使用光力和拉曼光谱取样和分析细胞的微流体装置和方法制造方法及图纸

本文提供了用于在单孔或多孔板或器皿中自动分析一个或多个样本的装置和方法，其中，自动分析过程包括用于分析和分选样本的流动和流体动力、电动力和光力，其中，样本包括微流体通道中的液体或粒子，并且其中，装置包括能够加工所述样本的部件组件，用于基于流体和/或粒子的仪器的分析评估。描述了微流体结构（通道、“T”型、“Y”型、分支的“Y”型、孔和堰）用于促进样本相互作用和观察、样本分析、分选或分隔。检测可以使用光谱方法完成，包括但不限于单个细胞和大批细胞样本（细胞集合；几个个体到数百或数千个细胞）的拉曼光谱。到数百或数千个细胞）的拉曼光谱。到数百或数千个细胞）的拉曼光谱。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用光力和拉曼光谱取样和分析细胞的微流体装置和方法


[0001]本公开的具体实施方式涉及能够从一个或多个容器中进行自动纳米/微米/毫米流体取样的装置和使用该装置的方法。该容器可包括范围从一个孔或小瓶到多个多孔板的器皿。本文提供的装置进一步能够混合单个孔的内容物，使用用于光谱研究的光照亮在孔中或从孔中取样的细胞群，使用流体动力、光力、声力、磁力或电动力微流体地混合或分离颗粒或细胞样本用于分析，并使用光力或拉曼光谱监测基于粒子的过程。本文描述的装置和方法进一步包括使用拉曼光谱以及和电动力结合的光力和流体动力用于分析和分选细胞。

技术介绍

[0002]用于样本储存、处理和分析的自动化系统越来越多的使用，引起了自动化领域的广泛研究。当前的取样系统包括能够将样本从储存区移动到装载区进行取样的机械臂、能够保持样本悬浮的磁性或机械构件搅拌构件，以及能够调节样本储存或分析温度的加热或冷却区。
[0003]现有技术装置包括涵盖分析研究的各种领域的自动取样设备（例如，与液相色谱法一起使用的美国专利第4713974号），但由于缺乏准确和一致的纳升流速控制、充分的样本混合和样本处理可靠的温度控制，其并不适合使用激光力细胞学（LFC）、拉曼光谱或其他光力和/或流体动力和/或电动力测量进行的生物细胞分析，例如包括捕获和分选的细胞操控。
[0004]Wilhelm等人的美国专利第4816730号描述了一种用于处理和移动多个物体的装置的使用，该装置包括能够垂直、水平和旋转移动的机械臂，并带有由电控步进电机驱动用于夹住样本的夹持机构。While Schmidt等人的美国专利第6872362号进一步描述了具有小瓶杯的动力自动取样器的使用，其适于包括由改变小瓶杯周围磁场的各种不同方式驱动的磁性搅拌棒。尽管此类现有技术描述了移动和混合样本的多种方法，但这些方法对于使用LFC仪器的生物细胞分析来说并不适当。我们所需要的是改进的设备，其能够在范围从单个孔到多个多孔板的器皿进行储存、混合和取样，同时，通过使用基于气动的非接触式混合和温度控制下的单孔板块或多孔板块进行充分的混合和温度维持，从而维持生物细胞完整性。
[0005]具有机械机构的自动孔板堆叠或取回系统可用于实现垂直或水平地按顺序堆叠或取回（CN204136215U、US20040206419A1），利用盒进行装载和卸载（美国专利第9744535号），或描述了将整批板同时堆叠或取回到库或塔架（美国专利第6086319号）。此外，之前的设计能够使孔板以随机（非顺序）的方式从储存塔中装载或移除，而不考虑它们堆叠的顺序如何（美国专利第7670555号）。我们所需要的是能够以非顺序的方式，利用磁性接口，实现特定和自动的检测、选择、堆叠或取回所需的孔板至储存塔中，或从储存塔中堆叠或取回所需的孔板，并能够实现可与用于自动取样此类孔板的多重分析方法共同使用的孔板培养。
[0006]我们还需要能够以为一系列应用提供有意义信息的方式来表示和分析粒子（例如
生物细胞）。例如，我们需要能够通过精确评估流体样本中的成分来分析流体样本。在某些具体实施方式中，需要能够监测和控制流体流动，以便流体中的粒子可以被分选，然后选择性地定位以进行评估。在某些具体实施方式中，能够分选流体样本中的粒子，以合适的配置定向粒子以表示其特性（即内部细胞器、表面蛋白质、受体、核变化或其他生物物理的或生物化学的标记等），将有助于体化医学的发展，例如基因或细胞疗法。在其他具体实施方式中，能够以表示和量化相互作用（结合亲和力、细胞杀伤能力或其他相互作用）为目的，使细胞或粒子彼此接触（在存在或不存在化学品/生化物（biochemical）的情况下）十分有益。此外，准确的粒子特性描述对于新型生物制剂或细胞或基因疗法产品的开发和设计也十分重要。具体地，对靶细胞（例如癌细胞——细胞系或原代细胞）和效应细胞（例如改造的T细胞——嵌合抗原受体T细胞（CAR
