KR20050047540A - Method and apparatus for sorting particles - Google Patents

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Abstract

A method and apparatus for sorting particles moving through a closed channel system of capillary size comprises a bubble valve for selectively generating a pressure pulse to separate a particle having a predetermined characteristic from a stream of particles. The particle sorting system may further include a buffer for absorbing the pressure pulse. The particle sorting system may include a plurality of closely coupled sorting modules which are combined to further increase the sorting rate. The particle sorting system may comprise a multi-stage sorting device for serially sorting streams of particles, in order to decrease the error rate.

Description

입자 선별 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SORTING PARTICLES}Particle sorting method and apparatus {METHOD AND APPARATUS FOR SORTING PARTICLES}

본 발명은 2002년 9월 16일자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/411,143호 및 2002년 9월 16일자로 출원된 미국 특허 가출원 제60/411,058호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 본원에 인용하여 원용한다. 또한, 본 발명은 2002년 6월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/179,488호의 일부연속출원인 2002년 12월 23일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/329,008에 대한 우선권을 주장하며 그 출원의 일부연속출원으로서, 그 내용은 본원에 인용하여 원용한다.The present invention claims priority to U.S. Provisional Application No. 60 / 411,143, filed Sep. 16, 2002 and U.S. Provisional Application No. 60 / 411,058, filed Sep. 16, 2002, the content of which is herein incorporated by reference. To quote. The invention also claims priority to US patent application Ser. No. 10 / 329,008, filed Dec. 23, 2002, which is part of a serial application of US patent application Ser. No. 10 / 179,488, filed Jun. 24, 2002. As part of the continuous applications, the contents are incorporated herein by reference.

본 발명은, 선별 모듈의 유입 유로가 다수의 배출 채널로 분할될 수 있는, 현탁액에 포함된 입자를 선별하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 복수의 선별 모듈을 상호 연결하여 입자 처리량을 증가시킨 입자 선별 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for sorting particles contained in a suspension in which the inlet flow path of the sorting module can be divided into a plurality of outlet channels. More specifically, the present invention relates to a particle sorting system in which a plurality of sorting modules are interconnected to increase particle throughput.

생물공학, 특히 세포학 및 약제 스크리닝(drug screening) 분야에서, 입자의 고효율 선별에 대한 필요성이 존재한다. 여과를 필요로 하는 입자의 예로는, 혈소판, 백혈구 세포, 종양 세포, 배아 세포 등과 같은 각종 세포가 있다. 이러한 입자는 세포학 분야에서 특히 중요하다. 단백질, 효소 및 폴리-뉴클레오티드와 같은 (거대) 분자종이 있다. 이러한 입자종은 신약의 개발 동안 약제 스크리닝 분야에서 특히 중요하다.There is a need for high efficiency screening of particles in biotechnology, particularly in the field of cytology and drug screening. Examples of particles that require filtration include various cells such as platelets, white blood cells, tumor cells, embryonic cells, and the like. Such particles are particularly important in the field of cytology. (Macro) molecular species such as proteins, enzymes and poly-nucleotides. Such particle species are particularly important in the field of drug screening during the development of new drugs.

입자 선별 방법 및 장치는 공지되어 있으며, 대부분의 종래 기술은, 입자가 적어도 분기점 하류를 갖는 채널 네트워크를 통해 유동하는 유체에 부유하고 있으며 또한 검출-결정-편향 원리(detect-dicide-deflect principle)에 따라 관리되는 조건에서 작업한다. 이동 중인 입자는 우선 광흡수, 형광 휘도, 사이즈 등과 같은 일정한 특징에 대하여 분석된다. 검출 단계의 결과에 따라, 입자가 하류측에서 부가적으로 처리되는 방법을 결정한다. 그리고, 결정의 결과를 적용하여 특정 입자의 방향을 예정된 채널 네트워크의 브렌치를 향하여 편향시킨다.Particle sorting methods and apparatus are known and most prior art is suspended in a fluid flowing through a channel network where the particles are at least downstream of the branch point and are also subject to the detect-dicide-deflect principle. Work under controlled conditions. Moving particles are first analyzed for certain characteristics such as light absorption, fluorescence brightness, size, and the like. Depending on the result of the detection step, it is determined how the particles are to be further processed downstream. The result of the determination is then applied to deflect the direction of the particular particle towards the branch of the predetermined channel network.

중요한 것은 선별 장치의 처리량, 즉 입자가 단위 시간당 어느 정도로 분류될 수 있는가하는 것이다. 폐쇄형 채널에서 입자 현탁액의 유동을 이용한 선별기의 통상의 선별율은 단일 선별 유닛의 경우에 초당 수백 입자 내지 초당 수천 입자의 범위이다.What matters is the throughput of the sorting device, ie how much particles can be sorted per unit time. Typical sorting rates for sorters using a flow of particle suspension in a closed channel range from hundreds of particles per second to thousands of particles per second for a single sorting unit.

선별 장치의 예가 미국 특허 제4,175,662호에 기술되어 있으며, 그 내용은 본원에 인용하여 원용한다. 상기 미국 특허 제4,175,662호에서, 입자, 본 경우에 세포가 직선 채널을 중심을 통해 유동하며, 그 직선 채널은 분기점 하류측(T형 브렌치)에서 두 개의 수직한 채널로 분기한다. 집입하는 입자는 양립성 유체(compatible liquid)로 이루어진 시쓰(sheath)로 에워싸여, 입자가 채널의 중심에 한정된다. 통상의 조건에서, 두 개의 브렌치를 통과하는 유동비는 입자가 브렌치 중 하나를 통과하여 자동적으로 유동하도록 조정된다. 채널의 일 부분에서, 입자 특징은 검출기(예를 들면, 광학 시스템)에 의하여 측정된다(검출 단계). 검출기는 그 검출기가 검출 단계에서 예정된 특징을 가지고 있는 입자를 검출하는 경우에 신호를 발생시킨다. 입자가 검출되면, 편향 단계에서 편향기가 작동하여 입자를 편향시킨다. 이 경우에, 편향기는 그 편향기가 작동하지 않는 상태에서 입자가 정상적으로 통과하여 유동하는 채널 브렌치 내부에 배치된 한 쌍의 전극을 구비한다. 전류 펄스를 인가하면, 수용액이 전기분해되어, 상기 한 쌍의 전극 사이에서 가스 기포가 생성 방출된다. 가스 기포의 크기가 증가하면, 이 브렌치를 통과하는 유량은 방출 단계 동안 감소한다. 전류 펄스가 인가된 이후에, 기포 성장이 정지하면, 가스 기포는 유동을 따라 이동한다. 그 결과, 특정 브렌치를 통과하는 유동은 일시적으로 감소하며, 해당 입자는 유로를 변경하고, 다른 브렌치로 유동한다.Examples of screening devices are described in US Pat. No. 4,175,662, the contents of which are incorporated herein by reference. In U. S. Patent No. 4,175, 662, particles, in this case cells, flow through a straight channel, the straight channel branching into two vertical channels downstream of the branching point (T-branch). The entrapping particles are surrounded by a sheath made of a compatible liquid, so that the particles are confined to the center of the channel. Under normal conditions, the flow ratio through the two branches is adjusted so that the particles automatically flow through one of the branches. In a portion of the channel, particle characteristics are measured by a detector (eg an optical system) (detection step). The detector generates a signal when the detector detects particles having predetermined characteristics in the detection step. Once the particles are detected, the deflector is activated in the deflection step to deflect the particles. In this case, the deflector has a pair of electrodes arranged inside the channel branch through which the particles normally flow through without the deflector operating. When a current pulse is applied, the aqueous solution is electrolyzed to produce and release gas bubbles between the pair of electrodes. As the size of the gas bubbles increases, the flow rate through this branch decreases during the discharge phase. After the current pulse is applied, if bubble growth stops, gas bubbles move along the flow. As a result, the flow through a particular branch temporarily decreases, and the particles change the flow path and flow to another branch.

상기 미국 특허 제4,175,662호의 장치는 입자를 선별하는데 효과적이다. 그러나, 유체 네트워크의 소정 지점에 잠재적으로 축적될 수 있는 가스 기포가 발생하는 심각한 결점이 있다. 이러한 기포 발생은 유동 채널을 막아, 선별 에러를 유발한다. 또 다른 결점으로는, 발생된 가스(주로 산호 및 수소)와 이온종(주로 OH- 및 H+)이 한 쌍의 전극을 갖는 브렌치를 통과하여 유동하는 입자에 영향을 미친다. 게다가, 세포, 효소와 같은 민감한 단백질은 매우 취약하며, 가스 기포와 함께 발생된 오염 성분에 의하여 파괴될 수도 있다. 또 다른 결점으로는, 전체 선별 장치의 복잡함에 있다. 특히, 마이크로 전극 구조를 시스템의 작은 채널 내부에 장착 및 조립하는 것은 매우 복잡하다. 그 결과, 선별 유닛의 가격이 비교적 높다.The apparatus of US Pat. No. 4,175,662 is effective for screening particles. However, there is a serious drawback that gas bubbles are generated that can potentially accumulate at any point in the fluid network. This bubble generation blocks the flow channel, causing a screening error. Another drawback is that the generated gases (mainly coral and hydrogen) and ionic species (mainly OH and H + ) affect particles flowing through branches having a pair of electrodes. In addition, sensitive proteins such as cells and enzymes are very fragile and can be destroyed by contaminants generated with gas bubbles. Another drawback is the complexity of the overall sorting device. In particular, mounting and assembling the microelectrode structure inside a small channel of the system is very complex. As a result, the price of the sorting unit is relatively high.

종래 입자 선별 장치의 또 다른 예가 미국 특허 제3,984,307호에 기재되어 있으며, 그 내용은 본원에 인용하여 원용한다. 상기 미국 특허 제3,984,307호에서, 입자는 유동 시쓰 유체에 의하여 한정된 상태에서 채널 중심을 통해 유동한다. 검출부를 통과한 이후에, 채널은 두 개의 브렌치로 분기하며, 두 브렌치 사이에 예각을 형성한다(예를 들면, Y형 브렌치). 분기점 직전에, 적정의 예정된 특징을 갖는 특정 입자를 검출하기 위하여 채널 내부에는 전기로 작동되는 변환기가 배치된다. 개시된 변환기는 압전 작동기 또는 초음파 변환기로서, 전기 작동 시에 채널 내부에 압력파동을 생성한다. 발생된 압력 파동은 하나의 브렌치 내부의 유동을 일시적으로 교란시켜, 해당 입자를 다른 브렌치로 편향시킨다.Another example of a conventional particle sorting apparatus is described in US Pat. No. 3,984,307, the contents of which are incorporated herein by reference. In US Pat. No. 3,984,307, the particles flow through the center of the channel in a state defined by the flow sheath fluid. After passing through the detector, the channel branches into two branches and forms an acute angle between the two branches (eg, a Y-shaped branch). Immediately before the fork, an electrically operated transducer is placed inside the channel to detect specific particles with appropriate predetermined characteristics. The disclosed transducer is a piezoelectric actuator or ultrasonic transducer, which generates pressure waves inside the channel during electrical operation. The generated pressure wave temporarily disturbs the flow inside one branch, deflecting the particles to the other branch.

이전에 설명한 장치에서와 같이, 상기 미국 특허 제3,984,307호의 장치에 있어서, 편향기가 채널 시스템 내부에 설치되어, 제조 가격이 비교적 올라간다. 발생된 압력파동은 분기점에 국한되지 않으며, 두 분기점 뿐만 아니라 편향부까지 상류측으로 전달한다. 이것은 채널을 통과하는 전체 유동에 영향을 미친다. 특히, 이것은 고효율 선별 시스템을 구성하는데 있어서 통상적으로 이루어지는 이러한 유형의 선별기를 직렬 또는 병렬로 연결하는 경우에 결점이 된다. 하나의 선별기에서 발생된 압력파동은 인접한 선별 유닛에 있는 입자의 편향 및 유동에 영향을 미친다.As with the apparatus described previously, in the apparatus of US Pat. No. 3,984,307, a deflector is installed inside the channel system, resulting in relatively high manufacturing costs. The generated pressure wave is not limited to the branching point and transmits not only the two branching points but also the deflections upstream. This affects the overall flow through the channel. In particular, this is a drawback when connecting this type of sorter in series or in parallel which is conventional in constructing a high efficiency sorting system. Pressure waves generated in one sorter affect the deflection and flow of particles in adjacent sorting units.

종래 입자 선별 장치의 또 다른 예가 미국 특허 제4,756,427호에 기재되어 있으며, 그 내용은 본원에 인용하여 원용한다. 이 선별기는 상기 미국 특허 제4,175,662호에 개시된 장치와 유사하다. 그러나, 이 특허의 경우에, 브렌치 내부에서의 유동은 브렌치의 저항을 일시적으로 변경시킴으로써 교란된다. 그 저항은 외부 작동기로 브렌치 채널의 높이를 변화시킴으로써 변경된다. 양호한 실시예에서, 상기 외부 작동기는 채널의 상부에 접착된 압전 디스크로서, 작동 시에 채널을 하류측으로 이동시킨다.Another example of a conventional particle sorting apparatus is described in US Pat. No. 4,756,427, the contents of which are incorporated herein by reference. This selector is similar to the device disclosed in US Pat. No. 4,175,662. However, in the case of this patent, the flow inside the branch is disturbed by temporarily changing the resistance of the branch. The resistance is changed by changing the height of the branch channel with an external actuator. In a preferred embodiment, the external actuator is a piezoelectric disk adhered to the top of the channel, which, in operation, moves the channel downstream.

상기 미국 특허 제4,756,427호에 기재된 선별기의 구조가 전술한 선별기 구조보다 덜 복잡하지만, 선별율을 증가시키기 위하여 전술한 유형의 다중 선별기 모듈을 결합하는데 여전히 문제가 있다. 이것은 상기 미국 특허 제3,984,307호에 개시된 선별기에서와 같이 다른 선별기 모듈과 간섭을 유발하는 발생된 압력파동 때문이다.Although the structure of the sorter described in US Pat. No. 4,756,427 is less complex than the sorter structure described above, there is still a problem in combining multiple sorter modules of the type described above to increase the screening rate. This is due to the generated pressure wave that causes interference with other sorter modules, such as in the sorter disclosed in US Pat. No. 3,984,307.

