JP7075500B2 - 異なるサイズの細胞を移送するための微小流体チャネル - Google Patents

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Description

流体の分注（dispensing：分配、一定量供給、計量供給）は、細胞アッセイのような生物学的過程および生化学過程に使用されることが多い。細胞含有流体の小滴は、アッセイ又は他のプロセス（過程）が実施されることになるウエル又はバイアルへ分注され得る。トレイは、多くのプロセスが並行して実施され得るように、ウエルのアレイ又はバイアルへ小滴を分注するように移動することができる。
異なるサイズ範囲の細胞を移送するための微小流体チャネルを含む例示的なデバイスの平面図である。 異なるサイズの細胞を移送するための微小流体チャネル及び分注ノズルの上流に位置する流れ特性化センサを備える例示的なデバイスの断面図である。 異なるサイズ範囲の細胞を移送するための微小流体チャネル及び例示的なコントローラを含む例示的なデバイスの平面図である。 異なるサイズの細胞を移送するために複数の微小流体チャネルのアクティブな分注ノズルを選択するために、例示的なコントローラにより処理され得る例示的な命令およびデータの略図である。 異なるサイズの細胞を移送するための微小流体チャネル内の例示的な細胞の流れを記録する、例示的なセンサの例示的な信号のグラフである。 異なるサイズの細胞を移送するための微小流体チャネルの流れに基づいて分注ノズルを選択する例示的な方法の流れ図である。 ターゲット（目標、標的）位置において異なるサイズの細胞を分注するために複数の微小流体チャネルの選択された分注ノズルを用いることに関する例示的な方法の流れ図である。 異なるサイズの細胞を移送するための微小流体チャネル内で流れ特性化センサの近傍へ細胞を案内するための構造体を含む例示的なデバイスの断面図である。 異なるサイズ範囲の細胞を移送するための微小流体チャネルを含む別の例示的なデバイスの平面図である。 異なるサイズ範囲の細胞を移送するための微小流体チャネルを含む分注ヘッドを含む例示的な分注ヘッドカセットの平面図である。 微小流体チャネル内で異なるサイズの細胞を移送するための図１０の例示的な分注ヘッドの底面図である。 微小流体チャネル内で異なるサイズの細胞を移送するための図１０の分注ヘッドカセットを受容するための例示的なディスペンサーデバイスの斜視図である。
詳細な説明
流体内の細胞を分注（分配）する精度と信頼性は、供給源からの流体を分注ノズルに移送する微小流体流路の構造に依存する場合がある。微小流体流路は、特定のタイプの細胞に良好に機能しない場合がある。従って、細胞は、確実に分注されない場合があるか、又は流路内に蓄積して障害物を形成する場合がある。例えば、普通より小さい微小流体流路を用いて大型の細胞を分注することは、障害につながる場合があり、分注が阻止される場合がある。微小流体流路が大き過ぎる場合、細胞は必要以上に自由に分注される場合があり、特に単一細胞アッセイにおいて無駄にされる場合がある。操作者は、特定の細胞の連続する流体に対して微小流体チャネルの性能を予測することを試みる場合がある。しかしながら、これは、操作者に高いレベルの技能または経験を要求し、操作者が、多数の異なるように構成された微小流体デバイスの中から選ぶことを必要とする場合がある。
分注デバイスは、特定の細胞含有流体の分注が特徴付けられることができ且つ適切な微小流体チャネルが選択され得るように、異なるサイズ範囲の細胞を移送するように形作られた複数の微小流体チャネルを含むことができる。チャネルは、チャネルから或る量の細胞含有流体を噴出するために使用され得る分注ノズルにおいて終端することができる。チャネルには、チャネル内で流れる流体内に含まれる細胞を検出するために分注ノズルの上流に位置する一対の電極のような、センサが設けられ得る。異なるチャネルのセンサから得られた信号の特性は、ターゲットサイズ範囲の細胞を分注するためのチャネルを選択するために使用され得る。細胞が当該センサを通過する際、パルスが信号に現れることができる。パルスの強度と信頼性は、チャネルが分注に適していることを示すことができる。長いパルスは、細胞がチャネル内で動かなくなったことを示すことができ、当該チャネルが分注に適さないことを示すことができる。そのため、分注デバイスの異なるサイズのチャネルは、使用のために選択されている適切なチャネルでもって、特定タイプの細胞または特定の試料（サンプル）に関して特徴付けられ得る。操作者は、性能を予測するように試みる必要はなく、在庫品として蓄える分注デバイスは、より少なくすることができる場合がある。
