JP7026063B2 - 粒子を濃縮するための方法、システム、および装置 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年7月1日に出願された米国特許出願第62/357,440号「小体積への細胞または粒子の迅速な濃縮のための方法および装置」の優先権および利益を主張し、その全体が任意のおよび全ての目的のためにその全体を参照することによって本明細書に組み込まれる。
本発明は、流体試料内の粒子または細胞を濃縮するための方法、システム、および装置に関する。
細胞または粒子の濃縮は、試料調製プロトコルにおいて使用される最も一般的な工程の1つである。出発試料サイズに対してより小さな体積に標的細胞または粒子を単離することは、多くの利益をもたらす。より小さい体積は、洗浄や培地交換の効率を高め、必要な試薬量を削減し、アッセイ感度を高め、プロトコル時間を削減し、機器のサイズを縮小し、機器のポータビリティを向上させる。場合によっては、希釈試料または希少細胞集団をうまく操作するためには、非常に小さい体積への単離が必要である。
本明細書中の本発明の説明において、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、単数で現れる単語は、その複数の同等のものを包含し、複数で現れる単語は、その単数の同等のものを包含することが理解される。さらにまた、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、本明細書に記載されている任意の所与の構成要素または実施形態について、その構成要素について列挙されている可能性のある候補または代替物のいずれかが、概して個々にまたは互いに組み合わせて使用され得ることが理解される。さらに、本明細書で示した図は、必ずしも縮尺通りに描画されておらず、要素のいくつかは、単に本発明を明確にするために描画されている場合があることが理解されるべきである。また、対応するかまたは類似する要素を示すために、様々な図の中で参照符号が繰り返されている場合がある。さらに、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、そのような候補または代替物のいかなる列挙も、単なる例示であり、限定されるものではないことが理解される。さらに、別段の表示がない限り、明細書および特許請求の範囲において使用されている、材料、構成要素、反応状態などの分量を表す数は、用語「約」によって修飾されているものとして理解されるべきである。
(実施態様1)粒子を濃縮するための装置であって、
フローストリーム内にて第1の方向に移動する流体試料を受け取るように適合されているフローチャネル;
前記流体試料内の粒子を、第1の流速の集束流の中に集束させるように構成されている、場発生器;
1つ以上の追加のフローチャネル;
分岐部であって、前記分岐部が、前記フローチャネルおよび前記1つ以上の追加のフローチャネルと流体連通するように構成されており、前記分岐部および前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記流体試料を前記1つ以上の追加のフローチャネルの中へと導いて、前記集束流の中の前記粒子を第2の流速の第2の方向に方向転換させるように構成されており、かつ前記第1の流速が前記第2の流速よりも大きい、分岐部;ならびに
分析領域であって、前記分析領域が、前記1つ以上の追加のフローチャネル内に位置付けられて、前記第2の方向に方向転換された前記粒子の分析を可能にし、かつ前記分岐部および前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記分析領域内で前記粒子を濃縮するように構成されている、分析領域を備える、装置。
(実施態様2)前記フローチャネルと流体連通するように構成されている流体源をさらに備える、実施態様1に記載の装置。
(実施態様3)前記流体源が、1つ以上のポンプを備える、実施態様2に記載の装置。
(実施態様4)前記流体源を制御するように構成されているコントローラをさらに備える、実施態様2に記載の装置。
(実施態様5)前記場発生器が、前記フローチャネル内に音響波を提供するように構成されている音響場発生器である、実施態様1に記載の装置。
(実施態様6)前記音響場発生器が、前記粒子が圧力の節に集積するように前記フローチャネル内に圧力の節を発生させるように構成されている、実施態様5に記載の装置。
(実施態様7)前記圧力の節が、前記粒子が前記フローチャネルの中央線に沿って集束するように発生する、実施態様6に記載の装置。
