RU2764676C1 - Apparatus with a microfluid chip for measuring the optical strength and imaging cells using the microfluid chip configuration and dynamics - Google Patents
Apparatus with a microfluid chip for measuring the optical strength and imaging cells using the microfluid chip configuration and dynamics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764676C1 RU2764676C1 RU2020120212A RU2020120212A RU2764676C1 RU 2764676 C1 RU2764676 C1 RU 2764676C1 RU 2020120212 A RU2020120212 A RU 2020120212A RU 2020120212 A RU2020120212 A RU 2020120212A RU 2764676 C1 RU2764676 C1 RU 2764676C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- cells
- substrate
- particles
- cell
- Prior art date
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 195
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 87
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 179
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 75
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 23
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 18
- 210000001744 T-lymphocyte Anatomy 0.000 claims description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 claims description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000002659 cell therapy Methods 0.000 claims description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 108010019670 Chimeric Antigen Receptors Proteins 0.000 claims description 2
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001724 coherent Stokes Raman spectroscopy Methods 0.000 claims 6
- 238000002082 coherent anti-Stokes Raman spectroscopy Methods 0.000 claims 6
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims 4
- 230000008855 peristalsis Effects 0.000 claims 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims 3
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims 3
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 claims 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims 3
- 108091007741 Chimeric antigen receptor T cells Proteins 0.000 claims 2
- 108091008874 T cell receptors Proteins 0.000 claims 2
- 102000016266 T-Cell Antigen Receptors Human genes 0.000 claims 2
- 230000000735 allogeneic effect Effects 0.000 claims 2
- 230000003436 cytoskeletal effect Effects 0.000 claims 2
- 230000001094 effect on targets Effects 0.000 claims 2
- 238000009169 immunotherapy Methods 0.000 claims 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 2
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 claims 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 2
- 210000003289 regulatory T cell Anatomy 0.000 claims 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims 2
- 230000006044 T cell activation Effects 0.000 claims 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 230000004899 motility Effects 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 33
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 210000003855 cell nucleus Anatomy 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 3
- 210000003463 organelle Anatomy 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- 230000003612 virological effect Effects 0.000 description 3
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000009652 hydrodynamic focusing Methods 0.000 description 2
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 2
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011165 process development Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 108091023037 Aptamer Proteins 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 1
- 239000003443 antiviral agent Substances 0.000 description 1
- 229940121357 antivirals Drugs 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 239000003124 biologic agent Substances 0.000 description 1
- 210000001772 blood platelet Anatomy 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000009087 cell motility Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002458 infectious effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002032 lab-on-a-chip Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000000771 oncological effect Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 239000010421 standard material Substances 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B1/00—Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
-
- 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
- B01L3/502715—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 interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
-
- 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
- G01N15/1434—Optical arrangements
- G01N15/1436—Optical arrangements the optical arrangement forming an integrated apparatus with the sample container, e.g. a flow cell
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/05—Flow-through cuvettes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
- G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
-
- 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
- B01L2200/0663—Stretching or orienting elongated molecules or particles
-
- 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
- B01L2200/0668—Trapping microscopic beads
-
- 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
- B01L2300/0874—Three dimensional network
-
- 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
-
- 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
- B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
- B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
-
- 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
- B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
- B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
- B01L2400/049—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics vacuum
-
- 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
- G01N15/1468—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle
- G01N15/147—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle 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
- G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Measuring Cells (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[01] В общем, это изобретение относится к устройству и способу для анализа частиц и формирования изображения частиц или клеток во флюидах и в частности, к устройству и способу формирования изображения частиц во флюидах при использовании давления, динамики флюида, электрокинетических и оптических сил.[01] In general, this invention relates to an apparatus and method for particle analysis and imaging of particles or cells in fluids, and in particular, to an apparatus and method for imaging particles in fluids using pressure, fluid dynamics, electrokinetic and optical forces.
[02] Настоящее изобретение относится к микрофлюидному чипу, в котором нагнетание производится в вертикальном направлении, а пробирки с флюидом расположены под чипом для минимизации осаждения частиц перед участком анализа и на участке анализа каналов чипа.[02] The present invention relates to a microfluidic chip in which the injection is performed in a vertical direction, and fluid tubes are located under the chip to minimize particle settling before the analysis section and in the channel analysis section of the chip.
[03] Для реализации изобретения, описанного в этой заявке, должны быть сделаны изменения в существующих конструкциях микрофлюидного чипа. Например, для поддержания пробирок в вертикальном положении на одной линии с чипом, должно быть установлено другое связующее звено по сравнению со связующим звеном из предшествующего уровня техники. В частности, вместо использования входной трубки, связанной с чипом через впускное отверстие в наибольшей передней поверхности чипа (как обычно делается в микрофлюидных системах «лаборатория на чипе»), расположенной перпендикулярно, и затем закачивания флюида прежде всего в поперечном направлении, после этого вверх в чипе в настоящем изобретении имеется входное устройство и согласно одному аспекту флюид поднимается через нижнюю часть чипа при использовании манифольда, что исключает изменение ориентации флюида/динамики флюида до горизонтальной.[03] To implement the invention described in this application, changes must be made to existing microfluidic chip designs. For example, to keep the tubes upright in line with the chip, a different link must be installed compared to the link of the prior art. In particular, instead of using an inlet tube connected to the chip through an inlet at the largest front surface of the chip (as is usually done in lab-on-a-chip microfluidic systems) perpendicularly, and then pumping the fluid first transversely, then upward in The chip in the present invention has an inlet and in one aspect the fluid rises through the bottom of the chip when using the manifold, which prevents the fluid orientation/fluid dynamics from changing to horizontal.
[04] Согласно изобретению, изложенному в этой заявке, содержимое пробирки расположено под чипом и закачивается вверх и в вертикальном направлении непосредственно в первый канал чипа. Длинный канал продолжается от нижней части чипа почти до верхней части чипа. Затем канал сменяется коротким горизонтальным, но новый канал является настолько коротким, что делаются почти невозможными никакое осаждение клеток вследствие силы тяжести и нулевая скорость потока на стенках. После этого в противоположность предшествующему уровню техники флюид закачивается вверх на участок анализа. Следовательно, горизонтальный участок анализа представляет собой самый верхний канал/самое верхнее место флюида в чипе и поэтому находится близко к верхней части чипа, следствием чего являются меньшее количество материала чипа (например, стекла) между микроскопом/камерой и пробой, чем в предшествующем уровне техники, и поэтому формирование более ясного изображения. Кроме того, лазер суспендирует клетки в этом канале во время анализа, и это предотвращает их осаждение.[04] According to the invention set forth in this application, the contents of the tube is located under the chip and is pumped up and in a vertical direction directly into the first channel of the chip. The long channel extends from the bottom of the chip almost to the top of the chip. The channel is then replaced by a short horizontal one, but the new channel is so short that it is almost impossible for any cell sedimentation due to gravity and zero flow velocity on the walls. Thereafter, contrary to the prior art, the fluid is pumped up into the analysis site. Therefore, the horizontal analysis section represents the uppermost channel/highest location of the fluid in the chip and is therefore close to the top of the chip, resulting in less chip material (e.g. glass) between microscope/camera and sample than in the prior art , and therefore the formation of a clearer image. In addition, the laser suspends the cells in this channel during analysis and this prevents them from settling.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИDESCRIPTION OF THE PRIOR ART
[05] Согласно предшествующему уровню техники пробирки микрофлюидного чипа, содержащие клетки или частицы, подлежащие разделению и/или анализу, расположены в стороне и закачивание выполняется в горизонтальном направлении в каналы в микрофлюидном чипе. Сначала содержимое пробирок (например, частицы или клетки) закачивается вверх в вертикальном направлении, затем направление движения изменяется на противоположное для перемещения вниз и после этого выполняется закачивание в горизонтальном направлении в чип (см., например, патент США № 9594071).[05] According to the prior art, microfluidic chip tubes containing cells or particles to be separated and/or analyzed are placed aside and pumped horizontally into channels in the microfluidic chip. First, the contents of the tubes (eg, particles or cells) are pumped up in a vertical direction, then the direction of movement is reversed to move down, and then pumped in a horizontal direction into the chip (see, for example, US patent No. 9594071).
[06] Соединение с чипом является горизонтальным, и это в сочетании с мертвым объемом (свободным пространством во флюидных соединениях, которое в известной степени является неизбежным) в соединении приводит к значительному дополнительному осаждению вследствие силы тяжести. Кроме того, при такой конфигурации требуется канал относительно большого диаметра, необходимый для соединения, при этом в дополнение к мертвому объему образуется участок относительно низкой скорости, что также усугубляет проблему осаждения частиц. В современном чипе согласно настоящему изобретению исключена необходимость в широком горизонтальном входном канале и довольно резком переходе от широкого горизонтального входного канала к первому вертикальному каналу чипа с относительно небольшим направленным вверх потоком. При такой конфигурации исключаются горизонтальное осаждение и необходимость изменения направления, которое является причиной осаждения. Кроме того, благодаря входу клеток в нижний край чипа решается проблема осаждения в мертвом объеме путем ориентации его в вертикальном направлении относительно силы тяжести, так что клетки или частицы не осаждаются на дне горизонтального канала, а вместо этого они постоянно направляются вверх потоком. Это решение не является интуитивным и потребовало проведения многочисленных исследований для ясного представления проблемы перед разработкой современного решения. Доступные в настоящее время микрофлюидные устройства включают в себя изготовленные по заказу или серийные соединения на полированной поверхности и имеют больший участок стекла в противоположность настоящему изобретению, на котором обычно осуществляется воздействие на любые частицы, такие как клетки, содержащиеся в потоке пробы, для немедленного поворота после входа в чип и перемещения в горизонтальном направлении.[06] The connection to the chip is horizontal, and this, combined with the dead volume (head space in fluid connections, which is somewhat unavoidable) in the connection, results in significant additional settling due to gravity. In addition, this configuration requires a relatively large diameter channel required for connection, and in addition to the dead volume, a region of relatively low velocity is formed, which also exacerbates the problem of particle settling. The current chip of the present invention eliminates the need for a wide horizontal inlet and a rather abrupt transition from the wide horizontal inlet to the chip's first vertical channel with relatively little upward flow. This configuration eliminates horizontal settling and the need to change direction, which causes settling. In addition, due to the entry of cells into the lower edge of the chip, the problem of settling in a dead volume is solved by orienting it in a vertical direction relative to gravity, so that cells or particles do not settle at the bottom of the horizontal channel, but instead they are constantly directed upward by the flow. This solution is not intuitive and required a lot of research to understand the problem clearly before developing a modern solution. Currently available microfluidic devices include custom or off-the-shelf connections on a polished surface and have a larger area of glass, in contrast to the present invention, which is typically exposed to any particles, such as cells contained in the sample stream, for immediate rotation after entering the chip and moving in the horizontal direction.
[07] Кроме того, в предшествующем уровне техники для клеток или частиц существуют несколько горизонтальных отрезков пути в микрофлюидном чипе перед достижением канала анализа, что приводит к осаждению. В тот момент, когда содержимое пробирки входит в чип и в каналы в чипе, содержимое закачивается в горизонтальном направлении, а не в вертикальный канал чипа. Затем канал проходит вверх и сменяется длинным горизонтальным, и в этом месте клетки стремятся осаждаться на дно канала вследствие силы тяжести, а также меньшей скорости около стенки вследствие режима ламинарного потока. По существу, вследствие параболического профиля скорости поток является самым сильным в середине канала и уменьшается до нуля на стенке или вблизи стенки канала. После первого горизонтального канала в чипе флюид поворачивает вниз перед каналом анализа, где осуществляются формирование изображения и разделение частиц. Вследствие этой конфигурации имеется относительно большое расстояние между микроскопом/камерой и каналом анализа. В этой типичной конфигурации из предшествующего уровня техники частицы вынуждаются перемещаться вниз и в конечном счете выходят из нижней части чипа.[07] In addition, in the prior art for cells or particles, there are several horizontal segments of the path in the microfluidic chip before reaching the analysis channel, which leads to deposition. At the moment when the contents of the tube enter the chip and the channels in the chip, the contents are pumped in a horizontal direction, and not in the vertical channel of the chip. Then the channel goes up and is replaced by a long horizontal one, and in this place the cells tend to settle to the bottom of the channel due to gravity, as well as a lower velocity near the wall due to the laminar flow regime. As such, due to the parabolic velocity profile, the flow is strongest in the middle of the channel and decreases to zero at or near the channel wall. After the first horizontal channel in the chip, the fluid turns down in front of the analysis channel where imaging and particle separation take place. Because of 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 forced to move downward and eventually exit the bottom of the chip.
