CN102465091A - 细胞分选装置、细胞分选芯片和细胞分选方法 - Google Patents
细胞分选装置、细胞分选芯片和细胞分选方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102465091A CN102465091A CN201110323893XA CN201110323893A CN102465091A CN 102465091 A CN102465091 A CN 102465091A CN 201110323893X A CN201110323893X A CN 201110323893XA CN 201110323893 A CN201110323893 A CN 201110323893A CN 102465091 A CN102465091 A CN 102465091A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flow path
- cell
- branch
- maintaining part
- sorting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 3
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 59
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 30
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 14
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 210000002220 organoid Anatomy 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000003019 stabilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
- C12M47/04—Cell isolation or sorting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
- B03C5/005—Dielectrophoresis, i.e. dielectric particles migrating towards the region of highest field strength
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C5/00—Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
- B03C5/02—Separators
- B03C5/022—Non-uniform field separators
- B03C5/026—Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/1023—Microstructural devices for non-optical measurement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
- B03C2201/26—Details of magnetic or electrostatic separation for use in medical applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N2015/1028—Sorting particles
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了细胞分选装置、细胞分选芯片和细胞分选方法。该细胞分选装置包括：分支部，将含有细胞的液体所流动的流径分为第一分支流径和第二分支流径；接合部，将第一分支流径和所述第二分支流径彼此接合；和流出部，使分别在接合部彼此接合的第一分支流径和第二分支流径中流动的液体流出至外部。
Description
技术领域
本发明涉及用于分选期望的细胞的细胞分选装置、细胞分选芯片和细胞分选方法。
背景技术
已知荧光流式细胞器或细胞分选器作为用于分选细胞的装置。使用该分选装置，在合适的振动条件下细胞通过周围的液体陷入吐出口的气液界面(一般地，在吐出口处的流速是数米/秒，频率是数十千赫兹)。与此同时，对每个细胞给予电荷。在与一些电荷对应的方向上被施加静电场的每个细胞在空中作为液滴飞翔。最后，细胞被分选至在流径外部设置的分选容器中。
当流速如同上述情况下那样比较高时，该技术是有用的。然而，在流速低的流式细胞器或介电细胞器中，该技术难以满足液滴化和吐出条件。为此，即使可以，也优选在设置有分支的流径内执行分选操作，并且在前面的阶段保持细胞。
关于将分支后的细胞导入容器中的方法，例如，如JP-T-2003-507739(参考图38等)中所述，已知将含有细胞的流体通过导管引出装置的方法。
然而，当含有细胞的流体通过导管引出装置外部时，一般地，送液路径变长，流到达容器将花费大量时间，并且液体的消耗量也比较大。
发明内容
