JP7390305B2 - マイクロ流体チップ構成および動力学を用いた光力測定および細胞画像化のためのマイクロ流体チップデバイス - Google Patents

マイクロ流体チップ構成および動力学を用いた光力測定および細胞画像化のためのマイクロ流体チップデバイス Download PDF

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Description

本発明は一般に、流体中の粒子または細胞についての粒子分析および画像化のためのデバイスおよび方法に関し、特に、圧力、流体力学、界面動電、および光学力を使用して流体についての粒子画像化のためのデバイスおよび方法に関する。
本発明は上方に垂直な方向に注入が行われ、チップのチャネルの分析部分の前および分析部分での粒子の沈降を最小限に抑えるために、流体バイアルがチップの下に配置されるマイクロ流体チップに関する。
本発明を実施するためには、既存のマイクロ流体チップ設計に変更を加えなければならなかった。例えば、バイアルをチップと垂直方向にインラインに保つためには、従来技術と比較して、チップとの異なるインターフェースを確立しなければならなかった。具体的には、（典型的にはマイクロ流体ラボオンチップシステムで行われるように）チップの最大面に取り付けられたポートを介してチップとインターフェースする入力チューブの代わりに、まず、直交して、次いで、チップを横切って、次いで、流体をポンピングし、次いで、チップを上昇させる。本発明は１つの態様において、マニホールドを使用して、チップの底部を通って上昇する入力および流体を有し、これにより、流体／流体力学の水平方向の再配向が回避される。
本発明によれば、バイアルの内容物は、チップの下に配置され、チップの第１チャネル内に直接、上方および垂直にポンプ輸送される。長いチャネルは、チップの底部からチップの頂部付近まで延在する。それから、チャネルは短い水平方向のターンをとるが、新しいチャネルは非常に短く、重力と壁でのゼロ流速による細胞沈降の影響をほとんど否定する。次に、従来技術とは異なり、流体は、分析部分までポンプで汲み上げられる。したがって、水平分析部分はチップ内の最も高いチャネル／流体点であり、したがって、チップの頂部に近く、その結果、従来技術よりも顕微鏡／カメラと試料との間のチップ材料（例えば、ガラス）が少なく、したがって、より鮮明な画像化が得られる。また、レーザは、解析中にこのチャネル内に細胞を浮遊させ、細胞が沈降するのを防止する。
従来技術によれば、分離および／または分析される細胞または粒子を含むマイクロ流体チップバイアルは、側面に配置され、マイクロ流体チップ内のチャネルに水平にポンプ輸送される。最初に、バイアルの内容物（例えば、粒子または細胞）を、上向きの垂直方向にポンプ輸送し、次いで、下に移動するようにｕターンを作り、次いで、チップ中に水平にポンプ輸送した（例えば、米国特許第９，５９４，０７１号を参照）。
チップへの接続は水平であり、これは、接続におけるデッドボリューム（ある程度不可避である流体接続における空の空間）と組み合わされて、重力による顕著な追加の沈降をもたらす。このような構成はまた、接続によって必要とされる比較的大きな直径のチャネルを必要とし、それは、デッドボリュームに加えて、比較的低い速度の領域を作り出し、さらに、粒子沈降の問題を増大させる。本発明による電流チップは、大きな水平入力チャネルおよび大きな水平入力チャネルから第１の垂直チップチャネルにおける比較的薄い上昇流へのむしろ急激な変化の必要性を排除する。このような構成は、水平方向の沈降および沈降を引き起こす不必要な方向の変化を排除する。細胞をチップの底縁に入らせることは、細胞または粒子が水平チャネルの底に沈降することができず、むしろそれらが流れによって常に上方に案内されるように、重力に対して垂直にそれを配向することによって、デッドボリューム内に沈降する問題も解決する。これは、直感的ではなく、現行の具体化された解決策を設計する前に問題を実現するために多くの実験を必要とする。現在入手可能なマイクロ流体デバイスは、本発明とは対照的に、研磨された表面およびガラスのより広い面積上にカスタムまたは市販の接続を組み込み、これは、一般に、サンプル流内に含まれる任意の粒子（例えば、細胞）を強制的に、直ちに回転させ、そしてチップに入ると水平に移動させる。
また、従来技術において、細胞または粒子は分析チャネルに到達する前にマイクロ流体チップ上でいくつかの水平方向の走行を有し、これは、沈降をもたらす。バイアル内容物がチップおよびチップ内のチャネルに入る時点で、内容物は、垂直インチップチャネルと比較して水平にポンピングされる。次いで、チャネルは上方に流れ、長い水平方向の回転をとる。この時点で、重力によって細胞はチャネルの底部に沈降する傾向がある。また、層流条件のために壁でより低い速度を経験する。本質的には、放物線状の速度プロフィールのために、流れはチャネルの中間で最高であり、チャネル壁面またはその近傍でゼロに減少する。最初の水平インチップチャネルの後、流体は、粒子が画像化または分離される分析チャネルの前に下向きのターンを取る。この構成のため、顕微鏡／カメラと解析チャネルの間には比較的大きな距離が存在する。この典型的な従来技術の構成では、粒子は下方に押しやられ、最終的にチップの底部から出る。
さらに、従来技術の制約のために、複数の水平ランが必要とされ、細胞をチャネル内の複数の場所に定着させる。これは、今度がチップのエッジで付加的な材料を通して画像形成する必要があるため、画像品質の低下を引き起こす。チップ内の従来技術のチャネルは上向きの垂直方向に、次いで水平方向に、次いで、適切な細胞または粒子浮遊液のためにジグザグの性質で、次いで、チップの下に、そしてチップの外にポンプ輸送されなければならなかった。ジグザグチャネルは、本発明によって除去される。
流体中の細胞または粒子の３Ｄ画像をレンダリングすることに関しても、従来技術が存在する。例えば、Ｍ．Ｈａｂａｚａ、Ｍ．Ｋｉｒｓｃｈｂａｕｍ、Ｃ．Ｇｕｅｒｎｔｈ－Ｍａｒｓｃｈｎｅｒ、Ｇ．Ｄａｒｄｉｋｍａｎ、Ｉ．Ｂａｒｎｅａ、Ｒ．Ｋｏｒｅｎｓｔｅｉｎ、Ｃ．Ｄｕｓｃｈｌ、Ｎ．Ｔ．Ｓｈａｋｅｄ、「Ａｄｖ．Ｓｃｉ．」、２０１７年，、４、１６００２０５、は、細胞を捕捉し、それを高速で回転させ、干渉法を用いて細胞内の屈折率分布を測定することを教示する。干渉法もまた、マイクロ流体チャネル中の細胞を分析するために使用されている（例えば、ＹＳｕｎｇ他、「Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ａｐｐｌ．」２０１４年２月２７日、１：０１４００２を参照）。しかしながら、本発明は細胞または粒子が流体の流れの中を移動し、画像化デバイスの焦点面を通過するときに、細胞または粒子の複数の画像を撮影することを主張し、それによって、３Ｄ画像をレンダリングするために細胞を捕捉する必要性を無効にする。機械的並進ステージを使用して細胞または粒子を移動させるなどの他の技術が教示されており（例えば、ＮＬｕｅ他、「Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ」２００８年９月２９日、Ｓ１６（２０）：１６２４０ー６）、それらのいずれも本明細書に記載されるような明視野画像化を使用せず、画像焦点面に対する細胞位置決めを提供するために流体流動を利用しない。
本明細書に引用される全ての先行技術文献は、その全体が参照により組み込まれる。
本発明は粒子の沈降を最小限に抑えるために、注入が行われ、試料バイアルがチップの下に配置されるマイクロ流体チップに関する。したがって、バイアルの内容物はチップの下に位置し、チップのチャネル内に直接、上方および垂直にポンプ輸送される。長いチャネルは、チップの底部からチップの頂部付近まで延在する。次いで、チャネルは短い水平方向のターンをとるが、新しいチャネルは、チャネルの壁でのゼロ流速による細胞の沈降の影響に関して、取るに足らないほど十分に短い。そして、従来技術とは逆に、試料を分析部まで汲み上げる。したがって、水平分析部分はチップ内の最も高いチャネル／流体点であり、したがって、チップの頂部に近く、その結果、顕微鏡／カメラ間のガラスが従来技術より少なく、したがって、より鮮明な画像化が得られる。チップの頂部からの分析チャネルの距離は１００ミクロン～２ｍｍであり得るが、１００ミクロン～２００ミクロン、２００ミクロン～３００ミクロン、３００ミクロン～４００ミクロンなど、１００ｍｍもの大きさであることもあり得る。一実施形態では、チップの分析部分の後、試料、例えば、流体、細胞、および／または粒子はチップの底部まで下方にポンプで送られ、外側に押し出される。
本発明はさらに、特に流体がチップチャネルに入る点で、水平方向の流れが最小限に抑えられるマイクロ流体チップを対象とする。従来技術のチップは約１３ｍｍの水平チャネル（非解析部分）を含み、その注入ポートは、約２ｍｍと、はるかに大きな直径であり、低速度のために沈降を悪化させる。本明細書に記載のチップは好ましい実施形態では水平チャネル（非分析）が約０．２～３．０ｍｍであるが、水平チャネルの長さは０．０１～１００．０ｍｍ、例えば０．０１ｍｍ～０．０２ｍｍ、０．０２ｍｍ～０．０３ｍｍ、０．０３ｍｍ～０．０４ｍｍなどの範囲であり得る。これは、本発明のチャネルシステムの結果であり、従来技術とは、大きさのオーダーが異なるものであって、細胞／粒子の流れを改善し、沈降を排除する。
本発明の別の態様は、画像化が行われ、分析がチップのコーナーまたはその付近に基づくマイクロ流体チップに関し、それによって、カメラと分析チャネルとの間に存在するガラスおよび距離がより少ないため、複数の視点からの画像化が改善される。これにより、より高い数値の対物レンズを使用して、倍率を増加させることによって詳細な結像を改善することも可能になる。このような設計の改善は、ガラス（またはプラスチックまたは任意の透明または半透明材料などのチップを構成する他の物質）および距離（例えば、ガラスの欠陥による）によって引き起こされる画像の歪みを低減する。画像化デバイスと分析チャネルとの間の距離は１００ミクロンから２ｍｍであってもよいが、１００ミクロンから２００ミクロン、２００ミクロンから３００ミクロン、３００ミクロンから４００ミクロンなど、１００ｍｍほどの大きさであってもよい。
