JP2022064824A - 粒子分離装置システム、材料、および使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】概して細胞や生体分子などの微粒子を含むサンプルの濃縮に関し、濃縮は、媒体内のそのような粒子を分離したり、粒子が枯渇した媒体を分離したりすること。【解決手段】本発明は、磁力浮上を分離に利用した、細胞および粒子分離のシステム、材料、および方法。【選択図】図１１

Description

本発明は、概して細胞や生体分子などの微粒子を含むサンプルの濃縮に関し、濃縮は、媒体内のそのような粒子を分離したり、粒子が枯渇した媒体を分離したりする目的である。

媒体中の粒子を分離することは、多くの化学的および生物学的プロセスにおいて重要なステップである。一部のプロセスでは、粒子の使用や操作を容易にするために、単に粒子を分離することが必要であるが、他のプロセスでは、媒体中に存在する他の粒子から粒子を分別することが必要であり得る。このような粒子の分離および分別を容易にするために、様々な装置が開発されてきた。さらに、粒子の異種混合集団から目的の粒子を分別するために、粒子とその周囲の媒体の磁気特性に依存する装置の開発も試みられている。

細胞を扱う際によく必要となるのは、細胞が浮遊している体積を減らして細胞を濃縮することである。細胞を濃縮する最も一般的な方法は、細胞を遠心分離してペレットを形成し、媒体の大部分を取り除くことである。遠心分離とは、遠心力を利用して、粒子の大きさ、形状、密度、媒体の粘性、およびロータの速度に応じて、溶液から粒子を分離することである。しかし、遠心分離が望ましくない場合もあり、遠心分離によって細胞にダメージを与えたり、細胞を活性化させたりする場合である。例えば、Ｔ細胞を遠心分離すると、細胞が活性化してしまう。さらに、希少なサンプルや少量のサンプルを扱う場合、遠心分離などのバルク分離技術は余計な無駄や手間がかかり、サンプルの分画（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）を容易に行うことができなくなるかもしれない。また、生体を扱う場合など、分離する粒子が壊れやすい、または不安定な場合、粒子の安定性を高めるための正確な条件を設定することが困難な場合がある。

本明細書に記載されている装置および方法は、遠心分離の際に必要とされる高い機械的力に依存しない、粒子を濃縮し、粒子が枯渇した媒体を製造するための代替方法を提供することにより、これらの問題に対処する。

この発明の概要で提供される進歩性のある実施形態は、例示的なものにすぎず、本明細書で開示される選択的な実施形態の概要を提供することを意図している。本発明の概要は、例示的かつ選択的であるため、いかなる請求項の範囲も限定せず、本明細書に開示または企図された進歩性のある実施形態の全範囲を提供するものではなく、本開示または請求された進歩性のある実施形態の範囲を限定または制約するものと解釈されるべきではない。

ここでは、入口チャネル、処理チャネル、および少なくとも２つの出力チャネルを含む流体濃縮装置と、濃縮装置内で粒子を含むサンプルを移動させるためのポンプとを提供する。濃縮装置は、バルブまたは機能的に類似した分流技術によって制御されて、粒子濃縮流または粒子枯渇流の全てまたは画分（ｆｒａｃｔｉｏｎ）を収集することができる別個の分流チャネルを有してもよい。濃縮装置は、自動制御下で動作可能であってもよく、粒子の有無または量、あるいは粒子またはサンプル流の他の物理的または化学的特性を検出するために、処理チャネルまたは入口チャネルの一部の内部に、またはそれに隣接して、１つまたは複数のセンサをさらに含んでもよい。検出器の出力は、濃縮および分画の条件を最適化するために、濃縮器の制御に操作可能にリンクされてもよい。粒子の濃縮／枯渇は、重力沈降、磁気浮上／反発、およびそれらの組み合わせにより、装置によって物理的に達成され得る。入口チャネルと処理チ
ャネルの界面は、処理チャネル内の乱流を低減または除去するように幾何学的に構成されていることが好ましい。処理チャネルと出力チャネルとの間の界面は、層状の流れ、粒子が濃縮された流れ、および粒子が枯渇した流れをそれぞれの出口チャネルに集めるのを容易にするように幾何学的に構成されているのが好ましい。

また、ここでは、処理チャネル（Ｘ軸）に沿って実質的に直線的に配置され、常磁性（ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ）特性に基づいて処理チャネル内の粒子に磁気的な反発または引力を与える磁気コンポーネントを備えたフルイディック濃縮装置を提供する。磁気コンポーネントは、処理チャネル内の粒子の沈降を誘発または増強するように機能することができる。処理チャネルに沿って磁石コンポーネントを含むフルイディック濃縮装置の追加の用途は、そのような装置が低重力または微小重力環境で動作可能であることである。あるいは、場合によっては、サンプル流体が不均質な粒子混合物である場合に、磁気コンポーネントがサンプル流体中の特定の粒子の沈降を選択的に阻害することもある。入口チャネル内に磁場を提供することは、いくつかの実施形態によれば、入口チャネルから処理チャネルへの粒子の流れの克服可能な阻害を提供することによって、事前濃縮効果を付与することができる。入口チャネルの磁場は、処理チャネルに沿って実質的に直線的な磁石を入口チャネル内に延ばして誘導することができる。あるいは、磁気コンポーネントは、処理チャネルとは独立して、入口チャネルと磁気的に連通して配置されてもよい。ある実施形態によれば、これは棒状の磁石であり、別の実施形態によれば、入口チャネルの全部または一部を囲む環状またはドーナツ型の（ｔｏｒｏｉｄａｌ）磁石である。入口チャネルの磁石は、永久磁石、または磁気コントローラの制御下にある電磁石であってもよい。以下に例示するさらなる実施形態によれば、処理チャネルは、処理チャネルに対して実質的に直線上に配置された複数の磁気コンポーネントを有してもよい。そのような実施形態の１つよれば、異なる磁場強度を提供する磁石が、処理チャネルに平行して実質的に直線的に互いに対向して（例えば、上と下）配置される。この実施形態は、事前濃縮ステップまたは装置構成と組み合わせると、不均一な粒子組成を含むサンプルの所定の粒子成分を濃縮するように選択的に作用することができる。処理チャネルの外における粒子の蓄積は、入口チャネル内のサンプルの流量およびサンプル液体媒体中の粒子の移動性に依存する受動的プロセスであり得る。処理チャネル外での粒子の蓄積は、入口チャネル内の磁場を利用して、磁場内の粒子を妨げる能動的なプロセスであり得る。入口チャネルから処理チャネルへの粒子の移動の妨げは、流量または流れのパターンの操作によって克服することができる。例えば、流量を増加させたり、１つ以上のパルスでチャネルの圧力を上昇させたりすることで、入口チャネルでの粒子の移動性を高めることができる。入口チャネルにおける電磁場誘導によって粒子の抑制が達成される場合、入口チャネルから処理チャネルへの粒子の移動性は、入口チャネル磁場の弱化、入口チャネル流量または圧力の変更、または磁場とサンプルの流れ特性の組み合わせによって増加させることができる。

さらに、ここでは、フルイディック処理チャネル構造、少なくとも１つの磁気コンポーネント、および少なくとも２つの出力ポートを含む粒子濃縮装置が提供され、フルイディック処理チャネルは、入力ポートと流体連通している先行端および出力ポートと流体連通している尾端を有する実質的に直線的な部分を含む。少なくとも２つの出力ポートは、実質的に直線的に構成される。この実施形態によれば、出力ポートのそれぞれは、少なくとも１つの収集経路を備え、収集経路は、後続の処理ステップに必要な所定の量の材料を含む収集チャンバにつながる。フルイディックチャネル構造は、典型的には微小毛細管チャネルであり、粒子は、自由に、または所望の速度で流れることができる。本装置は、入力ポートからフルイディックチャネル構造を通じて流体を駆動するように構成された１つ以上のポンプをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態によれば、装置は、粒子の経路および／または流量を制御するための１つまたは複数のバルブをさらに含む。

サンプル濃縮の実施形態

本発明の方法の実施形態は、以下の番号付きの実施形態でさらに説明される。番号が付けられた実施形態は、本発明を非限定的に示すものであり、本明細書に記載された更なる要素や代替案を組み込んでもよい。

第１の実施形態（１）は、（ｉ）処理チャネル、入口チャネル、および複数の出口チャネルを有する低容量フルイディックデバイスを提供するステップと、（ｉｉ）少なくとも粒子富化層および粒子枯渇層を有するサンプル流を生成する条件下で、粒子含有サンプルを入口チャネルを介して処理チャネルに流すステップと、（ｉｉｉ）粒子富化層を第１の出口チャネルに流して、粒子が富化された流れを生成するステップと、（ｉｖ）粒子枯渇層を第２の出口チャネルに流して、粒子が枯渇した流れを生成するステップと、（ｖ）出口チャネルの１つまたは複数から流れの１つまたは複数を収集するステップと、を含むサンプル濃縮方法である。

第２の実施形態（２）は、第１の実施形態において、粒子を含むサンプルを、サンプル粒子の粒子濃縮流への沈降を誘発するのに十分な流動条件にさらすステップをさらに含むものである。第３の実施形態（３）は、第１の実施形態（１）において、処理チャネルの上部から、処理チャネルのＸ軸と整列した磁場を提供し、サンプル中の粒子を粒子濃縮流に反発させるステップをさらに含むものである。第４の実施形態（４）は、実施形態第３または第４において、（ｉ）入口チャネル内に磁場を誘発させて、入口チャネルから処理チャネルへの粒子の移動を妨げて、入口チャネル内にサンプル流の粒子濃縮部分を形成するステップと、（ｉｉ）サンプル流の粒子濃縮部分を処理チャネル内に移動させるステップと、（ｉｉｉ）粒子濃縮流を生成するステップと、（ｉｖ）粒子濃縮流を出口チャネル内に流すステップと、（ｖ）粒子濃縮流を捕捉するステップと、をさらに含むものである。

第５の実施形態（５）は、第２または第３の実施形態（２～３）の方法において、（ｉ）入口チャネル内に磁場を誘発させて、入口チャネルから処理チャネルへの粒子の移動を妨げて、入口チャネル内にサンプル流の粒子集中セグメントを形成するステップと、（ｉｉ）サンプル流の妨げられていない部分を処理チャネルに移動させるステップと、（ｉｉｉ）粒子枯渇流を生成するステップと、（ｉｖ）粒子枯渇流を出口チャネル内に流すステップと、（ｖ）粒子枯渇流を捕捉するステップと、をさらに含むものである。

第６の実施形態（６）は、第１から第４（１～４）の実施形態において、処理チャネル内の粒子富化層の粒子を測定して、相対的な粒子濃度または位置を決定するステップと、処理チャネル内の粒子の高い相対的な粒子濃度または位置に基づいて、粒子富化層の一部を収集するステップと、をさらに含むものである。第７の実施形態（７）は、第１から第３の実施形態（１～３）または第５の実施形態（５）において、処理チャネル内の粒子枯渇層の粒子を測定して相対的な粒子濃度を決定するステップと、低い相対的な粒子濃度に基づいて粒子枯渇層の一部を収集するステップと、をさらに含むものである。

第８の実施形態（８）は、実施形態第５（５）であって、処理チャネルの上部から生成され、処理チャネルのＸ軸に沿って整列した磁場と連続する磁場を入口チャネル内に提供するステップをさらに含むものである。第９の実施形態（９）は、実施形態第５（５）であって、入口チャネルを取り囲むドーナツ型磁場を生成するステップをさらに含むものである。第１０の実施形態（１０）は、実施形態第９（９）の方法であって、入口チャネル内の粒子濃縮セグメントの処理チャネルへの移動を容易にするために、入口チャネル内の磁場を調節するステップをさらに含むものである。

第１１の実施形態（１１）は、実施形態第１～第１０（１～１０）の方法であって、処理チャネル内の粒子特性を検出するステップと、サンプル流量を調節して粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するステップと、をさらに含むものである。実施形態第１２（１２）は、実施形態第１１（１１）であって、粒子濃縮された流れ内の粒子特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するためにサンプル流量を調節するステップと、をさらに含むものである。実施形態第１３（１３）は、実施形態第１０または第１２（１０または１２）の方法であって、処理チャネル内の粒子特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するために入口チャネル内の磁場を調節するステップと、をさらに含むものである。

第１４の実施形態（１４）は、実施形態第１３（１３）の方法であって、粒子濃縮された流れの中の粒子の特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れの中の粒子の濃度を操作するために入口チャネル内の磁場を調節するステップと、をさらに含むものである。

第１５の実施形態（１５）は、実施形態第１～第１０（１～１０）の方法であって、入口チャネル内の粒子特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するためにサンプル流量を調節するステップとをさらに含むものである。第１６の実施形態（１６）は、実施形態第１０（１０）の方法であって、入口チャネル内の粒子特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するために入口チャネル内の磁場を調節するステップと、をさらに含むものである。第１７の実施形態（１７）は、第１１から第１６の実施形態（１１～１６）による方法であって、相対的な粒子濃度または粒子密度を検出するステップをさらに含むものである。第１８の実施形態（１８）は、第１０から第１７までの実施形態（１０～１７）による方法であって、処理チャネル内の化学的特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するためにサンプル流量を調節するステップとをさらに含むものである。第１９の実施形態（１９）は、第１０から第１７までの実施形態（１０～１７）による方法であって、粒子濃縮された流れ内の化学的性質を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するためにサンプル流量を調節するステップと、をさらに含むものである。

第２０の実施形態（２０）は、第１０から第１７の実施形態（１０～１７）に記載の方法であって、処理チャネル内の化学的特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するために入口チャネル内の磁場を調節するステップと、をさらに含むものである。第２１の実施形態（２１）は、第２０の実施形態（２０）の方法であって、粒子濃縮された流れの中の化学的特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れの中の粒子の濃度を操作するために入口チャネル内の磁場を調節するステップと、をさらに含むものである。第２２の実施形態（２２）は、実施形態第１～第２１（１～２１）の方法であって、入口チャネル内の化学的特性を検出するステップと、粒子濃縮された流れ内の粒子の濃度を操作するためにサンプル流量を調節するステップと、をさらに含むものである。

実施形態第２３（２３）は、実施形態第１０から第２２（１０～２２）による方法であって、入口チャネル内の化学的特性を検出するステップと、入口チャネル内の磁場を調節して、粒子富化流れ内の粒子の濃度を操作するステップと、をさらに含むものである。

実施形態第２４（２４）は、実施形態第１８から第２３（１８～２３）による方法であって、特性が、電気化学的特性、光学特性、分光特性、または結合特性であるものである。実施形態第２５（２５）は、実施形態第１から第２４（１～２４）に記載の方法であって、粒子枯渇流を収集チャネルに迂回させるステップと、粒子枯渇流の一部を捕捉するステップと、をさらに含むものである。

実施形態第２６（２６）は、実施形態第１～第２５（１～２５）による方法であって、粒子が濃縮された流れを収集チャネルに迂回させるステップと、粒子が濃縮された流れの一部を捕捉するステップと、をさらに含むものである。

実施形態第２７（２７）は、実施形態第１～第２６（１～２６）による方法であって、粒子枯渇流の流路と、粒子が濃縮された流れの流路とをそれぞれの収集チャネルに迂回させるステップと、各流れの一部を捕捉するステップと、をさらに含むものである。実施形態第２８（２８）は、実施形態第２７（２７）による方法であって、流れの複数の離散的な画分を捕捉するステップをさらに含むものである。実施形態第２９（２９）は、実施形態第２７または第２８（２７または２８）による方法であって、粒子枯渇流と粒子が濃縮された流れから非同時の一部を捕捉するステップをさらに含むものである。

実施形態第３０（３０）は、入口チャネルに導入する前に常磁性化合物をサンプルに添加するステップをさらに含む、実施形態第１から第２９による方法である。実施形態第３１（３１）は、単離された一部に対して後続の反応を行うステップをさらに含む、実施形態第１から第３０による方法である。実施形態第３２（３２）は、後続反応が、結合反応、ＰＣＲ反応、シークエンスサンプル調製反応、酵素分解反応、または酵素合成反応である、実施形態第３１の方法である。実施形態第３３（３３）は、収集されたサンプルが、細胞培養、蛍光活性化細胞選別、または磁気浮上細胞選別にかけられる、実施形態第３１（３１）の方法である。

