在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及細(xì)胞計(jì)量術(shù)，更具體地，但是非排它性地，涉及細(xì)胞分離、固定、培養(yǎng)、操作和分析。

流式細(xì)胞術(shù)已經(jīng)證明在活細(xì)胞的分析中是有用的，其中在抗體結(jié)合之后通過(guò)使細(xì)胞連續(xù)地流過(guò)檢測(cè)器可以單獨(dú)地檢查它們。其它技術(shù)可以基于非均勻磁場(chǎng)將力施加在懸浮在液體中的中性、可極化顆粒比如細(xì)胞的能力。這種動(dòng)電學(xué)原理——稱作介電電泳(DEP)，被用于通過(guò)在陣列中電極的子集上建立與相鄰電極的磁場(chǎng)反相的磁場(chǎng)來(lái)在DEP“籠(cage)”中捕集細(xì)胞。當(dāng)DEP籠通過(guò)磁場(chǎng)模式的改變移動(dòng)時(shí)，捕集的細(xì)胞隨之移動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的方面，提供了用于從液體介質(zhì)中分離細(xì)胞并對(duì)其進(jìn)行細(xì)胞計(jì)量分析的裝置。該裝置包括細(xì)胞庫(kù)(reservoir)和封閉庫(kù)之間的細(xì)胞籠陣列，每個(gè)細(xì)胞籠包括鄰近于第一細(xì)胞庫(kù)的大開(kāi)口、細(xì)胞限內(nèi)區(qū)(enclosure)和鄰近于封閉庫(kù)的一個(gè)或多個(gè)小開(kāi)口。該裝置進(jìn)一步包括封閉庫(kù)，其用于接收來(lái)自細(xì)胞庫(kù)通過(guò)細(xì)胞籠陣列的液體介質(zhì)。該裝置進(jìn)一步包括連接至封閉庫(kù)以通過(guò)使來(lái)自細(xì)胞庫(kù)的液體介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)細(xì)胞籠陣列至封閉庫(kù)將懸浮細(xì)胞移動(dòng)入細(xì)胞限內(nèi)區(qū)的液體介質(zhì)泵。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括機(jī)械元件，當(dāng)其驅(qū)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)細(xì)胞籠陣列抵靠凝膠層，從而凝膠層形成對(duì)大開(kāi)口的連續(xù)屏障，分離每個(gè)細(xì)胞限內(nèi)區(qū)中的每個(gè)細(xì)胞，并且允許分離細(xì)胞的細(xì)胞計(jì)量分析。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括細(xì)胞庫(kù)，其用于含有包含所述細(xì)胞懸液的所述液體介質(zhì)。

任選地，細(xì)胞籠陣列是從所述裝置可拆卸的并且其中所述細(xì)胞籠陣列是單次使用(single-use)的細(xì)胞籠陣列。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的方面，提供了包含至少100個(gè)細(xì)胞籠的一次性的細(xì)胞籠陣列，其中每個(gè)細(xì)胞籠包括在一側(cè)上的大開(kāi)口、細(xì)胞限內(nèi)區(qū)和在相對(duì)側(cè)上的至少一個(gè)小開(kāi)口。

任選地，一次性細(xì)胞籠陣列包括至少10,000個(gè)細(xì)胞籠。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括與細(xì)胞庫(kù)中的液體介質(zhì)電接觸的一個(gè)或多個(gè)第一電極。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括在封閉庫(kù)和離子庫(kù)之間的半透膜。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括包含離子流體的離子庫(kù)。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括與離子流體電接觸的一個(gè)或多個(gè)第二電極，使得在一個(gè)或多個(gè)第一和第二電極之間流動(dòng)的電流將離子注入細(xì)胞籠。

任選地，半透膜是來(lái)自包括下列的列舉的任一種：陽(yáng)離子交換膜(CEM)、荷電鑲嵌膜(CMM)、雙極性膜(BPM)、陰離子交換膜(AEM)、堿性陰離子交換膜(AAEM)、質(zhì)子交換膜(PEM)等。

任選地，一個(gè)或多個(gè)第一電極與封閉庫(kù)的一側(cè)上的液體介質(zhì)電接觸，并且第二電極與封閉庫(kù)的相對(duì)側(cè)上的液體介質(zhì)電接觸，使得通過(guò)擴(kuò)散離子注入細(xì)胞籠。

任選地，每個(gè)細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有內(nèi)部尺寸，使得一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞適合每個(gè)細(xì)胞限內(nèi)區(qū)，大開(kāi)口對(duì)于細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有足夠大的尺寸，并且小開(kāi)口具有小于細(xì)胞的尺寸，禁止細(xì)胞離開(kāi)細(xì)胞籠進(jìn)入封閉庫(kù)。

任選地，細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有內(nèi)部尺寸，以便兩個(gè)或更多個(gè)細(xì)胞適合每個(gè)細(xì)胞限內(nèi)區(qū)，并且其中小開(kāi)口是每個(gè)適于接收單細(xì)胞的兩個(gè)或更多個(gè)小開(kāi)口。

任選地，細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有靶細(xì)胞的內(nèi)部形狀以分離。

任選地，細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有內(nèi)部圓柱形形狀。

任選地，細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有內(nèi)部圓錐形形狀。

任選地，細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有內(nèi)部半球形形狀。

任選地，細(xì)胞限內(nèi)區(qū)具有足夠大的內(nèi)部尺寸以適合許多單個(gè)細(xì)胞。

任選地，液體介質(zhì)泵是來(lái)自下列的列舉的任何設(shè)備：電動(dòng)泵、微型泵、具有附連卡尺的手動(dòng)注射器、自動(dòng)可編程注射器、計(jì)算機(jī)化注射器、注射驅(qū)動(dòng)器、注射泵、可編程注射泵、介質(zhì)分配器、感應(yīng)泵、壓力注入細(xì)胞分配器、蠕動(dòng)泵、輸液泵等。

任選地，在細(xì)胞籠陣列和封閉庫(kù)之間具有玻璃、聚乙烯等陣列支持結(jié)構(gòu)，使得陣列支持結(jié)構(gòu)維持細(xì)胞籠陣列在基本上平的平面中。

任選地，細(xì)胞籠陣列通過(guò)裝置中的不透明窗是可見(jiàn)的。

任選地，細(xì)胞籠陣列進(jìn)一步包括附連的抗體。

任選地，凝膠層進(jìn)一步包括附連的抗體。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括在細(xì)胞籠陣列和封閉庫(kù)之間的擴(kuò)散凝膠層。

任選地，該裝置進(jìn)一步包括鄰近于凝膠層的吸附層，并且吸附層由來(lái)自下列的列舉的任何組成：硝化纖維、聚偏氟乙烯(PVDF)、低熒光PVDF等。

任選地，凝膠層由來(lái)自下列的列舉的任何組成：瓊脂糖、丙烯酰胺、雙丙烯酰胺混合物等。

任選地，機(jī)械元件是來(lái)自下列的列舉的任何元件：螺旋裝置(screw)、水平元件(level)、步進(jìn)馬達(dá)、步進(jìn)馬達(dá)、計(jì)算機(jī)化步進(jìn)馬達(dá)、線性致動(dòng)器、計(jì)算機(jī)化線性致動(dòng)器等。

任選地，該裝置是計(jì)算機(jī)化裝置，其包括一個(gè)或多個(gè)用戶界面、一個(gè)或多個(gè)組件界面、和一個(gè)或多個(gè)能夠控制一個(gè)或多個(gè)組件的處理單元。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的方面，提供了用于輸出分離細(xì)胞的細(xì)胞計(jì)量分析結(jié)果的方法。

該方法包括接收包含待被分析的細(xì)胞的懸液的液體介質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞庫(kù)。該方法進(jìn)一步包括自封閉庫(kù)——其與細(xì)胞庫(kù)通過(guò)細(xì)胞籠陣列分開(kāi)——抽吸液體介質(zhì)，直到分離的細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞限內(nèi)區(qū)。該方法進(jìn)一步包括移動(dòng)凝膠層鄰近于細(xì)胞籠陣列、分離在細(xì)胞限內(nèi)區(qū)中的懸浮細(xì)胞——每個(gè)細(xì)胞限內(nèi)區(qū)一個(gè)懸浮細(xì)胞，以產(chǎn)生分離細(xì)胞。該方法進(jìn)一步包括進(jìn)行分離細(xì)胞的細(xì)胞計(jì)量分析。該方法進(jìn)一步包括輸出細(xì)胞計(jì)量分析的結(jié)果。

任選地，該方法進(jìn)一步包括通過(guò)施加電流通過(guò)液體介質(zhì)和細(xì)胞籠將離子注入細(xì)胞籠，其中電流在與細(xì)胞庫(kù)中的液體介質(zhì)電接觸的第一電極和與離子庫(kù)——其與封閉庫(kù)通過(guò)半透膜分開(kāi)——中的離子流體電接觸的第二電極之間流動(dòng)，從而將離子流體中包含的離子移動(dòng)入細(xì)胞籠。

任選地，第一電極還包括離子庫(kù)中的離子流體和半透膜，使得半透膜控制來(lái)自第一電極的離子注入。

任選地，離子是氫氧根離子，從而引起pH和分離細(xì)胞的鹽環(huán)境改變并且溶解分離細(xì)胞。

任選地，分離細(xì)胞的細(xì)胞計(jì)量分析包括將化學(xué)物質(zhì)引入封閉庫(kù)并且化學(xué)物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞籠。

任選地，分離細(xì)胞的細(xì)胞計(jì)量分析包括電穿孔分離細(xì)胞以將化學(xué)物質(zhì)引入分離細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)。

任選地，該方法進(jìn)一步包括通過(guò)施加電流通過(guò)封閉庫(kù)中的液體介質(zhì)將離子注入細(xì)胞籠，其中電流在與離子庫(kù)——其與封閉庫(kù)通過(guò)半透膜分開(kāi)——中的離子流體電接觸的第一電極和與封閉庫(kù)中的液體介質(zhì)電接觸的第二電極之間流動(dòng)，從而將離子流體中包含的離子通過(guò)擴(kuò)散移動(dòng)入細(xì)胞籠。

任選地，第二電極還包括第二離子庫(kù)中的第二離子流體和第二半透膜，使得除了第一電極之外，半透膜還控制來(lái)自第二電極的離子注入。

任選地，細(xì)胞計(jì)量分析包括通過(guò)細(xì)胞籠陣列的不透明側(cè)成像。

任選地，當(dāng)通過(guò)監(jiān)測(cè)使用抽吸的液體介質(zhì)的流動(dòng)速率，足夠數(shù)目的細(xì)胞已經(jīng)在細(xì)胞限內(nèi)區(qū)中被分離時(shí)，液體介質(zhì)的抽吸停止。

