KR20230157541A - Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics - Google Patents

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KR20230157541A
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Abstract

본 발명은, 상향 수직 방향으로 주입이 발생하고, 칩의 채널들의 분석 부분 전에 그리고 분석 부분에서 입자 침전을 최소화하기 위해 칩 아래에 유체 용기들이 위치되는 마이크로유체 칩 구성에 관한 것이다. 일 양태에서, 매니폴드를 이용하여 칩의 하부를 통해 입력 및 유체가 상향으로 흐르며, 이는 유체 역학의 직교 재배향을 방지한다. 바이얼의 내용물들은 칩 아래에 위치되고, 칩의 제1 채널 내로 바로 상향으로 그리고 수직으로 펌핑된다. 긴 채널이 칩의 하부로부터 칩의 상부 근처까지 연장된다. 또한, 채널은 중력 및 벽들에서의 0의 흐름 속도로 인한 세포 침전의 임의의 영향을 거의 배제하는 짧은 수평 턴을 취한다. 유체는 칩에서 가장 높은 채널/유체 지점이고 따라서 칩의 상부에 가까운 수평 분석 부분까지 펌핑되고, 이는 더 선명한 이미징을 유발한다. 레이저가 또한 분석 동안 이 채널 내에 세포들 또는 입자들을 부유시킬 수 있으며, 이는 그들의 침전을 방지한다.The present invention relates to a microfluidic chip configuration in which injection occurs in an upward vertical direction and fluid vessels are positioned below the chip to minimize particle settling before and in the analytical portion of the channels of the chip. In one aspect, the input and fluid flows upward through the bottom of the chip using a manifold, which prevents orthogonal reorientation of the fluid dynamics. The contents of the vial are placed beneath the chip and pumped directly upward and vertically into the first channel of the chip. A long channel extends from the bottom of the chip to near the top of the chip. Additionally, the channel takes short horizontal turns which almost excludes any effects of cell settling due to gravity and zero flow velocity in the walls. Fluid is pumped to the horizontal analysis portion, which is the highest channel/fluid point on the chip and therefore closer to the top of the chip, resulting in sharper imaging. The laser can also suspend cells or particles within this channel during analysis, preventing their settling.

Description

마이크로유체 칩 구성 및 역학을 이용한 광학적 힘 측정 및 세포 이미징을 위한 마이크로유체 칩 디바이스{MICROFLUIDIC CHIP DEVICE FOR OPTICAL FORCE MEASUREMENTS AND CELL IMAGING USING MICROFLUIDIC CHIP CONFIGURATION AND DYNAMICS}Microfluidic chip device for optical force measurement and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics {MICROFLUIDIC CHIP DEVICE FOR OPTICAL FORCE MEASUREMENTS AND CELL IMAGING USING MICROFLUIDIC CHIP CONFIGURATION AND DYNAMICS}

본 발명은 일반적으로 유체 내의 입자 또는 세포에 대한 입자 분석 및 이미징을 위한 디바이스 및 방법에 관한 것으로서, 특히 압력, 유체 역학(fluid dynamics), 동전기(electrokinetic), 및 광학적 힘(optical forces)을 이용한 유체에 대한 입자 이미징을 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to devices and methods for particle analysis and imaging of particles or cells in fluids, and in particular to devices and methods using pressure, fluid dynamics, electrokinetic, and optical forces. Disclosed are devices and methods for particle imaging of fluids.

본 발명은 마이크로유체 칩(microfluidic chip)에 관한 것으로서, 이 마이크로유체 칩에서는 상향 수직 방향으로 주입(injection)이 발생하며, 칩의 채널들의 분석 부분(analysis portion )에 그리고 그 앞에 입자가 침전(particle settling)되는 것을 최소화하기 위해 유체 바이얼(vial)들이 칩 아래에 위치된다.The present invention relates to a microfluidic chip, in which injection occurs in an upward vertical direction, and particles settle in and in front of the analysis portion of the channels of the chip. Fluid vials are placed under the chip to minimize settling.

본 발명을 구현하기 위해서는 기존의 마이크로유체 칩 설계들에 대한 변경들이 이루어져야 한다. 예를 들어, 칩을 따라 수직으로 바이얼들을 유지하기 위해서는, 종래 기술에 비하여 칩과의 상이한 인터페이스가 확립되어야 한다. 구체적으로, 입력 튜브(input tube)가 (통상적으로 마이크로유체 랩-온-어-칩(lab-on-a-chip) 시스템들에서 행해지는 바와 같이) 칩의 가장 큰 면에 부착된 포트를 통해 직교 방식으로 칩과 인터페이싱한 후에 유체를 먼저 칩을 가로지른 다음에 위로 펌핑하는 대신에, 본 발명은 일 양태에서 매니폴드(manifold)를 사용하여 칩의 하부를 통해 올라오는 입력 및 유체를 가지며, 이는 유체/유체 역학의 수평 재배향(horizontal re-orientation)을 방지한다.In order to implement the present invention, changes must be made to existing microfluidic chip designs. For example, to maintain the vials vertically along the chip, a different interface with the chip must be established compared to the prior art. Specifically, an input tube passes through a port attached to the largest side of the chip (as is typically done in microfluidic lab-on-a-chip systems). Instead of interfacing with the chip in an orthogonal manner and then pumping the fluid first across the chip and then up, the present invention in one aspect uses a manifold to have the input and fluid come up through the bottom of the chip; This prevents horizontal re-orientation of the fluid/fluid dynamics.

본 발명에 따르면, 바이얼의 내용물들은 칩 아래에 위치되며, 상향으로 그리고 수직으로 바로 칩의 제1 채널 내로 펌핑된다. 칩의 하부로부터 칩의 상부 근처까지 긴 채널이 연장되어 있다. 그리고, 채널은 짧은 수평 턴(turn)을 취하지만, 새로운 채널은 벽들에서의 0의 흐름 속도 및 중력으로 인한 세포 침전의 임의의 영향을 거의 없애도록 짧다. 또한, 종래 기술과 달리, 유체는 분석 부분까지 펌핑된다. 따라서, 수평 분석 부분은 칩 내의 가장 높은 채널/유체 지점이고, 따라서 칩의 상부에 가까우며, 이는 종래 기술보다 더 적은 현미경/카메라와 샘플 사이의 칩 재료(예를 들어, 유리(glass)), 따라서 더 선명한 이미징을 유발한다. 레이저는 또한 분석 동안 이 채널 내의 세포들을 부유(suspend)시키며, 이는 그들의 침전을 방지한다.According to the invention, the contents of the vial are placed beneath the chip and pumped upwards and vertically directly into the first channel of the chip. A long channel extends from the bottom of the chip to near the top of the chip. And, although the channel takes a short horizontal turn, the new channel is short enough to virtually eliminate any effect of cell settling due to gravity and zero flow velocity at the walls. Additionally, unlike the prior art, fluid is pumped up to the analysis section. Therefore, the horizontal analysis portion is the highest channel/fluid point within the chip and is therefore close to the top of the chip, which requires less chip material (e.g. glass) between the microscope/camera and the sample than in the prior art, and therefore Causes clearer imaging. The laser also suspends the cells in this channel during analysis, preventing their sedimentation.

종래 기술에 따르면, 분리 및/또는 분석될 세포들 또는 입자들을 포함하는 마이크로유체 칩 바이얼들은 측부에 위치되고, 마이크로유체 칩 내의 채널들 내로 수평으로 펌핑된다. 먼저, 바이얼들의 내용물들(예를 들어, 입자들 또는 세포들)이 상향 수직 방향으로 펌핑되고, 이어서 유턴하여 아래로 이동하고, 이어서 칩 내로 수평으로 펌핑된다(예를 들어, 미국 특허 제9,594,071호 참조).According to the prior art, microfluidic chip vials containing cells or particles to be separated and/or analyzed are placed on the side and pumped horizontally into channels within the microfluidic chip. First, the contents of the vials (e.g., particles or cells) are pumped vertically upward, then make a U-turn and move downward, and then are pumped horizontally into the chip (e.g., US Pat. No. 9,594,071 (see issue).

칩에 대한 연결은 수평적이며, 이는 연결에서의 데드 볼륨(dead volume)(어느 정도 불가피한 유체 연결들(fluidic connections)에서의 빈 공간)과 결합되어 중력으로 인한 상당한 추가적인 침전을 유발한다. 이러한 구성은 또한 연결에 의해 요구되는 비교적 큰 직경 채널을 필요로 하며, 이는 데드 볼륨에 더하여 비교적 낮은 속도의 영역을 생성하여 입자 침전의 문제를 더 증가시킨다. 본 발명에 따른 현재 칩은 큰 수평 입력 채널에 대한 필요성 및 큰 수평 입력 채널로부터 제1 수직 칩 채널에서의 비교적 얇은 상향 흐름으로의 다소 급격한 변화를 제거한다. 이러한 구성은 수평 침전, 및 침전을 유발하는 불필요한 방향 변화를 제거한다. 세포들이 칩의 하부 에지에 들어가게 하는 것은 또한 칩을 중력에 대해 수직으로 배향하여 세포들 또는 입자들이 수평 채널의 하부에 침전하는 것이 아니라 오히려 흐름에 의해 위로 계속 안내되게 함으로써 데드 볼륨에서의 침전 문제를 해결한다. 이것은 직관적이지 않으며, 현재 구현된 해결책을 설계하기 전에 문제를 인식하기 위해 많은 실험을 요구하였다. 현재 이용 가능한 마이크로유체 디바이스들은 본 발명과 달리, 유리의 폴리싱된 표면 및 더 큰 영역 상에 맞춤형 또는 상업적으로 이용가능한 연결들을 통합하며, 이는 일반적으로 샘플 스트림 내에 포함된 세포들과 같은 임의의 입자들로 하여금 즉시 턴을 취하고 칩에 들어갈 때 수평으로 이동하게 한다.The connection to the chip is horizontal, which combined with the dead volume in the connection (empty space in fluidic connections to some extent unavoidable) causes significant additional settling due to gravity. This configuration also requires a relatively large diameter channel required by the connection, which creates a relatively low velocity region in addition to dead volume, further increasing the problem of particle settling. The current chip according to the invention eliminates the need for a large horizontal input channel and the rather sharp change from the large horizontal input channel to a relatively thin upward flow in the first vertical chip channel. This configuration eliminates horizontal settling and unnecessary directional changes that cause settling. Having the cells enter the lower edge of the chip also avoids the problem of settling in the dead volume by orienting the chip perpendicular to gravity so that the cells or particles do not settle at the bottom of the horizontal channel, but rather continue to be guided upward by the flow. Solve it. This is counter-intuitive and required a lot of experimentation to recognize the problem before designing the currently implemented solution. Currently available microfluidic devices, unlike the present invention, incorporate custom or commercially available connections on the polished surface of the glass and larger areas, which typically allow for any particles, such as cells, contained within the sample stream. Have the player take the turn immediately and move horizontally when entering the chip.

또한, 종래 기술에서, 세포들 또는 입자들은 분석 채널에 도달하기 전에 마이크로유체 칩 상에서 여러 개의 수평 런(run)을 가지며, 이는 침전을 유발한다. 바이얼 내용물들이 칩 및 칩 내의 채널들에 들어가는 지점에서, 내용물들은 수직 인-칩 채널(vertical in-chip channel)에 비해 수평으로 펌핑된다. 그 다음, 채널은 상향으로 흐르고 긴 수평 턴을 취하며, 이 지점에서 세포들은 중력으로 인해 채널의 하부에 침전할 뿐만 아니라, 층류 조건들(laminar flow conditions)로 인해 벽에서 더 낮은 속도를 경험하는 경향이 있다. 본질적으로, 포물선 속도 프로파일(parabolic velocity profile)로 인해, 흐름은 채널의 중간에서 가장 높고, 채널 벽에서 또는 그 근처에서 0으로 감소한다. 제1 수평 인-칩 채널(horizontal in-chip channel) 이후에, 유체는 입자들이 이미징되거나 분리되는 분석 채널 전에 하향 턴을 취한다. 이러한 구성으로 인해, 현미경/카메라와 분석 채널 사이에 비교적 큰 거리가 존재한다. 이러한 통상적인 종래 기술 구성에서, 입자들은 아래로 떠밀리고 궁극적으로 칩의 하부를 빠져나간다.Additionally, in the prior art, cells or particles have several horizontal runs on the microfluidic chip before reaching the analysis channel, causing sedimentation. At the point where the vial contents enter the chip and channels within the chip, the contents are pumped horizontally compared to the vertical in-chip channel. The channel then flows upward and takes a long horizontal turn, at which point the cells not only settle to the bottom of the channel due to gravity, but also experience lower velocities at the walls due to laminar flow conditions. There is a tendency. Essentially, due to the parabolic velocity profile, the flow is highest in the middle of the channel and decreases to zero at or near the channel walls. After the first horizontal in-chip channel, the fluid takes a downward turn before the analysis channel where particles are imaged or separated. Due to this configuration, there is a relatively large distance between the microscope/camera and the analysis channel. In this typical prior art configuration, the particles are pushed down and ultimately exit the bottom of the chip.

더욱이, 종래 기술에서의 제약들로 인해, 다수의 수평 런들(horizontal runs)이 요구되어, 세포들이 채널들 내의 다수의 장소에 침전되게 한다. 이것은 또한 칩의 에지에서 추가적인 재료를 통해 이미징해야 하는 필요성 때문에 이미지 품질의 감소를 유발한다. 종래 기술의 칩 내의 채널들은 상향 수직 방향으로, 이어서 수평으로, 이어서 적절한 세포 또는 입자 부유를 위해 지그재그 형태로, 이어서 칩 아래로 그리고 밖으로 펌핑되어야 했다. 지그재그 채널들은 본 발명에 의해 배제된다.Moreover, due to limitations in the prior art, multiple horizontal runs are required, allowing cells to settle in multiple locations within the channels. This also causes a reduction in image quality due to the need to image through additional material at the edge of the chip. Channels within a prior art chip had to be pumped vertically upward, then horizontally, then in a zigzag fashion for proper cell or particle suspension, then down and out of the chip. Zigzag channels are excluded by the invention.

유체 내의 세포들 또는 입자들의 3D 이미지들을 렌더링(rendering)하는 것에 관한 종래 기술이 또한 존재한다. 예를 들어, M. Habaza, M. Kirschbaum, C. Guernth-Marschner, G. Dardikman, I. Barnea, R. Korenstein, C. Duschl, N. T. Shaked, Adv. Sci. 2017, 4, 1600205는 세포를 포획하고, 이를 고속으로 회전시키고, 간섭법(interferometry)을 이용하여 세포 내의 굴절률 분포를 측정하는 것을 교시한다. 간섭법은 또한 마이크로유체 채널들 내의 세포들을 분석하는 데 사용되었다(예를 들어, Y. Sung et al., Phys. Rev. Appl. 2014 Feb. 27; 1: 014002 참조). 그러나, 본 발명은 세포 또는 입자가 유체 흐름에서 이동하여 이미징 디바이스(들)의 초점 평면들을 통과할 때 세포 또는 입자의 다수의 이미지를 촬영하는 것을 청구하며, 따라서 3D 이미지를 렌더링하기 위해 세포를 포획할 필요가 전혀 없게 한다. 기계적 병진 스테이지(mechanical translation stage)를 사용하여 세포 또는 입자를 이동시키는 것과 같은 다른 기술들(예를 들어, N. Lue et al., Opt. Express 2008 Sep. 29; 16(20): 16240-6)이 교시되었으며, 이들 중 어느 것도 본 명세서에 설명된 바와 같은 명시야 이미징(bright field imaging)을 사용하지 않으며, 이미지 초점 평면에 대한 세포 위치 설정(cell positioning)을 제공하기 위해 유체 흐름을 이용하지 않는다.There also exists prior art regarding rendering 3D images of cells or particles in a fluid. For example, M. Habaza, M. Kirschbaum, C. Guernth-Marschner, G. Dardikman, I. Barnea, R. Korenstein, C. Duschl, N. T. Shaked, Adv. Sci. 2017, 4, 1600205 teaches capturing cells, rotating them at high speed, and measuring the refractive index distribution within the cells using interferometry. Interferometry has also been used to analyze cells within microfluidic channels (see, e.g., Y. Sung et al., Phys. Rev. Appl. 2014 Feb. 27; 1: 014002). However, the present invention seeks to take multiple images of a cell or particle as it moves in a fluid flow and passes through the focal planes of the imaging device(s), thus capturing the cell to render a 3D image. Make sure you don't have to do it at all. Other techniques, such as using a mechanical translation stage to move cells or particles (e.g., N. Lue et al., Opt. Express 2008 Sep. 29; 16(20): 16240-6 ) are taught, none of which uses bright field imaging as described herein and none of which utilize fluid flow to provide cell positioning relative to the image focal plane. No.

