【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于流动的单颗粒和/或单分子分析的方法和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年11月10日提交的共同未决的美国临时专利申请号63/198,748的权益，该美国临时专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
[0003]政府许可权利声明
[0004]本专利技术根据美国国立卫生研究院授予的授权号UG3 TR002874在政府支持下完成。政府享有本专利技术的某些权利。
技术介绍
[0005]针对诸如胞外囊泡的小颗粒的基于流动的分析可能存在若干挑战。典型的基于流动的颗粒分析包括使分散在流体悬浮液中的大量颗粒流过通道。随着颗粒尺寸的减小，这些颗粒趋于比较大颗粒更快地扩散。另外，因为在层流条件下流过通道的流体的速度根据其与通道壁的距离而径向变化，所以流过通道的颗粒的速度根据其与壁的距离对应地变化。因此，更难以区分流过通道的各种较小颗粒，因为颗粒速度取决于其径向位置，这继而受到其相对较高的扩散率的强烈影响。
[0006]因此，目前需要用于小颗粒的基于流动的分析的装置、系统和方法，其考虑到鉴定和表征此类小颗粒时的基于扩散的挑战。
技术实现思路
[0007]在某些方面，本公开提供用于颗粒和/或分子的基于流动的分析的装置、系统和方法以解决这些挑战和相关挑战。
[0008]在一个方面，本公开提供了一种用于分析颗粒和/或分子的系统。在一个实施方案中，该系统包括：通道，该通道被构造成使颗粒和/或分子流过通道的管腔，该通道限定被构造成允许光进入和离开管腔的探询窗口；光引...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于分析颗粒和/或分子的系统，所述系统包括：通道，所述通道被构造成使颗粒和/或分子流过所述通道的管腔，所述通道限定被构造成允许光进入和离开所述管腔的探询窗口；光引擎，所述光引擎包括：第一光源，所述第一光源被定位成将第一激发光输出到所述通道在所述探询窗口中的第一部分上；以及第二光源，所述第二光源被定位成将第二激发光输出到所述通道在所述探询窗口中的与所述第一部分分离的第二部分上；发射光纤束，所述发射光纤束包括第一发射光纤和第二发射光纤，其中所述第一发射光纤和所述第二发射光纤的近侧端部布置在发射光纤束头中，并且其中所述第一发射光纤的所述近侧端部被定位成接收从所述第一部分发出的第一发射光，并且所述第二发射光纤的所述近侧端部被定位成接收从所述第二部分发出的第二发射光；以及检测器系统，所述检测器系统包括：第一光电检测器，所述第一光电检测器被定位成接收从所述第一发射光纤的远侧端部发出的所述第一发射光；以及第二光电检测器，所述第二光电检测器被定位成接收从所述第二发射光纤的远侧端部发出的所述第二发射光。2.根据权利要求1所述的系统，还包括操作地耦合到所述光引擎和所述检测器系统的控制器，所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：利用所述第一光源输出所述第一激发光；利用第所述二光源输出所述第二激发光；基于从所述第一发射光纤接收的所述第一发射光利用所述第一光电检测器生成第一发射信号；以及基于从所述第二发射光纤接收的所述第二发射光利用所述第二光电检测器生成第二发射信号。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一激发光具有在第一波长范围内的波长，并且其中所述第二激发光具有在与所述第一波长范围不同的第二波长范围内的波长。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一激发光具有在第一波长范围内的波长，并且其中所述第二激发光具有在与所述第一波长范围共同的第二波长范围内的波长。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一激发光在约350nm至约360nm的波长范围内、在约400nm至约410nm的波长范围内、在约480nm至约490nm的波长范围内、在约530nm至约540nm的波长范围内、在约555nm至约565nm的波长范围内或在约630nm至约690nm的波长范围内。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二激发光在约350nm至约360nm的波长范围内、在约400nm至约410nm的波长范围内、在约480nm至约490nm的波长范围内、在约530nm至约540nm的波长范围内、在约555nm至约565nm的波长范围内或在约630nm至约690nm的波长范围内。7.根据权利要求1所述的系统，还包括：
