(57)【要約】本開示は、場の印加後に粒子を濃縮し、粒子を方向転換させるための装置、システム、および方法を提供する。粒子に印加する場は、音響場であってもよい。粒子の濃縮（分析領域内での濃縮を含む）を助けるために、より高速の第１のフローストリームからより低速の第２のフローストリームへと粒子を方向転換させることができる。2019530850.tif 000003
2019530850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を濃縮するための装置であって、
フローストリーム内にて第１の方向に移動する流体試料を受け取るように適合されているフローチャネル；
前記流体試料内の粒子を、第１の流速の集束流の中に集束させるように構成されている、場発生器；
１つ以上の追加のフローチャネル；
分岐部であって、前記分岐部が、前記フローチャネルおよび前記１つ以上の追加のフローチャネルと流体連通するように構成されており、前記分岐部および前記１つ以上の追加のフローチャネルが、前記流体試料を前記１つ以上の追加のフローチャネルの中へと導いて、前記集束流の中の前記粒子を第２の流速の第２の方向に方向転換させるように構成されており、かつ前記第１の流速が前記第２の流速よりも大きい、分岐部；ならびに
分析領域であって、前記分析領域が、前記１つ以上の追加のフローチャネル内に位置付けられて、前記第２の方向に方向転換された前記粒子の分析を可能にし、かつ前記分岐部および前記１つ以上の追加のフローチャネルが、前記分析領域内で前記粒子を濃縮するように構成されている、分析領域
を備える、装置。
【請求項２】
前記フローチャネルと流体連通するように構成されている流体源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流体源が、１つ以上のポンプを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記流体源を制御するように構成されているコントローラをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記場発生器が、前記フローチャネル内に音響波を提供するように構成されている音響場発生器である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記音響場発生器が、前記粒子が圧力の節に集積するように前記フローチャネル内に圧力の節を発生させるように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記圧力の節が、前記粒子が前記フローチャネルの中央線に沿って集束するように発生する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記音響場発生器が、前記フローチャネル内に複数の圧力の節を発生させるように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記音響場発生器が、第１の複数の粒子が前記圧力の節に追いやられかつ第２の複数の粒子が波腹に追いやられるように波腹を発生させるように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の複数の粒子の粒子が、前記第２の複数の粒子の粒子よりも高い密度を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の複数の粒子の粒子が、前記第２の複数の粒子の粒子よりも大きいサイズを有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の複数の粒子の粒子が、前記第２の複数の粒子の粒子よりも低い圧縮率を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記音響場発生器が、複数の波腹を発生させるように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記１つ以上の追加のフローチャネルが、前記フローチャネルとは異なる断面積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記１つ以上の追加のフローチャネルが、第１の追加のフローチャネルおよび第２の追加のフローチャネルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記分岐部、前記第１の追加のフローチャネル、および前記第２の追加のフローチャネルが、（ｉ）第１の複数の粒子を前記第１の追加のフローチャネルにおける前記第２の流速の前記第２の方向に方向転換させ、（ｉｉ）第２の複数の粒子を前記第２の追加のフローチャネルにおける第３の流速の第３の方向に方向転換させるように構成されている、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記フローチャネル、前記第１の追加のフローチャネル、および前記第２の追加のフローチャネルが、異なる断面積を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の追加のフローチャネルおよび前記第２の追加のフローチャネルが、同一の断面積を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記分岐部および前記１つ以上の追加のフローチャネルが、前記第２の方向に方向転換した前記粒子を前記分析領域内のチャネル壁上に集積させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記分析領域が、前記第１の追加のフローチャネル内に位置付けられ、前記第１の追加のフローチャネルが、前記第２の追加のフローチャネルよりも大きい断面積を有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記分析領域内の前記粒子を調べるように構成されている検出器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記１つ以上の追加のフローチャネル内の粒子に影響を及ぼすように位置付けられかつ構成されている第２の場発生器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記第２の場発生器が、音響場発生器である、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第２の場発生器が、第２の場を発生させるように構成されており、前記第２の場が、前記第２の方向に方向転換した前記粒子を前記分析領域内のチャネル壁上に集積させるように構成されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記分析領域内で粒子を拘束するように構成されているトラップをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記トラップが重力トラップである、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記トラップが磁気トラップである、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記磁気トラップが、磁石および磁気感受性材料を含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記磁石および前記磁気感受性材料が、前記粒子と結合している磁性粒子または磁性材料に影響を及ぼすことができる磁場を発生させるように構成されている、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
１つ以上の選択フィルタをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
前記１つ以上の選択フィルタが、前記１つ以上の追加のフローチャネル内に位置付けられている、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記１つ以上の選択フィルタが、第１の複数の粒子を捕捉するように構成されている、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記１つ以上の選択フィルタが、前記粒子のサイズおよび前記１つ以上の選択フィルタの孔サイズに基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉するように構成されている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記１つ以上の選択フィルタが、前記粒子の剛性および変形能に基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉するように構成されている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記１つ以上の選択フィルタが、前記粒子と結合している磁性材料に基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉するように構成されている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
前記粒子が細胞であり、前記１つ以上の選択フィルタが、前記細胞の表面タンパク質または表面構造に基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉するように構成されている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記装置が初期段をさらに備え、前記初期段が、前記フローチャネルの上流に位置付けられ、前記初期段が、初期フローチャネルおよび初期場発生器を備え、前記初期フローチャネルが、前記流体試料を受け取るように適合されており、前記初期場発生器が、前記流体試料内の前記粒子を集束させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３８】
前記初期フローチャネルと流体連通するように構成されている流体源をさらに備える、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記流体源が、１つ以上のポンプを備える、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記初期場発生器が、音響場発生器である、請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