종래 입자 선별 장치의 또 다른 예가 미국 특허 제5,837,200호에 기재되어 있으며, 그 내용은 본원에 인용하여 원용한다. 상기 미국 특허 제5,837,200호는 자기 특성에 기초하여 입자를 분류 또는 선택하기 위하여 자기 편향 모듈을 사용하는 선별 장치를 개시하고 있다. 상기 미국 특허 제5,837,200호는 또한 개별 입자 스트림을 평행하게 처리 및 분리하는 것에 대하여 기술하고 있다.Another example of a conventional particle sorting apparatus is described in US Pat. No. 5,837,200, the contents of which are incorporated herein by reference. U. S. Patent No. 5,837, 200 discloses a sorting device that uses a magnetic deflection module to classify or select particles based on magnetic properties. U. S. Patent 5,837, 200 also describes treating and separating individual particle streams in parallel.

도1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 입자 선별 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a particle sorting system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도2 내지 도4는 도1의 입자 선별 시스템의 작동을 설명하는 도면이다.2-4 illustrate the operation of the particle sorting system of FIG.

도5는 작동기 챔버 및 완충실에 대한 교호 위치를 도시하는 입자 선별 시스템을 도시하는 도면이다.FIG. 5 shows a particle sorting system showing alternate positions for the actuator chamber and buffer chamber. FIG.

도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 입자 선별 시스템을 도시하는 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing another particle sorting system according to another embodiment of the present invention.

도7은 본 발명의 입자 선별 시스템에 사용하기에 적합한 기포 밸브를 도시하는 도면이다.Figure 7 illustrates a bubble valve suitable for use in the particle sorting system of the present invention.

도8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 입자 선별 시스템의 개략도이다.8 is a schematic diagram of a particle sorting system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도9는 본 발명의 교시에 따른 입자의 평행한 스트림을 선별하기 위한 입자 선별 시스템의 실시예를 도시하는 도면이다.9 illustrates an embodiment of a particle sorting system for sorting parallel streams of particles in accordance with the teachings of the present invention.

도10은 본 발명의 교시에 따른 선별 모듈의 이진 트리형(binary tree-type) 구조로 구성된 입자 선별 시스템의 일실시예를 도시하는 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating one embodiment of a particle sorting system comprised of a binary tree-type structure of a sorting module in accordance with the teachings of the present invention.

도11은 평행한 입자 스트림을 다단계로 선별하기 위한 다단계 입자 선별 시스템의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.11 illustrates another embodiment of a multistage particle sorting system for multistage sorting of parallel particle streams.

도12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평렬형 입자 선별 시스템을 도시하는 도면이다.12 illustrates a parallel particle sorting system according to another embodiment of the present invention.

도13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평렬형 입자 선별 시스템을 도시하는 도면이다.Figure 13 illustrates a parallel particle sorting system according to another embodiment of the present invention.

도14a 및 도14b는 입자 사이즈 및/또는 속도를 측정하기 위한 광학 마스크를 구비하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 선별 시스템을 도시하는 도면이다.14A and 14B illustrate a particle sorting system according to another embodiment of the present invention having an optical mask for measuring particle size and / or velocity.

도15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 채널을 구비하는 평렬형 선별 시스템을 도시하는 도면이다.Figure 15 illustrates a parallel sorting system with variable channels according to another embodiment of the present invention.

도16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평렬형 선별 시스템의 가변 어레이 구조를 도시하는 도면이다.Figure 16 illustrates a variable array structure of a parallel sorting system according to another embodiment of the present invention.

도17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평렬형 선별 시스템을 도시하는 도면이다.17 illustrates a parallel sorting system according to another embodiment of the present invention.

도18은 본 발명의 입자 선별 시스템을 실행하기 위한 약제 스크리닝 시스템을 도시하는 도면이다.Figure 18 illustrates a drug screening system for implementing the particle sorting system of the present invention.

본 발명은 모세관 크기의 폐쇄형 채널 시스템을 통해 이동하는 입자를 선별하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 입자 선별 시스템은 단위 시간당 다량의 입자를 정밀하게 선별하는 수단을 제공하면서도 저렴하게 조립될 수 있는 선별 모듈을 제공하는 것이다. 입자 선별 시스템은 번별율을 증가시키기 위하여 혼합된 복수개의 밀접히 결합된 선별 모듈을 구비할 수도 있다. 입자 선별 시스템은 에러율을 감소시키기 위하여 입자 스트림을 직렬로 선별하기 위한 다단계 선별 장치를 구비할 수도 있다.The present invention provides a method and apparatus for sorting particles moving through capillary sized closed channel systems. The particle sorting system of the present invention is to provide a sorting module that can be assembled at low cost while providing a means for precisely sorting a large amount of particles per unit time. The particle sorting system may be equipped with a plurality of closely coupled sorting modules mixed to increase the fraction. The particle sorting system may be equipped with a multistage sorting device for sorting the particle stream in series to reduce the error rate.

입자 선별 시스템은 본 발명에 따른 개선된 유체 입자 스위칭 방법과 스위칭 장치를 실행한다. 입자 선별 시스템은 입자를 선별하기 위한 모세관 크기의 폐쇄형 채널 시스템을 구비한다. 채널 시스템은 입자의 스트림을 도입하기 위한 제1 공급관과, 캐리어 유체를 공급하기 위한 제2 공급관을 구비한다. 제1 공급관은 입자의 스트림을 캐리어 유체의 유동에 도입하기 위하여 노즐을 형성한다. 제1 공급관과 제2 공급관은 측정관과 유체 연통하며, 측정관은 제1 분기점에서 제1 분기 채널과 제2 분기 채널로 분기한다. 측정관 내부에 측정 영역이 형성되며, 이 측정 영역은 측정 영역을 통과하는 입자의 예정된 특징을 감지하기 위하여 검출기와 연결되어 있다. 두개의 대향하는 기포 밸브가 측정관과 유체 연통 관계로 배치된다. 기포 밸브는 상호 대향하여 이격되어 있다. 기포 밸브는 각각 대향하는 한 쌍의 측면 통로를 통하여 측정관과 연통한다. 유체는 이러한 측면 통로를 부분적으로 충전되어, 그 내부에 메니스커스를 형성할 수 있다. 메니스커스는 관련된 기포 밸브의 저장조 내부에 있는 가스와 같은 다른 유체와 캐리어 유체 사이에 인터페이스를 형성한다. 기포 밸브를 구동시키기 위하여 외부 작동기가 제공된다. 작동기가 구동하면, 작동된 기포 밸브의 저장조 내부의 압력은 증가하여, 메니스커스를 편향시키고, 측정관 내부에 유동 외란을 일으켜 내부의 유동을 편향시킨다.The particle sorting system implements an improved fluid particle switching method and switching device according to the present invention. The particle sorting system comprises a closed channel system of capillary size for sorting particles. The channel system has a first supply line for introducing a stream of particles and a second supply line for supplying a carrier fluid. The first feed canal forms a nozzle to introduce a stream of particles into the flow of carrier fluid. The first supply pipe and the second supply pipe are in fluid communication with the measurement tube, the measurement tube branches from the first branch point to the first branch channel and the second branch channel. A measuring zone is formed inside the measuring tube, which is connected with a detector to sense the predetermined characteristics of the particles passing through the measuring zone. Two opposing bubble valves are arranged in fluid communication with the measuring tube. Bubble valves are spaced apart from each other. The bubble valve communicates with the measuring tube through a pair of opposite side passages, respectively. The fluid may partially fill this side passage, forming a meniscus therein. The meniscus forms an interface between the carrier fluid and other fluids, such as the gas inside the reservoir of the associated bubble valve. An external actuator is provided to drive the bubble valve. When the actuator is driven, the pressure inside the reservoir of the activated bubble valve increases, deflecting the meniscus and causing a flow disturbance inside the measuring tube to deflect the flow therein.

측정 영역에 배치된 센서가 측정 영역에 통해 유동하는 입자의 예정된 특징을 감지하면, 센서는 감지된 특징에 응답하여 신호를 발생시킨다. 외부 작동기는 센서에 응답하여, 제1 기포 밸브의 압축실 내부에 압력 파동을 일으켜, 예정된 특징을 갖는 입자를 편향시키고 따라서 선택된 입자는 제2 브렌치 도관을 유동하게 된다.When a sensor disposed in the measurement area senses a predetermined feature of particles flowing through the measurement area, the sensor generates a signal in response to the detected feature. The external actuator responds to the sensor, causing a pressure wave inside the compression chamber of the first bubble valve to deflect particles having the predetermined characteristics and thus the selected particles flow through the second branch conduit.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 유입구와 분기점을 갖는 측정관을 제공하는 단계와(상기 분기점에서 측정관은 두 개의 브렌치 도관으로 분리한다), 내부에 현탁 입자 스트림을 갖는 상태로 유체 스트림을 배출관 유입구로 이송하는 단계를 포함하는 선별 방법으로서, 상기 입자는 브렌치 도관의 제1 도관을 통해 정상적으로 유동하며, 상기 분기점으로부터 상류측에, 상기 도관 내부의 스트림을 일시적으로 편향시키기 위하여 두 개의 대향 측면 통로를 제공하는 방법을 포함한다. 상기 측면 통로 중 제1 측면 통로는 제1 기포 밸브의 압축실에 유압식으로 연결되며, 내부의 압력을 변화시키기 위하여 외부 작동기에 의하여 작동된다. 측면 통로 중 제2 측면 통로는 압력 변동을 흡수하기 위한 제2 기포 밸브의 완충실에 유압식으로 연결된다. 상기 방법은 또한 상기 측면 통로의 측정관 상류측을 따라 측정 스테이션을 제공하는 단계를 포함함으로써, 상기 스트림 내부의 입자의 예정된 특징을 감지하고, 예정된 특징이 감지되면, 신호를 발생시킨다. 상기 방법은 또한 예정된 특징을 감지하는 것에 응답하여 외부 작동기를 구동시켜 측면 통로 사이의 측정관 내부에 유동 외란을 발생시키고, 예정된 특징을 갖는 입자를 편향시키며 선택된 입자를 제2 브렌치 도관으로 유동시킨다.In one embodiment, the present invention provides a method for providing a measuring tube having an inlet and a branching point (in which the measuring tube is separated into two branch conduits), and discharging the fluid stream with a suspended particle stream therein. Wherein the particles flow normally through the first conduit of a branch conduit and upstream from the branch point, two opposing side passages for temporarily deflecting the stream inside the conduit. It includes a method of providing. The first side passage of the side passages is hydraulically connected to the compression chamber of the first bubble valve and is operated by an external actuator to change the pressure inside. The second side passage of the side passages is hydraulically connected to the buffer chamber of the second bubble valve for absorbing pressure fluctuations. The method also includes providing a measuring station along the upstream side of the measuring tube of the lateral passage, thereby detecting a predetermined characteristic of the particles inside the stream and generating a signal when the predetermined characteristic is detected. The method also drives an external actuator in response to sensing the predetermined feature to generate a flow disturbance inside the measuring tube between the side passages, deflect the particles having the predetermined feature and flow the selected particles into the second branch conduit.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 입자 선별율은 이진형 트리 구성으로 복수개의 선별 모듈을 병렬 또는 직렬로 각각 연결하는 것에 의하여 각각 증가하거나, 선별된 입자의 종류가 증가한다.In another embodiment of the present invention, the particle sorting rate is increased by connecting a plurality of sorting modules in parallel or in series respectively in a binary tree configuration, or the type of sorted particles is increased.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자 선별 시스템이 제공된다. 입자 선별 시스템은 캐리어 유체로 부유 세포 스트림을 이송하며, 유입구, 제1 배출구 및 제2 배출구를 구비하는 제1 도관과, 입자의 예정된 특징과, 입자의 사이즈 및 속도 중 하나를 감지하기 위한 센서와, 제1 도관과 연통하는 측면 채널과,상기 측면 채널에 인접하여 배치된 밀봉 챔버로서, 상기 캐리어 유체가 측면 채널 내부에 메니스커스를 형성하여 밀봉 채널과 캐리어 유체를 분리하는, 상기 밀봉 채널과, 작동기를 포함한다. 작동기는 상기 센서가 예정된 특징을 감지할 때, 상기 메니스커스를 편향시키기 위하여 밀봉 챔버 내부의 압력을 변경시킨다. 상기 메니스커스가 편향하면, 예정된 특징을 갖는 세포는 제2 배출구로 유동하며, 상기 예정된 특징을 갖고 있지 않는 세포는 제1 배출구로 유동한다.According to one embodiment of the invention, a particle sorting system is provided. The particle sorting system delivers a suspended cell stream to a carrier fluid, the first conduit having an inlet, a first outlet, and a second outlet, a sensor for sensing one of the predetermined characteristics of the particle, the size and velocity of the particle, A side channel communicating with the first conduit, the sealing chamber disposed adjacent the side channel, wherein the carrier fluid forms a meniscus inside the side channel to separate the sealing channel and the carrier fluid; , Including the actuator. An actuator changes the pressure inside the sealing chamber to deflect the meniscus when the sensor senses a predetermined feature. When the meniscus deflects, cells with predetermined characteristics flow to the second outlet, and cells without the predetermined characteristics flow to the first outlet.

본 발명은 고효율 스크리닝, 예를 들면 한 종 이상의 세포에 대한 활동도를 위하여 다수의 후보 성분을 스크리닝하는 주요 가치를 갖는 것으로 예상할 수 있다. 예를 들면 활성 성분 또는 생화학 특징에 대한 합성 또는 천연 생성물 라이브러리를 스크리닝하는데 있어서 특히 가치가 있다.The present invention can be expected to have the major value of screening multiple candidate components for high efficiency screening, eg, activity on one or more species of cells. It is particularly valuable for screening synthetic or natural product libraries, for example for active ingredients or biochemical characteristics.

