(57)【要約】  生体試料からの標的細胞の捕捉は、上流の微小流体装置（１）の流路（３０、６０）に生体試料の流れを誘導することによって達成される。生体試料中に存在する標的細胞は、上流の微小流体装置（１）のセルチャネル（２０）で捕捉される。少なくとも最小数の標的細胞がセルチャネル（２０）で捕捉されると、流路中の生体試料の流れが低下され、上流の微小流体装置（１）で逆方向の流れが適用されて、上流の微小流体装置（１）のセルチャネル（２０）で捕捉された標的細胞が放出され、下流の微小流体装置（１００）のセルチャネル（１２０）内に標的細胞を移送することを可能にする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体試料から標的細胞を捕捉する方法であって、
前記流路（３０、６０）の第１の端部（３２、６２）と第２の端部（３４、６４）の間で上流の微小流体装置（１）の流路（３０、６０）において標的細胞を含む生体試料の流れを誘導すること（Ｓ１）であって、前記上流の微小流体装置(１)は、
前記標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル（２０）を有する基板（１０）と、
第１の端部（３２）と第２の端部（３４）とを有する流入チャネル（３０）と、
流体ポート（４１）と流体接続する流出チャネル（４０）
を備え、
前記セルチャネル（２０）のそれぞれの第１の端部（２２）は前記流入チャネル（３０）と流体接続し、前記セルチャネル（２０）のそれぞれの第２の端部（２４）は前記流出チャネル（４０）と流体接続し、かつ前記セルチャネル（２０）は前記標的細胞が前記それぞれの障害物（２５）を通過しかつ前記流出チャネル（４０）中に入るのを防ぐように設計されたそれぞれの障害物（２５）を備える、
誘導すること（Ｓ１）；
前記セルチャネル（２０）において捕捉された標的細胞の存在を検出するために前記セルチャネル（２０）を監視すること（Ｓ２）；
少なくとも最小数の標的細胞が前記セルチャネル（２０）において捕捉される場合、
前記流路（３０、６０）において前記生体試料の前記流量を低下させること（Ｓ４）；かつ
前記上流の微小流体装置（１）の前記セルチャネル（２０）で捕捉された前記標的細胞を放出するため及び下流の微小流体装置（１００）のセルチャネル（１２０）中への前記標的細胞の移送を可能にするために前記上流の微小流体装置（１）の前記流体ポート（４１）で流体培地を適用すること（Ｓ６）であって、前記下流の微小流体装置（１００）は、
前記標的細胞を収容するように適合された前記セルチャネル（１２０）を有する基板（１１０）と、
第１の端部（１３２）と第２の端部（１３４）とを有する流入チャネル（１３０）と、かつ
流体ポート（１４１）と流体接続する流出チャネル（１４０）とを備え、前記セルチャネル（１２０）のそれぞれの第１の端部（１２２）は前記流入チャネル（１３０）と流体接続し、前記セルチャネル（１２０）のそれぞれの第２の端部（１２４）は前記流出チャネル（１４０）と流体接続し、かつ前記セルチャネル（１２０）は前記標的細胞が前記それぞれの障害物（１２５）を通過しかつ前記流出チャネル（１４０）中に入るのを防ぐように設計されたそれぞれの障害物（１２５）を備える、適用すること（Ｓ６）
を含む、方法。
【請求項２】
前記流入チャネル（３０）の前記第１の端部（３２）及び／又は前記第２の端部（３４）を前記下流の微小流体装置（１００）の前記流入チャネル（１３０）の前記第１の端部（１３２）及び／又は前記第２の端部（１３４）に接続すること（Ｓ５）をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流量を低下させること（Ｓ４）は、前記流路（３０、６０）における前記生体試料の前記流れを遮断すること（Ｓ４）を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記流れを誘導すること（Ｓ１）は、前記流入チャネル（３０）の前記第１の端部（３２）と前記第２の端部（３４）の間で前記上流の微小流体装置（１）の前記流入チャネル（３０）において前記生体試料の前記流れを誘導すること（Ｓ１）を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記上流の微小流体装置（１）は、
第１の端部（６２）と第２の端部（６４）とを有するフィルタチャネル（６０）と、
前記標的細胞を収容するように適合されたプレフィルタチャネル（７０）であって、前記プレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第１の端部（７２）は前記フィルタチャネル（６０）と流体接続しかつ前記プレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第２の端部（７４）は前記流入チャネル（３０）と流体接続する、プレフィルタチャネル（７０）、
を備えるプレフィルタ（５０）を備え、
前記流れを誘導すること（Ｓ１）は、前記フィルタチャネル（６０）の前記第１の端部（６２）と前記第２の端部（６４）の間で前記上流の微小流体装置（１）の前記フィルタチャネル（６０）における前記生体試料の前記流れを誘導すること（Ｓ１）を含む、
請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記フィルタチャネル（６０）は、上流のフィルタチャネル（６０）であり；
前記プレフィルタチャネル（７０）は、上流のプレフィルタチャネル（７０）であり；
前記プレフィルタ（５０）は、
下流のフィルタチャネル（８０）と、
前記標的細胞を収容するように適合された下流のプレフィルタチャネル（９０）を備え、
前記上流のプレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第１の端部（７２）は前記上流のフィルタチャネル（６０）と流体接続し、前記上流のプレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第２の端部（７４）は前記下流のフィルタチャネル（８０）と流体接続し、前記下流のプレフィルタチャネル（９０）のそれぞれの第１の端部（９２）は前記下流のフィルタチャネル（８０）と流体接続しかつ前記下流のプレフィルタチャネル（９０）のそれぞれの第２の端部（９４）は前記流入チャネル（３０）と流体接続し、かつ
前記流れを誘導すること（Ｓ１）は、前記上流のフィルタチャネル（６０）の前記第１の端部（６２）と前記第２の端部（６４）の間で前記上流の微小流体装置（１）の前記上流のフィルタチャネル（６０）における前記生体試料の前記流れを誘導すること（Ｓ１）を含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記流れを誘導すること（Ｓ１）は、前記流路（３０、６０）の前記第１の端部（３２、６２）と前記第２の端部（３４、６４）の間で前記生体試料の前後の振動流を誘導すること（Ｓ１）を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記流れを誘導すること（Ｓ１）は、前記流路（３０、６０）の前記第１の端部（３２、６２）と前記第２の端部（３４、６４）の間でかつ前記流路（３０、６０）の前記第１の端部（３２、６２）と前記第２の端部（３４、６４）を相互接続する流体接続器（３５）を介して前記生体試料の円形流を誘導すること（Ｓ１）を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記セルチャネル（２０）を監視すること（Ｓ２）は、前記セルチャネル（２０）の少なくとも１つの画像を取得すること（Ｓ２）を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記下流の微小流体装置（１００）における前記流入チャネル（１３０）の前記第１の端部（１３２）及び／又は前記第２の端部（１３４）で試験剤を含むか又は構成する流体培地を適用すること（Ｓ１０）と、
前記セルチャネル（１２０）中の標的細胞を監視すること（Ｓ１１）と、
前記セルチャネル（１２０）中の標的細胞の前記監視に基づいて前記試験剤に対する前記標的細胞の表現型応答を決定すること（Ｓ１２）
をさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記下流の微小流体装置（１００）の前記基板（１１０）は、前記標的細胞を収容するように適合された複数のセットのセルチャネル（１２０Ａ、１２０Ｂ）を有し、
前記複数のセットの各セットは、それぞれの流入チャネル（１３０Ａ、１３０Ｂ）を有し、それぞれの第１の流体ポート（１３１Ａ、１３１Ｂ）と流体接続するそれぞれの第１の端部（１３２Ａ、１３２Ｂ）及びそれぞれの第２の流体ポート（１３３Ａ、１３３Ｂ）又は共通の第２の流体ポート（１３３）と流体接続するそれぞれの第２の端部（１３４Ａ、１３４Ｂ）を有し、
前記複数のセットの各セットは、それぞれの第３の流体ポート（１４１Ａ、１４１Ｂ）又は共通の第３の流体ポート（１４１）と流体接続するそれぞれの流出チャネル（１４０Ａ、１４０Ｂ）を有し、かつ
前記流体培地を適用すること（Ｓ１０）は、前記複数のセットの第１のセットの第１の流体ポート（１３１Ａ）中に前記試験剤を含むか又は構成する前記流体培地を適用すること（Ｓ１０）及び前記複数のセットの第２のセットの第１の流体ポート（１３１Ｂ）中に前記試験剤を含まない流体培地又は別の試験剤を含むか若しくは構成する流体培地を適用することを含み；
前記標的細胞を監視すること（Ｓ１１）は、前記第１のセットの前記セルチャネル（１２０Ａ）中の標的細胞及び前記第２のセットの前記セルチャネル（１２０Ｂ）中の標的細胞を監視することを含み；かつ
前記表現型応答を決定すること（Ｓ１２）は、前記第１のセットの前記セルチャネル（１２０Ａ）中の標的細胞の及び前記第２のセットの前記セルチャネル（１２０Ｂ）中の標的細胞の前記監視に基づいて前記試験剤に対する前記標的細胞の前記表現型応答を決定することを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
生体試料から標的細胞を捕捉するためのシステムであって、
上流の微小流体装置（１）であって、
前記標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル（２０）を有する基板（１０）と、
第１の端部（３２）と第２の端部（３４）とを有する流入チャネル（３０）と、
流体ポート（４１）と流体接続する流出チャネル（４０）とを備え、前記セルチャネル（２０）のそれぞれの第１の端部（２２）は前記流入チャネル（３０）と流体接続し、前記セルチャネル（２０）のそれぞれの第２の端部（２４）は前記流出チャネル（４０）と流体接続し、かつ前記セルチャネル（２０）は前記標的細胞が前記それぞれの障害物（２５）を通過して前記流出チャネル（４０）に入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物（２５）を備える、上流の微小流体装置（１）と、