前記初期場発生器が、第１の複数の粒子を前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束させるが第２の複数の粒子を前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束させないように構成されている、請求項３７に記載の装置。
【請求項４２】
前記初期段が、前記第１の複数の粒子を前記初期フローチャネルから前記フローチャネルへと流すように構成されている、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記初期段が、前記第２の複数の粒子を前記初期フローチャネルから１つ以上の廃棄物出口へと流すように構成されている、請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
粒子を濃縮するための方法であって、
フローチャネル内の流体試料をフローストリーム内にて第１の方向に流すことであって、前記流体試料が粒子を含む、前記流すこと；
前記流体試料中の前記粒子を第１の流速の集束流の中に集束させるように場を印加すること；
前期集束流の中の前記粒子を第２の流速の第２の方向に方向転換させることであって、前記第１の流速が前記第２の流速よりも大きい、前記方向転換させること；および
分析領域において前記第２の方向に方向転換された粒子を濃縮すること
を含む、方法。
【請求項４５】
前記粒子を方向転換させることが、前記粒子を分岐部を介して１つ以上の追加のフローチャネルへと流すことを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記場が、音響場でありかつ前記フローチャネル内に音響波を提供する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記音響場が前記フローチャネル内に圧力の節を発生させ、前記粒子が前記圧力の節に集積する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記粒子が、前記フローチャネルの中央線に沿って集束する、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記音響場が、前記フローチャネル内に複数の圧力の節を発生させる、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記音響場が波腹を発生させ、第１の複数の粒子が前記圧力の節に追いやられ、第２の複数の粒子が前記波腹に追いやられる、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１の複数の粒子の粒子が、前記第２の複数の粒子の粒子よりも高い密度を有する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１の複数の粒子の粒子が、前記第２の複数の粒子の粒子よりも大きいサイズを有する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１の複数の粒子の粒子が、前記第２の複数の粒子の粒子よりも低い圧縮率を有する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記音響場発生器が、複数の波腹を発生させるように構成されている、請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
前記１つ以上の追加のフローチャネルが、前記フローチャネルとは異なる断面積を有する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５６】
前記１つ以上の追加のフローチャネルが、第１の追加のフローチャネルおよび第２の追加のフローチャネルを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５７】
第１の複数の粒子が、第１の追加のフローチャネルにおける第２の流速の第２の方向に方向転換され、第２の複数の粒子が、第２の追加のフローチャネルにおける第３の流速の第３の方向に方向転換される、請求項４５に記載の方法。
【請求項５８】
前記フローチャネル、前記第１の追加のフローチャネル、および前記第２の追加のフローチャネルが、異なる断面積を有する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１の追加のフローチャネルおよび前記第２の追加のフローチャネルが、同一の断面積を有する、請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
前記分析領域が、前記第１の追加のフローチャネル内に位置付けられ、前記第１の追加のフローチャネルが、前記第２の追加のフローチャネルよりも大きい断面積を有する、請求項５６に記載の方法。
【請求項６１】
検出器によって前記分析領域内の前記粒子を調べることをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項６２】
前記粒子が方向転換された後に前記粒子に第２の場を印加することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項６３】
前記第２の場が音響場である、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記第２の場が、前記粒子を前記分析領域内に集積させる、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
トラップを用いて前記分析領域内で粒子を拘束することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項６６】
前記トラップが重力トラップである、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記トラップが磁気トラップであり、前記粒子が磁性粒子または磁性材料と結合しており、前記磁気トラップが、前記磁性粒子または前記磁性材料に影響を及ぼす磁場を発生させる、請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
前記１つ以上の追加のフローチャネル内の第１の複数の粒子を濾過することをさらに含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項６９】
前記濾過することが、１つ以上の選択フィルタを用いて実行される、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記１つ以上の選択フィルタが、前記粒子のサイズおよび前記１つ以上の選択フィルタの孔サイズに基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記１つ以上の選択フィルタが、前記粒子の剛性および変形能に基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記１つ以上の選択フィルタが、前記粒子と結合している磁性材料に基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記粒子が細胞であり、前記１つ以上の選択フィルタが、前記細胞の表面タンパク質または表面構造に基づいて前記第１の複数の粒子を捕捉する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
前記流体試料が前記フローチャネルに流入する前に、前記フローチャネルの上流にある初期フローチャネル内で前記粒子を濃縮することをさらに含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項７５】
前記初期フローチャネル内で前記粒子に初期場が印加される、請求項７５に記載の方法。
【請求項７６】
前記初期場が音響場である、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記初期場が、第１の複数の粒子を前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束させるが、第２の複数の粒子は前記初期フローチャネルの中央線に沿って集束しない、請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
前記初期フローチャネルからの前記第１の複数の粒子が、前記フローチャネルに流入する、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記初期フローチャネルからの前記第２の複数の粒子が、１つ以上の廃棄物出口に流入する、請求項７７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１６年７月１日に出願された米国特許出願第６２／３５７，４４０号「小体積への細胞または粒子の迅速な濃縮のための方法および装置」の優先権および利益を主張し、その全体が任意のおよび全ての目的のためにその全体を参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、流体試料内の粒子または細胞を濃縮するための方法、システム、および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
細胞または粒子の濃縮は、試料調製プロトコルにおいて使用される最も一般的な工程の１つである。出発試料サイズに対してより小さな体積に標的細胞または粒子を単離することは、多くの利益をもたらす。より小さい体積は、洗浄や培地交換の効率を高め、必要な試薬量を削減し、アッセイ感度を高め、プロトコル時間を削減し、機器のサイズを縮小し、機器のポータビリティを向上させる。場合によっては、希釈試料または希少細胞集団をうまく操作するためには、非常に小さい体積への単離が必要である。
【０００４】
試料サイズに対して非常に小さな体積に細胞を濃縮するこの必要性の極端な例は、患者の血液１ミリリットル中に標的細胞が１個しかない液体生検である。液体生検および他の希少細胞型では、この問題は、これらの細胞を出発集団におけるはるかに豊富な細胞から単離する必要性によって複雑である。
【０００５】
