專利名稱：分類顆粒的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對懸浮液中的顆粒進(jìn)行分類的方法和設(shè)備，其中分類組件的輸入流路徑能分成幾個(gè)輸出通道，更具體地，本發(fā)明涉及一種顆粒分類系統(tǒng)，其中多個(gè)分類組件互相連接以便獲得增加的顆粒通過量。
背景技術(shù)：
在生物工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是細(xì)胞學(xué)和藥品篩選領(lǐng)域，需要顆粒的高通過量分類。需要分類的顆粒的例子是各種類型的細(xì)胞，例如血小板、白血球、腫瘤細(xì)胞、胚細(xì)胞等等，在細(xì)胞學(xué)領(lǐng)域中人們對這些顆粒特別感興趣。其它顆粒是(大)分子類的，例如蛋白質(zhì)、酶類和多核苷酸，在新藥品研制期間，在藥品篩選領(lǐng)域中人們對這個(gè)顆粒家族特別感興趣。
顆粒分類的方法和設(shè)備是已知的，現(xiàn)有技術(shù)中描述的大多數(shù)都在這樣一種條件下工作，即顆粒懸浮在流過通道網(wǎng)絡(luò)的液體中并根據(jù)檢測決定偏移的原理工作，所述通道網(wǎng)絡(luò)在下游具有至少一個(gè)分支點(diǎn)。首先分析移動顆粒的特定特性，例如光吸收、熒光強(qiáng)度、尺寸等等，依據(jù)該檢測階段的結(jié)果，決定在下游怎樣對顆粒進(jìn)行進(jìn)一步處理，然后，應(yīng)用決定的結(jié)果以將特定顆粒的方向朝著通道網(wǎng)絡(luò)的預(yù)定分支偏移。
重要的是分類設(shè)備的通過量，即，每單位時(shí)間能分類多少顆粒。對于單獨(dú)的分類單元，在封閉通道中利用顆粒懸浮流的分類器的通常分類速度處于每秒幾百個(gè)顆粒到每秒幾千個(gè)顆粒的范圍中。
在美國專利4175662中描述了一種分類設(shè)備的例子，其內(nèi)容在此并入作為參考(在下文中稱為‘662專利)。在‘662專利中，在該情況下是細(xì)胞的顆粒流流過筆直通道的中央，筆直通道在一下游的分支點(diǎn)分支成兩個(gè)垂直通道(T形分支)，進(jìn)入的顆粒被兼容液體護(hù)層環(huán)繞，使顆粒保持被封閉在通道的中央。在正常情況下，對通過兩個(gè)分支的流量比進(jìn)行調(diào)節(jié)以便顆粒自動流過分支之一，在通道的一個(gè)部分中，用檢測器確定顆粒特性，檢測器可以是光學(xué)系統(tǒng)(檢測階段)。在決定階段中，當(dāng)檢測器檢測到擁有預(yù)定特性的顆粒時(shí)，檢測器產(chǎn)生一個(gè)信號。在偏移階段，一旦顆粒被檢測到，就致動一偏移器以使顆粒偏移。在該例子中，偏移器包括位于通道分支中的電極對，顆粒通常在偏移器的非致動狀態(tài)中流過所述通道。通過電流脈沖的應(yīng)用，水成液被電解，產(chǎn)生在電極對之間放出的氣泡。由于氣泡尺寸增大，在放出氣泡階段期間通過該分支的流量減小。在應(yīng)用電流脈沖之后，氣泡增長停止，氣泡與液流一起被攜帶，結(jié)果，通過特定分支的液流瞬間減小，感興趣的顆粒改變路徑并沿著另一個(gè)分支流動。
‘662專利的裝置對于分類顆粒是有效的，然而，一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)是產(chǎn)生了可能堆積在流體網(wǎng)絡(luò)的某些點(diǎn)處的氣泡，該氣泡生成可能阻塞流動通道，產(chǎn)生錯(cuò)誤的分類。另一個(gè)缺點(diǎn)是產(chǎn)生的氣體(主要是氧氣和氫氣)和離子種類(主要是OH-和H+)影響了流過具有電極對的分支的顆粒。另外，細(xì)胞和例如酶類的細(xì)微蛋白質(zhì)是非常脆弱的，可能被與氣泡一起產(chǎn)生的污垢成分破壞。另一個(gè)缺點(diǎn)是整個(gè)分類設(shè)備的復(fù)雜性，具體地說，微電極構(gòu)造對于在系統(tǒng)的細(xì)小通道中安裝和裝配是非常復(fù)雜的，結(jié)果，分類單元的成本相對較大。
在US3984307中披露了現(xiàn)有技術(shù)的顆粒分類系統(tǒng)的另一個(gè)例子，其內(nèi)容在此并入作為參考(在下文中稱為‘307專利)。在‘307專利中，顆粒正在流過通道中央，被流動的護(hù)層液體封閉。在經(jīng)過檢測器部分之后，通道分支成兩個(gè)其間形成銳角的通道(例如Y形分支)，就在分支點(diǎn)之前，一個(gè)電致動的換能器位于通道中用來偏移具有合適的、預(yù)定特性的特定顆粒，描述的換能器是壓電式致動器或超聲換能器，其在電激勵(lì)時(shí)在通道中產(chǎn)生壓力波，產(chǎn)生的壓力波立刻擾亂一個(gè)分支中的流動，從而將感興趣的顆粒偏移到另一個(gè)分支中。
在‘307專利的裝置中，如同前述裝置中，偏移器結(jié)合到通道系統(tǒng)內(nèi)，導(dǎo)致相對大的構(gòu)造成本。該裝置的另一個(gè)缺點(diǎn)是所用的偏移器原理，產(chǎn)生的壓力波不局限于分支點(diǎn)，而是向上游傳播到檢測器部分中，以及向下傳播到兩個(gè)分支中，這影響通過通道的整個(gè)流動，如果該類型的分類器串聯(lián)連接或并聯(lián)連接，這兩種連接通常被采用以構(gòu)造高通過量的分類系統(tǒng)，則這尤其是一個(gè)缺點(diǎn)，那時(shí)，在一個(gè)分類器中產(chǎn)生的壓力波能在相鄰的分類器單元中影響流動和顆粒的偏移。
在美國專利4756427中披露了另一種分類器，其內(nèi)容在此并入作為參考。該分類器與‘662專利中的分類器類似，然而，在該例子中，一個(gè)分支中的液流由于瞬間改變分支阻力而受到干擾，阻力由于外部致動器改變分支通道的高度而被改變。在優(yōu)選實(shí)施方式中，該外部致動器是粘合在通道頂部上的壓電盤，在觸發(fā)時(shí)其使得通道向下移動。
雖然在‘427專利中描述的分類器構(gòu)造沒有前述分類器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但將多個(gè)所述類型的分類器組件結(jié)合在一起來增加分類速度仍是有問題的，如同‘307專利所述的分類器中一樣，這是因?yàn)楫a(chǎn)生的壓力波對其它分類器組件造成干涉。