[08] Кроме того, в предшествующем уровне техники вследствие ограничивающих условий требуются многочисленные горизонтальные отрезки пути, являющиеся причиной осаждения клеток на многочисленных местах в каналах. В свою очередь, это является причиной снижения качества изображения вследствие необходимости получать изображение через дополнительный материал на краю чипа. В чип из предшествующего уровня техники закачивание вверх осуществляется по вертикали, затем в горизонтальном направлении, после чего по зигзагообразной линии для надлежащего суспендирования клеток или частиц, затем вниз и из чипа. Зигзагообразные каналы исключены в настоящем изобретении.[08] In addition, in the prior art, due to restrictive conditions, multiple horizontal paths are required, causing cells to settle at multiple locations in the channels. In turn, this causes a reduction in image quality due to the need to image through additional material at the edge of the chip. In the prior art chip, pumping up is done vertically, then horizontally, then in a zigzag line to properly suspend the cells or particles, then down and out of the chip. Zigzag channels are excluded in the present invention.
[09] Кроме того, в предшествующем уровне техники рассматривается воспроизведение трехмерных изображений клеток или частиц во флюиде. Например, в M. Habaza, M. Kirschbaum, C. Guernth-Marschner, G. Dardikman, I. Barnea, R. Korenstein, C. Duschl, N. T. Shaked, Adv. Sci., 2017, 4, 1600205, показаны захват клетки, вращение ее с высокой скоростью и использование интерферометрии для измерения распределения показателя преломления в клетке. Кроме того, интерферометрию используют для анализа клеток в микрофлюидных каналах (см., например, Y. Sung et al., Phys. Rev. Appl., 2014, Feb. 27; 1:014002). Однако в настоящем изобретении заявлено получение многочисленных изображений клетки или частицы, когда она перемещается в потоке флюида по фокальным плоскостям устройства (устройств) формирования изображения, вследствие чего исключается всякая необходимость в захвате клетки для воспроизведения трехмерного изображения. Предложены другие способы, такие как использование механического поступательного перемещения, без использования формирования изображения светлого поля, описанного в этой заявке, и без использования потока флюида для обеспечения перемещения клетки относительно плоскости изображения (например, N. Lue et al., Opt. Express, 2008, Sep. 29; 16 (20):16240-6).[09] In addition, the prior art discusses the reproduction of three-dimensional images of cells or particles in a fluid. For example, in M. Habaza, M. Kirschbaum, C. Guernth-Marschner, G. Dardikman, I. Barnea, R. Korenstein, C. Duschl, N. T. Shaked, Adv. Sci., 2017, 4, 1600205, shows capturing a cell, rotating it at high speed, and using interferometry to measure the refractive index distribution in the cell. In addition, interferometry is used to analyze cells in microfluidic channels (see, for example, Y. Sung et al., Phys. Rev. Appl., 2014, Feb. 27; 1:014002). However, the present invention claims to obtain multiple images of a cell or particle as it travels in fluid flow across the focal planes of the imaging device(s), thereby eliminating any need to capture the cell for 3D imaging. Other methods have been proposed such as using mechanical translation without using the bright field imaging described in this application and without using fluid flow to move the cell relative to the image plane (e.g., N. Lue et al., Opt. Express, 2008 , Sep. 29;16(20):16240-6).
[10] Все источники из предшествующего уровня техники, цитируемые в этой заявке, полностью включены в нее путем ссылки.[10] All prior art references cited in this application are incorporated herein by reference in their entirety.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[11] Настоящее изобретение относится к микрофлюидному чипу, в который осуществляется нагнетание, а пробирки с пробами расположены под чипом для минимизации осаждения частиц. Таким образом, содержимое пробирки расположено под чипом и закачивается вверх и в вертикальном направлении непосредственно в канал чипа. Длинный канал продолжается от нижней части чипа до почти верхней части чипа. Затем канал сменяется коротким горизонтальным, но новый канал образован довольно коротким, чтобы в нем не проявлялся никакой эффект осаждения клеток, обусловленный нулевой скоростью потока около стенок канала. В таком случае в противоположность предшествующему уровню техники проба закачивается вверх на участок анализа. Следовательно, горизонтальный участок анализа представляет собой самый верхний канал/самое верхнее место флюида в чипе и поэтому находится близко к верхней части чипа, вследствие чего меньшая толща стекла находится между микроскопом/камерой и пробой, чем в предшествующем уровне техники, и поэтому формируется более ясное изображение. Расстояние канала анализа от верхней части чипа может быть от 100 мкм до 2 мм, но и до 100 мм, таким как от 100 мкм до 200 мкм, от 200 мкм до 300 мкм, от 300 мкм до 400 мкм и т.д. В одном варианте осуществления после участка анализа чипа, проба, например флюид, клетки и/или частицы, закачивается вниз к нижней части чипа и вытесняется наружу.[11] The present invention relates to a microfluidic chip that is inflated and sample vials are placed under the chip to minimize particle settling. Thus, the contents of the tube are located under the chip and are pumped upward and vertically directly into the channel of the chip. The long channel extends from the bottom of the chip to near the top of the chip. The channel then changes to a short horizontal one, but the new channel is made short enough to not exhibit any cell settling effect due to the zero flow velocity near the channel walls. In this case, contrary to the prior art, the sample is pumped upwards into the analysis section. Therefore, the horizontal section of the analysis is the uppermost channel/highest location of the fluid in the chip and is therefore close to the top of the chip, whereby less glass is between the microscope/camera and the sample than in the prior art, and therefore a clearer image. The distance of the analysis channel from the top of the chip can be from 100 µm to 2 mm, but also up to 100 mm, such as 100 µm to 200 µm, 200 µm to 300 µm, 300 µm to 400 µm, etc. In one embodiment, after the analysis section of the chip, the sample, such as fluid, cells and/or particles, is pumped down to the bottom of the chip and forced out.
[12] Кроме того, настоящее изобретение относится к микрофлюидному чипу, в котором горизонтальные отрезки пути минимизированы, особенно на месте входа флюида в каналы чипа. Чипы из предшествующего уровня техники содержат горизонтальные каналы общей длиной 13 мм (не анализируемые участки), нагнетательное отверстие намного большего диаметра на длине около 2 мм, усиливающее осаждение вследствие низкой скорости. Согласно предпочтительному варианту осуществления чип, описанный в этой заявке, имеет горизонтальные каналы (не анализируемые) длиной от 0,2 до 3,0 мм, хотя длина горизонтальных каналов может быть в пределах от 0,01 до 100,0 мм, такой как от 0,01 мм до 0,02 мм, от 0,02 мм до 0,03 мм, от 0,03 мм до 0,04 мм и т.д. Следствием этого является система каналов согласно изобретению, размеры которых на порядок величины отличаются от принятых в предшествующем уровне техники, что улучшает характеристики потока и исключает осаждение клеток/частиц.[12] In addition, the present invention relates to a microfluidic chip in which horizontal path segments are minimized, especially at the point where the fluid enters the channels of the chip. Prior art chips contain horizontal channels with a total length of 13 mm (not analyzed areas), a much larger diameter injection hole at a length of about 2 mm, which enhances deposition due to low speed. According to a preferred embodiment, the chip described in this application has horizontal channels (not analyzed) in length from 0.2 to 3.0 mm, although the length of the horizontal channels can be in the range from 0.01 to 100.0 mm, such as from 0.01mm to 0.02mm, 0.02mm to 0.03mm, 0.03mm to 0.04mm, etc. The consequence of this is the channel system according to the invention, the dimensions of which are an order of magnitude different from those adopted in the prior art, which improves the flow characteristics and eliminates the deposition of cells/particles.
[13] Согласно другому аспекту изобретение относится к микрофлюидному чипу, в котором формирование изображения и анализ происходят на углу или вблизи угла чипа, благодаря чему улучшаются изображения из многочисленных точек наблюдения вследствие меньшей толщи стекла и меньшего расстояния между камерой и каналом анализа. Кроме того, это позволяет использовать объектив с большей числовой апертурой для улучшения детальности изображения при повышении увеличения. В такой конструкции уменьшается искажение изображения, обусловленное стеклом (или другим веществом, из которого состоит чип, таким как пластик или любой прозрачный или полупрозрачный материал) и расстоянием (например, вследствие несовершенства стекла). Расстояние между устройством формирования изображения и каналом анализа может быть от 100 мкм до 2 мм, но и до 100 мм, таким как от 100 мкм до 200 мкм, от 200 мкм до 300 мкм, от 300 мкм до 400 мкм и т.д.[13] According to another aspect, the invention relates to a microfluidic chip in which imaging and analysis occur at or near the corner of the chip, thereby improving images from multiple viewpoints due to the thinner glass and the smaller distance between the camera and the analysis channel. It also allows you to use a lens with a larger numerical aperture to improve image detail when you increase the magnification. This design reduces image distortion due to glass (or other substance that makes up the chip, such as plastic or any transparent or translucent material) and distance (eg, due to glass imperfections). The distance between the imaging device and the analysis channel can be 100 µm to 2 mm, but also up to 100 mm, such as 100 µm to 200 µm, 200 µm to 300 µm, 300 µm to 400 µm, etc.
[14] Кроме того, настоящее изобретение относится к микрофлюидному сортировочному чипу с осуществлением разделения ниже по потоку от канала анализа, что позволяет одновременно или последовательно и отдельно использовать давление и/или лазерную силу (или другую оптическую силу) для активации функции сортировки. Согласно одному аспекту для реализации функции сортировки поток из канала анализа должен быть непрерывным. Например, частицы направляются в вертикальный канал и затем в горизонтальный сортировочный канал. В одном варианте осуществления оптическая сила и/или давление прикладываются в направлении потока в сортировочном канале для продвижения частиц по каналу. Частицы, на которые непосредственно не действует оптическая сила, отводятся в другой канал вследствие действия, например, силы тяжести, электрокинетических сил, магнитных сил, линий ламинарного потока, линий течения, пониженной скорости потока, ортогональной оптической силы или вакуума, прилагаемых для втягивания частиц в другой канал. Согласно другому аспекту, относящемуся к сортировочному каналу после анализа, в настоящем изобретении допускается направление оптической силы от задней стороны чипа (лазерная или оптическая сила ориентирована по направлению потока), а согласно некоторым аспектам производится расщепление пучка этого основного лазера. В вариантах осуществления оптическая сила и/или давление могут быть приложены в направлении, противоположном направлению перемещения вещества по каналу, например против потока, или могут быть приложены в направлении перемещения вещества в канале, например по потоку. Сортировка клеток или частиц может происходить в общем устройстве или отдельном чипе. Например, на фиг. 1В пятый канал перед выпускной трубкой 145 содержит одно или несколько разветвлений, что позволяет иметь одну или многочисленные сортировочные области.[14] In addition, the present invention relates to a microfluidic sorting chip with separation downstream of the analysis channel, which allows simultaneous or sequential and separate use of pressure and/or laser power (or other optical power) to activate the sorting function. According to one aspect, in order to implement the sorting function, the stream from the analysis channel must be continuous. For example, particles are sent to a vertical channel and then to a horizontal sorting channel. In one embodiment, optical power and/or pressure is applied in the direction of flow in the sorting channel to move the particles along the channel. Particles that are not directly affected by the optical force are diverted into another channel due to, for example, gravity, electrokinetic forces, magnetic forces, laminar flow lines, flow lines, reduced flow velocity, orthogonal optical force, or vacuum applied to draw the particles into another channel. According to another aspect related to the sorting channel after analysis, the present invention allows the direction of the optical power from the rear side of the chip (laser or optical power is oriented in the direction of flow), and according to some aspects, the beam of this main laser is split. In embodiments, the optical power and/or pressure may be applied in a direction opposite to the direction of movement of the substance through the channel, such as upstream, or may be applied in the direction of movement of the substance in the channel, such as downstream. Sorting of cells or particles can take place in a common device or a separate chip. For example, in FIG. 1B, the fifth channel in front of the
[15] Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения манифольд соединен с пробиркой таким образом, что трубка проходит через манифольд и соединяется с пробиркой или другим резервуаром на другой стороне, входя в соприкосновение с веществом (например, флюидом) в пробирке. Манифольд обеспечивает соединение пробирок, сохраняемых под чипом, с микрофлюидным чипом и/или манифольд позволяет нагнетать содержимое пробирок из нижней части чипа, при этом сглаживаются несколько проблем, проявляющихся в предшествующем уровне техники, таких как осаждение клеток или частиц, когда пробирка или трубка из пробирки соединена или находится в сообщении с микрофлюидным чипом.[15] According to another aspect of the present invention, the manifold is connected to the tube such that the tube passes through the manifold and connects to the tube or other reservoir on the other side, coming into contact with the substance (eg, fluid) in the tube. The manifold allows the tubes stored under the chip to be connected to the microfluidic chip and/or the manifold allows the contents of the tubes to be pumped from the bottom of the chip while alleviating several of the problems seen in the prior art such as sedimentation of cells or particles when the tube or tube is out of the tube. connected to or in communication with the microfluidic chip.
