JP6317770B2 - 高スループット精子選別用の装置及び方法 - Google Patents

高スループット精子選別用の装置及び方法 Download PDF

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Description

本開示は、概して、粒子を選別する装置及び方法に関し、且つ、更に詳しくは、マイクロ流体チップ内における精子細胞の高スループット選別に関する。
特定の望ましい特性との関係において濃縮された精子個体群を得るべく、フローサイトメトリを含む様々な技法が利用されている。家畜生産産業においては、生殖の成果に影響を及ぼす能力は、明らかな利点を有する。例えば、性別の事前選択は、雌の子を事前に選択することによって乳牛の誕生が保証されるという点において、経済的利益を酪農産業に提供する。同様に、牛肉産業のみならず、豚肉産業、並びに、その他の食肉製造者は、雄の生産から利益を享受する。更には、絶滅寸前の種又は外来種に対しては、雌の子の割合が大きい加速型の繁殖プログラムを適用することもできる。
Ｘ染色体保有精子又はＹ染色体保有精子について選別された商業的に成育可能な精子の個体群を生成するための従来の作業は、主に、ジェットインエアフローサイトメーター内における液滴選別に依存していた（例えば、米国特許第６，３５７，３０７号明細書、米国特許第５，９８５，２１６号明細書、及び米国特許第５，１３５，７５９号明細書を参照されたい）。但し、これらの方法及び装置には、特定の欠点が存在している。液滴フローサイトメトリにおける進歩を考慮した場合にも、特定のウィンドウ内において選別されうる精子細胞の数の妨げとなる実際的な制限が存在している。従って、性別選別された人口受精（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｉｎｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ：ＡＩ）供与量は、一般に、従来のＡＩ供与量よりも小さい。ウシ亜科の場合には、例えば、従来のＡＩ供与量が約１千万個の精子を含みうるのに対して、性別選別された供与量は、しばしば、約２百万個の精子を含む。ウマ科及びブタ科の従来のＡＩ供与量は、それぞれ、数億個及び数十億個の精虫のレベルである。性別選別された精子は、潜在的に有益であるが、いずれの種においても広範に使用されてはおらず、その理由は、一般に、相対的に小さなＡＩ供与量が相対的に小さな妊娠率及び出産率を結果的にもたらすからである。ウマ科及びブタ科において必要とされる多数の精子を考慮した場合に、ＡＩにおいては、受け入れ可能な供与量が未だ実現されてはいない。
精子は、再生する能力を欠いた、時間の影響を受け易く、且つ、デリケートな細胞である。従って、相対的に長い選別時間は、精子にとって有害であり、その理由は、精子が染色及び選別の際に継続的に劣化するからである。更には、ジェットインエアフローサイトメーター内において選別される精子は、精子を更に傷付ける機械的な力、歪、応力、変形、及びハイパワーレーザーに晒されうる。精子は、ジェットインエアフローサイトメーターの流体ストリーム中において、約１５ｍ／ｓ〜約２０ｍ／ｓの速度で移動する。これらの速度は、狭いストリーム寸法と組み合わせられた場合に、精子膜を害しうる有害なせん断力をもたらす場合がある。更には、大きなレーザーパワーが必要とされ、その理由は、高速度で移動する精子は、相対的に短い期間にわたってしか、ビームプロファイルに入射する状態において留まらず、これにより、精子を弁別するための相対的に乏しい励起及び計測ウィンドウしかもたらさないからである。最後に、１５ｍ／ｓにおいてジェットインエアノズルから放出される精子は、収集容器内の流体又は容器の壁に類似の速度において衝突し、これにより、精子を傷つける更なる機会をもたらすことになる。
以下、特許請求されている本発明の特定の実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求されている本発明の範囲を限定するべく意図されたものではなく、むしろ、本発明の可能な形態の簡潔な説明として機能する。本発明は、これらの概要とは異なる様々な形態を包含しうる。
一実施形態は、サンプル源を含んでもよい精子選別システムに関する。少なくとも１つのフローチャネルが、基板内において形成され、且つ、サンプル源との流体連通状態にある。少なくとも１つのフローチャネルは、検査領域と、第１出口と、第２出口と、を含んでもよい。少なくとも１つの方向転換メカニズムは、第１出口から離れるように精子を選択的に方向転換するべく、少なくとも１つのフローチャネルとの流体連通状態にあってもよい。電磁放射源が、少なくとも１つのフローチャネル内において、検査領域において精子を照射するべく、構成されてもよく、且つ、検出器が、精子特性を計測するようにアライメントされてもよい。検出器との通信状態にある分析器は、精子特性を判定してもよく、且つ、方向転換メカニズムを選択的に起動するべく、コントローラに対して指示を提供してもよい。第２出口との連通状態にある収集容器は、計測された精子特性に基づいて、方向転換された精子を収集してもよい。
別の実施形態は、精子を選別するためのマイクロ流体チップに関する。マイクロ流体チップは、基板内に形成された複数のフローチャネルを含むことができる。それぞれのフローチャネルは、２つの出口との連通状態にある入口を含んでもよい。それぞれのフローチャネルは、フローチャネル内において精子細胞をアライメントさせるべく関連付けられた流体集束特徴を有する流体集束領域と、フローチャネル内において精子細胞を方向付けするべく関連付けられた精子方向付け特徴を有する精子方向付け領域と、流体集束領域及び精子方向付け領域の少なくとも部分的に下流である検査領域と、を更に含んでもよい。更には、方向転換メカニズムは、それぞれのフローチャネルとの連通状態にあってもよい。
別の実施形態は、精子を選別する方法に関する。方法は、精子をマイクロ流体チップ内の複数のフローチャネルを通じて流すことにより、開始されてもよい。次いで、精子は、マイクロ流体チップ内において方向付けされてもよく、且つ、検査領域を通じて流されてもよい。精子は、精子特性を判定するべく、検査領域において検査されてもよい。方向付けされた精子は、方向付けされていない精子及び／又は成育不能な精子から弁別されてもよく、且つ、検出された精子特性に基づいて、方向付けされた精子のサブ個体群が選択されてもよい。次いで、選択された精子のサブ個体群は、収集容器内において収集されてもよい。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
精子選別システムであって、
サンプル源と、
基板と、
前記基板内に形成された少なくとも１つのフローチャネルであって、前記フローチャネルは、前記サンプル源との流体連通状態にある入口を有し、前記フローチャネルは、検査領域、第１出口、及び第２出口を更に有する、少なくとも１つのフローチャネルと、
前記第１出口から離れるように前記少なくとも１つのフローチャネル内において精子を選択的に方向転換するべく、前記少なくとも１つのフローチャネルのそれぞれとの連通状態にある少なくとも１つの方向転換メカニズムと、
前記検査領域において精子を照射するための電磁放射源と、
前記少なくとも１つのフローチャネルの前記検査領域内の精子特性を計測するようにアライメントされた検出器と、
精子特性を判定するべく前記検出器と通信状態にある分析器と、
計測された精子特性に基づいて前記方向転換メカニズムを選択的に起動するべく前記分析器と通信状態にあるコントローラと、
前記第２出口との連通状態にある収集容器と、
を有するシステム。
（項目２）
前記少なくとも１つのフローチャネルは、マイクロ流体チップ上において形成された複数のフローチャネルを有する項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記複数のフローチャネルは、４〜５１２個のフローチャネルを有する項目２に記載のシステム。
（項目４）
成育可能なＸ染色体保有精子として特徴付けられた精子又は成育可能なＹ染色体保有精子として特徴付けられた精子は、それぞれのフローチャネルの前記第２出口に偏向される項目２に記載のシステム。
（項目５）
前記収集容器は、１つ又は複数のフローチャネルの前記第２出口との流体連通状態にある共通流体収集容器を有する項目４に記載のシステム。
（項目６）
それぞれのフローチャネルは、第３出口を更に有する項目１に記載のシステム。
（項目７）
成育可能なＸ染色体保有精子として特徴付けられた精子細胞は、前記第２出口又は前記第３出口の一方に方向転換され、且つ、成育可能なＹ染色体保有精子として特徴付けられた精子は、前記第２出口及び前記第３出口の他方に方向転換される項目６に記載のシステム。
（項目８）
前記フローチャネルのそれぞれの第２出口は、第１共通収集容器に接続されている項目６に記載のシステム。
（項目９）
前記フローチャネルのそれぞれの第３出口は、第２共通収集容器に接続されている項目６に記載のシステム。
（項目１０）
前記第１出口との連通状態にある受動型収集容器を更に有する項目１に記載のシステム。
（項目１１）
シース源を更に有し、且つ、前記フローチャネルは、前記シース源との流体連通状態にあるシース入口を更に有する項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記受動型収集容器との流体連通状態にある搬送メカニズムと、
前記受動型収集容器を前記シース源に接続する流体経路と、
前記受動型収集容器を前記シース源に接続する前記流体経路内における粒子濃縮装置又は流体除去システムと、
を有するシース流体リサイクリングシステムを更に有する項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
前記少なくとも１つのフローチャネルは、マイクロ流体チップ上に形成された複数のフローチャネルを有し、且つ、前記方向転換メカニズムの少なくとも一部分は、前記マイクロ流体チップ内において埋め込まれている項目１に記載のシステム。
（項目１４）
前記少なくとも１つのフローチャネルは、マイクロ流体チップ上において形成された複数のフローチャネルを有し、且つ、前記方向転換メカニズムの少なくとも一部分は、前記マイクロ流体チップの外部において位置決めされている項目１に記載のシステム。
（項目１５）
前記方向転換メカニズムは、前記フローチャネルとの流体連通状態にあると共に曲がりやすいインターフェイスを通じた流体の容積との流体連通状態にある側部通路を有する項目１に記載のシステム。
（項目１６）
前記流体は、ゲル、液体、及びガスからなる群から選択された１つを有する項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記曲がりやすいインターフェイスの一部分に接触したアクチュエータを更に有し、前記アクチュエータは、前記コントローラとの通信状態にある項目１５に記載のシステム。
（項目１８）
前記アクチュエータは、前記曲がりやすいインターフェイスとの接触を維持しつつ、休止位置と２つ以上の起動位置との間において運動可能である項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
第３出口を更に有し、且つ、粒子は、前記第２出口に受動的に流れ、且つ、前記休止位置と第１起動位置との間におけるアクチュエータの運動は、粒子を前記第１出口に方向転換し、且つ、前記休止位置と第２起動位置との間におけるアクチュエータの運動は、粒子を第３出口に方向転換する項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
前記アクチュエータは、前記曲がりやすいインターフェイスに装着されている項目１８に記載のシステム。
（項目２１）
前記アクチュエータは、前記曲がりやすいインターフェイス上に予め負荷印加された状態にある項目１８に記載のシステム。
（項目２２）
バイモルフ圧電要素を更に有する項目１５に記載のシステム。
（項目２３）
前記バイモルフ圧電要素は、前記曲がりやすいインターフェイスを有する項目２２に記載のシステム。
（項目２４）
前記バイモルフ圧電要素は、前記曲がりやすいインターフェイスに接触する項目２２に記載のシステム。
（項目２５）
前記バイモルフ圧電要素は、精子を前記フローチャネル内において２つの方向に方向転換させるべく、２つの方向における偏向のために構成されている項目２２に記載のシステム。
（項目２６）
前記方向転換メカニズムは、前記フローチャネルに結合されたトランスデューサを有する項目１に記載のシステム。
（項目２７）
前記トランスデューサは、前記フローチャネル内において粒子を方向転換するための超音波トランスデューサを有する項目２６に記載のシステム。
（項目２８）
前記超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサのアレイを有し、且つ、前記望ましい偏向を実現するべく前記アレイ内のそれぞれのトランスデューサの起動をタイミング設定する駆動要素を更に有する項目２７に記載のシステム。
（項目２９）
超音波トランスデューサの第２アレイを有し、超音波トランスデューサのそれぞれのアレイは、前記フローチャネルの反対側において配置されている項目２８に記載のシステム。
（項目３０）
前記超音波トランスデューサのアレイは、複数の定在波を生成するように構成されている項目２８に記載のシステム。
（項目３１）
前記超音波トランスデューサのアレイは、前記第１出口に向かう流路内における精子細胞の軌跡を維持し、前記第２出口に向かって流路内の精子細胞の前記軌跡を偏向し、又は、第３出口に向かって流路内の精子細胞の前記軌跡を偏向するように構成されている項目２８に記載のシステム。
（項目３２）
前記トランスデューサは、前記フローチャネルに隣接した状態で前記基板内において少なくとも部分的に埋め込まれている項目２６に記載のシステム。
（項目３３）
前記トランスデューサは、前記基板の外部表面との接触状態において配置されている項目２６に記載のシステム。
（項目３４）
前記フローチャネル内の精子を偏向するべく１つ又は複数の電磁放射源を更に有する項目１に記載のシステム。
（項目３５）
前記少なくとも１つのフローチャネルのそれぞれの検査領域において精子を検査するべく前記電磁放射源から生成された電磁放射を操作するためのビーム成形オプティクスを更に有する項目１に記載のシステム。
（項目３６）
前記少なくとも１つのフローチャネルは、複数のフローチャネルを有し、且つ、前記ビーム成形オプティクスは、実質的に均等なビームを前記複数のフローチャネルのそれぞれの前記検査領域に導くためのビーム分割装置を有する項目３５に記載のシステム。
（項目３７）
前記ビーム分割装置は、ビームセグメントとしてビームプロファイルの各部分を反射するべく、又は、同一のプロファイルを有するビームの間においてビーム強度を分割するべく、反射表面又は屈折材料を有する項目３６に記載のシステム。
（項目３８）
前記ビーム成形オプティクスは、トップハットビームプロファイルを確立するべくビーム成形オプティクスを更に有する項目３５に記載のシステム。
（項目３９）
それぞれのフローチャネルは、前記フローチャネル内において精子によって生成される側部蛍光をリダイレクトする関連付けられた反射表面又は関連付けられた屈折要素を有する項目１に記載のシステム。
（項目４０）
前記関連付けられた反射表面又は関連付けられた屈折要素は、第１蛍光に対して実質的に平行な方向において側部蛍光をリダイレクトする項目３９に記載のシステム。
（項目４１）
前記第１蛍光は、前方蛍光を有する項目３９に記載のシステム。
（項目４２）
前記第１蛍光は、後方蛍光を有する項目３９に記載のシステム。
（項目４３）
前記反射表面は、前記基板上の表面によって形成されている項目３９に記載のシステム。
（項目４４）
前記反射表面は、前記フローチャネルの表面によって形成されている項目３９に記載のシステム。
（項目４５）
それぞれのフローチャネルは、光遮断要素によって分離されている項目３９に記載のシステム。
（項目４６）
前記反射表面は、前記基板内に埋め込まれた反射要素を更に有する項目３９に記載のシステム。
（項目４７）
前記反射表面は、前記検査領域の近傍における切取部分によって形成された前記基板の外部表面を有し、前記切取部分内の屈折率差は、反射特性を提供する項目３９に記載のシステム。
（項目４８）
前記切取部分は、前記基板の前記表面及び／又は前記精子の望ましい面又は向きとの関係において約４５度において反射表面を提供する項目４７に記載のシステム。
（項目４９）
第２側部蛍光を生成するべく前記検査領域の近傍における第２切取部分によって形成された前記基板の第２外部表面を有する第２反射表面を更に有する項目４７に記載のシステム。
（項目５０）
前記検出器は、前方蛍光検出器を有する項目１に記載のシステム。
（項目５１）
第１側部蛍光検出器を更に有する項目５０に記載のシステム。
（項目５２）
第２側部蛍光検出器を更に有する項目５１に記載のシステム。
（項目５３）
前記第１及び第２側部蛍光検出器は、約９０度だけ離隔した状態で配置されている項目５２に記載のシステム。
（項目５４）
複数のフローチャネルのそれぞれの内部において第１側部蛍光値を計測する第１側部蛍光検出器のアレイと、第２側部蛍光検出器のアレイと、を更に有する項目５１に記載のシステム。
（項目５５）
１つ又は複数のフローチャネルから蛍光を収集するための収集オプティクスを更に有する項目１に記載のシステム。
（項目５６）
前記収集オプティクスは、複数のチャネルから蛍光を収集するための単一の収集レンズを有する項目５５に記載のシステム。
（項目５７）
それぞれのフローチャネルから蛍光を収集するためのレンズのアレイを更に有する項目５５に記載のシステム。
（項目５８）
それぞれのフローチャネルから蛍光を収集するためのファイバアレイを更に有する項目５５に記載のシステム。
（項目５９）
落射照明前方収集オプティクスを更に有する項目５５に記載のシステム。
（項目６０）
ダイクロイックミラーであって、前記電磁放射源からの電磁放射を前記検査領域上に反射するように位置決めされると共に戻り方向における蛍光放出がそれを通じて検出器に移動する、ダイクロイックミラーを更に有する項目５９に記載のシステム。
（項目６１）
前記フローチャネルは、流体集束特徴を有する項目１に記載のシステム。
（項目６２）
前記フローチャネルの前記流体集束特徴は、コアストリーム形成形状を更に有する項目６１に記載のシステム。
（項目６３）
前記コアストリーム形成形状は、
横方向流体集束領域と、
第１垂直方向流体集束コンポーネントと、
第２垂直方向流体集束コンポーネントと、
を更に有する項目６２に記載のシステム。
（項目６４）
前記第１垂直方向流体集束コンポーネントは、第１垂直方向流体集束チャネルを有し、且つ、前記第２垂直方向流体集束コンポーネントは、第２垂直方向流体集束チャネルを有する項目６３に記載のシステム。
（項目６５）
前記第１垂直方向流体集束チャネル及び前記第２垂直方向流体集束チャネルは、反対の垂直方向の位置において前記フローチャネルとの連通状態にある項目６４に記載のシステム。
（項目６６）
前記第１垂直方向流体集束チャネルは、第１垂直方向影響を提供し、且つ、前記第２垂直方向流体集束チャネルは、前記第１垂直方向影響とは反対方向において第２垂直方向影響を提供する項目６４に記載のシステム。
（項目６７）
前記フローチャネルの前記流体集束特徴は、それぞれのフローチャネル内に圧力波を生成するトランスデューサを更に有する項目６１に記載のシステム。
（項目６８）
前記トランスデューサの少なくとも１つの組は、表面が精子の望ましい向きに対して垂直である状態で、互いに対して対称的に位置決めされる項目６７に記載のシステム。
（項目６９）
それぞれのフローチャネル用の一連のトランスデューサを更に有する項目６８に記載のシステム。
（項目７０）
前記一連のトランスデューサは、前記フローチャネルに沿って定在圧力波を生成するように構成されている項目６９に記載のシステム。
（項目７１）
前記少なくとも１つのフローチャネルは、方向付け特徴を有する項目１に記載のシステム。
（項目７２）
前記方向付け特徴は、精子細胞を方向付けするように寸法設定された内部チャネル形状を有する項目７１に記載のシステム。
（項目７３）
前記チャネル形状は、平らなチャネル形状を更に有する項目７２に記載のシステム。
（項目７４）
前記チャネル形状は、ノズル形状を更に有する項目７２に記載のシステム。
（項目７５）
前記チャネル形状は、以下のチャネル特徴：山形、穏やかな傾斜部、突然の傾斜部、圧縮解除−圧縮ゾーン、段差、又は１つ若しくは複数のアンジュレーションのうちの１つ又は複数を更に有する項目７２に記載のシステム。
（項目７６）
前記方向付け特徴は、それぞれのフローチャネルの方向付け領域内において磁界を生成する磁石を更に有する項目７１に記載のシステム。
（項目７７）
前記フローチャネルは、シース源との流体連通状態にあるシース入口と、前記サンプル源との流体連通状態にあるサンプル入口と、を更に有し、前記サンプル入口は、シース及びサンプルの同軸状のフローを促進するべく、前記シース入口によって生成されるシースフロー内において位置決めされている項目１に記載のシステム。
（項目７８）
前記サンプル入口は、面取りされた、平坦化された、又は矩形断面を有する入口を有する項目７７に記載のシステム。
（項目７９）
前記フローチャネルは、前記サンプル入口において第１幅及び第１高さを有する項目７７に記載のシステム。
（項目８０）
前記フローチャネルは、第１遷移点において第２幅及び第２高さを有する項目７９に記載のシステム。
（項目８１）
前記フローチャネルの前記幅は、前記サンプル入口と前記第１遷移点との間において低減されている項目８０に記載のシステム。
（項目８２）
前記フローチャネルは、第２遷移点において第３幅及び第３高さを有する項目８０に記載のシステム。
（項目８３）
前記幅は、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において一定に留まっており、且つ、前記高さは、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において低減されている項目８１に記載のシステム。
（項目８４）
前記第３高さ及び前記第３幅は、前記検査領域を通じて維持されている項目８２に記載のシステム。
（項目８５）
前記フローチャネルは、正方形断面から矩形断面に遷移している項目８２に記載のシステム。
（項目８６）
前記フローチャネルは、円形断面から楕円形断面に遷移している項目８２に記載のシステム。
（項目８７）
少なくとも１つのマスクを更に有する項目１に記載のシステム。
（項目８８）
前記少なくとも１つのマスクは、前記検査領域に導かれる電磁放射の経路内において位置決めされた照射マスクを有する項目８７に記載のシステム。
（項目８９）
前記照射マスクは、流路に沿って第１領域及び第２領域を有する項目８８に記載のシステム。
（項目９０）
前記第１領域は、方向付けされた際に、成育可能なＸ染色体保有精子を成育可能なＹ染色体保有精子から弁別するための十分な波形パルスを生成するように構成された開口部を提供する項目８９に記載のシステム。
（項目９１）
前記第２領域は、方向付けされた精子細胞を方向付けされていない精子細胞から弁別する一連の波形パルスを生成するように構成された一連の開口部を有する項目８９に記載のシステム。
（項目９２）
前記第２領域は、前記流路に沿って異なる横断方向プロファイルを有する一連の開口部を有する項目８９に記載のシステム。
（項目９３）
前記第２領域は、開口部の第２の離隔したペアによって後続される開口部の第１の離隔したペアを有し、間隔は、前記開口部の第１のペアと前記開口部の第２のペアとの間において異なっている項目８９に記載のシステム。
（項目９４）
前記第２領域は、前記流路に沿って連続的な一連の開口部を有し、それぞれの開口部は、前記流路に沿って異なる横断方向位置を有する項目９２に記載のシステム。
（項目９５）
前記少なくとも１つのマスクは、少なくとも１つの検出マスクを有する項目８８に記載のシステム。
（項目９６）
第１検出マスクは、放出された前方蛍光の経路内に配置されており、且つ、第２検出マスクは、放出された側部蛍光の経路内に配置されている項目９５に記載のシステム。
（項目９７）
前記第１検出マスク及び前記第２検出マスクは、異なるプロファイルのスリットを有し、且つ、それぞれのマスクは、同一の検出器との通信状態にある項目９６に記載のシステム。
（項目９８）
前記分析器は、前記検出器との通信状態にあり、且つ、前記第１検出マスク及び前記第２検出マスクのそれぞれの内部における前記スリットのプロファイルに基づいて、前記前方蛍光を表す第１波形パルスと前記側部蛍光を表す第２波形パルスとを逆重畳させるように構成されている項目９７に記載のシステム。
（項目９９）
前記マスクは、自由空間内において位置決めされている項目８７に記載のシステム。
（項目１００）
前記マスクは、前記基板上において配置されている項目８７に記載のシステム。
（項目１０１）
前記検出器は、第１検出器を有し、且つ、前記システムは、第２検出器を更に有する項目１に記載のシステム。
（項目１０２）
前記第１検出器は、吸収検出器を有し、且つ、前記第２検出器は、蛍光検出器を有する項目１０１に記載のシステム。
（項目１０３）
前記吸収検出器の光路内に減光フィルタを更に有する項目１０２に記載のシステム。
（項目１０４）
精子を選別するマイクロ流体チップであって、
基板と、
前記基板内に形成された複数のフローチャネルであって、それぞれのフローチャネルは、
入口と、
前記フローチャネル内において精子細胞をアライメントするべく関連付けられた流体集束特徴を有する流体集束領域と、
前記フローチャネル内において精子細胞を方向付けするべく関連付けられた精子方向付け特徴を有する精子方向付け領域と、
前記流体集束領域及び前記精子方向付け領域の少なくとも部分的に下流の検査領域と、
少なくとも第１出口及び第２出口と、
を有する、複数のフローチャネルと、
それぞれのフローチャネルとの連通状態にある方向転換メカニズムと、
を有するマイクロ流体チップ。
（項目１０５）
前記フローチャネル集束領域の前記流体集束特徴は、コアストリーム形成形状を更に有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１０６）
前記コアストリーム形成形状は、
横方向流体集束領域と、
第１垂直方向流体集束コンポーネントと、
第２垂直方向流体集束コンポーネントと、
を更に有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１０７）
前記第１垂直方向流体集束コンポーネントは、垂直方向流体集束チャネルを有し、且つ、前記第２垂直方向流体集束コンポーネントは、第２垂直方向流体集束チャネルを有する項目１０６に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１０８）
前記第１垂直方向流体集束チャネル及び前記第２垂直方向流体集束チャネルは、反対の垂直方向の位置において前記流体集束領域との連通状態にある項目１０７に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１０９）