下流の微小流体装置（１００）であって、
前記標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル（１２０）を有する基板（１１０）と、
第１の端部（１３２）と第２の端部（１３４）とを有する流入チャネル（１３０）と、
流体ポート（１４１）と流体接続する流出チャネル（１４０）とを備え、前記セルチャネル（１２０）のそれぞれの第１の端部（１２２）は前記流入チャネル（１３０）と流体接続し、前記セルチャネル（１２０）のそれぞれの第２の端部（１２４）は前記流出チャネル（１４０）と流体接続し、かつ前記セルチャネル（１２０）は前記標的細胞が前記それぞれの障害物（１２５）を通過して前記流出チャネル（１４０）に入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物（１２５）を備える、下流の微小流体装置（１００）と、
前記流路（３０、６０）の第１の端部（３２、６２）と第２の端部（３４、６４）の間で前記上流の微小流体装置（１）の流路（３０、６０）における前記標的細胞を含む前記生体試料の流れを誘導するように適合された流量制御装置（２００）；並びに
前記上流の微小流体装置（１）の前記セルチャネル（２０）中に少なくとも最小数の標的細胞が捕捉されたときに、前記上流の微小流体装置（１）の前記流入チャネル（３０）の前記第１の端部（３２）及び／又は前記第２の端部（３４）を前記下流の微小流体装置（１００）の前記流入チャネル（１３０）の前記第１の端部（１３２）及び／又は前記第２の端部（１３４）に相互接続するように適合された流体接続器（６）を備え、前記流量制御装置（２００）は前記上流の微小流体装置（１）の前記セルチャネル（２０）中に少なくとも最小数の標的細胞が捕捉されたときに、
前記流路（３０、６０）中の前記生体試料の前記流れを低下させ、かつ
前記上流の微小流体装置（１）の前記流体ポート（４１）で流体培地を適用して前記上流の微小流体装置（１）の前記セルチャネル（２０）中で捕捉された前記標的細胞を放出しかつ前記下流の微小流体装置（１００）の前記セルチャネル（１２０）中に前記標的細胞を移送するように適合される、
システム。
【請求項１３】
前記流量制御装置（２００）は、少なくとも最小数の標的細胞が前記上流の微小流体装置（１）の前記セルチャネル（２０）中に捕捉されたときに、前記流路（３０、６０）中の前記生体試料の前記流れを妨げるように適合される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記流量制御装置（２００）は、前記流入チャネル（３０）の前記第１の端部（３２）と前記第２の端部（３４）の間で前記上流の微小流体装置（１）の前記流入チャネル（３０）において前記生体試料の前記流れを誘導するように適合される、請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記上流の微小流体装置（１）は、
第１の端部（６２）と第２の端部（６４）とを有するフィルタチャネル（６０）、及び
前記標的細胞を収容するように適合されるプレフィルタチャネル（７０）であって、前記プレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第１の端部（７２）は前記フィルタチャネル（６０）と流体接続しかつ前記プレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第２の端部（７４）は前記流入チャネル（３０）と流体接続する、プレフィルタチャネル（７０）
を備えるプレフィルタ（５０）を備え、
前記流量制御装置（２００）は、前記フィルタチャネル（６０）の前記第１の端部（６２）と前記第２の端部（６４）の間で前記上流の微小流体装置（１）の前記フィルタチャネル（６０）において前記生体試料の前記流れを誘導するように適合される、
請求項１２又は１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記フィルタチャネル（６０）は、上流のフィルタチャネル（６０）であり；
前記プレフィルタチャネル（７０）は、上流のプレフィルタチャネル（７０）であり；
前記プレフィルタ（５０）は、
下流のフィルタチャネル（８０）と、
前記標的細胞を収容するように適合される下流のプレフィルタチャネル（９０）であって、前記上流のプレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第１の端部（７２）は前記フィルタチャネル（６０）と流体接続し、前記上流のプレフィルタチャネル（７０）のそれぞれの第２の端部（７４）は前記下流のフィルタチャネル（８０）と流体接続し、前記下流のプレフィルタチャネル（９０）のそれぞれの第１の端部（９２）は前記下流のフィルタチャネル（８０）と流体接続しかつ前記下流のプレフィルタチャネル（９０）のそれぞれの第２の端部（９４）は前記流入チャネル（３０）と流体接続する、下流のプレフィルタチャネル（９０）
を備え、
前記流量制御装置（２００）は、前記上流のフィルタチャネル（６０）の前記第１の端部（６２）と前記第２の端部（６４）の間で前記上流の微小流体装置（１）の前記上流のフィルタチャネル（６０）において前記生体試料の前記流れを誘導するように適合される、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記流量制御装置（２００）は、前記流路（３０、６０）の前記第１の端部（３２、６２）と前記第２の端部（３４、６４）の間で前記生体試料の前後の振動流を誘導するように適合される、請求項１２〜１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記流量制御装置（２００）は、前記流路（３０、６０）の前記第１の端部（３２、６２）と前記第２の端部（３４、６４）の間でかつ前記流路（３０、６０）の前記第１の端部（３２、６２）と前記第２の端部（３４、６４）を相互接続する流体接続器（３５）を介して前記生体試料の円形流を誘導するように適合される、請求項１２〜１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記上流の微小流体装置（１００）中の前記セルチャネル（２０）の少なくとも１つの画像を取得するように適合された顕微鏡ベースの撮像システムをさらに含む、請求項１２〜１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記流量制御装置（２００）は、前記下流の微小流体装置（１００）中の前記流入チャネル（１３０）の前記第１の端部（１３２）及び／又は前記第２の端部（１３４）で試験剤を含むか又は構成する流体培地を適用するように適合される、請求項１２〜１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
前記下流の微小流体装置（１００）の前記基板（１１０）は、前記標的細胞を収容するように適合された複数のセットのセルチャネル（１２０Ａ、１２０Ｂ）を有し、
前記複数のセットの各セットは、それぞれの流入チャネル（１３０Ａ、１３０Ｂ）を有し、それぞれの第１の流体ポート（１３１Ａ、１３１Ｂ）と流体接続するそれぞれの第１の端部（１３２Ａ、１３２Ｂ）及びそれぞれの第２の流体ポート（１３３Ａ、１３３Ｂ）又は共通の第２の流体ポート（１３３）と流体接続するそれぞれの第２の端部（１３４Ａ、１３４Ｂ）を有し、；
前記複数のセットの各セットは、それぞれの第３の流体ポート（１４１Ａ、１４１Ｂ）又は共通の第３の流体ポート（１４１）と流体接続するそれぞれの流出チャネル（１４０Ａ、１４０Ｂ）を有し；
前記流量制御装置（２００）は、前記複数のセットの第１のセットの第１の流体ポート（１３１Ａ）において前記試験剤を含むか又は構成する前記流体培地を適用しかつ前記複数のセットの第２のセットの第１の流体ポート（１３１Ｂ）において前記試験剤を含まない流体培地又は別の試験剤を含むか若しくは構成する流体培地を適用するように適合される、
請求項２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、一般に、微小流体装置に関し、特に、そのような微小流体装置で生物学的試料から標的細胞を捕捉することに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
単細胞生物学での最近の進展により、同質遺伝子細胞は、同一の条件下で成長した場合にも、遺伝子発現及び挙動に大きな差異を示し得ることが明らかになった。これにより、経時的な表現型における細胞間の差異を特徴付けるために、新しい装置が必要とされる。そのような装置は、単一の細胞を培養及び監視する際に有効なツールであるために、ある基準を満たす必要がある。例えば、これらの装置は、投入直後に表現型特性を監視できるように、細胞の投入が容易であるべきである。さらに、多くの異なる個々の細胞を並行して増殖させて、細胞間の差異を特徴付け、かつ平均化による個々の細胞の特性評価における測定誤差を克服する必要がある。これらの装置は、例えば、系統依存的動態を監視するために、一定のかつ十分に制御された成長条件下で長期間細胞の培養を可能にするように設計されなければならない。装置が、新しい培地又は試験剤に応答して動態変化を監視するために培養条件を変更できるならば、さらに好ましい。例えば、並行して同質遺伝子細胞に対して異なる培養培地を試験するか、又は並行して異なる細胞株での培地変化に対する応答を監視することが有利であり得る。
【０００３】
微小流体装置の所望の用途は、標的細胞が微小流体装置に投入された直後に、抗生物質又は他の試験薬剤のセットに対する生体試料中の細菌などの標的細胞の表現型応答を迅速にかつ並行して監視することである。そのような用途では、分析の速度を上げるために、生体試料を微小流体装置に直接投入できることが有利である。
【０００４】
「マザーマシン（Ｍｏｔｈｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）」と名付けられた従来技術の微小流体装置が、Ｗａｎｇら、Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ２０１０、２０：１０９９−１１０３に開示されている。マザーマシンは、並行して多数の異なるセルチャネルで細胞を監視することを可能にする。しかしながら、この従来技術の微小流体装置は、いくつかの欠点を有する。例えば、細胞投入が複雑であり、微小流体装置中の培養条件を急速に変化させることが困難である。
【０００５】
生体試料の分析に有用なさらなる微小流体装置は、ＷＯ  ２０１６／００７０６３及びＷＯ  ２０１６／００７０６８に示されている。
【０００６】
Ｂａｌｔｅｋｉｎら、ＰＮＡＳ  ２０１７、１１４（３４）：９１７０〜９１７５は、微小流体装置を使用する、高速抗生物質感受性試験（ＡＳＴ）試験であるＦＡＳＴｅｓｔを開示している。
【０００７】
