CN102203581B - 用于制备细胞试样的微流体装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于处理来自流体样本的试样的装置，其包括被配置成将样本流体传送至布置在可充气囊上的过滤器的第一组一个或多个微流体通道，可充气囊被配置成将试样从过滤器转移至载玻片。此装置被配置成收集近似单层的颗粒并包括被配置成移走流经布置在可充气囊上的过滤器的流体的第二组一个或多个微流体通道。此装置还包括压力源、连接至压力源和第一组一个或多个微流体通道的样本容器、被配置成测量经过过滤器的流体流速的流体流量计、和连接至第一组一个或多个微流体通道的染色源。
Description
技术领域
所公开的发明涉及用来制备用于显微镜检查的试样的微流体装置及方法，并且更特别地涉及用于收集悬浮在样本流体中的微粒并将所收集的微粒传送至用于显微镜检查的载玻片的微流体装置及方法。
背景技术
很多医学试验(包括巴氏(Pap)涂片)需要医生使用器具擦取和/或刮取目标区域中的皮肤或者黏膜来收集细胞。这些细胞然后被涂到载玻片上，并且被固定且传送至实验室，载玻片在实验室中被染色。载玻片此时能够由细胞学技士和/或病理学医师在显微镜下检查以识别细胞异常。在诊断期间，病理学医师可采用多色技术，其特征为对细胞核部分染色，以确定发育异常或者瘤形成的存在。病理学医师还可采用反染色以观察细胞的细胞质。由于样本可能包含残渣、血液、黏液、和其他不明人造物，可能难以评测该试验，并且试验可能不能提供所收集到的样本的准确诊断鉴定。
基于使收集的脱落细胞进入液体防腐剂中的细胞学相对于将细胞直接涂到载玻片上的传统方法提供了很多优点。能够采用过滤器转移技术来从细胞悬浮液制备载玻片，例如 技术和Thin- 
技术，正如在U.S.Pat.Nos.6,634,244、6,572,824、6,562,299、6,318,190、6,225,125、6,010,909、5,942,700、5,772,818、5,503,802、5,364,597、和5,143,627。
过滤器转移方法一般起始于收集液体中悬浮的细胞。这些细胞可以被收集并扩散到液体防腐剂中或者它们可自然地存在于所收集的生物液中。在包含甲醇的液体防腐剂(例如PreservCytTM溶液)中的扩散，将黏液分散并将血红细胞和发炎细胞溶解，而不会影响所关注细胞。液体然后通过具有被膜覆盖以集中并收集细胞的孔的过滤器。残骸，(例如溶解的血细胞和分散的黏液)流经膜的微孔，并未被收集在膜上并且通过扩散和过滤的组合方法而大大减少。然后，收集到膜上的细胞被转移到载玻片上。现有过滤器转移方法通常将细胞从膜转移至“半干(semi-dry)”环境中(即，在大部分流体已经从过滤器组件移走的环境中)的载玻片。
发明内容
在此公开了用于在例如载玻片的层上制备细胞试样的装置和方法，并且更特别地，公开了采用微流体技术在“湿(wet)”环境中制备细胞试样的装置和方法。
在一个实施方式中，用于处理来自流体样本的试样的装置包括第一组一个或多个微流体通道，其被配置成将样本流体转移至布置在可充气囊上的过滤器，该可充气囊被配置成将试样从过滤器转移至载玻片。此装置被配置成收集近似单层的颗粒，并包括第二组一个或多个微流体通道，其被配置成移走流经布置在可充气囊上的过滤器的流体。此装置还包括，或者在其他情况下可耦接至：压力源，一样本容器连接(或可连接)至该压力源和第一组一个或多个微流体通道；流体流量计，被配置成测量经过过滤器的流体流速；以及染色源，连接至第一组一个或多个微流体通道。过滤器可包括膜。
在另一实施方式中，用于处理来自流体样本的试样的装置包括第一层和第二层。第一层包括被配置成将样本流体传送至过滤器的第一组一个或多个微流体通道。第二层包括被配置成移走流经过滤器的流体的第二组一个或多个微流体通道、以及相对于过滤器配置并定位以将试样从过滤器转 移至载玻片。该装置优选地配置成收集近似单层的颗粒并且包括第二组一个或多个微流体通道，该第二组一个或多个微流体通道被配置成移走流经布置在可充气囊上的流体。此装置还包括，或者在其他情况下可以耦接至：压力源，一样本容器连接(或可连接)至该压力源和第一组一个或多个微流体通道；流体流量计，被配置成测量经过过滤器的流体流速；以及染色源，连接至第一组一个或多个微流体通道。过滤器可以包括膜。
