專利名稱：用于對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操作、成像和分析的微流體設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域涉及處理生物樣本，更具體地，涉及使用微流體設(shè)備 (microfluidics devices)對(duì)生物樣本的細(xì)胞進(jìn)行分離和成像。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)專家和技術(shù)人員通常在樣本載座(諸如玻璃樣本載玻片)上制備生物樣本， 并觀察樣本從而分析是否病人已經(jīng)或可能具有特殊醫(yī)學(xué)情況或疾病。例如，作為巴氏涂片 檢查和其他癌癥檢測(cè)的一部分，樣本被檢查從而檢測(cè)惡性或癌變前(pre-malignant)細(xì) 胞。在已經(jīng)制備了樣本載玻片之后，自動(dòng)化系統(tǒng)可分析該樣品并用于將技術(shù)人員的注意力 集中在最相關(guān)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)(groups of cells)上，同時(shí)放棄對(duì)較不相關(guān)細(xì)胞的進(jìn)一步檢 查。雖然巴氏涂片是眾所周知的，但它們由于易變的樣品厚度以及其他原因而難于 成像。為了解決這些問(wèn)題，基于“徑跡蝕刻(tracketched)”過(guò)濾膜技術(shù)的細(xì)胞轉(zhuǎn)移引擎 (cell transfer engine)已經(jīng)用于制備更一致的單層細(xì)胞，其可以用于載玻片、分析和成 像。一種成功利用徑跡蝕刻膜過(guò)濾器的已知的自動(dòng)化載玻片制備系統(tǒng)是可從馬薩諸塞州 Marlborough的校園大道250號(hào)，01752，Cytyc公司得到的ThinPrep 3000系統(tǒng)。使用
該系統(tǒng)的測(cè)試通常被稱為ThinPr印(TP)巴氏(Pap)測(cè)試，或更一般地被稱為ThinPr印或 TP測(cè)試。參考圖1和圖2，一種已知的ThinPr印處理系統(tǒng)10包括保存有細(xì)胞學(xué)樣本14的 容器或小瓶(vial) 12、過(guò)濾器20、閥門30和真空源40。樣本14典型地包括分散在液體、溶 液、流體或輸運(yùn)介質(zhì)18(諸如PreservCyt，也可從Cytyc公司獲得)中的多個(gè)細(xì)胞16。一 種已知的過(guò)濾器20包括由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneter印hthalate)制成且 平均孔密度約為每平方厘米180000孔，平均孔直徑約為6. 9微米，且平均膜厚度約16微米 的過(guò)濾材料。在使用過(guò)程中，過(guò)濾器20的一端插入到溶液18中，過(guò)濾器20的另一端經(jīng)閥門30 耦合到真空源40。當(dāng)閥門20打開(kāi)時(shí)，來(lái)自于真空源40的負(fù)壓被施加到過(guò)濾器20，過(guò)濾器 20進(jìn)而將溶液18向上抽取到過(guò)濾器20中。在被抽取的液體18中的細(xì)胞16被收集在過(guò)濾 器20的表面上。參考圖3，具有收集的細(xì)胞16的過(guò)濾器20與載玻片50接觸。參考圖4， 然后從載玻片50上移除過(guò)濾器20，因而制備了具有一層細(xì)胞16的樣本。雖然基于“徑跡蝕刻”過(guò)濾器膜技術(shù)的細(xì)胞轉(zhuǎn)移引擎已經(jīng)有效使用并提供相對(duì)其 他已知方法的顯著改進(jìn)，但這類設(shè)備和方法可被改進(jìn)。具體地，難于在過(guò)濾器20表面上控 制單個(gè)細(xì)胞16的放置和呈現(xiàn)。這會(huì)使得在將細(xì)胞16轉(zhuǎn)移到載玻片50上時(shí)控制細(xì)胞16的 放置和呈現(xiàn)出現(xiàn)困難，因而，這使得對(duì)細(xì)胞的成像和分析或測(cè)試更復(fù)雜和耗時(shí)。圖5示出使用“徑跡蝕刻”過(guò)濾器膜，例如，使用ThinPrep系統(tǒng)制備的樣本試樣14 的典型細(xì)胞分布和布局60的例子。如在圖5中所示，并進(jìn)一步參考圖6，某些細(xì)胞16可被 集中到一起從而形成群(cluster)或交疊細(xì)胞(overlapping cell) 17。交疊細(xì)胞17可防礙以當(dāng)前可用的成像處理系統(tǒng)和技術(shù)確定細(xì)胞16邊界(boundary)的能力，一般地在圖7 中示出。 確定細(xì)胞16邊界的能力是重要的，因?yàn)槠涮峁┝送暾?xì)胞16邊界清晰度和獲得 相關(guān)細(xì)胞測(cè)量和數(shù)據(jù)(諸如細(xì)胞質(zhì)面積(cytoplasm area))的能力。進(jìn)而，這些能力允許 精確測(cè)量重要的人工分類度量(manual classification metric)，也就是細(xì)胞核/細(xì)胞質(zhì) 比，這是重要的細(xì)胞分析參數(shù)并且過(guò)去還沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。此外，膜基過(guò)濾器20不能有效地根據(jù)尺寸分選細(xì)胞16或細(xì)胞群17。此外，雖然已 知制備系統(tǒng)可用來(lái)制備可被染色的樣本，但是這類系統(tǒng)可能要求相對(duì)大量的色素和相關(guān)聯(lián) 的笨重的染色設(shè)備。微流體近來(lái)被用于操作細(xì)胞。已知的微流體細(xì)胞捕集技術(shù)在Robert Μ. Johann 的 “Cell trapping in Microfluidic chips (微流體芯片中的細(xì)胞捕獲)”和 Dino Di Carlo等人的"Single-Cell EnzymeConcentrations,Kinetics,and Inhibition Analysis Using High-DensityHydrodyanmic Cell Isolation Arrays (MM^MW 列的單細(xì)胞酶濃聚物、動(dòng)力學(xué)和阻滯分析)”，以及Dino Di Carlo等人的“Dynamic Single Culture Array (動(dòng)力學(xué)單培養(yǎng)物陣列)”中得到描述。Johnarm描述了各種穩(wěn)定化方法，包 括無(wú)接觸細(xì)胞捕集(trapping)和基于接觸的細(xì)胞捕集。Di Carlo等人描述了基于流體流 經(jīng)細(xì)胞捕集陣列(array of cell traps)而設(shè)計(jì)以捕獲細(xì)胞的專用物理屏障(barrier)。 其他微流體系統(tǒng)涉及檢測(cè)某些分子的出現(xiàn)，例如DNA。雖然已經(jīng)提出了某些微流體設(shè)備和相關(guān)細(xì)胞操作，已知的微流體設(shè)備和技術(shù)不提 供從不同的細(xì)胞試樣(heterogeneous sample)中對(duì)細(xì)胞的有效分開(kāi)、布置和轉(zhuǎn)移，不同 的細(xì)胞試樣包括諸如潤(rùn)滑劑和體液(包含血液和粘液)的其他成分。進(jìn)一步，已知微流 體設(shè)備不提供這樣的大規(guī)模提供高效的樣本處理的能力，這樣的能力包括對(duì)固定到基底 (substrate)以便檢查和分析的非活性、保存的樣本試樣進(jìn)行制備和成像。因此，已知微流 體設(shè)備和研究不適于子宮頸細(xì)胞學(xué)(cervical cytology)和這類樣本的相關(guān)制備和分析。