KR20150130280A - 높은 처리량의 정자 분류 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미소유체 칩에서 정세포들을 분류하는 시스템, 디바이스, 및 방법에 관한 것이다. 특히, 정자 방향을 결정하고 상대적인 DNA량을 측정하는 것뿐만 아니라 유동 채널들 내의 정자를 정렬하고 배향하기 위해 미소유체 칩들 및 분류 시스템 내에 다양한 특징부들이 포함되어 있다.
Description
일반적으로, 본 발명은 입자를 분류하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 미소유체 칩에서의 높은 처리량의 정세포 분류에 관한 것이다.
유세포 분석을 포함한 다양한 기술이 소정의 원하는 특성에 대하여 풍부한 정자 개체군을 생산하는 데 이용되어 왔다. 가축 생산 산업에서, 번식 결과에 영향을 미치는 능력은 분명한 장점을 가진다. 예를 들어, 암컷 새끼의 사전 선택이 젖소의 탄생을 보장한다는 점에서 성별 사전 선택은 낙농 산업에 경제적 이익을 제공한다. 마찬가지로, 돼지고기 산업뿐만 아니라 쇠고기 산업, 및 기타 육류 생산자들은 수컷의 생산으로부터 혜택을 받는다. 또한, 멸종 위기에 놓인 종 또는 외래종들은 증가된 암컷 새끼의 비율을 가지고 가속 육종 프로그램에 배치될 수 있다.
X 염색체를 지닌 정자 또는 Y 염색체를 지닌 정자에 대해 분류된 생존 가능한 정자 개체군을 상업적으로 생산하기 위한 이전의 노력은 대부분 공기 분사 유세포 분석기에서의 액적 분류에 의존하였다(예를 들어, 미국 특허 제6,357,307호, 미국 특허 제5,985,216호, 및 미국 특허 제5,135,759호 참조). 그러나, 이러한 방법들 및 디바이스들에는 특정 단점들이 존재한다. 액적 유세포 분석에서의 진보에도 불구하고, 특정 윈도우에서 분류될 수 있는 정세포의 수를 저해하는 실질적인 한계가 여전히 존재한다. 이와 같이, 성별 분류된 인공 수정(AI)량은 종래의 인공 수정량보다 일반적으로 적다. 소과의 동물에서, 예를 들어, 종래의 인공 수정량이 약 1천만 개의 정자를 함유할 수 있는 반면, 성별 분류량은 보통 약 2백만 개의 정자를 함유한다. 말과 돼지에 대한 종래의 인공 수정량은 각각 수억 및 수십억 정자의 규모이다. 성별 분류된 정자는, 잠재적으로 가치가 있지만, 인공 수정량이 더 낮으면 일반적으로 더 낮은 임신율과 출산율을 초래하므로, 어느 종에서도 널리 사용되지 못하였다. 말과 돼지에 필요한 많은 수의 정자를 감안하면, 인공 수정에 대해 만족스러운 용량은 성취되지 않았다.
정자는 재생 능력이 부족한, 시간에 민감하고 섬세한 세포이다. 따라서, 염색 및 분류하는 동안 정자는 지속적으로 열화되므로 분류 시간이 더 길어지면 정자에 해롭다. 또한, 공기 분사 유세포 분석기에서 분류된 정자는, 정자를 더 손상시키는 기계적 힘, 비틀림, 스트레스, 변형, 및 고출력 레이저에 노출될 수 있다. 정자는 공기 분사 유세포 분석기의 유체 스트림에서 약 15 m/s 내지 약 20 m/s의 속도로 이동한다. 좁은 스트림 크기와 결합된 이러한 속도는 정자 세포막에 손상을 줄 수 있는 해로운 전단력을 야기할 수 있다. 또한, 고속으로 이동하는 정자는 더 짧은 시간 동안 빔 프로파일에 따라 남아서 정자를 구별하기 위한 여기 및 측정 윈도우를 덜 제공하므로 높은 레이저 출력이 필요하다. 마지막으로, 공기 분사 노즐로부터 15 m/s로 분출되는 정자는 유사한 속도로 수집 용기 내 유체 또는 용기의 벽에 충격을 주어 정자를 손상시킬 기회를 더 제공할 것이다.
청구된 발명의 특정 실시예들을 이하 요약한다. 이러한 실시예들은 청구된 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니라, 본 발명의 가능한 형태들에 대한 간략한 설명의 역할을 한다. 본 발명은 이러한 요약과는 다른 다양한 형태를 포함할 수 있다.
일 실시예는 샘플 소스를 포함할 수 있는 정자 분류 시스템에 관한 것이다. 적어도 하나의 유동 채널이 기판에 형성될 수 있고, 샘플 소스와 유체 연통될 수 있다. 적어도 하나의 유동 채널은 검사 영역, 제1 출구, 및 제2 출구를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전향 기구가 적어도 하나의 유동 채널과 유체 연통되어 정자를 제1 출구로부터 멀리 선택적으로 전향시킬 수 있다. 검사 영역에서 적어도 하나의 유동 채널 내의 정자를 조명하기 위해 전자기 방사원이 구성될 수 있고, 정자 특성을 측정하도록 검출기가 정렬될 수 있다. 검출기와 연통하는 분석기는 정자 특성을 결정할 수 있고, 전향 기구를 선택적으로 활성화하기 위해 제어기에 명령을 제공할 수 있다. 제2 출구와 연통하는 수집 용기는, 측정된 정자 특성에 기초하여, 전향된 정자를 수집할 수 있다.
다른 실시예는 정자 분류를 위한 미소유체 칩에 관한 것이다. 미소유체 칩은 기판에 형성된 복수의 유동 채널을 포함할 수 있다. 각각의 유동 채널은 두 개의 출구와 연통하는 하나의 입구를 포함할 수 있다. 각각의 유동 채널은, 유동 채널 내의 정세포들을 정렬하기 위한 관련 유체 집속 특징부를 가진 유체 집속 영역, 유동 채널 내의 정세포들을 배향하기 위한 관련 정자 배향 특징부를 가진 정자 배향 영역, 및 유체 집속 영역 및 정자 배향 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 검사 영역을 추가적으로 포함할 수 있다. 또한, 전향 기구는 각각의 유동 채널과 연통될 수 있다.
다른 실시예는 정자 분류 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 미소유체 칩의 복수의 유동 채널을 통해 정자를 유동시킴으로써 시작될 수 있다. 이후 정자는 미소유체 칩 내에서 배향되어 검사 영역을 통해 유동될 수 있다. 정자 특성을 결정하기 위해 정자는 검사 영역에서 검사될 수 있다. 배향된 정자는 미배향 정자 및/또는 생존할 수 없는 정자와 구별될 수 있으며, 검출된 정자 특성에 기초하여, 배향된 정자의 계군이 선정될 수 있다. 선정된 정자의 계군은 이후 수집 용기에 수집될 수 있다.
도 1은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 정자 분류 미소유체 시스템에서 하나의 유동 채널에 대한 개략도를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 미소유체 칩 상의 유동 채널들의 배치를 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 전향 기구의 작동을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 대안적 전향 기구들을 도시한다.
도 5는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 대안적 전향 기구를 도시한다.
도 6은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 칩 홀더 및 빔 분리기를 도시한다.
도 7은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 칩, 칩 홀더 및 카트리지를 개략적으로 도시한다.
도 8은 세로축을 가진 정세포를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널을 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 단면도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 단면도를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 13은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 수직 단면을 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 15는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 수직 단면을 도시한다.
도 16은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 17은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 배향 형상을 도시한다.
도 19a 내지 도 19c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 배향 형상을 도시한다.
도 20a 내지 도 20c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 특징부를 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 정자 배향 특징부의 대안적인 실시예들을 도시한다.
도 22는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 수집 광학장치를 도시한다.
도 23은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 검출기 어레이를 도시한다.
도 24a 내지 도 24e는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 다양한 검출 방식을 도시한다.
도 25a 내지 도 25d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널의 조명 및 광 수집 특징부를 도시한다.
도 26a 내지 도 26d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 검출 시스템들을 도시한다.
도 27은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 다수의 광 경로에 대해 하나의 검출기를 제공하는 검출 방식을 도시한다.
도 28a 및 도 28b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 측면 형광 검출에 대한 대안들을 포함하는 검출 방식을 도시한다.
도 29a 내지 도 29d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 전방 신호로 정자 방향을 결정하기 위한 검출 방식을 도시한다.
본 발명은 다양한 변경 및 대안적 형태와 함께 구현될 수 있지만, 예시적 예들을 통해 구체적 실시예들이 도면에 도시되고 본원에서 설명된다. 도면 및 상세한 설명은 본 발명의 범위를 개시된 특정 형태로 제한하고자 하는 것이 아니라, 청구범위의 사상 및 범위에 속하는 모든 변경, 대안, 및 균등물을 포괄하고자 하는 것임을 이해해야 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 미소유체 칩 상의 유동 채널들의 배치를 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 전향 기구의 작동을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 대안적 전향 기구들을 도시한다.
도 5는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 대안적 전향 기구를 도시한다.
도 6은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 칩 홀더 및 빔 분리기를 도시한다.
도 7은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 칩, 칩 홀더 및 카트리지를 개략적으로 도시한다.
도 8은 세로축을 가진 정세포를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널을 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 단면도를 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 단면도를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 13은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 수직 단면을 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 15는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 수직 단면을 도시한다.
도 16은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 17은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 형상의 일부를 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 배향 형상을 도시한다.
도 19a 내지 도 19c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 배향 형상을 도시한다.
도 20a 내지 도 20c는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널 특징부를 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 정자 배향 특징부의 대안적인 실시예들을 도시한다.
도 22는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 수집 광학장치를 도시한다.
도 23은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 검출기 어레이를 도시한다.
도 24a 내지 도 24e는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 다양한 검출 방식을 도시한다.
도 25a 내지 도 25d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 유동 채널의 조명 및 광 수집 특징부를 도시한다.
도 26a 내지 도 26d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 검출 시스템들을 도시한다.
도 27은 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 다수의 광 경로에 대해 하나의 검출기를 제공하는 검출 방식을 도시한다.
도 28a 및 도 28b는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 측면 형광 검출에 대한 대안들을 포함하는 검출 방식을 도시한다.
도 29a 내지 도 29d는 본원에 설명된 특정 실시예들에 따른 전방 신호로 정자 방향을 결정하기 위한 검출 방식을 도시한다.
본 발명은 다양한 변경 및 대안적 형태와 함께 구현될 수 있지만, 예시적 예들을 통해 구체적 실시예들이 도면에 도시되고 본원에서 설명된다. 도면 및 상세한 설명은 본 발명의 범위를 개시된 특정 형태로 제한하고자 하는 것이 아니라, 청구범위의 사상 및 범위에 속하는 모든 변경, 대안, 및 균등물을 포괄하고자 하는 것임을 이해해야 한다.
본원에 설명된 특정 실시예들은 정자를 분류하기 위한 높은 처리량의 미소유체 시스템 및 디바이스에 관한 것으로서, 이는 더욱 알맞은 분류 조건에서 정자를 유지하면서 복수의 평행한 유동 채널을 포함하여 종래 디바이스의 분류 속도에서의 결함을 극복하는 것이다.
본원에 사용된 "유동 채널"이란 용어는 액체 또는 기체와 같은 유체의 이동을 가능하게 하는 매체 내에서 또는 매체를 통해 형성된 경로를 의미한다. 미소유체 시스템의 유동 채널들은 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 범위의 단면 치수를 가질 수 있다.
"미소유체 시스템"은 관심 있는 입자들을 모니터링, 검출, 분석, 및/또는 분류하기 위해 하나 이상의 유동 채널을 통해 관심 있는 입자들을 전달하는 디바이스로 간주될 수 있다.
"생존 가능한"이란 용어는 일반적으로 인정되는 세포 활력에 대한 추정을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 일례로서, 정자 분류 기술은, ?칭 염료가 세포막이 손상된 정자를 달리 투과하는 이중 염색 프로토콜을 이용한다. 이러한 염색 프로토콜은, 세포막이 손상된 정세포들을 투과하고 DNA 선택성 형광 염료와 관련된 형광을 ?칭함으로써, 세포막이 손상된 정자를 일반적으로 더 활력 있는 정자와 구별한다. ?칭 염료의 투과는 분석 또는 분류 과정에서 쉽게 확인할 수 있으며, 생존할 수 없는 정자에 대한 대용물로서 역할을 할 수 있다. 그러나, ?칭된 일부 정자가 수정 능력이 있을 수 있고, ?칭되지 않은 일부 정자가 수정 능력이 없거나 곧바로 수정 능력을 상실할 수 있다. 어느 경우에도, 이러한 프로토콜에서 ?칭되지 않은 정자는, 종래의 절차에서 "생존 가능한" 것으로 간주될 수 있는 정자의 일례를 제공한다.
본원에서 사용된 용어 "빔 단편" 및 "빔 조각"은 빔의 다른 부분과 공간적으로 분리된 전자기 방사 빔의 일부를 상호 교환적으로 의미하는 것으로 이해해야 하며, 각각의 일부는, 초기 빔과 동일한 프로파일 및 강도의 일부를 가지고, 빔 프로파일의 일부를 포함하거나 종래의 빔 분할기에 의해 분할된 빔 부분들을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "수직의", "횡 방향의", "상단의", "하단의", "위에", "아래에", "위쪽", "아래쪽", 및 기타 유사 문구들은, 특히, 임의의 방향에서 작동될 수 있는, 본원에 설명된 유동 채널 및 미소유체 칩과 관련하여, 청구범위에 대해 한정하는 것이 아닌, 도면에 도시된 특징부들 간의 일반적인 관계를 제공하는 설명적인 용어로 이해해야 한다.
도면으로 돌아가면, 도 1은 높은 처리량의 분류 장치(10)를 포함하는 정자 분류 시스템을 도시한다. 높은 처리량의 분류 장치(10)는 적어도 하나의 유동 채널(18)을 갖는, 미소유체 칩(80)과 같은, 유체적으로 밀폐된 디바이스(60)일 수 있다. 개략적으로, 유동 채널(18)은 하나의 유동 채널로 도시되어 있지만, 이러한 유동 채널(18)은 분류 장치 내의 적어도 하나의 유동 채널로서 이해해야 한다. 비제한적인 예로서, 4 내지 512개의 유동 채널이 하나의 높은 처리량의 분류 장치(10)에 형성될 수 있다. 각각의 유동 채널(18)은 칩 기판에 형성될 수 있고, 25 ㎛ 내지 250 ㎛의 내부 치수를 가질 수 있다. 유동 채널들(18)은 약 100 내지 3,000 ㎛ 이격될 수 있다. 각 채널에서 형광을 검출할 수 있는 시스템의 능력에 따라, 또는 유동 채널(18) 내의 정자(12)를 전향시키도록 기계적 또는 전기 기계적 구성요소들을 구현하는 데 필요한 공간에 따라 유동 채널(18)의 간격은 다를 수 있다.
시스(sheath) 유체는 시스 소스(16)로부터 공급될 수 있고, 시스 입구(50)를 통해 유동 채널(18) 내로 유입될 수 있다. 샘플 유체에 함유된 정자(12)는 샘플 소스(14)에 의해 공급될 수 있고, 초기에 샘플 소스(14) 내에 위치할 수 있다. 정세포와 같이, 관심 있는 입자들 또는 세포들을 함유한 샘플은 샘플 소스(14)로부터 흘러 나와 샘플 입구(48)를 통해 적어도 하나의 유동 채널(18) 내로 유입될 수 있다. 샘플 입구(48) 및 시스 입구(50)는 유동 채널(18)에서 층상, 또는 거의 층상의 동축 유동(72)이 전개되도록 구성될 수 있다. 동축 유동(72)은, 코어 스트림으로도 불리는, 샘플의 내측 스트림(76) 및 시스 유체(78)의 외측 스트림으로 구성될 수 있다. 유동 채널(18)에서 유속, 샘플과 시스의 적절한 비율, 및 입자 사상율(event rate)을 설정하기 위해 샘플 소스(14)와 시스 소스(16) 양쪽에 적절한 유량이 적용될 수 있다.
동축 유동(72)에서의 입자 속도는, 액적 분류기에서 약 15 m/s 내지 약 20 m/s와 비교할 때, 유동 채널(18)에서 약 1.5 m/s 내지 약 5 m/s일 수 있다. 이렇게 낮은 속도는 정세포들이 노출되는 압력을 감소시키며, 어쩌면 더 중요하게는 유동 채널(18)에서 입자들이 노출되는 전단력을 감소시킨다. 또한, 설명된 시스템에서, 액적 수집과 관련된 영향은 제거된다.
일 실시예에서, 샘플 및 시스는 약 1:20의 샘플 대 시스 비율을 제공하는 압력으로 설정된다. 특정 실시예들에서, 시스 유체는 거의 제거되거나 심지어 완전히 제거되어, 거의 또는 전혀 희석을 초래하지 않는다. 그에 반해, 액적 분류기는 시스 유체에서 정세포들을 약 50:1로 희석시키는 경향이 있고, 심지어 샘플을 100:1 만큼 희석시킬 수 있다. 이렇게 높은 희석 비율은 분류된 정자의 활력에 부정적 영향을 미칠 수 있는 희석 충격에 기여할 수 있다.
도 1로 되돌아가면, 정자(12)는 유동 채널(18)에서 검사 영역(26)을 통과하는 것으로 도시되어 있으며, 정자(12)는 전자기 방사원(30)으로 조명되고, 정자(12)로부터 방출되거나 반사된 전자기 방사선(52)은, 상호 교환적으로 센서로서 지칭될 수 있는, 하나 이상의 검출기(56)로의 투영을 위해 적절한 종횡비 및 개구수(numerical aperture)를 갖는 하나 이상의 수집 광학장치(54) 세트에 의해 포착되고, 분석기(58)에 의해 정량화된다. 분석기(58)에서 분류 결정이 이루어질 수 있고, 그 분류 결정은 이후 전향 기구(28)에서 적절한 응답을 작동시키기 위해 제어기(36)를 통과한다. 전향 기구(28)는 유로(18) 내의 세포들을 전향시키는 파를 생성하기 위한, 초음파 변환기와 같은, 변환기(42)일 수 있다. 변환기(42)는 액추에이터의 일부를 형성하는 압전소자일 수도 있다. 전향 기구(28)는 정자를 임의의 방향으로, 또는 제1 출구(20), 제2 출구(22), 및 제3 출구(24)로 향하게 할 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 전향 기구(28)는 정자를 제1 출구(20) 또는 제2 출구(22)로만 향하게 할 수 있다.
전자기 방사원(30)에 의해 방출된 전자기 방사선(46)은 자유 공간에 있는 빔 성형 광학장치(40) 및/또는 빔 분할 디바이스(74)에 의해 조정되어, 빔 조각 또는 빔 단편(44)으로도 지칭될 수 있는, 하나 이상의 조정된 빔(들)(44)을 생성할 수 있다. 적절한 전자기 방사원은 Newport Spectra Physics (Irvine, CA)에서 입수할 수 있는 Vanguard 355-350 또는 Vanguard 355-2500 모델 레이저와 같은 반연속파 레이저를 포함할 수 있다. 하나 이상의 빔 조각 형태의 조정된 빔은 하나의 빔 조각으로부터 다음의 빔 조각까지 균일한 강도, 출력, 및/또는 형상을 제공하도록 의도적으로 변경될 수 있다. 또한, 각각의 빔 조각 강도 프로파일은 하나 이상의 축에서 매우 균일할 수 있다. 예를 들어, 다른 프로파일을 이용할 수도 있지만, 각각의 빔 조각은 "탑 햇(top-hat)" 또는 "상부가 평평한" 빔 프로파일을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 빔 조각 프로파일은 하나 이상의 축에서 가우스 분포를 가질 수도 있다. 각각의 빔 조각은 타원형, 원형, 직사각형, 또는 다른 적절한 모양을 가질 수 있다. 각각의 빔 조각은 종횡비, 대칭 축, 또는 기타 적절한 프로파일을 가질 수도 있다. 대안적으로, 빔 조각 강도 프로파일은 균일하지 않은 방식으로 변할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 섬유 광학장치를 이용하여 하나 이상의 유동 채널에 다수의 빔을 전달할 수 있다.
전자기 방사원(30)은 각각의 수 개의 유동 채널들(18) 사이에서 분할된 공통의 전자기 방사원일 수 있다. 일례로서, 빔 분할 디바이스(74)는, 전체 내용이 본원에 참조로 통합된 미국 특허 제7,492,522호에 기술된 것과 같은, 단편화된 미러일 수 있다. 단편화된 미러는 전자기 방사선(46)을 복수의 빔 조각으로 나눌 수 있으며, 각각의 빔 조각은 적어도 하나의 유동 채널(18)의 각각의 검사 영역(26)으로 향해진다. 추가 실시예들에서, 부분 전송 부재가 자유 공간에 또는 섬유 케이블의 일부로서 광 경로 내에 포함될 수 있다. 검사 영역에서 정세포들을 여기시키는 데 적합한 최상의 빔 프로파일을 얻기 위해, 부분 전송 부재는 통과 구멍들 및/또는 차단 영역들을 포함할 수 있다. 부분 전송 부재는 광학 어셈블리 내에 위치하거나, 대안적으로 칩 기판 상에 또는 칩 기판 내에 포함될 수 있다. 이러한 부재는 유동 채널 당 둘 이상의 전송 영역을 포함할 수 있다. 비제한적 예로서, 유동 축을 따라서 직사각형의 구멍 쌍들이 유로 내의 정세포들을 순차 조명할 수 있다.
분석기(58) 및 제어기(36)는 두 개의 별개 구성요소이거나, 처리 디바이스(32)와 같은 하나의 구성요소에 의해 수행되는 두 가지 기능을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 하나의 버스를 통해 하나 이상의 프로세서에 연결된 하나 이상의 메모리는 기록된 컴퓨터 명령들을 실행하여 제어기(36) 및 분석기(58)에 대해 설명된 각각의 기능을 수행할 수 있다. 적절한 처리 디바이스(32)의 비제한적 예들은 개인용 컴퓨터 및 기타 컴퓨터 시스템들을 포함한다. 분석기(58)는, 표시장치(64) 및 입력장치(66)를 포함할 수 있는 사용자 인터페이스(62)와 연통될 수 있다. 사용자 인터페이스(62)는 다양한 분류 매개변수를 그래픽으로 표시할 수 있고, 하나 이상의 분류 매개변수를 조절하기 위한 시각적 피드백을 제공할 수 있다. 비제한적 예로서, 분류 로직은 각각의 분류 결정에 적용되는 로직을 포함할 수 있다. 표시장치(64)에 생성된 분류 데이터에 기초하거나 사용자 인터페이스(62)에서 제공된 분류 데이터의 시각적 표현에 기초하여, 분류 로직은 사용자 인터페이스(62)에서 사용자에 의해 조절될 수 있다. 분류 로직에 행해질 수 있는 조절의 유형은 게이팅 영역 조절, 일치하는 사건들을 다루기 위한 방법 조절, 및/또는 각각의 잠재적 분류 결정과 관련된 분류 한계(envelope) 조절을 포함할 수 있다.
