微粒分選方法和用於微粒分選的微晶片的製作方法
2023-05-17 15:28:26 4
微粒分選方法和用於微粒分選的微晶片的製作方法
【專利摘要】本發明提供了微粒分選方法和用於微粒分選的微晶片。該微粒分選方法包括：通過在與主通道連通的分支通道內產生負壓而在分支通道中收集流經主通道的液體中的微粒的步驟。在所述步驟中，在所述主通道和所述分支通道之間的連通口處形成從所述分支通道側向主通道側流動的液體的流動。
【專利說明】微粒分選方法和用於微粒分選的微晶片
【技術領域】
[0001]本技術涉及一種微粒分選方法。更具體地，本技術涉及一種僅使目標微粒從沿著通道流動的微粒中分離和回收的微粒分選方法。
【背景技術】
[0002]已知一種微粒分選裝置，它在通道中形成包含著微粒的鞘流，通過在所述鞘流中在所述微粒上照射光來檢測從所述微粒發射的螢光和散射光並分離和回收展現預定光學特性的微粒群組(群體)。例如，在流式細胞儀中，通過以螢光染料將包含在樣本中的多種類型的細胞標記並光學識別標記在每個細胞上的螢光染料，從而僅分離和回收特定類型的細胞。
[0003]在JP2009-100698A和JP2005-538727T中公開了微晶片式微粒分選裝置，該微粒分選裝置通過在通道內形成鞘流來執行分析，其中所述通道是在由塑料、玻璃等製成的微晶片上形成的。
[0004]在JP2009-100698A中公開的微粒分選裝置通過在引入通道和分支通道之間的分支部處基於雷射照射生成氣泡來在該分支部處控制鞘流的餵入方向，其中在該引入通道中形成鞘流，所述分支通道與所述引入通道相連通。根據這種微粒分選裝置，在所述分支部處以氣泡來控制鞘流的餵入方向能夠僅使所述目標微粒從引入通道收集進分支通道中並將其分選。
[0005]此外，在JP2005-538727T中公開的微流體系統在通道分支部處通過使用致動器來控制鞘流的餵入方向。在這種微流體系統中，所述致動器通過按壓連接至在引入通道和分支通道之間的分支部的壓力室來推出在壓力室中的流體而改變鞘流的餵入方向，其中在該引入通道中形成鞘流，所述分支通道與所述引入通道相連通。
【發明內容】
[0006]對於微晶片式微粒分選裝置，為了進一步增加分析的速度和精確性，對於用來從流經通道的鞘流中迅速、穩定地僅提取目標微粒的技術存在著需求。
[0007]根據本技術的實施方式，提供了能夠從流過通道的鞘流中快速和穩定地僅提取目標微粒的微粒分選技術。
[0008]根據本技術的實施方式，提供了一種微粒分選方法，包括通過在連通主通道的分支通道中產生負壓而在所述分支通道中收集流經所述主通道的液體中的微粒的步驟。在所述步驟中，液體在所述主通道和所述分支通道之間的連通口處形成從所述分支通道側向所述主通道側流動的液體的流動(flow，流)。所述流動可以通過將所述液體從引入口引入所述分支通道而形成，該引入口位於所述分支通道中的連通口附近。從所述引入口引入所述分支通道的液體被分成朝向所述連通口流動的逆流和在相反方向流動的順流。
[0009]在這種微粒分選方法中，通過在上述步驟之前和在上述步驟之後維持在所述連通口中形成的從所述分支通道側朝向所述主通道側流動的所述液體的流動，能夠防止所述主通道中的液體在所述分支通道中沒有生成負壓期間不必要地進入所述分支通道。
[0010]根據本技術的微粒分選方法，在所述步驟中，由於負壓而從所述主通道吸入所述分支通道中的液體的流量(flow rate)可大於從所述引入口引入所述分支通道並朝向所述連通口餵入的液體的流量。在所述主通道中的微粒可以由此從所述連通口收集至經過所述分支通道的引入口的位置。
[0011 ] 根據本技術的微粒分選方法，在所述步驟中，所述負壓可以由致動器施加使所述分支通道的內部空間變形的力量而產生，以引起所述內部空間的容積增加。
[0012]所述負壓的變化可以具有脈衝波形、階躍波形或下衝階躍波形。
[0013]根據本技術的實施方式，提供了用於將微粒分選的微晶片，它包含:樣本液引入口，包含微粒的樣本液弓丨入該開口中；樣本液通道,其中從所述樣本液引入口弓丨入的樣本液流經該通道；鞘液引入口，其中鞘液被引入該開口中；第一鞘液通道，其中從所述鞘液引入口引入的鞘液流經該通道；主通道，其中所述樣本液通道和所述第一鞘液通道在該主通道處合併；分支通道，其與所述主通道相連通；以及第二鞘液通道，連接所述鞘液引入口和鞘液排出口，該鞘液排出口位於所述分支通道中的至所述主通道的連通口附近，並且該第二鞘液通道將從所述鞘液引入口引入的鞘液從所述鞘液排出口餵入所述分支通道。根據用於本技術的分選微粒的微晶片，所述第二鞘液通道可以不與所述樣本液通道、所述第一鞘液通道或所述主通道相連通。用於在接觸面上施加變位的致動器可以被布置為與表面上的所述分支通道向對應的位置相接觸。用於由於所述變位而產生容積變化的壓力室可以配置在所述分支通道中。所述連通口、所述鞘液排出口以及所述壓力室可以按照所提及的順序布置在所述分支通道中。用於微粒分選的微晶片可以進一步包含兩個所述第一鞘液通道。所述鞘液引入口可以提供在兩個所述第一鞘液通道的對稱中心。在所述分支通道的連通口的相反側的末端可以是開放端。
