16内の側路24aと24bの間に流れの攪乱を生成する。流れの攪乱は、所定の特性を有する粒子18を、第2の分枝管22bではなく、第1の分枝管22aを流下するように偏向させる。検出器は、検出器19が粒子の所定の特性を感知すると、アクチュエータが第1のバブル弁100bを活性化して、第1のバブル弁の液溜70bに圧力変動を生じさせるように、アクチュエータ26と連通する。第1のバブル弁が活性化することにより、第1のバブル弁100bにおけるメニスカス25bが偏向され、第1の側路24bに過渡的な圧力変動が生じる。第2の側路24aおよび第2のバブル弁100aは、アクチュエータ26を介して誘発された測定管16における圧力変動を吸収する。基本的には、第2のバブル弁100aの液溜70aは、弾力壁を有するか、または気体の如き圧縮性流体を含む緩衝チャンバである。弾力性により、液体が測定管から第2の側路24aに流入することが可能になり、圧力パルスを吸収することが可能になるとともに、粒子流における非選択粒子の流れに対する攪乱が防止される。

測定領域20では、好適なセンサ19を使用して、サイズ、形、蛍光強度の如き特定の特性、ならびに当業者にとって明白な他の特性について個々の粒子を検査する。当該技術分野で知られている適用可能なセンサの例としては、様々な種類の、顕微鏡の如き光学的検出システム、器械視覚システム、および粒子の電子特性を測定する電子手段が挙げられる。その分野で特によく知られているシステムは、粒子の蛍光強度を測定するためのシステムである。これらのシステムは、蛍光を誘発するのに好適な波長を有する光源と、誘発された蛍光の強度を測定するための検出システムとを備える。この手法は、蛍光マーカ、すなわち特定の第1の波長の光で照明されると他の特定の第2の波長の光(蛍光)を生成する付着分子で標識される粒子としばしば併用される。この第2の波長光が検出されると、特性が感知され、信号が生成される。

他の例としては、測定領域を流れる粒子によって散乱される光の測定が挙げられる。散乱を読み取ると、所定の特性が検出されたときに信号を生成するのに採用することができる、粒子のサイズおよび形に関する情報が得られる。

第1のバブル弁の圧縮チャンバを加圧するためのアクチュエータ26は、粒子が選択された所定の特性を有する旨のセンサからの信号に応答する外部アクチュエータを備えることができる。圧力を上昇させるのに好適である2つのクラスの外部アクチュエータが存在する。第1のクラスは、第1の側路24b内の液体に直接ガス圧を与える。例えば、アクチュエータは、切替弁によって側路24b内の液柱に接続された加圧ガス源を備えることができる。スイッチを活性化すると、流路が加圧ガス源に接続され、液体内のメニスカスが偏向される。不活性化すると、スイッチは、流路24bを再び通常の動作圧に接続する。

あるいは、可動壁を有する閉鎖圧縮チャンバと変位アクチュエータを併用することができる。変位アクチュエータが圧縮チャンバの壁を内側に変位させると、内部の圧力が上昇する。可動壁が再び本来の位置に変位すると、圧力が低下して通常の動作圧に戻る。好適な変位アクチュエータの例としては、コイルを活性化させるとプランジャを変位させる電磁アクチュエータがある。他の例としては、例えば電圧を印加すると線形変位をもたらす円筒またはディスクの集積体の形をした圧電材料の使用がある。両タイプのアクチュエータは、圧縮チャンバ70の可動壁を活性化して、そこに圧力変動を生じさせる。

図2から図4は、図1の粒子分類システム10におけるスイッチ40の切換動作を示す図である。図2において、検出器19は、粒子の所定の特性を感知し、アクチュエータ26を活性化するために信号を生成する。アクチュエータが活性化すると、第1のバブル弁100bの液溜70b内の圧力が上昇して、メニスカス25bを偏向させ、矢印で示されるように、液体を第1の側路24bから過渡的に排出させる。第2のバブル弁100aの液溜は弾力性があるため、管内のこの点で生じた圧力の突発的上昇により、液体が第2の側路24aに流入する。この液体の第2の側路24aへの移動は、矢印で示されている。その結果、図に見られるように、測定管16での流れが偏向され、第1の側路24bと第2の側路24aとの間に位置する選択された対象粒子18bが、正常状態の流れ方向に垂直にシフトされる。第1の側路24bおよび第2の側路24aに対する好ましい流れ方向が、測定管16での正常の流れに垂直な相当成分を有するように、測定管16、第1の分枝22aおよび第2の分枝22bに対する流れ抵抗が選択される。この目標は、例えば、流れに対するそれらの抵抗が、第1の側路24bおよび第2の側路24aの流れ抵抗に比べて大きくなるように、第1の分枝22aおよび第2の分枝22bによって達成されうる。