(実施態様8)前記音響場発生器が、前記フローチャネル内に複数の圧力の節を発生させるように構成されている、実施態様6に記載の装置。
(実施態様9)前記音響場発生器が、第1の複数の粒子が前記圧力の節に追いやられかつ第2の複数の粒子が波腹に追いやられるように波腹を発生させるように構成されている、実施態様6に記載の装置。
(実施態様10)前記第1の複数の粒子の粒子が、前記第2の複数の粒子の粒子よりも高い密度を有する、実施態様9に記載の装置。
(実施態様11)前記第1の複数の粒子の粒子が、前記第2の複数の粒子の粒子よりも大きいサイズを有する、実施態様9に記載の装置。
(実施態様12)前記第1の複数の粒子の粒子が、前記第2の複数の粒子の粒子よりも低い圧縮率を有する、実施態様9に記載の装置。
(実施態様13)前記音響場発生器が、複数の波腹を発生させるように構成されている、実施態様9に記載の装置。
(実施態様14)前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記フローチャネルとは異なる断面積を有する、実施態様1に記載の装置。
(実施態様15)前記1つ以上の追加のフローチャネルが、第1の追加のフローチャネルおよび第2の追加のフローチャネルを含む、実施態様1に記載の装置。
(実施態様16)前記分岐部、前記第1の追加のフローチャネル、および前記第2の追加のフローチャネルが、(i)第1の複数の粒子を前記第1の追加のフローチャネルにおける前記第2の流速の前記第2の方向に方向転換させ、(ii)第2の複数の粒子を前記第2の追加のフローチャネルにおける第3の流速の第3の方向に方向転換させるように構成されている、実施態様15に記載の装置。
(実施態様17)前記フローチャネル、前記第1の追加のフローチャネル、および前記第2の追加のフローチャネルが、異なる断面積を有する、実施態様15に記載の装置。
(実施態様18)前記第1の追加のフローチャネルおよび前記第2の追加のフローチャネルが、同一の断面積を有する、実施態様15に記載の装置。
(実施態様19)前記分岐部および前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記第2の方向に方向転換した前記粒子を前記分析領域内のチャネル壁上に集積させるように構成されている、実施態様1に記載の装置。
(実施態様20)前記分析領域が、前記第1の追加のフローチャネル内に位置付けられ、前記第1の追加のフローチャネルが、前記第2の追加のフローチャネルよりも大きい断面積を有する、実施態様15に記載の装置。
(実施態様21)前記分析領域内の前記粒子を調べるように構成されている検出器をさらに備える、実施態様1に記載の装置。
(実施態様22)前記1つ以上の追加のフローチャネル内の粒子に影響を及ぼすように位置付けられかつ構成されている第2の場発生器をさらに備える、実施態様1に記載の装置。
(実施態様23)前記第2の場発生器が、音響場発生器である、実施態様22に記載の装置。
(実施態様24)前記第2の場発生器が、第2の場を発生させるように構成されており、前記第2の場が、前記第2の方向に方向転換した前記粒子を前記分析領域内のチャネル壁上に集積させるように構成されている、実施態様22に記載の装置。
(実施態様25)前記分析領域内で粒子を拘束するように構成されているトラップをさらに備える、実施態様1に記載の装置。
(実施態様26)前記トラップが重力トラップである、実施態様25に記載の装置。
(実施態様27)前記トラップが磁気トラップである、実施態様25に記載の装置。
(実施態様28)前記磁気トラップが、磁石および磁気感受性材料を含む、実施態様27に記載の装置。
(実施態様29)前記磁石および前記磁気感受性材料が、前記粒子と結合している磁性粒子または磁性材料に影響を及ぼすことができる磁場を発生させるように構成されている、実施態様28に記載の装置。
(実施態様30)1つ以上の選択フィルタをさらに備える、実施態様1に記載の装置。
(実施態様31)前記1つ以上の選択フィルタが、前記1つ以上の追加のフローチャネル内に位置付けられている、実施態様30に記載の装置。
(実施態様32)前記1つ以上の選択フィルタが、第1の複数の粒子を捕捉するように構成されている、実施態様31に記載の装置。
(実施態様33)前記1つ以上の選択フィルタが、前記粒子のサイズおよび前記1つ以上の選択フィルタの孔サイズに基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉するように構成されている、実施態様32に記載の装置。
