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JP7727702B2 - Microfluidic chip device for optical force measurement and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics - Google Patents
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JP7727702B2 - Microfluidic chip device for optical force measurement and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics - Google Patents

Microfluidic chip device for optical force measurement and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics

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JP7727702B2 JP2023196402A JP2023196402A JP7727702B2 JP 7727702 B2 JP7727702 B2 JP 7727702B2 JP 2023196402 A JP2023196402 A JP 2023196402A JP 2023196402 A JP2023196402 A JP 2023196402A JP 7727702 B2 JP7727702 B2 JP 7727702B2
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Description

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。 The present invention relates generally to devices and methods for particle analysis and imaging of particles or cells in fluids, and more particularly to devices and methods for particle imaging of fluids using pressure, hydrodynamics, electrokinetics, and optical forces.

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。 The present invention relates to a microfluidic chip in which injections are made in a vertical upward direction and fluid vials are placed below the chip to minimize particle settling before and in the analytical portion of the chip's channels.

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。 In order to implement the present invention, modifications had to be made to existing microfluidic chip designs. For example, to keep the vials vertically inline with the chip, a different interface with the chip had to be established compared to the prior art. Specifically, instead of input tubing interfacing with the chip through a port attached to the largest surface of the chip (as is typically done in microfluidic lab-on-a-chip systems), the fluid is pumped first perpendicularly, then across the chip, and then up the chip. In one aspect, the present invention uses a manifold to have the input and fluids rise through the bottom of the chip, thereby avoiding horizontal reorientation of the fluid/fluid dynamics.

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。 According to the present invention, the contents of a vial are placed beneath the chip and pumped upward and vertically directly into the first channel of the chip. A long channel extends from the bottom of the chip to near the top of the chip. The channel then takes a short horizontal turn, but the new channel is very short, nearly negating the effects of cell settling due to gravity and zero flow velocity at the walls. Next, unlike prior art, the fluid is pumped up to the analysis section. Therefore, the horizontal analysis section is the highest channel/fluid point within the chip and is therefore closer to the top of the chip, resulting in less chip material (e.g., glass) between the microscope/camera and the sample than in prior art, and therefore clearer imaging. Additionally, a laser suspends the cells within this channel during analysis, preventing them from settling.

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)。 According to conventional techniques, microfluidic chip vials containing cells or particles to be separated and/or analyzed are positioned on their sides and pumped horizontally into channels within the microfluidic chip. The contents of the vial (e.g., particles or cells) are first pumped vertically upward, then make a U-turn to move downward, and then pumped horizontally into the chip (see, e.g., U.S. Patent No. 9,594,071).

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。 The connections to the chip are horizontal, which, combined with dead volume at the connections (empty space in fluid connections that is unavoidable to some extent), results in significant additional settling due to gravity. Such a configuration also requires a relatively large diameter channel required by the connections, which, in addition to the dead volume, creates a region of relatively low velocity, further increasing the problem of particle settling. The current chip of the present invention eliminates the need for a large horizontal input channel and a rather abrupt transition from the large horizontal input channel to a relatively thin upward flow in the first vertical chip channel. This configuration eliminates unnecessary changes in direction that cause horizontal settling and sedimentation. Having cells enter the bottom edge of the chip also solves the problem of settling in the dead volume by orienting them perpendicular to gravity so that cells or particles cannot settle to the bottom of the horizontal channel but rather are always guided upward by the flow. This is not intuitive and required considerable experimentation to realize the problem before designing the current embodied solution. Currently available microfluidic devices, in contrast to the present invention, incorporate custom or commercially available connections on polished surfaces and larger areas of glass, which generally force any particles (e.g., cells) contained within the sample stream to immediately rotate and move horizontally upon entering the chip.

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。 Also, in prior art, cells or particles have several horizontal runs on the microfluidic chip before reaching the analysis channel, which results in sedimentation. When the vial contents enter the chip and the channels within the chip, the contents are pumped horizontally compared to the vertical in-chip channels. The channels then flow upward, making a long horizontal turn. At this point, gravity tends to cause the cells to settle to the bottom of the channel. They also experience lower velocities at the walls due to laminar flow conditions. Essentially, due to a parabolic velocity profile, the flow is highest in the middle of the channel and decreases to zero at or near the channel wall. After the initial horizontal in-chip channel, the fluid takes a downward turn before the analysis channel, where the particles are imaged or separated. Due to this configuration, there is a relatively large distance between the microscope/camera and the analysis channel. In this typical prior art configuration, the particles are forced downward, eventually exiting the bottom of the chip.

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。 Furthermore, due to limitations of the prior art, multiple horizontal runs were required, causing cells to settle in multiple locations within the channel. This, in turn, required imaging through additional material at the edge of the chip, resulting in reduced image quality. Prior art channels within the chip required pumping vertically upward, then horizontally, then in a zigzag manner for the appropriate cell or particle suspension to then be pumped down the chip and out of the chip. The zigzag channels are eliminated by the present invention.

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。 There is also prior art for rendering 3D images of cells or particles in fluids. For example, M. Habaza, M. Kirschbaum, C. Guernth-Marschner, G. Dardikman, I. Barnea, R. Korenstein, C. Duschl, and N. T. Shaked, "Adv. Sci.", 2017, 4, 1600205, teaches capturing a cell, rotating it at high speed, and measuring the refractive index distribution within the cell using interferometry. Interferometry has also been used to analyze cells in microfluidic channels (see, for example, Y. Sung et al., "Phys. Rev. Appl.", 2014, 2, 27, 1:014002). However, the present invention claims to capture multiple images of a cell or particle as it moves through a fluid flow and passes the focal plane of an imaging device, thereby negating the need to capture the cell to render a 3D image. Other techniques have been taught, such as using a mechanical translation stage to move the cell or particle (e.g., N. Lue et al., Opt. Express, September 29, 2008, S16(20):16240-6), but none of them use bright-field imaging as described herein, nor do they utilize fluid flow to provide cell positioning relative to the image focal plane.

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。 All prior art documents cited herein are incorporated by reference in their entirety.

本発明は粒子の沈降を最小限に抑えるために、注入が行われ、試料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。したがって、バイアルの内容物はチップの下に位置し、チップのチャネル内に直接、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。次いで、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、チャネルの壁でのゼロ流速による細胞の沈降の影響に関して、取るに足らないほど十分に短い。そして、従来技術とは逆に、試料を分析部まで汲み上げる。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、顕微鏡/カメラ間のガラスが従来技術より少なく、したがって、より鮮明な画像化が得られる。チップの頂部からの分析チャネルの距離は100ミクロン~2mmであり得るが、100ミクロン~200ミクロン、200ミクロン~300ミクロン、300ミクロン~400ミクロンなど、100mmもの大きさであることもあり得る。一実施形態では、チップの分析部分の後、試料、例えば、流体、細胞、および/または粒子はチップの底部まで下方にポンプで送られ、外側に押し出される。 The present invention relates to a microfluidic chip in which injections are performed and sample vials are placed below the chip to minimize particle settling. Thus, the contents of the vial are located below the chip and pumped upward and vertically directly into the chip's channels. A long channel extends from the bottom of the chip to near the top of the chip. The channel then takes a short horizontal turn, but the new channel is short enough that the effects of cell settling due to zero flow velocity at the channel walls are negligible. Contrary to prior art, the sample is then pumped up to the analysis section. Thus, the horizontal analysis section is the highest channel/fluid point within the chip and is therefore closer to the top of the chip, resulting in less glass between the microscope/camera than in prior art and therefore clearer imaging. The distance of the analysis channel from the top of the chip can be between 100 microns and 2 mm, but can also be as large as 100 mm, such as between 100 microns and 200 microns, 200 microns and 300 microns, or 300 microns and 400 microns. In one embodiment, after the analysis portion of the chip, the sample, e.g., fluid, cells, and/or particles, is pumped down to the bottom of the chip and pushed out.

本発明はさらに、特に流体がチップチャネルに入る点で、水平方向の流れが最小限に抑えられるマイクロ流体チップを対象とする。従来技術のチップは約13mmの水平チャネル(非解析部分)を含み、その注入ポートは、約2mmと、はるかに大きな直径であり、低速度のために沈降を悪化させる。本明細書に記載のチップは好ましい実施形態では水平チャネル(非分析)が約0.2~3.0mmであるが、水平チャネルの長さは0.01~100.0mm、例えば0.01mm~0.02mm、0.02mm~0.03mm、0.03mm~0.04mmなどの範囲であり得る。これは、本発明のチャネルシステムの結果であり、従来技術とは、大きさのオーダーが異なるものであって、細胞/粒子の流れを改善し、沈降を排除する。 The present invention is further directed to microfluidic chips in which horizontal flow is minimized, particularly at the point where fluid enters the chip channels. Prior art chips include horizontal channels (non-analytical portions) of approximately 13 mm, with injection ports of much larger diameters of approximately 2 mm, exacerbating sedimentation due to low velocities. In preferred embodiments, the chips described herein have horizontal channels (non-analytical portions) of approximately 0.2-3.0 mm, although horizontal channel lengths can range from 0.01-100.0 mm, e.g., 0.01-0.02 mm, 0.02-0.03 mm, 0.03-0.04 mm, etc. This is a result of the channel system of the present invention, which is an order of magnitude different from the prior art, improving cell/particle flow and eliminating sedimentation.

本発明の別の態様は、画像化が行われ、分析がチップのコーナーまたはその付近に基づくマイクロ流体チップに関し、それによって、カメラと分析チャネルとの間に存在するガラスおよび距離がより少ないため、複数の視点からの画像化が改善される。これにより、より高い数値の対物レンズを使用して、倍率を増加させることによって詳細な結像を改善することも可能になる。このような設計の改善は、ガラス(またはプラスチックまたは任意の透明または半透明材料などのチップを構成する他の物質)および距離(例えば、ガラスの欠陥による)によって引き起こされる画像の歪みを低減する。画像化デバイスと分析チャネルとの間の距離は100ミクロンから2mmであってもよいが、100ミクロンから200ミクロン、200ミクロンから300ミクロン、300ミクロンから400ミクロンなど、100mmほどの大きさであってもよい。 Another aspect of the invention relates to microfluidic chips in which imaging and analysis are based at or near the corners of the chip, thereby improving imaging from multiple viewpoints because less glass and distance exists between the camera and the analysis channel. This also allows for the use of higher numerical objective lenses to improve detailed imaging by increasing magnification. Such design improvements reduce image distortion caused by glass (or other materials comprising the chip, such as plastic or any transparent or translucent material) and distance (e.g., due to glass imperfections). The distance between the imaging device and the analysis channel may be 100 microns to 2 mm, but may be as large as 100 mm, such as 100 microns to 200 microns, 200 microns to 300 microns, 300 microns to 400 microns, etc.