[16] Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение относится к держателю микрофлюидного чипа, при этом держатель содержит структуру для направления источника света, включающую встроенный призменный резонатор, который при наличии установленной призмы побуждает свет выходить под углом относительно чипа, и это является предпочтительным способом освещения при ограниченной геометрии. В вариантах осуществления источник света включает в себя, но без ограничения, волоконную оптику или источник коллимированного или сфокусированного света. Этот источник света точно направлен или ориентирован, в частности, направлен в канал анализа.[16] According to another aspect, the present invention relates to a microfluidic chip holder, wherein the holder comprises a structure for guiding a light source, including a built-in prism resonator, which, with the installed prism, causes light to exit at an angle relative to the chip, and this is the preferred method of illumination when limited geometry. In embodiments, the light source includes, but is not limited to, fiber optics or a collimated or focused light source. This light source is precisely directed or oriented, in particular towards the analysis channel.
[17] Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения устройство включает в себя второе устройство формирования изображения, ориентированное ортогонально к первой камере и каналу. Причины включения второй камеры являются разнообразными. Согласно одному аспекту причина включения второго устройства формирования изображения заключается в содействии визуальной юстировке лазера или оптической силы в канале анализа. Согласно другому аспекту при использовании способа, описанного в этой заявке, данные от первой камеры можно регистрировать. При наличии второй камеры данные можно объединять с данными от первой камеры, в результате чего получаются дополнительные данные, которые можно использовать для более точной экстраполяции положения, размера, формы объема и т.д. клетки. Эта дополнительная информация относительно одной и той же клетки (или частицы) повышает точность и расширяет диапазон измерений и анализа. Согласно дальнейшему аспекту вторая камера в сочетании с первой камерой позволяет осуществлять трехмерную реконструкцию клетки или частицы или группы клеток или частиц, изображения которых получены ортогональной камерой и камерой по потоку или камерой, направленной к стороне чипа. При использовании алгоритма, описанного в этой заявке или иного, включающего реверсирование или замедление потока и использование одного или нескольких изображений конкретной клетки или частицы или группы клеток или частиц, изобретение позволяет анализировать и обрабатывать многочисленные изображения и тем самым позволяет определять характеристики/атрибуты/количественные результаты измерений, такие как объем клетки, форма клетки, местоположение ядра клетки, объем ядра клетки, местоположение органеллы или внутриклеточного включения и т.д. Согласно другому аспекту настоящего изобретения камера ориентирована для получения изображения по оси, то есть в направлении потока.[17] According to another aspect of the present invention, the device includes a second imaging device oriented orthogonally to the first camera and channel. The reasons for including a second camera are varied. In one aspect, the reason for turning on the second imaging device is to help visually align the laser or optical power in the analysis channel. According to another aspect, when using the method described in this application, data from the first camera can be recorded. With a second camera, data can be combined with data from the first camera, resulting in additional data that can be used to more accurately extrapolate the position, size, volume shape, etc. cells. This additional information about the same cell (or particle) increases the accuracy and extends the range of measurements and analysis. According to a further aspect, the second camera, in combination with the first camera, allows for a three-dimensional reconstruction of a cell or particle or group of cells or particles imaged by an orthogonal camera and a downstream or chip-side camera. When using the algorithm described in this application or otherwise, including reversing or slowing down the flow and using one or more images of a particular cell or particle or group of cells or particles, the invention allows you to analyze and process multiple images and thereby allows you to determine the characteristics/attributes/quantitative results measurements such as cell volume, cell shape, cell nucleus location, cell nucleus volume, location of organelle or intracellular inclusion, etc. According to another aspect of the present invention, the camera is oriented to obtain an image along the axis, that is, in the direction of flow.
[18] Согласно одному аспекту для настоящего изобретения не требуется извилистый или зигзагообразный канал, который является предпочтительным в предшествующем уровне техники, для поддержания частиц должным образом суспендированными. Вследствие нагнетания в чип флюида и частиц или клеток в вертикальном направлении зигзагообразный канал становится ненужным, закачиваемые в вертикальном направлении частицы протекают непосредственно вверх по каналу в первый горизонтальный канал (называемый в этой заявке вторым каналом).[18] According to one aspect, the present invention does not require a tortuous or zigzag channel, which is preferred in the prior art, to keep the particles properly suspended. By vertically injecting fluid and particles or cells into the chip, the zigzag channel becomes unnecessary, vertically injected particles flow directly up the channel into the first horizontal channel (referred to in this application as the second channel).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[19] Сопровождающими чертежами иллюстрируются определенные аспекты из некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения и они не должны использоваться для ограничении или определения изобретения. Совместно с описанием чертежи служат для пояснения некоторых принципов изобретения.[19] The accompanying drawings illustrate certain aspects of some embodiments of the present invention and are not to be used to limit or define the invention. Together with the description, the drawings serve to explain some of the principles of the invention.
[20] На фиг. 1А представлен схематичный общий вид конфигурации устройства, включающего чип, манифольд и пробирки. На фиг. 1В представлены схематичные изображения, иллюстрирующие ориентации и местоположения каналов чипа.[20] FIG. 1A is a schematic overview of a device configuration including chip, manifold, and tubes. In FIG. 1B are schematic drawings illustrating the orientations and locations of the channels on the chip.
[21] На фиг. 2А и 2В представлены схематичные изображения, иллюстрирующие держатель микрофлюидного чипа согласно настоящему изобретению.[21] FIG. 2A and 2B are schematic views illustrating a microfluidic chip holder according to the present invention.
[22] На фиг. 3А и 3В представлены схематичные изображения, иллюстрирующие положения и аспекты держателя чипа согласно настоящему изобретению.[22] FIG. 3A and 3B are schematic views illustrating the positions and aspects of the chip holder according to the present invention.
[23] На фиг. 4А и 4В представлены схематичные изображения, иллюстрирующие примеры пути клетки и конфигурацию устройств формирования изображения относительно чипа. На фиг. 4С представлено схематичное изображение, иллюстрирующее другой путь клетки.[23] FIG. 4A and 4B are schematic views illustrating examples of cell pathway and configuration of imaging devices relative to the chip. In FIG. 4C is a schematic diagram illustrating another cell pathway.
[24] На фиг. 5 представлены схематичные изображения, иллюстрирующие многоплоскостное формирование изображения с чипа и каким образом его можно использовать для воспроизведения трехмерных изображений и информации.[24] FIG. 5 is a schematic diagram illustrating multi-plane imaging from a chip and how it can be used to reproduce 3D images and information.
[25] На фиг. 6А и 6В представлены схематичные изображения, иллюстрирующие многоплоскостное формирование изображение с чипа в потоке флюида и каким образом его можно использовать для воспроизведения трехмерного изображения.[25] FIG. 6A and 6B are schematic views illustrating multi-plane imaging of a chip in fluid flow and how it can be used to render a 3D image.
[26] На фиг. 7 представлено схематичное изображение, иллюстрирующее, каким образом клетка может захватываться и/или уравновешиваться на участке анализа чипа и отображаться под многочисленными углами.[26] FIG. 7 is a schematic diagram illustrating how a cell can be captured and/or balanced in the analysis site of a chip and displayed from multiple angles.
[27] На фиг. 8 представлено схематичное изображение, иллюстрирующее расположение камеры и источника освещения на одной линии с лазером и направлением потока таким образом, что частицы могут перемещаться от камеры.[27] FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the location of the camera and light source in line with the laser and the direction of flow so that particles can move away from the camera.
[28] На фиг. 9 представлено схематичное изображение, иллюстрирующее расположение камеры и источника освещения на одной линии с лазером и направлением потока таким образом, что частицы могут перемещаться от камеры.[28] FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the location of the camera and light source in line with the laser and the direction of flow so that particles can move away from the camera.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
[29] Настоящее изобретение описывается с обращением к конкретным вариантам осуществления, имеющим различные признаки. Для специалистов в данной области техники должно быть очевидно, что различные модификации и изменения могут быть сделаны при применении на практике настоящего изобретения без отступления от объема и сущности изобретения. Специалист в данной области техники должен осознавать, что эти признаки могут использоваться индивидуально или в любом сочетании с учетом требований и условий конкретного применения или проектирования. Кроме того, варианты осуществления, содержащие различные признаки, могут состоять по существу из этих различных признаков или содержать их. Другие варианты осуществления изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники в результате рассмотрения описания изобретения и при применении на практике изобретения. Описание изобретения является только примерным или поясняющим по своей сути и поэтому изменения, которые будут сделаны без отступления от сущности изобретения, предполагаются находящимися в объеме изобретения.[29] The present invention is described with reference to specific embodiments having various features. It should be apparent to those skilled in the art that various modifications and changes may be made in the practice of the present invention without departing from the scope and spirit of the invention. One skilled in the art should be aware that these features may be used individually or in any combination to suit the requirements and conditions of a particular application or design. In addition, embodiments containing various features may consist essentially of or contain these various features. Other embodiments of the invention will become apparent to those skilled in the art upon review of the description of the invention and upon practice of the invention. The description of the invention is only exemplary or explanatory in nature and therefore changes to be made without departing from the spirit of the invention are intended to be within the scope of the invention.
[30] Перед уяснением в деталях по меньшей мере одного варианта осуществления изобретения, следует понять, что применение изобретения не ограничено особенностями конструкции и расположением компонентов, представленными в нижеследующем описании или показанными на чертежах. В изобретении допускаются другие варианты осуществления или возможно применение на практике или осуществление его различными способами. Кроме того, должно быть понятно, что фразеология и терминология используются в этой заявке для целей описания не должны рассматриваться как ограничивающие.[30] Before explaining in detail at least one embodiment of the invention, it should be understood that the application of the invention is not limited to the design features and arrangement of components presented in the following description or shown in the drawings. The invention is open to other embodiments or may be practiced or carried out in various ways. In addition, it should be clear that the phraseology and terminology used in this application for the purposes of description should not be construed as limiting.