본 명세서에 인용된 모든 선행 기술의 참조문헌은 그 전체가 참고로 통합된다.All prior art references cited herein are incorporated by reference in their entirety.

본 발명은 마이크로유체 칩에 관한 것으로서, 이 마이크로유체 칩에서는 주입이 발생하고, 입자 침전을 최소화하기 위해 샘플 바이얼들이 칩 아래에 위치된다. 따라서, 바이얼의 내용물들은 칩 아래에 위치되고, 위로 그리고 수직으로 바로 칩의 채널 내로 펌핑된다. 긴 채널이 칩의 하부로부터 칩의 상부 근처까지 연장된다. 그리고, 채널은 짧은 수평 턴을 취하지만, 새로운 채널은 채널의 벽들에서의 0의 흐름 속도로 인한 세포 침전의 임의의 영향에 관해 사소할 정도로 충분히 짧다. 또한, 종래 기술과 달리, 샘플은 분석 부분까지 펌핑된다. 따라서, 수평 분석 부분은 칩 내의 가장 높은 채널/유체 지점이고, 따라서 칩의 상부에 가까우며, 이는 종래 기술보다 더 적은 현미경/카메라 사이의 유리, 따라서 더 선명한 이미징을 유발한다. 칩의 상부로부터의 분석 채널의 거리는 100 마이크로미터(microns) 내지 2mm일 수 있지만, 100 마이크로미터 내지 200 마이크로미터, 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터, 300 마이크로미터 내지 400 마이크로미터 등과 같이 100mm 정도로 클 수 있다. 일 실시예에서, 칩의 분석 부분 이후에, 샘플, 예를 들어 유체, 세포들 및/또는 입자들은 아래로 칩의 하부까지 펌핑되고 밖으로 떠밀린다.The present invention relates to a microfluidic chip where injection occurs and sample vials are placed beneath the chip to minimize particle settling. Accordingly, the contents of the vial are placed beneath the chip and pumped upward and vertically directly into the chip's channels. A long channel extends from the bottom of the chip to near the top of the chip. And, although the channel takes a short horizontal turn, the new channel is short enough that any effect of cell settling due to zero flow velocity at the walls of the channel is negligible. Additionally, unlike the prior art, the sample is pumped up to the analysis section. Therefore, the horizontal analysis portion is the highest channel/fluid point within the chip and is therefore close to the top of the chip, which results in less glass between the microscope/camera than prior art, and therefore sharper imaging. The distance of the analysis channel from the top of the chip can be 100 microns to 2 mm, but can be as large as 100 mm, such as 100 microns to 200 microns, 200 microns to 300 microns, 300 microns to 400 microns, etc. there is. In one embodiment, after the analysis portion of the chip, samples, such as fluids, cells and/or particles, are pumped down to the bottom of the chip and pushed out.

본 발명은 또한, 수평 런들이 특히 유체가 칩 채널들에 들어가는 지점에서 최소화되는 마이크로유체 칩에 관한 것이다. 종래 기술의 칩들은 수평 채널들(비분석 부분들(non-analysis portions))에서 약 13mm를 포함하고, 그 중 약 2mm는 훨씬 더 큰 직경의 주입 포트에 대한 것이어서, 저속으로 인해 침전을 악화시킨다. 본 명세서에 설명된 칩은 바람직한 실시예에서 수평 채널들(비분석)에서 약 0.2 내지 3.0mm를 갖지만, 수평 채널들은 0.01 내지 100.0mm의 길이 범위, 예컨대 0.01mm 내지 0.02mm, 0.02mm 내지 0.03mm, 0.03mm 내지 0.04mm 등의 길이 범위를 가질 수 있다. 이것은 발명된 채널 시스템의 결과이고, 종래 기술과는 10 배 정도 상이하며, 이는 흐름 및 세포/입자 침전 제거를 개선한다.The invention also relates to a microfluidic chip in which horizontal runs are minimized, particularly at the point where fluid enters the chip channels. Prior art chips contain approximately 13 mm in horizontal channels (non-analysis portions), of which approximately 2 mm is for the much larger diameter injection port, exacerbating sedimentation due to low velocities. . The chip described herein has about 0.2 to 3.0 mm in horizontal channels (unanalyzed) in a preferred embodiment, but the horizontal channels may range in length from 0.01 to 100.0 mm, such as 0.01 to 0.02 mm, 0.02 to 0.03 mm. , may have a length range of 0.03 mm to 0.04 mm. This is the result of the invented channel system, which differs by a factor of 10 from the prior art, which improves flow and cell/particle sediment removal.

본 발명의 다른 양태는 마이크로유체 칩에 관한 것이고, 이 마이크로유체 칩에서는 이미징이 발생하고, 분석은 칩의 코너에 또는 그 근처에 기초하며, 따라서 카메라와 분석 채널 사이에 더 적은 유리 및 거리가 존재하기 때문에 다수의 시점으로부터의 이미징이 개선된다. 이것은 또한 더 높은 수치의 대물 렌즈가 사용되어 배율을 증가시킴으로써 상세한 이미징을 개선할 수 있게 한다. 이러한 설계 개선은 유리(또는 플라스틱 또는 임의의 투명 또는 반투명 재료와 같은, 칩을 포함하는 다른 물질) 및 (예를 들어, 유리의 결함들로 인한) 거리에 의해 유발되는 이미지의 왜곡을 감소시킨다. 이미징 디바이스와 분석 채널 사이의 거리는 100 마이크로미터 내지 2mm일 수 있지만, 100 마이크로미터 내지 200 마이크로미터, 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터, 300 마이크로미터 내지 400 마이크로미터 등과 같이 100mm 정도로 클 수 있다.Another aspect of the invention relates to a microfluidic chip, wherein imaging occurs and analysis is based at or near the corners of the chip, so there is less glass and distance between the camera and analysis channels. This improves imaging from multiple viewpoints. This also allows higher numerical objective lenses to be used to improve detailed imaging by increasing magnification. This design improvement reduces distortion of the image caused by the glass (or other material containing the chip, such as plastic or any transparent or translucent material) and distance (e.g., due to defects in the glass). The distance between the imaging device and the analysis channel can be 100 micrometers to 2 mm, but can be as large as 100 mm, such as 100 micrometers to 200 micrometers, 200 micrometers to 300 micrometers, 300 micrometers to 400 micrometers, etc.

또한, 본 발명은 분류 기능(sorting function)을 활성화하기 위해 압력 및/또는 레이저(또는 다른 광학적 힘) 양자를 동시에 또는 순차적으로 개별적으로 사용하는 것을 허용하는 분석 채널로부터의 하류의 분리(separation)를 갖는 마이크로유체 분류 칩(microfluidic sorting chip)에 관한 것이다. 일 양태에서, 흐름은 분류 기능을 위해 분석 채널로부터 계속될 것이다. 예를 들어, 입자들은 수직 채널로, 이어서 수평 분류 채널로 지향될 것이다. 일 실시예에서, 광학적 힘 및/또는 압력은 분류 채널에 대해 흐름 방향으로 인가되어 채널을 통해 입자들을 밀 것이다. 광학적 힘에 의해 직접 영향을 받지 않는 입자들은, 예를 들어 중력, 동전기력, 자력, 층류 라인, 스트림 라인, 감소된 유동률(flow rate), 직교 광학적 힘(orthogonal optical force), 또는 입자들을 대체 채널(alternate channel)로 흡입하기 위해 인가되는 진공으로 인해 대체 채널로 전환될 것이다. 분류 후분석(sorting post-analysis) 채널과 관련된 다른 양태에서, 본 발명은 칩의 배면으로부터 광학적 힘을 지향시키는 것(레이저 또는 광학적 힘이 동일한 흐름 방향으로 배향됨)을 허용하고, 일부 양태들에서는 이 주요 레이저를 분할하는 것을 허용한다. 실시예들에서, 광학적 힘 및/또는 압력은 채널을 통한 물질의 이동의 반대 방향으로, 예를 들어 흐름과 반대로 인가될 수 있거나, 채널 내의 물질의 이동과 동일한 방향으로, 예를 들어 흐름을 따라 인가될 수 있다. 세포 또는 입자 분류는 단일 디바이스 또는 별개의 칩 상에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 1b에서, 출구 튜빙(outlet tubing, 145) 이전의 제5 채널은 단일 또는 다수의 분류 영역들을 가능하게 하기 위해 하나 이상의 분기들(bifurcations)을 포함한다.Additionally, the present invention provides a separation downstream from the analysis channel that allows for the separate use of both pressure and/or laser (or other optical forces) simultaneously or sequentially to activate a sorting function. It relates to a microfluidic sorting chip. In one aspect, flow will continue from the analysis channel for a sorting function. For example, particles may be directed into a vertical channel and then into a horizontal sorting channel. In one embodiment, optical force and/or pressure is applied in the direction of flow relative to the sorting channel to push particles through the channel. Particles that are not directly affected by optical forces, for example gravity, electrokinetic forces, magnetic forces, laminar flow lines, stream lines, reduced flow rates, orthogonal optical forces, or alternative channels The vacuum applied to suction into the alternate channel will cause it to switch to the alternate channel. In another aspect related to a sorting post-analysis channel, the present invention allows directing optical force from the backside of the chip (laser or optical force oriented in the same flow direction), and in some aspects This allows splitting the main laser. In embodiments, the optical force and/or pressure may be applied in the opposite direction of the movement of the material through the channel, such as against the flow, or in the same direction as the movement of the material within the channel, such as along the flow. may be approved. Cell or particle sorting can occur on a single device or on separate chips. For example, in Figure 1B, the fifth channel before outlet tubing 145 includes one or more bifurcations to enable single or multiple fractionation regions.

본 발명의 다른 양태에서, 매니폴드는 튜빙이 매니폴드를 통과하고 다른 측에서 바이얼 또는 다른 용기에 연결되어 바이얼 내의 물질(예를 들어, 유체)과 접촉하는 방식으로 바이얼에 연결된다. 매니폴드는 바이얼들이 마이크로유체 칩에 연결되지만 칩 아래에 저장되는 것을 허용하고/하거나, 매니폴드는 바이얼의 내용물들이 칩의 하부로부터 주입되는 것을 허용하여, 바이얼 또는 바이얼로부터의 튜빙이 마이크로유체 칩에 연결되거나 그와 통하는 세포 또는 입자 침전과 같은, 종래 기술이 겪는 여러 문제점을 경감시킨다.In another aspect of the invention, the manifold is connected to the vial in such a way that tubing passes through the manifold and connects to the vial or other vessel on the other side to contact the substance (e.g., fluid) within the vial. The manifold allows vials to be connected to the microfluidic chip but stored beneath the chip, and/or the manifold allows the contents of the vials to be injected from the bottom of the chip, such that the vial or tubing from the vial is It alleviates several problems experienced by prior art techniques, such as cell or particle sedimentation connected to or communicating with the microfluidic chip.

다른 양태에서, 본 발명은 마이크로유체 칩 홀더에 관한 것이며, 이 칩 홀더는 프리즘이 설치될 때 광이 칩에 대해 비스듬하게 출사되게 하고 제한된 기하 구조(constrained geometry)를 조명하기 위한 바람직한 방법인 통합 프리즘 공동(integrated prism cavity)을 포함하는 광원을 안내하기 위한 구조를 포함한다. 실시예들에서, 광원은 광섬유들 또는 시준된(collimated) 또는 집속된(focused) 광원을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이 광원은 정확하게 지향되거나, 배향되거나, 특히 분석 채널 내로 지향된다.In another aspect, the present invention relates to a microfluidic chip holder, the chip holder comprising an integrated prism that allows light to exit at an angle relative to the chip when the prism is installed and is a preferred method for illuminating constrained geometries. It includes a structure for guiding a light source including an integrated prism cavity. In embodiments, the light source includes, but is not limited to, optical fibers or a collimated or focused light source. This light source is precisely aimed, oriented or especially directed into the analysis channel.

본 발명의 다른 양태에서, 디바이스는 제1 카메라 및 채널 뷰(channel view)에 직교하여 배향된 제2 이미징 디바이스를 포함한다. 제2 카메라에 대한 이유들은 다양하다. 일 양태에서, 제2 이미징 디바이스에 대한 이유는 분석 채널에서의 레이저 또는 광학적 힘의 시각적 정렬을 보조하는 것이다. 다른 양태에서, 본 명세서에 설명된 방법을 이용하여, 제1 카메라로부터의 데이터가 기록될 수 있다. 제2 카메라에 의해, 데이터가 제1 카메라로부터의 데이터와 결합되어, 세포 위치, 크기, 형상, 볼륨 등을 더 정확하게 추정하기 위해 사용될 수 있는 추가 데이터를 유발할 수 있다. 동일한 세포(또는 입자)에 관한 이러한 추가 정보는 측정 및 분석의 정확성 및 범위를 증가시킨다. 추가적인 양태에서, 제2 카메라는, 제1 카메라와 결합되어, 직교 카메라 및 흐름 내의 카메라 또는 칩의 측부를 향해 위치된 카메라에 의해 이미징되는 세포 또는 입자, 또는 세포들 또는 입자들의 그룹의 3D 재구성을 허용한다. 흐름을 반전시키거나 느리게 하고 특정한 세포 또는 입자, 또는 세포들 또는 입자들의 그룹의 하나 이상의 이미지들을 취하는 것을 포함하는, 본 명세서에 설명된 알고리즘 등을 사용하여, 본 발명은 다수의 이미지들이 분석되고 처리되는 것을 허용하여, 세포 볼륨, 세포 형상, 핵 위치, 핵 볼륨, 세포기관(organelle) 또는 봉입체(inclusion body) 위치 등과 같은 특성들/속성들/정량적 측정들(characteristics/attributes/quantitative measurements)의 결정을 가능하게 한다. 본 발명의 다른 양태에서는 카메라가 흐름의 방향에 있는 축에서 이미징하도록 배향된다.In another aspect of the invention, a device includes a first camera and a second imaging device oriented orthogonal to the channel view. The reasons for the second camera are varied. In one aspect, the reason for the second imaging device is to assist in visual alignment of the laser or optical force in the analysis channel. In another aspect, data from a first camera may be recorded using the methods described herein. With the second camera, data can be combined with data from the first camera, resulting in additional data that can be used to more accurately estimate cell location, size, shape, volume, etc. This additional information about the same cell (or particle) increases the accuracy and scope of measurements and analysis. In a further aspect, the second camera is coupled with the first camera to produce a 3D reconstruction of the cell or particle, or group of cells or particles, imaged by the orthogonal camera and the camera in the flow or the camera positioned toward the side of the chip. Allowed. Using the algorithms described herein, including reversing or slowing the flow and taking one or more images of a particular cell or particle, or group of cells or particles, the present invention allows multiple images to be analyzed and processed. Allowing for determination of characteristics/attributes/quantitative measurements such as cell volume, cell shape, nuclear position, nuclear volume, organelle or inclusion body position, etc. makes possible. In another aspect of the invention the camera is oriented to image on an axis in the direction of flow.

