JP2019525202A - 光学粒子分析器 - Google Patents

Abstract

装置は、それを通る流体の流れを許可するように構成された少なくとも１つの流路が中に配置されている本体を含む。少なくとも１つの流路の第１の部分は、それを通過する流体によって運ばれる粒子を、本体の外側にあるセンサデバイスが調査することを許可するように構成される。本体は、少なくとも１つの流路を周囲に流体結合し、かつ、少なくとも１つの流路への流体を受けるように構成された入口開口部を更に有する。装置は、第１及び第２のセンサ要素を更に含む。第１の要素は、少なくとも１つの流路の第２の部分の上流で流体の流れを検出できるように配置されており、第２の要素は、少なくとも１つの流路の第２の部分の下流での流体の流れを検出できるように配置されている。【選択図】図１

Description

［優先権の主張］
[0001]本願は、２０１６年８月５日に出願された米国特許仮出願第６２／３７１，３９５号、２０１６年１１月１０日に出願された米国特許仮出願第６２／４２０，３９４号、及び２０１７年３月３１日に出願された米国特許仮出願第６２／４８０，３０５号の利益を主張する。上述した出願及び２０１６年１月２２日に出願された米国特許仮出願第６２／２８１，９１５はすべて、本明細書に完全に記載されているかのように、参照によってそれら全体がこれにより組み込まれる。

[0002]本発明の実施形態に係るチップアセンブリの分解上面図。 [0003]図１に例示されるチップアセンブリの分解底面図。 [0004]図１に例示されるチップアセンブリの断面正面図。 [0005]本発明の実施形態に係るマイクロ流体調査装置の上面平面図。 [0006]図４に例示される装置の細部Ａの上面平面図。 [0007]図５に例示される装置のセクションＢ−Ｂに沿った断面図。 [0008]図６に例示される装置の細部Ｃの断面図。 [0009]本発明の実施形態に係るサンプルのカートリッジのセクションＤ−Ｄに沿った正面平面図及び断面図。 [0010]図８に例示されるカートリッジの断面図。 [0011]本発明の代替的な実施形態に係るサンプルのカートリッジの正面平面図。 [0012]図１０に例示されるカートリッジの後面斜視図。 [0013]図１０に例示されるカートリッジの断面図である。 [0014]本開示の実施形態に係るマイクロ流体調査装置の側面斜視図。 [0015]図１３に例示される装置の内部の、及び、オプティックスレイアウトの上面平面部分断面図。 [0016]図１４に例示される装置の細部Ｄの断面図。 [0017]本開示の実施形態に係るマイクロ流体調査装置の底面斜視図。

[0018]本願は、本発明の１つ又は複数の実施形態を説明するものである。「〜しなければならない」、「〜するであろう」、等の独立した用語及び具体的な数量は、そのような実施形態のうちの１つ又は複数に適用可能であるが、そのような実施形態全てに適用可能である必要はないと解釈されることは理解されるべきである。このように、本発明の実施形態は、そのような独立した用語のコンテキストにおいて説明される１つ又は複数の特徴又は機能性を省略するか又はそれの修正を含み得る。

[0019]本発明の実施形態は、プログラムモジュールのようなコンピュータ実行可能な命令の一般的なコンテキストにおいて説明され得、これは、専門の機能性を有する処理デバイスによって及び／又はそのような命令又はモジュールが記憶されることができるコンピュータ読取可能な媒体によって実行されている。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象的なデータタイプをインプリメントするルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造、等を含む。本発明はまた、通信ネットワークを通してリンクされている遠隔処理デバイスによってタスクが実行される分散コンピューティング環境において実施され得る。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、メモリ記憶デバイスを含むローカル及び遠隔の両方のコンピュータ記憶媒体に位置しているであろう。

[0020]本発明の実施形態は、様々なコンピュータ読取可能な媒体を含み得るか又はそれらにおいてインプリメントされ得る。コンピュータ読取可能な媒体は、コンピュータがアクセス可能な任意の利用可能な媒体であることができ、揮発性及び不揮発性の媒体、取外し可能な及び取外し不可能な媒体を両方とも含む。限定ではなく例として、コンピュータ読取可能な媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を備え得る。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータのような情報の記憶のために、任意の方法又は技術においてインプリメントされる、揮発性及び不揮発性の取外し可能な及び取外し不可能な媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、フラッシュメモリもしくは他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もしくは他の光学ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気ディスク記憶デバイス、又は所望の情報を記憶するために使用可能であり、かつ、コンピュータがアクセス可能な任意の他の媒体を含むがそれらに限定されない。通信媒体は典型的に、搬送波のような変調データ信号で又は他の転送メカニズムで、コンピュータ読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータを具現化し、任意の情報伝達媒体を含む。「変調データ信号」という用語は、その特性のセットのうちの１つ又は複数を有するか又は信号において情報を符号化するような方法で変更されている信号を意味する。限定ではなく例として、通信媒体は、ワイヤードネットワーク又はダイレクトワイヤード接続のようなワイヤード媒体と、アコースティック、ＲＦ、赤外線、及び他のワイヤレス媒体のようなワイヤレス媒体とを含む。上記の任意の組合せもまた、コンピュータ読取可能な媒体の範囲内に含まれるべきである。