図１は、例示的なデバイス１００を示す。デバイス１００は、微小流体デバイスと呼ばれ得る。デバイス１００は、シリコン基板またはガラス基板のような基板に設けられることができ、係る基板は、多数の層を有することができる。デバイス１００は、サーマル又は圧電小滴噴出デバイスのヘッドに設けられ得る。係るヘッドは、プリントヘッドと呼ばれる場合があり、係るデバイスは、インクジェット小滴噴出技術を利用することができる。
デバイス１００は、第１の微小流体チャネル１０２及び第２の微小流体チャネル１０４のような、複数の微小流体チャネルを含む。微小流体チャネル１０２、１０４は、流体リザーバ１０６と連絡（連通）する。流体リザーバ１０６は、基板におけるスロットの端部領域であることができ、係るスロットは、ユーザ充填可能なリザーバ、フィルカップ、カートリッジ、又は類似した容積からの流体を微小流体チャネル１０２、１０４へ移送することができる。微小流体チャネル１０２、１０４は、流体リザーバ１０６から細胞含有流体を受け取ることができる。任意の数の微小流体チャネルが設けられることができ、この場合、説明のための一例は、２個である。本明細書で使用されるような、用語「第１の」及び「第２の」は、識別のためだけであり、他の含意は無い。
流体リザーバ１０６には、真核細胞、原核細胞、又は類似物のような生体物質または生化学的物質を含む流体が与えられ得る。デバイス１００は、細胞ベースのアッセイのような、様々な目的のために細胞を分注するために使用され得る。
デバイス１００は、第１の微小流体チャネル１０２に配置された第１のセンサ１０８及び第２の微小流体チャネル１０４に配置された第２のセンサ１１０のような、複数のセンサを含む。任意の数のセンサが設けられ得る。幾つかの例において、センサは、各微小流体チャネルに設けられる。センサ１０８、１１０は、電気センサ、電磁気センサ、化学センサ、光学センサ、又は類似物を含むことができる。センサ１０８、１１０は、受動または能動であることができる。
センサ１０８、１１０は、微小流体チャネル１０２、１０４内の材料を介して電圧を検出する、図示されたような一対の電極を含むことができる。微小流体チャネル１０２、１０４内の流体がセンサ１０８、１１０の有効範囲内に細胞を含む場合、センサ１０８、１１０は電圧変化を検出することができる。電圧の変化は、流体が細胞を移動させてセンサ１０８、１１０を通過させる場合、電圧パルスになることができる。
微小流体チャネル１０２、１０４及びそのセンサ１０８、１１０は、細胞のサイズのような細胞特性に敏感であることができる。センサ１０８、１１０により測定された大きなパルスは、個々の微小流体チャネル１０２、１０４がパルスを生じた細胞に適したサイズからなることを示すことができる。小さいパルスは、当該細胞が個々の微小流体チャネルに小さ過ぎることを示すことができる。
デバイス１００は、第１の微小流体チャネル１０２の端部に配置された第１の分注ノズル１１２、及び第２の微小流体チャネル１０４の端部に配置された第２の分注ノズル１１４のような、複数の分注ノズルを更に含む。任意の数の分注ノズルが設けられ得る。幾つかの例において、分注ノズルは、各微小流体チャネルの端部に設けられる。
分注ノズル１１２、１１４は、個々の微小流体チャネル１０２、１０４に沿って流体を吸い込んで、個々の微小流体チャネル１０２、１０４から流体の小滴を噴出することができる。分注ノズル１１２、１１４は、流体を個々の微小流体チャネル１０２、１０４を介して引き寄せるために、個々の微小流体チャネル１０２、１０４内に低圧を生成することができる。分注ノズル１１２、１１４は、当該分注ノズル１１２、１１４が小滴を噴出して個々の微小流体チャネル１０２、１０４を介して流体を吸い込むようにターンオンされることができ、且つ小滴の噴出を停止してそれ故に流体の吸い込みを停止するためにターンオフされ得るという点で、制御可能であることができる。分注ノズル１１２、１１４は、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）ノズルのような熱的に駆動されるノズル、圧電ノズル、又は類似物であることができる。
流体の小滴は、分注ノズル１１２、１１４から、基板、ウエルのアレイ、バイアル又は類似物のようなターゲット領域に分注され得る。流体の小滴は細胞を含むことができる。
