LT6852B - Didelio lygiagretumo spartusis ląstelių skaitytuvas ir rūšiuoklis - Google Patents
Didelio lygiagretumo spartusis ląstelių skaitytuvas ir rūšiuoklis Download PDFInfo
- Publication number
- LT6852B LT6852B LT2020006A LT2020006A LT6852B LT 6852 B LT6852 B LT 6852B LT 2020006 A LT2020006 A LT 2020006A LT 2020006 A LT2020006 A LT 2020006A LT 6852 B LT6852 B LT 6852B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- sorting
- microfluidic
- reading
- components
- cells
- Prior art date
Links
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000011534 incubation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims abstract 3
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims abstract 3
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims description 5
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 claims description 3
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 2
- 238000001215 fluorescent labelling Methods 0.000 claims description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 claims 1
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 claims 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims 1
- 238000003205 genotyping method Methods 0.000 claims 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012549 training Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 5
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 2
- 238000001943 fluorescence-activated cell sorting Methods 0.000 description 2
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 102000000634 Cytochrome c oxidase subunit IV Human genes 0.000 description 1
- 108050008072 Cytochrome c oxidase subunit IV Proteins 0.000 description 1
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000004144 Green Fluorescent Proteins Human genes 0.000 description 1
- BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N NAD zwitterion Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- 241000270295 Serpentes Species 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 238000007635 classification algorithm Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000005090 green fluorescent protein Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001307 laser spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002438 mitochondrial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229940101270 nicotinamide adenine dinucleotide (nad) Drugs 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 239000011534 wash buffer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
- B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1429—Signal processing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1456—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
- G01N15/1459—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/1484—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry microstructural devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
- B01L2200/028—Modular arrangements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
- B01L2200/06—Fluid handling related problems
- B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
- B01L2200/0652—Sorting or classification of particles or molecules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
- B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
- B01L2300/0883—Serpentine channels
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2300/00—Additional constructional details
- B01L2300/18—Means for temperature control
- B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
- B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
- B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
- B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
- B01L2400/0424—Dielectrophoretic forces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L2400/00—Moving or stopping fluids
- B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
- B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
- B01L2400/0454—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces radiation pressure, optical tweezers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
- G01N15/149—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry specially adapted for sorting particles, e.g. by their size or optical properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hematology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Pristatomas dabartinis mikrofluidinio pumpavimo, pavienių ląstelių žymėjimo, maišymo, emulsifikacijos, inkubacijos, optinio sužadinimo, skaitymo ir rūšiavimo individualių komponentų technikos lygis. Toliau pateikiamas išradimo aprašymas parodo kaip šie komponentai apjungiami į vieną, keturių konfigūracijų sistemą, turinčią tris struktūrines ir funkcines inovacijas. Pirmą – intra ir inter lygiagrečią konstrukciją įgalinančią spartų ir plataus mastelio pavienių ląstelių skaitymą ir rūšiavimą. Antrą – dvigubos, lazerių dėka surinktos fluorescentinės-genetinės ir vizualinės-morfologinės informacijos sujungimą ir apdorojimą naudojant mašinų matymo ir mašinų mokymo algoritmus, ypač klasifikavimo ir sutelkimo. Trečią – inovatyvius maišymo, inkubavimo ir skaitymo-rūšiavimo komponentų konstrukcinius sprendimus.
Description
TECHNIKOS LYGIS
Literatūroje minimos mažo pajėgumo ląstelių rūšiavimo sistemos. Taip pat yra informacijos apie individualias subsistemas: mikrofluidinio pumpavimo (P), ląstelių ir fluorescentinio žymeklio emulsifikacijos (E) bei skaitmeninės lazerinės spektroskopijos ir ląstelių rūšiavimo (R). Tačiau nėra precedento, integruotai intra- ir interlygiagrečiai, mašinų mokymo technologija pagrįstai pavienių ląstelių skaitymo ir rūšiavimo sistemai.
(P) US7842248B2, US7842248B2, EP1150013A2 apibūdina mikrofluidines pompas. Jos tinkamos nedidelio hidraulinio pasipriešinimo sistemoms pavieniuose lustuose, bet netinkamos kaip vienos įeigos pompos masyviai lygiagrečiom, aukšto hidraulinio pasipriešinimo, didelės našos sistemoms.
