用于生物微目標的圍欄的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001 ] 在生物科學領域中，通常研宄和分析生物微目標諸如細胞的活動。例如，產生至少最少數量的克隆體或分泌所需物質的細胞能夠用于藥品的生產中或疾病的研宄中。因此，可有利的是，確定以最小速度或超過最小速度產生克隆體或分泌特定物質的細胞。本發明的實施例涉及改進的微流體裝置以及將所選擇的生物微目標放置到保持圍欄中、調節圍欄中的微目標、監測圍欄中的微目標的生物活性，并且/或從圍欄中移動其生物活性達到預定閾值的微目標以用于進一步使用或處理的過程。
【發明內容】
[0002]在某些實施例中，處理生物微目標的方法可包括:將個別生物微目標主動放置到微流體裝置中的保持圍欄中的內部空間中；以及在一時段內向圍欄提供第一液體介質的流。方法還可包括:在提供所述流的同時，阻止來自該流的第一介質直接流入到保持圍欄的內部空間中。
[0003]在某些實施例中，微流體裝置可包括殼體和保持圍欄。殼體可設置在基部上，并且該殼體可包括用于第一液體介質的流動路徑。保持圍欄可設置在殼體內，并且每個圍欄可包括包圍內部空間的圍界。該圍界可構造成保持懸浮在第二液體介質中的生物微目標并防止第一介質直接流入到內部中間中的第二介質中。
[0004]處理生物微目標的方法可包括:通過將保持圍欄形式的光圖案照射到微流體裝置中并由此激活介電泳(DEP)電極，在微流體裝置中形成虛擬保持圍欄。方法還可包括:將個別生物微目標放置到保持圍欄中，其中，保持圍欄中的每個保持圍欄將該保持圍欄中的各個微目標中的任一個或多個與在該保持圍欄外側的全部微目標隔離開。該方法還可包括:在一時段內向保持圍欄中的微目標提供液體介質的公共流。
【附圖說明】
[0005]圖1A示出了根據本發明的某些實施例的微流體裝置的實例。
[0006]圖1B是圖1A的裝置的側剖視圖。
[0007]圖1C是圖1A的裝置的俯視剖視圖。
[0008]圖2示出了圖1A的裝置的剖視側視圖，示意了構造有根據本發明的某些實施例的光電鑷子(OET)裝置的裝置的實例。
[0009]圖3是構造有根據本發明的某些實施例的圖2的OET裝置和虛擬圍欄的圖1A的裝置的俯視局部剖視圖。
[0010]圖4是構造有根據本發明某些實施例的圖2的OET裝置以及圍欄的圖1A的裝置的俯視局部剖視圖，所述圍欄是物理和/或虛擬的。
[0011]圖5A示意了根據本發明的某些實施例的限定流體通道和圍欄的設置在基部上的顯微流體結構的實例。
[0012]圖5B是圖5A的顯微流體結構和基部的俯視剖視圖。
[0013]圖6A示意了根據本發明的某些實施例的限定流體通道和圍欄的設置在基部上的顯微流體結構的實例。
[0014]圖6B是圖6A的顯微流體結構和基部的俯視剖視圖。
[0015]圖7示意了根據本發明的某些實施例的圖6B所示的圍欄的變型的實例。
[0016]圖8A、8B、9和10示意了根據本發明的某些實施例的圍欄的替代構造的實例。
[0017]圖1lA和IlB示意了根據本發明的某些實施例的使用光阱選擇和移動微目標。
[0018]圖12A和12B示意了根據本發明的某些實施例的使用虛擬屏障選擇和移動微目標。
[0019]圖13A示意了根據本發明的某些實施例的限定流體通道和圍欄的設置在基部上的顯微流體結構的實例。
[0020]圖13B是圖13A的顯微流體結構和基部的俯視剖視圖。
[0021]圖14和15示出了根據本發明的實施例的圖13B的圍欄陣列的替代構造的實例。
[0022]圖16示出了根據本發明的某些實施例的包括將生物微目標放置到微流體裝置中的圍欄中的過程的實例。
[0023]圖17示意了根據本發明的某些實施例的過程，其示出構造有圖2的OET裝置的圖1A的裝置的運行的實例。
[0024]圖18A-18C示意了根據圖17的步驟的處理細胞的實例。
[0025]圖19示意了根據圖17的步驟的隨著克隆體在圍欄中繁殖而擴大的圍欄的實例。
[0026]圖20示意了根據圖6的步驟的去掉其中克隆體繁殖太慢的圍欄并排出這些圍欄中的克隆體的實例。