前記第１流体垂直方向集束チャネルは、第１垂直方向影響を提供し、且つ、前記第２垂直方向流体集束チャネルは、前記第１垂直方向影響とは反対方向において第２垂直方向影響を提供する項目１０７に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１０）
前記流体集束領域の前記流体集束特徴は、それぞれのフローチャネルの前記集束領域内において圧力波を生成する超音波トランスデューサを更に有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１１）
前記流体集束領域の前記流体集束特徴は、前記フローチャネルに沿って定在圧力波を生成する超音波トランスデューサのアレイを更に有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１２）
前記フローチャネル方向付け領域の前記精子方向付け特徴は、チャネル形状を更に有する項目１０７に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１３）
前記チャネル形状は、平らなチャネル形状を更に有する項目１１２に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１４）
前記チャネル形状は、ノズル形状を更に有する項目１１２に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１５）
前記チャネル形状は、以下のチャネル特徴：山形、穏やかな傾斜部、圧縮解除−圧縮ゾーン、突然の傾斜部、又は段差のうちの１つ又は複数を更に有する項目１１２に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１６）
前記精子方向付け領域の前記精子方向付け特徴は、それぞれのフローチャネルの前記方向付け領域内に磁界を生成する磁石を更に有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１７）
前記精子方向付け領域の前記精子方向付け特徴は、前記フローチャネルに沿って定在圧力波を生成する超音波トランスデューサのアレイを更に有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１８）
前記方向転換メカニズムは、バブル弁を有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１１９）
前記方向転換メカニズムは、超音波トランスデューサのアレイを有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２０）
それぞれのフローチャネルは、前記フローチャネル内の精子によって生成される側部蛍光をリダイレクトする関連付けられた反射表面又は屈折要素を有する項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２１）
前記関連付けられた反射表面は、第１蛍光に対して実質的に平行である方向において側部蛍光をリダイレクトする項目１２０に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２２）
前記第１蛍光は、前方蛍光を有する項目１２１に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２３）
前記第１蛍光は、後方蛍光を有する項目１２１に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２４）
前記反射表面は、前記基板上の表面として形成されている項目１２１に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２５）
前記反射表面は、前記フローチャネルの表面として形成されている項目１２１に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２６）
前記フローチャネルは、シース源との流体連通状態にあるシース入口を更に有し、且つ、サンプル入口は、シース及びサンプルの同軸状のフローを促進するべく前記シース入口によって生成されたシースフロー内において位置決めされている項目１０４に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２７）
前記サンプル入口は、面取りされた入口を有する項目１２６に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２８）
前記フローチャネルは、前記サンプル入口において第１幅及び第１高さを有する項目１２６に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１２９）
前記フローチャネルは、第１遷移点において第２幅及び第２高さを有する項目１２８に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１３０）
前記フローチャネルの前記幅は、前記サンプル入口と前記第１遷移点との間において低減されている項目１２９に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１３１）
前記フローチャネルは、第２遷移点において第３幅及び第３高さを有する項目１２９に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１３２）
前記幅は、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において一定に留まっており、且つ、前記高さは、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において低減されている項目１３１に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１３３）
前記第３高さ及び前記第３幅は、前記検査領域を通じて維持されている項目１３２に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１３４）
前記流体フローチャネルは、正方形断面から矩形断面に遷移している項目１３２に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１３５）
前記フローチャネルは、円形断面から楕円形断面に遷移している項目１３２に記載のマイクロ流体チップ。
（項目１３６）
精子を選別する方法であって、
マイクロ流体チップ内の複数のフローチャネルを通じて精子を流すステップと、
前記複数のフローチャネル内において精子を方向付けするステップと、
前記方向付けされた精子を前記フローチャネル内の検査領域を通じて流すステップと、
精子特性を判定するべく、前記少なくとも１つの検査領域において精子を検査するステップと、
前記フローチャネル内において、方向付けされた精子を方向付けされていない精子から弁別するステップと、
前記検出された精子特性に基づいて方向付けされた精子のサブ個体群を選択するステップと、
前記選択されたサブ個体群の精子を収集容器内において収集するステップと、
を有する方法。
（項目１３７）
電磁放射源を提供するステップと、
複数の検査領域を検査するべく前記電磁放射源から生成された電磁放射を操作するステップと、
を更に有する項目１３６に記載の方法。
（項目１３８）
前記電磁放射を操作するステップは、前記電磁放射源によって生成された前記電磁放射を分割するステップを更に有する項目１３７に記載の方法。
（項目１３９）
前記電磁放射を操作するステップは、前記電磁放射のビームプロファイルの形状を操作するステップを更に有する項目１３７に記載の方法。
（項目１４０）
前記検出された精子特性に基づいて精子のサブ個体群を選択するステップは、前記検出された精子特性に基づいてフローチャネル内において選択された精子のフローを方向転換するステップを更に有する項目１３６に記載の方法。
（項目１４１）
方向付けされた精子を方向付けされていない精子から弁別すると共に方向付けされていない精子を選択から排除するステップを更に有する項目１３６に記載の方法。
（項目１４２）
前記検査領域における精子の放出された電磁放射に応答して前方蛍光検出器によって第１信号を生成するステップを更に有し、前記第１信号は、検出可能なパルス特性を有する波形パルスを有する項目１３６に記載の方法。
（項目１４３）
側部蛍光検出器によって第２信号を生成するステップを更に有する項目１４２に記載の方法。
（項目１４４）
前記側部蛍光検出器によって第２信号を生成するステップは、外向きに前記側部蛍光を反射するべく反射要素をそれぞれのフローチャネルと関連付けるステップと、前方蛍光と平行な状態において前記側部蛍光を検出するステップと、を更に有する項目１４３に記載の方法。
（項目１４５）
第１マスクを通じて前記前方蛍光を検出すると共に第２マスクを通じて前記側部蛍光を検出するステップを更に有する項目１４４に記載の方法。
（項目１４６）
前記検出器によって生成された信号からの第１波形パルスと第２波形パルスとを逆重畳させるステップを更に有する項目１４５に記載の方法。
（項目１４７）
前記逆重畳された波形パルスは、精子の向きを提供する項目１４６に記載の方法。
（項目１４８）
単一の精子に応答して単一の検出器によって複数の波形パルスを生成するステップを更に有し、前記複数の波形パルスは、精子細胞に関する向き情報を提供する項目１３６に記載の方法。
（項目１４９）
精子の向きを判定するべくレーザーの消衰を計測するステップを更に有する項目１４８に記載の方法。
（項目１５０）
第１側部蛍光検出器によって第２信号を生成するステップであって、前記第２信号は、検出可能なパルス特性を有する波形パルスを有する、ステップと、
第２側部蛍光検出器によって第３信号を生成するステップであって、前記第２信号は、検出可能なパルス特性を有する波形パルスを有する、ステップと、
を更に有する項目１４２に記載の方法。
（項目１５１）
前記第２及び第３信号のパルス特性は、精子細胞の向きを弁別した項目１５０に記載の方法。
（項目１５２）
前記パルス特性は、ピーク高さ、パルス幅、パルスピーク遅延、パルススロープ、パルス面積、及びこれらの組合せからなる群から選択される項目１５１に記載の方法。
（項目１５３）
前記第２信号の前記パルス特性を前記第３信号の前記パルス特性と比較して精子の向きを判定するステップを更に有する項目１５０に記載の方法。

本明細書において記述されている特定の実施形態による精子選別マイクロ流体システム内の単一のフローチャネルの概略図を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるマイクロ流体チップ上におけるフローチャネルの構成を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるマイクロ流体チップ上におけるフローチャネルの構成を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるマイクロ流体チップ上におけるフローチャネルの構成を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による方向転換メカニズムの動作を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による方向転換メカニズムの動作を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による方向転換メカニズムの動作を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による方向転換メカニズムの動作を示す。 図４Ａ−４Ｃは、本明細書において記述されている特定の実施形態による代替方向転換メカニズムを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による代替方向転換メカニズムを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるチップホルダ及びビームセパレータを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるチップ、チップホルダ、及びカートリッジを概略的に示す。 長手方向の軸を有する精子細胞を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネルを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネルを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネルを示す。 図１０Ａ−１０Ｄは、本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の断面図を示す。 図１１Ａ−１１Ｄは、本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の断面図を示す。 図１２Ａ−１２Ｂは、本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の一部分を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の垂直方向断面を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の一部分を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の一部分を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の垂直方向断面を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の一部分を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル形状の一部分を示す。 図１８Ａ−１８Ｃは、本明細書において記述されている特定の実施形態による方向付け形状を示す。 図１９Ａ−１９Ｃは、本明細書において記述されている特定の実施形態による方向付け形状を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル特徴を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル特徴を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネル特徴を示す。 フローチャネル１８内に配置されうる一連の山形形状の特徴１００８を示している。 図２１Ａ−２１Ｂは、本明細書において記述されている特定の実施形態による精子方向付け特徴の代替実施形態を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による収集オプティクスを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による検出器のアレイを示す。 図２４Ａ−２４Ｅは、本明細書において記述されている特定の実施形態による様々な検出方式を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネルの照射及び光収集特徴を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネルの照射及び光収集特徴を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネルの照射及び光収集特徴を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態によるフローチャネルの照射及び光収集特徴を示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による検出システムを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による検出システムを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による検出システムを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による検出システムを示す。 本明細書において記述されている特定の実施形態による複数の光路用の単一の検出器を提供する検出方式を示す。 図２８Ａ−２８Ｂは、本明細書において記述されている特定の実施形態による側部蛍光検出の代替形態を含む検出方式を示す。 図２９Ａ−２９Ｄは、本明細書において記述されている特定の実施形態による前方信号によって精子の向きを判定する検出方式を示す。
本発明は、様々な変更形態及び代替形態によって実施されてもよいが、特定の実施形態は、例示を目的とした例として、図に示されると共に本明細書において記述されている。図及び詳細な説明は、本発明の範囲を開示された特定の形態に限定することを意図したものではなく、請求項の趣旨及び範囲に含まれるすべての変更形態、代替形態、及び均等物の包含が意図されていることを理解されたい。
本明細書において記述されている特定の実施形態は、精子を選別する高スループットのマイクロ流体システム及び装置に関し、このシステム及び装置は、精子を相対的に穏やかな選別状態において維持しつつ、複数の平行フローチャネルの包含により、従来の装置の選別速度における欠点を克服する。
本明細書において使用されている「フローチャネル」という用語は、液体又は気体などの流体の運動を許容する媒体の内部において又は媒体を通じて形成された通路を意味している。マイクロ流体システムのフローチャネルは、約１ミクロン〜約５００ミクロンの範囲の断面寸法を有してもよい。
「マイクロ流体システム」は、対象の粒子の監視、検出、分析、及び／又は選別を目的として、対象の粒子を１つ又は複数のフローチャネルを通じて搬送する装置と見なされてもよい。
「成育可能である（ｖｉａｂｌｅ）」という用語は、細胞の健康の一般的に受け入れられる予想を意味するものと理解されたい。一例として、精子選別技法は、膜が傷ついた精子にクエンチング染料が差別的に浸透するデュアル染色プロトコルを利用している。このような染色プロトコルは、膜が傷ついた精子細胞に浸透すると共にＤＮＡ選択蛍光染料と関連する蛍光をクエンチングすることにより、全般的に相対的に健康な精子から、膜を含む精子を弁別している。クエンチング染料の浸透は、分析及び選別の最中に、容易に特定可能であり、且つ、成育不能な精子の代用として機能してもよい。但し、クエンチングされるいくつかの精子が、受精の能力を有している場合もあり、且つ、クエンチングされないいくつかの精子が、受精の能力を有していない場合もあり、又は、その直後に、受精する能力を喪失する場合もある。いずれの場合にも、このようなプロトコルにおいてクエンチングされない精子は、従来の手順において「成育可能である」と見なされうる精子の一例を提供する。
本明細書において使用されている「ビームセグメント」及び「ビームレット」という用語は、ビームの別の部分から空間的に分離された電磁放射のビームの一部分を相互交換可能に意味しており、この場合に、それぞれの部分は、ビームプロファイルの一部分を有してもよく、又は、従来のビームスプリッタによって分割されたビームの部分を有してもよく、このそれぞれは、初期ビームと同一のプロファイルと、強度の一部分と、を有するものと理解されたい。
本明細書において使用されている「垂直方向」、「横方向」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、「上向き」、「下向き」という用語、並びに、その他の類似の語句は、特に、任意の向きにおいて動作してもよい本明細書において記述されているフローチャネル及びマイクロ流体チップに関係した図に示されている特徴の間の全般的な関係を提供する説明を目的とした用語であり、且つ、請求項を限定するものではないものと理解されたい。
図を参照すれば、図１は、高スループット選別装置１０を含む精子選別システムを示している。高スループット選別装置１０は、少なくとも１つのフローチャネル１８を有するマイクロ流体チップ８０などの流体的に封止された装置６０であってもよい。概略的に、フローチャネル１８は、単一のフローチャネルとして示されているが、フローチャネル１８は、選別装置内の少なくとも１つのフローチャネルであるものとして理解されたい。非限定的な例として、４〜５１２個のフローチャネルが、単一の高スループット選別装置１０内において形成されてもよい。それぞれのフローチャネル１８は、チップ基板内において形成されてもよく、且つ、２５ミクロン〜２５０ミクロンの内部寸法を有してもよい。フローチャネル１８は、約１００〜３０００ミクロンだけ離隔していてもよい。フローチャネル１８の間隔は、精子１２をフローチャネル１８内において方向転換するように機械的又は電気機械的コンポーネントを実装するべく必要とされるそれぞれのチャネル内において又は空間上において蛍光を検出するシステムの能力によって左右されうる。
シース流体は、シース源１６から供給されてもよく、且つ、シース入口５０を通じてフローチャネル１８に流入してもよい。サンプル流体中に含まれる精子１２は、サンプル源１４によって供給されてもよく、且つ、当初は、その内部に配置されていてもよい。精子細胞などの対象の粒子又は細胞を含むサンプルは、サンプル源１４から、且つ、サンプル入口４８を通じて、少なくとも１つのフローチャネル１８に、流入してもよい。サンプル入口４８及びシース入口５０は、層状の又はほぼ層状の同軸状のフロー７２がフローチャネル１８内において生成されるように構成されてもよい。同軸状のフロー７２は、サンプルのコアストリームとも呼称される内側ストリーム７６と、シース流体７８の外側ストリームと、から構成されてもよい。フローチャネル１８内において、流速、適切なサンプル対シース比、及び粒子事象率を確立するべく、サンプル源１４とシース源１６の両方に適切な流量が適用されてもよい。
同軸状のフロー７２内の粒子の速度は、液滴選別器内における約１５ｍ／ｓ〜約２０ｍ／ｓとの比較において、フローチャネル１８内においては、約１．５ｍ／ｓ〜約５ｍ／ｓであってもよい。この相対的に小さな速度は、精子細胞が曝露される圧力を低減し、且つ、恐らくは、更に重要には、粒子がフローチャネル１８内において曝露されるせん断力を低減する。更には、記述されているシステムにおいては、液滴の収集と関連する衝撃が除去されている。
一実施形態においては、サンプル及びシースは、約１：２０のサンプル対シース比を提供する圧力において確立されている。特定の実施形態においては、シース流体は、ほぼ除去されるか、或いは、場合によっては、完全に除去され、この結果、ほとんど希釈されないか又はまったく希釈されていない状態になってもよい。対照的に、液滴選別器は、シース流体中において、精子細胞を約５０：１に希釈する傾向を有し、且つ、場合によっては、サンプルを最大で１００：１に希釈することができる。これらの大きな希釈倍率は、選別された精子の健康に悪影響を及ぼしうる希釈衝撃に寄与しうる。
再度図１を参照すれば、精子１２は、フローチャネル１８内の検査領域２６を通過するものとして示されており、この場合に、精子１２は、電磁放射源３０によって照射され、且つ、この場合に、精子１２からの放出又は反射された電磁放射５２は、収集オプティクスの１つ又は複数の組５４によってキャプチャされ、この収集オプティクスの１つ又は複数の組５４は、分析器５８による定量化のために、センサと相互交換可能に呼称されうる１つ又は複数の検出器５６上への投射のための適切なアスペクト比及び開口数を有する。選別の決定は、分析器５８内において下されてもよく、次いで、この決定は、方向転換メカニズム２８内において適切な応答を作動させるべく、コントローラ３６を通じて伝達されてもよい。方向転換メカニズム２８は、流路１８内において細胞を方向転換する波を生成するための、超音波トランスデューサなどの、トランスデューサ４２であってもよい。又、トランスデューサ４２は、アクチュエータの一部分を形成する圧電要素であってもよい。方向転換メカニズム２８は、精子を任意の又は第１出口２０、第２出口２２、及び第３出口２４の内部に導いてもよい。但し、一実施形態においては、方向転換メカニズム２８は、精子を第１出口２０又は第２出口２２の内部にのみ導いてもよい。
電磁放射源３０によって放出される電磁放射４６は、ビームレット又はビームセグメント４４と呼称されうる１つ又は複数の操作されたビーム４４を生成するべく、自由空間内において、ビーム成形オプティクス４０及び／又はビーム分割装置７４によって操作されてもよい。適切な電磁放射源は、Ｎｅｗｐｏｒｔ Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓ社（Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ）から入手可能であるＶａｎｇｕａｒｄ ３５５−３５０又はＶａｎｇｕａｒｄ ３５５−２５００型レーザーなどの準連続波レーザーを含んでもよい。１つ又は複数のビームレットの形態における操作されたビームは、ビームレットの間において、均一な強度、パワー、及び／又は形状を提供するべく、意図的に変更されてもよい。更には、それぞれのビームレットの強度プロファイルは、１つ又は複数の軸において高度な均一性を有していてもよい。例えば、それぞれのビームレットは、「トップハット」又は「フラットトップ」ビームプロファイルを有してもよいが、その他のプロファイルが使用されてもよい。又、一実施形態においては、それぞれのビームレットプロファイルは、１つ又は複数の軸においてガウス分布を有してもよい。それぞれのビームレットは、楕円形、円形、矩形、又はその他の適切な形状を有してもよい。又、それぞれのビームレットは、アスペクト比、対称軸、又はその他の適切なプロファイルを有してもよい。或いは、この代わりに、ビームレット強度プロファイルは、不均一な方式により、変化させてもよい。一実施形態においては、複数の光ファイバを利用し、１つ又は複数のフローチャネルに複数のビームを供給してもよい。
電磁放射源３０は、いくつかのフローチャネル１８のそれぞれの間において分割された共通の電磁放射源であってもよい。一例として、ビーム分割装置７４は、米国特許第７，４９２，５２２号明細書に記述されているものなどのセグメント化されたミラーであってもよく、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。セグメント化されたミラーは、電磁放射４６を複数のビームレットに分割してもよく、それぞれのビームレットは、少なくとも１つのフローチャネル１８の個々の検査領域２６に導かれる。更なる実施形態においては、部分的な透過要素が、自由空間内において、又はファイバケーブルの一部分として、光路に内蔵されてもよい。部分的透過要素は、検査領域内において精子細胞を励起するのに適した最終的なビームプロファイルを得るべく、通過アパーチャ及び／又は遮断領域を含んでもよい。部分的透過要素は、光学トレーン内において位置決めされてもよく、或いは、チップ基板上に又はその内部に内蔵されてもよい。このような要素は、１つのフローチャネル当たりに複数の透過領域を含んでもよい。非限定的な例として、フロー軸に沿った矩形アパーチャのペアにより、流路内において精子細胞を順番に照射してもよい。
