分析和分选流入对象制造技术

描述了一种用于分选浸入流动介质中的对象的设备(1)。所述设备包括具有多个全息成像元件(2)的全息成像单元；流体处理单元，所述流体处理单元包括用于沿对应全息成像元件(2)传导流动介质的多个微流体通道(3)，并且包括被安排在微流体通道中的成像区域下游用于可控地将流动介质中的每个对象引导到多个出口(6)中的所选一个出口的微流体开关(5)。所述设备还包括处理单元(7)，所述处理单元(7)适于对为所述对象中的每一者而获取的全息衍射图像进行实时表征，由此考虑至少一个预定对象类型识别标记。所述处理单元(7)还适于响应于该表征来控制微流体开关(5)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分析和分选流入对象
本专利技术涉及细胞分析和分选领域。更具体地，本专利技术涉及分析和分选流体中的生物细胞的领域。专利技术背景本领域中用于细胞分选的各方法(这些方法基于每个生物细胞的特定光散射和/或荧光特性来执行将各生物细胞的异质混合物分选到两个或更多个容器中)包括荧光激活细胞分选(FACS)和基于流式细胞仪的各方法。这样的分选可包括两个阶段，例如，第一阶段可以是所谓的鉴别阶段，在该鉴别阶段基于细胞的荧光和/或光散射属性对该细胞进行分类，而第二阶段可以是所谓的分馏阶段，在该分馏阶段流体流被分离成带电液滴，这些液滴可被机械地或静电地偏转以便使这些液滴转向到不同罐子。FACS已成为生物学研究者的主力工具，这可能由于多个原因。例如，FACS具有高的单细胞水平敏感性，且因此可以能够在该单细胞水平处检测细胞表面标志物，这很大程度上归因于荧光检测的极好敏感性。此外，FACS具有高的分选和/或计数吞吐量，这允许群体平均的单细胞数据。当今的高速分选器系统每秒可分析多达100,000个事件。该吞吐量至少受到液滴可被偏转的速度的限制。FACS进一步具有跟踪多个参数的能力。现代FACS仪器可具有适于通用多光谱荧光染色应用的多个激光器和检测器。FACS系统正用于各种应用，这些FACS系统基于大小、形态、细胞色素、蛋白质表达水平、荧光探针来鉴别各细胞以供原位杂交，从而例如经由所谓的Flow-FISH(流式荧光原位杂交)、细胞内和核蛋白标志物、绿色荧光蛋白、pH、钙染色等使该细胞内基因组的一个或多个特定区域可视化。在各位置之间快速传送该细胞分选器的特定具体化形式例如使其可成为移动系统的一部分是可能的。现代FACS系统会具有以下缺点：大的设备尺寸和高成本、不同样本之间的污染、分选的顺序性本质、以及喷射后的低细胞活性。分选速度、纯质率和恢复率之间也存在折衷。尤其在现代癌症和免疫学研究中，以最高可实现的纯质率使所有细胞从细胞分选器中恢复可能是重要的。微流体FACS系统为细胞分选带来小型化和可丢弃性。微流体FACS系统通常被感知为比宏观版本(参见例如《自然》，卷441，第1179页)慢，但更容易并行化。例如，IMT(圣巴巴拉市)已经开发了罕见细胞纯化系统，该系统使用具有微小的微机械阀、光学器件和电磁致动的32个并行通道使细胞转向，以供检测适当荧光标志物之后进行快速收集。Cytonome已构造了通过使用144个并发操作的微流体分选器来提供每通道每秒2000个细胞的细胞分选的专利技术性微流体开关。这一开关可能能够达到每秒288,000个细胞的分选速度。美国专利申请US2008/213821也公开了用于分选流动介质中的对象的这一FACS设备。该设备包括流体处理单元，该流体处理单元包括多个微流体通道，这些微流体通道包括用于沿对应的检测器传导流动介质的检测区域、以及被安排在该检测区域下游用于可控地将该流动介质中的每个对象引导到多个出口的微流体开关。此外，描述了为这些对象中的每一者在经过该检测区域时而获取的用于控制微流体开关的检测信号的实时表征。流动中成像(in-flowimaging)系统是本领域中已知的，例如，Amnis在US2009/003681中公开的系统。该系统使用常规光学器件(例如，收集透镜、光散射元件、成像透镜以及CCD检测器)来执行流入细胞成像供诊断用途。时间延迟积分法可用于提供快速移动对象的改进图像。这可得到从其中可导出细胞特性的高分辨率图像。例如，Amnis系统可能能够成像多达每秒4000个细胞。此外，例如根据《LabChip》2009、9、777-787页，无透镜成像系统可能是已知的。该论文公开了无透镜全息细胞仪以及成像和重构方法，该方法用来自经数字处理的全息图像的丰富得多的纹理信息得到对经重构图像的改进。该系统可用于对静态地存在于CMOS芯片上的细胞进行表征和计数。