在美國專利5837200中披露了另一個(gè)顆粒分類設(shè)備，其內(nèi)容在此并入作為參考?！?00專利描述了一種分類設(shè)備，其基于顆粒的磁性質(zhì)，用磁偏移組件來分類或選擇顆粒，‘200專利還描述了并行處理和分離單個(gè)的顆粒流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種給移動經(jīng)過毛細(xì)管大小的封閉通道系統(tǒng)的顆粒進(jìn)行分類的方法和設(shè)備，本發(fā)明的顆粒分類系統(tǒng)提供了一種分類組件，其能以低成本裝配，同時(shí)提供了一種在每時(shí)間單位分類大量顆粒的精密手段。顆粒分類系統(tǒng)可以包括多個(gè)緊密結(jié)合的分類組件，它們被組合起來以進(jìn)一步增加分類速度。為了降低出錯(cuò)率，顆粒分類系統(tǒng)可以包括多級分類設(shè)備以連續(xù)給顆粒流分類。
顆粒分類系統(tǒng)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的流體顆粒開關(guān)方法和開關(guān)裝置，顆粒分類系統(tǒng)包括用來分類顆粒的毛細(xì)管大小的封閉通道系統(tǒng)，通道系統(tǒng)包括用來引入顆粒流的第一供給管道和用來供應(yīng)載液的第二供給管道，第一供給管道形成一噴嘴以將顆粒流引入載液的流動中，第一供給管道和第二供給管道與測量管道流體連通，測量管道在一個(gè)分支點(diǎn)分支成第一分支和第二分支，測量區(qū)域限定在測量管道中并與檢測器相關(guān)聯(lián)以在測量區(qū)域中檢測顆粒的預(yù)定特性，兩個(gè)相對的氣泡閥定位成與測量管道并且彼此相對隔開，氣泡閥通過一對相對的側(cè)通路與測量管道連通，允許液體部分地填充這些側(cè)通路以在其中形成彎液面，該彎液面作為載液與氣泡閥的貯存器的分界。還提供了外部致動器以致動氣泡閥中的一個(gè)，當(dāng)外部致動器致動時(shí)，致動的氣泡閥的貯存器中的壓力增加，使彎液面偏移，在測量管道中引起流動擾動以偏移其中的液流。
當(dāng)位于測量區(qū)域中的傳感器在流過測量區(qū)域的顆粒中感知到預(yù)定特性時(shí)，傳感器響應(yīng)檢測到的特性產(chǎn)生一信號，外部致動器響應(yīng)于傳感器在第一氣泡閥的壓縮室中引起一壓力脈沖，偏移具有預(yù)定特性的顆粒，使得選出的顆粒沿著第二分支管道流動。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一種分類顆粒的方法，其包括下列步驟提供具有入口和分支點(diǎn)的測量管道，測量管道在分支點(diǎn)處分成兩個(gè)分支管道，將其中懸浮著顆粒流的流體流引導(dǎo)到所述管道入口中，以便顆粒通常流過分支管道中的第一個(gè)，和從分支點(diǎn)向上游提供兩個(gè)相對的側(cè)通路，用來瞬間偏移測量管道中的所述流。側(cè)通路中的第一個(gè)液壓地連接到第一氣泡閥的壓縮室，外部致動器對其起作用以改變其中的壓力，側(cè)通路中的第二個(gè)與第二氣泡閥的緩沖室液壓地連接以吸收壓力變化。方法還包括沿著側(cè)通路上游的測量管道提供測量站，用來檢測流體流中顆粒的預(yù)定特性和在檢測到預(yù)定特性時(shí)產(chǎn)生一信號。方法還包括下列步驟響應(yīng)檢測到的預(yù)定特性，致動外部致動器以在側(cè)通路之間的測量管道中引起流動擾動，從而偏移具有預(yù)定特性的顆粒和使得選出的顆粒沿著第二分支管道流動。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，通過分別將多個(gè)分類組件并聯(lián)連接或?qū)⒍鄠€(gè)分類組件以二叉樹狀的構(gòu)形連續(xù)連接，顆粒分類速度分別增加或被分類的顆粒類型增加。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種顆粒分類系統(tǒng)。顆粒分類系統(tǒng)包括用來傳送限制在載液中的懸浮顆粒流的第一管道，其包括入口、第一出口和第二出口，用來感知顆粒中預(yù)定特性的傳感器，與第一管道連通的側(cè)通道，鄰近側(cè)通道定位的密封室，其中載流流體在側(cè)通道中形成彎液面以將密封室與載流流體分開；和致動器，在傳感器感知到預(yù)定特性時(shí)，致動器改變密封室中的壓力以偏移彎液面，彎液面的偏移使得具有預(yù)定特性的顆粒流入第二出口，同時(shí)不具有預(yù)定特性的顆粒流入第一出口。


圖1是根據(jù)說明性的本發(fā)明實(shí)施方式的顆粒分類系統(tǒng)的示意圖；圖2至4表示圖1的顆粒分類系統(tǒng)的操作；圖5表示顆粒分類系統(tǒng)，其示出了致動器室和緩沖室的可選擇位置；圖6表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的顆粒分類系統(tǒng)；圖7表示適合用于本發(fā)明的顆粒分類系統(tǒng)中的氣泡閥；圖8是說明性的本發(fā)明實(shí)施方式的顆粒分類系統(tǒng)的示意圖表；圖9表示根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的用于給平行的顆粒流分類的顆粒分類系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式；圖10表示根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的以二叉樹狀構(gòu)形的分類組件構(gòu)形成的顆粒分類系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式；圖11表示用來以多級方式給平行的顆粒流分類的多級顆粒分類系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式；圖12表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的并聯(lián)顆粒分類系統(tǒng)；圖13表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的并聯(lián)顆粒分類系統(tǒng)；圖14a和14b表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的顆粒分類系統(tǒng)，其包括光學(xué)掩模以允許測量顆粒尺寸和/或速度；圖15表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的具有可變通道的并聯(lián)分類系統(tǒng)；
