[发明专利]带有面外通道的颗粒操纵系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于在微制造式流体通道中操纵小颗粒的系统和方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)是使用诸如用来制造半导体装置的那些的表面或块体光刻处理技术在基底上制造的非常小的、常常可移动的结构。MEMS装置可以是例如可移动的促动器、传感器、阀、活塞或开关，其具有几微米至几百微米的特征尺寸。例如，可移动的MEMS开关可用来将一个或多个输入端子连接到一个或多个输出端子，这些部件都微制造在基底上。用于可移动开关的促动器件可以是例如热的、压电的、静电的或磁性的。MEMS装置可制造在半导体基底上，该基底可操纵在流体料流中经过MEMS装置的颗粒。

在另一示例中，MEMS装置可以是可移动阀，其用作分选机构以用于从流体料流中分选各种颗粒，例如从血液中分选细胞。颗粒可在封闭在微通道中的流体料流内被输送至分选装置，流体料流在压力下流动。在到达MEMS分选装置时，分选装置将诸如血液干细胞的所关注的颗粒导向至单独的贮器，并且将流体料流的其余部分导向至废物贮器。

相比称为流式细胞仪的现有的荧光激活的细胞分选系统(FACS)，基于MEMS的细胞分选器系统可具有显著的优点。流式细胞仪通常是大而昂贵的系统，其基于来自粘附到所关注的细胞上的标签的荧光信号来分选细胞。细胞被稀释和悬浮在鞘(sheath)流体中，然后通过喷嘴经由快速解压分离成单独的小滴。在从喷嘴射出之后，小滴基于来自标签的荧光信号而以静电方式被分离到不同的仓中。与这些系统有关的问题有由解压导致的细胞损伤或功能丧失、在样本之间的困难且昂贵的消毒程序、不能根据不同参数再分选子群体、以及拥有、操作和维护这些大型且昂贵的设备部件所需的大量培训。由于至少这些原因，流式细胞仪的使用已被局限到大型医院和实验室，并且该技术对于较小的实体来说还不可用。

已授予了涉及这样的基于MEMS的颗粒分选装置的多个专利。例如，美国专利No.6,838,056 (‘056专利)涉及基于MEMS的细胞分选装置，美国专利No. 7,264,972 b1 (‘972专利)涉及用于基于MEMS的细胞分选装置的微机械式促动器。美国专利No. 7,220,594 (‘594专利)涉及用MEMS细胞分选设备制造的光学结构，并且美国专利No. 7,229,838 (‘838专利)涉及用于操作基于MEMS的颗粒分选系统的促动机构。另外，美国专利申请No. 13/374,899 (‘899申请)和No. 13/374,898 (‘898申请)提供了其它MEMS设计的另外的细节。这些专利(‘056、‘972、‘594和‘838)和专利申请(‘898和‘899)中的每一份均以引用方式并入本文中。

发明内容

基于MEMS的微制造式颗粒分选系统的一个特征在于，流体在整个分选过程中可被限制到形成于中半导体基底中的小的微制造式通道。MEMS装置可以是阀，该阀将样本料流的一种或多种目标颗粒与其它组分分离。当信号指示目标颗粒存在时，MEMS装置可将来自一个通道的颗粒料转向到另一个通道中。该信号可以是来自荧光标签的光子，该标签粘附到目标颗粒上并且由在MEMS装置上游的询问区域中的激光照射来激发。因此，MEMS装置可以是颗粒或细胞分选器，其对限制于微制造式流体通道的流体样本进行操作，但使用类似于FACS流式细胞仪的检测器件。特别地，‘898申请公开了一种微制造式流体阀，其中入口通道、分选物通道和废物通道均在平行于微制造式流体阀的制造平面的平面中流动。

通过使微制造式流体通道中的至少一个将流导引出微制造式阀的制造平面之外，可以对现有技术装置做出显著改进。具有这样的构造的阀的优点在于：当阀打开或关闭时，抵抗阀移动的压力被最小化，因为不需要可移动构件来将流体柱移开。相反，包含非目标颗粒的流体可在可移动构件上方和下方移动以到达废物通道。此外，力生成设备可设置成更靠近可移动阀，导致更高的力和更快的促动速度。结果，打开或关闭阀所需的时间可以远短于现有技术阀，从而提高分选速度和准确度。本文所公开的系统和方法可描述具有至少一个面外通道的这样一种微制造式颗粒分选装置。