[0014]在本技術的實施方式中，術語「微粒」具有廣泛的含義，其包括生物學相關的微粒，比如細胞、微生物、核蛋白體等，以及包括合成微粒，比如膠乳微粒、凝膠微粒、工業微粒等。
[0015]生物學相關的微粒的示例包括形成不同細胞的染色體、脂質體、線粒體、細胞器(細胞器官)。細胞的示例包含動物細胞(造血細胞等)和植物細胞。微生物的示例包括細菌(比如大腸埃希杆節、病毒(比如菸草花葉病毒)、真菌(比如酵母)等。生物學相關的微粒的進一步示例包含核酸、蛋白質、它們的複合物等。工業微粒的示例包括有機或者無機高分子材料、金屬等。有機高分子材料的示例包括聚苯乙烯、苯乙烯-二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸甲酯等。無機高分子材料的示例包括玻璃、矽石、磁性材料等。金屬的示例包括金屬膠體、鋁等。雖然這些微粒的形狀通常是球形的，微粒也可以具有非球形的形狀。進一步，這些微粒的尺寸和質量沒有特別限制。
[0016]根據上述的本技術實施方式，提供了能夠從流過通道的鞘流中快速、穩定地僅提取目標微粒的微粒分選技術。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1示出根據本技術的第一實施方式的微粒分選裝置A的配置的圖；
[0018]圖2示出安裝在微粒分選裝置A上的微晶片Ia的配置的圖；
[0019]圖3示出微晶片Ia的配置的圖；[0020]圖4示出微晶片Ia的配置的圖；
[0021]圖5A至圖5C示出在微晶片Ia的主通道15和分選通道16之間的分支部的配置的圖；
[0022]圖6示出微晶片Ia的鞘液旁路通道18的鞘液入口 13側端的配置的圖；
[0023]圖7示出微晶片Ia的鞘液旁路通道18的排出口 181側端的配置的圖；
[0024]圖8示出微粒分選裝置A中的分選操作的圖；
[0025]圖9示出微晶片Ia中的壓力室161的功能的圖；
[0026]圖10示出微晶片Ia的變形例的配置的圖；
[0027]圖11示出可在主通道15和分選通道16之間的分支部產生的樣本液和鞘液的流動的圖；
[0028]圖12A和圖12B示出從分選通道16的排出口 181引入的鞘液的流動的圖；
[0029]圖13示出在分選操作期間吸入目標微粒的位置的圖；
[0030]圖14A至圖14C示出驅動單元23施加在致動器31上的電壓波形的圖；以及
[0031]圖15示出微晶片Ia的變形例的配置的圖。
【具體實施方式】
[0032]在本公開的以下部分，現在將會參考附圖詳細描述本公開的優選實施方式。應當注意的是在本說明書及其附圖中，具有基本上相同功能和結構的結構元件是以相同的標識號表示，並且省略了這些結構元件的重複說明。將會以以下順序做出所述描述。
[0033]1.用於微粒分選的微粒分選裝置和微晶片,其能夠實施根據本技術實施方式的微粒分選方法
[0034](裝置的總體配置)
[0035](微晶片的配置)
[0036]2.根據本技術實施方式的微粒分選方法
[0037](分選操作)
[0038](逆流)
[0039](驅動信號)
[0040]3.根據本技術實施方式的微粒分選方法的變形例
[0041]4.微粒分選程序
[0042]1.用於微粒分選的微粒分選裝置和微晶片，其能夠實施根據本技術的實施方式的微粒分選方法
[0043](裝置的總體配置)
[0044]圖1示出適合實施根據本技術實施方式的微粒分選方法的微粒分選裝置A的配置的圖。進一步，圖2至4示出安裝在微粒分選裝置A上的微晶片Ia的配置的圖。圖2是頂視圖，圖3是透視圖且圖4是沿著圖2所示的截面Q-Q截取的截面圖。
[0045]微粒分選裝置A包含微晶片la、照射單元21、檢測單元22以及驅動單元23。主通道15在微晶片Ia上形成，包含作為分析目標的微粒的液體(樣本液)經過主通道15 (參考圖2)。進一步，致動器31布置在微晶片Ia的表面上(參考圖3)。
[0046]照射單元21在流經微晶片Ia的主通道15的微粒上照射光(激發光)。照射單元21包含例如發射激發光的光源，以及使激發光聚焦在流經主通道15的微粒上的物鏡。光源可以基於分析對象從雷射二極體、SHG雷射器、氣體雷射器、高亮度LED等中適當地選擇。照射單元21也能任選具有光源和物鏡以外的光學元件。
[0047]檢測單元22檢測由於激發光的照射而從微粒發射的螢光和散射光。檢測單元22包含物鏡和檢測器等，物鏡使從微粒發射的螢光和散射光聚焦。檢測單元22也可任選具有物鏡和檢測器以外的光學元件。
