JP6973756B2 - 集束エネルギー装置を有するマイクロ流体システム及び方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］ 本発明は、２０１３年１０月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／８９７，７４３号からの優先権を主張し、その内容は、その全体が本明細書に参照により組み込まれる。

本発明は、マイクロ流体チップのサンプル流体混合物における複数の物質を検出及び検査する、検査装置を有するマイクロ流体システム、及び複数の物質に影響する作用を実行する集束エネルギー装置に関する。一実施形態において、検査装置は、それらの正体を判断すべく、複数の物質を検査し、集束エネルギー装置は、複数の対象の物質に作用する装置である。一実施形態において、集束エネルギー装置は、複数の対象とされる物質に損傷を与え、殺し、変更し、無効化し、又は破壊すべく使用される。

［関連分野の説明］ 様々な粒子又は細胞物質の分離において、例えば、非生存性又は非運動性の精子から生存性及び運動性の精子へと精子の分離をする、又は、性別によって分離する場合、その処理は、時間がかかり、厳しい量の制限が課される作業であることが多い。従って、現在の分離技術では、例えば、望ましい成果を生んだり、タイムリーな態様で、大量の細胞物質を処理をしたりすることが出来ない。

光で損傷を与えるレーザシステムは、複数の望ましくない細胞物質に光による損傷を与え、又は殺すべく、レーザを利用してきた。しかしながら、ノズルを使用して、液滴の流れの中の個々の物質を検査及び配置し、様々なコンテナに流れ落ちる複数の物質を分離、及びそれらに光による損傷を与えようとすべく、先行技術は、複数のフローサイトメータを必要としている。これは、実現することが困難となっている。

従って、複数の対象の物質間での識別、及び判別をする、連続的で、高スループットを有し、時間及びコスト対効果が高く、様々な対象の物質に、無視できる、又は最小の損傷を引き起こす方法及び装置が、必要である。更に、そのような装置及び方法は、単に精子の判別においてのみならず、血液、並びに、ウィルス、細胞小器官、複数の球形構造、複数のコロイド懸濁液、及び、他の生物学的材料を含む他の細胞物質の判別における、他の生物学的及び医療分野への更なる適用可能性を有するべきである。

本発明は、マイクロ流体チップのサンプル流体混合物中の複数の物質を検出及び検査する検査装置を有するマイクロ流体システムと、複数の物質に影響する作用を実行する集束エネルギー装置とに関する。一実施形態において、検査装置は、それらの正体を判断すべく、複数の物質を検査し、集束エネルギー装置は、複数の対象の物質に作用する装置である。一実施形態において、集束エネルギー装置は、対象とされる物質を損傷し、殺し、変更し、無効化し、又は破壊すべく使用される。

一実施形態において、複数の物質を識別する装置は、複数のチャネルが中に配置されたマイクロ流体チップと、メイン流体チャネル中の複数の方向付けられた物質を検出し、検査する検査装置と、複数の物質への作用を実行する集束エネルギー装置とを備える。複数のチャネルは、識別すべき複数の物質のサンプル流体混合物がその中へと導入されるメイン流体チャネルと、その中へと複数のシース流体が導入される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メイン流体チャネル中の複数の物質を予め定められた方向に方向付け、一方でメイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する、複数のシース流体チャネルとを有する。

一実施形態において、検査装置は、複数の物質についての情報を判断すべく複数の物質を検出及び検査する。

一実施形態において、複数の物質についての情報は、複数の物質が集束エネルギー装置によって対象とされているかを判断する。

一実施形態において、集束エネルギー装置の作用は、複数の対象とされる物質、又は複数の対象とされる物質を取り囲む領域に作用する。

一実施形態において、対象とされる物質への作用は、対象とされる物質を損傷し、無効化し、変更し、殺し、又は破壊する。

一実施形態において、装置は、メイン流体チャネルから導かれる、少なくとも１つの流出チャネルを更に備える。少なくとも１つの流出チャネルは、マイクロ流体チップから複数の物質を取り除く。

一実施形態において、少なくとも１つの流出チャネルは、マイクロ流体チップから、複数の対象とされる物質及び複数の対象とされない物質の両方を取り除く。

一実施形態において、装置は、メイン流体チャネルから導かれる複数の側面流出チャネルを更に備える。複数の側面流出チャネルは、少なくとも１つの流出チャネルのいずれかの側に配置され、複数の側面流出チャネルは、マイクロ流体チップから複数のシース流体を取り除く。

一実施形態において、複数のシース流体チャネルは、第１の交点においてメイン流体チャネルと交差する第１の複数のシース流体チャネルを有し、その結果、複数のシース流体は、少なくとも２つの側面でサンプル流体混合物を圧縮し、その結果、サンプル流体混合物は、シース流体により拘束された相対的により小さく、より細いストリームになり、一方でメイン流体チャネルに層流を維持する。

一実施形態において、複数のシース流体チャネルは、第１の交点から下流側の第２の交点における、メイン流体チャネルに交差する、第２の複数のシース流体チャネルを更に有し、その結果、第２の複数のシース流体チャネルからのシース流体はサンプル流体混合物を、少なくとも２つの側面のうちの１つの内部、又は、少なくとも２つの側面に対向する２つの側面内に圧縮し、その結果、サンプル流体混合物は更に圧縮され、一方でメイン流体チャネル内において層流をなお維持する。

一実施形態において、シース流体チャネルの第２のセットが、サンプル流体混合物を少なくとも２つの側面から圧縮する場合、複数のシース流体は、第３の交点においてメイン流体チャネルに鉛直に配置され、第２の交点から下流側に配置された第３のシース流体チャネルを更に含み、第３のシース流体チャネルからのシース流体は、サンプル流体を更に圧縮し、一方でメイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する。

一実施形態において、複数のシース流体チャネルは、複数の物質を流体力学的に集束する。その結果、複数の物質がメイン流体チャネルを流れるように、複数の物質が予め定められた方向に方向付けられ、制限されたコア体積に配置される。

一実施形態において、装置は、作用チャンバを更に含む。その中で、検査装置がサンプル流体混合物中に流体力学的に集束された複数の物質を検査し、作用チャンバは、第２の交点及び第３の交点の少なくとも１つから下流側のマイクロ流体チップ中に配置される。

一実施形態において、検査装置は、サンプル流体混合物における複数の物質に照射し励起すべく、作用チャンバへと光線を発する光源を含む。

一実施形態において、光線は、複数の対象とされる物質が、複数の対象とされない物質から判別されるように、複数の物質中に蛍光が励起される。

一実施形態において、光源はレーザである。

一実施形態において、光線を検出し、それを電子信号へと変換する光学信号検知器と、複数の物質が対象とされたものであるか、又は対象とされないかを判断すべく、電子信号を解析するコントローラとを、装置は更に含む。

一実施形態において、集束エネルギー装置はレーザである。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、１又は複数の構造層、又は構造平面を含む。

一実施形態において、メイン流体チャネルは、複数のシース流体チャネルと異なる構造層又は平面に配置される。

一実施形態において、サンプル流入チャネル、及び、複数のシース流体チャネルの少なくとも１つは、マイクロ流体チップの複数の構造層、又は複数の平面の間に配置される。

一実施形態において、第１の複数のシース流体チャネルは、第２の複数のシース流体チャネルと異なる構造層又は平面に配置される。

一実施形態において、作用チャンバは、マイクロ流体チップにおける複数の構造層の少なくとも１つ、又は複数の平面を通じて切り取られる第１の開口部を含む。第１の開口部は、第１の透過性のカバーを受容するように構成される。

一実施形態において、作用チャンバは、第１の開口部からマイクロ流体チップの反対側の側面上の複数の構造層の少なくとも１つ、又は複数の平面を通じて切り取られる第２の開口部を含む。第２の開口部は、第２の透過性のカバーを受容するように構成される。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、複数のシース流体チャネル及びメイン流体チャネルを含む少なくとも１つの機能層と、少なくとも１つの機能層とアクセスするための複数の孔を含む上層とを有する。

一実施形態において、第２の複数のシース流体チャネルのうちの１つのサイズは、別の第２の複数のシース流体チャネルと異なる。

一実施形態において、第２の複数のシースチャネルのサイズは、第１の複数のシースチャネルのサイズと異なる。

一実施形態において、装置は、少なくとも１つの流出チャネルの端部に配置される第１の流出部を更に含む。

一実施形態において、装置は、複数の側面流出チャネルの各々の端部に配置された複数の流出部を更に含む。

一実施形態において、マイクロ流体チップに配置される少なくとも１つのノッチを装置は、更に含む。少なくとも１つのノッチは、複数の流出部の間に設けられる。

一実施形態において、複数の側面流出チャネルのサイズは、メイン流体チャネルのサイズから増大する。

一実施形態において、メイン流体チャネルは、マイクロ流体チップにおける第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、メイン流体チャネルは、作用チャンバへとテーパ状となる。

一実施形態において、第２の複数のシースチャネルは、メイン流体チャネルの合流前にテーパ状となる。

一実施形態において、第２の複数のシースチャネルは、少なくとも第１の鉛直部分を含み、これは、メイン流体チャネルの上方に略直角からメイン流体チャネルに合流する。

一実施形態において、第２の複数のシース流体チャネルは、第２の鉛直部分を含む。これは、メイン流体チャネルの下方に略直角からメイン流体チャネルに合流する。

一実施形態において、複数の内部傾斜は、第１の交点の前にメイン流体チャネルの少なくとも１つに配置される。

一実施形態において、複数の内部傾斜は、第２の交点の前にメイン流体チャネルに配置される。

一実施形態において、複数の内部傾斜は、第２の複数のシースチャネルの少なくとも１つにおいて配置される。

一実施形態において、複数の物質は、複数の細胞である。

一実施形態において、集束エネルギー装置によって作用を受けるべき複数の細胞は、非生存性若しくは非運動性の精子からの少なくとも１つの生存性又は運動性の精子、又は性別又は他の性判別の多様性によって判別された精子を含む。

一実施形態において、集束エネルギー装置に作用を受けるべき複数の細胞は、集団細胞から判別された複数の幹細胞、複数の未標識細胞から判別された１又は複数の標識細胞、望ましい又は望ましくない特性によって判別された複数の細胞、複数の表面マーカに基づいて判別された複数の細胞と、膜完全性又は生存性に基づいて判別された複数の細胞、特定の特性に従って、核ＤＮＡにおいて判別された複数の遺伝子を有する複数の細胞、可能な又は予測される生殖ステータスに基づいて判別された複数の細胞、凍結されたときの生存能力に基づいて判別された細胞、複数の混入物質又は複数の残屑から判別された複数の細胞、複数の損傷細胞から判別された複数の健康な細胞、血漿混合物中の複数の白血球細胞、及び複数の血小板から判別された複数の赤血球細胞、又は、任意の他の細胞物質から複数の対応する断片へと判別された任意の細胞を含む。

一実施形態において、レーザは、３４９ｎｍパルスレーザ又は３５５ｎｍパルスレーザのうちの１つである。

一実施形態において、レーザは、複数の物質へ１５ｎｓ又はより短いエネルギーパルスを毎秒１，０００パルスを超えるレートで供給することが可能なパルスＱスイッチレーザである。

一実施形態において、レーザは、５３２ｎｍレーザである。

一実施形態において、パルスＱスイッチレーザは、好ましくは、毎秒２００，０００パルスのレートで複数の物質に複数の１０ｎｓのエネルギーパルスを供給する。

一実施形態において、複数の物質の検査の後、予め定められた時間の経過後に、集束エネルギー装置は、複数の物質に作用する。

一実施形態において、集束エネルギー装置は、光源による複数の物質の検査の前に複数の物質に作用する。

一実施形態において、コンテナに収集される前に、複数の物質が少なくとも１つの流出部を出る場合、集束エネルギー装置は、複数の物質に作用する。

一実施形態において、装置は、複数の対象とされた物質、及び、複数の対象とされない物質の両方を収集するコンテナを更に含む。

一実施形態において、装置は、ポンピング装置を更に含み、これは少なくとも１つのサンプル流体混合物又は複数のシース流体をマイクロ流体チップへとポンピングする。

一実施形態において、ポンピング装置は、外部管を使用して、少なくとも１つのサンプル流体混合物又は複数のシース流体をマイクロ流体チップへとポンピングする。

一実施形態において、装置は、少なくとも１つのサンプル流体混合物、又は複数のシース流体を保持する少なくとも１つの外部リザーバを更に含む。

一実施形態において、装置は、マイクロ流体チップがその上に設置されるマイクロ流体チップホルダを更に含む。マイクロ流体チップホルダは、複数の開口部を含み、そこを通じて、外部管は、少なくとも１つの外部リザーバからマイクロ流体チップにアクセスする。

一実施形態において、装置は、マイクロ流体チップへとサンプル流体混合物又は複数のシース流体のうちの１つのポンピングを制御するコントローラを更に含む。

一実施形態において、装置は、平行に配置された複数のマイクロ流体チップを更に含み、複数のマイクロ流体チップは、複数のサンプル流体混合物を含む。ここで、単独の検査装置は、複数のマイクロ流体チップの各々のために使用される。

一実施形態において、複数の物質を識別するためのコンピュータシステムであって、マイクロ流体チップのメイン流体チャネルを通じる、識別されるべき複数の物質を含むサンプル流体混合物の流れを制御する段階と、マイクロ流体チップへの複数のシース流体チャネルの導入を制御する段階と、検査装置を使用して、メイン流体チャネルにおいて複数の方向付けられた物質の検査を分析する段階と、集束エネルギー装置を使用して、複数の物質への作用を制御する段階とを含む複数の段階を有する少なくとも１つのプログラムを包含する少なくとも１つのメモリと、プログラムを実行するプロセッサとを備え、複数のシース流体は、メイン流体チャネルにおいて複数の物質を予め定められた方向に方向付けし、一方でメイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する、コンピュータシステム。

一実施形態において、複数の物質を識別するための複数の命令を備える非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、複数の命令は、マイクロ流体チップのメイン流体チャネルを通じて、特定すべき複数の物質を含むサンプル流体混合物の流れを制御する段階と、マイクロ流体チップへの複数のシース流体チャネルの導入を制御する段階であって、複数のシース流体は、メイン流体チャネルにおいて複数の物質を予め定められた方向に方向付けし、一方でメイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する段階と、検査装置を使用して、メイン流体チャネルにおいて複数の方向付けられた物質の検査を分析する段階と、集束エネルギー装置を使用して、複数の物質への作用を制御する段階とを有する、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。

一実施形態において、複数の物質を識別する装置は、複数のチャネルが配置されるマイクロ流体チップであって、識別されるべき複数の物質のサンプル流体混合物が、そこへと導入される、メイン流体チャネルと、複数の物質に少なくとも３つの段階の流体力学的集束処理を実行する、複数のシースフローチャネルとを有する、マイクロ流体チップを備え、その結果、複数の物質がメイン流体チャネルを通じて流れる際に、複数の物質は、予め定められた方向に方向付けられる。

一実施形態において、複数のシース流体チャネルは、少なくとも３つの流体力学的集束段階における第１の段階を達成すべく、第１の交点においてメイン流体チャネルと交差する、第１の複数のシース流体チャネルを更に含み、その結果、複数のシース流体は、サンプル流体混合物を少なくとも２つの側面上で圧縮し、その結果、サンプル流体混合物は、複数のシース流体により拘束された、相対的により小さく、より細いストリームになり、一方で、メイン流体チャネルにおいて層流を維持する。

一実施形態において、複数のシース流体チャネルは、少なくとも３つの流体力学的集束段階の第２の段階を達成すべく、第１の交点から下流側の第２の交点においてメイン流体チャネルと交差する、第２の複数のシース流体チャネルを更に含み、その結果、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、少なくとも２つの側面内でサンプル流体混合物を更に圧縮し、その結果、サンプル流体混合物は更に圧縮されるが、一方でメイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する。

一実施形態において、複数のシース流体は、上記少なくとも３つの流体力学的集束段階の第３の段階を達成すべく、第３の交点においてメイン流体チャネルに鉛直に配置され、第２の交点から下流側に配置される、第３のシース流体チャネルを更に含み、第３のシース流体チャネルからのシース流体は、サンプル流体を圧縮し、一方でメイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する。

一実施形態において、装置は、メイン流体チャネルにおける複数の方向付けられた物質を検出、及び検査する検査装置と、複数の物質に作用を実行する集束エネルギー装置とを更に備える。

一実施形態において、サンプル流体混合物中を流れる複数の物質の識別の方法は、識別される複数の物質を含有するサンプル流体混合物を、マイクロ流体チップのメイン流体チャネルを通じて流す段階と、マイクロ流体チップへの複数のシース流体チャネルの導入を制御する段階であって、検査装置を使用して、メイン流体チャネルにおいて複数の方向付けられた物質の検査する段階と、集束エネルギー装置を複数の物質に使用する段階とを備え、複数のシース流体は、メイン流体チャネルにおいて複数の物質を予め定められた方向に方向付けし、一方でメイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する。

従って、本発明による幾つかの特徴の概要が示されるが、これは、後述されるそれらの詳細な説明がより良く理解され得るため、及び、当分野への本貢献がより良く理解され得るためである。勿論、後述され、本明細書に添付される特許請求の範囲の主題を形成するであろう本発明による追加の特徴が存在する。

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に、本発明は、以下の説明において説明され、又は複数の図面において示される複数の物質の構造及び複数の構成の詳細に対する用途に限定され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取り、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、以下に含まれる要約書だけでなく、本明細書に用いられる語句及び用語も、説明の目的のためであり、限定するものとみなされるべきでないことが理解されるべきである。

それ自体としては、本開示が基礎とする概念が、本発明の幾つかの目的を実行するための複数の他の構造、複数の方法及び複数のシステムの設計の基礎として容易に利用され得ることを、当業者は、理解するであろう。従って、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が重要である。

本発明の複数の目的、複数の特徴、及び複数の利点は、以下の開示を参照して、複数の添付図面と併せて考慮される場合に、より容易に理解されるであろう。

本発明による一実施形態に係る最上の「ブランク」層を有する単層の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。

本発明による更に別の実施形態に係る、下層の上面及び上層の下面に機能層を有する、２層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。

図１Ｂに示される実施形態の、下層の上面図、上層の下面図を示す。

本発明による更に別の実施形態に係る、上層及び中層が層の下面に複数の機能的部分を有する、３つの機能層を有する３層の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。

上層及び中層の下側の機能層を示す、複数の層を反転した状態の、反対の視点からの、図１Ｄの３層の例示的な実施形態を示す。

本発明による更に別の実施形態による上層が「ブランク」層である、４つの層の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平面図を示す。

本発明による一実施形態に係る、２つの（機能的）層のマイクロ流体チップにおける、サンプル及びシース又はバッファチャネルの斜視図を示す。

本発明による別の実施形態に係る、サンプル及び単層のマイクロ流体チップのシース又はバッファチャネルの斜視図を示す。

本発明による一実施形態に係る、第１の流体力学的集束領域の交点に入る、テーパ部及び内部傾斜を有するサンプルチャネルの斜視図を示す。

本発明による一実施形態に係る、第２の流体力学的集束領域に入る、テーパ部及び内部傾斜を有するメインチャネルの斜視図を示す。

本発明による一実施形態に係る、作用チャンバの前部のサンプルチャネルの傾斜特性を示す。

本発明による一実施形態に係る、図１Ａのマイクロ流体チップシステムのメインチャネルを通る流体混合物中を流れる複数の物質の、光源による例示の検査の内部断面図を示す。

本発明による一実施形態に係る、検査の後の集束エネルギーデバイスの起動に伴って、検査から判別へのマイクロ流体チップシステムのメインチャネルにおける複数の物質の流れの、傾斜した概略側面図を示す。

本発明による別の実施形態に係る、流出チャネルから出力する集束エネルギーデバイスの起動に伴う、検査から判別への、マイクロ流体チップシステムのメインチャネルにおける複数の物質の流れの傾斜した、概略側面図を示す。

本発明による別の実施形態に係る、流出チャネルからの流出と、収集との間の、切断された液滴への集束エネルギーデバイスの起動に伴う、検査から判別へのマイクロ流体チップシステムのメインチャネル中の複数の物質の流れの傾斜した、概略側面図を示す。

本発明による別の実施形態に係る、検査の前の集束エネルギーデバイスの起動に伴う、検査から判別への、マイクロ流体チップシステムのメインチャネルにおける複数の物質の流れの傾斜した概略側面図を示す。

本発明による一実施形態に係る、マイクロ流体メインチャネルに渡る、せん断力の勾配の斜視図を示す

メインチャネルの両側から圧縮されたサンプル流体、及びメインチャネルの中央部からの複数の物質のオフセットを有する、第１の段階の流体力学的集束の後の、マイクロ流体チップのメインチャネルの断面図を示す。

複数の物質がメインチャネルの実質的に中央に配置されるよう、メインチャネルの上方及び下方から圧縮されたサンプル流体を有する、第２の段階の流体力学的集束段階の後の、マイクロ流体チップのメインチャネルの断面図を示す。

本発明による一実施形態に係る、それらの中央に物質を有する、マイクロ流体チップのメインチャネルの断面を示す。

本発明による一実施形態に係る、マイクロ流体チップのメインチャネルに渡ってフロー速度のプロファイルを示す略図である。

本発明による一実施形態に係る、中央からの物質のオフセットを有する、マイクロ流体チップのメインチャネルの断面を示す。

本発明による一実施形態に係る、第２の流体力学的集束段階を示し、ここで、複数のシース又はバッファチャネルはマイクロ流体チップのサンプルチャネルに平行し、上方及び下方からの、鉛直方向からサンプルチャネルに入る。

本発明による別の実施形態に係る、他のチャネルより小さい、マイクロ流体チップの１つのシース又はバッファチャネルを有する、図１２Ａの第２の流体力学的集束段階を示す。

本発明による一実施形態に係る、マイクロ流体チップのメインチャネルの中央における精子細胞のヒストグラムを示す。

本発明による一実施形態に係る、マイクロ流体チップのメインチャネルの中央からの精子細胞のオフセットのヒストグラムを示す。

本発明による一実施形態に係る、メインチャネルの上方部分から入る単独のシース又はバッファ流体を有する、マイクロ流体チップを通じて流れる複数の物質と、２つの段階の流体力学的集束段階の例示的な処理との斜視、内部及び斜位図を示す。

本発明による一実施形態に係る、複数のシース又はバッファ流体チャネルは、サンプルチャネルの上方及び下方部分の両方から鉛直に入る、マイクロ流体チップと、２つの段階の流体力学的集束段階の例示的な処理との斜視図を示す。

本発明による一実施形態に係る、検査及び判別する装置と、集束エネルギーデバイスの光学素子と共有される集光光学素子を有する、サンプルチャネルの反対側からビーム光学素子の実装とを有する、マイクロ流体チップシステムの傾斜した側面概略図を示す。

本発明による一実施形態に係る、検査及び判別する装置を有するマイクロ流体チップシステムと、同一又は分離された光学素子を通じて組み合わされた検査及び複数の集束エネルギービームと共に、サンプルチャネルの同一の側面からのビーム光学素子の実装との、傾斜した側面概略図を示す。

本発明による一実施形態に係る、単独の検査装置を使用する平行に配置された複数のマイクロ流体チップシステムの概略図を示す。

本発明による一実施形態に係る、サンプル、及び、シース又はバッファ流体のための外部の独立したリザーバを有する、マイクロ流体チップシステムのフロー制御ネットワークの概略図を示す。

本発明による一実施形態に係る、外部の単独のシース又はバッファリザーバ、及びサンプルリザーバを有する、マイクロ流体チップシステムのフロー制御ネットワークの概略図を示す。

