(57)【要約】【課題】  選択された微小物体を分類することを可能にする。【解決手段】  微小物体７６、７８、８０を分類するためのシステム１０、１００であって、流入口６８および流出口７０を有する流路６６を含み、この流路は、流体の流れが層流となることを可能にするように構成される。システムは、流路内の微小物体を検出することを可能にし、それらの位置を判定することをさらに可能にする検出システム５２をさらに含む。システムは、位置を受信し、それに応じて、選択された微小物体に向けて光ビームを「発射し、」それにより、それらを新たな位置内へと「押す」ように、光ビームの光源を制御する、コンピュータ等のコントローラ６７をさらに含む。より具体的な実施形態では、検出システムは、異なる微小物体に異なるカテゴリをさらに指定し、それにより、複数のカテゴリに基づく分類を可能にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体（７６、７８、８０）を分類するためのシステム（１０、１００）であって、
流入口（６８）および流出口（７０）を有し、前記流入口と前記流出口との間で流体の流れが層流になり得るように形成されている流路（６６）と、
前記流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するための検出システム（５２）であって、前記流路内に懸濁された１つ以上の微小物体の前記１つ以上の位置のセットを判定するように構成される検出システム（５２）と、
独立して空間的に制御可能であり、前記流路内へ伝播する複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を供給する手段（４２）と、
前記検出システム（５２）から前記１つ以上の位置のセットを取得し、
前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、前記１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、前記１つ以上の位置のセットに基づいて前記複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を制御するように構成されるコントローラ（６７）とを有し、
前記力は、主軸（ｚ）と平行な成分を有する方向を有しているとともに、前記微小物体を前記主軸（ｚ）に沿って空間的に変位させることによって前記微小物体を分類し得るように、前記主軸は前記電磁放射ビームと平行であり、かつ前記流体の流れの方向（ｘ）と直交している、前記システム。
【請求項２】
前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは集束されない、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記力は散乱力である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を供給する手段（４２）は、複数の上方電磁放射ビームおよび下方電磁放射ビームを供給するように構成されており、前記上方電磁放射ビームおよび下方電磁放射ビームは、前記微小物体に前記力を及ぼすように制御される逆向きに伝播するビームを形成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記流路は、前記主軸に沿って分布する複数の流出口を有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記流路は、室温における純水の流れが４０００未満のレイノルズ数を有するように形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の電磁放射ビームを供給するための手段は、一般化位相コントラスト機構および回折光学素子のうちのいずれか１つを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、前記１つ以上の位置のセットを、前記流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定的セットとして判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、前記流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定的セットにそれぞれ対応する、１つ以上の位置の複数のセットを判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは、前記微小物体をそれらのカテゴリに従って前記主軸に沿って空間的に変位させることによって、異なるカテゴリ内の前記微小物体を分類し得るように構成されている、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムは、前記流体の再循環を可能にするためのループを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは、非発散性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記微小物体が前記流路（６６）内に懸濁されている間、前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、前記１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、前記コントローラ（６７）は、前記１つ以上の位置のセットに基づいて前記複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を制御するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記システムはさらに、前記流体を駆動して前記流路を通過させるためのポンプシステムを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ポンプシステムは、前記検出システムおよび／または前記コントローラの動作ステータスに応じて前記流れを停止および始動させるように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記流路は、流体力学的集束および／または流体力学的発散を可能にするように形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
微小物体を分類するための方法であって、
流入口および流出口を有する流路内に、１つ以上の微小物体を含む流体の層流を供給するステップと、
前記流路内の前記１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するステップと、
独立して空間的に制御可能であり、前記流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給するステップと、
前記複数の電磁放射ビーム内のうちの各電磁放射ビームが、前記１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、前記１つ以上の位置のセットに基づいて前記複数の電磁放射ビームを制御するステップとを有し、
前記力は、主軸と平行な成分を有する方向を有しているとともに、前記微小物体を前記主軸に沿って空間的に変位させることによって前記微小物体を分類し得るように、前記主軸は前記電磁放射ビームと平行であり、かつ前記流体の流れの方向（ｘ）と直交している、前記方法。
【請求項１８】
微小物体を分類するための請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のシステムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小物体を分類するためのシステムに関し、特に、電磁放射を用いて微小物体を分類するためのシステム、方法、およびこのようなシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途のために、微小物体を時間的に効率のよい方法で分類することができれば有利であろう。一例として、血中循環腫瘍細胞（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ  Ｔｕｍｏｒ  Ｃｅｌｌ、ＣＴＣ）を単離するための細胞の分類が挙げられる。
【０００３】
参考文献である国際公開第２００６／０７８７５９号には、マイクロ流体または流体系における光学的勾配力を用いて、異成分からなる流体運搬サンプルから特定の部分を選択する方法および装置を用いることが記載されている（特許文献１）。サンプルはサイズの範囲が数ナノメートルから少なくとも数十マイクロメートルに及んでもよく、任意の流体媒体内に分散してよく、サイズ、形状、光学特性、電荷、およびその他の物理的特性に基づいて分類されてもよい。選択プロセスは、流動流体によって駆動される、光強度場を通過する受動輸送を含み、そのため、競合技術を上回るいくつかの利点を提供する。これらには、バッチ方式動作ではなく連続的な動作、連続的かつ動的な調整可能性、広範なサンプルにわたる動作、コンパクトさ、およびコストの低さが挙げられる。
【０００４】
時間的に効率のよいシステムを提供すれば有利となるであろう。
【０００５】
それゆえ、改善されたシステムが有利であろう。特に、より時間的な効率がよく、かつ／または信頼性の高いシステムが有利であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００６／０７８７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明のさらなる目的は、従来技術に対する代替物を提供することである。
【０００８】
特に、時間的な効率のよさによって上述した従来技術の問題を解決するシステムを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
それゆえ、上述の目的およびいくつかのその他の目的は、本発明の第１の態様において、以下のような微小物体を分類するためのシステムを提供することによって達成されるようになっている。当該システムは、
流入口および流出口を有し、流入口と流出口との間で流体の流れが層流になり得るように形成されている流路と、
この流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するための検出システムであって、流路内に懸濁された１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するように構成される検出システムと、
独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給する手段と、
検出システムから１つ以上の位置のセットを取得し、
複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビームを制御するように構成されるコントローラとを有し、
力は、主軸と平行な成分を有する方向を有しているとともに、微小物体を主軸に沿って空間的に変位させることによって微小物体を分類し得るように、主軸は電磁放射ビームと平行であり、かつ流体の流れの方向と直交している。
【００１０】
本発明は、以下のものに限定されるわけではないが、特に、時間的に効率のよい方法で微小物体を分類する能力を有するシステムを得るために有利となり得る。
【００１１】
「微小物体」によっては、１ナノメートル〜１ミリメートルの範囲、例えば１ナノメートル〜１００マイクロメートルの範囲、例えば１ナノメートル〜１０マイクロメートルの範囲、例えば１ナノメートル〜１マイクロメートルの範囲内などの、長さ、幅および高さを有する粒子、ビーズまたはマイクロデバイス等の、顕微鏡的寸法の物体と理解される。
【００１２】
「電磁放射」（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ、ＥＭＲ）は当技術分野において周知である。電磁放射は、電波、マイクロ波、赤外線、可視領域内の電磁放射（人間が「光」として知覚する、または見るもの）、紫外線、Ｘ線およびガンマ線等の、異なる波長範囲に対応するさまざまな種類等の、さまざまな種類の電磁変動を含むものと理解される。光学（ｏｐｔｉｃａｌ）という用語は、光に関するものとして理解されるべきである。電磁放射は、白熱灯、レーザおよびアンテナ等の、種々の光源からの放射を含むものとも理解される。電磁放射は、光子として知られる素粒子の形で量子化されていてもよいことが当技術分野において一般に知られている。本出願では、用語「光（ｌｉｇｈｔ）」および「光学（ｏｐｔｉｃａｌ）」は例示的な目的のために用いられている。「光」または「光学」が用いられている場合、それは単に電磁放射の一例として用いられているのにすぎないと理解され、「光」または「光学」に言及されている場合、本発明はその他の波長幅にも適用可能であると理解される。
