專利名稱：流式細胞操縱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及粒子表征和操縱領域。更具體而言，本發(fā)明涉及操縱 物體或諸如生物細胞等粒子的方法和系統(tǒng)，以對它們進行檢查或表征，還涉及實施這種方法的軟件。
技術背景分析物的表征經(jīng)常用于化學、生化或生物試驗中，以檢測某些類型的分^f斤物的存在。例如，通過4僉測和/或描述細月包性質(zhì)，原則上可以檢測出惡性細胞，例如癌前細胞，從而提供檢測和/或監(jiān)測疾病進展的可能性，例如從入侵前到入侵的進展。單個粒子的檢測和/或表征，因為通常用于生物傳感器的應用中，從而允許獲得定性和定量結(jié)果。檢 測單個粒子特性的一種選擇是選擇性地將相關粒子束縛于表面并感測其特殊的特性。檢測單個粒子特性的另 一種選擇是使用捕捉系統(tǒng)捕捉 流體中的單個粒子。許多不同的捕捉技術是已知的，如使用光學捕捉系統(tǒng)，例如基于激光器，又稱為鑷(tweezer),使用介電泳，使用聲場，使用流動通道 的收縮等等。這些技術中的大多數(shù)不允許確定或控制細胞的取向。然 而，細胞的取向在細胞的表征中可以發(fā)揮重大作用，例如當粒子阻礙 對在粒子背面存在的粒子特征的檢測時，或當粒子的預定取向?qū)τ诓?縱該粒子有利時，可能會發(fā)生錯誤檢測。換句話說，能夠使待表征和 待處理的粒子取向?qū)ρ芯亢蛦渭毎麘玫挠绊懣赡?艮有意義。在國際專利申請WO 2006/059109中，描述了單細胞分析儀，其中 使用光阱進行細胞的捕捉和搡縱。光阱使用激光器和聚焦透鏡以操縱 光阱內(nèi)的細胞。通過沿三維移動聚焦激光束，可以改變細胞的位置， 通過調(diào)整多個光斑之間的間隔，可以拉伸或壓縮細胞，并且通過轉(zhuǎn)動 光束的偏振或光束斑點的圖案，可以轉(zhuǎn)動細胞。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種操縱流體中的粒子的良好系統(tǒng)和方法以及實施這種方法的庫t件。本實施例的優(yōu)點在于，所述系統(tǒng)和方法中可 以針對表征、檢測和/或處理目的，來選擇粒子的取向，例如單個粒子。 通過本發(fā)明的方法和裝置可以實現(xiàn)上述目的。本發(fā)明涉及一種單獨操縱流體中的粒子的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括流 動發(fā)生器，用于在流體通道中產(chǎn)生所述流體的層流體流，和粒子操縱 器，用于通過控制所述層流體流在所述粒子上導致的凈剪切力捕捉所 述流體通道中的所述粒子并使其取向。所述粒子操縱器可以用于通過 改變所述粒子在所述流體的層流的流場中的位置和/或通過改變在所述 流體的層流的流場中的速度分布來控制所述粒子的取向和/或轉(zhuǎn)動。通 過在具有剪切力梯度的剪切力場中引入粒子可以提供凈剪切力。從而， 由于一側(cè)的剪切力大于另一側(cè)的剪切力，粒子可以轉(zhuǎn)動，在粒子上導 致凈剪切力。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點在于，所述系統(tǒng)允許改變粒子的 取向。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點還在于，可以獲得粒子的準確取向和定 位。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點還在于，可以獲得單個粒子操縱系統(tǒng)。本 發(fā)明的實施例的優(yōu)點還在于，可以獲得粒子的每個所需取向。粒子操上的標簽而作用于所述粒子上。所述粒子操縱器可以包括用于在基本上垂直于所述層流體流的流 動方向上控制所述粒子的位置的粒子位置控制器。這種實施例的優(yōu)點 在于，所述捕捉系統(tǒng)和粒子位置控制器可以是同一部件，即可以通過 同一部件發(fā)揮定位和捕捉作用。這種實施例的優(yōu)點還在于，通過所述 粒子的位置可以控制取向，從而允許在連續(xù)流動中操作所述系統(tǒng)。所述粒子位置控制器可以用于將所述粒子移動到所述流體通道中 的預定位置，在那里所述層流在所述粒子上導致預定凈剪切力。這種 實施例的優(yōu)點還在于，所述粒子位置控制器允許精確地移動所述粒子。 這種實施例的優(yōu)點在于，可以選擇所述粒子的轉(zhuǎn)動方向。這種實施例 的優(yōu)點還在于，可以^艮容易地設置和可以準確地獲得所需的轉(zhuǎn)動量。 這種實施例的優(yōu)點在于，可以有效地獲得所需的取向。所述流體通道的形狀可以設置成所述流體通道在所述粒子的捕捉 區(qū)域中包括至少一個其中當存在層流時沒有凈剪切力作用在所述粒子 上的位置。這種實施例的優(yōu)點在于，所述系統(tǒng)可用于連續(xù)層流區(qū)域。 所述粒子位置控制器可以用于將所述粒子移動到其中當存在層流時沒有剪切力梯度作用在所述粒子上的位置。
用于控制所述層流體流在所述粒子上導致的凈剪切力的所述粒子 操縱器可以用于控制所述流動發(fā)生器所產(chǎn)生的層流體流的強度。
所述粒子操縱器可以包括用于控制所述流動發(fā)生器所產(chǎn)生的層流 體流的強度的流量控制器。所述流動強度，例如由最大流速確定，可 以為最大流速在0至預定最大流速之間變化。控制所述凈剪切力可以
包括控制所述流動發(fā)生器的ON/OFF狀態(tài)和/或所述層流體流的流速。
這種實施例的優(yōu)點在于，所述系統(tǒng)可用于各種類型的流體通道，例如 各種形狀的液體通道。這種實施例的優(yōu)點還在于，可以選擇所述粒子 的轉(zhuǎn)速。
所述粒子操縱器可以包括至少一個光鑷。所述粒子操縱器可以包 括兩個交叉光鑷。所述光鑷可以包括可設置和可調(diào)整的焦點，從而允 許在垂直于流動方向的兩個非平4亍方向定位粒子。
所述粒子操縱器可以包括至少 一個介電泳阱。
所述系統(tǒng)還可以包括用于測定粒子的位置和取向并用于向所述粒 子操縱器提供反饋控制信號的反饋系統(tǒng)。根據(jù)本實施例的系統(tǒng)的優(yōu)點 在于，可以自動化的方式和/或自動方式進行操縱。
