使用電磁螺線管的細胞分選系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了基于MEMS的細胞分選系統(tǒng)，它采用了新穎的特征組合來實現(xiàn)在容納于一次性盒中的微制造的通道中的細胞分選。該基于MEMS的細胞分選系統(tǒng)可以包括微制造的響應(yīng)于所施加的磁場的細胞分選閥。該基于MEMS的細胞分選系統(tǒng)還可以包括產(chǎn)生磁場來致動微制造的細胞分選閥的電磁鐵。該電磁鐵可具有允許它產(chǎn)生非常局部化的磁場同時有足夠的熱性質(zhì)來可靠地操作的設(shè)計。
【專利說明】
使用電磁螺線管的細胞分選系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及使用微制造的、可動的細胞分選機構(gòu)的細胞分選系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微機電系統(tǒng)(MEMS)是在襯底上制成的非常小的，通?？蓜拥慕Y(jié)構(gòu)，其使用表面或本體光刻加工技術(shù)，比如那些用于制造半導體器件的技術(shù)。MEMS裝置例如可以是可動的致動器，傳感器，閥，活塞，或開關(guān)，具有幾微米至數(shù)百微米的特征尺寸。例如，可動的MEMS開關(guān)可以用來將一個或更多輸入端子連接到一個或更多輸出端子，所有這些都被微制造在襯底上。用于可動開關(guān)的致動裝置例如可以是熱的，壓電的，靜電的，或磁性的C3MEMS裝置也可以被制備為操縱在流體流中通過該MEMS裝置的顆粒。
[0003]例如，MEMS裝置可能是用作分選機構(gòu)的可動閥，分選機構(gòu)用于從流體流中分選各種顆粒，例如來自血液的細胞。顆粒可以在封閉于微通道內(nèi)在壓力下流動的流體流中被運送至分選裝置。在到達MEMS分選裝置后，該分選裝置將所關(guān)注的顆粒如造血干細胞引導至單獨的容器，并將流體流的剩余部分引導到廢物容器。
[0004]以前，現(xiàn)有的顆粒分選器使用熒光激活細胞分選(FACS)并被稱為流式細胞儀。流式細胞儀通常是大且昂貴的系統(tǒng)，其基于來自固定到感興趣的細胞上的標簽的熒光信號來分選細胞。將細胞稀釋并懸浮在鞘液中，然后借助于穿過噴嘴快速減壓而分離成單獨的液滴。在從噴嘴噴出后，根據(jù)來自標簽的熒光信號，液滴通過靜電被分到不同的儲倉中。這些系統(tǒng)的問題包括，由于減壓造成細胞損傷或功能喪失，不同試樣之間的困難而昂貴的消毒程序，無法遵循不同參數(shù)重新分選亞群，以及擁有、運營和維護這些大型、昂貴的裝備部件所必需的大量培訓。至少由于這些原因，流式細胞儀的使用已被限于大型醫(yī)院和實驗室，而該技術(shù)對于較小的實體尚不可得。
[0005]基于MEMS的細胞分選系統(tǒng)可具有在成本、速度和容量方面超過流式細胞儀的實質(zhì)性優(yōu)點。已經(jīng)授權(quán)了涉及這類基于MEMS的顆粒分選裝置的許多專利。例如，美國專利N0.6838056(’056專利)涉及一種基于MEMS的細胞分選裝置，美國專利號N0.7264972Β1Γ972專利)涉及一種用于基于MEMS的細胞分選裝置的微機械致動器。美國專利N0.7220594( ’594專利)涉及用MEMS細胞分選裝置制備的光學結(jié)構(gòu)，并且美國專利N0.7229838(’838專利)涉及一種致動機構(gòu)，用于操作基于MEMS的顆粒分選系統(tǒng)。此外，美國專利申請N0.13/374899(’899申請)和13/374898(’898申請)提供了其它MEMS設(shè)計的進一步的細節(jié)。這些專利(’056，’ 972，’ 594和’ 838)和專利申請(’ 898和’ 899)中的每個在此通過引用結(jié)合于本文中。在上述細胞分選系統(tǒng)中使用微流體裝置時遇到的問題包括，狹窄通道的堵塞，以及這些狹窄通道與宏觀世界的對接，以及對這些非常小的可動裝置的運動的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]描述了細胞分選系統(tǒng)，它使用微制造的細胞分選MEMS芯片JEMS芯片中的通道由光刻法形成，并且因此非常小。這些狹窄通道的堵塞對可靠的長期操作構(gòu)成了很大的挑戰(zhàn)。此外，這些狹窄通道必須匹配大得多的宏觀特征，并處理小體積的流體，在分選稀有細胞時尤為如此。
[0007]在這里所描述的系統(tǒng)中，運用了各種新穎的設(shè)計元素，以促成該MEMS細胞分選系統(tǒng)。塑料插入器被用于提供微觀通道與宏觀特征之間的相互連接。專門設(shè)計的電磁鐵提供精確定位的電磁場，其導致非常小的MEMS芯片在大得多的系統(tǒng)內(nèi)移動。此電磁鐵最小化產(chǎn)生的熱量，從而提高了效率。最后，特殊配方的流體材料被用來減少或消除堵塞。
[0008]因此，描述了一種細胞分選系統(tǒng)，其可包括在硅襯底上微制造的細胞分選閥，具有從細胞分選閥引出的微制造的通道，含有試樣儲器、分選儲器和廢物儲器的一次性盒，以及插入器，其將硅襯底中的微流體通道連到一次性盒中的儲器。
[0009]因此，細胞分選閥可以是相當小的，并且可以被磁致動。為了提供致動的磁場，細胞分選系統(tǒng)還可以包括電磁鐵，該電磁鐵帶有漸縮形尖端、線圈和磁芯，其中，所述漸縮形形狀用于會聚由線圈和磁芯產(chǎn)生的磁通線、并在該尖端附近離開該電磁鐵。漸縮形尖端和磁芯可以具有特定的形狀和尺寸，并可以嵌入在散熱材料中以提尚性能。
【附圖說明】
[0010]各種示例性的細節(jié)參照以下附圖進行描述，其中:
圖1是處于第一位置的MEMS芯片分選器的示意圖；
圖2是處于第二位置的MEMS芯片分選器的示意圖；
圖3是一示例性的MEMS細胞分選系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)可利用圖1和圖2的MEMS分選器；圖4是可在圖3的包括MEMS芯片分選器和插入器的MEMS細胞分選系統(tǒng)中使用的一示例性的一次性盒的分解圖；
圖5a是可在圖3的包括MEMS芯片分選器和插入器的MEMS細胞分選系統(tǒng)中使用的示例性的一次性盒的側(cè)視圖；圖513是該示例性的一次性盒的端視圖；