本発明による一実施形態に係る、単独のシース又はバッファリザーバを有するマイクロ流体チップシステムの圧力制御されたネットワークの概略図を示す。

本発明による一実施形態に係る、機能的多層マイクロ流体チップへの流体のための３つのポートを有するマイクロ流体チップホルダの正面図を示す。

本発明による一実施形態に係る、機能的多層マイクロ流体チップへの流体のための３つのポートを有するマイクロ流体チップホルダの背面図を示す。

本発明による一実施形態に係る、単層のマイクロ流体チップへの流体のための４つのポートを有するマイクロ流体チップホルダの正面図を示す。

本発明による一実施形態に係る、単層のマイクロ流体チップへの流体のための４つのポートを有するマイクロ流体チップホルダの背面図を示す。

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、又は複数の図に示される複数の詳細又は方法論に限定されないことが理解されるべきである。また、用語は、説明のみの目的のためのものであり、限定するものとしてみなされるべきものではないことも理解されたい。複数の同一又は同様の部分を指すために、複数の図面全体に渡って同一又は同様の参照番号を使用する努力がなされている。

本発明は、サンプル流体混合物中の複数の物質を検出し、検査する検査装置を有するマイクロ流体チップと、複数の物質へ、又は複数の物質の周囲の領域への作用を実行する集束エネルギー装置と、に関する。一実施形態において、複数の物質を識別し、その複数の物質が集束エネルギー装置により対象とされるべきかどうかを判断すべく、検査装置は複数の物質を検査する。一実施形態において、対象とされる物質は、不必要な、対象とされる物質である。

一実施形態において、集束エネルギー装置は、対象とされる物質を損傷し、殺し、変更し、無効にし、又は破壊することによって、対象とされる物質と、対象とされない物質との間を判別する判別装置である。複数の物質が、流体力学的集束、配置、及び方向付けにさらされる、マイクロ流体ネットワーク内に流れている、連続流体ストリームにおいて、本発明は、実施される。集束エネルギー装置によって、複数の対象とされない物質は影響を受けずに、マイクロ流体チップを通じて流れることが可能とされ、集束エネルギー装置によって、対象とされる物質は光による損傷を受け、殺され、変更され、無効化され、又は破壊されることを含む作用を受け得る。

［用途］ 本発明の様々な実施形態は、例えば、非生存又は非運動性の精子から生存又は運動性の精子を選択すること、性別、及び他の性選択の多様性によって精子を選択すること、集団細胞から複数の幹細胞を分離すること、所望の／望ましくない特性を区別して、未標識細胞から１又は複数の標識細胞を選択すること、複数の所望の特性について複数の細胞を選択すること、特定の特性に従って、複数の細胞中の核ＤＮＡにおける複数の遺伝子を選択すること、表面マーカに基づいて複数の細胞を選択すること、膜の完全性（生存性）、可能な又は予測される生殖ステータス（受精率）、凍結状態での生存能力等に基づいて、複数の細胞を選択すること、複数の混入物質又は複数の残屑から複数の細胞を選択すること、複数の損傷細胞（即ち、癌性細胞）から（骨髄抽出におけるように）複数の健康な細胞を選択すること、血漿混合物における複数の白血球細胞、及び複数の血小板から赤血球細胞を選択すること、及び、任意の複数の細胞を任意の他の複数の細胞物質から対応する断片へと選択すること、複数の損傷細胞、又は複数の混入物質若しくは複数の残屑、又は、判別されることが望ましい、任意の複数の他の生物学的材料を選択すること、のように流体混合物における複数の物質を選択することを提供する。複数の物質は、リンカ分子により、処理若しくは被覆され、又は、蛍光若しくは発光標識分子と共に組み込まれた、複数の細胞又はビーズであり得る。複数の物質は、サイズ、形状、材料、構造等のような様々な物理的又は化学的特性を有し得る。

一実施形態において、複数の物質の異種集団は、測定されてもよい、ここで、各物質は、同様の量において異なる量又はレジームについて検査され（例えば、多重化測定）、又は複数の物質は標識（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、蛍光又は発光を発するプロファイル、蛍光又は発光の減衰期間に起因する）、及び／又は、粒子の位置等に基づいて検査及び区別されてもよい。

更に、本開示の主題は、同様に他の医療用途にも、適する。例えば、後述の様々な層流は、全血が複数の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され得る。更に、本開示の様々な実施形態は、複数の細胞、複数のウィルス、バクテリア、複数の細胞小器官又は複数のサブパート、複数の球形構造、複数のコロイド懸濁液、複数の脂質及び複数の脂質球、複数のゲル、複数の非混和性粒子、複数の割球、複数の細胞の複数の凝集、複数の微生物、及び他の生物学的材料の選択のような、他の複数の生物学的、又は医療分野への更なる適用可能性を有し得る。例えば、本開示に係る物質の選択は、（バクテリアのような）複数の混入物質が細胞懸濁液から除去される細胞の「洗浄」を含んでもよく、これは、医療及び食品産業の用途において特に有用であり得る。更に、本発明は、運動性の細胞物質から非運動性の細胞物質を選ぶことに適用可能性を有する。

本開示の主題は、種を１つの溶液から別の溶液へと移送することにもまた、利用可能であり、ここでは、ろ過又は遠心分離による分離は、非実用的であるか又は望ましくはない。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、（複数の研究又は商業的用途のために）他の複数のサイズの複数のコロイドから所与のサイズの複数のコロイドを選択することと、複数の細胞、複数の卵子細胞等のような複数の粒子の洗浄をする（それらが包含される培養基を有効に置換し、複数の混入物質を除去する）こと、又は、異なる塩濃度の若しくは界面活性剤なしの複数の塩及び界面活性剤の溶液から、ナノチューブのような複数の粒子を洗浄することとを含む。

複数の種の選択の作用は、自己運動性、自己拡散性、自由落下速度を含む、複数の物質の多数の物理的特性、又は、アクチュエータ、電磁場、若しくはホログラフィック光学トラップのような外力下の作用に依存し得る。選択され得る特性は、例えば、細胞運動性、細胞生存性、物質のサイズ、物質の質量、物質の濃度、複数の物質の互いに若しくは流れの中の他の複数の物質を引き付ける又はこれらと反発する傾向、物質の電荷、物質の界面化学、及び、特定の他の複数の物質（即ち、分子）がその物質に付着する傾向を含む。

以下の説明は、非生存若しくは非運動性の精子から生存若しくは運動性の精子を識別及び選択すること、又は、性別及び他の性選択の多様性によって精子を選択すること、又は、望ましい／望ましくない特性等を区別して、１若しくは複数の標識細胞を複数の未標識細胞から選択すること等を中心とするが、本発明の装置、複数の方法及び複数のシステムは、流体流内の蛍光技術による検査が可能であるか、又は、１若しくは複数の流出への異なる複数の流体流の間で操作可能な、他のタイプの粒子状物質、生物学的又は細胞物質に拡張されてよい。

［サンプルの準備］ 一実施形態において、複数の細胞（即ち、加工していない精液）のような、複数の物質１６０の濃度は、Ｎｕｃｌｅｏｃｏｕｎｔｅｒのような細胞計数デバイスを使用して決定される。一実施形態において、適切な染色体積（ｓｔａｉｎｉｎｇ ｖｏｌｕｍｅ）を得て（即ち、算出ワークシートの染色を使用して）、予め定められた細胞の濃度（即ち、２００×１０６／ｍｌの精子濃度）のために加えられることが必要な染色ＴＡＬＰ及び複数の物質１６０（即ち、純粋な精液）の体積を算出する。例えば、純粋な精液の濃度＝１５００×１０６／ｍｌの場合に、１ｍｌの量の染色されたサンプルは、準備される。従って、２００×１０６／ｍｌ／１５００×１０６／ｍｌ＝０．１３３ｍｌの純粋な精液を、２００×１０６／ｍｌの精子濃度の１ｍｌの合計染色体積に等しくするために、（順番に）０．０１２ｍｌのヘキスト３３３４２（５ｍｇ／ｍｌの原液）及び０．８５５染色ＴＡＬＰ（ｐＨ７．４）に加えられる。

一実施形態において、染色ＴＡＬＰは、合計の所望の体積の２／３をミリＱの水でコンテナ（即ち、ビーカー）を満たすことで準備される。撹拌棒、及び撹拌プレートが、化学物質が加えられる際に、溶液を混合するのに使用される。列挙された順序（後に加えられる、ゲンタマイシンまで）で加えられる化学物質は、以下のものを含む。

一実施形態において、複数の化学物質の適切な混合の後、ＮａＯＨを使用して、ｐＨは、７．４に調整される。追加のミリＱ水は、溶液をコンテナ（即ち体積フラスコ）中で最終的な体積に至らせるために、使用される。殺菌フィルタ（即ち、０．２２殺菌フィルタ）は体積をフィルタ／殺菌するのに使用される。抗生物質（即ち、ゲンタマイシン溶液）は、ろ過後に加えられ、染色ＴＡＬＰの体積は、５℃で貯蔵され、７から１０日間使用され得る。

従って、サンプルの体積が、染色ＴＡＬＰによって染色された後、一実施形態において、複数の染色されたサンプル１２０は、３４℃から３５℃に設定された水浴中へと複数のコンテナ（即ち、複数の管）に配置され、予め定められた時間（即ち、４５分）培養される。一実施形態において、培養の後、染色されたサンプルは、水浴から除去され、３４℃から３５℃に設定された水浴で暖められてきた、等体積の赤色食用色素を有する４．０%卵黄ＴＡＬＰを加えられる。

赤色食用色素を有する４％卵黄ＴＡＬＰを得るために、上述のような染色ＴＡＬＰが準備され、所望の体積の最終溶液が決定される。４％卵黄溶液を準備するために必要な染色ＴＡＬＰ及び卵黄の体積は以下のように算出される。

所望の体積：４％溶液のために必要となる、（２５０ｍｌ）×０．０４＝１０ｍｌの卵黄。２４０ｍｌの染色ＴＡＬＰが、計量コンテナ（即ち、シリンダ）に加えられ、１０ｍｌの卵黄が加えられる。０．２６１ｍｌ／１００ｍｌの溶液を得るべく、ＦＤ＆Ｃ４０号食用色素は、コンテナ（即ち、シリンダ）に加えられる。所望の２５０ｍｌの全体積として、０．２６１ｍｌ×２５０ｍｌ／１００＝０．６５３ｍｌの赤色食用色素となる。コンテナ（即ち、シリンダ）は、パラフィルムでカバーされ、体積が徹底的に混合されるまで、注意深く逆さにされる。体積コンテナは、次に、一晩おいておかれ、冷却室で冷却されることが可能とされる。体積コンテナは、次に、あらゆる沈殿物を体積コンテナの底に残して、滅菌コンテナへと注意深くデカンテーションされる。体積は、次に、０．２２μｍボトルトップフィルタを通じてろ過／殺菌され、適切な量の抗生物質溶液が加えられる（即ち、０．２５０ｍｌのゲンタマイシン／１００ｍｌの卵黄ＴＡＬＰ）。

従って、赤色食用色素を有する４％卵黄ＴＡＬＰ等体積を染色されたサンプル１２０に加えた後に、複数の染色されたサンプル１２０は、サンプル１２０を２０−ミクロンフィルタ（即ち、ＣｅｌｌＴｒｉｃｓフィルタ）へと注ぎ込むことにより、ろ過される。これは、別の滅菌５ｍｌ培養コンテナへと流出する。予め定められた時間の染色（即ち、４５分）の後に、等体積の４％卵黄ＴＡＬＰは加えられる。染色されたサンプル１２０（即ち、細胞）は、フィルタ（即ち、５０ミクロン（５０μｍ）のメッシュを有するＰａｒｔｅｃ（商標）フィルタ）を通じて流れて、マイクロ流体チップ１００への導入のためにサンプルはサンプルホルダ又はリザーバ２３３へと配置される（図１９から図２１参照）。

一実施形態において、最終精子濃度＝１００×１０^６／ｍｌであり、最終の卵黄の割合＝２％である。新たなサンプルアリコート１２０は、準備され得て、望むのであれば、１時間毎に使用され得る。

［マイクロ流体チップシステム］ 様々な実施形態のマイクロ流体チップは、後述されるように、１又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又は複数の物質が検査装置による識別のために検査され、集束エネルギー装置により作用を受けることを可能とし、複数の物質がマイクロ流体チップから１又は複数の流出チャネルへと抜け出る。一実施形態において、集束エネルギー装置によって対象とされない複数の物質は影響を受けず、集束エネルギー装置は、複数の対象とされる物質に光による損傷を与え、変更し、無効化し、殺し、破壊する。

本発明の様々な実施形態は、これにより、複数の物質を、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混入の可能性なしに、具体的には精子分離において定められるように、連続的に選択することを実現する。本発明の連続的な処理は、複数の物質を選択及び判別する際に、大幅な時間の節約もまた実現する。

図１Ａから図２に示されるマイクロ流体チップ１００、及び図２０から図２１に示されるマイクロ流体チップホルダ２００に対して、本主題は詳細に説明される一方で、この説明は、本明細書に説明される様々な他の実施形態、又はそれらの任意の変形形態に等しく適用するものと理解されるべきである。

［マイクロ流体チップ］ 図１Ａ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、当業者に周知のように、ガラス、又はサーモプラスチック（例えば、低自家蛍光ポリマ等）、又は複数の材料の組み合わせのような適した材料から、エンボス処理、ソフト光リソグラフィ、又は、射出成形加工を通して製造され、適したサイズである。各層は、任意の適した厚さであり得る。例えば、厚さは約３００μｍから約４００μｍの範囲内であり得て、より好ましくは、厚さは、約４００μｍであり得る。

マイクロ流体チップ１００は、１又は複数の構造層を含み、ここには、サンプル流入チャネル、シース又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、複数の物質を含有する複数の層流のストリームを収容するのに適したサイズであり、チップ１００の任意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ける適切な長さに配置され得る。一実施形態において、マイクロ流体チャネルの寸法は、５０ミクロン（５０μｍ）から５００ミクロン（５００μｍ）の範囲であって、詰まりを防止するために、１００ミクロンから３００ミクロン（１００μｍから３００μｍ）のものが使用されることが好ましい。

外部流体をチップ１００へとポンピングするポンピングメカニズムにより、及び、複数のマイクロチャネルの様々な位置に狭小部、若しくはテーパ部を設けることによって、及び／又は、複数のマイクロチャネル内に複数の障害物、複数の傾斜、若しくは複数のしきりを設けることによって、マイクロ流体チップ１００を通る所望のフローレートは、チップ１００内の適切なマイクロチャネルの寸法を維持しつつ、チップ１００への予め定められた導入フローレートによって制御されてよい（以下で更に詳しく説明される）。

より具体的には、複数の流入部は、マイクロ流体チップ１００へと設けられる。この複数の流入部は、複数のマイクロチャネル／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１Ａから図２に示されるように、サンプル流入部１０６は、サンプル流体混合物１２０の複数の粒子又は複数の物質（即ち、複数の細胞）１６０のサンプルを、少なくとも１つのリザーバ源（図１９参照）からマイクロ流体チップ１００のメイン流体チャネル１６４へと導入するために用いられる。

マイクロ流体チップ１００もまた、シース又はバッファ流体の導入のために、シース又はバッファ流入部の少なくとも１つも含む。一実施形態において、シース又はバッファ流入部１０７と、シース又はバッファ流入部１０８とを含む２つのシース又はバッファ流入部がマイクロ流体チップ１００にあり、これらは両方とも、サンプル流入部１０６近傍に配置され、これらは両方とも、シース又はバッファ流体１６３をマイクロ流体チップ１００へと導入する（図１Ａから図３Ｂを参照）。

一実施形態において、シース又はバッファ流体をマイクロ流体チップ１００のチャネル１６４へと導入する、３つのシース又はバッファ流入部１０７、１０８及び１７２が存在する（図１Ａ及び図３Ｂを参照）。シース又はバッファ流入１０７、１０８、１７２の位置は、異なってよく、同一又は異なる構造層において、チップ１００における複数のチャネルにアクセスし得る。一実施形態において、共通のリザーバから（図２０から図２１参照）、又は、別の実施形態においては、分離された複数のリザーバから（図１９参照）、シース又はバッファ流体１６３は、流入部１０７、１０８、１７２へと導入される。

シース又はバッファ流体は、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物質１６０（即ち、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素を含有してもよい。Ｃｈａｔａ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ社により販売されているような、商業的に利用可能なＴｒｉｓが一例であり、シース又はバッファ流体１６３は、以下を含むように処方され得る。即ち、水０．９７１２Ｌ、Ｔｒｉｓ２３．８８ｇｇ、クエン酸一水和物１１．６３ｇ、Ｄ−フルクトース８．５５ｇ。ｐＨは、塩酸によって、６．８０±０．０５に調整され、オスモル濃度は、必要であれば、高純度のフルクトースによって２７０から２７６ｍＯｓｍに調整される。混合物は、０．２２ミクロン（０．２２μｍ）フィルタを使用してろ過される。

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１又は複数の構造層を有するとしてよい。複数のチャネルは、１又は複数の層に、又は複数の層の間に配置されてよい。以下の複数の実施形態は、接着処理を記述する。しかし、当業者であれば、射出成形加工を使用することにより、様々な特徴を実現する方法を知っているだろう。例えば、射出成形において、２層を形成する代わりに、２つの型を作成し、一緒に接合することで、空洞に対して射出して本発明のチップを得る。

一実施形態において、図１Ａに示されるように、１つの構造層１０１がマイクロ流体チップにおいて含まれ、その上に上部「ブランク」プラスチック層１０４が配置される。上部「ブランク」層１０４は、閉じたマイクロ流体ネットワークを形成すべく機能層１０１と接合し、チップ１００の下部層へのアクセスを提供すべく複数の孔を有してよい。例えば、上部「ブランク」層１０４は、流入部１０６、１０７、１０８、１７２等に対応する複数の孔を有してよく、又は、チップ１００の層１０１、１０２、１０４等を一緒に固定すべく、複数のピンに対し複数の孔１４５を提供してよい。一実施形態において、マイクロ流体チップ１００の上層１０４は、マイクロ流体チップホルダ２００上のフィッティングと整列するよう構成された複数の開口部を含む（更に以下で説明される）。

別の実施形態において、図１Ｂに示されるように、２つの機能的構造的プラスチック層１０１から１０２が、上部「ブランク」層を有さないマイクロ流体チップ１００に含まれる。この実施形態において、上層１０２の機能面は層１０２の下側に配置され、その結果、複数の層が一緒に配置される場合、チャネル１１４、１１５、１１６、１１７が形成される（図１Ｃ参照）。

更に別の実施形態において、図１Ｃに示されるように、３つの機能的、構造層１０１、１０２、１０３がマイクロ流体チップ１００において使用される。図１Ｂと同様に、層１０２、１０３は、層１０２、１０３の下側に機能面を有し、層１０１及び１０２は、一緒に配置される場合チャネル１１６及び１１７を形成する。層１０３は、層１０３の下側に配置されるチャネル１１４、１１５を有する（図１Ｅ参照）。

更に別の実施形態において、図１Ｆに示されるように、構造的プラスチック層１０１から１０３、及び、上部「ブランク」層１０４の４層が、マイクロ流体チップ１００で使用される。この実施形態において、層１０２は、チャネル１１４、１１５を含み、層１０１及び１０３の各々はチャネル１１７、１１６のうちの１つを含む。

しかしながら、本発明の目的が実現される限り、機能面を有し、複数の「ブランク」層を有する、若しくは有さない、より多くの又はより少ない構造層が使用されてよく、複数のチャネルは、上部「ブランク」層を通じてアクセスを有する、複数の構造層のいずれかに、又は、複数の異なる構造層に、任意の構成において、配置されてよいことを当業者であれば知っているであろう。

一実施形態において、複数の物質１６０を有するサンプル流体混合物１２０は、サンプル流入部１０６へと導入され、流体混合物１２０は、メインチャネル１６４を通じて、作用チャンバ１２９に向けて流れる（図１Ａから図２参照）。ほとんどの実施形態において、シース又はバッファ流体１６３は、シース又はバッファ流入部１０７、１０８へと導入され（図１Ａから図２参照）、別の実施形態において、シース又はバッファ流入部１０７、１０８、及び１７２へと導入される（図１Ａ参照）。シース又はバッファ流体１６３は、層流で、少なくとも流出チャネル１４０及び１４２を通って流れ出る前に、チャネル１１４、１１５及び１１６、１１７を通り、メインチャネル１６４へと、作用チャンバ１２９に向けて流れる。

一実施形態において、メインチャネル１６４からの流体混合物１２０は、チャネル１１４、１１５からのシース又はバッファ流体１６３と、マイクロ流体チップ１００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（図１Ａから図２参照）第１の交点１６１からのシース又はバッファ流体１６３と合流する。一実施形態において、シース又はバッファ流体１６３は、流入部１７２を介して、第２の交点１６２から下流側のメイン流体チャネル１６４へと流入される（図１Ａ及び図３Ｂ参照）。

一実施形態において、本発明の目的の達成をすべく所望のフローレートを実現する限りにおいて、チャネル１１４、１１５は、チャネル１１６、１１７と実質的に同一の寸法である。しかし、当業者であれば、複数の所望の結果を達成する限りにおいて、複数の寸法は異なってよい（更に下で説明される）ことを知っているであろう。

一実施形態において、チャネル１１４から１１７、及び１４０から１４２は、実質的に同一の寸法を有してよい。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所望のフローレートが実現される限りにおいて、マイクロ流体チップ１００におけるいずれか、又は全てのチャネルのサイズが、寸法において異なってよい（例えば、５０ミクロン（５０μｍ）と５００ミクロン（５００μｍ）との間で）ことを知っているであろう。

例示的な一実施形態において、チャネル１１４、１１５又は１１６、１１７は、チャネル１６４が配置される層又は平面に対して（例えば、図１Ａ参照）、マイクロ流体チップ１００の同一の構造層又は平面に配置され、又は、異なる構造層若しくは平面に配置されてよい（例えば、図１Ｂ参照）。別の実施形態において、流入チャネル１６４、及び、シースチャネル１１４、１１５又は１１６、１１７は、チップ１００の複数の構造層又は複数の平面の間に配置され得る。従って、当業者であれば、チャネル１１４から１１７、１６４、及び１４０から１４２等は、任意の一つの層に、又は任意の２つの層の間に配置されることができることを知っているであろう。更に、チャネル１１４から１１７、１６４、及び１４０から１４２等は、複数の図に示されるように、例示的な実施形態において説明されるが、当業者であれば、説明される本発明の特徴が実現される限りにおいて、チップ１００上の複数のチャネルの特定の構成、又はレイアウトは、任意の所望の構成であってよいことを知っているであろう。

一実施形態において、チャネル１１６、１１７は、層１０１を通じて切り込まれ（図１Ａ及び図２参照）、複数の層を通じて切り込まれる複数の孔を介して、同じ平面におけるチャネル１６４において流体混合物１２０と合流する。一実施形態において、チャネル１１６、１１７は、流入チャネル１６４に実質的に平行になり、各々は、チャネル１６４から斜めに交点１６１に合流する（図２から図３参照）。チャネル１１６、１１７からのシース又はバッファ流体は、側面から水平に、又は、横方向に流体混合物１２０の流れを圧縮する。その結果、流体混合物１２０における複数の物質１６０は、押し潰され、及び／又は、選択された若しくは所望の方向に方向付けられ、一方でチャネル１６４において層流をなお維持する（即ち、更に以下で説明するように、流体力学的集束の２つの段階における第１の段階）。