본 발명은 생화학 문자와 같은 다수의 분자에 대한 샘플을 고효율로 스크리닝하는데 있어서 가치가 있는 것으로 예상할 수 있다. 본 발명은 또한 폴리펩티드, 수용체 리간드, 효소 기질, 효소 똔느 수용체 활동의 길항제 또는 핵산과 같은 다수의 생화학 분자의 존재에 대한 샘플을 스크린하는데 사용될 수 있다.The present invention can be expected to be of value in screening samples for a large number of molecules, such as biochemical characters, with high efficiency. The present invention can also be used to screen samples for the presence of multiple biochemical molecules such as polypeptides, receptor ligands, enzyme substrates, antagonists of enzyme or receptor activity or nucleic acids.

본 발명은 유체에 부유된 입자를 선별하기 위한 입자 선별 시스템을 제공하는 것이다. 입자 선별 시스템은 예정된 특징에 기초하여 입자의 선별 효율을 높이고 선별 에러를 낮춘다. 본 발명을 예시적인 실시예에 대하여 아래에 설명하기로 한다. 당업자라면, 본 발명을 다수의 상이한 용례 및 실시예로 수행될 수 있으며 본원에 도시된 특정 실시예에 대한 용례에 특히 한정되지 않음을 이해할 것이다.The present invention provides a particle sorting system for sorting particles suspended in a fluid. The particle sorting system increases the sorting efficiency of the particles and lowers the sorting error based on the predetermined characteristics. The present invention will be described below with respect to exemplary embodiments. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be practiced in many different applications and examples and is not particularly limited to the examples for the particular embodiments shown herein.

본원에 사용된 관(duct), 채널(channel) 및 유동 채널(flow channel)이라는 용어는 액체 및 기체와 같은 유체의 이동을 가능케하는 매체 내부에 또는 그것을 통해서 형성된 통로를 일컫는다. 마이크로유체제어 시스템 내부의 채널은 약 1.0μm 내지 약 500μm 범위, 바람직하게는 약 25μm 내지 약 250μm 범위, 가장 바람직하게는 약 50μm 내지 약 150μm 범위의 단면적 치수를 갖는다. 당업자라면 유동 채널의 적정 용적 및 길이를 결정할 수 있을 것이다. 그 범위는 위에 인용한 값을 상한치 또는 하한치로서 포함하는 것을 의도한다. 유동 채널은 소정의 선택된 형상 또는 배열을 구비할 수 있으며, 그 예로서 선형 또는 비선형 구성 및 U자형 구성이 있다.As used herein, the terms ducts, channels and flow channels refer to passages formed within or through the media that enable the movement of fluids such as liquids and gases. The channels within the microfluidic control system have cross-sectional dimensions ranging from about 1.0 μm to about 500 μm, preferably from about 25 μm to about 250 μm, most preferably from about 50 μm to about 150 μm. Those skilled in the art will be able to determine the proper volume and length of the flow channel. The range is intended to include the above quoted values as upper or lower limits. The flow channel can have any selected shape or arrangement, such as linear or nonlinear configurations and U-shaped configurations.

입자(particle)라는 용어는, 이것에 한정되지 않지만, 세포를 포함하는 불연속한 단위 물질을 일컫는다.The term particle refers to a discontinuous unit substance including, but not limited to, cells.

본원에 사용된 센서(sensor)라는 용어는 입자와 같은 물체의 특징을 측정하기 위한 장치를 일컫는다.As used herein, the term sensor refers to a device for measuring the characteristics of an object, such as a particle.

본원에 사용된 기포 밸브(bubble valve)라는 용어는 채널을 통과하는 유동을 제어하기 위하여 압력 파동을 발생시키는 장치를 일컫는다.As used herein, the term bubble valve refers to a device that generates a pressure wave to control the flow through the channel.

본원에 사용된 캐리어 유체(carrier fluid)라는 용어는 도관 또는 채널을 통해 하나 이상의 입자를 전달하기 위한 입자를 에워싸는 양립성 유체의 시쓰를 일컫는다.As used herein, the term carrier fluid refers to a sheath of compatible fluid that surrounds particles for delivering one or more particles through a conduit or channel.

도1은 본 발명의 교시에 따른 입자 선별 시스템(10)을 도시하는 개략도이다. 본 발명의 일 용례에 따르면, 입자 선별 시스템(10)은 입자를 선별하기 위한 모세관 크기의 폐쇄형 채널 시스템을 구비한다. 채널 시스템은 입자(18)의 스트림을 도입하기 위한 제1 공급관(12)과, 캐리어 유체를 공급하기 위한 제2 공급관(14)을 구비한다. 제1 공급관(12)은 노즐(12a)을 형성하며, 입자의 스트림을 캐리어 유체의 유동에 도입한다. 제1 공급관(12)과 제2 공급관(14)은 캐리어 유체에 부유된 입자를 운반하기 위한 측정관(16)과 유체 연통한다. 측정관은 제1 분기점(21)에서 제1 분기 채널(22a)과 제2 분기 채널(22b)로 분기한다. 측정관(16) 내부에 측정 영역(20)이 형성되며, 이 측정 영역은 측정 영역(20)을 통과하는 입자의 예정된 특징을 감지하기 위하여 검출기(19)와 연결되어 있다. 두개의 대향하는 기포 밸브(100a, 100b)가 측정관과 연결하여 위치하며, 그 측정관과 유체 연통 관계로 배치된다. 밸브는 상호 대향하여 이격되어 있지만, 당업자라면 다른 구성을 사용할 수 있다. 기포 밸브(100a, 100b)는 각각 대향하는 한 쌍의 측면 통로(24a, 24b)를 통하여 측정관(16)과 연통한다. 유체는 이러한 측면 통로(24a, 24b)를 부분적으로 충전되어, 그 내부에 메니스커스(meniscus; 25)를 형성할 수 있다. 메니스커스는 관련된 기포 밸브(100)의 저장조 내부에 있는 가스와 같은 다른 유체와 캐리어 유체 사이에 인터페이스를 형성한다. 기포 밸브를 구동시키기 위하여 작동기(26)가 제공되어, 작동기(26)에 의하여 구동 될 때 내부의 유동을 편향시키기 위하여 측정관 내부에 유동 외란을 일시적으로 일으킨다. 도시된 바와 같이, 작동기는 기포 밸브(100b)에 결합된다. 제2 기포 밸브(100a)는 제1 기포 밸브(100b)에 의해 발생된 맥압을 흡수하기 위한 완충기로서 작용한다.1 is a schematic diagram illustrating a particle sorting system 10 in accordance with the teachings of the present invention. According to one application of the invention, the particle sorting system 10 comprises a closed channel system of capillary size for sorting particles. The channel system has a first supply line 12 for introducing a stream of particles 18 and a second supply line 14 for supplying a carrier fluid. The first feed canal 12 forms a nozzle 12a and introduces a stream of particles into the flow of the carrier fluid. The first supply pipe 12 and the second supply pipe 14 are in fluid communication with the measuring tube 16 for transporting particles suspended in the carrier fluid. The measuring tube branches from the first branch point 21 to the first branch channel 22a and the second branch channel 22b. A measuring region 20 is formed inside the measuring tube 16, which is connected with a detector 19 to detect predetermined characteristics of particles passing through the measuring region 20. Two opposing bubble valves 100a and 100b are positioned in connection with the measuring tube, and are arranged in fluid communication with the measuring tube. The valves are spaced apart from each other, but other configurations can be used by those skilled in the art. The bubble valves 100a and 100b communicate with the measuring tube 16 through a pair of opposed side passages 24a and 24b, respectively. The fluid may partially fill these side passages 24a and 24b to form a meniscus 25 therein. The meniscus forms an interface between the carrier fluid and other fluids, such as the gas inside the reservoir of the associated bubble valve 100. An actuator 26 is provided to drive the bubble valve, which temporarily causes a flow disturbance inside the measuring tube to deflect the flow therein when driven by the actuator 26. As shown, the actuator is coupled to bubble valve 100b. The second bubble valve 100a acts as a shock absorber for absorbing the pulse pressure generated by the first bubble valve 100b.

제1 측면 통로(24b)는 제1 기포 밸브(100b)에 있는 압축실(70b)에 유압식으로 연결되어, 이러한 압축실 내부 압력이 증가하면, 측면 통로에 인접한 측정관 내부의 유동은 내측, 즉 측정관 내부의 정상 유동에 대하여 거의 직각으로 이동한다. 제1 측면 통로(24b)에 대향하여 배치된 제2 측면 통로(24a)는 압력 과도 현상을 흡수하기 위하여 제2 기포 밸브(100a)에 있는 완충실(70)에 유압식으로 연결된다. 이러한 제1 측면 통로(24a)는 제2 측면 통로(24a)와 협력하여, 압축실(70b)을 가압하는 것에 의하여 전술한 유체 이동을 안내함으로써, 이러한 이동은 측정관을 통과하는 입자의 정상 유동에 대하여 직각인 성분을 갖는다.The first side passage 24b is hydraulically connected to the compression chamber 70b in the first bubble valve 100b so that if this pressure inside the compression chamber increases, the flow inside the measuring tube adjacent to the side passage is inward, i.e. It moves almost perpendicular to the normal flow inside the measuring tube. The second side passage 24a disposed opposite the first side passage 24b is hydraulically connected to the buffer chamber 70 in the second bubble valve 100a to absorb the pressure transient. This first side passage 24a cooperates with the second side passage 24a to guide the above-described fluid movement by pressurizing the compression chamber 70b so that this movement is a normal flow of particles through the measuring tube. It has a component orthogonal to.

압축실(70b)을 가압하면, 제1 측면 통로(24b)로부터 소정량의 유체가 일시적으로 배출된다. 제2 측면 통로(24a)의 탄성에 의하여 측정관 내부에서의 유체의 일시적인 유동이 제2 측면 통로(24a)로 가압 배출된다. 상호 연결된 유체 구조와 두 개의 측면 통로의 협력 작용에 의하여, 측정관(16)을 통과하는 유동은, 검출 수단(19)으로부터 출력된 신호에 응답하여 외부 작동기(26)에 의해 압축실(70b)을 압축하거나 압축 해제함에 따라, 측로를 따라 전후로 일시적으로 이동한다. 이러한 일시적 유체 변위는 측정관 내부의 정상 유동에 대하여 직각인 성분을 가지며, 이것을 소정의 특징을 갖는 편향 입자에 적용하여, 혼합물에 포함된 잔류 입자로부터 그 편향 입자를 분리할 수 있다.When the compression chamber 70b is pressurized, a predetermined amount of fluid is temporarily discharged from the first side passage 24b. Due to the elasticity of the second side passage 24a, the temporary flow of the fluid inside the measuring tube is pressurized to the second side passage 24a. By cooperating the interconnected fluid structure and the two side passages, the flow through the measuring tube 16 is compressed by the external actuator 26 in response to the signal output from the detection means 19. As it compresses or decompresses, it temporarily moves back and forth along the side. This temporary fluid displacement has a component perpendicular to the normal flow inside the measuring tube, which can be applied to the deflecting particles having the desired characteristics to separate the deflecting particles from the residual particles contained in the mixture.

도시된 바와 같이, 측정관(16)은 분기점(21)에서 두 개의 브렌치(22a, 22b)로 분기한다. 상기 입자가 두 개의 브렌치(22b) 중에서 제2 브렌치를 정상적으로 통과하도록, 이러한 두 개의 브렌치에서의 유량을 조절한다. 이러한 브렌치(22a, 22b) 사이의 각도는 0도 내지 180도 사이, 바람직하게는 10도 내지 45도 사이이다. 그러나, 상기 각도는 그 사이에 직선형 분리벽을 갖는 두 개의 평행한 도관에 대응하여 심지어 0도일 수 있다.As shown, the measuring tube 16 branches into two branches 22a and 22b at the branch point 21. The flow rate in these two branches is adjusted such that the particles normally pass through the second branch of the two branches 22b. The angle between these branches 22a, 22b is between 0 degrees and 180 degrees, preferably between 10 degrees and 45 degrees. However, the angle may even be zero degrees corresponding to two parallel conduits with a straight dividing wall therebetween.

선별되는 입자는 입자가 없는 유체 시쓰로 에워싸인 중앙 유체 흐름에서의 측정 위치에 공급되는 것이 바람직하다. 입자 스트림을 한정하는 과정은 공지되어 있으며, 이를 ‘시쓰 유동(sheath flow)’ 구성이라 일컫는다. 일반적으로, 전술한 한정은 측정관(16) 내부를 유동하는 입자가 없는 캐리어 유체에 협소한 배출 노즐을 통해 부유 입자 스트림을 주입하는 것에 의하여 이루어진다. 현탁액과 캐리어 유체의 유량비를 조정함으로써, 입자간 거리 뿐만 아니라 측정관 내부의 반경방향 한정을 조정할 수 있다. 캐리어 유체의 유량이 비교적 많으면, 입자간의 거리가 긴 보다 한정된 입자 스트림을 생성한다. The particles to be screened are preferably fed to a measurement position in the central fluid stream surrounded by a particle free fluid sheath. The process of confining a particle stream is known and is referred to as a "sheath flow" configuration. Generally, the foregoing limitations are made by injecting a suspended particle stream through a narrow discharge nozzle into a particle-free carrier fluid flowing inside the measuring tube 16. By adjusting the flow rate ratio of the suspension and the carrier fluid, not only the distance between particles but also the radial limitation inside the measuring tube can be adjusted. A relatively high flow rate of the carrier fluid produces a more defined particle stream with a longer distance between the particles.