さらに、本発明は、マイクロ流体選別チップに関し、分析チャネルから下流に分離され、圧力および/またはレーザ(または他の光学力)の両方を同時にまたは連続的に使用して選別機能を作動させることを可能にする。一態様では、フローが分類機能のための分析チャネルから継続する。例えば、粒子は、垂直チャネルに向けられ、次いで、水平選別チャネルに向けられる。一実施形態では、光学力および/または圧力が選別チャネルを用いて流れの方向に加えられ、チャネルを通して粒子を押し出す。光学的力によって直接作用しない粒子は、例えば、重力、動電力、磁気力、層流ライン、流れライン、流量の減少、直交する光学的力、または粒子を代替チャネルに吸い込むために印加される真空によって、代替チャネルに迂回する。仕分け後分析チャネルに関連する別の態様では、本発明がチップの裏側から光学的力を向けること(レーザまたは光学的力が同じ流れ方向に向けられる)、およびいくつかの態様ではこの一次レーザを分割することを可能にする。実施形態では、光学力および/または圧力がチャネルを通る物質の移動の反対方向に、例えば、流れに逆らって印加されてもよく、またはチャネル内の物質の移動と同じ方向に、例えば、流れとともに印加されてもよい。細胞または粒子の選別は、単一のデバイスまたは別個のチップ上で行うことができる。例えば、図1Bにおいて、出口管145の前の第5チャネルは単一または複数の選別領域を可能にするために、1つ以上の分岐を含む。 Additionally, the present invention relates to a microfluidic sorting chip, separated downstream from the analysis channel, that allows for the simultaneous or sequential use of both pressure and/or laser (or other optical force) to actuate the sorting function. In one aspect, flow continues from the analysis channel for the sorting function. For example, particles are directed into a vertical channel and then into a horizontal sorting channel. In one embodiment, optical force and/or pressure is applied in the direction of flow using the sorting channel to push particles through the channel. Particles not directly acted upon by optical force are diverted to an alternative channel, for example, by gravity, electrokinetic force, magnetic force, laminar flow lines, flow lines, a reduced flow rate, an orthogonal optical force, or a vacuum applied to suck the particles into the alternative channel. In another aspect related to the post-sorting analysis channel, the present invention allows for the directing of an optical force from the backside of the chip (where the laser or optical force is directed in the same flow direction) and, in some aspects, splitting this primary laser. In embodiments, optical force and/or pressure may be applied in the opposite direction of material movement through the channel, e.g., against the flow, or in the same direction as material movement in the channel, e.g., along with the flow. Cell or particle sorting can occur on a single device or on separate chips. For example, in FIG. 1B, the fifth channel before the outlet tube 145 includes one or more branches to allow for single or multiple sorting regions.

本発明の別の態様では、マニホールドは、チューブがマニホールドを通過し、バイアル内の物質(例えば、流体)と接触する反対側のバイアルまたは他の容器に接続するように、バイアルに接続される。マニホールドは、バイアルがマイクロ流体チップに接続されるが、チップの下に保管されることを可能にし、および/または、マニホールドは、バイアルの内容物がチップの底部から注入されることを可能にし、バイアルまたはバイアルからの管がマイクロ流体チップに接続するか、または、マイクロ流体チップと連通する細胞または粒子の沈降など、従来技術によって経験されるいくつかの問題を軽減する。 In another aspect of the invention, a manifold is connected to a vial such that tubing passes through the manifold and connects to a vial or other container on the opposite side that contacts the substance (e.g., fluid) in the vial. The manifold allows the vial to be connected to the microfluidic chip but stored below the chip, and/or the manifold allows the contents of the vial to be injected from the bottom of the chip, alleviating some of the problems experienced with prior art, such as settling of cells or particles when vials or tubing from the vial connect to or communicate with the microfluidic chip.

別の態様では、本発明がマイクロ流体チップホルダに向けられ、このチップホルダは統合化プリズム・キャビティを含む光源を導く構造を備え、プリズムが嵌合されると、光はチップに対してある角度で出射する。これは、制約された幾何学的形状を照明するための好ましい方法である。実施形態において、光源は光ファイバまたはコリメート光源または集束光源を含むが、これらに限定されない。この光源は、特に、分析チャネルに正確に向けられるか、または、配向される。 In another aspect, the present invention is directed to a microfluidic chip holder that includes a structure for directing a light source, including an integrated prism cavity, such that when the prism is engaged, the light exits at an angle relative to the chip. This is a preferred method for illuminating constrained geometries. In embodiments, the light source includes, but is not limited to, an optical fiber or a collimated or focused light source. The light source is specifically aimed or oriented precisely toward the analysis channel.

本発明の別の態様では、このデバイスは、第1のカメラおよびチャンネルビューに対して直交して配向された第2画像化デバイスを含む。2台目のカメラの理由はさまざまである。1つの態様において、第2画像化デバイスの理由は、分析チャネル内のレーザまたは光学力の視覚的アライメントを補助することである。別の態様では、本明細書で説明する方法を使用して、第1のカメラからのデータを記録することができる。第2カメラでは、データを第1のカメラからのデータと組み合わせることができ、その結果、セルの位置、サイズ、形状、体積などをより正確に外挿するために使用できる追加のデータが得られる。同じ細胞(または粒子)についてのこの追加の情報は、測定および分析の精度および範囲を増加させる。さらなる態様では、第2カメラが第1のカメラと組み合わされて、直交カメラと、フロー内のカメラまたはチップの側面に向かって配置されたカメラとによって画像化された、細胞または粒子、または細胞または粒子のグループの3D再構成を可能にする。流れを逆にするかまたは遅くすること、および特定の細胞もしくは粒子、または細胞もしくは粒子の群の1つ以上の画像を撮ることを含む、本明細書または他に記載されたアルゴリズムを使用して、本発明は複数の画像が分析され、そして処理されることを可能にする。それによって、細胞体積、細胞形状、核位置、核体積、オルガネラまたは封入体位置などの特徴/属性/定量的測定の決定を可能にする。本発明の別の態様では、カメラが流れの方向にある軸内の画像を画像化するように配向される。 In another aspect of the invention, the device includes a second imaging device oriented orthogonally to the first camera and channel view. The reasons for the second camera vary. In one aspect, the reason for the second imaging device is to aid in visual alignment of laser or optical forces within the analysis channel. In another aspect, the methods described herein can be used to record data from the first camera. The second camera can combine the data with data from the first camera, resulting in additional data that can be used to more accurately extrapolate cell location, size, shape, volume, etc. This additional information about the same cell (or particle) increases the precision and range of measurement and analysis. In a further aspect, the second camera is combined with the first camera to enable 3D reconstruction of a cell or particle, or group of cells or particles, imaged by the orthogonal camera and a camera in the flow or positioned toward the side of the chip. Using algorithms described herein or elsewhere, including reversing or slowing the flow and taking one or more images of a particular cell or particle, or group of cells or particles, the present invention allows multiple images to be analyzed and processed, thereby allowing for the determination of characteristics/attributes/quantitative measurements such as cell volume, cell shape, nucleus location, nuclear volume, organelle or inclusion location, etc. In another aspect of the present invention, a camera is oriented to image an image in-axis in the direction of flow.

一態様では、本発明が粒子を適切に浮遊させておくために、従来技術によれば好ましいように、蛇行またはジグザグのチャネルを必要としない。チップ内に注入される流体および粒子または細胞の垂直性のために、ジグザグチャネルは、チャネルを通って第1の水平チャネル(本明細書では第2チャネルと呼ばれる)に直接流れる垂直に統合されたポンピングされた粒子によって回避される。 In one aspect, the present invention does not require serpentine or zigzag channels to keep particles properly suspended, as is preferred by the prior art. Due to the vertical nature of the fluids and particles or cells injected into the chip, zigzag channels are avoided by vertically integrated pumped particles flowing through the channel directly into a first horizontal channel (referred to herein as the second channel).

添付の図面は本発明のいくつかの実施形態の特定の局面を示し、本発明を限定または定義するために使用されるべきではない。図面は記載された説明と共に、本発明の特定の原理を説明するのに役立つ。
図1Aは、チップ、マニホールド、およびバイアルを含む、デバイス構成の全体図を示す図である。 図1Bは、チップチャネルの向きおよび位置の特定の描写を示す図である。 図2AおよびBは、本発明によるマイクロ流体チップホルダを示す図を含む。 図2AおよびBは、本発明によるマイクロ流体チップホルダを示す図を含む。 図3Aおよび3Bは、本発明によるチップホルダの角度および態様を示す図である。 図3Aおよび3Bは、本発明によるチップホルダの角度および態様を示す図である。 図4Aおよび図4Bは、チップに係るセル経路および画像化構成の一例を示す図である。 図4Aおよび図4Bは、チップに係るセル経路および画像化構成の一例を示す図である。 図4Cは、代替セル経路を示す図である。 図5は、オンチップ・マルチプレーン画像化と、それが3D画像および情報をレンダリングするためにどのように使用され得るかとを示す図である。 図6Aおよび図6Bは、流体の流れにおけるチップ上の多重平面画像化、およびそれが3D画像を描写するために使用され得る方法を示す図である。 図6Aおよび図6Bは、流体の流れにおけるチップ上の多重平面画像化、およびそれが3D画像を描写するために使用され得る方法を示す図である。 図7は、どのようにして細胞がチップの分析部分内で捕捉および/または平衡化され、複数の角度から画像化され得るかを示す図である。 図8は、粒子がカメラから離れるように、カメラおよび照射源がレーザおよび流れの方向に沿ってどのように配置されるかを示す図である。 図9は、粒子がカメラに向かって移動するように、レーザおよび流れの方向に沿って、カメラおよび照射源をどのように配置することができるかを示す図である。
The accompanying drawings illustrate certain aspects of some embodiments of the invention and should not be used to limit or define the invention, and together with the written description, serve to explain certain principles of the invention.
FIG. 1A shows an overall view of the device configuration, including the chip, manifold, and vial. FIG. 1B shows a specific depiction of the orientation and position of the chip channels. 2A and 2B include diagrams illustrating a microfluidic chip holder according to the present invention. 2A and 2B include diagrams illustrating a microfluidic chip holder according to the present invention. 3A and 3B are diagrams showing angles and aspects of a tip holder according to the present invention. 3A and 3B are diagrams showing angles and aspects of a tip holder according to the present invention. 4A and 4B are diagrams illustrating an example of a cell path and imaging configuration for a chip. 4A and 4B are diagrams illustrating an example of a cell path and imaging configuration for a chip. FIG. 4C is a diagram illustrating an alternative cell path. FIG. 5 is a diagram illustrating on-chip multi-plane imaging and how it can be used to render 3D images and information. 6A and 6B are diagrams illustrating on-chip multi-planar imaging in fluid flow and how it can be used to render 3D images. 6A and 6B are diagrams illustrating on-chip multi-planar imaging in fluid flow and how it can be used to render 3D images. FIG. 7 shows how cells can be trapped and/or equilibrated within the analysis portion of the chip and imaged from multiple angles. FIG. 8 shows how the camera and illumination source are positioned along the direction of the laser and flow so that the particles are directed away from the camera. FIG. 9 shows how the camera and illumination source can be positioned along the direction of the laser and flow so that the particles move towards the camera.

本発明は、様々な特徴を有する特定の実施形態を参照して説明されてきた。当業者には、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明の実施において様々な修正および変形を行うことができることが明らかである。当業者は、これらの特徴が所与の用途または設計の要件および仕様に基づいて、単独で、または任意の組合せで使用され得ることを認識する。様々な特徴を含む実施形態はまた、これらの様々な特徴から構成されてもよく、または本質的にこれらの様々な特徴から構成されることができる。本発明の他の実施形態は、本明細書の考察および本発明の実施から当業者には明らかである。提供される本発明の説明は本質的に単に例示的または説明的なものであり、したがって、本発明の本質から逸脱しない変形は、本発明の範囲内であることが意図される。 The present invention has been described with reference to specific embodiments having various features. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the practice of the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. Those skilled in the art will recognize that these features may be used alone or in any combination, based on the requirements and specifications of a given application or design. Embodiments incorporating various features may also consist of, or consist essentially of, these various features. Other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and practice of the invention. The description of the invention provided is merely exemplary or explanatory in nature and, thus, variations that do not depart from the essence of the invention are intended to be within the scope of the invention.