図3は、対象粒子18bが第1の側路24bと第2の側路24aとの間の空間を出たときに、第1のバブル弁液溜が解除されているときの粒子分類システム10を示す図である。アクチュエータ26が不活性化されることで、液溜70a、70b内の圧力が通常圧力に戻る。この解除段階を通じて、バブル弁の2つの液溜70aと70bに負圧差が存在することで、第1の側路24bと第2の側路24aでの液体流が、先の図に示され、矢印で示された液体流に対向する。

図4は、切換手順の終了後の粒子分類システム10を示す図である。バブル弁の液溜め内の圧力が均等化され、測定管16での流れを正規化することが可能になる。対象粒子18bは、半径方向に変位されたため、第1の分枝22aに流入するのに対して、他の粒子は第2の分枝22bに流入し続けることにより、所定の特性に基づいて粒子が分別されることになる。

粒子を高速に分類するために、粒子を検出し、選択的に偏向させるこの処理を1秒間に何度も繰り返すことができる。上述の流体切換を採用すると、切換動作を1秒当たり約数千回まで実行し、1時間当たり数百万分類粒子のオーダの分類速度を得ることができる。

本発明の他の実施形態によれば、アクチュエータバブル弁100aと緩衝バブル弁100bを異なる位置に配置することができる。例えば、図5に示されるように、アクチュエータバブル弁100aおよび第1の側路24aおよび/または緩衝バブル弁100bおよび第2の側路24bを分枝点21から上流に配置することができる。アクチュエータチャンバ70aと緩衝チャンバ70bの間の流れ抵抗が、これらの後者の構成要素のいずれかと他の圧力源との間の流れ抵抗より小さくなるように、それらの構成要素を任意の好適な箇所に配置することができる。より詳細には、アクチュエータチャンバ70aおよび緩衝チャンバ70bを、それらの間の流れ抵抗が、選択粒子と粒子流における後続粒子との間の流れ抵抗より小さくなるように配置することができる。このように構成部品を配置することで、単一の選択粒子を偏向する上述の方法によって生成される圧力波が、上流または下流に移動し、粒子流における残留粒子の流れに影響を及ぼすことが防止される。流れ抵抗の差が大きくなることにより、関連する過渡的圧力変動による流体切換動作を、システムの残りの部分における流れ特性から隔離するレベルが高くなる。さらに、分類に適用される生成圧力パルスの原位置での減衰によって、各々が水圧および空圧により他から隔離される複数のスイッチ40を備えた分類ネットワークを具現化することが可能になる。

図6に示される他の実施形態によれば、本発明の粒子分類システムは、任意の好適な圧力波生成器を(バブル弁の所定の位置で)弁100bの如き緩衝材として機能する1つまたは複数のバブル弁と組み合わせて使用できる。例えば、圧力波生成器260は、アクチュエータが信号により活性化されると、直接または流路システムの偏向を介して流動液に作用して、粒子を選択的に偏向することができるプランジャが設けられた圧電カラムまたはステッパモータの如きアクチュエータを備えることができる。他の好適な圧力波生成器としては、電子アクチュエータ、熱空気式アクチュエータ、および熱パルスを加えることによって流動液中に蒸気泡を生成するための熱パルス生成器が挙げられる。緩衝バブル弁100bは、圧力波生成器260によって生成された圧力波を吸収して、粒子流の他の粒子における流れの攪乱を防止するように配置される。緩衝チャンバ70bの体積、側路24bの断面積、および/または緩衝チャンバ70bを形成する軟質膜(図7の72)の剛性または厚さを変えることによって、特定の要件に従って緩衝材100bの弾力係数を変化させることができる。

