TWI746715B - 用於成像微物件的設備、系統及方法 - Google Patents

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保羅 M 朗奎思
保羅 Ｍ 雷伯
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Abstract

本發明係關於一種用於對諸如一光致動式微流體(LAMF)裝置之一微流體裝置中之微物件進行成像及/或操縱之光學設備，以及相關系統及方法。該光學設備可包括一結構化光調變器、一第一鏡筒透鏡及一第二鏡筒透鏡、一物鏡、一二向色分束器以及一影像感測器。該結構化光調變器可經組態以接收非結構化光束且透射用於照明位於該微流體裝置之一殼體內之微物件之結構化光束及/或選擇性地啟動該微流體裝置之複數個介電泳(DEP)電極中之一或多者。該第一鏡筒透鏡可經組態以擷取由該結構化光調變器透射之該等結構化光束。該第二鏡筒透鏡可經組態以將來自該二向色分束器之影像光束透射至該影像感測器。該影像感測器可經組態以自該第二鏡筒透鏡接收影像光束。由該影像感測器接收之該等影像光束可用於形成該LAMF裝置之至少一部分之一影像。

Description

用於成像微物件的設備、系統及方法
隨著微流體之領域不斷進展，微流體裝置已變為用於處理及操縱諸如生物細胞之微物件之方便平台。舉例而言，光致動式微流體裝置提供某些合意能力，包含用以選擇及操縱個別微物件之能力。一般而言，光致動式微流體裝置(例如，光電子鑷子(OET)裝置)利用光學誘導之介電泳(DEP)來操縱微物件。舉例而言，微物件可在微流體裝置內四處移動並合併。同時操縱、分析及選擇諸如單細胞之微物件可在生物探索與開發以及單細胞注釋及基因體學中有價值。
然而，習用顯微鏡並非經設計以觀看微流體裝置、特定而言光致動式微流體裝置中之微物件。因此，藉由使用習用顯微鏡而獲得之微物件之影像可具有大的像差，此使影像之品質降級。另外，一習用顯微鏡中之光學設備設計可在影像中具有一定量之離焦光，此可導致影像中之高雜訊位準且降低影像之對比度及解析度。此外，通常由於可用於微流體裝置之光學設備之有限緊湊空間而存在對於光學設備之機械約束。因此，需要開發用於對微物件進行成像及操縱之設備、系統及相關方法以克服上文所論述之問題及挑戰。
本發明係關於用於對微物件進行成像及操縱之光學設備、系統及方法。特定而言，本發明係關於一種用於對一光致動式微流體裝置中之微物件進行成像及操縱之光學設，以及相關系統及方法。
本文中揭示一種用於對一微流體裝置(諸如一光致動式微流體(LAMF)裝置)中之微物件進行成像及/或操縱之光學設備。該光學設備可包括一第一光源、一結構化光調變器、一第一鏡筒透鏡、一物鏡、一二向色分束器、一第二鏡筒透鏡及一影像感測器。該結構化光調變器可經組態以自該第一光源接收非結構化光束且將結構化光束透射至該第一鏡筒透鏡。該等結構化光束可適合於選擇性地啟動一LAMF裝置之一基板之一表面上之複數個介電泳(DEP)電極中的一或多者。該第一鏡筒透鏡可經組態以自該結構化光調變器擷取該等結構化光束。該物鏡可經組態以對一視域內之一微流體裝置之一殼體之至少一部分進行成像。該殼體可包含一流動區域及/或複數個隔絕圍欄(sequestration pen)，該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄流體連接至該流動區域。該二向色分束器可經組態以將來自該第一鏡筒透鏡之結構化光束反射(或透射)至該物鏡且將自該物鏡接收之影像光束透射(或反射)至該第二鏡筒透鏡。該第二鏡筒透鏡可經組態以自該二向色分束器接收影像光束且將該等光束透射至一影像感測器。該影像感測器可經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束且自該等影像光束產生該微流體裝置之該殼體之至少一部分之一影像。該光學設備可經組態以執行對該微流體裝置之該殼體內之一或多個微物件之成像、分析及操縱。
在某些實施例中，該第一鏡筒透鏡具有大於45mm之一通光孔徑且經組態以自該結構化光調變器擷取所有光束。在某些實施例中，該結構化 光調變器包括至少15mm(例如，至少15.5mm、16.0mm、16.5mm、17.0mm或更大)之一作用區。在某些實施例中，該第一鏡筒透鏡具有約162mm或更短(例如，約161mm、約160mm、約159mm、約158mm、約157mm、約156mm、約155mm或更短)之一有效焦距。在某些實施例中，該第一鏡筒透鏡具有約155mm之一有效焦距。
在某些實施例中，該光學設備可進一步包括經組態以提供非結構化明場照明之一第二光源。在某些實施例中，該光學設備可進一步包括一第三光源。舉例而言，該第二(或第三)光源可為一LED或一雷射光源。該雷射光源可經組態以加熱該微流體裝置之殼體內之一表面及/或位於該殼體內之流體介質。加熱表面或介質可導致氣體(例如，一氣泡)之產生。
在某些實施例中，該光學設備可進一步包括經組態以在成像期間固定該微流體裝置之一嵌穴(nest)。該嵌穴可進一步經組態以提供至該微流體裝置之至少一個電連接及/或流體連接。
在某些實施例中，該結構化光調變器透射複數個照明光束。在某些實施例中，該光學設備經組態以利用複數個照明光點照明複數個隔絕圍欄。舉例而言，可利用一單個照明光點而照明該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄，且每一照明光點可經定大小以照明其正照明之隔絕圍欄之全部或一部分。在某些實施例中，複數個照明光點中之每一者具有約60微米 X 120微米之一大小。在某些實施例中，複數個照明光點中之每一者具有約7000平方微米至約20000平方微米(例如，約7000平方微米至約10,000平方微米、約10,000平方微米至約15,000平方微米、約15,000平方微米至約20,000平方微米，或由前述端點中之兩者界定之任何範圍)之一面積。
在某些實施例中，該光學設備進一步經組態使得該殼體之在該視域 內之部分同時在該影像感測器處及在該結構光調變器處對焦。在某些實施例中，該光學設備進一步經組態使得僅殼體之一部分(例如，流動區域之一內部區及/或複數個隔絕圍欄中之每一者)被成像至該影像感測器上以便減少總體雜訊以達成高影像品質。在某些實施例中，該結構化光調變器安置於該影像感測器之一共軛平面處。在某些實施例中，該光學設備進一步經組態以執行共焦成像。在其他實施例中，該光學設備包含以可滑動方式定位於該結構化光調變器與該第一鏡筒透鏡之間的一滑動透鏡，其中該滑動透鏡經組態以支援同調繞射(ptychographic)顯微術。
在某些實施例中，該物鏡經組態以使該複數個隔絕圍欄之至少部分之影像中之像差最小化。在某些實施例中，該第二鏡筒透鏡經組態以校正該物鏡之一殘餘像差。在某些實施例中，該光學設備可進一步包括經組態以校正該物鏡之一殘餘像差之一校正透鏡。校正透鏡可位於物鏡前面(亦即，介於該物鏡與該微流體裝置之間)或物鏡後面(亦即，介於該物鏡與該二向色分束器之間)。
在某些實施例中，該光學設備可進一步包括一控制單元，該控制單元經組態以調整該結構化光調變器之一照明型樣以選擇性地啟動複數個DEP電極中之一或多者且產生DEP力以使複數個隔絕圍欄內部之一或多個微物件移動。在某些實施例中，該光學設備可進一步包括一控制單元，該控制單元經組態以調整該結構化光調變器之一照明型樣以照明該微流體設備內之所選擇區域(例如，流動區域之一部分及/或一或多個隔絕圍欄之一部分)且視情況，照明位於所選擇區域內之一或多個微物件。
本文中揭示一種用於對微物件進行成像及操縱之系統。該系統可包括一微流體裝置(諸如一光致動式微流體(LAMF)裝置)、一光學設備及一 嵌穴。該微流體裝置可包括一殼體及一基板，該基板包括一表面及位於該表面上之複數個介電泳(DEP)電極。在某些實施例中，該微流體裝置之該殼體包括一流動區域及視情況複數個隔絕圍欄，該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄流體連接至該流動區域。該流動區域及該複數個隔絕圍欄可安置於該基板表面上。該光學設備(其可為本文中所闡述之光學設備中之任一者)可經組態以執行對該殼體內之一或多個微物件之成像、分析及/或操縱。
在某些實施例中，該系統進一步包括一控制單元，該控制單元經組態以調整該之結構化光調變器之一照明型樣以選擇性地啟動該微流體裝置之該基板之複數個DEP電極中之一或多者，藉此產生足以使該殼體內部之一或多個細胞移動之DEP力。在某些實施例中，該系統進一步包括一控制單元，該控制單元經組態以調整該結構化光調變器之一照明型樣以照明該微流體設備內之所選擇區域(例如，流動區域之一部分及/或一或多個隔絕圍欄之一部分)且視情況，照明位於所選擇區域內之一或多個微物件。
在某些實施例中，該系統經組態以利用複數個照明光點照明該殼體之至少一部分，包含位於該視域內之一流動區域之任何部分及/或複數個隔絕圍欄。舉例而言，可利用一或多個照明光點照明該視域中之每一隔絕圍欄，且每一照明光點可經定大小以照明其正照明之隔絕圍欄之全部或一部分。在某些實施例中，複數個照明光點中之每一者具有約60微米 x 120微米之一大小。在某些實施例中，複數個照明光點中之每一者具有約7000平方微米至約20000平方微米(例如，約7000平方微米至約10,000平方微米、約10,000平方微米至約15,000平方微米、約15,000平方微米至約20,000平方微米，或由前述端點中之兩者界定之任何範圍)之一面積。
本文中揭示一種操縱一樣本之一或多個微物件之方法。該方法可包括一步驟：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至一微流體裝置(諸如一光致動式微流體(LAMF)裝置)中。該微流體裝置可具有包括一基板之一殼體，該基板具有一表面及位於該表面上之複數個介電泳(DEP)電極。該微流體裝置可進一步包括一流動區域及視情況複數個隔絕圍欄，該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄流體連接至該流動區域。該方法可包括一步驟：跨越該微流體裝置而施加一電壓電位。
該方法可進一步包括一步驟：藉由使用一光學設備而毗鄰於位於該微流體裝置內之至少一個微物件來選擇性地啟動一DEP力以將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之一第一位置上，其中該第一位置經定位毗鄰於該基板之該表面上之一第二位置，該第二位置位於該至少一個微物件底下。該光學設備可為本文中所闡述之任何光學設備。
該方法可進一步包括一步驟：將藉由使用該光學設備而毗鄰於至少一個微物件所產生之該DEP力之位置移位以將該結構化光自該微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置移動至該基板之該表面上之一第三位置。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：利用該影像感測器擷取該微流體裝置之該殼體之至少一部分之影像。在某些實施例中，該微流體裝置之該殼體之經成像部分包括一流動區域及/或至少一個隔絕圍欄以及至少一個微物件。
在某些實施例中，被投影至該基板表面上之該第一位置上之結構化光包括複數個照明光點。在某些實施例中，該基板表面上之該第一位置位於該微流體裝置之該流動區域中，且該基板表面上之該第三位置位於該複 數個隔絕圍欄中之該等隔絕圍欄中之一者內。在某些實施例中，被投影至該基板表面上之該第一位置上之結構化光包括似一線段或一插入符號之一形狀。在某些實施例中，被投影至該基板表面上之該第一位置上之結構化光具有如一多邊形(例如，一正方形、矩形、菱形、五邊形等)、一圓形或諸如此類之輪廓之一形狀。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：藉由使用該光學設備而毗鄰於位於該微流體裝置內之複數個微物件來選擇性地啟動DEP力以將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之複數個第一位置上，其中該複數個第一位置中之每一者經定位毗鄰於該基板之該表面上之一對應第二位置，對應第二位置位於該複數個微物件中之對應微物件底下。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：將藉由使用該光學設備而毗鄰於該複數個微物件所產生之該等DEP力之位置移位以將經成像結構化光自該基板表面上之該複數個第一位置移動至該基板表面上之複數個對應第三位置。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：擷取該殼體之至少一部分之一影像，包括僅對位於該殼體之被成像之部分中之該流動區域的一內部區及/或每一隔絕圍欄進行成像，藉此減少總體雜訊以達成高影像品質。在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：分析該影像以提供回饋及對該第一位置之調整。
本文中揭示一種對一樣本之一或多個微物件進行成像之方法。該方法可包括：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至具有一殼體之一微流體設備中，該殼體包括一流動區域；使用被投影至該殼體之至少一部分中 之複數個對應照明型樣來擷取該殼體之該至少一部分之複數個影像，該殼體含有該一或多個微物件；及將該複數個影像組合以產生位於該殼體之部分中之一或多個微物件之一單個影像。在特定實施例中，複數個照明型樣中之每一照明型樣係使用結構化光而產生且不同於該複數個照明型樣中之其他照明型樣。在特定實施例中，使用一光學系統(其可為本文中所揭示之光學系統中之任一者)來擷取該複數個影像。在特定實施例中，將該複數個影像組合包括處理該複數個影像中之每一者以移除離焦背景光。
在某些實施例中，被投影至該殼體之至少一部分中之一照明型樣與在該影像感測器處擷取之對應影像同時對焦。在某些實施例中，該複數個對應照明型樣經組態以掃描遍及該殼體內之該視域(例如，整個視域)。
本文中揭示一種屬於用於一微流體裝置(諸如一光致動式微流體(LAMF)裝置)之一光學設備之鏡筒透鏡。該鏡筒透鏡可包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及一第一正曲率半徑；一第二表面，其具有一第二曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及一第三負曲率半徑；一第四表面，其具有一凹面形狀及一第四負曲率半徑；及一通光孔徑，其具有大於45mm之一直徑，其中該鏡筒透鏡一前焦點與一後焦點並非自一中點等距間隔開且並非對稱定位。
在某些實施例中，一後焦距(BFL)被最小化。在某些實施例中，該鏡筒透鏡具有約155mm之一有效焦距(EFL)及約135mm之一後焦距(BFL)。在某些實施例中，該鏡筒透鏡具有約162mm之一有效焦距(EFL)及約146mm之一後焦距(BFL)。在某些實施例中，該鏡筒透鏡具有約180mm之一有效焦距(EFL)及約164mm之一後焦距(BFL)。
在某些實施例中，該鏡筒透鏡具有約155mm之一有效焦距(EFL)， 其中該第一正曲率半徑係約91mm、該第二曲率半徑係約42mm、該第三負曲率半徑係約-62mm且該第四負曲率半徑係約-116mm。
在某些實施例中，該鏡筒透鏡具有約162mm之一有效焦距(EFL)，其中該第一正曲率半徑係約95mm、該第二曲率半徑係約54mm、該第三負曲率半徑係約-56mm且該第四負曲率半徑係約-105mm。
在某些實施例中，該鏡筒透鏡具有約180mm之一有效焦距(EFL)，其中該第一正曲率半徑係約95mm、該第二曲率半徑係約64mm、該第三負曲率半徑係約-60mm且該第四負曲率半徑係約-126mm。
在某些實施例中，該鏡筒透鏡具有約200mm之一有效焦距(EFL)，其中該第一正曲率半徑係約160mm、該第二曲率半徑係約-62mm、該第三負曲率半徑係約-80mm且該第四負曲率半徑係約-109mm。
100:微流體裝置/裝置/光學致動之電動裝置
102:殼體
104:支撐結構
106:流動路徑/流/流動區域
107:埠/第一埠/第二埠/入口埠/入口閥
108:微流體電路結構
109:內表面
110:蓋
114:框架
116:微流體電路材料
120:微流體電路
122:微流體通道/通道/平行通道
124:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
126:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
128:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
130:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
132:微物件阱/阱/電路
134:側通路/通道
150:系統
154:主控制器/外部主控制器
156:控制模組
158:數位記憶體/記憶體
160:介質模組
162:動力模組
164:成像模組
166:傾斜模組
168:其他模組
170:顯示裝置
172:輸入/輸出裝置
178:介質源
180:流體介質/介質/第一流體介質/第一介質
190:傾斜裝置
192:電源
200:微流體裝置/裝置
204:底部電極
206:電極啟動基板
208:內表面
210:頂部電極/電極
212:電源
214:區域/未經照明介電泳電極區域/暗介電泳電極區域/介電泳電極區域
214a:介電泳電極區域/經照明介電泳電極區域
216:光源
220:正方形圖案
224:隔絕圍欄
226:隔絕圍欄
228:隔絕圍欄
230:微流體裝置/裝置
232:隔離結構
234:近端開口/開口
236:連接區域
238:遠端開口
240:隔離區域
242:流
244:次級流
246:微物件
248:第二流體介質/第二介質
250:微流體裝置/裝置
252:框架
254:第一流體介質/第一介質
256:微流體電路結構
258:第二介質
260:微流體電路材料
262:微流體電路
264:流動通道/通道
266:隔絕圍欄
268:連接區域
270:隔離區域
272:隔離結構
274:近端開口
276:遠端開口
278:流
280:微流體裝置/裝置
282:次級流
290:微流體裝置/裝置
300:裝置/結構/嵌穴/支撐結構
302:承窩
304:整合式電信號產生子系統/電信號產生子系統
306:熱控制子系統
308:控制器
312:殼體
314:流體路徑
316:入口
318:出口
320:微流體裝置/裝置
330:結構化光調變器/光調變子系統/光調變器
332:光源/第一光源
334:第二光源
336:分束器
338:二向色濾光器
340:物鏡
346:二向色濾光器/濾光器
348:影像感測器/偵測器
350:光學設備/設備
381:鏡筒透鏡
505:光
515:結構化光
525:非結構化明場照明/明場照明/明場照明光
535:光照明/第三照明光/照明光/雷射照明
1000:系統
1120:表面
1122:流動區域
1226:隔絕圍欄
1300:嵌穴
1320:微流體裝置/微流體設備
1320a:蓋/透明蓋
1320c:基板
1330:結構化光調變器
1330a:照明區
1332:第一光源/光源
1338:二向色分束器/分束器
1340:物鏡
1348:影像感測器
1350:光學設備/設備
1381:鏡筒透鏡/第一鏡筒透鏡
1381a:視域
1382:第二鏡筒透鏡/鏡筒透鏡
2000:系統
2338:分束器
2340:物鏡
2346a:激發濾光器
2346b:發射濾光器
2350:光學設備
2381:第一鏡筒透鏡
2382:第二鏡筒透鏡
3000:系統
3332:第一光源
3338:分束器
3350:光學設備
4000:系統
4340:物鏡/習用顯微鏡物鏡
4340b:校正透鏡
4350:光學設備
5000:系統
5001:中繼透鏡
5003:鏡
5005:濾光器更換器
5007:光束擋塊
5009:雜散光擋板
5011:雜散光擋板
5013:雜散光擋板
5015:鏡
5320:樣本平面
5330:結構化光調變器
5332:第一光源/光源
5334:第二光源
5335:第三光源/光源
5336:數位鏡裝置摺疊鏡/二向色摺疊鏡/鏡/數位鏡裝置鏡/第二二向色分束器
5338:第一二向色分束器/分束器
5339:第三二向色分束器
5340:物鏡/物鏡更換器
5348:成像感測器
5350:光學設備
5381:第一鏡筒透鏡
5382:第二鏡筒透鏡/成像鏡筒透鏡
5440:數位鏡裝置
5460:數位鏡裝置鏡筒透鏡/鏡筒透鏡
7381:鏡筒透鏡
7381''':鏡筒透鏡
8000:光學系統
8000’:光學系統
8000”:光學系統
8000''':光學系統
8001:透鏡中繼器
8003:第一鏡
8019:準直透鏡
8320:樣本平面
8330:結構化光調變器
8332:第一光源
8334:第二光源
8335:第三光源
8336:第一二向色分束器
8338:第二二向色分束器
8339:第三二向色分束器
8340:物鏡
8346:第一濾光器
8347:第二濾光器
8348:成像感測器
8381:第一鏡筒透鏡/第一鏡筒線
8382:第二鏡筒透鏡
9001:滑動透鏡
9320:樣本平面
9330:結構化光調變器
9340:物鏡
9381:鏡筒透鏡
Dp:滲透深度/最大滲透深度
Lc1:長度
Lc2:長度
Lcon:長度
Wch:寬度/通道寬度
Wcon:寬度
Wcon1:寬度
Wcon2:寬度
本發明之新穎特徵詳細陳述於隨附申請專利範圍中。將參考闡述其中利用本發明之原理的說明性實施例及以下附圖獲得對本發明之特徵及優點之一較佳理解，在附圖中：圖1A圖解說明根據本發明之某些實施例之一微流體裝置及供與微流體裝置一起使用之一系統(其包含相關聯控制裝備)的一實例。
圖1B及圖1C圖解說明根據本發明之某些實施例之一微流體裝置之分別垂直剖面圖及水平剖面圖。
圖2A及圖2B圖解說明根據本發明之某些實施例之具有隔離圍欄之一微流體裝置的分別垂直剖面圖及水平剖面圖。
圖2C圖解說明根據本發明之某些實施例之一隔絕圍欄之一詳細水平剖面圖。
圖2D圖解說明根據本發明之某些實施例之具有隔離圍欄之一微流體裝置的一部分水平剖面圖。
圖2E及圖2F圖解說明根據本發明之某些實施例之隔絕圍欄之詳細水平剖面圖。
圖2G圖解說明根據本發明之某些實施例之具有隔離圍欄之一微流體裝置。
圖2H圖解說明根據本發明之某些實施例之一微流體裝置。
圖3A圖解說明根據本發明之某些實施例之可用於操作及觀察一微流體裝置之一系統。
圖3B圖解說明根據本發明之某些實施例之用於一微流體裝置之一光學設備。
圖4A係根據本發明之某些實施例之包含一光學設備及一微流體裝置之一系統的一示意圖。
圖4B圖解說明圖4A之微流體裝置中之複數個隔絕圍欄之一實例。
圖4C圖解說明光學設備之一第一鏡筒透鏡，該第一鏡筒透鏡經組態以自圖4A中之一結構化光調變器擷取所有光束。
圖5A係根據本發明之某些其他實施例之用於一光學設備及一微流體裝置之複數個光源的一示意圖。
圖5B圖解說明針對用於圖5A中之光學設備之複數個光源之一實例性二向色分束器。
圖5C係包含一光學設備及一微流體裝置之一系統之另一實施例之一示意圖。
圖6A係根據本發明之某些其他實施例之包含一光學設備之一系統的 一示意圖，該光學設備具有一激發濾光器及一發射濾光器。
圖6B係根據本發明之某些其他實施例之包含一光學設備之一系統之一示意圖，其中一分束器經組態以反射來自一第一光源之光束。
圖6C係根據本發明之仍某些其他實施例之包含一光學設備之一系統的一示意圖，該光學設備具有用以補償像差之一校正透鏡。
圖7A係用於一微流體裝置之一光學設備之一實例性鏡筒透鏡之一光學示意圖。
圖7B係用於一微流體裝置之一光學設備之另一實例性鏡筒透鏡之一光學示意圖。
圖7C係用於一微流體裝置之一光學設備之仍另一實例性鏡筒透鏡之一光學示意圖。
圖7D係用於一微流體裝置之一光學設備之另一實例性鏡筒透鏡之一光學示意圖。
圖8A至圖8D圖解說明可由光學系統使用之光學組態之各種實施例。
圖9A圖解說明根據某些實施例之光學列(train)之一經簡化部分之一示意圖。
圖9B圖解說明根據某些實施例之已被修改以包含一滑動透鏡以用於同調繞射顯微術之光學列之一經簡化部分的一示意圖。
優先權主張及參考文獻之引用
此申請案係一非臨時申請案，該非臨時申請案根據35 U.S.C.119(e)主張2016年12月1日提出申請之美國臨時申請案第62/429,066號之權益，該美國臨時申請案以其全文引用之方式併入本文中。
本說明書中所提及之所有出版物及專利申請案皆以其全文引用之方式併入本文中，其併入程度如同具體地且個別地指示將每一個別出版物或專利申請案以引用之方式併入一般。
