JP2005524831A - 粒子を選別する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2002年4月17日に出願された米国仮特許出願第60/373,256号、2002年6月24日に出願された米国特許出願第10/179,586号、2002年9月16日に出願された米国仮特許出願第60/411,058号、2002年12月23日に出願された米国特許出願第10/329,008号に対する優先権を主張する。本出願は、2002年6月24日に出願された米国特許出願第10/179,488号の一部係属出願である。それらの内容はすべて参照として本明細書に組み入れられる。
本発明は、懸濁液中の粒子を選別する方法および装置に関連するが、選別モジュールの投入流路は数本の産出通路に分岐することができる。より詳細には、本発明は高スループットで粒子を処理できるように複数の選別モジュールが相互接続されている粒子選別システムに関する。
バイオテクノロジー、および特別には細胞学および薬物スクリーニングの分野では、高スループット(処理能力)での粒子選別に対する必要がある。選別を必要とする粒子の例は、血小板、白血球、腫瘍細胞、胚細胞等の様々なタイプの細胞である。これらの粒子に対しては、特に細胞学の分野において関心が高い。その他の粒子は、タンパク質、酵素およびポリヌクレオチド等の(高)分子種である。この粒子ファミリーに対しては、新薬開発中の薬物スクリーニングの分野において特に関心が高い。
本発明は、キャピラリーサイズの閉鎖通路システム内を移動する粒子を選別する方法および装置を提供する。本発明の粒子選別システムは、単位時間当たり大量の粒子を選別する正確な手段を提供しながら、低コストで組み立てることのできる選別モジュールを提供する。この粒子選別システムは、選別速度をさらに上昇させるために結合された複数の緊密に結合した選別モジュールを含むことができる。粒子選別システムは、エラー率を低下させるために、粒子の流れを連続的に選別するための多段式選別装置を含むことができる。
本発明は、液体中に懸濁した粒子を選別するための粒子選別システムを提供する。本粒子選別システムは、所定の特徴に基づいて粒子の高スループットかつ低エラーの選別を提供する。下記では、実例の態様を参照しながら本発明について説明する。当業者は、本発明を多数の様々な用途および態様で実施するできること、そしてその適用が本明細書に記載した特定態様に特別には限定されないことを理解するであろう。
(図2〜図4)図1の粒子選別システムの作動を示した図である。
(図5)アクチュエーターチャンバーおよびバッファーチャンバーの代替位置を示している粒子選別システムを示した図である。
(図6)本発明のまた別の態様による粒子選別システムを示した図である。
(図7)本発明の粒子選別システムにおいて使用するために適切な気泡弁を示した図である。
(図8)本発明の1つの実例の態様の粒子選別システムの略図である。
(図9)本発明の教示による並列の粒子の流れを選別するための粒子選別システムの1つの態様を示した図である。
(図10)本発明の教示による選別モジュールの二進木様形状に構成された粒子選別システムの1つの態様を示した図である。
(図11)多段階で並列の粒子の流れを選別するための多段式粒子選別システムのまた別の態様を示した図である。
(図12)本発明の代替態様による並列粒子選別システムを示した図である。
(図13)本発明のまた別の態様による並列粒子選別システムを示した図である。
(図14a、図14b)粒子のサイズおよび/または速度の測定を可能にする光学マスクを含んでいる、本発明のまた別の態様による粒子選別システムを示した図である。
(図15)本発明のまた別の態様による可変通路を有する並列選別システムを示した図である。
(図16)本発明のまた別の態様による並列選別システムの可変型アレイデザインを示した図である。
(図17)本発明のまた別の態様による並列選別システムを示した図である。
