细胞捕获系统和使用方法

细胞捕获系统和使用方法
【专利摘要】一种细胞捕获系统，包括阵列、入口歧管和出口歧管。阵列包括多个平行的孔，每个孔包括室和孔通道；流体地连接到孔的室的入口通道；流体地连接到孔的孔通道的出口通道。入口歧管被流体地连接到入口通道，且出口通道被流体地连接到出口通道。细胞除去工具也被公开，其中细胞除去工具被配置成从孔室除去捕获的细胞。
【专利说明】细胞捕获系统和使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2011年8月I日提交的美国临时申请号61/513，785的益处，该美国临时申请通过该引用以其整体并入。
【技术领域】
[0003]本发明一般涉及细胞分选领域，并且更具体地涉及细胞分选领域内的一种新的并且有用的细胞分选和分析系统。
[0004]背景
[0005]随着对细胞特异性药物测试、诊断和其它测定的兴趣增加，允许单个细胞隔离、识别和取回的系统在细胞分析领域内变得更加期望。另外，随着个体化医疗开始，低成本、高保真度细胞分选系统变得非常期望。然而，先前存在的细胞捕获系统存在各种缺点，这些缺点限制其广泛用于细胞特异性测试。例如，流式细胞仪要求细胞被同时识别和分选，并将细胞观察限于单一情况。流式细胞仪不能允许同一细胞的多次分析，并且不允许任意的细胞亚种群分选。常规的微流体装置依赖用于细胞选择的细胞特异性抗体，其中被结合到微流体装置基底的抗体选择性地结合到表达想要的抗原的细胞。常规的微流体装置不能允许随后的细胞除去而没有细胞损伤，并只捕获表达特异性抗原的细胞；不表达的细胞也可能是想要的，没有被这些系统捕获。蜂窝状过滤器可以基于尺寸分离样品组分而没有明显的细胞损伤，但遭受堵塞，并且不允许具体的细胞识别、隔离和取回。
[0006]因此，在细胞分选领域需要建立新的和有用的细胞捕获和分析系统。
[0007]附图简要说明
[0008]图1是细胞捕获系统的示意图。
[0009]图2是细胞捕获系统的变化形式的透视图。
[0010]图3A、3B、3C、3D和3E分别是第一、第二、第三、第四和第五孔变化形式的示意图。
[0011]图4是细胞捕获系统的变化形式的俯视图。
[0012]图5是细胞捕获系统的第二变化形式的俯视图。
[0013]图6是细胞捕获系统的第三变化形式的俯视图。
[0014]图7是细胞捕获系统的第四变化形式的俯视图。
[0015]图8是细胞捕获系统的第五变化形式的俯视图。
[0016]图9是包括隔离机构的细胞捕获系统的变化形式的俯视图。
[0017]图10A、10B和IOC分别是引进隔离材料、产生独特的光掩膜(photomask)和选择感兴趣的细胞的示意图。
[0018]图11A、11B、11C和IlD分别是第一、第二、第三和第四光学元件的侧视图。
[0019]图12是细胞捕获系统制造的方法的示意图。
[0020]图13是细胞捕获系统制造的第二方法的示意图。
[0021]图14A和14B分别是细胞除去工具的第一变化形式的透视图和侧视图。
[0022] 图15A和15B是细胞除去工具的第一变化形式的制造方法的示意图。[0023]图16A、16B、16C和16D分别是细胞除去的第一变化形式的示意图，包括感兴趣的细胞识别、细胞除去工具校准、细胞除去工具穿过顶层和感兴趣的细胞除去。
[0024]图17A和17B分别是细胞除去的第二变化形式的示意图，包括感兴趣的细胞识别和细胞除去工具校准，且孔容纳感兴趣的细胞。
[0025]图18是包括微球的变化形式的孔的俯视图。
[0026]图19是细胞捕获系统使用的变化形式，包括样品制备。
[0027]图20是细胞捕获系统可以与其一起被使用的集成平台的示意图。
[0028]图21是流体歧管的示意图。
[0029]图22是样品工作站的示意图。
[0030]图23A、23B和23C是自动对焦的方法的示意图。
[0031]优选实施方式的描述
[0032]本发明的以下的优选实施方式的描述并不意图将本发明限于这些优选实施方式，而是使本领域的技术人员能够制造和使用本发明。
[0033]如图1和图2所示，细胞捕获系统100包括阵列200、入口歧管300和出口歧管400。阵列200包括多个孔220，每个孔220包括流体地连接到孔通道224的室222 ;流体地连接到室222的入口通道240 ;以及流体地连接到孔通道224的出口通道260。入口歧管300优选被流体地耦合到入口通道240，且出口歧管400优选被流体地耦合到出口通道260。细胞捕获系统100用来将细胞，更优选地单细胞隔离、捕获和容纳在已知的可寻址的位置。一旦细胞被捕获在通过单细胞捕获室确定的界定位置，流体网络可用于同时或相继地提供和输送多种试剂以使各种细胞的、亚细胞的或分子的反应能够在各个单细胞中进行。细胞捕获系统100还可以允许以单细胞水平对各个捕获的细胞的光学询问和探测事件。细胞捕获系统100可以另外用来选择性地释放或促进选择地除去一个或多个被捕获的细胞。细胞捕获系统100可以在相同微流体芯片内或芯片外给予实时细胞跟踪、活细胞取回和选择性下游分子测试的益处。细胞捕获系统100可以用于捕获循环肿瘤细胞(CTC)，但可以可选地被用于捕获任何其它可能感兴趣的适当的细胞。细胞捕获系统100优选界定在芯片上，更优选在微流体芯片上，但可以可选地位于任何合适的基底110上或通过任何合适的基底110界定。
[0034]细胞捕获系统100优选地实现单个细胞捕获和保留而不需使用抗体涂覆的室222，并且优选地在隔离、捕获、保留和除去期间维持细胞生活力。细胞捕获系统100另外优选地使堵塞减到最少。细胞捕获系统100优选地通过利用合适尺寸的孔220和通过使整体平行的流杠杆化来实现这点，使得靠近样品入口 320的细胞优选地经历与远离样品入口320的细胞基本上相同的压力，同时使液体以高速率流过细胞捕获系统所需的总压差减到最小。由细胞在阵列的相应末端感受到的压力变化优选小于入口压力的50%或75%，但可以可选地更多或更少。样品流优选基本上为层流，但可以可选地具有任何其它合适的流动特性。样品流动路径优选基本上为单向的，但可以可选地为双向的。细胞分选和活性维持可以另外通过控制通过系统或通过任何其它适合的装置的样品流速来实现。
[0035]在操作中，细胞捕获系统100优选在经过入口歧管300的正压力下接收样品。样品流过细胞捕获系统100可以另外或可选地通过在出口歧管400处提供负压来促进。可选地，驱动压力可以以脉冲-宽度调制方式或正弦曲线方式被循环以提供净驱动压力，在入口处净正压力或在出口处净负压力。样品优选通过入口歧管300流到入口通道240，通过室222和孔通道224流到出口通道260，并且通过出口歧管400排出细胞捕获系统100。当样品流过孔220时，预定大小的细胞优选被捕获在室222中，其中孔通道224的尺寸优选防止某一细胞尺寸流过其。例如，在配置成捕获CTC的细胞捕获系统100的变化形式中，室222被优选按尺寸制造成大于CTC，并且孔通道224被优选按尺寸制造成小于CTC。
[0036]如图1和2所 示，细胞捕获系统100的阵列200用来将感兴趣的细胞捕获在可寻址的、已知的位置。阵列200包括多个孔220，每个孔220包括流体地连接到孔通道224的室222 ;流体地连接到室222的入口通道240 ;和流体地连接到孔通道224的出口孔通道260。阵列200优选为基本上线性的，具有基本恒定的宽度，但可以可选地为非线性的和/或具有可变的宽度。阵列200优选包括线性入口通道240、布置成平行于入口通道240的线性出口通道260、以及布置在它们之间垂直于入口 320和出口通道260的多个平行的孔220。然而，阵列200可以可选地为基本上线性的，具有发散或收缩的宽度，其中线性入口 320和出口通道260布置成一定角度，且连续的孔220具有增大或减小的长度。阵列200可以可选地是螺旋形的、左右交互的(boustrophedonic)或具有任何其它适合的几何形状。
[0037]细胞捕获系统100优选包括一个或多个阵列200。更优选，细胞捕获系统100包括多个平行排列的阵列200，使得第一阵列200的出口通道260优选被定向成平行于邻近阵列200的入口通道240。多个阵列200优选基本上相同，其中多个阵列200的孔220优选具有相同或相似的室222尺寸和孔通道224尺寸，入口通道240优选具有相似的长度和宽度，且出口通道260优选具有相似的长度和宽度。然而，细胞捕获系统100中的不同的阵列200可以具有不同的孔220特征、不同的入口通道240特征和/或不同的出口通道260特征。例如，细胞捕获系统100可以包括多个阵列200，其中第一阵列200具有孔220，第一阵列200的孔220具有捕获大细胞的大的孔通道224宽度，第二阵列200具有孔220，第二阵列200的孔220具有捕获中等大小细胞的中等的孔通道224宽度，且第三阵列200具有孔220，第三阵列200的孔220具有捕获小细胞的小的孔通道224宽度。
[0038]多个阵列200优选通过入口歧管300流体地并联地耦合。可选地，如图8所示，多个阵列200可以被流体地串联地耦合，其中上游阵列200的出口通道260装进邻近的下游阵列200的入口通道240。
[0039]阵列200的孔220用来捕获和保留细胞。更优选地，阵列200的孔220捕获和保留单个细胞。孔220优选包括配置成容纳细胞的室222，和流体地连接到室222的孔通道224。室222优选具有防止细胞由于在入口通道240中的横流而排出的长度，和防止过度的细胞运动但允许细胞足够的运动使得细胞不能阻塞孔通道接合处的宽度或深度。邻近室222的孔通道224的末端优选具有防止感兴趣的细胞10通过，而允许较小的样品组分(如裂解细胞、细胞组分等)流过的宽度。邻近室222的孔通道224的末端优选小于感兴趣的细胞10的直径，但可以具有任何其它合适的尺寸。
[0040]每个阵列200优选包括多个孔220。例如，阵列200可以包括100、1000、10，000、1，000, 000，或任何合适数量的孔220。孔220优选在阵列200中流体地并联地耦合，但可以可选地在阵列200中流体地串联地耦合。孔220优选被并联地布置在阵列200中，其中邻近孔220的纵轴优选地是平行的。然而，孔220在阵列200内可以与邻近的孔220被布置成一定角度。给定的阵列200的孔220优选基本上相似或相同，具有基本上相同尺寸的室222和基本上相同尺寸的孔通道224。然而，单个阵列200可以具有如下的孔220:具有基本上不同尺寸的室222和孔通道224，具有不同的室222长度、室222宽度、室222深度、孔通道224长度、孔通道224宽度、孔通道224深度、每孔220孔通道224的数量、每孔220室222的数量，或者可以具有根据任何其他合适的参数变化的孔220。例如，阵列200可以具有串联地布置的多个孔220，其中连续的孔220具有减小的孔通道宽度。