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用于分離細(xì)胞學(xué)樣本中細(xì)胞的微流體設(shè)備包括基底和與基底關(guān) 聯(lián)的微流體細(xì)胞分離元件。分離元件包括外壁、通道、區(qū)分構(gòu)件(partition member)和接收 器(receptacle)。外壁限定進(jìn)口、出口、和分離元件內(nèi)部，通道限定在分離元件內(nèi)部并與外 壁進(jìn)口流體連通。區(qū)分構(gòu)件定位在分離元件內(nèi)部并包括內(nèi)壁，該內(nèi)壁限定進(jìn)口孔、出口孔、 和區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。接收器定位在區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。分離元件配置成使得經(jīng)外壁進(jìn)口導(dǎo)入的流 體沿第一方向流經(jīng)通道，區(qū)分構(gòu)件設(shè)置為使得流體經(jīng)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口孔沿與第一方向不同的 第二方向從通道流入?yún)^(qū)分構(gòu)件內(nèi)部，接收器是相對(duì)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口定位的從而捕獲和保留流 體攜帶的細(xì)胞。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，用于分離細(xì)胞樣本中細(xì)胞的微流體設(shè)備包括基底和與基底關(guān) 聯(lián)的微流體細(xì)胞分離元件。分離元件和基底彼此可移除地連接。分離元件包括外壁、通道、 區(qū)分構(gòu)件和接收器。外壁限定進(jìn)口、出口、和分離元件內(nèi)部，通道限定在分離元件內(nèi)部并與 外壁進(jìn)口流體連通。區(qū)分構(gòu)件定位在分離元件內(nèi)部并包括內(nèi)壁，該內(nèi)壁限定進(jìn)口孔、出口 孔、和區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。接收器定位在區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。分離元件配置成使得經(jīng)外壁進(jìn)口導(dǎo)入的流體沿第一方向流經(jīng)通道，并且區(qū)分構(gòu)件設(shè)置為使得流體從通道經(jīng)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口孔沿與 第一方向不同的第二方向流入?yún)^(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。接收器相對(duì)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口定位，以捕獲和保 留由流體攜帶的細(xì)胞。分離元件和基底彼此可移除地連接，由接收器捕獲和保留的細(xì)胞位 于基底和分離元件之間。進(jìn)一步的實(shí)施例針對(duì)用于分離細(xì)胞樣本中細(xì)胞的微流體設(shè)備，其包括基底和與基 底關(guān)聯(lián)的微流體細(xì)胞分離元件。分離元件包括外壁、通道、區(qū)分構(gòu)件和多個(gè)接收器。外壁限 定進(jìn)口、出口、和分離元件內(nèi)部，并且通道限定在分離元件內(nèi)部并與外壁進(jìn)口流體連通。區(qū) 分構(gòu)件定位在分離元件內(nèi)部并包括內(nèi)壁，該內(nèi)壁限定多個(gè)進(jìn)口孔、出口孔、和區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部 的內(nèi)壁，且多個(gè)接收器處于區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。每個(gè)接收器包括多個(gè)接收器元件，這些接收器元 件彼此分離并被布置成用于捕獲單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞群。分離元件配置成使得通過(guò)外壁進(jìn)口導(dǎo) 入的流體沿第一方向流經(jīng)通道，并且區(qū)分構(gòu)件設(shè)置為使得流體從通道經(jīng)各區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口孔 沿與第一方向不同的第二方向流入?yún)^(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。接收器是相對(duì)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口孔定位的以 便捕獲和保留由流體攜帶的細(xì)胞。進(jìn)一步的可選實(shí)施例針對(duì)利用與基底關(guān)聯(lián)的微流體細(xì)胞分離元件分離細(xì)胞樣本 中細(xì)胞的方法。該方法包括經(jīng)分離元件外壁的進(jìn)口導(dǎo)入流體或溶液。導(dǎo)入的流體沿第一方 向流經(jīng)限定在分離元件內(nèi)部或內(nèi)空間中的通道。流體沿與第一方向不同的第二方向從通道 流經(jīng)定位在分離元件內(nèi)部的區(qū)分構(gòu)件的進(jìn)口孔。該方法也包括在區(qū)分構(gòu)件內(nèi)設(shè)置的接收器 內(nèi)捕獲和保留沿第二方向流動(dòng)的流體攜帶的細(xì)胞。另一個(gè)可選實(shí)施例針對(duì)利用與基底關(guān)聯(lián)的微流體細(xì)胞分離元件分離和分析細(xì)胞 樣本中細(xì)胞的方法。該方法包括經(jīng)分離元件的外壁的進(jìn)口導(dǎo)入流體或溶液。導(dǎo)入的流體沿 第一方向流經(jīng)分離元件內(nèi)部或內(nèi)空間中限定的通道。流體從通道沿著與第一方向不同的第 二方向流經(jīng)設(shè)置在分離元件內(nèi)部的區(qū)分構(gòu)件的進(jìn)口孔。該方法進(jìn)一步包括在定位在區(qū)分構(gòu) 件內(nèi)的接收器中捕獲和保留沿第二方向流動(dòng)的流體中的第一細(xì)胞。該方法進(jìn)一步包括釋放 第一細(xì)胞(如在分析第一細(xì)胞后)，且然后捕獲和保留沿第二方向上流動(dòng)的流體中的第二 細(xì)胞從而取代釋放的第一細(xì)胞。然后可分析第二細(xì)胞。另一個(gè)可選實(shí)施例針對(duì)利用與基底關(guān)聯(lián)的微流體細(xì)胞分離元件對(duì)細(xì)胞樣本中細(xì) 胞進(jìn)行分離和成像的方法。該方法包括經(jīng)分離元件外壁的進(jìn)口導(dǎo)入流體或溶液。導(dǎo)入的流 體在第一方向上流經(jīng)在分離元件內(nèi)部或內(nèi)空間中限定的通道。流體沿與第一方向不同的第 二方向從通道流經(jīng)定位在分離元件內(nèi)的區(qū)分構(gòu)件的進(jìn)口孔。該方法進(jìn)一步包括在定位于區(qū) 分構(gòu)件內(nèi)的接收器內(nèi)捕獲和保留沿第二方向流動(dòng)的流體中的第一細(xì)胞。該方法進(jìn)一步包括 從接收器釋放第一細(xì)胞(如在對(duì)第一細(xì)胞進(jìn)行處理或成像后)，然后捕獲和保留沿第二方 向流動(dòng)的流體中的第二細(xì)胞從而取代釋放的第一細(xì)胞。然后可對(duì)第二細(xì)胞進(jìn)行成像。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，第二方向?qū)Φ谝环较蚧旧鲜菣M向的。