專利名稱：用于3-d成像試樣的位置控制的流體聚焦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光學(xué)層析成像系統(tǒng)，更具體地，涉及光學(xué)層析成像 (opticaltomography)術(shù)，其中，微小目標(biāo)(例如生物細(xì)胞)例如流動(dòng)地定位 在毛細(xì)管中以通過(guò)顯微鏡成像。
背景技術(shù)：
使用光學(xué)層析成像術(shù)進(jìn)行生物細(xì)胞成像的最新進(jìn)展由Nelson做出并公 開在例如2003年2月18日出版的、題名為"APPARATUS AND METHOD FOR IMAGING SMALL OBJECTS IN A FLOW STREAM USING OPTICAL TOMOGRAPHY"的美國(guó)專利No. 6,522,775中，該專利公開的全部?jī)?nèi)容都通 過(guò)引用合并于此。本領(lǐng)域的其它改進(jìn)在Fauver等人于2003年11月18日提 交并于2004年4月22日公開的、美國(guó)公開號(hào)為US畫2004-0076319-A1、題名 為"METHOD AND APPARATUS OF SHADOWGRAM FORMATION FOR OPTICALTOMOGRAPHY"的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/716,744中得到教導(dǎo)，該 專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容也通過(guò)引用合并于此。
這種光學(xué)層析成像系統(tǒng)的處理過(guò)程從準(zhǔn)備試樣開始。通常，從醫(yī)院或診 所接收從患者身上提取的試樣，該試樣經(jīng)過(guò)用于去除非診斷元素 (non-diagnostic element)的處理、固定以及隨后的染色。然后使染色的試 樣與光學(xué)凝膠(optical gel)混合并插入到微毛細(xì)管內(nèi)，使用光學(xué)層析成像系 統(tǒng)產(chǎn)生試樣中的目標(biāo)例如細(xì)胞的像。最終得到的像包括通過(guò)分化(differ)透 視圖得到的一組被稱為"偽投影像(pseud叩rojection image)"的深度延伸的 視場(chǎng)像(field image)。該組偽投影像可以使用反投影(backprojection)和過(guò) 濾技術(shù)重建，從而得到所關(guān)注的細(xì)胞的3D層析圖像(tomogram)。然后，所述3D層析圖像仍然可用于分析，從而能夠定量和定位所關(guān)注 的結(jié)構(gòu)、分子或分子探針(molecularprobe)。目標(biāo)例如生物細(xì)胞可以用至少 一個(gè)染色或標(biāo)記的分子探針來(lái)標(biāo)識(shí)，該探針的測(cè)量數(shù)量和位置可以產(chǎn)生有關(guān) 所述細(xì)胞的疾病狀態(tài)的重要信息，所述疾病狀態(tài)包括(但不限于)各種癌癥， 例如肺癌、乳腺癌、前列腺癌、宮頸癌和卵巢癌。
在上述光學(xué)層析成像顯微鏡(OPTM)系統(tǒng)中，例如在Fauver的專利申 請(qǐng)中，需要旋轉(zhuǎn)180。采集的大約250個(gè)樣品圖像，以充分地對(duì)位于50微米 毛細(xì)管內(nèi)的流體中隨機(jī)分布的細(xì)胞核進(jìn)行取樣。由于受到以前的細(xì)胞引入方 法的限制，大量細(xì)胞位于毛細(xì)管壁附近，使得所取的樣品將將夠用，以在外 徑呈現(xiàn)0.6微米的分辨率。
因?yàn)檫@種光學(xué)層析成像系統(tǒng)使用未聚焦的毛細(xì)管裝載技術(shù)(capillary tube loading technique),所以細(xì)胞和其它目標(biāo)容易產(chǎn)生跟蹤誤差(tracking error)以及由管壁折射產(chǎn)生的色差(aberration)所導(dǎo)致的包括幾何畸變和分 辨率降低在內(nèi)的光學(xué)缺陷。這種系統(tǒng)還對(duì)由化學(xué)和局部流變能力改變引起的 介質(zhì)振動(dòng)、溫度變化、夾氣(entrapped gas)膨脹和/或凝膠不穩(wěn)定性導(dǎo)致的 縱向移動(dòng)敏感。未居中的試樣還容易粘在管壁上或沿管壁緩慢移動(dòng)，這導(dǎo)致 了由附著在管壁上的細(xì)胞的聚集所產(chǎn)生的堵塞?，F(xiàn)有的系統(tǒng)還存在樣品殘留 (carryover)的問(wèn)題。
