用于生物微目標(biāo)的圍欄的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001 ] 在生物科學(xué)領(lǐng)域中，通常研宄和分析生物微目標(biāo)諸如細(xì)胞的活動(dòng)。例如，產(chǎn)生至少最少數(shù)量的克隆體或分泌所需物質(zhì)的細(xì)胞能夠用于藥品的生產(chǎn)中或疾病的研宄中。因此，可有利的是，確定以最小速度或超過(guò)最小速度產(chǎn)生克隆體或分泌特定物質(zhì)的細(xì)胞。本發(fā)明的實(shí)施例涉及改進(jìn)的微流體裝置以及將所選擇的生物微目標(biāo)放置到保持圍欄中、調(diào)節(jié)圍欄中的微目標(biāo)、監(jiān)測(cè)圍欄中的微目標(biāo)的生物活性，并且/或從圍欄中移動(dòng)其生物活性達(dá)到預(yù)定閾值的微目標(biāo)以用于進(jìn)一步使用或處理的過(guò)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]在某些實(shí)施例中，處理生物微目標(biāo)的方法可包括:將個(gè)別生物微目標(biāo)主動(dòng)放置到微流體裝置中的保持圍欄中的內(nèi)部空間中；以及在一時(shí)段內(nèi)向圍欄提供第一液體介質(zhì)的流。方法還可包括:在提供所述流的同時(shí)，阻止來(lái)自該流的第一介質(zhì)直接流入到保持圍欄的內(nèi)部空間中。
[0003]在某些實(shí)施例中，微流體裝置可包括殼體和保持圍欄。殼體可設(shè)置在基部上，并且該殼體可包括用于第一液體介質(zhì)的流動(dòng)路徑。保持圍欄可設(shè)置在殼體內(nèi)，并且每個(gè)圍欄可包括包圍內(nèi)部空間的圍界。該圍界可構(gòu)造成保持懸浮在第二液體介質(zhì)中的生物微目標(biāo)并防止第一介質(zhì)直接流入到內(nèi)部中間中的第二介質(zhì)中。
[0004]處理生物微目標(biāo)的方法可包括:通過(guò)將保持圍欄形式的光圖案照射到微流體裝置中并由此激活介電泳(DEP)電極，在微流體裝置中形成虛擬保持圍欄。方法還可包括:將個(gè)別生物微目標(biāo)放置到保持圍欄中，其中，保持圍欄中的每個(gè)保持圍欄將該保持圍欄中的各個(gè)微目標(biāo)中的任一個(gè)或多個(gè)與在該保持圍欄外側(cè)的全部微目標(biāo)隔離開。該方法還可包括:在一時(shí)段內(nèi)向保持圍欄中的微目標(biāo)提供液體介質(zhì)的公共流。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的微流體裝置的實(shí)例。
[0006]圖1B是圖1A的裝置的側(cè)剖視圖。
[0007]圖1C是圖1A的裝置的俯視剖視圖。
[0008]圖2示出了圖1A的裝置的剖視側(cè)視圖，示意了構(gòu)造有根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的光電鑷子(OET)裝置的裝置的實(shí)例。
[0009]圖3是構(gòu)造有根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的圖2的OET裝置和虛擬圍欄的圖1A的裝置的俯視局部剖視圖。
[0010]圖4是構(gòu)造有根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的圖2的OET裝置以及圍欄的圖1A的裝置的俯視局部剖視圖，所述圍欄是物理和/或虛擬的。
[0011]圖5A示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的限定流體通道和圍欄的設(shè)置在基部上的顯微流體結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
[0012]圖5B是圖5A的顯微流體結(jié)構(gòu)和基部的俯視剖視圖。
[0013]圖6A示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的限定流體通道和圍欄的設(shè)置在基部上的顯微流體結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
[0014]圖6B是圖6A的顯微流體結(jié)構(gòu)和基部的俯視剖視圖。
[0015]圖7示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的圖6B所示的圍欄的變型的實(shí)例。
[0016]圖8A、8B、9和10示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的圍欄的替代構(gòu)造的實(shí)例。
[0017]圖1lA和IlB示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的使用光阱選擇和移動(dòng)微目標(biāo)。