進(jìn)一步，在一個(gè)或 多個(gè)實(shí)施例中，區(qū)分構(gòu)件包括多個(gè)接收器，且接收器可具有不同大小。較小的接收器可配置 成捕獲和保留單個(gè)細(xì)胞，較大的接收器可配置成捕獲和保留細(xì)胞群。在一個(gè)實(shí)施例中，較小 的接收器定位成比較大的接收器更靠近外壁進(jìn)口。區(qū)分構(gòu)件的進(jìn)口孔也可以具有不同大 小。較小的孔可配置成允許單個(gè)細(xì)胞通過(guò)，而尺寸較大的接收器允許細(xì)胞群通過(guò)。在一個(gè) 實(shí)施例中，較小的進(jìn)口孔定位成比較大的進(jìn)口孔更靠近外壁進(jìn)口。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，分離元件可包括多個(gè)區(qū)分構(gòu)件，因而限定多個(gè)通道，每個(gè)通道都與外壁進(jìn)口流體連通，且至少一個(gè)通道限定在鄰近區(qū)分構(gòu)件的壁體之間。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理元件(例如，位于分離元件外部)，配置成用于分 開(kāi)流體中攜帶的細(xì)胞群。然后細(xì)胞和/或剩余細(xì)胞群可由分離元件內(nèi)一個(gè)或多個(gè)接收器捕
-M-
犾。


現(xiàn)在參考附圖，通篇中相似參考標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)部件，且其中圖1示出已知的載玻片制備系統(tǒng)和方法，其使用細(xì)胞膜過(guò)濾器收集細(xì)胞并將收集 的細(xì)胞層涂敷(apply)到樣本載玻片上；圖2是已知的細(xì)胞膜過(guò)濾器的仰視圖，該細(xì)胞膜過(guò)濾器包括收集的要涂敷到樣本 載玻片上的細(xì)胞；圖3示出將細(xì)胞膜過(guò)濾器收集的細(xì)胞涂敷到樣本載玻片上的已知方法；圖4示出具有由細(xì)胞膜過(guò)濾器涂敷的細(xì)胞層的樣本載玻片；圖5示出在使用圖1至圖4中所示類型的系統(tǒng)和方法制備的樣本載玻片上的細(xì)胞 分布的實(shí)例；圖6進(jìn)一步示出圖5中所示的交疊細(xì)胞；圖7示出具有清楚的界限的分開(kāi)或分離的細(xì)胞；圖8A示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的微流體細(xì)胞分離設(shè)備；圖8B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的微流體細(xì)胞分離設(shè)備，其中基底和分離元件彼 此連接或粘附；圖8C示出涉及從基底移除分離元件從而形成具有分離細(xì)胞的基底的一個(gè)實(shí)施 例；圖8D進(jìn)一步示出如在圖8C中所示的移除分離元件后具有分離的細(xì)胞的基底；圖8E示出一個(gè)實(shí)施例，其中蓋片(cover slip)施加在基底上分離細(xì)胞上；圖9示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的區(qū)分構(gòu)件和微流體細(xì)胞分離設(shè)備內(nèi)溶液的相關(guān) 流動(dòng)；圖10示出接近區(qū)分構(gòu)件內(nèi)的細(xì)胞接收器的溶液中細(xì)胞；圖11示出被圖10中所示接收器捕獲的細(xì)胞；圖12示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建并具有兩個(gè)接收器元件(組件或部件，component) 的細(xì)胞接收器；圖13示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建并具有三個(gè)接收器元件的細(xì)胞接收器；圖14示出根據(jù)再一實(shí)施例的微流體細(xì)胞分離設(shè)備，其包括具有多個(gè)進(jìn)口孔的區(qū) 分構(gòu)件和配置成用于捕獲單個(gè)細(xì)胞的接收器；圖15示出根據(jù)再一實(shí)施例的微流體細(xì)胞分離設(shè)備，其包括具有多個(gè)較大的進(jìn)口 孔的區(qū)分構(gòu)件和配置成用于捕獲細(xì)胞群的較大接收器；圖16示出根據(jù)另一實(shí)施例的微流體細(xì)胞分離設(shè)備，其包括多重區(qū)分構(gòu)件和多個(gè) 進(jìn)口孔以及配置成用于捕獲單個(gè)細(xì)胞的接收器；圖17示出根據(jù)另一實(shí)施例的微流體細(xì)胞分離設(shè)備，其包括多重區(qū)分構(gòu)件和多個(gè) 較大的進(jìn)口孔以及配置成用于捕獲細(xì)胞群的較大接收器；
圖18示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的微流體細(xì)胞分離設(shè)備，其包括多重區(qū)分構(gòu)件和多 個(gè)進(jìn)口孔以及用于捕獲單個(gè)細(xì)胞和細(xì)胞群的不同尺寸的接收器；圖19示出圖18中所示微流體分離設(shè)備，其包括根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的預(yù)處理或解 {φ (disaggregation) 711^ ；圖20示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的預(yù)處理元件；以及圖21總體上示出可用于對(duì)細(xì)胞和細(xì)胞群進(jìn)行成像的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式在下面的說(shuō)明中，參考構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖，附圖以圖示的形式示出特定實(shí)施例，并示出這些實(shí)施例如何實(shí)踐。應(yīng)當(dāng)理解，如在這些實(shí)施例中所實(shí)施的，可在不背離 本發(fā)明范圍的情況下對(duì)這些實(shí)施例做出改變。參考圖8A，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的并配置成用于分離細(xì)胞樣本中單個(gè)細(xì)胞16和/ 或細(xì)胞群17的微流體設(shè)備800包括基底或底部構(gòu)件810 (總稱為基底810)、微流體細(xì)胞分 離元件820 (總稱為分離元件820)、和流體進(jìn)口或進(jìn)口管831 (總稱為流體進(jìn)口 831)、流體 出口或出口管832 (總稱為流體出口 832)、或流體歧管(manifold)(圖8A中未示出)。微 流體設(shè)備800配置為使得流體或溶液18沿不同方向流經(jīng)微加工的分離元件820，從而分離 細(xì)胞樣本14的細(xì)胞16和/或細(xì)胞群17，因而提供增強(qiáng)的細(xì)胞制備、轉(zhuǎn)移、呈現(xiàn)和成像。流 體進(jìn)口 831和流體出口 832被設(shè)置成將要處理的溶液18導(dǎo)入分離元件820，并從分離元件 820中移除處理后的溶液18。實(shí)施例可用來(lái)分離細(xì)胞16和/或細(xì)胞群17，并且除非某些配置特別涉及細(xì)胞群 17的分離，一般參考細(xì)胞16。此外，如本說(shuō)明書中使用的溶液或流體被限定為包括細(xì)胞16 或細(xì)胞群17的溶液、流體、材料或物質(zhì)，并可流經(jīng)微流體細(xì)胞分離元件820?？砂?xì)胞16 或細(xì)胞群17的溶液或流體18的實(shí)例包括液體基(liquid-based)溶液(諸如可從Cytyc 公司得到的PreservCyt)，凝膠基溶液，和體液。