[31] Теперь обратимся к чертежам, где на фиг. 1А показан общий вид устройства согласно идее изобретения. Пробирки 130 с пробами расположены под микрофлюидным чипом 100 (который в этой заявке в общем случае также может называться подложкой) и при этом отсутствуют ограничения относительно количества или размеров пробирок. Пробирки выполнены с возможностью удержания пробы любого вида, которая может быть перемещена через устройство, такой как одно или несколько веществ, включая, но без ограничения, один или несколько из флюидов, жидкостей, газа, плазмы, сыворотки, крови, клеток, тромбоцитов, частиц и т.д. или сочетаний их. В контексте этого описания термин флюид или проба в общем случае может использоваться для обозначения такого одного или нескольких веществ. Пробирки соединены либо непосредственно, либо опосредованно, например опосредованно при использовании воздухопровода 110, в рабочем состоянии находящегося в сообщении с нижней стороной чипа. Кроме того, они могут соединены при помощи манифольда 120, также показанного на фиг. 1А. На фиг. 1В показан предпочтительный вариант осуществления микрофлюидного чипа 100, в соответствии с которым вещество, флюид, частицы и/или клетки нагнетаются на одной внешней поверхности, такой как край, микрофлюидного чипа (например, в плоскости XZ на фиг. 1В). Нагнетание показано на фиг. 1В вдоль одной из передних поверхностей, разделенных небольшим расстоянием, такой как передняя поверхность XZ или передняя поверхность XY. В этом конкретном варианте осуществления длина стороны X 160 меньше, чем длина стороны Y 170 и длина стороны Z 180. При такой конфигурации обеспечивается минимальное отклонение пробы при входе в каналы чипа (например, отсутствует необходимость в повороте направо, который является обычным в современном уровне техники).[31] Referring now to the drawings, where FIG. 1A shows a general view of the device according to the idea of the invention. The
[32] На фиг. 1А манифольд 120 показан соединяющим пробирку или пробирки 130 с микрофлюидным чипом 100, так что вещество, флюид, частицы и/или клетки могут нагнетаться или закачиваться в микрофлюидный чип вертикально в направлении вверх. Манифольд позволяет нагнетать вещества от нижней части чипа, кроме того, в нем электроника, датчики потока и трубки (как для жидкости, так и для воздуха) расположены таким образом, что минимизируется осаждение клеток, и этим оптимизируется пропускная способность. Воздухопровод создает давление или вакуум, который в случае герметизации обеспечивает возможность создания герметизированной системы в пределах узла манифольда. В одном варианте осуществления имеется расстояние между пробиркой (пробирками) и манифольдом, свидетельствующее, что герметизация отсутствует и давление во внутреннем объеме равно атмосферному. Это позволяет откачивать вещества из контейнера или закачивать в контейнер, сообщающийся с атмосферой (вакуум требуется для откачивания из открытого контейнера). Электроника, датчики потока и трубки (как для жидкости, так и для воздуха) расположены в манифольде таким образом, что минимизируется осаждение клеток, и этим оптимизируется пропускная способность.[32] FIG. 1A, a manifold 120 is shown connecting the tube or
[33] Согласно изобретению при нагнетании содержимого из нижней части чипа минимизируется горизонтальное перемещение впускной трубки 140 и выпускной трубки 145, которое является причиной таких проблем, как осаждение частиц или клеток в канале (каналах) 150. В этом примере выпускная трубка смещена от впускной трубки в направлениях Z и X (фиг. 1В). В вариантах осуществления выпускная трубка смещена, не смещена, прямолинейна, находится на одной линии с впускной трубкой или наклонена относительно нее. Такая конфигурация исключает необходимость в извилистых или зигзагообразных вертикальных каналах, поскольку в текущей конфигурации разрешаются проблемы из предшествующего уровня техники, связанные с образованием осадка, как в случае, когда флюид, объединенный с клетками или частицами, нагнетается или закачивается со стороны в чип в горизонтальном направлении, после чего направление и динамика флюида должны изменяться для продвижения кверху. Кроме того, положение манифольда и нагнетание от нижней части чипа позволяют располагать ниже чипа дополнительные элементы, компоненты, механизмы или аппаратное обеспечение (см. фиг. 1А).[33] The invention minimizes horizontal movement of the
[34] Манифольд 120 работает при регулировании давления воздуха над содержимым в пробирке и обеспечивает точную геометрию для размещения датчиков потока и электроники. Трубка, такая как трубка для флюида или воздуха, пропущена через манифольд и соединена с пробиркой на другой стороне. Сжатый воздух проходит через одну сторону манифольда и приводит к образованию закрытой вытеснительной системы внутри манифольда. Путем регулирования давления в закрытой области в системе можно изменять параметры, такие как скорость потока и динамика флюида. Область высокого давления имеется как в пробирке (пробирках) 130, так и в манифольде 120. Согласно другому аспекту для пробирки воздухопровод не требуется, поскольку она открыта в окружающую атмосферу. Это позволяет отбирать пробы из большего многообразия контейнеров и источников. В таком варианте осуществления вакуум прилагается к другой одной или нескольким пробиркам, так что создается перепад давления для вытеснения потока флюида из открытого контейнера.[34] The manifold 120 works by controlling the air pressure above the contents in the vial and provides precise geometry to accommodate the flow sensors and electronics. A tubing, such as a fluid or air tubing, is passed through the manifold and connected to a vial on the other side. Compressed air flows through one side of the manifold and results in a closed displacement system within the manifold. By adjusting the pressure in a closed area in a system, parameters such as flow rate and fluid dynamics can be changed. The high pressure region exists in both the tube(s) 130 and the
[35] В одном варианте осуществления используется основанное на давлении нагнетание пробы. Пробирки заполняют пробой во флюиде и закрывают крышкой или с помощью трубки, соединенной с чипом. До прикрепления крышки пробирка может быть открыта для воздуха или закрыта перегородкой или другим газонепроницаемым элементом. Согласно одному аспекту крышка может содержать два соединения, одно для флюида, такого как газ, и одно для жидкости. В качестве опции вариант осуществления способа также включает в себя создание соединения наконечника для входной линии пробы с входной линией пробы, которая находится в сообщении с первым каналом.[35] In one embodiment, pressure-based sample injection is used. The tubes are filled with a fluid sample and capped or with a tube connected to a chip. Prior to attaching the lid, the tube may be open to air or closed with a septum or other gas-tight element. In one aspect, the cap may contain two connections, one for a fluid, such as a gas, and one for a liquid. Optionally, an embodiment of the method also includes making a probe inlet tip connection to a sample inlet line that is in communication with the first channel.
[36] В другом варианте осуществления используется основанное на вакууме нагнетание пробы. Пробирки заполняют пробой во флюиде и закрывают крышкой или с помощью трубки, соединенной с чипом. До прикрепления крышки пробирка может быть открыта для воздуха или закрыта перегородкой. Согласно одному аспекту крышка может содержать два соединения, одно для флюида, такого как газ, и одно для жидкости. Опционально, флюид может быть отсосан из пробирки, открытой в атмосферу, путем приложения разрежения к одной или нескольким из других пробирок. Опционально, вариант осуществления способа также включает в себя создание соединения наконечника для входной линии пробы с входной линией пробы, которая находится в сообщении с первым каналом.[36] In another embodiment, vacuum-based sample injection is used. The tubes are filled with a fluid sample and capped or with a tube connected to a chip. Before attaching the lid, the tube may be open to air or closed with a septum. In one aspect, the cap may contain two connections, one for a fluid, such as a gas, and one for a liquid. Optionally, fluid may be aspirated from the tube open to atmosphere by applying a vacuum to one or more of the other tubes. Optionally, the method embodiment also includes making a probe inlet tip connection to a sample inlet line that is in communication with the first channel.
[37] На фиг. 2А-В и 3А-В показан держатель 200, 300 чипа. Держатель чипа содержит структуру для направления источника 210 света, такого как волоконно-оптический источник света, светодиод или лазер, и встроенный призматический резонатор 220, 320, который может быть установлен вместе с призмой. Источник света направляется на заданное место или выравнивается относительно встроенной структуры или канала 240 в держателе чипа. Встроенное пространство для волоконно-оптического источника света позволяет получать освещение, такое как конус 250 освещения, даже в ограниченном геометрическом окружении, таком как микрофлюидный чип 230, 330 или канал в микрофлюидном чипе. В частности, согласно предпочтительному аспекту этот источник света точно направляется, или ориентируется, или фокусируется на канал 260 анализа. В предпочтительном варианте осуществления держатель чипа включает в себя встроенное пространство для призмы 220, 230, а волоконно-оптический источник 210 света обеспечивает освещение с ограниченной геометрией. Кроме того, чип включает в себя отверстия или проемы в основании держателя 350 для точного выравнивания трубки для флюида, описанной в этой заявке. Для надлежащего выравнивания в одном варианте осуществления регулируемые винты введены в резьбовые отверстия 360 на одной или нескольких поверхностях.[37] FIG. 2A-B and 3A-B show a
[38] На фиг. 4А представлен предпочтительный вариант осуществления микрофлюидного чипа 400, описанного в этой заявке. Как показано, флюид сначала перемещается вверх в вертикальном направлении по первому каналу 410, после чего поступает во второй горизонтальный канал 420. Другой вертикальный канал 430 получает флюид еще ближе к верхней части чипа, в которой четвертый канал 440 является горизонтальным и, как показано на фиг. 4, представляет собой канал анализа. Каналы в рабочем состоянии находятся в сообщении друг с другом, что позволяет пробе перемещаться по системе из одного канала в другой. В вариантах осуществления проба может перетекать из первого канала во второй канал, в третий канал, в четвертый канал, или обратно, или в комбинацию их. Насос и/или вакуумный аппарат могут быть предусмотрены для создания положительного и/или отрицательного давления на одном из входного отверстия и выходного отверстия или на обоих отверстиях каналов для, чтобы обеспечить возможность перемещения веществ по каналам. Канал анализа находится вблизи одной или нескольких внешних поверхностей подложки, таких как передние поверхности, края или стороны чипа. Например, согласно этой конфигурации канал анализа находится вблизи верхней части и стороны чипа, вследствие чего улучшаются формирование изображения и анализ вещества в микрофлюидном чипе. В предпочтительных вариантах осуществления канал анализа находится на расстоянии от около 1 мм до около 2 мм от верхней части и стороны чипа. Однако расстояние канала анализа от верхней части чипа может быть от 0,1 мм до 100 мм, таким как от 0,1 мм до 0,2 мм, от 0,2 мм до 0,3 мм, от 0,3 мм до 0,4 мм и т.д. Выражаясь иначе, канал анализа может быть расположен в пределах 50%, 33%, 25%, 10% или 5% верхней части подложки. Согласно настоящему изобретению длина горизонтального канала анализа может быть от около 250 мкм до около 10 мм. Однако длина канала анализа может быть от 100 мкм до 100 мм, такой как от 0,1 мм до 0,2 мм, от 0,2 мм до 0,3 мм, от 0,3 мм до 0,4 мм и т.д. Выражаясь иначе, длина канала анализа может составлять около 75% или меньше высоты, ширины или длины подложки/чипа, например 50% или меньше, 33% или меньше, 25% или меньше, 10% или 5% или меньше высоты ширины или длины подложки/чипа.[38] FIG. 4A shows a preferred embodiment of the