【００１３】
本システムの利点は、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、微小物体に対して、電磁放射ビームと平行で、かつ流体の流れの方向と直交する方向の成分を有する力を及ぼし得るように、複数の電磁放射ビームを制御することにより、時間的に効率のよい方法で微小物体を主軸に沿って空間的に変位させることによって分類することが可能になることである。時間効率がよい１つの理由は、光散乱力を利用することによって、微小物体は比較的高速に移動され得るためである。時間効率がよい別の理由は、複数の電磁放射ビームを利用することによって、複数の微小物体が移動され得ること、例えば同時に移動されることなど、である。時間効率のよさの別の理由は、独立して空間的に制御可能である複数の電磁放射ビームを利用することによって、個々の電磁放射ビームは、移動されるべき微小物体に対応する位置へ移動されてもよく、この方が、微小物体を移動させるよりも、あるいは（流体内の）流体力、および／または重力のような、微小物体に印加される力によって微小物体が特定の位置へ移動するのを待つことよりも、高速になり得ることである。それゆえ、本発明の基本的洞察は、微小物体は、（微小物体を光ビームの伝播の方向に移動させる）独立して操作可能な入射光ビームの散乱力を用いて比較的高速に移動させることが可能であり、これは、層流を可能にするように形成されたフローセル内に適用された時に活用されてもよいという洞察として説明される。
【００１４】
微小物体が流路内に懸濁されている間に、微小物体の位置を判定することの利点は、微小物体が流路に入った直後に、すなわち、微小物体が、例えば重力や浮力などによって、流路の底面や上面のような流路の壁等の流路の境界表面に定着するのを待つことなく、位置を判定することができることである。別の利点は、微小物体は好ましくは、分類の間、懸濁された状態に維持されなければならないほど、微小物体は壊れやすく、または損傷を受けやすくてもよく、あるいは固体表面と一旦接触すると性質を変えてしまうものであってもよい。
【００１５】
「懸濁（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）」によっては、微小物体が流路内で流体相に維持されること、例えば流路内に浮遊した状態、例えば重力や浮力によって流路の外壁に隣接して位置していない状態、例えばそれと接触していない状態に維持されていることと理解される。特定の実施形態では、流路は、懸濁された微小物体を有する流体であって、微小物体は、ある期間の後、最終的に重力によって流路の底面に定着するか（沈殿）、または浮力によって流路の上面に定着する（クリーミング）であろう流体のような、懸濁液を含むと理解される。他の特定の実施形態では、流路は、例えば、懸濁された微小物体を有する流体であって、微小物体が、例えば沈殿するなど、実際に定着する、または別の様態で溶液から沈む流体のような、コロイド懸濁液等のコロイドを含むと理解される。
【００１６】
「微小物体の分類」によっては、１つ以上の微小物体の物理的分離と理解される。微小物体は、関心のある微小物体を移動させること、例えば単離することなど、またはその逆、すなわち関心のない微小物体を除去することによって、分類されてもよい。より高度の実施形態では、分類は、２つを超えるグループに分類すること、すなわち、関心のある微小物体と関心のない微小物体とに分類するだけでなく、微小物体を異なるグループに細分して分類することを含んでもよいことがさらに理解される。
【００１７】
「流路」によっては、例えば、管、固体要素内の中空流路、壁によって境界される流路のような、流体のための通路と理解される。
【００１８】
「流入口」によっては、流体が流路に入る通過孔のような、入口と理解される。
【００１９】
「流出口」によっては、流体が流路を出る通過孔のような、出口と理解される。
【００２０】
「流入口と流出口との間で流体の流れが層流になり得るように形成されている」によっては、流路の形状および寸法は、流体の流れが層流になるような特徴のものであることと理解される。「層流」によっては、流体の流れにおいて、流体は、平行な層内で、層間での途絶を生じることなく流れることが理解される。すなわち、微小物体を予測不可能な態様で流れと直角に移動させるカオス的な乱流はほとんどまたは全くないため、微小物体が流体の流れにおいて所定の場所を占有していれば、このとき、下流の物体の位置は前もって分かる。それゆえ、層流を有することの利点は、微小物体が特定の位置へ移動されるかまたはそこに保持されれば、このとき、下流の微小物体の位置を予測することができることであってよい。それゆえ、層流は、関心のある物体を流路内の特定の領域内にグループ分けすることによって微小物体の分類を可能にする。
【００２１】
「検出システム」によっては、流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定する能力を有するシステムと理解される。より具体的には、検出システムは、流路内の複数の微小物体の存在および位置を判定する能力を有するシステムである。
【００２２】
より具体的な実施形態では、検出システムは、例えば流路内に自由に懸濁する、例えば流路内の流体内に懸濁するなど、流路内に懸濁した複数の微小物体の存在および位置を判定する能力を有するシステムである。検出システムは、特定の実施形態では、薬物応答、サイズ、蛍光等の光学的性質、形状、形態、電荷、放射能、および／または物理的特性等のその他の特性に基づいて、物体を識別することなどによって、異なるカテゴリの微小物体を識別することができてもよい。
【００２３】
「位置」によっては、少なくとも１次元（１−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ、１Ｄ）空間における位置（ｘ座標等）、例えば２次元（２Ｄ）空間における位置（対応するｘ座標およびｙ座標のセット等）、例えば３次元（３Ｄ）空間における位置（対応するｘ座標、ｙ座標、およびｚ座標のセット等）などと理解される。検出システムは、特定の実施形態では、流路内に位置する微小物体を識別することができるビジョンシステムを含んでもよい。より具体的な実施形態では、ビジョンシステムはさらに、微小物体を分類することを可能にするために、微小物体を識別するように構成されていてもよい。
【００２４】
「１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセット」によっては、１次元、２次元または３次元空間における座標のセットのような、位置のセットと理解され、これにより、このセットによって、微小物体の特定のカテゴリ内の微小物体等の、微小物体のセット内の個々の微小物体の位置が記述される。
【００２５】
「独立して空間的に制御可能である複数の電磁放射ビームを供給する手段」によっては、複数の電磁放射ビームの光源であって、これらの光源は、電磁放射ビームが、例えば平行であるなど、実質的に平行であるが、その一方で、流路内の微小物体に入射するように、伝播の方向と直交する平面内でなお移動され得るように、電磁放射ビームを空間的に制御するなど、電磁放射ビームを空間的に制御する能力を有する、複数の電磁放射ビームの光源と理解される。特定の実施形態では、電磁放射ビームは、１０ミクロン、例えば１ミクロン、例えば１００ナノメートル、例えば１０ナノメートル、例えば１ナノメートルなどの分解能で、空間的に制御可能であってもよい。特定の実施形態では、微小物体は標的化されてもよい。すなわち、電磁放射によって、１０ミクロン、例えば１ミクロン、例えば１００ナノメートル、例えば１０ナノメートル、例えば１ナノメートルなどの分解能で特定的に照射されてもよい。電磁放射ビームの伝播の方向は、流路内の流れの方向と直交する方向の成分を有すること、例えば伝播の方向は流路内の流れの方向と実質的に直交する方向、例えば伝播の方向は流路内の流れの方向と直交する方向と理解されたい。
【００２６】
特定の実施形態では、「独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給する手段」は、レーザ光源等の電磁放射光源、および空間電磁放射変調器を含む。
【００２７】
「空間電磁放射変調器」によっては、当技術分野において周知の通りの空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、ＳＬＭ）と理解される。空間電磁放射変調器は、１つ以上の可動ミラー等の、可動部品を有する実施形態、あるいは空間的に分布し、電気的にアドレッシング可能な要素であって、作動されると光路長、透過率、および／または反射率に関するそれらの特性を変化させる要素を有する実施形態を含む、多数の実施形態の形態で提供されてよいことが理解される。
【００２８】
本発明の一部の実施形態によれば、空間電磁放射変調器は液晶デバイスを含む。
【００２９】
「コントローラ」によっては、１つ以上の位置のセットに対応する情報を受信する能力を有し、さらに、複数の電磁放射ビームを制御するためのユニットと理解される。特定の実施形態では、コントローラは、プロセッサを含むユニットである。別の特定の実施形態では、コントローラは、パーソナルコンピュータ等のコンピュータによって具体化される。コントローラは、複数の電磁放射ビームを、例えば人間の介入なしに、自動的に制御するように構成されると理解されてもよい。コントローラは、複数の空間的に制御可能な電磁放射ビームを供給する手段、空間光変調器等の回折光学要素、および／または検出システム等の、周辺ユニットと動作的に相互接続されてよい。コンピュータによって実行される制御などによる自動制御の利点は、それによって、場合によっては、より高速な、より安価な、長期の、かつ／またはより信頼性の高い分類が可能になることであってよい。
【００３０】
「複数の電磁放射ビームの制御」によっては、１本または複数の電磁放射ビームの作動および／または空間位置を制御することと理解される。特定の実施形態では、電磁放射ビームは、以下のもののうちのいずれか１つに関して制御されてよい：作動（オン／オフ）、パワー（ワット）、焦点深度（すなわち、焦点の深さが存在する場合には、その焦点の深さ、すなわち、伝播の方向と平行な軸に関する焦点の位置）、伝播の方向と直交する第１の軸に関する空間位置、伝播の方向と直交し、第１の軸と直交する第２の軸に関する空間位置、作動時間（すなわち、光源またはレーザが、作動された時に、どのぐらいの時間「オン」になっているのかについての時間）。特定の実施形態では、電磁放射ビームは、微小物体を主軸に沿った特定の位置に制御可能に配置することを可能にするために、および別の微小物体を主軸に沿った同じまたは別の特定の位置に制御可能に配置することを可能にするために、（移動させるべき）微小物体のそれぞれを、特定の明確に定められた所定の距離だけ移動させるように制御されてよいことが理解される。特定の実施形態では、電磁放射ビームは、流動中に、すなわち、微小物体が移動している最中に微小物体に入射するように制御されてもよい。特定の実施形態では、移動する微小物体は、静止した電磁放射ビームによって照射されている間に移動してもよい。
【００３１】
特定の実施形態では、移動する微小物体は、移動する微小物体と同様の速度（速さおよび方向）で移動するように空間的に制御されている電磁放射ビームのような、移動する電磁放射ビームによって照射されている間に、移動してもよい。
【００３２】
「１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼす」によっては、電磁放射ビームがそれぞれ、それらが入射するあらゆる物体に散乱力または放射圧を及ぼしてよいことと理解される。微小物体にとって、散乱力は、物体を加速して移動させるために十分大きくてもよい。換言すれば、強力な光のビームを用いて、小さな微小物体を電磁放射ビームの伝播の方向に物理的に押すことができる。
【００３３】
本発明の一部の実施形態によれば、空間電磁放射変調器は、実質的に平坦な強度プロファイルを有するが、平坦でない位相プロファイルを有する変調された光ビームを供給するように構成される。特定の実施形態では、空間電磁放射変調器は、位相のみが空間電磁放射変調器にわたって変化する、位相のみの変調（すなわち、平坦でない位相プロファイル）を提供するように構成される。特定の実施形態では、全ての他の光学特性は空間電磁放射変調器にわたって実質的に一定である。本発明の特定の例示的な実施形態では、空間光変調器は、離散的なピクセルマトリックス内における入力レーザビームの位相のみの変調によって近似される。位相のみの変調は、全入射ビームパワーが、パワー損失を最小限に抑えて刺激点間で回折分布することを可能にする。
【００３４】
本発明の一部の実施形態によれば、空間電磁放射変調器は、振幅のみの変調を提供するように構成される。
【００３５】
本発明の一部の実施形態によれば、空間電磁放射変調器は、電磁放射光源から放射された電磁放射に対して実質的に平坦でない位相プロファイルおよび／または平坦でない振幅プロファイルを有する電磁放射を発生するように構成される。