圖16表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的并聯(lián)分類系統(tǒng)的可變陣列設(shè)計(jì)；圖17表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的并聯(lián)分類系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種顆粒分類系統(tǒng)，用來對懸浮在液體中的顆粒進(jìn)行分類，顆粒分類系統(tǒng)基于預(yù)定特性提供了高通過量、低錯(cuò)誤的顆粒分類。下面將相對于說明性的實(shí)施方式來描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明可以在大量不同的應(yīng)用和實(shí)施方式中實(shí)施，在其應(yīng)用方面并不特別局限于在此描述的特定實(shí)施方式。
在此所用的術(shù)語“管道”“通道”和“流動通道”指的是形成于介質(zhì)中或穿過介質(zhì)的路徑，該介質(zhì)允許例如液體和氣體的流體的移動。優(yōu)選地，微流體系統(tǒng)中通道的橫截面尺寸處于大約1.0微米到大約500微米之間的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約25微米和大約250微米之間，最優(yōu)選地在大約50微米到大約150微米之間。一個(gè)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能確定合適的流動通道容積和長度，這些范圍是用來作為上限或下限包括上面列舉的值，流動通道能具有任何所選的形狀或布置，其例子包括線性或非線性構(gòu)形和U形構(gòu)形。
術(shù)語“顆?！敝傅氖欠蛛x的物質(zhì)單元，包括但不局限于細(xì)胞。
在此使用的術(shù)語“傳感器”指的是用來測量目標(biāo)特性的裝置，目標(biāo)例如是顆粒。
在此使用的術(shù)語“氣泡閥”指的是產(chǎn)生壓力脈沖以控制通過通道的流動的裝置。
在此使用的術(shù)語“載流流體”指的是環(huán)繞顆粒的兼容液體護(hù)層，其用來攜帶一個(gè)或更多顆粒通過管道或通道。
圖1是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的顆粒分類系統(tǒng)10的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的一種應(yīng)用，顆粒分類系統(tǒng)10包括用來分類顆粒的毛細(xì)管大小的封閉通道系統(tǒng)，通道系統(tǒng)包括用來引入顆粒流18的第一供給管道12和用來供應(yīng)載液的第二供給管道14，第一供給管道12形成一噴嘴12a，顆粒流被引入載液的流動中。第一供給管道12和第二供給管道14與測量管道16流體連通，測量管道16用來傳送懸浮在載液中的顆粒，測量管道在一個(gè)分支點(diǎn)21分支成第一分支通道22a和第二分支通道22b，測量區(qū)域20限定在測量管道16中并與檢測器19相關(guān)聯(lián)以檢測穿過測量區(qū)域20的顆粒的預(yù)定特性。兩個(gè)相對的氣泡閥100a和100b相對于測量管道放置并且布置成與其流體連通。閥彼此相對地隔開，盡管那些普通技術(shù)人員應(yīng)該懂得也能夠使用其它構(gòu)形。氣泡閥100a和100b分別通過一對相對的側(cè)通路24a和24b與測量管道16連通，允許液體部分地填充這些側(cè)通路24a和24b以在其中形成彎液面25，該彎液面確定了載液與另一種流體之間的分界，所述另一種流體例如是相關(guān)聯(lián)的氣泡閥100的貯存器中的氣體。還提供了致動器26以致動任一個(gè)氣泡閥，當(dāng)被致動器26致動時(shí)，氣泡閥在管道中瞬間引起流動擾動以偏移其中的流動。如所示，致動器結(jié)合到氣泡閥100b，第二氣泡閥100a用作緩沖器以吸收由第一氣泡閥100b引起的壓力脈沖。
第一側(cè)通路24b液壓地連接到第一氣泡閥100b中的壓縮室70b，以便如果該室中的壓力增加，在側(cè)通路附近的測量管道中的流動向內(nèi)移位，基本上垂直于管道中的正常流動。位置與第一側(cè)通路24b相對的第二側(cè)通路24a液壓地連接到第二氣泡閥100a中的緩沖室70a，用來吸收壓力瞬變。該第一側(cè)通路24b與第二側(cè)通路24a共同作用以指引前面提及的通過給壓縮室70b增壓引起的液體移位，以便移位具有垂直于顆粒正常流過測量管道的分量。
在給壓縮室70b增壓時(shí)，一些液體從第一側(cè)通路24b瞬間排出，第二側(cè)通路24a的彈性在增壓排出時(shí)導(dǎo)致管道中的液體瞬間流入第二側(cè)通路24a。兩個(gè)側(cè)通路的共同作用和它們相互連接的流體結(jié)構(gòu)使得在由外部致動器26響應(yīng)檢測裝置19發(fā)出的信號引起的液壓室70b增壓和降壓時(shí)，通過測量管道16的流動瞬間向一旁來回移動，該瞬間液體移位具有垂直于管道中正常流動的分量，它能應(yīng)用于使具有預(yù)定特性的顆粒偏移中，以將這些顆粒從混合物的其余顆粒中分離。
如所示，測量管道16在分支點(diǎn)21分支成兩個(gè)分支22a、22b，在這些分支中的流量被調(diào)節(jié)以便顆粒通常流過兩個(gè)分支中的第二個(gè)22b，分支22a、22b之間的角度在0到180度之間，優(yōu)選地在10到45度之間，然而，角度甚至可以是0度，該角度與兩個(gè)并聯(lián)的管道對應(yīng)，它們之間具有筆直的分隔壁。
將被分類的顆粒優(yōu)選地供給到中央流體流中的測量位置，其由無顆粒液體護(hù)層環(huán)繞。封閉顆粒流的處理是已知的，通常稱為“護(hù)層流”構(gòu)形，通常，通過一狹窄出口噴嘴將懸浮顆粒流噴射到在管道16中流動的無顆粒載液中來實(shí)現(xiàn)封閉。通過調(diào)節(jié)懸浮物和載液的流量比，能調(diào)節(jié)管道中的徑向封閉以及相互的顆粒距離，相對大的載液流量導(dǎo)致在顆粒之間具有很大距離的更加封閉的顆粒流。
在由第一供給管道12引入的懸浮物中，能辨別兩種類型的顆粒，普通顆粒18a和感興趣顆粒18b。當(dāng)在測量區(qū)域20中檢測到顆粒18b中的預(yù)定特性時(shí)，檢測器19發(fā)出一個(gè)信號，當(dāng)檢測器19響應(yīng)檢測到的預(yù)定特性發(fā)信號時(shí)，外部致動器26致動第一致動器氣泡閥100b，在側(cè)通路24a、24b之間的測量管道16中產(chǎn)生流動擾動，流動擾動使具有預(yù)定特性的顆粒18b偏移以便它沿著第一分支管道22a而不是第二分支管道22b流動。檢測器與致動器26通信，以便當(dāng)檢測器19在顆粒中檢測到預(yù)定特性時(shí)，致動器致動第一氣泡閥100b以在第一氣泡閥的貯存器70b中引起壓力變化，第一氣泡閥的致動使第一氣泡閥100b中的彎液面25b偏移并在第一側(cè)通路24b中引起瞬間壓力變化。第二側(cè)通路24a和第二氣泡閥100a吸收由致動器26引起的在測量管道16中的瞬間壓力變化?；旧希诙馀蓍y100a的貯存器70a是具有彈性壁或容納例如氣體等可壓縮流體的緩沖室，彈性性質(zhì)允許液體從測量管道流入第二側(cè)通路24a中，使得壓力脈沖被吸收，并防止干擾顆粒流中未被選擇的顆粒的流動。