二向色镜，所述二向色镜设置在所述第一发射光纤的所述远侧端部与所述第一光电检测器之间并被定位成将所述第一发射光的一部分反射到第三光电检测器上。8.根据权利要求7所述的系统，还包括带通滤光器，所述带通滤光器设置在所述二向色镜与所述第三光电检测器之间并被配置为对所述第一发射光的所述部分进行滤光。9.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一光电检测器被配置为基于所述第一发射光的第一发射波长范围生成第一发射信号，并且其中所述第三光电检测器被配置为基于所述第一发射光的与所述第一发射波长范围不同的第三发射波长范围生成第三发射信号。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一发射光纤的所述远侧端部被构造成将所述第一发射光发射到至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个或更多个光电检测器上，并且其中所述光电检测器中的每个光电检测器被配置为接收所述发射光的显著不同光谱部分。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光源和所述第二光源中的一者或两者是自由空间光源。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光源和所述第二光源各自独立地选自固态激光器、二极管泵浦激光器、发光二极管(LED)、灯和电弧放电。13.根据权利要求1所述的系统，其中：所述第一光源光学耦合到第一激发光纤的近侧端部；并且所述第二光源光学耦合到第二激发光纤的近侧端部。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一激发光纤的远侧端部和所述第二激发光纤的远侧端部布置在激发光纤束头中。15.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一激发光纤的所述远侧端部与所述第二激发光纤的所述远侧端部之间的间距对应于所述第一部分与所述第二部分之间的间距。16.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一激发光纤的所述远侧端部与所述第二激发光纤的所述远侧端部之间的间距对应于所述第一发射光纤的所述近侧端部与所述第二发射光纤的所述近侧端部之间的间距。17.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光源与所述第二光源之间的间距对应于所述第一部分与所述第二部分之间的间距。18.根据权利要求1所述的系统，还包括联接到所述发射光纤束头的光学不透明盖，所述光学不透明盖限定被成形为允许所述第一发射光通过并到达所述第一发射光纤的所述近侧端部上的孔。19.根据权利要求18所述的系统，其中所述光学不透明盖限定被成形为允许所述第二发射光通过并到达所述第二发射光纤的所述近侧端部上的第二孔。20.根据权利要求1所述的系统，其中所述发射光纤束包括至少三根发射光纤、至少四根发射光纤、至少五根发射光纤、至少六根发射光纤、至少七根发射光纤或更多。21.根据权利要求20所述的系统，其中所述发射光纤束的每根发射光纤的近侧端部设置在所述发射光纤束头中。22.根据权利要求20所述的系统，其中所述发射光纤束的每根发射光纤的近侧端部被定位成接收从所述探询窗口的不同部分发出的发射光。23.根据权利要求20所述的系统，其中每根发射光纤的远侧端部被定位成将光发射到
相应检测器模块中。24.根据权利要求1所述的系统，其中所述通道的在所述探询窗口内的所述管腔限定相对于所述通道的相邻部分的收缩部。25.根据权利要求1所述的系统，其中所述通道设置在微流体装置的一部分中。26.根据权利要求25所述的系统，其中所述微流体装置限定平面部分。27.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器系统被定位成接收来自所述探询窗口的散射发射光、冷光发射光、荧光发射光或它们的组合。28.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器还包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：使颗粒悬浮液和/或分子溶液流过所述通道。29.根据权利要求28所述的系统，其中使所述悬浮液流过所述通道包括使所述悬浮液逐颗粒地流过所述通道。30.根据权利要求28所述的系统，其中使所述溶液流过所述通道包括使分子的溶液流动，包括使感兴趣分子逐分子地流过所述通道。31.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器还包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：基于是否存在发射光对所述通道中的颗粒和/或分子进行分级。32.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器还包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：基于发射光的强度对所述通道中的颗粒和/或分子进行分级。33.