在又一个实施方式中，处理来自流体样本的试样的方法包括：迫使流体样本通过一组一个或多个微流体通道以及一过滤器，收集过滤器上的试样，以及使一囊充气以迫使过滤器与载玻片接触，从而将所收集到的试样从过滤器转移至一层(stratum)。将试样收集在过滤器上包括从悬浮液中收集基本单层颗粒并且将所收集到的颗粒布置在载玻片上。此方法还可以包括迫使染色剂通过所述一组一个或多个微流体通道并且到达载玻片上的所收集到的试样上，以及用所测量的流体流速来计算过滤器被所收集到的试样填塞的比例。此过滤器可包括膜。
附图说明
应当理解到附图中所示出的装置并不需要成比例绘制，而是为了强调所说明的实施方式各个方面和特征，附图中：
图1是根据所公开的发明的示例性实施方式构造的微流体细胞试样制备装置的示意图。
图2是根据所公开的发明的示例性实施方式构造的微流体回路(circuit)的详细分解立体图。
图3A是根据所公开的发明的示例性实施方式构造的微流体薄片的详细俯视图。
图3B是根据所公开的发明的示例性实施方式构造的另一个微流体晶片的详细仰视图。
图4A是图2的微流体回路的详细分解立体图。
图4B是图4A的微流体回路的通过平面X的详细横截面视图。
图5是根据所公开的发明的示例性实施方式的试样制备过程流程图。
具体实施方式
现在将参考(当适用时)附图描述所公开的发明的实施方式。然而，显然应当注意到所公开的发明不限于这些所描述和/或说明的实施方式，并且在不背离所公开的发明及其等同物的隐含范围的情况下，很多修改变化对于本领域普通技术人员将是显而易见。还应当意识到的是，为便于说明和解释，相同的标号可用于不同附图以及所公开的发明的实施方式中的相同或者相似的结构或操作。
参考图1，微流体细胞试样制备装置100的一个实施方式包括容纳有样本流体(未示出)的样本瓶102。压力源104连接至样本瓶102。压力源包括泵106、与其连接的压力容器108、连接至压力容器108的压力计、以及连接至压力容器108与样本瓶102的压力控制阀112。泵106配置成对压力容器108加压。可以用压力计110监控压力容器108内的压力。置于压力容器108与样本瓶102之间的压力控制阀112用于调节样本瓶102上的压力。
样本瓶102还连接至微流体回路114，其被配置成收集悬浮在样本流体(未示出)中的颗粒(未示出)并且将所收集到的颗粒(未示出)转移至载玻片130以进行显微镜检查。微流体回路114还连接至流体流量计118，其被配置成测量经过微流体回路114的流体流速。
微流体细胞试样制备装置100还包括计算机120，其被配置成从流体流量计118用所测得的经过微流体回路114的流体流速来判断何时在微流体回路114中以及收集了近似单细胞厚度的试样(未示出)。以上所描述的判断的细节在2007年12月20日提交的、标题为“Method for MeasuringOcclusion of a Filter by Fluid Flow.”的临时申请SN 61/015,340中公开。计算机120连接至并且控制泵106和压力控制阀112。计算机120连接至压力计110和流体流量计118并接收来自于它们的信息。流量计118还连接至废物容器112。
如图2中所示出的，微流体回路114包括七个层。从底部开始，基底层124支撑微流体回路114并且可由金属形成。基底层124具有凹陷126，其中可安放载玻片层128。载玻片层128由玻璃载玻片130制成，其上收集有试样(未示出)。
接下来的层是具有通道图样134的输入层132，其可以在通过标准光刻技术制造的硅晶片上进行SU-8的反向模制而由聚二甲硅氧烷(“PDMS”)薄片制成。底样134可以是如图3A中所示出的二叉树结构。在此实施方式中，图样134为200μm厚，图样134中的最大通道136近似2mm宽并且最小通道138为200μm宽。图样134首先采用计算机辅助设计软件(例如DWGEditorTM)设计，并且然后此设计被用于制造光刻掩膜，光刻掩膜接下来被用来制作例如SU-8的光刻胶模型。输入层132包括输入通道140和染色剂输出通道142。