在測量區(qū)域20中，用合適的傳感器19對單個(gè)顆粒的特定特性進(jìn)行檢查，例如尺寸、形狀、熒光強(qiáng)度以及其它對于一個(gè)普通技術(shù)人員顯而易見的特性。本領(lǐng)域已知的適用傳感器的例子是例如顯微鏡等各種類型的光學(xué)檢測系統(tǒng)，機(jī)器視覺系統(tǒng)和用來測量顆粒電子性質(zhì)的電子裝置，本領(lǐng)域中眾所周知的系統(tǒng)是用來測量顆粒的熒光強(qiáng)度的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)包括具有用來引起熒光的合適波長的光源和用來測量被引起的熒光強(qiáng)度的檢測系統(tǒng)，該方法通常與標(biāo)記有熒光標(biāo)識的顆粒結(jié)合使用，熒光標(biāo)識即一種附屬分子，其在由特定第一波長的光照射時(shí)產(chǎn)生另一個(gè)特定第二波長的光(熒光)。如果檢測到該第二波長的光，則檢測到所述特性并發(fā)出信號。
其它例子包括被流過測量區(qū)域的顆粒散射的光的測量，關(guān)于顆粒的尺寸和形狀來解釋散射的生成信息，在檢測到預(yù)定特性時(shí)，能采用該信息以發(fā)出信號。
用來給第一氣泡閥的壓縮室加壓的致動器26可以包括外部致動器，其響應(yīng)來自傳感器的表示顆粒具有選定的預(yù)定特性的信號。有兩類適合增加壓力的外部致動器，第一類直接將氣壓提供給第一側(cè)通路24b中的液體，例如，致動器可以包括用開關(guān)閥連接到側(cè)通路24b中的液體容積的高壓氣體源，開關(guān)的致動將通路連接到高壓氣體源，這使液體中的彎液面偏移。在沒有致動時(shí)，開關(guān)將通路24b連回到正常的工作壓力。
按照另一方案，位移致動器可以與具有可移動壁的封閉壓縮室結(jié)合使用。當(dāng)位移致動器使壓縮室的壁向內(nèi)移位時(shí)，內(nèi)部壓力增加，如果可移動壁移回到原始位置，壓力就減回到正常工作壓力。合適的位移致動器的一個(gè)例子是電磁致動器，其在線圈通電時(shí)引起柱塞的移位。另一個(gè)例子是壓電材料的使用，例如呈圓柱體或一堆盤狀物的形式，其在施加電壓時(shí)產(chǎn)生線性移位。兩種類型的致動器都接合壓縮室70的可移動壁以引起其中的壓力變化。
圖2至4表示圖1的顆粒分類系統(tǒng)10中的開關(guān)40的開關(guān)操作。在圖2中，檢測器19感知顆粒中的預(yù)定特性并產(chǎn)生信號以致動致動器26。在致動器致動時(shí)，第一氣泡閥100b的貯存器70b內(nèi)的壓力增加，使彎液面25b偏移并導(dǎo)致液體從第一側(cè)通路24b瞬間排出，如箭頭所示。因?yàn)榈诙馀蓍y100a的貯存器的彈性性質(zhì)，所以管道中在該點(diǎn)發(fā)生的突然壓力增加使得液體流入第二側(cè)通路24a，液體向第二側(cè)通路24a中的這個(gè)移動用一箭頭表示。結(jié)果，如能在圖中看到的，通過測量管道16的流動被偏移，使得位于第一側(cè)通路24b和第二側(cè)通路24a之間的所選的感興趣顆粒18b垂直于其正常狀態(tài)下的流動方向移動，對測量管道16的流動阻力、第一分支22a和第二分支22b被選定以便來往于第一側(cè)通路24b和第二側(cè)通路24a的優(yōu)選流動方向具有明顯的分量，該分量垂直于通過測量管道16的正常流動。例如，通過使第一分支22a和第二分支22b的流動阻力大于第一側(cè)通路24b和第二側(cè)通路24a的流動阻力來達(dá)到該目標(biāo)。
圖3表示當(dāng)感興趣顆粒18b離開第一側(cè)通路24b和第二側(cè)通路24a之間的容積時(shí)，在第一氣泡閥貯存器減壓期間的顆粒分類系統(tǒng)10。致動器26退出工作，使得貯存器70a、70b內(nèi)部的壓力返回到正常壓力，在該減壓階段，在氣泡閥的兩個(gè)貯存器70a、70b之間有負(fù)壓差，使得液體與前面圖中所示的液流相反地流過第一側(cè)通路24b和第二側(cè)通路24a，如箭頭所示。
圖4表示在完成開關(guān)程序之后的顆粒分類系統(tǒng)10。氣泡閥貯存器內(nèi)的壓力相等，使得通過測量管道16的流動正常，當(dāng)感興趣顆粒18b已經(jīng)徑向移位時(shí)，它將流入第一分支22a，同時(shí)其它顆粒繼續(xù)流入第二分支22b，從而基于預(yù)定特性分開顆粒。
為了以高速對顆粒進(jìn)行分類，顆粒的檢測和有選擇偏移的這個(gè)處理每秒可以重復(fù)許多次。采用所述的流體開關(guān)，能以高達(dá)每秒大約幾百次開關(guān)操作的速度執(zhí)行開關(guān)操作，產(chǎn)生大約每小時(shí)上百萬分類顆粒的分類速度。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式，致動器氣泡閥100b和緩沖器氣泡閥100a可以放置在不同位置中，例如，如圖5中所示，致動器氣泡閥100b與第一側(cè)通路24b和/或緩沖器氣泡閥100a與第二側(cè)通路24a可以從分支點(diǎn)21向上游放置，元件可以放置在任何合適的位置中，以便致動器室70b和緩沖器室70a之間的流動阻力小于這些后面的元件中的任一個(gè)和其它壓力源之間的流動阻力。更具體地，致動器室70b和緩沖器室70a可以這樣放置，即它們之間的流動阻力小于選定的顆粒和顆粒流中隨后的顆粒之間的流動阻力。從而，照這樣的元件定位防止了由上述偏移單個(gè)選定顆粒的方法產(chǎn)生的壓力波向上游或向下游傳播，影響顆粒流中其余顆粒的流動。如果在流動阻力上的差別較大，則具有關(guān)聯(lián)的壓力瞬變的流體開關(guān)操作與系統(tǒng)其余部分中的流動特性隔離的程度就較高。而且，為了分類而施加的生成壓力脈沖的原位阻尼允許包括多個(gè)開關(guān)40的分類網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施，每個(gè)開關(guān)都與其它開關(guān)液壓地和氣壓地隔離。