例えば、細胞の単離は、腫瘍細胞によって例示される特に分化した機能を発現する細胞を単離する場合、特に、数百万個のバックグラウンド細胞（例えば、末梢血単核細胞（ＰＢＭＣ））のバックグラウンドに対して腫瘍細胞１個と推定される高いレベルから循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）を単離する場合に特に重要であると考えられる。これらのＰＢＭＣは、試料中のＣＴＣといくつかの特徴を共有することがあるが、ＰＢＭＣは、転移性癌の診断などの問題の調査にほとんど関心がない。転移は、一連の逐次的な工程を経て、循環系を介した癌細胞の輸送を含むことができる原発部位から隣接していない二次部位への癌の拡散である。循環系で輸送される腫瘍細胞は、当該技術分野において、血流中のＣＴＣと呼ばれている。したがって、ＣＴＣは、疾患再発、腫瘍転移、治療応答、および治療後の患者の生存を予測することができる。本質的に、ＣＴＣは、したがって、再発のリスク、遺伝子型判定、治療経過の誘導および癌患者の治療モニタリングを評価するための独立したマーカーとして使用されることができる。しかしながら、ＣＴＣは、それらの末梢血中の極めて低い濃度（例えば、転移性癌の患者であっても、血液の１−１００ＣＴＣ／ｍＬの範囲、より一般的には、例えば、血液の１−１０ＣＴＣ／ｍＬなどのより低い範囲の部分）に基づいて調査するのが困難な標的であり、そのような低濃度のために、そのような細胞は、効果的な分離および単離方法を必要とする。
【０００６】
したがって、ＣＴＣを含むがこれに限定されるものではない望ましい粒子および／または細胞の単離を達成するために、より豊富なバックグラウンド粒子または細胞に対する関心対象の標的粒子または細胞の差異を利用することが望ましい。今日までの努力には、血液中の細胞のものとは異なる特定の腫瘍細胞表面マーカーが含まれる。特定の例には、粒子捕捉細胞複合体が捕捉のために特異的に標的とされることができるように、表面マーカーを使用して免疫標識粒子をＣＴＣに結合させることが含まれる。そのような粒子法は、大抵の場合、当該技術分野で知られているように、磁気ビーズおよび他のタイプの粒子の使用を含む。
【０００７】
そのようなタイプの単離は、多くの市販製品で実施されており、細胞または粒子を非常に小さな体積に濃縮するのに有効であり得るが、免疫標識粒子の結合を保証するのに十分な数だけ標的リガンドを発現する細胞を標的化することができるだけである。
【０００８】
免疫標識粒子はまた、ネガティブ選択と呼ばれるプロセスにおいて望ましくない集団を標的とすることによって細胞または粒子の標的集団を精製するためにも使用される。この技術は、標的細胞が特異的リガンドを発現することを必要としないという利点を有し、分離プロセスによってこれらの細胞を接触させないままとするというさらなる利点を有する。そのようなプロトコルは、標的細胞のための別個の濃縮手段を必要とするという望ましくない態様を有する。さらに、いくつかのネガティブ選択プロトコルは、より大きな濃縮を必要とする希釈プロセスによってより高い純度および効率をもたらす。
【０００９】
濃縮方法の中で、細胞または粒子の遠心分離または選択的濾過は、試料調製プロトコルで使用される最も一般的な工程である。それらは、下流工程のための洗浄、培地交換および／または試料濃度の調整のために日常的に使用される。
【００１０】
そのような方法は、単純で効果的であるが、それらは、試料調製プロトコルを実施する際に考慮しなければならない欠点がある。例えば、双方の方法とも、試料損失をもたらし、繊細な細胞の生存能力に影響を及ぼす可能性がある。遠心分離は、自動化するのが困難であり、一般的に操作者の変動性に左右される試料の手動操作を必要とする。目詰まりを回避するために、濾過は、大抵の場合、小さな体積への回収を難しくする大きな表面積のフィルタを必要とする。
【００１１】
回転するコンパクトディスクの形態で使用されるマイクロ流体遠心分離は、他のチッププロセスとの自動化を可能にするために用いられてきたが、そのような技術は、限られた量しか処理することができない。音響凝集は、バイオプロセスリアクタのフィルタレス濃縮を自動化するために使用される方法である。音響装置はまた、マイクロ流体のサブミリメートルスケールで標的集団を濃縮する目的で実証されている。そのような音響システムおよび方法の例は、Ｗａｒｄらに対して２０１０年１１月２３日に発行された「流体流中の粒子の音響濃縮」と題された米国特許第７，８３７，０４０号明細書（特許文献1）に記載されて特許請求されており、これは、以下を含む。「流体流中の粒子の音響濃縮装置は、それらの間に流体流の経路を画定する略音響的透過膜および振動発生器を含む。流体流の経路は、流体源および流体出口と流体連通し、振動発生器は、流体流の経路に隣接して位置付けられ、流体流の経路内に音響場を発生させることができる。音響場は、流体流の経路内の所定の位置において流体流の経路内に少なくとも１つの圧力最小点を生成し、流体流の経路内の所定の粒子を少なくとも１つの圧力最小点に押しやる。」しかしながら、上記特許出願に示されているような装置は、比較的低い体積スループットに苛まれ、高分解能／非常に小さな体積で大きな出発体積を捕捉するのにはあまり適していない。場合によっては、チャネルの並列多重化によってまたは集束粒子流の使用によってスループットを向上させることができる。しかしながら、そのような並列アプローチはスループットを増加させるが、そのアプローチは、設計および使用において望ましくない複雑さをもたらす。さらに、より高分解能のアプローチのために単一の小さな体積に細胞または粒子を濃縮させることは問題となる。
【００１２】
したがって、出発試料サイズに対してより小さな体積への標的細胞または粒子のハイスループットソーティングおよび単離のための方法、システムおよび装置を提供する必要性が業界に存在する。本明細書で説明される本開示および様々な実施形態は、調査および／またはさらなる分析のために、場に基づく粒子濃縮（非接触音響濃縮アプローチを含むが、これに限定されるものではない）、方向転換層流構造、および／または粒子（細胞を含む）を分離、濃縮、および／または捕捉するための粒子トラップを含む様々な技術の適用によってこの必要性に対処する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第７，８３７，０４０号明細書
【発明の概要】
【００１４】
本開示は、粒子を濃縮するための装置、システム、および方法を対象とする実施形態を提供し、当該装置は、（複数の）フローストリーム内にて第１の方向に移動する流体試料を受け取るように適合されているフローチャネル（流路）と、流体試料内の粒子を第１の流速の（１つの）集束流（集束したストリーム）の中に集束させるように構成されている場発生器と、１つ以上の追加のチャネルと、フローチャネルおよび１つ以上の追加のフローチャネルと流体連通するように構成されている分岐部であって、分岐部および１つ以上の追加のフローチャネルが、流体試料を１つ以上の追加のフローチャネル内に導き、集束流の中の粒子を第２の流速の第２の方向に方向転換させるように構成されており、第１の流速が第２の流速よりも大きい、分岐部と、第２の方向に方向転換された粒子の分析を可能にするために１つ以上の追加のフローチャネル内に位置付けられ、分岐部および１つ以上の追加のフローチャネルが分析領域において粒子を濃縮するように構成されている分析領域とを備える。
【００１５】
本明細書に記載されている装置、システム、および方法の特定の実施形態は、フローチャネルと流体連通するように構成されている流体源、１つ以上のポンプを含む流体源、および／または流体源を制御するように構成されているコントローラを含む追加の態様を有する。さらに、場発生器は、フローチャネル内に音響波を供給し、粒子がフローチャネルの中央線に沿って集束するように圧力の節が発生する場所を含む圧力の節に粒子が集積するように、フローチャネル内に圧力の節を発生させるように構成されている音響場発生器とすることができる。音響場発生器は、第１の複数の粒子が圧力の節に追いやられ且つ第２の複数の粒子が腹に追いやられるように、フローチャネル内に複数の圧力の節を発生させるようにおよび／または腹を発生させるように構成されることができる。第１の複数の粒子の粒子は、第２の複数の粒子の粒子よりも高い密度、第２の複数の粒子の粒子よりも大きなサイズ、および／または第２の複数の粒子の粒子よりも低い圧縮率を有することができる。同様に、音響場発生器は、複数の腹（波腹）を発生させるように構成されることができる。
【００１６】
本明細書に記載されている装置、システム、および方法の特定の実施形態は、前記フローチャネルとは異なる断面積を有する１つ以上の追加のフローチャネルを含む追加の態様を有する。さらにまた、１つ以上の追加のフローチャネルは、第１の追加のフローチャネルおよび第２の追加のフローチャネルを含むことができる。特定の実施形態では、分岐部、第１の追加のフローチャネル、および第２の追加のフローチャネルは、第１の複数の粒子を第１の追加のフローチャネルにおける第２の流速の第２の方向に方向転換させ、また、第２の複数の粒子を第２の追加のフローチャネルにおける第３の流速の第３の方向に方向転換させるように構成されている。特定の実施形態では、フローチャネル、第１の追加のフローチャネルおよび第２の追加のフローチャネルは、異なる断面積を有するが、他の実施形態では、第１の追加のフローチャネルおよび第２の追加のフローチャネルは、同一断面積を有する。
【００１７】
本明細書に記載されている装置、システム、および方法の特定の実施形態は、分岐部および１つ以上の追加のフローチャネルが第２の方向に方向転換された粒子を分析領域内のチャネル壁上に集積させるような構成となるように、構成されることができる。分析領域は、第１の追加のフローチャネル内に位置付けられることができ、第１の追加のフローチャネルは、第２の追加のフローチャネルよりも大きな断面積を有する。さらにまた、実施形態は、検出器の使用をさらに備えることができ、検出器は、分析領域内の粒子を調べるように構成されている。
【００１８】
本明細書に記載されている装置、システム、および方法の特定の実施形態は、第２の場発生器を利用し、第２の場発生器は、１つ以上の追加のフローチャネル内の粒子に影響を及ぼすように位置付けられかつ構成されている。第２の場発生器は音響場発生器であってもよい。第２の場発生器はまた、第２の方向に方向転換された粒子を分析領域内のチャネル壁上に集積させるように構成されることもできる。
【００１９】
本明細書に記載されている装置、システム、および方法の特定の実施形態は、分析領域内で粒子を拘束するためにトラップを利用する。トラップは、重力トラップや、磁性粒子または粒子と結合している磁性材料に影響を及ぼすことができる磁場を発生させるように磁石と磁気感受性材料とを含む磁気トラップであってもよい。
【００２０】
本明細書に記載されている装置、システム、および方法の特定の実施形態は、１つ以上の選択フィルタを利用する。１つ以上の選択フィルタは、１つ以上の追加のフローチャネル内に位置付けられることができる。１つ以上の選択フィルタは、粒子のサイズおよび１つ以上の選択フィルタの孔サイズ、粒子の剛性および変形能、粒子と結合している磁性材料、および／または粒子が細胞である場合には細胞の表面タンパク質または表面構造に基づいて、第１の複数の粒子を捕捉するように構成されることができる。
【００２１】