此說明書闡述本發明之例示性實施例及應用。然而，本發明並不限於此等例示性實施例及應用或者該等例示性實施例及應用進行操作或在本文中被闡述之方式。此外，各圖可展示經簡化或部分視圖，且各圖中之元件之尺寸可被放大或以其他方式不成比例。另外，當術語「在...上(on)」、「附接至(attached to)」、「連接至(connected to)」、「耦合至(coupled to)」或類似詞語在本文中使用時，一個元件(例如，一材料、一層、一基板等)可為「在另一元件上」、「附接至」、「連接至」或「耦合至」另一元件，而不管一個元件是直接在另一元件上、附接至、連接至或耦合至另一元件還是在一個元件與另一元件之間存在一或多個介入元件。而且，除非內容脈絡另有指定，否則方向(例如，上面、下面、頂部、底部、側、向上、向下、下方、上方、上部、下部、水平、垂直、「x」、「y」、「z」等)(若提供)係相對的並且僅藉由實例方式且為易於圖解說明及論述起見而非藉由限制方式而提供。另外，在參考元件(例如，元件a、b、c)之一清單之情況下，此參考意欲包含所列示元件中之任一者自身、少於所有所列示元件之任何組合及/或所有所列示元件之一組合。說明書中之章節劃分係僅為易於審閱起見而不限制所論述之元件之任何組合。
如本文中所使用，「實質上(substantially)」意指足以為既定目的而工作。因此，術語「實質上」允許自一絕對或完美狀態、尺寸、量測、結果或諸如此類之微小不顯著之變化，諸如將由熟習此項技術者所預期但不明顯地影響總體效能。當關於數值或參數或者可被表達為數值之特性而使用 時，「實質上」意指在百分之十以內。
術語「若干個(ones)」意指一個以上。
如本文中所使用，術語「複數個(plurality)」可為2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個或更多。
如本文中所使用，術語「安置(disposed)」涵蓋在其含義「位於(located)」之內。
如本文中所使用，一「微流體裝置」或「微流體設備」係包含經組態以固持一流體之一或多個離散微流體電路之一裝置，每一微流體電路由經流體互連電路元件(包含但不限於區域、流動路徑、通道、室及/或圍欄)以及經組態以允許流體(及視情況，懸浮於流體中之微物件)流動至微流體裝置中及/或自該微流體裝置流出之至少一個埠構成。通常，一微流體裝置之一微流體電路將包含一流動區域，該流動區域可包含一微流體通道及至少一個室，且將固持小於約1mL(例如，小於約750μL、500μL、250μL、200μL、150μL、100μL、75μL、50μL、25μL、20μL、15μL、10μL、9μL、8μL、7μL、6μL、5μL、4μL、3μL或2μL)之一流體體積。在特定實施例中，微流體電路固持約1μL至2μL、1μL至3μL、1μL至4μL、1μL至5μL、2μL至5μL、2μL至8μL、2μL至10μL、2μL至12μL、2μL至15μL、2μL至20μL、5μL至20μL、5μL至30μL、5μL至40μL、5μL至50μL、10μL至50μL、10μL至75μL、10μL至100μL、20μL至100μL、20μL至150μL、20μL至200μL、50μL至200μL、50μL至250μL或50μL至300μL。微流體電路可經組態以使一第一端與微流體裝置中之一第一埠(例如，一入口)流體連接且使一第二端與微流體裝置中之一第二埠(例如，一出口)流體連接。
如本文中所使用，一「奈米流體裝置」或「奈米流體設備」係具有一微流體電路之一種類型之微流體裝置，該微流體電路含有經組態以固持小於約1μL(例如，小於約750nL、500nL、250nL、200nL、150nL、100nL、75nL、50nL、25nL、20nL、15nL、10nL、9nL、8nL、7nL、6nL、5nL、4nL、3nL、2nL、1nL或更少)之一流體體積之至少一個電路元件。一奈米流體裝置可包括複數個電路元件(例如，至少2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、25個、50個、75個、100個、150個、200個、250個、300個、400個、500個、600個、700個、800個、900個、1000個、1500個、2000個、2500個、3000個、3500個、4000個、4500個、5000個、6000個、7000個、8000個、9000個、10,000個或更多)。在特定實施例中，至少一個電路元件中之一或多者(例如，所有)經組態以固持約100pL至1nL、100pL至2nL、100pL至5nL、250pL至2nL、250pL至5nL、250pL至10nL、500pL至5nL、500pL至10nL、500pL至15nL、750pL至10nL、750pL至15nL、750pL至20nL、1nL至10nL、1nL至15nL、1nL至20nL、1nL至25nL或1nL至50nL之一流體體積。在其他實施例中，至少一個電路元件中之一或多者(例如，所有)經組態以固持約20nL至200nL、100nL至200nL、100nL至300nL、100nL至400nL、100nL至500nL、200nL至300nL、200nL至400nL、200nL至500nL、200nL至600nL、200nL至700nL、250nL至400nL、250nL至500nL、250nL至600nL或250nL至750nL之一流體體積。
如本文中所使用之一「微流體通道」或「流動通道」係指一微流體裝置之具有顯著長於水平尺寸及垂直尺寸兩者之一長度之一流動區域。舉 例而言，流動通道可為水平尺寸或垂直尺寸之長度之至少5倍(例如，長度之至少10倍、長度之至少25倍、長度之至少100倍、長度之至少200倍、長度之至少500倍、長度之至少1,000倍、長度之至少5,000倍或更長)。在某些實施例中，一流動通道之長度係在自約50,000微米至約500,000微米之範圍內(包含其間的任何範圍)。在某些實施例中，水平尺寸係在自約100微米至約1000微米(例如，約150微米至約500微米)之範圍內且垂直尺寸係在自約25微米至約200微米(例如，自約40微米至約150微米)之範圍內。注意，一流動通道可在一微流體裝置中具有多種不同空間組態，且因此並不限於一完美線性元件。舉例而言，一流動通道可包含一或多個區段，該一或多個區段具有以下組態中之任一者：曲線形、彎曲、螺旋形、傾斜、斜面、叉形(例如，多個不同流動路徑)及其任何組合。另外，一流動通道可具有沿著其路徑之不同剖面區，該等剖面區加寬及收縮以在該流動通道中提供一所要流體流動。
如本文中所使用，術語「阻塞物(obstruction)」一般係指一凸塊或類似類型之結構，該結構係充分大的以部分地(但非完全地)妨礙目標微物件在一微流體裝置中之兩個不同區域或電路元件之間的移動。舉例而言，兩個不同區域/電路元件可為一微流體隔絕圍欄及一微流體通道，或一微流體隔絕圍欄之一連接區域及一隔離區域。
如本文中所使用，術語「收縮(constriction)」一般係指一微流體裝置中之一電路元件(或兩個電路元件之間的一介面)之一寬度之一變窄。舉例而言，收縮可位於一微流體隔絕圍欄與一微流體通道之間的介面處，或位於一微流體隔絕圍欄之一隔離區域與一連接區域之間的介面處。
如本文中所使用，術語「透明的」係指允許可見光通過而不在其通 過時實質上更改該光之一材料。
如本文中所使用，術語「微物件」一般係指可根據本發明被隔離及/或操縱之任何微小物件。微物件之非限制性實例包含：無生命微物件，諸如微粒；微珠(例如，聚苯乙烯珠、LuminexTM珠或諸如此類)；磁珠；微桿(microrod)；微絲；量子點及諸如此類；生物微物件，諸如細胞；生物胞器；囊泡，或錯合物；合成囊泡；脂質體(例如，合成的或自薄膜製備而衍生)；脂質奈米片(nanoraft)及諸如此類；或無生命微物件與生物微物件(例如，附接至細胞之微珠、脂質體塗佈之微珠、脂質體塗佈之磁珠或諸如此類)之一組合。珠可包含共價或非共價附接之部分/分子，諸如能夠用於一檢定中之螢光標記、蛋白質、碳水化合物、抗原、小分子信令部分或其他化學/生物種類。舉例而言，已在Ritchie等人(2009年)之「Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs」酶學方法(Methods Enzymol.)464：211-231中闡述脂質奈米片。
如本文中所使用，術語「細胞」可與術語「生物細胞」互換地使用。生物細胞之非限制性實例包含：真核細胞、植物細胞、動物細胞(諸如哺乳動物細胞、爬行動物細胞、鳥類細胞、魚類細胞或諸如此類)、原核細胞、細菌細胞、真菌細胞、原生動物細胞或諸如此類、自一組織(諸如肌肉、軟骨、脂肪、皮膚、肝、肺、神經組織及諸如此類)解離之細胞、免疫細胞(諸如T細胞、B細胞、自然殺手細胞、巨噬細胞及諸如此類)、胚胎(例如，受精卵)、卵母細胞、卵、精細胞、融合瘤、培養細胞、來自一細胞株之細胞、癌細胞、受感染細胞、受轉染及/或經轉化細胞、報道細胞及諸如此類。舉例而言，一哺乳動物細胞可來自一人類、一 小鼠、一大鼠、一馬、一山羊、一綿羊、一牛、一靈長類或諸如此類。
若一生物細胞群體中之能夠繁殖之所有活細胞皆係自一單個母細胞衍生之子細胞，則該群體係「無性繁殖的(clonal)」。在特定實施例中，一無性繁殖群體中之所有子細胞皆係藉由不超過10次分裂而自單個母細胞衍生。在其他實施例中，一無性繁殖群體中之所有子細胞皆係藉由不超過14次分裂而自單個母細胞衍生。在其他實施例中，一無性繁殖群體中之所有子細胞皆係藉由不超過17次分裂而自單個母細胞衍生。在其他實施例中，一無性繁殖群體中之所有子細胞皆係藉由不超過20次分裂而自單個母細胞衍生。術語「無性繁殖細胞」係指同一無性繁殖群體之細胞。
如本文中所使用，一生物細胞「群體」係指2個或2個以上細胞(例如約2個至約20個、約4個至約40個、約6個至約60個、約8個至約80個、約10個至約100個、約20個至約200個、約40個至約400個、約60個至約600個、約80個至約800個、約100個至約1000個或大於1000個細胞)。
如本文中所使用，術語「維持(一或若干)細胞」係指提供包括流體及氣體組分兩者之一環境(視情況，一表面)，該環境提供保持細胞有生存力及/或擴增所必需之條件。
一流體介質之一「組分」係存在於介質中之任何化學或生物化學分子，包含溶劑分子、離子、小分子、抗生素、核苷酸及核苷、核酸、胺基酸、肽、蛋白質、糖類、碳水化合物、脂質、脂肪酸、膽固醇、代謝物或諸如此類。
如本文中參考一流體介質所使用，「擴散(diffuse及diffusion)」係指流體介質之一組分沿一濃度梯度向下之熱力學移動。
片語「一介質之流動」意指主要由除擴散以外的任何機制所致的一 流體介質之塊體移動。舉例而言，一介質之流動可涉及由點之間的一壓力差所致的流體介質自一點至另一點之移動。此流動可包含液體之一連續、脈衝式、週期性、隨機、間歇或往復流動或者其任何組合。當一個流體介質流動至另一流體介質中時，可產生介質之紊流及混合。
片語「實質上不流動」係指一流體介質之在時間上被求平均之一流動速率比一材料(例如，所關注一分析物)之組分至流體介質中或在該流體介質內之擴散速率小。舉例而言，此一材料之組分之擴散速率可取決於溫度、組分之大小及組分與流體介質之間的相互作用之強度。
如本文中參考一微流體裝置內之不同區域所使用，片語「流體連接」意指當不同區域實質上填充有流體(諸如流體介質)時，區域中之每一者中之流體經連接以便形成一單個流體主體。此並非意指不同區域中之流體(或流體介質)在組合物上必定為相同的。而是，一微流體裝置之不同流體連接之區域中之流體可具有不同組合物(例如，不同濃度之溶質，諸如蛋白質、碳水化合物、離子或其他分子)，該等組合物在溶質沿其各別濃度梯度向下移動及/或流體流動穿過裝置時處於不斷變化中。
一微流體(或奈米流體)裝置可包括「掃掠」區域及「未掃掠」區域。如本文中所使用，一「掃掠」區域由一微流體電路之一或多個經流體互連電路元件構成，當流體流動穿過微流體電路時，該一或多個經流體互連電路元件中之每一者經歷一介質流動。舉例而言，一掃掠區域之電路元件可包含區域、通道以及室之全部或部分。如本文中所使用，一「未掃掠」區域由一微流體電路之一或多個經流體互連電路元件構成，當流體流動穿過微流體電路時，該一或多個經流體互連電路元件中之每一者實質上不經歷任何流體流量。一未掃掠區域可流體連接至一掃掠區域，前提係流體連接 經結構化以達成擴散但在掃掠區域與未掃掠區域之間實質上無介質流動。因此，微流體裝置可經結構化以將一未掃掠區域與一掃掠區域中之一介質流動實質上隔離，而實質上僅達成掃掠區域與未掃掠區域之間的擴散性流體連通。舉例而言，一微流體裝置之一流動通道係一掃掠區域之一實例，而一微流體裝置之一隔離區域(下文進一步詳細地闡述)係一未掃掠區域之一實例。
如本文中所使用，一「流動路徑」係指界定並經受一介質流動之軌跡之一或多個經流體連接電路元件(例如通道、區域、室及諸如此類)。因此，一流動路徑係一微流體裝置之一掃掠區域之一實例。其他電路元件(例如，未掃掠區域)可在不經受流動路徑中之介質流動之情況下與包括流動路徑之電路元件流體連接。
如本文中所使用，一透鏡(或透鏡總成)之「通光孔徑(clear aperture)」係透鏡(或透鏡總成)之可用於其既定目的之部分之直徑或大小。由於製造約束，因此實際上不可能產生等於透鏡(或透鏡總成)之實際實體直徑之一通光孔徑。
如本文中所使用，術語「作用區」係指一影像感測器或結構化光調變器之部分，該部分可用於分別將結構化光成像或提供至一特定光學設備中之一視域。作用區經受光學設備之約束，諸如光學設備內之光路徑之孔徑光闌。雖然作用區與一個二維表面對應，但作用區之量測通常與穿過具有相同面積之一正方形之相對拐角之一對角線的長度對應。
如本文中所使用，一「影像光束」係自由一光學設備觀看之一裝置表面、一微物件或一流體介質被反射或發射之一電磁波。裝置可為一微流體裝置，諸如一光致動式微流體(LAMF)裝置。微物件及流體介質可位於 此一微流體裝置內。
如本文中所使用：μm意指微米、μm3意指立方微米、pL意指皮升(picoliter)、nL意指奈升(nanoliter)且μL(或uL)意指微升。
裝載方法。裝載生物微物件或微物件(諸如但不限於珠)可涉及使用流體流動、重力、一介電泳(DEP)力、電潤濕、一磁力或其任何組合，如本文中所闡述。DEP力可諸如藉由一光電子鑷子(OET)組態而被光學致動及/或諸如藉由以一時間/空間型樣啟動電極/電極區域而被電致動。類似地，電潤濕力可諸如藉由一光電潤濕(OEW)組態而被光學致動及/或諸如藉由以一時間空間型樣啟動電極/電極區域而被電致動。
本發明係關於用於觀看及操縱微物件之光學設備、系統及方法。特定而言，本發明係關於用於觀看及操縱一微流體裝置(諸如一光致動式微流體裝置)中之微物件之一光學設備以及相關系統及方法。
本文中揭示用於觀看及/或操縱一微流體裝置中之微物件一光學設備。光學設備經組態以執行對微流體裝置之一殼體內之一或多個微物件之成像、分析及操縱。光學設備可包括一第一光源、一結構化光調變器、一第一鏡筒透鏡、一物鏡、一二向色分束器、一第二鏡筒透鏡及一影像感測器。結構化光調變器經組態以自第一光源接收非結構化光束且透射結構化光束以用於對微流體裝置(包含本文中所論述之光致動式微流體裝置中之任一者)之一基板之一表面上之複數個介電泳(DEP)電極中之一或多者進行成像及/或選擇性地啟動。第一鏡筒透鏡經組態以自結構化光調變器擷取結構化光束。物鏡經組態以對包括微流體裝置之殼體之至少一部分之一視域進行成像。二向色分束器經組態以將光束自第一鏡筒透鏡反射(或透射)至物鏡且將自物鏡接收之影像光束透射(或反射)至第二鏡筒透鏡。第二鏡 筒透鏡經組態以自二向色分束器接收影像光束且將影像光束透射至一影像感測器。影像感測器經組態以自第二鏡筒透鏡接收影像光束且自該等影像光束產生視域之一影像。
本文中揭示用於觀察及操縱微物件之一系統。系統可包括一微流體裝置及用於對微流體裝置中之微物件進行成像及/或操縱之一光學設備。微流體裝置可包括具有一基板之一殼體。微流體裝置可進一步包括一流動區域及複數個隔絕圍欄，該複數個隔絕圍欄中之每一者流體連接至流動區域。基板可包括一表面及位於該表面上或由該表面包括之複數個介電泳(DEP)電極。微流體裝置可進一步包括一蓋，該蓋可包括對於可見光係透明之一接地電極。在本文中別處且在此項技術中闡述此等微流體設備之細節。例如參見2015年12月9日提出申請之國際專利申請公開案第WO 2016/094507號；2013年10月10日提出申請之美國專利第9,403,172號；及2013年10月30日提出申請之國際專利申請公開案第WO 2014/074367號。光學設備可經組態以執行對殼體內之一或多個微物件之成像、分析及操縱。光學設備可包括一第一光源、一結構化光調變器、一第一鏡筒透鏡及一第二鏡筒透鏡、一物鏡、一二向色分束器以及一影像感測器。結構化光調變器可經組態以自第一光源接收光且透射結構化光束以對微流體裝置之基板之表面上之複數個DEP電極中之一或多者進行選擇性地成像及/或啟動。第一鏡筒透鏡可經組態以自結構化光調變器擷取光。物鏡可經組態以對包括流動區域之至少一部分及/或微流體裝置內之複數個隔絕圍欄之一部分之一視域進行成像。二向色分束器可經組態以將結構化光束自第一鏡筒透鏡反射或透射至物鏡且將自物鏡接收之影像光束透射或反射至一第二鏡筒透鏡。第二鏡筒透鏡經組態以自二向色分束器接收影像光束且將影 像光束透射至一影像感測器。影像感測器經組態以接收影像光束且自該等影像光束產生視域之一影像。
本文中揭示微流體裝置以及用於操作及觀察此等裝置之系統。圖1A圖解說明可用於篩選及偵測產生抗體之細胞之一微流體裝置100及一系統150之一實例，該等產生抗體之細胞分泌與一所關注抗原結合(例如，特異性結合)之抗體。微流體裝置100之一透視圖展示為具有對其蓋110之一部分剖切以提供對微流體裝置100之一部分觀看。微流體裝置100一般包括一微流體電路120，該微流體電路包括一流動路徑106，一流體介質180可流動穿過該流動路徑，從而視情況將一或多個微物件(未展示)攜載至微流體電路120中及/或穿過該微流體電路。雖然在圖1A中圖解說明一單個微流體電路120，但適合微流體裝置可包含複數個(例如，2個或3個)此等微流體電路。無論如何，微流體裝置100可經組態為一奈米流體裝置。在圖1A中所圖解說明之實施例中，微流體電路120包括複數個微流體隔絕圍欄124、126、128及130，每一微流體隔絕圍欄具有與流動路徑106流體連通之一開口(例如，一單個開口)。如下文進一步所論述，微流體隔絕圍欄包括各種特徵及結構，該等特徵及結構已經最佳化以用於將微物件保持於微流體裝置(諸如微流體裝置100)中(即使在一介質180流動穿過流動路徑106時)。然而，在轉至前述內容之前，提供對微流體裝置100及系統150之一簡要說明。
如圖1A中所一般圖解說明，微流體電路120由一殼體102界定。雖然殼體102可以不同組態而實體上結構化，但在圖1A中所展示之實例中，將殼體102繪示為包括一支撐結構104(例如，一基底)、一微流體電路結構108及一蓋110。支撐結構104、微流體電路結構108及蓋110可彼此附接。 舉例而言，微流體電路結構108可安置於支撐結構104之一內表面109上，且蓋110可安置於微流體電路結構108上方。微流體電路結構108可與支撐結構104及蓋110一起界定微流體電路120之元件。
支撐結構104可位於微流體電路120之底部處且蓋110位於微流體電路120之頂部處，如圖1A中所圖解說明。另一選擇係，支撐結構104及蓋110可以其他定向組態。舉例而言，支撐結構104可位於微流體電路120之頂部處且蓋110位於微流體電路120之底部處。無論如何，可存在一或多個埠107，每一埠包括通向殼體102中或自殼體102離開之一通路。一通路之實例包含一閥、一閘門、一通孔或諸如此類。如所圖解說明，埠107係由微流體電路結構108中之一間隙形成之一通孔。然而，埠107可位於殼體102之其他組件(諸如蓋110)中。在圖1A中僅圖解說明一個埠107，但微流體電路120可具有兩個或兩個以上埠107。舉例而言，可存在用作供流體進入微流體電路120之一入口之一第一埠107，且可存在用作供流體離開微流體電路120之一出口之一第二埠107。一埠107是用作一入口還是一出口可取決於流體流動穿過流動路徑106之方向。
支撐結構104可包括一或多個電極(未展示)及一基板或複數個經互連基板。舉例而言，支撐結構104可包括一或多個半導體基板，該一或多個半導體基板中之每一者電連接至一電極(例如，半導體基板之全部或一子集可電連接至一單個電極)。支撐結構104可進一步包括一印刷電路板總成(「PCBA」)。舉例而言，半導體基板可安裝於一PCBA上。
微流體電路結構108可界定微流體電路120之電路元件。此類電路元件可包括可在微流體電路120填充有流體時被流體互連之空間或區域，諸如流動區域(其可包含或係一或多個流動通道)、室、圍欄、阱及諸如此 類。在圖1A中所圖解說明之微流體電路120中，微流體電路結構108包括一框架114及一微流體電路材料116。框架114可部分地或完全地封圍微流體電路材料116。舉例而言，框架114可為實質上環繞微流體電路材料116之一相對剛性結構。舉例而言，框架114可包括一金屬材料。
微流體電路材料116可被圖案化有腔或諸如此類以界定微流體電路120之電路元件及互連件。微流體電路材料116可包括一撓性材料，諸如可為可滲透氣體之一撓性聚合物(例如，橡膠、塑膠、彈性體、聚矽氧、聚二甲基矽氧烷(「PDMS」)或諸如此類)。可組成微流體電路材料116之其他材料實例包含經模製玻璃、一可蝕刻材料(諸如聚矽氧(例如可光圖案化聚矽氧或「PPS」))、光阻劑(例如，SU8)或諸如此類。在某些實施例中，此等材料-且因此微流體電路材料116-可為剛性的及/或對氣體為實質上不可滲透的。無論如何，微流體電路材料116可安置於支撐結構104上及框架114內部。
蓋110可為框架114及/或微流體電路材料116之一整體部分。另一選擇係，蓋110可為一結構上不同之元件，如圖1A中所圖解說明。蓋110可包括與框架114及/或微流體電路材料116相同或不同之材料。類似地，支撐結構104可為與框架114或微流體電路材料116分離之一結構(如所圖解說明)，或者可為框架114或微流體電路材料116之一整體部分。同樣，框架114及微流體電路材料116可為分離結構(如圖1A中所展示)或同一結構之整體部分。
在某些實施例中，蓋110可包括一剛性材料。剛性材料可為玻璃或具有類似性質之一材料。在某些實施例中，蓋110可包括一可變形材料。可變形材料可為一聚合物，諸如PDMS。在某些實施例中，蓋110可包括剛 性材料及可變形材料兩者。舉例而言，蓋110之一或多個部分(例如，定位於隔絕圍欄124、126、128、130上方之一或多個部分)可包括與蓋110之剛性材料介接之一可變形材料。在某些實施例中，蓋110可進一步包含一或多個電極。一或多個電極可包括一導電氧化物(諸如銦錫氧化物(ITO))，該導電氧化物可被塗佈於玻璃或一類似絕緣材料上。另一選擇係，一或多個電極可為嵌入於一可變形材料(諸如一聚合物(例如，PDMS))中之撓性電極，諸如單壁奈米管、多壁奈米管、奈米線、導電奈米粒子叢集或其組合。舉例而言，已在U.S.2012/0325665(Chiou等人)(其內容以引用之方式併入本文中)中闡述可用於微流體裝置中之撓性電極。在某些實施例中，蓋110可經修改(例如，藉由調節向內面向微流體電路120之一表面之全部或部分)以支援細胞黏附、生存力及/或生長。修改可包含一合成或自然聚合物之一塗層。在某些實施例中，蓋110及/或支撐結構104可對光為透明的。蓋110亦可包含為氣體可滲透之至少一種材料(例如，PDMS或PPS)。
圖1A亦展示用於操作及控制微流體裝置(諸如微流體裝置100)之一系統150。系統150包含一電源192、一成像裝置194(併入於成像模組164內，其中裝置194本身未在圖1A中圖解說明)及一傾斜裝置190。
電源192可將電力提供至微流體裝置100及/或傾斜裝置190，從而視需要提供偏壓電壓或電流。舉例而言，電源192可包括一或多個交流(AC)及/或直流(DC)電壓或電流源。成像裝置194(下文所論述之成像模組164之部分)可包括用於擷取微流體電路120內部之影像之一裝置，諸如一數位相機。在某些例項中，成像裝置194進一步包括具有一快速訊框速率及/或 高敏感度(例如，針對低光應用)之一偵測器。成像裝置194亦可包含一機構，該機構用於將刺激輻射及/或光束引導至微流體電路120中且收集自微流體電路120反射或發射之輻射及/或光束(或該微流體電路中所含有之微物件)。經發射光束可在可見光譜中且可(例如)包含螢光發射。經反射光束可包含源自一LED或一寬光譜燈(諸如一汞燈(例如一高壓汞燈)或一氙弧燈)之經反射發射。如關於圖3B所論述，成像裝置194可進一步包含一顯微鏡(或一光學設備)，該顯微鏡可或可不包含一目鏡。
系統150進一步包括經組態以使一微流體裝置100圍繞一或多個旋轉軸線旋轉之一傾斜裝置190(下文所論述之傾斜模組166之部分)。在某些實施例中，傾斜裝置190經組態以圍繞至少一個軸線而支撐及/或固持包括微流體電路120之殼體102，使得微流體裝置100(及因此微流體電路120)可被固持於一水平定向(亦即，相對於x軸及y軸處於0°)、一垂直定向(亦即，相對於x軸及/或y軸處於90°)或其間的任何定向中。微流體裝置100(及微流體電路120)相對於一軸線之定向在本文中稱為微流體裝置100(及微流體電路120)之「傾斜」。舉例而言，傾斜裝置190可使微流體裝置100相對於x軸傾斜0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、90°或其間的任何度數。水平定向(且因此x軸及y軸)被界定為垂直於由重力界定之一垂直軸線。傾斜裝置亦可使微流體裝置100(及微流體電路120)相對於x軸及/或y軸傾斜至大於90°之任何度數，或使微流體裝置100(及微流體電路120)相對於x軸或y軸傾斜180°以便使微流體裝置100(及微流體電路120)完全倒轉。類似地，在某些實施例中，傾斜裝置190使微流體裝置100(及微流體電路120)圍繞由流動路徑 106或微流體電路120之某一其他部分界定之一旋轉軸線而傾斜。
在某些例項中，微流體裝置100被傾斜成一垂直定向，使得流動路徑106定位於一或多個隔絕圍欄上面或下面。如本文中所使用之術語「上面」表示流動路徑106被定位成在由重力界定之一垂直軸線上高於一或多個隔絕圍欄(亦即，在一流動路徑106上面之一隔絕圍欄中之一物件將具有比該流動路徑中之一物件高之一重力位能)。如本文中所使用之術語「下面」表示流動路徑106被定位成在由重力界定之一垂直軸線上低於一或多個隔絕圍欄(亦即，在一流動路徑106下面之一隔絕圍欄中之一物件將具有比該流動路徑中之一物件低之一重力位能)。
在某些例項中，傾斜裝置190使微流體裝置100圍繞平行於流動路徑106之一軸線而傾斜。此外，微流體裝置100可被傾斜至小於90°之一角度，使得流動路徑106位於一或多個隔絕圍欄上面或下面而不直接位於該等隔絕圍欄正上面或下面。在其他例項中，傾斜裝置190使微流體裝置100圍繞垂直於流動路徑106之一軸線而傾斜。在仍其他例項中，傾斜裝置190使微流體裝置100圍繞既不平行於流動路徑106亦不垂直於該流動路徑之一軸線而傾斜。
系統150可進一步包含一介質源178。介質源178(例如，一容器、貯存器或諸如此類)可包括各自用於固持一不同流體介質180之多個區段或容器。因此，介質源178可為在微流體裝置100外部並與該微流體裝置分離之一裝置，如圖1A中所圖解說明。另一選擇係，介質源178可全部或部分地位於微流體裝置100之殼體102內部。舉例而言，介質源178可包括係微流體裝置100之部分之貯存器。
圖1A亦圖解說明控制與監測裝備152之實例之經簡化方塊圖繪示， 該控制與監測裝備構成系統150之部分且可結合一微流體裝置100來利用。如所展示，此控制與監測裝備152之實例包含一主控制器154，該主控制器可控制其他控制與監測裝備，諸如用於控制介質源178之一介質模組160、用於控制微流體電路120中之微物件(未展示)及/或介質(例如，介質液滴)之移動及/或選擇之一動力模組162、用於控制用於擷取影像(例如，數位影像)之一成像裝置194(例如，一相機、顯微鏡、光源或其任何組合)之一成像模組164以及用於控制一傾斜裝置190之一傾斜模組166。控制與監測裝備152亦可包含用於控制、監測或執行關於微流體裝置100之其他功能之其他模組168。如所展示，控制與監測裝備152可進一步包含一顯示裝置170及一輸入/輸出裝置172。
主控制器154可包括一控制模組156及一數位記憶體158。舉例而言，控制模組156可包括一數位處理器，該數位處理器經組態以根據作為非暫時性資料或信號而儲存於記憶體158中之機器可執行指令(例如，軟體、韌體、原始程式碼或諸如此類)操作。另一選擇係或另外，控制模組156可包括硬連線數位電路及/或類比電路。介質模組160、動力模組162、成像模組164、傾斜模組166及/或其他模組168可類似地組態。因此，本文中所論述之如關於微流體裝置100或任何其他微流體設備而執行之功能、程序動作、行動或一程序之步驟可藉由主控制器154、介質模組160、動力模組162、成像模組164、傾斜模組166及/或如上文所論述而組態之其他模組168中之任何一或多者而執行。類似地，主控制器154、介質模組160、動力模組162、成像模組164、傾斜模組166及/或其他模組168可以通信方式經耦合以傳輸並接收用於本文中所論述之任何功能、程序、動作、行動或步驟中之資料。
介質模組160控制介質源178。舉例而言，介質模組160可控制介質源178將一選定流體介質180輸入至殼體102中(例如，透過一入口埠107)。介質模組160亦可控制介質自殼體102之移除(例如，透過一出口埠(未展示))。因此，一或多個介質可選擇性地被輸入至微流體電路120中且自該微流體電路被移除。介質模組160亦可控制流體介質180在微流體電路120內部之流動路徑106中之流動。舉例而言，在某些實施例中，在傾斜模組166致使傾斜裝置190將微流體裝置100傾斜至一所要傾斜角度之前，介質模組160使介質180在流動路徑106中及穿過殼體102之流動停止。
動力模組162可經組態以控制微流體電路120中之微物件(未展示)之選擇、陷獲及移動。如下文關於圖1B及圖1C所論述，殼體102可包括一介電泳(DEP)、光電子鑷子(OET)及/或光電潤濕(OEW)組態(圖1A中未展示)，且動力模組162可控制電極及/或電晶體(例如，光電晶體)之啟動以選擇並移動流動路徑106及/或隔絕圍欄124、126、128、130中之微物件(未展示)及/或介質液滴(未展示)。
成像模組164可控制成像裝置194。舉例而言，成像模組164可接收並處理來自成像裝置194之影像資料。來自成像裝置194之影像資料可包括由成像裝置194擷取之任何類型之資訊(例如，微物件、介質液滴之存在或不存在、標記(諸如螢光標記)之累積等)。使用由成像裝置194擷取之資訊，成像模組164可進一步計算物件(例如，微物件、介質液滴)之位置及/或此等物件在微流體裝置100內之運動速率。
傾斜模組166可控制傾斜裝置190之傾斜運動。另一選擇係或另外，傾斜模組166可控制傾斜速率及時序以使微物件經由重力而去往一或多個隔絕圍欄之傳送最佳化。傾斜模組166與成像模組164以通信方式耦合以 接收闡述微物件及/或介質液滴在微流體電路120中之運動之資料。使用此資料，傾斜模組166可調整微流體電路120之傾斜以便調整微物件及/或介質液滴在微流體電路120中移動之速率。傾斜模組166亦可使用此資料來反覆地調整一微物件及/或介質液滴在微流體電路120中之位置。
在圖1A中所展示之實例中，將微流體電路120圖解說明為包括一微流體通道122及隔絕圍欄124、126、128、130。每一圍欄包括通向通道122之一單個開口，但該單個開口以其他方式被封圍，使得圍欄可將圍欄內部之微物件與通道122之流動路徑106中或其他圍欄中之流體介質180及/或微物件實質上隔離。隔絕圍欄之壁自基底之內表面109延伸至蓋110之內部表面以提供殼體。圍欄通向通道122之開口以相對於流體介質180之流106之一角度被定向，使得流106不被引導至圍欄中。該流動可與圍欄之開口之平面相切或正交。在某些例項中，圍欄124、126、128、130經組態以實體上圈圍微流體電路120內之一或多個微物件。根據本發明之隔絕圍欄可包括經最佳化以供與DEP力、OET力、流體流動力及/或重力一起使用之各種形狀、表面及特徵，如下文將詳細地論述及展示。
微流體電路120可包括任何數目個微流體隔絕圍欄。雖然展示五個隔絕圍欄，但微流體電路120可具有更少或更多隔絕圍欄。如所展示，微流體電路120之微流體隔絕圍欄124、126、128及130各自包括不同特徵及形狀，該等不同特徵及形狀可提供在篩選產生抗體之細胞時有用之一或多個益處(諸如將一個產生抗體之細胞與另一產生抗體之細胞隔離)。微流體隔絕圍欄124、126、128及130可提供其他益處，諸如促進單細胞裝載及/或產生抗體之細胞之群體(例如，無性繁殖群體)之生長。在某些實施例中，微流體電路120包括複數個相同微流體隔絕圍欄。
在某些實施例中，微流體電路120包括複數個微流體隔絕圍欄，其中隔絕圍欄中之兩者或兩者以上包括對於篩選產生抗體之細胞提供不同益處之不同結構及/或特徵。對於篩選產生抗體之細胞有用之微流體裝置可包含隔絕圍欄124、126、128及130或其變化形式中之任一者，及/或可包含如圖2B、圖2C、圖2D、圖2E及圖2F中所展示之圍欄一般經組態之圍欄，如下文所論述。
在圖1A中所圖解說明之實施例中，展示一單個通道122及流動路徑106。然而，其他實施例可含有多個通道122，每一通道經組態以包括一流動路徑106。微流體電路120進一步包括一入口閥或埠107，該入口閥或埠與流動路徑106及流體介質180流體連通，藉此流體介質180可經由入口埠107進入通道122。在某些例項中，流動路徑106包括一單個路徑。在某些例項中，單個路徑以一曲折形圖案配置，藉此流動路徑106在交替方向上跨越微流體裝置100行進兩次或兩次以上。
在某些例項中，微流體電路120包括複數個平行通道122及流動路徑106，其中每一流動路徑106內之流體介質180在相同方向上流動。在某些例項中，每一流動路徑106內之流體介質在一向前或反向方向中之至少一者上流動。在某些例項中，複數個隔絕圍欄經組態(例如，相對於一通道122)使得隔絕圍欄可平行地裝載有目標微物件。
在某些實施例中，微流體電路120進一步包括一或多個微物件阱132。阱132一般形成於一壁(其形成一通道122之邊界)中，且可與微流體隔絕圍欄124、126、128、130中之一或多者之一開口相對地定位。在某些實施例中，阱132經組態以自流動路徑106接收或擷取一單個微物件。在某些實施例中，阱132經組態以自流動路徑106接收或擷取複數個微物 件。在某些例項中，阱132包括大約等於一單個目標微物件之體積之一體積。
阱132可進一步包括一開口，該開口經組態以幫助使目標微物件流動至阱132中。在某些例項中，阱132包括一開口，該開口具有大約等於一單個目標微物件之尺寸之一高度及寬度，藉此防止較大微物件進入至微物件阱中。阱132可進一步包括經組態以幫助將目標微物件保持於阱132內之其他特徵。在某些例項中，阱132與一通道122之相對於一微流體隔絕圍欄之開口之相對側對準並位於該相對側上，使得在使微流體裝置100圍繞平行於通道122之一軸線傾斜後，經陷獲微物件旋即以致使微物件落入至隔絕圍欄之開口中之一軌跡離開阱132。在某些例項中，阱132包括一側通路134，該側通路比目標微物件小以便促進流動穿過阱132且藉此增加在阱132中擷取一微物件之可能性。
在某些實施例中，經由一或多個電極(未展示)而跨越流體介質180(例如，在流動路徑中及/或在隔絕圍欄中)施加介電泳(DEP)力以對位於該流體介質中之微物件進行操縱、輸送、分離及分類。舉例而言，在某些實施例中，將DEP力施加至微流體電路120之一或多個部分以便將一單個微物件自流動路徑106傳送至一所要微流體隔絕圍欄中。在某些實施例中，DEP力用於防止一隔絕圍欄(例如，隔絕圍欄124、126、128或130)內之一微物件自該隔絕圍欄位移。此外，根據本發明之教示，在某些實施例中，DEP力用於自一隔絕圍欄選擇性地移除先前所收集之一微物件。在某些實施例中，DEP力包括光電子鑷子(OET)力。
在其他實施例中，經由一或多個電極(未展示)而將光電潤濕(OEW)力施加至微流體裝置100之支撐結構104(及/或蓋110)中之一或多個位置(例 如，幫助界定流動路徑及/或隔絕圍欄之位置)以對位於微流體電路120中之液滴進行操縱、輸送、分離及分類。舉例而言，在某些實施例中，將OEW力施加至支撐結構104(及/或蓋110)中之一或多個位置以便將一單個液滴自流動路徑106傳送至一所要微流體隔絕圍欄中。在某些實施例中，OEW力用於防止一隔絕圍欄(例如，隔絕圍欄124、126、128或130)內之一液滴自該隔絕圍欄位移。此外，根據本發明之教示，在某些實施例中，OEW力用於自一隔絕圍欄選擇性地移除先前所收集之一液滴。
在某些實施例中，DEP力及/或OEW力與其他力(諸如流動力及/或重力)組合，以便對微流體電路120內之微物件及/或液滴進行操縱、輸送、分離及分類。舉例而言，殼體102可經傾斜(例如，藉由傾斜裝置190)以將流動路徑106及位於其中之微物件定位於微流體隔絕圍欄上面，且重力可將微物件及/或液滴輸送至圍欄中。在某些實施例中，DEP力及/或OEW力可在其他力之前施加。在其他實施例中，DEP力及/或OEW力可在其他力之後施加。在仍其他例項中，DEP力及/或OEW力可與其他力在相同時間施加或以與其他力交替之一方式施加。
圖1B、圖1C及圖2A至圖2H圖解說明可用於本發明之實踐中之微流體裝置之各種實施例。圖1B繪示其中微流體裝置200組態為一光學致動之電動裝置之一實施例。多種光學致動之電動裝置係此項技術中已知的，包含具有一光電子鑷子(OET)組態之裝置及具有一光電潤濕(OEW)組態之裝置。在以下美國專利文件(其中之每一者以其全文引用之方式併入本文中)中圖解說明適合OET組態之實例：美國專利第RE 44,711號(Wu等人)(最初作為美國專利第7,612,355號發佈)；美國專利第7,956,339號(Ohta等人)；美國專利第9,403,172號(Wu等人)；及美國專利申請公開案第 20160184821號(Hobbs等人)。在以下各者中圖解說明OEW組態之實例：美國專利第6,958,132號(Chiou等人)；美國專利申請公開案第2012/0024708號(Chiou等人)；及美國專利第9,815,056號(Wu等人)，該等美國專利中之每一者以其全文引用之方式併入本文中。一光學致動之電動裝置之又一實例包含一經組合OET/OEW組態，其實例展示於美國專利公開案第20150306598號(Khandros等人)及第20150306599號(Khandros等人)以及其對應PCT公開案WO2015/164846及WO2015/164847中，所有該等公開案以其全文引用之方式併入本文中。
舉例而言，已在美國專利申請公開案第20140116881號(Chapman等人)、第20150151298號(Hobbs等人)及第20150165436號(Chapman等人)(其中之每一者以其全文引用之方式併入本文中)中闡述具有圍欄之微流體裝置之實例，可在該等圍欄中放置、培養、監測及/或篩選產生抗體之細胞。前述申請案中之每一者進一步闡述經組態以產生介電泳(DEP)力(諸如光電子鑷子(OET))或經組態以提供光電潤濕(OEW)之微流體裝置。舉例而言，美國專利申請公開案第20140116881號(Chapman等人)之圖2中所圖解說明之光電子鑷子裝置係可在本發明之實施例中用於選擇及移動一個別生物微物件或生物微物件之一群組之一裝置之一實例。
微流體裝置動力組態。如上文所闡述，系統之控制與監測裝備可包括用於選擇及移動一微流體裝置之微流體電路中之物件(諸如微物件或液滴)之一動力模組。取決於被移動之物件之類型及其他考量，微流體裝置可具有多種動力組態。舉例而言，可利用一介電泳(DEP)組態來選擇及移動微流體電路中之微物件。因此，微流體裝置100之支撐結構104及/或蓋110可包括用於在微流體電路120中之一流體介質180中之微物件上選擇性 地誘導DEP力之一DEP組態且藉此選擇、擷取及/或移動個別微物件或微物件群組。另一選擇係，微流體裝置100之支撐結構104及/或蓋110可包括用於在微流體電路120中之一流體介質180中之液滴上選擇性地誘導EW力之一電潤濕(EW)組態且藉此選擇、擷取及/或移動個別液滴或液滴群組。
在圖1B及圖1C中圖解說明包括一DEP組態之一微流體裝置200之一項實例。儘管出於簡單目的，圖1B及圖1C分別展示具有一開放區域/室202之微流體裝置200之一殼體102之一部分的一側視剖面圖及一俯視剖面圖，但應理解，區域/室202可為具有一更詳細結構(諸如一生長室、一隔絕圍欄、一流動區域或一流動通道)之一流體電路元件之部分。此外，微流體裝置200可包含其他流體電路元件。舉例而言，微流體裝置200可包含複數個生長室或隔絕圍欄及/或一或多個流動區域或流動通道(諸如本文中關於微流體裝置100所闡述)。一DEP組態可併入至微流體裝置200之任何此等流體電路元件或其所選擇部分中。應進一步瞭解，上文或下文所闡述之微流體裝置組件及系統組件中之任一者可併入於微流體裝置200中及/或結合該微流體裝置使用。舉例而言，上文所闡述之包含控制與監測裝備152之系統150可與包含介質模組160、動力模組162、成像模組164、傾斜模組166及其他模組168中之一或多者之微流體裝置200一起使用。
如圖1B中可見，微流體裝置200包含一支撐結構104及一蓋110，該支撐結構具有一底部電極204及上覆於底部電極204之一電極啟動基板206，該蓋具有一頂部電極210，其中頂部電極210與底部電極204間隔開。頂部電極210及電極啟動基板206界定區域/室202之相對表面。因此，區域/室202中所含有之一介質180在頂部電極210與電極啟動基板206之間提供一電阻連接。亦展示一電源212，該電源經組態以連接至底部電極 204及頂部電極210且在該等電極之間形成一偏壓電壓，如針對在區域/室202中產生DEP力所需要。舉例而言，電源212可為一交流(AC)電源。
在特定實施例中，圖1B及圖1C中所圖解說明之微流體裝置200可具有一光學致動之DEP組態。因此，改變來自光源216之光圖案218(其可由動力模組162控制)可選擇性地啟動及撤銷啟動改變電極啟動基板206之內表面208之區域214處之DEP電極的圖案。(在下文中，具有一DEP組態之一微流體裝置之區域214稱為「DEP電極區域」。)如圖1C中所圖解說明，被引導至電極啟動基板206之內表面208上之一光圖案218可以一圖案(諸如一正方形)照明所選擇DEP電極區域214a(以白色展示)。未經照明DEP電極區域214(交叉陰影線)在下文中稱為「暗」DEP電極區域214。在每一暗DEP電極區域214處，穿過DEP電極啟動基板206(亦即，自底部電極204直至電極啟動基板206之與流動區域106中之介質180介接之內表面208)之相對電阻抗比穿過區域/室202中之介質180(亦即，自電極啟動基板206之內表面208至蓋110之頂部電極210)之相對電阻抗大。然而，在每一經照明DEP電極區域214a處，一經照明DEP電極區域214a展現穿過電極啟動基板206之比穿過區域/室202中之介質180之相對阻抗小的一經減小相對阻抗。
在啟動電源212之情況下，前述DEP組態在經照明DEP電極區域214a與毗鄰暗DEP電極區域214之間的流體介質180中形成一電場梯度，該電場梯度繼而形成吸引或排斥流體介質180中之附近微物件(未展示)之局域DEP力。因此，可藉由改變自一光源216投影至微流體裝置200中之光圖案218而在區域/室202之內表面208處之諸多不同此等DEP電極區域214處選擇性地啟動及撤銷啟動吸引或排斥流體介質180中之微物件之DEP電 極。DEP力是吸引還是排斥附近微物件可取決於諸如電源212之頻率及介質180及/或微物件(未展示)之介電性質之參數。
圖1C中所圖解說明之經照明DEP電極區域214a之正方形圖案220僅係一實例。任何圖案之DEP電極區域214可由被投影至裝置200中之光圖案218照明(且藉此啟動)，且可藉由改變或移動光圖案218而重複地改變經照明/經啟動DEP電極區域214之圖案。
在某些實施例中，電極啟動基板206可包括一光導材料或由該光導材料組成。在此等實施例中，電極啟動基板206之內表面208可為無特徵的。舉例而言，電極啟動基板206可包括一層氫化非晶矽(a-Si：H)或由該層氫化非晶矽組成。舉例而言，該a-Si：H可包括約8%至40%之氫(計算為100*氫原子數目/氫原子與矽原子之總數目)。該層a-Si：H可具有約500nm至約2.0微米之一厚度。在此等實施例中，根據光圖案218，DEP電極區域214可在任何地方且以任何圖案形成於電極啟動基板206之內表面208上。DEP電極區域214之數目及圖案因此無需為固定的，但可對應於光圖案218。舉例而言，已在美國專利第RE 44,711號(Wu等人)(最初作為美國專利第7,612,355號發佈)中闡述具有包括一光導層(諸如上文所論述)之一DEP組態之微流體裝置之實例。
在其他實施例中，電極啟動基板206可包括一基板，該基板包括複數個經摻雜層、電絕緣層(或區域)及導電層(其形成諸如半導體領域中已知之半導體積體電路)。舉例而言，電極啟動基板206可包括複數個光電晶體(舉例而言，包含橫向雙極光電晶體)，每一光電晶體對應於一DEP電極區域214。另一選擇係，電極啟動基板206可包括由光電晶體開關控制之電極(例如，導電金屬電極)，其中每一此電極對應於一DEP電極區域214。 電極啟動基板206可包含此等光電晶體或光電晶體控制之電極之一圖案。舉例而言，該圖案可為配置成列及行之實質上正方形光電晶體或光電晶體控制之電極之一陣列，諸如圖2B中所展示。另一選擇係，該圖案可為形成一六方晶格之實質上六邊形光電晶體或光電晶體控制之電極之一陣列。不管圖案如何，電路元件可在電極啟動基板206之內表面208處之DEP電極區域214與底部電極204之間形成電連接，且可藉由光圖案218而選擇性地啟動及撤銷啟動彼等電連接(亦即，光電晶體或電極)。當未啟動時，每一電連接可具有高阻抗，使得在對應DEP電極區域214處，穿過電極啟動基板206(亦即，自底部電極204至電極啟動基板206之與區域/室202中之介質180介接之內表面208)之相對阻抗比穿過介質180(亦即，自電極啟動基板206之內表面208至蓋110之頂部電極210)之相對阻抗大。然而，當由以光圖案218之光啟動時，在每一經照明DEP電極區域214a處，穿過電極啟動基板206之相對阻抗比穿過介質180之相對阻抗小，藉此啟動對應DEP電極區域214處之DEP電極，如上文所論述。因此，可以由光圖案218判定之一方式在區域/室202中之電極啟動基板206之內表面208處之諸多不同DEP電極區域214處選擇性地啟動及撤銷啟動吸引或排斥介質180中之微物件(未展示)之DEP電極。
舉例而言，已在美國專利第7,956,339號(Ohta等人)中闡述具有包括光電晶體之電極啟動基板之微流體裝置之實例(例如，參見圖21及圖22以及其說明中所圖解說明之裝置300)，該美國專利之全部內容以引用之方式併入本文中。舉例而言，已在美國專利第9,403,172號(Short等人)中闡述具有包括由光電晶體開關控制之電極之電極啟動基板之微流體裝置的實例(例如，參見圖式及其說明通篇中所圖解說明之裝置200、400、500、600 及900)。
在一DEP組態之微流體裝置之某些實施例中，頂部電極210係殼體102之一第一壁(或蓋110)之部分，且電極啟動基板206及底部電極204係殼體102之一第二壁(或支撐結構104)之部分。區域/室202可位於第一壁與第二壁之間。在其他實施例中，電極210係第二壁(或支撐結構104)之部分且電極啟動基板206及/或電極210中之一者或兩者係第一壁(或蓋110)之部分。此外，光源216可另一選擇係用於自下面照明殼體102。
對於圖1B至圖1C之具有一DEP組態之微流體裝置200，動力模組162可藉由將一光圖案218投影至裝置200中以啟動電極啟動基板206之內表面208之DEP電極區域214a處之一第一組一或多個DEP電極而選擇區域/室202中之介質180中之一微物件(未展示)，該等DEP電極區域呈環繞並擷取該微物件之一圖案(例如，正方形圖案220)。然後，動力模組162可藉由相對於裝置200移動光圖案218以啟動DEP電極區域214處之一第二組一或多個DEP電極而移動所擷取微物件。另一選擇係，可相對於光圖案218移動裝置200。
不管微流體裝置200之組態如何，一電源212可用於提供對微流體裝置200之電路進行供電之一電位(例如，一AC電壓電位)。電源212可與圖1中所提及之電源192相同或係電源192之一組件。電源212可經組態以將一AC電壓及/或電流提供至頂部電極210及底部電極204。針對一AC電壓，電源212可提供一頻率範圍及一平均或峰值功率(例如，電壓或電流)範圍，該等頻率範圍及平均或峰值功率(例如，電壓或電流)範圍足以產生足夠強以陷獲並移動區域/室202中之個別微物件(未展示)(如上文所論述)之淨DEP力(或電潤濕力)及/或改變區域/室202中之支撐結構104(亦即，介 電層及/或介電層上之疏水性塗層)之內表面208之潤濕性質(亦如上文所論述)。此等頻率範圍及平均或峰值功率範圍係此項技術中已知的。例如，參見美國專利第6,958,132號(Chiou等人)、美國專利第RE44,711號(Wu等人)(最初作為美國專利第7,612,355號發佈)以及美國專利申請公開案第US2014/0124370號(Short等人)、第US2016/0184821號(Hobbs等人)、第US2015/0306598號(Khandros等人)及第US2015/0306599號(Khandros等人)。