更に、一実施形態において、チャネル１１４、１１５は、交点１６２においてチャネル１６４内の、流体混合物１２０に合流する。各々のチャネル１１４、１１５は、チャネル１６４からの角度をなしている（図１Ａ参照）。チャネル１１４、１１５からのシース又はバッファ流体は、チャネル１６４に対して、流体混合物１２０の流れを圧縮する（図１４参照）。その結果、流体混合物１２０における複数の物質１６０は、更に押し潰され、及び／又は、選択された又は所望の方向に方向付けされる。一方でチャネル１６４において層流をなお維持する（即ち、下に更に説明されるように、流体力学的集束の２つの段階における第２の段階）。

この実施形態において更に、第３のシース又はバッファ流体流入部１７２が、交点１６２から下流側に配置され（図３Ｂ参照）、これは第３の流体力学的集束段階が起こることを可能とする。ここで、サンプル流体混合物１２０は、内部に導入されるシース又はバッファ流体１６３によって、チャネル１６４の上方から圧縮される。

代替的な実施形態において、上述される第１の流体力学的集束段階の後に、チャネル１６４内の複数の物質１６０を更に押し潰し及び／又は方向付ける（即ち、第２の流体力学的集束段階）ため、鉛直方向から流体混合物１２０を圧縮すべく、チャネル１１４、１１５は、上方から斜めに交点１６２で、流体混合物１２０に合流する（図３Ａ参照）。チャネル１６４の上方及び下方からであってもよい（図１２Ａ参照）。

しかしながら、当業者であれば、マイクロ流体チップ１００のシース又はバッファ流入部、サンプル流入部、並びにサンプル流入チャネル、及び、シース又はバッファチャネル、並びに流体力学的集束段階に図示される複数の構成、複数の角度、及び複数の構造的構成は、それらが本発明の所望の特徴を実現する限りにおいて異なってよいことを理解するであろう。

一実施形態において、図２に示されるように、チャネル１１４、１１５及び１１６、１１７は、互いに部分的に同軸となり、サンプル流入部１０６によって画定された中央のポイントを有するように図示される。従って、一実施形態において、チャネル１１４、１１５及び１１６、１１７は、実質的に平行な構成で配置され、チャネル１１４、１１５及び１１６、１１７は、メインチャネル１６４に等距離である。しかしながら、当業者であれば、図示された構成はそれが本発明の所望の特徴を実現する限りにおいて異なってよいことを認識するであろう。

一実施形態において、複数の孔及び複数のピン／ポスト１４５は、チップ１００の製造中に複数の層を固定及び整列させるべく、層１０１、１０２、１０３、１０４等において様々な便利な位置に配置される。

一実施形態において、マイクロ流体チップ１００と、マイクロ流体チップホルダ２００（例えば、図１Ｆ及び図２１から図２２参照）との間に密封を維持すべく、任意の所望の形状のガスケット１０５、又は複数のＯ−リングが、設けられてよい。ガスケット１０５の場合に、望まれるように、任意の構成又は材料（即ち、ゴム、シリコン等）の単一のシート又は複数の物体であってよい。一実施形態において、図１Ｆ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と繋がれるか、又は層１０４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、サンプル流入部１０６、シース／バッファ流入部１０７、及びシース／バッファ流入部１０８と整列するように構成される。

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の別の端部に配置され得て（例えば、図１Ｆ参照）、上部構造層１０４と繋がれ、又は（エポキシを使用して）これに接着されてよい（図１Ｆ及び図２１から図２２参照）。

一実施形態において、チップホルダ２００におけるマイクロ流体チップ１００の安定化だけでなく封止の補助をすべく、複数のガスケットの代わりに、複数のＯ−リングが、使用される。

しかしながら、当業者であれば、１又は複数のガスケット又はＯ−リングは、それらの動作中に、チップホルダ２００におけるチップ１００の保護を目的としてチップ１００の外層に加えられてよいことを知っているであろう。

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から１１７及びチャネル１４０から１４２は、寸法が異なってよいだけでなく、複数のチャネルを通る流体の流れを制御すべく、チップ１００における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、メインチャネル１６４は、交点１６１へのサンプル１２０の流れを制御し、加速させるべく、及び、チャネル１１６、１１７又は１１４、１１５それぞれからのシース又はバッファ流体１６３に、全ての側面（流体チャネル１６４が交点１６１に入る場所に依存して）でない場合、少なくとも２つの側面上で、第１の方向に（即ち、水平方向又は横方向に）、及び第２の方向に（即ち、鉛直方向に）サンプル流体混合物１２０を圧縮することを許容すべく（図３Ａから図３Ｂ、図４Ａから図４Ｂ、及びテーパ１６６Ａを参照）、交点１６１へのエントリポイントにおいて（図４Ａ参照、テーパ１６６Ａ）、又は、交点１６２へのエントリポイントにおいて（図４Ｂ参照、テーパ１６６Ａ）テーパ状となり得る。

別の実施形態において、チャネルを流れるサンプル流の制御、及び加速の効果を実現すべく、複数の傾斜はチャネル１６４、又は複数のチャネル１１４から１１７に配置されてよい。複数の傾斜は、複数のテーパ部に加えて、又はその代わりに存在してよい。

例えば、傾斜１６６Ｂは、サンプル流が交点１６１及び１６２それぞれへ接近する前に、又は、作用チャンバ１２９に入る前にチャネル１６４において、配置され得る（図４Ａ及び図４Ｂ参照）。

従って、サンプル流体混合物１２０は、シース又はバッファ流体１６３によって拘束され又は囲まれる、相対的により小さく、より細いストリームになり、一方でチャネル１６４における層流を維持する。しかしながら、本発明の目的が取得される限りにおいて、メインチャネル１６４、又はバッファチャネル１１４から１１７は、複数のテーパ、複数の傾斜、又は他の複数の内部の特徴を備える、長方形又は円形チャネルのような任意の物理的構成であってよいことを、当業者であれば、知っているであろう。

一実施形態において、任意の複数の対象とされる物質又は複数の対象とされない物質１６０及び／又はシース若しくはバッファ流体１６３を含む、マイクロ流体チップ１００を通じて流れる流体の除去のために、メインチャネル１６４から延びる複数の流出チャネル（図２参照）は設けられる。一実施形態において、図１Ａから図２に示されるように、左側流出チャネル１４０と、中央流出チャネル１４１と、右側流出チャネル１４２とを含む３つの流出チャネル１４０から１４２が存在する。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、一つの流出チャネル１４１及び流出部１１２のみを有することが可能である。

一実施形態において、流出チャネル１４０から１４２は、チャンバ１２９内のチャネル１６４から発して、流出部１１１から１１３に至る。一実施形態において、流出チャネル１４０から１４２の断面積、及び長さは、流出チャネル１４０から１４２の所望の油圧抵抗を得るべく、予め定められた体積率（即ち、２：１：２又は１：２：１等）に維持されなければならない。

一実施形態において、流出チャネル１４０から１４２は、寸法がチャネル１６４から増大し、チャンバ１２９を離れる。その結果、複数の物質１６０についての流出率は、関連するチャネル１４１を通じて増大される。

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、複数のノッチ又は凹部１４６は、複数の流出部（即ち、流出部１１１から１１３）を分離し、コンテナ及び外部管等を（シース又はバッファ流体１６３をリサイクルするために。図１９から図２１参照）取り付けるために、マイクロ流体チップ１００の下端に配置されてよい。第１の流出部１１１、第２の流出部１１２、及び第３の流出部１１３は、作用チャンバ１２９（図２参照）を発する流出チャネル１４０から１４２を介して到達される。

一実施形態において、コンテナ１８８は、第２の流出部１１２からの複数の物質１６０を収集するが、他の複数のコンテナは、第１の流出部１１１及び第３の流出部１１３からの流出を収集し得る（図６Ａから図６Ｄを参照）。一実施形態において、第１、第２、及び第３の流出部１１１から１１３の一部は、複数の物質１６０の濃度、ｐＨ測定、細胞１６０のカウント、電解質濃度等を検出するべく、電子的に特徴付けられてもよい。

一実施形態において、複数の対象とされる物質１６０は、集束エネルギー装置１５７により作用を受け、それらの物質１６０、並びに複数の対象とされない物質１６０は、第２の流出部１１２から生成物１６５として収集されてよい。

一実施形態において、複数の対象とされる物質及び複数の対象とされない物質１６０の生成物１６５は、貯蔵のため、更なる分離のため、又は、凍結保存のような処理のため（以下で更に説明される）に、処理され続けてよい。

一実施形態において、公知の方法により、マイクロ流体チップ１００から排液することによって、又はマイクロ流体チップ１００を通じてシース又はバッファ流体１５３若しくは他の溶液を流すことのいずれかによって、マイクロ流体チップ１００は、滅菌状態で提供され、１又は複数の溶液（即ち、シース又はバッファ流体１６３）を含んで用意されてもよく、任意の流体又は材料を除去するとしてもよい。

［作用チャンバ］ 一実施形態において、交点１６２の下流側では、流体混合物１２０の流れの中の複数の物質１６０は、チャネル１６４を通じて作用チャンバ１２９へと流れる。ここで、複数の物質１６０は、検査され、作用を受ける。一実施形態において、チャネル１６４は、チャンバ１２９へとテーパ状となる（図４Ｂ参照）。これはチャンバ１２９を通じ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、チャネル１６４はテーパ状である必要がなく、本発明が所望の要件に従って実行される限り、任意の寸法及びサイズであり得るであろうことを知っているであろう。

一実施形態において、検査装置１４７は、チャネル１６４において、チャンバ１２９を通過する流体混合物中の複数の物質１６０を検査及び特定すべく使用される。更に、一実施形態において、集束エネルギーデバイス１５７もまた、チャンバ１２９を通過して、複数の物質１６０に作用する。

一実施形態において、チャンバ１２９は、マイクロ流体チップ１００及び層１０１から１０２を通じて切り込まれた比較的小さな直径の開口部又は窓１５０を有し（図５参照）、これを通じて、複数の物質１６０は、チャネル１６４を通過するときに、見ることが出来る。

更に、比較的大きな直径の奥行きのない開口部が、上窓として層１０４において切り込まれ、下窓として層１０１において切り込まれる。一実施形態において、上窓は、第１の透過性のカバー１３３を受容するように構成され、下窓１５２は、第２の透過性のカバー１３２を受容するように構成される。カバー１３３、１３２は、プラスチック、ガラスのような所望の透過要件を有する任意の材料で作成されてよく、更にはレンズであってもよい。別の実施形態において、複数のカバーを有する窓の代わりに、連続的なプラスチックシートが使用され得る。カバー１３２、１３３及び開口部１５０の相対的な直径が図５に示されるが、これらは、設計又は製造の考慮事項に従って異なってもよいことに留意されたい。

一実施形態において、上述の第１及び第２のカバー１３３、１３２は、チャンバ１２９を包囲するよう構成される。窓及びカバー１３３、１３２（図５参照）は、チャンバ１２９を通ってチャネル１６４において流体混合物１２０を流れる複数の物質１６０が、開口部１５０を通じて見られ、適した光源１４７及び集束エネルギー装置１６７により（後述される）作用を受けることを可能とする。

一実施形態において、チップの層の構造（即ち、ガラス）、及び／又はそれらの構成に起因して、複数の窓、及び／又は開口部は必要でなく、あるいは、集束エネルギーデバイス１５７及び光源１４７の波長及び出力レベルは、チップ１００への損傷が生じないであろうというものとされる。

［検査装置］ 本発明の検査装置は、流体混合物１２０中の励起可能な複数の物質に適合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た光源１４７を含む（図５参照）。レーザ１４７が好ましいが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、アーク灯等のような、複数の物質を励起するビームを発する任意の適した他の光源１４７が使用され得る。

一実施形態において、予め選択された波長の適切なレーザ１４７、例えば、３４９ｎｍ又は３５５ｎｍ連続波（ＣＷ）、又は準ＣＷのパルスレーザ１４７からのそのような高強度レーザービーム１４８は、流体混合物中の複数の物質１６０（即ち、複数の精子細胞）を励起するために必要とされる。別の実施形態において、５３２ｎｍの緑色レーザ１４７が利用される。

一実施形態において、レーザ１４７（図５参照）は、チップ１００の最上部のカバー１３３を通過するように開口部１５０を通ってレーザービーム１４８を発し、チップ１００のチャンバ１２９におけるチャネル１６４を通じて流れる複数の物質１６０を照射し、それから、チップ１００の層１０１におけるカバー１３２を通る。

一実施形態において、光線１４８は、開口部１５０においてマイクロ流体チップ１００に組み込まれる光ファイバによって、複数の物質１６０に供給されてもよい。

高強度ビーム１４８は、複数の物質１６０と相互作用し（以下の詳細な説明を参照）、第１のカバー１３３を通過し、下窓におけるカバー１３２から出て行く。その結果、ビーム１４８により誘導された発せられた光１５１は、対物レンズ１５３又は他の集光光学素子により受光される。対物レンズ１５３、又は他の集光光学素子は、マイクロ流体チップ１００に対して任意の適した位置、例えば、メインチャネルに平行に、サンプル流体流１２０に垂直な光軸を有して配置されるとしてよい。チャンバ１２９は、第１及び第２のカバー１３３、１３２により封止されるので、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（図１Ａ参照）に損傷を与えない。従って、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１００の材料（即ち、プラスチック）から誘導される光子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。

一実施形態において、光線１４８は、チップ１００を通過し、対物レンズ１５３、又は他の集光光学素子により受光された発せられた光１５１は、検出器１５４により検出され、光電子増倍管（ＰＭＴ）、又はフォトダイオード等のような光学センサ１５４により電子信号へと変換される。電子信号は、アナログ・ツー・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１５５によりデジタル化され、又は処理されることが出来、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ベースのコントローラ１５６、又はコンピュータに送信されることが出来る。電子コントローラ１５６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）、又、更には中央処理装置（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り得る。

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、対象とされる物質１６０が検出される場合、予め定められた基準に基づいて、集束エネルギー装置１５７は、使用されるとしてよい。

しかしながら、別の実施形態において、検査装置は、特定のために、サンプル流体流１２０中の複数の物質１６０を単に検査する。そして、検査装置は、集束エネルギー装置１５７（図６Ｃ参照）の装着部に接続されない。

［集束エネルギー装置］ 一実施形態において、複数の物質１６０に所望のエネルギーレベルを供給すべく、集束エネルギー装置１５７は、複数の物質１６０に複数の集束エネルギーパルスを供給するのに使用される。集束エネルギー装置１５７は、熱的、電気的、光学的、電磁気的デバイス１５７であり得る。デバイス１５７は、所望の波長を有するであろうし、複数の対象の物質１６０に、非常に高い反復率（又はパルス周波数）を有する高い最大出力を供給するであろう。

一実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、コントローラ１５６による起動後予め定められた時間（即ち、数ミリ秒）で、トリガされ（タイミングは、チャネル１６４を流れる複数の物質１６０の移動速度に基づいて設定され、以下で更に説明される）、選択され又は対象とされる（即ち、不必要な）物質１６０へパルスを発する。

パルスレーザ１５７の複数の例は、モードロッキング及びＱスイッチ技術の両方を使用するレーザと同様に、モードロックされた、Ｑスイッチレーザを含む。例えば、（カリフォルニア州サンタクララのＣｏｈｅｒｅｎｔ，Ｉｎｃ．によって製造された）Ａｖｉａ ３５５−５−１００、又はＳｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｉｎｃ．からの複数のＥｘｐｌｏｒｅｒ（商標） ＸＰ レーザＱスイッチレーザのような集束エネルギーデバイス１５７は、パルスオンデマンドモードで動作可能であり、１５ｎｓ又はそれより短いエネルギーパルスを、毎秒１０００パルスを超えるレートで、複数の対象の物質１６０に供給出来る。

一実施形態において、０．５から８．０μＪのパルスエネルギーレベルが使用され、望ましい実施形態において、１．３μＪから２．３μＪの個々のパルスの範囲を有する、１．８μＪの平均パルスエネルギーを供給するために、パルスオンデマンドモードにおけるＱスイッチレーザ１５７が使用される。一実施形態においては、パルス幅は、３ナノ秒から１マイクロ秒の範囲であり、５ナノ秒から９ナノ秒の範囲であることが好ましい。しかしながら、当業者であれば、適切な高エネルギーパルス及び適切な高パルス周波数を有する、現在存在する、又は後に開発される任意の高出力レーザが、所望の目標精度及び／又は効果を実現するために本発明に適しているであろうことを知っているであろう。

一実施形態において、集束エネルギー装置１５７から複数の対象の物質１６０、又はそれらの周囲の領域へとパルスエネルギーを供給するためにタイトな作用領域（即ち、チャンバ１２９、又は、チップ１００とコンテナ１８８との間のスペース）の必要性として、複数の対象とされる物質１６０又は領域の外部への、別の言い方では、選択されていない又は対象とされない物質１６０への、エネルギーの供給の潜在的な影響を最小化することが重要である。例えば、Ｅｘｐｌｏｒｅｒ（商標） ＸＰ ３５５−１Ｑスイッチレーザのような集束エネルギー装置１５７は、通常の均一な間隔で発せられる場合、４％ｒｍｓより小さいものを供給し、高いパルス間の安定性を提供することが可能である。

しかしながら、複数の物質１６０又は複数の細胞が、作用領域に（即ち、チャンバ１２９、又は、チップ１００及びコンテナ１８８の間のスペース、図６Ａから図６Ｄを参照）一様でない間隔で入るフローサイトメトリーの解析及び作用システムに対して、対象とされる複数の物質１６０若しくは複数の細胞、又はそれらの周囲の領域にのみ作用する均一なパルスエネルギー１５８を供給すべく、追加の手段が用いられる。そのような手段として、本発明のシステムが所望の目標精度（即ち、一実施形態において、複数の対象の物質１６０への９５％の光による損傷若しくは殺傷率、又はそれより高い衝突率）を実現することを可能とすべく、パルスの長さ、及び最大出力レベルのようなレーザ１５７の複数の性能パラメータを適合させることを含む。

加えて、一様でない間隔で発された場合に、極めて高いパルス間安定性を供給すべく、レーザ１５７のパルスオンデマンドの動作及び性能を更に調整することは、パルス１５８が衝突する領域における空間変動を大幅に低減する。従って、集束エネルギーデバイス１５７におけるパルス毎の変動を低減することにより、複数の対象とされない物質１６０又は複数の細胞の意図されていない作用、損傷、又は破壊は、大幅に低減され、例えば、複数の生きている、対象とされない物質１６０又は複数の細胞の８５％又はそれより高いレートの生存性を実現する。

一実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、検査装置１５７による検査の前に、チャンバ１２９のような、作用領域１２９において利用され（図６Ｄ参照）、別の実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、検査装置１５７による検査の後に、作用領域（即ち、チャンバ１２９）において利用される（図６Ａ参照）。更に別の実施形態において、サンプル流体がチップ１００を離れコンテナ１８８に入る後に、コンテナ１８８に入る前に、流出部１１２において、又は切断された液滴形状１８７においてのいずれかで、集束エネルギー装置１５７は、複数の物質１６０を有するサンプル流体に作用する（図６Ｂから図６Ｃを参照）。

作用領域１２９（即ち、チャンバ１２９）において検査装置１４７により複数の物質１６０の検査がされた後で、集束エネルギー装置１５７が複数の物質１６０に作用する実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、複数の物質１６０が対象とされるべきであるとの判断に応じて、チャネル１６４を通じて流れる複数の物質１６０に作用する集束エネルギービーム１５８を発する（例えば、図５及び図６Ａから図６Ｃを参照）。

実施形態において、作用領域１２９における検査の後で、かつ、流出チャネル１４１を複数の物質１６０が流れる後であるが、サンプル流体１２０がコンテナ１８８により収集される前に、集束エネルギー装置１５７は、複数の物質１６０に作用する。この実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、上のように利用されるが、チップ１００とコンテナ１８８との間にビームを発するように配置される。一実施形態において、サンプル流体１２０は、液滴形状１８７で、流出部１１２から空気中を通ってコンテナ１８８へと単に落下し、別の実施形態において、チップ１００とコンテナ１８８との間に、透過性を有する筐体が存在してよい。

集束エネルギー装置１５７は、サンプル流体１２０中の対象とされる若しくは不必要な物質１６０をパルスにより損傷し、変更し、無効化し、殺し、若しくは破壊するように、又は、細胞が損傷若しくは細胞の死が起こるよう物質１６０若しくは細胞における幾つかのメカニズムのうちの１つを活性化するよう設定されることが出来る。

しかしながら、所望の構成に応じて（様々な実施形態に対して以下を更に参照）、複数の対象とされる又は選択された物質１６０は、必要な複数の物質１６０であってよく、この場合、集束エネルギー装置１５７は起動されないか、又はトリガされない。あるいは、複数の対象とされる又は選択された物質１６０は不必要な複数の物質１６０であってよく、この場合、集束エネルギー装置１６７は、選択された、望ましくない複数の物質１６０を損傷し、変更し、無効化し、殺し、又は破壊するような、複数の物質１６０への作用をすべく起動される。しかしながら、これらは、唯一の実施形態でなく、様々な実施形態が以下では更に説明される。

一実施形態において、選択された物質１６０が、集束エネルギーデバイス１５７により、損傷を受け、変更され、無効化され、殺され、又は破壊される場合、物質１６０は、複数の対象とされない物質１６０と共に、メインチャネル１６４を通って中央流出チャネル１４１へ、及び第２の流出部１１２へ、及びコンテナ１８８へと流れ続ける。シース又はバッファ流体１６３は、それぞれ、流出チャネル１４０、１４２を通じて、流出部１１１、１１２へ、層流で進む。

しかしながら、一実施形態において、上述のように、チャネル１６４における複数の物質１６０は、チップ１００から流出チャネル１４１及び単一の流出部１１２を通じて、流出し得る。

従って、一実施形態において、本方法及び装置は、コンテナ１８８中に複数の物質１６０の判別された生成物１６５を生成可能である（図６Ａから図６Ｄを参照）。生成物１６５は、対象とされない又は必要な複数の物質１６０又は複数の細胞の高い生存性、及び、高い割合の光による損傷を受け、変更され、無効化され、破壊され、又は死んだ複数の対象の物質１６０を含む。

［ビーム成形及び光学素子］ 十分な信号の反復、及び複数の物質１６０の効率的な損傷、変更、無効化、殺傷、又は破壊を実現すべく、検査ビーム１４８及び集束エネルギービーム１５８の両方に対してビーム成形光学素子を使用することが有利である（図１６から図１７参照）。本明細書に使用されるように、「ビームスポット」という語句は、ビーム１４８、又はビーム１５８のいずれかの断面を指す。

一実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、光源１４７から下流側に配置され、光源１４７と同じ側に配置される（図１７参照）。しかし、集束エネルギー装置１５７はまた、光源１４７の下流側に、反対側に配置されてもよい（例えば、図１６参照）。

図１６の実施形態において、検査ビーム１４８のためのビーム成形光学素子は、チップ１００の片側に配置される。光源１４７からの検査ビーム１４８は、作用領域（即ち、チャンバ１２９）を通過し、対物レンズ１５３により受光される。

一実施形態において、ビーム１４８は、ビーム成形光学素子１８１によって拡張される。光学素子１８１は、複数のレンズを含んでもよく、レンズの構成は、当業者にとって周知であろう。例えば、ビーム成形光学素子１８１は、適切な焦点距離を有する一対のプリズムと一対の円筒レンズとを含んでもよく、又は、プリズムを有する、若しくは有さない他の複数のレンズを含んでもよい。これらは、当業者に利用可能であろう。ビームの拡張は、検査領域１２９において、焦点での最終スポットサイズを可能とする。一実施形態において、円のビーム１４８のスポットは、ビームエキスパンダ１８０を使用して、拡張される。ビームの拡張は、また、下流側の光学素子への影響を減少し、損傷を限定し、寿命を延ばす。しかしながら、一実施形態において、ビームエキスパンダは利用されない。代わりに、ソースビームが、大き過ぎる直径を有する場合、光学素子は、適したサイズへその直径を減少するのに使用されることが可能であろう。