本明細書に記載されている装置、システム、および方法の特定の実施形態は、粒子がフローチャネルに入る前に流体試料内の粒子を濃縮する初期段（初期ステージ）を利用する。初期段は、フローチャネルの上流に位置し、初期段は、初期フローチャネルおよび初期場発生器を備える。そのような実施形態では、初期フローチャネルは、流体試料を最初に受け取るように適合されており、初期場発生器は、流体試料内の粒子を集束させるように構成されている。そのような実施形態では、流体源は、初期フローチャネルと流体連通するように構成されており、流体源は、１つ以上のポンプを備えることができる。さらに、初期場発生器は、音響場発生器であってもよく、より一般的には、第１の複数の粒子を初期フローチャネルの中央線に沿って集束させる一方で、第２の複数の粒子を初期フローチャネルの中央線に沿って集束させないように構成されている。集束後、そのような実施形態は、第１の複数の粒子を初期フローチャネルからフローチャネルに流し、第２の複数の粒子を初期フローチャネルから１つ以上の廃棄物排出口へと流すように構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａは、本明細書に開示されているハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。図１Ｂは、図１Ａに示されている実施形態を使用して撮像された結果の２．６μｍの蛍光体粒子を示している。
【図２】図２は、重量トラップアプローチを用いたハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。
【図３】図３Ａは、ウェル重量トラップアプローチを用いたハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。図３Ｂは、図３Ａに示されている実施形態の第１の分析領域において撮像された、集束した蛍光染色白血球を示している。図３Ｃは、図３Ａに示されている実施形態の壁の縁付近の第２の分析領域において撮像された、集積した集束細胞を示している。
【図４】図４Ａは、音響トラップアプローチを用いたハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。図４Ｂは、捕捉された細胞の画像も含む、図４Ａに示されている実施形態の音響トラップ部の断面図である。
【図５】図５は、磁気トラップアプローチを用いたハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。
【図６】図６は、粒子および／または細胞サイズを選択するためのフィルタをさらに含むウェル重量トラップアプローチを用いたハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。
【図７】図７は、重力トラップを用いた２段階ギアダウン音響濃縮アプローチを有するハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。
【図８】図８は、ウェル重量トラップアプローチを用いた標的細胞の２段階ギアダウン音響濃縮を有するハイスループット層流方向転換装置および方法の実施形態の概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
詳細な説明
本明細書中の本発明の説明において、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、単数で現れる単語は、その複数の同等のものを包含し、複数で現れる単語は、その単数の同等のものを包含することが理解される。さらにまた、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、本明細書に記載されている任意の所与の構成要素または実施形態について、その構成要素について列挙されている可能性のある候補または代替物のいずれかが、概して個々にまたは互いに組み合わせて使用され得ることが理解される。さらに、本明細書で示した図は、必ずしも縮尺通りに描画されておらず、要素のいくつかは、単に本発明を明確にするために描画されている場合があることが理解されるべきである。また、対応するかまたは類似する要素を示すために、様々な図の中で参照符号が繰り返されている場合がある。さらに、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、そのような候補または代替物のいかなる列挙も、単なる例示であり、限定されるものではないことが理解される。さらに、別段の表示がない限り、明細書および特許請求の範囲において使用されている、材料、構成要素、反応状態などの分量を表す数は、用語「約」によって修飾されているものとして理解されるべきである。
【００２４】
したがって、反対の表示がなされない限り、明細書および添付の特許請求の範囲において記載されている数値パラメータは、本明細書中に提示されている主題によって得られることが求められる所望の特性に応じて変化することがある近似値である。最低でも、特許請求の範囲に対する均等の原則の適用を限定することを企図しないように、各数値パラメータは、少なくとも、報告されている有意な数字の数に照らして且つ通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。本明細書中に提示されている主題の広範な範囲を記載している数値範囲およびパラメータは近似値であるにも関わらず、具体的な例に記載されている数値は、できる限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、本質的に、それぞれの試験的測定において見られた標準偏差から必然的に生じる一定の誤差を含む。
【００２５】
粒子分離（細胞分離を含む）は、多くの生物学的用途および医学用途において大きな懸念事項である。上記の背景のセクションで述べたように、特定の細胞型（大抵の場合に希少細胞型）では、これらの細胞をはるかに豊富な細胞から単離する必要がある。例えば、多くの研究室試験では、赤色血液細胞（赤血球とも呼ばれる）、白血球および血小板などの分画された血液成分が望まれる。本実施形態は、そのような必要性に対処する。また、上述したように、限定されるものではないが循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）などの細胞などの希少細胞の検出は、様々な臨床用途、応用用途、および研究用途にとって重要である。癌およびＣＴＣに関して、ＣＴＣの単離は、とりわけ、転移を理解する上で大いに助けとなることができ、進行中の患者の治療法の誘導を支援することができる。ＣＴＣの数は少ないが、大抵の場合は血液成分よりもＣＴＣの方が多いことから、全血からＣＴＣを単離するために本明細書に記載の実施形態を使用することができる。以下に開示される例示的な実施形態は、単一または２段階構成を含む様々な構成の新規な流れ形状によって、所望の標的粒子および／または細胞の分離および単離を可能にする。
【００２６】
図１Ａは、流体試料が流体源２３から概してフローチャネル（例えば、図１Ａにおけるフローチャネル２）に導入されることを可能にするように示されている基部１を含む装置１００による例示的な層流方向転換濃縮の実施形態を示している。具体的には、フローチャネル２は、装置１００内の二次フローチャネルとして機能する１つ以上の追加のフローチャネルに流体接続している分岐部３へとホスト流体（例えば、水、血液など）を導くように、ホスト流体を供給するための流体源２３と流体連通している。これらの１つ以上の二次フローチャネルは、二次フローチャネル４および二次フローチャネル４’として図１Ａに示されている。流体試料は、フローチャネル２内の少なくとも１つの流れの経路（フローパス）６（３つの例示的なフローストリームを示すために方向性をもつ３つの矢印として示されている）内にその後に位置付けられることができる粒子５を含む。本明細書において利用される（導管と呼ばれることもある）フローチャネルは概して、液体（例えば、水、血液）などの流体の移動を可能にする材料または媒体によって形成された経路であることが理解されるべきである。本明細書に開示されている様々な実施形態では、粒子は、これらに限定されるものではないが、細胞；ビーズおよびマイクロスフェアなどの合成微粒子（磁気を帯びており、リガンドと結合しており、機能性化合物で活性化された表面を有し、結合または他の方法で付着した抗体、タンパク質、および／または核酸を有する、ビーズおよび微粒子を含む）；ならびに本明細書に記載されているマイクロ流体システムのフローチャネル内で使用することができる他の関心対象粒子を含むことができることがさらに理解されるべきである。開示されている実施形態のマイクロ流体システムにおけるフローチャネルは、１００μｌ／分以上の体積流量（非限定的に５００μｌ／分の体積流量を含む）を提供するための断面寸法を有することができる。
【００２７】
チャネル壁２２によって提供および形成されるフローチャネル２、フローチャネル４、およびフローチャネル４’（本明細書に開示されている実施形態のうちのいずれかのフローチャネルのうちのいずれか（例えば、図１Ａに示されているフローチャネル２、４、および４’、ならびに図７に示されているフローチャネル２、２’、４、および４’）に適用可能）は、所望の場（例えば、音響場、変位場）を適用可能な当該技術分野で公知の任意の適切な材料から構成されることができる。好ましい材料は、例えば、チャネル壁２２については鋼であるが、チャネル壁２２はまた、ポリウレタン、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シリコーン、ガラス、そのような材料の組み合わせ、または所望の場（例えば、音響波場）を提供可能な当業者に公知の他の材料から構成されることができる。
【００２８】
本明細書における他の実施形態にも適用されるフローチャネル２、フローチャネル４、およびフローチャネル４’は、任意の所望の長さまたは構成の形状とすることができる。例えば、本明細書におけるフローチャネル（例えば、図１Ａにおけるフローチャネル２、フローチャネル４、およびフローチャネル４’）は、楕円形断面ならびに球形、正方形、長方形断面、または本明細書において流体の流れおよび所望のパターン化された音響場を可能にすることができる任意の他の断面形状を有することができる。しかしながら、好ましいフローチャネル内径（例えば、円形毛管断面の場合）は約３５０μｍであり、水性流体については約２．５ＭＧＨｚの共振を有することに留意すべきである。流体源２３の一部として、流体流速（ひいては圧力勾配）のための結合機構を、電気ポンプ、機械ポンプ、化学ポンプ、重力駆動機構、または所望の流体流速および勾配を提供することができる任意の他の機構の形態で利用されることができる。
【００２９】