隔絕圍欄。在圖2A至圖2C中所繪示之微流體裝置230內展示泛用隔絕圍欄224、226及228之非限制性實例。每一隔絕圍欄224、226及228可包括一隔離結構232，該隔離結構界定一隔離區域240及將隔離區域240流體連接至一通道122之一連接區域236。連接區域236可包括通向通道122之一近端開口234及通向隔離區域240之一遠端開口238。連接區域236可經組態使得自通道122流動至隔絕圍欄224、226、228中之一流體介質(未展示)之一流之最大滲透深度並不延伸至隔離區域240中。因此，由於連接區域236，安置於一隔絕圍欄224、226、228之一隔離區域240中之一微物件(未展示)或其他材料(未展示)可因此與通道122中之介質180之一流隔離且實質上不受該流影響。
圖2A至圖2C之隔絕圍欄224、226及228各自具有直接通向通道122之一單個開口。隔絕圍欄之開口自通道122橫向地開放。電極啟動基板206下伏於通道122以及隔絕圍欄224、226及228兩者。電極啟動基板206之位於一隔絕圍欄之殼體內之上部表面(其形成隔絕圍欄之底板)安置於與電極啟動基板206之位於通道122(或流動區域，若一通道不存在的話)內之上部表面(其形成微流體裝置之流動通道(或分別流動區域)之底板)相同 之水平面或實質上相同之水平面處。電極啟動基板206可為無特徵的或可具有一不規則或經圖案化表面，該不規則或經圖案化表面自其最高高度至其最低凹陷變化達小於約3微米、2.5微米、2微米、1.5微米、1微米、0.9微米、0.8微米、0.7微米、0.6微米、0.5微米、0.4微米、0.3微米、0.2微米、0.1微米或更小。基板之上部表面跨越通道122(或流動區域)及隔絕圍欄兩者之高度變化可為小於隔絕圍欄之壁或微流體裝置之壁之高度之約3%、2%、1%、0.9%、0.8%、0.5%、0.3%或0.1%。儘管針對微流體裝置200進行詳細地闡述，但此亦適用於本文中所闡述之微流體裝置100、230、250、280、290中之任一者。
因此，通道122可為一掃掠區域之一實例，且隔絕圍欄224、226、228之隔離區域240可為未掃掠區域之實例。如所述，通道122及隔絕圍欄224、226、228可經組態以容納一或多個流體介質180。在圖2A至圖2B中所展示之實例中，埠連接至通道122且允許將一流體介質180引入至微流體裝置230中或自該微流體裝置移除。在引入流體介質180之前，微流體裝置可灌注有一氣體，諸如二氧化碳氣體。一旦微流體裝置230容納流體介質180，便可選擇性地產生及停止通道122中之流體介質180之流242。舉例而言，如所展示，埠可安置於通道122之不同位置(例如，相對端)處，且可形成自用作一入口之一個埠至用作一出口之另一埠之介質之一流242。
圖2C圖解說明根據本發明之一隔絕圍欄224之一實例之一詳細視圖。亦展示微物件246之實例。
如所已知，一微流體通道122中之流體介質180之超出隔絕圍欄224之一近端開口234的一流242可導致介質180之至隔絕圍欄224中及/或自該隔 絕圍欄離開之一次級流244。為了將一隔絕圍欄224之隔離區域240中之微物件246與次級流244隔離，隔絕圍欄224之連接區域236之長度Lcon(亦即，自近端開口234至遠端開口238)應大於至連接區域236中之次級流244之滲透深度Dp。次級流244之滲透深度Dp取決於流體介質180在通道122中流動之速度以及關於通道122及連接區域236之通向通道122之近端開口234之組態之各種參數。針對一給定微流體裝置，通道122及開口234之組態將係固定的，而通道122中之流體介質180之流242之速率將係可變的。因此，針對每一隔絕圍欄224，可識別通道122中之流體介質180之流242之一最大速度Vmax，該最大速度確保次級流244之滲透深度Dp不超過連接區域236之長度Lcon。只要通道122中之流體介質180之流242之速率不超過最大速度Vmax，所得次級流244便可被限制至通道122及連接區域236並被保持在隔離區域240之外。因此，通道122中之介質180之流242將不會自隔離區域240汲取出微物件246。而是，位於隔離區域240中之微物件246將保留在隔離區域240中，而不管通道122中之流體介質180之流242如何。
此外，只要通道122中之介質180之流242之速率不超過Vmax，通道122中之流體介質180之流242便將不會使混雜粒子(例如，微粒及/或奈米粒子)自通道122移動至一隔絕圍欄224之隔離區域240中。因此，使連接區域236之長度Lcon大於次級流244之最大滲透深度Dp可防止因來自通道122或另一隔絕圍欄(例如，圖2A中之隔絕圍欄226、228)之混雜粒子而污染一個隔絕圍欄224。
由於通道122以及隔絕圍欄224、226、228之連接區域236可受通道122中之介質180之流242影響，因此通道122及連接區域236可被視為微流 體裝置230之掃掠(或流動)區域。另一方面，隔絕圍欄224、226、228之隔離區域240可被視為未掃掠(或非流動)區域。舉例而言，通道122中之一第一流體介質180中之組分(未展示)可實質上僅藉由第一介質180之組分自通道122穿過連接區域236並到達隔離區域240中之一第二流體介質248中之擴散而與隔離區域240中之第二流體介質248混合。類似地，隔離區域240中之第二介質248之組分(未展示)可實質上僅藉由第二介質248之組分自隔離區域240穿過連接區域236並到達通道122中之第一介質180中之擴散而與通道122中之第一介質180混合。在某些實施例中，一隔絕圍欄之隔離區域與流動區域之間的藉由擴散進行之流體介質交換之程度係總流體交換量之約90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%或更大。第一介質180可為與第二介質248相同之介質或不同之一介質。此外，第一介質180與第二介質248可起初係相同的，然後變得不同(例如，透過藉由隔離區域240中之一或多個細胞而調節第二介質248，或者藉由改變流動穿過通道122之介質180)。
由通道122中之流體介質180之流242所致之次級流244之最大滲透深度Dp可取決於若干個參數，如上文所提及。此等參數之實例包含：通道122之形狀(例如，通道可將介質引導至連接區域236中、將介質遠離連接區域236而轉向或在實質上垂直於連接區域236之近端開口234之一方向上將介質引導至通道122)；通道122在近端開口234處之一寬度Wch(或剖面面積)；及連接區域236在近端開口234處之一寬度Wcon(或剖面面積)；通道122中之流體介質180之流242之速度V；第一介質180及/或第二介質248之黏度，或者諸如此類。
在某些實施例中，可相對於通道122中之流體介質180之流242之向量 而如下定向通道122及隔絕圍欄224、226、228之尺寸：通道寬度Wch(或通道122之剖面面積)可實質上垂直於介質180之流242；連接區域236在開口234處之寬度Wcon(或剖面面積)可實質上平行於通道122中之介質180之流242；及/或連接區域之長度Lcon可實質上垂直於通道122中之介質180之流242。前述內容僅係實例，且通道122及隔絕圍欄224、226、228之相對位置可相對於彼此在其他定向上。
如圖2C中所圖解說明，連接區域236之寬度Wcon可自近端開口234至遠端開口238係均勻的。連接區域236在遠端開口238處之寬度Wcon可因此係處於本文中針對連接區域236在近端開口234處之寬度Wcon所識別之範圍中之任一者。另一選擇係，連接區域236在遠端開口238處之寬度Wcon可比連接區域236在近端開口234處之寬度Wcon大。
如圖2C中所圖解說明，隔離區域240在遠端開口238處之寬度Wiso可實質上與連接區域236在近端開口234處之寬度Wcon相同。隔離區域240在遠端開口238處之寬度Wiso可因此係處於本文中針對連接區域236在近端開口234處之寬度Wcon所識別之範圍中之任一者。另一選擇係，隔離區域240在遠端開口238處之寬度Wiso可比連接區域236在近端開口234處之寬度Wcon大或小。此外，遠端開口238可比近端開口234小且連接區域236之寬度Wcon可在近端開口234與遠端開口238之間變窄。舉例而言，連接區域236可使用多種不同幾何學(例如，將連接區域斜切、使連接區域成斜角)而在近端開口與遠端開口之間變窄。此外，連接區域236之任何部分或子部分(例如，連接區域之毗鄰於近端開口234之一部分)可變窄。
圖2D至圖2F繪示含有一微流體電路262及流動通道264之一微流體裝置250(其係圖1之各別微流體裝置100、電路120及通道134之變化形式)之 另一例示性實施例。微流體裝置250亦具有複數個隔絕圍欄266，該複數個隔絕圍欄係上文所闡述隔絕圍欄124、126、128、130、224、226或228之額外變化形式。特定而言，應瞭解，圖2D至圖2F中所展示之裝置250之隔絕圍欄266可替換裝置100、200、230、280、290或320中之上文所闡述隔絕圍欄124、126、128、130、224、226或228中之任一者。同樣，微流體裝置250係微流體裝置100之另一變體，且亦可具有與上文所闡述微流體裝置100、200、230、280、290、320以及本文中所闡述之其他微流體系統組件中之任一者相同或不同之一DEP組態。
圖2D至圖2F之微流體裝置250包括一支撐結構(圖2D至圖2F中不可見，但可與圖1A中所繪示之裝置100之支撐結構104相同或大體類似)、一微流體電路結構256及一蓋(圖2D至圖2F中不可見，但可與圖1A中所繪示之裝置100之蓋110相同或大體類似)。微流體電路結構256包含一框架252及微流體電路材料260，其可與圖1A中所展示之裝置100之框架114及微流體電路材料116相同或大體類似。如圖2D中所展示，由微流體電路材料260界定之微流體電路262可包括多個通道264(展示兩個，但可存在更多)，多個隔絕圍欄266流體連接至該多個通道。
每一隔絕圍欄266可包括一隔離結構272、位於隔離結構272內之一隔離區域270以及一連接區域268。自通道264處之一近端開口274至隔離結構272處之一遠端開口276，連接區域268將通道264流體連接至隔離區域270。一般而言，根據圖2B及圖2C之以上論述，一通道264中之一第一流體介質254之一流278可形成第一介質254之自通道264至隔絕圍欄266之各別連接區域268中及/或自該等各別連接區域離開之次級流282。
如圖2E中所圖解說明，每一隔絕圍欄266之連接區域268一般包含延 伸於通向一通道264之近端開口274與通向一隔離結構272之遠端開口276之間的區。連接區域268之長度Lcon可大於次級流282之最大滲透深度Dp，在此情形中，次級流282將延伸至連接區域268中而不被朝向隔離區域270重新引導(如圖2D中所展示)。另一選擇係，如圖2F中所圖解說明，連接區域268可具有小於最大滲透深度Dp之一長度Lcon，在此情形中，次級流282將延伸穿過連接區域268並被朝向隔離區域270重新引導。在此後一情形中，連接區域268之長度Lc1與Lc2之總和大於最大滲透深度Dp，使得次級流282將不延伸至隔離區域270中。無論是連接區域268之長度Lcon大於滲透深度Dp，還是連接區域268之長度Lc1與Lc2之總和大於滲透深度Dp，通道264中之一第一介質254之不超過一最大速度Vmax之一流278將產生具有一滲透深度Dp之一次級流，且一隔絕圍欄266之隔離區域270中之微物件(未展示，但可與圖2C中所展示之微物件246相同或大體類似)將不被通道264中之第一介質254之一流278自隔離區域270汲取出。通道264中之流278亦不將混雜材料(未展示)自通道264汲取至一隔絕圍欄266之隔離區域270中。如此，擴散係通道264中之一第一介質254之組分可藉以自通道264移動至一隔絕圍欄266之一隔離區域270中之一第二介質258中之僅有機制。同樣，擴散係一隔絕圍欄266之一隔離區域270中之一第二介質258中之組分可藉以自隔離區域270移動至通道264中之一第一介質254之僅有機制。第一介質254可為與第二介質258相同之介質，或第一介質254可為與第二介質258不同之一介質。另一選擇係，第一介質254與第二介質258可起初係相同的，然後變得不同(例如，透過藉由隔離區域270中之一或多個細胞而調節第二介質，或者藉由改變流動穿過通道264之介質)。
如圖2E中所圖解說明，通道264中之通道264之寬度Wch(亦即，橫向於一流體介質流動穿過通道之方向(由圖2D中之箭頭278所指示)而獲取)可實質上垂直於近端開口274之一寬度Wcon1且因此實質上平行於遠端開口276之一寬度Wcon2。然而，近端開口274之寬度Wcon1與遠端開口276之寬度Wcon2不需要實質上彼此垂直。舉例而言，近端開口274之寬度Wcon1在其上定向之一軸線(未展示)與遠端開口276之寬度Wcon2在其上定向之另一軸線之間的一角度可並非垂直的且因此並非90°。替代定向之角度之實例包含處於以下範圍中之任一者內之角度：自約30°至約90°、自約45°至約90°、自約60°至約90°或諸如此類。
在隔絕圍欄(例如，124、126、128、130、224、226、228或266)之各種實施例中，隔離區域(例如，240或270)經組態以容納複數個微物件。在其他實施例中，隔離區域可經組態以容納僅一個、兩個、三個、四個、五個或類似相對小數目個微物件。因此，一隔離區域之體積可為(舉例而言)至少5x105立方微米、8x105立方微米、1x106立方微米、2x106立方微米、4x106立方微米、6x106立方微米或更大。
在隔絕圍欄之各種實施例中，通道(例如，122)在一近端開口(例如，234)處之寬度Wch可處於以下範圍中之任一者內：約50微米至1000微米、50微米至500微米、50微米至400微米、50微米至300微米、50微米至250微米、50微米至200微米、50微米至150微米、50微米至100微米、70微米至500微米、70微米至400微米、70微米至300微米、70微米至250微米、70微米至200微米、70微米至150微米、90微米至400微米、90微米至300微米、90微米至250微米、90微米至200微米、90微米至150微米、100微米至300微米、100微米至250微米、100微米至200微米、100微米至150 微米及100微米至120微米。在某些其他實施例中，通道(例如，122)在一近端開口(例如，234)處之寬度Wch可處於約200微米至800微米、200微米至700微米或200微米至600微米之一範圍內。前述內容僅係實例，且通道122之寬度Wch可處於其他範圍(例如，由上文所列示端點中之任一者界定之一範圍)內。此外，通道122之Wch可在通道之區域中而非在一隔絕圍欄之一近端開口處被選擇為處於此等範圍中之任一者內。
在某些實施例中，一隔絕圍欄具有約30微米至約200微米或約50微米至約150微米之一高度。在某些實施例中，隔絕圍欄具有約1 x104平方微米至約3 x106平方微米、約2 x104平方微米至約2 x106平方微米、約4 x104平方微米至約1 x106平方微米、約2 x104平方微米至約5 x105平方微米、約2 x104平方微米至約1 x105平方微米或約2 x105平方微米至約2 x106平方微米之一剖面面積。在某些實施例中，連接區域具有約20微米至約100微米、約30微米至約80微米或約40微米至約60微米之一剖面寬度。
在隔絕圍欄之各種實施例中，通道(例如，122)在一近端開口(例如，234)處之高度Hch可處於以下範圍中之任一者內：20微米至100微米、20微米至90微米、20微米至80微米、20微米至70微米、20微米至60微米、20微米至50微米、30微米至100微米、30微米至90微米、30微米至80微米、30微米至70微米、30微米至60微米、30微米至50微米、40微米至100微米、40微米至90微米、40微米至80微米、40微米至70微米、40微米至60微米或40微米至50微米。前述內容僅係實例，且通道(例如，122)之高度Hch可處於其他範圍(例如，由上文所列示端點中之任一者界定之一範圍)內。通道122之高度Hch可在通道之區域中而非在一隔絕圍欄之一近端開口處被選擇為處於此等範圍中之任一者內。
在隔絕圍欄之各種實施例中，通道(例如，122)在一近端開口(例如，234)處之一剖面面積可處於以下範圍中之任一者內：500平方微米至50,000平方微米、500平方微米至40,000平方微米、500平方微米至30,000平方微米、500平方微米至25,000平方微米、500平方微米至20,000平方微米、500平方微米至15,000平方微米、500平方微米至10,000平方微米、500平方微米至7,500平方微米、500平方微米至5,000平方微米、1,000平方微米至25,000平方微米、1,000平方微米至20,000平方微米、1,000平方微米至15,000平方微米、1,000平方微米至10,000平方微米、1,000平方微米至7,500平方微米、1,000平方微米至5,000平方微米、2,000平方微米至20,000平方微米、2,000平方微米至15,000平方微米、2,000平方微米至10,000平方微米、2,000平方微米至7,500平方微米、2,000平方微米至6,000平方微米、3,000平方微米至20,000平方微米、3,000平方微米至15,000平方微米、3,000平方微米至10,000平方微米、3,000平方微米至7,500平方微米或3,000平方微米至6,000平方微米。前述內容僅係實例，且通道(例如，122)在一近端開口(例如，234)處之剖面面積可處於其他範圍(例如，由上文所列示端點中之任一者界定之一範圍)內。
在隔絕圍欄之各種實施例中，連接區域(例如，236)之長度Lcon可處於以下範圍中之任一者內：約20微米至約300微米、約40微米至約250微米、約60微米至約200微米、約80微米至約150微米、約20微米至約500微米、約40微米至約400微米、約60微米至約300微米、約80微米至約200微米或約100微米至約150微米。前述內容僅係實例，且一連接區域(例如，236)之長度Lcon可處於不同於前述實例之一不同範圍(例如，由上文所列示 端點中之任一者界定之一範圍)內。
在隔絕圍欄之各種實施例中，一連接區域(例如，236)在一近端開口(例如，234)處之寬度Wcon可處於以下範圍中之任一者內：約20微米至約150微米、約20微米至約100微米、約20微米至約80微米、約20微米至約60微米、約30微米至約150微米、約30微米至約100微米、約30微米至約80微米、約30微米至約60微米、約40微米至約150微米、約40微米至約100微米、約40微米至約80微米、約40微米至約60微米、約50微米至約150微米、約50微米至約100微米、約50微米至約80微米、約60微米至約150微米、約60微米至約100微米、約60微米至約80微米、約70微米至約150微米、約70微米至約100微米、約80微米至約150微米及約80微米至約100微米。前述內容僅係實例，且一連接區域(例如，236)在一近端開口(例如，234)處之寬度Wcon可不同於前述實例(例如，係由上文所列示端點中之任一者界定之一範圍)。
在隔絕圍欄之各種實施例中，一連接區域(例如，236)在一近端開口(例如，234)處之寬度Wcon可至少與隔絕圍欄所意欲用於之一微物件(例如，一生物細胞，其可為一免疫細胞，諸如B細胞或一T細胞，或一融合瘤細胞或者諸如此類)之最大尺寸一樣大。舉例而言，一連接區域236在一隔絕圍欄(一免疫細胞(例如，B細胞)將被放置至其中)之一近端開口234處之寬度Wcon可處於以下各項中之任一者內：約20微米、約25微米、約30微米、約35微米、約40微米、約45微米、約50微米、約55微米、約60微米、約65微米、約70微米、約75微米或約80微米。前述內容僅係實例，且一連接區域(例如，236)在一近端開口(例如，234)處之寬度Wcon可不同於前述實例(例如，係由上文所列示端點中之任一者界定之一範圍)。
在隔絕圍欄之各種實施例中，一連接區域(例如，236)之長度Lcon與連接區域(例如，236)在近端開口234處之一寬度Wcon之一比率可為大於或等於以下比率中之任一者：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0或更大。前述內容僅係實例，且一連接區域236之長度Lcon與連接區域236在近端開口234處之一寬度Wcon之比率可不同於前述實例。
在微流體裝置100、200、230、250、280、290、320之各種實施例中，Vmax可被設定為大約0.2微升/秒、0.3微升/秒、0.4微升/秒、0.5微升/秒、0.6微升/秒、0.7微升/秒、0.8微升/秒、0.9微升/秒、1.0微升/秒、1.1微升/秒、1.2微升/秒、1.3微升/秒、1.4微升/秒、1.5微升/秒、2.0微升/秒、2.5微升/秒、3.0微升/秒、3.5微升/秒、4.0微升/秒、4.5微升/秒或5.0微升/秒。
在具有隔絕圍欄之微流體裝置之各種實施例中，一隔絕圍欄之一隔離區域(例如，240)之體積可為(舉例而言)至少5x105立方微米、8x105立方微米、1x106立方微米、2x106立方微米、4x106立方微米、6x106立方微米、8x106立方微米、1x107立方微米或更大。在具有隔絕圍欄之微流體裝置之各種實施例中，一隔絕圍欄之體積可為約5x105立方微米、6x105立方微米、8x105立方微米、1x106立方微米、2x106立方微米、4x106立方微米、8x106立方微米、1x107立方微米或更大。在某些其他實施例中，一隔絕圍欄之體積可為約0.5奈升至約10奈升、約1.0奈升至約5.0奈升、約1.5奈升至約4.0奈升、約2.0奈升至約3.0奈升、約2.5奈升或由前述端點中之兩者界定之任何範圍。
在各種實施例中，微流體裝置具有如在本文中所論述之實施例中之 任一者中所組態之隔絕圍欄，其中微流體裝置具有約5個隔絕圍欄至約10個隔絕圍欄、約10個隔絕圍欄至約50個隔絕圍欄、約100個隔絕圍欄至約500個隔絕圍欄；約200個隔絕圍欄至約1000個隔絕圍欄、約500個隔絕圍欄至約1500個隔絕圍欄、約1000個隔絕圍欄至約2000個隔絕圍欄或約1000個隔絕圍欄至約3500個隔絕圍欄。隔絕圍欄不需要全部係相同大小且可包含多種組態(例如，隔絕圍欄內之不同寬度、不同特徵)。
在某些其他實施例中，微流體裝置具有如在本文中所論述之實施例中之任一者中所組態之隔絕圍欄，其中微流體裝置具有約1500個隔絕圍欄至約3000個隔絕圍欄、約2000個隔絕圍欄至約3500個隔絕圍欄、約2500個隔絕圍欄至約4000個隔絕圍欄、約3000個隔絕圍欄至約4500個隔絕圍欄、約3500個隔絕圍欄至約5000個隔絕圍欄、約4000個隔絕圍欄至約5500個隔絕圍欄、約4500個隔絕圍欄至約6000個隔絕圍欄、約5000個隔絕圍欄至約6500個隔絕圍欄、約5500個隔絕圍欄至約7000個隔絕圍欄、約6000個隔絕圍欄至約7500個隔絕圍欄、約6500個隔絕圍欄至約8000個隔絕圍欄、約7000個隔絕圍欄至約8500個隔絕圍欄、約7500個隔絕圍欄至約9000個隔絕圍欄、約8000個隔絕圍欄至約9500個隔絕圍欄、約8500個隔絕圍欄至約10,000個隔絕圍欄、約9000個隔絕圍欄至約10,500個隔絕圍欄、約9500個隔絕圍欄至約11,000個隔絕圍欄、約10,000個隔絕圍欄至約11,500個隔絕圍欄、約10,500個隔絕圍欄至約12,000個隔絕圍欄、約11,000個隔絕圍欄至約12,500個隔絕圍欄、約11,500個隔絕圍欄至約13,000個隔絕圍欄、約12,000個隔絕圍欄至約13,500個隔絕圍欄、約12,500個隔絕圍欄至約14,000個隔絕圍欄、約13,000個隔絕圍欄至約14,500個隔絕圍欄、約13,500個隔絕圍欄至約15,000個隔絕圍欄、約 14,000個隔絕圍欄至約15,500個隔絕圍欄、約14,500個隔絕圍欄至約16,000個隔絕圍欄、約15,000個隔絕圍欄至約16,500個隔絕圍欄、約15,500個隔絕圍欄至約17,000個隔絕圍欄、約16,000個隔絕圍欄至約17,500個隔絕圍欄、約16,500個隔絕圍欄至約18,000個隔絕圍欄、約17,000個隔絕圍欄至約18,500個隔絕圍欄、約17,500個隔絕圍欄至約19,000個隔絕圍欄、約18,000個隔絕圍欄至約19,500個隔絕圍欄、約18,500個隔絕圍欄至約20,000個隔絕圍欄、約19,000個隔絕圍欄至約20,500個隔絕圍欄、約19,500個隔絕圍欄至約21,000個隔絕圍欄或約20,000個隔絕圍欄至約21,500個隔絕圍欄。
控制系統元件。圖3A至圖3B展示根據本發明之可用於操作及觀察微流體裝置(例如，100、200、230、280、250、290、320)之系統150之各種實施例。如圖3A中所圖解說明，系統150可包含經組態以固持一微流體裝置320或本文中所闡述之任何其他微流體裝置之一結構(「嵌穴」)300。嵌穴300可包含一承窩302，該承窩能夠與微流體裝置320(例如，一光學致動之電動裝置100)介接且提供自電源192至微流體裝置320之電連接。嵌穴300可進一步包含一整合式電信號產生子系統304。電信號產生子系統304可經組態以將一偏壓電壓供應至承窩302，使得當微流體裝置320由承窩302固持時，跨越該微流體裝置中之一對電極而施加偏壓電壓。因此，電信號產生子系統304可為電源192之部分。用以將一偏壓電壓施加至微流體裝置320之能力並非意味著將在微流體裝置320由承窩302固持時始終施加一偏壓電壓。而是，在大多數情形中，將間歇地施加偏壓電壓(例如，僅視需要)以促進微流體裝置320中之電動力(諸如介電泳或電潤濕)之產生。
如圖3A中所圖解說明，嵌穴300可包含一印刷電路板總成(PCBA)322。電信號產生子系統304可安裝於PCBA 322上且電整合至該PCBA中。例示性支撐件亦包含安裝於PCBA 322上之承窩302。
通常，電信號產生子系統304將包含一波形產生器(未展示)。電信號產生子系統304可進一步包含一示波器(未展示)及/或一波形放大電路(未展示)，該波形放大電路經組態以放大自波形產生器接收之一波形。示波器(若存在)可經組態以量測供應至由承窩302固持之微流體裝置320之波形。在特定實施例中，示波器量測在微流體裝置320之近側(且在波形產生器之遠側)之一位置處之波形，從而確保在量測實際施加至該裝置之波形時之較大準確性。舉例而言，自示波器量測獲得之資料可作為回饋被提供至波形產生器，且波形產生器可經組態以基於此回饋而調整其輸出。一適合經組合波形產生器與示波器之一實例係Red PitayaTM。
在特定實施例中，嵌穴300進一步包括用於感測及/或控制電信號產生子系統304之一控制器308(諸如一微處理器)。適合微處理器之實例包含ArduinoTM微處理器，諸如Arduino NanoTM。控制器308可用於執行功能及分析或可與一外部主控制器154(圖1A中所展示)進行通信以執行功能及分析。在圖3A中所圖解說明之實施例中，控制器308透過一介面310(例如，一插頭或連接器)與一主控制器154進行通信。
在某些實施例中，嵌穴300可包括一電信號產生子系統304，該電信號產生子系統包括一Red PitayaTM波形產生器/示波器單元(「Red Pitaya單元」)及一波形放大電路，該波形放大電路放大由Red Pitaya單元產生之波形且將經放大電壓傳遞至微流體裝置100。在某些實施例中，Red Pitaya單元經組態以量測微流體裝置320處之經放大電壓且然後視需要調 整該Red Pitaya單元自身之輸出電壓，使得微流體裝置320處之所量測電壓係所要值。在某些實施例中，波形放大電路可具有由安裝於PCBA 322上之一對DC-DC轉換器產生之一+6.5V至-6.5V電源供應，從而在微流體裝置100處產生高達13Vpp之一信號。
如圖3A中所圖解說明，支撐結構300可進一步包含一熱控制子系統306。熱控制子系統306可經組態以調節由支撐結構300固持之微流體裝置320之溫度。舉例而言，熱控制子系統306可包含一帕耳帖(Peltier)熱電裝置(未展示)及一冷卻單元(未展示)。帕耳帖熱電裝置可具有經組態以與微流體裝置320之至少一個表面介接之一第一表面。冷卻單元可為(舉例而言)一冷卻區塊(未展示)，諸如一液體冷卻之鋁區塊。帕耳帖熱電裝置之一第二表面(例如，與第一表面相對之一表面)可經組態以與此一冷卻區塊之一表面介接。冷卻區塊可連接至一流體路徑314，該流體路徑經組態以使穿過冷卻區塊之經冷卻流體循環。在圖3A中所圖解說明之實施例中，支撐結構300包括用以自一外部貯存器(未展示)接收經冷卻流體、將經冷卻流體引入至流體路徑314中並穿過冷卻區塊且然後使經冷卻流體返回至外部貯存器之一入口316及一出口318。在某些實施例中，帕耳帖熱電裝置、冷卻單元及/或流體路徑314可安裝於支撐結構300之一殼體312上。在某些實施例中，熱控制子系統306經組態以調節帕耳帖熱電裝置之溫度以便達成微流體裝置320之一目標溫度。舉例而言，可藉由一熱電電源供應器(諸如一PololuTM熱電電源供應器(Pololu Robotics and Electronics Corp.))而達成帕耳帖熱電裝置之溫度調節。熱控制子系統306可包含由一類比電路提供之一回饋電路(諸如一溫度值)。另一選擇係，回饋電路可由一數位電路提供。
在某些實施例中，嵌穴300可包含具有係一類比分壓器電路(未展示)之一回饋電路之一熱控制子系統306，該類比分壓器電路包含一電阻器(例如，具有電阻1kOhm+/-0.1%、溫度係數+/-0.02ppm/C0)及一NTC熱阻器(例如，具有標稱電阻1kOhm+/-0.01%)。在某些例項中，熱控制子系統306量測來自回饋電路之電壓且然後使用所計算溫度值作為至一板上PID控制迴路演算法之輸入。來自PID控制迴路演算法之輸出可驅動(舉例而言)一PololuTM馬達驅動器(未展示)上之一定向信號接腳及一經脈衝寬度調變信號接腳兩者以致動熱電電源供應器，藉此控制帕耳帖熱電裝置。
嵌穴300可包含一串列埠324，該串列埠允許控制器308之微處理器經由介面310(未展示)與一外部主控制器154進行通信。另外，控制器308之微處理器可與電信號產生子系統304及熱控制子系統306進行通信(例如，經由一Plink工具(未展示))。因此，經由控制器308、介面310與串列埠324之組合，電信號產生子系統304及熱控制子系統306可與外部主控制器154進行通信。以此方式，主控制器154可(除其他之外)藉由執行縮放計算以進行輸出電壓調整而輔助電信號產生子系統304。經由耦合至外部主控制器154之一顯示裝置170而提供之一圖形使用者介面(GUI)(未展示)可經組態以標繪分別自熱控制子系統306及電信號產生子系統304獲得之溫度及波形資料。另一選擇係或另外，GUI可允許對控制器308、熱控制子系統306及電信號產生子系統304進行更新。
圖3B係用於一微流體裝置之系統150之一光學設備350之一光學示意圖。在某些實施例中，光學設備350可包括一結構化光調變器330。結構化光調變器330可包含一數位鏡裝置(DMD)或一微快門陣列系統(MSA)，該DMD及該MSA中之任一者可經組態以自一光源332接收光且將所接收 光之一子集透射至光學設備350中。另一選擇係，結構化光調變器330可包含產生其自身之光(且因此無需一光源332)之一裝置，諸如一有機發光二極體顯示器(OLED)、一矽基液晶(LCOS)裝置、一鐵電矽基液晶裝置(FLCOS)或一透射液晶顯示器(LCD)。舉例而言，結構化光調變器330可為一投影機。因此，結構化光調變器330可能夠發射結構化光及非結構化光兩者。在特定實施例中，系統之一成像模組及/或動力模組可控制結構化光調變器330。
在某些實施例中，光學設備350可具有一顯微鏡組態。在此等實施例中，嵌穴300及結構化光調變器330可個別地經組態以整合至光學設備350之顯微鏡組態中。在某些實施例中，光學設備350可進一步包含一或多個影像感測器或偵測器348。在某些實施例中，影像感測器348由一成像模組控制。影像感測器348可包含一目鏡、一電荷耦合裝置(CCD)、一相機(例如，一數位相機)或其任何組合。若存在至少兩個影像感測器348，則一個影像感測器可為(舉例而言)一快速訊框速率相機而另一偵測器可為一高敏感度相機。此外，光學設備350可經組態以自一微流體裝置320接收經反射及/或經發射光且將經反射及/或經發射光之至少一部分聚焦於一或多個影像感測器348上。
在某些實施例中，光學設備350經組態以使用至少兩個光源。舉例而言，一第一光源332可用於產生結構化光(例如，經由光調變子系統330)且一第二光源334可用於提供非結構化光。第一光源332可產生結構化光以用於光學致動之控電(electrokinesis)及/或螢光激發，且第二光源334可用於提供明場照明。在此等實施例中，動力模組162可用於控制第一光源332且成像模組164可用於控制第二光源334。光學設備350可經組態以自 結構化光調變器330接收結構化光且在一微流體裝置(諸如一光學致動之電動裝置)由嵌穴300固持時將結構化光投影於該裝置中之至少一第一區域上，並且自微流體裝置接收經反射及/或經發射光且將此經反射及/或經發射光之至少一部分成像至影像感測器348上。光學設備350可進一步經組態以自一第二光源接收非結構化光且在微流體裝置由嵌穴300固持時將非結構化光投影於該裝置之至少一第二區域上。在特定實施例中，微流體裝置320之第一區域及第二區域可為重疊區域。舉例而言，第一區域可為第二區域之一子集。
在圖3B中，第一光源332展示為將光供應至一結構化光調變器330，該結構化光調變器光將結構化光提供至微流體裝置320。第二光源334展示為經由一分束器336而提供非結構化光。來自光調變器330之結構化光及來自第二光源334之非結構化光自分束器336一起行進以到達一第二分束器(或二向色濾光器338，取決於由光調變器330提供之光)，其中光被向下反射穿過物鏡340到達微流體裝置320。來自微流體裝置320之經反射及/或經發射光然後向上往回行進穿過物鏡340、穿過分束器及/或二向色濾光器338並到達一二向色濾光器346。到達二向色濾光器346之光之僅一小部分通過並到達偵測器348。
在某些實施例中，第二光源334發射藍色光。利用一適當二向色濾光器346，自微流體裝置320反射之藍色光能夠通過二向色濾光器346並到達偵測器348。相比而言，來自光調變器330之結構化光自微流體裝置320被反射，但不通過二向色濾光器346。在此實例中，二向色濾光器346濾除具有長於495nm之一波長之可見光。自光調變器330對光之此濾除將僅在自光調變器發射之光不包含短於495nm之任何波長之情況下係完整的(如 所展示)。在實踐中，若來自光調變器330之光包含短於495nm之波長(例如，藍色波長)，則來自光調變器之光中之某些光將通過濾光器346以到達影像感測器348。在此一實施例中，濾光器346用於改變自第一光源332到達影像感測器348之光量與自第二光源334到達影像感測器348之光量之間的平衡。若第一光源332顯著強於第二光源334，則此可為有益的。在其他實施例中，第二光源334可發射紅色光，且二向色濾光器346可濾除除了紅色光以外的可見光(例如，具有短於650nm之一波長之可見光)。
在特定實施例中，第一光源332可發射一寬光譜之波長(例如，「白色」光)。舉例而言，第一光源332可發射適合用於一螢光團之激發之至少一個波長。第一光源332可為充分強大的，使得由光調變器330發射之結構化光能夠在一光致動式微流體裝置320中啟動光致動式電泳。在特定實施例中，第一光源332可包含一高強度放電弧燈，諸如包含金屬鹵化物、陶瓷放電、鈉、汞及/或氙之高強度放電弧燈。在其他實施例中，第一光源332可包含一或多個LED(例如，一大批LED，諸如4個LED之一2x2陣列或9個LED之一3x3陣列)。該(等)LED可包含一寬光譜「白色」光LED(例如，藉由PRIZMATIX之UHP-T-LED-White)，或各種窄頻波長LED(例如，發射約380nm、480nm或560nm之一波長)。在仍其他實施例中，第一光源332可併入有一雷射，該雷射經組態而發射以可選擇波長之光(例如，用於OET及/或螢光)。
在特定實施例中，第二光源334適合於明場照明。因此，第二光源334可包含一或多個LED(例如，一LED陣列，諸如4個LED之一2x2陣列或9個LED之一3x3陣列)。該(等)LED可經組態以發射白色(亦即，寬光譜)光、藍色光、紅色光等。在某些實施例中，第二光源334可發射具有 495nm或更短之一波長之光。舉例而言，第二光源334可發射具有實質上480nm、實質上450nm或實質上380nm之一波長之光。在其他實施例中，第二光源334可發射具有650nm或更長之一波長之光。舉例而言，第二光源334可發射具有實質上750nm之一波長之光。在仍其他實施例中，第二光源334可發射具有實質上560nm之一波長之光。
在特定實施例中，光學設備350包含一二向色濾光器346，該二向色濾光器至少部分地濾除具有長於495nm之一波長之可見光。在其他實施例中，光學設備350包含一二向色濾光器346，該二向色濾光器至少部分地濾除具有短於650nm(或短於620nm)之一波長之可見光。更一般而言，光學設備350亦可包含一二向色濾光器346，該二向色濾光器經組態以減少或實質上防止來自一第一光源332之結構化光到達一偵測器348。此一濾光器346可位於偵測器348之近側(沿著光學設備)。另一選擇係，光學設備350可包含一或多個二向色濾光器346，該/該等二向色濾光器經組態以平衡自光調變器330到達該偵測器348之結構光(例如，可見結構化光)之量與自第二光源334到達該偵測器348之非結構化光(例如，可見非結構化光)之量。此平衡可用於確保在偵測器348處(或在由偵測器348獲得之影像中)結構化光不淹沒非結構化光。
在某些實施例中，光學設備350可進一步包含位於設備350之一成像路徑中之物鏡340與影像感測器348之間的至少一個鏡筒透鏡381。物鏡340不再將一中間影像直接投影至一中間影像平面中。替代地，物鏡340經組態使得自物鏡340之一後光圈發出之光被聚焦至無限遠(infinity)，且鏡筒透鏡381經組態以在鏡筒透鏡381之一焦平面處形成一影像。離開無限遠聚焦之物鏡340之光束經準直，使得可將分束器336、濾光器346、偏 光器及需要一平行光束之其他組件容易地引入至成像路徑中。在通過此等輔助光學裝置之後，平行光束可經組態以藉由鏡筒透鏡381而會聚並形成微流體裝置320之一影像。在不具有鏡筒透鏡381之情況下，將分束器及其他組件插入於成像路徑中可由於會聚通過分束器之光束而引入球面像差及可能「鬼影(ghost image)」效應。物鏡340及鏡筒透鏡381一起可在影像感測器348處產生一影像。物鏡340與鏡筒透鏡381之間的區域(無限空間)提供平行光束之一路徑，複雜光學組件可被放置至該路徑中而不引入球面像差或修改物鏡340工作距離。
圖4A係用於對微物件進行成像及操縱之一系統1000之一光學示意圖。系統1000可包括一微流體裝置1320(諸如一光致動式微流體(或「LAMF」)裝置)及一光學設備1350。微流體裝置1320可為本文中所闡述或此項技術中另外已知的任何微流體裝置。舉例而言，微流體裝置可包括經組態以固持一流體介質中之一或多個微物件之一殼體以及一基板1320c。圖4B提供一例示性一微流體裝置1320之部分之一影像(或一視域)。LAMF裝置之基板1320c可包括一表面1120及位於該表面上(或由該表面包括或者與該表面整合在一起)之複數個介電泳(DEP)電極。微流體裝置1320可進一步包括一流動區域1122及一或多個(例如，複數個)隔絕圍欄1226。如圖4B中所圖解說明，每一隔絕圍欄1226可流體連接至流動區域1122。流動區域1122及複數個隔絕圍欄1226可安置於微流體裝置1320之基板之表面1120上。微流體裝置1320可進一步包括一蓋1320a。蓋1320a可包括一接地電極。如圖4B中所圖解說明，蓋1320a可對可見光係透明的。
光學設備1350可經組態以對微流體裝置1320之殼體內之一或多個微 物件執行成像、分析及操縱。如圖4A中所展示，光學設備1350可包括一結構化光調變器1330、一第一鏡筒透鏡1381、一物鏡1340、一二向色分束器1338、一第二鏡筒透鏡1382及一影像感測器1348。光學設備1350可進一步包括一第一光源1332。
一般而言，結構化光調變器1330可經組態以自第一光源1332接收非結構化光束且將結構化光束透射至第一鏡筒透鏡1381。如上文較詳細地論述，結構化光束可用於選擇性地啟動表面1120上之複數個介電泳(DEP)電極中之一或多者。第一鏡筒透鏡1381經組態以自結構化光調變器1330擷取結構化光束。物鏡1340經組態以將微流體裝置1320之複數個隔絕圍欄1226之至少一部分成像於一視域內。舉例而言，視域可大於10mm x 10mm、11mm x 11mm、12mm x 12mm、13mm x 13mm、14mm x 14mm、15mm x 15mm等。
二向色分束器1338經組態以將光束自第一鏡筒透鏡1381反射或透射至物鏡1340，且將自物鏡1340接收之光束透射或反射至第二鏡筒透鏡1382。第二鏡筒透鏡1382經組態以自二向色分束器1338接收光束且將該光束透射至一影像感測器1348。影像感測器1348經組態以自第二鏡筒透鏡接收光束且在視域內自該光束產生複數個隔絕圍欄1226之至少一部分之一影像。
在某些實施例中，結構化光調變器1330可包含一數位鏡裝置(DMD)或一微快門陣列系統(MSA)，該DMD及該MSA中之任一者可經組態以自一光源332接收光且選擇性地透射所接收光之一子集。適合於本文中所揭示之光學設備(包含光學設備1350)中之任一者之一個例示性DMD係DLP-9000(Texas Instruments)。另一選擇係，結構化光調變器1330可包含產 生其自身之光(且因此無需一光源1332)之一裝置，諸如一有機發光二極體顯示器(OLED)、一矽基液晶(LCOS)裝置、一鐵電矽基液晶裝置(FLCOS)或一透射液晶顯示器(LCD)。舉例而言，結構化光調變器1330可為一投影機。因此，結構化光調變器1330可能夠發射結構化光及非結構化光兩者。
在某些實施例中，結構化光調變器1330可經組態以調變自第一光源1332接收之光束且透射係結構化光束之複數個照明光束。結構化光束可包括複數個照明光束。複數個照明光束可被選擇性地啟動以產生複數個照明型樣。在某些實施例中，結構化光調變器1330可經組態以產生可被移動及調整之一照明型樣。光學設備1350可進一步包括一控制單元(未展示)，該控制單元經組態以調整照明型樣以選擇性地啟動複數個DEP電極中之一或多者且產生DEP力以使複數個隔絕圍欄1226內部之一或多個微物件移動。
舉例而言，可以一受控制方式隨時間而調整複數個照明型樣以操縱微流體裝置1320中之微物件。舉例而言，複數個照明型樣中之每一者可經移位以使所產生DEP力之位置移位且使結構化光自一個位置移動至另一位置以便使微流體設備1320之殼體內之微物件移動。
參考圖4A，在某些實施例中，光學設備1350經組態使得視域內之複數個隔絕圍欄1226中之每一者同時在影像感測器1348處及在結構化光調變器1330處對焦。舉例而言，光學設備1350可具有一共焦組態或共焦性質。光學設備1350可進一步經組態使得僅視域內之流動區域之每一內部區及/或複數個隔絕圍欄1226中之每一者被成像至影像感測器1348上，以便減少總體雜訊以增加影像之對比度及解析度。
舉例而言，結構化光調變器1330可安置於影像感測器1348之一共軛平面處。結構化光調變器1330可自第一光源1332接收非結構化光束且調變該等光束以產生係結構化光束之複數個照明光束。結構化光調變器之作用區可為至少10mm x 10mm(例如，至少10.5mm x 10.5mm、11mm x 11mm、11.5mm x 11.5mm、12mm x 12mm、12.5mm x 12.5mm、13mm x 13mm、13.5mm x 13.5mm、14mm x 14mm、14.5mm x 14.5mm、15mm x 15mm或更大)。第一鏡筒透鏡1381可具有一大的通光孔徑，舉例而言大於40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm等之一直徑。因此，第一鏡筒透鏡1381可具有足夠大以擷取自結構化光調變器發出之所有(或實質上所有)光束之一孔徑。
圖4C圖解說明圖4A中之光學設備1350之第一鏡筒透鏡1381，該第一鏡筒透鏡經組態以自結構化光調變器1330擷取所有光束。結構化光調變器1330可具有複數個鏡。複數個鏡中之每一鏡可具有5微米 x 5微米、6微米 x 6微米、7微米 x 7微米、8微米 x 8微米、9微米 x 9微米、10微米x10微米或其間的任何值之一大小。結構化光調變器1330可包含鏡(或像素)之一陣列，該陣列係2000 x 1000、2580 x 1600、3000 x 2000或其間的任何值。針對7.6微米 x 7.6微米之一鏡大小，結構化光調變器1330可具有15.2mm x 7.6mm、19.6mm x 12.2mm、22.8mm x 15.2mm或其間的任何值之尺寸。如圖4C中所展示，在某些實施例中，僅使用結構化光調變器1330之一照明區1330a之一部分。舉例而言，使用結構化光調變器1330之照明區1330a之50%、60%、80%或其間的任何值。第一鏡筒透鏡1381可經組態以具有比結構化光調變器1330之照明區1330a大的一較大視 域1381a。第一鏡筒透鏡1381可經組態以自結構化光調變器1330擷取所有光束。
參考圖4A，在某些實施例中，第一鏡筒透鏡1381可經組態以產生經準直光束且將該等經準直光束透射至物鏡1340。物鏡1340可自第一鏡筒透鏡1381接收經準直光束且將該等經準直光束聚焦至影像感測器1348或光學設備1350之視域內的流動區域之每一內部區以及複數個隔絕圍欄1226中之每一者中。在某些實施例中，第一鏡筒透鏡1381可經組態以產生複數個經準直光束且將該複數個經準直光束透射至物鏡1340。物鏡1340可自第一鏡筒透鏡1381接收複數個經準直光束且將該複數個經準直光束會聚至影像感測器1348或光學設備1350之視域內的複數個隔絕圍欄1226中之每一者中。
在某些實施例中，光學設備1350可經組態以利用複數個照明光點照明隔絕圍欄之至少一部分。物鏡1340可自第一鏡筒透鏡1381接收複數個經準直光束且將該複數個照明光點投影至視域內之複數個隔絕圍欄1226中之每一者中。舉例而言，複數個照明光點中之每一者可具有約10微米 X 30微米、30微米 X 60微米、60微米 X 120微米、80微米 X 100微米、100微米 X 140微米及其間的任何值之一大小。舉例而言，複數個照明光點中之每一者可具有約4000平方微米至約10000平方微米、5000平方微米至約15000平方微米、7000平方微米至約20000平方微米、8000平方微米至約22000平方微米、10000平方微米至約25000平方微米及其間的任何值之一面積。
在某些實施例中，光學設備1350可經組態以執行共焦成像。舉例而言，結構化光調變器1330可經組態以產生一細條帶，該細條帶可掃描遍 及視域內之複數個隔絕圍欄1226以減少離焦光從而減少總體雜訊。針對另一實例，結構化光調變器1330可經組態以在繞射極限內產生複數個照明光點。針對另一實例，結構化光調變器1330可經組態以沿著光學設備1350之一光軸pf移動以獲得沿著光軸之複數個影像，沿著光軸之複數個影像可經組合以重新建構微流體設備1320中之複數個隔絕圍欄1226中之微物件之三維影像。
第二鏡筒透鏡1382位於設備1350之一成像路徑中之物鏡1340與影像感測器1348之間。物鏡1340經組態使得自物鏡1340之一後光圈發出之光被聚焦至無限遠，且第二鏡筒透鏡1382經組態以在鏡筒透鏡1382之一焦平面處形成複數個隔絕圍欄1226中之微物件之一影像。離開無限遠聚焦之物鏡1340之光束可經組態以經準直，使得可將分束器1338及其他組件容易地引入至光學設備1350之成像路徑中而不引入球面像差或修改物鏡1340之一工作距離。
在某些實施例中，光學設備1350可進一步包括一嵌穴1300。嵌穴1300可經組態以固持微流體裝置1320且提供至殼體之電連接。嵌穴1300可與光學設備1350整合在一起且係設備1350之一部分。嵌穴1300可進一步經組態以提供至殼體之流體連接。使用者可僅將微流體設備1320裝載至嵌穴1300中。在某些其他實施例中，嵌穴1300可為獨立於光學設備1350之一單獨組件。