微小流体装置で分析される標的細胞を含む多くの生体試料は、他の細胞などの混入粒子をさらに含み、かつ／又は混入粒子と比較して比較的低い濃度で標的細胞を含む。これは、混入粒子が細胞捕捉中に標的細胞と競合し、かつ分析及び特徴付けを妨げる可能性があるので、標的細胞の分析及び特徴付けを複雑にする可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的な目的は、生体試料から微小流体装置中への標的細胞の効率的な捕捉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この及び他の目的は、本明細書に開示される実施形態によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
実施形態の態様は、生体試料から標的細胞を捕捉する方法に関する。本方法は、流路の第１の端部と第２の端部の間で上流の微小流体装置の流路に標的細胞を含む生体試料の流れを誘導することを含む。上流の微小流体装置は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネルを有する基板と、第１の端部及び第２の端部を有する流入チャネルと、流体ポートと流体接続する流出チャネルとを備える。セルチャネルのそれぞれの第１の端部は流入チャネルと流体接続し、セルチャネルのそれぞれの第２の端部は流出チャネルと流体接続する。セルチャネルは、標的細胞がそれぞれの障害物を通過して流出チャネルに入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物を備える。本方法はまた、セルチャネルで捕捉された標的細胞の存在を検出するために、セルチャネルを監視することを含む。少なくとも最小数の標的細胞がセルチャネルで捕捉されると、流路中の生体試料の流れが低下し、上流の微小流体装置の流体ポートに流体培地が適用され、上流の微小流体装置のセルチャネルで捕捉された標的細胞を放出し、下流の微小流体装置のセルチャネルへの標的細胞の移送を可能にする。下流の微小流体装置は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネルを有する基板と、第１の端部及び第２の端部を有する流入チャネルと、流体ポートと流体接続する流出チャネルとを備える。セルチャネルのそれぞれの第１の端部は流入チャネルと流体接続し、セルチャネルのそれぞれの第２の端部は流出チャネルと流体接続する。セルチャネルは、標的細胞がそれぞれの障害物を通過して流出チャネルに入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物を備える。
【００１１】
実施形態の別の態様は、生体試料から標的細胞を捕捉するためのシステムに関する。システムは、上流の微小流体装置と、下流の微小流体装置と、流体接続器と、流量制御装置とを備える。上流の微小流体装置は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネルを有する基板と、第１の端部及び第２の端部を有する流入チャネルと、流体ポートと流体接続する流出チャネルとを備える。セルチャネルのそれぞれの第１の端部は流入チャネルと流体接続し、セルチャネルのそれぞれの第２の端部は流出チャネルと流体接続する。セルチャネルは、標的細胞がそれぞれの障害物を通過して流出チャネルに入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物を備える。下流の微小流体装置は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネルを有する基板と、第１の端部及び第２の端部を有する流入チャネルと、流体ポートと流体接続する流出チャネルとを備える。セルチャネルのそれぞれの第１の端部は流入チャネルと流体接続し、セルチャネルのそれぞれの第２の端部は流出チャネルと流体接続する。セルチャネルは、標的細胞がそれぞれの障害物を通過して流出チャネルに入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物を備える。流量制御装置は、流路の第１の端部と第２の端部との間で上流の微小流体装置の流路に標的細胞を含む生体試料の流れを誘導するように適合される。流体接続器は、上流の微小流体装置のセルチャネルで少なくとも最小数の標的細胞が捕捉されたとき、上流の微小流体装置の流入チャネルの第１の端部及び／又は第２の端部を、下流の微小流体装置の流入チャネルの第１の端部及び／又は第２の端部に相互接続するように適合される。流量制御装置は、上流の微小流体装置のセルチャネルで少なくとも最小数の標的細胞が捕捉されたとき、流路中の生体試料の流れを低下させ、上流の微小流体装置の流体ポートに流体培地を適用して、上流の微小流体装置のセルチャネルで捕捉された標的細胞を放出し、下流の微小流体装置のセルチャネルに標的細胞を移送するように適合される。
【００１２】
本発明の実施形態は、２つの微小流体装置を相互接続することによって、生体試料から標的細胞を効率的に捕捉することを可能にする。次いで、上流の微小流体装置は、標的細胞を生体試料中に存在し得る混入粒子から分離することによって、標的細胞の濃縮を可能にする。加えて、標的細胞の培養は、生体試料を通過させながら上流の微小流体装置内で行うことができる。一旦十分な数の標的細胞に到達すると、これらの標的細胞は、上流の微小流体装置から放出され、逆方向の流体流によって下流の微小流体装置中に移送される。次いで、下流の微小流体装置で捕捉された標的細胞は、そうでなければ特徴付けを妨げる可能性のある混入粒子の危険性が低いことを特徴とし得る。
【００１３】
本実施形態は、そのさらなる目的及び利点と共に、添付の図面と共に以下の説明を参照することにより最もよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、一実施形態による微小流体装置の概略図である。
【図２】図２は、一実施形態によるプレフィルタを有する上流の微小流体装置の概略図である。
【図３】図３は、別の実施形態によるプレフィルタを有する上流の微小流体装置の概略図である。
【図４】図４は、一実施形態による上流の微小流体装置及び下流の微小流体装置を備えるシステムの概略図である。
【図５】図５は、一実施形態による下流の微小流体装置の概略図である。
【図６】図６は、別の実施形態による下流の微小流体装置の概略図である。
【図７】図７は、一実施形態による微小流体装置の流体ポートに接続可能な流体リザーバを有する流量制御装置を概略的に示す。
【図８】図８は、一実施形態による標的細胞を捕捉する方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、図８に示された方法の追加の選択的工程を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、一実施形態によるディスク上の微小流体装置の配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面全体を通して、同様の又は対応する要素には同じ参照番号が使用される。
【００１６】
本発明は、一般に、微小流体装置に関し、特に、そのような微小流体装置で生体試料から標的細胞を捕捉することに関する。
【００１７】
微小流体装置は、生体試料中に存在する標的細胞を分析及び監視して、表現型及び／又は遺伝子型の特徴並びに形質などの標的細胞の様々な特徴を決定するように提案されてきた。この手法は一般に、液体培地中に標的細胞を主に含む実質的に純粋な生体試料の場合に、又は生体試料が比較的高い濃度で標的細胞を含む場合に良好に機能する。
【００１８】
しかしながら、いくつかの用途では、生体試料は、複雑であり、いわゆる混入粒子をさらに含み、かつ／又は比較的低い濃度で標的細胞を含み得る。混入粒子は、標的細胞以外の細胞、細胞破片並びに粉塵及び／又は塵粒子などの非細胞材料を含み得る。これらの用途において、混入粒子は、微小流体装置を詰まらせ、それによって、微小流体装置での生体試料中に存在する標的細胞の効率的な捕捉を阻止する。さらに、生体試料が、標的細胞と比較して、比較的高い濃度の混入粒子を含む場合に、混入粒子は、微小流体装置での捕捉中に標的細胞と競合し、その結果、微小流体装置中で標的細胞を全く又はほとんど捕捉しない場合がある。いずれの場合も、標的細胞の効率的な分析を行い、かつその特徴を決定するために、微小流体装置で捕捉された標的細胞の数は十分ではない。
【００１９】
典型的な状況は、（仮の）敗血症患者から採取された血液試料である。そのような場合、血液試料は、多くの場合、標的細胞として比較的低い濃度の感染原因菌と、混入粒子としての比較的はるかに高濃度の白血球（ＷＢＣ）及び赤血球（ＲＢＣ）とを含む。
【００２０】
これは、そのような血液試料が微小流体装置に投入されると、ＷＢＣ及びＲＢＣが、細菌が捕捉されるべき微小流体装置内のセルチャネルを妨害及び閉塞させ、かつ／又は実質的に全てのセルチャネルを占有する場合があることを意味する。その結果、そのような血液試料を有する微小流体装置では、細菌が全く又はほとんど捕捉されない。
【００２１】
したがって、微小流体装置において生体試料から標的細胞を効率的に捕捉する必要性が存在する。
【００２２】
この目的は、図１〜６を参照して、本明細書で上流の微小流体装置１と命名された少なくとも１つの第１の微小流体装置と、本明細書で下流の微小流体装置１００と命名された少なくとも１つの第２の微小流体装置とを含む複数の、すなわち、少なくとも２つの微小流体装置１、１００を有することによって、本発明の実施形態にしたがって解決される。そのような場合には、上流の微小流体装置１の、細胞トラップとも命名されるセルチャネル２０で標的細胞を捕捉するために、低濃度で標的細胞などの標的細胞を含む、かつ／又は混入粒子をさらに含む生体試料が上流の微小流体装置１に投入される。この捕捉は一般に、生体試料の流れが上流の微小流体装置１の流路３０、６０に誘導される間の長期にわたって行われている。この流れの誘導は、生体試料中の標的細胞がセルチャネル２０に進入し、捕捉される機会を提供する。さらに、流路３０、６０を流れる生体試料中に存在する標的細胞は、この流れ誘導段階中に成長し、増えて、標的細胞の数を増加させ、それにより、セルチャネル２０で十分な数の標的細胞を捕捉する機会を増加させ得る。また、セルチャネル２０に既に捕捉されている標的細胞は、流れ誘導段階中にセルチャネル２０中で増え、増殖し、それによって捕捉された標的細胞の総数を増加させる。
【００２３】
上流の微小流体装置１のセルチャネル２０で十分な数の標的細胞が捕捉されると、流路３０、６０における生体試料の流れは低下し、例えば、中断され、上流の微小流体装置１は、図４に模式的に示される、下流の微小流体装置１００に必要に応じて接続される。次いで、上流の微小流体装置１に逆方向の流れを適用して、上流の微小流体装置１のセルチャネル２０に捕捉された標的細胞を放出し、下流の微小流体装置１００のセルチャネル１２０での標的細胞の捕捉を可能にする。
