大體上，本披露涉及一種用于分選粒子的設(shè)備和方法，并且更具體地說涉及微流體芯片中的精子細胞的高通過量分選。

背景技術(shù)：
包括流式細胞術(shù)的各種技術(shù)已被用于產(chǎn)生關(guān)于某些所希望的特征而言豐富的精子群體。在畜牧生產(chǎn)行業(yè)中，影響繁殖結(jié)果的一種能力具有明顯的好處。例如，性別預(yù)選為乳品業(yè)提供了經(jīng)濟效益，因為預(yù)選的雌性后代確保了奶牛的出生。類似地，牛肉產(chǎn)業(yè)和豬肉產(chǎn)業(yè)以及其他肉類生產(chǎn)商從產(chǎn)生雄性后代中獲益。此外，瀕?；蛲鈦砦锓N通過增加的雌性后代百分比可以被置于加速繁殖計劃中。生產(chǎn)商業(yè)可行的對攜帶X染色體精子或攜帶Y染色體精子進行分選的精子群體的先前努力很大程度上依賴于空氣中激發(fā)(jet-in-air)方式的流式細胞儀中的液滴分選。(參見例如美國專利號6,357,307；美國專利號5,985,216；以及美國專利號5,135,759)。然而，這些方法和裝置存在有某些缺點。甚至隨著液滴流式細胞術(shù)的發(fā)展仍然存在現(xiàn)實的局限性，這些局限性阻礙了可以在一個特定的窗口中進行分選的精子細胞的數(shù)量。因此，性別分選人工受精(AI)劑量通常比常規(guī)的AI劑量要小。例如，在牛類中，常規(guī)的AI劑量可能包含約一千萬的精子，而性別分選劑量常常包含約兩百萬的精子。用于馬和豬的常規(guī)的AI劑量分別處于精子的數(shù)億和數(shù)十億的量級中。雖然性別分選精子可能是有價值的，但還沒有發(fā)現(xiàn)性別分選精子在任何物種中被廣泛使用，因為較低的AI劑量通常導(dǎo)致較低的妊娠率和出生率?？紤]到在馬和豬中所需的大量的精子，還沒有實現(xiàn)用于AI的可接受的劑量。精子是時間敏感的且脆弱的缺乏再生能力的細胞。因此，較長的分選時間會損害精子，因為它們在染色和分選過程中會不斷地退化。此外，在一個空氣中激發(fā)方式的流式細胞儀中分選的精子可能經(jīng)受進一步傷害精子的機械力、扭力、應(yīng)力、應(yīng)變以及高功率激光。在一個空氣中激發(fā)方式的流式細胞儀的流體流中，精子以在約15m/s與約20m/s之間的速度行進。這些速度與窄流尺寸相結(jié)合可能導(dǎo)致可以損害精子細胞膜的破壞性的剪切力。此外，由于以高速行進的精子在較短的時間內(nèi)保持入射到光束輪廓，從而提供用于區(qū)分精子的較少的激發(fā)和測量窗口，因此需要較高的激光功率。最終，從一個空氣中激發(fā)噴嘴中以15m/s速度噴射出的精子將以類似的速度沖擊在一個收集容器中的流體或該容器的壁，從而導(dǎo)致進一步傷害精子的機會。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
下文概述了要求保護的本發(fā)明的某些實施例。這些實施例不意圖限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是用作本發(fā)明的可能形式的簡述。本發(fā)明可以涵蓋與這些概述不同的各種形式。一個實施例涉及一種精子分選系統(tǒng)，該精子分選系統(tǒng)可以包括一個樣品源。至少一個流動通道可以被形成在一個襯底中，并且與該樣品源流體連通。該至少一個流動通道可以包括一個檢驗區(qū)、一個第一出口、以及一個第二出口。至少一個轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以與該至少一個流動通道流體連通，以便選擇性地使精子轉(zhuǎn)向遠離該第一出口。一個電磁輻射源可以被配置用于在該檢驗區(qū)處照射該至少一個流動通道中的精子，并且一個檢測器可以被對準以便測量精子特征。一個與該檢測器通信的分析器可以確定精子特征，并向控制器提供用于選擇性地啟動該轉(zhuǎn)向機構(gòu)的多條指令。一個與該第二出口連通的收集容器可以基于這些測得的精子特征來收集轉(zhuǎn)向的精子。另一個實施例涉及一種用于分選精子的微流體芯片。該微流體芯片可以包括形成在一個襯底中的多個流動通道。每個流動通道可能包括與兩個出口連通的一個入口。每個流體通道可以另外地包括一個流體聚焦區(qū)，該流體聚焦區(qū)具有一個關(guān)聯(lián)的流體聚焦特征，用于將該流動通道中的精子細胞對準；一個精子定向區(qū)，該精子定向區(qū)具有一個關(guān)聯(lián)的精子定向特征，用于將該流動通道中的精子細胞定向；以及一個檢驗區(qū)，該檢驗區(qū)至少部分地在該流體聚焦區(qū)和該精子定向區(qū)的下游處。此外，一個轉(zhuǎn)向機構(gòu)可以與每個流動通道連通。另一個實施例涉及一種分選精子的方法。該方法可以首先使精子流動通過一個微流體芯片中的多個流動通道?？梢噪S后在該微流體芯片中將精子定向并使其流動通過一個檢驗區(qū)?？梢栽谠摍z驗區(qū)處分析精子，以便確定精子特征。可以將定向的精子與未定向的精子和/或無活力的精子進行區(qū)分，并且可以基于這些檢測到的精子特征來選擇定向的精子的一個亞群?？梢噪S后將選出的精子的該亞群收集在該收集容器中。附圖說明圖1展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的精子分選微流體系統(tǒng)中的一個單一流動通道的示意圖。圖2A至2C展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個微流體芯片上的多個流動通道的安排。圖3A至3D展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個轉(zhuǎn)向機構(gòu)的操作。圖4A至4C展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的多個可替代的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。圖5展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個可替代的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。圖6展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個芯片座和光束分離器。圖7示意性地展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個芯片、芯片座以及暗盒。圖8展示了具有一個縱軸的一個精子細胞。圖9A至9C展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道。圖10A至10D展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的截面視圖。圖11A至11D展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的截面視圖。圖12A至12B展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的一部分。圖13展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的垂直橫截面圖。圖14A至14B展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的一部分。圖15展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的垂直橫截面圖。圖16展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的一部分。圖17展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個流動通道幾何結(jié)構(gòu)的一部分。圖18A至18C展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個定向幾何結(jié)構(gòu)。圖19A至19C展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個定向幾何結(jié)構(gòu)。圖20A至20C展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的多個流動通道特征。