[0048]由檢測單元22檢測的螢光可以是從微粒本身發射的螢光或者是從標記在微粒上的螢光物質發射的螢光。進一步，由檢測單元22檢測的散射光可以是不同類型的散射光，比如前向散射光、側向散射光、Rayleigh散射光以及Mie散射。
[0049]由檢測單元22檢測的螢光和散射光被轉換成電信號，並且電信號輸出至驅動單元23。驅動單元23基於輸入的電信號確定微粒的光學特性。進一步，驅動單元23具有通過向致動器31施加電壓並控制該電壓來從主通道15將被確定為滿足預定特性的微粒收集到分選通道16中的功能。驅動單元23的這種功能將在下面更詳細地描述。驅動單元23由硬碟、CPU、存儲器等配置，用於執行下述不同處理的程序和OS儲存在硬碟中。
[0050](微晶片配置)
[0051]現在將參考圖2至4更詳細地描述微晶片Ia的配置。包含微粒的樣本液從樣本液入口 11引入樣本液通道12。進一步，鞘液從鞘液入口 13引入。從鞘液入口 13引入的鞘液分開並餵入兩個鞘液通道14和14。樣本液通道12和鞘液通道14和14合併以形成主通道15。穿過樣本液通道12餵入的樣本液層流和穿過鞘液通道14和14餵入的鞘液層流T在主通道15中合併，並形成樣本液層流被鞘液層流T夾置的鞘流。
[0052]進一步，從鞘液入口 13引入的鞘液也餵入與鞘液通道14分開形成的鞘液旁路通道18。鞘液旁路通道18的一端連接至鞘液入口 13，而另一端連接至下述分選通道16 (參考圖4)的至主通道15的連通口附近。雖然鞘液旁路通道18的鞘液引入端可以連接至包括鞘液入口 13和鞘液通道14和14的鞘液在其中流動的任一位點，但是優選鞘液旁路通道18連接至鞘液入口 13。通過在兩個鞘液通道14幾何對稱的中心位置(即在本實施方式中在鞘液入口 13)連接鞘液旁路通道18，能夠使得對等數量的鞘液流流至兩個鞘液通道14。在圖4中標識號156指示分選通道16至主通道15的連通口，標識號181指示對於穿過鞘液旁路通道18餵入的鞘液的至分選通道16的排出口。
[0053]圖2中的標識號15a指示照射單元21照射激發光並且檢測單元22檢測螢光和散射光的檢測區域。微粒在主通道15中形成的鞘流中排列為一條線地餵入檢測區域15a，並用來自照射單元21的激發光照射。
[0054]主通道15在檢測區域15a的下遊分成三個通道。圖5A至圖5C示出了主通道15的分支部的配置。主通道15在檢測區域15a的下遊與分選通道16和廢物通道17和17的三個分支通道相通。在這些通道中，分選通道16是已由驅動單元23確定為滿足預定光學特性的微粒(在本發明的以下部分被認為是「目標微粒」)在其中收集的通道。另一方面，由驅動單元23確定為未滿足預定光學特性的微粒(在本發明的以下部分被認為是「非目標微粒」)未收集到分選通道16中，並且流進兩個廢物通道17和17中的任一個。
[0055]鞘液旁路通道18連接至排出口 181，排出口 181位於分選通道16的至主通道15的連通口 156附近(參考圖4)。從鞘液入口 13引入的鞘液從排出口 181引入至分選通道16，並在連通口 156形成從分選通道16側流向主通道15側的鞘液流動(該流動將會在下面更詳細地描述)。
[0056]微晶片Ia用三個基板層形成。樣本液通道12、鞘液通道14、主通道15、分選通道16以及廢物通道17由第一基板層al和第二基板層a2形成(參考圖4)。另一方面，鞘液旁路通道18由第二基板層a2和第三基板層a3形成。由基板層a2和a3形成的鞘液旁路通道18與鞘液入口 13和分選通道16的排出口 181連接，而沒有與樣本液通道12、鞘液通道14或主通道15相通。圖6和7分別示出了鞘液旁路通道18的鞘液入口 13側端和排出口181側端的配置。
[0057]應當注意的是微晶片Ia的基板層的分層配置並不限於三層。進一步，鞘液旁路通道18的配置也不局限於附圖中所示出的配置，只要鞘液旁路通道18與鞘液入口 13和分選通道16的排出口 181連接而沒有與樣本液通道12、鞘液通道14或主通道15相會即可。
[0058]通過用致動器31在分選通道16中產生負壓來執行使目標微粒收集到分選通道16中，以將包含目標微粒的樣本液和鞘液吸入分選通道16中。致動器31是壓電元件或類似器件。致動器31被布置在與分選通道16對應的位置與微晶片Ia的表面接觸。更具體地，致動器31布置在與壓力室161對應的位置，壓力室161在分選通道16中設置為其內部空間已擴大的區域(參考圖3和4)。壓力室161位於分選通道16中連通口 156和排出口 181的下遊。
[0059]壓力室161的內部空間如圖2所示在平面方向擴大(分選通道16的寬度方向)，且在如圖4所示的截面方向擴大(分選通道16的高度方向)。S卩，分選通道16在壓力室161在寬度方向和高度方向擴大。換而言之，分選通道16形成為它的垂直截面在樣本液和鞘液的流動方向上在壓力室161處尺寸增加。