예시적 일례로서, 정자는 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자, 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자, 또는 폐기 및 미배향 정자와 같은, 수집에 바람직하지 않은 입자들로서 식별될 수 있다. 일 실시예에서, 동축 스트림은 기본적으로 제1 출구(20)로 흐르며, 제1 출구(20)는 폐기물을 수집하기 위한 용기와 연통된다. 이러한 구성에서, 제1 출구(20)와 연통하는 용기는, 아무런 조치를 취하지 않았을 때 정자가 이러한 용기에 수집된다는 점에서, 수동적 수집 용기일 수도 있다. 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자(68) 또는 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자(70) 중 어느 하나로서 양성적으로 식별되는 입자들은 전향 기구(28)에 의해 능동적으로 전향될 수 있다. 다수의 정자에 대해 개별적으로 측정된 속도 및 집계된 속도뿐만 아니라, 계산된 속도를 이용하여 전향 기구의 작동 시간이 정해질 수 있다. 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자(68)는 제2 출구(22) 쪽으로 전향될 수 있는 반면, 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자(70)는 제3 출구(24) 쪽으로 전향될 수 있다.
도 2a로 돌아가면, 정자 분류 시스템(10)의 일부가, 수 개의 유로(18a, 18b, 18c, 18d, 및 18n)를 가진 미소유체 칩(80)의 형태로 도시되어 있으며, 각각의 유로는 일반적으로 평행하다. 각각의 유동 채널(18)은 유체적으로 밀폐된 디바이스(60)를 형성하는 수집 용기뿐만 아니라 샘플 및 시스에 유체적으로 연결될 수 있다. 각각의 유동 채널(18)은 내부에 동축 유동을 설정하기 위해, 도 1에 대해 설명된 바와 같은 샘플 입구(48) 및 시스 입구(50)를 가진다. 각각의 유동 채널(18)을 가로질러 검사 구역(26)이 제공된다. 구체적인 전향 기구는 유동 채널(18)에서 유동하는 입자들을 전향시키기 위한 버블 밸브 형태로 도시되어 있다. 버블 밸브는, 전체 내용이 본원에 참조로 통합된 미국 특허 제7,569,788호에 기술된 것과 유사할 수 있다. 버블 밸브는, 입자들이 각 채널(18)의 제1 출구(20)를 통해 유동할 수 있도록 하기 위해, 또는 입자들을 각 채널(18)의 제2 출구(22) 또는 제3 출구(24) 쪽으로 전향시키기 위해, 각 유동 채널(18)에서 작동될 수 있다. 버블 밸브는 예시적 목적으로 본 도면에 제공된 것이며, 다른 전향 기구들(28), 예컨대 전자기 방사선을 이용하여 입자들의 전향을 용이하게 하기 위해 음파 및 음향 기구로 세포들을 전향시키는 기구들이 또한 포함될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
도 2b는 상이한 특징부들을 도시하며, 이러한 특징부들은 상호 교환적일 수 있고 함께 사용될 필요는 없다. 각각의 유동 채널(18)은 제1 출구(20) 및 제2 출구(22)로만 도시되어 있다. 이러한 구성은, 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자 또는 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자만을 수집하는 것과 같이, 하나의 원하는 특성을 가진 세포들을 수집하는 데 사용될 수 있다. 검사 영역(26)의 하류에, 정세포들을 선택적으로 전향시키기 위한 초음파 변환기 어레이(82)가 도시되어 있다. 초음파 변환기 어레이(82)는 미소유체 칩(80) 내에 내장되거나, 미소유체 칩(80)의 외부에 위치할 수 있다. 배치와 관계없이, 초음파 변환기 어레이(82)는, 요구 시 정세포들을 평행한 유동 채널들(18)의 각 출구로 전향시키기 위해 제어기(36)에 의해 독립적으로 활성화되는, 일련의 독립적인 초음파 변환기(42)를 포함할 수 있다. 특정 입자가 유동 채널을 따라 선택 영역, 또는 다수의 출구로 이어지는 분기 쪽으로 이동할 때 특정 입자에 다수의 작동이 가해질 수 있도록, 특정 유동 채널에 대한 유동 방향을 따라 다수의 초음파 변환기가 어레이 또는 다른 형태로 배치될 수 있다. 유체적 분리를 유지하거나 다양한 출구 유체들을 병합하기 위해, 유체 출구들은 적절한 결합 용기 홀더 부재와 연결될 수 있고, 적절한 매니폴드 특징부를 제공할 수 있다.
도 2c는 채널 및 출구의 대안적 구성을 도시한다. 공통 산물들의 수집 및 병합을 위해, 미소유체 칩(80)으로 병합(pooling) 채널들이 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 인접한 출구들은 제1 유동 채널(18a), 제2 유동 채널(18b), 제3 유동 채널(18c), 및 제4 유동 채널(18d)의 유동에서 합쳐진다. 분류 로직은 상이한 칩 구성들에 따라 조절되어, 제2 및 제3 출구가 각각의 유동 스트림에서 동일한 입자들을 각각 수집하는 것을 보장할 수 있다. 예를 들어, 제1 유동 채널(18a)의 제1 출구(20a')는 제2 유동 채널(18b)의 제1 출구(20b')와 합쳐진다. 각 합체 지점의 하류에서, 양쪽 출구로부터 유체를 수용하는 하나의 채널이 제1 병합 채널(84)에 병합될 수 있다. 제1 병합 채널(84)은 미소유체 칩(80)의 상이한 층에 형성되어, 다수의 합쳐진 출구들로부터 병합을 가능하게 할 수 있다. 제1 병합 채널(84)은 제1 공통 수집 용기와 유체 연통될 수 있다. 제1 병합 채널(84)은 또한 제3 유동 채널(18c)의 제1 출구(20c') 및 제4 유동 채널(18d)의 제1 출구(20d')로부터 유체를 수집하기 위한 구성으로 도시되어 있다.
마찬가지로, 제2 병합 채널(86)은, 합쳐진 제1 유동 채널(18a)의 제2 출구(22a') 및 제2 유동 채널(18b)의 제2 출구(22b')뿐만 아니라 합쳐진 제3 유동 채널(18c)의 제2 출구(22c') 및 제4 유동 채널(18d)의 제2 출구(22d')와 연통되는 것으로 도시되어 있다. 제2 병합 채널(86)은 제2 공통 수집 용기와 유체 연통될 수 있다. 제3 병합 채널(88)은, 합쳐진 제1 유동 채널(18a)의 제3 출구(24a') 및 제2 유동 채널(18b)의 제3 출구(24b')뿐만 아니라 합쳐진 제3 유동 채널(18c)의 제3 출구(24c') 및 제4 유동 채널(18d)의 제3 출구(24d')와 연통되는 것으로 도시되어 있다. 제3 병합 채널(88)은 제3 공통 수집 용기와 유체 연통될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d로 돌아가면, 작동 중인 전향 기구(28)의 일 실시예가 도시되어 있다. 정세포들(12)을 함유한 샘플은 샘플 입구(48)를 통해 공급되고, 시스 입구(50)를 통해 시스 소스(16)에 의해 제공된 시스 유체 유동 내로 주입될 수 있다. 유동 채널(18)은 검사 영역(26)을 통해 정자(12)를 운반하며, 세포들은 전자기 방사원(30)에 의해 조명되고, 검출기(56)와 연통하는 분석기(58)에 의해 정자 특성이 결정된다.
두 개의 마주보는 전향 기구(28)가 검사 영역(26)의 하류에 제1 버블 밸브(90a) 및 제2 버블 밸브(90b)의 형태로 도시되어 있다. 당업자는 다른 구성도 사용할 수 있다는 것을 인식하겠지만, 버블 밸브들(90)은 서로 맞은 편에 이격되어 있다. 제1 및 제2 버블 밸브(90a, 90b)는 각각 제1 측면 통로(94a) 및 제2 측면 통로(94b)를 통해 유동 덕트(18)와 유체 연통된다.
액체, 일반적으로는 시스 유체가 이러한 측면 통로(94a, 94b)를 채워 유동 채널(18)과 각 측면 통로와 관련된 막(96) 사이에 유체 연통을 제공한다. 막(96)은, 탄성 재료를 포함한, 메니스커스 또는 기타 가요성 재료의 형태일 수 있다. 막(96)은 시스 유체와, 관련 버블 밸브(90)의 유체 챔버(100) 내 기체 또는 겔과 같은, 다른 체적의 유체(98) 사이의 계면을 정의한다. 어느 하나의 버블 밸브(90)를 작동시키기 위해 액추에이터가 제공될 수 있고, 이는 활성화 시 유동 채널(18)에서 순간적으로 유동 교란을 야기하며 그 내부로 유동을 편향시킨다. 도시된 바와 같이, 액추에이터는 제1 버블 밸브(90a) 및 제2 버블 밸브(90b)에 연결된다. 하나의 버블 밸브(90)는 활성화 시 다른 버블 밸브들(90)에 의해 생성된 압력파를 흡수하기 위한 버퍼로서의 역할을 할 수 있다. 대안적으로, 입자들 또는 세포들을 하나의 방향으로 편향시키기 위해 액추에이터는 오직 하나의 버블 밸브(90)와 연통될 수 있다. 대안적으로, 액추에이터는 입자들을 둘 이상의 방향으로 편향시키기 위한 단일 버블 밸브와 연통될 수 있다. 더 자세히 후술되는 바와 같이, 단일 밸브는 유체 통로를 따라 입자들의 경로를 선택적으로 밀거나 당기도록 구성될 수 있다. 액추에이터는, 다수의 유동 채널(18)의 버블 밸브 군들 중 어느 하나를 작동시키도록 구성된 핀일 수 있다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 것과 같이, 상이한 구성들을 수용하기 위해 핀은 여러 가지의 배치로 구성될 수 있다. 다수의 평행한 채널 내의 입자들을 편향시키기 위해 개별적으로 핀을 작동시키는 액추에이터의 예시적 일례가 미국 특허 제8,123,044호에 기술되어 있고, 그 전체 내용이 본원에 참조로서 통합된다.
제1 측면 통로(94a)는 제1 버블 밸브(90a) 내의 유체 챔버(100a)에 수압으로 연결되어 있으므로, 이 챔버에 가해지는 압력이 증가함에 따라, 측면 통로(94a)에 가까운 유동 채널(18)에서의 유동은, 유동 채널에서의 정상적 유동에 실질적으로 수직으로, 측면 통로(94a)로부터 멀리 변위된다. 제1 측면 통로(94a)의 반대 측에 위치한 제2 측면 통로(94b)는 제2 버블 밸브(90b) 내의 제2 유체 챔버(90b)에 수압으로 연결되며, 제1 버블 밸브(90a)에 의해 야기되는 수직 변위와 관련된 압력을 흡수할 수 있다. 이러한 제1 측면 통로(94a)는 제2 측면 통로(94b)와 협력하여, 전술한 액체를 유체 챔버(90a)를 가압함으로써 야기되는 변위로 향하게 하므로, 그 변위는 유동 채널(18)을 통한 입자들의 정상적 유동에 수직인 성분을 가진다. 대안적인 실시예에서, 협력 제2 버블 밸브 없이 단일 버블 밸브가 사용될 수 있다.
두 측면 통로들(94) 및 유체 챔버들(100)의 협력은, 외부 액추에이터에 의해 어느 하나의 유체 챔버(100)를 가압 및 감압할 때, 유동 채널(18)을 통한 유동이 일시적으로 비스듬히 전후로 이동되도록 한다. 검출된 정자 특성에 기초하여, 어느 하나의 버블 밸브(90) 상의 액추에이터가, 제어기(36)에 의해 구동될 수 있으며, 소정의 특성을 가진 정자를 편향시켜 샘플 내의 나머지 입자들로부터 분리하는 데 적용될 수 있다.
일반적으로 기존 유동 채널(18)과 평행한 제1 출구(20)로 이어지는 제1 분기와 함께 유동 채널(18)이 도시되어 있다. 제1 출구(20)는 버블 밸브들(90) 중 하나가 활성화되지 않을 경우 입자들이 유동하게 될 기본적인 출구일 수 있다. 제2 출구(22)는 검사 영역(26)의 하류 약간의 거리에서 제1 출구(20)로부터 멀리 분기될 수 있다. 마찬가지로, 제3 출구(24)는 일반적으로 제1 분기인 유동 채널(18)의 반대 측에 있는 분기를 통해 도달될 수 있다. 제2 출구(22) 및 제3 출구(24)까지 연장되는 분기들 간의 각도는 0과 180도 사이, 또는 심지어 10과 45도 사이에서 분리될 수 있다.
샘플 소스(14)로부터 공급된 정세포들(12)은, 분석기(58)에 의해 구별될 수 있는 여러 종류의 세포를 함유할 수 있다. 정자(12)의 경우, 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자(68), 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자(70), 및 원하지 않는 입자들이 있을 수 있다. 원하지 않는 입자들은 죽은 정자, 식별될 수 없는 미배향 정자, 기타 입자들, 또는 유동 채널에서 분리하기에 충분히 떨어져 있지 않은 정세포들을 포함할 수 있다.
X-염색체를 지닌 정자(68)로서 도시된, 정세포(12)에서 소정의 특성을 감지할 때, 분석기(58)는, 적절한 시기에 적절한 외부 액추에이터를 활성화하기 위해 제어기(36)에 신호를 제공할 수 있으며, 결과적으로 제2 버블 밸브(90b)로 하여금 유체 챔버(100b)에서 압력 변화를 유발하도록 한다. 이러한 압력 변화는 제2 버블 밸브(90b)에서 막(96b)을 편향시킨다. 제1 측면 통로(94a) 및 제1 버블 밸브(90a)는 유동 채널(18)에서의 결과적인 일시적 압력 변화를 흡수하여 유동 채널(18)에서 전향력을 생기게 하며, X-염색체를 지닌 정세포(68)를 유동 채널(18)에서 상이한 위치로 전향시키도록 시간이 정해진다(도 3b 참조). 제1 버블 밸브(90a)의 유체 챔버(90a)는, 메니스커스와 같은 탄력성 벽을 갖거나, 기체 또는 겔과 같은 압축성 유체를 함유할 수 있다. 탄력성은 유동 채널(18)로부터 액체가 제1 측면 통로(94a) 내로 유입될 수 있도록 하여, 압력 펄스가 흡수될 수 있도록 하고, 세포들이 전향되는 좁은 윈도우를 제공하며, 입자 스트림에서 선택되지 않은 입자들의 유동 교란을 방지한다. 마찬가지로, Y-염색체를 지닌 정자(70)가 검출되는 경우, 외부 액추에이터를 활용하여 제1 버블 밸브(90a)를 가압하고 정세포를 제3 출구(24)로 전향시킬 수 있다. 대안적으로, 원하지 않는 정자는 제1 출구로부터 멀리 편향되는 반면, Y-염색체를 지닌 정자 또는 X-염색체를 지닌 정자 중 어느 하나를, 또는 심지어 둘 다 제1 출구로 통과하도록 함으로써 수동적으로 분류될 수 있다.
도 3c는, 동일한 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자(68)로 도시된, 관심 있는 입자가 제1 측면 통로(94a)와 제2 측면 통로(94b) 사이의 체적을 떠났을 때, 제2 버블 밸브(90b)에 의한 편향 직후 시기를 도시한다. 이러한 활성화 이후, 양쪽 유체 챔버(100) 내부 압력은 정상으로 되돌아오고 각각의 막(96)은 평형 위치로 되돌아오는 반면, 시스 유체는 화살표로 표시된 바와 같이 제1 측면 통로(94a)를 빠져나와 제2 측면 통로(94b)로 다시 유입된다.
도 3d는 전환 순서의 완료 후 시스템(10)을 도시한다. 각 버블 밸브(90)의 유체 챔버(100) 내부 압력은 균일해져서, 유동 채널(18)을 통한 유동이 정상화되도록 하여 편향되지 않은 정자는 제1 출구(20) 쪽으로 계속 이동한다. 한편, 여전히 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정세포로 도시된, 관심 있는 입자는 본래의 경로로부터 벗어나, 제1 분기 및 제2 출구(22)로 유입되는 반면, 다른 세포들은 편향되지 않고 제1 출구(20) 쪽으로 계속 이동할 수 있게 됨으로써, 소정의 특성에 기초하여 입자들을 분리할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 제1 버블 밸브(90a)와 제2 버블 밸브(90b) 중 하나 또는 모두는 액추에이터에 의해 압력으로 미리 채워질 수 있다. 분석기(58)에 의해 생성된 분류 결정 및 제어기(36)로부터의 분류 동작에 응답하여, 액추에이터는 각각의 막(96)을 후퇴시키기 위해 어느 하나의 버블 밸브(90)로부터 언로드되고, 정세포들의 경로를 측면 통로(94) 쪽으로 편향시키기 위해 추가의 시스 유체를 각각의 측면 통로(94) 내로 끌어당길 수 있다.
도 4a를 참조하면, 전향 기구(28)의 일 실시예, 및 특히 버블 밸브(90)의 일 실시예가 도시되어 있으며, 액추에이터(92)가 부착점(112)에서 가요성 인터페이스(102)에 부착되어 있다. 가요성 인터페이스(102)는 유체 챔버(100)로 유체적으로 밀봉되거나, 이하 설명하는 것과 같은 동작을 결국 야기하는 중간 구성요소를 작동시킬 수 있다. 정지 위치로 간주될 수 있는 제1 위치에서, 액추에이터(92) 및 가요성 인터페이스(102)는 정지 상태이므로, 유체 챔버(100) 내의 유체(98)는 막(96)을 측면 통로(94)로 편향시키지 않는다. 제1 활성화 위치로 간주될 수 있는 제2 위치에서, 액추에이터(92)는 가요성 인터페이스(102)를 향해 구동되어, 막(96)에 압력이 가해지고 측면 통로(94)로부터 유체가 방출되도록, 유체 챔버(100)의 체적 내로 가요성 인터페이스(102)가 밀고 들어가도록 할 수 있다. 이렇게 방출된 시스 유체는 정자와 같은 입자들을 측면 통로(94)로부터 멀리 편향시킬 수 있는 압력 펄스를 제공한다.
액추에이터(92)가 부착점(112)에서 가요성 인터페이스(102)에 부착된 경우, 제2 활성화 위치로 간주될 수 있는 제3 위치가 가능하고, 이에 따라 액추에이터(92)는 가요성 인터페이스(102)를 유체 챔버(100)로부터 끌어당겨, 막(96)이 당겨지고 추가의 시스 유체가 측면 통로(94)로 인입되도록 (압축성 유체의 경우) 체적을 팽창시킨다. 결과적인 압력 펄스는 정자 또는 다른 입자들을 유동 채널(18)의 측면 통로(94) 쪽으로 끌어당길 수 있다. 유체 챔버(100)의 체적, 유체(98)의 종류, 및 측면 통로(94)의 크기는 유동 채널(18)에서 원하는 편향을 이루기 위해 변경될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 또한, 제2 위치 및 제3 위치는 극단적 위치로 간주될 수 있고, 두 극단적 위치 사이에 다수의 중간 위치도 고려되는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 유동 채널(18)은 4, 5, 6개 이상의 분기를 포함할 수 있고, 각각의 분기는 버블 밸브(90)에 의해 제대로 편향된 입자들을 수용할 수도 있다.
도 4b는, 액추에이터(92)가 가요성 인터페이스(102) 상에 미리 로딩된, 대안적인 실시예를 제공한다. 달리 말하면, 유체 챔버(100) 체적 내로 가요성 인터페이스(102)의 일부 편향이 있는 반면, 유체 챔버(100), 유체(98), 및 막(96)은 정지 위치에 있는 것으로 간주될 수 있다. 액추에이터(92)는 가요성 인터페이스(102)를 향해 제1 활성화 위치로 더욱 구동될 수 있고, 유체(98)에 작용하여 막(96)을 변위시키고 측면 통로(94)로부터 시스 유체를 방출한다.
액추에이터(92)를 바깥쪽으로 제2 활성화 위치로 이동시키면, 막(96)을 안쪽으로 당기고 유체를 측면 통로(94)로 인입시키는 작용을 할 수 있다. 이러한 실시예에서, 액추에이터(92)를 정지 위치인 것으로 보일 수 있는 위치로 이동시키면 입자들을 편향시키기 위한 압력 펄스를 얻을 수 있다. 도시된 실시예에서, 이러한 변위는 입자들을 측면 통로(94) 쪽으로 끌어당기는 압력 펄스를 생기게 할 수 있다. 그러나, 가요성 인터페이스(102)가 반대 방향으로 미리 로딩될 수 있도록 액추에이터(92)와 가요성 인터페이스(102) 사이에 부착점(112)이 제공될 수 있다.
도 4c는 가요성 인터페이스(102)가 바이모프 압전소자(110)를 포함할 수 있는 버블 밸브의 대안적인 실시예를 도시한다. 바이모프 압전소자(110)는 유체 챔버(100)와 밀봉된 관계로 제공되거나, 유체 챔버(100)에 대하여 밀봉된 다른 가요성 물질에 기대어 있을 수 있고, 이를 통해 바이모프 압전소자(110)의 움직임이 변한다. 정지 위치에서, 바이모프 압전소자(110)는, 입자들이 편향되지 않고 측면 통로(94)를 통과하도록, 정지 상태일 수 있다. 제어 신호에 응답하여, 바이모프 압전소자(110)는 유체 챔버 체적(100) 내로 밀고 들어가면서 제1 활성화 위치로 구부러질 수 있고, 막(96)을 측면 통로(94) 밖으로 배출하도록 한다. 결과적인 압력 펄스는 입자들을 측면 통로(94) 및 버블 밸브(90)로부터 멀리 편향시킬 수 있다. 마찬가지로, 바이모프 압전소자(110)는 그 소자를 제2 활성화 위치로 편향시키거나 구부러지게 하는 신호가 제공될 수 있다. 제2 활성화 위치는 유체를 측면 통로(94)로 끌어당기는 방식으로 유체(98), 유체 챔버(100), 및 막(96)에 작용할 수 있다. 이런 식으로, 입자들은 측면 통로(94) 쪽으로 편향될 수 있다.
편향의 정도 및 시기에 있어서, 바이모프 압전소자(110)는 전기 신호에 의해 정밀하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 다양한 경로를 가진 입자들을 편향시키기 위해, 제1 및 제2 활성화 위치 사이에 임의의 수의 중간 위치들이 얻어질 수 있다. 바이모프 압전소자(110)는 단지 전기적 연결을 필요로 함으로써, 그렇지 않을 경우 존재할 수 있는 간격 문제들을 잠재적으로 단순화할 수 있다.
버블 밸브들은 실행 가능한 전향 기구를 제공하지만, 본원에 설명한 미소유체 칩의 특정 양태들과 함께 사용하기 위해 다른 전향 기구들(28)이 고려된다. 대안적인 배치가 도 5에 도시되어 있고, 압전소자 또는 초음파 변환기와 같은 변환기(42)의 활성화에 의해 입자가 전향되는 것을 보여준다. 각각의 변환기(42)는 변환기 어레이(82)의 일부를 형성할 수 있다. 변환기 어레이(82)의 각 변환기(42)는 예측되거나 계산된 입자 속도에 기초하여 순차적으로 활성화되어, 유동 채널(18)을 따라 다수의 지점에서 입자에 작용하는 펄스들을 제공할 수 있다.