[39] На фиг. 4В показаны два устройства 450 формирования изображения, такие как компьютерные видеокамеры. В одном варианте осуществления камера может быть расположена над чипом и ориентирована ортогонально к каналу анализа. В другом варианте осуществления камера может быть расположена относительно стороны чипа и ориентирована ортогонально к направлению потока или диагонально по отношению к направлению потока (например, выше канала, ниже канала или под углами к стороне канала). В вариантах осуществления камера может быть расположена так, что формирование изображения будет осуществляться при любом угле относительно потока одного или нескольких веществ, таком как прямой угол или 90° относительно потока одного или нескольких веществ, или при таком как от 0 до 90°, или от 10 до 80°, или от 30 до 60° и т.д. В другом варианте осуществления две или большее количество камер могут быть использованы для формирования изображения клеток или частиц в канале анализа. Например, одна камера может находиться над чипом и может быть ориентирована ортогонально к каналу анализа. Вторая камера может быть расположена относительно стороны чипа и ориентирована ортогонально к направлению потока или диагонально по отношению к направлению потока (например, выше канала, ниже канала или под углом к стороне канала). Как показано на фиг. 4В, один или несколько источников 460 света могут использоваться для освещения канала 440 анализа и такие источники света могут быть расположены ниже чипа и светить вверх, относительно стороны чипа и светить в направлении потока или противоположно направлению потока, выше чипа и светить вниз или же расположены диагонально по отношению к каналу анализа.[39] FIG. 4B shows two
[40] Как показано на фиг. 8, в ином случае дихроичное зеркало 840 или другой подходящий оптический элемент может быть использован для избирательного отклонения света в конкретном диапазоне длин волн и пропускания света других длин волн. Это позволит располагать камеры 810 на одной линии с каналом анализа. Как показано на фиг. 8 и 9, имеются несколько вариантов осуществления, включающих размещение лазера 830 оптической силы и камеры 810 на одном и том же конце или противоположных концах области анализа. Кроме того, для камеры может требоваться источник 860 освещения, который можно ориентировать несколькими способами, например, как это показано на фиг. 8 и 9. Источник света может быть источником света с широким спектром, таким как один или несколько светодиодов, или источником света с узким спектром, таким как лазер. Камера может использоваться как единственная камера или как часть многокамерной системы в сочетании с другими точками наблюдения, описанными в этой заявке.[40] As shown in FIG. 8, alternatively, a
[41] Как показано на фиг. 4А, источник 480 света, такой как лазер, может использоваться для воздействия на поток клеток. Лазер может быть расположен на одной линии с потоком клеток в согласии или против потока клеток. Кроме того, лазер может быть расположен и/или ориентирован ортогонально или диагонально по отношению к потоку клеток.[41] As shown in FIG. 4A, a
[42] Вариант осуществления изобретения включает в себя устройство для анализа частиц (см., например, фиг. 4-9). Вариант осуществления изобретения включает в себя по меньшей мере одну камеру 450 для захвата изображений частиц или клеток в микрофлюидных каналах (например, 440). В один вариант осуществления включен лазер или другой источник 480 оптической силы, такой как источник коллимированного света, в рабочем состоянии генерирующий по меньшей мере один пучок коллимированного света. По меньшей мере один пучок источника коллимированного света имеет по меньшей мере одно поперечное сечение пучка. Вариант осуществления изобретения включает в себя подложку с первым каналом 410, продолжающимся в вертикальном направлении в подложке так, что первая плоскость пересекает первый канал 410 по существу вдоль длины его и вследствие этого проба флюида нагнетается в подложку/чип из нижней части чипа и вытесняется вверх положительным или отрицательным давлением. Вариант осуществления изобретения включает в себя второй канал 420, ортогональный к первому каналу и поэтому расположенный горизонтально в подложке, так что вторая плоскость пересекает второй канал 420 по существу вдоль длины его и вторая плоскость расположена ортогонально к первой плоскости. Второй канал в чипе проходит в горизонтальном направлении. Второй канал находится в сообщении с первым каналом непосредственно или опосредованно. Второй канал находится в сообщении непосредственно или опосредованно с коротким восходящим вертикальным третьим каналом 430, который относится к сети каналов, близких к верхней части чипа. Третий канал находится в сообщении непосредственно или опосредованно с четвертым горизонтальным каналом 440, который расположен вблизи верхней части и/или угла чипа. В предпочтительном варианте осуществления четвертый канал представляет собой канал, ближайший к верхней части чипа. В варианте осуществления четвертый канал представляет собой канал анализа. Согласно одному аспекту камера 450 ориентирована ортогонально к направлению потока в четвертом канале. Вариант осуществления изобретения включает в себя сопло сфокусированного потока частиц, в рабочем состоянии соединенное с первым каналом. Согласно другому аспекту настоящего изобретения размер второго канала изменен и он проходит через сопло перед сообщением с третьим каналом.[42] An embodiment of the invention includes a particle analysis device (see, for example, FIGS. 4-9). An embodiment of the invention includes at least one
[43] На фиг. 4С показан другой вариант осуществления пути пробы в микрофлюидном чипе. Как показано, в чипе флюид прежде всего проходит вверх в вертикальном направлении по первому каналу 410, и этот канал находится непосредственно или опосредованно в сообщении с вторым горизонтальным каналом 420, находящимся в этом примере в верхней части чипа и в этом варианте осуществления представляющим собой канал анализа. Канал анализа согласно этой конфигурации находится вблизи верхней части чипа, вследствие чего улучшаются формирование изображения и анализ вещества в микрофлюидном чипе. В предпочтительных вариантах осуществления канал анализа находится на расстоянии от около 1 мм до около 2 мм от верхней части и стороны чипа. Однако расстояние канала анализа от верхней части чипа может быть от 0,1 мм до 100 мм, таким как от 0,1 мм до 0,2 мм, от 0,2 мм до 0,3 мм, от 0,3 мм до 0,4 мм и т.д. Выражаясь иначе, канал анализа может быть расположен в пределах 50%, 33%, 25%, 10% или 5% верхней части подложки. Согласно настоящему изобретению длина горизонтального канала анализа может быть от около 250 мкм до около 10 мм. Однако длина канала анализа может быть от 100 мкм до 100 мм, такой как от 0,1 мм до 0,2 мм, от 0,2 мм до 0,3 мм, от 0,3 мм до 0,4 мм и т.д. Выражаясь иначе, длина канала анализа может составлять около 75% или меньше высоты, ширины или длины подложки/чипа, например 50% или меньше, 33% или меньше, 25% или меньше, 10% или 5% или меньше высоты, ширины или длины подложки/чипа. В вариантах осуществления подложка может содержать один или несколько каналов анализа, например 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 каналов анализа.[43] FIG. 4C shows another embodiment of a probe path in a microfluidic chip. As shown, in the chip, fluid primarily flows vertically upward through the
[44] Кроме того, на фиг. 4С показан источник 480 света, такой как лазер, который может использоваться для воздействия на поток вещества, такой как поток клеток. Лазер может быть расположен на одной линии с потоком клеток в согласии или против потока клеток. Кроме того, лазер может быть расположен и/или ориентирован ортогонально или диагонально по отношению к потоку клеток.[44] In addition, in FIG. 4C shows a
[45] На фиг. 1 и 4 поток флюида, содержащий клетки или частицы, направляется по первому каналу вертикально. Одно или несколько веществ (флюид, клетки и/или частицы) входят через нижнюю часть чипа в отверстие первого канала и входят в подложку в вертикальном направлении. Первый вертикальный канал имеет длину от 100 мкм до 100 мм, такую как от 0,1 мм до 0,2 мм, от 0,2 мм до 0,3 мм и т.д. За первым каналом следует второй ортогональный/горизонтальный канал, который в предпочтительном варианте осуществления является более коротким, чем первый канал. Второй канал может иметь длину от 250 мкм до 100 мм, такую как от 0,25 мм до 0,5 мм, от 0,5 мм до 0,75 мм, от 0,75 мм до 1,0 мм и т.д. Третий канал проходит вертикально и параллельно первому каналу. Третий канал может иметь длину от 50 мкм до 100 мм, такую как от 0,05 мм до 0,1 мм, от 0,1 мм до 0,15 мм, от 0,15 мм до 0,2 мм и т.д. Каналы в рабочем состоянии расположены в сообщении либо непосредственно, либо опосредованно таким образом, что обеспечивается перемещение одного или нескольких веществ по многочисленным каналам. Типичное направление потока флюида показано стрелками потока на фиг. 4А и 4С, но может быть противоположным.[45] FIG. 1 and 4 the flow of fluid 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 into the opening of the first channel and enter the substrate in a vertical direction. The first vertical channel has a length of 100 µm to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, and so on. The first channel is followed by a second orthogonal/horizontal channel, which in the preferred embodiment is shorter than the first channel. The second channel may have a length of 250 µm to 100 mm, 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 vertically and parallel to the first channel. The third channel may have a length of 50 µm to 100 mm, such as 0.05 mm to 0.1 mm, 0.1 mm to 0.15 mm, 0.15 mm to 0.2 mm, etc. . Channels in operation are located in communication either directly or indirectly in such a way that the movement of one or more substances through multiple channels is ensured. The typical direction of fluid flow is shown by the flow arrows in FIG. 4A and 4C, but may be the opposite.
[46] В предпочтительных вариантах осуществления четвертый канал представляет собой канал анализа, и этот канал имеет длину от 250 мкм до 100 мм, такую как от 0,25 мм до 0,5 мм, от 0,5 мм до 0,75 мм, от 0,75 мм до 1 мм и т.д. В этом варианте осуществления четвертый канал является ближайшим каналом к верхней части чипа. Расстояние четвертого канала от верхней части чипа, измеренное по вертикали, может быть от 100 мкм до 2 мм, но и до 100 мм, таким как от 100 мкм до 200 мкм, от 200 мкм до 300 мкм, от 300 мкм до 400 мкм и т.д. Выражаясь иначе, четвертый канал может быть расположен в пределах 50%, 33%, 25%, 10% или 5% верхней части чипа. Устройство формирования изображения, такое как камера, может быть ориентировано ортогонально к четвертому каналу и находиться на расстоянии от около 100 мкм до 2 мм от четвертого канала, но и до 100 мм, таком от 100 мкм до 200 мкм, от 200 мкм до 300 мкм, от 300 мкм до 400 мкм и т.д.[46] In preferred embodiments, the fourth channel is an analysis channel, and this channel has a length of 250 µm to 100 mm, such as 0.25 mm to 0.5 mm, 0.5 mm to 0.75 mm, from 0.75 mm to 1 mm, etc. In this embodiment, the fourth channel is the closest channel to the top of the chip. The distance of the fourth channel from the top of the chip, measured vertically, can be from 100 µm to 2 mm, but also up to 100 mm, such as 100 µm to 200 µm, 200 µm to 300 µm, 300 µm to 400 µm, and etc. In other words, the fourth channel can be located within 50%, 33%, 25%, 10% or 5% of the top of the chip. An imaging device, such as a camera, may be oriented orthogonally to the fourth channel and be at a distance of about 100 µm to 2 mm from the fourth channel, but up to 100 mm, such as 100 µm to 200 µm, 200 µm to 300 µm , from 300 µm to 400 µm, etc.