本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、そのアプリケーションにおいて、以下の説明に記載されるか、または図面に示される構成要素の構成および配置の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。また、本明細書で使用される語法および用語は説明の目的のためのものであり、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。 Before describing at least one embodiment of the present invention in detail, it is to be understood that the invention is not limited in its application to the details of construction and the arrangement of components set forth in the following description or illustrated in the drawings. The invention is capable of other embodiments or of being practiced or carried out in various ways. Also, it is to be understood that the phraseology and terminology used herein is for the purpose of description and should not be regarded as limiting.

ここで図面を参照すると、図1Aは、本明細書で教示するデバイスの全体図を示す。試料バイアル130は、マイクロ流体チップ100(本明細書では一般的に基板とも呼ばれる)の下に配置され、バイアルの数またはサイズに関して限定されない。バイアルは、これらに限定されるものではないが、流体、液体、気体、血漿、血清、血液、細胞、血小板、粒子など、またはこれらの組み合わせのうちの1つ以上を含む1つ以上の物質など、デバイスを通って移動され得る任意のタイプのサンプルを保持するように構成される。本明細書の文脈において、用語「流体」または「サンプル」は、そのような1つ以上の物質を指すために一般的に使用することができる。バイアルは、チップの下面と動作可能に連通する空気管110を使用して、直接的または間接的に接続される。それらはまた、図1Aにさらに示されるように、マニホールド120によって接続することができる。図1Bは、物質、流体、粒子、および/または細胞がマイクロ流体チップの縁部などの1つの外面(例えば、図1BのXZ平面)に注入される、マイクロ流体チップ100の好ましい実施形態を示す。注入は、XZ面またはXY面のような最小距離によって共有される面のうちの1つに沿って、図1Bに示される。この特定の実施形態では、辺X160の長さは、辺Y170の長さおよび辺Z180の長さよりも短い。そのような構成は試料がチップ上のチャネルに入る際に最小の偏差を有することを可能にする(例えば、現在の技術水準における一般的な場合のように、右折は必要ない)。 Referring now to the drawings, FIG. 1A shows an overall view of the device taught herein. Sample vials 130 are positioned below the microfluidic chip 100 (also generally referred to herein as the substrate) and are not limited in number or size. The vials are configured to hold any type of sample that can be transferred through the device, such as one or more substances, including, but not limited to, fluids, liquids, gases, plasma, serum, blood, cells, platelets, particles, etc., or combinations thereof. In the context of this specification, the terms "fluid" or "sample" can be used generally to refer to such one or more substances. The vials are connected, directly or indirectly, using air tubing 110 that is in operative communication with the underside of the chip. They can also be connected by a manifold 120, as further shown in FIG. 1A. FIG. 1B shows a preferred embodiment of the microfluidic chip 100 in which substances, fluids, particles, and/or cells are injected into one exterior surface, such as the edge of the microfluidic chip (e.g., the XZ plane in FIG. 1B). Injection is shown in FIG. 1B along one of the planes shared by the smallest distance, such as the XZ or XY plane. In this particular embodiment, the length of side X 160 is shorter than the length of side Y 170 and the length of side Z 180. Such a configuration allows the sample to have minimal deviation as it enters the channels on the chip (e.g., no right turns are required, as is common in the current state of the art).

図1Aでは、物質、流体、粒子、および/または細胞をマイクロ流体チップ内に垂直方向および上方向に注入またはポンプ注入することができるように、1つ以上のバイアル130をマイクロ流体チップ100に接続するマニホールド120が示されている。マニホールドはチップの底部から物質の注入を可能にし、一方、エレクトロニクス、フローセンサ、およびチューブ(液体および空気の両方)を、スループットを最適化する細胞沈降を最小化するように配置する。空気チューブは、圧力または真空を提供し、これは、シールされると、マニホールドデバイスの範囲内で閉鎖システムを提供する。一実施形態では、バイアルとマニホールドとの間にはシールがなく、内部容積の圧力が大気圧であることを示す距離がある。これにより、大気に開放された容器から、または容器へ物質をポンピングすることが可能になる(開放された容器からポンピングするために真空が必要とされる)。マニホールドはスループットを最適化する細胞の沈降を最小限に抑えるように、電子機器、流量センサ、およびチューブ(液体と空気の両方)を配置する。 1A shows a manifold 120 connecting one or more vials 130 to a microfluidic chip 100 so that substances, fluids, particles, and/or cells can be injected or pumped vertically and upward into the microfluidic chip. The manifold allows for injection of substances from the bottom of the chip, while arranging the electronics, flow sensors, and tubing (both liquid and air) to minimize cell settling, optimizing throughput. The air tubing provides pressure or vacuum, which, when sealed, provides a closed system within the manifold device. In one embodiment, there is no seal between the vial and the manifold, and there is a distance indicating that the pressure in the internal volume is atmospheric. This allows for pumping of substances from or to a vessel open to the atmosphere (a vacuum is required to pump from an open vessel). The manifold arranges the electronics, flow sensors, and tubing (both liquid and air) to minimize cell settling, optimizing throughput.

チップの底部から内容物を注入することによって、本発明は入口管140および出口管145の水平方向の動きを最小にし、これは、チャネル150内の粒子または細胞の沈降のような問題を引き起こす。出口管は、この例ではZおよびX寸法(図1B)において、入口管からオフセットされている。実施形態において、出口管は、オフセットではなくオフセット、直線、インライン、または入口管に対して角度をなしている。このような構成は、セルおよび/または粒子と組み合わされた流体が方向および流体力学を上方に押し上げなければならない水平方向に側面からチップ内に注入または圧送される場合など、従来技術で発生する沈降に関する問題を現在の構成が解決するので、蛇行またはジグザグの垂直チャネルの必要性を排除する。マニホールドおよびチップの底部からの注入はまた、追加の要素、構成要素、機械、またはハードウェアがチップの下に配置されることを可能にする(図1A参照)。 By injecting contents from the bottom of the chip, the present invention minimizes horizontal movement of the inlet tube 140 and outlet tube 145, which can cause problems such as particle or cell settling within the channel 150. The outlet tube is offset from the inlet tube in the Z and X dimensions (Figure 1B) in this example. In embodiments, the outlet tube is offset, straight, in-line, or angled relative to the inlet tube. This configuration eliminates the need for serpentine or zigzag vertical channels, as the current configuration solves problems with settling that arise in prior art, such as when fluid combined with cells and/or particles is injected or pumped horizontally into the chip from the side, where the direction and fluid dynamics must be forced upward. Injection from the manifold and bottom of the chip also allows additional elements, components, machinery, or hardware to be placed below the chip (see Figure 1A).

マニホールド120はバイアル内の内容物より上の空気圧力を調整し、フローセンサおよび電子機器のための正しい幾何学的形状を提供することによって機能する。流体または空気チューブのようなチューブはマニホールドを通過し、反対側のバイアルに接続する。加圧された空気はマニホールドの片側を通過し、マニホールド内に閉じた加圧システムを作り出す。密閉領域の圧力を調整することによって、システムは、流速および流体力学のようなパラメータへの変化を可能にする。加圧領域は、バイアル130およびマニホールド120の両方にある。別の態様では、バイアルは周囲大気に開放されているので、バイアルに空気接続は必要とされない。これは、より多様な容器および供給源のサンプリングを可能にする。そのような実施形態では、圧力差が生成されて開放容器からの流体流を駆動するように、真空が他の1つ以上のバイアルに適用される。 The manifold 120 functions by regulating the air pressure above the contents in the vials and providing the correct geometry for the flow sensors and electronics. Tubes, such as fluid or air tubes, pass through the manifold and connect to the vials on the other side. Pressurized air passes through one side of the manifold, creating a closed, pressurized system within the manifold. By adjusting the pressure in the enclosed area, the system allows for changes to parameters such as flow rate and fluid dynamics. Pressurized areas are present in both the vials 130 and the manifold 120. In another aspect, no air connection is required to the vials, as they are open to the ambient atmosphere. This allows for sampling of a wider variety of containers and sources. In such an embodiment, a vacuum is applied to one or more other vials, creating a pressure differential to drive fluid flow from the open container.

一実施形態では、圧力ベースのサンプル注入が使用される。バイアルは、流体中の試料で満たされ、チップに接続された蓋またはチューブのいずれかで密封される。蓋に取り付ける前に、バイアルを空気に開けるか、隔壁または他の気密デバイスで密封することができる。一態様では、蓋は2つの接続部を含むことができ、1つは気体などの流体用であり、1つは液体用である。任意選択で、方法の実施形態は、第1チャネルと連通する試料入口ラインと連通する試料入口ラインチップを提供するステップをさらに含む。 In one embodiment, pressure-based sample injection is used. A vial is filled with the sample in fluid and sealed with either a lid or tubing connected to the chip. Before attaching the lid, the vial can be open to air or sealed with a septum or other airtight device. In one aspect, the lid can include two connections, one for a fluid such as a gas and one for a liquid. Optionally, the method embodiment further includes providing a sample inlet line tip in communication with a sample inlet line in communication with the first channel.

別の実施形態では、真空ベースのサンプル注入が使用される。バイアルは、流体中の試料で満たされ、チップに接続された蓋またはチューブのいずれかで密封される。蓋に取り付ける前に、バイアルを空気に開放するか、または隔壁で密封することができる。一態様では、蓋は2つの接続部を含むことができ、1つは気体などの流体用であり、1つは液体用である。必要に応じて、流体は、1つ以上の他のバイアルに真空圧を適用することによって、大気に開放されたバイアルから吸引され得る。任意選択で、方法の実施形態は、第1チャネルと連通する試料入口ラインと連通する試料入口ラインチップを提供するステップをさらに含む。 In another embodiment, vacuum-based sample injection is used. A vial is filled with the sample in fluid and sealed with either a lid or tubing connected to the chip. Prior to attachment of the lid, the vial can be open to air or sealed with a septum. In one aspect, the lid can include two connections, one for a fluid such as a gas and one for a liquid. Optionally, fluid can be drawn from the open-to-air vial by applying vacuum pressure to one or more other vials. Optionally, the method embodiment further includes providing a sample inlet line tip in communication with a sample inlet line in communication with the first channel.

図2A~Bおよび図3A~Bには、チップホルダ200、300が示されている。チップホルダは、光ファイバ光源、発光ダイオード、またはレーザなどの光源210をガイドする構造、およびプリズムを装着することができる統合化プリズム・キャビティ220、320を備える。光源は、チップホルダ内の集積構造またはチャネル240によって、所望の位置に導かれるか、または整列される。光ファイバ光源のための組み込み空間は、マイクロ流体チップ230、330またはマイクロ流体チップ内のチャネル上などの制約された幾何学的環境においてさえ、照明の円錐250などの照明を可能にする。好ましい態様では、この光源が特に分析チャネル260に正確に向けられるか、または配向されるか、または集束される。好ましい実施形態では、チップホルダがプリズム220、320のための内蔵空間と、制約された幾何学的形状を有する照明を可能にする光ファイバ光源210とを含む。チップはホルダ350の底部に孔または開口をさらに含み、本明細書に記載されるように、流体チューブを正確に整列させる。一実施形態では、調節可能なネジが適切な位置合わせのために、1つ以上の面上のネジ穴360に統合化される。 2A-B and 3A-B show chip holders 200, 300. The chip holders include a structure for guiding a light source 210, such as a fiber optic light source, a light emitting diode, or a laser, and an integrated prism cavity 220, 320 into which a prism can be mounted. The light source is guided or aligned to a desired location by an integrated structure or channel 240 within the chip holder. The built-in space for the fiber optic light source enables illumination, such as a cone of illumination 250, even in constrained geometric environments, such as on a microfluidic chip 230, 330 or a channel within a microfluidic chip. In a preferred embodiment, the light source is precisely aimed, directed, or focused specifically at the analysis channel 260. In a preferred embodiment, the chip holder includes built-in space for the prism 220, 320 and the fiber optic light source 210, enabling illumination with a constrained geometry. The chip further includes a hole or opening at the bottom of the holder 350 for precise alignment of fluidic tubes, as described herein. In one embodiment, adjustable screws are integrated into threaded holes 360 on one or more surfaces for proper alignment.