【００３６】
本発明の一部の実施形態によれば、空間電磁放射変調器は、入射ビームの同時の位相および振幅変調を可能にするように構成される２つの空間変調サブユニットを用いるなどして、同時の位相および振幅変調を提供するように構成される。
【００３７】
電磁放射の空間変調は、参照文献“Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  ３Ｄ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ｖｉｅｗｅｄ  ｉｎ  ｔｗｏ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｐｌａｎｅｓ”，Ｉｖａｎ  Ｒ．Ｐｅｒｃｈ−Ｎｉｅｌｓｅｎ，Ｐｅｔｅｒ  Ｊｏｈｎ  Ｒｏｄｒｉｇｏ，ａｎｄ  Ｊｅｓｐｅｒ  Ｇｌｕｃｋｓｔａｄ，１８  Ａｐｒｉｌ  ２００５  ／  Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．８  ／  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２８５２に記載されているもののような、空間電磁放射変調器によって行うことができることに留意する。同文献の内容は本明細書において参照により援用されている。一般的に、空間変調は、液晶空間光変調器（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ＳＬＭ、ＬＣ−ＳＬＭ）、微小電気機械システム空間光変調器（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＳＬＭ、ＭＥＭＳ−ＳＬＭ）、可変鏡空間光変調器、音響光学空間光変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  ＳＬＭ、ＡＯ−ＳＬＭ）、または任意の他の種類の空間光変調器のように、周知の空間光変調器を用いて実行することができるであろう。
【００３８】
光線は、１次元の数学的物体として数学的に記述される。それゆえ、光線は、光線と平行でないあらゆる表面と一点で交差する。
【００３９】
光ビームは、１本または複数の光線として記述されてもよい。したがって、光ビームは、ビームと平行でない表面と複数の点、ビームの光線ごとに１つの点、において交差する。一般的に、光ビームのプロファイルとは、全てのこのような交点の軌跡の光学特性（強度、位相、周波数、明るさ、色相、彩度等）、または光学特性の集合を指す。必須のことではないが、通常、光ビームのプロファイルは、光の伝播方向に実質的に垂直な平面において測定される。
【００４０】
ビームの全ての光線が同じ位相を有する点の軌跡はビームの波面と呼ばれる。コリメート光ビームの場合には、例えば、波面は光の伝播方向に垂直な平面であり、光は平面波面を有すると言われる。
【００４１】
それゆえ、用語「プロファイル」は、光ビームを、所定の表面とのその交点において光学的に特徴付けるために用いられ、その一方、用語「波面」は、所定の位相についての表面を幾何学的に特徴付けるために用いられる。
【００４２】
特定の光学特性に関するプロファイルは、本明細書において特定プロファイルと呼ばれ、それぞれの特性を用いて名付けられる。それゆえ、用語「強度プロファイル」は全交点の軌跡の強度を指し、用語「位相プロファイル」は全交点の軌跡の位相を指し、用語「周波数プロファイル」は全交点の軌跡の周波数を指す、等となる。一般的なプロファイル関数と同様に、特定プロファイル関数も２次元関数によって表すことができる。
【００４３】
「電磁放射光源」は電磁放射の光源であり、特定の実施形態では、レーザ等のコヒーレント光源であってもよい。例えば、電磁放射光源は、単色レーザ光源、またはいくつかの単色レーザ光源の組み合わせであり得る。厳密に単色性ではないレーザも意図されている。スーパー連続光源は、例えば「白色光レーザ」と呼ばれる。いくつかのレーザが用いられる場合には、それらは、同時に、または時間多重化された方法で動作することができる。８３０ｎｍ（この波長では生物組織を損傷するリスクが小さくなり得る利点を有する）等、４８８ｎｍ等、６３３ｎｍ（典型的なＨｅＮｅレーザに対応する）等、５３２ｎｍ等、１０７０ｎｍ等、１０６４ｎｍ（典型的なＮＤ：ＹＡＧレーザに対応する）等、５３２ｎｍ等、１５５０ｎｍ（光ファイバを通じた伝送によく適しているという利点を有する）等、２ミクロン以上等の、電磁トラッピングまたは電磁放射の特定の波長を用いることも意図されている。
【００４４】
電磁放射は、実施形態によっては、自由空間光学素子（例えば、レンズの配列、マイクロレンズアレイ、回折素子等）および／または案内光学素子（例えば、導波管、光ファイバ、ファイババンドル、屈折率分布型（ｇｒａｄｉｅｎｔ−ｉｎｄｅｘ、ＧＲＩＮ）ファイバレンズ、レンズリレー内視鏡等）および／または（位相変調を強度変調に効率良く変換するための）一般化位相コントラストフィルタを含んでもよい光学素子を用いて、流路に向かって導かれてもよい。
【００４５】
特定の実施形態では、電磁放射ビームが横切る流路の壁の部分は透明である。特定の実施形態では、電磁放射ビームが横切る流路の壁の部分は、例えば滑らかであり、例えば分類されるべき微小物体に相当するスケールで滑らかであり、例えば電磁放射ビームの幅までの微小物体に相当するスケールで滑らかであるなど、実質的に滑らかである。
【００４６】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、力は散乱力である。例えば、微小物体を変位させる原因となる力は散乱力であり、例えば、力は実質的に、もっぱら散乱力である。散乱力は、例えば従来の光学トラッピングから印加される力よりも比較的大きいため、散乱力を利用することによって、微小物体は比較的高速に移動され得ると理解されてよい。各電磁放射ビームは、それらが入射するあらゆる物体に放射圧等の散乱力を及ぼし得ると理解される。微小物体にとって、散乱力は、物体を加速して移動させるために十分大きいものであり得る。換言すれば、強力な光のビームを用いて、小さな微小物体を電磁放射ビームの伝播の方向に物理的に押すことができる。
【００４７】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を供給する手段（４２）は、複数の上方および下方電磁放射ビームを供給するように構成され、これらの上方および下方電磁放射ビームは、主方向、または主方向と逆に力を及ぼすなど、微小物体に力を及ぼすように制御されてよい、逆向きに伝播するビームを形成するように構成される。逆向きに伝播するビームを有することの利点は、それによって、微小物体に対して主軸に沿ったどちらの方向にも力を効果的に及ぼすことが可能になる。これは、逆向きに伝播するビームの各々は主軸に沿って散乱力を及ぼすものであり、各ビームから及ぼされる力は逆平行であるという事実によるものである。別の利点は、逆向きに伝播するビームは大きな距離に沿って散乱力を及ぼし得るため、大きな動作体積が提供されてもよいことである。参照文献“Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｔｒａｐｐｉｎｇ，ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｂｙ  ａｎ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｂｉｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ”，ｂｙ  Ｈ．Ｕ．Ｕｌｒｉｋｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｅｕｒｏｐ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ｒａｐ．Ｐｕｂｌｉｃ．３，０８０３４  （２００８）には、逆向きに伝播するビームが記載されている。同文献はその全体が本明細書において参照により援用されている。特定の実施形態では、逆向きに伝播するビームは各々、または両方とも、集束されないなど、非発散性である。これの利点は、散乱力は、集束されないビームに沿って実質的に一定になることである。
【００４８】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、流路は、室温における純水の流れが、２５００未満等、２３００未満等、２１００未満等、２０００未満等、１７５０未満等、１５００未満等、１０００未満等、５００未満等の、４０００未満のレイノルズ数を有するように形成されている。特定の実施形態では、レイノルズ数は、０．１マイクロリットル／秒等、１マイクロリットル／秒等、２マイクロリットル／秒等、５マイクロリットル／秒等、１０マイクロリットル／秒等、１５マイクロリットル／秒等、２０マイクロリットル／秒等、５０マイクロリットル／秒等、１００マイクロリットル／秒等、２００マイクロリットル／秒等、５００マイクロリットル／秒等、１０００マイクロリットル／秒等のように、おおよその体積流量において与えられる。レイノルズ数は当技術分野において一般に知られている。低いレイノルズ数を有することの利点は、流体の流れが、例えば予測可能であり、例えば非乱流性であり、例えば非カオス的であるような、層流状となるため、低いレイノルズ数で流れる流体は滑らかな層流となり、したがって、非混合となることであってよもい。
【００４９】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビームを供給する手段は、一般化位相コントラスト機構および回折光学素子のうちのいずれか１つを有している。
【００５０】
特定の実施形態では、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビームを供給する手段は、一般化位相コントラストアプローチを利用することを可能にする構成要素のセット等の、一般化位相コントラスト（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ、ＧＰＣ）機構を含む。一般化位相コントラストは当技術分野において一般的に知られている。ＧＰＣ（全体が本明細書において参照により援用されている参照文献国際公開第１９９６／０３４３０７号に記載）、アナログＧＰＣ（全体が本明細書において参照により援用されている参照文献国際公開第２００９／０３６７６１Ａ１号に記載）、マッチトフィルタリングＧＰＣ（全体が本明細書において参照により援用されている参照文献国際公開第２００７／１４７４９７Ａ１号に記載）、３Ｄ−ＧＰＣ（全体が本明細書において参照により援用されている参照文献国際公開第２００５／０９６１１５号に記載）、マルチフィルタＧＰＣ（全体が本明細書において参照により援用されている参照文献国際公開第２００４／１１３９９３号に記載）およびＭＯＥＭＳプラットフォーム（全体が本明細書において参照により援用されている参照文献国際公開第２００６／０９７１０１Ａ１号に記載）を含む、あらゆる種類のＧＰＣ機構を用いることが意図されている。ＧＰＣを用いることの利点は、それは、複数の、例えば多数の、電磁放射ビームを制御するための効果的なプラットフォームを提供することである。別の利点は、それは、動く構成要素を用いずに実装できることである。別の利点は、それは高速であることであってよく、高速強誘電性液晶を用いた液晶空間光変調器に基づくシステムの応答時間はサブミリ秒であることに留意する。これは、０．５ミリ秒という短い時間間隔内に電磁放射ビームを空間的に移動させることを可能にする。
【００５１】
特定の実施形態では、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビームを供給する手段は、回折光学素子（全体が本明細書において参照により援用されている参照文献国際公開第２００３／０３４１１８Ａ１号に記載）のいずれかのものを含む。
【００５２】
特定の実施形態では、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビームを供給する手段は、回折光学素子のためのシステム等、フーリエホログラフィのためのシステム等、フレネルホログラフィのためのシステム等、ホログラフィック光散乱のためのシステム等のように、回折ビーム成形を提供するためのシステムを含む。
【００５３】
回折光学素子を用いることの利点としては、追加の光学要素がほとんど必要なく、機構がコンパクトになることが挙げられてよい。