该论文论证了基于每种细胞类型的全息衍射图案的图案识别来对芯片上的异质细胞溶液执行标识或表征是可能的。该论文提出了使用这些无透镜成像原理以非常高的速度来进行流入细胞成像。然而，上述这些系统可能不适合对细胞进行流入分析和分选。所描述的无透镜系统是用于分析细胞的静态系统。这些细胞存在于微流体设备中；然而，这些细胞不在流动中。分析流入细胞需要不同的体系结构和方法论。上述流入成像器需要庞大的常规光学器件，从而使其成本高、昂贵、且不适于运输。然而，仍然需要以下流入细胞分析/分选系统：该系统具有高吞吐能力,在要调查的细胞之间的差异方面具有灵活性,并且可靠、容易使用而且紧凑。当前不可获得具有这些属性的此类系统。专利技术概述本专利技术各实施例的一个目的是提供对流动介质中的对象进行快速且高效的分选。通过根据本专利技术的实施例的方法和设备来完成上述目的。本专利技术涉及一种用于分选浸入流动介质中的对象的设备，该设备包括全息成像单元和流体处理单元，该全息成像单元包括用于提供多个全息衍射图像的多个全息成像元件，该流体处理单元包括多个微流体通道，这些微流体通道包括用于沿对应的全息成像元件传导流动介质以对浸入所述流动介质中的移动对象(例如，快速移动对象)进行成像的成像区域。例如，该全息成像单元可适于每秒对超过500个经过对象(例如，每秒1000个经过对象)进行成像。例如，该全息成像单元可适于对以1cm/s或更高速率移动穿过该成像区域的对象进行成像。微流体通道还包括被安排在所述成像区域下游用于将流动介质中每个对象可控地引导到多个出口中的一个所选出口的微流体开关，以及适于对为这些对象中的每一者在经过这些成像区域中的任一个时而获取的全息衍射图像进行实时表征的处理单元，所述表征考虑至少一个预定对象类型识别标记，该处理单元还适于响应于所述表征来控制所述成像区域下游的微流体开关。根据本专利技术各实施例的该设备还可包括用于生成同步信号的同步装置，该同步信号表示检测到每个对象存在于这些成像区域中每一者上游的流动介质中和/或表示检测到每个对象存在于该微流体开关上游的流动介质中。该处理单元可被安排成响应于该同步信号来执行实时表征。该同步装置可被合并到这些全息成像元件中。该同步装置可被合并到这些微流体通道中。该同步装置可包括用于接收被该对象调制(例如，被该对象反射或透射通过该对象)的光的光电检测器。该同步装置可包括用于检测受该对象影响的电信号的至少一个电极。此外，这些全息成像元件可适于从所述同步装置接收并处理同步信号。在各实施例中，多个微流体通道中的每一者还可包括被安排在该成像区域与该微流体开关之间用于在该实时表征被执行时延迟将这些对象中的每一者从该成像区域转移到该微流体开关的曲折区段。多个微流体通道可按级联方式来安排，以使得至少一个第一微流体通道的至少一个出口将该流动介质馈送到至少一个第二微流体通道。该全息成像单元可包括CMOS或CCD图像传感器。在本专利技术各实施例中，该成像区域中的每个微流体通道还可被安排成相对于CMOS或CCD图像传感器的栅格对准成一角度。该处理单元可适于根据为这些流入对象中的每一者而获取的多个全息衍射图像来构建超分辨率全息衍射图像。该设备还可包括用于提供多个荧光图像的多个荧光成像元件。这些成像区域还可适于沿多个荧光成像元件的对应荧光成像元件传导流动介质。该处理单元可适于对为这些对象中的每一者在经过这些成像区域时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分选浸入流动介质中的对象的设备(1)，所述设备包括：‑全息成像单元，所述全息成像单元包括用于提供多个全息衍射图像的多个全息成像元件(2)；以及‑流体处理单元，所述流体处理单元包括多个微流体通道(3)，所述微流体通道(3)包括用于沿对应全息成像元件(2)传导流动介质以对浸入流动介质中的移动对象进行成像的成像区域(4)，所述微流体通道(3)还包括被安排在所述成像区域下游用于可控地将流动介质中的每个对象引导到多个出口(6)中的所选一个出口的微流体开关(5)，所述设备还包括：‑处理单元(7)，适于对为所述对象中的每一者在经过所述成像区域(4)中的任一个时而获取的全息衍射图像进行实时表征，该表征考虑至少一个预定对象类型识别标记，所述处理单元(7)还适于响应于该表征来控制所述成像区域(4)下游的微流体开关(5)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.02 EP 12166436.1;2011.12.07 US 61/567,8171.