圖21A至21B展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的多個精子定向特征的多個可替代實施例。圖22展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的收集光學(xué)器件。圖23展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的一個檢測器陣列。圖24A至24E展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的不同的檢測方案。圖25A至25D展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的多個流動通道的照射和光收集特征。圖26A至26D展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的多個檢測系統(tǒng)。圖27展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的為多個光路提供一個單一檢測器的一個檢測方案。圖28A至28B展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的合并有對側(cè)向熒光檢測的替代物的一個檢測方案。圖29A至29D展示了根據(jù)在此描述的某些實施例的用于通過一個前向信號來確定精子取向的一個檢測方案。雖然本發(fā)明可以通過各種各樣的修改和替代形式體現(xiàn)，在圖中展示了并在此通過示意性示例的方式描述了特定實施例。應(yīng)當(dāng)理解，附圖和詳細描述并不意圖將本發(fā)明范圍限制為披露的具體形式，而是所有落入權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的修改、替代方案、以及等效物都意圖被包含。具體實施方式在此描述的某些實施例涉及一種用于分選精子的高通過量微流體系統(tǒng)和裝置，該系統(tǒng)和裝置通過包括多個平行的流體通道同時將該精子維持在更溫和的分選條件下來克服現(xiàn)有裝置在分選速度上的缺陷。在此所使用的術(shù)語“流動通道”是指形成在一個介質(zhì)中或者穿過該介質(zhì)的一個通路，該通路允許如液體或氣體的流體的移動。一個微流體系統(tǒng)的這些流動通道可以具有在約1微米與約500微米之間的范圍內(nèi)的橫截面尺寸。一個“微流體系統(tǒng)”可以被認為是將感興趣的粒子運送通過一個或多個流動通道用于對這些感興趣的粒子進行監(jiān)測、檢測、分析、和/或分選的一種裝置。術(shù)語“有活力的”應(yīng)當(dāng)被理解為是指通常公認的細胞健康的描述。作為一個實例，精子分選技術(shù)采用一個雙重染色方案，其中一種猝滅染料有差別地滲透膜受損精子。通過滲透膜受損精子細胞并猝滅與一種DNA選擇性熒光染料有關(guān)的熒光，這種染色方案將膜受損精子與通常更健康的精子區(qū)分開。該猝滅染料的滲透在分析或分選過程中是可容易確定的，并且可以用作對無活力精子的代理。然而，一些被猝滅的精子可以能夠受精，并且一些未淬滅的精子可能不能夠受精，或者可能不久以后失去受精的能力。在任何一種情況下，在這種方案中的未淬滅的精子提供了在常規(guī)過程中可以被認為是“有活力的”的精子的一個實例。如在此所使用的術(shù)語“光束段”和“小光束”應(yīng)當(dāng)被理解成可互換地是指電磁輻射的一個光束的與該光束的另一部分空間上分離的一部分，其中每個部分可以包括一個光束輪廓的一小部分，或者可以包括通過多個常規(guī)的分束器分離的多個光束部分，每個光束部分具有與該原始光束相同的輪廓和該強度的一小部分。如在此所使用的術(shù)語“垂直”、“橫向”、“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、以及其他相似的短語應(yīng)當(dāng)被理解成描述性的術(shù)語，這些描述性的術(shù)語提供了在這些圖中所描述的特征之間的一般關(guān)系并且不對權(quán)利要求構(gòu)成限制，尤其是與在此描述的流動通道和微流體芯片相關(guān)的，所述流動通道和微流體芯片可以任何取向?qū)嵤?。轉(zhuǎn)到附圖，圖1展示了包括一個高通過量分選設(shè)備10的一個精子分選系統(tǒng)。高通過量分選設(shè)備10可以是具有至少一個流動通道18的一個流體封閉的裝置60，如一個微流體芯片80。示意性地，流動通道18被展示為一個單一流動通道；然而流動通道18應(yīng)當(dāng)被理解為該分選設(shè)備中的至少一個流動通道。作為一個非限制性實例，可以在一個單一高通過量分選設(shè)備10中形成4個與512個之間的流動通道。每個流動通道18可以被形成在一個芯片襯底中，并且可以具有在25微米與250微米之間的內(nèi)部尺寸。這些流動通道18可以被間隔開約100微米與3000微米之間的距離。這些流動通道18的間隔可以取決于該系統(tǒng)在每個通道中檢測熒光的能力，或者取決于實現(xiàn)使流動通道18中的精子12轉(zhuǎn)向的機電或機械部件所需的空間。鞘流體可以由一個鞘源16供應(yīng)，并通過一個鞘入口50流入流動通道18中。包含在一個樣品流體中的精子12可以由一個樣品源14供應(yīng)并且可以最初位于該樣品源中。包含感興趣的粒子或細胞(如精子細胞)的樣品可以從樣品源14流出并通過一個樣品入口48流入至少一個流動通道18中。樣品入口48和鞘入口50可以被配置為使得在流動通道18中產(chǎn)生一個層流或幾乎是層流的同軸流72。同軸流72可以由樣品的一個內(nèi)流76(還稱為一個芯流)和鞘流體的一個外流78組成。適當(dāng)?shù)牧魉倏梢员粦?yīng)用至樣品源14和鞘源16，用于建立流動通道18中的流動速度、適當(dāng)?shù)臉悠放c鞘比率、以及粒子事件比率。與在一個液滴分選器中的在約15m/s與約20m/s之間的速度相比，同軸流72中的這些粒子的速度在流動通道18中可以是在約1.5m/s與約5m/s之間。這種更低的速度減少了這些精子細胞所暴露的壓力，并且可能更重要地是，減少了這些粒子在流動通道18中所暴露的剪切力。此外，在該描述的系統(tǒng)中消除了與收集液滴有關(guān)的沖擊。在一個實施例中，樣品和鞘在提供了一個約1:20的樣品和鞘比率的壓力下建立。在某些實施例中，鞘流體可以幾乎被消除或者甚至完全被消除，從而產(chǎn)生極少的稀釋或者沒有稀釋。相比之下，液滴分選器傾向于在鞘流體中以約50:1的比率來稀釋精子細胞，并且可以甚至以多達100:1的比率來稀釋樣品。這些高稀釋因子可能促成可以對所分選精子的健康方面具有負面影響的稀釋休克?；氐綀D1，精子12被展示穿過流動通道18中的一個檢驗區(qū)26，在該檢驗區(qū)中精子12被一個電磁輻射源30照射，并且在該檢驗區(qū)中，從精子12發(fā)射或反射的電磁輻射52被具有適合的縱橫比和數(shù)值孔徑的一組或多組收集光學(xué)器件54捕獲以用于投射至一個或多個檢測器56上，該一個或多個檢測器可互換地被稱為傳感器，用于通過分析器58進行量化?？稍诜治銎?8中做出一個分選決定，該分選決定隨后經(jīng)過一個控制器36用于在一個轉(zhuǎn)向機構(gòu)28中致動適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。轉(zhuǎn)向機構(gòu)28可以是一個變換器42，如一個超聲波變換器，該變換器用于產(chǎn)生使流動路徑18中的細胞轉(zhuǎn)向的波。變換器42還可以是形成一個致動器的一部分的一個壓電元件。轉(zhuǎn)向機構(gòu)28可以引導(dǎo)精子進入一個第一出口20、第二出口22、以及一個第三出口24中的任何一個中。然而，在一個實施例中，轉(zhuǎn)向機構(gòu)28可以引導(dǎo)精子僅僅進入一個第一出口20或一個第二出口22中。由電磁輻射源30發(fā)射的電磁輻射46可以通過自由空間中的光束成形光學(xué)器件40和/或一個分束裝置74來操縱，以便產(chǎn)生還可以被稱為小光束或光束段44的一個或多個操縱的光束44。一個適合的電磁輻射源可以包括一個準連續(xù)波激光器，如可從理波光譜物理公司(NewportSpectraPhysics)(美國加利福尼亞州歐文市)獲得的Vanguard355-350或Vanguard355-2500型號的激光器。