[0041]孔220的室222用来保留细胞。室222优选被流体地连接到入口通道240和孔通道224。室222优选具有配置成保留隔离的细胞的长度和宽度，其中室222被按尺寸制造成防止细胞由于入口通道横流而从室222排出。在一个变化形式中，这通过控制室222的宽高比实现。室222的宽高比优选为1，但可以可选地是1.25、0.5，或任何其它合适的比率。室222优选被配置成保留单个细胞并且防止多个细胞滞留。在一个变化形式中，室222被按尺寸制造成使得室222的高度/宽度防止第二细胞下降到邻近孔通道224的室222的末端(如，室222的底部)，且室222的长度防止单个细胞从室222排出(如，室222的长度比细胞直径长)，但促进第二细胞从室222排出(如，室222的长度比细胞直径长，但比两个细胞直径短)。然而，室222可以被配置成保留多个细胞。室222优选具有在5-200微米之间的长度、宽度和深度，但可以可选地具有任何合适的尺寸。在一个变化形式中，室具有50微米的长度、50微米的宽度和50微米的高度。在另一个变化形式中，室具有25微米的长度，25微米的宽度和30微米的高度。室222优选具有基本上恒定的横截面，但可以可选地具有逐渐减小的横截面，优选从入口通道240到孔通道224逐渐减小。可变的横截面可以为平行于基底的宽面112的横截面和/或垂直于室222的纵轴的横截面。在一个变化形式中，如图3B所示，室222具有矩形横截面，其中孔通道224连接到室222的与连接到入口通道240相反的侧面。在另一个变化形式中，室222具有抛物线横截面，如图3A和图3C所示，其中孔通道224连接到抛物线轮廓的顶点。在另一个变化形式中，如图3D所示，室横截面从入口通道240到孔通道224线性地减小。在另一个变化形式中，如图3E所示，室横截面从入口通道240到孔通道22 4逐步减小。在这个变化形式中，室222界定多个子室，其中多个子室优选被流体地串联地连接，其中第一子室被流体地连接到入口通道240，且最后的子室被流体地连接到孔通道224。第一子室优选具有最大的宽度和/或深度，且最后的子室优选具有最小的宽度和/或深度。在入口通道240和室222之间的过渡优选展示凸角(如，90度角)，但可以可选地是弯曲的，如图3C所示的。在室222和孔通道224之间的过渡还优选展示凸角(如，90度角)，但可以可选地是弯曲的。
[0042]孔220的孔通道224用来滤出感兴趣的细胞10并且用来允许较小的样品组分流过。孔通道224优选被流体地连接到室222和出口通道260。更优选地，孔通道224被流体地连接到远离入口通道240的室222的部分。孔通道224优选基本上是直的和线性的，但可以可选地为弯曲的。孔通道224优选具有比感兴趣的细胞10的直径小的宽度，使得孔通道224防止细胞从其通过。孔通道224优选具有在1-25微米之间的宽度和深度以及在5-500微米之间的长度，但可以具有任何其它合适的宽度、深度和长度。在一个变化形式中，孔通道224具有7-10微米的宽度、7-10微米的深度、和5_50微米的长度。孔通道224优选具有基本上恒定的横截面，但可以可选地具有逐渐变小或可变的横截面。孔通道224优选与其纵轴对齐，其纵轴平行于室222的纵轴。更优选地，孔通道224与室222同轴。然而，孔通道224可以与室222成一定角度被对齐。每个孔220优选包括单个孔通道224，但可以可选地包括多个孔通道224，其中多个孔通道224优选从邻近出口通道260的相应室222的末端平行延伸。
[0043]阵列200的入口通道240用来接收一定体积的样品并用来将样品分配到孔220。入口通道240优选将入口歧管300流体地连接到阵列200的室222。入口通道240优选包括第一端、第二端和连接第一端和第二端的通道。入口通道240优选在第一端被流体地连接到入口歧管300，沿着入口通道240长度被流体地连接到阵列200的室222，并且优选在第二端被流体地密封。第二端可以被基底110密封或可以被密封剂例如自动密封层压制品(self-sealing laminate)(例如，由橡胶、聚乙烯等制成)密封。然而,入口通道240可以包括布置在第一端和/或第二端中的第一阀和/或第二阀，其中阀可以在打开和关闭状态之间操作。入口通道240的主体优选由基底110界定，但可以可选地由基底110部分地界定，其中另外的部分可以由自动密封层压制品或任何其它合适的密封剂界定。入口通道240优选被布置成使得入口通道的纵轴垂直于室222的纵轴，但可以可选地以一定角度被布置。室222优选从入口通道240的单一侧面延伸，但可以可选地从多个侧面(如相对的侧面)延伸。入口通道240优选基本上是直的，但可以可选地是弯曲的或弯的。入口通道240优选具有基本上恒定的横截面，但可以可选地具有可变的横截面。横截面可以为平行于入口通道纵轴或垂直于入口通道纵轴的横截面。在一个变化形式中，入口通道240随着远离入口歧管300的距离逐渐变小。入口通道240优选具有比感兴趣的细胞10的直径大的深度和宽度。入口通道240优选具有在5-200微米之间的深度和/或宽度，但可以可选地具有任何合适的深度和/或宽度。在一个变化形式中，入口通道具有50-100微米的宽度，和50-100微米的深度。入口通道240优选具有可以容纳阵列200的所有孔220的长度。在一个变化形式中，入口通道240优选具有比室222的组合宽度长的长度。在另一个变化形式中，入口通道240延伸到基底110的边缘。每个阵列200优选包括一个入口通道240，但可以可选地包括多个入口通道240。例如，阵列200可以包括通向从中心出口通道260的任一侧面延伸的两组孔220的两个入口通道240，其中每个入口通道240通向一组孔220。然而，阵列200可以包括入口通道240的任何合适的构型。
[0044]阵列200的出口通道260用来接收一定体积的样品并用来将样品分配到孔220。出口通道260优选包括第一端、第二端、和连接第一端与第二端的通道。出口通道260优选在第二端流体地连接到出口歧管400，沿着出口通道260长度流体地连接到阵列200的室222，并优选在第一端被流体地密封。出口通道260的第一端可以被基底110密封或可以被密封剂例如自动密封层压制品(如，由橡胶、聚乙烯等制成)密封。可选地，出口通道260可以包括布置在第一端和/或第二端中的第一阀和/或第二阀，其中阀可以在打开和关闭状态之间操作。出口通道260的主体优选由基底110界定，但可以可选地由基底110部分地界定，其中另外的部分可以由自动密封层压制品或任何其它合适的密封剂界定。出口通道260优选被布置成使得成出口通道纵轴垂直于室222的纵轴,但可以可选地以一定角度被布置。室222优选从出口通道260的单一侧面延伸，但可以可选地从多个侧面(如相对的侧面)延伸。出口通道260 优选基本上是直的，但可以可选地是弯曲的或弯的。出口通道260优选具有基本上恒定的横截面，但可以可选地具有可变的横截面。出口通道260的横截面可以为平行于出口通道纵轴或垂直于出口通道纵轴的横截面。在一个变化形式中，出口通道260随着远离出口歧管400的距离逐渐变小。出口通道260优选具有与入口通道240的深度和宽度相似的深度和宽度，但可以可选地具有比入口通道240的深度和宽度小或大的深度和宽度。出口通道260优选具有在5-200微米之间的深度和/或宽度，但可以可选地具有任何合适的深度和/或宽度。在一个变化形式中，出口通道具有50-100微米之间的宽度，和50-100微米之间的深度。出口通道260优选具有可以容纳阵列200的所有孔220的长度。在一个变化形式中，出口通道260优选具有比室222的组合宽度长的长度。在另一个变化形式中，出口通道260延伸到基底110的边缘。每个阵列200优选包括一个出口通道260，但可以可选地包括多个出口通道260。例如，阵列200可以包括从中心入口通道240的任一侧面延伸的两组孔220通出的两个出口通道260，其中每个出口通道260从一组孔220通出。
[0045]细胞捕获系统100的入口歧管300用来接收样品并用来将样品分配到阵列200。更优选地，入口歧管300将样品分配到阵列200的入口通道240。入口歧管300优选地另外包括入口 320，其中入口歧管300从入口 320接收样品。入口歧管300优选提供从入口 320到入口通道240的基本上线性的流动路径，同时基本上使系统内不同的阵列200经历的压力差最小。入口歧管300优选被界定在与阵列200相同的基底宽面中，但可以可选地通过部分或全部的基底厚度来界定。整个入口歧管300，除了入口 320，优选由顶层120流体地密封。
[0046]在一个变化形式中，如图4所示，细胞捕获系统100包括多个入口歧管300，一个入口歧管300用于每个入口通道240。在这种变化形式中，多个入口歧管300可以接收单个样品或多个样品。
[0047]在另一个变化形式中，如图5、6和7所示，系统包括通向所有入口通道240的单个入口歧管300。入口歧管300优选并联地流体地连接阵列200以促进并流遍及细胞捕获系统100。然而，入口歧管300可以可选地串联地或以串流和并流的任何合适的组合流体地连接阵列200。入口歧管300优选包括一层或多层入口子歧管302。每个入口子歧管302优选包括主通道204和多个支流通道(feeder channeI )206，其中支流通道206促进样品流入随后的子歧管或阵列200的入口通道240。直接地流体地连接到入口通道240的支流通道206优选与入口通道240对齐并且是共同扩张的，但可以可选地垂直于入口通道240或以任何合适的构型布置。主通道204优选并联地流体地连接支流通道206。支流通道206优选被布置成平行于其它支流通道206，并优选全部从主通道204的一侧垂直地延伸。然而，支流通道206可以被布置成相对于主通道204成锐角，从主通道204的相对侧延伸，或者以其他方式被合适地布置。直接地流体地连接到入口通道240的子歧管优选各自耦合到阵列200的子集以最小化邻近子歧管入口的阵列200和远离子歧管入口 320的阵列200之间的压力差。然而，单个子歧管可以直接通向细胞捕获系统100的所有阵列200。
