[發明專利]利用全息激光控制分類物質的系統和方法

有效

• 申請號: 201310236687.4
• 申請日: 2003-07-31
• 公開（公告）號: CN103364326A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）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（專利權）人: 阿爾利克斯公司
• 主分類號: G01N15/14
• 分類號: G01N15/14;G02B21/32
• 代理公司: 北京明和龍知識產權代理有限公司 11281
• 代理人: 郁玉成

本申請是申請人為阿爾利克斯公司、發明名稱為“利用全息激光控制分類物質的系統和方法”的中國專利申請（其申請號為201110399487.1，該申請為申請號為03823443.2（PCT/US2003/023822），申請日為2003年7月31日的發明專利申請的分案申請）的分案申請。

本發明要求美國臨時專利申請：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的優先權，其內容在此引用以作參考。

背景技術

本發明涉及利用激光控制對物質分類的系統和方法，尤其是使用全息光學捕獲。

在美國工業中，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。這些需求的范圍跨越了從包括納米技術的制造在內的專業化學藥品和物質領域的粒子分篩和樣本準備，到藥品和生物技術工業中蛋白質選擇和提純的工業領域。其它的例子還包括在醫學、診斷、以及農業部門的細胞分類和選擇。

通過研究在已經開發出特定的或部分解決方案的領域中的全年的費用，以及通過估計當前甚至尚未有部分解決方案的領域中的分類/分離/提純輸出的市場價值，可以看出這些需求的重要性。對于前者的一個實例，生物技術和藥品工業每年花費大量的設備和供給用于蛋白質提純。

后者的一個實例，在農業部門，在農場動物中，當前沒有有效選擇后代的性別；但是，估計僅在養牛業，通過進行精子選擇，作為當前工業中廣泛使用的人工受精方式的一部分將會增加價值。

除了動物飼養市場，目前從人類胰腺的胰島細胞提純處理大量涉及開發I型糖尿病的新治療方法的藥物科學。現在已經有胰島移植方法的重要進步，但是提純問題是阻礙的問題之一。用于提純胰島細胞的傳統方法效率低并且導致細胞的損壞。

由于I型糖尿病的情況，在患者胰腺中存在的胰島細胞已經被損壞，并且不再產生人類生存需要的胰島素，因此胰島細胞移植是重要的。當前的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，該疾病通常會產生并發癥，包括失明，需要截肢的血液流動問題，腎臟壞死，以及死亡。用于移植的胰島細胞更純和減少污染期望減少這些并發癥的出現。

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患者將忍受胰島細胞移植，。當接受大規模的胰島細胞移植作為有效的療法時，成本將有本質上的變化。即使適當地實施當前療法，這個跳變將由使用當前治療方法（頻繁注射）的難度和嚴重后果所驅使。

因此，一個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人類細胞進行分類。

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

另一個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胞的選擇。

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

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

為將其能量最小化，具有介電常數高于周圍介質的粒子將移動到光學捕獲區域，這里電場最高。介電常數與其周圍介質具有至少一點點區別的粒子對其梯度靈敏，并且也被吸引到最高光強度點或者從該處排斥，也就是說，到/離開光束聚焦點。在構造光學陷阱的過程中，來自單個光束的光學梯度強度被應用于控制浸入具有小于粒子的折射率的流體介質中的介電粒子的位置，但是也控制反射吸收和低介電常數的粒子。