呈一個或多個小光束形式的一個操縱光束可以被有目的地改變，以便提供從一個小光束到下一個小光束的一致的強度、能量、和/或幾何結(jié)構(gòu)。每個小光束強度分布可以另外地在一個或多個軸線上是高度一致的。例如，每個小光束可以具有一個“高頂”或“平頂”的光束輪廓，盡管其他輪廓也可以被使用。在一個實施例中，每個小光束分布還可以具有在一個或多個軸線上的高斯分布。每個小光束可以具有一個橢圓形、圓形、矩形或其他任何適合的形狀。每個小光束還可以具有一個縱橫比、對稱的軸線或其他適合的分布。可替代地，小光束強度分布可以以一種非均勻的方式改變。在一個實施例中，可以采用多個光纖來將多個光束遞送至一個或多個流動通道中。電磁輻射源30可以是在若干個流動通道18的每一個之間分配的一個共同的電磁輻射源。作為一個實例，分束裝置74可以是一個分節(jié)鏡，如在美國專利號7,492,522中所描述的一種，該專利的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。該分節(jié)鏡可以將電磁輻射46分成多個小光束，每個小光束被引導(dǎo)至至少一個流動通道18的一個對應(yīng)的檢驗區(qū)26中。在另外的實施例中，一個部分透射元件可以在自由空間中或者作為一個光纖電纜的部分來并入多個光路中。該部分透射元件可以包括多個穿過孔和/或多個阻滯區(qū)，以便獲得適合于激發(fā)該檢驗區(qū)中的精子細胞的一個最終的光束輪廓。多個部分透射元件可以被定位在一個光具組中，或者可替代地它們可以被并入到一個芯片襯底之上或之內(nèi)。這種元件可以包括每個流動通道超過一個的透射區(qū)。作為一個非限制性的實例，沿著一個流動軸線的成對矩形孔口可以相繼照射一個流動路徑中的精子細胞。分析器58和控制器36可以是兩個分開的部件，或者可以代表由如處理裝置32的一個單一部件執(zhí)行的兩個功能。例如，通過一個總線連接至一個或多個處理器的一個或多個存儲器可以執(zhí)行多條編寫的計算機指令，以便執(zhí)行關(guān)于控制器36和分析器58描述的每個功能。適合的處理裝置32的非限制性實例包括個人計算機和其他計算機系統(tǒng)。分析器58可以與可以包括一個顯示器64和一個輸入端66的一個用戶界面62通信。用戶界面62可以圖形化地顯示不同的分選參數(shù)并提供一個視覺反饋用于調(diào)節(jié)一個或多個分選參數(shù)。作為一個非限制性實例，一個分選邏輯可以包括應(yīng)用至每個分選決定的邏輯。該分選邏輯可以由使用者在用戶界面62處基于顯示器64上產(chǎn)生的分選數(shù)據(jù)或者基于被提供在用戶界面62處的分選數(shù)據(jù)的視覺表示來進行調(diào)節(jié)?？梢詫υ摲诌x邏輯進行的這些調(diào)節(jié)的類型可以包括調(diào)節(jié)多個選通區(qū)域、調(diào)節(jié)用于處理巧合事件的策略、和/或調(diào)節(jié)與每個潛在的分選決定關(guān)聯(lián)的分選包絡(luò)。作為一個示例性實例，精子可以被識別成有活力的攜帶X染色體精子、有活力的攜帶Y染色體精子、或者是對于收集所不希望的粒子，如廢物和未定向的精子。在一個實施例中，該同軸流在默認的情況下流至第一出口20，并且第一出口20與用于收集廢物的一個容器連通。在這種配置中，與第一出口20連通的該容器還可以是一個被動收集容器，因為當(dāng)沒有采取行動時精子被收集在這個容器中。被肯定地識別為有活力的攜帶X染色體精子68或有活力的攜帶Y染色體精子70的粒子可以通過一個轉(zhuǎn)向機構(gòu)28被主動地轉(zhuǎn)向。該轉(zhuǎn)向機構(gòu)的致動可以使用針對許多精子計算的速度以及單獨測量的速度和聚合速度來定時。有活力的攜帶X染色體精子68可以被轉(zhuǎn)向進入第二出口22中，而有活力的攜帶Y染色體精子70可以被轉(zhuǎn)向進入第三出口24中。轉(zhuǎn)到圖2A，精子分選系統(tǒng)10的一部分是以一個微流體芯片80的形式來展示的，該微流體芯片具有各自通常是平行的若干個流動路徑18a、18b、18c、18d、以及18n。每個流動通道18可以被流體連接至樣品和鞘，并且被連接至收集容器，從而形成一個流體封閉的裝置60。每個流動通道18具有如關(guān)于圖1所描述的一個樣品入口48和一個鞘入口50，用于建立該流動通道中的同軸流。一個檢驗區(qū)26橫跨每個流動通道18而設(shè)置。一個特定的轉(zhuǎn)向機構(gòu)被展示為一個氣泡閥的形式，該氣泡閥用于使在流動通道18中流動的粒子轉(zhuǎn)向。這些氣泡閥可以如同在美國專利號7,569,788中所描述的那些，該專利的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。這些氣泡閥可以在每個流動通道18中被操作，用于允許粒子流動通過每個通道18的第一出口20，或者用于將粒子轉(zhuǎn)向至每個通道18的第二出口22中或第三出口24中。應(yīng)理解，多個氣泡閥是出于說明性的目的被提供在這個圖中，并且也可以并入其他轉(zhuǎn)向機構(gòu)28，如用于利用超聲波使細胞偏轉(zhuǎn)的機構(gòu)和利用電磁輻射來促進粒子偏轉(zhuǎn)的機構(gòu)。圖2B展示了可以是可交換的并且不需要一起使用的不同的特征。每個流動通道18被展示成僅僅具有第一出口20和第二出口22。這種構(gòu)型可以被用于收集具有單一所希望性狀的細胞，諸如僅收集有活力的攜帶X染色體精子或有活力的攜帶Y染色體精子。一個超聲波變換器陣列82被展示在檢驗區(qū)26的下游處，并且是出于選擇性地將精子細胞轉(zhuǎn)向的目的。超聲波變換器陣列82可以被嵌入微流體芯片80中或者它們可以被放置在微流體芯片80的外部上。不管定位如何，超聲波變換器陣列82均可以包括獨立地通過控制器36啟動的一系列獨立的超聲波變換器42，用于在平行的流動通道18中按需要將精子細胞轉(zhuǎn)向它們對應(yīng)的出口。多個超聲波變換器可以沿著針對一個給定的流動通道的流動方向被安排成陣列或其他形式，以使得當(dāng)一個給定的粒子沿著該流動通道朝向一個選擇區(qū)或通向多個出口的分支行進時，多個致動能夠被施加至該給定的粒子。多個流體出口可以與一個適合的耦合芯片座元件對接并且提供多個適合的歧管特征，以便維持流體隔離或者匯集不同的出口流體。圖2C展示了這些通道和這些出口的可替代的構(gòu)型。多個匯集通道可以利用微流體芯片80來制造，用于多個共同輸出的收集和匯集。在一個實施例中，鄰近的多個出口被與第一流動通道18a、第二流動通道18b、第三流動通道18c、以及第四流動通道18d并流。該分選邏輯可以根據(jù)不同的芯片構(gòu)型來進行調(diào)節(jié)，以便確保第二出口和第三出口分別地收集每個流體流中的相同的粒子。例如，第一流動通道18a的第一出口20a′與第二流動通道18b的第一出口20b′合并。在每個合并點的下游，接收來自兩個出口的流體的單一通道可以被匯集在一個第一匯集通道84中。第一匯集通道84可以形成于微流體芯片80的一個不同的層，以便允許來自多個合并出口的匯集。第一匯集通道84可以與一個第一共同收集容器流體連通。第一匯集通道84另外被展示成一種構(gòu)型，該構(gòu)型用于收集來自第三流動通道18c的第一出口20c′的流體、來自第四流動通道18d的第一出口20d′的流體。類似地，第二匯集通道86被展示成與第一流動通道18a的合并的第二出口22a′和第二流動通道18b的第二出口22b′連通，并且與第三流動通道18c的合并的第二出口22c′和第四流動通道18d的第二出口22d′連通。第二匯集通道86可以與一個第二共同收集容器流體連通。第三匯集通道88被展示為與第一流動通道18a的合并的第三出口24a′和第二流動通道18b的第三出口24b′連通，并且與第三流動通道18c的合并的第三出口24c′和第四流動通道18d的第三出口24d′連通。第三匯集通道88可以與一個第三共同收集容器流體連通?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3A-3D，轉(zhuǎn)向機構(gòu)28的一個實施例被描述成在動作中。包含精子細胞12的樣品可以被通過一個樣品入口48供應(yīng)并通過鞘入口50被注入由鞘源16提供的一個鞘流體流中。流動通道18攜帶精子12通過檢驗區(qū)26，在該檢驗區(qū)中這些細胞被電磁輻射源30照射，并且在該檢驗區(qū)中通過與檢測器56通信的分析器58來確定精子特征。