因此，細(xì)胞16和細(xì)胞群17可在其他物質(zhì)或 流體中稀釋(例如，如在液體基或凝膠基溶液的情形)，或可以是體液的一部分(例如，直接 從子宮頸獲得的未稀釋樣本試樣的細(xì)胞)。為了容易解釋，參考流經(jīng)微流體設(shè)備800的液體 基溶液形式的溶液18，但應(yīng)當(dāng)理解的是實(shí)施例可用來(lái)分離不同溶液18中的細(xì)胞。進(jìn)一步， 可以實(shí)施設(shè)備、系統(tǒng)和方法實(shí)施例以分析包括子宮頸樣本和其他類型樣本的細(xì)胞樣本。為 了易于解釋，參考溶液18中的子宮頸樣本。在一個(gè)實(shí)施例中，基底810是諸如玻璃樣本載玻片的玻璃基底。例如，基底810可 以是厚度約0. 05英寸、寬度約1. 0英寸、并且長(zhǎng)度約3. 0英寸的已知玻璃載玻片?；?10 可具有與已知樣本載玻片相似或相同的尺寸的形狀，因此基底810可由已知載玻片處理系 統(tǒng)操作并存儲(chǔ)在已知的載玻片接收器中。在另一個(gè)實(shí)施例中，因?yàn)榉蛛x元件820的尺寸為 微米量級(jí)，所以設(shè)備800可顯著較小。實(shí)際上，也可使用其他基底尺寸和形狀，提供圖8以 總體示出與分離元件820關(guān)聯(lián)的基底810。為了易于解釋，參考以已知的玻璃樣本載玻片的 形式的基底810。如在圖8A中所示，分離元件820與基底810相關(guān)聯(lián)，例如，永久地或可移除地封接 (sealed)、連接或粘附至基底810的表面812或部分上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，分離元件820是 諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的聚合物材料。也可利用其他材料和聚合物材料，并且作為一種適于分離元件820的元件的微加工的材料的例子而提供PDMS。分離元件820包括一個(gè)或更多細(xì)胞屏障、捕集器或區(qū)分構(gòu)件822 (總稱為區(qū)分構(gòu)件 822)，它們是使用已知的微加工/微成型方法而在PDMS材料824上或其中形成的。區(qū)分構(gòu) 件822可包括微加工的通道、門和細(xì)胞接收器或捕集器，這些都是由分離元件820限定并在 分離元件820和基底810的表面812之間形成以用于從分離元件820內(nèi)沿不同方向流動(dòng)的 溶液18中捕獲和保存細(xì)胞16。在圖8A中所示的實(shí)施例中，流體進(jìn)口 831和流體出口 832從分離元件820的相對(duì) 側(cè)橫向延伸。也可使用已知的微加工的/微成型方法由PDMS材料824形成流體進(jìn)口 831和 流體出口 832。因此，分離元件820、區(qū)分構(gòu)件822、流體進(jìn)口 831和流體出口 832可以是以 下元件集成的、微成型或微加工的元件。流體進(jìn)口 831被設(shè)置成向分離元件820提供含細(xì) 胞樣本14的溶液18，該分離元件包括選擇、分選或分離細(xì)胞16的微加工的區(qū)分構(gòu)件822。 第二或流出管836被設(shè)置成在溶液18流經(jīng)分離元件820后從分離元件820排出溶液18。流體進(jìn)口 831和流體出口 832也可用來(lái)導(dǎo)入和排出用于制備或分析細(xì)胞樣本14 的其他流體和溶液。例如，流體進(jìn)口 831和流體出口 832可用作細(xì)胞染料或著色劑的流體路 徑?？蛇x地，可提供分開(kāi)的進(jìn)口端口和出口端口(圖8A中未示出)或它們與分離元件820 和用于導(dǎo)入和移除染料和著色劑的流體進(jìn)口 831和出口 832 —起制造，該染料和著色劑用 于使收集的細(xì)胞16著色。實(shí)施例有利地提供“板載(on-board)，，的流體處理，用于以減少 的著色劑量和減小尺寸的著色劑設(shè)備給細(xì)胞16著色。圖8A示出設(shè)備800的一個(gè)實(shí)施例，其中流體進(jìn)口 831和流體出口 832水平地或與 分離元件820的平面平行布置。在可選實(shí)施例中，流體進(jìn)口 831和流體出口 832可垂直或 相對(duì)分離元件820成角度布置從而向分離元件820提供溶液，并從該分離元件排出溶液18。圖8B示出一個(gè)實(shí)施例，其中玻璃基底810和分離元件820連接或粘附到一起。圖 8B示出玻璃基底810和分離元件820部件，其相對(duì)圖8A中所示方位旋轉(zhuǎn)180度或翻轉(zhuǎn)，因 此所示玻璃基底810在分離元件820下面的底部。由區(qū)分構(gòu)件822捕獲的細(xì)胞16設(shè)置在 玻璃基底810和分離元件820之間。通過(guò)該配置，通過(guò)穿過(guò)流體進(jìn)口 831和流體出口 832 或穿過(guò)分離的輸入端口和輸出端口的這種著色劑和溶液的受控的流動(dòng)，可使捕獲的細(xì)胞暴 露于多種著色劑和溶液。細(xì)胞技士可操作基底810和分離元件820的組件，從而透過(guò)基底 810或分離元件820察看細(xì)胞16而手動(dòng)檢查和分析細(xì)胞16，因?yàn)椴ＡЩ?10和分離元件 (其可以是PDMS)都是透明的。進(jìn)一步，自動(dòng)載玻片處理系統(tǒng)可通過(guò)透過(guò)基底810和分離元 件820部件中的一個(gè)或兩個(gè)察看細(xì)胞來(lái)對(duì)細(xì)胞16進(jìn)行成像，該基底和該分離元件都是透明 的。通過(guò)該配置，蓋片不是必須的，因?yàn)榧?xì)胞16和/或細(xì)胞群17被夾在基底810和分離元 件820之間并可直接觀察而無(wú)需進(jìn)一步制備。參考圖8C，在可選實(shí)施例中，微加工的分離元件820和從分離元件820延伸的 流體進(jìn)口 831和流體出口 832可初始配合到基底810的表面812，使得細(xì)胞16粘附到玻 璃表面812。分離元件820和從其延伸的流體進(jìn)口 831和流體出口 832可被移除或剝離 (peeledaway) 0這導(dǎo)致細(xì)胞16粘附至基底810表面上，如圖8D所示。細(xì)胞可額外染色或 根據(jù)需要處理，參考圖8E，蓋片815可施加到細(xì)胞16上，然后可對(duì)其成像。應(yīng)該理解，不同 圖中所示的元件和細(xì)胞的尺寸可能沒(méi)有確切地反映實(shí)際的或相對(duì)的尺寸，且提供元件和細(xì) 胞的大小以示出如何利用實(shí)施例。
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參考圖9，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的微加工的分離元件820 (或其部分)是使用已知微加 工技術(shù)制備的，并包括微加工的外壁910和微加工的內(nèi)壁或區(qū)分構(gòu)件822 (總稱為區(qū)分構(gòu)件 822)。分離元件820的外壁910限定在其中形成區(qū)分構(gòu)件822的內(nèi)空間或內(nèi)部912，一個(gè)或 多個(gè)流體進(jìn)口 914及一個(gè)或多個(gè)流體出口 916。流體進(jìn)口 914與溶液18的源(如流入管 831)流體連通，而流體出口 916與(例如)流出管832流體連通。在所示實(shí)施例中，區(qū)分構(gòu)件822可形成為具有矩形形狀，但根據(jù)所利用的微加工 技術(shù)和設(shè)備，區(qū)分構(gòu)件822可具有其他形狀和結(jié)構(gòu)，如正方形、三角形、菱形和其他形狀。圖 9示出一般為矩形的區(qū)分構(gòu)件822從而示出如 何使用已知微加工技術(shù)和材料實(shí)現(xiàn)實(shí)施例的 實(shí)例。在所示實(shí)施例中，區(qū)分構(gòu)件822包括限定內(nèi)空間或內(nèi)部823的四個(gè)側(cè)面920a至 920d。