(E) Ląstelių genetinio kodo ženklinimas yra standartinė procedūra. CN102344494B apibūdina fluorescentinę sistemą skirtą nikotinamidadenindinukleotido (NAD) fermentą koduojančių genų detekcijai. US9133499B2 apibūdina trijų mikrofluidinių kanalų (ląstelėms, žymekliui ir plovikliui) sąjungą skirtą ląstelių fluorescentiniam ženklinimui. US9689024B2 apibūdina DNR ženklinimo procedūrą šulinėliuose. US6608189B1 naudoja žalią fluorescentinį baltyminį dažą optiniam pH lygio matavimui skirtingose ląstelės dalyse. US20150154352A1 apibūdina karoliukų naudojimą DNR/RNR kodavimui. AU2011295722A1 kalba apie ląstelių DNR/RNR segmentų dažymą, siekiant spektroskopijos dėka atskirti vėžines ląsteles nuo sveikų.
Emulsijų (įskaitant ląstelių lašeliuose) mikrofluidinis formavimas taip pat yra standartinė, nors ir palyginti nauja, procedūra. US20100018584A1 ir JP2009536313A naudoja klasikines + ir T formos mikrofluidines jungtis vandensaliejuje ląšelių generavimui. CN104321652A apibūdina trisluoksnį srautą ABA. Lazeris sukelia ertmės formavimąsi pirmajam sluoksnyje A. Ertmė išstumia lašelį iš antrojo sluoksnio B tiesiai į trečiąjį sluoksnį A. WO2014151658A1 apibūdina panašų principą, bet dvisluoksniame sraute. WO2015164212A1 kalba apie ląstelių genetinės informacijos ženklinimą ir apgaubimą lašeliuose. US20140113347A1 kalba apie biopolimerų naudojimą ląstelių apgaubimui.
Bendra ląstelių genetinės medžiagos ženklinimo ir apgaubimo lėtumo problema yra limituotas vieno nelygiagretaus kanalo naudojimas.
(R) CA2484336C kalba apie keturių skirtingų fluorescentinių dažų pritvirtinimą prie keturių skirtingų DNR bazių (A, C, G ir T), kurias vėliau galima atskirti optinio sensoriaus dėka po argono lazerio aktyvavimo; tokiu būdu kuriant geno variacijų biblioteką. EP3409791A1 ir US5595900A aptaria genų sekų bibliotekų paruošimą. Šios bibliotekos tampa naudingos ląstelių identifikacijai.
US7214298B2 pristato paprastą vieno mikrofluidinio lusto fluorescencijos detekcijos la-zeriu 2-takų ląstelių rūšiuoklį. US20110065143 naudoja fluorescencijos detekcijos lazerį kamieninių ląstelų skaitymui, regeneratyvinės medicinos taikymams. US8936762B2 naudoja mikrofluidinį, vizualinį-morfologinį ląstelių skaitymą lazeriu. US9186643B2 naudoja mikrofluidinį lašelių rūšiavimą in vitro evoliucijai.
IŠRADIMO APRAŠYMAS
Pirmoji kertinė prietaiso inovacija - didelio intra- ir interlygiagretumo konstrukcija. Tai užtikrina greitą ląstelių skaitymą ir rūšiavimą - būtiną aspektą sėkmingam mikrofluidinės rūšiavimo technologijos komercializavimui.
Farmacinė antikūnių inžinerija ir atranka - viena iš prietaiso taikymo sričių. Analogiškai tranzistorių skaičiaus ploto vienetui augimui kompiuterių inžinerijoje, biomedicinos inžinerijoje pastebimas antikūnių testų laiko vienetui skaičiaus augimas. 90-taisiais rankiniu būdu buvo įmanoma padaryti 103 testų per savaitę. Robotikos taikymas padidino šį skaičių iki 107. Išradime siūloma didelio lygiagretumo mikrofluidinė konstrukcija atveria duris tolimesniam testavimo greičio augimui.
Mikrofluidikos naudojimas taip pat sumažina reikalingą mėginių ir reagentų kiekį; klinikinėje aplinkoje tai reiškia mažesnį kraujo mėginių dydį.
Tradiciniuose FACS (angį, fluorescence activated cell sorting) ląstelių rūšiuokliuose lašelius generuojantis purkštukas gali išskirti sveikatai pavojingus aerozolius. Šis išradimas naudoja alternatyvų, saugesnį, mikrofluidinį lašelių generacijos procesą.