【００２４】
それによって、上流の微小流体装置１は、標的細胞の効率的な捕捉を達成するためにいくつかの重要な機能を有する。第１に、それは混入粒子を除去することによって、生体試料からの標的細胞を濃縮する。そのため、セルチャネル２０及び流れ誘導は、混入粒子が濾過される間に、主として標的細胞を捕捉するように設計され、適合される。したがって、標的細胞の精製及び濃縮が上流の微小流体装置１で行われる。第２に、上流の微小流体装置１における流れ誘導段階は、生体試料中の標的細胞及びセルチャネル２０に捕捉された標的細胞に成長し増殖する機会を提供し、それにより標的細胞の数を増加させる。第３に、上流の微小流体装置１における標的細胞の最初の捕捉の後に続く下流の微小流体装置１００における標的細胞の放出及びその後の捕捉は、流体培地中の標的細胞の濃縮を達成する。そのため、生体試料中の標的細胞の最初の濃度は低いかもしれないが、本発明に従って得られる濃縮は、下流の微小流体装置１００での標的細胞の濃度を有意に増加させる。
【００２５】
それによって、本発明の実施形態は、元の生体試料が低濃度の標的細胞及び／又は多くの混入粒子を含有していても、標的細胞の効率的な分析を行いかつその特徴を決定するために、下流の微小流体装置１００で十分な数の標的細胞を捕捉することを可能にする。
【００２６】
図８は、一実施形態による、生体試料から標的細胞を捕捉する方法を示すフローチャートである。本方法は、工程Ｓ１において、流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４との間で上流の微小流体装置１の流路３０、６０に標的細胞を含む生体試料の流れを誘導することを含む。上流の微小流体装置１は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル２０を有する基板１０を備える。上流の微小流体装置１はまた、第１の端部３２及び第２の端部３４を有する流入チャネル３０と、流体ポート４１と流体接続する流出チャネル４０とを備える。セルチャネル２０のそれぞれの第１の端部２２は流入チャネル３０と流体接続し、セルチャネル２０のそれぞれの第２の端部２４は流出チャネル４０と流体接続する。セルチャネル２０は、標的細胞２０がそれぞれの障害物を通過して、流出チャネル４０に入るのを阻止するか、又は少なくとも抑制若しくは阻害するように設計されたそれぞれの障害物２５を備える。
【００２７】
本方法はまた、工程Ｓ２において、セルチャネル２０で捕捉された標的細胞の存在を検出するために、セルチャネル２０を監視することを含む。
【００２８】
工程Ｓ２のこの監視は、工程Ｓ１と連続的に又は少なくとも部分的に並行して行うことができる。前者の場合、流路３０、６０における流れの誘導は、工程Ｓ２のセルチャネル２０の監視中に一時的に中断されてもよい。工程Ｓ２の監視が、任意選択の工程Ｓ３を参照して、セルチャネル２０に十分な数の標的細胞が存在しないと結論づけた場合には、本方法は工程Ｓ１に進んで、それにより、流路３０、６０における生体試料の流れを再開する。
【００２９】
後者の場合、工程Ｓ２におけるセルチャネル２０の監視は、生体試料が流路３０、６０に流れている間に行われる。次いで、工程Ｓ２での監視は、一度、又はスケジュールされた若しくは規則的な時点、例えば、３０秒ごと、１分ごと、２分ごとなどの複数の時点で実行されてよい。また、工程Ｓ２において、一度又は複数の時点の代わりに、セルチャネル２０のほぼ連続的な監視をすることも可能である。
【００３０】
いずれの場合にも、工程Ｓ２での監視が、少なくとも最小数の標的細胞がセルチャネル２０に捕捉されたと結論づけた場合、本方法は工程Ｓ４に進む。これは、セルチャネル２０で検出された標的細胞の数がある所定の値Ｔを超えた場合として図８に模式的に示される。この値、及びそれにより標的細胞の最小数は通常、予め定められており、かつ下流の微小流体装置１００で実行され得る標的細胞の特徴付けなどの、標的細胞のその後の処理の種類に一般的に依存する。
【００３１】
工程Ｓ２での監視が、セルチャネル２０で検出される十分な数の標的細胞が存在しないと決定する限り、工程Ｓ１及びＳ２のループは、流路３０、６０における生体試料の流れを誘導しセルチャネル２０を監視することによって継続される。
【００３２】
少なくとも最小数の標的細胞がセルチャネル２０で捕捉されると決定される場合、本方法は工程Ｓ４に進む。この工程Ｓ４は、流路３０、６０での生体試料の流れを低下させることを含む。次の工程Ｓ６は、上流の微小流体装置１の流体ポート４１に流体培地を適用して、上流の微小流体装置１のセルチャネル２０に捕捉された標的細胞を放出し下流の微小流体装置１００のセルチャネル１２０への標的細胞の移送を可能にすることを含む。
【００３３】
下流の微小流体装置１００は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル１２０を有する基板１１０を備える。下流の微小流体装置１００はまた、第１の端部１３２及び第２の端部１３４を有する流入チャネル１３０と、流体ポート１４１と流体接続する流出チャネル１４０とを備える。セルチャネル１２０のそれぞれの第１の端部１２２は流入チャネル１３０と流体接続し、セルチャネル１２０のそれぞれの第２の端部１２４は流出チャネル１４０と流体接続している。セルチャネル１２０は、標的細胞１２０がそれぞれの障害物を通過し、流出チャネル１４０に入るのを阻止又は少なくとも抑制若しくは阻害するように設計されたそれぞれの障害物１２５を備える。
【００３４】
そのため、十分な数の標的細胞が上流の微小流体装置１のセルチャネル２０に捕捉され、かつ存在すると、工程Ｓ１で誘導された流れと比較して完全に中断若しくは停止されるか又は少なくとも低下されるなど、生体試料の流れが低下される。
【００３５】
逆方向の流体流が次いで、上流の微小流体装置１において適用される。これは、流体流が流出チャネル４０の流体ポート４１に投入されること、及び適用された流体培地が微小流体装置１の流出チャネル４０に入り、セルチャネル２０を通って、上流の流入チャネル３０に流入することを意味する。流体培地がセルチャネル２０を通過する際に、それはこれらのセルチャネル２０で捕捉された標的細胞を流れと共に移送し、標的細胞を流入チャネル３０中に移動させる。
【００３６】
一実施形態では、本方法は、図８に示すように、工程Ｓ５も含む。この工程Ｓ５は、上流の微小流体装置１の流入チャネル３０の第１の端部３２及び／又は第２の端部３４を、下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０の第１の端部１３２及び／又は第２の端部１３４に接続することを含む。２つの微小流体装置１、１００の流入チャネル３０、１３０は、上流の微小流体装置１の流入チャネル３０から下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０への流体経路を提供するように相互接続される。
【００３７】
この実施形態では、標的細胞を運ぶ逆方向の流れは、上流の微小流体装置１の流入チャネル３０から下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０へと続き、セルチャネル１２０を通って、下流の微小流体装置１００の流出チャネル１４０に入り流体ポート１４１を通って流出する。この逆方向の流れによって移送された標的細胞は、それぞれの障害物１２５の存在により、下流の微小流体装置１００のセルチャネル１２０で捕捉される。
【００３８】
次いで、下流の微小流体装置１００のセルチャネル１２０で捕捉された標的細胞をさらに処理するか又は特徴付けることができる。例えば、標的細胞は、表現型及び／又は遺伝子型に関して特徴付けられ、分類又は同定されてよい。
【００３９】
工程Ｓ６で適用される流体培地は、標的細胞と適合性のある任意の流体又は液体培地であり得る。例えば、流体培地は培養培地であり得る。
【００４０】
好ましい実施形態では、上流の微小流体装置１における流入チャネル３０の端部３２、３４の少なくとも１つは、下流の微小流体装置１００における流入チャネル１３０の端部１３２、１３４の少なくとも１つに接続される。この流体接続は、好ましくは、流体相互接続器６によって実施される。流体相互接続器６は、例えば、流入チャネル３０、１３０のそれぞれの流体ポート３１、３３、１３１、１３３に接続された配管であってよい。あるいは、流体相互接続器６は基板１０、１１０中の画定された通路であってよく、それは工程Ｓ１とＳ２の間に、弁によってなど、遮断され、次いで工程Ｓ５で開放されて、流入チャネル３０、１３０の端部３２、３４、１３２、１３４の間で流体接続を提供する。
【００４１】
流体相互接続器６は、上流の微小流体装置１のセルチャネル２０と下流の微小流体装置１００のセルチャネル１２０の間で標的細胞の移送を可能にすることが好ましいが、実施形態はそれに限定されない。例えば、工程Ｓ６で適用された逆方向の流れは、上流の微小流体装置１のセルチャネル２０で捕捉された標的細胞を、流入チャネル３０の端部３２、３４の１つに向かって移送できる。図１に示すように、それぞれの端部３２、３４は好ましくは、流体ポート３１、３３に接続される。流体ポート３１、３３は、流体リザーバとして動作するように設計され得るか、図７に示すように、流体リザーバ３に接続される。次いで、逆方向の流れは、標的細胞を流体ポート３１、３３に又は接続された流体リザーバ３に移送する。一実施形態では、ピペット又は同様のツールを次いで使用して、標的細胞を含む流体を流体ポート３１、３３又は流体リザーバからピペットでとってよい。標的細胞を含む流体を次いで、下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０の流体ポート１３１、１３３中に、又はこの流入チャネル１３０の端部１３２、１３４に接続された流体リザーバに注入する。
【００４２】
さらなる代替方法は、工程Ｓ６で適用された逆方向の流れが、標的細胞をセルチャネル２０から流体リザーバ３に移送した後に、上流の微小流体装置１の流入チャネル３０の端部３２、３４に最初に接続された流体リザーバ３を、下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０の端部１３２、１３４に接続することである。流量制御装置２００は次いで、流体リザーバ３から下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０に流体をポンプで注入するか又は他の方法で移送できる。
【００４３】
それにより、細胞捕捉において複数の微小流体装置１、１００の使用は、元の生体試料が非常に少ない標的細胞及び／又は多くの混入粒子を含有していても、標的細胞を濃縮し、かつその後の特徴付けのために十分な数の標的細胞を得るのに効率的な溶液を提供する。
【００４４】