圖6是可在圖3的包括MEMS芯片分選器和插入器的MEMS細胞分選系統(tǒng)中使用的示例性的一次性盒的另一側(cè)視圖；
圖7是可與圖4的一次性盒一起使用的示例性插入器的平面圖；
圖8是可與圖4的一次性盒一起使用的示例性插入器的透視圖，示出了面對盒側(cè)；
圖9是示例性插入器的正面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖；
圖1Oa是可產(chǎn)生磁場的靶標電磁鐵的平面圖，該磁場可將MEMS芯片分選器從第一位置(圖1)致動至第二位置(圖2)；圖1Ob是磁體尖端的俯視圖；圖1Oc是靶標電磁鐵的透視圖。
[0011]圖1la是使用散熱材料的靶標電磁鐵的第二實施例的平面圖；圖1lb是磁體尖端的第二實施例的俯視圖；圖1lc是靶標電磁鐵的第二實施例的透視圖；和
圖12是使用銅基印刷電路板用于散熱的可產(chǎn)生磁場的靶標電磁鐵的另一實施例的俯視圖。
[0012]應(yīng)當理解，附圖不一定按比例繪制，并且相似的數(shù)字可以指代相似的特征。
【具體實施方式】
[0013]描述了用于從流體流中的非靶材料中分選靶顆粒的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法使用微制造(MEMS)的可動閥或分選機構(gòu)，其引導靶顆粒從試樣輸入通道進入分選通道，同時允許非靶材料流入廢物通道。兩種通道都通往單獨的各自的儲器，即分選儲器和廢物儲器，并且被儲存在那里，直到去除。分選儲器、試樣儲器和廢物儲器，連同MEMS芯片分選器一起，可以被容納在塑料的一次性盒中。在流體被從這些儲器收集之后，該盒可以隨后被丟棄。這允許大大降低在試樣之間對系統(tǒng)消毒的負擔。該系統(tǒng)和方法還可以具有在成本、性能、速度和復雜性方面的顯著優(yōu)勢。該系統(tǒng)還可以在其處理細胞時輕柔得多，使得流出物中的細胞的存活率與基于液滴的流式細胞儀相比大大提高。
[0014]因為該細胞分選系統(tǒng)的微流體的特性，要采取措施以減少或消除堵塞，以及處理流體的小體積，并控制非常小的可動閥。插入器可被用于提供微觀通道與宏觀特征之間的相互連接。最后，特別設(shè)計的電磁鐵提供精確定位的電磁場，其導致非常小的MEMS芯片在大得多的系統(tǒng)內(nèi)的移動。此電磁鐵最小化產(chǎn)生的熱量，且從而提高了效率。這些特征中的每個特征在下面進一步描述。
[0015]圖1是微制造的細胞分選機構(gòu)MEMS芯片分選器10的示意圖，其可在此處所描述的顆粒分選系統(tǒng)中使用。細胞分選機構(gòu)的細節(jié)可以在通過引用而結(jié)合在本文中的共同待決的美國專利申請序列號N0.13/998095(以下稱為’095專利申請沖找到。微制造的細胞分選機構(gòu)10的獨特特征包括，細胞分選閥110的運動平行于閥的制造平面。此外，廢物通道140基本上正交于試樣入口通道120和分選輸出通道122。這些特征使在速度和精度、閥通過量和微流體分選的容易性方面能夠有明顯的優(yōu)勢。
[0016]在圖1的平面圖中，新穎的MEMS芯片分選器10處于靜止(未致動的)位置。MEMS芯片分選器10可包括微制造的流體閥或可動部件110和多個微制造的流體通道120，122和140。利用在’ 095申請中更詳細地描述的MEMS光刻制造技術(shù)，可以在合適的襯底如硅襯底中形成微制造的流體通道120，122和140。該制造襯底可以具有在其中形成器件的制造平面，并且可動部件110可在該制造平面中移動。
[0017]試樣流可以通過試樣入口通道120被引向微制造流體閥110。試樣流體在通過流體閥110分選之前可被儲存在試樣儲器20中。試樣流可含顆粒的混合物，顆粒包括至少一種所需的靶顆粒和多種其它非所需的非靶顆粒。顆?？梢詰腋∮诹黧w中。例如，靶顆粒可以是生物材料，比方說例如干細胞，癌細胞，接合子，蛋白質(zhì)，T細胞，細菌，血液成分，DNA片段，它們懸浮于緩沖液如鹽水，或者是后述的新穎的化學物質(zhì)中。入口通道120可以在與閥110相同的制造平面中形成，使得流體的流動基本上在該平面內(nèi)。閥110的運動也是在此制造平面內(nèi)。指定顆粒的分選/保存或處置/廢棄的決定可以基于任何數(shù)量的區(qū)別信號。在一個示例性實施例中，該決定基于由顆粒發(fā)出的熒光信號，其基于被粘附到顆粒上并且由照射激光激發(fā)的熒光標簽。激光詢問區(qū)域200是微流體通道的一部分，其中照射激光或詢問激光被引導到靶顆粒上，以便將其從流體試樣的其它組分中區(qū)分開。關(guān)于此檢測原理的細節(jié)在文獻中是眾所周知的，并且還在下文中關(guān)于圖3進行了論述。然而，其它類型的區(qū)分信號是可以預(yù)料的，包括可基于顆粒形態(tài)的側(cè)散射光或散射光，或者任何數(shù)量的機械的、化學的、電的或磁的效應(yīng)，這些效應(yīng)能夠區(qū)分出顆?；蛘邽榘蓄w粒，因而需要被分選或保存，或者為非靶顆粒，因而被拒絕或以其它方式處置。
[0018]在閥110處于所示位置時，輸入流無阻礙地流到輸出孔和通道140，其在入口通道120的平面之外，且因而在MEMS芯片分選器10的制造平面之外。也就是說，該流是從入口通道120到輸出孔口 140，從這里其大致垂直地流動，因此正交于該入口通道120。該輸出孔140通往平面之外的通道，該通道可能垂直于圖1所示紙張的平面。更通常地，輸出通道140不平行于入口通道120或分選通道122的平面或可動部件110的制造平面中的至少一者。
[0019]輸出孔140可以是在制造襯底中形成的孔，或者是在被結(jié)合到制造襯底上的覆蓋襯底中形成的孔。此外，閥110可以具有彎曲的轉(zhuǎn)向面112，其可將輸入流的流重定向到分選輸出流中。孔140的輪廓可以為使得其重疊入口通道120和分選通道122的一部分而非全部。通過使輪廓140重疊入口通道，就存在當可動部件或閥110處于未致動的廢物位置時輸入流直接流入廢物孔140中的路徑。廢物通道140可通往廢物儲器40，其可以收集非靶材料。