本明細書の構成の一部として、流体源２３は１つ以上のポンプまたはポンプシステムなどの１つ以上の機構と連結されることができることが理解されるべきである。これらの追加の機構を、例えば、単一のフローチャネル内の複数の平行なフローストリーム（例えば、少なくとも１つの流れの経路６）を生成させるために使用することができ、所望であれば、当該複数の並列の流れは単一のフローチャネル内で異なる速度を有することもできる。さらにおよびあるいは、毎秒２５０，０００個の細胞を超える速度での分析および選別（ソーティング）を可能にする流体力学的に集束された同時流線を利用可能である。任意の方法で、基部１に設けられた流体内の懸濁粒子は、例えば、流体源２３によっておよびコントローラ７の指示にしたがって可能にされる圧力によって分岐部３の方に導かれる。
【００３０】
装置１００はまた、図１Ａに示されているように、場発生器８（例えば、音響場発生器であってもよい）を伴って示される。装置１００は、粒子集束のために音響波を提供するのを助けるために、場発生器８に結合された周波数整合スペーサ（図示せず）を含むことができる。装置１００はまた、実施形態および所望の場の種類に応じて、複数の場発生器８を含んでもよい。本明細書に開示されている場発生器８は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）トランスデューサなどの配置された圧電トランスデューサの形態であってもよいが、ライン駆動素子、変位発生器、または所与のフローチャネル内に所望の場（例えば、音響場、変位場）を発生させることができる他のタイプの振動発生器であってもよい。１つ以上の音響場発生器の使用は、粒子を集束させるために用いることができるが、例えば、慣性粒子集束および誘電泳動粒子集束などの当該技術分野で知られている粒子集束に対する代替アプローチもまた、本明細書に開示されている異なる実施形態の特徴として必要に応じて利用可能であることも理解されるべきである。
【００３１】
本明細書において音響場発生器が使用される実施形態で利用される場発生器８は、所望のチャネル（例えば、フローチャネル２）内の変位場（ひいては圧力の節）を可能にするように、波形、周波数、および出力に関する制御可能な電気入力を機械的振動に変換するように設計されている。本明細書における実施形態は、概して、フローチャネル壁２２の側面に配置された１つの場発生器を示しているが、代替構成は、フィードバック信号を抽出するための反対側の第２の場発生器（例えば、圧電要素）あるいは所与のフローチャネル（例えば、フローチャネル２）内のより堅牢な定在波を可能にするように反対側に位置付けられた当該技術分野で公知の音響波リフレクタによって提供されることができることに留意すべきである。
【００３２】
本明細書における実施形態の動作では、非限定的例示のために図１Ａを参照すると、基部１における流体は、当該流体中に懸濁している粒子５によって構成されている。当該流体は、流体源２３によって可能にされた圧力によって分岐部３の方に導かれる。本明細書で開示されているように、流体源２３は、１つ以上のポンプを含むことができる。追加的にまたは代替的に、配置されたポンプおよび／または吸引機構は、フローチャネル（例えば、フローチャネル４およびフローチャネル４’）に沿って位置付けられることができ、そのような流れを助けるために利用されることもできる。フローチャネル２では、流速は、流体源２３の配置によって可能とされ、コントローラ７から流体源２３に送られる命令によって提供されることができる。
【００３３】
したがって、例えば、流体特性ならびにフローチャネル２の所与のチャネル幅および長さに基づいて、場発生器８によって提供される入力周波数、出力、および波形に対するコントローラ７または他のプリセット命令／設定が使用されて、所与のサイズおよび密度の所望の粒子を、分岐部３の方にさらに導かれるように所与の平行な（層状の）ストリーム（例えば、フローストリーム６）に導くことができる。具体的には、ユーザは、例えばフローチャネル２などの所望のフローチャネルのフローチャネル壁２２の間に固定定在波の直交場パターン（図示せず）を可能にするために、（例えば、定在波長パターンを１／４、３／４、５／４などを使用して）フローチャネル２内の流体の共振に対して場パターンを同調させることができる。その結果、圧力の節および腹が形成され、印加された音響力、重力、抗力、浮力などに応じて粒子５が節に集積（集束）し、結果として得られた節に特定の密度およびサイズの粒子５が分離される。
【００３４】
具体的には、粒子はフローチャネル（例えば、フローチャネル２）内の節または腹の位置に導かれることができ、より高密度でサイズが大きく圧縮性が低い粒子５は圧力の節に追いやられるが、より低密度でサイズが小さく圧縮性が低い粒子５は圧力の腹に追いやられる。しかしながら、好ましくは、本明細書における構成は単一の節パターンを利用し、実質的にフローチャネル２の長手方向の中央線に沿って粒子５の音響集束流を誘起する設計によって、チャネル（例えば、フローチャネル２）内の流れは層状である。特に、フローチャネル２の中央に１つのみの圧力の節を提供するために、場発生器８は、フローチャネル２の幅に基づいて半波長（λ／２）の音響波を発生させるように構成されることができる。そのような構成において、所望の粒子５は、図１Ａに一般的に示されているように、チャネルの中央部分に集められる。
【００３５】
図１Ａに示されている装置１００はまた、フローチャネル４、４’の断面積Ａ１およびＡ２がフローチャネル２の断面積とは異なることを示しているが、そのようなチャネルは、必要に応じて同じ直径にすることができる。さらに、粒子５は、フローチャネル（例えば、フローチャネル４およびフローチャネル４’）の寸法に対して比較的小さく、したがってバルク流体流全体に実質的に影響しないことに留意すべきである。
【００３６】
図１Ａに示すような構成は、断面積の比（例えば、フローチャネル４’に対するフローチャネル２の断面積の比）、フローチャネル４およびフローチャネル４’の長さ、下流のポンプが利用されるかどうかなどの要因に応じて、分岐部３によって提供される分割フローチャネルにおいて異なる流速を可能にする。したがって、図１Ａにおける装置１００の設計例は、大きな断面積Ａ１を有するフローチャネル４’が、（フローチャネル４の断面積Ａ２の方が小さいために）フローチャネル４における流速Ｌに比べて高い流速Ｈを有することを示している。
【００３７】
動作上、フローチャネル２内の集束粒子５は、フローチャネル２から二叉に分かれる分岐部３と交差すると停滞するが、これはフローチャネル４およびフローチャネル４’に沿った差分流からの運動量の損失によるものであり、当該運動量の損失の大部分は、分岐部３の領域の壁（Ｗとして示されている）に対する粒子および／または細胞５の位置によるものである。フローチャネル４およびフローチャネル４’の流速がほぼ一致する（例えば、流速比１〜１．２）ように適切に選択されている場合、圧力勾配に基づいて、実質的に全ての粒子５が、主に流速がより高いチャネル（例えば、図１Ａのフローチャネル４’）の方に向きを変えて移動し、より遅い流速チャネル（例えば、図１Ａのフローチャネル４）に移動する粒子はほとんど残らない。
【００３８】
フローチャネル４’の経路の重要な態様は、流れの経路の形状を利用して、フローチャネル２における流れの最も速い部分を移動する粒子５が、今度はフローチャネル４’における壁Ｗの近くの最も遅いフローストリーム（ここでは、文字Ｓによって示されている）の方に方向転換するということである。その結果、このようにして流れの経路を方向転換することにより、例えば検出器１６による調査を可能にするように、粒子５は、分解能の高い位置１１（例えば、分析領域１２）へと導かれる遅い移動流の平面においてより容易に捕捉または集束される。図１Ａは、概して、顕微鏡（例えば、イメージング）構成を示しており、検出法は、そのようなものに限定されるが、吸光度、蛍光（エピ蛍光）、屈折率変化、ラマン分光法、電気伝導度測定、電流滴定測定など、当該技術分野で公知の他の方法も含むことができることが理解されるべきである。
【００３９】
別の例示的な実施形態として、当該技術分野で公知の方法を用いて（例えば、分析領域１２の内壁Ｗを官能化することなどにより）、粒子５を収集領域（例えば、分析領域１２）の表面に吸着させることができる。高倍率・高開口数の短作動距離開口対物レンズ（例えば、４０ｘ／０．６５）を使用する光学顕微鏡などの検出器１６は、図１Ａに一般に示されているように、分析領域１２に隣接して位置付けられることができ、顕微鏡または上述した別の測定方法によって生成された画像または情報を処理するためにコンピュータおよび／または他の画像処理コンポーネントと結合されることができる。その後、粒子５は、分析および／または追加処理されることができる。追加処理は、例えば、（例えば、図４Ａにおける装置４００または図５における装置５００に関して以下に詳述するように）粒子５のさらに下流の処理を可能にするために、大きさもしくは重量による選別（ソーティング）、あるいは手動またはコントローラ７の指示のうちのいずれかによって流体源２３を介する圧力を高めることによる粒子５の放出を含むことができる。図１Ｂは、検出器１６を用いて撮像された分析領域１２内に得られた２．６μｍの蛍光粒子５'の例を示している。
【００４０】
追加の試薬を使用することなく且つ流体ｐＨまたは導電率に関係なく本明細書に開示されている方法を有益に達成することができるが、代替法として、粒子５を洗浄するかまたは他の試薬に露出することができることが理解されるべきである。このことは、例えば、分析領域１２が透過膜に変更されており、試薬が当該膜を通って捕捉標的粒子５の方へと拡散可能である場合に、望ましい可能性がある。したがって、（例えば、分析領域１２を通して捕捉粒子の方へと試薬を拡散させることによって）粒子５を洗浄するかまたは他の試薬に露出することができ、その後、粒子５を光学的に調査および撮像することができる。
【００４１】
また、図１Ａに示す装置１００の構成、および本明細書の全ての実施形態は、当業者に公知の方法を用いてＩ／Ｏ通信の様々な手段によって構成されることができることにも留意すべきである。例えば、装置１００は、無線接続または物理的結合を使用して他の装置に接続されるように構成されることができる。無線接続の非限定的な例として、そのような構成は、これらに限定されるものではないが、無線（ＷｉＦｉ）、赤外線（ＩｒＤＡ）、またはマイクロ波技術などの商用無線インターフェースを含むことができる。
【００４２】
物理的結合接続に関して、結合は、例えば、装置１００（および本明細書に記載の他の例示的な実施形態）における組み込みソフトウェア（例えば、ファームウェア）を介した動作データ転送を提供するために、イーサネットケーブルまたはＵＳＢポートなどの専用の結合Ｉ／Ｏ手段を介して、または、いくつかの操作において、結合されているプロセッサから受信した命令を介してもしくは前述の無線接続を介して行うことができる。
【００４３】