전자기 방사원(30)은 입자들을 검사하기 위한 전자기 방사선을 제공할 수 있다. 형광, 산란, 또는 기타 반응성 방출이 하나 이상의 검출기(56)에 의해 검출되고, 분석기(58)에 의해 처리될 수 있다. 결과적인 분류 결정은 구동 부재(108)를 통해 제어기(36)로부터 각각의 변환기(42)로 전달될 수 있다. 구동 부재(108)는 유동 채널(18)을 따라 정세포 또는 다른 입자와 여러 차례 상호작용하기 위한 변환기(42)의 시한 활성화를 제공할 수 있다. 각각의 변환기(42)는 음향 변환기 또는 심지어 초음파 변환기일 수 있으며, 입자들의 편향을 생성하기 위해, 훨씬 더 구체적으로는 유동 채널(18) 내의 정자를 편향 또는 전향시키기 위해, 변환기를 구동하는 주파수는 최적화될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 변환기(42)는 입자를 전향하도록 유도된 단일 펄스를 제공할 수 있는 반면, 다른 실시예에서, 각각의 변환기는 입자를 전향하도록 유도된 다수의 펄스를 생성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 하나 이상의 변환기 어레이(82)가 작동되어 유동 채널(18)에서 정상파를 생성할 수 있다. 전향 기구(28)로서 정상파는 음장의 특정 마디(node) 또는 배(antinode) 내에서 입자들을 당기거나 밀어낼 수 있다. 일 실시예에서, 변환기(42)는 10 내지 16 MHz의 범위에서 작동된다.
일 실시예에서, 변환기 어레이(82)는 입자들을 양 방향으로 전향하기 위해 유동 채널(18)의 각 측면에 제공된다. 다른 실시예에서, 입자들 또는 정세포들을 양 방향으로 편향시킬 목적으로 하나의 변환기 어레이(82)가 포함될 수 있다. 변환기 어레이(82)는 칩 기판 내에 내장되거나, 미소유체 칩(80)의 외면에 위치할 수 있다. 또한, 변환기 어레이(82)는 칩(80)으로부터 제거될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 광학 부재 어레이가 유사한 방식으로 포함되어 방사압으로 입자들을 전향시킬 수 있다. 하나의 레이저 또는 다른 전자기 방사원은, 유동 채널을 따라 이동하는 하나의 입자에, 또는 유동 채널(18)에서 입자들을 빠르게 뒤따르는 하나의 입자에 다중 인가를 가능하게 하는 방식으로, 게이트식 또는 단계식일 수 있다. 대안적으로, 다수의 레이저를 사용하여 방사압을 수 차례 인가하여 입자를 편향시킬 수 있다.
도 6으로 돌아가면, 액추에이터 블록(106) 및 성형/분리된 빔이 전향 기구(28) 및 검사 영역(26)과 각각 정확하게 연동할 수 있도록 정확한 위치에 미소유체 칩(80)을 유지하기 위한 칩 홀더(104)가 도시되어 있다. 다수의 빔 단편을 생성하기 위한 빔 분할 디바이스(74)가 도시되어 있으며, 각각의 빔 단편은 일반적으로 유동 채널(18)에 수직으로 또는 비스듬히 유동 채널(18)과 정렬될 수 있다. 칩 홀더(104)는 미소유체 칩(80)을 상대적인 위치에 단단히 고정하기 위한 기구를 포함하거나, 미소유체 칩(80)의 상대적 위치를 조절하기 위한(예컨대, 칩의 유동 채널을 검출기 및 조명 소스와 정렬하기 위한) 기구를 포함할 수 있다.
도 7로 돌아가면, 미소유체 칩(80)의 실시예가 카트리지(168) 형태의 유체 시스템과 함께 칩 홀더(104) 상에 도시되어 있다. 칩 홀더(104)의 일부에 형성된 것으로 도시된 일부 특징부는 미소유체 칩(80) 자체의 추가 층으로 통합될 수도 있는 것으로 이해해야 한다. 미소유체 칩(80)은, 각 채널의 제1 출구(20), 제2 출구(22), 및 제3 출구(24)와 더불어, 시스 입구(50) 및 샘플 입구(48)를 갖는 다수의 유동 채널(18)로 도시되어 있다.
카트리지(168)는 미소유체 칩(80) 및/또는 칩 홀더(104)와 유체 연통하는 일련의 저장소를 포함할 수 있다. 카트리지(168)는 고분자 또는 기타 적절한 생체 적합 재료로 형성될 수 있으며, 각각의 저장소는 유체를 직접 수용하도록, 또는 유체로 채워진 주머니나 기타 밀봉 용기를 수용하도록 고려된다. 샘플 저장소(114)는 칩 홀더(104)의 샘플 채널(134)과 유체 연통하는 유체적으로 밀봉된 저장소일 수 있다. 샘플이 병원균 및 세균에 노출되지 않도록 하거나 노출되는 것을 줄이기 위해 샘플 저장소와 샘플 채널(134) 사이의 유체 연결은 살균 조건에서 수행될 수 있다. 마찬가지로, 시스 저장소(116)는 칩 홀더(104)의 시스 채널(136)에 유체적으로 연결될 수 있다. 각각의 저장소는 관련 이송 기구를 가질 수 있다. 일례로, 유체는 각 저장소에서 생성된 압력 구배를 통해 이송될 수 있다. 압력 구배는 펌프, 연동 펌프, 및 기타 유사한 수단을 이용하여 생성될 수 있다.
도 7의 절취부는 시스 채널(136) 및 샘플 채널(134)이 이들의 각각의 입구들 및 제1 유동 채널(18a)에 연결된 것을 도시한다. 도시되지는 않았지만, 나머지 유동 채널(18b 내지 18n)은 채널을 통해 저장소에 유사하게 유체 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 유동 채널(18a 내지 18n)은 공통 샘플 저장소(114) 및 공통 시스 저장소(116)로부터 공급되어 미소유체 칩(80) 내 다수 채널의 병렬 작동을 용이하게 할 수 있다.
카트리지(168)는 처리된 유체를 위한 추가 저장소를 포함할 수 있다. 일례로, 카트리지(168)는 수동 수집 저장소(120), 제1 능동 수집 저장소(122), 및 제2 능동 수집 저장소(124)를 포함할 수 있다. 수동 수집 저장소(120)는 수동 수집 채널(140)을 통해 각 채널(18)의 제1 출구(20)와 유체 연통될 수 있으며, 유체는 각각의 제1 출구(20)로부터 병합되고 수동 수집 라인(150)을 통해 공급된다. 일 실시예에서, 수동 수집은 기본 수집일 수 있고, 폐기 및/또는 원하지 않는 입자들을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제1 능동 수집 저장소(122)는 제1 능동 수집 채널(142) 및 제1 능동 수집 라인(152)을 통해 각 유동 채널(18)의 제2 출구(22)에 유체적으로 연결될 수 있고, 제2 능동 수집 저장소(124)는 제2 능동 수집 채널(144) 및 제2 능동 수집 라인(154)을 통해 제3 출구(24)에 연결될 수 있다. 제2 절취부는 제3 출구(24)와 제2 능동 수집 채널(144) 간의 관계를 도시하며, 이는 각 유동 채널(18)에 대해 유사할 것이다. 유체 및 정세포들은, 능동적으로 분류되든 수동적으로 분류되든, 압력 구배와 같은 이송 기구에 의해 각각의 개별 출구, 채널, 라인, 및 저장소를 통해 빨아당겨질 수 있다.
예시적인 예로서, 미소유체 칩(80)의 채널은 약 20 ㎛ 내지 약 400 ㎛의 폭을 가질 수 있는 반면, 칩 홀더의 채널은 약 200 ㎛ 내지 약 2 mm의 폭을 가질 수 있다. 각 채널을 각각의 저장소에 연결하는 라인은 약 0.25 mm 내지 약 5 mm의 내경을 가질 수 있다.
일 실시예는 폐기물 저장소로부터 시스 유체를 재순환시키기 위한 선택적 시스 유체 재순환 시스템(160)을 제공한다. 도 7은 수동 수집 저장소(120)로부터 시스 저장소(116)로 유체 연통을 제공하는 재순환 라인(162)을 도시한다. 필터와 같은 농축 시스템(166)을 통해 유체를 시스 저장소(116)로 보내기 위해, 재순환 라인에 펌프(164)가 제공될 수 있다. 대안적으로, 수동 수집 저장소(120) 및 시스 저장소(116)는, 재순환 라인(162)을 통해 유체를 수동 수집 저장소(120)로부터 시스 저장소(116)로 보내는 경향이 있는 상이한 압력으로 제공될 수 있다. 대안적으로, 유체를 수집 저장소들 중 하나로부터 시스 저장소(116)로 운반하기 위해 다른 이송 기구들이 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 필터는, 다른 세포 농축 시스템(166)으로 대체되거나, 유체 또는 상층액을 제거하기 위한 시스템으로 대체될 수 있다. 일 실시예에서, 시스 유체를 정자 분류와 같은 특정 용도에 맞게 적절하게 조절하기 위해 일련의 필터가 사용될 수 있다. 정자 농축 시스템의 비제한적인 추가 예들은 원심분리 시스템, 미소유체 유닛, 다공성 막, 나선형 농축기, 하이드로 사이클론, 또는 기타 입자 농축 디바이스나 유체 제거 시스템을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세포 농축 시스템(166)은, 상층 시스 유체를 시스 저장소(116)에 다시 제공하면서, 제1 및 제2 능동 수집 저장소(122, 124) 중 하나 또는 모두에 능동적으로 수집된 정자를 추가 처리를 위해 적절한 농도로 제공할 수 있다. 일례로, 정자는 동결 증량제를 수용하기 위한 적절한 용량으로 농축되거나, AI, IVF, 또는 다른 보조 번식 절차들을 수행하기 위한 적절한 용량으로 농축될 수 있다.
일부 실시예에 존재할 수 있는 또 다른 특징부는 온도 조절 부재(170)이다. 카트리지(168)는 카트리지 상에 저장된 임의 또는 모든 유체의 가열 및/또는 냉각을 수행할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 부재(170)는 카트리지(168) 상의 가열 및/또는 냉각 패드 또는 영역의 형태를 가질 수 있다. 카트리지(168)의 각 챔버 또는 저장소는 상이한 온도로 유지되거나, 작동 중에 그 온도가 변경될 수 있다. 통합된 입자 처리 카트리지의 선택된 챔버 또는 영역 내의 온도를 제어하기 위한 임의의 적절한 수단이 사용될 수 있다. 정자 분류 실시예에서, 비교적 일정한 온도, 예컨대, 가급적 시원한 온도에서, 정자를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 정자를 잘못 정렬하고 배향시키지 않을 수 있는 정자 활동을 감소시킬 목적으로 정자를 냉각하는 것이 더 바람직할 수 있다. 이러한 실시예에서, 각 저장소를 유사한, 특히 차가운 온도로 용이하게 유지하기 위해, 카트리지는 열 전도성 재료로 만들어질 수 있다.
정자 배향 및 정렬
도 8을 간략히 참조하면, 3개의 관점으로 정자(200)가 도시되어 있다. 종들 간에 일부 차이가 존재하지만, 정자(200)는, 소 정자, 말 정자, 및 돼지 정자를 포함한 포유류 정자의 주요부의 기본적 형상을 나타낸다. 기본적인 정자 머리 형상은 본원에서 일반적으로 라켓(paddle) 형상으로 지칭될 수 있다. 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 본원에 설명된 원리들은, 전체 내용이 본원에 참조로 통합된, Wilson, D.E. 및 Reeder, D.M. 저 Mammal Species of the World(Smithsonian Institution Press, 1993)에 나열된 많은 종들과 같은 많은 다른 종들에 동일하게 적용될 것이다.
정세포(200)의 가장 큰 두 부분은 정자 머리(204) 및 정자 꼬리(206)이다. 정자 머리(204)는, DNA 선택 염료가 결합하는 핵 DNA를 수용하며, 정자를 성별 분류할 목적에 유리하다. 정자 머리(204)는 일반적으로 라켓 형상이며, 그 길이가 폭보다 더 크다. 정자 머리(204)의 길이를 따라 그 중심을 통과하는 축으로서 세로축(212)이 도시되어 있고, 일반적으로 정자 꼬리(206)의 길이와 평행할 수 있다. 가로축(214)은 정자 머리(204)의 중심을 통과하고 세로축(212)에 수직으로 도시되어 있다. 이상적인 배향에 관하여, 세로축을 중심으로 회전되는 정자는 항공 용어 롤(roll)과 밀접한 방식으로 "회전되는" 것으로 간주될 수 있는 반면, 가로축(214)을 중심으로 회전되는 정자는 항공 용어 피치(pitch)와 밀접한 방식으로 "기울어진" 것으로 간주될 수 있다. 정자 머리의 길이는 세로축을 따라 L로 표시된다. 정자 머리(204)의 폭은 W로 표시되는 반면, 두께는 T로 표시된다. 비제한적 예로서, 많은 품종의 소는 대략 L=10 ㎛, W=5 ㎛, 및 T= 0.5 ㎛의 정자 크기를 가진다.
X-염색체를 지닌 정자와 Y-염색체를 지닌 정자에서 DNA 선택 염색의 흡수는 약간의 차이만 있기 때문에 정자를 구별하는 것은 많은 종에서 어려운 일이다. 대부분의 포유류 종은 DNA 함량에 있어서 약 2% 내지 약 5%의 차이를 보인다. 이러한 차이를 정확히 알아내기 위해, 분석되는 각각의 정세포는 바람직하게는 균일한 정렬 및 균일한 방향으로 제공된다. 정자가 정렬되지 않거나 배향되지 않게 됨에 따라, 측정 형광은 수 % 포인트보다 훨씬 더 많이 변동한다. 이상적으로, 정자는, 세로축이 검출기 및/또는 조명 소스의 초점을 통과하는 반면, 세로축과 가로축 둘 다 검출기의 광학 축 및/또는 조명 소스에 의해 생성된 빔의 빔 축에 수직을 유지하는 식으로 정렬될 것이다. 정자 분류에 맞게 변경된 이전의 공기 분사 유세포 분석기는 회전되는 정자를 배제할 목적으로 측면 형광 검출기를 포함하지만, 미소유체 시스템에는 측면 검출기가 존재하지 않고, 현재의 미소유체 칩의 형상은 측면 검출기를 포함하는 것을 허용하지도 않는다. 미소유체 칩에 배향된 정자를 제공하고/하거나 미소유체 칩에서 정자가 언제 배향되는지 결정하기 위해, 다음의 특징부들이 개별적으로, 또는 임의의 조합이나 치환으로 포함될 수 있다.
유동 채널 특징부
도 9a로 돌아가면, 유동 채널(318)의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 유동 채널(318)은 미소유체 칩(300)의 일부에 형성된 유체 집속 영역(330) 및 정자 배향 영역(332)을 둘 다 포함한다. 유체 집속 영역(330)은 유체 집속 형상 형태의 유체 집속 특징부를 포함하고, 정자 배향 영역(332)은 배향 채널 형상의 배향 특징부로 도시되어 있지만, 도시된 형상 대신에 또는 도시된 형상과 더불어, 다른 집속 특징부 및 배향 특징부가 포함될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
유동 채널(318)은, 이러한 미소유체 칩 내의 많은 유동 채널, 예컨대 4 내지 512개의 유동 채널들, 중 하나일 수 있다. 때로는 시스 유동으로 불리는 동축 유동을 설정하기 위해, 시스 유동 입구(350)는 유동 채널(318)에서 샘플 입구(348)의 상류에 도시되어 있다.
유체 집속 영역(330)은 코어 스트림 수직 측면의 집속 및/또는 정렬을 위한 형상을 가진 수직 유체 집속 영역(336), 및 코어 스트림 횡 방향 측면의 집속 및/또는 정렬을 위한 형상을 가진 횡 방향 유체 집속 영역(334), 또는 가로 방향 집속 영역을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 횡 방향 유체 집속 영역(334)은 유체 집속 영역(330)과 동일한 길이의 유동 채널(318)을 포함하며, 횡 방향 유체 집속 영역 및 유동 채널은 둘 다 수직 유체 집속 영역(336)과 중첩된다. 횡 방향 유체 집속 영역(334)은 전체 유체 집속 영역보다 덜 차지할 수 있으며, 수직 유체 집속 영역(336)은 횡 방향 유체 집속 영역(334)과 반드시 중첩될 필요는 없는 것으로 이해해야 한다. 횡 방향 유체 집속 영역(334)은 유동 채널(318)의 길이로 간주될 수 있고, 그 길이를 따라 횡 방향 채널 폭 "w"는 제1 변화점(338)에서 끝나면서 제2 폭 "w'"으로 감소한다. 이러한 형상은 샘플의 코어 스트림을 좁게 하는 경향이 있고, 일반적으로 정세포들이 갇히는 더 좁은 샘플 밴드를 제공하면서 일반적으로 유동 채널(318) 내에서 정세포들을 정렬하는 것을 보조할 수 있다.
정자 배향 영역(332)은 유동 채널(318)의 제1 변화점(338) 이후 약간의 거리에서 유체 집속 영역(330)의 뒤에 있을 수 있거나, 대안적으로, 유체 집속 영역(330) 및 정자 배향 영역(332)은 부분적으로 또는 전체적으로 중첩될 수 있다. 정자 배향 영역(332)은 제2 변화점(340)에서 끝날 수 있으며, 검사 영역(326)이 뒤따를 수 있다. 일 실시예에서, 채널의 감소된 폭 "w'"은 정자 배향 영역(332) 또는 정자 배향 영역 일부에 걸쳐, 그리고 검사 영역(326)에 걸쳐 일정한 치수를 가질 수 있다.
도 9b로 돌아가면, 정자 배향 영역(332) 및 검사 영역(326)이 뒤따르는 횡 방향 유체 집속 영역(334) 및 수직 유체 집속 영역(336)을 갖는 유동 채널(318)의 수직 단면이 도시되어 있다. 일 실시예에서, 수직 유체 집속 영역(336)은, 유동 채널(318) 내에 압력 펄스를 생성할 수 있는 추가적 시스 채널, 일련의 립(lips), 모서리(edges), V형(chevrons), 굴곡(undulations), 또는 스피드 범프(speed bumps), 또는 변환기일 수 있는, 수직 유체 집속 특징부(342)를 포함한다. 일 실시예에서, 채널 높이 "h"는 제1 변화점(338)까지 비교적 일정하게 유지된다. 다른 실시예들에서, 수직 유체 집속 영역(336)은 채널 높이 "h"가 변하는 형상을 가질 수 있거나, 제1 변화점(338) 이전에 채널 높이가 변하는 채널 형상을 도입하면서 정자 배향 영역(332)이 유체 집속 영역(330)과 중첩될 수 있다. 일 실시예에서, 채널 높이 "h"는 제1 변화점(338)으로부터 제2 변화점(340)에서의 감소된 채널 높이 "h'"까지 이어진다. 대안적으로, 채널 높이 "h"는 정자 배향 영역(332)에 걸쳐 감소될 수 있다. 정자 배향 영역(332)은 유체 집속 영역(330) 이후에 시작되거나, 유체 집속 영역(330)과 부분적으로 또는 심지어 전체적으로 중첩될 수 있다.
도 9c는, 동축 또는 시스 유동을 생성하기 위한 대안적 구성을 도시하며, 이에 따라 샘플 입구(348)는 유체 채널(318)과 일반적으로 평행하게 제공된다. 이러한 구성에서, 샘플 입구(348)는 경사진 구성으로 제공되어, 시작 시 코어 스트림에 리본 형상을 조성할 수 있다. 당업자는 미소유체 채널에 시스 유동을 설정하기 위한 임의의 공지 구성이 본원에 설명된 배향 양태들과 또한 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 비제한적인 일 예로, 전체 내용이 본원에 참조로 통합된 미국 특허 제7,311,476호에 기술된 임의의 입구/샘플 채널이 본원에 설명된 다양한 특징부와 결합될 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 유체 집속 영역(330) 및 정자 배향 영역(332)을 둘 다 포함하는 비교적 단순한 형상을 지닌 유동 채널(318)을 도시하고 있지만, 이들 각각의 영역은 더 복잡한 유동 채널 형상으로 포함될 수도 있다. 도 10a 내지 도 10d 각각은 일반적인 원리를 도시하며, 반드시 1:1의 종횡비의 축척을 갖거나 이를 반영하도록 도시될 필요는 없다. 도 10a는 시스 유체(352)로 채워진 일반적으로는 정사각형인 유동 채널(318)로서의 단면 AA를 도시한다. 스트림을 하방으로 단면 BB까지 이동시키면, 도 10b는, 시스 유체(352)와 동축 관계로 도시된, 샘플(354)의 코어 스트림을 도시한다. BB에서의 코어 스트림 확대도는 정렬되지 않은 미배향 정세포(360)의 일례를 도시한다. 코어 스트림 주위의 화살표들은 유동 채널(318) 형상의 변화에 의해 코어 스트림에 가해지는 힘을 도시한다. AA부터 BB까지의 변화는 높이의 변화 없이 채널을 약간 넓히는 결과로 이어졌다.
스트림을 하방으로 CC까지 이동시키면, 코어 스트림을 집속하면서 유동 채널(318)의 폭 "w"는 감소되고, 이는 스트림에서 배향되지 않은 위치를 유지하면서, 코어 스트림의 중심으로 이동하며 정렬되는 정세포(360)에 도시되어 있다. 횡 방향 움직임을 제공하는 힘은, 채널 형상의 이러한 부분의 유체 역학적 영향을 강조하여 굵은 화살표로 도시되어 있다. 단면 CC로부터 DD까지, 유동 채널의 높이 "h"는 감소하여 코어 스트림 내의 정자에 배향력을 가하려는 경향이 있다. 횡 방향 위치에 비해, 수직 방향 위치로부터 더 큰 힘이 가해져 정세포의 평평한 표면에 방향을 맞추려는 경향이 있다.
도 11a 내지 도 11d는, 유동 채널(318)이 일반적으로 타원 및 원형 단면을 포함하는 것을 제외하고, 도 10a 내지 도 10d와 유사한, 원형 및 타원 단면을 가진 유동 채널 형상을 도시한다.
코어 스트림 형성
균일한 코어 스트림 형성은 많은 분석 기법에 대해 유익할 수 있지만, X-염색체를 지닌 정자 및 Y-염색체를 지닌 정자로부터 비교적 작은 형광 차이를 구별하는 경우 특히 유용하다. 정자 분류기의 유용한 특징은 일반적으로 리본 형상을 가진 코어 스트림의 형성일 것이며, 이는 유동 채널에서 정자 정렬뿐만 아니라 정자 배향에도 기여할 수 있다.
도 12a로 돌아가면, 코어 스트림 유동 또는 시스 유동을 생성하기 위해 유동 채널(418)의 영역에 유체 집속 영역(430)이 포함되어 있다. 코어 스트림 형성 형상(400)은, 앞서 설명한 미소유체 칩들과 같은 미소유체 칩(80)에서 유동 채널(418)의 내부 표면으로 도시되어 있다. 코어 스트림 형성 형상(400)은, 미세가공, 사출성형, 스탬핑, 기계가공, 3D 프린팅을 이용하거나 기타 적절한 제조 기술에 의해 플라스틱, 폴리카보네이트, 유리, 금속 또는 기타 적절한 재료로 제조될 수 있다. 이와 같이, 코어 스트림 형성 형상은 단일층 또는 복수의 스택층으로 형성될 수 있다.