図4Aは、本明細書に記載されるマイクロ流体チップ400の好ましい実施形態である。図示のように、流体はまず、第1チャネル410を通って垂直方向に上方に移動し、次いで、第2水平チャネル420と通信する。別の垂直チャネル430は、第4チャネル440が水平である点であるチップの頂部により一層近くに流体をとり、図4に示すように、分析チャネルを含む。チャネルは試料がシステムを通って1つのチャネルから別のチャネルに移動することを可能にするように、互いに動作可能に連通している。実施形態において、試料は第1チャネルから第2チャネルへ、第3チャネルへ、第4チャネルへ、または逆に、またはそれらの組み合わせで流れることができる。ポンプおよび/または真空デバイスはチャネルを通る物質の移動を可能にするために、チャネルの開口部および出口のいずれかまたは両方に正圧および/または負圧を提供するために提供され得る。分析チャネルは、チップの面、縁部、または側面など、基板の1つ以上の外面に近接している。例えば、この構成によれば、解析チャネルはチップの上面および側面に近接し、それによって、マイクロ流体チップの物質を通した画像化および解析を改善する。好ましい実施形態では、分析チャネルがチップの上面および側面から約1mm~約2mmである。しかしながら、チップの頂部からの分析チャネルの距離は、0.1mm~0.2mm、0.2mm~0.3mm、0.3mm~0.4mmなど、0.1mm~100mmとすることができる。別の言い方をすれば、分析チャネルは、基板の上部50%、33%、25%、10%、または5%内に配置することができる。本発明による水平分析チャネルの長さは、約250ミクロン~約10mmとすることができる。しかしながら、分析チャネルの長さは、0.1mm~0.2mm、0.2mm~0.3mm、0.3mm~0.4mmなど、100ミクロン~100mmであってもよい。言い換えれば、分析チャネルの長さは、基板/チップの高さ、幅、または長さの約75%以下、例えば、基板/チップの高さ、幅、または長さの50%以下、33%以下、25%以下、10%以下、または5%以下とすることができる。 FIG. 4A illustrates a preferred embodiment of a microfluidic chip 400 described herein. As shown, fluid first travels vertically upward through a first channel 410 and then communicates with a second horizontal channel 420. Another vertical channel 430 takes fluid closer to the top of the chip, where a fourth channel 440 is horizontal, and includes the analysis channel, as shown in FIG. 4. The channels are in operative communication with one another to allow sample to move through the system from one channel to another. In embodiments, sample can flow from the first channel to the second channel, to the third channel, to the fourth channel, or vice versa, or combinations thereof. Pumps and/or vacuum devices can be provided to provide positive and/or negative pressure to either or both the openings and outlets of the channels to enable material movement through the channels. The analysis channel is proximate to one or more exterior surfaces of the substrate, such as the face, edge, or side of the chip. For example, with this configuration, the analysis channel is proximate to the top and sides of the chip, thereby improving imaging and analysis of materials throughout the microfluidic chip. In preferred embodiments, the analysis channel is about 1 mm to about 2 mm from the top and sides of the chip. However, the distance of the analysis channel from the top of the chip can be 0.1 mm to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, or 0.3 mm to 0.4 mm. Stated differently, the analysis channel can be located within the top 50%, 33%, 25%, 10%, or 5% of the substrate. The length of a horizontal analysis channel according to the present invention can be about 250 microns to about 10 mm. However, the length of the analysis channel can also be 100 microns to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, or 0.3 mm to 0.4 mm. In other words, the length of the analysis channel can be about 75% or less of the height, width, or length of the substrate/chip, for example, 50% or less, 33% or less, 25% or less, 10% or less, or 5% or less of the height, width, or length of the substrate/chip.

図4Bには、マシンビジョンカメラなどの2つの画像化デバイス450が示されている。一実施形態では、カメラがチップの上方に配置され、分析チャネルに対して直交して配向されてもよい。別の実施形態では、カメラがチップの側面に配置され、流れの方向に直交するように、または流れの方向に対して斜めに(例えば、チャネルの上方、チャネルの下方、またはチャネルの側面に対して角度をなして)配向されてもよい。実施形態では、カメラが、画像化が1つ以上の物質の流れに対して直角または90度など、1つ以上の物質の流れに対して任意の角度で、または0~90度、または10~80度、または30~60度などで実行されるように配置することができる。別の実施形態では、2つ以上のカメラを使用して、分析チャネル内の細胞または粒子を画像化することができる。例えば、カメラは、チップの上方であって、分析チャネルに対して直交して配向されていてもよい。第2カメラはチップの側面に配置され、流れの方向に対して直角に、または流れの方向に対して斜めに(例えば、チャネルの上方、チャネルの下方、またはチャネルの側面に対して角度をなして)配向されてもよい。図4Bに示すように、1つ以上の光源460を使用して分析チャネル440を照射することができ、このような光源はチップの下に配置され、チップの側面に照らし、流れ方向または流れ方向とは反対方向に照らし、チップの上に照らし、分析チャネルに斜めに照らすことができる。 Figure 4B shows two imaging devices 450, such as machine vision cameras. In one embodiment, the cameras may be positioned above the chip and oriented perpendicular to the analysis channel. In another embodiment, the cameras may be positioned on the side of the chip and oriented perpendicular to the direction of flow or at an angle to the direction of flow (e.g., above the channel, below the channel, or at an angle to the side of the channel). In embodiments, the cameras can be positioned so that imaging is performed at any angle to the flow of one or more substances, such as perpendicular or at 90 degrees to the flow of one or more substances, or between 0 and 90 degrees, or between 10 and 80 degrees, or between 30 and 60 degrees, etc. In another embodiment, two or more cameras can be used to image cells or particles in the analysis channel. For example, a camera may be positioned above the chip and oriented perpendicular to the analysis channel. A second camera may be positioned on the side of the chip and oriented perpendicular to the direction of flow or at an angle to the flow (e.g., above the channel, below the channel, or at an angle to the side of the channel). As shown in Figure 4B, one or more light sources 460 can be used to illuminate the analysis channel 440; such light sources can be positioned below the chip, illuminate the side of the chip, illuminate in the direction of flow or opposite to the direction of flow, illuminate above the chip, or illuminate the analysis channel at an angle.

あるいは、ダイクロイックミラー840または他の適切な光学素子を使用して、図8に示すように、特定の波長範囲の光を選択的に方向転換し、他の波長範囲の光を通過させることができる。これにより、カメラ810を分析チャネルと一直線に配置することができる。図8および図9に示すように、光学力レーザ830およびカメラ810を分析領域の同じ端部または反対側の端部に配置することを含む、いくつかの実施形態が生じる。また、カメラのための照射源860が必要とされる場合があり、図8および図9に示されているもののようないくつかの方法で方向を決めることができる。光源は、1つ以上のLEDのような広いスペクトルの光源、またはレーザのような狭い光源とすることができる。カメラは本明細書に記載されるように、他の視点と組み合わせて、単一カメラとして、またはマルチカメラシステムの一部として使用することができる。 Alternatively, a dichroic mirror 840 or other suitable optical element can be used to selectively redirect light in certain wavelength ranges and pass light in other wavelength ranges, as shown in FIG. 8. This allows the camera 810 to be positioned in-line with the analysis channel. Several embodiments arise, including placing the optical power laser 830 and camera 810 at the same end or opposite ends of the analysis region, as shown in FIGS. 8 and 9. An illumination source 860 for the camera may also be required and can be directed in several ways, such as those shown in FIGS. 8 and 9. The light source can be a broad spectrum light source, such as one or more LEDs, or a narrow light source, such as a laser. The camera can be used as a single camera or as part of a multi-camera system, in combination with other viewpoints, as described herein.

また、図4Aに描かれているように、レーザなどの光源480を使用して、細胞の流れに影響を与えることができる。レーザは、細胞の流れに沿って配置してもよく、細胞の流れに対向して配置することができる。また、レーザは、細胞流に対して直交または斜めに配置および/または配向することができる。 Also, as depicted in FIG. 4A, a light source 480, such as a laser, can be used to affect the flow of cells. The laser can be positioned along the flow of cells, or opposite the flow of cells. The laser can also be positioned and/or oriented perpendicular or oblique to the flow of cells.

本発明の一実施形態は、粒子分析のためのデバイスを含む(例えば、図4~図9を参照)。本発明の実施形態は、マイクロ流体チャネル(例えば、440)内の粒子または細胞の画像を捕捉するための少なくとも1つのカメラ450を含む。一実施形態では、少なくとも1つのコリメート光源ビームを生成するように動作可能なコリメート光源などのレーザまたは他の光学力480が含まれる。少なくとも1つのコリメート光源ビームは、少なくとも1つのビーム断面を含む。本発明の実施形態は、第1の平面が実質的にその長さに沿って第1チャネル410を横断し、それによって流体試料がチップの底部から基板/チップ内に注入され、正圧または負圧によって上方に押し上げられるように、基板内で垂直方向に延在する第1チャネル410を有する基板を含む。本発明の実施形態は、第1チャネルに直交し、したがって、第2平面がその長さに実質的に沿って第2チャネル420を横断し、第2平面が第1の平面に直交して配置されるように、基板内に水平に配置された第2チャネル420を含む。この第2チャネルは、チップの水平方向である。第2チャネルは、第1チャネルと直接的または間接的に通信する。第2チャネルは、チャネルネットワークをチップの頂部に近づける短い上向き垂直第3チャネル430と直接的または間接的に連通する。第3チャネルは、チップの頂部および/またはコーナー付近に位置する第4の水平チャネル440と直接または間接的に連通する。好ましい実施形態では、第4チャネルがチップの上部に最も近いチャネルである。一実施形態では、第4チャネルは分析チャネルである。一態様では、カメラ450が第4チャネル内の流れ方向に直交して配向される。本発明の実施形態は、第1チャネルに動作可能に接続された集束粒子流ノズルを含む。本発明の別の態様では、第2チャネルがサイズ変更を受け、第3チャネルと通信する前にノズルを通過する。 One embodiment of the present invention includes a device for particle analysis (see, e.g., Figures 4-9). The embodiment of the present invention includes at least one camera 450 for capturing images of particles or cells within a microfluidic channel (e.g., 440). In one embodiment, a laser or other optical force 480, such as a collimated light source, operable to generate at least one collimated light source beam is included. The at least one collimated light source beam includes at least one beam cross section. The embodiment of the present invention includes a substrate having a first channel 410 extending vertically within the substrate, such that a first plane intersects the first channel 410 substantially along its length, thereby allowing a fluid sample to be injected into the substrate/chip from the bottom and forced upward by positive or negative pressure. The embodiment of the present invention includes a second channel 420 disposed horizontally within the substrate, such that a second plane intersects the second channel 420 substantially along its length, the second plane being disposed orthogonal to the first plane. This second channel is horizontal to the chip. The second channel communicates directly or indirectly with the first channel. The second channel communicates directly or indirectly with a short, upwardly directed, vertical third channel 430 that brings the channel network closer to the top of the chip. The third channel communicates directly or indirectly with a fourth horizontal channel 440 located near the top and/or corner of the chip. In a preferred embodiment, the fourth channel is the channel closest to the top of the chip. In one embodiment, the fourth channel is the analysis channel. In one aspect, a camera 450 is oriented perpendicular to the flow direction in the fourth channel. An embodiment of the invention includes a focused particle flow nozzle operably connected to the first channel. In another aspect of the invention, the second channel undergoes resizing and passes through the nozzle before communicating with the third channel.