第１の微小流体チャネル１０２は、第１のサイズ範囲の細胞を移送するように形作られ、第２の微小流体チャネル１０４は、第２のサイズ範囲の細胞を移送するように形作られる。第２のサイズ範囲は、第１のサイズ範囲と異なる。図示された例において、第１の微小流体チャネル１０２は、第２の微小流体チャネル１０４より小さい幅を有し、そのため、第２の微小流体チャネル１０４は、第１の微小流体チャネル１０２を何とか通り抜けることができる細胞より大きいサイズの細胞に適合することができる。微小流体チャネル１０２、１０４の細胞サイズの選択性は、例えばチャネルの高さを変更することにより、チャネルの断面積を変更することにより、チャネルの曲率を変更することにより、障害物またはフィルタを追加することにより、及び同類のことにより、他の方法で実現され得る。微小流体チャネル１０２、１０４の異なる形状は、細胞が、非対称であることができる三次元構造であることを考慮することができる。
微小流体チャネルに関して本明細書で説明されるような形状は、チャネル又は類似物を通る流れの方向を画定する断面形状、断面の寸法、通路を意味することができる。例えば、異なるサイズの矩形断面を有する微小流体チャネルは、異なる形状を有するとみなされ得る。
細胞サイズ範囲に適合するように微小流体チャネル１０２、１０４を形作ることは、流体試料内に含まれる細胞を区別するために使用され得る。例えば、精子細胞（３０μｍ３の平均体積）、赤血球（１００μｍ３）、リンパ球（１３０μｍ３）、好中球（３００μｍ３）、ベータ細胞（１０００μｍ３）、脂肪細胞（６００，０００μｍ３）及び他の細胞の一般的な形状とサイズは、ターゲット細胞タイプのサイズ範囲に適合するように微小流体チャネル１０２、１０４を形作るために参照され得る。同じターゲット細胞タイプに関して部分的に重なるサイズ範囲は、異なるように形作られた微小流体チャネル１０２、１０４により適合され得る。異なる又は部分的に重なるサイズ範囲を有する微小流体チャネル１０２、１０４は、増大した分注精度を可能にすることができ、特定の流体試料中のターゲット細胞タイプと無視されるべき微小流体構造との間の相互作用の細部を可能にすることができる。複数の候補微小流体チャネル１０２、１０４が提供されることができ、実際の試料でもってより正確な性能をもたらす微小流体チャネルが選択され得る。
動作中、分注ノズル１１２、１１４は、供給微小流体チャネル１０２、１０４により選択されたサイズ範囲の細胞を含む流体の小滴を噴出するように制御され得る。センサ１０８、１１０は、微小流体チャネル１０２、１０４を通る流れを特徴付けるために使用され得る信号を出力することができる。例えば、細胞のサイズ及び流れの質は、センサ１０８、１１０からの信号により特徴付けられ得る。パルスのサイズは、微小流体チャネルの寸法に対する細胞サイズを示すことができる。長い持続時間のパルスは、図５の５０２で示されるように、流れの閉塞を示すことができる。また、他の情報も識別できる場合がある。特徴付けられた（特性化された）流れに基づいて、特定の分注ノズル１１２、１１４が、細胞含有流体の小滴を分注するためにアクティブな細胞分注ノズルとして選択されることができ、残りの分注ノズルは、流体を分注することを中止するために非活性化され得る。
図示された例において、デバイス１００を用いて赤血球を分注することが望ましいかもしれない。赤血球は、一般的に理解された寸法と形状を有する約１００μｍ３の平均体積を有すると考えられ得る。しかしながら、これらの特性は、試料間で変化する場合があり、様々な病状、病気などにより影響を受ける場合がある。例えば、低いヘモグロビンは、赤血球を扁平にする場合がある。そのため、一般的なサイズと形状は予想され得るが、チャネル１０２、１０４のような特定の微小流体流路と赤血球の特定の試料の相互作用は、著しく不確実にさらされる場合がある。更に、ターゲット赤血球を含む流体試料は、異成分から成る場合があり、他の形状とサイズからなる他のタイプの細胞のような、他の生体物質を含む場合がある。従って、赤血球の異なるサイズ範囲に適合するように異なる形状を有する複数の微小流体チャネル１０２、１０４が提供され得る。全ての分注ノズル１１２、１１４は、全ての微小流体チャネル１０２、１０４内を流れるように試料流体を駆り立てるために活性化され得る。次いで、センサ１０８、１１０からの信号を用いて、流れを特徴付けることができる。別の微小流体チャネル１０２、１０４が十分に信頼できる移送を行うことができると同時に、特定の微小流体チャネル１０２、１０４が閉塞されている、又は赤血球の移送における信頼性が乏しいことが、検出され得る。そのため、信頼できる微小流体チャネル１０２、１０４が、アッセイ又は他のプロセスの実行のためにウエルのアレイへ赤血球を分注するためのアクティブなチャネルとして選択され得る。他の微小流体チャネル１０２、１０４は、流れ及び細胞の分注を停止するために非活性化され得る。