一実施形態において、ビーム成形光学素子１８１は、それらの中央に集束される場合、ビーム形状１４８を、サンプル流体１２０の流れの方向に垂直な方向と、サンプル流体１２０の流れの方向に沿った方向との楕円形へと変更すべく、２つの直交する円筒レンズを有する。楕円ビーム１４８のスポットは、マイクロ流体チップ１００のチャネル１６４を通過する複数の物質１６０を励起するよう機能し、チャネル１６４を通じる複数の物質１６０の流れの微小変動を補うべく、ビーム１４８のスポットの中央の領域において最大の均一な照明を提供する。更に、一実施形態において、サンプル流体１２０の流れに垂直な方向により広い寸法を有する楕円形のビーム形状は、サンプル流体１２０のフローストリーム内で完全に中央に揃えられていない複数の物質１６０（即ち、複数の精子細胞）からの、蛍光信号における変化を低減するのに役立つ。狭い寸法は、複数の物質１６０（即ち、精子細胞）の検査のために、蛍光色素を適切に励起するのに十分に高い強度にビーム１４８を保持する。楕円ビーム１４８のスポットが好ましい一方、本発明の他の実施形態において、異なる形状のビームが利用され得る。検査ビームの出力もまた、検査される複数の物質への影響を限定するようにも、検査の助けとなるようにも、調整されることが出来る。

一実施形態において、集束エネルギービーム１５８もまた、ビーム成形光学素子１８０により成形される。集束エネルギー装置１５７の集束されたビーム１５８のスポットの形状は、所望の目標精度、及びチャネル１６４における複数の対象とされない物質１６０への衝突の可能性に影響し、用途の必要に応じて、様々なビーム形状であることが可能である。フローベースのシステムにおいて、サンプル流体１２０の流れの方向に沿ったビーム幅は、複数の対象の物質１６０のみが影響を受け、十分なビーム強度の集中が実現されるように、十分に狭くなるよう調整されるべきである。流体チャネル１６４に渡るビーム１５８のスポットの長さは、サンプル流体の集束された流れ１２０におけるどんなにわずかな不安定性及び変動をも補うべく、意図的に調整され得る。所望のビーム成形は、当業者によって容易に実現されることが出来る。

一実施形態において、図１６に示されるように、集束エネルギービーム１５８のためのビーム成形光学素子１８０は、ビーム１５８をはるかにより小さなサイズへ集束し、作用領域１２９におけるレーザの流束を増大するのに利用される。一実施形態において、ビーム１５８は、ビームエキスパンダ光学素子１８０により拡張される（図１６参照）。光学素子１８０は、適切な焦点距離を有する複数のレンズ又はプリズムを含んでもよい。これは、当業者に容易に公知になるであろう。

一実施形態において、ビーム１５８は、例えば、ビーム１５８を成形すべく、一対のアナモルフィックプリズムを通過する。ビーム１５８は、ガウシアンビーム特性に起因して、光学的対象により水平方向及び鉛直方向に更に集束及び圧縮される。一実施形態において、光学的対象は、例えば、短い焦点距離を有する対物レンズ又は集光レンズのような検出器光学素子１５３であり得る。ビームスポットは、効率的な作用（即ち、殺傷等）のためのエネルギー集中と、マイクロ流体チャネル１６４を通じた複数の物質１６０の流れにおける微小変動を補うのに十分な幅との組み合わせを提供する。一実施形態において、短径２μｍ及び長径２０μｍの楕円のビームスポットに、ビームを集束すべく球状の集光レンズ又は対物レンズが使用される前に、一対の円筒レンズが、鉛直方向の寸法においてビームを拡張するのに使用される。

代替的な実施形態において、異なる形状及び／又は寸法が、ビーム１５８に使用されてよい。他の長径及び短径が、当業者により達成可能であり、同じ処理に適用されることが出来ることに留意されたい。

別の実施形態において、集束エネルギーデバイス１５７は、図１７に示されるように検査ビーム１４８とは反対側から実装される。示される構成は、容易に実装され、システムの光検出器側における自由空間を効率的に使用するので、有利である。

一実施形態において、ダイクロイックミラーは、特定の複数の波長を分離し、又は、特定の複数の波長を光学的経路へと統合するよう使用される。更に、ミラー及びダイクロイックミラー／ビームスプリッタが使用されてよいが、当業者であれば、１つより多くのミラー及び／又はダイクロイックミラー／ビームスプリッタが本システムにおいて利用されてよいことを知っているであろう。

一実施形態において、対物レンズを含む集光光学素子１５３は、チップ１００における複数の物質１６０からの蛍光放射を集め、ダイクロイックミラーは、集光光学素子１５３から光学信号検知器１５４へと蛍光放射を渡す。一実施形態において、集束エネルギーデバイス１５７は、ビーム１５８を発する。ビーム１５８は、ビーム成形光学素子１８０を通過し（上述されたように）、ミラーにより方向付けられ、また、チップ１００上へと集光光学素子１５３を通じてダイクロイックミラーにより反射もされる。具体的には、一実施形態において、集光光学素子１５３の対物レンズは、対物レンズの後方開口部に入る集束エネルギービーム１５８を、作用領域１２９における検査／励起ポイントからごくわずかに下流側の、複数の物質１６０上のタイトスポットへと集束する。しかしながら、当業者であれば、集束エネルギービーム１５８は、チップ１００の流出部１１２の下方、又は、検査／励起領域１２９からわずかに上流側に配置されてよいことを知っているだろう。

一実施形態において、検査ビーム１４８のビームスポットと、集束エネルギービーム１５８のビームスポットとの間の距離は、調整できる。

一実施形態において、ダイクロイックミラー又は任意のビーム分離デバイスは、光の小さな部分をカメラ１８２へ分離してよく（図５参照）、ユーザが視覚的に位置合わせを実行することを可能とする。

一実施形態において、カメラ１８２は、汎用の位置合わせの目的のためのマイクロ流体流環境の視覚イメージを提供する。カメラは、集束エネルギーデバイス１５７が照射する位置及びタイミングを判断すべく使用されることができる。

別の実施形態において、集束エネルギービーム１５８は、検査ビーム１４８と同じ側から実装される（図１７参照）。このアプローチによって、集束エネルギー装置１５７のための集光レンズは、検出側と共有されないので、ビーム成形のためにより柔軟性があり、このアプローチは作用（即ち、光による損傷、殺傷）波長の高出力に対して定格である、対物レンズの必要性を取り除く。これは、システムのコストを低減することが出来る。

この実施形態において、集束エネルギーデバイス１５７は、検査装置１４７と同じ側からビーム１５８を発する。ビーム１５８は、ミラー及びダイクロイックミラーにより方向付けられ、整列されて、チップ１００のチャネル１６４における複数の物質１６０上に集束されるべく、ビーム成形光学素子１８０により（上述したように）成形される。一実施形態において、ビーム１５８を集束すべく、ビーム集束光学素子１８１は（上述されたように）、ダイクロイックミラーと、チップ１００との間に配置される。

上述されたように、実施形態において、ビーム１５８は、作用領域１２９における検査／励起ポイントからごくわずかに下流側の複数の物質１６０上のタイトスポットへと集束される。しかしながら、当業者であれば、集束エネルギービーム１５８は、チップ１００の流出部１１２の下に、又は、検査／励起領域１２９からわずかに上流側に配置されてよい（図６Ａから図６Ｄを参照）ことを知っているであろう。

更に、上述されたように、実施形態において、検査ビーム１４８のビームスポットと、集束エネルギービーム１５８のビームスポットとの間の距離は調整できる。

［物質の集束及び方向付け］ 従来のフローサイトメトリーシステムにおいて、特に非対称な形状を有する、複数の物質、又は複数の細胞は、固体表面近くを流れる際に方向付けされる傾向があるので、物質又は細胞の方向付けの機能及び改善は、方向付けバッフル、又はノズルの内側のオフセット構造のような、複数の複雑なノズルの設計に依存する。複数のノズルベースのフローサイトメトリーシステムの複雑な設計、及び、それらの高い製造コストを避けるために、本発明のマイクロ流体チップ１００の設計では、その分析能力を最適化するように、複数の物質１６０を集束、位置付け、及び方向付けする。従って、一実施形態において、非球状の形状を有する複数の物質１６０（即ち、複数の細胞）が、チャネル１６４において制限されたコア体積へと整列させられ、検査／検出ビーム１４８を通過する場合、同様の所望の方向に維持される。結果として、より均一な分散及び検出信号が取得されるであろう。従って、システム１００の感度及び安定性を増大するのに役立つ。

一実施形態において、流体力学的集束を使用して、チャネル１６４の断面の中央平面の中心に対してオフセットするようサンプルコアストリーム１２０を位置決めすることにより、複数の物質１６０の方向は、実現されることができる。

［２つの段階の流体力学的集束］ 以下では、マイクロ流体チップ１００の一実施形態において、流体流に起こる２つの段階の流体力学的集束を記述する（図１Ｂから図１Ｆ参照）。

一実施形態において、本発明の第１の流体力学的集束段階は、サンプル流入部１０６を通した、複数の精子細胞１６０等のような複数の生物学的サンプルを含む複数の物質１６０を含有する流体サンプル１２０の流入、及びシース又はバッファ流入部１０７、１０８を通じたシース又はバッファ流体１６３の流入により達成される。一実施形態において、複数の物質１６０は、それらの蛍光及び画像分析を可能とするため、公知の方法による色素（例えば、ヘキスト色素）によって予め着色される。

一実施形態において、メインチャネル１６４を通じるサンプル流体混合物１２０の流れにおける複数の物質１６０は、流体流により囲まれ、成形され、ランダムな方向及び位置を有する（図３Ａ及び図６Ａ参照）。交点１６１において、メインチャネル１６４内を流れるサンプル混合物１２０は、シース又はバッファ流体１６３がサンプル混合物１２０と合流する場合、チャネル１１６、１１７からのシース又はバッファ流体１６３により囲まれ、及び成形され、第１の方向において（即ち、メインチャネル１６４が交点１６１に入る位置に応じて、全ての側面でなければ、少なくとも流れの両側の面上の、少なくとも水平方向において）圧縮される。この圧縮は、（３次元の（３−Ｄ））流体力学的集束と称され、チャネル１６４内の複数の物質１６０を一列編成に近づき得る制限されたコア体積へと整列すべく使用される。流体力学的集束段階は、平面状のマイクロ流体チャネル１６４を流れる複数の物質１６０の移動速度を加速すべく、チャネル１６４において有意に大きなシース又はバッファ流を利用する。一実施形態において、チャネル１６４のジャンクション１６１及び第１の段階のシース又はバッファチャネル１１６、１１７の前にある、チャネル１６４における傾斜１６６Ｂ又はテーパ１６６Ａ構造により、サンプルコアストリーム１２０もまた、中心平面からオフセットされ得る。

結果として、複数の物質１６０は加速され、マイクロ流体チャネル１６４における複数の物質１６０の間の間隔もまた、伸ばすことができる。複数の物質１６０の速度は、サンプル１２０のフローレート、及び、シース又はバッファ１６３全体のフローレートに対するその値の比率に依存する。この機能は、目詰りの問題、及び高く濃縮された物質サンプル１２０で物質１６０が集塊となることを防止するのに有用である。

しかしながら、図８Ａに示されるように、このステージにおいて、メインチャネル１６４に渡って結果として得られるサンプル１２０のコアストリームは、チャネル１６４の深さ方向、又は鉛直軸に沿って、重なりあった複数の物質１６０又は複数の細胞をなお示す。特に、複数の物質１６０は、チャネル１６４の中央の周囲に集束され、チャネル１６４の深さ方向に延在する薄片へと圧縮され得る。従って、交点１６１において、サンプル流体１２０が、チャネル１１４、１１５からのシース又はバッファ流体１６３により、チャネル１６４の中央へ、圧縮されている際に、複数の物質１６０（即ち、複数の精子細胞）は、チャネル１６４の幅の中央へ移動する。

一実施形態において、本発明は、第２の集束段階を含み、ここで複数の物質１６０を含むサンプル混合物１２０は、交点１６２においてチャネル１１４、１１５から入る（図１４参照）、第２の方向（即ち、上方及び下方からの鉛直方向）からのシース又はバッファ流体１６３によって、更に圧縮される。チャネル１６４Ｂへと至る交点１６２は、第２の集束領域である。チャネル１１４、１１５からの交点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（即ち、テーパ形状、円形）が使用されてよいことを理解するであろうことに留意されたい。

一実施形態において、複数の物質１６０がチャネル１６４Ｂに沿って流れる際に、幅及び深さの両方に（即ち、水平方向及び鉛直方向に）関して、複数の物質１６０をチャネル１６４Ｂの中央に整列すべく、チャネル１１４、１１５におけるシース又はバッファ流体１６３は、同じ平面から（図３Ａ及び図６Ａ参照）、又は異なる平面からチャネル１６４へと入る（図１５参照。チャネル１１４、１１５は、メインチャネル１６４の上部及び下部に配置され、チャネル１６４に鉛直に入る）。次に、メインチャネル１６４において結果として得られる流れは、続いて、マイクロ流体チャネル１１４、１１５の、第２段階のシース流によって圧縮され、再配置される。

従って、本発明の第２の集束段階において、サンプル混合物１２０は、チャネル１１４、１１５に入る鉛直方向のシース又はバッファ流体１６３により、再び圧縮される。図８Ｂに図示されるように、サンプル１２０のストリームはチャネル１６４の深さの中心に集束される。複数の物質１６０は、特定の方向の一列編成に近づき得る、制限されたコア体積で、チャネル１６４の中央に沿って流れる。

従って、これら２つの後続の流体力学的集束段階の後で、複数の物質１６０又は複数の細胞の制限されたコア体積が取得され、また、ストリームの位置も、鉛直軸に沿って所望の位置へ調整されることが出来る（図８Ｂ参照）。従って、サンプル流入部１０６へと導入される複数の物質１６０は、２つの段階の流体力学的集束を受ける。これは、複数の物質１６０が、より一様な方向における（複数の物質１６０の種類に依存する）一列編成に近づき得る、制限されたコア体積でチャネル１６４Ｂを通じて移動することを可能とする。これは、複数の物質１６０のより容易な検査を可能とする。

［３つの段階の流体力学的集束］ 一実施形態において、３つの段階の流体力学的集束は、チップ１００における複数の物質１６０に実行される。この実施形態において、図１Ａ及び図３Ｂに示されるように、初めの２つの流体力学的集束段階は、交点１６１及び１６２においてサンプル流体ストリーム１２０を水平方向に圧縮することにより達成され、次に第３の段階において、サンプル流体ストリーム１２０を、チャネル１６４において鉛直方向に圧縮する。シース又はバッファチャネル１１４、１１５及び１１６、１１７は、各々のチャネルに対して４５度又はそれより小さい角度で、水平方向からチャネル１６４に入る。

より具体的には、第１の流体力学的集束段階において、サンプル１２０の流れは、第１の交点１６１へと入り、チャネル１１６、１１７からのシース又はバッファ流体１６３は、サンプル１２０の流れを取り囲み、それをチャネル１６４における薄いサンプル１２０のストリームへと直ちに圧縮する。一実施形態において、サンプル流体チャネル１６４は、交点１６１の前に内部傾斜によってテーパ状にされる。交点１６１で、シース又はバッファ流体チャネル１１６、１１７は、チャネル１６４に入る（図３Ｂ参照）。一方、チャネル１６４は、第１のシースチャネル１１６、１１７より浅い（即ち、寸法において小さい）ので、サンプル１２０のストリームは、メインチャネル１６４の上部へ流れるべく、シース又はバッファ流体１６３によって、チャネル１１６，１１７から持ち上げられる。

第２の流体力学的集束段階において、シース又はバッファ流体１６３は、チャネル１１４、１１５からチャネル１６４へと導入される。チャネル１１４、１１５は、メインチャネル１６４の上部の近くに配置される（図３Ｂ参照）。一実施形態において、図３Ｂに示されるように、シース又はバッファチャネル１１４、１１５は、チャネル１６４に水平に合流し、シース又はバッファチャネル１１６、１１７の寸法からより小さな寸法であり得る。従って、チャネル１１４、１１５の深さは、メインチャネル１６４より浅いので、シース又はバッファ流体１６３は、サンプル１２０のストリームの幅を制限すべく、チャネル１６４の幅に沿ってサンプル１２０のストリームを更に圧縮する。このようなシース又はバッファ流体１６３の流れは、信号測定感度を大幅に改善させる。

第３の流体力学的集束段階なしで、交点１６１及び１６２における鉛直方向の圧縮が無いことは、特に、高スループットのフローサイトメトリーの用途に対して、複数の物質１６０又は複数の細胞が、同時に検出領域１２９に入り、従って、検出感度を低減させ、又は測定誤差を生じさせるとしてよい。

しかしながら、３次元の流体力学的集束は、複数の物質１６０を、チャネル１６４において一列編成に近づき得る制限されたコア体積に整列させるための効果的な手法である。更に、チャネル１６４における物質１６０の一貫した位置決めは、放物線状の流れにおける物質間の速度における最小の変動をもたらす。

マイクロ流体ベースのフローサイトメトリーにおいて、フロー速度のプロファイルは、マイクロチャネルの長方形断面に沿った放物線状である。図７は、マイクロ流体チャネル１６４の断面におけるせん断力のプロファイルを示す。図７に示されるせん断力の勾配は、テーパ形状の先端部において、最小のせん断力を有し、後方の大きな領域は、最大のせん断力の値を有する。従って、流体力学的なせん断力の勾配が、チャネル１６４の断面に渡って形成される。チャネル１６４の壁近くの大きなせん断力は、非対称の複数の物質１６０を方向付けるのに役立つ。

本実施形態において、流体力学的集束のはじめの２つの段階の後で、サンプル１２０の流れは、水平方向及び鉛直方向の両方に非常に薄いストリームへと縮む。チャネル１１６、１１７及び１１４、１１５からの独立に制御されたシース又はバッファ流体１６３の比率は、チャネル１６４において結果としてもたらされるサンプル１２０のストリームのサイズを各々決定する。チャネル１１４、１１５からのシース又はバッファ流体１６３によって引き起こされた圧縮の後で、複数の物質１６０は、チャネル１６４の深さに沿って少し広がり得る。しかしながら、複数の物質１６０はサンプル１２０のストリームになおも従い、サンプル１２０のストリームはメインチャネル１６４の最上の天井部に非常に近い（分かり易いよう、説明されるチップは水平方向に配置されたものとしてであることに留意されたい）。従って、鉛直方向に沿って、サンプル１２０のストリームを更に圧縮し、薄い、サンプル１２０のストリームの内側に複数の物質１６０をよく閉じ込めるために、チャネル１７２からの第３のシース又はバッファ流体１６３の流れを有することが必要である。

加えて、シース又はバッファ流体１６３の流れは、シース又はバッファチャネル１７２からの予め閉じ込められたサンプル１２０のストリームに垂直に導入されるので、サンプル１２０のストリームをチャネル１６４の断面に沿った位置に位置合わせするのに役立つ（即ち、図８Ｂに示されるように最終結果を実現する）。チャネル１７２からのシース又はバッファ流体１６３のフローレートの微調整により、複数の物質１６０の位置は、検出領域１２９を通過する場合に、正確に制御されることが出来る。

一実施形態において、シース又はバッファ流体１６３は、マイクロ流体チップ１００を通る複数のマイクロチャネルによる代わりに、外部シース管（図２０参照）からチャネル１７２によって、導入される。従って、外部流コントローラが、流入チャネル１７２を通じて一定の、安定したフローレートを提供するために必要とされる（図１９から図２１参照）。

本発明の設計は、コアサンプルストリーム１２０が、平坦形状の複数の物質を方向付け、均一性に近付く物理的構成で、チャネル１６４において複数の物質１６０を位置付けることを可能とする。これらの全ては、集束エネルギー装置１５７の下流側の正確な作用を改善する。

３つの流体力学的集束段階が上に記載されているが、当業者であれば、それらが本発明の複数の所望の特徴を実現する限り、サンプル流体１２０における複数の物質の方向及び集束に関して、シース又はバッファチャネルの構成及び数を変更し得ることを知っているであろう。

［フロー制御方法］ 上述された複数の例示的な３次元の流体力学的集束の方法を実現すべく、一定の流れが、マイクロ流体チップ１００を通じて流されることが可能となるように、サンプル流体１２０、及びシース又はバッファ流体１６３の両方が、正確に供給されることが必要とされる。シース又はバッファ流体流１６３により圧縮された後、複数の物質１６０又は複数の細胞は、加速され、サンプル１２０のコアストリームにおける複数の物質１６０又は複数の細胞の間の平均の間隔もまた、大幅に元の間隔から延ばされる。合計のシース又はバッファ流体１６３のフローレート及びサンプル１２０のフローレートの比は、１００：１と１０００：１との間に調整されることが出来る。好ましくは、本発明のマイクロ流体チップ１００において、２００から４００対１の比が使用される。マイクロ流体チップ１００における全体的な流体のフローレートは、毎分約２から４ｍｌである。検査及び信号検出の間、及び、検出／検査位置と、集束エネルギー装置１５７の作用の位置との間で（図６Ａ参照）、複数の物質１６０の安定した移動速度を保証すべく、導入されたシース又はバッファ流体流１６３は、定常的で、パルスに影響されないものである必要がある。これは、正確な信号読み取り及び集束エネルギー装置１５７による複数の対象の物質１６０への作用を容易にする。メインチャネル１６４を通る流体流の正確な制御によって、全体的なフローレートの変化は設定されたフローレートの１％よりも小さく、集束エネルギー装置１５７による可能な作用を受ける予定の複数の対象の物質１６０の移動速度は、複数の物質１６０の検査及び検出が行われる位置から、集束エネルギー装置１５７が複数の物質１６０に作用する位置で（図６Ａ参照）、１％より小さく変化する。

［複数の物質の方向付け］ 平坦形状の複数の物質１６０（即ち、複数の精子細胞）の検出における難しい問題のうちの１つは、検査ビーム１４８を通過するときに、一様な方向に複数の物質１６０を制約することである。従って、複数の物質１６０のおよそ均一な位置決め、及びチャネル１６４における複数の物質１６０の対応する方向付けは、システムの感度を増大させるために役立つ。前述の流体力学的集束の方策によって、チャネル１６４に沿った複数の物質１６０の位置は、制御された方法で操作されることが出来る。従って、チャネル１１６、１１７及び１１４、１１５及び１７２からのシース又はバッファ流体１６３の流れの間の比率の調整によって、チャネル１６４の中央から約５から２０ミクロン（約５μｍから２０μｍ）オフセットの集束サンプル１２０のストリームでの（例えば、１５０ミクロン（１５０μｍ）の幅及び１００ミクロン（１００μｍ）の高さのチャネル１６４の断面積に基づいて）位置は、平坦形状の複数の物質１６０の検出のために好ましい。一般的に、複数の物質１６０の偏り位置の０から１００ミクロン（１００μｍ）の調整が実現出来る。

具体的には、複数の物質１６０の方向を改善すべく、チャネル１６４において複数の物質１６０を整列させることを目的として、マイクロ流体チャネル１６４の高アスペクト比は、物質１６０（即ち、精子細胞）の平坦面を回転し、チャネル１６４の壁面に向けるためのせん断力を誘導するために利用される。更に、シース又はバッファ流体１６３の流れは、チャネル１６４において複数の物質１６０を圧縮及び位置決めすべく、能動的に用いられる。これらの方法は、より詳細に後述される。