[0021]１つ又は複数の実施形態によれば、ソフトウェア又はコンピュータ実行可能な命令とコンピュータ読取可能な媒体との組合せは、機械又は装置の創造をもたらす。同様に、処理デバイスによるソフトウェア又はコンピュータ実行可能な命令の実行は、機械又は装置の創造をもたらし、これは、ある実施形態によれば、処理デバイス自体とは別個であり得る。

[0022]相応に、コンピュータ読取可能な媒体が、ソフトウェア又はコンピュータ実行可能な命令をそれ上に記憶することで変換されることは理解されるべきである。同様に、処理デバイスは、ソフトウェア又はコンピュータ実行可能な命令を実行する過程で変換される。追加的に、処理デバイスによるソフトウェア又はコンピュータ実行可能な命令の実行中の又はそうでなければそれに関連する、処理デバイスへのデータ入力の第１のセットが、そのような実行の結果として、データの第２のセットへと変換されることは理解されるべきである。この第２のデータセットは、その後、記憶されるか、表示されるか、又はそうでなければ通信され得る。上の例の各々において暗示されている、そのような変換は、コンピュータ読取可能な媒体の一部分の物理的改変の結果であり得るか、又はそうでなければそれを伴い得る。上の例の各々において暗示されている、そのような変換はまた、例えば、処理デバイスによるソフトウェア又はコンピュータ実行可能な命令の実行中に処理デバイスに関連するレジスタ及び／又はカウンタの状態の物理的改変の結果であり得るか、そうでなければそれを伴い得る。

[0023]本明細書で使用される場合、「自動的に」実行されるプロセスは、このプロセスが、機械により実行される命令の結果として実行されること、及び、ユーザプリファレンスの確立以外に手動労力を必要としないことを意味し得る。

[0024]本発明の１つ又は複数の実施形態は、アッセイ開発機器として利用されることができ、多くのパワフルな細胞ベースアッセイは、容易に最適化され、そのようなシステム上で実行されることができる。そのような機能性には以下が含まれる：
[0025]細胞生存率アッセイ
[0026]アポトーシスアッセイ
[0027]細胞表面免疫標識
[0028]細胞内タンパク質量
[0029]ＣＲＩＳＰＲ／トランスフェクション最適化研究
[0030]オンボードＭＰＸ相対定量Ａｐを使用した最大２４個のplex-beadベースのＥＬＩＳＡ
[0031]細胞内ウェスタブロット
[0032]反応性酸化種の実験
[0033]Ｃａｌｅｉｎ ＡＭ研究
[0034]食作用分析
[0035]Ｍｉｔｏ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ実験
[0036]ある実施形態は、高性能の消耗フローセル（consumable flow cell）を作るためにプラスチック筐体に組み込まれている高品質ガラス毛細管を含む。この実施形態は、複数のテストが各消耗品において実行されること、及び、ユーザが、分析後にカートリッジリザーバから、精製された又は貴重なサンプルを再収集することを可能にする。毛細管に加えて、各消耗品は、テストされているサンプルの到着／存在を決定するために、３つの光検出エリアを有し得る（ある実施形態は、２つの光検出エリアだけを有し得る）。Ｓｔａｒｔ、Ｓｔｏｐ、及びＲｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｆｕｌｌのために３つの検出器が使用される。Ｓｔａｒｔ検出器とＳｔｏｐ検出器との間の流体流路内の体積は、体積粒子数を算出するために使用される。

[0037]ある実施形態は、消耗フローセルを用いる、高性能のフローサイトメータピペットを含む。ある実施形態は、プラスチック製の本体にマイクロキャピラリー３１が組み込まれているチップアセンブリ４の形の消耗（すなわち、使い捨て可能な）フローセルを用いる。ある実施形態に係るチップアセンブリ４は、例えばガラス又はプラスチックのような透光材料で作られている毛細管３１内におよびそれと共に形作られている流体流路を有する２つのプラスチック製要素３０，３２で構成され得る。要素３０，３２及び管３１は、接着剤、超音波溶接、レーザー溶接、テープ、等によって互いに接着されている。本明細書で以下においてより詳細に述べられるように、チップアセンブリ４のこの構成は、（１）真空により毛細管３１を通して引かれるときの、流体中の関心のある単一粒子（細胞、ビーズ、等）および（２）体積粒子計数のために少なくとも２つの位置（開始及び停止）を通過するときの流体フロントの存在、の同時光検出を可能にする。

[0038]ある実施形態に係るピペット機器１００は、マイクロプロセッサ、アナログ／デジタル回路、及びメモリを含むプリント基板を含み得るデジタル基板１９、バッテリ、タッチ反応式ディスプレイのようなディスプレイ１８、ポンプのような真空源１７、第１のＰＩＮダイオード８のような少なくとも１つの光学検出器を含む。ピペット１００は、レーザー２と、操向アセンブリ１によって制御されるミラー１０とを更に含む。

[0039]ある実施形態では、レーザー２によって放射されるビーム９は、第２のＰＩＮダイオード１４のような光学検出器からのフィードバックを使用してミラー１０を操向することによって、チップが差し込まれる度にチップアセンブリ４内のマイクロキャピラリー３１に位置合わせされる。