根據(jù)圖6中所示的另一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明的顆粒分類系統(tǒng)可以結(jié)合一個(gè)或更多用作緩沖器的氣泡閥，例如閥100b，使用任何合適的壓力波發(fā)生器(代替氣泡閥)。例如，壓力波發(fā)生器260可以包括一個(gè)致動器，例如壓電柱或步進(jìn)電機(jī)，其設(shè)置有能直接地或通過通道系統(tǒng)的偏移作用于流動液體上的柱塞，以當(dāng)致動器被一信號致動時(shí)選擇地偏移顆粒。其它合適的壓力波發(fā)生器包括電磁致動器、熱力氣動致動器和通過施加熱脈沖在流動液體中產(chǎn)生汽泡的熱脈沖發(fā)生器。緩沖器氣泡閥100b放置成吸收由壓力波發(fā)生器260產(chǎn)生的壓力波，以防止顆粒流其它顆粒中的流動擾動。緩沖器100b的彈簧常數(shù)可以根據(jù)特定需要，通過改變緩沖器室70b的容積、側(cè)通路24b的橫截面積和/或形成緩沖器室70b的撓性膜片(圖7中附圖標(biāo)記72)的剛性或厚度來進(jìn)行改變。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的閥100的一實(shí)施方式，其適合產(chǎn)生壓力脈沖以將感興趣的顆粒與顆粒流中的其它顆粒分開和/或充當(dāng)吸收壓力脈沖的緩沖器。如所示，閥100靠近側(cè)通路24a或24b地形成，側(cè)通路24a或24b形成于通向測量管道16的基片中。側(cè)通路24a包括由一縫隙在通路的側(cè)壁中形成的流體接口17，密封的壓縮室70鄰接側(cè)通路24a定位并通過流體接口與側(cè)通路連通。說明性的室70由密封件71和撓性膜片72形成，側(cè)通路24a中的載流流體在側(cè)通路和壓縮室之間的接口處形成彎液面25，致動器26壓下?lián)闲阅て栽黾訅嚎s室中的壓力，這使彎液面偏移并在載流流體中引起壓力脈沖。
圖8表示具有合適的供給管道52以及第一出口管道54和第二出口管道56的分類組件50，供給管道52用來提供被分類的顆粒流，第一出口管道54和第二出口管道56中的任一個(gè)都能攜帶在分類組件50中分類的顆粒。分類組件50包括檢測器系統(tǒng)19，其用來檢測通過供給管道52進(jìn)入分類組件50的顆粒，檢測器系統(tǒng)能操作地連接到用來提供所需的開關(guān)能力以分類顆粒的開關(guān)40。圖1的第一分支22b和第二分支22a能布置成與出口管道54和第二出口管道56流體地連接。
圖9表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的顆粒分類系統(tǒng)500，其包括多個(gè)能以任何合適的構(gòu)形結(jié)合在一起的分類組件50，例如，該實(shí)施方式中的組件50并聯(lián)地結(jié)合。分類組件50的出口管道54結(jié)合到第一聯(lián)合出口58，第二出口管道56結(jié)合到第二聯(lián)合出口60。分類組件的并聯(lián)布置產(chǎn)生聯(lián)合的分類組件50的系統(tǒng)，其總分類速度是單個(gè)分類組件50的分類速度的N倍，其中N是并聯(lián)連接的分類組件50的數(shù)量。
圖10表示根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式的顆粒分類系統(tǒng)550，其包括與第二分類組件50b串聯(lián)的第一分類組件50a，第二分類組件50b可以被裝備用來對這樣一些顆粒進(jìn)行分類，這些顆粒的預(yù)定特性與由第一分類組件50a分類的顆粒的預(yù)定特性相同或不同。顆粒流通過供給管道52進(jìn)入第一分類組件50a，并可以包含至少兩種類型的顆粒，第一種類型的顆粒在第一分類組件50a中分類并通過第一出口管道54a離開，剩下的顆粒通過第二出口管道56a離開第一分類組件50a，并通過第二供給管道52b引入第二分類組件50b。從該顆粒流，具有另一種預(yù)定特性的顆粒被分類并通過第二出口管道54b離開，兩種預(yù)定特性都不具有的顆粒通過第二出口管道56b離開第二分類組件50b。那些普通技術(shù)人員應(yīng)該容易懂得，能使用任何合適類型的分類組件50，并且取決于所希望的結(jié)果，能將它們以各種方式結(jié)合在一起。
圖11表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的高通過量低錯(cuò)誤分類的分層體系結(jié)構(gòu)。說明性的實(shí)施方式是兩級顆粒分類系統(tǒng)800，其用來給第一級中的多個(gè)平行顆粒流分類，集合第一級的輸出，然后對第一級的輸出進(jìn)行二次分類處理。懸浮液80中來自顆粒輸入腔室88的顆粒輸入流被拆分到N個(gè)單獨(dú)的分類通道81a-81n中，每個(gè)通道每秒都能對選定數(shù)量的顆粒進(jìn)行分類。每個(gè)通道81都包括檢測區(qū)域84和開關(guān)區(qū)域82，檢測區(qū)域84用來檢查顆粒并識別具有預(yù)定特性的顆粒，開關(guān)區(qū)域82用來將具有預(yù)定特性的顆粒與顆粒流中的其它顆粒分開，如上所述。開關(guān)區(qū)域82基于在檢測區(qū)域84中測定的顆粒特性，在其開關(guān)區(qū)域82中產(chǎn)生兩個(gè)顆粒輸出流“選定”流和“拒絕”流。來自每個(gè)通道的“選定”流在集合區(qū)域86中集合成一個(gè)將在第二分類通道810中再次分類的流，如所示，第二分類通道810基于預(yù)定特性重復(fù)檢測和分類的分類處理。
假設(shè)每個(gè)單獨(dú)通道分類處理都產(chǎn)生一些錯(cuò)誤選擇的出錯(cuò)(y)率(y是被錯(cuò)誤“選擇”的顆粒小于一的概率)，則對于所畫的2級分層結(jié)構(gòu)而言，分層體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較低的出錯(cuò)率y2，或?qū)τ趎級分層結(jié)構(gòu)出錯(cuò)率為yn。例如，如果單個(gè)通道出錯(cuò)率是1％，則2級的出錯(cuò)率是0.01％或104分之一。
按照另一方案，分層結(jié)構(gòu)中每個(gè)第二通道能具有M個(gè)第一組，每個(gè)第一組具有N個(gè)分類通道。假設(shè)應(yīng)用想捕獲以比率z存在于輸入中的顆粒，而單個(gè)通道分類器具有的最大分類率為每秒x個(gè)顆粒，則系統(tǒng)通過量是每秒M*N*x個(gè)顆粒，每秒在N個(gè)通道中集合的顆粒數(shù)量是N*x*z，因此N*z必須小于1以便從N個(gè)通道集合的所有顆粒能由單獨(dú)的第二通道分類。為了增加通過量超過N＝1/z，必須增加若干N個(gè)第一通道+1個(gè)第二通道的并聯(lián)的組，，然后，總通過量是具有M個(gè)第二通道的M*N*x的結(jié)果。
圖12表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的并聯(lián)-串聯(lián)顆粒分類系統(tǒng)160。并聯(lián)-串聯(lián)顆粒分類系統(tǒng)160包括第一并聯(lián)分類組件161和第二并聯(lián)分類組件162，第一分類組件161適用于多重標(biāo)記的顆粒中，具有兩個(gè)標(biāo)記的顆粒被挑選出并通過出口通道165傳送。