도시된 코어 스트림 형성 형상(400)은 개선된 시스 유동 능력, 및 이에 따른 개선된 집속 능력을 제공한다. 특히, 시스 입구(450)는, 시스 총 체적(422)에서 각각 수용되는 원뿔 입구 형상을 구비할 수 있다. 시스 총 체적은 추가 유동 채널(418) 구성요소에 단일 출구 또는 다수의 출구를 제공할 수 있다. 단일 출구는 유체 집속 영역(430)까지 연장되는 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 단일 입구는 코어 스트림 형성 형상(400) 내로 분기될 수 있다. 또한, 시스 총 체적(422)으로부터 나오는 하나 이상의 유체 경로 상에 유동 제한이 있을 수 있다.
도시된 유체 집속 영역(430)은 횡 방향 유체 집속 구성요소 및 수직 유체 집속 구성요소를 포함하며, 두 구성요소 모두 유동 채널(418)을 통해 시스 유체뿐만 아니라 샘플의 축 방향 가속화에 기여한다. 도시된 횡 방향 유체 집속 구성요소는 횡 방향 유체 집속 챔버(420)를 포함한다. 횡 방향 유체 집속 챔버(420)는 하나 이상의 시스 입구(450)로부터의 시스뿐만 아니라, 샘플 입구(448)로부터의 샘플을 구비한다. 도시된 바와 같이, 두 개의 대칭 시스 입구(450)는 가장자리부터 횡 방향 유체 집속 챔버(420)를 채우는 반면, 샘플은 중간에서부터 횡 방향 유체 집속 챔버(420)로 유입된다. 샘플 및 시스가 횡 방향 유체 집속 챔버(420)를 따라 나아감에 따라, 챔버의 폭은 감소하여, 챔버의 횡 측면들로부터 증가하는 안쪽 방향 힘을 제공하며, 이는 샘플을 횡 방향 유체 집속 챔버(420)의 중간에 집속하려는 경향이 있고 유동 채널에서 시스 및 샘플을 둘 다 가속화한다. 도시된 수직 유체 집속 구성요소는 횡 방향 유체 집속 챔버(420)에 대한 샘플 입구(448)의 위치와 결합하여 제1 수직 유체 집속 채널(424)을 포함한다. 제1 수직 유체 집속 채널(424)은, 횡 방향 유체 집속 챔버(420)로부터 멀리 분기되고 더 하류에서 횡 방향 유체 집속 챔버(420)와 유체 연통하며 제공된, 고리 모양 채널을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 수직 유체 집속 채널(424)은, 나중에 유동 채널(418)로 재유입될 수 있는 시스 유동의 일부를 전향하는 수단을 제공하여 샘플의 코어 스트림의 수직 위치를 집속한다.
도 12b는 횡 방향 유체 집속 구성요소의 예시도를 제공한다. 샘플 유동(406)은 샘플 입구(448)로부터 횡 방향 집속 챔버(420)로 유입되는 것으로 도시되어 있다. 반면, 시스 유동(408)은 횡 방향 유체 집속 챔버(420)의 가장자리에 있는 각각의 시스 입구(450)로부터 횡 방향 유체 집속 챔버(420)로 유입되는 것으로 도시되어 있다. 횡 방향 유체 집속 챔버의 폭이 감소함에 따라, 시스 유동(408)은 샘플(406) 상에 증가하는 전단력을 제공하여, 샘플의 유동을 가속화할 뿐만 아니라, 샘플 내 입자들 사이 간격을 넓히고, 횡 방향 유체 집속 챔버(420)의 중심 쪽으로 샘플 유동을 횡 방향으로 집속한다.
샘플(408)의 수직 유동은 코어 스트림 형성 형상(400)의 두 가지 특징에 영향을 받으며, 이는 도 13에서 가장 잘 볼 수 있다. 도 13은 코어 스트림 형성 형상(400)의 세로축을 따라 수직 단면을 나타낸다. 샘플이 횡 방향 유체 집속 영역(420) 아래로부터 도입되기 때문에, 횡 방향 유체 집속 챔버(420)로 유입 시 샘플 스트림에 대한 제1 하방 수직 영향이 발생되어, 샘플 스트림 위의 시스 유동(408)에 의해 샘플 스트림의 상방 유동이 억제될 것이다. 샘플 입구(448)의 말단에 도달하고 시스 유동(408)에 대해 상방으로 이동하는 대표적인 샘플 유동(406)이 도시되어 있다. 샘플(406)의 코어 스트림이 제1 유체 수직 집속 채널(424)에 일단 도달하면, 시스 유동(408)은 샘플을 유동 채널(418)의 바닥으로부터 멀리 집속하면서 샘플을 상방으로 향하게 한다.
일단 집속 영역(430)을 거치고 나면, 샘플은 계속하여 정자 배향 영역(330) 및 검사 영역(326)을 통과할 수 있다. 정자는 다음에서 설명되는 구체적 특징부들에 따라 배향될 수 있고, 앞서 설명한 다양한 기구에 따라 분류 동작이 수행될 수 있다.
도 14a로 돌아가면, 제1 및 제2 수직 유체 집속 채널 형태의 이중 편자 또는 이중 고리를 포함하는 유체 집속 영역(530)을 포함하는 대안적인 코어 스트림 형성 형상(500)이 도시되어 있다. 일 실시예는, 개선된 코어 스트림 형성을 위해 서로 반대의 수직 유체 집속 시스 유동을 유동 채널(518) 내로 제공하도록 구성된 제1 수직 유체 집속 채널(524) 및 제2 수직 유체 집속 채널(526)을 갖는 코어 스트림 형성 형상(500)과 관련된 것이다. 도 14a는 시스 입구(550)와 동일한 수직 레벨에 위치하여 횡 방향 유체 집속 챔버(520)로 이어지는 샘플 입구(548)를 도시한다. 제1 수직 유체 집속 채널(524)은 횡 방향 유체 집속 채널(520) 위에 수직으로 이어지며, 제2 수직 유체 집속 채널(526)은 횡 방향 유체 집속 채널(520) 아래에 수직으로 이어진다. 횡 방향 집속 챔버(520), 제1 수직 집속 채널(524), 및 제2 수직 집속 채널(526)의 집속 특징부를 거치고 난 후, 더 많이 집속되고/되거나 정렬된 코어 스트림이 유동 채널(560)의 나머지를 통해 흐를 수 있다.
도 14b를 참조하면, 시스 입구를 통과하여 3부분으로 나뉘는 시스 유동이 도시되어 있다. 제1 시스 유동(554)은 횡 방향 유체 집속 챔버(520)로 유입되고, 좁아지는 폭에 대응하여 샘플을 횡 방향 유체 집속 채널(520)의 중심에 집속하려는 경향이 있다. 시스 유동의 제2 부분(556)은 제1 수직 유체 집속 채널(524)을 통해 전향되며, 시스 유동의 제3 부분(558)은 제2 수직 유체 집속 채널(526)을 통해 향하게 된다. 원뿔형 시스 입구(550)의 말단보다 더 큰 단면적을 제공하는 시스 총 체적(522)은 각각의 시스 부분들을 통해 비교적 높은 시스 유량을 분배하기 위한 유익한 체적을 제공한다. 특히, 제1 수직 집속 채널(524) 및 제2 수직 집속 채널(526)을 통한 증가된 시스 유동은 유동 채널(518)의 코어 스트림의 수직 위치를 집속하는 능력의 개선을 가능하게 할 수 있다.
도 15로 돌아가면, 코어 스트림 형성 형상(500)의 세로축을 따라 수직 단면은, 실질적으로 동일한 수직 위치에서 유동 채널(518) 내로 도입된 샘플(506)의 코어 스트림 및 시스 유체(508)를 도시한다. 제1 수직 유체 집속 채널(524)로부터의 시스 유동(508)은 샘플의 코어 스트림에 대한 하방 집속 영향을 제공하며, 제2 수직 유체 집속 채널(526)로부터 제공되는 시스 유체로부터의 상방 집속 영향이 뒤따른다. 서로 반대의 수직 시스 유동 이후의 유동 채널(518) 부분은 횡 방향 유체 집속 챔버(520) 및 샘플 입구(548)에 비해 상승된 수직 위치에 있다. 집속 영역 이후의 유동 채널(518) 부분은, 이후 샘플의 코어 스트림 내 입자들에 방향을 부여하도록 설계된 영역에서 처리될 수 있다.
도 16은 도 15에 도시된 것과 실질적으로 동일한 수직 단면을 제공하는, 코어 스트림 형성 형상(600)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 16에 도시된 시스 유체 유로와 관한 몇몇 간소화된 양태에서 특정 효율이 얻어질 수 있다. 일 양태에서, 시스 유체는 각각의 시스 총 체적(622)으로부터 집속 입구(632)로 통과하며, 여기서 집속 입구는 샘플 유체(606)의 코어 스트림을 횡 방향으로 집속하기 위한 경로로 시스 유체를 즉시 주입한다. 각각의 제1 수직 유체 집속 채널(624) 및 제2 수직 유체 집속 채널(626)은 공통 입구(630)로 또한 간소화될 수 있다.
도 17은, 각 시스 입구(750)의 시스 총 체적(722)에 직접 연결된 좁은 입구(732) 및 공통 입구(730)와 같은 간소화된 시스 유동 구성요소들을 가진, 코어 스트림 형성 형상(700)의 다른 실시예를 도시한다. 또한, 도 17은 각각의 제1 수직 유체 집속 채널(724) 및 제2 수직 유체 집속 채널(726) 일부에 대한 대안적 수직 배치를 도시한다.
평면 유동 채널을 이용한 배향
도 18a로 돌아가면, 유동 채널(818)이 감소된 높이로 변하는 배향 채널 형상의 일 실시예가 도시되어 있으며, 이러한 형상은 일반적으로 평면 배향 형상(838)으로 지칭될 수 있다. 이러한 배향 형상은 배향 영역(832) 및 검사 영역(826)을 둘 다 포함할 수 있다. 평면 배향 형상은, 설명된 코어 스트림 형성 형상들 중 어느 하나와 같은, 전술한 유체 집속 형상 또는 특징들 중 어느 하나를 따를 수 있다.
평면 배향 채널 형상(832) 이전에, 유동 채널(818)은 약 25 ㎛ 내지 약 75 ㎛의 높이 및 약 100 ㎛ 내지 약 300 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 배향 채널 형상(832) 이전의 높이 "h"는 길이 L에 걸쳐 제2 높이 "h'"로 감소될 수 있다. 좁은 축에서 1 내지 약 0.5 ㎛에 근접하거나, 정세포의 두께에 근접하는 코어 스트림을 생성하기 위해, 감소된 높이 "h'"는 약 10 ㎛ 내지 약 35 ㎛일 수 있다. 도 18a는 변화의 길이 "L"이 약 200 ㎛ 내지 약 5,000 ㎛일 수 있는 점진적 변화를 도시한다. 변화 이전에, 유동 채널(818)의 폭 대 높이의 비는 약 4:1 내지 5:1일 수 있으며, 변화 이후 폭 대 높이의 비는 약 8:1 내지 10:1일 수 있다.
임의의 집속 형상 직후, 유동 채널(818)은 일반적으로 직사각형 형상을 가질 수 있거나, 도 18b의 횡단면으로 도시된 바와 같이, 인접한 모서리가 둥글게 되어 "D" 형상의 프로파일을 갖게 될 수 있다. 처음의 프로파일은 은선으로 표시되어, 두 개의 프로파일에 대한 비교를 제공한다.
도 18c는 검사 영역(826) 직전의 급격한 변화를 도시하며, 약 25 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 변화 길이 "L"을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 검사 영역(826) 직후 재팽창(842)이 있을 수 있다. 짧은 변화와 재팽창의 조합은, 시스템을 통해 세포들을 운반하는 데 더 낮은 압력을 필요로 하는 시스템, 또는 그 시스템의 배압을 줄이는 시스템을 가능하게 할 수 있다.
노즐과 흡사한 형상에서의 배향
도 19a 내지 도 19c를 참조하면, 공기 분사 유세포 분석기의 배향 노즐과 흡사한 배향 형상을 가진 유동 채널(918)의 일 실시예가 제공된다. 이러한 실시예에서, 유체 집속 특징부 및 정자 배향 특징부는 중첩될 수 있고, 실제로 공통 형상으로 통합될 수 있다. 유동 채널(918)은 제1 시스 입구(950a) 및 제2 시스 입구(950b)와 유체 연통하며 공급되며, 각각의 제1 시스 입구 및 제2 시스 입구는 배향 챔버(930) 내에 공급될 수 있다. 배향 챔버(930)는 노즐의 내부와 흡사한 내부 표면적을 포함할 수 있다. 샘플 입구(948)는 주입관(910)을 통해 공급되어 주입관 출구(914)를 통해 배향 챔버(930)내로 공급된다. 배향 챔버(930)는 가장 상류 지점에서 일반적으로 타원형 단면을 가질 수 있지만, 원형 또는 직사각형일 수도 있다. 배향 챔버의 높이와 관계없이 약 1,000 ㎛일 수 있다. 배향 챔버의 내면은 5,000 ㎛에 걸쳐 일반적으로 타원형, 또는 심지어 50 ㎛의 높이와 200 ㎛의 폭을 갖는 "D"형 채널로 변할 수 있다. 주입관(910)은 배향 챔버 내로 약 3,000 ㎛ 연장될 수 있으며, 리본 코어 스트림을 제공하고 코어 스트림 내에서 정자와 같은 입자들을 배향하는 내부적 및 외부적 특징부 중 하나 또는 둘 다를 가질 수 있다. 일례로, 주입관은 경사진 팁을 가질 수 있다. 다른 예로서, 주입관은, 주입관 출구에서 끝나는 타원형 또는 심지어 직사각형의 내부 채널을 가질 수 있다. 주입관(910)은 약 300 ㎛의 외부 두께를 가질 수 있다. 비제한적 예로서, 내부 채널은 약 100 ㎛의 높이 및 약 200 ㎛의 폭을 가질 수 있다.
하류 채널 특징부
앞서 설명한 임의의 배향 또는 집속 특징부와 결합하여 다양한 하류 특징부가 유동 채널에 포함될 수 있다. 이러한 특징부들은 입자들을 배향 또는 정렬하려는 경향이 있는 편향력을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 하류 채널 특징부는 유동 채널에서 주된, 또는 심지어 유일한, 정자 배향 특징부일 수 있다. 이러한 실시예에서, 하류 채널 특징부는 분석 및 분류를 위해 충분한 배향을 제공한다. 다른 실시예에서, 하류 채널 특징부는 다른 집속 특징부 및/또는 배향 특징부와 결합하여 사용될 수 있으며, 미정렬 또는 미배향되기 시작한 정자를 각각 재정렬 또는 재배향하도록 할 수 있다. 정세포들과 같은 입자들을 배향하는 데 최적의 효과를 얻기 위해, 하류 채널 특징부는 검사 영역 직전에 제공될 수도 있다.
도 20a로 돌아가면, 유동 채널(1018)의 일부에 있을 수 있는 램프(ramp)(1002)의 형태로 하류 채널 특징부가 도시되어 있다. 도 18a 내지 도 18c에 대해 설명된 바와 같이, 램프(1002)는 유동 채널 높이의 비교적 급격한 감소를 제공할 수 있다. 정세포의 두께보다 단지 약간 두꺼운 두께를 갖는 코어 스트림을 제공하기 위해 램프(1002)가 설계될 수 있다. 45도 미만의 경사를 갖는 램프(1002)는 완만한 램프로 간주될 수 있는 반면, 45도 내지 90도의 경사를 갖는 램프는 급격한 램프로 간주될 수 있다.
도 20a는 하류 채널 특징부와 중첩하는 여기 영역(26)의 일례를 제공한다. 램프(1002)는 유동 채널의 내부의 적어도 두 개의 표면 상에 도시되어 있으며, 배압을 줄이고 유체가 시스템을 통해 보다 용이하게 유동할 수 있도록 하기 위해 검사 영역(26) 직후 종료될 수 있다.
도 20b는 스피드 범프로 불릴 수 있는 팽창(1004)이 뒤따르는, 램프(1002) 형태의 하류 채널 특징부를 제공한다. 이러한 스피드 범프는, 코어 스트림 내의 정자 배향뿐만 아니라 검사 영역 직전 코어 스트림 집속을 위해 연속하여 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 스피드 범프들 또는 일련의 스피드 범프는 유동 채널(18)의 일면 상에 존재할 수 있는 반면, 다른 실시예에서, 스피드 범프들 또는 일련의 스피드 범프는 유동 채널(18)의 둘 이상의 표면 상에 존재할 수 있다. 관련된 실시예에서, 하나의 스피드 범프는 둥근 모서리를 가질 수 있고, 굴곡으로 지칭될 수 있다. 마찬가지로, 일련의 둥근 스피드 범프는 일련의 굴곡으로 지칭될 수 있다. 굴곡 또는 일련의 굴곡은 유동 채널(18)에서 하나의 표면 상에 존재하거나, 다수의 표면 상에 존재할 수 있다. 스피드 범프들 및/또는 굴곡들은 유동 채널(18) 내로 약 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 연장될 수 있다.
도 20c는 역 스피드 범프로 간주될 수도 있는, 감압-압축 구역(1006) 형태의 하류 채널 특징부를 도시한다. 채널의 확장 영역에서 초기에 유동이 분산되는 이러한 구역으로 유동이 유입되는 것으로 도시되어 있다. 유동이 계속됨에 따라, 확장 영역의 급격한 종료 지점에서 유동은 다시 압축된다. 도시된 실시예는 모서리에 대해 제공하지만, 표면이 평활하여 굴곡을 가진 다른 실시예를 제공할 수 있다. 이러한 특징부는 유동 채널 내로 약 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 연장될 수 있다.
도 20d는 유동 채널(18) 내에 배치될 수 있는 일련의 V형 특징부(1008)를 도시한다. 일련의 V형 특징부(1008)는 코어 스트림을 집속하는 경향을 나타낼 수 있는 일련의 힘을 제공한다. V형 특징부(1008)는 유동 채널의 3면 상의 절취 특징부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, V형 특징부(1008)는 기울어지거나 경사질 수 있다. V형 특징부(1008)는 또한 코어 스트림이 일련의 굴곡을 거치도록 둥근 모서리를 가질 수 있다. 역 스피드 범프처럼, V형은 유동 채널(18) 내로 약 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 연장될 수 있다.
자석을 이용한 정자 정렬/배향
도 21a로 돌아가면, 정세포들의 원하는 방향으로 자장(B)을 제공하는 데 활용되는 제1 자석(192A) 및 제2 자석(192B)으로서 정자 배향 특징부의 일 실시예가 도시되어 있다. 제1 자석(192A)은 유동 채널 위의 수직 위치에 위치하고 제2 자석(192B)은 유동 채널 아래에 평행하게 위치하여, 유동 채널을 통해 이동하는 정자에 작용하는 정자기장(B)을 생성할 수 있다. 자장이 정세포들에 수직이기만 하면 자석은 다른 방향으로 배치될 수 있으며, 정세포들은 가해진 자기장에 수직한 평면 차원을 갖도록 도시되었다. 특정 실시예들에서, 512개나 되는 채널 내의 정자를 배향하기에 충분히 강한 자기장을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 비제한적인 일 실시예에서, 약 0.05 Tesla 내지 약 1.0 Tesla의 자기장을 생성하도록 자석들(192)이 배치될 수 있다.
변환기를 이용한 정자 정렬/배향
대안적인 실시예에서, 변환기 또는 일련의 변환기가 미소유체 칩의 외부에 하나 이상의 유동 채널에 걸쳐 배치될 수 있다. 변환기의 일례는 일반적으로 미소유체 칩의 외면과 접하는 평면(194)을 갖는 압전 변환기일 수 있다. 상기 변환기는 유동 채널 내에 정상파를 생성하도록 구동될 수 있다. 정자는 정상파의 마디 및 배로 운반되어 유동 채널 내의 정자의 정렬뿐만 아니라 가능한 배향을 이끌어 낼 수 있다.
일부 실시예들에서, 정상파는 기타 배향 또는 정렬 특징부와 더불어 평면 변환기를 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 정자를 배향시키기 위해 유동 채널에 자기장이 인가될 수 있는 반면, 정자의 간격을 넓히고 정자를 정렬하기 위해 유동 채널 내에 정상파가 생성될 수 있다. 비제한적 일례로, 10 내지 16 MHz 사이에서 작동하는 평면 변환기는 유동 채널에서 유동하면서 정자 배향을 개선할 수 있다는 것을 놀랍게도 발견하였다.
정자 특성 측정
각각의 유동 채널에 이용된 배향 및 집속 특징부와 관계없이, 정자를 조명하고 조명된 정자로부터 방출되거나 반사된 전자기 방사선을 검출하는 데 있어서 상당한 정밀도가 요구된다. 정자는 꼬리의 움직임에 의해 불규칙하게 나아갈 수 있는 살아있는 운동성 세포이다. 이와 같이, 유동 채널 내의 정자를 정렬하고 배향하는 데 상당한 주의를 하더라도, 많은 수의 정자가 모두 배향되지 않거나 배향력에 저항할 가능성이 항상 존재한다. 이전의 노력들은 모든 면에서 또는 모든 면으로부터 정자를 조명할 가능성을 고려했을 수 있다. 그러나, 각각의 채널은, 반사 표면 및/또는 굴절 렌즈를 포함하여, 수집 광학장치뿐만 아니라 조명 광학장치를 위한 상당량의 공간을 필요로 하므로, 이러한 구성은 하나의 칩 내 다수의 유동 채널에는 적용될 수 없다.
조명
이전의 공기 분사 유세포 분석기에서, 각각의 노즐 또는 스트림은 성능 또는 분류 특성들에 대해 별개로 모니터링되는 경향이 있다. 그러나, 4개 내지 512개의 유동 채널을 갖는 미소유체 칩에서는, 데이터 추적 및 표시 목적을 위해 특정 데이터를 병합하는 것이 바람직하다. 염색된 정자에서 생성되는 형광의 변화는 극소량이기 때문에, 각 유동 채널의 조명 변화는 감소되거나 제거되어야 한다. 전체 내용이 본원에 참조로 통합된 미국 특허 제7,492,522호에 기술된 것과 유사한 시스템이, 복수의 유동 채널(18)에 걸쳐 균일한 조명을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
도 1을 다시 간략히 참조하면, Newport Spectra Physics (Irvine, CA)에서 입수할 수 있는 Vanguard 355-350 또는 Vanguard 355-2500 모델 레이저와 같은 반연속파 레이저일 수 있는 전자기 방사원(30)이 도시되어 있다. 전자기 방사원(30)으로부터 방출된 전자기 방사선(46)은 자유 공간에 있는 빔 성형 광학장치(40) 및/또는 빔 분할 디바이스(74)에 의해 조정되어, 때로는 빔 조각 또는 빔 단편으로 지칭되는 하나 이상의 조정된 빔(들)(44)을 생성할 수 있다. 이러한 빔 조각들은, 복수의 유동 채널에 균일한 강도, 출력, 및/또는 형상을 제공하도록 변경된 하나 이상의 빔 형태를 가질 수 있다.
균일한 빔 단편들을 얻기 위한 구성은, 전자기 방사원(30)으로부터의 전자기 방사선을, "탑 햇" 또는 "상부가 평평한" 빔 프로파일과 같은, 하나 이상의 축에서 매우 균일한 프로파일로 성형하기 위한, 자유 공간에 있는 빔 성형 광학장치(40)를 포함할 수 있다. 하지만, 일례로서, 빔 프로파일은 하나 이상의 축에서 균일한 강도를 갖거나, 하나 이상의 축에서 가우스 강도 분포를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 탑 햇 프로파일 빔은 미소유체 칩 내 유동 채널의 수에 따라 다수의 빔 단편으로 분할될 수 있다. 미소유체 칩의 유동 채널 상에 다수의 빔 단편을 투영하기 위해 초기 빔 성형 광학장치 이후에, 단편화된 미러, 또는 빔의 단편들을 공간적으로 분리하기 위한 다른 디바이스가 있을 수 있다. 결과적인 빔 단편들은 실질적으로 평행하고, 유동 채널의 간격에 따라 이격될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 빔 성형 광학장치는 빔에 최종 빔 강도 프로파일을 제공할 수 있으며, 빔 강도는 이후 빔 분할 미러 또는 다른 적절한 광학 빔 분할 디바이스에 의해 균일한 크기의 다수의 빔 또는 빔 단편들로 분할될 수 있다. 일례로, 빔 분할 미러들의 마이크로 어레이와 같은 빔 분할 미러들의 어레이가 이용될 수 있다. 256개 내지 512개의 유동 채널에 근접한 칩에서, 빔 분할 부재들의 조합이 이용될 수 있다. 예를 들어, 빔은 본래의 빔 프로파일이 각각의 빔 단편에서 본래의 빔 강도의 일부로 유지되도록 종래의 빔 분할 미러에 의해 수 개의, 예컨대 4개 내지 8개의 빔 단편으로 분할될 수 있다. 각 빔 단편은, 일단 그렇게 형성되면, 단편화된 미러에 의해 분할되어 미소유체 칩의 각 유동 채널을 조명할 수 있다.
또한, 대안적인 실시예에서, 각 빔 단편의 빔 경로에 차단 또는 마스킹 부재가 배치될 수 있다. 차단 또는 마스킹 부재는 각 유로에 고유하거나, 유로 내 입자 속도, 유로 내 입자 정렬, 또는 심지어 유로 내 입자 배향에 관한 구체적 정보 확인을 돕기 위한 형상을 가질 수 있다. 이러한 부재들은 자유 공간에 위치하거나, 미소유체 칩(80)의 기판 상에 포함될 수 있다.
검출
도 22를 참조하면, 수집 광학장치(54) 또는 수집 광학장치의 일부에 대한 예가 본원에 설명한 다양한 시스템에서의 사용을 위해 도시되어 있다. 전자기 방사선의 대표적인 조정된 빔(44)은 유동 채널에 수직 방향으로 미소유체 칩(80)의 검사 구역(26)에 입사될 수 있다. 전방 형광 형태의 방출된 전자기 방사선(52)은, 정세포(12)일 수 있는 입자로부터 나오는 것으로 도시되어 있다.
수집 광학장치(54)는 전자기 방사선의 조정된 빔의 빔 경로에, 또는 여기 빔(44)에 대해 0도 각도의 위치에 배치될 수 있다. 수집 광학장치(54)는 각 유동 채널(18)의 검사 영역(26)에서 반사 및/또는 방출된 광의 집속된 수집을 위한 높은 개구수의 수집 렌즈(126)를 포함할 수 있다. 하나의 대물 렌즈(140) 또는 다수의 대물 렌즈는, 각 유동 채널(18)의 검사 영역(26)에 대해 구성된 광섬유 케이블(186)을 갖는 광섬유 케이블 어레이(188)가 설치된 표면에 부수적인 이미지 평면(182) 상에, 수집된 방출 및/또는 반사 광을 집속할 수 있다. 일 실시예에서, 대물 렌즈(140)는, 넓은 칩 면적으로부터 복수의 개별 검출기, 또는 검출기들과 연통하는 섬유에 형광 방출을 할 수 있는 큰 대물 렌즈 또는 일련의 렌즈를 포함할 수 있다. 비제한적 예로서, 수집 광학장치(54)는, 약 25 mm 내지 75 mm의 길이 또는 폭을 가진 면적으로부터 수집하도록 구성되고, 약 0.9 내지 1.2 범위 내의 조리개 값을 가지며, 약 10 mm 내지 약 30 mm의 작동 거리를 위해 구성된, 조리개 값이 작은 대면적 광학 시스템을 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 마이크로 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이가 다수의 유동 채널로부터 방출된 형광을 수집하는 데 사용될 수도 있다.
도 23은 광학적 배치(190), 예컨대, 미소유체 칩(80)의 평행한 일련의 유동 채널(18)로부터 전방 또는 측면 형광을 포착하기 위해 사용될 수 있는 광섬유 케이블 어레이를 도시한다. 이러한 광학적 배치는 도 22의 수집 광학장치와 더불어 측면 형광의 수집을 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 광학적 배치(190)는 전방 위치 또는 0도 각도에 배치되어 각 유동 채널(18)로부터 전방 형광을 직접 수집할 수 있다. 예시적 실시예에서, 제1 검출기들의 어레이에서 각각의 제1 검출기 및 제2 검출기들의 어레이에서 각각의 제2 검출기는 측면 형광 검출기일 수 있다. 정자 분류 작동에 있어서, 이러한 검출기들은 언제 정자가 배향되지 않는지, 정자가 회전으로 인해 배향되지 않았는지, 기울어짐으로 인해 배향되지 않았는지를 결정하는 기능을 할 수 있다.
도 24a는 약 45도의 각도에서 측면 형광을 수집하는 제1 측면 검출기(176) 및 반대 방향의 약 45의 각도에서 측면 형광을 수집하는 제2 측면 검출기(178)와 더불어 전방 형광을 검출하기 위한 수집 광학장치(54)를 포함하는 검출 방식의 예를 제공한다. 제1 측면 검출기(176) 및 제2 측면 검출기(178)는 각각의 광학 축 간에 90도 각도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 24a에 도시된 개략적 검출 방식과 더불어, 도 24a 내지 도 24e는, 각 유동 채널의 검사 영역(26)과 관련된 전방 검출기(54), 제1 측면 검출기(176), 및 제2 측면 검출기(178) 각각에 의해 발생할 수 있는 파형 펄스뿐만 아니라, 유동 채널(18) 내의 다양한 정자 배향을 제공한다. 이러한 파형 펄스는 분석기에서 결정될 수 있고, 분석기(58)에 의해 적용된 분류 로직에서의 사용을 위해 파형 펄스의 특성 또는 특징이 추정될 수 있다. 일반적으로, 정자의 평평한 라켓 형상 표면에 수직인 광학 축을 가진 검출기는 최대의 가능한 신호를 제공할 것이지만, 반면, 그 평면에 평행한 광학 축을 가진 검출기는 사실상 정자의 좁은 모서리를 바라볼 것이고 상당히 낮은 신호를 발생할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 24a는 회전 또는 기울어짐 없는 유동 채널 내 정세포(12)의 일례를 제공하며, 이는 다른 정세포들을 나타내는 다른 파형 펄스들과의 직접 비교를 위해 전방 형광 신호가 최대 펄스 높이 및 펄스 면적을 포착할 수 있도록 한다. 제1 측면 검출기(176) 및 제2 측면 검출기(178)에 의해 발생된 파형 펄스는 실질적으로 서로 유사한 것을 볼 수 있다.
도 24b로 돌아가면, 기울어진 정세포(12)는 하방으로 약 45도 기울어져, 제1 측면 검출기(176)에 수직 형광을 제공하고, 제2 측면 검출기(178)에 정자의 모서리를 제공한다. 특정 환경 하에서, 정자의 모서리는 매우 밝지만 다른 방향에 있는 것보다 더 짧게 형광을 발할 수 있다. 제1 측면 검출기(176)에 의해 생성된 파형 펄스는, 전방 검출기(54)로부터 생성된 파형 펄스뿐만 아니라, 제2 측면 검출기(178)에 의해 생성된 파형 펄스와 비교될 수 있는, 피크 높이, 피크 면적, 및 피크 폭을 가질 것이다.
마찬가지로, 도 24c는 상방으로 45도 기울어져, 제1 측면 검출기(176)에 하나의 형광을 제공하고, 제2 측면 검출기(178)에 수직 형광을 제공하는, 정자 머리의 일례를 제공한다. 측면 검출기들로부터의 결과적인 파형 펄스들에 대한 펄스 높이, 펄스 폭, 및 펄스 면적에 있어서 다시 상당한 차이가 존재할 수 있다. 따라서, 측정된 파형 펄스 매개변수들을 분석하여, 검출하는 동안 정세포들이 언제 기울어지는지를 결정할 수 있다. 파형 펄스 높이, 면적, 폭의 차이를 비교하여 격차를 결정할 수 있다. 격차가 임계치를 초과하면, 정세포는 X-염색체를 지닌 정자 또는 Y-염색체를 지닌 정자를 정확하게 구별할 정도로 충분히 잘 정렬되지 않았다고 결정될 수 있다. 펄스 기울기, 상승 시간, 및 내부 펄스 면적과 같은 추가 매개변수들 또한 비교를 위해 결정될 수 있다.
도 24d는 90도 기울어진 정세포를 도시한다. 이러한 경우, 제1 측면 검출기 및 제2 측면 검출기에 의해 생성된 파형 펄스는 매우 유사할 수 있다. 전방 검출기에 의해 생성된 파형 펄스는 급격하게 변해야 하는데, 예를 들어, 펄스 폭, 상승 시간, 및 면적은 올바른 방향의 정자와 구별될 수 있다.
도 24e는 세로축을 중심으로 회전하는 정세포를 도시한다. 정자 머리의 곡률은 제1 측면 검출기 및 제2 측면 검출기에 유사한 신호를 제공할 수 있지만, 각 파형 피크의 시간 사이에 옵셋 또는 지연이 존재할 수 있다. 따라서, 두 신호 간에 상승 시간, 기울기 또는 피크 지연을 계산하여 세포들이 언제 회전하는지를 결정할 수 있다.
본원에 설명한 많은 실시예들에서, 기울어짐과 회전 모두에 대해 정자를 배향하고자 하는 특징들과 형상들이 이용된다. 그러나, 그럼에도 불구하고 일부 비율의 정자는 배향되지 못할 것이다. 설명된 배향 특징들에도 불구하고, 일부 정자는 유동 채널 내에서 실패(tumbling) 상태로 보내질 수 있다. 이러한 정자는 기울어짐 및 회전 측면에서 배향되지 않는 경향을 높게 나타낼 수 있다. 따라서, 회전 자체는 미소유체 칩에서 검출되기 더 어려울 수 있지만, 기울어짐을 검출하기 위한 임의의 설명된 수단이 성별 분류를 위한 게이팅으로부터 회전된 정자를 제거하는 데 도움을 줄 수도 있다.
전술한 내용으로부터 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 진정한 측면 형광 값 또는 대안적으로 측면 산란은 이전에 미소유체 칩의 다수의 유동 채널에서 측정되지 않았다. 정자 분류 분야에서, 이러한 측정된 측면 형광은 정자 방향에 관한 유용한 정보를 제공할 것이다.
도 25a는 유동 채널(1018)에서, 또는 각각의 다수의 유동채널에서 전방 형광(1052) 및 측면 형광(1058)을 둘 다 측정할 능력을 제공하는 미소유체 칩(1080) 구성을 도시한다. 미소유체 칩(1080)의 일부에 대한 단면도가 제공되며, 이에 따라, 유동 채널(1018) 내 유동은 외측 방향으로 될 것으로 이해될 수 있다. 유동 채널(1018)의 크기는 명료성을 위해 과장될 수 있다.
측면 형광(1058) 또는 측면 산란을 검출될 수 있는 위치로 반사할 목적으로, 반사 표면(1010) 형태의 반사 부재가 각 유동 채널(1018)과 관련될 수 있다. 반사 표면(1010) 대신에, 또는 이와 결합하여 굴절 부재가 사용될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 일례로, 전방 형광 또는 측면 형광과 같은 특정 경로에서 원하는 광 반사 및/또는 광 굴절을 얻기 위해, 미소유체 칩 기판은 상이한 굴절률을 가진 다수의 재료로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 반사 표면(1010a)은 유동 채널(1018a)의 검사 영역을 따라 실질적으로 평행하게 약 45도 각도로 배치함으로써 유동 채널(1018a)과 관련된다. 측면 형광(1058a)은 전자기 방사선(1044a)으로 여기되는 정세포(1012)로부터 방출되는 것으로 도시되어 있다. 측면 형광은 반사 표면(1010a)에 도달할 때까지 이동하며, 그 지점에서 측면 형광은 방향이 바뀌어 전방 형광 신호(1052a)와 실질적으로 평행하게 된다. 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 전방 형광(1052)과 평행하지 않은 방식으로 측면 형광을 수집하기 위해, 반사 표면(1010)은 다른 각도로 제공될 수 있다.
도시된 시스템은, 앞서 설명한 것과 같은, 하나의 큰 수집 렌즈를 포함하는 수집 광학장치(54)를 포함할 수 있으며, 그 수집 렌즈에 의해 형광 검출기와 연통하는 섬유 케이블들과 일치하는 이미지 평면 상에 각각의 전방 형광 및 측면 형광이 투영된다. 측면 형광 검출기는 전방 형광 검출기와 실질적으로 동일할 수 있으며, 단지 분석기(58)에 저장된 명령의 실행에 차이가 있을 수 있다. 대안적으로, 도 26a 내지 도 26d에 도시된 것과 같은 검출 방식들이 사용될 수도 있다.
제2 유동 채널(1018b)은 제2 전방 형광(1052b) 및 제2 측면 형광(1058b)을 생성하는 것으로 도시되었지만, 이러한 실시예는 4 내지 512개의 유동 채널을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유동 채널들(1018) 및 이와 관련된 반사 표면(1010) 각 세트는, 유동 채널(1018) 사이의 크로스 토크(cross talk)를 방지하는 차단 부재(1026)에 의해 다른 세트들로부터 분리될 수 있다.
도 25b는, 미소유체 칩(1180)을 형성하는 기판의 일부를 절취하여 형성되는, 반사 표면(1110)의 변형을 도시한다. 절취부(1112)는 유동 채널(1118)에 대해 근위면(1114) 및 원위면(1116)을 가질 수 있다. 근위면은 유동 채널(1118)과 관련된 반사 표면을 포함할 수 있으며, 굴절률 차이로 내부 전반사가 가능할 수 있다. 이전 도면과 마찬가지로, 채널들 및 이와 관련된 반사 표면 각 세트 사이에 차단 부재가 선택적으로 추가될 수 있다.
도 25c로 돌아가면, 각각의 유동 채널(1218)은 제1 반사 표면(1220) 및 제2 반사 표면(1222)과 관련된다. 각각의 반사 표면은 약 45도 각도로 제공됨으로써 전방 형광(1252)과 평행한 -90의 측면 형광(1254) 및 +90의 측면 형광(1256)을 제공할 수 있다. 이전 도면과 같이, 재료의 굴절률 차이는 내부 전반사를 제공함으로써, 전자기 방사선(1244)으로 여기된 입자들에 반응하여 하나의 전방 형광 및 두 개의 측면 형광 광 경로를 생성한다. 이러한 실시예는 채널들 간의 크로스 토크를 방지하기 위해 차단 부재를 필요로 할 수 있다.
도 25d는 유동 채널(1318) 자체의 하나 이상의 측벽에 내부 반사 표면이 제공된 실시예를 도시한다. 제1 유동 채널(1318a)은 제1 반사 측벽(1320a) 및 제2 반사 측벽(1322a)과 함께 도시되어 있다. 그러나, 제1 측벽만 반사 특성을 갖도록 미소유체 칩이 제조될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 대안적으로, 양쪽 측벽이 반사 특성을 가질 수 있지만, +90의 측면 형광 또는 -90의 측면 형광 중 하나만을 검출하는 검출 시스템이 이용될 수 있다. 어느 경우에나, 채널들 간의 크로스 토크를 방지하기 위해 유동 채널들 간에 차단 부재(1326)가 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 다양한 칩 기판의 굴절 특성은 원하는 반사 및/또는 굴절을 얻기 위해 칩 내의 상이한 위치에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 표면(1320 및 1322)과 일치하는 기판의 중간 층은 기판의 상단 층 및 하단 층에 비해 상이한 굴절률을 갖는 재료를 포함할 수 있다.
도 25a 내지 도 25d의 칩에 의해 생성된 평행한 전방 형광 및 측면 형광을 검출하기 위해 다양한 검출 시스템이 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 앞서 설명한 섬유 광학 어레이에 부수적인 이미지 평면 상에 각각을 집속하기 위해 하나의 큰 수집 렌즈가 포함된다. 이러한 실시예는 2배 많은 검출기를 필요로 할 수 있다.
각 채널(1418)로부터의 전방(1452) 및 측면 형광(1456)을 수집하기 위한 대안적 검출 시스템이 도 26a에 도시되어 있다. 도시된 미소유체 칩(1480)은 각각의 유동 채널(1418)과 관련된 반사 표면(1410)을 포함하며, 이러한 반사 표면은 여기 전자기 방사선(1444)에 반응하여 전방 광 경로 및 측면 광 경로를 제공한다. 각각의 전방 및 측면 광 경로로부터 광을 수집하기 위해 마이크로렌즈 어레이와 같은 렌즈 어레이(1430)가 미소유체 칩(1480)과 함께 정렬될 수 있다. 마이크로렌즈 어레이(1430)는 제1 유동 채널(1418a)에 대해 전방 수집 렌즈(1440a) 및 측면 수집 렌즈(1442a)를 포함할 수 있다. 각각의 전방 수집 렌즈(1440) 및 측면 수집 렌즈(1442)는, 형광이든 산란이든, 수집된 전자기 방사선을 전방 검출기(1446a) 및 측면 검출기(1448a) 상에 각각 집속하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 렌즈 어레이(1430)는 수집된 전자기를 각각의 검출기와 연통하는 광섬유 케이블 어레이 상에 집속한다.
도 26b는 도 23에 도시된 어레이와 유사한 섬유 어레이(1520)를 포함하는 대안적인 실시예를 도시하며, 섬유 어레이는 각각의 유동 채널(1518)과 관련된 여기 전자기 방사선(1544) 및 반사 표면(1510)에 의해 생성된 전방 형광(1552) 및 측면 형광(1558)을 수집하기 위한 2배수의 섬유 케이블을 포함한다. 마찬가지로, 도 26c는 미소유체 칩(1680)에 근접해 있는 검출기 어레이(1650)를 제공하며, 이에 따라 각 유동 채널(1618)은 관련된 반사 표면(1610)을 가지므로 각각의 여기 전자기 방사선(1644)은 전방 및 측면 형광을 생성할 수 있다. 전방 검출기(1646) 및 측면 검출기(1684)는 각 유동 채널(1618)에 대해 검출기 어레이(1650) 내에 제공된다.
대안적인 실시예에서, 검출기들 또는 섬유 어레이는 여기 빔과 에피 조명 관계로 배치될 수 있다. 도 26d는 유동 채널(1718) 및 여기 빔이 수신되는 방향으로 측면 형광 또는 산란을 반사하도록 기울어진 관련 반사 표면(1710)을 가진 미소유체 칩(1780)을 도시하며, 여기서 여기 빔은 측면 검출기(1748) 또는 측면 검출기(1748)와 연통하는 섬유 케이블에 의해 수신될 수 있다. 여기 빔(1744)을 유동 채널(1718) 쪽으로 향하게 하기 위해 색 선별 미러(1726)가 각 채널에 대해 배치될 수 있는 반면, 셀로부터 후방으로 방출된 형광(1758)은 색 선별 미러(1726)를 통과하여 후방 검출기(1746) 또는 후방 검출기(1746)와 연통하는 섬유 케이블로 향할 수 있다. 도시된 예는 측면 형광(1756)을 측면 검출기로 향하게 할 수 있는 내부 반사 표면(1710)을 제공한다.
칩 내의 복수의 평행한 유동 채널에서 정자 배향 문제에 대한 다양한 잠재적 해결책은 채널 형상, 수집 광학장치, 및/또는 필요한 검출기 구성에 대한 복잡성 수준을 추가할 수 있다.
도 27로 돌아가면, 마스크 또는 부분 전송 차단 부재를 포함함으로써 추가적 검출기들이 제거될 수 있는 잠재적 해결책이 존재한다. 특히, 제1 검출 마스크(1820) 및 제2 검출 마스크(1830)가 전방 형광(1852) 및 측면 형광(1856)의 경로에 각각 배치될 수 있다. 각각의 마스크는 자유 공간에 배치되거나, 칩의 기판에 연결되거나, 형광 경로에 있는 다른 광학 부재에 연결될 수 있다. 제1 검출 마스크(1820) 및 제2 검출 마스크(1830)를 통한 광학 경로는 궁극적으로 동일한 검출기(1840)에 도달할 수 있고, 결국 전방 형광 및 측면 형광 모두로부터의 정보를 나타내는 파형 펄스를 생성한다. 상호 배타적 전송에 대해, 검출기에 의해 발생한 파형 펄스가, 전방 형광에 직접 기인하는 단편들 및 측면 형광에 직접 기인하는 부분들과 단편들을 포함하도록 마스크가 구성될 수 있다. 대안적으로, 신호들을 디컨벌루션하기 위해 분석기가 사용될 수 있으므로, 제1 검출 마스크(1820) 및 제2 검출 마스크(1830)는 측정에서 과도하게 오류를 야기하지 않으면서 어느 정도 중첩될 수 있다.
분석기는 하나의 파형 펄스로부터 각각의 신호를 디컨벌루션함으로써 하나의 검출기로부터 전방 형광 및 측면 형광 정보를 제공할 수 있다. 대안적으로, 더 복잡한 마스크들이 각각의 광 경로에 포함될 수 있고, 검출기는 둘 이상의 유동 채널로부터 신호를 수신할 수 있어서, 각 유동 채널은 각각의 관련 마스크에 고유한 서명 패턴을 포함한다.
도 28a는 본원에 설명한 다양한 다른 특징부와 통합될 수 있는 검출 방식의 다른 실시예를 제공한다. 도시된 검출 방식은 측면 형광을 검출할 필요성을 완전히 제거하며, 미소유체 칩(1980) 내 4 내지 512개의 유동 채널 각각과 통합될 수 있다. 정세포(1912)는 유동 채널(1918)의 검사 영역에서 전자기 방사선(1944)의 빔에 의해 검사되는 것으로 도시되어 있다. 여기 빔 및 전방 형광은 미소유체 칩(1980)을 통해 여기 빔의 경로에서 전방으로 이동하여, 각각은 서로 다른 파장이므로, 둘 중 하나를 반사시킬 수 있는 색 선별 미러(1924)와 만난다. 일례로, 전자기 방사선(1944)은 UV 파장에서 동작하는 레이저에 의해 생성될 수 있고, 색 선별 미러(1924)를 통과하여 흡수/흡광 검출기(1962)로 향할 수 있다. 전자기 방사선(1960)의 전송된 부분은 다양한 목적을 위해 활용될 수 있다. 흡수/흡광 검출기(1962)는 세포들의 존재에 대해 유동 채널을 효율적으로 모니터링 하도록 구성될 수 있고, 세포들이 여기 빔(1944)을 통과할 때, 흡수/흡광 검출기(1962)에 의해 수신되는 전송된 부분(1960)의 강도는 상당히 감소될 수 있다. 단순히 세포의 존재 이외에, 형광이 소멸되는 양은 통과하는 정세포가 원하는 방향인지를 결정하기 위한 정량화할 수 있는 측정을 제공할 수 있다.