[0040]レーザー２が位置合わせされると、ユーザは、チップアセンブリ４のチップを、サンプルを含んでいるバイアルに差し込み、例えば、Ｏｎ／Ｏｆｆ／Ｒｅｓｅｔボタン２２を押すことで、ピペット１００をアクティブ化する。アクティブ化により、チップ２３においてピペット１００内に真空が発生し、サンプルが、チップアセンブリ４へと引き上げられる。流体の存在が検出されると、少なくとも流体停止信号が検出されるまで、粒子データが数えられ、収集され、記憶される。ある実施形態は、一次レーザー波長透過率によって同時粒径を有する単色蛍光を測定する。オプションの第１のプリズム３５ａ及び第２のプリズム３５ｂがそれぞれ位置している開始位置と停止位置との間で測定される流体の体積が既知であるため、体積セル計数が可能である。

[0041]光学的な開始及び停止は、１つ又は複数のフォトインタラプタ１５を使用して決定され得る。ある実施形態では、このフォトインタラプタ１５は、光の送信および受信の両方を行う集積チップである。フォトインタラプタ１５は、流体がチップアセンブリ４内の特定の位置にいつ到達するかについての決定を可能にし、それにより、体積粒子計数が可能になる。開始検出器と停止検出器との間の流路（すなわち、既知体積流路３３）の体積が知られていることため、
[0042]上述したように、チップアセンブリ４は、既知の体積を有する少なくとも１つの流路３３を有し得るため、システムは、体積細胞／粒子計数を実行することができる。実施形態は、２つのセクション／流路、約５０μＬのセクション、及び１５０μＬのセクション／流路を含む。

[0043]ある実施形態は、上述されている既知体積流路に対応する「開始」及び「停止」イベントを決定するために、流体がフローセル本体内の特定の位置にいつ到達するかを決定することができる。実施形態は、流体フロントの通過を検出するために、光学フォトインタラプタを使用する。チップアセンブリは、流体フロントが増殖ジオメトリの表面を濡らすと、フォトインタラプタによって測定される光信号の変化を増幅するジオメトリを流体流路内に組み込むことができる。具体的には、そしてある実施形態では、４５度の壁を有するプリズムのような楔型特徴は、４５度の壁が濡れる（それにより、フォトインタラプタから低い信号が得られる）ときと比べて、フォトインタラプタからの放射光をより一層多く反射するであろう（それにより、フォトインタラプタから高い信号が得られる）。これらの楔型特徴は、フローセル内の流体検出の精度及び確実性の両方を改善するように作用する。ある実施形態はまた、フローセル内の電極からの電気インピーダンスの変化を使用し得る。ある実施形態は、「開始」、（５０μＬの流路のための）「停止１」イベント、及び１５０μＬの流路の終端での「停止２」イベントを検出する（すなわち、計２００μＬである）。

[0044]ある実施形態は、新たなフローセルがシステムに差し込まれる度にレーザーを毛細管に位置合わせするために操向ミラーアセンブリ及びＰＩＮ光検出器を使用することができる。毛細管は、ＰＩＮダイオードの正面に設置され、レーザーはオンにされ、ミラーは、（ＰＩＮダイオードからのフィードバックに基づいて）毛細管の中心を決定するために、前後に掃引される。

[0045]ある実施形態は、細胞／粒子に当たって跳ね返るレーザー光について「側方散乱」を測定するためにＰＩＮダイオードを、及び／又は、「光透過率」によって粒径を測定するためにＰＩＮダイオードを使用することができる。透過率流路は、レーザーを毛細管に位置合わせるために使用されるのと同じＰＩＮダイオードである。

[0046]実施形態には、ユーザがフローセルを手動で中に設置する単純なシステム及び／又はフローセルを自動供給することができるより複雑なシステムが含まれ得る。自動化されたシステムは、ロボットを使用して直接マルチウェルトレイ（プレート）から細胞サンプルを引くようにプログラミングされることができる。これらのシステムでは、例えば、（染色された細胞又はビーズを含む）９６ウェルプレートがシステムに設置され得、９６−ｕｐフローセルの結束が追加されるであろう。次いで、システムは、各サンプルを自動的に分析し、各サンプルについてのファイルを作るであろう。これらのファイルは、ユーザの要求ごとにまとめられることができる。

[0047]図１−３を参照すると、ある実施形態では、チップアセンブリ４は、その中に配設されている入力流路３７と、所定の既知体積の既知体積流路３３とを有する。各流路３３，３７は、それを通る流体の流れを許可するように構成される。チップアセンブリ４は、入力流路３７を周囲に流体的に結合している入口開口部２３を更に含み、入力流路３７への流体を受けるように構成されている。チップアセンブリ４は、既知体積流路３３を周囲に流体的に結合している吸引口４１を含む。Ｏリング３４は、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、チップアセンブリ４と、ピペット機器１００のような調査装置との間に真空シールを作るために吸引口４１内に配設されている。

[0048]例示される実施形態では、マイクロキャピラリー３１は、入力流路３７のあるセグメントから入力流路の別のセグメントに流体を送出する。マイクロキャピラリー３１は、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、それを通過する流体によって運ばれる粒子を、チップアセンブリ４の外側にあるセンサデバイスが調査することを許可する。