如图1和图2中所示出的，输入通道140通过输入管道144和输入导管146连接至样本瓶102。类似地，染色剂输出通道142通过染色剂输出管道148、染色剂输出导管150、和流量控制阀(未示出)连接至废物容器122。输入管道144和输出管道148都由输入层132上方的层中的开口形成。输入导管146和输出导管150为标准实验室导管。
参考图2和图3A，圆形开放孔洞152在输入层132中央冲压而成，以形成从通道图样134至下一层(过滤器层156)的输入路径154。过滤器156包括标准径迹膜158，其能够由Mylar D制造，并且其周边压力密封或结合至相邻层。在替换实施方式中，过滤器层154包括被配置以收集溶液中的微粒的其他装置。
接下来的层是输出层160。如图3B中所示出的，输出层160具有底部对向表面162和顶部对向表面164。底部对向表面162具有布置在其上的输出通道166，其类似于输入层132中的通道图样134。输出层160和输出通道166同样能够采用如上所描述的标准光刻技术制成。如图1和图2中所示出的，输出通道166通过输出管道168和输出导管170经由流体流量计118连接至废物容器122。顶部对向表面164与下一层(传输层172)结合以形成囊174。
如图4B中所示出的，传输层172具有位于其底表面178中的凹部176。输出层顶表面164与传输层底表面178结合，覆盖凹部176并且形成囊174。如图1和图2中所示出的，囊174通过空气管道180和空气导管182连接至空气源184。空气导管182可以是0.04英寸内径的TygonTM导管。在替换实施方式中，传输层172包括被配置成将所收集到的试样从过滤器层156机械转移至载玻片层128的其他装置。
参照图2，接下来的并且是最后的一层是树脂玻璃层186，其由一块树脂玻璃构成，其具有部分输入管道144、染色剂输出管道148、输出管道168、和在此通过的空气管道180。树脂玻璃层186螺栓连接至基底层124以将全部七个层(124、128、132、156、160、172、和186)保持在一起。
图5描绘了一种处理来自流体样本的试样的方法。首先将包含样本颗粒的流体样本提供在样本瓶102中(步骤A)。封闭染色剂输出路径并且然后启动压力源104，且调节压力阀112以提供充足压力来达到如流体流量计118所测得的大约250微升每分钟的期望初始流速(步骤B)。使流体样本以同样的压力流经微流体回路114，直到流速的变化表明近似单细胞厚度的试样已经被收集在过滤器层156中的膜158上(取决于样本的细胞密度大约为几分钟)(步骤C)。然后停用压力源(步骤D)。
接下来，启动空气源184并且将大约15立方厘米的空气压入空气导管182，以将囊174充气(步骤E)。给囊174充气引起它沿输入路径154膨胀，在此情况下囊174将带有所收集到的试样的膜158挤压到载玻片130上(步骤F)。然后停用空气源184并且将空气从囊174释放(步骤G)。构成囊174的转移层172和输出层160中的PDMS的弹性使囊174放气并且缩离载玻片130。在此收缩期间，所收集到的试样与载玻片130之间的表面张力使试样从膜158转移至载玻片130。设计在输入层132中的孔的形状能够确定所转移的细胞沾染在玻璃载玻片130上的形状。
在试样已经转移至玻璃载玻片130之后，将95％的酒精溶液灌注到微流体回路中几分钟(步骤H)。接下来，将一序列染色剂和溶剂(例如Sakura DRS-601组织切片染色机中所用的序列)相继引入输入层132(步骤I)。每一染色剂和溶剂均通过阀控制歧管耦接器(未示出)引入，并且然后它由于引入序列中的下一染色剂或溶剂而被压出染色剂输出通道(步骤J)。然后将其上附着有染色试样的玻璃载玻片从微流体回路移走(步骤K)。
Claims (17)
1.一种用于处理来自流体样本的试样的装置，包括：
第一组一个或多个微流体通道，被配置成将所述样本流体输送至用于过滤所述流体样本中的所述试样的过滤器；以及
转移机构，被配置成将所述试样从所述过滤器转移至一层，