일 양태에서, 본 발명은 입자들을 적절히 부유 상태로 유지하기 위해, 종래 기술에 따라 선호되는 바와 같은 구불구불한 또는 지그재그 채널을 요구하지 않는다. 칩 내에 주입되는 유체 및 입자들 또는 세포들의 수직 성질(vertical nature) 때문에, 지그재그 채널은 채널을 통해 (본 명세서에서 제2 채널로 지칭되는) 제1 수평 채널로 직접 위로 흐르는 수직으로 통합된 펌핑된 입자들에 의해 배제된다.In one aspect, the present invention does not require tortuous or zigzag channels, as preferred according to the prior art, to keep the particles properly suspended. Because of the vertical nature of the fluid and particles or cells injected within the chip, the zigzag channel has a vertically integrated pumped channel that flows directly upward through the channel into the first horizontal channel (referred to herein as the second channel). excluded by particles.

첨부 도면들은 본 발명의 실시예들 중 일부의 소정 양태들을 예시하며, 본 발명을 제한하거나 정의하는 데 사용되지 않아야 한다. 작성된 설명과 함께, 도면들은 본 발명의 소정 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 칩, 매니폴드 및 바이얼들을 포함하는 디바이스 구성의 글로벌 뷰를 도시하는 도면이다. 도 1b는 칩 채널 배향들 및 위치들의 특정 묘사들을 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 마이크로유체 칩 홀더를 도시하는 도면들을 포함한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 칩 홀더의 각도들 및 양태들을 도시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 칩과 관련된 세포 경로 및 이미징 구성의 예들을 도시하는 도면들이다. 도 4c는 대안적인 세포 경로를 도시하는 도면이다.
도 5는 온칩 다중 평면 이미징(on chip multi-plane imaging) 및 이것이 3D 이미지들 및 정보를 렌더링하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 도시하는 도면이다.
도 6a 및 6b는 유체 흐름 내의 온칩 다중 평면 이미징 및 이것이 3D 이미지를 렌더링하는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 도시하는 도면이다.
도 7은 세포가 어떻게 칩의 분석 부분 내에서 포획 및/또는 균형화되고 다수의 각도들로부터 이미징될 수 있는지를 도시하는 도면이다.
도 8은 입자들이 카메라로부터 멀리 이동하도록, 카메라 및 조명원이 레이저 및 흐름 방향을 따라 어떻게 배치될 수 있는지를 도시하는 도면이다.
도 9는 입자들이 카메라를 향하여 이동하도록, 카메라 및 조명원이 레이저 및 흐름 방향을 따라 어떻게 배치될 수 있는지를 도시하는 도면이다.
The accompanying drawings illustrate certain aspects of some of the embodiments of the invention and should not be used to limit or define the invention. The drawings, together with the written description, serve to explain certain principles of the invention.
1A is a diagram showing a global view of the device configuration including chip, manifold and vials. FIG. 1B is a diagram showing specific depictions of chip channel orientations and positions.
2A and 2B include diagrams showing a microfluidic chip holder according to the present invention.
3A and 3B are diagrams showing angles and aspects of a chip holder according to the present invention.
4A and 4B are diagrams showing examples of cellular pathways and imaging configurations associated with the chip. Figure 4C is a diagram depicting alternative cellular pathways.
Figure 5 is a diagram illustrating on chip multi-plane imaging and how it can be used to render 3D images and information.
6A and 6B are diagrams illustrating on-chip multi-plane imaging in fluid flow and how it can be used to render 3D images.
Figure 7 is a diagram illustrating how cells can be captured and/or balanced within the analysis portion of the chip and imaged from multiple angles.
Figure 8 is a diagram showing how the camera and illumination source can be positioned along the laser and flow direction so that the particles move away from the camera.
Figure 9 is a diagram showing how the camera and illumination source can be positioned along the laser and flow direction so that particles move toward the camera.

본 발명은 다양한 특징을 갖는 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 실시에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 본 기술분야의 기술자들에게 명백할 것이다. 본 기술분야의 기술자는 이러한 특징들이 주어진 응용 또는 설계의 요건들 및 사양들에 기초하여 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다양한 특징들을 포함하는 실시예들은 또한 이러한 다양한 특징들로 구성되거나 본질적으로 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들은 본 발명의 명세서 및 실시의 고려로부터 본 기술분야의 기술자들에게 명백할 것이다. 제공된 본 발명의 설명은 본질적으로 단지 예시적이거나 설명적이며, 따라서 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 변경들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.The invention has been described with reference to specific embodiments having various features. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes may be made in the practice of the invention without departing from the scope or spirit of the invention. Those skilled in the art will recognize that these features may be used alone or in any combination based on the requirements and specifications of a given application or design. Embodiments that include various features may also consist of or consist essentially of these various features. Other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and practice of the invention. The description of the invention provided is merely exemplary or explanatory in nature, and therefore changes that do not depart from the essence of the invention are intended to be within the scope of the invention.

본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 설명에서 제시되거나 도면들에 도시된 컴포넌트들의 구성 및 배열의 상세들로 그 응용이 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시예들이 가능할 수 있거나 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 어구 및 용어는 설명을 위한 것이고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다.Before describing at least one embodiment of the invention in detail, it should be understood that the invention is not limited in its application to the details of the configuration and arrangement of components presented in the following description or shown in the drawings. The invention is capable of other embodiments or of being practiced or carried out in various ways. Also, it is to be understood that the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting.

이제 도면들을 참조하면, 도 1a는 본 명세서에 교시된 디바이스의 글로벌 뷰를 도시한다. 샘플 바이얼들(130)은 마이크로유체 칩(100)(본 명세서에서 일반적으로 기판이라고도 지칭될 수 있음) 아래에 위치되며, 바이얼들의 수 또는 크기들에 관하여 제한되지 않는다. 바이얼들은 유체, 액체, 기체, 플라즈마, 혈청, 혈액, 세포, 혈소판(platelets), 입자 등 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 물질(substance)과 같이, 디바이스를 통해 이동될 수 있는 임의의 유형의 샘플을 보유하도록 구성된다. 본 명세서의 맥락에서, 용어 유체 또는 샘플은 이러한 하나 이상의 물질을 지칭하기 위해 일반적으로 사용될 수 있다. 바이얼들은 직접적으로 또는 간접적으로, 예컨대 칩의 밑면과 동작가능하게 통하는 공기 튜빙(air tubing, 110)을 이용하여 간접적으로 연결된다. 이들은 또한 도 1a에 추가로 도시된 바와 같이 매니폴드(120)를 통해 연결될 수 있다. 도 1b는 마이크로유체 칩(100)의 바람직한 실시예를 도시하고, 그에 의해, 물질, 유체, 입자들 및/또는 세포들은 마이크로유체 칩의 에지와 같은 하나의 외부 표면(예를 들어, 도 1b의 XZ 평면)에 주입된다. 주입은 도 1b에서 XZ 면 또는 XY 면과 같은 최소 거리에 의해 공유된 면들 중 하나를 따라 도시된다. 이 특정 실시예에서, 측면 X(160)의 길이는 측면 Y(170)의 길이 및 측면 Z(180)의 길이보다 작다. 이러한 구성은 샘플이 칩 상에 채널들에 들어갈 때 최소 편차(minimal deviation)를 갖는 것을 허용한다(예를 들어, 일반적으로 현재의 기술 상태에서 그러하듯이, 우측 턴(right turn)이 필요하지 않음).Referring now to the drawings, FIG. 1A shows a global view of the device taught herein. Sample vials 130 are positioned beneath microfluidic chip 100 (which may also be generally referred to herein as a substrate), and there is no limitation as to the number or sizes of vials. Vials may contain one or more substances, including but not limited to one or more of fluids, liquids, gases, plasma, serum, blood, cells, platelets, particles, etc., or combinations thereof, through the device. It is configured to hold any type of sample that can be moved. In the context of this specification, the terms fluid or sample may be used generically to refer to one or more such substances. The vials are connected directly or indirectly, for example using air tubing 110 operably communicating with the underside of the chip. These may also be connected via manifold 120 as further shown in Figure 1A. FIG. 1B shows a preferred embodiment of a microfluidic chip 100, whereby substances, fluids, particles and/or cells are formed on one outer surface, such as an edge of the microfluidic chip (e.g., in FIG. 1B ). is injected into the XZ plane). The injection is shown in Figure 1B along one of the planes shared by a minimum distance, such as the XZ plane or the XY plane. In this particular embodiment, the length of side X (160) is less than the length of side Y (170) and the length of side Z (180). This configuration allows the sample to have minimal deviation as it enters the channels on the chip (i.e. no right turn is required, as is generally the case with the current state of the art). ).

도 1a에서, 매니폴드(120)는 물질, 유체, 입자들, 및/또는 세포들이 수직 상향으로 마이크로유체 칩 내로 주입 또는 펌핑될 수 있도록 바이얼 또는 바이얼들(130)을 마이크로유체 칩(100)에 연결하는 것으로 도시되어 있다. 매니폴드는 칩의 하부로부터 물질들을 주입하는 것을 허용하면서, 또한 전자기기, 흐름 센서, 및 튜빙(액체 및 공기 둘 다)을 세포 침전을 최소화하는 방식으로 위치 설정하며, 이는 처리량(throughput)을 최적화한다. 공기 튜빙은 압력 또는 진공을 제공하며, 밀봉될 때 매니폴드 장치의 범위 내에 폐쇄 시스템을 제공한다. 일 실시예에서, 바이얼(들)과 매니폴드 사이에 거리가 존재하며, 이는 밀봉이 존재하지 않고 내부 볼륨의 압력이 대기압이라는 것을 나타낸다. 이것은 대기에 개방된 용기로부터 또는 용기로 물질들을 펌핑하는 것을 허용한다(개방된 용기로부터 펌핑하기 위해서는 진공(vacuum)이 요구된다). 매니폴드는 세포 침전을 최소화하는 방식으로 전자기기, 흐름 센서, 및 튜빙(액체 및 공기 둘 다)을 위치 설정하며, 이는 처리량을 최적화한다.1A, manifold 120 holds a vial or vials 130 so that substances, fluids, particles, and/or cells can be injected or pumped vertically upward into the microfluidic chip 100. ) is shown as being connected to. The manifold allows for injection of materials from the bottom of the chip, while also positioning the electronics, flow sensors, and tubing (both liquid and air) in a way that minimizes cell deposition, which optimizes throughput. do. Pneumatic tubing provides pressure or vacuum and, when sealed, provides a closed system within the confines of the manifold device. In one embodiment, there is a distance between the vial(s) and the manifold, indicating that no seal exists and the pressure in the interior volume is atmospheric. This allows pumping of substances to or from a vessel open to the atmosphere (a vacuum is required for pumping from an open vessel). The manifold positions the electronics, flow sensors, and tubing (both liquid and air) in a way that minimizes cell deposition, which optimizes throughput.

칩의 하부로부터 내용물들을 주입함으로써, 본 발명은 채널(들)(150) 내의 입자들 또는 세포들의 침전과 같은 문제점들을 유발하는 입구 튜빙(inlet tubing, 140) 및 출구 튜빙(145)에서의 수평 이동을 최소화한다. 출구 튜빙은 입구 튜빙으로부터, 이 예에서는 Z 및 X 차원들(도 1b)에서 오프셋된다. 실시예들에서, 출구 튜빙은 입구 튜빙에 대해 오프셋되거나, 오프셋되지 않거나, 직선이거나, 인라인(in-line)이거나, 경사진다. 이러한 구성은 구불구불한 또는 지그재그 수직 채널들에 대한 필요성을 제거하는데, 그 이유는 현재 구성이 종래 기술에서, 예를 들어 세포들 및/또는 입자들과 결합된 유체가 수평 방향으로 측면으로부터 칩 내로 주입되거나 펌핑된 후에 위로 밀리도록 방향 및 유체 역학을 변경해야 하는 경우에 발생하는 침전 문제점들을 해결하기 때문이다. 매니폴드 및 칩의 하부로부터의 주입은 또한 추가적인 요소들, 컴포넌트들, 기계류 또는 하드웨어가 칩 아래에 배치되는 것을 허용한다(도 1a 참조).By injecting the contents from the bottom of the chip, the present invention prevents horizontal movement in the inlet tubing (140) and outlet tubing (145) causing problems such as settling of particles or cells within the channel(s) (150). minimize. The outlet tubing is offset from the inlet tubing, in this example in the Z and X dimensions (FIG. 1B). In embodiments, the outlet tubing is offset, unoffset, straight, in-line, or sloped relative to the inlet tubing. This configuration eliminates the need for tortuous or zigzag vertical channels because the current configuration does not allow fluid associated with the cells and/or particles to flow into the chip from the side in a horizontal direction, as in the prior art. This solves the settling problems that arise when the direction and fluid dynamics must change to push upward after being injected or pumped. The manifold and injection from the bottom of the chip also allow additional elements, components, machinery or hardware to be placed beneath the chip (see Figure 1A).

매니폴드(120)는 바이얼 내의 내용물들 위의 공기 압력을 조절하고, 흐름 센서 및 전자기기에 대한 정확한 기하 구조를 제공함으로써 작동한다. 유체 또는 공기 튜빙과 같은 튜빙은 매니폴드를 통과하고 다른 측 상의 바이얼에 연결된다. 가압된 공기는 매니폴드의 일측을 통과하고 매니폴드 내에 폐쇄 가압 시스템을 생성한다. 밀폐 영역 내의 압력을 조절함으로써, 시스템은 유속 및 유체 역학과 같은 파라미터들에 대한 변경들을 허용한다. 가압 영역은 바이얼(들)(130) 및 매니폴드(120) 둘 다에 있다. 다른 양태에서, 바이얼에 대해서는 공기 연결이 필요하지 않은데, 그 이유는 그것이 주변 대기에 개방되기 때문이다. 이것은 더 다양한 용기들 및 소스들의 샘플링을 가능하게 한다. 그러한 실시예에서, 개방 용기로부터 유체 흐름을 구동하기 위해 압력차가 생성되도록 다른 하나 이상의 바이얼에 진공이 인가된다.Manifold 120 operates by regulating the air pressure above the contents in the vial and providing the correct geometry for the flow sensor and electronics. Tubing, such as fluid or air tubing, passes through the manifold and connects to a vial on the other side. Pressurized air passes through one side of the manifold and creates a closed pressurized system within the manifold. By regulating the pressure within the enclosure, the system allows changes to parameters such as flow rate and fluid dynamics. Pressurization areas are in both vial(s) 130 and manifold 120. In another aspect, no air connection is required for the vial since it is open to the surrounding atmosphere. This allows sampling of a wider variety of containers and sources. In such embodiments, a vacuum is applied to one or more vials to create a pressure differential to drive fluid flow from the open vessel.