为了解决这样的问题，本技术的发明人提出了基于某种分选信息在细胞的流经内进行的细胞分选方法。在实现该方法的装置中，在流径内设置分选驱动力施加部，用于将驱动力施加至细胞，从而通过基于细胞分选信息改变细胞的路径来分选细胞。此外，该装置设置有两个分支流径和液体滞留部。在这种情况中，在相对于分选驱动力施加部的下游设置两个分支流径。此外，在液体滞留部中，分别使流过两个分支流径的液体滞留。
然而，在这种装置中，容易在液体滞留部中产生水位差等，并且该影响作为压力变化通过分支流径传送至分选驱动力施加部，因而阻止了分选驱动力施加部对细胞的精确分选。
本发明的目的是为了解决上述问题，并因此期望提供可精确地分选细胞而在分支流径之间不产生压力差的细胞分选装置、细胞分选芯片和细胞分选方法。
为了实现期望的上述要求，根据本发明实施方式，提供了细胞分选装置，包括：分支部，将含有细胞的液体所流动的流径分为第一分支流径和第二分支流径；接合部，将第一分支流径和第二分支流径彼此接合；以及流出部，使分别在通过接合部使彼此接合的第一分支流径和第二分支流径中流动的液体流出至外部。
在本发明实施方式中，一旦分支的第一分支流径和第二分支流径再次通过接合部彼此接合。因此，当使分别在第一分支流径和第二分支流径中流动的流体从流出部流出至外部时，在第一分支流径和第二分支流径之间不会产生压力差。因此，可以精确地分选细胞。
优选地，该细胞分选装置还可包括细胞保持部，设置在第一分支流径中并保持细胞，其中细胞保持部的长度以及细胞保持部的平均截面面积与第一分支流径的平均截面面积之间的比率被设定为使得当细胞通过细胞保持部时细胞的沉淀距离大于第一分支流径的高度。
以这种方式进行设定，从而所分选的期望细胞由细胞保持部保持，而不会流入流出部。因此，可以将分选的细胞从细胞保持部中可靠地取出至外部。
根据本发明另一个实施方式，提供了细胞分选芯片，包括：基板；流径，设置在该基板，含有细胞的液体在流径中流动；第一分支流径和第二分支流径，设置在该基板上，并且在流径上进行分支；细胞保持部，设置在第一分支流径并保持包含在第一分支流径中流动的液体中的细胞；以及流出部，将第一分支流径和第二分支流径彼此接合，并使分别在第一分支流径和第二分支流径中流动的液体流出至外部。
在本发明的实施方式中，一旦分支的第一分支流径和第二分支流径再次彼此接合。因此，当使得分别在第一分支流径和第二分支流径中流动的液体从流出部流出至外部时，在第一分支流径和第二分支流径之间不会产生压力差。因此，可以精确地分选出细胞。此外，可以将细胞从细胞保持部取出至外部。
优选地，所述细胞保持部可以具有适于从外部穿孔的膜状部分。
细胞保持部具有适于从外部穿孔的膜状部分。因此，例如，移液管穿过膜状部分放在细胞保持部中，这使得通过利用移液管等可以将保持在细胞保持部中的细胞简单地取出至外部。
根据本发明的又一实施方式，提供了细胞分选方法，包括：将含有细胞的液体所流动的流径分为第一分支流径和第二分支流径；将所述第一分支流径和第二分支流径彼此接合；以及使分别在彼此接合的第一分支流径和第二分支流径中流动的液体流出至外部。
在本发明的实施方式中，一旦分支的第一分支流径和第二分支流径再次彼此接合。因此，当使分别在第一分支流径和第二分支流径中流动的液体从流出部流出至外部时，在第一分支流径和第二分支流径之间不会产生压力差。因此，可以精确地分选细胞。
如上文所述，根据本发明，由于一旦分支的第一分支流径和第二分支流径彼此再次接合，所以在第一分支流径和第二分支流径之间不会产生压力差。因此，可以精确地分选细胞。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的细胞功能分析/分选***的概念图；
图2是示出了可以应用于图1中所示的细胞功能分析/分选***的细胞分选芯片结构的透视图；
图3是示出了图2中所示的分选部(在OFF状态中保持的分选信号)的结构的顶部平面图；
图4是沿着图3中的线A-A截取的截面图；
图5是示出了图2中所示的分选部(在ON状态中保持的分选信号)的结构的顶部平面图；
图6是示出了图2中所示的细胞保持部和流出部的结构的顶部平面图；
图7是沿着图6的线A-A截取的截面图；
图8是图6中所示细胞保持部的示意性截面图；以及
图9是说明与本发明相关的操作和效果的示图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施方式。
(细胞功能分析/分选***的概述)
图1是根据本发明实施方式的细胞功能分析/分选***的概念图。
如图1中所示，细胞功能分析/分选***1从微流径的上游侧(下文中简称为“流径”)2沿流径设置有投入部3、测量部4、分选部5、细胞保持部6和7以及流出部10。分选部5包括电场施加部8和分支部9。
参考标号C表示细胞。例如，将抽样的含有细胞C的液体投入压力容器(未示出)，例如利用泵等。
从投入部3投入的液体在流径2中流动。流径2在分支部9处分为分支流径2a和分支流径2b。一旦分支的分支流径2a和分支流径2b在流出部10再次接合。尽管流出部10具有该接合部的功能，但是接合部可以与流出部10分离设置。在分支流径2a的中间设置细胞保持部6，在分支流径2b的中间设置细胞保持部7。
测量部4对在流径2中流动各个细胞在引起细胞介电缓和现象的频率范围(例如，在0.1MHz到50MHz的范围)的多点频率(频率为3点以上，一般地，频率在10至20点)上测量复杂介电常数。测量部4根据所测量的细胞C的复杂介电常数确定细胞C是否为分选的细胞。当确定细胞C是要分选的细胞时，测量部4输出分选信号。取代设置测量部4，例如，与其对应的部分可以由一对电极组成的信号检测部组成和用于根据所检测的信号分析细胞C的功能的细胞功能分析部构成。