[0060]致動器31通過由於所施加的電壓變化而產生的伸張力(stretching force)經由微晶片Ia的表面(接觸面)引起分選通道16中的壓力變化。當由於分選通道16中的壓力的變化而在分選通道16中產生流動時，分選通道16的容積也同時改變。分選通道16的容積一直改變，直到達到基於與所施加的電壓對應的致動器31變位所規定的容積。更具體地，當施加了電壓並且分選通道16處在伸張狀態時，致動器31通過擠壓形成壓力室161的變位板311使壓力室161的容積保持較小(參見圖4)。當所施加的電壓減少時，致動器31在收縮方向產生力，從而減弱了對變位板311的擠壓並且在壓力室161中產生負壓。
[0061]如圖4所示，為了使致動器31的伸張力有效地傳輸到壓力室161中，優選地在微晶片Ia的表面上在與壓力室161對應的位置形成凹陷，並且使致動器31布置在該凹陷部中。結果，用作致動器31的接觸面的變位板311可製造得更薄，使得變位板311能夠通過由致動器31的膨脹和收縮而產生的擠壓力變化來輕易地變位，從而允許壓力室161的容積的改變。
[0062]在圖4和5中，標識號156指示分選通道16至主通道15的連通口。在主通道15中形成的鞘流中餵入的目標微粒從連通口 156收集在分選通道16中。如圖5C所示，為了促進在分選通道16中從主通道15收集目標微粒，期望連通口 156被形成為在與主通道15中形成的鞘流中的樣本液層流S對應的位置上開口。連通口 156的形狀沒有特別限定，它可以是例如像圖5A所示的平坦的開口形狀，或者是像圖5B所示的通過切割兩個廢物通道17的通道壁形成的切口的(notched)開口形狀。[0063]微晶片Ia能夠通過層疊形成有主通道15等的基板層而配置。在基板層上形成主通道15等可以通過使用模具進行熱塑性樹脂的注模成型來進行。可使用的熱塑性樹脂的示例包含已知的相關技術微晶片材料的塑料，比如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂(PMMA)、環狀聚烯烴、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯以及聚二甲基矽氧烷(PDMS)。
[0064]2.根據本技術的實施方式的微粒分選方法
[0065](分選操作)
[0066]接下來，將會描述微粒分選裝置A的操作。
[0067]當使用者開始分析時，微粒分選裝置A驅動泵機將樣本液和鞘液餵入微晶片Ia的樣本液入口 11和鞘液入口 13。結果，在主通道15中形成了鞘流，其中樣本液層流被鞘液層流夾在中間。
[0068]微粒以在鞘流中單線地排列狀態被餵入至檢測區域15a並用來自照射單元21的激發光照射。由於激發光的照射而從微粒發射的螢光和散射光通過檢測單元22檢測，並轉換為電信號。電信號被輸出至驅動單兀23。
[0069]驅動單兀23基於輸入電信號確定微粒的光學特性。如圖8A和圖8B所不,如果微粒被確定為目標微粒，那麼在目標微粒從檢測區域15a移動至分支部所耗費的時間(延遲時期)過去後，驅動單元23向致動器31發出驅動信號，以獲取此微粒。在這點上，如有必要，驅動單元23也可被配置為經由放大器驅動致動器31。
[0070]具體地，如果致動器31是壓電元件，那麼驅動單元23在分選通道16中通過施加引起壓電收縮的電壓，引起壓力室161的容積增加，從而產生負壓，因而目標微粒從主通道15收集在分選通道16中。
[0071]另一方面，如圖8C和圖8D所示，如果確定微粒不是目標微粒，那麼驅動單元23向致動器31發出不獲取驅動信號，並且執行下一微粒的光學特性的確定。應當注意的是如果致動器31已經接收了不獲取驅動信號，那麼致動器31就不會運行。
[0072]驅動單元23重複微粒的光學特性的確定並使驅動信號輸出至致動器31，直到完成分析(參考圖8E和圖8F)，從而僅有目標微粒積累在分選通道16中(參考圖8F)。在分析完成以後，已經分離並進入分選通道16中的目標微粒由使用者回收。
[0073]如圖9A所示，吸入分選通道16中的目標微粒被收集在壓力室161中。在附圖中，標識符號P代表已經收集在壓力室161中的目標微粒，標識號162指示用於目標微粒P進入壓力室161的收集開口。包含目標微粒P的樣本液和鞘液的流動在流進內部空間已擴大的壓力室161時轉變成射流，並從通道牆面快速離開(參考圖9A中的箭頭)。結果，目標微粒P從收集開口 162分離，並被收集在壓力室161的後部。
[0074]由於目標微粒從主通道15吸入壓力室161，壓力室161的容積的增大量優選大於從連通口 156直到收集開口 162的分選通道16的容積(參考圖4)。進一步，壓力室161的容積的增大量優選地設置為生成足以引起包含目標微粒P的樣本液和鞘液的流動以在收集開口 162從通道牆面快速離開的負壓的量。驅動單元23向致動器31輸出壓電收縮信號，其電壓寬度(voltage width)與此容積增加量對應。