圖5A圖解說明可用於一光學設備5350中且在某些其他實施例中用於一光致動式微流體設備中之複數個光源。如上文所論述，多種光源可用作第一光源5332，從而將結構化光提供至DMD鏡筒透鏡5460。在某些實施例中，第一光源5332可為一發光二極體(LED)。光源5332可發射具有一寬 光譜之光波長之光505，該光在照在一DMD 5440上後旋即將結構化光515提供至可為一二向色摺疊鏡之一DMD摺疊鏡5336。DMD摺疊鏡5336將結構化光515重新引導至DMD鏡筒透鏡5460。在某些實施例中，光學設備可進一步包括一第二光源5334，該第二光源經組態以提供非結構化明場照明525使其穿過DMD摺疊鏡5336到達DMD鏡筒透鏡5460處。在某些其他實施例中，光學設備可進一步包括提供光照明535之一第三光源5335(舉例而言，一雷射光源)，該光照明可經組態以將微流體設備中之複數個隔絕圍欄加熱。圖5B圖解說明穿過如針對圖5A中之複數個光源而組態之二向色摺疊鏡5336之光透射的一實例。
來自DMD 5440之結構化光515可具有自約400nm至約710nm之一波長，且可在通過DMD鏡筒透鏡5460以到達任何微流體裝置(如本文中所闡述)之後用於該微流體裝置內之一DEP或OEW組態之光活化。另一選擇係或另外，具有約400nm至約710nm之一波長之結構化光515可向微流體裝置提供螢光激發照明。在某些實施例中，結構化光515可具有約400nm至約650nm、約400nm至約600nm、約400nm至約550nm、約400nm至約500nm、約450nm至約710nm、約450nm至約600nm或約450nm至約550nm之一波長。
非結構化明場照明525自第二光源5334到達DMD摺疊鏡5336且可在照在鏡5336上之前實質上(例如，在約10%以內)以相同波長及/或實質上(例如，在約10%以內)以相同強度通過該鏡。另一選擇係，鏡5336可摺疊以准許明場照明525通過、進入鏡筒透鏡5460並進一步行進以進入微流體裝置，該微流體裝置可為本文中所闡述之任何微流體裝置。明場照明光525可具有任何適合波長，且在某些實施例中，可具有約400nm至約760 nm之一波長。在某些實施例中，明場照明光525可具有大於約500nm且小於約760nm、大於約600nm且小於約750nm或大於約650nm且小於約750nm之一波長。在某些實施例中，明場照明光可具有約700nm、約710nm、約720nm、約730nm、約740nm或約750nm之一波長。
第三照明光535可通過DMD鏡5336，或DMD鏡5336可摺疊以准許照明光535通過並進入鏡筒透鏡5460且進一步行進至微流體裝置，該微流體裝置可為本文中所闡述之任何微流體裝置。可為一雷射之第三照明光535可經組態以加熱微流體裝置內之一或多個隔絕圍欄之部分。雷射照明535可經組態以加熱流體介質、一微物件、一隔絕圍欄之一壁或一壁之一部分、安置於微流體通道之一微流體通道或隔絕圍欄內之一金屬目標或者微流體裝置內之一光可逆實體障壁。在其他實施例中，雷射照明535可經組態以起始微流體裝置之一經改質表面之表面改質部分之光裂解或起始為微流體裝置內之一隔絕圍欄內之微物件提供黏合功能性之部分之光裂解。雷射照明535可具有任何適合波長。在某些實施例中，雷射照明535可具有約350nm至約900nm、約370nm至約850nm、約390nm至約825nm、約400nm至約800nm、約450nm至約750nm或其間的任何值之一波長。在某些實施例中，雷射照明535可具有約700nm、約710nm、約720nm、約730nm、約740nm、約750nm、約760nm、約770nm、約780nm、約790nm、約800nm、約810nm或更大之一波長。
圖5C係包含一光學設備5350之一系統5000之一示意圖，該光學設備包含一第一光源5332、一第二光源5334及一第三光源5335。第一光源5332可將光透射至一結構化光調變器5330，該結構化光調變器可包含一數位鏡裝置(DMD)或一微快門陣列系統(MSA)，該DMD及該MSA中之任 一者可經組態以自第一光源5332接收光且將所接收光之一子集選擇性地透射至光學設備5350中。另一選擇係，結構化光調變器5330可包含產生其自身之光(且因此無需一光源5335)之一裝置，諸如一有機發光二極體顯示器(OLED)、一矽基液晶(LCOS)裝置、一鐵電矽基液晶裝置(FLCOS)或一透射液晶顯示器(LCD)。舉例而言，結構化光調變器5330可為一投影機。因此，結構化光調變器5330可能夠發射結構化光及非結構化光兩者。在特定實施例中，系統之一成像模組及/或動力模組可控制結構化光調變器5330。結構化光調變器5330可將光之一子集透射至一第一二向色分束器5336，該第一二向色分束器可將此光反射至一第一鏡筒透鏡5381。
第二光源5334可將光透射至一第二二向色分束器5338，該第二二向色分束器亦自第三光源5335接收光。第三光源5335可將光穿過一對匹配之中繼透鏡5001透射至一鏡5003。另外，第一二向色分束器5336可自第三光源5335及第二光源5334接收且將該光透射至第一鏡筒透鏡5381。來自第一光源、第二光源及第三光源之光通過第一鏡筒透鏡5381且被透射至一第三二向色分束器5339及濾光器更換器(changer)5005。第三二向色分束器可反射光之一部分且將光透射穿過濾光器更換器5005中之一或多個濾光器並到達物鏡5340，該物鏡可為具有可按需要被切換之複數個不同物鏡之一物鏡更換器。某些光可通過第三二向色分束器5339且由一光束擋塊5007終止或吸收。自第三二向色分束器5339反射之光通過物鏡5340以照明樣本平面5320，該樣本平面可為一微流體裝置之一部分(諸如本文中所闡述之隔絕圍欄)。經組合光可用於照明、加熱及/或激發樣本平面5320中之樣本。光可自樣本平面5320被反射及/或被發射以往回通過物 鏡更換器5340、穿過濾光器更換器5005且穿過第三二向色分束器5339以到達一第二鏡筒透鏡5382。光可通過第二鏡筒透鏡5382(或成像鏡筒透鏡5382)且自一鏡5015被反射至一成像感測器5348。雜散光擋板5009、5011及5013可放置於第一鏡筒透鏡5381與第三二向色分束器5339之間、第三二向色分束器5339與第二鏡筒透鏡5382之間及第二鏡筒透鏡5382與成像感測器5348之間。
圖6A係根據本發明之某些其他實施例之包含一光學設備2350之一系統2000的一示意圖，該光學設備具有一激發濾光器2346a及一發射濾光器2346b。激發濾光器及發射濾光器可被插入至光學設備2350之光學路徑中。第一鏡筒透鏡2381、第二鏡筒透鏡2382及物鏡2340形成無限遠校正之光學組態，使得可將分束器2338、激發濾光器2346a及發射濾光器2346b容易地引入至光學設備2350之光學路徑中而不引入球面像差。
圖6B係根據本發明之某些其他實施例之包含一光學設備3350之一系統3000的一示意圖，其中一分束器3338經組態以反射來自一第一光源3332之光束。分束器可經組態以透射或反射來自第一光源之光束，且反射或透射來自物鏡之光束，分別如圖4A及圖6B中所展示。
返回參考圖4A，光學設備可包括物鏡1340，該物鏡具體經設計且經組態以用於觀看及操縱微流體裝置1320中之微物件。舉例而言，習用顯微鏡物鏡經設計以在一載片(slide)上或透過5mm之水性流體而觀看微物件，而微流體裝置1320中之微物件在複數個隔絕圍欄1226內部，該複數個隔絕圍欄具有20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米或其間的任何值之一深度。在某些實施例中，具有約750微米之一厚度之一透明蓋1320a(舉例而言，玻璃或ITO蓋)可放置於複數個隔絕圍 欄1226之頂部上。因此，藉由使用習用顯微鏡物鏡而獲得之微物件之影像可具有大的像差(諸如球面像差及色像差)，該等大的像差可使影像之品質降級。光學設備1350之物鏡1340可經組態以校正光學設備1350中之球面像差及色像差。
圖6C係根據本發明之仍某些其他實施例之包含一光學設備4350之一系統4000的一示意圖，該光學設備具有用以補償由一物鏡4340所致之像差之一校正透鏡4340b。物鏡4340可為一習用顯微鏡物鏡，舉例而言來自Olympus或Nikon之具有一放大率4X、10X、20X等之一物鏡。由於光學設計之複雜性，因此重新設計顯微鏡物鏡可為極具挑戰性且昂貴的。在某些實施例中，校正透鏡4340b可用於補償、校正及最小化因使用一習用顯微鏡物鏡4340而產生之殘餘像差。舉例而言，校正透鏡4340b可插入於物鏡4340與分束器1338之間。針對另一實例，校正透鏡可插入於物鏡與微流體裝置之間。在某些其他實施例中，第一鏡筒透鏡及第二鏡筒透鏡可經組態以最小化習用顯微鏡物鏡之殘餘像差。
再次，返回參考圖4A，用於對微物件進行成像及操縱之系統1000之光學設備1350通常由於有限之可用空間而具有機械約束。光學設備1350之鏡筒透鏡1381、1382必須經具體設計且經組態以滿足機械及光學要求。在某些實施例中，第一鏡筒透鏡可具有約155mm或約162mm之一焦距且第二鏡筒透鏡可具有約180mm之一焦距。在某些其他實施例中，第一鏡筒透鏡可具有約180mm之一焦距且第二鏡筒透鏡可具有約200mm之一焦距。
光學設備1350之鏡筒透鏡1381、1382之一前焦點與一後焦點之共軛以與一習用鏡筒透鏡之共軛不同之方式定位。一般而言，針對一習用鏡筒 透鏡，一「後焦距(BFL)」與「前焦距(FFL)」係大約相等的。習用鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點之共軛通常自鏡筒透鏡之一中點等距間隔開且係對稱的。然而，針對光學設備1350，物鏡1340與第一鏡筒透鏡1381之間的「無限空間」必須經組態以滿足機械約束。在某些實施例中，必須使「無限空間」最大化。在某些實施例中，必須使「無限空間」最小化。在某些實施例中，與第一鏡筒透鏡1381之前焦點對應之一共軛點必須儘可能遠離鏡筒透鏡1381之邊緣而定位，以便使機械空間可用。在某些實施例中，與第一鏡筒透鏡1381之後焦點對應之另一共軛點必須儘可能接近於鏡筒透鏡1381之邊緣而定位，以便使自鏡筒透鏡至結構化光調變器之距離最小化。因此，鏡筒透鏡1381之BFL必須經設計或經組態以被最小化。在某些其他實施例中，鏡筒透鏡1381之BFL必須經設計或經組態以被最大化。
類似地，在某些實施例中，物鏡1340與第二鏡筒透鏡1382之間的「無限空間」必須被最大化。在某些其他實施例中，物鏡1340與第二鏡筒透鏡1382之間的「無限空間」必須被最小化。舉例而言，若第二鏡筒透鏡1382具有180mm之一有效焦距(EFL)，則在一習用鏡筒透鏡設計中，共軛(其係前焦點與後焦點)將在兩側上係距鏡筒透鏡1382之中點180mm處。在光學設備1350中，為了使物鏡1340與第二鏡筒透鏡1382之間的「無限空間」最大化，鏡筒透鏡1382之BFL可經組態或經設計以被最小化、儘可能地短。在某些其他實施例中，鏡筒透鏡1382之BFL可經組態或經設計以最大化、儘可能地長。因此，光學設備1350之鏡筒透鏡1381、1382之一前焦點與一後焦點之共軛並非自中點等距間隔開且並非對稱的。
圖7A係光學設備之一鏡筒透鏡7381之一光學示意圖，該鏡筒透鏡具有155mm之一EFL。目前不存在具有短於162mm之一EFL之市售鏡筒透鏡。難以設計具有155mm之一短EFL之鏡筒透鏡，此乃因通過鏡筒透鏡之光束以一大的角度彎曲，從而形成大的像差。必須加以特別考量以便使鏡筒透鏡與物鏡之間的「無限」空間最小化。鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自鏡筒透鏡之一中點等距間隔開且並非對稱定位。鏡筒長度之BFL被最小化。舉例而言，在某些實施例中，鏡筒長度之BFL係約133mm、134mm、135mm或136mm。
舉例而言，具有EFL 155mm之鏡筒透鏡可包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及約91mm之一正曲率半徑；一第二表面，其具有一凸面形狀及約42mm之一正曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及約-62mm之一負曲率半徑；以及一第四表面，其具有一凹面形狀及約-116mm之一負曲率半徑。鏡筒透鏡可具有一通光孔徑，該通光孔徑具有大於44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm之一直徑。舉例而言，鏡筒透鏡可具有一通光孔徑，該通光孔徑具有約48mm之一直徑。
圖7B係光學設備之一鏡筒透鏡7381’之一光學示意圖，該鏡筒透鏡具有162mm之一EFL。鏡筒透鏡可包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及約95mm之一正曲率半徑；一第二表面，其具有一凸面形狀及約54mm之一正曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及約-56mm之一負曲率半徑；以及一第四表面，其具有一凹面形狀及約-105mm之一負曲率半徑。鏡筒透鏡具有一通光孔徑，該通光孔徑具有大於44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm之一直徑。舉例而言，鏡筒透鏡 可具有一通光孔徑，該通光孔徑具有約48mm之一直徑。鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自一中點等距間隔開且並非對稱定位。鏡筒長度之BFL被最小化。舉例而言，在某些實施例中，鏡筒長度之BFL係約144mm、145mm、146mm或147mm。
圖7C係光學設備之一鏡筒透鏡7381”之一光學示意圖，該鏡筒透鏡具有180mm之一EFL。鏡筒透鏡可包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及約95mm之一正曲率半徑；一第二表面，其具有一凸面形狀及約64mm之一正曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及約-60mm之一負曲率半徑；以及一第四表面，其具有一凹面形狀及約-126mm之一負曲率半徑。鏡筒透鏡具有一通光孔徑，該通光孔徑具有大於44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm之一直徑。舉例而言，鏡筒透鏡可具有一通光孔徑，該通光孔徑具有約48mm之一直徑。鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自一中點等距間隔開且並非對稱定位。鏡筒長度之BFL被最小化。舉例而言，在某些實施例中，鏡筒長度之BFL係161mm、162mm、163mm、164mm或165mm。
圖7D係光學設備之一鏡筒透鏡7381'''之一光學示意圖，該鏡筒透鏡具有200mm之一EFL。鏡筒透鏡可包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及約160mm之一正曲率半徑；一第二表面，其具有一凹面形狀及約-62mm之一負曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及約-80mm之一負曲率半徑；以及一第四表面，其具有一凹面形狀及約-109mm之一負曲率半徑。鏡筒透鏡具有一通光孔徑，該通光孔徑具有大於44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm、50mm之一直徑。舉例而言，鏡筒透鏡可具有一通光孔徑，該通光孔徑具有約48mm之一直徑。鏡筒透鏡之一 前焦點與一後焦點並非自一中點等距間隔開且並非對稱定位。鏡筒長度之BFL被最小化。舉例而言，在某些實施例中，鏡筒長度之BFL係189mm、190mm、191mm或192mm。舉例而言，鏡筒長度之BFL可為191.08mm。
表1概述光學設備之鏡筒透鏡之BFL之實例。表2展示光學設備之具有155mm之一EFL的一鏡筒透鏡之透鏡資料之一實例。表3展示光學設備之具有162mm之一EFL的一鏡筒透鏡之透鏡資料之一實例。表4展示光學設備之具有180mm之一EFL的一鏡筒透鏡之透鏡資料之一實例。表5展示光學設備之具有200mm之一EFL的一鏡筒透鏡之透鏡資料之一實例。
Figure 106142309-A0305-02-0079-1
Figure 106142309-A0305-02-0080-2
Figure 106142309-A0305-02-0080-3
Figure 106142309-A0305-02-0081-4
Figure 106142309-A0305-02-0081-6
圖8A圖解說明可由光學系統8000使用之一光學組態之另一實施例。一第一光源8332(亦即，一雷射)可將光發射至一透鏡中繼器8001。光可通過透鏡中繼器以到達一第一鏡8003，該第一鏡可將光反射穿過一第一二向色分束器8336。第一二向色分束器8336亦自一第二光源8334(亦即， 一明場LED)接收光且將彼光連同來自第一光源之光一起反射以通過一第二二向色分束器8338。第二二向色分束器8338亦可自一第三光源8335接收光，該第三光源可首先將光發射至一結構化光調變器8330，該結構化光調變器可將光之全部或一部分反射至第二二向色分束器8338。用於透鏡中繼器8001之一中間雷射焦平面8017可位於第一二向色分束器8336與第二二向色分束器8338之間。第二二向色分束器反射來自第三光源8335之光且使光自第一光源8332及第二光源8334通過以到達一第一鏡筒透鏡8381。經組合光通過第一鏡筒透鏡8381以到達一第一濾光器8346且然後到達一第三二向色分束器8339，該第三二向色分束器可將光反射至一物鏡8340，該物鏡將光聚焦至一樣本平面8320上。樣本平面8320由經組合光照明、加熱及/或激發，且可回應於激發而發射光，該光可往回通過物鏡8340且然後通過第三二向色分束器8339、穿過一第二濾光器8347、穿過一第二鏡筒透鏡8382並到達一成像感測器(亦即，一相機)。
圖8B圖解說明可由光學系統8000’使用之一光學組態之另一實施例，該光學系統具有一第一光源8332(亦即，一雷射)、一第二光源8334(亦即，一明場LED)及一第三光源8335。第二光源8334可將光發射至一第一鏡8003，該第一鏡可將光反射至並穿過一第一二向色分束器8336。第一二向色分束器8336亦可自一第三光源8335接收光，該第三光源可首先將光發射至一結構化光調變器8330，該結構化光調變器可將光之全部或一部分反射至第一二向色分束器8336。光穿過第一二向色分束器8336反射或透射至一第一濾光器8346，且然後至一第二二向色分束器8338，該第二二向色分束器將光反射至一物鏡8340。一第一光源8332可將光發射至並穿過一準直透鏡8019且發射至一第三二向色分束器8339，該第三二向 色分束器將光反射穿過一第二濾光器、穿過第二二向色分束器8338並到達物鏡8340。來自所有光源之經組合光由物鏡8340聚焦至樣本平面上，該樣本平面可在激發之後將光往回發射穿過物鏡8340、穿過第二二向色分束器8338、穿過第二濾光器8347、穿過第三二向色分束器8339、穿過一第二鏡筒透鏡8382並到達一成像感測器8348(亦即，一相機)。
圖8C圖解說明可由光學系統8000”使用之一光學組態之另一實施例，該光學系統具有一第一光源8332(亦即，一雷射)、一第二光源8334(亦即，一明場LED)及一第三光源8335。第二光源8334可將光發射至一第一鏡8003，該第一鏡可將光反射至並穿過一第一二向色分束器8336。第一二向色分束器8336亦可自一第三光源8335接收光，該第三光源可首先將光發射至一結構化光調變器8330，該結構化光調變器可將光之全部或一部分反射至第一二向色分束器8336。光被反射或透射穿過第一二向色分束器8336、穿過一第一鏡筒線8381並穿過一第二二向色分束器8338。第二二向色分束器8338亦可自第一光源8332接收光，該第一光源可在自第二二向色分束器8338被反射之前首先將光發射穿過一準直透鏡8019。被反射及透射穿過第二二向色分束器8338之光穿過一第一濾光器8346透射至一第三二向色分束器8339，該第三二向色分束器將光反射至一物鏡8340，該物鏡將光聚焦至一樣本平面8320上。樣本可藉由激發而發射光且亦反射光，該光往回通過物鏡8340、穿過第三二向色分束器8339、穿過一第二濾光器8347、穿過一第二鏡筒透鏡8382並到達一成像感測器8348(亦即，一相機)。
圖8D圖解說明可由光學系統8000'''使用之一光學組態之仍另一實施例，該光學系統具有一第一光源8332(亦即，一雷射)、一第二光源8334 (亦即，一明場LED)及一第三光源8335。第二光源8334可將光發射至一第一鏡8003，該第一鏡可將光反射至並穿過一第一二向色分束器8336。第一二向色分束器8336亦可自一第三光源8335接收光，該第三光源可首先將光發射至一結構化光調變器8330，該結構化光調變器可將光之全部或一部分反射至第一二向色分束器8336。光被反射或透射穿過第一二向色分束器8336、穿過一第一鏡筒線8381、穿過一第一濾光器8346並到達一第二二向色分束器8338，該第二二向色分束器將光穿過一第三二向色分束器8339反射至一物鏡8340。第一光源8332可將光穿過一準直透鏡8019發射至第三二向色分束器8339，該第三二向色分束器可將光反射至物鏡8340。經組合光可由物鏡聚焦至樣本平面8320上以照明、加熱及/或激發樣本。光可自樣本被往回反射及發射穿過物鏡8340、穿過第三二向色分束器8339、穿過第二二向色分束器8338、穿過一第二鏡筒透鏡8382並到達一成像感測器8348(亦即，一相機)。
圖9A及圖9B圖解說明一角度成像技術(亦稱為傅立葉同調繞射顯微術(FPM))之使用，該角度成像技術可被併入至本文中所闡述之實施例中之任一者中。角度成像技術可用於在不增加物鏡之放大倍數(power)之情況下增加影像解析度。舉例而言，此允許一10X物鏡達成20X解析度。FPM藉由自複數個不同角度拍攝複數個相對低解析度影像而工作。使用在空間域與傅立葉域之間進行切換之一反覆程序而自複數個影像以計算方式產生一較高解析度影像。
在步驟1中，FPM方法藉由以下操作而開始：拍攝一初始低解析度影像；將該初始低解析度影像指派為一初始高解析度影像；及將一傅立葉變換應用於該影像以在傅立葉域中形成寬光譜。
在步驟2中，藉由應用一低通濾光器而選擇光譜之一小子區域且然後應用一傅立葉變換以在空間域中產生一新的低解析度目標影像。低通濾光器形狀係與物鏡之同調傳送功能對應之一圓形光瞳。低通濾光器之位置經選擇以與被處理之影像之照明角度對應。
在步驟3中，用在當前照明角度下獲得之低解析度量測之平方根來替換目標影像之振幅分量，從而形成一經更新低解析度目標影像。將一傅立葉變換應用於經更新低解析度目標影像，該經更新低解析度目標影像用於替換初始高解析度傅立葉空間之對應子區域。
在步驟4中，針對其他子區域而重複步驟2及3，從而確保子區域與鄰近子區域重疊以確保會聚，且針對所有影像而重複該程序。
在步驟5中，重複步驟2至4直至在傅立葉空間中達成一自相容解為止。然後應用一傅立葉變換以將收斂之解帶回至空間域，此係最終高解析度影像。
圖9A圖解說明光學列之一經簡化部分，該光學列包含結構化光調變器9330、一鏡筒透鏡9381、一物鏡9340及樣本平面9320。在圖9A中，鏡筒透鏡9381與物鏡9340之間的光被準直，且物鏡9340然後將經準直光聚焦至樣本平面9320上。圖9B圖解說明在結構化光調變器9330與鏡筒透鏡9381之間添加可用於FPM之一滑動透鏡9001。滑動透鏡9001可以可滑動方式插入及自光學列移除。在某些實施例中，系統可具有可各自以可滑動方式插入及移除之一或多個不同滑動透鏡9001。在某些實施例中，滑動透鏡之位置可經調整以自一不同角度產生一不同影像。滑動透鏡之插入致使(i)自鏡筒透鏡9381行進至物鏡9340之光到達鏡筒透鏡9381與物鏡9340之間的一焦點(而非被準直)，以及(ii)自物鏡9340行進至樣本平面9320之 光被準直而非到達一焦點。藉由選擇性地照亮結構化光調變器9330之不同區段，撞擊樣本平面9320之光將以不同角度到達。以來自數個角度之光而照明之樣本平面9320之影像然後如上文所闡述而經組合以產生一較高解析度影像。結構化光調變器可被劃分成至少8個不同區段(使得利用以不同角度到達樣本平面之光而產生至少8個影像)以便達成較高解析度。將結構化光調變器劃分成甚至更多區段(諸如12個、16個、20個、24個等不同區段)以產生不同角度/影像將會產生更佳解析度。
系統可包含具有一處理器及記憶體之一計算裝置，該計算裝置經程式化以執行上文所闡述之FPM計算。
在本文中揭示操縱一樣本之一或多個微物件之一方法之各種實施例。該方法可包括一步驟：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至具有一殼體之一微流體裝置中。舉例而言，該微流體裝置可包括一基板(其具有一表面及位於該表面上之複數個介電泳(DEP)電極)及一流動區域以及複數個隔絕圍欄，該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄流體連接至該動區域。