実施形態第３４（３４）は、実施形態第１～第３３のいずれかに記載の方法であって、サンプル流体が、最初に処理チャネルに対して実質的に直線的でない角度で流され、その後、処理チャネルに対して実質的に直線的な角度で流される。

実施形態第３５（３５）は、（ｉ）全血サンプルまたは希釈された血液サンプルを提供するステップと、（ｉｉ）サンプルを実施形態第１～第３４のサンプル濃縮方法に供して、全血サンプルまたは希釈された血液サンプルから血漿および／または血球を分離するステップとを含む、血液サンプルを分画する方法である。第３６実施形態（３６）は、血液サンプルが、約５０μＬから約１０ｍＬの体積である、第３５実施形態（３５）の方法である。第３７実施形態（３７）は、血漿画分が、血液サンプル中の血球の約１％未満を含む、第３６実施形態（３６）の方法である。第３８実施形態（３８）は、血漿画分が、血液サンプル中の血液細胞の約０．０１％未満を含む、第３７実施形態（３７）の方法である。第３９の実施形態（３９）は、血漿画分が血液サンプル中に血液細胞を実質的に含まない、第３８の実施形態（３８）の方法である。第４０の実施形態（４０）は、血液サンプルが、末梢血サンプル、臍帯血サンプル、胎児血液サンプル、または動脈血サンプルである、第３５から第３９の実施形態（３５～３９）による方法である。第４１の実施形態（４１）は、単離された画分に対して診断アッセイを行うステップをさらに含む、第３５から第４０の実施形態（３５－４０）による方法である。第４２実施形態（４２）は、アッセイが、酵素免疫アッセイ、化学発光免疫アッセイ、血餅／粒子凝集アッセイ、核酸増幅技術アッセイ、薬物アッセイ、法医学アッセイ、または遺伝形質アッセイである、第４１実施形態（４１）による方法である。実施形態４３（４３）は、入口チャネルおよび／または処理チャネル内の粒子または粒子枯渇層の成分に対して行われる反応が、任意に粒子の分離／濃縮と同時に行われる、実施形態第１から第４１（１～４１）のいずれかの方法による実施形態である。実施形態第４４（４４）は、反応が結合反応または染色反応である、方法実施形態第４３（４３）による実施形態である。

濃縮装置の実施形態。

本発明のデバイスの実施形態は、以下の番号付きの実施形態でさらに説明される。番号を付した実施形態は、本発明を非限定的に示すものであり、本明細書に記載された更なる要素や代替案を組み込んでもよい。

第１の実施形態（１）は、（ｉ）処理チャネルと、（ｉｉ）入口チャネルと、（ｉｉｉ）入口チャネルを処理チャネルに接続する入口接続領域と、（ｉｖ）複数の出口チャネルと、（ｖ）処理チャネルを出口チャネルに接続する出口接続領域と、（ｖｉ）出口接続領域で処理チャネルの上部領域と流体連通する第１の出口チャネルと、（ｖｉｉ）出口接続領域で処理チャネルの下部領域と流体連通する第２の出口チャネルと、（ｖｉｉｉ）処理チャネルの上側または下側のいずれかで処理チャネルのＸ軸に沿って配置された磁石とを含む、磁性フルイディックサンプル処理装置である。

第２の実施形態（２）は、（ｉ）処理チャネルと、（ｉｉ）入口チャネルと、（ｉｉｉ）入口チャネルを処理チャネルに接続する入口接続領域と、（ｉｖ）複数の出口チャネルと、（ｖ）処理チャネルを出口チャネルに接続する出口接続領域と、（ｖｉ）出口接続領域で処理チャネルの上部領域と流体連通する第１の出口チャネルと、（ｖｉｉ）出口接続領域で処理チャネルの下部領域と流体連通する第２の出口チャネルと、（ｖｉｉｉ）処理チャネルの上側および下側で処理チャネルのＸ軸に沿って配置された複数の磁気コンポーネントと、を含み、処理装置は、処理チャネルに導入される前に粒子の予備濃縮を行うように構成および配置されている、磁性フルイディックサンプル処理装置である。

第３の実施形態（３）は、（ｉ）処理チャネルと、（ｉｉ）入口チャネルと、（ｉｉｉ）入口チャネルを処理チャネルに接続する入口接続領域と、（ｉｖ）複数の出口チャネルと、（ｖ）処理チャネルを出口チャネルに接続する出口接続領域と、（ｖｉ）出口接続領域で処理チャネルの上部領域と流体連通している第１の出口チャネルと、（ｖｉｉ）出口接続領域で処理チャネルの下部領域と流体連通している第２の出口チャネルと、（ｖｉｉｉ）入口チャネル流量コントローラと、を含むフルイディックサンプル処理装置である。

第４の実施形態（４）は、実施形態第２の装置であって、処理チャネルの上側および処理チャネルの下側の磁性コンポーネントが、処理チャネルに異種強度の磁場を与えるように構成および配置されている。

第５の実施形態（５）は、入口チャネルが第１の断面積を含み、処理チャネルが第２の断面積を含み、第１の断面積が第２の断面積よりも小さい、実施形態第１～第４（１～４）による装置である。第６の実施形態（６）は、チャネルがマイクロフルイディック（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ）またはキャピラリである、第５の実施形態（５）に記載の装置である。

第７の実施形態（７）は、入口接続領域が９０度未満の角度でテーパ状になっている、実施形態第１～第６（１～６）に記載の装置である。第８の実施形態（８）よれば、実施形態７（７）の装置が提供され、角度が６０度に等しいか、またはそれ未満である。第９の実施形態（９）よれば、実施形態第８（８）に係る装置が、４５度に等しいか、またはそれ未満である接触角度を有する。

第１０の実施形態（１０）は、出口接続領域が、流れスプリッタ部分をさらに含む、実施形態第１から第９（１～９）の装置を提供するものである。第１１の実施形態（１１）は、流れスプリッタ部分が処理チャネル内に突出し、それぞれの流れをその出口チャネルに分離するように構成および配置されている第１０の実施形態（１０）の装置を提供する。

実施形態１２（１２）は、第１の出口チャネルが、第１の出口収集チャネルおよび第１の出口分流チャネルを構成する、実施形態第１～第１１（１～１１）の装置である。実施形態第１３（１３）は、第１の出口チャネルが、第１の出口チャネル内の流れが第１の出口収集チャネルまたは第１の出口分流チャネルと選択可能に流体連通するように構築および配置されたバルブをさらに含む、実施形態第１２（１２）に記載の装置を提供する。

実施形態１４（１４）は、第２の出口チャネルが、第２の出口収集チャネルおよび第２の出口分流チャネルを含む、実施形態第１～第１３（１～１３）の装置である。

実施形態１５（１５）は、第２の出口チャネル内の流れが第２の出口収集チャネルまたは第２の出口分流チャネルと選択可能に流体連通するように構築および配置されたバルブを、第２の出口チャネルがさらに含む、実施形態第１４（１４）の装置である。実施形態第１６（１６）は、フルイディックデバイス（ｆｌｕｉｄｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）が、入口チャネルまたは入口領域にゲーティング磁場を生成する磁石をさらに含む、実施形態第１～第１５（１～１５）に記載のデバイスを提供する。実施形態第１７（１７）は、ゲーティング磁場を生成する磁石が、入口チャネルまたは入口領域を取り囲む環状またはドーナツ型の磁石である、実施形態第１６（１６）に記載の装置である。実施形態第１８（１８）よれば、ゲーティング磁場を生成する磁石が、処理チャネルに整列して隣接しており、入口チャネルのチャネル入口領域まで、またはそれを超えて延びている、実施形態第１６（１６）に記載の装置が提供される。

第１９の実施形態（１９）では、実施形態第１～第１８（１～１８）の装置が、光学的に透明な処理チャネルを含む。第２０の実施形態では、実施形態第１～第１８（１～１８）の装置が、光学的に透明である入口チャネルを含む。実施形態第２１は、入口チャネル流量コントローラ、第１の出口チャネルコントローラ、第２の出口チャネルコントローラ、またはそれらの組み合わせをさらに含む、実施形態第１から第２０（１～２０）の装置を提供する。実施形態第２２（２２）は、（環状またはドーナツ型磁石に作動的に連結された）磁場コントローラをさらに含む、実施形態第１５～第１８の装置である。

実施形態第２３（２３）は、フルイディックデバイスが１つまたは複数のセンサを含む、実施形態第１～第２２（１～２２）のデバイスを提供する。実施形態第２４（２４）は、センサが、光学センサ、容量性センサ、導電性センサ、熱センサ、流量センサ、超音波センサ、重力センサ、磁場センサ、またはそれらの組み合わせから選択される、実施形態第２３（２３）の装置である。実施形態第２５（２５）は、センサが、光検出器、マルチピクセル画像検出器、磁場検出器、電気化学検出器、光位相検出器、散乱検出器、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、ボロメトリックセンサ、表面弾性波センサ、バイオセンサ、またはこれらの組み合わせである、実施形態第２４（２４）の装置である。

第２６の実施形態（２６）は、センサが処理チャネルに統合されているか、または処理チャネルに隣接している、実施形態第２３から第２５（２３～２５）の装置を提供する。第２７の実施形態（２７）は、センサが入口チャネルに統合されているか、または隣接している、実施形態第２３から第２５（２３～２５）の装置を提供する。第２８の実施形態（２８）は、センサが１つ以上の出口チャネルに統合されているか、または隣接している、実施形態第２３から第２５（２３～２５）の装置を提供する。実施形態第２９（２９）は、フルイディックデバイスが、処理チャネル内またはそれに隣接する１つまたは複数のセンサ、入口チャネル内またはそれに隣接する１つまたは複数のセンサ、少なくとも１つの出口チャネル内またはそれに隣接する１つまたは複数のセンサ、またはそれらの組み合わせを含む、実施形態第２３から第２５（２３～２５）の装置である。

実施形態第３０（３０）は、入口チャネル流量コントローラをさらに含む実施形態第２５から第２７（２５～２７）による装置であって、少なくとも１つのセンサが入口流量コントローラに動作可能に連結されている。実施形態第３１（３１）は、出口チャネル流量コントローラをさらに含む実施形態第２５から第２８（２５～２８）による装置であって、少なくとも１つのセンサが出口流量コントローラに動作可能に連結されている。実施形態第３２は、入口チャネルまたは入口領域を囲む環状またはドーナツ型の磁石と、磁場コントローラとをさらに含む実施形態第２３から第２９（２３～２９）による装置であって、環状またはドーナツ型の磁石の磁場を制御するためにセンサが磁場コントローラに動作可能に連結されている。

実施形態第３２（３２）は、入口チャネルが、処理チャネルに対して実質的に直線的な部分と、処理チャネルに対して実質的に直線的でない部分が角度θを持って接続する部分とでさらに構成されている、装置実施形態第１から第３１（１～３１）による装置であって、Ｙ軸またはＺ軸に対して相対的に、またはＹ軸およびＺ軸に対して独立して相対的に、θは、θ≠１８０°であり、θ≧９０°、≧１００°、≧１３５°、≧１４０°、≧１６５°、＞１８０°、≧２０５°、≧２２５°、≧２５０°、または≦２７０°である。

フローセルカートリッジの実施形態。

本発明のフローセルカートリッジの第１の実施形態（１）は、
上面および下面と、
撮像面を形成する第１の長手方向側面と、
照明面を形成する第２の長手方向側面と、
第１および第２の横方向側面と、を含む
平面基板と、
上面に設けられた入口ウェルと、
入口チャネルと、
入口チャネルと流体連通し、長手方向側面に実質的に平行に配置されたサンプル処理チャネルと、
処理チャネル内のサンプルスプリッタと、
処理チャネルと流体連通する複数の出口チャネルと、
複数の出口チャネルのそれぞれと流体連通する複数の収集ウェルと、を含み、
基板は、任意に光学的に透明な材料を含み、
処理チャネルは、撮像面へ空間的にバイアスされて基板の平面内でオフセットされている。

本発明のフローセルカートリッジの第２の実施形態（２）は、
上面の入口ウェルと、
入口チャネルと、
サンプル処理チャネルと、
処理チャネル内のサンプルスプリッタと、
処理チャネルと流体連通する複数の出口チャネルと、
複数の出口チャネルのそれぞれと流体連通する複数の収集ウェルと、
を含む平面基板を含み、
基板は光学的に透明な材料を含み、
複数の出口チャネルのそれぞれの体積の合計が処理チャネルの体積よりも大きい。

第３の実施形態（３）は、実施形態第１および第２によるフローセルカートリッジであって、出口チャネルが圧縮された経路に沿っており、１つの例示的な構成は、蛇行チャネルである。

第４の実施形態（４）は、実施形態第１～第３によるフローセルカートリッジであって、フローセルカートリッジの出口チャネルは、平面基板内の凹部として形成され、第１の出口チャネルは、平面基板の表面上の凹部を含み、第２の出口チャネルは、平面基板の反対側の面上の凹部を含む。実施形態第１～第４では、チャネルは、平面基板をエッチング、機械加工、３Ｄプリント、または成形することによって形成される。

実施形態第４のフローセルカートリッジの第５の実施形態（５）は、囲まれたチャネルを形成するために、平面基板の凹部の上に配置された１つ以上の追加の平面層を含む。

第６の実施形態（６）は、実施形態第１～第５のフローセルカートリッジを含み、基板は、非鉄金属、セラミック、ガラス、ポリマ、またはプラスチックで構成され、基板と１つ以上の層を有する実施形態の場合、基板と平面層は、同じ材料で構成されてもよいし、異なる材料で構成されてもよい。

フローセルカートリッジの第７の実施形態（７）は、実施形態第５～第６を含み、１つまたは複数の平面状の層が、圧縮、接着剤による結合、好ましくは生体適合性のある接着剤、より好ましくはシリコーンまたはシリコーンベースの接着剤、溶剤による結合、超音波溶接、熱結合、溶接、または３Ｄ印刷によって平面状の基板に取り付けられている。

フローセルカートリッジの第８の実施形態（８）は、実施形態第５～第７を含み、平面状の基板と１つ以上の平面状の層が同じ材料で構成されている。

フローセルカートリッジの第９の実施形態（９）は、実施形態第１～第８のフローセルカートリッジを含み、平面状の基板がポリマ材料を含む。

フローセルカートリッジの第１０の実施形態（１０）は、実施形態第９のフローセルカートリッジを含み、実施形態第８のポリマ材料が環状オレフィンポリマまたは環状オレフィンコポリマを含む。

第１１のフローセルカートリッジの実施形態（１１）は、実施形態第１～第１０を含み、さらに、平面基板上に形成され、出口チャネルの末端部分と流体連通する収集ウェルを含む。

収集ウェルが、第１のウェルの高さにある内部チャネル入口と、第２のウェルの高さにある内部出口とをさらに含み、入口がフローセルカートリッジの出口チャネルと流体連通しており、第２のウェルの高さが第１のウェルの高さよりも高い、実施形態第１～第１１のフローセルカートリッジの第１２の実施形態（１２）。

フローセルカートリッジの第１３の実施形態（１３）は、実施形態第１１～第１２のフローセルカートリッジを含み、収集ウェルが、収集ウェルへの入口の末端開口部から収集ウェルの床への角度のある移行部を提供するステップをさらに含む。

フローセルカートリッジの第１４の実施形態（１４）は、フローセルカートリッジの実施形態第１１～第１３が、１つ以上の収集ウェルの上部を覆うシールフィルムをさらに含むものである。

フローセルカートリッジの第１５の実施形態（１５）は、フローセルカートリッジの実施形態第１１～第１４を含み、フローセルカートリッジが、収集ウェルと流体連通する平面基板内の収集ウェル出口チャネルをさらに含む。

細胞分離システムの実施形態。

本発明の第１の細胞分離システムの実施形態（１）は、フローセルカートリッジを保持するための受入ブロックと、光学センサ、レンズ、および照明源を含む光学システムと、複数の流量調節コンポーネントとを含み、受入ブロックは、フローセルカートリッジを光学系と光学的に整合するように取り外し可能に配置し、フローセルの処理チャネルに隣接する磁気コンポーネントを取り外し可能に係合させ、フローセルカートリッジの複数の出口チャネルを複数の流量調節コンポーネントと流体連通するように取り外し可能に配置する。