[0048]在一个变化形式中，细胞捕获系统100包括具有一个入口子歧管层的入口歧管300，其中入口子歧管302包括多个支流通道206，每个支流通道独立地流体地连接到阵列200的入口通道240。
[0049]在另一个变化形式中，细胞捕获系统100包括包含两层入口子歧管302的入口歧管300 (如图5所示)，其中第一层的支流通道206被流体地连接到第二层的主通道204，且第二层的支流通道206被流体地连接到入口通道240。第一层优选包括一个具有一个主通道204和多个支流通道206的入口子歧管302。第二层优选包括多个入口子歧管302，其中每个第二层入口子歧管302被流体地连接到第一层支流通道和细胞捕获系统100的阵列200的子集。例如，第二层入口子歧管302可以被流体地连接到细胞捕获系统100的四十个阵列200的四个入口通道240，其中第二层入口子歧管302包括一个主通道204和四个支流通道206，每个支流通道独立地流体地连接到入口通道240。在这种变化形式中，第一层主通道204优选具有比第二层主通道204大的宽度和/或高度，且第一层支流通道206优选具有比第二层支流通道206大的宽度和/或高度。第二层支流通道206优选具有与入口通道240基本上相同的宽度和/或高度，但可以可选地具有与入口通道240不同的尺寸。在另一个变化形式中，入口歧管300包括三层分支入口子歧管302。然而，入口歧管300可以包括任何合适数量的入口子歧管层。
[0050]入口歧管300的入口 320用来提供在细胞捕获系统100的外部和内部之间的流体连接。更优选地，入口 320提供在细胞捕获系统100的外部和入口歧管300之间的流体连接。细胞捕获系统100优选包括一个入口 320，但可以可选地包括多个入口 320。每个入口320优选通过流体连接(例如，通道)流体地连接到一个入口歧管300，但可以可选地被连接到多个入口歧管300。每个入口歧管300优选被流体地连接到一个入口 320，但可以可选地被连接到多个入口 320。入口 320的纵轴优选垂直于入口歧管300的主通道204的纵轴，但可以可选地平行于入口歧管300的主通道204的纵轴。入口 320的纵轴优选垂直于基底的宽面112，但可以可选地平行于基底的宽面112，与基底的宽面112成一定角度，或以任何适当的方式被布置。在细胞捕获系统100的一个变化形式中，入口 320是穿过基底厚度的一部分，从基底的宽面112延伸到界定入口歧管300的平面的洞或孔口。入口 320从其延伸的基底的宽面112可以是入口歧管300被界定在其上的宽面，其中连接入口 320和入口歧管300的流体连接也被界定在相同的宽面上，或者可以是入口歧管被界定114在其上的相对的宽面，其中入口 320基本上延伸穿过整个基底厚度以连接入口歧管300。在细胞捕获系统100的另一个变化形式中，入口 320是通过基底110的侧面的洞或孔口，其中入口 320与基底的宽面112平行地朝向入口歧管300延伸。在这种变化形式中，垂直于基底的宽面112的流体连接优选连接入口 320和入口歧管300。然而，可以使用任何合适的入口 320的构型。
[0051]细胞捕获系统100的出口歧管400用来接收滤过的样品以及用来从细胞捕获系统100排出滤过的样品。更优选地，出口歧管400从阵列200的出口通道260接收滤过的样品。出口歧管400优选另外包括出口 420，其中出口歧管400从出口 420排出滤过的样品。出口歧管400优选提供从出口通道260到出口 420的基本上线性的流动路径，但可以可选地提供曲折的流动路径。出口歧管400优选被界定在与阵列200相同的基底宽面中，但可以可选地通过部分或全部的基底厚度界定在基底的相对的宽面112上或界定在基底110的任何合适的部分上。整个出口歧管400，除了出口 420，优选由顶层120流体地密封。
[0052]在一个变化形式中，如图4所示，细胞捕获系统100包括多个出口歧管400，一个出口歧管400用于每个出口通道260。在这种变化形式中，多个出口歧管400可以接收单个滤过的样品或多个滤过的样品。
[0053] 单个出口歧管400。出口歧管400优选并联地流体地连接阵列200，但可以可选地串联地或以串流和并流的任何合适的组合流体地连接阵列200。出口歧管400优选包括一层或多层出口子歧管402。每个出口子歧管402优选包括主通道204和多个支流通道206，其中支流通道206促进滤过的样品从上游子歧管或阵列200的出口通道260流到主通道204。直接地流体地连接到出口通道260的支流通道206优选与出口通道260平行并且是共同扩张的，但可以可选地垂直于出口通道260或以任何合适的构型布置。主通道204优选并联地流体地连接支流通道206。支流通道206优选被布置成平行于其它支流通道206，并优选全部从主通道204的一侧垂直地延伸。然而，支流通道206可以被布置成相对于主通道204成锐角，从主通道204的相对侧延伸，或以其他方式被合适地布置。直接地流体地连接到出口通道260的出口子歧管402优选各自耦合到阵列200的子集。然而，单个出口子歧管402可以直接地从细胞捕获系统100的所有阵列200接收滤过的样品。
[0054]在一个变化形式中，细胞捕获系统100包括具有一个出口子歧管层的出口歧管400，其中出口子歧管402包括多个支流通道206，每个支流通道独立地流体地连接到阵列200的出口通道260。
[0055]在另一个变化形式中，细胞捕获系统100包括包含两层出口子歧管402的出口歧管400，其中第一层的支流通道206被流体地连接到第二层的主通道204，且第二层的支流通道206被流体地连接到出口通道260。第一层优选包括一个具有一个主通道204和多个支流通道206的出口子歧管402。第二层优选包括多个出口子歧管402，其中每个第二层出口子歧管402被流体地连接到第一层支流通道和细胞捕获系统100的阵列200的子集。例如，第二层出口子歧管402可以被流体地连接到细胞捕获系统100的四十个阵列200的4个出口通道260，其中第二层出口子歧管402包括一个主通道204和四个支流通道206，每个支流通道独立地流体地连接到出口通道260。在这种变化形式中，第一层主通道204优选具有比第二层主通道204大的宽度和/或高度，且第一层支流通道206优选具有比第二层支流通道206大的宽度和/或高度。第二层支流通道206优选具有与出口通道260基本上相同的宽度和/或高 度，但可以可选地具有与出口通道260不同的尺寸。在另一个变化形式中，出口歧管400包括三层分支出口子歧管402。在另一个变化形式中，出口歧管400包括与入口歧管300相同数量的层。然而，出口歧管400可以包括任何适当数量的出口子歧管层。
[0056]出口歧管400的出口 420用来提供在细胞捕获系统100的内部和细胞捕获系统100的外部之间的流体连接。更优选地，出口 420提供在细胞捕获系统100的外部和出口歧管400之间的流体连接。细胞捕获系统100优选包括一个出口 420，但可以可选地包括多个出口 420。每个出口 420优选通过流体连接(例如，通道)流体地连接到一个出口歧管400，但可以可选地被连接到多个出口歧管400。每个出口歧管400优选被流体地连接到一个出口 420，但可以可选地被连接到多个出口 420。出口 420的纵轴优选垂直于出口歧管400的主通道204的纵轴，但可以可选地平行于出口歧管400的主通道204的纵轴。出口 420的纵轴优选垂直于基底的宽面112，但可以可选地平行于基底的宽面112，与基底的宽面112成一定角度，或以任何合适的方式被布置。在细胞捕获系统100的一个变化形式中，出口 420是穿过基底厚度的一部分，从基底的宽面112延伸到界定出口歧管400的平面的洞或孔口。出口 420从其延伸的基底的宽面112可以是出口歧管400被界定在其上的宽面，其中连接出口 420和出口歧管400的流体连接也被界定在相同的宽面上，或者可以是出口歧管被界定114在其上的相对的宽面，其中出口 420延伸穿过基本上整个基底厚度以连接出口歧管400。当入口 320被界定在基底的宽面112上时，出口 420优选被界定在与入口 320相同的宽面上，但可以可选地被界定在相对的宽面上。在细胞捕获系统100的另一个变化形式中，出口 420是穿过基底110的侧面的洞或孔口，其中出口 420与基底的宽面112平行地朝向出口歧管400延伸。在这个变化形式中，垂直于基底的宽面112的流体连接优选连接出口420与出口歧管400。当入口 320也被界定在基底110的侧面上时，出口 420优选被界定在基底的与界定入口 320的侧面相对的侧面上。然而，出口 420可以可选地被界定在相同的侧面或邻近的侧面。然而，可以使用任何合适的出口 420的构型。
[0057]细胞捕获系统100可以另外包括隔离机构500，隔离机构500用来将细胞隔离在单个孔220内。在一个变化形式中，隔离机构500包括分别流体地连接到阵列200，用来允许隔离材料 进入和排出的隔离入口 520和隔离出口 540。隔离入口 520和隔离出口 540两者优选被流体地连接到入口通道240和出口通道260两者。在一个变化形式中，如图9所示，隔离入口 520可以被布置在入口通道240的第一端和阵列200的入口端的出口通道260之间，且隔离出口 540被布置在入口通道240的第二端和阵列200的出口端的出口通道260之间。阵列200的隔离入口 520或隔离出口 540可以分别通过一个或多个隔离入口歧管或隔离出口歧管被并联地或串联地流体地连接。在操作中，隔离材料优选流过隔离入口 520，进入入口通道240和出口通道260，到隔离出口 540，在室222和入口通道240之间形成第一隔离层，在孔通道224和出口通道260之间形成第二隔离层。隔离层优选为10到20微米厚，但可以可选地更厚。在隔离材料引进期间，缓冲剂被优选同时流过入口通道240和出口通道260，优选与隔离材料流相同的方向，其中缓冲剂流速优选控制隔离材料层的厚度。缓冲剂流优选在远离孔220的入口 320和出口通道260的部分中建立。缓冲剂流速优选被保持为层流，但可以可选地具有任何其它合适的流速。可选地，隔离入口 520和隔离出口 540可以分别被流体地连接到位于入口通道240和出口通道260内的第一隔离通道和第二隔离通道，其中第一隔离通道和第二隔离通道引导隔离材料流。然而，可以建立第一隔离层和第二隔离层的任何其它合适的机构可以被使用。
