[发明专利]基于粘弹性聚焦的光学成像

说明书

发明领域

本发明一般涉及微流体设备，并且特别是，本发明涉及用于放大在微流体设备中排列的粒子的图像的装置和方法。

发明背景

微流体技术通常通过采用具有至少一个尺寸小于1毫米的一个或多个通道的设备和通常约为毫微和微微升的微量流体来识别。

微流体用在各种领域如化学与生物反应和分析或者喷墨喷嘴制造中。

微流体技术允许开发小型、有成本效益和高效率的系统，如芯片实验室，其中整个复杂的化学管理及分析系统可以创建在微流体芯片中并与例如电子设备和光学检测系统连接。

应用微流体使微观对象可视化在例如Yang等人的2005/0271548或2007/207061美国申请中被公开，并且血细胞计数器在例如Lievan的6,097,485或Larsen的6,959,618美国专利中被描述。Hou-Pu等人的7,312,085美国专利公开了用于粒子如细胞和/或珠子的微流体操作和/或检测的装置、方法和试剂盒。

使用具有粘弹特性的流体使得将粒子的流体悬浮液注入到微通道中增加在微通道内部的聚焦区中的粒子的浓度(‘粘弹性聚焦’)的装置和方法在A.M.Leshansky、A.Bransky、N.Korin和U.Dinnar的Tunable Nonlinear Viscoelastic“Focusing”in a Microfluidic Device，Phys.Rev.Lett.98，234501(2007)中以及在PCT申请WO2008/149365中被公开，该申请的共同发明人(Bransky)是本发明的发明人。

发明概述

本发明的一些实施方式的一个方面涉及用于在微通道中流动的粘弹性流体中悬浮的粒子的光学成像以便粒子按照平行于流体流的至少一维阵列排列的方法和装置。

在本发明的一些实施方式中，一个或多个微通道在大致平面的基底如塑料或玻璃板上形成。在微通道中流动的粘弹性流体中悬浮的粒子在微通道中按照一维或二维阵列排列。聚焦在阵列处的光学物镜可选地在合适的照射下提供粒子的放大图像。图像可以由图像采集装置捕获并随后手工地和/或由计算机化程序分析。

在本发明的一些实施方式中，带有微通道和可选地其它结构的基底(以下也称为“盒子(cartridge)”)被可移除地放置在用于采集和分析粒子图像、提供指定结果的装置(以下称为“读取器”)中。优选地，读取器被可选地紧凑地构造为便携式设备。

在本发明的一些实施方式中，盒子包括产生悬浮粒子的排列流所需的结构和/或机构和/或材料。可选地或者作为选择，一些结构和/或机构和/或材料在读取器中被提供或由辅助配件提供。

优选地，盒子是一次性的，并且优选地由廉价材料经济地生产和/或通过有成本效益的过程如连续大规模生产过程经济地生产。

应强调，粘弹性聚焦，即，在微通道中的粘弹性流中按照有序阵列的粒子的排列是在获得清晰光学聚焦图像中的关键因素。此外，根据粒子的结构和刚性(或柔韧性或可挠性)和粘弹性流体流中剪切流的影响，粒子可在某个有利方向上变形和排列。例如，通常具有双凹面形状的红血细胞在流动方向上拉长并与平侧面上下对齐，能够捕获一致的细胞形状而不是具有不同方向的细胞的清晰聚焦图像，具有不同方向的细胞的部分在焦点外。还应注意，粘弹性流和聚焦可仅在压力梯度下内在地得到，而无需任何外部场(例如，电场或磁场)，简化了用于粘弹性聚焦的装置和方法。

在说明书和权利要求中，下列术语及其派生词暗示各自的非限制性特征：

微通道-诸如具有至少约或大于100微米的长度和垂直于长度的圆形或矩形横截面的槽或管的通道，在圆形或矩形的横截面中，其至少一个尺寸约或小于100微米。

浅微通道-关于下层表面具有明显(例如五倍或更多)大于垂直尺寸(“高度”)的水平横截面尺寸(“宽度”)的微通道。

粒子-微观粒子。通常，粒子具有约或小于25微米的平均最大尺寸或者约或小于15微米的平均直径。这些粒子可具有有机或无机起源或两者的组合，包括微球、微珠、矿物(例如粘土)、花粉、胶束、囊泡、细胞器或细胞(多细胞生物体或单细胞如细菌的)以及活细胞。

悬浮的(粒子)-分散在整个流体例如在悬浮液但不排除乳液中的粒子(例如在亲水性流体中的脂肪颗粒)。

微结构-被构造成具有在亚毫米范围中的至少一个尺寸，通常为100微米或更小(例如微通道或其入口和出口，见下文)。

基底-大致平面的材料，如塑料或玻璃板，适于在其中和/或其上形成结构。