【００５４】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、１つ以上の位置のセットを、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットとして判定するように構成されている。検出システムは、本実施形態によれば、薬物応答、サイズ、蛍光等の光学的性質、形状、形態、電荷、放射能および／または物理的特性等のその他の特性に基づいて物体を識別することなどによって、異なるカテゴリの微小物体を識別する能力を有していてもよい。本実施形態の利点は、それによって、微小物体をそれらのカテゴリに従って識別し、例えば単離するなど、分類するためのシステムを利用することが可能になることである。例えば、システムは、個々の物体のサイズが関心のある微小物体よりも大きいものと小さいものとが両方ある多数の物体から、特定のサイズの物体を得るために用いられてもよい。
【００５５】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、検出システムは、少なくとも２つ、例えば少なくとも３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つまたは９つなどの、異なるカテゴリの微小物体を識別するように構成され、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットにそれぞれ対応する、１つ以上の位置の複数のセットを判定するように構成されている。検出システムは、本実施形態によれば、複数の異なるカテゴリの微小物体を識別する能力を有していてもよい。本実施形態の利点は、それによって、微小物体をそれらのカテゴリに従って識別し、例えば単離するなど、分類するためのシステムを利用することが可能になることであり、その結果は、それらのカテゴリに従って分類された微小物体の複数の異なるグループとなってよい。例えば、システムは、個々の物体のサイズが広範なサイズに及ぶ多数の物体から、微小物体の複数のグループであって、各グループは特定のサイズの微小物体を含む、複数のグループを得るために用いられてもよい。
【００５６】
さらなる実施形態によれば、システムが提供され、当該システムは、微小物体をそれらのカテゴリに従って主軸に沿って空間的に変位させることによって、異なるカテゴリ内の微小物体を分類し得るように構成されている。本実施形態によれば、システムは、微小物体をそれらのカテゴリに応じて主軸に沿って分布させるように構成されてもよい。これの利点は、その後、主軸に関して特定の位置を有する微小物体を選択することによって、特定のカテゴリの微小物体が得られてもよいことである。例えば、微小物体はそれらのサイズに従って分類され、主軸に沿ってそれらのサイズに応じた位置に分布されてもよい。その後、特定のサイズの微小物体が、例えば、特定の流出口位置における流れ内の微小物体として、簡単に得られてもよい。
【００５７】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムは、流体の再循環を可能にするためのループを有している。流体を再循環させることの潜在的利点は、流入した流体が再循環される場合には、システムは最初の通過の間に全ての微小物体を分類し尽くす必要がなくなり、これがひいては収率および／または能力に関するシステムの要件を小さくすることである。別の潜在的利点は、それは二重チェックを可能にすることである。分類された関心のある微小物体を含む流れが再循環される場合には、それによって、関心のある微小物体のみが存在しているかどうかをチェックすることが可能になり、および／またはそれによって、関心のある微小物体を有する流体を連続的に濃縮することが可能になるので、それが有利になる場合がある。
【００５８】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは、例えば非発散性であるように、集束されない。
【００５９】
特定の実施形態では、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは、微小物体を捕捉するのに適した光学トラップのような、光学トラップを形成しない。
【００６０】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは非発散性である。「非発散性」によっては、複数の光線で構成される電磁放射ビームであって、個々の光線は実質的に平行であり、例えば平行であり、例えば、流路を横断して突き抜ける距離と比べて平行であり、例えば、流路内で、例えば強く集束されるなどのように、集束されず、例えば、流路内の微小物体の３次元（３Ｄ）的な捕捉等のトラッピングを可能にする程度まで集束されない、複数の光線で構成される電磁放射ビームと理解される。非発散性電磁放射ビームを有することの利点は、それは集束の必要性を無用にすることである。別の潜在的利点は、電磁放射ビームの散乱力は、例えば流路の深さ全体にわたって一定であるなど、本質的に一定となり、いかなる電位勾配力よりも優勢になり得ることであり、これがひいては、焦点を移動させる要件を無用にする。別の潜在的利点は、微小物体を移動させる射出効果があることである。
【００６１】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、微小物体が流路内に懸濁されている間に、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、コントローラが１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビームを制御するように構成されている。これのあり得る利点は、それによって、選択された微小物体をそれらが流路内に懸濁されている間に主軸に沿って移動させること、例えば射出することが可能になることである。これは、分類プロセスを速めるために有利であり、ならびに／あるいは微小物体がマイクロ流路の壁に（および／または互いに）触れることを回避し、ならびに／あるいはそれは、主軸に沿って移動される微小物体およびとどまる微小物体の両方を可能にし、これがひいては、全ての微小物体が流路内の流体の流れによって移動されてもよいことを可能にする。それゆえ、微小物体の射出は、微小物体の位置および／またはカテゴリが検出システムによって判定された直後に行われてよい、すなわち、微小物体が、例えば重力や浮力などによって、流路の底面や上面等の流路の壁のように、流路の境界表面に定着するのを待つことなく行われてよいので、分類プロセスはより高速になる。別の利点は、微小物体は好ましくは、分類の間、懸濁された状態に維持されなければならないほど、微小物体は壊れやすい、または損傷を受けやすくてもよく、あるいは、固体表面と一旦接触すると性質を変えてしまうものであってもよいことである。
【００６２】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、流体を駆動して流路に流すためのポンプシステムをさらに有している。ポンプは、シリンジポンプまたは蠕動ポンプなどの、周知のポンプのいずれのものであってもよい。ポンプを有することの利点は、それは、流れおよび特に流速を制御することを可能にすることである。
【００６３】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、ポンプシステムは、検出システムおよび／またはコントローラの動作ステータスに応じて流れを停止および始動させるように構成されている。検出システムの「動作ステータス」によっては、検出システムの状態、およびより具体的には、検出システムは、流路内の微小物体のカテゴリおよび／または位置に関する情報を取得している最中であるかどうかが理解されるべきである。コントローラの「動作ステータス」によっては、コントローラの状態、およびより具体的には、コントローラは、１本または複数の電磁放射ビームを制御している最中であるかどうかが理解されるべきである。連続流とは反対に、例えば流れを繰り返し停止および始動させるなど、流れを停止および始動させることの利点は、例えば微小物体を流路内の流体の流れの方向に高速に移動させるなど、微小物体を高速に移動させるために、流速は少なくとも限られた期間は比較的高速になってもよいであろうが、その一方で、異なるカテゴリの微小物体を識別し、および／または位置を判定する検出システムの作業を向上させ、および／または単純にするために、流速は、ある期間は、例えば完全に停止されるなど、比較的低速にもなってもよいことである。同様に、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体内の微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビームを制御するコントローラの作業を向上させ、および／または単純化するために、流速は、決まった時間周期で、例えば完全に停止されるなど、減速されてもよい。特定の実施形態では、流れは、流路内の微小物体の像を得るために十分となる期間のみ停止される。別の特定の実施形態では、流れは、例えば電磁放射ビームによって微小物体に印加される散乱力を用いて、例えば微小物体を射出するなど、電磁放射ビームを用いて流路内の微小物体を移動させるために十分となる期間のみ停止される。別の特定の実施形態では、流れは、２秒未満等、１秒未満等、０．５秒未満等、０．１秒未満等、０．０５秒未満等の、５秒未満である期間、停止される。
【００６４】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、検出システムが流路内の微小物体のカテゴリおよび／または位置に関する情報を取得している間、流れはゼロではない。
【００６５】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、コントローラが１本または複数の電磁放射ビームを制御している間、流れはゼロではない。
【００６６】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、流路は、主軸に沿って分布する複数の流出口を有している。複数の流出口は、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０個またはそれより多くの流出口等の、任意の数の流出口を含んでよい。特定の実施形態では、流路は、各流出口を通って流路を出ていく流体が主軸の周囲の特定の領域内の流体に対応するように分布した複数の流出口を含む。これの利点は、特定の流出口を通って流路を出ていく流体は、検出システムによって判定された通りの、特定のカテゴリの微小物体等の、分類された微小物体を含んでよい、主軸の周囲の特定の領域内の特定の液体層に対応することである。それゆえ、本実施形態の利点は、それによって、主軸に沿った特定の位置へ変位された微小物体が、特定の流出口を通って流路から流出することを許すことによって微小物体を分類することが可能になることである。
【００６７】
別の実施形態によれば、システムが提供され、当該システムにおいて、流路は、流体力学的集束および／または流体力学的発散を可能にするように形成されている。流体力学的集束／発散によっては、微小物体の濃度を流れ方向と直交する２本の幾何学軸に沿って増加または減少させるために、流路の断面を流れに沿った位置とともに変化させるプロセス、例えば断面の面積および／または断面の形状を変化させるプロセスなど、が理解される。特定の実施形態では、流体力学的集束は、流れと平行であり、かつ電磁放射ビームと直交する薄い層内に微小物体を広げる役割を果たす。特定の実施形態では、流体力学的集束（発散）は、中央のサンプル流の１つ以上の側において、例えば１本または２本など、数本の外側の流体の流れ（「シース流」）を用い、それにより、サンプル流を流れ方向と直交する１つ以上の方向に拘束することを伴う。
【００６８】
第２の態様によれば、本発明は、微小物体を分類するための方法に関し、当該方法は、
流入口および流出口を有する流路内に、１つ以上の微小物体を含む流体の層流を供給するステップと、
流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するステップと、
独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給するステップと、
複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビームを制御するステップとを有し、
力は、主軸と平行な成分を有する方向を有しているとともに、微小物体を主軸に沿って空間的に変位させることによって微小物体を分類し得るように、主軸は電磁放射ビームと平行であり、かつ流体の流れの方向と直交している。
【００６９】
さらなる実施形態では、微小粒子は、流体の層流が微小物体を主軸に沿って分布した複数の流出口内へ運ぶことを可能にすることによって、分類される。これの利点は、それによって、微小物体を分類する、例えば分離するための、比較的単純であるが、なお効率の良い方法が提供されることである。これは、微小物体は単に、主軸に沿ったそれらの位置に対応する流出口内へ導かれるだけであるためである。それぞれの流出口は、例えば、特定の種類の微小物体を有する精製されたサンプルを保持するための容器のような、種々の容器、または廃棄物流出口へと通じていてもよい。
【００７０】