[0049]チップアセンブリ４は、第１のセンサ開口部４０ａと第２のセンサ開口部４０ｂとを更に含む。流体によって濡れているときに光を屈折させる第１のプリズム３５ａ及び第２のプリズム３５ｂのようなセンサ要素は、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、チップアセンブリ４の外側にある少なくとも１つのセンサデバイスが流体の流れを検出できるように、それぞれ第１のセンサ開口部４０ａ及び第２のセンサ開口部４０ｂに及び流体の流れに配置されている。第１のプリズム３５ａは、既知体積流路３３の上流部分において流体の流れを検出できるように配置されおり、第２のプリズム３５ｂは、既知体積流路の下流部分において流体の流れを検出できるように配置されている。チップアセンブリ４はまた、周辺光がセンサ開口部４０ａ，４０ｂのいずれにも到達しないように働くことができる不透明光ダム３６を含み得る。オーバフローリザーバ３８は、テストが完了した後に流体がチップアセンブリ４から出るのを防ぐように機能する。

[0050]次に図４−７を参照すると、ある実施形態では、ピペット機器１００のようなマイクロ流体調査装置は、チップアセンブリ４をその中に収容するように構成された筐体２１を含む。機器１００は、一人が、手で又は工具を使用することなく、第１の位置から第２の位置に機器全体を動かすことができるように、重み及び囲まれた体積の両方が十分小さい大きさにされる。機器１００は、筐体２１内に配設されており、かつ、マイクロキャピラリー３１を調査するように構成されたマイクロ流体粒子検出器を含む。

[0051]粒子検出器は、レーザー２と、レーザーによって放射される照射ビーム９をマイクロキャピラリー３１に向けるように構成された、操向アセンブリ１に取り付けられているミラー１０のような制御面と、照射されるマイクロキャピラリーの見通し線内に配置されている蛍光ＰＩＮダイオード８及びＰＩＮダイオード１４のうちの少なくとも１つのような少なくとも１つの光学検出器とを含む。粒子検出器は、一次励起レーザー光を濾光するための光学フィルタ７を更に含み得、それによって、ＰＩＮダイオード８が所望の蛍光信号を測定することを可能にする。集光／集束レンズ１１は、マイクロキャピラリー３１を流れる細胞／粒子から蛍光信号を集めるように構成される。ダイオード１４及びミラー１０の中間にあるバンドパス光学フィルタ１３は、ビーム９以外の全ての光を濾光することができる。これは、次に、ダイオード１４がビーム９の光透過率（すなわち吸光）を測定することを可能にし、粒子がマイクロキャピラリー３１を通過するときの粒径の測定を可能にする。

[0052]操向アセンブリ１とミラー１０との組合せは、マイクロキャピラリーの調査を可能にするために、ＰＩＮダイオード１４からのフィードバックに基づいた、マイクロキャピラリー３１に対するレーザー２の位置調整を可能にするように更に構成される。チップアセンブリ４が筐体２１内に適切に配置されると、ばね６によって付勢されたプランジャピン５がＯリング３４と係合し、それによって、Ｏリングと結合するように構成された真空ポンプ１７は、吸引口４１に真空圧力を加えることができる。次に、この真空圧力は、入口開口部２３を通って、入力流路３７、マイクロキャピラリー３１、及び既知体積流路３３に、ある量の流体を引き入れるのに効果的である。真空リザーバ２０は、チップアセンブリ４に伝達される真空圧力を滑らかにするように作用することができる。

[0053]光の送信および受信の両方を行う集積チップであり得るフォトインタラプタ１５ａ，１５ｂのような第１のセンサ要素及び第２のセンサ要素が筐体２１内に配設されている。第１のフォトインタラプタ１５ａは、流体が第１のプリズム３５ａに到達するとそれを照射及び検出するように配置されており、第２のフォトインタラプタ１５ｂは、流体が第２のプリズム３５ｂに到達するとそれを照射し、その流れを検出するように配置されている。この機能性は、いつ流体の流れが既知体積流路３３を完全に横切ったかを、そして結果として、いつそのような既知体積がマイクロキャピラリー３１を横切り、調査されたかを、デジタル基板１９が決定することを可能にする。筐体２１によって運ばれるディスプレイデバイス１８は、タッチＬＣＤであり得、マイクロキャピラリー３１を流れる流体の調査から生じる粒子調査データを表す視覚画像を提示するように動作可能である。

[0054]ある実施形態は、高性能の消耗フローセルを作るためにプラスチック筐体に組み込まれている高品質ガラス毛細管を含む。この実施形態は、複数のテストが各消耗品において実行されること、及び、ユーザが、分析後にカートリッジリザーバから、精製された又は貴重なサンプルを再収集することを可能にする。毛細管に加えて、各消耗品は、テストされているサンプルの到着／存在を決定するために、３つの光検出エリアを有し得る（ある実施形態は、２つの光検出エリアだけを有し得る）。Ｓｔａｒｔ、Ｓｔｏｐ、及びＲｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｆｕｌｌのために３つの検出器が使用される。Ｓｔａｒｔ検出器とＳｔｏｐ検出器との間の流体流路内の体積は、体積粒子数を算出するために使用される。