圖13表示另一個(gè)并聯(lián)-串聯(lián)顆粒分類系統(tǒng)170。第一并聯(lián)分類組件171將具有第一標(biāo)記的顆粒分離，從不同通道中收集顆粒并通過第一出口通道175傳送具有第一標(biāo)記的顆粒。然后，將所有其它顆粒送入第二并聯(lián)分類器172，其用來給具有第二標(biāo)記的顆粒分類。具有第二標(biāo)記的顆粒被收集并通過第二出口通道176傳送，既不具有第一標(biāo)記也不具有第二標(biāo)記的顆粒通過第三出口通道177傳送。
根據(jù)圖14a和14b中所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，顆粒分類系統(tǒng)可以包括用來測量顆粒速度、位置和/或尺寸的傳感器，速度、位置和/或尺寸的測量可以與用來分類的顆粒分選同時(shí)進(jìn)行或不同時(shí)進(jìn)行。在基于圖11中所示系統(tǒng)的并聯(lián)通道中，不同的通道可以具有不同的流動阻力，使得每個(gè)通道中的顆?；蚣?xì)胞的速度不同。在檢測區(qū)域84與開關(guān)區(qū)域82分隔距離L的系統(tǒng)中，為了設(shè)定開關(guān)延時(shí)T(即，相對于檢測到目標(biāo)顆粒的瞬間延遲開關(guān)致動的時(shí)間)，必須知道通道81中的顆粒速度。
在大多數(shù)檢測細(xì)胞或顆粒的光學(xué)系統(tǒng)中，細(xì)胞在檢測區(qū)域中的光電檢測器上引起光的區(qū)域具有比細(xì)胞直徑尺寸大得多的尺寸，因而，當(dāng)在檢測區(qū)域中檢測到光時(shí)，細(xì)胞可能在區(qū)域中的任何地方，使得難以正確定出細(xì)胞的精確位置。為了提供更精確的檢測，可以使光檢測器的許多象素塞滿檢測區(qū)域，但這具有很大的成本并需要復(fù)雜的配套電子設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明說明性的實(shí)施方式，可以將光學(xué)掩模140加到檢測區(qū)域以通過直接在分類芯片上堆積一個(gè)“遮蔽圖案”來提供精確的速度檢測。遮蔽圖案可以如此堆積，即使得遮蔽圖案的邊緣相對于細(xì)胞分類致動器區(qū)域82精確定位(用當(dāng)前技術(shù)達(dá)到＜1微米的精度)。當(dāng)細(xì)胞沒有被遮蔽時(shí)，在檢測區(qū)域84中從細(xì)胞上捕獲光的單獨(dú)的光檢測器將看到光，被已知長度掩模的相連不透明部件“條狀物”之一斷開的光持續(xù)時(shí)間允許速度測量。
掩模圖案具有幾個(gè)尺寸范圍在1微米等級中從10微米到30微米的條狀物141，該掩模圖案導(dǎo)致僅僅尺寸大于細(xì)胞的條狀物才將來自細(xì)胞的信號減到最小，因而，這種圖案還能用來與細(xì)胞信號無關(guān)地測量細(xì)胞尺寸。這種“梯度掩模”還在光檢測器中產(chǎn)生一個(gè)圖案，能對其進(jìn)行分析以對速度進(jìn)行幾次測量，減小速度估算的差異。由掩模140引起的光中的圖案還允許檢測器識別掩模140中的每個(gè)邊，如果條狀物141都是相同的，則每個(gè)條狀物的光信號將是相同的，一個(gè)人僅僅能通過順序來區(qū)分它們，因而，梯度掩模圖案允許單獨(dú)的檢測器查看廣闊的區(qū)域(幾倍于細(xì)胞尺寸)以測量細(xì)胞速度，相對于通道結(jié)構(gòu)以大約1微米的精度測量在檢測區(qū)域84內(nèi)的精確位置和芯片上的致動器位置，以梯度圖案給出的精度識別細(xì)胞尺寸。梯度掩模140允許檢測器與光學(xué)系統(tǒng)的放大率或光檢測器本身的性質(zhì)無關(guān)地測量這些參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該懂得在分類系統(tǒng)中用于測量顆粒尺寸、位置和/或速度的其它設(shè)備，對于那些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，很容易利用和知道合適的設(shè)備。
根據(jù)圖15中所示的另一個(gè)實(shí)施方式，顆粒分類系統(tǒng)包括不同分類通道的陣列8000。就空間、光能的使用和最佳外部致動器的匹配而言，包括一系列不同分類通道810a-810n的并聯(lián)陣列的使用是更有效的。由于能用如上所述的傳感器精確地檢測顆粒速度，所以通道不需要在性質(zhì)檢測和開關(guān)致動之間的固定時(shí)延來偏移具有檢得性質(zhì)的顆粒，因而，通道的某些參數(shù)，例如檢測器84和開關(guān)82之間的距離L或檢測器84和開關(guān)82之間的路徑形狀能改變。
用單個(gè)激光進(jìn)行方向垂直于芯片的每個(gè)波長的光照射，需要激光照射一個(gè)面積，該面積如下確定(通道數(shù)量)×((檢測區(qū)域的通道寬度)+(通道間的間隔C))(見圖15)。然而，能吸收光線以產(chǎn)生熒光的有效面積僅僅是通道的面積(通道數(shù)量)×(通道寬度)，這留下一個(gè)填充系數(shù)(通道寬度)/(通道寬度+C)，填充系數(shù)優(yōu)選地接近100％以避免浪費(fèi)可用的輸入光。
因而，在并聯(lián)分類系統(tǒng)中將通道間的間隔減到最小對于光檢測區(qū)域和光學(xué)系統(tǒng)效率是重要的。在圖16中所示的本發(fā)明的可變陣列設(shè)計(jì)中，檢測區(qū)域84中的通道間隔接近通道的寬度，以便光的利用大約接近50％。作用區(qū)域82中的通道間隔可以更大，如圖16中所示。致動器26沿著通道的位置也可以改變，以產(chǎn)生外部驅(qū)動裝置致動器的更大可用半徑。
可變陣列8000還可以在所選的通道中包括彎曲處，用來平衡所有通道的流動阻力，以便如果給出一個(gè)跨越所有通道的恒定壓力降，則顆粒速度幾乎是匹配的。彎曲處能加到所示系統(tǒng)的上游或下游，即，在檢測器和致動器之間的區(qū)域上。由于從設(shè)計(jì)中知道每個(gè)通道的檢測區(qū)域82I和其致動器26i之間的長度Li，所以與關(guān)于保留哪些顆粒的確定同時(shí)進(jìn)行的顆粒速度測量提供了一種改進(jìn)的細(xì)胞分類系統(tǒng)。