本明細書に開示されている分析装置の実施形態は、Ｃ、Ｃ＃、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ、および／または他の適切なプログラミング言語でソースコードとして書かれたコンピュータプログラム、プロシージャまたはプロセスの形態で個々のソフトウェアモジュール、コンポーネント、およびルーチンを組み込むことができることに留意すべきである。コンピュータプログラム、プロシージャ、またはプロセスは、中間、オブジェクトまたは機械コードにコンパイルされることができ、上述した例示的な適切なコンピューティング装置のいずれかによる実行のために提示されることができる。ソース、中間、および／またはオブジェクトコードおよび関連するデータの様々な実装は、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置、および／または他の適切な媒体を含む１つ以上のコンピュータ可読記憶媒体装置に記憶されることができる。
【００４４】
本発明の態様にかかるコンピュータ可読媒体は、機械／コンピュータ／プロセッサによって読み取られる（例えば、スキャン／検知される）ことができるおよびマシンの／コンピュータの／プロセッサのハードウェアおよび／またはソフトウェアによって解釈されることができる形態で提供される符号化された情報を有する当業者によって知られて理解されている媒体を指す。本明細書で使用される場合、「コンピュータ可読記憶媒体」という用語は、それ自体が伝播された信号を排除することも理解されるべきである。
【００４５】
これは、特定の格子絵要素が装置１００に組み込まれてもよくまたは装置１００の動作時に装置１００と相互作用する別個の構成要素として存在してもよいことが理解されるべきである。非限定的例は、流体源２３、コントローラ７、場発生器８、および／または検出器１６を含む。そのような実施形態では、システムは、装置１００と、システムが動作しているときにインターフェース接続して一体に機能する追加の構成要素とを含む。装置およびシステム構成におけるこの同様の柔軟性はまた、本明細書に記載されている他の実施形態にも当てはまる。
【００４６】
図２は、装置２００を含む別の層流方向転換実施形態を示している。以下では、全ての実施形態について、適宜、図１Ａに関する実施形態の同様の態様を識別するための数字と同じ数字が使用されている場合がある。図２の説明に特に注目すると、示されている装置２００は、図１Ａに示している装置１００の変更例である音響濃縮装置の一般的な断面図である。図２の装置２００は、より詳細に後述するように層流方向転換重力トラップ構成および方法を利用する。
【００４７】
装置２００は、同様に、場発生器８と、例えば図２のチャネル壁２２によって提供されるフローチャネル２などのフローチャネル内に位置付けられた粒子５とを示している。好ましくは、構成は単一節パターンを利用し、粒子の集束流をフローチャネル２に沿った実質的に中央に導くための設計によって、フローチャネル２内の流れは層状である。前述のように、場発生器８は音響場発生器であってもよく、粒子５には細胞が含まれてもよい。フローチャネル２は、流体源（この例では図示せず）、および装置２００内の例えばフローチャネル４およびフローチャネル４’などの二次フローチャネルとして機能する１つ以上の追加のフローチャネルと流体連通している分岐部３と流体連通している。前述のように、フローチャネル２内の集束した粒子５は、フローチャネル２から出る流れを分岐する分岐部３の領域と交差すると停滞する。上述したように、運動量の損失の大部分は、分岐部３の領域、特に分岐部３の領域の壁Ｗに交わる粒子５に起因する。しかしながら、ここでは、フローチャネル４およびフローチャネル４’がほぼ等しい断面積、長さ、下流ポンピング速度などを有するような設計になっているため、これらのフローチャネルに沿った双方向の流速は実質的に等しい。
【００４８】
動作にあたっては、前と同様に、フローチャネル２における流れ（フロー）の最も速い部分（大きい矢印で示されている）を移動する粒子５は、今度は、流れの経路の形状を利用して、壁Ｗの近くのより遅いフローストリームの方に方向転換する。この実施形態では、フローチャネル４およびフローチャネル４’における流速が実質的に等しいため、ここでは粒子５は、これらのチャネルに沿って導かれるように、壁Ｗに沿って双方向に沿っている。この構成についての追加の有益な態様として、ホスト流体よりも大きい密度を有する粒子について、粒子５はまた、粒子５に重力トラップを提供するように、重力加速度に応じて下方に沈降する。したがって、音響濃縮設計およびフローチャネル構成を使用することによって、ならびに、粒子５がフローチャネル２から流出して分析領域１２の近くに沈降して集まるのをさらに助けるために重力加速度を利用することによって、例えば短作動距離対物レンズを有する検出器１６（例えば、検出器１６が顕微鏡を含む場合）を使用して、そのような図１Ａの装置１００について上述したものと同様の粒子細胞を調べることができる。
【００４９】
また、ホスト流体のものと同様の音響コントラストを有するが捕捉されない他の粒子については、任意の回収のために、フローチャネル４およびフローチャネル４’の出口（図示せず）の方に導いて出口（詳述していない）を通じて取り出すことができる（図２において廃棄物として示されている）ことにも留意すべきである。フローチャネル４およびフローチャネル４’に結合された下流のポンプ（図示せず）もまた、低コントラストの粒子を取り出すのに加えて、このプロセスを助けるために使用されることができる。
【００５０】
図３Ａは、概して、図２に示されている装置２００のものと比較して変更された方法で動作する装置３００を有する代替のウェル重力トラップの実施形態を示している。具体的には、図３Ａに示されている装置３００は、ウェル２７を利用してフローチャネル２からの方向性のあるホスト流体および粒子５を受け取って粒子５を捕捉する濃縮装置の例を示す断面図である。これにおいて、図１Ａおよび図２に示されている実施形態について上述した二次フローチャネルなどの追加のフローチャネルの使用とは対照的である。図３Ａに示されているそのような構成は、単一段階装置であるが、図７の装置７００について後述するように、他の実施形態では第２のインライン式（直列）の中央集束段階と組み合わせて動作することができることに留意すべきである。
【００５１】
この構成では、粒子５は、図１Ａおよび図２に示されている装置について上述したものと同様に、場発生器８を用いることにより、ここでもチャネル壁２２の間であってフローチャネル２に沿って中央に集束する。前述のように、場発生器８は音響場発生器であってもよく、粒子５には細胞が含まれてもよい。しかしながら、この構成では、フローチャネル２は、フローチャネルの両側に対して等しい流れを有するウェル２７と交差する。粒子５は、フローチャネル２における流れの最も速い部分（大きな矢印）から同様に移動し、流れの経路の形状を利用して、ウェル２７の壁Ｗの近くの最も遅いフローストリームの方へと方向転換する。しかしながら、この構成では、そのような粒子５がフローチャネル２から流出する（そして、以下に説明するように重力によって支援される）ため、それらは、分析領域１２の壁Ｗに沿って双方向に転がるが、ウェル２７の構造に収容されるように転がる。
【００５２】
上述したように、図３Ａに示されている装置３００は、重力トラップを有益に利用し、ホスト流体よりも高い密度を有する粒子５は、部分的に重力加速度に応じて壁Ｗの方へと下向きに沈降する。図２の装置２００の構成と同様に、ホスト流体のものと略同様の密度を有する粒子５は、収集および可能な回収のために、流れ圧力に基づいて出口（図示せず）を通じて取り出される（矢印方向とともに廃棄物として示されている）。ウェル２７に結合された下流のポンプ（図示せず）もまた、低密度の粒子５を取り出すのを助けることに加えて、このプロセスを助けるためにも使用されることができる。図３Ｂは、集束した蛍光染色白血球がフローチャネル２から流れ出る際に、それらを分析領域１２において検出器１６（例えば、顕微鏡を含む）を用いて撮像した画像である。図３Ｃは、分析領域１２における壁Ｗの縁の近くにおいて検出器１６を用いて撮像された、集束した蛍光染色白血球が集積している画像である。
【００５３】
図４Ａは、上述した図１Ａに示す装置１００の構成を部分的に利用する装置４００を有する代替の実施形態を示しているが、ここでは、トラップ機構４１０（第２の場発生器１８が音響場発生器である場合、音響トラップであってもよい）を提供するために、装置４００における二次フローチャネル（例えば、フローチャネル４’）などの少なくとも１つの追加のフローチャネルにおける第２の場発生器１８（音響場発生器であってもよい）の使用と組み合わせており、以下でさらに説明する。装置４００は、前述のように、コントローラ７によって指示されるときに流体源２３（１つ以上のポンプを含むことができる）を介して基部１に供給された流体を分岐部３の方に導く。前述のように、粒子５はまた、そのような粒子５が装置４００の分岐部３に導かれるとき、場発生器８を介して所望の節パターン（大抵の場合は単一の節パターン）を用いて、チャネル壁２２内のフローチャネル２の中央領域に沿って実質的に拘束されるように導かれる。また、上述したように、二次フローチャネル（フローチャネル４およびフローチャネル４’）は、フローチャネル２のものと異なる断面積Ａ１およびＡ２を有する。さらにまた、所望の長さおよびポンピング速度（空気ポンプなどの下流のポンプが利用される場合）に基づいて、フローチャネル４およびフローチャネル４’における異なる流速を使用することができる。
【００５４】
したがって、フローチャネル２内の集束粒子細胞５は、上述と同様に、運動量の損失に起因して、フローチャネル２から分岐する様式で生じる分岐部３の領域と交差すると停滞する。フローチャネル４とフローチャネル４’との間で適切に選択された流速は、所望の粒子５がより高い流速を有するチャネル（例えば、図４Ａの実施形態ではフローチャネル４’）の方に向きを変えて移動することを可能にする。前述のように、フローチャネル２内の流れの最も速い部分を移動する粒子５は、今度は、流れの経路の形状を利用して、フローチャネル４’における壁Ｗの近くの最も遅いフローストリームの方へと方向転換する。
【００５５】
この実施形態では、トラップ機構４１０の一部としての第２の場発生器１８は、フローチャネル４’に隣接して位置付けられる。図４Ａおよび図４Ｂの構成は、捕捉目的のために分析領域１２において単一の圧力最小値を提供するように、例えば１／４波長場４３を提供する場発生器１８を示している。しかしながら、他の圧力の節もまた、所望であれば可能にされることができ、当該技術分野で知られているように１つ以上の圧力最小値を可能にするように、例えば３／４または５／４波長などの代替の場周波数を使用することができる。そのような構成は、フローチャネル４’内の流体の流体インピーダンスに整合するように第２の場発生器１８と結合された整合層１９（例えば、１／４波長層）を含むことができる。図４Ａおよび図４Ｂの構成では、分析領域１２は、第２の場発生器１８によって発生した波（例えば、音響波）に対して（例えば、十分に薄くされることによって）実質的に音響的に透明であるように構成されている（図４Ｂに示されているような）膜２４として構成されることができる。
