在聲細(xì)胞計(jì)中的顆粒分析的制作方法
【專利說明】在聲細(xì)胞計(jì)中的顆粒分析 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年12月19日，申請(qǐng)?zhí)枮?00880127473. 0 (國際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2008/087579)，發(fā)明名稱為"在聲細(xì)胞計(jì)中的顆粒分析"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0001] 本申請(qǐng)要求2007年12月19日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)61/008, 422、2008 年9月11日提交的美國專利申請(qǐng)序號(hào)12/283, 461和2008年9月11日提交的美國專利申 請(qǐng)序號(hào)12/283,491的權(quán)益，這些專利申請(qǐng)中各自的全部內(nèi)容均通過引用結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 以下發(fā)明一般涉及顆粒分析領(lǐng)域。本發(fā)明也一般涉及細(xì)胞計(jì)和聲學(xué)。 背景
[0003] 早在流式細(xì)胞術(shù)的發(fā)展中就認(rèn)識(shí)到，顆粒的光散射強(qiáng)度的角度相關(guān)性包含與顆粒 的內(nèi)在性質(zhì)和外在性質(zhì)有關(guān)的大量信息。例如，Mullaney等實(shí)驗(yàn)證明了約0. 5度-約2度 的前向光散射用于細(xì)胞尺寸估計(jì)的用途。在同一時(shí)期，也認(rèn)識(shí)到，對(duì)于不具有平行于流動(dòng)方 向的軸對(duì)稱性的顆粒，相對(duì)于入射光束的細(xì)胞定向可以引入影響群體分辨率和儀器靈敏度 的人為結(jié)果。Loken等顯示，固定的雞紅細(xì)胞形式的非球形顆粒產(chǎn)生與圓盤細(xì)胞結(jié)構(gòu)的邊上 (rim-on)或面上（face-on)光照有關(guān)的雙峰散射分布。也證明了由于出現(xiàn)于精細(xì)胞復(fù)雜幾 何形狀中的不對(duì)稱性導(dǎo)致的顆粒定向依賴性散射效應(yīng)。一些研宄者已經(jīng)提出通過使樣品噴 嘴成型來定向顆粒的被動(dòng)解決方案，以將不對(duì)稱性引入流體動(dòng)力學(xué)鞘系統(tǒng)的速度流場(chǎng)。已 經(jīng)顯示，在流式細(xì)胞計(jì)數(shù)分揀中的有效X和Y精子區(qū)分中，最關(guān)鍵的方面是在光學(xué)散射平面 中精子的定向。最近，新的噴嘴幾何學(xué)已經(jīng)證明，在分析速率接近2000顆粒/s時(shí)，在光學(xué)散 射平面中高達(dá)60%的精子頭部的合適定向戲劇性地影響分揀效率。其它研宄者已經(jīng)使用掃 描流式細(xì)胞計(jì)（SFC)，通過在大的散射角排列上收集數(shù)據(jù)，以較低的顆粒分析速率（約400 顆粒/s)為代價(jià)，解決了顆粒的不對(duì)稱性。系統(tǒng)已經(jīng)顯示了跨越70度的連續(xù)角散射數(shù)據(jù)， 但該數(shù)據(jù)是相對(duì)于任意顆粒定向而取得的，這對(duì)于不對(duì)稱顆粒而言導(dǎo)致收集的角度譜產(chǎn)生 大的變化。
[0004] Doblhoff等進(jìn)行了使用聲力（acousticforce)分離生物細(xì)胞的最早大規(guī)模論證 之一。在該系統(tǒng)中，將聲輻射壓力用于活的雜交瘤細(xì)胞的選擇性保留，目的是從20升生物 反應(yīng)器中除去不能存活的細(xì)胞和較小的細(xì)胞碎片。該系統(tǒng)基于多平面轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，并證明 了高達(dá)99. 5%的活細(xì)胞保留率，并且細(xì)胞碎片排除（rejection)具有不同的結(jié)果。早期的 系統(tǒng)需要大功率的輸入，典型地超過15W，因此需要用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器的冷卻單元。新近，F(xiàn)eke 和合作者開發(fā)了依賴聲輻射壓力和次級(jí)聲力的新的顆粒分離策略。在聲駐波中，將高多孔 性聚酯網(wǎng)狀物（孔徑比粒度大兩個(gè)數(shù)量級(jí)）用作收集基質(zhì)，其中將波節(jié)點(diǎn)位置的顆粒捕獲 于網(wǎng)孔內(nèi)，且次級(jí)聲力形成顆粒聚集物，并在網(wǎng)孔表面形成引力。在雜交瘤細(xì)胞保留的類似 證明中，達(dá)到約95%的保留效率，且對(duì)細(xì)胞存活力的影響可忽略不計(jì)。該系統(tǒng)用僅數(shù)百毫瓦 特（mWatts)的輸入功率達(dá)到約1. 5X108細(xì)胞/mL的高細(xì)胞密度。 概述