図7は、対象粒子を粒子流における他の粒子から分離するための圧力パルスを生成し、かつ/または本発明の教示による圧力パルスを吸収するための緩衝材として作用するのに好適な弁100の実施形態を示す図である。示されるように、弁100は、測定管16につながる基板内に形成された側路24aまたは24bに隣接して形成される。側路24aは、その側壁にある開口により形成された液体接続ポート17を備える。密封圧縮チャンバ70は、側路24aに隣接して配置され、流体接続ポートを通じて側路と連通する。例示のチャンバ70は、シール71および軟質膜72によって形成されている。測路24a内の搬送流体は、測路とチャンバの間の界面にメニスカス25を形成する。アクチュエータ26は、軟質膜を減圧して、チャンバ内の圧力を上げることで、メニスカスを偏向させ、搬送流体内に圧力パルスを発生させる。

図8は、分類される粒子の流れを供給するための適切な供給管52、ならびにいずれも分類モジュール50で分類された粒子を運ぶことができる第1の排出管54および第2の排出管56を有する分類モジュール50を示す図である。分類モジュール50は、供給管52を介して分類モジュール50に進入する粒子を感知するための検出システム19を備え、必要な切り替え機能を提供するためのスイッチ40に動作可能に接続されて、粒子を分類することができる。図1の第1の分枝22bおよび第2の分枝22aは、排出管54および第2の排出管56に流体接続して配置されうる。

図9は、任意の適切な構成で互いに結合することができる複数の分類モジュール50を備える、本発明の代替的な実施形態による粒子分類システム500を示す図である。例えば、本実施形態における機構50は平行に結合される。分類モジュール50の排出管54は、第1の連結排出口58に結合され、第2の排出管56は、第2の連結排出口60に結合される。分類モジュールの平行配列によって、全分類速度が個々の分類モジュール50の分類速度のN倍である連結分類モジュール50のシステムが得られる(ただし、Nは平行接続分類モジュール50の数である)。

図10は、第2の分類モジュール50bに直列する第1の分類モジュール50aを備える、他の実施形態による粒子分類システム550を示す図である。第2の分類モジュール50bは、第1の分類モジュール50aによって分類される粒子の所定の特性と同じまたは異なる所定の特性を有する粒子を分類するために装着されうる。粒子流は、供給管52を通じて第1の分類モジュール50aに進入し、少なくとも二種類の粒子を含むことができる。第1の種類の粒子は、第1の分類モジュール50aで分類され、第1の排出管54aから出る。残留粒子は、第2の排出管56aを通って第1の分類器構50bを出て、第2の供給管52bを介して第2の分類モジュール50bに導入される。この粒子流から、他の所定の特性を有する粒子が分類され、第2の排出管54bから出る。それら2つの所定の特性のいずれも有さない粒子は、第2の排出管56bを介して第2の分類モジュール50bを出る。任意の好適な種類の分類モジュール50を使用でき、所望の結果に応じて様々な様式で結合できることを当業者なら容易に認識するであろう。

図11は、本発明の他の実施形態による高処理低誤差分類のための階層構造を示す図である。例示された実施形態は、第1の段階で複数の平行粒子流を分類し、第1の段階の出力を集め、次いで第1の段階の出力に対する二次分類処理を実施する二段粒子分類システム800である。粒子入力チャンバ88からの懸濁液80中の入力粒子流は、それぞれ1秒間に選択された数の粒子を分類することが可能なN個の単一分類流路81a〜81nに分割される。各流路81は、上述したように、粒子を調べ、所定の特性を有する粒子を識別する検出領域84と、所定の特性を有する粒子を流れの中の他の粒子から分離するための切換領域82とを含む。切換領域82は、2つの出力粒子流、すなわち検出領域84における測定された粒子特性に基づく切換領域82での「選択」流および「拒否」流を生成する。各流路からの「選択流」は、集合領域86に集められて、二次分類流路810で再度分類される1つの流れになる。示されるように、二次分類流路810は、所定の特性に基づいて検出および分類を行う分類処理を繰り返す。

各単一流路分類処理が誤った選択についてのある誤差(y)率(yは、粒子を誤って「選択する」1未満の確率)を生じるとすると、階層構造は、描かれている二段階層に対してはy²、n段階層に対してはyⁿのより低い誤差率を生じる。例えば、単一流路誤差率が1%であれば、二段誤差率は、0.01%または10⁴分の1である。