제1 공급관(12)에 의해 유입된 현탁액에서, 입자를 정상 입자(18a)와 해당 입자(18b)의 두가지 유형으로 분류할 수 있다. 측정 영역(20)에서 입자(18b)의 예정된 특징을 감지하면, 검출기(19)는 신호를 출력한다. 외부 작동기(26)는 소정의 특징을 감지하는 것에 응답하여 검출기(19)로부터 발생된 신호를 수신하여 제1 작동기의 기포 밸브(100b)를 구동시켜, 측정관(16) 내부에서 측면 통로(24a, 24b) 사이에 유동 외란을 생성한다. 유동 외란은 제2 분기관(22b)보다 제1 분기관(22a) 측으로 유동하도록 소정의 특징을 갖는 입자(18b)를 편향시킨다. 검출기는 작동기(26)와 연통하며, 검출기(19)가 입자 내에 소정의 특징을 감지하면, 작동기는 제1 기포 밸브(100b)를 구동시켜, 제1 기포 밸브의 저장조(70b) 내부에 압력 변동을 일으킨다. 제1 기포 밸브가 작동하면, 제1 기포 밸브(100b) 내부에 메니스커스(25b)를 편향시키며, 제1 측면 통로(24b) 내부에 일시적인 압력 변동이 일어난다. 제2 측면 통로(24a)와 제2 기포 밸브(100a)는 작동기(26)를 통해 유도된 측정관(16) 내부의 일시적인 압력 변동을 흡수한다. 기본적으로, 제2 기포 밸브(100a)의 저장조(70a)는 탄성 벽을 갖거나 또는 가스와 같은 압축성 유체를 함유하는 완충실이다. 탄성 특성은 유체를 측정관으로부터 제2 측면 통로(24a)로 유동시켜, 맥압을 흡수하고, 입자 스트림에서 선택되지 않은 입자의 유동에 외란이 가해지는 것을 방지한다.In the suspension introduced by the first feed canal 12, the particles can be classified into two types: normal particles 18a and corresponding particles 18b. Upon detecting a predetermined characteristic of the particle 18b in the measurement area 20, the detector 19 outputs a signal. The external actuator 26 receives a signal generated from the detector 19 in response to detecting a predetermined characteristic to drive the bubble valve 100b of the first actuator, so that the side passage 24a inside the measuring tube 16 is provided. , 24b) creates a flow disturbance. The flow disturbance deflects the particles 18b having predetermined characteristics to flow toward the first branch pipe 22a rather than the second branch pipe 22b. The detector communicates with the actuator 26, and when the detector 19 detects a predetermined characteristic in the particle, the actuator drives the first bubble valve 100b to change the pressure inside the reservoir 70b of the first bubble valve. Causes When the first bubble valve is operated, the meniscus 25b is deflected inside the first bubble valve 100b, and a temporary pressure fluctuation occurs inside the first side passage 24b. The second side passage 24a and the second bubble valve 100a absorb a temporary pressure fluctuation inside the measuring tube 16 induced through the actuator 26. Basically, the reservoir 70a of the second bubble valve 100a is a buffer chamber having an elastic wall or containing a compressive fluid such as a gas. The elastic properties allow fluid to flow from the measuring tube to the second side passage 24a, absorbing pulse pressure and preventing disturbances in the flow of particles not selected in the particle stream.

측정 영역(20)에서, 적정 센서를 사용하여 당업자에게 명백한 특징 뿐만 아니라, 사이즈, 형태, 형광 휘도와 같이 특수한 특징에 대하여 개별 입자를 검사한다. 당업계에 공지된 적용 가능한 센서의 예로는 현미경과 같은 광학 검출 시스템, 컴퓨터 영상 시스템 및 입자의 전자 특성을 측정하기 위한 전자 수단의 각종의 형태가 있다. 당업계에 특히 널리 공지된 시스템으로는 입자의 형광 휘도를 측정하기 위한 시스템이 있다. 이러한 시스템은 형광을 유도하기에 적합한 파장을 갖는 광원과, 유도된 형광 빛의 휘도를 측정하기 위한 검출 시스템을 포함한다. 이런 장치는 형광 마커(fluorescent marker)(즉, 특정한 제1 파장의 빛으로 조명하면 또 다른 특정한 제2 파장(형광)의 빛을 발생시키는 부착된 분자)로 표식된 입자와 조합하여 종종 사용된다. 이러한 제2 파장의 빛이 검출되면, 그 특징을 검출하고 신호를 출력한다.In the measurement area 20, a suitable sensor is used to inspect individual particles for special features such as size, shape, fluorescence luminance, as well as features that will be apparent to those skilled in the art. Examples of applicable sensors known in the art are various forms of optical detection systems such as microscopes, computer imaging systems and electronic means for measuring the electronic properties of particles. Particularly well known systems in the art include systems for measuring the fluorescence brightness of particles. Such a system includes a light source having a wavelength suitable for inducing fluorescence and a detection system for measuring the luminance of the induced fluorescent light. Such devices are often used in combination with particles labeled with a fluorescent marker (i.e., an attached molecule that, when illuminated with light of a particular first wavelength, generates light of another particular second wavelength (fluorescence)). When light of this second wavelength is detected, the feature is detected and a signal is output.

또 다른 예로는 측정 영역을 통해 유동하는 입자에 의하여 산란된 빛을 측정하는 것을 포함한다. 산란을 해석하면 입자의 사이즈 및 형태에 관한 정보를 산출하며, 이것은 소정의 특징을 검출할 때 신호를 출력하도록 채택될 수 있다.Another example includes measuring light scattered by particles flowing through the measurement region. Interpretation of the scatter yields information about the size and shape of the particles, which can be adapted to output a signal when detecting certain features.

제1 기포 밸브의 압축실을 가압하기 위한 작동기(26)는 입자가 선택된 예정된 특징을 갖는 센서로부터의 신호에 응답하는 외부 작동기를 포함할 수 있다. 압력을 증가시키기에 적합한 외부 작동기에는 두가지 종류가 있다. 첫째 종류는 제1 측면 통로(24b) 내부에 있는 유체에 가스 압력을 직접 공급한다. 예를 들면, 작동기는 측면 통로(24b) 내부의 유체 컬럼에 대하여 스위칭 밸브로 연결된 압축 가스원을 포함할 수도 있다. 스위칭 밸브를 작동시키면, 통로를 상기 압축 가스원에 연결하여, 유체 내부의 메니스커스를 편향시킨다. 정지시키면, 스위칭 밸브는 통로(24b)를 정상 작동 압력으로 복귀시킨다.The actuator 26 for pressurizing the compression chamber of the first bubble valve may comprise an external actuator responsive to a signal from a sensor having a predetermined characteristic in which particles are selected. There are two types of external actuators suitable for increasing pressure. The first kind directly supplies gas pressure to the fluid inside the first side passage 24b. For example, the actuator may comprise a source of compressed gas connected to a switching valve with respect to the fluid column inside the side passage 24b. Actuation of a switching valve connects a passage to the source of compressed gas, thereby deflecting the meniscus inside the fluid. When stopped, the switching valve returns the passage 24b to normal operating pressure.

대안으로, 가동벽을 가지는 폐쇄 압축실과 조합하여 변위 작동기를 사용할 수도 있다. 변위 작동기가 압축실의 가동벽을 내측으로 변위시키면, 내압은 증가한다. 상기 가동벽이 원래 위치로 되돌아가면, 압력은 정상 작동 압력으로 감소한다. 적합한 변위 작동기의 예로는 전자기식 작동기가 있는바, 이것은 코일이 여자되면 플런저를 변위시킨다. 또 다른 예로는, 실린더 또는 디스크 더미 형태의 압전 재료를 사용하는 것으로, 전압이 인가되면, 선형 변위를 일으킨다. 전술한 두가지 유형의 작동기는 압축실(70)의 가동벽을 결합시켜 내부에 압력 변동을 일으킨다.Alternatively, displacement actuators may be used in combination with closed compression chambers having movable walls. When the displacement actuator displaces the movable wall of the compression chamber inward, the internal pressure increases. When the movable wall returns to its original position, the pressure decreases to the normal operating pressure. An example of a suitable displacement actuator is an electromagnetic actuator, which displaces the plunger when the coil is excited. Another example is the use of piezoelectric materials in the form of cylinders or disk piles, which, when voltage is applied, cause linear displacements. The two types of actuators described above combine the movable walls of the compression chamber 70 to cause pressure variations therein.

도2 내지 도4는 도1의 입자 선별 시스템(10)에서 스위치(40)의 스위칭 작동을 도시한다. 도2에서, 검출기(19)는 입자의 예정된 특징을 감지하며, 작동기(26)를 구동시키기 위하여 신호를 발생시킨다. 작동기가 구동하면, 제1 기포 밸브(100b)의 저장조(70b) 내압은 증가하여, 화살표로 도시된 바와 같이, 메니스커스(25b)를 편향시키고 제1 측면 통로(24b)로부터 유체를 일시적으로 방출시킨다. 제2 기포 밸브(100a)의 저장조의 탄성 특성으로 인하여, 측정관 내부의 상기 지점에서 압력이 돌발적으로 증가하면 유체가 제2 측면 통로(24a)로 유동한다. 이러한 제2 측면 통로(24a)로의 유체 이동은 화살표로 표시되어 있다. 그 결과, 도면에 도시된 바와 같이, 측정관(16)을 통과하는 유동은 변향하여, 제1 측면 통로(24b)와 제2 측면 통로(24a) 사이에 배치된 선택된 해당 입자(18b)가 정상 상태의 유동 방향에 대하여 직각으로 이동한다. 측정관(16), 제1 브렌치(22a) 및 제2 브렌치(22b)에 대한 유동 저항은 제1 측면 통로(24b) 및 제2 측면 통로(24a)로 또는 그로부터의 바람직한 유동 방향이 측정관(16)을 통과하는 정상 유동에 대하여 직각인 맹백한 성분을 가지도록 선택된다. 이러한 목적은 예를 들면 유동 저항이 제1 측면 통로(24b) 및 제2 측면 통로(24a)의 유동 저항과 비교하여 크도록 선택되기 위하여 제1 브렌치(22a)와 제2 브렌치(22b)에 의하여 이루어진다.2-4 illustrate the switching operation of the switch 40 in the particle sorting system 10 of FIG. In FIG. 2, the detector 19 senses the predetermined characteristics of the particles and generates a signal to drive the actuator 26. When the actuator is driven, the internal pressure of the reservoir 70b of the first bubble valve 100b increases, deflecting the meniscus 25b and temporarily displacing the fluid from the first side passage 24b, as shown by the arrow. Release. Due to the elastic properties of the reservoir of the second bubble valve 100a, the fluid flows to the second side passage 24a when the pressure suddenly increases at this point inside the measuring tube. This fluid movement to the second side passage 24a is indicated by an arrow. As a result, as shown in the figure, the flow through the measuring tube 16 is deflected such that the selected corresponding particles 18b disposed between the first side passage 24b and the second side passage 24a are normal. Move at right angles to the flow direction of the state. The flow resistance to the measuring tube 16, the first branch 22a and the second branch 22b is such that the preferred flow direction to or from the first side passage 24b and the second side passage 24a is determined by the measuring tube ( It is chosen to have a white component that is perpendicular to the steady flow through 16). This purpose is achieved by the first and second branches 22a and 22b, for example, in order for the flow resistance to be selected to be large compared to the flow resistance of the first side passage 24b and the second side passage 24a. Is done.

도3은 해당 입자(18b)가 제1 측면 통로(24b)와 제2 측면 통로(24a) 사이에 다량 남아 있는 경우에, 제1 기포 밸브 저장조의 릴리프 동안의 입자 선별 시스템(10)을 도시한다. 작동기(26)가 정지하면, 저장조(70a, 70b) 내압이 정상 압력으로 복귀한다. 이러한 릴리프 단계 동안, 기포 밸브의 두 저장조(70a, 70b) 사이에 마이너스 압력차가 존재하여, 제1 측면 통로(24b)와 제2 측면 통로(24a)를 통과하는 유동이 이전 도면에 도시된 바와 같이 그리고 화살표로 표시된 바와 같은 유체 유동에 대향한다.FIG. 3 shows the particle sorting system 10 during the relief of the first bubble valve reservoir when the particles 18b remain large between the first side passage 24b and the second side passage 24a. . When the actuator 26 stops, the internal pressures of the reservoirs 70a and 70b return to normal pressure. During this relief step, there is a negative pressure difference between the two reservoirs 70a, 70b of the bubble valve, so that the flow through the first side passage 24b and the second side passage 24a is reduced, as shown in the previous figure. And oppose the fluid flow as indicated by the arrow.

도4는 스위칭 과정이 종료한 이후의 입자 선별 시스템(10)을 도시한다. 기포 밸브의 저장조 내압이 균등하게 되면, 측정관(16)을 통과하는 유동이 정상화된다. 해당 입자(18b)가 반경방향으로 변위하면, 제1 브렌치(22a)로 유동하며, 다른 입자는 제2 브렌치(22b)로의 유동을 계속함으로써, 예정된 특징에 기초하여 입자를 분리한다.4 shows the particle sorting system 10 after the switching process has ended. When the reservoir internal pressure of the bubble valve is equalized, the flow through the measuring tube 16 is normalized. When the particles 18b are displaced in the radial direction, they flow to the first branch 22a and other particles continue to flow to the second branch 22b to separate the particles based on the predetermined characteristics.