[0058]隔离材料优选隔离阵列200内的孔220。隔离材料优选具有流动状态和静置状态，其中光化学反应、热化学反应、聚合反应或任何其它合适的反应把隔离材料从流动状态转换成静置状态。在流动状态，隔离材料优选基本上是粘性的，使得隔离材料在引入细胞捕获系统100期间不会流入孔220。在静置状态，隔离材料优选是固体或凝胶，防止细胞从孔220中排出，并优选是多孔的或选择性渗透以允许缓冲剂和试剂通过其渗透。隔离材料优选为具有光引发剂的可光聚合的水凝胶，如PEG或聚丙烯酰胺，但可以可选地是具有任何其他合适的聚合剂的任何合适的材料。在一个变化形式中，隔离层可以是不能混合的液体如油。在另一个变化形式中，隔离材料的选定部分可以反应以密封特定的孔220。例如，如图1OB所示，可以产生独特的光掩膜504，其允许阻塞含有感兴趣的细胞的孔220的隔离材料片段的准直照射。光掩膜504可以通过将防紫外线黑色油墨(UV-blocking black ink)高分辨率印刷在透明片上或通过在光致抗蚀剂涂覆的玻璃掩膜上使用标准光刻法来产生。微流体芯片的选择区域的选择性UV暴露还可以通过使用χ-y平台(stage)将UV激光或准直和集中的UV点移动到选择位置来实现。如图1OC所示，不希望的细胞20和未反应的隔离材料然后可以通过使流体通过出口歧管400进入(例如，回流)而从细胞捕获系统100被除去。可选地，光掩膜504可以允许阻塞含有不希望的细胞20的孔220的隔离材料片段的照射，其中希望的细胞10被从系统收回。然而，隔离材料的任何合适的部分可以被反应。
[0059]细胞捕获系统100可以另外包括用来促进成像的光学元件130。光学元件130用来调整入射光，优选用来促进更好的成像。光学元件130可以用来弯曲、反射、准直、聚焦、抵制，或以其他方式调整入射光。光学元件130优选在与细胞捕获系统100制造相同的过程中被制造，但可以可选地在细胞捕获系统100制造后被包括。光学元件130优选被界定在基底110内，但可以可选地由顶层120或由单独的部件界定。光学元件130可以包括设置在邻近阵列200的基底厚度内(如图1lA所示)，界定在基底的与界定细胞捕获系统100相对的宽面112上(如图1IB所示)的反光镜，或界定在顶层120上(如图1lC所示)的显微透镜、光准直器、光偏振器、干涉滤光片、使来自收集的荧光发射光的进入路径的激发射线最小化的90°照明元件、衍射滤光片、光扩散器，或任何其他合适的光学元件。可选地，光学元件130可以由成像平台(如图1lD所示)或由任何外部部件界定。
[0060]细胞捕获系统100可以另外包括用来吸引感兴趣的细胞10朝向孔室222的孔亲和性机构。孔亲和性机构可以包括电场阱或任何其他合适的孔亲和性机构，电场阱是在入口通道240内将流引入孔220，将负压应用到出口通道260的部件。
[0061]细胞捕获系统100优选被界定在基底110上。更优选地，细胞捕获系统100被界定在基底的单个宽面112上，其中包括入口通道240、孔220和出口通道260的阵列200优选被界定在基底的单个宽面112上。更优选地，阵列200、入口歧管300和出口歧管400都被界定在相同的宽面上。因此，经过细胞捕获系统100的样品流优选基本上与基底的宽面112平行运行。阵列200、入口歧管300和出口歧管400优选都由在基底的宽面112中的凹处界定，但可以可选地是由被建立在基底110的顶部上的壁界定的通道，或者以任何其它合适的方式界定。基底110优选界定细胞捕获系统100的一部分(例如，系统的三个壁)，其中剩余的部分(例如，一个壁)优选由顶层120界定。顶层120优选与基底110形成基本上流体不能渗透的密封以流体地密封细胞捕获系统100。可选地，细胞捕获系统100可以被界定穿过基底110的厚度，其中入口通道240被界定在基底的第一宽面112上，出口通道260被界定在基底的相对宽面112上，且孔220被界定穿过基底110的厚度。
[0062]基底110优选是光学透明的、生物相容的和基本惰性的。可以被用于基底110的材料的例子包括玻璃、高折射率聚合物，或任何其它合适的光学透明材料；硅；任何合适的聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、丙烯酸类或硅树脂；石英、玻璃、金属、陶瓷，或任何其它合适的材料。顶层120优选为被层压、粘附、热结合、激光结合、阳极结合或以另外方式结合到基底110的光学透明层。顶层120优选为聚合物层压制品，但可以可选地为盖玻片(glass cover slip)或任何其他合适的顶层120。
[0063]细胞捕获系统100优选通过微型制造工艺来制造，但可以可选地通过注射成型、微型制造(例如，以产生母版(master))和注射成型(例如，用于批量制造)的组合、微型制造(例如，以产生母版)和热压印(例如，用于批量制造)的组合、激光蚀刻、CNC，或任何其它合适的制造工艺来制造。可以被使用的微型制造技术包括光刻法、DRIE、湿法刻蚀和阳极键合，但任何合适的微型制造技术可以被使用。阵列200、入口歧管300和出口歧管400优选在单个制造工艺中被形成，但可以可选地通过多个连续的或间断的工艺形成。入口 320和出口420可以另外在与阵列200、入口歧管300和出口歧管400的工艺相同的工艺中被形成，但可以可选地在使用不同的工艺之前或之后被形成。[0064]在一个变化形式中，如图12所示，细胞捕获系统100使用注射成型工艺来制造。注射成型母版包括阵列界定部分102、底部界定部分104和一个或多个芯销106。阵列界定部分优选包括阵列200的底片(negative)，并且可以另外包括入口歧管300和出口歧管400的底片。阵列界定部分优选使用微型制造技术形成，但可以可选地通过激光切割、CNC，或任何其他合适的方法形成。底部界定部分优选包括芯销可以穿过其延伸的通道。芯销优选具有插入底部界定部分通道的锥形端，并且用来界定入口 320和出口 420。基底材料优选从细胞捕获系统100的边缘或平行于未来的基底110的宽面被注入。然而，基底材料可以通过垂直于未来的基底110的宽面的底部界定部分，或通过任何其他合适的母版部分被注入。
[0065]在另一个变化形式中，如图13所示，细胞捕获系统100使用微型制造工艺来制造，并且利用一系列光刻法步骤以在基底110上产生细胞捕获系统100的部件。然而，细胞捕获系统100可以使用任何其它合适的方法来形成。
[0066]细胞捕获系统的实施例
[0067]在第一实施例中，如图4所示，细胞捕获系统100包括并联布置的多个基本上相同的阵列200 ;多个入口歧管300，每个独立地流体地连接到入口通道240 ;多个入口 320，每个独立地流体地连接到入口歧管300 ;多个出口歧管400，每个独立地流体地连接到出口通道260 ;和多个出口 420，每个独立地流体地连接到出口歧管400。每个阵列200优选包括多个基本上相同的孔220，孔220在室222处连接到入口通道240以及在孔通道224处连接到出口通道260。阵列200、入口歧管300和出口歧管400优选为界定在基底的一个宽面112上的凹处，并且优选共同地由将阵列200、入口歧管300和出口歧管400与细胞捕获系统100外部流体地密封开的顶层120界定。入口 320和出口 420优选为界定穿过基底110的厚度的洞，并且优选源自与界定阵列200、入口歧管300和出口歧管400的面相对的基底宽面。可选地，入口 320和出口 420可以是从基底侧面延伸穿过基底110的洞。
[0068]在第二实施例中，如图5所示，细胞捕获系统100包括并联布置的多个基本上相同的阵列200 ;—个包括两层或更多层的入口歧管300 ;流体地连接到入口歧管300的入口320 ;多个出口歧管400，每个独立地流体地连接到出口通道260 ;和多个出口 420，每个独立地流体地连接到出口歧管400。每个阵列200优选包括多个基本上相同的孔220，孔220在室222处连接到入口通道240以及在孔通道224处连接到出口通道260。入口子歧管302直接连接到入口通道240，优选每个独立地连接到十个或更少的入口通道240。例如，当细胞捕获系统100包括40个阵列200时，细胞捕获系统100优选包括十个第二层入口子歧管302，每个连接到四个入口通道240。阵列200、入口歧管300和出口歧管400优选是界定在基底的一个宽面112上的凹处，并且优选共同地由将阵列200、入口歧管300和出口歧管400与细胞捕获系统100外部流体地密封开的顶层120界定。入口 320和出口 420优选是界定穿过基底110的厚度的洞，并且优选源自与界定阵列200、入口歧管300和出口歧管400的面相对的基底宽面。可选地，入口 320和出口 420可以是从基底侧面延伸穿过基底110的洞。可选地，入口 320可以是界定穿过基底110的厚度的洞，而出口 420是平行于基底宽面延伸穿过基底110的洞。
[0069]在第三实施例中，如图7和8所示，细胞捕获系统100包括并联布置的多个基本上相同的阵列200 ;—个包括两层或更多层的入口歧管300 ;流体地连接到入口歧管300的入口 320 ;—个包括两层或更多层的出口歧管400，和流体地连接到出口歧管400的出口 420。每个阵列200优选包括多个基本上相同的孔220，孔220在室222处连接到入口通道240以及在孔通道224处连接到出口通道260。出口歧管400优选具有与入口歧管300相同数量的层，并且优选反映入口歧管300。例如，直接地连接到阵列200的出口子歧管402优选被连接到相应入口子歧管302被直接连接到的相同的阵列200。然而，出口歧管400可以包括不同数量的层，组成不同的阵列200，或具有任何其它合适的构型。直接连接到入口 320和出口通道260的入口 320和出口子歧管402优选每个分别独立地连接到十个或更少的入口 320和出口通道260。例如，当细胞捕获系统100包括四十个阵列200时，细胞捕获系统100优选包括十个第二层入口 320和出口子歧管402，每个分别连接到四个入口 320和出口通道260。阵列200、入口歧管300和出口歧管400优选是界定在基底的一个宽面112上的凹处，并且优选共同地由将阵列200、入口歧管300和出口歧管400与细胞捕获系统100外部流体地密封开的顶层120界定。入口 320和出口 420优选是界定穿过基底110的厚度的洞，并且优选源自与界定阵列200、入口歧管300和出口歧管400的面相对的基底宽面。可选地，入口 320和出口 420可以是从基底侧面延伸穿过基底110的洞。可选地，入口 320可以是界定穿过基底110的厚度的洞，而出口 420是平行于基底宽面112延伸穿过基底110的洞。