述粒子和/或從所述粒子纟是取物質(zhì)的處理系統(tǒng)。這種實施例的優(yōu)點在于， 可以實現(xiàn)對粒子更精確的處理，而不需要使粒子生化地取向。
所述流動發(fā)生器可以用于提供最大流速為0 m/s~ 10—3 m/s的層流 體流?？蛇x擇地或除此之外，所述流量控制器可以用于提供最大流速 為0 m/s~ 10-3 m/s的層流體流。最大流速可以是在所述流體通道中央 的速度，可以為至少Omm/s-10-3m/s?？蛇x才奪地或除此之外，最大流 速可以為至少10-5 mm/s,例如至少1 (T4 mm/s ，例如至少1 (T3 mm/s 。
所述系統(tǒng)可以用于單獨操縱生物細胞。
本發(fā)明還涉及一種表征粒子的表征系統(tǒng)，所述粒子表征系統(tǒng)包括 上述單獨操縱流體中的粒子的系統(tǒng)，例如該系統(tǒng)包括流動發(fā)生器，用 于在流體通道中產(chǎn)生所述流體的層流體流，和粒子操縱器，用于通過 控制所述層流體流在所述粒子上導致的凈剪切力捕捉所述流體通道中 的所述粒子并使其取向，所述表征系統(tǒng)還用于測定粒子的特征性能。標簽的磁性能或光性能的檢測裝置。根據(jù)本發(fā)明的實施例的優(yōu)點在于， 可以對粒子進行更準確和/或有效的表征。
本發(fā)明還涉及一種單獨操縱流體中的粒子的方法，所述方法包括 在流體通道中產(chǎn)生所述流體的層流體流，單獨捕捉所述流體通道中的 所述粒子，和通過控制所述層流體流在所述粒子上導致的凈剪切力使 所述粒子取向。通過在具有剪切力梯度的剪切力場中引入粒子可以對
述流體的層流的流場中的位置和/或通過改變在所述流體的層流的流場 中的速度分布來控制所述粒子的取向和/或轉(zhuǎn)動。從而，由于一側(cè)的剪 切力大于另一側(cè)的剪切力，粒子可以轉(zhuǎn)動，在粒子上導致凈剪切力。 所述控制可以包括使所述粒子處于在所述粒子上產(chǎn)生凈剪切力梯度的 層流場中。所述控制可以包括通過打開層流場而在所述粒子上導致剪 切力梯度。操縱所述粒子可以使所述粒子取向。操縱所述粒子可以是 操縱生物細胞。
本發(fā)明還涉及一種表征流體中的粒子的方法，包括根據(jù)上述操縱 流體中的粒子的方法單獨操縱所述粒子，從而獲得所述粒子的預定取 向，以及在所述預定取向下測定所述粒子的性能。
本發(fā)明還涉及一種在上述的單獨操縱流體中的粒子(例如生物細胞) 的系統(tǒng)中使用的控制器。
本發(fā)明還涉及一種計算機程序產(chǎn)品，用于當在計算裝置上執(zhí)行時， 執(zhí)行單獨操縱流體中的粒子(例如生物細胞)的方法，所述方法包括在流 體通道中產(chǎn)生所述流體的層流體流，單獨捕捉所述流體通道中的所述 粒子，和通過控制所述層流體流在所述粒子上導致的凈剪切力使所述 粒子取向。
本發(fā)明還涉及一種用于存儲上述的計算機程序產(chǎn)品的機器可讀數(shù) 據(jù)存儲設備和/或所述計算機程序產(chǎn)品在局域或廣域通信網(wǎng)絡上的傳輸。
本發(fā)明的實施例的優(yōu)點還在于，獲得使對象或粒子(例如單個粒子) 取向的有效系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點在于，不需要復雜的 捕捉系統(tǒng)，例如具有多個斑點或具有可轉(zhuǎn)動的激光束的激光系統(tǒng)。本 發(fā)明的實施例的優(yōu)點在于，可以準確的方式使粒子取向。本發(fā)明的實 施例的優(yōu)點還在于，可以可控的方式使粒子取向。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點在于，被捕捉粒子(例如細胞)的初始取向，例如隨機取向，可以變 化，并且可以被控制。換句話說，本發(fā)明的特定實施例提供了允許以 可控方式轉(zhuǎn)動粒子的控制機制。本發(fā)明的實施例的優(yōu)點還在于，使用 所述方法和系統(tǒng)取向的粒子受到的擾動、改變和/或損壞最小，例如， 因為不需要機械接觸。
在所附獨立權利要求和從屬權利要求中說明了本發(fā)明的特定和優(yōu) 選方面。從屬權利要求的特征可以與獨立權利要求的特征組合、與其 他從屬權利要求的特征適宜地組合，而不僅僅是權利要求書中明確記 載的那些。
本發(fā)明的教導允許設計表征和/或處理粒子的改進方法和裝置，例 如光學表征粒子。從下面結(jié)合附圖的詳細說明中將很清楚本發(fā)明的上 述及其他特點、特征和優(yōu)點，其中附圖用于舉例說明本發(fā)明的原理。 說明書僅是作為例子，而不限制本發(fā)明的范圍。下面引述的參考圖號 指附圖。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的操縱粒子的系統(tǒng)的示意圖。
圖2是流體流對流體流中的粒子的影響的示意圖，這可能發(fā)生在 根據(jù)本發(fā)明第 一 方面實施例的操縱粒子的系統(tǒng)中。
圖3是在軸對稱流體通道的橫截面中速度對位置的圖，這可以用 在根據(jù)本發(fā)明第 一方面實施例的操縱粒子的系統(tǒng)中。
圖4是在軸對稱流體通道的橫截面中剪切力對位置的圖，這可以 用在根據(jù)本發(fā)明第 一方面實施例的操縱粒子的系統(tǒng)中。
圖5和圖6是根據(jù)本發(fā)明第一方面的第一特定實施例的使用兩個 光鑷作為粒子的垂直和水平定位裝置的操縱粒子的示例'性系統(tǒng)的示意 圖(部分)。
圖7是通過可以用在根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的操縱粒子的系 統(tǒng)中的光束定位細l包的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第一方面的第二特定實施例的使用一個光鑷作 為粒子的定位裝置的操縱粒子的系統(tǒng)的示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第二方面實施例的表征粒子的表征的示意圖。
圖10是可用于實施根據(jù)本發(fā)明第四方面實施例的操縱粒子的方法的計算系統(tǒng)的示意圖。