圖17表示根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方式的顆粒分類系統(tǒng)1700，顆粒分類系統(tǒng)1700包括多個(gè)平行工作的分類組件1701。系統(tǒng)1700包括用于將樣品引入到每個(gè)分類組件中的輸入?yún)^(qū)域1710和檢測區(qū)域1720，檢測區(qū)域1720用來測量檢測區(qū)域的每個(gè)分類通道1702中顆粒的預(yù)定特性。系統(tǒng)還包括開關(guān)區(qū)域1730，其在每個(gè)分類組件中包括一致動器，用來將具有預(yù)定特性的顆粒與不具有預(yù)定特性的顆粒分離。如所示，在圖l7的實(shí)施方式中，檢測區(qū)域1720中的分類通道1702之間的距離小于開關(guān)區(qū)域1730中的通道間的距離，當(dāng)用激光來檢測顆粒時(shí)，檢測區(qū)域中的緊密間隔能節(jié)省成本，同時(shí)開關(guān)區(qū)域1730中更遠(yuǎn)的間距適應(yīng)各種尺寸的致動器。
顆粒分類系統(tǒng)1700還可以包括第二分類組件1740，其基于一預(yù)定特性重復(fù)檢測和分類的分類處理以增加分類處理的精度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，系統(tǒng)可以在第一分類組件1701的陣列和第二分類組件1740之間包括濃縮區(qū)域1750，用來將顆粒從第一分類處理過渡到第二分類處理。根據(jù)一個(gè)說明性的實(shí)施方式，在將顆粒傳送到第二分類組件1740之前，濃縮區(qū)域1750通過從顆粒中除去過剩的載流流體來過渡顆粒。濃縮區(qū)域1750還可以包括水合裝置，用來在濃縮之后將第二薄層流體加到顆粒上。濃縮區(qū)域1750可以包括插入出口通道1703中的膜片、與出口通道1703的濃縮通道相交和將出口通道與濃縮通道分開的膜片，在將所選的顆粒傳送到第二分類組件1740中之前，過剩的載流流體在出口通道1703中通過膜片從所選顆粒流中除去并進(jìn)入濃縮通道。
在與本申請同一日期申請的代理人案卷號No.TGZ-023中描述了用來形成濃縮區(qū)域的合適系統(tǒng)，其內(nèi)容在此并入作為參考。
根據(jù)說明性的實(shí)施方式，被除去的載流流體可以再循環(huán)并送回到第一通道的入口中，再循環(huán)通道或其它設(shè)備可以將濃縮區(qū)域連接到第一通道，以允許載流流體重新用于隨后的分類處理。按照另一方案，載流流體可以從被拒絕的顆粒中除去，并在丟棄被拒絕的顆粒之前引入第一通道入口中。
已經(jīng)關(guān)于說明性的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，由于在不背離本發(fā)明范圍的情況下，在上述構(gòu)造中可以作出某些改變，所以應(yīng)該認(rèn)為包含在上述說明書中或在附圖中所示的全部內(nèi)容是說明性的而并非限制性的。
還應(yīng)該了解，下面的權(quán)利要求覆蓋了在此描述的發(fā)明的全部一般的和特定的特征以及發(fā)明范圍的所有陳述，根據(jù)語言，可以說發(fā)明落入它們之間。
已經(jīng)描述了本發(fā)明，作為新的所要求的和被專利證書保護(hù)的是
權(quán)利要求
1.一種顆粒分類系統(tǒng)，它包括用來傳送載液中的懸浮顆粒流的第一管道，其包括入口、第一出口和第二出口；傳感器，其用來感知顆粒中的預(yù)定特性和感知顆粒的尺寸與速度中的一個(gè)；與第一管道連通的側(cè)通道；鄰近側(cè)通道定位的密封室，其中，載流流體在側(cè)通道中形成彎液面以將密封室與載流流體分開；和致動器，用來在傳感器感知到所述預(yù)定特性時(shí)改變密封室中的壓力，以使彎液面偏移，由此彎液面的偏移使得具有所述預(yù)定特性的顆粒流入第二出口，同時(shí)不具有所述預(yù)定特性的顆粒流入第一出口。
2.如權(quán)利要求1所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，其還包括用來吸收第一管道中的壓力變化的緩沖器。
3.如權(quán)利要求1所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，所述致動器包括高壓氣體源。
4.如權(quán)利要求1所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，所述密封室包括可移動的壁。
5.如權(quán)利要求4所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，所述致動器包括位移致動器，用來移動密封室的可移動壁以改變密封室中的壓力。
6.如權(quán)利要求5所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，所述致動器包括電磁致動器和壓電元件中的一種。
7.一種微型制造的顆粒分類系統(tǒng)，它包括用來傳送限制在載液中的懸浮顆粒流的第一管道，其包括入口、第一出口和第二出口；用來測量顆粒速度的傳感器；致動器，用來使具有預(yù)定特性的顆粒流入第二出口，同時(shí)不具有所述預(yù)定特性的顆粒流入第一出口。
8.一種微型制造的顆粒分類系統(tǒng)，它包括用來傳送限制在載液中的懸浮顆粒流的第一管道，其包括入口、第一出口和第二出口；用來感知顆粒中預(yù)定特性的第一傳感器；用來測量顆粒速度的第二傳感器；致動器，用來使具有所述預(yù)定特性的顆粒流入第二出口，同時(shí)不具有所述預(yù)定特性的顆粒流入第一出口。
9.如權(quán)利要求8所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，所述第二傳感器與致動器通信，以確定何時(shí)使具有預(yù)定特性的顆粒流入第二出口。
10.如權(quán)利要求8所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，所述第二傳感器還測量顆粒的位置。
11.一種顆粒分類系統(tǒng)，它包括入口管道，包含具有預(yù)定特性的顆粒和不具有預(yù)定特性的顆粒的液體流過該入口管道，其中，a)所述入口管道分支成多個(gè)主通道的微型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，所述主通道并聯(lián)工作并被同時(shí)供以所述液體，每個(gè)主通道都具有分類組件、兩個(gè)出口通道和開關(guān)區(qū)域，開關(guān)區(qū)域用來將具有預(yù)定特性的顆粒與不具有預(yù)定特性的顆粒分開，具有預(yù)定特性的顆粒進(jìn)入第一接收通道，而不具有預(yù)定特性的顆粒流入第二接收通道；和b)每個(gè)開關(guān)單元都包括至少一個(gè)布置在分類組件內(nèi)的每個(gè)主通道上的第一傳感器、第二傳感器和分類致動器，第一傳感器檢測并分類具有預(yù)定特性的顆粒，第二傳感器測量具有預(yù)定特性的顆粒的速度，分類致動器由布置在每個(gè)所述開關(guān)單元上的每個(gè)所述傳感器控制，每個(gè)所述分類致動器將具有預(yù)定特性的顆粒分配到所述兩個(gè)出口通道之一，和將不具有預(yù)定特性的顆粒分配到兩個(gè)出口通道中的另一個(gè)。
