相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)是非臨時(shí)性的，因此要求2014年12月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/089,229以及2015年11月24日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/259,511的權(quán)益和/或優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

本發(fā)明一般涉及用于檢測(cè)微流體裝置內(nèi)測(cè)定結(jié)果的方法。特別地，該方法可以包括用于自動(dòng)選擇微流體裝置內(nèi)的特定區(qū)域以檢測(cè)測(cè)定結(jié)果的步驟。

背景技術(shù)：

隨著微流體領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，微流體裝置已經(jīng)成為處理和操縱諸如生物細(xì)胞的微物體的便利平臺(tái)。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及用于自動(dòng)使用微流體裝置的方法和裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在第一方面，本發(fā)明涉及一種在包括一個(gè)或多個(gè)回路元件的微流體裝置內(nèi)檢測(cè)測(cè)定陽(yáng)性的測(cè)定區(qū)域的自動(dòng)化方法。所述自動(dòng)化方法包括：收集自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的一組數(shù)字圖像ii(i＝1至n)，其中至少部分地基于所述一個(gè)或多個(gè)回路元件的尺寸來(lái)識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。所述自動(dòng)化方法還包括：基于所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的所述組數(shù)字圖像集ii，計(jì)算在全部或部分測(cè)定過(guò)程中的變化率δx。所述自動(dòng)化方法還包括：將所述變化率δx與閾值δ°進(jìn)行比較；以及如果δx大于δ°，則確定所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax是測(cè)定陽(yáng)性的。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述微流體裝置包括通道，并且所述自動(dòng)化方法包括至少部分地基于所述通道的尺寸來(lái)識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。在一些實(shí)施例中，所述通道的所述尺寸包括所述通道的寬度。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述微流體裝置包括隔離圍欄，并且所述自動(dòng)化方法包括還至少部分地基于所述隔離圍欄的尺寸識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。在一些實(shí)施例中，所述隔離圍欄的所述尺寸包括所述隔離圍欄的寬度。在一些實(shí)施例中，所述隔離圍欄的所述尺寸包括所述隔離圍欄的長(zhǎng)度。

在各種實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包括至少部分地基于所述隔離圍欄內(nèi)的細(xì)胞的位置來(lái)識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。在一些實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包括檢測(cè)所述隔離圍欄內(nèi)的所述細(xì)胞的所述位置。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包括至少部分地基于所述測(cè)定是否是分泌物測(cè)定來(lái)識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包括至少部分地基于所述測(cè)定中使用的試劑或分析物的特性來(lái)識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。在一些實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包括至少部分地基于附著于所述隔離圍欄的一部分或所述通道的一部分的試劑或分析物的位置來(lái)識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。在一些實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包括通過(guò)使用結(jié)構(gòu)化的光來(lái)促使光致聚合物網(wǎng)絡(luò)的凝固，將所述試劑或分析物附著到所述隔離圍欄的所述部分。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包括周期性地收集所述組數(shù)字圖像ii(i＝1至n)的數(shù)字圖像。在一些實(shí)施例中，用于收集所述組數(shù)字圖像ii(i＝1至n)的數(shù)字圖像的周期是每隔3到5分鐘進(jìn)行一次。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述組數(shù)字圖像ii(i＝1至n)包括一組像素pi，j，并且所述自動(dòng)化方法還包括計(jì)算變化率δx還包括確定所述組像素pi，j或所述組像素pi，j的子組的光強(qiáng)度值li，j。在一些實(shí)施例中，確定像素pi，j的光強(qiáng)度值li，j包括從觀察到的光強(qiáng)度水平減去光強(qiáng)度的背景水平(li，j(觀察到的)-li，j(背景))。在一些實(shí)施例中，li，j(背景)是在所述測(cè)定開始時(shí)(t＝0)時(shí)或所述測(cè)定剛要開始之前為同一像素pj測(cè)量的所述光強(qiáng)度值。

在一些實(shí)施例中，li，j(背景)是為控制區(qū)域觀察的光強(qiáng)度值lctr1。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，變化率δx是表示選自由li,avg、σi、li,min和li,max構(gòu)成的組中兩個(gè)或更多個(gè)參數(shù)的變化率的向量或其它數(shù)學(xué)表達(dá)式。

在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，所述閾值δ°基于對(duì)應(yīng)于k個(gè)不同測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的變化率δx的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ°。在一些實(shí)施例中，所述閾值δ°等于δavg+1.6σ°。

在第二個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種用于存儲(chǔ)非暫態(tài)機(jī)器可讀指令的機(jī)器可讀存儲(chǔ)裝置，所述指令用于實(shí)施在包括一個(gè)或多個(gè)回路元件和其各種組件的微流體裝置內(nèi)檢測(cè)測(cè)定陽(yáng)性的測(cè)定區(qū)域的自動(dòng)化方法。

在第三個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種在包括一個(gè)或多個(gè)回路元件的微流體裝置內(nèi)檢測(cè)分析物的量的自動(dòng)化方法。所述自動(dòng)化方法包括：收集自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的一組數(shù)字圖像ii(i＝1至n)，其中至少部分地基于所述一個(gè)或多個(gè)回路元件的尺寸來(lái)識(shí)別所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。所述自動(dòng)化方法還包括：基于所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的所述組數(shù)字圖像ii，計(jì)算在全部或部分測(cè)定過(guò)程中的變化率δx。所述自動(dòng)化方法還包括：基于校準(zhǔn)曲線，確定與所述變化率δx相關(guān)聯(lián)的分析物的量，其中所述校準(zhǔn)曲線包括對(duì)應(yīng)于已知濃度分析物的一個(gè)或多個(gè)變化率δx。

在各種實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法包確定對(duì)應(yīng)于已知濃度的所述分析物的一個(gè)或多個(gè)變化率δx。在一些實(shí)施例中，所述自動(dòng)化方法還包括收集與已知濃度的所述分析物相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的一組或多組數(shù)字圖像ii(i＝1至n)；以及基于所述自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aay的所述一組或多組數(shù)字圖像ii(i＝1至n)，計(jì)算在全部或部分測(cè)定過(guò)程中的一個(gè)或多個(gè)變化率δx。

在第四方面，本發(fā)明涉及一種用于存儲(chǔ)非暫態(tài)機(jī)器可讀指令的機(jī)器可讀存儲(chǔ)裝置，所述指令用于實(shí)施在包括一個(gè)或多個(gè)回路元件和其各種組件的微流體裝置內(nèi)檢測(cè)分析物的量的自動(dòng)化方法。

附圖說(shuō)明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的用于微流體裝置和相關(guān)聯(lián)的控制設(shè)備的系統(tǒng)的示例。

圖2a和圖2b示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的微流體裝置。

圖2c和圖2d示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的隔離圍欄。

圖2e提供根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的隔離圍欄的詳細(xì)說(shuō)明。

圖2f示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的微流體裝置。

圖3a示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的用于微流體裝置和相關(guān)聯(lián)的控制設(shè)備的系統(tǒng)的具體示例。

圖3b示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的示例性模擬分壓器回路。

圖3c示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的被配置為繪制溫度和波形數(shù)據(jù)的示例性gui。

圖3d示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的成像裝置。

圖4a-圖4c示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域。

圖5是作為其光強(qiáng)度值li，j的函數(shù)的圖像ii中像素pi，j的分布的圖形說(shuō)明。該圖包括在丟棄具有最低的5％和最高的5％光強(qiáng)度值的像素之后，分別用于像素li，avg的平均光強(qiáng)度值、以及最小和最大光強(qiáng)度值li，min和li，max的標(biāo)記。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的確定自動(dòng)識(shí)別測(cè)定區(qū)域的變化速率所涉及的一系列步驟。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例和應(yīng)用。然而，本發(fā)明不限于這些示例性實(shí)施例和應(yīng)用，也不限于在本文中描述的方式或者示例性實(shí)施例和應(yīng)用運(yùn)行的方式。而且，附圖可示出簡(jiǎn)化或局部視圖，并且附圖中的元件尺寸可以被夸大或者可以不按比例。此外，當(dāng)在本文中使用術(shù)語(yǔ)“在…上”、“附接到”、“連接到”或“耦接到”或類似詞語(yǔ)時(shí)，一個(gè)元件(例如，材料、層、基底等)可以“在另一個(gè)元件上”、“附接到另一個(gè)元件”、“連接到另一個(gè)元件”、或“耦接到另一個(gè)元件”，而不管該一個(gè)元件直接在另一個(gè)元件上、附接、連接或耦接到該另一個(gè)元件，還是有一個(gè)或更多個(gè)介入元件在該一個(gè)元件和該另一個(gè)元件之間。此外，在對(duì)一系列元件(例如元件a、b、c)進(jìn)行描述的情況下，這些描述旨在包括所列出的元件自身的任何一個(gè)、少于全部所列出的元件的任何組合和/或全部所列出的元件的組合。

說(shuō)明書中的段落劃分僅用于便利查看，并且不限制所討論的元件的任何組合。

如本文所使用的，“基本上”是指足以達(dá)到預(yù)期目的。術(shù)語(yǔ)“基本上”因此允許根據(jù)絕對(duì)或完美狀態(tài)、尺寸、測(cè)量、結(jié)果等進(jìn)行諸如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以預(yù)期，但對(duì)總體性能沒(méi)有顯著影響的小的、不重要的變型。當(dāng)針對(duì)數(shù)值或者可以被表示為數(shù)值的參數(shù)或特征使用時(shí)，“基本上”是指在百分之十內(nèi)。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”是指多于一個(gè)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“很多”可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10個(gè)或更多。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“布置”涵蓋其含義“位于”。

如本文所用，“微流體裝置”或“微流體設(shè)備”是包括被配置為保持流體的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立微流體回路的裝置，每個(gè)微流體回路包括流體上互連的回路元件，包括但不限于，區(qū)域、流動(dòng)路徑、通道、腔室和/或圍欄以及被配置為允許流體(以及可選地，懸浮在流體中的微物體)流入和/或流出微流體裝置的至少兩個(gè)端口。通常，微流體裝置的微流體回路將包括至少一個(gè)微流體通道和至少一個(gè)腔室，并且將保持小于約1ml體積的流體，例如，小于約750、500、250、200、150，100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2μl。在一些實(shí)施例中，微流體回路保持大約1-2、1-3、1-4、1-5、2-5、2-8、2-10、2-12、2-15、2-20、5-20、5-30、5-40、5-50、10-50、10-75、10-100、20-100、20-150、20-200、50-200、50-250或50-300μl的流體。

如本文所用，“納流體裝置”或“納流體設(shè)備”是具有包含至少一個(gè)回路元件的微流體回路的一種微流體裝置，其中該回路元件被配置為保持小于約1μl體積的流體，例如，小于約750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1nl或更少。通常，納流體裝置將包括多個(gè)回路元件(例如，至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、75、100、150、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、6000、7000、8000、9000、10,000或更多個(gè))。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)回路元件中的一個(gè)或多個(gè)(例如全部)被配置為保持以下體積的流體：大約100pl至1nl、100pl至2nl、100pl至5nl、250pl至2nl、250pl至5nl、250pl至10nl、500pl至5nl、500pl至10nl、500pl至15nl、750pl至10nl、750pl至15nl、750pl至20nl、1至10nl、1至15nl、1至20nl、1至25nl或1至50nl。在其它實(shí)施例中，至少一個(gè)回路元件中的一個(gè)或多個(gè)(例如全部)被配置為保持以下體積的流體：大約100至200nl、100至300nl、100至400nl、100至500nl、200至300nl、200至400nl、200至500nl、200至600nl、200至700nl、250至400nl、250至500nl、250至600nl或250至750nl。

如本文所使用的“微流體通道”或“流動(dòng)通道”指具有明顯長(zhǎng)于水平和垂直尺寸的長(zhǎng)度的微流體裝置的流動(dòng)區(qū)域。例如，流動(dòng)通道可以是水平或垂直尺寸的長(zhǎng)度的至少5倍，例如長(zhǎng)度的至少10倍、長(zhǎng)度的至少25倍、長(zhǎng)度的至少100倍、長(zhǎng)度的至少200倍、長(zhǎng)度的至少500倍、長(zhǎng)度的至少1000倍、長(zhǎng)度的至少5000倍或更長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，流動(dòng)通道的長(zhǎng)度在約100,000微米至約500,000微米的范圍內(nèi)，包括其間的任何范圍。在一些實(shí)施例中，水平尺寸在約100微米至約1000微米的范圍內(nèi)，例如，從約150到約500微米，垂直尺寸在約25微米至約200微米的范圍內(nèi)，例如，從約40至約150微米。應(yīng)指出的是，流動(dòng)通道可以在微流體裝置中具有各種不同的空間構(gòu)造，因此不限于理想的線性元件。例如，流動(dòng)通道可以是以下配置，或者可以包括具有以下配置的一個(gè)或多個(gè)部分：彎曲、彎折、螺旋、傾斜、下降、分叉(例如，多個(gè)不同的流動(dòng)路徑)及其任何組合。此外，流動(dòng)通道可以具有沿其路徑的不同的橫截面面積(擴(kuò)大和收縮)，以在其中提供期望的流體流動(dòng)。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“阻塞”通常指足夠大的凸塊或類似類型的結(jié)構(gòu)，以便部分地(但不完全)阻止目標(biāo)微物體在微流體裝置的兩個(gè)不同區(qū)域或回路元件之間移動(dòng)。兩個(gè)不同的區(qū)域/回路元件可以是例如微流體隔離圍欄和微流體通道、或微流體隔離圍欄的連接區(qū)域和分離區(qū)域。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“收縮”通常指微流體裝置中回路元件(或兩個(gè)回路元件之間的界面)的寬度變窄。例如，收縮可以位于微流體隔離圍欄與微流體通道之間的界面處、或者位于微流體隔離圍欄的分離區(qū)域與連接區(qū)域之間的界面處。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“透明”指允許可見(jiàn)光通過(guò)但是在光通過(guò)時(shí)基本不改變光的材料。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“微物體”通常指可以根據(jù)本發(fā)明分離和收集的任何微觀物體。微物體的非限制性示例包括：無(wú)生命的微物體，諸如微粒；微珠(例如，聚苯乙烯珠、luminex^tm珠等)；磁珠；微米棒；微絲；量子點(diǎn)等；生物微物體，諸如細(xì)胞(例如，胚胎、卵母細(xì)胞、精細(xì)胞、從組織分離的細(xì)胞、真核細(xì)胞、原生細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、人細(xì)胞、免疫細(xì)胞、雜交瘤、培養(yǎng)細(xì)胞、來(lái)自細(xì)胞系的細(xì)胞、癌細(xì)胞、感染細(xì)胞、轉(zhuǎn)染和/或轉(zhuǎn)化細(xì)胞、報(bào)道細(xì)胞、原核細(xì)胞等)；生物細(xì)胞器；囊泡或復(fù)合物；合成泡囊；脂質(zhì)體(例如，合成的或由膜制劑衍生的)；脂質(zhì)納米筏(如ritchieetal.(2009)reconstitutionofmembraneproteinsinphospholipidbilayernanodiscs,mehotdenzymol.,464:211-231(里奇等人(2009年)，磷脂雙分子層奈米圓盤中的膜蛋白的重組，方法酶學(xué)，464:211-231)中描述的)等；或無(wú)生命微物體和生物微物體的組合(例如，附著于細(xì)胞的微珠、脂質(zhì)體包覆微珠、脂質(zhì)體包覆磁珠等)。這些珠還可以具有共價(jià)或非共價(jià)連接的其它部分/分子，諸如能夠在測(cè)定中使用的熒光標(biāo)記、蛋白質(zhì)，小分子信號(hào)傳導(dǎo)部分、抗原或化學(xué)/生物物種。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“維持(一個(gè)或多個(gè))細(xì)胞”是指提供包括流體和氣體成分的環(huán)境，以及可選地提供保持細(xì)胞存活和/或擴(kuò)大所必須的條件的表面。

流體介質(zhì)的“組分”是呈現(xiàn)在介質(zhì)中的任何化學(xué)或生物化學(xué)分子，所述介質(zhì)包括溶劑分子、離子、小分子、抗生素、核苷酸和核苷、核酸、氨基酸、肽、蛋白質(zhì)、糖類、碳水化合物、脂類、脂肪酸、膽固醇、代謝產(chǎn)物等。

如本文關(guān)于流體介質(zhì)所使用的，“使…擴(kuò)散”和“擴(kuò)散”是指流體介質(zhì)的組分朝濃度梯度低的方向的熱力學(xué)移動(dòng)。