任選地，分離細(xì)胞的細(xì)胞計(jì)量分析包括來(lái)自包括下列的列舉的任何行動(dòng)：培養(yǎng)、施加刺激、免疫細(xì)胞化學(xué)分析、蛋白質(zhì)印跡、凝膠電泳、蛋白質(zhì)純化、綠色熒光蛋白、蛋白免疫染色、蛋白質(zhì)測(cè)序、蛋白電泳、蛋白免疫沉淀反應(yīng)、多肽質(zhì)量指紋分析、雙偏振干涉測(cè)量、微量熱泳動(dòng)(microscale thermophoresis)、染色質(zhì)免疫沉淀、表面等離子共振、核酸分析、光學(xué)分析、蛋白質(zhì)分析、熒光圖像分析、細(xì)胞光度術(shù)、電穿孔、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、分光光度法等。

任選地，在抽吸期間，細(xì)胞籠陣列與分離細(xì)胞一起轉(zhuǎn)移至新的液體介質(zhì)。

任選地，細(xì)胞籠陣列中的分離細(xì)胞增殖以在每個(gè)細(xì)胞限內(nèi)區(qū)中產(chǎn)生分離細(xì)胞簇，并且每個(gè)簇中的一些細(xì)胞通過(guò)第二抽吸作用被轉(zhuǎn)移至一個(gè)或多個(gè)新的細(xì)胞籠陣列。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。雖然與本文描述的那些相似或等價(jià)的方法和材料可以在本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)踐或測(cè)試中使用，但是下面描述了示例性方法和/或材料。在沖突的情況下，專利說(shuō)明書(shū)——包括定義，將占主導(dǎo)(control)。此外，材料、方法和實(shí)施例僅是說(shuō)明性的并且不意欲是必然限制性的。

本發(fā)明的實(shí)施方式的方法和/或系統(tǒng)可以包括手動(dòng)地、自動(dòng)地或其組合地執(zhí)行或完成選定的任務(wù)。而且，本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施方式的實(shí)際儀器和器材，幾個(gè)選定的任務(wù)可以通過(guò)硬件、通過(guò)軟件、或通過(guò)固件、或通過(guò)其組合使用操作系統(tǒng)實(shí)施。

例如，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的選定任務(wù)的硬件可以被實(shí)施為芯片或電路。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的選定任務(wù)可以被實(shí)施為使用任何適合的操作系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的許多軟件指令。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，根據(jù)本文描述的方法和/或系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)由數(shù)據(jù)處理器——比如用于執(zhí)行許多指令的計(jì)算平臺(tái)——執(zhí)行。任選地，數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ)器和/或非易失性存儲(chǔ)裝置，例如，用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的磁性硬盤(pán)和/或可移動(dòng)媒介。任選地，也提供了網(wǎng)絡(luò)連接。任選地，也提供了顯示器和/或用戶輸入設(shè)備比如鍵盤(pán)或鼠標(biāo)。

附圖描述

在此僅通過(guò)實(shí)例的方式參照附圖描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方式。現(xiàn)在詳細(xì)的具體參照附圖，強(qiáng)調(diào)了通過(guò)實(shí)例的方式并且出于本發(fā)明的實(shí)施方式的說(shuō)明性討論的目的示出細(xì)節(jié)。就此而言，說(shuō)明書(shū)連同附圖使得本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚如何可實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施方式。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于在籠中捕集單個(gè)細(xì)胞并對(duì)每個(gè)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞計(jì)量分析的方法的流程圖；

圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的具有圓柱形孔(well)的細(xì)胞籠陣列的示意性圖示；

圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集細(xì)胞簇的具有圓柱形孔的細(xì)胞籠陣列的示意性圖示；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的具有圓錐形孔的細(xì)胞籠陣列的示意性圖示；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞并將離子注入捕集的細(xì)胞周圍環(huán)境的裝置的示意性圖示；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞并將離子注入捕集的細(xì)胞周圍環(huán)境的裝置的細(xì)節(jié)的示意性圖示；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的底側(cè)的示意性圖示；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的橫截面示意性圖示；

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在細(xì)胞捕獲期間顯示的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在離子注入期間顯示的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在離子注入期間顯示的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的橫截面示意性圖示；

圖11是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在通過(guò)擴(kuò)散離子注入期間顯示的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示；

圖12是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞、離子注入和細(xì)胞計(jì)量分析的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示；

圖13是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于對(duì)來(lái)自單個(gè)細(xì)胞的溶胞產(chǎn)物進(jìn)行免疫細(xì)胞化學(xué)分析的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示；

圖14是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于將細(xì)胞籠陣列轉(zhuǎn)移至新溶液的裝置的橫截面示意性圖示；

圖15是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于在籠中捕集單個(gè)細(xì)胞并對(duì)每個(gè)單個(gè)細(xì)胞執(zhí)行細(xì)胞計(jì)量分析的計(jì)算機(jī)化裝置的示意性圖示；

圖16是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示，其示出了細(xì)胞籠陣列的過(guò)濾器背襯(backing)；

圖17A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在籠陣列中細(xì)胞增殖的第一部分的階段(step)期間細(xì)胞庫(kù)的橫截面圖的示意性圖示；和

圖17B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在籠陣列中細(xì)胞增殖的第二部分的階段期間細(xì)胞庫(kù)的橫截面圖的示意性圖示。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及細(xì)胞計(jì)量術(shù)，更具體地，但是非排它性地，涉及細(xì)胞分離、固定、培養(yǎng)、操作和分析。

在流式細(xì)胞術(shù)中，可以存在數(shù)個(gè)缺點(diǎn)。因?yàn)榧?xì)胞僅一次流過(guò)檢測(cè)器，該技術(shù)可能一次要求同時(shí)附連所有抗體。這可能限制由于熒光信號(hào)的重疊可能被引入細(xì)胞的標(biāo)記物的量。在方法中，當(dāng)細(xì)胞可能不被固定于某一位置時(shí)，將某一細(xì)胞的免疫細(xì)胞化學(xué)信號(hào)關(guān)聯(lián)至其在后續(xù)的下游檢測(cè)過(guò)程中的信號(hào)可能是不可能的。進(jìn)一步的缺點(diǎn)可能是：由于細(xì)胞不是靜止的，因此細(xì)胞變化的時(shí)間演化可能不能被監(jiān)測(cè)和分析。

微流體細(xì)胞分離設(shè)備在它們的應(yīng)用中可能被限制，這是由于設(shè)備操作和每個(gè)一次性細(xì)胞籠陣列的高費(fèi)用和由于可能不能在籠中捕集細(xì)胞以限制細(xì)胞溶胞產(chǎn)物的稀釋。

電和磁分離設(shè)備，比如DEP陣列，可能不允許使用直接定量方法分析細(xì)胞溶胞產(chǎn)物，因?yàn)槿芤簩?duì)于細(xì)胞籠陣列中的所有細(xì)胞可以是共同的，并且可以通過(guò)液體介質(zhì)稀釋。

機(jī)械分離設(shè)備可以觀察微觀載玻片上的單個(gè)細(xì)胞，但是不操作用于細(xì)胞計(jì)量分析的細(xì)胞和它們的環(huán)境。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于分離單細(xì)胞和對(duì)每個(gè)細(xì)胞單獨(dú)地執(zhí)行分析的裝置和方法。細(xì)胞的分離可以使用吸入泵進(jìn)行以將細(xì)胞從液體介質(zhì)吸入穿孔的細(xì)胞籠陣列，其中每個(gè)籠可以是使得僅一個(gè)細(xì)胞可以適合的大小。每個(gè)細(xì)胞籠的穿孔在含有懸浮細(xì)胞的液體介質(zhì)的一側(cè)上可以包含一個(gè)大開(kāi)口或孔以允許一個(gè)細(xì)胞進(jìn)入每個(gè)籠，和在液體介質(zhì)從其被抽吸的一側(cè)上包括多個(gè)小開(kāi)口或孔——其對(duì)于捕集細(xì)胞離開(kāi)籠可能太小。為了捕集和分離細(xì)胞，在籠被占據(jù)之后，鄰近于細(xì)胞籠陣列放置傳導(dǎo)性凝膠蓋，以便所有的細(xì)胞籠同時(shí)被閉合。分析可以通過(guò)記錄活細(xì)胞對(duì)各種刺激的反應(yīng)，或通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞溶解作用和檢查每個(gè)細(xì)胞的內(nèi)含物進(jìn)行。細(xì)胞籠是細(xì)胞被捕獲后溶解作用發(fā)生的地方，并且由來(lái)自頂部的細(xì)胞籠陣列和來(lái)自底部的傳導(dǎo)性凝膠組成。裝置可以在不改變流體體積的情況下實(shí)施離子注入技術(shù)以便將帶電分子引入至細(xì)胞環(huán)境。這在溶胞產(chǎn)物分析的情況下可能是重要的，因?yàn)槠鋬?nèi)含物不被稀釋。該裝置可以不實(shí)施昂貴的微流體元件，使用過(guò)濾器來(lái)創(chuàng)建細(xì)胞籠陣列。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，提供了用于分離和分析單個(gè)細(xì)胞的方法和裝置。使用吸入，懸浮在液體介質(zhì)中的細(xì)胞可以被吸入細(xì)胞籠陣列的籠中，該細(xì)胞籠陣列的籠可以具有在含有細(xì)胞的液體介質(zhì)的一側(cè)上的大開(kāi)口或孔、在吸入泵的一側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)小開(kāi)口或孔、和捕集一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的限內(nèi)區(qū)。陣列的細(xì)胞籠可以具有足夠小的細(xì)胞限內(nèi)區(qū)尺寸使得僅一個(gè)細(xì)胞可以適合每個(gè)籠，大開(kāi)口對(duì)于細(xì)胞進(jìn)入可以足夠大，并且小開(kāi)口可以對(duì)于細(xì)胞來(lái)說(shuō)太小而不能離開(kāi)籠。通過(guò)抽吸液體介質(zhì)通過(guò)細(xì)胞籠陣列，細(xì)胞可以被吸入籠中，然后通過(guò)洗掉液體介質(zhì)并按壓細(xì)胞籠陣列抵靠傳導(dǎo)性凝膠膜蓋而被分離。