工程Ｓ４における流量の低下は、様々な実施形態に従って実行できる。例えば、流路３０、６０における生体試料の流れは、遮断され、それにより、停止されてよい。そのような実施形態では、典型的には、流路３０、６０において生体試料の流れはない。それにより、工程Ｓ４における低下は、生体試料の流れのゼロまでの低下、すなわち、完全な流量低下である。
【００４５】
他の実施形態では、流路３０、６０における生体試料の流れは、工程Ｓ４で中断又は停止される必要はない。これらの実施形態では、流路３０、６０での生体試料の流れが依然として存在する。しかしながら、この流量は、工程Ｓ１において流路３０、６０で誘導され確立される最初の流量と比較して、低下される。流量低下は、例えば、流速が工程Ｓ１後の初期流速のＸ％であるように、生体試料の流速を低下させることによって行うことができる。このパラメータＸは、１００未満、例えば、９５以下、９０以下、８５以下、８０以下、７５以下、７０以下、６５以下、６０以下、５５以下、５０以下、４５以下、４０以下、３５以下、３０以下、２５以下、２０以下、１５以下、１０以下、又は５以下の任意の値であり得る。
【００４６】
工程Ｓ４における流量低下は、いくつかの用途では、流れを完全に遮断するよりも好ましい場合がある。流路３０、６０における流量が低いと、特に、工程Ｓ６の後に流路３０、６０で生体試料の流れがもう一度再開される場合に、目詰まり、気泡形成などの危険性が低下する。
【００４７】
一実施形態では、図８の工程Ｓ１は、流入チャネル３０の第１の端部３２と第２の端部３４との間で上流の微小流体装置１の流入チャネル３０に生体試料の流れを誘導することを含む。
【００４８】
この実施形態は、図１に示すような上流の微小流体装置１に特に適する。そのため、そのような場合には、生体試料の流れは、流入チャネル３０で誘導され、確立される。生体試料が流入チャネル３０内を流れるとき、試料はまた、セルチャネル２０を通って、流出チャネル４０内に流れ、流体ポート４１を通って流出する。
【００４９】
セルチャネル２０は、標的細胞を収容するように適合される。これは、セルチャネル２０が、標的細胞がそれぞれの第１の端部２２を通ってセルチャネル２０に入ることを可能にする直径、幅及び高さなどのサイズ、並びに形状を有することを意味する。大きすぎるか、又はセルチャネル２０の断面寸法及び形状に適合しないサイズ、形状及び／又は剛性を有する混入粒子は、セルチャネル２０に入らず、むしろ流入チャネル３０で生体試料の流れ中に残る。
【００５０】
セルチャネル２０は、特定のサイズ、寸法、形状、形態又は剛性などの標的細胞がそれぞれの障害物２５を通過して流出チャネル４０に入るのを妨げるように設計されたそれぞれの障害物２５を含む。それぞれの障害物２５は好ましくは、セルチャネル２０の第２の端部２４で又はそれに近接して配置される。
【００５１】
特定の実施形態では、セルチャネル２０の寸法は、１００ｎｍ〜１００μｍの範囲である。
【００５２】
そのため、上流の微小流体装置１で標的細胞と混入粒子が分離される。大きな混入粒子、セルチャネル２０に適合しない断面形状を有する混入粒子、及び硬すぎて、セルチャネル２０の第１の端部２２に進入するために変形できない混入粒子は、セルチャネル２０に入ることができず、それによって、流入チャネル３０で生体試料中に残る。これに対応して、小さな混入粒子及び容易に変形する混入粒子は、セルチャネル２０に入ることができるが、障害物２５も通過し、流出チャネル４０に流入し、流体ポート４１を通って流出する。これは、上流の微小流体装置１が、セルチャネル２０内で標的細胞を主に捕捉するか、又はセルチャネル２０での標的細胞の濃縮を少なくとももたらすことを意味する。これは、標的細胞であるセルチャネル２０で捕捉された「粒子」の割合が、標的細胞である生体試料中の粒子の数と比較して著しく高いことを意味する。
【００５３】
微小流体装置１の基板１０は、複数の、すなわち、少なくとも２つ、最も一般的には数十、数百、又は数千又は数百万のセルチャネル２０を有し、セルチャネル２０は、流入チャネル３０と流出チャネル４０の間に延在している。セルチャネル２０は、好ましくは、図１に示されるように互いに平行であり、流入チャネル３０に流体接続された第１の端部２２と、流出チャネル４０と流体接続された対向する第２の端部２４とを備える。したがって、流入チャネル３０に存在する生体試料は、セルチャネル２０を通って流れ、さらに流出チャネル４０に流入し、流体ポート４１を通って流出し得る。この多数のセルチャネル２０は、流入チャネル３０の生体試料中に存在する標的細胞がセルチャネル２０で捕捉されるいくつかの機会を提供する。
【００５４】
上流の微小流体装置１は、混入粒子の少なくとも一部を除去するために、図２に示すようなプレフィルタ５０を備え、それにより、上流の微小流体装置１で標的細胞を捕捉するために使用されるセルチャネル２０に到達する可能性のあるそのような混入粒子の数を抑えるか又は少なくとも著しく低下させることができる。図２に示す上流の微小流体装置１及びプレフィルタ５０の重要な利点は、プレフィルタ５０が混入粒子によって詰まらされるか又は閉塞された場合にそれを洗浄できることである。したがって、生体試料が、プレフィルタ５０及び上流の微小流体装置１を目詰まりさせ得る多くのそのような混入粒子を含むとしても、プレフィルタ５０を洗浄して、そのような詰まらせる混入粒子を除去し、それにより上流の微小流体装置１中の生体試料から標的細胞を捕捉し続けることができる。
【００５５】
図２は、プレフィルタ５０を含む上流の微小流体装置１の図である。プレフィルタ５０は、第１の端部６２と第２の端部６４とを有するフィルタチャネル６０を備える。プレフィルタ５０はまた、標的細胞を収容するように適合されたプレフィルタチャネル７０を備える。プレフィルタチャネル７０のそれぞれの第１の端部７２は、フィルタチャネル６０と流体接続し、プレフィルタチャネル７０のそれぞれの第２の端部７４は、流入チャネル３０と流体接続する。
【００５６】
この実施形態では、図８の工程Ｓ１は、流入チャネル６０の第１の端部６２と第２の端部６４との間で上流の微小流体装置のフィルタチャネル６０に生体試料の流れを誘導することを含む。
【００５７】
混入粒子が入口を、すなわち、セルチャネル２０の第１の端部２２を塞ぐ危険性を防止又は少なくとも著しく低下させるために、及びそれにより生体試料中の任意の標的細胞がセルチャネル２０に入りその中で捕捉されることを阻止するために、プレフィルタ５０は、セルチャネル２０の上流に配置される。これは、プレフィルタ５０が、生体試料中に存在する混入粒子の少なくとも重要な部分を効果的に除去し、それにより、そのような混入粒子の数が流入チャネル３０及びセルチャネル２０に到達することを阻止又は低下させることを意味する。
【００５８】
図２に示すプレフィルタ５０の実施形態では、プレフィルタ５０は、好ましくは互いに平行である複数のプレフィルタチャネル７０を備える。これらのプレフィルタチャネル７０は、一実施形態では、セルチャネル２０が有するような障害物２５を有しないことを除いて、セルチャネル２０と実質的に同様であってよい。
【００５９】
次いで、プレフィルタチャネル７０は、セルチャネル２０と同じ断面サイズ及び形状を有するか、又は標的細胞がプレフィルタチャネル７０に入り流れ抜けることができる限り、異なるそのような断面サイズ及び／又は形状を有してよい。
【００６０】
プレフィルタチャネル７０は、フィルタチャネル６０の第１の端部７２から流入チャネル３０の第２に末端７４に向かって移動するときに、実質的に均一な断面サイズを有してよい。別の実施形態では、断面寸法サイズ及び／又は形状は、第１の端部７２から第２の端部７４へと連続的に又は１以上の工程でのいずれかで変化してよい。例えば、フィルタチャネル７０の直径、幅、又は高さは、第２の端部７４と比較して、第１の端部７２でより大きくてよい。プレフィルタチャネル７０のこの狭小化は連続的であってよく、すなわち第１の端部７２から第２の端部７４に向かうときに、直径、幅、又は高さを滑らかに減少させる。あるいは、プレフィルタチャネル７０の狭小化は、１以上の工程で段階的であり得る。
【００６１】
基板材料間に配置された平行なプレフィルタチャネル７０を有する実施形態は単に、プレフィルタ５０の例示的な例として見られるべきである。例えば、フィルタチャネルと流入チャネルの間でプレフィルタに複数のピラーを配置してよい。これらの複数のピラーは、ピラー間及びフィルタチャネルから流入チャネルへと延びるプレフィルタチャネルを形成する。一実施形態では、ピラーは、フィルタチャネルと流入チャネルの間のいわゆるプレフィルタ領域又はゾーンで均一に分散される。そのような実施形態では、隣接するピラー間のピラー間距離は、プレフィルタ領域又はゾーン全体にわたって実質的に同じである。代替的な実施形態では、ピラーは、フィルタチャネルと投入チャネルの間に延在し標的細胞がフィルタチャネルからプレフィルタ領域又はゾーンを通って流入チャネルに流入することを可能にするのに十分な寸法を有するプレフィルタチャネルがある限り、プレフィルタ領域又はゾーン上で多かれ少なかれランダムに分布してよい。
【００６２】
さらなる実施形態では、ピラー間の距離は、フィルタチャネルから流入チャネルに向かうときに、連続的に又は段階的に、プレフィルタ領域又はゾーン上で変化してよい。例えば、ピラー間の距離は、フィルタチャネル近くの隣接するピラー間に比べて、流入チャネル近くの隣接するピラー間でより小さくてよい。
【００６３】
別の実施形態では、プレフィルタ領域又はゾーンは、その間に開口部を有するフィルタ構造の列又はアレイを含む。これらの開口部は、それによって、標的細胞がフィルタ構造の列又はアレイを通過することを可能にする。
【００６４】
フィルタ構造の単一の列又はアレイは、プレフィルタ領域又はゾーンに配置してよい。これは単に、例示的な例として理解されるべきである。実際には、基本的にフィルタ構造のマトリクスを形成するために、次々に配置される複数のそのような列又はアレイを有することが可能である。そのような場合、異なる列のフィルタ構造は互いに整列されてよく、又は互いに少なくとも部分的にずれていてよい。前者の場合は、プレフィルタチャネルはフィルタ構造の開口部間で直線のチャネルであるが、後者の場合は、プレフィルタチャネルは、フィルタ構造の異なる列の中のずれた開口部間でジグザグである。
【００６５】
複数の列又はアレイのフィルタ構造の場合、隣接するフィルタ構造間の距離は、全ての列又はアレイで同じである、すなわち、均一な開口部を有してよい。あるいは、隣接するフィルタ構造間の距離は異なる列間で異なってよく、例えばより大きいそのような距離、それによって、その距離と比較してフィルタチャネルに近いフィルタ構造の列の開口部、及びそれによって、流入チャネルに近いフィルタ構造の列の開口部を有する。
【００６６】
図２でのような平行なプレフィルタチャネル７０、ピラー画定プレフィルタチャネル及びフィルタ構造間のプレフィルタチャネルを有するよりも、プレフィルタ領域又はゾーンにプレフィルタチャネル７０を形成するさらなる代替方法がある。本実施形態はそれにより、これらの例示的な実施例に限定されるものではない。例えば、フィルタチャネルと流入チャネルの間でプレフィルタ領域若しくはゾーンに配置される基板又は半透過性膜構造を通って延びる連続的な孔を、プレフィルタチャネルとして代替的に使用することができる。