分析器５８及びコントローラ３６は、２つの別個のコンポーネントであってもよく、或いは、処理装置３２などの単一のコンポーネントによって実行される２つの機能を表してもよい。例えば、バスを通じて１つ又は複数のプロセッサに接続された１つ又は複数のメモリは、コントローラ３６及び分析器５８との関係において記述されている機能のそれぞれを実行するべく、書き込まれたコンピュータ命令を実行してもよい。適切な処理装置３２の非限定的な例は、パーソナルコンピュータ及びその他の演算システムを含む。分析器５８は、ユーザーインターフェイス６２との通信状態にあってもよく、ユーザーインターフェイス６２は、ディスプレイ６４と、入力６６と、を含んでもよい。ユーザーインターフェイス６２は、様々な選別パラメータをグラフィカルに表示してもよく、且つ、選別パラメータのうちの１つ又は複数を調節するための視覚的フィードバックを提供してもよい。非限定的な一例として、選別ロジックは、それぞれの選別決定に対して適用されるロジックを有してもよい。選別ロジックは、ディスプレイ６４上において生成された選別データに基づいて、或いは、ユーザーインターフェイス６２において提供された選別データの視覚的表現に基づいて、ユーザーにより、ユーザーインターフェイス６２において調節されてもよい。選別ロジックに対して実施されうる調節のタイプは、ゲート処理領域の調節、同時に発生する事象を処理する方式の調節、及び／又はそれぞれの潜在的な選別決定と関連する選別エンベロープの調節を含んでもよい。
例示用の例として、精子は、成育可能なＸ染色体保有精子として、成育可能なＹ染色体保有精子として、或いは、廃棄物及び方向付けされていない精子などの収集に望ましくない粒子として、識別されてもよい。一実施形態においては、同軸状のストリームは、既定では、第１出口２０に流れ、且つ、第１出口２０は、廃棄物を収集するための容器との連通状態にある。又、この構成においては、第１出口２０との連通状態にある容器は、動作が実行されない際に精子がこの容器内において収集されるという点において、受動型の収集容器であってもよい。成育可能なＸ染色体保有精子６８又は成育可能なＹ染色体保有精子７０として肯定的に識別された粒子は、方向転換メカニズム２８により、能動的に方向転換されてもよい。方向転換メカニズムの作動は、算出された速度のみならず、個々に計測された速度及びいくつかの精子について集計された速度を使用することにより、タイミング制御されてもよい。成育可能なＸ染色体保有精子６８は、第２出口２２内に方向転換されてもよく、一方で、成育可能なＹ染色体保有精子７０は、第３出口２４に方向転換されてもよい。
図２Ａを参照すれば、精子選別システム１０の一部分が、それぞれが全般的に平行であるいくつかの流路１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、及び１８ｎを有するマイクロ流体チップ８０の形態において、示されている。それぞれのフローチャネル１８は、サンプル及びシースのみならず、収集容器にも流体的に接続されており、これにより、流体的に封止された装置６０を形成しうる。それぞれのフローチャネル１８は、その内部に同軸状のフローを確立するべく図１との関係において記述されているサンプル入口４８及びシース入口５０を有する。検査ゾーン２６が、フローチャネル１８のそれぞれに跨って設けられている。特定の方向転換メカニズムが、フローチャネル１８内において流れる粒子を方向転換するためのバブル弁の形態において示されている。バブル弁は、米国特許第７，５６９，７８８号明細書に記述されているものなどであってもよく、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。バブル弁は、粒子がそれぞれのチャネル１８の第１出口２０を通じて流れることを許容するべく、或いは、粒子をそれぞれのチャネル１８の第２出口２２又は第３出口２４内に方向転換するべく、それぞれのフローチャネル１８内において動作してもよい。この図においては、例示を目的として、バブル弁が提供されおり、且つ、音波によって細胞を偏向させるメカニズムや電磁放射によって粒子の偏向を促進するメカニズムなどのその他の方向転換メカニズム２８が内蔵されてもよいことを理解されたい。
図２Ｂは、相互交換可能であってもよいと共に一緒に使用されることが必須ではない異なる特徴を示している。フローチャネル１８のそれぞれは、第１出口２０及び第２出口２２のみを有するものとして示されている。このような構成は、成育可能なＸ染色体保有精子又は成育可能なＹ染色体保有精子のみの収集などのように、単一の望ましい特徴を有する細胞について収集するべく、使用されてもよい。超音波トランスデューサのアレイ８２は、検査領域２６の下流において、且つ、精子細胞を選択的に方向転換することを目的として、示されている。超音波トランスデューサのアレイ８２は、マイクロ流体チップ８０内において埋め込まれてもよく、或いは、マイクロ流体チップ８０の外部に配置されてもよい。その位置決めとは無関係に、超音波トランスデューサのアレイ８２は、オンデマンドで、精子細胞を平行なフローチャネル１８内のその個々の出口に方向転換するべくコントローラ３６によって独立的に起動される一連の独立した超音波トランスデューサ４２を有してもよい。複数の超音波トランスデューサは、粒子がフローチャネルに沿って選択領域に向かって、又は複数の出口に向かう分岐に向って、移動するのに伴って、複数回の作動が所与の粒子に対して適用されることを可能にするべく、所与のフローチャネルについて、フローの方向に沿って、アレイ又はその他の形態において、構成されてもよい。流体出口は、流体の隔離を維持するべく、或いは、様々な出口流体をプールするべく、適切な結合シップホルダ要素とインターフェイスしてもよく、且つ、適切なマニホルド特徴を提供してもよい。
図２Ｃは、チャネル及び出口の代替構成を示している。プールチャネルは、共通出口の収集及びプール処理のために、マイクロ流体チップ８０を有するように製造されてもよい。一実施形態においては、隣接する出口は、第１フローチャネル１８ａ、第２フローチャネル１８ｂ、第３フローチャネル１８ｃ、及び第４フローチャネル１８ｄの間において流体的にマージされている。選別ロジックは、第２及び第３出口が、それぞれ、それぞれの流体ストリーム内において同一の粒子を収集することを保証するべく、異なるチップ構成に従って調節されてもよい。例えば、第１フローチャネル１８ａの第１出口２０ａ’は、第２フローチャネル１８ｂの第１出口２０ｂ’とマージされている。それぞれのマージしている地点の下流において、両方の出口から流体を受け取る単一のチャネルは、第１プールチャネル８４内においてプール処理されてもよい。第１プールチャネル８４は、複数のマージされた出口からのプール処理を許容するべく、マイクロ流体チップ８０の異なる層として形成されてもよい。第１プールチャネル８４は、第１共通収集容器との流体連通状態にあってもよい。第１プールチャネル８４は、第３フローチャネル１８ｃの第１出口２０ｃ’、第４フローチャネル１８ｄの第１出口２０ｄ’からの流体を収集するための構成において更に示されている。
同様に、第２プールチャネル８６は、第１フローチャネル１８ａのマージされた第２出口２２ａ’及び第２フローチャネル１８ｂの第２出口２２ｂ’のみならず、第３フローチャネル１８ｃのマージされた第２出口２２ｃ’及び第４フローチャネル１８ｄの第２出口２２ｄ’との連通状態にあるものとして示されている。第２プールチャネル８６は、第２共通収集容器との流体連通状態にあってもよい。第３プールチャネル８８は、第１フローチャネル１８ａのマージされた第３出口２４ａ’及び第２フローチャネル１８ｂの第３出口２４ｂ’のみならず、第３フローチャネル１８ｃのマージされた第３出口２４ｃ’及び第４フローチャネル１８ｄの第３出口２４ｄ’との連通状態にあるものとして示されている。第３プールチャネル８８は、第３共通収集容器との流体連通状態にあってもよい。
次に図３Ａ〜図３Ｄを参照すれば、方向転換メカニズム２８の一実施形態が動作状態において示されている。精子細胞を含むサンプル１２は、サンプル入口４８を通じて供給されてもよく、且つ、シース入口５０を通じてシース源１６によって提供されたシース流体フローに注入されてもよい。フローチャネル１８は、精子１２を検査領域２６を通じて搬送し、検査領域２６において、細胞は、電磁放射源３０によって照射され、且つ、精子特性が、検出器５６との通信状態にある分析器５８により、判定される。
２つの対向する方向転換メカニズム２８は、検査領域２６の下流において、第１バブル弁９０ａ及び第２バブル弁９０ｂの形態において示されている。バブル弁９０は、互いに反対側において離隔しているが、当業者は、その他の構成も使用されうることを認識するであろう。第１及び第２バブル弁９０ａ及び９０ｂは、それぞれ、第１側部通路９４ａ及び第２側部通路９４ｂを通じてフローダクト１８との流体連通状態にある。
液体、一般には、シース流体が、これらの側部通路９４ａ及び９４ｂを充填し、これにより、フローチャネル１８とそれぞれに関連付けられたメンブレイン９６の間における流体連通を提供する。メンブレイン９６は、弾性材料を含むメニスカス又はその他の曲がり易い材料の形態であってもよい。メンブレイン９６は、シース流体と、関連付けられたバブル弁９０の流体チャンバ１００内のガス又はゲルなどの流体の別の容積９８の間においてインターフェイスを定義している。アクチュエータが、いずれかのバブル弁９０と係合するべく設けられてもよく、アクチュエータは、起動された際に、フローチャネル１８内においてフロー妨害を一時的に生成すると共にその内部においてフローを偏向させる。図示のように、アクチュエータは、第１バブル弁９０ａ及び第２バブル弁９０ｂに結合されている。一方のバブル弁９０は、起動された際に、他方のバブル弁９０によって生成される圧力パルスを吸収するためのバッファとして機能してもよい。或いは、この代わりに、アクチュエータは、単一の方向において粒子又は細胞を偏向させるべく、１つのバブル弁９０のみとの連通状態にあってもよい。或いは、この代わりに、アクチュエータは、複数の方向において粒子を偏向させるべく、単一のバブル弁との連通状態にあってもよい。更に詳細に後述するように、単一のバブル弁は、その流体経路に沿って粒子の軌跡を選択的に押し出すか又は引っ張るように構成されてもよい。アクチュエータは、複数のフローチャネル１８内においてバブル弁の群のうちの任意のバブル弁を作動させるべく構成されたピンであってもよい。ピンは、図２Ａ〜図２Ｃに示されているものなどの異なる構成に対応するように、いくつかの構成において構成されてもよい。複数の平行チャネル内において粒子を偏向させるべく個別にピンを作動させるためのアクチュエータの例示用の一例が、米国特許第８，１２３，０４４号明細書に記述されており、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
第１側部通路９４ａは、このチャンバ内において印加される圧力が増大するのに伴って、側部通路９４ａ近傍の流体チャネル１８内のフローが、実質的にフローチャネル内の正常なフローに対して垂直に、側部通路９４ａから離れるように、変位するように、第１バブル弁９０ａ内において流体チャンバ１００ａに液圧的に接続されている。第１側部通路９４ａの反対側において位置決めされた第２側部通路９４ｂは、第２バブル弁９０ｂ内において第２流体チャンバ９０ｂに液圧的に接続されており、且つ、第１バブル弁９０ａによって生成される垂直の変位と関連する圧力を吸収してもよい。この第１側部通路９４ａは、変位がフローチャネル１８を通じた粒子の正常なフローに対して垂直の成分を有するように、第２側部通路９４ｂと協働することにより、流体チャンバ９０ａを加圧することによって生成される上述の液体の変位を導いている。一代替実施形態においては、第２バブル弁との協働を伴うことなしに、単一のバブル弁が使用されてもよい。
２つの側部通路９４と流体チャンバ１００の協働により、フローチャネル１８を通じたフローは、外部アクチュエータによるいずれかの流体チャンバ１００の加圧及び減圧の際に、一時的に横方向において往復運動する。検出された精子特性に基づいて、いずれかのバブル弁９０上のアクチュエータをコントローラ３６によって駆動してもよく、且つ、既定の特性を有する精子を偏向する際に適用することにより、それらの精子をサンプル中の残りの粒子から分離することができる。
フローチャネル１８は、既存のフローチャネル１８とほぼ平行である第１出口２０に向かう第１分岐を有するように示されている。第１出口２０は、バブル弁９０のうちの１つが起動されない限り、粒子がそれに向かって流れることになる既定の出口であってもよい。第２出口２２は、検査領域２６の下流のある距離において、第１出口２０から離れるように分岐してもよい。同様に、第３出口２４も、第１分岐とはフローチャネル１８のほぼ反対側である分岐を通じて到達されてもよい。第２出口２２及び第３出口２４まで延在する分岐の間の角度は、０〜１８０度だけ、或いは、場合によっては、１０〜４５度だけ、分離されていてもよい。
サンプル源１４から供給された精子細胞１２は、分析器５８によって弁別されうる複数のタイプの細胞を含んでもよい。精子１２の場合には、成育可能なＸ染色体保有精子６８、成育可能なＹ染色体保有精子７０、及び望ましくない粒子が存在しうる。望ましくない粒子は、死滅した精子、識別できなかった方向付けされていない精子、その他の粒子、或いは、分離のためにフローチャネル内において十分に離隔していない精子細胞を含みうる。
Ｘ染色体保有精子６８として示されている精子細胞１２内において既定の特性を検知した際に、分析器５８は、適切な時点において適切な外部アクチュエータを起動するべく信号をコントローラ３６に提供してもよく、次いで、適切な外部アクチュエータは、第２バブル弁９０ｂに係合し、流体チャンバ１００ｂ内において圧力変動を生成する。この圧力変動は、第２バブル弁９０ｂ内においてメンブレイン９６ｂを偏向させる。第１側部通路９４ａ及び第１バブル弁９０ａは、フローチャネル１８内において結果的に得られる一時的な圧力変動を吸収し、この結果、フローチャンバ１８内において方向転換する力をもたらし、この方向転換力は、Ｘ染色体保有精子細胞６８をフローチャネル１８内において異なる位置に方向転換するべくタイミング設定されている（図３Ｂにおいて見られる）。第１バブル弁９０ａの流体チャンバ９０ａは、メニスカスなどの弾性を有する壁を有してもよく、或いは、ガス又はゲルなどの圧縮可能な流体を収容してもよい。弾性特性は、フローチャネル１８から第１側部通路９４ａ内への液体のフローを許容し、これにより、圧力パルスが吸収されることを許容し、これにより、細胞が方向転換される狭いウィンドウを提供し、且つ、粒子のストリーム中における選択されていない粒子のフローに対する妨害を防止する。同様に、Ｙ染色体保有精子７０が検出された場合には、外部アクチュエータは、第１バブル弁９０ａを加圧すると共に精子細胞を第３出口２４に方向転換するべく、利用されてもよい。或いは、この代わりに、Ｙ染色体保有精子、Ｘ染色体保有精子、或いは、場合によっては、これらの両方は、望ましくない精子が第１出口から離れるように偏向される状態において、第１出口に通過することを許容されることにより、受動的に選別されてもよい。
図３Ｃは、同一の成育可能なＸ染色体保有精子６８として示されている対象の粒子が第１側部通路９４ａと第２側部通路９４ｂの間の容積を離脱した際の第２バブル弁９０ｂの偏向の直後の期間を示している。このような起動の後に、両方の流体チャンバ１００の内部圧力は、正常状態に戻り、且つ、それぞれのメンブレイン９６が均衡位置に戻ると共に、矢印によって示されているように、シース流体が、第１側部通路９４ａを離脱し、且つ、第２側部通路９４ｂに再進入する。
図３Ｄは、スイッチングシーケンスの完了後のシステム１０を示している。それぞれのバブル弁９０の流体チャンバ１００内部の圧力が等化され、これにより、偏向されていない精子が第１出口２０に向って継続するように、フローチャネル１８を通じたフローの正規化が許容されている。一方で、依然として成育可能なＸ染色体保有精子細胞として示されている対象の粒子は、そのオリジナルの軌跡から変位されており、且つ、第１分岐及び第２出口２２に流入し、その他の細胞は、偏向されていない状態で第１出口２０に向って継続してもよく、これにより、既定の特性に基づいて粒子が分離される。
一代替実施形態においては、第１バブル弁９０ａ及び第２バブル弁９０ｂの１つ又は両方は、アクチュエータにより、圧力が予め印加されていてもよい。分析器５８によって生成される選別決定及びコントローラ３６からの選別動作に応答して、アクチュエータは、個々のメンブレイン９６を退却させるべく、いずれかのバブル弁９０から係合解除されてもよく、且つ、精子細胞の軌跡をその側部通路９４に向って偏向させるべく、更なるシース流体を個々の側部通路内に引き込んでもよい。
次に図４Ａを参照すれば、方向転換メカニズム２８の一実施形態と、特に、バブル弁９０の一実施形態が、示されており、この場合には、アクチュエータ９２は、装着点１１２において曲がり易いインターフェイス１０２に取り付けられている。曲がり易いインターフェイス１０２は、流体チャンバ１００との間において流体的に封止されていてもよく、或いは、中間コンポーネントを作動させ、次いで、この中間コンポーネントが、後述するものなどの動作を生成してもよい。休止位置と見なされてもよい第１位置において、アクチュエータ９２及び曲がり易いインターフェイス１０２は、流体チャンバ１００内の流体９８がメンブレイン９６を側部通路９４内に偏向しないように、休止状態にある。第１起動位置と見なされてもよい第２位置において、アクチュエータ９２は、曲がりやすいインターフェイス１０２内に駆動されてもよく、これにより、曲がり易いインターフェイス１０２は、流体チャンバ１００の容積内に進入し、この結果、圧力がメンブレイン９６上において印加され、且つ、流体が側部通路９４から排出される。この排出されたシース流体は、精子などの粒子を側部通路９４から離れるように偏向させうる圧力パルスを提供する。
アクチュエータ９２が装着点１１２において曲がり易いインターフェイス１０２に装着された際に、第２起動位置と見なされてもよい第３位置が可能であり、これにより、アクチュエータ９２は、メンブレイン９６が引き込まれると共に更なるシース流体が側部通路９４内に引き込まれるように、曲がり易いインターフェイス１０２を流体チャンバ１００から離れるように引っ張り、これにより、容積（圧縮可能な流体の場合）を膨張させる。結果的に得られる圧力パルスは、精子又はその他の流体をフローチャネル１８内において側部通路９４に向かって引っ張ることができる。流体チャンバ１００の容積、流体９８のタイプ、及び側部通路９４の寸法は、フローチャネル１８内において望ましい偏向を実現するべく変更されてもよいことを理解されたい。第２位置及び第３位置は、終端位置と見なされもよく、且つ、更には、複数の中間位置が２つの終端位置の間において想定されることを更に理解されたい。例えば、フローチャネル１８は、４つの、５つの、６つの、又はこれを上回る数の分岐を有してもよく、これらのそれぞれは、バブル弁９０によって適切に偏向された粒子を受け取る能力を有していてもよい。
図４Ｂは、一代替実施形態を示しており、これによれば、アクチュエータ９２は、曲がり易いインターフェイス１０２上において予め負荷印加状態にある。換言すれば、流体チャンバ１００の容積内への曲がり易いインターフェイス１０２のなんらかの偏向が存在した状態において、流体チャンバ１００、流体９８、及びメンブレイン９６は、休止位置にあると見なされてもよい。アクチュエータ９２は、曲がり易いインターフェイス１０２内に第１起動位置まで更に駆動されてもよく、これは、メンブレイン９６を変位させると共にシース流体を側部通路９４から排出させるように、流体９８に対して作用する。
アクチュエータ９２の外向きの第２起動位置までの運動は、メンブレイン９６を内向きに引き込むと共に流体を側部通路９４内に引き込むように機能しうる。このような一実施形態においては、アクチュエータ９２を休止位置として見なされうる位置に運動させることにより、粒子を偏向させるための圧力パルスを実現してもよい。示されている実施形態においては、この変位は、粒子を側部通路９４に向って引き込む圧力パルスを結果的にもたらしうる。但し、装着点１１２は、曲がり易いインターフェイス１０２が反対方向において予め負荷印加されうるように、アクチュエータ９２と、曲がり易いインターフェイス１０２と、曲がり易いインターフェイス１０２との間に設けられてもよい。
図４Ｃは、曲がり易いインターフェイス１０２がバイモルフ圧電要素１１０を有してもよいバブル弁の一代替実施形態を示している。バイモルフ圧電要素１１０は、流体チャンバ１００との間の封止された関係において設けられてもよく、或いは、流体チャンバ１００との圧接状態において封止されると共にそれを通じてバイモルフ圧電要素１１０の運動が伝達される別の曲がり易い材料との圧接状態において休止していてもよい。休止位置においては、バイモルフ圧電要素１１０は、偏向されていない状態において粒子が側部通路９４を通過するように、休止状態にあってもよい。制御信号に応答して、バイモルフ圧電要素１１０は、第１起動位置に曲がり、これにより、流体チャンバ容積１００内に進入すると共にメンブレイン９６を側部通路９４から外に押し出しうる。結果的に得られる圧力パルスは、側部通路９４及びバブル弁９０から離れるように粒子を偏向させることができる。同様に、バイモルフ圧電１１０には、要素が第２起動位置に偏向するか又は曲がるようにする信号が提供されてもよい。第２起動位置は、流体を側部通路９４内に引き込む方式により、流体９８、流体チャンバ１００、及びメンブレイン９６に対して作用してもよい。この結果、粒子は、側部通路９４に向って偏向されうる。
バイモルフ圧電要素１１０の偏向及びタイミング設定の程度は、電気信号によって正確に制御されてもよい。例えば、様々な軌跡を有する粒子を偏向させるべく、第１及び第２起動位置の間の任意の数の中間位置が実現されてもよい。バイモルフ圧電要素１１０は、電気接続のみを必要とするものであってもよく、これにより、さもなければ存在しうる間隔問題が潜在的に単純化される。
バブル弁は、実用的な方向転換メカニズムを提供するが、本明細書において記述されているマイクロ流体チップの特定の態様と共に使用されるべく、その他の方向転換メカニズム２８も想定される。図５には、一代替構成が示されており、この図は、圧電要素又は超音波トランスデューサなどのトランスデューサ４２の起動によって方向転換されている粒子を示している。それぞれのトランスデューサ４２は、トランスデューサのアレイ８２の一部分を形成してもよい。トランスデューサのアレイ８２内のそれぞれのトランスデューサ４２は、フローチャネルに沿って複数の地点において粒子に対して作用するパルスを提供するべく、予測又は算出された粒子速度に基づいて順番に起動されてもよい。
電磁放射源３０は、粒子を検査するための電磁放射を提供してもよい。蛍光、散乱、又はその他の応答放射が、１つ又は複数の検出器５６によって検出されてもよく、且つ、分析器５８によって処理されてもよい。結果的に得られる選別決定は、コントローラ３６から、駆動要素１０８を通じて、それぞれのトランスデューサ４２に搬送されてもよい。駆動要素１０８は、フローチャネル１８に沿って複数回にわたって精子細胞又はその他の粒子と相互作用するべく、トランスデューサ４２のタイミング設定された起動を提供してもよい。それぞれのトランスデューサ４２は、音響トランスデューサであるか、或いは、場合によっては、超音波トランスデューサであってもよく、且つ、トランスデューサが駆動される周波数は、粒子の偏向を生成するべく、或いは、場合によっては、更に具体的には、フローチャネル１８内の精子を偏向又は方向転換するべく、最適化されてもよい。一実施形態においては、それぞれのトランスデューサ４２は、粒子を方向転換するべく導かれる単一のパルスを提供してもよく、別の実施形態においては、それぞれのトランスデューサは、粒子を方向転換するべく導かれる複数のパルスを生成してもよい。更に別の実施形態においては、トランスデューサの１つ又は複数のアレイ８２は、フローチャネル１８内において定在波を生成するように動作させてもよい。方向転換メカニズム２８として、定在波は、音響場の特定の節又は腹内において粒子を吸引するか又は跳ね返してもよい。一実施形態においては、トランスデューサ４２は、１０〜１６ＭＨｚの範囲において動作している。
一実施形態においては、トランスデューサのアレイ８２は、両方の方向において粒子を方向転換するべく、フローチャネル１８のそれぞれの側部上に存在している。別の実施形態においては、トランスデューサの単一のアレイ８２は、粒子又は精子細胞を両方向において偏向させることを目的として、内蔵されてもよい。トランスデューサのアレイ８２は、チップ基板内において埋め込まれてもよく、或いは、マイクロ流体チップ８０の外部表面上において配置されてもよい。更には、トランスデューサのアレイ８２は、チップ８０から除去可能であってもよい。
一代替実施形態においては、光学要素のアレイは、粒子を放射圧力によって方向転換するべく、類似の方式によって内蔵されてもよい。単一のレーザー又はその他の電磁放射の供給源は、フローチャネルに沿って移動する単一の粒子に対する複数回の印加を許容するか又はフローチャネル１８内において粒子に迅速に追随する方式により、ゲート処理又は多段化されてもよい。或いは、この代わりに、複数のレーザーは、複数回の放射圧力の印加によって粒子を偏向させるように、使用されてもよい。
次に図６を参照すれば、チップホルダ１０４は、アクチュエータブロック１０６及び成形／分離されたビームが方向転換メカニズム２８及び検査領域２６とそれぞれ正確に係合しうるように、正確な位置においてマイクロ流体チップ８０を保持するべく、示されている。ビーム分割装置７４は、複数のビームセグメントを生成するべく、示されており、これらのそれぞれは、フローチャネル１８に対してほぼ垂直に又は所定の角度においてフローチャネル１８とアライメントされてもよい。チップホルダ１０４は、相対的な位置においてマイクロ流体チップ８０を堅固に固定するためのメカニズムを含んでもよく、或いは、検出器及び照明源との間においてチップ内のフローチャネルをアライメントするためなどのように、マイクロ流体チップ８０の相対的位置を調節するためのメカニズムを含んでもよい。
次に図７を参照すれば、マイクロ流体チップ８０の一実施形態が、カートリッジ１６８の形態における流体システムとの関連において、チップホルダ１０４上に示されている。又、チップホルダ１０４の一部分内に形成された状態において示されているいくつかの特徴も、マイクロ流体チップ８０自体の付加的層内に統合されうることを理解されたい。マイクロ流体チップ８０は、それぞれのチャネル内において、第１出口２０、第２出口２２、及び第３出口２４に加えて、シース入口５０及びサンプル入口４８を有する複数のフローチャネル１８を有するように、示されている。
カートリッジ１６８は、マイクロ流体チップ８０及び／又はチップホルダ１０４との流体連通状態にある一連のリザーバを有してもよい。カートリッジ１６８は、ポリマー又はその他の適切な生体適合性材料から形成されてもよく、且つ、それぞれのリザーバは、流体を直接的に保持するように、或いは、流体によって充填されたブラッダ又はその他の封止可能な容器を保持するように、想定されている。サンプルリザーバ１１４は、チップホルダ１０４内のサンプルチャネル１３４との流体連通状態にある流体的に封止されたリザーバであってもよい。サンプルリザーバとサンプルチャネル１３４の間の流体接続は、サンプルの病原体及びバクテリアへの曝露を防止又は低減するべく、無菌状態において実行されてもよい。同様に、シースリザーバ１１６は、チップホルダ１０４内のシースチャネル１３６に流体的に接続されてもよい。リザーバのそれぞれは、関連付けられた搬送メカニズムを有してもよい。一例として、流体は、それぞれのリザーバにおいて生成された圧力勾配を介して搬送されてもよい。圧力勾配は、ポンプ、蠕動ポンプ、及びその他の類似の手段によって生成されてもよい。
