批量颗粒分选制造技术

提供了一种用于批量分选颗粒的系统和方法。批量分选系统的示例包括微流体喷射器、在一端流体耦合到微流体喷射器的流动通道、以及耦合到与微流体喷射器相对的流动通道端的储存器。计数器被设置在微流体喷射器上游的流动通道中，以在从微流体喷射器喷射之前对颗粒进行计数。光学传感器用于对流动通道成像。控制器被配置为至少部分基于图像来定位流动通道中的目标颗粒，以及至少部分基于来自计数器的计数来在收集器皿中捕获目标颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】批量颗粒分选
技术介绍
当前，荧光激活细胞分选（FACS）是研究实验室中用于分选细胞的主要技术。在FACS中，振动流动室用于产生微滴线。当微滴离开振动流动室时，光学系统用于收集平均光学信息，诸如微滴中细胞的平均荧光和散射。微滴带电，并且基于电荷而偏转到不同的收集管中。附图说明某些示例性实施例在以下详细描述中并且参考附图进行描述，其中：图1是根据示例的使用包括微流体喷射器阵列的管芯的批量分选系统的图；图2是根据示例的可以用于批量分选系统中的环状镜的图；图3是根据示例的另一批量分选系统的图，其中照明光学系统提供与返回到摄像机的光共线的照明；图4是根据示例的可以用于批量颗粒分选的管芯的图；图5(A)和5(B)是根据示例的集成颗粒分选单元（PSU）的图，所述集成颗粒分选单元（PSU）可以使用图4的管芯来实现批量颗粒分选；图6是根据示例的系统的图，所述系统可以使用多个光学检测器来分析批量颗粒分选方法的图像；图7是根据示例的施行批量颗粒分选的控制器的图；图8是根据示例的批量颗粒分选系统的图，所述批量颗粒分选系统将微流体喷射器与微滴充电系统相组合以操纵微滴；图9是根据示例的包括用于操纵微滴的高压电极的镜子的图；图10是根据示例的使用包括多个微流体喷射器的管芯使用图像处理来分选批量的颗粒的方法的过程流程图；图11(A)直至(E)是根据示例的流动通道的一部分的图，所述流动通道包括用荧光染料染色之后成像的九个细胞；图12是根据示例的训练和使用卷积神经网络（CNN）来标识感兴趣区域和感兴趣区域中的颗粒的过程的示意图；图13是根据示例的批量颗粒分选的过程的示意图；图14是根据示例的用于批量地分选颗粒的过程的框图；图15是根据示例的使用和训练模型来对诸如细胞之类的颗粒进行分类的过程的框图；以及图16是根据示例的训练和使用卷积神经网络来同时标识感兴趣区域和对感兴趣区域中的颗粒进行分类的过程的示意图。具体实施方式当前的FACS系统复杂、昂贵、并且需要专业人员来维护和操作。因此，更简单的系统将是有价值的。本文中公开了用于经由对微流体喷射器阵列的非破坏性和连续光学监视来对诸如细胞之类的颗粒进行光学分选的系统和方法。微流体喷射器类似于喷墨打印机中使用的喷射器，并且可以包括热致动喷射器或压电单元喷射器。该系统包括具有流体溶液的储存器，所述流体溶液包含形状、荧光或大小或可以光学区分的其它性质不同的颗粒。在一些示例中，颗粒是细胞。在其它示例中，颗粒是纳米复合材料，诸如用于电视和监视器的硫化镉球体。储存器向流动通道进料，所述流动通道向独立控制的微流体喷射器的喷嘴进料。诸如显微镜之类的成像系统监视例如通向喷射器的流动通道中喷射器的进料，而不干扰喷射的材料到达目标目的地，诸如多井板中的井、收集器皿或其它容器。成像系统包括例如具有中心孔径的环状镜，其被放置在光路中以将成像系统聚焦在微流体喷射器上。包含目标颗粒的喷射微滴穿过孔径到目标目的地中。目标颗粒由控制器选择，该控制器处理由光学系统收集的图像，以标识容纳颗粒的流动通道内的感兴趣区域。计数被分配给从喷嘴前的最终颗粒开始并从储存器移回以进料到流动通道的颗粒。然后微流体喷射器被致动以喷射颗粒，同时对喷射的颗粒数量进行计数。当计数指示已经到达目标颗粒时，通过与其它设备一前一后地致动微流体喷射器，目标颗粒被分送到捕获容器中。在一个示例中，移动支撑多井板的x-y平台以将井放置在微流体喷射器下方，以捕获容纳目标颗粒的微滴。在另一示例中，移动x-y平台以移动微流体喷射器下方的捕获器皿。在一些示例中，喷射的微滴可以在离开喷嘴之后被充电。然后，在与微滴的标称轨迹正交的方向上施加的电场使微滴朝向目标位置（诸如捕获器皿）偏转。电极可以集成到环状镜的表面上。在一些示例中，电极是放置在镜子下方的板。这两种技术可以一前一后地使用，例如，x-y平台移动微流体喷射器下方的一组收集器皿，以及电场被用于将微滴操纵到目标收集器皿中。在捕获目标颗粒之后，可以移动x-y平台以将废物容器放置在微流体喷射器下方。然后微流体喷射器的顺序点火被恢复，同时继续对颗粒进行计数以确保其它目标颗粒被捕获。图1是根据示例的使用包括微流体喷射器阵列的管芯102的批量分选系统100的图。