JP2021192045A

JP2021192045A - 細胞選別およびフローサイトメトリのためのシステム、装置および方法

Info

Publication number: JP2021192045A
Application number: JP2021142185A
Authority: JP
Inventors: エム．モラチスホセ; M Morachis Jose; ファンチョースン; Sung Hwan Cho; メイジェ; Zhe Mei; プーンカフィリップ; Poonka Phillip; アルディラコンスタンス; Ardila Constance; ネアーズヘラルド; Narez Gerardo; アライニックウィリアム; Alaynick William
Original assignee: NANOCELLECT BIOMEDICAL Inc
Current assignee: NANOCELLECT BIOMEDICAL Inc
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: DK3314123T3; WO2016210077A1; JP7397833B2; EP3314123A4; EP3314123A1; CN107923382A; EP4374964A3; CN107923382B; US20180163713A1; JP2018523114A; EP4374964A2; FI3314123T3; EP3314123B1

Abstract

【課題】好適な細胞選別およびフローサイトメトリのためのシステム、装置および方法を提供すること。【解決手段】システムは、選別チャンバと、選別チャンバと流体連通する流体チャネルとを含む。蠕動ポンプは、流体流速において流体チャネルを通して流体を選別チャンバに送出するように流体チャネルと流体連通する。流体ダンパは、サンプル流体チャネルと流体連通する。流体ダンパは、ガスを含み、流体チャネル内の流体流に応答して、ガスの圧縮および膨張による流体流速の変動を低減させる。【選択図】図７

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１５年６月２３日に出願され、”ＭＥＴＨＯＤＳＡＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＣＥＬＬＳＯＲＴＩＮＧＡＮＤＦＬＯＷＣＹＴＯＭＥＴＲＹ”と題された米国仮出願第６２／１８３，６４０号に対する優先権を主張するものであり、該米国仮出願の全体の開示は、参照により本明細書中に援用される。

（政府支援）
本発明は、アメリカ国立衛生研究所によって助成された認可番号第Ｒ４４ＧＭ１１２４４２のもとでの政府支援によってなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。

蛍光活性化細胞選別（ＦＡＣＳ）およびフローサイトメトリ器具は、通常、器具を通して溶液中に懸濁された生物学的サンプルまたは粒子を流動させるためにポンプを利用する。シース流体（典型的には、リン酸緩衝生理食塩水）の第２の流れが、サンプル流の流体力学的集束に一般的に使用される。細胞選別がタイミングに敏感であり得、細胞通過時間が流速に依存するため、これらの流体システムの流速が、満足できる選別性能を達成するように安定していることが望ましい。

従来のＦＡＣＳ器具は、キュベットまたはノズルを通してサンプルおよびシース流体を押進させるように、高価かつ精巧な高圧駆動型ポンプシステムに依拠する。これらの圧力駆動型ポンプは、通常、非常に敏感で、嵩張り、高価であり、分析されている細胞の濃度を計算する能力を提供しない。ＦＡＣＳシステム内の従来の圧力駆動型ポンプに関する別の問題は、流体構成要素が、高価すぎるため全ての実験のために交換できず、広範な清掃が、通常、必要とされることである。これは、汚染の危険性および／または行程の合間に器具を清掃ならびにフラッシュする無駄な時間をもたらす。

類似問題が、ＦＡＣＳ器具内の他のポンプシステムを使用することを困難にする。例えば、サンプルが、通常、高価であり、使い捨てではない、流速センサと接触し、それを汚染するであろうため、流速フィードバックを伴う精巧な圧力駆動型ポンプシステムは、例示的ＦＡＣＳシステムでは使用されない場合がある。シリンジポンプは、シリンジポンプ内の構成要素の全てが容易に処分されることができるため、１つの代替物であることができる。しかしながら、シリンジポンプに関する問題は、ユーザが、ルアー接続をシリンジ上に締結する、シリンジをポンプに締結する、ポンププランジャを調節する、および／または同等物を行う必要があり得るため、使用が、典型的には、複雑かつユーザ集約的であることである。

いくつかの実施形態では、システムは、選別チャンバと、選別チャンバと流体連通する流体チャネルとを含む。本システムはまた、流体チャネルと流体連通する蠕動ポンプも含む。蠕動ポンプは、流体流速において流体チャネルを通して流体を選別チャンバに送出するように構成される。流体ダンパは、サンプル流体チャネルと流体連通する。流体ダンパは、ガスを含み、流体チャネル内の流体流に応答して、ガスの圧縮および膨張による流体流速の変動を低減させるように構成される。

いくつかの実施形態では、細胞選別システム用の使い捨てカートリッジは、基板を含む。使い捨てカートリッジはまた、基板の中に加工される選別チャンバも含む。流体チャネルは、基板の中に加工され、流体入口から選別チャンバに流体を運搬するように選別チャンバと流体連通する。使い捨てカートリッジはさらに、基板の中に加工され、流体チャネルを介した流体入口から選別チャンバまでの流体の流速の変動を低減させるように流体チャネルと流体連通する、流体気泡ダンパを含む。

いくつかの実施形態では、マイクロ流体チップをプライミングする方法が開示される。マイクロ流体チップは、マイクロ流体チャネルを介して選別チャンバと流体連通する入口を含む。本方法は、入口およびマイクロ流体チャネルを介して選別チャンバの中に脱ガス液体を導入するステップを含む。脱ガス液体は、選別チャンバの中に閉じ込められたガスを吸収する。

以下でより詳細に議論される前述の概念および付加的概念の全ての組み合わせ（そのような概念は、相互に矛盾しないことを前提とする）は、本明細書に開示される本発明の主題の一部と見なされることを理解されたい。特に、本開示の最後に見られる請求される主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示される本発明の主題の一部と見なされる。また、参照することによって組み込まれる任意の開示にも見られ得る、本明細書で明示的に採用される専門用語は、本明細書に開示される特定の概念と最も一貫した意味が与えられるべきであることを理解されたい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
選別チャンバと、
前記選別チャンバと流体連通する流体チャネルと、
前記流体チャネルと流体連通する蠕動ポンプであって、流体流速において前記流体チャネルを通して流体を前記選別チャンバに送出するように構成される、蠕動ポンプと、
ガスを含み、前記流体チャネルと流体連通する流体ダンパであって、前記流体チャネル内の流体流に応答して、前記ガスの圧縮および膨張による前記流体流速の変動を低減させるように構成される、流体ダンパと、
を備える、システム。
（項目２）
前記選別チャンバおよび前記流体チャネルの少なくとも一部を画定する、使い捨て基板をさらに含む、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記流体ダンパの少なくとも一部は、前記使い捨て基板上に形成される、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記使い捨て基板は、シリコーンを含む、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記流体流速の前記低減した変動は、約１０％未満である、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記流体流速は、約１μｌ／分〜約１ｍｌ／分である、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記流体ダンパは、長方形ガスチャンバ、円筒形ガスチャンバ、卵形ガスチャンバ、および円形ガスチャンバのうちの少なくとも１つを含む、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記流体ダンパは、前記流体チャネルに沿って直列に配置される少なくとも２つのガスチャンバを含む、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記流体ダンパは、約６０ｍｍ^３〜約６００ｍｍ^３の容積を有する、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記サンプル流体ダンパは、約９５％を上回って前記サンプル流体流速の前記変動を低減させるように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記流体チャネルは、サンプル流体チャネルであり、前記流体流速は、サンプル流体流速であり、前記蠕動ポンプは、サンプル流体蠕動ポンプであり、
前記選別チャンバと流体連通するシース流体チャネルと、
前記シース流体チャネルと流体連通するシース流体蠕動ポンプであって、シース流体流速において前記シース流体チャネルを通してシース流体を前記選別チャンバに送出するように構成される、シース流体蠕動ポンプと、
第２のガスを含み、前記シース流体チャネルと流体連通するシースダンパであって、前記シース流体チャネル内の流体流に応答して、前記第２のガスの圧縮および膨張による前記シース流体流速の変動を低減させるように構成される、シース流体ダンパと、
をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
基板と、
前記基板の中に加工される選別チャンバと、
前記基板の中に加工され、流体入口から前記選別チャンバに流体を運搬するように前記選別チャンバと流体連通する、流体チャネルと、
前記基板の中に加工され、前記流体チャネルを介した前記流体入口から前記選別チャンバまでの前記流体の流速の変動を低減させるように前記流体チャネルと流体連通する、流体気泡ダンパと、
を備える、細胞選別システム用の使い捨てカートリッジ。
（項目１３）
前記流体気泡ダンパは、ガスを含み、前記流体チャネル内の流体流に応答して、前記ガスの圧縮および膨張による前記流体チャネル内の前記流体の流体流速の変動を低減させるように構成される、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目１４）
前記流体は、サンプル流体であり、前記流体チャネルは、サンプル流体チャネルであり、前記流体流速は、サンプル流体流速であり、
シース流体入口から前記選別チャンバにシース流体を運搬するように前記選別チャンバと流体連通する、シース流体チャネルと、
前記シース流体チャネルを介した前記シース流体入口から前記選別チャンバまでの前記シース流体のシース流速の変動を低減させるように前記シース流体チャネルと流体連通する、シース流体気泡ダンパと、
をさらに備える、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目１５）
前記シース流体気泡ダンパは、第２のガスを含み、前記シース流体チャネル内の流体流に応答して、前記第２のガスの圧縮および膨張による前記シース流体の前記シース流速の変動を低減させるように構成される、項目１４に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目１６）
前記低減した流速の前記変動は、約１０％未満である、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目１７）
前記流速は、約１μｌ／分〜約１ｍｌ／分である、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目１８）
前記流体気泡ダンパは、長方形ガスチャンバ、円筒形ガスチャンバ、卵形ガスチャンバ、および円形ガスチャンバのうちの少なくとも１つを含む、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目１９）
前記流体気泡ダンパは、前記流体チャネルに沿って直列に配置される少なくとも２つのガスチャンバを含む、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目２０）
前記流体気泡ダンパは、約９５％を上回って前記流体流速の前記変動を低減させるように構成される、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目２１）
前記流体気泡ダンパは、約６０ｍｍ^３〜約６００ｍｍ^３の容積を有する、項目１２に記載の使い捨てカートリッジ。
（項目２２）
マイクロ流体チップをプライミングする方法であって、前記マイクロ流体チップは、マイクロ流体チャネルを介して選別チャンバと流体連通する入口を含み、
前記入口および前記マイクロ流体チャネルを介して前記選別チャンバの中に脱ガス液体を導入するステップであって、前記脱ガス液体は、前記選別チャンバの中に閉じ込められたガスを吸収する、ステップ
を含む、方法。
（項目２３）
パージポートが前記選別チャンバの垂直に上方にあるように、前記マイクロ流体チップを垂直に搭載するステップと、
前記パージポートを介して、前記選別チャンバの中に閉じ込められた前記ガスをパージするステップと、
をさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記選別チャンバは、約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの直径と、約２ｍｍ〜約５ｍｍの深度とを有する、項目２２に記載の方法。