兩個相反的轉(zhuǎn)向機構(gòu)28被以檢驗區(qū)26的下游的一個第一氣泡閥90a和一個第二氣泡閥90b的形式來展示。這些氣泡閥90彼此對置地隔開，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到還可以使用其他構(gòu)型。第一氣泡閥90a和第二氣泡閥90b分別通過一個第一側(cè)通路94a和一個第二側(cè)通路94b與流動導(dǎo)管18流體連通。液體，通常是鞘流體，填充這些側(cè)通路94a和94b，從而提供在流動通道18與和每個側(cè)通路關(guān)聯(lián)的一個膜96之間的流體連通。膜96可以呈一個彎月面或其他柔性材料(包括彈性材料)的形式。膜96限定了在該鞘流體與另一個流體體積98之間的一個界面，該另一個流體體積是如在相關(guān)聯(lián)的氣泡閥90的一個流體腔室100中的氣體或膠體。一個致動器可以被提供用于接合任一氣泡閥90，當(dāng)被啟動時該致動器即刻引起流動通道18中的一個流動擾動并使該流動通道中的流動偏轉(zhuǎn)。如所展示的，一個致動器被聯(lián)接至第一氣泡閥90a和第二氣泡閥90b。一個氣泡閥90可以用作一個緩沖器，用于吸收由另一個氣泡閥90當(dāng)被啟動時所產(chǎn)生的壓力脈沖?？商娲兀粋€致動器可以僅與一個氣泡閥90連通，用于使粒子或細胞在一個單一方向上偏轉(zhuǎn)。可替代地，一個致動器可以僅與一個單一氣泡閥連通，用于使粒子在超過一個方向上偏轉(zhuǎn)。如隨后將更詳細地描述的，一個單一氣泡閥可以被配置用于沿著它們的流體路徑選擇性地推動或拉動這些粒子的軌跡。這些致動器可以是插腳，這些插腳被配置用于將多個流動通道18中的任何一組氣泡閥致動。多個插腳可以被配置成多種安排以便適應(yīng)不同的構(gòu)型，如同在圖2A-2C中所描述的那些構(gòu)型。美國專利8,123,044中描述了用于將多個插腳單獨地致動以用于使多個平行的流動通道中的粒子偏轉(zhuǎn)的一個致動器的一個說明性實例，該專利的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。第一側(cè)通路94a被液壓地連接至第一氣泡閥90a中的一個流體腔室100a上，這樣使得當(dāng)在這個腔室中產(chǎn)生的壓力增加時，流動通道18中接近側(cè)通道94a的流動被移位遠離側(cè)通道94a，該側(cè)通道大致垂直于該流動通道中的正常流動。與第一側(cè)通路94a對置定位的第二側(cè)通路94b被液壓地連接至第二氣泡閥90b中的一個第二流體腔室90b上，并且可以吸收與由第一氣泡閥90a所引起的垂直位移有關(guān)的壓力。這個第一側(cè)通路94a與第二側(cè)通路94b配合以便引導(dǎo)之前提及的由將流體腔室90a加壓所引起的液體位移，這樣使得該位移具有垂直于通過流動通道18的這些粒子的正常流動的一個分量。在一個可替代實施例中，可以在沒有一個配合的第二氣泡閥的情況下使用一個單一的氣泡閥。這兩個側(cè)通路94和流體腔室100的配合引起在通過該外部致動器來對任何一個流體腔室100加壓和減壓時，穿過流動通道18的流動被向側(cè)面瞬時來回地移動。基于所檢測的精子特征，在任一氣泡閥90上的一個致動器可以通過控制器36來驅(qū)動，并且可以被用于使具有預(yù)先確定特征的精子偏轉(zhuǎn)，以便將它們與該樣品中的剩余粒子分離。流動通道18被展示為具有一個第一支路，該第一支路通向與現(xiàn)有的流動通道18大體平行的一個第一出口20。除非這些氣泡閥90中的一個被啟動，第一出口20可以是粒子將流動到的一個默認出口。一個第二出口22可以在檢驗區(qū)26的下游處分支遠離第一出口20一定距離。類似地，通過大體在流動通道18的與該第一分支對置側(cè)上的一個分支，可以到達一個第三出口24。在這些延伸至第二出口22和第三出口24的這些分支之間的角度可以被分開在0度與180度之間，或者甚至在10度與45度之間。從樣品源14供應(yīng)的這些精子細胞12可以包含可以由分析器58區(qū)分的多種類型的細胞。對于精子12，可能存在的是有活力的攜帶X染色體精子68、有活力的攜帶Y染色體精子70、以及不希望的粒子。該不希望的粒子可能包括死亡的精子、不能被識別的未定向的精子、其他粒子，或者在該流動通道中沒有被充分地間隔來進行分離的精子細胞。當(dāng)在一個精子細胞12中感測到一個預(yù)先確定的特征(示出為攜帶X染色體精子68)時，分析器58可以向控制器36提供一個信號，用于在一個合適的時間啟動合適的外部致動器，該外部致動器轉(zhuǎn)而接合第二氣泡閥90b以便引起流體腔室100b中的壓力變化。這種壓力變化使第二氣泡閥90b中的膜96b偏轉(zhuǎn)。第一側(cè)通路94a和第一氣泡閥90a吸收流動通道18中產(chǎn)生的瞬時壓力變化，從而在流動腔室18中產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)向力，該轉(zhuǎn)向力被定時以便使攜帶X染色體精子68轉(zhuǎn)向至流動通道18中的一個不同的位置處(見圖3B)。第一氣泡閥90a的流體腔室90a可以具有一個彈性壁，如一個彎月面，或者可以包含一種可壓縮流體，如一種氣體或膠體。這些彈性特性允許液體從流動通道18流動進入第一側(cè)通路94a中，從而允許吸收該壓力脈沖，由此提供細胞被轉(zhuǎn)向的一個較窄的窗口，并且防止對粒子流中的未選粒子的流動的干擾。類似地，在檢測到一個攜帶Y染色體精子70的情況下，一個外部致動器可以被用來對第一氣泡閥90a進行加壓并使該精子細胞轉(zhuǎn)向至第三出口24中?？商娲?，任一攜帶Y染色體精子、攜帶X染色體精子、或者甚至兩者可以通過被允許通過以到達該第一出口而進行被動的分選，同時不希望的精子被偏轉(zhuǎn)遠離該第一出口。圖3C展示了當(dāng)示出為相同的有活力的攜帶X染色體精子68的該感興趣的粒子已離開在第一側(cè)通路94a與第二側(cè)通路94b之間的體積時，緊隨第二氣泡閥90b的偏轉(zhuǎn)的一段時間。在這種啟動后，兩個流體腔室100內(nèi)部的壓力回到正常值，并且每個膜96返回一個平衡位置處，同時鞘流體離開第一側(cè)通路94a并重新進入第二側(cè)通路94b中，如箭頭所示。圖3D展示了在完成該切換序列后的系統(tǒng)10。每個氣泡閥90的流體腔室100內(nèi)部的壓力被平衡，從而允許通過流動通道18的流動正?；@樣使得未偏轉(zhuǎn)的精子繼續(xù)朝向第一出口20。同時，該感興趣的粒子(仍然示出為一個有活力的攜帶X染色體精子細胞)已被從它的原始軌跡上移位，并且流入該第一分支和第二出口22中，而其他細胞可以繼續(xù)不偏轉(zhuǎn)地朝向第一出口20，由此可基于預(yù)先確定的特征來分離這些粒子。在一個可替代實施例中，第一氣泡閥90a和第二氣泡閥90b中的一個或兩個可以通過一個致動器預(yù)先加載壓力。響應(yīng)于由分析器58產(chǎn)生的分選決定和來自于控制器36的分選行動，該致動器可以被從任一氣泡閥90卸載，來縮回對應(yīng)的膜96、將另外的鞘流體吸入對應(yīng)的側(cè)通路94中，以便將精子細胞的軌跡偏轉(zhuǎn)朝向那條側(cè)通路94。現(xiàn)參考圖4A，描述了一個轉(zhuǎn)向機構(gòu)28的一個實施例并且具體地是氣泡閥90的一個實施例，其中一個致動器92在一個附接點112處被固定至一個柔性界面102上。柔性界面102可以與流體腔室100流體密封，或者可以致動轉(zhuǎn)而引起如同下面所描述的那些動作的一個中間部件。在可以被視為一個靜止位置的一個第一位置中，致動器92和柔性界面102處于靜止狀態(tài)，這樣使得在流體腔室100中的流體98不將膜96偏轉(zhuǎn)至側(cè)通路94中。在可以被視為一個第一啟動位置的一個第二位置中，致動器92可以被驅(qū)動進入柔性界面102中，從而引起柔性界面102侵入流體腔室100的體積，這樣使得壓力被施加在膜96上并且流體被從側(cè)通路94中排出。這個排放的鞘流體提供了可以使如精子的粒子遠離側(cè)通路94偏轉(zhuǎn)的壓力脈沖。當(dāng)致動器92在一個附接點112處被附接至柔性界面102上時，可能是可以被視為一個第二啟動位置的一個第三位置，因此致動器92拉動柔性界面102遠離流體腔室100，從而擴大該體積(在可壓縮流體的情況下)，這樣使得膜96被收回并且另外的鞘流體被吸入側(cè)通路94中。