一旦被分離，細(xì)胞籠中的細(xì)胞可以使用適于本發(fā)明的細(xì)胞計(jì)量方法進(jìn)行分析。

任選地，該裝置包括半透膜、離子庫(kù)、電連接至傳導(dǎo)性凝膠的反電極和連接至流體庫(kù)的工作電極，使得從傳導(dǎo)性凝膠，通過(guò)陣列的細(xì)胞籠、抽吸庫(kù)和半透膜，并且最終至離子庫(kù)建立電傳導(dǎo)路徑。通過(guò)沿著該傳導(dǎo)路徑施加電流，離子可以被注入細(xì)胞籠并因而被用于修飾(modify)和/或刺激在籠內(nèi)捕集的細(xì)胞。例如，半透膜是雙極性膜，離子流體是中性液體介質(zhì)，并且正電流從傳導(dǎo)性凝膠到離子庫(kù)施加。在該實(shí)例中，氫氧根離子在雙極性膜處產(chǎn)生，并且通過(guò)電流被吸入細(xì)胞籠以增加細(xì)胞環(huán)境的pH。當(dāng)細(xì)胞籠內(nèi)的pH到達(dá)近似11的值時(shí)，細(xì)胞可以經(jīng)歷溶解作用并且可以分析細(xì)胞溶胞產(chǎn)物。

任選地，細(xì)胞籠陣列中的細(xì)胞通過(guò)裝置底部上的窗成像。例如，熒光顯微鏡用于通過(guò)該窗分析細(xì)胞籠的內(nèi)含物。例如，光學(xué)顯微鏡用于通過(guò)該窗觀察細(xì)胞籠陣列的內(nèi)含物。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)細(xì)胞籠(cell cage)意思是具有適于接收一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的尺寸的部分或完全封閉的空間。細(xì)胞籠的替代術(shù)語(yǔ)可以是孔、洞、室、容器、管、限內(nèi)區(qū)、凹坑(depression)、皮米孔(pico-well)、皮升孔、迷你孔、納米孔、微米孔、毫米級(jí)孔等。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)細(xì)胞籠陣列意思是具有在組件的表面上布置的多個(gè)細(xì)胞籠的組件。細(xì)胞籠陣列的替代術(shù)語(yǔ)可以是孔陣列、細(xì)胞分離陣列、多壁板、微孔板、微孔陣列等。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)細(xì)胞籠的開(kāi)口意思是允許流體和/或細(xì)胞從細(xì)胞籠進(jìn)入和離開(kāi)的細(xì)胞籠的特征。開(kāi)口的替代術(shù)語(yǔ)可以是孔隙(aperture)、孔、窗等。例如，細(xì)胞籠的小開(kāi)口可以是對(duì)于細(xì)胞來(lái)說(shuō)太小而不能通過(guò)，但是對(duì)于液體介質(zhì)通過(guò)足夠大的開(kāi)口。例如，細(xì)胞籠的大開(kāi)口可以是對(duì)于細(xì)胞和液體通過(guò)都足夠大的開(kāi)口。

任選地，細(xì)胞籠陣列可以從裝置拆卸。例如，細(xì)胞籠陣列是單次使用的、一次性的細(xì)胞籠陣列，其中在每個(gè)陣列中含有100到1,000,000個(gè)之間的細(xì)胞籠。例如，細(xì)胞籠陣列具有100個(gè)細(xì)胞籠。例如，細(xì)胞籠陣列具有1,000,000個(gè)細(xì)胞籠。例如，細(xì)胞籠陣列具有10,000,000個(gè)細(xì)胞籠。例如，在不包含一次性細(xì)胞籠陣列的情況下出售裝置，并且細(xì)胞籠陣列可以單獨(dú)購(gòu)買。

在詳細(xì)地解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不必限制其應(yīng)用于下面的描述中陳述的和/或附圖和/或?qū)嵤├嘘U明的組件和/或方法的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠包括其他實(shí)施方式或者能夠以不同的方式實(shí)踐或?qū)嵤?/p>

本發(fā)明可以是系統(tǒng)、裝置、設(shè)備、工藝和/或方法。

在此參照根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法、裝置和系統(tǒng)的流程圖和/或方框圖描述了本發(fā)明的方面。將理解，流程圖和/或方框圖中的每個(gè)方框和流程圖和/或方框圖中的方框的組合可以通過(guò)計(jì)算機(jī)可讀的程序指令實(shí)施。

附圖中的流程圖和方框圖圖解了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方式的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的可能的實(shí)施的架構(gòu)、功能和操作。就此而言，流程圖或方框圖中的每個(gè)方框可以代表指令的模塊、節(jié)段或部分，其包括用于執(zhí)行指定的邏輯功能(一種或多種)的一個(gè)或多個(gè)行動(dòng)。在一些可選的實(shí)施中，方框中注釋的功能可以不按照附圖中注釋的順序進(jìn)行。例如，連續(xù)顯示的兩個(gè)方框可以事實(shí)上基本同時(shí)執(zhí)行，或者方框可以有時(shí)以相反的順序執(zhí)行，這取決于所涉及的功能。還將注意，方框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框和方框圖和/或流程圖中的方框的組合可以通過(guò)基于專用硬件的系統(tǒng)實(shí)施，該系統(tǒng)執(zhí)行指定的功能或行為，或?qū)嵤Ｓ糜布陀?jì)算機(jī)指令的組合。

現(xiàn)在參照?qǐng)D4，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞并將離子注入捕集的細(xì)胞周圍環(huán)境的裝置的示意性圖示。細(xì)胞籠陣列400可以保持在可以附連至臂401的籠陣列固定器409中。該臂可用于將細(xì)胞籠陣列放置在細(xì)胞庫(kù)201中傳導(dǎo)性凝膠403之上，所述傳導(dǎo)性凝膠403可以位于細(xì)胞庫(kù)底板(floor)。細(xì)胞庫(kù)可以位于裝置的底部402中。封閉庫(kù)可以位于籠陣列固定器409內(nèi)，并且吸入管408將封閉庫(kù)連接至吸入泵406。當(dāng)足夠的細(xì)胞已經(jīng)占據(jù)陣列的細(xì)胞籠時(shí)，可以啟動(dòng)機(jī)械元件，在該實(shí)施方式中可以轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋裝置407，以按壓細(xì)胞籠大開(kāi)口抵靠傳導(dǎo)性凝膠層403，使得凝膠層形成對(duì)細(xì)胞籠的大開(kāi)口的連續(xù)屏障并分離每個(gè)籠中的細(xì)胞。

任選地，螺旋裝置是杠桿、線性致動(dòng)器等。

任選地，裝置是手持型裝置并且細(xì)胞庫(kù)不附連至裝置。例如，細(xì)胞庫(kù)是培養(yǎng)皿，其包含具有懸浮細(xì)胞的液體介質(zhì)。在該實(shí)例中，裝置具有手持型拇指行動(dòng)機(jī)械泵，比如在移液管中使用的。按壓拇指泵按鈕，細(xì)胞陣列被放置入培養(yǎng)皿的液體介質(zhì)中，釋放拇指泵按鈕，將細(xì)胞吸入細(xì)胞陣列。將細(xì)胞陣列轉(zhuǎn)移至包含分離凝膠層、第二液體介質(zhì)、第二細(xì)胞陣列等的第二皿中。根據(jù)第二皿內(nèi)含物和細(xì)胞處理方案，可以再次按壓拇指按鈕以提取分離的細(xì)胞，或者按壓第二按鈕以從裝置解離細(xì)胞陣列。當(dāng)細(xì)胞籠陣列被解離，比如在顯微鏡載玻片上用于視覺(jué)成像時(shí)，分離的細(xì)胞可以進(jìn)一步與裝置分開(kāi)地處理，用于加工、細(xì)胞計(jì)量術(shù)、分析、增殖等。

當(dāng)可能需要離子注入時(shí)，可以將工作電極連接至工作電極插件(插口，insert)405，反電極可以連接至反電極插件404，并且電流從電流源施加至電極。工作電極插入包括半透膜、離子庫(kù)和母電極插座(female electrical electrode receptacle)。工作電極可以是正極和反電極可以是負(fù)極，并且根據(jù)離子注入化學(xué)的需要反之亦然。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2A，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的具有圓柱形孔的細(xì)胞籠陣列的示意性圖示。細(xì)胞籠陣列203可以包含穿孔的細(xì)胞籠206，其在鄰近于細(xì)胞庫(kù)201的一側(cè)上具有在205處的用于細(xì)胞進(jìn)入每個(gè)籠的大開(kāi)口。每個(gè)籠206在鄰近于封閉庫(kù)202的一側(cè)上具有一個(gè)或多個(gè)小開(kāi)口207。例如，細(xì)胞籠陣列可以包括兩個(gè)聚碳酸酯膜過(guò)濾器，分別具有2微米和10微米的洞(hole)。因此，所得到的細(xì)胞籠陣列203可以具有在細(xì)胞庫(kù)201的一側(cè)上的10um開(kāi)口和在封閉庫(kù)202的一側(cè)上的2微米開(kāi)口的洞。