あるいは、階層は、二次流路毎にN個の分類流路のM個の一次集合体を有することが可能である。用途が、速度zで入力における存在性を有する粒子を捕獲することを望み、単一流路分類器が1秒当たりx粒子の最大分類速度を有するものとする。システム処理量は、1秒当たりM*N*x粒子である。1秒当たりN個の流路に集められる粒子の数は、N*x*zであるため、N個の流路から集められるすべての粒子を二次流路によって分類できるように、N*zは1未満でなければならない。処理量をN=1/zより大きくするために、N個の一次流路+1個の二次流路の並列グループを加算する必要がある。次いで、M個の二次流路よりM*N*xから全処理量が得られる。

図12は、本発明の他の実施形態による並直列粒子分類システム160を示す図である。並直列粒子分類システム160は、第1の並列分類モジュール161と、第2の並列分類モジュール162とを含む。第1の分類モジュール161は、多数のマーク粒子に適用され、両方のマーカを有する粒子が選び出されて、吐出流路165を通じて搬送される。

図13は、他の並直列粒子分類システム170を示す図である。第1の並列分類モジュール171は、第1のマーカを有する粒子を分離し、異なる流路からそれらの粒子を回収し、第1の吐出流路175を通じて第1のマーカを有する粒子を搬送する。次いで、他のすべての粒子を、第2のマーカを有する粒子を分類するための第2の並列分類器172に供給する。第2のマーカを有する粒子を回収し、第2の吐出流路176を通じて搬送する。第1のマーカも第2のマーカも有さない粒子は、第3の吐出流路177を通じて搬送される。

図14aおよび14bに示される本発明の一実施形態によれば、粒子分類システムは、粒子の速度、位置および/またはサイズを測定するためのセンサを含むことができる。速度、位置および/またはサイズの測定を、分類のための粒子の分別と同時に行ってもよいし、別に行ってもよい。図11に示す並列流路に基づくシステムでは、それぞれ異なる流路が異なる流れ抵抗を有して、各流路における粒子または細胞の速度を異なるものとすることができる。検出領域84が、変換領域82から距離Lだけ離れているシステムでは、切換時間の遅れT(すなわち、目標粒子の検出の瞬間に対して切換駆動を遅らせる時間)を設定するために、流路81内の粒子の速度を把握する必要がある。

細胞または粒子を検出するためのたいていの光学システムでは、細胞が検出領域における光検出器上に光を生成する領域は、細胞径よりはるかに大きいサイズを有することになる。したがって、光が検出領域で検出されたときに、細胞はその領域のいずれにも存在しうるため、細胞の正確な位置を特定するのは困難である。より高精度の検出を行うために、光検出器の多くの画素を検出領域に密集させることが可能であるが、これには大きなコストが伴い、より複雑な補助電子素子が必要になる。

本発明の例示的な実施形態によれば、分類チップ上に「マスキングパターン」を直接設けることによって、高精度の速度検出を行うために光マスク140を検出領域に付与することができる。マスキングパターンの縁が細胞分類アクチュエータ領域82に対して正確に配置されるように(現行の技術では1μm未満の精度)、マスキングパターンを設けることができる。細胞にマーク付けされていないときは、検出領域84における細胞から光を捕らえる単一の光検出器が光を感知することになる。光が、長さが知られている接続された不透明部「バー」の1つによって分岐される時間が速度の測定値を与える。

サイズが1μmステップで10μmから30μmの範囲にあるいくつかのバー141を有するマスクパターンは、細胞からの信号を最小にする細胞より大きいサイズのバーのみをもたらす。したがって、当該パターンを使用して、その信号と無関係に細胞のサイズを測定することもできる。当該「勾配マスク」は、また、速度推定値の変動を小さくするために速度を数回にわたって測定するために分析できる光検出器におけるパターンを生成する。マスク140によって誘発される光のパターンは、また、検出器がマスク140における各縁を識別することを可能にする。バー141がすべて同一であれば、各バーに対する光信号が同じになり、それらを順次区別することしかできない。したがって、勾配マスクパターンは、広い領域(細胞のサイズの数倍の領域)を調べる単一の検出器が、細胞の速度を測定し、流路構造およびチップ上のアクチュエータ位置に対して約1umの精度で検出領域84の内部の正確な位置を測定し、勾配パターンが与える精度で細胞のサイズを特定することを可能にする。勾配マスク140は、検出器が、光学システムの倍率または光検出器自体の性質に無関係にこれらのパラメータを測定することを可能にする。

本発明の教示による分類システムにおける粒子のサイズ、位置および/または速度を測定するための他のデバイスを当業者なら認識するであろう。好適なデバイスは容易に入手可能であり、当業者に知られている。