[0018]圖12A和12B示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的使用虛擬屏障選擇和移動(dòng)微目標(biāo)。
[0019]圖13A示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的限定流體通道和圍欄的設(shè)置在基部上的顯微流體結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
[0020]圖13B是圖13A的顯微流體結(jié)構(gòu)和基部的俯視剖視圖。
[0021]圖14和15示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖13B的圍欄陣列的替代構(gòu)造的實(shí)例。
[0022]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的包括將生物微目標(biāo)放置到微流體裝置中的圍欄中的過(guò)程的實(shí)例。
[0023]圖17示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的過(guò)程，其示出構(gòu)造有圖2的OET裝置的圖1A的裝置的運(yùn)行的實(shí)例。
[0024]圖18A-18C示意了根據(jù)圖17的步驟的處理細(xì)胞的實(shí)例。
[0025]圖19示意了根據(jù)圖17的步驟的隨著克隆體在圍欄中繁殖而擴(kuò)大的圍欄的實(shí)例。
[0026]圖20示意了根據(jù)圖6的步驟的去掉其中克隆體繁殖太慢的圍欄并排出這些圍欄中的克隆體的實(shí)例。
[0027]圖21示意了根據(jù)圖17的步驟的將子克隆體放入新的圍欄中的實(shí)例。
[0028]圖22示意了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的過(guò)程，其示出構(gòu)造有圖2的OET裝置的圖1A的裝置的運(yùn)行的另一實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本說(shuō)明書描述了本發(fā)明的示例實(shí)施例和應(yīng)用。然而，本發(fā)明不限于這些示例實(shí)施例和應(yīng)用，或者不限于示例實(shí)施例和應(yīng)用運(yùn)行的方式或在本文中描述。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為了清晰可不按比例擴(kuò)大或者縮小。此外，當(dāng)在本文中使用術(shù)語(yǔ)“在…上”、“附接到”、或“聯(lián)接到”時(shí)，一個(gè)元件(例如，材料、層、基底等)能夠“在另一個(gè)元件上”、“附接到另一個(gè)元件”、或“聯(lián)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、附接或聯(lián)接到該另一個(gè)元件，還是有一個(gè)或多個(gè)介入元件在該一個(gè)元件和該另一個(gè)元件之間。此外，如果提供的話，方向(例如，在上面、在下面、頂部、底部、側(cè)面、上、下、在…下面、在…上面、上面、下面、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)是相對(duì)的并且僅僅作為實(shí)例、為了便于說(shuō)明和討論以及不作為限制地提供。此外，在對(duì)一系列元件(例如元件a、b、c)做附圖標(biāo)記的情況下，這些附圖標(biāo)記旨在包括所列出的元件自身的任一個(gè)、小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。
[0030]詞語(yǔ)“基本上”和“通?！笔侵缸阋赃_(dá)到預(yù)期目的。術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”是指一個(gè)以上。
[0031]術(shù)語(yǔ)“細(xì)胞”是指生物細(xì)胞。關(guān)于細(xì)胞，術(shù)語(yǔ)“克隆體”指的是相同的細(xì)胞，因?yàn)槊總€(gè)細(xì)胞都是從同一母細(xì)胞繁殖。克隆體因此是同一母細(xì)胞的全部“子細(xì)胞”。
[0032]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“生物微目標(biāo)”包括生物細(xì)胞和諸如蛋白、胚胎、質(zhì)粒、卵母細(xì)胞、精子、遺傳物質(zhì)(例如，DNA)、轉(zhuǎn)染載體、雜交瘤、轉(zhuǎn)染細(xì)胞等以及上述的組合的復(fù)合物。