分选部5将从投入部3投入的多种细胞C的期望细胞C分选至细胞保持部6，和期望的细胞C的之外细胞分选至细胞保持部7。
电场施加部8可以施加在与液体流动的X方向不同的方向(例如，与X方向垂直的Y方向)上具有梯度的电场。例如，当没有输出分选信号时，电场施加部8不施加电场，但是当输入分选信号时，电场施加部8施加电场。
分支部9以细胞C在细胞保持部7中流动的方式对在电场施加部8中没有施加电场的细胞C进行分支。此外，分支部9以细胞C在细胞保持部6中流动的方式分支对电场施加部8中施加电场的细胞C进行分支。
通过压力容器(例如，使用泵)将已经分别通过细胞保持部6和7的液体从流出部10流出至外部。由于投入部3的加压和流出部10中的减压，在流径2中产生压力差。
在细胞功能分析/分选***1中，根据分选信号基于电场的ON/OFF或调幅将电场施加至细胞，所述分选信号先前通过利用另一种技术从测量部或测量值分析部输出。因此，即使在细胞C的细胞直径或物理特性具有偏差的细胞群的情况中，也只基于充足的介电泳力只分选出作为分选对象的细胞C。
(分析/分选细胞功能的芯片)
图2是应用于图1中所示的细胞功能分析/分选***的细胞分选芯片的结构的透视图。
如图2中所示，芯片11包括基板12和由高分子膜等构成的片状构件13。基板12设置有流径2、作为投入部3的液体投入部3a、分支部9、细胞保持部6和7和流出部10。槽等在基板12的表面形成，其表面覆盖有片状构件13，从而构成这些组成元件。投入含有细胞C的液体的细胞投入部3b通过在片状构件13中设置细孔来构成。当含有细胞C的液体落在具有吸液管的细胞投入部3b时，含有细胞C的液体流入流径2的下游，以迫使在流径2中流动的液体穿过细孔。由于该细孔，多个细胞C不会共同地流入流径2，但是多个细胞C一个接一个地流入流径2中。
设置了一对信号电极4a和4b，以保持信号检测电极4a和4b之间的细孔。在片状构件13的前表面设置一个信号检测电极4a，在片状构件13的后表面设置另一信号检测电极4b。稍后所述的且构成电场施加部8的电极对也在片状构件13的后表面上形成。
细胞保持部6和7的上部覆盖有作为膜状部分的片状构件13，该膜状部分可以从外部穿孔。然而，吸液管刺在片状构件13上，因而使得可以通过吸液管取出细胞C。
电极极板14将信号检测电极4a和4b检测的信号取出至外部。例如，由此取出的信号发送至细胞功能分析部(未示出)。从细胞功能分析部输出的分选信号输入至电极极板15。由此输入的分选信号然后发送至构成电场施加部8的电极对。
当芯片11安装在具有细胞功能分析部等的装置主体时，通孔26是定位孔。
(分选部的结构)
图3是示出了图2中所示的分选部5的结构的顶部平面图，图4是沿着图3中的线A-A截取的截面图。
如图3和图4中所示，分选部5包括电场施加部8和分支部9。
电场施加部8包括分别设置在流径2的预定位置的电极16和电极17。电极16和17被配置为使得在不同于在流径2中流动液体的方向(X方向)的方向(例如，Y方向)上保持电极16和17之间的流径2并且彼此相对。在片状构件13的后表面(流径2内的上表面)设置电极16和电极17。例如，电极16是施加信号并以多个电极指并且向电极17突出的方式构造的电极。例如，电极17是普通电极，并且构造为使得对电极16不具有凹凸性。在下面的描述中，电极指16a和电极17的组合被称为电极对18。以这种方式构造电极对18，从而当信号施加至电极16和电极17时，在Y方向具有梯度的电场分别施加至电极对18。
分支部9在流径2的电场施加部的下流的预定位置将由电场施加部8施加的电场产生的介电泳力改变其方向的细胞C分支为分支流径2a和分支流径2b。流径2分支为Y字母形状，因而构成分支部9。一个分支部通过分支流径2a向细胞保持部6延伸，另一分支部通过分支流径2b向细胞保持部7延伸。例如，在投入部3中，将细胞C投入细胞保持部7侧的偏向位置。关于用这种方式投入细胞保持部7侧的偏向位置的细胞C，当没有作为分选对象的细胞C通过电场施加部8时，电场不会施加至电场施加部8中的任何细胞(非活性的)。因此，如图3中所示，在流径2的偏向位置侧流动的相关细胞C实际上流入细胞保持部7。另一方面，当作为分选目标的细胞C通过电场施加部8时，电场施加于电场施加部8中的相关细胞(活性的)，因此介电泳力施加至细胞C。结果，如图5中所示，细胞C的流动方向改变至细胞保持部6侧，并因此作为分选目标的细胞C通过分支部9分支到细胞保持部6侧。
在以这种方式构造的电场施加部8中，在Y方向具有梯度的电场分别施加至电极对18。因此，通过电场施加部8的细胞C可以逐渐地改变其路径分支到细胞保持部6侧。
(细胞保持部的结构和流出部的结构)
图6是示出了细胞保持部的结构和流出部的结构的顶部平面图，图7是沿着图6中的线A-A截取的截面图。
如图6和图7中所示，在分支流径2a的中间设置细胞保持部6，在分支流径2b的中间设置细胞保持部7。分支流径2a的末端和分支流径2b的末端在流出部10处再次彼此接合。因此，在分支流径2a中流动的液体通过细胞保持部6以流入流出部10，在分支流径2b中流动的液体穿过细胞保持部7以流入流出部10。
细胞保持部6和细胞保持部7中的每个均用作流径急扩大部。因此，细胞C不会流入流出部10，而是保持在细胞保持部6和7中。
例如，细胞保持部6和细胞保持部7均由具有圆柱形的底孔构成，该底孔的深度与分支流径2a和分支流径2b中的每个的深度相比深很多，并且直径也比分支流径2a和分支流径2b的直径大很多。
如上所述，在细胞保持部6和细胞保持部7中的每个中，与液体流动方向(X方向)垂直的表面的平均截面面积比与流动方向垂直的分支流径2a和分支流径2b的表面的截面面积更大。因此，每个细胞C的沉淀速度v变得比流动方向中的每个细胞C的流速u更大。
