[發明專利]基于粘彈性聚焦的光學成像

有效

• 申請號: 201410312085.7
• 申請日: 2009-10-01
• 公開（公告）號: CN104155210B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 阿維謝伊·布朗斯基;馬科斯·赫茨伯格
• 申請（專利權）人: 彼克斯賽爾醫療科技有限公司;技術研究及發展基金有限公司
• 主分類號: G01N11/04
• 分類號: G01N11/04;G06T7/00;G01N35/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 周靖,鄭霞

本申請是申請日為2009年10月1日，申請號為200980147765.5，發明名稱為“基于粘彈性聚焦的光學成像”的申請的分案申請。

發明領域

本發明一般涉及微流體設備，并且特別是，本發明涉及用于放大在微流體設備中排列的粒子的圖像的裝置和方法。

發明背景

微流體技術通常通過采用具有至少一個尺寸小于1毫米的一個或多個通道的設備和通常約為毫微和微微升的微量流體來識別。

微流體用在各種領域如化學與生物反應和分析或者噴墨噴嘴制造中。

微流體技術允許開發小型、有成本效益和高效率的系統，如芯片實驗室，其中整個復雜的化學管理及分析系統可以創建在微流體芯片中并與例如電子設備和光學檢測系統連接。

應用微流體使微觀對象可視化在例如Yang等人的2005/0271548或2007/207061美國申請中被公開，并且血細胞計數器在例如Lievan的6,097,485或Larsen的6,959,618美國專利中被描述。Hou-Pu等人的7,312,085美國專利公開了用于粒子如細胞和/或珠子的微流體操作和/或檢測的裝置、方法和試劑盒。

使用具有粘彈特性的流體使得將粒子的流體懸浮液注入到微通道中增加在微通道內部的聚焦區中的粒子的濃度(‘粘彈性聚焦’)的裝置和方法在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申請WO2008/149365中被公開，該申請的共同發明人(Bransky)是本發明的發明人。

發明概述

本發明的一些實施方式的一個方面涉及用于在微通道中流動的粘彈性流體中懸浮的粒子的光學成像以便粒子按照平行于流體流的至少一維陣列排列的方法和裝置。

在本發明的一些實施方式中，一個或多個微通道在大致平面的基底如塑料或玻璃板上形成。在微通道中流動的粘彈性流體中懸浮的粒子在微通道中按照一維或二維陣列排列。聚焦在陣列處的光學物鏡可選地在合適的照射下提供粒子的放大圖像。圖像可以由圖像采集裝置捕獲并隨后手工地和/或由計算機化程序分析。

在本發明的一些實施方式中，帶有微通道和可選地其它結構的基底(以下也稱為“盒子(cartridge)”)被可移除地放置在用于采集和分析粒子圖像、提供指定結果的裝置(以下稱為“讀取器”)中。優選地，讀取器被可選地緊湊地構造為便攜式設備。

在本發明的一些實施方式中，盒子包括產生懸浮粒子的排列流所需的結構和/或機構和/或材料。可選地或者作為選擇，一些結構和/或機構和/或材料在讀取器中被提供或由輔助配件提供。

優選地，盒子是一次性的，并且優選地由廉價材料經濟地生產和/或通過有成本效益的過程如連續大規模生產過程經濟地生產。

應強調，粘彈性聚焦，即，在微通道中的粘彈性流中按照有序陣列的粒子的排列是在獲得清晰光學聚焦圖像中的關鍵因素。此外，根據粒子的結構和剛性(或柔韌性或可撓性)和粘彈性流體流中剪切流的影響，粒子可在某個有利方向上變形和排列。例如，通常具有雙凹面形狀的紅血細胞在流動方向上拉長并與平側面上下對齊，能夠捕獲一致的細胞形狀而不是具有不同方向的細胞的清晰聚焦圖像，具有不同方向的細胞的部分在焦點外。還應注意，粘彈性流和聚焦可僅在壓力梯度下內在地得到，而無需任何外部場(例如，電場或磁場)，簡化了用于粘彈性聚焦的裝置和方法。

在說明書和權利要求中，下列術語及其派生詞暗示各自的非限制性特征：

微通道-諸如具有至少約或大于100微米的長度和垂直于長度的圓形或矩形橫截面的槽或管的通道，在圓形或矩形的橫截面中，其至少一個尺寸約或小于100微米。

淺微通道-關于下層表面具有明顯(例如五倍或更多)大于垂直尺寸(“高度”)的水平橫截面尺寸(“寬度”)的微通道。

粒子-微觀粒子。通常，粒子具有約或小于25微米的平均最大尺寸或者約或小于15微米的平均直徑。這些粒子可具有有機或無機起源或兩者的組合，包括微球、微珠、礦物(例如粘土)、花粉、膠束、囊泡、細胞器或細胞(多細胞生物體或單細胞如細菌的)以及活細胞。

懸浮的(粒子)-分散在整個流體例如在懸浮液但不排除乳液中的粒子(例如在親水性流體中的脂肪顆粒)。

微結構-被構造成具有在亞毫米范圍中的至少一個尺寸，通常為100微米或更小(例如微通道或其入口和出口，見下文)。