[0075]像在圖10所示的變形例中那樣，分選通道16從連通口 156至收集開口 162的長度可以設計得更短。從連通口 156到收集開口 162的長度越短，那麼從連通口 156到收集開口 162的分選通道16的容積越小。這意味著用於使目標微粒從主通道15吸入壓力室161的壓力室161的容積增加量更小。結果，可減小施加在致動器31上的電壓寬度，從而能夠有效地分選操作。
[0076]因此，通過內部空間在分選通道16中已擴大的壓力室161的後部收集目標微粒P，即使當分選通道16中的壓力逆轉，變為正壓時，也能夠防止目標微粒P從壓力室161朝主通道15側回流出去。如圖9B所示，即使當分選通道16中的壓力是正壓時，由於樣本液和鞘液從收集開口 162的附近經過寬闊的區域流出，所以在遠離收集開口 162的位置已經收集的目標微粒P本身的移動量很小。結果，目標微粒P沒有向後流出，而是被保持在壓力室161 中。
[0077](逆流)
[0078]當驅動單元23確定微粒是非目標微粒時(當沒有執行分選操作時)，優選非目標微粒或含有非目標微粒的樣本液以及鞘液不進入分選通道16。然而，如圖11所示，由於穿過主通道15餵入的樣本液和鞘液的流動(參考附圖中的實線箭頭)具有大的動量，所以已經從連通口 156流進分選通道16的樣本液和鞘液的流動在分選通道16中改變方向，並沿著分選通道16的通道壁流出主通道15側(參考附圖中的虛線箭頭)。
[0079]由於受到通道壁的限制，沿著通道壁從分選通道16流出主通道15側的樣本液和鞘液的流動緩慢，以致在連通口 156處產生非目標微粒或含有非目標微粒的樣本液以及鞘液的聚積。這種聚積阻礙了快速地進行目標微粒和非目標微粒的分選操作。
[0080]在微粒分選裝置A中，當沒有執行分選操作時，通過鞘液旁路通道18從排出口 181引入分選通道16的鞘液起到抑制非目標微粒或含有非目標微粒的樣本液以及鞘液進入分選通道16的作用。即從鞘液入口 13引入的鞘液從排出口 181引入分選通道16，並在連通口 156處形成鞘液流動(在本發明的以下部分為「逆流」)，它從分選通道16側流動至主通道15偵彳(參考圖12A)。進一步，這種逆流與從主通道15試圖進入分選通道16的樣本液和鞘液的流動相反，從而抑制樣本液和鞘液進入分選通道16。
[0081]優選逆流具有與試圖從主通道15進入分選通道16的樣本液和鞘液的流動的動量(力)相匹配的動量。逆流的動量能夠通過調整餵入鞘液旁路通道18的鞘液量來控制。這種餵入量能夠通過調整鞘液旁路通道18的通道直徑來控制。進一步，調整餵入量也能夠通過使用餵入單元比如提供在鞘液旁路通道18中的注射器泵或閥門來進行。
[0082]從鞘液入口 13引入至鞘液通道14的鞘液流量與引入至鞘液旁路通道18的流量的流量比是基於兩種通道的流動阻力比確定的。結果，即使對於鞘液入口 13鞘液的引入壓力改變，也能夠進行穩定的操作，而流量比也不會波動。進一步，即使為了在檢測區域15a改變微粒的流動速度而改變鞘液的流量，也可以單獨地控制至鞘液通道14的流量和至鞘液旁路通道18的流量。
[0083]優選逆流的動量被設定為足夠大以便完全抑制樣本液和鞘液從主通道15進入分選通道16。然而，如果逆流沒有完全抑制這樣的進入，這也是可接受的。只要逆流在某種程度上減少了進入，逆流就能夠有助於分選操作的速度的增加。如上所述，當沿著通道壁從分選通道16流出主通道15側的樣本液和鞘液的流動產生時，這引起了非目標微粒或含有非目標微粒的樣本液的聚積。如圖12B所示，如果從主通道15進入分選通道16的樣本液和鞘液能夠在某種程度上減少，那麼能夠抑制引起聚積的沿著通道壁從分選通道16流出主通道15側的樣本液和鞘液的流動。[0084]應當注意的是通過在連通口 156抑制非目標微粒或含有非目標微粒的樣本液和鞘液的聚積，能夠防止目標微粒和非目標微粒粘附在通道壁上。
[0085]即使當目標微粒被吸入分選通道16中時(在分選操作期間)，逆流也在連通口 156處形成(參考圖13A)。結果，在分選操作期間，目標微粒在大於逆流的吸入壓力下吸入分選通道16 (參見圖13B)。壓力室161的容積的增加量被設定為足以生成大於逆流的吸入壓力。驅動單元23向致動器31輸出壓電收縮信號，該信號具有與該容積增加量對應的電壓覽度。
[0086]另外，如圖13B所示，目標微粒被吸入分選通道16直到其越過排出口 181的位置。如果吸入分選通道16的力量不足，那麼由於通過鞘液旁路通道18從排出口 181引入分選通道16的鞘液而形成的逆流可能將目標微粒回流至主通道15。
[0087]為了充分地吸入目標微粒直到超過排出口 181的位置，壓力室161的容積的增加量被設定為大於逆流的流量，以及由於負壓從主通道15吸入分選通道16的樣本液和鞘液的流動的流量也被設定為大於逆流的流量。驅動單元23向致動器31輸出壓電收縮信號，該信號具有與該容積增加量對應的電壓寬度。