【００５６】
したがって、膜２４は、−１に近い反射係数を有する圧力解放面として機能することができる。そのような構成を用いると、反射波は、入射波と１８０度位相がずれ、圧力波は、変位波と９０度位相がずれる。これは、膜２４の表面に圧力の節または最小値をもたらす。したがって、示されている構成は、所望の粒子５を分離して濃縮する（例えば、捕捉する）ために利用されることができる。そのような構成および方法に関する詳細な情報は、米国特許第７，８３７，０４０号明細書にみることができ、その記載は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５７】
本明細書における他の実施形態と同様の動作において、流れがフローチャネル４’の壁Ｗの近くの最も遅い流線に移動すると、そのような粒子５は、それらが分析領域１２および膜２４に接近するのにともない、十分に遅くされるかまたはさらに停止されることができる（例えば、流体源２３からの流れがなくなる）。図４Ｂの断面図にも示されているトラップ機構４１０は、その後、捕捉を助けるように、正の音響コントラストの粒子５を、第２の場発生器１８の反対側のチャネル壁Ｗの方に押し動かすのを助ける。
【００５８】
上述したように、粒子５は、その後、フローチャネル４’につながるフローチャネル２内の試料流体を置換することによって洗浄されることができるかまたは他の試薬に露出されることができる。あるいは、膜２４が透過性であるかまたは透過性にすることができる場合、膜２４の反対側に試薬を添加することができ、それによって、捕捉された粒子５の方へと試薬が拡散する（または積極的に押し込まれる）ことを可能にする。そして、粒子５の追加の下流処理が所望される場合、必要に応じて、フローチャネル４’のさらに下流（文字Ｄによって示されている）への粒子５の放出を実施することができる。粒子５の放出は、発生された場を排除することによるおよび／または手動もしくはコントローラ７の指示の下で流体源２３を介して圧力を増加させることによる放出など、当該技術分野で公知の任意の適切な方法によって実施することができる。あるいは、分析領域１２および膜２４から粒子５を放出するために追加の力を導入するために、下流ポンプ、空気圧システムなどもまた使用可能である。
【００５９】
さらに、放出のための緩衝液がフローチャネル２に導入された後、フローチャネル４’に導入されることができる。粒子５を所望の時間洗浄した後、下流の粒子５のその後の捕捉を可能にするように流れがまだ進行しているとき、発生された磁場が放出されることができる。あるいは、分析領域１２内の膜２４は、容易に取り外し可能な構成要素（例えば、カバースリップを少なくとも部分的に備える）とすることができ、または、装置４００は、さらなる使用（例えば、さらなる調査）のために捕捉された構成要素を取り出すように容易に分解可能に構成されることができる。また、上述したように、分析領域１２は、これらに限定されるものではないが、光学的撮像および分析を可能にするように構成されている短作動距離対物レンズなどの検出器１６を有する任意数の検出手段によって捕捉されたまたは移動する面集束粒子５の検出（例えば、視認）を可能にする。また、上述したように、検出方法はまた、これらに限定されるものではないが、光学吸収、蛍光（エピ蛍光）、屈折率変化、ラマン分光法、電気伝導度測定、電流滴定測定などを含むことができる。図４Ｂは、高開口数の撮像対物レンズおよびエピ蛍光の使用による、透明の膜２４上に捕捉され、さらに場発生器１９からの音響場が印加された粒子５（具体的には、暗領域で例示されている３μｍの粒子）の、当該場を除去する前の、例示的な結果の画像を含む。
【００６０】
図５は、（例えば、図５に示されているような、フローチャネル４’における）二次フローチャネルなどの少なくとも１つの追加のフローチャネル内の（磁石３２および磁気感受性材料３４を含む）磁気トラップ５１０を追加の変更として有する、装置５００を含み且つ図１Ａに示す装置１００構成の変更されたアプローチを利用する別の実施形態を示している。説明を簡単にするために、粒子５を導入する態様と同様に、例えばチャネル４’内に粒子５を導くような粒子５の集束および流線の方向転換法などは、上述したように本明細書に記載されている様々な例示的な実施形態について同様の参照符号を使用している。図５に示されている磁気トラップ５１０は磁性材料を必要とし、これは、例えば、磁性粒子５の使用によるもの、（同様に、細胞を含むことができる）粒子５への磁性粒子または他の磁性材料の結合の使用によるものとすることができる。このアプローチを用いる関連する実施形態は、磁気力が距離とともに急速に低下する高勾配磁気分離に特に有利である。
【００６１】
場に基づく位置決め（例えば、音響場に基づく位置決め）と高分解能の磁気捕捉機能との組み合わせは、極めて小さな体積または検出領域への分離を可能にする。磁場中で凝集するのに十分な大きさの磁性粒子標識について、非結合標識の除去は、特に大体積の磁気標識が粒子５の標的集団を染色するために上流で必要とされる場合に有益である。関心対象の粒子５よりも小さい磁気標識については、これは、図６に関して以下に説明するように、サイズ選択フィルタを使用してまたは当該技術分野で公知の他のサイズ選択試料調製法によって容易に達成されることができる。
【００６２】
本明細書に開示されているトラップのいずれかを用いて、表面はまた、粒子５の１つ以上の集団をリガンドまたは他の化学的処理で特異的に保持するように変更されることができることも理解されるべきである。さらに、本明細書で開示されている各トラップの所与のスループットでの効率は、方向転換された粒子５の流速、トラップによって加えられる力、および周囲流体によって左右される。活性トラップは、典型的には、より強力な力を発揮し、したがって、例えば図２または図３に示すような重量トラップよりも高い効率またはスループットを可能にする。
【００６３】
したがって、図５に示されている実施形態は、上記実施形態で説明した新規な流れ方向転換構成と組み合わせるための、磁石３２および磁気感受性材料３４を有する磁気トラップ５１０を有する装置５００の側面図を示しており、磁気感受性材料３４は、磁石３２から生成される磁束線を集束してひいては強化するのを助けるために大抵の場合に高い磁化率を有する材料から成形および構築されている。特に、磁気感受性材料３４は、外部から印加される磁場勾配（例えば、図５において磁石３２によってもたらされるもの）を形成（例えば、集束）させるのを助けるために当該技術分野で知られている強磁性材料を含むことができる。磁気感受性材料３４は、所望の磁束線の形成を提供するために、例えば、棒状、円錐構造などの任意の形状とすることができる。磁石３２自体は、１つ以上の永久磁石、１つ以上の電磁石、またはそれらの組み合わせとすることができ、必要に応じて磁束線を変化させるのを助けるために、分析領域１２に関してフローチャネル４’のチャネル壁２２に向かう方向に沿って移動するように調整可能とすることができる。一般的な原理として、印加される磁場の力は、所望の標的粒子５を効率的に捕捉するために（抗力に打ち勝つために）チャネル４’における流速の力よりも高いことが望ましい。
【００６４】
この構成のために、分析領域１２に隣接するトラッピング領域は、フローチャネル４’の壁Ｗの底部に形成されている。前述のように、分析領域１２は、透明、半透過性薄膜であってもよい。図５に示すように、標的粒子３５（白丸としても示されている）は、磁気トラップ５１０の設定された領域に隣接して捕捉される。捕捉されていない粒子５は、さらなる処理のためにまたは単に廃棄物として回収するために、フローチャネル４’内で下流方向に移動する（文字Ｄによって示されている）。
【００６５】
図５に示されているように、装置５００の例示的な動作では、望ましくは標的粒子３５を含む流体試料は、例えば、標的粒子３５の表面マーカーにとって特異的であり且つ磁性材料を含む（例えば、抗体が、取り付けられた磁気標識を有する）抗体によって標識される。これは、標的粒子３５を有する流体試料を装置５００内に導入する前または後に生じ得る。当業者に知られているように、正または負の捕捉スキームが使用されることができることが理解されるべきである。
【００６６】
流体試料は、基部１を介して装置５００内に導入され、上述したように、そのような標的粒子３５（標識されている）および粒子５（標識されていない）は、フローチャネル２の中央部分に沿って拘束され、例えば、図５に示すように、フローチャネル４’の方に導かれる。磁気トラップ５１０は、コントローラ７による制御またはユーザによる手動操作のもとに磁場を印加するために付勢される。標的粒子３５を含む試料溶液が分析領域１２（および磁気トラップ５１０）を通過した後、磁場は、除去または低減されることができ、フローチャネル（例えば、フローチャネル２およびフローチャネル４’）内の流体流速は、下流（Ｄ）で処理するために増加させることができる。あるいは、下流（Ｄ）で収集および処理するために以前に捕捉された標的粒子３５を放出するように製造された緩衝液が導入されることができる。また、図４Ａの装置４００について上述したものと同様に、観察領域１２の一部として構成された薄膜は、容易に取り外し可能な構成要素（例えば、カバースリップを部分的に備える）とすることができ、または装置５００は、捕捉された構成要素をの取り出しおよびさらなる調査を可能にするように容易に分解されることができる。
【００６７】
図６は、所望の標的粒子および／または細胞３７の逃げを防止するように１つ以上の選択フィルタ４２と組み合わせた、図２に示されている装置２００の構成の一部を利用する装置６００を有する実施形態を示している。１つ以上の選択フィルタ４２は、１つ以上の所望のサイズの孔サイズを含むことができ、１つ以上の孔サイズはまた、特定の実施形態内の特定の選択フィルタに対して均一である。１つ以上の選択フィルタ４２はまた、これらに限定されるものではないが、細胞剛性および変形能、粒子５への磁気添加の捕捉、特異的細胞表面タンパク質または構造の捕捉などを含む他の機構によって粒子５を濾過してもよい。図６に示されている実施形態は、図２に関して上述した装置２００のいくつかまたは全ての態様を組み込むことができるが、少なくとも図６に示されているような少なくとも１つ以上の選択フィルタ４２のさらなる追加をともなう。
【００６８】
