具有血細(xì)胞計數(shù)能力的顆粒操縱系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有血細(xì)胞計數(shù)能力的顆粒操縱系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
不適用。
[0002]關(guān)于聯(lián)邦資助研宄的聲明不適用。
[0003]關(guān)于縮微膠片附件的聲明不適用。
【背景技術(shù)】
[0004]本發(fā)明涉及一種用于操縱微制造流體通道中的小顆粒的系統(tǒng)和方法。
[0005]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是非常小的，常常是使用表面或塊體平版印刷處理技術(shù)(諸如用來制造半導(dǎo)體器件的那些)在基板上實現(xiàn)的可移動結(jié)構(gòu)。MEMS器件可以是例如可移動致動器、傳感器、閥、活塞或開關(guān)，具有幾微米至數(shù)百微米的特性尺寸。可移動MEMS開關(guān)例如可用來將一個或多個輸入端子連接到一個或多個輸出端子，其全部是在基板上微制造的。用于可移動開關(guān)的致動裝置可以是例如熱、壓電、靜電或磁性的。可在半導(dǎo)體基板上制造MEMS器件，其可操縱在液流中經(jīng)過MEMS器件的顆粒。
[0006]例如，可使用諸如可移動閥之類的MEMS器件作為用于對來自液流的各種顆粒、諸如來自血液的細(xì)胞進(jìn)行分類的分類機(jī)構(gòu)。顆粒可被傳送至包含在微通道中的液流(其在壓力下流動)內(nèi)的分類器件。在到達(dá)MEMS分類器件時，分類器件將諸如血液干細(xì)胞之類的感興趣顆粒指引到分離的容器，并將液流的其余部分指引到廢物容器。
[0007]基于MEMS的細(xì)胞分類器系統(tǒng)相比于稱為流動血細(xì)胞計數(shù)器的現(xiàn)有熒光激活細(xì)胞分類系統(tǒng)(FACS)可具有顯著的優(yōu)點。流動血細(xì)胞計數(shù)器一般地是大的且昂貴的系統(tǒng)，其基于來自被附加于感興趣細(xì)胞的標(biāo)簽的熒光信號而將細(xì)胞分類。細(xì)胞被稀釋并懸浮在鞘液中，并且然后經(jīng)由通過噴嘴的快速解壓而分離成單個微滴。在從噴嘴噴射之后，微滴基于來自標(biāo)簽的熒光信號而被靜電地分離到不同的料箱中。由于解壓而引起的細(xì)胞損壞或功能喪失、樣本之間的困難且昂貴的消毒程序、不能沿著不同的參數(shù)對子群分類以及擁有、操作和維護(hù)這些大型昂貴的各臺設(shè)備所必需的相當(dāng)大的訓(xùn)練是在這些系統(tǒng)的問題之中。由于至少這些原因，流動血細(xì)胞計數(shù)器的使用已局限于大型醫(yī)院和實驗室且該技術(shù)還不是較小實體可得到的(accessible)。
[0008]針對此類基于MEMS的顆粒分類器件的多個專利已被許可。例如，美國專利號美國專利6，838，056針對一種基于MEMS的細(xì)胞分類器件。美國專利號7，264，972 bl針對一種用于基于MEMS的細(xì)胞分類器件的微機(jī)械致動器。美國專利號7，220，594針對用MEMS細(xì)胞分類裝置制造的光學(xué)結(jié)構(gòu)，并且美國專利號7，229，838針對一種用于操作基于MEMS的顆粒分類系統(tǒng)的致動機(jī)構(gòu)。另外，美國專利申請?zhí)?3/374，899和13/374，898提供了其它MEMS設(shè)計的更多細(xì)節(jié)。這些專利和專利申請公開中的每一個被特此通過引用并入，并且每個被指派給本發(fā)明的受讓人 Innovative Micro Technology and Owl b1medicalo

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于MEMS的顆粒分類系統(tǒng)的一個特征是可貫穿分類過程而將流體約束于在半導(dǎo)體基板中形成的小的微制造通道。MEMS器件可以是將目標(biāo)顆粒與樣本流的其它組成部分分離的閥。MEMS器件可在信號指示存在目標(biāo)顆粒時使從一個通道到另一通道中的顆粒流動改向。此信號可以是來自熒光標(biāo)簽的光子，該熒光標(biāo)簽被附加于目標(biāo)顆粒且被MEMS器件上游的詢問區(qū)中的激光照明激勵。因此，MEMS器件可以是對流體樣本進(jìn)行操作的顆?；蚣?xì)胞分類器。
[0010]然而，更一般地，可通過包括對在液流中流動的目標(biāo)顆粒進(jìn)行加熱、加標(biāo)簽、充電、改變或毀壞的某些操縱來操縱液流中的顆粒而不是將其分類。在這種情形中，可用諸如在上述FACS流動血細(xì)胞計數(shù)器中使用的熒光激活檢測將目標(biāo)顆粒與非目標(biāo)顆粒區(qū)別開。然后可通過顆粒操縱級來操縱所識別細(xì)胞?？捎迷诨迳现圃斓膶δ繕?biāo)顆粒進(jìn)行加熱、加標(biāo)簽、充電、改變或毀壞的微制造器件來實現(xiàn)此操縱。該制造基板還可包括通向和來自顆粒操縱級的微制造通道。
[0011]描述了一種利用為顆粒操縱系統(tǒng)、諸如在上述專利中公開的那些所特有的此架構(gòu)的系統(tǒng)和方法。這些技術(shù)可形成具有血細(xì)胞計數(shù)能力的顆粒操縱系統(tǒng)，如下所述。微制造器件可用來操縱包含在微制造通道中的液流中的顆粒。在此系統(tǒng)和方法中，在微流體路徑內(nèi)存在多個詢問區(qū)，其中一個激光詢問區(qū)在MEMS器件的上游，并且至少一個附加激光詢問區(qū)在MEMS器件下游。該附加激光詢問區(qū)可用來確定微制造操縱器件的性能。
