用于微流體微粒定向和/或分選的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于在微流體系統內微粒定向和/或分選的方法和系統。
【背景技術】
[0002]商用和學術醫療以及生物技術的發展已經導致了對生物細胞分選的強烈關注。已經出現了兩種主要方法，即批量分離和單細胞分選，這兩種方法使用具有特定物理化學(即大小、體積、光散射性等)、免疫或功能特性的目標子集來豐富細胞群。批量分選通常側重于單個鑒別細胞特征。例子包括細胞過濾、離心/沉淀以及基于親和力的淘選方法。批量分選的主要缺點在于純度較低、分選過程中的細胞損失、難以分選出相對罕見的細胞、以及難以在類似的亞群細胞之間進行鑒別。然而，批量分選是一種提供高產量的相對簡單的方法。相比之下，單細胞方法(其中最重要的是憑借流式細胞儀的熒光激活細胞分選(FACS))單獨檢查每個細胞以把用于隔離的期望亞群作為目標，并在隨后將該亞群引導至不同的輸出流。產量的降低由如下主要優點所補償:可調諧到期望結果的分選特異性、通常更高的細胞回收、分選稀有或僅僅弱鑒別的細胞群的能力、以及基于多個細胞特征陣列(即若干類型的表面受體，每種用不同的熒光標記物標記)的多目標分選的可用性。FACS流式細胞計數法所面臨的一個重要的挑戰是由流體中的某些細胞(剪切應力)和分選(電場損傷)處理引起的損傷。一個重要的例子是可以歸因于這些破壞性物理處理的被分選精子樣本的生育力降低。
[0003]在農業領域，細胞鑒別對于通常進行人工授精的畜禽品種(例如牛)尤為重要。使用性別已知的精液便于出于商業利益來控制后代性別。當前商用的重要的精子分選方法使用FACS流式細胞儀，其中通過精子的DNA含量差別來鑒別精子。使用熒光染料把每個精子的DNA與DNA含量成比例地著色。由于X染色體比Y染色體更大(即具有更多的DNA)，因此“雌性”(攜帶有X-染色體)精子將比“雄性”(攜帶有Y-染色體)精子吸收更大量的染料，并且由此在位于流式細胞儀期間暴露于UV光時，將比Y精子發出具有更高強度的熒光。在檢測或鑒別之前，精子可被流體動力學定向，并且精子可以被分離到隨后可以帶電的單獨小滴中。在檢測或鑒別之后，精子可通過電場一帶電小滴相互作用來分選。
【發明內容】
[0004]在一個方面廣義而言，本發明包括一種在微流體系統中定向微粒的方法，包括在微流體系統中將微粒暴露于輻射壓力以使微粒中的至少多數在該流體中采用特定定向。
[0005]在另一個方面廣義而言，本發明包括一種在微流體系統中定向微粒的系統，該系統包括一個或多個輻射壓力源，該輻射壓力源被布置為把微流體系統中的微粒暴露于輻射壓力，以使微粒中的至少多數在該流體中采用特定定向。
[0006]所述微粒可以是生物或非生物微粒。典型地，所述微粒是不對稱微粒。不對稱可以是導致與入射輻射的不對稱相互作用的任何物理屬性，包括但不限于微粒物理尺寸的不對稱。在某些實施例中，所述微粒例如可以是精子、紅血細胞或細菌等。
[0007]所述輻射壓力可以是光壓力并且可以來自一個或多個波導，所述一個或多個波導可以延伸跨過微流體系統的通道，例如從上方、下方跨過或跨過通道的側壁，或者可以從上方、下方或側面鄰接通道。所述一個或多個波導可以是連接至光源(諸如激光器)以傳輸光并生成輻射壓力(也被稱為光學力、光子壓力或電磁壓力)的一個或將多個光波導。所述一個或多個波導可以被制造作為生產微流體系統的固有處理的一部分，或者可被作為光纖單元插入最終系統構造中。
[0008]一種如上所述用于定向微粒的微流體系統還可以包括用于將所述微粒聚焦和/或單獨分離到所述通道內特定位置的前級。這一系統可以是基于流體動力學或輻射壓力的。
[0009]在另一個方面廣義而言，本發明包括在一種在微流體系統中分選微粒的方法，包括:
[0010].檢測微粒間的至少一種差異或鑒別所述微粒，以及
[0011].基于來自所述檢測或鑒別的輸入，切換所述微粒順序移動通過的一個或多個輻射壓力源，由此改變流體流中所選微粒的移動方向以分選所述微粒。
[0012]所述微粒可被引導至兩個或多于兩個的不同輸出裝置。
[0013]所述一個或多個輻射壓力可以是一個或多個波導，所述一個或多個波導可以延伸跨過所述微流體系統的通道，例如從通道的上方、下方跨過或跨過通道的側壁，或者可以從上方、下方或側面鄰接通道。
[0014]檢測微粒間的至少一種差異或鑒別所述微粒的步驟可以包括用于評估所述微粒的特性的光學技術，所述技術可以是基于熒光的檢測技術。
[0015]所述方法還可以包括單個化微粒流，并且還可以包括將所述微粒聚焦至所述通道內的特定位置。所述力可以是基于流體動力學或輻射壓力的。
[0016]所述方法還可包括在檢測之前首先使得所述微粒的至少多數采用所述流體中的特定定向，其中所述微粒是不對稱微粒。所述定向步驟可以包括將所述微粒暴露于諸如如光壓力的輻射壓力以使所述微粒的至少多數采用所述流體中的特定定向。
[0017]在另一個方面廣義而言，本發明包括在一種在微流體系統中分選微粒的系統，包括:
[0018].檢測級，被布置為檢測通過所述檢測級的所述流體流中的微粒間的至少一種差異或鑒別所述微粒，以及
[0019].所述微粒順序移動通過的一個或多個輻射壓力源以及被布置為基于來自所述檢測級或鑒別級的輸入而進行切換的控制器，所述一個或多個輻射壓力源中的輻射能量使得所述流體流中被選微粒的移動方向改變，以便分選所述微粒。
[0020]所述系統可被布置為切換或分選所述微粒，以使得每個微粒都被引導至兩個或多于兩個的不同輸出裝置之一。
[0021]所述一個或多個輻射壓力可以是一個或多個波導，所述一個或多個波導可以至少延伸在中途跨過所述微流體系統的通道，例如從通道的上方、下方跨過或跨過通道的側壁，或者可以從上方、下方或側面鄰接通道。
[0022]所述檢測級可被布置為通過諸如基于熒光的檢測技術的光學技術來檢測或鑒別微粒。
[0023]所述微粒可以是生物或非生物粒子。典型地，所述微粒是不對稱微粒。不對稱可以是導致與光學力進行不對稱相互作用的任何物理屬性，包括但不限于物理尺寸的不對稱。在某些實施例中，微粒例如可以是精子、紅血細胞、細菌或納米顆粒等。
[0024]一種如上所述用于定向微粒的微流體系統還可以包括用于單個化所述微粒流的前級并且還可以包括將所述微粒聚焦到所述通道內特定位置的前級。這一系統可以是流體動力學或光學的。
[0025]所述系統還可以包括被布置為使得所述微粒的至少多數首先采用所述流體中的特定定向的定向級，尤其在所述微粒是不對稱微粒的情況下。所述定向級可以包括被布置為使用以將微粒暴露于諸如如光壓力的輻射以使所述微粒的至少多數采用所述流體中的特定定向的一個或多個波導。
[0026]在另一個方面廣義而言，本方面包括一種用于鑒別精子性別的微流體系統，包括:
[0027].—個或多個定向輻射壓力源，被布置為將精子暴露于壓力以使單個精子采用所述流體內的共同定向，
[0028].基于熒光的檢測級，被布置為鑒別通過所述檢測級的流體流中的雄性和雌性精子，以及
[0029].單個精子順序移動通過的一個或多個切換輻射壓力源，以及
[0030].控制器，被布置為接收來自所述檢測級的輸入并且控制所述一個或多個切換輻射壓力源中的輻射能量，以分別引導雄性和/或雌性精子。
[0031]一種如上所述用于定向微粒的微流體系統還可以包括用于單個化精子流的前級以及用于將所述精子聚焦到所述通道內特定位置的前級。這一系統可以是流體動力學或光學的。
[0032]在本說明書中使用的術語“包括”指的是“至少部分由如下組成”。當在本說明書中解釋包括該術語的語句時，每個語句中由