[0055]図８及び９を参照すると、本明細書において上で説明したチップアセンブリ４に目的及び機能性が類似した消耗フローセル８００の代替的な実施形態が示されている。図８は、セル８００の正面平面図及び断面図を例示する。例示される実施形態では、セル８００は、テストを開始する前にユーザが１つ又は複数のサンプルをピペットで移す先のトップローディング式リザーバ８０１と、サンプル中の大粒子が下流要素を詰まらせるのを防ぐように機能するメッシュフィルタ８０２とを含む。

[0056]セル８００は、その中に配設されている入力流路８１１と、所定の既知体積の既知体積流路８０４とを有する。各流路８１１，８０４は、それを通る流体の流れを許可するように構成される。リザーバ８０１は、入力流路８１１を周囲に流体的に結合し、セル８００に対する吸引の適用により流体を入力流路に提供するように構成される。セル８００は、既知体積流路８０４を周囲に流体的に結合している吸引口８１２を含む。吸引口８１２は、本明細書で以下により詳細に説明されるように、セル８００と調査装置との間に真空シールを作るように動作可能である。セル８００は、ユーザが、調査装置に対してセルを差し込む及び取り外すことを可能にするように構成された差込み／取外しタブ８０７を更に含む。

[0057]例示される実施形態では、マイクロキャピラリー８０５は、入力流路８１１のあるセグメントからこの入力流路の別のセグメントに流体を送出する。マイクロキャピラリー８０５は、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、それを通過する流体によって運ばれる粒子を、セル８００の外側にあるセンサデバイスが調査することを許可する。廃液リザーバ８０３は、マイクロキャピラリー８０５を介した調査を受けた複数の個別の流体サンプルの内容物を保持することができる。

[0058]セル８００は、第１及び第２のセンサ開口部（図示せず）を更に含む。流体によって濡らされたときに光を屈折させる第１のプリズム８１３ａ及び第２のプリズム８１３ｂのようなセンサ要素は、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、セル８００の外側にある少なくとも１つのセンサデバイスが流体の流れを検出できるように、それぞれ、第１のセンサ開口部及び第２のセンサ開口部に及び流体流に配置されている。第１のプリズム８１３ａは、既知体積流路８０４の上流部分（すなわち、上述した「開始」位置）において流体の流れを検出できるように配置されおり、第２のプリズム８１３ｂは、既知体積流路の下流部分（すなわち、上述した「停止」位置）において流体の流れを検出できるように配置されている。オーバフローリザーバ８０６は、テストが完了した後に流体がチップセル８００から出るのを防ぐように機能する。リザーバ満杯検出器部分８１０は、オーバフローリザーバ８０６が満杯であることの視覚確認を可能にする。

[0059]図１０−１２を参照すると、ピペットローディング式消耗フローセル１０００の代替的な実施形態が示されている。セル１０００は、トップローディング式リザーバ８０１を除いてセル８００と同じ特徴を全て有し、同様に、本明細書で上述したチップアセンブリ４に目的及び機能性が類似する。むしろ、セル１０００は、テストを開始する前にユーザが１つ又は複数のサンプルを引き入れる先のピペットチップ１０５０と、サンプル中の大粒子が下流要素を詰まらせるのを防ぐように機能するメッシュフィルタ１００２とを含む。

[0060]セル１０００は、その中に配設されている入力流路１０１１と、所定の既知体積の既知体積流路１００４とを有する。各流路１０１１，１００４は、それを通る流体の流れを許可するように構成される。チップ１０５０は、入力流路１０１１を周囲に流体的に結合し、セル１０００に対する吸引の適用により流体を入力流路に提供するように構成される。セル１０００は、既知体積流路１００４を周囲に流体的に結合している吸引口１０１２を含む。吸引口１０１２は、本明細書で以下により詳細に説明されるように、セル１０００と調査装置との間に真空シールを作るように動作可能である。セル１０００は、ユーザが、調査装置に対してセルを差し込む及び取り外すことを可能にするように構成された差込み／取外しタブ１００７を更に含む。

[0061]例示される実施形態では、マイクロキャピラリー１００５は、入力流路１０１１のあるセグメントからこの入力流路の別のセグメントに流体を送出する。マイクロキャピラリー１００５は、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、それを通過する流体によって運ばれる粒子を、セル１０００の外側にあるセンサデバイスが調査することを許可する。廃液リザーバ１００３は、マイクロキャピラリー１００５を介した調査を受けた複数の個別の流体サンプルの内容物を保持することができる。

[0062]セル１０００は、第１及び第２のセンサ開口部（図示せず）を更に含む。流体によって濡らされたときに光を屈折させる第１のプリズム１０１３ａ及び第２のプリズム１０１３ｂのようなセンサ要素は、本明細書において以下でより詳細に説明されるように、セル１０００の外側にある少なくとも１つのセンサデバイスが流体の流れを検出できるように、それぞれ、第１のセンサ開口部及び第２のセンサ開口部に及び流体流に配置されている。第１のプリズム１０１３ａは、既知体積流路１００４の上流部分（すなわち、上述した「開始」位置）において流体の流れを検出できるように配置されおり、第２のプリズム１０１３ｂは、既知体積流路の下流部分（すなわち、上述した「停止」位置）において流体の流れを検出できるように配置されている。オーバフローリザーバ１００６は、テストが完了した後に流体がチップセル１０００から出るのを防ぐように機能する。