(実施態様34)前記1つ以上の選択フィルタが、前記粒子の剛性および変形能に基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉するように構成されている、実施態様32に記載の装置。
(実施態様35)前記1つ以上の選択フィルタが、前記粒子と結合している磁性材料に基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉するように構成されている、実施態様32に記載の装置。
(実施態様36)前記粒子が細胞であり、前記1つ以上の選択フィルタが、前記細胞の表面タンパク質または表面構造に基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉するように構成されている、実施態様32に記載の装置。
(実施態様37)前記装置が初期段をさらに備え、前記初期段が、前記フローチャネルの上流に位置付けられ、前記初期段が、初期フローチャネルおよび初期場発生器を備え、前記初期フローチャネルが、前記流体試料を受け取るように適合されており、前記初期場発生器が、前記流体試料内の前記粒子を集束させるように構成されている、実施態様1に記載の装置。
(実施態様38)前記初期フローチャネルと流体連通するように構成されている流体源をさらに備える、実施態様37に記載の装置。
(実施態様39)前記流体源が、1つ以上のポンプを備える、実施態様38に記載の装置。
(実施態様40)前記初期場発生器が、音響場発生器である、実施態様37に記載の装置。
(実施態様41)前記初期場発生器が、第1の複数の粒子を前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束させるが第2の複数の粒子を前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束させないように構成されている、実施態様37に記載の装置。
(実施態様42)前記初期段が、前記第1の複数の粒子を前記初期フローチャネルから前記フローチャネルへと流すように構成されている、実施態様41に記載の装置。
(実施態様43)前記初期段が、前記第2の複数の粒子を前記初期フローチャネルから1つ以上の廃棄物出口へと流すように構成されている、実施態様41に記載の装置。
(実施態様44)粒子を濃縮するための方法であって、
フローチャネル内の流体試料をフローストリーム内にて第1の方向に流すことであって、前記流体試料が粒子を含む、前記流すこと;
前記流体試料中の前記粒子を第1の流速の集束流の中に集束させるように場を印加すること;
前記集束流の中の前記粒子を第2の流速の第2の方向に方向転換させることであって、前記第1の流速が前記第2の流速よりも大きい、前記方向転換させること;および
分析領域において前記第2の方向に方向転換された粒子を濃縮することを含む、方法。
(実施態様45)前記粒子を方向転換させることが、前記粒子を分岐部を介して1つ以上の追加のフローチャネルへと流すことを含む、実施態様44に記載の方法。
(実施態様46)前記場が、音響場でありかつ前記フローチャネル内に音響波を提供する、実施態様44に記載の方法。
(実施態様47)前記音響場が前記フローチャネル内に圧力の節を発生させ、前記粒子が前記圧力の節に集積する、実施態様46に記載の方法。
(実施態様48)前記粒子が、前記フローチャネルの中央線に沿って集束する、実施態様47に記載の方法。
(実施態様49)前記音響場が、前記フローチャネル内に複数の圧力の節を発生させる、実施態様46に記載の方法。
(実施態様50)前記音響場が波腹を発生させ、第1の複数の粒子が前記圧力の節に追いやられ、第2の複数の粒子が前記波腹に追いやられる、実施態様46に記載の方法。
(実施態様51)前記第1の複数の粒子の粒子が、前記第2の複数の粒子の粒子よりも高い密度を有する、実施態様50に記載の方法。
(実施態様52)前記第1の複数の粒子の粒子が、前記第2の複数の粒子の粒子よりも大きいサイズを有する、実施態様50に記載の方法。
(実施態様53)前記第1の複数の粒子の粒子が、前記第2の複数の粒子の粒子よりも低い圧縮率を有する、実施態様50に記載の方法。
(実施態様54)前記音響場発生器が、複数の波腹を発生させるように構成されている、実施態様46に記載の方法。
(実施態様55)前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記フローチャネルとは異なる断面積を有する、実施態様45に記載の方法。
(実施態様56)前記1つ以上の追加のフローチャネルが、第1の追加のフローチャネルおよび第2の追加のフローチャネルを含む、実施態様45に記載の方法。