동시에, 반사된 전방 형광(1952)은 통과하는 정세포(1912)의 DNA 함량을 측정하는 데 활용될 수 있는 전방 형광 검출기(1946)에 입사된다. 도 28b는 흡광/흡수 검출기에 의해 생성된 대표적 신호를 도시한다. 여기 빔의 전송된 부분(1960)의 최대 출력이 흡수/흡광 검출기(1962)에 입사되는 것을 나타내는 기준선(1940)을 볼 수 있다. 흡수/흡광 검출기(1962), 또는 검출기로 이어지는 광 경로에 있는 광학장치는 중성 밀도 필터, 또는 흡수/흡광 검출기(1962)에 의해 확인되는 실제 레이저 출력을 감소시키는 다른 어떤 광학 디바이스를 포함할 수 있다. 어떤 경우에도, 어떠한 정자도 여기 빔을 통과하고 있지 않는 시간을 반영하는 기준선이 설정된다. 빔을 통과하는 배향된 정자를 나타내는 파형 펄스(1950)를 볼 수 있고, 미배향 정세포(1960)를 나타내는 덜 뚜렷한 파형 펄스가 뒤따른다.
어떤 펄스가 배향된 정세포를 특징짓고 어떤 펄스가 미배향 정세포를 특징짓는지 결정하기 위해, 흡광 검출기(1962)에 의해 생성된 신호들로부터의 파형 특성이 추정될 수 있다. 펄스 면적의 일부가 펄스 피크를 중심으로 있음을 나타낼 수 있는, 펄스 피크, 펄스 면적, 또는 심지어 펄스 내부 면적은 개별적으로 또는 결합하여 정자 방향에 관한 결정을 제공할 수 있다.
도 28b는 검출기(1946)로부터의 형광 신호를 또한 도시하는데, 그 신호는 배향된 정세포에 대응하는 제1 파형 펄스(1970) 및 미배향 정세포에 대응하는 제2 파형 펄스(1980)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 정세포가 흡광 신호에 따라 배향된 것으로 결정되면, X-염색체 또는 Y-염색체의 존재를 결정하기 위해 정세포들 내 상대적 DNA량을 정량화하기 위해 펄스 피크 펄스 면적, 펄스 면적, 및/또는 기타 파형 특성에 대해 형광 신호가 분석될 수 있다.
도 29a 내지 도 29d는 측면 형광 검출기의 필요성 및 제2 검출기의 필요성을 모두 제거하는 다른 가능성 있는 구성을 도시한다. 도 29a는 일반적으로 유동 채널(2018)을 갖는 미소유체 칩(2080)의 수직 단면도를 도시하며, 유동 채널 내에서 여기 빔(2044)은, 정자로 하여금 마스크(2020)를 통과하여 검출기(2054)로 향하는 전방 형광(2052)을 생성하도록 하는 것으로 개략적으로 도시되어 있다.
도 29b에 도시된, 미소유체 칩을 위에서 본 도면은 마스크(2020)에 두 개의 별개의 영역을 도시한다. 배향된 정세포(2012)는 마스크(2020)로 가는 경로에서 유동 채널(2018)을 통해 이동하는 것으로 도시되어 있다. 각각의 별개의 마스크 영역에 의해 생성된 신호는 동일한 검출기(2054)를 통과하며, 일련의 파형 펄스를 제공할 수 있다. 배향된 정자(2014) 및 미배향 정자(2016)의 경우에 대해, 이러한 윈도우에서 검출기(2054)에 의해 발생된 신호를 도 29b에서 볼 수 있다.
제1 마스크 영역(2022)은 마스크(2020)의 DNA 함량 측정 부분일 수 있고, 적어도 측정되는 정자만큼 넓고 적어도 정자 머리만큼 긴 하나의 구멍(2030)을 포함할 수 있다. X-염색체를 지닌 정자를 Y-염색체를 지닌 정자와 구별하기 위해 제1 파형 펄스(2002A)로부터 피크 높이 및 피크 면적이 결정될 수 있는 반면, 미배향 정자(2016)의 제1 파형 펄스(2002B)는 분류 로직에 따라 분류에서 제외될 수 있다.
제2 마스크 영역(2024)은 다수의 개구를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 수 개의 이격된 개구 쌍들이 유로(2018)를 따라 순차적으로 위치할 수 있다. 일부 중첩될 수도 있지만, 각각의 개구 쌍은 서로 다른 가로 방향 위치를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 더 작은 폭과 더 큰 폭이 사용될 수도 있지만, 이격된 개구는 1 내지 10 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 제1의 이격된 개구 쌍(2026)은 가장 멀리 떨어져 있는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 배향된 정자(2014)는 양쪽 개구를 통해 충분히 잘 형광을 발하는 경향을 나타내어 제2 파형 펄스(2004A)를 생성할 것이고, 반면, 미배향 정자(2016)는 절반 강도의 펄스를 생성할 수 있지만, 아무런 파형 펄스도 생성하지 않을 가능성이 있다.
제2 개구 쌍(2028)은 약간 더 하류에 도시되어 있고 서로 더 가깝게 이격되어 있다. 배향된 정자(2014)는 마스크의 양쪽 개구를 통해 형광을 발하여 제3 파형 펄스(2006A)를 생성할 것이다. 잘못된 배향의 정도에 따라, 미배향 정자(2016)는 마스크의 이러한 부분에서 약간의 형광을 생성할 수 있지만, 예시적인 예는 검출기에 모서리를 제공하여, 여전히 아무런 파형 펄스도 생성되지 않는다. 제2 영역(2024)의 마지막 개구(2032)는 유로(2018)의 중심에 도시되어 있다. 다시, 배향된 정자(2014)는 제4 파형 펄스(2008A)를 생성할 수 있다. 마스크와 마주하는 모서리를 갖는 미배향 정자(2016) 조차 제4 파형 펄스(2008B)를 생성할 수 있다.
검출기는, 정세포가 검사 영역을 통과했을 때 배향되었는지를 결정하기 위해 제2, 제3, 및 제4 파형 펄스의 존재 또는 부재를 판독할 수 있는 분석기와 연통하여 제공된다. 디지털 시스템에서, 일단 배향이 결정되면, 제1 펄스 파형의 펄스 면적 및/또는 펄스 피크가 평가될 수 있고, 성 특성에 관한 결정을 할 수 있다.
도 29d는 유로를 따라 가로 방향 패턴으로 점진적으로 이동하는 슬릿 형태의, 제2 마스크 영역(2024')에 대한 대안적 배치를 제공한다. 임의 개수의 기타 유사한 구성이 제2 마스크 영역(2024')에 포함될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 짝이 없는 구성에서, 파형 펄스의 수는 정자가 배향되었는지 여부 및 어떻게 배향되지 않을 수 있는지에 대한 지표를 제공할 수 있다. 구멍 또는 슬릿의 가로 방향 위치에 약간의 차이가 있는 한, 임의 개수의 패턴이 이용될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
전술한 내용으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 유동 채널에서 코어 스트림을 집속하거나 정자를 정렬하기 위한 설명된 특징부들은, 정자 방향을 감지하기 위한 다양한 특징부뿐만 아니라, 정자를 배향하기 위한 다양한 특징부, 및 심지어 코어 스트림을 집속하기 위한 다른 특징부들과 결합될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 설명된 배향 특징부는 정자를 배향할 목적으로 하나의 유동 채널에서 이용될 수 있다. 전술한 발명은, 임의의 조합으로 제공될 수 있고 적어도 다음을 포함하는 많은 발명의 양태를 포함한다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
A1.
샘플 소스; 기판; 기판에 형성된 유동 채널로서, 유동 채널은 샘플 소스와 유체 연통하는 입구를 가지며, 유동 채널은 검사 영역, 제1 출구, 및 제2 출구를 더 포함하는, 적어도 하나의 유동 채널; 적어도 하나의 유동 채널 각각과 연통하여 적어도 하나의 유동 채널 내의 정자를 제1 출구로부터 멀리 선택적으로 전향시키는 적어도 하나의 유동 채널 각각과 연통하는 적어도 하나의 전향 기구; 검사 영역에서 정자를 조명하기 위한 전자기 방사원; 적어도 하나의 유동 채널의 검사 영역에서 정자 특성을 결정하기 위해 정렬된 검출기; 검출기와 연통하여 정자 특성을 결정하는 분석기; 측정된 정자 특성에 기초하여 전향 기구를 선택적으로 활성화하기 위해 분석기와 연통하는 제어기; 및 제2 출구와 연통하는 수집 용기를 포함하는, 정자 분류 시스템.
A2.
A1 항에 있어서, 적어도 하나의 유동 채널은 미소유체 칩 상에 형성된 다수의 유동 채널들을 포함하는, 시스템.
A3.
A2 항에 있어서, 다수의 유동 채널들은 4 내지 512개의 유동 채널을 포함하는, 시스템.
A4.
A2 또는 A3 항에 있어서, 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자에 특징이 있는 정자 또는 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자에 특징이 있는 정자 둘 중 하나는 각각의 유동 채널의 제2 출구로 편향되는, 시스템.
A5.
A1 내지 A4 중 어느 항에 있어서, 수집 용기는 하나 이상의 유동 채널의 제2 출구와 유체 연통하는 공통의 유체 수집 용기를 포함하는, 시스템.
A6.
A1 내지 A5 중 어느 항에 있어서, 각각의 유동 채널은 제3 출구를 더 포함하는, 시스템.
A7.
A6 항에 있어서, 생존 가능한 X-염색체에 특징이 있는 정세포들은 제2 출구 또는 제3 출구 중 하나로 전향되며, 생존 가능한 Y-염색체에 특징이 있는 정자는 제2 출구 및 제3 출구 중 다른 하나로 전향되는, 시스템.
A8.
A1 내지 A6 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널들의 제2 출구 각각은 제1 공통 수집 용기에 연결된, 시스템.
A9.
A6 항에 있어서, 유동 채널들의 제3 출구 각각은 제2 공통 수집 용기에 연결된, 시스템.
A10.
A1 내지 A9 중 어느 한 항에 있어서, 제1 출구와 연통하는 수동 수집 용기를 더 포함하는, 시스템.
A11.
A1 내지 A9 중 어느 한 항에 있어서, 시스템은 시스 소스를 더 포함하되, 유동 채널은 시스 소스와 유체 연통하는 시스 입구를 더 포함하는, 시스템.
A12.
A11 항에 있어서, 수동 수집 용기와 유체 연통하는 이송 기구; 수동 수집 용기를 시스 소스에 연결하는 유체 통로; 및 수동 수집 용기를 시스 소스에 연결하는 유체 통로 내의 입자 농축 디바이스 또는 유체 제거 시스템을 포함하는 시스 유체 재순환 시스템을 더 포함하는, 시스템.
A13.
A1 내지 A12 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 유동 채널은 미소유체 칩 상에 형성된 다수의 유동 채널들을 포함하며, 전향 기구의 적어도 일부는 미소유체 칩 내에 내장된, 시스템.
A14.
A1 내지 A13 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 유동 채널은 미소유체 칩 상에 형성된 다수의 유동 채널들을 포함하며, 전향 기구의 적어도 일부는 미소유체 칩의 외부에 위치하는, 시스템.
A15.
A1 내지 A14 중 어느 한 항에 있어서, 전향 기구는, 가요성 인터페이스를 통해 유체의 체적과 연통하고 유동 채널과 유체 연통하는 측면 통로를 포함하는, 시스템.
A16.
A15 항에 있어서, 유체는 겔, 액체, 및 기체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는, 시스템.
A17.
A15 또는 A16 항에 있어서, 시스템은 가요성 인터페이스의 일부와 접하는 액추에이터를 더 포함하되, 액추에이터는 제어기와 연통하는, 시스템.
A18.
A17 항에 있어서, 액추에이터는 가요성 인터페이스와 접촉을 유지하면서 정지 위치와 둘 이상의 활성화 위치 사이에서 움직일 수 있는, 시스템.
A19.
A18 항에 있어서, 시스템은 제3 출구를 더 포함하되, 입자들은 제2 출구로 수동적으로 유동하고, 정지 위치와 제1 활성 위치 사이의 액추에이터 움직임은 입자들을 제1 출구로 전향시키며, 정지 위치와 제2 활성 위치 사이의 액추에이터 움직임은 입자들을 제3 출구로 전향시키는, 시스템.
A20.
A18 또는 A19 항에 있어서, 액추에이터는 가요성 인터페이스에 부착된, 시스템.
A21.
A18 내지 A20 중 어느 한 항에 있어서, 액추에이터는 가요성 인터페이스 상에 미리 로딩되는, 시스템.
A22.
A1 내지 A21 중 어느 한 항에 있어서, 바이모프 압전소자를 더 포함하는, 시스템.
A23.
A15 내지 A22 중 어느 한 항에 있어서, 바이모프 압전소자는 가요성 인터페이스를 포함하는, 시스템.
A24.
A15 내지 A22 중 어느 한 항에 있어서, 바이모프 압전소자는 가요성 인터페이스와 접하는, 시스템.
A25.
A15 내지 A24 중 어느 한 항에 있어서, 바이모프 압전소자는 유동 채널 내의 정자를 두 방향으로 전향시키기 위해 두 방향의 편향에 맞게 구성된, 시스템.
A26.
A1 내지 A25 중 어느 한 항에 있어서, 전향 기구는 유동 채널과 결합된 변환기를 포함하는, 시스템.
A27.
A26 항에 있어서, 변환기는 유동 채널 내의 입자들을 전향시키기 위한 초음파 변환기를 포함하는, 시스템.
A28.
A27 항에 있어서, 초음파 변환기는 초음파 변환기 어레이를 포함하며, 원하는 편향을 이루기 위해 어레이의 각 변화기의 활성화 시기를 정하는 구동 부재를 더 포함하는, 시스템.
A29.
A28 항에 있어서, 시스템은 제2 초음파 변환기 어레이를 포함하되, 각각의 초음파 변환기 어레이는 유동 채널의 반대 측들에 위치하는, 시스템.
A30.
A28 또는 A29 항에 있어서, 초음파 변환기 어레이는 다수의 정상파들을 생성하도록 구성된, 시스템.
A31.
A28 내지 A30 중 어느 한 항에 있어서, 초음파 변환기 어레이는, 유로 내의 정세포의 경로를 제1 출구 쪽으로 유지하거나, 유로 내의 정세포의 경로를 제2 출구 쪽으로 편향되도록 유지하거나, 유로 내의 정세포의 경로를 제3 출구 쪽으로 편향되도록 유지하도록 구성된, 시스템.
A32.
A26 내지 A31 중 어느 한 항에 있어서, 변환기는 유동 채널에 인접한 기판에 적어도 부분적으로 내장되는, 시스템.
A33.
A26 내지 A32 중 어느 한 항에 있어서, 변환기는 기판의 외면과 접하여 위치하는, 시스템.
A34.
A1 내지 A33 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널 내의 정자를 편향시키기 위한 하나 이상의 전자기 방사원을 더 포함하는, 시스템.
A35.
A1 내지 A34 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 유동 채널의 각각의 검사 영역에서 정자를 검사하기 위해, 전자기 방사원으로부터 생성된 전자기 방사선을 조정하기 위한 빔 성형 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
A36.
A35 항에 있어서, 적어도 하나의 유동 채널은 복수의 유동 채널을 포함하며, 빔 성형 광학장치는 복수의 유동 채널 각각의 검사 영역에 실질적으로 동등한 빔이 향하도록 하기 위한 빔 분할 디바이스를 포함하는, 시스템.
A37.
A36 항에 있어서, 빔 분할 디바이스는, 빔 프로파일의 부분들을 빔 단편들로서 반사하거나 동일한 프로파일을 갖는 빔들 중에서 빔 강도를 분할하기 위한 반사 표면 또는 굴절 재료를 포함하는, 시스템.
A38.
A35 내지 A37 중 어느 한 항에 있어서, 빔 성형 광학장치는 탑 햇 빔 프로파일을 설정하기 위한 빔 성형 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
A39.
A1 내지 A38 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유동 채널은, 유동 채널에서 정자에 의해 생성된 측면 형광의 방향을 바꾸는 관련 반사 표면 또는 관련 굴절 부재를 갖는, 시스템.
A40.
A39 항에 있어서, 관련 반사 표면 또는 관련 굴절 부재는 측면 형광의 방향을 제1 형광에 실질적으로 평행한 방향으로 바꾸는, 시스템.
A41.
A39 또는 A40 항에 있어서, 제1 형광은 전방 형광을 포함하는, 시스템.
A42.
A39 또는 A40 항에 있어서, 제1 형광은 후방 형광을 포함하는, 시스템.
A43.
A39 내지 A42 중 어느 한 항에 있어서, 반사 표면은 기판 상의 표면에 의해 형성된, 시스템.
A44.
A39 내지 A42 중 어느 한 항에 있어서, 반사 표면은 유동 채널의 표면에 의해 형성된, 시스템.
A45.
A39 내지 A44 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유동 채널은 차광 부재에 의해 분리된, 시스템.
A46.
A39 내지 A42 중 어느 한 항 또는 A45 항에 있어서, 반사 표면은 기판에 내장된 반사 부재를 더 포함하는, 시스템.
A47.
A39 내지 A43 중 어느 한 항 또는 A45 항에 있어서, 반사 표면은 검사 영역에 인접한 절취부에 의해 형성된 기판의 외면을 포함하며, 절취부에서의 굴절률 차이가 반사 특성을 제공하는, 시스템.
A48.
A47 항에 있어서, 절취부는 기판의 표면 및/또는 정자의 원하는 평면 또는 방향에 대하여 약 45도로 반사 표면을 제공하는, 시스템.
A49.
A47 또는 A48 항에 있어서, 제2 측면 형광을 생성하기 위해 검사 영역에 인접한 제2 절취부에 의해 형성된 기판의 제2 외면을 포함하는 제2 반사 표면을 더 포함하는, 시스템.
A50.
A1 내지 A49 중 어느 한 항에 있어서, 검출기는 전방 형광 검출기를 포함하는, 시스템.
A51.
A50 항에 있어서, 제1 측면 형광 검출기를 더 포함하는, 시스템.
A52.
A51 항에 있어서, 제2 측면 형광 검출기를 더 포함하는, 시스템.
A53.
A52 항에 있어서, 제1 및 제2 측면 형광 검출기는 약 90도 떨어져 위치하는, 시스템.
A54.
A51 내지 A53 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 유동 채널 각각에서 제1 측면 형광값을 측정하는 제1 측면 형광 검출기 어레이 및 제2 측면 형광 검출기 어레이를 더 포함하는, 시스템.
A55.
A51 내지 A54 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 유동 채널로부터 형광을 수집하기 위한 수집 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
A56.
A55 항에 있어서, 수집 광학장치는 다수의 채널들로부터 형광을 수집하기 위한 하나의 수집 렌즈를 포함하는, 시스템.
A57.
A55 항에 있어서, 각각의 유동 채널로부터 형광을 수집하기 위한 렌즈 어레이를 더 포함하는, 시스템.
A58.
A55 항에 있어서, 각각의 유동 채널로부터 형광을 수집하기 위한 섬유 어레이를 더 포함하는, 시스템.
A59.
A55 항에 있어서, 에피 조명 전방 수집 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
A60.
A59 항에 있어서, 전자기 방사원으로부터의 전자기 방사선을 검사 영역으로 반사시키도록 위치하는 색 선별 미러를 더 포함하며, 색 선별 미러를 통해 후방으로의 형광 방출이 검출기로 이동하는, 시스템.
A61.
A1 내지 A60 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널은 유체 집속 특징부를 포함하는, 시스템.
A62.
A61 항에 있어서, 유동 채널의 유체 집속 특징부는 코어 스트림 형성 형상을 더 포함하는, 시스템.
A63.
A62 항에 있어서, 코어 스트림 형성 형상은 횡 방향 유체 집속 영역;
제1 수직 유체 집속 구성요소; 및 제2 수직 유체 집속 구성요소를 더 포함하는, 시스템.
A64.
A63 항에 있어서, 제1 수직 유체 집속 구성요소는 제1 수직 유체 집속 채널을 포함하고, 제2 수직 유체 집속 구성요소는 제2 수직 유체 집속 채널을 포함하는, 시스템.
A65.
A64 항에 있어서, 제1 수직 유체 집속 채널 및 제2 수직 유체 집속 채널은 반대 수직 위치의 유동 채널과 연통하는, 시스템.
A66.
A64 또는 A65 항에 있어서, 제1 수직 유체 집속 채널은 제1 수직 영향을 제공하고, 제2 수직 유체 집속 채널은 제1 수직 영향과 반대 방향으로 제2 수직 영향을 제공하는, 시스템.
A67.
A61 내지 A66 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널의 유체 집속 특징부는 각각의 유동 채널에서 압력파를 생성하기 위한 변환기들을 더 포함하는, 시스템.
A68.
A67 항에 있어서, 적어도 하나의 변환기 세트는 원하는 정자의 방향에 수직인 표면을 가지고 서로 대칭적으로 위치하는, 시스템.
A69.
A68 항에 있어서, 각각의 유동 채널에 대해 일련의 변환기를 더 포함하는, 시스템.
A70.
A69 항에 있어서, 일련의 변환기는 유동 채널을 따라 정상 압력파를 생성하도록 구성된, 시스템.
A71.
A1 내지 A70 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 유동 채널은 배향 특징부를 포함하는, 시스템.
A72.
A71 항에 있어서, 배향 특징부는 정세포들을 배향하도록 하는 크기의 내부 채널 형상을 포함하는, 시스템.
A73.
A72 항에 있어서, 채널 형상은 평면 채널 형상을 더 포함하는, 시스템.
A74.
A72 또는 A73 항에 있어서, 채널 형상은 노즐 형상을 더 포함하는, 시스템.
A75.
A72 내지 A74 중 어느 한 항에 있어서, 채널 형상은 V형, 완만한 경사, 급격한 경사, 감압-압축 구역, 계단, 또는 굴곡과 같은 하나 이상의 채널 특징부를 더 포함하는, 시스템.
A76.
A71 내지 A75 중 어느 한 항에 있어서, 배향 특징부는 각각의 유동 채널의 배향 영역에서 자기장을 생성하기 위한 자석을 더 포함하는, 시스템.
A77.
A1 내지 A76 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널은 시스 소스와 유체 연통하는 시스 입구, 및 샘플 소스와 유체 연통하는 샘플 입구를 더 포함하며, 샘플 입구는 시스 입구에 의해 생성되는 시스 유동 내에 위치하여 시스와 샘플의 동축 유동을 용이하게 하는, 시스템.