図15に示されている他の実施形態によれば、粒子分類システムは、非同一の分類流路のアレイ8000を備える。一連の非同一の分類器流路810a〜810nの並列アレイを使用することは、空間、光パワーの利用、および最適な外部アクチュエータへの適応の観点でより効率的である。粒子の速度を高精度に感知できるため、流路は、特性の検出と、検出された特性を有する粒子を偏向させるためのスイッチの駆動との間の一定の遅れを必要としない。したがって、検出器84とスイッチ82の間の距離L、または検出器84とスイッチ82の間の通路の形状の如き流路の一定のパラメータを変化させることができる。

チップに垂直に誘導される各波長の光照明に単一のレーザを使用すると、レーザは、(流路の数)×((検出領域における流路幅)+(流路間隔C))で定義される部分を照明することが求められる(図15を参照)。しかし、光を吸収して、蛍光を生成することができる活性部分は、充填率:(流路幅)/(流路幅+C)を残す流路の部分:(流路の数)×(流路幅)にすぎない。

したがって、並列分類システムにおける流路間隔を最小にすることは、光検出領域および光学システムの効率性にとって重要である。図16に示される本発明による可変アレイ設計では、検出領域84における流路の間隔は、光利用率が約50%になるように流路の幅に近くなる。図16に示すように、作動領域82における流路間隔は、それより大きくてもよい。外部ドライバアクチュエータに対して利用可能な半径がより大きくなるように、流路に沿うアクチュエータ26の位置を変えることもできる。

可変アレイ8000は、すべての流路にわたって一定の圧力降下が与えられれば、粒子の速度がほぼ一致するように、すべての流路の流れ抵抗を均衡化するための曲流を選択流路に含むこともできる。これらは、例示されたシステムの上流または下流、すなわち検出器とアクチュエータの間の領域に追加することができる。各流路の検出領域82Iとそのアクチュエータ26iとの間の長さLiが設計から把握されるため、どの粒子を維持するかに関する判断と同時に粒子速度の測定を行うことで、細胞分類システムを向上させる。

図17は、本発明のさらに他の実施形態による粒子分類システム1700を示す図である。粒子分類システム1700は、平行に動作する複数の分類モジュール1701を含む。システム1700は、試料を各分類モジュールに導入するための入力領域1710と、検出領域における各分類流路1702の粒子の所定の特性を測定するための検出領域1720とを含む。システムは、所定の特性を有する粒子を所定の特性を有さない粒子から分離するための各分離機構におけるアクチュエータを含む切換領域1730をも含む。示されるように、図17の実施形態では、検出領域1720における各分類流路間の分類流路1702間隔は、切換領域1730における流路間隔より小さい。検出領域における間隔が狭いことで、レ-ザを使用して粒子を検出する場合にコストの節約が可能となり、切換領域1730における間隔がより大きいことで、様々なサイズのアクチュエータを収容する。

粒子分類システム1700は、所定の特性に基づいて検出および分類を行う分類処理を繰り返して、分類処理の精度を高めるための二次分類モジュール1740を含むこともできる。一実施形態によれば、システムは、粒子を一次分類処理から二次分類処理に移行させるための濃縮領域1750を一次分類モジュール1701と二次分類モジュール1740の間に含むことができる。例示的な実施形態によれば、濃縮領域1750は、粒子を二次分類モジュール1740に送る前に、余剰の搬送流体を粒子から除去することによって粒子を移行させる。濃縮領域1750は、濃縮後に二次シート流体を粒子に加えるための水和デバイスを含むこともできる。濃縮領域1750は、排出流路1703に挿入された膜と、排出流路1703に交差する濃縮流路と、排出流路を濃縮流路から分離する膜とを備えることができる。余剰の搬送流体は、膜を通じて排出流路1703における選択粒子の流れから除去され、選択粒子を二次分類モジュール1740に送り込む前に濃縮流路に送られる。

その内容が参照により本明細書に組み込まれている「微小流体システムにおける微小流体成分の実装」という名称の米国特許出願第10/329018号には、濃縮領域を形成するための好適なシステムが記載されている。

例示的な実施形態によれば、除去された搬送流体をリサイクルし、一次流路の導入口に戻すことができる。リサイクリング流路または他のデバイスは、搬送流体を続く分類処理に再使用できるように、濃縮領域を一次流路に接続することができる。あるいは、搬送流体を拒絶粒子から除去し、拒絶粒子を破棄する前に一次流路導入口に導入することができる。

本発明の粒子分類システムは、微小流体技術における様々な用途を有する。一用途によれば、図18に示すように、粒子分類システムを薬物選別システムに実装することができる。図18に示すように、薬物選別システム140は、目標細胞を含む試料から目標細胞を識別し、分離するための粒子分類モジュール10を含む。目標細胞を含む試料は、入力流路を通じて選別システムに導入され、目標細胞を試料の残りから分離し、目標細胞を混合および培養領域141に送る粒子分類モジュールに送られる。試験化合物は、試験流路142を通じて混合および培養領域141に導入され、粒子分類サブシステム10から提供された目標細胞と接触する。次いで、試験細胞に対する試験化合物の影響が、検出領域145で検出される。

粒子分類器10を有する例示的な薬物選別システム140は様々な種類のマーカに使用できる。薬物選別システムは、特定の酵素の活性の測定を可能にするマーカの使用によって、酵素が存在する経路の変調器の探索を可能にする。薬物選別システムは、また、任意の細胞内メッセンジャ/信号およびマーカの濃度の測定を可能にするマーカの使用により、特定の細胞型、特に希な(細胞100個当たり1未満の)細胞型を識別することを可能にする。例えば、好適なマーカとしては、抗体および組換え表示技術の如き細胞表面マーカ、ならびに蛍光酵素基質マーカ、Ca++結合蛍光染料(Fuea-3、Indo-1)の如き細胞内信号結合化合物、および生物発光酵素基質マーカが挙げられるが、それらに限定されない。蛍光酵素基質マーカでは、化合物が細胞に進入し、特定の細胞内酵素によって変換されて、蛍光性を帯びる。例としては、ALDH酵素に対するBodipyアミノアセトアルデヒドまたはBAAA、ホスファターゼに対するMUP(リン酸4-メチルアンベリフェリル)、および細胞酸化還元システムに対するジヒドロローダミン123がある。現行の発明の方法に使用できる蛍光染料の他の例としては、細胞に進入し、特定の細胞内酵素と相互作用して直接光を生成する化合物であるインバイオ発光酵素基質マーカが挙げられる。しばしば、この技術をレポータ遺伝子に結合して、遺伝子活性を観察することができる。例としては、D-ルシフェリンおよび関連レポータ遺伝子、ならびにDMNPEおよび関連レポータ遺伝子が挙げられる。

例示的な用途において、いくつかの異なる化合物を、様々な化学または生化学システムに対するそれらの効果について選別することができる。例えば、その効果が望ましくない生化学システムに伴う重要な事象を阻止し、弱め、あるいは抑制する上での効果について化合物を選別することができる。例えば、例えば遺伝病、癌、バクテリアまたはウィルス感染などを含む疾病の発生または疾病の特定の兆候の発生に少なくとも部分的に関与するシステムを阻止する能力について、化合物を選別することができる。次いで、これらの選別分析法において有望な結果を示す化合物にさらなる試験を施して、疾病または疾病の兆候の治療のための効果的な薬剤を識別することができる。

あるいは、その機能が、例えば患者の既存の障害を治療するために望ましいと考えられる生化学システムを刺激し、強化し、あるいは誘発する能力について化合物を選別することができる。

本発明を用いて、細胞再移植、細胞移植および細胞移入、または再移植または移植に先立つ遺伝子改質等を含むが、それらに限定されない様々な用途に対して、希な細胞(すなわち入力試料の0.1%から1%未満を構成する細胞)を隔離することができる。本発明を用いて、編成治療の開発に向けて、試料内の腫瘍細胞を隔離することもできる。

本発明を利用して、一次細胞に対して化合物を選別する、例えば、細胞線ではなく、任意の小集団に対する除去療法および選別によって10¹¹の細胞を採取することができる。本発明を用いて、細胞線の100%未満が、選別プログラムに対する適性遺伝子を発現する場合に不完全な細胞線に対して化合物を選別することもできる。本発明を利用して、特定の細胞周期段階で細胞に対する化合物の選別を行う、例えば複製段階においてのみ細胞に対する選別を行うこともできる。

例示的な実施形態に関して本発明を説明した。本発明の範囲を逸脱することなく、上記構成に一定の変更を加えることができるため、上述に含まれる、または添付の図面に示されるすべての内容は、限定的な意味ではなく、例示的なものとして解釈されるべきである。

添付の請求項は、本明細書に記載されているすべての一般的かつ具体的な特徴、ならびに言語の問題によりその間にあると見なされうる本発明の範囲のすべての記述を網羅するものであるということも理解されるべきである。

本発明の例示的な実施形態による粒子分類システムの概略図である。 図1の粒子分類システムの動作を示す図である。 図1の粒子分類システムの動作を示す図である。 図1の粒子分類システムの動作を示す図である。 アクチュエータチャンバおよび緩衝チャンバに対する代替の位置を示す、粒子分類システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による粒子分類システムを示す図である。 本発明の粒子分類システムに使用するのに好適なバブル弁を示す図である。 本発明の例示的な実施形態の粒子分類システムの概略図である。 本発明の教示による粒子の平行流を分類するための粒子分類システムの一実施形態を示す図である。 本発明の教示による分類モジュールのバイナリーツリー状構成で構成された粒子分類システムの一実施形態を示す図である。 粒子の平行流を多段階で分類するための多段粒子分類システムの他の実施形態を示す図である。 本発明の代替的な実施形態による平行粒子分類システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による平行粒子分類システムを示す図である。 粒径および/または速度の測定を可能にするための光学マスクを含む、本発明の他の実施形態による粒子分類システムを示す図である。 粒径および/または速度の測定を可能にするための光学マスクを含む、本発明の他の実施形態による粒子分類システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による可変流路を有する平行分類システムを示す図である。 本発明の他の実施形態による平行分類システムの可変アレイ設計を示す図である。 本発明の他の実施形態による平行分類システムを示す図である。 本発明の粒子分類システムを具現化する薬物選別システムを示す図である。

符号の説明

10、500、550 粒子分類システム
12、14 供給管
16 測定管
19 検出器
20 測定領域
21 分枝点
22 分枝
24 側路
25 メニスカス
26 アクチュエータ
50 分類モジュール
58、60 連結排出口
70a 緩衝チャンバ
70b 圧縮チャンバ
81 流路
82 切換領域
84 検出領域
86 集合領域
88 粒子入力チャンバ
100 バブル弁
141 混合および培養領域
160、170 並直列粒子分類システム
161、162、171 並列分類モジュール
165、175、176 吐出流路
260 圧力波生成器
800 二段粒子分類システム
810 二次分類流路

Claims (23)

1. 基板と、
   所定の特性に基づいて細胞を分類するための前記基板に形成された細胞分類システムと、
   細胞を選別するための前記基板に形成された選別システムであって、前記所定の特性を有する細胞を試験化合物と混合するための混合領域と、前記所定の特性を有する前記細胞に対する前記試験化合物の効果を検出するための検出領域とを有する選別システムとを備えた微小流体システム。
2. 前記細胞分類システムからの選択細胞を前記選別システムに搬送するための接続流路を前記細胞分類システムと前記選別システムとの間にさらに備えた請求項1に記載の微小流体システム。
3. 前記細胞分類システムは、
   導入口、第1の排出口および第2の排出口を備える、懸濁細胞の流れを搬送液で搬送するための第1の管と、
   粒子の所定の特性、ならびに粒子のサイズおよび速度の一方を感知するためのセンサと、
   前記第1の管と連通する側路と、
   前記側路に隣接して配置された密封チャンバであって、前記搬送流体が、前記側路内にメニスカスを形成して、前記密封チャンバを前記搬送流体から分離する密封チャンバと、
   前記センサが前記所定の特性を感知したときに前記密封チャンバ内の圧力を改変して、前記メニスカスを偏向させることにより、前記メニスカスの前記偏向が、前記所定の特性を有する前記細胞を前記第2の排出口に流入させ、前記所定の特性を有さない細胞を前記第1の排出口に流入させるアクチュエータとを備える請求項1に記載の微小流体システム。
4. 前記細胞分類システムは、前記第1の管内の圧力変動を吸収するための緩衝材を備える請求項3に記載の微小流体システム。
5. 前記アクチュエータは、加圧ガス源を備える請求項3に記載の微小流体システム。
6. 前記密封チャンバは、可動壁を備える請求項3に記載の微小流体システム。
7. 前記アクチュエータは、前記密封チャンバ内の圧力を改変するために前記密封チャンバの前記可動壁を移動させるための変位アクチュエータを備える請求項5に記載の微小流体システム。
8. 前記アクチュエータは、電磁アクチュエータおよび圧電素子の一方を備える請求項7に記載の微小流体システム。
9. 目標粒子を含む試料から目標粒子を分離するための粒子分類システムであって、
   導入口、第1の排出口および第2の排出口を備える、試料を搬送するための第1の管と、
   目標粒子の所定の特性を感知するためのセンサと、
   前記第1の管と連通する側路と、
   前記側路に隣接して配置された密封チャンバであって、前記第1の管における搬送流体が、前記側路にメニスカスを形成して、前記密封チャンバを前記搬送流体から分離する密封チャンバと、
   前記センサが前記所定の特性を感知したときに前記密封チャンバ内の圧力を改変して、前記メニスカスを偏向させることにより、前記メニスカスの前記偏向が、前記所定の特性を有する前記目標粒子を前記第2の排出口に流入させ、前記所定の特性を有さない粒子を前記第1の排出口に流入させるアクチュエータとを備えた粒子分類システムと、
   前記目標粒子および試験化合物を受け入れ、前記試験化合物を前記目標粒子と混合するための、前記第2の排出口に接続された混合および培養領域と、
   前記試験化合物の前記目標粒子に対する効果を検出するための検出領域とを備えた、試験化合物を選別するためのシステム。
10. 化合物の目標細胞に対する効果を試験する方法であって、
    所定の特性に基づいて細胞の集合体を分類すること、
    前記所定の特性を有する細胞を、接続流路を通じて混合領域に搬送すること、および
    前記化合物を前記混合領域に導入することを含む方法。
11. 一次細胞を選別する方法であって、
    細胞の集合体を分類して、細胞の分集団を前記集合体から分離すること、
    化合物を前記細胞の分集団に添加すること、および
    前記分集団を分析して、前記化合物の前記細胞の分集団に対する効果を判断することを含む方法。
12. 化合物の副作用を分析する方法であって、
    一次細胞の集合体を供給すること、
    前記化合物を前記一次細胞の集合体に添加すること、
    前記一次細胞を測定して、前記化合物により生じる活性を求めること、および
    前記活性を有する一次細胞を、前記活性を有さない一次細胞から分離することを含む方法。
13. 前記所定の特性は所望のマーカの存在である請求項10に記載の方法。
14. 前記所望のマーカは、抗体、酵素、基質、共同因子、蛍光染料または受容体遺伝子である請求項13に記載の方法。
15. 細胞の活性を変調する化合物の能力について選別を行うための方法であって、前記細胞を試験化合物と接触させ、請求項1に記載の微小流体システムを使用して、前記試験化合物に対する前記細胞の応答を監視する方法。
16. 微小流体システムを使用して、細胞の分集団を細胞集団から隔離する方法であって、
    所望の表現型を有する集団からの細胞を識別すること、および
    前記所望の表現型を有さない細胞から前記細胞を隔離することを含む方法。
17. 前記細胞集団は、隔離された一次細胞の培養物である請求項16に記載の方法。
18. 前記細胞集団は細胞培養物である請求項16に記載の方法。
19. 細胞移植に使用される細胞の分集団を隔離する方法であって、
    所望の表現型を有する細胞を識別し、
    微小流体デバイスを使用して前記細胞を隔離することによって、
    移植に使用される細胞の分集団を隔離することを含む方法。
20. 遺伝子改質される細胞の分集団を隔離する方法であって、
    細胞集団における所望の表現型に基づいて、細胞の分集団を識別し、
    微小流体デバイスを使用して前記細胞を隔離することによって、
    遺伝子改質される細胞の分集団を隔離することを含む方法。
21. 隔離されて遺伝し改質される前記細胞を被験者に再移植する請求項20に記載の方法。
22. 細胞の分集団を隔離する方法であって、
    細胞周期段階特定マーカを表示する細胞の分集団を識別し、
    微小流体デバイスを使用して前記細胞を隔離することによって、
    前記細胞周期の同じ相に存在する細胞の分集団を隔離することを含む方法。
23. 生体内で酵素活性を変調する化合物の能力を試験する方法であって、
    前記細胞酵素に作用されると蛍光性を帯びる化合物を細胞の集団に投与すること、および
    前記細胞蛍光を測定して、前記酵素の前記活性を変調する前記化合物の能力を判断することを含む方法。
    

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