[發(fā)明專利]利用全息激光控制分類物質(zhì)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110399487.1
• 申請(qǐng)日: 2003-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN102539303A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉易斯·格魯貝爾;肯尼思·布拉德利;沃德·洛佩斯;羅伯特·W·蘭斯洛特;約瑟夫·S·普萊瓦;戴維·格里爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阿爾利克斯公司
• 主分類號(hào): G01N15/14
• 分類號(hào): G01N15/14
• 代理公司: 北京明和龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11281
• 代理人: 郁玉成

本申請(qǐng)是申請(qǐng)人為阿爾利克斯公司、發(fā)明名稱為“利用全息激光控制分類物質(zhì)的系統(tǒng)和方法”的中國專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?3823443.2(PCT/US2003/023822)，申請(qǐng)日為2003年7月31日)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明要求美國臨時(shí)專利申請(qǐng)：2002年7月31日提交的No.60/399,386以及2002年12月20日提交的No.60/435,541的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此引用以作參考。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及利用激光控制對(duì)物質(zhì)分類的系統(tǒng)和方法，尤其是使用全息光學(xué)捕獲。

在美國工業(yè)中，存在大量未滿足的分類和分離需求，涉及由小于50微米的粒子和單元組成的物質(zhì)。這些需求的范圍跨越了從包括納米技術(shù)的制造在內(nèi)的專業(yè)化學(xué)藥品和物質(zhì)領(lǐng)域的粒子分篩和樣本準(zhǔn)備，到藥品和生物技術(shù)工業(yè)中蛋白質(zhì)選擇和提純的工業(yè)領(lǐng)域。其它的例子還包括在醫(yī)學(xué)、診斷、以及農(nóng)業(yè)部門的細(xì)胞分類和選擇。

通過研究在已經(jīng)開發(fā)出特定的或部分解決方案的領(lǐng)域中的全年的費(fèi)用，以及通過估計(jì)當(dāng)前甚至尚未有部分解決方案的領(lǐng)域中的分類/分離/提純輸出的市場(chǎng)價(jià)值，可以看出這些需求的重要性。對(duì)于前者的一個(gè)實(shí)例，生物技術(shù)和藥品工業(yè)每年花費(fèi)大量的設(shè)備和供給用于蛋白質(zhì)提純。

后者的一個(gè)實(shí)例，在農(nóng)業(yè)部門，在農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物中，當(dāng)前沒有有效選擇后代的性別；但是，估計(jì)僅在養(yǎng)牛業(yè)，通過進(jìn)行精子選擇，作為當(dāng)前工業(yè)中廣泛使用的人工受精方式的一部分將會(huì)增加價(jià)值。

除了動(dòng)物飼養(yǎng)市場(chǎng)，目前從人類胰腺的胰島細(xì)胞提純處理大量涉及開發(fā)I型糖尿病的新治療方法的藥物科學(xué)。現(xiàn)在已經(jīng)有胰島移植方法的重要進(jìn)步，但是提純問題是阻礙的問題之一。用于提純胰島細(xì)胞的傳統(tǒng)方法效率低并且導(dǎo)致細(xì)胞的損壞。

由于I型糖尿病的情況，在患者胰腺中存在的胰島細(xì)胞已經(jīng)被損壞，并且不再產(chǎn)生人類生存需要的胰島素，因此胰島細(xì)胞移植是重要的。當(dāng)前的I型糖尿病治療包括每天注射1至5次胰島素。盡管有了這樣的治療，該疾病通常會(huì)產(chǎn)生并發(fā)癥，包括失明，需要截肢的血液流動(dòng)問題，腎臟壞死，以及死亡。用于移植的胰島細(xì)胞更純和減少污染期望減少這些并發(fā)癥的出現(xiàn)。

目前在美國，大約100萬的I型糖尿病患者中，如果可以利用，每年有至少50,000患者將忍受胰島細(xì)胞移植，。當(dāng)接受大規(guī)模的胰島細(xì)胞移植作為有效的療法時(shí)，成本將有本質(zhì)上的變化。即使適當(dāng)?shù)貙?shí)施當(dāng)前療法，這個(gè)跳變將由使用當(dāng)前治療方法(頻繁注射)的難度和嚴(yán)重后果所驅(qū)使。

因此，一個(gè)重要問題是胰島提純，需要以非損壞、非侵入的方式非常有選擇性的方式對(duì)人類細(xì)胞進(jìn)行分類。

另一個(gè)需要解決的問題是在經(jīng)受全身的癌癥放射治療的人體骨髓中，從癌細(xì)胞中提純正常細(xì)胞。

另一個(gè)問題是為了研究例如帕金森癥這樣的疾病的成因和治療所需的干細(xì)胞的選擇。

另一方面是開發(fā)新的方法以自動(dòng)問詢大量的人類細(xì)胞，并選擇具有不適合于熒光標(biāo)記特性的一些，其將極大地拓寬藥物診斷的范圍和效力。

控制微觀對(duì)象的一項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)是光學(xué)捕獲。光學(xué)捕獲效果的可接受的描述是輕微聚焦光線，例如通過高數(shù)值孔徑的顯微透鏡聚焦的光線，具有陡的強(qiáng)度(intensity)梯度。光學(xué)陷阱根據(jù)其介電常數(shù)，利用光束的梯度強(qiáng)度來捕獲粒子。“粒子”是指生物學(xué)上或者其它化學(xué)物質(zhì)，包括但不限于，低聚核苷酸，多聚核苷酸，化學(xué)混合物，蛋白質(zhì)，脂質(zhì)，多糖，配合基，細(xì)胞，抗體，抗原，細(xì)胞器，脂質(zhì)，裂殖細(xì)胞，細(xì)胞集團(tuán)，微生物，肽，cDNA，RNA以及類似物質(zhì)。

為將其能量最小化，具有介電常數(shù)高于周圍介質(zhì)的粒子將移動(dòng)到光學(xué)捕獲區(qū)域，這里電場(chǎng)最高。介電常數(shù)與其周圍介質(zhì)具有至少一點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別的粒子對(duì)其梯度靈敏，并且也被吸引到最高光強(qiáng)度點(diǎn)或者從該處排斥，也就是說，到/離開光束聚焦點(diǎn)。在構(gòu)造光學(xué)陷阱的過程中，來自單個(gè)光束的光學(xué)梯度強(qiáng)度被應(yīng)用于控制浸入具有小于粒子的折射率的流體介質(zhì)中的介電粒子的位置，但是也控制反射吸收和低介電常數(shù)的粒子。