図２は、側面からの断面で見られる例示的なデバイス１００を示す。
デバイス１００は、流体リザーバ１０６、微小流体チャネル１０４、及び他の構造体を提供するために複数の基板層２００を含むことができる。
分注ノズル１１４は、抵抗加熱器、圧電素子または類似物のような、噴出要素２０２を含むことができる。噴出要素２０２は、チャネル１０４を介して流体を吸い込んで、オリフィス２０６を介して流体滴２０４を噴出するように制御可能である。
流体リザーバ１０６は、流体リザーバ１０６への流体の手作業の充填を可能にするフィルカップのような、流体源から流体を移送するための入口領域２０８を含むことができる。
図３は、コントローラ３０２を含む例示的なデバイス３００を示す。本明細書で説明される他のデバイスの特徴と態様は、デバイス３００と共に使用されることができ、逆もまた同じである。同様の参照符号は、同様の要素を示し、本明細書において同様の要素の説明は繰り返されない。
コントローラ３０２は、微小流体チャネル１０２、１０４に設けられたセンサ１０８、１１０及び分注ノズル１１２、１１４に接続される。コントローラ３０２は、センサ１０８、１１０から得られた信号に基づいて、分注ノズル１１２、１１４を制御することができる。
コントローラ３０２は、センサ１０８、１１０及び分注ノズル１１２、１１４から分離することができる。コントローラ３０２とセンサ１０８、１１０と分注ノズル１１２、１１４との間の電気接続は、着脱可能に接続可能であることができる。例えば、コントローラ３０２は、ディスペンサーデバイス（分注装置）に含められることができ、チャネル１０２、１０４、センサ１０８、１１０、及び分注ノズル１１２、１１４のような微小流体構成要素は、着脱可能なカセットに設けられ得る。
他の例において、コントローラ３０２は、チャネル１０２、１０４、センサ１０８、１１０、及び分注ノズル１１２、１１４のような微小流体構成要素を含む微小流体デバイスへ集積化され得る。コントローラ３０２は、微小流体構成要素を支持する基板に設けられ得る。
コントローラ３０２は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、処理コア、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）、又は命令を実行することができる類似のデバイスを含むことができる。コントローラ３０２は、命令を実行するためにメモリと協働することができる。メモリは、実行可能な命令を格納する電子的、磁気的、光学的、又は他の物理的記憶デバイスであることができる持続性機械可読記憶媒体を含むことができる。機械可読記憶媒体は、例えばランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、記憶ドライブ、光ディスクなどを含むことができる。機械可読記憶媒体は、実行可能な命令で符号化され得る。
コントローラ３０２は、個々の微小流体チャネル１０２、１０４から細胞を分注するために、第１及び第２の分注ノズル１１２、１１４をそれぞれ駆動するように第１の駆動信号３０８及び第２の駆動信号３１０を出力することができる。コントローラ３０２は、第１のセンサ１０８から第１の信号３０４、及び第２のセンサ１１０から第２の信号３０６を取得することができる。次いで、コントローラ３０２は、アクティブな細胞分注ノズルとして第１の分注ノズル１１２又は第２の分注ノズル１１４を選択するために、第１及び第２の信号３０４、３０６を参照することができる。コントローラ３０２は、個々の微小流体チャネル１０２、１０４から細胞を分注するためにアクティブな細胞分注ノズルを駆動するために第１の駆動信号３０８又は第２の駆動信号３１０を出力することができる。コントローラ３０２は、選択されないノズルの駆動信号の出力を停止することができる。例えば、第１の微小流体チャネル１０２が所望の分注特性を提供することを、センサ信号３０４、３０６が示す場合、コントローラ３０２は、駆動信号３０８を出力し、駆動信号３１０を出力しない。逆に、第２の微小流体チャネル１０４が所望の分注特性を提供することを、センサ信号３０４、３０６が示す場合、コントローラ３０２は、駆動信号３１０を出力し、駆動信号３０８を出力しない。