일 실시예에서, 압력 기반 샘플 주입이 사용된다. 바이얼들은 유체 내의 샘플로 채워지고, 칩에 연결된 뚜껑 또는 튜빙으로 밀봉된다. 뚜껑에 부착하기 전에, 바이얼은 공기에 개방되거나 또는 격막 또는 기타 기밀 디바이스로 밀봉될 수 있다. 일 양태에서, 뚜껑은 2개의 연결을 포함할 수 있고, 하나는 가스와 같은 유체에 대한 것이고 하나는 액체에 대한 것이다. 선택적으로, 방법 실시예는 제1 채널과 통하는 샘플 입구 라인(sample inlet line)과 통하는 샘플 입구 라인 팁을 제공하는 단계를 더 포함한다.In one embodiment, pressure-based sample injection is used. The vials are filled with the sample in fluid and sealed with a lid or tubing connected to the chip. Before attaching the lid, the vial may be open to the air or sealed with a septum or other airtight device. In one aspect, the lid may include two connections, one for a fluid such as a gas and one for a liquid. Optionally, method embodiments further include providing a sample inlet line tip communicating with a sample inlet line communicating with the first channel.

다른 실시예에서, 진공 기반 샘플 주입이 사용된다. 바이얼들은 유체 내의 샘플로 채워지고, 칩에 연결된 뚜껑 또는 튜빙으로 밀봉된다. 뚜껑에 부착하기 전에, 바이얼은 공기에 개방되거나 격막으로 밀봉될 수 있다. 일 양태에서, 뚜껑은 2개의 연결을 포함할 수 있고, 하나는 가스와 같은 유체에 대한 것이고 하나는 액체에 대한 것이다. 선택적으로, 유체는 다른 바이얼들 중 하나 이상에 진공 압력을 인가함으로써 대기에 열린 바이얼로부터 흡인될 수 있다. 선택적으로, 방법 실시예는 제1 채널과 통하는 샘플 입구 라인과 통하는 샘플 입구 라인 팁을 제공하는 단계를 더 포함한다.In another embodiment, vacuum-based sample injection is used. The vials are filled with the sample in fluid and sealed with a lid or tubing connected to the chip. Before attaching the lid, the vial may be open to the air or sealed with a septum. In one aspect, the lid may include two connections, one for a fluid such as a gas and one for a liquid. Optionally, fluid can be aspirated from a vial open to atmosphere by applying vacuum pressure to one or more of the other vials. Optionally, method embodiments further include providing a sample inlet line tip in communication with a sample inlet line in communication with the first channel.

도 2a 및 도 2b 및 도 3a 및 도 3b에 칩 홀더(200, 300)가 도시되어 있다. 칩 홀더는 광섬유 광원(fiber optic light source), 발광 다이오드 또는 레이저와 같은 광원(210) 및 프리즘이 설치될 수 있는 통합 프리즘 공동(220, 320)을 안내하기 위한 구조를 포함한다. 광원은 칩 홀더 내의 통합 구조(integrated structure) 또는 채널(240)에 의해 원하는 위치로 안내되거나 정렬된다. 광섬유 광원을 위한 내장 공간은 마이크로유체 칩(230, 330) 또는 마이크로 유체 칩 내의 채널과 같은 제한된 기하학적 환경들에서도 원뿔 조명(250)과 같은 조명을 허용한다. 이 광원은 특히 바람직한 양태에서 분석 채널(260) 상에 정밀하게 지향되거나, 배향되거나, 집속된다. 바람직한 실시예에서, 칩 홀더는 프리즘(220, 320) 및 광섬유 광원(210)에 대한 내장 공간을 포함하여, 제한된 기하구조로의 조명을 허용한다. 칩은 본 명세서에 설명된 바와 같이 유체 튜빙을 정밀하게 정렬하기 위해 홀더(350)의 하부에 구멍들 또는 개구들을 더 포함한다. 일 실시예에서, 조절가능한 나사들이 적절한 정렬을 위해 하나 이상의 면들 상의 나사 구멍들(360) 내로 통합된다.Chip holders 200 and 300 are shown in FIGS. 2A and 2B and FIGS. 3A and 3B. The chip holder includes a structure for guiding a light source 210, such as a fiber optic light source, a light emitting diode or a laser, and an integrated prism cavity 220, 320 in which a prism can be installed. The light source is guided or aligned to the desired location by an integrated structure or channel 240 within the chip holder. The built-in space for a fiber optic light source allows illumination, such as a cone light 250, even in restricted geometric environments such as the microfluidic chip 230, 330 or a channel within the microfluidic chip. This light source is, in a particularly preferred embodiment, precisely directed, oriented, or focused onto the analysis channel 260. In a preferred embodiment, the chip holder includes built-in space for prisms 220, 320 and a fiber optic light source 210, allowing illumination of limited geometries. The chip further includes holes or openings in the bottom of the holder 350 for precise alignment of fluid tubing as described herein. In one embodiment, adjustable screws are incorporated into screw holes 360 on one or more sides for proper alignment.

도 4a는 본 명세서에 설명된 마이크로유체 칩(400)의 바람직한 실시예이다. 도시된 바와 같이, 유체는 먼저 제1 채널(410)을 통해 수직 방향으로 위로 이동하고 나서 제2 수평 채널(420)과 연통한다. 다른 수직 채널(430)은 칩의 상부에 훨씬 더 가까운 유체를 취하고, 이 시점에서 제4 채널(440)은 수평이고, 도 4에 도시된 바와 같이, 분석 채널을 포함한다. 채널들은 샘플이 시스템을 통해 하나의 채널로부터 다른 채널로 이동될 수 있도록 하기 위해 서로 동작가능하게 통한다. 실시예들에서, 샘플은 제1 채널로부터 제2 채널로, 제3 채널로, 제4 채널로, 또는 반대로, 또는 이들의 조합으로 흐를 수 있다. 채널들의 개구 및 출구 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에서 양 및/또는 음의 압력을 제공하여 채널들을 통한 물질들의 이동을 가능하게 하기 위해 펌프 및/또는 진공 장치가 제공될 수 있다. 분석 채널은 칩의 면들, 에지들, 또는 측면들과 같은 기판의 하나 이상의 외부 표면에 가깝다. 예를 들어, 이 구성에 따른 분석 채널은 칩의 상부 및 측면에 가깝고, 그에 의해 마이크로유체 칩의 물질을 통한 이미징 및 분석을 개선한다. 바람직한 실시예에서, 분석 채널은 칩의 상부 및 측면으로부터 약 1mm 내지 약 2mm이다. 그러나, 칩의 상부로부터의 분석 채널의 거리는 0.1mm 내지 100mm, 예컨대 0.1mm 내지 0.2mm, 0.2mm 내지 0.3mm, 0.3mm 내지 0.4mm 등일 수 있다. 다른 방식으로 표현하면, 분석 채널은 기판의 상부 50%, 33%, 25%, 10%, 또는 5% 내에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 수평 분석 채널의 길이는 약 250 마이크로미터 내지 약 10mm일 수 있다. 그러나, 분석 채널의 길이는 100 마이크로미터 내지 100mm, 예컨대 0.1mm 내지 0.2mm, 0.2mm 내지 0.3mm, 0.3mm 내지 0.4mm 등일 수 있다. 다른 방식으로 표현하면, 분석 채널의 길이는 기판/칩의 높이, 폭 또는 길이의 약 75% 이하, 예를 들어 기판/칩의 높이, 폭 또는 길이의 50% 이하, 33% 이하, 25% 이하, 10% 이하, 또는 5% 이하일 수 있다.Figure 4A is a preferred embodiment of the microfluidic chip 400 described herein. As shown, the fluid first moves vertically upward through the first channel 410 and then communicates with the second horizontal channel 420. Another vertical channel 430 takes the fluid much closer to the top of the chip, at which point a fourth channel 440 is horizontal and contains the analysis channel, as shown in FIG. 4 . The channels operably communicate with each other to allow samples to be moved from one channel to another throughout the system. In embodiments, the sample may flow from the first channel to the second channel, to the third channel, to the fourth channel, or vice versa, or a combination thereof. Pumps and/or vacuum devices may be provided to provide positive and/or negative pressure at either or both the opening and outlet of the channels to enable movement of substances through the channels. The analysis channel is close to one or more external surfaces of the substrate, such as faces, edges, or sides of the chip. For example, the analysis channels according to this configuration are close to the top and sides of the chip, thereby improving imaging and analysis through the materials of the microfluidic chip. In a preferred embodiment, the analysis channel is about 1 mm to about 2 mm from the top and side of the chip. However, the distance of the analysis channel from the top of the chip may be 0.1 mm to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, 0.3 mm to 0.4 mm, etc. Expressed another way, the analysis channel may be located within the top 50%, 33%, 25%, 10%, or 5% of the substrate. The length of the horizontal analysis channel according to the present invention may be from about 250 micrometers to about 10 mm. However, the length of the analysis channel may be 100 micrometers to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, 0.3 mm to 0.4 mm, etc. Expressed another way, the length of the analysis channel is no more than about 75% of the height, width, or length of the substrate/chip, e.g., no more than 50%, no more than 33%, no more than 25% of the height, width, or length of the substrate/chip. , may be 10% or less, or 5% or less.

도 4b에는, 기계 비전 카메라들(machine vision cameras)과 같은 2개의 이미징 디바이스(450)가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 카메라는 칩 위에 위치될 수 있고 분석 채널에 직교하여 배향될 수 있다. 다른 실시예에서, 카메라는 칩의 측면에 위치될 수 있고 흐름의 방향에 직교하도록 배향되거나 흐름의 방향에 대각선으로(예컨대 채널 위에, 채널 아래에, 또는 채널의 측면에 비스듬하게) 배향될 수 있다. 실시예들에서, 카메라는, 이미징이 하나 이상의 물질의 흐름에 대해 임의의 각도로, 예를 들어 하나 이상의 물질의 흐름에 대해 직교 또는 90도 또는 0 내지 90도 또는 10 내지 80도 또는 30 내지 60도 등으로 수행되도록 위치 설정될 수 있다. 다른 실시예에서, 분석 채널에서 이미지 세포들 또는 입자들을 이미징하기 위해 2개 이상의 카메라들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 카메라는 칩 위에 있고 분석 채널에 직교하여 배향될 수 있다. 제2 카메라는 칩의 측면에 위치될 수 있고 흐름의 방향에 직교하여 배향되거나 흐름의 방향에 대각선으로(예를 들어, 채널 위, 채널 아래, 또는 채널의 측면에 비스듬하게) 배향될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 광원들(460)은 분석 채널(440)을 조명하기 위해 사용될 수 있고, 이러한 광원들은 칩 아래에 위치되고, 칩의 측면에 대해 위로 조명하거나, 칩 위에서 흐름 방향으로 또는 흐름 방향과 반대로 조명하거나, 분석 채널에 대해 아래로 또는 대각선으로 조명할 수 있다.In FIG. 4B, two imaging devices 450, such as machine vision cameras, are shown. In one embodiment, a camera may be positioned on the chip and oriented orthogonal to the analysis channel. In other embodiments, the camera may be located on the side of the chip and oriented perpendicular to the direction of flow, or diagonal to the direction of flow (e.g., above the channel, below the channel, or at an angle to the side of the channel). . In embodiments, the camera may be configured to image at any angle relative to the flow of one or more materials, for example perpendicular or 90 degrees or 0 to 90 degrees or 10 to 80 degrees or 30 to 60 degrees to the flow of one or more materials. The position may be set to be performed in degrees, etc. In another embodiment, two or more cameras may be used to image cells or particles in the analysis channel. For example, a camera may be on the chip and oriented orthogonal to the analysis channel. The second camera may be located on the side of the chip and oriented perpendicular to the direction of flow or diagonal to the direction of flow (eg, above the channel, below the channel, or at an angle to the side of the channel). As shown in Figure 4B, one or more light sources 460 can be used to illuminate the analysis channel 440, such that these light sources can be positioned below the chip, illuminating upward against the side of the chip, or flowing over the chip. It can be illuminated either directionally or against the direction of flow, downwards or diagonally with respect to the analysis channel.

대안적으로, 이색성 미러(dichroic mirror, 840) 또는 다른 적절한 광학 요소가, 도 8에 도시된 바와 같이, 특정 파장 범위의 광을 선택적으로 전환하는 반면에 다른 파장들이 통과하는 것을 허용하는 데 사용될 수 있다. 이것은 카메라들(810)이 분석 채널을 따라 배치되는 것을 허용할 것이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 이것의 여러 실시예가 발생하며, 이는 광학적 힘 레이저(830) 및 카메라(810)를 분석 영역의 동일한 또는 대향 단부들에 배치하는 것을 포함한다. 카메라에 대한 조명원(860)이 또한 요구될 수 있으며, 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같은 여러 방식으로 배향될 수 있다. 광원은, 하나 이상의 LED와 같은 넓은 스펙트럼 광원 또는 레이저와 같은 좁은 광원일 수 있다. 카메라는 본 명세서에 설명된 바와 같이 단일 카메라로서 또는 멀티 카메라 시스템의 일부로서 다른 시점들(viewpoints)과 조합하여 사용될 수 있다.Alternatively, a dichroic mirror 840 or other suitable optical element may be used to selectively convert light in certain wavelength ranges while allowing other wavelengths to pass, as shown in FIG. 8. You can. This will allow cameras 810 to be placed along the analysis channel. As shown in FIGS. 8 and 9 , several embodiments of this occur, including placing optical force laser 830 and camera 810 at the same or opposite ends of the analysis area. An illumination source 860 for the camera may also be required and may be oriented in several ways, such as those shown in FIGS. 8 and 9. The light source may be a broad spectrum light source, such as one or more LEDs, or a narrow light source, such as a laser. The camera may be used as a single camera or in combination with other viewpoints as part of a multi-camera system as described herein.

도 4a에 도시된 바와 같이, 레이저와 같은 광원(480)이 세포 흐름(cell flow)에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있다. 레이저는 세포 흐름을 따라 또는 세포 흐름과 반대로 배치될 수 있다. 레이저는 세포 흐름에 직교하게 또는 대각선으로 배치 및/또는 배향될 수도 있다.As shown in Figure 4A, a light source 480, such as a laser, can be used to affect cell flow. The laser can be placed along or against the cell flow. The laser may be placed and/or oriented orthogonal or diagonal to the cell flow.