第２の実施形態（２）では、実施形態１は、平面基板内の処理チャネルを通る光透過を提供するように構成および配置された可視光照明源をさらに含む。

第３の実施形態（３）では、実施形態第１～第２のシステムは、受入ブロックに保持された平面基板内の処理チャネルに対してある角度の方向に、任意に約４７４ｎｍおよび／または５６０ｎｍの波長の紫外線照明を配置するように構築および配置された１つまたは複数の紫外線照明源をさらに含む。

実施形態３を含む細胞分離システムの第４の実施形態（４）では、光学システムは、好ましくは約５２４ｎｍおよび６２８ｎｍの波長を中心とするバンドで放出される光線を通過させるデュアルバンドパスフィルタを含む。

生細胞と死細胞を分離する方法の実施形態

生細胞と死細胞の混合物を分離する方法の第１の実施形態（１）は、処理チャネルと複数の出口チャネルとを含むフローセルカートリッジを提供するステップを含み、フローセルカートリッジの出口チャネルは、処理チャネルよりも大きな体積を有し、第１の実施形態（１）はさらに、生細胞および死細胞と常磁性化合物とを含むサンプル溶液を処理チャネルに流すステップと、フローセルカートリッジを処理チャネルと実質的に平行に配置された磁場内に置くステップと、処理チャネル内で生細胞と死細胞を垂直方向の距離で分離するのに十分な時間、処理チャネルとその中に含まれるサンプルを完全に磁場内で流れを止めた状態に維持するステップと、を含み、同時に生細胞で濃縮されたサンプル画分と死細胞で濃縮されたサンプル画分を出口チャネルに引き出す。

実施形態１の方法を含む第２の実施形態（２）は、サンプル溶液の導入前に、液体や常磁性化合物が実質的に存在しないフローセルカートリッジを提供するステップをさらに含む。

実施形態第１～第２の方法を含む分離方法の第３の実施形態（３）は、フローセルカートリッジを提供するステップをさらに含み、出口チャネルが処理チャネルの断面積よりも小さい断面積を有し、圧縮された経路をたどるように配置され、１つの例示的な構成は、蛇行チャネルである。

第４の実施形態（４）は、実施形態第１～第３の方法を含み、磁場を、処理チャネルの上部垂直面に近接し、さらに処理チャネルの下部垂直面に近接して提供するステップを更に含み、各磁場は、同様の強度と、約０．８テスラから約２．０テスラの間、任意に約０．９テスラから約１．４テスラの間の表面磁場強度を有する。

分離方法の第５の実施形態（５）は、実施形態第１～第４の方法を含み、約５０ｍＭ～約２００ｍＭ、任意に約６５ｍＭ～約１７５ｍＭ、さらに任意に約７０ｍＭ～約１５０ｍＭの濃度でサンプル溶液中に常磁性化合物を提供するステップをさらに含む。

分離方法の第６の実施形態（６）は、実施形態第１～第５の分離方法を含み、約７５μＬ／分～約１５０μＬ／分の流量で、任意に約７５μＬ／分、約９０μＬ／分、約１００μＬ／分、約１１０μＬ／分、約１２０μＬ／分、または約１５０μＬ／分の流量で、サンプル画分を出口チャネルに引き出すステップをさらに含む。

分離方法の第７の実施形態（７）は、実施形態第１～第６を含み、濃縮された回収サンプル画分が、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、または少なくとも約９０％の生細胞を含む。

分離方法の第８の実施形態は、実施形態第１～第７を含み、濃縮回収サンプル画分における生細胞の歩留りが、サンプルの全生細胞組成の少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、または少なくとも約７５％である。

図１Ａは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の実施形態の断面図である。 図１Ｂは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の実施形態の断面図である。 図１Ｃは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の実施形態の断面図である。 図１Ｄは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の実施形態の断面図である。 図２Ａは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルを備えた実施形態の断面図である。 図２Ｂは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルを備えた実施形態の断面図である。 図２Ｃは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルを備えた実施形態の断面図である。 図２Ｄは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルを備えた実施形態の断面図である。 図２Ｅは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルを備えた実施形態を示す。 図２Ｆは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルを備えた実施形態を示す。 図３Ａは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図３Ｂは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図３Ｃは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図３Ｄは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図４Ａは、本願の粒子濃縮および分離装置の、入口チャネルの一部を磁気コンポーネントが囲んだ実施形態の断面図である。 図４Ｂは、本願の粒子濃縮および分離装置の、入口チャネルの一部を磁気コンポーネントが囲んだ実施形態の断面図である。 図４Ｃは、本願の粒子濃縮および分離装置の、入口チャネルの一部を磁気コンポーネントが囲んだ実施形態の断面図である。 図４Ｄは、本願の粒子濃縮および分離装置の、入口チャネルの一部を磁気コンポーネントが囲んだ実施形態の断面図である。 図５Ａは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図５Ｂは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図５Ｃは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図５Ｄは、本願の単一磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図６は、本願の一実施形態に係る単一磁気コンポーネント構成において処理チャネルに付加される磁力線を示す模式図である。 図７Ａは、本願の複数磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図７Ｂは、本願の複数磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図７Ｃは、本願の複数磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図７Ｄは、本願の複数磁気コンポーネント粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ａは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ｂは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ｃは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ｄは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ｅは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ｆは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ｇは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図８Ｈは、本願の粒子濃縮および分離装置の、角度のある入口チャネルおよび入口磁場コンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図９Ａは、本願の粒子濃縮および分離装置の、選択可能なバルブおよび入口チャネルポンプコンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図９Ｂは、本願の粒子濃縮および分離装置の、選択可能なバルブおよび入口チャネルポンプコンポーネントを備えた実施形態の断面図である。 図１０は、本願の様々な実施形態に係るシステムの統合的な模式図である。 図１１は、本願の粒子濃縮および分離装置の単一磁気コンポーネントの実施形態の動作を示す。 図１２は、本願の粒子濃縮および分離装置の角度のある入口チャネルの実施形態の動作を示す。 図１３は、本願の粒子濃縮および分離装置の動作実施形態に係る、粒子を含むサンプルの、流れにより可能となった画分を示す。 図１４は、本願の粒子濃縮および分離装置の実施形態に係る、入口チャネル磁力補佐によるサンプル濃縮を示す。 図１５は、本願の粒子濃縮および分離装置の実施形態に係る、入口チャネル磁力補佐によるサンプル濃縮を示す。 図１６は、本願の粒子濃縮および分離装置の動作実施形態に係る、粒子を含むサンプルの、メニスカスにより容易となった濃縮を示す。 図１７は、本願の粒子濃縮および分離装置の実施形態において実行された血液サンプルからの血球の分離の顕微鏡写真である。 図１８は、本願の粒子濃縮および分離装置の実施形態の斜視図である。 図１９Ａは、フローセルカートリッジの例を示し、長手方向側面上の撮像面と第２の長手方向側面上の照明面が見える。 図１９Ｂは、フローセルカートリッジの例を示し、長手方向側面上の撮像面と第２の長手方向側面上の照明面が見える。 図２０Ａは、フローセルカートリッジの例を示す詳細図であり、平面基板の上面が見える。 図２０Ｂは、フローセルカートリッジの例を示す詳細図であり、平面基板の下面が見える。 図２１Ａは、収集ウェルの例示的構成を示す。 図２１Ｂは、収集ウェルの例示的構成を示す。 図２２Ａは、システムの受入ブロックの例と、複数の磁気コンポーネントに対する例示的フローセルの向きを示す。 図２２Ｂは、システムの受入ブロックの例と、複数の磁気コンポーネントに対する例示的フローセルの向きを示す。 図２３は、光学システムの例の、受入ブロックの例に対する向きを示す。 図２４は、粒子分離と、出口チャネル圧力の安定性を示す画像である。 図２５Ａは、収集された細胞の生存率と生細胞の歩留まりの例を示す。 図２５Ｂは、収集された細胞の生存率と生細胞の歩留まりの例を示す。 図２６Ａは、様々な細胞タイプについて収集された生細胞の純度と歩留まりの例を示す。 図２６Ｂは、様々な細胞タイプについて収集された生細胞の純度と歩留まりの例を示す。

Ｉ．定義／用語用法
以下の定義は、本発明の理解を助けるために提供されている。特に定義されていない限り、本明細書で使用されているすべての技術用語、表記、およびその他の科学的または工学的な用語または専門用語は、当業者が一般的に理解している意味を持つことを意図している。場合によっては、一般的に理解されている意味を持つ用語が、明確にするため、および／または、すぐに参照できるように、本明細書で定義されることもあるが、このような定義を本明細書に含めることは、当技術分野で一般的に理解されていることに対する実質的な違いを表すものと考えるべきではなく、そのような一般的な理解を補完することを意図している。本明細書の定義が当該技術分野で一般的に理解されていることと矛盾する場合、明示的に別段の記載がない限り、本明細書に記載されている定義と当該技術分野で一般的に理解されていることの両方が、代替的な実施形態として本発明の範囲内であるとみなされるべきである。

本明細書では、特に別途指示のない限り、「含む」、「構成する」、「～から成る」、などの広義な用語は、「含まれ得る」ことを意味する。

本明細書のいくつかの実施形態は、数値範囲を企図する。数値範囲が提供される場合、その範囲は、別途指示がない限り、範囲の端点を含む。別途指示がない限り、数値範囲は、明示的に書き出されているかのように、そこにあるすべての値およびサブレンジを含む。

別途明確に指示がない限り、単数表現は複数の場合も含み得る。

本明細書のいくつかの数値は、「約」という用語で修飾されている。いくつかの例では、参照される数値に対する用語「約」は、その数値からプラスまたはマイナス１０％の値の範囲を含み得る。例えば、「約１０」という量は、９から１１までの量を含み得る。他の実施形態によれば、参照される数値に対する用語「約」は、その数値からプラスまたはマイナス１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、または１％の値の範囲を含み得る。一連の値の前に「約」という用語がある場合、その用語は一連の値に含まれる各値を修正することを意図している。

本明細書で使用されるにあたり、磁場に関して「非対称」という用語は、関連するフルイディックチャネルの領域における磁場が、フルイディックチャネルの中心を通る１つ以上の平面に関して対称ではないことを意味し、好ましい実施形態によれば、水平面に関して対称ではないことを意味する。

本明細書では、「キャピラリ」または「キャピラリチューブ」という用語は、本明細書で定義されたチャネルを有するチューブを意味する。

本明細書では、「チャネル」、「流路」、「流体チャネル」、「フルイディックチャネル」という用語は互換的に使用され、流体が流れることができるフルイディックデバイス上の経路を意味する。チャネルには、最大高さ寸法が約１００ｍｍ、約５０ｍｍ、約３０ｍｍ、約２５ｍｍ、約２０ｍｍ、約１５ｍｍ、約１０ｍｍ、約５ｍｍ、約３ｍｍ、約２ｍｍ、約１ｍｍ、または約０．５ｍｍの経路が含まれる。磁石間のチャネルは、約３０ｍｍ×０．５ｍｍ、約２５ｍｍ×１ｍｍ、約２０ｍｍ×２ｍｍ、約１５ｍｍ×３ｍｍ、約１０ｍｍ×５ｍｍ、約５ｍｍ×３ｍｍ、約３ｍｍ×２ｍｍ、約２ｍｍ×１ｍｍ、または約１ｍｍ×０．５ｍｍの寸法を有している。例えば、磁石の間のチャネルは、約２ｍｍ×１ｍｍの寸法を有している。チャネルの内部の高さは、その断面にわたって均一でなくてもよく、幾何学的には、断面は、円形、正方形、楕円形、長方形、または六角形を含む任意の形状であってもよい。「チャネル」という用語には、マイクロチャネルおよびナノチャネルが含まれるが、これらに限定されるものではなく、本明細書でチャネルに言及する場合、そのようなチャネルはマイクロチャネルまたはナノチャネルを含み得る。

本明細書では、「濃度」という用語は、第２成分内に含まれる第１成分の量を意味し、単位体積あたりの粒子数、単位体積あたりのモル量、単位体積あたりの重量、または両成分の総体積中の第１成分の体積に基づいていてもよい。

本明細書では、「流体的に結合」または「流体的な連通」という用語は、そのように結合または連通している２つの構成要素の間で流体が流れ得ることを意味する。

本明細書では、「隔離する」、「分離する」、「単離する」という用語は互換的に使用されており、これらの用語は、ある成分に関連して、そのような成分を他の成分から分離することを意味し、溶液内の成分の濃度を増加させること、溶液内の他の成分から成分を分離すること、または、溶液内の成分の濃度を増加させることと、そのような成分を溶液内の他の成分から分離することの両方の組み合わせを含む。溶液内の粒子は、溶液内の他の粒子から分離されている場合、および／または溶液の定義された部分内に配置されている場合、「分離されている」とみなされる。また、溶液を処理した後に、そのような粒子または成分の濃度が少なくとも約１００：１、９０：１、８０：１、７０：１、６０：１、５０：１、４０：１、３０：１、２０：１、１０：１、５：１、３：１、または２：１の比率で増加した場合、溶液内の粒子または成分は「分離された」とみなされる。他の粒子を含む溶液中の目的の粒子は、そのような溶液を処理した後に、そのような目的の粒子の濃度とそのような他の粒子の濃度との比が増加した場合、「分離された」とみなされる。または、そのような他の粒子の濃度に対する目的の粒子の濃度の比が、少なくとも約１００％、２００％、３００％、４００％、５００％、６００％、７００％、８００％、９００％、もしくは１０００％増加した場合、または、そのような他の成分の濃度が約２０％、１５％、１０％、８％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、もしくは０．５％未満まで減少した場合、「分離された」とみなされる。

本明細書では、「フルイディック」という用語は、本明細書で定義された少なくとも１つの「チャネル」を含み、流体サンプルを処理、加工、排出、および／または分析するためのシステム、デバイス、または要素を意味する。「フルイディック」という用語は、マイクロフルイディックおよびナノフルイディックを含むが、これらに限定されない。

本明細書では、「フルイディック機能」という用語は、フルイディックシステム内の流体またはサンプルに対して実行または表現されるあらゆる操作、機能、プロセスを指し、ろ過、ポンピング、流体の流れの調整、流体の流れの制御などが含まれるが、これらに限定されない。

本明細書では、「粒子」という用語は、原子、化学元素、分子、化合物、生体分子、細胞、壊死細胞、アポトーシス細胞、がん細胞、がんまたは腫瘍の循環細胞、血液、血漿、タンパク質、脂質、体液、核酸、ヌクレオチド、アミノ酸、ペプチド、抗体、抗原、炭水化物、微生物、バクテリア、ウイルス、真菌、精子、配偶子、卵、胚、または、これらに限定されないあらゆる物質を指し、任意の方向の最大寸法が約３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２５ｍｍ、１００μｍ、７５μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、または０．１μｍであり得る。粒子は、任意の方向の最大寸法が、約０．００１ミクロンから約３ｍｍ、約０．１ミクロンから約２ｍｍ、約０．５ミクロンから約１．５ｍｍ、約１０ミクロンから約１ｍｍ、または約２０ミクロンから約１００ミクロンであり得る。

本明細書では、「ポート」という用語は、例えばフルイディックチャネルを使用して２つの要素間で流体連通を提供するための構造を指す。また、「入口ポート」、「入口開口部」、「入力開口部」、「入力チャネル」という用語は互換的に使用され、これらは本明細書に記載された装置にサンプル流体が注入される開口部を意味する。

本明細書では、「濃縮」という用語は、水、水性または非水性の媒体または他の物質を除去することによって、媒体中の物質の個体密度を増加させる、または純度を増加させることを意味する。物質は、本明細書に記載されているようなタイプの粒子または粒子の混合物である。典型的には、本明細書に記載の濃縮とは、媒体中の粒子または粒子の混合物の沈降を促進し、それによって粒子または混合物を特定の領域に導くことに関連する。代わりに、濃縮には、粒子の混合物から特定の種類の粒子を分離し、その特定の種類の粒子を、典型的には事前に決定された体積の液体媒体を有する収集チャネルに収集することが含まれる場合がある。粒子を濃縮させるために、バルクサンプルをスピンまたは回転させることを含む必要はない。本発明による濃縮では、粒子に大きな損傷、溶解、またはせん断を与えることなく、粒子を分離することを可能とする。さらに、特定の動作条件の下で、本発明は、動作中のサンプル内の凝集または結晶化、および凝集または結晶化したサンプル粒子の分離を提供する。

本明細書に記載されている方法およびステップにおいて、特定のイベントが特定の順序で発生することが示されていても、当業者であれば、特定のステップの順序を変更してもよく、そのような変更は本発明の変形例に従ったものであることを認識するであろう。さらに、特定のステップは、順次実行するだけでなく、可能な場合は並列プロセスで同時に実行してもよい。

ＩＩ．磁場
本開示は、処理チャネルまたは入口チャネル内の磁場を使用して濃縮するための方法および装置を提供する。磁場とサンプル流体内の粒子の常磁性特性との相互作用は、分離または濃縮を促進するために、粒子に斥力効果または引力効果を提供し得る。

一実施形態によれば、磁石は永久磁石または電磁石である。一実施形態によれば、磁石の最大エネルギー積は、約１メガガウス・エルステッドから約１０００メガガウス・エルステッドの範囲であり、より好ましくは、約１０メガガウス・エルステッドから約１００メガガウス・エルステッドの範囲である。一実施形態によれば、磁石の表面磁場強度は、約０．１テスラから約１００テスラの範囲であり、より好ましくは約１テスラから約１０テスラの範囲である。一実施形態によれば、磁石の残留磁気は、約０．５テスラから約５テスラの範囲であり、より好ましくは約１テスラから約３テスラの範囲である。

好ましい実施形態によれば、磁石は、鉄およびホウ素を含むネオジム合金、ネオジム、アルミニウムとニッケルとの合金、鉄を含むネオジム合金、アルミニウムおよびコバルトと鉄との合金、サマリウム－コバルト、その他の希土類元素と鉄との合金、希土類合金とニッケルとの合金、フェライト、またはこれらの組み合わせからなる材料から作られる。複数の磁石を含む一実施形態によれば、磁石は同じ材料から作られるか、または異なる材料から作られる。

一実施形態によれば、非対称磁場は、フルイディックチャネルの一方の側に強い磁性材料を使用し、フルイディックチャネルの反対側に弱い磁性材料を使用することによって達成される。好ましい一実施形態によれば、非対称の磁場は、フルイディックチャネルの一方の側に磁性材料を使用し、フルイディックチャネルの反対側に実質的に類似した磁性材料を使用することによって達成される。そのような実施形態によれば、上部磁石と下部磁石は、実質的に同じサイズであってもよい。そのような実施形態によれば、上部磁石はネオジムを含んでもよく、下部磁石はサマリウム－コバルトを含んでもよく、両方の磁石が実質的に同じサイズであってもよい。あるいは、上部磁石がサマリウム－コバルトを含んでもよく、下部磁石がネオジムを含んでもよく、両方の磁石が実質的に同じ大きさであってもよい。

一実施形態によれば、代替の磁石構成を使用してもよい。参照すると、本発明に係る装置は、フルイディックチャネルの周りに配置された複数の上部磁石および複数の下部磁石を含んでもよい。上部磁石は、前側上部磁石、中央上部磁石、および後側上部磁石を含んでもよい。下部磁石は、前側下部磁石、中央下部磁石、および後側下部磁石を含んでもよい。

別の磁石構成によれば、装置は、前側上部磁石、後側上部磁石、前側下部磁石、および後側下部磁石を含んでもよく、これらの磁石はフルイディックチャネルの周りに配置される。前側上部磁石と後側下部磁石は、磁気反発方向に配置されている。例示的なＮｄＦｅＢ磁気コンポーネントの寸法には、下部磁石コンポーネントの場合、約５０×１５×２ｍｍ（１５ｍｍ軸を介して磁化される）、上部磁石コンポーネントの場合、５０×５×２ｍｍ（５ｍｍ軸を介して磁化される）が含まれる。その他の磁石部品の実施形態としては、６０×１５×２ｍｍ、６０×５×２ｍｍ、７５×２０×３ｍｍ、２５×１５×２ｍｍなどがある。図６は、処理チャネル１０４の底部にＸ軸に沿って実質的に整列した長方形の磁石を有する実施形態を示しており、処理チャネル内の磁力線および磁気力を示している。さらなる好ましい磁石コンポーネントの実施形態は、約７５×２０×３．２ｍｍの寸法を有する上部および下部磁石を含み、上部および下部磁石の間の間隔として、約２．５ｍｍ、約３．０ｍｍ、約３．５ｍｍ、約２．９ｍｍ、約、３．０ｍｍ、約３．１ｍｍ、約３．２ｍｍ、約３．３ｍｍ、または約２．７２ｍｍ、約２．８８ｍｍ、約２．９８ｍｍ、約３．１８ｍｍ、約３．２０ｍｍ、または約３．３７ｍｍがある。

好ましい一実施形態によれば、装置は上部磁石と下部磁石を有し、下部磁石は入口チャネル内に延びる。下部磁石の寸法は、約５０ｍｍ～約１００ｍｍ×約１０ｍｍ～約３０ｍｍ×約２ｍｍ～約４ｍｍでもよい。好ましい実施形態としては、約７５ｍｍ、約８０ｍｍ、約８５ｍｍ、約９０ｍｍ、約９３ｍｍ、または約９５ｍｍ×約１５ｍｍ、約１８ｍｍ、約２０ｍｍ、約２３ｍｍ、および約２５ｍｍ×約２ｍｍ、約２．３ｍｍ、約２．５ｍｍ、約２．７ｍｍ、約３ｍｍ、約３．１８ｍｍ、および約３．５ｍｍが含まれる。上部磁石と下部磁石の間の磁石間隔は、好ましくは、２～４．３ｍｍ、約２．５ｍｍ、約４．０ｍｍ、約３．５ｍｍ、約２．９ｍｍ、約、３．０ｍｍ、約３．１ｍｍ、約３．２ｍｍ、約３．３ｍｍ、または、約２．７２ｍｍ、約２．８８ｍｍ、約２．９８ｍｍ、約３．１８ｍｍ、約３．２０ｍｍ、約３．３７ｍｍ、約３．５ｍｍ、約３．７ｍｍ、または、約４ｍｍである。

図７Ａ－Ｄには、上および下に平行な磁石コンポーネントを組み込み、処理チャネルのＸ軸に沿って実質的に整列させたフルイディック濃縮装置の実施形態が示されている。

ＩＩＩ．常磁性媒体
本発明による磁気促進濃縮によって処理されたサンプルは、典型的には、追加された常磁性成分または追加された反磁性コンポーネントを有する。本発明の方法によれば、目的の粒子を含む物質を常磁性媒体と組み合わせて処理溶液を作成する。常磁性媒体は、常磁性物質と溶媒を含む。好ましい実施形態によれば、常磁性媒体は生体適合性であり、すなわち、細胞の生存率に影響を与えず、または細胞の挙動に影響を与えず、例えば遺伝子発現に影響を与えることなく、生細胞と混合することができる。常磁性材料は、ガドリニウム、チタン、バナジウム、ジスプロシウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケル、ガリウム、とそれらのイオン、およびそれらの組み合わせを含むグループから選択することができる。一実施形態によれば、常磁性材料は、チタン（ＩＩＩ）イオン、ガドリニウム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（Ｉ）イオン、ニッケル（ＩＩ）イオン、クロム（ＩＩＩ）イオン、バナジウム（ＩＩＩ）イオン、ジスプロシウム（ＩＩＩ）イオン、コバルト（ＩＩ）イオン、およびガリウム（ＩＩＩ）イオンを含むグループから選択される。好ましい実施形態によれば、常磁性材料は、キレート化合物を含む。好ましい実施形態によれば、常磁性材料は、ガドリニウムキレート、ジスプロシウムキレート、またはマンガンキレートを含む。一実施形態によれば、常磁性媒体は、常磁性材料、常磁性塩、および細胞の完全性を維持するように機能する他の添加物を含む。本発明の一実施形態によれば、常磁性材料は、参照により本明細書に援用される米国特許出願番号１４／４０７，７３６明細書に記載されているとおり、［Ａｌｉｑ］_２［ＭｎＣ１_４］、［Ａｌｉｑ］_３［ＧｄＣｌ_６］、［Ａｌｉｑ］_３［ＨｏＣｌ_６］、［Ａｌｉｑ］_３［ＨｏＢｒ_６］、［ＢＭＩＭ］_３［ＨｏＣｌ_６］、［ＢＭＩＭ］［ＦｅＣｌ_４］、［ＢＭＩＭ］_２［ＭｎＣｌ_４］、［ＢＭＩＭ］_３［ＤｙＣｌ_６］、［ＢＤＭＩＭ］_３［ＤｙＣｌ_６］、［ＡｌａＣ１］［ＦｅＣ１_４］、［ＡｌａＣｌ］_２［ＭｎＣｌ_４］、［ＡｌａＣｌ］_３［ＧｄＣｌ_６］、［ＡｌａＣｌ］_３［ＨｏＣｌ_６］、［ＡｌａＣｌ］_３［ＤｙＣｌ_６］、［ＧｌｙＣ２］［ＦｅＣ１_４］でもよい。

一実施形態によれば、常磁性材料は、少なくとも約１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、１００ｍＭ、１２０ｍＭ、１５０ｍＭ、２００ｍＭ、２５０ｍＭ、３００ｍＭ、５００ｍＭ、または１Ｍの濃度で常磁性媒体中に存在してもよい。一実施形態によれば、常磁性材料は、約１０ｍＭ～約５０ｍＭ、約２５ｍＭ～約７５ｍＭ、約５０ｍＭ～約１００ｍＭ、約１００ｍＭ～約１５０ｍＭ、約１５０ｍＭ～約２００ｍＭ、約２００ｍＭ～約２５０ｍＭ、約２５０ｍＭ～約３００ｍＭ、約３００ｍＭ～約５００ｍＭ、または約５００ｍＭ～約１Ｍの濃度で常磁性媒体中に存在してもよい。

一実施形態によれば、常磁性材料はガドリニウムを含み、少なくとも約１０ｍＭ、２０ｍＭ、３０ｍＭ、４０ｍＭ、５０ｍＭ、６０ｍＭ、７０ｍＭ、８０ｍＭ、９０ｍＭ、または１００ｍＭの濃度で常磁性媒体中に存在する。一実施形態によれば、常磁性材料はガドリニウムを含み、約１０ｍＭ～約５０ｍＭ、約２５ｍＭ～約７５ｍＭ、または約５０ｍＭ～約１００ｍＭの濃度で常磁性媒体中に存在する。

ＩＶ．装置構成
図１～図５、および図７～図１０を参照すると、粒子を濃縮および分離するための本発明の粒子濃縮装置の様々な実施形態が示されており、装置の入口チャネル、処理チャネル、および出口チャネル部分が、相互に接続された別々の個別の構成要素を含む。処理チャネルは、好ましくは、処理チャネル内の流れの層（この意味での「層」は、Ｙ軸に沿った小さな範囲の位置を示す）内に粒子が集中するのに必要な滞留時間に基づいて、またシステムからの所望の処理能力（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に基づいて、目的の粒子を含む流体を処理するのに十分な時間を可能にするＸ軸に沿った十分な長さを有する細長いフルイディックチャネルである。いくつかの実施形態によれば、処理チャネルはフルイディックチャネルであり、その高さは、約２００μｍ～約３０ｍｍ、約２００μｍ～約２０ｍｍ、約２００μｍ～約１５ｍｍ、約２００μｍ～約１０ｍｍ、約２００μｍ～約５ｍｍ、約２００μｍ～約２ｍｍ、約２００μｍ～約１ｍｍ、約０．５ｍｍ～約１ｍｍ、約０．５ｍｍ～約２ｍｍ、約０．５ｍｍ～約３ｍｍ、約１ｍｍ～約２ｍｍ、約１ｍｍ～約３ｍｍ、または約１．５ｍｍ～約２ｍｍである。一実施形態によれば、処理チャネルは、約２０ｍｍ～約２００ｍｍ、約２０ｍｍ～約１５０ｍｍ、約２０ｍｍ～約１００ｍｍ、約２０ｍｍ～約５０ｍｍ、約４０ｍｍ～約１００ｍｍ、約４０ｍｍ～約９０ｍｍ、または約４０ｍｍ～約８０ｍｍの長さを有する。いくつかの実施形態によれば、チャネルの深さ（Ｚ方向）は、約１００μｍ～約５ｍｍ、約５００μｍ～約３ｍｍ、約１ｍｍ～約２．５ｍｍ、または約１．５ｍｍ～約２ｍｍである。チャネルの長さの実施形態は、４０、４５、５０、６０、７０ｍｍの長さであってもよい。例示的な処理チャネルの寸法には、高さ（Ｙ軸、画像の垂直方向）１ｍｍおよび１．９ｍｍ×深さ（Ｚ軸）０．８または１．０または１．５または２．０ｍｍが含まれ、長さ（Ｘ軸）は４０～７０ｍｍである。処理チャネルの好ましい実施形態は、例示的な処理チャネルの寸法が、約２ｍｍの高さ（Ｙ軸、画像では垂直）×約２．０ｍｍの深さ（Ｚ軸）を含み、長さ（Ｘ軸）が約５０～７０ｍｍである。さらに好ましい処理チャネルの実施形態は、約５５ｍｍ、約５６ｍｍ、約５７ｍｍ、約５８ｍｍ、約５９ｍｍ、約６０ｍｍ、約６１ｍｍ、約６２ｍｍ、約６３ｍｍ、約６４ｍｍ、約６５ｍｍ、または約６６ｍｍの長さを有する。

処理チャネルは、任意の断面幾何学的構成を有していてもよく、正方形、長方形、円形または楕円形の断面幾何学的構成を有していてもよい。本明細書に記載された処理チャネルの幾何学的特性は、本発明の構成要素の構成を参照して上述した入口、出口、およびその他の任意のフルイディックチャネルにも同様に適用可能である。

入口チャネルの断面積（チャネルが円形の場合、チャネルの内径の半径をｒとすると、πｒ^２となる）は、処理チャネルの断面積よりもかなり小さい。ここでは、「直径」は特徴的な断面寸法を説明するために使用されており、チャネルは断面が円形でなくてもよい。様々な実施形態によれば、入口チャネルの断面積は、処理チャネルの断面積よりも、少なくとも１００倍、８０倍、５０倍、４０倍、２０倍、１０倍、８倍、６倍、４倍、または２倍小さい。いくつかの実施形態によれば、入口チャネルの断面積は、処理チャネルの断面積よりも少なくとも１０倍小さい。いくつかの実施形態によれば、入口チャネルの断面積は、処理チャネルの断面積よりも少なくとも５倍小さい。いくつかの実施形態によれば、入口チャネルの断面積は、最大で０．２ｍｍ^２、最大で０．８ｍｍ^２、最大で３．１ｍｍ^２、最大で７．１ｍｍ^２、最大で１２．６ｍｍ^２、最大で１９．６ｍｍ^２、最大で２８．３ｍｍ^２、最大で３８．５ｍｍ^２、最大で５０．３ｍｍ^２、最大で７８．５ｍｍ^２、最大で１７６．７ｍｍ^２、または最大で３１４．２ｍｍ^２である。出口チャネルは、典型的には、入口チャネルと同様の寸法特性を有するが、以下に説明するように、様々な断面積を有してもよい。

粒子濃縮装置の実施形態は、処理チャネル（１０３）へのテーパ状の入口部分を含み、本発明の粒子分離装置は、渦によって引き起こされる乱流を低減し、したがって、異なる断面積のフルイディックチャネルの接続に関連するせん断力を低減するために、テーパ状の入口ポートをさらに含む。これらの渦は、細胞やその他の粒子が装置内を流れるのではなく、循環経路内に捕捉される場所を提供することにより、サンプルの処理効率または速度を低下させる可能性がある。また、渦の流れは、細胞などの粒子にせん断応力を誘発する可能性がある。テーパの角度は、約１０°～約７０°、好ましくは約２０°～約６０°、約３０°～約４５°、またはいくつかの実施形態では約３０°であってもよい。