ｉ）受動的方法 一実施形態において、ａ）サンプル流１２０を持ち上げるべくサンプルメインチャネル１６４において非対称的な傾斜１６６Ｂを配置すること（図４Ａに関する上記の説明参照）、及び、ｂ）集束されたサンプルストリーム１２０を持ち上げるべく作用チャンバ１２９の前にメインチャネル１６４において非対称的な傾斜１６６Ｂを配置すること（図４Ｂに関する上記の説明参照）のうちの１つにより、チャネル１６４における集束された複数の物質１６０を位置付けすべく、非対称的な形状の構造が利用されてよい。上記の複数の非対称的な特徴は、個別に使用され、又は２以上のものを適切な組み合わせで使用されることが可能である。しかしながら、当業者であれば、これらの特徴は、チャネル１６４における複数の物質１６０の位置付けの達成に必要のないことを知っているであろう。

一実施形態において、上述のように、必要ではないが、サンプル流１２０を持ち上げるために、チャネル１１４から１１７に複数の傾斜が使用されてよい。複数のチャネルにおける複数の傾斜の配置は、複数の物質１６０又は細胞の方向付けを改善するために、サンプルコアストリーム１２０の複数の物質１６０が中央部からオフセットされることが必要な方向に依存する。しかしながら、上の受動的方法は、メインチャネル１６４における物質１６０の位置を変えることについて、より低い柔軟性を有する。

ｉｉ）能動的方法 チャネル１６４におけるサンプル１２０のコアストリームのオフセットにするための代替的方法において、非対称的なシース流１６３は、チャネル１６４における複数の物質１６０又は複数の細胞の位置を調整するために導入される。非対称的なシース又はバッファ流体流１６３を実現する幾つかの方法が存在するが、これらのうちの２つの実施形態が後述される。

一実施形態は、（２つの段階の流体力学的集束の方法において）図３Ａ又は（３つの段階の流体力学的集束の方法において）図３Ｂに示されるように、メインチャネル１６４の壁面と９０度の角度をなす単一のシース又はバッファ流体流１６３を導入することである。２つの段階の流体力学的集束の実施形態において、第２の段階の流体力学的集束の交点１６２における導入されたシース又はバッファ流体流１６３は、交点１６１における第１の段階の流体力学的集束に引き続いて、サンプルコアストリーム１２０を更に圧縮する。

代替的な３つの段階の流体力学的集束の実施形態において、サンプルコアストリーム１２０のこの圧縮は、チャネル１７２がメインチャネル１６４と合流する、第３の段階の流体力学的集束の交点において生じる。従って、最後の流体力学的集束段階は、複数の物質１６０又は複数の細胞を、鉛直軸に沿った所望の位置に位置合わせする。流体力学的集束フローレートの比率の制御により、最適な方向を実現すべく複数の物質１６０の所望の位置は、取得することが出来る。

２つの段階の流体力学的集束の方法を使用する第２の実施形態において、２つの第２の段階のシース又はバッファチャネル１１４、１１５は、図１２Ａから図１２Ｂに示されるように、メインチャネル１６４の壁部へ斜めに合流し、上部及び下部からメインチャネル１６４と平行になる。第２の段階の流体力学的集束チャネル１１４、１１５、及びメインチャネル１６４の角度は異なってよく、製造方法に依存する。好ましくは、９０度の角度が選択される（図１２Ａから図１２Ｂ参照）。異なるフローレートのシース又はバッファ流体１６３は、２つのチャネル１１４、１１５を介して流れてよい。流体１６３は、メインチャネル１６４におけるサンプルコアストリーム１２０を再配置することが可能である。複数の物質１６０がチャネル１６４の中心平面からオフセットされた後で、複数の物質１６０の方向付けは改善される。複数の精子細胞１６０のような特定の実施形態において、複数の精子細胞１６０は、自身の平坦面を鉛直軸において、チャネル１６４の壁側に回転させる傾向がある。

図１２Ｂの実施形態から分かるように、チャネル１１４、１１５の寸法は、異なる油圧抵抗を得るべく、必ずしも同一ではない（図１２Ａに示されるように）。従って、チャネル１１４、１１５における第２の段階のシース又はバッファ流体流１６３の同一のフローレートは、バイアス流体流もまた、生成するであろう。

まとめると、上記の受動的方法及び能動的方法の両方が、複数の物質１６０を最適に位置付けし、チャネル１６４におけるそれらの方向付けを改善するのに役立つことができる。

一実施形態において、パンケーキ型形状の複数の精子細胞１６０は、複数の物質１６０の例と見なされる。複数の精子細胞のパンケーキ型、又は押し潰された涙状の形状の頭部のために、（実施形態に応じて）第２、又は第３の集束の段階を受ける際に、精子細胞１６０は、自身を予め定められた方向に再度、即ち、光線１４８の方向に垂直なそれらの平坦面によって方向付けるであろう（図６を参照）。従って、精子細胞１６０は、流体力学的集束の処理を受ける間に、体の向きに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。従って、シース又はバッファ流体１６３の制御によって、ランダムな方向で開始する複数の精子細胞１６０は、ここで一様な方向付けを実現する。従って、複数の精子細胞１６０は、チャネル１６４Ｂの中央に制限されたコア体積に配置されるだけでなく、最後の流体力学的集束段階における圧縮の方向に直交するそれらの平坦面に対し一様な方向もまた実現する。

上記の方法は、複数の精子細胞１６０の方向、及びＸ及びＹ精子の染色体のＤＮＡ含有物を区別する（従って、Ｘ精子とＹ精子との間の区別をする）能力を改善する。図１３Ａ及び図１３Ｂのヒストグラムは、それぞれ、チャネル１６４の中央における複数の精子細胞１６０、及びチャネル１６４の中央からオフセットされた精子細胞１６０を示す。図１３Ａにおけるヒストグラムの左及び右の複数の円は、悪く方向付けられた複数の精子細胞１６０の複数の集団を示す。主要集団の左のこぶは、Ｘ及びＹ精子の集団を区別するための能力を弱め、Ｘ及びＹ精子の集団の非対称な分布に寄与する。

マイクロ流体チップシステムの動作 ［複数の物質の検査］ 一実施形態において、検査光源１４７は、３５０ｍＷの出力と、３５５ｎｍの波長と、１２ｐｓのパルス幅とを有する励起レーザ１４７（図１６参照）である。

一実施形態において、流体力学的集束段階から更に下流側で、チャネル１６４において、複数の物質１６０は、光源１４７を使用して、カバー１３３を介して開口部１５０において作用チャンバ１２９内で検出される。光源１４７は、光線１４８を発し（光ファイバを介してもよい）、光線１４８は開口部１５０においてチャネル１６４の中央に集束される。

一実施形態において、複数の物質１６０は、複数の精子細胞１６０である。これらは、複数の流体力学的集束段階により方向付けられ、その結果、複数の精子細胞１６０の複数の平坦面は、光線１４８の方へ面するようになる。加えて、全ての物質１６０又は精子細胞１６０は、それらが光線１４８の下を通過する際に、複数の流体力学的集束段階によって、一列編成に近づき得る制限されたコア体積中へと移行させる。複数の物質１６０は光源１４７の下を通過し、光線１４８の作用を受けるので、複数の物質１６０は、所望の複数の物質１６０の正体を示す蛍光を発する。

光源１４７は、作用領域１２９において複数の物質１６０の検出のための蛍光励起エネルギーを提供する。複数の物質１６０が複数の精子細胞１６０であるものに関する例示的な一実施形態において、Ｘ染色体細胞は、（当技術分野において周知なように、ＤＮＡ含有物に基づいて）Ｙ染色体細胞と異なる強度で蛍光する（３５５ｎｍが、ＤＮＡにヘキスト３３３４２色素が使用されるときに選択されることに留意されたい）。更に、他の実施形態において、１つの特性を持っている複数の細胞である複数の物質１６０は、異なる一群の特性を持っている複数の細胞と異なる強度又は波長で蛍光し得る。更に、複数の物質１６０は、形状、サイズ、又は、任意の他の複数の区別するためのインジケータに対して見られ得る。

従って、複数の精子細胞１６０の実施形態において、細胞１６０の平坦面及び端部への照度は、他の複数の細胞と比べて、精子細胞１６０によって全く異なる。精子細胞１６０の端部から来る蛍光信号は、平坦面から来るものより際立ってより強く、これは、デジタルプロセッサ１５６が、端部からのより強い信号、並びに、細胞１６０のＸ及びＹの平坦面からの通常のより低い信号に対処することの困難性を増大する。従って、精子細胞１６０の平坦面をレーザの照明（即ち、光線１４８）へ向き合うように回転することは、方向付けの変動を減少させ、複数のＸ又はＹ精子細胞１６０を区別するシステムの能力を増大するのに役立つ。

ビームに誘導された蛍光の実施形態において、（図５における）発せられた光線１５１は、次に、対物レンズ１５３によって集光され、続いて、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。

上述のように、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、特定の信号が参照された場合、集束エネルギー装置１５７は、対象の物質１６０に作用するよう用いられ得る（図６Ａから図６Ｃを参照）。しかしながら、代替的な実施形態において、検査装置は、集束エネルギーデバイス１５７により作用を受けた後に、複数の物質１６０を検査する（図６Ｄ参照）。

一実施形態において、複数の物質１６０（即ち、生物学的材料）を含むサンプル１２０の検査は、他の複数の方法によって達成される。従って、マイクロ流体チップ１００の一部又はその複数の出口は、光学的に又は視覚的に検査されてもよい。概して、検査のための方法は、カメラ等による直接の視覚的画像分析を含んでもよく、直接の高輝度の光の画像分析若しくは蛍光画像分析を利用してもよく、あるいは、分光法、透過分光法、スペクトル画像分析、又は、動的光散乱若しくは拡散波分光法のような散乱等の複数のより高度な技術が使用されてもよい。

幾つかの場合において、光学的検査領域１２９は、サンプル混合物１２０の複数の物質１６０に結合する若しくは影響を与える化学物質、又は、特定の材料若しくは疾病の存在する場合に結合するように及び／若しく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使用されてもよい。これらの技術は、複数の疾病を検出するべく、又は、複数の物質１６０を特徴付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。

しかしながら、別の実施形態において、蛍光が使用されない場合、偏光後方散乱の方法もまた、使用されてもよい。分光法を使用して、複数の物質１６０は上述されたように検査される。陽性結果を有して蛍光を発したそれらの物質１６０（即ち、標識によって反応したそれらの物質１６０）のスペクトルは、集束エネルギー装置１５７による選択のために識別される。

一実施形態において、複数の添加物若しくはシース又はバッファ流体１６３に対する当該物質１６０の反応若しくは結合に基づいて、あるいは、複数の物質１６０の自然蛍光若しくは複数の物質１６０に関連付けられた物質の蛍光を識別タグ若しくはバックグラウンドタグとして使用することによって、又は、選択されたサイズ、寸法若しくは表面特徴等を満たすことによって、複数の物質１６０は、検査及び識別されてよい。

一実施形態において、アッセイの完了に応答して、（電子信号を監視し、集束エネルギー装置１５７を採用する）コンピュータ１８２及び／又はオペレータを介して、破棄及び収集されるべき複数の物質１６０の選択がなされてもよい。

［集束エネルギー装置の適用］ 本発明の集束エネルギー装置１５７は、チャネル１６４において、又は、チップ１００と、コンテナ１８８との間で複数の物質１６０に多数の作用を実行し得る。

一実施形態において、集束エネルギーデバイス１５７は、多数の手法によって複数の物質１６０に光による損傷を与え、又は、破壊すべく、作用する。

具体的には、集束エネルギー装置１５７は、複数の物質１６０（即ち、複数の細胞）を殺すべく作用する。例えば、複数の対象の物質１６０が、不必要な複数の細胞１６０であり得、集束エネルギー装置１６７による作用に応答して、細胞内環境の過熱により細胞死が引き起こされ得る。これは、タンパク質の変性又は酵素の活動の減少を促進し得るが、それに限定されない。

別の方法において、集束エネルギー装置１５７からのエネルギー適用量１５８の作用は、細胞膜の破断、及び細胞１６０の外へ、及び周囲の環境（即ち、シース又はバッファ流体１６３）への細胞含有物の漏出を引き起こすのに十分に強い。

別の方法において、物質１６０又は細胞の死は、集束エネルギー装置１５７からの集束エネルギーパルス１５８のエネルギーの吸収に起因する、活性酸素（ＲＯＳ）の形成により引き起こされ得る。これは、何よりも、ＤＮＡ及びタンパク質の損傷を引き起こすであろう。

別の実施形態において、集束エネルギー装置１５７からの集束エネルギーパルス１５８を使用して、集束エネルギー装置１５７は、複数の細胞１６０のような複数の対象の物質１６０を一時的、又は永続的に無効化し得る。

例えば、レーザ又はＬＥＤ１５７によって生成されたパルスのような集束エネルギーパルス１５８に精子細胞１６０をさらすことは、複数の細胞１６０内の光活性化を生成し、精子１６０の運動性を担う細胞メカニズムの一時的又は永続的な無効化をもたらす。複数の対象の精子細胞１６０の無効化の後で、結果としてもたらされるサンプル１２０は、運動性の精子１６０と、非運動性の（対象とされる）精子１６０とを含有する。この場合、非運動性精子は、自然に卵母細胞を受精させることが不可能となる。

別の実施形態において、ＤＮＡにおけるヌクレオチドの二量体化によって、精子１６０を生殖力のないようにすべく、集束エネルギーパルス１５８を使用することが望ましいことであり得る。複数の精子細胞１６０のような複数の細胞１６０が、紫外光にさらされ、ピリミジン塩基の間に複数の結合を引き起こし、修復されない場合に複写と転写とを抑制する一種の「架橋結合」をもたらす場合に、二量体化が生じる。従って、複数の対象の精子細胞１６０は、運動性により明らかなように、なおも生存するが、複数の対象とされる精子細胞１６０の受精率は、大幅に減少する。

複数の精子細胞１６０に加えて、予め定められたレベルの蛍光を発現する複数の細胞又は複数のコロイド１６０のような複数の物質１６０中の蛍光を光退色すべく、複数のＬＥＤ又は複数のレーザ１５７のような高出力の集束エネルギー源１５７を使用することが可能である。例えば、多くの自己組織化物質形成において、互いから分離するのが困難な広範囲にわたるサイズを持つ複数の物質１６０は、形成される。所望のサイズを有する複数の物質１６０の強化されたサンプル１２０を生成すべく、当技術分野において公知の複数の方法を使用して、全物質１６０に蛍光標識を付けることが出来る。そして、物質１６０のサイズを判断し、予め定められたレベルの蛍光を有する複数の物質１６０を光退色させるべく、光学的検査を使用することが出来る。

具体例において、精液サンプル１２０は、光退色の対象となる細菌又はウィルス細胞のような複数の混入物質を含み得る。別の例は、細胞１６０又はＤＮＡの所与の特性を含み、量的及び／又は質的な測定のためにフルオロフォアによって標識が付けられた精子細胞１６０を含み得る。 その特性を含有する精子細胞１６０は、集束エネルギー装置１５７によって、対象とされてよい。別の実施形態において、その特性を含有しない複数の精子細胞１６０は、光退色に対する対象とされてもよい。血液のような他の細胞混合物における複数の特定の細胞１６０も、生存性を減少させるべく光退色処理に対する候補となる。更に別の実施形態において、光退色させた複数の細胞／複数の物質１６０は、下流側で検出不可能であり得て、従って、後に続く複数の処理段階の影響を受けない（即ち、後に続く複数の処理段階をバイパスする）。

別の実施形態において、複数の物質１６０の無効化と対照的に、集束エネルギーパルス１５８は、複数の物質１６０内のケージド分子又はケージド化合物のような、複数の材料を活性化するのに使用されることが出来る。

１つの用途において、ケージド化合物は、蛍光マーカ、又は複数の細胞反応分子を表すが、それに限定されない。これらの用途において、集束エネルギーパルス１５８は、複数の体外治療のために細胞１６０のシグナリングキネティクスを変更する、ケージド分子又はケージド化合物の光活性化を引き起こすべく使用される。

別の実施形態において、集束エネルギーパルス１５８は、物質１６０の複数の内部特性を変更することにより、複数の細胞又は複数のコロイド１６０を無効化する、複数の光重合事象を活性化することが出来る。

別の実施形態において、細胞内シグナリング経路に対して、集束エネルギーパルス１５８は、細胞の生存性及び機能性を高めるべく、生殖細胞を含む複数の物質１６０又は複数の細胞内に、複数の熱ショックタンパク質を活性化し、又はミトコンドリア生合成若しくは活性化を誘起すべく使用される。検査／検出デバイス１４７、又は、列挙をするにはあまりにも多過ぎる、数多くの他の要素（即ち、環境的、熱的、化学的要素等）のいずれかによりなされた損傷を修復すべく、追加の細胞内の複数の経路もまた、活性化されてよい。

一実施形態において、複数の対象の物質１６０又は細胞のカプセル化を促進する多分岐ＰＥＧアクリレート／ＰＥＧビニル／等を使用して、複数の対象の細胞１６０、複数のコロイド、又は他の複数の物質を一時的にカプセル化又は永続的に包含すべく、当業者であれば、集束エネルギーパルス１５８によって光重合を生成可能である。商業上の貯蔵及び配送処理を通しての生存性及び受精率の維持を増進すべく、複数の精子細胞１６０は、カプセル化されることが可能である。

別の実施形態において、複数の集束エネルギーパルス１５８は、対象とされる複数の細胞又は複数の物質１６０の表面上に複数の光重合事象を引き起こすべく使用される。これは、複数の対象の物質１６０のサイズ又は密度を変更すべく、又は、カプセル化物質の複数の特性及び複数の性質を改善すべく、カプセル化物質のサイズ又は密度を増大させる。

別の実施形態において、ベシクルの疎水性部分における光重合シーケンスは、その中でのカプセル化によって、所望の分子又は物質１６０を永続的に封入するよう使用されてもよい。

別の方法において、集束エネルギー装置１５７は、複数の対象の物質１６０に外部から作用すべく、又はそれらの周囲の環境を変更すべく、使用されてもよい。

１つの方法において、集束エネルギーパルス１５８は、複数の対象の細胞又は複数の物質１６０の周囲の局所的な環境を加熱するのに使用される。その結果、熱の増大が、複数の対象の細胞１６０に毒性を引き起こすのに十分となる。

別の実施形態において、集束エネルギーパルス１５８は、複数の対象の細胞１６０にごく近接した（複数のベシクルのような）複数の送達媒体を含有する検体の破裂を促進すべく使用される。送達媒体は、精子細胞１６０の一時的な不動性を引き起こすフッ化ナトリウム（ＮａＦ）、又は複数の精子１６０の受精能獲得を促進するヘパリンのような複数の分子を運ぶ。検体又は活性化物質の濃度が局所的に増大する場合、複数の対象の精子細胞１６０又は他の複数の物質は、複数の対象でない細胞１６０における同様の反応を活性化させることなしに、複数の局所的な信号に反応する。

別の実施形態において、複数の物質１６０又は複数の細胞が表面に取り付けられた場合、周囲の環境は、表面弾性係数を変化させるべく、又は、複数の物質１６０若しくは複数の細胞を囲む表面から、複数の細胞反応化学物質を放出すべく、集束エネルギーパルス１５８によって変更される。

一実施形態において、光／ＥＭ波１５８の吸収による熱の生成は、温度変化を引き起こし、複数の物質１６０又は複数の細胞を殺す。

別の実施形態において、集束エネルギーパルス１５８は、予め定められた化学結合を形成すべく、又は取り付け材料における化学結合を破壊すべく使用される。従って、複数の幹細胞１６０のような複数の物質１６０の複数の区別された細胞株への区別を管理する。

一実施形態において、幾つかの用途について、細胞吸収又は複数の対象の物質１６０への細胞の付着を促進すべく、複数の集束エネルギーパルス１５８を使用することが望ましい。

一実施形態において、複数の抗体、複数の細胞プローブ、又はＤＮＡの細胞吸収は、局所的な加熱によって強められる。

一実施形態において、上記の局所的な加熱によって、物質１６０又は細胞生存性を維持するためにもまた、温度上昇が最適化される場合、複数の物質１６０の複数の対象の生存細胞１６０への内在化は、選択的に促進される。

一実施形態において、供給されるべき物質１６０は、物質に取り付けられ、これは、光源１４７によって対象とされた場合、短寿命の微小気泡をもたらし得る。例えば、オリゴヌクレオチドは、金のナノ粒子に接合されてよい。金が、最適化された波長で光源１４７によって加熱される場合、微小気泡が、短寿命で形成される。微小気泡のキャビテーションに応答して、金のナノ粒子は、破壊されて離れ、ナノ粒子の破片及びそれに取り付けられた物質は、細胞膜を通すように透過処理される。

別の実施形態において、対象の物質１６０の温度上昇は、微小気泡の形成を引き起こすのに十分ではない。局所化した温度上昇は、細胞生存性を維持するべく、複数の対象の生存細胞への複数の物質１６０の内在化を選択的に促進するのに最適化される。

同様に、別の実施形態において、複数のコロイド又は複数の物質に材料を付着させるべく集束エネルギーパルス１５８を使用することによって、物質１６０の形状又は物質１６０の複数の特性は、変更され、従って、磁場又は電場のような複数の追加の分離技術に、通常はそのような複数の力の影響を受けにくい複数の材料を分離させることを可能とする。

［集束エネルギー装置の動作］ 一般的に、フローサイトメトリーの解析、及び集束エネルギー装置１５７又はレーザのような電磁的放射源を使用する複数の作用システムは、複数の選択された物質１６０に作用すべく、制御されたエネルギーレベルを個々の複数の物質１６０に供給することを要求するのが普通である。一実施形態において、そのようなシステムは、集束エネルギー装置１５７を使用して、対象とされる複数の物質１６０若しくは複数の細胞を殺し、変更し、損傷を与え、又は破壊するとしてよい。他の実施形態において、上述されたように、他の複数の方法の中でも特にそのようなシステムが、選択された複数の物質１６０若しくは複数の細胞中の、又は複数の選択された物質１６０を取り囲む流体、媒質、又は基質中の複数の対象を活性化し得る。

複数の集束エネルギーパルス１５８を利用する上記の方法において、標的型照射又は連続的除去のいずれかの複数の方法により、放射が適用され得る。その結果、所望の複数の物質１６０は影響されず、不必要な、変更され、殺され、破壊され、又は損傷を受けた複数の物質１６０は、サンプル１２０から判別される。上述のようなものと同様の考慮が、標的型照射モード及び連続的照射モードに対するレーザ波長及びレーザ出力の選択をする場合に与えられる。

［ａ．標的型照射］ より具体的には、標的型照射において、集束エネルギー装置１５７は、対象とされる物質１６０に対して用いられる。具体的には、サンプル１２０の流体混合物中の物質１６０は、例えば、上記の方法の１つ又は複数により、物質１６０の特定の特性が評価されるチャンバ１２９中の検査／検出領域を通過し得る。

従って、フローベースのシステムにおいて、例えば、集束エネルギー装置１５７の作用領域１２９は、検査のために光源１４７を使用する光学的検査領域から下流側である。代わりに、集束エネルギー装置１５７は、更に下流側において、検査の前に利用される。一実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、作用チャンバ１２９において複数の物質に作用する。光学的検査領域と作用領域との間の距離は、異なるタイミングを許容すべく調整されてよい。

予め定められた基準に基づいて、選択された物質１６０を保持するか、破棄するか、又は作用するかのいずれかの決定がなされる。作用のために標識が付された複数の物質１６０は、集束エネルギー装置１５７からのエネルギーのトリガされたパルス１５８により衝突される（例えば、図６Ａから図６Ｃ参照）。