본 발명의 일 실시예는 입자 분석을 위한 디바이스를 포함한다(예를 들어, 도 4 내지 도 9 참조). 본 발명의 실시예는 마이크로유체 채널들(예를 들어, 440) 내의 입자들 또는 세포들의 이미지들을 캡처하기 위한 적어도 하나의 카메라(450)를 포함한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 시준된 광원 빔을 생성하도록 동작가능한 시준된 광원과 같은 레이저 또는 다른 광학적 힘(480)이 포함된다. 적어도 하나의 시준된 광원 빔은 적어도 하나의 빔 단면을 포함한다. 본 발명의 실시예는 기판에서 수직 방향으로 연장되는 제1 채널(410)을 갖는 기판을 포함하며, 따라서 제1 평면은 실질적으로 그 길이를 따라 제1 채널(410)을 가로지르고, 그에 의해 유체 샘플은 칩의 하부로부터 기판/칩 내로 주입되고 양 또는 음의 압력에 의해 위로 떠밀린다. 본 발명의 실시예는 제1 채널에 직교하고, 따라서 기판에 수평으로 배치되는 제2 채널(420)을 포함하며, 따라서 제2 평면이 실질적으로 그 길이를 따라 제2 채널(420)을 가로지르고, 제2 평면은 제1 평면에 직교하여 배치된다. 이 제2 채널은 칩의 수평 방향에 있다. 제2 채널은 제1 채널과 직접 또는 간접적으로 통한다. 제2 채널은 칩의 상부에 더 가까운 채널 네트워크를 취하는 짧은 상향 수직 제3 채널(430)과 직접 또는 간접적으로 통한다. 제3 채널은 칩의 상부 및/또는 코너 근처에 위치되는 제4 수평 채널(440)과 직접적으로 또는 간접적으로 통한다. 바람직한 실시예에서, 제4 채널은 칩의 상부에 가장 가까운 채널이다. 일 실시예에서, 제4 채널은 분석 채널이다. 일 양태에서, 카메라(450)는 제4 채널에서의 흐름 방향에 직교하여 배향된다. 본 발명의 실시예는 제1 채널에 동작가능하게 연결된 집속된 입자 스트림 노즐을 포함한다. 본 발명의 다른 양태에서, 제2 채널은 크기 변화를 겪고 제3 채널과 통하기 전에 노즐을 통과한다.One embodiment of the present invention includes a device for particle analysis (see, for example, FIGS. 4-9). An embodiment of the invention includes at least one camera 450 for capturing images of particles or cells within microfluidic channels (e.g., 440). In one embodiment, a laser or other optical force 480, such as a collimated light source, operable to produce at least one collimated light source beam is included. At least one collimated light source beam includes at least one beam cross section. Embodiments of the present invention include a substrate having a first channel 410 extending perpendicularly in the substrate, such that the first plane intersects the first channel 410 substantially along its length, thereby forming a The sample is injected into the substrate/chip from the bottom of the chip and pushed upward by positive or negative pressure. Embodiments of the invention include a second channel 420 orthogonal to the first channel, and thus disposed horizontally to the substrate, such that the second plane intersects the second channel 420 substantially along its length. , the second plane is arranged orthogonal to the first plane. This second channel is in the horizontal direction of the chip. The second channel communicates directly or indirectly with the first channel. The second channel communicates directly or indirectly with a short upwardly vertical third channel 430 that takes the channel network closer to the top of the chip. The third channel communicates directly or indirectly with a fourth horizontal channel 440 located near the top and/or corner of the chip. In a preferred embodiment, the fourth channel is the channel closest to the top of the chip. In one embodiment, the fourth channel is an analysis channel. In one aspect, camera 450 is oriented orthogonal to the direction of flow in the fourth channel. Embodiments of the invention include a focused particle stream nozzle operably connected to a first channel. In another aspect of the invention, the second channel undergoes a change in size and passes through the nozzle before passing into the third channel.

도 4c는 마이크로유체 칩의 샘플 경로의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 유체는 칩에서 먼저 제1 채널(410)을 통해 수직 방향으로 상향으로 이동하고, 제1 채널은 이후 이 예에서 칩의 상부에서 제2 수평 채널(420)과 직접적으로 또는 간접적으로 통하고, 이 실시예에서 분석 채널을 포함한다. 이 구성에 따른 분석 채널은 칩의 상부에 가깝고, 그에 의해 마이크로유체 칩의 물질을 통한 이미징 및 분석을 개선한다. 바람직한 실시예들에서, 분석 채널은 칩의 상부 및 측면으로부터 약 1mm 내지 약 2mm이다. 그러나, 칩의 상부로부터의 분석 채널의 거리는 0.1mm 내지 100mm, 예컨대 0.1mm 내지 0.2mm, 0.2mm 내지 0.3mm, 0.3mm 내지 0.4mm 등일 수 있다. 다른 방식으로 표현하면, 분석 채널은 기판의 상부 50%, 33%, 25%, 10%, 또는 5% 내에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 수평 분석 채널의 길이는 약 250 마이크로미터 내지 약 10mm일 수 있다. 그러나, 분석 채널의 길이는 100 마이크로미터 내지 100mm, 예컨대 0.1mm 내지 0.2mm, 0.2mm 내지 0.3mm, 0.3mm 내지 0.4mm 등일 수 있다. 다른 방식으로 표현하면, 분석 채널의 길이는 기판/칩의 높이, 폭 또는 길이의 약 75% 이하, 예를 들어 기판/칩의 높이, 폭 또는 길이의 50% 이하, 33% 이하, 25% 이하, 10% 이하, 또는 5% 이하일 수 있다. 실시예들에서, 기판은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 분석 채널과 같은 하나 이상의 분석 채널을 포함할 수 있다.Figure 4C shows another embodiment of a sample path in a microfluidic chip. As shown, fluid first moves vertically upward in the chip through a first channel 410 which then connects directly or indirectly with a second horizontal channel 420 in this example at the top of the chip. , and in this embodiment includes an analysis channel. The analysis channel according to this configuration is close to the top of the chip, thereby improving imaging and analysis through the materials of the microfluidic chip. In preferred embodiments, the analysis channel is about 1 mm to about 2 mm from the top and side of the chip. However, the distance of the analysis channel from the top of the chip may be 0.1 mm to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, 0.3 mm to 0.4 mm, etc. Expressed another way, the analysis channel may be located within the top 50%, 33%, 25%, 10%, or 5% of the substrate. The length of the horizontal analysis channel according to the present invention may be from about 250 micrometers to about 10 mm. However, the length of the analysis channel may be 100 micrometers to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, 0.3 mm to 0.4 mm, etc. Expressed another way, the length of the analysis channel is no more than about 75% of the height, width, or length of the substrate/chip, e.g., no more than 50%, no more than 33%, no more than 25% of the height, width, or length of the substrate/chip. , may be 10% or less, or 5% or less. In embodiments, the substrate may include one or more analysis channels, such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 analysis channels.

또한 도 4c에 도시된 바와 같이, 레이저와 같은 광원(480)이 세포 흐름과 같은 물질 흐름에 영향을 미치는 데 사용될 수 있다. 레이저는 세포 흐름을 따라 또는 세포 흐름과 반대로 배치될 수 있다. 레이저는 또한 세포 흐름에 대해 직교하여 또는 대각선으로 배치 및/또는 배향될 수 있다.Also, as shown in Figure 4C, a light source 480, such as a laser, may be used to influence material flow, such as cell flow. The laser can be placed along or against the cell flow. The laser may also be placed and/or oriented orthogonal or diagonal to the cell flow.

도 1 및 도 4에서, 세포들 또는 입자들을 포함하는 유체 흐름은 제1 채널을 통해 수직으로 지향된다. 하나 이상의 물질(유체, 세포들 및/또는 입자들)은 제1 채널의 개구에서 칩의 하부를 통해 들어가고 수직 방향으로 기판에 들어간다. 제1 수직 채널은 길이가 100 마이크로미터 내지 100mm 사이, 예컨대 0.1mm 내지 0.2mm, 0.2mm 내지 0.3mm 등이다. 제1 채널에는, 바람직한 실시예에서, 제1 채널보다 짧은 제2 직교/수평 채널이 이어진다. 제2 채널은 길이가 250 마이크로미터 내지 100mm, 예컨대 0.25mm 내지 0.5mm, 0.5mm 내지 0.75mm, 0.75mm 내지 1.0mm 등일 수 있다. 제3 채널은 제1 채널에 수직으로 그리고 평행하게 이어진다. 제3 채널은 길이가 50 마이크로미터 내지 100mm, 예컨대 0.05mm 내지 0.1mm, 0.1mm 내지 0.15mm, 0.15mm 내지 0.2mm 등일 수 있다. 채널들은 하나 이상의 물질이 다수의 채널을 통해 이동하는 것을 허용하는 방식으로 직접 또는 간접적으로 동작가능하게 통하도록 배치된다. 유체 흐름의 통상적인 방향은 도 4a 및 도 4c에서의 흐름 화살표들에 의해 주어지지만, 반전될 수 있다.1 and 4 the fluid flow containing cells or particles is directed vertically through the first channel. One or more substances (fluid, cells and/or particles) enter through the bottom of the chip at the opening of the first channel and enter the substrate in a vertical direction. The first vertical channel is between 100 micrometers and 100 mm in length, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, etc. The first channel is, in a preferred embodiment, followed by a second orthogonal/horizontal channel that is shorter than the first channel. The second channel may be 250 micrometers to 100 mm in length, such as 0.25 mm to 0.5 mm, 0.5 mm to 0.75 mm, 0.75 mm to 1.0 mm, etc. The third channel runs perpendicular and parallel to the first channel. The third channel may be 50 micrometers to 100 mm in length, such as 0.05 mm to 0.1 mm, 0.1 mm to 0.15 mm, 0.15 mm to 0.2 mm, etc. The channels are arranged to be operably communicated, either directly or indirectly, in a manner that allows one or more substances to move through the plurality of channels. The normal direction of fluid flow is given by the flow arrows in FIGS. 4A and 4C, but can be reversed.

바람직한 실시예들에서, 제4 채널은 길이가 250 마이크로미터 내지 100mm, 예를 들어 0.25mm 내지 0.5mm, 0.5mm 내지 0.75mm, 0.75mm 내지 1.0mm 등인 채널인 분석 채널을 포함한다. 이 실시예에서, 제4 채널은 칩의 상부에 가장 가까운 채널이다. 수직으로 측정된 칩의 상부로부터의 제4 채널의 거리는 100 마이크로미터 내지 2mm일 수 있지만, 100 마이크로미터 내지 200 마이크로미터, 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터, 300 마이크로미터 내지 400 마이크로미터 등과 같이 100mm 정도로 클 수 있다. 다른 방식으로 표현하면, 제4 채널은 칩의 상부 50%, 33%, 25%, 10%, 또는 5% 내에 배치될 수 있다. 카메라와 같은 이미징 디바이스는 제4 채널에 직교하여, 그리고 제4 채널로부터 약 100 마이크로미터 내지 2mm에, 그러나 100 마이크로미터 내지 200 마이크로미터, 200 마이크로미터 내지 300 마이크로미터, 300 마이크로미터 내지 400 마이크로미터 등과 같이 제4 채널로부터 100mm 정도에 배향될 수 있다.In preferred embodiments, the fourth channel comprises an analysis channel, which is a channel having a length between 250 micrometers and 100 mm, for example between 0.25 mm and 0.5 mm, between 0.5 mm and 0.75 mm, between 0.75 mm and 1.0 mm, etc. In this embodiment, the fourth channel is the channel closest to the top of the chip. The distance of the fourth channel from the top of the chip measured vertically may be 100 micrometers to 2 mm, but may be as small as 100 mm, such as 100 micrometers to 200 micrometers, 200 micrometers to 300 micrometers, 300 micrometers to 400 micrometers, etc. It can be big. Expressed another way, the fourth channel may be located within the top 50%, 33%, 25%, 10%, or 5% of the chip. The imaging device, such as a camera, is positioned perpendicular to the fourth channel and about 100 micrometers to 2 mm from the fourth channel, but between 100 micrometers and 200 micrometers, 200 micrometers and 300 micrometers, and 300 micrometers and 400 micrometers. It may be oriented approximately 100 mm from the fourth channel, such as the like.

일 실시예에서, 레이저 또는 다른 광원이 집속 렌즈 요소와 함께 존재한다. 도 4a는 레이저 빔을 방출하여, 빔을 집속 렌즈 요소를 통해 제4 흐름 채널(440) 내로 지향시키도록 동작하는 레이저(480)를 갖는 본 발명을 도시한다. 입자들은, 입자들을 가장 높은 레이저 강도의 영역 쪽으로 끌어당기는 경도력(gradient force)으로 인해 레이저 빔 내에 정렬된다. 레이저 산란력(scatter force)은 레이저 빔 전파 방향으로(예를 들어, 도 4a에서 좌측에서 우측으로) 입자들을 추진한다.In one embodiment, a laser or other light source is present with the focusing lens element. Figure 4A illustrates the present invention with a laser 480 operative to emit a laser beam and direct the beam through a focusing lens element into a fourth flow channel 440. Particles are aligned within the laser beam due to a gradient force that pulls the particles toward the area of highest laser intensity. The laser scatter force propels the particles in the direction of laser beam propagation (e.g., left to right in FIG. 4A).

다른 실시예에서, 제2 카메라 또는 이미지 캡처링 디바이스(450 참조)는, 제4 채널에 직교하여 배향된 카메라 또는 이미지 캡처링 디바이스에 더하여, 여기서는 분석(또는 제4) 채널의 측면에 배향되고, 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이 제4 채널에 대해 직교하여 또는 임의의 각도로 지향된다. 직교 뷰들에서 각각의 세포의 하나의 이미지를 취하는 것은, 다수의 세포 특성들, 예를 들어 크기 및 형상이 2개의 차원에서 계산되는 것을 허용하여, 각각의 세포에 대해 캡처될 수 있는 정보의 양을 증가시킨다. 이것은 또한 총 볼륨, 형상을 포함하는 세포들의 볼륨 특성들의 계산을 가능하게 하고, 흐름의 방향에 평행한 축(도 5에 도시된 바와 같은 Z축)에 대해 대칭이 아닌 세포들의 통찰을 제공한다. 2개 이상의 카메라를 사용하여, 세포(550)의 기본 3D 모델이, 예를 들어, 회절 이론 방법(diffraction-theory method) 또는 조명 회전 방법(illumination rotation-method)과 같은 기존의 3D 재구성 알고리즘들(reconstruction algorithms)을 이용하여 직교 이미지들을 결합함으로써 구성될 수 있다. 3D 모델 및 3D 모델의 분석은 마이크로유체 칩의 제4 채널 내의 입자(들) 또는 세포(들)에 관한 세포 크기, 형상, 배향, 및 다른 정량적 및 정성적 측정들(quantitative and qualitative measurements)과 같은 세포의 더 정확한 분석을 허용할 것이다.In another embodiment, the second camera or image capturing device (see 450) is, in addition to the camera or image capturing device oriented orthogonally to the fourth channel, here oriented to the side of the analysis (or fourth) channel; For example, as shown in FIG. 4B, it is oriented orthogonal to the fourth channel or at an arbitrary angle. Taking one image of each cell in orthogonal views allows multiple cell properties, such as size and shape, to be calculated in two dimensions, increasing the amount of information that can be captured for each cell. increase This also allows calculation of volume properties of cells including total volume, shape, and provides insight into cells that are not symmetrical about an axis parallel to the direction of flow (Z-axis as shown in Figure 5). Using two or more cameras, the underlying 3D model of the cell 550 can be reconstructed using existing 3D reconstruction algorithms, such as, for example, the diffraction-theory method or the illumination rotation-method. It can be constructed by combining orthogonal images using reconstruction algorithms. The 3D model and analysis of the 3D model may include cell size, shape, orientation, and other quantitative and qualitative measurements regarding the particle(s) or cell(s) within the fourth channel of the microfluidic chip. It will allow more accurate analysis of cells.

도 5에서, 분석 채널(540)의 일부는 이미징 디바이스로부터 이미징될 수 있는 평면들과 같은 2개의 상이한 평면들로부터 도시된다(예를 들어, 도 4 참조). 제1 평면(520)에서, 세포 또는 입자(510)의 하나의 부분이 소정 배향에서 이미징된다. 제2 평면(530)에서, 동일한 세포 또는 입자의 다른 부분이 다른 카메라로부터 상이한 관점에서 이미징된다. 이것은 다수의 세포 특성의 계산을 가능하게 하여, 카메라당 세포당 데이터의 행렬 및 세포 또는 입자(550)의 3D 렌디션(rendition)을 생성한다.In Figure 5, a portion of the analysis channel 540 is shown from two different planes, such as planes that can be imaged from an imaging device (see, eg, Figure 4). In the first plane 520, a portion of a cell or particle 510 is imaged at a given orientation. In the second plane 530, different parts of the same cell or particle are imaged from different perspectives from different cameras. This allows calculation of multiple cell properties, creating a matrix of data per cell per camera and a 3D rendition of the cell or particle 550.