根据权利要求31和32中任一项所述的系统，其中所述分级与基于所述第一发射光和所述第二发射光中的一者或多者的所述颗粒和/或分子的测得发射光谱对应。34.根据权利要求31和32中任一项所述的系统，其中所述分级与所述颗粒的测得尺寸值对应。35.根据权利要求34所述的系统，其中所述测得尺寸值是相对尺寸值。36.根据权利要求34所述的系统，其中所述测得尺寸值用测得发射光强度的差来衡量。37.根据权利要求34所述的系统，其中所述测得尺寸值是实际尺寸值。38.根据权利要求2所述的系统，还包括被构造成引导所述颗粒和/或分子在所述通道中的流动的导流器。39.根据权利要求38所述的系统，其中所述导流器操作地联接到所述控制器，并且其中所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：基于是否存在从所述探询窗口接收到并与所述颗粒和/或分子相关联的发射光来引导所述颗粒和/或分子的流动。40.根据权利要求38所述的系统，其中所述导流器操作地联接到所述控制器，并且其中所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：基于所述颗粒和/或分子的分级来引导所述颗粒和/或分子的流动。41.根据权利要求39所述的系统，其中引导所述颗粒和/或分子的所述流动包括将所述
颗粒和/或分子引导到一个或两个或更多个分选通道中。42.根据权利要求38所述的系统，其中所述导流器操作地联接到所述控制器，并且其中所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：量化与来自所述探询的发射光相关的颗粒和/或分子的数量。43.根据权利要求42所述的系统，其中所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：确定与来自所述探询窗口的所述发射光相关联的所述颗粒和/或分子的浓度。44.根据权利要求42所述的系统，其中所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：基于与所述颗粒和/或分子缔合的生物标志物的存在、不存在或量来鉴定所述颗粒和/或分子的子集。45.根据权利要求42所述的系统，其中量化颗粒和/或分子的所述数量包括单分子灵敏度或检测效率。46.根据权利要求45所述的系统，其中单分子灵敏度或检测效率包括检测超过99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％或50％的流过所述通道的所述单分子。47.根据权利要求45所述的系统，其中单分子检测效率包括检测超过90％的流过所述通道的所述单分子。48.根据权利要求1所述的系统，还包括光收集系统，所述光收集系统被定位成收集来自所述通道的所述第一发射光和所述第二发射光并将所收集的发射光引导到所述检测器系统上，所述光收集系统包括具有在大于0.91且小于0.99的范围内的数值孔径的空气物镜。49.根据权利要求1所述的系统，其中所述空气物镜具有约0.95的数值孔径。50.一种探询颗粒和/或分子的方法，所述方法包括：使颗粒和/或分子流过通道；通过探询窗口将第一激发光输出到所述通道的第一部分上；通过所述探询窗口将第二激发光输出到所述通道的与所述第一部分不同的第二部分上；基于通过第一发射光纤的近侧端部接收的第一发射光利用第一光电检测器生成第一发射信号；以及基于通过第二发射光纤的近侧端部接收的第二发射光利用第二光电检测器生成第二发射信号，其中所述第一发射光纤的所述近侧端部和所述第二发射光纤的所述近侧端部布置在发射光纤束头中。51.根据权利要求50所述的方法，其中所述方法包括使用根据权利要求1至49中任一项所述的系统。52.根据权利要求50所述的方法，还包括基于是否存在从所述探询窗口接收到并与所述颗粒和/或分子相关联的发射光来引导所述颗粒和/或分子的流动。53.根据权利要求50所述的方法，其中引导所述颗粒和/或分子的所述流动包括将所述
颗粒和/或分子引导到一个或两个或更多个分选通道中。54.根据权利要求50所述的方法，其中使所述颗粒和/或分子流过所述通道包括使包含所述颗粒的颗粒悬浮液和/或包含所述分子的分子溶液流过所述通道，并且其中使所述颗粒悬浮液和/或分子溶液流过所述通道包括使所述悬浮液和/或溶液逐颗粒地和/或逐分子地流过所述通道。55.根据权利要求50所述的方法，还包括：量化与来自所述探询的发射光相关的颗粒和/或分子的数量；以及确定与来自所述探询窗口的所述发射光相关联的所述颗粒和/或分子的浓度。56.根据权利要求50所述的方法，其中所述第一发射光和所述第二发射光独立地选自散射发射光、冷光发射光、荧光发射光以及它们的组合。57.根据权利要求50所述的方法，还包括基于是否存在来自所述探询窗口的发射光对所述通道中的颗粒和/或分子进行分级。58.根据权利要求57所述的方法，其中所述分级与基于所述第一发射光和所述第二发射光中的一者或多者的所述颗粒和/或分子的测得发射光谱对应。59.根据权利要求57所述的方法，其中所述分级与所述颗粒的测得尺寸值对应。60.根据权利要求59所述的方法，其中所述测得尺寸值是相对尺寸值。61.