JP6526758B2 - Microfluidic chip - Google Patents

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本発明は、粒子または細胞物質を、層流を用いて、様々な成分及び断片に分離するために用いられるマイクロ流体チップデザインに関する。   The present invention relates to microfluidic chip designs used to separate particles or cellular material into various components and fragments using laminar flow.

本発明は、粒子または細胞物質を、層流を用いて、様々な成分及び断片に分離するために用いられるマイクロ流体チップデザインに関する。   The present invention relates to microfluidic chip designs used to separate particles or cellular material into various components and fragments using laminar flow.

[関連分野の説明]
様々な粒子または細胞物質の分離、例えば、精子を非生存または非運動精子から生存運動精子に分離する、または、性別によって分離する場合、その処理は、時間がかかり、厳しい体積の制約が課される作業であることが多い。そのため、現在の分離技術は、例えば、望ましい成果または細胞物質の処理体積をタイムリーに生み出すことができない。
[Description of related fields]
When separating various particles or cellular material, eg separating sperm from non-viable or non-motile sperm into viable motile sperm or by sex, the process is time consuming and imposes severe volume constraints. Often work. As such, current separation techniques can not, for example, timely produce the desired outcome or processing volume of cellular material.

そこで、連続的で、スループットが高く、時間を節約し、分離される様々な成分に与える損傷が無視できるほどまたは最小限であるような分離技術及び装置が必要とされている。さらに、このような装置及び方法は、精子の分類のみならず、血液及びウィルス、細胞小器官、球形構造、コロイド懸濁液ならびに他の生物学的材料を含む他の細胞物質の分離において、生物学的及び医療エリアへのさらなる適用可能性を有さなければならない。   Thus, there is a need for separation techniques and devices that are continuous, high throughput, time-saving, and negligible or minimal damage to the various components being separated. In addition, such devices and methods can be used not only in the classification of sperm, but also in the separation of blood and other cellular material including viruses, organelles, spherical structures, colloidal suspensions and other biological material. It must have further applicability to medical and medical areas.

本発明は、マイクロ流体チップシステムに関し、これは、マイクロ流体チップホルダに搭載されるマイクロ流体チップカセットに装填されるマイクロ流体チップを含む。   The present invention relates to a microfluidic chip system, which comprises a microfluidic chip loaded into a microfluidic chip cassette mounted on a microfluidic chip holder.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、複数のチャネルが配置される複数の層を含み、複数のチャネルは、分離されるべき複数の成分のサンプル流体混合物が投入されるサンプル投入チャネルと、複数のシース流体が投入され、第1の交点においてサンプル投入チャネルと交差する第1の複数のシース流体チャネルであって、複数のシース流体は、少なくとも2つの側面においてサンプル流体混合物を圧縮し、サンプル流体混合物は、層流をサンプル投入チャネルに維持しつつ、複数のシース流体によって画定される相対的により小さく、より細い流れとなる、第1の複数のシース流体チャネルと、第1の複数のシース流体チャネルと実質的に同じ寸法であり、複数のシース流体が投入され、サンプル投入チャネルより実質的に90度上及び下に向かう第2の方向において、第1の交点の下流側にある第2の交点でサンプル投入チャネルと交差する、第2の複数のシース流体チャネルであって、第2の複数のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、サンプル流体混合物を圧縮し、サンプル流体混合物の複数の成分は、サンプル投入チャネルに層流をさらに維持しつつ、圧縮され、予め定められた方向に方向付けられる、第2の複数のシース流体チャネルと、サンプル投入チャネルから延びる複数の流出チャネルであって、複数の成分及び複数のシース流体をマイクロ流体チップから除去する複数の流出チャネルと、を含む。   In one embodiment, the microfluidic chip comprises a plurality of layers in which a plurality of channels are arranged, the plurality of channels being a sample injection channel into which a sample fluid mixture of a plurality of components to be separated is injected; A first plurality of sheath fluid channels into which sheath fluid is introduced and intersects the sample input channel at a first intersection point, wherein the plurality of sheath fluids compress the sample fluid mixture in at least two sides, the sample fluid mixture A first plurality of sheath fluid channels and a first plurality of sheath fluid channels are relatively smaller and thinner flows defined by the plurality of sheath fluids while maintaining laminar flow in the sample input channel. With substantially the same dimensions as that of the And a second plurality of sheath fluid channels that intersect the sample input channel at a second intersection point downstream of the first intersection point in a second downward direction, the second plurality of sheath fluid channels The plurality of sheath fluids from the channel compresses the sample fluid mixture, and the plurality of components of the sample fluid mixture are compressed and oriented in a predetermined direction while further maintaining laminar flow in the sample input channel. A second plurality of sheath fluid channels and a plurality of outlet channels extending from the sample input channel, wherein the plurality of components and the plurality of sheath fluids are removed from the microfluidic chip.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、サンプル投入チャネルのサンプル流体混合物の複数の成分を、第2の交点の下流側に配置されるインタロゲーションチャンバにおいて、インタロゲート及び特定するインタロゲーション装置を含む。   In one embodiment, the microfluidic chip includes an interrogation device that interrogates and identifies a plurality of components of the sample fluid mixture of the sample input channel in an interrogation chamber located downstream of the second intersection point .

一実施形態において、マイクロ流体チップは、インタロゲーションチャンバの下流側にあるサンプル流体混合物の複数の成分から複数の選択成分を分離する分離メカニズムを含み、これは、サンプル投入チャネルにおけるサンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分をインタロゲーションチャンバから延びる複数の流出チャネルの1つに押し出すことによる。   In one embodiment, the microfluidic chip includes a separation mechanism that separates the plurality of selected components from the plurality of components of the sample fluid mixture downstream of the interrogation chamber, which includes the sample fluid mixture in the sample input channel. By displacing the flow trajectory and pushing selected components of the displaced sample fluid mixture flow out of the interrogation chamber into one of a plurality of outlet channels extending.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、少なくとも1つの換気口によってジェットチャンバに導入された複数のシース流体を含む少なくとも1つのジェットチャンバと、少なくとも1つのジェットチャンバに接続される少なくとも1つのジェットチャネルであって、インタロゲーションチャンバにおいてサンプル投入チャネルに入る、少なくとも1つのジェットチャネルと、をさらに含む。   In one embodiment, the microfluidic chip comprises at least one jet chamber comprising a plurality of sheath fluids introduced into the jet chamber by at least one vent and at least one jet channel connected to the at least one jet chamber. And at least one jet channel that enters the sample input channel in the interrogation chamber.

一実施形態において、分離メカニズムは、サンプル投入チャネルの少なくとも1つの側面に配置される少なくとも1つの圧電アクチュエータアセンブリを含む。   In one embodiment, the separation mechanism includes at least one piezoelectric actuator assembly disposed on at least one side of the sample loading channel.

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリは、外部積層圧電アクチュエータアセンブリである。   In one embodiment, the piezoelectric actuator assembly is an external laminated piezoelectric actuator assembly.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、ジェットチャンバの各々をカバーする隔膜をさらに含み、外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、ジェットチャンバにおける複数のシース流体を、サンプル投入チャネルへと駆動し、サンプル投入チャネルにおけるサンプル流体混合物の流れの軌道を、複数の流出チャネルの1つに変位させるべく、隔膜に整合するとともにこれを変位させる。   In one embodiment, the microfluidic chip further includes a diaphragm covering each of the jet chambers, and the outer laminated piezoelectric actuator assembly drives a plurality of sheath fluids in the jet chamber into the sample loading channel and in the sample loading channel The diaphragm is aligned with and displaced so as to displace the trajectory of the sample fluid mixture flow into one of the plurality of outlet channels.

一実施形態において、外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、マイクロ流体チップホルダに配置される。   In one embodiment, the external stacked piezoelectric actuator assembly is disposed on the microfluidic chip holder.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、圧電アクチュエータアセンブリに接続される電子回路をさらに含み、電子回路は、隔膜と接触する圧電アクチュエータからの抵抗力によって生成される電子信号を増幅させる。   In one embodiment, the microfluidic chip further includes an electronic circuit connected to the piezoelectric actuator assembly, wherein the electronic circuit amplifies an electronic signal generated by a resistive force from the piezoelectric actuator in contact with the diaphragm.

一実施形態において、圧電フィルムからの電気信号は、外部積層圧電アクチュエータアセンブリによって生成される歪みの量を示す。   In one embodiment, the electrical signal from the piezoelectric film is indicative of the amount of strain generated by the outer laminated piezoelectric actuator assembly.

一実施形態において、接触のインジケータは、圧電アクチュエータと隔膜との間に接触が形成された場合に、自動的にオンにされる。   In one embodiment, the indicator of contact is automatically turned on when a contact is formed between the piezoelectric actuator and the diaphragm.

一実施形態において、接触が検知された場合に、電子信号は、設定閾値を超え、圧電アクチュエータアセンブリは、複数のシース流体をジェットチャンバからサンプル流体チャネルへと噴出させるべく、ジェットチャンバを圧縮する。   In one embodiment, when contact is detected, the electronic signal exceeds a set threshold and the piezoelectric actuator assembly compresses the jet chamber to cause multiple sheath fluids to be ejected from the jet chamber into the sample fluid channel.

一実施形態において、接触のインジケータは、光、音、触感またはこれらの任意の組み合わせを含む。   In one embodiment, the indicator of touch comprises light, sound, touch or any combination thereof.

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリは、ジェットチャンバをカバーする柔軟な隔膜と、付着メカニズムによって隔膜の上面に接着される圧電材料と、を含む。   In one embodiment, the piezoelectric actuator assembly includes a flexible diaphragm covering the jet chamber, and a piezoelectric material adhered to the top surface of the diaphragm by an adhesion mechanism.

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリの複数の電極に電圧が加えられた場合、柔軟な隔膜は、複数の選択成分を複数の流出チャネルの1つへと逸らせるべく、ジェットチャンバへと撓み、複数のシース流体をジェットチャンバからサンプル投入チャネルへと押し出す。一実施形態において、ジェットチャネルは、それがサンプル投入チャネルに接続する場合にテーパ状となる。   In one embodiment, when voltage is applied to the plurality of electrodes of the piezoelectric actuator assembly, the flexible diaphragm flexes into the jet chamber to deflect the plurality of selected components into one of the plurality of outlet channels, Of the sheath fluid from the jet chamber into the sample input channel. In one embodiment, the jet channel is tapered when it connects to the sample input channel.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、複数の流出チャネルの複数の端部に配置される複数の流出部をさらに含む。   In one embodiment, the microfluidic chip further comprises a plurality of outlets disposed at a plurality of ends of the plurality of outflow channels.

一実施形態において、複数の流出チャネルは、サンプル投入チャネルより寸法が増大する。   In one embodiment, the plurality of outlet channels are larger in size than the sample input channels.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、複数の流出部を分離するべく、マイクロ流体チップの下端に配置される複数の切欠きをさらに含む。   In one embodiment, the microfluidic chip further includes a plurality of notches disposed at the lower end of the microfluidic chip to separate the plurality of outlets.

一実施形態において、サンプル投入チャネル及び複数のシースチャネルは、マイクロ流体チップの1つまたは複数の平面に配置される。   In one embodiment, the sample injection channel and the plurality of sheath channels are disposed in one or more planes of the microfluidic chip.

一実施形態において、サンプル投入チャネル及び複数のシースチャネルは、マイクロ流体チップの1つまたは複数の構造層に、または複数の構造層の間に配置される。   In one embodiment, the sample loading channel and the plurality of sheath channels are disposed in or between one or more structural layers of the microfluidic chip.

一実施形態において、複数のシースチャネルの少なくとも1つは、サンプル投入チャネルが配置される平面と異なる平面に配置される。   In one embodiment, at least one of the plurality of sheath channels is disposed in a plane different from the plane in which the sample injection channel is disposed.

一実施形態において、複数のシースチャネルの少なくとも1つは、サンプル投入チャネルが配置される構造層と異なる構造層に配置される。   In one embodiment, at least one of the plurality of sheath channels is disposed in a structural layer different from the structural layer in which the sample loading channel is disposed.

一実施形態において、サンプル投入チャネルは、複数のシースチャネルとの第1の交点へのエントリポイントにおいてテーパ状となる。一実施形態において、サンプル投入チャネルは、インタロゲーションチャンバに向かってテーパ状となる。   In one embodiment, the sample injection channel tapers at an entry point to a first intersection point with the plurality of sheath channels. In one embodiment, the sample input channel is tapered towards the interrogation chamber.

一実施形態において、複数のシース流体チャネルは、第1の交点または第2の交点の少なくとも1つで、サンプル投入チャネルへの複数のエントリポイントにおいてテーパ状となる。   In one embodiment, the plurality of sheath fluid channels taper at a plurality of entry points into the sample input channel at at least one of the first intersection point or the second intersection point.

一実施形態において、インタロゲーションチャンバは、マイクロ流体チップの複数の構造層を通って切断される開口を含み、上窓は、複数の構造層の少なくとも1つの層の開口において第1のカバーを受容するように構成され、下窓は、複数の構造層の少なくとも1つの層の開口において第2のカバーを受容するように構成される。   In one embodiment, the interrogation chamber includes an opening that is cut through the plurality of structural layers of the microfluidic chip, and the upper window has a first cover at the opening of at least one of the plurality of structural layers. The lower window is configured to receive, and the lower window is configured to receive the second cover at the opening of at least one of the plurality of structural layers.

一実施形態において、インタロゲーションチャンバは、マイクロ流体チップの複数の平面を通って切断される開口を含み、上窓は、マイクロ流体チップの複数の平面のうち少なくとも1つの平面の開口において第1のカバーを受容するように構成され、下窓は、マイクロ流体チップの複数の平面のうち少なくとも1つの平面の開口において第2のカバーを受容するように構成される。   In one embodiment, the interrogation chamber includes an opening that is cut through the plurality of planes of the microfluidic chip, and the upper window is formed at a first opening of at least one plane of the plurality of planes of the microfluidic chip The lower window is configured to receive the second cover at an opening of at least one of the plurality of planes of the microfluidic chip.

一実施形態において、インタロゲーション装置は、サンプル流体混合物の複数の成分を照射及び励起するべく、第1のカバーを通してビームを発するように構成される光源を含み、ビームによって誘導され発せられた光は、第2のカバーを通過し、対物レンズによって受容される。   In one embodiment, the interrogation apparatus includes a light source configured to emit a beam through the first cover to illuminate and excite multiple components of the sample fluid mixture, the light induced and emitted by the beam Passes through the second cover and is received by the objective lens.

一実施形態において、インタロゲーション装置は、サンプル流体混合物の複数の成分を照射及び励起するべく、マイクロ流体チップの複数の構造層を通してビームを発するように構成される光源を含み、ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズによって受容される。   In one embodiment, the interrogation apparatus includes a light source configured to emit a beam through the plurality of structural layers of the microfluidic chip to illuminate and excite the plurality of components of the sample fluid mixture, and is directed by the beam The emitted light is received by the objective lens.

一実施形態において、インタロゲーション装置は、サンプル流体混合物の複数の成分を照射及び励起するべく、マイクロ流体チップの複数の平面を通してビームを発するように構成される光源を含み、ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズに受容される。   In one embodiment, the interrogation apparatus includes a light source configured to emit a beam through the plurality of planes of the microfluidic chip to illuminate and excite the plurality of components of the sample fluid mixture, the beam being induced to emit The received light is received by the objective lens.

一実施形態において、対物レンズによって受容された発せられた光は、圧電アクチュエータアセンブリのトリガとなる電子信号に変換される。   In one embodiment, the emitted light received by the objective is converted into an electronic signal that triggers the piezoelectric actuator assembly.

一実施形態において、サンプル流体混合物または複数のシース流体の1つは、圧送装置によって、マイクロ流体チップに圧送される。一実施形態において、外部管は、複数の流体を、マイクロ流体チップに連通させる。一実施形態において、複数の成分は、複数の細胞である。   In one embodiment, one of the sample fluid mixture or the plurality of sheath fluids is pumped to the microfluidic chip by a pumping device. In one embodiment, the outer tube communicates multiple fluids to the microfluidic chip. In one embodiment, the plurality of components is a plurality of cells.

一実施形態において、分離されるべき複数の細胞は、非生存または非運動精子からの生存運動精子、性別及び他の性別分類バリエーションによって分離された精子、集団細胞から分離された複数の幹細胞、複数の精子細胞を含む複数の未標識細胞から分離された1つまたは複数の標識細胞、望ましいまたは望ましくない特性によって明確にされる、複数の精子細胞を含む複数の細胞、特定の特徴に係る核DNAにおいて分離された複数の遺伝子、複数の表面マーカに基づいて分離された複数の細胞、膜完全性または生存性に基づいて分離された複数の細胞、可能なまたは予測される再生ステータスに基づいて分離された複数の細胞、凍結生存能力に基づいて分離された複数の細胞、複数の汚染物質または破片から分離された複数の細胞、複数の損傷細胞から分離された複数の健康な細胞、プラズマ混合物の複数の白血球及び血小板から分離された複数の赤血球細胞、または、複数の任意の他の細胞成分から複数の対応する断片に分離された複数の任意の細胞の少なくとも1つを含む。   In one embodiment, the plurality of cells to be separated is a viable motile sperm from non-viable or non-motile sperm, a sperm isolated by gender and other gender classification variations, a plurality of stem cells separated from population cells, plural One or more labeled cells separated from multiple unlabeled cells, including sperm cells, multiple cells including multiple sperm cells, defined by desirable or undesirable characteristics, nuclear DNA according to particular features Separation of multiple genes separated in multiple cells, multiple cells separated based on multiple surface markers, multiple cells separated based on membrane integrity or viability, separation based on possible or predicted regeneration status Cells isolated, cells isolated based on frozen viability, cells isolated from contaminants or debris, and Plural healthy cells separated from damaged cells, plural white blood cells of plasma mixture and plural red blood cells separated from platelets, or plural corresponding fragments from any other cellular components And at least one of any cells of

一実施形態において、複数の分離成分は、複数の流出チャネルの1つに移動させられ、複数の未選択成分は、複数の流出チャネルのうち他のものを通って流出する。   In one embodiment, the plurality of separated components are moved to one of the plurality of outlet channels, and the plurality of unselected components flow out through the other of the plurality of outlet channels.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、サンプル流体混合物または複数のシース流体の1つのマイクロ流体チップへの圧送を制御するコンピュータをさらに含む。   In one embodiment, the microfluidic chip further comprises a computer that controls the pumping of the sample fluid mixture or the plurality of sheath fluids to one microfluidic chip.

一実施形態において、マイクロ流体チップは、マイクロ流体チップの開口上に配置されるCCDカメラによって取得された視野に、複数の成分を表示するコンピュータをさらに含む。   In one embodiment, the microfluidic chip further includes a computer that displays the plurality of components in a field of view acquired by a CCD camera disposed over the aperture of the microfluidic chip.