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T）、T细胞受体（TCR）等）之间的相互作用的无标记测量，或任何其他破坏癌症的细胞疗法产品将是取代基于成像或染色（基于抗体或其他类型）的不充分共培养细胞杀伤测定的重要一步。因此，我们所需要的是一种能够改进粒子（例如细胞和其他化学和生物实体）的特性描述和资料收集的设备。
[0007]在细胞疗法制造周期内，在多个阶段用拉曼光谱和/或电动力和/或光力测量内在特性可能很有价值。这种特性描述可与自体CAR T细胞的制造尤其相关。第一步通常是对患者进行单采，在此期间必须从红细胞和其他成分中提取白血细胞。由于每位患者的病史和个体性不同，对单采产品进行内在测量是很有价值的，因为这将是制造过程的起始材料。这种特性描述可以使用拉曼光谱和/或电动力和/或光力来完成，一旦聚积了足够量的数据，就可以用来指导制造过程或预测成功的机会。单采之后，通常使用慢病毒或逆转录病毒等病毒载体改造细胞，但也存在其他方法，例如转座子、锌指核酸酶或规律间隔成簇短回文重复序列（CRISPR）。患者细胞被基因改良的改造过程往往很难监测，因此其可能是拉曼光谱或光力的另一有价值的领域。在细胞被改造后，它们被扩大以提供给患者足够的剂量。这一过程也很难监测，需要新型分析工具以确定最佳过程情况。由于T细胞的不稳定性质，该过程可能因患者而异，并且并不总是能使用抗体标记来表示样本。因此，这是另一个可以使用拉曼光谱或光力来监测扩大步骤的领域，以优化并确保该过程的成功。最后，为了预测治疗的临床成功，必须对最终产品进行表示。目前，已存在一些方法，例如共培养杀伤测定或测量某些细胞因子，例如白介素
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2（IL
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2）。到目前为止，尚未确定能准确预测临床或生物制造成功的具体关键质量属性。因此，使用拉曼光谱和/或电动力和/或光力（单独或协同靶细胞）对产品细胞的测量提供了另一有价值的领域。产品还必须进行安全性测试，包括不存在支原体、细菌和病毒。在整个生产过程中或最终产品的拉曼光谱和/或电动力和/或光力的特性描述可用于以快速且无标记的方式测试这些外来剂中的每一个。拉曼光谱和/或电动力和/或光力也可用于通过收集血液或活检样本并分析细胞因细胞疗法而产生的表型变化，而测量患者对细胞疗法或基因疗法的反应。
[0008]在基因疗法领域，其中患者的细胞为了治疗效果被改变，其通常使用腺病毒、腺伴随病毒（AAV）或慢病毒等病毒载体。对于慢病毒和AAV，尽管AAV也可以用辅助病毒如腺病毒、单纯疱疹病毒或杆状病毒制造，但其生产过程通常涉及转染步骤。一旦制造出来，病毒粒子就可以被感染或转导为靶细胞类型。转染、感染和转导的这些过程中的每一个都很难量化，而且，其可以成为应用使用拉曼光谱和/或电动力和/或光力进行测量的另一领域。与AAV相关的多个附加应用领域具体包括区分空衣壳与全衣壳、传染性衣壳与非传染性衣壳、
物理效价以及传染性效价。
[0009]细胞疗法的另一方面中，内在测量的应用对干细胞产品的研究、开发、生产和分化将是有用的。由于包括介质补充和基因改良的各种方法可用于将细胞分化或去分化为不同的谱系，因此能够表示和监测这一过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微流体装置，包括一个或多个光纤探头和一个或多个流体管，其中，所述一个或多个光纤探头被设计为能够进行光谱测量，并且其中，所述一个或多个流体管包括允许将含有粒子的样本引入仪器中的取样管，并且其中，所述取样管能够使粒子相对于所述光纤探头移动。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述探头包括用于传送激发光和收集拉曼信号的光纤。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述流体管能够将细胞或粒子引入取样区。4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括能够使粒子与表面增强拉曼（SERS）或其他拉曼活性表面相互作用的壳。5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括集成取样尖端。