第一側(cè)面920a限定一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口孔或門922(總稱為進(jìn)口孔922)。為了解釋的 目的，示出一個(gè)進(jìn)口孔922，但顯然側(cè)面920a可限定其他數(shù)目的進(jìn)口孔922。頂側(cè)或下游側(cè) 920b可限定出口孔924。在所示實(shí)施例中，側(cè)壁920c和920d是連續(xù)的(solid)而不限定 進(jìn)口或出口孔。因此，在所示實(shí)施例中，區(qū)分構(gòu)件822可具有僅限定進(jìn)口孔922的某個(gè)側(cè)面 920a、僅限定出口孔924的某個(gè)側(cè)面920b、以及連續(xù)的而不限定孔的側(cè)面920c，920d。與進(jìn)口 914 (與流體進(jìn)口 831流體連通)流體連通的微加工的流體通道930限定在 區(qū)分構(gòu)件822的第一側(cè)920a和外壁910之間。底部構(gòu)件810可具有約6毫米的厚度，分離 元件820是在底部構(gòu)件810中成型的，且流體通道930約70到100微米寬，約40微米深。 在所示例子中，通道930環(huán)繞由側(cè)面920a、920b限定的區(qū)分構(gòu)件822的拐角延伸。具有樣 本14的細(xì)胞16的溶液從流體進(jìn)口 831并經(jīng)進(jìn)口 914導(dǎo)入。溶液18從進(jìn)口 914經(jīng)通道930 沿區(qū)分構(gòu)件822的側(cè)壁920a向下游流動(dòng)。溶液18初始沿第一方向941 (總體由與通道930平行的箭頭表示)流經(jīng)通道，換 句話說(shuō)被稱為層流，或無(wú)湍流溶液18的流。通道930內(nèi)的層流941以相對(duì)可預(yù)測(cè)的方式提 供溶液18的流。(例如，由于壓力差和/或表面粘附力)沿第一方向941并經(jīng)通道930流 動(dòng)的部分溶液18改變方向并流經(jīng)由區(qū)分構(gòu)件822的第一側(cè)面920a限定的進(jìn)口孔922。這 換句話說(shuō)被稱為橫向流，或與第一方向不同的第二方向上的流(總體上由與箭頭941或通 道930不平行的箭頭表示)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造分離元件820以便第二方向942上的溶 液18的流基本與沿第一方向941穿過(guò)通道930的層流橫向或垂直。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二 方向942相對(duì)第一方向941成約45到90度角。在溶液18流經(jīng)進(jìn)口孔922并流向接收器950后，由溶液18攜帶的單個(gè)細(xì)胞16或 細(xì)胞群17可被安置在區(qū)分構(gòu)件822內(nèi)的細(xì)胞接收器950捕獲。為此，可將接收器950布置 在相應(yīng)角度，以便接收器950的開(kāi)口或接收端面對(duì)進(jìn)口孔922并位于第二方向942流經(jīng)進(jìn) 口孔922的溶液18的路徑中。進(jìn)入?yún)^(qū)分構(gòu)件822并流過(guò)接收器950的溶液18可繼續(xù)通過(guò)區(qū)分構(gòu)件822的內(nèi)部 823流向下游，并經(jīng)出口孔924離開(kāi)區(qū)分構(gòu)件822，這里其可與未進(jìn)入?yún)^(qū)分構(gòu)件并流經(jīng)圍繞 側(cè)面920a，920b的通道930的溶液18再混合。然后溶液18再繼續(xù)朝著出口 916流向下游 并流經(jīng)流體出口 832。該微加工的結(jié)構(gòu)和不同方向上的溶液18的流是有益的，因?yàn)檠氐诙较?42經(jīng)進(jìn) 口孔922的橫向溶液流18最小化進(jìn)口孔922的諸如潤(rùn)滑劑和包括血液和粘液的體液的成分阻塞。進(jìn)一步，通過(guò)沖走太大而不能通過(guò)進(jìn)口孔922的顆粒，第一方向941中溶液流18 抑制進(jìn)口孔922的阻塞，但允許足夠小的顆粒(諸如單個(gè)細(xì)胞16或細(xì)胞群17)通過(guò)和橫越 進(jìn)口孔922并進(jìn)入接收器950。更具體地，如圖9所示，進(jìn)一步參考圖10和圖11，一個(gè)實(shí)施例包括具有用于保存 單個(gè)細(xì)胞16的形狀和尺寸的細(xì)胞接收器950。在所示實(shí)施例中，細(xì)胞接收器950包括兩個(gè) 弓形元件951、952，它們彼此分開(kāi)并被布置成形成“C”或“U”形結(jié)構(gòu)并限定其間的流體通 道953。其他接收器的實(shí)施例可以是單個(gè)元件接收器，其不限定這樣的流體通道953，然而 為了易于解釋，參考限定流體通道953的接收器950。使用過(guò)程中，包括樣本14的細(xì)胞16的溶液18沿第二方向橫向流經(jīng)進(jìn)口孔922并 流向接收器950，接收器捕獲細(xì)胞16，如圖11所示。根據(jù)接收器950的構(gòu)造，溶液18可繞 捕獲的細(xì)胞16和接收器950流動(dòng)并經(jīng)出口孔924離開(kāi)區(qū)分構(gòu)件822。如果細(xì)胞16不完全 阻塞通道953，如果接收器是如此配置的，則少量溶液18也可流經(jīng)通道953。圖12和圖13示出其他接收器950構(gòu)造，其限定流體通道并可用于實(shí)施例從而捕 集或捕獲單個(gè)細(xì)胞16或細(xì)胞群17。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖12所示，細(xì)胞接收器950包括兩 個(gè)以“V”形結(jié)構(gòu)布置并限定其間流體通道1203的總體線性元件1201、1202。圖13示出可 選接收器950，其包括1301、1302、1303三個(gè)元件。1301、1302兩個(gè)元件基本彼此平行布置， 而第三個(gè)元件1303基本與另外兩個(gè)元件1301，1302正交設(shè)置從而限定第一元件1301和第 二元件1302以及第三元件1303之間的流體通道1304。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可利用其他接收器 950構(gòu)造；包括不限定流體通道(諸如流體通道1203和流體通道1304)的接收器950，并且 可利用不同形狀、尺寸和布置的接收器950來(lái)捕獲或捕集單個(gè)細(xì)胞16和細(xì)胞群17。例如，如圖9至圖11所示的細(xì)胞接收器950可配置為用于捕獲單個(gè)細(xì)胞16，且為 此目的，限定寬度或直徑約75微米和深度約25微米的開(kāi)口或接收端。細(xì)胞接收器950也 可配置為用于捕獲細(xì)胞群17，為此目的，可限定寬度或直徑約150微米和深度約50微米的 開(kāi)口或接收端。也可選擇區(qū)分構(gòu)件822的構(gòu)造，進(jìn)口孔922的數(shù)目和接收器950的數(shù)目，來(lái) 分離不同數(shù)目和尺寸的單個(gè)細(xì)胞16和/或細(xì)胞群17。因此，實(shí)施例可有利地用來(lái)分離細(xì) 胞16的陣列，細(xì)胞群17的陣列，或單個(gè)細(xì)胞16和細(xì)胞群17的混合物陣列，然后這些可根 據(jù)需要進(jìn)一步處理，例如染色和成像。參考圖14，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，區(qū)分構(gòu)件822限定多個(gè)進(jìn)口孔922a至922e(總體 922)和多個(gè)細(xì)胞接收器950a至950e (總體950)。