(実施態様57)第1の複数の粒子が、第1の追加のフローチャネルにおける第2の流速の第2の方向に方向転換され、第2の複数の粒子が、第2の追加のフローチャネルにおける第3の流速の第3の方向に方向転換される、実施態様45に記載の方法。
(実施態様58)前記フローチャネル、前記第1の追加のフローチャネル、および前記第2の追加のフローチャネルが、異なる断面積を有する、実施態様56に記載の方法。
(実施態様59)前記第1の追加のフローチャネルおよび前記第2の追加のフローチャネルが、同一の断面積を有する、実施態様56に記載の方法。
(実施態様60)前記分析領域が、前記第1の追加のフローチャネル内に位置付けられ、前記第1の追加のフローチャネルが、前記第2の追加のフローチャネルよりも大きい断面積を有する、実施態様56に記載の方法。
(実施態様61)検出器によって前記分析領域内の前記粒子を調べることをさらに含む、実施態様44に記載の方法。
(実施態様62)前記粒子が方向転換された後に前記粒子に第2の場を印加することをさらに含む、実施態様44に記載の方法。
(実施態様63)前記第2の場が音響場である、実施態様62に記載の方法。
(実施態様64)前記第2の場が、前記粒子を前記分析領域内に集積させる、実施態様62に記載の方法。
(実施態様65)トラップを用いて前記分析領域内で粒子を拘束することをさらに含む、実施態様44に記載の方法。
(実施態様66)前記トラップが重力トラップである、実施態様65に記載の方法。
(実施態様67)前記トラップが磁気トラップであり、前記粒子が磁性粒子または磁性材料と結合しており、前記磁気トラップが、前記磁性粒子または前記磁性材料に影響を及ぼす磁場を発生させる、実施態様65に記載の方法。
(実施態様68)前記1つ以上の追加のフローチャネル内の第1の複数の粒子を濾過することをさらに含む、実施態様45に記載の方法。
(実施態様69)前記濾過することが、1つ以上の選択フィルタを用いて実行される、実施態様68に記載の方法。
(実施態様70)前記1つ以上の選択フィルタが、前記粒子のサイズおよび前記1つ以上の選択フィルタの孔サイズに基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉する、実施態様69に記載の方法。
(実施態様71)前記1つ以上の選択フィルタが、前記粒子の剛性および変形能に基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉する、実施態様69に記載の方法。
(実施態様72)前記1つ以上の選択フィルタが、前記粒子と結合している磁性材料に基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉する、実施態様69に記載の方法。
(実施態様73)前記粒子が細胞であり、前記1つ以上の選択フィルタが、前記細胞の表面タンパク質または表面構造に基づいて前記第1の複数の粒子を捕捉する、実施態様69に記載の方法。
(実施態様74)前記流体試料が前記フローチャネルに流入する前に、前記フローチャネルの上流にある初期フローチャネル内で前記粒子を濃縮することをさらに含む、実施態様44に記載の方法。
(実施態様75)前記初期フローチャネル内で前記粒子に初期場が印加される、実施態様75に記載の方法。
(実施態様76)前記初期場が音響場である、実施態様75に記載の方法。
(実施態様77)前記初期場が、第1の複数の粒子を前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束させるが、第2の複数の粒子は前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束しない、実施態様75に記載の方法。
(実施態様78)前記初期フローチャネルからの前記第1の複数の粒子が、前記フローチャネルに流入する、実施態様77に記載の方法。
(実施態様79)前記初期フローチャネルからの前記第2の複数の粒子が、1つ以上の廃棄物出口に流入する、実施態様77に記載の方法。
Claims (17)
- 粒子を濃縮するための装置であって、
中央線を有し、フローストリーム内にて第1の方向に移動する流体試料を受け取るように適合されているフローチャネル;
前記流体試料内の粒子の集団の少なくとも一部の粒子を、前記フローチャネルの前記中央線に沿って第1の流速で移動する集束流の中に集束させるように構成されている、場発生器;
1つ以上の追加のフローチャネル;