為了提高通過(guò)量(throughput),需要提供一種能夠提供較高分辨率或改 善的噪聲信號(hào)的方法，從而降低取樣要求，同時(shí)保持可接受的分辨率。本發(fā) 明提供用于使樣品集中并減少樣品量的新穎技術(shù)，從而改善圖像獲取并提高 光學(xué)層析成像顯微鏡系統(tǒng)的通過(guò)量，同時(shí)緩解樣品殘留問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于裝載樣品以通過(guò)光學(xué)層析成像系統(tǒng)進(jìn)行成像的方法。樣品量包括至少一個(gè)顯微樣品和粘性流體，該樣品量同軸地裝載到樣品 輸送管內(nèi)。所述樣品量被推動(dòng)穿過(guò)聚焦室并進(jìn)入毛細(xì)管，其中，所述毛細(xì)管 的橫截面積小于所述樣品輸送管的橫截面積，從而使得體積減小的所述至少 一個(gè)顯微樣品和粘性流體被限制到所述毛細(xì)管內(nèi)的中心區(qū)域。


圖1A示意性地顯示了用于直徑為50微米的毛細(xì)管的取樣增量 (sampling increments),該取樣增量與在通過(guò)光學(xué)層析成像顯微鏡系統(tǒng)獲取 偽投影的過(guò)程中使用的取樣增量相同；
圖IB示意性地顯示了用于直徑為15微米的毛細(xì)管的取樣增量，該取樣 增量與在通過(guò)光學(xué)層析成像顯微鏡系統(tǒng)獲取偽投影的過(guò)程中使用的取樣增 量相同；
圖2示意性地顯示了本發(fā)明的一種典型實(shí)施方式中使用的旋轉(zhuǎn)高壓流體 動(dòng)力聚焦流動(dòng)室的橫截面視圖3示意性地顯示了本發(fā)明的一種典型實(shí)施方式中的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力 聚焦流動(dòng)室中使用的聚焦室的詳細(xì)透視圖4示意性地顯示了用于在裝載順序的開始在中心裝載注射器的本發(fā)明 的可選擇機(jī)構(gòu)的典型實(shí)施方式；
圖5示意性地顯示了用于在裝載順序的結(jié)束在中心裝載注射器的本發(fā)明 的可選擇機(jī)構(gòu)的典型實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
本文中，參照涉及生物細(xì)胞的具體實(shí)施方式
說(shuō)明本發(fā)明，但是，應(yīng)該理 解的是，這些實(shí)施方式只是出于說(shuō)明本發(fā)明的原理的目的，本發(fā)明并不因此 受到限制。
9本文中通用的下列術(shù)語(yǔ)在光學(xué)顯微處理過(guò)程的上下文中使用時(shí)具有如 下含義-
"毛細(xì)管"具有通?？山邮艿暮x，包括內(nèi)部直徑為100微米或小于100 微米的透明的微毛細(xì)管和等同物。這種微毛細(xì)管由Polymicro Technologies，LLC.,AZ公司生產(chǎn)。
"目標(biāo)"表示單獨(dú)的細(xì)胞或其它實(shí)體。 一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)可以包括試樣。 "偽投影"包括單獨(dú)的圖像，該單獨(dú)的圖像表示的取樣范圍大于光學(xué)顯 微鏡的自然景深。
"試樣"表示經(jīng)過(guò)單獨(dú)的測(cè)試或程序從個(gè)體患者身上得到的全部產(chǎn)物 (例如為進(jìn)行分析而提取的唾液、活組織(biopsy)或鼻液(nasal swab))。 試樣可以由一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)組成。試樣診斷的結(jié)果作為病例診斷的一部分。 "樣品"表示可以用于分析的、準(zhǔn)備好的細(xì)胞標(biāo)本，樣品包括測(cè)試用量 或試樣的全部或一部分。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A，圖1A示意性地顯示了用于毛細(xì)管且未進(jìn)行目標(biāo)集中 (target center)的取樣增量，該取樣增量與在通過(guò)光學(xué)層析成像顯微鏡系 統(tǒng)獲取偽投影的過(guò)程中使用的取樣增量相同。其中，所述取樣增量可以通 過(guò)第一取樣角度e、第一取樣距離d和取樣間隔a來(lái)說(shuō)明。在一個(gè)實(shí)施例中， 所述毛細(xì)管的直徑約為50微米，e為0.720度，d為25微米，a為0.31微 米。為了在前述情況下對(duì)未集中的目標(biāo)進(jìn)行充分取樣，需要在所述毛細(xì)管 旋轉(zhuǎn)180°的過(guò)程中釆集的約250個(gè)樣品。