세포의 상이한 부분들이 이미징 디바이스(들)의 초점 평면들(예를 들어, 630(XZ 초점 평면) 및 640(YZ 초점 평면))을 통과할 때, 세포가 예를 들어 유체 흐름(620)에 의해 이동됨에 따라 세포의 상이한 슬라이스들이 이미징될 수 있다. 이것은 도 6a에 도시되어 있다. 도 6a에서, 세포 또는 입자의 부분들은 상이한 배향들에서 그리고 상이한 관점들에서 다수의 시점 및/또는 공간 지점에서 이미징된다. 이 예에서, 세포는 초점 평면을 통해 이동하고 회전함에 따라, (도 6a에 도시된 바와 같이 2개의 상이한 카메라로부터의 평면당 4개의 예시적인 이미지와 같은) 연속적인 이미지들에서 상이한 크기로 나타난다. 3D 재구성 알고리즘들을 사용하여, 이것은 입자 또는 세포의 더 복잡한 3D 렌더링(650)을 허용한다. 이러한 렌더링으로부터, 세포 크기, 볼륨, 핵뿐만 아니라 다른 세포기관들의 위치 및 크기, 및 셀룰러 토포그래피(cellular topography)의 측정 또는 아우트라이닝(outlining)과 같은 세포 또는 입자의 소정 속성들(attributes)이 추정될 수 있다. 또한, 세포 회전은 굴절률, 복굴절, 또는 세포 형상 또는 형태(morphology)를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 생물 물리학적 또는 생화학적 특성들의 변화들로 인해 광학적 힘 기반 토크의 함수로서 측정될 수 있다.As different portions of the cell pass through the focal planes of the imaging device(s) (e.g., 630 (XZ focal plane) and 640 (YZ focal plane)), the cell is moved, for example, by fluid flow 620. As it moves, different slices of the cell can be imaged. This is shown in Figure 6a. In Figure 6A, parts of a cell or particle are imaged at multiple viewpoints and/or points in space, in different orientations and from different perspectives. In this example, as the cells move and rotate through the focal plane, they appear at different sizes in successive images (such as four example images per plane from two different cameras as shown in Figure 6A). Using 3D reconstruction algorithms, this allows for more complex 3D rendering 650 of particles or cells. From this rendering, certain attributes of the cell or particle are estimated, such as cell size, volume, location and size of the nucleus as well as other organelles, and measurement or outlining of the cellular topography. It can be. Cell rotation can also be measured as a function of optical force-based torque due to changes in biophysical or biochemical properties, including but not limited to refractive index, birefringence, or cell shape or morphology.

도 6b는 세포가 예를 들어 초점 평면을 통해 이동함에 따라, 시간 경과에 따라 취해지는 동일 세포의 다수의 이미지들을 갖는 온칩 다중 평면 이미징을 도시한다. 이러한 경우들에서, 세포의 뷰는 본 기술분야에서 "슬라이스(slice)" 또는 "이미지 슬라이스"라고 지칭된다. 이미지 슬라이스는 사실상 이미징되는 광학 평면의 두께이다. 이미지 평면의 두께 또는 슬라이스는 특히 이미징 시스템의 광학 배율에 의해 좌우된다. 더 높은 배율들에서는, 대물 렌즈의 작업 거리가 감소하여, 렌즈가 이미징될 세포 또는 입자에 더 가까울 필요성을 유발한다. 일 실시예에서, 분석 채널에서 세포의 흐름에 영향을 미치기 위해 레이저 또는 다른 광학적 힘(670)이 이용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 세포들 또는 입자들은 레이저 및/또는 카메라를 이동시키거나, 흐름(들)을 조정하거나, 유체역학적 집속(hydrodynamic focusing)을 이용하여 위치 설정함으로써 이미징을 위해 채널의 초점 평면 내로 또는 외부로 의도적으로 유도될 수 있다. 예를 들어, 레이저 소스는, 예를 들어, 압전 액추에이터(piezo electric actuator) 또는 선형 전기 광기계 스테이지(linear electric optomechanical stage)를 이용하여 거리(660)만큼 이동될 수 있다. 이것은 세포별로 또는 모집단별로 수행될 수 있다. 세포들의 유체역학적 집속은 세포들의 초기 위치 및 궤적에 영향을 미치도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 입자들은 입자들을 가장 높은 레이저 강도의 영역을 향해 끌어당기는 경도력으로 인해 레이저 빔 내의 초점 평면에 정렬 또는 배향될 수 있다. 레이저 산란력은 레이저 빔 전파의 방향으로 입자들을 추진한다(도 6b 참조). 이 예에서 X축에서 레이저를 이동시키는 것은 디스크(680)에 의해 예시된 세포의 상이한 부분들에서의 특징들의 이미징을 허용한다. 이것은, 예를 들어, 세포 또는 입자의 핵, 세포기관, 봉입체, 또는 다른 특징을 나타낼 수 있다. 레이저는 경도력의 결과로서 세포를 그의 중심으로 당긴다. 또한, 2개 이상의 카메라가 상세 및 정확도를 증가시킬 수 있다는 것이 고려된다.Figure 6b shows on-chip multi-plane imaging with multiple images of the same cell taken over time, for example as the cell moves through the focal plane. In these cases, the view of the cells is referred to in the art as a “slice” or “image slice.” The image slice is actually the thickness of the optical plane being imaged. The thickness or slice of the image plane is particularly governed by the optical magnification of the imaging system. At higher magnifications, the working distance of the objective lens decreases, creating the need for the lens to be closer to the cell or particle to be imaged. In one embodiment, a laser or other optical force 670 may be used to influence the flow of cells in the analysis channel. In a preferred embodiment, cells or particles are brought into or out of the focal plane of the channel for imaging by moving the laser and/or camera, manipulating the flow(s), or positioning using hydrodynamic focusing. It can be intentionally induced externally. For example, the laser source can be moved a distance 660 using, for example, a piezo electric actuator or a linear electric optomechanical stage. This can be done cell-by-cell or population-by-population. The hydrodynamic focusing of cells can be altered to affect their initial position and trajectory. For example, particles can be aligned or oriented at the focal plane within the laser beam due to the longitudinal force pulling the particles toward the area of highest laser intensity. The laser scattering force propels the particles in the direction of laser beam propagation (see Figure 6b). Moving the laser in this example in the X-axis allows imaging of features in different parts of the cell illustrated by disk 680. This may represent, for example, the nucleus, organelles, inclusion bodies, or other features of a cell or particle. The laser pulls the cell to its center as a result of the longitudinal force. Additionally, it is contemplated that more than two cameras may increase detail and accuracy.

도 7에 도시된 본 발명의 실시예는, 입자 또는 세포(710)가 광학적 힘(730)과 유동성 힘(fluidic forces, 735)을 균형화함으로써 지정된 차동 유지 위치(differential retention location)에 정지되는 정적 모드(static mode)이다. 광학적 힘은, 예를 들어, 레이저 또는 시준된 광원에 의해 인가될 수 있다. 이미지들은 도 5 및 6a-b에 대해 도시되고 설명된 것과 같은 다수의 평면들에서 취해질 수 있다. 흐름 센서는 각각의 입자가 주어진 레이저 파워에 대해 흐름을 정지하는 유동률을 측정하기 위해 사용된다. 광학적 힘과 유동성 힘이 균형을 이루기 때문에, 유체 항력(fluidic drag force)(즉, 유동률 및 채널 치수(channel dimension)로부터의 힘)은 광학적 힘과 동일하다. 각각의 세포의 특성들은 이러한 방식으로 순차적으로 측정될 수 있다. 높은 처리량의 측정 시스템이 아니지만, 본 발명의 이 실시예는 포획된 세포, 및 또한 세포에서의 생화학적 또는 생물학적 변화들로부터 유발되는 광학적 힘의 동적 변화들의 면밀한 관찰 및 이미징을 허용한다. 화학물질들, 생화학물질들, 세포들, 또는 다른 표준 생물학적 작용제들(biological agents)을 포함하는 시약 스트림들(reagent streams)이 흐름 채널들 내로 도입되어 포획된 세포(들)와 상호작용할 수 있다. 이러한 동적 프로세스들은 단일 세포 또는 세포들에 대한 실험들 동안 광학적 힘의 변화들을 측정함으로써 정량적으로 모니터링될 수 있다.The embodiment of the invention shown in FIG. 7 is a static mode in which particles or cells 710 are stationary at a specified differential retention location by balancing optical forces 730 and fluidic forces 735. (static mode). The optical force may be applied, for example, by a laser or collimated light source. Images may be taken in multiple planes such as those shown and described for FIGS. 5 and 6A-B. A flow sensor is used to measure the flow rate at which each particle stops flowing for a given laser power. Because the optical and fluid forces are balanced, the fluidic drag force (i.e., the force from flow rate and channel dimension) is equal to the optical force. The properties of each cell can be measured sequentially in this way. Although not a high-throughput measurement system, this embodiment of the invention allows close observation and imaging of captured cells, and also dynamic changes in optical force resulting from biochemical or biological changes in the cells. Reagent streams containing chemicals, biochemicals, cells, or other standard biological agents can be introduced into the flow channels to interact with the captured cell(s). These dynamic processes can be monitored quantitatively by measuring changes in optical force during experiments on a single cell or cells.

일 실시예에서, 카메라 또는 다른 이미징 디바이스는 흐름을 따르고 그에 평행하도록, 분석 채널의 흐름 내에 또는 흐름에 반대로 배향 및/또는 집속된다(예를 들어, 도 8 및 도 9 참조). 도 8은 분석 채널(820) 및 레이저 또는 시준된 광원(830)을 따르는 카메라(810)를 도시한다. 이색성 미러 또는 유사한 디바이스(840)는 레이저 광(835)을 카메라로부터 멀어지게 반사시켜 손상을 방지하지만 조명원(860)에 의해 생성된 광(865)을 통과시켜 이미징을 가능하게 한다. 카메라는, 일 실시예에서, 세포들 또는 입자들(880)이 카메라로부터 멀리 이동하도록 유체 흐름(870)에 평행하게 배향된다. 조명원은 채널 및 레이저에 직교하도록 배향된다. 레이저 광을 통과시키고 조명 광을 반사하는 제2 이색성 미러(845)는 채널을 통해 조명 광 및 레이저 광 둘 다를 지향시키는 데 사용된다. 이 구성의 대안적인 실시예는 레이저가 채널에 직교하고 조명원이 채널에 평행하도록 레이저 및 조명원의 위치들을 스위칭한다. 제2 이색성 미러는 여전히 레이저 광 및 가시 광 둘 다를 채널을 통해 지향시킬 것이다.In one embodiment, the camera or other imaging device is oriented and/or focused within or against the flow of the analysis channel, such that it follows and parallel to the flow (see, e.g., FIGS. 8 and 9). 8 shows a camera 810 following an analysis channel 820 and a laser or collimated light source 830. A dichroic mirror or similar device 840 reflects the laser light 835 away from the camera to prevent damage but allows the light 865 generated by the illumination source 860 to pass through to enable imaging. The camera, in one embodiment, is oriented parallel to the fluid flow 870 so that the cells or particles 880 move away from the camera. The illumination source is oriented orthogonal to the channel and laser. A second dichroic mirror 845, which passes the laser light and reflects the illumination light, is used to direct both the illumination light and the laser light through the channel. An alternative embodiment of this configuration switches the positions of the laser and illumination source such that the laser is orthogonal to the channel and the illumination source is parallel to the channel. The second dichroic mirror will still direct both laser light and visible light through the channel.

대안적인 실시예가 도 9에 도시되어 있다. 이 경우, 카메라 또는 이미징 디바이스(910)는 세포들 또는 입자들(980)이 유체 흐름(970)에서 카메라를 향해 이동하도록 배향된다. 따라서, 카메라 및 레이저(930)는 채널의 동일한 측 상에 있는 반면, 조명원(960)은 채널의 대향 단부에 있다. 2개의 이색성 미러(940 및 945)는 레이저 광(935) 및 조명 광(965)을 채널 내로 지향시키고, 조명 광을 카메라로 지향시키고, 레이저 광을 조명원으로부터 멀어지게 전환시키기 위해 사용된다. 이러한 구성의 대안적인 실시예는 레이저가 채널에 직교하고 조명원이 채널에 평행하도록 레이저 및 카메라의 위치들을 스위칭한다. 이어서, 제2 이색성 미러(945)는 레이저 광을 채널을 통해 지향시키고 조명 광을 카메라로 지향시킬 것이다.An alternative embodiment is shown in Figure 9. In this case, the camera or imaging device 910 is oriented so that the cells or particles 980 move toward the camera in the fluid flow 970. Accordingly, the camera and laser 930 are on the same side of the channel, while the illumination source 960 is on opposite ends of the channel. Two dichroic mirrors 940 and 945 are used to direct the laser light 935 and illumination light 965 into the channel, direct the illumination light to the camera, and divert the laser light away from the illumination source. An alternative embodiment of this configuration switches the positions of the laser and camera such that the laser is orthogonal to the channel and the illumination source is parallel to the channel. A second dichroic mirror 945 will then direct the laser light through the channel and the illumination light to the camera.

선택적으로, 본 발명의 실시예는 광학적 힘의 소스와 상기 제4 채널 사이에 적어도 하나의 광학 요소를 더 포함하고, 적어도 하나의 광학 요소는 표준 TEM00 모드 빔, 표준 TEM01 모드 빔, 표준 TEM10 모드 빔, 표준 에르미트-가우시안 빔(Hermite-Gaussian beam) 모드, 표준 랑게르-가우시안 빔(Laguerre-Gaussian beam) 모드, 베셀 빔(Bessel beam) 또는 표준 멀티모달 빔(multimodal beam)을 생성하도록 동작 가능하다. 선택적으로, 적어도 하나의 광학 요소는 표준 원통형 렌즈, 표준 액시콘(axicon), 표준 오목 미러(concave mirror), 표준 환상 미러(toroidal mirror), 표준 공간 광 변조기(spatial light modulator), 표준 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator), 표준 압전 미러 어레이(piezoelectric mirror array), 회절 광학 요소(diffractive optical element), 표준 1/4 파장판 및/또는 표준 1/2 파장판을 포함한다. 선택적으로, 광학적 힘의 소스는 표준 원형 편광 빔, 표준 선형 편광 빔, 또는 표준 타원 편광 빔을 포함할 수 있다.Optionally, embodiments of the present invention further comprise at least one optical element between the source of optical force and the fourth channel, wherein the at least one optical element is configured to select a standard TEM 00 mode beam, a standard TEM 01 mode beam, a standard TEM To generate a 10- mode beam, a standard Hermite-Gaussian beam mode, a standard Laguerre-Gaussian beam mode, a Bessel beam, or a standard multimodal beam. It is possible to operate. Optionally, the at least one optical element is a standard cylindrical lens, a standard axicon, a standard concave mirror, a standard toroidal mirror, a standard spatial light modulator, or a standard acousto-optic modulator. (acousto-optic modulator), a standard piezoelectric mirror array, a diffractive optical element, a standard quarter wave plate and/or a standard half wave plate. Optionally, the source of optical force may include a standard circularly polarized beam, a standard linearly polarized beam, or a standard elliptically polarized beam.