상기 입자를 검출하는 과정 및 선택적으로 편향시키는 과정은 입자를 높은 비율로 선별하기 위하여 초당 수 회 반복될 수 있다. 전술한 유체 스위칭을 채용하면, 스위칭 동작은 초당 약 수천번의 스위칭 동작으로 수행되어, 시간당 백만개의 선별 입자 정도의 비율로 선별한다.The process of detecting and optionally deflecting the particles can be repeated several times per second to screen particles at a high rate. Employing the above-described fluid switching, the switching operation is performed at about thousands of switching operations per second, sorting at a rate of about 1 million selected particles per hour.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 작동기의 기포 밸브(100a) 및 버퍼 기포 밸브(100b)는 상이한 위치에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 도5에 도시된 바와 같이, 작동기의 기포 밸브(100a) 및 제1 측벽 통로(24a) 및/또는 버퍼 기포 밸브(100b) 및 제2 측벽 통로(24b)는 분기점(21)으로부터 상류측에 배칭될 수도 있다. 구성요소는, 작동기 챔버(70a)와 완충실(70b) 사이의 유동 저항이 후자의 구성요소 중 어느 하나와 다른 압력원 사이의 유동 저항보다 작도록, 어느 적정 위치에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 작동기 챔버(70a)와 완충실(70b)은 그 사이의 유동 저항이 입자의 하류측에 있는 선택된 입자와 후속 입자간의 유동 저항보다 작도록 배치될 수도 있다. 상기 구성요소를 전술한 방식으로 위치설정하면, 단일의 선택된 입자를 편향시키는 전술한 방법에 의하여 발생된 압력 파동이 상류측 또는 하류측으로 이동하여 입자의 스트림에 포함된 잔존 입자의 유동에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 유동 저항의 차이가 크면, 관련 압력 변이에 의한 유체 스위칭 작동을 시스템 나머지 부분의 유동 특징과 높은 레벨로 분리시킨다. 게다가, 선별을 위하여 적용된 발생된 압력 파동을 인시투(in-situ) 감쇄시켜 복수개의 스위치(40)를 구비하는 선별 네트워크를 실행시킬 수 있으며, 스위치 각각은 다른 것과 유압식으로 그리고 공압식으로 격리되어 있다.According to another embodiment of the present invention, the bubble valve 100a and the buffer bubble valve 100b of the actuator may be arranged in different positions. For example, as shown in FIG. 5, the bubble valve 100a and the first sidewall passage 24a and / or the buffer bubble valve 100b and the second sidewall passage 24b of the actuator are separated from the branch point 21. It may be arranged upstream. The component may be disposed in any suitable position such that the flow resistance between the actuator chamber 70a and the buffer chamber 70b is less than the flow resistance between any one of the latter components and the other pressure source. More specifically, the actuator chamber 70a and the buffer chamber 70b may be arranged such that the flow resistance therebetween is less than the flow resistance between the selected particles and the subsequent particles downstream of the particles. Positioning the component in the manner described above causes the pressure waves generated by the aforementioned method of deflecting a single selected particle to move upstream or downstream to affect the flow of residual particles contained in the stream of particles. Can be prevented. If the difference in flow resistance is large, the fluid switching action due to the associated pressure variation is separated from the flow characteristics of the rest of the system to a high level. In addition, the generated pressure wave applied for sorting can be in-situ attenuated to implement a sorting network having a plurality of switches 40, each of which is hydraulically and pneumatically isolated from the other. .

또 다른 실시예에 따르면, 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 입자 선별 시스템은 밸브(100b)와 같이 버퍼로서 작용하는 하나 이상의 기포 밸브와 협력하여 적정 압력 파동 발생기(기포 밸브 대신)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 압력 파동 발생기(260)는 작동기가 신호에 의하여 구동될 때 입자를 선택적으로 편향시키기 위하여, 압전 컬럼과 같은 작동기 또는 스텝퍼 모터(채널 시스템의 편향을 통해 또는 직접으로 유동하는 유체에 작용할 수 있는 플런저를 구비)를 구비할 수도 있다. 다른 적절한 압력 파동 발생기는 전자기식 작동기, 열공압 작동기 및 열 파동을 인가하여 유동하는 유체에 증기 기포를 생성하기 위한 열 파동 발생기를 구비한다. 버퍼 기포 밸브(100b)는 압력 파동 발생기(260)에 의하여 생성된 압력 파동을 흡수하도록 배치되어, 입자 스트림의 다른 입자에서 유동 외란이 일어나는 것을 방지한다. 버퍼(100b)의 스프링 상수는 완충실(70b)의 용적, 측면 통로(24b)의 단면적 및/또는 완충실(70b)을 형성하는 가요성 멤브레인(도7에서 참조부호 72)의 강성 또는 두께를 변경시키는 것에 의하여 특정 필요조건에 따라 변경될 수 있다.According to another embodiment, as shown in FIG. 6, the particle sorting system of the present invention employs an appropriate pressure wave generator (instead of a bubble valve) in cooperation with one or more bubble valves acting as buffers, such as valve 100b. Can be. For example, pressure wave generator 260 may act on a fluid that flows directly or through an actuator or stepper motor (such as a piezoelectric column) or a stepper motor to selectively deflect particles when the actuator is driven by a signal. With a plunger). Another suitable pressure wave generator includes an electromagnetic actuator, a thermopneumatic actuator and a thermal wave generator for applying steam to generate steam bubbles in the flowing fluid. The buffer bubble valve 100b is arranged to absorb the pressure wave generated by the pressure wave generator 260 to prevent flow disturbances in other particles of the particle stream. The spring constant of the buffer 100b determines the volume of the buffer chamber 70b, the cross-sectional area of the side passages 24b and / or the stiffness or thickness of the flexible membrane (reference 72 in FIG. 7) forming the buffer chamber 70b. By changing, it can be changed according to specific requirements.

도7은 입자 스트림에 포함된 다른 입자로부터 해당 입자를 분리하기 위하여 압력 파동을 생성하기에 적합한 밸브(100) 및/또는 본 발명의 교시에 따라 압력 파동을 흡수하기 위한 버퍼의 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 벨브(100)는 측정관(16)으로 연장하는 기판 내부에 형성된 측면 통로(24a, 24b)에 인접하여 형성된다. 측면 통로(24a)는 통로의 내측벽에 있는 개구에 의하여 형성된 유체 인터페이스 포트(17)를 구비한다. 상기 측면 통로(24a)에 인접하여 밀봉 압축실(70)이 위치하며, 그 압축실은 유체 인터페이스 포트를 통해 측면 통로와 연통한다. 도시된 압축실(70)은 시일(71)과 가요성 멤브레인(72)으로 형성된다. 측면 통로(24a) 내부의 캐리어 유체는 측면 통로와 압축실 사이의 인터페이스에 메니스커스(25)를 형성한다. 작동기(26)는 가요성 멤브레인을 압축하여 압축실 내부의 압력을 증가시키며, 그 결과, 캐리어 유체에 압력 파동을 생성한다.FIG. 7 shows an embodiment of a valve 100 suitable for generating a pressure wave to separate the particle from other particles included in the particle stream and / or a buffer for absorbing the pressure wave in accordance with the teachings of the present invention. . As shown, the valve 100 is formed adjacent to the side passages 24a and 24b formed inside the substrate extending to the measuring tube 16. The side passage 24a has a fluid interface port 17 formed by an opening in the inner wall of the passage. Adjacent to the side passage 24a is a sealed compression chamber 70, which communicates with the side passage through a fluid interface port. The illustrated compression chamber 70 is formed of a seal 71 and a flexible membrane 72. The carrier fluid inside the side passages 24a forms a meniscus 25 at the interface between the side passages and the compression chamber. The actuator 26 compresses the flexible membrane to increase the pressure inside the compression chamber, resulting in a pressure wave in the carrier fluid.

도8은 제1 배출관(54) 및 제2 배출관(56) 뿐만 아니라, 선별될 입자의 스트림을 제공하기 위한 적정 공급관(52)를 갖는 선별 모듈(50)을 도시하며, 상기 배출관 중 어느 하나는 선별 모듈(50) 내부에서 선별된 입자를 운반할 수 있다. 선별 모듈(50)은 공급관(52)을 통해 선별 모듈(50)로 진입하는 입자를 감지하기 위한 검출기 시스템(19)을 포함하며, 상기 검출기 시스템은 필요한 스위칭 성능을 제공하기 위한 스위치(40)에 작동 가능하게 연결되어 입자를 선별할 수 있다. 도1의 제1 브렌치(22b) 및 제2 브렌치(22a)는 배출관(54) 및 제2 배출관(56)과 유체 결합 관계로 배치될 수 있다.FIG. 8 shows a sorting module 50 having a first feed conduit 54 and a second discharge conduit 56 as well as a suitable feed conduit 52 for providing a stream of particles to be sorted, either of which The sorted particles may be carried in the sorting module 50. The sorting module 50 includes a detector system 19 for detecting particles entering the sorting module 50 through the feed duct 52, which is connected to a switch 40 to provide the necessary switching performance. It is operatively connected to screen particles. The first branch 22b and the second branch 22a of FIG. 1 may be disposed in fluid connection with the discharge pipe 54 and the second discharge pipe 56.

도9는 적정 구성으로 상호 결합될 수 있는 복수개의 선별 모듈(50)을 구비하는 본 발명의 실시예에 따른 입자 선별 시스템(500)을 도시한다. 예를 들면, 본 실시예의 모듈(50)은 병렬로 결합된다. 선별 모듈(50)의 배출관(54)은 제1 복합 배출구(58)에 결합되고, 제2 배출관(56)은 제2 복합 배출구(60)에 결합된다. 선별 모듈의 병렬 배열은 개별 선별 모듈(50)의 선별율에 대하여 N배의 총 선별율을 갖는 복합 선별 모듈(50)의 시스템을 형성하며, 여기서 N은 병렬로 결합된 선별 모듈(50)의 개수이다.9 illustrates a particle sorting system 500 according to an embodiment of the present invention having a plurality of sorting modules 50 that can be coupled together in a suitable configuration. For example, the modules 50 of this embodiment are combined in parallel. The outlet pipe 54 of the sorting module 50 is coupled to the first composite outlet 58, and the second outlet tube 56 is coupled to the second composite outlet 60. The parallel arrangement of the sorting modules forms a system of complex sorting modules 50 having a total sorting rate of N times the sorting rate of the individual sorting modules 50, where N is the number of sorting modules 50 coupled in parallel. Count

도10은 제1 선별 모듈(50a)과 이것과 직렬로 결합된 제2 선별 모듈(50b)을 구비하는 또 다른 실시예에 따른 입자 선별 시스템(550)을 도시한다. 제2 선별 모듈(50b)은 제1 선별 모듈(50a)에 의하여 선별된 입자의 예정된 특징과 동일하거나 상이한 예정된 특징을 갖는 입자를 선별하도록 장착될 수 있다. 입자 스트림은 공급관(52)을 통해 제1 선별 모듈(50a)로 진입하며, 적어도 두가지 종류의 입자를 포함할 수 있다. 제1 유형의 입자는 제1 선별 모듈(50a)에서 선별되며, 제1 배출관(54a)을 통해 배출된다. 잔류 입자는 제2 배출관(56a)을 통해 제1 선별 모듈(50a)로부터 배출되어, 제2 공급관(52b)을 통해 제2 선별 모듈(50b)로 도입된다. 입자 스트림으로부터, 기타 예정된 특징을 갖는 입자를 선별하고 제2 배출관(54b)을 통해 배출한다. 두 개의 예정된 특징 중 어느 하나도 갖고 있지 않은 입자는 제2 배출관(56b)을 통해 제2 선별 모듈(50b)로부터 배출된다. 당업자라면, 어느 적절한 유형의 선별 모듈(50)을 사용하고, 소정 결과에 따라 여러 가지 방식으로 상호 결합될 수 있음을 알 수 있다.10 shows a particle sorting system 550 according to another embodiment having a first sorting module 50a and a second sorting module 50b coupled in series with it. The second sorting module 50b may be mounted to sort particles having predetermined characteristics that are the same or different than the predetermined characteristics of the particles sorted by the first sorting module 50a. The particle stream enters the first sorting module 50a through the feed conduit 52 and may comprise at least two kinds of particles. Particles of the first type are sorted in the first sorting module 50a and are discharged through the first discharge pipe 54a. The residual particles are discharged from the first sorting module 50a through the second discharge pipe 56a and introduced into the second sorting module 50b through the second supply pipe 52b. From the particle stream, particles having other predetermined characteristics are sorted and discharged through the second discharge pipe 54b. Particles not having any of the two predetermined features are discharged from the second sorting module 50b through the second discharge pipe 56b. Those skilled in the art will appreciate that any suitable type of sorting module 50 can be used and can be combined with one another in a variety of ways depending on the desired result.

도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 고효율로 그리고 낮은 에러로 선별하기 위한 계층적 구조를 도시한다. 도시된 실시예는 제1 단계에서 복수개의 평행한 입자 스트림을 선별하고, 제1 단계의 출력을 수집하며, 제1 단계의 출력에 대하여 2차 선별 과정을 수행하기 위한 2단계 입자 선별 시스템(800)이다. 입자 입력 챔버(88)로부터 현탁액(80)에 포함된 입자의 입력 스트림은 N개의 단일 선별 채널(81a 내지 81n)로 분할되며, 각 채널은 초당 선택된 개수의 입자를 선별할 수 있다. 각 채널(81)은 입자를 검사하고 예정된 특징을 갖는 입자를 식별하기 위한 검출 영역(84)과, 전술한 바와 같이, 스트림에 포함된 다른 입자로부터 예정된 특징을 갖는 입자를 분리하기 위한 스위칭 영역(82)을 구비한다. 스위칭 영역(82)은 두 개의 입자 출력 스트림, 즉 검출 영역(84)에서 측정된 입자 특징에 기초하여 스위칭 영역(82)에 포함된 선택된 스트림과 거절된 스트림을 생성한다. 각 채널로부터 선택된 스트림은 2차 선별 채널(810)에서 다시 선별되는 스트림으로 수집 영역(86)에서 수집된다. 도시된 바와 같이, 2차 선별 채널(810)은 예정된 특징에 기초하여 검출 및 선별의 선별 과정을 반복한다.Figure 11 shows a hierarchical structure for sorting with high efficiency and low error in accordance with another embodiment of the present invention. The illustrated embodiment shows a two stage particle sorting system 800 for sorting a plurality of parallel particle streams in a first stage, collecting the output of the first stage, and performing a second sorting process on the output of the first stage. )to be. The input stream of particles contained in the suspension 80 from the particle input chamber 88 is divided into N single sorting channels 81a through 81n, each channel being capable of sorting a selected number of particles per second. Each channel 81 has a detection area 84 for inspecting particles and identifying particles having predetermined characteristics, and a switching region for separating particles having predetermined characteristics from other particles included in the stream, as described above. 82). The switching region 82 produces two particle output streams, the selected stream and the rejected stream included in the switching region 82 based on the particle characteristics measured in the detection region 84. The stream selected from each channel is collected in collection area 86 as a stream that is reselected in secondary sorting channel 810. As shown, the secondary screening channel 810 repeats the screening process of detection and screening based on the predetermined characteristics.