[0020]圖2是處在致動位置的MEMS芯片分選器10的平面圖。在該位置，可動部件或閥110向上偏轉(zhuǎn)到圖2中所示的位置。轉(zhuǎn)向面112是分選輪廓，其將入口通道120的流重定向到分選輸出通道122中。輸出通道122可以與入口通道120處于基本上相同的平面中，使得該分選通道122內(nèi)的流也與入口通道120內(nèi)的流處于基本上相同的平面中。在入口通道120和分選通道122之間可能有一角度。這個角度可以是高達約90度的任何值。對可動部件110的致動可以來自于在圖2中一般地顯示的力產(chǎn)生裝置400的力。在一些實施例中，力產(chǎn)生裝置可以是如上所述的電磁鐵。然而，應(yīng)該理解的是，力產(chǎn)生裝置也可以是靜電的，壓電的，或者在可動部件110上施加力使其從第一位置(圖1)移動到第二位置(圖2)的一些其它手段。分選通道122可通往儲器22，其收集從在圖2中所示位置上的可動閥中流出的分選的靶顆粒。
[0021]在一些實施例中，力產(chǎn)生裝置400上的力可以包括產(chǎn)生磁場的線圈，線圈于是與可動部件相互作用。為了使可動部件響應(yīng)于這樣的電磁力，它可以具有鑲嵌入可動閥110中的導磁材料。此材料的范圍可以到達邊緣，但僅僅是處在輪廓110的內(nèi)側(cè)，如圖1和圖2所示。
[0022]導磁材料應(yīng)被理解為是指能夠支持在其內(nèi)部形成磁場的任何材料。換句話說，材料的導磁性(導磁率)是指該材料響應(yīng)于所施加的磁場而獲得的磁化程度。
[0023]這里使用的用語“導磁材料”或“具有高導磁率的材料”應(yīng)被理解為是其導磁率比空氣或真空的導磁率更大的材料。也就是說，具有高導磁率的導磁材料是其相對導磁率(與空氣或真空相比)為至少約100、即100倍于空氣或真空的導磁率(空氣或真空的導磁率為大約1.26 X 10-6 H.m-1)的材料。有導磁材料的許多例子，包括鉻(Cr )，鈷(Co)，鎳(Ni )和鐵(Fe)的合金。一種常見的導磁材料被稱為坡莫合金，其具有約60%至約90%的Ni和40%至10%的Fe的組分。最常見的組分是80%的Ni和20%的Fe，其具有約8000的相對導磁率。因此，可動閥110可具有坡莫合金材料116，其被鑲嵌到可動特征110中，并且隨后被平面化以使可動閥的輪廓保持平坦。關(guān)于這種導磁特征的制造的另外的細節(jié)可在結(jié)合于本文中的’095專利申請中找到。
[0024]根據(jù)靜磁學公知的是，導磁材料被吸到其中磁通線集中的區(qū)域內(nèi)，以便降低由導磁材料提供的磁通路線的磁阻。因此，磁場的梯度促使可動部件110因鑲嵌的導磁材料116存在，而朝向具有高濃度的磁通的區(qū)域運動。也就是說，帶有鑲嵌導磁材料116的可動部件110將在磁通的正梯度的方向上被吸引。在下文中參照圖1Oa-1Oc描述了一種新穎的核心設(shè)計，其在非常特定的區(qū)域中集中磁通線，以優(yōu)化對可動部件Il0的控制。
[0025]圖3是細胞分選系統(tǒng)I的示意圖，細胞分選系統(tǒng)I可使用微流體通道，容納在一次性盒1000中的MEMS芯片分選器10，和產(chǎn)生磁通的裝置400。下文是系統(tǒng)的一些其它部件以及它們?nèi)绾闻cMEMS芯片分選器10相互作用的描述。特別是，圖3繪出用于詢問區(qū)域200的詢問激光的光路，在通道120-140中的流體流的控制以及MEMS芯片分選器1的控制。在系統(tǒng)層面的描述后，討論將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)I的獨特特征，其使微流體系統(tǒng)I能夠以精確的、可靠的和可預(yù)測的方式工作。
[0026]如圖3所示，微制造的MEMS芯片分選器10可以被容納在一次性盒1000中，該一次性盒1000可以被裝載到移動臺上，并且相對于細胞分選系統(tǒng)I中的檢測光學器件和詢問激光器2400定向。流體然后從也容納在一次性盒1000中的流體儲器流經(jīng)MEMS芯片分選器10通過一系列通道，如將在下文中關(guān)于圖4-8描述。
[0027]在系統(tǒng)I的正常操作中，靶顆?？梢允翘囟ǖ募毎?，例如干細胞，或癌細胞，其已經(jīng)用熒光標簽進行標記。此標簽當被以預(yù)定波長操作的激光器2400照射時發(fā)出具有特定能量的光子。因此，在該細胞分選系統(tǒng)中，激光源2400可以通過檢測/收集光學器件2100由旋轉(zhuǎn)鏡2250引導到圖1-2所示的激光詢問區(qū)域200。檢測/收集光學器件2100和激光源2400的光軸至少在光路的一部分上可以是共線的。因此，沿著該光軸施加激光和光學檢測的取向可垂直于或正交于襯底制造平面，正交于可動閥110的運動的平面，并正交于試樣流體通過檢測區(qū)域的流動。
[0028]從經(jīng)照射的顆粒發(fā)出的熒光可以通過檢測/收集光學器件2100成形，并由分色鏡2200分離，并且被引導到一系列光檢測器2300。多個光檢測器可以適應(yīng)發(fā)出的光的多個波長，用于多參數(shù)檢測。由光檢測器2300輸出的信號表示在激光詢問區(qū)域200中存在或不存在靶顆粒。該信號可被輸送到控制器2900，控制器2900管理顆粒分選系統(tǒng)I中的部件的相對正時，并收集數(shù)據(jù)。控制器2900可以是通用計算機或?qū)Ｓ秒娐坊駻SIC。當檢測到靶顆粒時，由控制器2900產(chǎn)生信號來激勵力產(chǎn)生裝置或磁通產(chǎn)生裝置400?？刂破?900還可以借助于一個或多個氣動的、液壓的、基于活塞的或基于機械力的機構(gòu)(其一般示出為流體控制裝置2500)為MEMS芯片分選器10提供流體控制。檢測顆粒的速度可以由可保持流體控制裝置2500的控制器2900來監(jiān)測。
[0029]力產(chǎn)生裝置400是可導致在可動結(jié)構(gòu)110自身內(nèi)產(chǎn)生力促使可動部件運動的裝置。這個力產(chǎn)生裝置400可以不直接機械地聯(lián)接到MEMS顆粒操縱裝置10，如圖3中的虛線所示。例如，力產(chǎn)生裝置400可以是磁通源，其導致靜磁力在MEMS可動閥110中的鑲嵌導磁材料116出現(xiàn)，如前所述。因此，磁通產(chǎn)生裝置400可以是具有磁芯和繞組的電磁鐵。這個力可以將可動閥110拉向力產(chǎn)生裝置400，從而開啟分選通道122和關(guān)閉廢物通道140，如圖1和圖2中所示。重要的是，力產(chǎn)生裝置400可留在顆粒分選系統(tǒng)I中，而不是在MEMS芯片分選器10中。如前面提到的，這可以降低可被容納在系統(tǒng)I的一次性部分1000中的MEMS芯片分選器10的成本和復雜性。在圖3所示的緊湊型系統(tǒng)中，重要的是，力產(chǎn)生裝置400不產(chǎn)生過多的熱量。如前面提到的，因為MEMS芯片分選器10的非常小的尺寸，力產(chǎn)生裝置400也可能需要產(chǎn)生集中于一個小區(qū)域內(nèi)的磁通線。關(guān)于可適用于本申請中的新穎磁通產(chǎn)生裝置400的設(shè)計的細節(jié)，將在下文中參考圖1Oa-1Oc進行討論。