短語(yǔ)“介質(zhì)的流動(dòng)”是指流體介質(zhì)的除擴(kuò)散之外的由任何機(jī)構(gòu)導(dǎo)致的整體移動(dòng)。例如，介質(zhì)的流動(dòng)可以包括由于點(diǎn)之間的壓力差從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的流體介質(zhì)的移動(dòng)。這樣的流動(dòng)可以包括液體的連續(xù)的、脈沖的、周期的、隨機(jī)的、間歇的或往復(fù)的流動(dòng)，或者其任何組合。當(dāng)一個(gè)流體介質(zhì)流入到另一個(gè)流體介質(zhì)中時(shí)，可導(dǎo)致介質(zhì)的湍流和混合。

短語(yǔ)“基本上沒(méi)有流動(dòng)”是指流體介質(zhì)的流速在時(shí)間上的平均值小于將材料(例如，感興趣的分析物)的組分?jǐn)U散到流體介質(zhì)中或者在流體介質(zhì)內(nèi)擴(kuò)散的速率。這種材料的組分的擴(kuò)散速率可取決于例如溫度、組分的大小以及組分與流體介質(zhì)之間的相互作用的強(qiáng)度。

如本文關(guān)于微流體裝置內(nèi)的不同區(qū)域所使用的，短語(yǔ)“流體上連接”是指當(dāng)不同區(qū)域基本上填充有液體(諸如流體介質(zhì))時(shí)，每個(gè)區(qū)域中的流體被連接以形成流體的單個(gè)本體。這并不意味著不同區(qū)域中的流體(或流體介質(zhì))在組成上一定是相同的。相反，在微流體裝置的不同的流體上連接區(qū)域中的流體可具有不同的組成(例如，不同濃度的溶質(zhì)，如蛋白質(zhì)、碳水化合物、離子、或其它分子)，其由于溶質(zhì)向其各自的濃度梯度低的取向移動(dòng)和/或由于流體通過(guò)該裝置流動(dòng)而不斷變化。

微流體(或納流體)裝置可以包括“波及”區(qū)域和“未波及”區(qū)域。如本文所使用的，“波及”區(qū)域包括微流體回路的一個(gè)或多個(gè)流體上互連的回路元件，當(dāng)流體流過(guò)微流體回路時(shí)，其每個(gè)均經(jīng)歷介質(zhì)流動(dòng)。波及區(qū)域的回路元件可以包括例如區(qū)域、通道以及腔室的全部或部分。如本文所使用的，“未波及”區(qū)域包括當(dāng)流體流過(guò)微流體回路時(shí)，其每個(gè)基本上都不經(jīng)歷流體流動(dòng)的微流體回路的一個(gè)或多個(gè)流體上互連的回路元件。未波及區(qū)域可以流體上連接到波及區(qū)域，假設(shè)該流體上連接被配置為使得在波及區(qū)域與未波及區(qū)域之間能夠擴(kuò)散，但在波及區(qū)域與未波及區(qū)域之間基本上沒(méi)有介質(zhì)的流動(dòng)。微流體裝置可因此被配置為基本上使未波及區(qū)域與波及區(qū)域中的介質(zhì)的流分離，同時(shí)使得在波及區(qū)域與未波及區(qū)域之間僅能夠進(jìn)行擴(kuò)散流體連通。例如，微流體裝置的流動(dòng)通道是波及區(qū)域的示例，而微流體裝置的分離區(qū)域(下文將進(jìn)一步詳細(xì)描述)是未波及區(qū)域的示例。

如本文所使用的，“流動(dòng)路徑”指限定并經(jīng)受介質(zhì)流動(dòng)軌跡的一個(gè)或多個(gè)流體上連接的回路元件(例如，通道、區(qū)域、腔室等)。因此，流動(dòng)路徑是微流體裝置的波及區(qū)域的示例。其它回路元件(例如，未波及區(qū)域)可以與包括流動(dòng)路徑的回路元件流體上連接，而不經(jīng)受流動(dòng)路徑中介質(zhì)的流動(dòng)。

可以在這種微流體裝置中測(cè)定用于產(chǎn)生特定生物材料(例如，蛋白質(zhì)，諸如抗體)的生物微物體(例如，生物細(xì)胞)的能力。在測(cè)定的具體實(shí)施例中，包括待測(cè)定用于產(chǎn)生感興趣的分析物的生物微物體(例如，細(xì)胞)的樣本材料可以被裝載到微流體裝置的波及區(qū)域中。多個(gè)生物微物體(例如，哺乳動(dòng)物細(xì)胞，諸如人體細(xì)胞)可以針對(duì)特定特征而被選擇并且被設(shè)置在未波及區(qū)域中。然后，其余樣本材料可以從波及區(qū)域流出，并且測(cè)定材料可以流入到波及區(qū)域中。由于所選擇的生物微物體在未波及區(qū)域中，因此所選擇的生物微物體基本上不受剩余樣本材料的流出或測(cè)定材料的流入的影響。所選擇的生物微物體可以允許產(chǎn)生感興趣的分析物，其可以從未波及區(qū)域擴(kuò)散到波及區(qū)域中，其中感興趣的分析物可以與測(cè)定材料反應(yīng)以產(chǎn)生局部可檢測(cè)反應(yīng)，每個(gè)局部可檢測(cè)反應(yīng)可以與特定的未波及區(qū)域相關(guān)聯(lián)。與檢測(cè)到的反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的任何未波及區(qū)域可以被分析以確定在未波及區(qū)域中的哪些生物微物體(如果有的話)是感興趣的分析物的足夠生產(chǎn)者。

用于操作和觀察這種裝置的微流體裝置和系統(tǒng)。圖1示出可以在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的微流體裝置100和系統(tǒng)150的示例。示出了微流體裝置100的透視圖，其蓋110被部分切除以提供微流體裝置100的局部視圖。微流體裝置100通常包括具有流動(dòng)路徑106的微流體回路120，流體介質(zhì)180可以流動(dòng)到該流動(dòng)路徑106中和/或流動(dòng)通過(guò)微流體回路120，可選地?cái)y帶一個(gè)或多個(gè)微物體(未示出)。雖然在圖1中示出單個(gè)微流體回路120，但是合適的微流體裝置可以包括多個(gè)(例如，2或3)這種微流體回路。無(wú)論如何，微流體裝置100可以被配置為納流體裝置。在圖1所示的實(shí)施例中，微流體回路120包括多個(gè)微流量隔離圍欄124、126、128和130，其每個(gè)具有與流動(dòng)路徑106流體連通的一個(gè)或多個(gè)開口。如下文進(jìn)一步討論的，微流體隔離圍欄包括已被優(yōu)化用于即使當(dāng)介質(zhì)180流過(guò)流動(dòng)路徑106時(shí)，仍然保留微流體裝置(例如微流體裝置100)中的微物體的各種特性和結(jié)構(gòu)。然而，在描述上述之前，簡(jiǎn)要說(shuō)明微流體裝置100和系統(tǒng)150。

如圖1中大體所示，微流體回路120由圍界102限定。盡管圍界102可以物理地構(gòu)造成不同的配置，但是在圖1所示的示例中，圍界102被描述為包括支撐結(jié)構(gòu)104(例如，基部)、微流體回路結(jié)構(gòu)108和蓋110。支撐結(jié)構(gòu)104、微流體回路結(jié)構(gòu)108和蓋110可以彼此附接。例如，微流體回路結(jié)構(gòu)108可以布置在支撐結(jié)構(gòu)104的內(nèi)表面109上，蓋110可以布置在微流體回路結(jié)構(gòu)108上方。微流體回路結(jié)構(gòu)108與支撐結(jié)構(gòu)104和蓋110一起，可以限定微流體回路120的元件。

如圖1所示，支撐結(jié)構(gòu)104可以位于微流體回路120的底部，蓋110可以位于微流體回路120的頂部?？商娲?，支撐結(jié)構(gòu)104和蓋110可以以其它取向來(lái)配置。例如，支撐結(jié)構(gòu)104可以位于微流體回路120的頂部，蓋110可以位于微流體回路120的底部。無(wú)論如何，可以存在一個(gè)或多個(gè)端口107，其每個(gè)包括進(jìn)入或流出圍界102的通路。例如，通路包括閥、門、通孔等。如圖所示，端口107是由微流體回路結(jié)構(gòu)108中的間隙形成的通孔。然而，端口107可以位于圍界102的其它組件(諸如蓋110)中。圖1中僅示出一個(gè)端口107，但是微流體回路120可以具有兩個(gè)或更多個(gè)端口107。例如，可以存在用作流體進(jìn)入微流體回路120的入口的第一端口107，并且可以存在用作流體離開微流體回路120的出口的第二端口107。端口107用作入口還是出口可以取決于流體流過(guò)流動(dòng)路徑106的方向。

支撐結(jié)構(gòu)104可以包括一個(gè)或多個(gè)電極(未示出)和一個(gè)基底或多個(gè)互連的基底。例如，支撐結(jié)構(gòu)104可以包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體襯底，每個(gè)半導(dǎo)體襯底電連接到電極(例如，半導(dǎo)體襯底的全部或一部分可以電連接到單個(gè)電極)。支撐結(jié)構(gòu)104還可以包括印刷電路板組件(“pcba”)。例如，半導(dǎo)體襯底可以安裝在pcba上。

微流體回路結(jié)構(gòu)108可以限定微流體回路120的回路元件。這種回路元件可以包括當(dāng)微流體回路120充滿流體時(shí)，可以流體上互連的空間或區(qū)域，諸如流動(dòng)通道、腔室、圍欄、捕集器等。在圖1所示的微流體回路120中，微流體回路結(jié)構(gòu)108包括框架114和微流體回路材料116?？蚣?14可以部分地或完全地包圍微流體回路材料116。例如，框架114可以是基本上圍繞微流體回路材料116的相對(duì)剛性結(jié)構(gòu)。例如，框架114可以包括金屬材料。

可以用空腔等來(lái)圖案化微流體回路材料116，以限定微流體回路120的回路元件和互連。微流體回路材料116可以包括柔性材料，諸如柔性聚合物(例如橡膠、塑料、彈性體、硅氧烷、聚二甲基硅氧烷(“pdms”)等)，其可以是透氣的。可構(gòu)成微流體回路材料116的材料的其它示例包括模制玻璃；可蝕刻材料，諸如硅樹脂(例如光圖案化硅或“pps”)；光致抗蝕劑(例如su8)等。在一些實(shí)施例中，這種材料(并且因此微流體回路材料116)可以是剛性的和/或基本上不透氣的。無(wú)論如何，微流體回路材料116可以布置在支撐結(jié)構(gòu)104上和框架114內(nèi)部。

蓋110可以是框架114和/或微流體回路材料116的集成部件?？商娲?，蓋110可以是結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的元件，如圖1所示。蓋110可以包括與框架114和/或微流體回路材料116相同或不同的材料。類似地，支撐結(jié)構(gòu)104可以是與框架114或微流體回路材料116分開的結(jié)構(gòu)，如圖所示，或者支撐結(jié)構(gòu)104可以是框架114或微流體回路材料116的集成部件。類似地，框架114和微流體回路材料116可以是如圖1所示的分離結(jié)構(gòu)或相同結(jié)構(gòu)的集成部件。

在一些實(shí)施例中，蓋110可以包括剛性材料。剛性材料可以是玻璃或具有類似特性的材料。在一些實(shí)施例中，蓋110可以包括可變形材料?？勺冃尾牧峡梢允蔷酆衔?，諸如pdms。在一些實(shí)施例中，蓋110可以既包括剛性材料也包括可變形材料。例如，蓋110的一個(gè)或多個(gè)部分(例如，位于隔離圍欄124、126、128、130上方的一個(gè)或多個(gè)部分)可以包括與蓋110的剛性材料相交界的可變形材料。在一些實(shí)施例中，蓋110還可以包括一個(gè)或多個(gè)電極。該一個(gè)或多個(gè)電極可以包括導(dǎo)電氧化物，諸如氧化銦錫(ito)，其可以涂覆在玻璃或類似絕緣材料上?？商娲?，該一個(gè)或多個(gè)電極可以是嵌入在可變形材料(諸如聚合物(例如pdms))中的柔性電極，諸如單壁納米管、多壁納米管、納米線、導(dǎo)電納米顆粒簇或其組合。已經(jīng)在例如us2012/0325665(chiou等人)中描述了可以用于微流體裝置的柔性電極，其內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。在一些實(shí)施例中，可以修改蓋110(例如，通過(guò)調(diào)節(jié)向內(nèi)朝向微流體回路120的表面的全部或部分)來(lái)支持細(xì)胞粘附、生存能力(viability)和/或生長(zhǎng)。這種修改可以包括合成或天然聚合物的涂層。在一些實(shí)施例中，蓋110和/或支撐結(jié)構(gòu)104可以是透光的。蓋110還可以包括至少一種透氣的材料(例如，pdms或pps)。

圖1還示出用于操作和控制微流體裝置(諸如微流體裝置100)的系統(tǒng)150。如圖所示，系統(tǒng)150包括電源192、成像裝置194和傾斜裝置190。

電源192可以向微流體裝置100和/或傾斜裝置190提供電力，根據(jù)需要提供偏置電壓或電流。例如，電源192可以包括一個(gè)或多個(gè)交流(ac)和/或直流(dc)電壓或電流源。成像裝置194可以包括用于捕捉微流體回路120內(nèi)的圖像的裝置(諸如數(shù)字照相機(jī))。在一些情形下，成像裝置194還包括具有快速幀速率和/或高靈敏度的檢測(cè)器(例如用于低光應(yīng)用)。成像裝置194還可以包括用于將刺激性輻射和/或光束引導(dǎo)到微流體回路120中并收集從微流體回路120(或其中包含的微物體)反射或發(fā)射的輻射和/或光束的機(jī)構(gòu)。所發(fā)射的光束可以在可見(jiàn)光譜中，并且可以例如包括熒光發(fā)射。所反射光束可以包括源自led或諸如汞燈(例如高壓汞燈)或氙弧燈的寬光譜燈的發(fā)射的反射。如關(guān)于圖3所討論的，成像裝置194還可以包括顯微鏡(或光學(xué)系統(tǒng))，其可以包括或可以不包括目鏡。

系統(tǒng)150還包括傾斜裝置190，其被配置為圍繞一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)微流體裝置100。在一些實(shí)施例中，傾斜裝置190被配置為圍繞至少一個(gè)軸來(lái)支撐和/或保持包括微流體回路120的圍界102，使得微流體裝置100(以及因此微流體回路120)可以保持在水平取向(即相對(duì)于x軸和y軸為0°)、垂直取向(即相對(duì)于x軸和/或y軸為90°)或其間的任何取向。微流體裝置100(和微流體回路120)相對(duì)于軸的取向在本文中被稱為微流體裝置100(和微流體回路120)的“傾斜”。例如，傾斜裝置190可以使微流體裝置100相對(duì)于x軸傾斜0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、90°或其間的任何角度。水平取向(以及因此x軸和y軸)被定義為垂直于由重力限定的垂直軸。傾斜裝置還可以將微流體裝置100(和微流體回路120)相對(duì)于x軸和/或y軸傾斜大于90°的角度，或者使微流體裝置100(和微流體回路120)相對(duì)于x軸或y軸傾斜180°，以便完全反轉(zhuǎn)微流體裝置100(和微流體回路120)。類似地，在一些實(shí)施例中，傾斜裝置190圍繞由流動(dòng)路徑106或微流體回路120的某些其它部分限定的旋轉(zhuǎn)軸來(lái)傾斜微流體裝置100(和微流體回路120)。

在一些情形下，微流體裝置100傾斜成垂直取向，使得流動(dòng)路徑106位于一個(gè)或多個(gè)隔離圍欄的上方或下方。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“上方”表示在由重力限定的垂直軸上，流動(dòng)路徑106被定位為高于一個(gè)或多個(gè)隔離圍欄(即，在流動(dòng)路徑106上方的隔離圍欄中的物體將具有比流動(dòng)路徑中的物體高的重力勢(shì)能)。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“下方”表示在由重力限定的垂直軸上，流動(dòng)路徑106被定位為低于一個(gè)或多個(gè)隔離圍欄(即，在流動(dòng)路徑106下方的隔離圍欄中的物體將具有比流動(dòng)路徑中的物體低的重力勢(shì)能)。