さらに、本発明は、マイクロ流体選別チップに関し、分析チャネルから下流に分離され、圧力および／またはレーザ（または他の光学力）の両方を同時にまたは連続的に使用して選別機能を作動させることを可能にする。一態様では、フローが分類機能のための分析チャネルから継続する。例えば、粒子は、垂直チャネルに向けられ、次いで、水平選別チャネルに向けられる。一実施形態では、光学力および／または圧力が選別チャネルを用いて流れの方向に加えられ、チャネルを通して粒子を押し出す。光学的力によって直接作用しない粒子は、例えば、重力、動電力、磁気力、層流ライン、流れライン、流量の減少、直交する光学的力、または粒子を代替チャネルに吸い込むために印加される真空によって、代替チャネルに迂回する。仕分け後分析チャネルに関連する別の態様では、本発明がチップの裏側から光学的力を向けること（レーザまたは光学的力が同じ流れ方向に向けられる）、およびいくつかの態様ではこの一次レーザを分割することを可能にする。実施形態では、光学力および／または圧力がチャネルを通る物質の移動の反対方向に、例えば、流れに逆らって印加されてもよく、またはチャネル内の物質の移動と同じ方向に、例えば、流れとともに印加されてもよい。細胞または粒子の選別は、単一のデバイスまたは別個のチップ上で行うことができる。例えば、図１Ｂにおいて、出口管１４５の前の第５チャネルは単一または複数の選別領域を可能にするために、１つ以上の分岐を含む。
本発明の別の態様では、マニホールドは、チューブがマニホールドを通過し、バイアル内の物質（例えば、流体）と接触する反対側のバイアルまたは他の容器に接続するように、バイアルに接続される。マニホールドは、バイアルがマイクロ流体チップに接続されるが、チップの下に保管されることを可能にし、および／または、マニホールドは、バイアルの内容物がチップの底部から注入されることを可能にし、バイアルまたはバイアルからの管がマイクロ流体チップに接続するか、または、マイクロ流体チップと連通する細胞または粒子の沈降など、従来技術によって経験されるいくつかの問題を軽減する。
別の態様では、本発明がマイクロ流体チップホルダに向けられ、このチップホルダは統合化プリズム・キャビティを含む光源を導く構造を備え、プリズムが嵌合されると、光はチップに対してある角度で出射する。これは、制約された幾何学的形状を照明するための好ましい方法である。実施形態において、光源は光ファイバまたはコリメート光源または集束光源を含むが、これらに限定されない。この光源は、特に、分析チャネルに正確に向けられるか、または、配向される。
本発明の別の態様では、このデバイスは、第１のカメラおよびチャンネルビューに対して直交して配向された第２画像化デバイスを含む。２台目のカメラの理由はさまざまである。１つの態様において、第２画像化デバイスの理由は、分析チャネル内のレーザまたは光学力の視覚的アライメントを補助することである。別の態様では、本明細書で説明する方法を使用して、第１のカメラからのデータを記録することができる。第２カメラでは、データを第１のカメラからのデータと組み合わせることができ、その結果、セルの位置、サイズ、形状、体積などをより正確に外挿するために使用できる追加のデータが得られる。同じ細胞（または粒子）についてのこの追加の情報は、測定および分析の精度および範囲を増加させる。さらなる態様では、第２カメラが第１のカメラと組み合わされて、直交カメラと、フロー内のカメラまたはチップの側面に向かって配置されたカメラとによって画像化された、細胞または粒子、または細胞または粒子のグループの３Ｄ再構成を可能にする。流れを逆にするかまたは遅くすること、および特定の細胞もしくは粒子、または細胞もしくは粒子の群の１つ以上の画像を撮ることを含む、本明細書または他に記載されたアルゴリズムを使用して、本発明は複数の画像が分析され、そして処理されることを可能にする。それによって、細胞体積、細胞形状、核位置、核体積、オルガネラまたは封入体位置などの特徴／属性／定量的測定の決定を可能にする。本発明の別の態様では、カメラが流れの方向にある軸内の画像を画像化するように配向される。
一態様では、本発明が粒子を適切に浮遊させておくために、従来技術によれば好ましいように、蛇行またはジグザグのチャネルを必要としない。チップ内に注入される流体および粒子または細胞の垂直性のために、ジグザグチャネルは、チャネルを通って第１の水平チャネル（本明細書では第２チャネルと呼ばれる）に直接流れる垂直に統合されたポンピングされた粒子によって回避される。
添付の図面は本発明のいくつかの実施形態の特定の局面を示し、本発明を限定または定義するために使用されるべきではない。図面は記載された説明と共に、本発明の特定の原理を説明するのに役立つ。
図１Ａは、チップ、マニホールド、およびバイアルを含む、デバイス構成の全体図を示す図である。 図１Ｂは、チップチャネルの向きおよび位置の特定の描写を示す図である。 図２ＡおよびＢは、本発明によるマイクロ流体チップホルダを示す図を含む。 図２ＡおよびＢは、本発明によるマイクロ流体チップホルダを示す図を含む。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明によるチップホルダの角度および態様を示す図である。 図３Ａおよび３Ｂは、本発明によるチップホルダの角度および態様を示す図である。 図４Ａおよび図４Ｂは、チップに係るセル経路および画像化構成の一例を示す図である。 図４Ａおよび図４Ｂは、チップに係るセル経路および画像化構成の一例を示す図である。 図４Ｃは、代替セル経路を示す図である。 図５は、オンチップ・マルチプレーン画像化と、それが３Ｄ画像および情報をレンダリングするためにどのように使用され得るかとを示す図である。 図６Ａおよび図６Ｂは、流体の流れにおけるチップ上の多重平面画像化、およびそれが３Ｄ画像を描写するために使用され得る方法を示す図である。 図６Ａおよび図６Ｂは、流体の流れにおけるチップ上の多重平面画像化、およびそれが３Ｄ画像を描写するために使用され得る方法を示す図である。 図７は、どのようにして細胞がチップの分析部分内で捕捉および／または平衡化され、複数の角度から画像化され得るかを示す図である。 図８は、粒子がカメラから離れるように、カメラおよび照射源がレーザおよび流れの方向に沿ってどのように配置されるかを示す図である。 図９は、粒子がカメラに向かって移動するように、レーザおよび流れの方向に沿って、カメラおよび照射源をどのように配置することができるかを示す図である。
本発明は、様々な特徴を有する特定の実施形態を参照して説明されてきた。当業者には、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明の実施において様々な修正および変形を行うことができることが明らかである。当業者は、これらの特徴が所与の用途または設計の要件および仕様に基づいて、単独で、または任意の組合せで使用され得ることを認識する。様々な特徴を含む実施形態はまた、これらの様々な特徴から構成されてもよく、または本質的にこれらの様々な特徴から構成されることができる。本発明の他の実施形態は、本明細書の考察および本発明の実施から当業者には明らかである。提供される本発明の説明は本質的に単に例示的または説明的なものであり、したがって、本発明の本質から逸脱しない変形は、本発明の範囲内であることが意図される。
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、そのアプリケーションにおいて、以下の説明に記載されるか、または図面に示される構成要素の構成および配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。また、本明細書で使用される語法および用語は説明の目的のためのものであり、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。
ここで図面を参照すると、図１Ａは、本明細書で教示するデバイスの全体図を示す。試料バイアル１３０は、マイクロ流体チップ１００（本明細書では一般的に基板とも呼ばれる）の下に配置され、バイアルの数またはサイズに関して限定されない。バイアルは、これらに限定されるものではないが、流体、液体、気体、血漿、血清、血液、細胞、血小板、粒子など、またはこれらの組み合わせのうちの１つ以上を含む１つ以上の物質など、デバイスを通って移動され得る任意のタイプのサンプルを保持するように構成される。本明細書の文脈において、用語「流体」または「サンプル」は、そのような１つ以上の物質を指すために一般的に使用することができる。バイアルは、チップの下面と動作可能に連通する空気管１１０を使用して、直接的または間接的に接続される。それらはまた、図１Ａにさらに示されるように、マニホールド１２０によって接続することができる。図１Ｂは、物質、流体、粒子、および／または細胞がマイクロ流体チップの縁部などの１つの外面（例えば、図１ＢのＸＺ平面）に注入される、マイクロ流体チップ１００の好ましい実施形態を示す。注入は、ＸＺ面またはＸＹ面のような最小距離によって共有される面のうちの１つに沿って、図１Ｂに示される。この特定の実施形態では、辺Ｘ１６０の長さは、辺Ｙ１７０の長さおよび辺Ｚ１８０の長さよりも短い。そのような構成は試料がチップ上のチャネルに入る際に最小の偏差を有することを可能にする（例えば、現在の技術水準における一般的な場合のように、右折は必要ない）。
図１Ａでは、物質、流体、粒子、および／または細胞をマイクロ流体チップ内に垂直方向および上方向に注入またはポンプ注入することができるように、１つ以上のバイアル１３０をマイクロ流体チップ１００に接続するマニホールド１２０が示されている。マニホールドはチップの底部から物質の注入を可能にし、一方、エレクトロニクス、フローセンサ、およびチューブ（液体および空気の両方）を、スループットを最適化する細胞沈降を最小化するように配置する。空気チューブは、圧力または真空を提供し、これは、シールされると、マニホールドデバイスの範囲内で閉鎖システムを提供する。一実施形態では、バイアルとマニホールドとの間にはシールがなく、内部容積の圧力が大気圧であることを示す距離がある。これにより、大気に開放された容器から、または容器へ物質をポンピングすることが可能になる（開放された容器からポンピングするために真空が必要とされる）。マニホールドはスループットを最適化する細胞の沈降を最小限に抑えるように、電子機器、流量センサ、およびチューブ（液体と空気の両方）を配置する。
チップの底部から内容物を注入することによって、本発明は入口管１４０および出口管１４５の水平方向の動きを最小にし、これは、チャネル１５０内の粒子または細胞の沈降のような問題を引き起こす。出口管は、この例ではＺおよびＸ寸法（図１Ｂ）において、入口管からオフセットされている。実施形態において、出口管は、オフセットではなくオフセット、直線、インライン、または入口管に対して角度をなしている。このような構成は、セルおよび／または粒子と組み合わされた流体が方向および流体力学を上方に押し上げなければならない水平方向に側面からチップ内に注入または圧送される場合など、従来技術で発生する沈降に関する問題を現在の構成が解決するので、蛇行またはジグザグの垂直チャネルの必要性を排除する。マニホールドおよびチップの底部からの注入はまた、追加の要素、構成要素、機械、またはハードウェアがチップの下に配置されることを可能にする（図１Ａ参照）。
