[发明专利]用于分选微流体颗粒的设备和方法

说明书

一种用于微流体颗粒分选器的单接合分选器，所述单接合分选器包括：输入通道，所述输入通道被配置以接收含有颗粒的流体；输出分选通道和输出废物通道，所述输出分选通道和所述输出废物通道每个都连接至所述输入通道，用于接收来自所述输入通道的流体；气泡发生器，所述气泡发生器可操作以选择性地使待分选颗粒周围的流体移位，从而在所述输入通道中产生所述流体的瞬变流；和旋涡元件，所述旋涡元件被配置以在所述瞬变流中引起旋涡，以将所述待分选颗粒引导至所述输出分选通道。

背景技术

用于颗粒分选的仪器在生物学研究中具有广泛的用途。颗粒分选技术的一种主要应用是分选生物细胞。基于细胞内的荧光标记的测量来分选细胞的手段通常被称为荧光激活细胞分选法(FACS)。颗粒分选的其他应用包括固体珠粒或者载流体中的一种液相的液滴的分选。例如，非水相载流体中的水相液滴可以用于容纳细胞。因此，待分选颗粒可以是例如细胞、珠粒或者含有其他颗粒的液滴。

一种细胞分选技术的新应用是细胞疗法的产生。很多更新的细胞疗法需要分选大量的细胞。例如，很多新的自体T-细胞疗法要求将相对少见的T-淋巴细胞亚群从外周血单个细胞(PBMC)分选出来。通常而言，必须在相当短的一段时间内将大量的细胞分选出来(例如，在约一个小时内10⁹个细胞)，并且对所需细胞(所述细胞通常可以占总外周血单个细胞的1-10％)的回收必须是高纯度、收率和活力。目前没有能够满足这些要求的分选技术，无论以实验仪器的形式还是以细胞疗法制造仪器的形式。

目前的细胞分选仪器的其他缺点是：由于它们未考虑对于操作者或者患者的“由设计带来的安全性(safe by design)”，它们不适用于治疗产品的GMP(优质生产规范)生产。这是因为被流体润湿的部件很难与仪器分开成为封闭式一次性消耗品，并且它们产生可能伤害操作者的气溶胶。

本文所描述的解决方案提供一种颗粒分选技术，所述颗粒分选技术适用于在封闭式微流体芯片中，在短时间量内，以高活力、收率和纯度分选大量的细胞，所述封闭式微流体芯片可以被集成为一次性消耗品。

在过去的几十年内，已经发明了很多微流体颗粒分选技术，然而，很少有微流体颗粒分选技术已经实现商业应用。一个常用的主题是“单接合分选器(single-junctionsorter)”的主题，在单接合分选器中，入口通道分叉为两个输出通道：“分选”通道和“废物”通道。通常通过水动力聚集区，将进入入口通道的颗粒聚集至输入通道的中央，并且输出口朝向废物通道被流体动力地偏移，从而使得中央流线流入废物中。被定位在分叉点处或者分叉点上游的致动器选择性地在所需颗粒上(或者在所需颗粒周围的流体上)施加力，以使所需颗粒远离所述中央流线移动并且进入分选通道中。已经论证了具有各种致动器的微流体颗粒分选器，例如基于表面声驻波(standing surface acoustic wave)、瞬态表面声波(transient surface acoustic wave)、压电致动的移位、微型机械阀、光钳、电泳、介电泳和由激光吸收或者由电加热产生的热蒸汽气泡的致动器。

将颗粒聚集到入口通道的中央是很多颗粒分选器的重要部分，出于两个原因：首先，这允许通过聚焦的激光光束更加精确地对颗粒进行光学测量；其次，这允许通过致动器对颗粒进行更小的偏向，以将颗粒从废物流推向分选流。水动力聚集的可替代选择是由US7,340,957描述的声学聚集和由US 9,347,595描述的惯性聚集。

已经论证了使用热蒸汽气泡致动器的微流体颗粒分选器。通过电加热来产生气泡。热蒸汽气泡致动器设置于侧通道内。侧通道的作用是聚集和放大由气泡引起的流体移位，从而使得可以通过由气泡本身所直接引起的瞬态移位来分选颗粒。然而，侧通道的不利之处在于它使得微流体芯片复杂化，需要芯片上的空间和它自己的入口或者加注口(fillport)。