図4Cは、マイクロ流体チップのサンプル経路の別の実施形態を示す。ここに示されるように、流体は第1チャネル410を通って垂直方向に第1のチップ内を上方に移動し、次いで、このチャネルはこの例ではチップの上部で、第2水平チャネル420と直接または間接的に通信し、この実施形態では分析チャネルを含む。この構成によれば、解析チャネルは、チップの頂部に近く、それによって、マイクロ流体チップの物質を通した画像化および解析を改善する。好ましい実施形態では、分析チャネルがチップの上面および側面から約1mm~約2mmである。しかしながら、チップの頂部からの分析チャネルの距離は、0.1mm~0.2mm、0.2mm~0.3mm、0.3mm~0.4mmなど、0.1mm~100mmとすることができる。別の言い方をすれば、分析チャネルは、基板の上部50%、33%、25%、10%、または5%内に配置することができる。本発明による水平分析チャネルの長さは、約250ミクロン~約10mmとすることができる。しかしながら、分析チャネルの長さは、0.1mm~0.2mm、0.2mm~0.3mm、0.3mm~0.4mmなど、100ミクロン~100mmであってもよい。言い換えれば、分析チャネルの長さは、基板/チップの高さ、幅、または長さの約75%以下、例えば、基板/チップの高さ、幅、または長さの50%以下、33%以下、25%以下、10%以下、または5%以下とすることができる。実施形態では、基質が1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10の解析チャネルなどの1つ以上の解析チャネルを含むことができる。 Figure 4C shows another embodiment of a sample path for a microfluidic chip. As shown here, fluid travels vertically upward through a first chip through a first channel 410, which then communicates directly or indirectly with a second horizontal channel 420, in this example at the top of the chip, which in this embodiment includes an analysis channel. This configuration places the analysis channel close to the top of the chip, thereby improving imaging and analysis through the materials of the microfluidic chip. In a preferred embodiment, the analysis channel is about 1 mm to about 2 mm from the top and sides of the chip. However, the distance of the analysis channel from the top of the chip can be 0.1 mm to 100 mm, such as 0.1 mm to 0.2 mm, 0.2 mm to 0.3 mm, or 0.3 mm to 0.4 mm. Stated differently, the analysis channel can be positioned within the top 50%, 33%, 25%, 10%, or 5% of the substrate. The length of a horizontal analysis channel according to the present invention can be about 250 microns to about 10 mm. However, the length of the analysis channel may be between 100 microns and 100 mm, such as between 0.1 mm and 0.2 mm, between 0.2 mm and 0.3 mm, or between 0.3 mm and 0.4 mm. In other words, the length of the analysis channel may be about 75% or less of the height, width, or length of the substrate/chip, for example, 50% or less, 33% or less, 25% or less, 10% or less, or 5% or less of the height, width, or length of the substrate/chip. In embodiments, a substrate may include one or more analysis channels, such as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 analysis channels.

また、図4Cに描かれているように、レーザのような光源480を用いて、細胞の流れのような物質の流れに影響を与えることができる。レーザは、細胞の流れに沿って配置してもよく、細胞の流れに対向して配置してもよい。また、レーザは、細胞流に対して直交または斜めに配置および/または配向されてもよい。 Also, as depicted in FIG. 4C, a light source 480, such as a laser, can be used to affect a material stream, such as a cell stream. The laser may be positioned along the cell stream, or opposite the cell stream. The laser may also be positioned and/or oriented perpendicular or oblique to the cell stream.

図1および図4において、細胞または粒子を含む流体流は、第1チャネルを通って垂直に導かれる。1つ以上の物質(流体、細胞、および/または粒子)は第1チャネルの開口部でチップの底部を通って入り、垂直方向に基板に入る。第1の垂直チャネルは、0.1mm~0.2mm、0.2mm~0.3mmなど、長さが100ミクロン~100mmである。第1チャネルの後には第2直交/水平チャネルが続き、これは好ましい実施形態では第1チャネルよりも短い。第2チャネルは、0.25mm~0.5mm、0.5mm~0.75mm、0.75mm~1.0mmなど、長さが250ミクロン~100mmであってもよい。第3チャネルは、第1チャネルに対して垂直かつ平行に延びる。第3チャネルは、0.05mm~0.1mm、0.1mm~0.15mm、0.15mm~0.2mmなど、長さが50ミクロン~100mmであってもよい。チャネルは1つ以上の物質が複数チャネルを通って移動することを可能にするように、直接的または間接的に動作可能に連通して配置される。流体の流れの典型的な方向は図4Aおよび4Cの流れの矢印によって与えられるが、逆にすることもできる。 1 and 4, a fluid stream containing cells or particles is directed vertically through a first channel. One or more substances (fluid, cells, and/or particles) enter through the bottom of the chip at the opening of the first channel and vertically enter the substrate. The first vertical channel is 100 microns to 100 mm in length, such as 0.1 mm to 0.2 mm, or 0.2 mm to 0.3 mm. The first channel is followed by a second orthogonal/horizontal channel, which in preferred embodiments is shorter than the first channel. The second channel may be 250 microns to 100 mm in length, such as 0.25 mm to 0.5 mm, 0.5 mm to 0.75 mm, or 0.75 mm to 1.0 mm. The third channel runs perpendicular and parallel to the first channel. The third channel may be 50 microns to 100 mm in length, such as 0.05 mm to 0.1 mm, 0.1 mm to 0.15 mm, or 0.15 mm to 0.2 mm. The channels are arranged in direct or indirect operable communication to allow one or more substances to travel through the channels. Typical directions of fluid flow are given by the flow arrows in Figures 4A and 4C, but can be reversed.

好ましい実施形態では、第4チャネルが0.25mm~0.5mm、0.5mm~0.75mm、0.75mm~1.0mmなどの長さ250ミクロン~100mmのチャネルである分析チャネルを含む。この実施形態では、第4チャネルがチップの上部に最も近いチャネルである。垂直に測定された、チップの頂部からの第4チャネルの距離は100ミクロン~2mmであってもよいが、100ミクロン~200ミクロン、200ミクロン~300ミクロン、300ミクロン~400ミクロンなど、100mmもの大きさであってもよい。言い換えると、第4チャネルは、チップの上部50%、33%、25%、10%、または5%内に配置することができる。カメラなどの画像化デバイスは第4チャネルに直交し、第4チャネルから約100ミクロン~2mmであるが、100ミクロン~200ミクロン、200ミクロン~300ミクロン、300ミクロン~400ミクロンなど、第4チャネルから100mmほどの大きさにすることができる。 In a preferred embodiment, the fourth channel comprises an analysis channel that is a channel 250 microns to 100 mm in length, such as 0.25 mm to 0.5 mm, 0.5 mm to 0.75 mm, or 0.75 mm to 1.0 mm. In this embodiment, the fourth channel is the channel closest to the top of the chip. The distance of the fourth channel from the top of the chip, measured vertically, may be 100 microns to 2 mm, but may be as great as 100 mm, such as 100 microns to 200 microns, 200 microns to 300 microns, or 300 microns to 400 microns. In other words, the fourth channel may be located within the top 50%, 33%, 25%, 10%, or 5% of the chip. The imaging device, such as a camera, is perpendicular to the fourth channel and is approximately 100 microns to 2 mm from the fourth channel, but can be as large as 100 mm from the fourth channel, such as 100 microns to 200 microns, 200 microns to 300 microns, or 300 microns to 400 microns.

一実施形態では、レーザまたは他の光源が集束レンズ要素と共に存在する。図4Aは、レーザ480が作動し、レーザビームを放射し、集束レンズ要素を通してビームを第4のフローチャネル440内に向ける本発明を描いている。粒子はレーザ強度が最も高い領域に向かって粒子を引き寄せる勾配力のために、レーザビーム内で整列している。レーザ散乱力はレーザビーム伝搬方向(例えば、図4Aの左から右)に粒子を伝搬させる。 In one embodiment, a laser or other light source is present in conjunction with a focusing lens element. Figure 4A depicts the present invention in which a laser 480 is activated, emitting a laser beam and directing the beam through a focusing lens element into a fourth flow channel 440. Particles are aligned within the laser beam due to gradient forces that attract particles toward areas of highest laser intensity. Laser scattering forces cause particles to propagate in the direction of laser beam propagation (e.g., from left to right in Figure 4A).

別の実施形態では、第2カメラまたは画像捕捉デバイス(450参照)が第4チャネルに直交して配向されたカメラまたは画像捕捉デバイスに加えて、ここでは分析(または第4の)チャネルの側面に配向され、例えば図4Bに示すように、第4チャネルに対して直交または任意の角度に向けられる。直交ビューで各セルの1つの画像を取得することにより、複数のセル特性、例えば、サイズおよび形状を2次元で計算することが可能になり、各セルについて取り込むことができる情報の量が増加する。これはまた、全容積、形状を含む細胞の容積特性の計算を可能にし、流れの方向に平行な軸(図5に描かれているようなZ軸)に関して対称でない細胞への洞察を与えるのであろう。2つ以上のカメラを使用して、細胞550の基本3Dモデルは例えば、回折理論法または照明回転法などの既存の3D再構成アルゴリズムを使用して、直交画像を組み合わせることによって構築することができる。3Dモデルおよび3Dモデルの分析は、細胞サイズ、形状、配向、ならびにマイクロ流体チップの第4チャネル中の粒子または細胞に関する他の定量的および定性的測定値などの、細胞のより正確な分析を可能にする。 In another embodiment, a second camera or image capture device (see 450) is oriented to the side of the analysis (or fourth) channel, in addition to the camera or image capture device oriented orthogonal to the fourth channel, here oriented orthogonally or at any angle relative to the fourth channel, as shown, for example, in FIG. 4B. Acquiring one image of each cell in an orthogonal view allows for the calculation of multiple cell properties, such as size and shape, in two dimensions, increasing the amount of information that can be captured about each cell. This also allows for the calculation of volumetric properties of cells, including total volume and shape, and may provide insight into cells that are not symmetric about an axis parallel to the direction of flow (the Z-axis as depicted in FIG. 5). Using two or more cameras, a basic 3D model of the cell 550 can be constructed by combining the orthogonal images using existing 3D reconstruction algorithms, such as diffraction theory or illumination rotation methods. The 3D model and analysis of the 3D model enable more accurate analysis of cells, such as cell size, shape, orientation, and other quantitative and qualitative measurements related to particles or cells in the fourth channel of a microfluidic chip.

図5において、分析チャネル540の一部は画像化デバイス(例えば、図4を参照)から画像化され得る平面などの、2つの異なる平面から示される。第1の平面520において、細胞または粒子510の一部が、特定の配向で画像化される。第2平面530では、同じ細胞または粒子の別の部分が別のカメラとは異なる視点から画像化される。これは、複数の細胞特性の計算を可能にし、カメラ当たりの細胞当たりのデータのマトリックスおよび細胞または粒子550の3D表現を生成する。 In Figure 5, a portion of the analysis channel 540 is shown from two different planes, such as the planes that may be imaged from an imaging device (see, e.g., Figure 4). In the first plane 520, a portion of a cell or particle 510 is imaged at a particular orientation. In the second plane 530, another portion of the same cell or particle is imaged from a different perspective with another camera. This allows for the calculation of multiple cell properties, producing a matrix of data per cell per camera and a 3D representation of the cell or particle 550.

