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公開番号2025090708
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-17
出願番号2025037655,2023196402
出願日2025-03-10,2017-12-23
発明の名称マイクロ流体チップ構成および動力学を用いた光力測定および細胞画像化のためのマイクロ流体チップデバイス
出願人ルマサイト, インコーポレイティド
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 15/1409 20240101AFI20250610BHJP(測定;試験)
要約【課題】マイクロ流体チップ構成および動力学を用いた光力測定および細胞画像化のためのマイクロ流体チップデバイスを提供する。
【解決手段】入力および流体は、流体力学の直交する再配向を回避するマニホールドを使用して、チップ400の底部を通って上昇する。バイアルの内容物は、チップの下に配置され、チップの第1チャネル410内に直接上方および垂直にポンプで送り込まれる。長いチャネルは、チップの底部からチップの頂部付近まで延在する。次いで、チャネルは、重力および壁でのゼロ流速による細胞沈降の影響をほぼ否定する短い水平ターン420をとる。流体は、より明瞭な画像化をもたらすチップの頂部に近い水平分析部分440までポンピングされる。レーザ480はまた、分析の間、細胞または粒子をこのチャネル中に浮遊させ得、これは、細胞または粒子が沈降することを防止する。
【選択図】図4A
特許請求の範囲【請求項１】
１つ以上の物質を輸送するように構成された複数のチャネルを備える基板と、前記１つ以上の物質と相互作用することができるコリメート光源とを備えるデバイスであって、
該複数のチャネルは、
前記基板内においてＹ軸に沿って重力に対して上方向に垂直に配向された第１チャネルと、
該第１チャネルと動作可能に連通し、前記基板内においてＸ軸に沿って水平に配置された第２チャネルと、
前記第２チャネルと連通し、前記基板内においてＹ軸に沿って上方向に重力に関して垂直に配向された第３チャネルと、
前記第３チャネルと連通し、前記基板内においてＸ軸に沿って水平に配置された第４チャネルと、を備え、
前記第１チャネル、前記第２チャネル、前記第３チャネル、および、前記第４チャネルは、前記基板を通って、第１チャネルから、第２チャネル、第３チャネル、第４チャネルへ、前記１つ以上の物質が移動するための経路を提供するように配置され、
前記第２チャネルおよび前記第４チャネルは、前記第１チャネルより長さにおいて、より短いものであり、前記コリメート光源は前記第４チャネル内の前記１つ以上の物質と相互作用するように配向され、
前記第１チャネルは、Ｙ軸に沿って上方向に配向され、
垂直方向の前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通って、重力に対して上向きの圧力または真空駆動のフローを介して射出することにより前記１つ以上の物質を受けるように構成される、
デバイス。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記１つ以上の物質が前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記基板内に垂直に配置された前記第１チャネル内に注入され、
前記底部水平平面表面はチップの垂直平面上の表面積と比較して、前記第１チャネルとの指向性および体積連続性を維持するために、垂直方向に、より小さいかまたは等しい表面積を有する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１チャネルは前記基板の外面に配置され、前記１つ以上の物質が前記基板内に垂直に入り、
前記第１チャネル内で垂直に移動するための経路を提供するような方法で配置された開口部を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記１つ以上の物質が前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記第１チャネル内に垂直に配置された前記第１チャネルに垂直方向に注入されて、前記第１チャネルとの方向および体積連続性を維持する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記１つ以上の物質が前記第１チャネルへの開口部を有する底部水平平面表面を通して、前記第１チャネル内に垂直に配置された前記第１チャネル内に、前記第１チャネルとの方向および体積連続性を維持するために垂直方向に注入され、