【００６７】
動作中、生体試料の流れは、工程Ｓ１において、それぞれの端部６２、６４の間でフィルタチャネル６０に誘導される。生体試料はまた、プレフィルタチャネル７０に流入する。生体試料中に存在し、十分に大きなサイズ、形状及び／又は剛性を有する混入粒子は、プレフィルタチャネル７０の第１の端部７２に入ることを阻止され、それによってフィルタチャネル６０に残る。しかしながら、生体試料中に存在するいかなる標的細胞も、第１の端部７２に入り、プレフィルタチャネル７０を通って流入チャネル３０に流入する。プレフィルタチャネル７０のサイズ及び／又は寸法が変わる場合、混入粒子は実際には、大きすぎるか、又はさらにプレフィルタ領域若しくはゾーン７５を通ってプレフィルタチャネル７０の第２の端部７４に向かって流れるのを阻止する形状を有することに起因して、第１の端部７２を通ってプレフィルタチャネル７０に入ることができるが、その後、プレフィルタチャネル７０の長さに沿ってどこかに留まる可能性がある。
【００６８】
生体試料の流れは、流入チャネル３０からセルチャネル２０を通り、次いで、流出チャネル４０及び流体ポート４１に流出する。生体試料の流れに存在するいかなる標的細胞も、障害物２５の存在によりセルチャネル２０で捕捉される。
【００６９】
プレフィルタチャネル７０を目詰まりさせるか、かつ／又はプレフィルタチャネル７０の入口を遮断する混入粒子のため、プレフィルタ５０を洗浄する必要がある場合に、流入チャネル３０の流体ポート３１からフィルタチャネル６０のフィルタポート６１、６３を通って逆方向の流体流を確立することができる。次いで、流体は流入チャネル３０からプレフィルタチャネル７０を通って逆方向に、すなわち、第２の端部７４から第１の端部７２に向かい、その後にフィルタチャネル６０に流れる。その後、詰まっている混入粒子は、逆方向の流体流によって洗い流され、フィルタポート６１、６３を通って流出する。この逆方向の流れは、好ましくは、培地、洗浄培地又は他の液体などの、混入粒子を含まない流体流である。
【００７０】
プレフィルタ５０の洗浄中に、流入チャネル３０の流体ポート３１からの流れを有することにより、流体はまた好ましくは、セルチャネル２０に入り、流出チャネル４０を通り、流体ポート４１から流出する。プレフィルタ５０の洗浄中にセルチャネル２０を通るこの流れは、セルチャネル２０で捕捉された標的細胞を洗い流す危険性を低下させる。したがって、セルチャネル２０で既に捕捉された標的細胞はいずれも、洗浄プロセス中に保持される。
【００７１】
図３は、プレフィルタチャネル７０、９０の複数のセットを有する上流の微小流体装置１の別の実施形態の図である。本実施形態では、フィルタチャネル６０は上流のフィルタチャネル６０であり、プレフィルタチャネル７０は上流のプレフィルタチャネル７０である。プレフィルタ５０はまた、下流のフィルタチャネル８０と、標的細胞を収容するように適合された下流のプレフィルタチャネル９０とを備える。下流のプレフィルタチャネル９０のそれぞれの第１の端部９２は下流のフィルタチャネル８０と流体接続し、下流のプレフィルタチャネル９０のそれぞれの第２の端部９４は流入チャネル３０と流体接続する。この実施形態では、上流のプレフィルタチャネル７０のそれぞれの第１の端部７２は上流のフィルタチャネル６０と流体接続し、上流のプレフィルタチャネル７０のそれぞれの第２の端部７４は下流のフィルタチャネル８０と流体接続する。
【００７２】
この実施形態では、図８の工程Ｓ１は好ましくは、上流のフィルタチャネル６０の第１の端部６２と第２の端部６４の間で上流のフィルタチャネル６０に生体試料の流れを誘導することを含む。
【００７３】
そのため、図３に示す実施形態は、複数の、すなわち、少なくとも２つの、フィルタチャネル６０、８０とプレフィルタチャネル７０、９０のセットを有するプレフィルタ５０を備える。その後、これらのセットは、上流のフィルタチャネル６０と上流のプレフィルタチャネル７０の上流のセットと、下流のフィルタチャネル８０と下流のプレフィルタチャネル９０の下流のセットとを有し上流対下流が上流のフィルタチャネル６０から流出チャネル４０へ向かう流れ方向に関する基板１０で直列に配置される。
【００７４】
一実施形態では、下流のプレフィルタチャネル９０及び上流のプレフィルタチャネル７０は、同じ直径、幅及び高さ、並びに同じ断面形状を有する。これは、フィルタチャネル６０、８０とプレフィルタチャネル７０、９０の２セットが実質的に同じであることを意味する。別の実施形態では、下流のプレフィルタチャネル９０は、上流のプレフィルタチャネル７０と比較して、異なる直径、幅及び高さ並びに／又は断面形状を有してよい。特に、上流のプレフィルタチャネル７０は、下流のプレフィルタチャネル９０と比較して、より大きい直径又はより大きい高さ及び／若しくは幅を有する。
【００７５】
したがって、プレフィルタチャネル７０、９０の断面積は好ましくは、下流のプレフィルタチャネル９０と比較して上流のプレフィルタチャネル７０の方がより大きい。上流及び下流のプレフィルタチャネル７０、９０の少なくとも１つが狭くなる断面形状を有する場合、第２の端部７４における上流のプレフィルタチャネル７０の直径、幅及び／又は高さは好ましくは、第２の端部９４における下流のプレフィルタチャネル９０の直径、幅及び／又は高さよりも大きい。
【００７６】
上流と下流のプレフィルタチャネル７０、９０の両方は、第１の端部７２、９２から第２の端部７４、９４へ移動するときに、均一な断面形状及びサイズを有してよい。あるいは、上流及び下流のプレフィルタチャネル７０、９０の一方又は両方は、連続的に又は段階的に狭くなるプレフィルタチャネル７０、９０などの、第２の端部７４、９４と比較して第１の端部７２、９２において異なる断面形状及びサイズを有してよい。
【００７７】
複数のフィルタチャネル６０、８０及び複数のプレフィルタチャネル７０、９０を有するこの概念は当然ながら、異なる寸法を有する可能性のあるそのようなフィルタチャネル６０、８０とプレフィルタチャネル７０、９０の３以上のセットに拡張できる。
【００７８】
図３に示すプレフィルタ５０は、様々な実施形態によれば、混入粒子を詰まらせることなく洗浄できる。例えば、プレフィルタチャネル７０、９０の各セットを個別に洗浄できる。上流のプレフィルタチャネル７０の別々の洗浄は、下流のフィルタチャネル８０の端部に流体接続されたフィルタポート８１から下流のフィルタチャネル８０及び上流のプレフィルタチャネル７０及び上流のフィルタチャネル６０を通って、上流のフィルタチャネル６０のフィルタポート６１、６３から流出する逆方向の流れを指示することによって行うことができる。これに対応して、下流のプレフィルタチャネル９０の別々の洗浄は、流入チャネル３０の流体ポート３１から流入チャネル３０及び下流のプレフィルタチャネル９０及び下流のフィルタチャネル８０を通って、下流のフィルタチャネル８０のフィルタポート８１から流出する逆方向の流れを指示することによって行ってよい。
【００７９】
あるいは、２セットのプレフィルタチャネル７０、９０は、流入チャネル３０の流体ポート３１、流入チャネル３０から、下流のプレフィルタチャネル９０、下流のフィルタチャネル８０、上流のプレフィルタチャネル７０及び上流のフィルタチャネル６０を通って、その接続されたフィルタポート６１、６３のいずれか又は全てから流出する逆方向の流れを提供することによって、組み合わせた動作で洗浄できる。
【００８０】
工程Ｓ１で生体試料の流れが誘導される流路は、図１に示すようなプレフィルタ５０を欠く上流の微小流体装置１のための流入チャネル３０であるか、又は図２及び図３に示すようなプレフィルタ５０を備える上流の微小流体装置１のための（上流の）フィルタチャネル６０のいずれかであり得る。
【００８１】
いずれの場合においても、一実施形態では、図８の工程Ｓ１は、流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４の間で生体試料の前後の振動流を誘導することを含む。
【００８２】
この実施形態の特定の実施では、第１の流体リザーバ２は、流入チャネル３０の第１の端部３２と流体接続する第１の流体ポート３１に又は（上流の）フィルタチャネル６０の第１の端部６２と流体接続する第１のフィルタポート６１に接続される。第２の流体リザーバ４は好ましくは、流入チャネル３０の第２の端部３４と流体接続する第２の流体ポート３３に又は（上流の）フィルタチャネル６０の第２の端部６４と流体接続する第２のフィルタポート６３に接続される。そのような場合、流量制御装置２００は、第１の流体リザーバ２から第１の（流体又はフィルタ）ポート３１、６１を通って、フィルタチャネル（流入チャネル３０又は（上流の）フィルタチャネル６０を通って、第２の（流体又はフィルタ）ポート３３、６３から流出し、第２の流体リザーバ４に流入する生体試料の流れを誘導するように構成できる。その後、流量制御装置２００は、生体試料の流れを逆方向で、すなわち、第２の流体リザーバ４から第２の（流体又はフィルタ）ポート３３、６３を通って、流路（流入チャネル３０又は（上流の）フィルタチャネル６０）を通って、第１の（流体又はフィルタ）ポート３１、６１から流出し、第１の流体リザーバ２に流入するように構成される。
【００８３】
別の実施形態では、図８の工程Ｓ１は、流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４の間で、かつ図４に示す流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４とを相互接続する流体接続器３５を介して生体試料の円形流を誘導することを含む。
【００８４】
この実施形態では、流量制御装置２００は、第１の流体又はフィルタポート３１、６１と第２の流体又はフィルタポート３３、６３の間でなどの、生体試料の円形流を誘導するように構成される。その後、生体試料は、前後に振動するのではなく、一方の及び同じ方向に流れる。そのような場合、図４に概略的に示されるように、第１の流体又はフィルタポート３１、６１と第２の流体又はフィルタポート３３、６３の間に流体接続が存在する。この流体接続器３５は、好ましくは、生体試料を含有するように適合された少なくとも１つの流体リザーバ（図示せず）を備える。流体接続器３５は、基板１０中の管又はチャネルなどの、そこで生体試料が流れることができる任意の接続であり得る。
【００８５】
いずれの場合においても、生体試料は、流路３０、６０を流れることができ、それによって、セルチャネル２０の中に存在する任意の標的細胞を捕捉する機会を増加させる。加えて、流量制御装置２００の制御による流路３０、６０における生体試料の流れは、生体試料中の標的細胞の培養を可能にする。これは、生体試料が最初に非常に少ない標的細胞を含む場合であっても、培養は、これらの標的細胞が生体試料の振動又は円形流中に成長及び増殖するのを可能にすることを意味する。したがって、セルチャネル２０中で標的細胞を捕捉する機会は、それにより経時的に増大する。