在不同附圖中，相同的附圖標記用于指相同或類似的元件。
具體實施例方式
下面參照特定實施例和參照某些附圖描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限 于此，而是由權利要求書限制。權利要求書中的任何附圖標記不應4皮 解釋為限制范圍。所示附圖只是示意性的，不是限制性的。在附圖中， 為說明目的， 一些元件的尺寸可能被放大，而不是按比例繪制。
如果在說明書和權利要求書中使用術語"包括"，則其不排除其他 元件或步驟。如果在指代單數(shù)名詞時使用了一種，則除非另有具體說 明，其包括該名詞的復數(shù)。此外，在說明書和權利要求書中的術語第 一、第二等用于區(qū)分類似的元件，而不一定以排名或以任何其他方式 描述時間或空間順序。此外，在說明書和4又利要求書中的術語頂部、 底部等用于說明目的，不一定描述相對位置?？梢岳斫?，所用術語在 適當情況下可以互換，而且本文所述的本發(fā)明實施例能夠以本文所描 述或說明之外的序列和/或取向操作。
在本說明書中，當提及"一個實施例"時，是指該實施例所描述 的一個特定特征、結(jié)構或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因 此，在本說明書中，當在各種出現(xiàn)短語"在一個實施例中"中，不一 定所有的均提及同一個實施例，但也可能是這樣。此外，在一個或多 個實施例中可以<壬<可適合方式組合特定特4正、結(jié)構或特性，這對于本 領域技術人員將是顯然的。
同樣，應當意識到，在描述本發(fā)明的示例性實施例時，本發(fā)明的 各種特征有時在一個實施例、附圖或其說明中被組合在一起，以精簡 公開內(nèi)容并幫助理解一個或多個發(fā)明方面。然而，這種4皮露方法不應 被解釋為反映了所要求保護的發(fā)明比每一項權利要求中明確陳述的特 征需要更多特征的意向。相反，如所附權利要求所反映的，發(fā)明方面 在于少于一個上述披露實施例的所有特征。因此，所附權利要求書被 明確地并入詳細說明書中，每個權利要求本身作為本發(fā)明的單獨實施 例。
此外，雖然本文描述的一些實施例包括一些特征，而不是其他實 施例中包括的其他特征，但是不同實施例的特征的組合也在本發(fā)明的
10范圍內(nèi)，并且構成不同的實施例，這對于本領域技術人員是可以理解 的。例如，在所附權利要求書中，所要求保護的任何實施例均可用于 任何組合中。
此外，本文將 一 些實施例描述作可以通過計算機系統(tǒng)的處理器或 通過實現(xiàn)該功能的其他方式來實施的方法或方法要素的組合。因此， 具有用于實施所述方法或方法要素的必須指令的處理器構成實施所述 方法或方法要素的裝置。此外，裝置實施例的所述要素是為實現(xiàn)本發(fā) 明目的的要素所實現(xiàn)功能的方式的例子。
在所提供的說明中，描述了許多具體細節(jié)。然而，可以理解，本 發(fā)明的實施例可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實施。在其他情況下， 眾所周知的方法、結(jié)構和技術沒有詳細出出，以免防礙對說明書的理 解。
提供以下術語或定義，只用于輔助理解發(fā)明。
如果在本發(fā)明中使用術語"粒子"，則可以指化學、生化或生物粒 子，例如需要被檢測的粒子，例如但不限于細胞、細胞器、膜、細菌、
病毒、染色體、DNA、 RNA、有機小分子、代謝物、蛋白質(zhì)(包括酶、 多肽、核酸片段、孢子、微生物體和其片段或產(chǎn)物)、聚合物、金屬離 子、毒素、違法藥物、爆炸物等。粒子優(yōu)選直徑大于O.lpm,更優(yōu)選大 于0.5pm，例如大于lpm,因為這些粒子通常會受到更少的額外固有擴 散運動。粒子，尤其是較小的粒子，例如一些DNA、 RNA、核酸片段 等，也可以與較大的粒子連接，以使它們?nèi)∠蚧蚨ㄎ凰鼈?。粒子可?是生物細胞。
如果在本發(fā)明中使用術語"層流"，則指根據(jù)流動通道的形狀在諸 如平4亍層或同心層中發(fā)生流動的流動區(qū)域。流動也可稱為非湍流或流 線型流動。例如，可以通過雷諾數(shù)測定流動，雷諾數(shù)表示該產(chǎn)品的比 例的為密度、流體速度和平均通過直徑的乘積與粘度之比。在本實施 例中，流動可以具有0~ 10的雷諾數(shù)，例如雷諾數(shù)為0 1,例如雷諾 數(shù)為0~0.5。
在第一方面，本發(fā)明涉及一種操縱流體中的粒子的系統(tǒng)。由此該 系統(tǒng)允許粒子在流體中取向，例如果將要檢測粒子特征，但相對于檢 測系統(tǒng)隱藏在粒子背面，或者如果預定取向的檢測或處理是優(yōu)選的， 那么這是有利的。該系統(tǒng)可用于操縱單個粒子，即單獨操縱粒子，例如生物粒子。該系統(tǒng)包括用于在流體通道中產(chǎn)生包括粒子的流體的層 流體流的流動發(fā)生器以及用于捕捉流體通道中的粒子和控制粒子上的 由層流體流導致的剪切力的粒子操縱器。因此，該粒子操縱器可以包 括粒子捕捉系統(tǒng)，如光學捕捉系統(tǒng)，使用聲場，使用介電泳，使用通 道的變形，并且對于一些粒子，使用電場和/或磁場。另外，它可以包 括用于控制流動發(fā)生器的粒子位置控制器和/或流量控制器。
在圖1中舉例示出不同的標準和可選部件，但本發(fā)明不限于此。
下面參照圖1 ~圖8更詳細地討i侖操縱粒子104的示例性系統(tǒng)100的不 同部件。