前記第１チャネルおよび前記開口部は、方向および体積連続性を維持するような様式で、成形され、サイズ決定され、配向される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記コリメート光源が、第４チャネル内の１つ以上の物質の移動の方向に、その反対の方向に、その方向に直交する方向に、またはその移動に対して斜めに伝播するように配向される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第４チャネルは、複数の焦点面における粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第４チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、複数の焦点面内の粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第４チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第４チャネルは、前記１つ以上の物質の移動中に、複数の角度および／または向きから、粒子または細胞の画像化および分析を可能にする、請求項１に記載のデバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、流体中の粒子または細胞についての粒子分析および画像化のためのデバイスおよび方法に関し、特に、圧力、流体力学、界面動電、および光学力を使用して流体についての粒子画像化のためのデバイスおよび方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【０００２】
本発明は上方に垂直な方向に注入が行われ、チップのチャネルの分析部分の前および分析部分での粒子の沈降を最小限に抑えるために、流体バイアルがチップの下に配置されるマイクロ流体チップに関する。
【０００３】
本発明を実施するためには、既存のマイクロ流体チップ設計に変更を加えなければならなかった。例えば、バイアルをチップと垂直方向にインラインに保つためには、従来技術と比較して、チップとの異なるインターフェースを確立しなければならなかった。具体的には、（典型的にはマイクロ流体ラボオンチップシステムで行われるように）チップの最大面に取り付けられたポートを介してチップとインターフェースする入力チューブの代わりに、まず、直交して、次いで、チップを横切って、次いで、流体をポンピングし、次いで、チップを上昇させる。本発明は１つの態様において、マニホールドを使用して、チップの底部を通って上昇する入力および流体を有し、これにより、流体／流体力学の水平方向の再配向が回避される。
【０００４】
本発明によれば、バイアルの内容物は、チップの下に配置され、チップの第１チャネル内に直接、上方および垂直にポンプ輸送される。長いチャネルは、チップの底部からチップの頂部付近まで延在する。それから、チャネルは短い水平方向のターンをとるが、新しいチャネルは非常に短く、重力と壁でのゼロ流速による細胞沈降の影響をほとんど否定する。次に、従来技術とは異なり、流体は、分析部分までポンプで汲み上げられる。したがって、水平分析部分はチップ内の最も高いチャネル／流体点であり、したがって、チップの頂部に近く、その結果、従来技術よりも顕微鏡／カメラと試料との間のチップ材料（例えば、ガラス）が少なく、したがって、より鮮明な画像化が得られる。また、レーザは、解析中にこのチャネル内に細胞を浮遊させ、細胞が沈降するのを防止する。
【背景技術】
【０００５】
従来技術によれば、分離および／または分析される細胞または粒子を含むマイクロ流体チップバイアルは、側面に配置され、マイクロ流体チップ内のチャネルに水平にポンプ輸送される。最初に、バイアルの内容物（例えば、粒子または細胞）を、上向きの垂直方向にポンプ輸送し、次いで、下に移動するようにｕターンを作り、次いで、チップ中に水平にポンプ輸送した（例えば、米国特許第９，５９４，０７１号を参照）。
【０００６】
