[发明专利]用于微流体微粒定向和/或分选的方法和系统

说明书

一种用于在微流体系统中定向微粒的系统包括被布置为将微粒暴露于辐射压力以使所述微粒采用该流体中的特定定向的一个或多个辐射压力源。一种用于在微流体系统中分选微粒的系统，包括：检测级，被布置为检测通过所述检测级的所述流体流中的微粒间的至少一种差异或鉴别所述微粒；所述微粒顺序移动通过的一个或多个辐射压力源；以及被布置为切换辐射能量使得所述流体流中被选微粒的移动方向改变以便分选所述微粒的控制器。所述微粒可以是诸如精子的生物微粒。所述辐射压力可以是光压力并且来自可以延伸跨过所述微流体系统的通道的一个或多个波导。

技术领域

本发明涉及一种用于在微流体系统内微粒定向和/或分选的方法和系统。

背景技术

商用和学术医疗以及生物技术的发展已经导致了对生物细胞分选的强烈关注。已经出现了两种主要方法，即批量分离和单细胞分选，这两种方法使用具有特定物理化学(即大小、体积、光散射性等)、免疫或功能特性的目标子集来丰富细胞群。批量分选通常侧重于单个鉴别细胞特征。例子包括细胞过滤、离心/沉淀以及基于亲和力的淘选方法。批量分选的主要缺点在于纯度较低、分选过程中的细胞损失、难以分选出相对罕见的细胞、以及难以在类似的亚群细胞之间进行鉴别。然而，批量分选是一种提供高产量的相对简单的方法。相比之下，单细胞方法(其中最重要的是凭借流式细胞仪的荧光激活细胞分选(FACS))单独检查每个细胞以把用于隔离的期望亚群作为目标，并在随后将该亚群引导至不同的输出流。产量的降低由如下主要优点所补偿：可调谐到期望结果的分选特异性、通常更高的细胞回收、分选稀有或仅仅弱鉴别的细胞群的能力、以及基于多个细胞特征阵列(即若干类型的表面受体，每种用不同的荧光标记物标记)的多目标分选的可用性。FACS流式细胞计数法所面临的一个重要的挑战是由流体中的某些细胞(剪切应力)和分选(电场损伤)处理引起的损伤。一个重要的例子是可以归因于这些破坏性物理处理的被分选精子样本的生育力降低。

在农业领域，细胞鉴别对于通常进行人工授精的畜禽品种(例如牛)尤为重要。使用性别已知的精液便于出于商业利益来控制后代性别。当前商用的重要的精子分选方法使用FACS流式细胞仪，其中通过精子的DNA含量差别来鉴别精子。使用荧光染料把每个精子的DNA与DNA含量成比例地着色。由于X染色体比Y染色体更大(即具有更多的DNA)，因此“雌性”(携带有X.染色体)精子将比“雄性”(携带有Y-染色体)精子吸收更大量的染料，并且由此在位于流式细胞仪期间暴露于UV光时，将比Y精子发出具有更高强度的荧光。在检测或鉴别之前，精子可被流体动力学定向，并且精子可以被分离到随后可以带电的单独小滴中。在检测或鉴别之后，精子可通过电场-带电小滴相互作用来分选。

发明内容

在一个方面广义而言，本发明包括一种在微流体系统中定向微粒的方法，包括在微流体系统中将微粒暴露于辐射压力以使微粒中的至少多数在该流体中采用特定定向。

在另一个方面广义而言，本发明包括一种在微流体系统中定向微粒的系统，该系统包括一个或多个辐射压力源，该辐射压力源被布置为把微流体系统中的微粒暴露于辐射压力，以使微粒中的至少多数在该流体中采用特定定向。

所述微粒可以是生物或非生物微粒。典型地，所述微粒是不对称微粒。不对称可以是导致与入射辐射的不对称相互作用的任何物理属性，包括但不限于微粒物理尺寸的不对称。在某些实施例中，所述微粒例如可以是精子、红血细胞或细菌等。

所述辐射压力可以是光压力并且可以来自一个或多个波导，所述一个或多个波导可以延伸跨过微流体系统的通道，例如从上方、下方跨过或跨过通道的侧壁，或者可以从上方、下方或侧面邻接通道。所述一个或多个波导可以是连接至光源(诸如激光器)以传输光并生成辐射压力(也被称为光学力、光子压力或电磁压力)的一个或将多个光波导。所述一个或多个波导可以被制造作为生产微流体系统的固有处理的一部分，或者可被作为光纤单元插入最终系统构造中。

一种如上所述用于定向微粒的微流体系统还可以包括用于将所述微粒聚焦和/或单独分离到所述通道内特定位置的前级。这一系统可以是基于流体动力学或辐射压力的。