Claims (25)
- 以下を含む、粒子選別システム:
入口、第1出口、および第2出口を含む、担体液中の懸濁した粒子の流れを運ぶ第1導管;
粒子内の所定の特徴および粒子のサイズと速度のうちの1つを感知するセンサー;
第1導管と連通しているサイド通路;
サイド通路に隣接して配置された密閉チャンバーであって、担体液が担体液から密閉チャンバーを分離するためにサイド通路内にメニスカスを形成する密閉チャンバー;ならびに
センサーが所定の特徴を感知したときにメニスカスを偏向させるために密閉チャンバー内の圧力を加減するアクチュエーターであって、それによりメニスカスの偏向が所定の特徴を有する粒子が第2出口内に流入し、該所定の特徴を有していない粒子が第1出口内に流入することを引き起こすアクチュエーター。 - 第1導管内の圧力変動を吸収するバッファーをさらに含む、請求項1の粒子選別システム。
- アクチュエーターが、加圧ガス源を含む、請求項1の粒子選別システム。
- 密閉チャンバーが、可動壁を含む、請求項1の粒子選別システム。
- アクチュエーターが、密閉チャンバー内の圧力を加減するために密閉チャンバーの可動壁を移動させる移動アクチュエーターを含む、請求項4の粒子選別システム。
- アクチュエーターが、電磁式アクチュエーターおよび圧電素子のうちの1つを含む、請求項5の粒子選別システム。
- 以下を含む、微細加工粒子選別システム:
入口、第1出口、および第2出口を含む、担体液中に閉じ込められた懸濁した粒子の流れを運ぶ第1導管;
粒子の速度を測定するセンサー;ならびに
所定の特徴を有する粒子が第2出口内に流入し、所定の特徴を有していない粒子が第1出口内に流入することを引き起こすアクチュエーター。 - 以下を含む、微細加工粒子選別システム:
入口、第1出口、および第2出口を含む、担体液中に閉じ込められた懸濁した粒子の流れを運ぶ第1導管;
粒子内の所定の特徴を感知する第1センサー;
粒子の速度を測定する第2センサー;ならびに
所定の特徴を有する粒子が第2出口内に流入し、所定の特徴を有していない粒子が第1出口内に流入することを引き起こすアクチュエーター。 - 第2センサーが、所定の特徴を有する粒子が第2出口内に流入することを引き起こすべき時点を決定するためにアクチュエーターと連通している、請求項8の粒子選別システム。
- 第2センサーが、粒子の位置もまた測定する、請求項8の粒子選別システム。
- a)入口導管は並列で作動して同時に液体が供給される複数のメイン通路の微細構造システムに分岐しており、各々は1つの選別モジュール、2本の出口通路および第1受入通路内に流入する所定の特徴を有する粒子を第2受入通路内に流入する所定の特徴を有していない粒子から分離するためのスイッチング領域を有しており;ならびに
b)各スイッチユニットが、選別モジュールの内側の各メイン通路上に配列された所定の特徴を有する粒子を検出して分類する少なくとも1つの第1センサーと、所定の特徴を有する粒子の速度を測定する第2センサーと、および各スイッチユニット上に配列された各センサーによって制御される選別アクチュエーターを含み、各選別アクチュエーターが所定の特徴を有する粒子を2本の出口通路の1本へ、所定の特徴を有していない粒子を2本の出口通路の他方へ分配しており、
所定の特徴を有する粒子および所定の特徴を有していない粒子を含有する液体が流れる入口導管を含む粒子選別システム。 - 各メイン通路上の2本の出口通路の各々が、所定の特徴を有する粒子および所定の特徴を有していない粒子を選択的に分配するために別個の集合通路へ接続されている、請求項11の粒子選別システム。
- 以下を含む、粒子選別システム:
入口、第1出口、および第2出口を含む、担体液中に閉じ込められた懸濁した粒子の流れを運ぶ第1導管;
粒子内の所定の特徴を感知する第1センサー;
粒子の位置および速度を測定する第2センサー;ならびに
所定の特徴を有する粒子を第1出口へ、そして所定の特徴を有していない粒子を第2出口へ分配するアクチュエーター。 - 以下を含む、粒子選別システム:
担体液中に閉じ込められた懸濁した粒子の流れが流れる少なくとも1本の第1選別通路であって、各第1選別通路が粒子内の所定の特徴を検出するための検出領域および第1受入通路内に流入する所定の特徴を有する粒子を第2受入通路内に流入する所定の特徴を有していない粒子から分離するためのスイッチング領域を有する第1選別通路;
所定の特徴を有する粒子を第1受入通路から凝集させるための凝集領域;
所定の特徴を有する粒子が凝集した後に所定の特徴を有する粒子を取り囲んでいる担体液の容量を調整するための濃縮領域;ならびに
複数の第1出口通路から選択された粒子を収集するためおよび所定の特徴を有する第2選別通路内の粒子を第2選別通路内の他の粒子から分離するために複数の第1選別通路と直列している少なくとも1本の第2選別通路。 - 濃縮領域が、所定の特徴を有する粒子から過剰な担体液を除去する、請求項14のシステム。
- 少なくとも1本の第1選別通路が、複数の並列第1選別通路を含む、請求項14のシステム。
- 濃縮領域が、
受入通路の1つと交差する濃縮通路;および
濃縮通路を受入通路から分離する膜、を含む、請求項14のシステム。 - 濃縮領域が、
凝集領域と交差する濃縮通路;および
濃縮通路を凝集領域から分離する膜、を含む、請求項14のシステム。 - 濃縮領域が、
第2選別通路と交差する濃縮通路;および
濃縮通路を第2選別通路から分離する膜、を含む、請求項14のシステム。 - 各第1通路の検出領域が、対応する第1通路内の粒子の速度を測定するセンサーを含む、請求項14のシステム。
- 濃縮領域の後に粒子へ第2担体液を添加する水和装置をさらに含む、請求項14のシステム。
- 除去されたシース液を第1選別通路内へ導入するために濃縮領域を第1選別通路へ接続する再循環通路をさらに含む、請求項15のシステム。
- 担体液中に閉じ込められた懸濁した粒子の流れが流れる複数の並列第1選別通路であって、各第1選別通路が粒子内の所定の特徴および所定の特徴を有する粒子の速度を検出するための検出領域ならびに第1受入通路内に流入する所定の特徴を有する粒子を第2受入通路内に流入する所定の特徴を有していない粒子から分離するためのスイッチング領域を有しており、第1選別通路がスイッチング領域における第2分離間隔より短い検出領域における第1分離間隔を有する複数の並列第1選別通路を含む粒子選別システム。
- 以下の段階を含む、粒子選別方法:
入口、第1出口、および第2出口を有する、担体液中に閉じ込められた懸濁した粒子の流れを第1導管を通して運ぶ段階;
流れの中の粒子の所定の特徴を感知する段階;
所定の特徴が感知されるとシグナルを発生する段階;
所定の特徴を有する粒子の速度を測定する段階;ならびに
所定の特徴を感知する段階および速度を測定する段階に基づいて、所定の特徴を有する粒子を第1出口へ、そして所定の特徴を有していない粒子を第2出口へ分配する段階。 - 以下の段階を含む、粒子選別方法:
複数の並列第1選別を通して担体液中に閉じ込められた懸濁した粒子の複数の流れを運ぶ段階であって、各第1選別通路が粒子内の所定の特徴を検出するための検出領域および第1受入通路内に流入する所定の特徴を有する粒子を第2受入通路内に流入する所定の特徴を有していない粒子から分離するためのスイッチング領域を有している段階;
所定の特徴を有する粒子を所定の特徴を有していない粒子から分離する段階;
所定の特徴を有する粒子を凝集領域内の第1受入通路から凝集させる段階;
所定の特徴を有する粒子が凝集した後に所定の特徴を有する粒子を取り囲んでいる担体液の容量を調整する段階;
所定の特徴を有する粒子を複数の並列第1選別通路と直列している少なくとも1本の第2選別通路を通して運ぶ段階;ならびに
第2選別通路内の所定の特徴を有する粒子を第2選別通路内の他の粒子から分離する段階。
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