[0088](驅動信號)
[0089]現在將會參考圖14A至圖14C描述從驅動單元23施加在致動器31上的電壓的波形(當獲取目標微粒時的驅動信號)。施加在致動器31上的電壓的波形可以是「脈衝波形」(圖A)、「階躍波形」(圖B)或「下衝階躍波形」(圖C)的任一個。
[0090]在這裡，「下衝階躍波形」是指通過把下衝部分添加到「階躍波形」而獲得的波形，其中該下衝部分的電壓值在低於階躍部分的電壓值。「下衝階躍波形」可以被認為是「階躍波形」和「脈衝波形」的結合波形。
[0091]階躍波形的和下衝階躍波形的波形部分的電壓值的減少寬度被設定為給予壓力室161的容積充分地增加，以便在分選通道16a中產生超過在連通口 156處的逆流的吸入壓力。進一步，該減少寬度被設定為引起壓力室161的容積充分地增加，以便由於負壓而將目標微粒吸入分選通道16直到經過排出口 181的位置。
[0092]優選地，施加在致動器31上的電壓是下衝階躍波形。壓力室161的容積能夠在信號開始生成後立即增加，並且能夠在分選通道16中產生大的負壓。結果，利用下衝階躍波形，在開始吸入目標微粒以後，立即能夠更快地對於從主通道15進入分選通道16的樣本液和鞘液的收集容積的增加做出響應，這使其能夠更迅速地收集目標微粒。
[0093]除了滿足階躍波形和下衝階躍波形的條件以外，脈衝波形的振幅還被設定為給予壓力室161容積充分地增加，以便將目標微粒從主通道15吸入壓力室161，並且使得包含目標微粒的樣本液和鞘液的流動在收集開口 162處從通道壁面快速離開。
[0094]由於脈衝波形和下衝階躍波形包含引起壓電膨脹的波形成分，所以壓力室161的容積增加，從而在分選通道16中產生正壓。進一步，在階躍波形中，由於電壓數值的預料之外的波動，在分選通道16中也能夠產生正壓。如上所述，由於目標微粒P在壓力室161的後部收集，所以即使在分選通道16中產生了正壓，目標微粒P也不會從壓力室161朝向主通道15回流出去。
[0095]作為施加在致動器31上的電壓的波形，特別優選的是採用脈衝波形。對於階躍波形和下衝階躍波形，如果施加在致動器31上的電壓是零，致動器31達到它的可移動範圍的界限，就不能收集目標微粒。這意味著存在著對於可分選微粒的最大數量的限制。另一方面，對於脈衝波形沒有這種限制。
[0096]因此，根據根據本技術的實施方式的微粒分選方法，由於在連通口 156處在主通道15和分選通道16之間形成逆流，所以能夠抑制樣本液和鞘液從主通道15不恰當地進入分選通道16。結果，在根據本技術的實施方式的微粒分選方法中，能夠防止聚積非目標微粒或含有非目標微粒的樣本液以及鞘液，並且能夠迅速地進行目標微粒和非目標微粒的分選操作。
[0097]3.根據本技術的實施方式的微粒分選方法的變形例
[0098]在上述示例中，描述了一種情況，其中通過鞘液旁路通道18從排出口 181引入分選通道16的鞘液僅形成朝向主通道15側流動的逆流。在這種情況下，分選通道末端19(參考圖2)可以是封閉的末端。
[0099]另一方面，分選通道末端19也可以是開放的末端(參考圖15)。在這種情況下，從排出口 181引入分選通道16的鞘液能夠分成朝向主通道15側流動的逆流和流向分選通道末端19側的流動(在本發明的以下部分稱為「順流」)。
[0100]當從驅動單元23施加在致動器31上的電壓的控制預料之外地波動時，引起壓電膨脹的電壓施加在致動器31上，這能夠在分選通道16中產生正壓。進一步，當在主通道15和廢物通道17中發生壓力波動時(尤其是在廢物通道17的背壓減少時)，在分選通道16中也能夠產生正壓。如果產生了這種正壓，那麼已經收集在分選通道16中的目標微粒可能回流進主通道15中。
[0101]由於上述順流的形成，已經吸入分選通道16中直到經過排出口 181的位置為止的目標微粒由順流進一步餵入分選通道16的後部。結果，即使分選通道16中的壓力是正壓，目標微粒也能夠保持在分選通道16中，而不會與順流相反地流動以致回流至主通道15。因此，致動器31的驅動電壓的控制能夠在可靠的條件下進行。
[0102]如果分選通道末端19是開放的末端，那麼從分選通道末端19排出的包含目標微粒的樣本液和鞘液經由連接至分選通道末端19的管道等回收在容器中。為了抑制稀釋所回收的目標微粒，優選地，順流的流量低於逆流的流量。在順流和逆流之間的流量比能夠通過恰當地改變分選通道16的通道直徑而調整。應當注意的是已經流到廢物通道17的非目標微粒可以聚積在廢物通道17中或排放出來。廢物通道17和17也可以再次合併，以為非目標微粒配置單個外部排出口。