在一些情形下，傾斜裝置190圍繞平行于流動(dòng)路徑106的軸來(lái)傾斜微流體裝置100。此外，微流體裝置100可以傾斜成小于90°的角度，使得流動(dòng)路徑106位于一個(gè)或多個(gè)隔離圍欄的上方或下方，而不是位于隔離圍欄的正上方或正下方。在其它情況下，傾斜裝置190圍繞垂直于流動(dòng)路徑106的軸來(lái)傾斜微流體裝置100。在另外其它情況下，傾斜裝置190圍繞既不平行也不垂直于流動(dòng)路徑的軸來(lái)傾斜微流體裝置100。

系統(tǒng)150還可以包括介質(zhì)源178。介質(zhì)源178(例如，容器、貯液器等)可以包括多個(gè)部分或容器，其每個(gè)用于保持不同的流體介質(zhì)180。因此，如圖1所示，介質(zhì)源178可以是位于微流體裝置100外部并與微流體裝置100分離的裝置?？商娲兀橘|(zhì)源178可以全部或部分位于微流體裝置100的圍界102內(nèi)。例如，介質(zhì)源178可以包括作為微流體裝置100的一部分的貯液器。

圖1還示出構(gòu)成系統(tǒng)150的一部分并且可以與微流體裝置100結(jié)合使用的控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備152的示例的簡(jiǎn)化框圖。如圖所示，這種控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備152的示例包括主控制器154(包括用于控制介質(zhì)源178的介質(zhì)模塊160)；運(yùn)動(dòng)模塊162，用于控制微流體回路120中微物體(未示出)和/或介質(zhì)(例如，介質(zhì)的液滴)的移動(dòng)和/或選擇；成像模塊164，用于控制用來(lái)捕捉圖像(例如，數(shù)字圖像)的成像裝置194(例如相機(jī)、顯微鏡、光源或其任何組合)；以及傾斜模塊166，用于控制傾斜裝置190?？刂圃O(shè)備152還可以包括其它模塊168，用于控制、監(jiān)測(cè)或執(zhí)行關(guān)于微流體裝置100的其它功能。如圖所示，設(shè)備152還可以包括顯示裝置170和輸入/輸出裝置172。

主控制器154可以包括控制模塊156和數(shù)字存儲(chǔ)器158。控制模塊156可以包括例如數(shù)字處理器，該數(shù)字處理器被配置為根據(jù)存儲(chǔ)為存儲(chǔ)器158中的非暫態(tài)數(shù)據(jù)或信號(hào)的機(jī)器可執(zhí)行指令(例如，軟件、固件、微碼等)操作?？商娲氐鼗蛄硗獾?，控制模塊156可以包括硬連線數(shù)字電路和/或模擬電路?？梢灶愃频嘏渲媒橘|(zhì)模塊160、運(yùn)動(dòng)模塊162、成像模塊164、傾斜模塊166和/或其它模塊168。因此，可以由如上配置的主控制器154、介質(zhì)模塊160、運(yùn)動(dòng)模塊162、成像模塊164、傾斜模塊166和/或其它模塊168中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)實(shí)施本文所討論的針對(duì)微流體裝置100或任何其它微流體裝置所執(zhí)行的功能、過(guò)程、動(dòng)作、行動(dòng)或過(guò)程的步驟。類似地，主控制器154、介質(zhì)模塊160、運(yùn)動(dòng)模塊162、成像模塊164、傾斜模塊166和/或其它模塊168可以通信地耦接，以發(fā)送和接收本文討論的任何功能、過(guò)程、動(dòng)作、行動(dòng)或步驟中所使用的數(shù)據(jù)。

介質(zhì)模塊160控制介質(zhì)源178。例如，介質(zhì)模塊160可以控制介質(zhì)源178將選擇的流體介質(zhì)180輸入到圍界102中(例如，通過(guò)入口端口107)。介質(zhì)模塊160還可以控制從圍界102移除介質(zhì)(例如，通過(guò)出口端口(未示出))。因此，可以將一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)選擇性地輸入到微流體回路120中以及從微流體回路120移除。介質(zhì)模塊160還可以控制微流體回路120內(nèi)部流動(dòng)路徑106中流體介質(zhì)180的流動(dòng)。例如，在一些實(shí)施例中，在傾斜模塊166使傾斜裝置190將微流體裝置100傾斜到期望的傾斜角度之前，介質(zhì)模塊160阻止介質(zhì)180在流動(dòng)路徑106中和通過(guò)圍界102的流動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)模塊162可以被配置為控制微流體回路120中微物體(未示出)的選擇、捕集和移動(dòng)。如下文關(guān)于圖2a和2b所討論的，圍界102可以包括介電泳(dep)、光電鑷子(oet)和/或光電潤(rùn)濕(oew)配置(圖1中未示出)，并且運(yùn)動(dòng)模塊162可以控制電極和/或晶體管(例如光電晶體管)的激活，以選擇和移動(dòng)流動(dòng)路徑106和/或隔離圍欄124、126、128、130中的微物體(未示出)和/或介質(zhì)液滴(未示出)。

成像模塊164可以控制成像裝置194。例如，成像模塊164可以接收和處理來(lái)自成像裝置194的圖像數(shù)據(jù)。來(lái)自成像裝置194的圖像數(shù)據(jù)可以包括由成像裝置194捕捉的任何類型的信息(例如，存在或不存在微物體、介質(zhì)液滴、標(biāo)記(諸如熒光標(biāo)記等)的積聚)。使用由成像裝置194捕捉的信息，成像模塊164還可以計(jì)算微流體裝置100內(nèi)物體(例如，微物體、介質(zhì)液滴)的位置和/或這些物體的運(yùn)動(dòng)速率。

傾斜模塊166可以控制傾斜裝置190的傾斜運(yùn)動(dòng)。可替代地或另外地，傾斜模塊166可以控制傾斜速率和時(shí)間，以優(yōu)化微物體經(jīng)由重力到一個(gè)或多個(gè)隔離圍欄的轉(zhuǎn)移。傾斜模塊166與成像模塊164通信地耦接，以接收描述微流體回路120中的微物體和/或介質(zhì)液滴的運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。使用該數(shù)據(jù)，傾斜模塊166可以調(diào)節(jié)微流體回路120的傾斜，以便調(diào)節(jié)微物體和/或介質(zhì)液滴在微流體回路120中移動(dòng)的速率。傾斜模塊166還可以使用該數(shù)據(jù)來(lái)迭代地調(diào)節(jié)微物體和/或介質(zhì)液滴在微流體回路120中的位置。

在圖1所示的示例中，微流體回路120被示為包括微流體通道122和隔離圍欄124、126、128、130。每個(gè)圍欄包括通向通道122的開口，但是其它部分被包圍，使得圍欄可以將圍欄中的微物體與通道122的流動(dòng)路徑106或其它圍欄中的流體介質(zhì)180和/或微物體基本上分離。在一些情形下，圍欄124、126、128、130被配置為物理地圈住微流體回路120內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)微物體。根據(jù)本發(fā)明的隔離圍欄可以包括各種形狀、表面和特性，其利用dep、oet、oew和/或重力優(yōu)化以被使用，下文將詳細(xì)討論和示出。

微流體回路120可以包括任何數(shù)量的微流體隔離圍欄。盡管示出了五個(gè)隔離圍欄，但是微流體回路120可以具有更少或更多的隔離圍欄。如圖所示，微流體回路120的微流體隔離圍欄124、126、128和130各自包含不同的特性和形狀，其可以提供有益于執(zhí)行測(cè)定(例如培養(yǎng)和保留測(cè)定中使用的微物體)的一個(gè)或多個(gè)益處。在一些實(shí)施例中，微流體回路120包括多個(gè)相同的微流體隔離圍欄。在一些實(shí)施例中，微流體回路120包括多個(gè)微流體隔離圍欄，其中兩個(gè)或更多個(gè)隔離圍欄包括不同的結(jié)構(gòu)和/或特性。例如，隔離圍欄可以提供關(guān)于執(zhí)行測(cè)定方面不同的益處。

在圖1所示的實(shí)施例中，示出了單通道122和流動(dòng)路徑106。然而，其它實(shí)施例可以包含多個(gè)通道122，每個(gè)通道被配置為包括流動(dòng)路徑106。微流體回路120還包括與流動(dòng)路徑106和流體介質(zhì)180流體連通的入口閥或端口107，由此流體介質(zhì)180可以經(jīng)由入口端口107進(jìn)入通道122。在一些情形下，流動(dòng)路徑106包括單個(gè)路徑。在一些情形下，單個(gè)路徑被布置為z字形圖案，使得流動(dòng)路徑106在交替的方向上穿過(guò)微流體裝置100兩次或更多次。

在一些情形下，微流體回路120包括多個(gè)平行通道122和流動(dòng)路徑106，其中每個(gè)流動(dòng)路徑106內(nèi)的流體介質(zhì)180沿相同的方向流動(dòng)。在一些情形下，每個(gè)流動(dòng)路徑106內(nèi)的流體介質(zhì)沿正向或反向中的至少一個(gè)流動(dòng)。在一些情形下，多個(gè)隔離圍欄被配置為(例如，相對(duì)于通道122)使得它們可以并行裝載有目標(biāo)微物體。

在一些實(shí)施例中，微流體回路120還包括一個(gè)或多個(gè)微物體捕集器132。捕集器132通常形成在構(gòu)成通道122的邊界的壁中，并且可以與一個(gè)或多個(gè)微流體隔離圍欄124、126、128、130的開口相對(duì)。在一些實(shí)施例中，捕集器132被配置為從流動(dòng)路徑106接收或捕捉單個(gè)微物體。在一些實(shí)施例中，捕集器132被配置為從流動(dòng)路徑106接收或捕捉多個(gè)微物體。在一些情形下，捕集器132包括基本上等于單個(gè)目標(biāo)微物體的體積的體積。

捕集器132還可以包括開口，其被配置為幫助目標(biāo)微物體流入捕集器132。在一些情形下，捕集器132包括開口，開口的高度和寬度基本上等于單個(gè)目標(biāo)微物體的尺寸，從而防止較大的微物體進(jìn)入微物體捕集器。捕集器132還可以包括被配置為有助于保留捕集器132內(nèi)的目標(biāo)微物體的其它特性。在一些情形下，捕集器132相對(duì)于微流體隔離圍欄的開口對(duì)準(zhǔn)并且位于通道122的相對(duì)側(cè)上，使得當(dāng)微流體裝置100圍繞平行于通道122的軸傾斜時(shí)，被捕集的微物體按照使得微物體落入隔離圍欄的開口中的軌跡離開捕集器132。在一些情形下，捕集器132包括小于目標(biāo)微物體的側(cè)通路134，以便有助于穿過(guò)捕集器132的流，從而增大在捕集器132中捕捉微物體的可能性。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電極(未示出)將介電泳(dep)力施加在流體介質(zhì)180(例如，在流動(dòng)路徑中和/或在隔離圍欄中)上，以操縱、運(yùn)輸、分離和分類位于其中的微物體。例如，在一些實(shí)施例中，將dep力施加到微流體回路120的一個(gè)或多個(gè)部分，以便將單個(gè)微物體從流動(dòng)路徑106轉(zhuǎn)移到期望的微流體隔離圍欄。在一些實(shí)施例中，使用dep力來(lái)防止隔離圍欄(例如，隔離圍欄124、126、128或130)內(nèi)的微物體從隔離圍欄移位。此外，在一些實(shí)施例中，使用dep力，來(lái)從根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)先前收集的隔離圍欄中選擇性地移除微物體。在一些實(shí)施例中，dep力包括光電鑷子(oet)力。

在其它實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電極(未示出)將光電潤(rùn)濕(oew)力施加到微流體裝置100的支撐結(jié)構(gòu)104(和/或蓋110)中的一個(gè)或多個(gè)位置(例如，有助于限定流動(dòng)路徑和/或隔離圍欄的位置)，以操縱、運(yùn)輸、分離和分類位于微流體回路120中的液滴。例如，在一些實(shí)施例中，將oew力施加到支撐結(jié)構(gòu)104(和/或蓋110)中的一個(gè)或多個(gè)位置，以將單個(gè)液滴從流動(dòng)路徑106轉(zhuǎn)移到期望的微流體隔離圍欄中。在一些實(shí)施例中，使用oew力來(lái)防止隔離圍欄(例如，隔離圍欄124、126、128或130)內(nèi)的液滴從隔離圍欄移位。另外，在一些實(shí)施例中，使用oew力來(lái)從根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)先前收集的隔離圍欄中選擇性地移除液滴。

在一些實(shí)施例中，將dep和/或oew力與其它力(諸如流動(dòng)和/或重力)結(jié)合，以便操縱、運(yùn)輸、分離和分類微流體回路120內(nèi)的微物體和/或液滴。例如，可以將圍界102傾斜(例如，通過(guò)傾斜裝置190)，以將流動(dòng)路徑106和位于其中的微物體定位在微流體隔離圍欄之上，并且重力可以將微物體和/或液滴運(yùn)輸?shù)絿鷻?。在一些?shí)施例中，可以在施加其它力之前施加dep和/或oew力。在其它實(shí)施例中，可以在施加其它力之后施加dep和/或oew力。在其它情況下，可以在施加其它力的同時(shí)施加dep和/或oew力，或者可以交替地施加dep和/或oew力和其它力。

圖2a-2f示出可用于本發(fā)明實(shí)踐中的微流體裝置的各種實(shí)施例。圖2a描述了微流體裝置200被配置為光學(xué)致動(dòng)的動(dòng)電裝置的實(shí)施例。本領(lǐng)域中已知各種光學(xué)致動(dòng)的動(dòng)電裝置，包括具有光電鑷子(oet)配置的裝置和具有光電潤(rùn)濕(oew)配置的裝置。在以下美國(guó)專利文獻(xiàn)中示出合適的oet配置的示例，其均通過(guò)引用整體并入本文：美國(guó)專利第re44,711號(hào)(wu等人)(最初以美國(guó)專利號(hào)7,612,355發(fā)布)；和美國(guó)專利第7,956,339號(hào)(ohta等人)。美國(guó)專利第6,958,132號(hào)(chiou等人)和美國(guó)專利申請(qǐng)公布第2012/0024708號(hào)(chiou等人)中示出了oew配置的示例，上述兩者都通過(guò)引用整體并入本文。光學(xué)致動(dòng)的動(dòng)電裝置的另一個(gè)示例包括組合的oet/oew配置，在美國(guó)專利公布20150306598號(hào)(khandros等人)和20150306599(khandros等人)以及其對(duì)應(yīng)的pct公布wo2015/164846和wo2015/164847中示出其示例，其通過(guò)引用整體并入本文。

運(yùn)動(dòng)微流體裝置配置。如上所述，系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備可以包括運(yùn)動(dòng)模塊162，用于選擇和移動(dòng)微流體裝置的微流體回路中諸如微物體或液滴的物體。微流體裝置可以具有各種運(yùn)動(dòng)配置，這取決于被移動(dòng)物體的類型和其它考量。例如，可以利用介電泳(dep)配置來(lái)選擇和移動(dòng)微流體回路中的微物體。因此，微流體裝置100的支撐結(jié)構(gòu)104和/或蓋110可以包括dep配置，用于選擇性地在微流體回路120中的流體介質(zhì)180中的微物體上誘導(dǎo)dep力，從而選擇、捕捉和/或移動(dòng)單個(gè)微物體或微物體組?？商娲?，微流體裝置100的支撐結(jié)構(gòu)104和/或蓋110可以包括電潤(rùn)濕(ew)配置，用于在微流體回路120中的流體介質(zhì)180中的液滴上選擇性地誘導(dǎo)ew力，從而選擇、捕捉和/或移動(dòng)單個(gè)液滴或液滴組。

在圖2a和圖2b中示出包括dep配置的微流體裝置200的一個(gè)示例。雖然為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖2a和圖2b分別示出具有開放區(qū)域/腔室202的微流體裝置200的圍界102的一部分的側(cè)截面圖和頂截面圖，應(yīng)當(dāng)理解，區(qū)域/腔室202可以是具有更詳細(xì)結(jié)構(gòu)的流體回路元件的一部分，諸如生長(zhǎng)腔室、隔離圍欄、流動(dòng)區(qū)域或流動(dòng)通道。此外，微流體裝置200可以包括其它流體回路元件。例如，微流體裝置200可以包括多個(gè)生長(zhǎng)腔室或隔離圍欄和/或一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)區(qū)域或流動(dòng)通道，諸如本文關(guān)于微流體裝置100所述的那些。dep配置可以被并入微流體裝置200的任何這種流體回路元件，或選擇其一部分。還應(yīng)當(dāng)理解的是，上述或下文描述的微流體裝置組件和系統(tǒng)組件中的任何一個(gè)可以被并入微流體裝置200中和/或與微流體裝置200結(jié)合使用。例如，包括上述控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備152的系統(tǒng)150可以與微流體裝置200一起使用，該系統(tǒng)150包括介質(zhì)模塊160、運(yùn)動(dòng)模塊162、成像模塊164、傾斜模塊166和其它模塊168中的一個(gè)或多個(gè)。