コントローラ３０２は、信号３０４、３０６を互いに比較し、より安定した一連のパルス、チャネル障害のより少ない指示、又は類似物のような、細胞分注特性を呈する信号３０４、３０６に対応する分注ノズル１１２、１１４を選択することができる。コントローラ３０２は、ターゲット細胞の分注特性を示す基準信号と信号３０４、３０６を比較し、当該基準信号に更に良く一致する信号３０４、３０６に対応する分注ノズル１１２、１１４を選択することができる。
細胞含有流体の流れを特徴付ける（特性化する）ために及び分注ノズル１１２、１１４を選択するためにセンサ信号３０４、３０６を用いることは、デバイス３００が最初に動作に移される際に、コントローラ３０２により実行され得る。較正プロセス又は特性化プロセスは、生産作業の前に実行されることができ、生産作業の間、選択された分注ノズル１１２、１１４を用いて、細胞アッセイ、又は他の生物学的応用または生物化学的応用のために細胞含有流体を分注する。
ウエルプレート又は類似したターゲット場所のアレイを使用する応用形態に関して、コントローラ３０２は、異なるターゲット場所に対してアクティブな細胞分注ノズルの位置を制御することができる。即ち、コントローラ３０２は、静止したターゲット場所構造体（例えば、ウエルプレート）に対して移動させるためにアクティブな細胞分注ノズルを制御することができる、又は静止したアクティブな細胞分注ノズルに対して移動させるためにターゲット場所構造体を制御することができる。コントローラ３０２は、次のターゲット場所に移動する前に、ターゲット場所において任意の数の細胞を分注することができる。
図４は、複数の分注ノズルに流体を供給する複数の微小流体チャネルの検出された流れ特性に基づいて、複数の分注ノズルからアクティブな分注ノズルを選択するためにコントローラにより処理され得る例示的な命令とデータの略図を示す。
入力データは、分注ノズルに流体を供給する微小流体チャネルにおけるセンサから取得された信号４００、４０２、４０４を含む。
入力データは、アクティブなノズルの選択が時間に制約され得るように、時間またはカウント４０６を更に含むことができる。時間制約の例は、微小流体デバイスの生産作業の前にアクティブなノズルを選択すること、生産作業中にアクティブなノズルを周期的に選択すること、及び類似することを含む。時間またはカウント４０６は、アクティブなノズルが選択される時間ウィンドウを求めるために使用され得る。係る時間ウィンドウの間に、全ての分注ノズルの出力は、廃棄され得る。
出力データは、選択されたアクティブなノズル４０８の論理的識別子を含む。アクティブなノズルの識別子４０８は、分注ノズルに駆動信号を選択的に提供するデマルチプレクサー又は他のタイプのスイッチに対する入力として使用され得る。
流れ特性およびノズル選択命令４１０は、入力データを取得し、出力データとしてアクティブなノズルの識別子４０８を生成する。命令４１０は、信号特性を流れ特性と関連付けることができる。例えば、図５に示されるように、センサを通過した細胞の流れは、パルス５００として記録され得る。パルスサイズは、チャネル形状に対する細胞サイズに相関することができる。チャネルを詰まらせる細胞は、より長い持続時間の信号５０２をもたらすことができる。
更に、図５は、特定のチャネルに対して小さ過ぎる細胞を表すパルス５０４を示す。流れ特性およびノズル選択命令４１０は、チャネル形状に対して細胞サイズを区別するために振幅弁別を使用することができ、更に閉塞を識別するために時間またはカウント４０６を参照することができる。
図６は、チャネルの流れに基づいて分注ノズルを選択することに関する例示的な方法６００を示す。方法６００は、本明細書で説明されたデバイスの何れかにより、実行され得る。方法６００は、コントローラ又はその命令により具現化され得る。方法はブロック６０２から開始する。
ブロック６０４において、第１の分注ノズルが駆動される間に、細胞含有流体のリザーバと連絡する第１の微小流体チャネルにおける第１のセンサから、第１の信号が取得される。第１のセンサは、電極を含むことができ、第１の信号は経時的な電圧信号であることができる。
ブロック６０６において、第２の分注ノズルが駆動される間に、リザーバと連絡する第２の微小流体チャネルにおける第２のセンサから、第２の信号が取得される。第２のセンサは、電極を含むことができ、第２の信号は経時的な電圧信号であることができる。