[0103]進一步，在上述示例中描述了一種情況，其中通過將從鞘液入口 13引入的鞘液通過鞘液旁路通道18餵入分選通道16而形成逆流。在這種情況下，逆流能夠通過簡單的晶片結構形成。然而，在根據本技術的實施方式的微粒分選方法中，只要逆流能夠在主通道15和分選通道16之間在連通口 156處形成，則用於形成逆流的液體就不局限於鞘液。另外，用於將液體餵入分選通道16的方法也不限於採用鞘液旁路通道18。例如，餵入單元比如注射器泵可以直接地連接至排出口 181。
[0104]4.微粒分選程序
[0105]用於實行上述操作的微粒分選程序儲存在上述微粒分選裝置A的驅動單元23中。
[0106]程序儲存在硬碟上，在CPU和OS控制下讀入存儲器中，並執行上述分選操作。程序能夠記錄在計算機可讀的記錄介質中。記錄介質可以是任一記錄介質，只要它是計算機可讀的記錄介質就可以。特別地，可以使用盤型記錄介質，比如軟磁碟和CM-ROM。進一步，可以使用帶式記錄介質，比如磁帶。另外，也能夠採用如下配置:部分處理過程可以用硬體配置，比如DSP (數位訊號處理器)、ASIC (應用特定的集成電路)、PLD (編程邏輯裝置)以及FPGA (現場可編程門陣列)，並與上述軟體程序協作執行高速處理過程。
[0107]本領域技術人員應當明白可以依據設計要求和其它因素而發生不同修改、結合、子結合和變更，只要它們在權利要求或其等同方案的範圍內即可。
[0108]另外，根據本技術的實施方式的微粒分選方法也可以如下地配置。
[0109](I) 一種微粒分選方法,包含:
[0110]通過在連通主通道的分支通道中產生負壓而在所述分支通道中收集流經所述主通道的液體中的微粒的步驟，
[0111]其中，在所述步驟中，在所述主通道和所述分支通道之間的連
[0112]通口處形成從所述分支通道側流向所述主通道側的液體的流動。
[0113]( 2)根據(I)所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，通過將所述液體從位於所述分支通道中的所述連通口附近的引入口引入所述分支通道來形成所述流動。
[0114](3)根據(2)所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，由於負壓而從所述主通道吸入所述分支通道中的所述液體的流量大於從所述引入口引入所述分支通道並朝向所述連通口餵入的液體的流量。
[0115](4 )根據(2 )或(3 )所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，將所述主通道中的所述微粒從所述連通口收集到經過了所述分支通道的所述引入口的位置。
[0116](5)根據(I)至(4)的任一項所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟之前和之後維持所述流動。
[0117](6)根據(2)至(5)的任一項所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，從所述引入口引入所述分支通道的所述液體分成朝向所述連通口流動的逆流和在相反方向上流動的順流。
[0118](7 )根據(I)至(6 )的任一個所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，通過致動器施加使所述分支通道的內部空間變形的力來產生所述負壓，從而使所述內部空間的容積增大。
[0119](8 )根據(I)至(7 )的任一項所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，在所述分支通道中產生具有脈衝波形、階躍波形或下衝階躍波形的所述負壓的變化。
[0120]另外，根據本技術的實施方式的用於微粒分選的微晶片也可以如下地配置。
[0121](9) 一種用於微粒分選的微晶片,包含:
[0122]樣本液引入口，包含微粒的樣本液被引入所述樣本液引入口 ；
[0123]樣本液通道，從所述樣本液引入口引入的所述樣本液流過所述樣本液通道；
[0124]鞘液引入口，鞘液被引入所述鞘液引入口 ；
[0125]第一鞘液通道，從所述鞘液引入口引入的所述鞘液流過所述第一鞘液通道；
[0126]主通道，所述樣本液通道和所述第一鞘液通道在所述主通道處合併；
[0127]分支通道，與所述主通道連通；以及
[0128]第二鞘液通道，連接所述鞘液引入口和在所述分支通道中位於至所述主通道的連通口附近的鞘液排出口，並且從所述鞘液排出口將從所述鞘液弓丨入口引入的所述鞘液餵入所述分支通道。
[0129](10)根據(9)所述的用於微粒分選的微晶片，其中，所述第二鞘液通道不與所述樣本液通道、所述第一鞘液通道或所述主通道相連通。
[0130](11)根據(9)或(10)所述的用於微粒分選的微晶片，其中，用於在接觸面上施加變位的致動器被布置為與表面上的與所述分支通道相對應的位置接觸。
[0131](12)根據(11)所述的用於微粒分選的微晶片，其中，用於由所述變位而產生容積變化的壓力室被配置在所述分支通道中。
