具有血細胞計數能力的顆粒操縱系統的制作方法
【專利說明】具有血細胞計數能力的顆粒操縱系統
[0001]相關申請的交叉引用
不適用。
[0002]關于聯邦資助研宄的聲明不適用。
[0003]關于縮微膠片附件的聲明不適用。
【背景技術】
[0004]本發明涉及一種用于操縱微制造流體通道中的小顆粒的系統和方法。
[0005]微機電系統(MEMS)是非常小的，常常是使用表面或塊體平版印刷處理技術(諸如用來制造半導體器件的那些)在基板上實現的可移動結構。MEMS器件可以是例如可移動致動器、傳感器、閥、活塞或開關，具有幾微米至數百微米的特性尺寸。可移動MEMS開關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。用于可移動開關的致動裝置可以是例如熱、壓電、靜電或磁性的。可在半導體基板上制造MEMS器件，其可操縱在液流中經過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、諸如來自血液的細胞進行分類的分類機構。顆粒可被傳送至包含在微通道中的液流(其在壓力下流動)內的分類器件。在到達MEMS分類器件時，分類器件將諸如血液干細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的細胞分類器系統相比于稱為流動血細胞計數器的現有熒光激活細胞分類系統(FACS)可具有顯著的優點。流動血細胞計數器一般地是大的且昂貴的系統，其基于來自被附加于感興趣細胞的標簽的熒光信號而將細胞分類。細胞被稀釋并懸浮在鞘液中，并且然后經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對子群分類以及擁有、操作和維護這些大型昂貴的各臺設備所必需的相當大的訓練是在這些系統的問題之中。由于至少這些原因，流動血細胞計數器的使用已局限于大型醫院和實驗室且該技術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的細胞分類器件的微機械致動器。美國專利號7，220，594針對用MEMS細胞分類裝置制造的光學結構，并且美國專利號7，229，838針對一種用于操作基于MEMS的顆粒分類系統的致動機構。另外，美國專利申請號13/374，899和13/374，898提供了其它MEMS設計的更多細節。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明的受讓人 Innovative Micro Technology and Owl b1medicalo
【發明內容】
[0009]基于MEMS的顆粒分類系統的一個特征是可貫穿分類過程而將流體約束于在半導體基板中形成的小的微制造通道。MEMS器件可以是將目標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簽的光子，該熒光標簽被附加于目標顆粒且被MEMS器件上游的詢問區中的激光照明激勵。因此，MEMS器件可以是對流體樣本進行操作的顆粒或細胞分類器。
[0010]然而，更一般地，可通過包括對在液流中流動的目標顆粒進行加熱、加標簽、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流動血細胞計數器中使用的熒光激活檢測將目標顆粒與非目標顆粒區別開。然后可通過顆粒操縱級來操縱所識別細胞。可用在基板上制造的對目標顆粒進行加熱、加標簽、充電、改變或毀壞的微制造器件來實現此操縱。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、諸如在上述專利中公開的那些所特有的此架構的系統和方法。這些技術可形成具有血細胞計數能力的顆粒操縱系統，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。在此系統和方法中，在微流體路徑內存在多個詢問區，其中一個激光詢問區在MEMS器件的上游，并且至少一個附加激光詢問區在MEMS器件下游。該附加激光詢問區可用來確定微制造操縱器件的性能。
[0012]因此，具有血細胞計數能力的顆粒操縱系統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中的激光，其中，微通道的第一部分被設置在顆粒操縱級的上游，并且微通道的第二部分被設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構。
[0013]在一個實施例中，MEMS器件是襟翼型細胞分類器，其將目標細胞(例如癌細胞、精細胞、干細胞)與液流的其它組成部分分類。MEMS分類器可以是襟翼(flap)或轉向器(diverter)，其被下拉到通道中以響應于通道中的目標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，可將附加詢問區設置在分類通道中，在那里由MEMS分類器來指引目標顆粒。通過對目標顆粒與非目標顆粒的比例進行計數，可以確定分類器的有效性，并且可以隨著分類過程的進行而調整性質或參數。
[0015]在以下詳細描述中描述了這些及其它特征和優點或根據以下詳細描述，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節，其中:
圖1a是微制造顆粒操縱系統的簡化圖示；
圖1b是根據本發明的微制造顆粒操縱系統的簡化圖示；
圖2a是具有交叉點的微制造顆粒操縱系統的簡化圖示； 圖2b是根據本發明的一個實施例的具有交叉點的微制造顆粒操縱系統的簡化圖示；圖2c是根據本發明的另一實施例的具有交叉點的微制造顆粒操縱系統的簡化圖示；圖3a是根據本發明的一個實施例的微制造顆粒分類系統的簡化圖示，其中分類閥處于閉合位置中；
圖3b是根據本發明的一個實施例的微制造顆粒分類系統的簡化圖示，其中分類閥處于打開位置中；
圖4a是根據本發明的另一實施例的微制造顆粒分類系統的簡化圖示，其中分類閥處于閉合位置中；
圖4b是根據本發明的另一實施例的微制造顆粒分類系統的簡化圖示，其中分類閥處于打開位置中；
圖5是根據本發明的實施例的微制造顆粒分類系統的簡化圖示，示出了與詢問區相比較的檢測器的視場；
圖6是示出了根據本發明的微制造顆粒分類系統的一個實施例的更多細節的簡化圖示;
圖7是根據本發明的微制造顆粒分類系統的簡化系統級圖示，示出了各種光學部件的放置；
圖8示出了微制造顆粒分類系統的光學檢測系統的部件中的一個的更多細節；
圖9示出了微制造顆粒分類系統的光學檢測系統的部件中的另一個的更多細節；
圖1Oa是來自光學檢測器的信號波形的表示，示出了來自區域I的脈沖形狀相對于區域2的差別；
圖1Ob是來自光學檢測器的信號波形的表示，示出了高通濾波之后的來自區域I的脈沖形狀相對于圖2的差別；
圖1Oc是來自光學檢測器的信號波形的表示，示出了低通濾波之后的來自區域I的脈沖形狀相對于圖2的差別；
圖11是來自光學檢測器的信號波形的表示，示出了來自區域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的顆粒操縱系統的另一實施例的示意圖，具有多個激光源。
【具體實施方式】
[0017]本文所述的系統是可利用顆粒操縱系統的微通道架構、諸如在上述專利中公開的那些的顆粒分類系統。更一般地，所述系統和方法描述了具有多個激光詢問區的顆粒操縱系統，其形成具有血細胞計數能力的顆粒操縱系統。所述多個激光詢問區可提供關于顆粒操縱的有效性或準確度的信息，允許在該過程期間調整或控制該操縱。
[0018]在下面所討論的圖中，類似的參考數字意圖指的是類似結構，并且以各種細