当業者は、図面が、主に、例証目的のためのものであって、本明細書に説明される本発明の主題の範囲を限定することを意図するものではないことを理解するであろう。図面は、必ずしも一定の縮尺ではない。いくつかの事例では、本明細書に開示される本発明の主題の種々の側面は、異なる特徴の理解を促進するために、図面中で誇張または拡大されて示され得る。図面中、同様の参照文字は、概して、同様の特徴（例えば、機能的類似および／または構造的類似要素）を指す。

図１は、サンプル流体およびシース流体を送出するために蠕動ポンプを使用する、細胞選別システムの概略図を図示する。図２は、実施形態による、ダンパを含む細胞選別システムの概略図を図示する。図３Ａは、実施形態による、図２に示される細胞選別システムで使用されることができる、空気ダンパの概略図を図示する。図３Ｂは、実施形態による、図３Ａに示される空気ダンパを使用するシステムの流速を図示する。図４Ａは、実施形態による、細胞選別システム用の流体チャネルに結合された外部ガスダンパの概略図を図示する。図４Ｂは、実施形態による、外部空気ダンパを使用する例示的システムを図示する。図５は、実施形態による、サンプルおよびシース流体をマイクロ流体細胞選別システムに送出する蠕動ポンプ用の統合ガスダンパを図示する。図６Ａは、実施形態による、蠕動ポンプ用のガスダンパを含む、細胞選別カートリッジを図示する。図６Ｂは、実施形態による、蠕動ポンプ用のガスダンパを含む、細胞選別カートリッジを図示する。図７は、実施形態による、サンプル流体チャネルおよびシース流体チャネルの両方用のオンカートリッジ気泡ダンパを伴う細胞選別カートリッジを図示する。図８Ａは、実施形態による、細胞選別機と、蠕動ポンプおよびガスダンパを使用することができる閉路マイクロ流体細胞選別機チップとを図示する。図８Ｂは、実施形態による、蠕動ポンプならびにガスダンパを使用することができる、検出および選別チップを含むシステムを図示する。図９は、実施形態による、ガスダンパの有無別の時間と対比した流速を示すプロットである。図１０Ａおよび１０Ｂは、実施形態による、それぞれ、サンプル流体およびシース流体用の外部ガスダンパを用いた、時間と対比した流速のプロットである。図１１Ａ−１１Ｂは、実施形態による、シース流体用のオンカートリッジダンパの有無別の時間と対比した流速のプロットである。図１２Ａ−１２Ｂは、実施形態による、サンプル流体用のオンカートリッジダンパの有無別の時間と対比した流速のプロットである。図１３Ａは、ある実施形態による、マイクロ流体細胞検出器および選別機を図示する。図１３Ｂは、実施形態による、オンカートリッジ気泡ダンパとともに蠕動ポンプを使用する選別を図示する、プロットである。図１４は、実施形態による、例示的細胞選別機チップを図示する。図１５Ａ−１５Ｂは、実施形態による、通常緩衝剤を用いて図１４の細胞選別機チップをプライミングすることを図示する。図１５Ｃ−１５Ｄは、実施形態による、脱ガス緩衝剤を用いて図１４の細胞選別機チップをプライミングすることを図示する。図１６は、実施形態による、自動選別較正プロセスを図示するフローチャートである。図１７Ａ−１７Ｂは、実施形態による、粒子選別位置付けおよびタイミングの最適化を図示する。

本明細書に開示される実施形態は、概して、フローサイトメトリおよび蛍光活性化細胞選別のためのシステム、装置、ならびに方法に関し、いくつかの実施形態では、随意に、本明細書に開示される１つまたはそれを上回るサブアセンブリと組み合わせて、マイクロ流体ベースのフローサイトメトリおよび蛍光活性化細胞選別（ＦＡＣＳ）を包含する、システム、装置、ならびに方法に関する。

ＦＡＣＳＡｒｉａ（ＢＤ）のような従来の細胞選別機は、全ての実験のために使い捨てであるように意図されていない、複雑な流体ラインとともに圧力ポンプを使用する。従来の細胞選別機のユーザは、通常、二次汚染を回避するように実験の合間に厳密な洗浄ステップを行う。ＴｙｔｏＣｅｌｌＳｏｒｔｅｒ（ＭｉｌｔｅｎｙｉＢｉｏｔｅｃ）またはＯｎ−ｃｈｉｐＳｏｒｔ（Ｏｎ−ｃｈｉｐＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）のようなマイクロ流体ベースの細胞選別機は、選別のための一貫した流速を有するために圧力もしくはシリンジポンプを使用する。しかしながら、これらのポンプは、より高価である。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるような使い捨てマイクロ流体フローセルおよび流体素子の中へ流体を送出するための蠕動ポンプの使用は、清掃を単純化し、二次汚染の可能性を低減させることができる。蠕動ポンプは、手頃な価格であり、サンプル流体と相互作用する任意の流体ラインの交換の容易性を可能にすることができる。さらに、蠕動ポンプは、既存の圧力ポンプよりも比較的コンパクトであり、それらを殆どの研究室の予算内である比較的安価な器具のために好適にすることができる。

図１は、実施形態による、細胞選別システム１００を図示する。システム１００は、サンプル流体チャネル１２０およびシース流体チャネル１３０と流体連通する選別チャンバ１１０（選別チップまたはカートリッジと称されることもある）を含む。システム１００はまた、サンプル流体チャネル１２０を介してサンプル流体源１２６から選別チャンバ１１０にサンプル流体を送出するように構成される、蠕動ポンプ１２５も含む。本システムはまた、シース流体チャネル１３０を介してシース流体源１３６から選別チャンバ１１０にシース流体を送出するように構成される、蠕動ポンプ１３５も含む。

蠕動ポンプは、ある時は、フローサイトメータおよびＦＡＣＳシステムにおける分析ならびに選別性能に影響を及ぼし得る、大流量脈動（流速の変動と称されることもある）を生じ得る。ＢＤＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓからのＢＤＡｃｃｕｒｉＴＭＣ６またはＸｉｔｏｇｅｎフローサイトメータ等の（選別機ではなく）卓上フローサイトメータは、ダンパおよびポンプ制御の種々の組み合わせとともに蠕動ポンプを使用する。これは、コスト節約、より容易なインターフェース、および少ない保守において利点を提供することができる。蠕動ポンプを伴う例示的フローサイトメータは、その開示全体が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、ＰＣＴ出願第ＷＯ２０１３／１８１４５３Ａ２号で開示される。