[0012]因此，具有血細(xì)胞計數(shù)能力的顆粒操縱系統(tǒng)可包括被指引到形成于基板中的微通道的第一部分中的第一激光詢問區(qū)中的激光、形成于基板中的至少一個顆粒操縱級以及被指引到形成于在基板中形成的微通道的第二部分中的至少一個附加激光詢問區(qū)中的激光，其中，微通道的第一部分被設(shè)置在顆粒操縱級的上游，并且微通道的第二部分被設(shè)置在顆粒操縱級的下游，并且該顆粒操縱級包括在包括微流體通道的基板上微制造的可移動結(jié)構(gòu)。
[0013]在一個實施例中，MEMS器件是襟翼型細(xì)胞分類器，其將目標(biāo)細(xì)胞(例如癌細(xì)胞、精細(xì)胞、干細(xì)胞)與液流的其它組成部分分類。MEMS分類器可以是襟翼(flap)或轉(zhuǎn)向器(diverter)，其被下拉到通道中以響應(yīng)于通道中的目標(biāo)顆粒的檢測而使流動改向。此襟翼將流動指引到分類通道而不是廢物通道中。
[0014]在一個實施例中，可將附加詢問區(qū)設(shè)置在分類通道中，在那里由MEMS分類器來指引目標(biāo)顆粒。通過對目標(biāo)顆粒與非目標(biāo)顆粒的比例進(jìn)行計數(shù)，可以確定分類器的有效性，并且可以隨著分類過程的進(jìn)行而調(diào)整性質(zhì)或參數(shù)。
[0015]在以下詳細(xì)描述中描述了這些及其它特征和優(yōu)點或根據(jù)以下詳細(xì)描述，其是顯而易見的。
【附圖說明】
[0016]參考以下各圖來描述各種示例性細(xì)節(jié)，其中:
圖1a是微制造顆粒操縱系統(tǒng)的簡化圖示；
圖1b是根據(jù)本發(fā)明的微制造顆粒操縱系統(tǒng)的簡化圖示；
圖2a是具有交叉點的微制造顆粒操縱系統(tǒng)的簡化圖示； 圖2b是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有交叉點的微制造顆粒操縱系統(tǒng)的簡化圖示；圖2c是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的具有交叉點的微制造顆粒操縱系統(tǒng)的簡化圖示；圖3a是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的微制造顆粒分類系統(tǒng)的簡化圖示，其中分類閥處于閉合位置中；
圖3b是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的微制造顆粒分類系統(tǒng)的簡化圖示，其中分類閥處于打開位置中；
圖4a是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的微制造顆粒分類系統(tǒng)的簡化圖示，其中分類閥處于閉合位置中；
圖4b是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的微制造顆粒分類系統(tǒng)的簡化圖示，其中分類閥處于打開位置中；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的微制造顆粒分類系統(tǒng)的簡化圖示，示出了與詢問區(qū)相比較的檢測器的視場；
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的微制造顆粒分類系統(tǒng)的一個實施例的更多細(xì)節(jié)的簡化圖示;
圖7是根據(jù)本發(fā)明的微制造顆粒分類系統(tǒng)的簡化系統(tǒng)級圖示，示出了各種光學(xué)部件的放置；
圖8示出了微制造顆粒分類系統(tǒng)的光學(xué)檢測系統(tǒng)的部件中的一個的更多細(xì)節(jié)；
圖9示出了微制造顆粒分類系統(tǒng)的光學(xué)檢測系統(tǒng)的部件中的另一個的更多細(xì)節(jié)；
圖1Oa是來自光學(xué)檢測器的信號波形的表示，示出了來自區(qū)域I的脈沖形狀相對于區(qū)域2的差別；
圖1Ob是來自光學(xué)檢測器的信號波形的表示，示出了高通濾波之后的來自區(qū)域I的脈沖形狀相對于圖2的差別；
圖1Oc是來自光學(xué)檢測器的信號波形的表示，示出了低通濾波之后的來自區(qū)域I的脈沖形狀相對于圖2的差別；
圖11是來自光學(xué)檢測器的信號波形的表示，示出了來自區(qū)域I的脈寬相對于圖2的差別；以及
圖12是具有多個激光詢問區(qū)的顆粒操縱系統(tǒng)的另一實施例的示意圖，具有多個激光源。
【具體實施方式】
[0017]本文所述的系統(tǒng)是可利用顆粒操縱系統(tǒng)的微通道架構(gòu)、諸如在上述專利中公開的那些的顆粒分類系統(tǒng)。更一般地，所述系統(tǒng)和方法描述了具有多個激光詢問區(qū)的顆粒操縱系統(tǒng)，其形成具有血細(xì)胞計數(shù)能力的顆粒操縱系統(tǒng)。所述多個激光詢問區(qū)可提供關(guān)于顆粒操縱的有效性或準(zhǔn)確度的信息，允許在該過程期間調(diào)整或控制該操縱。
[0018]在下面所討論的圖中，類似的參考數(shù)字意圖指的是類似結(jié)構(gòu)，并且以各種細(xì)