[发明专利]用于分选粒子的悬臂式同轴流动注射装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在层流微流体通道(microfluidic channel)中分选粒子的方法，更具体地说，涉及在采用了起动的悬臂式同轴流动通道的集成微流体装置中，来自应用于分选生物细胞的光散射、荧光标记或图像分析的光学细胞检测。

背景技术

随着能够产生流体通路(fluidic circuit)网络的许多微制造技术的出现，微流体结构在血细胞计数中的使用已得到快速增长。微流体中的许多血细胞计数应用尝试在细胞群体中对细胞类型或者具有特定特征的细胞进行区分。可用于将细胞分类的检测器从光散射检测到荧光标记、染色标记、以及形态学图像和特征区分。检测必需先于分选且接下来将细胞协调导入一个或另一个通路中。按照常规，将含有目标细胞的高速细胞分选流体液滴喷射并使其带有电荷，因而它们可以使用高压场而静电偏移以引导该液滴在进一步处理的两个位置之一被收集。

分选细胞具有许多目的，包括进一步研究具有相似特征的集中的细胞群体，例如能用荧光或染色标记的干细胞或具有特殊基因或化学特性的细胞。分选还是一种验证检测方案的有效方法，其中，使用给定的检测方案机理或标记人们的观察或其它相关仪器可以对细胞进行评估。

Wang等人在2004年8月17日颁发的、名称为“Optical Switching andSorting of Biological Samples and Microparticles Transported in a MicrofluidicDevice，Including Integrated Biochip Devices”(在包括集成生物芯片装置的微流体装置中传输的生物样品和微粒子的光开关和分选)的美国专利6,778,724中发现了一种分选技术。其中公开了通过在拉盖尔高斯模式(Laguerre-Gaussian mode)下运行的垂直共振腔面射型激光器(VCSEL)中产生的激光，在微流体通道中的分叉点转换和分选由光压力(optical pressureforce)推动的小粒子，以进入选择的下游分支，从而实现粒子的转换和分选，包括平行的方法。

Spence等人在2003年4月1日颁发的、名称为“Microfabricated CellSorter for Chemical and Biological Materials”(用于化学和生物材料的微制造的细胞分选器)的美国专利6,540,895中发现了另一种分选技术。其中公开了基于在有刺激或没有刺激时，例如暴露到光下以增加荧光，可检测的信号例如光学信号的存在或数量，将细胞分选到合适的分支通道内的方法。分支点内可以包括细小的悬臂，使得该细小悬臂通常可以通过静电吸引朝向主通道的一个或另一个壁转移，因此隔离选择的分支通道。

在微流体通道内分选例如细胞的粒子利用了使用小于1μL少量流体样品容量的能力，并且使样品粒子的检测和随后的分离进入许多可能通路中的一个。所述分选机械装置保持封闭(contained)并且十分接近于检测点，因而消除了对长的流体途径的需要，该长的流体通道稀释样品，需要额外的处理步骤以进一步浓缩用于随后的检测或分析的样品。

微流体方法的另一个优点在于，通过对各个处理的样品提供低成本的替换流体通路，能够从机器上完全地除去样品遗留物。在样品处理之间清洗流体的复杂性和不确定性通常为被忽略的系统细节，当用于处理样品时，这通常需要5-20倍的流体冲刷通过管道系统以进行清洁。当使用微通道时清洗变得更加复杂，所述微通道迫使消除产生湍流剪切力可能性的层流条件很强足以清洁管壁。从管壁除去污染物的唯一机理即是使该壁的污染物扩散进入冲洗溶液中。置换的而非清洗的流体路径需要更少的流体并充分改进了消除样品交叉污染物的确定性。在基础流体学中发现了流体仪表(fluidicinstrumentation)中主要的失灵来源。所述流体失灵形式包括泄露、堵塞、不合格密封、生物膜生长、或者积累的污染物。清洗溶液构成了来源于例如流式细胞仪等仪器中的巨大量的生物废弃物(biowaste)。

然而，直至本发明为止，还没有人预期在微流体分选系统中使用层流通道，所述微流体分选系统包括粒子检测系统、分选控制以及同轴悬臂注射器。对于第一次，使用所述同轴悬臂注射器，使得能将包括生物细胞的粒子导入存在于层流通道中的多个层中被选择的一个层内。得到的分选的粒子从而含有用于促进分析疾病状况的富集样品，所述疾病状况包括各种癌症例如肺癌、结肠癌、前列腺癌、乳腺癌、子宫颈癌和卵巢癌。

发明内容