本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、細胞選別および／またはマイクロ流体ベースの蛍光活性化細胞選別（ＦＡＣＳ）で使用するための使い捨て流体構成要素を伴う蠕動ポンプを対象とする。本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、シース流体および／またはサンプル流体を駆動するために蠕動ポンプを使用する、流体システムを対象とする。そのようなシステムでは、サンプルならびにシース流体は、高い粒子選別および／または分析性能を達成するように、一貫した流速においてマイクロ流体細胞選別カートリッジの中へ送達される。一貫した流速は、シースおよびサンプル流体を送達する流体チャネルに結合されることができる（外部ダンパとも称される）か、または選別カートリッジの中へ統合されることができる（統合ダンパもしくはオンカートリッジダンパとも称される）かのいずれかである、流体ダンパを使用して達成される。いくつかの実施形態では、流体ダンパは、空気、希ガス、または適切である任意の他のガス等のガスで充填されることができる。いくつかの実施形態では、流体ダンパは、通常、合成ガスから産生され、一酸化炭素および水素から成る、水性ガス等の非混合性の圧縮性流体で充填されることができる。

図２は、実施形態による、蠕動ポンプの流速変動を低減させるように１つまたはそれを上回るダンパを含む、細胞選別システム２００の概略図を図示する。システム２００は、第１の流体チャネル２２０（「サンプル流体チャネル」と称されることもある）から第１の流体を受容するように、かつ第２の流体チャネル２３０（「シース流体チャネル」と称されることもある）から第２の流体（例えば、シース流体）を受容するように構成される、選別チャンバ２１０を含む。蠕動ポンプ２２５は、第１の流体チャネル２２０を介して第１の流体源２２６から選別チャンバに第１の流体を送出する。第１のダンパ２２８は、一貫した流量を選別チャンバ２１０に送達するよう、第１のチャネル２２０内の流速の変動を低減させるように第１の流体チャネル２２０に結合される。同様に、別の蠕動ポンプ２３５は、第２の流体チャネル２３０を介して第２の流体源２３６から選別チャンバに第２の流体を送出するように構成され、第２のダンパ２３８は、第２のチャネル２３０内の流速の変動を低減させるように第２の流体チャネル２３０に結合される。

動作中に、それぞれ、第１の流体チャネル２２０および第２の流体チャネル内のダンパ２２８ならびに２３８は、ガスで充填されることができる。いくつかの実施形態では、細胞選別に先立って、システム２００全体が、ガスでフラッシュされることができる。流体が、次いで、ダンパ２２８および２３８内に一部のガスを閉じ込め、過剰なガスを押し出すように、システム２００を通して送出されることができる。第１の流体が第１のチャネル２２０の中で流動しているとき、第１の流体は、第１のダンパ２２８に進入し、第１のダンパ２２８内のガスを圧縮することができる。換言すると、第１のダンパ２２８内のガスの一部は、行き止まりを形成するダンパ２２８の中に閉じ込められることができる。このようにして、第１のダンパ２２８は、第１の流体チャネル２２０内の第１の流体の流動を減速することができる。蠕動ポンプ２２５から出て行く流体の体積流速が周期的に変動することができるため、第１のダンパ２２８内の流体体積は、ガスが液体圧力の変化に起因して圧縮または膨張されるにつれて比例して変動することができ、流速の摂動を弱める。第２のダンパ２３８は、上記で説明されるような第１のダンパ２２８と同様に機能することができる。

このようにして、ダンパ２２８および２３８は、流速のダイナミックレンジ（または流速の変動の範囲、もしくは流速の変動、および／または同等物）を低減させ得る、機械的低域通過フィルタとして作用することができる。本流速範囲の縮小は、細胞／粒子が、典型的には、サンプル流体と同一の速度において流動しているため、細胞／粒子速度の分布を狭くすることができる。結果として、細胞検出と細胞選別との間の時間遅延が、より確実に導出されることができ、それによって、選別性能を改良する。いくつかの実施形態では、減少した脈動は、サンプル流体流のより限定された流体力学的集束をもたらし得、ひいては、検出システム内の蛍光信号のより高い変動係数（ＣＶ）値につながり得る。

種々のタイプのガスが、ダンパ２２８および２３８の中に充填されることができる。一実施例では、ダンパ２２８および２３８は、大気で充填されることができる。別の実施例では、ダンパ２２８および２３８は、例えば、希ガス（例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、および／またはそれらの組み合わせ）等のサンプル流体ならびに／もしくはシース流体と反応する傾向がない、１つまたはそれを上回るガスで充填されることができる。ダンパ２２８および２３８内のガスの初期圧力は、例えば、約０．１気圧、０．２気圧、０．５気圧、０．８気圧、１気圧、１．２気圧、１．５気圧、またはその間の全ての値および部分的範囲を含む、適切である任意の他の圧力であることができる。

いくつかの実施形態では、ダンパ２２８および２３８のうちの少なくとも１つは、サンプルならびにシース流体がダンパ２２８および２３８に自由に進入することができるように、個別の流体チャネル（２２０または２３０）へ開放し得る。いくつかの実施形態では、ダンパ２２８および２３８のうちの少なくとも１つは、セパレータによって対応するチャネル２２０または２３０から分離されることができる。セパレータは、ダンパ２２８および２３８内のいかなるガスも漏出することなく、ダンパ２２８および２３８内で体積の膨張ならびに収縮を容易に可能にする、可撓性または柔軟膜を含むことができる。

いくつかの実施形態では、ダンパ２２８および２３８のうちの１つまたはそれを上回るものは、使い捨て材料で作製されることができる。いくつかの実施形態では、ダンパ２２８および２３８は、シリコーンならびに／または繊維ガラス強化シリコーンを含むことができる。いくつかの実施形態では、ダンパ２２８および２３８は、アクリル（アクリロイル基、プロプ−２−エノイル、またはアクリリルとも称される）で作製されることができる。いくつかの実施形態では、ダンパ２２８および２３８は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含むことができる。さらに別の実施例では、ダンパ２２８および２３８は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）を含むことができる。ＰＭＭＡは、通常、可視光に対して透過性であり、低蛍光を有し、それによって、細胞の光学検出および選別、ならびに細胞の顕微鏡撮像を促進する。いくつかの実施形態では、第１のチャネル２２０および第２のチャネル２３０内の管類もまた、使い捨て材料で作製されることができる。

図３Ａは、本明細書に説明されるような蠕動ポンプを使用して、フローサイトメータの流速変動を低減させるために使用されることができる、例示的ダンパ（参照文字３００によって集合的に表される）概略図を示す。ダンパ３００は、＃１−＃８と番号付けられた、８つの例示的な非限定的構成を含む。第１の構成＃１は、（例えば、サンプル流体チャネルまたはシース流体チャネルに類似する）流体チャネル３１０ａと、ダンパとして機能するように流体チャネル３１０ａに結合されるガスチャンバ３２０ａとを含む。ガスチャンバ３２０ａは、実質的に正方形の形状を有する。例示的実施形態では、ガスチャンバ３２０ａの容積は、約９２ｍｍ^３であることができる。第２の構成＃２は、流体チャネル３１０ｂと、流体チャネル３１０ｂに結合されるガスチャンバ３２０ｂとを含む。ガスチャンバ３２０ｂは、長方形を有する。例示的実施形態では、ガスチャンバ３２０ｂは、約３６９ｍｍ^３の容積を有する。第３の構成＃３は、流体チャネル３１０ｃと、正方形を有する、流体チャネル３１０ｃに結合されるガスチャンバ３２０ｃとを含む。例示的実施形態では、ガスチャンバ３２０ｃは、約１８４ｍｍ^３の容積を有する。これら３つの構成＃１−＃３に関して、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｃは、それぞれ、流体チャネル３１０ａ−３１０ｃにほぼ直接結合される。換言すると、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｃと対応する流体チャネル３１０ａ−３１０ｃとの間のコネクタのサイズおよび／または体積は、ごくわずかであり得る。

図３Ａに示される第４から第６の構成＃４−＃６は、異なる形状を有するガスチャンバを含む。第４の構成＃４は、流体チャネル３１０ｄと、流体チャネル３１０ｄに結合されるガスチャンバ３２０ｄとを含む。ガスチャンバ３２０ｄの大部分は、正方形を有するが、ガスチャンバ３２０ｄはまた、ガスチャンバ３２０ｄの大部分を流体チャネル３１０ｄと接続する縮径部分３２５ｄも含む。例示的実施形態では、ガスチャンバ３２０ｄは、ガスチャンバ３１０ａの容積と同一であり得る、９２ｍｍ^３の容積を有するが、縮径部分３２５ｄは、無視できない容積を有する。同様に、第５の構成＃５は、流体チャネル３１０ｅと、流体チャネル３１０ｅに結合されるガスチャンバ３２０ｅとを含む。ガスチャンバ３２０ｅは、ガスチャンバ３２０ｅの大部分を流体チャネル３１０ｅと接続するように縮径部分３２５ｅを含む。例示的実施形態では、ガスチャンバ３２０ｅは、約３６９ｍｍ^３の容積を有する。第６の構成＃６は、流体チャネル３１０ｆと、流体チャネル３１０ｆに結合されるガスチャンバ３２０ｆとを含む。ガスチャンバ３２０ｆは、ガスチャンバ３２０ｆの大部分を流体チャネル３１０ｆと接続するように縮径部分３２５ｆを含む。例示的実施形態では、ガスチャンバ３２０ｆは、約１８４ｍｍ^３の容積を有する。