所產(chǎn)生的壓力脈沖可以將精子或其他粒子朝向流動通道18中的側(cè)通路94中吸入。應(yīng)理解，流體腔室100的體積、流體98的類型、以及側(cè)通路94的尺寸可以被修改，以便實現(xiàn)流動通道18中的所希望的偏轉(zhuǎn)。還應(yīng)理解，該第二位置和該第三位置可以被視為極端位置，并且也可以考慮在這兩個極端位置之間的大量的中間位置。例如，流動通道18可以包括四個、五個、六個或者更多個分支，每個分支可以能夠接收通過氣泡閥90適當(dāng)?shù)仄D(zhuǎn)的粒子。圖4B提供了一個可替代實施例，因此致動器92被預(yù)先加載至柔性界面102上。換句話說，流體腔室100、流體98、以及膜96可以被認為是處于一個靜止位置中，同時存在柔性界面102的進入流體腔室100體積中的一些偏轉(zhuǎn)。致動器92可以被進一步驅(qū)動進入柔性界面102中至一個第一啟動位置，從而作用于流體98，以便將膜96移位并將鞘流體從側(cè)通路94中排出。向外移動致動器92至該第二啟動位置可以用于將膜96向內(nèi)吸入，并將流體吸入側(cè)通路94中。在這種實施例中，將致動器92移動至可以看起來是一個靜止位置的一個位置中可以實現(xiàn)用于使粒子偏轉(zhuǎn)的一個壓力脈沖。在描述的實施例中，這種移位可以引起將粒子朝向側(cè)通路94吸入的一個壓力脈沖。然而，一個附接點112可以被設(shè)置在致動器92與柔性界面102之間，這樣使得柔性界面102能夠在相反方向上被預(yù)先加載。圖4C描述了一個氣泡閥的一個可替代的實施例，其中柔性界面102可以包括一個雙晶壓電元件110。雙晶壓電元件110可以被設(shè)置成與流體腔室100處于一個密封的關(guān)系中，或者可以抵靠另一種柔性材料擱置，該另一種柔性材料被抵靠流體腔室100密封并且雙晶壓電元件110的運動通過該另一種柔性材料被轉(zhuǎn)化。在一個靜止位置中，雙晶壓電元件110可以處于靜止狀態(tài)，這樣使得粒子不偏轉(zhuǎn)地經(jīng)過側(cè)通路94。響應(yīng)于一個控制信號，雙晶壓電元件110可以彎曲至一個第一啟動位置中，從而侵入流體腔室體積100中，并引起膜96從側(cè)通路94中排出。所產(chǎn)生的壓力脈沖可以將粒子偏轉(zhuǎn)遠離側(cè)通路94和氣泡閥90。類似地，雙晶壓電元件110可以被提供引起該元件偏轉(zhuǎn)或彎曲至一個第二啟動位置中的一個信號。該第二啟動位置可以以將流體吸入側(cè)通路94中的方式對流體98、流體腔室100、以及膜96起作用。以這種方式，粒子可以被朝向側(cè)通路94偏轉(zhuǎn)。雙晶壓電元件110可以在偏轉(zhuǎn)和定時的程度上通過電信號得到精確的控制。例如，在第一啟動位置與第二啟動位置之間的任何數(shù)量的中間位置可以被實現(xiàn)用于利用不同軌跡使粒子偏轉(zhuǎn)。雙晶壓電元件110可以僅需要一個電連接，由此潛在地簡化了可能另外存在的間距問題。盡管多個氣泡閥呈現(xiàn)一個可行的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，但其他轉(zhuǎn)向機構(gòu)28被考慮用于與在此描述的該微流體芯片的某些方面一起使用。圖5中展示了一個可替代的安排，該安排示出了一個粒子正通過多個變換器42(如壓電元件或超聲波變換器)的啟動被轉(zhuǎn)向。每個變換器42可以形成一個變換器陣列82的一部分。變換器陣列82中的每個變換器42可以基于預(yù)期的或計算的粒子速度被按順序啟動，以便在沿著流動通道18的多個點處提供作用于粒子的多個脈沖。一個電磁輻射源30可以提供用于檢驗粒子的電磁輻射。一個熒光、散射或者其他響應(yīng)性發(fā)射可以通過一個或多個檢測器56來檢測并通過分析器58來處理。所產(chǎn)生的分選決定可以被通過一個驅(qū)動元件108從一個控制器36傳達至每個變換器42。驅(qū)動元件108可以提供變換器42的定時的啟動，用于與精子細胞或其他粒子沿著流動通道18多次相互作用。每個變換器42可以是一個聲波變換器，或者甚至是一個超聲波變換器，并且這些變換器被驅(qū)動的頻率可以被優(yōu)化用于產(chǎn)生粒子的偏轉(zhuǎn)，或者甚至更具體地用于使流動通道18中的精子偏轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)向。在一個實施例中，每個變換器42可以提供被引導(dǎo)來將該粒子轉(zhuǎn)向的一個單一脈沖，而在另一個實施例中，每個變換器可以產(chǎn)生被引導(dǎo)來將該粒子轉(zhuǎn)向的多個脈沖。在又一個實施例中，一個或多個變換器陣列82可以被操作以便在流動通道18中產(chǎn)生一個駐波。作為一個轉(zhuǎn)向機構(gòu)28，該駐波可以吸引或排斥在該聲場的某些波節(jié)或波腹中的粒子。在一個實施例中，這些變換器42在10-16MHz的范圍內(nèi)進行操作。在一個實施例中，在流動通道18的每一側(cè)上存在一個變換器陣列82，用于將粒子在兩個方向上轉(zhuǎn)向。在另一個實施例中，可以并入一個單一的變換器陣列82用于使粒子或精子細胞在兩個方向上偏轉(zhuǎn)。變換器陣列82可以被嵌入一個芯片襯底中，或者它們可以位于一個微流體芯片80的一個外表面上。此外，變換器陣列82可以是從芯片80中可移除的。在一個可替代實施例中，一個光學(xué)元件陣列可以以相似的方式并入，以便通過一個輻射壓力來將粒子轉(zhuǎn)向。一個單一激光器或者其他電磁輻射源可以被選通或分段，其方式使得允許對沿著該流動通道行進的一個單一粒子或快速跟隨流動通道18中的粒子的多個應(yīng)用?？商娲?，多個激光器可以被用于通過若干個輻射壓力的應(yīng)用來使一個粒子偏轉(zhuǎn)?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖6，一個芯片座104被展示用于將一個微流體芯片80保持在一個精確的位置中，這樣使得一個致動模塊106和成形的/分離的光束可以分別精確地接合這些轉(zhuǎn)向機構(gòu)28和檢驗區(qū)26。一個分束裝置74被展示用于產(chǎn)生多個光束段，每個光束段可以被與一個流動通道18對準，且大體上垂直于該流動通道18或者呈一定的角度。芯片座104可以包括一個機構(gòu)，該機構(gòu)用于將微流體芯片80牢固地固定在一個相對位置中，或者可以包括用于調(diào)節(jié)微流體芯片80的相對位置的多個機構(gòu)，如用于將該芯片中的該流動通道與多個檢測器和照射光源對準的機構(gòu)?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖7，微流體芯片80的一個實施例被展示成位于一個芯片座104上，并結(jié)合了呈一個暗盒168形式的一個流體系統(tǒng)。應(yīng)理解，被展示為形成于芯片座104的多個部分中的一些特征也可以被整合至微流體芯片80自身的一個附加層中。微流體芯片80被展示成具有多個流動通道18，除了在每個通道中的一個第一出口20、一個第二出口22以及一個第三出口24之外，這些流動通道具有一個鞘入口50和一個樣品入口48。暗盒168可以包括與微流體芯片80和/或芯片座104流體連通的一系列儲存器。暗盒168可以由一種聚合物或其他適合的生物相容性材料形成，并且每個儲存器被計劃用于直接保持流體，或者保持填充有流體的多個氣囊或其他可密封的容器。一個樣品儲存器114可以是與芯片座104中的一個樣品通道134流體連通的一個流體密封的儲存器。該樣品儲存器與樣品通道134之間的該流體連接可以在無菌條件下進行，從而防止或減少該樣品暴露至病原體和細菌。類似地，一個鞘儲存器116可以被流體連接至芯片座104中的一個鞘通道136上。每個儲存器可以具有一個關(guān)聯(lián)的傳送機構(gòu)。作為一個實例，流體可以經(jīng)由每個儲存器處產(chǎn)生的壓力梯度來傳送。這些壓力梯度可以通過泵、蠕動泵、以及其他類似的裝置來產(chǎn)生。圖7的一個切除部分展示了鞘通道136和樣品通道134與它們的對應(yīng)入口以及與第一流動通道18a的連接。盡管沒有展示，但剩余的流動通道18b至18n可以具有類似的通過這些通道與多個儲存器的流體連接。以這種方式，18a至18n的每個流動通道可以被從一個共同樣品儲存器114以及從一個共同的鞘儲存器116供應(yīng)，以便促進一個微流體芯片80中的多個通道的并行操作。