操縱流體106中的粒子104的系統(tǒng)100包括流動發(fā)生器108。流動 發(fā)生器108可以例如是(部分或全部的)主動流動發(fā)生器，包括例如通過 流體通道102抽吸流體106的抽吸裝置，由此通過控制該抽吸裝置進 行控制，和/或流動發(fā)生器108可以是(部分或全部的)被動流動發(fā)生器， 其中通過諸如重力壓力或毛細管力等自然力產(chǎn)生流動并由此使用閥或 閥組進行流動控制。流動發(fā)生器108適合生成層流的流體通道102,其 中，操縱粒子流體中的104將進行106。流動發(fā)生器108可以例如用于 產(chǎn)生流體速度，使得對于給定流體粘度和密度以及給定流體通道尺寸， 得到層流。當流體發(fā)生層流時，在流動通道的不同位置存在不同的剪 切應力。例如，這種流動的特征在于雷諾數(shù)為0~4000，優(yōu)選雷i若數(shù)為 0- 3000,再更優(yōu)選雷諾數(shù)為0-2000。流動發(fā)生器108例如可以用于 提供0 m/s ~ 10-3 m/s的流體速度，例如0 m/s ~ l(T4 m/s,例長口 0 m/s ~ 1 IO-5 m/s,例如0 m/s ~ 1 10—6 m/s。系統(tǒng)100中的流體通道102的 尺寸和形狀也可以是用于很容易獲得層流條件的合適范圍。流體通道 102可以是管形形狀，例如軸對稱形狀，/人而產(chǎn)生同心層流，即流體速 度具有徑向分布并且在流體通道102的中心對流體流中的粒子104基 本上沒有凈剪切力的流動。流體通道102也可以是大致的矩形形狀， 即流體流例如可以是在兩個板之間的流體流。為便于理解，各實施例 和例子將針對具有軸對稱形狀的管狀流體通道進行說明，但本發(fā)明不 限于此。例如，也可以使用流體通道102的其他形狀，/人而具有它們 自己特定的層流體流速度分布。雖然優(yōu)選的是在流體通道102的橫截 面中存在至少一個點，在該點兩側(cè)流速大致相同，使得在粒子104上 大致沒有凈剪切力，但是本發(fā)明不限于此。如后面將要說明的那樣，例如也可以通過那樣控制流體流來控制轉(zhuǎn)動。
通過產(chǎn)生層流， 一般在流體通道102中的不同位置將發(fā)生不同的
流體速度。對于軸對稱流體通道102的例子，后者將在圖2至圖4中 說明，但本發(fā)明不限于此。圖2表明，如果存在流體流并且粒子不在 流體通道102的中央，則在粒子104上將導致轉(zhuǎn)動。將沿箭頭r所示方 向出現(xiàn)轉(zhuǎn)動。粒子的轉(zhuǎn)速可能取決于流速和通道中細胞的位置。這種 轉(zhuǎn)動由流體106中粒子104的兩個不同側(cè)面的流速差所導致。速度沿 軸對稱流體通道102直徑的分布顯示在圖3中，表明了流速差。這樣 的速度分布在粒子上導致剪切應力，如圖4所示。剪切應力梯度由在 管中所有位置的層流所導致，除了在管中心軸上的位置，或者對于流 體通道的更一般形狀，在流體通道的中央。從顯示作為位置函數(shù)的剪 切應力的圖4可以看出，即在流體通道102的中央位置，剪切應力為 零，從而造成沒有轉(zhuǎn)動，而越靠近流體通道102的壁，剪切應力越大， 從而造成轉(zhuǎn)動。換句話說，如果產(chǎn)生層流，則不在流體通道的中央或 中心軸的粒子將沿一個方向轉(zhuǎn)動。根據(jù)粒子位置，可以導致負的或正 的剪切應力，從而使粒子104沿不同方向轉(zhuǎn)動。
如上所述，系統(tǒng)IOO還包括粒子操縱器110。粒子操縱器110用于 捕捉流體通道102中的粒子。因此，粒子操縱器IIO優(yōu)選包括粒子捕 捉系統(tǒng)111。粒子捕捉系統(tǒng)111可以用于在基本上垂直于流體流方向的 橫截面中捕捉相關粒子104。粒子捕捉系統(tǒng)111可以基于任何合適的捕 捉機制，例如但不限于光學捕捉機制，例如使用光鑷，使用介電泳的 機制，使用聲場的機制，使流體通道102產(chǎn)生變形的機制，例如使流 體通道102產(chǎn)生收縮的系統(tǒng)，在使用對磁場或電場敏感的粒子的情況 下使用磁場和/或電場的機制，等等。如果被操縱的粒子對捕捉機制中 所用的力不敏感，那么例如它們還可以被束縛于對捕捉機制中所用的 力敏感的標簽上。例如，當使用磁力捕"t足機制時，將^f皮捕捉的粒子可 以是束縛于磁性或可磁化標簽上的非磁性粒子。粒子捕捉系統(tǒng)111優(yōu) 選用于以足以能夠阻止粒子104 一皮施加的流體流在流體通道102中進 一步拖:纟立的力來捕捉粒子104。舉例來說，示出了允許阻止粒子104在 流速導致的力作用下^f皮拖拉的捕捉系統(tǒng)的例子。例如，光4聶可以施加 微微牛頓范圍的力。在穩(wěn)定狀態(tài)，流動流體施加在球形細胞上的力由 3兀riFZ),其中r是流體流速，T)是流體粘度，Z)是細胞直徑。利用rplIO-3 Pa s， Z)=l l(T5 m,并設置阻力為l 10"2 N,可以看出，可 以4艮容易地補償1l(T5 m/s的流速。
粒子操縱器IIO還用于控制層流體流對流體通道102中的粒子104 導致的凈剪切力。因此，粒子操縱器110可以包括用于在基本上垂直 于層流體流的流動方向的方向上控制粒子的位置或偏置的粒子位置控 制器112。其可以用于在具有垂直于流動方向的至少一個分量的方向上 移動被捕捉在流體通道102中的粒子，即使粒子從特定位置偏置。從 而，粒子位置控制器112可以將粒子104移到其中存在由層流所導致 的凈剪切力的點或從該點移出。以這種方式，通過將粒子104從其中
沒有凈剪切力的點移到其中存在凈剪切力的點，并在獲得足夠轉(zhuǎn)動之 后，移回到?jīng)]有凈剪切力的點，可以控制粒子104的轉(zhuǎn)動。例如，對 于軸對稱流動通道102,可以遠離流體通道102的中心點或中心軸移動 或者移向中心點或中心軸，從而允許粒子104進出層流體流所導致的 凈剪切力場。換句話說，粒子位置控制器112可以用于使粒子進出梯 度流場。在優(yōu)選的實施例中，粒子捕捉系統(tǒng)和粒子位置控制器112可 以是相同部件，從而造成操縱至少一個粒子的系統(tǒng)需要更少部件。可 選擇地，可以設置單獨的粒子位置控制器112。粒子位置控制器112可 以基于光學力，例如利用光4聶、介電泳、聲場力、機械力(例如利用流 體通道102的變形)、電力和/或磁力(如果考慮電或磁粒子)，等等。
可選4奪地或除此之外，例如如果在流體通道102中沒有點基本上 沒有凈剪切力，但不限于此，那么通過控制流動發(fā)生器108所產(chǎn)生的 層流，可以實現(xiàn)對所導致的凈剪切力的控制。換句話說，可選^^地或 或除了粒子位置控制器112之外，粒子操縱器110可以包括用于控制 流動發(fā)生器108的激活或失活的流量控制器113?？刂萍せ钸€可以包括 控制在流體通道102中所產(chǎn)生的流體流速度。換句話說，流量控制器 113可用于打開或關閉流場，并任選地在打開流場時也用于改變流場強 度。后者允許使用該系統(tǒng)獲得的轉(zhuǎn)速變化。流量控制器113可以與流 動發(fā)生器108直接連接，或可以經(jīng)由系統(tǒng)控制器與流動發(fā)生器連接。 流量控制器和/或流動發(fā)生器可以用于控制流動，使得通道中的最大流 速為0 m/s ~ 10—3 m/s。可選擇地或或除此之外，流量控制器可以用于提 供最大流速為0 m/s ~ IO-3 m/s的層流體流，例如0 m/s ~ l(T4 m/s,例如 0 m/s ~ 11 (T5 m/s,例如0 m/s ~ 11CT6 m/s 。最大流速可以是流體通