[0063]図１３は、本明細書で上述したようにフローサイトメトリ実験を実行及び分析するのに、及び、セル８００に関連するもののような細胞サンプルを精製するのに必要なものを全て含んでいる完全に一体化されたベンチトップシステム１３００の等角図である。これは、励起レーザー、セルアブレーションレーザー、オプティックス、光検出器、位置合わせメカニズム／モータ、真空ポンプ、コンピュータプロセッサ、バッテリ、及びタッチ反応式ディスプレイを全て含む。セル８００は、示されるように、分析のために上面１３０１に搭載されるか又は側面１３０２にあるスロット（図示せず）に装填されることができる。追加的に、システム１３００は、セル１０００がテスト対象の流体を引き出すことができるサンプルのトレイが設置され得る空胴（図示せず）を表面１３０２の内側に有し得る。

[0064]図１４は、粒子／細胞励起のために別個の（及び異なる）波長を有する２つのレーザー１４２９，１４３０を示すシステム１３００のおよびその内部の光学的レイアウトの上面平面部分断面図である。レーザーは、消耗フローセル８００（又は１０００）への途中で焦点レンズ１５１１を通過する前に、１つにつき、２つのミラー１４３４，１４３５のうちの１つに反射する。これらのミラー１４３４，１４３５の各々は、光学検出器１４１６からのフィードバックを用いて、レーザー１４２９，１４３０を（一度に１つずつ）フローセル８００内の毛細管１４１２に及び入射レーザー光源（incoming laser light）１４１０に位置合わせするために使用される。この位置合わせは、１つ又は複数の実施形態に係るフローサイトメータに随意に有利であり、かつ、それに特有である。これは、毛細管の内径が非常に小さい（すなわち、生体細胞程度、すなわち直径３０〜１００μ程度（又は正方形のような他の形状である））ため、消耗フローセルが確実に差し込まれる及び使用されることを可能にする。代替的な実施形態はまた、たった１つの励起レーザーを使用することができる。

[0065]システム１３００は、偏心カム１４４０ａ，１４４０ｂと、エンコーダ１４４１を有するＤＣギアモータと、ミラーを保持してカム上で動作する旋回アーム１４４２と、モータ及びカムを保持する操向アセンブリ基板１４４３とを含むレーザー操向アセンブリを更に有する。レーザー／光学経路は、（光電子増倍管のような）光検出器１４２０と、光バンドパスフィルタ１４２１と、焦点レンズ１４２２と、ミラー１４２３と、ダイクロイックミラー１４２４と、ミラー１４２５、集光／集束レンズ１４２６と、光学ロングパスフィルタ１４２７と、入射レーザー光源、透過光検出器（ＰＩＮダイオード）、及び２つの集光レンズ（１つは一次蛍光用で、１つは側方散乱用）に対して適切な位置に消耗フローセル８００を保持するフローセル筐体１４３１と、調整可能なレーザーマウント１４３３とを含む。

[0066]図１５に示されるように、システム１３００は、一次レーザー波長＃１４のための光学バンドフィルタ１４１３と、一次レーザー光側方散乱光検出器１４１４と、側方散乱検出器のための光学集光レンズ１４１５と、一次蛍光検出器のための光学集光レンズ１４１７とを更に含む。集められた一次蛍光光１４１８は、次いで、光学経路に沿って送られる。

[0067]加えて、システムは、これら２つのレーザー１４２９，１４３０のうちの一方が励起レーザーであり、他方がアブレーションレーザーであるように構成されることができる。代替的に、システムは、アブレーションレーザーが独立型のモジュールであるように構成されることができ、これにより、このアブレーションレーザーは、任意の時点でシステムの底面（又はそれ以外）に差し込まれることができ、フローサイトメータを細胞分析器／精製システムに変える。

[0068]細胞サンプルを精製するために、ユーザは、単に、システムにおいて対照サンプル（control sample）を実行して、細胞アブレーションのための測定ＰＭＴイベント閾値をどこに設定するかを決定するであろう。典型的に、細胞群は、アブレーションされるべき又はアブレーションされるべきでない細胞を具体的に示すために、蛍光マーカでラベル付けされる。システムにおいてトリガ閾値が設定されると、新たなカートリッジがシステムに設置され、精製対象の細胞が、このカートリッジにピペットで移される。細胞が、毛細管を通って実質的に一列で走行すると、それらは、蛍光マーカの存在（又は不存在）について分析される。アブレーショントリガがどのように設定されたかに依存して、各細胞について、それがＵＶアブレーションレーザーによって瞬時にアブレーションされるか（されないか）が、リアルタイムに決定される。全体的な分析／アブレーションタイムスケールは、数マイクロ秒程度（又はそれ未満）である。精製されたサンプルは、サンプル全体が処理されると、カートリッジから集められるであろう。

[0069]図１６は、モジュール式インサートとして設計された非常に高価な光検出器（例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）、アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮダイオード、等）を有する、完全なシステムを示すベンチトップシステム１６００の代替的な構成の底面等角図である。この実施形態では、ＰＭＴは、システムとは別に購入されることができ、かつ、ユーザによって任意の時点で差し込まれることができる個別のモジュールへとパッケージ化される。図１６では、一次蛍光又は側方散乱のいずれかを測定するＰＩＮダイオードのためのＰＭＴモジュール１６１０及び光学フィルタ要素１６２０が示されている。