第７の構成＃７は、流体チャネル３１０ｇと、直列に流体チャネル３１０ｇに結合される２つのガスチャンバ３２０ｇとを含む。例示的実施形態では、２つのガスチャンバ３２０ｇの全容積は、約３６８ｍｍ^３である。一実施形態では、２つのガスチャンバ３２０ｇのうちの各ガスチャンバは、ダンパとして機能する。別の実施形態では、２つのガスチャンバ３２０ｇは、集合的にダンパとして機能する。第８の構成＃８は、流体チャネル３１０ｈと、直列に流体チャネル３１０ｈに結合される３つのガスチャンバ３２０ｈとを含む。３つのガスチャンバ３２０ｈの全容積は、約５５２ｍｍ^３である。ガスチャンバ３２０ｇおよび３２０ｈは、例証目的のために、対応する流体チャネル３１０ｇおよび３１０ｈの同一側に配置される。実践では、ガスチャンバは、流体チャネルの両側で対称または非対称に配置されることができる。加えて、ガスチャンバの数はまた、３を上回り得る（例えば、５個のガスチャンバ、８個のガスチャンバ、１０個のガスチャンバ、またはそれを上回る）。

ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈの容積は、実践では、図３Ａに示される容積と異なり得る。例えば、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈの容積は、約６０ｍｍ^３〜約６００ｍｍ^３（例えば、その間の全ての値および部分的範囲を含む、約６０ｍｍ^３、約８０ｍｍ^３、約１００ｍｍ^３、約１２０ｍｍ^３、約１５０ｍｍ^３、約１８０ｍｍ^３、約２００ｍｍ^３、約２４０ｍｍ^３、約２８０ｍｍ^３、約３００ｍｍ^３、約３５０ｍｍ^３、約４００ｍｍ^３、約４５０ｍｍ^３、約５００ｍｍ^３、約５５０ｍｍ^３、および約６００ｍｍ^３）であることができる。

図３Ａに示されるガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈの２次元（２Ｄ）断面は、例証目的のために長方形（または正方形）を有する。ダンパ３２０ａ−３２０ｈの任意の好適な形状が、例えば、結果として生じるフローサイトメータ内の空間の制約および／または選別カートリッジの所望の形状因子に応じて、採用されることができる。例えば、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈの２Ｄ断面は、卵形、円形、多角形、または当技術分野で公知である任意の他の形状であることができる。３次元（３Ｄ）空間では、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈは、例えば、円筒形、立方体、球形、または当技術分野で公知である任意の他の好適な形状であることができる。

本明細書に説明されるように、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈは、対応する流体チャネル３１０ａ−３１０ｈの中で伝搬する流体の流速変動を低減させることができる。いくつかの実施形態では、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈの性能は、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈを使用した後の流速変動によって特性評価されることができる。例えば、流速の変動は、平均流速の１０％未満（例えば、その間の全ての値および部分的範囲を含む、約１０％、約８％、約５％、約３％、約２％、約１％、または１％未満）であり得る。システム３００で実装され得る平均流速は、例えば、約１μｌ／分〜約１０ｍｌ／分（例えば、その間の全ての値および部分的範囲を含む、１μｌ／分、５μｌ／分、１０μｌ／分、２０μｌ／分、３０μｌ／分、５０μｌ／分、７５μｌ／分、１００μｌ／分、１５０μｌ／分、２００μｌ／分、２５０μｌ／分、３００μｌ／分、４００μｌ／分、５００μｌ／分、６００μｌ／分、７００μｌ／分、８００μｌ／分、９００μｌ／分、１ｍｌ／分、２ｍｌ／分、３ｍｌ／分、５ｍｌ／分、７．５ｍｌ／分、または１０ｍｌ／分）であることができる。

ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈの性能を特性評価することもできる別のパラメータは、ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈの使用によって誘発される流速変動の低減である。ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈは、いかなるガスチャンバも用いていない流速の変動と比較して、８０％を上回って（例えば、その間の全ての値および部分的範囲を含む、８０％を上回って、８５％を上回って、９０％を上回って、９２．５％を上回って、９５％を上回って、９７．５％を上回って、９８％を上回って、９９％を上回って、または９９．５％を上回って）流速の変動を低減させるように構成されることができる。例えば、蠕動ポンプ後の流速は、０〜２００μｌ／分の間のいずれかであることができ、すなわち、流速の変動は、約２００μｌ／分である。ガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈを使用した後、流速は、約１１０μｌ／分〜約１１５μｌ／分であることができ、すなわち、流速の変動は、９７．５％の低減に対応する、約５μｌ／分である。

図３Ｂは、図３Ａに示される第５（「５番」）および第８の（「８番」）構成における測定された流速を図示する。比較のために、ダンパを伴わないシステム内の流速もまた、図３Ｂに含まれる（「独立型」）。３つのシステムは、約１２μｌ／分の類似平均流速を有するが、第５の構成が最も安定した性能（すなわち、誤差バーによって示されるような最少量の流量変動）を有することが分かり得る。いくつかの実施形態では、ダンパ容積が、少なくとも部分的に、脈動抑制のために圧縮および膨張されることができる、閉じ込められたガスの量を判定するにつれて、より大きいダンパ容積が、より良好な性能につながり得る。第５の構成はまた、広範囲の流速（例えば、１μｌ／分〜１ｍｌ／分）下で堅調な性能を実証する。

図４Ａは、実施形態による、蠕動ポンプ後の流速を調整するために外部ダンパを使用するシステム４００を図示する。システム４００は、流体チャネル４２０によって送達される流体（例えば、サンプル流体および／またはシース流体）を受容する、標的チップ４１０を含む。標的チップ４１０は、選別チャンバ、検出チャンバ、および／または一定の流速において流体を受容する任意の他のデバイスであることができる。蠕動ポンプ４２５は、２つのチャンバ４２８を介して標的チップ４１０に向かって流体を送出する。流体チャネル４２０はまた、培地を滅菌または浄化するための随意のインラインフィルタ４３０を含むこともできる。

図４Ｂは、図４Ａで概略的に示される例示的システムを図示する。本実施例では、ダンパ４２８は、流体継手（例えば、ＮｏｒｄｓｏｎＭｅｄｉｃａｌ，ＦｏｒｔＣｏｌｌｉｎｓ，ＣＯ）を使用して構築されることができる。より具体的には、オス型ルアー・メス型ルアーねじ山式結合器（ＬＣ７８−１）のオス型端部は、メス型ルアーラグ式Ｔ字形（例えば、ＦＴＬＴ−１）の垂直区画に接続されることができる。同一のオス型ルアー・メス型ルアーねじ山式結合器のメス型端部は、ガスを閉じ込め得るチャンバを作成するよう、オス型ルアー一体型型ロックリングプラグ（例えば、ＬＰ４−１）で冠着されることができる。第２の同じ継手アセンブリもまた、第２のガスチャンバを生成するように構築されることができる。オス型ルアースリップ結合器（例えば、ＭＴＬＣＳ−１）は、冠着された垂直区画が両方とも上向きの状態で、２つのアセンブリを接続するために使用されることができる。０．２μｍのＡｃｒｏｄｉｓｃシリンジフィルタ（例えば、４６１２，ＰＡＬＬＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＰｏｒｔＷａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＮＹ）が、組み合わせられたアセンブリの一方の端部に接続されることができる。２つのオス型ルアー一体型ロックリングプラグ・５００シリーズ返し（１／１６インチ）継手（ＭＴＬＬ００４−１）は、結果として生じるアセンブリの両方の遊離端に接続されることができる。フィルタ４２０を伴わない外部ダンパ４２８は、サンプル流体に使用されることができる。入口シリコーン管類が、空気ダンパ４２８のフィルタ端上の返しに接続されることができる一方で、出口シリコーン管類は、空気ダンパ４２８の出口端上の返しに接続されることができる。

図５は、蠕動ポンプによって送達される流体の流速を調整するために１つまたはそれを上回るオンカートリッジダンパを使用する、システム５００を図示する。システム５００は、サンプルチャネル５２０からサンプル流体を受容するように、かつシースチャネル５３０からシース流体を受容するように構成される、カートリッジ５１０を含む。サンプルチャネル５２０内の蠕動ポンプ５２５は、サンプル流体源５２６からカートリッジ５１０に向かってサンプル流体を送出し、シースチャネル５３０内の別の蠕動ポンプ５３５は、シース流体源５３６からカートリッジ５１０に向かってシース流体を送出する。図５に示されるシステム５００は、カートリッジ５１０がサンプルおよびシース流体の流速を調整するように統合ダンパを含む（例えば、図６Ａ、図６Ｂ、または図７参照）という点で、図１に示されるシステム１００と異なる。