ブロック６０８において、第１及び第２の信号が分析される。図５に示されたような信号特性が求められ得る。第１及び第２の信号が互いに比較され、又はアクティブな細胞分注ノズルとして、ブロック６１０において第１の分注ノズルを選択するか又はブロック６１２において第２の分注ノズルを選択するかを判断するために基準信号と比較され得る。ブロック６０８は、アクティブな細胞分注ノズルを選択するために、細胞含有流体の各チャネル及びその個々のノズルとの相互作用を特徴付けることができる。
方法６００は、ブロック６１４で終了する。選択されていないノズルは、停止され得る。
図７は、ターゲット場所において細胞を分注するために、選択された分注ノズルを使用することに関する例示的な方法７００を示す。方法７００は、本明細書で説明されたデバイスの何れかにより、実行され得る。方法７００は、コントローラ又はその命令により具現化され得る。方法はブロック７０２から始まる。
ブロック７０４において、複数の選択可能な分注ノズルが駆動され、複数の信号が、細胞含有流体のリザーバと複数の選択可能な分注ノズルとの間に存在する複数の微小流体チャネルにおける複数のセンサから取得される。選択可能な分注ノズルは、複数のターゲット場所を提供するウエルプレート又は他の構造体に対して制御可能な位置を有する共通の分注ヘッドに設けられ得る。
ブロック７０６において、本明細書の他の場所で説明されるように、取得された信号が分析され、次いで、ブロック７０８において、複数の分注ノズルから、アクティブな分注ノズルが選択される。ブロック７０６は、ブロック７０８においてアクティブな細胞分注ノズルを選択するために、細胞含有流体の各チャネル及びその個々のノズルとの相互作用を特徴付けることができる。
ブロック７１０において、アクティブな細胞分注ノズルが、ターゲット場所に細胞含有流体の一部を分注するために駆動される。他の分注ノズルは停止され得る。任意の数の細胞がターゲット場所に分注されることができ、個々のセンサ信号は、分注されるべき流体の一部内に、細胞が含まれることを確認するために使用され得る。
ブロック７１２において、選択された数の分注の後、方法７００はブロック７１４で終了する。
分注後、例えばウエルプレート又は他の構造体における一組の異なるターゲット場所に対するアクティブな細胞分注ノズルの位置は、ブロック７１６において変更され得る。アクティブな細胞分注ノズルに対応する（即ち、同じ微小流体チャネル内にある）センサ信号は、異なるターゲット場所のそれぞれにおいて細胞を分注するために参照され得る。
図８は、側面からの断面で見られる例示的なデバイス８００を示す。本明細書で説明された他のデバイスの特徴および態様は、デバイス８００と共に使用されることができ、逆もまた同じである。同様の参照符号は、同様の要素を示し、本明細書において同様の要素の説明は繰り返されない。
デバイス８００は、分注ノズル１１４の上流に位置する流れ特性化センサ１１０の検出近傍へ細胞を案内するために、微小流体チャネル１０４へ延びる表面特徴要素８０２を含む。表面特徴要素８０２は、微小流体チャネル１０４内への突出部、微小流体チャネル１０４の局所的に狭い部分、又は類似物を含むことができる。表面特徴要素８０２は、センサ１１０を通過して流れる流体内の細胞をセンサ１１０の付近へと駆り立てて、細胞のサイズのような特性が正確に検出されることができるようになっている。
図９は、例示的なデバイス９００を示す。本明細書で説明された他のデバイスの特徴および態様は、デバイス９００と共に使用されることができ、逆もまた同じである。同様の参照符号は、同様の要素を示し、本明細書において同様の要素の説明は繰り返されない。
デバイス９００は、流体リザーバ９０４及び当該流体リザーバ９０４と連絡する複数の下流チャネル９０６、９１４を画定する基板９０２を含む。各下流チャネル９０６、９１４は、分注ノズル９１０において終端するノズルチャネル９０８に接続することができる。細胞含有流体は、流体リザーバ９０４に供給され得る。分注ノズル９１０の動作は、個々の下流チャネル９０６、９１４を介して、分注ノズル９１０において分注されるべきノズルチャネル９０８へと流体を吸い込むことができる。
下流チャネル９０６、９１４は、公称の細胞サイズの異なる範囲に適合するように異なる形状を有することができる。例えば、下流チャネル９０６は、一定断面積まで徐々に狭くなることができる。別の例において、下流チャネル９１４は、徐々に狭くなり、次いで一定断面積まで逓減することができる。