マニホールド１２０はバイアル内の内容物より上の空気圧力を調整し、フローセンサおよび電子機器のための正しい幾何学的形状を提供することによって機能する。流体または空気チューブのようなチューブはマニホールドを通過し、反対側のバイアルに接続する。加圧された空気はマニホールドの片側を通過し、マニホールド内に閉じた加圧システムを作り出す。密閉領域の圧力を調整することによって、システムは、流速および流体力学のようなパラメータへの変化を可能にする。加圧領域は、バイアル１３０およびマニホールド１２０の両方にある。別の態様では、バイアルは周囲大気に開放されているので、バイアルに空気接続は必要とされない。これは、より多様な容器および供給源のサンプリングを可能にする。そのような実施形態では、圧力差が生成されて開放容器からの流体流を駆動するように、真空が他の１つ以上のバイアルに適用される。
一実施形態では、圧力ベースのサンプル注入が使用される。バイアルは、流体中の試料で満たされ、チップに接続された蓋またはチューブのいずれかで密封される。蓋に取り付ける前に、バイアルを空気に開けるか、隔壁または他の気密デバイスで密封することができる。一態様では、蓋は２つの接続部を含むことができ、１つは気体などの流体用であり、１つは液体用である。任意選択で、方法の実施形態は、第１チャネルと連通する試料入口ラインと連通する試料入口ラインチップを提供するステップをさらに含む。
別の実施形態では、真空ベースのサンプル注入が使用される。バイアルは、流体中の試料で満たされ、チップに接続された蓋またはチューブのいずれかで密封される。蓋に取り付ける前に、バイアルを空気に開放するか、または隔壁で密封することができる。一態様では、蓋は２つの接続部を含むことができ、１つは気体などの流体用であり、１つは液体用である。必要に応じて、流体は、１つ以上の他のバイアルに真空圧を適用することによって、大気に開放されたバイアルから吸引され得る。任意選択で、方法の実施形態は、第１チャネルと連通する試料入口ラインと連通する試料入口ラインチップを提供するステップをさらに含む。
図２Ａ～Ｂおよび図３Ａ～Ｂには、チップホルダ２００、３００が示されている。チップホルダは、光ファイバ光源、発光ダイオード、またはレーザなどの光源２１０をガイドする構造、およびプリズムを装着することができる統合化プリズム・キャビティ２２０、３２０を備える。光源は、チップホルダ内の集積構造またはチャネル２４０によって、所望の位置に導かれるか、または整列される。光ファイバ光源のための組み込み空間は、マイクロ流体チップ２３０、３３０またはマイクロ流体チップ内のチャネル上などの制約された幾何学的環境においてさえ、照明の円錐２５０などの照明を可能にする。好ましい態様では、この光源が特に分析チャネル２６０に正確に向けられるか、または配向されるか、または集束される。好ましい実施形態では、チップホルダがプリズム２２０、３２０のための内蔵空間と、制約された幾何学的形状を有する照明を可能にする光ファイバ光源２１０とを含む。チップはホルダ３５０の底部に孔または開口をさらに含み、本明細書に記載されるように、流体チューブを正確に整列させる。一実施形態では、調節可能なネジが適切な位置合わせのために、１つ以上の面上のネジ穴３６０に統合化される。
図４Ａは、本明細書に記載されるマイクロ流体チップ４００の好ましい実施形態である。図示のように、流体はまず、第１チャネル４１０を通って垂直方向に上方に移動し、次いで、第２水平チャネル４２０と通信する。別の垂直チャネル４３０は、第４チャネル４４０が水平である点であるチップの頂部により一層近くに流体をとり、図４に示すように、分析チャネルを含む。チャネルは試料がシステムを通って１つのチャネルから別のチャネルに移動することを可能にするように、互いに動作可能に連通している。実施形態において、試料は第１チャネルから第２チャネルへ、第３チャネルへ、第４チャネルへ、または逆に、またはそれらの組み合わせで流れることができる。ポンプおよび／または真空デバイスはチャネルを通る物質の移動を可能にするために、チャネルの開口部および出口のいずれかまたは両方に正圧および／または負圧を提供するために提供され得る。分析チャネルは、チップの面、縁部、または側面など、基板の１つ以上の外面に近接している。例えば、この構成によれば、解析チャネルはチップの上面および側面に近接し、それによって、マイクロ流体チップの物質を通した画像化および解析を改善する。好ましい実施形態では、分析チャネルがチップの上面および側面から約１ｍｍ～約２ｍｍである。しかしながら、チップの頂部からの分析チャネルの距離は、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ、０．２ｍｍ～０．３ｍｍ、０．３ｍｍ～０．４ｍｍなど、０．１ｍｍ～１００ｍｍとすることができる。別の言い方をすれば、分析チャネルは、基板の上部５０％、３３％、２５％、１０％、または５％内に配置することができる。本発明による水平分析チャネルの長さは、約２５０ミクロン～約１０ｍｍとすることができる。しかしながら、分析チャネルの長さは、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ、０．２ｍｍ～０．３ｍｍ、０．３ｍｍ～０．４ｍｍなど、１００ミクロン～１００ｍｍであってもよい。言い換えれば、分析チャネルの長さは、基板／チップの高さ、幅、または長さの約７５％以下、例えば、基板／チップの高さ、幅、または長さの５０％以下、３３％以下、２５％以下、１０％以下、または５％以下とすることができる。
図４Ｂには、マシンビジョンカメラなどの２つの画像化デバイス４５０が示されている。一実施形態では、カメラがチップの上方に配置され、分析チャネルに対して直交して配向されてもよい。別の実施形態では、カメラがチップの側面に配置され、流れの方向に直交するように、または流れの方向に対して斜めに（例えば、チャネルの上方、チャネルの下方、またはチャネルの側面に対して角度をなして）配向されてもよい。実施形態では、カメラが、画像化が１つ以上の物質の流れに対して直角または９０度など、１つ以上の物質の流れに対して任意の角度で、または０～９０度、または１０～８０度、または３０～６０度などで実行されるように配置することができる。別の実施形態では、２つ以上のカメラを使用して、分析チャネル内の細胞または粒子を画像化することができる。例えば、カメラは、チップの上方であって、分析チャネルに対して直交して配向されていてもよい。第２カメラはチップの側面に配置され、流れの方向に対して直角に、または流れの方向に対して斜めに（例えば、チャネルの上方、チャネルの下方、またはチャネルの側面に対して角度をなして）配向されてもよい。図４Ｂに示すように、１つ以上の光源４６０を使用して分析チャネル４４０を照射することができ、このような光源はチップの下に配置され、チップの側面に照らし、流れ方向または流れ方向とは反対方向に照らし、チップの上に照らし、分析チャネルに斜めに照らすことができる。
あるいは、ダイクロイックミラー８４０または他の適切な光学素子を使用して、図８に示すように、特定の波長範囲の光を選択的に方向転換し、他の波長範囲の光を通過させることができる。これにより、カメラ８１０を分析チャネルと一直線に配置することができる。図８および図９に示すように、光学力レーザ８３０およびカメラ８１０を分析領域の同じ端部または反対側の端部に配置することを含む、いくつかの実施形態が生じる。また、カメラのための照射源８６０が必要とされる場合があり、図８および図９に示されているものようないくつかの方法で方向を決めることができる。光源は、１つ以上のＬＥＤのような広いスペクトルの光源、またはレーザのような狭い光源とすることができる。カメラは本明細書に記載されるように、他の視点と組み合わせて、単一カメラとして、またはマルチカメラシステムの一部として使用することができる。
また、図４Ａに描かれているように、レーザなどの光源４８０を使用して、細胞の流れに影響を与えることができる。レーザは、細胞の流れに沿って配置してもよく、細胞の流れに対向して配置することができる。また、レーザは、細胞流に対して直交または斜めに配置および／または配向することができる。
本発明の一実施形態は、粒子分析のためのデバイスを含む（例えば、図４～図９を参照）。本発明の実施形態は、マイクロ流体チャネル（例えば、４４０）内の粒子または細胞の画像を捕捉するための少なくとも１つのカメラ４５０を含む。一実施形態では、少なくとも１つのコリメート光源ビームを生成するように動作可能なコリメート光源などのレーザまたは他の光学力４８０が含まれる。少なくとも１つのコリメート光源ビームは、少なくとも１つのビーム断面を含む。本発明の実施形態は、第１の平面が実質的にその長さに沿って第１チャネル４１０を横断し、それによって流体試料がチップの底部から基板／チップ内に注入され、正圧または負圧によって上方に押し上げられるように、基板内で垂直方向に延在する第１チャネル４１０を有する基板を含む。本発明の実施形態は、第１チャネルに直交し、したがって、第２平面がその長さに実質的に沿って第２チャネル４２０を横断し、第２平面が第１の平面に直交して配置されるように、基板内に水平に配置された第２チャネル４２０を含む。この第２チャネルは、チップの水平方向である。第２チャネルは、第１チャネルと直接的または間接的に通信する。第２チャネルは、チャネルネットワークをチップの頂部に近づける短い上向き垂直第３チャネル４３０と直接的または間接的に連通する。第３チャネルは、チップの頂部および／またはコーナー付近に位置する第４の水平チャネル４４０と直接または間接的に連通する。好ましい実施形態では、第４チャネルがチップの上部に最も近いチャネルである。一実施形態では、第４チャネルは分析チャネルである。一態様では、カメラ４５０が第４チャネル内の流れ方向に直交して配向される。本発明の実施形態は、第１チャネルに動作可能に接続された集束粒子流ノズルを含む。本発明の別の態様では、第２チャネルがサイズ変更を受け、第３チャネルと通信する前にノズルを通過する。