Toliau apibūdinami individualūs prietaiso moduliai ir jų konfigūracijos: (P) pumpavimas, (E) emulsifikacija, (I) inkubacija ir (R) skaitymas-rūšiavimas.
(P) Numatomi dviejų tipų pumpavimo moduliai: Pk+i ir Pk+i:n· Skirtingos pompos reika-lingos skirtingoms prietaiso konfigūracijoms; Pk+i (dar žymima PMk+i, kad pabrėžti mėginio buvimą) naudojama konf. A (pav. 2) ir C (pav 3), o Pk+i:n - B (pav. 2) ir D (pav. 3). k atspindi mėginių skaičių (tai ląstelės ir reagentai), kurie susimaišo emulsijos komponente (žiūrėti pav. 1, detales A1 ir A2); kiekvienam reagentui stumti reikalinga atskira pompa. +1 atspindi faktą, kad (tolimesnėje + formos jungtyje) reikalingas nuolatinis aliejaus srautas atskirti ląsteles j individualius lašiukus (dar viena pompa). Matyti, kad minimalus pompų skaičius trys, bet, priklausomai nuo pasirinkto ląstelių žymėjimo protokolo, žymių skaičiaus, amplifikacijos protokolo ir plovimo buferio naudojimo, gali būti didesnis. Pk+i:n modulis yra (k + 1) viename tipo. Tai yra viename modulyje yra k + 1 būtinos pompos, o n nurodo inter-lygiagrečios modulio sekos numerį (čia apribojimų nėra; didesniam našumui pasiekti naudojama daugiau modulių). Raidė m žymi intralygiagretumo Nr. Pk+i tipo pompos yra galingesnės, nes turi dirbti su dideliu hidrauliniu pasipriešinimu visoje sistemoje (keliuose lygiagrečiuose moduliuose). Pk+i:n tipo pompos mažesnio galingumo, nes reikia įveikti tik hidraulinį pasipriešinimą viename modulyje. Pk+i - tai pavienis vieno švirkšto (vieno mėginio) arba dviejų švirkštų (nuolatiniam mėginio pumpavimui) modulis. Pk+1:n vietos taupumo sumetimais alternatyviai naudojami m peristaltiniai, elektroosmotiniai, pulsuojantys arba centrifūginiai pumpavimo vienetai (pav. 2, detalė B1). Dėl mažesnio slėgio reikalavimo galima ir mikrofluidinė pompos versija.
Brėžiniuose taip pat naudojamos raidės M - tai mėginys (konfigūracijos B ir D) - ir J - jungtis (konfigūracijos A ir C).
(E) En - tai emulsifikacijos modulis, susidedantis iš smulkesnių m paralelių em funkcinių vietų. Pav. 1, detalė 1 nurodo įvesties kanalus su pasirenkamais mikrofluidiniais filtrais. Paprasčiausias konstrukcijos variantas naudoja tris įvestis ir vieną išvestį. Pirmos dvi įvestys - vienoje ląstelės, kitoje FISSEQ (angį, fluorescent in situ sequencing) reagentų kokteilis - keliauja iki pirmosios jungties. Susiformavęs mišinys tuomet juda iki antrosios jungties, kurioje aliejus iš trečiosios įvesties atskiria pavienius ląsteles apgaubiančius ląšelius - procesas iliustruotas pav. 1, detalėje Al. Išvestis naudojama aliejaus pašalinimui. Bet tai tik minimalus pavyzdys - pav. 1, detalė A2 parodo, kad struktūriškai gali būti naudojama iki k įvesčių.
Lašeliai tuomet keliauja į gyvatinį inkubacinį modulį ln, turintį m gyvatukų. Geometrija mechaniškai skatina maišymąsi (reagentų ir ląstelės sąveiką lašelio viduje) ir leidžia inkubacijos laiko kontrolę, o Peltier plokštė - termoelektrinę reakcijos temperatūros kontrolę, ir tokiu būdu - reakcijos greitį.