下流チャネル９０６、９１４には、チャネル９０６、９１４内に存在する流体に含まれた細胞を検出するためのセンサ９１２、９１６が設けられ得る。センサ９１２、９１６から取得された信号は、下流チャネル９０６、９１４を介した細胞含有流体の流れを特徴付けるために使用され、それに応じて、細胞を分注するためにアクティブな分注ノズルとして分注ノズル９１０を選択することができる。様々なセンサ構成が使用され得る。例えば、センサ９１２は、下流チャネル９０６において２つの電極９１８、９２０を含むことができる。別の例において、センサ９１６は、下流チャネル９１４において電極９２２、及びノズルチャネル９０８において別の電極９２４を含むことができる。
図１０は、例示的なデバイス１０００を示す。本明細書で説明された他のデバイスの特徴および態様は、デバイス１０００と共に使用されることができ、逆もまた同じである。同様の参照符号は、同様の要素を示し、本明細書において同様の要素の説明は繰り返されない。
デバイス１０００は、分注ヘッド１００２を支持するカセットであることができる。分注ヘッド１００２は、細胞含有流体を受け取るためのフィルカップ１００４を含むことができる。フィルカップ１００４は、開いており、手動で充填可能であることができる。フィルカップ１００４は、本明細書の他の場所で説明されるような、リザーバ（例えば、図１のリザーバ１０６）、複数の微小流体チャネル、複数のセンサ、及び複数の分注ノズルを支持する基板に細胞含有流体を移送するための流体開口１００６を含むことができる。
デバイス１０００は、分注ヘッド１００２及びその微小流体基板を固定するカセットフレーム１００８を含むことができる。カセットフレーム１００８は、図１２に示されるような、ディスペンサーデバイスに着脱可能に接続可能であることができる。デバイス１０００は、センサ、及び分注ヘッド１００２の分注ノズルをディスペンサーデバイスに電気接続するための一組の電気コンタクト１０１０を含むことができる。
任意の数の分注ヘッド１００２が同じカセットフレーム１００８により支持され得る。各分注ヘッド１００２には、異なる流体試料が提供され得る。
図１１は、図１０に示されたものを反対側から見たような分注ヘッド１００２を示す。分注ヘッド１００２は、複数の分注ノズルオリフィス（例えば、図２のオリフィス２０６）を有する露出された基板１１００を含むことができる。
図１２は、例示的なデバイス１２００を示す。本明細書で説明された他のデバイスの特徴および態様は、デバイス１２００と共に使用されることができ、逆もまた同じである。同様の参照符号は、同様の要素を示し、本明細書において同様の要素の説明は繰り返されない。
デバイス１２００は、本明細書の他の場所で説明されたようなコントローラを含むことができるディスペンサーデバイスであることができる。デバイス１２００は、分注ヘッドを支持する着脱可能なカセット１０００を受容および固定するためのカセットホルダ１２０２を更に含むことができる。デバイス１２００は、カセット１０００の電気コンタクト１０１０に接続するための電気コンタクトを含むことができる電気コネクタ１２０４を更に含むことができる。デバイス１２００は、ターゲット場所のウエルプレート又は類似した構造体を支持するためのトレイ１２０６を更に含むことができる。デバイス１２００は、異なる場所において細胞を分注するために、カセット１０００により支持された分注ヘッドに対してトレイ１２０６の位置を制御することができる。
上記に鑑みて、細胞含有流体の試料と異なる微小流体チャネルとの間の相互作用が、生産用途のために微小流体チャネルを選択するために特徴付けられ得ることが明らかであろう。特定の流体に対する微小流体チャネルの性能を予測する必要性は、低減または除去され得る。多数の異なる微小流体デバイスを維持する必要性は、低減または除去され得る。
理解されるべきは、上記で提供された様々な例の特徴および態様は、本開示の範囲にも含まれる更なる例へ統合され得る。更に、図面は、一律の縮尺に従っておらず、例示のために誇張されたサイズと形状を有する場合がある。

Claims (13)

  1. 流体リザーバから細胞含有流体を受け取るために前記流体リザーバと連絡し、第１のサイズ範囲の細胞を移送するように形作られた第１の微小流体チャネルと、
    前記流体リザーバから細胞含有流体を受け取るために前記流体リザーバと連絡し、前記第１のサイズ範囲と異なる第２のサイズ範囲の細胞を移送するように形作られた第２の微小流体チャネルと、
    前記第１の微小流体チャネルに配置された第１のセンサと、
    前記第２の微小流体チャネルに配置された第２のセンサと、
    前記第１の微小流体チャネルの端部に配置された第１の分注ノズルと、