物質１６０又は細胞は、対象とされない場合、影響を受けずに、チャンバ１２９を通って、チャネル１６４を介して、流出チャネル１４１及びコンテナ１８８へ流れる。コンテナ１８８は、複数の対象の物質及び複数の対象とされない物質１６０を判別された生成物１６５として収集する。

一実施形態において、レーザパルス１５８は、短い持続時間を有し、個々の複数の物質１６０又は複数の細胞を選択的に対象とし得る。一方で、近傍にあり得る、複数の対象とされない物質１６０又は複数の細胞に意図されていない影響を及ぼす。従って、複数の対象とされない物質１６０又は複数の細胞への「オーバースプレー」を避ける。パルスエネルギーは、所望の効果を実現するよう選択され、その一方で、周囲の媒質、又は、例えば、流れのシステムにおいて、望ましくない乱れを回避することは、意図されていないキャビテーション又は泡の形成を引き起こさない。様々なレーザ波長が使用され得る。しかしながら、流束の要件は、対象の物質１６０、色素、及び環境の特性に依存して異なり得る。

レーザユニット１５７は、限定された出力を有し、特に複数の小型のモデルは、高いパルス周波数（＞１００ｋＨｚ、典型的には）で動作する。必要とされる流束を最小化するレーザ波長を選択することが好ましいことであり得る。例えば、作用処理に使用される色素、他の複数の対象、又は複数の物質１６０（即ち、複数の分子）の吸光度に、レーザ１５７の波長を適合させることは、効率及び有効性を大幅に改善する。加えて、パルスエネルギー１５８は、所望の効果を実現するよう選択され、その一方で、周囲の媒質、又は、例えば、流れのシステムにおいて、望ましくない乱れを回避することは、意図されていないキャビテーション又は泡の形成を引き起こさない。

複数の物質１６０として、精子細胞１６０に関連付けられた一具体例において、３５５ｎｍレーザ１５７は、細胞を染色する処理に対して使用された色素（即ち、ヘキスト３３３４２色素）を利用すべく使用された。同様の例において、３４９ｎｍレーザ１５７が使用され得る。そのような例において、複数の不必要な精子細胞１６０が光による損傷を受け、破壊され、又は殺される場合、０．５から８．０ｐＪのパルスエネルギーレベルが使用される。

［ｂ．連続的照射］ フローベースのシステムのような、連続的照射において、集束エネルギーパルス１５８は、常に用いられ、複数の対象とされない物質１６０（即ち、損傷を受け、破壊され、変更され、又は殺されるべきでない必要な複数の物質１６０）、又は、作用することを必要としない残屑又は混入物質の横断のためにのみ遮られる。

上述されたように、予め定められた基準に基づいて、物質１６０を保持するか、若しくは破棄するか、又は、物質１６０に光による損傷を与え、殺し、変更し、無効化し、若しくは破壊することを含む作用をするかのいずれかの決定がなされる。連続波（ＣＷ）若しくは急速パルスレーザ又はＬＥＤのような、集束エネルギー装置１５７は、複数の物質１６０に集束エネルギー１５８の連続的なストリームを供給し、例示のフローシステムにおいて、サンプル１２０の流体流のフローストリームにおける特定の位置を通過する全ての物質１６０に作用（即ち、光による損傷を与え、変更し、無効化し、破壊し、又は殺すことを含む）するべく、使用される。作用領域において複数の対象とされない物質１６０が発見された場合、複数の対象とされない物質１６０（即ち、幾つかの場合において、複数の破棄されるもの）が、影響されずに通過することを可能にすべく、レーザービーム１５８は、切断され、偏向され、又はそうでなければ、短い時間の間、遮断される。対象の又は非対象のいずれであっても複数の物質１６０は、チャネル１４１を通りコンテナ１８８へと流れる。

ビーム１５８を遮断又は拡散するための方法は、機械的（シャッタ、チョッパ、ガルバノミラー）、光学的（音響光学デフレクタ、音響光学変調器、空間光変調器、デジタルマイクロミラーデバイス、偏光修正、液晶ディスプレイ）、電子的（Ｑスイッチレーザのパルス調整、低下、又は変更）、又は音響的なものを含む。任意の他の公知、又は将来の適した複数の方法、又は複数の技術が、集束エネルギービーム１５８を遮断するために利用されてよい。

標的型又は連続的な方法のいずれかによって、エネルギーパルス１５８は、短い持続時間を有し、集束エネルギー装置１５７は、単独の物質１６０のみを選択的に標的とし、サンプル１２０の流体流において近傍にある他の複数の物質１６０に影響を与えないとしてよい（即ち、「付帯的な損傷」を制限し得る）。エネルギーパルス１５８は、ユーザの必要性に応じて、物質１６０への所望の作用（即ち、物質１６０を損傷し、変更し、殺し、又は破壊する）を実現するのに十分に選択される。集束エネルギー装置１５７からのパルスエネルギー１５８は、キャビテーション、泡形成、又はエネルギー吸収の方法に起因して、サンプル１２０の流体への乱れを引き起こさないであろう範囲内に収まるべきである。

複数の対象とされない物質１６０への意図されていない作用、損傷、及び破壊を低減するための他の複数の技術は、パルスエネルギー１５８の大部分を吸収し、ビーム１５８の方向を変更し、又は、複数のパルス１５８をフローストリーム１２０へと照射することにより過剰なエネルギーを放つものを含む。これらの技術は、具体的には、複数の過剰なレーザパルス１５８をエネルギー吸収デバイスへと焦点を外す又は偏向することを目的とするよう、機械的にミラー又はレンズを移動させることと、レーザ１５７の伝播角度を変更することを目的として、電子的に変更された複数のレンズと、目下のフローストリームにおける複数の物質１６０の物質間のタイミングに関するデータによって、レーザ１５７からのパルスエネルギーデータを調整する洗練されたトリガ技術とを、含むことが可能である。

［ｃ．パルスタイミング］ 集束エネルギーデバイス１５７による複数の物質１６０への複数の作用の間のタイミングは、均一ではなく、多くの短い間隔及び極めて長い間隔が生じるポアソン分布に従う。レーザベースの作用システム１５７は、複数の固有の限定要素を有するので、レーザパルス１５８の間に短い「再充電時間」を有することが好ましい。（集束エネルギー装置１５７に固有の）レイテンシ時間に、「充電／再充電」時間を加えた時間は、集束エネルギー装置１５７が、対象とされる物質１６０に反応（パルスを供給）しつつ、必要とされるエネルギーレベルを供給することの可能な最小の時間である。

一実施形態において、充電時間は、０．１μｓから１ｓの範囲であるべきであり、好ましくは、０．１μｓから４ｍｓの間であるべきである。複数のエネルギーレベルにおけるパルス毎の変動は、複数の対象の物質１６０又は複数の細胞への所望の効果の生成レート、及び複数の対象とされない物質１６０又は複数の細胞の衝突に対する可能性に影響を与える。一様でない間隔で発せられた場合、パルス毎の安定性は高くすべきである。一例において、パルスオンデマンドモードにおけるＱスイッチレーザ１５７は、個々のパルスを１．３μＪから２．３μＪの範囲にセットされ、１．８μＪの平均パルスエネルギーを供給するよう使用された。

フローベースのシステムにおいて、作用領域１２９は、チャンバ１２９における光学的検査領域から下流側に、又はその上流側に、配置されてよい。光学的検査領域と作用領域との間の距離は、異なるタイミングを許容するように調整されてよい。パルスレーザ１５７に対する十分な充電時間を許容すべく、複数の物質１６０又は複数の細胞の検査と、選択された複数の物質１６０又は複数の細胞への作用との間の最小のタイミングは、１μｓ以上とすべきである。

集束エネルギー装置１５７は、相当な期間に対し、例えば、７５から９５％に選択されることが出来、その範囲であることが出来る精度で、最大５，６００物質／秒までの作用レートで問題なく動作する。フローストリームにおける複数の物質１６０の間のスペースが制御されるシステムにおいて、システム１５７は、最大でレーザ１５７の反復レートまでの作用レートで動作することが可能である。

［ｄ．複数の物質の選択］ 一実施形態において、物質１６０の検査の前に、集束エネルギー装置１５７が用いられる。しかしながら、別の実施形態において、集束エネルギー装置１５７による作用のために、どの物質１６０が選択されるかを判断することを目的として、上述のように、複数の物質１６０の集団へのエネルギー装置１５７の作用のための決定をすべく、検査の後の複数の物質１６０の複数の測定される／算出される特性のヒストグラム又は任意の図表による表現が、使用されることが可能である。一実施形態において、検査が達成された後に、スパン（即ち、チャンバ１２９の検査領域を通る通過時間）のプロットは、異なるフロー条件のサンプル１２０のコアストリームの相対的なサイズと、メインチャネル１６４にわたる物質１６０又は細胞の分布と、物質１６０の移動速度、並びに特定のチップ１００の設計内の物質１６０の速度の変化とを反映することが可能である。

上述のように、メインチャネル１６４の高アスペクト比は、物質１６０又は細胞の流体力学的集束、移動、及び方向付けに重要である。一実施形態において、マイクロ流体チャネル１６４に対して１より小さい高アスペクト比が、本発明において使用される。好ましくは、２／３の高アスペクト比が、メインチャネル１６４のために使用される。スパンの値は、それ自体で、物質１６０の速度をほぼ示す。大きなスパンの値は、複数の物質１６０が検査光線１４８を低速で通過することを示す。タイトサイズのスパンは、サンプル１２０のコアストリームは、チャネル１６４の中央平面により近く、物質１６０の速度変化がより小さいことを示す。

一実施形態において、チップ１００を流れていようと、流出部１１２から流れ出ていようと、複数の選択された物質１６０に正確に作用するために、集束エネルギー装置１５７が、選択された複数の物質１６０又は複数の細胞を正確に対象とすることを確実にすべく、複数の物質１６０のより少ない速度変化が許容される。従って、上述の位置付け及び方向付けの複数の方法（即ち、能動的、受動的方法）に基づいて、複数の物質１６０は、複数の物質１６０の速度変化を減少すべく、チャネル１６４の断面の中央近くに配置される。

一実施形態において、生きている複数の精子細胞１６０のような、平坦形状の物質１６０又は複数の細胞のために、方向及び速度変化の両方が考慮に入れられることが必要である。従って、鉛直軸に沿ったチャネル１６４の中央平面から押されてオフセットされた複数の精子細胞１６０（図８Ｂ参照）は、より良い分解能（例えば、検査の後に得られるヒストグラムでは、Ｘ精子細胞１６０と、Ｙ精子細胞１６０との区別において５０％以上分離された）と、方向付けが上手くいっていない細胞１６０の集団をより少なく取得する傾向がある。従って、例示的な一実施形態において、好ましくは、流体力学的集束段階の制御によって、サンプル１２０のコアストリームが、チャンバ１２９の検査／検出領域におけるメインチャネル１６４の断面積にわたって、メインチャネル１６４の幅において約１０ミクロン（１０μｍ）、及び高さにおいて５ミクロン（５μｍ）から１０ミクロン（１０μｍ）に、好ましくは形成され、メインチャネル１６４の中心平面から約２ミクロン（２μｍ）から１０ミクロン（１０μｍ）のオフセットをし、分解能及びターゲット（即ち、光による損傷を与え、殺す）効率は、バランスがとられる。

複数の物質１６０が精子細胞である一実施形態において、対象の精子細胞１６０は、雄性保有の精子細胞（即ち、Ｙ染色体保有の精子細胞）であってよく、対象とされない精子細胞１６０は、雌性保有の精子細胞（即ち、Ｘ染色体保有の精子細胞）であってよい。別の実施形態において、対象の精子細胞１６０は、雌性保有の精子細胞（即ち、Ｘ染色体保有の精子細胞）であってよく、対象とされない精子細胞１６０は、雄性保有の精子細胞（即ち、Ｙ染色体保有の精子細胞）であってよい。

一実施形態において、保護的な外層を通じて、複数の物質へと、即ち、複数の保護膜を通じて、複数の細胞へと（図６Ｄ参照）ＤＮＡのような分子、又は他の複数のプローブを組み込むべく、局所化された熱ショックを利用することにより、複数の物質１６０は、検査の前に作用を受ける。高い細胞の死亡率により明らかなように、複数の膜で透過処理する問題のないエレクトロポレーションのために必要な高電圧を使用して、分子を組み込むための従来の方法は、望ましいものであり得る。局所化された熱ショックは、より穏やかな処理となり、従って、複数の細胞の生存性を維持するためにより望ましいものであり得る。集束エネルギー装置１５７は、温度の局所化された上昇を生成するよう使用され、従って、熱ショックを達成する。局所化された熱ショックは、複数の物質１６０の透過処理をもたらし、従って、所望の分子の組み込みを容易にする。検査装置１４７は、複数の物質１６０を検出及び検査すべく、その後使用される。そこから、検査装置１４７が、そのために分子の組み込みが達成される、複数の物質１６０の数又は割合を判断する。この方法は、バイオ検出、細胞工学、標的治療、及び、薬品／遺伝子供給において、特に望ましいものであり得る。

［ｅ．作用ゾーン］ 一実施形態において、検査が実行された後で、許容可能なヒストグラムが取得された（即ち、許容可能な分解能及び比較的小さなスパンの分布を有する）後に、選択された複数の物質１６０又は複数の細胞に作用すべく、集束エネルギー装置１５７を用いるべく決定がなされる。より重要なパラメータのうちの１つは、集束エネルギー装置１５７からのパルスのためのタイミング設定（即ち、検査／検出ビーム１４８と、集束エネルギービーム１５８との間の物質１６０についての遅延又は時間間隔）である。

集束エネルギー装置１５７の作用ゾーンは、メインチャネル１６４の断面内の領域である。ここで、図１６に示されるように、選択された複数の物質１６０又は複数の細胞は、有効に作用を受ける（即ち、光による損傷を受け、変更され、無効化され、殺され、破壊される等）ことが出来る。集束エネルギー装置１５７の予め定められたエネルギーレベル及びビーム形状、並びに、マイクロ流体チャネル１６４の設計及びフロー条件に基づいて、作用ゾーンは、作用率（例えば、＜９７％）によって推定されることが出来る。集束エネルギー装置１５７のエネルギーレベルは、集束エネルギー装置１５７の電流及び充電時間に依存する。メインチャネル１６４における全体的なフローレートがより大きくなることは、複数の物質１６０がより速く移動することを意味する。従って、集束エネルギービーム１５８を通る複数の物質１６０の通過時間は、より短くなる。例えば、特定のビーム形状（例えば、２．５ミクロン（２．５μｍ）×１５ミクロン（１５μｍ））を有する２．３μＪの集束エネルギー装置１５７のエネルギーレベル、及び約７．５ｍ／ｓの物質１６０の移動速度に対して、集束エネルギー装置１５７の作用ゾーンは、Ｙ軸方向において約２０ミクロン（２０μｍ）、及び、鉛直方向において約１６ミクロン（１６μｍ）であると推定される。

作用ゾーン内で、影響を受けた（即ち、損傷を受け、変更され、又は殺された）、複数の対象の物質１６０の割合もまた、サンプル１２０のコアストリームの形状及び位置に依存する。複数のシース又はバッファ流体力学的集束フローの複数のフローレートの調整によって、サンプル１２０のコアストリームのサイズ及び位置を、水平方向及び鉛直方向において、作用ゾーンを収容出来るよう調整し得る。 結局、集束エネルギー装置１５７の所望のエネルギーレベルにおいて、本マイクロ流体チップ１００のためのフロー条件は、決定されることが可能である。従って、サンプル１２０のストリームの形状は、好ましくは、例示的には、約１０ミクロン（１０μｍ）の幅、及び５ミクロン（５μｍ）から１０ミクロン（１０μｍ）の高さにし得る。

他の実施形態において、実質的に上述されたような作用ゾーンは、検査の前に、又はサンプル流体１２０が、コンテナ１８８に向かってチップ１００を離れた後に（図６Ｂから図６Ｄを参照）配置される。

［ｆ．精子細胞への処理］ 上述されたように、複数の物質１６０として複数の精子細胞１６０を使用する例示的な一実施形態において、生きている精子細胞１６０（即ち、約５０−５０の複数のＸ染色体細胞及び複数のＹ染色体細胞を有するウシの精子細胞）は、サンプル流入部１０６へと導入され、流体力学的集束段階を通過して、検査領域１２９に達する。検査領域１２９において、色素（即ち、ヘキスト３３３４２色素）は、レーザ１４７のような光源１４７からの検査ビーム１４８により励起される。これは、対物レンズ１５３を通過した後に光学信号検知器１５４によって捕捉される蛍光を複数の細胞１６０内に生成する。

例えば、複数の反射特性における差のような蛍光信号の特性に基づいて、コントローラ１５６は、複数の対象とされない精子細胞１６０から複数の対象の精子細胞１６０を個別に特定及び区別することが出来る。精子細胞１６０が必要な精子細胞である（即ち、Ｘ染色体の精子細胞又はＹ染色体の精子細胞のうちの１つ）場合、必要な又は対象とされない精子細胞１６０にマイクロ流体チャネル１６４を収集装置１８８へと影響されずに通過することを許可する判断がなされる。しかしながら、精子細胞が不必要な精子細胞である（即ち、Ｘ染色体の精子細胞又はＹ染色体の精子細胞のうちの他方）場合、不必要な／対象の精子細胞が作用ゾーン（チャンバ１２９内に存在してもよいし、又は、流出部１１２と、収集装置との間に存在してもよい）に達することを許容するべく、集束エネルギー装置１５７は、予め定められた遅延時間後に対象の精子細胞１６０に作用するよう用いられるであろう。

予め定められた遅延時間後に、作用ゾーンにおける集束エネルギーデバイス１５７の最も効果的な動作を有するべく、本発明は、本発明のシステムにおいてジッタを許容する。対象の精子細胞１６０の移動速度に依存して、対象の精子細胞１６０は、約２μｓの間、作用ゾーンに存在するであろう。集束エネルギービーム１４８は複数の対象の精子細胞１６０の中央部を狙う場合、最も効果的である。従って、ジッタを１又はそれより小さい範囲内に制限するのが好ましい。

上述のように、複数の対象の精子細胞１６０は、集束エネルギー装置１５７の、１）標的型の、若しくは、「パルスオンデマンド」モード、又は、２）「連続的照射」モードのいずれかにより、変更され、光による損傷を受け、殺され、変更され、無効化され、又は破壊され得る。上述のように、必要とされる流束を最小化する、集束エネルギーデバイス１５７のためのレーザ波長を選択することが望ましい。例えば、レーザ波長を精子細胞の染色に使用される色素の吸光度に適合させることは、効率及び有効性を改善することが可能である。例えば、ヘキスト３３３４２色素が染色処理のために使用される場合、集束エネルギー装置１５７に対する３５５ｎｍのレーザ波長が最適である。

一実施形態において、複数の対象の精子細胞は、殺され、又は破壊される。別の実施形態において、複数の対象の精子細胞１６０は、十分に無効化され、その結果、それらは、規定の機能を実行することがもはや可能でなくなる。例えば、対象の精子細胞１６０の尾部は、無効化されてよく、その結果、もはや前進運動性を示さない。従って、対象の、無効化された精子細胞１６０は、卵子を受精させることが阻止されるであろう。

一実施形態において、コントローラ１５６についての高度なソフトウェアは、複数の単独のレーザパルス１５８が照射されることを許容する、上述の要件を満たす高出力レーザ１５７のために設計されることが可能である。従って、標的型照射モード又は「パルスオンデマンド」モードは、集束エネルギー装置１５７により要求される場合はいつも、一貫したレーザパルス１５８を供給する。標的型照射モードは、好ましくは、複数の対象とされない精子細胞１６０が大部分であり、除去される必要のある、対象の精子細胞１６０を比較的少数のみで含有する、複数のサンプル１２０に対して使用される。しかしながら、商業的に利用可能な高速度パルスオンデマンドシステムによって、複数の対象とされない精子細胞と、複数の対象の精子細胞との他の比率を有する複数のサンプルに対しても、標的型照射モードは、実装されることが可能である。

代替的な実施形態において、複数の対象の精子細胞１６０が、複数の対象とされない精子細胞１６０を大きく数で上回る場合、集束エネルギー装置１５７は、複数の対象の精子細胞１６０の全てに作用する（即ち、殺し又は無効化する）のに十分速く、複数のレーザパルス１５８を生成することが不可能であり得る。従って、標的型照射モードは、より効果的でなくなる。この場合、「連続的照射」モードがより有利になる。

上述された連続的照射モードにおいて、集束エネルギー装置１５７は、複数の対象の精子細胞と複数の対象とされない精子細胞１６０とを区別することなく、マイクロ流体チャネル１６４中の特定の位置を通過する、全ての精子細胞１６０に作用（即ち、殺し又は無効化する）すべく使用される、連続波（ＣＷ）レーザ又は準ＣＷレーザ又は急速パルスレーザ１５７となる。複数の対象とされない精子細胞１６０のグループが識別された場合、複数の対象とされない精子細胞（即ち、複数のＸ染色体細胞又は複数のＹ染色体細胞のうちの一方）が、影響されずに通過することを許容すべく、集束エネルギービーム１５８は、切断され、偏向され、又はそうでなければ短い時間の間、遮断される。そのグループは、任意の予め定められた数の対象とされない精子細胞１６０であることが可能である。複数の対象とされない精子細胞１６０が作用ゾーンを通過した後、連続的照射モードは再始動される。

標的型及び連続的照射モードの動作モードの両方において、たとえ複数の精子細胞１６０のうちの１つが、対象の精子細胞１６０の代わりに対象とされない精子細胞１６０である場合にも、サンプル流体１２０ストリーム内の相互に重なり合う、又は、互いに近過ぎる複数の精子細胞１６０は、両方殺され、又は、両方無効化される。本明細書で使用されるように、用語「近過ぎる」とは、集束エネルギービーム１５８の範囲内の２以上の精子細胞の存在を指す。その結果、両方の物質１６０が、集束エネルギービーム１５８により十分に作用を受ける結果、所望の作用が両方の細胞に生じる。加えて、判別された生成物１６５のために全体的なサンプル純度を確実にすべく、対象とされない細胞１６０又は対象の精子細胞１６０のいずれかとして、有効に識別されることが不可能な精子細胞１６０は、集束エネルギービーム１５８により殺され、又は無効化される。本発明の判別するシステムが、複数の対象とされない精子細胞１６０を有効に識別することが不可能であり得る理由は、マイクロ流体チャネル１６４内に生じる流れの問題、染色の問題、ダブレット等に起因し得る。本発明のシステムは、複数の対象の精子細胞１６０、又は、対象の精子細胞若しくは対象とされない精子細胞のいずれかとして、有効に識別されることが不可能である、複数の任意の精子細胞１６０の殺傷又は無効化する方に誤るので、サンプル１２９内に存在する実際の、複数の対象とされる精子細胞１６０の総数より多くのパルス１５８が使用され得る。

一実施形態において、上述のように、集束エネルギー装置１５７の複数のレーザパルス１５８の間に短い「再充電／充電時間」を含むことが好ましい。第１に、２つの連続する精子細胞１６０の間のスペースは、均一ではなく、代わりに、ポアソン分布に従う。サンプル流体流１２０において、一定の割合の、互いに比較的近い複数の精子細胞１６０が存在する。より近い間隔（即ち、より短い経過時間）を有する複数の事象に集束エネルギー装置１５７を用いるべく、集束度が低いエネルギービーム１５８の「再充電／充電時間」が許容されるであろう。更に、２つの精子細胞１６０が、互いに近過ぎ、その結果、蛍光信号が互いに干渉し、精子細胞１６０が対象とする細胞であるか、又は対象とされない細胞であるかの明確な識別がない場合、サンプルの純度を最大化することを目的として、全ての特定不可能な精子細胞１６０を殺傷又は無効化すべく、集束エネルギー装置１５７は、短い期間の時間に複数のレーザパルス１５８を照射する必要があるであろう。従って、高スループットを実現すべく、一般的に、複数のパルス１５８の間にはより短い平均経過時間が必要とされる。