각각의 단일 채널 선별 과정은 어느 정도의 잘못된 선택의 에러(y)율(y는 실수로 선택된 입자의 1 미만의 가능성이다)을 발생시킨다고 가정하면, 계층적 구조는 2단계 분류체계에 대한 y2 또는 n-단계 분류체계에 대한 yn의 낮은 에러율을 생성한다. 예를 들면, 단일 채널 에러율이 1%이면, 2단계 에러율은 0.01% 또는 104분의 1이다.Assuming that each single channel screening process produces some degree of error (y) of false choices (y is a probability less than one of the particles chosen by mistake), the hierarchical structure is y 2 for the two-stage classification system. Or produce a low error rate of y n for the n-stage classification system. For example, if the single channel error rate is 1%, and step 2, the error rate was 0.01% or 10 a quarter of.

별법으로서, 구조는 2차 채널당 N개의 선별 채널로 이루어진 M개의 일차 세트를 구비할 수 있다. 용례가 비율 z에서 입력에 존재하는 입자를 포획하고자 한다고 가정하면, 단일 채널 선별기는 초당 입자의 최대 선별율 x를 갖는다. 시스템 처리량은 초당 M*N*x의 입자개수이다. 초당 B 채널에서 수집된 입자 개수는 N*x*z 이며, N*z은 N 채널로부터 축적된 모든 입자는 단일 2차 채널로 선별될 수 있도록 1 미만이어야 한다. 처리량을 N=1/z 이상 증가시키기 위하여, N개의 1차 채널 및 1개의 2차 채널로 이루어진 그룹을 병렬로 부가하여야 한다. 총 처리량은 M개의 2차 채널에 의해 M*N*x가 된다.Alternatively, the structure may have M primary sets of N selection channels per secondary channel. Assuming the application wants to capture particles present at the input at the ratio z, the single channel selector has a maximum screening rate x of particles per second. System throughput is the particle count of M * N * x per second. The number of particles collected in the B channel per second is N * x * z, where N * z must be less than 1 so that all particles accumulated from the N channel can be sorted into a single secondary channel. In order to increase throughput over N = 1 / z, a group of N primary channels and one secondary channel must be added in parallel. The total throughput is M * N * x by M secondary channels.

도12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병렬-직렬 입자 선별 시스템(160)을 도시한다. 병렬-직렬 입자 선별 시스템(160)은 제1 병렬 선별 모듈(161)과 제2 병렬 선별 모듈(162)을 구비한다. 제1 선별 모듈(161)은 다수의 표식된 입자에 적용되며, 두 개의 마커를 갖는 입자는 배출 채널(165)에 의하여 선별되며 이것을 통해 이송된다.12 shows a parallel-serial particle sorting system 160 according to another embodiment of the present invention. The parallel-serial particle sorting system 160 includes a first parallel sorting module 161 and a second parallel sorting module 162. The first sorting module 161 is applied to a plurality of labeled particles, with particles having two markers sorted by the discharge channel 165 and transported through it.

도13은 또 다른 병렬-직렬 입자 선별 시스템(170)을 도시한다. 제1 병렬 선별 모듈(171)은 제1 마커를 갖는 입자를 분리하고, 상이한 채널로부터 입자를 수집하며, 제1 마커를 갖는 입자를 제1 배출 채널(175)을 통해 이송한다. 다른 모든 입자는 제2 마커를 갖는 입자를 선별하기 위하여 제2 병렬 선별기(172)에 공급된다. 제2 마커를 갖는 입자는 제2 배출 채널(176)을 통해 수집 및 이송된다. 제1 마커나 제2 마커 중 어느 것도 갖고 있지 않은 입자는 제3 배출 채널(177)을 통해 이송된다.13 illustrates another parallel-serial particle sorting system 170. The first parallel sorting module 171 separates particles with a first marker, collects particles from different channels, and transports particles with a first marker through the first outlet channel 175. All other particles are fed to a second parallel sorter 172 to sort particles with a second marker. Particles with a second marker are collected and transported through the second outlet channel 176. Particles having neither the first marker nor the second marker are transported through the third outlet channel 177.

도14a 및 도14b에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 입자 선별 시스템은 입자의 속도, 위치 및/또는 사이즈 측정 센서를 구비할 수도 있다. 속도, 위치 및/또는 사이즈의 측정은 선별 동안 또는 입자의 분류와 동시에 또는 상이한 시간에 수행될 수도 있다. 도11에 도시된 바와 같이, 병렬 채널에 기반을 둔 시스템에 있어서, 상이한 채널은 상이한 유동 저항을 가지고, 각 채널에서의 입자 또는 세포 속도를 다르게 할 수도 있다. 검출 영역(84)이 거리 L만큼 스위칭 영역으로부터 분리된 시스템에 있어서, 채널(81)에서의 입자 속도는 스위칭 시간 지연 T(즉, 표적 입자의 검출 순간에 관계한 스위치 작동 지연 시간)를 설정하기 위하여 기지의 것이어야 한다.According to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 14A and 14B, the particle sorting system may be equipped with sensors for measuring the velocity, position and / or size of the particles. Measurement of velocity, position and / or size may be performed during screening or at the same time as the classification of particles or at different times. As shown in Figure 11, in a system based on parallel channels, different channels may have different flow resistances and may vary particle or cell velocity in each channel. In a system in which the detection zone 84 is separated from the switching zone by a distance L, the particle velocity in the channel 81 sets the switching time delay T (i.e., the switch actuation delay time relative to the detection moment of the target particle). In order to be known.

세포 또는 입자를 검출하기 위한 대부분의 광학 시스템에서, 검출 영역에서 세포가 광 검출기에 빛을 발생시키는 영역은 세포 직경의 사이즈보다 상당히 큰 사이즈를 갖는다. 그러므로, 검출 영역에서 빛을 검출하는 하는 경우, 세포는 그 영역 어디에나 존재할 수 있으므로, 세포의 정확한 위치를 나타내는 것을 곤란하게 한다. 보다 정확한 검출을 제공하기 위하여, 광학 검출기의 다수 픽셀은 검출 영역을 교차하여 패킹될 수 있지만, 많은 비용이 들며 복잡한 지원 전자공학을 필요로 한다.In most optical systems for detecting cells or particles, the area in which the cells generate light in the photo detector in the detection area has a size that is significantly larger than the size of the cell diameter. Therefore, when detecting light in the detection area, the cells may exist anywhere in the area, making it difficult to indicate the exact position of the cell. To provide more accurate detection, multiple pixels of the optical detector can be packed across the detection area, but are expensive and require complex support electronics.

본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 마스킹 패턴을 선별 칩 상에 직접 증착하여 정확한 속도 검출을 제공하기 위하여 검출 영역에 광학 마스크(140)를 부가할 수도 있다. 마스킹 패턴은 그 마스킹 패턴에 있는 가장자리가 세포 선별 작동기 영역(82)에 대해 정밀하게 위치(현재 기술로 1um 미만의 정밀도로)하도록 증착될 수 있다. 검출 영역(84)에서 세포로부터의 빛을 포획하는 단일 광학 검출기는 세포를 마스크로 가리지 않은 경우에 빛을 확인할 수 있다. 기지의 길이를 갖는 마스크의 연결된 불투명한 부분인 "바아" 중 하나에 의하여 차단되는 빛의 지속기간은 속도 측정치를 제공한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, an optical mask 140 may be added to the detection region to deposit the masking pattern directly on the select chip to provide accurate speed detection. The masking pattern may be deposited such that the edges in the masking pattern are precisely positioned (with precision less than 1 um in current technology) with respect to cell selection actuator region 82. A single optical detector that captures light from the cells in the detection region 84 can see the light when the cells are not masked. The duration of light blocked by one of the "bars", the connected opaque portion of the mask having a known length, provides a velocity measure.

1um 단계에서 크기가 10um 내지 30um 범위인 다수의 바아를 갖는 마스크 패턴이 세포로부터 발생된 신호를 최소화하는 세포보다 큰 크기의 바아만을 생성한다. 그러므로, 이러한 패턴을 신호와 독립적으로 세포의 사이즈를 측정하는데 사용할 수 있다. 이러한 구배 마스크는 또한 속도 측정에서의 불일치를 줄이기 위하여 수회 속도를 측정하기 위하여 분석될 수 있는 광학 검출기에서 소정 패턴을 생성한다. 마스크(140)에 의하여 유발된 빛의 패턴은 또한 검출기가 마스크(140)에서 각각의 가장자리를 식별하도록 한다. 바아(141)가 동일하다면, 각 바아에 대한 빛 신호는 동일하며, 검출기는 순차적으로 하나씩 구별할 수 있다. 그러므로, 구배 마스크 패턴은 넓은 영역(세포의 크기에 수 배)을 관찰하는 단일의 검출기가 세포의 속도를 측정하고, 칩 상의 채널 구조 및 작동기 위치에 대하여 약 1um 정밀도로 검출 영역(84) 내측의 정확한 위치를 측정하며, 구배 패턴에 의하여 부여된 정밀도로 세포의 사이즈를 식별하게 할 수 있다. 구배 마스크(140)는 검출기가 광학 시스템의 확대 또는 광학 검출기의 속성과 관계 없이 이러한 파라미터를 측정할 수 있게 한다.Mask patterns with multiple bars ranging in size from 10um to 30um in 1um steps produce only bars of larger size than cells that minimize the signal generated from the cells. Therefore, this pattern can be used to measure the size of a cell independently of a signal. Such gradient masks also produce certain patterns in optical detectors that can be analyzed to measure several speeds to reduce discrepancies in speed measurements. The pattern of light caused by the mask 140 also allows the detector to identify each edge in the mask 140. If the bars 141 are the same, the light signals for each bar are the same, and the detectors can distinguish one by one sequentially. Therefore, the gradient mask pattern allows a single detector that observes a large area (multiplied by the size of the cell) to measure the speed of the cell and inside the detection area 84 with about 1 um accuracy with respect to the channel structure and actuator position on the chip. The exact position can be measured and the size of the cell can be identified with the precision imposed by the gradient pattern. Gradient mask 140 allows the detector to measure these parameters regardless of the magnification of the optical system or the nature of the optical detector.

당업자라면 본 발명의 교시에 따른 선별 시스템에서 입자의 사이즈, 위치 및/또는 속도를 측정하기 위한 다른 장치를 인식할 수 있다. 적합한 장치를 용이하게 이용할 수 있으며 당업자에게 공지되어 있다.Those skilled in the art will recognize other devices for measuring the size, position and / or velocity of particles in the sorting system according to the teachings of the present invention. Suitable devices are readily available and known to those skilled in the art.

또 다른 실시예에 따르면, 도15에 도시된 바와 같이, 입자 선별 시스템은 동일하지 않은 선별 채널로 이루어진 어레이(8000)를 포함한다. 일련의 동일하지 않은 선별 채널(810a 내지 810n)을 구비하는 병렬 어레이를 사용하는 것은 최적인 외부 작동기에 대한 공간, 광출력의 사용 및 적응 관점에서 보다 효율적이다. 입자 속도를 정밀하게 측정할 수 있으므로, 채널은 검출된 특성을 갖는 입자를 편향시키기 위하여 스위치의 작동과 특성의 검출 사이에 고정된 지연을 필요로 하지 않는다. 그러므로, 검출기(84)와 스위치(82)간의 거리 L 또는 검출기(84)와 스위치(82) 사이의 통로 형상과 같은 채널의 소정 파라미터는 변경될 수 있다.According to another embodiment, as shown in Figure 15, the particle sorting system includes an array 8000 of unequal sorting channels. Using a parallel array with a series of non-identical select channels 810a through 810n is more efficient in terms of space for optimal external actuators, use of light output and adaptation. Since the particle velocity can be precisely measured, the channel does not require a fixed delay between the operation of the switch and the detection of the characteristic in order to deflect particles having the detected characteristic. Therefore, certain parameters of the channel such as the distance L between the detector 84 and the switch 82 or the shape of the passageway between the detector 84 and the switch 82 can be changed.

칩에 수직하게 배향된 각각의 파장 광 조사를 위하여 단일 레이저를 사용하면, 레이저는 (채널의 개수) x ((검출 영역에서의 채널 폭) + (내부 채널 간격 C))로 정의된 영역을 조사하는데 요구된다(도15 참조). 그러나, 형광을 발생시키기 위하여 빛을 흡수할 수 있는 활성 영역은 단지 (채널 개수) x (채널 폭)인 채널이며, (채널 폭)/(채널 폭 + C)의 필 팩터(fill factor)를 남긴다. 필 팩터는 이용 가능한 입력 빛을 낭비하는 것을 방지하기 위하여 100%에 근접하는 것이 바람직하다.Using a single laser for each wavelength light irradiation oriented perpendicular to the chip, the laser irradiates an area defined by (number of channels) x ((channel width in the detection area) + (internal channel spacing C)) (See Fig. 15). However, the active region capable of absorbing light to generate fluorescence is only a channel (number of channels) x (channel width), leaving a fill factor of (channel width) / (channel width + C). . The fill factor is preferably close to 100% to avoid wasting available input light.

그러므로, 병렬형 선별 시스템에서 채널간 간격을 최소화하는 것이 광 검출 영역 및 광학 시스템 효율에 중요하다. 본 발명의 이용 가능한 어레이 구조에 있어서, 도16에 도시된 바와 같이, 검출 영역(84)에서 채널의 간격은 채널의 폭과 유사하므로, 빛 이용을 약 50% 근접시킨다. 활성 영역(82)에서의 채널 간격은 도16에 도시된 바와 같이 클 수도 있다. 채널을 따라 작동기(26)를 배치하는 것은 또한 외부 드라이버 작동기에 대하여 유효 반경을 크게하도록 변경될 수도 있다.Therefore, minimizing the interchannel spacing in a parallel sorting system is important for light detection area and optical system efficiency. In the usable array structure of the present invention, as shown in FIG. 16, the spacing of the channels in the detection region 84 is similar to the width of the channel, thus bringing light utilization close to about 50%. The channel spacing in the active region 82 may be large as shown in FIG. Placing the actuator 26 along the channel may also be modified to increase the effective radius for the external driver actuator.