例如，使用商業(yè)可得的膜過(guò)濾器，比如ISOPORE MEMBRANE FILTER，目錄號(hào)TCTP02500和TCTP02500，由Millipore，Inc.制造。當(dāng)它們彼此抵靠平直地結(jié)合時(shí)，它們可以產(chǎn)生本文描述的細(xì)胞籠。例如，籠陣列由微制造方法制造?；\陣列可以通過(guò)兩個(gè)負(fù)性光致抗蝕劑層產(chǎn)生。第一層可以是包含1-4微米洞的液體光致抗蝕劑的大約1-5微米厚的薄層。例如，由MicroChem制造的SU8 2002或由Gersteltec Engineering Solutions制造的SU81060是使用的光致抗蝕劑層。第二層可以由30到100微米厚度的膜光致抗蝕劑制成并且包含與第一層的洞同軸的100微米洞。例如，第二隨后的光致抗蝕劑是由Tokyo Ohka Kogyo制造的TMMF S2045，或者由DuPont制造的PerMXTM。參見(jiàn)郵件中所附的圖。使用兩個(gè)光致抗蝕劑層制造的細(xì)胞籠陣列的優(yōu)勢(shì)是其透明度，使得能夠使用例如亮視野顯微鏡檢查術(shù)而不是熒光顯微鏡檢查術(shù)觀察籠內(nèi)的細(xì)胞。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2B，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集細(xì)胞簇的具有圓柱形孔的細(xì)胞籠陣列的示意性圖示。如在圖2A中，細(xì)胞籠陣列203可以包含穿孔的細(xì)胞籠206，其在鄰近于細(xì)胞庫(kù)201的一側(cè)上具有在205處的用于細(xì)胞進(jìn)入每個(gè)籠的大開(kāi)口。每個(gè)籠206在鄰近于封閉庫(kù)202的一側(cè)上具有一個(gè)或多個(gè)小開(kāi)口207。這里，細(xì)胞籠的尺寸對(duì)于兩個(gè)或更多個(gè)細(xì)胞占據(jù)每個(gè)籠是足夠大的，這允許細(xì)胞簇被引入細(xì)胞籠陣列的每個(gè)細(xì)胞籠中或在其中培養(yǎng)。例如，細(xì)胞籠開(kāi)口和直徑是100微米。例如，細(xì)胞籠深度在30到100微米之間。例如，細(xì)胞小開(kāi)口在2到5微米之間。例如，小開(kāi)口的光致抗蝕劑層是1到5微米厚。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，提供了通過(guò)抽吸具有懸浮細(xì)胞的液體介質(zhì)通過(guò)細(xì)胞籠陣列——其允許細(xì)胞進(jìn)入籠但是阻止細(xì)胞離開(kāi)——分離細(xì)胞的方法。每個(gè)籠提供液體介質(zhì)流動(dòng)的通道，其在細(xì)胞庫(kù)的一側(cè)上具有一個(gè)大開(kāi)口和在連接至吸入泵機(jī)構(gòu)的封閉庫(kù)的一側(cè)上具有一個(gè)或多個(gè)小開(kāi)口。每個(gè)籠的入口對(duì)于單細(xì)胞進(jìn)入每個(gè)籠可以足夠大，并且籠的尺寸足夠小，使得僅一個(gè)細(xì)胞可以適合每個(gè)籠。通過(guò)從封閉庫(kù)抽吸液體介質(zhì)，懸浮細(xì)胞被吸入籠，每個(gè)籠中一個(gè)細(xì)胞。當(dāng)細(xì)胞占據(jù)籠時(shí)，細(xì)胞可以阻擋小開(kāi)口并從而限制液體流過(guò)那個(gè)籠并阻止將另外的細(xì)胞吸入那個(gè)籠。一旦足夠數(shù)目的籠已經(jīng)被占據(jù)，可以感測(cè)對(duì)吸入的流動(dòng)阻力。可以通過(guò)按壓細(xì)胞籠陣列抵靠傳導(dǎo)性凝膠——其在細(xì)胞籠上形成蓋，完成該過(guò)程。

現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于在籠中捕集單個(gè)細(xì)胞并對(duì)每個(gè)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞計(jì)量分析的方法的流程圖。含有懸浮細(xì)胞的接收的液體介質(zhì)101可以被放置在裝配有細(xì)胞籠陣列的細(xì)胞庫(kù)中102?？梢詥?dòng)泵以從封閉庫(kù)吸入液體介質(zhì)103，直到足夠的細(xì)胞籠已經(jīng)被占據(jù)104。可以移動(dòng)傳導(dǎo)性凝膠層105鄰近于細(xì)胞籠陣列的大開(kāi)口側(cè)以捕集它們各自籠中的細(xì)胞。當(dāng)在106離子注入需要時(shí)，通過(guò)將含有膠的膜附連109至工作電極并且利用離子流體填充離子庫(kù)110制備工作電極插件。連接工作和反電極111，并且可以施加電流112。當(dāng)離子注入不需要或者離子注入已經(jīng)完成時(shí)，可以執(zhí)行細(xì)胞計(jì)量分析107并且將分析結(jié)果108輸出至用戶108。

在本裝置和方法中，遍及檢測(cè)過(guò)程細(xì)胞可以處于固定位置。這使得能夠連續(xù)地執(zhí)行多個(gè)免疫化學(xué)實(shí)驗(yàn)并且因此克服流式細(xì)胞術(shù)中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)重疊的限制。細(xì)胞籠還可以利用直接定量能夠執(zhí)行隨后的檢測(cè)過(guò)程，比如溶胞產(chǎn)物分析，這是因?yàn)榧?xì)胞籠的內(nèi)含物可以不被稀釋。

由于每個(gè)細(xì)胞可以被捕獲在其自己的籠中，因此可以進(jìn)行每個(gè)細(xì)胞的單獨(dú)免疫化學(xué)分析。而且，該過(guò)程可以利用多種抗體連續(xù)地進(jìn)行。

細(xì)胞分離過(guò)程可以通過(guò)兩個(gè)階段描述：裝配階段和捕獲階段。裝配階段包括將載玻片和/或其它透明支持體附連至其在底部窗(base window)上的位置?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的底側(cè)的示意性圖示。裝置底部402可以具有由透明支持體602覆蓋的成像窗601。

現(xiàn)在再次參照?qǐng)D4?？梢詫鲗?dǎo)性凝膠403倒入底部402，通常大約2到3毫升。將彈簧插入臂中，細(xì)胞籠陣列400插入籠陣列固定器409，和螺旋裝置407至臂401上的位置。至吸入泵406的管408可以連接至細(xì)胞籠陣列固定器409，并且該固定器連接至臂401。反電極插件404可以放置在其在底部402的位置中，并且臂401可以附連至底部402。吸入管408可以連接至吸入泵406。

現(xiàn)在參照?qǐng)D5，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞并將離子注入捕集的細(xì)胞周圍環(huán)境的裝置的細(xì)節(jié)的示意性圖示。當(dāng)可能需要離子注入時(shí)，可以將半透膜501膠粘到工作電極插件405，并且工作電極插件可以利用適當(dāng)?shù)碾x子流體填充。例如，當(dāng)氫氧根離子待被注入時(shí)，插件可以利用150毫摩爾NaCl溶液填充。工作電極插件可以利用O型環(huán)502螺旋至其在籠陣列固定器409中的位置以使得液體緊密密封。半透膜可以附連至反電極插件，并用150mM NaCl溶液填充。例如，當(dāng)氫氧根離子待被注入時(shí)，則附連的半透膜可以是陰離子交換膜。

在細(xì)胞捕獲階段期間，螺旋裝置可以轉(zhuǎn)動(dòng)以提升細(xì)胞籠陣列至高于傳導(dǎo)性凝膠至少2毫米。大約1毫升的含有懸浮細(xì)胞的液體介質(zhì)可以被放置在細(xì)胞庫(kù)中?，F(xiàn)在參照?qǐng)D8，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在細(xì)胞捕獲期間顯示的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示。液體介質(zhì)201可以從封閉庫(kù)202抽吸并且細(xì)胞802在細(xì)胞籠陣列203中累積，直到陣列具有足夠的用于分析的細(xì)胞?，F(xiàn)在參照?qǐng)D9，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在離子注入期間顯示的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示。細(xì)胞陣列203可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋裝置降低直到細(xì)胞籠陣列輕輕地按壓抵靠傳導(dǎo)性凝膠801，完成細(xì)胞捕獲。這形成從電連接至封閉庫(kù)202的工作電極插件，通過(guò)細(xì)胞籠206，通過(guò)傳導(dǎo)性凝膠801，并且至電連接至傳導(dǎo)性凝膠的反電極的用于離子注入的離子傳導(dǎo)路徑。

任選地，細(xì)胞捕獲過(guò)程是自限制的，這確保僅僅單細(xì)胞被捕獲在每個(gè)籠中。這可能是由于捕獲的細(xì)胞阻擋它們籠中的小開(kāi)口，從而減小了將另外的細(xì)胞吸入那個(gè)籠中的力。

任選地，細(xì)胞籠陣列具有支持結(jié)構(gòu)，比如玻璃過(guò)濾器等，如細(xì)胞籠陣列和封閉庫(kù)之間的剛性背襯。使用支持結(jié)構(gòu)按壓細(xì)胞籠陣列抵靠傳導(dǎo)性凝膠可以通過(guò)抵靠傳導(dǎo)性凝膠的壓力分離細(xì)胞籠中所有的單個(gè)細(xì)胞，而沒(méi)有改變細(xì)胞籠陣列的形狀?，F(xiàn)在參考圖16，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示，其示出了細(xì)胞籠陣列的支持結(jié)構(gòu)背襯。例如，玻璃、聚乙烯等支持過(guò)濾器1601可以放置在細(xì)胞籠陣列203和封閉庫(kù)202之間，使得細(xì)胞籠陣列保持平坦同時(shí)被按壓抵靠傳導(dǎo)性凝膠801。例如，使用燒結(jié)玻璃濾器目錄號(hào)251510406，由DURAN Group GmbH制造。例如，使用聚乙烯過(guò)濾器目錄號(hào)POR-4898，由Interstate Specialty Products，Inc.制造。

擾亂細(xì)胞環(huán)境可以通過(guò)使用電離子注入改變籠的pH和鹽環(huán)境進(jìn)行。電離子注入可以通過(guò)半透膜、離子流體和通過(guò)細(xì)胞籠的導(dǎo)電路徑進(jìn)行。較大的帶電分子也可以通過(guò)離子交換膜引入。仍更大的分子或中性分子可以通過(guò)將含有細(xì)胞的細(xì)胞籠陣列轉(zhuǎn)移至包含這些更大分子的新溶液引入。

任選地，關(guān)于液體介質(zhì)的鹽剖面(profile)不存在限制。

任選地，對(duì)于細(xì)胞溶解作用，非緩沖溶液是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兛s短了達(dá)到溶解必需的pH水平的時(shí)間。

在細(xì)胞已經(jīng)通過(guò)傳導(dǎo)性凝膠蓋在籠中被捕集之后，離子注入的過(guò)程繼續(xù)，從細(xì)胞庫(kù)去除過(guò)量的溶液?？梢酝ㄟ^(guò)改變它們的pH和/或鹽環(huán)境溶解細(xì)胞。下面是如何通過(guò)注入氫氧根離子這樣進(jìn)行的實(shí)例。任選地，細(xì)胞溶解作用可以通過(guò)鹽消耗、十二烷基硫酸鈉(SDS)注入等實(shí)現(xiàn)。

任選地，使用雙極性膜，產(chǎn)生氫氧根離子并將其注入細(xì)胞籠?，F(xiàn)在參照?qǐng)D10，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在離子注入期間顯示的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的裝置的橫截面示意性圖示。正電流1001可以從位于反電極插件404中的正電極1002施加至位于工作電極插件405中的負(fù)電極1003。在該選擇中，電流在雙極性膜501(BPM)處誘導(dǎo)氫氧根離子產(chǎn)生?，F(xiàn)在再次參照?qǐng)D9。這些陰離子朝向正電極1002電遷移通過(guò)封閉庫(kù)1002和細(xì)胞籠206，這升高了細(xì)胞籠pH并誘導(dǎo)細(xì)胞溶解作用。電流可以通過(guò)連接至工作和反電極插件的電流源1004施加。陰離子交換膜1005(AEM)可以被放置在反電極的前面以阻止陽(yáng)離子進(jìn)入凝膠。氫氧根離子注入可以通過(guò)在反電極和工作電極之間施加2毫安電流啟動(dòng)。反電極可以具有正電壓。一旦細(xì)胞籠中的pH水平達(dá)到近似11的值，細(xì)胞經(jīng)歷溶解作用。