図７の切取部分は、その個々の入口に対する且つ第１フローチャネル１８ａに対するシースチャネル１３６及びサンプルチャネル１３４の接続を示している。図示されてはいないが、残りのフローチャネル１８ｂ〜１８ｎも、チャネルを通じたリザーバに対する類似の流体接続を有してもよい。この結果、それぞれのフローチャネル１８ａ〜１８ｎは、マイクロ流体チップ８０内の複数のチャネルの並行動作を促進するべく、共通サンプルリザーバ１１４から、且つ、共通シースリザーバ１１６から、供給されてもよい。
カートリッジ１６８は、処理済みの流体用の付加的リザーバを収容してもよい。一例として、カートリッジ１６８は、受動型収集リザーバ１２０、第１能動型収集リザーバ１２２、及び第２能動型収集リザーバ１２４を収容してもよい。受動型収集リザーバ１２０は、受動型収集チャネル１４０を通じて、それぞれのチャネル１８の第１出口２０との流体連通状態にあってもよく、この場合には、流体は、それぞれの第１出口２０からプール処理され、且つ、受動型収集ライン１５０を通じて供給される。一実施形態においては、受動型の収集が、既定の収集であってもよく、且つ、廃棄物及び／又は望ましくない粒子を含んでもよい。同様に、第１能動型収集リザーバ１２２は、第１能動型収集チャネル１４２及び第１能動型収集ライン１５２を通じてそれぞれのフローチャネル１８の第２出口２２に流体的に接続されてもよく、且つ、第２能動型収集リザーバ１２４は、第２能動型収集チャネル１４４及び第２能動型収集ライン１５４を通じて第３出口２４に接続されてもよい。第２切取部は、第３出口２４と第２能動型収集チャネル１４４の間の関係を示しており、これは、それぞれのフローチャネル１８ごとに同様のものとなる。流体及び精子細胞は、能動的に選別されるのか又は受動的に選別されるのかとは無関係に、それぞれの個々の出口、チャネル、及びリザーバを通じて、圧力勾配などの搬送メカニズムにより、引き込まれてもよい。
例示を目的とした一例として、マイクロ流体チップ８０内のチャネルは、約２０μｍ〜約４００μｍの幅を有してもよく、チップホルダ内のチャネルは、約２００μｍ〜約２ｍｍの幅を有してもよい。それぞれのチャネルをその個々のリザーバに接続するラインは、約０．２５ｍｍ〜約５ｍｍの内径を有してもよい。
一実施形態は、廃棄物リザーバからシース流体をリサイクルするための任意選択のシース流体リサイクリングシステム１６０を提供している。図７は、受動型収集リザーバ１２０からシースリザーバ１１６への流体連通を提供するリサイクリングライン１６２を示している。流体を、フィルタなどの濃縮システム１６６を通じて、且つ、シースリザーバ１１６上に、駆動するべく、ポンプ１６４がリサイクリングライン内において設けられてもよい。或いは、この代わりに、受動型収集リザーバ１２０及びシースリザーバ１１６は、流体を受動型収集リザーバ１２０からリサイクリングライン１６２を通じてシースリザーバ１１６に駆動する傾向を有する異なる圧力において、設けられてもよい。或いは、この代わりに、流体を収集リザーバのうちの１つからシースリザーバ１１６に搬送するべく、その他の搬送メカニズムが内蔵されてもよい。一実施形態においては、フィルタは、その他の細胞濃縮システム１６６により、或いは、流体又は浮遊物を除去するためのシステムにより、置換されてもよい。一実施形態においては、適宜、精子選別などの特定の用途のために、シース流体を調整するべく、一連のフィルタが使用されてもよい。精子濃縮システムの更なる非限定的な例は、遠心分離システム、マイクロ流体ユニット、多孔性メンブレイン、螺旋コンセントレータ、又はハイドロサイクロン、或いは、その他の粒子濃縮装置又は流体除去システムを含んでもよい。更に別の実施形態においては、細胞濃縮システム１６６は、浮遊シース流体をシースリザーバ１１６に戻しつつ、更なる処理のために、適切な濃度において第１能動型収集リザーバ１２２及び第２能動型収集リザーバ１２４の１つ又は両方内において能動的に収集された精子を提供してもよい。一例として、精子は、凍結エクステンダを受け取るための適切な供与量に濃縮されてもよく、或いは、精子は、ＡＩ、ＩＶＦ、又はその他の支援型の再生手順を実行するべく適切な供与量に濃縮されてもよい。
いくつかの実施形態において存在しうる更に別の特徴は、温度調節要素１７０である。カートリッジ１６８は、その上部に保存されている任意の又はすべての流体の加熱及び／又は冷却を実行してもよい。例えば、温度調節要素１７０は、カートリッジ１６８上における加熱及び／又は冷却パッド又は領域の形態を有してもよい。カートリッジ１６８のそれぞれのチャンバ又はリザーバは、異なる温度において保持されてもよく、或いは、動作の際にその温度が変更されてもよい。一体型の粒子処理カートリッジの選択されたチャンバ又は領域内において温度を制御する任意の適切な手段が使用されてもよい。精子選別の実施形態においては、可能な限り、低温などの相対的に一定の温度において精子を維持することが望ましいであろう。更には、精子をミスアライメント状態に且つ方向付けされていない状態にしうる精子活動の低減を目的として精子を冷却することが望ましいであろう。このような実施形態においては、カートリッジは、類似の特に冷却された温度においてそれぞれのリザーバを容易に維持するべく、熱伝導性材料から構築されてもよい。
精子の方向付け及びアライメント
簡潔に図８を参照すれば、精虫２００が３つの図において示されている。種ごとに多少の相違が存在しているが、精虫２００は、ウシ精子、ウマ精子、及びブタ精子を含む哺乳類の精子の重要な部分の基本的な形状を表している。基本的な精子頭部の形状は、本明細書においては、一般にパドル形状と呼称される。当業者には、容易に理解されうるように、本明細書において記述されている原理は、Ｗｉｌｓｏｎ，Ｄ．Ｅ．及びＲｅｅｄｅｒ，Ｄ．Ｍ．によるＭａｍｍａｌ Ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｏｒｌｄ（Ｓｍｉｔｈｓｏｎｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ Ｐｒｅｓｓ，１９９３）に列挙されている種の多くのものなどの多くのその他の種にも同様に適用可能であり、この文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
精子細胞２００の２つの最大部分は、精子頭部２０４と精子尾部２０６である。精子頭部２０４は、ＤＮＡ選択染料が結合する核ＤＮＡを収容しており、これは、精子の性別選別のために有利である。精子頭部２０４は、ほぼパドル形状であり、且つ、幅よりも大きな長さを有する。長手方向軸２１２が、その中心を通過する精子頭部２０４の長さに沿った軸として示されており、これは、精子尾部２０６の長さとほぼ平行であってもよい。横断方向軸２１４が、精子頭部２０４の中心を通じて、且つ、長手方向軸２１２に対して垂直に、示されている。理想的な向きとの関係において、長手方向軸を中心として回転する精子は、航空用語のロールと同義である方式によって「回転する」ものと見なされてもよく、横断方向軸２１４を中心として回転する精子は、航空用語のピッチと同義である方式で「傾斜した」ものと見なされてもよい。精子頭部の長さは、Ｌとして長手方向軸に沿って示されている。精子頭部２０４の幅は、Ｗとして示されており、厚さは、Ｔとして示されている。非限定的な例として、多くの種類の牛は、約Ｌ＝１０ミクロン、Ｗ＝５ミクロン、及びＴ＝０．５ミクロンという精子寸法を有する。
精子の弁別は、多くの種において困難であり、その理由は、ＤＮＡ選択染料の摂取が、Ｘ染色体保有精子とＹ染色体保有精子においてわずかにしか異なっていないからである。大部分の哺乳動物種は、ＤＮＡの内容の約２％〜５％の相違を示している。この相違を正確に見出すには、分析対象のそれぞれの精子細胞が、均一なアライメントにおいて、且つ、均一な向きにおいて、提供されることが好ましい。精子がアライメントされていない又は方向付けされていない状態となるのに伴って、その計測される蛍光は、数パーセントよりも格段に大きく変動する。理想的には、精子は、長手方向軸と横断方向軸の両方が検出器の光軸及び／又は照明源によって生成されるビームのビーム軸に垂直である状態に留まっている状態で、長手方向軸が検出器及び／又は照明源の焦点を通過するように、アライメントされることになろう。精子選別のために変更された従来のジェットインエアフローサイトメーターは、回転する精子の排除を目的とした側部蛍光検出器を含むが、側部検出器が、マイクロ流体システム内に存在しておらず、且つ、現在のマイクロ流体チップの形状は、側部検出器の包含を許容してもいない。マイクロ流体チップ内において方向付けされた精子を提供するべく、且つ／又は、精子がマイクロ流体チップ内において方向付けされた際を判定するべく、以下の特徴が、個々に、或いは、任意の組合せ又は順列において、内蔵されてもよい。
フローチャネル特徴
次に図９Ａを参照すれば、フローチャネル３１８の斜視図が示されている。図示のフローチャネル３１８は、マイクロ流体チップ３００の一部分内に形成された流体集束領域３３０と精子方向付け領域３３２の両方を含む。流体集束領域３３０は、流体集束形状の形態における流体集束特徴を含み、且つ、精子方向付け領域３３２は、方向付けチャネル形状の方向付け特徴を有するものとして示されているが、図示の形状の代わりに、或いは、これに加えて、その他の集束特徴及び方向付け特徴が内蔵されてもよいことを理解されたい。
フローチャネル３１８は、４個〜５１２個のチャネルなどのように、このようなマイクロ流体チップ内の多数のフローチャネルのうちの１つであってもよい。しばしば、シースフローと呼称される同軸状のフローを確立することを目的として、シースフロー入口３５０が、フローチャネル３１８内のサンプル入口３４８の上流において示されている。
流体集束領域３３０は、コアストリームの垂直方向の側面を集束及び／又はアライメントするための形状を有する垂直方向流体集束領域３３６と、コアストリームの横方向の側面を集束及び／又はアライメントするための形状を有する横方向流体集束領域３３４又は横断方向集束領域と、を含んでもよい。図示のように、横方向流体集束領域３３４は、流体集束領域３３０と同一のフローチャネル３１８の長さを有し、これらは、いずれも、垂直方向流体集束領域３３６とオーバーラップしている。横方向流体集束領域３３４は、流体集束領域の一部分を占有してもよく、且つ、垂直方向流体集束領域３３６は、必ずしも、横方向流体集束領域３３４とオーバーラップする必要はないことを理解されたい。横方向流体集束領域３３４は、横方向チャネルの幅「ｗ」がそれに沿って減少し、これにより、第１遷移点３３８において第２幅「ｗ’」で終了するフローチャネル３１８の長さと見なされてもよい。この形状は、サンプルのコアストリームを狭める傾向を有し、且つ、フローチャネル３１８内において精子細胞をアライメントすることにより、精子細胞が全般的に閉じ込められるサンプルの相対的に狭い帯域の提供を全般的に支援しうる。
精子方向付け領域３３２は、フローチャネル３１８内の第１遷移点３３８の後において、ある程度の距離にわたって、流体集束領域３３０に沿って延在してもよく、或いは、この代わりに、流体集束領域３３０と精子方向付け領域３３２は、部分的又は全体的にオーバーラップしてもよい。精子方向付け領域３３２は、第２遷移点３４０において終了してもよく、この後には、検査領域３２６が後続してもよい。一実施形態においては、幅「ｗ’」に低減されたチャネルは、精子方向付け領域３３２又は精子方向付け領域の一部分を通じて、且つ、検査領域３２６を通じて、一貫性のある寸法を有してもよい。
図９Ｂを参照すれば、フローチャネル３１８の垂直方向の断面図が示されており、フローチャネル３１８は、精子方向付け領域３３２及び検査領域３２６によって後続される横方向流体集束領域３３４及び垂直方向流体集束領域３３６を有する。一実施形態においては、垂直方向流体集束領域３３６は、垂直方向流体集束特徴３４２を含み、垂直方向流体集束特徴３４２は、フローチャネル３１８内において圧力パルスを生成する能力を有する補完的なシースチャネル、一連の唇部、エッジ、山形部、アンジュレーション、又は減速バンプ、或いは、トランスデューサであってもよい。チャネルの一実施形態においては、高さ「ｈ」は、第１遷移点３３８まで相対的に一定に維持されている。その他の実施形態においては、垂直方向流体集束領域３３６は、チャネルの高さ「ｈ」を変化させる形状を有してもよく、或いは、精子方向付け領域３３２は、流体集束領域３３０とオーバーラップし、これにより、第１遷移点３３８に先立ってチャネルの高さを変化させるチャネル形状を導入してもよい。一実施形態においては、チャネル高さ「ｈ」は、第１遷移点３３８から、第２遷移点３４０における低減されたチャネルの高さ「ｈ’」まで変化している。或いは、この代わりに、チャネルの高さ「ｈ」は、精子方向付け領域３３２を通じて低減されてもよい。精子方向付け領域３３２は、流体集束領域３３０の後に始まってもよく、或いは、精子方向付け領域３３２は、部分的に、或いは、場合によっては、全体的に、流体集束領域３３０とオーバーラップしてもよい。
図９Ｃは、同軸状の、又はシースの、フローを生成する一代替構成を示しており、これによれば、サンプル入口３４８が流体チャネル３１８とほぼ平行な状態において設けられている。この構成においては、サンプル入口３４８は、開始点においてコアストリームまでのリボン形状を促進するべく、面取りされた構成において設けられてもよい。又、当業者は、マイクロ流体チャネル内においてシースフローを確立するための任意の既知の構成も、本明細書に記述されている方向付けの態様と共に内蔵されうることを理解するであろう。非限定的な一例として、米国特許第７，３１１，４７６号明細書に記述されている入口／サンプルチャネルのうちの任意のものが、本明細書に記述されている様々な特徴と共に内蔵されてもよく、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
図１０Ａ〜図１０Ｄは、流体集束領域３３０と精子方向付け領域３３２の両方を内蔵する相対的に単純な形状を有するフローチャネル３１８を示しているが、これらの領域のそれぞれは、更に複雑なフローチャネル形状に内蔵されてもよい。図１０Ａ〜図１０Ｄのそれぞれは、一般的な原理を示しており、且つ、必ずしも、正しい縮尺で描かれてはおらず、且つ、１：１のアスペクト比を反映してもいない。図１０Ａは、シース流体３５２によって充填されたほぼ正方形のフローチャネル３１８として断面ＡＡを示している。断面ＢＢまで下流に移動することにより、図１０Ｂは、シース流体３５２との同軸状の関係において見られるサンプルのコアストリーム３５４を示している。ＢＢにおけるコアストリームの更に接近した図は、アライメントされていないと共に方向付けされていない精子細胞３６０の一例を示している。コアストリームの周りの矢印は、フローチャネル３１８の形状の変化により、コアストリームに印加される力を示している。ＡＡからＢＢへの遷移は、高さの変化を伴うことなしに、チャネルのわずかな幅の拡大を結果的にもたらしている。
ＣＣまで下流に移動することにより、フローチャネル３１８の幅「ｗ」が低減され、これにより、コアストリームが集束されており、精子細胞３６０が、ストリーム内において方向付けされていない位置を維持しつつ、コアストリームの中心に移動すると共にアライメントされた状態となる様子が示されている。横方向の運動を提供する力は、チャネル形状のこの部分の水力学的影響を強調する太字の矢印として示されている。断面ＣＣからＤＤまで、フローチャネルの高さ「ｈ」が低減され、これにより、方向付け力をコアストリーム内の精子に印加する傾向がもたらされる。後の位置との比較において、相対的に大きな力が垂直方向の位置から印加され、これにより、精子細胞の平らな表面を方向付けする傾向がもたらされる。
図１１Ａ〜図１１Ｄは、フローチャネル３１８がほぼ楕円形及び円形断面を有している点を除いて、図１０Ａ〜図１０Ｄと同様の円形及び楕円形断面を有するフローチャネル形状を示している。
コアストリームの形成
均一なコアストリーム形成は、多くの分析技法にとって有益であるが、均一なコアストリーム形成は、Ｘ染色体保有精子とＹ染色体保有精子からの相対的に小さな蛍光の相違を弁別する際に、特に有用である。精子ソーターの有用な機能は、ほぼリボン形状を有するコアストリームの形成であり、この機能は、フローチャネル内における精子のアライメントと精子の方向付けの両方に寄与しうる。
次に図１２Ａを参照すれば、コアストリームフロー又はシースフローを生成するべく、流体集束領域４３０がフローチャネル４１８の領域に内蔵されている。コアストリーム形成形状４００は、上述のマイクロ流体チップなどのマイクロ流体チップ８０内のフローチャネル４１８の内部表面として示されている。コアストリーム形成形状４００は、微細加工、注入成形、スタンピング、機械加工、３Ｄ印刷、又はその他の適切な製造技法を使用することにより、プラスチック、ポリカーボネート、ガラス、金属、或いは、その他の適切な材料によって製造されてもよい。従って、コアストリーム形成形状は、単一の層として、或いは、複数の積層された層により、形成されてもよい。
図示のコアストリーム形成形状４００は、改善されたシースフロー能力と、従って、改善された集束能力と、を提供する。具体的には、シース入口４５０には、シース凝集容積４２２においてそれぞれが受け入れられる円錐形入口形状が設けられてもよい。シース凝集容積は、更なるフローチャネル４１８のコンポーネントへの単一の出口又は複数の出口を提供してもよい。流体集束領域４３０内に延在する単一の出口が示されている。或いは、この代わりに、単一の入口は、コアストリーム形成形状４００内に分岐されてもよい。更には、シース凝集容積４２２から発する１つ又は複数の流体経路上に、フロー制限部が配置されてもよい。
図示の流体集束領域４３０は、横方向流体集束コンポーネントと、垂直方向流体集束コンポーネントと、を有し、これらは、いずれも、フローチャネル４１８を通じたシース流体とサンプルの両方の軸方向の加速に寄与する。図示の横方向流体集束コンポーネントは、横方向流体集束チャンバ４２０を有する。横方向流体集束チャンバ４２０には、サンプル入口４４８からのサンプルのみならず、１つ又は複数のシース入口４５０からのシースが提供される。図示のように、２つの対称的なシース入口４５０がエッジから横方向集束チャンバ４２０を充填し、サンプルは、中央から横方向流体集束チャンバ４２０に進入する。サンプル及びシースが横方向流体集束チャンバ４２０に沿って進行するのに伴って、チャンバの幅が低減され、これにより、横方向流体集束チャンバ４２０の中央においてサンプルを集束する傾向を有すると共にフローチャネル内においてシースとサンプルの両方を加速させるチャンバの横方向側部からの増大した内向きの力が提供される。図示の垂直方向の流体集束コンポーネントは、横方向流体集束チャンバ４２０との関係において、サンプル入口４４８の位置との組合せにおいて第１垂直流体集束チャネル４２４を有する。第１垂直方向流体集束チャネル４２４は、ループチャネルを有してもよく、ループチャネルは、横方向流体集束チャンバ４２０から離れるように分岐しており、且つ、更に下流において横方向流体集束チャンバ４２０との流体連通状態において設けられている。この結果、第１垂直方向流体集束チャネル４２４は、シースフローの一部分を方向転換するための手段を提供し、このシースフローの一部分は、後の時点において、サンプルのコアストリームの垂直方向の位置を集束するべく、フローチャネル４１８に再度導入されてもよい。
図１２Ｂは、横方向流体集束コンポーネントの例示用の図を提供している。サンプルフロー４０６は、サンプル入口４４８から横方向集束チャンバ４２０に進入するものとして示されている。一方、シースフロー４０８は、横方向流体集束チャンバ４２０のエッジにおいて、それぞれのシース入口４５０から横方向流体集束チャンバ４２０に進入するものとして示されている。横方向流体集束チャンバの幅が減少するのに伴って、シースフロー４０８は、サンプル４０６上において増大したせん断力を提供し、これにより、サンプルのフローを加速させると共に、粒子間の間隔を縮小し、この結果、横方向においてサンプルフローを横方向流体集束チャンバ４２０の中心に集束する。
サンプル４０８の垂直方向のフローは、コアストリーム形成形状４００の２つの特徴の影響を受けるが、この様子は、図１３において最も良く見ることができる。図１３は、コアストリーム形成形状４００の長手方向軸に沿った垂直方向断面を表している。横方向流体集束チャンバ４２０への進入の際に、サンプルストリームに対する第１の下向きの垂直方向の影響が生成され、その理由は、その上向きのフローがその上方においてシースフロー４０８から抵抗を受けるように、サンプルが横方向流体集束領域４２０の下方から導入されるからである。代表的なサンプルフロー４０６は、サンプル入口４４８の端部に到達し、且つ、シースフロー４０８に圧接した状態で上向きに運動するものとして示されている。サンプル４０６のコアストリームが第１流体垂直方向集束チャネル４２４に到達したら、シースフロー４０８は、サンプルを上向きに導き、これにより、フローチャネル４１８の底部から離れるようにサンプルを集束する。
集束領域４３０に到達したら、サンプルは、精子方向付け領域３３０と、検査領域３２６と、を通じて継続してもよい。精子は、以下の説明における特定の特徴に従って方向付けされてもよく、且つ、選別動作が、上述の様々なメカニズムに従って実行されてもよい。
図１４Ａを参照すれば、第１及び第２垂直方向流体集束チャネルの形態のダブル蹄鉄又はダブルループを含む流体集束領域５３０を内蔵した代替コアストリーム形成形状５００が示されている。一実施形態は、改善されたコアストリーム形成のためにフローチャネル５１８内に反対の垂直方向流体集束シースフローを提供するように構成された第１垂直方向流体集束チャネル５２４及び第２垂直方向流体集束チャネル５２６を有するコアストリーム形成形状５００に関する。図１４Ａは、横方向流体集束チャンバ５２０内に延伸するシース入口５５０と同一の垂直方向レベルにおいて位置決めされたサンプル入口５４８を示している。第１垂直方向流体集束チャネル５２４は、横方向流体集束チャネル５２０の上方において垂直方向に延在し、且つ、第２垂直方向流体集束チャネル５２６は、横方向流体集束チャネル５２０の下方において垂直方向に延在している。横方向集束チャンバ５２０、第１垂直方向集束チャネル５２４、及び第２垂直方向集束チャネル５２６の集束特徴を経た後に、相対的に集束及び／又はアライメントされたコアストリームは、フローチャネル５６０の残りの部分を通じて流れてもよい。
図１４Ｂを参照すれば、シースフローは、シース入口を通じて、且つ、３つの部分に分割されるものとして示されている。第１シースフロー５５４は、横方向流体集束チャンバ５２０に進入し、且つ、狭くなる幅に応答して、サンプルを横方向流体集束チャンバ５２０の中心において集束する傾向を有する。シースフローの第２部分５５６は、第１垂直方向流体集束チャネル５２４を通じて方向転換されており、且つ、シースフローの第３部分５５８は、第２垂直方向流体集束チャネル５２６を通じて導かれている。円錐形シース入口５５０の端部よりも大きな断面積を提供するシース凝集容積５２２は、シースの各部分のそれぞれを通じて相対的に大きなシースフローレートを分配するための有益な容積を提供している。具体的には、第１垂直方向集束チャネル５２４及び第２垂直方向集束チャネル５２６を通じた増大したシースフローは、フローチャネル５１８内においてコアストリームの垂直方向の位置を集束するための改善された能力を提供しうる。
次に図１５を参照すれば、コアストリーム形成形状５００の長手方向軸に沿った垂直方向断面は、実質的に同一の垂直方向位置においてフローチャネル５１８に導入されたサンプル５０６及びシース流体５０８のコアストリームを示している。第１垂直方向流体集束チャネル５２４からのシースフロー５０８は、サンプルのコアストリームに対して下向きの集束影響を提供し、これは、第２垂直方向流体集束チャネル５２６から提供されるシース流体からの上向きの集束影響によって後続されている。反対の垂直方向シースフローに沿ったフローチャネル５１８の部分は、横方向流体集束チャンバ５２０及びサンプル入口５４８との関係において、上昇した垂直方向位置にある。従って、集束領域に沿ったフローチャネル５１８の部分は、サンプルのコアストリーム内において粒子に方向付けを付与するための領域設計において操作されてもよい。
図１６は、図１５に示されている同一の垂直方向断面を実質的に有するコアストリーム形成形状６００の一代替実施形態を示している。図１６に示されているシース流体流路に関係するいくつかの合理化された態様において得られる特定の効率性が存在しうる。一態様においては、シース流体は、それぞれのシース凝集容積６２２から集束された入口６３２内に通過し、集束された入口６３２は、サンプル流体６０６のコアストリームを横方向において集束するための軌跡内にシース流体を即座に配置する。又、第１垂直方向流体集束チャネル６２４及び第２垂直方向流体集束チャネル６２６のそれぞれは、共通入口６３０を有するように合理化されている。
図１７は、それぞれのシース入口７５０のシース凝集容積７２２に直接的に接続された狭い入口７３２及び共通入口７３０などの合理化されたシースフローコンポーネントを有するコアストリーム形成形状７００の別の実施形態を示している。更には、図１７は、それぞれの第１垂直方向流体集束チャネル７２４及び第２垂直方向流体集束チャネル７２６のいくつかの部分の代替垂直方向配置を示している。
平らなフローチャネルによる方向付け
図１８Ａを参照すれば、方向付けチャネル形状の一実施形態が示されており、これによれば、フローチャネル８１８は、低減された高さまで遷移しており、これは、一般的に、平らな方向付け形状８３８と呼称されてもよい。このような方向付け形状は、方向付け領域８３２と検査領域８２６の両方を包含してもよい。平らな方向付け形状は、上述のコアストリーム形成形状のうちの任意のものなどの上述の流体集束形状又は特徴のいずれかに準拠したものであってもよい。
平らな方向付けチャネル形状８３２に先立って、フローチャネル８１８は、約２５ミクロン〜７５ミクロンの高さと、約１００ミクロン〜約３００ミクロンの幅と、を有してもよい。方向付けチャネル形状８３２の前における高さ「ｈ」は、長さＬにわたって、第２高さ「ｈ’」に低減されてもよい。低減された高さ「ｈ’」は、狭い軸において１〜０．５ミクロンに接近するか又は精子細胞の厚さに接近するコアストリームを生成するべく、約１０ミクロン〜３５ミクロンであってもよい。図１８Ａは、遷移の長さ「Ｌ」が約２００ミクロン〜約５０００ミクロンであってもよい漸進的な遷移を示している。遷移に先立って、フローチャネル８１８は、約４：１〜５：１の幅対高さ比を有してもよく、且つ、遷移の後に、幅対高さ比は、約８：１〜１０：１であってもよい。