[47] В одном варианте осуществления лазер или другой оптический источник представлен вместе с фокусирующей линзой. На фиг. 4 изобретение показано с работающим лазером 480, излучающим лазерный пучок, при этом пучок направляется через фокусирующую линзу в четвертый канал 440 потока. Частицы выравниваются в лазерном пучке вследствие наличия градиентной силы, которая вытягивает частицы по направлению к области наибольшей интенсивности лазера. Рассеивающая сила лазера продвигает частицы в направлении распространения лазерного пучка (например, слева направо на фиг. 4А).[47] In one embodiment, a laser or other optical source is provided along with a focusing lens. In FIG. 4, the invention is shown with a
[48] Как показано на фиг. 4В, в другом варианте осуществления вторая камера или устройство захвата изображения (см. 450) в дополнение к камере или устройству захвата изображения, ориентированному ортогонально к четвертому каналу, ориентирована относительно стороны канала анализа (или четвертого) и направлена ортогонально или под любым углом к четвертому каналу. Получение одного изображения каждой клетки на ортогональных видах позволяет вычислять многочисленные параметры клеток, например размер и форму в двух измерениях, вследствие чего возрастает количество информации, которая может захватываться для каждой клетки. Кроме того, это позволяет вычислять объемные характеристики клеток, включая общий объем, форму, и получать представление о клетках, которые не являются симметричными относительно оси, параллельной направлению потока (оси Z, изображенной на фиг. 5). При использовании двух или большего количества камер базисная трехмерная модель клетки 550 может быть построена путем объединения ортогональных изображений при использовании, например, существующих алгоритмов трехмерной реконструкции, таких как метод теории дифракции или метод поворота освещения. Трехмерная модель и анализ трехмерной модели позволяют более точно анализировать параметры клетки, такие как размер, форма, ориентация клетки, и другие количественные и качественные результаты измерений, относящиеся к частице (частицам) или клетке (клеткам) в четвертом канале микрофлюидного чипа.[48] As shown in FIG. 4B, in another embodiment, the second camera or image capture device (see 450), in addition to the camera or image capture device oriented orthogonally to the fourth channel, is oriented relative to the side of the analysis channel (or fourth) and is directed orthogonally or at any angle to the fourth channel. Obtaining one image of each cell in orthogonal views allows the calculation of numerous cell parameters, such as size and shape in two dimensions, thereby increasing the amount of information that can be captured for each cell. In addition, it allows the calculation of volumetric properties of cells, including total volume, shape, and insight into cells that are not symmetrical about an axis parallel to the direction of flow (Z-axis depicted in FIG. 5). When two or more cameras are used, a basic 3D model of
[49] На фиг. 5 участок канала 540 анализа показан в двух различных плоскостях, таких как плоскости, которые могут отображаться устройством формирования изображения (см., например, фиг. 4). В первой плоскости 520 одна часть клетки или частицы 510 изображена в определенной ориентации. Во второй плоскости 530 другая часть той же самой клетки или ячейки изображена от другой камеры в другой проекции. Это позволяет вычислять многочисленные характеристики клеток, создавать матрицу данных для каждой клетки от каждой камеры и осуществлять трехмерную визуализацию клетки или частицы 550.[49] FIG. 5, a portion of the
[50] Различные участки клетки проходят по фокальным плоскостям (например, 630 (фокальная плоскость XZ) и 640 (фокальная плоскость YZ)) устройства (устройств) формирования изображения, различные срезы клетки могут быть отображены, когда клетка перемещается, например, потоком 620 флюида. Это показано на фиг. 6А. На фиг. 6А части клетки и частицы отображены в многочисленные моменты времени и/или в многочисленных точках пространства при различных ориентациях и в различных проекциях. Поскольку в этом примере клетка перемещается по фокальной плоскости и вращается, она появляется как имеющая разный размер в последовательных изображениях (таких как показанных для примера на фиг. 6А четырех изображениях для каждой плоскости от двух различных камер). При использовании алгоритмов трехмерной реконструкции это позволяет получать более сложное трехмерное изображение 650 частицы или клетки. На основании такого изображения можно экстраполировать определенные атрибуты клетки или частицы, такие как размер, объем, местоположение клетки и других органелл, а также размер ядра клетки и измерять или описывать клеточную топографию. Кроме того, вращение клетки можно измерять как функцию основанного на оптической силе крутящего момента, связанного с изменениями биофизических и биохимических свойств, включая, но без ограничения, показатель преломления, двулучепреломление, форму и морфологию клетки.[50] Different portions of the cell traverse the focal planes (e.g., 630 (XZ focal plane) and 640 (YZ focal plane)) of the imaging device(s), different sections of the cell can be imaged as the cell moves, e.g., by
[51] На фиг. 6В показано для примера многоплоскостное формирование изображения вместе с многочисленными изображениями одной и той же клетки, получаемыми в течение некоторого периода времени, поскольку клетка перемещается по фокальной плоскости. В таких случаях в данной области техники изображение клетки называют «срезом» или «срезом изображения». Срез изображения представляет собой по существу толщину оптической плоскости изображения. Толщина плоскости изображения или срез определяется, помимо всего прочего, оптическим увеличением системы формирования изображения. При более сильных увеличениях рабочее расстояние объектива уменьшается, что приводит к необходимости располагать объектив ближе к отображаемой клетке или частице. В одном варианте осуществления лазер или другой источник 670 оптической силы может использоваться для воздействия на движение клетки в канале анализа. В предпочтительном варианте осуществления при формировании изображения клетки или частицы могут целенаправленно приводиться в фокальную плоскость канала или выводится из нее путем перемещения лазера и/или камеры или регулирования потока (потоков) или положения при использовании гидродинамической фокусировки. Например, лазерный источник может быть перемещен на расстояние 660 при использовании, например, пьезоэлектрического исполнительного механизма или линейного электрического оптомеханического подвижного столика. Это может быть выполнено для каждой клетки или для каждой популяции. Гидродинамическую фокусировку клеток можно изменять для воздействия на исходное положение и траекторию клеток. Например, частицы можно выравнивать или ориентировать в фокальной плоскости в лазерном пучке с помощью градиентной силы, которая перемещает частицы к области наивысшей интенсивности лазера. Рассеивающая сила лазера продвигает частицы в направлении распространения лазерного пучка. См. фиг. 6В. Перемещение лазера, в этом случае по оси X, позволяет формировать изображение признаков в различных частях клетки, показанной диском 680. Они могут представлять собой, например, ядра клеток, органеллы, внутриклеточные включения и другие признаки клетки или частицы. Лазер продвигает клетку к центру в результате действия градиентной силы. Кроме того, предполагается, что при наличии двух или большего количества камер можно повысить детальность и точность.[51] FIG. 6B shows an exemplary multiplanar imaging along with multiple images of the same cell over a period of time as the cell moves across the focal plane. In such cases, the cell image is referred to in the art as a "slice" or "image slice". An image slice is essentially the thickness of the optical image plane. The thickness of the image plane or slice is determined, among other things, by the optical magnification of the imaging system. At higher magnifications, the working distance of the lens is reduced, resulting in the need to position the lens closer to the displayed cell or particle. In one embodiment, a laser or
[52] На фиг. 7 вариант осуществления изобретения показан в статическом режиме, в котором частица или клетка 710 остановлена в определенном месте удержания путем уравновешивания оптической 730 силы и флюидной силы 735. Оптическая сила может быть приложена, например, лазером или источником коллимированного света. Изображения могут быть получены в многочисленных плоскостях, таких как показанные на описанных фиг. 5 и 6А-В. Датчик потока используется для измерения скорости потока, в котором каждую частицу останавливают при заданной мощности лазера. Поскольку оптическая и флюидная силы уравновешены, флюидная сила сопротивления (то есть, являющаяся результатом скорости потока и размера канала) равна оптической силе. В этом способе свойства каждой клетки могут быть измерены последовательно. Хотя высокопроизводительная измерительная система отсутствует, этот вариант осуществления позволяет осуществлять тщательное наблюдение и формирование изображения захваченной клетки и также отслеживать динамические изменения оптической силы, являющиеся следствием биохимических и биологических изменений в клетке. Реагентные потоки, содержащие химикаты, биологические химикаты, клетки или другие стандартные биологические агенты, могут быть введены в каналы потока для взаимодействия с захваченной клеткой (клетками). Эти динамические процессы можно количественно контролировать путем измерения изменений оптической силы в течение проведения экспериментов над одной клеткой или клетками.[52] FIG. 7, an embodiment of the invention is shown in a static mode, in which the particle or
[53] В одном варианте осуществления камера или другое устройство формирования изображения ориентировано и/или сфокусировано по потоку или противоположно потоку в канале анализа так, что оно находится на одной линии или параллельно потоку (см., например, фиг. 8 и 9). На фиг. 8 показаны камера 810 на одной линии с каналом 820 анализа и лазер или источник 830 коллимированного света. Дихроичное зеркало или аналогичное устройство 840 отражает лазерный свет 835 в сторону от камеры для предотвращения повреждения ее, но пропускает свет 865, создаваемый источником 860 освещения, чтобы сделать возможным формирование изображения. Камера ориентирована параллельно потоку 870 флюида так, что в одном варианте осуществления клетки или частицы 880 перемещаются от камеры. Источник освещения ориентирован ортогонально к каналу и лазеру. Второе дихроичное зеркало 845, которое пропускает лазерный свет и отражает свет освещения, используется для направления как света освещения, так и лазерного света по каналу. В другом варианте осуществления этой конфигурации выполнен обмен мест расположения лазера и источника освещения, так что лазер ориентирован ортогонально к каналу и источник освещения расположен параллельно каналу. Второе дихроичное зеркало по-прежнему направляет по каналу как лазерный свет, так и видимый свет.[53] In one embodiment, the camera or other imaging device is oriented and/or focused downstream or upstream of the analysis channel such that it is in line with or parallel to the flow (see, for example, FIGS. 8 and 9). In FIG. 8 shows a
[54] Другой вариант осуществления показан на фиг. 9. В этом случае камера или устройство 910 формирования изображения ориентировано так, что клетки или частицы 980 движутся по направлению к камере в потоке 970 флюида. Таким образом, камера и лазер 930 находятся на одной и той же стороне канала, тогда как источник 960 освещения находится на противоположной стороне канала. Два дихроичных зеркала 940 и 945 используются для направления лазерного света 935 и света 965 освещения в канал, направления света освещения для камеры и отклонения лазерного света от источника освещения. В другом варианте осуществления этой конфигурации выполнен обмен мест расположения лазера и камеры, так что лазер расположен ортогонально к каналу и источник освещения расположен параллельно каналу. В таком случае второе дихроичное зеркало 945 направляет лазерный свет по каналу и свет освещения для камеры.[54] Another embodiment is shown in FIG. 9. In this case, the camera or
[55] Опционально, вариант осуществления изобретения также включает в себя по меньшей мере один оптический элемент между источником оптической силы и четвертым каналом, который в рабочем состоянии создает стандартную пучковую моду ТЕМ00, стандартную пучковую моду ТЕМ01, стандартную пучковую моду ТЕМ10, стандартную пучковую моду Эрмита-Гаусса, стандартную пучковую моду Лагерра-Гаусса, пучок Бесселя или стандартный многомодовый пучок. Опционально, по меньшей мере один оптический элемент включает в себя стандартную цилиндрическую линзу, стандартный аксикон, стандартное вогнутое зеркало, стандартное тороидальное зеркало, стандартный пространственный модулятор света, стандартный акустооптический модулятор, стандартную матрицу пьезоэлектрических зеркал, дифракционный оптический элемент, стандартную четвертьволновую пластинку и/или стандартную полуволновую пластинку. Опционально, источник оптической силы может формировать стандартный циркулярно-поляризованный пучок, стандартный линейно-поляризованный пучок или стандартный эллиптически-поляризованный пучок.[55] Optionally, an embodiment of the invention also includes at least one optical element between the source of optical power and the fourth channel, which in operation creates a standard beam mode TEM 00 standard beam mode TEM 01 standard beam mode TEM 10 standard Hermite-Gaussian beam mode, standard Laguerre-Gaussian beam mode, Bessel beam, or standard multimode beam. Optionally, at least one optical element includes a standard cylindrical lens, a standard axicon, a standard concave mirror, a standard toroidal mirror, a standard spatial light modulator, a standard acousto-optic modulator, a standard piezoelectric mirror array, a diffractive optical element, a standard quarter-wave plate, and/or standard half wave record. Optionally, the optical power source can generate a standard circularly polarized beam, a standard linearly polarized beam, or a standard elliptically polarized beam.
[56] Опционально, может быть осуществлено устройство, содержащее микрофлюидный канал, источник лазерного света, фокусируемого оптикой в микрофлюидный канал, и источник электрического поля, в процессе работы соединенный с микрофлюидным каналом с помощью электродов; частицы в жидкости, движущиеся по микрофлюидному каналу; при этом осуществляется управление лазерным светом и электрическим полем для совместного воздействия на частицы в микрофлюидном канале, вследствие чего происходит разделение частиц по размеру, форме, показателю преломления, электрическому заряду, распределению электрических зарядов, подвижности зарядов, проницаемости и/или способности к деформации. В еще одном варианте осуществления устройство содержит микрофлюидный канал, выполненный с возможностью приложения диэлектрофоретического (DEP) поля к внутреннему пространству канала с помощью (1) системы электродов или (2) системы диэлектрофоретических изоляторов, и источник лазерного света, фокусируемый оптикой в микрофлюидный канал; в устройстве осуществляются движение множества частиц в жидкости в микрофлюидном канале и совместное воздействие лазерного света и поля на частицы в микрофлюидном канале для захвата частиц или изменения скорости их, при этом диэлектрофоретическое поле является линейным или нелинейным. Еще один возможный вариант осуществления устройства включает в себя микрофлюидный канал, содержащий впускное отверстие и множество выходов, и источник лазерного света, фокусируемого оптикой поперек микрофлюидного канала под критическим углом, согласованным со скоростью потока в микрофлюидном канале, для образования оптической силы, действующей на частицы, при максимизации времени воздействия лазерного света на выбранные частицы, при этом лазерный свет способен осуществлять операцию приложения сил к частицам, движущимся по микрофлюидному каналу, вследствие чего частицы разделяются по множеству выходов.[56] Optionally, a device can be implemented comprising a microfluidic channel, a source of laser light focused by optics into the microfluidic channel, and an electric field source connected to the microfluidic channel by electrodes during operation; particles in a liquid moving along a microfluidic channel; in this case, the laser light and electric field are controlled to jointly affect the particles in the microfluidic channel, as a result of which the particles are separated by size, shape, refractive index, electric charge, electric charge distribution, charge mobility, permeability and/or deformability. In yet another embodiment, the device comprises a microfluidic channel configured to apply a dielectrophoretic (DEP) field to the interior of the channel using (1) an electrode system or (2) a dielectrophoretic insulator system, and a laser light source focused by optics into the microfluidic channel; in the device, the movement of a plurality of particles in a liquid in a microfluidic channel and the combined effect of laser light and a field on particles in a microfluidic channel to capture particles or change their speed are carried out, while the dielectrophoretic field is linear or non-linear. Another possible embodiment of the device includes a microfluidic channel containing an inlet and a plurality of exits, and a source of laser light focused by optics across the microfluidic channel at a critical angle matched to the flow velocity in the microfluidic channel to generate an optical force acting on particles, while maximizing the exposure time of the laser light to the selected particles, wherein the laser light is able to perform the operation of applying forces to the particles moving through the microfluidic channel, whereby the particles are separated by a plurality of exits.
[57] Опционально, вариант осуществления изобретения также включает в себя по меньшей мере один блок опроса частиц, находящийся в сообщении с одним или несколькими каналами, такими как канал (каналы) анализа и в частности, четвертый канал. Блок опроса частиц включает в себя стандартный осветитель, стандартную оптику и стандартный датчик. Опционально, по меньшей мере один блок опроса частиц включает в себя стандартный формирователь изображения светлого поля, стандартный детектор рассеяния света, стандартный флуоресцентный детектор, работающий на одной длине волны, стандартный спектроскопический флуоресцентный детектор, стандартную камеру на приборах с зарядовой связью, стандартную камеру на комплементарной структуре металл-оксид-полупроводник, стандартный фотодиод, стандартный фотоэлектронный умножитель, стандартную матрицу фотодиодов, стандартный хемилюминесцентный детектор, стандартный биолюминесцентный детектор и/или стандартный детектор рамановской спектроскопии.[57] Optionally, an embodiment of the invention also includes at least one particle interrogator in communication with one or more channels, such as the analysis channel(s), and in particular the fourth channel. The particle interrogator includes a standard illuminator, standard optics, and a standard sensor. Optionally, at least one particle interrogator includes a standard brightfield imager, a standard light scattering detector, a standard single wavelength fluorescence detector, a standard spectroscopic fluorescence detector, a standard CCD camera, a standard CCD camera a metal-oxide-semiconductor structure, a standard photodiode, a standard photomultiplier tube, a standard photodiode array, a standard chemiluminescent detector, a standard bioluminescent detector, and/or a standard Raman spectroscopy detector.
[58] По меньшей мере один блок опроса частиц, находящийся в сообщении с четвертым каналом, содержит основанный на лазерной силе прибор или устройство, которое облегчает решение задачи идентификации патологии клеток, выбора и сортировки клеток. Согласно одному аспекту в блоке используются существенные различия в оптических давлениях, которые возникают вследствие изменений размера, формы, показателя преломления или морфологии частиц, для разделения и определения характеристик частиц. Согласно одному аспекту лазерный пучок света в ближней инфракрасной области спектра прилагает физическую силу к клеткам, после чего осуществляется измерение их характеристик. Оптическая сила, создаваемая с помощью давления излучения, когда она уравновешена сопротивлением флюида частицам, приводит к изменениям скорости частиц, что можно использовать для идентификации различий или изменений частиц в популяции частиц на основании внутренних различий. Кроме того, уравновешенность флюидной и оптической сил можно использовать для изменения положения частиц относительно друг друга с учетом их собственных свойств, что позволяет физически разделять их. В другом варианте осуществления блок опроса включает в себя устройство для анализа и/или разделения частиц, такое как по меньшей мере один источник коллимированного света, в рабочем состоянии генерирующий по меньшей мере один пучок коллимированного света. По меньшей мере один пучок коллимированного света включает в себя по меньшей мере одно поперечное сечение пучка.[58] At least one particle interrogator in communication with the fourth channel contains a laser power-based device or device that facilitates the task of identifying cell pathology, selecting and sorting cells. In one aspect, the block uses significant differences in optical pressures that result from changes in size, shape, refractive index, or morphology of the particles to separate and characterize the particles. In one aspect, a laser beam of light in the near infrared region of the spectrum applies a physical force to the cells, after which their characteristics are measured. The optical power generated by the radiation pressure, when balanced by the fluid resistance to the particles, results in particle velocity changes that can be used to identify particle differences or changes in a population of particles based on internal differences. In addition, the balance of fluid and optical forces can be used to change the position of particles relative to each other, taking into account their own properties, which allows them to be physically separated. In another embodiment, the interrogator includes a particle analysis and/or separation device, such as at least one collimated light source operatively generating at least one collimated light beam. At least one beam of collimated light includes at least one beam cross section.
[59] Вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя сочетание нескольких из упомянутых выше конструктивных элементов, рассмотренных выше в унитарном устройстве. Кроме того, варианты осуществления включают в себя способы использования такого устройства. Пример такого унитарного устройства показан на фиг. 1. Показанный вариант осуществления изобретения представляет собой 5-слойную структуру с 5 слоями, соединенными друг с другом для получения твердотельного микрофлюидного чипа, хотя в противоположность соединенным слоям чип может быть единой структурой. Чип может быть образован при использовании некоторого количества стандартных материалов, включая, но без ограничения, кварцевое стекло, кронглас, боросиликатное стекло, известково-натриевое стекло, сапфировое стекло, циклический олефиновый полимер (COP), полидиметилсилоксан (PDMS), OSTE, полистирол, полиметилметакрилат, поликарбонат, другие пластики или полимеры. Этот чип позволяет вводить пробу, осуществлять гидродинамическую фокусировку, оптический опрос, формирование изображения, анализ, выход пробы и полный оптический доступ лазерного света при входе в области и выходе из них. Кроме того, чип согласно вариантам осуществления может быть изготовлен методом трехмерной печати, формованием или иным способом.[59] An embodiment of the present invention includes a combination of several of the above structural elements discussed above in a unitary device. In addition, embodiments include methods for using such a device. An example of such a unitary device is shown in Fig. 1. The embodiment shown is a 5-layer structure with 5 layers connected to each other to form a solid-state microfluidic chip, although the chip may be a single structure in contrast to the connected layers. The chip can be formed using a number of standard materials including, but not limited to, quartz glass, crown glass, borosilicate glass, soda lime glass, sapphire glass, cyclic olefin polymer (COP), polydimethylsiloxane (PDMS), OSTE, polystyrene, polymethyl methacrylate , polycarbonate, other plastics or polymers. This chip allows sample entry, hydrodynamic focusing, optical interrogation, imaging, analysis, sample exit, and full optical access of laser light into and out of areas. In addition, the chip according to the embodiments may be manufactured by 3D printing, molding, or otherwise.
[60] Опционально, по меньшей мере один вид частиц включает в себя множество видов частиц. Каждый вид частиц из множества видов частиц включает в себя соответствующие собственные свойства и соответствующие наведенные свойства. Опционально, собственные свойства включают в себя размер, форму показатель преломления, морфологию, собственную флуоресценцию и/или отношение размеров. Опционально, наведенные свойства включают в себя деформацию, угловую ориентацию, вращение, скорость вращения, флуоресценцию меченых антител, флуоресценцию меченых аптамеров, флуоресценцию меченых ДНК, флуоресценцию меченых красителей, дифференциальную метрику ретенции и/или метрику градиентной силы. Этот вариант осуществления способа также включает в себя идентификацию и разделение множества частиц в соответствии с видами частиц на основании по меньшей мере одного из собственных свойств и наведенных свойств. Опционально, вариант осуществления способа также включает в себя опрос потока пробы или управление им. Опционально, опрос потока пробы включает в себя определение по меньшей мере одного из собственных свойств и наведенных свойств видов частиц и измерение скорости частиц из множества частиц. Измерение по меньшей мере одного из собственных свойств может быть использовано для ряда применений, включая, но без ограничения, определение вирусной инфективности пробы клеток (количества функционально инфекционных вирусных частиц, присутствующих в конкретной популяции клеток, аналогично анализу бляшек или анализу конечного разведения) для вирусной квантификации, разработку и мониторинг процесса, анализ высвобождения пробы, исследование занесенного агента, клиническую диагностику, обнаружение биомаркера, определение продуктивности клетки относительно антитела или протеина при разработке и мониторинге процесса, определение эффективности, качества или состояния активации клеток, производимых для клеточной терапии и других онкологических применений, включая Т-клетки c химерными антигенными рецепторами и стволовые клетки, определение действия химикатов, бактерий, вирусов, противомикробных и противовирусных препаратов на конкретную популяцию клеток и определение патологического состояния или возможность исследования его или анализ клинической пробы клеток. Опционально, источник оптической силы имеет по меньшей мере одну ось пучка, а поток пробы имеет ось потока пробы. Этап определения по меньшей мере одного из собственных свойств и наведенных свойств видов частиц и этап измерения скорости частиц из множества частиц совместно содержат смещение оси пучка от оси потока пробы. Опционально, этап определения по меньшей мере одного из собственных свойств и наведенных свойств видов частиц и этап измерения скорости частиц из множества частиц совместно содержат вычисление наклона и траектории частицы из множества частиц, отклоняющихся от оси потока пробы к по меньшей мере одной оси пучка.[60] Optionally, at least one kind of particles includes a plurality of kinds of particles. Each particle type of the plurality of particle types includes respective intrinsic properties and respective induced properties. Optionally, intrinsic properties include size, shape, refractive index, morphology, intrinsic fluorescence, and/or aspect ratio. Optionally, the induced properties include deformation, angular orientation, rotation, rotation speed, labeled antibody fluorescence, labeled aptamer fluorescence, labeled DNA fluorescence, labeled dye fluorescence, differential retention metric, and/or gradient strength metric. This embodiment of the method also includes identifying and separating a plurality of particles according to particle types based on at least one of intrinsic properties and induced properties. Optionally, an embodiment of the method also includes interrogating or controlling the sample stream. Optionally, interrogating the sample stream includes determining at least one of the intrinsic properties and induced properties of the particle species and measuring the particle velocity of the plurality of particles. The measurement of at least one of intrinsic properties can be used for a number of applications including, but not limited to, determining the viral infectivity of a cell sample (the number of functionally infectious viral particles present in a particular cell population, similar to plaque assay or final dilution assay) for viral quantification , process development and monitoring, sample release analysis, introduced agent testing, clinical diagnostics, biomarker detection, determination of cell productivity relative to antibody or protein in process development and monitoring, determination of efficiency, quality or activation status of cells produced for cell therapy and other oncological applications , including T-cells with chimeric antigen receptors and stem cells, determination of the effect of chemicals, bacteria, viruses, antimicrobials and antivirals on a specific cell population and determination of the pathological condition or the possibility of examining it or analyzing a clinical sample of cells. Optionally, the power source has at least one beam axis and the sample flow has a sample flow axis. The step of determining at least one of the intrinsic properties and the induced properties of the particle species and the step of measuring the velocity of particles from the plurality of particles together comprise a beam axis offset from the sample flow axis. Optionally, the step of determining at least one of the intrinsic properties and the induced properties of the particle species and the step of measuring the speed of particles from a plurality of particles together comprise calculating the inclination and trajectory of a particle from a plurality of particles deviating from the axis of the sample flow to at least one axis of the beam.
[61] Специалисту в данной области техники следует осознавать, что раскрытые признаки можно использовать индивидуально, в любом сочетании или опускать, основываясь на технических требованиях и описании данной заявки. Когда вариант осуществления относится к «содержащему» определенные признаки, следует понимать, что в ином случае вариант осуществления может «состоять из» или «состоять по существу из» любого одного или нескольких признаков. Другие варианты осуществления станут понятными специалистам в данной области техники при рассмотрении описания и применении изобретения на практике.[61] One skilled in the art should be aware that the disclosed features may be used individually, in any combination, or omitted based on the specifications and description of this application. When an embodiment refers to "comprising" certain features, it should be understood that an embodiment may otherwise "consist of" or "consist essentially of" any one or more features. Other embodiments will become apparent to those skilled in the art upon consideration of the description and practice of the invention.