12.如權(quán)利要求11所述的顆粒分類系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)主通道上的所述兩個(gè)出口通道中的每一個(gè)都連接到獨(dú)立的合成通道，其用于具有預(yù)定特性的顆粒和選擇地分配給它的不具有預(yù)定特性的顆粒。
13.一種顆粒分類系統(tǒng)，它包括用來傳送限制在載液中的懸浮顆粒流的第一管道，其包括入口、第一出口和第二出口；用來感知顆粒中預(yù)定特性的第一傳感器；用來測量顆粒的位置和速度的第二傳感器；和致動器，用來將具有預(yù)定特性的顆粒分配到第一出口，和將不具有預(yù)定特性的顆粒分配到第二出口。
14.一種顆粒分類系統(tǒng)，它包括至少一個(gè)第一分類通道，限制在載液中的懸浮顆粒流流過第一分類通道，每個(gè)第一分類通道都具有檢測區(qū)域和開關(guān)區(qū)域，檢測區(qū)域用來檢測顆粒中的預(yù)定特性，開關(guān)區(qū)域用來將具有預(yù)定特性的顆粒與不具有預(yù)定特性的顆粒分開，具有預(yù)定特性的顆粒進(jìn)入第一接收通道，而不具有預(yù)定特性的顆粒流入第二接收通道；集合區(qū)域，用來從第一接收通道集合具有預(yù)定特性的顆粒，濃縮區(qū)域，用來在具有預(yù)定特性的顆粒集合之后，調(diào)節(jié)環(huán)繞具有預(yù)定特性的顆粒的載液的體積；和至少一個(gè)與多個(gè)平行的第一分類通道串連的第二分類通道，用來從多個(gè)第一出口通道收集所選的顆粒，并將第二分類通道中具有預(yù)定特性的顆粒與第二分類通道中的其它顆粒分開。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，濃縮區(qū)域從具有預(yù)定特性的顆粒上除去過剩的載流流體。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)第一分類通道包括多個(gè)平行的第一分類通道。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述濃縮區(qū)域包括與所述接收通道之一相交的濃縮通道；和將濃縮通道與所述接收通道分開的膜片。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述濃縮區(qū)域包括與所述集合區(qū)域相交的濃縮通道；和將濃縮通道與集合區(qū)域分開的膜片。
19.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述濃縮區(qū)域包括與第二分類通道相交的濃縮通道；和將濃縮通道與第二分類通道分開的膜片。
20.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)第一通道的檢測區(qū)域包括傳感器，用來測量對應(yīng)的第一通道中的顆粒速度。
21.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括在濃縮區(qū)域之后將第二載流流體加到顆粒上的水合裝置。
22.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，其還包括將濃縮區(qū)域連接到第一分類通道的再循環(huán)通道，用來將所述除去護(hù)層的流體引入到第一分類通道中。
23.一種顆粒分類系統(tǒng)，它包括多個(gè)平行的第一分類通道，限制在載液中的懸浮顆粒流流過第一分類通道，每個(gè)第一分類通道都具有檢測區(qū)域和開關(guān)區(qū)域，檢測區(qū)域用來檢測顆粒中的預(yù)定特性和具有預(yù)定特性的顆粒的速度，開關(guān)區(qū)域用來將具有預(yù)定特性的顆粒與不具有預(yù)定特性的顆粒分開，具有預(yù)定特性的顆粒進(jìn)入第一接收通道，而不具有預(yù)定特性的顆粒流入第二接收通道，其中，第一分類通道在檢測區(qū)域中具有第一分開距離，其小于開關(guān)區(qū)域中的第二分開距離。
24.一種分類顆粒的方法，它包括通過第一管道傳送限制在載液中的懸浮顆粒流，第一管道具有入口、第一出口和第二出口，感知顆粒流中顆粒的預(yù)定特性；當(dāng)感知到預(yù)定特性時(shí)產(chǎn)生信號；測量具有所述預(yù)定特性的顆粒的速度；和基于檢測預(yù)定特性和測量速度的步驟，將具有預(yù)定特性的顆粒分配到第一出口，和將不具有預(yù)定特性的顆粒分配到第二出口。
25.一種分類顆粒的方法，它包括通過多個(gè)平行的第一分類通道傳送多個(gè)限制在載液中的懸浮顆粒流，每個(gè)第一分類通道都具有檢測區(qū)域和開關(guān)區(qū)域，檢測區(qū)域用來檢測顆粒中的預(yù)定特性，開關(guān)區(qū)域用來將具有預(yù)定特性的顆粒與不具有預(yù)定特性的顆粒分開，具有預(yù)定特性的顆粒進(jìn)入第一接收通道，不具有預(yù)定特性的顆粒流入第二接收通道；將具有預(yù)定特性的顆粒與不具有預(yù)定特性的顆粒分開；在集合區(qū)域中集合來自第一接收通道的具有預(yù)定特性的顆粒；在具有預(yù)定特性的顆粒集合之后，調(diào)節(jié)環(huán)繞具有預(yù)定特性的顆粒的載液的體積；通過至少一個(gè)第二分類通道傳送所選的具有預(yù)定特性的顆粒，第二分類通道與多個(gè)平行的第一分類通道串連；和將第二分類通道中具有預(yù)定特性的顆粒與第二分類通道中的其它顆粒分開。
全文摘要
一種用來對移過毛細(xì)管大小的封閉通道系統(tǒng)的顆粒進(jìn)行分類的方法和設(shè)備，其包括氣泡閥，其用來選擇地產(chǎn)生壓力脈沖以將具有預(yù)定特性的顆粒與顆粒流分開。顆粒分類系統(tǒng)還可以包括用來吸收壓力脈沖的緩沖器，顆粒分類系統(tǒng)可以包括多個(gè)緊密結(jié)合的分類組件，它們被結(jié)合以進(jìn)一步增加分類率。為了降低出錯(cuò)率，顆粒分類系統(tǒng)可以包括多級分類設(shè)備，用來連續(xù)地對顆粒流進(jìn)行分類。
文檔編號B01L3/00GK1662311SQ03814212
公開日2005年8月31日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日
發(fā)明者M·德斯潘德, J·R·吉爾伯特 申請人:塞通諾米公司