任意の集束形状の直後において、フローチャネル８１８は、ほぼ矩形の形状を有してもよく、或いは、隣接するエッジを丸めることにより、図１８Ｂの横断方向の断面において見られる「Ｄ」形状のプロファイルを結果的に得てもよい。開始プロファイルは、隠蔽されたラインで示されており、これにより、２つのプロファイルの比較が提供されている。
図１８Ｃは、検査領域８２６の直前における突然の遷移部を示しており、この遷移部は、約２５ミクロン〜約２００ミクロンの遷移長「Ｌ」を有してもよい。一実施形態においては、検査領域８２６に直接的に後続する再膨張部８４２が存在してもよい。短い遷移部と再膨張部の組合せは、通過するように細胞を駆動するために相対的に少ない圧力を必要とする又はシステムの背圧を低減するシステムを提供しうる。
ノズルに似た形状内における方向付け
図１９Ａ〜図１９Ｃを参照すれば、フローチャネル９１８の一実施形態には、ジェットインエアフローサイトメーターの方向付けノズルに似た方向付け形状が設けられている。このような実施形態においては、流体集束特徴及び精子方向付け特徴は、オーバーラップしてもよく、且つ、実際に、１つの共通形状に内蔵されてもよい。フローチャネル９１８は、第１シース入口９５０ａと第２シース入口９５０ｂとの流体連通状態において設けられており、これらのシース入口のそれぞれは、方向付けチャンバ９３０内に供給している。方向付けチャンバ９３０は、ノズルの内部に似た内部表面エリアを有してもよい。サンプル入口９４８は、注入チューブ９１０を通じ、注入チューブ出口９１４を通じて、方向付けチャンバ９３０内に供給している。方向付けチャンバ９３０は、その最も上流の地点においてほぼ楕円形の断面を有してもよいが、これは、円形又は矩形であってもよい。方向付けチャンバの高さとは無関係に、約１０００ミクロンであってもよい。方向付けチャンバの内部表面は、５０００ミクロンにわたって、ほぼ楕円形の、或いは、場合によっては、Ｄ形状の、チャネルに遷移してもよく、このチャネルは、５０ミクロンの高さと、２００ミクロンの幅と、を有する。注入チューブ９１０は、方向付けチャンバ内に、約３０００ミクロンだけ、延在してもよく、且つ、リボンコアストリームを提供すると共にコアストリーム内において精子などの粒子を方向付ける内部及び外部特徴の１つ又は両方を有してもよい。一例として、注入チューブは、面取りされた先端を有してもよい。別の例として、注入チューブは、注入チューブの出口において終端する楕円形又は場合によっては矩形の内部チャネルを有してもよい。注入チューブ９１０は、約３００ミクロンの外部太さを有してもよい。非限定的な例として、内部チャネルは、約１００ミクロンの高さと、約２００ミクロンの幅と、を有してもよい。
下流チャネル特徴
上述の方向付け又は集束特徴のいずれかとの組合せにおいて、様々な下流特徴がフローチャネルに内蔵されてもよい。このような特徴は、粒子を方向付け又はアライメントする傾向を有する付勢力を提供しうる。一実施形態においては、下流チャネル特徴は、フローチャネル内における、主要な、或いは、場合によっては、唯一の、精子方向付け特徴であってもよい。このような実施形態においては、下流チャネル特徴は、分析及び選別のための十分な方向付けを提供している。別の実施形態においては、下流チャネル特徴は、その他の集束特徴及び／又は方向付け特徴との組合せにおいて使用されており、且つ、それぞれ、アライメント又は方向付けされていない状態になることを開始した精子を再アライメント又は再方向付けするように機能してもよい。又、下流チャネル特徴は、精子細胞などの粒子を方向付けする際の最適な効率性を得ることを目的として検査領域の直前に設けられてもよい。
図２０Ａを参照すれば、下流チャネル特徴は、傾斜部１００２の形態において示されており、この傾斜部は、フローチャネル１０１８の一部分におけるものであってもよい。傾斜部１００２は、図１８Ａ〜図１８Ｃとの関係において記述されているように、フローチャネルの高さの相対的に突然の低減を提示しうる。傾斜部１００２は、精子細胞の厚さをわずかにのみ上回る厚さを有するコアストリームを提示するべく、設計されてもよい。４５度未満の傾斜を有する傾斜部１００２は、穏やかな傾斜部と見なされてもよく、４５度〜９０度の傾斜を有する傾斜部は、突然の傾斜部と見なされてもよい。
図２０Ａは、下流チャネル特徴とオーバーラップする励起領域２６の一例を提供している。傾斜部１００２は、フローチャネルの内部の少なくとも２つの表面上において示されており、且つ、背圧を低減すると共に流体がシステムを通じて相対的に容易に流れることを許容するべく、検査領域２６の直後において終端していてもよい。
図２０Ｂは、膨張部１００４によって後続される傾斜部１００２の形態の下流チャネル特徴を提供しており、この下流チャネル特徴は、減速バンプと呼称されてもよい。これらの減速バンプは、検査領域の直前においてコアストリームを集束するのみならず、コアストリーム内の精子を方向付けするべく、直列に配置されてもよい。一実施形態においては、減速バンプ又は一連の減速バンプは、フローチャネル１８の単一の表面上において存在しており、別の実施形態においては、減速バンプ又は一連の減速バンプは、フローチャネル１８の複数の表面上において存在してもよい。関係する一実施形態においては、単一の減速バンプは、丸められたエッジを有してもよく、且つ、アンジュレーションと呼称されてもよい。同様に、一連の丸められた減速バンプは、一連のアンジュレーションと呼称されてもよい。アンジュレーション又は一連のアンジュレーションは、単一の表面上において存在してもよく、或いは、フローチャネル１８内の複数の表面上において存在してもよい。減速バンプ及び／又はアンジュレーションは、約５ミクロン〜１５ミクロンだけ、フローチャネル１８内に延在してもよい。
図２０Ｃは、圧縮解除−圧縮ゾーン１００６の形態の下流チャネル特徴を示しており、この下流チャネル特徴は、逆減圧バンプと見なされてもよい。フローは、このゾーンに進入するものとして示されており、ここで、フローは、当初、チャネルの幅が広がった部分において分散する。フローが継続するのに伴って、フローは、幅が広がった領域の突然の終了点において再度圧縮される。示されている実施形態は、エッジを提供しているが、表面を滑らかにし、これにより、別の実施形態のアンジュレーションを結果的に得てもよい。これらの特徴は、約５ミクロン〜１５ミクロンだけ、フローチャネル内に延在してもよい。
図２０Ｄは、フローチャネル１８内に配置されうる一連の山形形状の特徴１００８を示している。一連の山形形状の特徴１００８は、コアストリームを集束する傾向を有しうる一連の力を提供する。山形形状の特徴１００８は、フローチャネルの３つの側部上に切り取られた特徴を有してもよい。一実施形態においては、山形形状の特徴１００８は、傾けられてもよく又は傾斜していてもよい。又、山形形状の特徴１００８は、コアストリームに一連のアンジュレーションを適用するべく、丸められたエッジを有してもよい。逆減速バンプと同様に、山形は、約５ミクロン〜１５ミクロンだけ、フローチャネル１８内に延在してもよい。
磁石による精子のアライメント／方向付け
図２１Ａを参照すれば、精子方向付け特徴の一実施形態は、精子細胞の望ましい向きに対して磁界Ｂを提供するべく利用される第１磁石１９２Ａ及び第２磁石１９２Ｂとして示されている。第１磁石１９２Ａは、フローチャネルの上方の垂直方向の位置において配置されてもよく、且つ、第２磁石１９２Ｂは、フローチャネルを通じて運動する精子に作用する静磁界Ｂを生成するべく、フローチャネルの下方において平行に配置されてもよい。磁石は、磁界が精子細胞に対して垂直である限り、その他の向きにおいて配置されてもよく、精子細胞は、その平らな部分が、印加された磁界に対して垂直になる状態においてアライメントされるように示されている。特定の実施形態においては、最大で５１２個のチャネル内において精子を方向付けするべく十分に強力な磁界を生成することが望ましいであろう。この静磁界を生成するべく、１つ又は複数の一連の磁石が組合せにおいて使用されてもよい。１つの非限定的な実施形態においては、磁石１９２は、約０．０５テスラ〜約１．０テスラの磁界を生成するべく構成されてもよい。
トランスデューサによる精子のアライメント／方向付け
一代替実施形態においては、マイクロ流体チップの外部上において、１つ又は複数のフローチャネルに跨って、１つのトランスデューサ又は一連のトランスデューサが配置されてもよい。トランスデューサの一例は、マイクロ流体チップの外部表面との接触状態にあるほぼ平らな表面１９４を有する圧電トランスデューサであってもよい。前記トランスデューサは、フローチャネル内において定在波を生成するべく駆動されてもよい。精子は、定在波の節及び腹に駆動され、これにより、フローチャネル内における精子のアライメントと可能な方向付けの両方を結果的にもたらしてもよい。
いくつかの実施形態においては、定在波は、その他の方向付け又はアライメント特徴に加えて、平らなトランスデューサにより、生成されてもよい。例として、定在波は、精子を離隔させるか及びアライメントすることを目的としてフローチャネル内において生成されてもよく、磁界は、精子を方向付けするべく、フローチャネルに印加されてもよい。非限定的な例として、驚いたことに、１０〜１６ＭＨｚにおいて動作する平らなトランスデューサは、フローチャネルに沿って移動している際に、精子の方向付けを改善しうることが判明した。
精子特性の計測
それぞれのフローチャネル内において利用される方向付け及び集束特徴とは無関係に、精子を照射すると共に照射された精子から放出又は反射された電磁放射を検出する際には、高い精度が必要とされる。精子は、その尾部の運動によって不規則に推進しうる生きた運動能力を有する細胞である。従って、フローチャネル内における精子のアライメント及び方向付けに対して多大な注意を払った場合にも、多数の精子が、方向付けされていない状態となる共に全体として方向付け力に対して抵抗する可能性が常に存在している。従来の研究においては、正面から、或いは、すべての側から、精子を照射する可能性を考慮している。但し、このような構成は、単一のチップ内の複数のフローチャネルには適用不能であり、その理由は、それぞれのチャネルが、反射表面及び／又は屈折レンズを含む収集オプティクスと照明オプティクスの両方のために相当な量の空間を必要とするからである。
照明
従来のジェットインエアフローサイトメーターにおいては、それぞれのノズル又はストリームは、性能及び選別特性について、別個に監視される傾向を有している。但し、４〜５１２個のフローチャネルを有するマイクロ流体チップにおいては、データの追跡及び表示を目的として、特定のデータをプール処理することが望ましい。染色された精子において生成される蛍光の変動は、最小限のものであることから、それぞれのフローチャネルの照明の変動を低減又は除去する必要がある。複数のフローチャネル１８に跨って均一な照明を提供するべく、米国特許第７，４９２，５２２号明細書において記述されているものなどのシステムが利用されてもよく、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
図１を再度簡潔に参照すれば、電磁放射源３０が示されており、これは、Ｎｅｗｐｏｒｔ Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓ社（Ｉｒｖｉｎｅ，ＣＡ）から入手可能であるＶａｎｇｕａｒｄ ３５５−３５０又はＶａｎｇｕａｒｄ ３５５−２５００型レーザーなどの準連続波レーザーであってもよい。電磁放射源３０から放出された電磁放射４６は、しばしば、ビームセグメント又はビームレットと呼称される１つ又は複数の操作されたビーム４４を生成するべく、自由空間内において、ビーム成形オプティクス４０及び／又はビーム分割装置７４によって操作されてもよい。これらのビームレットは、複数のフローチャネルに対して均一な強度、パワー、及び／又は形状を提供するように変更された１つ又は複数のビームの形態を有してもよい。
均一なビームセグメントを実現するための構成は、電磁放射源３０からの電磁放射を「トップハット」又は「フラットトップ」ビームプロファイルなどの１つ又は複数の軸における高度に均一なプロファイルに成形するための自由空間内におけるビーム成形オプティクス４０を含んでもよい。但し、一例として、ビームプロファイルは、１つ又は複数の軸において均一な強度を有してもよく、或いは、１つ又は複数の軸においてガウス強度分布を有してもよい。一実施形態においては、トップハットプロファイルビームは、マイクロ流体チップ内のフローチャネルの数に従って、複数のビームセグメントに分割されてもよい。複数のビームセグメントを流体チップのフローチャネル上において投射するべく、セグメント化されたミラー又はビームのセグメントを空間的に分離するための別の装置が初期ビーム成形オプティクスに後続してもよい。結果的に得られるビームセグメントは、実質的に平行であってもよく、且つ、フローチャネルの間隔に従って離隔していてもよい。
一代替実施形態においては、ビーム成形オプティクスは、最終的なビーム強度プロファイルをビームに提供してもよく、且つ、ビーム強度は、その後に、ビーム分割ミラー又はその他の適切な光ビーム分割装置により、複数のビームに、又は均一な寸法を有するビームセグメントに、分割されてもよい。一例として、ビーム分割ミラーのマイクロアレイなどのビーム分割ミラーのアレイが利用されてもよい。２５６〜５１２個のフローチャネルに接近したチップ内においては、ビーム分割要素の組合せが使用されてもよい。例えば、ビームは、オリジナルのビームプロファイルがオリジナルのビーム強度の一部においてそれぞれのビームセグメント内において維持されるように、従来のビーム分割ミラーにより、例えば、４〜８個のいくつかのビームセグメントに分割されてもよい。それぞれのビームセグメントは、一旦このように形成されたら、マイクロ流体チップ内のそれぞれのフローチャネルを照射するべく、セグメント化されたミラーによって分割されてもよい。
更には、一代替実施形態においては、それぞれのビームセグメントのビーム経路内に、遮断又は隠蔽要素が配置されてもよい。遮断又は隠蔽要素は、それぞれの流路にとって固有のものであってもよく、或いは、流路内の粒子速度、流路内の粒子アライメント、或いは、場合によっては、流路内の粒子の向きに関する特定情報の特定を支援するように成形されてもよい。このような要素は、自由空間内において配置されてもよく、或いは、マイクロ流体チップ８０の基板上において内蔵されてもよい。
検出
次に図２２を参照すれば、本明細書に記述されている様々なシステムにおいて使用される収集オプティクス５４の一例、又は収集オプティクスの一部分が、示されている。電磁放射の代表的な操作されたビーム４４は、フローチャネルに対して垂直の方向においてマイクロ流体チップ８０の検査ゾーン２６上に入射してもよい。前方蛍光の形態における放出された電磁放射５２が、精子細胞１２であってもよい粒子から発せられている状態において示されている。
収集オプティクス５４は、電磁放射の操作されたビームのビーム経路内において、或いは、励起ビーム４４との関係において０度の位置において、配置されてもよい。収集オプティクス５４は、それぞれのフローチャネル１８の検査領域２６内における反射及び／又は放出された光の合焦された収集のための大きな開口数の収集レンズ１２６を含んでもよい。１つの対物レンズ１４０又は複数の対物レンズは、収集された放出及び／又は反射された光を、それぞれのフローチャネル１８の検査領域２６用に構成された光ファイバケーブル１８６を有する光ファイバケーブルのアレイ１８８が取り付けられた表面上において入射する画像面１８２上に合焦させうる。一実施形態においては、対物レンズ１４０は、大きなチップエリアから複数の個々の検出器又は検出器と通信状態にあるファイバ上に蛍光放出する能力を有する大きな対物レンズ又は一連のレンズを有してもよい。非限定的な例として、収集オプティクス５４は、約２５ｍｍ〜７５ｍｍの長さ又は幅を有し、且つ、約０．９〜１．２の範囲のｆ数を有し、且つ、約１０ｍｍ〜３０ｍｍの作業距離用に構成されたエリアから収集するように構成された大面積で小ｆ数の光学系を有してもよい。或いは、この代わりに、１つ又は複数のマイクロレンズ又はマイクロレンズアレイは、複数のフローチャネルから放出された蛍光を収集するべく使用することもできよう。
図２３は、マイクロ流体チップ８０内の一連の平行なフローチャネル１８から前方又は側部蛍光をキャプチャするべく使用されうる光ファイバケーブルのアレイなどの光学構成１９０を示している。このような光学構成は、図２２の収集オプティクスに加えて、側部蛍光の収集のために使用されてもよい。或いは、この代わりに、光学構成１９０は、それぞれのフローチャネル１８から前方蛍光を直接的に収集するべく、前方位置において、又は０度において、位置決めされてもよい。例示用の実施形態においては、第１検出器のアレイ内のそれぞれの第１検出器及び第２検出器のアレイ内のそれぞれの第２検出器は、側部蛍光検出器であってもよい。精子選別動作においては、これらの検出器は、精子が回転又は傾斜に起因して方向付けされていないのかどうかとは無関係に、精子が方向付けされていない際を検出するように機能してもよい。
図２４Ａは、約４５度の角度において側部蛍光を収集する第１側部検出器１７６及び反対方向において４５度において側部蛍光を収集する第２側部検出器１７８に加えて、前方蛍光を検出する収集オプティクス５４を内蔵した検出方式の一例を提供している。第１側部検出器１７６及び第２側部検出器１７８は、それぞれの検出器の光軸の間に９０度の角度を有することを特徴としてもよい。
図２４Ａに示されている検出スキームの概略図に加えて、図２４Ａ〜２４Ｅは、それぞれのフローチャネルの検査領域２６と関連付けられた前方検出器５４、第１側部検出器１７６、及び第２側部検出器１７８のそれぞれによって生成されうる波形パルスに加えて、フローチャネル１８内において様々な精子の向きを提供している。これらの波形パルスは、分析器内において判定されてもよく、且つ、波形パルスの特性又は特徴は、分析器５８によって適用される選別ロジックにおいて使用されるように、算出されてもよい。一般に、精子の平らなパドル形状の表面に対して垂直である光軸を有する検出器が可能な最大信号を提供することになり、平らな表面に対して平行な光軸を有する検出器は、事実上、精子頭部の狭いエッジを観察することになり、且つ、大幅に小さな信号を生成しうることを理解されたい。
図２４Ａは、その他の精子細胞を表すその他の波形パルスとの直接的な比較のために前方蛍光信号が最大パルス高さ及びパルス面積をキャプチャできるようにする回転又は傾斜を伴わないフローチャネル内の精子細胞１２の一例を提供している。第１側部検出器１７６及び第２側部検出器１７８によって生成される波形パルスは、実質的に互いに類似しているものとして見ることができる。
図２４Ｂを参照すれば、傾斜した精子細胞１２は、約４５度の下向きの傾斜を有しており、この結果、垂直蛍光内において第１側部検出器１７６を提示し、且つ、精子のエッジを第２側部検出器１７８に提示している。特定の状況下においては、精子のエッジは、非常に明るく、但し、その他の向きにおけるよりも簡潔に、蛍光しうる。第１側部検出器１７６によって生成される波形パルスは、第２側部検出器１７８によって生成される波形パルスのみならず、前方検出器５４から生成された波形パルスとも比較されうるピーク高さ、ピーク面積、及びピーク幅を有することになる。
同様に、図２４Ｃも、４５度だけ上方に傾斜した精子頭部の一例を提供しており、この結果、第１側部検出器１７６に１つの蛍光を、且つ、第２側部検出器１７８に垂直蛍光を、提示している。この場合にも、重要な相違点は、側部検出器からの結果的に得られる波形パルスのパルス高さ、パルス幅、及びパルス面積において存在しうる。従って、計測された波形パルスパラメータを分析し、検出において精子細胞が傾斜した際を検出してもよい。波形パルスの高さ、面積、幅の差を比較し、不一致を判定してもよい。不一致が閾値を超過した際には、精子細胞が、Ｘ染色体保有精子又はＹ染色体保有精子の存在を正確に弁別するべく十分にアライメントされなかったものと判定してもよい。又、比較のために、パルスのスロープ、立ち上がり時間、及び内側パルス面積などの更なるパラメータが判定されてもよい。
図２４Ｄは、９０度だけ傾斜した精子細胞を示している。この場合には、第１側部検出器及び第２側部検出器によって生成された波形パルスは、非常に類似しうる。前方検出器によって生成される波形パルスが劇的に変化した場合には、適切な向きにおいて、精子から、例えば、パルスの幅、立ち上がり時間、及び面積が弁別可能であってもよい。
図２４Ｅは、その長手方向の軸を中心として回転した精子細胞を示している。精子頭部の曲がりは、第１側部検出器及び第２側部検出器に対して類似の信号を提供しうるが、それぞれの波形がピークを迎える時点の間には、オフセット又は遅延が存在しうる。従って、細胞の際を判定するべく、２つの信号の間において、立ち上がり時間、スロープ、又はピークの遅延が算出されてもよい。
本明細書において記述されている多くの実施形態においては、傾斜及び回転の両方について精子を方向付けするように試みる特徴及び形状が利用されている。但し、これにも拘わらず、ある程度の割合の精子は、方向付けされていない状態となる。記述されている方向付け特徴にも拘わらず、いくつかの精子は、フローチャネル内において揺動状態となる場合がある。このような精子は、傾斜及び回転の観点において方向付けされていない状態となる大きな傾向を有しうるであろう。従って、回転自体は、マイクロ流体チップ内において検出することが相対的に困難でありうるが、傾斜を検出するための任意の記述されている手段は、性別選別のためのゲート処理からの回転した精子の除去を支援しうる。
上述の内容から容易に理解することができるように、真の側部蛍光値、或いは、この代わりに、側部散乱は、マイクロ流体チップの複数のフローチャネル内において予め計測されてはいない。精子選別の分野においては、このような計測された側部蛍光は、精子の向きに関する価値ある情報を提供することになろう。
図２５Ａは、フローチャネル１０１８内において又は複数のフローチャネルのそれぞれの内部において前方蛍光１０５２と側部蛍光１０５８の両方を計測する能力を提供するマイクロ流体チップ１０８０の構成を示している。マイクロ流体チップ１０８０の一部分の断面図が提供されており、これによれば、フローチャネル１０１８内のフローは、外向き方向にあるものと理解されてもよい。わかりやすくするべく、フローチャネル１０１８の寸法は、誇張されている場合がある。
側部蛍光１０５８又は側部散乱をその検出可能位置に反射することを目的として、反射表面１０１０の形態の反射要素がそれぞれのフローチャネル１０１８と関連付けられてもよい。反射表面１０１０の代わりに、或いは、これとの組合せにおいて、屈折要素が使用されてもよいことを理解されたい。一例として、マイクロ流体チップ基板は、前方蛍光又は側部蛍光などのように、特定の経路において光の望ましい反射及び／又は屈折を実現するべく、異なる屈折率を有する複数の材料から構築されてもよい。一実施形態においては、反射表面１０１０ａは、約４５度の角度におけるフローチャネル１０１８ａの検査領域に沿った実質的に平行な配置により、フローチャネル１０１８ａと関連付けられている。側部蛍光１０５８ａは、電磁放射１０４４ａによって励起されている精子細胞１０１２から放出されるものとして示されている。側部蛍光は、反射表面１０１０ａに到達する時点まで移動し、到達した時点において、側部蛍光は、前方蛍光信号１０５２ａと実質的に平行になるようにリダイレクトされる。容易に理解することができるように、反射表面１０１０は、前方蛍光１０５２との平行状態以外の方式によって側部蛍光を収集するべく、その他の角度において設けられてもよい。
図示のシステムは、大きな単一の収集レンズを含む上述のもののような収集オプティクス５４を含んでもよく、これによれば、前方蛍光及び側部蛍光のそれぞれは、蛍光検出器との通信状態にあるファイバケーブルと一致した画像面上に投射される。側部蛍光検出器は、前方蛍光検出器と実質的に同一であってもよく、唯一の相違点は、分析器５８内に保存されている命令の実行にあってもよい。或いは、この代わりに、図２６Ａ〜図２６Ｄに示されているものなどの検出方式が使用されてもよい。
第２フローチャネル１０１８ｂは、第２前方蛍光１０５２ｂ及び第２側部蛍光１０５８ｂを生成するものとして示されているが、このような実施形態は、４〜５１２個のフローチャネルを含んでもよい。一実施形態においては、フローチャネル１０１８及びその関連する反射表面１０１０のそれぞれの組は、フローチャネル１０１８の間のクロストークを防止する遮断要素１０２６により、その他の組から分離されてもよい。
図２５Ｂは、マイクロ流体チップ１１８０を形成する基板の一部分を切り取ることによって形成される反射表面１１１０の一変形を示している。切取部分１１１２は、フローチャネル１１１８との関係において近位表面１１１４及び遠位表面１１１６を有してもよい。近位表面は、フローチャネル１１１８と関連付けられた反射表面を有してもよく、且つ、屈折率の差に対する合計内部反射の能力を有してもよい。以前の図と同様に、任意選択により、チャネルのそれぞれの組とその関連付けられた反射表面の間に、遮断要素が追加されてもよい。
図２５Ｃを参照すれば、それぞれのフローチャネル１２１８は、第１反射表面１２２０及び第２反射表面１２２２と関連付けられている。それぞれの反射表面は、約４５度において設けられ、これにより、前方蛍光１２５２に対して平行に、−９０側部蛍光１２５４及び＋９０側部蛍光１２５６を提供してもよい。以前の図と同様に、材料の屈折率の差は、合計内部反射表面を提供し、これにより、電磁放射１２４４によって励起された粒子に応答して、１つの前方蛍光及び２つの側部蛍光光路を生成する。このような実施形態は、チャネル間のクロストークを防止するべく遮断要素を必要としうる。
図２５Ｄは、内部反射表面がフローチャネル１３１８自体の１つ又は複数の側壁内において設けられた実施形態を示している。第１フローチャネル１３１８ａは、第１反射側壁１３２０ａ及び第２反射側壁１３２２ａを有するように示されている。但し、マイクロ流体チップは、第１側壁のみが反射特性を有するように製造されてもよいことを理解されたい。或いは、この代わりに、両方の側壁が反射特性を有してもよいが、＋９０側部蛍光又は−９０側部蛍光のうちの１つのみを検出する検出システムが利用されてもよい。いずれの場合にも、チャネルの間のクロストークを防止するべく、遮断要素１３２６がフローチャネルの間において内蔵されてもよい。一実施形態においては、望ましい反射及び／又は屈折を実現するべく、様々なチップ基板の屈折特性がチップ内の異なる場所において変更されてもよい。例えば、表面１３２０及び１３２２と一致する基板の中間層は、基板の上部及び下部層との比較において、異なる屈折率を有する材料を有してもよい。
様々な検出システムを利用し、図２５Ａ〜図２５Ｄのチップによって生成される平行な前方蛍光及び側部蛍光を検出してもよい。一実施形態においては、それぞれを上述の光ファイバのアレイに入射する画像面上に合焦させるべく、単一の大きな収集レンズが内蔵されている。このような実施形態は、２倍の数の検出器を必要としうる。