暗盒168可以包含用于被處理的流體的另外的多個儲存器。作為一個實例，暗盒168可以包含一個被動收集儲存器120、一個第一主動收集儲存器122以及一個第二主動收集儲存器124。被動收集儲存器120可以通過一個被動收集通道140與每個通道18的第一出口20流體連通，在該被動收集通道中流體從每個第一出口20匯集，并通過一個被動收集管線150來進料。在一個實施例中，該被動收集可以是默認收集，并且可以包括廢物和/或不希望的粒子。類似地，第一主動收集儲存器122可以通過一個第一主動收集通道142和一個第一主動收集管線152被流體連接至每個流動通道18的第二出口22上，并且一個第二主動收集儲存器124可以通過一個第二主動收集通道144和一個第二主動收集管線154被連接至第三出口24上。一個第二切除部分展示了在第三出口24與第二主動收集通道144之間的關(guān)系，該關(guān)系對于每個流動通道18來說將是類似的。不論是主動地或被動地分選的流體和精子細胞均可以通過一個傳送機構(gòu)(如一個壓力梯度)被吸入通過每個各自的出口、通道、管線以及儲存器。作為一個說明性實例，微流體芯片80中的這些通道可以具有在約20μm與約400μm之間的寬度，而在該芯片座中的這些通道可以具有在約200μm與約2mm之間的寬度。將每個通道連接至它們對應(yīng)的儲存器的這些管線可以具有約0.25mm與約5mm之間的內(nèi)直徑。一個實施例提供了一個可任選的鞘流體再循環(huán)系統(tǒng)160，用于使來自該廢物儲存器的鞘流體再循環(huán)。圖7展示了一個再循環(huán)管線162，該再循環(huán)管線提供了從被動收集儲存器120至鞘儲存器116的流體連通。一個泵164可以被設(shè)置在該再循環(huán)管線中，以便驅(qū)動流體通過一個濃縮系統(tǒng)166(如一個過濾器)，并繼續(xù)流至鞘儲存器116中?？商娲?，被動收集儲存器120和鞘儲存器116可以被設(shè)置在不同的壓力下，該不同的壓力傾向于驅(qū)動流體從被動收集儲存器120通過再循環(huán)管線162，并流至鞘儲存器116中?？商娲?，其他多個傳送機構(gòu)可以被并入，以便將來自這些收集儲存器中的一個的流體運送至鞘儲存器116中。在一個實施例中，該過濾器可以由其他細胞濃縮系統(tǒng)166替代，或者由用于移除流體或上清液的系統(tǒng)替代。在一個實施例中，一系列的過濾器可以被用于適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)鞘流體以用于一個特定的應(yīng)用，如精子分選。精子濃縮系統(tǒng)的另外的非限制性實例可以包括離心分離系統(tǒng)、微流體單元、多孔膜、螺旋濃縮器、或者水力旋流器、或者其他粒子濃縮裝置或流體移除系統(tǒng)。在又一個實施例中，細胞濃縮系統(tǒng)166可以提供在第一主動收集儲存器122與第二主動收集儲存器124中的一個或兩個中的在一個合適的濃度下用于進一步處理的主動收集的精子，同時提供返回鞘儲存器116中的上清液鞘流體。作為一個實例，精子可以被濃縮至一個適合的劑量，用于接收一個冷凍補充劑，或者精子可以被濃縮至一個適合的劑量用于執(zhí)行AI、IVF或者另一個輔助生殖程序。在一些實施例中可以存在的又一個特征是一個溫度調(diào)節(jié)元件170。暗盒168可以執(zhí)行任何或者所有儲存在該暗盒上的流體的加熱和/或冷卻。例如，溫度調(diào)節(jié)元件170可以采用暗盒168上的多個加熱和/或冷卻墊或區(qū)域的形式。暗盒168的每個腔室或儲存器可以被保持在不同的溫度下，或者使其溫度在操作過程中被修改。可以使用用于控制在該整體式粒子處理暗盒的一個選擇的腔室或區(qū)域中的溫度的任何適合的裝置。在一個精子分選實施例中，可能希望盡可能地將精子維持在一個相對恒定的溫度下，如一個冷卻溫度下。出于降低精子活性的目的，可能還希望將可能是未對準和未定向的精子的精子冷卻。在這種實施例中，該暗盒可以由一種導(dǎo)熱材料來構(gòu)成，用于容易地將每個儲存器維持在類似的、特別是冷凍的溫度下。精子取向和對準簡要參考圖8，在三個視圖中展示了一個精子200。盡管在物種之間存在一些變化，但精子200代表了很大一部分哺乳類動物精子的基本形狀，包括牛類精子、馬類精子、以及豬類精子?；镜木宇^部形狀在此可以被稱為是一個大體的槳形。如由本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解的，在此描述的這些原則將同樣可適用于許多其他物種，如由威爾遜，D.E.和里德，D.M(Wilson,D.E.andReeder,D.M)列在世界哺乳動物物種(MammalSpeciesoftheWorld)(史密森學(xué)會出版社(SmithsonianInstitutionPress)，1993)一書中的許多物種，該書的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。精子細胞200的兩個最大的部分是精子頭部204和精子尾部206。精子頭部204容納核DNA，DNA選擇性染料結(jié)合至該核DNA，這對于性別分選精子的目的是有利的。精子頭部204是大體的槳形，并且長度比寬度大。一個縱軸212被展示為沿著精子頭部204的長度而穿過該精子頭部的中心的一個軸線，該軸線可以與精子尾部206的長度大體上平行。一個橫軸214被展示為穿過精子頭部204的中心，并且垂直于縱軸212。相對于一個理想的取向，圍繞該縱軸旋轉(zhuǎn)的精子可以被認為是以與航空術(shù)語滾動同義的方式來“旋轉(zhuǎn)的”，而圍繞橫軸214旋轉(zhuǎn)的精子可以被認為是以與航空術(shù)語傾伏同義的方式來“傾斜的”。該精子頭部的長度沿著該縱軸被表示為L。精子頭部204的寬度被表示為W，而厚度被表示為T。通過一個非限制性實例，許多品種的牛具有多個精子尺寸，這些尺寸近似為L＝10微米，W＝5微米，以及T＝0.5微米。在許多物種中區(qū)分精子是較困難的，因為DNA選擇性染料的攝取在攜帶X染色體精子與攜帶Y染色體精子中僅略有不同。多數(shù)哺乳動物物種表明DNA含量中在約2％至5％之間的差別。為了精確地發(fā)現(xiàn)這種差別，每個被分析的精子細胞被優(yōu)選地設(shè)置成一致對準的并且處于一個一致的取向中。如果精子變成未對準或者未定向，它們的測得的熒光波動遠遠超過幾個百分點。理想地，精子將被對準，因為該縱軸將通過該檢測器和/或該照射源的焦點，而該縱軸和該橫軸二者保持垂直于該檢測器的一個光軸和/或由一個照射源產(chǎn)生的一個光束的一個光束軸。被修改用于精子分選的先前的空氣中激發(fā)方式的流式細胞儀包括一個側(cè)向熒光檢測器，該側(cè)向熒光檢測器用于排除被旋轉(zhuǎn)的精子的目的，但是微流體系統(tǒng)中不存在多個側(cè)向檢測器，當(dāng)前的微流體芯片的幾何結(jié)構(gòu)也不允許包括多個側(cè)向檢測器。下面的特征可以被單獨地并入或者可以任意組合和排列被并入，以便在一個微流體芯片中提供定向的精子和/或確定精子何時在一個微流體芯片中被定向。流動通道特征現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖9A，展示了一個流動通道318的透視圖。所展示的流動通道318包括形成在一個微流體芯片300的一部分中的一個流體聚焦區(qū)330和一個精子定向區(qū)332。盡管流體聚焦區(qū)330包括呈一個流體聚焦幾何結(jié)構(gòu)形式的一個流體聚焦特征，并且一個精子定向區(qū)332被展示成具有一個定向通道幾何結(jié)構(gòu)的定向特征，但應(yīng)理解的是其他聚焦特征和定向特征可以被并入來代替或附加至這些描述的幾何結(jié)構(gòu)。流動通道318可以是在這種微流體芯片中的多個流動通道(如在4個與512個流動通道之間)中的一個。一個鞘流入口350被展示成在流動通道318中的樣品入口348的上游處，用于建立同軸流(有時稱為鞘流)的目的。流體聚焦區(qū)330可以包括一個垂直流體聚焦區(qū)336，該垂直流體聚焦區(qū)具有用于聚焦和/或?qū)市玖鞯囊粋€垂直方向的一個幾何結(jié)構(gòu)；和一個橫向流體聚焦區(qū)334(或橫向聚焦區(qū))，該橫向流體聚焦區(qū)具有用于聚焦和/或?qū)试撔玖鞯囊粋€橫向方向的一個幾何結(jié)構(gòu)。如所展示的，橫向流體聚焦區(qū)334包括與流體聚焦區(qū)330相同的流動通道318的長度，兩者均與垂直流體聚焦區(qū)336重疊。