根据权利要求59所述的方法，其中所述测得尺寸值用测得光强度的差来衡量。62.根据权利要求55所述的方法，其中量化颗粒和/或分子的所述数量包括单分子灵敏度或检测效率。63.根据权利要求62所述的方法，其中单分子灵敏度或检测效率包括检测超过99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％或50％的流过所述通道的所述单分子。64.根据权利要求62所述的方法，其中单分子检测效率包括检测超过90％的流过所述通道的所述单分子。65.根据权利要求50所述的方法，其中所述颗粒和/或分子与可检出试剂缔合。66.根据权利要求65所述的方法，其中所述可检出试剂是第一可检出试剂，并且其中所述颗粒和/或分子与第二可检出试剂缔合。67.根据权利要求66所述的方法，其中所述第一可检出试剂具有在第一发射波长范围内的第一发射光谱，并且所述第二可检出试剂具有在不同于所述第一发射波长范围的第二发射波长范围内的第二发射光谱。68.根据权利要求65所述的方法，其中所述可检出试剂是荧光可检出试剂。69.根据权利要求50所述的方法，其中所述通道设置在微流体装置的一部分中。70.根据权利要求69所述的方法，其中所述微流体装置限定平面部分。71.根据权利要求69所述的方法，其中所述探询窗口内的所述通道限定相对于所述通道的相邻部分的收缩部。72.一种用于分析颗粒和/或分子的系统，所述系统包括：通道，所述通道被构造成使颗粒和/或分子流过所述通道的管腔，所述通道限定被构造成允许光进入和离开所述管腔的探询窗口；光引擎，所述光引擎被配置为通过所述探询窗口将激发光输出到所述通道中；检测器系统，所述检测器系统被定位成接收从所述通道发出的发射光并被配置为基于
所接收的发射光生成信号；以及光收集系统，所述光收集系统被定位成收集来自所述通道的所述发射光并将所收集的发射光引导到所述检测器系统上，所述光收集系统包括具有在大于0.91且小于0.99的范围内的数值孔径的空气物镜。73.根据权利要求72所述的系统，其中所述光收集系统具有约0.95的数值孔径。74.根据权利要求72所述的系统，还包括：发射光纤束，所述发射光纤束包括第一发射光纤和第二发射光纤，其中所述第一发射光纤和所述第二发射光纤的近侧端部布置在发射光纤束头中，并且其中所述第一发射光纤的所述近侧端部被定位成接收从所述第一部分发出的第一发射光，并且所述第二发射光纤的所述近侧端部被定位成接收从所述第二部分发出的第二发射光。75.根据权利要求72所述的系统，其中所述光引擎包括：第一光源，所述第一光源被定位成将第一激发光输出到所述通道在所述探询窗口中的第一部分上；以及第二光源，所述第二光源被定位成将第二激发光输出到所述通道在所述探询窗口中的与所述第一部分分离的第二部分上；并且所述检测器系统包括：第一光电检测器，所述第一光电检测器被定位成接收从所述第一发射光纤的远侧端部发出的所述第一发射光；以及第二光电检测器，所述第二光电检测器被定位成接收从所述第二发射光纤的远侧端部发出的所述第二发射光。76.根据权利要求75所述的系统，还包括操作地耦合到所述光引擎和所述检测器系统的控制器，所述控制器包括逻辑，所述逻辑在被所述控制器执行时致使所述系统执行包括以下方面的操作：利用所述第一光源输出所述第一激发光；利用第所述二光源输出所述第二激发光；基于从所述第一发射光纤接收的所述第一激发光利用所述第一光电检测器生成第一发射信号；以及基于从所述第二发射光纤接收的所述第二激发光利用所述第二光电检测器生成第二发射信号。77.根据权利要求75所述的系统，其中所述第一激发光具有在第一波长范围内的波长，并且其中所述第二激发光具有在与所述第一波长范围不同的第二波长范围内的波长。78.根据权利要求75所述的系统，其中所述第一激发光具有在第一波长范围内的波长，并且其中所述第二激发光具有在与所述第一波长范围共同的第二波长范围内的波长。79.根据权利要求74所述的系统，还包括：二向色镜，所述二向色镜设置在所述第一发射光纤的所述远侧端部与所述第一光电检测器之间并被定位成将所述第一发射光的一部分反射到第三光电检测器上。80.根据权利要求74所述的系统，其中所述第一发射光纤的所述远侧端部被构造成将所述第一发射光发射到至少2个、至少3个、至少4个、至少5个、至少6个、至少7个、至少8个、
至少9个、至少10个或更多个光电检测器上。81.根据权利要求79所述的系统，还包括带通滤光器，所述带通滤光器设置在所述二向色镜与所述第三光电检测器之间并被配置为对所述第一发射光的所述部分进行滤光。82.根据权利要求74所述的系统，其中所述第一光电检测器被配置为基于所述第一发射光的第一发射波长范围生成第一发射信号，并且其中所述第三光电检测器被配置为基于所述第一发射光的与所述第一发射波长范围不同的第三发射波长范围生成第三发射信号。83.根据权利要求72所述的系统，其中所述通道设置在微流体装置的一部分中。84.根据权利要求83所述的系统，其中所述微流体装置限定平面部分。85.根据权利要求83所述的系统，其中所述探询窗口内的所述通道限定相对于所...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。