方式的分解透视图；
[0054]图2A至图2C示出了根据本发明的变型实施方式的图1的装配的微流体芯片的俯视图；
[0055]图3示出了根据本发明的一个实施方式的图1至图2的微流体芯片的质询腔室的横截面视图；
[0056]图4示出了根据本发明的一个实施方式的由在流体混合物中流动的成分的光源通过图1至图2的微流体芯片进行的图示质询、以及两个(镜像的)压电致动器组件中的一者的图示动作的横截面内部视图；
[0057]图5A示出了根据本发明的一个实施方式的流经图1至图2的微流体芯片的成分以及两步式聚焦的图示操作的透视内部的斜视图；
[0058]图5B示出了根据本发明的一个实施方式的设置在图1至图2C的微流体芯片中的通道和质询腔室的透视斜视图；
[0059]图6示出了根据本发明的一个实施方式的微流体芯片保持器的主体的前视图的示意性图不；
[0060]图7示出了根据本发明的一个实施方式的图6的微流体芯片保持器的压电致动器组件的侧视图的示意性图示；
[0061]图8示出了根据本发明的一个实施方式的微流体芯片保持器的前视图的示意性图示；
[0062]图9示出了根据本发明的一个实施方式的栗送机构，该栗送机构将样本流体和鞘状或缓冲流体栗送到微流体芯片中。
【具体实施方式】
[0063]在转到详细示出图示的实施方式的附图之前，应当理解的是，本发明不限于说明书中所提出的或附图中所示出的细节或方法。还应当理解的是，术语仅仅是为了说明的目的，并且不应当理解为限制的。已经做出了工作，以贯穿附图使用相同或类似的附图标记来指代相同或类似的部件。
[0064]本发明涉及一种微流体芯片设计，其利用层流来将粒子或细胞物质(例如精子和其它的粒子或细胞)分尚成各种成分和部分。
[0065]本发明的各种实施方式提供了在混合物中分离成分，例如:将有活力的且活动的精子与没有活力的且非活动的精子分离;按照性别和其它性别分类变型方式将精子分离；从细胞群中分离干细胞;将一个或多个以期望的/非期望的特性进行区分的有标签的细胞与没有标签的细胞分离;根据规定的特征将核DNA中的基因分离;基于表面标记来分离细胞;基于膜完整性(生存能力)、潜在的或预测的生殖状态(生育力)、冷冻后存活的能力等来分离细胞;将细胞与污染物或碎片分离;将健康细胞与受损的细胞(即癌细胞)(如在骨髓提取物中)分离;将血浆混合物中的红细胞与白细胞和血小板分离；以及将任何细胞与任何其它细胞成分分离成对应的部分。
[0066]另外，本发明的主题还适合于其它医学应用。例如，以下所讨论的各种层流可以用作为肾透析过程的一部分，其中将全血清除废物并返回到病人。另外，本发明的各种实施方式可以进一步应用于其它的生物学领域或医学领域，例如用于细胞、病毒、细菌、细胞器官或细胞子部分、球状组织、胶状悬浮体、脂质和脂肪粒、凝胶体、不可混合的粒子、卵裂球、聚集的细胞、微生物和其它的生物物质的分离。例如根据本发明的成分分离可以包括细胞“清洗”，其中将污染物(例如细菌)从细胞悬浮体中去除，这在医学上和食品工业应用中尤其有用。值得注意的是，现有技术的基于流动的技术还没有认识到对非活动性的细胞成分分离的任何应用，如在本发明中所认识到的。
[0067]在通过过滤或离心的分离不实际或不能令人满意的情况下，还可以利用本发明的主题来将物种从一种溶液移动到另一种溶液。除了上述所讨论的应用，另外的应用例如包括将给定尺寸的胶体与其它尺寸的胶体分离(用于研究或商业应用)，以及清洗例如细胞、卵细胞等等的粒子(有效地更换包含它们的介质并去除污染物)或者从具有不同的盐浓度的盐和表面活性剂的溶液或没有表面活性剂的盐溶液清洗例如纳米管的粒子。
[0068]分离物种的动作可以依赖于对象或成分的若干物理性质，包括自运动性、自扩散性、自由落体速度或在外力(例如致动器、电场或全息光阱)作用下的动作。例如，可以分类的性质包括细胞运动性、细胞活性、对象尺寸、对象质量、对象密度、在流动中对象彼此之间或对象和其它对象之间吸引或排斥的趋势、对象电荷、对象表面化学性质、以及某些其它对象(即分子)粘附到对象的趋势。