図６Ａは、システム６００を図示し、かつ既存の基板設計内の何もない空間がどのようにしてガスダンパを構築する／含むように修正されることができるかを図示する。システム６００は、何もない空間が、流体チャネル６１０および流体チャネル６１０と流体連通するガスチャンバ６２０（「エアポケット」）を構築するように加工される、基板６０１を含む。基板６０１は、シリコーン、繊維ガラス強化シリコーン、アクリル、ＰＤＭＳ、ＰＭＭＡ、または当技術分野で公知である任意の他の材料等の低コストかつ使い捨ての材料で作製されることができる。一実施例では、ガスチャンバ６２０は、流体チャネル６１０に沿ってカートリッジ６１０の中に成形されることができる。別の実施例では、ガスチャンバ６２０は、基板６０１をエッチングすることによって加工されることができる。ガスチャンバ６２０のパラメータ（例えば、容積、流速変動の低減等）は、図３Ａに示され、上記で説明されるガスチャンバ３２０ａ−３２０ｈに実質的に類似し得る。

図６Ｂは、図６Ａで概略的に示される統合ダンパを含む、例示的細胞選別カートリッジの写真である。統合ダンパ（オンカートリッジダンパとも称される）を使用することは、付加的外部ガスダンパを加工するのではなくて、チップカートリッジ内の何もない空間を利用することによって、ダンパのサイズおよびコストを削減することができる。統合オンカートリッジガスダンパの動作原理は、上記で説明される外部ダンパと同じであり得、ガスが、流体チャネルの上方のポケットの中に閉じ込められ、流速脈動を弱めるように圧縮する。

図７は、例えば、サンプルおよびシース流体等の流体の流速を調整するためにオンチップダンパを使用する、例示的フローサイトメータ７００を図示する。サイトメータ７００は、選別チャンバ７１０が加工される、基板７０１を含む。選別チャンバ７１０は、サンプルチャネル７２０から、選別される細胞を含むサンプル流体を受容し、シースチャネル７３０からシース流体を受容する。サンプルチャネル７２０は、サンプル流体チャネル７２０と流体連通するサンプル流体ダンパ７２８を含む。シースチャネル７３０は、同様に、シース流体チャネル７３０と流体連通するシース流体ダンパ７３８を含む。２つのダンパ７２８および７３８（気泡ダンパとも称される）は、基板７０１によって画定される、何もない空間を含み、したがって、高密集度で基板７０１に併合する。選別後に、サンプル流体中の異なるタイプの細胞は、出力チャネル７４０内の３つの異なる出力ポート７４２ａ、７４２ｂ、および７４２ｃの中へ指向される。実践では、出力ポートの数（また、選別システム７００によって区別されることができる、異なるタイプの細胞の数）は、３を上回り得る、または３未満であり得る。図７に示されるシステム７００は、単一のチップの中に加工され、したがって、高度にコンパクトであり得る。加えて、基板７０１は、低コストかつ使い捨ての材料で作製されることができ、それによって、行程の合間の広範な清掃を回避する。

図８Ａは、本明細書に説明されるガスダンパが、サンプルおよびシース流体等の流速を安定させるために採用されることができる、例示的フローサイトメータ８００を示す。フローサイトメータ８００は、着目細胞を含むサンプル流体８０１が、シース流体８０２ａおよび８０２ｂの２つの流れの間に挟持される、選別チャンバ８１０を含む。シース流体８２０ａおよび８０２ｂならびにサンプル流体８０１の２つの流れからの圧力比は、主要チャネルに沿った適切な分析ならびに選別のために、一貫し、かつ安定し得る。本圧力比に影響を及ぼし得る一因は、サンプルおよびシース流体の流速であることができる。この目的で、上記で説明されるガスダンパと組み合わせた蠕動ポンプは、一定の流速を達成するよう、サンプル流体８０１ならびにシース流体８０２ａおよび８０２ｂを送達するために使用されることができる。いったん着目細胞が検出されると、選別チャンバは、指定出力チャネル８３０に向かってサンプル流体８０１を偏向させるために圧電アクチュエータ８０２を使用することができる。圧電選別を使用するフローサイトメータのさらなる情報は、その開示全体が参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、米国特許第９，１３４，２２１号で見出されることができる。

図８Ｂは、本明細書に説明されるような１つまたはそれを上回るダンパを採用することができる、例示的検出および選別チップ９１０を図示する。外部チップ９０１は、検出および選別チップ９１０を保持し、および／または概して、それに流体的に結合可能である。いくつかの実施形態では、検出および選別チップ９１０は、外部チップ９０１から除去可能であり得る。検出および選別チップ９１０は、異なる細胞が圧電アクチュエータ９１２によって異なる出力チャネルの中へ指向される、選別接合点９１３を含む。いくつかの実施形態では、圧電アクチュエータ９１２は、圧電アクチュエータ９１２に印加される正電圧に応答して上向きに屈曲し、圧電アクチュエータ９１２に印加される負電圧に応答して下向きに屈曲することができる。異なる方向に向かって屈曲することによって、圧電アクチュエータ９１２は、チップ９１０の異なる出力チャネルの中へチップ９１０の入力チャネル内の細胞を指向することができる。

外部チップ９０１は、システム９００の中へサンプル流体を伝達するサンプル入力ポート９２０ａと、システム９００の中へシース流体を伝達するシース入力ポートとを含む。外部チップ９０１はさらに、例えば、パージ流体がシステム９００を清掃した後に、パージ流体を除去するようにパージ出力ポート９２５を含む。３つの出力ポート９３０ａ−９３０ｃが、選別接合点９１３から細胞を受容し、受容された細胞を送達するように、外部チップ９０１の縁に配置される。出力ポート９３０は、選別Ａ出力９３０ａと、未選別出力９３０ｃと、選別Ｂ出力９３０ｂとを含む。いくつかの実施形態では、選別Ａ出力９３０ａおよび選別Ｂ出力９３０ｂは、圧電アクチュエータ９１２が、それぞれ、上向きおよび下向きに屈曲しているときに、選別接合点から細胞を受容し、未選別出力９３０ｃは、圧電アクチュエータ９１２が印加された電圧を伴わないその自然な状態であるときに細胞を受容することができる。別の言い方をすれば、外部チップ９０１は、入力ポート９２０ａ−９２０ｂ、パージ出力ポート９２５、ならびに選別後出力ポート９３０ａ−９３０ｃを検出および選別チップ９１０の個別のポートに結合する、その中に形成された流体チャネル（図示せず）を有することができる。交換可能な検出および選別チップ９１０の使用は、サンプル間汚染を防止することができる。

図９は、蠕動ポンプを使用するシステム内のガスダンパの有無別の測定された流速を図示する。蠕動ポンプ管類がガスダンパを伴わずに選別チップに直接接続されるとき、重度の脈動（「ダンパなし」線）が、流体ラインと直列に下流に配置された流速センサ（例えば、Ｆｌｕｉｇｅｎｔ，Ｐａｒｉｓ）を用いて観察される。本流速脈動は、０〜２００μＬ／分以上に及ぶ。ガスダンパがポンプとチップとの間に接続されるとき、流速脈動範囲は、１１０〜１１３μＬ／分まで低下し（「外部ダンパ」線）、流速の変動の有意な低減を実証する。

図１０Ａ−１０Ｂは、それぞれ、サンプル流体およびシース流体用の外部ガスダンパを用いた、時間と対比した流速のプロットである。シース流体およびサンプル流体流速の両方の反復分析は、ガスダンパを使用するときの脈動の一貫した低減を示す。これらの実験では、シース流体の平均流速は、約１２０μＬ／分であり、サンプル流体の平均流速は、約２０μＬ／分である。両方の場合に、流速の結果として生じる変動は、５μＬ／分未満である。本流速変動の低減は、選別機能の性能を犠牲にすることなく、細胞選別システムが蠕動ポンプを使用することを可能にすることができる。

図１１Ａ−１１Ｂは、シース流体用のオンカートリッジダンパの有無別の時間と対比した流速のプロットである。オンカートリッジダンパがないと、蠕動ポンプ後のシース流体の流速は、約４０サイクル／分の発振周波数において０〜約１４５μＬ／分の間で発振している。システムの中へオンカートリッジダンパを含むことは、５μＬ／分未満の変動を伴って、約１１５μＬ／分において流速を実質的に安定させる。