本発明のこの態様は、以下の点に限定されるわけではないが、本発明に係る方法は第１の態様に係るシステムによって実施されてもよいという点で、特に有利である。特定の実施形態では、前記判定および複数の電磁放射ビームの制御等の、流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定することは、微小物体が重力や浮力の影響によって流路の底面や上面へ引き寄せられるであろう期間よりも小さい、例えばそれよりも実質的に小さい、時間尺度で実行される。判定および制御等の、判定を比較的高速に実行することの利点は、それによって分類が加速されることである。別の利点は、それによって、微小物体の懸濁中の分類が可能になること、すなわち、微小物体は流路の壁との接触または他の微小物体との多くの接触を被らなくてすむことである。別の潜在的利点は、それによって、流路内に懸濁された全ての微小物体、すなわち、関心のある微小物体および残りの微小物体の両方を保持することが可能になり、その後、例えば全ての微小物体を流路から同時に除去することが可能となる等、それらは、電磁放射ビームによる分類プロセスの直後に流路から全て除去されてもよいことである。
【００７１】
第２の態様によれば、本発明は、微小物体を分類するための第１の態様に係るシステムの使用にさらに関する。特定の用途は、血液中の腫瘍細胞（血液中に含まれている正常な細胞に対して、より大きく、および／または異なる形態学的特徴を有する場合がある、血中循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）としても知られる）の、単離等の、分類であってもよい。別の特定の用途は、妊婦の血液からの非常に稀な胎児細胞の、単離等の、分類であってもよい。さらに別の特定の用途は、別のシステムが１次分類を行った後に、２次分類を行うためのシステムとしてのものであってもよい。これは、別のシステムが、あまり特定的ではないが非常に高速な方法による機械的分類等の、分類を実行してもよい場合に特に関連し得る。
【００７２】
システムの能力に関して、分類能力は以下のように計算されてよい。「射出速度」（すなわち、散乱力によって移動される時の微小物体の速度）は、例えばマッチトフィルタリングＧＰＣ（Ｍａｔｃｈｅｄ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ＧＰＣ、ｍＧＰＣ）を用いることなどによって、８００ミクロン／秒によって与えられてもよい。微小物体を、それらを分離するために主軸に沿って移動させるのに我々が必要とする最小距離は、５０ミクロンによって与えられてもよい。視野（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ、ＦｏＶ）内で同時に移動することができる物体の数、および意図的に移動されない微小物体の数は、イベント／秒として考慮される。１×１ミリメートルのＦｏＶ、および（例えば、流体力学的集束によって）相当に高密度に密集した、例えば、１０×１０平方ミクロンの底面積をそれぞれ占有する、微小物体（例えば、５〜１０ミクロンのサイズ）の場合には、５０−５０分布を仮定し、このＦｏＶのための狭い点広がり関数を維持するためにｍＧＰＣを用いることによって、以下の能力を得ることが潜在的に可能である：
（８００ミクロン／秒／５０ミクロン）×１００×１００＝１６０，０００イベント／秒
【００７３】
上述の例では、電磁放射ビームによって実際に移動される微小物体の数は、上述の数の半分に相当する。数は、ＦｏＶ面積因子によって暗黙的に与えられる２乗因子によって劇的に増大されることになり、そのため、それは、２．５×２．５平方ミリメートルのＦｏＶの場合には、潜在的に１００万イベント毎秒に達し得る。
【００７４】
特定の実施形態では、システムの能力は、少なくとも１，０００イベント毎秒であり、少なくとも５，０００イベント毎秒等、少なくとも１０，０００イベント毎秒等、少なくとも２０，０００イベント毎秒等、少なくとも３０，０００イベント毎秒等、少なくとも４０，０００イベント毎秒等、少なくとも５０，０００イベント毎秒等、少なくとも６０，０００イベント毎秒、少なくとも７０，０００イベント毎秒等、少なくとも８０，０００イベント毎秒等、少なくとも９０，０００イベント毎秒等、少なくとも１００，０００イベント毎秒等、少なくとも１６０，０００イベント毎秒等、少なくとも２５０，０００イベント毎秒等、少なくとも５００，０００イベント毎秒等、少なくとも１，０００，０００イベント毎秒等である。
【００７５】
本発明の第１、第２および第３の態様はそれぞれ、他の態様のいずれのものと組み合わせられてもよい。本発明のこれらおよびその他の態様は、以下に記載される各実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
添付の図に関して、本発明に係るシステム、方法および使用がより詳細に説明される。図は、本発明を実施する１つの方法を示しており、添付の請求項のセットの範囲内に入る他のあり得る実施形態に対する限定と解釈されるべきではない。
【００７７】
【図１】微小物体を分類するためのシステムを示す図である。
【図２】図１のシステムをより多くの細部とともに示す図である。
【図３】微小物体を分類するためのシステムの別の例を示す図である。
【図４】流路の接近視での斜視図である。
【図５】異なるカテゴリの微小物体を分類するシステムの略図である。
【図６】微小物体が分類される領域を示す図である。
【図７】微小物体が分類される領域を示す図である。
【図８】システムの略図である。
【図９】微小物体が分類される領域を示す図である。
【図１０】流体力学的集束および発散の原理を示す図である。
【図１１】流体力学的集束および発散の原理を示す図である。
【図１２】流体力学的集束および発散の原理を示す図である。
【図１３】流体力学的集束の別の例を示す図である。
【図１４】流体の再循環を可能にするためのループの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
図１は、微小物体７６、７８、８０を分類するためのシステム１０を示しており、このシステム１０は、
流入口６８および流出口７０を有し、流入口と流出口との間で流体の流れが層流になり得るように形成されている流路６６と、
流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するための検出システム５２と、
独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビーム３１、３２を供給する手段４２と、
矢印６２で示されるように、検出システム５２から１つ以上の位置のセットを取得し、
複数の電磁放射ビーム３１、３２の空間位置を制御するために、複数の電磁放射ビーム３１、３２を供給する手段４２に、矢印７２で示されるような命令を送信するように、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビーム３１、３２を制御するように構成される、プロセッサやコンピュータのようなコントローラ６７とを有し、
力は、主軸ｚと平行な成分を有する方向を有しているとともに、微小物体を主軸ｚに沿って空間的に変位させることによって微小物体を分類し得るように、主軸は電磁放射ビームと平行であり、かつ流体の流れの方向ｘと直交している。
【００７９】
流路６６はまた、微小物体が分類される領域７４を有し、この領域は窓のような１つ以上の透明な壁によって境界されてもよいことに留意する。
【００８０】
図１の下右隅における座標系は、３本の軸、すなわち、本図において水平左右であって右に向かうｘ軸、垂直上下であって上に向かうｚ軸、および斜視図である図１の紙面の平面内であって紙面内へ向かっているｙ軸を示す。主軸はｚ軸と平行であり、ｚ軸は複数の電磁放射ビーム３１、３２の伝播の方向とも平行である。流体の流れはｘ軸と平行である。すなわち、流体は左から右へ流れる。複数の電磁放射ビーム３１、３２のうちの各ビームは、微小物体に合力のような力を及ぼしてよく、この力はビームの伝播の方向と平行である、すなわち、ｚ方向に向いている。流体の流れはｘ方向であり、ｘ方向は本図ではｚ方向と直交する。ｘ方向およびｚ方向は必ずしも互いに数学的に直交する必要はないが、ただし、それらは平行であってはならないことに留意する。
【００８１】
検出システム５２は視覚ベースのシステムであってもよい。検出システム５２は、以下のものに限定するものではないが、微小物体の色、蛍光、ならびに／あるいは、サイズおよび／または形状等の形態を含む、流路内の微小物体の特性に基づいて、流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定してもよい。
【００８２】
図２は、図１のシステム１０を、複数の電磁放射ビーム３１、３２を供給する手段４２に関するより多くの細部とともに示す。特に、図２は、レーザ光源である光源１８、および空間光変調器２０（ＳＬＭ）をさらに含む複数の電磁放射ビーム３１、３２を供給する手段４２を示す。光源１８は空間光変調器２０を通じて光を放射し、空間光変調器２０は光を変調して複数のビームを供給し、複数のビームは、例えばレンズ５６およびミラー２８を介するなど、光学要素を介して流路６６に導かれてもよい。
【００８３】
図２は、流路６６内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを得る点で検出システム５２の能力を向上させるために、照射光５１が流路６６を通じて放射されてもよいことをさらに示している。特定の実施形態では、検出システムは、少なくとも２つのオフセットされた像を別々に供給することによって流動流路内の微小物体の位置に関する３次元情報を提供し得る撮像システムのような立体撮像システムを用いてもよい。電磁放射ビームおよび照射光は下方対物レンズ５８を介して流路へ伝達されてよく、上方対物レンズ６０が、流路６６内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを得る点で、検出システム５２の能力をさらに高めたり向上させてもよい。
【００８４】
図３は微小物体７６、７８、８０を分類するためのシステム１００の別の例を示す。より詳細には、システム１００は、独立して空間的に制御可能であり、流路１６６内に伝播する複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２を有し、この手段は、１本以上の下方光ビーム１１０、１１２を放射する光源を含む。下方光ビームは、下方光ビーム１３１、１３２を流路１６６内へ導くために、下方光ビーム１１０、１１２を下方顕微鏡対物レンズ１５８内へと反射する下方ダイクロイックミラー１２８へ向かう下方の方向１１４を有する。複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２は、上方光ビーム１２４、１２６を流路１６６内へ導くために上方光ビーム１０４、１０６を上方顕微鏡対物レンズ１６０内へと反射する上方ダイクロイックミラー１３０へ向かう上方の方向１０８を有する１本以上の上方光ビーム１０４、１０６をさらに放射する。
【００８５】
光ビームのいずれかの空間位置、形状および強度は、例えば１つ以上の空間光変調器、および／または調節可能なミラー等の調節可能な光学要素（不図示）を介して制御されるように、制御されてもよい。
【００８６】
特定の実施形態では、上方および下方光ビームは、例えば、逆向きに伝播するビームを用いることによって１つ以上の微小物体を捕捉するための機構を形成するように、制御されてもよい。しかし、上方および下方ビームは互いに独立して制御されてもよい。潜在的に独立して制御可能な上方および下方ビームを両方有することの利点は、散乱力、すなわち、上や下のような２方向の光圧を用いることが可能になること、すなわち、微小物体を正のｚ方向および負のｚ方向に移動させることが可能になることであってよい。
【００８７】
光源は、１０６４ｎｍで射光するレーザ光源であってもよい。複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２は、光源からの光を受け取り、複数の微小物体に（散乱）力を及ぼすように構成される変調された光を発生する１つ以上の空間光変調器（不図示）を含んでもよいことが理解される。特定の実施形態では、独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２は、いわゆるバイオフォトニクスワークステーションによって具体化されてもよい。参照文献“Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｔｒａｐｐｉｎｇ，ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｂｙ  ａｎ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｂｉｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ”，ｂｙ  Ｈ．Ｕ．Ｕｌｒｉｋｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｅｕｒｏｐ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ｒａｐ．Ｐｕｂｌｉｃ．３，０８０３４  （２００８）には、バイオフォトニクスワークステーションが記載されている。同文献はその全体が本明細書において参照により援用されている。バイオフォトニクスワークステーションはファイバレーザ（ＩＰＧ）からの近赤外光（Ａ＝１０６４ｎｍ）を用いる。