分岐部であって、前記分岐部が、前記フローチャネルおよび前記1つ以上の追加のフローチャネルと流体連通するように構成されており、前記分岐部および前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記流体試料を前記1つ以上の追加のフローチャネルの中へと導いて、前記集束流の中の前記粒子を第2の流速の第2の方向に方向転換させるように構成されており、かつ前記第1の流速が前記第2の流速よりも大きい、分岐部;ならびに
分析領域であって、前記分析領域が、前記1つ以上の追加のフローチャネル内に位置付けられて、前記第2の方向に方向転換された前記粒子の分析を可能にし、かつ前記分岐部および前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記分析領域内で前記粒子を濃縮するように構成されている、分析領域
を備え、
前記分岐部及び前記1つ以上の追加のフローチャネルは、前記フローチャネルの前記中央線から前記第2の方向に方向転換された前記粒子を、前記分析領域内のチャネル壁に向けて導くように構成されている、装置。 - 前記場発生器が、前記フローチャネル内に音響波を提供するように構成されている音響場発生器である、請求項1に記載の装置。
- 前記音響場発生器が、前記粒子が圧力の節に集積するように前記フローチャネル内に圧力の節を発生させるように構成されている、請求項2に記載の装置。
- 前記圧力の節が、前記粒子が前記フローチャネルの中央線に沿って集束するように発生する、請求項3に記載の装置。
- 前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記フローチャネルとは異なる断面積を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記1つ以上の追加のフローチャネルが、第1の追加のフローチャネルおよび第2の追加のフローチャネルを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記分岐部、前記第1の追加のフローチャネル、および前記第2の追加のフローチャネルが、(i)第1の複数の粒子を前記第1の追加のフローチャネルにおける前記第2の流速の前記第2の方向に方向転換させ、(ii)第2の複数の粒子を前記第2の追加のフローチャネルにおける第3の流速の第3の方向に方向転換させるように構成されている、請求項6に記載の装置。
- 前記分岐部および前記1つ以上の追加のフローチャネルが、前記第2の方向に方向転換した前記粒子を前記分析領域内のチャネル壁上に集積させるように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記分析領域が、前記第1の追加のフローチャネル内に位置付けられ、前記第1の追加のフローチャネルが、前記第2の追加のフローチャネルよりも大きい断面積を有する、請求項6に記載の装置。
- 前記分析領域内の前記粒子を調べるように構成されている検出器をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記1つ以上の追加のフローチャネル内の粒子に影響を及ぼすように位置付けられかつ構成されている第2の場発生器をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の場発生器が、音響場発生器である、請求項11に記載の装置。
- 前記第2の場発生器が、第2の場を発生させるように構成されており、前記第2の場が、前記第2の方向に方向転換した前記粒子を前記分析領域内のチャネル壁上に集積させるように構成されている、請求項11に記載の装置。
- 前記分析領域内で粒子を拘束するように構成されているトラップをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 1つ以上の選択フィルタをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記装置が初期段をさらに備え、前記初期段が、前記フローチャネルの上流に位置付けられ、前記初期段が、初期フローチャネルおよび初期場発生器を備え、前記初期フローチャネルが、前記流体試料を受け取るように適合されており、前記初期場発生器が、前記流体試料内の前記粒子を集束させるように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記初期場発生器が、音響場発生器である、請求項16に記載の装置。
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