如圖2a所示，微流體裝置200包括具有底部電極204和覆蓋底部電極204的電極活化基底206的支撐結(jié)構(gòu)104、以及具有頂部電極210的蓋110，頂部電極210與底部電極204間隔開。頂部電極210和電極活化基底206限定區(qū)域/腔室202的相對(duì)表面。因此，包含在區(qū)域/腔室202中的介質(zhì)180在頂部電極210與電極活化基底206之間提供電阻連接。還示出了電源212，其被配置為被連接到底部電極204和頂部電極210并且在這些電極之間產(chǎn)生偏置電壓，如在區(qū)域/腔室202中產(chǎn)生dep力所需要的。例如，電源212可以是交流(ac)電源。

在一些實(shí)施例中，圖2a和圖2b所示的微流體裝置200可以具有光學(xué)致動(dòng)的dep配置。因此，可由運(yùn)動(dòng)模塊162控制的來(lái)自光源220的光222的變化圖案可以選擇性地激活和去激活電極活化基底206的內(nèi)表面208的區(qū)域214處的dep電極的變化圖案。(下文中，具有dep配置的微流體裝置的區(qū)域214被稱為“dep電極區(qū)域”。)如圖2b所示，指向電極活化基底206的內(nèi)表面208的光圖案222可以照亮以諸如正方形的圖案選擇的dep電極區(qū)域214a(以白色示出)。在下文中將未照射的dep電極區(qū)域214(交叉陰影線)稱為“暗”dep電極區(qū)域214。通過(guò)dep電極活化基底206的相對(duì)電阻抗(即，從底部電極204直到與流動(dòng)區(qū)域106中介質(zhì)180相交界的電極活化基底206的內(nèi)表面208)大于通過(guò)每個(gè)暗dep電極區(qū)域214處的區(qū)域/腔室202中的介質(zhì)180的相對(duì)電阻抗(即，從電極活化基底206的內(nèi)表面208到蓋110的頂部電極210)。然而，照亮的dep電極區(qū)域214a表現(xiàn)出通過(guò)電極活化基底206的減小的相對(duì)阻抗，其小于通過(guò)每個(gè)照亮的dep電極區(qū)域214a處的區(qū)域/腔室202中介質(zhì)180的相對(duì)阻抗。

在電源212被激活的情況下，前述dep配置在照射的dep電極區(qū)域214a與相鄰的暗dep電極區(qū)域214之間的流體介質(zhì)180中產(chǎn)生電場(chǎng)梯度，這又產(chǎn)生了吸引或排斥流體介質(zhì)180中附近微物體(未示出)的局部dep力。因此，可以通過(guò)改變從光源220投射到微流體裝置200的光圖案222，在區(qū)域/腔室202的內(nèi)表面處的許多不同的這種dep電極區(qū)域214處選擇性地激活和去激活吸引或排斥流體介質(zhì)180中微物體的dep電極。dep力吸引還是排斥附近的微物體可以取決于諸如電源212的頻率和介質(zhì)180和/或微物體(未示出)的介電特性的這種參數(shù)。

圖2b所示的照亮的dep電極區(qū)域214a的正方形圖案224僅僅是示例。通過(guò)投射到裝置200的光圖案222可以照射(從而被激活)dep電極區(qū)域214的任何圖案，并且可以通過(guò)改變或移動(dòng)光圖案222來(lái)反復(fù)改變照亮的/激活的dep電極區(qū)域214的圖案。

在一些實(shí)施例中，電極活化基底206可以包括光電導(dǎo)材料或由光電導(dǎo)材料組成。在這樣的實(shí)施例中，電極活化基底206的內(nèi)表面208可以是無(wú)特性的。例如，電極活化基底206可以包括氫化非晶硅(a-si：h)層或由其構(gòu)成。a-si：h可以包括例如約8％至40％的氫(以100*(氫原子數(shù))/(氫和硅原子的總數(shù))計(jì)算)。a-si：h層可以具有約500nm至約2.0μm的厚度。在這樣的實(shí)施例中，可以根據(jù)光圖案222，在電極活化基底206的內(nèi)表面208上的任何地方以任何圖案來(lái)形成dep電極區(qū)域214。因此，無(wú)需固定dep電極區(qū)域214的數(shù)量和圖案，而是可以將其對(duì)應(yīng)于光圖案222。已經(jīng)在例如美國(guó)專利第re44,711號(hào)(wu等人)(最初發(fā)布為美國(guó)專利第7,612,355號(hào))中描述了具有包括上述光電導(dǎo)層的dep配置的微流體裝置的示例，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

在其它實(shí)施例中，電極活化基底206可以包括具有多個(gè)摻雜層、電絕緣層(或區(qū)域)和諸如在半導(dǎo)體領(lǐng)域中已知的形成半導(dǎo)體集成電路的導(dǎo)電層的基底。例如，電極活化基底206可以包括多個(gè)光電晶體管，包括例如橫向雙極光電晶體管，每個(gè)光電晶體管對(duì)應(yīng)于dep電極區(qū)域214?？商娲?，電極活化基底206可以包括由光電晶體管開關(guān)控制的電極(例如導(dǎo)電金屬電極)，每個(gè)這種電極對(duì)應(yīng)于dep電極區(qū)域214。電極活化基底206可以包括這種光電晶體管或光電晶體管控制電極的圖案。例如，該圖案可以是排列成行和列的基本上正方形的光電晶體管或光電晶體管控制電極的陣列，如圖2b所示?？商娲?，圖案可以是形成六方點(diǎn)格的基本上六邊形的光電晶體管或光電晶體管控制電極的陣列。不管何種圖案，電路元件可以在電極活化基底206的內(nèi)表面208處的dep電極區(qū)域214與底部電極210之間形成電連接，并且可以由光圖案222選擇性地激活和去激活那些電連接(即光電晶體管或電極)。當(dāng)未被激活時(shí)，每個(gè)電連接可以具有高阻抗，使得通過(guò)電極活化基底206的相對(duì)阻抗(即，從底部電極204到與區(qū)域/腔室202中介質(zhì)180相交界的電極活化基底206的內(nèi)表面208)大于在相應(yīng)dep電極區(qū)域214處通過(guò)介質(zhì)180的相對(duì)阻抗(即，從電極活化基底206的內(nèi)表面208到蓋110的頂部電極210)。然而，當(dāng)由光圖案222中的光激活時(shí)，通過(guò)電極活化基底206的相對(duì)阻抗小于在每個(gè)照亮的dep電極區(qū)域214處通過(guò)介質(zhì)180的相對(duì)阻抗，從而在相應(yīng)dep電極區(qū)域214處激活dep電極，如上所述。因此，可以按照光圖案222確定的方式，在區(qū)域/腔室202中電極活化基底206的內(nèi)表面208處的許多不同dep電極區(qū)域214處選擇性地激活和去激活吸引和排斥介質(zhì)180中的微物體(未示出)的dep電極。

在例如美國(guó)專利第7,956,339號(hào)(ohta等人)中已經(jīng)描述了具有包括光電晶體管的電極活化基底的微流體裝置的示例(參見(jiàn)例如圖21和圖22所示的裝置300以及其說(shuō)明書)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。在例如美國(guó)專利公布第214/0124370號(hào)(short等)中已經(jīng)描述了具有包括由光電晶體管開關(guān)控制的電極的電極活化基底的微流體裝置的示例(參見(jiàn)例如各個(gè)附圖所示的裝置200、400、500、600和900以及其說(shuō)明書)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

在dep配置的微流體裝置的一些實(shí)施例中，頂部電極210是圍界102的第一壁(或蓋110)的一部分，并且電極活化基底206和底部電極204是圍界102的第二壁(或支撐結(jié)構(gòu)104)的一部分。區(qū)域/腔室202可以在第一壁與第二壁之間。在其它實(shí)施例中，電極210是第二壁(或支撐結(jié)構(gòu)104)的一部分，并且電極活化基底206和/或電極210中的一個(gè)或兩個(gè)是第一壁(或蓋110)的一部分。此外，光源220可以替代地用于從下方照亮圍界102。

利用具有dep配置的圖2a-圖2b的微流體裝置200，通過(guò)將光圖案222投射到裝置200，以便以圍繞并捕捉微物體的圖案(例如，正方形圖案224)來(lái)激活電極活化襯底206的內(nèi)表面208的dep電極區(qū)域214a處的第一組一個(gè)或多個(gè)dep電極，運(yùn)動(dòng)模塊162可以在區(qū)域/腔室202中選擇介質(zhì)180中的微物體(未示出)。然后運(yùn)動(dòng)模塊162可以通過(guò)相對(duì)于裝置200移動(dòng)光圖案222以激活在dep電極區(qū)域214處的第二組一個(gè)或多個(gè)dep電極，來(lái)移動(dòng)捕捉到的微物體?？商娲?，可以相對(duì)于光圖案222來(lái)移動(dòng)裝置200。

在其它實(shí)施例中，微流體裝置200可以具有不依賴于電極活化基底206的內(nèi)表面208處的dep電極的光激活的dep配置。例如，電極活化基底206可以包括與包含至少一個(gè)電極的表面(例如，蓋110)相對(duì)的選擇性可尋址和可激勵(lì)電極。可以選擇性地打開和閉合開關(guān)(例如，半導(dǎo)體襯底中的晶體管開關(guān))，以激活或去激活dep電極區(qū)域214處的dep電極，從而在激活的dep電極附近的區(qū)域/腔室202中的微物體(未示出)上形成凈dep力。取決于諸如電源212的頻率和區(qū)域/腔室202中介質(zhì)(未示出)和/或微物體的介電特性的特征，dep力可以吸引或排斥附近的微物體。通過(guò)選擇性地激活和去激活一組dep電極(例如，在形成正方形圖案224的一組dep電極區(qū)域214處)，可以在區(qū)域/腔室202內(nèi)捕集和移動(dòng)區(qū)域/腔室202中的一個(gè)或多個(gè)微物體。圖1中的運(yùn)動(dòng)模塊162可以控制這種開關(guān)，從而激活和去激活各個(gè)dep電極，以選擇、捕集和移動(dòng)區(qū)域/腔室202周圍的特殊微物體(未示出)。具有包括選擇性可尋址和可激勵(lì)電極的dep配置的微流體裝置在本領(lǐng)域中是已知的，并且已經(jīng)在例如美國(guó)專利第6,294,063號(hào)(becker等人)和第6,942,776號(hào)(medoro))中描述，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

作為又一示例，微流體裝置200可以具有電潤(rùn)濕(ew)配置，其可以代替dep配置，或者可以位于微流體裝置200中與具有dep配置的部分分離的一部分中。ew配置可以是光電潤(rùn)濕配置或介質(zhì)上電潤(rùn)濕(ewod)配置，這兩者都是本領(lǐng)域已知的。在一些ew配置中，支撐結(jié)構(gòu)104具有夾在介電層(未示出)與底部電極204之間的電極活化基底206。介電層可以包括疏水材料和/或可以涂覆有疏水材料。對(duì)于具有ew配置的微流體裝置200，支撐結(jié)構(gòu)104的內(nèi)表面208是介電層或其疏水涂層的內(nèi)表面。

介電層(未示出)可以包括一個(gè)或多個(gè)氧化層，并且可以具有約50nm至約250nm(例如約125nm至約175nm)的厚度。在一些實(shí)施例中，介電層可以包括氧化物(諸如金屬氧化物(例如，氧化鋁或氧化鉿))的層。在一些實(shí)施例中，介電層可以包括除金屬氧化物之外的介電材料，諸如硅的氧化物或氮化物。無(wú)論確切的組分和厚度如何，介電層可以具有約10kω至約50kω的阻抗。

在一些實(shí)施例中，介電層的向內(nèi)朝向區(qū)域/腔室202的內(nèi)表面涂覆有疏水材料。疏水材料可以包括例如氟化碳分子。氟化碳分子的示例包括全氟聚合物，諸如聚四氟乙烯(例如，)或聚(2,3-二氟甲基-全氟四氫呋喃)(例如cytop^tm)。構(gòu)成疏水材料的分子可以共價(jià)接合到介電層的表面。例如，可以通過(guò)連接基團(tuán)(諸如硅氧烷基團(tuán)、膦酸基團(tuán)或硫醇基團(tuán))將疏水材料的分子共價(jià)結(jié)合到介電層的表面。因此，在一些實(shí)施例中，疏水材料可以包括烷基封端的硅氧烷、烷基封端的膦酸或烷基封端的硫醇。烷基可以是長(zhǎng)鏈烴(例如，具有至少10個(gè)碳的鏈，或至少16、18、20、22或更多個(gè)碳的鏈)。可替代地，可以使用氟化(或全氟化)碳鏈代替烷基。因此，例如，疏水材料可以包含氟代烷基封端的硅氧烷、氟代烷基封端的膦酸或氟代烷基封端的硫醇。在一些實(shí)施例中，疏水涂層具有約10nm至約50nm的厚度。在其它實(shí)施例中，疏水涂層具有小于10nm(例如，小于5nm、或約1.5至3.0nm)的厚度。

在一些實(shí)施例中，具有電潤(rùn)濕配置的微流體裝置200的蓋110也涂覆有疏水材料(未示出)。疏水材料可以是與用于涂覆支撐結(jié)構(gòu)104的介電層相同的疏水材料，并且疏水涂層可以具有與支撐結(jié)構(gòu)104的介電層上的疏水涂層的厚度基本相同的厚度。此外，蓋110可以包括以支撐結(jié)構(gòu)104的方式夾在介電層與頂部電極210之間的電極活化基底206。電極活化基底206和蓋110的介電層可以具有與電極活化基底206和支撐結(jié)構(gòu)104的介電層相同的組分和/或尺寸。因此，微流體裝置200可以具有兩個(gè)電潤(rùn)濕表面。

在一些實(shí)施例中，如上所述，電極活化基底206可以包括光電導(dǎo)材料。因此，在一些實(shí)施例中，電極活化基底206可以包括氫化非晶硅層(a-si：h)或由其構(gòu)成。a-si：h可以包括例如約8％至40％的氫(以100*(氫原子數(shù))/(氫和硅原子的總數(shù))計(jì)算)。a-si：h層可以具有約500nm至約2.0μm的厚度?？商娲?，如上所述，電極活化基底206可以包括由光電晶體管開關(guān)控制的電極(例如，導(dǎo)電金屬電極)。具有光電潤(rùn)濕配置的微流體裝置是本領(lǐng)域已知的和/或可以用本領(lǐng)域已知的電極活化基底來(lái)構(gòu)建。例如，美國(guó)專利第6,958,132號(hào)(chiou等人)(其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文)公開了具有諸如a-si：h的光電導(dǎo)材料的光電潤(rùn)濕配置，而上述參引的美國(guó)專利公布第2204/0124370號(hào)(short等人)公開了具有由光電晶體管開關(guān)控制的電極的電極活化基底。

因此，微流體裝置200可以具有光電潤(rùn)濕配置，并且光圖案222可以用于激活電極活化基底206中的光電導(dǎo)ew區(qū)域或光響應(yīng)ew電極。電極活化基底206的這種激活的ew區(qū)域或ew電極可以在支撐結(jié)構(gòu)104的內(nèi)表面208(即，覆蓋介電層或其疏水涂層的內(nèi)表面)處產(chǎn)生電潤(rùn)濕力。通過(guò)改變?nèi)肷涞诫姌O活化基底206上的光圖案222(或相對(duì)于光源220移動(dòng)微流體裝置200)，可以移動(dòng)與支撐結(jié)構(gòu)104的內(nèi)表面208接觸的液滴(例如，含有水介質(zhì)、溶液或溶劑)穿過(guò)存在于區(qū)域/腔室202中的不混溶流體(例如，油介質(zhì))。