【００８８】
ビーム変調モジュール内に広がったレーザ光源のリアルタイムの空間アドレッシングは、再構成可能な強度パターンを生成する。コンピュータ制御された空間光変調器内の２つの独立してアドレッシング可能な領域を、サンプル体積内を逆向きに伝播するビームとして光学的に対応付けることによって、複数の微小物体を捕捉することが可能になる（現在のところ最大１００個の光学トラップを発生する）。ビームは、反対側の顕微鏡対物レンズ（Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＬＭＰＬＮ  ５０×ＩＲ、ＷＤ＝６．０ｍｍ、ＮＡ＝０．５５）を通じて、厚さ４．２ｍｍのＨｅｌｌｍａセル（２５０μｍ×２５０μｍ内側断面）内へ中継される。使用者はコンピュータインタフェースを通じて３次元で所望の物体（単数または複数）を捕捉して誘導する。この場合、操作者はマウスまたはジョイスティックを使って、細胞、および調製されたマイクロデバイスをリアルタイムで選択し、捕捉し、移動させ、再配向させることができる。実験の映像が、上方視および側方視顕微鏡から同時に撮られる。「捕捉（ｔｒａｐ）」または「捕捉すること（ｔｒａｐｐｉｎｇ）」に言及する時、捕捉は散乱力が適用される特定の例であると理解されるが、この場合、散乱力は他の力（これも散乱力であってよい）によって釣り合いが取られる。
【００８９】
図３に示される特定の機構は、上方顕微鏡対物レンズ１６０、上方フィルタ１５４および上方レンズ１５６を介して上から流路１６６を撮像するために有用となり得る上部カメラ１５２をさらに含む。
【００９０】
同様に、機構は、側方顕微鏡対物レンズ１４６、側方フィルタ１４８および側方レンズ１５０を介して側方から流路１６６を撮像するために有用となり得る側方カメラ１４４を含む。複数のカメラを有することは、流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットの判定を向上させるために有利になる場合がある。上方カメラ１５２および側方カメラ１４４のいずれか１つは、ＣＣＤカメラであってもよく、得られた像を視覚化または格納し得るように、および／または電磁放射ビーム１１０、１１２、１０４、１０６を制御するために手段１４２をガイドするための像を利用しうるように、コントローラ１６７に接続されていてもよい。
【００９１】
さらに、図３は、複数の電磁放射ビームのうちの各光ビームが、流路内の１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、例えばカメラを介して獲得された情報を用いるなどして、検出システムから１つ以上の位置のセットを取得し、その１つ以上の位置のセットに基づいて複数の光ビームを制御するように構成されるコントローラ１６７を示す。コントローラは、例えば上方カメラ１５２からの上方視情報１６２および／または側方カメラ１４４からの側方視情報１６４を受信するなど、検知システムからの情報を受信するように構成されるプロセッサである。コントローラはさらに、複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２へ制御情報１７２を送信するように構成される。
【００９２】
図４は、微小物体７６、７８、８０を含む流路６６の斜視図を（接近図で）示す。流体はｘ方向に（紙面の平面内へ）流れ、レーザビーム３１、３２はそれぞれ、ｘ−ｙ平面と直交するｚ方向上向きの方向を有する。しかし、レーザビームは、反対方向（下向き）、あるいはｘ−ｙ平面方向と直交する方向に関して傾斜した方向、例えばｙ軸および／またはｘ軸の周りに回転した方向、例えば流体の流れの方向と直交する方向に関して０〜８９度の範囲で回転した方向、例えば０〜８０度など、例えば０〜７０度など、例えば０〜６０度など、例えば０〜５０度など、例えば０〜４５度など、例えば０〜４０度など、例えば０〜３０度など、例えば０〜２０度など、例えば０〜１０度など、例えば０〜５度など、例えば０〜１度などの範囲で回転した方向を有し得る。
【００９３】
図４において、検出システム（不図示）は、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体、すなわち、微小物体８０等の明るい色の微小物体と、微小物体７６、７８等の暗い色の微小物体とを識別する。さらに、検出システムは、微小物体７６、７８の位置からなるような、微小物体７６、７８の位置を有する１つ以上の位置のセット（多数の対応するｘ、ｙ、およびｚ座標のように、多数の対応するｘおよびｙ座標を含むセット等）を、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体（すなわち、暗い色の微小物体）の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットとして判定する。
【００９４】
代替実施形態では、検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体（明るい色および暗い色の物体等）を識別するように構成されているとともに、明るい色の微小物体に対応するセットおよび暗い色の微小物体に対応する別のセットのような、すなわち、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットに対応する各セットのような、１つ以上の位置の複数のセットを判定するように構成されていてもよい。
【００９５】
図４において、流路を有するシステムはさらに、微小物体をそれらのカテゴリに従って主軸に沿って空間的に変位させることによって、異なるカテゴリ内の微小物体を分類し得るように構成される。これは、図４において、一方のレーザビーム３１は微小物体７６に入射し、他方のレーザビーム３２は微小物体７８に入射するように、分類される（例えば単離される）べき微小物体に入射するようにｘ−ｙ平面内で空間的に移動される、レーザビーム３１、３２のような３本の独立したレーザビームを有することによって示されている。
【００９６】
入射光ビームの散乱力は、それぞれの微小物体に運動量を付与する役割を果たし、これによって、微小物体を入射光ビームの方向に移動させるように、微小物体は入射光ビームの方向に加速され、速度を得ることになる。効果的には、微小物体７６、７８はそれらの初期位置から移動されてもよく、あるカテゴリの微小物体は、当該カテゴリの微小物体に固有であるように、実質的に固有なｚ座標に沿った領域へ微小物体を移動させることによって分離されてもよい。
【００９７】
図５は、微小物体をそれらのカテゴリに従って主軸に沿って空間的に変位させることによって、異なるカテゴリ内の微小物体を分類し得るように構成されたシステムの略図を示す。
【００９８】
図５ａは、流路の一部、およびより具体的には、微小物体が分類される領域５７４を示す。領域５７４は、２つの異なるカテゴリに属する微小物体７６、７８、８０を含む（一方のカテゴリは微小物体７６、７８を含み、他方のカテゴリは微小物体８０を含む等）。検出システムは、２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、微小物体７６、７８の位置等の１つ以上の位置のセットを、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットとして判定するように構成されている。
【００９９】
流路内の流れの方向は矢印５６８によって指示され、左から右、すなわち、正のｘ方向である。図５では、（図における座標系に指示されている通り）ｘ軸は左から右の方向に水平であり、ｙ方向は紙面の平面内への方向に水平であり、ｚ方向は垂直上方に向かう。微小物体を左から右へ移動させるために、時間平均された流速はゼロにはならないが、異なるカテゴリの微小物体を識別し、および／または位置を判定する検出システムの作業を向上および／または単純化するために、流速は、完全に停止される等、決まった時間周期で減速されてもよいことに留意する。同様に、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビームを制御するコントローラの作業を向上および／または単純化するために、流速は、完全に停止される等、決まった時間周期で減速されてもよい。
【０１００】
図５ｂは、流路の一部、およびより具体的には、微小物体が分類される領域５７４であって、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、図５ａにおいて（分類されるべき）特定のカテゴリに属すると識別された、１つ以上の微小物体内の微小物体７６、７８等の微小物体に力を及ぼし得るように、コントローラ（不図示）が１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビーム３１、３２を制御している、領域５７４を示す。レーザビームは、ｘ−ｙ平面内で空間的に制御されるように、空間的に制御された位置で放射され、複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２の起動により放射される。流路の図示の部分、およびより具体的には、微小物体が分類される領域５７４は、（位置の判定と、複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２の起動との間の期間中に流速がゼロであるか、またはゼロでないかに応じて）図５ａにおけるのと同じ領域５７４であってもよく（流速がゼロに等しい場合）、あるいはそれはさらに下流であってもよい（流速がゼロでない場合）ことに留意する。
【０１０１】
図５ｃは、複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２の起動の結果を示す。すなわち、図５ｂにおけるレーザビーム３１、３２からの散乱力等の放射圧が微小物体７６、７８に力を及ぼし、それにより、それらを領域５７４の下方部分５９４から領域５７４の上方部分５９２へ移動させたことを示す。効果的には、微小物体は、本例ではｚ軸と平行である主軸に沿って分布した別個の領域内にそれらを配置することによって、分類された。
【０１０２】
図６は、微小物体が分類される領域５７４を示す。この領域５７４は、図５ｃに示される領域と同様であり、同じく同様の微小物体を同様の位置に含んでいる。さらに、図６には、主軸に沿って分布する複数の流出口、より具体的には２つの流出口、すなわち、ｚ軸に沿って分布する上方流出口６８２および下方流出口６８４が示されている。
【０１０３】
図７は、微小物体が分類される領域５７４を示す。この領域５７４は、図６に示される領域と同様であるが、図６と図７との間には、ゼロでない流速が適用された期間が経過しており、そのため、流体は、矢印５６８によって指示される方向に流れ、それにより、微小物体は領域５７４から流出口６８２、６８４内へ移送されている。より具体的には、領域５７４の上方部分に配置されるように意図的に変位された物体７６、７８（図５ｂ〜５ｃ参照）は、上方流出口６８２を経由して領域５７４を出ていく一方、変位されなかった残りの微小物体８０（図５ｂ〜ｃ参照）は下方流出口６８４を経由して領域５７４を出ていく。したがって、残りの物体８０からの物体７６、７８の分類が実現され、物体７６、８０は流出口６８２の端部において、例えば、ビーカまたは別の容器内に、収集されてもよい。
【０１０４】
図８〜９は、図５〜７に概説されている方法と同様である分類方法におけるステップを示す。ただし、図８〜９は微小物体を３つの異なるカテゴリに分類する。
【０１０５】
図８は、微小物体をそれらのカテゴリに従って主軸に沿って空間的に変位させることによって、３つの異なるカテゴリ内の微小物体の分類を可能にするように構成されたシステムの略図を示す。
【０１０６】
図８ａは、図５ａと同様に、流路の一部、およびより具体的には、微小物体が分類される領域８７４を示す。しかし、図８ａでは、微小物体の３つの異なるカテゴリ、すなわち、微小物体７６、７８を含むカテゴリ、微小物体８０を含む別のカテゴリ、および微小物体８１を含むさらに別のカテゴリ、がある。検出システム（不図示）は、微小物体の３つの異なるカテゴリを識別し、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットにそれぞれ対応する、１つ以上の位置の複数のセットを判定するように構成されている。
【０１０７】