[0070]在第四实施例中，如图8所示，细胞捕获系统100包括并联布置但串联地流体地连接的多个不同的阵列200 ;—个连接到上游入口通道240的入口歧管300 ;流体地连接到入口歧管300的入口 320 ;—个连接到下游出口通道260的出口歧管400 ;和流体地连接到出口歧管400的出口 420。阵列200的孔通道宽度优选随着远离入口 320的每个后续阵列200减小。另外，阵列200的室的大小可以随着远离入口 320的每个后续阵列200减小。阵列200的入口通道和出口通道的大小也可以随着远离入口 320的每个后续阵列200减小。每个阵列200优选包括在室222处连接到入口通道240和在孔通道224处连接到出口通道260的多个基本上一样的孔220。上游阵列200的出口通道260优选被流体地连接到邻近的下游阵列200的入 口通道240。在一个具体的实施例中，细胞捕获系统100包括串联地流体地连接的第一、第二、第三和第四阵列200。第一阵列200具有30微米的孔通道尺寸，第二阵列200具有25微米的孔通道尺寸，第三阵列200具有15微米的孔通道尺寸，且第四阵列200具有10微米的孔通道尺寸。阵列200、入口歧管300和出口歧管400优选被界定在基底的一个宽面112上的凹处，并且优选共同地由将阵列200、入口歧管300和出口歧管400与细胞捕获系统100外部流体地密封开的顶层120界定。入口 320和出口 420可以是穿过基底Iio界定在基底110的相同侧面上、在基底的相同宽面112上、在基底110的相对宽面上、在基底110的相邻面上，或以任何合适的构型布置的洞。
[0071]在第五实施例中，如图9所示，细胞捕获系统100包括第一和第二阵列组202，每个阵列组202包括并联布置的多个基本上一样的阵列200，其中每个阵列200优选包括多个基本上一样的孔220。细胞捕获系统100优选包括流体地连接到两个阵列组202的入口通道240的一个入口歧管300，但可以可选地包括两个入口歧管300，每个独立地连接到阵列组202，或任何其它合适数量的入口歧管300。在一个变化形式中，入口歧管300可以被设置在阵列组202之间，使得第二阵列组202是第一阵列组202的对映体。然而，入口歧管300可以被设置在任何合适的位置。细胞捕获系统100优选包括一个入口 320，但可以可选地包括更多个入口 320。在一个变化形式中，入口 320在阵列组202之间被等距离布置。细胞捕获系统100优选包括两个出口歧管400，一个用于每个阵列组202，但可以可选地包括多个出口歧管400，一个歧管用于每个出口通道260，或包括任何其他合适数量的出口歧管400。在一个变化形式中，出口歧管400可以被设置成邻近基底110的边缘，使得用于第一阵列组202的出口歧管400被布置在远离第二阵列组202的第一阵列组202侧面，且出口歧管400被布置在远离第一阵列组202的第二阵列组202侧面。细胞捕获系统100优选包括至少两个出口 420，但可以可选地包括更多个出口 420。
[0072]在第六实施例中，如图9所示，细胞捕获系统100与第五实施例中的细胞捕获系统100基本上是相似的，并且还可以包括第三阵列组202，第三阵列组202包括多个基本上相同的平行的孔220和流体地连接第一和第二阵列组202的入口歧管300和第三阵列组202的入口歧管300的取回通道502。在这个实施例中，第三阵列组202可以用作单细胞反应器，其中第三阵列组202内的每个阵列200还可以包括组中用于每个阵列200的隔离入口520和隔离出口 540，分别设置在入口通道240和出口通道260的第一和第二端之间的隔离入口 520和出口 420。在操作中，邻近入口歧管300的取回通道502优选被密封，且感兴趣的细胞通过使样品运行通过入口 320,通过入口歧管300,并进入第一和第二阵列组202而被隔离在第一和第二阵列组202内。细胞隔离后，取回通道502可以被开封，入口 320被密封，并且通过使缓冲剂运行通过第一和第二阵列组202的出口歧管400，隔离的细胞通过入口歧管300，通过取回通道502并进入第三阵列200而被回流。如图10所示，细胞然后可以通过同时将隔离材料例如水凝胶引入到隔离入口 520以及将缓冲剂引入到入口通道240和出口通道260的第一端而与邻近的细胞隔离。然后，隔离材料优选起反应以把隔离材料从流动状态转换成静置状态。在一个变化形式中，仅密封含有感兴趣的细胞的孔220的隔离材料的部分起反应。例如，隔离的细胞可以被染色，含有感兴趣的细胞的孔220被识别(如，其中感兴趣的细胞发射所需波长)，且产生光掩膜504，其中光掩膜504只允许密封感兴趣的孔的隔离材料的部分起光反应(如，通过紫外照射)。未反应的隔离材料和不希望的细胞20可以通过使缓冲剂通过出口歧管400回流而被排出。然而，选择性隔离材料反应的任何其它合适的方法可以被使用。试剂(如荧光抗体等)、分析物，或任何其它合适的物质可以在细胞隔离之前通过第三阵列入口 320被引入第三阵列200。可选地，试剂可以在细胞隔离之后被引入。在第一变化形式中，试剂可以通过第三阵列入口歧管被引入，其中试剂穿透静置隔离材料以进入到孔220。在第二变化形式中，试剂、分析物或其他物质可以通过顶层120邻近感兴趣的孔的部分引入物质而被引入各个孔220。
[0073]细胞除去
[0074]细胞捕获系统100被配置成促进从已知的可寻址的位置的选择性细胞除去。尽管来自单个孔220的各个细胞被优选选择性地除去，但系统可以促进从单个阵列200或阵列200的子集的同时多个细胞除去。细胞优选通过应用除去力到细胞而被除去。除去力优选通过泵送流体经过孔通道224进入到室222而被应用，但可以可选地通过把室222的容纳物吸引出来而被应用。在一个变化形式中，由在细胞捕获系统100的出口 420处的泵机构提供的泵压小于10，000Pa。在一个具体的变化形式中，提供的泵压为6，OOOPa。然而，任何其它合适的泵压或抽吸压力可以被使用。
[0075] 在细胞除去方法的第一变化形式中，一个或多个细胞可以通过使清洗流体通过出口歧管400进入和在入口 320收集冲洗出的细胞(使细胞回流)从细胞捕获系统100被除去。当希望从多个流体地连接的地点收集细胞时，这可以是特别期望的。包括多个出口歧管400的细胞捕获系统100 (如具有每阵列200 —个出口歧管400的系统)可以特别适合于这种细胞除去方法，因为在给定阵列200内的细胞可以通过仅使流体通过直接连接到选择的阵列200的出口歧管400进入而被除去，而不影响邻近的在其他阵列200内的捕获细胞。可选地，具有多层子歧管的细胞捕获系统100可以适合于这种细胞除去方法，其中保留在通过子歧管被流体地连接的阵列200的子集中的细胞可以被同时除去。然而，任何合适的细胞捕获系统100的构型可以与这种细胞除去方法一起被利用。
[0076]在细胞除去方法的第二变化形式中，可以通过利用细胞除去工具600来实现细胞除去。细胞捕获系统100的细胞除去工具600用来选择性地从细胞捕获系统100内的可寻址位置除去一个或多个隔离的细胞。细胞除去工具600优选地被配置成从单个室222除去细胞，但可以可选地被配置成同时从多个室222除去多个细胞。
[0077]在细胞除去工具的第一变化形式中，细胞除去工具600被配置成从垂直于基底的宽面112的方向穿过顶层120。细胞除去工具600优选从基底的宽面112以基本上垂直的方向除去细胞，但可以可选地在相对于基底的宽面112成角度的方向除去细胞。细胞除去工具600优选包括空心针，空心针穿过顶层120并界定与一个或多个孔220(例如，希望数量的孔220)流体连通的基本上流体地隔离的容积。如图14A和14B所示，空心针在尖端620优选包括促进与顶层120的流体密封形成的一个或多个密封元件，例如聚合物涂层或适当的几何形状。空心针优选包括在空心尖端620处结束的套管。套管优选界定内腔，并且优选被流体地连接到细胞收集容积。在一个变化形式中，尖端620包括促进与顶层120的流体密封形成的几何形状。尖 端620优选包括第一和第二相对的壁，每个具有凹形轮廓，凹形轮廓在远离套管的穿孔端逐渐变细。第一壁优选是第二壁的对映体，但可以可选地是基本上相同或不同的。每个壁的第一侧面和第二侧面(分别，622和624)优选显示不同的曲率，使得穿孔端的中心优选从内腔的纵轴偏移。然而，第一和第二壁可以可选地是基本上相似的(如，具有相同的曲率)。第一和第二相对的壁优选用来穿过顶层120并用来与基底110形成第一和第二流体密封以界定流体地隔离的容积。然而，空心针可以包括任何其他合适的几何形状。在一个变化形式中，空心针具有200微米的高度和40微米的内腔直径。
[0078]空心针优选被配置成在感兴趣的孔室222内或邻近感兴趣的孔室222的入口通道240的片段形成基本上流体地隔离的容积。然后低压发生器(如泵)优选被用于通过空心针从孔室222吸出保留的细胞并吸入细胞收集容积。
[0079]空心针优选使用微型制造技术来制造，但可以可选地被注射成型、激光切割、压印或使用任何其它合适的制造技术来制造。在空心针制造的一个变化形式中，如图15所示，内腔优选使用刻蚀技术例如深反应离子蚀刻(DRIE)、等离子刻蚀，或任何其它合适的刻蚀方法被刻蚀在基底110例如硅上。该步骤优选利用覆盖要保护的基底110的部分的掩膜。然后优选利用腐蚀性液体或等离子体通过基底110的各向同性刻蚀制造壁和相关的轮廓，但任何其它合适的各向同性材料除去方法可以被使用。掩膜优选被用于保护穿孔端。多个空心针优选与阵列200同时被制造，但可以可选地被单独制造。