Skaitymo-rūšiavimo modulyje Rn tęstinės bangos lazeris (pav. 1 detalė B, žymė 3) sužadina fluorescentinį mitochondrijos COI (angį, cytochrome oxidase subunit 1) geno dažą. Sužadinimas sukelia specifinio bangos ilgio šviesą, kurią pagauna optinis sensorius (pav. 1, detalė B, žymė 4). Surinkta informacija atspindi unikalią seką susidedančią iš pasikartojančių A,C,G arba T bazių. Duomenų apdorojimo blokas (DAB) šią seką patikrina tarp jau egzisuojančių duomenų bazėje; procesą palengvina mašinų mokymo klasifikacijos algoritmas. Titano safyro pulsuojančio lazerio (pav. 1 detalė B, žymė 5) sugeneruotas ir toliau modifikuotas šviesos pluoštas pereina per ląstelę pagaudamas jos individualią vizualinęmorfologinę informaciją. Ši informacija pasiekia detektorių (pav. 1, detalė B, žymė 6), kur toliau DAB apdorojama mašinų matymo ir mašinų mokymo giliųjų tinklų algoritmais.
Vartotojas turi galimybę iš anksto nustatyti kokio tipo ląsteles nori pagauti. Taip pat galimas ir laisvas režimas, kurio metu sistema nuskanuoja ir surenka informaciją apie potencialiai tūkstančius mėginyje esančių ląstelių tipų. DAB tuomet jas sugrupuoja pagal panašumą j kategorijas. Šiam ląstelių grupavimui pagal panašumą taikomi inovatyvūs mašinų mokymo laisvo ir specifikuoto sutelkimo metodai. Taip galima kurti naujas tipų bibliotekas; arba tiesiog fiziškai rūšiuoti ląsteles.
Šie trys pilioriai: (i) fluorescentinės-genetinės informacijos surinkimas, (ii) vizualinės-morfologinės informacijos surinkimas ir (iii) surinktos informacijos apdorojimas mašinų mo-kymo algoritmais - antroji kertinė prietaiso inovacija.
Rūšiavimas vyksta asimetrinėje žuvies kaulo formos mikrofluidinėjedielektroforezinėje (pav. 1, detalė C1) arba mikrofluidinėje-optoelektroninėje (pav. 1, detalė C2) komponento konstrukcijoje. Pavienė ląstelė sužadinama lazerio, jos skleidžiamos šviesos bangų informacija, apdorota anksčiau paminėtais metodais, atskleidžia jos tipą. Ji keliauja stuburo kanalėliu ir priklausomai nuo tipo yra nukreipiama į vieną iš atšakų. Nukreipimas vyksta vienu iš dviejų mechanizmų. Pirmajame po kiekviena iš atšakų yra du elektrodai išlendantys iki pat stuburo kanalo išorinės sienos. Juos aktyvavus, elektrinio lauko dėka ląstelė nukreipiama į atšakos kanalą. Antrasis mechanizmas naudoja lazerį, kuris sukuria nuožulnų 7 formos optinį barjerą stuburo kanale ir nukreipia ją į atšakos kanalą.
Galiausiai surūšiuotos ląstelės per išvestis (pav. 1, pažymėtos 2-etu) keliauja iš Rn modulių į vieną apjungiantį surinkimo modulį S su šulinėlių plokšte (žiūrėti pav. 2 ir pav. 3). Surinkimo modulis turi keletą konfigūracijų: gali turėti standartinę 98-ių šulinėlių plokštę, mažesnio šulinėlių skaičiaus plokštę didelio tūrio mažos variacijos surinkimui, arba didesnio skaičiaus - mažo tūrio didelės variacijos surinkimui. Jeigu taikymo procesas ciklinis, pvz., kaip nukreipta evoliucija, atrinktos naudingos ląstelės gali būti atgal nukreipiamos į skaitymo ir rūšiavimo modulį.