[0070]これは、基本システムが非常に手頃な価格で販売されることを可能にするため、競合システムに勝る顕著な市場利点を有する。システムの所有者は、その後、資金が許す限り、彼らのシステムの性能をアップグレードすることができる。ある実施形態は、最大で４つのＰＭＴモジュールが追加されることを可能にするが、このコンセプトは、任意の数のＰＭＴでシステムを構築するために使用されることができる。

[0071]加えて、励起レーザー光には標準の光検出器（現時点ではＰＩＮダイオードが好ましい）のための光学フィルタをモジュール式にすることも有利である。これは、システムがＰＭＴモジュールなしで販売されるとき、非常に安価に一次蛍光を測定するようにシステムが構成されることを可能にする。所有者が１つ又は複数のＰＭＴモジュールでシステムをアップグレードすると、標準の一次蛍光光学フィルタを、同じＰＩＮダイオードでの励起レーザー光側方散乱測定を可能にするフィルタと交換することができる。

[0072]加えて、基本システムはまた、比較的高価な励起レーザー及び／又は細胞アブレーション（通称、精製）レーザーもモジュール式となるように設計されることができる。細胞アブレーションレーザーは、比較的高価（数千米ドル）である。このレーザーをモジュール式にすることで、ユーザは、全機能対応のフローサイトメータ／細胞分析器を購入し、そして後に、高価なアブレーションレーザーを購入し、このレーザーをシステムに差し込むことができる。これは、このシステムを、完全に機能する細胞精製（通称「仕分け」）システムへと効果的に変える。細胞アブレーションレーザーは典型的に、ＵＶ波長範囲（約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ）内であり、分析用の励起レーザーと比べて、比較的高い電力（＞０．２５Ｗ）であり。

[0073]ある実施形態は、各テストに対して一度だけ毛細管を使用する毛細管フローシステムを含む。これを行うために、ある実施形態は、１つのアセンブリ中に複数の毛細管（例えば、１６個の管）を保持し、前のカローセル（ｃａｒｏｕｓｅｌ）を使い切ったときにシステムに落とし込まれることができる。ある実施形態は、テストを実行する前にレーザーを各毛細管に位置合わせするために、実施形態に係るビーム操向技術を使用する。ビーム操向技術は、機械旋回軸を有するアーム上に搭載されたミラーを含む。ミラー／アームアセンブリは、機械ばねを使用して電気モータに取り付けられている偏心カムに対して付勢される。コンピューティングデバイスは、モータを制御してカムを回転させ、それによって、ミラー／アームアセンブリを振動させる。ミラーは、ミラー／アームアセンブリを動かすことでレーザー光が（原点から）９０度±数度となるように、４５度に設置され得る。レーザーは、オンにされ、毛細管を通り越して前後に操向される。ある実施形態は、レーザーがいつ毛細管に完全に位置合わせされるかを決定するために、ＰＩＮダイオードからのフィードバックを使用する。第２の１６−ｕｐサンプルカローセルは、１６個の異なるサンプルバイアルを保持することができる。２つのカローセルは協働して、一度に１つのバイアルから、一度に１回のテストで、生体サンプルを引き出すことができる。ある実施形態はまた、例えば、９６ウェルプレートのようなマルチウェルサンプルプレートと共に使用され得る。

[0074]第１の実施形態では、サンプルカローセルは、回転すること及び上下移動することができる。テストを実行する前に、サンプルカローセルは、毛細管が、細胞を含む流体、等と接触するように、上方へ移動することができる。流体は、定量真空を使用して、システムに引き入れられることができる。サンプルメニスカスは、クリアな管に沿って引かれるため、ある実施形態では、複数の（少なくとも２つの）光学検出器を通過するときのそれの到着を測定することで、体積数（すなわち、体積あたりの細胞の数）を決定することができる。レーザーは、第１の光学検出器として使用されることができる。

[0075]代替的な実施形態は、単一のサンプルバイアルホルダを含むことができる。代替的な体積計測手段は、体積定量ポンプ及び蠕動ポンプの使用であることができる。バンドリアタイプのアレンジメント又は個別の毛細管処理メカニズムのような複数の毛細管処理技法もまた可能である。代替的なレーザー位置合わせ手段は、レーザーを操向又は移動させるのではなく、毛細管をレーザービームの中央に移動させるためのものであることができる。

[0076]本発明の好ましい実施形態は、上で述べたように、例示及び説明されているが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更が行われ得る。例えば、そして一般的に言えば、様々な実施形態の構成要素は、単一粒子蛍光検出／分析のための光源及び光検出器を含むことができる。光源は、レーザー、ＬＥＤ、又は他の照明要素であり得る。光検出器は、光電子増倍管、ＰＩＮダイオード、アバランシェフォトダイオード、又は他の好適なデバイスであり得る。この同じ毛細管消耗アプローチはまた、ベンチトップ（又は小型のハンドヘルド）システムのために構成されることができる。そのような実施形態では、この消耗品は、チップアセンブリでなく、典型的なピペット（又は他の手段）を使用してユーザがサンプルを分注するであろうチップであり得る。先の段落で説明した実施形態の事実上全ての他の態様は同じであるか又は極めて類似しているであろう。追加的に、実施形態は、サンプルの全体積を保持するように構成された廃液リザーバは有するが、本明細書で上述したもののような「開始」及び「停止」検出器は有さない「毛細管」を含み得るチップ／カートリッジを用い得る。そのような実施形態は、ユーザが、テストされているサンプルの体積をシステムに知らせることで、数を提供するであろう。次いで、このシステムは、体積数を得るために、サンプルに含まれる全ての細胞／粒子を検出し、数えるであろう。他の実施形態は、粒子の分析は行うが、体積数はまったく提供しないであろう。従って、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によって制限されない。代わりに、本発明は、以下に続く特許請求の範囲への参照によって全体的に決定されるべきである。