【００８６】
上流の微小流体装置１が適切な流体リザーバ２、４及び流体接続器３５を備えるか、又はそれらに接続可能である場合に、振動流と円形流との間で切り替えることが可能である。
【００８７】
一実施形態では、流量制御装置２００は、圧力駆動された流れを提供する圧力制御装置である。そのような場合、圧力制御装置は、流体ポート３１、３３、４１及びフィルタポート６１、６３に印加される流体圧力を制御して、流体流の方向を制御するように構成される。
【００８８】
使用できる非限定的であるが、例示的なそのような圧力制御装置VEABの例は、ＦｅｓｔｏＡＧによる比例圧力調整器である。
【００８９】
他の流量制御の解決法は、流体流の方向を制御するためにバルブと接続する１以上のポンプを使用することを含んでよい。
【００９０】
工程Ｓ２におけるセルチャネル２０の監視は、セルチャネル２０の少なくとも１つの画像を取得することを含んでよい。単一の時点で単一の画像を取得するか、又は複数の時点で複数の画像を取得することができる。
【００９１】
特定の実施形態では、少なくとも１つの画像は、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ若しくは相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）カメラなどのカメラに接続された、位相コントラスト顕微鏡などの顕微鏡、又は蛍光用共焦点走査システム、ラマン撮像、コヒーレントアンチストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）、刺激ラマン散乱（ＳＲＳ）、並びに死細胞及び生細胞にスペクトル変化を与える類似の化学的感受性技術を用いて取得される。これは、化学的に特異的なプローブ及び色素などの、成長培地へのコントラスト増強添加物を伴う又は伴わない、１つ又はいくつかの波長での測定値を含む。
【００９２】
画像は必ずしも領域の２Ｄ写真である必要はなく、例えば、上流の微小流体装置１での選択された位置におけるライン走査に対応してもよい。
【００９３】
セルチャネル２０を通る導電率の測定又は電子測定装置を用いるセルチャネル２０での熱生成などの、セルチャネル２０における標的細胞の存在を検出する他の技術を、セルチャネル２０の画像を取得する代わりに、又はその相補物として使用できる。
【００９４】
上流の微小流体装置１で捕捉された標的細胞が、図８の工程Ｓ６で逆方向の流体流を適用することによって、下流の微小流体装置１００に移送されると、下流の微小流体装置１００のセルチャネル１２０で捕捉された標的細胞を特徴付けることができる。そのような細胞の特徴付けの実施形態が図９に示されている。
【００９５】
本方法は図８の工程Ｓ６から続く。次の工程Ｓ１０は、下流の微小流体装置１００における流入チャネル１３０の第１の端部１３２及び／又は第２の端部１３４で、試験剤を含むか又は構成する流体培地を適用することを含む。次の工程Ｓ１１は、セルチャネル１２０で標的細胞を監視することを含む。試験剤に対する標的細胞の表現型応答を、セルチャネル１２０での標的細胞の監視に基づいて工程Ｓ１２において決定する。
【００９６】
そのため、下流の微小流体装置１００は、標的細胞の試験剤への表現型応答などの、生体試料中に存在する標的細胞の表現型特徴を監視又は分析するのに有用である。
【００９７】
試験剤は、任意の分子、化合物、組成物、又は分子、化合物若しくは組成物の混合物であり得る。関連する実施形態では、標的細胞はより一般的に、セルチャネル１２０で１以上の刺激にさらされる。そのような１以上の刺激は、必ずしも試験剤である必要はないが、代わりに、温度変化などの環境条件の変化であり得る。そのため、１以上の刺激に対する標的細胞の表現型応答がその後、決定される。
【００９８】
工程Ｓ１２で試験剤に対する標的細胞の表現型応答を決定することは、標的細胞についての成長速度、形状、サイズ、経時的な成長速度を規定する成長速度曲線の形、経時的な細胞長を規定する長さ曲線の形、経時的な細胞面積を規定する面積曲線の形、色、光学密度、吸収スペクトル、導電性、熱生成又はそれらの混合物の少なくとも１つを決定することを含んでよい。
【００９９】
工程Ｓ１２における標的細胞の表現型応答の決定は好ましくは、工程Ｓ１１において、セルチャネル１２０中の標的細胞を１回又は複数の時点で監視することに基づいて行われる。そのため、試験剤への標的細胞の特定の表現型応答に応じて、工程Ｓ１１で標的細胞を１回又は複数の時点で監視することが十分であろう。
【０１００】
工程Ｓ１１における標的細胞の監視は、セルチャネル１２０中の標的細胞の少なくとも１つの画像を取得することを含んでよい。単一の時点で単一の画像を取得することができるか、又は複数の時点で複数の画像が取得される。
【０１０１】
第１の実施例では、試験剤は抗生物質である。この実施例では、セルチャネル１２０での標的細胞の監視に基づいて、工程Ｓ１２において、細菌などの標的細胞の抗生物質に対する感受性を決定できる。
【０１０２】
第２の実施例では、試験剤は細胞増殖抑制剤である。そのような実施例では、セルチャネル１２０での標的細胞の監視に基づいて、工程Ｓ１２において、癌細胞などの標的細胞の細胞増殖抑制剤への感受性を決定できる。
【０１０３】
第３の実施例では、試験剤は、蛍光インサイツハイブリダイゼーション（ＦＩＳＨ）プローブなどのプローブである。そのような場合、ＦＩＳＨプローブは、セルチャネル１２０での標的細胞の監視に基づいて、セルチャネル１２０で捕捉された特定の標的細胞を識別するために使用できる。異なるそのようなＦＩＳＨプローブは異なる標的細胞を標的とし、それにより、ＦＩＳＨプローブが標的細胞に特異的に結合するか否かに応じて標的細胞の独自性を決定することを可能にする。ＦＩＳＨプローブは、２３ＳｒＲＮＡなどの種特異的ＲＮＡ又はＤＮＡ配列を標的にできる。血液培養物中の微生物を識別するためのＦＩＳＨプローブを使用するより多くの情報については、ｋｅｍｐｆら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ  ２０００、３８（２）：８３０−８３８で言及されている。異なる細菌に適合されたＦＩＳＨプローブは、ｈｔｔｐ：／／ｐｒｏｂｅｂａｓｅ．ｃｓｂ．ｕｎｉｖｉｅ．ａｃ．ａｔ／ｎｏｄｅ／８で見出すことができる。
【０１０４】
種の識別は有利には、上記の実施例のいずれかに従って、試験剤に対する標的細胞の表現型応答の決定と組み合わせることができる。そのような場合、種の識別は好ましくは、抗生物質又は細胞増殖抑制剤に対する表現型応答の後に行われる。このようにして、種の識別は、セルチャネル１２０中の試験剤に対する表現型応答の解釈を容易にすることができ、それは生体試料が種又は株の標的細胞の混合物を含む場合に特に有利である。
【０１０５】
一実施形態では、生体試料は、全血試料、希釈血液試料又は血液培養試料などの血液試料である。生体試料の他の例は、尿試料、唾液試料、糞便試料、脳脊髄液試料、羊水試料、乳試料、痰由来試料又はリンパ試料などの他の体液試料を含む。あるいは、生体試料は、生検などの身体組織から得ることができる。他の例は、細菌混入について試験される食品試料、乳棒炎試験のためのウシ、ヤギ又は他の乳生成動物由来の乳を含む。実際には、本実施形態によれば、細胞を含み、微小流体装置内に投入することができる任意の生体試料を使用できる。
【０１０６】
図５及び図６は、２セットなどの複数の、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル１２０Ａ、１２０Ｂのセットを有する基板１１０を備えた下流の微小流体装置１００を示す。複数のセットの各セットは、それぞれの第１の流体ポート１３１Ａ、１３１Ｂと流体接続するそれぞれの第１の端部１３２Ａ、１３２Ｂと、それぞれの第２の流体ポート１３３Ａ、１３３Ｂ又は共通の第２の流体ポート１３３と流体接続するそれぞれの第２の端部１３４Ａ、１３４Ｂとを有するそれぞれの流入チャネル１３０Ａ、１３０Ｂを有する。複数のセットの各セットは、それぞれの第３の流体ポート１４１Ａ、１４１Ｂ又は共通の第３の流体ポート１４１と流体接続するそれぞれの流出チャネル１４０Ａ、１４０Ｂを有する。
【０１０７】
そのような下流の微小流体装置１００は、１セットの流体チャネル１２０Ａにおける試験剤に対する捕捉された標的細胞の表現型応答を試験するために使用でき、一方で別のセットの流体チャネル１２０Ｂは対照として使用され、すなわち、その中に捕捉された任意の標的細胞は試験剤にさらされないか、又は別の試験剤にさらされる。
【０１０８】
これらの実施形態では、第１のセットのセルチャネル１２０Ａで捕捉された標的細胞は試験剤にさらされるが、第２のセットのセルチャネル１２０Ｂで捕捉された標的細胞は試験剤にさらされない。
【０１０９】
図５及び図６に示される下流の微小流体装置１００の実施形態の利点は、同じ基板１１０に複数のセットのセルチャネル１２０Ａ、１２０Ｂを有することによって内部対照を有することが可能であることである。
【０１１０】
図５から図６に示す様々な実施形態を、組み合わせかつ変更してよい。例えば、図６に示すような共通の第２の流体ポート１３３を、図５に示すような共通の第３の流体ポート１４１と共に使用できる。さらに、図６に示すようなそれぞれの第３の流体ポート１４１Ａ、１４１Ｂの使用を、図５の下流の微小流体装置１００で使用できる。
【０１１１】
図４は、下流の微小流体装置１００と共に上流の微小流体装置１を示す。図はまた、上流の微小流体装置１の流入チャネル３０の端部３４の１つを、下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０の端部１３２の１つ又は図４に示すような流体接続器３５又は図７に示すような流体リザーバ４と接続する切り替え可能な流体接続器６を概略的に示す。
【０１１２】
上流の微小流体装置１は、図１〜３に示されるように、本明細書に開示される実施形態のいずれかに従ってよい。これに対応して、下流の微小流体装置１００は、図１、図５、図６に示されるような本明細書に開示される実施形態のいずれかに従ってよい。
【０１１３】
２つの微小流体装置１、１００は、それぞれの別々の基板１０、１１０を含んでよい。あるいは、２つの微小流体装置１、１００は、上流と下流の微小流体装置１、１００の両方の全てのチャネル２０、３０、４０、１２０、１３０、１４０を含む１つ及び同じ基板に設けることができる。流体ポート３１、３３、４１、１３１、１３１、１３３、１４１（及び上流の微小流体装置１がプレフィルタ５０を含む場合には、フィルタポート６１、６３、８１）は、基板（複数可）１０、１１０に設けられるか、又は基板（複数可）１０、１１０の外側に配置されてよく、その後、管などのそれぞれの流体接続を使用してチャネル３０、４０、１３０、１４０と流体接続される。
【０１１４】
上流及び下流の微小流体装置１、１００の基板（複数可）１０、１１０は、プラスチック材料などの任意の材料で作られてよく、そこでセルチャネル２０、１２０、流入チャネル３０、１３０、流出チャネル４０、１４０及び必要に応じてプレフィルタ５０を構成する構造を画定することができる。