[0027]圖21示意了根據圖17的步驟的將子克隆體放入新的圍欄中的實例。
[0028]圖22示意了根據本發明的某些實施例的過程，其示出構造有圖2的OET裝置的圖1A的裝置的運行的另一實例。
【具體實施方式】
[0029]本說明書描述了本發明的示例實施例和應用。然而，本發明不限于這些示例實施例和應用，或者不限于示例實施例和應用運行的方式或在本文中描述。而且，附圖可示出簡化或局部視圖，并且附圖中的元件尺寸為了清晰可不按比例擴大或者縮小。此外，當在本文中使用術語“在…上”、“附接到”、或“聯接到”時，一個元件(例如，材料、層、基底等)能夠“在另一個元件上”、“附接到另一個元件”、或“聯接到另一個元件”，而不管該一個元件直接在另一個元件上、附接或聯接到該另一個元件，還是有一個或多個介入元件在該一個元件和該另一個元件之間。此外，如果提供的話，方向(例如，在上面、在下面、頂部、底部、側面、上、下、在…下面、在…上面、上面、下面、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)是相對的并且僅僅作為實例、為了便于說明和討論以及不作為限制地提供。此外，在對一系列元件(例如元件a、b、c)做附圖標記的情況下，這些附圖標記旨在包括所列出的元件自身的任一個、小于全部所列出的元件的任何組合和/或全部所列出的元件的組合。
[0030]詞語“基本上”和“通常”是指足以達到預期目的。術語“多個”是指一個以上。
[0031]術語“細胞”是指生物細胞。關于細胞，術語“克隆體”指的是相同的細胞，因為每個細胞都是從同一母細胞繁殖。克隆體因此是同一母細胞的全部“子細胞”。
[0032]如本文所使用的，術語“生物微目標”包括生物細胞和諸如蛋白、胚胎、質粒、卵母細胞、精子、遺傳物質(例如，DNA)、轉染載體、雜交瘤、轉染細胞等以及上述的組合的復合物。
[0033]如本文所使用的，介電泳(DEP)電極是指在用于容納液體介質的腔室的內表面上的端子或用于容納液體介質的腔室的內表面的區域，在該端子或區域處，能夠選擇性地激活或去激活足以吸引或排斥介質中的微目標的介質中的DEP力。
[0034]如本文中關于液體或氣體所使用的，術語“流”包括但不限于液體或氣體的連續、脈沖、周期、隨機、間歇或往復流。“對流”是由壓力驅動的液體或氣體流。“擴散流”或“擴散”是由隨機熱運動驅動的液體或氣體流。如關于兩種或兩種以上液體或氣體介質所使用的，術語“擴散混合”是指介質由于因隨機熱運動引起的介質的自發混合而混合。如本文關于“對流”、“擴散流”、“擴散”或“擴散混合”所使用的，術語“基本上”是指超過50 %。
[0035]術語“確定性的”，當用于描述選擇或放置微目標時，是指從微目標組選擇或放置具體確定或期望的微目標。確定性地選擇或放置微目標因此不包括僅以微目標的組或子組隨機選擇或放置的微目標中的任何一個。
[0036]如本文所使用的，術語“處理”微目標的意思包括下列中的任何一項或多項:移動(例如，在液體介質流中，借助OET裝置等)、分類和/或選擇微目標中的一個或多個；改變微目標中的一個或多個，其中，這種改變的實例包括繁殖細胞或其它活生物體的微目標種群，將兩個或更多個的這樣的微目標融合在一起，以及轉染一個或多個微目標；監測微目標；監測細胞或其它活生物體的微目標的繁殖、分泌等；和/或調節細胞或其它活生物體的微目標。
[0037]本發明的實施例包括確定性地將各個生物微目標放置在微流體裝置中的保持圍欄中。能夠向圍欄提供第一液體介質流，但圍欄可被構造成阻止第一介質直接流入到圍欄中的第二介質中，而允許該流中的第一介質和圍欄中的第二介質的擴散混合。
[0038]圖1A-1C示出了根據本發明的某些實施例的微流體裝置100的實例。如圖所示，微流體裝置100可包括殼體102、電極機構108和監測機構118。同樣如圖所示，殼體102可包括保持一種或多種液體介質114的內部腔室110，多個微目標116可懸浮在液體介質114中。介質114可設置在腔室110的內表面120上。微目標116的多個保持圍欄112可設置在腔室110中。如將會看到的，每個圍欄112可以是虛擬圍欄、物理圍欄和/或組合虛擬/物理圍欄。
[0039]裝置100中的介質114可包括例如第一介質122和第二介質124。第一介質122可以是在流動路徑126中的介質114，而第二介質124可以是在保持圍欄112內側的介質114。第一介質122可以是類型與第二介質124相同的介質。或者，第一介質122可以是類型與第二介質124的不同的介質。
[0040]殼體102可包括限定腔室110的圍界。如圖所示，殼體102還可包括一個或多個入口 104，介質114和微目標116可通過該一個或多個入口 104被輸入到腔室110中。在通道110中可存在介質114的一個或多個流動路徑126。例如，如圖1C所示，通道110可包括從入口 104到出口 106的介質114的流動路徑126。
[0041]入口 104可例如是輸入端口、開口、閥、通道等。殼體102還可包括一個或多個出口，介質114和微目標116可通過該一個或多個出口出口移除。微目標116可替代地以其它方式從殼體102移除。例如，如下所述，針狀吸出器(未示出)可刺穿殼體102，并且可通過吸出器移除一個或多個微目標116。出口 106可例如是輸入端口、開口、閥門、通道等。作為另一實例，出口 106可包括諸如2013年4月4日提交的美國專利申請系列號13/856，781 (律師檔案號BL1-US)所公開的輸出機構中的任何輸出機構的液滴輸出機構。殼體102的全部或部分能夠是透氣的以允許氣體(例如，環境空氣)進入和離開腔室110，例如，用以維持腔室110中的微目標116。例如，氣體流可施加到殼體102的透氣部分。例如，脈沖的、調節的或以其它方式控制的氣體流可根據需要施加(例如，當試驗表明殼體102中的微目標(例如細胞)需要氣體時)。
[0042]雖然未示出，裝置100可包括檢測諸如溫度、介質114的化學成分(例如，介質114中的溶解氧、二氧化碳等的水平)、介質114的PH、介質114的滲透壓等的介質114或腔室110的相關條件的傳感器或類似部件。殼體102例如可包括這種傳感器或部件，該傳感器或部件可構造有控制器(未示出)以控制通過入口 104的介質114的輸入，用來維持介質114的某些條件恒定或可控制地調節介質114的某些條件(諸如以上確定的條件)。
[0043]電極機構108 (圖1B所示)可構造成在介質114中的微目標116上產生選擇性動電學力。例如，電極機構108可構造成選擇性地激活(例如，打開)和去激活(例如，關掉)在介質114設置在其上的腔室110的內表面120處的介電泳(DEP)電極。DEP電極可在介質114中產生吸引或排斥微目標116的力，并且電極機構108可因此選擇和/或移動介質114中的一個或多個微目標116。例如，在某些實施例中，電極機構108可構造成使得與在內表面120處的DEP電極的硬連線電連接可激活和去激活各個DEP電極。在其它實施例中，可光學地控制在內表面120處的各個DEP電極。包括光電鑷子機構的實例在圖2中示出并在下面描述。
[0044]例如，電極機構10可包括一個或多個光學(例如激光)鑷子裝置和/或一個或多個光電鑷子(OET)裝置(例如，如美國專利第7，612，355號所公開的，其全部內容以引用方式并入本文)。作為又一實例，電極機構108可包括用于移動微目標116中的一個或多個懸浮在其中的介質114的液滴的一個或多個裝置(未示出)。這種裝置(未示出)可包括電潤濕裝置，諸如光電潤濕(OEW)裝置(例如，如美國專利第6，958，132號所披露的)。電極機構108可因此在某些實施例中具有作為DEP裝置的特征。
[0045]監測機構118可包括用于觀察、識別或檢測介質114中的各個微目標的任何機構。在某些實施例中，監測機構118還可包括監測圍欄112中的微目標116的生物活性或生物狀態的機構。
[0046]如圖2所示，監測機構118可包括成像裝置220。例如，成像裝置220可包括用于捕捉在腔室110中，包括在圍欄112中，的微目標116的圖像的攝相機或類似裝置。同樣如圖所示，控制器218可控制成像裝置220并處理由成像裝置220捕捉