[0080]在细胞除去工具的第二变化形式中，细胞除去工具600也被配置成从垂直于基底的宽面112的方向穿过顶层120。细胞除去工具600优选从基底的宽面112在基本上垂直的方向除去细胞，但可以可选地在相对于基底的宽面112成角度的方向除去细胞。如图16所示，细胞除去工具600优选包括包含第一空心针640和第二空心针660的空心针对，其中两个针优选与在细胞除去工具600的第一变化形式中描述的针基本上相似。第一针640的第一和第二壁优选被配置成与入口通道240和/或孔室222形成第一和第二流体不能渗透的密封。第二针660的第一和第二壁优选被配置成与出口通道260和/或孔通道224形成第一和第二流体不能渗透的密封。第一和第二针优选是平行对齐的，且第一和第二针的穿孔尖端邻近细胞除去工具600并且在相同方向定向在细胞除去工具600内(例如，其中两个尖端位于细胞除去工具600的相同侧)。第一和第二针优选使用上述制造工艺制造，但可以可选地使用不同的工艺制造。第一和第二针优选同时被制造在相同的基底110上，但可以可选地被分别制造并在制造后结合。第一和第二针660之间的距离优选基本上等于孔220的长度(例如，室222和孔通道224的长度的总和)。然而，第一和第二针660之间的距离可以是室的长度、孔通道224的长度，或任何合适的距离。第一和第二针660优选共同地形成流体地隔离的容积，流体地隔离的容积包括一个或多个感兴趣的孔、邻近感兴趣的孔的入口通道240的片段，和邻近感兴趣的孔的出口通道260的片段，使得感兴趣的孔与邻近的孔220流体地隔离。在操作中，流体优选通过第二针660进入出口通道260的流体地隔离的片段，通过孔通道224，通过室222，并进入第一针640。当流体移动通过室222，流体优选夹带保留的细胞并移动细胞进入第一针640。第二针660可以被流体地耦合到泵和流体源。可选地/另外，第一针640可以被流体地耦合到低压发生器(如，泵)。流体优选是缓冲剂，但可以可选地是细胞培养基或任何其它保持细胞生活力的合适的流体。
[0081]在细胞除去工具的第三变化形式中，细胞除去工具600被配置成在基本上平行于基底的宽面112的方向从细胞捕获系统100除去一个或多个细胞。如图17所示，细胞除去工具600优选包括界定内腔的套管680和孔口 684。套管680优选在第一端以密封的穿孔尖端682终止，并且优选在第二端被流体地连接到细胞收集容积。孔口 684优选是延伸穿过套管680壁的洞，其中洞优选具有基本上等于或大于孔室222的宽度的宽度，但足够小以使得孔口 684没 有跨过两个孔室222。套管680优选包括一个孔口 684，但可以可选地包括多个孔口 684，其中多个孔口 684可以以平行于套管680的纵轴的线对齐，或可以围绕套管680的表面被分布(例如，围绕套管680的纵轴成螺旋状)。孔口 684优选延伸穿过纵向套管680壁，但可以可选地延伸穿过穿孔尖端682的一部分。在一个实施例中，孔口 684延伸穿过邻近穿孔尖端682的纵向套管壁的一部分。在另一个实施例中，孔口 684延伸穿过离穿孔尖端682预定距离的纵向套管壁的一部分，其中该距离可以被配置成使得套管壁阻塞一个或多个邻近的孔220。在另一个实施例中，孔口 684可以延伸穿过穿孔尖端682，使得孔口 684的纵轴与套管680的纵轴平行地或同轴地延伸。在孔口 684和套管680外部和/或内部之间的过渡优选是凸面的和弯曲的以防止细胞损伤，但可以可选地是凹面的、成角度的、为直角的，或具有任何合适的构型。套管680优选具有圆形横截面，但可以可选地具有矩形或正方形横截面、卵形横截面，或任何其它合适的横截面。套管680优选是刚性的，但可以可选地是柔性的或包括柔性的部分。在一个可选方案中，套管680是柔性的并包括刚性的穿孔装置686，其中刚性的穿孔装置686可滑动地耦合在套管680上。刚性的穿孔装置686形成和保持进入入口通道240的通路,并且套管680可以通过其前进。然而,套管680可以具有任何其它合适的构型。套管680可以另外包括可滑动地耦合在内腔中的穿孔器，其中穿孔器可以延伸穿过孔口 684以贯穿在套管680和孔220之间的任何中间层(例如，隔离层)。穿孔后的穿孔器位置可以被保留以帮助通过其进行细胞除去，或在细胞除去之前穿孔器可以被缩回。
[0082]在细胞取回工具操作的一个变化形式中，套管优选横穿穿过具有感兴趣的细胞10的阵列200的入口通道240，直到孔口与包含感兴趣的细胞10的孔220对齐。然后，流体可以通过相关的出口歧管进入，其中进入的流体的压力把感兴趣的细胞10推出孔室222，通过孔口，并进入套管。随后流体通过入口通道240进入可以重新捕获从它们相应的孔220回流出的任何细胞。套管可以另外或可选地包括流体地耦合到内腔的将细胞吸出孔220的低压产生机构。可选地或另外，套管可以促进细胞通过毛细管作用进入。细胞优选穿过内腔并被储存在细胞收集 容积内。
[0083]在细胞取回工具操作的这个变化形式中，套管优选通过基底110的侧面被插入入口通道240，如图17B所示，其中入口通道240优选由自动密封壁部分地界定。套管优选延伸穿过这个自动密封壁。可选地，套管可以通过顶层120被插入入口通道240，其中套管可以是柔性的以适应进入的角度，或顶层120可以是弹性的以适应进入的角度。然而，任何其它合适的把套管引入入口通道240的方法可以被采用。
[0084]在细胞取回工具操作的另一个变化形式中，套管包括通过穿孔尖端的孔口。套管通过入口通道240前进，相继地阻塞每个连续的孔室222，直到仅留下需要的孔220的子集未被覆盖。然后流体可以通过与未被覆盖的孔220直接地流体地连接的出口通道260来提供以同时从未被覆盖的孔220释放细胞，其中流体优选夹带细胞并移动细胞进入套管。套管可以另外或可选地被流体地连接到低压发生器以把细胞吸入到细胞收集容积。
[0085]从细胞捕获系统100除去细胞优选是自动化的，但可以可选地是半自动化的或手动的。在一个变化形式中，细胞除去是自动化的，其中集成平台30识别并除去感兴趣的细胞。细胞识别可以包括自动固定、渗透作用(permeabilzation)、染色、成像,和通过图像分析(例如，通过用处理器进行视觉处理，通过用光探测器等)识别细胞。细胞除去可以包括使细胞除去工具600前进到含有感兴趣的细胞10的孔220。细胞除去可以另外包括细胞除去方法选择和/或细胞除去工具选择。在另一个变化形式中，细胞识别可以是半自动化的，且细胞取回可以是自动化的。例如，细胞染色和成像可以被自动进行，其中感兴趣的细胞的识别和选择可以被手动进行。在另一个变化形式中，所有的步骤都可以被手动进行。然而，自动或手动步骤的任何组合可以被使用。
[0086]示例性应用
[0087]上述细胞捕获系统100可以被用于各种生物测定和程序中。运行测定或程序优选包括将靶细胞捕获在细胞捕获系统内的可寻址的位置，以及将试剂输送到每个捕获的细胞的内部或表面，同时维持细胞与其各个孔或位置配准(registration)。
[0088]在第一实施例中，细胞捕获系统100可以用作微阵列200，其中微球140在样品引入前被引进到细胞捕获系统100内。微球140优选稍大于孔通道224，但可以可选地小于孔通道224。微球140可以被涂上特定的分析物(例如亲和分子等)，其中微球140可以在孔220中产生亲和柱。微球140可以另外被标记用于成像。在一个变化形式中，多组微球140被相继地引入细胞捕获系统100，其中每组微球140具有与其它组不同的亲和分子涂层。每个微球组优选被用同样的成像标记进行标记(例如，全部用Cal Red标记)，但可以可选地用不同的成像标记进行标记。每个微球组优选包括少数量的微球140(例如，少于系统中孔220的数量)，但可以可选地具有更多数量的微球140。细胞捕获系统100优选在每个微球组被引入后被成像以识别由组的组成微球140占据的孔220。然而，细胞捕获系统100可以在所有的微球140被引入后被成像，特别是当每个微球组用不同的成像标记进行标记后。如此，高度多路复用珠(highly multiplexed bead)微阵列200可以在细胞捕获系统100内产生。在另一个变化形式中，如图18所示，微球140可以在孔220内形成小孔网络，可以作为更小的孔过滤装置。例如，约10微米的微球140可以被用于制作滤菌器，而约2微米的微球140可以被用于制作病毒过滤器。在另一个实施例中，亲和分子涂覆的微球可以与样品被同时地引进，其中微球与靶细胞结合以形成复合物。微球优选被按尺寸制造成使得复合物被捕获在孔内而未结合的微球流过系统。微球140可以是聚合的、金属的、顺磁体的、磁性的，或具有生物学特征。例如，微球140可以由导热材料制成并可以用作快速热交换器单元。
[0089]在另一个实施例中，一个或多个测定可以在细胞捕获系统100内进行。感兴趣的细胞优选首先通过使样品运行通过细胞捕获系统100而被隔离。然后捕获的细胞优选被染色，其中染色优选保持细胞生活力。然后包括形态学和细胞计数的细胞分析被优选进行。一个或多个测定然后可以在捕获的细胞上进行。这些测定可能包括免疫细胞化学、荧光原位杂交(FISH)、聚合酶链反应(PCR)、酶联免疫吸附测定(ELISA)和本领域技术人员已知的其它标准的细胞和分子测定。
[0090]隔离感兴趣的细胞优选包括泵送样品通过细胞捕获系统的入口 320和通过细胞捕获系统100的出口 420排出样品的剩余物。隔离感兴趣的细胞可以另外包括在样品进入细胞捕获系统100之前的样品富集。隔离感兴趣的细胞可以另外包括使缓冲剂运行通过细胞捕获系统100以冲洗隔离的细胞。隔离感兴趣的细胞优选包括将细胞留在孔220内，但可以可选地包括从细 胞捕获系统100除去细胞。被除去的细胞可以经过第二细胞捕获系统100以继续地富集被隔离的细胞种群，或可以被储存在细胞收集容积内用于芯片外分析。
[0091]抗体染色优选被用于识别容纳感兴趣的细胞的孔220。抗体染色可以另外区分感兴趣的细胞与也已经被捕获的相似大小的不希望的细胞20。抗体染色优选包括通过细胞捕获系统100引入对感兴趣的细胞10有特异性的结合抗体的溶液。结合抗体优选是原发抗体，但可以可选地是二次抗体，其中未结合的原发抗体优选在结合抗体引入之前被引入细胞捕获系统100。然而,任何合适的细胞染色方法可以被使用。
[0092]细胞分析优选被用来确定捕获的细胞的形态学和确定捕获的感兴趣的细胞的数量和位置。细胞分析优选通过相关的集成平台30来进行，其中形态学和细胞计数优选通过整体芯片成像和图像分析来完成。成像和分析优选自动进行，但可以可选地是半自动化的或手动进行。然而，形态学确定和细胞计数可以通过任何其它合适的方法来实现。
[0093]对隔离的细胞运行测定用来确定细胞的特征和/或确定细胞对于给定刺激的反应。分析可以单独地对细胞运行(例如，单细胞水平分析)，其中细胞可以被单独地流体地隔离在细胞捕获系统100内。可选地，分析可以作为整体在细胞捕获系统100上运行。可选地，单个阵列200子集可以与其它阵列200子集流体地隔离，其中不同的分析可以对不同的阵列200子集进行。可以对细胞运行的示例性测定包括FISH测定、选择性细胞裂解和裂解液收集、单细胞分子分析(例如，PCR、RT-PCR、全基因组扩增、ELISP0T、ELISA、免疫-PCR等)、药物测试、细胞培养、亲和性分析、时间响应分析，但其它分析可以可选地/另外被运行。隔离的细胞可以在运行测定之前、期间或之后优选用细胞除去工具600来除去但可选地用任何合适的方法来除去。可选地，隔离的细胞可以被隔离在室222中(例如，用隔离层)、被固定、被培养在室222内，或以任何其它合适的方式被保留在室222中。