在其它實(shí)施例中，微流體裝置200可以具有ewod配置，并且電極活化基底206可以包括不依賴于光進(jìn)行激活的選擇性可尋址和可激勵(lì)的電極。因此，電極活化基底206可以包括這種電潤(rùn)濕(ew)電極的圖案。例如，圖案可以是排列成行和列的基本上正方形ew電極的陣列，如圖2b所示?？商娲兀瑘D案可以是形成六邊點(diǎn)格的基本上六邊形ew電極的陣列。不管何種圖案，可以通過(guò)電開關(guān)(例如半導(dǎo)體襯底中的晶體管開關(guān))選擇性地激活(或去激活)ew電極。通過(guò)選擇性地激活和去激活電極活化基底206中的ew電極，可以在區(qū)域/腔室202內(nèi)移動(dòng)與覆蓋的介電層或其疏水涂層的內(nèi)表面208相接觸的液滴(未示出)。圖1中的運(yùn)動(dòng)模塊162可以控制這樣的開關(guān)，從而激活和去激活各個(gè)ew電極，以選擇并移動(dòng)區(qū)域/腔室202周圍的特殊液滴。具有包括選擇性尋址和可激勵(lì)電極的ewod配置的微流體裝置在本領(lǐng)域中是已知的，并且已經(jīng)在例如美國(guó)專利第8,685,344號(hào)(sundarsan等人)中進(jìn)行了描述，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

不管微流體裝置200的配置如何，電源212可以用于提供為微流體裝置200的電路供電的電勢(shì)(例如，ac電壓電勢(shì))。電源212可以與圖1參引的電源192相同或是圖1參引的電源192的組件。電源212可以被配置為向頂部電極210和底部電極204提供ac電壓和/或電流。對(duì)于ac電壓，如上所述，電源212可以提供足以產(chǎn)生足夠強(qiáng)大以捕集和移動(dòng)區(qū)域/腔室202中各個(gè)微物體(未示出)的凈dep力(或電潤(rùn)濕力)的頻率范圍和平均或峰值功率(例如，電壓或電流)范圍，和/或還如上所述，電源212可以提供足以改變區(qū)域/腔室202中支撐結(jié)構(gòu)104的內(nèi)表面208(即介電層和/或介電層上的疏水涂層)的潤(rùn)濕特性的頻率范圍和平均或峰值功率(例如，電壓或電流)范圍。這種頻率范圍和平均或峰值功率范圍是本領(lǐng)域已知的。例如，參見(jiàn)美國(guó)專利第6,958,132號(hào)(chiou等人)、美國(guó)專利第re44,711號(hào)(wu等人)(最初發(fā)布為美國(guó)專利第7,612,355號(hào))和美國(guó)專利申請(qǐng)公布第us2014/0124370號(hào)(short等人)、us2015/0306598(khandros等人)和us2015/0306599(khandros等人)。

隔離圍欄。在圖2c和圖2d所示的微流體裝置240內(nèi)示出一般隔離圍欄244、246和248的非限制性示例。每個(gè)隔離圍欄244、246和248可以包括分離結(jié)構(gòu)250，其限定分離區(qū)域258和將分離區(qū)域258流體上連接到通道122的連接區(qū)域254。連接區(qū)域254可以包括到通道122的近端開口252以及到分離區(qū)域258的遠(yuǎn)端開口256。連接區(qū)域254可以被配置為使得從通道122流入隔離圍欄244、246、248的流體介質(zhì)(未示出)流動(dòng)的最大穿透深度不延伸到分離區(qū)域258。因此，由于連接區(qū)域254，因此，布置在隔離圍欄244、246、248的分離區(qū)域258中的微物體(未示出)或其它材料(未示出)可以與通道122中的介質(zhì)180的流動(dòng)分離并且基本上不受其影響。

因此，通道122可以是波及區(qū)域的示例，并且隔離圍欄244、246、248的分離區(qū)域258可以是未波及區(qū)域的示例。如所示的，通道122和隔離圍欄244、246、248可以被配置為包含一個(gè)或多個(gè)流體介質(zhì)180。在圖2c-圖2d所示的示例中，端口242被連接到通道122并且允許將流體介質(zhì)180引入微流體裝置240或從微流體裝置240移除流體介質(zhì)180。一旦微流體裝置240包含流體介質(zhì)180，則可以選擇性地產(chǎn)生和停止通道122中的流體介質(zhì)180的流260。例如，如圖所示，端口242可以布置在通道122的不同位置(例如，相對(duì)端)處，并且可以從用作入口的一個(gè)端口242到用作出口的另一端口242形成介質(zhì)的流260。

圖2e示出根據(jù)本發(fā)明的隔離圍欄244的示例的詳細(xì)視圖。還示出微物體270的示例。

眾所周知，微流體通道122中流體介質(zhì)180的流260經(jīng)過(guò)隔離圍欄244的近端開口252可以使得介質(zhì)180的二次流262進(jìn)入和/或離開隔離圍欄244。為了將隔離圍欄244的分離區(qū)域258中的微物體270與二次流262分離，隔離圍欄244的連接區(qū)域254的長(zhǎng)度lcon(即，從近端開口252到遠(yuǎn)端開口256)應(yīng)該大于二次流262進(jìn)入到連接區(qū)域254的穿透深度dp。二次流262的穿透深度dp取決于在通道122中流動(dòng)的流體介質(zhì)180的速度、以及與通道122的配置相關(guān)的各種參數(shù)、以及到通道122的連接區(qū)域254的近端開口252。對(duì)于給定的微流體裝置，通道122和開口252的配置將是固定的，而通道122中流體介質(zhì)180的流260速率將是可變的。因此，對(duì)于每個(gè)隔離圍欄244，可以識(shí)別通道122中流體介質(zhì)180流260的最大速度vmax，確保二次流262的穿透深度dp不超過(guò)連接區(qū)域254的長(zhǎng)度lcon。只要通道122中流體介質(zhì)180的流260速率不超過(guò)最大速度vmax，則所得到的二次流262可以被限制到通道122和連接區(qū)域254并保持在分離區(qū)域258之外。因此，通道122中的介質(zhì)180的流260將不會(huì)把微物體270拖拽出分離區(qū)域258。相反，位于分離區(qū)域258中的微物體270將停留在分離區(qū)域258中，而不管通道122中流體介質(zhì)180的流260。

此外，只要通道122中介質(zhì)180的流260速率不超過(guò)vmax，通道122中流體介質(zhì)180的流260將不會(huì)把混雜顆粒(例如微粒和/或納米顆粒)從通道122移至隔離圍欄244的分離區(qū)域258。使得連接區(qū)域254的長(zhǎng)度lcon大于二次流262的最大穿透深度dp，可以因此防止一個(gè)隔離圍欄244被來(lái)自通道122或另一個(gè)隔離圍欄(例如，圖2d中的隔離圍欄246、248)的混雜顆粒污染。

由于通道122和隔離圍欄244、246、248的連接區(qū)域254可能受通道122中介質(zhì)180的流260的影響，所以通道122和連接區(qū)域254可以被認(rèn)為是波及(或流動(dòng))區(qū)域。另一方面，隔離圍欄244、246、248的分離區(qū)域258可以被認(rèn)為是未波及(或非流動(dòng))區(qū)域。例如，通道122中第一流體介質(zhì)180中的組分(未示出)可以基本上僅通過(guò)第一介質(zhì)180的組分?jǐn)U散(從通道122經(jīng)過(guò)連接區(qū)域254并進(jìn)入到分離區(qū)域258中的第二流體介質(zhì)280)與分離區(qū)域258中的第二流體介質(zhì)280混合。類似地，分離區(qū)域258中第二介質(zhì)280的組分(未示出)可以基本上僅通過(guò)第二介質(zhì)280的組分?jǐn)U散(從分離區(qū)域258經(jīng)過(guò)連接區(qū)域254并進(jìn)入到通道122中的第一介質(zhì)180)與通道122中的第一介質(zhì)180混合。第一介質(zhì)180可以是與第二介質(zhì)280相同或不同的介質(zhì)。此外，第一介質(zhì)180和第二介質(zhì)280可以在開始時(shí)是相同的，然后變得不同(例如，通過(guò)由分離區(qū)域258中的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞來(lái)調(diào)節(jié)第二介質(zhì)280，或者通過(guò)改變流過(guò)通道122的介質(zhì)180)。

由通道122中流體介質(zhì)180的流260引起的二次流262的最大穿透深度dp可以取決于如上所述的多個(gè)參數(shù)。這類參數(shù)的示例包括：通道122的形狀(例如，通道可以將介質(zhì)引導(dǎo)到連接區(qū)域254中，將介質(zhì)從連接區(qū)域254轉(zhuǎn)移，或者沿著基本上垂直于連接區(qū)域254的近端開口252的方向?qū)⒔橘|(zhì)引導(dǎo)到通道122中)；通道122在近端開口252處的寬度wch(或橫截面積)；和連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon(或橫截面積)；通道122中流體介質(zhì)180的流260的速度v；第一介質(zhì)180和/或第二介質(zhì)280的粘度等。

在一些實(shí)施例中，通道122和隔離圍欄244、246、248的尺寸可以相對(duì)于通道122中的流體介質(zhì)180的流260的向量被定向如下：通道寬度wch(或通道122的橫截面積)可以基本上垂直于介質(zhì)180的流260；連接區(qū)域254在開口252處的寬度wcon(或橫截面積)可以基本上平行于通道122中介質(zhì)180的流260；和/或連接區(qū)域的長(zhǎng)度lcon可以基本上垂直于通道122中介質(zhì)180的流260。前述僅僅是示例，并且通道122和隔離圍欄244、246、248的相對(duì)位置可以是相對(duì)于彼此的其它取向。

如圖2e所示，連接區(qū)域254的寬度wcon可以從近端開口252到遠(yuǎn)端開口256是均勻的。因此，連接區(qū)域254在遠(yuǎn)端開口256處的寬度wcon可以是本文為連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon所標(biāo)識(shí)的范圍?？商娲兀B接區(qū)域254在遠(yuǎn)端開口256處的寬度wcon可以大于連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon。

如圖2e所示，分離區(qū)域258在遠(yuǎn)端開口256處的寬度可以與連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon基本相同。因此，分離區(qū)域258在遠(yuǎn)端開口256處的寬度可以是本文為連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon所標(biāo)識(shí)的任何范圍?？商娲?，分離區(qū)域258在遠(yuǎn)端開口256處的寬度可以大于或小于連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon。此外，遠(yuǎn)端開口256可以小于近端開口252，并且連接區(qū)域254的寬度wcon可以在近端開口252與遠(yuǎn)端開口256之間變窄。例如，使用各種不同的幾何形狀(例如，斜切連接區(qū)域、使連接區(qū)域成斜面)，連接區(qū)域254可以在近端開口與遠(yuǎn)端開口之間變窄。此外，連接區(qū)域254的任何部分或子部分(例如，連接區(qū)域與近端開口252相鄰的一部分)可以變窄。

在隔離圍欄(例如124、126、128、130、244、246或248)的各種實(shí)施例中，分離區(qū)域(例如258)被配置為包含多個(gè)微物體。在其它實(shí)施例中，分離區(qū)域可以被配置為僅僅包含一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或類似的相對(duì)較少數(shù)量的微物體。因此，例如，分離區(qū)域的體積可以是至少3×10³、6×10³、9×10³、1×10⁴、2×10⁴、4×10⁴、8×10⁴、1×10⁵、2×10⁵、4×10⁵、8×10⁵、1×10⁶、2×10⁶、4×10⁶、6×10⁶立方微米或更大。

在隔離圍欄的各種實(shí)施例中，通道122在近端開口(例如252)處的寬度wch可以在以下范圍內(nèi)：50-1000微米、50-500微米、50-400微米、50-300微米、50-250微米、50-200微米、50-150微米、50-100微米、70-500微米、70-400微米、70-300微米、70-250微米、70-200微米、70-150微米、90-400微米、90-300微米、90-250微米、90-200微米、90-150微米、100-300微米、100-250微米、100-200微米、100-150微米和100-120微米。上述僅僅是示例，并且通道122的寬度wch可以在其它范圍內(nèi)(例如，由上面列出的任何端點(diǎn)限定的范圍)。此外，通道122的wch可以被選擇為通道在除了隔離圍欄的近端開口之外的區(qū)域中的任何一個(gè)范圍。

在一些實(shí)施例中，隔離圍欄的橫截面的高度為約30至約200微米、或約50至約150微米。在一些實(shí)施例中，隔離圍欄的橫截面積為約100,000至約2,500,000平方微米、或約200,000至約2,000,000平方微米。在一些實(shí)施例中，連接區(qū)域具有與對(duì)應(yīng)的隔離圍欄的橫截面高度相匹配的橫截面高度。在一些實(shí)施例中，連接區(qū)域具有約50至約500微米、或約100至約300微米的橫截面寬度。

在隔離圍欄的各種實(shí)施例中，通道122在近端開口252處的高度hch可以在以下任何范圍內(nèi)：20-100微米、20-90微米、20-80微米、20-70微米、20-60微米、20-50微米、30-100微米、30-90微米、30-80微米、30-70微米、30-60微米、30-50微米、40-100微米、40-90微米、40-80微米、40-70微米、40-60微米或40-50微米。上述僅僅是示例，并且通道122的高度hch可以在其它范圍內(nèi)(例如，由上述任何端點(diǎn)限定的范圍)。通道122的高度hch可以被選擇為通道在除了隔離圍欄的近端開口之外的區(qū)域中的任何一個(gè)范圍。

在隔離圍欄的各種實(shí)施例中，通道122在近端開口252處的橫截面面積可以在以下任何范圍內(nèi)：500-50,000平方微米、500-40,000平方微米、500-30,000平方微米、500-25,000平方微米、500-20,000平方微米、500-15,000平方微米、500-10,000平方微米、500-7,500平方微米、500-5,000平方微米、1,000-25,000平方微米、1,000-20,000平方微米、1,000-15,000平方微米、1,000-10,000平方微米、1,000-7,500平方微米、1,000-5,000平方微米、2,000-20,000平方微米、2,000-15,000平方微米、2,000-10,000平方微米、2,000-7,500平方微米、2,000-6,000平方微米、3,000-20,000平方微米、3,000-15,000平方微米、3,000-10,000平方微米、3,000-7,500平方微米、或3,000至6,000平方微米。上述僅僅是示例，并且通道122在近端開口252處的橫截面積可以在其它范圍內(nèi)(例如，由上述任何端點(diǎn)限定的范圍)。

在隔離圍欄的各種實(shí)施例中，連接區(qū)域254的長(zhǎng)度lcon可以在以下任何范圍內(nèi)：1-200微米、5-150微米、10-100微米、15-80微米、20-60微米、20-500微米、40-400微米、60-300微米、80-200微米和100-150微米。上述僅僅是示例，并且連接區(qū)域254的長(zhǎng)度lcon可以在與上述示例不同的范圍內(nèi)(例如，由上述任何端點(diǎn)限定的范圍)。

在隔離圍欄的各種實(shí)施例中，連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon可以在以下任何范圍內(nèi)：20-500微米、20-400微米、20-300微米、20-200微米、20-150微米、20-100微米、20-80微米、20-60微米、30-400微米、30-300微米、30-200微米、30-150微米、30-100微米、30-80微米、30-60微米、40-300微米、40-200微米、40-150微米、40-100微米、40-80微米、40-60微米、50-250微米、50-200微米、50-150微米、50-100微米、50-80微米、60-200微米、60-150微米、60-100微米、60-80微米、70-150微米、70-100微米和80-100微米。上述僅僅是示例，并且連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon可以不同于前述示例(例如，由上面列出的任何端點(diǎn)限定的范圍)。

在隔離圍欄的各種實(shí)施例中，連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon可以在以下任何范圍內(nèi)：2-35微米、2-25微米、2-20微米、2-15微米、2-10微米、2-7微米、2-5微米、2-3微米、3-25微米、3-20微米、3-15微米、3-10微米、3-7微米、3-5微米、3-4微米、4-20微米、4-15微米、4-10微米、4-7微米、4-5微米、5-15微米、5-10微米、5-7微米、6-15微米、6-10微米、6-7微米、7-15微米、7-10微米、8-15微米和8-10微米。上述僅僅是示例，并且連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon可以不同于前述示例(例如，由上面列出的任何端點(diǎn)限定的范圍)。

在隔離圍欄的各種實(shí)施例中，連接區(qū)域254的長(zhǎng)度lcon與連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon之比可以大于或等于以下任一比例：0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0或更大。上述僅僅是示例，并且連接區(qū)域254的長(zhǎng)度lcon與連接區(qū)域254在近端開口252處的寬度wcon之比可以與上述示例不同。