[0030]也可包括另一種可選的激光器2410，以在細胞分選系統(tǒng)I提供第二光通道。應(yīng)當理解，可以使用任何數(shù)量的激光源2410，但是，為了描述簡單起見，在圖3中只示出了兩個。
[0031]如上所述，激光詢問區(qū)域200是微流體通道的一部分，在該部分中，至少一個激光器2400被導向到靶顆粒上，以將其與流體試樣的其它組分區(qū)分開。
[0032]當經(jīng)過檢測區(qū)域200時，可由檢測器2300產(chǎn)生信號，指示靶顆粒存在于詢問區(qū)域200中。在已知的延遲之后，可由控制器2900生成信號，指示分選閘，即可動閥110打開，以將檢測出的靶顆粒從流體流中的其它成分中分離。該可動MEMS閥110可包括先前所提到的導磁磁性材料116，從而當存在磁場時磁力可以在其中出現(xiàn)。當由控制器2900生成信號時，在嵌入的導磁材料116中產(chǎn)生力，它將可動閥110拉向力產(chǎn)生裝置400。這一動作可能會關(guān)閉廢物通道140并將靶顆粒重定向到分選通道122中。分選后的試樣隨后由在分選通道122末端的分選儲器收集，所述分選儲器保持分選的試樣。如前所述，控制器2900也可以基于記錄分選事件的速率來控制流率，或者例如可以基于一些其它的反饋信號，比如壓力或速度，來控制流率。
[0033]流體控制裝置2500可以控制流過MEMS芯片分選器10的通道流體的方向和速度。也可以基于如下所述的一些標準來控制該流體控制裝置2500。該流體控制裝置2500可以包括氣動的，液壓的和/或單向的閥，并且/或者可以包括活塞或栗和相關(guān)的流體通道。在正常操作期間，可以通過反饋回路中的流體控制裝置2500以及控制器2900控制流，以使例如，細胞速度，流體壓力，或甚至流率保持恒定。
[0034]在另外一個實施例中，細胞分選系統(tǒng)可以包括反饋回路，以防止通道被懸浮在流體中的細胞或其它固體材料堵塞。生物細胞尤其傾向于粘附在通道表面、邊緣或分支上，從而降低通過該系統(tǒng)的液體的流量和/或總體的細胞分選性能。該反饋回路可至少包括流體控制裝置2500，控制器2900和栗。
[0035]控制器2900可通過監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)的流體壓力和/或細胞速度，來檢測即將發(fā)生的堵塞。如果流體壓力、事件發(fā)生率和/或平均細胞速度下降到預(yù)定的范圍之外，則可以表明即將發(fā)生堵塞。控制器2900可以增加栗的速率，直到流體壓力和/或細胞速度再次達到閾值?？梢酝ㄟ^合適的檢測器監(jiān)測流體壓力，并且可以通過監(jiān)測在光通道中的事件的發(fā)生率來推出細胞速度。優(yōu)選的是，細胞速度可以在0.2至10米/秒之間，并且可以在+/-0.2米/秒內(nèi)是恒定的。因此，激活反饋回路的閾值可以是細胞速度降低約0.2米/秒，或者是與之相當?shù)膲毫p失。但是應(yīng)當理解的是，這里給出的細節(jié)僅是示例性的，并且這種操作參數(shù)的選擇將取決于應(yīng)用的具體情況。
[0036]在分選操作結(jié)束時，此時待分選的試樣的體積幾乎耗盡，控制器協(xié)同流體控制裝置可以使微通道中的流體的流動反向，從而保持通道濕潤，如在2014年I月29日提交的美國專利申請N0.14/167566中所描述的那樣，其通過引用而整體結(jié)合在本文中。系統(tǒng)I還可以具有通過對流過激光詢問區(qū)域200的流反向來評價分選處理有效性的裝置，如在2013年12月12日提交的美國專利申請序列號N0.13/104084中詳細描述，其通過引用而整體結(jié)合在本文中。
[0037]下文中描述MEMS細胞分選系統(tǒng)I的“生效”方面，特別是允許流體以可重復且可靠的方式流入流出MEMS芯片分選器10，從宏觀儲器到MEMS芯片分選器10，以及控制非常小的MEMS芯片分選器10的那些方面。
[0038]圖4是可在圖3所示顆粒分選系統(tǒng)中使用的示例性的一次性盒1000的分解透視圖。一次性盒1000可以包括若干可組裝的部分，比如頂部1120和基部1130。
[0039]一次性盒1000可以容納MEMS芯片分選器10并在流體儲器中提供儲存。因此，一次性盒1000的基部1130可具有在其中形成的多個空隙或隔室，包括試樣儲器20、分選儲器22和廢物儲器40。如下面進一步描述，要分選的試樣可以儲存在試樣儲器20中，分選流出物儲存在分選儲器22中，并且廢物流出物儲存在廢物儲器40中。這些空隙之間的流體通道可以全部被布置在插入器1400中和/或在MEMS芯片分選器10中。
[0040]在頂部1120與基部1130之間可以布置多個過濾器1180，以保護試樣免受污染或碎片影響。這些過濾器1180可以是例如，0.20微米的無菌過濾器(Sterifi I ter)。過濾器1180可以位于各種流體儲器20，22和40的正上方。
[0041 ]磁化的螺旋槳1150和針1160可位于試樣儲器20內(nèi)并被封閉在頂部1120與基部1130之間，針1160可用作磁化的螺旋槳1150的軸。在暴露于循環(huán)的磁場時，磁化的螺旋槳1150可以在軸1160上旋轉(zhuǎn)，使試樣儲器20中的內(nèi)容物被混合或均化。最后，20微米的過濾器1170可以被放置在試樣儲器20之上，以便在輸入試樣朝向下游前往MEMS芯片分選器10之前對其進行過濾。
[0042]可利用吸液管、或通過示出的接入端口1111利用注射器和柱塞(未示出)，將試樣流體引向試樣儲器，之后盒可以用指旋螺釘1110來密封。備選地，盒可以在其中已經(jīng)裝載試樣流體的狀態(tài)下進行傳輸。
[0043]圖5是組裝的一次性盒1000的側(cè)視圖，示出了試樣儲器20、分選儲器22和廢物儲器40。在該組裝的視圖中示出的是MEMS芯片分選器10和插入器1400相對于盒基部1130的相對位置。應(yīng)當指出的是，圖5相對于圖4是倒轉(zhuǎn)的，使得所示位于圖4盒的左手側(cè)的試樣儲器20，現(xiàn)在位于圖5的右手側(cè)，相關(guān)聯(lián)的通道、攪拌器等等也同樣如此。