為了說(shuō)明的目的，示出了 5個(gè)接收器950， 但應(yīng)當(dāng)理解，區(qū)分構(gòu)件822可具有不同數(shù)目的接收器950，如數(shù)百和數(shù)千這類接收器950。在 所示實(shí)施例中，每個(gè)細(xì)胞接收器950具有用于捕獲單個(gè)細(xì)胞16的形狀和尺寸。為此目的， 給定由區(qū)分構(gòu)件822的一側(cè)920a限定的進(jìn)口孔922的特定結(jié)構(gòu)，所有細(xì)胞接收器950可面 對(duì)同一方向，即，向著相應(yīng)的進(jìn)口孔922。例如，溶液18可沿第一方向941流經(jīng)區(qū)分構(gòu)件822 的第一側(cè)920a和外壁910之間的通道930，然后改變方向沿第二方向942基本上橫向流經(jīng) 進(jìn)口孔922a至922e，因而允許單個(gè)細(xì)胞16被各接收器950a至950e捕獲。根據(jù)用于分離單個(gè)細(xì)胞16的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的一個(gè)區(qū)分構(gòu)件822的例子包括位 于區(qū)分構(gòu)件822內(nèi)的約100個(gè)進(jìn)口孔922和約500個(gè)接收器950。區(qū)分構(gòu)件822可具有約 500微米的寬度和幾毫米的高度。每個(gè)進(jìn)口孔922可具有約75至200微米的寬度，而進(jìn)口 孔922之間的間隔可為大約100微米。應(yīng)當(dāng)理解，可利用各種的其他數(shù)目和構(gòu)造的進(jìn)口孔922、接收器950和區(qū)分構(gòu)件822，并可根據(jù)需要改變從而捕獲所需數(shù)目的單個(gè)細(xì)胞16。參考圖15，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，區(qū)分構(gòu)件822限定多個(gè)進(jìn)口孔922a至922c (總體 922)和多個(gè)具有適于捕獲細(xì)胞群17的形狀和尺寸的細(xì)胞接收器950a至950c (總體950)。 為說(shuō)明目的而示出三個(gè)接收器950，應(yīng)當(dāng)理解區(qū)分構(gòu)件822可具有各種數(shù)目的接收器950， 例如數(shù)百和數(shù)千個(gè)這類接收器950。為此目的，給定由區(qū)分構(gòu)件822的一側(cè)920a限定的特 定結(jié)構(gòu)的進(jìn)口孔922，所有細(xì)胞接收器950可面對(duì)同一方向，即，向著相應(yīng)的進(jìn)口孔922。
根據(jù)用于分離細(xì)胞群17的實(shí)施例構(gòu)建的一個(gè)區(qū)分構(gòu)件822的例子包括約25個(gè)進(jìn) 口孔922和區(qū)分構(gòu)件822內(nèi)的約125個(gè)接收器950。區(qū)分構(gòu)件822可具有約500微米的寬 度，幾毫米的高度，每個(gè)進(jìn)口孔922可具有約200微米的寬度，進(jìn)口孔922之間的間隔可約 100微米。應(yīng)當(dāng)理解的是，也可利用各種其他數(shù)目和構(gòu)造的進(jìn)口孔922，接收器950和區(qū)分 構(gòu)件822，并可根據(jù)需要改變從而捕獲所需數(shù)目的細(xì)胞群17。在其他實(shí)施例中，分離元件820可包括多個(gè)區(qū)分構(gòu)件，例如在陣列中與相應(yīng)側(cè)面 920a至920d并排布置的多個(gè)區(qū)分構(gòu)件。通過(guò)這種構(gòu)造，可捕獲和處理相應(yīng)陣列細(xì)胞16和 /或細(xì)胞群17。例如，參考圖16，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的分離元件820包括多個(gè)區(qū)分構(gòu) 件822a至822g (總體822)，每個(gè)區(qū)分構(gòu)件都包括進(jìn)口孔922和經(jīng)配置用于捕獲單個(gè)細(xì)胞 16的細(xì)胞接收器950。在所示實(shí)施例中，分離元件820的外壁910包括多個(gè)進(jìn)口 914a至 914c (總體914)以便將溶液18導(dǎo)入到不同通道930 (930a至930f)(總體930)中。在所示配置中，在每個(gè)區(qū)分構(gòu)件822的同一側(cè)910a上形成進(jìn)口孔922。第一通道 930a限定在區(qū)分構(gòu)件822a的側(cè)面920a和外壁910之間(如圖9，圖14和圖15所示)。另 外的通道930b至930f限定在包括進(jìn)口孔922的區(qū)分構(gòu)件822的側(cè)面920a和不包括進(jìn)口 孔922的另一區(qū)分構(gòu)件的相對(duì)側(cè)面920c之間。例如，通道930f限定在包括進(jìn)口孔922的 區(qū)分構(gòu)件822g的右側(cè)920a和不包括進(jìn)口孔922的鄰近區(qū)分構(gòu)件822f的左側(cè)920c之間。 外壁910的進(jìn)口 914a至914c可配置成向單個(gè)通道或多個(gè)通道提供溶液18 (如在圖16中 所示)。應(yīng)當(dāng)理解的是，區(qū)分構(gòu)件822可包括另外的下游進(jìn)口孔922。進(jìn)一步，不同區(qū)分構(gòu) 件822可具有不同數(shù)目的進(jìn)口孔922和接收器950。參考圖17，根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的分離元件820包括多個(gè)區(qū)分構(gòu)件822，每個(gè)區(qū) 分構(gòu)件都包括配置成用于捕獲細(xì)胞群17的進(jìn)口孔922和細(xì)胞接收器950。應(yīng)當(dāng)理解，區(qū)分 構(gòu)件822可包括另外的上游進(jìn)口孔922。進(jìn)一步，不同區(qū)分構(gòu)件可具有不同數(shù)目的進(jìn)口孔 922和接收器950。圖18示出分離元件820的另一個(gè)可選實(shí)施例，該分離元件包括多個(gè)配置成用于捕 獲單個(gè)細(xì)胞16和細(xì)胞群17的區(qū)分構(gòu)件822。在這個(gè)實(shí)施例中，區(qū)分構(gòu)件822包括配置成用 于通過(guò)和捕獲流經(jīng)進(jìn)口孔922的單個(gè)細(xì)胞16的進(jìn)口孔922 (上游孔)和接收器950。區(qū)分 構(gòu)件822還包括較大的進(jìn)口孔922 (下游孔)和接收器950，該較大進(jìn)口孔和接收器相對(duì)較 小接收器922和各接收器950進(jìn)一步遠(yuǎn)離進(jìn)口 914。較大進(jìn)口孔922配置成用于通過(guò)細(xì)胞 群17，且接收器950定位在區(qū)分構(gòu)件822內(nèi)從而捕獲流經(jīng)較大進(jìn)口孔922的細(xì)胞群17。以 這種方式，包含太大而不能通過(guò)較小上游進(jìn)口孔922的細(xì)胞群17的溶液18繼續(xù)沿第一方 向941流經(jīng)通道930，然后基本橫向地沿第二方向或側(cè)向942穿過(guò)較大下游進(jìn)口孔922，使 得細(xì)胞群17可被較大的下游細(xì)胞接收器950捕獲。這種構(gòu)造有利地允許使用單個(gè)分離元 件820來(lái)分離、成像和分析單個(gè)細(xì)胞16和細(xì)胞群17。