任選地，傳導(dǎo)性凝膠層附連至細(xì)胞籠陣列的鄰近于封閉庫(kù)側(cè)的其小開(kāi)口側(cè)，以阻止溶胞產(chǎn)物成分向外擴(kuò)散。

任選地，傳導(dǎo)性凝膠層附連至細(xì)胞籠陣列的鄰近于封閉庫(kù)側(cè)的其小開(kāi)口側(cè)，以允許通過(guò)擴(kuò)散注入離子?，F(xiàn)在參照?qǐng)D11，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的通過(guò)擴(kuò)散注入離子的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示。這里，擴(kuò)散凝膠層1100可以被放置細(xì)胞籠陣列203之上鄰近于小開(kāi)口側(cè)。凝膠可以按壓抵靠細(xì)胞籠陣列203以確保與細(xì)胞籠的良好接觸。一旦電流1001可以在工作405和反404電極插件之間施加時(shí)，氫氧根離子可以在雙極性膜501中產(chǎn)生，并且被注入至凝膠1100。在凝膠1100內(nèi)累積的氫氧根離子通過(guò)擴(kuò)散滲透細(xì)胞籠并到達(dá)細(xì)胞802。擴(kuò)散過(guò)程可以不花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)槟z與細(xì)胞籠的距離可以是非常短的。以這種方式，可以將任何類型的鹽引入至籠。任選地，傳導(dǎo)性凝膠層1100起吸附層的作用。反電極插件404可以具有附連的陽(yáng)離子交換膜1101(CEM)。在某些情況下，在細(xì)胞籠內(nèi)不存在電場(chǎng)可以是有益的。

任選地，物質(zhì)可以在不施加電流和/或流通過(guò)細(xì)胞籠的情況下被引入陣列。例如，凝膠預(yù)裝載有必需物質(zhì)，并且被按壓抵靠細(xì)胞陣列。物質(zhì)然后從凝膠擴(kuò)散入細(xì)胞籠。將物質(zhì)裝載入凝膠可以通過(guò)利用包含這些物質(zhì)的溶液澆鑄凝膠完成。例如，這些物質(zhì)可以是洗滌劑、酶、營(yíng)養(yǎng)物等。

任選地，為了阻止溶胞產(chǎn)物成分從細(xì)胞籠陣列的大開(kāi)口側(cè)向外擴(kuò)散，截止膜(cutoff membrane)，比如透析膜，可以放置在傳導(dǎo)性凝膠和細(xì)胞籠陣列之間。截止膜可以是具有分子級(jí)孔徑的多孔膜。該膜阻止大于該孔的分子通過(guò)膜。例如，Standard RC Dialysis Tubing，1kD，目錄號(hào)：132636，由Spectrum Laboratories，Inc.制造。

任選地，通過(guò)擴(kuò)散利用將包含化學(xué)物質(zhì)和/或材料的液體引入封閉庫(kù)而將化學(xué)物質(zhì)和/或材料引入細(xì)胞籠。例如，通過(guò)在單個(gè)細(xì)胞已經(jīng)被分離之后——并且在這種情況下電極不是必需的——直接將包含鋰原子的液體用移液管移入封閉庫(kù)而將鋰原子引入細(xì)胞籠。

任選地，細(xì)胞計(jì)量分析可以包括以下行動(dòng)的任一種：培養(yǎng)、施加刺激、免疫細(xì)胞化學(xué)分析、蛋白質(zhì)印跡、凝膠電泳、蛋白質(zhì)純化、綠色熒光蛋白、蛋白免疫染色、蛋白質(zhì)測(cè)序、蛋白電泳、蛋白免疫沉淀反應(yīng)、多肽質(zhì)量指紋分析、雙偏振干涉測(cè)量、微量熱泳動(dòng)、染色質(zhì)免疫沉淀、表面等離子共振、核酸分析、光學(xué)分析、蛋白質(zhì)分析、熒光圖像分析、細(xì)胞光度術(shù)、電穿孔、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、分光光度法等。

任選地，在細(xì)胞溶解之后，細(xì)胞溶胞產(chǎn)物被轉(zhuǎn)移至基底用于進(jìn)一步分析。下面可以是實(shí)施蛋白質(zhì)分析的可能的方式。

任選地，施加電場(chǎng)用于將溶胞產(chǎn)物穿過(guò)凝膠轉(zhuǎn)移至吸附層，比如硝酸纖維膜。當(dāng)細(xì)胞籠內(nèi)的pH可以是高的時(shí)，大多數(shù)溶胞產(chǎn)物成分可以帶負(fù)電。反電極處的正電壓可以朝向吸附層引導(dǎo)帶負(fù)電的溶胞產(chǎn)物內(nèi)含物。

現(xiàn)在參考圖12，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞、離子注入和細(xì)胞計(jì)量分析的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示。在細(xì)胞溶解作用之后，細(xì)胞籠陣列203可以被按壓抵靠含有相鄰吸附層1201的凝膠蓋801?？梢允┘与娏?001，引導(dǎo)細(xì)胞溶胞產(chǎn)物1203穿過(guò)傳導(dǎo)性凝膠至吸附層。當(dāng)細(xì)胞溶胞產(chǎn)物1203的某一成分可能是期望的時(shí)，該層可以被修飾具有抗體1202以結(jié)合該成分。否則，所有溶胞產(chǎn)物成分可以附連至吸附層。任選地，一種或多種溶胞產(chǎn)物成分的檢測(cè)可以使用標(biāo)準(zhǔn)免疫化學(xué)檢測(cè)方法例如利用標(biāo)記的抗體1204執(zhí)行。

任選地，溶胞產(chǎn)物成分通過(guò)施加電場(chǎng)被轉(zhuǎn)移至傳導(dǎo)性凝膠。由于凝膠的擴(kuò)散系數(shù)可以是顯著低的，所以后者可以長(zhǎng)時(shí)段存儲(chǔ)溶胞產(chǎn)物。傳導(dǎo)性凝膠可以在后來(lái)時(shí)間被轉(zhuǎn)移和分析。

任選地，溶胞產(chǎn)物在不施加電場(chǎng)的情況下被吸附至吸附層?，F(xiàn)在參照?qǐng)D13，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于對(duì)來(lái)自單個(gè)細(xì)胞的溶胞產(chǎn)物進(jìn)行免疫細(xì)胞化學(xué)分析的裝置的詳細(xì)的橫截面示意性圖示。吸附可以通過(guò)將吸附層1301附連至細(xì)胞籠陣列的上側(cè)鄰近于細(xì)胞籠陣列203的小開(kāi)口側(cè)進(jìn)行。當(dāng)溶胞產(chǎn)物1203的某一成分可能是期望的時(shí)，該層可以修飾具有抗體1202以結(jié)合該成分。在適合的培養(yǎng)時(shí)間之后，可以使用標(biāo)準(zhǔn)免疫化學(xué)檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)。

任選地，傳導(dǎo)性凝膠1302和/或細(xì)胞籠壁1303可以通過(guò)修飾它們的表面含有抗體1202以結(jié)合一種或多種溶胞產(chǎn)物1203成分執(zhí)行為吸附層。

任選地，為了增強(qiáng)抗原-抗體結(jié)合，一旦細(xì)胞溶解作用完成，細(xì)胞籠內(nèi)的鹽和pH水平就可以被改變?yōu)橛欣谶@樣的相互作用的值。例如，細(xì)胞通過(guò)升高pH至11而被溶解，并且磷酸根離子(H2PO4-)通過(guò)陰離子交換膜注入以降低細(xì)胞籠內(nèi)的pH水平。

任選地，可以進(jìn)行類似的方法以將信使核糖核酸(mRNA)從溶胞產(chǎn)物分離。例如，Poly-T單鏈脫氧核糖核酸(DNA)包含重復(fù)的胸腺嘧啶核堿基分子并且捕獲具有互補(bǔ)的重復(fù)腺嘌呤(Poly-A)尾的信使核糖核酸分子(mRNA)。當(dāng)細(xì)胞表達(dá)某一蛋白質(zhì)時(shí)，細(xì)胞可以產(chǎn)生編碼那個(gè)蛋白質(zhì)的DNA的拷貝。該拷貝被稱為與那個(gè)蛋白質(zhì)對(duì)應(yīng)的mRNA分子。其包含DNA序列和Poly-A尾的拷貝。mRNA可以附連至核糖體，其然后根據(jù)mRNA序列產(chǎn)生蛋白質(zhì)。由于所有的mRNA可以具有Poly-A序列，因此它們可以使用Poly-T DNA序列有效地捕獲。因此，抗體可以使用Poly-T DNA尾結(jié)合全部mRNA群。將捕獲的mRNA轉(zhuǎn)變?yōu)榛パa(bǔ)脫氧核糖核酸(cDNA)，并且聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)擴(kuò)增可以在籠內(nèi)實(shí)施，使得能夠?qū)崿F(xiàn)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)。由于細(xì)胞溫度的簡(jiǎn)單操作——例如通過(guò)將細(xì)胞籠陣列附連至電控?zé)嵩矗琍CR過(guò)程可以是可行的。

任選地，對(duì)細(xì)胞籠陣列中的分離細(xì)胞執(zhí)行電穿孔，使得DNA能夠被插入細(xì)胞和/或細(xì)菌。該過(guò)程可以使得細(xì)胞和/或細(xì)菌表達(dá)在原始基因組中可能不包含的某一基因。DNA分子可以包含至少兩個(gè)要素：細(xì)胞和/或細(xì)菌可以表達(dá)的基因，和當(dāng)細(xì)胞包含DNA分子時(shí)可以有助于發(fā)現(xiàn)的報(bào)道基因。例如，報(bào)道基因編碼熒光蛋白。首先，DNA可以插入包含細(xì)胞和/或細(xì)菌的溶液。隨后，可以施加強(qiáng)電場(chǎng)至細(xì)胞和/或細(xì)菌，使得它們經(jīng)歷暫時(shí)的穿孔。在該過(guò)程期間，DNA分子可以進(jìn)入某一百分比的細(xì)胞和/或細(xì)菌穿孔。隨后，可以關(guān)閉電壓并且可以使得細(xì)胞恢復(fù)。在幾個(gè)小時(shí)之后，在電場(chǎng)中幸存的并且包含DNA的細(xì)胞可以表達(dá)熒光蛋白。通過(guò)熒光成像，可以檢測(cè)哪些細(xì)胞被成功地電穿孔。