一种用于分选浸入流动介质中的对象的设备(1)，所述设备包括：-全息成像单元，所述全息成像单元包括用于提供多个全息衍射图像的多个全息成像元件(2)；以及-流体处理单元，所述流体处理单元包括多个微流体通道(3)，所述微流体通道(3)包括用于沿对应全息成像元件(2)传导流动介质以对浸入流动介质中的移动对象进行成像的成像区域(4)，所述微流体通道(3)还包括被安排在所述成像区域下游用于可控地将流动介质中的每个对象引导到多个出口(6)中的所选一个出口的微流体开关(5)，所述设备还包括：-处理单元(7)，适于对为所述对象中的每一者在经过所述成像区域(4)中的任一个时而获取的全息衍射图像进行实时表征，该表征考虑至少一个预定对象类型识别标记，所述处理单元(7)还适于响应于该表征来控制所述成像区域(4)下游的微流体开关(5)，其中所述全息成像单元包括被划分成有源像素阵列的CMOS或CCD图像传感器，每个像素阵列与相应微流体通道的成像区域相关，其中所述图像传感器进一步适于并行读出所述像素阵列，以同时且彼此独立地提供所述全息衍射图像。2.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，还包括用于生成同步信号的同步装置，所述同步信号表示检测到每个对象存在于所述成像区域(4)中的每一者下游的流动介质中和/或表示检测到每个对象存在于所述微流体开关(5)中的每一者上游的流动介质中，并且其中所述处理单元(7)被安排成响应于所述同步信号来执行实时表征。3.如权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述同步装置被并入所述全息成像元件(2)，或其中所述同步装置被并入所述微流体通道(3)。4.如权利要求2或3中的任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述同步装置包括用于接收由所述对象调制的光的光电检测器。5.如权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述同步装置包括用于检测受所述对象影响的电信号的至少一个电极。6.如权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述全息成像元件(2)适于接收并处理来自所述同步装置的所述同步信号。7.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述多个微流体通道中的每一者还包括被安排在所述成像区域(4)与所述微流体开关(5)之间用于在实时表征被执行时延迟将所述对象中的每一者从所述成像区域(4)转移到所述微流体开关(5)的曲折区段。8.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述多个微流体通道(3)按级联方式来安排，以使得至少一个第一微流体通道(3)的至少一个出口(6)将流动介质馈送到至少一个第二微流体通道(3)。9.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述全息成像单元适于执行局部判定算法，以便确定哪些图像被推送到所述处理单元供分析。10.如权利要求9所述的设备(1)，其特征在于，所述成像区域(4)中的每个微流体通道(3)被安排成相对于所述CMOS或CCD图像传感器的栅格对准成一角度，并且其中所述处理单元(7)还适于根据为流入对象中的每一者而获取的多个全息衍射图像来构建超分辨率全息衍射图像。11.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备还包括用于提供多个荧光图像的多个荧光成像元件，其中所述成像区域(4)还适于沿所述多个荧光成像元件的对应荧光成像元件传导流动介质，并且其中所述处理单元(7)适于对为所述对象中的每一者在经过所述成像区域(4)时而获取的全息衍射图像和荧光图像进行实时表征。12.如权利要求11所述的设备(1)，其特征在于，所述多个荧光成像元件中的每一者包括多光谱滤波器组件。13.如权利要求12所述的设备(1)，其特征在于，所述多个荧光成像元件中的每一者被用来提供所述对象中的每一者在经过所述成像区域(4)时的多个荧光感测信号。14.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·拉哈，P·波伊曼斯，K·韦斯特拉肯，D·韦克吕斯，C·刘，
申请(专利权)人：IMEC公司，鲁汶天主教大学，
类型：发明
国别省市：比利时;BE