선택적으로, 마이크로유체 채널, 광학계(optic)에 의해 마이크로유체 채널 내로 집속되는 레이저 광원, 및 전극들을 통해 마이크로유체 채널에 동작가능하게 연결되는 전기장의 소스를 포함하고; 마이크로유체 채널을 통해 액체 내의 입자들을 흐르게 하고; 및 레이저 광 및 전기장을 조작하여 마이크로유체 채널 내의 입자들에 공동으로 작용하게 하여, 크기, 형상, 굴절률, 전하(electrical charge), 전하 분포(electrical charge distribution), 전하 이동도(charge mobility), 유전율(permittivity) 및/또는 변형성(deformability)에 기초하여 입자들을 분리하는 디바이스가 구현된다. 또 다른 실시예에서, 디바이스는 (1) 전극 시스템 또는 (2) 절연체 DEP(insulator dielectrophoretic) 시스템을 통해 채널의 내부에 유전 영동(DEP) 필드를 공급하도록 구성된 마이크로유체 채널, 및 광학계에 의해 마이크로유체 채널 내로 집속되는 레이저 광원을 포함하고; 액체 내에 복수의 입자들을 마이크로유체 채널 내로 흐르게 하고; 레이저 광 및 필드를 마이크로유체 채널 내의 입자들에 대해 공동으로 동작시켜 입자들을 포획하거나 그들의 속도를 수정하며, DEP 필드는 선형 또는 비선형이다. 디바이스의 다른 가능한 실시예는 입구 및 복수의 출구를 포함하는 마이크로유체 채널, 및 선택된 입자들의 레이저 광에서의 체류 시간을 최대화하면서 입자들에 대한 광학적 힘을 생성하기 위해 마이크로유체 채널 내의 유속에 매칭되는 임계 각도로 마이크로유체 채널을 가로지름으로써 입자들을 복수의 출구 내로 분리하도록 광학계에 의해 집속되는 레이저 광원을 포함하며, 레이저 광은 마이크로유체 채널을 통해 흐르는 입자들에 힘들을 인가하여 입자들을 복수의 출구 내로 분리하도록 동작 가능하다.Optionally comprising a microfluidic channel, a laser light source focused into the microfluidic channel by optics, and a source of electric field operably coupled to the microfluidic channel via electrodes; flowing particles in a liquid through a microfluidic channel; and manipulating the laser light and electric field to jointly act on the particles within the microfluidic channel to determine their size, shape, refractive index, electrical charge, electrical charge distribution, charge mobility, and permittivity. A device that separates particles based on permittivity and/or deformability is implemented. In another embodiment, the device comprises a microfluidic channel configured to supply a dielectrophoretic (DEP) field to the interior of the channel via (1) an electrode system or (2) an insulator dielectrophoretic (DEP) system, and an optical system. It includes a laser light source focused into the channel; flowing a plurality of particles in a liquid into a microfluidic channel; Laser light and a field are jointly actuated on particles within a microfluidic channel to trap them or modify their velocity, and the DEP field can be linear or non-linear. Another possible embodiment of the device includes a microfluidic channel comprising an inlet and a plurality of outlets, and matching the flow rate within the microfluidic channel to generate an optical force on the particles while maximizing the residence time of selected particles in the laser light. A laser light source focused by an optical system to separate particles into a plurality of outlets by crossing the microfluidic channel at a critical angle, wherein the laser light applies a force to the particles flowing through the microfluidic channel to separate the particles into the plurality of outlets. It can be operated to separate within.

선택적으로, 본 발명의 실시예는, 분석 채널(들), 특히 제4 채널과 같은 채널들 중 하나 이상과 통하는 적어도 하나의 입자 조회 유닛(particle interrogation unit)을 더 포함한다. 입자 조회 유닛은 표준 조명기, 표준 광학계, 및 표준 센서를 포함한다. 선택적으로, 적어도 하나의 입자 조회 유닛은 표준 명시야 이미저(bright field imager), 표준 광 산란 검출기(light scatter detector), 표준 단일 파장 형광 검출기(single wavelength fluorescent detector), 표준 분광 형광 검출기(spectroscopic fluorescent detector), 표준 CCD 카메라, 표준 CMOS 카메라, 표준 포토다이오드, 표준 광증배 튜브(photomultiplier tube), 표준 포토다이오드 어레이, 표준 화학 발광 검출기(chemiluminescent detector), 표준 생물 발광 검출기(bioluminescent detector) 및/또는 표준 라만 분광 검출기(Raman spectroscopy detector)를 포함한다.Optionally, embodiments of the invention further comprise at least one particle interrogation unit communicating with one or more of the analysis channel(s), particularly the fourth channel. The particle interrogation unit includes a standard illuminator, standard optics, and a standard sensor. Optionally, the at least one particle interrogation unit includes a standard bright field imager, a standard light scatter detector, a standard single wavelength fluorescent detector, or a standard spectroscopic fluorescent detector. detector, standard CCD camera, standard CMOS camera, standard photodiode, standard photomultiplier tube, standard photodiode array, standard chemiluminescent detector, standard bioluminescent detector and/or standard Includes a Raman spectroscopy detector.

제4 채널과 통하는 적어도 하나의 입자 조회 유닛은 세포 질병 식별, 선택 및 분류를 용이하게 하는 레이저 힘 기반 장치 또는 디바이스를 포함한다. 일 양태에서, 유닛은 입자들을 분리 및 특성화하는 수단으로서 입자 크기, 형상, 굴절률, 또는 형태의 변화들로부터 발생하는 광학적 압력의 고유한 차이들을 이용한다. 일 양태에서, 근적외선 레이저 빔은 세포들에 물리적 힘을 가하며, 이어서 이 힘이 측정된다. 방사 압력(radiation pressure)을 통한 광학적 힘은, 입자들에 대한 유체 항력에 대해 균형을 이룰 때, 상이한 입자들을 식별하는 데 사용될 수 있는 입자 속도의 변화들 또는 고유 차이들(intrinsic differences)에 기초하는 입자들의 모집단들의 변화들을 유발한다. 유동 및 광학적 힘 균형은 또한 그들의 고유 특성들에 기초하여 입자들의 서로에 대한 상대 위치를 변경하여 물리적 분리들을 유발하는 데 사용될 수 있다. 조회 유닛의 다른 실시예는 입자 분석 및/또는 분리를 위한 디바이스, 예컨대 적어도 하나의 시준된 광원 빔을 생성하도록 동작가능한 적어도 하나의 시준된 광원을 포함한다. 적어도 하나의 시준된 광원 빔은 적어도 하나의 빔 단면을 포함한다.At least one particle interrogation unit communicating with the fourth channel includes a laser force based device or device that facilitates cellular disease identification, selection and classification. In one aspect, the unit utilizes inherent differences in optical pressure resulting from changes in particle size, shape, refractive index, or morphology as a means to separate and characterize particles. In one aspect, a near-infrared laser beam exerts a physical force on the cells, and this force is then measured. Optical forces through radiation pressure, when balanced against the fluid drag on the particles, are based on changes in particle velocity or intrinsic differences that can be used to distinguish between different particles. Causes changes in populations of particles. Flow and optical force balances can also be used to cause physical separations by changing the relative position of particles with respect to each other based on their intrinsic properties. Another embodiment of the interrogation unit comprises a device for particle analysis and/or separation, such as at least one collimated light source operable to generate at least one collimated light source beam. At least one collimated light source beam includes at least one beam cross section.

본 발명의 일 실시예는 통합 디바이스(unitary device) 내에 전술한 설계 요소들 중 여러 개의 조합을 포함한다. 실시예들은 또한 그러한 디바이스들을 사용하는 방법들을 포함한다. 그러한 통합 디바이스의 예가 도 1에 예시되어 있다. 본 발명의 예시된 실시예는 고체 마이크로유체 칩을 생성하기 위해 서로 본딩된 모두 5개의 층을 갖는 5층 구조이지만, 칩은 본딩된 층들과 달리 하나의 구조일 수 있다. 칩은 용융 실리카, 크라운 유리, 붕소 규산염 유리, 소다 석회 유리, 사파이어 유리, 사이클릭 올레핀 폴리머(COP), 폴리(디메틸)실록산(PDMS), OSTE, 폴리스티렌, 폴리(메틸)메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 다른 플라스틱 또는 폴리머를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 표준 재료를 이용하여 구성될 수 있다. 이 칩은 샘플 투입, 유체역학적 집속, 광학적 조회, 이미징, 분석, 샘플 배출 및 레이저 광이 영역들에 들어가고 나가기 위한 명확한 광학 액세스를 허용한다. 실시예들에서의 칩은 또한 3D 인쇄되거나, 몰딩되거나, 다른 방식으로 성형될 수 있다.One embodiment of the invention includes a combination of several of the above-described design elements within a unitary device. Embodiments also include methods of using such devices. An example of such an integrated device is illustrated in Figure 1. The illustrated embodiment of the present invention is a five-layer structure with all five layers bonded together to create a solid microfluidic chip, but the chip may be a single structure with only bonded layers. Chips are made of fused silica, crown glass, boron silicate glass, soda lime glass, sapphire glass, cyclic olefin polymer (COP), poly(dimethyl)siloxane (PDMS), OSTE, polystyrene, poly(methyl)methacrylate, and polycarbonate. , can be constructed using a number of standard materials, including but not limited to other plastics or polymers. The chip allows clear optical access for sample introduction, hydrodynamic focusing, optical interrogation, imaging, analysis, sample ejection and laser light entering and exiting the regions. Chips in embodiments may also be 3D printed, molded, or otherwise shaped.

선택적으로, 적어도 하나의 입자 유형은 복수의 입자 유형을 포함한다. 복수의 입자 유형의 각각의 입자 유형은 각자의 고유 특성들 및 각자의 유도된 특성들(induced properties)을 포함한다. 선택적으로, 고유 특성들은 크기, 형상, 굴절률, 형태, 고유 형광, 및/또는 종횡비를 포함한다. 선택적으로, 유도된 특성들은 변형, 각도 배향, 회전, 회전률, 항체 라벨 형광(antibody label fluorescence), 앱타머 라벨 형광(aptamer label fluorescence), DNA 라벨 형광, 얼룩 라벨 형광(stain label fluorescence), 차동 유지 메트릭 및/또는 경도력 메트릭을 포함한다. 이 방법 실시예는 고유 특성들 및 유도된 특성들 중 적어도 하나에 기초하여 각자의 입자 유형에 따라 복수의 입자를 식별하고 분리하는 단계를 더 포함한다. 선택적으로, 이 방법 실시예는 샘플 흐름을 조회하거나 조작하는 단계를 더 포함한다. 선택적으로, 샘플 흐름을 조회하는 단계는 입자 유형들의 고유 특성들 및 유도된 특성들 중 적어도 하나를 결정하는 단계, 및 복수의 입자들의 입자 속도를 측정하는 단계를 포함한다. 고유 특성들 중 적어도 하나의 측정은, 바이러스의 정량화(viral quantification), 프로세스 개발 및 모니터링, 샘플 방출 검정(sample release assays), 외래성 인자 테스팅(adventitious agent testing), 임상 진단, 바이오마커 발견의 목적들을 위해 세포 샘플의 바이러스 감염력(viral infectivity)(플라크 검정(plaque assay) 또는 종점 희석 검정(end point dilution assay)과 유사한 특정 세포 모집단에 존재하는 기능적 감염 바이러스 입자들의 수)을 결정하는 것, 프로세스 개발 및 모니터링을 위한 항체 또는 단백질에 관한 세포의 생산성(productivity)을 결정하는 것, CAR T 및 다른 종양학 응용들(oncology applications) 및 줄기 세포들을 포함하는 세포-기반 치료법(cell-based therapy)으로서 생성된 세포들의 효능, 품질 또는 활성화 상태를 결정하는 것, 특정 세포 모집단에 대한 화학물질, 박테리아, 바이러스, 항미생물(antimicrobial) 또는 항바이러스의 효과를 결정하는 것, 및 연구 또는 임상 세포 샘플의 질병 상태 또는 잠재성을 결정하는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 응용들의 범위를 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 광학적 힘의 소스는 적어도 하나의 빔 축을 포함하고, 샘플 흐름은 샘플 흐름 축을 포함한다. 입자 유형들의 고유 특성들 및 유도된 특성들 중 적어도 하나를 결정하는 단계, 및 복수의 입자들의 입자 속도를 측정하는 단계는 함께 샘플 흐름 축으로부터 빔 축을 오프셋시키는 단계를 포함한다. 선택적으로, 입자 유형들의 고유 특성들 및 유도된 특성들 중 적어도 하나를 결정하는 단계, 및 복수의 입자들의 입자 속도를 측정하는 단계는 함께 샘플 흐름 축으로부터 적어도 하나의 빔 축을 향하여 벗어나는 복수의 입자들의 입자의 기울기 및 궤적을 계산하는 단계를 포함한다.Optionally, at least one particle type comprises a plurality of particle types. Each particle type of the plurality of particle types includes its own unique properties and its own induced properties. Optionally, intrinsic properties include size, shape, refractive index, shape, intrinsic fluorescence, and/or aspect ratio. Optionally, the induced properties include strain, angular orientation, rotation, rotation rate, antibody label fluorescence, aptamer label fluorescence, DNA label fluorescence, stain label fluorescence, and differential retention. Includes metric and/or hardness force metric. The method embodiment further includes identifying and separating the plurality of particles according to their respective particle types based on at least one of the intrinsic properties and the derived properties. Optionally, the method embodiment further includes querying or manipulating the sample flow. Optionally, querying the sample flow includes determining at least one of intrinsic properties and derived properties of the particle types, and measuring particle velocities of the plurality of particles. Measurement of at least one of the intrinsic properties can be used for the purposes of viral quantification, process development and monitoring, sample release assays, adventitious agent testing, clinical diagnosis, and biomarker discovery. Determining the viral infectivity (number of functionally infectious virus particles present in a specific cell population similar to a plaque assay or end point dilution assay) of a cell sample, developing a process and Determining the productivity of cells on antibodies or proteins for monitoring, CAR T and other oncology applications, and cells generated as cell-based therapies, including stem cells. determining the potency, quality, or activation state of cells; determining the effect of chemicals, bacteria, viruses, antimicrobial, or antivirals on specific cell populations; and determining the disease status or potential of research or clinical cell samples. It can be used for a range of applications, including but not limited to determining gender. Optionally, the source of optical force comprises at least one beam axis and the sample flow comprises a sample flow axis. Determining at least one of the intrinsic properties and derived properties of the particle types and measuring the particle velocity of the plurality of particles together include offsetting the beam axis from the sample flow axis. Optionally, determining at least one of the intrinsic properties and derived properties of the particle types, and measuring the particle velocity of the plurality of particles together comprises: It includes calculating the tilt and trajectory of the particle.

본 기술분야의 기술자는 개시된 특징들이 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있거나, 주어진 응용 또는 설계의 요건들 및 사양들에 기초하여 생략될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 실시예가 소정 특징들을 "포함하는" 것을 언급할 때, 실시예들은 대안적으로 특징들 중 임의의 하나 이상으로 "구성되거나" "본질적으로 구성"될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 실시예들은 본 발명의 명세서 및 실시의 고려로부터 본 기술분야의 기술자들에게 명백할 것이다.Those skilled in the art will recognize that the disclosed features may be used alone or in any combination, or may be omitted based on the requirements and specifications of a given application or design. It should be understood that when referring to an embodiment “comprising” certain features, the embodiments may alternatively “consist of” or “consist essentially of” any one or more of the features. Other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and practice of the invention.

특히, 본 명세서에서 값들의 범위가 제공되는 경우, 그 범위의 상한과 하한 사이의 각각의 값도 구체적으로 개시된다는 점에 유의한다. 이러한 더 작은 범위들의 상한 및 하한은 또한 범위 내에 독립적으로 포함되거나 배제될 수 있다. 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명확히 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. 명세서 및 예들은 본질적으로 예시적이거나 설명적인 것으로 간주되어야 하며, 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 변경들은 본 발명의 범위 내에 속한다는 것을 의도한다. 또한, 본 개시에서 인용된 모든 참조들은 각각 그 전체가 본 명세서에 참고로 개별적으로 통합되며, 따라서 본 발명의 가능한 개시를 보완하는 효율적인 방식을 제공하는 것은 물론, 본 기술분야의 통상의 기술 수준을 상세히 설명하는 배경을 제공하도록 의도된다.In particular, it is noted that where a range of values is provided herein, each value between the upper and lower limits of the range is also specifically disclosed. The upper and lower limits of these smaller ranges may also be independently included or excluded within the range. The singular forms “a”, “an” and “the” include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. The specification and examples are to be regarded as illustrative or explanatory in nature, and changes that do not depart from the essence of the invention are intended to be within the scope of the invention. Additionally, all references cited in this disclosure are each individually incorporated by reference herein in their entirety, thereby providing an efficient manner of supplementing the possible disclosure of the present invention as well as maintaining the level of ordinary skill in the art. It is intended to provide a detailed explanatory background.