任選地，電穿孔可以在單個(gè)單細(xì)胞中實(shí)施。DNA可以在細(xì)胞被捕獲和分離之后被插入細(xì)胞籠。這可以通過(guò)擴(kuò)散等電學(xué)地完成。電場(chǎng)可以使用工作和反電極施加。熒光檢測(cè)可以通過(guò)成像窗完成。

任選地，裝置可以用于免疫細(xì)胞化學(xué)分析。在該檢測(cè)技術(shù)中，細(xì)胞可以被引入至抗體以結(jié)合細(xì)胞膜上存在的各種抗原。這種抗原的檢測(cè)對(duì)于分類細(xì)胞可能是重要的。該裝置可以能夠?qū)γ總€(gè)細(xì)胞單獨(dú)地執(zhí)行這樣的實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在大細(xì)胞群中詳細(xì)分析抗原。例如，單細(xì)胞免疫細(xì)胞化學(xué)的過(guò)程可以通過(guò)在細(xì)胞籠陣列中捕獲細(xì)胞進(jìn)行。細(xì)胞籠陣列可以被轉(zhuǎn)移至包含抗體的溶液中并在其中培育以結(jié)合細(xì)胞抗原之一。細(xì)胞籠陣列可以被轉(zhuǎn)移至洗滌液中并在其中培育，以移除非特異性結(jié)合的抗體?？梢赃M(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)，例如利用二級(jí)標(biāo)記抗體，以檢測(cè)一級(jí)抗體的存在。

任選地，可以通過(guò)利用對(duì)于細(xì)胞維持必需的成分預(yù)先調(diào)節(jié)細(xì)胞籠溶液培養(yǎng)細(xì)胞持續(xù)長(zhǎng)時(shí)段。任選地，細(xì)胞也增殖。

任選地，細(xì)胞分析監(jiān)測(cè)細(xì)胞對(duì)各種刺激的應(yīng)答同時(shí)保持細(xì)胞存活。例如，免疫系統(tǒng)的T細(xì)胞通過(guò)引入針對(duì)它們的CD28受體的抗體活化。在活化之后，這些細(xì)胞可以分泌細(xì)胞因子比如IL-2和INFγ。刺激細(xì)胞和檢查它們個(gè)體應(yīng)答的能力對(duì)于研究目的比如識(shí)別新的細(xì)胞亞群，以及對(duì)于臨床研究比如調(diào)查細(xì)胞對(duì)藥物的應(yīng)答可以是重要的。

任選地，刺激比如pH和鹽改變可以通過(guò)執(zhí)行離子和pH注入器(injector)進(jìn)行。任選地，較大的帶電分子，比如血清素，也可以通過(guò)執(zhí)行離子和pH注入器引入。

任選地，仍更大的分子，比如細(xì)胞因子，或中性分子，比如葡萄糖，可以通過(guò)將細(xì)胞籠陣列從一種溶液轉(zhuǎn)移至另一種而引入。例如，單細(xì)胞可以通過(guò)將它們引入預(yù)先調(diào)節(jié)的溶液利用不同成分處理?，F(xiàn)在參照?qǐng)D14，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于將細(xì)胞籠陣列轉(zhuǎn)移至新溶液的裝置的橫截面示意性圖示。在細(xì)胞籠陣列含有足夠細(xì)胞之后，弱抽吸1401可以進(jìn)行，然后用傳導(dǎo)性凝膠閉合細(xì)胞籠陣列?？梢圆僮鞅靡栽谠撨^(guò)程期間產(chǎn)生弱抽吸從而阻止細(xì)胞802從陣列203的籠逃逸。當(dāng)弱抽吸1401可以是活躍的時(shí)，細(xì)胞籠陣列203可以從液體介質(zhì)溶液202轉(zhuǎn)移1402至不同的液體介質(zhì)1403。為了分析響應(yīng)于刺激的細(xì)胞分泌，細(xì)胞籠陣列可以被按壓抵靠吸附分泌材料的一些吸附層。吸附材料的檢測(cè)可以如上所述執(zhí)行?？梢酝ㄟ^(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞溶解作用和檢查所得到的溶胞產(chǎn)物成分來(lái)檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)應(yīng)答。

任選地，顛倒裝置的方位，使得細(xì)胞籠陣列位于裝置的底部上，泵連接至底部中的內(nèi)部通道，并且傳導(dǎo)性凝膠連接至臂。例如，顛倒方位的裝置允許使用重力以進(jìn)一步將細(xì)胞吸入細(xì)胞籠。

任選地，移動(dòng)細(xì)胞籠陣列鄰接傳導(dǎo)性凝膠層的機(jī)械元件是來(lái)自下列的列舉的任何一種：螺旋裝置、杠桿、線性致動(dòng)器、蝸桿傳動(dòng)、步進(jìn)馬達(dá)等。例如，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋裝置使得籠陣列固定器在傳導(dǎo)性凝膠層的方向上移動(dòng)，直到細(xì)胞籠陣列的大開(kāi)口被凝膠層阻擋。

任選地，機(jī)械元件是機(jī)動(dòng)化的。

任選地，機(jī)動(dòng)化的機(jī)械元件由電控制器和/或計(jì)算機(jī)控制。

任選地，裝置進(jìn)一步包括手動(dòng)地和/或自動(dòng)地制備傳導(dǎo)性凝膠層的凝膠層施加設(shè)備。例如，凝膠層設(shè)備包括凝膠庫(kù)和龍頭，并且當(dāng)需要凝膠層時(shí)，打開(kāi)龍頭以允許需要量的凝膠進(jìn)入細(xì)胞庫(kù)并使傳導(dǎo)性凝膠層變硬。

任選地，該細(xì)胞籠陣列由用圓錐形孔穿孔的薄的聚甲基丙烯酸甲酯膜組成?，F(xiàn)在參考圖3，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于捕集單個(gè)細(xì)胞的具有圓錐形孔的細(xì)胞籠陣列的示意性圖示。孔301的開(kāi)口尺寸可以類似于兩層細(xì)胞籠陣列的開(kāi)口尺寸。在陣列鄰近于細(xì)胞庫(kù)201的一側(cè)，開(kāi)口尺寸303可以稍微大于細(xì)胞大小。例如，細(xì)胞庫(kù)側(cè)上的開(kāi)口尺寸可以為大約10微米。在陣列鄰近于封閉庫(kù)202的一側(cè)，開(kāi)口尺寸304可以小于細(xì)胞大小。例如，封閉庫(kù)側(cè)上的開(kāi)口尺寸可以為大約2.5微米。任選地，可以生產(chǎn)許多籠大小以適合不同的細(xì)胞類型。

分析細(xì)胞溶胞產(chǎn)物，當(dāng)溶解可以被誘導(dǎo)時(shí)，或者細(xì)胞分泌蛋白可以通過(guò)將溶胞產(chǎn)物和/或蛋白質(zhì)固定至一些吸附層進(jìn)行。任選地，將細(xì)胞溶胞產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至吸附層通過(guò)使用電場(chǎng)引導(dǎo)帶電成分實(shí)現(xiàn)。任選地，將細(xì)胞溶胞產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至吸附層通過(guò)緊靠細(xì)胞籠放置層并培育以允許吸附實(shí)現(xiàn)。

任選地，吸附層具有高的吸附生物分子的能力。例如，硝化纖維、聚偏氟乙烯(PVDF)和低熒光PVDF層。該層吸附溶胞產(chǎn)物生物分子，其可以使用常規(guī)方法比如免疫化學(xué)檢測(cè)隨后檢測(cè)到。

任選地，吸入泵吸引液體通過(guò)細(xì)胞籠陣列用于細(xì)胞分離。任選地，吸入泵由簡(jiǎn)單的1毫升注射器——其活塞利用千分尺精確地控制——組成。任選地，泵由電液泵組成并且使用計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制器檢測(cè)。任選地，吸入泵由計(jì)算機(jī)化自動(dòng)注射器組成。任選地，吸入泵是來(lái)自下列的列舉的任何一種：電動(dòng)泵、微型泵、具有附連卡尺的手動(dòng)注射器、自動(dòng)可編程注射器、計(jì)算機(jī)化注射器、注射驅(qū)動(dòng)器、注射泵、可編程注射泵、介質(zhì)分配器、感應(yīng)泵、壓力注入細(xì)胞分配器、蠕動(dòng)泵、輸液泵等。

任選地，吸入泵由控制器和/或計(jì)算機(jī)化控制器操作。例如，吸入泵由包括處理單元和流量傳感器的計(jì)算機(jī)控制。計(jì)算機(jī)化控制器可以具有使用流量傳感器來(lái)控制恒定流速的反饋回路。當(dāng)控制器不得不增加吸入泵張力(effort)高于指示足夠的細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)入細(xì)胞籠的閾值時(shí)，控制器改變至較低的泵速以保持細(xì)胞在籠中。該較低的泵速繼續(xù)直到傳導(dǎo)性凝膠層被移動(dòng)在大開(kāi)口的一側(cè)上鄰接細(xì)胞籠陣列，使得形成連續(xù)的屏障以捕集每個(gè)細(xì)胞籠中的每個(gè)細(xì)胞。

任選地，吸入泵液體排出由細(xì)胞庫(kù)接收，使得當(dāng)懸浮細(xì)胞的數(shù)目低時(shí)液體介質(zhì)不被耗盡。

任選地，第二離子庫(kù)和第二工作電極插件平行于工作電極插件放置，使得離子插入通過(guò)在兩個(gè)工作電極插件之間擴(kuò)散進(jìn)行。

任選地，第二離子庫(kù)用于使得更多的離子通量通過(guò)細(xì)胞籠陣列至反電極插件。

任選地，第二離子庫(kù)用于注入在第一離子庫(kù)中不存在的另外的化學(xué)物質(zhì)和/或材料。

任選地，細(xì)胞通過(guò)成像窗是熒光地和/或光學(xué)地可視的。

任選地，成像窗包括并入的成像設(shè)備。例如，成像窗包含顯微成像照相機(jī)。

任選地，并入的成像設(shè)備是計(jì)算機(jī)化的成像設(shè)備。

任選地，并入的成像設(shè)備可用于監(jiān)測(cè)占據(jù)細(xì)胞籠的細(xì)胞的數(shù)目。

任選地，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)注入器在運(yùn)轉(zhuǎn)中時(shí)，傳導(dǎo)性凝膠起電流載體的功能。任選地，傳導(dǎo)性凝膠起透明細(xì)胞籠蓋——通過(guò)其細(xì)胞被可視化——的作用。任選地，傳導(dǎo)性凝膠由溶于水性溶液的瓊脂糖、丙烯酰胺、雙丙烯酰胺混合物等組成。