A78.
A77 항에 있어서, 샘플 입구는, 경사지거나, 평평한, 또는 직사각형 단면을 갖는 입구를 포함하는, 시스템.
A79.
A77 또는 A78 항에 있어서, 유동 채널은 샘플 입구에서 제1 폭 및 제1 높이를 포함하는, 시스템.
A80.
A79 항에 있어서 유동 채널은 제1 변화점에서 제2 폭 및 제2 높이를 포함하는, 시스템.
A81.
A80 항에 있어서, 유동 채널의 폭은 샘플 입구 및 제1 변화점 사이에서 감소하는, 시스템.
A82.
A80 또는 A81 항에 있어서, 유동 채널은 제2 변화점에서 제3 폭 및 제3 높이를 포함하는, 시스템.
A83.
A81 항에 있어서, 제1 변화점과 제2 변화점 사이에서 폭은 일정하게 유지되며, 제1 변화점과 제2 변화점 사이에서 높이는 감소하는, 시스템.
A84.
A82 또는 A83 항에 있어서, 제3 높이 및 제3 폭은 검사 영역을 통해 유지되는, 시스템.
A85.
A1 내지 A84 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널은 정사각형 단면으로부터 직사각형 단면으로 변하는, 시스템.
A86.
A1 내지 A82 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널은 원형 단면으로부터 타원형 단면으로 변하는, 시스템.
A87.
A1 내지 A86 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 마스크를 더 포함하는, 시스템.
A88.
A87 항에 있어서, 적어도 하나의 마스크는 검사 영역으로 향하는 전자기 방사선의 경로에 위치하는 조명 마스크를 포함하는, 시스템.
A89.
A88 항에 있어서, 조명 마스크는 유로를 따라 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는, 시스템.
A90.
A89 항에 있어서, 제1 영역은, 배향되었을 때, 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자를 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자와 구별하기에 충분한 파형 펄스를 생성하도록 구성된 개구를 제공하는, 시스템.
A91.
A89 또는 A90 항에 있어서, 제2 영역은, 배향된 정세포들을 미배향 정세포들과 구별하는 일련의 파형 펄스를 생성하도록 구성된 일련의 개구를 포함하는, 시스템.
A92.
A89 내지 A91 중 어느 한 항에 있어서, 제2 영역은 유로를 따라 상이한 횡 방향 프로파일을 가진 일련의 개구를 포함하는, 시스템.
A93.
A89 내지 A92 중 어느 한 항에 있어서, 제2 영역은, 제2의 이격된 개구쌍으로 이어지는 제1의 이격된 개구쌍을 포함하며, 이격 간격은 제1 개구쌍과 제2 개구쌍 사이에 차이가 있는, 시스템.
A94.
A89 내지 A92 중 어느 한 항에 있어서, 제2 영역은 유로를 따라 일련의 순차적 개구를 포함하며, 각각의 개구는 유로를 따라 횡 방향 위치가 상이한, 시스템.
A95.
A88 항에 있어서, 적어도 하나의 마스크는 수집된 전자기 방사선의 광 경로에 적어도 하나의 검출 마스크를 포함하는, 시스템.
A96.
A95 항에 있어서, 제1 검출 마스크는 방출된 전방 형광의 경로에 위치하며, 제2 검출 마스크는 방출된 측면 형광의 경로에 위치하는, 시스템.
A97.
A96 항에 있어서, 제1 검출 마스크 및 제2 검출 마스크는 상이한 슬릿 프로파일을 가지되, 각각의 마스크는 동일한 검출기와 연통하는, 시스템.
A98.
A97 항에 있어서, 분석기는 검출기와 연통하며, 전방 형광을 나타내는 제1 파형 펄스 및 측면 형광을 나타내는 제2 파형 펄스를 제1 검출 마스크 및 제2 검출 마스크 각각의 슬릿 프로파일에 기초하여 디컨벌루션하도록 구성된, 시스템.
A99.
A87 항에 있어서, 마스크는 자유 공간에 위치하는, 시스템.
A100.
A87 항에 있어서, 마스크는 기판 상에 위치하는, 시스템.
A101.
A1 내지 A100 중 어느 한 항에 있어서, 검출기는 제1 검출기를 포함하고, 시스템은 제2 검출기를 더 포함하는, 시스템.
A102.
A101 항에 있어서, 제1 검출기는 흡수 검출기를 포함하고, 제2 검출기는 형광 검출기를 포함하는, 시스템.
A103.
A102 항에 있어서, 흡수 검출기의 광 경로에 중성 밀도 필터를 더 포함하는, 시스템.
B1.
기판;
기판에 형성된 복수의 유동 채널로서, 각각의 유동 채널은
입구;
유동 채널 내의 정세포들을 정렬하기 위한 관련 유체 집속 특징부를 가진 유체 집속 영역;
유동 채널 내의 정세포들을 배향하기 위한 관련 정자 배향 특징부를 가진 정자 배향 영역;
유체 집속 영역 및 정자 배향 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 검사 영역;
적어도 제1 출구 및 제2 출구를 포함하는 복수의 유동 채널; 및
각각의 유동 채널과 연통하는 전향 기구를 포함하는, 정자 분류용 미소유체 칩.
B2.
B1 항에 있어서, 유동 채널 집속 영역의 유체 집속 특징부는 코어 스트림 형성 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
B3.
B1 또는 B2 항에 있어서, 코어 스트림 형성 형상은 횡 방향 유체 집속 영역; 제1 수직 유체 집속 구성요소; 및 제2 수직 유체 집속 구성요소를 더 포함하는, 미소유체 칩.
B4.
B3 항에 있어서, 제1 수직 유체 집속 구성요소는 수직 유체 집속 채널을 포함하고, 제2 수직 유체 집속 구성요소는 제2 수직 유체 집속 채널을 포함하는, 미소유체 칩.
B5.
B4 항에 있어서, 제1 수직 유체 집속 채널 및 제2 수직 유체 집속 채널은 반대 수직 위치의 유동 채널과 연통하는, 미소유체 칩.
B6.
B4 또는 B5 항에 있어서, 제1 유체 수직 집속 채널은 제1 수직 영향을 제공하고, 제2 수직 유체 집속 채널은 제1 수직 영향과 반대 방향으로 제2 수직 영향을 제공하는, 미소유체 칩.
B7.
B1 내지 B6 중 어느 한 항에 있어서, 유체 집속 영역의 유체 집속 특징부는 각각의 유동 채널의 집속 영역에서 압력파를 생성하기 위한 초음파 변환기들을 더 포함하는, 미소유체 칩.
B8.
B1 내지 B7 중 어느 한 항에 있어서, 유체 집속 영역의 유체 집속 특징부는 유동 채널을 따라 정상 압력파를 생성하기 위한 초음파 변환기 어레이를 더 포함하는, 미소유체 칩.
B9.
B1 내지 B8 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널 배향 영역의 정자 배향 특징부는 채널 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
B10.
B9 항에 있어서, 채널 형상은 평면 채널 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
B11.
B9 또는 B10 항에 있어서, 채널 형상은 노즐 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
B12.
B9 내지 B11 중 어느 한 항에 있어서, 채널 형상은 V형, 완만한 경사, 감압-압축 구역, 급격한 경사, 또는 계단과 같은 하나 이상의 채널 특징부를 더 포함하는, 미소유체 칩.
B13.
B1 내지 B12 중 어느 한 항에 있어서, 정자 배향 영역의 정자 배향 특징부는 각각의 유동 채널의 배향 영역에서 자기장을 생성하기 위한 자석을 더 포함하는, 미소유체 칩.
B14.
B1 내지 B13 중 어느 한 항에 있어서, 정자 배향 영역의 정자 배향 특징부는 유동 채널을 따라 정상 압력파를 생성하기 위한 초음파 변환기 어레이를 더 포함하는, 미소유체 칩.
B15.
B1 내지 B14 중 어느 한 항에 있어서, 전향 기구는 버블 밸브를 포함하는, 미소유체 칩.
B16.
B1 내지 B14 중 어느 한 항에 있어서, 전향 기구는 초음파 변화기 어레이를 포함하는, 미소유체 칩.
B17.
B1 내지 B16 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유동 채널은, 유동 채널에서 정자에 의해 생성된 측면 형광의 방향을 바꾸는 관련 반사 표면 또는 관련 굴절 부재를 갖는, 미소유체 칩.
B18.
B17 항에 있어서, 관련 반사 표면은 측면 형광의 방향을 제1 형광에 실질적으로 평행한 방향으로 바꾸는, 미소유체 칩.
B19.
B18 항에 있어서, 제1 형광은 전방 형광을 포함하는, 미소유체 칩.
B20.
B18 항에 있어서, 제1 형광은 후방 형광을 포함하는, 미소유체 칩.
B21.
B17 내지 B19 중 어느 한 항에 있어서, 반사 표면은 기판 상의 표면으로 형성된, 미소유체 칩.
B22.
B17 내지 B19 중 어느 한 항에 있어서, 반사 표면은 유동 채널의 표면으로 형성된, 미소유체 칩.
B23.
B1 내지 B22 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널은 시스 소스와 연통하는 시스 입구를 더 포함하며, 샘플 입구는 시스 입구에 의해 생성되는 시스 유동 내에 위치하여 시스와 샘플의 동축 유동을 용이하게 하는, 미소유체 칩.
B24.
B23 항에 있어서, 샘플 입구는 경사진 입구를 포함하는, 미소유체 칩.
B25.
B23 또는 B24 항에 있어서, 유동 채널은 샘플 입구에서 제1 폭 및 제1 높이를 포함하는, 미소유체 칩.
B26.
B25 항에 있어서, 유동 채널은 제1 변화점에서 제2 폭 및 제2 높이를 포함하는, 미소유체 칩.
B27.
B26 항에 있어서, 유동 채널의 폭은 샘플 입구 및 제1 변화점 사이에서 감소하는, 미소유체 칩.
B28.
B27 항에 있어서, 유동 채널은 제2 변화점에서 제3 폭 및 제3 높이를 포함하는, 미소유체 칩.
B29.
B28 항에 있어서, 제1 변화점과 제2 변화점 사이에서 폭은 일정하게 유지되며, 제1 변화점과 제2 변화점 사이에서 높이는 감소하는, 미소유체 칩.
B30.
B28 또는 B29 항에 있어서, 제3 높이 및 제3 폭은 검사 영역을 통해 유지되는, 미소유체 칩.
B31.
B1 내지 B30 중 어느 한 항에 있어서, 유체 유동 채널은 정사각형 단면으로부터 직사각형 단면으로 변하는, 미소유체 칩.
B32.
B1 내지 B30 중 어느 한 항에 있어서, 유동 채널은 원형 단면으로부터 타원형 단면으로 변하는, 미소유체 칩.
C1.
미소유체 칩 내의 복수의 유동 채널을 통해 정자를 유동시키는 단계; 복수의 유동 채널 내에서 정자를 배향하는 단계; 유동 채널들 내의 검사 영역을 통해 배향된 정자를 유동시키는 단계; 적어도 하나의 검사 영역에서 정자를 검사하여 정자 특성을 결정하는 단계; 유동 채널들에서 배향된 정자를 미배향 정자와 구별하는 단계; 검출된 정자 특성에 기초하여, 배향된 정자의 계군을 선정하는 단계; 및 선정된 정자의 계군을 수집 용기에 수집하는 단계를 포함하는, 정자 분류 방법.
C2.
C1 항에 있어서, 전자기 방사원을 제공하는 단계; 및 다수의 검사 영역 검사를 위해 전자기 방사원으로부터 생성된 전자기 방사선을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
C3.
C2 항에 있어서, 전자기 방사선을 조정하는 단계는 전자기 방사원으로부터 생성된 전자기 방사선을 분할하는 단계를 더 포함하는, 방법.
C4.
C2 또는 C3 항에 있어서, 전자기 방사선을 조정하는 단계는 전자기 방사선 빔 프로파일의 형상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
C5.
C1 내지 C4 중 어느 한 항에 있어서, 검출된 정자 특성에 기초하여 정자의 계군을 선정하는 단계는 검출된 정자 특성에 기초하여 유동 채널 내에서, 선정된 정자 유동을 전향시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
C6.
C1 내지 C5 중 어느 한 항에 있어서, 배향된 정자를 미배향 정자와 구별하는 단계 및 미배향 정자를 선정에서 배제하는 단계를 더 포함하는, 방법.
C7.
C1 내지 C6 중 어느 한 항에 있어서, 검사 영역에서 정자의 방출된 전자기 방사선에 응답하여 전방 형광 검출기로 제1 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하되, 제1 신호는 검출 가능한 펄스 특성을 지닌 파형 펄스들을 포함하는, 방법.
C8.
C7 항에 있어서, 측면 형광 검출기로 제2 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
C9.
C8 항에 있어서, 측면 형광 검출기로 제2 신호를 발생시키는 단계는, 측면 형광을 바깥쪽으로 반사하고 전방 형광과 평행한 측면 형광을 검출하기 위해 반사 부재를 각각의 유동 채널과 결합시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
C10.
C9 항에 있어서, 제1 마스크를 통해 전방 형광을 검출하고 제2 마스크를 통해 측면 형광을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
C11.
C10 항에 있어서, 검출기에 의해 생성된 신호로부터 제1 파형 펄스 및 제2 파형 펄스를 디컨벌루션하는 단계를 더 포함하는, 방법.
C12.
C11 항에 있어서, 디컨벌루션된 파형 펄스는 정자 방향을 제공하는, 방법.
C13.
C1 내지 C7 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 정자에 응답하여 하나의 검출기로 복수의 파형 펄스를 발생시키는 단계를 더 포함하되, 복수의 파형 펄스는 정세포에 대한 방향 정보를 제공하는, 방법.
C14.
C13 항에 있어서, 레이저 흡광을 측정하여 정자 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
C15.
C14 항에 있어서, 제1 측면 형광 검출기로 제2 신호를 발생시키는 단계로서, 제2 신호는 검출 가능한 펄스 특성을 지닌 파형 펄스들을 포함하는, 단계; 및 제2 측면 형광 검출기로 제3 신호를 발생시키는 단계로서, 제2 신호는 검출 가능한 펄스 특성을 지닌 파형 펄스들을 포함하는, 단계를 더 포함하는, 방법.
C16.
C15 항에 있어서, 제2 신호 및 제3 신호의 펄스 특성은 정세포들의 방향을 구별하는, 방법.
C17.
C15 또는 C16 항에 있어서, 펄스 특성은 피크 높이, 펄스 폭, 펄스 피크 지연, 펄스 기울기, 펄스 면적, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
C18.
C15 내지 C17 중 어느 한 항에 있어서, 제2 신호의 펄스 특성을 제3 신호의 펄스 특성과 비교하여 정자 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
전술한 내용으로부터 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 기본적 개념은 여러 방식으로 구현될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 최선의 형태를 포함하되, 이로 한정되는 것은 아니며, 정자의 성별 분류에 대한 많은 다양한 실시예를 포함한다.
이와 같이, 상세한 설명에 의해 개시되거나 본 출원에 수반되는 도면 또는 표에 나타난 발명의 특정 실시예들 또는 부재들은 제한적인 것으로 의도된 것이 아니라, 일반적으로 본 발명에 포함된 많은 다양한 실시예 또는 본 발명의 임의의 특정 부재에 대해 포함된 균등물을 예시하고자 함이다. 또한, 본 발명의 하나의 실시예 또는 부재에 대한 구체적 설명은 가능한 모든 실시예 또는 부재를 명시적으로 설명하지 않을 수 있으며, 많은 대안이 상세한 설명 및 도면에 함축적으로 개시된다.
장치의 각 부재 또는 방법의 각 단계는 장치 용어 또는 방법 용어에 의해 설명될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 이러한 용어는 본 발명에 부여된 함축적으로 넓은 범위를 분명하게 하기 위해 원하는 경우 대체될 수 있다. 하지만, 일례로, 방법의 모든 단계는 하나의 동작, 그 동작을 취하는 하나의 수단, 또는 그 동작을 야기하는 하나의 부재로서 개시될 수 있는 것으로 이해해야 한다. 마찬가지로, 장치의 각 부재는 물리적 부재 또는 그 물리적 부재가 용이하게 하는 동작으로 개시될 수 있다. 하지만, 일례로, "분류기"의 개시는, 명시적 설명 여부와 관계없이, "분류"의 동작에 대한 개시를 포함하는 것으로 이해해야 하며, 반대로, "분류"의 동작에 대한 개시가 사실상 있다면, 이러한 개시는 "분류기" 및 심지어 "분류 수단"에 대한 개시를 포함하는 것으로 이해해야 한다. 각 부재 또는 단계에 대한 이러한 대안적 용어는 상세한 설명에 명시적으로 포함된 것으로 이해해야 한다.
또한, 사용된 용어에 관하여 본 출원에서 그 활용이 이러한 해석과 다르지 않다면, 일반적인 사전적 정의는, 각각의 정의가 본원에 참조로 통합된 Random House Webster's Unabridged 사전(2판)에 있는 각각의 용어에 대한 설명에 포함되는 것으로 이해되어야 함을 이해해야 한다.
더욱이, 본 발명을 위해, 하나의 개체 용어는 하나 이상의 개체를 의미한다. 이와 같이, "하나의", "하나 이상의" 및 "적어도 하나의"와 같은 용어는 본원에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
본원에서 모든 수치 값은, 명시적 표시 여부와 관계없이, "약"이란 용어에 의해 수정되는 것으로 가정된다. 본 발명을 위해, 범위는 "약" 하나의 특정 값부터 "약" 다른 하나의 특정 값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되었을 때, 다른 실시예는 하나의 특정 값부터 다른 특정 값까지를 포함한다. 종점에 의한 수치 범위의 설명은 그 범위 안에 포함된 모든 수치 값을 포함한다. 1부터 5까지의 수치 범위는 예컨대 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함한다. 각 범위의 종점은 다른 종점과 관련해서뿐만 아니라 다른 종점과 무관하게도 중요하다는 것 또한 이해될 것이다. 어떤 값이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치로 표현된 경우, 그 특정 값은 다른 실시예를 형성한다는 것이 이해될 것이다.
본 특허 출원의 배경기술 부분은 본 발명이 속하는 활동 분야에 대한 명세를 제공한다. 이 부분은, 본 발명을 이끄는 기술의 상태에 대한 정보, 문제점, 또는 중요성을 설명하는 데 유용한 특정 미국 특허, 특허 출원, 공개, 또는 청구 발명의 요지에 대한 부연을 통합하거나 포함할 수도 있다. 본원에 인용되거나 통합된 임의의 미국 특허, 특허 출원, 공개, 명세 또는 기타 정보는 본 발명에 대한 선행 기술로 인정되는 것으로 해석, 이해 또는 간주되는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 청구항은 발명에 대한 본 상세한 설명의 일부로서 참조로 통합되고, 임의의 또는 모든 청구항 또는 청구항의 임의의 부재 또는 구성요소를 뒷받침하기 위해, 추가적 설명으로서 이러한 청구항의 이러한 통합된 내용 전부 또는 일부를 사용할 권리를 출원인은 명시적으로 보유하고, 또한 출원인은, 본 출원에 의해 또는 본 출원의 임의의 후속 출원 또는 본 출원의 계속 출원, 분할 출원, 또는 일부 계속 출원에 의해 보호를 구하는 요지를 정의하기 위해, 또는 임의의 혜택과 부수하는 수수료 절감 효과를 얻기 위해, 또는 임의의 국가 또는 조약의 특허법, 규칙, 또는 규정을 따르기 위해, 이러한 청구항의 통합된 내용 전부 또는 일부 또는 청구항의 임의의 부재 또는 구성요소를 필요에 따라 상세한 설명에서 청구항으로 또는 청구항에서 상세한 설명으로 옮길 권리를 명시적으로 보유하며, 참조로 통합된 이러한 내용은, 본 출원의 임의의 후속되는 계속 출원, 분할 출원, 또는 일부 계속 출원 또는 임의의 재발행 또는 본 출원에 대한 연장을 포함하여 본 출원의 전체 계류 기간 동안 존속할 것이다.
Claims (153)
- 샘플 소스;
기판;
상기 기판에 형성된 유동 채널로서, 상기 유동 채널은 상기 샘플 소스와 유체 연통하는 입구를 가지며, 상기 유동 채널은 검사 영역, 제1 출구, 및 제2 출구를 더 포함하는, 적어도 하나의 유동 채널;
상기 적어도 하나의 유동 채널 각각과 연통하여 상기 적어도 하나의 유동 채널 내의 정자를 상기 제1 출구로부터 멀리 선택적으로 전향시키는 상기 적어도 하나의 유동 채널 각각과 연통하는 적어도 하나의 전향 기구;
상기 검사 영역에서 정자를 조명하기 위한 전자기 방사원;
상기 적어도 하나의 유동 채널의 상기 검사 영역에서 정자 특성을 결정하기 위해 정렬된 검출기;
상기 검출기와 연통하여 정자 특성을 결정하는 분석기;
측정된 정자 특성에 기초하여 상기 전향 기구를 선택적으로 활성화하기 위해 상기 분석기와 연통하는 제어기; 및
상기 제2 출구와 연통하는 수집 용기를 포함하는, 정자 분류 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 채널은 미소유체 칩 상에 형성된 다수의 유동 채널들을 포함하는, 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 다수의 유동 채널들은 4 내지 512개의 유동 채널을 포함하는, 시스템.
- 제2항에 있어서, 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자에 특징이 있는 정자 또는 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자에 특징이 있는 정자 둘 중 하나는 각각의 유동 채널의 상기 제2 출구로 편향되는, 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 수집 용기는 하나 이상의 유동 채널의 상기 제2 출구와 유체 연통하는 공통의 수집 용기를 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 각각의 유동 채널은 제3 출구를 더 포함하는, 시스템.
- 제6항에 있어서, 생존 가능한 X-염색체에 특징이 있는 상기 정세포들은 상기 제2 출구 또는 상기 제3 출구 중 하나로 전향되며, 생존 가능한 Y-염색체에 특징이 있는 정자는 상기 제2 출구 및 상기 제3 출구 중 다른 하나로 전향되는, 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 유동 채널들의 제2 출구 각각은 제1 공통 수집 용기에 연결된, 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 유동 채널들의 제3 출구 각각은 제2 공통 수집 용기에 연결된, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 출구와 연통하는 수동 수집 용기를 더 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 시스 소스를 더 포함하되, 상기 유동 채널은 상기 시스 소스와 유체 연통하는 시스 입구를 더 포함하는, 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 수동 수집 용기와 유체 연통하는 이송 기구;
상기 수동 수집 용기를 상기 시스 소스에 연결하는 유체 통로; 및
상기 수동 수집 용기를 상기 시스 소스에 연결하는 상기 유체 통로 내의 입자 농축 디바이스 또는 유체 제거 시스템을 포함하는 시스 유체 재순환 시스템을 더 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 채널은 미소유체 칩 상에 형성된 다수의 유동 채널들을 포함하며, 상기 전향 기구의 적어도 일부는 상기 미소유체 칩 내에 내장된, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 채널은 미소유체 칩 상에 형성된 다수의 유동 채널들을 포함하며, 상기 전향 기구의 적어도 일부는 상기 미소유체 칩의 외부에 위치하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 전향 기구는, 가요성 인터페이스를 통해 유체의 체적과 연통하고 상기 유동 채널과 유체 연통하는 측면 통로를 포함하는, 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 유체는 겔, 액체, 및 기체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는, 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 시스템은 상기 가요성 인터페이스의 일부와 접하는 액추에이터를 더 포함하되, 상기 액추에이터는 상기 제어기와 연통하는, 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 가요성 인터페이스와 접촉을 유지하면서 정지 위치와 둘 이상의 활성화 위치 사이에서 움직일 수 있는, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 시스템은 제3 출구를 더 포함하되, 입자들은 상기 제2 출구로 수동적으로 유동하고, 상기 정지 위치와 상기 제1 활성 위치 사이의 액추에이터 움직임은 입자들을 상기 제1 출구로 전향시키며, 상기 정지 위치와 상기 제2 활성 위치 사이의 액추에이터 움직임은 입자들을 제3 출구로 전향시키는, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 가요성 인터페이스에 부착된, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 가요성 인터페이스 상에 미리 로딩되는, 시스템.