チップへの接続は水平であり、これは、接続におけるデッドボリューム（ある程度不可避である流体接続における空の空間）と組み合わされて、重力による顕著な追加の沈降をもたらす。このような構成はまた、接続によって必要とされる比較的大きな直径のチャネルを必要とし、それは、デッドボリュームに加えて、比較的低い速度の領域を作り出し、さらに、粒子沈降の問題を増大させる。本発明による電流チップは、大きな水平入力チャネルおよび大きな水平入力チャネルから第１の垂直チップチャネルにおける比較的薄い上昇流へのむしろ急激な変化の必要性を排除する。このような構成は、水平方向の沈降および沈降を引き起こす不必要な方向の変化を排除する。細胞をチップの底縁に入らせることは、細胞または粒子が水平チャネルの底に沈降することができず、むしろそれらが流れによって常に上方に案内されるように、重力に対して垂直にそれを配向することによって、デッドボリューム内に沈降する問題も解決する。これは、直感的ではなく、現行の具体化された解決策を設計する前に問題を実現するために多くの実験を必要とする。現在入手可能なマイクロ流体デバイスは、本発明とは対照的に、研磨された表面およびガラスのより広い面積上にカスタムまたは市販の接続を組み込み、これは、一般に、サンプル流内に含まれる任意の粒子（例えば、細胞）を強制的に、直ちに回転させ、そしてチップに入ると水平に移動させる。
【０００７】
また、従来技術において、細胞または粒子は分析チャネルに到達する前にマイクロ流体チップ上でいくつかの水平方向の走行を有し、これは、沈降をもたらす。バイアル内容物がチップおよびチップ内のチャネルに入る時点で、内容物は、垂直インチップチャネルと比較して水平にポンピングされる。次いで、チャネルは上方に流れ、長い水平方向の回転をとる。この時点で、重力によって細胞はチャネルの底部に沈降する傾向がある。また、層流条件のために壁でより低い速度を経験する。本質的には、放物線状の速度プロフィールのために、流れはチャネルの中間で最高であり、チャネル壁面またはその近傍でゼロに減少する。最初の水平インチップチャネルの後、流体は、粒子が画像化または分離される分析チャネルの前に下向きのターンを取る。この構成のため、顕微鏡／カメラと解析チャネルの間には比較的大きな距離が存在する。この典型的な従来技術の構成では、粒子は下方に押しやられ、最終的にチップの底部から出る。
【０００８】
さらに、従来技術の制約のために、複数の水平ランが必要とされ、細胞をチャネル内の複数の場所に定着させる。これは、今度がチップのエッジで付加的な材料を通して画像形成する必要があるため、画像品質の低下を引き起こす。チップ内の従来技術のチャネルは上向きの垂直方向に、次いで水平方向に、次いで、適切な細胞または粒子浮遊液のためにジグザグの性質で、次いで、チップの下に、そしてチップの外にポンプ輸送されなければならなかった。ジグザグチャネルは、本発明によって除去される。
【０００９】
流体中の細胞または粒子の３Ｄ画像をレンダリングすることに関しても、従来技術が存在する。例えば、Ｍ．Ｈａｂａｚａ、Ｍ．Ｋｉｒｓｃｈｂａｕｍ、Ｃ．Ｇｕｅｒｎｔｈ－Ｍａｒｓｃｈｎｅｒ、Ｇ．Ｄａｒｄｉｋｍａｎ、Ｉ．Ｂａｒｎｅａ、Ｒ．Ｋｏｒｅｎｓｔｅｉｎ、Ｃ．Ｄｕｓｃｈｌ、Ｎ．Ｔ．Ｓｈａｋｅｄ、「Ａｄｖ．Ｓｃｉ．」、２０１７年，、４、１６００２０５、は、細胞を捕捉し、それを高速で回転させ、干渉法を用いて細胞内の屈折率分布を測定することを教示する。干渉法もまた、マイクロ流体チャネル中の細胞を分析するために使用されている（例えば、ＹＳｕｎｇ他、「Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ａｐｐｌ．」２０１４年２月２７日、１：０１４００２を参照）。しかしながら、本発明は細胞または粒子が流体の流れの中を移動し、画像化デバイスの焦点面を通過するときに、細胞または粒子の複数の画像を撮影することを主張し、それによって、３Ｄ画像をレンダリングするために細胞を捕捉する必要性を無効にする。機械的並進ステージを使用して細胞または粒子を移動させるなどの他の技術が教示されており（例えば、ＮＬｕｅ他、「Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ」２００８年９月２９日、Ｓ１６（２０）：１６２４０ー６）、それらのいずれも本明細書に記載されるような明視野画像化を使用せず、画像焦点面に対する細胞位置決めを提供するために流体流動を利用しない。
【００１０】
本明細書に引用される全ての先行技術文献は、その全体が参照により組み込まれる。
【発明の概要】
（【００１１】以降は省略されています）

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