図４Ｃは、マイクロ流体チップのサンプル経路の別の実施形態を示す。ここに示されるように、流体は第１チャネル４１０を通って垂直方向に第１のチップ内を上方に移動し、次いで、このチャネルはこの例ではチップの上部で、第２水平チャネル４２０と直接または間接的に通信し、この実施形態では分析チャネルを含む。この構成によれば、解析チャネルは、チップの頂部に近く、それによって、マイクロ流体チップの物質を通した画像化および解析を改善する。好ましい実施形態では、分析チャネルがチップの上面および側面から約１ｍｍ～約２ｍｍである。しかしながら、チップの頂部からの分析チャネルの距離は、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ、０．２ｍｍ～０．３ｍｍ、０．３ｍｍ～０．４ｍｍなど、０．１ｍｍ～１００ｍｍとすることができる。別の言い方をすれば、分析チャネルは、基板の上部５０％、３３％、２５％、１０％、または５％内に配置することができる。本発明による水平分析チャネルの長さは、約２５０ミクロン～約１０ｍｍとすることができる。しかしながら、分析チャネルの長さは、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ、０．２ｍｍ～０．３ｍｍ、０．３ｍｍ～０．４ｍｍなど、１００ミクロン～１００ｍｍであってもよい。言い換えれば、分析チャネルの長さは、基板／チップの高さ、幅、または長さの約７５％以下、例えば、基板／チップの高さ、幅、または長さの５０％以下、３３％以下、２５％以下、１０％以下、または５％以下とすることができる。実施形態では、基質が１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０の解析チャネルなどの１つ以上の解析チャネルを含むことができる。
また、図４Ｃに描かれているように、レーザのような光源４８０を用いて、細胞の流れのような物質の流れに影響を与えることができる。レーザは、細胞の流れに沿って配置してもよく、細胞の流れに対向して配置してもよい。また、レーザは、細胞流に対して直交または斜めに配置および／または配向されてもよい。
図１および図４において、細胞または粒子を含む流体流は、第１チャネルを通って垂直に導かれる。１つ以上の物質（流体、細胞、および／または粒子）は第１チャネルの開口部でチップの底部を通って入り、垂直方向に基板に入る。第１の垂直チャネルは、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ、０．２ｍｍ～０．３ｍｍなど、長さが１００ミクロン～１００ｍｍである。第１チャネルの後には第２直交／水平チャネルが続き、これは好ましい実施形態では第１チャネルよりも短い。第２チャネルは、０．２５ｍｍ～０．５ｍｍ、０．５ｍｍ～０．７５ｍｍ、０．７５ｍｍ～１．０ｍｍなど、長さが２５０ミクロン～１００ｍｍであってもよい。第３チャネルは、第１チャネルに対して垂直かつ平行に延びる。第３チャネルは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍ、０．１ｍｍ～０．１５ｍｍ、０．１５ｍｍ～０．２ｍｍなど、長さが５０ミクロン～１００ｍｍであってもよい。チャネルは１つ以上の物質が複数チャネルを通って移動することを可能にするように、直接的または間接的に動作可能に連通して配置される。流体の流れの典型的な方向は図４Ａおよび４Ｃの流れの矢印によって与えられるが、逆にすることもできる。
好ましい実施形態では、第４チャネルが０．２５ｍｍ～０．５ｍｍ、０．５ｍｍ～０．７５ｍｍ、０．７５ｍｍ～１．０ｍｍなどの長さ２５０ミクロン～１００ｍｍのチャネルである分析チャネルを含む。この実施形態では、第４チャネルがチップの上部に最も近いチャネルである。垂直に測定された、チップの頂部からの第４チャネルの距離は１００ミクロン～２ｍｍであってもよいが、１００ミクロン～２００ミクロン、２００ミクロン～３００ミクロン、３００ミクロン～４００ミクロンなど、１００ｍｍもの大きさであってもよい。言い換えると、第４チャネルは、チップの上部５０％、３３％、２５％、１０％、または５％内に配置することができる。カメラなどの画像化デバイスは第４チャネルに直交し、第４チャネルから約１００ミクロン～２ｍｍであるが、１００ミクロン～２００ミクロン、２００ミクロン～３００ミクロン、３００ミクロン～４００ミクロンなど、第４チャネルから１００ｍｍほどの大きさにすることができる。
一実施形態では、レーザまたは他の光源が集束レンズ要素と共に存在する。図４Ａは、レーザ４８０が作動し、レーザビームを放射し、集束レンズ要素を通してビームを第４のフローチャネル４４０内に向ける本発明を描いている。粒子はレーザ強度が最も高い領域に向かって粒子を引き寄せる勾配力のために、レーザビーム内で整列している。レーザ散乱力はレーザビーム伝搬方向（例えば、図４Ａの左から右）に粒子を伝搬させる。
別の実施形態では、第２カメラまたは画像捕捉デバイス（４５０参照）が第４チャネルに直交して配向されたカメラまたは画像捕捉デバイスに加えて、ここでは分析（または第４の）チャネルの側面に配向され、例えば図４Ｂに示すように、第４チャネルに対して直交または任意の角度に向けられる。直交ビューで各セルの１つの画像を取得することにより、複数のセル特性、例えば、サイズおよび形状を２次元で計算することが可能になり、各セルについて取り込むことができる情報の量が増加する。これはまた、全容積、形状を含む細胞の容積特性の計算を可能にし、流れの方向に平行な軸（図５に描かれているようなＺ軸）に関して対称でない細胞への洞察を与えるのであろう。２つ以上のカメラを使用して、細胞５５０の基本３Ｄモデルは例えば、回折理論法または照明回転法などの既存の３Ｄ再構成アルゴリズムを使用して、直交画像を組み合わせることによって構築することができる。３Ｄモデルおよび３Ｄモデルの分析は、細胞サイズ、形状、配向、ならびにマイクロ流体チップの第４チャネル中の粒子または細胞に関する他の定量的および定性的測定値などの、細胞のより正確な分析を可能にする。
図５において、分析チャネル５４０の一部は画像化デバイス（例えば、図４を参照）から画像化され得る平面などの、２つの異なる平面から示される。第１の平面５２０において、細胞または粒子５１０の一部が、特定の配向で画像化される。第２平面５３０では、同じ細胞または粒子の別の部分が別のカメラとは異なる視点から画像化される。これは、複数の細胞特性の計算を可能にし、カメラ当たりの細胞当たりのデータのマトリックスおよび細胞または粒子５５０の３Ｄ表現を生成する。
細胞の異なる部分が画像化デバイスの焦点面（例えば、６３０（ＸＺ焦点面）および６４０（ＹＺ焦点面））を通過するとき、細胞が例えば流体流６２０によって動かされるにつれて、細胞の異なるスライスを画像化することができる。これを図６Ａに示す。図６Ａにおいて、細胞または粒子の一部は異なる方向および異なる視点から、時間および／または空間の複数の地点で画像化される。この例では、細胞が焦点面を移動して回転すると、連続する画像（図６Ａに示すように、２つの異なるカメラからの平面あたり４つの例の画像など）に異なるサイズとして現れる。３Ｄ再構成アルゴリズムを使用することにより、粒子またはセルのより複雑な３Ｄレンダリング６５０が可能になる。このようなレンダリングから、細胞または粒子の特定の属性（例えば、細胞サイズ、体積、核の位置およびサイズ、ならびに他のオルガネラ、ならびに細胞トポグラフィーの測定または輪郭）が外挿され得る。さらに、細胞の回転は屈折率、複屈折、または細胞の形状もしくは形態を含むが、これらに限定されない、生物物理学的または生化学的特性の変化に起因する、光学力に基づくトルクの関数として測定され得る。
図６Ｂは例えば、細胞がフォーカル・プランを通って移動するときに、同じ細胞の複数の画像が経時的に画像化されるチップ・マルチプレーン画像化を描写する。このような場合、当該細胞の図は当業者において「スライス」または「イメージ・スライス」と呼ばれ、イメージ・スライスは実質的にイメージされる光学平面の厚さである。画像平面またはスライスの厚さは、とりわけ、画像化システムの光学倍率によって決定される。より高い倍率では、対物レンズの作動距離は減少し、その結果、画像化されるセルまたは粒子により近いレンズを有する必要性が生じる。一実施形態では、レーザまたは他の光学力６７０を使用して、分析チャネル内の細胞の流れに影響を及ぼすことができる。好ましい実施形態において、細胞または粒子はレーザおよび／またはカメラを動かすか、またはフロー（単数または複数）を調節するか、または流体力学的集束を使用して位置を調節するかのいずれかによって、画像化のために、チャネルの焦点面にまたは焦点面から意図的に誘導され得る。例えば、レーザ源は例えば、圧電アクチュエータまたは線形電気光機械ステージを用いて距離６６０だけ移動させることができる。これは、細胞ごとに、または集団ごとに行うことができる。細胞の流体力学的集束は、細胞の初期位置および軌道に影響を及ぼすように変更することができる。例えば、粒子はレーザ強度が最も高い領域に向かって粒子を引き寄せる勾配力のために、レーザビーム内の焦点面内で整列または配向され得る。レーザ散乱力はレーザビーム伝搬方向に粒子を伝搬させる。図６Ｂを参照されたい。レーザを、この場合はＸ軸に移動させることにより、ディスク６８０によって示される、細胞の異なる部分における特徴の画像化が可能になる。これは、例えば、核、オルガネラ、封入体、または細胞もしくは粒子の他の特徴を表し得る。レーザは、勾配力の結果として細胞をその中心に引き寄せる。さらに、２つ以上のカメラが、細部および精度を向上させ得ることが企図される。
図７に示される本発明の実施形態は、粒子または細胞７１０が光学力７３０と流体力７３５とを釣り合わせることによって、特定の差動保持位置で停止される静的モードである。光学的力は例えば、レーザまたはコリメート光源によって加えられてもよい。画像は図５および図６Ａ－Ｂのように、複数の飛行機で撮影することができる。流量センサは、所与のレーザパワーに対して、各粒子が流れの中で停止する流量を測定するために使用される。光学的力と流体力とが均衡しているため、流体抗力（すなわち、流速およびチャネル寸法から）は、光学的力と等しい。このようにして、各セルの特性を順次測定することができる。高スループット測定システムではないが、本発明のこの実施形態は捕捉された細胞の綿密な観察および画像化、ならびに細胞における生化学的または生物学的変化から生じる光学力の動的変化を可能にする。化学物質、生化学物質、細胞、または他の標準的な生物学的物質を含有する試薬流を、フローチャネルに導入して、捕捉された細胞と相互作用させることができる。これらの動的プロセスは、単一の細胞または複数の細胞での実験中の光学力の変化を測定することによって定量的にモニターすることができる。