[0094]在一个具体的实施例中，用细胞捕获系统100测定细胞包括预处理含有添加的癌细胞的样品，启动细胞捕获系统100，使样品流过细胞捕获系统100，将细胞固定在它们各自的孔里，以及对固定的细胞染色。测定程序之后，细胞可以被手动地或自动地成像和分析。样品优选是外周全血样品，但可以是任何其它合适的含有靶细胞的样品。细胞捕获系统100优选包括12，800个孔，但可以可选地包括更多或更少的孔。预处理样品优选包括稀释样品(如，使用在IX PBS混合物中的0.5%福尔马林或任何其它合适的含有固定剂的溶液)和优选在振荡器中培养样品(例如，持续15-30分钟)。启动细胞捕获系统100优选包括引入初始缓冲剂(例如，在IX PBS中l%BSA+0.l%triton X)和从系统100除去气泡。使样品流过细胞捕获系统100优选包括在小于10，OOOPa的压力下在少于十分钟内使样品流过系统100同时最小化气泡的引入，但可以可选地包括在任何合适的压力下在任何合适的时间帧内使样品流过系统100。固定细胞优选包括用固定剂(例如，在洗涤缓冲剂中2%福尔马林)快速固定细胞，这可以准备用于后续的抗体染色的细胞。对固定的细胞染色可以包括洗涤固定的细胞(例如，用在IX PBS中的l%BSA+25mM EDTA)和将含有对感兴趣的细胞有特异性的抗体的抗体鸡尾酒(antibody cocktail)(例如,包括识别人类上皮癌细胞的抗细胞角蛋白8/18或抗EpCAMdPJij白血球的CD45，和/或核染剂HoeSCht33342的原发抗体鸡尾酒)引入细胞捕获系统100。对固定的细胞染色可以另外包括培养细胞(例如，在室温下30-45分钟)。对细胞染色可以另外包括用洗涤缓冲剂(例如，在IX PBS中的l%BSA+25mMEDTA)洗涤细胞，引入含有结合到原发抗体的抗体的二次抗体鸡尾酒(例如，包括Alexa-结合的抗CD45、抗细胞角蛋白8/18，和/或抗EpCAM的鸡尾酒)，以及培养细胞(例如，在室温下45分钟)。测定细胞可以另外包括在每个测定步骤之间的洗涤步骤。细胞优选用含有培养基、缓冲剂、金属离子清除剂和/或表面活性剂的洗涤缓冲剂(例如，含有在IX PBS中的1%BSA和0.l%triton X的洗涤缓冲剂、含有EDTA的洗涤缓冲剂等)洗涤。
[0095]样品制备
[0096]细胞捕获系统100优选与含有细胞的样品一起使用。含有细胞的样品优选是血液样品，但可以可选地是体液，悬浮在缓冲剂或培养基中的细胞，或任何其它合适的含有细胞的样品。
[0097]虽然含有细胞的样品可以在没有任何预处理的情况下被引入到细胞捕获系统100，但预处理可以是优选的以增加细胞分选的功效。样品预处理优选包括样品富集以增加样品中希望的细胞10的比例。样品富集优选包括在样品进入细胞捕获系统100之前，基本上从样品中除去不需要的组分。样品预处理可以另外包括制备用于下游处理的样品，或以任何其它合适的方式处理样品用于任何合适的应用。
[0098]在第一变化形式中，优选除去可以在细胞捕获系统100内形成障碍的样品组分例如凝块。例如,在血液样品中，这些组分可以包括红血球、血小板,和其它相似的血液组分。这些组分优选通过密度梯度离心被除去，其中红血球和粒细胞小球优选被除去，并且样品的剩余部分被保留。然而，这些组分可以通过过滤、选择性裂解，或任何其它合适的除去或灭活方法被除去。[0099]在第二变化形式中，与希望的细胞10基本上相同的大小的不希望的细胞20被选择性地除去。例如，如果CTC是希望的细胞10，那么单核细胞(例如，PMBC)优选被除去。不希望的、相似大小的细胞优选通过阴性选择被除去，但可以可选地通过其它合适的除去方法例如离心来除去。阴性选择优选通过不希望的细胞的免疫磁分离来实现，其中抗体涂覆的磁性颗粒被引入样品。涂覆磁性颗粒的抗体优选靶向由不希望的细胞20表达而不是由希望的细胞10表达的抗原。例如，如果白血球是不希望的细胞20，那么抗CD45可以被使用。然后样品经过磁场，其中磁性颗粒选择性地从样品中除去被结合的、不希望的细胞20。
[0100]阴性选择可以可选地或另外在细胞捕获系统100内实现，其中细胞捕获系统100包括流体地连接到下游第二平台(Stage)的第一平台。第一平台的通道优选包括选择性地结合不希望的细胞20的亲和分子(例如，抗体)，而允许希望的细胞10从其流过。亲和分子可以作为涂层、作为亲和分子涂覆的微球140、亲和分子涂覆的微柱体、亲和分子涂覆的微通道被引入，或以任何其它合适的方式引入。第一平台可以是入口歧管300的部分或上游阵列200的子集、单独的细胞捕获系统100，或任何合适的上游平台。第一平台优选包括大尺寸的孔通道，优选大于希望的细胞10的直径(例如，35-50微米)。第二平台优选根据细胞大小和/或可变形性选择希望的细胞10，并优选不包括任何抗体或细胞结合涂层。
[0101]在样品制备的一个变化形式中，如图19所示，通过密度梯度分离除去小样品组分SlOO和通过免疫原性分离除去单核细胞S200来制备样品。然后感兴趣的细胞使用细胞捕获系统来隔离S300，并对隔离的细胞进行后续的测定S400。
[0102]集成平台
[0103]如图20所示，细胞捕获系统100优选与包括样品工作站40和成像平台50的集成平台30—起被利用。集成平台30优选是全自动化的，但可以可选地是半自动化的或手动操作的。集成平台30可以进行移液、等分试样(aliquoting)、混合、泵送、和监测中的全部或一些功能。集成平台30可以另外自动识别被占的室222、成像所述室222，和/或对所述室222进行分析。集成平台30可以另外选择性地从细胞捕获系统100除去细胞。集成平台30可以另外或可选地进行任何其它合适的功能。细胞捕获系统100优选与如上所述的细胞捕获系统100 —起被利用，但可以可选地与任何合适的装置或方法一起被利用。
[0104]样品工作站40优选包括泵送系统，泵送系统调节通过系统的样品流速以控制细胞上的剪切力，同时提供足够的正压以推动不想要的细胞和碎片通过孔220的孔室222。在一个变化形式中，泵送系统提供小于10，OOOPa的泵压。更优选地，泵送系统提供约6，OOOPa的泵压，但可以可选地提供任何合适的泵压。泵送系统优选能够处理不同的体积输入，优选范围从100微升到几十毫升。如图21所示，泵送系统优选通过流体歧管42耦合到细胞捕获系统100的入口 320和出口 420，其中流体歧管42优选从上面将流体引入到细胞捕获系统100，但可以可选地从下面、从侧面，或从其他合适的方向将流体引入到细胞捕获系统100。流体歧管42优选包括围绕入口接触部分和出口接触部分的形成流体密封的元件43，例如O环、垫圈，或任何其它合适的密封元件。样品工作站40优选包括排出气泡的排气系统(例如，使用疏水性排气孔)。样品工作站40可以另外用来制备与细胞捕获系统100 —起使用的样品。例如，样品工作站40可以混合试剂、促进从样品中除去不需要的细胞，或进行任何其它合适的功能。样品工作站40可以另外用来取回被捕获的细胞，并可以包括细胞收集容积和低压发生器(如果使用的话)。[0105]工作站优选能够同时处理血液或任何其它合适的试样的多个样品(例如，12、24、96个样品等)。如图22所示，样品工作站40可以另外包括预先确定的样品位置，其中样品管例如试样管可以被装入具体位置，用于整个过程的正确识别。试样管可以包括可以通过工作站自动识别或人工读取的唯一标识符(例如，条形码)。样品工作站40可以另外接受用于处理样品和/或捕获的细胞的试剂。试剂优选以含有预加载或部分加载的试剂的成套试剂条被提供，但可以可选地以单独的小瓶或任何其他合适的形状因素被提供。试剂可以包括洗涤缓冲剂、清洗液、细胞染色剂、细胞固定剂、细胞生长介质、细胞裂解剂、原位杂交所需要的试剂、特异性核酸扩增所需要的试剂(例如，PCR试剂)、阻塞特定部分的功能所需要的试剂、清洗细胞捕获系统100所需要的试剂，或任何其它合适的试剂。试剂在条上的配置和/或试剂提供或布置的顺序优选取决于需要的过程。工作站优选接受用于多个过程的试剂，其中多个过程可以在单个芯片上同时进行。可以被实施的过程的例子包括免疫染色、单细胞蛋白质组分析、核酸分析、基因组测序，或在表达的细胞RNA和背景血浆表达之间的比较，测试药剂的功效。样品工作站40优选通过独立的处理器来控制，但可以可选地通过任何合适的控制机构来控制。
[0106]集成平台30可以另外包括成像平台50。成像平台50可以用来捕获细胞的图像。数字成像系统可以另外包括可以允许在平台中特定图像量化和报告的软件。成像平台50优选包括成像硬件和成像软件。成像软件优选控制成像硬件，并可以另外处理图像。在一个变化形式中，成像软件分析第一图像以确定保留感兴趣的细胞的孔220的地址，然后控制成像硬件以单独地成像并询问每个经识别的孔220。成像软件可以另外储存感兴趣的细胞的位置用于进一步的细胞处理，例如细胞除去或单细胞分析。
[0107]成像硬件优选被配置成接受细胞捕获系统100，并可以另外接受常规的成像设备，例如显微镜载玻片、细胞培养板，或任何其它合适的成像设备。成像硬件优选能够在图像捕获前使显微镜自动聚焦，但可以可选地以多重焦距获取一系列图像，使用图像后处理来锐化图像，或采用任何其它合适的方法以得到聚焦的图像。
[0108]成像硬件优选包括可以帮助自动校准、细胞捕获系统询问、细胞捕获系统100搅动、或以任何其它合适的方式移动成像设备的自动化平台52。自动化平台52可以另外用来使细胞捕获系统100与目标或图像场对齐。自动化平台52可以另外相对于细胞除去工具600移动细胞捕获系统100以使细胞除去工具600的孔口与希望的孔220对齐。自动化平台52可以另外将细胞移动到样品工作站40。自动化平台52优选由电动机驱动，但可以通过任何其它合适的机构来驱动。
[0109]自动化平台52优选能够至少在z方向移动，并且可以另外在X方向和/或y方向移动。在一个变化形式中，如图23所示，平台另外能够倾斜细胞捕获系统100，这可以使成像模块56能够自动对焦。细胞捕获系统100可以被倾斜成具体的角度，其中基于不同的所得到的焦距，载玻片图像的一些区域将比其它区域被更好地聚焦。然后，产生的对比度差异通过计算机算法询问，计算机算法确定具有最大对比度的垂直剖面，其是指示理想焦距(最佳Z-高度)的度量。然后自动化平台52将细胞捕获系统100放回到平行于基部的平面位置，并将细胞捕获系统100移动到确定的最佳Z-高度。