図２６Ａには、それぞれのチャネル１４１８から前方蛍光１４５２及び側部蛍光１４５６を収集する代替検出システムが示されている。図示のマイクロ流体チップ１４８０は、励起電磁放射１４４４に応答して、前方光路及び側部光路を提供するそれぞれのフローチャネル１４１８と関連付けられた反射表面１４１０を含む。マイクロレンズのアレイなどのレンズのアレイ１４３０が、前方及び側部光路のそれぞれから光を収集するべくマイクロ流体チップ１４８０とアライメントされてもよい。マイクロレンズのアレイ１４３０は、第１フローチャネル１４１８ａ用の前方収集レンズ１４４０ａ及び側部収集レンズ１４４２ａを含むことができる。それぞれの前方収集レンズ１４４０及び側部収集レンズ１４４２は、蛍光であるのか又は散乱であるのかとは無関係に、収集された電磁放射を前方検出器１４４６ａ及び側部検出器１４４８ａ上にそれぞれ合焦させるように構成されてもよい。或いは、この代わりに、レンズのアレイ１４３０は、収集された電磁を個々の検出器との通信状態にある光ファイバケーブルのアレイ上に合焦させる。
図２６Ｂは、図２３に示されているアレイに類似したファイバアレイ１５２０を含む一代替実施形態を示しており、これには、それぞれのフローチャネル１５１８と関連付けられた励起電磁放射１５４４及び反射表面１５１０によって生成される前方蛍光１５５２及び側部蛍光１５５８を収集するための２倍の数のファイバケーブルが内蔵されている。同様に、図２６Ｃは、マイクロ流体チップ１６８０の近傍において検出器アレイ１６５０を提供しており、これによれば、それぞれのフローチャネル１６１８は、それぞれの励起電磁放射１６４４が前方及び側部蛍光を生成しうるように、関連付けられた反射表面１６１０を有する。前方検出器１６４６及び側部検出器１６８４は、それぞれのフローチャネル１６１８ごとに、検出器アレイ１６５０内において設けられている。
一代替実施形態においては、検出器又はファイバアレイは、励起ビームとの間において落射照明の関係において配置されてもよい。図２６Ｄは、励起ビームが受け取られた方向において側部蛍光又は散乱を反射するように傾斜したフローチャネル１７１８及び関連付けられた反射表面１７１０を有するマイクロ流体チップ１７８０を示しており、この場合に、側部蛍光又は散乱は、側部検出器１７４８又は側部検出器１７４８との通信状態にあるファイバケーブルによって受け取られてもよい。戻り方向１７５８において細胞から放出された蛍光が、ダイクロイックミラー１７２６を戻り検出器１７４６に、又は戻り検出器１７４６と通信状態にあるファイバケーブルに、通過しうる状態において、励起ビーム１７４４をフローチャネル１７１８に向かって導くべく、ダイクロイックミラー１７２６がそれぞれのチャネルごとに配置されてもよい。図示の例は、内部反射表面１７１０を提供しており、この内部反射表面１７１０は、側部蛍光１７５６を側部検出器に導きうる。
チップ内の複数の平行フローチャネル内における精子の向きの問題に対する様々な潜在的な解決策が、チャネル形状、収集オプティクス、及び／又は必要とされる検出器構成を複雑化させうることが容易に理解されよう。
図２７を参照すれば、潜在的な解決策が存在しており、これによれば、マスク又は部分的な透過遮断要素の包含により、付加的検出器が除去されうる。具体的には、第１検出マスク１８２０及び第２検出マスク１８３０が、前方蛍光１８５２及び側部蛍光１８５６の経路内にそれぞれ配置されてもよい。それぞれのマスクは、自由空間内において配置されてもよく、チップの基板に結合されてもよく、或いは、蛍光の経路内の別の光学要素に結合されてもよい。第１検出マスク１８２０を通じた且つ第２検出マスク１８３０を通じた光学経路は、最終的に同一の検出器１８４０に到達してもよく、この結果、この検出器１８４０は、前方蛍光と側部蛍光の両方からの情報を表す波形パルスを生成する。マスクは、検出器によって生成される波形パルスが、側部蛍光に直接的に帰される前方蛍光及び部分と、セグメントに対して直接的に帰されるセグメントと、を含むように、相互に排他的な透過のために構成されてもよい。或いは、この代わりに、第１検出マスク１８２０及び第２検出マスク１８３０は、計測の誤りを過度に生成することなしに、ある程度オーバーラップしてもよく、その理由は、分析器を使用して信号を逆重畳してもよいからである。
分析器は、単一の波形パルスからのそれぞれの信号を逆重畳し、これにより、単一の検出器から前方蛍光及び側部蛍光情報を提供してもよい。或いは、この代わりに、相対的に複雑なマスクがそれぞれの光路に内蔵されてもよく、且つ、検出器は、複数のフローチャネルから信号を受け取ってもよく、これによれば、それぞれのフローチャネルは、それぞれの関連付けられたマスク内において固有のシグネチャパターンを有する。
図２８Ａは、本明細書に記述されている様々なその他の特徴と共に内蔵されうる検出方式の別の実施形態を提供している。図示の検出方式は、側部蛍光を検出する必要性を完全に除去するものであり、且つ、マイクロ流体チップ１９８０内において、４〜５１２個のフローチャネルのそれぞれと共に内蔵されてもよい。精子細胞１９１２は、電磁放射のビーム１９４４によって検査されている状態で、フローチャネル１９１８の検査領域において示されている。励起ビーム及び前方蛍光は、マイクロ流体チップ１９８０を通じて励起ビームの経路内において前方に伝播し、且つ、ダイクロイックミラー１９２４に遭遇し、このダイクロイックミラー１９２４は、これらの２つのうちの１つを反射してもよく、その理由は、それぞれが異なる波長を有しているからである。一例として、電磁放射１９４４は、ＵＶ波長において動作するレーザーによって生成されてもよく、且つ、ダイクロイックミラー１９２４を、且つ、吸収／消衰検出器１９６２上へ、通過してもよい。電磁放射の透過した部分１９６０は、様々な目的のために利用されてもよい。吸収／消衰検出器１９６２は、細胞の存在についてフローチャネルを効果的に監視するように構成されてもよく、吸収／消衰検出器１９６２によって受け取られる透過した部分１９６０の強度は、細胞が励起ビーム１９４４を通過した際に、大幅に低減される。単なる細胞の存在を超えて、蛍光が消衰する量は、通過した精子細胞が望ましい向きにあるかどうかを判定するための定量化可能な計測値を提供しうる。
同時に、反射された前方蛍光１９５２は、前方蛍光検出器１９４６上に入射し、この反射された前方蛍光１９５２は、通過した精子細胞１９１２のＤＮＡの内容を計測するべく利用されてもよい。図２８Ｂは、消衰／吸収検出器によって生成される代表的な信号を示している。励起ビームの透過した部分１９６０のフルパワーが吸収／消衰検出器１９６２上において入射したことを示すベースライン１９４０を見ることができる。吸収／消衰検出器１９６２、又はこの検出器まで延在する光路内のオプティクスは、減光フィルタを、或いは、吸収／消衰検出器１９６２によって観察される実際のレーザーパワーを低減するためのなんらかのその他の光学装置を、含んでもよいことに留意されたい。いずれの場合にも、精子が励起ビームを通過していない時点を反映したベースラインが確立される。ビームを通過する方向付けされた精子細胞を表す波形パルス１９５０と、これに後続する方向付けされていない精子細胞を表す相対的に不明瞭な波形パルス１９６０と、を見ることができる。
方向付けされた精子細胞を特徴付けるパルスと方向付けされていない精子細胞を特徴付けるパルスを判定するべく、消衰検出器１９６２によって生成される信号から波形特性を算出してもよい。パルスピークの周辺においてセンタリングされたパルスエリアのなんらかの部分を表しうるパルスピーク、パルス面積、又は、場合によっては、パルス内側面積は、個々に、或いは、組合せにおいて、精子の向きに関する判定を提供しうる。
又、図２８Ｂは、検出器１９４６からの蛍光信号をも示しており、信号は、方向付けされた精子細胞に対応した第１波形パルス１９７０と、方向付けされていない精子細胞に対応した第２波形パルス１９８０と、を有するものとして示されている。精子細胞が消衰信号に従って方向付けされていると判定された際には、精子細胞内のＤＮＡの相対的な量を定量化してＸ染色体又はＹ染色体の存在を判定するべく、パルスピークパルス面積、パルス面積、及び／又はその他の波形特性について、蛍光信号を分析してもよい。
図２９Ａ〜図２９Ｄは、側部蛍光検出に対する必要性と第２検出器に対する必要性の両方を除去する別の潜在的構成を示している。図２９Ａは、フローチャネル２０１８を有するマイクロ流体チップ２０８０の垂直断面図を概略的に示しており、マスク２０２０を通して且つ検出器２０５４上に通過する前方蛍光２０５２を精子が生成するようにするものとして励起ビーム２０４４が概略的に示されている。
図２９Ｂに示されているマイクロ流体チップの上方からの図は、マスク２０２０内において、２つの別個の領域を示している。方向付けされた精子細胞２０１２は、マスク２０２０へのルートにおいてフローチャネル２０１８を通じて移動するものとして示されている。それぞれの別個のマスク領域によって生成される信号は、同一の検出器２０５４に通過し、且つ、一連の波形パルスを提供してもよい。このウィンドウにおいて検出器２０５４によって生成される信号は、方向付けされた精子２０１４と方向付けされていない精子２０１６のそれぞれについて、図２９Ｂにおいて見ることができる。
第１マスク領域２０２２は、マスク２０２０のＤＮＡの内容の計測部分であってもよく、且つ、少なくとも計測されている精子と同程度に幅広であると共に少なくとも精子頭部と同程度の長さを有する単一のアパーチャ２０３０を有してもよい。Ｙ染色体保有精子からＸ染色体保有精子を弁別するべく、ピーク高さ及びピーク面積が第１波形パルス２００２Ａから判定されてもよく、方向付けされていない精子２０１６の第１波形パルス２００２Ｂは、選別ロジックによる分類から排除されてもよい。
第２マスク領域２０２４は、複数の開口部を有してもよい。一実施形態においては、開口部のいくつかの離隔したペアが流路２０１８に沿って順番に配置されてもよい。開口部のそれぞれのペアは、異なる横断方向位置を有してもよいが、ある程度のオーバーラップが存在してもよい。一実施形態においては、離隔した開口部は、幅が１〜１０ミクロンであってもよいが、更に小さな且つ更に大きな幅が使用されてもよい。開口部の第１の離隔したペア２０２６は、最も大きく離隔したものとして示されている。この結果、方向付けされた精子２０１４は、第２波形パルス２００４Ａを生成するべく、両方の開口部を通じて十分に良好に蛍光を発する傾向を有することになり、方向付けされていない精子２０１６は、半分の強度のパルスを生成しうるが、恐らくは、なんらの波形パルスをも生成することにならない。
開口部の第２のペア２０２８は、わずかに更に下流において、且つ、互いに更に近接して離隔した状態で、示されている。方向付けされた精子２０１４は、第３波形パルス２００６Ａを生成するべく、マスク内の両方の開口部を通じて蛍光を発することになる。誤った向きの程度に応じて、方向付けされていない精子２０１６は、マスクのこの部分において、なんらかの蛍光を生成しうるが、例示用の例は、エッジを検出器に対して提供しており、且つ、依然として、波形パルスは形成されていない。第２領域２０２４内の最後の開口部２０３２は、流路２０１８の中心において示されている。この場合にも、方向付けされた精子２０１４は、第４波形パルス２００８Ａを生成しうる。マスクに対向したエッジを有する方向付けされていない精子２０１６の場合にも、第４波形パルス２００８Ｂを生成しうる。
検出器は、精子細胞が検査領域を通過した際に精子細胞が方向付けされていたかどうかを判定するべく、第２、第３、及び第４波形パルスの存在又は不存在を解読しうる分析器との通信状態において設けられている。デジタルシステムにおいては、向きの判定が実施されたら、第１パルス波形のパルス面積及び／又はパルスピークを評価することが可能であり、且つ、性別特性に関する判定を実施することができる。
図２９Ｄは、流路に沿って横断方向のパターンで漸進的に移動するスリットの形態において、第２マスク領域２０２４’用の代替構成を提供している。第２マスク領域２０２４’には、任意の数のその他の類似の構成が内蔵されてもよいことを理解されたい。ペア化されていない構成においては、波形パルスの数は、精子が方向付けされているかどうかと、精子がどのように方向付けされていないのかと、の通知を提供しうる。アパーチャ又はスロットの横断方向の位置のある程度の差が存在している限り、任意の数のパターンが利用されてもよいことを理解されたい。
以上の内容から理解されうるように、コアストリームを集束するべく、又はフローチャネル内において精子をアライメントさせるべく記述されている特徴は、精子を方向付けするための様々な特徴のみならず、精子の向きを検出するための様々な特徴、並びに、場合によっては、コアストリームを集束するためのその他の特徴と組み合わせられてもよい。同様に、記述されている方向付け特徴のうちの１つ又は複数は、精子を方向付けすることを目的として、単一のフローチャネル内において利用されてもよい。当業者は、上述の本発明は、多くの発明態様を含んでおり、これらの発明態様は、任意の組合せにおいて提供されてもよく、且つ、少なくとも以下のものを含むことを認識するであろう。
Ａ１．精子選別システムであって、サンプル源と、基板と、基板内に形成された少なくとも１つのフローチャネルであって、フローチャネルは、サンプル源との流体連通状態にある入口を有し、フローチャネルは、検査領域、第１出口、及び第２出口を更に有する、少なくとも１つのフローチャネルと、第１出口から離れるように少なくとも１つのフローチャネル内において精子を選択的に方向転換するべく、少なくとも１つのフローチャネルのそれぞれとの連通状態にある少なくとも１つの方向転換メカニズムと、検査領域において精子を照射するための電磁放射源と、少なくとも１つのフローチャネルの検査領域内において精子特性を計測するようにアライメントされた検出器と、精子特性を判定するべく検出器と通信状態にある分析器と、計測された精子特性に基づいて方向転換メカニズムを選択的に起動するべく分析器と通信状態にあるコントローラと、第２出口との連通状態にある収集容器と、を有するシステム。
Ａ２．少なくとも１つのフローチャネルは、マイクロ流体チップ上において形成された複数のフローチャネルを有する請求項Ａ１に記載のシステム。
Ａ３．複数のフローチャネルは、４〜５１２個のフローチャネルを有する請求項Ａ２に記載のシステム。
Ａ４．成育可能なＸ染色体保有精子として特徴付けられた精子又は成育可能なＹ染色体保有精子として特徴付けられた精子は、それぞれのフローチャネルの第２出口に偏向される請求項Ａ２又はＡ３に記載のシステム。
Ａ５．収集容器は、１つ又は複数のフローチャネルの第２出口との流体連通状態にある共通流体収集容器を有する請求項Ａ１〜Ａ４のいずれかに記載のシステム。
Ａ６．それぞれのフローチャネルは、第３出口を更に有する請求項Ａ１〜Ａ５のいずれかに記載のシステム。
Ａ７．成育可能なＸ染色体保有精子として特徴付けられた精子細胞は、第２出口又は第３出口の一方に方向転換され、且つ、成育可能なＹ染色体保有精子として特徴付けられた精子は、第２出口及び第３出口の他方に方向転換されるＡ６に記載のシステム。
Ａ８．フローチャネルのそれぞれの第２出口は、第１共通収集容器に接続される請求項Ａ１〜Ａ６のいずれかに記載のシステム。
Ａ９．フローチャネルのそれぞれの第３出口は、第２共通収集容器に接続される請求項Ａ６に記載のシステム。
Ａ１０．第１出口との連通状態にある受動型収集容器を更に有する請求項Ａ１〜Ａ９のいずれかに記載のシステム。
Ａ１１．シース源を更に有し、且つ、フローチャネルは、シース源との流体連通状態にあるシース入口を更に有する請求項Ａ１〜Ａ９のいずれかに記載のシステム。
Ａ１２．受動型収集容器との流体連通状態にある搬送メカニズムと、受動型収集容器をシース源に接続する流体経路と、受動型収集容器をシース源に接続する流体経路内における粒子濃縮装置又は流体除去システムと、を有するシース流体リサイクリングシステムを更に有するＡ１１に記載のシステム。
Ａ１３．少なくとも１つのフローチャネルは、マイクロ流体チップ上に形成された複数のフローチャネルを有し、且つ、方向転換メカニズムの少なくとも一部分は、マイクロ流体チップ内において埋め込まれている請求項Ａ１〜Ａ１２のいずれかに記載のシステム。
Ａ１４．少なくとも１つのフローチャネルは、マイクロ流体チップ上において形成された複数のフローチャネルを有し、且つ、方向転換メカニズムの少なくとも一部分は、マイクロ流体チップの外部において位置決めされている請求項Ａ１〜Ａ１３のいずれかに記載のシステム。
Ａ１５．方向転換メカニズムは、フローチャネルとの流体連通状態にあると共に曲がりやすいインターフェイスを通じた流体の容積との流体連通状態にある側部通路を有する請求項Ａ１〜Ａ１４のいずれかに記載のシステム。
Ａ１６．流体は、ゲル、液体、及びガスからなる群から選択された１つを有するＡ１５に記載のシステム。
Ａ１７．曲がりやすいインターフェイスの一部分に接触したアクチュエータを更に有し、アクチュエータは、コントローラとの通信状態にある請求項Ａ１５又はＡ１６に記載のシステム。
Ａ１８．アクチュエータは、曲がりやすいインターフェイスとの接触を維持しつつ、休止位置と２つ以上の起動位置との間において運動可能である請求項１７に記載のシステム。
Ａ１９．第３出口を更に有し、且つ、粒子は、第２出口に受動的に流れ、且つ、休止位置と第１起動位置との間におけるアクチュエータの運動は、粒子を第１出口に方向転換し、且つ、休止位置と第２起動位置との間におけるアクチュエータの運動は、粒子を第３出口に方向転換する請求項Ａ１８に記載のシステム。
Ａ２０．アクチュエータは、曲がりやすいインターフェイスに装着されている請求項Ａ１８又はＡ１９に記載のシステム。
Ａ２１．アクチュエータは、曲がりやすいインターフェイス上に予め負荷印加された状態にある請求項Ａ１８又はＡ２０のいずれかに記載のシステム。
Ａ２２．バイモルフ圧電要素を更に有する請求項Ａ１〜Ａ２１のいずれかに記載のシステム。
Ａ２３．バイモルフ圧電要素は、曲がりやすいインターフェイスを有する請求項Ａ１５〜Ａ２２のいずれかに記載のシステム。
Ａ２４．バイモルフ圧電要素は、曲がりやすいインターフェイスに接触する請求項Ａ１５〜Ａ２２のいずれかに記載のシステム。
Ａ２５．バイモルフ圧電要素は、精子をフローチャネル内において２つの方向に方向転換させるべく、２つの方向における偏向のために構成されている請求項Ａ１５〜Ａ２４のいずれかに記載のシステム。
Ａ２６．方向転換メカニズムは、フローチャネルに結合されたトランスデューサを有する請求項Ａ１〜Ａ２５のいずれかに記載のシステム。
Ａ２７．トランスデューサは、フローチャネル内において粒子を方向転換するための超音波トランスデューサを有する請求項Ａ２６に記載のシステム。
Ａ２８．超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサのアレイを有し、且つ、望ましい偏向を実現するべくアレイ内のそれぞれのトランスデューサの起動をタイミング設定する駆動要素を更に有する請求項Ａ２７に記載のシステム。
Ａ２９．超音波トランスデューサの第２アレイを有し、超音波トランスデューサのそれぞれのアレイは、フローチャネルの反対側において配置される請求項Ａ２８に記載のシステム。
Ａ３０．超音波トランスデューサのアレイは、複数の定在波を生成するように構成されている請求項Ａ２８又はＡ２９に記載のシステム。
Ａ３１．超音波トランスデューサのアレイは、第１出口に向かう流路内における精子細胞の軌跡を維持し、第２出口に向かって流路内の精子細胞の軌跡を偏向し、又は、第３出口に向かって流路内の精子細胞の軌跡を偏向するように構成されている請求項Ａ２８〜Ａ３０のいずれかに記載のシステム。
Ａ３２．トランスデューサは、フローチャネルに隣接した状態で基板内において少なくとも部分的に埋め込まれている請求項Ａ２６〜Ａ３１のいずれかに記載のシステム。
Ａ３３．トランスデューサは、基板の外部表面との接触状態において配置されている請求項Ａ２６〜Ａ３２のいずれかに記載のシステム。
Ａ３４．フローチャネル内の精子を偏向するべく１つ又は複数の電磁放射源を更に有する請求項Ａ１〜Ａ３３のいずれかに記載のシステム。
Ａ３５．少なくとも１つのフローチャネルのそれぞれの検査領域において精子を検査するべく電磁放射源から生成された電磁放射を操作するためのビーム成形オプティクスを更に有する請求項Ａ１〜Ａ３４のいずれかに記載のシステム。
Ａ３６．少なくとも１つのフローチャネルは、複数のフローチャネルを有し、且つ、ビーム成形オプティクスは、実質的に均等なビームを複数のフローチャネルのそれぞれの検査領域に導くためのビーム分割装置を有する請求項Ａ３５に記載のシステム。
Ａ３７．ビーム分割装置は、ビームセグメントとしてビームプロファイルの各部分を反射するべく、又は、同一のプロファイルを有するビームの間においてビーム強度を分割するべく、反射表面又は屈折材料を有する請求項Ａ３６に記載のシステム。
Ａ３８．ビーム成形オプティクスは、トップハットビームプロファイルを確立するべくビーム成形オプティクスを更に有する請求項Ａ３５〜Ａ３７のいずれかに記載のシステム。
Ａ３９．それぞれのフローチャネルは、フローチャネル内において精子によって生成される側部蛍光をリダイレクトする関連付けられた反射表面又は関連付けられた屈折要素を有する請求項Ａ１〜Ａ３８のいずれかに記載のシステム。
Ａ４０．関連付けられた反射表面又は関連付けられた屈折要素は、第１蛍光に対して実質的に平行な方向において側部蛍光をリダイレクトする請求項Ａ３９に記載のシステム。
Ａ４１．第１蛍光は、前方蛍光を有する請求項Ａ３９又はＡ４０に記載のシステム。
Ａ４２．第１蛍光は、後方蛍光を有する請求項Ａ３９又はＡ４０に記載のシステム。
Ａ４３．反射表面は、基板上の表面によって形成されている請求項Ａ３９〜Ａ４２のいずれかに記載のシステム。
Ａ４４．反射表面は、フローチャネルの表面によって形成されている請求項Ａ３９〜Ａ４２のいずれかに記載のシステム。
Ａ４５．それぞれのフローチャネルは、光遮断要素によって分離されている請求項Ａ３９〜Ａ４４のいずれかに記載のシステム。
Ａ４６．反射表面は、基板内に埋め込まれた反射要素を更に有する請求項Ａ３９〜Ａ４２又はＡ４５のいずれかに記載のシステム。
Ａ４７．反射表面は、検査領域の近傍における切取部分によって形成された基板の外部表面を有し、切取部分内の屈折率差は、反射特性を提供する請求項Ａ３９〜Ａ４３のいずれかに記載のシステム。
Ａ４８．切取部分は、基板の表面及び／又は精子の望ましい面又は向きとの関係において約４５度において反射表面を提供している請求項Ａ４７に記載のシステム。
Ａ４９．第２側部蛍光を生成するべく検査領域の近傍における第２切取部分によって形成された基板の第２外部表面を有する第２反射表面を更に有する請求項Ａ４７又はＡ４８に記載のシステム。
Ａ５０．検出器は、前方蛍光検出器を有する請求項Ａ１〜Ａ４９のいずれかに記載のシステム。
Ａ５１．第１側部蛍光検出器を更に有する請求項５０に記載のシステム。
Ａ５２．第２側部蛍光検出器を更に有する請求項５１に記載のシステム。
Ａ５３．第１及び第２側部蛍光検出器は、約９０度だけ離隔した状態で配置されている請求項Ａ５２に記載のシステム。
Ａ５４．複数のフローチャネルのそれぞれの内部において第１側部蛍光値を計測する第１側部蛍光検出器のアレイと、第２側部蛍光検出器のアレイと、を更に有する請求項Ａ５１〜Ａ５３のいずれかに記載のシステム。
Ａ５５．１つ又は複数のフローチャネルから蛍光を収集するための収集オプティクスを更に有する請求項Ａ１〜Ａ５４のいずれかに記載のシステム。
Ａ５６．収集オプティクスは、複数のチャネルから蛍光を収集するための単一の収集レンズを有する請求項Ａ５５に記載のシステム。
Ａ５７．それぞれのフローチャネルから蛍光を収集するためのレンズのアレイを更に有する請求項Ａ５５に記載のシステム。
Ａ５８．それぞれのフローチャネルから蛍光を収集するためのファイバアレイを更に有する請求項Ａ５５に記載のシステム。
Ａ５９．落射照明前方収集オプティクスを更に有する請求項５５に記載のシステム。
Ａ６０．ダイクロイックミラーであって、電磁放射源からの電磁放射を検査領域上に反射するように位置決めされると共に戻り方向における蛍光放出がそれを通じて検出器に移動する、ダイクロイックミラーを更に有する請求項Ａ５９に記載のシステム。
Ａ６１．フローチャネルは、流体集束特徴を有する請求項Ａ１〜Ａ６０のいずれかに記載のシステム。
Ａ６２．フローチャネルの流体集束特徴は、コアストリーム形成形状を更に有する請求項Ａ６１に記載のシステム。
Ａ６３．コアストリーム形成形状は、横方向流体集束領域と、第１垂直方向流体集束コンポーネントと、第２垂直方向流体集束コンポーネントと、を更に有する請求項Ａ６２に記載のシステム。
Ａ６４．第１垂直方向流体集束コンポーネントは、第１垂直方向流体集束チャネルを有し、且つ、第２垂直方向流体集束コンポーネントは、第２垂直方向流体集束チャネルを有する請求項Ａ６３に記載のシステム。
Ａ６５．第１垂直方向流体集束チャネル及び第２垂直方向流体集束チャネルは、反対の垂直方向位置においてフローチャネルとの連通状態にある請求項Ａ６４に記載のシステム。
Ａ６６．第１垂直方向流体集束チャネルは、第１垂直方向影響を提供し、且つ、第２垂直方向流体集束チャネルは、第１垂直方向影響とは反対方向において第２垂直方向影響を提供する請求項Ａ６４又はＡ６５に記載のシステム。
Ａ６７．フローチャネルの流体集束特徴は、それぞれのフローチャネル内において圧力波を生成するトランスデューサを更に有する請求項Ａ６１〜Ａ６６のいずれかに記載のシステム。
Ａ６８．トランスデューサの少なくとも１つの組は、表面が精子の望ましい向きに対して垂直である状態で、互いに対して対称的に位置決めされている請求項Ａ６７に記載のシステム。
Ａ６９．それぞれのフローチャネル用の一連のトランスデューサを更に有する請求項Ａ６８に記載のシステム。
Ａ７０．一連のトランスデューサは、フローチャネルに沿って定在圧力波を生成するように構成されている請求項Ａ６９に記載のシステム。
Ａ７１．少なくとも１つのフローチャネルは、方向付け特徴を有する請求項Ａ１〜Ａ７０のいずれかに記載のシステム。
Ａ７２．方向付け特徴は、精子細胞を方向付けするように寸法設定された内部チャネル形状を有する請求項Ａ７１に記載のシステム。
Ａ７３．チャネル形状は、平らなチャネル形状を更に有する請求項Ａ７２に記載のシステム。
Ａ７４．チャネル形状は、ノズル形状を更に有する請求項Ａ７２又はＡ７３に記載のシステム。
Ａ７５．チャネル形状は、以下のチャネル特徴：山形、穏やかな傾斜部、突然の傾斜部、圧縮解除−圧縮ゾーン、段差、又はアンジュレーションのうちの１つ又は複数を更に有する請求項Ａ７２〜Ａ７４のいずれかに記載のシステム。
Ａ７６．方向付け特徴は、それぞれのフローチャネルの方向付け領域内において磁界を生成する磁石を更に有する請求項Ａ７１〜Ａ７５のいずれかに記載のシステム。
Ａ７７．フローチャネルは、シース源との流体連通状態にあるシース入口と、サンプル源との流体連通状態にあるサンプル入口と、を更に有し、サンプル入口は、シース及びサンプルの同軸状のフローを促進するべく、シース入口によって生成されるシースフロー内において位置決めされている請求項Ａ１〜Ａ７６のいずれかに記載のシステム。
Ａ７８．サンプル入口は、面取りされた、平坦化された、又は矩形断面を有する入口を有する請求項Ａ７７に記載のシステム。
Ａ７９．フローチャネルは、サンプル入口において第１幅及び第１高さを有する請求項Ａ７７又はＡ７８に記載のシステム。
Ａ８０．フローチャネルは、第１遷移点において第２幅及び第２高さを有する請求項Ａ７９に記載のシステム。
Ａ８１．フローチャネルの幅は、サンプル入口と第１遷移点との間において低減されている請求項Ａ８０に記載のシステム。
Ａ８２．フローチャネルは、第２遷移点において第３幅及び第３高さを有する請求項Ａ８０又はＡ８１に記載のシステム。