一実施形態では、カメラまたは他の画像化デバイスが分析チャネルの流れと直列かつ平行になるように、分析チャネルの流れの向きおよび／または流れの反対側に向けられ、かつ／または集束される（例えば、図８および９を参照のこと）。図８は、分析チャネル８２０およびレーザまたはコリメート光源８３０に沿ったカメラ８１０を示す。ダイクロイックミラーまたは類似のデバイス８４０はレーザ光８３５をカメラから離れて反射させて損傷を防止するが、照射源８６０によって生成された光８６５を通過させて画像化を可能にする。カメラは細胞または粒子８８０が一実施形態ではカメラから遠ざかるように、流体の流れ８７０と平行に配向される。照射源は、チャネルおよびレーザに対して直交する方向を向いている。レーザ光を通過させ、照明光を反射する第２ダイクロイック８４５は、照明光およびレーザ光の両方を、チャネルを通過させるために使用される。この構成の代替実施形態はレーザがチャネルに直交し、照射源がチャネルに平行になるように、レーザおよび照射源の位置を切り替える。第２ダイクロイックは、依然として、レーザ光および可視光の両方を、チャネルを通して導く。
代替実施が図９に示されている。この場合、カメラまたは画像化デバイス９１０は、細胞または粒子９８０が流体流９７０中でカメラに向かって移動するように配向される。したがって、カメラおよびレーザ９３０はチャネルの同じ側にあり、一方、照射源９６０は、チャネルの反対側の端部にある。２つのダイクロイック９４０および９４５を使用して、レーザ光９３５および照明光９６５をチャネルに向け、照明光をカメラに向け、レーザ光を照明源から逸らす。この構成の代替実施形態はレーザがチャネルに直交し、照射源がチャネルに平行になるように、レーザおよびカメラの位置を切り替える。次いで、第２ダイクロイック９４５はチャネルを通してレーザ光を導き、光をカメラに照射する。
任意選択で、本発明の実施形態は光学力源と前記第４チャネルとの間に、標準ＴＥＭ００モードビーム、標準ＴＥＭＯＯモードビーム、標準ＴＥＭ１０モードビーム、標準エルミート－ガウス・ビームモード、標準ラゲール－ガウス・ビームモード、ベッセルビーム、または標準マルチモードビームを生成するように作動可能少なくとも１つの光学素子をさらに含む。任意選択で、少なくとも１つの光学素子は、標準シリンドリカルレンズ、標準アキシコン、標準凹面鏡、標準トロイダルミラー、標準空間光変調器、標準音響光学変調器、標準圧電ミラーアレイ、回折光学素子、標準４分の１波長板、および／または標準半波長板を含む。任意選択的に、光学力の源は、標準円偏光ビーム、標準直線偏光ビーム、または標準楕円偏光ビームを含んでもよい。
任意選択的に、デバイスはマイクロ流体チャネルと、光学系によって集束されたレーザ光源と、電極を介してマイクロ流体チャネルに動作可能に接続された電場源とを備え、液体中の粒子を、マイクロ流体チャネルを通して流動させ、レーザ光および電場を操作して、マイクロ流体チャネル内の粒子に共同して作用し、それによって、サイズ、形状、屈折率、電荷、電荷分布、電荷移動度、誘電率、および／または変形性に基づいて、粒子を分離する、デバイスが具現化される。さらに別の実施形態では、デバイスは、（１）電極システムまたは（２）絶縁体ＤＥＰシステムを介してチャネルの内部に誘電泳動（ＤＥＰ）場を供給するように構成されたマイクロ流体チャネルと、光学系によってマイクロ流体チャネル内に集束されたレーザ光源とを備え、液体中の複数の粒子をマイクロ流体チャネル内に流し、マイクロ流体チャネル内の粒子上でレーザ光および場を一緒に動作させて、粒子を捕捉するか、またはそれらの速度を修正し、前記ＤＥＰ場は線形または非線形である。デバイスの別の可能な実施形態は、入口および複数の出口を含むマイクロ流体チャネルと、選択された粒子のレーザ光内の滞留時間を最大化しながら粒子に光学的力を生じさせ、したがって粒子を複数の出口に分離し、レーザ光はマイクロ流体チャネルを通って流れる粒子に力を加えるように作動可能であり、それによって粒子を複数の出口に分離するように、マイクロ流体チャネル内の流れの速度に適合した臨界角でマイクロ流体チャネルを横切るように光学によって集束されたレーザ光源とを含む。
任意選択的に、本発明の実施形態は、分析チャネル（単数または複数）、特に第４チャネルなどのチャネルのうちの１つ以上と通信する少なくとも１つの粒子問い合わせユニットをさらに含む。粒子質問ユニットは、標準照明器、標準光学系、および標準センサを含む。任意選択的に、少なくとも１つの粒子問い合わせユニットは、標準明視野画像化デバイス、標準光散乱検出器、標準単一波長蛍光検出器、標準分光蛍光検出器、標準ＣＣＤカメラ、標準ＣＭＯＳカメラ、標準フォトダイオード、標準光電子増倍管、標準フォトダイオードアレイ、標準化学ルミネセンス検出器、標準生物ルミネセンス検出器、および／または標準ラマン分光検出器を含む。
第４チャネルと通信する少なくとも１つの粒子質問ユニットは、細胞疾患の同定、選択、および選別を容易にするレーザ力ベースのデバイスまたはデバイスを備える。一態様では、ユニットが、粒子の分離および特徴付けの手段として、粒径、形、屈折率、または形態の変化から生じる光学圧力の固有の差を利用する。１つの態様において、近赤外レーザビームは細胞に物理的な力を及ぼし、次いで、それが測定される。放射圧を介した光学的力は粒子上の流体抗力に対してバランスされる場合、固有差に基づいて、異なる粒子を識別するために、または粒子の集団との変化に使用され得る粒子速度の変化をもたらす。流体力と光学力とのバランスを使用して、粒子の固有の特性に基づいて粒子の互いに対する相対位置を変化させ、それによって物理的分離をもたらすこともできる。問い合わせユニットの別の実施形態は、少なくとも１つのコリメート光源ビームを生成するように作動可能少なくとも１つのコリメート光源など、粒子分析および／または分離のためのデバイスを含む。少なくとも１つのコリメート光源ビームは、少なくとも１つのビーム断面を含む。
本発明の一実施形態は、上述した設計要素のいくつかを単一のデバイスに組み合わせることを含む。実施形態はまた、そのようなデバイスを使用する方法を含む。このような統合化デバイスの一例が図１に示されている。本発明の図示された実施形態は５層構造であり、全ての５層が互いに結合されて固体マイクロ流体チップをもたらすが、チップは結合された層とは対照的に１つの構造であってもよい。チップは、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、サファイアガラス、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリ（ジメチル）シロキサンス（ＰＤＭＳ）、ＯＳＴＥ、ポリスチレン、ポリ（メチル）メタクリレート、ポリカーボネート、他のプラスチックまたはポリマーを含む多数の標準材料を使用して構築することができる。しかし、これらに限定されるものではない。このチップは、試料入力、流体力学的集束、光学的質問、画像化、解析、試料出口、およびレーザ光が領域に出入りするための明瞭な光学的アクセスを可能にする。実施形態におけるチップはまた、３Ｄ印刷、成形、または他の形状とすることができる。
任意選択で、少なくとも１つの粒子タイプは、複数の粒子タイプを含む。複数の粒子タイプの各粒子タイプは、それぞれの固有特性およびそれぞれの誘導特性を含む。任意選択で、固有特性は、サイズ、形状、屈折率、形態、固有蛍光、および／またはアスペクト比を含む。任意選択的に、誘導された特性は、変形、角度配向、回転、回転速度、抗体標識蛍光、アプタマー標識蛍光、ＤＮＡ標識蛍光、染色液標識蛍光、示差保持計量、および／または勾配力計量を含む。この方法の実施形態は、固有の特性および誘導された特性のうちの少なくとも１つに基づいて、それぞれの粒子タイプに従って複数の粒子を識別および分離することをさらに含む。任意選択的に、この方法の実施形態は、サンプルフローを問い合わせること、または操作することをさらに含む。任意選択的に、サンプルフローを調べることは、固有の特性そのようなもの、および粒子タイプの誘発された特性のうちの少なくとも１つを決定すること、および複数の粒子の粒子速度を測定することを含む。内因性特性の少なくとも１つの測定は、ウイルス定量化、プロセス開発およびモニタリング、試料放出アッセイ、外来因子試験、臨床診断、バイオマーカー発見、プロセス開発およびモニタリングのための抗体またはタンパク質の生産性の決定、ＣＡＲ Ｔおよび他の腫瘍学的アプリケーションおよび幹細胞を含む細胞ベースの治療として産生される細胞の効力、品質、または活性化状態の決定、特定の細胞集団に対する化学物質、細菌、ウイルス、抗菌剤または抗ウイルス剤の効果の決定、ならびに研究または臨床細胞試料の疾患状態または可能性の決定を含むが、これらに限定されない、一連のアプリケーションのために使用され得る。任意選択で、光学力源は少なくとも１つのビーム軸を含み、試料フローは、試料フロー軸を含む。粒子タイプの固有の特性および誘導された特性のうちの少なくとも１つを決定するステップ、および複数の粒子の粒子速度を共に測定するステップは、試料流軸からビーム軸をオフセットするステップを含む。任意に、粒子タイプの固有の特性および誘導された特性のうちの少なくとも１つを決定するステップと、複数の粒子の粒子速度を一緒に測定するステップとは、試料流軸から少なくとも１つのビーム軸に向かって逸脱した複数の粒子の傾斜および軌跡を計算するステップとを含む。
当業者は、開示された特徴が所与のアプリケーションまたは設計の要件および仕様に基づいて、単独で、任意の組み合わせで、または省略されて使用され得ることを認識する。実施形態が、特定の特徴を「備える」ことを指す場合、実施形態は代替的に、特徴のうちの任意の１つ以上を「からなる」または「本質的にからなる」ことができることを理解されたい。本発明の他の実施形態は、本明細書の考察および本発明の実施から当業者には明らかである。
特に、本明細書において値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各値も具体的に開示されることに留意されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立して、その範囲に含まれてもよく、またはその範囲から除外されてもよい。単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は文脈が明らかにそわないと指示しない限り、複数の指示対象を含む。発明の本質から逸脱しないバリエーションが発明の範囲に含まれることを意図したものであり、当該仕様および例示は、本質的には模範的または説明的な性質を有するものと考えられることを意図したものである。さらに、本開示において引用される参考文献のすべては、それぞれ、その全体が参照により本明細書に個々に組み込まれ、したがって、本発明の可能な開示を補足する効率的な方法を提供すること、ならびに当業者のレベルを詳述する背景を提供することが意図される。

Claims (91)