[0069]如下面所讨论的微流体芯片的各种实施方式利用一个或多个流动通道，具有多个独立存在的层流，允许一个或多个成分被质询以供识别并被分离成离开进入一个或多个出口中的流。另外，例如可以通过使用另外的分离机构(例如流动机构)或光学镊子除去或全息光阱或者通过磁性(即使用磁珠)来在芯片上分离混合物中的各种成分。本发明的各种实施方式由此提供了在连续的底部上(例如在连续的、封闭的系统内)分离成分，而没有现有方法中的潜在的破坏和污染，特别如在精子分离中所提供的。本发明的连续的过程还在分离成分时提供了显著的时间节约。
[0070]尽管以下的讨论集中在将精子分离为有活力的且活动的精子和没有活力的且非活动的精子、或者按照性别和其它的性别分类变型方式将精子分离、或者将一个或多个以期望的/非期望的特性进行区分的有标签的细胞与没有标签的细胞分离等等，但是本发明的装置、方法和系统可以延及其它类型的粒子、生物物质或细胞物质，这些粒子、生物物质或细胞物质能够在流体流动内通过荧光技术来质询，或者这些粒子、生物物质或细胞物质能够在流动到不同的出口中的不同流体之间被操纵。
[0071]尽管参照图1至图5中所示出的微流体芯片100和在图6至图9中所示出的微流体芯片保持器200详细地讨论了本主题，但是应当理解的是，该讨论同样应用于本文所讨论的各种其它的实施方式或任何它们的变型方式。
[0072]微流体芯片组件
[0073]图1为微流体芯片100的说明性实施方式。微流体芯片100由合适的热塑性塑料(例如低自动发荧光的聚合物等等)通过模压工艺或注塑成型工艺(如本领域普通技术人员所已知的)而制成，并具有合适的尺寸。
[0074]微流体芯片100包括多个结构层，在多个结构层中设置有充当样本输入通道的微通道、鞘状流体通道或缓冲流体通道、输出通道等等。微通道具有合适的尺寸，以容纳微粒层流，并且只要实现本发明的目的，就可以以适当的长度设置在芯片100的任何层中。所期望的穿过微流体芯片100的流速可以通过栗送机构引入到芯片100中的预定的引入流速、通过在芯片100内维持恰当的微通道规格、通过在各种位置处提供变窄的微通道，和/或通过在微通道内提供障碍物或分隔物来控制。
[0075]多个输入口设置到微流体芯片100中，这些多个输入口提供进入微通道/通道的入口。在一个实施方式中，如图1至图2所示，样本输入口 106用于从储液源(见图9)将样本流体混合物120(见图4至图5)中的样本成分160引入到微流体芯片100的样本输入通道164A中。微流体芯片100还包括至少一个用于引入鞘状流体或缓冲流体的鞘状/缓冲输入口(在一个实施方式中，鞘状/缓冲输入口 107、鞘状/缓冲输入口 108)。在一个实施方式中，在微流体芯片100中有两个鞘状/缓冲输入口，它们包括鞘状/缓冲输入口 107和鞘状/缓冲输入口 108，两者均靠近样本输入口 106设置，并且它们均将鞘状流体或缓冲流体引入到微流体芯片100中。鞘状流体或缓冲流体在微流体领域中是已知的，并且在一个实施方式中可以包含现有技术中已知的营养素，以维持流体混合物中的成分160(即精子细胞)的活性。鞘状/缓冲输入口 107、鞘状/缓冲输入口 108的位置可以改变，并且它们可以进入芯片100中处在相同或不同的结构层的微通道。
[0076]在一个实施方式中，填充孔或空气通风口121、122(假设没有密封)可以用来将鞘状流体或缓冲流体引入到喷射腔室130、喷射腔室131 (后面所描述的)中。
[0077]在一个实施方式中，设置起源于主通道164(见图2A)的多个输出通道，用以去除已经流经微流体芯片100的流体(包括分离成分160和/或鞘状流体或缓冲流体)。在如图1至图2中所示出的一个实施方式中，有三个输出通道140-142，其包括左侧输出通道140、中心输出通道141和右侧输出通道142。左侧输出通道140结束于第一输出口 111处，中心输出通道141结束于第二输出口 112处，以及右侧输出通道142结束于第三输出口 113处。然而，根据待从流体混合物120分离的成分160的数目，输出口的数目可以更少或更多。
[0078]在一个实施方式中，代替直边缘，在必要的情况下，多个缺口或凹槽146设置在微流体芯片100的底边缘处，以隔开输出口(即输出口 111-113)，并用于外部管道的附接等等。经由起源于质询腔室129(见图2A至图4)的输出通道140-142到达第一输出口 111、第二输出口 112和第三输出口 113。