図８ｂは、図５ｂと同様に、流路の一部、およびより具体的には、微小物体が分類される領域８７４であって、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、図８ａにおいて（分類されるべき）特定のカテゴリに属すると識別された、１つ以上の微小物体のうち微小物体７６、７８等の微小物体に力を及ぼし得るように、コントローラ（不図示）が１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビーム３１、３２、３３を制御している、領域８７４を示す。図８ｂでは、異なるカテゴリの微小物体は全て主軸の周囲の同じ領域へは移動されない。例えば、微小物体７６、７８（図８ａ参照）は、レーザビーム３１、３２の散乱力を介して推進力を付与され、それにより、領域８７４内の上方領域８９２内へ移動され、微小物体８１はレーザビーム３３の散乱力を介して推進力を付与され、領域８７４内の中間領域８９３内へ移動される。残りの微小物体８０は領域８７４内の下方領域８９４内にとどまる。レーザビームは、例えば、個々のレーザビームの強度、および／またはレーザビームが印加される時間を制御することなどによって、各微小物体を所定の距離、移動させるように制御されてよい。
【０１０８】
図８ｃは、図５ｃと同様に、複数の電磁放射ビームを供給する手段１４２の起動の結果を示す。すなわち、図８ｂにおけるレーザビーム３１、３２、３３からの散乱力等の放射圧が微小物体７６、７８に力を及ぼし、それにより、それらを領域８７４の下方部分８９４から領域８７４の上方部分８９２へ移動させ、同様に微小物体８１を領域８７４の中間部分８９３へ移動させたことを示す。効果的には、微小物体は、本例ではｚ軸と平行である主軸に沿って分布された別個の領域内にそれらを配置することによって、分類された。
【０１０９】
図９は、図７と同様に、微小物体が分類される領域８７４を示す。この領域８７４は、図８ｃに示される領域と同様である。さらに、図９には、主軸に沿って分布する複数の流出口、より具体的には、３つの流出口、すなわち、ｚ軸に沿って分布する上方流出口９８２、中間流出口９８３および下方流出口９８４が示されている。図７と同様に、微小物体は、領域８７４内のｚ軸に関するそれらの位置に応じて特定の流出口（流出口９８２、流出口９８３または流出口９８４等）内へ分類される。流出口が３つ存在するため、およびコントローラは独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビーム３１、３２、３３を供給する手段１４２を制御するように構成され、レーザビームは、個々の微小物体を所定の個々の距離だけ移動させるように制御されるため、微小物体を３つの異なるカテゴリに従って分類することが可能となっている。より多くの流出口を有することによって、この原理を、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０個またはそれよりも多くのカテゴリのように、複数のカテゴリに分類することができるように拡張し得ることに注目すべきである。
【０１１０】
異なる流出口を有することの他に、微小物体をｚ軸に関して異なる位置に配置することによって微小物体を分類し得ることが可能となること、およびｚ軸に関する流れのプロファイルが異なる場合、すなわち、流体が、ある位置ではその他よりも速く流れる場合には、ｚ座標における差がｘ座標における差に換算されることに留意する。これは、例えば、流れのプロファイルが放物線状である場合に現実的なものになり得る。
【０１１１】
図１０〜図１２は流体力学的集束および流体力学的発散の原理を示す。
【０１１２】
図１０は、流路１０６６が、流体力学的集束および／または流体力学的発散を可能にするように形成されていることを示す。流路の第１の部分１０７３は、円形断面を有する、すなわち、矢印１０６８で示される通りのｘ方向の流れ方向と直交するｙ−ｚ平面内の断面が円形の管状要素である。しかし、第１の部分１０７３の下流では、断面が変化し、領域１０７４内では長方形になる。それゆえ、流体はｚ方向には集束されているが、ｙ方向には発散されている。
【０１１３】
図１１は、ｙ−ｚ平面内における図１０の第１の部分１０７３の断面を示す。
【０１１４】
図１２は、ｙ−ｚ平面内における図１０の下流部分１０７４の断面を示す。
【０１１５】
図１１および図１２の両図では、微小物体が断面内に位置していることが示されており、集束および発散は微小物体をｚ軸に関する狭い領域内、すなわち、特定のｚ座標の周囲の平面内に位置させる役割を果たし、同時に、微小物体はその平面内に広げられ、それにより、ｙ軸に関しては微小物体間により大きな距離が得られていることがさらに示されている。この利点は、個々の微小物体は検出システムにとって検出および分析がより容易になり得ることであり、さらに、独立して空間的に制御可能であり、流路内に伝播して１つ以上の特定の微小物体に入射する複数の電磁放射ビームを供給する手段にとって、電磁放射ビームによる標的化、すなわち、照射が容易になり得ることである。
【０１１６】
図１３は、領域１３７４内に入ってくる中間管１３９６内に微小物体１３７６、１３７８が含まれ、さらに、上方管１３９５および下方管１３９７が領域１３７４内に入ってくる流体力学的集束の別の例を示す。流れは、矢印１３６８で示されている通り、左から右の向きである。各管の流れの流速を制御することによって、層１３９３のｚ軸に関する高さ（中間管内にもともと位置していた微小物体が最後に移動することになる高さ）は、管１３９５、１３９６、１３９７内の流体の相対流速によって影響される。
【０１１７】
図１４は、流体の再循環を可能にするためのループ１４６９の一例を示す。流入口１４６８は、流体がシステムに入ることを許し、ポンプ１４９５が流体を流入口からシステム内へ吸い込む役割を果たす。流体は微小物体１４７６、１４７８、１４８０を含んでよい。カメラ１４５２および上方対物レンズ１４６０を有する検出システムが、特定の微小物体１４７６、１４７８の位置を識別する役割を果たし、独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビーム１４３１、１４３２を供給する手段１４４２が、それらの微小物体をループ内へ移動させる役割を果たす。別のポンプ１４９６は、流体をループ内で再循環させる役割を果たす。流体は流出口１４７０を経てシステムから出てもよい。ループを有することによって、ループ内における特定のカテゴリの微小物体の濃度の連続的な増大が達成されてよい。別の潜在的利点は、検出システムは、ループ内には、そのカテゴリに属するそれらの微小物体のみが存在することを絶えず検証するために、ループ内の微小物体を絶えず監視してもよい。特定の実施形態では、独立して空間的に制御可能であり、手段１４４２の反対方向（すなわち、負のｚ方向、すなわち、下方）に流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給する手段（不図示）が、ループから微小物体を除去するために利用されてもよい。
【０１１８】
特定の実施形態では、微小物体７６、７８、８０を分類するためのシステム１０であって、
流入口６８および流出口７０を有し、流入口と流出口との間で流体の流れが層流になり得るように形成されている流路６６と、
流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するための検出システム５２と、
独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビーム３１、３２を供給する手段４２と、
矢印６２で示されるように、検出システム５２から１つ以上の位置のセットを取得し、
複数の電磁放射ビーム３１、３２の空間位置を制御するために、複数の電磁放射ビーム３１、３２を供給する手段４２に、矢印７２で示されるような命令を送信するように、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビーム３１、３２を制御するように構成される、プロセッサやコンピュータのようなコントローラ６７とを有し、
力は、主軸ｚと平行な成分を有する方向を有しているとともに、微小物体を主軸ｚに沿って空間的に変位させることによって微小物体を分類し得るように、主軸は電磁放射ビームと平行であり、かつ流体の流れの方向ｘと直交している、システム１０が提供される。
【０１１９】
要約すれば、微小物体７６、７８、８０を分類するためのシステム１０、１００であって、流入口６８および流出口７０を有する流路６６を有し、この流路は、流体の流れが層流となり得るように構成されている、システム１０、１００が提示されている。システムは、流路内の微小物体を検出することを可能にし、それらの位置を判定することをさらに可能にする検出システム５２をさらに有する。システムは、選択された微小物体に向けて光ビームを「発射」し、それらを新たな位置へ「押す」ことができるように、微小物体の位置を受信し、それに応じて光ビームの光源を制御する、コンピュータ等のコントローラ６７をさらに有する。これによって、システムは、選択された微小物体を分類することを可能にする。より具体的な実施形態では、検出システムは、異なるカテゴリを異なる微小物体にさらに指定し、それにより、複数のカテゴリに基づく分類を可能にする。
【０１２０】
本発明は特定の実施形態に関して説明されているが、それは、提示された例に多少なりとも限定されると解釈されてはならない。本発明の範囲は添付の請求項のセットによって明記されている。請求項の文脈において、用語「有している（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は、その他のあり得る要素またはステップを除外しない。同様に、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」などの参照の言及は、複数を排除するものと解釈されてはならない。請求項における、図に示されている要素に関する参照符号の使用も、本発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。さらに、異なる請求項において言及されている個々の特徴は、場合によっては有利に組み合わせられてもよく、異なる請求項におけるこれらの特徴の言及は、特徴の組み合わせが可能ではなく、有利ではないことを排除しない。
【０１２１】
例示的な実施形態Ｅ１〜Ｅ１５において、本発明は以下のものに関してよい：
【０１２２】
Ｅ１．微小物体（７６、７８、８０）を分類するためのシステム（１０、１００）であって、
流入口（６８）および流出口（７０）を有し、流入口と流出口との間で流体の流れが層流になり得るように形成されている流路（６６）と、
この流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するための検出システム（５２）であって、流路内に懸濁された１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するように構成される検出システム（５２）と、
独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を供給する手段（４２）と、
検出システム（５２）から１つ以上の位置のセットを取得し、
複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を制御するように構成されるコントローラ（６７）とを有し、
力は、主軸（ｚ）と平行な成分を有する方向を有しているとともに、微小物体を主軸（ｚ）に沿って空間的に変位させることによって微小物体を分類し得るように、主軸は電磁放射ビームと平行であり、かつ流体の流れの方向（ｘ）と直交している、システム（１０、１００）。
【０１２３】
Ｅ２．流路は、室温における純水の流れが４０００未満のレイノルズ数を有するように形成されている、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１２４】
Ｅ３．複数の電磁放射ビームを供給するための手段は、一般化位相コントラスト機構および回折光学素子のうちのいずれか１つを有している、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１２５】
Ｅ４．検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、１つ以上の位置のセットを、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットとして判定するように構成されている、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１２６】
Ｅ５．検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定セットにそれぞれ対応する、１つ以上の位置の複数のセットを判定するように構成されている、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１２７】