  1. １つ以上の物質を輸送するように構成された複数のチャネルを備える基板と、前記１つ以上の物質と相互作用することができるコリメート光源とを備えるデバイスであって、
    該複数のチャネルは、
    前記基板内においてＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向された第１チャネルと、
    該第１チャネルと動作可能に連通し、前記基板内においてＸ軸に沿って水平に配置された第２チャネルと、
    前記第２チャネルと連通し、前記基板内においてＹ軸に沿って上方向に重力に関して垂直に配向された第３チャネルと、
    前記第３チャネルと連通し、前記基板内においてＸ軸に沿って水平に配置された第４チャネルと、を備え、
    前記第１チャネル、前記第２チャネル、前記第３チャネル、および、前記第４チャネルは、前記基板を通って、第１チャネルから、第２チャネル、第３チャネル、第４チャネルへ、前記１つ以上の物質が移動するための経路を提供するように配置され、
    前記第２チャネルおよび前記第４チャネルは、前記第１チャネルより長さにおいて、より短いものであり、前記コリメート光源は前記第４チャネル内の前記１つ以上の物質と相互作用するように配向され、
    前記第１チャネルは、Ｙ軸に沿って上方向に配向され、
    垂直方向の前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通って、重力に対して上向きの圧力または真空駆動のフローを介して射出することにより前記１つ以上の物質を受けるように構成される、
    デバイス。
  2. 前記１つ以上の物質が前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記基板内に垂直に配置された前記第１チャネル内に注入され、
    前記底部水平平面表面はチップの垂直平面上の表面積と比較して、前記第１チャネルとの指向性および体積連続性を維持するために、垂直方向に、より小さいかまたは等しい表面積を有する、
    請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記第１チャネルは前記基板の外面に配置され、前記１つ以上の物質が前記基板内に垂直に入り、
    前記第１チャネル内で垂直に移動するための経路を提供するような方法で配置された開口部を備える、請求項１に記載のデバイス。
  4. 前記１つ以上の物質が前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記第１チャネル内に垂直に配置された前記第１チャネルに垂直方向に注入されて、前記第１チャネルとの方向および体積連続性を維持する、
    請求項１に記載のデバイス。
  5. 前記１つ以上の物質が前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記第１チャネル内に垂直に配置された前記第１チャネル内に、前記第１チャネルとの方向および体積連続性を維持するために垂直方向に注入され、
    前記第１チャネルおよび前記開口部は、方向および体積連続性を維持するような様式で、成形され、サイズ決定され、配向される、
    請求項１に記載のデバイス。
  6. 前記コリメート光源が、第４チャネル内の１つ以上の物質の移動の方向に、その反対の方向に、その方向に直交する方向に、またはその移動に対して斜めに伝播するように配向される、請求項１に記載のデバイス。
  7. 前記第４チャネルは、複数の焦点面における粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
  8. 前記第４チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、複数の焦点面内の粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
  9. 前記第４チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
  10. 前記第４チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、複数の角度および／または向きから、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
  11. 前記第４チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、１つ以上の画像化デバイスによる複数の焦点面、角度、および／または、配向から、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
  12. １つ以上のチャネル内で細胞または粒子を移動させるための、１つ以上の電気力、光学力、および／または流体力をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
  13. １つ以上のチャネルにおいて細胞または粒子を移動させるための、１つ以上の動電力、電気泳動力、および／または誘電泳動（ＤＥＰ）力をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
  14. １つ以上の画像化デバイスをさらに備え、
    前記画像化デバイスのうちの少なくとも１つは、前記第４チャネルにおいて画像化される焦点面を変更するように移動されることが可能である、
    請求項１に記載のデバイス。
  15. 前記第４チャネル内の細胞または粒子は、光学力および／または流体力の変化によって移動することができ、
    前記第４チャネル内で画像化される前記細胞の領域は、前記粒子が移動することにつれて変化する、
    請求項１に記載のデバイス。
  16. 前記第４チャネルは、前記基板の２つ以上の外面からある距離に配置され、
    焦点面が細胞または粒子に対して移動するときに、該細胞または粒子の複数の画像スライスの画像化および分析を可能にする、
    請求項１に記載のデバイス。
  17. 前記第４チャネルは、前記基板の２つ以上の外面から距離をおいて配置され、
    移動する細胞または粒子が焦点面を通って移動するときに、該移動する細胞または粒子の複数の画像スライスの画像化および分析を可能にする、
    請求項１に記載のデバイス。
  18. 前記第４チャネルは、前記基板の２つ以上の外面から距離をおいて配置され、
    浮遊または静止した細胞または粒子の複数の画像スライスの画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
  19. 前記１つ以上の物質が、圧力、真空、蠕動、動電力、電気泳動力、磁気力、光学力、またはそれらの任意の組み合わせによって移動され得る、請求項１に記載のデバイス。
  20. 前記第４チャネル内の細胞または粒子を画像化および／または分析する画像化デバイスに光を向ける、または画像化デバイスから光を遠ざけるためのダイクロイックミラーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
  21. 前記第４チャネル内の細胞または粒子と相互作用するようにコリメート光源または集束光源を導くためのダイクロイックミラーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
  22. コリメート光源または集束光源を、画像化デバイス、別の光源、または、前記デバイスの別の部分から離れるように向けるためのダイクロイックミラーをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
  23. 前記複数のチャネルは、前記基板内に、水平に、垂直に、または斜めに配置された第５チャネルを含む、請求項１に記載のデバイス。
  24. 前記複数のチャネルが、細胞または粒子を選別するために２つ以上のチャネルまたはウェルに分割される第５チャネルを含む、請求項１に記載のデバイス。
  25. 前記第４チャネルは、前記第１チャネル、前記第２チャネル、または前記第３チャネルのいずれかよりも、前記基板の上部に近接して配置される、請求項１に記載のデバイス。
  26. 前記第４チャネルは、前記基板の上部から１００ミクロンないし１００ｍｍの位置にある、請求項１に記載のデバイス。
  27. 前記第１チャネルは、長さが０．１ｍｍないし１００．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のデバイス。
  28. 前記第２チャネルは、長さが０．１ｍｍないし１００．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のデバイス。
  29. 前記第３チャネルは、長さが０．０５ｍｍないし１００．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のデバイス。
  30. 前記第４チャネルは、長さが０．１ｍｍないし１００．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載のデバイス。
  31. 前記第１チャネルは、前記第２チャネル、前記第３チャネル、または前記第４チャネルよりも長さが長い、請求項１に記載のデバイス。
  32. 細胞または粒子質問ユニットをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
  33. 細胞または粒子収集チャネルをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
  34. 明視野イメージャ、光散乱検出器、単一波長蛍光検出器、分光蛍光検出器、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）、分光計、光電子増倍管または管アレイ、フォトダイオードアレイ、化学発光検出器、生物発光検出器、標準ラマン分光検出システム、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、コヒーレントアンチストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ）、および／またはコヒーレントストークスラマン分光法（ＣＳＲＳ）のうちの少なくとも１つから選択される画像化デバイスをさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