适当地设计细胞保持部6和细胞保持部7，使得虽然液体本身通常从流出部10流出至装置外部的容器中，但是在细胞保持部6和细胞保持部7中沉淀的细胞C分别滞留在细胞保持部6和细胞保持部7中产生的再循环区域或死水区域，因此不会流出至流出部10。也就是说，为此，只需要设定细胞保持部6、7中的每个的长度、细胞保持部6和细胞保持部7中每个的平均截面面积与分支流径2a和分支流径2b中每个的平均截面面积之间的比率，使得细胞C通过细胞保持部6和细胞保持部7时细胞C的沉淀距离大于分支流径2a和分支流径2b中每个的高度。
这里，如图8中所示，细胞C通过细胞保持部6和细胞保持部7的时间假设为t，细胞C的分支流径2a、2b内的主流方向(X方向)的平均流速假设为u1，高度方向(Z方向(重力方向设定为正向))的平均流速假设为v1，以及细胞C的细胞保持部6、7内的主流方向(X方向)的平均流速假设为u2，高度方向(Z方向(重力方向设定为正向))的平均流速假设为v2。此外，关于与主流方向(X方向)垂直的表面，分支流径2a、2b的平均截面面积假设为A1，细胞保持部6、7的平均截面面积假设为A2，分支流径2a、2b内的流径高度假设为h，以及细胞保持部6、7的主流方向长度假设为L。
根据斯托克斯方程(Stokes equation)获得重力方向的沉淀速度，更严格地，根据在均匀流中作用于球的拉力。当重力方向的沉淀速度假设为vs时，获得v1＝v2＝vs的关系，因为vs并不依赖于主流方向的流速。
现在，细胞C通过细胞保持部6、7所需的时间t由表达式(1)表示：
t＝L/u2＝(L/u1)×(A2/A1)...(1)。
此时，细胞C在时间t沉淀的距离由表达式(2)表示：
zs＝vs×t...(2)。
当zs大于流径高度h时，细胞C被捕捉在细胞保持部6、7下方存在的循环区域或死水区域，因此细胞C滞留在细胞保持部6、7中，而没有流入流出部10。也就是说，该条件只需要满足条件表达式(3)：
zs＝vs×t＞h...(3)
下面通过利用具体的数值给出进一步的描述。
作为细胞C的实例，白血球的比重ρcell在1.063到1.085的范围内，其代表值为1.07。此外，细胞C的直径为10μm，总而言之，细胞C的半径为5μm。
作为液体的实例的水的密度ρH2O在20℃时是1,000kg/cm3，和水的粘性系数μ在20℃时是0.001Pa·S。
在该情况中，以下斯托克斯方程给出细胞C的重力方向的沉淀速度：
vs＝2/9×(ρcell-ρH2O)gr2/μ
＝2.2(μm/s)。
此外，一般的球的拉力方程给出细胞C的重力方向的沉淀速度vs：
vs＝3.8(μm/s)。
这里，当细胞保持部6、7的主流方向长度L是L＝5(nm)时，分支流径2a、2b的平均截面面积A1与细胞保持部6、7的主流方向(X方向)的平均截面面积A2之间的比率Sr(A1∶A2)为Sr＝100，细胞C的分支流径2a、2b内的主流方向(X方向)的平均流速u1为u1＝10(μm/s)，分支流径2a、2b内的流径高度h为h＝50(μm)。
此外，当细胞C通过细胞保持部6、7的时间t为t＝50(s)时，下面给出细胞C在时间t沉淀的距离：zs＝vs×t＝3.8(μm/s)×50(s)＝190(μm)。
由于该计算结果满足关系zs＞h，所以细胞C被捕捉在细胞保持部6、7下方存在的循环区域或死水区域，因此滞留在细胞保持部6、7中，而没有流入流出部10。此外，即使当细胞直径的偏差设定为±2(μm)并类似地对最小直径细胞执行计算时，获得关系zs＝130(μm)。因此，也是在这种情况中，细胞C捕捉在细胞保持部6、7下方存在的循环区域或死水区域，因此滞留在细胞保持部6、7中，而不会流入流出部10。
根据前述，当考虑装置中使用的芯片11的实际尺寸和分选速度时，应当理解，存在可能达成的设计解决方案。
(细胞分选方法)
根据本发明另一实施方式的细胞分选方法包括：将含有细胞C的液体所流动的流径2分为分支流径2a和分支流径2b；将分支流径2a和分支流径2b彼此再次彼此接合；以及使分别在彼此接合的分支流径2a和分支流径2b中流动的液体流出至外部。
(操作和效果)
如图9中所示，为了基于某种细胞分选信息执行细胞C的流径内分选，装置至少需要包括在流径2内的分选部5、位于分选部5的下游的分支流径2a和2b以及流出部10a和10b。此外，需要预先实现稳定的液体发送。
关于基于利用泵等的压力容器基于压力差在流径内发送液体的方法，由于通过采用密封结构可以将液体与外部大气压隔离，与利用实际上存在脉动的泵的液体发送相比较，可以进行稳定的液体发送。在这种情况中，关于从分支部9流出至流出部10a和10b的液体，在每个流出部10a和10b中的静压需要是稳定的，并且在流出部10a和10b中的静压需要彼此相等，或需要通常严格地保持在期望的比率。之所以如此是因为当流出部10a和10b中的静压改变时，通过分支部9从主流流入分支流径2a和2b的液体量根据分支部9中的静压之间的差压的比率而改变。当液体量改变时，细胞流入的分支流径2a和分支流径2b容易改变，使得即使当在分支部9的附近无论将用于分选的驱动力施加至细胞本身或是含有细胞C的全部液体时，也不可以将细胞C发送至期望的流出部10a、10b。
然后，在本发明实施方式中，当执行压力驱动时，流出部彼此接合，并且液体排出至外部的低压侧压力容器，导致不受压力变化影响的稳定液体发送变得可能。也就是说，根据本发明的实施方式，在分支流径2a和分支流径2b之间不会产生压力差，因此可以容易地实现稳定的液体发送，这在流径2内的细胞分选中是必须的。此外，分选之后的细胞C滞留在芯片11内的细胞保持部6和细胞保持部7中，因此不需要特别地制备导管和容器，更不用说使细胞C在空气中飞翔。因此，可容易且廉价地实现无污染，因此可将本发明应用于再生医疗。