[62] Следует особо отметить, что, когда в этом описании представлен диапазон значений, каждое значение между верхним и нижним пределами этого диапазона к тому же точно раскрывается. Верхний и нижний пределы этих небольших диапазонов могут быть независимо включены или исключены. Сингулярные формы неопределенных и определенных артиклей включают в себя множественные объекты, если иное четко не следует из контекста. Предполагается, что описание и примеры будут рассматриваться как примерные или пояснительные по своей сути и что варианты, которые не отклоняются от сущности изобретения, попадают в объем изобретения. Кроме того, все источники, приведенные в этом раскрытии, полностью включены в эту заявку путем ссылок и как таковые предполагаются обеспечивающими эффективный способ пополнения достаточного для воспроизведения раскрытия этого изобретения, а также обеспечивающими детализацию предпосылок создания изобретения.[62] It should be especially noted that when a range of values is presented in this description, each value between the upper and lower limits of this range is also accurately disclosed. The upper and lower limits of these small ranges can be independently included or excluded. The singular forms of the indefinite and definite articles include plural objects, unless otherwise clearly indicated by the context. It is intended that the description and examples be regarded as exemplary or explanatory in nature and that variations which do not deviate from the spirit of the invention fall within the scope of the invention. In addition, all references cited in this disclosure are hereby incorporated by reference in their entirety and as such are intended to provide an efficient way to supplement the disclosure of this invention sufficient to reproduce it, as well as to provide detail on the background of the invention.
Claims (123)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2017/068373 WO2019125502A1 (en) | 2017-12-23 | 2017-12-23 | Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764676C1 true RU2764676C1 (en) | 2022-01-19 |
Family
ID=66995019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020120212A RU2764676C1 (en) | 2017-12-23 | 2017-12-23 | Apparatus with a microfluid chip for measuring the optical strength and imaging cells using the microfluid chip configuration and dynamics |
Country Status (12)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3728107A4 (en) |
JP (2) | JP7390305B2 (en) |
KR (2) | KR20230157541A (en) |
CN (1) | CN111819153B (en) |
AU (2) | AU2017443695B2 (en) |
BR (1) | BR112020012748A2 (en) |
CA (1) | CA3086498A1 (en) |
GB (1) | GB2584218A (en) |
MX (1) | MX2020007182A (en) |
RU (1) | RU2764676C1 (en) |
SG (1) | SG11202005872XA (en) |
WO (1) | WO2019125502A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102656008B1 (en) * | 2020-09-08 | 2024-04-11 | 경북대학교 산학협력단 | Disease diagnosis kit, disease diagnosis method using the disease diagnosis kit and method for manufacturing the disease diagnosis kit |
CN112986063B (en) * | 2021-01-18 | 2022-04-15 | 西北大学 | High-throughput chromosome and cytoskeleton strain flow analyzer and implementation method |
CN114088588B (en) * | 2021-10-27 | 2024-04-09 | 西安理工大学 | Three-dimensional red blood cell size measuring method based on lens-free imaging |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6321791B1 (en) * | 1998-01-20 | 2001-11-27 | Caliper Technologies Corp. | Multi-layer microfluidic devices |
US20050002025A1 (en) * | 2003-05-15 | 2005-01-06 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Channel structure and process for production thereof |
US7068874B2 (en) * | 2000-11-28 | 2006-06-27 | The Regents Of The University Of California | Microfluidic sorting device |
US20090140170A1 (en) * | 2005-08-11 | 2009-06-04 | Eksigent Technologies, Llc | Microfluidic systems, devices and methods for reducing background autofluorescence and the effects thereof |
RU2380418C1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-01-27 | Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН | Replaceable microfluid module for automated recovery and purification of nucleic acids from biological samples and method for recovery and purification nucleic acids with using thereof |
US20140085898A1 (en) * | 2012-09-17 | 2014-03-27 | Cytonome/St, Llc | Focal plane shifting system |
RU2510509C1 (en) * | 2012-07-16 | 2014-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук | Microfluid system for immunoassay |
US20150316188A1 (en) * | 2012-06-29 | 2015-11-05 | University Of South Australia | Fluid connection ports |
Family Cites Families (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5768545U (en) * | 1980-10-15 | 1982-04-24 | ||
JPS63241337A (en) * | 1986-11-07 | 1988-10-06 | Hitachi Ltd | Flow cell for photometer |
US5214593A (en) * | 1990-11-07 | 1993-05-25 | Rainin Instrument Co., Inc. | Method and apparatus for extending the linear dynamic range of absorbance detectors including multi-lightpath flow cells |
US5184192A (en) * | 1991-07-17 | 1993-02-02 | Millipore Corporation | Photometric apparatus with a flow cell coated with an amorphous fluoropolymer |
US7699767B2 (en) * | 2002-07-31 | 2010-04-20 | Arryx, Inc. | Multiple laminar flow-based particle and cellular separation with laser steering |
JP3910118B2 (en) * | 2002-08-05 | 2007-04-25 | 株式会社プラントテクノス | Liquid particle image analyzer |
JP4119217B2 (en) * | 2002-10-10 | 2008-07-16 | 財団法人川村理化学研究所 | Microfluidic device, fluid processing device, and fluid processing method |
CN2662247Y (en) * | 2003-04-25 | 2004-12-08 | 谭玉山 | Optical fibre array biochip based on transformation rule of white light reflection interference frequency spectrum |
FR2882939B1 (en) * | 2005-03-11 | 2007-06-08 | Centre Nat Rech Scient | FLUIDIC SEPARATION DEVICE |
WO2006125470A1 (en) * | 2005-05-24 | 2006-11-30 | Agilent Technologies, Inc. | Multi-path flow cell correction |
JP2007148981A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Univ Waseda | Particle sorting microsystem and particle sorting method |
WO2008097455A1 (en) * | 2007-02-05 | 2008-08-14 | Intelligent Bio-Systems, Inc. | Detection device and methods of use |
JP2008191119A (en) * | 2007-02-08 | 2008-08-21 | Citizen Holdings Co Ltd | Flow cell for fluid sample |
JP4064445B1 (en) * | 2007-10-26 | 2008-03-19 | リオン株式会社 | Particle measuring device |
US9594071B2 (en) * | 2007-12-21 | 2017-03-14 | Colin G. Hebert | Device and method for laser analysis and separation (LAS) of particles |
US10281385B2 (en) * | 2007-12-21 | 2019-05-07 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Device for laser analysis and separation (LAS) of particles |
JP5901121B2 (en) * | 2011-02-16 | 2016-04-06 | キヤノン株式会社 | Flow path device and liquid transfer method using the flow path device |
KR20130113207A (en) * | 2012-04-05 | 2013-10-15 | 삼성전자주식회사 | Filter for capturing target material |
US20140193892A1 (en) * | 2012-07-25 | 2014-07-10 | Theranos, Inc. | Image analysis and measurement of biological samples |
JP2014032098A (en) * | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Hitachi High-Technologies Corp | Liquid chromatographic analysis device |
US9731293B2 (en) * | 2012-10-03 | 2017-08-15 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Paired laser and electrokinetic separation, manipulation, and analysis device |
US20150306598A1 (en) * | 2014-04-25 | 2015-10-29 | Berkeley Lights, Inc. | DEP Force Control And Electrowetting Control In Different Sections Of The Same Microfluidic Apparatus |
CN103926190A (en) * | 2014-05-08 | 2014-07-16 | 齐鲁工业大学 | Automatic single cell analysis method based on microfluidic system |
JP6332098B2 (en) * | 2015-03-25 | 2018-05-30 | 株式会社島津製作所 | Flow cell |
JP6713730B2 (en) * | 2015-05-20 | 2020-06-24 | シスメックス株式会社 | Cell detection device and cell detection method |
CN105738331B (en) * | 2016-01-29 | 2019-07-23 | 山东师范大学 | A kind of bidifly light induced fluorescence polychrome detector for Single-cell electrophoresis chip |
-
2017
- 2017-12-23 CA CA3086498A patent/CA3086498A1/en active Pending
- 2017-12-23 SG SG11202005872XA patent/SG11202005872XA/en unknown
- 2017-12-23 KR KR1020237038767A patent/KR20230157541A/en not_active Application Discontinuation
- 2017-12-23 CN CN201780098314.1A patent/CN111819153B/en active Active
- 2017-12-23 GB GB2011401.3A patent/GB2584218A/en not_active Withdrawn
- 2017-12-23 EP EP17935210.9A patent/EP3728107A4/en active Pending
- 2017-12-23 BR BR112020012748-5A patent/BR112020012748A2/en unknown
- 2017-12-23 WO PCT/US2017/068373 patent/WO2019125502A1/en active Application Filing
- 2017-12-23 RU RU2020120212A patent/RU2764676C1/en active
- 2017-12-23 MX MX2020007182A patent/MX2020007182A/en unknown
- 2017-12-23 JP JP2020555013A patent/JP7390305B2/en active Active
- 2017-12-23 KR KR1020207021267A patent/KR102602599B1/en active Application Filing
- 2017-12-23 AU AU2017443695A patent/AU2017443695B2/en active Active
-
2023
- 2023-11-20 JP JP2023196402A patent/JP2024020465A/en active Pending
- 2023-12-27 AU AU2023286012A patent/AU2023286012A1/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6321791B1 (en) * | 1998-01-20 | 2001-11-27 | Caliper Technologies Corp. | Multi-layer microfluidic devices |
US7068874B2 (en) * | 2000-11-28 | 2006-06-27 | The Regents Of The University Of California | Microfluidic sorting device |
US20050002025A1 (en) * | 2003-05-15 | 2005-01-06 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Channel structure and process for production thereof |
US20090140170A1 (en) * | 2005-08-11 | 2009-06-04 | Eksigent Technologies, Llc | Microfluidic systems, devices and methods for reducing background autofluorescence and the effects thereof |
RU2380418C1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-01-27 | Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН | Replaceable microfluid module for automated recovery and purification of nucleic acids from biological samples and method for recovery and purification nucleic acids with using thereof |
US20150316188A1 (en) * | 2012-06-29 | 2015-11-05 | University Of South Australia | Fluid connection ports |
RU2510509C1 (en) * | 2012-07-16 | 2014-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук | Microfluid system for immunoassay |
US20140085898A1 (en) * | 2012-09-17 | 2014-03-27 | Cytonome/St, Llc | Focal plane shifting system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019125502A1 (en) | 2019-06-27 |
EP3728107A4 (en) | 2021-08-04 |
JP7390305B2 (en) | 2023-12-01 |
SG11202005872XA (en) | 2020-07-29 |
AU2017443695A1 (en) | 2020-07-09 |
CA3086498A1 (en) | 2019-06-27 |
AU2017443695B2 (en) | 2023-09-28 |
EP3728107A1 (en) | 2020-10-28 |
BR112020012748A2 (en) | 2020-12-01 |
JP2021515239A (en) | 2021-06-17 |
KR20200104354A (en) | 2020-09-03 |
CN111819153A (en) | 2020-10-23 |
KR102602599B1 (en) | 2023-11-16 |
JP2024020465A (en) | 2024-02-14 |
KR20230157541A (en) | 2023-11-16 |
GB2584218A (en) | 2020-11-25 |
CN111819153B (en) | 2024-08-30 |
MX2020007182A (en) | 2020-08-24 |
GB202011401D0 (en) | 2020-09-09 |
AU2023286012A1 (en) | 2024-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11561164B2 (en) | Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics | |
US10648899B2 (en) | Method for sorting cell particle in solution | |
JP2024020465A (en) | Microfluidic chip device for optical force measurement and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics | |
US10871440B2 (en) | Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics | |
JP2020513576A (en) | Method and apparatus for bulk sorting of microparticles using microfluidic channels | |
US20140339446A1 (en) | Scanning image flow cytometer | |
US20110294139A1 (en) | Disposable chip-type flow cell and flow cytometer using same | |
JP6517193B2 (en) | Array-based sample characterization | |
US8634076B2 (en) | Multi-sample scattering measurements | |
Wiklund et al. | Acoustofluidics 18: Microscopy for acoustofluidic micro-devices | |
CN116438438A (en) | Method and apparatus for flow-based single particle and/or single molecule analysis | |
US8988677B2 (en) | Cuvette and optical method | |
US11686662B2 (en) | Microparticle sorting device and method for sorting microparticles | |
TW202035969A (en) | Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics | |
JP2011519017A (en) | Transport system measuring equipment | |
CN101743303B (en) | cell sorting system and method |