  35. 前記１つ以上の物質が前記基板に入り、前記第１チャネル内を移動するための経路を提供するように、前記基板の外面に配置された開口部に前記１つ以上の物質を注入する管端をさらに備える、
    請求項１に記載のデバイス。
  36. 複数の内部流体チャネルを有する基板と、移動する細胞および／または粒子と相互作用することができるコリメート光源とを備えるデバイスであって、
    前記複数の内部流体チャネルは、前記基板に対してＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向された、複数の内部チャネルの第１チャネルであって、前記細胞または粒子は、前記第１チャネルの長さ方向に沿って第１チャネルを通して上方に流れる、第１チャネルと、
    前記基板の外側表面に配置され、１つ以上の物質が、前記第１チャネルの中で、垂直方向に、重力に対して上方に、入り、移動することができるように第１チャネルと動作可能に連通する開口部と、
    前記基板に対してＸ軸に沿って水平に配向された前記基板内に配置され、かつ前記第１チャネルと動作可能な連通状態にある前記複数の内部チャネルの第２チャネルであって、前記細胞または粒子は、前記第２チャネルの長さ方向に沿って第２チャネルを通して水平に流れ、該第２チャネルは、前記第１チャネルよりも長さが短く、前記コリメート光源は前記第２チャネル内の前記１つ以上の物質と相互作用するように配向され、前記第１チャネルは、Ｙ軸に沿って重力に対して上方向に配向され、圧力または真空駆動の流れを介した注入によって、垂直方向に開口部を通して重力に対して上向きに、前記移動する細胞および／または粒子を受け入れるように構成される、第２チャネルと、
    を備える、基板を備える、
    流体中の細胞および／または粒子を移動させるためのデバイス。
  37. 前記１つ以上の物質が、前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記基板内に垂直に配置された前記第１チャネルに、前記第１チャネルとの指向性および体積連続性を維持するために、垂直方向に注入される、請求項３６に記載のデバイス。
  38. 前記１つ以上の物質が、前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記基板内に垂直に配置された前記第１チャネルに注入され、
    前記底部水平平面表面は、前記第１チャネルとの指向性および体積連続性を維持するために、垂直方向において、チップの垂直平面上の表面積と比較して、より小さい表面積を有する、
    請求項３６に記載のデバイス。
  39. 前記第１チャネルは、前記基板の外面に配置され、前記１つ以上の物質が、前記基板に垂直に入り、前記第１チャネル内で垂直に移動するための経路を提供するように配置された開口部を備える、請求項３６に記載のデバイス。
  40. 前記１つ以上の物質が、前記第１チャネルとの方向および体積連続性を維持するために、垂直方向において、前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記第１チャネル内に垂直に配置された前記第１チャネルに注入される、
    請求項３６に記載のデバイス。
  41. 前記１つ以上の物質が、前記第１チャネルとの方向および体積連続性を維持するために、垂直方向において、前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記第１チャネル内に垂直に配置された前記第１チャネル内に、注入され、
    前記第１チャネルおよび前記開口部は、方向および体積連続性を維持するような態様で、成形され、サイズ決定され、配向される、
    請求項３６に記載のデバイス。
  42. コリメート光源または集束光源が、第２チャネル内の１つ以上の物質の移動の方向と同じ方向、その反対の方向、その方向に直交する方向、またはその方向に対して斜め方向に伝播するように配向される、請求項３６に記載のデバイス。
  43. 前記第２チャネルは、複数の焦点面における粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項３６に記載のデバイス。
  44. 前記第２チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、複数の焦点面内の粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項３６に記載のデバイス。
  45. 前記第２チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項３６に記載のデバイス。
  46. 前記第２チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、複数の角度および／または向きから、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項３６に記載のデバイス。
  47. 前記第２チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、１つ以上の画像化デバイスによって、複数の焦点面、角度、および／または配向から、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項３６に記載のデバイス。
  48. １つ以上のチャネル内で細胞または粒子を移動させるための、１つ以上の電気力、光学力、および／または流体力をさらに含む、請求項３６に記載のデバイス。
  49. １つ以上のチャネル内で細胞または粒子を移動させるための、１つ以上の動電力、電気泳動力、および／または誘電泳動（ＤＥＰ）力をさらに含む、請求項３６に記載のデバイス。
  50. １つ以上の画像化デバイスをさらに備え、
    前記画像化デバイスのうちの少なくとも１つは、前記第２チャネルにおいて画像化される焦点面を変更するように移動されることが可能である、
    請求項３６に記載のデバイス。
  51. 前記第２チャネル内の細胞または粒子は光学力および／または流体力の変化によって移動することができ、
    前記第２チャネル内で画像化される前記細胞の領域は、前記粒子が移動することにつれて変化する、
    請求項３６に記載のデバイス。
  52. 前記第２チャネルは、焦点面が前記細胞または粒子に対して移動するときに、細胞または粒子の複数の画像スライスの画像化および分析を可能にする、前記基板の２つ以上の外面から距離を置いて配置される、請求項３６に記載のデバイス。
  53. 前記第２チャネルは、前記基板の２つ以上の外面から距離をおいて配置され、
    移動する細胞または粒子が、焦点面を通って移動する際に、該移動する細胞または粒子の複数の画像スライスの画像化および分析を可能にする、
    請求項３６に記載のデバイス。
  54. 前記第２チャネルは、前記基板の２つ以上の外面から距離を置いて配置され、
    浮遊または静止した細胞または粒子の複数の画像スライスの画像化および分析を可能にする、
    請求項３６に記載のデバイス。
  55. 前記１つ以上の物質が、圧力、真空、蠕動、動電力、電気泳動力、磁気力、光学力、またはそれらの任意の組合せによって移動することができる、請求項３６に記載のデバイス。
  56. 前記第２チャネル内の細胞または粒子を画像化および／または分析する画像化デバイスに光を向ける、または画像化デバイスから光を遠ざけるためのダイクロイックミラーをさらに備える、請求項３６に記載のデバイス。
  57. 前記第２チャネル内の細胞または粒子と相互作用するように前記コリメート光源を導くためのダイクロイックミラーをさらに備える、請求項３６に記載のデバイス。
  58. 前記コリメート光源を、画像化デバイス、別の光源、または前記デバイスの別の部分から離れるように向けるためのダイクロイックミラーをさらに備える、請求項３６に記載のデバイス。
  59. 前記複数の内部流体チャネルは、前記基板内に、水平に、垂直に、または斜めに配置された第３チャネルを含む、請求項３６に記載のデバイス。
  60. 前記複数の内部流体チャネルが、細胞または粒子を選別するために２つ以上のチャネルまたはウェルに分割される第３チャネルを含む、請求項３６に記載のデバイス。
  61. 前記第２チャネルは、前記第１チャネルよりも前記基板の上部の近くに位置する、請求項３６に記載のデバイス。
  62. 前記第２チャネルは、前記基板の上部から１００ミクロンないし１００ｍｍの位置にある、請求項３６に記載のデバイス。
  63. 前記第１チャネルは、長さが０．１ｍｍないし１００．０ｍｍの範囲である、請求項３６に記載のデバイス。
  64. 前記第２チャネルは、長さが０．１ｍｍないし１００．０ｍｍの範囲である、請求項３６に記載のデバイス。
  65. 前記第１チャネルは前記第２チャネルよりも長さが長い、請求項３６に記載のデバイス。
  66. 細胞または粒子質問ユニットをさらに含む、請求項３６に記載のデバイス。
  67. 細胞または粒子収集チャネルをさらに含む、請求項３６に記載のデバイス。
  68. 明視野イメージャ、光散乱検出器、単一波長蛍光検出器、分光蛍光検出器、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）、分光計、光電子増倍管または管アレイ、フォトダイオードアレイ、化学発光検出器、生物発光検出器、標準ラマン分光検出システム、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、コヒーレントアンチストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ）、および／または、コヒーレントストークスラマン分光法（ＣＳＲＳ）のうちの少なくとも１つから選択される画像化デバイスをさらに備える、請求項３６に記載のデバイス。
  69. 前記１つ以上の物質が、前記基板に入り、
    前記第１チャネル内を移動するための経路を提供するように、前記基板の外面に配置された開口部に前記１つ以上の物質を注入する管端をさらに備える、
    請求項３６に記載のデバイス。
  70. 細胞または粒子を１つ以上の別個の領域またはウェルに分類するために、前記１つ以上の物質を、圧力、真空、蠕動、動電力、電気泳動力、磁気力、光学力、またはそれらの任意の組合せによって移動することが可能である、請求項３６に記載のデバイス。
  71. 前記１つ以上の物質が、圧力、真空、蠕動、動電力、電気泳動力、磁気力、光学力、またはそれらの任意の組合せによって移動されて、細胞または粒子を１つ以上の別個の領域またはウェルに分類することが可能である、請求項３６に記載のデバイス。