    前記第２の微小流体チャネルの端部に配置された第２の分注ノズルと、
    前記第１の微小流体チャネルにおける前記第１のセンサに接続するように構成され、前記第２の微小流体チャネルにおける第２のセンサに接続するように更に構成されたコントローラと、を含み、
    前記コントローラは、前記第１の微小流体チャネルから細胞を分注するために前記第１の微小流体チャネルにおける前記第１の分注ノズルを駆動するように更に構成され、前記第２の微小流体チャネルから細胞を分注するために前記第２の微小流体チャネルにおける前記第２の分注ノズルを駆動するように更に構成され、
    前記コントローラは、前記第１のセンサから第１の信号を取得し且つ前記第２のセンサから第２の信号を取得するように更に構成され、前記コントローラは、前記第１の信号および前記第２の信号のどちらが細胞の所望の分注特性により近いかを判定し、前記第１の信号および前記第２の信号の判定に基づいて、アクティブな細胞分注ノズルとして前記第１の分注ノズル又は前記第２の分注ノズルを選択するように更に構成されている、デバイス。
  2. 前記コントローラは、前記第１の微小流体チャネル又は前記第２の微小流体チャネル内の細胞含有流体内に含まれる細胞を分注するために、前記アクティブな細胞分注ノズルを更に駆動することができる、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記コントローラは更に、選択されない分注ノズルの駆動信号の出力を停止することができる、請求項１又は２に記載のデバイス。
  4. 前記コントローラは、異なるターゲット場所に対して前記アクティブな細胞分注ノズルの位置を制御することができ、前記コントローラは、異なるターゲット場所のそれぞれにおいて細胞を分注するために前記アクティブな細胞分注ノズルに対応するセンサ信号を参照することができる、請求項１～３の何れか１項に記載のデバイス。
  5. 前記コントローラは、前記アクティブな細胞分注ノズルを選択するために、前記第１の信号を前記第２の信号と比較することができる、請求項１～４の何れか１項に記載のデバイス。
  6. 前記コントローラは、前記アクティブな細胞分注ノズルを選択するために、前記第１の信号および前記第２の信号を基準信号と比較することができる、請求項１～４の何れか１項に記載のデバイス。
  7. 前記第１の微小流体チャネル、前記第１のセンサ、前記第１の分注ノズル、前記第２の微小流体チャネル、前記第２のセンサ、及び前記第２の分注ノズルを含む着脱可能なカセットを受容するためのカセットホルダを更に含む、請求項１～６の何れか１項に記載のデバイス。
  8. 前記第１のセンサの検出近傍へ細胞を案内するために、前記第１の微小流体チャネルへ延びる第１の表面特徴要素を更に含む、請求項１～７の何れか１項に記載のデバイス。
  9. 前記第２のセンサの検出近傍へ細胞を案内するために、前記第２の微小流体チャネルへ延びる第２の表面特徴要素を更に含む、請求項１～８の何れか１項に記載のデバイス。
  10. 分注ヘッドと、
    前記分注ヘッドに電気接続するためのコントローラと、を含み、
    前記分注ヘッドは、
    異なる細胞サイズの選択性を有する複数の微小流体チャネルと、
    複数のセンサであって、前記複数のセンサのそれぞれが前記複数の微小流体チャネルのそれぞれに配置されている、複数のセンサと、
    複数の分注ノズルであって、前記複数の分注ノズルのそれぞれが前記複数の微小流体チャネルのそれぞれに配置されている、複数の分注ノズルと、を含み、
    前記コントローラは、前記複数の微小流体チャネルのそれぞれに配置された各センサから求められた細胞含有流体の流れの検出された特性に基づいて、前記複数の分注ノズルからアクティブな分注ノズルを選択するように構成され、前記アクティブな分注ノズルから細胞含有流体を分注するように構成される、デバイス。
  11. 前記コントローラは、選択されない分注ノズルからの細胞含有流体の分注を更に停止することができる、請求項１０に記載のデバイス。
  12. 前記分注ヘッドを含む着脱可能なカセットを受容するためのカセットホルダを更に含む、請求項１０～１１の何れか１項に記載のデバイス。
  13. 前記コントローラは、前記分注ヘッドを含む複数の分注ヘッドに電気接続することができる、請求項１０～１２の何れか１項に記載のデバイス。
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