Prietaisas turi keturias konfigūracijas. Pirmojoje (pav. 2, A1 ir A2) k+1 didelio galingumo pompos su mėginiais (k ląstelėms ir ženklinimo reagentams - dažniausiai dvi arba trys - ir 1-na aliejui) įsistato iš kairės pusės į jungtį J. Iš dešinės jungties pusės įsistato n (priklausomai nuo našos reikalavimo) lygiagrečių integruotų mikrofluidinių emulsijos-inkubacijos-rūšiavimo EIR modulių. Galiausiai modulius apjungia ląstelių surinkėjas S. Antroji (pav. 2, B1 ir B2) konfigūracija prasideda nuo mėginio modulio į kurį įsistato (pagal našos reikalavimą) n mažesnio galingumo integruotų (k + 1 viename) pompų. Prie kiekvienos iš jų prisijungia po vieną integruotą EIR modulį. Kaip ir pirmojoje konfigūracijoje, juos apjungia surinkėjas S su šulinėlių plokštele. Trečioji (pav. 3, C1 ir C2) ir ketvirtoji (pav. 3, D1 ir D2) konfigūracijos tokios pats kaip pirmoji ir antroji, išskyrus tai, kad vietoje vieno integruoto lusto, egzistuoja trys savarankiški mikrofluidiniai emulsijos, inkubacijos ir rūšiavimo komponentai.
Šalia greičio ir aukštos duomenų kokybės komercinei sėkmei taip pat svarbus paprastas naudojimo protokolas, todėl konfigūracijose A ir B (pav. 2) En, ln ir Rn apjungti į vieną EIRn modulį. Išmanesniems vartotojams skirtos antrinės konfigūracijos C ir D (pav. 3), kuriose moduliai atskiri, leidžiantys individualaus pritaikymo laipsnį.
Claims (8)
- Didelio lygiagretumo spartusis pavienių ląstelių skaitymo ir rūšiavimo prietaisas, c h a r a k t e r i z u o j a m a s tuo, kad turi keturias skirtingas konstrukcijas, susidedančias iš pumpavimo bei mikrofluidinių emulsifikacijos, inkubacijos ir skaitymo-rūšiavimo komponentų sąjungos.
- Prietaiso pagal 1 punktą vienas iš kertinių atributų - komponentų vidinis ir išorinis lygiagretumas.
- Prietaiso pagal 1 punktą, mikrofluidiniai komponentai gaminami ne tik iš tradicinio polidimetilsiloksano, bet ir patvaresnių borosilikato stiklo, arba kvarco; medžiagos nėra maišomos.
- Prietaiso pagal 1 punktą emulsifikacijos komponente pavienės ląstelės patalpinamos į lašelius ir taikomas jų fluorescentinis ženklinimas.
- Prietaiso pagal 1 punktą, tiek integruota, tiek atskira, mikrofluidinė-termoelektroninė inkubatoriaus komponento konstrukcija, susidedanti iš lygiagrečių serpentino kanalų, ir po jais esančios termoelektrinės plokštės.
- Prietaiso pagal 1 punktą skaitymo-rūšiavimo komponentas apima: (i) tęstinės bangos lazerį ir individualių ląstelių fluorescentinės genetinės sekos detektorių, (ii) titano-safyro pulsuojantį lazerį ir individualių ląstelių vizualinės-morfologinės informacijos detektorių, (iii) informacijos apdorojimo bloką, pagrįstą mašinų matymo giliųjų tinklų technologija, klasifikavimo technologija ir laisvojo ir specifikuoto sutelkimo technologija.
- Komponento pagal 6 punktą paskutinis subkomponentas (iv) apdorotos in-formacijos taikymas asimetrineje „žuvies kaulo“ formos mikrofluidinėje-dielektroforetinėje ir mikrofluidinėje-optoelektroninėje konstrukcijoje, įgalinančioje daugiakelinį ląstelių rūšiavimą
- Prietaisas pagal 2, 6 ir 7 punktus naudojamas greitam, didelio pajėgumo ir tiksliam pavienių lašeliuose esančių ląstelių skaitymui ir rūšiavimui farmacinėje antikūnių atrankoje, antikūnių taikančių vėžines ląsteles atrankoje, vėžinių ląstelių rūšiavime, retų ląstelių izoliacijoje, vėžiui atsparių ląstelių detekcijoje, kamieninių ir progenitorinių ląstelių izoliacijoje, ląstelių rūšiavime pagal genotipą ir pagal fenotipą, genotipo-fenotipo ryšio nustatyme, tipų bibliotekų kūrime ir nukreiptoje fermentų evoliucijoje.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2020006A LT6852B (lt) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Didelio lygiagretumo spartusis ląstelių skaitytuvas ir rūšiuoklis |
| GB2101037.6A GB2598424A (en) | 2020-01-27 | 2021-01-26 | Massively parallel rapid single cell reader and sorter |