該方法可包括一步驟：跨越該微流體裝置而施加一電壓電位。該方法可包括一步驟：藉由使用一光學設備而毗鄰於位於該微流體裝置內之至少一個微物件來選擇性地啟動一DEP力。
該光學設備可用於將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之一第一位置上，其中該第一位置經定位毗鄰於該基板之該表面上之一第二位置，該第二位置位於該至少一個微物件底下。
該光學設備可包括一第一光源、一結構化光調變器、一第一鏡筒透鏡及一第二鏡筒透鏡、一物鏡、一二向色分束器以及一影像感測器。該結 構化光調變器經組態以自該第一光源接收非結構化光且透射適合於選擇性地啟動該微流體裝置之該基板之該表面上之複數個DEP電極中之一或多者之結構化光。該第一鏡筒透鏡經組態以自該結構化光調變器擷取該結構化光且將該結構化光透射至一物鏡。該物鏡經組態以接收自該第一鏡筒透鏡透射之結構化光且將該結構化光投影於該微流體裝置之該殼體內，且其中該物鏡進一步經組態以接收自在該物鏡之一視域內之該殼體之至少一部分反射或發射之光。該二向色分束器可位於該第一鏡筒透鏡與該物鏡之間，其中該二向色分束器經組態以將自該第一鏡筒透鏡接收之結構化光透射至該物鏡且將自該物鏡接收之光反射至一第二鏡筒透鏡。該第二鏡筒透鏡經組態以自該二向色分束器接收經反射光且將該經反射光透射於一影像感測器上。該影像感測器經組態以自該第二鏡筒透鏡接收經反射光且記錄在該物鏡之該視域內之殼體之至少一部分的一影像。
該方法可包括一步驟：將藉由使用該光學設備而毗鄰於至少一個微物件所產生之該DEP力之位置移位以將該結構化光自光致動式微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置移動至該基板之該表面上之一第三位置。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：利用該影像感測器擷取該微流體裝置之該殼體之該至少一部分之該影像。在某些實施例中，該微流體裝置之該殼體之經成像部分包括至少一個隔絕圍欄及至少一個微物件。
在某些實施例中，該光學設備包括產生非結構化光之一第二光源，且其中該方法進一步包括使用該光學設備將來自該第二光源之該非結構化光投影至該微流體裝置之該殼體中，藉此在該殼體內提供明場照明。
在某些實施例中，該光學設備包括一雷射光源，且其中該方法進一步包括使用該光學設備將來自該雷射光源之雷射光投影至該微流體裝置之該殼體之該基板之該表面上。
在某些實施例中，該光學設備進一步包括定位於該結構化光調變器與該第一鏡筒透鏡之間的一第二二向色分束器，且其中由該結構化光調變器透射之結構化光由該第二二向色分束器反射至該第一鏡筒透鏡中。
在某些實施例中，由該第二光源產生之非結構化光穿過該第二二向色分束器透射至該第一鏡筒透鏡。在某些實施例中，由該雷射光源產生之該雷射光穿過該第二二向色分束器透射至該第一鏡筒透鏡。
在某些實施例中，被投影至該基板表面上之該第一位置上之結構化光包括複數個照明光點。在某些實施例中，該基板表面上之該第一位置位於該微流體裝置之該流動區域中，且其中該基板表面上之該第三位置位於該複數個隔絕圍欄中之該等隔絕圍欄中之一者內。
在某些實施例中，被投影至該基板表面上之該第一位置上之結構化光包括似一線段或一插入符號之一形狀。在某些實施例中，被投影至該基板表面上之該第一位置上之結構化光具有如一多邊形之輪廓之一形狀。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：藉由使用該光學設備而毗鄰於位於該微流體裝置內之複數個微物件來選擇性地啟動DEP力以將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之複數個第一位置上，其中該複數個第一位置中之每一者經定位毗鄰於該基板之該表面上之一對應第二位置，該對應第二位置位於該複數個微物件中之一對應微物件底下。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：將藉由使用該光學 設備而毗鄰於該複數個微物件所產生之該等DEP力之位置移位以將經成像結構化光自該基板表面上之該複數個第一位置移動至該基板表面上之複數個對應第三位置。
在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：擷取該殼體之至少一部分之一影像，包括僅對位於該殼體之被成像之部分中之該流動區域的一內部區以及每一隔絕圍欄進行成像，藉此減少總體雜訊以達成高影像品質。在某些實施例中，該方法可進一步包括一步驟：分析該影像以提供回饋及對該第一位置之調整。
本文中揭示一種對一樣本之一或多個微物件進行成像之方法。該方法可包括將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至具有一殼體之一微流體設備中，該殼體包括一流動區域。
該方法可包括使用被投影至該殼體之至少一部分中之複數個對應照明型樣來擷取該殼體之該至少一部分之複數個影像，該殼體含有該一或多個微物件，其中該複數個照明型樣中之每一照明型樣係使用結構化光而產生且不同於該複數個照明型樣中之其他照明型樣，且其中使用一光學設備來擷取該複數個影像。
該光學設備可包括一第一光源、一結構化光調變器、一第一鏡筒透鏡及一第二鏡筒透鏡、一物鏡、一二向色分束器以及一影像感測器。該結構化光調變器經組態以自該第一光源接收非結構化光且透射與複數個照明型樣中之任一者對應之結構化光。該第一鏡筒透鏡經組態以自該結構化光調變器擷取該結構化光且將該結構化光透射至一物鏡。該物鏡經組態以接收自該第一鏡筒透鏡透射之結構化光且進行投影，並且其中該物鏡進一步經組態以接收自該殼體之至少一部分內反射或發射之光。該二向色分束器 位於該第一鏡筒透鏡與該物鏡之間，該二向色分束器經組態以將自該第一鏡筒透鏡接收之結構化光透射至該物鏡且將自該物鏡接收之光反射至一第二鏡筒透鏡。該第二鏡筒透鏡經組態以接收並反射來自該二向色分束器之光且將經反射光透射於該影像感測器上。該影像感測器經組態以自該第二鏡筒透鏡接收經反射光且自該經反射光記錄一影像。該方法可進一步包括將該複數個影像組合以產生位於該殼體之部分中之一或多個微物件之一單個影像，其中該組合步驟包括處理該複數個影像中之每一者以移除離焦背景光。
在某些實施例中，該微流體設備包括一流動區域，且其中該一或多個微物件位於該流動區域中。在某些實施例中，該微流體設備包括一流動區域及複數個隔絕圍欄，該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄流體連接至該流動區域，且其中該一或多個微物件位於該複數個隔絕圍欄中之一或多者及/或該流動區域中。
在某些實施例中，被投影至該殼體之至少一部分中之複數個對應照明型樣與在該影像感測器處擷取之對應影像同時對焦。在某些實施例中，該複數個對應照明型樣經組態以掃描遍及該殼體內之該視域。
雖然已在本文中展示及闡述所揭示本發明之特定實施例，但將熟習此項技術者將理解，該等特定實施例並非意欲限制本發明，且熟習此項技術者將明瞭，可在不背離所揭示本發明之範疇之情況下做出各種改變及修改(例如，各種部分之尺寸)，該範疇將僅由隨附申請專利範圍及其等效物界定。因此，應將本說明書及圖式視為具有一說明性意義而非限制性意義。
[本發明之一些實施例的描述]
1.一種用於對一微流體裝置之一殼體中之微物件進行成像之光學設備，該光學設備包括：一結構化光調變器，其經組態以自一第一光源接收非結構化光束且反射或透射適合於照明位於該微流體裝置之殼體中之微物件之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束；一物鏡，其經組態以擷取並透射來自一視域之影像光束，該視域包括該微流體裝置之該殼體之至少一部分；一第一二向色分束器，其經組態以接收並反射或透射來自該第一鏡筒透鏡之該等結構化光束，且進一步經組態以接收並透射或反射來自該物鏡之該等影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二向色分束器之該等影像光束；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而形成該視域之一影像。
2.如實施例1之光學設備，其中該結構化光調變器包括至少15mm(例如，至少15.5mm、16.0mm、16.5mm、17.0mm或更大)之一作用區。
3.如實施例1或2之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有至少45mm之一通光孔徑。
4.如實施例3之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有經組態以自該結構 化光調變器擷取實質上所有光束(例如，自該結構化光調變器擷取所有或實質上所有結構化光束)之一通光孔徑。
5.如實施例1至4中任一項之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約162mm(例如，162mm+/-0.8mm)或更短之一有效焦距。
6.如實施例1至4中任一項之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約155mm(例如，155mm+/-0.8mm)之一有效焦距。
7.如實施例1至5中任一項之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約0.071至約0.085(或約0.074至約0.082，或者約0.076至約0.080)之一數值孔徑。
8.如實施例1至7中任一項之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡具有180mm+/-0.9mm(或更大)之一有效焦距。
9.如實施例1至7中任一項之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡具有200mm+/-1mm之一有效焦距。
10.如實施例1至9中任一項之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡具有約0.063至約0.077(或約0.066至約0.074，或者約0.068至約0.072)之一數值孔徑。
11.如實施例1至10中任一項之光學設備，其中該影像感測器包括至少16.5mm(例如，17.0mm、17.5mm、18.0mm、18.5mm、19.0mm或更大)之一作用區。
12.如實施例1至11中任一項之光學設備，其中該設備之特徵在於位於該物鏡背面處之一孔徑光闌，其中該孔徑光闌係至少25mm(至少26mm、27mm、28mm、29mm或更大，或者24mm至26mm)。
13.如實施例1至12中任一項之光學設備，其中該第一二向色分束器經組 態以(i)將來自該第一鏡筒透鏡之光束反射至該物鏡，及(ii)將來自該物鏡之光束透射至該第二鏡筒透鏡。
14.如實施例1至12中任一項之光學設備，其中該第一二向色分束器經組態以(i)將來自該第一鏡筒透鏡之光束透射至該物鏡，及(ii)將來自該物鏡之光束反射至該第二鏡筒透鏡。
15.如實施例1至14中任一項之光學設備，其中該物鏡經組態以使由該影像感測器形成之該視域之該影像中之像差最小化。
16.如實施例15之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡經組態以校正該物鏡之一殘餘像差。
17.如實施例15或16之光學設備，其進一步包括經組態以校正該物鏡之一殘餘像差之一校正透鏡。
18.如實施例1至17中任一項之光學設備，其中該結構化光調變器安置於該影像感測器之一共軛平面處。
19.如實施例1至18中任一項之光學設備，其中該設備經組態以執行共焦成像。
20.如實施例1至17中任一項之光學設備，其進一步包括一滑動透鏡，該滑動透鏡以可滑動方式定位於該結構化光調變器與該第一鏡筒透鏡之間，其中該滑動透鏡經組態以支援同調繞射顯微術。
21.如實施例1至20中任一項之光學設備，其進一步包括一第一光源。
22.如實施例21之光學設備，其中該第一光源具有至少10瓦特之一功率。
23.如實施例21或22之光學設備，其中由該結構化光調變器反射或透射之該等結構化光束適合於選擇性地啟動位於該微流體裝置之一基板 之一表面上或由該表面包括之複數個介電泳(DEP)電極中之一或多者。
24.如實施例21或22之光學設備，其進一步包括一第二光源(例如，一LED或雷射)。
25.如實施例24之光學設備，其中該第二光源經組態以提供非結構化明場照明。
26.如實施例24或25之光學設備，其中該第二光源包括一雷射。
27.如實施例1至26中任一項之光學設備，其進一步包括一第二二向色分束器。(例如，該第二二向色分束器經組態以將來自該結構化光調變器之結構化光束反射至該第一鏡筒透鏡；視情況，該第二二向色分束器亦可將來自該第二光源之非結構化光束透射至該第一鏡筒透鏡)
28.如實施例24至27中任一項之光學設備，其進一步包括一第三光源。
29.如實施例28之光學設備，其中該第三光源包括一雷射，且視情況，其中該第三光源之該雷射經組態以加熱該微流體裝置之一內部表面及/或位於該微流體裝置之該殼體內之一液體介質(例如，加熱達足以在該微流體裝置之該殼體內產生一氣泡之一量)。
30.如實施例1至29中任一項之光學設備，其進一步包括一嵌穴，其中該嵌穴經組態以固持該微流體裝置。
31.如實施例30之光學設備，其中該嵌穴進一步經組態以提供至該微流體裝置之至少一個電連接。
32.如實施例30或31之光學設備，其中該嵌穴進一步經組態以提供至該微流體裝置之流體連接。
33.如實施例1至32中任一項之光學設備，其中該微流體裝置包含一蓋， 該蓋包括玻璃，且其中該蓋具有約600微米或更大(例如，約600微米至約1000微米、約625微米至約850微米或約640微米至約700微米)之一厚度。
34.如實施例1至33中任一項之光學設備，其進一步包括用於將指令提供至該結構化光調變器之一控制單元，其中該等指令致使該結構化光調變器產生一或多個照明型樣。
35.如實施例34之光學設備，其中該等照明型樣隨時間變化(例如，一第一型樣由一第二型樣替換，該第二型樣由一第三型樣替換，以此類推，使得該型樣顯現為依據時間移動)。
36.一種用於對微物件進行成像之系統，該系統包括：一微流體裝置，其包括一殼體，其中該殼體包括一基板，該基板具有安置於該基板之一表面上或由該表面包括之複數個介電泳(DEP)電極；一光學設備，其經組態以用於對該微流體裝置之該殼體中之微物件進行成像，該光學設備包括：一結構化光調變器，其經組態以自一第一光源接收非結構化光且反射或透射適合於照明位於該微流體裝置之該殼體中之微物件之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束；一物鏡，其經組態以擷取並透射來自一視域之影像光束，該視域包括該微流體裝置之該殼體之至少一部分；一第一二向色分束器，其經組態以接收並反射或透射來自該第一鏡筒透鏡之該等結構化光束，且進一步經組態以接收並透射或反射來 自該物鏡之該等影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二向色分束器之該等影像光束；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而形成該視域之一影像；以及一嵌穴，其用於將該微流體裝置固持於一位置中，從而允許該微流體裝置由該光學設備成像。
37.如實施例36之系統，其中該光學設備係根據實施例2至29中任一項而組態。
38.如實施例36或37之系統，其中該嵌穴提供至該微流體裝置之至少一個電連接。
39.如實施例36至38中任一項之系統，其中該嵌穴提供至該微流體裝置之流體連接。
40.如實施例36至39中任一項之系統，其進一步包括用於將指令提供至該結構化光調變器之一控制單元，其中該等指令致使該結構化光調變器產生一或多個照明型樣。
41.如實施例40之系統，其中該等照明型樣隨時間變化(例如，一第一型樣由一第二型樣替換，該第二型樣由一第三型樣替換，以此類推，使得該型樣顯現為依據時間移動)。
42.一種操縱一樣本之一或多個微物件之方法，該方法包括：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至一微流體裝置中，該微流體裝置具有包括一基板之一殼體，其中該基板包括安置於該基板之一表面 上或由該表面包括之複數個光致動式介電泳(DEP)電極；跨越該微流體裝置而施加一電壓電位；藉由使用一光學設備而毗鄰於位於該微流體裝置內之至少一個微物件來選擇性地啟動一DEP力以將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之一第一位置上，其中該第一位置包括該複數個光致動式DEP電極中之一或多者且經定位毗鄰於該基板之該表面上之一第二位置，該第二位置位於該至少一個微物件底下，且其中該光學設備包括：一第一光源；一結構化光調變器，其經組態以自該第一光源接收非結構化光束且透射適合於選擇性地啟動該微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置處之該一或多個DEP電極的結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束；一物鏡，其經組態以擷取自該第一鏡筒透鏡透射之該等結構化光束且將該等結構化光束投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置上，且其中該物鏡進一步經組態以擷取並透射自一視域反射或發射之影像光束，該視域包括該微流體裝置之該殼體之至少一部分，該視域涵蓋該基板之該表面上之該第一位置及該第二位置；一第一二向色分束器，其經組態以將自該第一鏡筒透鏡接收之該等結構化光束反射或透射至該物鏡，且進一步經組態以透射或反射自該物鏡接收之影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二色分束器之該等影像光束；及 一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而記錄該視域之一影像；以及將藉由使用該光學設備而毗鄰於至少一個微物件所產生之該DEP力之位置移位以將該所投影結構化光自該微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置移動至該基板之該表面上之一第三位置，其中該第三位置亦包括該複數個光致動式DEP電極中之一或多者。
43.如實施例42之方法，其中該第三位置由該視域涵蓋。
44.如實施例42或43之方法，其中該第三位置與該第二位置重疊或涵蓋該第二位置。
45.如實施例42至44中任一項之方法，其進一步包括利用該影像感測器記錄該視域之一影像。
46.如實施例42至45中任一項之方法，其中該微流體裝置之該殼體包括一流動區域，至少一個隔絕圍欄流體連接至該流動區域。
47.如實施例46之方法，其中該視域涵蓋該至少一個隔絕圍欄中之一隔絕圍欄以及該流動區域之至少一部分。
48.如實施例42至47中任一項之方法，其中該光學設備包括產生非結構化光之一第二光源，且其中該方法進一步包括：使用該光學設備將來自該第二光源之該非結構化光投影至該微流體裝置之該殼體中，藉此在該殼體內提供明場照明。
49.如實施例42或48中任一項之方法，其中該光學設備包括一雷射光源，且其中該方法進一步包括：使用該光學設備將來自該雷射光源之雷射光投影至該微流體裝置之 該殼體內之一表面(例如，該基板之該表面上之一第四位置)上。
50.如實施例42至49中任一項之方法，其中該光學設備進一步包括定位於該結構化光調變器與該第一鏡筒透鏡之間的一第二二向色分束器，且其中由該結構化光調變器透射之該等結構化光束由該第二二向色分束器反射至該第一鏡筒透鏡中。
51.如實施例50之方法，其中由該第二光源產生之該非結構化光穿過該第二二向色分束器透射至該第一鏡筒透鏡。
52.如實施例50或51之方法，其中由該雷射光源產生之該雷射光穿過該第二二向色分束器透射至該第一鏡筒透鏡。
53.如實施例42至52中任一項之方法，其中被投影至該基板表面上之該第一位置上之該結構化光包括複數個照明光點。
54.如實施例46之方法，其中該基板表面上之該第一位置位於該微流體裝置之該流動區域中，且其中該基板表面上之該第三位置位於複數個隔絕圍欄中之該等隔絕圍欄中之一者內。
55.如實施例42至54中任一項之方法，其中被投影至該基板表面上之該第一位置上之該結構化光包括似一線段或一插入符號之一形狀。
56.如實施例55之方法，其中被投影至該基板表面上之該第一位置上之該結構化光具有如一多邊形(例如，諸如一正方形、矩形、菱形等之一四邊形、一五邊形或諸如此類)之輪廓之一形狀。
57.如實施例42至56中任一項之方法，其進一步包括：藉由使用該光學設備而毗鄰於位於該微流體裝置內之複數個微物件來選擇性地啟動DEP力以將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之複數個第一位置上，其中該複數個第一位置中之每一者包括該複數 個光致動式DEP電極中之一或多者且經定位毗鄰於該基板之該表面上之一對應第二位置，該對應第二位置位於該複數個微物件中之一對應微物件底下；及將藉由使用該光學設備而毗鄰於該複數個微物件所產生之該等DEP力之位置移位以將該所投影結構化光自該基板表面上之該複數個第一位置移動至該基板表面上之複數個對應第三位置。
58.如實施例47之方法，其中記錄該視域之一影像包括僅對位於該視域中之該流動區域之一內部區以及每一隔絕圍欄進行成像(例如，藉此減少總體雜訊以達成高影像品質)。
59.如實施例45之方法，其進一步包括分析該所記錄影像以提供回饋及對該第一位置之調整。
60.一種對一樣本之一或多個微物件進行成像之方法，該方法包括：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至一微流體裝置之一殼體中；使用被投影至涵蓋該殼體之至少一部分之一視域中之複數個對應照明型樣來擷取該視域之複數個影像，該殼體含有該一或多個微物件，其中該複數個照明型樣中之每一照明型樣係使用結構化光而產生且不同於該複數個照明型樣中之其他照明型樣，且其中使用一光學設備來擷取該複數個影像，該光學設備包括：一第一光源；一結構化光調變器，其經組態以自該第一光源接收非結構化光束且透射與該複數個照明型樣中之任一者對應之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器 之該等結構化光束；一物鏡，其經組態以擷取自該第一鏡筒透鏡透射之該等結構化光束且將該等結構化光束投影至由該視域涵蓋之該微流體裝置之該殼體之該至少一部分中，其中該物鏡進一步經組態以接收自該視域內反射或發射之影像光束；一第一二向色分束器，其經組態以將自該第一鏡筒透鏡接收之該等結構化光束反射或透射至該物鏡，且進一步經組態以透射或反射自該物鏡接收之影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二色分束器之該等影像光束；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而記錄該視域之一影像；以及將複數個數位影像組合以產生位於該視域中之該一或多個微物件之一共焦影像，其中該組合步驟包括處理該複數個影像中之每一者以移除離焦背景光。
61.如實施例60之方法，其中該微流體設備包括一流動區域，且其中該一或多個微物件位於該流動區域中。
62.如實施例60之方法，其中該微流體設備包括一流動區域及複數個隔絕圍欄，該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄流體連接至該流動區域，且其中該一或多個微物件位於該複數個隔絕圍欄中之一或多者及/或該流動區域中。
63.如實施例60至62中任一項之方法，其中被投影至該視域中之該複數 個對應照明型樣與在該影像感測器處擷取之該等對應影像同時對焦。
64.如實施例60至63中任一項之方法，其中該複數個對應照明型樣經組態以掃描遍及該視域。