应当注意，本发明决不限于上述实施方式，只要在技术构思的范围内可以做出各种改变。
例如，虽然在上述实施方式中，示例了接合部和流出部彼此结合的情况，但是接合部和流出部也可以彼此分离存在。例如，两条分支流径一旦在接合部就彼此接合以通过普通流径连接至流出部。
尽管在上述实施方式中，示例了设置两条分支流径的情况，但可以设置三条或更多条分支流径。
尽管在上述实施方式中，示出了在每个分支流径中设置细胞保持部的情况，但是也可以采用如下结构，使得只在用于分选细胞的分支流径中设置细胞保持部。
尽管每个细胞保持部的形状、大小等不限于所描述的实施方式中的形状、大小等，当然，每个细胞保持部可以各种形式实施。
本申请包含于2010年10月29日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-244004中所公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。
Claims (7)
1.一种细胞分选装置，包括：
分支部，使含细胞的液体在其中流动的流径分为第一分支流径和第二分支流径；
接合部，使所述第一分支流径和所述第二分支流径彼此接合；以及
流出部，使分别在通过所述接合部彼此接合的所述第一分支流径和所述第二分支流径中流动的液体流出至外部。
2.根据权利要求1所述的细胞分选装置，还包括：
细胞保持部，设置在所述第一分支流径中，并保持所述细胞，
其中，所述细胞保持部的长度以及所述细胞保持部的平均截面面积与所述第一分支流径的平均截面面积之间的比率被设定为使得当所述细胞通过所述细胞保持部时所述细胞的沉淀距离大于所述第一分支流径的高度。
3.根据权利要求1所述的细胞分选方法，所述接合部和所述流出部彼此结合在一起。
4.根据权利要求1所述的细胞分选方法，所述接合部和所述流出部彼此分离存在。
5.一种细胞分选芯片，包括：
基板；
流径，设置在所述基板上，并且含有细胞的液体在所述流径中流动；
第一分支流径和第二分支流径，设置在所述基板上，并且在所述流径上分支；
细胞保持部，设置在所述第一分支流径中，并保持包含在所述第一分支流径中流动的液体中的细胞；以及
流出部，将所述第一分支流径和所述第二分支流径彼此接合，并使在所述第一分支流径和所述第二分支流径中流动的液体流出至外部。
6.根据权利要求5所述的细胞分选芯片，其中，所述细胞保持部具有适于从外部穿孔的膜状部分。
7.一种细胞分选方法，包括：
将含细胞的液体在其中流动的流径分为第一分支流径和第二分支流径；
将所述第一分支流径和所述第二分支流径彼此接合；以及
使分别在彼此接合的所述第一分支流径和所述第二分支流径中流动的液体流出至外部。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010-244004 | 2010-10-29 | ||
| JP2010244004A JP2012095550A (ja) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | 細胞分取装置、細胞分取チップ及び細胞分取方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102465091A true CN102465091A (zh) | 2012-05-23 |
| CN102465091B CN102465091B (zh) | 2015-01-21 |
Family
ID=45997180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110323893.XA Expired - Fee Related CN102465091B (zh) | 2010-10-29 | 2011-10-21 | 细胞分选装置、细胞分选芯片和细胞分选方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120107860A1 (zh) |
| JP (1) | JP2012095550A (zh) |
| CN (1) | CN102465091B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6057251B2 (ja) * | 2011-11-11 | 2017-01-11 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 粒子分別装置および粒子分別方法 |
| JP2013250229A (ja) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Sony Corp | 微小粒子分取用マイクロチップ、該微小粒子分取用マイクロチップが搭載された微小粒子分取装置、並びに微小粒子の分取方法 |
| JP6036496B2 (ja) * | 2012-07-24 | 2016-11-30 | ソニー株式会社 | 微小粒子分取方法 |