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述集成取样尖端具有定制尺寸，以能够使用较小的孔访问更高密度的孔板。7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述集成取样尖端由3D打印制成。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述探头由聚合物、塑料、玻璃、金属或复合材料制成。9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括可移动/可拆卸的尖端。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述可移动/可拆卸的尖端是可再用的。11.根据权利要求9所述的装置，其中，可移动/可拆卸的所述尖端可用带或夹子密封件夹在探头外壳上。12.根据权利要求11所述的装置，其中，可移动/可拆卸的所述尖端可用带或夹子密封件夹在拉曼探头外壳上。13.根据权利要求11或12所述的装置，其中，激光传感器被用于检查探头的完整性。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光纤探头包括塑料、玻璃、或熔融石英、或液芯波导。15.根据权利要求1所述的装置，其中，用于样本装载的所述管是毛细管，并可充当液芯波导，在整个容量内分布激发光并在整个相同容量内收集发射或拉曼信号，以增强灵敏度。16.一种用于自动分析一个或多个样本的装置，其中，所述自动分析过程包括自动流动，其中，所述样本包括样本器皿中的液体或粒子，其中，所述装置包括能够加工样本的部件组件，用于基于流体和/或粒子的仪器分析评估；其中，所述微流体装置的一个或多个路径可被设计为通过在所述微流体通道网络中具有一个或多个通道来分割细胞、粒子、碎片或分子。17.根据权利要求16所述的装置，进一步包括一个或多个光纤探头和一个或多个流体管，其中，所述一个或多个光纤探头被设计为能够进行光谱测量，并且其中，所述一个或多个流体管包括允许将含有粒子的样本引入仪器中的取样管，并且其中，所述取样管能够使粒子相对于所述光纤探头移动。18.根据权利要求16所述的装置，其中，通过基于流体和/或粒子的仪器进行的所述分析评估包括使用拉曼光谱、光力、流体动力和/或电动力。
19.根据权利要求16所述的装置，进一步包括一个或多个特征，其能够在所述微流体通道网络中的所述一个或多个通道之间改变流速或压力。20.根据权利要求20所述的装置，其中，所述微流体通道网络中所述一个或多个通道之间的所述流速或压力由光力、电动力或声力调整。21.根据权利要求20所述的装置，其中，光力包括光镊、双激光束或激光力细胞学。22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述微流体通道网络中的所述一个或多个通道包括专用于分析的通道和用于废物的通道。23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述专用于分析和专用于废弃的通道之间的距离可被调整。24.根据权利要求19所述的装置，其中，所述微流体通道网络中的所述通道的直径可被调整。25.根据权利要求19所述的装置，进一步包括用于引入材料的一个或多个附加通道，其中，所述一个或多个附加通道包括带有单个输入的单个分析通道，或带有单个或多个输入的多个分析通道。26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述材料包括分子、外来体、细胞、生化物质、细菌或病毒。27.根据权利要求19所述的装置，进一步包括在分析之前促进样本的混合的一个或多个区域。28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述微流体通道网络中的所述一个或多个通道包括T或Y结点。29.根据权利要求19所述的装置，其中，所述微流体通道网络中的所述一个或多个通道的长度可被调整以控制流速以能够精确分析。30.根据权利要求20所述的装置，其中，所述微流体通道网络中的所述一个或多个通道的直径可被调整以控制流速以能够精确分析。31.根据权利要求21所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩，
申请(专利权)人：路玛赛特有限责任公司，
类型：发明
国别省市：