Claims (11)

1. 本体と、第１のセンサ要素及び第２のセンサ要素とを備える装置であって、
   前記本体は、その中に配設されている少なくとも１つの流路を有し、前記流路は、それを通る流体の流れを許可するように構成され、前記少なくとも１つの流路の第１の部分は、それを通過する流体によって運ばれる粒子を、前記本体の外側にあるセンサデバイスが調査することを許可するように構成され、
   前記本体は、前記少なくとも１つの流路を周囲に流体結合し、かつ、前記少なくとも１つの流路への前記流体を受けるように構成された入口開口部を更に備えており、
   前記第１のセンサ要素は、前記少なくとも１つの流路の第２の部分の上流で前記流体の流れを検出できるように配置されており、前記第２のセンサ要素は、前記少なくとも１つの流路の前記第２の部分の下流で前記流体の流れを検出できるように配置されている、装置。
2. 前記本体は、前記入口開口部の反対側で前記少なくとも１つの流路の終端部に配設されている吸引口を更に備え、前記吸引口は、前記少なくとも１つの流路を周囲に流体結合する、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の部分は、前記少なくとも１つの流路の第１のセグメントを前記少なくとも１つの流路の第２のセグメントに結合する透光管を備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記本体は、第１のセンサ開口部及び第２のセンサ開口部を更に備え、
   前記第１のセンサ要素及び前記第２のセンサ要素は、光透過性であり、前記流体と流体連通して配置されており、それぞれ、前記本体の外側にある少なくとも１つのセンサデバイスが前記流体の流れを検出できるように前記第１のセンサ開口部及び前記第２のセンサ開口部に配置されている、
   請求項１に記載の装置。
5. 筐体と、吸入源と、マイクロ流体粒子検出器と、マイクロプロセッサ及び関連メモリとを備えるマイクロ流体調査装置であって、
   前記筐体は、少なくとも１つの流路を通る流体の流れを許可するように構成された前記少なくとも１つの流路を備えるサンプリングデバイスを前記筐体の中に収容するように構成され、前記少なくとも１つの流路の第１の部分は、流体によって運ばれる粒子の調査を許可するように構成されており、
   前記吸入源は、前記サンプリングデバイスに結合されるように構成され、かつ、少なくとも前記少なくとも１つの流路の前記第１の部分を通って、ある量の前記流体を引き入れるのに効果的な、低減された圧力を前記サンプリングデバイスに加えるように動作可能であり、
   前記マイクロ流体粒子検出器は、前記筐体内に配設されており、かつ、前記第１の部分を調査するように構成されており、
   前記マイクロプロセッサ及び関連メモリは、前記筐体内に配設され、前記マイクロ流体粒子検出器から粒子関連データを受け取るために、前記マイクロ流体粒子検出器と回路内で動作可能に配設されている、マイクロ流体調査装置。
6. 前記筐体は、一人が、手で又は工具を使用することなく、第１の位置から第２の位置に前記マイクロ流体調査装置全体を動かすことができるように、重み及び囲まれた体積の両方が十分小さい大きさにされる、請求項５に記載のマイクロ流体調査装置。
7. 前記筐体内に配設されており、かつ、前記第１の部分の調査を可能にするように前記マイクロ流体粒子検出器に対して前記第１の部分を配置するように構成された位置合わせメカニズムを更に備える、請求項５に記載のマイクロ流体調査装置。
8. 前記位置合わせメカニズムは、少なくとも１つのレーザー、少なくとも１つのミラー、及び少なくとも１つの光学検出器を備える、請求項７に記載のマイクロ流体調査装置。
9. 第１のセンサ要素及び第２のセンサ要素を更に備え、前記第１のセンサ要素は、前記少なくとも１つの流路の第２の部分の上流で前記流体の流れを検出するために配置され、前記第２のセンサ要素は、前記少なくとも１つの流路の前記第２の部分の下流で前記流体の流れを検出するために配置される、請求項５に記載のマイクロ流体調査装置。
10. 前記筐体によって運ばれ、かつ、前記マイクロプロセッサと回路内で動作可能に配設されているディスプレイデバイスを更に備え、前記ディスプレイデバイスは、前記マイクロ流体調査装置によって実行されるマイクロ流体調査から生じる粒子調査データを表す視覚映像を提示するように動作可能である、請求項５に記載のマイクロ流体調査装置。
11. 前記マイクロ流体粒子検出器は、
    レーザーと、
    前記レーザーによって放射される照射ビームを前記第１の部分に向けるように構成された制御面と、
    照射される前記第１の部分の見通し線内に配置されている光学検出器と、
    を備える、請求項５に記載のマイクロ流体調査装置。

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