14道中央的速度，可以為0m/s~10—3m/s?？蛇x才奪地或除此之外，最大流 速可以為至少1 (T5 mm/s,例如至少1 (T4 mm/s,例如至少1CT3 mm/s。
因此，通過改變粒子104在凈剪切力場的位置或通過打開或關閉 凈剪切力場，例如通過打開或關閉層流，粒子操縱器112可以控制粒 子上的剪切力。
操縱流體106中的粒子104的系統(tǒng)100還可以包括用于控制粒子 操縱器110和流動發(fā)生器108的系統(tǒng)控制器116。系統(tǒng)控制器116可以 包括使粒子操縱器IIO和流動發(fā)生器108同步行動的同步器118,即例 如在粒子捕捉系統(tǒng)111、流動發(fā)生器108以及粒子位置控制器112或流 量控制器113中的任一個之間的行動。因此，這些部件可以設有用于 接收同步信號的輸入裝置。同步可以任選地基于反饋系統(tǒng)114的輸入。 系統(tǒng)控制器116還可以包括用于發(fā)揮不同作用的處理器120。系統(tǒng)控制 器116可以基于預定的算法、使用查找表、基于神經(jīng)網(wǎng)絡或以任何其 他適當方式來操作。操縱系統(tǒng)可以自動化的方式和/或自動方式操作。
在優(yōu)選的實施例中，操縱粒子104的系統(tǒng)100可以包括反饋系統(tǒng) 114。反饋系統(tǒng)114可以有助于進一步穩(wěn)定系統(tǒng)100。提供反饋系統(tǒng)114 的一種方式是組合用于確定粒子104的位置和/或取向的位置和/或取向 檢測器115。從位置和/或定向;f企測器獲得的位置和/或取向信息可以由 反饋系統(tǒng)114輸出到控制器116,或直接輸出到粒子操縱器110,從而 例如允許在所需位置定位粒子104和/或在所需角度內(nèi)轉(zhuǎn)動粒子104。 位置和/或取向檢測器可以是光學檢測系統(tǒng)，例如基于光學檢測器。通 過為粒子104提供獨特的標簽，例如粒子表面，并通過檢測獨特的標 簽在粒子104上的位置，可以幫助位置和取向的光學^f企測。這種標簽 可以是被激勵的，并且也可以設置相應的激勵裝置，例如激發(fā)照射激 勵源，例如熒光標簽、激勵電和/或磁標簽的電和/或磁場發(fā)生器?？蛇x 擇地，獨特的標簽也可以本來就存在于粒子的形狀或結(jié)構中。從而， 粒子轉(zhuǎn)動的時間適于從反饋機制獲得相關反饋。對于上面確定的最大
流體速度的例子，直徑為0.1微米的粒子其轉(zhuǎn)動時間為1秒。
舉例來說，但本發(fā)明不限于此，下面更詳細地討^侖4艮據(jù)本發(fā)明第
一方面的特定實施例。
在第一特定實施例中，本發(fā)明涉及操縱流體106中的粒子104的
系統(tǒng)200,如上所述，其中通過相同部件進行粒子104的捕捉和控制粒子104上的凈剪切力。例如，在通過控制粒子104的位置來控制粒子
104上的凈剪切力的情況下，可以使用與捕捉系統(tǒng)相同的機制來進行位
置控制。在本實施例中，捕捉系統(tǒng)111因此可以用于在具有垂直于流 體流的至少一個分量的方向上移動粒子。這可以用于在基本上垂直于 流體流的橫截面中移動粒子，其中粒子被捕捉。在優(yōu)選的實施例中， 可以在垂直于流體流的兩個非平4亍方向定位粒子。允許捕沖足和定位樣
品的系統(tǒng)組件的一個例子例如可以是一套交叉光4聶202, 204,如以舉 例方式示于圖5和圖6中。這種交叉光4聶202, 204允許捕4^粒子并且 在流體通道102的橫截面內(nèi)移動粒子。從而，橫截面可以是垂直于流 體106的流動方向的截面。本實施例的優(yōu)點在于，對粒子進4亍捕捉和 定位所需的部件數(shù)量是有限的。
舉例來說，但本發(fā)明和實施例不限于此，圖5和圖6中示出了帶 有管狀流體通道102的系統(tǒng)200。進4亍捕才足和移動的光4聶202, 204可 以允許基本上在垂直于流動方向的平面內(nèi)捕捉粒子104。通過在于粒子 104上導致凈剪切力的流體流中定位粒子可以改變粒子104的取向。因 此，粒子可以重新定位遠離流體通道102的中央。如果粒子104已離 開流體通道102的中央，則這種重新定位沒有必要。流體流可以是連 續(xù)的或者可以與粒子104的重新定位同步，例如通過在粒子104已移 到中央外部之后開始流體流，并在得到適當?shù)娜∠蛲Ｖ沽黧w。取決于 流體通道102的橫截面中的流體速度和/或粒子104的位置或其組合， 粒子104將更大程>1、更少程度或不轉(zhuǎn)動。從而，由于施加在粒子104 上的不對稱應力引起轉(zhuǎn)動。通過改變流體速度可以改變造成取向變化 的速度。當?shù)玫竭m當?shù)娜∠驎r，可以通過在流體通道102的中央定位 或重新定位粒子104來停止轉(zhuǎn)動。如上所述，可選擇地，流體流可以 被關閉，因此，流體速度可以為Om/s。必須指出的是，為獲得適當?shù)?取向，可以考慮粒子104相對于轉(zhuǎn)動運動的慣性。
通過改變所用光4聶202, 204 (例如激光器)的焦點，可以改變^^皮捕 捉的粒子104在x和/或y方向的位置。后者可以例如利用可控和可調(diào) 透4竟來實現(xiàn)，如流體透4竟，例如基于電潤濕原理或通過枳4成改變焦點， 例如通過更換透鏡。使用流動發(fā)生器108可以改變流體流。優(yōu)點在于， 通過在流體通道的適當?shù)奈恢枚ㄎ患毎?，可以得到對任何所需取向?轉(zhuǎn)動。通過利用兩個交叉光鑷202， 204,可以避免用于覆蓋沿一個方向移動粒子的枳^械零件。這種實施例的優(yōu)點在于，在x-和y-方向獲得
對稱力。舉例來說，在圖7中示出使用兩個照射光束206, 208在流體 通道102的一黃截面中定位粒子104。