在微流體裝置100、200、240、290的各種實(shí)施例中，vmax可以被設(shè)置為約0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、or1.5μl/sec。

在具有隔離圍欄的微流體裝置的各種實(shí)施例中，隔離圍欄的分離區(qū)域258的體積可以是例如至少3×10³、6×10³、9×10³、1×10⁴、2×10⁴、4×10⁴、8×10⁴、1×10⁵、2×10⁵、4×10⁵、8×10⁵、1×10⁶、2×10⁶、4×10⁶、6×10⁶立方微米或或更大。在具有隔離圍欄的微流體裝置的各種實(shí)施例中，隔離圍欄的體積可以是約5×10³、7×10³、1×10⁴、3×10⁴、5×10⁴、8×10⁴、1×10⁵、2×10⁵、4×10⁵、6×10⁵、8×10⁵、1×10⁶、2×10⁶、4×10⁶、8×10⁶、1×10⁷、3×10⁷、5×10⁷或約8×10⁷立方微米或更大。在一些實(shí)施例中，微流體裝置具有其中可以維持不超過(guò)1×10²個(gè)生物細(xì)胞的隔離圍欄，并且隔離圍欄的體積可以不超過(guò)2×10⁶立方微米。在一些實(shí)施例中，微流體裝置具有其中可以維持不超過(guò)1×10²個(gè)生物細(xì)胞的隔離圍欄，并且隔離圍欄可以不超過(guò)4×10⁵立方微米。在其它實(shí)施例中，微流體裝置具有其中可以維持不超過(guò)50個(gè)生物細(xì)胞的隔離圍欄，隔離圍欄可以不超過(guò)4×10⁵立方微米。

在各種實(shí)施例中，微流體裝置具有如本文所述的任何實(shí)施例中所配置的隔離圍欄，其中微流體裝置具有約100至約500個(gè)隔離圍欄、約200至約1000個(gè)隔離圍欄、約500至約1500個(gè)隔離圍欄、約1000至約2000個(gè)隔離圍欄、或約1000至約3500個(gè)隔離圍欄。

在一些其它實(shí)施例中，微流體裝置具有如本文所述的任何實(shí)施例中所配置的隔離圍欄，其中微流體裝置具有約1500至約3000個(gè)隔離圍欄、約2000至約3500個(gè)隔離圍欄、約2500至約4000個(gè)隔離圍欄、約3000至約4500個(gè)隔離圍欄、約3500至約5000個(gè)隔離圍欄、約4000至約5500個(gè)隔離圍欄、約4500至約6000個(gè)隔離圍欄、約5000至約6500個(gè)隔離圍欄、約5500至約7000個(gè)隔離圍欄、約6000至約7500個(gè)隔離圍欄、約6500至約8000個(gè)隔離圍欄、約7000至約8500個(gè)隔離圍欄、約7500至約9000個(gè)隔離圍欄、約8000至約9500個(gè)隔離圍欄、約8500至約10,000個(gè)隔離圍欄、約9000至約10,500個(gè)隔離圍欄、約9500至約11,000個(gè)隔離圍欄、約10,000至約11,500個(gè)隔離圍欄、約10,500至約12,000個(gè)隔離圍欄、約11,000至約12,500個(gè)隔離圍欄、約11,500至約13,000個(gè)隔離圍欄、約12,000至約13,500個(gè)隔離圍欄、約12,500至約14,000個(gè)隔離圍欄、約13,000至約14,500個(gè)隔離圍欄、約13,500至約15,000個(gè)隔離圍欄、約14,000至約15,500個(gè)隔離圍欄、約14,500至約16,000個(gè)隔離圍欄、約15,000至約16,500個(gè)隔離圍欄、約15,500至約17,000個(gè)隔離圍欄、約16,000至約17,500個(gè)隔離圍欄、約16,500至約18,000個(gè)隔離圍欄、約17,000至約18,500個(gè)隔離圍欄、約17,500至約19,000個(gè)隔離圍欄、約18,000至約19,500個(gè)隔離圍欄、約18,500至約20,000個(gè)隔離圍欄、約19,000至約20,500個(gè)隔離圍欄、約19,500至約21,000個(gè)隔離圍欄、or約20,000至約21,500個(gè)隔離圍欄。

圖2f示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的微流體裝置290。圖2f中示出的微流體裝置290是微流體裝置100的程式化圖。實(shí)際上，微流體裝置290及其組成回路元件(例如，通道122和隔離圍欄128)將具有本文所討論的尺寸。圖2f中示出的微流體回路120具有兩個(gè)端口107、四個(gè)不同的通道122和四個(gè)不同的流動(dòng)路徑106。微流體裝置290還包括通到每個(gè)通道122的多個(gè)隔離圍欄。在圖2f所示的微流體裝置中，隔離圍欄具有類似于圖2e所示圍欄的幾何形狀，因此具有連接區(qū)域和分離區(qū)域。因此，微流體回路120既包括波及區(qū)域(例如，通道122和在二次流262的最大穿透深度dp內(nèi)的連接區(qū)域254的部分)也包括非波及區(qū)域(例如，分離區(qū)域258和不在二次流262的最大穿透深度dp內(nèi)的連接區(qū)域254的部分)。

圖3a至圖3d示出可用于操作和觀察根據(jù)本發(fā)明的微流體裝置(例如，100、200、440、290)的系統(tǒng)150的各種實(shí)施例。如圖3a所示，系統(tǒng)150可以包括被配置為保持微流體裝置100(未示出)或本文所述的任何其它微流體裝置的結(jié)構(gòu)(“巢(nest)”)300。巢300可以包括能夠與微流體裝置360(例如，光學(xué)致動(dòng)的動(dòng)電裝置100)交界并且提供從電源192到微流體裝置360的電連接的插座302。巢300還可以包括集成的電信號(hào)生成子系統(tǒng)304。集成的電信號(hào)生成子系統(tǒng)304可以被配置為向插座302提供偏置電壓，使得當(dāng)插座302保持微插流器裝置360時(shí)，在微插流器裝置360中的一對(duì)電極兩端施加偏置電壓。因此，電信號(hào)生成子系統(tǒng)304可以是電源192的一部分。將偏置電壓施加到微流體裝置360的能力并不意味著當(dāng)插座302保持微流體裝置360時(shí)會(huì)一直施加偏置電壓。相反，在大多數(shù)情況下，將間歇地施加偏置電壓，例如，僅在需要在微流體裝置360中便于生成動(dòng)電力(例如介電泳或電潤(rùn)濕)時(shí)，才施加偏置電壓。

如圖3a所示，巢300可以包括印刷電路板組件(pcba)320。電信號(hào)生成子系統(tǒng)304可以安裝在pcba320上并被電集成到pcba320中。示例性支撐件也包括安裝在pcba320上的插座302。

通常，電信號(hào)生成子系統(tǒng)304將包括波形發(fā)生器(未示出)。電信號(hào)生成子系統(tǒng)304還可以包括示波器(未示出)和/或被配置為放大從波形發(fā)生器接收到的波形的波形放大電路(未示出)。示波器(如果有的話)可以被配置為測(cè)量由插座302保持的提供給微流體裝置360的波形。在一些實(shí)施例中，示波器測(cè)量在接近微流體裝置360(和遠(yuǎn)離波形發(fā)生器)位置處的波形，從而確保更準(zhǔn)確地測(cè)量實(shí)際施加到裝置的波形。例如，從示波器測(cè)量值獲得的數(shù)據(jù)可以被提供為對(duì)波形發(fā)生器的反饋，并且波形發(fā)生器可以被配置為基于這種反饋來(lái)調(diào)節(jié)其輸出。redpitaya^tm是一個(gè)合適的組合式波形發(fā)生器和示波器的示例。

在一些實(shí)施例中，巢300還包括控制器308，諸如用于感測(cè)和/或控制電信號(hào)生成子系統(tǒng)304的微處理器。合適的微處理器的示例包括arduino^tm微處理器，諸如arduinonano^tm?？刂破?08可以用于執(zhí)行功能和分析，或者可以與外部主控制器154(圖1所示)進(jìn)行通信以執(zhí)行功能和分析。在圖3a所示的實(shí)施例中，控制器308通過(guò)接口310(例如，插頭或連接器)與主控制器154通信。

在一些實(shí)施例中，巢300可以包括電信號(hào)生成子系統(tǒng)304，其包括redpitaya^tm波形發(fā)生器/示波器單元(“redpitaya^tm單元”)和波形放大電路，其中波形放大電路將redpitaya^tm單元產(chǎn)生的波形放大并且將放大的電壓傳送給微流體裝置100。在一些實(shí)施例中，redpitaya^tm單元被配置為測(cè)量微流體裝置360處的放大電壓，然后根據(jù)需要調(diào)節(jié)其自身的輸出電壓，使得在微流體裝置360處測(cè)量到的電壓是期望值。在一些實(shí)施例中，波形放大電路可以具有由安裝在pcba320上的一對(duì)dc-dc轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的+6.5v至-6.5v的電源，從而在微流體裝置360處產(chǎn)生高達(dá)13vpp的信號(hào)。

如圖3a所示，巢300還可以包括熱控制子系統(tǒng)306。熱控制子系統(tǒng)306可以被配置為調(diào)整由支撐結(jié)構(gòu)300保持的微流體裝置360的溫度。例如，熱控制子系統(tǒng)306可以包括peltier熱電裝置(未示出)和冷卻單元(未示出)。peltier熱電裝置可以具有被配置為與微流體裝置360的至少一個(gè)表面相交界的第一表面。例如，冷卻單元可以是冷卻塊(未示出)，諸如液體冷卻鋁塊。peltier熱電裝置的第二表面(例如，與第一表面相對(duì)的表面)可以被配置為與這種冷卻塊的表面交界。冷卻塊可以被連接到流體路徑330，流體路徑330被配置為通過(guò)冷卻塊循環(huán)冷卻的流體。在圖3a所示的實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)300包括入口332和出口334，以從外部貯液器(未示出)接收冷卻的流體，將冷卻的流體引入流體路徑330并通過(guò)冷卻塊，然后將冷卻的流體返回到外部貯液器。在一些實(shí)施例中，peltier熱電裝置、冷卻單元和/或流體路徑330可以安裝在支撐結(jié)構(gòu)300的殼體340上。在一些實(shí)施例中，熱控制子系統(tǒng)306被配置為調(diào)整peltier熱電裝置的溫度，以便實(shí)現(xiàn)微流體裝置360的目標(biāo)溫度。例如，可以通過(guò)諸如pololu^tm熱電電源(pololuroboticsandelectronicscorp.(pololurobotic和electronics公司))的熱電電源來(lái)實(shí)現(xiàn)peltier熱電裝置的溫度調(diào)整。熱控制子系統(tǒng)306可以包括反饋電路，諸如由模擬電路提供的溫度值?？商娲兀梢杂蓴?shù)字電路提供反饋電路。

在一些實(shí)施例中，巢300可以包括具有反饋電路的熱控制子系統(tǒng)306，其中反饋電路是包括電阻器(例如，電阻為1kω+/-0.1％，溫度系數(shù)+/-0.02ppm/c0)和ntc熱敏電阻(例如，標(biāo)稱電阻為1kω+/-0.01％)的模擬分壓器電路(圖3b所示)。在一些示例中，熱控制子系統(tǒng)306測(cè)量來(lái)自反饋電路的電壓，然后使用計(jì)算出的溫度值作為機(jī)載pid控制環(huán)路算法的輸入。例如，來(lái)自pid控制環(huán)路算法的輸出可以驅(qū)動(dòng)pololu^tm馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器(未示出)上的定向和脈沖寬度調(diào)制的信號(hào)引腳，以致動(dòng)熱電電源，從而控制peltier熱電裝置。

巢300可以包括串行端口350，其允許控制器308的微處理器經(jīng)由接口310與外部主控制器154進(jìn)行通信。另外，控制器308的微處理器可以與電信號(hào)生成子系統(tǒng)304和熱控制子系統(tǒng)306進(jìn)行通信(例如，經(jīng)由plink工具(未示出))。因此，經(jīng)由控制器308、接口310和串行端口350的組合，電信號(hào)生成子系統(tǒng)308和熱控制子系統(tǒng)306可以與外部主控制器154進(jìn)行通信。以這種方式，除了其他方面之外，主控制器154可以通過(guò)執(zhí)行用于輸出電壓調(diào)節(jié)的縮放計(jì)算，以輔助電信號(hào)生成子系統(tǒng)308。通過(guò)耦接到外部主控制器154的顯示裝置170提供的圖形用戶界面(gui)(圖3c中示出其一個(gè)示例)可以被配置為繪制分別從熱控制子系統(tǒng)306和電信號(hào)生成子系統(tǒng)308獲得的溫度和波形數(shù)據(jù)。可替代地或另外地，gui可以允許更新控制器308、熱控制子系統(tǒng)306和電信號(hào)生成子系統(tǒng)304。

如上所述，系統(tǒng)150可以包括成像裝置194。在一些實(shí)施例中，成像裝置194包括光調(diào)制子系統(tǒng)404。光調(diào)制子系統(tǒng)404可以包括數(shù)字反射鏡裝置(dmd)或微快門陣列系統(tǒng)(msa)，其中任一個(gè)可以被配置為接收來(lái)自光源402光并將接收到的光的一部分發(fā)送到顯微鏡400的光具組中?？商娲?，光調(diào)制子系統(tǒng)404可以包括產(chǎn)生其自身光的裝置(因此無(wú)需光源402)，諸如有機(jī)發(fā)光二極管顯示器(oled)、硅基液晶(lcos)器件、鐵電硅基液晶(flcos)或透射液晶顯示器(lcd)。例如，光調(diào)制子系統(tǒng)404可以是投影儀。因此，光調(diào)制子系統(tǒng)404能夠發(fā)射結(jié)構(gòu)化的光和非結(jié)構(gòu)化的光。合適的光調(diào)制子系統(tǒng)404的一個(gè)示例是來(lái)自andortechnologies^tm的mosaic^tm系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)150的成像模塊164和/或運(yùn)動(dòng)模塊162可以控制光調(diào)制子系統(tǒng)404。

在一些實(shí)施例中，成像裝置194還包括顯微鏡400。在這種實(shí)施例中，巢300和光調(diào)制子系統(tǒng)404可以被單獨(dú)地配置為安裝在顯微鏡400上。例如，顯微鏡400可以是標(biāo)準(zhǔn)研究級(jí)別的光學(xué)顯微鏡或熒光顯微鏡。因此，巢300可以被配置為安裝在顯微鏡400的載物臺(tái)410上和/或光調(diào)制子系統(tǒng)404可以被配置成安裝在顯微鏡400的端口上。在其它實(shí)施例中，巢300和光調(diào)制子系統(tǒng)404可以是顯微鏡400的集成組件。

在一些實(shí)施例中，顯微鏡400還可以包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器422。在一些實(shí)施例中，由成像模塊164控制檢測(cè)器422。檢測(cè)器422可以包括目鏡、電荷耦合器件(ccd)、相機(jī)(例如，數(shù)碼相機(jī))或其任何組合。如果存在至少兩個(gè)檢測(cè)器422，則一個(gè)檢測(cè)器可以是例如快速幀率相機(jī)，而另一個(gè)檢測(cè)器可以是高靈敏度相機(jī)。此外，顯微鏡400可以包括一種光具組，其被配置為接收從微流體裝置360反射和/或發(fā)射的光并且將反射和/或發(fā)射的光的至少一部分聚焦在一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器422上。顯微鏡的光具組還可以包括用于不同檢測(cè)器的不同管透鏡(未示出)，使得每個(gè)檢測(cè)器上的最終放大率可以不同。

在一些實(shí)施例中，成像裝置194被配置為使用至少兩個(gè)光源。例如，可以使用第一光源402來(lái)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的光(例如，經(jīng)由光調(diào)制子系統(tǒng)404)，并且可以使用第二光源432來(lái)提供非結(jié)構(gòu)化的光。第一光源402可以產(chǎn)生用于光學(xué)致動(dòng)的電運(yùn)動(dòng)和/或熒光激發(fā)的結(jié)構(gòu)化光，并且第二光源432可以用于提供亮視場(chǎng)照明。在這些實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)模塊162可以用于控制第一光源404，并且成像模塊164可以用于控制第二光源432。顯微鏡400的光具組可以被配置為(1)從光調(diào)制子系統(tǒng)404接收結(jié)構(gòu)化的光，并且當(dāng)該裝置被支撐結(jié)構(gòu)200保持時(shí)，將結(jié)構(gòu)化的光聚焦在微流體裝置(諸如光學(xué)致動(dòng)的動(dòng)電裝置)中的至少第一區(qū)域上，以及(2)接收從微流體裝置反射和/或發(fā)射的光并將這種反射和/或發(fā)射的光的至少一部分聚焦到檢測(cè)器422上。光具組還可以被配置為從第二光源接收非結(jié)構(gòu)化的光，并且當(dāng)該裝置被支撐結(jié)構(gòu)300保持時(shí)，將非結(jié)構(gòu)化的光聚焦在微流體裝置的至少第二區(qū)域上。在一些實(shí)施例中，微流體裝置的第一和第二區(qū)域可以是重疊區(qū)域。例如，第一區(qū)域可以是第二區(qū)域的一部分。