[0044]為了在MEMS芯片分選器10的非常精細的微制造特征與儲器20，22和40的大得多的流體體積之間提供過渡區(qū)域，可提供插入器1400。插入器1400可以由塑料通過例如注塑成型而形成，并且可具有+/-10毫米量級的中間公差。插入器1400的目的是在MEMS裝置的非常小的結(jié)構(gòu)與盒及儲器的總的宏觀結(jié)構(gòu)之間提供過渡。
[0045]因為插入器可以以合理的精密公差(+/-1Omm)進行制造，因此當至通道的孔為約300微米的量級時，將MEMS芯片中的通道與插入器1400中的通道對齊是可能的。盡管通往可動閥110和從可動閥110引出的通道的寬度可能小得多為150微米的量級，但是，將流體引至通道的孔可以接近此尺度制造。這些孔示于圖6中。
[0046]如圖6中的插圖上所示，插入器1400中的通孔，比如通孔1420，可具有漸縮形形狀，其頂部直徑為300微米的量級。該孔可逐漸變細到在基部具有大約200微米的直徑，在此處它與MEMS芯片分選器10的分選通道20的相應(yīng)孔會合。
[0047]插入器可具有在其中形成的通道1120、1122和1140，如圖7中所示，這些通道可對應(yīng)于圖1和圖2中所示的通道120，122和140。也就是說，通道1120可以與MEMS芯片分選器10上的通道120匹配，以提供從試樣儲器20至MEMS芯片分選器10的流體通道。在MEMS芯片分選器10的下游，插入器1400可以提供經(jīng)由分選通道122(芯片上)和1122(插入器上)從可動閥110至分選儲器22(在盒中)的流體通道。類似地，插入器1400可以提供經(jīng)由廢料通道140(芯片上)和1140(插入器上)從可動閥110至廢物儲器40(在盒中)的流體通道。
[0048]插入器的另一個目的是為可能的小體積的已分選的材料提供收集區(qū)。例如，由于靶細胞可能是罕見的，比如干細胞，因此，在分選儲器中收集的流體的體積也可能是相當小的，并且與試樣中的靶細胞的頻率成比例。因此，低至幾微升的體積也是可以預(yù)期的。插入器可以提供分選的流出物被虹吸到其中的區(qū)域，便于用小吸液管收集。此虹吸區(qū)域顯示在圖7中。
[0049]特別是，應(yīng)該注意到，虹吸區(qū)域1450的底板位于比分選通道1122的底部更低的高度。因此，流體可以借助于虹吸作用和彎液面力從MEMS芯片分選器10流到分選儲器，從這里流體可通過皮下注射針或微吸液管收回。此虹吸作用可有助于抵消在非常小的通道中的小體積流可能出現(xiàn)的毛細管力。
[0050]重要的是，分選通道1122可以制作成與試樣通道1120和廢物通道1140相比相對較短，以使例如通過粘到通道壁上而損耗的材料的量被最小化。
[0051]同樣在圖7的細節(jié)中還示出了膠壩1460，這將接下來關(guān)于盒組件進行描述。
[0052]如在圖7中可以看出，試樣通道1122可以從試樣儲器20的最底部吸取材料。這在使從給定試樣體積中回收材料的百分比或產(chǎn)量最大化方面可能是重要的。相比之下，廢物通道1140可以將非靶材料遞送到位于廢物空隙或廢物儲器40的壁的傾斜部上的點。
[0053]插入器1400可以由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環(huán)烯烴聚合物(COP)或其它材料通過注射成型，壓花，激光加工或3D打印制成。在插入器1400中的通道1420的公差在約100至400微米的總直徑上可以為大約+/-10微米。MEMS芯片分選器10中的相應(yīng)通道20可以為約50至150微米。這些通道20和1420然后可如圖6中的插圖所示在約10微米的公差內(nèi)對準。MEMS芯片分選器10可首先通過將其密封在圖9所示芯片腔1470中而被膠粘到插入器上。腔1470可以足夠精確地形成，使得MEMS芯片分選器10中的通道與插入器1400中的通道大致重疊。允許的失配可能高達約20微米，這是容易實現(xiàn)的。在印刷電路板制造中公知的拾取和放置機器可足以勝任此任務(wù)。MEMS芯片分選器10可被膠粘就位于腔1470內(nèi)。
[0054]然后，通過將插入器1400的定位孔1410抵靠在盒主體1000中的相應(yīng)支柱定位，插入器1400可以用膠或膠結(jié)劑被膠粘在盒基部1130中。由于這種膠或膠結(jié)劑將需要是水密的、但不與通道1120，1122或1140干涉，因此，一些特征可以被形成為圍繞這些通道的膠壩1460，如圖7和圖8所示。這些膠壩1460可以用于阻止未固化的液體膠進入小通道1120、1122和1140。特征1460可以是塑料材料的抬高凸脊，其防止液體進入通道或其它凹部。特別是，膠可以被注入端口中，該端口通向插入器1400與盒主體1000的其余部分之間的對接部。膠水將圍繞此區(qū)域浸潤，但會通過圍繞這些通道的膠壩1460被保持在微流體通道1120，1140和1122之外，如圖7和圖8的透視圖所示。膠壩將插入器1400與盒主體1000的其余部分之間的對接部的厚度從約50微米降低為0.2至2微米，從而產(chǎn)生毛細管效應(yīng)，防止膠水溢流超出壩而進入微流體通道。但是應(yīng)當理解的是，這些尺寸僅僅是示例性的，并且這樣的細節(jié)將取決于應(yīng)用的具體情況。根據(jù)所用膠的類型，液體膠可以通過例如熱、壓力或曝光于UV輻射來固化。
[0055]備選地，插入器1400可以首先被結(jié)合到盒主體1000上，然后MEMS芯片分選器10可以被添加至該組件。
[0056]圖9是該插入器1400的正面?zhèn)鹊暮喕敢晥D。此側(cè)包括用于MEMS芯片分選器10的承座區(qū)1470。該MEMS芯片分選器10可以膠粘或以其它方式結(jié)合抵靠在承座區(qū)1470的特征上。
[0057]該插入器的示例性尺寸為16mm長，6mm寬，Imm高。廢物儲器和試樣儲器可以具有2毫米的直徑。試樣通道1120、分選通道1122和廢物通道1140每一個可以具有300微米的寬度。膠壩的高度可以是約20微米。
[0058]因此，盒1000的制造工藝可以包括:
1.將MEMS芯片分選器10膠粘到插入器1400上 2.抵靠盒定位銷放置插入器
3.擠壓插入器
4.將膠引入插入器和盒之間的間隙
5.紫外線固化膠