批量分选系统100具有光学传感器，诸如摄像机104，其可以包括电荷耦合设备（CCD），以收集管芯102的图像。摄像机104或本文中提到的任何其它成像设备可以包括高帧率成像系统、CCD、二极管阵列、多通道分光光度计或任何数量的其它光学传感器，除其它光学传感器之外，尤其诸如光电倍增管（PMT）、光电晶体管或光电二极管。光学系统106用于收集从管芯102到达的光108，并且将其聚焦在摄像机104的传感器上。如本文中所描述的，在一些示例中，管芯102的微流体喷射器使用热电阻器来通过加热喷嘴后面的流体从喷嘴喷射流体，从而产生把流体从喷嘴压出来的气泡。在其它示例中，微流体喷射器使用压电单元来把流体从喷嘴压出来。如关于图4所描述的，管芯102可以包括通向每个喷嘴的透明通道，其中透明通道的宽度可以被选择为把颗粒（诸如细胞）压入大体上单个锉线（fileline）。因此，对管芯102成像使流动通道中的颗粒线成像。光学系统106可以包括透镜、滤光器、衍射光栅和其它设备，以将入射光108聚焦在摄像机104中的传感器阵列上。在一些示例中，光学系统106包括允许入射光108的窄频带到达摄像机104的滤光器。在各种示例中，光学系统106包括单色仪，该单色仪可调节到入射光108的不同频率以进行操作。在其它示例中，光学系统106将入射光108分成不同的通道，每个通道被发送到摄像机104内的不同传感器。例如，这可以提供入射光108的多光谱分析，如关于图6所描述的。在各种示例中，光学系统106和摄像机104用于施行明场、暗场、荧光、超光谱和其它光学分析。聚焦透镜110用于将光学系统106聚焦在来自管芯102的入射光108上。聚焦透镜110可以是单个透镜、一组透镜或其它光学装置。在示例中，聚焦透镜110是菲涅尔透镜，提供了宽面积的透镜，而没有添加显著的复杂性。在其它示例中，聚焦透镜110与光学系统集成，并且包括多个元件，诸如显微镜物镜。环状镜112用于将来自管芯102的光引导朝向聚焦透镜110。环状镜112以适合光收集的角度114放置，所述角度114诸如30°、45°等。在示例中，角度114是45°。环状镜112中的开口116定位在管芯102的正下方，以允许来自微流体喷射器的微滴穿过到位于环状镜112下方的平台118。在各种示例中，除其它大小之外，开口116的直径尤其大约为0.5mm、大约为1mm或大约为2mm。在其它示例中，开口116一般是椭圆形的，例如，大约1mm宽且大约3mm长、或者大约0.5mm宽且大约1.5mm长的椭圆形，并且与管芯102对准。可以移动平台118以将不同的收集器皿放置在管芯102下方，所述收集器皿诸如多井板上单独的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于批量分选颗粒的分选系统，包括：/n微流体喷射器；/n流动通道，在一端流体耦合到微流体喷射器；/n储存器，耦合到与微流体喷射器相对的流动通道端；/n计数器，设置在微流体喷射器上游的流动通道中，以在从微流体喷射器喷射之前对颗粒进行计数；/n光学传感器，用于对流动通道成像；以及/n控制器，被配置为：/n至少部分基于图像来定位流动通道中的目标颗粒；以及/n至少部分基于来自计数器的计数来在收集器皿中捕获目标颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于批量分选颗粒的分选系统，包括：
微流体喷射器；
流动通道，在一端流体耦合到微流体喷射器；
储存器，耦合到与微流体喷射器相对的流动通道端；
计数器，设置在微流体喷射器上游的流动通道中，以在从微流体喷射器喷射之前对颗粒进行计数；
光学传感器，用于对流动通道成像；以及
控制器，被配置为：
至少部分基于图像来定位流动通道中的目标颗粒；以及
至少部分基于来自计数器的计数来在收集器皿中捕获目标颗粒。


2.根据权利要求1所述的分选系统，其中所述储存器包括流体溶液，所述流体溶液包括颗粒。


3.根据权利要求1所述的分选系统，包括：
微滴充电系统，用于对从微流体喷射器喷射的微滴施加电荷；以及
接近耦合到电源的光学传感器的电极，包括将微滴操纵到目标位置的电场。


4.根据权利要求1所述的分选系统，其中所述微流体喷射器包括热敏电阻。


5.根据权利要求1所述的分选系统，其中每个微流体喷射器包括压电单元。


6.根据权利要求1所述的分类系统，其中所述光学传感器包括：
镜子，包括允许喷射的微滴穿过到收集器皿中的开口；以及
摄像机，通过镜子聚焦在流动通道上。


7.根据权利要求1所述的分选系统，其中所述光学传感器包括荧光计。

【专利技术属性】
技术研发人员：F·德阿普佐，V·什科尔尼科夫，雷阳，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US