圖17至圖19示出包括多個(gè)區(qū)分構(gòu)件822(如7個(gè)區(qū)分構(gòu)件822)的分離元件820。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，分離元件820可包括各種數(shù)目的區(qū)分構(gòu)件822，例如約50到約400個(gè)區(qū)分 構(gòu)件822。此外，雖然圖17至圖19示出區(qū)分構(gòu)件822布置在單個(gè)行中，但也可利用其他結(jié) 構(gòu)，如多個(gè)行、列、交錯(cuò)配置等。因此，提供圖17至圖19以總體上示出不同流體流以及如何 使用不同方向上的流體流捕獲細(xì)胞16和細(xì)胞群17。參考圖19，如果需要，為了細(xì)胞分離而制備或預(yù)處理溶液18，可在分離元件820的上游，溶液18源的下游(例如流體進(jìn)口 831)定位一個(gè)或多個(gè)微尺寸或大尺寸的預(yù)處理腔 室(pre-processingchamber) 1900。例如，可通過(guò)使細(xì)胞群17受到剪切力(該剪切力足夠 將細(xì)胞群17分離或分裂為較小的細(xì)胞群17或單個(gè)細(xì)胞16而不會(huì)損壞單個(gè)細(xì)胞16)而解 體該大細(xì)胞群17，來(lái)預(yù)處理細(xì)胞溶液18?？蛇x地，或額外地，溶解的血液細(xì)胞成分和其他碎 片可通過(guò)門或過(guò)濾元件移除，該門或過(guò)濾元件具有比細(xì)胞16和細(xì)胞群17小的孔或孔尺寸。 進(jìn)一步，為了著色目的可分階段進(jìn)行染料溶液的組合或排序。例如，額外專用輸入和輸出端 口(未示出)可用于在捕集的細(xì)胞16和細(xì)胞群17上流過(guò)染料?？蛇x地，用于導(dǎo)入溶液18 的同一流體進(jìn)口 831和流體出口 832也可用于導(dǎo)入和移除著色劑和染料溶液，例如，使用合 適流體結(jié)合機(jī)構(gòu)(fluid junction mechanism))。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，參考圖20，預(yù)處理元件2000總體上為錐形管或注射器的形式， 其包括彼此分離從而限定流體通道2003的第一構(gòu)件2001和第二構(gòu)件2002，該流體通道足 夠?qū)拸亩试S具有細(xì)胞16和/或較小細(xì)胞群17的溶液18通過(guò)通道2003。在所示實(shí)施例 中，溶液18中細(xì)胞群17在通過(guò)由構(gòu)件2001，2003的遠(yuǎn)端限定的錐形區(qū)2004時(shí)受到足夠的 力，從而使細(xì)胞群17分裂。預(yù)處理腔室1900可包括各種數(shù)目的預(yù)處理元件2000。應(yīng)當(dāng)理 解，也可利用其他預(yù)處理元件配置。在另外的實(shí)施例中，在細(xì)胞接收器950內(nèi)捕獲的細(xì)胞16可被釋放，且另一個(gè)細(xì)胞 16可被捕獲從而取代釋放的細(xì)胞。例如，可對(duì)被接收器950初始捕獲的細(xì)胞16進(jìn)行成像和 檢查。然后細(xì)胞技士可確定某些細(xì)胞16是不正常的或可疑的，該情形中，可保留這些細(xì)胞 16，然而可釋放被確定為正常的細(xì)胞16并用其他捕獲的細(xì)胞16取代以便檢查。以這種方 式，通過(guò)釋放正常細(xì)胞16并以可能是不正?；蚩梢傻钠渌?xì)胞16取代該正常細(xì)胞，可檢查 更大數(shù)目的細(xì)胞16，從而提供更全面和精確的分析?？墒褂靡阎臋C(jī)械、光學(xué)或電子技術(shù)實(shí) 施釋放捕獲的細(xì)胞 16，例如，如在 Robert Μ. Johann 的 “Cell trapping in Microfluidic chips ”中所述。因?yàn)橥高^(guò)基底810和/或分離元件820，可看到捕獲的細(xì)胞16和細(xì)胞群17，所以 可對(duì)使用匹配或連接到基底810的分離元件820分離的細(xì)胞16和細(xì)胞群17按原樣直接成 像，即，不必將收集的細(xì)胞16和細(xì)胞群17轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基底或樣本載玻片。該能力提供 具有完整細(xì)胞邊界清晰度的樣本樣品的增強(qiáng)的自動(dòng)化檢查，因此可完成測(cè)量(如細(xì)胞質(zhì)面 積)并允許自動(dòng)測(cè)量關(guān)鍵手動(dòng)分離度量(如細(xì)胞核/細(xì)胞質(zhì)比)?？蛇x地，收集的細(xì)胞16 和細(xì)胞群17可從分離元件820轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基底，如玻璃樣本載玻片，然后可用各種已知 細(xì)胞成像系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)移的細(xì)胞16和細(xì)胞群17進(jìn)行成像。圖21總體示出成像系統(tǒng)2110的實(shí)例，其可用來(lái)自動(dòng)采集利用分離元件實(shí)施例制 備的樣本樣品的圖像。系統(tǒng)2110可于成像應(yīng)用，在成像應(yīng)用中收集的細(xì)胞16不轉(zhuǎn)移到另 一個(gè)基底或載玻片(例如，如在圖8B中所示)，且當(dāng)細(xì)胞被轉(zhuǎn)移到不同載體(例如，如在圖8D至圖8E中所示)。典型成像系統(tǒng)2100包括處理器、計(jì)算機(jī)或控制器2102、光學(xué)鏡組 (optical stack)、和機(jī)械臂2104。光學(xué)鏡組包括運(yùn)動(dòng)控制板計(jì)算機(jī)或控制器2106，樣品臺(tái) (stage) 2108、光源2110、透鏡或光學(xué)元件組合，如在顯微鏡2112和攝像機(jī)2114中看到的那 樣。機(jī)械臂2104可配置成用于供應(yīng)和移除樣本樣品，該樣本樣品包括由設(shè)置在基底或玻璃 載玻片810上的分離元件820分離的細(xì)胞16或細(xì)胞群17 (假定基底810具有合適尺寸)。 機(jī)械臂2104從載玻片盒2116取出樣本樣品并將載玻片810放置在樣品臺(tái)2108上。計(jì)算 機(jī)2102控制運(yùn)動(dòng)控制板2106，以便運(yùn)動(dòng)控制板2106移動(dòng)樣品臺(tái)2108以使載玻片810位于 攝像機(jī)2114和透鏡2112下。光源2110被啟動(dòng)，且設(shè)置在載玻片810上的分離元件820上 的部分樣品(即，一個(gè)或更多單個(gè)細(xì)胞16或細(xì)胞群17)的圖像被攝像機(jī)2114采集并提供 給計(jì)算機(jī)2102。計(jì)算機(jī)2102指示運(yùn)動(dòng)控制板計(jì)算機(jī)2106將樣品臺(tái)2108和其上的載玻片 810從第一位置移動(dòng)非常短的距離到第二位置。在第二位置的載玻片810上的樣本下一部 分的圖像(即，其他細(xì)胞16或細(xì)胞群17)被攝像機(jī)2114采集并提供給計(jì)算機(jī)2102。重復(fù) 該過(guò)程直到所有分離的細(xì)胞和細(xì)胞群被成像。然后機(jī)械臂2104從樣品臺(tái)2108移去圖像載 玻片810，并將另一個(gè)載玻片810從載玻片盒2116放置到樣品臺(tái)2108上以便用于如上述那 樣進(jìn)行成像。