在圖3d中，第一光源402被示為將光提供給光調(diào)制子系統(tǒng)404，其將結(jié)構(gòu)化的光提供給顯微鏡400的光具組。第二光源432被示為經(jīng)由分束器436將非結(jié)構(gòu)化的光向提供給光具組。來(lái)自光調(diào)制子系統(tǒng)404的結(jié)構(gòu)化光和來(lái)自第二光源432的非結(jié)構(gòu)化光通過(guò)光具組一起從分束器436行進(jìn)到達(dá)第二分束器(或二向色濾光器406，取決于光調(diào)制子系統(tǒng)404提供的光)，其中光通過(guò)物鏡408向下反射到樣本平面412。然后來(lái)自樣本平面412的被反射和/或發(fā)射的光通過(guò)物鏡408、通過(guò)分束器和/或二向色濾光器406返回至另一個(gè)二向色濾光器424。到達(dá)二向色濾光器424的僅僅一部分光穿過(guò)并到達(dá)檢測(cè)器422。

在一些實(shí)施例中，第二光源432發(fā)射藍(lán)光。利用適當(dāng)?shù)亩蛏珵V光器424，從樣本平面412反射的藍(lán)光能夠穿過(guò)二向色濾光器424并到達(dá)檢測(cè)器422。相反地，來(lái)自光調(diào)制子系統(tǒng)404的結(jié)構(gòu)化的光從樣本平面412反射，但不穿過(guò)二向色濾光器424。在該示例中，二向色濾光器424濾除波長(zhǎng)長(zhǎng)于495nm的可見(jiàn)光。只有從光調(diào)制子系統(tǒng)發(fā)射的光不包括短于495nm的任何波長(zhǎng)時(shí)，對(duì)來(lái)自光調(diào)制子系統(tǒng)404的光的這種濾除才算完成(如圖所示)。在實(shí)踐中，如果來(lái)自光調(diào)制子系統(tǒng)404的光包括短于495nm的波長(zhǎng)(例如，藍(lán)色波長(zhǎng))，則來(lái)自光調(diào)制子系統(tǒng)的一些光將穿過(guò)濾波器424以到達(dá)檢測(cè)器422。在這種實(shí)施例中，濾波器424作用為改變從第一光源402和第二光源432到達(dá)檢測(cè)器422的光量之間的平衡。如果第一光源402明顯強(qiáng)于第二光源402，則這是有益的。在其它實(shí)施例中，第二光源432可以發(fā)射紅光，并且二向色濾光器424可以濾除除了紅光之外的可見(jiàn)光(例如，波長(zhǎng)短于650nm的可見(jiàn)光)。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于在微流體裝置中自動(dòng)檢測(cè)測(cè)定陽(yáng)性的測(cè)定區(qū)域的方法。該方法可以包括收集在微流體裝置中的測(cè)定區(qū)域aax的一組n個(gè)數(shù)字圖像ii(i＝1到n)，其中n是大于1的正整數(shù)。在一些實(shí)施例中，該方法包括自動(dòng)識(shí)別(例如，選擇)微流體裝置中的測(cè)定區(qū)域。通常，將基于從成像裝置194(未示出)接收到的數(shù)據(jù)，由成像模塊164、介質(zhì)模塊160、運(yùn)動(dòng)模塊162、傾斜模塊166、其它模塊168和/或主控制器154來(lái)執(zhí)行測(cè)定陽(yáng)性的區(qū)域的自動(dòng)檢測(cè)。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可以由任何模塊或子模塊執(zhí)行測(cè)定陽(yáng)性的區(qū)域的自動(dòng)識(shí)別中涉及的任何步驟。

因?yàn)樵谖⒘黧w裝置中執(zhí)行測(cè)定，所以微流體回路及其組成回路元件的配置(例如形狀和尺寸)決定了測(cè)定中使用的試劑和分析物可以位于微流體回路內(nèi)的位置。例如，可以執(zhí)行測(cè)定，以量化由位于隔離圍欄中的單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞的克隆群體所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)。類似地，可以通過(guò)使包含試劑的介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)微流體回路的通道來(lái)引入用于各種測(cè)定的試劑(例如熒光團(tuán)或抗體)。如上文關(guān)于圖2e所討論的，隔離圍欄和通道(單獨(dú)地并且相對(duì)于彼此)的形狀和尺寸可以影響蛋白質(zhì)和試劑在物理上位于微流體回路內(nèi)的位置，并因此影響待測(cè)定的裝置的區(qū)域。

因此，可以基于許多參數(shù)來(lái)自動(dòng)識(shí)別測(cè)定區(qū)域的大小和形狀，所述參數(shù)包括以下任何組合：所涉及的測(cè)定類型、腔室(例如，隔離圍欄)和/或微流體回路中的流動(dòng)區(qū)域(例如，通道)的形狀和尺寸、流動(dòng)路徑中流體介質(zhì)的速度、流體介質(zhì)的粘度和/或流體介質(zhì)內(nèi)聚合劑的存在、測(cè)定中測(cè)量的的分析物的物理和化學(xué)性質(zhì)(例如抗體或分泌蛋白)、測(cè)定中使用的試劑的物理和化學(xué)性質(zhì)、測(cè)定中使用的試劑或分析物的物理位置、被測(cè)定的細(xì)胞數(shù)量(即單個(gè)細(xì)胞或克隆群體的細(xì)胞)和/或由測(cè)定中使用的分析物和/或試劑產(chǎn)生的噪音和背景的量。下面參考圖4、圖5和圖6詳細(xì)描述這些方法。

圖4a示出具有矩形形狀570、572的示例性自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域，其部分位于流動(dòng)通道522中并且部分位于隔離圍欄526、528中。對(duì)于涉及包含在通道522內(nèi)流動(dòng)路徑506中的流體介質(zhì)580內(nèi)分析物和/或試劑的測(cè)定，成像模塊164(未示出)被配置為自動(dòng)識(shí)別(或選擇)至少部分延伸到接近隔離圍欄的開口的通道522的區(qū)域中的測(cè)定區(qū)域570、572。也可以基于隔離圍欄內(nèi)的微物體530(例如細(xì)胞)的位置來(lái)識(shí)別測(cè)定區(qū)域570、572。例如，如圖所示，可以選擇測(cè)定區(qū)域570、572，使得它們包含微物體530在隔離圍欄526、528中的位置。在2015年12月8日提交的美國(guó)序列申請(qǐng)第14/963230號(hào)(du)和2015年12月8日提交的相應(yīng)國(guó)際申請(qǐng)第pct/us2015/064575號(hào)中討論了通過(guò)自動(dòng)識(shí)別微物體來(lái)確定微物體的位置的計(jì)算方法；每個(gè)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。除了這些方法之外，還可以基于其它信息(諸如將微物體加載到圍欄中的方法(例如通過(guò)重力或oet)，以及在微物體是細(xì)胞的情形下，細(xì)胞在圍欄中培養(yǎng)的持續(xù)時(shí)間和/或細(xì)胞類型)來(lái)估計(jì)微物體在圍欄中的位置。因此，取決于如上所述的其它參數(shù)，自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域570、572可以至少部分地位于隔離圍欄526、528靠近通道522的區(qū)域(例如，隔離圍欄的近端開口和/或隔離圍欄的連接區(qū)域或其近端部分)。在一些情形下，隔離圍欄526、528中自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域570、572的深度將部分地基于流入隔離圍欄526、528的連接區(qū)域560、562的二次流(未示出)的最大穿透深度dp。如上所述，二次流的最大穿透深度dp可以基于許多因素，包括隔離圍欄526、528和通道522的近端開口的尺寸(例如，寬度)、流體介質(zhì)的粘度以及流體介質(zhì)沿著流動(dòng)路徑506移動(dòng)時(shí)的速度。圖4a還示出與自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域570、572相關(guān)聯(lián)的示例性控制區(qū)域lctr1540、542。下面將詳細(xì)討論使用控制區(qū)域來(lái)量化測(cè)定區(qū)域的變化率。

對(duì)于一些測(cè)定，諸如被設(shè)計(jì)為量化從隔離圍欄528內(nèi)的生物微物體分泌的分析物(“分泌的分析物”)的量的這些測(cè)定，成像模塊164被配置為至少部分基于分泌的分析物擴(kuò)散到圍繞生物微物體556和隔離圍欄526、582的通道522的區(qū)域的擴(kuò)散區(qū)域，來(lái)自動(dòng)識(shí)別測(cè)定區(qū)域。圖4b示出完全位于與包含生物微物體556的隔離圍欄526相鄰的通道522內(nèi)的、具有截?cái)鄨A形的示例性自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域574。另外，圖4b示出具有蘑菇狀的自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域576，其包括截?cái)鄨A形的測(cè)定區(qū)域574，并且還部分地延伸到包含生物微物體556的隔離圍欄528的連接區(qū)域中。測(cè)定區(qū)域574、576的半圓形狀或蘑菇形狀延伸到通道522的程度可以基于許多因素，諸如分泌的分析物的擴(kuò)散速率、流體介質(zhì)580的粘度、通道522和/或隔離圍欄526、528的尺寸和/或分泌分析物的生物微物體556的物理位置。

在一些情形下，自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域的大小可以取決于該區(qū)域被測(cè)定的持續(xù)時(shí)間。例如，在自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域被長(zhǎng)時(shí)間分析的情況下(即在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)拍攝測(cè)定區(qū)域的幾個(gè)圖像)，可以增大(例如擴(kuò)大)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域以考慮試劑或分析物的擴(kuò)散速率。圖4c分別示出對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間點(diǎn)(t1)和第二時(shí)間點(diǎn)(t2)的兩個(gè)蘑菇狀的測(cè)定區(qū)域578、597。對(duì)應(yīng)于第二時(shí)間點(diǎn)(t2)的蘑菇狀測(cè)定區(qū)域579比對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間點(diǎn)(t1)的蘑菇狀測(cè)定區(qū)域578延伸到通道522的更大部分，以說(shuō)明試劑或分析物在第一時(shí)間點(diǎn)和第二時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間段內(nèi)的擴(kuò)散速率。

在一些實(shí)施例中，測(cè)定可以涉及附著于(例如通過(guò)粘附分析物或試劑、或限制分析物或試劑的運(yùn)動(dòng)和/或擴(kuò)散)特定區(qū)域和/或微流體回路的特征部分(諸如隔離圍欄、捕集器或通道的一部分)的分析物或試劑(“附著的分析物或試劑”)。在這些情形下，成像模塊可以基于指定附著分析物的位置的數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)識(shí)別測(cè)定區(qū)域。在一些情形下，可以使用聚合物網(wǎng)絡(luò)將分析物或試劑附著到微流體裝置的特定部分(例如，通道的一部分或隔離圍欄)。例如，可以使用結(jié)構(gòu)化的光，通過(guò)光誘導(dǎo)的聚合/交聯(lián)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生包含試劑或分析物的聚合物的局部網(wǎng)絡(luò)，其中光誘導(dǎo)的聚合/交聯(lián)反應(yīng)通過(guò)將聚合物交聯(lián)到網(wǎng)絡(luò)中來(lái)固化聚合物。局部聚合物網(wǎng)絡(luò)可以減慢試劑和/或分析物的擴(kuò)散速率，從而將試劑和分析物維持為非常靠近聚合物網(wǎng)絡(luò)，以便優(yōu)化測(cè)定(例如通過(guò)集中測(cè)定信號(hào))。在這些實(shí)施例中，成像模塊164與運(yùn)動(dòng)模塊162通信，以發(fā)送指定微流體裝置發(fā)生聚合/交聯(lián)的部分的信息。然后，成像模塊164使用該區(qū)域來(lái)自動(dòng)識(shí)別至少部分對(duì)應(yīng)于所得聚合物網(wǎng)絡(luò)的位置的測(cè)定區(qū)域。

無(wú)論自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域的大小和形狀如何，自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域?qū)⑼ǔＯ拗朴谕耆谖⒘黧w裝置的腔室內(nèi)的區(qū)域(即，其不包括限定流動(dòng)通道和/或隔離圍欄的壁、或微流體回路材料的部分)。

在一些實(shí)施例中，使用數(shù)字照相機(jī)或ccd來(lái)收集自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的一組n個(gè)數(shù)字圖集ii(i＝1至n)。然而，最初未被數(shù)字化的所收集的圖像可以在收集后被數(shù)字化。通常，以周期性方式收集圖像，周期取決于測(cè)定。在一些實(shí)施例中，取決于分泌物的速率和密度和/或測(cè)定信號(hào)產(chǎn)生的速率，可以每分鐘、每2分鐘、每3分鐘、每4分鐘、每5分鐘等拍攝特定的自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域的圖像。在一些實(shí)施例中，該測(cè)定是抗原結(jié)合測(cè)定，并且每3至5分鐘拍攝一次圖像。

數(shù)字圖像的大小將根據(jù)用于收集圖像的成像裝置194變化。如上所述，數(shù)字圖像的大小也可以隨著測(cè)定期間自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的大小變化。在一些實(shí)施例中，測(cè)定區(qū)域aax的圖像ii包括至少約500個(gè)像素(例如，約500至約10,000個(gè)像素、約625至約8000個(gè)像素、約750至約6000個(gè)像素、約875至約4000個(gè)像素、約1000至約2000個(gè)像素、或任何類似的像素范圍)。例如，在一些實(shí)施例中，圖像ii可以覆蓋具有基本上25個(gè)像素乘以基本上40至80個(gè)像素的矩形陣列的測(cè)定區(qū)域aax。在一些實(shí)施例中，每個(gè)像素可以對(duì)應(yīng)于基本上5平方微米或更小(例如，4、3、2、1平方微米或更小)的微流體裝置中的區(qū)域。

在收集數(shù)字圖像之后，對(duì)其進(jìn)行分析。關(guān)于這方面，可以確定以下參數(shù)，該參數(shù)針對(duì)構(gòu)成自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的圖像ii的一組像素表征了光強(qiáng)度值的分布。例如，可以評(píng)估和/或記錄每個(gè)像素pi，j(j＝1至m)的光強(qiáng)度值li，j，其中j是被分析圖像ii(或其自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax)中的像素?cái)?shù)目。然而，在一些情形下，可以僅僅分析自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的圖像ii的一組像素pi，j(j＝1至m)的子組，以確定構(gòu)成圖像ii的光強(qiáng)度值的分布。例如，可以分析少于自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的圖像ii的該組像素pi，j(j＝1至m)的70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％，以確定構(gòu)成圖像ii的光強(qiáng)度值的分布。

在一些實(shí)施例中，使用0-8比特、0-10比特、0-12比特、0-14比特或0-16比特來(lái)表示每個(gè)像素pi，j的光強(qiáng)度值li，j。使用更大數(shù)量的比特來(lái)表示光強(qiáng)度值li，j可以提供弱信號(hào)的優(yōu)異分析。

在一些實(shí)施例中，確定光強(qiáng)度值li，j可以包括從實(shí)際觀察到的光強(qiáng)度水平中減去光強(qiáng)度的背景水平。例如，可以將li，j設(shè)置為等于li，j(觀察到的)-li，j(背景)。li，j(背景)可以是在測(cè)定開始時(shí)(t＝0)或測(cè)定剛要開始之前(t<0)或在設(shè)備校準(zhǔn)期間(t＝-t)與同一像素pj相關(guān)聯(lián)的光強(qiáng)度值?？商娲?，li，j(背景)可以是lcon，微流體裝置的控制區(qū)域的光強(qiáng)度值(即，微流體裝置中不期望測(cè)定產(chǎn)生陽(yáng)性信號(hào)的區(qū)域)。例如，控制區(qū)域lcon可以是隔離圍欄中不存在任何微物體的的區(qū)域。因此，例如，對(duì)于兩個(gè)或更多個(gè)選擇的測(cè)定區(qū)域而言，控制區(qū)域lcon可以相同?？商娲?，每個(gè)選擇的測(cè)定區(qū)域可以與其自身的控制區(qū)域lcon相關(guān)聯(lián)。例如，控制區(qū)域lcon可以是隔離圍欄526、528中遠(yuǎn)離通道522和/或與通道522中的任何流體介質(zhì)180分離的區(qū)域(例如，使得來(lái)自通道522的二次流的最大穿透深度dp不延伸到控制區(qū)域lcon中)，諸如控制區(qū)域lcon540、542、544、546、548、549中的任何一個(gè)。