6.例如通過膠、膠粘劑或超聲波焊接將盒基部附接到盒頂部上
應(yīng)當清楚，步驟1-6不必以所示的順序來執(zhí)行。例如，盒基部1130可在附接MEMS芯片10或插入器1400之前被附接到盒頂部1120。
[0059]如前所述，在圖3中所示的系統(tǒng)中的致動機理可以是電磁的。因此，關(guān)于圖1、圖2和圖3如上所述的系統(tǒng)的另一個方面是需要精確局部化的磁場來致動小的MEMS芯片分選器
10。因為可動閥110是如此之小，所以重要的是使磁通產(chǎn)生結(jié)構(gòu)為高精度的，低功率的和高效率的。
[0060]因此，基于MEMS的細胞分選系統(tǒng)可以包括電磁鐵，其產(chǎn)生非常局部化的磁場來致動MEMS芯片分選器10。該電磁鐵也可以設(shè)計成具有足夠的熱性質(zhì)，以便它能夠在高速下長時間可靠地運行。該設(shè)計的細節(jié)示于圖10-12中，并在下面進一步描述。
[0061 ] 磁場線(磁通)的外部源可以設(shè)在MEMS芯片分選器1的外部，如在圖1和圖2中示出。此源可以是電磁鐵400。裸的電磁鐵400在圖1Oa-1Oc中更詳細地示出。圖1Oa示出了電磁鐵400的側(cè)視圖；圖1 Ob示出電磁鐵400的放大的頂視圖；并且圖1O c示出電磁鐵400的透視圖。電磁鐵連同散熱材料一起在圖1 Ia，I Ib和11 c中顯示。圖12中示出了帶銅基PCB的電磁鐵。
[0062]電磁鐵400可以包括周圍纏繞線圈460的導磁芯470。芯470可具有突出的漸縮形部分472和展平片部分474。突出的漸縮形部分472可具有逐漸變細到窄端部450的加寬基部452，如圖1Ob所示。例如，線圈460可以纏繞在漸縮形部分472周圍，但不纏繞展平片部分474。展平片部分474可以主要用于提供低磁阻通道，以閉合由線圈產(chǎn)生的磁通線。盡管圖1Oa示出的是線圈460僅僅纏繞在漸縮形形狀472周圍，但是，該線圈可以被放置在其它位置，比如圍繞磁芯470的其它部分。線圈472可以圍繞加寬片474放置，例如，作為代替或作為附加，線圈可纏繞在漸縮形形狀472上。
[0063I 為清楚起見，線圈460在圖1Ob中未示出，相反圖1Ob更詳細地示出了漸縮形部分472。
[0064]線圈460和具有漸縮形部分472和片474的芯470產(chǎn)生磁場，該磁場在尖端450離開電磁鐵400的磁極，發(fā)散，并返回到相反的極，這是由基本電磁學公知的。當電磁鐵400被帶入可動閥110附近并且線圈460被通電激勵時，線圈460和磁芯470產(chǎn)生從尖端450強烈發(fā)散的磁通線。因此，可動部件110通常被拉向圖1Oa所示的電磁鐵400的尖端450，因為鑲嵌在其中的導磁材料116被吸引到磁通密度增加的區(qū)域。
[0065]尖端450可成形為使得磁場集中，將磁場強度朝向磁飽和極限增大，并有效地將其發(fā)射到MEMS芯片分選器10中的導磁元件中，導磁元件如先前所述是鑲嵌導磁材料116。該鑲嵌導磁材料可以是薄膜，其中，該薄膜的厚度相比于側(cè)面尺寸是相對較小的。結(jié)果，尖端450可具有比另一個更大的一個尺寸，以提供有效地耦合到鑲嵌導磁材料Il6中的磁通的場。該導磁特征116然后被朝著尖端450的增加磁通量集中的區(qū)域吸引。
[0066]如圖1Oa所示，磁芯470可被賦予漸縮形形狀472，其可趨于在圍繞尖端450的區(qū)域進一步集中磁通。漸縮形角度可以是例如離垂直約O度至約30度?？v橫比(漸縮形的漸縮長度/平均寬度)例如可以小于大約5/1，更優(yōu)選為大約2/1，但也可以在寬的形狀范圍內(nèi)進行設(shè)計。但是，為了在尖端450集中磁通，可能有利的是使在漸縮形形狀的尖端的直徑小于在漸縮形形狀的基部的直徑。圖1Ob是磁芯470的尖端的放大的俯視圖，面朝上示出了尖端的漸縮形。漸縮形形狀472可具有在尖端450要比在基部452更窄的輪廓。例如，漸縮形形狀472可以是金字塔形的。雖然端部450和基部452被顯示為大體上扁圓的，但是應(yīng)當理解，這只是示例性的，并且尖端450和基部452可具有任何任意的形狀，只要尖端450具有至少一個小于基部452的側(cè)向尺寸。換句話說，漸縮形形狀472可以是長度:寬度的縱橫比為1:1至5:1之間的幾何體，在頂部的直徑小于在基部的直徑，并且漸縮形角度為約3°到約45°之間。
[0067]圖1Oc是漸縮形形狀450、線圈460和磁芯470的透視圖。漸縮形472的基部452可具有小于約5毫米的寬度，以及橫跨最寬弦的小于約Imm的尖端450。漸縮形形狀472的高度可以小于約10毫米。因此，該漸縮形形狀可以具有形成至少大約3度和最多約45度的角度α的輪廓，其中該角度是相對于如圖1Oa所示的對稱軸線而限定的。更具體地，該輪廓可相對于該對稱軸線形成大約10度的角度α。更優(yōu)選地，該漸縮形形狀的基部可具有2至5毫米的高度，并且在基部具有0.5至2毫米的寬度。該漸縮形形狀的尖端450可以小于基部452，并具有約1.0毫米X 0.7毫米或至少約0.2毫米X 0.1毫米的矩形尺寸。但是應(yīng)當理解的是，這些尺寸僅僅是示例性的，并且這樣的細節(jié)將取決于應(yīng)用的具體情況。磁模型表明，MEMS芯片分選器10中的導磁元件的近似寬度的電磁鐵尖端是最佳的，具有近似相同尺度量級的高度。然后通過漸縮形角度來確定基部尺寸。具有漸縮形形狀472的磁芯470還可以包括在漸縮形形狀472的基部的加寬片部分474，其中，加寬片474在最大尺寸的維度上具有約10毫米的長度。如下面進一步描述，帶有漸縮形形狀472和加寬片474的磁芯470可與散熱材料在至少兩側(cè)接觸。
[0068]芯470的磁體材料可以是鈷/鐵、鐵、鎳/鐵合金或其他任何導磁磁性材料。在一些實施例中，磁體材料470可以是NiFe坡莫合金(70%Ni和30%的Fe)。該材料可以具有至少大約5000的導磁率。
[0069]磁模型也表明并且經(jīng)實驗證實，該片部分74的寬度W對于減小磁路的總磁阻可能是重要的。約10毫米的片部分474的寬度已被證明表現(xiàn)令人滿意。為了產(chǎn)生盡可能大的場，要求對漸縮形磁性元件472和線圈460施加盡可能大的電流通過盡可能多的線圈匝數(shù)。但是，眾所周知，大電流通過小直徑的導線會產(chǎn)生大量的熱，這會降級甚至破壞裝置。因此，重要的是，要盡可能快地使熱量離開精巧的結(jié)構(gòu)。