細胞の異なる部分が画像化デバイスの焦点面(例えば、630(XZ焦点面)および640(YZ焦点面))を通過するとき、細胞が例えば流体流620によって動かされるにつれて、細胞の異なるスライスを画像化することができる。これを図6Aに示す。図6Aにおいて、細胞または粒子の一部は異なる方向および異なる視点から、時間および/または空間の複数の地点で画像化される。この例では、細胞が焦点面を移動して回転すると、連続する画像(図6Aに示すように、2つの異なるカメラからの平面あたり4つの例の画像など)に異なるサイズとして現れる。3D再構成アルゴリズムを使用することにより、粒子またはセルのより複雑な3Dレンダリング650が可能になる。このようなレンダリングから、細胞または粒子の特定の属性(例えば、細胞サイズ、体積、核の位置およびサイズ、ならびに他のオルガネラ、ならびに細胞トポグラフィーの測定または輪郭)が外挿され得る。さらに、細胞の回転は屈折率、複屈折、または細胞の形状もしくは形態を含むが、これらに限定されない、生物物理学的または生化学的特性の変化に起因する、光学力に基づくトルクの関数として測定され得る。 As different portions of the cell pass through the focal planes of the imaging device (e.g., 630 (XZ focal plane) and 640 (YZ focal plane)), different slices of the cell can be imaged, for example, as the cell is moved by a fluid flow 620. This is shown in FIG. 6A. In FIG. 6A, portions of the cell or particle are imaged from different directions and different viewpoints at multiple points in time and/or space. In this example, as the cell moves and rotates through the focal plane, it appears as different sizes in successive images (such as four example images per plane from two different cameras, as shown in FIG. 6A). Using 3D reconstruction algorithms, more complex 3D renderings 650 of the particle or cell are possible. From such renderings, specific attributes of the cell or particle can be extrapolated (e.g., cell size, volume, location and size of the nucleus and other organelles, and measurements or contours of cell topography). Furthermore, cell rotation can be measured as a function of optical force-based torque due to changes in biophysical or biochemical properties, including, but not limited to, refractive index, birefringence, or cell shape or morphology.

図6Bは例えば、細胞がフォーカル・プランを通って移動するときに、同じ細胞の複数の画像が経時的に画像化されるチップ・マルチプレーン画像化を描写する。このような場合、当該細胞の図は当業者において「スライス」または「イメージ・スライス」と呼ばれ、イメージ・スライスは実質的にイメージされる光学平面の厚さである。画像平面またはスライスの厚さは、とりわけ、画像化システムの光学倍率によって決定される。より高い倍率では、対物レンズの作動距離は減少し、その結果、画像化されるセルまたは粒子により近いレンズを有する必要性が生じる。一実施形態では、レーザまたは他の光学力670を使用して、分析チャネル内の細胞の流れに影響を及ぼすことができる。好ましい実施形態において、細胞または粒子はレーザおよび/またはカメラを動かすか、またはフロー(単数または複数)を調節するか、または流体力学的集束を使用して位置を調節するかのいずれかによって、画像化のために、チャネルの焦点面にまたは焦点面から意図的に誘導され得る。例えば、レーザ源は例えば、圧電アクチュエータまたは線形電気光機械ステージを用いて距離660だけ移動させることができる。これは、細胞ごとに、または集団ごとに行うことができる。細胞の流体力学的集束は、細胞の初期位置および軌道に影響を及ぼすように変更することができる。例えば、粒子はレーザ強度が最も高い領域に向かって粒子を引き寄せる勾配力のために、レーザビーム内の焦点面内で整列または配向され得る。レーザ散乱力はレーザビーム伝搬方向に粒子を伝搬させる。図6Bを参照されたい。レーザを、この場合はX軸に移動させることにより、ディスク680によって示される、細胞の異なる部分における特徴の画像化が可能になる。これは、例えば、核、オルガネラ、封入体、または細胞もしくは粒子の他の特徴を表し得る。レーザは、勾配力の結果として細胞をその中心に引き寄せる。さらに、2つ以上のカメラが、細部および精度を向上させ得ることが企図される。 Figure 6B, for example, depicts chip multiplane imaging, in which multiple images of the same cell are imaged over time as the cell moves through the focal plane. In such cases, the view of the cell is referred to in the art as a "slice" or "image slice," and the image slice is essentially the thickness of the optical plane being imaged. The thickness of the image plane or slice is determined, among other things, by the optical magnification of the imaging system. At higher magnifications, the working distance of the objective lens decreases, resulting in the need to have the lens closer to the cell or particle being imaged. In one embodiment, a laser or other optical force 670 can be used to affect the flow of cells within the analysis channel. In a preferred embodiment, cells or particles can be intentionally guided into or out of the focal plane of the channel for imaging by either moving the laser and/or camera, adjusting the flow(s), or adjusting their position using hydrodynamic focusing. For example, the laser source can be moved a distance 660 using, for example, a piezoelectric actuator or a linear electro-optomechanical stage. This can be done cell-by-cell or population-by-population. The hydrodynamic focusing of the cells can be altered to affect the initial position and trajectory of the cells. For example, particles can be aligned or oriented within the focal plane of the laser beam due to gradient forces that draw the particles toward the areas of highest laser intensity. Laser scattering forces cause the particles to propagate in the direction of laser beam propagation. See Figure 6B. Moving the laser, in this case in the X-axis, allows for imaging of features in different parts of the cell, represented by disk 680. This may represent, for example, the nucleus, organelles, inclusions, or other features of the cell or particle. The laser draws the cell toward its center as a result of the gradient forces. Additionally, it is contemplated that two or more cameras may provide increased detail and precision.

図7に示される本発明の実施形態は、粒子または細胞710が光学力730と流体力735とを釣り合わせることによって、特定の差動保持位置で停止される静的モードである。光学的力は例えば、レーザまたはコリメート光源によって加えられてもよい。画像は図5および図6A-Bのように、複数の飛行機で撮影することができる。流量センサは、所与のレーザパワーに対して、各粒子が流れの中で停止する流量を測定するために使用される。光学的力と流体力とが均衡しているため、流体抗力(すなわち、流速およびチャネル寸法から)は、光学的力と等しい。このようにして、各セルの特性を順次測定することができる。高スループット測定システムではないが、本発明のこの実施形態は捕捉された細胞の綿密な観察および画像化、ならびに細胞における生化学的または生物学的変化から生じる光学力の動的変化を可能にする。化学物質、生化学物質、細胞、または他の標準的な生物学的物質を含有する試薬流を、フローチャネルに導入して、捕捉された細胞と相互作用させることができる。これらの動的プロセスは、単一の細胞または複数の細胞での実験中の光学力の変化を測定することによって定量的にモニターすることができる。 The embodiment of the present invention shown in Figure 7 is a static mode in which a particle or cell 710 is arrested at a specific differential retention position by balancing an optical force 730 and a fluidic force 735. The optical force may be applied, for example, by a laser or collimated light source. Images can be taken in multiple planes, as in Figures 5 and 6A-B. A flow sensor is used to measure the flow rate at which each particle is arrested in the flow for a given laser power. Because the optical and fluidic forces are balanced, the fluidic drag force (i.e., from the flow rate and channel dimensions) is equal to the optical force. In this way, properties of each cell can be measured sequentially. While not a high-throughput measurement system, this embodiment of the present invention allows for close observation and imaging of trapped cells and dynamic changes in optical forces resulting from biochemical or biological changes in the cells. Reagent streams containing chemicals, biochemicals, cells, or other standard biological materials can be introduced into the flow channel and allowed to interact with the trapped cells. These dynamic processes can be quantitatively monitored by measuring changes in optical forces during experiments with single cells or multiple cells.

一実施形態では、カメラまたは他の画像化デバイスが分析チャネルの流れと直列かつ平行になるように、分析チャネルの流れの向きおよび/または流れの反対側に向けられ、かつ/または集束される(例えば、図8および9を参照のこと)。図8は、分析チャネル820およびレーザまたはコリメート光源830に沿ったカメラ810を示す。ダイクロイックミラーまたは類似のデバイス840はレーザ光835をカメラから離れて反射させて損傷を防止するが、照射源860によって生成された光865を通過させて画像化を可能にする。カメラは細胞または粒子880が一実施形態ではカメラから遠ざかるように、流体の流れ870と平行に配向される。照射源は、チャネルおよびレーザに対して直交する方向を向いている。レーザ光を通過させ、照明光を反射する第2ダイクロイック845は、照明光およびレーザ光の両方を、チャネルを通過させるために使用される。この構成の代替実施形態はレーザがチャネルに直交し、照射源がチャネルに平行になるように、レーザおよび照射源の位置を切り替える。第2ダイクロイックは、依然として、レーザ光および可視光の両方を、チャネルを通して導く。 In one embodiment, a camera or other imaging device is aimed and/or focused in the direction of and/or opposite the flow of the analysis channel so that it is in-line with and parallel to the flow of the analysis channel (see, e.g., Figures 8 and 9). Figure 8 shows a camera 810 in line with the analysis channel 820 and a laser or collimated light source 830. A dichroic mirror or similar device 840 reflects the laser light 835 away from the camera to prevent damage, but allows light 865 generated by the illumination source 860 to pass through and enable imaging. The camera is oriented parallel to the fluid flow 870, such that cells or particles 880, in one embodiment, move away from the camera. The illumination source is oriented perpendicular to the channel and laser. A second dichroic 845, which passes the laser light and reflects the illumination light, is used to pass both the illumination light and the laser light through the channel. An alternative embodiment of this configuration switches the positions of the laser and illumination source so that the laser is perpendicular to the channel and the illumination source is parallel to the channel. The second dichroic still directs both the laser light and the visible light through the channel.

代替実施が図9に示されている。この場合、カメラまたは画像化デバイス910は、細胞または粒子980が流体流970中でカメラに向かって移動するように配向される。したがって、カメラおよびレーザ930はチャネルの同じ側にあり、一方、照射源960は、チャネルの反対側の端部にある。2つのダイクロイック940および945を使用して、レーザ光935および照明光965をチャネルに向け、照明光をカメラに向け、レーザ光を照明源から逸らす。この構成の代替実施形態はレーザがチャネルに直交し、照射源がチャネルに平行になるように、レーザおよびカメラの位置を切り替える。次いで、第2ダイクロイック945はチャネルを通してレーザ光を導き、光をカメラに照射する。 An alternative implementation is shown in Figure 9. In this case, a camera or imaging device 910 is oriented so that cells or particles 980 move in a fluid stream 970 toward the camera. Thus, the camera and laser 930 are on the same side of the channel, while the illumination source 960 is at the opposite end of the channel. Two dichroics 940 and 945 are used to direct the laser light 935 and illumination light 965 into the channel, directing the illumination light toward the camera and diverting the laser light away from the illumination source. An alternative embodiment of this configuration switches the positions of the laser and camera so that the laser is perpendicular to the channel and the illumination source is parallel to the channel. A second dichroic 945 then directs the laser light through the channel, illuminating the light onto the camera.