- 제15항에 있어서, 바이모프 압전소자를 더 포함하는, 시스템.
- 제22항에 있어서, 상기 바이모프 압전소자는 상기 가요성 인터페이스를 포함하는, 시스템.
- 제22항에 있어서, 상기 바이모프 압전소자는 상기 가요성 인터페이스와 접하는, 시스템.
- 제22항에 있어서, 상기 바이모프 압전소자는 상기 유동 채널 내의 정자를 두 방향으로 전향시키기 위해 두 방향의 편향에 맞게 구성된, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 전향 기구는 상기 유동 채널과 결합된 변환기를 포함하는, 시스템.
- 제26항에 있어서, 상기 변환기는 상기 유동 채널 내의 입자들을 전향시키기 위한 초음파 변환기를 포함하는, 시스템.
- 제27항에 있어서, 상기 초음파 변환기는 초음파 변환기 어레이를 포함하며, 원하는 편향을 이루기 위해 상기 어레이의 각 변화기의 활성화 시기를 정하는 구동 부재를 더 포함하는, 시스템.
- 제28항에 있어서, 상기 시스템은 제2 초음파 변환기 어레이를 포함하되, 각각의 초음파 변환기 어레이는 상기 유동 채널의 반대 측들에 위치하는, 시스템.
- 제28항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는 다수의 정상파들을 생성하도록 구성된, 시스템.
- 제28항에 있어서, 상기 초음파 변환기 어레이는, 유로 내의 정세포의 경로를 상기 제1 출구 쪽으로 유지하거나, 유로 내의 정세포의 경로를 상기 제2 출구 쪽으로 편향되도록 유지하거나, 유로 내의 정세포의 경로를 제3 출구 쪽으로 편향되도록 유지하도록 구성된, 시스템.
- 제26항에 있어서, 상기 변환기는 상기 유동 채널에 인접한 상기 기판에 적어도 부분적으로 내장되는, 시스템.
- 제26항에 있어서, 상기 변환기는 상기 기판의 외면과 접하여 위치하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 유동 채널 내의 정자를 편향시키기 위한 하나 이상의 전자기 방사원을 더 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 채널의 각각의 검사 영역에서 정자를 검사하기 위해, 상기 전자기 방사원으로부터 생성된 전자기 방사선을 조정하기 위한 빔 성형 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
- 제35항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 채널은 복수의 유동 채널을 포함하며, 상기 빔 성형 광학장치는 상기 복수의 유동 채널 각각의 검사 영역에 실질적으로 동등한 빔이 향하도록 하기 위한 빔 분할 디바이스를 포함하는, 시스템.
- 제36항에 있어서, 상기 빔 분할 디바이스는, 빔 프로파일의 부분들을 빔 단편들로서 반사하거나 동일한 프로파일을 갖는 빔들 중에서 빔 강도를 분할하기 위한 반사 표면 또는 굴절 재료를 포함하는, 시스템.
- 제35항에 있어서, 상기 빔 성형 광학장치는 탑 햇 빔 프로파일을 설정하기 위한 빔 성형 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 각각의 유동 채널은, 상기 유동 채널에서 정자에 의해 생성된 측면 형광의 방향을 바꾸는 관련 반사 표면 또는 관련 굴절 부재를 갖는, 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 관련 반사 표면 또는 관련 굴절 부재는 측면 형광의 방향을 제1 형광에 실질적으로 평행한 방향으로 바꾸는, 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 제1 형광은 전방 형광을 포함하는, 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 제1 형광은 후방 형광을 포함하는, 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 반사 표면은 상기 기판 상의 표면에 의해 형성된, 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 반사 표면은 상기 유동 채널의 표면에 의해 형성된, 시스템.
- 제39항에 있어서, 각각의 유동 채널은 차광 부재에 의해 분리된, 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 반사 표면은 상기 기판에 내장된 반사 부재를 더 포함하는, 시스템.
- 제39항에 있어서, 상기 반사 표면은 상기 검사 영역에 인접한 절취부에 의해 형성된 상기 기판의 외면을 포함하며, 상기 절취부에서의 굴절률 차이가 반사 특성을 제공하는, 시스템.
- 제47항에 있어서, 상기 절취부는 상기 기판의 표면 및/또는 상기 정자의 원하는 평면 또는 방향에 대하여 약 45도로 반사 표면을 제공하는, 시스템.
- 제47항에 있어서, 제2 측면 형광을 생성하기 위해 검사 영역에 인접한 제2 절취부에 의해 형성된 상기 기판의 제2 외면을 포함하는 제2 반사 표면을 더 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 검출기는 전방 형광 검출기를 포함하는, 시스템.
- 제50항에 있어서, 제1 측면 형광 검출기를 더 포함하는, 시스템.
- 제51항에 있어서, 제2 측면 형광 검출기를 더 포함하는, 시스템.
- 제52항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측면 형광 검출기는 약 90도 떨어져 위치하는, 시스템.
- 제51항에 있어서, 복수의 유동 채널 각각에서 제1 측면 형광값을 측정하는 제1 측면 형광 검출기 어레이 및 제2 측면 형광 검출기 어레이를 더 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 하나 이상의 유동 채널로부터 형광을 수집하기 위한 수집 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
- 제55항에 있어서, 상기 수집 광학장치는 다수의 채널들로부터 형광을 수집하기 위한 하나의 수집 렌즈를 포함하는, 시스템.
- 제55항에 있어서, 각각의 유동 채널로부터 형광을 수집하기 위한 렌즈 어레이를 더 포함하는, 시스템.
- 제55항에 있어서, 각각의 유동 채널로부터 형광을 수집하기 위한 섬유 어레이를 더 포함하는, 시스템.
- 제55항에 있어서, 에피 조명 전방 수집 광학장치를 더 포함하는, 시스템.
- 제59항에 있어서, 상기 전자기 방사원으로부터의 전자기 방사선을 상기 검사 영역으로 반사시키도록 위치하는 색 선별 미러를 더 포함하며, 상기 색 선별 미러를 통해 후방으로의 형광 방출이 검출기로 이동하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 유동 채널은 유체 집속 특징부를 포함하는, 시스템.
- 제61항에 있어서, 상기 유동 채널의 상기 유체 집속 특징부는 코어 스트림 형성 형상을 더 포함하는, 시스템.
- 제62항에 있어서, 상기 코어 스트림 형성 형상은
횡 방향 유체 집속 영역;
제1 수직 유체 집속 구성요소; 및
제2 수직 유체 집속 구성요소를 더 포함하는, 시스템. - 제63항에 있어서, 상기 제1 수직 유체 집속 구성요소는 제1 수직 유체 집속 채널을 포함하고, 상기 제2 수직 유체 집속 구성요소는 제2 수직 유체 집속 채널을 포함하는, 시스템.
- 제64항에 있어서, 상기 제1 수직 유체 집속 채널 및 상기 제2 수직 유체 집속 채널은 반대 수직 위치의 상기 유동 채널과 연통하는, 시스템.
- 제64항에 있어서, 상기 제1 수직 유체 집속 채널은 제1 수직 영향을 제공하고, 상기 제2 수직 유체 집속 채널은 상기 제1 수직 영향과 반대 방향으로 제2 수직 영향을 제공하는, 시스템.
- 제61항에 있어서, 상기 유동 채널의 상기 유체 집속 특징부는 각각의 유동 채널에서 압력파를 생성하기 위한 변환기들을 더 포함하는, 시스템.
- 제67항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기 세트는 원하는 정자의 방향에 수직인 표면을 가지고 서로 대칭적으로 위치하는, 시스템.
- 제68항에 있어서, 각각의 유동 채널에 대해 일련의 변환기를 더 포함하는, 시스템.
- 제69항에 있어서, 상기 일련의 변환기는 상기 유동 채널을 따라 정상 압력파를 생성하도록 구성된, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유동 채널은 배향 특징부를 포함하는, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 배향 특징부는 정세포들을 배향하도록 하는 크기의 내부 채널 형상을 포함하는, 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 채널 형상은 평면 채널 형상을 더 포함하는, 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 채널 형상은 노즐 형상을 더 포함하는, 시스템.
- 제72항에 있어서, 상기 채널 형상은 V형, 완만한 경사, 급격한 경사, 감압-압축 구역, 계단, 또는 하나 이상의 굴곡과 같은 하나 이상의 채널 특징부를 더 포함하는, 시스템.
- 제71항에 있어서, 상기 배향 특징부는 각각의 유동 채널의 배향 영역에서 자기장을 생성하기 위한 자석을 더 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 시스 소스와 유체 연통하는 시스 입구, 및 상기 샘플 소스와 유체 연통하는 샘플 입구를 더 포함하며, 상기 샘플 입구는 상기 시스 입구에 의해 생성되는 시스 유동 내에 위치하여 시스와 샘플의 동축 유동을 용이하게 하는, 시스템.
- 제77항에 있어서, 상기 샘플 입구는, 경사지거나, 평평한, 또는 직사각형 단면을 갖는 입구를 포함하는, 시스템.
- 제77항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 샘플 입구에서 제1 폭 및 제1 높이를 포함하는, 시스템.
- 제79항에 있어서, 상기 유동 채널은 제1 변화점에서 제2 폭 및 제2 높이를 포함하는, 시스템.
- 제80항에 있어서, 상기 유동 채널의 폭은 상기 샘플 입구 및 상기 제1 변화점 사이에서 감소하는, 시스템.
- 제80항에 있어서, 상기 유동 채널은 제2 변화점에서 제3 폭 및 제3 높이를 포함하는, 시스템.
- 제81항에 있어서, 상기 제1 변화점과 상기 제2 변화점 사이에서 상기 폭은 일정하게 유지되며, 상기 제1 변화점과 상기 제2 변화점 사이에서 상기 높이는 감소하는, 시스템.
- 제82항에 있어서, 상기 제3 높이 및 상기 제3 폭은 상기 검사 영역을 통해 유지되는, 시스템.
- 제82항에 있어서, 상기 유동 채널은 정사각형 단면으로부터 직사각형 단면으로 변하는, 시스템.
- 제82항에 있어서, 상기 유동 채널은 원형 단면으로부터 타원형 단면으로 변하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 적어도 하나의 마스크를 더 포함하는, 시스템.
- 제87항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마스크는 상기 검사 영역으로 향하는 전자기 방사선의 경로에 위치하는 조명 마스크를 포함하는, 시스템.
- 제88항에 있어서, 상기 조명 마스크는 상기 유로를 따라 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는, 시스템.
- 제89항에 있어서, 상기 제1 영역은, 배향되었을 때, 생존 가능한 X-염색체를 지닌 정자를 생존 가능한 Y-염색체를 지닌 정자와 구별하기에 충분한 파형 펄스를 생성하도록 구성된 개구를 제공하는, 시스템.
- 제89항에 있어서, 상기 제2 영역은, 배향된 정세포들을 미배향 정세포들과 구별하는 일련의 파형 펄스를 생성하도록 구성된 일련의 개구를 포함하는, 시스템.
- 제89항에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 유로를 따라 상이한 횡 방향 프로파일을 가진 일련의 개구를 포함하는, 시스템.
- 제89항에 있어서, 상기 제2 영역은, 제2의 이격된 개구쌍으로 이어지는 제1의 이격된 개구쌍을 포함하며, 상기 이격 간격은 상기 제1 개구쌍과 상기 제2 개구쌍 사이에 차이가 있는, 시스템.
- 제92항에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 유로를 따라 일련의 순차적 개구를 포함하며, 각각의 개구는 상기 유로를 따라 횡 방향 위치가 상이한, 시스템.
- 제88항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마스크는 적어도 하나의 검출 마스크를 포함하는, 시스템.
- 제95항에 있어서, 제1 검출 마스크는 방출된 전방 형광의 경로에 위치하며, 제2 검출 마스크는 방출된 측면 형광의 경로에 위치하는, 시스템.
- 제96항에 있어서, 상기 제1 검출 마스크 및 상기 제2 검출 마스크는 상이한 슬릿 프로파일을 가지되, 각각의 마스크는 동일한 검출기와 연통하는, 시스템.
- 제97항에 있어서, 상기 분석기는 상기 검출기와 연통하며, 상기 전방 형광을 나타내는 제1 파형 펄스 및 상기 측면 형광을 나타내는 제2 파형 펄스를 상기 제1 검출 마스크 및 상기 제2 검출 마스크 각각의 슬릿 프로파일에 기초하여 디컨벌루션하도록 구성된, 시스템.
- 제87항에 있어서, 상기 마스크는 자유 공간에 위치하는, 시스템.
- 제87항에 있어서, 상기 마스크는 상기 기판 상에 위치하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 검출기는 제1 검출기를 포함하고, 상기 시스템은 제2 검출기를 더 포함하는, 시스템.
- 제101항에 있어서, 상기 제1 검출기는 흡수 검출기를 포함하고, 상기 제2 검출기는 형광 검출기를 포함하는, 시스템.
- 제102항에 있어서, 상기 흡수 검출기의 광 경로에 중성 밀도 필터를 더 포함하는, 시스템.
- 기판;
상기 기판에 형성된 복수의 유동 채널로서, 각각의 유동 채널은
입구;
상기 유동 채널 내의 정세포들을 정렬하기 위한 관련 유체 집속 특징부를 가진 유체 집속 영역;
상기 유동 채널 내의 정세포들을 배향하기 위한 관련 정자 배향 특징부를 가진 정자 배향 영역;
상기 유체 집속 영역 및 상기 정자 배향 영역의 적어도 부분적으로 하류에 있는 검사 영역;
적어도 제1 출구 및 제2 출구를 포함하는 복수의 유동 채널; 및
각각의 유동 채널과 연통하는 전향 기구를 포함하는, 정자 분류용 미소유체 칩. - 제104항에 있어서, 상기 유동 채널 집속 영역의 상기 유체 집속 특징부는 코어 스트림 형성 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 코어 스트림 형성 형상은
횡 방향 유체 집속 영역;
제1 수직 유체 집속 구성요소; 및
제2 수직 유체 집속 구성요소를 더 포함하는, 미소유체 칩. - 제106항에 있어서, 상기 제1 수직 유체 집속 구성요소는 수직 유체 집속 채널을 포함하고, 상기 제2 수직 유체 집속 구성요소는 제2 수직 유체 집속 채널을 포함하는, 미소유체 칩.
- 제107항에 있어서, 상기 제1 수직 유체 집속 채널 및 상기 제2 수직 유체 집속 채널은 반대 수직 위치의 상기 유동 채널과 연통하는, 미소유체 칩.
- 제107항에 있어서, 상기 제1 유체 수직 집속 채널은 제1 수직 영향을 제공하고, 상기 제2 수직 유체 집속 채널은 상기 제1 수직 영향과 반대 방향으로 제2 수직 영향을 제공하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 유체 집속 영역의 상기 유체 집속 특징부는 각각의 유동 채널의 상기 집속 영역에서 압력파를 생성하기 위한 초음파 변환기들을 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 유체 집속 영역의 상기 유체 집속 특징부는 상기 유동 채널을 따라 정상 압력파를 생성하기 위한 초음파 변환기 어레이를 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제107항에 있어서, 상기 유동 채널 배향 영역의 상기 정자 배향 특징부는 채널 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제112항에 있어서, 상기 채널 형상은 평면 채널 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제112항에 있어서, 상기 채널 형상은 노즐 형상을 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제112항에 있어서, 상기 채널 형상은 V형, 완만한 경사, 감압-압축 구역, 급격한 경사, 또는 계단과 같은 하나 이상의 채널 특징부를 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 정자 배향 영역의 상기 정자 배향 특징부는 각각의 유동 채널의 배향 영역에서 자기장을 생성하기 위한 자석을 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 정자 배향 영역의 상기 정자 배향 특징부는 상기 유동 채널을 따라 정상 압력파를 생성하기 위한 초음파 변환기 어레이를 더 포함하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 전향 기구는 버블 밸브를 포함하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 전향 기구는 초음파 변화기 어레이를 포함하는, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 각각의 유동 채널은, 상기 유동 채널에서 정자에 의해 생성된 측면 형광의 방향을 바꾸는 관련 반사 표면 또는 관련 굴절 부재를 갖는, 미소유체 칩.
- 제120항에 있어서, 상기 관련 반사 표면은 측면 형광의 방향을 제1 형광에 실질적으로 평행한 방향으로 바꾸는, 미소유체 칩.
- 제121항에 있어서, 상기 제1 형광은 전방 형광을 포함하는, 미소유체 칩.
- 제121항에 있어서, 상기 제1 형광은 후방 형광을 포함하는, 미소유체 칩.
- 제121항에 있어서, 상기 반사 표면은 상기 기판 상의 표면으로 형성된, 미소유체 칩.
- 제121항에 있어서, 상기 반사 표면은 상기 유동 채널의 표면으로 형성된, 미소유체 칩.
- 제104항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 시스 소스와 연통하는 시스 입구를 더 포함하며, 샘플 입구는 상기 시스 입구에 의해 생성되는 시스 유동 내에 위치하여 시스와 샘플의 동축 유동을 용이하게 하는, 미소유체 칩.
- 제126항에 있어서, 상기 샘플 입구는 경사진 입구를 포함하는, 미소유체 칩.
- 제126항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 샘플 입구에서 제1 폭 및 제1 높이를 포함하는, 미소유체 칩.
- 제128항에 있어서, 상기 유동 채널은 제1 변화점에서 제2 폭 및 제2 높이를 포함하는, 미소유체 칩.
- 제129항에 있어서, 상기 유동 채널의 폭은 상기 샘플 입구 및 상기 제1 변화점 사이에서 감소하는, 미소유체 칩.
- 제129항에 있어서, 상기 유동 채널은 제2 변화점에서 제3 폭 및 제3 높이를 포함하는, 미소유체 칩.
- 제131항에 있어서, 상기 제1 변화점과 상기 제2 변화점 사이에서 상기 폭은 일정하게 유지되며, 상기 제1 변화점과 상기 제2 변화점 사이에서 상기 높이는 감소하는, 미소유체 칩.
- 제132항에 있어서, 상기 제3 높이 및 상기 제3 폭은 상기 검사 영역을 통해 유지되는, 미소유체 칩.
- 제132항에 있어서, 상기 유체 유동 채널은 정사각형 단면으로부터 직사각형 단면으로 변하는, 미소유체 칩.
- 제132항에 있어서, 상기 유동 채널은 원형 단면으로부터 타원형 단면으로 변하는, 미소유체 칩.
- 미소유체 칩 내의 복수의 유동 채널을 통해 정자를 유동시키는 단계;
상기 복수의 유동 채널 내에서 정자를 배향하는 단계;
상기 유동 채널들 내의 검사 영역을 통해 상기 배향된 정자를 유동시키는 단계;
상기 적어도 하나의 검사 영역에서 정자를 검사하여 정자 특성을 결정하는 단계;
상기 유동 채널들에서 배향된 정자를 미배향 정자와 구별하는 단계;
상기 검출된 정자 특성에 기초하여, 배향된 정자의 계군을 선정하는 단계; 및
상기 선정된 정자의 계군을 수집 용기에 수집하는 단계를 포함하는, 정자 분류 방법. - 제136항에 있어서,
전자기 방사원을 제공하는 단계; 및
다수의 검사 영역 검사를 위해 상기 전자기 방사원으로부터 생성된 전자기 방사선을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제137항에 있어서, 상기 전자기 방사선을 조정하는 단계는 상기 전자기 방사원으로부터 생성된 상기 전자기 방사선을 분할하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제137항에 있어서, 상기 전자기 방사선을 조정하는 단계는 상기 전자기 방사선 빔 프로파일의 형상을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제136항에 있어서, 상기 검출된 정자 특성에 기초하여 정자의 계군을 선정하는 상기 단계는 상기 검출된 정자 특성에 기초하여 유동 채널 내에서, 선정된 정자 유동을 전향시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제136항에 있어서, 배향된 정자를 미배향 정자와 구별하는 단계 및 미배향 정자를 선정에서 배제하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제136항에 있어서, 상기 검사 영역에서 정자의 방출된 전자기 방사선에 응답하여 전방 형광 검출기로 제1 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하되, 상기 제1 신호는 검출 가능한 펄스 특성을 지닌 파형 펄스들을 포함하는, 방법.
- 제142항에 있어서, 측면 형광 검출기로 제2 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제143항에 있어서, 측면 형광 검출기로 제2 신호를 발생시키는 상기 단계는, 상기 측면 형광을 바깥쪽으로 반사하고 전방 형광과 평행한 측면 형광을 검출하기 위해 반사 부재를 각각의 유동 채널과 결합시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제144항에 있어서, 제1 마스크를 통해 상기 전방 형광을 검출하고 제2 마스크를 통해 상기 측면 형광을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제145항에 있어서, 상기 검출기에 의해 생성된 신호로부터 제1 파형 펄스 및 제2 파형 펄스를 디컨벌루션하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제146항에 있어서, 상기 디컨벌루션된 파형 펄스는 상기 정자 방향을 제공하는, 방법.
- 제136항에 있어서, 하나의 정자에 응답하여 하나의 검출기로 복수의 파형 펄스를 발생시키는 단계를 더 포함하되, 상기 복수의 파형 펄스는 상기 정세포에 대한 방향 정보를 제공하는, 방법.
- 제148항에 있어서, 레이저 흡광을 측정하여 정자 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제142항에 있어서,
제1 측면 형광 검출기로 제2 신호를 발생시키는 단계로서, 상기 제2 신호는 검출 가능한 펄스 특성을 지닌 파형 펄스들을 포함하는, 단계; 및
제2 측면 형광 검출기로 제3 신호를 발생시키는 단계로서, 상기 제2 신호는 검출 가능한 펄스 특성을 지닌 파형 펄스들을 포함하는, 단계를 더 포함하는, 방법. - 제150항에 있어서, 상기 제2 신호 및 제3 신호의 펄스 특성은 정세포들의 방향을 구별하는, 방법.
- 제151항에 있어서, 상기 펄스 특성은 피크 높이, 펄스 폭, 펄스 피크 지연, 펄스 기울기, 펄스 면적, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
- 제150항에 있어서, 상기 제2 신호의 펄스 특성을 상기 제3 신호의 펄스 특성과 비교하여 정자 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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