上述のように、判別されたサンプル１２０は、集束エネルギー装置１５７によって作用を受けた後に、収集デバイス１８８内に収集される。従って、一実施形態において、収集された生成物１６５は、元のサンプル１２０となお同一の性別比で、対象とされない精子細胞１６０及び対象とされる（即ち、殺され、変更され、破壊され、無効化された）精子細胞１６０の両方を、包含する。単一のコンテナ１８８内の収集は、全体的なサンプル１２０の質に影響を与えない。従って、一実施形態において、結果として受精のために使用される最終生成物１６５は、複数の対象とされない精子細胞１６０及び複数の対象の精子細胞１６０の両方を含む。代わりに、それに続く生成物１６５の分離技術（即ち、フローサイトメトリー、静電プレート、ホログラフィック光学的トラッピング等）を、例えば、生きている又は死んだ／無効化された精子細胞１６０を生成物１６５の複数の精子細胞１６０から分離すべく、利用してよい。あるいは、遠心分離を、複数の殺され、又は無効化された対象の精子細胞１６０の残留物のような、不必要な残屑を除去するために、利用してよい。

一実施形態において、本発明のマイクロ流体チップシステムは、２０１３年７月１６日に出願された係属中の米国特許出願番号１３／９４３，３２２に説明される、例示的な圧電アクチュエータアセンブリデバイス、若しくは米国特許番号第７，２４１，９８８号、第７，４０２，１３１号、第７，４８２，５７７号、第７，５４５，４９１号、第７，６９９，７６７号、第８，１５８，９２７号及び第８，６５３，４４２号に例えば説明される、光学的トラッピングシステムのような、分離又は隔離機構に合わされて使用される。これらの出願の全ての内容は、参照により、それらの全体において本明細書に組み込まれる。

一実施形態において、図６Ｂから図６Ｃに示されるように、メインチャネル１６４は、判別された複数の物質１６０が収集装置１８８に向かって流れ落ちる前に、液滴１８７の形で流出チャネル１４１及び流出部１１２を離れるように、作用チャンバ１２９の後短くされる。流出チャネル１１２の出口から出るとき（図６Ｂを参照）、又は切断された液滴１８７が落ちるとき（図６Ｃを参照）、及び、収集装置１８８に入る前に、複数の物質１６０が作用を受けることを除いて、集束エネルギー装置１５７の動作は同じである。

［判別された生成物の収集後］ 一実施形態において、判別された複数の物質１６０は、２０％のＴｒｉｓ（Ｃｈａｔａ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍ社により販売されるもののように、商業的に利用可能であることに留意）を有する、コンテナ１８８内に収集される。コンテナ１８８は、チップ１００の流出部１１２の下に配置される。一実施形態において、コンテナ１８８の内容物は、予め定められた間隔で循環され、生成物１６５の混合を確実にする。一実施形態において、コンテナ１８８が予め定められた体積（即ち、１８ｍｌ）に達する場合、コンテナ１８８は、新たなコンテナ１８８によって置換されてよい。

一実施形態において、抗生物質は、充填されたコンテナ１８８に（即ち、０．５ｍｌのＣＳＳ抗生物質が３０ｍｌの生成物１６５に）加えられる。時間が記録され、製品１６５を有する複数のコンテナ１８８は、大きなコンテナの中に収集され、冷却される。一例において、抗生物質を含む生成物１６５を有する３つのコンテナ１８８を一度に、４００ｍｌのプラスチックコンテナ内に配置し、冷却室に設置する。

一実施形態において、予め定められた冷却期間（即ち、２時間）の後に、ＴｒｉｓＢエクステンダ（１４％グリセロールＴｒｉｓ）が、２つのアリコートにおいて、予め定められた時間（即ち、１５分）放置されて、それぞれの管に加えられる。最終サンプル１２０が予め定められた時間の間（即ち、２時間）冷却され、Ｂエクステンダが加えられた後に、複数のサンプル１２０は、５℃に冷やされた遠心分離器内で、８５０×Ｇの強さで２０分の間、遠心分離にかけられる。上清は、各々の管から吸引され、ペレットに０．２ｍｌを残す。全てのペレットは、単一の、予め秤量されたコンテナ（即ち、管）へと混ぜ合わされ、商業的に利用可能な計量プロトコル（即ち、ＳｐｅｒｍＶｉｓｉｏｎ）を使用して、混ぜ合わされたペレットの濃度は決定され、最終濃度が、１１．３５×１０^６細胞数／ｍｌと算出される。最終的な体積は、完全なＴｒｉｓ Ａ＋Ｂ＋ＣＳＳ抗生物質エクステンダ（即ち、５０：５０の比の２０％卵黄Ｔｒｉｓ＋１４％グリセロールＴｒｉｓ）によって調整される。

複数の精子細胞１６０の例示的な実施形態において、プリントされた精液のストローは、充填され、封止され、ストローは液体窒素を使用して凍結される。

一実施形態において、凍結後の品質管理手段は、細菌混入段階を含む。ここで、凍結されたストローは、水浴中で融解され、融解されたストローは、それを消毒すべく、アルコールにより拭き取られる。ストローの内容物が、血液寒天プレート（５％の羊の血液）上に配置され、細菌の内容物を判断すべく、２４時間の間、３７℃で培養される。

一実施形態において、前進運動性のための品質管理手段は、１つの凍結されたストローを水浴で融解すること、及び、ストローの内容物を、管を温めるステージ内に配置された小さな管へと追い出すことを含む。Ｍｏｔｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ、又はＳｐｅｒｍＶｉｓｉｏｎのような商業上の方法は、ストロー毎に運動性の細胞の数を判断すべく使用される。

一実施形態において、純度をサンプリングするための品質管理手段は、１つの凍結されたストローを水浴で融解すること、及びグラスウールを通じて生きている複数の細胞を処理することによりそれらの細胞を分離することを含む。次に、性染色体の比率を判断すべく、生きている細胞集団に、ＦＩＳＨ分析が実行される。

［多重システム］ 一実施形態において、複数のマイクロ流体チップ１００、複数の光学的検査装置及び複数の集束エネルギー装置が、スループットを増大すべく並列にセットアップされる。ここで図１８を参照すると、一実施形態において、例えば、「ｎ個の」システム４０１、４０２等を有し、各々が集束エネルギー装置１５７を具備する多重システムレイアウト４００が図示される。一実施形態において、多重システムレイアウト４００は、例えば、精子ＤＮＡ含有物のような複数の物質１６０の検出のために蛍光励起エネルギーを提供するように構成された、単独の検査装置１４７及び単独の検査ビーム１４８を含む。

一実施形態において、多重システムレイアウト４００は、一連のビームスプリッタ１８９と共にビーム成形光学素子１８１を更に含み、それぞれのビームスプリッタは、入力パワーの５０／５０の分割を提供する。これは、多重システム４０１、４０２等の各々に対して、ほぼ等しい出力のビーム１５８をもたらす。

［外部デバイス］ 分離装置 一実施形態において、集束エネルギー装置１５７がマイクロ流体チップ１００を通じて流れる複数の物質１６０に作用する後で、流出チャネル１４１へと流れる代わりに、分離機構（即ち、（外部又は内部の）圧電アクチュエータアセンブリデバイス）、光学的トラッピングアセンブリ、静電プレート、又は、他の当業者に周知の分離機構が、複数の対象とされる物質１６０又は複数の対象とされない物質１６０を分離してよい。（例えば、２０１３年７月１６日に出願された米国特許出願番号第１３／９４３，３２２号、又は米国特許番号第７，２４１，９８８号、第７，４０２，１３１号、第７，４８２，５７７号、第７，５４５，４９１号、第７，６９９，７６７号、第８，１５８，９２７号及び第８，６５３，４４２号を参照。これらの出願の全ての内容は、本明細書にそれらの全体の参照によって組み込まれる。）

従って、例示的な一実施形態において、複数の対象とされる物質を流出チャネル１４０から１４２のうちの１つへと、及び複数の対象とされない物質１６０を流出チャネル１４０から１４２のうちの別のものへと分離する分離機構によって、集束エネルギー装置１５７によって損傷を受け、殺され、無効化され、破壊され、又は変更された、複数の対象とされる物質１６０は、複数の対象とされない物質１６０から分離されることが可能である。

別の実施形態において、複数の対象とされる物質は、流出部１１２から抜け出した後、例えば、当技術分野において周知の静電プレートの使用により分離機構を使用して分離される。

更に別の実施形態において、集束エネルギー装置１５７は、複数の物質１６０が流出部１１２から抜け出る又は落ちる際に、複数の物質１６０に作用し、分離機構はまたその後、複数の対象とされない物質から、又は生成物１６５から複数の対象とされる物質１６０を分離する。

［ポンピングメカニズム］ 図１９から図２１に示されるように、一実施形態において、ポンピングメカニズムは、リザーバ２３３（又はサンプル管２３３）から管２４２を介してマイクロ流体チップ１００のサンプル流入部１０６へとサンプル流体混合物１２０をポンピングするための圧力を提供する加圧ガス２３５を有するシステムを、備える。

１つの中央リザーバ２４０（図２０から図２１を参照）、又は複数の別個のリザーバ２４１（図１９を参照）は、シース又はバッファ流体１６３を包含し、シース又はバッファ流体１６３を導入すべく、管を介してマイクロ流体チップ１００のそれぞれのシース又はバッファ流入部１０７、１０８、１７２へ連結される。一実施形態において、複数のリザーバは、折り畳みコンテナ２３７である（図２０から図２１を参照）。これらは加圧管２４０内に配置され、加圧ガス２３５は、シース又はバッファ流体１６３をマイクロ流体チップ１００へ押す。一実施形態において、加圧管２４０は、シース又はバッファ流体１６３を、複数の異なる流出部を有するマニホルド２３８へ押す（図２１を参照）。その結果、シース又はバッファ流体１６３は、管２３１ａ、２３１ｂ、又は２３１ｃを介して、チップ１００のシース又はバッファ流入部１０７、１０８、又は１７２へそれぞれ供給される。３つのシース又はバッファ流体流入部の構成が示される（即ち、図１Ｆ）が、当業者であれば、シース又はバッファ流体をマイクロ流体チップ１００に供給する、より少ない、又はより多い管が可能であることを知っているであろう。加えて、管は、図１８から図２１においてマイクロ流体チップ１００に入るものとして示されているが、チップ１００上の複数の流入部に対する管の配置は、正確な順序で示されていない。更に、当業者であれば、管は、チップホルダ２００を介してチップ１００に入ることを知っているであろう（後述される）。

一実施形態において、個々のリザーバ２４１又は中央リザーバ２４０のそれぞれは、リザーバ２４１、２４０内の気体２３５の圧力を調整する圧力調整器２３４を含む（図１９から図２１を参照）。一実施形態において、圧力調整器２３９は、サンプル管２３３内の気体２３５の圧力を調整する。流量計２４３及びフローバルブ２４４は、それぞれ、管２３１ａ、２３１ｂ、又は２３１ｃを介して、（ホルダ２００を介して）それぞれシース又はバッファ流入部１０７、１０８、又は１７２へとポンピングされるシース又はバッファ流体１６３を制御する。従って、管２３０、２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは、複数のシース又はバッファ流体１２０をチップ１００へと最初に充填するために使用され、チップ１００の動作全体にわたって、サンプル流体１２０をサンプル流入部１０６又はシース若しくはバッファ流入部１０７、１０８（及び１７２）へと充填するために使用されてもよい。

一実施形態において、複数のマイクロ流体チャネルにおいて一定のフローレートで安定した流れを実現すべく、シース流の経路に配置されたフローバルブ２４４（図１９から図２０を参照）へフィードバックを提供すべく、流量計２４３が使用される。流れの正確な制御によって、検出の間、及び、検査／検出スポットと、作用スポットとの間で、全体的なフローレートの変化は、設定されたフローレートの１％より小さく、複数の対象の物質１６０への移動速度の変化は、１％より小さい。

一実施形態において、シース又はバッファ流体中の溶解した気体を除去すべく、圧力円筒容器とマニホルドとの中間に配置される真空チャンバ（不図示）を介して、シース又はバッファ流体１６３はポンピングされる。真空チャンバの内側に、気体透過性の管のセグメントが、流入ポートと流出ポートとの間に配置される。シース又はバッファ流体は、気体透過性の管を介して真空チャンバの内部を移動する一方、溶解した気体は管の壁を通過する。他方、液体は管の内側に残留する。適用された真空は、管の壁の気体の浸透に役立つ。一実施形態において、気体透過性の管は、液体に対し高い水浸入圧を有するが、気体に対して透過性のある、例えば、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ＥＰＴＦＥ）のような疎水性の多孔質材料により作成される。

［コンピュータ制御］ 一実施形態において、コンピュータシステム１５６のユーザインタフェースは、コンピュータスクリーンを含む。コンピュータスクリーンは、マイクロ流体チップ１００の上のＣＣＤカメラ１８２によって得られる視野内の複数の物質１６０を表示する。

一実施形態において、任意のサンプル流体１２０、シース又はバッファ流体１６３をマイクロ流体チップ１００へとポンピングするためのポンプ（即ち、図１９から図２０のポンピングメカニズム）のような任意の外部デバイスを使用される場合には、コンピュータ１５６又はコントローラ１５６は制御し、マイクロ流体チップ１００へと流入される流体１２０、１６３の温度を設定する任意の加熱デバイスもまた、制御する。

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り実装されてもよい。コンピュータ可読媒体に格納された複数の命令の実行に応答して、複数の命令は、コンピューティングデバイス１５６に、本明細書で説明される任意の複数の動作、複数の段階、複数の制御オプション等のいずれかを実行をさせることが可能である。

本明細書に説明される複数の動作は、１又は複数のコンピュータ可読記憶デバイスに格納される、又は他の複数のソースから受信されるデータに対して、データ処理装置若しくはデータ処理回路により実行される複数の動作として実装されてよい。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、又はコードとしてもまた公知である）は、コンパイラ言語、若しくはインタプリタ言語、宣言型若しくは、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かれることが可能である。これは、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、オブジェクト、又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ることが可能である。コンピュータプログラムは、必要ではないが、ファイルシステム内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又はデータ（例えば、マークアップ言語のドキュメントに格納された１又は複数のスクリプト）を保持するファイルの一部に、当該プログラムに専用の単一のファイルに、又は、複数の連携されたファイル（例えば、１又は複数のモジュール、サブプログラム、若しくは、コードの一部を格納する複数のファイル）に、格納されることが出来る。コンピュータプログラムは、１つのサイトに配置される、若しくは複数のサイトに渡って分散され、通信ネットワークによって相互接続される１つのコンピュータ又は複数のコンピュータ上で実行されるように、配置されることが出来る。コンピュータプログラムの実行に適した処理回路は、例として、複数の汎用及び特定用途用の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又は複数のプロセッサを含む。

［マイクロ流体チップホルダ］ 一実施形態において、マイクロ流体チップ１００は、チップホルダ２００に搭載される（図２２Ａから図２３Ｂを参照）。チップホルダ２００は、検査装置及び集束エネルギー装置に対するホルダ２００の位置決めを可能とすべく、並進移動ステージ（不図示）に設置される。上述の態様において、開口部１５０で、検査装置からの光線１４８が複数の物質１６０をインターセプトし得る、及び、集束エネルギー装置１５７が複数の物質１６０に作用し得るような位置に、マイクロ流体チップホルダ２００は、マイクロ流体チップ１００を保持するように構成される。

ホルダ２００へのチップ１００の取り付けのための機構は、それらの動作の方法と共に後述される。しかし、当業者であれば、本発明の目的が満たされる限りにおいて、これらのデバイスは、マイクロ流体チップ１００を収容する任意の構成であってよいことを知っているであろう。

図２２Ａから図２３Ｂ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、又は他の適切な金属／ポリマ材料のような適した材料で作成され、メインプレート２０１及びフィッティングプレート２０２を含む。メインプレート２０１及びフィッティングプレート２０２は、任意の適した形状であってよいが、それらの構成はチップ１００のレイアウト及びチップ１００へのアクセスのための要件に依存する。

一実施形態において、メインプレート２０１は、実質的にＬ字形状を有するが、ホルダ２００の形状は、チップ１００のレイアウトに依存する（図２２Ａから図２３Ｂを参照）。Ｌ字型のメインプレート２０１の一つの脚部は、設置ねじ２１９を受け入れるよう構成された複数のスロットを含む。設置ねじ２１９は、並進移動ステージ上のホルダ２００に設置するのに使用される。任意の適した形状及びサイズの任意の数のスロットは、メインプレート２０１に含まれ得る。一実施形態において、４つのねじ２１９が、平行移動ステージ上にホルダ２００を設置し、ホルダ２００の位置を調整するのに使用される。しかしながら、当業者であれば、任意の数の任意のサイズのスロット及び設置ねじが使用され得ることを知っているであろう。

一実施形態において、スイッチバルブ２２０は、Ｌ型のメインプレート２０１の１つの脚部上に、設置ねじ２１９の上方でメインプレート２０１に取り付けられる（図２２Ａから図２３Ｂを参照）。更に、Ｌ型のメインプレート２０１の他の脚部において、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ及び２０７Ｂのような、一対のリニアアクチュエータは、スイッチバルブ２２０とメインプレート２０１の同じ側面上に配置される（図２２Ａから図２３Ｂを参照）。

一実施形態において、Ｌ型のメインプレート２０１の他の側面上で及び他の脚部に沿って、フィッティングプレート２０２は、メインプレート２０１に取り付けられる（図２２Ａから図２３Ｂを参照）。フィッティングプレート２０２は、複数の流体／サンプルをマイクロ流体チップ１００に連通させるために、外部管を受け入れ、外部管と係合するよう構成された（図１９から図２３Ｂを参照）、複数のフィッティング２０４から２０６を（例えば、図２２Ａから図２２Ｂを参照）収容する複数の開口部を含む。一実施形態において、フィッティングプレート２０２は、シース又はバッファ流入１０７、１０８、及びサンプル流入部１０６それぞれを整列すべく使用される、３つのフィッティング２０４から２０６を含む（図１Ｂ及び図２２Ａから図２２Ｂを参照）。別の実施形態において、４つのフィッティング２０４から２０６、及び２１６は、シース又はバッファ流入部１０７、１０８、サンプル流入部１０６、及びシース又はバッファ流入部１７２のそれぞれと整列すべく使用される（図１Ａ及び図２３Ａから図２３Ｂを参照）。しかしながら、当業者であれば、複数のフィッティングは、マイクロ流体チップ１００の流入部の数と一致し、管を介して１又は複数のリザーバから流体の透過を許容すべく、数及び位置に関して任意のやり方で配置されるであろう（図１９から図２１を参照）ことを知っているであろう。

一実施形態において、一対のスロットウォッシャ２０３Ａ、２０３Ｂは、フィッティングプレート２０２及び空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ、２０７Ｂを、メインプレート２０１に固定する（図２２Ａから図２３Ｂを参照）。従って、メインプレート２０２からスイッチバルブ２２０及び空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ、２０７Ｂを分解することなく、フィッティングプレート２０２は、メインプレート２０１から容易に除去される。

一実施形態において、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ、２０７Ｂの各々は、それに連結され、円筒体の部分に対して伸縮可能なピストンロッドを有するピストン（不図示）を含む。一実施形態において、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａにおいて、空気は、ポート２０９を通ってスイッチバルブ２０８へと供給され、ポート２１０、２１１を通じてポート２１２、２１３にそれぞれ抜け出る。空気は、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａのポート２１４Ａ、２１４Ｂから、空気圧シリンダアクチュエータ２０８Ａのポート２１５Ａ、２１５Ｂそれぞれに、更に供給される。

空気が、空気供給部からポート２０９を通じて、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ、２０７Ｂへ入ってくることを、それぞれ許容又は防止すべく、スイッチバルブ２０８のトグルスイッチ２２０は、開閉する。空気が、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ、２０７Ｂに提供される場合、ユーザがマイクロ流体チップ１００を搭載する（又は、降ろす）ことを可能にすべく（図２２Ａから図２３Ｂを参照）、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ、２０７Ｂの複数のピストンロッドは、開位置へと外側に伸び（不図示）、フィッティングプレート２０２は、マイクロ流体チップ１００から離れて、開位置へと外側に押される。空気供給が閉じられた場合、空気圧シリンダアクチュエータ２０７Ａ、２０７Ｂのピストンロッドは、閉位置へと内側に後退し（図２２Ａから図２３Ｂに図示されるように）、フィッティングプレート２０２はチップ１００に向けて引かれ、チップ１００に対して押されることで、チップ１００とシース又はバッファ及びサンプル流体のための管への連結部との間の液体封止を形成する。

一実施形態において、マイクロ流体チップ１００が閉位置にある場合、フィッティングプレート２０２の表面上で、フィッティングプレート２０２とチップ１１０との間に配置されるＯ−リングは、マイクロ流体チップ１００を損傷から保護すべく、実質的に漏れのない封止を形成する。しかしながら、当業者であれば、任意の数及び構成のＯ−リング又はガスケットが使用されてよいことを知っているであろう。

一実施形態において、チップ１００が、チップ１００の下方に配置される少なくとも１つの収集管１８８を収容するのに十分な高さになるよう、ホルダ２００は配置される。別の実施形態において、複数の収集管は各流出部１１１から１１３の間に配置される。