任意選択で、本発明の実施形態は光学力源と前記第4チャネルとの間に、標準TEM00モードビーム、標準TEMOOモードビーム、標準TEM10モードビーム、標準エルミート-ガウス・ビームモード、標準ラゲール-ガウス・ビームモード、ベッセルビーム、または標準マルチモードビームを生成するように作動可能少なくとも1つの光学素子をさらに含む。任意選択で、少なくとも1つの光学素子は、標準シリンドリカルレンズ、標準アキシコン、標準凹面鏡、標準トロイダルミラー、標準空間光変調器、標準音響光学変調器、標準圧電ミラーアレイ、回折光学素子、標準4分の1波長板、および/または標準半波長板を含む。任意選択的に、光学力の源は、標準円偏光ビーム、標準直線偏光ビーム、または標準楕円偏光ビームを含んでもよい。 Optionally, embodiments of the present invention further include at least one optical element between the optical force source and the fourth channel operable to generate a standard TEM00 mode beam, a standard TEM00 mode beam, a standard TEM10 mode beam, a standard Hermite-Gaussian beam mode, a standard Laguerre-Gaussian beam mode, a Bessel beam, or a standard multimode beam. Optionally, the at least one optical element includes a standard cylindrical lens, a standard axicon, a standard concave mirror, a standard toroidal mirror, a standard spatial light modulator, a standard acousto-optic modulator, a standard piezoelectric mirror array, a diffractive optical element, a standard quarter-wave plate, and/or a standard half-wave plate. Optionally, the optical force source may include a standard circularly polarized beam, a standard linearly polarized beam, or a standard elliptically polarized beam.

任意選択的に、デバイスはマイクロ流体チャネルと、光学系によって集束されたレーザ光源と、電極を介してマイクロ流体チャネルに動作可能に接続された電場源とを備え、液体中の粒子を、マイクロ流体チャネルを通して流動させ、レーザ光および電場を操作して、マイクロ流体チャネル内の粒子に共同して作用し、それによって、サイズ、形状、屈折率、電荷、電荷分布、電荷移動度、誘電率、および/または変形性に基づいて、粒子を分離する、デバイスが具現化される。さらに別の実施形態では、デバイスは、(1)電極システムまたは(2)絶縁体DEPシステムを介してチャネルの内部に誘電泳動(DEP)場を供給するように構成されたマイクロ流体チャネルと、光学系によってマイクロ流体チャネル内に集束されたレーザ光源とを備え、液体中の複数の粒子をマイクロ流体チャネル内に流し、マイクロ流体チャネル内の粒子上でレーザ光および場を一緒に動作させて、粒子を捕捉するか、またはそれらの速度を修正し、前記DEP場は線形または非線形である。デバイスの別の可能な実施形態は、入口および複数の出口を含むマイクロ流体チャネルと、選択された粒子のレーザ光内の滞留時間を最大化しながら粒子に光学的力を生じさせ、したがって粒子を複数の出口に分離し、レーザ光はマイクロ流体チャネルを通って流れる粒子に力を加えるように作動可能であり、それによって粒子を複数の出口に分離するように、マイクロ流体チャネル内の流れの速度に適合した臨界角でマイクロ流体チャネルを横切るように光学によって集束されたレーザ光源とを含む。 Optionally, the device includes a microfluidic channel, a laser light source focused by an optical system, and an electric field source operably connected to the microfluidic channel via electrodes, where particles in a liquid are caused to flow through the microfluidic channel, and the laser light and electric field are manipulated to jointly act on the particles in the microfluidic channel, thereby separating the particles based on size, shape, refractive index, charge, charge distribution, charge mobility, dielectric constant, and/or deformability. In yet another embodiment, the device includes a microfluidic channel configured to provide a dielectrophoretic (DEP) field inside the channel via (1) an electrode system or (2) an insulator DEP system, and a laser light source focused within the microfluidic channel by an optical system, where a plurality of particles in a liquid are caused to flow through the microfluidic channel, and the laser light and field are jointly operated on the particles in the microfluidic channel to trap the particles or modify their velocity, where the DEP field is linear or nonlinear. Another possible embodiment of the device includes a microfluidic channel including an inlet and multiple outlets, and a laser light source optically focused to traverse the microfluidic channel at a critical angle matched to the velocity of flow within the microfluidic channel, such that an optical force is exerted on the particles while maximizing the residence time of selected particles within the laser light, thereby separating the particles into the multiple outlets, the laser light being operable to apply a force to particles flowing through the microfluidic channel, thereby separating the particles into the multiple outlets.

任意選択的に、本発明の実施形態は、分析チャネル(単数または複数)、特に第4チャネルなどのチャネルのうちの1つ以上と通信する少なくとも1つの粒子問い合わせユニットをさらに含む。粒子質問ユニットは、標準照明器、標準光学系、および標準センサを含む。任意選択的に、少なくとも1つの粒子問い合わせユニットは、標準明視野画像化デバイス、標準光散乱検出器、標準単一波長蛍光検出器、標準分光蛍光検出器、標準CCDカメラ、標準CMOSカメラ、標準フォトダイオード、標準光電子増倍管、標準フォトダイオードアレイ、標準化学ルミネセンス検出器、標準生物ルミネセンス検出器、および/または標準ラマン分光検出器を含む。 Optionally, embodiments of the present invention further include at least one particle interrogation unit in communication with one or more of the analysis channel(s), particularly the fourth channel. The particle interrogation unit includes a standard illuminator, standard optics, and standard sensor. Optionally, the at least one particle interrogation unit includes a standard bright-field imaging device, a standard light scattering detector, a standard single-wavelength fluorescence detector, a standard spectroscopic fluorescence detector, a standard CCD camera, a standard CMOS camera, a standard photodiode, a standard photomultiplier tube, a standard photodiode array, a standard chemiluminescence detector, a standard bioluminescence detector, and/or a standard Raman spectroscopic detector.

第4チャネルと通信する少なくとも1つの粒子質問ユニットは、細胞疾患の同定、選択、および選別を容易にするレーザ力ベースのデバイスまたはデバイスを備える。一態様では、ユニットが、粒子の分離および特徴付けの手段として、粒径、形、屈折率、または形態の変化から生じる光学圧力の固有の差を利用する。1つの態様において、近赤外レーザビームは細胞に物理的な力を及ぼし、次いで、それが測定される。放射圧を介した光学的力は粒子上の流体抗力に対してバランスされる場合、固有差に基づいて、異なる粒子を識別するために、または粒子の集団との変化に使用され得る粒子速度の変化をもたらす。流体力と光学力とのバランスを使用して、粒子の固有の特性に基づいて粒子の互いに対する相対位置を変化させ、それによって物理的分離をもたらすこともできる。問い合わせユニットの別の実施形態は、少なくとも1つのコリメート光源ビームを生成するように作動可能少なくとも1つのコリメート光源など、粒子分析および/または分離のためのデバイスを含む。少なくとも1つのコリメート光源ビームは、少なくとも1つのビーム断面を含む。 At least one particle interrogation unit in communication with the fourth channel comprises a laser-force-based device or devices that facilitate identification, selection, and sorting of cellular diseases. In one aspect, the unit utilizes inherent differences in optical pressure resulting from changes in particle size, shape, refractive index, or morphology as a means of particle separation and characterization. In one aspect, a near-infrared laser beam exerts a physical force on cells, which is then measured. When optical force via radiation pressure is balanced against fluid drag on the particles, it results in a change in particle velocity that can be used to distinguish different particles or to alter particle populations based on the inherent difference. The balance between fluid and optical forces can also be used to change the relative positions of particles relative to one another based on their intrinsic properties, thereby resulting in physical separation. Another embodiment of the interrogation unit includes a device for particle analysis and/or separation, such as at least one collimated light source operable to generate at least one collimated light source beam. The at least one collimated light source beam comprises at least one beam cross-section.

本発明の一実施形態は、上述した設計要素のいくつかを単一のデバイスに組み合わせることを含む。実施形態はまた、そのようなデバイスを使用する方法を含む。このような統合化デバイスの一例が図1に示されている。本発明の図示された実施形態は5層構造であり、全ての5層が互いに結合されて固体マイクロ流体チップをもたらすが、チップは結合された層とは対照的に1つの構造であってもよい。チップは、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、サファイアガラス、環状オレフィンポリマー(COP)、ポリ(ジメチル)シロキサンス(PDMS)、OSTE、ポリスチレン、ポリ(メチル)メタクリレート、ポリカーボネート、他のプラスチックまたはポリマーを含む多数の標準材料を使用して構築することができる。しかし、これらに限定されるものではない。このチップは、試料入力、流体力学的集束、光学的質問、画像化、解析、試料出口、およびレーザ光が領域に出入りするための明瞭な光学的アクセスを可能にする。実施形態におけるチップはまた、3D印刷、成形、または他の形状とすることができる。 One embodiment of the present invention includes combining several of the design elements described above into a single device. Embodiments also include methods of using such devices. An example of such an integrated device is shown in FIG. 1. While the illustrated embodiment of the invention is a five-layer structure, with all five layers bonded together to result in a solid microfluidic chip, the chip may be a single structure as opposed to bonded layers. The chip can be constructed using a number of standard materials, including, but not limited to, fused silica, crown glass, borosilicate glass, soda-lime glass, sapphire glass, cyclic olefin polymer (COP), poly(dimethyl)siloxane (PDMS), OSTE, polystyrene, poly(methyl)methacrylate, polycarbonate, and other plastics or polymers. The chip allows for sample input, hydrodynamic focusing, optical interrogation, imaging, analysis, sample exit, and clear optical access for laser light to enter and exit the area. The chip in embodiments can also be 3D printed, molded, or otherwise shaped.

任意選択で、少なくとも1つの粒子タイプは、複数の粒子タイプを含む。複数の粒子タイプの各粒子タイプは、それぞれの固有特性およびそれぞれの誘導特性を含む。任意選択で、固有特性は、サイズ、形状、屈折率、形態、固有蛍光、および/またはアスペクト比を含む。任意選択的に、誘導された特性は、変形、角度配向、回転、回転速度、抗体標識蛍光、アプタマー標識蛍光、DNA標識蛍光、染色液標識蛍光、示差保持計量、および/または勾配力計量を含む。この方法の実施形態は、固有の特性および誘導された特性のうちの少なくとも1つに基づいて、それぞれの粒子タイプに従って複数の粒子を識別および分離することをさらに含む。任意選択的に、この方法の実施形態は、サンプルフローを問い合わせること、または操作することをさらに含む。任意選択的に、サンプルフローを調べることは、固有の特性そのようなもの、および粒子タイプの誘発された特性のうちの少なくとも1つを決定すること、および複数の粒子の粒子速度を測定することを含む。内因性特性の少なくとも1つの測定は、ウイルス定量化、プロセス開発およびモニタリング、試料放出アッセイ、外来因子試験、臨床診断、バイオマーカー発見、プロセス開発およびモニタリングのための抗体またはタンパク質の生産性の決定、CAR Tおよび他の腫瘍学的アプリケーションおよび幹細胞を含む細胞ベースの治療として産生される細胞の効力、品質、または活性化状態の決定、特定の細胞集団に対する化学物質、細菌、ウイルス、抗菌剤または抗ウイルス剤の効果の決定、ならびに研究または臨床細胞試料の疾患状態または可能性の決定を含むが、これらに限定されない、一連のアプリケーションのために使用され得る。任意選択で、光学力源は少なくとも1つのビーム軸を含み、試料フローは、試料フロー軸を含む。粒子タイプの固有の特性および誘導された特性のうちの少なくとも1つを決定するステップ、および複数の粒子の粒子速度を共に測定するステップは、試料流軸からビーム軸をオフセットするステップを含む。任意に、粒子タイプの固有の特性および誘導された特性のうちの少なくとも1つを決定するステップと、複数の粒子の粒子速度を一緒に測定するステップとは、試料流軸から少なくとも1つのビーム軸に向かって逸脱した複数の粒子の傾斜および軌跡を計算するステップとを含む。 Optionally, the at least one particle type comprises a plurality of particle types. Each particle type of the plurality of particle types comprises a respective intrinsic property and a respective induced property. Optionally, the intrinsic property comprises size, shape, refractive index, morphology, intrinsic fluorescence, and/or aspect ratio. Optionally, the induced property comprises deformation, angular orientation, rotation, rotation rate, antibody label fluorescence, aptamer label fluorescence, DNA label fluorescence, dye label fluorescence, differential retention metric, and/or gradient force metric. This method embodiment further comprises identifying and separating the plurality of particles according to their respective particle types based on at least one of the intrinsic property and the induced property. Optionally, this method embodiment further comprises interrogating or manipulating the sample flow. Optionally, interrogating the sample flow comprises determining at least one of the intrinsic property and the induced property of the particle type, and measuring particle velocities of the plurality of particles. The measurement of at least one intrinsic property may be used for a range of applications, including, but not limited to, virus quantification, process development and monitoring, sample release assays, adventitious agent testing, clinical diagnostics, biomarker discovery, determining antibody or protein productivity for process development and monitoring, determining the potency, quality, or activation state of cells produced as cell-based therapies, including CAR T and other oncology applications and stem cells, determining the effect of chemicals, bacteria, viruses, antibacterial or antiviral agents on specific cell populations, and determining the disease state or likelihood of a research or clinical cell sample. Optionally, the optical force source includes at least one beam axis, and the sample flow includes a sample flow axis. Determining at least one of the intrinsic property and the induced property of the particle type and measuring the particle velocities of the plurality of particles together includes offsetting the beam axis from the sample flow axis. Optionally, determining at least one of the intrinsic property and the induced property of the particle type and measuring the particle velocities of the plurality of particles together includes calculating the slope and trajectory of the plurality of particles deviating from the sample flow axis toward the at least one beam axis.