[0079]在一个实施方式中，微流体芯片100具有多个结构层，微通道设置在多个结构层中。通道可以设置在一个或多个层中或设置在层与层之间。在一个实施方式中，如图1中所示，作为示例，示出了四个结构塑料层101-104，以构成微流体芯片100。然而，本领域普通技术人员应当知道，只要实现本发明的目的，就可以使用更少或额外的层，并且通道可以设置在任何层中。
[0080]可以设置任何期望形状的垫圈或O形环，以维持微流体芯片100与微流体芯片保持器200(见图6)之间的紧密密封。在垫圈的情况下，它可以在任何的配置中是单一片材或多个组件，或者所期望的材料(即橡胶、硅树脂等等)。在一个实施方式中，如图1中所示，第一垫圈105设置在微流体芯片100的一个端部处，并且与层104连接或者利用环氧树脂与层104粘接。多个孔144设置在第一垫圈105中，并且被配置成与样本输入口 106、鞘状/缓冲输入口107、鞘状/缓冲输入口 108和空气通风口 121、空气通风口 122对准，以提供进入它们的入口。
[0081]在一个实施方式中，第二垫圈143设置在微流体芯片100的与第一垫圈105相对的另一端部处，并且与顶结构层104连接或者利用环氧树脂与顶结构层104粘接。第二垫圈143被配置成辅助密封以及在微流体芯片保持器200(见图6)中稳定或平衡微流体芯片100。
[0082]在一个实施方式中，孔和定位柱145设置在微流体芯片100中的各种方便的位置处，以在芯片制造的过程中固定并对准多个层(即层101-104)。
[0083]在一个实施方式中，将包括成分160的样本流体混合物120引入到样本输入口106中，并且流体混合物120流经主通道164，并朝向质询腔室129(见图2A、图4和图5)。将鞘状或缓冲流体163引入到鞘状/缓冲输入口 107、鞘状/缓冲输入口 108中，并且分别流经通道114、通道115和通道116、通道117，并进入到主通道164中，并在穿过输出通道140-142而流出之前朝向质询腔室129。
[0084]在一个实施方式中，如果在制造的过程中腔室130、腔室131没有用鞘状或缓冲流体163充满，则可以在制造微流体芯片110之后通过空气通风口 121、空气通风口 122将鞘状或缓冲流体163引入到喷射腔室130、喷射腔室131中，以充满腔室130、腔室131。如上所述，所使用的鞘状或缓冲流体163对于微流体领域的普通技术人员而言是众所周知的。
[0085]在一个实施方式中，来自主通道164的流体混合物120与来自通道114、通道115的鞘状或缓冲流体163在微流体芯片100的同一平面中的交叉点161处结合。在一个实施方式中，在第二交叉点162处的下游，来自通道116、通道117的缓冲流体163结合来自第一交叉点161的组合的流体混合物120和鞘状或缓冲流体163。在一个实施方式中，只要达到所期望的流速以实现本发明的目的，通道114、通道115大体上与通道116、通道117为相同的规格。
[0086]在一个实施方式中，通道114-117、通道123、通道124、通道140-142、通道125a、通道125b、通道126a、通道126b、通道127、通道128可以具有大体上相同的规格，然而，本领域普通技术人员应当知道，只要达到所期望的流速，以实现本发明的目的，微流体芯片100中的任何通道或所有通道的尺寸可以在规格上改变(即在50微米与500微米之间改变)。
[0087]在一个实施方式中，微流体芯片100的通道114-117、通道123、通道124、通道140-142、通道125a、通道125b、通道126a、通道126b、通道127、通道128不仅仅可以在规格上改变，还可以在芯片100中其它通道的进入点处具有锥形形状，以便控制流体流经这些通道。例如，主通道164可以在交叉点161(见图5B)的进入点处成锥形，以控制并加快样本120流动到交叉点161中，并且允许来自通道114、通道115的鞘状或缓冲流体163沿第一方向(即水平地)在至少两侧上压缩样本120，假设不是在所有侧上压缩(这取决于成锥形的通道164结合通道164A的位置)。因此，样本流体混合物120变成相对较小、较窄的流体流，该流体流由鞘状或缓冲流