Ａ８３．幅は、第１遷移点と第２遷移点との間において一定に留まっており、且つ、高さは、第１遷移点と第２遷移点との間において低減されている請求項Ａ８１に記載のシステム。
Ａ８４．第３高さ及び第３幅は、検査領域を通じて維持されている請求項Ａ８２又はＡ８３に記載のシステム。
Ａ８５．フローチャネルは、正方形断面から矩形断面に遷移している請求項Ａ１〜Ａ８４のいずれかに記載のシステム。
Ａ８６．フローチャネルは、円形断面から楕円形断面に遷移している請求項Ａ１〜Ａ８２のいずれかに記載のシステム。
Ａ８７．少なくとも１つのマスクを更に有する請求項Ａ１〜Ａ８６のいずれかに記載のシステム。
Ａ８８．少なくとも１つのマスクは、検査領域に導かれる電磁放射の経路内において位置決めされた照射マスクを有する請求項Ａ８７に記載のシステム。
Ａ８９．照射マスクは、流路に沿って第１領域及び第２領域を有する請求項Ａ８８に記載のシステム。
Ａ９０．第１領域は、方向付けされた際に、成育可能なＸ染色体保有精子を成育可能なＹ染色体保有精子から弁別するための十分な波形パルスを生成するように構成された開口部を提供する請求項Ａ８９に記載のシステム。
Ａ９１．第２領域は、方向付けされた精子細胞を方向付けされていない精子細胞から弁別する一連の波形パルスを生成するように構成された一連の開口部を有する請求項Ａ８９又はＡ９０に記載のシステム。
Ａ９２．第２領域は、流路に沿って異なる横断方向プロファイルを有する一連の開口部を有する請求項Ａ８９〜Ａ９１のいずれかに記載のシステム。
Ａ９３．第２領域は、開口部の第２の離隔したペアによって後続される開口部の第１の離隔したペアを有し、間隔は、開口部の第１のペアと開口部の第２のペアとの間において異なっている請求項Ａ８９〜Ａ９２のいずれかに記載のシステム。
Ａ９４．第２領域は、流路に沿って連続的な一連の開口部を有しており、それぞれの開口部は、流路に沿って異なる横断方向位置を有する請求項Ａ８９〜Ａ９２のいずれかに記載のシステム。
Ａ９５．少なくとも１つのマスクは、収集された電磁放射の光路内において少なくとも１つの検出マスクを有する請求項Ａ８８に記載のシステム。
Ａ９６．第１検出マスクは、放出された前方蛍光の経路内に配置されており、且つ、第２検出マスクは、放出された側部蛍光の経路内に配置されている請求項Ａ９５に記載のシステム。
Ａ９７．第１検出マスク及び第２検出マスクは、異なるプロファイルのスリットを有し、且つ、それぞれのマスクは、同一の検出器との通信状態にある請求項Ａ９６に記載のシステム。
Ａ９８．分析器は、検出器との通信状態にあり、且つ、第１検出マスク及び第２検出マスクのそれぞれの内部におけるスリットのプロファイルに基づいて、前方蛍光を表す第１波形パルスと側部蛍光を表す第２波形パルスとを逆重畳するように構成されている請求項Ａ９７に記載のシステム。
Ａ９９．マスクは、自由空間内において位置決めされている請求項Ａ８７に記載のシステム。
Ａ１００．マスクは、基板上において配置されている請求項Ａ８７に記載のシステム。
Ａ１０１．検出器は、第１検出器を有し、且つ、システムは、第２検出器を更に有する請求項Ａ１〜Ａ１００のいずれかに記載のシステム。
Ａ１０２．第１検出器は、吸収検出器を有し、且つ、第２検出器は、蛍光検出器を有する請求項Ａ１０１に記載のシステム。
Ａ１０３．吸収検出器の光路内において減光フィルタを更に有する請求項Ａ１０２に記載のシステム。
Ｂ１．精子を選別するマイクロ流体チップであって、
基板と、
基板内に形成された複数のフローチャネルであって、それぞれのフローチャネルは、
入口と、
フローチャネル内において精子細胞をアライメントするべく関連付けられた流体集束特徴を有する流体集束領域と、
フローチャネル内において精子細胞を方向付けするべく関連付けられた精子方向付け特徴を有する精子方向付け領域と、
流体集束領域及び精子方向付け領域の少なくとも部分的に下流の検査領域と、
少なくとも第１出口及び第２出口と、
を有する、複数のフローチャネルと、
それぞれのフローチャネルとの連通状態にある方向転換メカニズムと、
を有するチップ。
Ｂ２．フローチャネル集束領域の流体集束特徴は、コアストリーム形成形状を更に有する請求項Ｂ１に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ３．コアストリーム形成形状は、横方向流体集束領域と、第１垂直方向流体集束コンポーネントと、第２垂直方向流体集束コンポーネントと、を更に有する請求項Ｂ１又はＢ２に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ４．第１垂直方向流体集束コンポーネントは、垂直方向流体集束チャネルを有し、且つ、第２垂直方向流体集束コンポーネントは、第２垂直方向流体集束チャネルを有する請求項Ｂ３に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ５．第１垂直方向流体集束チャネル及び第２垂直方向流体集束チャネルは、反対の垂直方向位置において流体集束領域との連通状態にある請求項Ｂ４に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ６．第１流体垂直方向集束チャネルは、第１垂直方向影響を提供し、且つ、第２垂直方向流体集束チャネルは、第１垂直方向影響とは反対方向において第２垂直方向影響を提供する請求項Ｂ４又はＢ５に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ７．流体集束領域の流体集束特徴は、それぞれのフローチャネルの集束領域内において圧力波を生成する超音波トランスデューサを更に有する請求項Ｂ１〜Ｂ６のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ８．流体集束領域の流体集束特徴は、フローチャネルに沿って定在圧力波を生成する超音波トランスデューサのアレイを更に有する請求項Ｂ１〜Ｂ７のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ９．フローチャネルの方向付け領域の精子方向付け特徴は、チャネル形状を更に有する請求項Ｂ１〜Ｂ８のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１０．チャネル形状は、平らなチャネル形状を更に有する請求項Ｂ９に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１１．チャネル形状は、ノズル形状を更に有するＢ１０のＢ９に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１２．以下のチャネル特徴：チャネル形状は、山形、穏やかな傾斜部、圧縮解除−圧縮ゾーン、突然の傾斜部、又は段差のうちの１つ又は複数を更に有する請求項Ｂ９〜Ｂ１１のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１３．精子方向付け領域の精子方向付け特徴は、それぞれのフローチャネルの方向付け領域内において磁界を生成する磁石を更に有する請求項Ｂ１〜Ｂ１２のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１４．精子方向付け領域の精子方向付け特徴は、フローチャネルに沿って定在圧力波を生成する超音波トランスデューサのアレイを更に有する請求項Ｂ１〜Ｂ１３のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１５．方向転換メカニズムは、バブル弁を有する請求項Ｂ１〜Ｂ１４のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１６．方向転換メカニズムは、超音波トランスデューサのアレイを有する請求項Ｂ１〜Ｂ１４のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１７．それぞれのフローチャネルは、フローチャネル内の精子によって生成される側部蛍光をリダイレクトする関連付けられた反射表面又は屈折要素を有する請求項Ｂ１〜Ｂ１６のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１８．関連付けられた反射表面は、第１蛍光に対して実質的に平行である方向において側部蛍光をリダイレクトする請求項Ｂ１７に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ１９．第１蛍光は、前方蛍光を有する請求項Ｂ１８に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２０．第１蛍光は、後方蛍光を有する請求項Ｂ１８に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２１．反射表面は、基板上の表面として形成されている請求項Ｂ１７〜Ｂ１９のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２２．反射表面は、フローチャネルの表面として形成されている請求項Ｂ１７〜Ｂ１９のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２３．フローチャネルは、シース源との流体連通状態にあるシース入口を更に有し、且つ、サンプル入口は、シース及びサンプルの同軸状のフローを促進するべくシース入口によって生成されたシースフロー内において位置決めされている請求項Ｂ１〜Ｂ２２のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２４．サンプル入口は、面取りされた入口を有する請求項Ｂ２３に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２５．フローチャネルは、サンプル入口において第１幅及び第１高さを有する請求項Ｂ２３又はＢ２４に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２６．フローチャネルは、第１遷移点において第２幅及び第２高さを有する請求項Ｂ２５に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２７．フローチャネルの幅は、サンプル入口と第１遷移点との間において低減されている請求項Ｂ２６に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２８．フローチャネルは、第２遷移点において第３幅及び第３高さを有する請求項Ｂ２７に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ２９．幅は、第１遷移点と第２遷移点との間において一定に留まっており、且つ、高さは、第１遷移点と第２遷移点との間において低減されている請求項Ｂ２８に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ３０．第３高さ及び第３幅は、検査領域を通じて維持されている請求項Ｂ２８又はＢ２９に記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ３１．流体フローチャネルは、正方形断面から矩形断面に遷移している請求項Ｂ１〜Ｂ３０のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｂ３２．フローチャネルは、円形断面から楕円形断面に遷移している請求項Ｂ１〜Ｂ３０のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
Ｃ１．精子を選別する方法であって、マイクロ流体チップ内の複数のフローチャネルを通じて精子を流すステップと、複数のフローチャネル内において精子を方向付けするステップと、方向付けされた精子をフローチャネル内の検査領域を通じて流すステップと、精子特性を判定するべく、少なくとも１つの検査領域において精子を検査するステップと、フローチャネル内において、方向付けされた精子を方向付けされていない精子から弁別するステップと、検出された精子特性に基づいて方向付けされた精子のサブ個体群を選択するステップと、選択されたサブ個体群の精子を収集容器内において収集するステップと、を有する方法。
Ｃ２．電磁放射源を提供するステップと、複数の検査領域を検査するべく電磁放射源から生成された電磁放射を操作するステップと、を更に有する請求項Ｃ１に記載の方法。
Ｃ３．電磁放射を操作するステップは、電磁放射源によって生成された電磁放射を分割するステップを更に有する請求項Ｃ２に記載の方法。
Ｃ４．電磁放射を操作するステップは、電磁放射のビームプロファイルの形状を操作するステップを更に有する請求項Ｃ２又はＣ３に記載の方法。
Ｃ５．検出された精子特性に基づいて精子のサブ個体群を選択するステップは、検出された精子特性に基づいてフローチャネル内において選択された精子のフローを方向転換するステップを更に有する請求項Ｃ１〜Ｃ４のいずれかに記載の方法。
Ｃ６．方向付けされた精子を方向付けされていない精子から弁別すると共に方向付けされていない精子を選択から排除するステップを更に有する請求項Ｃ１〜Ｃ５のいずれかに記載の方法。
Ｃ７．検査領域における精子の放出された電磁放射に応答して前方蛍光検出器によって第１信号を生成するステップを更に有し、第１信号は、検出可能なパルス特性を有する波形パルスを有する請求項Ｃ１〜Ｃ６のいずれかに記載の方法。
Ｃ８．側部蛍光検出器によって第２信号を生成するステップを更に有する請求項Ｃ７に記載の方法。
Ｃ９．側部蛍光検出器によって第２信号を生成するステップは、外向きに側部蛍光を反射するべく反射要素をそれぞれのフローチャネルと関連付けるステップと、前方蛍光と平行な状態において側部蛍光を検出するステップと、を更に有する請求項Ｃ８に記載の方法。
Ｃ１０．第１マスクを通じて前方蛍光を検出すると共に第２マスクを通じて側部蛍光を検出するステップを更に有する請求項Ｃ９に記載の方法。
Ｃ１１．検出器によって生成された信号からの第１波形パルスと第２波形パルスとを逆重畳させるステップを更に有する請求項Ｃ１０に記載の方法。
Ｃ１２．逆重畳された波形パルスは、精子の向きを提供する請求項Ｃ１１に記載の方法。
Ｃ１３．単一の精子に応答して単一の検出器によって複数の波形パルスを生成するステップを更に有し、複数の波形パルスは、精子細胞に関する向き情報を提供する請求項Ｃ１〜Ｃ７のいずれかに記載の方法。
Ｃ１４．精子の向きを判定するべくレーザーの消衰を計測するステップを更に有する請求項Ｃ１３に記載の方法。
Ｃ１５．第１側部蛍光検出器によって第２信号を生成するステップであって、第２信号は、検出可能なパルス特性を有する波形パルスを有する、ステップと、第２側部蛍光検出器によって第３信号を生成するステップであって、第２信号は、検出可能なパルス特性を有する波形パルスを有する、ステップと、を更に有する請求項Ｃ１４に記載の方法。
Ｃ１６．第２及び第３信号のパルス特性は、精子細胞の向きを弁別した請求項Ｃ１５に記載の方法。
Ｃ１７．パルス特性は、ピーク高さ、パルス幅、パルスピーク遅延、パルススロープ、パルス面積、及びこれらの組合せからなる群から選択される請求項１６の請求項１５に記載の方法。
Ｃ１８．第２信号のパルス特性を第３信号のパルス特性と比較して精子の向きを判定するステップを更に有する請求項Ｃ１５〜Ｃ１７のいずれかに記載の方法。
以上の内容から容易に理解できるように、本発明の基本的な概念は、様々な方法によって実施されてもよい。本発明は、限定を伴うことなしに、本発明の最良の形態を含む精子を性選別する多数の且つ様々な実施形態を伴っている。
従って、本出願に伴う説明によって開示されると共に図又は表において示されている本発明の特定の実施形態又は要素は、限定を意図したものではなく、本発明によって、又はその任意の特定の要素との関係において包含される均等物によって、一般的に包含される多数の且つ様々な実施形態の例示を目的としたものである。更には、本発明の単一の実施形態又は要素の特定の説明は、可能なすべての実施形態又は要素を明示的に記述しうるものではなく、多くの代替形態が黙示的に説明及び図によって開示されている。
装置のそれぞれの要素又は方法のそれぞれのステップは、装置の用語又は方法の用語によって記述されうることを理解されたい。このような用語は、適宜、本発明に付与される黙示的に広範な包含を明らかにするべく、置換されうる。但し、一例として、方法のすべてのステップは、動作として、その動作を実行する手段として、或いは、その動作を生成する要素として、開示されてもよいことを理解されたい。同様に、装置のそれぞれの要素は、物理的要素又はその物理的要素が促進する動作として開示されてもよい。但し、一例として、「ソーター」の開示は、明示的に記述されているのか又はいないのかとは無関係に、「選別」の動作の開示を包含するべく理解することを要し、且つ、逆に、「選別」の動作の開示が事実上存在している場合には、そのような開示は、「ソーター」の、或いは、場合によっては、「選別する手段」の、開示を包含するべく理解されたい。それぞれの要素又はステップ用のこのような代替用語は、説明において明示的に包含されているものと理解されたい。
更には、使用されているそれぞれの用語について、本出願におけるその利用が、このような解釈と一貫性を有している限り、Ｒａｎｄｏｍ Ｈｏｕｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ’ｓ Ｕｎａｂｒｉｄｇｅｄ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙの第２版に収容されている一般的な辞書定義が、それぞれの用語について本説明に含まれているものと理解されたい。これらのそれぞれの定義は、引用により、本明細書に包含される。
更には、本発明を目的として、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」エンティティという用語は、そのエンティティの１つ又は複数のものを意味している。従って、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」、「１つ又は複数の」、並びに、「少なくとも１つの」という用語は、本明細書においては、相互交換可能に使用されうる。
本明細書のすべての数値は、明示的に示されているかどうかとは無関係に、「約」という用語によって修飾されているものとして仮定されている。本発明を目的として、範囲は、「約」１つの特定の値から「約」別の特定の値までとして、表現されてもよい。このような範囲が表現された際には、別の実施形態は、１つの特定の値からもう１つの別の値までを含む。終了点による数値範囲の記述は、その範囲内に包含されたすべての数値を含む。例えば、１〜５という数値範囲は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などの数値を含む。それぞれの範囲の終了点は、もう１つの終了点との関係においてのみならず、もう１つの終了点とは独立した方式においても、有意であることを更に理解されたい。値が「約」という先行詞の使用によって近似として表現されている場合には、その特定の値が別の実施形態を形成することを理解されたい。
本特許出願の背景の節は、本発明が関係する研究の分野の状態を提供している。又、この節は、本発明が属する技術の状態に関する関係した情報、問題、又は懸念において有用である特定の米国特許、特許出願、公開、又は特許請求された発明の主題の言い替えを包含又は収容しうる。本明細書において引用又は包含された任意の米国特許、特許出願、公開、主張又はその他の情報は、本発明との関係において従来技術として認知されるように解されたり、解釈されたり、或いは、見なされることを意図したものではない。
本明細書において記述されている請求項は、参照により、本発明のこの説明の一部分として包含され、且つ、本出願人は、請求項のいずれか又はすべて又はその任意の要素又はコンポーネントを支持するための更なる説明として、そのような請求項のそのような包含された内容のすべて又は一部分を使用する権利を明示的に留保しており、且つ、本出願人は、本出願により、或いは、その任意の後続の出願又は継続、分割、又は一部継続出願により、保護が求められている主題を定義するべく必要とされる場合に、説明から請求項に又はこの逆に、そのような請求項の包含された内容の任意の部分又はそのすべて又はその任意の要素又はコンポーネントを移動させるための、或いは、任意の国の特許法、規則、又は規制、或いは、条約の利益、これらに準拠した料金の削減を得るか、又はこれらに準拠するための、権利を明示的に更に留保しており、且つ、引用によって包含された内容は、本出願の任意の後続の継続、分割、又は一部継続出願、或いは、本出願に対する任意の再発行又は延長を含む本出願の継続の全体にわたって存続することになる。

Claims (84)

  1. 精子選別システムであって、
    基板と、
    前記基板内に形成された少なくとも１つのフローチャネルであって、前記フローチャネルは、サンプルを受け取るサンプル入口を有し、前記フローチャネルは、
    検査領域と、
    第１出口と、
    第２出口と、
    コアストリーム形成形状であって、前記コアストリーム形成形状は、
    前記サンプル入口と同じ平面上の横方向流体集束領域と、
    第１場所において前記フローチャネルと連通状態にある第１垂直方向流体集束チャネルと、
    第２場所において前記フローチャネルと連通状態にある第２垂直方向流体集束チャネルと
    を更に含み、
    前記フローチャネルは、前記第１場所及び前記第２場所において一方の側からのみ流体集束チャネルと連通状態にあり、前記第１垂直方向流体集束チャネル又は前記第２垂直方向流体集束チャネルのうちの一方は、前記入口の上方の第２平面からの前記フローチャネルと流体連通状態にあり、前記第１垂直方向流体集束チャネル又は前記第２垂直方向流体集束チャネルのうちの他方は、前記入口の下方の第３平面からの前記フローチャネルと流体連通状態にあり、前記第２場所は、前記フローチャネル上の前記第１場所の下流にある、コアストリーム形成形状と、
    を更に有する、少なくとも１つのフローチャネルと、
    前記第１出口から離れるように前記少なくとも１つのフローチャネル内において精子を選択的に方向転換するべく、前記少なくとも１つのフローチャネルのそれぞれとの連通状態にある少なくとも１つの方向転換メカニズムと、
    前記検査領域において精子を照射するための電磁放射源と、
    前記少なくとも１つのフローチャネルの前記検査領域内の精子特性を計測するようにアライメントされた検出器と、
    精子特性を判定するべく前記検出器と通信状態にある分析器と、
    計測された精子特性に基づいて前記方向転換メカニズムを選択的に起動するべく前記分析器と通信状態にあるコントローラと、
    前記第２出口との連通状態にある収集容器と、
    を有するシステム。
  2. 前記少なくとも１つのフローチャネルは、マイクロ流体チップ上において形成された複数のフローチャネルを有し、前記複数のフローチャネルは、４〜５１２個のフローチャネルを有する、請求項１に記載のシステム。
  3. 成育可能なＸ染色体保有精子として特徴付けられた精子又は成育可能なＹ染色体保有精子として特徴付けられた精子は、それぞれのフローチャネルの前記第２出口に偏向される、請求項２に記載のシステム。
  4. それぞれのフローチャネルは、第３出口を更に有する、請求項１に記載のシステム。
  5. 成育可能なＸ染色体保有精子として特徴付けられた精子細胞は、前記第２出口又は前記第３出口の一方に方向転換され、且つ、成育可能なＹ染色体保有精子として特徴付けられた精子は、前記第２出口及び前記第３出口の他方に方向転換される、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記フローチャネルのそれぞれの第２出口は、第１共通収集容器に接続されている、請求項４に記載のシステム。
  7. 前記フローチャネルのそれぞれの第３出口は、第２共通収集容器に接続されている、請求項４に記載のシステム。
  8. 受動型収集容器との流体連通状態にある搬送メカニズムと、
    前記受動型収集容器とシース入口との間に流体連通を提供する流体経路と、
    前記受動型収集容器と前記シース入口との間に流体連通を提供する前記流体経路内における粒子濃縮装置又は流体除去システムと、
    を有するシース流体リサイクリングシステムを更に有する請求項１に記載のシステム。
  9. 前記方向転換メカニズムは、前記フローチャネルとの流体連通状態にあると共に曲がりやすいインターフェイスを通じた流体の容積との流体連通状態にある側部通路を有する、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記流体は、ゲル、液体、及びガスからなる群から選択された１つを有する、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記曲がりやすいインターフェイスの一部分に接触したアクチュエータを更に有し、前記アクチュエータは、前記コントローラとの通信状態にある、請求項９に記載のシステム。
  12. 前記アクチュエータは、前記曲がりやすいインターフェイスとの接触を維持しつつ、休止位置と２つ以上の起動位置との間において運動可能である、請求項１１に記載のシステム。
  13. 第３出口を更に有し、且つ、粒子は、前記第２出口に受動的に流れ、且つ、前記休止位置と第１起動位置との間におけるアクチュエータの運動は、粒子を前記第１出口に方向転換し、且つ、前記休止位置と第２起動位置との間におけるアクチュエータの運動は、粒子を第３出口に方向転換する、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記アクチュエータは、前記曲がりやすいインターフェイスに装着されているか、又は前記曲がりやすいインターフェイス上に予め負荷印加された状態にある、請求項１２に記載のシステム。
  15. バイモルフ圧電素子を更に有する請求項９に記載のシステム。
  16. 前記バイモルフ圧電素子は、前記曲がりやすいインターフェイスを有するか、又は前記バイモルフ圧電素子は、前記曲がりやすいインターフェイスに接触する、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記バイモルフ圧電素子は、精子を前記フローチャネル内において２つの方向に方向転換させるべく、２つの方向における偏向のために構成されている、請求項１５に記載のシステム。
  18. 前記方向転換メカニズムは、前記フローチャネルに結合されたトランスデューサを有する、請求項１に記載のシステム。
  19. 前記トランスデューサは、前記フローチャネル内において粒子を方向転換するための超音波トランスデューサを有する、請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記超音波トランスデューサは、超音波トランスデューサのアレイを有し、且つ、望ましい偏向を実現するべく前記アレイ内のそれぞれのトランスデューサの起動をタイミング設定する駆動素子を更に有する、請求項１９に記載のシステム。
  21. 超音波トランスデューサの第２アレイを有し、超音波トランスデューサのそれぞれのアレイは、前記フローチャネルの反対側において配置されている、請求項１８に記載のシステム。