[0005] 本發(fā)明的實(shí)施方案包括按聲處理（acousticallymanipulate)顆粒并停止顆粒流 動(dòng)的設(shè)備（apparatus)。該設(shè)備優(yōu)選包含毛細(xì)管，該毛細(xì)管用于使其中含顆粒的流體流動(dòng)； 按聲處理顆粒的產(chǎn)生聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，和停止流動(dòng)的裝置（device)。該停止流動(dòng)的裝置優(yōu) 選為泵或一個(gè)或多個(gè)閥。該實(shí)施方案可包含顆粒分揀器、顆粒分級(jí)分離器（fractionator) 和/或流式細(xì)胞計(jì)。該實(shí)施方案可還包含分析顆粒的分析器和/或成像器。
[0006] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括用于按聲處理一種或多種顆粒的方法。該實(shí)施方案優(yōu) 選包括使其中含顆粒的流體流動(dòng)、將聲輻射壓力施加至流體并按聲處理一種或多種顆粒、 使流體停止和檢查至少一種顆粒。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，檢查至少一種顆?？梢园?分析至少一種顆粒，和/或分揀至少一種顆粒。也可以使顆粒流動(dòng)通過流式細(xì)胞計(jì)。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括按聲處理顆粒并反轉(zhuǎn)顆粒流動(dòng)的設(shè)備。該設(shè)備優(yōu)選 包括用于使其中含顆粒的流體流動(dòng)的毛細(xì)管、按聲處理顆粒的產(chǎn)生聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器和逆流 裝置。該逆流裝置優(yōu)選包含泵和/或一個(gè)或多個(gè)閥。該實(shí)施方案的設(shè)備可還包含用于分析 顆粒的分析器和/或成像器。該實(shí)施方案的設(shè)備可以任選包含分揀器、分級(jí)分離器和/或 流式細(xì)胞計(jì)。
[0008] 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括用于按聲處理一種或多種顆粒的方法。該實(shí)施方案 包括使其中含顆粒的流體流動(dòng)、將聲輻射壓力施加至流體并按聲處理一種或多種顆粒、反 轉(zhuǎn)流動(dòng)方向和檢查至少一種在流動(dòng)中反轉(zhuǎn)的顆粒。在該實(shí)施方案中，檢查顆?？梢园ǚ?析至少一種顆粒，和/或分揀至少一種顆粒。該實(shí)施方案也可以包括使流體流動(dòng)通過流式 細(xì)胞計(jì)。
[0009] 本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案包括按聲排列并在流動(dòng)的流中定向顆粒的設(shè)備。該設(shè) 備優(yōu)選包含用于使其中含顆粒的流體流動(dòng)的毛細(xì)管；按聲處理、排列并定向顆粒的產(chǎn)生聲 信號(hào)的轉(zhuǎn)換器和顆粒分析器。該實(shí)施方案的設(shè)備優(yōu)選包含流式細(xì)胞計(jì)、顆粒分級(jí)分離器和/ 或顆粒分揀器，其中分揀器基于尺寸分揀顆粒。該設(shè)備可任選包括成像器。該實(shí)施方案的 產(chǎn)生聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器優(yōu)選在關(guān)于流動(dòng)軸的偏振方向（polardirection)上排列顆粒，或在 流動(dòng)方向上排列顆粒。該實(shí)施方案的顆?？梢詾榧t細(xì)胞、血小板或精子。
[0010] 本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案包括用于在顆粒分析器的流動(dòng)的流中按聲排列并定 向顆粒的方法，該方法包括使顆粒流動(dòng)通過流動(dòng)的流，使顆粒經(jīng)受聲輻射壓力，在顆粒分析 器的流動(dòng)的流中按聲排列顆粒，和在顆粒分析器的流動(dòng)的流中按聲定向顆粒。在該實(shí)施方 案中，顆粒分析器可為流式細(xì)胞計(jì)。該方法也可以包括其中顆粒不對(duì)稱的非軸對(duì)稱性場(chǎng)。 另外，該實(shí)施方案任選包括選擇顆粒的預(yù)定取向，其中該取向在光學(xué)散射平面內(nèi)。該實(shí)施方 案可以包括基于顆粒不對(duì)稱性在顆粒的不同類型之間進(jìn)行區(qū)分。該實(shí)施方案可還包括產(chǎn)生 可重復(fù)的顆粒簇定向或分揀顆粒。顆粒的分揀可以包括基于尺寸預(yù)分析在線分離顆粒。此 夕卜，該實(shí)施方案可以在關(guān)于流動(dòng)軸的偏振方向上排列顆粒，或在流動(dòng)方向上排列顆粒。還另 夕卜，該實(shí)施方案可以任選包括分級(jí)分離顆粒。在該實(shí)施方案中，顆粒可為紅細(xì)胞、血小板或 精子。