任選地，半透膜是來(lái)自下列的列舉的任何一種：陽(yáng)離子交換膜(CEM)、荷電鑲嵌膜(CMM)、雙極性膜(BPM)、陰離子交換膜(AEM)、堿性陰離子交換膜(AAEM)和質(zhì)子交換膜(PEM)。

任選地，O型環(huán)密封件包括集成的半透膜，使得半透膜不被膠粘至工作插件。任選地，O型環(huán)密封件是墊圈。任選地，半透膜是O型環(huán)密封中的插件，使得重復(fù)使用O型環(huán)密封件，但是對(duì)于裝置的每次操作插入新的膜。

任選地，離子注入器通過(guò)將質(zhì)子或氫氧根離子注入細(xì)胞籠控制細(xì)胞環(huán)境中的pH水平。這些離子可以通過(guò)施加適當(dāng)?shù)碾娏魍ㄟ^(guò)雙極性膜(BPM)而生成。

任選地，離子注入器控制細(xì)胞環(huán)境中的鹽剖面。該剖面可以通過(guò)將鹽離子——比如Na+，Cl-，HPO4-2——注入和提取入細(xì)胞籠而生成。例如，離子通過(guò)施加適當(dāng)?shù)碾娏魍ㄟ^(guò)陽(yáng)離子交換膜(CEM)和陰離子交換膜(AEM)而被注入。任選地，較大的帶電分子，比如SDS和小蛋白，也可以使用離子注入器注入或移除。

任選地，裝置是計(jì)算機(jī)化裝置，其進(jìn)一步包括以下的任何一種：計(jì)算機(jī)化控制器、處理單元、機(jī)械元件控制器的界面、吸入泵控制器的界面和用戶界面。例如，計(jì)算機(jī)化裝置接收命令以開(kāi)始捕獲階段，操作吸入泵以將懸浮細(xì)胞吸入細(xì)胞籠陣列。當(dāng)流速被檢測(cè)到低于指示足夠的細(xì)胞被吸入細(xì)胞籠的閾值時(shí)，降低泵速以維持細(xì)胞在它們各自籠中的位置。計(jì)算機(jī)化控制器指示操作者應(yīng)當(dāng)操作機(jī)械元件以在細(xì)胞籠中捕集和分離細(xì)胞。

任選地，計(jì)算機(jī)化控制器和/或處理單元發(fā)送命令至機(jī)動(dòng)化機(jī)械元件的控制器以將細(xì)胞籠陣列鄰接傳導(dǎo)性凝膠層并捕集細(xì)胞籠陣列中的分離細(xì)胞。

任選地，用戶界面是指示器面板和按鈕。任選地，用戶界面是計(jì)算機(jī)屏幕、鍵盤(pán)和計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)。任選地，用戶界面是計(jì)算機(jī)化觸摸屏。

任選地，處理單元是配置以操作裝置的嵌入式微控制器。

現(xiàn)在參照?qǐng)D15，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的用于在籠中捕集單個(gè)細(xì)胞并對(duì)每個(gè)單個(gè)細(xì)胞執(zhí)行細(xì)胞計(jì)量分析的計(jì)算機(jī)化裝置的示意性圖示。計(jì)算機(jī)化裝置1501可以包括一個(gè)或多個(gè)處理單元1507、一個(gè)或多個(gè)用戶界面1508和一個(gè)或多個(gè)控制器界面1506?；谕ㄟ^(guò)用戶界面1508從用戶接收的命令，處理單元1507可以使用控制器界面1506控制其它組件。控制器界面1506可以從電流源控制器1505、吸入泵控制器1504和線性致動(dòng)器控制器1502發(fā)送命令并接收狀態(tài)。例如，當(dāng)吸入泵控制器1504接收命令開(kāi)始從封閉庫(kù)202抽吸液體介質(zhì)時(shí)，激活吸入泵406。粗線箭頭可以顯示液體介質(zhì)轉(zhuǎn)移的路徑：從細(xì)胞庫(kù)201，通過(guò)細(xì)胞籠陣列203，進(jìn)入封閉庫(kù)202并從那里至吸入泵406。當(dāng)足夠的細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)入細(xì)胞籠時(shí)，處理單元1507可以發(fā)送命令至線性致動(dòng)器控制器1503以激活線性致動(dòng)器1502，并且細(xì)胞籠陣列可以被按壓抵靠傳導(dǎo)性凝膠層801以捕集分離的細(xì)胞。

為了將離子注入細(xì)胞籠，處理單元1507可以發(fā)送命令至電流源控制器1505并且電流源1004可以被激活。電流源1004可以生成電流，其從工作電極插件405，通過(guò)封閉庫(kù)202，細(xì)胞籠陣列203，傳導(dǎo)性凝膠層801，至反電極插件404并返回電流源1004以閉合電流回路。電流回路可以由彎曲的箭頭示出。通過(guò)工作電極插件405的電流可以流過(guò)離子流體707和半透膜501以釋放離子進(jìn)入封閉庫(kù)。例如，通過(guò)工作電極插件405的電流流過(guò)離子流體707和半透膜501以釋放陰離子進(jìn)入封閉庫(kù)202并且從那里至細(xì)胞籠陣列203中的細(xì)胞。例如，通過(guò)反電極插件404的電流流過(guò)離子流體707和半透膜501以釋放陽(yáng)離子進(jìn)入封閉的傳導(dǎo)性凝膠層801并且從那里至細(xì)胞籠陣列203中的細(xì)胞。

任選地，當(dāng)細(xì)胞在籠內(nèi)被捕獲和分離時(shí)，條件設(shè)定為增強(qiáng)它們的培養(yǎng)和增殖。增殖可以產(chǎn)生包含攜帶相似基因組和外遺傳基因信息的多個(gè)相同子細(xì)胞的亞克隆。當(dāng)期望在相同細(xì)胞上進(jìn)行多個(gè)試驗(yàn)時(shí)，培養(yǎng)和增殖單細(xì)胞是重要的。例如，與轉(zhuǎn)錄組學(xué)一同進(jìn)行的基因組分析可以使得對(duì)細(xì)胞的同一性和狀態(tài)更深的理解。但是，對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行的這樣的試驗(yàn)可能需要分選細(xì)胞內(nèi)含物的具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在其它情況下，對(duì)活細(xì)胞執(zhí)行多個(gè)試驗(yàn)可能是必要的，例如，監(jiān)測(cè)它們對(duì)不同類型的藥物的應(yīng)答。在本文描述的實(shí)例中，單細(xì)胞培養(yǎng)通過(guò)產(chǎn)生相同的同一性細(xì)胞的多個(gè)拷貝——其中每個(gè)被不同地處理——來(lái)促進(jìn)這些過(guò)程。

例如，當(dāng)產(chǎn)生相同細(xì)胞的多個(gè)拷貝可能必需時(shí)，誘導(dǎo)單細(xì)胞增殖、分開(kāi)出現(xiàn)的亞克隆中的單個(gè)細(xì)胞并且引導(dǎo)每個(gè)細(xì)胞至不同的籠進(jìn)行測(cè)試?，F(xiàn)在參照?qǐng)D17A和圖17B，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的分別在細(xì)胞籠陣列中細(xì)胞增殖的第一部分和第二部分的階段期間細(xì)胞庫(kù)的橫截面圖的示意性圖示。通過(guò)將熒光標(biāo)記加入溶液利用熒光標(biāo)記1703和1704標(biāo)記1701溶液中的細(xì)胞1702，并且在吸收時(shí)間之后，洗掉過(guò)量的熒光標(biāo)記。細(xì)胞在捕獲膜中被捕獲1721，所述捕獲膜比如細(xì)胞籠陣列1705，其包含大小適于包含多個(gè)細(xì)胞的圓錐形細(xì)胞籠。捕獲可以通過(guò)從細(xì)胞籠陣列1705的小孔隙側(cè)抽吸庫(kù)液體進(jìn)行，使得流體從大孔隙側(cè)流入細(xì)胞籠，將細(xì)胞吸入細(xì)胞籠。每個(gè)圓錐形的細(xì)胞籠可以具有100微米高、70微米大半徑和2微米小半徑的尺寸，這給出大約130皮升的總體積。假定1皮升為典型的細(xì)胞體積，這意味著在該實(shí)例實(shí)施方式中超過(guò)100個(gè)細(xì)胞可以填充于單細(xì)胞籠。一旦根據(jù)抽吸動(dòng)作的流速，檢測(cè)細(xì)胞籠陣列1705為在每個(gè)細(xì)胞籠中具有細(xì)胞，游離細(xì)胞通過(guò)沖刷動(dòng)作移除1731。細(xì)胞可以使用熒光顯微鏡1706檢查1741，并且它們的分離可以通過(guò)利用包含稍微小于細(xì)胞的洞的透明膜1707密封1751細(xì)胞籠陣列1705的大孔隙完成。細(xì)胞不能通過(guò)這些洞離開(kāi)，除非經(jīng)歷抽吸，比如小于細(xì)胞大小至少1微米的洞。通過(guò)透明膜，在增殖1761期間可以監(jiān)測(cè)細(xì)胞，直到每個(gè)籠包含期望數(shù)目的細(xì)胞1708。必需的介質(zhì)試劑可以被引入庫(kù)，并且試劑可以通過(guò)小和大孔隙滲透細(xì)胞籠，比如從細(xì)胞籠陣列1705的兩側(cè)。當(dāng)每個(gè)細(xì)胞的亞克隆足夠大時(shí)1708，細(xì)胞籠陣列可以1705通過(guò)在透明膜1707的另一側(cè)上引入新的捕獲膜1705B和任選地朝向新的細(xì)胞籠陣列1705B抽吸液體而被復(fù)制1771?？蛇x地，細(xì)胞可以通過(guò)擴(kuò)散遷移至新的細(xì)胞籠陣列。例如，當(dāng)新的細(xì)胞籠陣列1705B利用明膠或聚賴氨酸涂覆時(shí)，至少一些細(xì)胞預(yù)期離開(kāi)先前的細(xì)胞籠陣列1705并且粘附至新的細(xì)胞籠陣列1705B。