装置の出口部分は、処理チャネル内のサンプル流の一部を分離またはさらなる処理のために個別の流れに転換するのを助けるスプリッタを含んでいてもよい。スプリッタは、好ましくは、処理チャネル内に配置されるが、処理チャネルの後端付近に配置され、処理チャネルに流体を通すことによって達成された粒子の分離が、流体が装置を出るときに維持されるようにする。スプリッタは、出口チャネルから処理チャネルの後端に延びる１つ以上の水平な仕切り板を含んでいてもよい。スプリッタは、Ｘ軸に沿って実質的に整列した磁石が処理チャネルの反対側にある実施形態においては、磁石間の距離の０．５～３．５倍、１～３倍、１．５～２．５倍、１～２倍の間、または２倍の長さで処理チャネルに延びてもよい。粒子集中装置の単一磁石の実施形態においては、スプリッタは、Ｚ軸方向の単一磁石コンポーネントの厚さの１～５倍、１．５～５倍、１．５～４倍、２～４倍、３～４倍、または４倍の長さで処理チャネル内に延びてもよい。処理チャネルのＸ軸に沿って整列した磁石部品がない実施形態においては、スプリッタは、処理チャネル長の５～４０％、５～３０％、５～２５％、１０～３０％、１０～２０％、または１０～１５％の間で延びてもよく、延びの長さは５％より大きいことが好ましく、３５％より小さいことが好ましい。スプリッタは、処理チャネル内の末端を指すように先細りになっている。テーパの角度は、約５°～約４５°、好ましくは約１０°～約３０°、約１５°～約２５°、または、いくつかの実施形態では約２０°である。処理チャネルは、スプリッタを用いて水平方向に分割されてもよい。加えて、スプリッタは、１つ以上の垂直方向の仕切りを含んでいてもよく、それによって、流体連通した排水流体出口開口部の水平方向および垂直方向のグリッドが形成され、複数の出口チャネルにつながる。本実施形態によれば、処理チャネルの後端付近にある複数の出口チャネルは、出口ポートを介して、収集チューブまたはエッペンドルフ（Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ）チューブなどの複数の収集チャンバにつながる。スプリッタ（複数）は、複数の出口チャネルを定義する。一実施形態によれば、本発明の粒子濃縮装置は、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０個の出口チャネルを定義するスプリッタを含む。一実施形態によれば、本発明の粒子濃縮装置は、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、少なくとも９、または少なくとも１０の出口チャネルを定義するスプリッタを含む。一実施形態によれば、本発明の粒子集中装置は、２～４、５～７、または８～１０の出口チャネルを定義するスプリッタを含む。本明細書に記載のスプリッタ、およびその結果としての様々な出口チャネルは、本発明の構成要素の構成を参照して、上述の処理チャネルに組み込まれてもよい。

複数の出口チャネルは、処理チャネルから対応する複数の出口ポートまで延びる。複数の出口チャネルは、処理チャネルからそれぞれの流出チャネルを通ってそれぞれの出口ポートに至る流れの量を制御する、ポンプまたは出力弁などのフルイディック流量調整器を含んでもよい。サンプル溶液の各流出画分への分割は、分割の比率を変更できるように、個々の流出口に向かう流体の流れを増加または減少させることによって達成され得る。一実施形態によれば、比率は最大５０％まで変更することができる。例えば、スプリッタが同じ断面を持つ２つのチャネルで構成されている場合、幾何学的な分割比は１：１となる。他の画分に適用されるものよりも大きな（または小さな）ポンプ速度を適用して、より大きな（または小さな）量の流体を１つの画分に引き出すことによって、分割の比率は、例えば、約３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１または１０：１に変更することができる。好ましい一実施形態によれば、そのような幾何学的比の分割は、約２：１から約１：２の範囲内である。さらに好ましい実施形態によれば、そのような幾何学的比の分割は、約１０：１から約１：１０の範囲内である。この分割は、約１：１０、約１：９．５、約１：９、約１：８．５、約１：８、約１：７．５、約１：７、約１：６．５、約１：６、約１：５．５、約１：５、約１：４．５、約１：４、約１：３．５、約１：３、約１：２．５、約１：２、約１：１．５、約１：１、約１．５：１、約２：１、約２．５：１、約３：１、約３．５：１、約４：１、約４．５：１、約５：１、約５．５：１、約６：１、約６．５：１、約７：１、約７．５：１、約８：１、約８．５：１、約９：１、約９．５：１、約１０：１の各比率で、上側の出口チャネルの流量と下側のチャネルの流量を比較することができる。

図１Ａは、処理チャネル（１０４）、入口チャネル（１０２）および入口接続領域（１０３）、複数の出口チャネル（１０６）および流れのスプリッタ部分（１０５）の上部Ｘ軸に沿って実質的に整列した単一の磁石コンポーネント（１０１）を有する装置を示す。図１Ｂは、１０１が処理チャネルの底面に沿って整列した同様の構成を示す図である。図１Ｃは、処理チャネルを越えて入口部分に延在する追加の磁石部品または部分（１０７）を有する１Ａの構成を示す。図１Ｄは、処理チャネルの底部のＸ軸に沿って実質的に整列し、入口部分に延在する磁石コンポーネントを有するこのタイプの構成を示す。一実施形態によれば、上部磁石と下部磁石の一方または両方がシステム内に移動可能に取り付けられており、フルイディックチャネルに対する磁石の垂直方向の位置を制御して、チャネル内の磁場強度を調整することができる。本発明の特定の実施形態によれば、入口チャネルの形状と入口チャネルの磁場を使用して、処理チャネル内の粒子濃度を調節する。処理チャネルの入口またはその近くに粒子を蓄積することにより、特定の実施形態によれば、粒子の相対的な濃縮度が異なる流れの部分を作成する能力を提供する。例えば、処理チャネルの入口またはその近くに粒子を蓄積することで、処理チャネル内の流れ内の粒子の量が瞬時に枯渇することがある。粒子の拘束力、堆積力、磁気力、またはそれらの組み合わせを解放または克服することにより、処理チャネル内の流れ内の粒子濃度が増加する。時間的には、これにより、処理チャネル内の流れの粒子濃縮層内の粒子濃縮のレベルが変化する可能性がある。この選択的プロセスは、一面では、特に富化された（濃縮された）または特に枯渇した流れ画分を識別して利用することができる本発明の装置および方法のユーザにとって、特に関心のある流れ画分を作成するのに有用である。

図２Ａ－Ｄは、処理チャネルに実質的に直線的に整列した部分と、角度θで傾斜した部分で接続する処理チャネルに直線的に整列していない部分とを有する入口チャネル部分（２０３）をさらに含む、単一の磁石コンポーネント構成を示す。非直線的な入口部分は、１つ以上の交差するチャネル（２０１）を含んでいてもよく、直線的な入口部分は、１つ以上の交差するチャネル（２０２）を含んでいてもよい。入口チャネルへの交差するチャネルは、液体、懸濁液、または気体の導入または除去を提供する。交差するチャネルは、常磁性媒体、緩衝剤、凝集剤、サンプル前処理試薬または反応剤やその類似物などの試薬のサンプル流路への導入を提供することができる。加えて、交差チャネルは、入口チャネル内または処理チャネル内のサンプル媒体の粒子または他の構成要素との反応のために、反応物試薬をサンプル媒体に導入するために使用することができる。例えば、細胞染色反応またはリガンド結合反応を、分離の前に入口チャネル内で行うことができる。加えて、いくつかの実施形態によれば、沈殿、凝集、または結晶化反応の場合のように、必要または所望に応じて、処理チャネルで反応を実行または継続することができる。また、１つ以上の交差するチャネルを、分離チャネルから反発された粒子、またはその他の方法で分離チャネルに入るのを阻止された粒子を収集する出力として使用することもできる。図２Ａは、処理チャネルの上部にＸ軸に沿って実質的に整列した磁石成分を有するフルイディック濃縮装置を示す。入口チャネルの非直線的部分は、入口チャネルの実質的に直線的な部分に対して約９０°の位置にある。図２Ｂは、処理チャネルの底部で磁石成分が実質的に直線的に整列し、入口チャネルの非直線的部分が、入口チャネルの実質的に直線的な部分に対して約２７０°になっている同様の実施形態を示す。図２Ｃは、図２Ａと同様の実施形態を示し、磁石成分が処理チャネルの底部に沿って整列している。図２Ｄは、図２Ｂと同様の実施形態を示し、磁石コンポーネントが処理チャネルの底部に沿って整列している。図２Ａ－Ｄの実施形態によれば、非直線的に整列した入口チャネル部分は、入口チャネルの実質的に直線的な部分に対して、約９０°（図２Ｂ、２Ｄ）または約２７０°（図２Ａ、２Ｃ）のいずれかであり、角度θは、デバイスの要件によって決定することができ、Ｘ軸に対して、θ≠０°、θ≠１８０°であり、θ≧３０°、θ≧４５°、θ≧７０°、θ≧９０°、１００°以上、１３５°以上、１４０°以上、１６５°以上、１８０°以上、２０５°以上、２２５°以上、２５０°以上、２８０°以上、３００°以上、または３３０°以下であり、および／またはＹ軸とＺ軸に対して相対的に独立して任意の角度であり得る。例えば、図２Ｅは、θ（ｘ）＝９０°、θ（ｙ）＝１８０°、θ（ｚ）＝０°の平面図を示している。図２Ｆは、θ（ｘ）＝９０°、θ（ｙ）＝２２５°、θ（ｚ）＝０°とした場合の平面図である。

図３Ａ－Ｄは、図２Ａ－Ｄと同様の実施形態を示しており、磁石コンポーネント１０７が入口領域に延びる。

図４Ａ－Ｄは、入口チャネルを囲む環状またはドーナツ型の磁石部品（リング磁石）であるさらなる部品（４０１）を備えたフルイディック濃縮装置の実施形態を示している。リング磁石は、磁極に対して反発する向きに配置された１つ以上の磁石で構成され、それにより、入口チャネルのＸ軸に沿って対称的な磁力が得られる。ある実施形態によれば、リング磁石は、個々の反発場が入口チャネル内で整列するように入口の周りに構成された複数の長方形の磁石を含む。リング磁石からの力は、粒子の常磁性に反発力を与えることで、粒子の流速を遅くする。リング磁石は、処理チャネルの上部のＸ軸に沿って磁石成分が実質的に整列している図４Ａに示されるように、および処理チャネルの下部のＸ軸に沿って磁石成分が実質的に整列している図４Ｂに示されるように、入口チャネルの実質的に直線部分に構成することができる。図４Ｃは、処理チャネルを超えて入口部分に延びる追加の磁石部品または部分（１０７）を有する図４Ａの構成を示す。図４Ｄは、処理チャネルの軸に沿って整列した磁石構成要素がない、フルイディック濃縮装置の入口部分を囲むように構成されたリング磁石を示す図である。図４Ａ～Ｄでは、入口チャネルの直線的部分を囲む４０１として図示されているが、これらの実施形態は非限定的であり、リング磁石は、他の実施形態によれば、入口チャネルの非直線的に整列した部分を含む入口チャネルに沿ってどこにでも配置することができる。

図５Ａ－Ｄは、リング磁石４０１および非直線的に整列した入口チャネル部分と交差チャネルをさらに含む処理チャネルのＸ軸の上部または下部に沿って実質的に整列した単一の磁石コンポーネントを有する実施形態を示す。交差するチャネルの１つ以上は、分離チャネルに入るのを反発された粒子、または他の方法で阻止された粒子を収集するための出力としても使用できる。

粒子濃縮装置の実施形態の多くは、処理チャネルのＸ軸の上部または下部のいずれかに沿って実質的に整列した単一の磁石コンポーネントを含む。本明細書に記載の他の実施形態は、処理チャネルの実質的な部分に沿って整列した磁石コンポーネントを有しない。他の実施形態によれば、装置は、処理チャネルのＸ軸の上部および下部に沿って実質的に整列した複数の磁石コンポーネントを含んでいてもよい。そのような実施形態は、チャネル内の常磁性粒子の磁気浮上を提供し、その結果、処理チャネル内の異質な粒子の分離を提供する。一実施形態によれば、浮上装置は、係合している（すなわち、フルイディックチャネルの処理部全体に磁場を能動的に形成している）磁石の数を制御し、それによって磁場の大きさおよび勾配プロファイルを制御することができるように、移動可能に取り付けられた複数の磁石を含む上部磁石または下部磁石を含む。磁場を時間の関数として制御することで、実験やアッセイの最中にいつでも変更できる、より複雑なプロトコルが可能になる。静的なシステムに比べた利点には、サンプルの柔軟な分割、粒子のより高精度の分離能力、流体経路をパージ、プライム、処理する、より柔軟な方法、実験やアッセイの実行時に分離パラメータを最適化または変更するためのフィードバックが可能となることが含まれる。

一実施形態によれば、上部磁石および下部磁石は、細長い長方形の磁石（好ましくは棒磁石）を含み、その寸法は、高さ（Ｙ軸（縦軸））が約２ｍｍから約２５ｍｍまで、幅（Ｘ軸）が約３０ｍｍから約８０ｍｍまで、または約９５ｍｍまで、深さ（Ｚ軸）が約０．５ｍｍから約７ｍｍまでの範囲である。好ましくは、上部磁石および下部磁石は、高さ（Ｙ軸）が約４ｍｍから約２０ｍｍまで、幅（Ｘ軸）が約４０ｍｍから約６０ｍｍまで、深さ（Ｚ軸）が約１ｍｍから約３ｍｍまでの範囲の寸法を有する。本明細書に記載されている好ましい磁石のサイズは、１つの磁石によって達成されてもよいし、複数の磁石を組み合わせることによって達成されてもよい。一実施形態によれば、上部磁石と下部磁石の深さと幅は実質的に同じである。一実施形態によれば、上部磁石の高さは、下部磁石の高さよりも少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％大きい。一実施形態によれば、上部磁石の高さは、下部磁石の高さよりも、約２５％～約１００％、約１００％～約２００％、約２００％～約３００％、約３００％～約４００％、約４００％～約５００％、または約５００％～約６００％大きい。一実施形態によれば、下部磁石の高さは、上部磁石の高さよりも少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％大きい。一実施形態によれば、下部磁石の高さは上部磁石の高さよりも約２５％～約１００％、約１００％～約２００％、約２００％～約３００％、約３００％～約４００％、約４００％～約５００％、または約５００％～約６００％大きい。

一実施形態によれば、上下の磁石とフルイディックチャネル、キャピラリ、または中央処理部との間の垂直軸に沿った距離は、少なくとも約１ミクロン、１０ミクロン、５０ミクロン、または１００ミクロンであり、および／または、約５００ミクロン、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、または５ｍｍ以下である。一実施形態によれば、磁石のいずれかとフルイディック処理チャネルとの間の距離は、垂直軸に沿って約１ミクロンから約５ｍｍの間であり、好ましくは約１０ミクロンから約２ｍｍの間である。

一実施形態によれば、上部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離は、下部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離よりも、少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％大きい。一実施形態によれば、上部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離は、下部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離よりも、少なくとも約２５％～約１００％、約１００％～約２００％、約２００％～約３００％、約３００％～約４００％、約４００％～約５００％、または約５００％～約６００％大きい。

一実施形態によれば、下部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離は、上部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離よりも、少なくとも約２５％、５０％、７５％、１００％、１２５％、１５０％、１７５％、２００％、２２５％、２５０％、２７５％、３００％、３２５％、３５０％、３７５％、４００％、４２５％、４５０％、４７５％、または５００％大きい。一実施形態によれば、下部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離は、上部磁石とフルイディック処理チャネルとの間の垂直方向の距離よりも、少なくとも約２５％から約１００％、約１００％から約２００％、約２００％から約３００％、約３００％から約４００％、約４００％から約５００％、または約５００％から約６００％大きい。

一実施形態によれば、上部磁石および下部磁石は、永久磁石または電磁石である。実施形態によれば、上部磁石と下部磁石の最大エネルギー積は、約１メガガウス・エルステッドから約１０００メガガウス・エルステッドの範囲であり、より好ましくは、約１０メガガウス・エルステッドから約１００メガガウス・エルステッドの範囲である。一実施形態によれば、上部および下部磁石の表面磁場強度は、約０．１テスラから約１００テスラの範囲であり、より好ましくは約１テスラから約１０テスラの範囲である。一実施形態によれば、上部および下部磁石の残留応力は、約０．５テスラから約５テスラの範囲であり、より好ましくは約１テスラから約３テスラの範囲である。

好ましい実施形態によれば、非対称磁場は、処理チャネルの一方の側により強い磁性材料を使用し、処理チャネルの反対側により弱い磁性材料を使用することによって達成される。好ましい実施形態によれば、非対称の磁場は、フルイディックチャネルの一方の側に磁性材料を使用し、フルイディックチャネルの反対側に実質的に類似した磁性材料を使用することによって達成される。そのような実施形態によれば、上部磁石と下部磁石は、実質的に同じサイズであってもよい。かかる実施形態によれば、上部磁石はネオジムと鉄の合金を含んでもよく、下部磁石はサマリウム－コバルトを含んでもよく、両磁石が実質的に同じサイズである。代わりに、上側の磁石がサマリウム－コバルトを含んでもよく、下側の磁石がネオジムを含んでもよく、両磁石が実質的に同じ大きさである。

一実施形態によれば、替わりの磁石構成を使用することができる。すなわち、本発明に係る装置は、フルイディックチャネルの周囲に配置された複数の上部磁石および複数の下部磁石を含んでもよい。上部磁石は、前側上部磁石、中央上部磁石、および後側上部磁石を含んでもよい。下部磁石は、前部下部磁石、中央下部磁石、および後側下部磁石を含んでもよい。

別の磁石構成によれば、装置は、前側上部磁石、後側上部磁石、前側下部磁石、および後側下部磁石を含み、これらの磁石はフルイディックチャネルの周りに配置される。前側上部磁石および後側下部磁石は、磁気的に反発する向きに配置される。非対称磁気浮上装置の説明は、参照により本明細書に援用される国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１９／２４１３８にさらに記載されている。

図７Ａ－Ｄは、任意のリング磁石４０１および任意の入口チャネル部分、２０１、２０２、２０３を例示的な方向に配置した二重磁石コンポーネント粒子濃縮装置の実施形態を示す。

本明細書に記載の粒子濃縮装置の特定の実施形態では、処理チャネルのかなりの部分について、チャネルに沿って整列した磁石コンポーネントがない。粒子濃縮は、沈降と、任意に、入口チャネル内の粒子の克服可能な磁気反発による、および入口チャネル形状によって任意に強化され得る流れに媒介される予備濃縮による、予備濃縮との組み合わせによって達成される。図８Ａ－Ｄは、装置構成の実施形態を示す。図８Ｅ－Ｈは、任意の交差するチャネルへの流体の移動を制御する入口チャネル弁（８０１、８０２、８０３）が組み込まれていることを示す。ポンプ（８０４）は、入口チャネル、入口交差チャネル、出口チャネル、迂回チャネルなどの任意のチャネルに関連してもよい。本明細書でさらに説明されるポンプは、様々な実施形態において、対応するチャネル内の流体を駆動するために必要な正圧または負圧を提供するように構成されてもよく、流体連通するチャネルに関連付けられた複数のポンプで動作する場合には、累積流れを提供するように構成されてもよい。図８Ｈは、入口交差チャネル８０５および８０６を有する粒子濃縮装置を示す。図８Ｈに示すように、入口チャネル、交差チャネルは、リング磁石の上流、下流、または両方であってよい。一実施形態によれば、交差チャネル（８０６）は、リング磁石の上流にある処理チャネルに実質的に直線的な入口チャネルの部分にのみ設けられる。

図９は、単一磁石コンポーネント粒子濃縮装置の実施形態を示す。図９Ａは、入口チャネルから処理チャネルに流れを駆動するポンプ（８０４）を有する粒子濃縮装置を示す。図９Ｂは、出口チャネルの流量を個別に制御する複数のポンプ（８０４）を有する粒子濃縮装置を示す。総流量は、処理チャネルおよび入口チャネルの流量の和である。流量は、粘度や粒子濃度などのサンプル流体の特性や、入口チャネル、処理チャネル、および出口チャネルの寸法や構成に応じて、毎分０．１μＬから１ｍＬの範囲になる。好ましい実施形態によれば、処理チャネルおよび出口チャネルの流量は、約０．２μＬ／分～約２００μＬ／分、または約０．５μＬ／分～約４０μＬ／分となる。濃縮は、「フロー停止・フロー」（ｓｔｏｐ－ｆｌｏｗ）操作または「断続的フロー・フロー」（ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ－ｆｌｏｗ）操作の下で行うこともできる。バルブ（９０２）は、出口チャネルを出口ポート（９０３）または（９０４）に迂回させるように作動させることができる。いくつかの実施形態によれば、入口チャネルポンプおよび出口チャネルポンプは、処理チャネルに対して、それぞれ正圧または負圧の構成で採用される。フロー停止・フロー条件では、サンプルの分離が行われ、処理チャネル内の流れを再開することで、サンプルが別々の出口チャネルに取り出される。

本発明によれば、装置は、装置内に流体を駆動するための１つまたは複数のポンプを含んでもよい。「ポンプ」の用語は、装置内の異なる場所の間に圧力の差を付加する任意の装置を指すために使用される。ポンプは、システムの入口側（液体を出口に向かって押し出す）、出口側（液体を入口から引き抜く）のいずれか、または両方の組み合わせに配置することができる。圧力の差は正でも負でもよい。圧力差は、複数の出口または入口に共通して適用されてもよいし、各出口または入口が直接適用された圧力差を持つように配置されてもよい。圧力差は、いくつかの実施形態によれば、入口チャネル内で、粒子予備濃縮力、磁気力、堆積力、またはこれらの力の組み合わせに打ち勝つために適用されてもよい。ポンプは、適用される圧力差の制御を可能にするために可変であってもよい。ポンプの種類には、シリンジポンプなどの正の排水（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）ポンプ、蠕動（ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ）ポンプ、ダイアフラムポンプ、調整された静圧源、液体の体積を上昇または下降させるなどの重力制御された圧力源、およびプラスチックまたは箔のブリスターなどの手動の圧力源が含まれるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態によれば、ポンプは、チャネル構造を通して流体を駆動するために入口ラインに含まれてもよく、また、指示された出口ラインを通して流体を駆動するために、特定の出口チャネルまたはポートに含まれてもよい。例えば、ポンプは、対象となる１つまたは複数の粒子の粒子富化層または粒子欠乏層の高さに関連する１つまたは複数の出口ラインに含まれてもよい。加えて、すべての出口ラインは、対象の１つまたは複数の粒子の予想される流れの高さに基づいて活性化または非活性化される可変ポンプを含んでもよい。同様に、外部ポンプは、可変圧力差を提供するように制御されてもよい。実施形態は、１つ以上の出口収集管を保持するためのレセプタクル、１つ以上の入力管を保持するためのレセプタクル、温度制御された１つ以上の管のためのレセプタクルを構成するコンポーネント、例えば、摂氏４度に近い温度で１つ以上の出口管を保存するコールドプレート、またはマイクロプレート内のウェルに入口または出口を結合するための位置決め手段を含むことができるマイクロプレートホルダを含む追加のコンポーネントをさらに含んでもよい。一実施形態によれば、出口チャネルまたはポートがピペッティングロボットに流体的に結合されている。ピペッティングロボットは、濃縮された粒子集団の分割量（ａｌｉｑｕｏｔｓ）または画分を、処理チャネルから選択的に分配し（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）、代替的に、または追加的に、粒子が枯渇した流出物の分割量または画分を処理チャネルから分配するために、粒子濃縮装置と統合されてもよい。本装置は、本装置を通る流体および／または粒子の流れと分離を記録、分析、および／または制御するようにプログラムされたマイクロプロセッサまたはコンピュータと統合されてもよい。

図１０は、例示的な粒子濃縮装置を含む粒子濃縮システムを示す。この装置は、１つまたは複数のセンサをさらに含んでもよい。例えば、処理チャネルセンサ（１００１）および入口チャネルセンサ（１００２）をシステムに実装することができる。システムインテグレータ（１００３）は、センサ（１００１）および（１００２）から信号を受け取り、事前にプログラムされたまたはプログラム可能なコマンドを通じて、入口ポンプ（８０４）または出口チャネルポンプ、リング磁石（２０１）または他の電磁コンポーネントの磁場、バルブまたは他のインターフェーシングデバイスまたはコンポーネントなどの他のコンポーネントを制御する信号プロセッサを構成することができる。センサは、光学センサ、容量性センサ、導電性センサ、熱センサ、流量センサ、超音波センサ、重力センサ、磁場センサ、またはそれらの組み合わせから選択される。実施形態において、センサは、光検出器、マルチピクセル画像検出器、磁場検出器、電気化学検出器、光位相検出器、散乱検出器、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、ボロメトリックセンサ、表面音響波センサ、バイオセンサ、またはこれらの組み合わせである。センサは、粒子の有無や量、または粒子やサンプル流れの他の物理的または化学的特性を検出するために、処理チャネルまたは入口チャネルの一部の内部に、またはそれに隣接する１つまたは複数のセンサをさらに含んでいてもよい。

図１８の粒子濃縮装置の平面図に示されているように、装置は、視覚化コンポーネントまたは撮像センサ、センサ照明器、およびセンサ光学系をさらに備えてもよい。可視化コンポーネントは、粒子が処理チャネルを通過するときにリアルタイムで見ることおよび／または記録する能力を可能にするかまたは強化する任意のデバイスで構成されてもよく、それによって、粒子の分離の範囲および／または粒子の分離の速度を含む、粒子の分離の観察および／または測定を可能にする。視覚化には、サンプルの粒子および／または他の構成要素のサイズ、形状、または他の特性の分析も含まれてもよい。一実施形態によれば、処理チャネルを取り囲み、それによって処理チャネルを画定するために使用される材料は、処理チャネルの少なくとも一部分に沿って透明または透過性であり、そこを通過する粒子の観察を容易にする。可視化システムは、明視野照明、暗視野照明、および／またはサンプル成分の蛍光検出を可能にする光学系を採用することができる。

一実施形態によれば、本装置は、光学的にクリアまたは透明な２つのチャネルセグメントを含み、それぞれがチャネルの反対側にある。本実施形態によれば、可視化コンポーネントは、一方の側に配置され、前記クリアまたは透明なセグメントの１つを通して焦点を当てられ、照明コンポーネントは、反対側に配置され、前記クリアまたは透明なセグメントの２つ目を通して焦点を当てられる。照明コンポーネントは、視覚化コンポーネントによる処理チャネル内の粒子の視覚化を容易にするために十分な光を提供するように構成される。別の実施形態によれば、装置は、チャネルの片側に１つのクリアまたは透明のセグメントを含む。本実施形態によれば、可視化コンポーネントは、一方の側に配置され、前記クリアまたは透明のセグメントを通して焦点を当てられ、照明コンポーネントは、同じ側に配置され、前記クリアまたは透明のセグメントを通して焦点を当てられる。照明コンポーネントは、可視化コンポーネントによる処理チャネル内の粒子の可視化を容易にするために十分な光を提供するように構成されている。

好ましい実施形態によれば、照明システムは、可視光または紫外光の光源である。照明源は、処理チャネルを含む光学的に透明な流路内のサンプルを照明するように構成することができ、光は流路内を通って照明源の反対側にある光学センサに送られる。一実施形態によれば、照明源は、光学源からの光が流路内のサンプルから光学センサに反射されるように、光学センサに角度的に隣接している。一実施形態によれば、照明源は紫外線源であり、流路内のサンプルを照明するように構成および配置されており、サンプルに関連する自然蛍光および人工蛍光からの可視光が光学センサによって検出される。

Ｖ．粒子の分離および濃縮方法
有機または無機の粒子は、本発明の方法によって濃縮され得る。粒子は、細胞、細胞断片、細胞器官（ｏｒｇａｎｅｌｌｅｓ）、クラスタ、組織、組織成分、および細菌、真菌（酵母およびカビ）、ウイルス、原生動物、藻類を含む微生物、およびその断片、細胞器官、クラスタ、その他の成分などの生物体であってもよい。粒子は、高分子、複合体、キレート、コンジュゲート、結晶、非晶質固体、ゲル、凝固物などである。ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質は、本発明の方法で濃縮可能である。ビーズ、シェル、ナノ粒子、積層体、沈殿物や共沈殿物も同様に濃縮することができる。粒子の分離を必要とする用途は数多くあり、他の粒子からの同種の粒子の分離、粒子の識別、粒子の処理またはその他の操作を必要とする用途を含む。そのような用途には、生細胞と死細胞の分離、循環腫瘍細胞の分離および／または処理、エマルジョンＰＣＲ濃縮、血小板リッチプラズマなどの血漿の製造、性別選択などの特定形質のための精子の分離、細菌負荷試験、抗生物質耐性試験、敗血症または血液汚染の識別、免疫細胞の分離、化合物スクリーニング、エクソソームの分離、または細胞外小胞の分離などが含まれるが、これらに限定されない。本発明の粒子分離方法は、これらの用途のいずれにも利用することができる。

サンプル媒体中に存在する粒子は、粒子濃度を実質的に濃縮し、サンプル媒体の層を実質的に枯渇させる条件下で、粒子濃縮装置で濃縮される。不均質な粒子集団を有するサンプル媒体は、サイズ、密度、常磁性の不均質性、および磁力の選択的な方向性と処理チャネルの流量に基づいて選択的に濃縮されてもよい。粒子の異質な集団は、生物学的サンプルに由来するものであってもよい。いくつかのケースでは、生物学的サンプルは、例示的な例として、血液、唾液、尿．精子、血漿．血清、便を含む体液；皮膚、肛門、鼻、膣のスワブ、またはドア取手からの環境スワブを含むスワブ；および涙、肺からの洗浄液、または乳房からの間質組織液を含む近位液（ｐｒｏｘｉｍａｌ ｆｌｕｉｄ）である。いくつかのケースでは、生物学的サンプルは、例示として、生きた細胞および死んだ細胞、循環する腫瘍細胞、核酸、ヌクレオチド、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、抗原、抗体、または免疫細胞（例えば、白血球、Ｔ細胞、食細胞）である。いくつかのケースでは、生物学的サンプルは、例示的な例として、生体分子、細胞、タンパク質、脂質、炭水化物、微生物、ウイルス、バイロン（ｖｉｒｏｎ）、または細菌である。

サンプル媒体中の粒子濃度に対する粒子富化画分の濃縮度は、少なくとも３０％、好ましくは４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、または９９％である。一実施形態によれば、粒子枯渇画分は、実質的に粒子を含まない。

処理チャネルに導入する前に、交差チャネルを含む位置に沿ってサンプル媒体を通過させる前に、それと同時に、またはその後に、試薬流体または気体を流れに導入してもよい。一実施形態によれば、常磁性媒体、緩衝剤、凝集剤、サンプルの前処理試薬または反応物を、処理チャネルにおける濃縮または分離または分析の準備として、サンプル媒体に導入して混合してもよい。

粒子は、ある流量で処理チャネルに導入され、処理チャネル内で沈降および／または磁気的な反発および／または引力を受けて、流れの中に粒子が濃縮された層および粒子が枯渇した層を形成する。様々な実施形態によれば、連続流の条件下、停止流の条件下、または断続流の条件下で、流れの中に粒子が濃縮された層と粒子が枯渇した層を形成する。粒子が濃縮された層および／または粒子が枯渇した層の収集は、層が処理チャネルの流れの中で分割されるときに実行される。処理チャネルから出力された、粒子が濃縮された流れおよび／または粒子が枯渇した流れは、分割または分画のために選択的にチャネルされることがある。目的の粒子が処理チャネル内のフロー層で一旦平衡（または平衡に近い）高さに達すると、処理溶液を複数の画分に分割するスプリッタを通過する。目的の粒子は処理液内で幾何学的に分離されているため、特定の幾何学的画分の流出液には目的の粒子が実質的にすべて保持される。次に、目的の粒子を含む幾何学的な流出画分を回収し、目的の粒子が１つ以上の画分に存在する場合は再結合して、目的の粒子を分離することができる。いくつかの実施形態によれば、常磁性媒体から細胞を分離することが必要かもしれない。これは、常磁性媒体からの細胞の分離が望まれる場合、希釈によって行われてもよい。

代わりに、サンプル液の各流出画分への分割は、分割の比率を変更することができるように、個々の流出口に向かう流体の流量を増減させることで達成され得る。一実施形態によれば、比率は最大５０％まで変更することができる。例えば、スプリッタが同じ断面を持つ２つのチャネルで構成されている場合、幾何学的な分割比は１：１となる。他の画分に適用されるよりも大きな（または小さな）ポンプ速度を適用して、より大きな（または小さな）量の流体を一方の画分に引き出すことによって、分割の比率を、例えば、約３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、または１０：１に変更することができる。好ましい実施形態によれば、そのような幾何学的比率のための分割は、約２：１から約１：２の範囲内である。さらに好ましい実施形態によれば、そのような幾何学的比のための分割は、約１０：１から約１：１０の範囲内である。分割は、約１：１０、約１：９．５、約１：９、約１：８．５、約１：８、約１：７．５、約１：７、約１：６．５、約１：６、約１：５．５、約１：５、約１：４．５、約１：４、約１：３．５、約１：３、約１：２．５、約１：２、約１：１．５、約１：１、約１．５：１、約２：１、約２．５：１、約３：１、約３．５：１、約４：１、約４．５：１、約５：１、約５：５、約５．５：１、約６：１、約６．５：１、約７：１、約７．５：１、約８：１、約８．５：１、約９：１、約９．５：１、約１０：１であり、これらの各比率は、上部出口チャネルの流量と下部チャネルの流量の比率である。

一実施形態によれば、濃縮粒子からなるサンプル流体は、処理セグメントの後方端に到達するまで比較的遅い速度でフルイディックチャネルを通過し、そこで流量が少なくとも２倍に増加する。好ましい一実施形態によれば、サンプル流体の流量は、処理セグメントの後方端で少なくとも４倍に増加する。いくつかのケースでは、サンプル流体は、本明細書に記載されているように、磁石リングまたは一対の上部および下部磁石によって作られる磁場にさらされる。場合によっては、サンプル流体は磁場にさらされない。

分割量または画分は、チューブやプレートなどの収集チャンバや容器に迂回される。これらの画分または分割量は、さらなる処理、分析、または反応の対象となる。一実施形態によれば、収集用のチャンバ、プレート、ウェル、および／またはチューブは、必要なまたは後続の処理ステップに必要な材料の事前決定された量を含んでおり、ユーザは、細胞を濃縮するだけでなく、１つの媒体から別の媒体に移したり、試薬を追加したりすることができる。例示的な試薬としては、ＲＮＡ単離、ＤＮＡ単離、ｍＲＮＡ単離、タンパク質単離、増殖培地、培養液、固定液などの試薬が挙げられるが、これらに限定されるものではない。分離された分割量および／または画分は、磁気浮上および分離、化学的または生化学的分析、分画、誘導体化、シークエンスサンプルの準備、質量分析、ＮＭＲ分析、顕微鏡分析、ＦＡＣＳ選別および分析、ならびにＸ線回折分析を含むさらなる処理に付されてもよい。生物学的な細胞は、自然に採取された状態で診断や治療に使用されることもあれば、遺伝子や生化学的な変更を受けて使用されることもある。

入口チャネル、処理チャネル、または出口チャネル内での滞留中、粒子は、速度、密度、生物学的、化学的、遺伝的、分類学的、構成、生存率、濃度、または配向を含む特性についてデータ収集（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅ）されてもよい。データ収集は、入口、処理、出口チャネル、またはそれらの組み合わせ、および収集チャンバ、ウェル、プレート、またはチューブの中にある、隣接した、または通信可能に（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｖｅｌｙ）リンクされた１つまたは複数のセンサまたはセンサのアレイを用いて実行されてもよい。検出された特性は、独立した分析に使用することができ、また、システムコントローラコンポーネントによって利用され、システムの動作を制御または自動化することができる。制御対象となるシステムコンポーネントおよびパラメータには、サンプル媒体の流量、磁場の強さ、および、分流、収集、分画、およびその後の反応条件のためのバルブの作動が含まれる。一実施形態によれば、入口チャネル内のサンプル流に試薬液またはガスを自動導入することができるように、入口チャネル内のセンサがシステムコントローラと作動的にリンクして統合されている。

図１１は、入口チャネルを通るサンプル媒体の装置を利用した粒子の濃縮を示している。沈降力および／または磁気反発力により、流れの下層で粒子が濃縮され、濃縮された粒子は下側の出口チャネルで回収される。粒子が枯渇した層は、上部出口チャネルを介して収集される。この方法は、（ｉ）処理チャネル、入口チャネル、および複数の出口チャネルを備えた低容量フルイディックデバイスを提供するステップと、（ｉｉ）少なくとも粒子が濃縮された層および粒子が枯渇した層を有するサンプル流を生成する条件下で、粒子を含むサンプルを入口チャネルから処理チャネルに流すステップと、（ｉｉｉ）粒子が濃縮された流れを生成するために、粒子が濃縮された層を第１の出口チャネルに流すステップと、（ｉｖ）粒子が枯渇した流れを生成するために、粒子が枯渇した層を第２の出口チャネルに流すステップと、（ｖ）出口チャネルの１つまたは複数から流れの１つまたは複数を収集するステップと、を含む。

図１２は、フローアシスト型の粒子濃縮方法を示し、入口チャネルは、処理チャネルに対して実質的に直線的な部分と、角度θで結ばれた部分で処理チャネルに対して非直線的に整列している部分とでさらに構成される。粒子含有サンプル媒体は、入口チャネル内の粒子を集中させるために、入口チャネルの非直線的に整列した部分内での沈降を可能にするのに十分な流量で、入口チャネルを通って流される。処理チャネルへの粒子含有サンプルの流れは、任意に粒子の磁気反発を伴う沈降を継続または追加するために維持され、流れの粒子濃縮層および粒子枯渇層を形成する。流れのそれぞれの層は、それぞれの出口チャネルで回収される。いずれの理論にも拘束されることなく、粒子の濃縮は、それらが懸濁している液体（例えば、水、溶媒）よりも大きい密度を有する粒子が、重力の存在下で沈降する傾向と、磁場からの反発との組み合わせに起因すると推定される。粒子は、少なくとも１分、少なくとも２分、少なくとも５分、少なくとも１０分、少なくとも２０分、少なくとも３０分、または少なくとも６０分沈降させてもよい。粒子は、少なくとも１０秒、少なくとも２０秒、少なくとも３０秒、少なくとも４０秒、少なくとも５０秒、少なくとも６０秒、少なくとも１００秒、または少なくとも２００秒沈降させてもよい。いくつかの実施形態によれば、濃縮粒子は、最大で５０μＬ／分（毎分マイクロリットル）、最大で４０μＬ／分、最大で３０μＬ／分、最大で２０μＬ／分、最大で１０μＬ／分、最大で５μＬ／分、または最大で２μＬ／分の流量でフルイディックチャネルを通過する。いくつかの実施形態によれば、濃縮された粒子は、約２０μＬ／分の流量でフルイディックチャネルを通過し、これによれば、流れ装置を通過する液体はもたらされるが、粒子は磁場の外側に蓄積される。いくつかの実施形態によれば、濃縮された粒子は、約１０μＬ／分の流量でフルイディックチャネルを通過し、これによれば、流れ装置を通過する液体はもたらされるが、粒子は磁場の外側に蓄積される。フローセルを通過した液体は、収集チャンバにつながっている出口チャネルの１つを通って堆積する。一旦液体の大部分が装置を通過し、粒子がフローセルに入るのが確認されると、浮遊粒子（例えば、浮遊細胞）を含む液体は、より高い流量で第２の出力チャネルに渡されることになり、このチャネルは、目的の粒子を収集するための特定の収集チャンバにつながっている。

図１３は、処理チャネル内でのフローアシスト型の粒子濃縮画分の形成を示している。濃縮された（粒子が富化した）画分は、下部の出口チャネルを介して収集され、粒子の高度に濃縮された分割量を提供する。流れの中で粒子が濃縮された部分は、処理チャネル内の粒子を観察する撮像センサなどのセンサによって特定されるか、またはサンプルの分画を時間的に収集することを介して、処理チャネル内の分画パターンの特徴から特定される。

図１４は、処理チャネルに入る前に粒子に磁気反発力を加えることによる入口チャネル内の粒子の予備濃縮を示す。粒子の処理チャネルへの進入は、チャネル内の磁気反発力を中止または低減するか、磁気反発力を克服するために流れを調節するか、または磁気力の低減と流れの調節の組み合わせによって達成される。流れの調節には、サンプル媒体の流れの流量の増加、または粒子の処理チャネルへの導入を提供するため、入口チャネルにパルス状の圧力をかけることなどによる流れの変動が含まれ得る。

図１５は、処理チャネルのＸ軸に沿って整列された磁気コンポーネントが、入口チャネル内で磁気反発力を拡張して、処理チャネルへの粒子の進入を抑制する、粒子濃縮の方法を示す。入口チャネル内の粒子集中を提供するために流量が維持される。粒子が十分に予備濃縮されると、磁気反発力が克服され、粒子が処理チャネルに導入される。予備濃縮の度合いは、サンプル媒体の流量によって調整される。処理チャネルに入った粒子は、処理チャネルの流れの粒子濃縮層に沈降する、または磁気的に反発もしくは引きつけられ、出口チャネルで回収される。

図１６による方法の一実施形態によれば、サンプル媒体の処理チャネルへの進入に続いて、ガスバブルまたは非混和性液滴（１６０１）が導入される。バブルまたは液滴は、処理チャネル内のサンプル媒体の後方に流されて、残っている粒子富化層および粒子枯渇層を処理チャネルから出口チャネルに実質的に洗い流す。これにより、サンプル画分を実質的に完全に分離することができ、個別のサンプルまたはサンプル画分の処理が可能になる。空気の導入頻度を調整することで、より効率的な処理を行うために、大きな初期サンプル量をより小さな単位に分割することができる。

本発明の方法の一実施形態は、全血サンプル（ｗｈｏｌｅ ｂｌｏｏｄ ｓａｍｐｌｅ）または希釈された血液サンプルを提供するステップ、そのサンプルを本明細書に記載のサンプル濃縮方法に供するステップ、全血サンプルまたは希釈された血液サンプルから血漿および／または血球を分離するステップを含む、血液サンプルの分画方法である。血液サンプルは、約５０μＬ～約５０ｍＬ、５０μＬ～約２０ｍＬ、５０μＬ～約１０ｍＬ、または約５０μＬ～約５ｍＬの体積を有する、末梢血サンプル、臍帯血サンプル、胎児血液サンプル、または動脈血サンプルからの全血または希釈サンプルであってもよい。本方法によれば、分離された血漿画分は、血液サンプル中の血球を約１％未満～約０．０１％未満含むか、または血球を実質的に含まないものであってもよい。分離された血液サンプル画分は、酵素免疫アッセイ、化学発光免疫アッセイ、血餅／粒子凝集アッセイ、核酸増幅技術アッセイ、薬物アッセイ、法医学アッセイ、または遺伝形質アッセイなどの診断アッセイに使用することができる。

血球濃縮／血漿分離の一例として、臍帯血サンプルを本発明の粒子濃縮装置および方法で血漿画分と細胞画分に分画した。血液サンプル（１０ｍＬ）を採取し、ガドブトロールの常磁性媒体を最終濃度１００ｍＭになるように添加した。総量５００マイクロリットルのサンプルを、単一の磁石コンポーネントが処理チャネルの上部のＸ軸に沿って実質的に整列しているように構成された処理チャネルの入口チャネル（寸法Ｘ×Ｙ×Ｚ：５０×１．９×１ｍｍ）から導入し、平衡化のために約５分待った後、毎分２０マイクロリットルの初期流量で流した。毎分２０マイクロリットルの流量は、下部の回収チャネルに毎分１０マイクロリットル、上部の回収チャネルに毎分１０マイクロリットルを流すことの総量を含む。ライブ撮像で分離の様子を確認した後、流量を５０マイクロリットル／分、さらに１００マイクロリットル／分と増やしていった。上部収集チャネルと下部収集チャネルへのそれぞれの流量の比率を１：１から４：１に調整し、さらに１０：１を超える非対称性（１０が下部収集チャネルへ、１が上部収集チャネルへ）にすることで、流体のより高い割合を下部チャネルに引き込み、それによって高い純度を維持した。血球が富化された層の濃縮は、流路の底部の層に起こり、回収は底部の出口チャネルを通して行われた。図１６は、下部の血球層と上部の血漿層の実質的な濃縮と分離を示す、前部領域の処理チャネルとサンプルスプリッタの顕微鏡写真（縮尺：流路の高さは１．９ｍｍ）である。

ＶＩ．フローセルカートリッジ
精密さ、正確さ、そして再現性が科学機器に必要である。さらに、使いやすさや製造のしやすさも考慮しなければならない。本発明のフローセルは、これまで不可能とされてきた、または時間がかかる、および／または複雑で高費用の手順によってのみ達成可能とされてきた科学実験や開発を可能にする、使いやすい装置としての特徴をすべて備えている。

本発明のフローセルカートリッジは、
上面および下面、
撮像面を形成する第１の長手方向側面、
照明面を形成する第２の長手方向側面、および
第１および第２の横方向側面を含む
平面基板と、
上面に設けられた入口ウェルと、
入口チャネルと、
入口チャネルと流体連通し、長手方向側面に実質的に平行に配置されたサンプル処理チャネルと、
処理チャネル内のサンプルスプリッタと、
処理チャネルと流体連通した複数の出口チャネルと、
複数の出口チャネルのそれぞれと流体連通した複数の収集ウェルと、を含み、
基板は、任意に光学的に透明な材料を含み、
処理チャネルは、基板の平面内でオフセットされて撮像面に対して空間的に偏っていることを特徴とする。
この平面構成により、必要なフローセル機能をすべてカートリッジに組み込むことができ、実験室または臨床現場での性能と再現性を高めることができる。実用上、性能向上のためには、処理チャネルと出口チャネルへの流れにできるだけ乱れが生じないことが重要である。空気と液体の圧縮率の違いによる影響や、流れを制限したり、サンプル溶液のメニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）と相互作用したり、その他の方法で乱流を誘発するようなチャネル構造は、粒子分離の性能を低下させる。処理チャネルに入る前のサンプルの流れの状態を最小化することで、サンプルの損失を減らし、フローセルのチャネル内でのサンプルの付着や粒子の凝集の機会を減らすことができ、またサンプルの取り扱いがサンプルの細胞や生物の生存率に与える影響も減らすことができる。本発明の特徴は、これらの影響やその他の影響を最小限に抑え、性能と再現性を向上させる。フローセル内の撮像が望まれる場合、平面基板は光学的に透明な材料で構成される。ガラス、プラスチック、または環状オレフィンポリマ（ＣＯＰ）または環状オレフィンコポリマ（ＣＯＣ）を含むポリマ材料は、この応用要件に適合する。ＣＯＰやＣＯＰは精密な射出成形で利用できる。その他の材料は、射出成形、エッチング、レーザー加工、機械加工、３Ｄプリントなどでカートリッジを形成することができる。平面基板の典型的な寸法は、少なくとも長さが５０ｍｍ、幅が２０ｍｍ、厚さが少なくとも１．５ｍｍであってもよい。任意の範囲は、少なくとも長さが１００ｍｍ、幅が３５ｍｍ、厚さが約２～約６ｍｍである。カートリッジの長手方向の側面は、照明や撮像のためのウェーブガイドとして機能する。そのため、処理チャネルは、基板の平面内でオフセットされており、基板の撮像長手方向側面に平行に隣接している。撮像側壁からの距離は、約０．５ｍｍ～約１０ｍｍ、好ましくは約０．５ｍｍ～約５ｍｍ、任意に約１ｍｍ～約３．５ｍｍであってもよい。一実施形態によれば、撮像側壁からの処理チャネルの間隔は約２ｍｍである。処理チャネルのチャネル寸法は、本明細書で先に説明した実施形態のいずれかとすることができる。処理チャネルの容積は、約１０μＬ～約８００μＬ、好ましくは約５０μＬ～約６００μＬ、任意に１００μＬ～約４００μＬまたは約１５０μＬ～約３００μＬで構成することができる。いくつかの実施形態によれば、体積は少なくとも約１５０μＬ、少なくとも約２００μＬ、少なくとも約２５０μＬ、または少なくとも約３００μＬとなっている。出口チャネルの合計容積は、処理チャネルの容積よりも大きくなければならない。２つの出口チャネル間の流量分割は、１：１分割であるか、または約４：１～約１：４、約３：１～約１：３、または約２：１～約１：２の範囲であるか、またはシステムの実施形態で動作しているときに、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、または約１５％以下で１：１から変動することができる。

本発明のフローセルは、任意に、平面基板上に収集ウェルを含む。収集ウェルは、出口チャネルと流体連通する入口を備えており、入口は、第１のウェルの高さにあり、入口ポート開口部からウェルの床に移行する段差を有して構成されている。これにより、ウェル内へのサンプル画分の流れに移行面が提供され、出口チャネルへのサンプル画分の逆流や、収集ウェル内での気泡形成を抑制することができる。収集ウェル内の出口チャネルは、入口チャネルの開口部よりも高い、収集ウェルの床からの高さにある開口部を有する。内部の出口は、流量調節器と通信するように配置され、いくつかの例では、流量調節器は、フローセルを通る流れを提供するための個々のポンプである。操作時には、収集ウェルは材料やフィルムの層で密封され、フローセル内にサンプルやサンプル画分を流すことを可能とする密閉されたシステムが提供される。フローセルの層を組み立てる際や接着剤を使用する際には、生体適合性のある接着剤を使用することが重要である。接着剤成分の溶液への溶出、細胞への付着や溶液からの分子の結合、自家蛍光性、表面積を増加させるテクスチャを持つことによる細胞への影響、過度の親水性または疎水性を有すること、などを最小限に抑えるか、または防ぐために、接着剤を正しく選択することが必要である。好ましい接着剤は、シリコーンまたはシリコーンベースの接着剤である。

ＶＩＩ．細胞分離システム
本発明の細胞分離システムは、
フローセルカートリッジを保持するための受入ブロックと、
光学センサ、レンズ、および照明源を含む光学システムと、
複数の流量調節コンポーネントと、を備え、
受入ブロックは、フローセルカートリッジを光学システムと光学的に整列するように取り外し可能に配置し、フローセルの処理チャネルに隣接する磁気コンポーネントを取り外し可能に係合させ、フローセルカートリッジの複数の出口チャネルを複数の流量調節コンポーネントと流体連通するように取り外し可能に配置することを特徴とする。光学系は、上述のフローセルカートリッジの処理チャネルの顕微鏡画像を提供するように構成されている。任意に、光学システムは、オプションの紫外線励起器モジュールを用いて、蛍光発光のための撮像を提供するように構成され、配置される。光学システムは、平面基板内の処理チャネルを介した光透過を提供するように構成および配置された可視光照明源を含んでいてもよい。受入ブロックは、撮像光学系が平面カートリッジの撮像側と整列し、可視光エミッタが平面フローセルカートリッジの照明側を照らす向きになるように、平面フローセルカートリッジを光学システムに対して向きを変えて保持するように構成および配置される。任意に、光学システムは、カートリッジの処理チャネル内の蛍光体（ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅ）を励起するために、任意に約４７４ｎｍおよび／または５６０ｎｍの波長の紫外線照明を、平面型カートリッジの撮像側の角度方向に配置するように構築および配置された１つ以上の紫外線照明源をさらに含んでもよい。

処理チャネルの内部にある蛍光体の撮像のために、光学システムは任意にデュアルバンドパスフィルタを備えており、約５２４ｎｍと約６２８ｎｍの波長を中心としたバンドで放出される光線を通過させることが好ましい。

受入ブロックのオプション機能として、フローセルカートリッジの上部または下部にある出口とインターフェイスする一連の流量調節器アダプタがある。このアダプタは、システム内のポンプなどの流量調整器と、収集ウェルの出口チャネルなどのフローセルの出口チャネルとの流体連通を容易にする。一旦フローセルカートリッジが受入ブロックに挿入されると、受入ブロックは機械的に作動してカートリッジを支持し、平面状のカートリッジの照明側と撮像側を光学撮像システムに整列させ、磁気コンポーネントをフローセル処理チャネルの上下に配置し、必要に応じて流量調節器アダプタをフローセルカートリッジの対応する出口チャネルと流体連通させる。

本システムの流量調節器は、フローセルカートリッジ内のサンプルおよびサンプル画分に流れを提供する。流量調節器によって提供される流量は、分離時に最低１分あたり１μＬから最高１分あたり１ｍＬまでの範囲となる。流量は、毎分約２５μＬ以上、毎分約５０μＬ以上、毎分約１００μＬ以上、毎分約２００μＬ以上、毎分約２５０μＬ以上、毎分約３００μＬ以上、または毎分約３００μＬから毎分約１ｍＬとすることができる。総サンプル量の体積流量は、約５０μＬ／分、約７５μＬ／分、約１００μＬ／分、約１５０μＬ／分、約２００μＬ／分、または約３００μＬ／分とすることができる。２つの出口チャネル間の流量分割は、偶数分割であるか、システムの実施形態で動作しているときに、約４：１～約１：４、約３：１～約１：３、または約２：１～約１：２の範囲であるか、または１：１から約５０％以下、または約４０％以下、または約３０％以下、または約１５％以下の範囲で変化することができる。

本システムの磁気コンポーネントは、上述のような材料、サイズ、強度で構成されていてもよく、また、上述および後述のような構成で配置されていてもよい。

ＶＩＩＩ．生細胞と死細胞の分離
生細胞と死細胞の混合物を分離する方法は、
処理チャネルと、フローセルカートリッジの出口チャネルの合計容積が処理チャネルよりも大きい複数の出口チャネルとを含む、上記実施形態のフローセルカートリッジなどのフローセルカートリッジを提供するステップと、
生細胞および死細胞と常磁性化合物とを含むサンプル溶液を処理チャネルに流すステップと、
フローセルカートリッジを処理チャネルと実質的に平行に整列した磁場内に置くステップと、
処理チャネルおよびその中に含まれるサンプル全体を、処理チャネル内の垂直方向の距離によって生細胞と死細胞を分離するのに十分な時間、流れを止めた状態で磁場内に維持するステップと、を含み、
生細胞で濃縮されたサンプル画分および死細胞で濃縮されたサンプル画分を同時に出口チャネルに引き出す。任意に、本方法は、サンプル溶液を導入する前に、液体または常磁性化合物を実質的に含まないフローセルカートリッジを提供するステップを含む。

本発明の方法で使用されるフローセルカートリッジは、処理チャネルの断面積よりも小さい断面積を有し、圧縮された経路に沿うように配置された出口チャネルを含んでいてもよく、１つの例示的な構成は、蛇行チャネルである。磁場は、処理チャネルの上部垂直面に近接して、および処理チャネルの下部垂直面に近接して配置され、各磁場は、約０．５テスラと約２．０テスラの間、任意に約０．９テスラと約１テスラの間の同様の強度と表面磁場強度を有する。表面磁場強度は、約０．５テスラ、約０．６テスラ、約０．７テスラ、約０．８テスラ、約０．９テスラ、または約１．０テスラであってもよい。

本方法は、常磁性化合物を、約５０ｍＭ～約２００ｍＭ、任意に約６５ｍＭ～約１７５ｍＭ、さらに任意に約７０ｍＭ～約１５０ｍＭの濃度でサンプル溶液中に提供することをさらに含んでもよい。濃度は、約７０ｍＭ、約７５ｍＭ、約８０ｍＭ、約９０ｍＭ、約１００ｍＭ、約１１０ｍＭ、約１２０ｍＭ、約１３０ｍＭ、約１４０ｍＭ、約１５０ｍＭ、約１６０ｍＭ、約１７０ｍＭ、約１８０ｍＭ、約１９０ｍＭ、または約２００ｍＭであってもよい。

本方法は、約７５μＬ／分～約１５０μＬ／分、および任意に約７５μＬ／分、約９０μＬ／分、約１００μＬ／分、約１１０μＬ／分、約１２０μＬ／分、または約１５０μＬ／分の流量で、サンプル画分を出口チャネルに引き抜くステップをさらに含んでもよい。

この方法では、生細胞画分の卓越した回収率と純度が得られる。濃縮回収サンプル画分は、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、または少なくとも約９０％の生細胞を含み、濃縮回収サンプル画分中の生細胞の歩留まりは、サンプルの全生細胞組成の少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、または少なくとも約７５％である。

生きているジャーカット（Ｊｕｒｋａｔ）細胞と死んだジャーカット細胞を分離する実験を、フローセル構成の異なる装置で行った。死んだジャーカット細胞の集団は、新鮮なジャーカット細胞を７０％エタノールで処理して作成した。エタノールを除去し、死細胞を媒体で洗浄した後、死細胞を元の生細胞集団に戻して混合集団を作成した。死んだ細胞の濃度は、この最終的な混合物の中で約２０％であった。この混合細胞の分割量を、本明細書に記載のフローセルおよびシステムを用いて、各装置構成に最適化された条件で分離した。図２５Ａおよび図２５Ｂは、本明細書に記載の方法で得られた生細胞画分の生存率および生細胞歩留りを示している。本明細書に記載の方法により、様々な種類の細胞について効率的な生細胞分離を行うことができることが、図２６Ａおよび２６Ｂに示されている。生細胞の分離および濃縮は、本明細書に記載されているように、初代細胞（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｅｌｌｓ）、ヒトおよび動物の組織から分離された初代細胞、腫瘍からの解離細胞、培養細胞、およびその他の細胞に対して行われている。

ＩＸ．開示された実施形態は非限定的である
本発明の様々な実施形態を本明細書に示し、説明してきたが、そのような実施形態は例示としてのみ提供されていることが強調される。その様々な実施形態における本明細書の発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、および置換を行うことができる。具体的には、本明細書で任意の範囲が記載されている場合、他に明確に記載されていない限り、その範囲はその中のすべての値およびその中のすべてのサブレンジを含む。

また、より一般的には、本明細書の開示、説明、例、および実施形態によれば、当業者の技術の範囲内で、従来のフルイディック工学、分子生物学、細胞生物学、微生物学、および組換えＤＮＡ技術を採用することができる。本明細書で参照することにより組み込まれたリソースは、その中に含まれるそれぞれの内容および教示についてのものである。このような組み込みは、少なくとも、本明細書で参考文献を引用する際に記載される特定の教示および／または他の目的のためのものである。特定の教育および／またはその他の目的がそのように記載されていない場合、出版されたリソースは、その文献のタイトル、抄録、および／または要約の１つまたは複数で示される教育のために特別に組み込まれている。そのような具体的に特定された教示および／または他の目的がそのように関連していない場合は、本発明が関連する技術の状態をより完全に説明するために、および／または、該当する可能性のある、当業者に一般的に知られているような教示を提供するために、公開されたリソースが組み込まれる。ただし、本明細書で公開された資料を引用することは、その資料が本発明の先行技術であることを認めるものではないことを明記する。また、組み込まれた公開リソースの１つまたは複数が、定義された用語、用語の使用法、記載された技術などを含めて、本願と異なるまたは矛盾する場合、本願は好ましい実施形態として制御し、矛盾は代替的な実施形態と見なすことができる。

本明細書では、本発明の好ましい実施形態を示し、説明してきたが、そのような実施形態が例示としてのみ提供されていることは、当業者には明らかであろう。本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更、および置換に当業者は気づくであろう。本明細書に記載された本発明の実施形態に対する様々な代替案が、本発明の実施において採用され得ることが理解されるべきである。

Claims (15)

1. フルイディックサンプル処理装置であって、
   前記装置は、
   （ｉ）処理チャネルと、
   （ｉｉ）入口チャネルと、
   （ｉｉｉ）前記入口チャネルを前記処理チャネルに接続する入口接続領域と、
   （ｉｖ）処理チャネルの上側および下側で処理チャネルのＸ軸に沿って配置された複数の磁気コンポーネントと、
   （ｖ）複数の出口チャネルと、
   （ｖｉ）前記処理チャネルを前記出口チャネルに接続する出口接続領域と、
   （ｖｉｉ）出口接続領域で前記処理チャネルの上部領域と流体連通する第１の出口チャネルと、
   （ｖｉｉｉ）出口接続領域で前記処理チャネルの下部領域と流体連通する第２の出口チャネルと、（ｉｘ）前記第１の出口チャネルと関連する第１の流量調節器および前記第２の出口チャネルと関連する第２の流量調節器と、を含む、装置。
2. 前記出口接続領域が流れスプリッタ部分をさらに含む、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記流れスプリッタ部分が前記処理チャネル内に突出し、流れを前記出口チャネル内の別の流れに分離するように構成および配置されている、
   請求項２に記載の装置。
4. 前記第１の出口チャネルと関連する第１の流量センサおよび前記第２の出口チャネルと関連する第２の流量センサと、をさらに含む、
   請求項１－３のいずれか１つに記載の装置。
5. 流量センサが流量調節器に動作可能に連結されている、
   請求項４に記載の装置。
6. 光学センサをさらに含む、
   請求項１－５のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記光学センサに対向して、または角度的に隣接して構成された照明源をさらに含む、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記照明源が紫外線を放出する、
   請求項７に記載の装置。
9. センサを含み、
   前記センサは、光検出器、マルチピクセル画像検出器、磁場検出器、電気化学検出器、光位相検出器、散乱検出器、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、ボロメトリックセンサ、表面弾性波センサ、バイオセンサ、容量性センサ、導電性センサ、熱センサ、流量センサ、超音波センサ、重力センサ、磁場センサ、またはそれらの組み合わせである、
   請求項１－８のいずれか１つに記載の装置。
10. 複数の流量調節器に動作可能に連結されているコントローラをさらに含む、
    請求項１－９のいずれか１つに記載の装置。
11. 平面基板を含むフローセルカートリッジであって、
    前記平面基板は、
    （ｉ）上面および下面と、
    （ｉｉ）撮像面を形成する第１の長手方向側面と、
    （ｉｉｉ）照明面を形成する第２の長手方向側面と、
    （ｉｖ）第１および第２の横方向側面と、
    （ｖ）上面に設けられた入口ウェルと、
    （ｖｉ）入口チャネルと、
    （ｖｉｉ）前記入口チャネルと流体連通し、長手方向側面に実質的に平行に配置されたサンプル処理チャネルと、
    （ｖｉｉｉ）処理チャネル内のサンプルスプリッタと、
    （ｉｘ）前記処理チャネルと流体連通した複数の出口チャネルと、
    （ｘ）前記複数の出口チャネルのそれぞれと流体連通した複数の収集ウェルと、を含み、
    基板は、任意に光学的に透明な材料を含み、
    前記処理チャネルは、前記基板の平面内でオフセットされて前記撮像面に対して空間的に偏っている、
    フローセルカートリッジ。
12. 平面基板を含むフローセルカートリッジであって、
    前記平面基板は、
    （ｉ）上面に設けられた入口ウェルと、
    （ｉｉ）入口チャネルと、
    （ｉｉｉ）サンプル処理チャネルと、
    （ｉｖ）処理チャネル内のサンプルスプリッタと、
    （ｖ）前記処理チャネルと流体連通した複数の出口チャネルと、
    （ｖｉ）前記複数の出口チャネルのそれぞれと流体連通した複数の収集ウェルと、を含み、
    基板は、任意に光学的に透明な材料を含み、
    前記複数の出口チャネルのそれぞれの総容積は、前記処理チャネルの容積よりも大きい、
    フローセルカートリッジ。
13. 前記出口チャネルが圧縮された経路をたどる、
    例えば、前記出口チャネルが蛇行チャネルである、
    請求項１１または１２に記載のフローセルカートリッジ。
14. 細胞分離システムであって、
    フローセルカートリッジを保持するための受入ブロックと、
    光学センサ、レンズ、および照明源を含む光学システムと、
    複数の流量調節コンポーネントとを備え、
    前記受入ブロックは、前記フローセルカートリッジを光学システムと光学的に整列するように取り外し可能に配置し、フローセルの処理チャネルに隣接する磁気コンポーネントを取り外し可能に係合させ、フローセルカートリッジの複数の出口チャネルを複数の流量調節コンポーネントと流体連通するように取り外し可能に配置する、
    細胞分離システム。
15. 生細胞と死細胞の混合物を分離する方法であって、
    前記方法は、
    処理チャネルと、複数の出口チャネルとを含むフローセルカートリッジを提供するステップを含み、フローセルカートリッジの前記出口チャネルが前記処理チャネルよりも大きい容積を有し、
    前記方法はまた、
    生細胞および死細胞と常磁性化合物とを含むサンプル溶液を前記処理チャネルに流すステップと、
    前記フローセルカートリッジを処理チャネルと実質的に平行に整列した磁場内に置くステップと、
    前記処理チャネルおよびその中に含まれるサンプル全体を、前記処理チャネル内の垂直方向の距離によって生細胞と死細胞を分離するのに十分な時間、流れを止めた状態で磁場内に維持するステップと、
    生細胞で濃縮されたサンプル画分および死細胞で濃縮されたサンプル画分を同時に前記出口チャネルに引き出すステップと、を含む方法。

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