其中，所述转移机构包括可充气囊。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述样本包括悬浮液中的颗粒，并且所述装置被配置成从所述液体悬浮物中收集一空间分布的所述颗粒并且将收集到的颗粒布置到所述层上。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述空间分布基本上包括单层并且所述层包括载玻片。
4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括被配置成移走流经所述过滤器的流体的第二组一个或多个微流体通道。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第二组一个或多个微流体通道布置在所述可充气囊上。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的装置，进一步包括：
样本容器，连接或者能连接至压力源和所述第一组一个或多个微流体通道，以及
流体流量计，被配置成测量经过所述过滤器的流体流速。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的装置，进一步包括连接至第一组一个或多个微流体通道的染色源。
8.一种用于处理来自流体样本的试样的装置，包括：
第一层，包括被配置成将所述流体样本输送至用于过滤所述流体样本中的所述试样的过滤器的第一组一个或多个微流体通道；以及
第二层，包括被配置成移走流经所述过滤器的流体的第二组一个或多个微流体通道以及被配置成将所述试样从所述过滤器转移至层的转移机构，
其中，所述转移机构包括可充气囊。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述样本包括悬浮液中的颗粒，并且所述装置被配置成从所述液体悬浮物中收集一空间分布的所述颗粒并且将收集到的颗粒布置到所述层上，所述空间分布基本上包括单层，所述层包括载玻片。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第二组一个或多个微流体通道布置在所述可充气囊上。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的装置，进一步包括：
样本容器，连接或者能连接至压力源和所述第一组一个或多个微流体通道，
流体流量计，被配置成测量经过所述过滤器的流体流速，以及
染色源，连接至所述第一组一个或多个微流体通道。
12.一种处理来自于流体样本的试样的方法，包括：
迫使所述流体样本通过一组一个或多个微流体通道和一过滤器以便过滤所述流体样本中的所述试样；以及
将所述试样收集在所述过滤器上；以及
将所收集到的试样从所述过滤器转移至所述层，
其中，将所收集到的试样从所述过滤器转移至所述层的步骤包括对囊充气以迫使所述过滤器与层接触。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述样本包括悬浮液中的颗粒，并且其中，将所述试样收集在所述过滤器上的步骤包括从所述悬浮液中收集一空间分布的所述颗粒，并且将收集到的颗粒布置在所述层上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述空间分布基本上包括单层，并且所述层包括载玻片。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，进一步包括迫使染色剂通过所述一组一个或多个微流体通道并且到达所述层上的所收集到的试样上。
16.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，进一步包括测量经过所述过滤器的所述流体的流速。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括用所测得的流体流速来计算所述过滤器被所收集到的试样占据的比例。
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