| US10386276B2 (en) * | 2016-09-20 | 2019-08-20 | International Business Machines Corporation | Phosphoprotein detection using a chip-based pillar array |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060177815A1 (en) * | 2004-11-29 | 2006-08-10 | The Regents Of The University Of California | Dielectrophoretic particle sorter |
| US20070207548A1 (en) * | 1996-09-04 | 2007-09-06 | Inverness Medical Switzerland Gmbh | Microflow System for Particle Separation and Analysis |
| CN101250483A (zh) * | 2008-04-11 | 2008-08-27 | 重庆大学 | 组合夹板微电极式微流控介电电泳细胞分离富集芯片 |
| US20090155877A1 (en) * | 2004-07-06 | 2009-06-18 | Agency For Science Technology And Research | Biochip for sorting and lysing biological samples |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003274924A (ja) * | 2002-03-26 | 2003-09-30 | Kikuchi Jun | 細胞分離方法及び装置 |
| JP2004000163A (ja) * | 2002-03-29 | 2004-01-08 | Shimadzu Corp | 細胞の処理に用いるセル |
| JP2003302330A (ja) * | 2002-04-12 | 2003-10-24 | Asahi Kasei Corp | 平板状フローセル装置 |
| BR0309321A (pt) * | 2002-04-17 | 2005-03-29 | Cytonome Inc | Método e aparelho para selecionar partìculas |
| US7105081B2 (en) * | 2002-12-20 | 2006-09-12 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Methods and apparatus for electrosmear analysis |
| JP2006087336A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Shimadzu Corp | 細胞分析装置 |
| JP4816906B2 (ja) * | 2005-12-27 | 2011-11-16 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 微粒子回収装置 |
| JP2010145083A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Nidec Sankyo Corp | 樹脂製接合品およびその製造方法 |
| US20110114190A1 (en) * | 2009-11-16 | 2011-05-19 | The Hong Kong University Of Science And Technology | Microfluidic droplet generation and/or manipulation with electrorheological fluid |
-
2010
- 2010-10-29 JP JP2010244004A patent/JP2012095550A/ja active Pending
-
2011
- 2011-10-13 US US13/272,942 patent/US20120107860A1/en not_active Abandoned
- 2011-10-21 CN CN201110323893.XA patent/CN102465091B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070207548A1 (en) * | 1996-09-04 | 2007-09-06 | Inverness Medical Switzerland Gmbh | Microflow System for Particle Separation and Analysis |
| US20090155877A1 (en) * | 2004-07-06 | 2009-06-18 | Agency For Science Technology And Research | Biochip for sorting and lysing biological samples |
| US20060177815A1 (en) * | 2004-11-29 | 2006-08-10 | The Regents Of The University Of California | Dielectrophoretic particle sorter |