任選地，預(yù)裝載在入新的細(xì)胞籠陣列1705B中的其它細(xì)胞的存在吸引細(xì)胞籠陣列1705中的細(xì)胞遷移至新的籠。例如，基質(zhì)細(xì)胞吸引干細(xì)胞朝向新的籠陣列1705B移動(dòng)。這導(dǎo)致細(xì)胞從原細(xì)胞籠陣列1705遷移至新的細(xì)胞籠陣列1705B，使得來(lái)自每個(gè)細(xì)胞籠中的一些細(xì)胞1709A保留在原細(xì)胞籠陣列1705中并且一些細(xì)胞1709B遷移至新的相應(yīng)的細(xì)胞籠——新的細(xì)胞籠陣列1705B。當(dāng)使用抽吸時(shí)，遷移可以自限制的，因?yàn)橐坏┮粋€(gè)或多個(gè)細(xì)胞1709B進(jìn)入每個(gè)新的細(xì)胞籠，它們阻擋小半徑孔隙并阻止液體流過(guò)籠，從而阻止另外的細(xì)胞遷移至那個(gè)新的細(xì)胞籠。最后，新的細(xì)胞籠陣列1705B可以利用第二透明膜1707B密封1781，從而產(chǎn)生原陣列的復(fù)制品。該過(guò)程可以重復(fù)以產(chǎn)生需要數(shù)量的細(xì)胞籠陣列復(fù)制品。測(cè)試可以在這些細(xì)胞籠陣列1705B上進(jìn)行，比如藥物篩選基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等。任選地或可選地，復(fù)制品可以被培養(yǎng)用于進(jìn)一步增殖。

任選地，細(xì)胞陣列利用透明膜密封。例如，透明膜密封細(xì)胞籠陣列中的細(xì)胞以阻止細(xì)胞從細(xì)胞籠逃逸。任選地，細(xì)胞籠陣列是敞開(kāi)的，例如沒(méi)有密封透明膜。

在許多情況下，單細(xì)胞培養(yǎng)是有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)榧?xì)胞與細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)于細(xì)胞生存和功能是重要的。例如，骨髓內(nèi)的干細(xì)胞在包含基質(zhì)細(xì)胞的龕中發(fā)育。本發(fā)明的實(shí)施方式能夠通過(guò)細(xì)胞籠陣列1705和1705B的孔隙實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與細(xì)胞化學(xué)物質(zhì)交換的益處。這些洞的直徑為1到4微米之間，從而允許對(duì)于細(xì)胞籠內(nèi)的細(xì)胞生存和功能需要的細(xì)胞因子、激素、細(xì)胞間因子等的擴(kuò)散。例如，密封的細(xì)胞籠陣列1705B可以被放置在包含位于細(xì)胞籠陣列1705B外的大細(xì)胞群的庫(kù)中，其與分離細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞籠的孔隙交換化學(xué)物質(zhì)。

任選地，支持細(xì)胞占據(jù)細(xì)胞籠，然后引入細(xì)胞用于增殖。例如，通過(guò)擴(kuò)散并粘附至涂覆的細(xì)胞籠被轉(zhuǎn)移至陣列的細(xì)胞籠，然后待增殖的細(xì)胞通過(guò)抽吸作用引入至細(xì)胞籠。

任選地，每個(gè)細(xì)胞籠具有兩個(gè)或更多個(gè)小孔隙，使得多于一個(gè)細(xì)胞在每個(gè)細(xì)胞籠內(nèi)被捕獲以研究小組細(xì)胞的發(fā)育。任選地，小組細(xì)胞是相同的細(xì)胞。任選地，小組細(xì)胞是不同的細(xì)胞。例如，圖1C的膜可以被修改為每個(gè)具有1和4微米之間直徑的兩個(gè)或更多個(gè)洞，在該組中要求每個(gè)細(xì)胞一個(gè)洞。在該實(shí)例中，抽吸液體通過(guò)膜可導(dǎo)致在單細(xì)胞籠內(nèi)捕獲許多細(xì)胞。

任選地，測(cè)試了許多相同對(duì)的細(xì)胞。例如，放置細(xì)胞A，陣列A的每個(gè)細(xì)胞籠中一個(gè)，并且放置細(xì)胞B，陣列B的每個(gè)細(xì)胞籠中一個(gè)。陣列A可以被放置抵靠陣列B并且可以抽吸細(xì)胞A，各一個(gè)進(jìn)入陣列B的細(xì)胞籠，導(dǎo)致陣列B的每個(gè)細(xì)胞籠中一個(gè)細(xì)胞A和一個(gè)細(xì)胞B。

附圖中的流程圖和方框圖圖解了根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方式的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的可能的實(shí)施的架構(gòu)、功能和操作。就此而言，流程圖或方框圖中的每個(gè)方框可以代表代碼的模塊、節(jié)段或部分，其包括用于執(zhí)行指定的邏輯功能(一種或多種)的一個(gè)或多個(gè)指令。還應(yīng)當(dāng)注意，在一些可選的實(shí)施中，方框中注釋的功能可以不按照附圖中注釋的順序進(jìn)行。例如，連續(xù)顯示的兩個(gè)方框可以事實(shí)上基本同時(shí)執(zhí)行，或者方框可以有時(shí)以相反的順序執(zhí)行，這取決于所涉及的功能。還將注意，方框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框和方框圖和/或流程圖中的方框的組合可以通過(guò)基于專用硬件的系統(tǒng)實(shí)施，該系統(tǒng)執(zhí)行指定的功能或行為或?qū)Ｓ糜布陀?jì)算機(jī)指令的組合。

出于說(shuō)明的目的，已經(jīng)提出了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式的描述，但是不意欲是窮盡的或者限于所公開(kāi)的實(shí)施方式。許多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，而不背離所描述實(shí)施方式的范圍和精神。本文中使用的術(shù)語(yǔ)被選擇以最好地解釋實(shí)施方式的原理、實(shí)際應(yīng)用或者相對(duì)于市場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)的技術(shù)的技術(shù)進(jìn)步，或者能夠使本領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員理解本文公開(kāi)的實(shí)施方式。

可以預(yù)計(jì)，在從本申請(qǐng)發(fā)展到專利的過(guò)程期間，許多相關(guān)的細(xì)胞計(jì)量方法將發(fā)展，并且術(shù)語(yǔ)細(xì)胞計(jì)量分析的范圍意欲先驗(yàn)地包括所有這樣的新技術(shù)。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“大約”指的是±10％。

術(shù)語(yǔ)“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包含(include)”、“包含(including)”、“具有(having)”和它們的同源詞意思是“包括但不限于”。該術(shù)語(yǔ)涵蓋術(shù)語(yǔ)“由……組成”和“基本上由……組成”。

短語(yǔ)“基本上由……組成”意思是組合物或方法可以包括另外的成分和/或步驟，但是僅僅當(dāng)另外的成分和/或步驟不實(shí)質(zhì)地改變所要求保護(hù)的組合物或方法的基本和新穎特征時(shí)。

如本文所使用，單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”和“該(the)”包括復(fù)數(shù)指代物，除非上下文另外清楚地指示。例如，術(shù)語(yǔ)“一種化合物”或“至少一種化合物”可以包括許多種化合物，包括其混合物。

詞語(yǔ)“示例性”在本文中用來(lái)指“充當(dāng)實(shí)施例、例子或說(shuō)明”。描述為“示例性”的任何實(shí)施方式不必須被解釋為相對(duì)于其他實(shí)施方式優(yōu)選的或有優(yōu)勢(shì)的和/或排除來(lái)自其他實(shí)施方式的特征的并入。

詞語(yǔ)“任選地”在本文中用來(lái)指“在一些實(shí)施方式中提供并且在其他實(shí)施方式中不提供”。本發(fā)明的任何具體的實(shí)施方式可以包括許多“任選的”特征，除非這些特征沖突。

遍及本申請(qǐng)，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式可以以范圍形式呈現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，以范圍形式的描述僅僅出于方便和簡(jiǎn)潔，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的范圍的死板限制。因此，范圍的描述應(yīng)當(dāng)被視為已經(jīng)具體地公開(kāi)了所有可能的子范圍以及在那個(gè)范圍內(nèi)的單個(gè)數(shù)值。例如范圍比如1到6的描述應(yīng)當(dāng)被視為已經(jīng)具體地公開(kāi)了如下子范圍：例如從1到3、從1到4、從1到5、從2到4、從2到6、從3到6等，以及那個(gè)范圍內(nèi)的單個(gè)數(shù)字，比如，1、2、3、4、5和6。不管范圍的寬度如何，這都適用。

當(dāng)在本文中指出數(shù)值范圍時(shí)，其意思是包含在那個(gè)指定的范圍內(nèi)的任何引用的數(shù)值(分?jǐn)?shù)或整數(shù))。短語(yǔ)“范圍在第一指示數(shù)字和第二指示數(shù)字之間”和“范圍從第一指示數(shù)字到第二指示數(shù)字”在本文中可互換地使用并且意思是包含第一和第二指示的數(shù)字和在其間的所有分和整數(shù)數(shù)值。

應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚在單獨(dú)的實(shí)施方式的背景下描述的本發(fā)明的某些特征也可以在單一實(shí)施方式的組合中提供。相反地，出于簡(jiǎn)潔在單一實(shí)施方式的背景下描述的本發(fā)明的多個(gè)特征也可以單獨(dú)地或以任何適合的子組合提供或者如在本發(fā)明的任何其他描述的實(shí)施方式中適合的提供。在各個(gè)實(shí)施方式的背景下描述的某些特征不被視為那些實(shí)施方式的必要特征，除非實(shí)施方式在不包含這些要素的情況下不能實(shí)施。

雖然本發(fā)明已經(jīng)連同其具體的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是顯而易見(jiàn)的是，許多可選方案、修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。因此，其意欲包含落入所附權(quán)利要求的精神和寬范圍內(nèi)的所有這樣的可選方案、修改和變化。

在本說(shuō)明書(shū)中提及的所有的出版物、專利和專利申請(qǐng)?jiān)诒疚闹幸云淙客ㄟ^(guò)引用并入到說(shuō)明書(shū)中，其程度如同每個(gè)單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾?qǐng)被具體地和單獨(dú)地提到通過(guò)引用并入本文。此外，在本申請(qǐng)中任何參考文獻(xiàn)的引用或鑒定不應(yīng)當(dāng)被解釋為承認(rèn)這樣的參考文獻(xiàn)可以作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。就使用的段落標(biāo)題而言，它們不應(yīng)當(dāng)被解釋為必要地限制。