一実施形態において、マイクロ流体チップシステムは、マイクロ流体チップホルダに搭載されるマイクロ流体チップカセットに装填されたマイクロ流体チップであって、サンプル流体をマイクロ流体チップに導入するためのサンプル投入部、及びシース流体をマイクロ流体チップに導入するための複数のシース投入部を有するマイクロ流体チップと、サンプル流体を貯留部からマイクロ流体チップのサンプル投入部に圧送し、複数のシース流体をマイクロ流体チップの複数のシース投入部に圧送する圧送メカニズムと、を含む。   In one embodiment, the microfluidic chip system is a microfluidic chip loaded in a microfluidic chip cassette mounted on a microfluidic chip holder, the sample input unit for introducing a sample fluid into the microfluidic chip, A microfluidic chip having a plurality of sheath inputs for introducing a sheath fluid into the microfluidic chip, and a sample fluid is pumped from the reservoir to the sample input of the microfluidic chip, and a plurality of sheath fluids are applied to the plurality of microfluidic chips And a delivery mechanism for delivering pressure to the sheath insertion part of

一実施形態において、流体混合物の複数の成分を方向付け及び分離する方法は、複数の成分を含むサンプル流体混合物をマイクロ流体チップのサンプル投入チャネルに投入する段階と、マイクロ流体チップの複数の第1のシース流体チャネルに複数のシース流体を投入する段階であって、複数の第1のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、複数の第1のシース流体チャネル及びサンプル投入チャネルの第1の交点において、サンプル投入チャネルのサンプル流体混合物に合流し、複数の第1のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、サンプル流体混合物の複数の成分をサンプル投入チャネルの中央の周りに集中させるべく、サンプル投入チャネルの一方向にサンプル流体混合物を圧縮する、段階と、マイクロ流体チップの複数の第2のシース流体チャネルに複数のシース流体を投入する段階であって、複数の第2のシースチャネルからの複数のシース流体は、第1の交点の下流側にある、複数の第2のシース流体チャネル及びサンプル投入チャネルの第2の交点において、サンプル投入チャネルのサンプル流体混合物に合流し、複数の第2のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、複数の成分がサンプル投入チャネルを通って流れる際、幅及び深さの両方だけ、複数の成分がサンプル投入チャネルの中央に集中及び整合するように、サンプル流体混合物を、第2の交点において第2の方向にさらに圧縮し、複数のシース流体は、複数の成分がサンプル流体チャネルを通って流れる際、複数の成分を選択方向に圧縮及び方向付けるべく、複数の成分に作用する、段階と、を含む。   In one embodiment, a method of directing and separating components of a fluid mixture comprises: injecting a sample fluid mixture comprising the components into a sample loading channel of the microfluidic chip; Injecting a plurality of sheath fluids into the sheath fluid channel of the plurality of sheath fluids from the plurality of first sheath fluid channels, the plurality of first sheath fluid channels and a first intersection of the plurality of sample introduction channels Wherein the plurality of sheath fluids from the plurality of first sheath fluid channels merge with the sample fluid mixture in the sample loading channel to cause the plurality of components of the sample fluid mixture to be concentrated around the center of the sample loading channel Compressing the sample fluid mixture in one direction of the input channel; Injecting a plurality of sheath fluids into a number of second sheath fluid channels, the plurality of sheath fluids from the plurality of second sheath channels being downstream of the first intersection point; The plurality of sheath fluids from the plurality of second sheath fluid channels merge with the plurality of sample fluid channels, and the plurality of sheath fluids from the plurality of second sheath fluid channels merge with the sample fluid mixture of the sample loading channel The sample fluid mixture is further compressed in the second direction at the second intersection so that the plurality of components converge and align in the center of the sample input channel, both by width and depth, as it flows through. The sheath fluid acts on the plurality of components to compress and direct the plurality of components in a selected direction as the plurality of components flow through the sample fluid channel That includes a stage, a.

このように、本発明によるいくつかの特徴が、後述されるそれらの詳細な説明がより良く理解され、当分野への本貢献がより良く理解されるべく、概説された。勿論、後述される本発明による複数の追加的特徴は、本明細書に添付された特許請求の範囲の主題を形成する。   Thus, some features of the present invention have been outlined in order to provide a better understanding of their detailed description, which is set forth below, and a better understanding of the present contribution to the art. Of course, the additional features according to the invention described below form the subject matter of the claims appended hereto.

この点で、本発明による少なくとも一実施形態を詳細に説明する前は、本発明は、以下の説明において説明され、または複数の図面において示される複数の成分の構造及び構成の詳細に対するその用途において、限定されるものではないことを理解されたい。本発明による複数の方法及び複数の装置は、複数の他の実施形態をとり、様々な態様で実施及び実行されることが可能である。また、本明細書において用いられる語句及び用語は、以下に含まれる要約と同様に、説明目的であって、限定のためのものとみなされるべきではないことを理解されたい。   In this regard, before describing in detail at least one embodiment in accordance with the present invention, the present invention will be described in detail in the following description or its application to the details of construction and arrangement of components shown in the drawings. It should be understood that it is not limited. The methods and apparatus according to the present invention may take other embodiments and may be implemented and carried out in various ways. Also, it is to be understood that the phraseology and terminology employed herein, as well as the abstract included below, are for the purpose of description and should not be regarded as limiting.

これ自体は、当業者であれば、本開示のベースとなる概念が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法及びシステムを設計するための基礎として、容易に利用可能であることが理解されよう。従って、重要なことは、特許請求の範囲は、本発明による複数の方法及び複数の装置の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、これらと均等な複数の構成を含むものとみなされることである。   As such, one of ordinary skill in the art can readily utilize the concepts underlying the present disclosure as a basis for designing other structures, methods, and systems for carrying out the several purposes of the present invention. It will be understood that Therefore, it is important that the claims be regarded as including equivalent arrangements of the various methods and devices of the present invention without departing from the spirit and scope thereof.

本発明の目的、特徴及び利点は、以下の開示への説明が添付図面と併せて考慮されることによって、より容易に理解されよう。
本発明による一実施形態に係るマイクロ流体チップの例示的な実施形態の分解斜視図を示す。 本発明による変形実施形態に係る図1の組み立てられたマイクロ流体チップの平面図を示す。 本発明による変形実施形態に係る図1の組み立てられたマイクロ流体チップの平面図を示す。 本発明による変形実施形態に係る図1の組み立てられたマイクロ流体チップの平面図を示す。 本発明による一実施形態に係る図1及び図2Aから図2Cのマイクロ流体チップのインタロゲーションチャンバの断面図を示す。 本発明による一実施形態に係る、図1及び図2Aから図2Cのマイクロ流体チップを通って流体混合物を流れる複数の成分の光源による例示的なインタロゲーション、及び2つの(鏡像関係にある)圧電アクチュエータアセンブリの1つの例示的な動作の内部断面図を示す。 本発明による一実施形態に係る、図1及び図2Aから図2Cのマイクロ流体チップを通って流れる複数の成分、及び2段階集中化の例示的な動作の内部斜視図及び斜位図を示す。 本発明による一実施形態に係る、図1―2Cのマイクロ流体チップに配置される複数のチャネル及びインタロゲーションチャンバの斜視図及び斜位図を示す。 本発明による一実施形態に係るマイクロ流体チップホルダの本体の正面図の模式図を示す。 本発明による一実施形態に係る図6のマイクロ流体チップホルダの圧電アクチュエータアセンブリの側面図の模式図を示す。 本発明による一実施形態に係るマイクロ流体チップホルダの正面図の模式図を示す。 本発明による一実施形態に係る、サンプル流体及びシースまたはバッファ流体をマイクロ流体チップに圧送する圧送メカニズムを示す。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objects, features and advantages of the present invention will be more readily understood as the following description of the disclosure is considered in conjunction with the accompanying drawings.
FIG. 7 shows an exploded perspective view of an exemplary embodiment of a microfluidic chip according to an embodiment according to the present invention. FIG. 2A shows a top view of the assembled microfluidic chip of FIG. 1 according to a variant embodiment according to the invention. FIG. 2A shows a top view of the assembled microfluidic chip of FIG. 1 according to a variant embodiment according to the invention. FIG. 2A shows a top view of the assembled microfluidic chip of FIG. 1 according to a variant embodiment according to the invention. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the interrogation chamber of the microfluidic chip of FIGS. 1 and 2A-2C according to an embodiment according to the present invention. Exemplary interrogation with light sources of multiple components flowing through the fluid mixture through the microfluidic chip of FIGS. 1 and 2A-2C, and two (mirror images), according to one embodiment according to the present invention FIG. 7 shows an internal cross-sectional view of one exemplary operation of a piezoelectric actuator assembly. FIGS. 2A-2C show internal perspective and perspective views of the multiple components flowing through the microfluidic chip of FIGS. 1 and 2A-2C, and an exemplary operation of a two-stage centralized, according to one embodiment according to the present invention. FIG. 1C shows a perspective view and a perspective view of a plurality of channels and interrogation chambers disposed in the microfluidic chip of FIGS. 1-2C, according to one embodiment according to the present invention. FIG. 5 shows a schematic view of a front view of a main body of a microfluidic chip holder according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a schematic view of a side view of a piezoelectric actuator assembly of the microfluidic chip holder of FIG. 6 according to an embodiment according to the present invention. FIG. 1 shows a schematic view of a front view of a microfluidic chip holder according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 illustrates a pumping mechanism for pumping sample fluid and sheath or buffer fluid to a microfluidic chip, according to one embodiment according to the present invention.

複数の例示的な実施形態を詳細に示す複数の図を参照する前に、本開示は、記載において説明されたまたは複数の図において示された詳細または方法論に限定されるものではないことを理解されたい。用語は、説明のみを目的とするものであり、限定的とみなされるべきではないことも理解されたい。同じまたは同様の部分を指すために、同じまたは同様の参照番号を、全ての図面において用いるよう図られている。   DETAILED DESCRIPTION Before referring to the figures that illustrate the example embodiments in detail, it is understood that the present disclosure is not limited to the details or methodology set forth in the description or illustrated in the figures. I want to be It is also to be understood that the terms are for the purpose of illustration only and should not be considered limiting. The same or similar reference numerals are intended to be used in all the drawings to refer to the same or similar parts.

本開示は、マイクロ流体チップデザインに関し、これは、粒子または精子のような細胞物質、及び他の粒子または細胞を、層流を用いて、様々な成分及び断片に分離するために用いられる。   The present disclosure relates to microfluidic chip design, which is used to separate cellular material such as particles or sperm and other particles or cells into various components and fragments using laminar flow.

本発明の様々な実施形態は、混合物の複数の成分を分離するために、例えば、生存運動精子を非生存または非運動精子から分離すること、性別及び他の性別分類バリエーションによって精子を分離すること、複数の幹細胞を集団細胞から分離すること、望ましい/望ましくない特性を明確にして、1つまたは複数の標識細胞を複数の未標識細胞から分離すること、特定の特徴に係る核DNAの複数の遺伝子を分離すること、複数の表面マーカに基づいて複数の細胞を分離すること、膜の完全性(生存性)、可能なまたは予測される再生ステータス(受精率)、凍結生存能力等に基づいて、複数の細胞を分離すること、複数の細胞を複数の汚染物質または破片から分離すること、(骨髄抽出でのように)複数の健康な細胞を複数の損傷細胞(すなわち、癌性細胞)から分離すること、複数の赤血球細胞をプラズマ混合物の複数の白血球及び血小板から分離すること、複数の任意の細胞を複数の任意の他の細胞成分から複数の対応する断片に分離すること、を提供する。   Various embodiments of the present invention separate sperm from separated non-viable or non-motile spermatozoa, eg, by sex and other gender classification variations, to separate multiple components of the mixture. Separating a plurality of stem cells from a population of cells, clarifying desired / undesired properties, and separating one or more labeled cells from a plurality of unlabeled cells, a plurality of nuclear DNA according to a particular feature. Separating genes, separating multiple cells based on multiple surface markers, membrane integrity (viability), possible or predicted regeneration status (fertility), frozen viability etc. Separating multiple cells, separating multiple cells from multiple contaminants or debris, (as in bone marrow extraction) multiple damaged cells (Separating from cancerous cells), separating multiple red blood cells from multiple white blood cells and platelets of plasma mixture, multiple arbitrary cells from multiple arbitrary other cellular components and multiple corresponding fragments To provide separation.

さらに、本開示の主題は、同様に、他の医療用途にも適している。例えば、後述される様々な複数の層流は、全血が老廃物を除去されて患者に戻される、腎臓透析処理の一部として利用可能である。さらに、本開示の様々な実施形態は、細胞、ウィルス、バクテリア、細胞小器官もしくはサブパート、球形構造、コロイド懸濁液、脂質ならびに脂質球、ゲル、非混和性粒子、割球、細胞凝集、微生物、及び他の生物学的材料の分離のような、他の生物学的または医療エリアへのさらなる適用可能性を有してもよい。例えば、本開示に係る複数の成分の分離は、(バクテリアのような)汚染物質が細胞懸濁液から除去される細胞「洗浄」を含んでもよく、医療及び食品産業の用途において特に有用たり得る。意義深いことには、先行技術である流れをベースとした技術は、本発明のように、非運動細胞成分の分離への適用を何ら認識していなかった。   Furthermore, the subject matter of the present disclosure is suitable for other medical applications as well. For example, the various laminar flows described below are available as part of a renal dialysis treatment where whole blood is removed from the waste and returned to the patient. Furthermore, various embodiments of the present disclosure include cells, viruses, bacteria, organelles or subparts, spherical structures, colloidal suspensions, lipids and lipid spheres, gels, immiscible particles, blastomeres, cell aggregates, microorganisms And may have further applicability to other biological or medical areas, such as the separation of other biological materials. For example, separation of multiple components according to the present disclosure may include cell "washing" where contaminants (such as bacteria) are removed from the cell suspension and may be particularly useful in medical and food industry applications . Significantly, prior art flow-based techniques have not recognized any application to the separation of non-motor cell components as in the present invention.

本開示の主題は、種を1つの溶液から他の溶液へと移動させることにも利用可能であり、ここでは、ろ過または遠心分離による分離は、非実用的であるか、または望ましくない。上述された複数の用途に加えて、追加的な複数の用途は、例えば、所与のサイズの複数のコロイドを、他のサイズの複数のコロイドから(研究または商業的な用途のために)分離すること、細胞、卵細胞等のような複数の粒子を洗浄する(これらが含有される媒体を有効に置換し、汚染物質を除去する)こと、または、塩及び界面活性剤の溶液からのナノチューブのような複数の粒子を、異なる塩分濃度または界面活性剤なしのもので洗浄することを含む。   The subject matter of the present disclosure is also applicable to transferring species from one solution to another, wherein separation by filtration or centrifugation is impractical or undesirable. In addition to the applications described above, additional applications, for example, separate colloids of a given size from colloids of other sizes (for research or commercial applications) Washing the plurality of particles such as cells, egg cells etc. (effectively displacing the medium in which they are contained, removing contaminants) or of nanotubes from a solution of salt and surfactant Washing the plurality of such particles with different salt concentrations or without surfactant.

複数の種の分離の動作は、自己運動性、自己拡散性、自由落下速度、またはアクチュエータ、電磁場もしくはホログラフィック光学トラップのような外部力下での動作を含む、物体または成分の多数の物理特性によって異なることがある。分類の基になる複数の特性は、例えば、細胞運動性、細胞生存性、物体のサイズ、物体の質量、物体の濃度、物体が流れの中で互いにまたは他の物体を引きつけるまたはこれらと反発する傾向、物体の電荷、物体の界面化学、及び、特定の他の物体(すなわち、分子)がその物体に付着する傾向を含む。   The action of the separation of the multiple species may be a number of physical properties of the object or component, including self-moving, self-diffusing, free falling velocity, or operating under external forces such as actuators, electromagnetic fields or holographic optical traps. May vary depending on The properties on which the classification is based are, for example, cell motility, cell viability, size of the object, mass of the object, concentration of the object, the object attracts or repels each other or other objects in the flow Including the tendency, the charge of the object, the surface chemistry of the object, and the tendency of certain other objects (ie, molecules) to adhere to the object.

複数のマイクロ流体チップの様々な実施形態は、後述されるように、1つまたは複数のフローチャネルを利用し、これらは、複数の実質的に層流を有し、1つまたは複数の成分が特定のためにインタロゲートされ、1つまたは複数の流出部へ流出する複数の流れに分離されることを可能にする。さらに、混合物の様々な成分は、例えば、流れのメカニズムまたは光ピンセットもしくはホログラフィック光学トラップのようなさらなる分離メカニズムを用いることによって、または、磁性(すなわち、磁性ビーズの利用)によって、オンチップで分離されてもよい。本発明の様々な実施形態は、これにより、複数の成分を、連続的な閉システム内で、先行技術の方法のように損傷及び汚染の可能性なく、具体的には精子分離において定められるように、連続的に分離することを実現する。本発明の連続処理は、複数の成分を分離する際に、大幅な時間の節約をさらに実現する。   Various embodiments of the plurality of microfluidic chips utilize one or more flow channels, as described below, which have a plurality of substantially laminar flows and one or more components are Interrogated for identification, enabling it to be separated into multiple streams flowing out to one or more outlets. Furthermore, the various components of the mixture are separated on-chip, for example by using flow mechanisms or additional separation mechanisms such as optical tweezers or holographic optical traps, or by magnetism (ie utilization of magnetic beads) It may be done. Various embodiments of the present invention thereby allow multiple components to be defined in a continuous closed system without the possibility of damage and contamination as in the prior art methods, in particular in sperm separation. To achieve continuous separation. The continuous processing of the present invention further realizes significant time savings when separating multiple components.

以下の説明は、非生存または非運動精子から生存運動精子への精子分離、もしくは性別及び他の性別分類バリエーションによって精子を分離すること、または、望ましい/望ましくない特性等を明確にして、1つまたは複数の標識細胞を複数の未標識細胞から分離することを中心とするが、本発明の装置、方法及びシステムは、流体流内における蛍光技術によるインタロゲートが可能な、または、異なる流出への異なる流体流の間で操作可能な、他の種類の粒子状物質、生物質または細胞物質に拡張されてもよい。   The following description is for separating sperm from non-viable or non-motile sperm into viable motile sperm, or separating sperm by gender and other gender classification variations, or clarifying desirable / undesired characteristics etc. Or focusing on separating multiple labeled cells from multiple unlabeled cells, the devices, methods and systems of the present invention can be interrogated by fluorescence techniques in a fluid stream, or different to different effluents It may be extended to other types of particulate matter, live matter or cellular matter operable between fluid streams.

本主題は、図1―5に示されるマイクロ流体チップ100及び図6―9に示されるマイクロ流体チップホルダ200に対して詳細に説明されるが、この説明は、本明細書で説明される様々な他の実施形態またはこれらのあらゆる変形に等しく適用されることを理解されたい。   Although the present subject matter will be described in detail with respect to the microfluidic chip 100 shown in FIGS. 1-5 and the microfluidic chip holder 200 shown in FIGS. 6-9, the description may be made in various ways as described herein. It should be understood that the present invention applies equally to the other embodiments or any of these variations.

[マイクロ流体チップアセンブリ]
図1は、マイクロ流体チップ100の例示的な実施形態である。マイクロ流体チップ100は、適切なサーモプラスチック(例えば、低自動蛍光発光ポリマ等)から、当業者に周知のように、エンボス処理または射出成形処理を通して製造され、適したサイズである。
[Microfluidic chip assembly]
FIG. 1 is an exemplary embodiment of a microfluidic chip 100. The microfluidic chip 100 is manufactured from an appropriate thermoplastic (eg, low auto-fluorescent polymer, etc.) through embossing or injection molding processes, as is well known to those skilled in the art, and is of a suitable size.

マイクロ流体チップ100は、複数の構造層を含み、ここには、サンプル投入チャネル、シースまたはバッファ流体チャネル、流出チャネル等として機能する複数のマイクロチャネルが配置される。複数のマイクロチャネルは、微粒子層流を収容するのに適したサイズであり、チップ100の複数の層のいずれかにおいて、本発明の目的が実現される限りにおいて、適切な長さで配置されてもよい。マイクロ流体チップ100を通る望ましい流速は、圧送メカニズム、複数のマイクロチャネルの様々な位置に狭小部を設けること、及び/または、複数の障害物もしくは複数の仕切りを複数のマイクロチャネル内に設けることによって、チップ100内のマイクロチャネルの適切な寸法を維持しつつ、チップ100への予め定められた導入流速によって制御されてもよい。   The microfluidic chip 100 includes a plurality of structural layers, in which a plurality of microchannels functioning as a sample input channel, a sheath or buffer fluid channel, an outflow channel, etc. are arranged. The plurality of microchannels are of a size suitable to accommodate the laminar particle flow, and in any of the plurality of layers of the chip 100, arranged with an appropriate length as long as the object of the present invention is realized. It is also good. The desired flow rate through the microfluidic chip 100 can be achieved by pumping mechanisms, providing narrowing at various locations of the plurality of microchannels, and / or providing obstacles or partitions within the plurality of microchannels. , May be controlled by a predetermined introduction flow rate into the chip 100 while maintaining the appropriate dimensions of the microchannels in the chip 100.

複数の投入部が、マイクロ流体チップ100に設けられ、これらは、複数のマイクロチャネル/複数のチャネルへのアクセスを提供する。一実施形態において、図1及び図2Aから図2Cに示されるように、サンプル投入部106は、サンプル流体混合物120(図4―5参照)の複数の成分160のサンプルを、貯留源(図9参照)からマイクロ流体チップ100のサンプル投入チャネル164Aに導入するために用いられる。マイクロ流体チップ100は、シースまたはバッファ流体を導入するための少なくとも1つのシース/バッファ投入部(一実施形態において、シース/バッファ投入部107、108)をさらに含む。一実施形態において、シース/バッファ投入部107及びシース/バッファ投入部108を含む2つのシース/バッファ投入部がマイクロ流体チップ100にあり、これらは両方とも、サンプル投入部106近傍に配置され、これらは両方とも、シースまたはバッファ流体をマイクロ流体チップ100に導入する。シースまたはバッファ流体は、マイクロ流体の技術分野において周知であり、一実施形態において、流体混合物の複数の成分160(すなわち、複数の精子細胞)の生存性を維持するために、当技術分野において周知の栄養分を含有してもよい。シース/バッファ投入部107、108の位置は、異なってもよく、これらは、チップ100の同じまたは異なる構造層にある複数のマイクロチャネルにアクセスしてもよい。   A plurality of inlets are provided on the microfluidic chip 100, which provide access to the plurality of microchannels / channels. In one embodiment, as shown in FIG. 1 and FIGS. 2A-2C, the sample input 106 may store a sample of the plurality of components 160 of the sample fluid mixture 120 (see FIGS. 4-5). Is used to introduce the sample into the sample input channel 164A of the microfluidic chip 100. The microfluidic chip 100 further includes at least one sheath / buffer input (in one embodiment, sheath / buffer inputs 107, 108) for introducing a sheath or buffer fluid. In one embodiment, there are two sheath / buffer inputs in the microfluidic chip 100, including a sheath / buffer input 107 and a sheath / buffer input 108, both of which are located near the sample input 106, Both introduce a sheath or buffer fluid into the microfluidic chip 100. Sheath or buffer fluids are well known in the microfluidic art and, in one embodiment, well known in the art to maintain the viability of multiple components 160 (ie, multiple sperm cells) of the fluid mixture. It may contain the nutrients of The position of the sheath / buffer loaders 107, 108 may be different and they may access multiple microchannels in the same or different structural layers of the chip 100.

一実施形態において、充填孔または換気口121、122が、封止されていない場合には、シースまたはバッファ流体をジェットチャンバ130、131(後述)に導入するために用いられてもよい。   In one embodiment, the fill holes or vents 121, 122 may be used to introduce a sheath or buffer fluid into the jet chamber 130, 131 (described below) if not sealed.

一実施形態において、主チャネル164(図2A参照)から延びる複数の流出チャネルは、マイクロ流体チップ100を通って流れた、分離成分160及び/またはシースまたはバッファ流体を含む流体を除去するために設けられる。一実施形態において、図1及び図2Aから図2Cに示されるように、左側流出チャネル140、中央流出チャネル141及び右側流出チャネル142を含む3つの流出チャネル140―142がある。左側流出チャネル140は、第1の流出部111において終端し、中央流出チャネル141は、第2の流出部112において終端し、右側流出チャネル142は、第3の流出部113において終端する。しかしながら、流出部の数は、流体混合物120から分離されるべき成分160の数に応じて、少なくてもよく、多くてもよい。   In one embodiment, a plurality of outlet channels extending from the main channel 164 (see FIG. 2A) are provided to remove fluid comprising the separated component 160 and / or sheath or buffer fluid that has flowed through the microfluidic chip 100. Be In one embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2A-2C, there are three outflow channels 140-142 including a left outflow channel 140, a central outflow channel 141 and a right outflow channel 142. The left outflow channel 140 terminates at the first outflow 111, the central outflow channel 141 terminates at the second outflow 112, and the right outflow channel 142 terminates at the third outflow 113. However, the number of outlets may be small or large, depending on the number of components 160 to be separated from the fluid mixture 120.

一実施形態において、直線状の端部の代わりに、必要な場合には、複数の切欠きまたは凹部146が、複数の流出部(すなわち、流出部111―113)を分離し、外部管等を取り付けるために、マイクロ流体チップ100の下端に配置される。第1の流出部111、第2の流出部112及び第3の流出部113は、インタロゲーションチャンバ129(図2A−4参照)から発する流出チャネル140―142を介して到達される。   In one embodiment, instead of straight ends, where necessary, a plurality of notches or recesses 146 separate a plurality of outlets (i.e. outlets 111-113), an outer pipe or the like. Located at the lower end of the microfluidic chip 100 for attachment. The first outlet 111, the second outlet 112 and the third outlet 113 are reached via the outlet channels 140-142 originating from the interrogation chamber 129 (see FIG. 2A-4).

一実施形態において、マイクロ流体チップ100は、複数のマイクロチャネルが配置される複数の構造層を有する。複数のチャネルは、1つまたは複数の層に、または複数の層の間に配置されてもよい。一実施形態において、図1に示されるように、例として、4つの構造的プラスチック層101―104が、マイクロ流体チップ100を備えるものとして示される。しかしながら、当業者であれば、より少ないまたは追加の層が用いられてもよく、本発明の目的が実現される限り、複数のチャネルが、複数の層のいずれに配置されてもよいことは承知であろう。   In one embodiment, the microfluidic chip 100 has a plurality of structural layers in which a plurality of microchannels are arranged. Multiple channels may be disposed in one or more layers, or between multiple layers. In one embodiment, as shown in FIG. 1, by way of example, four structural plastic layers 101-104 are shown as comprising a microfluidic chip 100. However, one skilled in the art will realize that fewer or additional layers may be used and that multiple channels may be located in any of multiple layers as long as the objects of the present invention are achieved. Will.

任意の望ましい形状のガスケットまたはOリングが、マイクロ流体チップ100とマイクロ流体チップホルダ200(図6参照)との間に固い封止を維持するべく設けられてもよい。ガスケットの場合、これは、望ましいように、任意の構成または材料(すなわち、ゴム、シリコン等)の単一のシートまたは複数の成分であってもよい。一実施形態において、図1に示されるように、第1のガスケット105は、マイクロ流体チップ100の1つの端部に配置され、層104と結合し、または(エポキシを用いて)これに接着される。複数の孔144は、第1のガスケット105に設けられ、サンプル投入部106、シース/バッファ投入部107、シース/バッファ投入部108及び換気口121、122へのアクセスを提供するべく、これらと整合するように構成される。   A gasket or o-ring of any desired shape may be provided to maintain a tight seal between the microfluidic chip 100 and the microfluidic chip holder 200 (see FIG. 6). In the case of a gasket, this may be a single sheet or multiple components of any configuration or material (i.e., rubber, silicone, etc.), as desired. In one embodiment, as shown in FIG. 1, a first gasket 105 is disposed at one end of the microfluidic chip 100, bonded to the layer 104, or bonded thereto (using an epoxy) Ru. A plurality of holes 144 are provided in the first gasket 105 and aligned with the sample input 106, the sheath / buffer input 107, the sheath / buffer input 108 and the vents 121, 122 to provide access thereto. Configured to

一実施形態において、第2のガスケット143は、第1のガスケット105の反対側のマイクロ流体チップ100の他の端部に配置され、上構造層104と結合し、または(エポキシを用いて)これに接着される。第2のガスケット143は、マイクロ流体チップホルダ200(図6参照)におけるマイクロ流体チップ100の封止、安定化またはバランス維持を助けるように構成される。   In one embodiment, the second gasket 143 is disposed at the other end of the microfluidic chip 100 opposite the first gasket 105 and combines with the upper structural layer 104 or (with epoxy) Glued to. The second gasket 143 is configured to help seal, stabilize or balance the microfluidic chip 100 in the microfluidic chip holder 200 (see FIG. 6).

一実施形態において、複数の孔及び複数のポスト145は、チップ加工中に複数の層(すなわち、層101―104)を固定及び整合させるべく、マイクロ流体チップ100における様々な便利な位置に配置される。   In one embodiment, the plurality of holes and the plurality of posts 145 are disposed at various convenient locations on the microfluidic chip 100 to fix and align the plurality of layers (ie, layers 101-104) during chip processing. Ru.

一実施形態において、複数の成分160を含むサンプル流体混合物120は、サンプル投入部106に導入され、流体混合物120は、主チャネル164を通ってインタロゲーションチャンバ129(図2A、4および5参照)に向かって流れる。シースまたはバッファ流体163は、シース/バッファ投入部107、108に導入され、それぞれチャネル114、115および116、117を通って主チャネル164へと流れ、複数の流出チャネル140―142を通って流出する前にインタロゲーションチャンバ129へと向かう。   In one embodiment, a sample fluid mixture 120 comprising a plurality of components 160 is introduced into the sample input 106, and the fluid mixture 120 passes through the main channel 164 to the interrogation chamber 129 (see FIGS. 2A, 4 and 5). Flow toward The sheath or buffer fluid 163 is introduced to the sheath / buffer input 107, 108 and flows through the channels 114, 115 and 116, 117 to the main channel 164 and out through the plurality of outflow channels 140-142, respectively. Head to the interrogation chamber 129 forward.

一実施形態において、チャンバ130、131が製造中にシースまたはバッファ流体163で充填されていない場合に、シースまたはバッファ流体163は、マイクロ流体チップ110の製造後にチャンバ130、131を充填するべく、換気口121、122を通ってジェットチャンバ130、131に導入されてもよい。上述されたように、用いられるシースまたはバッファ流体163は、マイクロ流体の当業者に周知である。   In one embodiment, if the chambers 130, 131 are not filled with a sheath or buffer fluid 163 during manufacture, the sheath or buffer fluid 163 ventilate to fill the chambers 130, 131 after the fabrication of the microfluidic chip 110. It may be introduced into the jet chamber 130, 131 through the ports 121, 122. As mentioned above, the sheath or buffer fluid 163 used is well known to those skilled in the art of microfluidics.

一実施形態において、主チャネル164からの流体混合物120は、チャネル114、115からのシースまたはバッファ流体163と、マイクロ流体チップ100の同じ平面の交点161において合流する。一実施形態において、チャネル116、117からのバッファ流体163は、混ぜ合わされた流体混合物120及び第2の交点162の下流側にある第1の交点161からのシースまたはバッファ流体163に合流する。一実施形態において、チャネル114、115は、本発明の目的を達成するために望ましい流速が実現される限りにおいて、チャネル116、117と実質的に同じ寸法である。   In one embodiment, the fluid mixture 120 from the main channel 164 merges with the sheath or buffer fluid 163 from the channels 114, 115 at the intersection point 161 of the same plane of the microfluidic chip 100. In one embodiment, the buffer fluid 163 from the channels 116, 117 merges with the mixed fluid mixture 120 and the sheath or buffer fluid 163 from the first intersection point 161 downstream of the second intersection point 162. In one embodiment, the channels 114, 115 are substantially the same size as the channels 116, 117 as long as the desired flow rate is achieved to achieve the objects of the present invention.

一実施形態において、チャネル114―117、123、124、140―142、125a、125b、126a、126b、127、128は、実質的に同じ寸法を有してもよいが、しかしながら、当業者であれば、本発明の目的を達成するために望ましい流速が実現される限りにおいて、マイクロ流体チップ100の複数のチャネルのいずれかまたは全てのサイズが、異なる寸法(すなわち、50から500ミクロンの間)であってもよいことは承知であろう。   In one embodiment, channels 114-117, 123, 124, 140-142, 125a, 125b, 126a, 126b, 127, 128 may have substantially the same dimensions, however, as one of ordinary skill in the art For example, the size of any or all of the plurality of channels of the microfluidic chip 100 may be different (ie, between 50 and 500 microns) as long as the desired flow rate is achieved to achieve the objects of the present invention. It will be appreciated that there may be.

一実施形態において、マイクロ流体チップ100のチャネル114―117、123、124、140―142、125a、125b、126a、126b、127、128は、寸法が異なってもよいだけではなく、複数のチャネルを通る流体の流れを制御するべく、チップ100の複数の他のチャネルへのエントリポイントにおいてテーパ状の形状を有してもよい。例えば、主チャネル164は、交点161(図5B参照)へのエントリポイントにおいて、交点161へのサンプル120の流れを制御し、その速度を上げるためにテーパ状であってもよく、チャネル114、115からのシースまたはバッファ流体163が、(テーパ状のチャネル164がチャネル164Aに合流する位置に応じて)全ての側面でない場合には少なくとも2つの側面において、第1の方向(すなわち水平)にサンプル流体混合物120を圧縮することを可能にしてもよい。つまり、サンプル流体混合物120は、チャネル164Aの層流を維持しつつ、シースまたはバッファ流体163によって画定されまたは囲まれた、相対的により小さく、より細い流れとなる。しかしながら、当業者であれば、本発明の目的が得られる限りにおいて、交点161に入る主チャネル164が、長方形または円形チャネルのような任意の物理的構成たり得ることは承知であろう。   In one embodiment, the channels 114-117, 123, 124, 140-142, 125a, 125b, 126a, 126b, 127, 128 of the microfluidic chip 100 may not only differ in size, but also a plurality of channels. It may have a tapered shape at the entry point to the plurality of other channels of the chip 100 to control the flow of fluid therethrough. For example, the main channel 164 may be tapered to control the flow of the sample 120 to the intersection point 161 at the entry point to the intersection point 161 (see FIG. 5B) and to increase its speed. Sample fluid in a first direction (i.e., horizontal) on at least two sides if not all sides (depending on where the tapered channel 164 joins the channel 164A) the sheath or buffer fluid 163 from It may be possible to compress the mixture 120. That is, the sample fluid mixture 120 will be a relatively smaller, thinner stream defined or surrounded by the sheath or buffer fluid 163 while maintaining the laminar flow of the channel 164A. However, one skilled in the art will be aware that the main channel 164 entering the intersection point 161 may have any physical configuration, such as a rectangular or circular channel, as long as the object of the present invention is obtained.

例示的な一実施形態において、チャネル116、117の少なくとも1つは、マイクロ流体チップ100において、チャネル164が配置される層とは異なる構造層に配置される。例えば、シースまたはバッファ流体163が交点162において流体混合物120に合流する場合、チャネル116、117が(層102にある)他のチャネル164および114、115と異なる平面にあるように、チャネル116は、層103に配置されてもよく、チャネル117は、層101(図1参照)に配置されてもよい。一実施形態において、主チャネル164は、層102、103の間に配置されるが(図3参照)、しかしながら、当業者であれば、チャネル114―117、164、123、124、140―142、125a、125b、126a、126b、127、128等が任意の層に、または任意の2つの層の間に配置され得ることは承知であろう。さらに、チャネル114―117、164、123、124、140―142、125a、125b、126a、126b、127、128等は、複数の図に示されるように例示的な複数の実施形態において説明されるが、当業者であれば、本発明の説明される特徴が実現される限りにおいて、チップ100の複数のチャネルの特定の構成またはレイアウトが、任意の望ましい構成であってもよいことは承知であろう。   In an exemplary embodiment, at least one of the channels 116, 117 is disposed in the microfluidic chip 100 in a structural layer different from the layer in which the channel 164 is disposed. For example, if the sheath or buffer fluid 163 joins the fluid mixture 120 at the intersection point 162, the channel 116 is in a different plane from the other channels 164 and 114, 115 (in the layer 102), It may be disposed in layer 103 and channels 117 may be disposed in layer 101 (see FIG. 1). In one embodiment, the main channel 164 is disposed between the layers 102, 103 (see FIG. 3), however, one skilled in the art would consider the channels 114-117, 164, 123, 124, 140-142, It will be appreciated that 125a, 125b, 126a, 126b, 127, 128 etc may be arranged in any layer or between any two layers. Further, the channels 114-117, 164, 123, 124, 140-142, 125a, 125b, 126a, 126b, 127, 128 etc are described in the exemplary embodiments as shown in the figures. However, one of ordinary skill in the art would be aware that the particular configuration or layout of the multiple channels of chip 100 may be any desired configuration as long as the described features of the invention are realized. I will.

一実施形態において、チャネル116、117のシースまたはバッファ流体は、層101―103において切断される複数の孔を介して、交点162の上及び下の実質的に垂直位置において、流体混合物に合流する。チャネル116、117からのシースまたはバッファ流体は、流体混合物120の複数の成分160が圧縮または押し潰され、選択されたまたは望ましい方向(下記参照)に方向付けされるように、チャネル164Bの層流をさらに維持しつつ、流体混合物120の流れをチャネル164Bに対して垂直に圧縮する。   In one embodiment, the sheath or buffer fluid of the channels 116, 117 merges into the fluid mixture at substantially vertical positions above and below the intersection point 162 through the plurality of holes cut in the layers 101-103. . The sheath or buffer fluid from the channels 116, 117 allows laminar flow of the channel 164B so that the components 160 of the fluid mixture 120 are compressed or crushed and directed in a selected or desired direction (see below) While the flow of fluid mixture 120 is compressed perpendicular to channel 164B.

一実施形態において、図1及び図2Aから図2Cに示されるように、チャネル114、115および116、117は、サンプル投入部106によって画定された中央のポイントに対して互いに部分的に同軸となるように図示される。つまり、一実施形態において、チャネル114、115および116、117は、主チャネル164から等距離のチャネル114、115および116、117と実質的に平行な構成で配置される。しかしながら、当業者であれば、図示された構成が、本発明の望ましい特徴を実現する限りにおいて、異なってもよいことを認識するであろう。   In one embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2A-2C, the channels 114, 115 and 116, 117 are partially coaxial with one another with respect to the central point defined by the sample input 106. As illustrated. That is, in one embodiment, the channels 114, 115 and 116, 117 are arranged in a substantially parallel configuration with the channels 114, 115 and 116, 117 equidistant from the main channel 164. However, one skilled in the art will recognize that the illustrated configurations may differ as long as they achieve the desirable features of the present invention.

さらに、一実施形態において、チャネル114、115は、好ましくは、同じ平面の交点161に、45度またはそれより小さい角度で合流し、サンプル投入チャネル164Aに平行なチャネル116、117は、異なる層から、実質的に90度の角度で交点162に合流する。しかしながら、当業者であれば、マイクロ流体チップ100の複数の層及び複数のチャネルの図示された複数の構成、複数の角度及び複数の構造的構成が、これらが本発明の望ましい特徴を実現するものである限りにおいて、異なってもよいことを理解するであろう。   Furthermore, in one embodiment, the channels 114, 115 preferably meet at the intersection point 161 of the same plane at an angle of 45 degrees or less and the channels 116, 117 parallel to the sample injection channel 164A are from different layers , Join the intersection point 162 at an angle of substantially 90 degrees. However, one skilled in the art will appreciate that the illustrated configurations, angles, and structural configurations of the multiple layers and multiple channels of the microfluidic chip 100 are those that embody desirable features of the present invention. It will be appreciated that they may differ as long as

一実施形態において、交点162の下流側では、流体混合物120の複数の成分160は、チャネル164Bを通ってインタロゲーションチャンバ129に流れ、ここで、複数の成分160は、インタロゲートされる。   In one embodiment, downstream of the intersection point 162, the plurality of components 160 of the fluid mixture 120 flow through the channel 164B to the interrogation chamber 129, where the plurality of components 160 are interrogated.

一実施形態において、ステンレス鋼、真鍮、チタン、ニッケル合金、ポリマまたは望ましい弾性応答を有する他の適した材料の1つのような、適した材料で形成された柔軟な隔膜170、171(図1参照)は、ジェットチャンバ130、131をカバーする。一実施形態において、アクチュエータは、チャネル164B及びインタロゲーションチャンバ129(図2Aおよび2B参照)の少なくとも1つの側面に配置されることにより、隔膜170、171を機械的に変位させ、シースまたはバッファ流体163を、チャネル146Bの当該側面にあるジェットチャンバ130、131の1つから噴出させまたは押し出し、複数の成分160を、チャネル164Cからチャネル164Bの他の側面にある流出チャネル140、142の1つに押し出す。換言すると、アクチュエータは、シースまたはバッファ流体163を、ジェットチャンバ130からチャネル164Cに噴出させ、流体混合物120からの複数の目標成分を分離するべく、チャネル164Cの複数の目標成分160を、流出チャネル142に押し出す。本実施形態は、複数の目標成分160のうち1つの種類のみが分離される場合に有用である(例えば、3つの流出チャネル140―142の代わりに、2つの流出チャネル141、142のみを必要としてもよい)(図2B参照)。   In one embodiment, a flexible diaphragm 170, 171 formed of a suitable material, such as stainless steel, brass, titanium, nickel alloys, polymers or any other suitable material having a desirable elastic response (see FIG. 1). ) Covers the jet chamber 130, 131). In one embodiment, the actuator is disposed on at least one side of the channel 164B and the interrogation chamber 129 (see FIGS. 2A and 2B) to mechanically displace the diaphragm 170, 171 and to provide a sheath or buffer fluid. 163 is jetted or pushed out of one of the jet chambers 130, 131 at the relevant side of the channel 146B, and a plurality of components 160 from the channel 164C to one of the outflow channels 140, 142 at the other side of the channel 164B. Push out. In other words, the actuator ejects the sheath or buffer fluid 163 from the jet chamber 130 into the channel 164 C and separates the plurality of target components 160 of the channel 164 C to separate the plurality of target components from the fluid mixture 120. Push out. This embodiment is useful when only one type of target component 160 is separated (e.g. only two outflow channels 141, 142 are needed instead of three outflow channels 140-142) Also good) (see Figure 2B).

アクチュエータは、圧電、磁力、静電、油圧または空気圧型のアクチュエータの1つであってもよい。ディスク形アクチュエータアセンブリ(すなわち、109、110)が、図1及び図2Aから図2Cに示されるが、当業者であれば、必要とされる機能を実行する任意の種類または形状のアクチュエータが利用可能であることは承知であろう。   The actuator may be one of a piezoelectric, magnetic, electrostatic, hydraulic or pneumatic actuator. Although a disc-shaped actuator assembly (ie, 109, 110) is shown in FIGS. 1 and 2A-2C, one of ordinary skill in the art can utilize any type or shape of actuator that performs the required function. It will be understood that it is.

他の実施形態において、アクチュエータは、(図2Aに示されるように)チャネル164Bのいずれかの側面に配置されるが、他の実施形態において、(相対的に小さいサイズの)1つより多くのアクチュエータが、チャネル164Bの1つまたは複数の側面に配置され、ジェットチャネル(図2C参照)を介してチャネル164Bに接続されてもよい。   In other embodiments, the actuators are located on either side of the channel 164B (as shown in FIG. 2A), but in other embodiments more than one (of relatively small size) An actuator may be disposed on one or more sides of channel 164B and connected to channel 164B via a jet channel (see FIG. 2C).

アクチュエータの機能の以下の説明は、図2Aを参照してなされるが、当業者であれば、それが本発明の複数の特徴を実現する限りにおいて、チップ100上の位置に配置される任意の種類のアクチュエータが適用可能であることは承知であろう。   The following description of the function of the actuator is made with reference to FIG. 2A, but those skilled in the art will appreciate that any of the features placed on the chip 100 can be placed as long as they realize the multiple features of the invention It will be appreciated that types of actuators are applicable.

一実施形態において、隔膜170、171をアクティブ化し、シースまたはバッファ流体163をチャンバ130、131からチャネル164Bに噴出させるべく、2つの外部積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210が設けられ(図6および7参照)、隔膜170、171と整合し、これらを作動させる。外部積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210は、マイクロ流体チップホルダ200に配置される。積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210の各々は、それぞれ圧電アクチュエータ219、220を含み、これらは、高共振周波数を有し、これらの各々は、シースまたはバッファ流体163をチャンバ130、131からチャネル164Cへ押し出すべく、隔膜170、171の中央位置に配置され、これらと接触する。   In one embodiment, two outer laminated piezoelectric actuator assemblies 209, 210 are provided to activate the diaphragms 170, 171 and eject the sheath or buffer fluid 163 from the chambers 130, 131 into the channel 164B (see FIGS. 6 and 7) ), Align with the diaphragms 170, 171 and activate them. The external stacked piezoelectric actuator assemblies 209, 210 are disposed on the microfluidic chip holder 200. Each of the stacked piezoelectric actuator assemblies 209, 210 includes a piezoelectric actuator 219, 220, respectively, which have high resonant frequencies, each of which pushes the sheath or buffer fluid 163 from the chamber 130, 131 into the channel 164C. , Located at the center position of the diaphragms 170 and 171 and in contact with them.

マイクロ流体チップホルダ200は、当業者に公知な任意の種類であってもよく、圧電アクチュエータ219、220がマイクロ流体チップ100の隔膜170、171との一定の接触を維持し得るように、圧電アクチュエータ219、220を正確に位置決めするように構成される。例えば、一実施形態において、これは、圧電アクチュエータアセンブリ209、210の各々によって達成され、これらは、圧電アクチュエータ219、220を隔膜170、171のそれぞれに対する位置に移動させる固定可能な複数の調節ねじ201と、複数のねじ202を安定化のために隔膜170、171に対して移動させるように作用するねじ切りされた本体を有する複数のつまみねじ202と、に搭載(または適切なエポキシを用いて接着)される。圧電アクチュエータ219、220に取り付けられたスペーサ203は、それとマイクロ流体チップ100の隔膜170、171との間に実行可能な接触を可能にする。複数の調節ねじ201は、ユーザが、圧電アクチュエータ209、210の位置の調節を、マイクロ流体チップ100に対して粗いまたは微細な調節の両方を行うために可能にする。複数のつまみねじ202は、圧電アセンブリ209、210を、主チップ本体100に対して固定するように締められてもよく、圧電アクチュエータアセンブリ209、210を主チップ本体100から取り外すように緩められてもよい。   The microfluidic chip holder 200 may be of any type known to those skilled in the art, such that the piezoelectric actuators 219, 220 can maintain constant contact with the diaphragms 170, 171 of the microfluidic chip 100. It is configured to accurately position 219, 220. For example, in one embodiment, this is accomplished by each of the piezoelectric actuator assemblies 209, 210, which can be a plurality of lockable adjustment screws 201 that move the piezoelectric actuators 219, 220 into position relative to the diaphragms 170, 171, respectively. And a plurality of thumbscrews 202 having threaded bodies that act to move the plurality of screws 202 relative to the diaphragm 170, 171 for stabilization (or bonding using a suitable epoxy) Be done. The spacer 203 attached to the piezoelectric actuator 219, 220 enables a viable contact between it and the diaphragm 170, 171 of the microfluidic chip 100. The plurality of adjustment screws 201 allow the user to make adjustments to the position of the piezoelectric actuators 209, 210 both to provide coarse or fine adjustments to the microfluidic chip 100. The plurality of thumb screws 202 may be tightened to secure the piezoelectric assembly 209, 210 relative to the main chip body 100, and may be loosened to remove the piezoelectric actuator assembly 209, 210 from the main chip body 100. Good.

一実施形態において、少なくとも1つの圧電アクチュエータ(209または210)は、プレート(図示せず)上に搭載され、これは、マイクロ流体チップ100の隔膜(170または171)に直交する方向に並進可能である。調節ねじ201は、ホルダ200に搭載され、ねじ201を回転させることによって、伸び縮み可能である。調節ねじ201の先端は、プレートに当接している。ねじ201が伸びると、圧電アクチュエータ209、210に沿ったプレートは、圧電アクチュエータ209、210と隔膜170、171との間で実行可能な接触が生じるように、並進動作で隔膜170、171に向かって押し出される。この方法により、圧電アクチュエータ209、210の位置決定は、圧電アクチュエータ209、210の並進のみを通して調節されるが、圧電アクチュエータ209、210が調節ねじ201に直接搭載される前述の実施形態においては、圧電アクチュエータ209、210の位置決定は、圧電アクチュエータ209、210の並進及び回転の組み合わせであり、この間に繊細な圧電アクチュエータ209、210への損傷が生じ得る。   In one embodiment, at least one piezoelectric actuator (209 or 210) is mounted on a plate (not shown), which is translatable in a direction orthogonal to the diaphragm (170 or 171) of the microfluidic chip 100 is there. The adjustment screw 201 is mounted on the holder 200, and can be expanded and contracted by rotating the screw 201. The tip of the adjustment screw 201 is in contact with the plate. As the screw 201 is extended, the plates along the piezoelectric actuators 209, 210 are translated towards the diaphragms 170, 171 in translation so that a viable contact is created between the piezoelectric actuators 209, 210 and the diaphragms 170, 171. It is pushed out. In this way, the positioning of the piezoelectric actuators 209, 210 is adjusted only through the translation of the piezoelectric actuators 209, 210, but in the previous embodiment where the piezoelectric actuators 209, 210 are mounted directly on the adjusting screw 201, The positioning of the actuators 209, 210 is a combination of translation and rotation of the piezoelectric actuators 209, 210, during which damage to the delicate piezoelectric actuators 209, 210 can occur.

他の実施形態において、電子回路は、積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210の駆動前に、これに接続される。積層圧電アクチュエータ219、220の各々が隔膜170、171のそれぞれと接触する場合、隔膜170、171からの抵抗力は、電子信号を生成する積層圧電アクチュエータ219、220に歪みを生じさせる。つまり、電子回路は、電子信号を、LED(発光ダイオード)のトリガとなる予め定められた値に増幅可能である。積層圧電アクチュエータ219、220が隔膜170、171と接触する場合、LEDは自動的にオンにされ、積層圧電アクチュエータ219、220と隔膜170、171との間に接触が生じたことを示す。この接触検知は、流体163をチャネル164Bに噴出させるべく、アクチュエータ219、220がチャンバ130、131を圧縮するのに十分な力を可能にする。   In another embodiment, the electronic circuit is connected to the laminated piezoelectric actuator assembly 209, 210 prior to actuation thereof. When each of the laminated piezoelectric actuators 219, 220 contacts each of the diaphragms 170, 171, the resistance from the diaphragms 170, 171 causes distortion in the laminated piezoelectric actuators 219, 220 that generate electronic signals. That is, the electronic circuit can amplify the electronic signal to a predetermined value that triggers the LED (light emitting diode). When the laminated piezoelectric actuator 219, 220 contacts the diaphragm 170, 171, the LED is automatically turned on to indicate that contact has occurred between the laminated piezoelectric actuator 219, 220 and the diaphragm 170, 171. This contact sensing allows sufficient force for the actuators 219, 220 to compress the chambers 130, 131 to cause the fluid 163 to be expelled into the channel 164B.

当業者にとっては、LEDが接触インジケータの一例であることは明らかであろう。例えば、一度接触が生じて、電子信号が設定閾値を超えると、ユーザへのフィードバックが生成され、これは、以下の複数の形式、すなわち、光(すなわち、LED)、音(すなわち、ブザー)、触感(すなわち、バイブレータ)、またはこれらの任意の組み合わせのいずれであってもよい。つまり、ユーザは、接触の調節を停止し、接触を維持することができる。勿論、一実施形態において、上述された処理は、自動化されてもよい。   It will be apparent to one skilled in the art that LEDs are an example of a touch indicator. For example, once contact occurs and the electronic signal exceeds the set threshold, feedback to the user is generated, which may be of the following types: light (ie LED), sound (ie buzzer), It may be tactile (i.e. vibrator) or any combination of these. That is, the user can stop adjusting the touch and maintain the touch. Of course, in one embodiment, the process described above may be automated.

代替的な実施形態において、少なくとも1つの外部積層圧電アクチュエータアセンブリの代わりに、隔膜170、171のそれぞれを変位させ(撓ませ)、ジェットチャンバ130、131のそれぞれの複数の流体をそれぞれチャネル164Cに駆動させるように、少なくとも1つの圧電アクチュエータアセンブリ109、110(図2Aおよび4参照)を形成するべく、(当業者に周知な)圧電材料の薄膜が、少なくとも1つの隔膜170、171の上面に直接配置される。圧電材料は、付着メカニズムによって、前述された柔軟な隔膜170、171に、永久的に接着される。つまり、本実施形態において、電圧が圧電アクチュエータアセンブリの複数の電極109、110に加えられる場合、隔膜170、171全体がチャンバ130、131内へと撓み、その中の流体163をチャネル164C内へと押し出すことにより、複数の目標または選択成分160を側方の流出チャネル140、142へ向けて逸らせる。   In an alternative embodiment, instead of at least one external laminated piezoelectric actuator assembly, each of the diaphragms 170, 171 is displaced (flexed) to drive multiple fluids of each of the jet chambers 130, 131 into the channel 164C, respectively. In order to form at least one piezoelectric actuator assembly 109, 110 (see FIGS. 2A and 4), a thin film of piezoelectric material (well known to those skilled in the art) is placed directly on top of at least one diaphragm 170, 171. Be done. The piezoelectric material is permanently adhered to the aforementioned flexible diaphragms 170, 171 by an adhesion mechanism. That is, in the present embodiment, when a voltage is applied to the plurality of electrodes 109, 110 of the piezoelectric actuator assembly, the entire diaphragm 170, 171 flexes into the chambers 130, 131 and fluid 163 therein into the channel 164C. The pushing diverts the plurality of target or selected components 160 towards the lateral outflow channels 140, 142.

上述されたように、外部積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210または圧電アクチュエータアセンブリ109、110のいずれかに対して、一実施形態において、1つの圧電アクチュエータアセンブリのみが、図2Bに示されるように、複数の目標成分を流体混合物120から分離するべく、シースまたはバッファ流体163をジェットチャンバ130からチャネル164Cに噴出させ、チャネル164Cの複数の目標成分160を流出チャネル142に押し出すために必要とされてもよい。   As noted above, in one embodiment, only one piezoelectric actuator assembly, as shown in FIG. 2B, for either the external laminated piezoelectric actuator assembly 209, 210 or the piezoelectric actuator assembly 109, 110. May be required to eject a sheath or buffer fluid 163 from the jet chamber 130 into the channel 164C and push the plurality of target components 160 of the channel 164C into the outflow channel 142 in order to separate the target components of the fluid mixture 120 from .

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリ109、110は、ジェットチャンバ130、131のそれぞれを、例えば、層103において封止するために用いられてもよいが、当業者であれば、チャンバ130、131がシースまたはバッファ流体163で充填された後、マイクロ流体チップ100に流体の漏れを透過させないような任意の構造層であってもよいことは承知であろう。   In one embodiment, the piezoelectric actuator assembly 109, 110 may be used to seal each of the jet chambers 130, 131, for example, in the layer 103, although one skilled in the art would consider the chambers 130, 131 It will be appreciated that any structural layer may be such that the microfluidic chip 100 is not permeable to fluid leaks after being filled with a sheath or buffer fluid 163.

つまり、非常に高い流速での作用を可能にする外部積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210によって加えられる大きい変位及び強い力と対照的に、圧電アクチュエータアセンブリ109、110は、隔膜170、171の相対的に小さい撓み変位及びそこに加わる小さい応力を考慮すると、低流速の要件を満たす。しかしながら、当業者であれば、アクチュエータアセンブリ109、110、209、210が、異なる動作速度及び流速の要件に基づいてマイクロ流体チップ100で用いられるべく独立して選択可能であることは承知であろう。   That is, in contrast to the large displacements and strong forces exerted by the external laminated piezoelectric actuator assembly 209, 210 that allow operation at very high flow rates, the piezoelectric actuator assembly 109, 110 is relatively relative to the diaphragm 170, 171. Given the small deflection displacement and the small stress that is applied to it, the low flow velocity requirement is met. However, one of ordinary skill in the art would be aware that the actuator assemblies 109, 110, 209, 210 can be independently selected for use with the microfluidic chip 100 based on different operating speed and flow rate requirements. .

一実施形態において、隔膜170、171の上に配置された圧電薄膜は、外部積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210が電子信号によってトリガされて隔膜170、171のそれぞれを変位させた場合に、これらが生成する歪みまたは変位の量を判断するための歪みセンサとして作用する。圧電薄膜の直径及び厚さは、外部積層圧電アクチュエータ219、220の断面と、隔膜170、171に生成された力に応じて異なる。圧電薄膜及び隔膜170、171は、代替的な実施形態において、上述されたものと異なってもよい。   In one embodiment, the piezoelectric thin films disposed on the diaphragms 170, 171 are produced when the outer laminated piezoelectric actuator assemblies 209, 210 are triggered by the electronic signal to displace each of the diaphragms 170, 171. Act as a strain sensor to determine the amount of strain or displacement. The diameter and thickness of the piezoelectric thin film differ depending on the cross section of the external laminated piezoelectric actuator 219, 220 and the force generated on the diaphragm 170, 171. The piezoelectric thin film and diaphragms 170, 171 may differ from those described above in alternative embodiments.

ここで、ジェットチャンバ130、131が説明される。一実施形態において、換気口121、122は、製造後、チャンバ130、131がシースまたはバッファ流体163で充填され、換気口121、122を通して空気を排出する場合に、チャンバ130、131がその中のシースまたはバッファ流体163で封止される前に、ジェットチャンバ130、131のそれぞれ(図2A参照)から空気を除去するために設けられる。代わりに、他の実施形態において、換気口121、122が開いたままの場合、シースまたはバッファ流体163は、製造中に行われるのでなければ、口121、122を通してチャンバ130、131に導入されてもよい。ジェットチャンバ130、131に配置されるシースまたはバッファ、または他の流体163は、チャネル114、115、116または117を通して投入されるシースまたはバッファ流体163と同じであってもよく、異なってもよい。   The jet chambers 130, 131 will now be described. In one embodiment, vents 121, 122 are filled with a sheath or buffer fluid 163 after manufacture, and chambers 130, 131 are vented therein when venting air through vents 121, 122. It is provided to remove air from each of the jet chambers 130, 131 (see FIG. 2A) before being sealed with the sheath or buffer fluid 163. Alternatively, in another embodiment, if the vents 121, 122 remain open, the sheath or buffer fluid 163 is introduced into the chambers 130, 131 through the ports 121, 122, unless it is done during manufacture. It is also good. The sheath or buffer or other fluid 163 disposed in the jet chamber 130, 131 may be the same as or different from the sheath or buffer fluid 163 introduced through the channels 114, 115, 116 or 117.

一実施形態において、シースまたはバッファ流体163がジェットチャンバ130、131を充填するために用いられる場合、これらは、投入部121、122を通して投入され、それぞれチャネル123、124を通して流れ、チャネル125aおよび125bを介してジェットチャンバ130に入り、かつチャネル126aおよび126bを介してジェットチャンバ131に入ってもよい。   In one embodiment, when a sheath or buffer fluid 163 is used to fill the jet chambers 130, 131, they are injected through the inlets 121, 122 and flow through the channels 123, 124, respectively, into the channels 125a and 125b. It may enter jet chamber 130 via and through jet channels 131 via channels 126a and 126b.

一実施形態において、ジェットチャネル127は、ジェットチャンバ130から離れ、ジェットチャネル128は、ジェットチャンバ131から離れ、ジェットチャネル127、128の両方は、インタロゲーションチャンバ129(図2A参照)に入る。ジェットチャネル127、128は、チップ100の任意の層に配置され、チャネル164Cに同じ平面の任意の角度で入ってもよい。   In one embodiment, jet channel 127 leaves jet chamber 130, jet channel 128 leaves jet chamber 131, and both jet channels 127, 128 enter interrogation chamber 129 (see FIG. 2A). The jet channels 127, 128 may be arranged in any layer of the tip 100 and enter the channels 164C at any angle in the same plane.

一実施形態において、強い瞬間的な噴流を形成するべく、ジェットチャネル127、128は、これらが主チャネル164Cと接続する場合、テーパ状であってもよい。しかしながら、当業者であれば、ジェットチャネル127、128が、これらが本発明の説明される特徴を実現する限りにおいて、特定の角度または異なる構造を有してもよいことは承知であろう。   In one embodiment, the jet channels 127, 128 may be tapered if they connect with the main channel 164C to form a strong instantaneous jet. However, one skilled in the art will recognize that jet channels 127, 128 may have particular angles or different configurations as long as they implement the described features of the present invention.

一実施形態において、ジェットチャネル127、128は、隔膜170、171をそれぞれ変位させまたは撓ませ、シースまたはバッファ流体163をチャネル164Cへと噴出させまたは押し出すように作用する。しかしながら、隔膜170、171がニュートラルな(撓まない)位置に戻る場合、ジェットチャンバ130、131から生じるジェットチャネル127、128は、ジェットチャンバ130、131からチャネル164Cへの流体の正味体積が維持され、チャンバ130、131をシースまたはバッファ流体163で容易に再充填することを確実にするべく、ディフューザとして作用する。   In one embodiment, jet channels 127, 128 act to displace or deflect diaphragms 170, 171, respectively, to eject or push sheath or buffer fluid 163 into channel 164C. However, when the diaphragms 170, 171 return to a neutral (non-flexing) position, the jet channels 127, 128 resulting from the jet chambers 130, 131 maintain the net volume of fluid from the jet chambers 130, 131 to the channel 164C. Acts as a diffuser to ensure that the chambers 130, 131 are easily refilled with a sheath or buffer fluid 163.

一実施形態において、流出チャネル140―142は、インタロゲーションチャンバ129内のチャネル164Cから発して流出部111―113に至る。上述されたように、一実施形態において、(任意のサイズまたは位置の)1つより多くのオンチップ圧電アクチュエータアセンブリ109、110または外部積層圧電アクチュエータアセンブリ209、210は、シースまたはバッファ流体163をジェットチャンバ130、131からチャネル164Cに噴出させるための追加のパワーを与えるべく、ジェットチャネル127、128の各々と接続するために用いられてもよい。一実施形態において、ジェットチャネル127、128のチャネル164Cへの入口の各々から流出チャネル140―142の各々への距離は、複数の目標成分160が望ましくない複数の成分160(さらに後述)と混合されることを防止するべく、複数の成分160間の距離より短くなければならない。一実施形態において、流出チャネル140―142の断面及び長さは、流出チャネル140―142の望ましい油圧抵抗を得るべく、予め定められた体積率(すなわち、2:1:2または1:2:1等)に維持されなければならない。   In one embodiment, the outflow channels 140-142 originate from the channel 164C in the interrogation chamber 129 to the outflows 111-113. As mentioned above, in one embodiment, more than one on-chip piezoelectric actuator assembly 109, 110 (or of any size or position) or external laminated piezoelectric actuator assembly 209, 210 jets a sheath or buffer fluid 163. It may be used to connect with each of the jet channels 127, 128 to provide additional power to cause the channels 164C to eject from the chambers 130, 131. In one embodiment, the distance from each of the inlets to the channel 164C of the jet channels 127, 128 to each of the outlet channels 140-142 is such that the plurality of target components 160 are mixed with the plurality of undesirable components 160 (described further below). The distance between the plurality of components 160 must be shorter to prevent this. In one embodiment, the cross-sections and lengths of the outflow channels 140-142 are predetermined volume fractions (ie, 2: 1: 2 or 1: 2: 1) to obtain the desired hydraulic resistance of the outflow channels 140-142. Etc) must be maintained.

