具有血细胞计数能力的颗粒操纵系统的制作方法
【专利说明】具有血细胞计数能力的颗粒操纵系统
[0001]相关申请的交叉引用
不适用。
[0002]关于联邦资助研宄的声明不适用。
[0003]关于缩微胶片附件的声明不适用。
【背景技术】
[0004]本发明涉及一种用于操纵微制造流体通道中的小颗粒的系统和方法。
[0005]微机电系统(MEMS)是非常小的，常常是使用表面或块体平版印刷处理技术(诸如用来制造半导体器件的那些)在基板上实现的可移动结构。MEMS器件可以是例如可移动致动器、传感器、阀、活塞或开关，具有几微米至数百微米的特性尺寸。可移动MEMS开关例如可用来将一个或多个输入端子连接到一个或多个输出端子，其全部是在基板上微制造的。用于可移动开关的致动装置可以是例如热、压电、静电或磁性的。可在半导体基板上制造MEMS器件，其可操纵在液流中经过MEMS器件的颗粒。
[0006]例如，可使用诸如可移动阀之类的MEMS器件作为用于对来自液流的各种颗粒、诸如来自血液的细胞进行分类的分类机构。颗粒可被传送至包含在微通道中的液流(其在压力下流动)内的分类器件。在到达MEMS分类器件时，分类器件将诸如血液干细胞之类的感兴趣颗粒指引到分离的容器，并将液流的其余部分指引到废物容器。
[0007]基于MEMS的细胞分类器系统相比于称为流动血细胞计数器的现有荧光激活细胞分类系统(FACS)可具有显著的优点。流动血细胞计数器一般地是大的且昂贵的系统，其基于来自被附加于感兴趣细胞的标签的荧光信号而将细胞分类。细胞被稀释并悬浮在鞘液中，并且然后经由通过喷嘴的快速解压而分离成单个微滴。在从喷嘴喷射之后，微滴基于来自标签的荧光信号而被静电地分离到不同的料箱中。由于解压而引起的细胞损坏或功能丧失、样本之间的困难且昂贵的消毒程序、不能沿着不同的参数对子群分类以及拥有、操作和维护这些大型昂贵的各台设备所必需的相当大的训练是在这些系统的问题之中。由于至少这些原因，流动血细胞计数器的使用已局限于大型医院和实验室且该技术还不是较小实体可得到的(accessible)。
[0008]针对此类基于MEMS的颗粒分类器件的多个专利已被许可。例如，美国专利号美国专利6，838，056针对一种基于MEMS的细胞分类器件。美国专利号7，264，972 bl针对一种用于基于MEMS的细胞分类器件的微机械致动器。美国专利号7，220，594针对用MEMS细胞分类装置制造的光学结构，并且美国专利号7，229，838针对一种用于操作基于MEMS的颗粒分类系统的致动机构。另外，美国专利申请号13/374，899和13/374，898提供了其它MEMS设计的更多细节。这些专利和专利申请公开中的每一个被特此通过引用并入，并且每个被指派给本发明的受让人 Innovative Micro Technology and Owl b1medicalo
【发明内容】
[0009]基于MEMS的颗粒分类系统的一个特征是可贯穿分类过程而将流体约束于在半导体基板中形成的小的微制造通道。MEMS器件可以是将目标颗粒与样本流的其它组成部分分离的阀。MEMS器件可在信号指示存在目标颗粒时使从一个通道到另一通道中的颗粒流动改向。此信号可以是来自荧光标签的光子，该荧光标签被附加于目标颗粒且被MEMS器件上游的询问区中的激光照明激励。因此，MEMS器件可以是对流体样本进行操作的颗粒或细胞分类器。
[0010]然而，更一般地，可通过包括对在液流中流动的目标颗粒进行加热、加标签、充电、改变或毁坏的某些操纵来操纵液流中的颗粒而不是将其分类。在这种情形中，可用诸如在上述FACS流动血细胞计数器中使用的荧光激活检测将目标颗粒与非目标颗粒区别开。然后可通过颗粒操纵级来操纵所识别细胞。可用在基板上制造的对目标颗粒进行加热、加标签、充电、改变或毁坏的微制造器件来实现此操纵。该制造基板还可包括通向和来自颗粒操纵级的微制造通道。
[0011]描述了一种利用为颗粒操纵系统、诸如在上述专利中公开的那些所特有的此架构的系统和方法。这些技术可形成具有血细胞计数能力的颗粒操纵系统，如下所述。微制造器件可用来操纵包含在微制造通道中的液流中的颗粒。在此系统和方法中，在微流体路径内存在多个询问区，其中一个激光询问区在MEMS器件的上游，并且至少一个附加激光询问区在MEMS器件下游。该附加激光询问区可用来确定微制造操纵器件的性能。
[0012]因此，具有血细胞计数能力的颗粒操纵系统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询问区中的激光、形成于基板中的至少一个颗粒操纵级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个附加激光询问区中的激光，其中，微通道的第一部分被设置在颗粒操纵级的上游，并且微通道的第二部分被设置在颗粒操纵级的下游，并且该颗粒操纵级包括在包括微流体通道的基板上微制造的可移动结构。
[0013]在一个实施例中，MEMS器件是襟翼型细胞分类器，其将目标细胞(例如癌细胞、精细胞、干细胞)与液流的其它组成部分分类。MEMS分类器可以是襟翼(flap)或转向器(diverter)，其被下拉到通道中以响应于通道中的目标颗粒的检测而使流动改向。此襟翼将流动指引到分类通道而不是废物通道中。
[0014]在一个实施例中，可将附加询问区设置在分类通道中，在那里由MEMS分类器来指引目标颗粒。通过对目标颗粒与非目标颗粒的比例进行计数，可以确定分类器的有效性，并且可以随着分类过程的进行而调整性质或参数。
[0015]在以下详细描述中描述了这些及其它特征和优点或根据以下详细描述，其是显而易见的。
【附图说明】
[0016]参考以下各图来描述各种示例性细节，其中:
图1a是微制造颗粒操纵系统的简化图示；
图1b是根据本发明的微制造颗粒操纵系统的简化图示；
图2a是具有交叉点的微制造颗粒操纵系统的简化图示； 图2b是根据本发明的一个实施例的具有交叉点的微制造颗粒操纵系统的简化图示；图2c是根据本发明的另一实施例的具有交叉点的微制造颗粒操纵系统的简化图示；图3a是根据本发明的一个实施例的微制造颗粒分类系统的简化图示，其中分类阀处于闭合位置中；
图3b是根据本发明的一个实施例的微制造颗粒分类系统的简化图示，其中分类阀处于打开位置中；
图4a是根据本发明的另一实施例的微制造颗粒分类系统的简化图示，其中分类阀处于闭合位置中；
图4b是根据本发明的另一实施例的微制造颗粒分类系统的简化图示，其中分类阀处于打开位置中；
图5是根据本发明的实施例的微制造颗粒分类系统的简化图示，示出了与询问区相比较的检测器的视场；
图6是示出了根据本发明的微制造颗粒分类系统的一个实施例的更多细节的简化图示;
图7是根据本发明的微制造颗粒分类系统的简化系统级图示，示出了各种光学部件的放置；
图8示出了微制造颗粒分类系统的光学检测系统的部件中的一个的更多细节；
图9示出了微制造颗粒分类系统的光学检测系统的部件中的另一个的更多细节；
图1Oa是来自光学检测器的信号波形的表示，示出了来自区域I的脉冲形状相对于区域2的差别；
图1Ob是来自光学检测器的信号波形的表示，示出了高通滤波之后的来自区域I的脉冲形状相对于图2的差别；
图1Oc是来自光学检测器的信号波形的表示，示出了低通滤波之后的来自区域I的脉冲形状相对于图2的差别；
图11是来自光学检测器的信号波形的表示，示出了来自区域I的脉宽相对于图2的差别；以及
图12是具有多个激光询问区的颗粒操纵系统的另一实施例的示意图，具有多个激光源。
【具体实施方式】
[0017]本文所述的系统是可利用颗粒操纵系统的微通道架构、诸如在上述专利中公开的那些的颗粒分类系统。更一般地，所述系统和方法描述了具有多个激光询问区的颗粒操纵系统，其形成具有血细胞计数能力的颗粒操纵系统。所述多个激光询问区可提供关于颗粒操纵的有效性或准确度的信息，允许在该过程期间调整或控制该操纵。
[0018]在下面所讨论的图中，类似的参考数字意图指的是类似结构，并且以各种细