然而，通常，用于生物樣品分析的大多數(shù)細(xì)胞核和細(xì)胞類試樣例如唾液 的直徑小于25微米。為了將細(xì)胞流體限制在中心流體的正/負(fù)5微米半徑范 圍內(nèi)，取樣的總半徑為15微米，或者取樣的中心直徑為30微米。如果樣 品僅被限制為細(xì)胞核且具有IO微米的典型尺寸，則需要取樣的中心區(qū)域的 直徑應(yīng)為15微米。
10現(xiàn)在參照?qǐng)D1B，圖IB示意性地顯示了用于直徑為15微米的毛細(xì)管的 取樣增量，該取樣增量與在通過(guò)光學(xué)層析成像顯微鏡系統(tǒng)獲取偽投影的過(guò) 程中使用的取樣增量相同。其中，所述取樣增量可以通過(guò)第二較小取樣角 度0'、第二較小取樣距離d'和第二取樣間隔a'來(lái)限定，并允許使用本 發(fā)明的系統(tǒng)和方法集中樣品。例如，在保持一致的0.6微米取樣間隔a'的 情況下，30微米的中心區(qū)域內(nèi)的樣品數(shù)量可以從250減少到150。使用中 心直徑為15微米的靶，可以進(jìn)一步使取樣減少到75個(gè)樣品。在系統(tǒng)輸入 方面的改進(jìn)會(huì)直接依比例地影響到所需取樣圖像的還原率(percent reduction)。因此，在在用于光學(xué)層析成像分析的毛細(xì)管內(nèi)集中靶目標(biāo)(例 如細(xì)胞)方面具有重大的性能優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)槭褂猛瑯踊蜉^小的旋轉(zhuǎn)取樣 增量能夠?qū)崿F(xiàn)較高的分辨率并具有改善的信噪比。可選擇地，所述旋轉(zhuǎn)取 樣增量可以減少為在同樣的區(qū)域內(nèi)得到較少的樣品，同時(shí)保持令人滿意的 圖像質(zhì)量。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其中示意地顯示了本發(fā)明的一種典型實(shí)施方式中使用的 旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室的橫截面視圖。該旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流 動(dòng)室200包括箱體250、密封殼體252和軸承座圈254。所述箱體250包括 管251，其中管251繼而容納多個(gè)部件，該多個(gè)部件包括聚焦室222、注射 針頭噴嘴注射器(nozzle injector) 201和針頭密封件(needle seal) 203。聚 焦室222還包括加肋(ribbed)錐形部分230、第一和第二 O型圈302以及 錐形流動(dòng)室224。
通過(guò)在箱體250中鉆孔或用其它方式制得鞘液(sheath fluid)注射口 220， 從而使鞘液注射口 220與加肋錐形部分230在鞘液輸入通道260處流體連 通。密封殼體252從心部支撐軸向?qū)R的旋轉(zhuǎn)密封件202，從而接納由穿過(guò) 所述錐形流動(dòng)室224插入的注射針頭272輸送的樣品。所述錐形流動(dòng)室224 終止于毛細(xì)管出口 232。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，注射針頭272包括可更換的注射針頭。該可更換的注射針頭有利地減少了殘留物問(wèn)題，還減小了 總的清洗空間，該清洗空間必須通過(guò)系統(tǒng)來(lái)沖洗，以確保最大限度地減少 試樣殘留。
軸承座圈254支撐旋轉(zhuǎn)軸承282，該旋轉(zhuǎn)軸承282與軸套285壓配合。 軸290居中地安裝在軸套285中。軸290具有用于接納同樣沿軸向?qū)R的 可更換毛細(xì)管274的孔。驅(qū)動(dòng)齒輪280適用于接合軸套285。驅(qū)動(dòng)齒輪280 包括細(xì)長(zhǎng)的環(huán)形錐狀元件292，該環(huán)形錐狀元件292構(gòu)造為能夠接納可更換 毛細(xì)管274并沿中心軸線270所在的直線從中心支撐可更換毛細(xì)管274。箱 體250、密封殼體252、管251和軸2卯沿中心軸線270直線對(duì)齊。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖3示意性地顯示了在本發(fā)明的一種典型實(shí)施方式中使 用的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室中使用的聚焦室的更詳細(xì)的透視圖。當(dāng) 注射針頭噴嘴注射器201 (如圖2所示)插入到聚焦室222內(nèi)時(shí)，注射針頭 噴嘴注射器201安裝在加肋錐形部分230內(nèi)的針頭位置201a處并設(shè)置在錐 形流動(dòng)室224的中心部位，其中，注射針頭噴嘴注射器201的兩端設(shè)置有 0型密封圈302。加肋錐形部分230沿流動(dòng)方向逐漸變細(xì)，并以肋的形式均 勻地設(shè)置有多個(gè)鞘注射口 (sheath injection port) 226。設(shè)置該多個(gè)鞘注射口 226，以允許從流體輸入通道260經(jīng)過(guò)多個(gè)鞘注射口 226向錐形流動(dòng)室224 輸送鞘液凝膠(sheath gel)。
使用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室，由在層流(laminar flow) 狀態(tài)下同軸匯合兩股流體而產(chǎn)生的居中流體致使試樣居中。層流可以通過(guò) 下述關(guān)系式說(shuō)明11=雷諾數(shù)<<2000，其中，R=(密度)X (速度)X (直 徑)/粘度。理論上，流動(dòng)速度在注射位置相匹配或基本上相匹配。當(dāng)流動(dòng) 速度相同時(shí)，可以保持初始中心直徑與鞘液直徑的比值。在中心流體和外 部(鞘)流體匯合的位置，流體呈現(xiàn)相同的流體輪廓。當(dāng)流體向下過(guò)渡到 所述流體動(dòng)力聚焦室的錐形流體輪廓時(shí)，所述流體的速度增大，以使恒定量的流體通過(guò)錐狀體支撐。因?yàn)樗鏊俣仍龃螅运隽黧w被擠壓形成 更小的直徑，但所述流體在保持相同的相對(duì)位置的情況下穿過(guò)所述流體輪 廓。中心流體內(nèi)的粒子將保持在所述中心流體內(nèi)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2和圖3，操作時(shí)，所述高壓流體動(dòng)力聚焦室200在錐形流 動(dòng)室224的毛細(xì)管出口 232處形成旋轉(zhuǎn)密封件202。該旋轉(zhuǎn)密封件202采用 現(xiàn)有的工程設(shè)計(jì)技術(shù)構(gòu)造，從而承受推動(dòng)高粘度凝膠穿過(guò)緊密配合的可更 換毛細(xì)管274所需的壓力。通常該壓力可以超過(guò)1000PSI。旋轉(zhuǎn)軸承282 允許所述緊密配合的可更換毛細(xì)管274在通過(guò)皮帶和電機(jī)(未顯示)轉(zhuǎn)動(dòng) 的同時(shí)仍然通過(guò)環(huán)繞針頭272的O型圈202密封。
鞘液(未顯示)通過(guò)流體輸入通道260注射到鞘液注射口 220內(nèi)并進(jìn)入 多個(gè)鞘注射口 226內(nèi)，從而形成分隔幵的鞘流?；旧吓c此同時(shí)，注射針 頭272通過(guò)注射針頭噴嘴注射器201在針頭位置201a輸送樣品。錐形部分 230的輸出端305與注射針頭噴嘴注射器201的輸出端之間的距離304足以 允許所述分隔幵的鞘流產(chǎn)生完全成形的、匯合的流體輪廓。所述鞘流和樣 品流在注射針頭噴嘴注射器201的輸出端同軸地匯合。當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪280與 所述軸套轉(zhuǎn)動(dòng)地接合時(shí)，與鞘液口配合的注射針頭272能夠通過(guò)注射針頭 噴嘴注射器201將同軸匯合的、帶有鞘液的樣品輸送到插在毛細(xì)管出口 232 處的可更換毛細(xì)管274內(nèi)。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，用于攜帶樣品的凝膠介質(zhì)應(yīng)該具有高粘度和 觸變性，從而適于在樣品的中心部分(central core)被注射到位于所述注射 器內(nèi)的所述凝膠介質(zhì)的中心區(qū)域時(shí)保持所述樣品的中心部分。粒子一旦裝 載到注射器的中心部分中，所述粒子將向下擠壓毛細(xì)管，其中所述粒子通 過(guò)沿所述毛細(xì)管向下的層流保持在中心流體內(nèi)。另外，錐形輸送過(guò)渡部件 (錐形流動(dòng)室224)使得注射器內(nèi)的流體平緩過(guò)渡到毛細(xì)管內(nèi)徑。
有利地，所述凝膠介質(zhì)還可以選用與所述毛細(xì)管的折射率相匹配的光學(xué)
13凝膠。折射率匹配的材料是可以買到的(例如，商品來(lái)源包括Nye Optical Gels、 DymaxCorp和CargilleLabs)，該材料包括例如光學(xué)凝膠、油和各種 折射率的流體，用于在光界面上減弱光的反射。光學(xué)凝膠尤其有利于所需 的粘度較高的情況，光學(xué)凝膠可以包括以下介質(zhì)油、凝膠、環(huán)氧聚合體 (polymer epoxy)或其它與周圍環(huán)境的折射率相匹配的光透明材料。試樣 可以保持在折射率匹配的環(huán)氧樹脂、嵌入介質(zhì)或塑料聚合物中，也可以保 持在折射率匹配的凝膠和粘性流體中。
使用本發(fā)明的流體動(dòng)力聚焦室，還可以減少用于重建所需的樣品數(shù)量， 從而使數(shù)據(jù)采集速度較不使用流體動(dòng)力聚焦的情況提高1.6-3.3倍。本發(fā)明 的流體動(dòng)力聚焦室便于集中試樣，這能夠降低跟蹤誤差和需要的聚焦跟蹤 的動(dòng)態(tài)范圍，而且能夠充分地減弱由壁折射導(dǎo)致的色差引起的、包括幾何 畸變和分辨率損失在內(nèi)的管壁光學(xué)效應(yīng)。同時(shí)，本發(fā)明的所述系統(tǒng)允許增 大用于容納試樣的毛細(xì)管的總直徑，使得整個(gè)光學(xué)層析成像顯微鏡系統(tǒng)對(duì) 由化學(xué)或局部流變能力改變引起的凝膠的振動(dòng)、溫度變化、夾氣膨脹或凝 膠不穩(wěn)定等因素導(dǎo)致的縱向移動(dòng)的敏感度降低。
本發(fā)明的系統(tǒng)通過(guò)減少試樣粘在壁上或沿壁緩慢移動(dòng)的傾向提高了可 靠性，從而減少了因附著在壁上的細(xì)胞堆積所造成的堵塞。流體動(dòng)力聚焦 固有地使得細(xì)胞沿長(zhǎng)度方向拉開，從而減少堵塞并通過(guò)降低細(xì)胞緊靠在一 起的可能性提高了顯微鏡的顯像效果。即使速度較高，在小直徑的毛細(xì)管 中，雷諾數(shù)也保持在20以下，從而能夠得到更高的輸入而不會(huì)影響試樣的 集中。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖4示意地顯示了用于在裝載順序的開始在中心裝載注 射器的本發(fā)明的可選擇的機(jī)構(gòu)的典型實(shí)施方式。中心裝載機(jī)構(gòu)100包括具 有活塞103的第一注射器A，該第一注射器A通過(guò)第一注射器管柄(barrel grip) 122安裝到底部112上。具有活塞105的第二注射器B通過(guò)第二注射器管柄124安裝到線性滑道108上。所述第二注射器B的活塞105連接到 第一線性促動(dòng)器106中的第一線性促動(dòng)器軸104，其中，第一線性促動(dòng)器 106安裝在線性滑道108上。線性滑道108繼而可滑動(dòng)地安裝到底部112。 第二線性促動(dòng)器110連接為能夠使軸120橫向地移動(dòng)，其中，軸120連接 為能夠使線性滑道108橫向地移動(dòng)。注射器B具有外徑較小的針頭107, 該針頭107的尺寸適于插入注射器A和注射器管126的中心部位。
第一注射器管柄122可以有利地固定到底板112，從而使活塞105相對(duì) 于注射器管126的沖程精確。在一種實(shí)施方式中，注射器管柄122由剛性 材料例如鋁或類似材料或其它公知的材料形成并形成與標(biāo)準(zhǔn)的U-100注射 器管相匹配的形狀?？梢允褂棉D(zhuǎn)接件或接頭，以可調(diào)節(jié)地連接線性促動(dòng)器 軸104和注射器活塞105。第一線性促動(dòng)器106和第二線性促動(dòng)器110可以 包括例如使電脈沖轉(zhuǎn)換為線性促動(dòng)器軸104禾B 120的線性機(jī)械沖程的單極 步進(jìn)電機(jī)(unipolar stepper motor)箱。
通常使用時(shí)，注射器A容納介質(zhì)凝膠，注射器B容納樣品，其中所述 樣品通常包括保持在光學(xué)凝膠中的生物細(xì)胞。在將所述樣品裝載到注射器 A內(nèi)之前，使注射器B的小外徑針頭107插入到注射器A的中心部位。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖5示意地顯示了在裝載順序的結(jié)束用于在中心裝載注 射器的本發(fā)明的可選擇的機(jī)構(gòu)的典型實(shí)施方式。操作時(shí)，通過(guò)使用可控的 第一促動(dòng)器110推出線性滑道108而使得注射器B從注射器A縮回，同時(shí)， 可控的第二線性促動(dòng)器106推動(dòng)注射器B以配給樣品，該配給的樣品的體 積與正在從注射器A縮回的針頭107的容積相同。樣品通過(guò)這種方式裝載 到注射器A的中心部分128，從而稍后配給到用于觀察的光學(xué)層析成像毛 細(xì)管(未顯示)內(nèi)。
注射器A和注射器B中使用的流體的高粘度和所述兩個(gè)注射器以及輸 送光學(xué)層析成像樣品時(shí)使用的毛細(xì)管的相對(duì)小的尺寸確保了樣品輸送系統(tǒng)中的流體具有較低的雷諾數(shù)。高粘度和觸變樣品介質(zhì)的流變性允許細(xì)胞懸 浮而不會(huì)固定和阻止流動(dòng)，從而允許樣品毛細(xì)管旋轉(zhuǎn)而不會(huì)影響樣品的角
度或長(zhǎng)度(即流體軸線尺寸(flow axis dimension))。以同軸方式抽吸從而 被限制在樣品輸送管的中心部分的裝載到注射器內(nèi)的樣品不會(huì)受到干擾， 這種效果在向毛細(xì)管的過(guò)渡部分為錐形且非常平緩的輸送系統(tǒng)中尤其顯 著。這種裝載在注射器中心部分的裝載物可以通過(guò)保持細(xì)胞的相對(duì)徑向位 置的毛細(xì)管抽取。在層流系統(tǒng)的中心開始的細(xì)胞將保持中心流體。當(dāng)所述 流體的直徑從幾毫米被壓縮為小于100微米時(shí)，中心粒子將保持在中部。 觸變的非牛頓流體(例如其中嵌入細(xì)胞的凝膠介質(zhì))的流變響應(yīng)產(chǎn)生沿管 壁的細(xì)流，在管壁上當(dāng)凝膠幵始流動(dòng)時(shí)鞘流最大。這種非常靠近管壁的細(xì) 的鞘流具有如下的效果產(chǎn)生速度更平緩的流體輪廓，該流體輪廓通過(guò)穿 過(guò)其直徑的不同流速使得中心粒子不受干擾。
已經(jīng)說(shuō)明了基于本發(fā)明的流體聚焦系統(tǒng)，現(xiàn)在說(shuō)明本發(fā)明的、用于裝載 減少的樣品量以通過(guò)光學(xué)層析成像系統(tǒng)進(jìn)行成像的方法的實(shí)施方式。包括 至少一個(gè)顯微樣品和粘性流體的樣品量可以同軸地裝載到樣品輸送管(例 如管251)中。然后可以推動(dòng)所述樣品量穿過(guò)錐形輸送過(guò)渡部件例如錐形流 動(dòng)室224進(jìn)入到毛細(xì)管274內(nèi)。所述毛細(xì)管的橫截面積小于所述樣品輸送 管的橫截面積，從而將量減少的所述至少一個(gè)顯微樣品和粘性流體限制到 所述毛細(xì)管內(nèi)的中心區(qū)域。優(yōu)選地，所述樣品量通過(guò)在層流狀態(tài)下同軸地 匯合兩股流體形成，其中，所述兩股流體中的一股包含所述至少一個(gè)顯微 樣品。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)方面，通過(guò)將所述兩股流體分別注射到錐 形流體管或流體動(dòng)力聚焦室中而使所述兩股流體在層流狀態(tài)下匯合。
已經(jīng)在此對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了相當(dāng)詳細(xì)的說(shuō)明，從而符合專利法的規(guī)定，并 為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供了實(shí)施本發(fā)明的新穎原理以及構(gòu)造和使用所需的這 種典型和專用部件所需的信息。但是，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可以通過(guò)不
16同的設(shè)備和裝置來(lái)實(shí)施，并且可以在不脫離本發(fā)明的原理和范圍的情況下 完成各種涉及設(shè)備細(xì)節(jié)和操作程序的修改。
權(quán)利要求
1、一種用于裝載樣品以通過(guò)光學(xué)層析成像系統(tǒng)進(jìn)行成像的方法，該方法包括以下步驟同軸地裝載樣品量，該樣品量包括位于樣品輸送管(272)內(nèi)的至少一個(gè)顯微樣品和粘性流體；以及推動(dòng)所述樣品量使所述樣品量穿過(guò)聚焦室(222)進(jìn)入毛細(xì)管(274)，其中所述毛細(xì)管(274)的橫截面積小于所述樣品輸送管(272)的橫截面積，從而使得量減少的所述至少一個(gè)顯微樣品和粘性流體被壓縮到所述毛細(xì)管(274)內(nèi)的中心區(qū)域。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述同軸地裝載樣品量的步驟 包括在層流狀態(tài)下同軸地匯合兩股流體，其中，所述兩股流體中的一股包含 所述至少一個(gè)顯微樣品。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述在層流狀態(tài)下同軸地匯合 兩股流體的步驟包括將第一流體注射到錐形流動(dòng)室(224)內(nèi)以及將第二流 體注射到流體動(dòng)力聚焦室(222)內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述粘性流體包括非牛頓剪切 稀化凝膠。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述粘性流體包括非牛頓剪切 稀化凝膠。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚焦室(222)包括加肋錐 形部分(230)和錐形流動(dòng)室(224)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述錐形流動(dòng)室(224)終止于 毛細(xì)管出口 (232)，所述加肋錐形部分(230)和錐形流動(dòng)室(224)沿中心 軸線(270)軸向?qū)R；所述樣品輸送管(272)包括具有輸出端的注射器針 頭噴嘴注射器(201)，該注射器針頭噴嘴注射器(201)相對(duì)于所述錐形流 動(dòng)室(224)居中。
8、 一種旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室(200)，該旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚 焦流動(dòng)室(200)包括箱體(250)，該箱體(250)用于容納加肋錐形部分和錐形流動(dòng)室(224)， 其中，所述錐形流動(dòng)室(224)終止于毛細(xì)管出口，所述加肋錐形部分和所 述錐形流動(dòng)室(224)沿中心軸線(270)軸向?qū)R；注射針頭噴嘴注射器(201)，該注射針頭噴嘴注射器(201)具有輸出 端，所述注射針頭噴嘴(201)位于所述錐形流動(dòng)室(224)的中心；其中，所述加肋錐形部分以肋的形式均勻地設(shè)置有多個(gè)鞘注射口 (226)， 該多個(gè)鞘注射口 (226)與所述錐形流動(dòng)室(224)流體連通并設(shè)置為允許鞘 液凝膠輸送到錐形流動(dòng)室(224)，從而允許在所述注射針頭噴嘴注射器(201) 的所述出口端形成匯合的流體輪廓；密封殼體，該密封殼體適于從心部支撐可更換毛細(xì)管(274)，該可更換 毛細(xì)管(274)軸向?qū)R，從而在注射針頭(272)同軸地插入所述錐形流動(dòng) 室(224)時(shí)接納由所述注射針頭(272)輸送的樣品；軸套(285);軸(290)，該軸(2卯)安裝在所述軸套(285)的心部，所述軸(290) 也沿所述中心軸線(270)軸向?qū)R，所述軸(290)具有用于接納所述可更 換毛細(xì)管(274)的孔；以及驅(qū)動(dòng)齒輪，該驅(qū)動(dòng)齒輪適于與所述軸套(285)接合，從而使所述可更換毛細(xì)管(274)繞所述中心軸線(270)旋轉(zhuǎn)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室(200)，其中， 所述驅(qū)動(dòng)齒輪包括細(xì)長(zhǎng)的環(huán)形錐狀元件，該環(huán)形錐狀元件形成為接納所述可 更換毛細(xì)管(274)并沿中心軸線(270)所在的直線從心部支撐所述可更換 毛細(xì)管(274)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室(200)，其中， 所述樣品包括至少一個(gè)攜載在光學(xué)凝膠中的生物細(xì)胞。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室(200)，其中， 所述樣品包括至少一個(gè)攜載在非牛頓剪切稀化凝膠中的生物細(xì)胞。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室(200)，其中， 所述可更換毛細(xì)管(274)的內(nèi)橫截面直徑的范圍是50-100微米。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室(200)，其中， 在所述箱體(250)上設(shè)置有鞘液注射口 (220)，從而使該鞘液注射口 (220) 與管(251)在鞘液輸入通道(260)處流體連通。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)高壓流體動(dòng)力聚焦流動(dòng)室(200)，其中， 所述多個(gè)鞘注射口 (226)和所述注射針頭噴嘴注射器(201)配合，從而在 所述毛細(xì)管(274)旋轉(zhuǎn)時(shí)將以鞘液作為護(hù)鞘的樣品裝載到所述可更換毛細(xì) 管(274)中。
15、 一種用于使樣品裝載到注射器心部的機(jī)構(gòu)(100)，該機(jī)構(gòu)(100)包括第一注射器(A)，該第一注射器(A)安裝在底部(112)上，所述第 一注射器(A)容納介質(zhì)凝膠；具有活塞的第二注射器(B)，該第二注射器(B)安裝在線性滑道(108) 上，其中，所述線性滑道(108)可滑動(dòng)地安裝在所述底部(112)上，所述 第二注射器(B)容納樣品，以及所述第二注射器(B)具有尺寸形成為能 夠插入所述第一注射器(A)的心部的針頭(107);第一線性促動(dòng)器(106)，該第一線性促動(dòng)器(106)安裝在所述線性滑 道(108)上，其中，所述第二注射器(B)的活塞連接到所述第一線性促動(dòng) 器(106);第二線性促動(dòng)器(110)，該第二線性促動(dòng)器(110)連接為使得所述線 性滑道(108)橫向地移動(dòng)；以及其中，在將所述第二注射器(B)的針頭(107)插入所述第一注射器(A) 中以后，所述第一線性促動(dòng)器(106)使所述第二注射器(B)的注射活塞移 動(dòng)，同時(shí)所述第二線性促動(dòng)器(110)使所述線性滑道(108)移動(dòng)，從而推 動(dòng)所述第二注射器(B)以配給相應(yīng)于從所述第一注射器(A)縮回的所述 針頭(107)的容積的樣品量，從而將所述樣品裝載到所述第一注射器(A) 的中心部分(128)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)構(gòu)，其中，所述樣品包括至少一個(gè)攜載在光學(xué)凝膠中的生物細(xì)胞。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)構(gòu)，其中，所述樣品包括至少一個(gè)攜載 在非牛頓剪切稀化凝膠中的生物細(xì)胞。
18、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)構(gòu)，其中，所述介質(zhì)凝膠包括高粘度觸 變凝膠。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)構(gòu)，其中，所述樣品包括至少一個(gè)生物 細(xì)胞，所述至少一個(gè)生物細(xì)胞在所述第二注射器(B)中具有徑向位置，其 中，裝載時(shí)保持所述相對(duì)的徑向位置。
20、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)構(gòu)，其中，所述樣品通過(guò)被壓縮為小于 100微米的流體裝載到所述第一注射器(A)的中心部分(128)。
全文摘要
一種用于裝載樣品以通過(guò)光學(xué)層析成像系統(tǒng)進(jìn)行成像的方法。包括至少一個(gè)顯微樣品和粘性流體的樣品量同軸地裝載在樣品輸送管(272)中。通過(guò)推動(dòng)所述樣品量使所述樣品量穿過(guò)聚焦室(222)進(jìn)入毛細(xì)管(274)，其中，所述毛細(xì)管(274)的橫截面積小于所述樣品輸送管的橫截面積，從而使得量減少的所述至少一個(gè)顯微樣品和粘性流體被壓縮到所述毛細(xì)管(274)內(nèi)的中心區(qū)域。
文檔編號(hào)B01L99/00GK101669028SQ200880005737
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者J·W·哈延加, P·R·斯馬爾賈西 申請(qǐng)人:維森蓋特有限公司