또한 가변 어레이(8000)는 모든 채널을 교차하여 일정한 압력 강하가 있다고 가정하면 입자 속도가 거의 일치하도록 모든 채널의 유동 저항을 균형 잡기 위하여 선택된 채널 내부에 미앤더(meander)를 구비할 수도 있다. 미앤더는 도시된 시스템의 상류측 또는 하류측에 또는 검출기와 작동기 사이의 영역에 부가될 수도 있다. 각 채널 검출 영역(82I) 및 작동기(26i) 사이의 길이 L이 구조마다 공지되어 있으므로, 그 입자에 관하여 결정하는 것과 동일한 시간에서 입자 속도를 측정하면 개선된 세포 선별 시스템을 제공한다.Also, the variable array 8000 may have a meander inside the selected channel to balance the flow resistance of all the channels so that the particle velocity is approximately equal, assuming a constant pressure drop across all the channels. The meander may be added upstream or downstream of the illustrated system or in the region between the detector and the actuator. Since the length L between each channel detection region 82I and the actuator 26i is known per structure, measuring the particle velocity at the same time as that determined for that particle provides an improved cell selection system.

도17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 선별 시스템을 도시한다. 입자 선별 시스템(1700)은 병렬로 작동하는 복수개의 선별 모듈(1701)을 구비한다. 시스템(1700)은 각각의 선별 모듈에 샘플을 도입하기 위한 입력 영역(1710)과, 검출 영역에서 각각의 입자 선별 채널(1702)의 예정된 특징을 측정하기 위한 검출 영역(1702)을 구비한다. 시스템은 또한 예정된 특징을 갖지 않는 입자로부터 예정된 특징을 갖는 입자를 분리하기 위한 선별 모듈 각각에 작동기를 구비하는 스위치 영역(1730)을 포함한다. 도17에 도시된 바와 같이, 검출 영역(1720)에서의 각 선별 채널 사이의 선별 채널(1702) 거리는 스위치 영역(1730)에서의 채널간 거리보다 작다. 검출 영역에서의 밀접한 간격은 레이저를 사용하여 입자를 검출할 때 비용을 절감시킬 수 있으며, 스위치 영역(1730)에서의 거리 분리가 커지면 다양한 사이즈의 작동기를 수납할 수 있다.Figure 17 illustrates a particle sorting system according to another embodiment of the present invention. The particle sorting system 1700 includes a plurality of sorting modules 1701 that operate in parallel. System 1700 has an input area 1710 for introducing a sample to each sorting module and a detection area 1702 for measuring a predetermined characteristic of each particle sorting channel 1702 in the detection area. The system also includes a switch region 1730 having an actuator in each of the sorting modules for separating particles having predetermined characteristics from particles having no predetermined characteristics. As shown in FIG. 17, the selection channel 1702 distance between each selection channel in the detection region 1720 is smaller than the interchannel distance in the switch region 1730. The close spacing in the detection area can reduce costs when detecting particles using a laser, and larger distance separation in the switch area 1730 can accommodate actuators of various sizes.

입자 선별 시스템(1700)은 선별 공정의 정밀도를 증가시키기 위하여 예정된 특징을 기초로 하여 검출 및 선별로 이루어진 선별 공정을 반복하기 위한 2차 선별 모듈(1740)을 또한 구비한다. 일 실시예에 따르면, 선별 시스템은 입자를 1차 선별 공정으로부터 2차 선별 공정으로 전이시키기 위하여 1차 선별 모듈(1701)과 2차 선별 모듈(1740)의 어레이 사이에 농후 영역(1750; enrichment region)을 구비할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 농후 영역(1750)은 입자가 2차 선별 모듈(1740)을 통과하기 전에 입자로부터 과잉의 캐리어 유체를 제거함으로써 입자를 전이시킨다. 농후 영역(1750)은 농후하게 된 후에 2차 시트 유체(sheet fluid)를 입자에 부가하는 수화 장치를 또한 구비할 수 있다. 농후 영역(1750)은 출구 채널(1703) 내로 삽입되는 멤브레인과, 출구 채널(1703)을 가로지르는 농후 채널, 그리고 출구 채널을 농후 채널로부터 분리시키는 멤브레인을 포함할 수 있다. 과잉의 캐리어 유체는, 선택된 입자가 2차 선별 모듈(1740)로 통과하기 전에 출구 채널(1703) 내의 선택된 입자의 스트림으로부터 멤브레인을 통하여 농후 채널로 제거된다. Particle sorting system 1700 also includes a secondary sorting module 1740 for repeating the sorting process consisting of detection and sorting based on predetermined characteristics to increase the precision of the sorting process. According to one embodiment, the sorting system comprises an enrichment region 1750 between the array of primary sorting module 1701 and the secondary sorting module 1740 to transfer particles from the primary sorting process to the secondary sorting process. ) May be provided. According to an exemplary embodiment, the rich region 1750 transfers particles by removing excess carrier fluid from the particles before they pass through the secondary sorting module 1740. The rich region 1750 may also include a hydration device that adds secondary sheet fluid to the particles after they are thick. The rich region 1750 can include a membrane inserted into the outlet channel 1703, a rich channel across the outlet channel 1703, and a membrane separating the outlet channel from the rich channel. Excess carrier fluid is removed from the stream of selected particles in the outlet channel 1703 through the membrane into the rich channel before the selected particles pass into the secondary sorting module 1740.

농후 영역을 형성하기에 적합한 시스템은, 발명의 명칭이 "마이크로유체제어 시스템에서 마이크로유체제어 부재의 실행"인 미국 특허 출원 번호 제10/329,018에 개시되어 있으며, 이 특허 출원의 내용은 본 명세서에 참고로 인용된다. A system suitable for forming a rich region is disclosed in US patent application Ser. No. 10 / 329,018, entitled "Performance of Microfluidic Control Members in a Microfluidic Control System," the contents of which are described herein. It is cited for reference.

예시적인 실시예에 따르면, 제거된 캐리어 유체는 재생되어 1차 채널의 입구로 피드백될 수 있다. 재생 채널 또는 다른 장치는 농후 영역을 1차 채널에 연결하여 캐리어 유체를 후속 선별 공정에 다시 이용할 수 있게 한다. 대안으로, 캐리어 유체를 불합격 입자로부터 제거하여, 불합격 입자를 폐기하기 전에 1차 채널 입구에 도입할 수 있다. According to an exemplary embodiment, the removed carrier fluid may be regenerated and fed back to the inlet of the primary channel. The regeneration channel or other device connects the rich zone to the primary channel to make the carrier fluid available again for subsequent sorting processes. Alternatively, the carrier fluid can be removed from the failed particles and introduced to the primary channel inlet before discarding the failed particles.

본 발명의 입자 선별 시스템은 미세 유체 분야에서 다양한 용례로서 사용된다. 하나의 용례에 따르면, 입자 선별 시스템은 도18에 도시된 바와 같이 약제 선별 시스템에서 실현될 수도 있다. 도18에 도시된 바와 같이, 약제 선별 시스템(140)은, 표적 세포를 인지하고, 표적 세포를 포함하는 샘플로부터 표적 세포를 분리하기 위한 입자 선별 모듈(10)을 구비한다. 표적 세포 함유 샘플은 입력 채널을 통하여 선별 시스템에 도입되고, 입자 선별 모듈로 통과하며, 이 모듈은 표적 세포를 샘플의 나머지와 분리시키고, 그 표적 세포를 혼합 및 배양 영역(141)으로 통과시킨다. 테스트 화합물을 테스트 채널(142)을 통하여 혼합 및 배양 영역(141)으로 도입하고, 입자 선별 시스템(10)으로부터 제공된 표적 세포와 접촉시킨다. 그 후, 표적 세포에 대한 테스트 화합물의 효과를 검출 영역(145)에서 검출한다. The particle sorting system of the present invention is used in various applications in the field of microfluidics. According to one application, the particle sorting system may be realized in a drug sorting system as shown in FIG. As shown in FIG. 18, the drug selection system 140 includes a particle selection module 10 for recognizing target cells and separating target cells from a sample comprising the target cells. The target cell containing sample is introduced into the selection system through an input channel and passed to the particle selection module, which separates the target cell from the rest of the sample and passes the target cell into the mixing and culture region 141. The test compound is introduced into the mixing and culture zone 141 through the test channel 142 and contacted with target cells provided from the particle sorting system 10. Thereafter, the effect of the test compound on the target cell is detected in the detection region 145.

입자 선별기(10)를 갖춘 예시적인 약제 선별 시스템(140)을 다양한 타입의 마커와 함께 사용할 수 있다. 약제 스크리닝 시스템은, 특정 효소의 활성을 측정할 수 있게 하여 효소가 존재하는 경로의 조절 인자(modulator)를 탐색할 수 있게 하는 마커를 이용할 수 있다. 또한, 약제 스크리닝 시스템은 임의의 세포내 메신저(intralcellular messenger)/신호의 집중도를 측정할 수 있게 하는 마커와, 특정의 세포 타입, 특히 희귀 세포(백분의 1 미만의 세포) 타입을 확인할 수 있게 하는 마커를 사용할 수도 있다. 예컨대, 적절한 마커로는, 항체 및 재조합체 디스플레이 기술에서와 같은 세포 표면 마커뿐 아니라, 형광성으로 될 수 있는 효소 기질 마커와, Ca++ 결합 형광성 염료(Fura-3, Indo-1)와 같은 세포내 신호 결합 화합물, 및 바이오-발광성 효소 기질 마커를 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 형광성으로 될 수 있는 효소 기질 마커에 있어서, 화합물은 세포 내로 들어가서 특정의 세포내 효소에 의해 형광 물질로 전환된다. 예로는 Bodipy 아미노아세탈데히드(Bodipy aminoacetaldehyde) 또는 ALDH 효소용 BAAA, 포스파타세(Phosphatases)용 MUP(4-methylumbelliferyl phosphate), 세포 레독스 시스템(cell Redox system)용 디히드로호다민 123(Dihydrorhodamine 123)을 들 수 있다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 형광성 염료의 다른 예로는 인 바이오(In bio)-발광성 효소 기재 마커를 들 수 있으며, 여기서 화합물은 세포 내로 들어가서, 특정의 세포내 효소와 반응하여 광을 직접적으로 발생시킨다. 종종, 이러한 기술은 유전자 활성을 관찰하는 보고 유전자(reporter gene)로 구속될 수 있다. 예로는 D-Luciferin 및 관련된 보고 유전자 뿐 아니라, DMNPE 및 관련된 보고 유전자를 들 수 있다.Exemplary drug selection system 140 with particle sorter 10 can be used with various types of markers. The drug screening system may utilize markers that allow for the determination of the activity of a particular enzyme to allow for the search of modulators of the pathway in which the enzyme is present. In addition, drug screening systems allow markers to measure the concentration of any intracellular messenger / signal, and to identify specific cell types, particularly rare (less than a hundred) cells. You can also use markers. Suitable markers include, for example, cell surface markers as in antibody and recombinant display techniques, as well as enzyme substrate markers that can be fluorescent, and cells such as Ca ++ binding fluorescent dyes (Fura-3, Indo-1). May include, but are not limited to, signal binding compounds, and bio-luminescent enzyme substrate markers. For enzyme substrate markers that can be fluorescent, the compound enters the cell and is converted into fluorescent material by specific intracellular enzymes. Examples include Bodipy aminoacetaldehyde or BAAA for ALDH enzymes, 4-methylumbelliferyl phosphate for Phosphatases, and dihydrorhodamine 123 for cell redox systems. Can be mentioned. Another example of a fluorescent dye that may be used in the methods of the present invention is an In bio-luminescent enzyme based marker, wherein the compound enters a cell and reacts with a particular intracellular enzyme to generate light directly. Let's do it. Often, this technique can be confined to a reporter gene that observes gene activity. Examples include D-Luciferin and related report genes, as well as DMNPE and related report genes.

예시적인 용례에 따르면, 임의의 상이한 수의 화합물은 다양한 화학 및 생화학계에 대한 그들 화합물의 효과를 위하여 선별될 수 있다. 예컨대, 화합물은 블로킹, 슬로잉(slowing) 또는 유리하지 않은 효과를 갖는 생화학계와 관련한 다른 억제 키 이벤트(key event)에 있어서의 효과를 위하여 선별될 수 있다. 예컨대, 테스트 화합물은, 유전병, 암, 박테리아 또는 바이러스 감염 등을 포함한 특정 증상의 질병의 발생 또는 질병의 발병에 대하여 적어도 부분적으로 원인이 되는 시스템을 차단하는 그들 화합물의 능력을 위하여 선별될 수 있다. 그 후, 이들 선별 분석 방법에 유리한 결과를 나타내는 화합물은 질별의 증상 또는 질병의 치료에 효과적인 약제를 확인하기 위하여 추가의 테스트를 받을 수 있다. According to exemplary applications, any different number of compounds can be selected for their effect on various chemical and biochemical systems. For example, compounds may be selected for effects in other inhibitory key events with respect to biochemical systems that have blocking, slowing or unfavorable effects. For example, test compounds may be selected for their ability to block a system that is at least partly responsible for the development or disease development of certain symptoms of disease, including genetic diseases, cancer, bacterial or viral infections, and the like. Subsequently, the compounds showing favorable results for these screening assays may be further tested to identify agents effective for the treatment of symptoms or diseases of the vagina.

대안으로, 화합물은 유리한 것으로 여겨지는 기능, 예컨대 환자에 있어서 기존의 결핍증을 치료하는 것으로 여겨지는 기능을 갖는 생화학계를 촉진하거나, 개선하거나, 또는 그 외의 유도하는 능력을 위하여 선별될 수 있다. Alternatively, the compounds may be selected for their ability to promote, ameliorate, or otherwise induce a biochemical system having a function that is believed to be advantageous, such as a function that is believed to treat an existing deficiency in a patient.

본 발명은 세포 재이식, 세포 이식 및 세포 트랜스펙션(transfection), 또는 재이식 또는 이식에 따른 유전자 변형과 같은 다양한 용례를 위하여 희귀 세포(즉, 입력 샘플의 0.1% - 1% 미만을 구성하는 세포)를 격리시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 맞춤 치료의 발전을 위하여 샘플에 있어서 종양 세포를 격리시키는 데에도 사용될 수 있다. The present invention comprises rare cells (i.e., less than 0.1%-less than 1% of the input sample) for a variety of applications, such as cell transplantation, cell transplantation and cell transfection, or genetic modification following transplantation or transplantation. Cells). The invention can also be used to isolate tumor cells in a sample for the development of custom treatments.