【０１１５】
基板（複数可）１０、１１０に適する材料の非限定的な例は、ＺＥＯＮ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｌ．Ｐ．により市販されている環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）であるＺＥＯＮＥＸ（登録商標）及びＺＥＯＮＯＲ（登録商標）並びにＴｏｐａｓ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓによって販売されている環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）であるＴＯＰＡＳ（登録商標）を含む。これらの材料は、透過性及び背景の蛍光の点で優れた光学特徴を有する。それらはまた、加熱される場合に良好な流れの特徴を有し、したがって微小流体装置の基板の形成を可能にする小さな構造を複製し得る。
【０１１６】
基板（複数可）１０、１１０に適する材料の他の例は、ガラス、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及びポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）を含む。
【０１１７】
基板１０、１１０は、好ましくは透明であり、基板１０、１１０を通る撮像を可能にする。
【０１１８】
一実施形態では、共通の蓋又は別々の蓋（図示せず）が、基板（複数可）１０、１１０上に配置される。その後、蓋（複数可）は、基板（複数可）１０、１１０で画定されるチャネル２０、３０、４０、１２０、１３０、１４０のためのカバー又は蓋として機能する。蓋（複数可）は、プラスチック材料又はガラスで作られてよい。蓋（複数可）は、好ましくは透明であり、蓋（複数可）を通る撮像を可能にする。
【０１１９】
図７は、微小流体装置１に接続された流量制御装置２００を概略的に示す。この流量制御装置２００は好ましくは、上流の微小流体装置と下流の微小流体装置の両方の流れを制御するために使用される。あるいは、別々の流量制御装置２００を、２つの微小流体装置中の流体流を制御するために使用できる。流量制御装置２００は好ましくは、微小流体装置１の全ての流体ポート（及びフィルタポート）に接続される。接続は、流量制御装置２００と流体ポート（及びフィルタポート）の間の直接接続であるか又は図７に概略的に示されているようにそれぞれの流体リザーバ２、３、４、５を介してよい。
【０１２０】
本実施形態の別の態様は、生体試料から標的細胞を捕捉するためのシステムに関する。システムは、上流の微小流体装置１と、下流の微小流体装置１００と、流体接続器６と、流量制御装置２００とを備える。上流の微小流体装置１は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル２０を有する基板１０と、第１の端部３２及び第２の端部３４を有する流入チャネル３０と、流体ポート４１と流体接続する流出チャネル４０とを備える。セルチャネル２０のそれぞれの第１の端部２２は流入チャネル３０と流体接続し、セルチャネル２０のそれぞれの第２の端部２４は流出チャネル４０と流体接続する。セルチャネル２０は、標的細胞がそれぞれの障害物２５を通過して流出チャネル４０に入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物２５を備える。下流の微小流体装置１００は、標的細胞を収容するように適合されたセルチャネル１２０を有する基板１１０と、第１の端部１３２及び第２の端部１３４を有する流入チャネル１３０と、流体ポート１４１と流体接続する流出チャネル１４０とを備える。セルチャネル１２０のそれぞれの第１の端部１２２は流入チャネル１３０と流体接続し、セルチャネル１２０のそれぞれの第２の端部１２４は流出チャネル１４０と流体接続する。セルチャネル１２０は、標的細胞がそれぞれの障害物１２５を通過して流出チャネル１４０に入るのを阻止するように設計されたそれぞれの障害物１２５を備える。流量制御装置２００は、流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４の間で上流の微小流体装置１の流路３０、６０に標的細胞を含む生体試料の流れを誘導するように適合される。
【０１２１】
流体接続器６は、少なくとも最小数の標的細胞が上流の微小流体装置１のセルチャネル２０で捕捉されたときに、上流の微小流体装置１の流入チャネル３０の第１の端部３２及び／又は第２の端部３４を、下流の微小流体装置１００の流入チャネル１３０の第１の端部１３２及び／又は第２の端部１３４に相互接続するように適合される。流量制御装置２００は、少なくとも最小数の標的細胞が上流の微小流体装置１のセルチャネル２０で捕捉されたときに、流路３０、６０における生体試料の流れを低下させ、上流の微小流体装置１の流体ポート４１で流体培地を適用して、上流の微小流体装置１のセルチャネル２０に捕捉された標的細胞を放出し、下流の微小流体装置１００のセルチャネル１２０に標的細胞を移送するように適合される。
【０１２２】
一実施形態では、流量制御装置２００は、少なくとも最小数の標的細胞が上流の微小流体装置１のセルチャネル２０で捕捉されたときに、流路３０、６０における生体試料の流れを中断するように適合される。
【０１２３】
一実施形態では、流量制御装置２００は、流入チャネル３０の第１の端部３２と第２の端部３４との間で上流の微小流体装置１の流入チャネル３０に生体試料の流れを誘導するように適合される。
【０１２４】
一実施形態では、上流の微小流体装置１はプレフィルタ５０を備える。プレフィルタ５０は、第１の端部６２及び第２の端部６４を有するフィルタチャネル６０と、標的細胞を収容するように適合されたプレフィルタチャネル７０とを備える。プレフィルタチャネル７０のそれぞれの第１の端部７２はフィルタチャネル６０と流体接続し、プレフィルタチャネル７０のそれぞれの第２の端部７４は流入チャネル３０と流体接続する。そのような実施形態では、流量制御装置２００は、フィルタチャネル６０の第１の端部６２と第２の端部６４との間で上流の微小流体装置１のフィルタチャネル６０に生体試料の流れを誘導するように適合される。
【０１２５】
一実施形態では、フィルタチャネル６０は上流のフィルタチャネル６０であり、プレフィルタチャネル７０は上流のプレフィルタチャネル７０である。次いで、プレフィルタ５０はまた、下流のフィルタチャネル８０と、標的細胞を収容するように適合された下流のプレフィルタチャネル９０とを含む。上流のプレフィルタチャネル７０のそれぞれの第１の端部７２は上流のフィルタチャネル６０と流体接続し、上流のプレフィルタチャネル７０のそれぞれの第２の端部７４は下流のフィルタチャネル８０と流体接続し、下流のプレフィルタチャネル９０のそれぞれの第１の端部９２は下流のフィルタチャネル８０と流体接続し、下流のフィルタチャネル９０のそれぞれの第２の端部９４は流入チャネル３０と流体接続する。この実施形態では、流量制御装置２００は、上流のフィルタチャネル６０の第１の端部６２と第２の端部６４との間で上流の微小流体装置１の上流のフィルタチャネル６０に生体試料の流れを誘導するように適合される。
【０１２６】
一実施形態では、流量制御装置２００は、流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４との間で生体試料の前後の振動流を誘導するように適合される。
【０１２７】
一実施形態では、流量制御装置２００は、流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４との間で、及び流路３０、６０の第１の端部３２、６２と第２の端部３４、６４とを相互接続する流体接続器３５を介して生体試料の円形流を誘導するように適合される。
【０１２８】
一実施形態では、システムは、上流の微小流体装置１００中のセルチャネル２０の少なくとも１つの画像を取得するように適合された顕微鏡ベースの撮像システムをさらに含む。
【０１２９】
一実施形態では、流量制御装置２００は、下流の微小流体装置１００中の流入チャネル１３０の第１の端部１３２及び／又は第２の端部１３４で、試験剤を含むか又は構成する流体培地を適用するように適合される。
【０１３０】
一実施形態では、下流の微小流体装置１００の基板１１０は、標的細胞を収容するように適合された複数のセットのセルチャネル１２０Ａ、１２０Ｂを有する。複数のセットの各セットは、それぞれの第１の流体ポート１３１Ａ、１３１Ｂに流体接続されたそれぞれの第１の端部１３２Ａ、１３２Ｂと、それぞれの第２の流体ポート１３３Ａ、１３３Ｂ又は共通の第２の流体ポート１３３と流体接続するそれぞれの第２の端部１３４Ａ、１３４Ｂとを有するそれぞれの流入チャネル１３０Ａ、１３０Ｂを有する。複数のセットの各セットは、それぞれの第３の流体ポート１４１Ａ、１４１Ｂ又は共通の第３の流体ポート１４１と流体接続されたそれぞれの流出チャネル１４０Ａ、１４０Ｂを有する。そのような実施形態では、流量制御装置２００は、複数のセットの第１のセットの第１の流体ポート１３１Ａに試験剤を含むか又は構成する流体培地を適用し、複数のセットの第２のセットの第１の流体ポート１３１Ｂに試験剤を欠く流体培地又は別の試験剤を含むか若しくは構成する流体培地を適用するように適合される。
【０１３１】
図１０は、上流及び下流の微小流体装置の複数のシステムを含むディスクを概略的に示す。そのようなアプローチは、複数の生体試料の並列での自動化及び効率的な分析を可能にする。例えば、１つの投入ステーション又はロボットを使用して、所与の位置で生体試料を投入することができる。次にディスクを回転させて、新しいシステムをこの投入位置と整列させる。これに対応して、顕微鏡ベースの撮像システムを所与の監視位置に配置して、セルチャネルで捕捉された標的細胞を監視できる。その後、監視セッションが開始されると、ディスクを回転させて異なるシステムを撮像システムと整列させることができる。
【０１３２】
例えば、複数のシステムをディスク上に含めることにより、ポンプ及び流量制御装置の効率的な使用がさらに可能になり、これは異なるシステムによって共有されてよい。
【０１３３】
上記の実施形態は、本発明のいくつかの例示的な実施例として理解されるべきである。当業者なら、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改変、組み合わせ及び変更が実施形態に対してなされ得ることを理解するであろう。特に、異なる実施形態における異なる部分の解決法を、技術的に可能である他の構成で組み合わせることができる。しかしながら、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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