[0110] 平台优选包括相对于平台其它部分保持细胞捕获系统100位置的保持机构54。保持机构54优选还能够保持其它成像设备，例如载玻片或细胞培养板。保持机构54可以作为将细胞捕获系统100偏置在支柱上的夹子、在平台的宽面中的凹处，或任何其他合适的保持机构54。平台优选一次容纳一个细胞捕获系统100，但可以可选地同时容纳多个细胞捕获系统100。在一个变化形式中，平台包括包含多个细胞捕获系统100的圆盘传送带或托盘输送机，其中平台使连续的细胞捕获系统100在成像模块56下方旋转。
[0111]平台可以另外包括热耦合到平台的配置成接触细胞捕获系统100的部分的热控制系统。热控制系统可以被用于通过在测定或反应期间加热和/或冷却细胞捕获系统100来控制细胞捕获系统100的温度。例如，热控制系统可以加热细胞捕获系统100以培养保留在其中的细胞，以及冷却细胞捕获系统100以猝灭给定的生化反应。在一个变化形式中，热控制系统包括配置成接触细胞捕获系统100的整个宽面的单块(block)。在另一个变化形式中，热控制系统包括多个部分，每个部分配置成加热或冷却细胞捕获系统100宽面的给定部分。热控制系统优选包括电加热器，但可以可选地包括感应加热器、陶瓷加热器，或任何其它合适的加热器。热控制系统可以包括散热器、热泵、换热器，或任何其它合适的被动或主动的冷却机构。热控制系统优选是光学透明的，但可以可选地具有任何其它合适的光学性能。
[0112]平台可以另外包括与细胞捕获系统100的入口 320和出口 420相连的流体歧管42，使得通过细胞捕获系统100的实时流动可以被目测。
[0113]成像硬件优选另外包括成像模块56，成像模块56包括成像器和优化的照明器，能够在载玻片的多个预定的位置捕捉高分辨率图像和/或捕捉载玻片的整个图像。成像模块56优选能够用不同组的激发波长和发射波长工作，使得成像平台50可以解析多种标记物(例如，荧光标记物、染色剂等)。照明器优选能够提供适当的照明和用于荧光分辨、相差显微术、暗视野显微术、明视野显微术，和/或任何其他合适的成像技术的波长。例如，成像硬件可以包括能够分辨荧光染料例如FAM、Cal Red、Texas Red、Cy5、Cy5.5，或任何其它合适的用于细胞分析的荧 光染料的一个或多个发射器。成像模块56优选包括成像器，成像器优选光学地连接到显微镜，该显微镜放大细胞捕获系统100中要被成像的部分。成像器可以是5兆像素、10兆像素、20兆像素、50兆像素、100兆像素，或任何合适大小的成像器。成像器可以是(XD、CMOS成像器、行扫描仪，或任何其它合适的成像器。
[0114]成像硬件可以另外包括标识符阅读器，标识符阅读器用来读取和识别成像设备标识符。成像硬件可以包括条形码阅读器、RFID标签阅读器、QR码阅读器、近场通讯设备，或任何其它合适的可以识别位于成像设备(例如，细胞捕获系统100、显微镜载玻片等)上的唯一的标识符的机构。可选地或另外，成像模块56可以被用作标识符阅读器。在一个变化形式中，给定的物镜被放置在唯一的标识符上以获得成像模块56成像的正确的纵横比。在另一个变化形式中，唯一的标识符可以从多个图像中拼接。然而，任何其它合适的获得和识别唯一的标识符的方法可以被使用。
[0115]成像硬件优选通过运行成像软件的处理器来控制，其中处理器优选控制平台移动、显微镜聚焦和图像捕捉，且可以另外控制其它功能。成像硬件控制优选基于通过图像硬件采集的图像，但可以可选地基于从感应器或集成平台30的其它部分接收到的信号。
[0116]本领域技术人员从前述详细描述和从附图和权利要求书将认识，可以对本发明的优选的实施方式做出修改和改变，而没有偏离下面的权利要求书中界定的本发明的范围。
【权利要求】
1.一种细胞捕获系统,包括: 界定在基底的宽面上的阵列，所述阵列包括: 多个平行的孔，每个孔包括: 室，其配置成容纳单个细胞；以及 孔通道，其流体地连接到所述室； 入口通道，其流体地连接到所述孔的所述室； 出口通道，其流体地连接到所述孔的所述孔通道； 入口歧管，其界定在所述基底的所述宽面上，流体地连接到所述入口通道；以及 出口歧管，其界定在所述基底的所述宽面上，流体地连接到所述出口通道。
2.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述孔、所述入口通道和所述出口通道每个包括在所述基底的单一的宽面上的凹处。
3.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述阵列的所述孔基本上是相同的。
4.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述系统包括多个阵列；其中所述系统包括多个入口歧管，其中每个入口通道独立地流体地耦合到相应的入口歧管，且其中所述系统包括多个出口歧管，其中每个出口通道独立地流体地耦合到相应的出口歧管。
5.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述系统包括多个阵列；其中所述系统包括并联地流体地连接所述多个阵列的所述入口通道的单个入口歧管。
6.根据权利要求5所述的细胞捕获系统，其中所述系统包括多个出口歧管，其中每个出口通道独立地流体地耦合到相应的出口歧管。
7.根据权利要求6所述的细胞捕获系统，其中所述系统包括并联地流体地连接所述多个阵列的所述出口通道的单个出口歧管。
8.根据权利要求7所述的细胞捕获系统，其中所述出口歧管包括并联地流体地连接的多个出口子歧管，其中每个出口子歧管并联地流体地连接所述出口通道的子集。
9.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述系统包括多个阵列，每个阵列具有不同于其他阵列的孔通道宽度；其中所述多个阵列被串联地流体地连接，其中具有最大孔通道宽度的所述阵列的所述入口通道被流体地连接到所述入口歧管，且具有最小孔通道宽度的所述阵列的所述出口通道被流体地连接到所述出口歧管；其中上游阵列的所述出口通道被流体地连接到邻近的下游阵列的所述入口通道。
10.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中每个孔包括具有不同室宽度的多个流体地连接的室，其中所述多个室通过减小宽度而被线性地布置，使得具有最大宽度的所述室最接近所述入口通道，且具有最小宽度的所述室被流体地连接到所述孔通道。
11.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述阵列、所述入口歧管和所述出口歧管被共同地界定在顶层和所述基底的宽面之间。
12.根据权利要求11所述的细胞捕获系统，其中所述基底和所述顶层包括光学透明材料。
13.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述基底还包括配置成将光反射到所述孔内的反射体。
14.根据权利要求1所述的细胞捕获系统，其中所述系统还包括配置成穿过所述入口通道并取出孔的容纳物的细胞除去工具。
15.根据权利要求14所述的细胞捕获系统，其中所述细胞除去工具包括套管、孔口和内腔，所述套管在第一末端处界定密封的穿孔尖端，所述孔口穿过纵向套管壁，所述内腔配置成流体地连接到在第二套管末端处的细胞收集容积。
16.—种细胞分选装置,包括: 界定在基底宽面上的多个平行阵列，每个阵列包括: 多个平行的孔，每个孔包括: 室，其配置成容纳单个细胞；以及 孔通道，其流体地连接到所述室； 入口通道，其流体地连接到所述孔的所述室； 出口通道，其流体地连接到所述孔的所述孔通道； 入口歧管，其界定在所述基底宽面上，所述入口歧管被流体地连接到所述入口通道； 入口，其通过基底厚度而被界定，所述入口被流体地连接到所述入口歧管； 出口歧管，其界定在所述基底宽面上，所述出口歧管被流体地连接到所述出口通道；以 及 出口，其通过基底厚度而被界定，所述出口被流体地连接到所述出口歧管。
17.根据权利要求16所述的细胞分选装置，其中所述入口和所述出口垂直地通过所述基底厚度从第二基底宽面分别延伸到所述入口歧管和所述出口歧管，其中所述第二基底宽面与所述第一基底宽面平行并相对。
18.一种用于界定在顶层和基底的单个宽面之间的系统的细胞除去工具，所述系统包括阵列，所述阵列包括多个平行的孔，每个孔配置成容纳单个细胞；所述阵列还包括流体地连接到所述孔的所述室的入口通道和流体地连接到所述孔的所述孔通道的出口通道；所述细胞除去工具包括: 空心针，其包括: 套管，其界定内腔； 空心尖端，其流体地连接到所述内腔，包括: 相对的第一壁和第二壁，其从所述套管延伸，配置成穿过所述顶层并配置成界定所述入口通道的部分中的流体地隔离的容积，其中所述流体地隔离的容积与单个孔流体连通，所述第一壁和所述第二壁每个包括在远离所述套管处逐渐变细成穿孔末端的凹形轮廓，所述穿孔末端配置成穿过所述顶层。
19.根据权利要求18所述的细胞除去工具，还包括平行于第一空心针的第二空心针，其中所述第二空心针与所述第一空心针之间的距离基本上等于所述室和所述孔通道的组合长度。
20.根据权利要求19所述的细胞除去工具，其中所述第二空心针包括空心尖端，所述空心尖端包括相对的壁，所述相对的壁配置成穿过所述顶层并配置成界定所述出口通道的部分中的流体地隔离的容积，其中所述流体地隔离的容积与单个孔流体连通，所述第二空心针具有尖端，该尖端具有与所述第一空心针的所述尖端的轮廓相似的轮廓。
21.根据权利要求20所述的细胞除去工具，还包括流体地耦合到所述第二空心针的增压机构和流体地耦合到所述第一空心针的收集室，其中所述增压机构引导流体通过所述第二空心针进入所述出口通道的所述流体地隔离的容积，且所述收集室收集从所述孔的所述室流入所述第 一空心针的颗粒。
【文档编号】C04B30/00GK103998394SQ201280048442
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2011年8月1日
【发明者】卡利安·翰迪克, 普里亚达诗尼·戈戈伊, 克里斯多佛·西默, 萨阿德·塞佩赫里·亚夫旦尼 申请人:德诺弗科学公司