したがって、本明細書に記載されている様々な実施形態にかかる所与の装置の捕捉効率は、所望の標的粒子または細胞の逃げを防止するために１つ以上の選択フィルタ４２を追加することによって補うことができることが理解されるべきである。さらにまた、特定の装置の他の態様の設計に関わらず、標的の大部分は、トラップ（例えば、磁気トラップ５１０）に捕捉されるかまたは関心領域（例えば、分析領域１２）に保持されることが可能であり、したがって、対応する選択フィルタ４２は、濾過される粒子５の割合がより少ないために目詰まりの影響を受けにくい。これは、１つ以上の選択フィルタ４２が、本明細書に記載されている実施形態の少なくとも層流方向転換態様を使用しないマイクロ流体システムおよび場合によっては粒子５の捕捉を補充するための装置内のトラップよりも小さい寸法および／またはより小さい空隙率を有することを可能にする。
【００６９】
動作にあたっては、選択フィルタ４２は、（例えば、粒子５および１つ以上の選択フィルタ４２上の孔のサイズに基づいて）上述した１つ以上の機構に基づいて特定の粒子５を保持する。したがって、フローチャネル４およびフローチャネル４’の二次フローチャネルなどの追加のフローチャネル内の流体は、特定の粒子（例えば、より小さい粒子）とともに、出口３９へと流れる。サイズ選択を利用する実施形態では、（例えば、乱流のために）壁Ｗに拘束されていない粒子および図６に示されている２つの選択フィルタ４２の孔サイズよりも大きいサイズを有する粒子３７は、選択フィルタ４２の設計によってブロックされる。これらの粒子３７は、フローチャネル４およびフローチャネル４’内の流体試料が出口３９に導かれるときに収集されて保持されることができる。所望であれば、保持された粒子は、例えば、選択フィルタ４２によって保持された粒子３７が図６の装置の出口３９に導入された流体流によって洗い流される逆流プロセスを用いて、その後に収集されることができる。
【００７０】
図７は、層流方向転換アプローチの２つの態様が例えば図２の装置２００に関して記載されているように、重力トラップによる層流方向転換アプローチと組み合わせて、２段階ギアダウン濃縮アプローチを利用する装置７００を有する実施形態を示している。本明細書に開示されている実施形態では、捕捉効率は、粒子速度、流体体積スループット、および使用される任意のトラップの相対強度によって制限されることから、より高いスループットのためには、投入試料を予め濃縮することが有益であり得ることに留意すべきである。
【００７１】
したがって、例えば上述した実施形態で説明したように利用することができる単一の有益な集束段階の代わりに、図７に示されている装置７００は、ここでは、第２の段階（第２段）７１への投入のために第１の段階（第１段）７０が上流領域に配置されて粒子５を分離して集束させる２段階アプローチを利用する。したがって、そのような構成は、流体源２３によって基部１に挿入された粒子５の集束と、第２の段階７１への投入前における関心対象の粒子５の全体集団内の粒子の初期集束および濃縮とを可能にする。その後、そのような粒子５は上述のように集束され、粒子５の層流方向転換法および捕捉構成はその後、上述した実施形態に示されているように係合される。ここでは、単に非限定的例示のために、図７に示されている実施形態は、図２の装置２００の説明と同様に、重力トラップの実施形態を利用する。
【００７２】
粒子の１０倍以上（例えば、全体の１０００−５０００倍の総濃度を可能にする）の濃度は、少なくとも１０倍のスループットを可能にする９０％よりも高い効率を有するそのような構成および方法を用いて容易に達成される。例えば、体積流量は、第１の段階７０については１０００μｌ／分とすることができ、第２の段階７１については１００μｌ／分の速度とすることができる。したがって、ＰＢＭＣ（またはより大きい細胞）などの粒子の高効率回収のためには、細胞について最大約２ｍＬ／分が期待される。回収はまた、上述したように、第１の段階７１の廃棄物出口において選択的なサイズのフィルタ４２を使用することによって段階７１において増強されることもできる。
【００７３】
動作にあたっては、装置７００は、バックグラウンド粒子（例えば、赤血球）を分離するようにフローチャネル２'内の粒子５を集束させるために第１の段階７０を使用する。したがって、流体は、（関心対象の粒子である）懸濁粒子５およびバックグラウンド粒子５５によって構成されている基部１において導入され（例えば、試料溶液の約５０ｍＬ）、（例えば、１つ以上のポンプから流体源２３によって可能にされた圧力を介して）フローチャネル２'に沿ってさらに導かれる。そして、第１の場発生器８’は、フローチャネル２'内の流体の共振に場パターンを同調するように利用される。異なる場パターンは、特定の状況で利用されることができるが、好ましくは、図７に示されている構成の実施形態は、単一の節パターンを利用し、粒子５の集束（例えば、音響集束）された流れを、フローチャネル２’の長手方向の中央線に実質的に沿った方向に導くような上述の設計によって、フローチャネル２’内の流れは層状であるが、より小さく、より低密度で、且つより豊富なバックグラウンド粒子５５が腹の位置に導かれ、例えば、それらは、この中央線収束領域の外側とチャネル壁２２に向かって放射状に分配される。
【００７４】
特に、第１の場発生器８’は、フローチャネル２'の中央に１つの圧力の節を提供するためにフローチャネル２'の幅に基づいて半波長（λ／２）音響波を発生させるように構成されることができる。結果として、バックグラウンド粒子５５（例えば、小さい細胞）は、サイズ選択フィルタ４２を介して濾過される（取り出される）ことができ、望ましいかもしれない回収またはさらなる処理のために最大約４５０μｌ／分までの速度で（Ｗとして示されている）廃棄物として導かれることができる。さらに、フローチャネル２'の集中領域に沿って集束していないが関心対象の粒子５は、サイズ選択フィルタ４２を使用して収集され、逆流、流体源２３によるフローチャネル２'への再挿入、または当該技術分野で公知の他の技術を介して再処理されることができる。しかしながら、装置７００の段階７１の主要な設計は、所望の粒子５が集束して例えば最大１００μＬ／分までの速度で第２の段階７１の投入に導かれることを可能にする。その後、第２の段階７１は、例えば図７に示されて図２に関して上記詳細に説明したような重力トラップなどの本明細書に開示されているトラップの１つと組み合わせて層流方向転換法を利用する。したがって、図７の構成は有益であり、（図３Ａに関して本明細書に記載されている別の実施形態を使用する）後述する図８の例示的な実施形態によって示されるように、保証されている場合には、上述した他の層流方向転換および捕捉構成もまた利用されることもできることに留意すべきである。
【００７５】
図８は、装置８００を有する実施形態を示しており、図３Ａの装置３００について上述したように、ウェル層流方向転換重力トラップ構成および方法と組み合わせた代替の２段階ギアダウン濃縮装置を示している。
【００７６】
動作にあたっては、図７における装置７００と同様に、第１の段階７０は、バックグラウンド粒子５５（例えば、血小板などのより小さいバックグラウンド細胞）を分離するように、フローチャネル２'において粒子を集束させる。したがって、本明細書に記載されている方法および当該技術分野における他の方法を使用して、流体試料４５が基部１において導入される（例えば、約５０ｍｌの試料溶液）。図７に示されている装置７００などの実施形態にも適用可能である図８の実施形態では、流体試料は、スループットを増加させるために、調査および分析のためのアッセイにおける標的化のために関心対象の粒子５の豊富な供給源とすることができる。濃縮のための１つのそのような技術は、細胞密度に基づく濃縮を含み、細胞は、浮遊密度に基づいて遠心分離中に別個の層に分離され、その後にリンパ球が吸引される。他の技術は、直接的上皮腫瘍細胞捕捉による陽性選択または造血細胞枯渇による陰性選択のいずれかを用いる磁気ビーズまたは他の固相分離技術をさらに利用する抗体アプローチなどの親和性分離法を含む。腫瘍細胞は一般的に他の細胞よりも大きく、したがって、通常の血液細胞を通過させながら特定の孔サイズを有するふるい分け膜上に腫瘍細胞を捕捉させることができるため、サイズに基づく濾過は使用可能な別の方法である。そのような濾過技術の組み合わせもまた、開示されている実施形態のいずれかについて所望される場合には本明細書で利用されることができる。
【００７７】
いずれにせよ、関心対象の標的粒子である浮遊粒子５によって構成され且つ少なくとも一部のバックグラウンド粒子５５をさらに含むような枯渇した流体試料４５は、フローチャネル２'に沿ってさらに導かれる。そして、第１の場発生器８’は、フローチャネル２'内の流体の共振に対して場パターンを同調させるために同様に利用される。異なる場パターンは、特定の状況で利用されることができるが、図８に示されている好ましい構成はまた、単一の節パターンを利用し、フローチャネル２'内の流れは、上述したように、より小さく且つより低密度のバックグラウンド粒子５５がこの中央線集束領域の外側に放射状に分布されるとともに、粒子５の音響集束流をフローチャネル２'の長手方向の中央線に実質的に沿った方向に導くような設計によって層状である。結果として、バックグラウンド粒子５５は、濾過されて廃棄物（廃棄物として示されている）として取り出されることができ、選択フィルタ（例えば、他の実施形態について前述したような選択フィルタ４２）で捕捉される関心対象の粒子５は、本明細書に開示されている技術（例えば、逆流）ならびに当該技術分野で知られている他の技術を使用して再処理されることができる。そして、中央線に沿って拘束された粒子５は、第２の段階７２の投入に導かれて集束する。その後、第２の段階７２は、図３Ａについて上述したように、例示的な層流方向転換およびウェル２７の構成を示す。
【００７８】
図７および図８の例によって示されている実施形態のいずれについても、任意の二次枯渇法は、例えば、上記の陽性または陰性の親和性法またはフレンチプレス、音響膜トラップなどの他の枯渇法を介して利用されることができることにも留意すべきである。
【００７９】
この出願に含まれる説明は、基本的な説明として役立つことを意図している。本発明は、図示されて説明された様々な実施形態にしたがって説明されたが、当業者であれば、実施形態に対する変更が可能であり、それらの変形例が本発明の精神および範囲内にあることを容易に認識するであろう。読者は、特定の議論が可能な全ての実施形態を明示的に記載していない可能性があり、多くの代替例が暗黙的であることを認識すべきである。そのような変更などは、十分に当業者の能力の範囲内であり且つ本発明の範囲および精神の範囲内にある単なる変更と考えられる。したがって、多くのそのような変更は、本発明の精神、範囲および本質から逸脱することなく、当業者によってなされ得る。説明、図面、または用語は、本発明が特許請求の範囲によって定義されるため、本発明の範囲を限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2019530850.tif 000013
2019530850.tif 000014