[0070]在一般情況下，在線圈460的較少層以更有效的散熱，或者更多的層以用于更大的通量(安培*轉(zhuǎn))，且因此有更大的磁力和更高的速度之間可能有折衷。在一個實施例中，圍繞漸縮形磁體472的線圈460有一個層，但是在其他實施例中，電磁鐵400可具有更多層，并且可在漸縮形磁元件472上構(gòu)思高達至少三層的線圈。
[0071]但是，因為所有這些元件的形狀因數(shù)必須較小，所以，導線直徑必須相對較小，以便最大化將會纏繞在漸縮形磁性元件472上的線圈匝數(shù)。較小的導線尺寸趨于增大電阻，從而增加在導線中產(chǎn)生的功率。這種情況導致大量的焦耳加熱，使得對裝置進行散熱成為重要的設(shè)計考慮因素。
[0072]圖1la示出了散熱器440施加于其上的電磁鐵400的側(cè)視圖。圖1lb示出了散熱器440施加于其上的電磁鐵400的頂視圖。圖1lc示出了散熱器440施加于其上的電磁鐵400的透視圖。圖1 Ia顯示該電磁鐵所有側(cè)面被散熱材料440包圍。事實上，帶漸縮形形狀472的磁芯470可以被散熱材料側(cè)面包圍，從而使發(fā)熱的電磁線圈460和散熱材料440之間的間隙被減小或最小化。散熱材料440可具有高的導熱率，并且還可以是導電的，和許多高導熱率的材料一樣。散熱材料440可以是，例如，銅，鋼，鋁，或任何其他具有足夠?qū)崧实牟牧希⑶铱梢孕纬伤璧男螤?。再次，為了減小電磁線圈460和散熱材料440之間的空氣間隙，導熱的膏或油脂或封裝化合物可以被施加到電磁線圈460。備選地，螺線管和漸縮形形狀472可以被壓入延展性的材料(例如銦)中，其在低溫熔化并且在處于固態(tài)時相對較軟。在任何情況下，該漸縮形形狀472可以被散熱材料側(cè)面包圍。在一個實施例中，漸縮形形狀472和片474與散熱材料在至少兩個側(cè)面接觸。
[0073]如圖1Ia所示，繞在漸縮形磁性元件472和460周圍的螺線管中的電流使材料被磁化，其然后發(fā)出從尖端450開始并通過基部470自身閉合的磁力線442。磁力線在尖端450集中，將MEMS芯片1中的鑲嵌磁材料116朝向尖端450吸引，如前面所解釋。然而，為了MEMS芯片10的高速致動，要求磁場442快速地關(guān)閉和打開。這個快速變化的磁場會在散熱材料440中引起渦流444。這些渦流444天生會對抗該磁場，這可能會降低電磁螺線管460的高速性會K。
[0074]為了減少這種渦流效應(yīng)，絕緣體結(jié)構(gòu)480可被置于散熱材料440中，這將中斷渦流流動444 ο絕緣體結(jié)構(gòu)480例如可以是環(huán)氧樹脂，膠水，氧化物或氮化物，其可以被沉積或施加在散熱材料440中。渦流444和絕緣體480示于圖1lb中。
[0075]絕緣體結(jié)構(gòu)480可以多種方式布置，以阻止渦流444響應(yīng)于由電磁鐵產(chǎn)生的磁通在散熱材料440中的流動。在一個實施例中，散熱材料中的絕緣體結(jié)構(gòu)480設(shè)置成相鄰于漸縮形452的基部，并且處于散熱材料440與磁芯470之間，如圖1 Ia所示。在另一個實施例中，散熱材料440中的絕緣體結(jié)構(gòu)480橫向地并沿著漸縮形形狀472的對稱軸線492布置，也如圖1 Ib所示。應(yīng)當理解的是，圖1 Ia和I Ib所示的絕緣體結(jié)構(gòu)480僅僅是示例性的，絕緣體結(jié)構(gòu)480也可以設(shè)置在其它位置，以阻止渦流444的流動。在任何情況下，散熱材料可包括絕緣體結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)于由電磁鐵產(chǎn)生的磁通而阻止散熱材料中的渦流流動。
[0076]在一個實施例中，線圈460的螺線管包括纏繞在漸縮形形狀周圍的大約20到大約30匝之間的線圈匝數(shù)。在一個具體的實施例中，螺線管可包括在磁芯上的28匝的線圈匝數(shù)。線圈的螺線管可以包括直徑為大約100微米的磁性導線。磁性導線可以承載至少約0.5A的電流，以產(chǎn)生1.6特斯拉的從線圈的尖端出現(xiàn)的磁場。
[0077]圖12示出另一種方式的散熱設(shè)計，其同樣可以解決引線結(jié)合的問題。尤其是，漸縮形形狀460可以被嵌入銅基印刷電路板(PCB)500中。銅PCB 500可具有由銅通孔530圍繞的銅芯540，銅通孔530將上銅導電焊盤510連接到銅導電焊盤550。這些通孔530可以被絕緣材料520包圍，絕緣材料520將上導電焊盤510與通孔530及下導電焊盤550電絕緣。絕緣材料520可以是環(huán)氧樹脂或氧化物或氮化物，其可被生長或沉積在銅上。
[0078]銅PCB500可以被成形或加工成以緊配合面接受漸縮形460的輪廓，使得只有漸縮形460的尖端450暴露。螺線管導線461可被釬焊到上導電焊盤，從而使銅PCB也提供了在螺線管的非常細的磁導線與往返連通電流驅(qū)動器600的較大導線之間的方便的對接。因此，電流驅(qū)動器600到漸縮螺線管460的電連接，可以通過導線到下導電焊盤550，通過通孔530并且到上導電焊盤，通到導線461并到達螺線管。因此，銅PCB 500可為裝置同時提供散熱和方便的電結(jié)構(gòu)。
[0079]因此，用于從流體試樣中分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)可以包括銅基印刷電路板。該PCB可以包括銅芯，以及多個上導電焊盤和下導電焊盤，其中所述上導電焊盤和下導電焊盤電由導電通孔連接。銅PCB還可以配置為使得螺線管線圈的兩端電連接到所述多個上導電焊盤上，并且其中下導電焊盤電連接到電流驅(qū)動器。多個上、下導電焊盤通過絕緣材料與銅線圈絕緣隔離。
[0080]應(yīng)當理解，使用的絕緣體480，銅印刷電路板500，以及這里描述的其它特征是一些實施例的可選特征，并且對于實施本發(fā)明可能不是必要的。前文中使用的“磁性導線”應(yīng)理解為是指涂覆有極薄絕緣層的很細的銅或鋁導線。磁性導線是典型地在變壓器、電感器、電機、揚聲器或其它在狹小空間內(nèi)需要大量導線匝數(shù)的裝置的構(gòu)造中用于線圈。還應(yīng)該理解的是，空間名稱，比如“上”和“下”，是任意的，并且本發(fā)明不依賴于裝置的方位。在一些實施例中，上導電焊盤和下導電焊盤可設(shè)置在銅PCB的正面?zhèn)?。螺線管導線可電連接到一組焊盤上，例如上焊盤上，并且電流驅(qū)動器可以電連接到正面?zhèn)鹊囊唤M焊盤上，例如下焊盤上，或者反之亦然。