  22. 前記超音波トランスデューサのアレイは、複数の定在波を生成するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
  23. 前記超音波トランスデューサのアレイは、前記第１出口に向かう流路内における精子細胞の軌跡を維持するか、前記第２出口に向かって流路内の精子細胞の前記軌跡を偏向するか、又は、第３出口に向かって流路内の精子細胞の前記軌跡を偏向するように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
  24. 前記トランスデューサは、前記フローチャネルに隣接した状態で前記基板内において少なくとも部分的に埋め込まれているか、又は前記トランスデューサは、前記基板の外部表面との接触状態において配置されている、請求項１８に記載のシステム。
  25. それぞれのフローチャネルは、前記フローチャネル内において精子によって生成される側部蛍光をリダイレクトする関連付けられた反射表面又は関連付けられた屈折素子を有する、請求項１に記載のシステム。
  26. 前記関連付けられた反射表面又は関連付けられた屈折素子は、第１蛍光に対して実質的に平行な方向において側部蛍光をリダイレクトする、請求項２５に記載のシステム。
  27. 前記第１蛍光は、前方蛍光又は後方蛍光を有する、請求項２５に記載のシステム。
  28. 前記反射表面は、前記基板上の表面によって、又は前記フローチャネルの表面によって形成されている、請求項２５に記載のシステム。
  29. それぞれのフローチャネルは、光遮断素子によって分離されている、請求項２５に記載のシステム。
  30. 前記反射表面は、前記基板内に埋め込まれた反射素子を更に有する、請求項２５に記載のシステム。
  31. 前記反射表面は、前記検査領域の近傍における切取部分によって形成された前記基板の外部表面を有し、前記切取部分内の屈折率差は、反射特性を提供する、請求項２５に記載のシステム。
  32. 前記切取部分は、前記基板の前記表面及び／又は前記精子の望ましい面又は向きとの関係において約４５度において反射表面を提供する、請求項３１に記載のシステム。
  33. 第２側部蛍光を生成するべく前記検査領域の近傍における第２切取部分によって形成された前記基板の第２外部表面を有する第２反射表面を更に有する請求項３１に記載のシステム。
  34. 前記第１垂直方向流体集束チャネルは、第１垂直方向影響を提供し、且つ、前記第２垂直方向流体集束チャネルは、前記第１垂直方向影響とは反対方向において第２垂直方向影響を提供する、請求項１に記載のシステム。
  35. 前記少なくとも１つのフローチャネルは、方向付け特徴を有する、請求項１に記載のシステム。
  36. 前記方向付け特徴は、精子細胞を方向付けするように寸法設定された内部チャネル形状を有する、請求項３５に記載のシステム。
  37. 前記チャネル形状は、以下のチャネル特徴：平らなチャネル形状、ノズル形状、山形、穏やかな傾斜部、突然の傾斜部、圧縮解除−圧縮ゾーン、段差、又は１つ若しくは複数のアンジュレーションのうちの１つ又は複数を更に有する、請求項３６に記載のシステム。
  38. 前記フローチャネルは、シース流体を受け取るシース入口を更に有し、前記サンプル入口は、シース及びサンプルの同軸状のフローを促進するべく、前記シース入口によって生成されるシースフロー内において位置決めされている、請求項１に記載のシステム。
  39. 前記サンプル入口は、面取りされた、平坦化された、又は矩形断面を有する入口を有する、請求項３８に記載のシステム。
  40. 前記フローチャネルは、前記サンプル入口において第１幅及び第１高さを有する、請求項３８に記載のシステム。
  41. 前記フローチャネルは、第１遷移点において第２幅及び第２高さを有する、請求項４０に記載のシステム。
  42. 前記フローチャネルの前記幅は、前記サンプル入口と前記第１遷移点との間において低減されている、請求項４１に記載のシステム。
  43. 前記フローチャネルは、第２遷移点において第３幅及び第３高さを有する、請求項４１に記載のシステム。
  44. 前記幅は、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において一定に留まっており、且つ、前記高さは、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において低減されている、請求項４２に記載のシステム。
  45. 前記第３高さ及び前記第３幅は、前記検査領域を通じて維持されている、請求項４３に記載のシステム。
  46. 前記フローチャネルは、正方形断面から矩形断面に、又は円形断面から楕円形断面に遷移している、請求項４３に記載のシステム。
  47. 少なくとも１つのマスクを更に有する請求項１に記載のシステム。
  48. 前記少なくとも１つのマスクは、前記検査領域に導かれる電磁放射の経路内において位置決めされた照射マスクを有する、請求項４７に記載のシステム。
  49. 前記照射マスクは、流路に沿って第１領域及び第２領域を有する、請求項４８に記載のシステム。
  50. 前記第１領域は、方向付けされた際に、成育可能なＸ染色体保有精子を成育可能なＹ染色体保有精子から弁別するための十分な波形パルスを生成するように構成された開口部を提供する、請求項４９に記載のシステム。
  51. 前記第２領域は、方向付けされた精子細胞を方向付けされていない精子細胞から弁別する一連の波形パルスを生成するように構成された一連の開口部を有する、請求項４９に記載のシステム。
  52. 前記第２領域は、前記流路に沿って異なる横断方向プロファイルを有する一連の開口部を有する、請求項４９に記載のシステム。
  53. 前記第２領域は、開口部の第２の離隔したペアによって後続される開口部の第１の離隔したペアを有し、間隔は、前記開口部の第１のペアと前記開口部の第２のペアとの間において異なっている、請求項４９に記載のシステム。
  54. 前記第２領域は、前記流路に沿って連続的な一連の開口部を有し、それぞれの開口部は、前記流路に沿って異なる横断方向位置を有する、請求項５２に記載のシステム。
  55. 前記少なくとも１つのマスクは、少なくとも１つの検出マスクを有する、請求項４８に記載のシステム。
  56. 第１検出マスクは、放出された前方蛍光の経路内に配置されており、且つ、第２検出マスクは、放出された側部蛍光の経路内に配置されている、請求項５５に記載のシステム。
  57. 前記第１検出マスク及び前記第２検出マスクは、異なるプロファイルのスリットを有し、且つ、それぞれのマスクは、同一の検出器との通信状態にある、請求項５６に記載のシステム。
  58. 前記分析器は、前記検出器との通信状態にあり、且つ、前記第１検出マスク及び前記第２検出マスクのそれぞれの内部における前記スリットのプロファイルに基づいて、前記前方蛍光を表す第１波形パルスと前記側部蛍光を表す第２波形パルスとを逆重畳させるように構成されている、請求項５７に記載のシステム。
  59. 前記マスクは、自由空間内において位置決めされている、請求項４７に記載のシステム。
  60. 前記マスクは、前記基板上において配置されている、請求項４７に記載のシステム。
  61. 前記検出器は、第１検出器を有し、且つ、前記システムは、第２検出器を更に有する、請求項１に記載のシステム。
  62. 前記第１検出器は、吸収検出器を有し、且つ、前記第２検出器は、蛍光検出器を有する、請求項６１に記載のシステム。
  63. 前記吸収検出器の光路内に減光フィルタを更に有する請求項６２に記載のシステム。
  64. 精子を選別するマイクロ流体チップであって、
    基板と、
    前記基板内に形成された複数のフローチャネルであって、それぞれのフローチャネルは、
    第１平面上の入口と、
    前記フローチャネル内において精子細胞をアライメントするべく関連付けられた流体集束特徴を有する流体集束領域であって、フローチャネル集束領域の前記流体集束特徴は、コアストリーム形成形状を更に含み、前記コアストリーム形成形状は、
    前記入口と同じ平面上の横方向流体集束領域と、
    第１場所において前記フローチャネルと連通状態にある第１垂直方向流体集束チャネルと、
    第２場所において前記フローチャネルと連通状態にある第２垂直方向流体集束チャネルと
    を更に含み、
    前記フローチャネルは、前記第１場所及び前記第２場所において一方の側からのみ流体集束チャネルと連通状態にあり、前記第１垂直方向流体集束チャネル又は前記第２垂直方向流体集束チャネルのうちの一方は、前記入口の上方の第２平面からの前記フローチャネルと流体連通状態にあり、前記第１垂直方向流体集束チャネル又は前記第２垂直方向流体集束チャネルのうちの他方は、前記入口の下方の第３平面からの前記フローチャネルと流体連通状態にあり、前記第２場所は、前記フローチャネル上の前記第１場所の下流にある、流体集束領域と、
    前記フローチャネル内において精子細胞を方向付けするべく関連付けられた精子方向付け特徴を有する精子方向付け領域と、
    前記流体集束領域及び前記精子方向付け領域の少なくとも部分的に下流の検査領域と、
    少なくとも第１出口及び第２出口と、
    を有する、複数のフローチャネルと、
    それぞれのフローチャネルとの連通状態にある方向転換メカニズムと、
    を有するマイクロ流体チップ。
  65. 前記第１流体垂直方向集束チャネルは、第１垂直方向影響を提供し、且つ、前記第２垂直方向流体集束チャネルは、前記第１垂直方向影響とは反対方向において第２垂直方向影響を提供する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  66. 前記流体集束領域の前記流体集束特徴は、それぞれのフローチャネルの前記集束領域内において圧力波を生成する超音波トランスデューサを更に有する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  67. 前記流体集束領域の前記流体集束特徴は、前記フローチャネルに沿って定在圧力波を生成する超音波トランスデューサのアレイを更に有する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  68. 前記フローチャネル方向付け領域の前記精子方向付け特徴は、チャネル形状を更に有する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  69. 前記チャネル形状は、以下のチャネル特徴：平らなチャネル形状、ノズル形状、山形、穏やかな傾斜部、圧縮解除−圧縮ゾーン、突然の傾斜部、又は段差のうちの１つ又は複数を更に有する、請求項６８に記載のマイクロ流体チップ。
  70. 前記精子方向付け領域の前記精子方向付け特徴は、それぞれのフローチャネルの前記方向付け領域内に磁界を生成する磁石を更に有する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  71. 前記精子方向付け領域の前記精子方向付け特徴は、前記フローチャネルに沿って定在圧力波を生成する超音波トランスデューサのアレイを更に有する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  72. 前記方向転換メカニズムは、超音波トランスデューサのアレイを有する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  73. それぞれのフローチャネルは、前記フローチャネル内の精子によって生成される側部蛍光をリダイレクトする関連付けられた反射表面又は屈折素子を有する、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  74. 前記関連付けられた反射表面は、第１蛍光に対して実質的に平行である方向において側部蛍光をリダイレクトする、請求項７３に記載のマイクロ流体チップ。
  75. 前記第１蛍光は、前方蛍光又は後方蛍光を有する、請求項７４に記載のマイクロ流体チップ。
  76. 前記反射表面は、前記基板上の表面として、又は前記フローチャネルの表面として形成されている、請求項７４に記載のマイクロ流体チップ。
  77. 前記フローチャネルは、シース源との流体連通状態にあるシース入口を更に有し、且つ、サンプル入口は、シース及びサンプルの同軸状のフローを促進するべく前記シース入口によって生成されたシースフロー内において位置決めされている、請求項６４に記載のマイクロ流体チップ。
  78. 前記サンプル入口は、面取りされた入口を有する、請求項７７に記載のマイクロ流体チップ。
  79. 前記フローチャネルは、前記サンプル入口において第１幅及び第１高さを有する、請求項７７に記載のマイクロ流体チップ。
  80. 前記フローチャネルは、第１遷移点において第２幅及び第２高さを有し、第１遷移点において第２幅及び第２高さを有し、第２遷移点において第３幅及び第３高さを有する、請求項７９に記載のマイクロ流体チップ。
  81. 前記幅は、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において一定に留まっており、且つ、前記高さは、前記第１遷移点と前記第２遷移点との間において低減されている、請求項８０に記載のマイクロ流体チップ。
  82. 前記第３高さ及び前記第３幅は、前記検査領域を通じて維持されている、請求項８１に記載のマイクロ流体チップ。
  83. 前記流体フローチャネルは、正方形断面から矩形断面に、又は円形断面から楕円形断面に遷移している、請求項８１に記載のマイクロ流体チップ。
  84. 精子を選別する方法であって、
    マイクロ流体チップ内の複数のフローチャネルを通じて精子を流すステップであって、それぞれのフローチャネルは、第１平面上の入口と、コアストリーム形成形状とを有し、前記コアストリーム形成形状は、
    前記入口と同じ平面上の横方向流体集束領域と、
    第１場所において前記フローチャネルと連通状態にある第１垂直方向流体集束チャネルと、
    第２場所において前記フローチャネルと連通状態にある第２垂直方向流体集束チャネルと
    を更に含み、
    前記フローチャネルは、前記第１場所及び前記第２場所において一方の側からのみ流体集束チャネルと連通状態にあり、前記第１垂直方向流体集束チャネル又は前記第２垂直方向流体集束チャネルのうちの一方は、前記入口の上方の第２平面からの前記フローチャネルと流体連通状態にあり、前記第１垂直方向流体集束チャネル又は前記第２垂直方向流体集束チャネルのうちの他方は、前記入口の下方の第３平面からの前記フローチャネルと流体連通状態にあり、前記第２場所は、前記フローチャネル上の前記第１場所の下流にある、ステップと、
    前記複数のフローチャネル内において精子を方向付けするステップと、
    前記方向付けされた精子を前記フローチャネル内の検査領域を通じて流すステップと、
    精子特性を判定するべく、前記少なくとも１つの検査領域において精子を検査するステップと、
    前記フローチャネル内において、方向付けされた精子を方向付けされていない精子から弁別するステップと、
    前記検出された精子特性に基づいて方向付けされた精子のサブ個体群を選択するステップと、
    前記選択されたサブ個体群の精子を収集容器内において収集するステップと、
    を有する方法。
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2608878A4 (en) 2010-08-23 2017-11-15 President and Fellows of Harvard College Acoustic waves in microfluidics
CN105987870A (zh) * 2015-02-10 2016-10-05 博奥生物集团有限公司 一种流式细胞分选系统及其聚焦检测方法及其流体芯片
WO2016149639A1 (en) * 2015-03-19 2016-09-22 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Devices and methods for high-throughput single cell and biomolecule analysis and retrieval in a microfluidic chip
JP6911021B2 (ja) * 2015-06-25 2021-07-28 サイトノーム／エスティー・エルエルシー 音響操作を用いるマイクロ流体デバイスおよびシステム
AU2016311341B2 (en) 2015-08-27 2021-01-28 President And Fellows Of Harvard College Acoustic wave sorting
JP6570765B2 (ja) * 2015-11-30 2019-09-04 ルクミクロ アーゲーＲｑｍｉｃｒｏ Ａｇ 試料から粒子を抽出するためのマイクロ流体デバイス、アセンブリおよび方法
US11618882B2 (en) * 2016-01-22 2023-04-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Micro-fluidic device for selective sorting of highly motile and morphologically normal sperm from unprocessed semen
EP3417270A1 (en) * 2016-03-30 2018-12-26 Siemens Healthcare GmbH Aligning a non-spherical biological entity in a sample flow using ambient viscoelastic fluid flows
CN105831105B (zh) * 2016-04-12 2018-12-14 上海理工大学 微流体细胞处理芯片及其应用方法
EP3479097B1 (en) * 2016-07-01 2023-07-12 Life Technologies Corporation Devices for concentration of particles
CN106807459B (zh) * 2016-12-13 2023-06-27 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种微流控芯片及其制备方法、应用
JP6919215B2 (ja) * 2017-02-17 2021-08-18 ソニーグループ株式会社 マイクロチップ及び微小粒子分取装置
CN107099444B (zh) * 2017-04-17 2024-04-09 隗慧林 精子分选芯片、精子检测设备及精子检测方法
GB2561587B (en) * 2017-04-19 2021-05-19 The Technology Partnership Plc Apparatus and method for sorting microfluidic particles
EP3655754A1 (en) 2017-07-19 2020-05-27 Inguran, LLC Method and system incorporating beam shaping optics and beam stabilization
JP6871116B2 (ja) * 2017-09-15 2021-05-12 株式会社東芝 セルソータ
KR101966223B1 (ko) * 2017-09-29 2019-04-05 한국과학기술연구원 정자 관찰 구조체 및 이를 포함하는 정자 관찰 시스템
US11686664B2 (en) * 2018-01-29 2023-06-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Particle categorization
WO2019199853A1 (en) * 2018-04-09 2019-10-17 Inguran, Llc Methods and compositions for determining the presence or absence of dna aberrations
US10908065B2 (en) 2018-09-17 2021-02-02 Inguran, Llc Light collection from objects within a fluid column
JP7326787B2 (ja) * 2019-03-15 2023-08-16 株式会社リコー 選別装置
JP6661039B1 (ja) * 2019-03-28 2020-03-11 国立大学法人 東京大学 運動性細胞の選択装置
CN110302849B (zh) * 2019-05-31 2021-04-30 昆明理工大学 一种基于介电电泳原理分选液滴的微流控装置及方法
US11701658B2 (en) 2019-08-09 2023-07-18 President And Fellows Of Harvard College Systems and methods for microfluidic particle selection, encapsulation, and injection using surface acoustic waves
KR102378325B1 (ko) 2019-11-22 2022-03-24 영남대학교 산학협력단 곡선 형태의 미세유체칩, 이의 제조방법 및 이를 이용한 정자를 선별하는 방법
CN111330657B (zh) * 2020-03-06 2021-12-31 上海材料研究所 一种基于相控阵超声波换能器的微流控装置
CN111323361B (zh) * 2020-03-17 2022-05-10 南通大学 一种快速分离精子头、精子尾和正常有活力精子的方法
CN111876327B (zh) * 2020-07-02 2022-12-02 清华大学 一种用于法医复杂样本精子快速分离的方法及其分离装置
KR102575032B1 (ko) * 2020-12-02 2023-09-07 한국전자통신연구원 가스 탐지 지능 학습 시스템 및 그의 동작 방법
IL305929A (en) * 2021-03-17 2023-11-01 Abs Global Inc Multidirectional light-based cell differentiation from a microfluidic chip
US11921026B2 (en) * 2021-04-16 2024-03-05 Cytonome/St, Llc Method and apparatus for an anti-sorting flow cytometer
CN114112826B (zh) * 2021-11-25 2024-04-19 天津大学 用于荧光微粒的声光互联微流控检测系统和检测方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2091823T3 (es) * 1989-05-10 1996-11-16 Us Agriculture Metodo para preseleccionar el sexo de la progenie.
US6808075B2 (en) * 2002-04-17 2004-10-26 Cytonome, Inc. Method and apparatus for sorting particles
US6877528B2 (en) * 2002-04-17 2005-04-12 Cytonome, Inc. Microfluidic system including a bubble valve for regulating fluid flow through a microchannel
US20040043506A1 (en) 2002-08-30 2004-03-04 Horst Haussecker Cascaded hydrodynamic focusing in microfluidic channels
DE602004024874D1 (de) * 2003-03-28 2010-02-11 Inguran Llc Eschlechts-sortierten tierspermien
CN1860363B (zh) * 2003-08-28 2011-12-28 赛路拉公司 用于在微流通道网络中使用光学开关将细胞分类的方法和设备
BRPI0415913B1 (pt) * 2003-10-30 2017-09-26 Cytonome/St, Llc Structure and flow system for suspending a particle and method for wrapping that particle on at least two sides by a involving fluid
US20080272034A1 (en) * 2004-08-16 2008-11-06 Searete Llc, Separation of particles from a fluid by wave action
US7355696B2 (en) * 2005-02-01 2008-04-08 Arryx, Inc Method and apparatus for sorting cells
US7397232B2 (en) * 2005-10-21 2008-07-08 The University Of Akron Coulter counter having a plurality of channels
GB2464105A (en) * 2008-10-01 2010-04-07 Thorn Security A Particle Detector
JP5700189B2 (ja) 2009-06-05 2015-04-15 公益財団法人かずさＤｎａ研究所 三次元シースフロー形成構造及び微粒子集束方法
CN102472702B (zh) * 2009-07-07 2014-05-21 索尼公司 一种检测样品中的颗粒的方法
WO2011097032A1 (en) * 2010-02-05 2011-08-11 Cytonome/St, Llc Multiple flow channel particle analysis system
WO2012094325A2 (en) * 2011-01-03 2012-07-12 Cytonome/St. Llc Method and apparatus for monitoring and optimizing particle sorting
WO2012106294A1 (en) * 2011-02-04 2012-08-09 Cytonome/St, Llc Particle sorting apparatus and method
BR112013029824A2 (pt) * 2011-05-20 2016-09-06 Brigham & Womens Hospital análise e classificação de células móveis

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