[0033]如本文所使用的，介電泳(DEP)電極是指在用于容納液體介質(zhì)的腔室的內(nèi)表面上的端子或用于容納液體介質(zhì)的腔室的內(nèi)表面的區(qū)域，在該端子或區(qū)域處，能夠選擇性地激活或去激活足以吸引或排斥介質(zhì)中的微目標(biāo)的介質(zhì)中的DEP力。
[0034]如本文中關(guān)于液體或氣體所使用的，術(shù)語(yǔ)“流”包括但不限于液體或氣體的連續(xù)、脈沖、周期、隨機(jī)、間歇或往復(fù)流?！皩?duì)流”是由壓力驅(qū)動(dòng)的液體或氣體流。“擴(kuò)散流”或“擴(kuò)散”是由隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的液體或氣體流。如關(guān)于兩種或兩種以上液體或氣體介質(zhì)所使用的，術(shù)語(yǔ)“擴(kuò)散混合”是指介質(zhì)由于因隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的介質(zhì)的自發(fā)混合而混合。如本文關(guān)于“對(duì)流”、“擴(kuò)散流”、“擴(kuò)散”或“擴(kuò)散混合”所使用的，術(shù)語(yǔ)“基本上”是指超過(guò)50 %。
[0035]術(shù)語(yǔ)“確定性的”，當(dāng)用于描述選擇或放置微目標(biāo)時(shí)，是指從微目標(biāo)組選擇或放置具體確定或期望的微目標(biāo)。確定性地選擇或放置微目標(biāo)因此不包括僅以微目標(biāo)的組或子組隨機(jī)選擇或放置的微目標(biāo)中的任何一個(gè)。
[0036]如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“處理”微目標(biāo)的意思包括下列中的任何一項(xiàng)或多項(xiàng):移動(dòng)(例如，在液體介質(zhì)流中，借助OET裝置等)、分類和/或選擇微目標(biāo)中的一個(gè)或多個(gè)；改變微目標(biāo)中的一個(gè)或多個(gè)，其中，這種改變的實(shí)例包括繁殖細(xì)胞或其它活生物體的微目標(biāo)種群，將兩個(gè)或更多個(gè)的這樣的微目標(biāo)融合在一起，以及轉(zhuǎn)染一個(gè)或多個(gè)微目標(biāo)；監(jiān)測(cè)微目標(biāo)；監(jiān)測(cè)細(xì)胞或其它活生物體的微目標(biāo)的繁殖、分泌等；和/或調(diào)節(jié)細(xì)胞或其它活生物體的微目標(biāo)。
[0037]本發(fā)明的實(shí)施例包括確定性地將各個(gè)生物微目標(biāo)放置在微流體裝置中的保持圍欄中。能夠向圍欄提供第一液體介質(zhì)流，但圍欄可被構(gòu)造成阻止第一介質(zhì)直接流入到圍欄中的第二介質(zhì)中，而允許該流中的第一介質(zhì)和圍欄中的第二介質(zhì)的擴(kuò)散混合。
[0038]圖1A-1C示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的微流體裝置100的實(shí)例。如圖所示，微流體裝置100可包括殼體102、電極機(jī)構(gòu)108和監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)118。同樣如圖所示，殼體102可包括保持一種或多種液體介質(zhì)114的內(nèi)部腔室110，多個(gè)微目標(biāo)116可懸浮在液體介質(zhì)114中。介質(zhì)114可設(shè)置在腔室110的內(nèi)表面120上。微目標(biāo)116的多個(gè)保持圍欄112可設(shè)置在腔室110中。如將會(huì)看到的，每個(gè)圍欄112可以是虛擬圍欄、物理圍欄和/或組合虛擬/物理圍欄。
[0039]裝置100中的介質(zhì)114可包括例如第一介質(zhì)122和第二介質(zhì)124。第一介質(zhì)122可以是在流動(dòng)路徑126中的介質(zhì)114，而第二介質(zhì)124可以是在保持圍欄112內(nèi)側(cè)的介質(zhì)114。第一介質(zhì)122可以是類型與第二介質(zhì)124相同的介質(zhì)?；蛘撸谝唤橘|(zhì)122可以是類型與第二介質(zhì)124的不同的介質(zhì)。
[0040]殼體102可包括限定腔室110的圍界。如圖所示，殼體102還可包括一個(gè)或多個(gè)入口 104，介質(zhì)114和微目標(biāo)116可通過(guò)該一個(gè)或多個(gè)入口 104被輸入到腔室110中。在通道110中可存在介質(zhì)114的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)路徑126。例如，如圖1C所示，通道110可包括從入口 104到出口 106的介質(zhì)114的流動(dòng)路徑126。
[0041]入口 104可例如是輸入端口、開口、閥、通道等。殼體102還可包括一個(gè)或多個(gè)出口，介質(zhì)114和微目標(biāo)116可通過(guò)該一個(gè)或多個(gè)出口出口移除。微目標(biāo)116可替代地以其它方式從殼體102移除。例如，如下所述，針狀吸出器(未示出)可刺穿殼體102，并且可通過(guò)吸出器移除一個(gè)或多個(gè)微目標(biāo)116。出口 106可例如是輸入端口、開口、閥門、通道等。作為另一實(shí)例，出口 106可包括諸如2013年4月4日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)13/856，781 (律師檔案號(hào)BL1-US)所公開的輸出機(jī)構(gòu)中的任何輸出機(jī)構(gòu)的液滴輸出機(jī)構(gòu)。殼體102的全部或部分能夠是透氣的以允許氣體(例如，環(huán)境空氣)進(jìn)入和離開腔室110，例如，用以維持腔室110中的微目標(biāo)116。例如，氣體流可施加到殼體102的透氣部分。例如，脈沖的、調(diào)節(jié)的或以其它方式控制的氣體流可根據(jù)需要施加(例如，當(dāng)試驗(yàn)表明殼體102中的微目標(biāo)(例如細(xì)胞)需要?dú)怏w時(shí))。
[0042]雖然未示出，裝置100可包括檢測(cè)諸如溫度、介質(zhì)114的化學(xué)成分(例如，介質(zhì)114中的溶解氧、二氧化碳等的水平)、介質(zhì)114的PH、介質(zhì)114的滲透壓等的介質(zhì)114或腔室110的相關(guān)條件的傳感器或類似部件。殼體102例如可包括這種傳感器或部件，該傳感器或部件可構(gòu)造有控制器(未示出)以控制通過(guò)入口 104的介質(zhì)114的輸入，用來(lái)維持介質(zhì)114的某些條件恒定或可控制地調(diào)節(jié)介質(zhì)114的某些條件(諸如以上確定的條件)。
[0043]電極機(jī)構(gòu)108 (圖1B所示)可構(gòu)造成在介質(zhì)114中的微目標(biāo)116上產(chǎn)生選擇性動(dòng)電學(xué)力。例如，電極機(jī)構(gòu)108可構(gòu)造成選擇性地激活(例如，打開)和去激活(例如，關(guān)掉)在介質(zhì)114設(shè)置在其上的腔室110的內(nèi)表面120處的介電泳(DEP)電極。DEP電極可在介質(zhì)114中產(chǎn)生吸引或排斥微目標(biāo)116的力，并且電極機(jī)構(gòu)108可因此選擇和/或移動(dòng)介質(zhì)114中的一個(gè)或多個(gè)微目標(biāo)116。例如，在某些實(shí)施例中，電極機(jī)構(gòu)108可構(gòu)造成使得與在內(nèi)表面120處的DEP電極的硬連線電連接可激活和去激活各個(gè)DEP電極。在其它實(shí)施例中，可光學(xué)地控制在內(nèi)表面120處的各個(gè)DEP電極。包括光電鑷子機(jī)構(gòu)的實(shí)例在圖2中示出并在下面描述。
[0044]例如，電極機(jī)構(gòu)10可包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)(例如激光)鑷子裝置和/或一個(gè)或多個(gè)光電鑷子(OET)裝置(例如，如美國(guó)專利第7，612，355號(hào)所公開的，其全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文)。作為又一實(shí)例，電極機(jī)構(gòu)108可包括用于移動(dòng)微目標(biāo)116中的一個(gè)或多個(gè)懸浮在其中的介質(zhì)114的液滴的一個(gè)或多個(gè)裝置(未示出)。這種裝置(未示出)可包括電潤(rùn)濕裝置，諸如光電潤(rùn)濕(OEW)裝置(例如，如美國(guó)專利第6，958，132號(hào)所披露的)。電極機(jī)構(gòu)108可因此在某些實(shí)施例中具有作為DEP裝置的特征。
[0045]監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)118可包括用于觀察、識(shí)別或檢測(cè)介質(zhì)114中的各個(gè)微目標(biāo)的任何機(jī)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)118還可包括監(jiān)測(cè)圍欄112中的微目標(biāo)116的生物活性或生物狀態(tài)的機(jī)構(gòu)。
[0046]如圖2所示，監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)118可包括成像裝置220。例如，成像裝置220可包括用于捕捉在腔室110中，包括在圍欄112中，的微目標(biāo)116的圖像的攝相機(jī)或類似裝置。同樣如圖所示，控制器218可控制成像裝置220并處理由成像裝置220捕捉