| US17/158,031 US20210245159A1 (en) | 2020-01-27 | 2021-01-26 | Massively Parallel Rapid Single Cell Reader and Sorter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2020006A LT6852B (lt) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Didelio lygiagretumo spartusis ląstelių skaitytuvas ir rūšiuoklis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2020006A LT2020006A (lt) | 2021-08-10 |
| LT6852B true LT6852B (lt) | 2021-09-27 |
Family
ID=74858856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2020006A LT6852B (lt) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Didelio lygiagretumo spartusis ląstelių skaitytuvas ir rūšiuoklis |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210245159A1 (lt) |
| GB (1) | GB2598424A (lt) |
| LT (1) | LT6852B (lt) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT528015B1 (de) * | 2024-02-27 | 2025-09-15 | Hot Microfluidics Gmbh | Mikrofluidchip zum Testen einer Chemikalie, insbesondere zur tertiären Erdölgewinnung, sowie Verfahren zum Testen einer Chemikalie, insbesondere zur tertiären Erdölgewinnung oder Erdgasgewinnung |
| CN120158369B (zh) * | 2025-05-19 | 2025-08-22 | 长沙普方德生物科技有限公司 | 一种双通道单细胞分选生物芯片及方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2006335290A1 (en) * | 2006-01-11 | 2007-07-19 | Raindance Technologies, Inc. | Microfluidic devices and methods of use in the formation and control of nanoreactors |
| WO2008077407A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Aalborg Universitet | Light induced material deposition by molecular immobilization |
| US8338166B2 (en) * | 2007-01-04 | 2012-12-25 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Sorting, amplification, detection, and identification of nucleic acid subsequences in a complex mixture |
| EP2185930A4 (en) * | 2007-08-21 | 2010-11-24 | Affomix Corp | METHOD, SYSTEMS AND METHOD FOR INTERACTION SCREENING |
| US20120121480A1 (en) * | 2008-10-08 | 2012-05-17 | Universite De Strasbourg | Microfluidic devices for reliable on-chip incubation of droplets in delay lines |
| DE102010003001B4 (de) * | 2010-03-18 | 2024-02-08 | Robert Bosch Gmbh | Mikrofluidisches Dielektrophorese-System |
| US8765455B2 (en) * | 2011-01-27 | 2014-07-01 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Chip-based droplet sorting |
| DE202012013668U1 (de) * | 2011-06-02 | 2019-04-18 | Raindance Technologies, Inc. | Enzymquantifizierung |
| CN104736725A (zh) * | 2012-08-13 | 2015-06-24 | 加利福尼亚大学董事会 | 用于检测生物组分的方法和系统 |
| GB201509640D0 (en) * | 2015-06-03 | 2015-07-15 | Sphere Fluidics Ltd | Systems and methods |
| WO2019067185A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | Becton, Dickinson And Company | METHODS OF ALIGNING A LASER WITH A FLOW FLOW AND CORRESPONDING SYSTEMS |
-
2020
- 2020-01-27 LT LT2020006A patent/LT6852B/lt unknown
-
2021
- 2021-01-26 US US17/158,031 patent/US20210245159A1/en not_active Abandoned
- 2021-01-26 GB GB2101037.6A patent/GB2598424A/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210245159A1 (en) | 2021-08-12 |
| GB2598424A (en) | 2022-03-02 |
| GB202101037D0 (en) | 2021-03-10 |
| LT2020006A (lt) | 2021-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6316369B2 (ja) | 微小流体デバイス | |
| EP2178641B1 (en) | Methods and devices for correlated, multi-parameter single cell measurements and recovery of remnant biological material | |
| CN104781386B (zh) | 用于进行试验的集成微流体系统、方法和试剂盒 | |
| US20090194706A1 (en) | Method and device for the selective withdrawal of compontents from complex mixtures | |
| JP2012189615A (ja) | マイクロ流体デバイス | |
| JP7655365B2 (ja) | 微小粒子回収方法、微小粒子分取用マイクロチップ、微小粒子回収装置、エマルションの製造方法、及びエマルション | |
| LT6852B (lt) | Didelio lygiagretumo spartusis ląstelių skaitytuvas ir rūšiuoklis | |
| HK1259903B (zh) | 用於进行试验的集成微流体系统、方法和试剂盒 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20210810 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20210927 |
|
| PC9A | Transfer of patents |
Effective date: 20241230 |