使用圖像ii的一組像素pi，j(j＝1至m)的一組光強(qiáng)度值li，j，可以確定各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)。例如，可以為該組像素pi，j(j＝1至m)以及因此為圖像ii(或其自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax)確定平均光強(qiáng)度值(li，avg)、光強(qiáng)度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(σi)、最小和最大光強(qiáng)度值(li，min和li，max)或其任何組合。因此，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括為構(gòu)成圖像ii(或其自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax)的該組像素pi，j(j＝1至m)計(jì)算li，avg、計(jì)算σi、確定li，min和/或確定li，max。為了確定li，min和li，max，這些值可以分別對(duì)應(yīng)于具有最低和最高光強(qiáng)度值的像素pi，j(j＝1至m)的光強(qiáng)度值li，j?？商娲?，可以在丟棄具有最高和最低光強(qiáng)度值的固定百分比的像素pi，j(j＝1至m)之后，確定li，min和limax。例如，如圖5所示，可以丟棄分布的最低的5％中像素pi，j的光強(qiáng)度值li，j，并且可以將li，min設(shè)置為剩余95％像素的最低光強(qiáng)度水平。類似地，可以丟棄分布的最高的5％中像素pi，j的光強(qiáng)度值li，j，并且可以將li，max設(shè)置為剩余95％像素的最高光強(qiáng)度水平。當(dāng)然，丟棄的光強(qiáng)度值的百分比可以被設(shè)置為5％之外的數(shù)字。例如，可以使用10％、9％、8％、7％、6％、4％、3％、2.5％、2％、1.5％或1％來(lái)代替5％?？梢酝ㄟ^(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)憑經(jīng)驗(yàn)確定最佳百分比。

對(duì)于自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域的一組n個(gè)圖像ii(i＝1到n)中的每個(gè)圖像ii，可以確定以下參數(shù)，該參數(shù)針對(duì)構(gòu)成自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的圖像ii的一組像素pij表征了光強(qiáng)度值的分布，如上所述。在一些實(shí)施例中，可以將根據(jù)一組圖像中的每個(gè)圖像確定的參數(shù)彼此進(jìn)行比較。因此，本發(fā)明的方法還可以包括在全部或部分測(cè)定過(guò)程中(即，在該組n個(gè)圖像ii(i＝1到n)的兩個(gè)或更多個(gè)不同圖像ii之間)計(jì)算所選擇的測(cè)定區(qū)域aax的至少一個(gè)參數(shù)的變化率δx。在一些實(shí)施例中，該至少一個(gè)參數(shù)選自由li，avg、σi、li，min和li，max構(gòu)成的組。在一些實(shí)施例中，δx是表示兩個(gè)或更多個(gè)這種參數(shù)的變化率的向量或其它數(shù)學(xué)表達(dá)式。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法還包括將至少一個(gè)參數(shù)的變化率δx與閾值δ°進(jìn)行比較，并且如果δx大于δ°，則確定自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域是測(cè)定陽(yáng)性的。

本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于多組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1到k)，其中k是大于1的整數(shù)。可以在多組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域上并行執(zhí)行該方法。可替代地，可以在多組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域上連續(xù)執(zhí)行該方法。在其它替代方案中，可以在多組k個(gè)限定測(cè)定區(qū)域上并行執(zhí)行該方法的一些步驟，而可以連續(xù)地執(zhí)行其它步驟。無(wú)論如何，對(duì)于一組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域，可以為每個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax確定δx。在一些實(shí)施例中，自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的大小、形狀和相對(duì)位置(即相對(duì)于隔離圍欄)可以保持恒定。在其它實(shí)施例中，自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的大小、形狀和相對(duì)位置可以根據(jù)不同的參數(shù)而不同。例如，自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域的大小、形狀和相對(duì)位置可以根據(jù)以下因素而不同，諸如細(xì)胞的位置或不同已知濃度的分析物(其用于產(chǎn)生校準(zhǔn)曲線，以確定實(shí)驗(yàn)條件下分析物的量)。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括確定一組自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的變化率。本發(fā)明的方法可以被應(yīng)用于多組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)，其中k是大于1的整數(shù)。因此，在該方法的一些實(shí)施例中，可以確定對(duì)應(yīng)于一組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的變化率δx的平均變化率δavg。在一些實(shí)施例中，可以確定一組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的變化率δx的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ°。在一些實(shí)施例中，可以使用對(duì)應(yīng)于一組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的一組值δx來(lái)生成校準(zhǔn)曲線，其中每個(gè)值δx與待測(cè)定的已知濃度的分析物相關(guān)聯(lián)。

在一些實(shí)施例中，閾值δ°(上文所討論的)可以基于對(duì)應(yīng)于一組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的一組變化率δx的平均變化率δavg。在其它實(shí)施例中，閾值δ°(上文所討論的)可以基于對(duì)應(yīng)于一組k個(gè)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至k)的一組變化率δx的平均變化率δavg和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ°。例如，閾值δ°可以是δavg+1.6σ°?？商娲?，閾值δ°可以是δavg+2.0σ°、δavg+3.0σ°、δavg+4.0σ°等。在使用校準(zhǔn)曲線的實(shí)施例中，可以為具有相同已知濃度的待測(cè)定分析物的每組自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax計(jì)算平均變化率δx。可以對(duì)每組圖像迭代地執(zhí)行上述圖像分析的所有方法，以從該組自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域中確定最佳測(cè)定區(qū)域。

圖6示出可以由成像模塊164執(zhí)行以確定對(duì)應(yīng)于測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx的步驟。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可以以任何順序以及除了成像模塊164之外的模塊或程序來(lái)執(zhí)行下面討論的幾個(gè)步驟。類似地，可以迭代地執(zhí)行下面討論的步驟。

在步驟602中，成像模塊164可以檢索指定微流體回路120的物理結(jié)構(gòu)的信息，包括任何隔離圍欄128、通道122的尺寸或微流體回路120的其它物理特性?？梢酝ㄟ^(guò)成像模塊164基于微流體回路120的圖像來(lái)“動(dòng)態(tài)地(onthefly)”計(jì)算信息，或者信息可以被預(yù)先指定(例如，基于某種類型的微流體回路120的已知尺寸和物理特性)并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中?？梢允褂没芈吩某叽鐚?duì)流體介質(zhì)(諸如包含在測(cè)定中使用的試劑和分析物的介質(zhì))的流動(dòng)進(jìn)行建模?？梢允褂酶鞣N程序和計(jì)算模型(例如或軟件)對(duì)流動(dòng)進(jìn)行建模。

在步驟604中，成像模塊164可選地檢索指定在測(cè)定和/或其中進(jìn)行測(cè)定的任何流體介質(zhì)180中使用的分析物(例如抗體、分泌的蛋白質(zhì))和試劑(例如抗原、熒光團(tuán)、光誘導(dǎo)聚合物等)的物理和化學(xué)特征的數(shù)據(jù)。物理和化學(xué)特征可以包括分子量、疏水性、溶解度、擴(kuò)散速率、粘度(例如，介質(zhì)的粘度)、激發(fā)和/或發(fā)射范圍(如熒光試劑)、已知背景熒光、影響聚合的特征、以及局部聚合物網(wǎng)絡(luò)的孔徑大小。描述分析物、試劑和流體介質(zhì)180的物理和化學(xué)特征的數(shù)據(jù)可以由微流體裝置100的使用者輸入，或者可以被預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中?？蛇x地，在步驟604中，成像模塊164可以檢索指定測(cè)定持續(xù)時(shí)間的信息。

在步驟606中，成像模塊164可以檢索指定待測(cè)定的試劑和分析物在微流體結(jié)構(gòu)內(nèi)的位置(或投影位置)的信息。如上所述，可以基于微流體回路的尺寸和/或正在執(zhí)行的測(cè)定類型(例如分泌物測(cè)定、抗原檢測(cè)測(cè)定等)來(lái)計(jì)算試劑和分析物的位置。此外，可以使用對(duì)微流體回路中介質(zhì)(和介質(zhì)中存在的試劑)的流動(dòng)進(jìn)行建模的程序和計(jì)算模型來(lái)確定試劑和分析物的投影位置。例如，試劑和分析物的投影位置可以基于在微流體回路中(例如，在流動(dòng)區(qū)域或通道中)流動(dòng)的介質(zhì)的二次流的最大穿透深度dp和影響dp的任何參數(shù)(例如，流動(dòng)路徑中介質(zhì)的速度、流動(dòng)路徑的寬度、到隔離圍欄的開口寬度等)。類似地，在諸如細(xì)胞的生物微物體分泌分析物的情況下，分析物的位置可以基于生物微物體在回路元件(例如隔離圍欄)中的位置。任何上述值可以與分析物或試劑的物理和化學(xué)特征相結(jié)合，以進(jìn)一步完善試劑和/或分析物的位置(或投影位置)。例如，從隔離圍欄中的細(xì)胞分泌的分析物的位置可以基于分析物的已知擴(kuò)散速率、隔離圍欄的尺寸和介質(zhì)的粘度。

如上所述，在運(yùn)動(dòng)模塊162用于提供結(jié)構(gòu)化的光以致動(dòng)光致聚合物的聚合/交聯(lián)并且形成光致聚合物網(wǎng)絡(luò)的情況下，成像模塊164可以從運(yùn)動(dòng)模塊162接收信息，該信息指定包含分析物和/或試劑的聚合物網(wǎng)絡(luò)在微流體回路120中的位置。在其它情況下，系統(tǒng)150的用戶可以輸入試劑和/或分析物的位置。在其它情況下，可以將試劑和/或分析物的位置預(yù)定義并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中(例如，用于標(biāo)準(zhǔn)化微流體裝置上的已建立的工作流程)。

在步驟608中，至少部分地基于指定測(cè)定中涉及的試劑和分析物的位置的信息，成像模塊164自動(dòng)識(shí)別至少一個(gè)測(cè)定區(qū)域aax。如上所述，在一些情形下，成像模塊164自動(dòng)識(shí)別對(duì)應(yīng)于微流體裝置內(nèi)n個(gè)不同區(qū)域的一組測(cè)定區(qū)域aax(x＝1至n)。

在識(shí)別出自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域之后，在步驟610中，成像模塊164與成像裝置194通信，以獲得每個(gè)測(cè)定區(qū)域aax的一組n個(gè)圖像ii(i＝1至n)。在獲得該組圖像之后，對(duì)于每個(gè)測(cè)定區(qū)域aax，成像模塊164分析該組n個(gè)圖像ii(i＝1至n)中的每個(gè)圖像，以在步驟612確定對(duì)應(yīng)于自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域內(nèi)的像素的一組光強(qiáng)度值和其它特性。在分析之前，可以通過(guò)數(shù)字化、背景減除、激發(fā)光場(chǎng)均勻性校正、熱像素移除、圖像噪聲移除、定量圖像值到絕對(duì)光水平變換和/或任何其它合適的變換來(lái)變換圖像。在分析期間，成像模塊164可以基于一組光強(qiáng)度值和/或其它特性來(lái)迭代地完善或調(diào)節(jié)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax。例如，在一些情形下，成像模塊164可以識(shí)別表示異?；螂x群數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax的區(qū)域，調(diào)節(jié)自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax來(lái)排除這些區(qū)域，并且重新確定該組光強(qiáng)度值。例如，在一些情形下，圖像模塊164可以拒絕具有強(qiáng)大但恒定光照水平的區(qū)域或拒絕由微粒移動(dòng)過(guò)測(cè)定區(qū)域所引起的短壽命亮區(qū)域。在一些情形下，成像模塊164可以增大或擴(kuò)展自動(dòng)識(shí)別的測(cè)定區(qū)域aax以包括額外的像素。

在一個(gè)實(shí)施例中，基于為該組圖像中的每個(gè)圖像生成的一組光強(qiáng)值，在步驟614中，成像模塊164確定每個(gè)測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx。成像模塊164使用測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx來(lái)產(chǎn)生用于測(cè)定的定量或絕對(duì)值。在成像模塊164產(chǎn)生絕對(duì)值的情況下，成像模塊164可以將測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx與預(yù)定閾值δ°進(jìn)行比較，以產(chǎn)生指定存在或不存在分析物的絕對(duì)值。在成像模塊164產(chǎn)生相對(duì)值的情況下，成像模塊164可以將測(cè)定區(qū)域aax的變化率與校準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，以便確定測(cè)定的定量值。在這些情形下，通過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)于測(cè)定中正在測(cè)量的已知濃度分析物的測(cè)定區(qū)域aan的變化率來(lái)生成校準(zhǔn)曲線。

在另一個(gè)實(shí)施例中，基于為一組圖像ii中的每個(gè)圖像生成的一組光強(qiáng)度值，在步驟614中，成像模塊164確定測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx和預(yù)定義的一組相鄰圍欄(即位于鄰近對(duì)微流體回路感興趣的圍欄的圍欄)的相同值。成像模塊164使用測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx和預(yù)定義的鄰近組，來(lái)排除測(cè)定背景噪聲并且產(chǎn)生用于測(cè)定的定量或絕對(duì)值。在成像模塊164產(chǎn)生絕對(duì)值的情形下，成像模塊164可以將測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx與預(yù)定閾值δ°進(jìn)行比較，以產(chǎn)生指定存在或不存在分析物的絕對(duì)值。在成像模塊164產(chǎn)生相對(duì)值的情形下，成像模塊164可以將測(cè)定區(qū)域aax的變化率與校準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，以便確定用于測(cè)定的定量值。通過(guò)確定與分析物的已知量(例如，一系列圍欄，每個(gè)具有圍欄中固定量的分析物)相關(guān)聯(lián)的一組測(cè)定區(qū)域aax的變化率δx生成校準(zhǔn)曲線。

在另一個(gè)實(shí)施例中，基于為一組圖像中的每個(gè)圖像生成的一組光強(qiáng)值，在步驟614，成像模塊164以預(yù)定或自動(dòng)確定的時(shí)間間隔來(lái)確定從測(cè)定開始到測(cè)定結(jié)束的測(cè)定區(qū)域aax變化率δx的絕對(duì)值。成像模塊164使用測(cè)定區(qū)域aax變化率δx的絕對(duì)值來(lái)產(chǎn)生用于測(cè)定的定量或絕對(duì)值。

本發(fā)明的方法可以與多種不同的測(cè)定一起使用。在一些實(shí)施例中，測(cè)定是抗原檢測(cè)測(cè)定。例如，諸如細(xì)胞的生物微物體可以布置在微流體裝置中，被移入隔離圍欄(單獨(dú)地或以其它方式)，被允許表達(dá)抗原，然后被篩選以產(chǎn)生感興趣的抗原。例如，篩選可以涉及具有抗原特異性結(jié)合劑的珠粒。這種珠?？梢圆贾迷诹鲃?dòng)通道中和/或隔離圍欄靠近流動(dòng)通道的一部分中，可以加入被標(biāo)記的抗原結(jié)合劑，并且可以自動(dòng)評(píng)估被標(biāo)記的抗原結(jié)合劑與珠粒之間的關(guān)聯(lián)，如上所述。被標(biāo)記的抗原結(jié)合劑可以被結(jié)合至不同于珠粒上的抗原特異性結(jié)合劑所結(jié)合的感興趣的抗原的不同部分。已經(jīng)在例如美國(guó)專利申請(qǐng)公布第us2015/0151298號(hào)(hobbs等人)和us2015/0165436(chapman等人)中描述了微流體抗原檢測(cè)測(cè)定法，其內(nèi)容通過(guò)引用整體并入本文。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明還提供用于存儲(chǔ)實(shí)施任何上述方法的非暫態(tài)機(jī)器可讀指令的機(jī)器可讀存儲(chǔ)裝置。機(jī)器可讀指令還可以控制用于獲得圖像的成像裝置194。

盡管在本說(shuō)明書中已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例和應(yīng)用，但是這些實(shí)施例和應(yīng)用僅僅是示例性的，并且許多變型是可能的。