[发明专利]流式细胞术系统和方法

说明书

公开了具有穿过衬底厚度限定的流动通道的流式细胞术系统。由围绕第一平面中的流动通道布置的多个第一表面波导来照射流过流动通道的流体，而围绕第二平面中的流动通道布置的多个第二表面波导在其与流体相互作用之后接收光。通过控制多个第一表面波导中的光的相位来控制为流体提供的照射图案。因此，用均匀以及具有低变化系数的光照射流体，提高对流体特征进行区分和量化的能力，流体特征诸如细胞计数、DNA含量等等。

技术领域

本发明通常涉及生物技术，以及更具体地涉及流式细胞术。

背景技术

流式细胞术是流体流动系统组织流体流内的细胞使得细胞以单列通过检测区的技术。当细胞通过检测区时，细胞被激光照射，激光以取决于细胞结构的方式从每个细胞散射。大多数现代流式细胞术方法还采用与特定细胞特征选择性地结合的许多荧光染料标记的抗体，诸如细胞相关分子、蛋白质或者配体。当在它们的相应激发波长下受到光激发时，每个荧光染料发射特征荧光信号，指示该特异于荧光染料的特征的存在。对所散射的光和荧光信号进行检测和分析以根据一组感兴趣的参数对细胞进行分类和/或计数。在一些情况下，一旦被分类，细胞就基于它们的特定特征分成亚群。

流式细胞术使能流体流中单个细胞的同时多参数分析(诸如分析细胞表面和细胞内分子)、混合细胞群体中的不同细胞类型的表征和定义、评估分离亚群的纯度以及分析细胞大小和体积。流式细胞仪用于许多临床和生物应用，诸如血癌的诊断、基础研究、临床实践和临床试验。

在历史上，常规流式细胞仪中的流体流动系统具有空气流构造，在该空气流构造中，流体流被迫通过喷嘴系统，使得细胞以单列通过开放空间中的检测区。其它现有技术流式细胞仪采用流动单元构造，其中鞘流体以流体动力学的方式将样本流体聚焦到穿过检测区的开放流的核心中。可惜，在每个情况下，这种现有技术流式细胞仪都具有一些显著缺点：(1)它们非常昂贵；(2)它们具有大占用面积；(3)它们不易于携带；以及(4)它们需要大量时间、专业技术和开销来使用和维护。另外，具有开放流动设计的系统由于暴露风险很难适用于传染性疾病或者病原性微生物样本。

为了缓和这些中的一些缺点，开发了样本流体穿过封闭流动通道中的检测区的基于微流体的流式细胞仪。采用微流体方法还使能提高的芯片上功能，诸如过滤、细胞分类和总体流动控制。

例如在美国专利公开No.2009/0051912中公开了基于微流体的流式细胞仪，该美国专利公开描述了比开放流动系统更小并且更便携的流式细胞仪系统。在操作中，将流体流动系统固定在显微镜物镜下，该显微镜物镜起到提供用于询问细胞的光以及收集从检测区散射或者发出的光的外部光学系统的作用。

事实上，大多数常规流式细胞仪依靠外部光学器件照射检测区和/或检测散射的光信号。可惜，这限定了流式细胞仪可以被制造得多小以及多便携。另外，流体流动系统与外部光学器件之间的精细对准是实现精确和准确测量的关健，以及必须在使用期间保持该对准以确保正确的系统操作。若干荧光染料的使用通常引起对不同激发波长下的多个激光器的需要，用以激发所采用的一托盘荧光染料，进一步加剧了这些问题。更进一步地，需要许多过滤波长检测器以有效地区分合成荧光信号。因此，使用外部光学器件会使流式细胞术系统增加显著的成本。

使光学表面波导与微流体流体流动系统集成在一起为缓和基于外部光学器件的流式细胞仪的缺点中的一些提供了一定的希望。在美国专利No.7,764,374中公开了具有集成的光学表面波导的基于微流体的系统的示例，在该示例中，在衬底顶表面上形成流体流动通道和基于SU-8的光学表面波导两者。一个SU-8表面波导将光发射到流体流动通道的分析区中，而跨越流体流动通道设置的第二SU-8表面波导在光穿过分析区之后收集光。

以类似的方式，美国专利公开No.2013/0083315公开了具有包括检测区的第一流动通道以及邻近检测区的多个“表面波导通道”的流式细胞仪布置。表面波导通道充满将从检测区捕获的光侧向地引导至衬底其它区域的流体。