一実施形態において、インタロゲーション装置は、チャネル116、117がチャネル164Bに入る点より下流側に配置される。一実施形態において、チャネル164Bは、インタロゲーションチャンバ129に向かってテーパ状となり、インタロゲーションチャンバ129を通る流体混合物の流れを加速する。しかしながら、当業者であれば、本発明が望ましい複数の要件に従って実行する限りにおいて、チャネル164Bがテーパ状となる必要はなく、任意の寸法及びサイズたり得ることは承知であろう。   In one embodiment, the interrogation device is located downstream of the point where channels 116, 117 enter channel 164B. In one embodiment, channel 164 B tapers to interrogation chamber 129 to accelerate the flow of fluid mixture through interrogation chamber 129. However, one skilled in the art will be aware that the channels 164B need not be tapered, but may be of any size and size, as long as the present invention is performed in accordance with the desired requirements.

インタロゲーション装置は、インタロゲーションチャンバ129を通過するチャネル164Bの流体混合物の複数の成分160をインタロゲート及び特定するために用いられる。チャネル164Bは、単一の層(すなわち、層102)に配置されてもよく、複数の層(すなわち、層102、103)の間に配置されてもよいことに留意されたい。一実施形態において、インタロゲーションチャンバ129は、開口または窓149(図3参照)を含み、これは、少なくとも最上層(すなわち、層104またはその他)においてマイクロ流体チップ100に切り込まれ、他の開口または窓152は、少なくとも最下層(すなわち、層101またはその他)においてチップ110に切り込まれる。   The interrogation device is used to interrogate and identify the plurality of components 160 of the fluid mixture in channel 164B passing through the interrogation chamber 129. It should be noted that the channels 164B may be disposed in a single layer (ie, layer 102) or may be disposed between multiple layers (ie, layers 102, 103). In one embodiment, the interrogation chamber 129 includes an opening or window 149 (see FIG. 3), which is cut into the microfluidic chip 100 at least at the top layer (ie, layer 104 or otherwise) and the other The openings or windows 152 are cut into the chip 110 at least at the bottom layer (ie, layer 101 or otherwise).

一実施形態において、開口150は、層101―104を通してマイクロ流体チップに切り込まれる。一実施形態において、上窓149は、第1のカバー133を受容するように構成され、下窓152は、第2のカバー132を受容するように構成される。しかしながら、窓149、152は、任意の適した層に位置してもよく、最上/最下層にある必要はない。カバー133、132は、プラスチック、ガラスのような望ましい透過要件を有する任意の材料から生成されてもよく、さらにはレンズであってもよい。窓149、152及び開口150の相対的な直径が図3に示されるが、これらは、製造の留意事項に従って異なってもよい。   In one embodiment, the openings 150 are cut into the microfluidic chip through layers 101-104. In one embodiment, the upper window 149 is configured to receive the first cover 133 and the lower window 152 is configured to receive the second cover 132. However, the windows 149, 152 may be located on any suitable layer, and need not be on the top / bottom layer. The covers 133, 132 may be made of any material having the desired transmission requirements, such as plastic, glass or even lenses. Although the relative diameters of the windows 149, 152 and the openings 150 are shown in FIG. 3, they may be different according to manufacturing considerations.

一実施形態において、上述された第1及び第2のカバー133、132は、インタロゲーションチャンバ129を囲むように構成される。窓149、152及びカバー133、132(図3参照)は、インタロゲーションチャンバ129を通ってチャネル164B(図5A参照)の流体混合物120を流れる複数の成分160が、開口150を通して見られ、流体混合物120中の励起可能成分に合致する任意の波長を有する高強度ビーム148を発するように構成される適切な光源147による作用を受けることを可能にする。レーザ147が示されるが、発光ダイオード(LED)、アーク灯等のような、成分を励起するビームを発する任意の適した他の光源が利用可能である。   In one embodiment, the first and second covers 133, 132 described above are configured to surround the interrogation chamber 129. The windows 149, 152 and the covers 133, 132 (see FIG. 3) allow a plurality of components 160 to flow through the fluid mixture 120 of the channel 164B (see FIG. 5A) through the interrogation chamber 129 through the opening 150 It can be acted upon by a suitable light source 147 configured to emit a high intensity beam 148 having any wavelength that matches the excitable component in the mixture 120. Although laser 147 is shown, any suitable other light source that emits a beam that excites a component, such as a light emitting diode (LED), an arc lamp, etc., is available.

一実施形態において、355nm連続波(CW)(または準CW)レーザ147のような予め選択された波長の適切なレーザ147からの高強度レーザビーム148は、流体混合物の複数の成分160(すなわち、複数の精子細胞)を励起ために必要とされる。一実施形態において、レーザ147(図3参照)は、層104の窓149を通して、チップ100の最上部のカバー133を通して、開口150を通して、かつ、チップ100の層101のカバー132及び窓152を通して、チップ100のインタロゲーション領域129においてチャネル164Bを通って流れる複数の成分160を照射するべく、レーザビーム148を発する。   In one embodiment, the high-intensity laser beam 148 from a suitable laser 147 at a preselected wavelength, such as a 355 nm continuous wave (CW) (or quasi-CW) laser 147, comprises a plurality of components 160 of the fluid mixture (ie, It is required to excite multiple sperm cells). In one embodiment, the laser 147 (see FIG. 3) passes through the window 149 of the layer 104, through the top cover 133 of the chip 100, through the opening 150, and through the cover 132 of the layer 101 of the chip 100 and the window 152 A laser beam 148 is emitted to illuminate the plurality of components 160 flowing through the channel 164B in the interrogation region 129 of the chip 100.

一実施形態において、光線148は、マイクロ流体チップ100の開口150に組み込まれる光ファイバによって、複数の成分160に供給されてもよい。   In one embodiment, the light beam 148 may be provided to the plurality of components 160 by an optical fiber incorporated into the aperture 150 of the microfluidic chip 100.

高強度ビーム148は、複数の成分160(下記の詳細な説明を参照)と相互作用し、第1及び第2のカバー133、132を通過して、ビーム148によって誘導された発せられた光151が対物レンズ153に受容されるように、下窓152から出る。対物レンズ153は、マイクロ流体チップ100に対して任意の適した位置に配置されてもよい。インタロゲーションチャンバ129は第1及び第2のカバー133、132によって封止されるため、高強度ビーム148は、マイクロ流体チップ100に作用せず、層101―104に損傷を与えることもない。つまり、第1及び第2のカバー133、132は、高強度ビーム148及びマイクロ流体チップ材料(すなわち、プラスチック)から誘導されるフォトニックノイズによるマイクロ流体チップ100への損傷を回避する助けとなる。   The high-intensity beam 148 interacts with a plurality of components 160 (see detailed description below) and emits emitted light 151 directed by the beam 148 through the first and second covers 133, 132. Comes out of the lower window 152 so as to be received by the objective lens 153. The objective lens 153 may be disposed at any suitable position relative to the microfluidic chip 100. Because the interrogation chamber 129 is sealed by the first and second covers 133, 132, the high intensity beam 148 does not act on the microfluidic chip 100 and does not damage the layers 101-104. That is, the first and second covers 133, 132 help to avoid damage to the microfluidic chip 100 due to the high intensity beam 148 and photonic noise induced from the microfluidic chip material (ie, plastic).

一実施形態において、対物レンズ153によって受容される発せられた光151は、光電子倍増管(PMT)またはフォトダイオード等のような光学センサ154によって、電子信号に変換される。電子信号は、アナログデジタルコンバータ(ADC)155によってデジタル化され、デジタル信号プロセッサ(DSP)ベースのコントローラ156に送信されてもよい。DSPベースのコントローラ156は、電子信号を監視し、次に、2つの圧電アクチュエータアセンブリ(109、110または209、210)のうち関連する1つを駆動するべく、2つのアクチュエータドライバ(すなわち、157a、157b)の1つを予め定められた値でトリガしてもよい。   In one embodiment, the emitted light 151 received by the objective lens 153 is converted into an electronic signal by an optical sensor 154 such as a photomultiplier tube (PMT) or a photodiode. The electronic signals may be digitized by an analog to digital converter (ADC) 155 and sent to a digital signal processor (DSP) based controller 156. The DSP-based controller 156 monitors the electronic signals and then two actuator drivers (ie, 157a, 157a) to drive the associated one of the two piezoelectric actuator assemblies (109, 110 or 209, 210). One of 157b) may be triggered with a predetermined value.

(図2Aに示される)一実施形態において、複数の圧電ドライバ及び複数の圧電アクチュエータ(158a、158bまたは219、220)は、それぞれ、2つの圧電アクチュエータアセンブリ(109、110または209、210)の一部であり、インタロゲーションチャンバ129のいずれかの側面に配置される。複数の圧電アクチュエータ(109、110または219、220)に送信されるトリガ信号は、複数の選択成分が検出された場合に、特定の圧電アクチュエータアセンブリ(109、110、209、210)をアクティブ化するべく、センサ生信号によって決定される。 In one embodiment (shown in FIG. 2A), the plurality of piezoelectric drivers and the plurality of piezoelectric actuators (158a, 158b or 219, 220) are respectively one of two piezoelectric actuator assemblies (109, 110 or 209, 210). And located on either side of the interrogation chamber 129. Trigger signals sent to multiple piezoelectric actuators (109, 110 or 219, 220) activate specific piezoelectric actuator assemblies (109, 110, 209, 210) when multiple selected components are detected To be determined by the sensor raw signal.

接着された圧電アクチュエータアセンブリ109、110を有する実施形態において、隔膜170、171の厚さは、異なってもよく、チップ100のアクチュエータアセンブリ109、110を通して、複数の電線を介して加えられる電圧に応じて異なる。電子信号が電子回路を通して複数のアクチュエータアセンブリ(すなわち、109、110)に直接送信される場合、隔膜170、171は、撓み、チャンバ130、131の圧力を変化(増大)させる。   In embodiments having bonded piezoelectric actuator assemblies 109, 110, the thickness of diaphragms 170, 171 may be different, depending on the voltage applied through the plurality of wires through actuator assemblies 109, 110 of tip 100. It is different. When electronic signals are transmitted directly to the plurality of actuator assemblies (ie, 109, 110) through the electronic circuitry, the diaphragms 170, 171 flex and change (increase) the pressure in the chambers 130, 131.

複数の圧電アクチュエータアセンブリ(109、110または209、210)の少なくとも1つは、インタロゲーション後に複数の成分160が開口150を離れてインタロゲーションエリア129に向かうため、チャネル164Cの流体混合物の複数の望ましい成分160に作用するために用いられる。アクチュエータドライバ157b及び圧電アクチュエータアセンブリ110は、図4に示されていないが、アクチュエータドライバ157b及び圧電アクチュエータアセンブリ110の動作及び構成は、アクチュエータドライバ157a及び圧電アクチュエータアセンブリ109のものと同じである。つまり、圧電アクチュエータ157bは、チャネル164Cの流れの複数の成分160を、右の流出チャネル142へ、及び第3の流出部113へ向けて逸らせるように作用する。同じ動作は、圧電アクチュエータアセンブリ110に適用され、これは、シースまたはバッファ流体163をジェットチャンバ131からジェットチャネル128を介して噴出させ、複数の目標または選択成分160を左の流出チャネル140及び第3の流出部113へ向けて逸らせる。   Since at least one of the plurality of piezoelectric actuator assemblies (109, 110 or 209, 210) leaves the opening 150 to the interrogation area 129 after the interrogation, the plurality of fluid mixtures in the channel 164C Is used to act on the desired component 160 of Although the actuator driver 157b and the piezoelectric actuator assembly 110 are not shown in FIG. 4, the operation and configuration of the actuator driver 157b and the piezoelectric actuator assembly 110 are the same as those of the actuator driver 157a and the piezoelectric actuator assembly 109. That is, the piezoelectric actuator 157 b acts to deflect the plurality of components 160 of the flow of the channel 164 C towards the right outflow channel 142 and towards the third outflow 113. The same action is applied to the piezoelectric actuator assembly 110 which causes the sheath or buffer fluid 163 to be ejected from the jet chamber 131 via the jet channel 128 and the plurality of target or selected components 160 to be left outflow channel 140 and the third To the outlet 113 of the

代替的な実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリ106A(すなわち、圧電アクチュエータアセンブリ同様の、適したサイズの109、110圧電ディスク。図2C参照)または適した圧送システム(図9参照、例えば、後述のもの)が、チャネル164のサンプル流体120を交点161に向けて圧送するために用いられる。サンプル圧電アクチュエータアセンブリ106Aは、サンプル投入部106に配置される。サンプル流体混合物120を主チャネル164に圧送することによって、制御の手段は、複数の成分160が主チャネル164に入る際に、これらの間により制御された関係が形成され得るように、その中の複数の成分160のスペースをとることに関して形成されてもよい。   In an alternative embodiment, a piezoelectric actuator assembly 106A (i.e., a suitably sized 109, 110 piezoelectric disc similar to a piezoelectric actuator assembly; see FIG. 2C) or a suitable pumping system (see FIG. 9, for example, described below) Are used to pump the sample fluid 120 of the channel 164 towards the point of intersection 161. The sample piezoelectric actuator assembly 106A is disposed at the sample launching station 106. By pumping the sample fluid mixture 120 into the main channel 164, the means of control are arranged such that when the plurality of components 160 enter the main channel 164, a controlled relationship between them can be formed. A plurality of components 160 may be formed with respect to space.

圧電アクチュエータアセンブリ109、110が用いられない場合、複数の(目標)成分160は、主チャネル164から中央流出チャネル141へ、及び第2の流出部112へと進み、シースまたはバッファ流体163は、流出チャネル140、142を通って、それぞれ流出部110、112へと進む。   If the piezoelectric actuator assembly 109, 110 is not used, multiple (target) components 160 travel from the main channel 164 to the central outflow channel 141 and to the second outflow 112, and the sheath or buffer fluid 163 flows out. Proceed through channels 140, 142 to outlets 110, 112, respectively.

一実施形態において、流出チャネル140―142は、複数の分離成分160の濃縮についての流出率が関連するチャネルを通して増大するように、チャネル164Cからインタロゲーションチャンバ129を離れて、寸法を増大させる。   In one embodiment, the outflow channels 140-142 leave the interrogation chamber 129 from the channel 164C and increase in size such that the outflow rate for concentration of the plurality of separated components 160 is increased through the associated channel.

[チップの動作]
一実施形態において、マイクロ流体チップ100は、滅菌状態で提供され、1つまたは複数の溶液(すなわち、シースまたはバッファ流体163)とともに用意されてもよく、または、複数の公知の方法に従って、マイクロ流体チップ100をドレーンすること、または、シースまたはバッファ流体153もしくは他の複数の溶液をマイクロ流体チップ100を通して流すことのいずれかによって、任意の複数の流体もしくは複数の材料から浄化されてもよい。一度マイクロ流体チップ100が用意され、ジェットチャンバ130、131がシースまたはバッファ流体163で充填されると、製造時または(上述されたように)その後のいずれかにおいて、換気口121、122は、封止される。上述されたように、他の実施形態において、換気口121、122は、動作中に追加のシースまたはバッファ流体163がチャンバ130、131に加えられるように、開いたままであってもよい。
[Operation of chip]
In one embodiment, the microfluidic chip 100 may be provided in a sterile state and may be provided with one or more solutions (ie, a sheath or buffer fluid 163), or according to a plurality of known methods. It may be cleaned from any fluid or materials either by draining the tip 100 or flowing a sheath or buffer fluid 153 or other solutions through the microfluidic chip 100. Once the microfluidic chip 100 is prepared and the jet chamber 130, 131 is filled with the sheath or buffer fluid 163, the vents 121, 122 can be sealed either at the time of manufacture or later (as described above). It is stopped. As mentioned above, in other embodiments, the vents 121, 122 may remain open so that additional sheath or buffer fluid 163 may be added to the chambers 130, 131 during operation.

一実施形態において、上述されたように、分離されるべき複数の成分160は、例えば、生存運動精子を非生存または非運動精子から分離すること、性別及び他の性別分類バリエーションによって精子を分離すること、複数の幹細胞を集団細胞から分離すること、複数の望ましい/望ましくない特性を明確にして、1つまたは複数の標識細胞を複数の未標識細胞から分離すること、異なる望ましい複数の特性を有する複数の精子細胞、特定の特徴に係る核DNAの遺伝子を分離すること、複数の表面マーカに基づいて複数の細胞を分離すること、膜完全性(生存性)、可能なまたは予測される再生ステータス(受精率)、凍結生存能力等に基づいて複数の細胞を分離すること、複数の汚染物質または破片から複数の細胞を分離すること、複数の損傷細胞(すなわち、癌性細胞)を(骨髄抽出におけるように)から複数の健康な細胞を分離すること、プラズマ混合物の複数の白血球及び血小板からの複数の赤血球細胞、複数の任意の他の細胞成分から対応する断片に複数の任意の細胞を分離すること、複数の損傷細胞または複数の汚染物質または破片、または分離されることが望ましい複数の任意の他の生物学的材料を含む。複数の成分160は、複数のリンカー分子で処理もしくは被覆され、または蛍光または発光標識分子に組み込まれる、複数の細胞または複数のビーズであってもよい。複数の成分160は、サイズ、形状、材料、触感等のような様々な物理的または化学的特性を有してもよい。   In one embodiment, as described above, the plurality of components 160 to be separated separates spermatozoa, for example by separating viable motile sperm from non-viable or non-motile spermatozoa, gender and other gender classification variations Separating the plurality of stem cells from the population of cells, defining the plurality of desired / undesired properties, and separating the one or more labeled cells from the plurality of unlabeled cells, having different desired properties. Separation of multiple sperm cells, genes of nuclear DNA according to specific features, separation of multiple cells based on multiple surface markers, membrane integrity (viability), possible or predicted regeneration status Separating multiple cells based on (fertility), freeze viability etc., separating multiple cells from multiple contaminants or debris, multiple Separating multiple healthy cells from damaged cells (i.e., cancerous cells) (as in bone marrow extraction), multiple white blood cells of plasma mix and multiple red blood cells from platelets, multiple any other cells It includes separating any plurality of cells from components into corresponding fragments, damaged cells or contaminants or debris, or any other biological material that it is desired to be separated. The plurality of components 160 may be a plurality of cells or a plurality of beads treated or coated with a plurality of linker molecules, or incorporated into a fluorescent or luminescent labeled molecule. The plurality of components 160 may have various physical or chemical properties such as size, shape, material, feel, etc.

一実施形態において、複数の成分160の異種集団は、同時に測定されてもよく、ここで、各成分160は、同様の量における異なる量または型について検査(例えば、多重化測定)され、または、複数の成分160は、標識(例えば、蛍光)、画像(サイズ、形状、異なる吸収、散乱、蛍光、発光特性、蛍光または発光を発する統計、蛍光または発光の減衰期間)、及び/または粒子位置等に基づいて検査及び明確化されてもよい。   In one embodiment, heterogeneous populations of multiple components 160 may be measured simultaneously, wherein each component 160 is tested (eg, multiplexed measurements) for different amounts or types in similar amounts, or The plurality of components 160 may be labels (eg, fluorescence), images (size, shape, different absorption, scattering, fluorescence, emission characteristics, fluorescence or emission emitting statistics, fluorescence or emission decay period), and / or particle position etc. May be examined and clarified on the basis of

一実施形態において、本発明による成分分類システムの2段階集中化方法は、図5Aに示されるように、複数の成分160を、インタロゲーションチャンバ129におけるインタロゲーションのためのために、チャネル164Bに位置決めするべく用いられてもよい。   In one embodiment, the two-stage centralized method of component classification system according to the present invention, as shown in FIG. 5A, comprises a plurality of components 160 for channel 164 B for interrogation in interrogation chamber 129. May be used to position the

一実施形態において、本発明の第1の集中段階は、複数の精子細胞等のような複数の成分160を含む流体サンプル120を、サンプル投入部106を通して投入することと、シースまたはバッファ流体163を、シースまたはバッファ投入部107、108を通して投入することとによって達成される。一実施形態において、複数の成分160は、蛍光を可能とするべく、かつ、検出されるべき画像分析のために、染料(例えば、ヘキスト染料)によって予め着色される。一実施形態において、シースまたはバッファ流体163は、ジェットチャンバ130、131に配置され、投入部121、122は、封止される。   In one embodiment, the first concentration step of the present invention comprises loading a fluid sample 120 comprising a plurality of components 160, such as a plurality of sperm cells or the like, through the sample input 106, and a sheath or buffer fluid 163. , Or through a sheath or buffer loader 107,108. In one embodiment, the plurality of components 160 are pre-colored with a dye (eg, a Hoechst dye) to allow fluorescence and for image analysis to be detected. In one embodiment, a sheath or buffer fluid 163 is disposed in the jet chambers 130, 131 and the inputs 121, 122 are sealed.

一実施形態において、図5Aに示されるように、サンプル流体混合物120の複数の成分160は、主チャネル164を通して流れ、ランダムな向き及び位置をとる(挿入図のAを参照)。交点161において、主チャネル164を流れるサンプル混合物120は、チャネル114、115からのシースまたはバッファ流体163によって、シースまたはバッファ流体163がサンプル混合物120に合流する場合、第1の方向に(すなわち、少なくとも水平に、主チャネル164が交点161に入る位置に応じて全ての側面でない場合、少なくとも流れの両側で)圧縮される。結果として、複数の成分160は、チャネル164の中央周りに集中し、チャネル164Aの深さにわたって薄片に圧縮されてもよい。チャネル164Aに至る交点161は、集中領域である。つまり、交点161において、サンプル120がチャネル114、115からのシースまたはバッファ流体163によって、チャネル164Aの中央に向かって圧縮されると、複数の成分160(すなわち、複数の精子細胞)は、チャネル164の幅の中央に向かって移動する。   In one embodiment, as shown in FIG. 5A, multiple components 160 of the sample fluid mixture 120 flow through the main channel 164 and assume a random orientation and position (see inset A). At intersection point 161, sample mixture 120 flowing through main channel 164 is in a first direction (ie, at least the first direction if sheath or buffer fluid 163 merges with sample mixture 120 by sheath or buffer fluid 163 from channels 114, 115). Horizontally, it is compressed at least on both sides of the flow, if not on all sides depending on the position where the main channel 164 enters the intersection point 161. As a result, multiple components 160 may be concentrated around the center of channel 164 and compressed into flakes across the depth of channel 164A. An intersection point 161 reaching the channel 164A is a concentration area. That is, when sample 120 is compressed toward the center of channel 164 A by sheath or buffer fluid 163 from channels 114, 115 at intersection point 161, multiple components 160 (ie, multiple sperm cells) Move towards the middle of the width of the.

一実施形態において、本発明は、第2の集中化段階を含み、ここで、複数の成分160を含むサンプル混合物120は、シースまたはバッファ流体163によって、交点162においてチャネル116、117から入る第2の方向(すなわち、上から下への垂直方向)から、さらに圧縮される。チャネル164Bに至る交点162は、第2の集中領域である。チャネル116、117から交点162への複数の入口は長方形として示されるが、当業者であれば、任意の他の適切な構成(すなわち、テーパ、円)が用いられてもよいことを理解するであろうことに留意されたい。チャネル116、117のシースまたはバッファ流体163(チャネル164A―Bからマイクロ流体チップ100の異なる層に配置され得る)は、幅及び深さの両方(すなわち、水平及び垂直)だけチャネル164Bの中央の複数の成分160を整合させるべく、これらがチャネル164Bに沿って流れる際に、異なる平面においてチャネル164A―Bに入る。   In one embodiment, the present invention includes a second concentration step, wherein the sample mixture 120 comprising the plurality of components 160 enters the channels 116, 117 at the intersection point 162 by the sheath or buffer fluid 163. It is further compressed from the direction of (ie, vertically from top to bottom). The intersection point 162 reaching the channel 164B is a second concentration area. Although the multiple inlets from the channels 116, 117 to the intersection point 162 are shown as rectangular, one skilled in the art will understand that any other suitable configuration (i.e., a taper, a circle) may be used. Please note that it will. The sheath or buffer fluid 163 of the channels 116, 117 (which may be arranged in different layers of the microfluidic chip 100 from the channels 164A-B) may be multiple in the middle of the channel 164B by both width and depth (ie horizontal and vertical) The channels 164A-B in different planes as they flow along the channel 164B to align the components 160 of the

つまり、本発明の第2の集中化段階を有する一実施形態において、サンプル混合物120は、チャネル116、117に入る垂直のシースまたはバッファ流体163によって再び圧縮され、サンプル120の流れは、図5Aに示されるように、チャネル164Bの深さの中央に集中し、複数の成分160は、ほぼ一列形式でチャネル164Bの中央に沿って流れる。   That is, in one embodiment having the second concentration step of the present invention, the sample mixture 120 is recompressed by the vertical sheath or buffer fluid 163 entering the channels 116, 117 and the flow of sample 120 is shown in FIG. 5A. As shown, centered at the depth of channel 164B, the plurality of components 160 flow along the center of channel 164B in an approximately single-row fashion.

一実施形態において、複数の成分160は、複数の精子細胞160であり、パンケーキ型または平坦な涙形の頭であることから、複数の精子細胞160は、第2の集中化段階を受けると、すなわち、光線148(図5A参照)の方向に垂直なこれらの複数の平坦面により、予め定められた方向に自らを再方向付けする。つまり、複数の精子細胞160は、2段階集中化処理を通りつつ、これらの体の向きについて優先傾向を確立する。具体的には、複数の精子細胞160は、これらの平坦な体が圧縮方向に垂直であることによって、より安定する傾向がある。そこで、シースまたはバッファ流体163の制御により、ランダムな向きで開始する複数の精子細胞160は、ここで、均一な向きを実現する。つまり、複数の精子細胞160は、チャネル164Bの中央において一列形式をなすのみならず、これらは、第2の集中化段階における圧縮方向に直交するこれらの平坦面によって均一な向きをさらに実現する。   In one embodiment, the plurality of components 160 is a plurality of sperm cells 160 and is a pancake-shaped or flat tear-shaped head, such that the plurality of sperm cells 160 undergo a second concentration step That is, the plurality of flat surfaces perpendicular to the direction of light ray 148 (see FIG. 5A) redirect itself in a predetermined direction. That is, a plurality of sperm cells 160 establish a preference for their body orientation while passing through a two-step centralized process. Specifically, multiple sperm cells 160 tend to be more stable due to their flat bodies being perpendicular to the direction of compression. Thus, by control of the sheath or buffer fluid 163, the plurality of sperm cells 160 starting in a random orientation now achieve a uniform orientation. That is, the plurality of sperm cells 160 not only form a single row at the center of the channel 164B, but they further achieve a uniform orientation due to their flat surface orthogonal to the compression direction in the second concentration stage.

つまり、サンプル投入部106に導入された全成分160は、上述されたように他の種類の細胞または他の材料等であってもよいが、複数の成分160がチャネル164Bを通って一列形式で、より均一な向き(複数の成分160の種類に応じて)で移動することを可能にする2段階集中化段階を受けて、より容易な成分160のインタロゲーションを可能にする。   That is, although all the components 160 introduced into the sample input part 106 may be other types of cells or other materials as described above, the plurality of components 160 pass through the channel 164B in a single row format. Allowing for easier interrogation of the components 160, subject to a two-step concentration step that allows to move in a more uniform orientation (depending on the type of components 160).

一実施形態において、チャネル164Bのさらなる下流側で、複数の成分160は、光源147を用いて、インタロゲーションチャンバ129の開口150において、カバー132、133を通して検出される。光源147は、光線148を発し(光ファイバを介してもよい)、これは、開口150においてチャネル164Cの中央に集中する。一実施形態において、複数の精子細胞160のような複数の成分160は、複数の集中流(すなわち、サンプル流120も作用するシースまたはバッファ流体163の流れ)によって、複数の成分160の平坦面がビーム148を向くように、方向付けられる。さらに、全成分160は、これらがビーム148下を通過する際に、集中化によって一列形式で移動させられる。複数の成分160が光源147下を通過し、ビーム148の作用を受けるため、複数の成分160は、複数の望ましい成分160を示す蛍光を発する。例えば、複数の精子細胞に対して、複数のX染色体細胞は、複数のY染色体細胞とは異なる強度で蛍光を発し、または、1つの特性を有する複数の細胞は、複数の特性の異なるセットを有する複数の細胞とは異なる強度または波長の蛍光を発することがある。さらに、複数の成分160は、形状、サイズまたは任意の他の複数の明確化インジケータに対して見られ得る。   In one embodiment, further downstream of the channel 164B, the plurality of components 160 are detected through the covers 132, 133 at the opening 150 of the interrogation chamber 129 using the light source 147. The light source 147 emits a light ray 148 (which may be via an optical fiber) which is centered at the aperture 150 at the center of the channel 164C. In one embodiment, the plurality of components 160, such as the plurality of sperm cells 160, have a flat surface of the plurality of components 160 by the plurality of concentrated flows (ie, the flow of the sheath or buffer fluid 163 also acting as the sample flow 120). It is directed to point at beam 148. In addition, all components 160 are moved in a single row fashion by centralization as they pass under beam 148. As components 160 pass under light source 147 and are acted upon by beam 148, components 160 emit fluorescence that is indicative of a plurality of desirable components 160. For example, for multiple sperm cells, multiple X chromosome cells fluoresce at different intensities than multiple Y chromosome cells, or multiple cells with one property may have different sets of multiple properties. It may emit fluorescence at a different intensity or wavelength than a plurality of cells having. Further, the plurality of components 160 may be viewed for shape, size or any other plurality of clarification indicators.

ビーム誘導蛍光の実施形態において、(図3において)発せられた光ビーム151は、次に、対物レンズ153によって収集され、次に、光学センサ154によって電子信号に変換される。電子信号は、次に、アナログデジタルコンバータ(ADC)155によってデジタル化され、信号処理のために電子コントローラ156に送信される。電子コントローラは、DSP、マイクロコントローラユニット(MCU)、フィールドプログラマブルゲートアレー(FPGA)またはさらに中央処理装置(CPU)のような、適切な処理パワーを有する任意の電子プロセッサであってもよい。一実施形態において、DSPベースのコントローラ156は、電子信号を監視し、次に、望ましい成分160が検出された場合に、2つの圧電アクチュエータアセンブリ(圧電アクチュエータアセンブリ109、110、209、210のそれぞれの一部である109、110または219、220)の1つを駆動するべく、少なくとも1つのアクチュエータドライバ(すなわち、157aまたは157b)をトリガしてもよい。他の実施形態において、FPGAベースのコントローラは、電子信号を監視し、次に、望ましい成分160が検出された場合に、2つの圧電アクチュエータアセンブリ(圧電アクチュエータアセンブリ109、110、209、210のそれぞれの一部である109、110または219、220)の1つを駆動するべく、DSPコントローラと通信を行うか、または、少なくとも1つのアクチュエータドライバ(すなわち、157aまたは157b)を独立してトリガするべく作用する。   In the beam induced fluorescence embodiment, the emitted light beam 151 (in FIG. 3) is then collected by the objective lens 153 and then converted by the optical sensor 154 into an electronic signal. The electronic signals are then digitized by an analog-to-digital converter (ADC) 155 and transmitted to electronic controller 156 for signal processing. The electronic controller may be any electronic processor with suitable processing power, such as a DSP, microcontroller unit (MCU), field programmable gate array (FPGA) or even central processing unit (CPU). In one embodiment, the DSP based controller 156 monitors the electronic signal and then, when the desired component 160 is detected, the two piezoelectric actuator assemblies (each of the piezoelectric actuator assemblies 109, 110, 209, 210) At least one actuator driver (ie, 157a or 157b) may be triggered to drive one of the portions 109, 110 or 219, 220). In another embodiment, the FPGA based controller monitors the electronic signal and then, when the desired component 160 is detected, the two piezoelectric actuator assemblies (each of the piezoelectric actuator assemblies 109, 110, 209, 210) Acts to communicate with the DSP controller to drive one of the parts 109, 110 or 219, 220), or to independently trigger at least one actuator driver (ie 157a or 157b) Do.

つまり、一実施形態において、インタロゲーションチャンバ129のチャネル164Cにおける複数の選択されたまたは望ましい成分160は、複数の選択成分160に望ましい流出チャネル140、142に応じて、ジェットチャネル127、128の1つからの噴流またはバッファまたはシース流体163によって分離される。例示的な一実施形態において、電子信号は、複数の目標または選択成分160がジェットチャネル127、128及び主チャネル164Cの断面ポイントに到達した時点で、ドライバをアクティブ化し、外部積層圧電アクチュエータ219をトリガさせる(または、ドライバ157をアクティブ化し、アクチュエータ109をトリガさせる)。これにより、外部積層圧電アクチュエータアセンブリ209(または109)は、隔膜170に接触してこれを押し、ジェットチャンバ130を圧縮し、バッファまたはシース流体163の強い噴出をジェットチャンバ130からジェットチャネル127を介して主チャネル164Cへと押し出し、これにより、選択されたまたは望ましい成分160を流出チャネル142に押す。積層外部圧電アクチュエータアセンブリ209の性能と同様に、圧電アクチュエータアセンブリ210(または110)のトリガは、望ましい成分160を、噴出128と反対側にある流出チャネル140に押し出すことになろうことに留意されたい。   That is, in one embodiment, the plurality of selected or desired components 160 in the channel 164 C of the interrogation chamber 129 is one of the jet channels 127, 128 depending on the desired outflow channels 140, 142 for the plurality of selected components 160. Separated by a jet or buffer or sheath fluid 163 from one. In an exemplary embodiment, the electronic signal activates the driver and triggers the external laminated piezoelectric actuator 219 when multiple target or selected components 160 reach the cross-sectional point of the jet channels 127, 128 and the main channel 164C. (Or activate the driver 157 and trigger the actuator 109). This causes the outer laminated piezoelectric actuator assembly 209 (or 109) to contact and push the diaphragm 170 to compress the jet chamber 130 and a strong jet of buffer or sheath fluid 163 from the jet chamber 130 through the jet channel 127. And push it into the main channel 164 C, thereby pushing the selected or desired component 160 into the outflow channel 142. Note that, similar to the performance of the laminated external piezoelectric actuator assembly 209, triggering of the piezoelectric actuator assembly 210 (or 110) will push the desired component 160 into the outflow channel 140 opposite the jet 128 .

つまり、ジェットチャネル127、128の1つから噴出したシースまたはバッファ流体163は、複数の目標または選択成分160を、チャネル164Cのこれらの通常の経路から選択されたまたは望ましいそれぞれの流出チャネル140、142の1つに向けて迂回させ、これらの複数の目標成分160を分離し、これらの流出チャネル140、142の流れを濃縮し、もしあれば未選択成分と共に流出チャネル141を通って直進し続けるサンプル流体120の流れを激減させる。つまり、圧電アクチュエータアセンブリ109、110のトリガがないということは、流体混合物120の複数の未選択成分160が、流出チャネル141を通って直進し続けることを意味する。   That is, the sheath or buffer fluid 163 emanating from one of the jet channels 127, 128 has a plurality of target or selection components 160 selected from the respective normal paths of the channel 164C or desired outflow channels 140, 142. Sample diverted toward one of these to separate these multiple target components 160, concentrate the flow of these outlet channels 140, 142, and keep going straight through the outlet channel 141 with the unselected components, if any. The flow of fluid 120 is reduced sharply. That is, the lack of triggering of the piezoelectric actuator assembly 109, 110 means that the plurality of unselected components 160 of the fluid mixture 120 continue to go straight through the outflow channel 141.

一実施形態において、複数の分離成分160は、第1の流出部111または第3の流出部113の1つから、格納のために、さらなる分離のために、または、凍結保存のような処理のために、当技術分野において公知の複数の方法を用いて収集される。勿論、流出部111、113へ分離されなかった複数の成分160も、第2の流出部112から収集されてもよい。第1、第2及び第3の流出部111―113の一部は、成分濃度、pH測定、細胞カウント、電解質濃度等を検出するべく、電子的に特徴づけられてもよい。   In one embodiment, the plurality of separated components 160 may be stored for storage, for further separation, or for processing such as cryopreservation from one of the first outlet 111 or the third outlet 113. In order to be collected using methods known in the art. Of course, a plurality of components 160 not separated into outlets 111, 113 may also be collected from the second outlet 112. Portions of the first, second and third effluents 111-113 may be characterized electronically to detect component concentrations, pH measurements, cell counts, electrolyte concentrations, and the like.

一実施形態において、複数の成分160(すなわち、生物学的材料)を含むサンプル120のインタロゲーションは、他の複数の方法によって達成される。つまり、マイクロ流体チップ100の一部またはその複数の流出部は、光学的にまたは視覚的に検査されてもよい。概して、複数のインタロゲーション方法は、カメラなどによる直接の視覚的画像分析を含んでもよく、直接の高照度光画像分析または蛍光画像分析を利用してもよい。あるいは、分光法、透過分光法、スペクトル画像分析、または動的光散乱もしくは拡散波分光法のような散乱のような、より高度な複数の技術が、用いられてもよい。   In one embodiment, interrogation of sample 120 comprising multiple components 160 (ie, biological material) is accomplished by other methods. That is, a portion or portions of the microfluidic chip 100 may be inspected optically or visually. In general, the plurality of interrogation methods may include direct visual image analysis with a camera or the like, and may utilize direct high intensity light image analysis or fluorescence image analysis. Alternatively, more sophisticated techniques such as spectroscopy, transmission spectroscopy, spectral image analysis, or scattering such as dynamic light scattering or diffuse wave spectroscopy may be used.

いくつかの場合において、光インタロゲーション領域129は、サンプル混合物120の複数の成分に結合し、もしくはこれらに影響する複数の化学物質、または特定の材料もしくは疾病の存在下で結合する及び/または蛍光を発するように機能化される複数のビーズのような、複数の添加物と併せて用いられてもよい。これらの技術は、複数の疾病を検出するべく、または、複数の成分160を特徴づける複数の他のパラメータを検出するべく、複数の細胞濃度を測定するために用いられてもよい。   In some cases, light interrogation region 129 binds to or affects multiple components of sample mixture 120, or multiple chemicals that bind to them, or in the presence of a particular material or disease, and / or It may be used in conjunction with multiple additives, such as multiple beads that are functionalized to fluoresce. These techniques may be used to measure cell concentrations to detect diseases or to detect other parameters characterizing components 160.

しかしながら、他の実施形態において、蛍光が用いられない場合には、複数の偏光後方散乱方法も、用いられてもよい。複数の分光学的方法を用いて、複数の成分160は、上述されたようにインタロゲートされる。有意な結果を出し、蛍光を発したこれらの成分160(すなわち、標識による反応を示したこれらの成分160)のスペクトルは、圧電アセンブリ109、110、209、210のアクティブ化による分離のために特定される。   However, in other embodiments, multiple polarization backscattering methods may also be used if fluorescence is not used. Using multiple spectroscopic methods, multiple components 160 are interrogated as described above. The spectra of those components 160 that produced significant results and fluoresced (ie, those components 160 that showed a response by the label) were identified for separation by activation of the piezoelectric assemblies 109, 110, 209, 210. Be done.

一実施形態において、複数の成分160は、複数の添加物もしくはシースまたはバッファ流体163に対する当該成分の反応もしくは結合に基づいて、または、複数の成分160の自然蛍光もしくは複数の成分160に関連づけられた物質の蛍光を特定タグもしくはバックグラウンドタグとして用いることによって、または、分離のために選択された、選択されたサイズ、寸法もしくは表面特徴等を満たすことによって、特定されてもよい。   In one embodiment, the plurality of components 160 are related to the natural fluorescence or plurality of components 160 of the plurality of components 160 based on the reaction or binding of the components to the plurality of additives or sheaths or buffer fluid 163 It may be specified by using the fluorescence of the substance as a specific tag or background tag, or by fulfilling a selected size, dimension or surface feature etc chosen for the separation.

一実施形態において、アッセイが完了すると、(電子信号を監視し、圧電アセンブリ109、110、209、210をトリガする)コンピュータ182及び/またはオペレータを介して、破棄及び収集されるべき成分160の選択がなされてもよい。   In one embodiment, selection of components 160 to be discarded and collected via computer 182 and / or an operator (monitoring electronic signals and triggering piezoelectric assemblies 109, 110, 209, 210) when the assay is complete. May be done.