図１２Ａ−１２Ｂは、サンプル流体用のオンカートリッジダンパの有無別の時間と対比した流速のプロットである。オンカートリッジダンパがないと、蠕動ポンプ後のサンプル流体の流速は、約６サイクル／分の発振周波数において０〜約３５μＬ／分の間で発振している。加えて、各サイクル内に流速のいくつかの高周波数発振もある。システムの中へオンカートリッジダンパを含むことは、３μＬ／分未満の変動を伴って、約２５μＬ／分において流速を実質的に安定させる。

図１３Ａは、選別の検証のためのアプローチを図示し、かつ粒子選別接合点１５１１から下流にある１つまたはそれを上回る分岐流体チャネル１５１０Ａ−１５１０Ｃの中に感知機構（例えば、以下でさらに詳細に説明される参照文字１５１４Ａ−１５１４Ｃ）を含む、（例えば、システム１００の側面に構造的および／または機能的に類似する）マイクロ流体検出器／選別機１５００を図示する。いくつかの実施形態では、マイクロ流体検出器内の選別前場所における光学感知および選別後場所における感知（例えば、光学感知、インピーダンスベースの感知、および／または同等物）を使用することの組み合わせは、より効率的なフローサイトメトリ測定のためのより良好な制御された動作を提供するために使用されることができる。図示される実施形態では、選別後感知は、粒子選別接合点１５１１においてアクチュエータによって行われる所望の粒子選別が適切に実行されるかどうかを検証するために使用されることができる。図示される実施形態では、選別後感知は、選別後弁を動作させるための入力として使用されることができる。

いくつかの実施形態では、図１３Ａの実施形態は、１つの分岐流体チャネルから光を受光し、および／または１つの分岐流体チャネル内のインピーダンス変動を検出するように、かつ標的粒子がアクチュエータによって１つの分岐流体チャネルの中へ指向されるかどうかを検証するために使用されることができる分岐検証光学信号を生成するように、分岐流体チャネル（例えば、チャネル１５１０Ａ）のうちの１つに結合される、分岐検証構造（例えば、１５１４Ａ）を含む。２つまたはそれを上回るそのような分岐検証構造が、いくつかの実施形態で実装されることができる。図１３Ａの実施形態では、３つ全ての分岐流体チャネル１５１０Ａ−１５１０Ｃは、そのような検証検出モジュール１５１４Ａ−１５１４Ｃを有する。他の実施形態では、いくつかの分岐は、他の分岐がそのような検証構造を有し得ないときに、それを有することができる。

図１３Ａの例示的実施形態では、光学検出器１５２０は、少なくとも、粒子検出モジュール１５１２からの１つまたはそれを上回る光学信号、および検証検出モジュール１５１４Ａ−１５１４Ｃからの分岐検証光学信号を含む、光を受光するように位置する。いくつかの実施形態では、光学検出器は、受光された光に含有される情報を搬送する、検出器信号を生成する。粒子選別機制御モジュール１５２４内の信号処理機構は、標的粒子がアクチュエータによって１つの分岐流体チャネルの中へ指向されるかどうかを検証するインジケータを生成するように、分岐検証光学信号の情報を抽出する。いくつかの実施形態では、光学ベースの検証またはインピーダンスベースの検証が使用されるかどうかにかかわらず、検証信号は、選別の誤動作の検証に応答して、システム動作を中断し得る（例えば、流入サンプル流およびアクチュエータによる選別動作を停止する）、粒子選別機制御モジュール１５２４に自動的にフィードバックされることができる。いくつかの実施形態では、アラート信号（例えば、ポップアップ警告および／または点滅光等の視覚信号、ビープ音等の音声信号、ならびに／もしくは同等物）が、選別の誤動作についてマイクロ流体検出器のオペレータに警告するように、粒子選別機制御モジュール１５２４によって生成されることができる。

図１３Ｂは、選別プロセスの種々のステップを示す、オシロスコープトレースである。最初に、蛍光信号の最左ピークが、光学的に検出される。負のピーク瞬間は、選別アクチュエータ（例えば、図８に示される圧電アクチュエータ）のアクティブ化を示す。最右ピークは、成功した選別の結果としての選別後検証インピーダンス信号である。インピーダンス信号を使用する選別後検証についてのさらなる情報は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０６５１１１号で見出されることができる。

流速脈動が高すぎる場合、わずかな正しい選別事象しか観察されることができない。加えて、進行する粒子の速度は、一貫性が少なくあり得る。したがって、粒子検出と粒子選別作動との間の時間である、選別遅延時間は、それに応じて一貫性が少ない。これは、粒子を加速させるか、または減速させるかのいずれかであり得、それによって、検出事象の数に対する選別事象の数の比として定義されることができる、選別効率を減少させる。例えば、１００個の細胞が検出システムによって検出され、５０個の細胞が正しい出力チャネルに指向される場合には、選別効率は、５０％である。ダンパがないと、選別効率は、不良であり得、約０〜約７０％の間で著しく変動する。選別性能は、ガスダンパが利用されるときに、蠕動ポンプによって顕著に改良されることができる。図１３は、約９０％を上回り、最大約９９％の選別効率が、達成され得ることを実証する。

殆どのマイクロ流体システムでは、気泡が、信号品質を劣化させる傾向があり、それらの圧縮率に起因して、流体を制御することを困難にし得るため、気泡の完全または実質的に完全な除去が、望ましくあり得る。最適な器具性能のための安定した制御可能な流動ステータスを達成するために、マイクロ流体チップは、典型的には、マイクロ流体チャネル内の任意の気泡を除去するよう、液体で事前充填される（「プライミング」として公知であるプロセス）。液体でチップをプライミングし、分析または細胞選別のために粒子サンプルを流すことに先立って気泡を除去することは、方略的に設計されたマイクロ流体チャネルおよびポートの組み合わせを使用して、達成されることができる。

図１４は、プライミングの方法を図示するマイクロ流体チップの概略図を示す。チップ１４００は、チップ１４００内の他の構成要素が配置されることができる、基板１４０１（または基部）を含む。チップ１４００は、２つの流体入口、すなわち、シース流体を送達するシース流体入口１４２２と、サンプル流体を送達するサンプル流体入口１４２４とを含む。シース流体およびサンプル流体は、サンプル流体中の異なる細胞が異なる出力チャネル１４４０の中へ指向される、選別接合点１４１０に伝達される。選別は、異なる出力チャネル１４４０に向かってサンプル流体を偏向させることができる、ＰＺＴチャンバ１４３０内の圧電（ＰＺＥ）アクチュエータによって実施される。いくつかの実施例では、ＰＺＴチャンバ１４３０の直径は、約１０ｍｍ〜約３０ｍｍ（例えば、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、または３０ｍｍ）であることができ、ＰＺＴチャンバ１４３０の深度は、２〜５ｍｍ（例えば、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４ｍｍ、４．５ｍｍ、および５ｍｍ）の間で変動することができる。本チャンバ１４３０は、数１０〜数１００マイクロメートルである、典型的マイクロ流体チャンバよりも直径および容積が１〜２桁大きくあり得る。マイクロ流体チャネルとチャンバおよびその構造との間の寸法不一致に起因して、液体を導入することは、ガスを変位させることによってマイクロ流体チップ１４００をプライミングするために十分ではない場合がある。

チャンバ１４３０が中規模寸法を有するため、典型的マイクロ流体と異なり、重力が、流動および充填により大きい影響を与え得る。したがって、チップを垂直に搭載し、ＰＺＴチャンバ１４３０の上にパージポート１４５０を作成することは、チャンバを完全に充填することに役立つ。ＰＺＴチャンバ１４３０および反対側の液体チャンバは、ガスを放出する流体チャネルを介して接続されることができ、両方のチャンバが液体で完全に充填されることを確実にする。流体チャネルおよびパージポート１４５０の配向ならびに位置付けは、重力が不要なガスをパージすることを支援することを可能にする。

主要流動チャネル、および主要流動チャネルを選別チャンバに接続する縮径部は、ＰＤＭＳ、ＰＭＭＡ、および環状オレフィンコポリマーＣＯＣ／環状オレフィンポリマーＣＯＰを含む、主に、殆どのプラスチック材料の不良な湿潤性に起因して、小気泡を生じる傾向があり得る。図１５Ａ−１５Ｂは、本問題を図示する。チップ１４００の中へ通常緩衝剤を充填した後、依然としてＰＺＥチャンバ１４３０の中にいくらかのガスがあり得る。

図１５Ｃ−１５Ｄは、脱ガス緩衝剤を使用してマイクロ流体チップ１４００をプライミングする方法を図示する。チャンバを充填するように流体を導入した後に、任意の残留気泡を除去するために、脱ガス緩衝剤が、装填されることができ、ポンプが、チップ１４００の中へ緩衝剤を指向することができる。代替として、ポンプとチップとの間のラインは、「インライン」脱ガス装置を有し得る。プライミング液体は、器具の中へ装填する前にガスを抜かれる、またはポンプとチップとの間に配置され得る「インライン」真空を使用してガスを抜かれることができる。脱ガス液体がマイクロ流体チャネルと選別ＰＺＴチャンバとの間の縮径部の領域に導入されるとき、任意の閉じ込められたガスが、流体の中へ溶解し、チップが、図１５Ｄに図示されるように液体で完全に充填される。

従来の粒子選別方法は、流れを液滴に分解するために圧電変換器を使用する。これらの液滴が離脱するにつれて、粒子（例えば、細胞）が、それらのうちのいくつかに含有されることができる。液滴が形成されると、液滴は、正または負のイオンで帯電されることができる。液滴の流れは、次いで、荷電液滴が偏向され、試験管／ウェルの中へ収集されることができるように、一対の荷電プレート（例えば、±５０００Ｖにおいて帯電される）を通過する。

流動選別の一側面は、したがって、電荷を正しい滴（すなわち、所望の粒子を有するもの）に印加し、他のものに印加しないことである。こうするために、「時間遅延」または「選別遅延」と呼ばれるパラメータが、精密に調節されるはずである。従来の細胞選別機では、時間遅延または選別遅延は、粒子が、分析点から、それを含有する滴が流れから離脱する点まで移動するために要する時間である。時間遅延は、分析点と選別点との間の距離、流速、滴の生成速度、帯電頻度等を含むが、それらに限定されない、いくつかの要因によって判定される。時間遅延が適切に調節されない場合、選別純度および効率は、悪影響を受け得る。加えて、ユーザは、リアルタイムで選別結果を監視することが可能ではない場合がある。代わりに、ユーザは、選別情報を取得するように、選別されたサンプルを収集し、サイトメータを用いて分析する必要がある。これは、従来の細胞選別機が、通常、コア施設内で十分な訓練を受けた技術者のみによって動作される１つの理由であることができる。

しかしながら、本明細書に開示されるような粒子選別機は、閉ループ粒子選別を行うために使用されることができる。図１４に示されるシステムでは、時間／選別遅延は、粒子が光学的に検出されるときと、粒子が選別接合点に到達するとき（この場合、３つの選別チャネルのうちの１つの中へ粒子を偏向させるようにトリガされるアクチュエータ）との間の時間である。これは、選別アクティブ化をトリガする信号として散乱光および／または放射蛍光（１つまたはそれを上回る光検出器によって検出される）を使用することができる。オンチップ圧電（ＰＺＴ）アクチュエータは、チップ選別接合点において流量移動を過渡的に変化させることによって粒子を選別する。粒子選別機は、選別ステータスを確認する妥当性確認信号を取得するために、電気的方法（例えば、インピーダンス測定）および／または光学的方法を使用する。加えて、プロセッサ（電子ハードウェア）は、選別効率を増加させ、リアルタイムで選別ステータスを監視するように、光学検出信号、ＰＺＴトリガ信号、および妥当性確認信号に関するタイミングを調節する方法を実装する。

デジタル選別遅延が、任意の軽微なＹ軸整合差、軽微な製造差、または軽微な流速差を補償するために使用されることができる。Ｙ軸における整合は、検出領域におけるその上流検出に続いて、粒子がマイクロ流体選別接合点内にあるときに、ＰＺＴ選別アクチュエータが正確な時間にアクティブ化されるべきであるため、適切な選別タイミングに影響を及ぼし得る。適切な選別遅延はまた、マイクロ流体チップ加工の不完全性およびＰＺＴ性能の変動に起因して、チップ間で変動し得る。概して、所与のチップの所望の選別遅延は、所与の流速について一定のままである。

加工不完全性および性能変動に対処するために、選別システムは、１つの固定選別遅延値の代わりに、距離および速度情報に基づいて選別遅延の範囲を定義することができる。続いて、本システムは、本選別遅延値の範囲を通してステップをとることができる。例えば、本システムは、１つの選別遅延値、またはステップにつきわずか１マイクロ秒だけ分離される選別遅延値を通してステップをとることができる。ある場合には、本システムは、粗い較正のために、より大きいステップ（例えば、１０マイクロ秒）をとり、より精密な較正のために、より小さいステップ（例えば、１マイクロ秒）をとることができる。

各ステップにおいて、本システムは、ＰＺＴトリガ事象の総数と比較して選別確認信号の割合として定義される、選別効率を取得するように、数１０、数１００、または数１０００個、もしくはそれを上回る粒子を測定する。選別検証信号は、選別チャネル内の下流で測定される電気または光学信号であることができる。一実施例は、マイクロ流体チップ内の流体チャネルの下流で金電極を使用することである。電極は、電場を提供するために使用される。粒子が本電場を横断して進行するとき、本システムは、チャネルを通って流動する粒子によって引き起こされる電気信号（例えば、インピーダンス信号）の変調を促進する。

いったん本システムが、ある距離範囲（例えば、１００μｍ〜２５０μｍ）のループ計算を終了すると、ユーザに達成された選別効率を通知する。本選別正確度が許容閾値を上回る場合、本システムは、選別正確度を生じた選別遅延を設定し、実際のサンプル行程に備えて本システムをリセットし、較正プロセスが完了したことをユーザに通知する。別様に、本システムは、より広い選別遅延範囲で較正プロセスを繰り返すようにユーザを促す。（例えば、３回の試行後に）所望の選別正確度が達成されない場合、本システムは、チップを交換し、本自動較正試験を繰り返すようにユーザに通知する。

図１６は、上記で説明される自動選別遅延較正の方法を図示する。方法１６００は、自動選別遅延較正を開始するステップ１６１０から始まり、その後に、より低い選別遅延値が現在の検索範囲内に設定される、ステップ１６２０が続く。ステップ１６３０では、検出および選別システムが、動作され、選別正確度およびトリガ正確度が、記録される。記録された選別正確度およびトリガ正確度は、ステップ１６４０のように、最大選別正確度を生じる選別遅延の値を見出すために使用されることができる。ステップ１６５０では、信号は、それが満足できるかどうかを判定するように調査される。満足できない信号に応答して、方法１６００は、自動選別遅延が繰り返される、または選別チップが交換される、ステップ１６６０に進む。一方で、ステップ１６５０において満足できる信号に応答して、方法１６００は、最大選別正確度を生じる選別遅延が設定される、ステップ１６７０に進む。加えて、本システムはまた、実際のサンプル行程のために設定されることもでき、それによって、較正を完了する。

図１７Ａ−１７Ｂは、粒子選別位置付けおよびタイミングの最適化を図示する。図１７Ａは、チャネルのＹ軸上の位置の関数としての選別効率のプロットである。図１７Ｂは、サンプル流体を伝搬する流体チャネル１７１０と、指定出力チャネル１７３０に向かってサンプル流体中の細胞を指向するＰＺＴアクチュエータ１７２０とを含む、選別接合点１７００の概略図を示す。流体チャネル１７１０は、位置がＰＺＴトリガの精密なタイミングを制御するように最適化される、Ｙ軸領域と呼ばれる領域１７１５を含む。図１７Ａに示されるプロットに基づいて、マイクロ流体チップを設定するように最大選別効率を生じる、位置を選定することができる。

種々の発明の実施形態が、本明細書に説明および図示されているが、当業者は、本明細書に説明される機能を果たす、および／または結果ならびに／もしくは利点のうちの１つまたはそれを上回るものを取得するための種々の他の手段および／または構造を容易に想定し、そのような変形例ならびに／もしくは修正はそれぞれ、本明細書に説明される発明の実施形態の範囲内であると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に説明される全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が、例示的であるように意図され、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が、本発明の教示が使用される、１つもしくは複数の具体的用途に依存するであろうことを、容易に理解するであろう。当業者は、日常的にすぎない実験を使用して、本明細書に説明される具体的な発明の実施形態の多くの均等物を認識する、または確認できるであろう。したがって、前述の実施形態は、一例のみとして提示され、添付の請求項およびその均等物の範囲内で、発明の実施形態が、具体的に説明および請求されるものとは別様に実践され得ることを理解されたい。本開示の発明の実施形態は、本明細書に説明される各個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象とする。加えて、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が、相互に矛盾しない場合、２つもしくはそれを上回るそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせが、本開示の範囲内に含まれる。

上記の実施形態は、多数の方法のうちのいずれかで実装されることができる。例えば、本明細書に開示される技術を設計および作製することの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを使用して、実装されてもよい。ソフトウェアで実装されるとき、ソフトウェアコードは、単一のコンピュータの中に提供されるか、または複数のコンピュータの間で分配されるかにかかわらず、任意の好適なプロセッサもしくはプロセッサの集合上で実行されることができる。

さらに、コンピュータは、ラックマウント式コンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、またはタブレットコンピュータ等のいくつかの形態のうちのいずれかで具現化されてもよい。加えて、コンピュータは、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン、または任意の他の好適な携帯用もしくは固定電子デバイスを含む、概して、コンピュータと見なされないが、好適な処理能力を伴う、デバイスで具現化されてもよい。

また、コンピュータは、１つまたはそれを上回る入力および出力デバイスを有してもよい。これらのデバイスは、とりわけ、ユーザインターフェースを提示するために使用されることができる。ユーザインターフェースを提供するために使用されることができる出力デバイスの実施例は、出力の視覚提示のためのプリンタまたは表示画面と、出力の可聴提示のためのスピーカまたは他の音声発生デバイスとを含む。ユーザインターフェースに使用されることができる入力デバイスの実施例は、キーボードと、マウス、タッチパッド、およびデジタル化タブレット等のポインティングデバイスとを含む。別の実施例として、コンピュータは、音声認識を通して、または他の可聴形式で入力情報を受信してもよい。

そのようなコンピュータは、企業ネットワーク等のローカルエリアネットワークまたは広域ネットワーク、およびインテリジェントネットワーク（ＩＮ）もしくはインターネットを含む、任意の好適な形態の１つまたはそれを上回るネットワークによって、相互接続されてもよい。そのようなネットワークは、任意の好適な技術に基づいてもよく、任意の好適なプロトコルに従って動作してもよく、無線ネットワーク、有線ネットワーク、または光ファイバネットワークを含んでもよい。

本明細書で概説される（例えば、上記で開示される結合構造および回折光学要素を設計して作製する）種々の方法またはプロセスは、種々のオペレーティングシステムもしくはプラットフォームのうちのいずれか１つを採用する、１つまたはそれを上回るプロセッサ上で実行可能であるソフトウェアとしてコード化されてもよい。加えて、そのようなソフトウェアは、いくつかの好適なプログラミング言語および／またはプログラミングもしくはスクリプト作成ツールのうちのいずれかを使用して書かれてもよく、また、フレームワークまたは仮想マシン上で実行される実行可能機械言語コードもしくは中間コードとしてコンパイルされてもよい。

この点に関して、種々の発明の概念が、１つまたはそれを上回るコンピュータもしくは他のプロセッサ上で実行されると、上記で議論される本発明の種々の実施形態を実装する方法を行う、１つまたはそれを上回るプログラムでエンコードされる、コンピュータ可読記憶媒体（または複数のコンピュータ可読記憶媒体）（例えば、コンピュータメモリ、１つまたはそれを上回るフロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイもしくは他の半導体デバイス内の回路構成、または他の非一過性の媒体もしくは有形コンピュータ記憶媒体）として具現化されてもよい。１つまたは複数のコンピュータ可読媒体は、その上に記憶された１つまたは複数のプログラムが、上記で議論されるような本発明の種々の側面を実装するために１つまたはそれを上回る異なるコンピュータもしくは他のプロセッサ上にロードされることができるように、可搬型であり得る。

「プログラム」または「ソフトウェア」という用語は、上記で議論されるような実施形態の種々の側面を実装するようにコンピュータもしくは他のプロセッサをプログラムするために採用されることができる、任意のタイプのコンピュータコードまたはコンピュータ実行可能命令のセットを指すために、一般的な意味において本明細書で使用される。加えて、一側面によると、実行されると本発明の方法を行う、１つまたはそれを上回るコンピュータプログラムは、単一のコンピュータもしくはプロセッサ上に常駐する必要はないが、本発明の種々の側面を実装するように、いくつかの異なるコンピュータまたはプロセッサの間でモジュール様式において分配され得ることを理解されたい。

コンピュータ実行可能命令は、１つまたはそれを上回るコンピュータもしくは他のデバイスによって実行される、プログラムモジュール等の多くの形態であってもよい。概して、プログラムモジュールは、特定のタスクを行う、または特定の抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。典型的には、プログラムモジュールの機能性は、種々の実施形態では、所望に応じて組み合わせられてもよい、または分散されてもよい。

また、データ構造は、任意の好適な形態でコンピュータ可読媒体の中に記憶されてもよい。例証を簡単にするために、データ構造は、データ構造内の場所を通して関連するフィールドを有することが示されてもよい。そのような関係は、同様に、フィールド間の関係を伝えるコンピュータ可読媒体内の場所を伴うフィールドのために記憶を割り当てることによって、達成されてもよい。しかしながら、任意の好適な機構が、データ要素間の関係を確立するポインタ、タグ、または他の機構の使用を通すことを含み、データ構造のフィールド内の情報間の関係を確立するために使用されてもよい。

また、種々の発明の概念が、１つまたはそれを上回る方法として具現化されてもよく、その実施例が提供されている。方法の一部として行われる行為は、任意の好適な方法で順序付けられてもよい。故に、例証的実施形態では順次行為として示されるが、いくつかの行為を同時に行うことを含み得る、図示されるものと異なる順序で行為が行われる、実施形態が構築されてもよい。

本明細書で定義および使用されるような全ての定義は、辞書の定義、参照することによって組み込まれる文献の定義、および／または定義された用語の通常の意味よりも優先されると理解されるべきである。

本明細書で使用されるような不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、対照的に明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。参照数値指示に関連して本明細書で使用されるような「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、その参照数値指示の最大でプラスマイナス１０％まで参照数値指示を意味する。例えば、「約５０」単位または「およそ５０」単位という用語は、４５単位〜５５単位を意味する。そのような変動は、製造公差または他の実用的考慮事項（例えば、測定器具と関連付けられる公差、許容人為的誤差、もしくは同等物等）に起因し得る。

明細書で使用されるような「および／または」という語句は、そのように結合された要素の「いずれか一方または両方」、すなわち、ある場合には接合的に存在し、他の場合においては離接的に存在する要素を意味すると理解されるべきである。「および／または」で列挙される複数の要素は、同じように、すなわち、そのように結合された要素のうちの「１つまたはそれを上回る」と解釈されるべきである。「および／または」節によって具体的に識別される要素以外に、具体的に識別される要素に関係しようと、無関係であろうと、他の要素が、随意に存在してもよい。したがって、非限定的実施例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及は、「〜を備える」等の制約のない用語と併せて使用されると、一実施形態ではＡのみ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）、別の実施形態ではＢのみ（随意に、Ａ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態ではＡおよびＢの両方（随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。

本明細書で使用されるように、「または」は、上記で定義されるような「および／または」と同一の意味を有すると理解されたい。例えば、リスト内の項目を分離するとき、「または」もしくは「および／または」は、包括的である、すなわち、少なくとも１つの包含であるが、また、いくつかの要素または要素のリストのうちの１つを上回るもの、随意に、付加的な列挙されていない項目を含むと解釈されるものとする。対照的に明確に示される、「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」等の「のみ」の用語、もしくは請求項で使用されるときに、「〜から成る」は、いくつかの要素または要素のリストのうちの正確に１つの要素の包含を指すであろう。一般に、本明細書で使用されるような用語「または」は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、または「〜のうちの正確に１つ」等の排他性の用語が先行するときに、排他的代替物（すなわち、「両方ではなく一方または他方」）を示すとしてのみ解釈されるものとする。「本質的に〜から成る」は、請求項で使用されるとき、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有するものとする。

本明細書で使用されるように、「少なくとも１つ」という語句は、１つまたはそれを上回る要素のリストを参照して、要素のリストの中の要素のうちのいずれか１つまたはそれを上回るものから選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリスト内に具体的に列挙されたあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含まず、要素のリストの中の要素の任意の組み合わせを排除しないと理解されるべきである。本定義はまた、具体的に識別されるこれらの要素に関係しようと、無関係であろうと、「少なくとも１つ」という語句が指す、要素のリスト内で具体的に識別される要素以外の要素が、随意に、存在し得ることも許容する。したがって、非限定的実施例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（もしくは同等に「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、もしくは同等に「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、いずれのＢも存在しない、随意に、１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＡ（および随意に、Ｂ以外の要素を含む）、別の実施形態では、いずれのＡも存在しない、随意に、１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＢ（および随意に、Ａ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、随意に、１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＡ、および随意に、１つを上回るものを含む、少なくとも１つのＢ（および随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。

「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（〜を含む）」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ（〜を含む）」、「ｈａｖｉｎｇ（〜を有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（〜を含有する）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（〜を伴う）」、「ｈｏｌｄｉｎｇ（〜を保持する）」、「ｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆ（〜から構成される）」、および同等物等の全ての移行句は、制約がない、すなわち、「〜を含むが、それに限定されない」を意味すると理解されるべきである。米国特許商標庁の米国特許審査手続便覧の第２１１１．０３節に記載されている通り、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆ（〜から成る）」および「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙｏｆ（本質的に〜から成る）」という移行句のみが、それぞれ、制約的または半制約な移行句であるものとする。

Claims

本明細書に記載の発明。