在第二特定實施例，本發(fā)明涉及如上所述的系統(tǒng)250,例如在第一 特定實施例中所述的，但是其中粒子操縱器110基于可以機械移動的 單一光鑷252。換句話說，對于給定方向僅使用一個光學照射源，例如 激光器，從而如果需要，通過在滑塊254上移動光學照射源來進行粒 子在第二方向的定位。這種移動可以機械方式、電氣方式、磁方式等 來進行，但本發(fā)明不限于此。根據(jù)第二特定實施例的示例性系統(tǒng)250 在圖8中舉例示出。
在另一個實施例中，本發(fā)明涉及才喿縱粒子104的系統(tǒng)100,由此系 統(tǒng)IOO還包括才喿作或處理粒子104的處理系統(tǒng)130。處理系統(tǒng)130可以 是體外處理，其中粒子的取向可能具有重要意義。這種處理系統(tǒng)130 可以是將物質(zhì)注入粒子中或從粒子提取物質(zhì)的系統(tǒng)。這種處理系統(tǒng)130 可以例如是顯樣i注射系統(tǒng)，/人而在粒子的可控取向下在粒子104中顯 微注射?？蛇x擇地或除此之外，這種處理系統(tǒng)130也可以是提供粒子 的電穿孔或轟擊等等的系統(tǒng)?？梢允褂酶鶕?jù)本發(fā)明的系統(tǒng)進行的 一 些 示例性技術是轉(zhuǎn)染細胞和體外受精，但本發(fā)明不限于此。操作或處理 系統(tǒng)130示意性地示于圖1中。
根據(jù)本方面的實施例的優(yōu)點在于，可以控制單個粒子的取向。
在第二方面，本發(fā)明涉及一種表征粒子的表征系統(tǒng)，其中包括如 第一方面所述的單獨操縱粒子的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)舉例示于圖9中。因 此，表征系統(tǒng)600包括上述單獨操縱粒子104的系統(tǒng)，還可以包括用 于測定粒子104特性的才全測系統(tǒng)602。這種4企測系統(tǒng)602可以包括激勵 系統(tǒng)以及用于激勵被捕捉并任選取向的粒子104和用于檢測其響應的 檢測器?？蛇x擇地或除了檢測器和/或激勵裝置之外，表征系統(tǒng)600還 可以允許光學一企測粒子的細節(jié)，如目碎見檢查。該;險測器可以例如是光 學檢測器，例如用于檢測粒子的熒光反應的熒光檢測器，用于檢測磁 性能的磁檢測器，如霍爾檢測器或磁阻檢測器。表征系統(tǒng)600還可以 利用以標簽為基礎的檢測，其中標簽被選擇性束縛于具有預定特點的 粒子上，并且標簽檢測允許量化和表征具有這種預定特點的粒子。換 句話說，表征系統(tǒng)600可用于在粒子處標簽檢測，例如在細胞膜處，和/或粒子104的性能表征。表征系統(tǒng)600可用于對多個不同取向的粒 子檢測粒子性能，例如通過為粒子提供許多預定的取向并且對于每一 個預定的取向表征或檢測性能。操縱系統(tǒng)100可以例如用來檢查是否 有標簽或其他相關性能沒有隱藏在粒子104的背面，從而對于表征或 檢測是隱藏起來的。按此方式，使用根據(jù)本發(fā)明的表征系統(tǒng)可以得到 定性的更好表征。除了檢測系統(tǒng)602之外，表征系統(tǒng)600優(yōu)選還包括 用于從檢測系統(tǒng)602接受檢測信息并處理和任選分析檢測信息的處理 裝置604。處理結(jié)果可輸出給用戶。這種處理裝置604可以任何適當?shù)?方式處理信息，例如基于預定的算法、神經(jīng)網(wǎng)絡等，并自動化的方式 和/或自動方式操作。
表征系統(tǒng)600也可以特別用于研究粒子104的力學。粒子104通 ?？梢跃哂懈飨虍愋詸C械性能。從而，粒子力學(例如細胞力學)可能對 于理解粒子(例如細胞)的工作具有根本意義。因為例如細胞力學可能與 疾病密切相關，所以該表4i系統(tǒng)可以用于腫瘤學中，例如用于疾病的 研究或診斷。
在第三方面，本發(fā)明涉及用于在系統(tǒng)100中控制粒子的單獨操縱 的系統(tǒng)控制器116,例如第一方面所述的那樣。系統(tǒng)控制器116可以控 制單獨操縱粒子104的系統(tǒng)100的整體運作。流動發(fā)生器108和粒子 操縱器110通?？梢耘c系統(tǒng)控制器116連接。此外，系統(tǒng)控制器116 可以從反饋系統(tǒng)獲取輸入。根據(jù)本方面的系統(tǒng)控制器116用于控制系 統(tǒng)的用來產(chǎn)生流體106的層流的流動發(fā)生器108以及用于控制用來捕 捉流體通道102中的粒子104和用于控制層流體流在粒子上導致的剪 切力的粒子操縱器110。后者可以通過向流動發(fā)生器108和粒子操縱器 110提供預定的或計算的控制信號來進行。通過控制粒子位置控制器 112和/或控制流動發(fā)生器108的流量控制器113,可以進行控制剪切力。 如果存在，系統(tǒng)控制器116還可以包括流量控制器113,從而發(fā)揮其作 用。系統(tǒng)控制器116還可以包括用于存儲控制流動發(fā)生器和粒子操縱 器的控制參數(shù)的存儲器。該控制器可以包括計算設備，例如微處理器， 例如它可以是微控制器。特別地，它可以包括可編程控制器，例如可 編程數(shù)字邏輯器件，如可編程陣列邏輯(PAL)、可編程邏輯陣列、可編 程門陣列，尤其是現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。利用FPGA允許隨后對 操縱系統(tǒng)100編程，例如通過下載所需的FPGA設置。系統(tǒng)控制器116
18可以根據(jù)所設置參數(shù)運作。
在第四方面，本發(fā)明涉及一種單獨操縱流體106中的粒子104的