一実施形態において、コンピュータシステム182のユーザインタフェースは、CCDカメラ183によって得られたマイクロ流体チップ100に対する視野における複数の成分160を表示するコンピュータスクリーンを含む。   In one embodiment, the user interface of computer system 182 includes a computer screen displaying a plurality of components 160 in a field of view for microfluidic chip 100 obtained by CCD camera 183.

一実施形態において、コンピュータ182は、複数のポンプ(すなわち、図9の圧送メカニズム)のような外部デバイスが、あらゆるサンプル流体120、シースまたはバッファ流体163をマイクロ流体チップ100に圧送するために用いられる場合には、これらの全てを制御し、マイクロ流体チップ100に投入される流体120、163の温度を設定するあらゆる加熱デバイスをさらに制御する。   In one embodiment, the computer 182 is used to pump any sample fluid 120, sheath or buffer fluid 163 into the microfluidic chip 100 with an external device such as a plurality of pumps (ie, the pumping mechanism of FIG. 9). In this case, all of these are controlled to further control any heating device that sets the temperature of the fluid 120, 163 introduced to the microfluidic chip 100.

[チップカセット及びホルダ]
マイクロ流体チップ100は、チップホルダ200に搭載されるチップカセット212に装填される。チップホルダ200は、ホルダ200の微細な位置決定を可能とするべく、並進ステージ(図示せず)に搭載される。マイクロ流体チップホルダ200は、光線148が上述の態様で開口150において複数の成分160を妨害し得る位置に、マイクロ流体チップ100を保持するように構成される。マイクロ流体チップ100が閉位置にある場合、ガスケット層105(図1参照)は、本体211とマイクロ流体チップ100との間で実質的に漏れのない封止を形成する。
[Chip cassette and holder]
The microfluidic chip 100 is loaded into a chip cassette 212 mounted on a chip holder 200. The tip holder 200 is mounted on a translation stage (not shown) to enable fine positioning of the holder 200. The microfluidic chip holder 200 is configured to hold the microfluidic chip 100 at a position where the light beam 148 may interfere with the plurality of components 160 at the aperture 150 in the manner described above. When the microfluidic chip 100 is in the closed position, the gasket layer 105 (see FIG. 1) forms a substantially leak-free seal between the body 211 and the microfluidic chip 100.

図6に示されるように、一実施形態において、マイクロ流体チップホルダ200は、アルミニウム合金または他の適切な金属/ポリマ材料のような、適した材料で形成され、本体211と、少なくとも1つの積層外部圧電アクチュエータ209、210とを含む。   As shown in FIG. 6, in one embodiment, the microfluidic chip holder 200 is formed of a suitable material, such as an aluminum alloy or other suitable metal / polymer material, and is laminated to the body 211 with at least one And external piezoelectric actuators 209, 210.

ホルダ200の本体211は、任意の適した形状であってもよいが、その構成は、チップ100のレイアウトに応じて異なる。例えば、積層外部圧電アクチュエータ209、210は、圧電アクチュエータ219、220の先端とマイクロ流体チップ100の隔膜170、171との間に接触が形成されるように、隔膜170、171上に配置されなければならない。ホルダ200の本体211は、複数の流体/サンプルをマイクロ流体チップ100と連通させるように、外部管(図9参照)を受容し、これと係合するように構成される。   The body 211 of the holder 200 may be of any suitable shape, but the configuration differs depending on the layout of the chip 100. For example, the stacked external piezoelectric actuators 209, 210 must be disposed on the diaphragms 170, 171 such that a contact is formed between the tips of the piezoelectric actuators 219, 220 and the diaphragms 170, 171 of the microfluidic chip 100. It does not. The body 211 of the holder 200 is configured to receive and engage an outer tube (see FIG. 9) to place multiple fluids / samples in fluid communication with the microfluidic chip 100.

これらのカセット212及びホルダ200の詳細と、チップ100をカセット212及びホルダ200に取り付けるためのメカニズムとは、何ら詳細に説明されないが、それは、当業者であれば、これらのデバイスが周知であり、本発明の複数の目的が満たされる限りにおいて、マイクロ流体チップ100を収容するような任意の構成を取り得ることは承知であろうことによる。   The details of the cassette 212 and the holder 200 and the mechanism for attaching the chip 100 to the cassette 212 and the holder 200 will not be described in any detail, but those skilled in the art are familiar with these devices, It will be appreciated that any configuration may be taken to accommodate the microfluidic chip 100 as long as the multiple objects of the invention are met.

図9に示されるように、一実施形態において、圧送メカニズムは、サンプル流体混合物120を貯留部233(すなわち、サンプル管)からチップ100のサンプル投入部106に圧送するための圧力を付与する加圧ガス235を有するシステムを含む。   As shown in FIG. 9, in one embodiment, the pumping mechanism applies pressure to pump the sample fluid mixture 120 from the reservoir 233 (i.e., the sample tube) to the sample input 106 of the tip 100. Including a system having a gas 235.

シースまたはバッファ流体163を中に有する折り畳み式コンテナ237は、加圧管236に配置され、加圧ガス235は、流体163が管231a、231bを介してそれぞれチップ100のシースまたはバッファ投入部107、108に供給されるように、複数の異なる流出部を有するマニホルド238に流体163を押し出す。   A collapsible container 237 having a sheath or buffer fluid 163 therein is disposed in the pressurization tube 236, and the pressurized gas 235 is delivered to the sheath or buffer inlet 107, 108 of the tip 100 by means of the fluid 163 via the tubes 231a and 231b. The fluid 163 is pushed into a manifold 238 having a plurality of different outlets as it is supplied to the

圧力調整器234は、貯留部233内における気体235の圧力を調節し、圧力調整器239は、管236内における気体235の圧力を調節する。質量流量調整器232a、232bは、それぞれ管231a、231bを介して、それぞれシースまたはバッファ投入部107、108に圧送される流体163を制御する。つまり、管230、231a、231bは、複数の流体120をチップ100に初期充填するために用いられ、チップ100全体で、サンプル流体120をサンプル投入部106またはシースまたはバッファ投入部107、108に充填するために用いられてもよい。さらに、一実施形態において、管(図示せず)は、例えば、チャンバ130、131を充填するべく、流体163をマニホルド238から換気口121、122に与えてもよい。   The pressure regulator 234 regulates the pressure of the gas 235 in the reservoir 233, and the pressure regulator 239 regulates the pressure of the gas 235 in the pipe 236. The mass flow regulators 232a, 232b control the fluid 163 to be pumped to the sheath or buffer inputs 107, 108 respectively via tubes 231a, 231b. That is, the tubes 230, 231a, 231b are used to initially fill the chip 100 with a plurality of fluids 120, and the sample fluid 120 is filled into the sample loading section 106 or the sheath or buffer loading sections 107, 108 throughout the tip 100. May be used to Further, in one embodiment, a tube (not shown) may provide fluid 163 from the manifold 238 to the vents 121, 122, for example, to fill the chambers 130, 131.

例示的な実施形態によれば、複数の動作、複数の段階、複数の制御オプション等のいずれかは、コンピュータメモリ、データベース等のようなコンピュータ可読媒体に格納される複数の命令によって実装されてもよい。コンピュータ可読媒体に格納された複数の命令を実行すると、複数の命令は、コンピューティングデバイスに、本明細書で説明される複数の動作、複数の段階、複数の制御オプション等のいずれかを実行させてもよい。   According to an exemplary embodiment, any of the operations, steps, control options, etc. may be implemented by instructions stored on a computer readable medium, such as computer memory, database, etc. Good. Execution of the plurality of instructions stored on the computer readable medium causes the plurality of instructions to cause the computing device to perform any of the plurality of operations, phases, control options, etc. described herein. May be

本明細書で説明される複数の動作は、データ処理装置、または、1つまたは複数のコンピュータ可読ストレージデバイスに格納されたもしくは他の複数のソースから受信されたデータに対する処理回路によって実行される、複数の動作として実装されてもよい。コンピュータプログラム(プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプトまたはコードとしても公知である)は、コンパイルまたはインタープリタ言語、宣言型または手続き型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書き込み可能であり、これは、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、オブジェクト、もしくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとしての形式を含む任意の形式で配置されてもよい。コンピュータプログラムは、必要ではないが、ファイルシステムのファイルに対応してもよい。プログラムは、他の複数のプログラムまたはデータ(例えば、マークアップ言語ドキュメントに格納された1つまたは複数のスクリプト)を保持するファイルの一部に、問題のプログラム専用の単一のファイルに、または、複数の連携ファイル(例えば、1つまたは複数のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部を格納する複数のファイル)に、格納されてもよい。コンピュータプログラムは、1つのコンピュータで、または、1つのサイト位置するもしくは複数のサイトに分散され、通信ネットワークによって相互接続される複数のコンピュータで実行されるように、配置されてもよい。コンピュータプログラムの実行に適した複数の処理回路は、例として、汎用及び特殊目的マイクロプロセッサの両方、及び任意の種類のデジタルコンピュータの任意の1つまたは複数のプロセッサを含む。   The operations described herein are performed by processing circuitry on data received from data processing devices or other sources stored in one or more computer readable storage devices. It may be implemented as multiple actions. A computer program (also known as a program, software, software application, script or code) can be written in any form of programming language including compiled or interpreted language, declarative or procedural language, which is stand-alone It may be arranged in any form including as a program or as a module, component, subroutine, object or other unit suitable for use in a computing environment. A computer program may, but need not, correspond to files in the file system. The program may be part of a file that holds other programs or data (eg, one or more scripts stored in a markup language document), a single file dedicated to the program in question, or It may be stored in a plurality of linked files (e.g., one or more modules, subprograms, or a plurality of files storing portions of code). The computer program may be arranged to be executed by a single computer, or by a plurality of computers interconnected by a communication network, distributed at a single site location or a plurality of sites. The plurality of processing circuits suitable for the execution of a computer program include, by way of example, both general and special purpose microprocessors, and any one or more processors of any kind of digital computer.

様々な要素の向きは、他の例示的な実施形態に従って異なることがあり、このような複数の変形は、本開示によって包含されることが意図されることに留意されたい。   It should be noted that the orientations of the various elements may differ according to other exemplary embodiments, and such variations are intended to be encompassed by the present disclosure.

マイクロ流体チップの複数の構造及び複数の構成は、様々な例示的実施形態に示されるように、例示目的のみである。本開示において、いくつかの実施形態のみが詳細に説明されているが、本明細書で説明される主題の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正(例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値、搭載構成、材料の用途、色、向き等の変形)が可能である。一体的に形成されるものとして示されるいくつかの要素は、複数の部分または要素から構成されてもよく、複数の要素の位置は、反対であってもよく、またはそれ以外に異なっていてもよく、個別の要素または位置の性質または数は、変更されてもよく、または異なってもよい。あらゆる処理、論理アルゴリズムまたは方法の段階の順序または順番は、複数の代替的な実施形態に従って、異なってもよく、または、順番を変更されてもよい。他の複数の置換、複数の修正、複数の変更及び複数の省略も、様々な例示的実施形態のデザイン、動作条件及び構成において、本開示の範囲から逸脱することなく、なされてもよい。   The multiple structures and multiple configurations of the microfluidic chip are for illustration purposes only, as shown in various exemplary embodiments. Although only a few embodiments are described in detail in the present disclosure, many modifications (e.g., various modifications) may be made without substantially departing from the novel teachings and advantages of the subject matter described herein. Element sizes, dimensions, structures, shapes and proportions, parameter values, mounting configurations, material applications, color, orientation, etc. variations are possible. Some elements shown as integrally formed may be comprised of multiple parts or elements, and the positions of the multiple elements may be opposite or otherwise different. Well, the nature or number of individual elements or positions may be varied or different. The order or order of steps of any process, logic algorithm or method may be different or may be changed in order according to several alternative embodiments. Other permutations, modifications, alterations and omissions may also be made in the design, operating conditions and configuration of the various exemplary embodiments without departing from the scope of the present disclosure.

Claims (46)