[0132](13)根據(12)所述的用於微粒分選的微晶片，其中，所述連通口、所述鞘液排出口以及所述壓力室按照所提及的順序布置在所述分支通道中。
[0133](14)根據(9)至(13)的任一項所述的用於微粒分選的微晶片，進一步包含:
[0134]兩個所述第一鞘液通道，
[0135]其中，所述鞘液弓I入口設置在兩個所述第一鞘液通道的對稱中心。
[0136](15)根據(9)至(14)的任一項所述的用於微粒分選的微晶片，其中，在與所述分支通道的所述連通口的相反側的末端是開放端。
[0137]本公開含有與在2012年8月16日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP2012-180317有關的主題，其全部內容通過引用併入本文。
【權利要求】
1.一種微粒分選方法，包括: 通過在連通主通道的分支通道中產生負壓而在所述分支通道中收集流經所述主通道的液體中的微粒的步驟， 其中，在所述步驟中，在所述主通道和所述分支通道之間的連通口處形成從所述分支通道側流向所述主通道側的液體的流動。
2.根據權利要求1所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，通過將所述液體從位於所述分支通道中的所述連通口附近的引入口引入所述分支通道來形成所述流動。
3.根據權利要求2所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，由於負壓而從所述主通道吸入所述分支通道中的所述液體的流量大於從所述引入口引入所述分支通道並朝向所述連通口餵入的所述液體的流量。
4.根據權利要求3所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，將所述主通道中的所述微粒從所述連通口收集到經過了所述分支通道的所述引入口的位置。
5.根據權利要求4所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟之前和之後維持所述流動。
6.根據權利要求5所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，從所述引入口引入所述分支通道的所述液體分成朝向所述連通口流動的逆流和在相反方向上流動的順流。
7.根據權利要求6所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，通過致動器施加使所述分支通道的內部空間變形的力來產生所述負壓，從而使所述內部空間的容積增大。
8.根據權利要求7所述的微粒分選方法，其中，在所述步驟中，在所述分支通道中產生具有脈衝波形、階躍波形或下衝階躍波形的所述負壓的變化。
9.一種用於微粒分選的微晶片，包括: 樣本液引入口，包含微粒的樣本液被引入所述樣本液引入口； 樣本液通道，從所述樣本液引入口引入的所述樣本液流過所述樣本液通道； 鞘液引入口，鞘液被引入所述鞘液引入口 ； 第一鞘液通道，從所述鞘液引入口引入的所述鞘液流過所述第一鞘液通道； 主通道，所述樣本液通道和所述第一鞘液通道在所述主通道處合併； 分支通道，與所述主通道連通；以及 第二鞘液通道，連接所述鞘液引入口和在所述分支通道中位於與所述主通道的連通口附近的鞘液排出口，並且將從所述鞘液引入口引入的所述鞘液從所述鞘液排出口餵入所述分支通道。
10.根據權利要求9所述的用於微粒分選的微晶片，其中，所述第二鞘液通道不與所述樣本液通道、所述第一鞘液通道或所述主通道相連通。
11.根據權利要求10所述的用於微粒分選的微晶片，其中，用於在接觸面上施加變位的致動器被布置為與表面上的與所述分支通道相對應的位置接觸。
12.根據權利要求11所述的用於微粒分選的微晶片，其中，用於由所述變位而產生容積變化的壓力室被配置在所述分支通道中。
13.根據權利要 求12所述的用於微粒分選的微晶片，其中，所述連通口、所述鞘液排出口以及所述壓力室按照所提及的順序布置在所述分支通道中。
14.根據權利要求13所述的用於微粒分選的微晶片，進一步包括: 兩個所述第一鞘液通道，其中，所述鞘液引入口設置在兩個所述第一鞘液通道的對稱中心。
15.根據權利要求14所述的用於微粒分選的微晶片，其中，在與所述分支通道的所述連通口的相反側的末端是開放端。
16.根據權利要求11所述的用於微粒分選的微晶片，其中，施加在所述致動器上的電壓的波形是脈衝波形 、階躍波形或下衝階躍波形。
【文檔編號】B07C5/342GK103586221SQ201310347353
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月9日 優先權日:2012年8月16日
【發明者】伊藤達巳 申請人:索尼公司