当業者は、開示された特徴が所与のアプリケーションまたは設計の要件および仕様に基づいて、単独で、任意の組み合わせで、または省略されて使用され得ることを認識する。実施形態が、特定の特徴を「備える」ことを指す場合、実施形態は代替的に、特徴のうちの任意の1つ以上を「からなる」または「本質的にからなる」ことができることを理解されたい。本発明の他の実施形態は、本明細書の考察および本発明の実施から当業者には明らかである。 Those skilled in the art will recognize that the disclosed features may be used singly, in any combination, or omitted, depending on the requirements and specifications of a given application or design. When an embodiment is referred to as "comprising" certain features, it should be understood that the embodiment can alternatively "consist of" or "consist essentially of" any one or more of the features. Other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of this specification and practice of the invention.

特に、本明細書において値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の各値も具体的に開示されることに留意されたい。これらのより小さい範囲の上限および下限は、独立して、その範囲に含まれてもよく、またはその範囲から除外されてもよい。単数形「a」、「an」、および「the」は文脈が明らかにそわないと指示しない限り、複数の指示対象を含む。発明の本質から逸脱しないバリエーションが発明の範囲に含まれることを意図したものであり、当該仕様および例示は、本質的には模範的または説明的な性質を有するものと考えられることを意図したものである。さらに、本開示において引用される参考文献のすべては、それぞれ、その全体が参照により本明細書に個々に組み込まれ、したがって、本発明の可能な開示を補足する効率的な方法を提供すること、ならびに当業者のレベルを詳述する背景を提供することが意図される。 It should be noted in particular that where a range of values is provided herein, each value between the upper and lower limits of that range is also specifically disclosed. The upper and lower limits of these smaller ranges may independently be included in or excluded from the range. The singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is intended that variations that do not depart from the essence of the invention be within its scope, and that the specification and examples be considered exemplary or illustrative in nature. Furthermore, all references cited in this disclosure are individually incorporated herein by reference in their entirety, and are thus intended to provide an efficient manner of supplementing the enabling disclosure of the present invention as well as to provide a background that will inform those skilled in the art.

Claims (12)

1つ以上の細胞または粒子を分析する方法であって、
前記1つ以上の細胞また粒子を、1つ以上の細胞または粒子を輸送するように構成された複数チャネルを備える基板に注入するステップであって、
該複数チャネルは、前記基板内において重力に対して垂直に配置された第1チャネルと、
前記基板内に水平に配置され、該第1チャネルと動作可能に連通した第2チャネルと、
前記第2チャネルと連通し、前記基板内に重力に対して上方向に垂直に配置された第3チャネルと、
該第3チャネルと連通し、前記基板内に水平に配置された第4チャネルと、を備える、ステップ
を含み、
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、前記第1チャネルから前記第2チャネルへ、前記第3チャネルへ、前記第4チャネルへと前記基板を通って前記1つ以上の細胞または粒子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1チャネルとの方向性および体積連続性を維持するために、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基板内に垂直に配置された第1チャネル内に1つ以上の細胞または粒子を注入し、
前記分析するステップは、
a)生物学的粒子の移動中に、および、
b)複数焦点面から、
c)複数の角度から、
d)複数の方向から、
e)複数の撮像装置を用いて、
または
f)それらの組み合わせ、
であって、前記1つ以上の細胞または粒子を画像化することを含む、
方法。
1. A method for analyzing one or more cells or particles, comprising:
Injecting the one or more cells or particles into a substrate comprising a plurality of channels configured to transport the one or more cells or particles;
The plurality of channels includes a first channel disposed in the substrate perpendicular to gravity;
a second channel disposed horizontally within the substrate and in operative communication with the first channel;
a third channel communicating with the second channel and disposed vertically in the substrate in an upward direction relative to gravity;
a fourth channel communicating with the third channel and disposed horizontally within the substrate;
the first channel, the second channel, the third channel, and the fourth channel are arranged to provide a path for the one or more cells or particles to move through the substrate from the first channel to the second channel, to the third channel, and to the fourth channel;
injecting one or more cells or particles into a first channel disposed vertically within the substrate through a bottom horizontal planar surface having an opening to the first channel to maintain directional and volumetric continuity with said first channel;
The analyzing step includes:
a) during the movement of biological particles, and
b) from multiple focal planes,
c) from multiple angles,
d) from multiple directions,
e) using a plurality of imaging devices,
or f) a combination thereof;
imaging the one or more cells or particles;
method.
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、垂直方向に、前記第1チャネルとの方向性および体積連続性を維持するために、より小さいまたは同一の面積を有する、請求項に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the bottom horizontal planar surface has a smaller or the same area as the surface area on the vertical plane of the chip to maintain directional and volumetric continuity with the first channel in the vertical direction. 前記分析は、前記細胞または粒子における変化量の定量的測定を含み、予測的または規範的分析を提供する、請求項に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the analysis comprises a quantitative measurement of the amount of change in the cells or particles to provide a predictive or normative analysis. 前記底部水平平面表面は、前記第1チャネルとの方向性および体積連続性を維持するために、前基板の垂直平面上の1つのエッジから別のエッジまでの少なくとも1つの長さと比較して、1つの縁部から別の縁部までの少なくとも1つのより短い長さを有する、請求項に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the bottom horizontal planar surface has at least one shorter length from one edge to another edge compared to at least one length from one edge to another edge on a vertical plane of the front substrate to maintain directional and volumetric continuity with the first channel. 前記1つ以上の細胞または粒子は、第1の流路への開口部を有する底部水平平面を通して、基板内に垂直に配置された前記第1チャネルに注入され、
前記底部水平平面表面は、前記第1チャネルとの方向性および体積連続性を維持するために、垂直方向に、チップの垂直平面上の表面積と比較して、より小さいまたは同一の面積を有する、請求項に記載の方法。
the one or more cells or particles are injected into the first channel vertically disposed within the substrate through a bottom horizontal plane having an opening to a first flow path;
2. The method of claim 1, wherein the bottom horizontal planar surface has a smaller or the same area in the vertical direction as compared to the surface area on the vertical plane of the chip to maintain directional and volumetric continuity with the first channel.
1つ以上のチャネルにおいて、1つ以上の細胞または粒子を動かすために、1つ以上の電気力、光学力、および/または流体力を更に含む、請求項の方法。 The method of claim 1 , further comprising one or more electrical, optical, and/or fluidic forces to move one or more cells or particles in one or more channels. 前記画像化は、明視野イメージャ、光散乱検出器、単一波長蛍光検出器、分光蛍光検出器、CCDカメラ、CMOSカメラ、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ(PDA)、分光計、光電子増倍管または管アレイ、フォトダイオードアレイ、化学発光検出器、生物発光検出器、標準ラマン分光検出システム、表面増強ラマン分光法(SERS)、コヒーレントアンチストークスラマン分光法(CARS)、コヒーレントストークスラマン分光法(CSRS)、または、それらの組合せの使用を含む、請求項に記載の方法。 10. The method of claim 1, wherein the imaging comprises the use of a bright field imager, a light scattering detector, a single wavelength fluorescence detector, a spectrofluorescence detector, a CCD camera, a CMOS camera, a photodiode, a photodiode array (PDA), a spectrometer, a photomultiplier tube or tube array, a photodiode array, a chemiluminescence detector, a bioluminescence detector, a standard Raman spectroscopic detection system, surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS), coherent Stokes Raman spectroscopy ( CSRS ), or a combination thereof. 前記分析は、
細胞ベースの治療のために生産された細胞の有効性、品質、活性化状態を決定するステップ、
有効性アッセイ用の細胞の質を決定するステップ、および/または、
特定の細胞集団に対する化学物質、細菌、ウイルス、抗菌剤、抗ウイルス剤の効果を決定するステップを含む、
請求項に記載の方法。
The analysis
determining the efficacy, quality, and activation state of the cells produced for cell-based therapy;
determining the quality of the cells for efficacy assays; and/or
determining the effect of a chemical, bacterial, viral, antibacterial, or antiviral agent on a particular cell population;
The method of claim 1 .
細胞ベース治療に生産された前記細胞は、CAR-T細胞またはステム細胞である、請求項に記載の方法。 9. The method of claim 8 , wherein the cells produced for cell-based therapy are CAR-T cells or stem cells. 前記分析は、化学剤、生物学的剤、生化学的剤、物理的力、温度、細菌、ウイルス、抗菌剤、抗ウイルス剤を1つ以上の細胞または粒子の効果を決定するステップを含む、請求項に記載の方法。 10. The method of claim 1, wherein the analysis includes determining the effect of one or more chemical, biological, biochemical, physical forces, temperature, bacteria, viruses, antibacterial, or antiviral agents on the cells or particles . 前記1つ以上の細胞または粒子の疾患状態を決定するステップをさらに含む、請求項の方法。 The method of claim 1 , further comprising determining a disease state of the one or more cells or particles. 前記分析は、形態、細胞サイズ、細胞形状、屈折率、複屈折、固有蛍光、アスペクト比、変形、角度配向、回転、回転速度、抗体標識蛍光、アプタマー標識蛍光、DNA標識蛍光、染色液標識蛍光、示差保持計量、および/または勾配力計量を決定することのうちの1つ以上を含む、請求項に記載の方法。 10. The method of claim 1, wherein the analysis comprises one or more of determining morphology, cell size, cell shape, refractive index, birefringence, intrinsic fluorescence, aspect ratio, deformation, angular orientation, rotation, rotation rate, antibody label fluorescence, aptamer label fluorescence, DNA label fluorescence, dye label fluorescence, differential retention metric, and / or gradient force metric.
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