集束エネルギーデバイスを有するマイクロ流体チップシステムの構成及び複数の配置は、様々な例示的実施形態に示されるように、例示の目的のみである。様々な要素の方向は、他の複数の例示的な実施形態に従って異なってよく、そのような複数の変形形態は本開示に包含されることが意図されることに留意されるべきである。本開示において、幾つかの実施形態のみが詳細に説明されているが、本明細書に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、多くの修正形態が可能（例えば、複数のサイズ、複数の寸法、複数の構造、様々な要素の複数の形状及び複数の割合、複数のパラメータの値、設置の構成、材料の使用、色、方向、等の変更）である。一体的に形成されるものとして示される幾つかの要素は、複数の部分又は複数の要素で構成されてもよい。複数の要素の位置は反対にされてもよく、又は、さもなければ異なってもよい。個別の要素の性質若しくは数、又は位置は、変更されてもよく、又は異なってもよい。任意の処理、論理アルゴリズム、又は方法の段階の順序又は順番は、複数の代替的な実施形態に従って、異なり、又は順番を変更されてもよい。様々な例示的実施形態の設計、動作条件及び、構成において、本開示の範囲を逸脱することなく、他の複数の置換、修正、変更及び省略もまた、なされてもよい。そのような修正形態、及び、変形形態の全ては、本明細書において、発明の範囲内に含まれ、以下の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
［項目１］
複数の物質を識別する装置であって、前記装置は、
複数のチャネルが内部に配置されるマイクロ流体チップと、
メイン流体チャネルにおいて、方向付けられた複数の物質を検出及び検査する検査装置と、
前記複数の物質に作用を実行する、集束エネルギー装置とを備え、
前記複数のチャネルは、
識別されるべき複数の物質のサンプル流体混合物が導入される前記メイン流体チャネルと、
複数のシース流体が導入される複数のシース流体チャネルであって、前記複数のシース流体は、前記メイン流体チャネルにおいて前記複数の物質を予め定められた方向に方向付け、一方で、前記メイン流体チャネルにおける層流をなお維持する、前記複数のシース流体チャネルとを有する、装置。
［項目２］
前記検査装置は、前記複数の物質についての情報を判断すべく、前記複数の物質を検出、及び検査する、項目１に記載の装置。
［項目３］
前記複数の物質についての前記情報は、前記複数の物質が、前記集束エネルギー装置の対象とされるべきであるか否かを判断する、項目２に記載の装置。
［項目４］
前記集束エネルギー装置の前記作用は、対象とされる前記複数の物質又は対象とされる前記複数の物質を取り囲む領域に作用する、項目３に記載の装置。
［項目５］
対象とされる前記複数の物質への前記作用は、対象とされる前記複数の物質を損傷し、無効化し、変更し、殺し、又は破壊することである項目４に記載の装置。
［項目６］
前記メイン流体チャネルから導かれる少なくとも１つの流出チャネルを更に備え、前記少なくとも１つの流出チャネルは、前記マイクロ流体チップから前記複数の物質を除去する、項目３から５のいずれか１項に記載の装置。
［項目７］
前記少なくとも１つの流出チャネルは、前記マイクロ流体チップから対象の複数の物質及び対象とされない複数の物質の両方を除去する、項目６に記載の装置。
［項目８］
前記メイン流体チャネルから導かれる複数の側面流出チャネルを更に備え、前記複数の側面流出チャネルは前記少なくとも１つの流出チャネルのいずれかの側に配置され、前記複数の側面流出チャネルは前記マイクロ流体チップから前記複数のシース流体を取り除く、項目６または７に記載の装置。
［項目９］
前記複数のシース流体チャネルは、前記メイン流体チャネルと第１の交点で交差する、第１の複数のシース流体チャネルを有する結果、前記複数のシース流体が前記サンプル流体混合物を少なくとも２つの側面で圧縮する結果、前記サンプル流体混合物が、前記複数のシース流体により拘束された相対的により小さい、より細いストリームになり、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流を維持する、項目８に記載の装置。
［項目１０］
前記複数のシース流体チャネルは、前記第１の交点の下流側の第２の交点において前記メイン流体チャネルと交差する、第２の複数のシース流体チャネルを更に有する結果、前記第２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を、前記少なくとも２つの側面のうちの１つ、又は前記少なくとも２つの側面に対向する２つの側面内で圧縮することにより、前記サンプル流体混合物は更に圧縮され、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する、項目９に記載の装置。
［項目１１］
前記第２の複数のシース流体チャネルのセットが、前記少なくとも２つの側面から前記サンプル流体混合物を圧縮するとき、前記複数のシース流体は、第３の交点において前記メイン流体チャネルに鉛直に配置され、前記第２の交点から下流側に配置された第３のシース流体チャネルを更に有し、前記第３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を更に圧縮するが、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する、項目１０に記載の装置。
［項目１２］
前記複数のシース流体チャネルは、前記複数の物質を流体力学的集束することによって、前記複数の物質は、予め定められた方向に方向付けされ、前記複数の物質が前記メイン流体チャネルを流れるときに、制限されたコア体積に配置される、項目１１に記載の装置。
［項目１３］
内部で前記検査装置が前記サンプル流体混合物中の流体力学的集束された前記複数の物質を検査する作用チャンバを更に備え、前記作用チャンバは、前記第２の交点及び前記第３の交点の少なくとも１つから下流側の前記マイクロ流体チップ内に配置される、項目１２に記載の装置。
［項目１４］
前記検査装置は、前記サンプル流体混合物中の前記複数の物質を照射し、励起すべく、前記作用チャンバへと光線を発する光源を有する、項目１３に記載の装置。
［項目１５］
前記光線は、前記複数の物質内に蛍光を励起することにより、対象の前記複数の物質は、対象とされない前記複数の物質から判別される、項目１４に記載の装置。
［項目１６］
前記光源がレーザである、項目１５に記載の装置。
［項目１７］
前記光線を検出し、前記光線を電子信号に変換する光学信号検知器と、
前記複数の物質が対象とされるべきか否かを判断すべく、前記電子信号を解析するコントローラと、
を更に備える、項目１４から１６のいずれか１項に記載の装置。
［項目１８］
前記集束エネルギー装置は、レーザである、項目４から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目１９］
前記マイクロ流体チップは、１若しくは複数の構造層又は１若しくは複数の平面を有する、項目１３から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目２０］
前記メイン流体チャネルは、前記複数のシース流体チャネルと異なる構造層又は平面に配置される、項目１９に記載の装置。
［項目２１］
サンプル流入チャネル及び前記複数のシース流体チャネルのうちの少なくとも１つは、前記マイクロ流体チップの前記複数の構造層又は前記複数の平面の間に配置される、項目１９または２０に記載の装置。
［項目２２］
前記第１の複数のシース流体チャネルは、前記第２の複数のシース流体チャネルとは、異なる構造層又は平面に配置される、項目１９から２１のいずれか１項に記載の装置。
［項目２３］
前記作用チャンバは、前記マイクロ流体チップにおける前記複数の構造層、又は、前記複数の平面の少なくとも１つを通じて切り込まれた第１の開口部を有し、前記第１の開口部は、第１の透過性のカバーを受け入れる、項目１９から２２のいずれか１項に記載の装置。
［項目２４］
前記作用チャンバは、前記マイクロ流体チップの前記第１の開口部とは反対側における前記複数の構造層、又は、前記複数の平面の前記少なくとも１つを通じて切り込まれた第２の開口部を有し、前記第２の開口部は第２の透過性のカバーを受け入れる項目２３に記載の装置。
［項目２５］
前記マイクロ流体チップは、前記複数のシース流体チャネル及び前記メイン流体チャネルを有する少なくとも１つの機能層と、前記少なくとも１つの機能層にアクセスするための、複数の孔を含む上層とを有する、項目１９から２４のいずれか１項に記載の装置。
［項目２６］
前記第２の複数のシース流体チャネルのうちの１つのサイズは、前記第２の複数のシースチャネルの別の１つと異なる、項目１９から２５のいずれか１項に記載の装置。
［項目２７］
前記第２の複数のシース流体チャネルのサイズは、前記第１の複数のシース流体チャネルのサイズと異なる、項目１９から２６のいずれか１項に記載の装置。
［項目２８］
少なくとも１つの流出チャネルの端部に配置される第１の流出部を更に備える、項目１８から２７のいずれか１項に記載の装置。
［項目２９］
複数の側面の前記流出チャネルの各々の端部に配置される複数の流出部を更に備える、項目２８に記載の装置。
［項目３０］
前記マイクロ流体チップに配置される少なくとも１つのノッチを更に備え、前記少なくとも１つのノッチは、複数の流出部の間に設けられる、項目２９に記載の装置。
［項目３１］
複数の側面の前記流出チャネルのサイズは、前記メイン流体チャネルのサイズと異なる、項目２９または３０に記載の装置。
［項目３２］
前記メイン流体チャネルは、前記マイクロ流体チップにおける、前記第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、項目１２から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目３３］
前記メイン流体チャネルは、前記作用チャンバに向かうにつれてテーパ状となる、項目１３から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目３４］
前記第２の複数のシースチャネルは、前記メイン流体チャネルに合流する前に、テーパ状となる、項目１２から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目３５］
前記第２の複数のシースチャネルは、前記メイン流体チャネルへ実質的に直角から前記メイン流体チャネルに合流する、少なくとも第１の部分を含む、項目１２から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目３６］
前記第２の複数のシースチャネルは、前記メイン流体チャネルの下に実質的に直角から前記メイン流体チャネルに合流する、第２の鉛直部分を含む、項目３５に記載の装置。
［項目３７］
複数の内部傾斜は、前記第１の交点の前に前記メイン流体チャネルの少なくとも１つに配置される、項目１２から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目３８］
複数の内部傾斜は、前記第２の交点の前に前記メイン流体チャネルに配置される、項目１２から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目３９］
複数の内部傾斜は、前記第２の複数のシース流体チャネルの少なくとも１つに配置される、項目１２から１７のいずれか１項に記載の装置。
［項目４０］
前記複数の物質は、複数の細胞である、項目１から３９のいずれか１項に記載の装置。
［項目４１］
前記集束エネルギー装置によって作用を受けるべき前記複数の細胞は、非生存又は非運動性の精子からの生存又は運動性の精子、又は性別又は他の性判別の多様性により判別された精子のうちの少なくとも１つを含む、項目４０に記載の装置。
［項目４２］
前記集束エネルギー装置によって作用を受けるべき前記複数の細胞は、
集団細胞から判別された複数の幹細胞、
複数の未標識細胞から判別された１又は複数の標識細胞、
望ましい又は望ましくない特性によって判別された複数の細胞、
複数の表面マーカに基づいて判別された複数の細胞、
膜完全性又は生存性に基づいて判別された複数の細胞、
特定の特性に従って、核ＤＮＡにおいて判別された複数の遺伝子を有する複数の細胞、
可能な又は予測される生殖ステータスに基づいて判別された複数の細胞、
凍結されたときの生存能力に基づいて判別された複数の細胞、
複数の混入物質又は複数の残屑から判別された複数の細胞、
複数の損傷細胞から判別された複数の健康な細胞、
血漿混合物中の複数の白血球細胞、及び複数の血小板から判別された複数の赤血球細胞、又は、
任意の他の細胞物質から複数の対応する断片へと判別された任意の細胞を含む、項目４１に記載の装置。
［項目４３］
前記レーザは、３４９ｎｍパルスレーザ又は３５５ｎｍパルスレーザのうちの１つである、項目１８に記載の装置。
［項目４４］
前記レーザは、前記複数の物質に毎秒１，０００パルスを超えるレートで１５ｎｓ又はより短い、複数のエネルギーパルスを供給することが可能なパルスＱスイッチレーザである、項目４３に記載の装置。
［項目４５］
前記レーザは、５３２ｎｍレーザである、項目４４に記載の装置。
［項目４６］
好ましくは、前記パルスＱスイッチレーザは、前記複数の物質に毎秒２００，０００パルスを超えるレートで、１０ｎｓの複数のエネルギーパルスを供給する、項目４４又は４５に記載の装置。
［項目４７］
前記複数の物質の前記検査の後に、前記集束エネルギー装置は、予め定められた時間にわたって、前記複数の物質に作用する、項目１６から４６のいずれか１項に記載の装置。
［項目４８］
前記集束エネルギー装置は、前記光源による前記複数の物質の検査の前に、前記複数の物質に作用する、項目１６又は１７に記載の装置。
［項目４９］
前記複数の物質が、コンテナに収集される前に前記少なくとも１つの流出部から出るときに、前記集束エネルギー装置は、前記複数の物質に作用する、項目２９から３９のいずれか１項に記載の装置。
［項目５０］
複数の対象の物質、及び複数の対象とされない物質の両方を収集するコンテナを更に備える、項目４７から４９のいずれか１項に記載の装置。
［項目５１］
前記サンプル流体混合物、又は前記複数のシース流体の少なくとも１つを前記マイクロ流体チップへとポンピングする、ポンピング装置を更に備える、項目１９から５０のいずれか１項に記載の装置。
［項目５２］
前記ポンピング装置は、外部管を使用して、前記マイクロ流体チップへと前記サンプル流体混合物、又は前記複数のシース流体の前記少なくとも１つをポンピングする、項目５１に記載の装置。
［項目５３］
前記サンプル流体混合物、又は、前記複数のシース流体の少なくとも１つを保持する少なくとも１つの外部リザーバを更に備える、項目５２に記載の装置。
［項目５４］
前記マイクロ流体チップが設置されるマイクロ流体チップホルダを更に備え、前記マイクロ流体チップホルダは、複数の開口部を有し、前記複数の開口部を通じて前記少なくとも１つの外部リザーバから前記マイクロ流体チップに前記外部管がアクセスする、項目５３に記載の装置。
［項目５５］
前記マイクロ流体チップへの前記サンプル流体混合物又は前記複数のシース流体のうちの前記１つの前記ポンピングを制御するコントローラを更に備える、項目５４に記載の装置。
［項目５６］
複数のサンプル流体混合物を包含する、平行に配置された複数のマイクロ流体チップを更に備え、単独の検査装置が、前記複数のマイクロ流体チップの各々のために使用される、項目５５に記載の装置。
［項目５７］
複数の物質を識別するコンピュータシステムであって、
マイクロ流体チップのメイン流体チャネルを通じる、特定すべき複数の物質を含むサンプル流体混合物の流れを制御する段階と、
前記マイクロ流体チップへの複数のシース流体チャネルの導入を制御する段階と、
検査装置を使用して、前記メイン流体チャネルにおける方向付けられた前記複数の物質の検査を分析する段階と、
集束エネルギー装置を使用して、前記複数の物質への作用を制御する段階とを有する、少なくとも１つのプログラムを包含する少なくとも１つのメモリと、
前記プログラムを実行するプロセッサとを備え、
前記複数のシース流体は、前記メイン流体チャネルにおける前記複数の物質を予め定められた方向に方向付け、一方で前記メイン流体チャネルにおける層流をなお維持する、コンピュータシステム。
［項目５８］
マイクロ流体チップのメイン流体チャネルを通じて、特定すべき複数の物質を含むサンプル流体混合物の流れを制御する段階と、
前記マイクロ流体チップへの複数のシース流体チャネルの導入を制御する段階であって、前記複数のシース流体は、前記メイン流体チャネルにおいて前記複数の物質を予め定められた方向に方向付けし、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する段階と、
検査装置を使用して、前記メイン流体チャネルにおいて方向付けられた前記複数の物質の検査を分析する段階と、
集束エネルギー装置を使用して、前記複数の物質への作用を制御する段階とを有する、複数の物質を識別するための複数の命令をコンピュータに実行させるプログラム。
［項目５９］
複数の物質を識別する装置であって、前記装置は、
識別されるべき複数の物質のサンプル流体混合物が導入されるメイン流体チャネル、及び、
前記メイン流体チャネルを通じて前記複数の物質が流れるときに、前記複数の物質が予め定められた方向に方向付けられるよう、少なくとも３つの段階の流体力学的集束の処理を前記複数の物質に実行する、複数のシース流体チャネル
を有する、複数のチャネルが内部に配置されたマイクロ流体チップを備える、装置。
［項目６０］
前記複数のシース流体チャネルは、
前記少なくとも３つの段階の流体力学的集束の処理における第１の段階を達成すべく、第１の交点において前記メイン流体チャネルと交差する、第１の複数のシース流体チャネルを更に有し、
前記複数のシース流体は、前記サンプル流体混合物を少なくとも２つの側面上で圧縮し、
前記サンプル流体混合物は、前記複数のシース流体により拘束された、相対的により小さく、より細いストリームになり、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流を維持する、項目５９に記載の装置。
［項目６１］
前記複数のシース流体チャネルは、前記少なくとも３つの流体力学的集束段階の第２の段階を達成すべく、前記第１の交点から下流側の第２の交点において前記メイン流体チャネルと交差する、第２の複数のシース流体チャネルを更に含み、前記第２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、前記少なくとも２つの側面内で前記サンプル流体混合物を更に圧縮する結果、前記サンプル流体混合物は更に圧縮されるが、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する、項目６０に記載の装置。
［項目６２］
前記複数のシース流体は、前記少なくとも３つの流体力学的集束段階の第３の段階を達成すべく、第３の交点において前記メイン流体チャネルに鉛直に配置され、前記第２の交点から下流側に配置される、第３のシース流体チャネルを更に含み、
前記第３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を圧縮し、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する、項目６１に記載の装置。
［項目６３］
前記メイン流体チャネルにおいて、方向付けられた前記複数の物質を検出し、検査する検査装置と、
前記複数の物質に作用を実行する集束エネルギー装置とを更に備える、項目６２に記載の装置。
［項目６４］
サンプル流体混合物中を流れる複数の物質を識別する方法であって、前記方法は、
マイクロ流体チップのメイン流体チャネルにおいて、識別すべき複数の物質を含有するサンプル流体混合物を流す段階と、
複数のシース流体チャネルを前記マイクロ流体チップへと導入する段階であって、前記複数のシース流体は、前記メイン流体チャネルにおける前記複数の物質を予め定められた方向に方向付け、一方で前記メイン流体チャネルにおいて層流をなお維持する段階と、
検査装置を使用して、前記メイン流体チャネルにおいて、方向付けられた前記複数の物質を検査する段階と、
前記複数の物質に作用すべく、集束エネルギー装置を使用する段階とを備える方法。

Claims (19)

1. 複数の物質を識別する装置であって、前記装置は、
   複数のチャネルが内部に配置されるマイクロ流体チップと、
   前記複数の物質に第１の作用を実行する第１の集束エネルギー装置と、
   メイン流体チャネルにおいて、前記複数の物質を検出及び検査する検査装置と、
   前記複数の物質に第２の作用を実行する、第２の集束エネルギー装置と
   を備え、
   前記マイクロ流体チップは、
   識別されるべき前記複数の物質のサンプル流体混合物が導入される前記メイン流体チャネルと、
   複数のシース流体が導入される複数のシース流体チャネルと、
   を有し、
   前記複数のシース流体チャネルは、前記メイン流体チャネルと第１の交点および第１の平面で交差する、第１の複数のシース流体チャネルを有し、前記第１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が前記サンプル流体混合物を、前記サンプル流体混合物が前記複数のシース流体により拘束されたより小さくより細いストリームになるように、少なくとも、対向して配置された側面の第１の組において圧縮し、
   前記複数のシース流体チャネルは、第２の交点および第２の平面で交差する、第２の複数のシース流体チャネルを有し、前記第２の交点は前記第１の交点の下流にあり、前記第２の平面が前記第１の平面とは異なり、前記第２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が前記サンプル流体混合物を、前記第１の組とは異なる、対向して配置された側面の第２の組において圧縮し、
   前記複数のシース流体チャネルへ導入される前記複数のシース流体のフローレートの比率が、前記メイン流体チャネルの断面において最大フロー速度となる位置から、前記サンプル流体混合物をオフセットする、装置。
2. 前記第１の集束エネルギー装置が、前記複数の物質の方向へ電磁波または放射圧を照射する、少なくとも１つのレーザを有し、
   前記第１の集束エネルギー装置は、前記複数の物質を整列、及び／又は、方向づけるべく、前記複数の物質の周囲の環境に外部から作用しまたは前記複数の物質の周囲の環境を変更し、前記メイン流体チャネルに対する前記複数の物質の形状に影響する、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の集束エネルギー装置が、前記複数の物質の方向へ電磁波または放射圧を照射する、少なくとも１つのレーザを有し、
   前記第２の集束エネルギー装置は、前記複数の物質を移動すべく、前記複数の物質の周囲の環境に外部から作用しまたは前記複数の物質の周囲の環境を変更し、前記メイン流体チャネルに対する前記複数の物質の形状に影響する、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１の作用及び／又は前記第２の作用が、前記複数の物質へ方向付けられた電磁波または放射圧を有し、
   前記電磁波または前記放射圧が、パルス的または連続的に提供される、請求項１から３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記検査装置が、前記複数の物質を照射するための光線を発する少なくとも１つのレーザを有する、請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記検査装置が、
   前記複数の物質を整列及び／又は方向づけ、かつ／或いは、
   前記複数の物質の特性を識別する、
   請求項１から５の何れか一項に記載の装置。
7. 光ファイバ、レンズおよびビーム成形光学素子から成る群から選択された少なくとも１つのガイド装置を更に備え、
   前記少なくとも１つのガイド装置が、前記電磁波または前記放射圧を前記複数の物質の方向へガイドする、請求項４に記載の装置。
8. 前記少なくとも１つのガイド装置が、光ファイバを有する、請求項７に記載の装置。
9. 前記第２の複数のシース流体チャネルが、前記メイン流体チャネルを略直角な角度から結合する少なくとも１つの部分を有する、請求項１から８の何れか一項に記載の装置。
10. 複数の物質を識別する方法であって、
    複数の物質のサンプル流体混合物をマイクロ流体チップのメイン流体チャネルへ導入する段階と、
    前記マイクロ流体チップの複数のシース流体チャネルへ複数のシース流体を導入する段階と、
    前記メイン流体チャネルの断面において最大フロー速度となる位置から前記サンプル流体混合物をオフセットすべく、前記複数のシース流体チャネルへ導入される前記複数のシース流体のフローレートの比率を調節する段階と、
    第１の集束エネルギー装置によって、前記複数の物質に第１の作用を実行する段階と、
    検査装置によって、前記メイン流体チャネルにおける前記複数の物質を検出及び検査する段階と、
    第２の集束エネルギー装置によって、前記複数の物質に第２の作用を実行する段階と
    を備え、
    前記複数のシース流体チャネルは、前記メイン流体チャネルと第１の交点および第１の平面で交差する、第１の複数のシース流体チャネルを有し、前記第１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が前記サンプル流体混合物を、前記サンプル流体混合物が前記複数のシース流体により拘束されたより小さくより細いストリームになるように、少なくとも、対向して配置された側面の第１の組において圧縮し、
    前記複数のシース流体チャネルは、第２の交点および第２の平面で交差する、第２の複数のシース流体チャネルを有し、前記第２の交点は前記第１の交点の下流にあり、前記第２の平面が前記第１の平面とは異なり、前記第２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が前記サンプル流体混合物を、前記第１の組とは異なる、対向して配置された側面の第２の組において圧縮する、
    方法。
11. 前記第１の集束エネルギー装置が、前記複数の物質の方向へ電磁波または放射圧を照射する、少なくとも１つのレーザを有し、
    前記第１の集束エネルギー装置は、前記複数の物質を整列及び／又は方向づけるべく、前記複数の物質の周囲の環境に外部から作用し、および／または前記複数の物質の周囲の環境を変更し、及び／又は、
    前記電磁波または前記放射圧が、前記メイン流体チャネルに対する前記複数の物質の形状に影響する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の集束エネルギー装置が、前記複数の物質の方向へ電磁波または放射圧を照射する、少なくとも１つのレーザを有し、
    前記第２の集束エネルギー装置は、前記複数の物質を移動すべく、前記複数の物質の周囲の環境に外部から作用しまたは前記複数の物質の周囲の環境を変更し、及び／又は、
    前記電磁波または前記放射圧が、前記メイン流体チャネルに対する前記複数の物質の形状に影響する、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記第１の作用及び／又は前記第２の作用が、前記複数の物質へ方向付けられた電磁波または放射圧を有し、
    前記電磁波または前記放射圧が、パルス的または連続的に提供される、請求項１０から１２の何れか一項に記載の方法。
14. 前記検査装置が、前記複数の物質を照射するための光線を発する少なくとも１つのレーザを有する、請求項１０から１３の何れか一項に記載の方法。
15. 前記検査装置が、
    前記複数の物質を整列及び／又は方向づけ、かつ／或いは、
    前記複数の物質の特性を識別する、
    請求項１０から１４の何れか一項に記載の方法。
16. 前記第１の集束エネルギー装置、前記検査装置、及び／又は前記第２の集束エネルギー装置が、光ファイバ、レンズおよびビーム成形光学素子から成る群から選択された少なくとも１つのガイド装置を有し、
    前記少なくとも１つのガイド装置が、前記電磁波または前記放射圧を前記物質の方向へガイドする、請求項１３に記載の方法。
17. 前記検査装置が、光ファイバ、レンズおよびビーム成形光学素子から成る群から選択された少なくとも１つのガイド装置を有し、
    前記少なくとも１つのガイド装置が、前記光線を前記物質の方向へガイドする、請求項１４に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つのガイド装置が、光ファイバを有する、請求項１６または１７に記載の方法。
19. 前記第２の複数のシース流体チャネルが、前記メイン流体チャネルを略直角な角度から結合する少なくとも１つの部分を有する、請求項１０から１８の何れか一項に記載の方法。

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