Ｅ６．システムは、微小物体をそれらのカテゴリに従って主軸に沿って空間的に変位させることによって、異なるカテゴリ内の微小物体を分類し得るように構成されている、実施形態Ｅ４またはＥ５に記載のシステム。
【０１２８】
Ｅ７．システムは、流体の再循環を可能にするためのループを有している、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１２９】
Ｅ８．複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは、非発散性である、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１３０】
Ｅ９．微小物体が流路（６６）内に懸濁されている間、複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、コントローラ（６７）は、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を制御するように構成されている、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１３１】
Ｅ１０．システムはさらに、流体を駆動して流路を通過させるためのポンプシステムを有している、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１３２】
Ｅ１１．ポンプシステムは、検出システムおよび／またはコントローラの動作ステータスに応じて流れを停止および始動させるように構成されている、実施形態Ｅ１０に記載のシステム。
【０１３３】
Ｅ１２．流路は、主軸に沿って分布する複数の流出口を有している、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１３４】
Ｅ１３．流路は、流体力学的集束および／または流体力学的発散を可能にするように形成されている、実施形態Ｅ１に記載のシステム。
【０１３５】
Ｅ１４．微小物体を分類するための方法であって、
流入口および流出口を有する流路内に、１つ以上の微小物体を含む流体の層流を供給するステップと、
流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するステップと、
独立して空間的に制御可能であり、流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給するステップと、
これらの複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、１つ以上の位置のセットに基づいて複数の電磁放射ビームを制御するステップとを有し、
力は、主軸と平行な成分を有する方向を有しているとともに、微小物体を主軸に沿って空間的に変位させることによって微小物体を分類し得るように、主軸は電磁放射ビームと平行であり、かつ流体の流れの方向（ｘ）と直交している、方法。
【０１３６】
Ｅ１５．微小物体を分類するための実施形態Ｅ１からＥ１３のいずれか１つに記載のシステムの使用。
【符号の説明】
【０１３７】
１０  システム
１８  光源
２０  空間光変調器
２８  ミラー
３１  電磁放射ビーム（レーザビーム）
３２  電磁放射ビーム（レーザビーム）
３３  電磁放射ビーム（レーザビーム）
４２  電磁放射ビームを供給する手段
５１  照射光
５２  検出システム
５６  レンズ
５８  下方対物レンズ
６０  上方対物レンズ
６２  １つ以上の位置のセット
６６  流路
６７  コントローラ
６８  流入口
７０  流出口
７２  電磁放射ビームを供給する手段への命令
７４  微小物体が分類される領域
７６  微小物体
７８  微小物体
８０  微小物体
８１  微小物体
１００  システム
１０４  上方光ビーム
１０６  上方光ビーム
１０８  上方の方向
１１０  下方光ビーム
１１２  下方光ビーム
１１４  下方の方向
１２４  上方光ビーム
１２６  上方光ビーム
１２８  下方ダイクロイックミラー
１３０  上方ダイクロイックミラー
１３１  下方光ビーム
１３２  下方光ビーム
１４２  電磁放射ビームを供給する手段
１４４  側方カメラ
１４６  側方顕微鏡対物レンズ
１４８  側方フィルタ
１５０  側方レンズ
１５２  上部カメラ
１５４  上方フィルタ
１５６  上方レンズ
１５８  下方顕微鏡対物レンズ
１６０  上方顕微鏡対物レンズ
１６４  側方視情報
１６６  流路
１６７  コントローラ
１７２  制御情報
５６８  流路内の流れの方向
５７４  微小物体が分類される領域
５９２  領域の上方部分
５９４  領域の下方部分
６８２  上方流出口
６８４  下方流出口
８７４  微小物体が分類される領域
８９２  領域内の上方領域
８９３  領域内の中間領域
８９４  領域内の下方領域
９８２  上方流出口
９８３  中間流出口
９８４  下方流出口
１０６６  流路
１０６８  ｘ方向の流れ方向
１０７３  流路の第１の部分
１０７４  領域（下流部分）
１３６８  流れ
１３７４  領域
１３７６  微小物体
１３７８  微小物体
１３９３  層
１３９５  上方管
１３９６  中間管
１３９７  下方管
１４４２  電磁放射ビームを供給する手段
１４５２  カメラ
１４６０  上方対物レンズ
１４６８  流入口
１４６９  ループ
１４７０  流出口
１４７６  微小物体
１４７８  微小物体
１４８０  微小物体
１４９５  ポンプ
１４９６  ポンプ
【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】
2015503736.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2015503736.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月20日(2014.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体（７６、７８、８０）を分類するためのシステム（１０、１００）であって、
流入口（６８）および流出口（７０）を有し、前記流入口と前記流出口との間で流体の流れが層流になり得るように形成されている流路（６６）と、
前記流路内の１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するための検出システム（５２）であって、前記流路内に懸濁された１つ以上の微小物体の前記１つ以上の位置のセットを判定するように構成される検出システム（５２）と、
独立して空間的に制御可能であり、前記流路内へ伝播する複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を供給する手段（４２）と、
前記検出システム（５２）から前記１つ以上の位置のセットを取得し、
前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、前記１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、前記１つ以上の位置のセットに基づいて前記複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を制御するように構成されるコントローラ（６７）とを有し、
前記力は、主軸（ｚ）と平行な成分を有する方向を有しているとともに、前記微小物体を前記主軸（ｚ）に沿って空間的に変位させることによって前記微小物体を分類し得るように、前記主軸は前記電磁放射ビームと平行であり、かつ前記流体の流れの方向（ｘ）と直交しており、
前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは、前記流路内の微小物体を３次元的に捕捉し得る程度には集束されず、前記流路は、前記主軸に沿って分布する複数の流出口を有する、前記システム。
【請求項２】
前記力は散乱力である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を供給する手段（４２）は、複数の上方電磁放射ビームおよび下方電磁放射ビームを供給するように構成されており、前記上方電磁放射ビームおよび下方電磁放射ビームは、前記微小物体に前記力を及ぼすように制御される逆向きに伝播するビームを形成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記流路は、室温における純水の流れが４０００未満のレイノルズ数を有するように形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の電磁放射ビームを供給するための手段は、一般化位相コントラスト機構および回折光学素子のうちのいずれか１つを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、前記１つ以上の位置のセットを、前記流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定的セットとして判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記検出システムは、少なくとも２つの異なるカテゴリの微小物体を識別し、前記流路内の特定のカテゴリの１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のカテゴリ特定的セットにそれぞれ対応する、１つ以上の位置の複数のセットを判定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムは、前記微小物体をそれらのカテゴリに従って前記主軸に沿って空間的に変位させることによって、異なるカテゴリ内の前記微小物体を分類し得るように構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、前記流体の再循環を可能にするためのループを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは、非発散性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記微小物体が前記流路（６６）内に懸濁されている間、前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームが、前記１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、前記コントローラ（６７）は、前記１つ以上の位置のセットに基づいて前記複数の電磁放射ビーム（３１、３２）を制御するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムはさらに、前記流体を駆動して前記流路を通過させるためのポンプシステムを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ポンプシステムは、前記検出システムおよび／または前記コントローラの動作ステータスに応じて前記流れを停止および始動させるように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記流路は、流体力学的集束および／または流体力学的発散を可能にするように形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
微小物体を分類するための方法であって、
流入口および流出口を有する流路内に、１つ以上の微小物体を含む流体の層流を供給するステップと、
前記流路内の前記１つ以上の微小物体の１つ以上の位置のセットを判定するステップと、
独立して空間的に制御可能であり、前記流路内へ伝播する複数の電磁放射ビームを供給するステップと、
前記複数の電磁放射ビーム内のうちの各電磁放射ビームが、前記１つ以上の微小物体のうちのある微小物体に力を及ぼし得るように、前記１つ以上の位置のセットに基づいて前記複数の電磁放射ビームを制御するステップとを有し、
前記力は、主軸と平行な成分を有する方向を有しているとともに、前記微小物体を前記主軸に沿って空間的に変位させることによって前記微小物体を分類し得るように、前記主軸は前記電磁放射ビームと平行であり、かつ前記流体の流れの方向（ｘ）と直交しており、
前記複数の電磁放射ビームのうちの各電磁放射ビームは、前記流路内の微小物体を３次元的に捕捉し得る程度には集束されず、前記流路は、前記主軸に沿って分布する複数の流出口を有する、前記方法。
【請求項１６】
微小物体を分類するための請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のシステムの使用。
【国際調査報告】
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