[0081]因此，雖然各種細節(jié)結(jié)合上面概述的示例性實施例進行了描述，但是，各種替代方案、修改、變化、改進和/或?qū)嵸|(zhì)等效物，無論是已知的或者是或可能是目前無法預(yù)見的，在閱讀前面的公開后都有可能變得顯而易見。此外，涉及特定方法、尺寸、材料應(yīng)用、形狀、制造技術(shù)等的細節(jié)目的僅僅是說明性的，并且本發(fā)明不限于這樣的實施例。諸如頂部、底部、左、右、前、后等的描述是任意的，因為應(yīng)該理解的是，系統(tǒng)和方法可以在任何方位執(zhí)行。因此，上面闡述的示例性實施方式意味著是說明性的而不是限制性的。
【主權(quán)項】
1.一種微制造在硅襯底上的細胞分選閥，帶有從所述細胞分選閥引出的微制造通道，其中，所述細胞分選閥從非靶材料分離靶顆粒； 包含試樣儲器、分選儲器和廢物儲器的一次性盒;和 具有磁芯的電磁鐵，所述電磁鐵在鄰近所述細胞分選閥的區(qū)域中產(chǎn)生磁通線，導致所述細胞分選閥響應(yīng)于由所述電磁鐵產(chǎn)生的磁通線而移動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述電磁鐵包括纏繞在具有漸縮形形狀的磁芯上的螺線管或線圈，其中所述漸縮形具有從基部到尖端變窄的輪廓。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述漸縮形形狀具有橫跨最寬的弦的小于約5毫米的基部和小于約Imm的尖端。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述輪廓形成大約10度的角度，且所述角度相對于垂直線定義。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述輪廓形成至少約3度、并且最多約45度的角度，且所述角度相對于垂直線定義。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，具有漸縮形形狀的所述磁芯包括鈷/鐵、鐵、和鎳/鐵合金中的至少一者。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述線圈的螺線管包括纏繞在所述漸縮形形狀上的約20至約30匝線圈。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述線圈的螺線管包括直徑約100微米的磁性導線。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述線圈的螺線管傳導至少約0.5A的電流。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述電磁鐵還包括在所述漸縮形形狀基部的加寬片，其中，所述加寬片在最長尺寸上具有約10暈米的尺寸。11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述漸縮形形狀由散熱材料側(cè)面包圍。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述漸縮形形狀和所述加寬片與所述散熱材料在至少兩側(cè)接觸。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述散熱材料包括銅。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述散熱材料包括銅基印刷電路板。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述銅基印刷電路板包括銅芯以及多個上導電焊盤和下導電焊盤，其中所述上導電焊盤和下導電焊盤通過導電通孔而電連接。16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述電磁線圈的兩端被電連接到多個上導電焊盤，并且其中，下導電焊盤電連接到電流驅(qū)動器。17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述通孔以及所述多個上、下導電焊盤通過絕緣材料與銅線圈絕緣隔開。18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述散熱材料包括絕緣體結(jié)構(gòu)，其響應(yīng)于所述電磁鐵產(chǎn)生的磁通阻止渦流在所述散熱材料中流動。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述散熱材料中的所述絕緣體結(jié)構(gòu)被布置為鄰近所述漸縮形的基部。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于從流體試樣分選靶顆粒的細胞分選系統(tǒng)，其中，所述散熱材料中的所述絕緣體結(jié)構(gòu)被橫向地布置，并沿所述漸縮形形狀的對稱軸線布置。
【文檔編號】B01L3/00GK106061610SQ201580012048
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年3月5日 公開號201580012048.7, CN 106061610 A, CN 106061610A, CN 201580012048, CN-A-106061610, CN106061610 A, CN106061610A, CN201580012048, CN201580012048.7, PCT/2015/54560, PCT/EP/15/054560, PCT/EP/15/54560, PCT/EP/2015/054560, PCT/EP/2015/54560, PCT/EP15/054560, PCT/EP15/54560, PCT/EP15054560, PCT/EP1554560, PCT/EP2015/054560, PCT/EP2015/54560, PCT/EP2015054560, PCT/EP201554560
【發(fā)明人】J.福斯特, D.格魯米特, R-P.彼得斯, C.佩特, N.馬蒂內(nèi)斯, M.納格爾
【申請人】美天施生物科技有限責任公司