65.一種屬於用於對微流體裝置中之微物件進行成像之一光學設備之鏡筒透鏡，該鏡筒透鏡包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及一第一曲率半徑；一第二表面，其具有一第二曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及一第三曲率半徑；一第四表面，其具有一凹面形狀及一第四曲率半徑；及一通光孔徑，其具有至少45mm之一直徑；其中該第一曲率半徑係正的，該第三曲率半徑係負的，且該第四曲率半徑係負的，並且其中該鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自該鏡筒透鏡之一中點等距間隔開且並非對稱定位。
66.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡之一後焦距(BFL)被最小化。
67.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約155mm(例如，155mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約135mm(例如，135mm+/-1mm)之一後焦距(BFL)。
68.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約162mm(例如，162mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約146mm(例如，146mm+/-1mm)之一後焦距(BFL)。
69.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約180mm(例如，180mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約164mm(例如，164mm+/-1mm)之一後焦距(BFL)。
70.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約200mm(例如，200mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約191mm(例如，191mm+/-1mm)之一後焦距(BFL)。
71.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約155mm(例如，155mm+/-0.78mm)之一有效焦距(EFL)，其中該第一曲率半徑係約91mm(例如，91mm+/-0.45mm)、該第二曲率半徑係約42mm(例如，42mm+/-0.21mm)、該第三曲率半徑係約-62mm(例如，-62mm+/-0.31mm)且該第四曲率半徑係約-116mm(例如，-116m+/-0.58mm)。
72.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約162mm(例如，162mm+/-0.81mm)之一有效焦距(EFL)，其中該第一曲率半徑係約95mm(例如，95mm+/-0.48mm)、該第二曲率半徑係約54mm(例如，54mm+/-0.27mm)、該第三曲率半徑係約-56mm(例如，-56mm+/-0.28mm)且該第四曲率半徑係約-105mm(例如，-105mm+/-0.53mm)。
73.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約180mm(例如，180mm+/-0.90mm)之一有效焦距(EFL)，其中該第一曲率半徑係約95mm(例如，95mm+/-0.48mm)、該第二曲率半徑係約64mm(例如，64mm+/-32mm)、該第三曲率半徑係約-60mm(例如，-60mm+/-0.30mm)且該第四曲率半徑係約-126mm(例如，-126mm +/-0.63mm)。
74.如實施例65之鏡筒透鏡，其中該鏡筒透鏡具有約200mm(例如，200mm+/-1.0mm)之一有效焦距(EFL)，其中該第一曲率半徑係約160mm(例如，160mm+/-0.80mm)、該第二曲率半徑係約-62mm(例如，-62mm+/-0.31mm)、該第三曲率半徑係約-80mm(例如，-80mm+/-0.40mm)且該第四曲率半徑係約-109mm(例如，-109mm+/-0.55mm)。
75.一種對一樣本之一或多個微物件進行成像之方法，該方法包括：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至一微流體裝置之一殼體中；使用被投影至涵蓋該殼體之至少一部分之一視域中之對應複數個光照明角度來擷取該視域之複數個影像，該殼體含有該一或多個微物件，其中使用一光學設備來擷取該複數個影像，該光學設備包括：一第一光源；一結構化光調變器，其經組態以自該第一光源接收非結構化光束且透射與複數個照明型樣中之任一者對應之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束；一物鏡，其經組態以擷取自該第一鏡筒透鏡透射之該等結構化光束且將該等結構化光束投影至由該視域涵蓋之該微流體裝置之該殼體之該至少一部分中，其中該物鏡進一步經組態以接收自該視域內反射或發射之影像光束；一第一二向色分束器，其經組態以將自該第一鏡筒透鏡接收之該 等結構化光束反射或透射至該物鏡，且進一步經組態以透射或反射自該物鏡接收之影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二色分束器之該等影像光束；一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束；及一滑動透鏡，其定位於該結構化光調變器與該第一鏡筒透鏡之間，其中該滑動透鏡經組態以支援同調繞射顯微術；以及將該複數個所擷取影像反覆地組合以產生具有比該等所擷取影像中之任一者高之解析度之一複合影像。
76.如實施例75之方法，其中該微流體設備包括一流動區域，且其中該一或多個微物件位於該流動區域中。
77.如實施例75之方法，其中該微流體設備包括一流動區域及複數個隔絕圍欄，該複數個隔絕圍欄中之每一隔絕圍欄流體連接至該流動區域，且其中該一或多個微物件位於該複數個隔絕圍欄中之一或多者及/或該流動區域中。
78.如實施例75至77中任一項之方法，其中該複數個所擷取影像包括至少八個影像(例如，至少10個、12個、16個、20個、24個或更多影像)。
79.如實施例75至78中任一項之方法，其中由源自該結構化光調變器之對應複數個不同部分之結構化光產生該複數個光照明角度。
80.如實施例79之方法，其中該結構化光調變器之該等不同部分係非重疊的(或實質上非重疊的)。
100:微流體裝置/裝置/光學致動之電動裝置
102:殼體
104:支撐結構
106:流動路徑/流/流動區域
107:埠/第一埠/第二埠/入口埠/入口閥
108:微流體電路結構
109:內表面
110:蓋
114:框架
116:微流體電路材料
120:微流體電路
122:微流體通道/通道/平行通道
124:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
126:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
128:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
130:微流體隔絕圍欄/隔絕圍欄/圍欄
132:微物件阱/阱/電路
134:側通路/通道
150:系統
152:控制與監測裝備
154:主控制器/外部主控制器
156:控制模組
158:數位記憶體/記憶體
160:介質模組
162:動力模組
164:成像模組
166:傾斜模組
168:其他模組
170:顯示裝置
172:輸入/輸出裝置
178:介質源
180:流體介質/介質/第一流體介質/第一介質
190:傾斜裝置
192:電源

Claims (47)

  1. 一種用於對一微流體裝置之一殼體中之微物件進行成像之光學設備，該光學設備包括：一結構化光調變器，其經組態以自一第一光源接收非結構化光束且反射或透射適合於照明位於該微流體裝置之殼體中之微物件之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束，該第一鏡筒透鏡包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及一第一曲率半徑；一第二表面，其具有一第二曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及一第三曲率半徑；一第四表面，其具有一凹面形狀及一第四曲率半徑；及一通光孔徑，其具有至少45mm之一直徑；其中該第一曲率半徑係正的，該第三曲率半徑係負的，且該第四曲率半徑係負的，並且其中該第一鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自該第一鏡筒透鏡之一中點等距間隔開；一物鏡，其經組態以擷取並透射來自一視域之影像光束，該視域包括該微流體裝置之該殼體之至少一部分；一第一二向色分束器，其經組態以接收並反射或透射來自該第一鏡筒透鏡之該等結構化光束，且進一步經組態以接收並透射或反射來自該物鏡之該等影像光束； 一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二向色分束器之該等影像光束；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而形成該視域之一影像。
  2. 如請求項1之光學設備，其中該結構化光調變器包括至少15mm之一作用區。
  3. 如請求項1之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約162mm或更短之一有效焦距。
  4. 如請求項1之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約155mm之一有效焦距。
  5. 如請求項4之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約0.071至約0.085之一數值孔徑。
  6. 如請求項1之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡之一後焦距(BFL)被最小化。
  7. 如請求項1之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約155mm(例如，155mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約135mm(例如，135mm+/-1 mm)之一後焦距(BFL)。
  8. 如請求項1之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約162mm(例如，162mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約146mm(例如，146mm+/-1mm)之一後焦距(BFL)。
  9. 如請求項1之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約180mm(例如，180mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約164mm(例如，164mm+/-1mm)之一後焦距(BFL)。
  10. 如請求項1之光學設備，其中該第一鏡筒透鏡具有約200mm(例如，200mm+/-1mm)之一有效焦距(EFL)及約191mm(例如，191mm+/-1mm)之一後焦距(BFL)。
  11. 如請求項1之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡具有約180mm或更長之一有效焦距。
  12. 如請求項11之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡具有約200mm之一有效焦距。
  13. 如請求項1之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡具有約0.063至約0.077之一數值孔徑。
  14. 如請求項1之光學設備，其中該影像感測器包括至少18.0mm之一作用區。
  15. 如請求項1之光學設備，其中該設備之特徵在於位於該物鏡背面處之一孔徑光闌，其中該孔徑光闌係至少25mm。
  16. 如請求項1之光學設備，其中該物鏡經組態以使由該影像感測器形成之該視域之該影像中之像差最小化。
  17. 如請求項16之光學設備，其中該第二鏡筒透鏡經組態以校正該物鏡之一殘餘像差。
  18. 如請求項16之光學設備，其進一步包括經組態以校正該物鏡之一殘餘像差之一校正透鏡。
  19. 如請求項1之光學設備，其中該結構化光調變器安置於該影像感測器之一共軛平面處。
  20. 如請求項1之光學設備，其中該第一光源具有至少10瓦特之一功率。
  21. 如請求項1之光學設備，其進一步包括一第二光源。
  22. 如請求項21之光學設備，其中該第二光源經組態以提供非結構化明 場照明。
  23. 如請求項21之光學設備，其中該第二光源包括一雷射。
  24. 如請求項1之光學設備，其進一步包括一第二二向色分束器。
  25. 如請求項22之光學設備，其進一步包括一第三光源，其中該第三光源包括一雷射，且其中該第三光源之該雷射經組態以加熱該微流體裝置之一內部表面及/或位於該微流體裝置之該殼體內之一液體介質。
  26. 如請求項1之光學設備，其進一步包括一嵌穴，其中該嵌穴經組態以固持該微流體裝置、提供至該微流體裝置之至少一個電連接、或提供至該微流體裝置之流體連接。
  27. 如請求項1之光學設備，其進一步包括用於將指令提供至該結構化光調變器之一控制單元，其中該等指令致使該結構化光調變器產生一或多個照明型樣。
  28. 如請求項27之光學設備，其中該一或多個照明型樣致使該微流體裝置之複數個DEP電極之一或多者之選擇性啟動。
  29. 一種用於對一微流體裝置之一殼體中之微物件進行成像之光學設備，該光學設備包括： 一結構化光調變器，其經組態以自一第一光源接收非結構化光束且反射或透射適合於照明位於該微流體裝置之該殼體中之微物件之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束一物鏡，其經組態以擷取並透射來自一視域之影像光束，該視域包括該微流體裝置之該殼體之至少一部分；一第一二向色分束器，其經組態以接收並反射或透射來自該第一鏡筒透鏡之該等結構化光束，且進一步經組態以接收並透射或反射來自該物鏡之該等影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二向色分束器之該等影像光束，其中該第二鏡筒透鏡包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及一第一曲率半徑；一第二表面，其具有一第二曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及一第三曲率半徑；一第四表面，其具有一凹面形狀及一第四曲率半徑；及一通光孔徑，其具有至少45mm之一直徑；其中該第一曲率半徑係正的，該第三曲率半徑係負的，且該第四曲率半徑係負的，並且其中該第二鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自該第二鏡筒透鏡之一中點等距間隔開；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而形成該視 域之一影像。
  30. 一種用於對一微流體裝置之一殼體中之微物件進行成像之系統，該系統包括：一光學設備，其經組態以用於對該微流體裝置之該殼體中之微物件進行成像，該光學設備包括：一結構化光調變器，其經組態以自一第一光源接收非結構化光且反射或透射適合於照明位於該微流體裝置之該殼體中之微物件之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束，該第一鏡筒透鏡包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及一第一曲率半徑；一第二表面，其具有一第二曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及一第三曲率半徑；一第四表面，其具有一凹面形狀及一第四曲率半徑；及一通光孔徑，其具有至少45mm之一直徑；其中該第一曲率半徑係正的，該第三曲率半徑係負的，且該第四曲率半徑係負的，並且其中該第一鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自該第一鏡筒透鏡之一中點等距間隔開；一物鏡，其經組態以擷取並透射來自一視域之影像光束，該視域包括該微流體裝置之該殼體之至少一部分；一第一二向色分束器，其經組態以接收並反射或透射來自該第一 鏡筒透鏡之該等結構化光束，且進一步經組態以接收並透射或反射來自該物鏡之該等影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二向色分束器之該等影像光束；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而形成該視域之一影像；以及一嵌穴，其用於將該微流體裝置固持於一位置中，從而允許該微流體裝置由該光學設備成像；以及用於將指令提供至該結構化光調變器之一控制單元，其中該等指令致使該結構化光調變器產生一或多個照明型樣。
  31. 如請求項30之系統，其中該光學設備係根據請求項2至28中任一項或請求項29而組態。
  32. 如請求項30之系統，其中該嵌穴提供至該微流體裝置之至少一個電連接。
  33. 如請求項30之系統，其中該嵌穴提供至該微流體裝置之流體連接。
  34. 如請求項30之系統，其中該等照明型樣隨時間變化。
  35. 如請求項30之系統，其中該結構化光調變器經組態以調整該一或多 個照明型樣以選擇性啟動該微流體裝置之複數個DEP電極之一或多者。
  36. 一種操縱一樣本之一或多個微物件之方法，該方法包括：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至一微流體裝置中，該微流體裝置具有包括一基板之一殼體，其中該基板包括安置於該基板之一表面上或由該基板之該表面包括之複數個光致動式介電泳(DEP)電極；跨越該微流體裝置而施加一電壓電位；藉由致使一光學設備將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之一第一位置上而選擇性地啟動毗鄰於位於該微流體裝置內之至少一個微物件之一DEP力，其中該第一位置包括該複數個光致動式DEP電極中之一或多者且經定位毗鄰於該基板之該表面上之一第二位置，該第二位置位於該至少一個微物件底下，且其中該光學設備包括：一第一光源；一結構化光調變器，其經組態以自該第一光源接收非結構化光束且反射或透射適合於選擇性地啟動該微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置處之該一或多個DEP電極的結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束，該第一鏡筒透鏡包括：一第一表面，其具有一凸面形狀及一第一曲率半徑；一第二表面，其具有一第二曲率半徑；一第三表面，其具有一凹面形狀及一第三曲率半徑；一第四表面，其具有一凹面形狀及一第四曲率半徑；及一通光孔徑，其具有至少45mm之一直徑； 其中該第一曲率半徑係正的，該第三曲率半徑係負的，且該第四曲率半徑係負的，並且其中該第一鏡筒透鏡之一前焦點與一後焦點並非自該第一鏡筒透鏡之一中點等距間隔開；一物鏡，其經組態以擷取自該第一鏡筒透鏡透射之該等結構化光束且將該等結構化光束投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置上，且其中該物鏡進一步經組態以擷取並透射自一視域反射或發射之影像光束，該視域包括該微流體裝置之該殼體之至少一部分，該視域涵蓋該基板之該表面上之該第一位置及該第二位置；一第一二向色分束器，其經組態以將自該第一鏡筒透鏡接收之該等結構化光束反射或透射至該物鏡，且進一步經組態以透射或反射自該物鏡接收之影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二向色分束器之該等影像光束；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而記錄該視域之一影像；以及藉由致使該光學設備將所投影之該結構化光自該微流體裝置之該基板之該表面上之該第一位置移動至該基板之該表面上之一第三位置而將毗鄰於至少一個微物件所產生之該DEP力之位置移位，其中該第三位置亦包括該複數個光致動式DEP電極中之一或多者。
  37. 如請求項36之方法，其中該光學設備包括請求項2至28中任一項或請 求項29項之光學設備。
  38. 如請求項36之方法，其中該微流體裝置之該殼體包括一流動區域，且至少一個隔絕圍欄流體連接至該流動區域，且該視域涵蓋該至少一個隔絕圍欄以及該流動區域之至少一部分。
  39. 如請求項36之方法，其中該光學設備包括產生非結構化光之一第二光源，且其中該方法進一步包括：使用該光學設備以將來自該第二光源之該非結構化光投影至該微流體裝置之該殼體中，藉此在該殼體內提供明場照明。
  40. 如請求項39之方法，其進一步包括以影像記錄器記錄該視域之一影像。
  41. 如請求項36之方法，其中該光學設備包括一雷射光源，且其中該方法進一步包括：使用該光學設備以將來自該雷射光源之雷射光投影至該微流體裝置之該殼體內之一表面上。
  42. 如請求項36之方法，其中被投影至該基板表面上之該第一位置上之該結構化光包括一或多個照明型樣。
  43. 如請求項42之方法，其中該微流體裝置之該殼體包括一流動區域， 該基板表面上之該第一位置位於該微流體裝置之該流動區域中，且其中該基板表面上之該第三位置位於複數個隔絕圍欄中之該等隔絕圍欄中之一者內。
  44. 如請求項36之方法，其進一步包括：藉由使用該光學設備以將結構化光投影至該微流體裝置之該基板之該表面上之複數個第一位置上而將毗鄰於位於該微流體裝置內之複數個微物件選擇性地啟動DEP力，其中該複數個第一位置中之每一者包括該複數個光致動式DEP電極中之一或多者且經定位毗鄰於該基板之該表面上之一對應第二位置，該對應第二位置位於該複數個微物件中之一對應微物件底下；及藉由使用該光學設備以將所投影之該結構化光自該基板表面上之該複數個第一位置移動至該基板表面上之複數個對應第三位置而將毗鄰於該複數個微物件所產生之該等DEP力之位置移位。
  45. 一種對一樣本之一或多個微物件進行成像之方法，該方法包括：將含有該一或多個微物件之該樣本裝載至一微流體裝置之一殼體中；擷取涵蓋含有該一或多個微物件之該殼體之至少一部分之一視域之複數個影像，此係使用被投影至該視域中之複數個對應照明型樣，其中該複數個照明型樣中之每一照明型樣係使用結構化光而產生且不同於該複數個照明型樣中之其他照明型樣，且其中使用一光學設備來擷取該複數個影像，該光學設備包括： 一第一光源；一結構化光調變器，其經組態以自該第一光源接收非結構化光束且透射與該複數個照明型樣中之任一者對應之結構化光束；一第一鏡筒透鏡，其經組態以擷取並透射來自該結構化光調變器之該等結構化光束；一物鏡，其經組態以擷取自該第一鏡筒透鏡透射之該等結構化光束且將該等結構化光束投影至由該視域涵蓋之該微流體裝置之該殼體之該至少一部分中，其中該物鏡進一步經組態以接收自該視域內反射或發射之影像光束；一第一二向色分束器，其經組態以將自該第一鏡筒透鏡接收之該等結構化光束反射或透射至該物鏡，且進一步經組態以透射或反射自該物鏡接收之影像光束；一第二鏡筒透鏡，其經組態以接收並透射來自該第一二向色分束器之該等影像光束；及一影像感測器，其經組態以自該第二鏡筒透鏡接收該等影像光束，其中該影像感測器基於自該第二鏡筒透鏡接收之該等影像光束而記錄該視域之一影像；以及將複數個數位影像組合以產生位於該視域中之該一或多個微物件之一共焦影像，其中該組合步驟包括處理該複數個影像中之每一者以移除離焦背景光。
  46. 如請求項45之方法，其中該光學設備係請求項1至28中任一項或請求項29之光學設備。
  47. 如請求項45之方法，其中被投影至該視域中之該複數個對應照明型樣與在該影像感測器處擷取之該等對應影像同時對焦。
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