複数のチャネルが配置される複数の層を備えるマイクロ流体チップであって、
前記複数のチャネルは、
分離されるべき複数の成分のサンプル流体混合物が投入されるサンプル投入チャネルと、
2セットのみの複数のシース流体チャネルであって、
第1のセットの複数のシース流体チャネルは、複数のシース流体が投入される第1の複数のシース流体チャネルであって、前記第1の複数のシース流体チャネルは、第1の交点において前記サンプル投入チャネルと横方向に交差することで、層流を前記サンプル投入チャネルに維持しつつ、前記複数のシース流体が少なくとも2つの側面において前記サンプル流体混合物を圧縮し、これにより、前記サンプル流体混合物が、前記複数のシース流体によって画定される相対的により小さな細い流れとなり、
第2のセットの複数のシース流体チャネルは、複数のシース流体が投入される第2の複数のシース流体チャネルであって、前記第2の複数のシース流体チャネルは、前記サンプル投入チャネルに対して実質的に90度の上からのみである第2の方向において、前記第1の交点の下流側にある第2の交点で前記サンプル投入チャネルと上下方向に交差することで、前記サンプル投入チャネルに層流をさらに維持しつつ、前記第2の複数のシース流体チャネルからの複数のシース流体が前記サンプル流体混合物を圧縮し、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分が上下方向に圧縮され、予め定められた方向に方向付けられる、
前記2セットのみの複数のシース流体チャネルと、
前記サンプル投入チャネルから延びる複数の流出チャネルであって、前記複数の成分及び前記複数のシース流体を前記マイクロ流体チップから除去する複数の流出チャネルと、
を含む、マイクロ流体チップ。
A microfluidic chip comprising a plurality of layers in which a plurality of channels are arranged, wherein
The plurality of channels are
A sample input channel into which a sample fluid mixture of components to be separated is input;
Only two sets of multiple sheath fluid channels,
The plurality of sheath fluid channels of the first set is a first plurality of sheath fluid channels into which a plurality of sheath fluids are injected, the first plurality of sheath fluid channels being the sample at the first intersection point The transverse intersection with the inlet channel allows the plurality of sheath fluids to compress the sample fluid mixture on at least two sides, thereby maintaining the laminar flow in the sample inlet channel, thereby causing the sample fluid mixture to , A relatively smaller thin flow defined by the plurality of sheath fluids,
The second set of sheath fluid channels is a second plurality of sheath fluid channels into which a plurality of sheath fluids are injected, the second plurality of sheath fluid channels being relative to the sample injection channel In the second direction, which is substantially only from above 90 degrees, vertically crossing the sample introduction channel at a second intersection point downstream of the first intersection point, the sample introduction channel A plurality of sheath fluids from the second plurality of sheath fluid channels compress the sample fluid mixture while further maintaining laminar flow, and the plurality of components of the sample fluid mixture are vertically compressed, predetermined. Oriented in the
A plurality of sheath fluid channels of only the two sets;
A plurality of outlet channels extending from the sample input channel, wherein the plurality of components and the plurality of sheath fluids are removed from the microfluidic chip;
Including, microfluidic chips.
前記複数の層は、前記第1の交点および前記第2の交点よりも下流で前記サンプル投入チャネルと交差する貫通孔を有し、
前記貫通孔の両端に配置されて前記サンプル投入チャネルを封止する第1のカバーおよび第2のカバーを更に備える、
請求項に記載のマイクロ流体チップ。
The plurality of layers have through holes that intersect the sample input channel downstream of the first intersection point and the second intersection point,
The apparatus further comprises a first cover and a second cover disposed at both ends of the through hole to seal the sample introduction channel.
The microfluidic chip according to claim 1 .
前記第2の交点の下流側に配置されるインタロゲーションチャンバにおいて、前記サンプル投入チャネルの前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を、インタロゲート及び特定するインタロゲーション装置をさらに備える、請求項1または2に記載のマイクロ流体チップ。 In interrogation chamber disposed downstream of the second intersection point, the plurality of components of the sample fluid mixture of the sample turned channel, further comprises the interrogation device to interrogate and identify, according to claim 1 or 2. The microfluidic chip according to 2. 前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、前記変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分を前記インタロゲーションチャンバから延びる前記複数の流出チャネルの1つに押し出すことによって、前記インタロゲーションチャンバの下流側にある前記サンプル流体混合物の前記複数の成分から前記複数の選択成分を分離する分離メカニズムをさらに備える、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 Displacing the trajectory of the flow of the sample fluid mixture in the sample input channel and extruding a plurality of selected components in the flow of the displaced sample fluid mixture from the interrogation chamber into one of the plurality of outlet channels extending 4. The microfluidic chip of claim 3 , further comprising: a separation mechanism that separates the plurality of selected components from the plurality of components of the sample fluid mixture downstream of the interrogation chamber. 少なくとも1つのジェットチャンバであって、少なくとも1つの換気口によって前記ジェットチャンバに導入された複数のシース流体を含む少なくとも1つのジェットチャンバと、
前記少なくとも1つのジェットチャンバに接続される少なくとも1つのジェットチャネルであって、前記インタロゲーションチャンバにおいて前記サンプル投入チャネルに入る、少なくとも1つのジェットチャネルと、
をさらに備える、請求項に記載のマイクロ流体チップ。
At least one jet chamber, the at least one jet chamber including a plurality of sheath fluids introduced into the jet chamber by at least one vent;
At least one jet channel connected to the at least one jet chamber, the at least one jet channel entering the sample input channel in the interrogation chamber;
The microfluidic chip according to claim 4 , further comprising
前記分離メカニズムは、前記サンプル投入チャネルの少なくとも1つの側面に配置される少なくとも1つの圧電アクチュエータアセンブリを含む、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 5 , wherein the separation mechanism comprises at least one piezoelectric actuator assembly disposed on at least one side of the sample injection channel. 前記圧電アクチュエータアセンブリは、外部積層圧電アクチュエータアセンブリである、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 6 , wherein the piezoelectric actuator assembly is an external stacked piezoelectric actuator assembly. 前記ジェットチャンバの各々をカバーする隔膜をさらに備え、
前記外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、前記ジェットチャンバにおける前記複数のシース流体を、前記サンプル投入チャネルへと駆動し、前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の前記流れの前記軌道を、前記複数の流出チャネルの1つに変位させるべく、前記隔膜に整合するとともにこれを変位させる、請求項に記載のマイクロ流体チップ。
Further comprising a diaphragm covering each of the jet chambers;
The outer laminated piezoelectric actuator assembly drives the plurality of sheath fluids in the jet chamber into the sample input channel, and the trajectory of the flow of the sample fluid mixture in the sample input channel into the plurality of outlet channels The microfluidic chip according to claim 7 , wherein the diaphragm is aligned with and displaced in order to displace in one of the two.
前記外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、マイクロ流体チップホルダに配置される、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 8 , wherein the external laminated piezoelectric actuator assembly is disposed in a microfluidic chip holder. 前記圧電アクチュエータアセンブリに接続される電子回路をさらに備え、前記電子回路は、前記隔膜と接触する前記圧電アクチュエータアセンブリからの抵抗力によって生成される電子信号を増幅させる、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 9. The microfluidic device of claim 8 , further comprising an electronic circuit connected to the piezoelectric actuator assembly, wherein the electronic circuit amplifies an electronic signal generated by a resistive force from the piezoelectric actuator assembly in contact with the diaphragm. Chip. 前記圧電アクチュエータアセンブリからの電気信号は、前記外部積層圧電アクチュエータアセンブリによって生成される歪みの量を示す、請求項10に記載のマイクロ流体チップ。 11. The microfluidic chip of claim 10 , wherein the electrical signal from the piezoelectric actuator assembly is indicative of an amount of strain generated by the external laminated piezoelectric actuator assembly. 接触のインジケータは、前記圧電アクチュエータアセンブリと前記隔膜との間に接触が生じた場合に、自動的にオンにされる、請求項10に記載のマイクロ流体チップ。 11. The microfluidic chip of claim 10 , wherein an indicator of contact is automatically turned on when contact occurs between the piezoelectric actuator assembly and the diaphragm. 前記電子信号は、設定閾値を超えた場合に、前記インジケータをアクティブ化する、請求項12に記載のマイクロ流体チップ。 13. The microfluidic chip of claim 12 , wherein the electronic signal activates the indicator if a set threshold is exceeded. 接触の前記インジケータは、光、音、触感またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項13に記載のマイクロ流体チップ。 14. The microfluidic chip of claim 13 , wherein the indicator of contact comprises light, sound, touch or any combination thereof. 前記圧電アクチュエータアセンブリは、
前記ジェットチャンバをカバーする柔軟な隔膜と、
付着メカニズムによって前記隔膜の上面に接着される圧電材料と、
を含む、請求項に記載のマイクロ流体チップ。
The piezoelectric actuator assembly is
A flexible diaphragm covering the jet chamber;
A piezoelectric material adhered to the top surface of the diaphragm by an adhesion mechanism;
The microfluidic chip according to claim 6 , comprising
前記圧電アクチュエータアセンブリの複数の電極に電圧が加えられた場合、前記柔軟な隔膜は、前記複数の選択成分を前記複数の流出チャネルの1つへと逸らせるべく、前記ジェットチャンバへと撓み、前記複数のシース流体を前記ジェットチャンバから前記サンプル投入チャネルへと押し出す、請求項15に記載のマイクロ流体チップ。 When voltage is applied to the plurality of electrodes of the piezoelectric actuator assembly, the flexible diaphragm flexes into the jet chamber to deflect the plurality of selected components into one of the plurality of outlet channels; 16. The microfluidic chip of claim 15 , wherein a plurality of sheath fluids are pushed out of the jet chamber into the sample input channel. 前記ジェットチャネルは、前記サンプル投入チャネルに接続する場合にテーパ状となる、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 6. The microfluidic chip of claim 5 , wherein the jet channel is tapered when connected to the sample input channel. 前記複数の流出チャネルの複数の端部に配置される複数の流出部をさらに備える、請求項1から17のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 Further comprising microfluidic chip according to any one of claims 1 to 17 a plurality of outlet portions to be arranged in a plurality of end portions of the plurality of outflow channels. 前記複数の流出チャネルは、前記サンプル投入チャネルより寸法が増大する、請求項18に記載のマイクロ流体チップ。 19. The microfluidic chip of claim 18 , wherein the plurality of outlet channels increase in size than the sample inlet channel. 前記複数の流出部を分離するべく、前記マイクロ流体チップの下端に配置される複数の切欠きをさらに備える、請求項19に記載のマイクロ流体チップ。 20. The microfluidic chip of claim 19 , further comprising a plurality of notches disposed at the lower end of the microfluidic chip to separate the plurality of outlets. 前記サンプル投入チャネル及び前記第1の複数のシース流体チャネル及び前記第2の複数のシース流体チャネルは、前記マイクロ流体チップの1つまたは複数の平面に配置される、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 4. The microfluidic of claim 3 , wherein the sample input channel and the first plurality of sheath fluid channels and the second plurality of sheath fluid channels are disposed in one or more planes of the microfluidic chip. Chip. 前記サンプル投入チャネル及び前記第1の複数のシース流体チャネル及び前記第2の複数のシース流体チャネルは、前記マイクロ流体チップの1つまたは複数の構造層に、または複数の構造層の間に配置される、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 The sample loading channel and the first plurality of sheath fluid channels and the second plurality of sheath fluid channels are disposed in or between one or more structural layers of the microfluidic chip The microfluidic chip according to claim 3 . 前記第1の複数のシース流体チャネル及び前記第2の複数のシース流体チャネルの少なくとも1つは、前記サンプル投入チャネルが配置される平面と異なる平面に配置される、請求項21に記載のマイクロ流体チップ。 22. The microfluidic device of claim 21 , wherein at least one of the first plurality of sheath fluid channels and the second plurality of sheath fluid channels are disposed in a plane different from the plane in which the sample input channel is disposed. Chip. 前記第1の複数のシース流体チャネル及び前記第2の複数のシース流体チャネルの少なくとも1つは、前記サンプル投入チャネルが配置される構造層と異なる構造層に配置される、請求項22に記載のマイクロ流体チップ。 Wherein at least one of the first plurality of sheath fluid channels and the second plurality of sheath fluid channels are arranged in the structural layer structure different layers the sample turned channel is arranged, according to claim 22 Microfluidic chip. 前記サンプル投入チャネルは、前記第1の複数のシース流体チャネルとの前記第1の交点、および、前記第2の複数のシース流体チャネルとの前記第2の交点へのエントリポイントにおいてテーパ状となる、請求項1から24のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 The sample input channel tapers at an entry point to the first intersection with the first plurality of sheath fluid channels and to the second intersection with the second plurality of sheath fluid channels The microfluidic chip according to any one of claims 1 to 24 . 前記サンプル投入チャネルは、前記インタロゲーションチャンバに向かってテーパ状となる、請求項に記載のマイクロ流体チップ。 4. The microfluidic chip of claim 3 , wherein the sample input channel is tapered towards the interrogation chamber. 前記第1の交点での前記サンプル投入チャネルへの複数のエントリポイントにおける前記第1の複数のシース流体チャネル、および、前記第2の交点での前記サンプル投入チャネルへの複数のエントリポイントにおける前記第2の複数のシース流体チャネルの少なくとも一方はテーパ状となる、請求項1から26のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 The first plurality of sheath fluid channels at a plurality of entry points to the sample input channel at the first intersection point, and the first at a plurality of entry points to the sample input channel at the second intersection point At least one of the second plurality of sheath fluid channel tapers, microfluidic chip according to any one of claims 1 26. 前記インタロゲーションチャンバは、前記マイクロ流体チップの前記複数の構造層を通って切断される開口を含み、
上窓は、前記複数の構造層の少なくとも1つの層の開口において第1のカバーを受容し、
下窓は、前記複数の構造層の少なくとも1つの層の開口において第2のカバーを受容する、請求項22に記載のマイクロ流体チップ。
The interrogation chamber includes an opening cut through the plurality of structural layers of the microfluidic chip,
The upper window receives a first cover at an opening of at least one of the plurality of structural layers,
23. The microfluidic chip of claim 22 , wherein the lower window receives a second cover at an opening of at least one of the plurality of structural layers.
前記インタロゲーションチャンバは、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面を通って切断される開口を含み、
上窓は、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面のうち少なくとも1つの平面の開口において第1のカバーを受容し、
下窓は、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面のうち少なくとも1つの平面の開口において第2のカバーを受容する、請求項21に記載のマイクロ流体チップ。
The interrogation chamber includes an opening that is cut through the plurality of planes of the microfluidic chip,
An upper window receives a first cover at an opening of at least one of the plurality of planes of the microfluidic chip,
22. The microfluidic chip of claim 21 , wherein the lower window receives a second cover at an opening of at least one of the plurality of planar surfaces of the microfluidic chip.
前記インタロゲーション装置は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を照射及び励起するべく、第1のカバーを通してビームを発する光源を含み、
前記ビームによって誘導され発せられた光は、第2のカバーを通過し、対物レンズによって受容される、請求項に記載のマイクロ流体チップ。
The interrogation apparatus includes a light source emitting a beam through a first cover to illuminate and excite the plurality of components of the sample fluid mixture,
The microfluidic chip according to claim 3 , wherein the light induced and emitted by the beam passes through a second cover and is received by an objective lens.
前記インタロゲーション装置は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を照射及び励起するべく、前記マイクロ流体チップの複数の構造層を通してビームを発する光源を含み、
前記ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズによって受容される、請求項28に記載のマイクロ流体チップ。
The interrogation apparatus includes a light source that emits a beam through a plurality of structural layers of the microfluidic chip to illuminate and excite the plurality of components of the sample fluid mixture,
29. The microfluidic chip of claim 28 , wherein the light induced and emitted by the beam is received by an objective lens.
前記インタロゲーション装置は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を照射及び励起するべく、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面を通してビームを発する光源を含み、
前記ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズに受容される、請求項29に記載のマイクロ流体チップ。
The interrogation apparatus includes a light source that emits a beam through the plurality of planes of the microfluidic chip to illuminate and excite the plurality of components of the sample fluid mixture;
30. The microfluidic chip of claim 29 , wherein the light induced and emitted by the beam is received by an objective lens.
前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、前記変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分を前記インタロゲーションチャンバから延びる前記複数の流出チャネルの1つに押し出すことによって、前記インタロゲーションチャンバの下流側にある前記サンプル流体混合物の前記複数の成分から前記複数の選択成分を分離する分離メカニズムをさらに備え、
前記分離メカニズムは、前記サンプル投入チャネルの少なくとも1つの側面に配置される少なくとも1つの圧電アクチュエータアセンブリを含み、
前記対物レンズによって受容された前記発せられた光は、前記圧電アクチュエータアセンブリのトリガとなる電子信号に変換される、請求項31に記載のマイクロ流体チップ。
Displacing the trajectory of the flow of the sample fluid mixture in the sample input channel and extruding a plurality of selected components in the flow of the displaced sample fluid mixture from the interrogation chamber into one of the plurality of outlet channels extending Further comprising: a separation mechanism for separating the plurality of selected components from the plurality of components of the sample fluid mixture downstream of the interrogation chamber,
The separation mechanism includes at least one piezoelectric actuator assembly disposed on at least one side of the sample injection channel,
32. The microfluidic chip of claim 31 , wherein the emitted light received by the objective lens is converted into an electronic signal that triggers the piezoelectric actuator assembly.
前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、前記変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分を前記インタロゲーションチャンバから延びる前記複数の流出チャネルの1つに押し出すことによって、前記インタロゲーションチャンバの下流側にある前記サンプル流体混合物の前記複数の成分から前記複数の選択成分を分離する分離メカニズムをさらに備え、
前記分離メカニズムは、前記サンプル投入チャネルの少なくとも1つの側面に配置される少なくとも1つの圧電アクチュエータアセンブリを含み、
前記対物レンズによって受容された前記発せられた光は、前記圧電アクチュエータアセンブリのトリガとなる電子信号に変換される、請求項32に記載のマイクロ流体チップ。
Displacing the trajectory of the flow of the sample fluid mixture in the sample input channel and extruding a plurality of selected components in the flow of the displaced sample fluid mixture from the interrogation chamber into one of the plurality of outlet channels extending Further comprising: a separation mechanism for separating the plurality of selected components from the plurality of components of the sample fluid mixture downstream of the interrogation chamber,
The separation mechanism includes at least one piezoelectric actuator assembly disposed on at least one side of the sample injection channel,
33. The microfluidic chip of claim 32 , wherein the emitted light received by the objective lens is converted into an electronic signal that triggers the piezoelectric actuator assembly.
前記サンプル流体混合物または前記複数のシース流体の1つは、圧送装置によって、前記マイクロ流体チップに圧送される、請求項1から34のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 Wherein one of the sample fluid mixture or said plurality of sheath fluid, the pumping device, said pumped into the microfluidic chip, microfluidic chip according to any one of claims 1 34. 外部管は、複数の流体を、前記マイクロ流体チップに連通させる、請求項1から35のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 External tube, a plurality of fluid, the microfluidic chip to communicate with the micro-fluidic chip according to any one of claims 1 35. 前記複数の成分は、複数の細胞である、請求項1から36のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to any one of claims 1 to 36 , wherein the plurality of components are a plurality of cells. 分離されるべき前記複数の細胞は、非生存または非運動精子からの生存または運動精子、性別及び他の性別分類バリエーションによって分離された精子、集団細胞から分離された複数の幹細胞、複数の精子細胞を含む複数の未標識細胞から分離された1つまたは複数の標識細胞、特定の特徴に係る核DNAにおいて分離された複数の遺伝子、複数の表面マーカに基づいて分離された複数の細胞、膜完全性または生存性に基づいて分離された複数の細胞、可能なまたは予測される再生ステータスに基づいて分離された複数の細胞、凍結生存能力に基づいて分離された複数の細胞、複数の汚染物質または破片から分離された複数の細胞、複数の損傷細胞から分離された複数の健康な細胞、プラズマ混合物の複数の白血球及び血小板から分離された複数の赤血球細胞、または、複数の任意の他の細胞成分から複数の対応する断片に分離された複数の任意の細胞の少なくとも1つを含む、請求項37に記載のマイクロ流体チップ。 The plurality of cells to be separated may be alive from non-viable or non-viable sperm or spermatozoa separated by sex and other sex classification variations, a plurality of stem cells separated from a population cell, a plurality of sperm cells one or more labeled cells, a plurality of genes has been separated in the nuclear DNA of the characteristics of the particular, multiple cells isolated based on the plurality of surface markers that are separated from a plurality of unlabeled cells containing, film Multiple cells separated based on integrity or viability, multiple cells separated based on possible or predicted regeneration status, multiple cells separated based on frozen viability, multiple contaminants Or multiple cells separated from debris, multiple healthy cells separated from multiple damaged cells, multiple white blood cells and platelets of plasma mixture The number of red blood cells, or at least one of a plurality of any cell which is divided into plural corresponding fragment from a plurality of any other cell components, the microfluidic chip according to claim 37. 前記分離されるべき複数の成分は、前記複数の流出チャネルの1つに移動させられ、複数の未選択成分は、前記複数の流出チャネルのうち他のものを通って流出する、請求項1から38のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 The system according to claim 1, wherein the plurality of components to be separated are moved to one of the plurality of outlet channels, and the plurality of unselected components flow out through the other of the plurality of outlet channels. The microfluidic chip according to any one of 38 . 前記サンプル流体混合物または前記複数のシース流体の前記1つの前記マイクロ流体チップへの前記圧送を制御するコンピュータをさらに備える、請求項35に記載のマイクロ流体チップ。 36. The microfluidic chip of claim 35 , further comprising a computer that controls the pumping of the sample fluid mixture or the plurality of sheath fluids to the one of the microfluidic chips. 前記マイクロ流体チップの前記開口上に配置されるCCDカメラによって取得された視野内に前記複数の成分を表示するコンピュータをさらに備える、請求項28に記載のマイクロ流体チップ。 29. The microfluidic chip of claim 28 , further comprising a computer displaying the plurality of components in a field of view acquired by a CCD camera disposed over the opening of the microfluidic chip. 前記マイクロ流体チップの前記開口上に配置されるCCDカメラによって取得された視野内に前記複数の成分を表示するコンピュータをさらに備える、請求項29に記載のマイクロ流体チップ。 30. The microfluidic chip of claim 29 , further comprising a computer that displays the plurality of components in a field of view acquired by a CCD camera disposed over the opening of the microfluidic chip. マイクロ流体チップホルダに搭載されるマイクロ流体チップカセットに装填されたマイクロ流体チップであって、複数の成分を含むサンプル流体を前記マイクロ流体チップに導入するためのサンプル投入部と、シース流体を前記マイクロ流体チップに導入するための複数のシース投入部と、前記サンプル流体を流すサンプルチャネルであって、前記シース流体を下流に流す2セットのみの複数のシース流体チャネルに接続され、前記サンプルチャネルは第1の交点で第1の方向に第1のセットの複数のシース流体チャネルに接続され、前記サンプルチャネルは第2の交点で前記サンプルチャネルに対して実質的に90度の上からのみである第2の方向に第2のセットの複数のシース流体チャネルに接続される、前記サンプルチャネルと、を有するマイクロ流体チップと、
前記サンプル流体を貯留部から前記マイクロ流体チップの前記サンプル投入部に圧送し、前記シース流体を前記マイクロ流体チップの前記複数のシース投入部に圧送し、前記サンプル流体および前記シース流体を、前記サンプル投入部および前記複数のシース投入部から前記サンプルチャネルを通じて下流に圧送する圧送メカニズムと、
を備える、マイクロ流体チップシステム。
A microfluidic chip loaded in a microfluidic chip cassette mounted on a microfluidic chip holder, the sample loading unit for introducing a sample fluid containing a plurality of components into the microfluidic chip; A plurality of sheath inlets for introduction to a fluidic tip and a sample channel for flowing the sample fluid, wherein the sample channel is connected to only two sets of sheath fluid channels for flowing the sheath fluid downstream, the sample channel being At a point of intersection of the first set of sheath fluid channels in a first direction, the sample channel being substantially only from above 90 degrees with respect to the sample channel at a second point of intersection; The sample channel being connected to the second set of sheath fluid channels in two directions; A microfluidic chip that,
The sample fluid is pumped from a reservoir to the sample loading portion of the microfluidic chip, and the sheath fluid is pumped to the plurality of sheath loading portions of the microfluidic chip, the sample fluid and the sheath fluid being the sample A pumping mechanism for pumping downstream from the inlet and the plurality of sheath inlets through the sample channel;
, A microfluidic chip system.
前記マイクロ流体チップは、前記第1の交点および前記第2の交点よりも下流で前記サンプルチャネルと交差する貫通孔を有し、前記貫通孔の両端に配置されて前記サンプルチャネルを封止する第1のカバーおよび第2のカバーを更に有する、請求項43に記載のマイクロ流体チップシステム。 The microfluidic chip has a through hole that intersects the sample channel downstream of the first intersection point and the second intersection point, and is disposed at both ends of the through hole to seal the sample channel. 44. The microfluidic chip system of claim 43 , further comprising one cover and a second cover. 複数の成分を含むサンプル流体混合物をマイクロ流体チップのサンプル投入チャネルに投入する段階と、
2セットのみの複数のシース流体チャネルに複数のシース流体を投入する段階と
を備え、
前記複数のシース流体は前記マイクロ流体チップの第1のセットの複数のシース流体チャネルに入り、前記第1のセットの複数のシース流体チャネルからの前記複数のシース流体は、前記第1のセットの複数のシース流体チャネル及び前記サンプル投入チャネルの第1の交点において、前記サンプル投入チャネルの前記サンプル流体混合物に合流し、前記第1のセットの複数のシース流体チャネルからの前記複数のシース流体は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を前記サンプル投入チャネルの中央の周りに集中させるべく、前記サンプル投入チャネルの一方向に前記サンプル流体混合物を圧縮し、
前記複数のシース流体は前記マイクロ流体チップの第2のセットの複数のシース流体チャネルに入り、前記第2のセットの複数のシース流体チャネルからの前記複数のシース流体は、前記第1の交点の下流側にある、前記第2のセットの複数のシース流体チャネル及び前記サンプル投入チャネルの第2の交点において、前記サンプル投入チャネルの前記サンプル流体混合物に合流し、前記第2のセットの複数のシース流体チャネルからの前記複数のシース流体は、前記複数の成分が前記サンプル投入チャネルを通って流れる際、幅及び深さの両方だけ、前記複数の成分が前記サンプル投入チャネルにおいて集中及び整合するように、前記サンプル流体混合物を、前記第2の交点において前記サンプル投入チャネルに対して実質的に90度の上からのみである第2の方向にさらに圧縮し、前記複数のシース流体は、前記複数の成分が前記サンプル投入チャネルを通って流れる際、前記複数の成分を選択方向に圧縮及び方向付けるべく、前記複数の成分に作用する、
流体混合物の複数の成分を方向付けする方法。
Injecting a sample fluid mixture comprising a plurality of components into a sample injection channel of the microfluidic chip;
Injecting a plurality of sheath fluids into only two sets of sheath fluid channels;
The plurality of sheath fluids enter a plurality of sheath fluid channels of a first set of the microfluidic chip, and the plurality of sheath fluids from a plurality of sheath fluid channels of the first set are of the first set The plurality of sheath fluid channels and the plurality of sheath fluids from the plurality of sheath fluid channels of the first set merge with the sample fluid mixture of the sample introduction channel at a first intersection of the plurality of sheath fluid channels and the sample input channel. Compressing the sample fluid mixture in one direction of the sample input channel to concentrate the plurality of components of the sample fluid mixture around the center of the sample input channel;
The plurality of sheath fluids enter a plurality of sheath fluid channels of the second set of microfluidic chips, and the plurality of sheath fluids from the plurality of sheath fluid channels of the second set are at the first intersection point. The second set of sheaths of the second set merges with the sample fluid mixture of the sample input channel at a second intersection of the second set of sheath fluid channels and the sample input channel downstream. The plurality of sheath fluids from the fluid channel are such that the plurality of components are concentrated and aligned in the sample input channel by both width and depth as the components flow through the sample input channel. , the sample fluid mixture, over substantially 90 degrees with respect to the sample charged channel at the second intersection Further compressed in a second direction which is only from said plurality of sheath fluid, when the plurality of components to flow through the sample turned channel, to compress and directing the plurality of components in the selected direction, the Act on multiple components,
A method of orientating multiple components of a fluid mixture.
前記マイクロ流体チップは、前記第1の交点および前記第2の交点よりも下流で前記サンプル投入チャネルと交差する貫通孔を有し、前記貫通孔の両端には、前記サンプル投入チャネルを封止する第1のカバーおよび第2のカバーが配置される、
請求項45に記載の流体混合物の複数の成分を方向付けする方法。
The microfluidic chip has a through hole that intersects the sample injection channel downstream of the first intersection point and the second intersection point, and the sample injection channel is sealed at both ends of the through hole. A first cover and a second cover are arranged,
46. A method of directing components of a fluid mixture according to claim 45 .
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