본 발명은 1차 세포(primary cell)의 화합물을 선별하는 데 사용되어, 예컨대 혈장 교환에 의해 1011 개의 세포를 취하고 주세포(cell line) 대신에 임의의 서브 개체군(population)을 선별할 수 있다. 또한, 본 발명은 주세포의 100% 미만이 선별 프로그램(screening program)을 위한 정확한 유전자를 표시하는 불완전 주세포의 화합물을 선별하는 데에도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은, 예컨대 복제 위상(replication phase)에서만 세포를 선별하는 특정의 세포-사이클 스테이지에서 세포의 화합물을 선별하는 데 사용될 수 있다.The present invention can be used to select compounds of primary cells, for example taking 10 11 cells by plasma exchange and selecting any subpopulation instead of the cell line. The invention can also be used to screen for compounds of incomplete main cells in which less than 100% of the main cells display the correct genes for the screening program. In addition, the present invention can be used to select a compound of cells, for example, at a particular cell-cycle stage, which selects cells only in the replication phase.

본 발명을 예시적인 실시예에 대하여 기술하였다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상기 주조에서 어느 정도의 변경이 이루어질 수 있기 때문에, 첨부도면에 도시된 것과 전술한 내용에 포함된 모든 사항은 예시적인 것으로 해석되며 제한하고자 하는 것이 아니다.The present invention has been described with respect to exemplary embodiments. Since some modifications may be made in the casting without departing from the scope of the invention, it is intended that all matter contained in the foregoing description as shown in the accompanying drawings shall be interpreted as illustrative and not limiting.

하기의 청구범위는 본원에 기술된 본 발명의 모든 일반적 및 구체적인 특징 및 언어의 문제로서 그 사이에 속하는 것으로 언급할 수 있는 본 발명의 범위의 모든 표현을 포함하는 것으로 이해된다.The following claims are to be understood as including all expressions of the scope of the invention which may be referred to as belonging there between as a matter of all the general and specific features and language of the invention described herein.

Claims (23)

기판과,Substrate, 소정의 특징에 따라 세포를 선별하기 위해 기판에 형성된 세포 선별 시스템과,A cell sorting system formed on the substrate for sorting the cells according to predetermined characteristics, 세포를 스크리닝하도록 기판에 형성된 스크리닝 시스템을 포함하며,A screening system formed on the substrate for screening cells, 스크리닝 시스템은 소정 특징의 세포를 테스트 화합물과 혼합하기 위한 혼합 영역과, 소정 특징의 세포에 대한 테스트 화합물의 영향을 검출하기 위한 검출 영역을 구비하는 마이크로 유체 시스템.The screening system includes a mixing region for mixing cells of a predetermined feature with a test compound, and a detection region for detecting the influence of the test compound on cells of the predetermined feature. 제1항에 있어서, 선택된 세포를 세포 선별 시스템으로부터 스크리닝 시스템까지 이송하기 위해 세포 선별 시스템과 스크리닝 시스템 사이에 연결 채널을 더 포함하는 마이크로 유체 시스템.The microfluidic system of claim 1, further comprising a connecting channel between the cell selection system and the screening system for transferring selected cells from the cell selection system to the screening system. 제1항에 있어서, 세포 선별 시스템은,The method of claim 1, wherein the cell selection system, 캐리어 유체 내에서 부유 세포의 유동을 이송하며, 유입구, 제1 배출구 및 제2 배출구를 구비하는 제1 덕트와,A first duct for conveying the flow of suspended cells in the carrier fluid, said first duct having an inlet, a first outlet and a second outlet, 입자의 크기와 속도 중 하나와 입자의 소정 특징을 감지하기 위한 센서와,A sensor for detecting one of the particle size and velocity and a predetermined characteristic of the particle, 제1 덕트와 연통하는 측면 채널과,A side channel in communication with the first duct, 캐리어 유체가 측면 채널 내에 메니스커스를 형성하여 캐리어 유체로부터 분리되며, 측면 채널에 인접하게 배치되는 밀봉 챔버와,A sealing chamber in which the carrier fluid forms a meniscus in the side channel and is separated from the carrier fluid and disposed adjacent to the side channel; 센서가 소정 특징을 감지할 때, 메니스커스를 편향시키기 위해 밀봉 챔버 내부의 압력을 변경시키는 작동기를 포함하며,When the sensor senses certain features, it includes an actuator that changes the pressure inside the sealing chamber to deflect the meniscus, 메니스커스의 편향이 소정 특징을 갖지 않는 세포는 제1 배출구 안으로 유동하도록, 소정 특징의 세포는 제2 배출구 안으로 유동하도록 유발하는 마이크로 유체 시스템.A microfluidic system that causes cells of the meniscus not having certain features to flow into the first outlet, and cells of certain features to flow into the second outlet. 제3항에 있어서, 세포 선별 시스템은 제1 덕트 내의 압력 변동을 흡수하기 위한 버퍼를 더 포함하는 마이크로 유체 시스템.The microfluidic system of claim 3, wherein the cell sorting system further comprises a buffer for absorbing pressure variations in the first duct. 제3항에 있어서, 작동기는 압축 가스원을 포함하는 마이크로 유체 시스템.4. The microfluidic system of claim 3, wherein the actuator comprises a source of compressed gas. 제3항에 있어서, 밀봉 챔버는 가동 벽을 포함하는 마이크로 유체 시스템.4. The microfluidic system of claim 3, wherein the sealing chamber comprises a movable wall. 제5항에 있어서, 작동기는 밀봉 챔버 내의 압력을 변경하기 위하여 밀봉 챔버의 가동 벽을 이동시키는 변위 작동기를 포함하는 마이크로 유체 시스템.6. The microfluidic system of claim 5, wherein the actuator comprises a displacement actuator that moves the movable wall of the sealing chamber to change the pressure in the sealing chamber. 제7항에 있어서, 작동기는 전자기식 작동기와 압전 요소 중 하나를 포함하는 마이크로 유체 시스템.8. The microfluidic system of claim 7, wherein the actuator comprises one of an electromagnetic actuator and a piezoelectric element. 테스트 화합물을 스크리닝하기 위한 시스템이며,A system for screening test compounds, 샘플을 이송하며 유입구, 제1 배출구와 제2 배출구를 구비한 제1 덕트와, 표적 입자의 소정 특징을 감지하기 위한 센서와, 제1 덕트와 연통하는 측면 채널과, 제1 덕트 내의 캐리어 유체가 측면 채널 내에 메니스커스를 형성하여 캐리어 유체로부터 분리되며 측면 채널에 인접하게 배치되는 밀봉 챔버와, 센서가 소정 특징을 감지할 때, 메니스커스를 편향시켜 밀봉 챔버 내의 압력을 변경시키는 작동기를 구비하며, 메니스커스의 편향은 소정 특징을 갖지 않는 입자는 제1 배출구 안으로, 소정 특징의 표적 입자는 제2 배출구 안으로 유동하도록 유발하고, 표적 입자를 함유하는 샘플로부터 표적 입자를 분리하기 위한 입자 선별 시스템과,A first duct having an inlet, a first outlet and a second outlet for conveying the sample, a sensor for sensing a predetermined feature of the target particle, a side channel in communication with the first duct, and a carrier fluid in the first duct A sealing chamber that forms a meniscus in the side channel to be separated from the carrier fluid and disposed adjacent to the side channel, and an actuator that deflects the meniscus to change the pressure in the sealing chamber when the sensor senses a predetermined feature. Deflection of the meniscus causes particles that do not have a predetermined feature to flow into the first outlet, target particles of the desired feature into the second outlet, and particle separation to separate the target particles from the sample containing the target particles. System, 표적 입자와 테스트 화합물을 수용하는 제2 배출구에 연통되며, 표적 입자와 테스트 화합물을 혼합하기 위한 혼합 및 배양 영역과,A mixing and incubation zone in communication with a second outlet containing the target particles and the test compound, for mixing the target particles and the test compound, 표적 입자에 대한 테스트 화합물의 영향을 검출하기 위한 검출 영역을 포함하는 스크리닝 시스템.A screening system comprising a detection region for detecting the effect of a test compound on a target particle. 표적 세포에 대한 화합물의 영향을 테스트하기 위한 방법이며,A method for testing the effect of a compound on a target cell, 소정 특징에 따라 한 세트의 세포를 선별하는 단계와,Selecting a set of cells according to a predetermined feature, 소정 특징의 세포를 연결 채널을 통해 혼합 영역까지 이송하는 단계와,Transferring cells of a predetermined feature through the connecting channel to the mixing region; 화합물을 혼합 영역에 도입하는 단계를 포함하는 테스트 방법.Introducing the compound into the mixing zone. 주 세포를 스크리닝하는 방법이며,Is a method of screening major cells, 한 세트의 세포를 선별하여 세트로부터 서브 모집단을 분리하는 선별 단계와,A selection step of selecting a set of cells to separate subpopulations from the set, 세포의 서브 모집단에 화합물을 부가하는 단계와,Adding the compound to a subpopulation of cells, 세포의 서브 모집단을 분석하여 세포의 서브 모집단에 대한 화합물의 영향을 판단하는 분석 단계를 포함하는 스크리닝 방법.And analyzing the subpopulations of the cells to determine the effect of the compound on the subpopulations of the cells. 화합물의 부작용을 분석하는 방법이며,Is a method of analyzing the side effects of compounds, 한 세트의 주 세포를 제공하는 단계와,Providing a set of primary cells, 주 세포 세트에 화합물을 부가하는 단계와,Adding the compound to the main cell set, 주 세포를 측정하여 화합물에 의한 활성도를 측정하는 단계와,Measuring the primary cell to determine activity by the compound, 활성도가 없는 주 세포로부터 활성도가 있는 주 세포를 분리하는 단계를 포함하는 분석 방법.Separating the active primary cell from the active primary cell. 제10항에 있어서, 소정 특징은 소정 마커의 존재인 테스트 방법.The method of claim 10, wherein the predetermined feature is the presence of a predetermined marker. 제13항에 있어서, 소정 마커는 항체, 효소, 기질, 공동 인자, 형광 염료 또는 정보제공 유전자(reporter gene)인 테스트 방법.The method of claim 13, wherein the predetermined marker is an antibody, enzyme, substrate, cofactor, fluorescent dye, or reporter gene. 세포의 활성도를 조정하기 위해 화합물의 활성도를 스크리닝하는 방법이며, 세포는 테스트 화합물과 접촉하며, 테스트 화합물에 반응하는 세포가 제1항의 마이크로 유체 시스템을 사용하여 모니터링되는 스크리닝 방법.A method of screening the activity of a compound to modulate the activity of a cell, wherein the cell is in contact with the test compound and the cells responding to the test compound are monitored using the microfluidic system of claim 1. 마이크로 유체 시스템을 이용하여 세포 집단으로부터 세포의 서브 모집단을 분리하는 방법이며,A method of separating a subpopulation of cells from a cell population using a microfluidic system, 소정의 표현형을 갖는 세포를 집단으로부터 식별하는 단계와,Identifying from the population cells having a given phenotype; 소정의 표현형을 갖지 않는 세포로부터 상기 세포를 분리하는 단계를 포함하는 분리 방법.Separating said cell from cells that do not have a predetermined phenotype. 제16항에 있어서, 세포 집단은 분리된 주 세포의 배양인 분리 방법.The method of claim 16, wherein the cell population is culture of isolated primary cells. 제16항에 있어서, 세포 집단은 세포 배양인 분리 방법.The method of claim 16, wherein the cell population is cell culture. 세포 이식에 사용되는 세포의 서브 모집단을 분리하는 방법이며,Is a method of separating subpopulations of cells used for cell transplantation, 소정의 표현형을 갖는 세포를 식별하는 단계와,Identifying cells having a given phenotype, 마이크로 유체 장치를 이용하여 세포를 분리하는 단계와,Separating the cells using the microfluidic device, 이식에 사용되는 세포의 서브 모집단을 분리하는 단계를 포함하는 분리 방법.Separating the subpopulations of cells used for transplantation. 유전학적으로 변경되는 세포의 서브 모집단을 분리하는 방법이며,To isolate a subpopulation of genetically altered cells, 소정의 표현형에 따라 세포 집단에서 세포의 서브 모집단을 식별하는 단계와,Identifying a subpopulation of cells in the cell population according to a given phenotype; 마이크로 유체 장치를 이용하여 세포를 분리하는 단계와,Separating the cells using the microfluidic device, 유전학적으로 변경되는 세포의 서브 모집단을 분리하는 단계를 포함하는 분리 방법.Isolating a subpopulation of genetically altered cells. 제20항에 있어서, 유전학적으로 변경되는 격리된 세포가 환자에 재이식되는 분리 방법.The method of claim 20, wherein the genetically altered isolated cells are transplanted into the patient. 세포의 서브 모집단을 분리하는 방법이며,Is a method of separating subpopulations of cells, 세포 주기 단계 특정 마커를 나타내는 세포의 서브 모집단을 식별하는 단계와,Identifying a subpopulation of cells that exhibit cell cycle stage specific markers; 마이크로 유체 장치를 이용하여 세포를 분리하는 단계와,Separating the cells using the microfluidic device, 세포 주기의 동일한 단계에 있는 세포의 서브 모집단을 분리하는 단계를 포함하는 분리 방법.Separating the subpopulations of cells at the same stage of the cell cycle. 생체내의 효소 활성을 조절하는 화합물의 활성도를 테스트하는 방법이며,A method of testing the activity of a compound that modulates enzyme activity in vivo, 세포 효소에 의하여 작동될 때 형광으로 되는 화합물을 세포 집단에 투여하는 단계와,Administering to the cell population a compound that becomes fluorescent when actuated by a cell enzyme, 효소 활성도를 조절하는 화합물의 활성도를 판단하기 위하여 세포 형광을 측정하는 단계를 포함하는 테스트 방법.Measuring cell fluorescence to determine the activity of a compound that modulates enzyme activity.
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