方法。根據(jù)本方面，流體流;故產(chǎn)生成使得在流體通道102中獲得流體 106的層流。后者可以通過被動地和/或主動地提供包括粒子104的流 體流來進行。主動提供例如可以通過經(jīng)由流體通道102抽吸流體106 得到。如果在諸如毛細作用或重力作用等自然力下導致流動并通過控 制閥門使流體通過或不通過來進行流動控制，這樣可以得到被動提供 流體流。該方法還包括捕"^足流體通道102中的粒子104。可以通過光學 捕捉粒子104,例如利用光鑷，通過流體通道102的變形，通過施加聲 場，通過施加磁場和/或電場等，來進行后者。該方法還包括控制層流 在粒子104上導致的凈剪切力。這種控制可以通過使粒子104處于在 粒子104上產(chǎn)生凈剪切力的流場中或通過打開流場而在粒子104上導 致剪切力梯度來進行。后者允許粒子104取向，例如根據(jù)預定的方向。 在 一 個實施例中，根據(jù)本發(fā)明本方面的方法還可以包括在預定取向下 操作或處理粒子104。這樣的操作或處理可以例如是將粒子104的顯微 注射。該方法可以特別適于使用根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的系統(tǒng)100 來進行，其中不同部件的功能相應于本發(fā)明本方面的可能方法步驟。
在第五方面，本發(fā)明涉及一種表征粒子104的方法，其中該方法 包括第四方面所述的單獨4喿縱粒子104的方法步驟，該方法還包括測 定粒子104的特征性能的步驟。后者可以包括激勵粒子104并4企測粒 子104的物理反應，如熒光信號、；茲反應、電反應等。測定粒子104 的特征性能還可以包括筌別粒子104或檢查是否粒子104屬于某一種 類。測定粒子104的特征性能還可以包括測定粒子104的粒子力學， 因為后者可以允許認識或4企測某些疾病。表征方法還可以包括對于粒 子的不同取向測定粒子104的特征性能。后者可如幫助檢測對于粒子 的一些取向是否某些性能被粒子104隱藏，或更通常是提高所得的表 征結(jié)果可靠性。類似的步驟和特征可以纟皮進一步提供，如第四方面所 述的，并且例如由本發(fā)明第 一 和第二方面的部件的功能所表示。
本發(fā)明上述方法實施例可在處理系統(tǒng)700中實施，如圖IO所示。 圖10顯示處理系統(tǒng)700的一種配置，其包括與存儲器子系統(tǒng)705連接 的至少一個可編程處理器703,該存儲器子系統(tǒng)包括至少一種形式的存 儲器，例如，RAM、 ROM等等。必須指出的是，處理器703或多個處理器可以是一般用途的或特殊用途的處理器，并可以整合在設備中， 例如，具有執(zhí)行其他功能的其他部件的芯片。因此，本發(fā)明的一個或 多個方面可以在數(shù)字電子電路中或在計算機硬件、固件、軟件中或在 它們的組合中實施。該處理系統(tǒng)可以包括存儲子系統(tǒng)707,其具有至少
一個》茲盤驅(qū)動器和/或CD-ROM驅(qū)動器和/或DVD驅(qū)動器。在一些實施 方式中，顯示系統(tǒng)、鍵盤和指針設備可能被包括，作為用戶界面子系 統(tǒng)709的一部分，以-使用戶能夠手動輸入信息。也可包括輸入和輸出 數(shù)據(jù)端口?？梢园ǜ嗟脑?，如網(wǎng)絡連接、與各種設備的接口等 等，但未示于圖10中。處理系統(tǒng)700的各個元件可以各種方式連接， 包括經(jīng)由總線子系統(tǒng)713,圖10為簡單示出了一個總線，但本領域技 術人員可以理解，包括至少一個總線的系統(tǒng)。存儲器子系統(tǒng)705的存 儲器在某些時候可以承載一套指令的部分或全部(在任一種情況下均顯 示為711),當在處理系統(tǒng)700上執(zhí)行時，所述指令執(zhí)行本文所述的方 法實施例的步驟。因此，盡管如圖10所示的處理系統(tǒng)700是現(xiàn)有技術， 但是包括執(zhí)行操縱粒子或表征粒子的方法各方面的指令的系統(tǒng)不是現(xiàn) 有技術，因此圖10沒有標記為現(xiàn)有技術。
本發(fā)明還包括一種計算機程序產(chǎn)品，當在計算裝置上執(zhí)行時，該 產(chǎn)品提供根據(jù)本發(fā)明任何方法的功能。這種計算機程序產(chǎn)品可以在承 載由可編程處理器執(zhí);f亍的才幾器可讀代碼的載體介質(zhì)中有形地體現(xiàn)。因 此，本發(fā)明涉及一種承載計算機程序產(chǎn)品的載體介質(zhì)，當在計算裝置 上執(zhí)行時，提供執(zhí)行上述任何方法的指令。術語"載體介質(zhì)"指參與 向執(zhí)行處理器提供指令的任何介質(zhì)。這種介質(zhì)可采取多種形式，包括 但不限于非易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。非易失性介質(zhì)包括例如光盤或磁 盤，如作為大容量存儲的一部分的存儲設備。計算機可讀形式介質(zhì)的 常用形式包括CD-ROM、 DVD、軟盤、磁帶、存儲芯片或磁盤或計算 斗幾可以讀取的任何其他介質(zhì)。各種形式的計算才幾可讀介質(zhì)都可以為#1 行處理器承載一個或多個指令的一個或多個序列。計算機程序產(chǎn)品也 可以通過網(wǎng)絡中的載波傳輸，如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或互耳關網(wǎng)。傳輸介質(zhì) 可以是聲波或光波的形式，如在無線電波和紅外線數(shù)據(jù)通信中產(chǎn)生的 那些。傳輸介質(zhì)包括同軸電纜、銅線和光纖，包括在計算機內(nèi)具有總 線的電線。
本發(fā)明特定實施例的優(yōu)點在于，這些可以有利地用于研究粒子，例如研究細胞。本發(fā)明特定實施例的優(yōu)點還在于，所述方法可以用于
醫(yī)學和細胞科學領域。
本發(fā)明特定實施例的優(yōu)點在于，可以確定單 一 細胞的取向。 可以理解，雖然針對根據(jù)本發(fā)明的裝置討論了優(yōu)選的實施例、具
體結(jié)構和配置以及材料，但是在未脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，
可以從形式和細節(jié)上做出各種變化或修改。
權利要求
1. 一種單獨操縱流體(106)中的粒子(104)的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)(100)包括-流動發(fā)生器(108)，用于在流體通道(102)中產(chǎn)生所述流體(106)的層流體流，和-粒子操縱器(110)，用于通過控制所述層流體流在所述粒子(104)上導致的凈剪切力來捕捉所述流體通道(102)中的所述粒子(104)并使所述流體通道(102)中的所述粒子(104)取向。