應(yīng)理解，橫向流體聚焦區(qū)334可以占據(jù)不超過整個流體聚焦區(qū)，并且垂直流體聚焦區(qū)336并非必需與橫向流體聚焦區(qū)334重疊。橫向流體聚焦區(qū)334可以被認為是流體通道318的長度，沿著該長度終止于一個第一轉(zhuǎn)變點338處的一個橫向通道寬度“w”減少至一個第二寬度“w′”。這種幾何結(jié)構(gòu)傾向于使樣品的該芯流變窄，并且可以通常有助于在流動通道318中將精子細胞對準，從而提供通常將精子細胞限制在其中的一個更窄的樣品帶。一個精子定向區(qū)332可以在流動通道318中在第一轉(zhuǎn)變點338之后緊接流體聚焦區(qū)330一段距離，或者可替代地，流體聚焦區(qū)330和精子定向區(qū)332可以部分或完全重疊。精子定向區(qū)332可以終止于一個第二轉(zhuǎn)變點340處，其后可以是一個檢驗區(qū)326。在一個實施例中，減少寬度“w′”的該通道可以具有通過精子定向區(qū)332或者該精子定向區(qū)的一部分，以及通過檢驗區(qū)326的一個一致的尺寸。轉(zhuǎn)到圖9B，展示了流動通道318的一個垂直截面視圖，該流動通道具有一個橫向流體聚焦區(qū)334和一個垂直流體聚焦區(qū)336，其后是一個精子定向區(qū)332和一個檢驗區(qū)326。在一個實施例中，垂直流體聚焦區(qū)336包括一個垂直流體聚焦特征342，該垂直流體聚焦特征可以是能夠在流動通道318中產(chǎn)生壓力脈沖的一個補充的鞘通道、一系列的唇緣、邊緣、鋸齒形、波狀起伏、或減速帶、或一個變換器。在一個實施例中，一個通道的高度“h”被保持相對恒定，直到到達第一轉(zhuǎn)變點338處。在其他實施例中，垂直流體聚焦區(qū)336可以具有改變通道高度“h”的幾何結(jié)構(gòu)，或者精子定向區(qū)332可以與流體聚焦區(qū)330重疊，從而引入使該通道高度在第一轉(zhuǎn)變點338之前改變的一個通道幾何結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，該通道高度“h”從第一轉(zhuǎn)變點338發(fā)展成在第二轉(zhuǎn)變點340處的一個減少的通道高度“h′”?？商娲?，該通道高度“h”可以穿過精子定向區(qū)332被減少。精子定向區(qū)332可以始于流體聚焦區(qū)330之后，或者該精子定向區(qū)可以部分或者甚至完全地與流體聚焦區(qū)330重疊。圖9C展示了用于產(chǎn)生同軸流或鞘流的一個可替代的構(gòu)型，因此樣品入口348被設(shè)置成與流動通道318大體上平行。在這種構(gòu)型中，樣品入口348可以被設(shè)置成一個斜面構(gòu)型，以便在剛開始時為該芯流促進一個帶形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，用于在一個微流體通道中建立鞘流的任何已知的構(gòu)型也可以與在此描述的這些取向方面合并。作為一個非限制性實例，在美國專利號7,311,476中描述的任何入口/樣品通道可以與在此描述的各種特征合并，該專利的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。圖10A-10D展示了具有合并有一個流體聚焦區(qū)330和一個精子定向區(qū)332的一個相對簡單的幾何結(jié)構(gòu)的一個流動通道318；然而，這些區(qū)域中的每一個還可以被并入到更復(fù)雜的流動通道幾何結(jié)構(gòu)中。圖10A-10D中的每個圖展示了一般的原則，并且不需要按比例描述或反映出1:1的縱橫比。圖10A將截面AA展示成填充有鞘流體352的一個大體上正方形的流動通道318。向下游移動至截面BB，圖10B展示了可見與鞘流體352是處于同軸關(guān)系的樣品354的一個芯流。在BB處的該芯流的一個更近的視圖展示了一個未對準且未定向的精子細胞360的一個實例。在該芯流周圍的多個箭頭展示了通過流動通道318幾何結(jié)構(gòu)中的改變而施加至該芯流的力。從AA至BB的轉(zhuǎn)變在高度上沒有改變的情況下引起該通道的一個輕微的擴大。向下游移動至CC，流動通道318的寬度“w”被減少，從而使該芯流聚焦，這被展示在移動至該芯流的中心并變成對準的精子細胞360處，同時保持在該流中的一個未定向的位置。提供了該橫向移動的這些力被展示為多個粗體箭頭，這些粗體箭頭強調(diào)該通道幾何結(jié)構(gòu)的這個部分的流體動力學(xué)影響。從截面CC至DD，該流體通道的高度“h”被減少，從而傾向于對在該芯流中的精子施加多個定向力。與后面的多個位置相比，多個更大的力從多個垂直位置處施加，從而傾向于將一個精子細胞的平坦表面定向。圖11A-11D展示了與圖10A-10D類似的具有圓形和橢圓形的橫截面的一個類似的流動通道幾何結(jié)構(gòu)，除了流動通道318包括大體上橢圓形和圓形的橫截面。芯流形成盡管一個一致的芯流的形成對于許多分析技術(shù)是有益的，但當(dāng)區(qū)分來自攜帶X染色體精子與攜帶Y染色體精子的相對小的熒光差異時，其是特別有用的。一個精子分選器的一個有用的特征將是形成具有一個大體上帶形的一個芯流，該芯流可以有助于在一個流動通道中的精子對準和精子取向?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖12A，一個流體聚焦區(qū)430被并入流體通道418的一個區(qū)域中，用于產(chǎn)生芯流流動，或者說鞘流。芯流形成幾何結(jié)構(gòu)400被展示成一個微流體芯片80(如那些之前描述的微流體芯片)中的一個流動通道418的一個內(nèi)表面。芯流形成幾何結(jié)構(gòu)400可以使用微型制造、注射成型、沖壓、機械加工、3D打印或通過其他適合的制造技術(shù)來由塑料、聚碳酸酯、玻璃、金屬、或者其他適合的材料制造。因此，該芯流形成幾何結(jié)構(gòu)可以被形成為一個單一層，或者由多個堆疊層形成。所展示的芯流形成幾何結(jié)構(gòu)400提供了改進的鞘流容量，并且因此提供了改進的聚焦能力。具體來說，鞘入口450可以具有多個圓錐入口形狀，每個圓錐入口形狀在一個鞘聚集體積422處被接收。這些鞘聚集體積可以向另外的流動通道418部件提供一個單一出口，或者多個出口。延伸至流體聚焦區(qū)430中的一個單一出口被示出?？商娲兀粋€單一入口可以被分支進入芯流形成幾何結(jié)構(gòu)400中。另外，可以在源自鞘聚集體積422的一個或多個流體路徑上設(shè)置流動限制。所描述的流體聚焦區(qū)430包括一個橫向流體聚焦部件和一個垂直流體聚焦部件，二者均有助于通過流動通道418的鞘流體和樣品的軸向加速度。所展示的橫向流體聚焦部件包括一個橫向流體聚焦腔室420。橫向流體聚焦腔室420具有來自樣品入口448的樣品，以及來自一個或多個鞘入口450的鞘。如所展示的，兩個對稱的鞘入口450從邊緣處填充橫向流體聚焦腔室420，而樣品從中間部分進入橫向流體聚焦腔室420中。隨著該樣品和鞘沿著橫向流體聚焦腔室420前進，該腔室的寬度減小，從而提供了來自該腔室的側(cè)面的一個增加的向內(nèi)的力，該力傾向于使樣品聚焦在橫向流體聚焦腔室420的中間部分中并使該流動通道中的鞘和樣品加速。所展示的垂直流體聚焦部件包括一個第一垂直流體聚焦通道424，該第一垂直流體聚焦通道與樣品入口448相對于橫向流體聚焦腔室420的位置相結(jié)合。第一垂直流體聚焦通道424可以包括分支遠離橫向流體聚焦腔室420并且被設(shè)置成與橫向流體聚焦腔室420進一步在下游流體連通的一個環(huán)形通道。以這種方式，第一垂直流體聚焦通道424提供了一種用于使鞘流的一部分轉(zhuǎn)向的裝置，該裝置可以在后面的一點處被引入流體通道418中，以便將樣品的該芯流的該垂直位置聚焦。圖12B提供了該橫向流體聚焦部件的一個示意圖。一個樣品流406被展示為從樣品入口448進入橫向聚焦腔室420中。而鞘流408被展示為在橫向流體聚焦腔室420的邊緣處從每個鞘入口450進入橫向流體聚焦腔室420中。隨著該橫向流體聚焦腔室的寬度的減小，鞘流408提供了在樣品406上的一個增加的剪切力，二者加速了該樣品的流動，從而分隔該樣品中的粒子，并且將該樣品流橫向地聚焦至橫向流體聚焦腔室420的中心處。樣品408的該垂直流動受到芯流形成幾何結(jié)構(gòu)400的兩個特征的影響，這可以從圖13中最清楚地看出。圖13代表了沿著芯流形成幾何結(jié)構(gòu)400的一個縱軸的一個垂直橫截面。在進入該橫向流體聚焦腔室420中時，會對該樣品流產(chǎn)生一個第一向下的垂直影響，因為該樣品是從橫向流體聚焦腔室420下方引入，這樣使得該樣品向上的流動將被在其上方的鞘流408抵制。一種代表性的樣品流406被展示成到達樣品入口448的末端，并對著一個鞘流408向上移動。一旦樣品406的該芯流到達第一流體垂直聚焦通道424，鞘流408就將該樣品向上引導(dǎo)，從而使該樣品聚焦遠離流動通道418的底部。一旦經(jīng)過聚焦區(qū)430，該樣品就可以繼續(xù)通過一個精子定向區(qū)330和一個檢驗區(qū)326。該精子可以根據(jù)以下描述中的多個特定特征被定向，并且可以根據(jù)之前描述的不同的機制來執(zhí)行一個分選動作。轉(zhuǎn)到圖14A，展示了一個可替代的芯流形成幾何結(jié)構(gòu)500，該芯流形成幾何結(jié)構(gòu)合并有一個流體聚焦區(qū)530，該流體聚焦區(qū)包括處于一個第一和第二垂直流體聚焦通道的形式的一個雙U形或雙環(huán)形。一個實施例涉及一種芯流形成幾何結(jié)構(gòu)500，該芯流形成幾何結(jié)構(gòu)具有一個第一垂直流體聚焦通道524和第二垂直流體聚焦通道526，該第一垂直流體聚焦通道和第二垂直流體聚焦通道被配置用于有助于使反向的垂直流體聚焦鞘流進入一個流動通道518中，用于形成一個改進的芯流。圖14A描述了定位在與鞘入口550相同的垂直水平面處的一個樣品入口548，該樣品入口通向一個橫向流體聚焦腔室520。第一垂直流體聚焦通道524在橫向流體聚焦腔室520的上方垂直延伸，并且第二垂直流體聚焦通道526在橫向流體聚焦腔室520的下方垂直延伸。在經(jīng)過橫向聚焦腔室520、第一垂直聚焦通道524以及第二垂直聚焦通道526的多個聚焦特征之后，一個更聚焦的和/或更對準的芯流可以流動通過流動通道560的剩余部分。參考圖14B，鞘流被展示成通過該鞘入口并被分成三個部分。第一鞘流554進入橫向流體聚焦腔室520中，并且響應(yīng)于變窄的寬度來傾向于將該樣品聚焦在橫向流體聚焦腔室520的中心處。鞘流的一個第二部分556被轉(zhuǎn)向通過第一垂直流體聚焦通道524，并且鞘流的一個第三部分558被引導(dǎo)通過第二垂直流體聚焦通道526。提供了比圓錐鞘入口550的末端更大的一個截面面積的一個鞘聚集體積522提供了用于分配通過每個鞘部分的相對高的鞘流速的一個有益的體積。具體地說，通過第一垂直聚焦通道524以及第二垂直聚焦通道526的增加的鞘流可以提供使流動通道518中的芯流的垂直位置聚焦的改進的能力。現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖15，沿著芯流形成幾何結(jié)構(gòu)500的一個縱軸的一個垂直橫截面展示了樣品506的一個芯流和在大致相同的垂直位置處被引入流動通道518中的一個鞘流體508。來自第一垂直流體聚焦通道524的鞘流508提供了在樣品的該芯流上的一個向下的聚焦影響，接著是來自由第二垂直流體聚焦通道526提供的鞘流體的一個向上的聚焦影響。流動通道518的緊隨著這些相反的垂直鞘流的部分是處于相對于橫向流體聚焦腔室520和樣品入口548的一個抬高的垂直位置處。流動通道518的緊隨該聚焦區(qū)的部分可以隨后在一個區(qū)域設(shè)計中被操縱，以便向樣品的該芯流中的粒子賦予取向。圖16展示了芯流形成幾何結(jié)構(gòu)600的一個可替代實施例，該芯流形成幾何結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)與圖15中所描述的大致相同的垂直橫截面。在與圖16中展示的這些鞘流體流動路徑有關(guān)的若干個流線方面中可能存在某些提升的效率。在一個方面中，鞘流體從每個鞘聚集體積622通過并進入聚焦入口632中，該聚焦入口立即將該鞘流體置于一個軌跡中，用于將樣品流體606的芯流橫向聚焦。第一垂直流體聚焦通道624和第二垂直流體聚焦通道626中的每一個還是具有一個共同入口630的流線型。圖17展示了芯流形成幾何結(jié)構(gòu)700的另一個實施例，該芯流形成幾何結(jié)構(gòu)具有多個流線型的鞘流部件，如一個狹窄的入口732和直接被連接至每個鞘入口750的鞘聚集體積722上的共同入口730。此外，圖17展示了第一垂直流體聚焦通道724和第二垂直流體聚焦通道726中的每一個的一些部分的一個可替代的垂直放置。利用一個平面流動通道的取向轉(zhuǎn)到圖18A，展示了一個定向通道幾何結(jié)構(gòu)的一個實施例，因此流動通道818轉(zhuǎn)變成一個減少的高度，該定向幾何結(jié)構(gòu)可以通常被稱為一個平面定向幾何結(jié)構(gòu)838。這種定向幾何結(jié)構(gòu)可以包括一個定向區(qū)832和一個檢驗區(qū)826。該平面定向幾何結(jié)構(gòu)可以遵循任何上文描述的流體聚焦幾何結(jié)構(gòu)或特征，如所描述的芯流形成幾何結(jié)構(gòu)中的任何一個。在平面定向通道幾何結(jié)構(gòu)832之前，流動通道818可以具有在約25微米與75微米之間的一個高度，以及在約100微米與約300微米之間的一個寬度。在定向通道幾何結(jié)構(gòu)832之前的高度“h”可以在一個長度L上被減少至一個第二高度“h′”。減少的高度“h′”可以是在約10微米與35微米之間，用于產(chǎn)生一個芯流，該芯流在該較窄的軸線上接近1至0.5微米，或者接近一個精子細胞的厚度。圖18A展示了一個漸變，其中該轉(zhuǎn)變的長度“L”可以是在約200微米與約5000微米之間。在該轉(zhuǎn)變之前，流動通道818可以具有在約4:1與5:1之間的一個寬度和高度的比率，并且在該轉(zhuǎn)變之后，該寬度和高度的比率可以是約8:1與10:1之間。緊隨著任何聚焦幾何結(jié)構(gòu)，流動通道818可以具有一個大體上矩形的形狀，或者多個鄰邊可以變圓，從而產(chǎn)生一個“D”形輪廓，參見圖18B的橫向剖面圖。開始的輪廓被以虛線表示，從而提供了這兩個輪廓的一個比較。圖18C展示了在檢驗區(qū)826之前的一個突然的轉(zhuǎn)變，該轉(zhuǎn)變可以具有在約25微米與約200微米之間的一個轉(zhuǎn)變長度“L”。在一個實施例中，可能存在緊隨檢驗區(qū)826的一個再擴張842。該較短的轉(zhuǎn)變和該再擴張的結(jié)合可以提供一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要較少的壓力來驅(qū)動細胞通過，或者降低該系統(tǒng)的背壓。在一個模仿噴嘴的幾何結(jié)構(gòu)中的取向參考圖19A-19C，一個流動通道918的一個實施例具有一個定向幾何結(jié)構(gòu)，該定向幾何結(jié)構(gòu)模仿一個空氣中激發(fā)方式的流式細胞儀的一個定向噴嘴。在這種實施例中，這些流體聚焦特征和這些精子定向特征可以重疊，并且事實上被并入一個共同的幾何結(jié)構(gòu)中。一個流動通道918被設(shè)置成與一個第一鞘入口950a和一個第二鞘入口950b流體連通，第一鞘入口和第二鞘入口中的每一個進料到一個定向腔室930中。定向腔室930可以包括模仿一個噴嘴的內(nèi)部的一個內(nèi)表面區(qū)域。一個樣品入口948通過一個注射管910進料、經(jīng)過一個注射管出口914進入定向腔室930中。定向腔室930可以在其最上游的點處具有一個大體上橢圓形的橫截面，但是該橫截面也可以是圓形或矩形。無論如何，該定向腔室的高度可以是約1000微米。該定向腔室的該內(nèi)表面可以在5000微米上轉(zhuǎn)變成具有50微米的一個高度和200微米的一個寬度的一個大體上橢圓形的或甚至一個“D”形的通道。注射管910可以延伸約3000微米進入該定向腔室中，并且可以使內(nèi)部和外部特征中的一個或兩個提供一個帶狀芯流和定向該芯流中的粒子，如精子。作為一個實例，該注射管可以具有一個有斜面的尖端。作為另一個實例，該注射管可以具有終止于該注射管出口處的一個橢圓形的或甚至矩形的內(nèi)部通道。注射管910可以具有一個約300微米的外部厚度。作為一個非限制性的實例，該內(nèi)部通道可以具有一個約100微米的高度和約200微米的一個寬度。下游的通道特征結(jié)合之前討論的任何定向或聚焦特征，各種下游的特征可以被并入一個流動通道中。這些特征可以提供傾向于將粒子定向或?qū)实囊粋€偏置力。在一個實施例中，下游的...