光學(xué)鏡組生成的分離的細(xì)胞16和細(xì)胞群17的圖像被提供給計(jì)算機(jī)2102供分析。 在分離的樣本細(xì)胞16和細(xì)胞群17的圖像被采集后，圖像被處理從而對(duì)具有診斷意義的細(xì) 胞和細(xì)胞群進(jìn)行識(shí)別或分類。在某些系統(tǒng)中，這包括識(shí)別那些最可能具有與惡性或癌變前 細(xì)胞的屬性一致的細(xì)胞及其在載玻片上位置(x_y坐標(biāo))。例如，處理器2102可選擇約20 個(gè)視場(chǎng)，例如，22個(gè)視場(chǎng)，其包括識(shí)別由處理器2101選擇的細(xì)胞16和細(xì)胞群17位置的χ-y 坐標(biāo)。該視場(chǎng)或坐標(biāo)信息被提供給顯微鏡，顯微鏡步進(jìn)通過(guò)(st印through)所識(shí)別的x-y 坐標(biāo)，將細(xì)胞或細(xì)胞群放置在技士視場(chǎng)內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，為了解釋的目的，提供了不同元件的尺寸，且所述實(shí)施例元件的尺寸可 根據(jù)需要改變。此外，微流體細(xì)胞分離設(shè)備的實(shí)施例可包括各種數(shù)目的分離元件，且每個(gè)分 離元件可包括不同數(shù)目和配置的區(qū)分構(gòu)件、進(jìn)口孔、出口孔和細(xì)胞接收器。進(jìn)一步，可實(shí)現(xiàn) 實(shí)施例，以根據(jù)需要使用不同形狀和大小并具有各種數(shù)目的接收器元件的細(xì)胞接收器僅捕 獲單個(gè)細(xì)胞，僅捕獲細(xì)胞群，或單個(gè)細(xì)胞和細(xì)胞群的組合。實(shí)施例也可適于或應(yīng)用于分離和 分析子宮頸樣本之外的其他類型樣本的細(xì)胞，且樣本可在不同溶液中。進(jìn)一步，雖然實(shí)施例 是參考微加工和流體力學(xué)描述的，實(shí)施例也可使用包括光學(xué)或介電泳技術(shù)的其他微流體技 術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種用于分離細(xì)胞學(xué)樣本的細(xì)胞的微流體設(shè)備，包括基底；以及與所述基底關(guān)聯(lián)的微流體細(xì)胞分離元件，所述分離元件包括；外壁，限定進(jìn)口、出口和分離元件內(nèi)部，通道，限定在所述分離元件內(nèi)部中，并與外壁進(jìn)口流體連通，區(qū)分構(gòu)件，定位在所述分離元件內(nèi)部中，所述區(qū)分構(gòu)件包括內(nèi)壁，所述內(nèi)壁限定進(jìn)口孔、出口孔和區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部，以及接收器，定位在所述區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部中，所述分離元件被配置為使得經(jīng)所述外壁進(jìn)口導(dǎo)入的流體沿第一方向流經(jīng)所述通道，所述區(qū)分構(gòu)件被定位成使得流體從所述通道經(jīng)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口孔沿與所述第一方向不同的第二方向流入所述區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部，所述接收器相對(duì)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口定位，以便捕獲和保留由所述流體攜帶的細(xì)胞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二方向相對(duì)所述第一方向基本上是橫向的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述第一方向基本與所述內(nèi)壁的縱向尺寸平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述分離元件包括聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，所述接收器包括多個(gè)彼此分開(kāi)并設(shè)置為 用于捕獲單個(gè)細(xì)胞的接收器元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，所述內(nèi)壁限定多個(gè)進(jìn)口孔，其中，相應(yīng)的 多個(gè)接收器位于所述區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部中，以分別捕獲和保留由從所述通道經(jīng)各區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口 孔流入所述區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部的流體攜帶的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，所述接收器面向同一方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，所述接收器具有不同大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，所述接收器包括大小適于捕獲和保留單個(gè)細(xì)胞的較小 接收器和大小適于捕獲和保留細(xì)胞群的較大接收器，所述較小接收器被定位成比較大接收 器更靠近所述外壁進(jìn)口。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，所述多個(gè)進(jìn)口孔具有大約相同尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，所述多個(gè)進(jìn)口孔具有不同尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，所述進(jìn)口孔包括大小適于使單個(gè)細(xì)胞通過(guò)的較小孔 和大小適于使細(xì)胞群通過(guò)的較大接收器，所述較小進(jìn)口孔定位成比所述較大進(jìn)口孔更靠近 外壁進(jìn)口。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，所述分離元件的內(nèi)部包括多個(gè)區(qū)分構(gòu)件 和多個(gè)通道，每個(gè)通道與所述外壁進(jìn)口流體連通，且至少一個(gè)通道限定在相鄰區(qū)分構(gòu)件的 壁之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括預(yù)處理元件，位于所述分離元件外部，并 被配置成用于分裂所述流體中攜帶的細(xì)胞群。
全文摘要
一種用于對(duì)細(xì)胞學(xué)樣本中細(xì)胞進(jìn)行分離和成像或分析的微流體設(shè)備，包括基底和微流體細(xì)胞分離元件，該細(xì)胞分離元件包括外壁、通道、區(qū)分構(gòu)件和接收器。區(qū)分構(gòu)件定位在分離元件內(nèi)部，且接收器定位在區(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。分離元件配置成使得通過(guò)外壁進(jìn)口導(dǎo)入的流體沿第一方向流經(jīng)通道，且區(qū)分構(gòu)件定位成使得流體從通道經(jīng)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口孔沿與第一方向不同的第二方向流入?yún)^(qū)分構(gòu)件內(nèi)部。接收器相對(duì)區(qū)分構(gòu)件進(jìn)口定位，以捕獲和保留流體攜帶的細(xì)胞。
文檔編號(hào)G01N1/40GK101808745SQ200880108646
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2008年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者霍華德·考夫曼 申請(qǐng)人:西泰克公司