2. 如權利要求1所述的系統(tǒng)(IOO),其中所述粒子操縱器(110)包 括用于在基本上垂直于所述層流體流的流動方向上控制所述粒子(104) 的位置的粒子位置控制器(112)。
3. 如權利要求2所述的系統(tǒng)(100),其中所述粒子位置控制器(112) 用于將所述粒子(104)移動到所述流體通道(102)中的預定位置，在那里 所述層流在所述粒子上導致預定凈剪切力。
4. 如權利要求1 ~3中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),其中所述流體通 道(102)的形狀設置成使所述流體通道(102)在所述粒子的捕捉區(qū)域中包 括至少一個這樣的位置，其中當存在層流時沒有凈剪切力作用在所述 粒子(104)上。
5. 如4又利要求1 ~4中4壬一項所述的系統(tǒng)(100),其中用于控制所 述層流體流在所述粒子(104)上導致的凈剪切力的所述粒子操縱器(110) 用于控制所述流動發(fā)生器(108)所產(chǎn)生的層流體流的強度。
6. 如權利要求1 ~5中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),其中所述粒子操 縱器(110)包括用于控制所述流動發(fā)生器(108)所產(chǎn)生的層流體流的強度 的流量控制器(113)。
7. 如權利要求1 ~6中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),其中所述粒子操 縱器(110)包括至少一個光4聶(202, 204, 252)。
8. 如權利要求1 ~7中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),其中所述粒子操 縱器(110)包括至少一個介電泳阱。
9. 如權利要求1~8中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),所述系統(tǒng)(IOO) 還包括用于測定粒子的位置和取向并用于向所述粒子操縱器(110)提供 反饋控制信號的反饋系統(tǒng)(114)。
10. 如權利要求1~9中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),所述系統(tǒng)(IOO)還包括用于在所述粒子(104)的預定取向時將物質(zhì)注入所述粒子(104)和 /或從所述粒子(104)提取物質(zhì)的處理系統(tǒng)(130)。
11. 如權利要求1~10中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),其中所述流動 發(fā)生器(108)用于提供最大流速為Om/s~ l(T3 m/s的層流體流。
12. 如權利要求1-11中任一項所述的系統(tǒng)(IOO),其中所述系統(tǒng) 用于單獨操縱生物細胞。
13. —種表征粒子的表征系統(tǒng)(600),所述粒子表征系統(tǒng)(600)包括 如權利要求1 ~ 12中任一項所述的單獨操縱流體(106)中的粒子(104)的 系統(tǒng)(IOO),并且表征系統(tǒng)(600)還用于測定粒子(104)的特征性能。
14. 如權利要求13所述的表征系統(tǒng)，所述表征系統(tǒng)包括用于檢測 所述粒子或束縛于所述粒子上的標簽的磁性能或光性能的檢測裝置。
15. —種單獨操縱流體(106)中的粒子(104)的方法，所述方法包括 -在流體通道(102)中產(chǎn)生所述流體(106)的層流體流，-單獨捕捉所述流體通道(102)中的所述粒子(104),和 -通過控制所述層流體流在所述粒子(104)上導致的凈剪切力使所 述粒子取向。
16. 如權利要求15所述的單獨操縱粒子(104)的方法，其中使所述 粒子取向包括通過改變所述粒子在所述流體(106)的層流的流場中的位 置和/或通過改變在所述流體(l06)的層流的流場中的速度分布來控制 所述粒子的取向或轉(zhuǎn)動。
17. —種表征流體(106)中的粒子(104)的方法，包括根據(jù)權利要求 15~16中任一項所述的方法單獨操縱所述粒子(104),從而獲得所述粒 子的預定取向，以及在所述預定取向下測定所述粒子的性能。
18. —種在如權利要求1~12中任一項所述的單獨操縱流體(106) 中的粒子(104)的系統(tǒng)中使用的控制器。
19 一種計算機程序產(chǎn)品，用于當在計算裝置上執(zhí)行時，執(zhí)行單獨操 縱流體(106)中的粒子(104)的方法，所述方法包括-在流體通道(102)中產(chǎn)生所述流體(106)的層流體流，_單獨捕捉所述流體通道(102)中的所述粒子(104),和-通過控制所述層流體流在所述粒子(104)上導致的凈剪切力使所述粒子取向。
20. —種用于存儲權利要求19所述的計算機程序產(chǎn)品的機器可讀數(shù)據(jù)存儲設備。
21.如權利要求19所述的計算機程序產(chǎn)品在局域或廣域通信網(wǎng)絡 上的傳輸。
全文摘要
本發(fā)明公開一種單獨操縱流體(106)中的粒子(104)的系統(tǒng)(100)，例如使粒子取向。操縱系統(tǒng)(100)包括允許捕捉流體通道(102)中的粒子(104)的粒子捕捉系統(tǒng)(111)和控制粒子上的剪切力梯度的控制器。通過使層流中的粒子偏離流體通道(102)定位或通過控制層流本身來控制粒子上的剪切力梯度。使用流動發(fā)生器(108)產(chǎn)生層流。操縱系統(tǒng)(100)可用于粒子表征系統(tǒng)中或者可用于在預定取向時在粒子(104)上進行操作。
文檔編號G01N15/14GK101548172SQ200780044469
公開日2009年9月30日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權日2006年12月1日
發(fā)明者D·B·范達姆, J·M·倫森, S·I·E·武爾托, T·J·德胡格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司