  72. 細胞免疫療法において使用するための生物学的粒子を評価するための方法であって、
    ａ）１つ以上の生物学的粒子を輸送するように構成された複数のチャネルを備える基板の第１チャネル内に１つ以上の生物学的粒子を注入するステップであって、前記複数のチャネルは、
    ｉ）前記基板内のＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向された第１チャネルと、
    ｉｉ）前記基板内にＸ軸に沿って水平に配置され、該第１チャネルと動作可能に連通した第２チャネルと、
    ｉｉｉ）前記第２チャネルと連通し、該基板に対してＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向された、第３チャネルと、
    ｉｖ）前記基板内にＸ軸に沿って水平に配置され、該第３チャネルと連通した第４チャネルと、を含む、ステップと、
    ｂ）生物学的粒子と相互作用することができるコリメート光源を使用して、前記第４チャネルにおける光学力ベースの測定を介して前記生物学的粒子を評価するステップであって、
    水平方向のチャネルは、第１チャネルよりも長さが短く、
    前記第１チャネル、前記第２チャネル、前記第３チャネル、および、前記第４チャネルは、前記第１チャネルから、前記第２チャネルへ、前記第３チャネルへ、前記第４チャネルへと、前記基板を通る、前記１つ以上の生物学的粒子の移動の経路の提供するような態様で配置され、
    前記基板内においてＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向された第１チャネル内に圧力または真空駆動のフローを介して前記１つ以上の生物学的粒子を注入することは、前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面を通り、
    前記生物学的粒子は、Ｔ細胞、ＣＡＲーＴ細胞を含むエンジニア（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ）Ｔ細胞を含み、
    該光学力ベースの測定は、形態、運動性、結合親和性、結合プロフィール、他の生物学的粒子への影響、標的細胞への影響、生物学的、生化学的、化学的、物理的、および温度の影響などの外力に対する感受性に関する情報を得るために使用され、
    前記生物学的粒子を評価することは、Ｔ細胞受容体、調節性Ｔ細胞、同種Ｔ細胞、またはバイオニックＴ細胞の特徴付けを含む、
    ステップと、を含む、方法。
  73. 前記評価は、前記Ｔ細胞における変化量の定量的測定を含み、
    予測的または規範的分析を提供する、
    請求項７２に記載の方法。
  74. 下面水平面表面が、前記第１チャネルとの方向性および体積連続性を維持するために、前記基板の垂直平面表面上の１つのエッジから別のエッジまでの少なくとも１つの長さと比較して、１つのエッジから別のエッジまでの少なくとも１つの短い長さを有する、請求項７２に記載の方法。
  75. 前記１つ以上の生物学的粒子が、前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記基板内に垂直に配置された前記第１チャネルに注入され、
    前記底部水平平面表面は、チップの垂直平面上の表面積と比較して、垂直方向に、
    前記第１チャネルとの指向性および体積連続性を維持するために、より小さいかまたは等しい表面積を有する、
    請求項７２に記載の方法。
  76. 前記第１チャネルは、前記基板の外面に配置され、
    前記１つ以上の生物学的粒子が、前記基板に垂直に入り、前記第１チャネル内で垂直に移動するための経路を提供するような態様で配置された開口部を備える、
    請求項７２に記載の方法。
  77. 前記第４チャネル内の生物学的粒子または細胞と相互作用するように配向されたコリメート光源または集束光源をさらに含む、請求項７２に記載の方法。
  78. コリメート光源または集束光源が、第４チャネル内の１つ以上の生物学的粒子の移動の方向、該移動の反対の方向、該移動の方向に直交する方向、または、該移動に対して斜めに伝播するように配向される、請求項７２に記載の方法。
  79. 前記第４チャネルは、前記１つ以上の生物学的粒子または細胞の移動中に、および、１つ以上の画像化デバイスによる複数の焦点面、角度、および／または、配向から、生物学的粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項７２に記載の方法。
  80. １つ以上のチャネル内で生物学的粒子または細胞を移動させるための、１つ以上の電気力、光学力、および／または流体力をさらに含む、請求項７２に記載の方法。
  81. 前記複数のチャネルは、第５チャネルを含み、
    該第５チャネルは、細胞または粒子を選別するために２つ以上のチャネルまたはウェルに分割される、
    請求項７２に記載の方法。
  82. 明視野イメージャ、光散乱検出器、単一波長蛍光検出器、分光蛍光検出器、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）、分光計、光電子増倍管または管アレイ、フォトダイオードアレイ、化学発光検出器、生物発光検出器、標準ラマン分光検出システム、表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）、コヒーレントアンチストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ）、および／または、コヒーレントストークスラマン分光法（ＣＳＲＳ）のうちの少なくとも１つから選択される画像化デバイスをさらに備える、請求項７２に記載の方法。
  83. ＬＦＣ（レーザパワー細胞学）が、前記生物学的粒子または細胞を評価するために使用される、請求項７２に記載の方法。
  84. 前記ＬＦＣの使用は、光学力、圧力、サイズ、および、速度をセルごとに含む測定を行うために、マイクロ流体と光誘起圧力との組み合わせを含む、請求項８３に記載の方法。
  85. ＬＦＣの使用が生物学的粒子の特性を評価するために使用され、
    前記特性が、形態、運動性、前記生物学的粒子と他の生理学的コンポーネントとの相互作用、変形性（細胞骨格変化）、または、環境変化に対する生物学的粒子の反応を含む、
    請求項８３に記載の方法。
  86. 生物学的粒子の評価が、１つ以上の標的細胞または粒子と相互作用する１つ以上の細胞治療産物細胞（ｃｅｌｌ ｔｈｅｒａｐｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｅｌｌ）の錯体の測定を含む、請求項７３に記載の方法。
  87. 細胞免疫療法において使用するための生物学的粒子を評価するための方法であって、
    ａ）１つ以上の生物学的粒子を輸送するように構成された複数のチャネルを備える基板の第１チャネル内に１つ以上の生物学的粒子を注入するステップであって、
    前記複数のチャネルは、
    ｉ）前記基板内にＹ軸に沿って上方向に垂直に配向された第１チャネルと、
    ｉｉ）前記基板内にＸ軸に沿って水平に配置され、該第１チャネルと動作可能に連通した第２チャネルと、
    ｉｉｉ）前記基板内にＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向され、該第２チャネルと連通した第３チャネルと、
    （ｉｖ）前記基板内にＸ軸に沿って水平に配置され、該第３チャネルと連通した第４チャネルと、
    を含む、ステップと、
    ｂ）前記第４チャネルにおける生物学的粒子と相互作用することができるコリメート光源を使用して光学力ベースの測定を介して、細胞免疫療法において使用するための前記生物学的粒子を評価するステップであって、
    水平方向のチャンネルは、第１のチャンネルよりも長さが短く、
    前記第１チャネル、前記第２チャネル、前記第３チャネル、および前記第４チャネルは、前記第１チャネルから、前記第２チャネル、前記第３チャネル、前記第４チャネルへと、前記基板を通る、前記１つ以上の生物学的粒子の移動のための経路を提供するように配置され、
    圧力または真空駆動のフローを介して、前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通って前記基板内においてＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向された第１チャネル内に前記１つ以上の生物学的粒子を注入し、
    前記生物学的粒子は、Ｔ細胞、エンジニア（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ）Ｔ細胞を含み、ＣＡＲ Ｔ細胞を含み、ＬＦＣ（レーザパワー細胞学）測定を介して生物学的粒子を評価し、
    前記ＬＦＣ測定は、形態、運動性、結合親和性、結合プロフィール、他の生物学的粒子への影響、標的細胞への影響、生物学的、生化学的、物理的、および温度の影響などの外力に対する感受性に関する情報を得るために使用され、
    前記生物学的粒子を評価することは、Ｔ細胞受容体、調節性Ｔ細胞、同種Ｔ細胞、またはバイオニックＴ細胞の特徴付けを含む、
    ステップと、を含む、方法。
  88. 前記ＬＦＣの使用が、光学力、圧力、サイズ、および速度をセルごとに含む測定を行うための、マイクロ流体と光誘起圧力との組み合わせを含む、請求項８７に記載の方法。
  89. 前記ＬＦＣの使用が生物学的粒子の特性を評価するために用いられ、
    前記特性は、形態、運動性、生物学的粒子と他の生理学的コンポーネントとの相互作用、変形性（細胞骨格変化）、または、環境変化に対する生物学的粒子の反応を含む、
    請求項８７に記載の方法。
  90. 生物学的粒子の前記評価が、１つ以上の標的細胞または粒子と相互作用する１つ以上の細胞治療産物細胞の錯体の測定を含む、請求項８７に記載の方法。
  91. 生物学的粒子の前記評価が、有効性分析（ｅｆｆｉｃａｃｙ ａｓｓａｙ）のための細胞の特徴付け、
    効能分析（ｐｏｔｅｎｃｙ ａｓｓａｙ）のための細胞の特徴付け、ＣＡＲ－Ｔ細胞親和性試験、ＣＡＲ－Ｔ細胞結合試験、Ｔ細胞バイオマーカーの検出、または、Ｔ細胞活性化のラベルフリー検出を含む、請求項８７に記載の方法。
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