[0011] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括分析顆粒的設(shè)備。該實(shí)施方案的設(shè)備優(yōu)選包含用于 使其中含顆粒的流體流動(dòng)的毛細(xì)管；產(chǎn)生徑向聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，其在所述毛細(xì)管中按聲 定向非軸對(duì)稱性顆粒；將所述顆粒傳輸通過訊問點(diǎn)的傳輸裝置和顆粒分析器。在該實(shí)施 方案中，產(chǎn)生徑向聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器優(yōu)選使顆粒排列在毛細(xì)管中，并使顆粒在毛細(xì)管中濃縮 (concentrate)。產(chǎn)生徑向聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器也可以形成排列顆粒的聲場(chǎng)。該實(shí)施方案也可 以任選包括排列顆粒的流體動(dòng)力學(xué)鞘。該實(shí)施方案的設(shè)備可還包含成像器。
[0012] 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括用于在顆粒分析器中分析顆粒的方法。該方法優(yōu)選 包括使顆粒在流動(dòng)的流中流動(dòng)、將徑向聲輻射壓力施加至流動(dòng)的流、在流動(dòng)的流中按聲定 向非軸對(duì)稱性顆粒、將顆粒傳輸通過訊問點(diǎn)和分析顆粒。該實(shí)施方案也可以包括用聲場(chǎng)或 流體動(dòng)力學(xué)集中（focus)在流動(dòng)的流中排列顆粒。該方法也優(yōu)選包括在流動(dòng)的流中濃縮顆 粒。
[0013] 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案包括分析流體中顆粒的設(shè)備。該實(shí)施方案的設(shè)備優(yōu)選包 含用于使其中含顆粒的流體流動(dòng)的毛細(xì)管；產(chǎn)生聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器不管流速在所 述毛細(xì)管內(nèi)按聲維持顆粒集中；和用于分析顆粒的顆粒分析器。該設(shè)備可還包含停止流動(dòng) 的裝置和/或逆流裝置。該實(shí)施方案的設(shè)備也優(yōu)選包含成像器。
[0014] 本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案包括分析流動(dòng)的流中的一種或多種顆粒的方法。該實(shí) 施方案優(yōu)選包括用鑭系元素標(biāo)記顆粒、使顆粒在流動(dòng)的流中流動(dòng)；將聲輻射壓力施加至流 動(dòng)的流，以不管流速維持顆粒集中；和分析具有鑭系元素的顆粒。該實(shí)施方案也可以包括使 流動(dòng)的流停止和/或反轉(zhuǎn)。
[0015] 本發(fā)明的還另一個(gè)實(shí)施方案包含按尺寸分揀顆粒的設(shè)備。該設(shè)備優(yōu)選包含用于使 其中含顆粒的流體流動(dòng)的毛細(xì)管；和產(chǎn)生徑向聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器在所述毛細(xì)管中 按尺寸按聲分揀并分離顆粒。該實(shí)施方案可還包括流式細(xì)胞計(jì)和/或顆粒分析器和/或成 像器。該設(shè)備也優(yōu)選包含顆粒分揀器。
[0016] 本發(fā)明的還一個(gè)實(shí)施方案包括用于按尺寸分揀顆粒的方法。該方法優(yōu)選包括使顆 粒在流動(dòng)的流中流動(dòng)、將徑向聲輻射壓力施加至流動(dòng)的流和按尺寸按聲分揀并分離顆粒。 該方法也優(yōu)選包括將已分離的顆粒中的較大顆粒傳輸進(jìn)入流式細(xì)胞計(jì)，并分析較大的顆 粒。該實(shí)施方案的傳輸步驟優(yōu)選將較大的依賴性（dependent)顆粒傳輸至流動(dòng)的流的中心 軸。該實(shí)施方案也優(yōu)選包括在線分揀。 附圖簡述
[0017] 加入說明書并形成說明書一部分的附圖舉例說明了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方 案，并與文字描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。這些附圖僅用于舉例說明本發(fā)明一個(gè)或多 個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的目的，不應(yīng)視為限制本發(fā)明。 在附圖中：
[0018] 圖1為舉例說明線性驅(qū)動(dòng)毛細(xì)管的本發(fā)明實(shí)施方案，其中使顆粒按聲集中至毛細(xì) 管的中心軸；
[0019] 圖2A為按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在通過線源（linesource)驅(qū)動(dòng)的圓形毛細(xì) 管的橫截面中，聲力勢(shì)（acousticforcepotential)的密度圖；