Claims (17)

세포-기반 치료법에 사용하기 위한 생물학적 입자의 평가 방법으로서, 상기 평가 방법은 디바이스의 사용을 포함하되, 여기서, 상기 디바이스가:
하나 이상의 생물학적 입자를 운반하도록 구성된 복수의 채널을 포함하는 기판을 포함하고, 상기 복수의 채널은:
상기 기판 내에 수직으로 배치된 제1 채널,
상기 제1 채널과 동작가능하게 통하고 상기 기판 내에 수평으로 배치된 제2 채널,
상기 제2 채널과 동작가능하게 통하고 상기 기판 내에 수직으로 배치된 제3 채널, 및
상기 제3 채널과 동작가능하게 통하고 상기 기판 내에 수평으로 배치된 제4 채널을 포함하며,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 채널은 상기 기판을 통해 상기 제1 채널로부터 상기 제2 채널로 상기 제3 채널로 상기 제4 채널로의 상기 하나 이상의 생물학적 입자의 이동을 위한 경로를 제공하는 방식으로 배치되는 것이며; 그리고,
상기 생물학적 입자를, 상기 제1 채널과의 방향 및 볼륨 연속성(directional and volumetric continuity)을 유지하기 위해, 상기 제1 채널에 대한 개구를 갖는 하부 수평 평면 표면을 통해 상기 기판 내에 수직으로 배치된 상기 제1 채널 내로 주입하는 것을 포함하고,
여기서, 상기 생물학적 입자는 CAR T 세포, CAR-M 세포, TIL, NK 세포, 기타 조작된(engineered) 세포 또는 작동(effector) 세포, 또는 줄기 세포를 포함하며,
상기 평가는 광학력-기반 측정을 포함하는 것인, 세포-기반 치료법에 사용하기 위한 생물학적 입자의 평가 방법.
1. A method of evaluating biological particles for use in cell-based therapies, said method comprising the use of a device, wherein said device:
A substrate comprising a plurality of channels configured to transport one or more biological particles, the plurality of channels comprising:
A first channel disposed vertically within the substrate,
a second channel operably communicating with the first channel and disposed horizontally within the substrate;
a third channel operably communicating with the second channel and disposed vertically within the substrate, and
a fourth channel operably communicating with the third channel and disposed horizontally within the substrate;
The first, second, third and fourth channels provide a path for movement of the one or more biological particles through the substrate from the first channel to the second channel to the third channel to the fourth channel. It is arranged in a way that provides; and,
The biological particle is disposed vertically within the substrate through a lower horizontal planar surface having an opening to the first channel to maintain directional and volumetric continuity with the first channel. Including injection into 1 channel,
wherein the biological particles include CAR T cells, CAR-M cells, TILs, NK cells, other engineered cells or effector cells, or stem cells,
A method of evaluating biological particles for use in cell-based therapy, wherein the evaluation includes optical force-based measurements.
제1항에 있어서, 상기 광학력-기반 측정은 상기 생물학적 입자의 크기, 형상, 굴절률, 형태(morphology), 내부 세포 구조적 변화(internal cellular structural change), 세포 응집, 또는 이의 조합에 관한 정보를 산출하는 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the optical force-based measurement yields information about the size, shape, refractive index, morphology, internal cellular structural change, cell aggregation, or combinations thereof of the biological particle. What to do, how to do it. 제1항에 있어서,
i) 상기 생물학적 입자 내에 존재하는 기능적 감염 바이러스 입자의 수(number) 및 총수(total number)를 결정하는 것,
ii) 바이러스의 정량화,
iii) 프로세스 개발,
iv) 프로세스 모니터링,
v) 샘플 방출 검정,
vi) 외래성 인자(adventitious agent) 테스팅,
vii) 무균 테스팅,
viii) 임상 진단,
ix) 바이오마커 발견,
x) CAR T 세포의 세포 킬링 능력을 결정하는 것
xi) 형질감염 효율을 측정하는 것,
xii) 바이러스 감염력(infectivity)을 측정하는 것,
xiii) 줄기 세포의 분화를 측정하는 것,
xiv) 줄기 세포의 분화 능력을 측정하는 것,
xv) 바이러스 형질도입 효율을 측정하는 것,
xvi) 프로세스 개발 및 모니터링을 위하여 항체, 단백질, 또는 세포 표현형(phenotype)에 관한 상기 생물학적 입자 중으로부터의 세포의 생산성을 결정하는 것,
xvii) 상기 생물학적 입자의 효능, 품질, 또는 활성화 상태를 결정하는 것,
xviii) 상기 생물학적 입자에 대한 화학물질, 박테리아, 바이러스, 항미생물, 또는 항바이러스의 효과를 결정하는 것,
xix) 상기 생물학적 입자의 질병 상태를 결정하는 것,
xx) 세포 사멸, 생존능(viability), 세포자멸사, 세포독성, 또는 기타 세포 건강 관련 파라미터를 측정하는 것, 또는
xxi) 이의 조합을 위하여,
상기 광학력-기반 측정을 사용하는 것을 더 포함하는, 방법.
According to paragraph 1,
i) determining the number and total number of functionally infectious virus particles present in the biological particle,
ii) Quantification of virus,
iii) process development;
iv) process monitoring;
v) sample release assay,
vi) adventitious agent testing,
vii) Sterility testing,
viii) clinical diagnosis;
ix) Biomarker discovery;
x) Determining the cell killing ability of CAR T cells
xi) measuring transfection efficiency,
xii) measuring virus infectivity,
xiii) measuring differentiation of stem cells,
xiv) measuring the differentiation capacity of stem cells;
xv) measuring viral transduction efficiency,
xvi) determining the productivity of cells from said biological particles in terms of antibodies, proteins, or cell phenotypes for process development and monitoring;
xvii) determining the potency, quality, or activation state of said biological particle;
xviii) determining the effect of a chemical, bacterial, viral, antimicrobial, or antiviral agent on said biological particle;
xix) determining the disease state of said biological particle,
xx) measuring cell death, viability, apoptosis, cytotoxicity, or other cellular health-related parameters, or
xxi) For combinations thereof,
The method further comprising using the optical force-based measurement.
제1항에 있어서, 크기, 형상, 굴절률, 형태, 전하, 전하 분포, 전하 이동도, 유전율, 변형성, 또는 이의 조합에 기초하여 상기 생물학적 입자를 분리하는 것을 더 포함하는, 방법.The method of claim 1 , further comprising separating the biological particles based on size, shape, refractive index, morphology, charge, charge distribution, charge mobility, permittivity, deformability, or combinations thereof. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 입자를 이미징하는 것을 더 포함하는, 방법.The method of claim 1 further comprising imaging the biological particle. 제5항에 있어서, 상기 이미징을 사용하여, 상기 생물학적 입자의 볼륨, 형상, 핵 위치, 핵 볼륨, 세포기관 위치, 봉입체 위치, 또는 이의 조합을 결정하는 것을 더 포함하는, 방법.The method of claim 5 , further comprising using the imaging to determine volume, shape, nuclear location, nuclear volume, organelle location, inclusion body location, or combinations thereof of the biological particle. 제5항에 있어서, 상기 이미징은:
i) 상기 디바이스의 상기 제4 채널 내에 있는 것,
ii) 다중 초점 평면에서 상기 생물학적 입자의 이미지 캡처링을 포함하는 것,
iii) 상기 생물학적 입자의 3-차원 이미지 캡처링을 포함하는 것,
iv) 상기 생물학적 입자의 이동 동안 상기 생물학적 입자의 이미지 캡처링을 포함하는 것,
v) 다수의 각도 및/또는 배향으로부터 상기 생물학적 입자의 이미지 캡처링을 포함하는 것,
vi) 복수의 이미징 디바이스의 사용을 포함하는 것,
vii) 상기 생물학적 입자에 대한 초점 평면의 이동에 따른 상기 생물학적 입자의 다중 이미지 슬라이스의 분석을 포함하는 것,
viii) 이미징 디바이스를 이동시켜 상기 제4 채널에서 이미징되는 초점 평면을 변화시키는 것을 포함하는 것,
ix) 초점 평면을 통한 상기 생물학적 입자의 이동에 따라 상기 생물학적 입자의 다중 이미지 슬라이스의 분석을 포함하는 것,
x) 상기 생물학적 입자 중으로부터 부유 또는 정적 생물학적 입자의 다중 이미지 슬라이스의 분석을 포함하는 것,
xi) 상기 제4 채널 내의 이미지 수집 동안 이미징 디바이스로부터 멀리 광을 지향시키는 것, 또는
xii) 이의 조합인, 방법.
6. The method of claim 5, wherein said imaging:
i) within the fourth channel of the device,
ii) comprising capturing images of said biological particles in multiple focal planes;
iii) comprising capturing three-dimensional images of said biological particles,
iv) comprising capturing images of the biological particle during its movement,
v) comprising capturing images of said biological particle from multiple angles and/or orientations,
vi) involving the use of multiple imaging devices;
vii) comprising analysis of multiple image slices of the biological particle according to movement of the plane of focus relative to the biological particle,
viii) moving the imaging device to change the focal plane imaged in the fourth channel;
ix) comprising analysis of multiple image slices of the biological particle according to its movement through the focal plane,
x) comprising analysis of multiple image slices of suspended or static biological particles from among said biological particles,
xi) directing light away from the imaging device during image collection in the fourth channel, or
xii) A method that is a combination thereof.
제5항에 있어서, 광학력, 유체력(fluidic force), 또는 이의 조합으로 상기 제4 채널에서 상기 생물학적 입자를 이동시키는 것을 더 포함하고, 여기서 상기 제4 채널 내에서 상기 생물학적 입자가 이미징되는 영역이 상기 생물학적 입자의 이동 동안 변경되는 것인, 방법.6. The method of claim 5, further comprising moving the biological particle in the fourth channel using optical force, fluidic force, or a combination thereof, wherein the area within the fourth channel where the biological particle is imaged wherein the biological particle is altered during movement. 제5항에 있어서, 상기 이미징은 명시야 이미저, 광 산란 검출기, 단일 파장 형광 검출기, 분광 형광 검출기, CCD 카메라, CMOS 카메라, 포토다이오드, 포토다이오드 어레이(PDA), 분광기, 광증배 튜브 또는 튜브 어레이, 포토다이오드 어레이, 화학 발광 검출기, 생물 발광 검출기, 표준 라만 분광 검출 시스템, 표면 증강 라만 분광계(SERS), 코히어런트 반 스토크스 라만 분광계(CARS), 코히어런트 스토크스 라만 분광계(CSRS), 또는 이의 조합의 사용을 포함하는 것인, 방법.The method of claim 5, wherein the imaging is performed using a bright field imager, a light scattering detector, a single wavelength fluorescence detector, a spectroscopic fluorescence detector, a CCD camera, a CMOS camera, a photodiode, a photodiode array (PDA), a spectrometer, a light multiplier tube or tube. Array, photodiode array, chemiluminescence detector, bioluminescence detector, standard Raman spectroscopic detection system, surface enhanced Raman spectrometer (SERS), coherent van Stokes Raman spectrometer (CARS), coherent Stokes Raman spectrometer (CSRS) , or a combination thereof. 제1항에 있어서, 전기력, 광학력, 유체력, 전기영동력, 유전영동력, 또는 이의 조합으로 하나 이상의 복수의 채널에서 상기 생물학적 입자를 이동시키는 것을 더 포함하는, 방법.The method of claim 1 , further comprising moving the biological particles in one or more of the plurality of channels using electrical forces, optical forces, fluid forces, electrophoretic forces, dielectrophoretic forces, or a combination thereof. 제1항에 있어서, 상기 하부 수평 평면 표면은, 상기 기판의 수직 평면 표면 상의 하나의 에지로부터 다른 에지까지의 적어도 하나의 길이에 비해, 더 짧은 하나의 에지로부터 다른 에지까지의 적어도 하나의 길이를 갖는 것인, 방법.2. The method of claim 1, wherein the lower horizontal planar surface has at least one length from one edge to another edge that is shorter compared to at least one length from one edge to another edge on the vertical planar surface of the substrate. What to have, how to have. 제1항에 있어서, 상기 디바이스가 상기 제4 채널 내의 상기 생물학적 입자와 상호작용하도록 배향된 시준된 또는 집속된 광원을 더 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein the device further comprises a collimated or focused light source oriented to interact with the biological particle in the fourth channel. 제1항에 있어서,
i) 상기 제4 채널은 상기 제1 채널, 상기 제2 채널 또는 상기 제3 채널보다 상기 기판의 상부에 더 가깝게 위치되는 것,
ii) 상기 제4 채널은 상기 기판의 상부로부터 100㎛ 내지 100mm에 위치되는 것,
iii) 상기 제1 채널은 길이가 0.1mm 내지 100.0mm 범위인 것,
iv) 상기 제2 채널은 길이가 0.1mm 내지 100.0mm 범위인 것,
v) 상기 제3 채널은 길이가 0.05mm 내지 100.0mm 범위인 것,
vi) 상기 제4 채널은 길이가 0.1mm 내지 100.0mm 범위인 것,
vii) 상기 제1 채널은 상기 제2 채널, 상기 제3 채널 또는 상기 제4 채널보다 길이가 더 큰 것, 또는
viii) 이의 조합인, 방법.
According to paragraph 1,
i) the fourth channel is located closer to the top of the substrate than the first channel, the second channel, or the third channel,
ii) the fourth channel is located 100㎛ to 100mm from the top of the substrate,
iii) the first channel has a length ranging from 0.1 mm to 100.0 mm,
iv) the second channel has a length ranging from 0.1 mm to 100.0 mm,
v) the third channel has a length ranging from 0.05 mm to 100.0 mm,
vi) the fourth channel has a length ranging from 0.1 mm to 100.0 mm,
vii) the first channel is greater in length than the second channel, the third channel or the fourth channel, or
viii) a method that is a combination thereof.
제1항에 있어서, 상기 디바이스가 세포 또는 입자 조회 유닛, 세포 또는 입자 수집 채널, 또는 이의 조합을 더 포함하는 것인, 방법. The method of claim 1 , wherein the device further comprises a cell or particle interrogation unit, a cell or particle collection channel, or a combination thereof. 제1항에 있어서, 상기 하부 수평 평면 표면은 칩의 수직 평면 표면 상의 표면적에 비해 더 작거나 동일한 표면적을 갖는 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the lower horizontal planar surface has a surface area that is less than or equal to the surface area on the vertical planar surface of the chip. 제1항에 있어서, 상기 제2 채널 및 상기 제4 채널은 상기 제1 채널보다 짧은 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the second channel and the fourth channel are shorter than the first channel. 제1항에 있어서, 상기 주입은 상기 제1 채널과 통하는, 샘플 입구 라인과 통하는 샘플 입구 라인 팁을 제공하는 것을 포함하는 것인, 방법.
The method of claim 1, wherein said injection includes providing a sample inlet line tip in communication with a sample inlet line that communicates with said first channel.
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