| CN101250483A (zh) * | 2008-04-11 | 2008-08-27 | 重庆大学 | 组合夹板微电极式微流控介电电泳细胞分离富集芯片 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120107860A1 (en) | 2012-05-03 |
| CN102465091B (zh) | 2015-01-21 |
| JP2012095550A (ja) | 2012-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Narayanamurthy et al. | Advances in passively driven microfluidics and lab-on-chip devices: A comprehensive literature review and patent analysis | |
| Yuan et al. | Recent progress of particle migration in viscoelastic fluids | |
| Salafi et al. | A review on deterministic lateral displacement for particle separation and detection | |
| US7975531B2 (en) | Microfluidic sensor for interfacial tension measurement and method for measuring interfacial tension | |
| Park et al. | Multiorifice flow fractionation: continuous size-based separation of microspheres using a series of contraction/expansion microchannels | |
| US9266076B2 (en) | Method and apparatus for real-time feedback control of electrical manipulation of droplets on chip | |
| EP2122337B1 (en) | Method of pumping fluid through a microfluidic device | |
| CN202599852U (zh) | 气液两相泡状流中气泡的识别及测量装置 | |
| ES2856851T3 (es) | Dispositivo y procedimiento para dispensar en gotas que vuelan libremente partículas orientadas usando un campo acústico | |
| CN102465091A (zh) | 细胞分选装置、细胞分选芯片和细胞分选方法 | |
| Hassan et al. | Flow metering characterization within an electrical cell counting microfluidic device | |
| Kok et al. | Bubble sorting in pinched microchannels for ultrasound contrast agent enrichment | |
| CN104741158A (zh) | 一种利用惯性力产生微液滴的方法和装置 | |
| Roman et al. | Velocimetry of red blood cells in microvessels by the dual-slit method: Effect of velocity gradients | |
| CN209287355U (zh) | 微流控芯片及含有该微流控芯片的装置 | |
| CN105413772A (zh) | 基于集成微通道的单/多组份液滴制备装置及其控制方法 | |
| CN101497017B (zh) | 一种微流控制结构 | |
| CN102119321A (zh) | 测量流体通道中流动的液体的流速的方法以及实现设备 | |
| CN207614860U (zh) | 微液滴生成装置 | |
| Chang et al. | Deformation-based droplet separation in microfluidics | |
| CN108855256A (zh) | 一种检测红细胞变形性的微流控芯片及其方法 | |
| AU2019351502B2 (en) | Microfluidic chip system and method for preparing liquid drop | |
| WO2019086018A1 (zh) | 微液滴生成装置 | |
| CN111139182B (zh) | 磁筛选装置、微液滴筛选***及微液滴的磁筛选方法 | |
| CN114164104A (zh) | 一种基于微流控芯片的单细胞非牛顿液滴封装装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150121 Termination date: 20151021 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |