(57)【要約】【課題】【解決手段】装置および方法は、独特の、そして、高度に有用な方法で、生物学的物質に限定されるものではないが、細胞などを含む粒子と光とを相互作用するために提供されている。オプト泳動は、有益な結果を得るように、粒子を様々な光学的力に、特に、光学勾配力に、さらに詳しくは、移動する光学勾配力に晒すことから構成されている。生物学において、このテクノロジーは、好ましくは、あらゆる染料、ラベル、または他のマーカーなく、生きている細胞の内部作用を厳密に調べるための実際的なアプローチを表わしている。１つの態様において、粒子は、そのオプト泳動定数、またはサインを測定することによって特性が規定されることができる。例えば、疾患にかかった細胞は、健康な細胞とは異なるオプト泳動定数を有し、それによって、選別のための情報、または基準を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子のキャラクタリゼーションのための方法であって、
粒子の第１の物理的位置を観察する工程と、
光学的に、前記粒子を照らし、光学的力に前記粒子を晒す工程と、
前記粒子の第２の物理的位置を観察する工程と、
前記光学的力への前記粒子の反応の少なくとも一部分に基づき前記粒子の特性を規定する工程と、を具備する方法。
【請求項２】
前記光学照明は、光学勾配フィールドを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学勾配フィールドは、移動する光学勾配フィールドである請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記光学照明は、光学的散乱力フィールドを有している請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光学照明は、移動する光学勾配力フィールドと、別の力とを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の位置と第２の位置とは、異なっている請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記位置は、同じである請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記キャラクタリゼーションは、状態を表示するように非移動を含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記キャラクタリゼーションは、非位置パラメータを含んでいる請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記非位置パラメータは、前記粒子の回転である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記キャラクタリゼーションは、前記第１の位置と前記第２の位置との比較を含んでいる請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記移動の差の量は、キャラクタリゼーションの状態を示している請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記移動の方向は、キャラクタリゼーションの状態を表示する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記キャラクタリゼーションは、前記粒子のオプト泳動定数を利用する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャラクタリゼーションは、前記粒子のオプト泳動サインを利用する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
粒子を分離する方法であって、
粒子を光学勾配力に晒す工程と、
前記粒子の相対運動の少なくとも一部に基づき分析する工程と、
他の粒子から所望の粒子を分離する工程と、
を具備する方法。
【請求項１７】
前記分離は、流体による請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記分離は、機械的になされる請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記機械的分離は、捕獲構造を利用する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記分離は、光学的になされる請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記光学的分離は、光学ピンセットを使用する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記光学的分離は、光学勾配力を使用する請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記光学的分離は、光学的散乱力を使用する請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
粒子を分離する方法であって、
１つ以上の粒子を提供する工程と、
前記粒子に散乱力を生じるように、粒子を光に晒す工程と、
少なくとも前記散乱力への反応に基づき前記粒子を分離する工程と、
を具備する方法。
【請求項２５】
粒子を分離する方法であって、
２つ以上の粒子の第１の位置を決定する工程と、
前記粒子の相対運動をもたらすために、前記粒子を光学勾配力に晒す工程と、
前記粒子の第２の位置を決定する工程と、
前記勾配力とは異なる力に基づき前記粒子のサブセットを選択的に取り除く工程と、
を具備する方法。
【請求項２６】
粒子を分析する方法であって、
前記粒子を動電学的に移動する工程と、
分析のために、前記粒子を光学的力に晒す工程と、
を具備する方法。
【請求項２７】
前記光学的力は、光学勾配力である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光学的力は、移動する光学勾配フィールドである請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記光学的力は、光学的散乱力である請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記動電学的力は、電気泳動力である請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記動電学的力は、誘電泳動力である請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記動電学的力は、電気浸透力である請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記粒子は、表面に沿って移動される請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記表面は、平面である請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記平面の表面は、電極を含んでいる請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記電極は、配列状態に配置されている請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記表面は、チャンネルを含んでいる請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記移動は、チューブを介して生じる請求項２６に記載の方法。
【請求項３９】
粒子の誘電率を決定する方法であって、
異なる誘電率を有する複数の媒体における光学勾配フィールドに前記粒子を晒す工程と、
前記様々な媒体における前記光学勾配力をこうむるとき、前記粒子の運動をモニタする工程と、
前記様々な媒体における相対運動に基づき前記粒子の誘電率を決定する工程と、
を具備する方法。
【請求項４０】
前記媒体は、異なる容器にある請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記媒体勾配は、１つの容器内にある請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記容器は、チューブである請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
媒体中の、異なる誘電率を有する粒子を分離する方法であって、
前記粒子の誘電率の間に１つの誘電率を有する媒体を提供する工程と、
前記媒体中の前記粒子を光学勾配フィールドに晒す工程と、
前記粒子を分離する工程と、
を具備する方法。
【請求項４４】
前記光学勾配フィールドは、拡張する光学勾配フィールドを備えている請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記拡張する光学フィールドは、照明の拡張するエリアを構成している請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記照明は、一定の強度を有している請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記光学勾配フィールドは、移動する光学勾配フィールドを備えている請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
前記移動する光学勾配フィールドは、単収縮性運動を含んでいる請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
光学的に粒子を移動するシステムにおける粒子と表面との間の力を減少する方法であって、
第１の表面に隣接して粒子を供給する工程と、
前記粒子の選別をもたらすために、前記粒子に第１の光の強度パターンに晒す工程と、
前記粒子と前記表面との間の相互作用を減少するために、量および方向において第２の力に前記粒子を晒す工程と、
を具備する方法。
【請求項５０】
前記第２の力は、前記粒子の空中浮揚を生じる請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２の力は、静電気である請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記第２の力は、誘電泳動である請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記第２の力は、光学的である請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記光学的力は、対抗伝搬ビームによって生成される請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
移動する光学勾配を生成する方法であって、
源の配列を供給する工程と、
前記源の選択的操作によって、移動する光学勾配を生成する工程と、
光学的に、前記源の出力を成形する工程と、
複数の粒子を含有する媒体を照らす工程と、
を具備する方法。
【請求項５６】
前記源の配列は、ＶＣＳＥＬアレイを備えている請求項５５に記載の方法
【請求項５７】
前記源の配列は、ダイオードバーを備えている請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記源の配列は、光ファイバを備えている請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】
前記光学的成形は、レンズを利用する請求項５５に記載の方法。
【請求項６０】
三次元の光学勾配フィールドと粒子とを相互に作用する方法であって。
複数の平面の前面を生成するために２つのビームを干渉する工程と、
媒体中に複数の粒子を供給する工程と、
前記粒子に対して前記平面の前面を移動する工程と、
を備え、
それによって、前記粒子は、前記粒子の誘電率の少なくとも一部に基づき分離される、方法。
【請求項６１】
前記２つのビームを干渉することは、２つの独立したビームを利用する請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記２つのビームを干渉することは、前記２つのビームを生成するために、単一の源を利用する請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記２つのビームは、直接に、そして、反射ビームを備えている請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記反射ビームは、前記ミラーに対して斜角に反射される請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記媒体は、前記粒子の誘電率未満の誘電率を有している請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
前記平面の前面は、前記干渉平面に直交する方向に移動する請求項６０に記載の方法。
【請求項６７】
前記平面の前面は、容量を介して移動する請求項６０に記載の方法。
【請求項６８】
前記粒子および媒体は、サンプル容量に含有されている請求項６０に記載の方法。
【請求項６９】
前記サンプル容量は、三次元体積である請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
サイズにより粒子の個体群を分離する方法であって、
前記粒子を、画定された空間周期性を有する光学勾配パターンに晒す工程と、
前記粒子に対して前記勾配を移動する工程と、
を備え、
前記改良点は、異なるサイズ順に並べた粒子に異なる効果を生ずるために、前記勾配の空間周期性を選択することを備えている、方法
【請求項７１】
若干数の前記粒子は、前記勾配の空間周期性より小さく、若干数の前記粒子は、前記周期より大きい請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記大きな粒子は、前記勾配の空間周期性よりも大きい請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
さらに、前記粒子のサイズを変更するために、前記媒体の浸透特性を変える工程を含んでいる請求項７０に記載の方法。
【請求項７４】
粒子を分離する方法であって、
入力と出力を有する第１の圧迫された通路および出力を含む第２の圧迫された通路に結合する選別領域内に前記粒子を流通する工程と、
移動する光学勾配で前記選別領域を照らす工程と、
を備え、
若干数の前記粒子は、前記第１の入口と前記第１の圧迫された通路の出力との間を層流のように流通し、
選択された粒子は、前記移動する光学勾配力のもとに、前記第１の圧迫された通路から前記第２の圧迫された通路にそらされることを特徴とする、方法。
【請求項７５】
前記圧迫された通路は、チャンネルである請求項７４記載方法。
【請求項７６】
前記圧迫された通路は、平面である請求項７４に記載の方法。
【請求項７７】
光学的に選別された粒子を収集する装置であって、
複数の粒子をサポートするように構成される第１の表面と、
前記第１の表面から前記粒子の分離を生ずるために、前記粒子を移動する勾配力に晒すための光学照明システムと、
前記分離された粒子を前記第２の表面に粘着する第２の粘着性表面と、
を備えている、装置。
【請求項７８】
前記粘着性表面は、固有の親和力を有している請求項７７に記載の装置。
【請求項７９】
前記粘着性表面は、非固有の親和力を有する請求項７７に記載の装置。
【請求項８０】
前記第１の表面は、平面である請求項７７に記載の装置。
【請求項８１】
前記第１の表面が前記第２の表面に平行である請求項７７に記載の方法。
【請求項８２】
複数の粒子の分析、または分離のための方法であって、
吸収スペクトルの分析に基づき照明のための波長を選択する工程と、
前記選択された波長で前記粒子を照らす工程と、
マルチプル波長への粒子の反応を考慮する工程と、
所望のパラメータに基づいて波長を選択する工程と、
最適化された異なる運動を得るために個体群を照らす工程と、
を具備する方法。
【請求項８３】
前記波長を選択する工程は、スペクトル反応を使用することを含んでいる請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記波長の選択は、前記吸収スペクトルにおいて局部吸収最大を有する領域に隣接している請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記波長を選択する工程は、経験のみに基づくデータを使用することを含んでいる請求項８２に記載の方法。
【請求項８６】
異なる誘電率を有する粒子を分離する方法であって、
前記粒子間の識別の感度を向上するように選択される誘電率を有する媒体内の粒子を分離する工程と、
前記媒体を、前記粒子間のより速い分離を生ずる誘電率を有する媒体に変更する工程と、
を具備する方法。
【請求項８７】
前記感度は、これ以外の粒子よりも１つの種類の粒子に近い誘電率を有する媒体を利用することによって向上される請求項８６に記載の粒子を分離する方法。
【請求項８８】
前記感度は、前記媒体と前記第１の粒子との間の誘電率における差が、前記粒子間の誘電率における差とほぼ同じである媒体を利用することによって向上される請求項８６に記載の粒子を分離する方法。
【請求項８９】
光学的に粒子を選別する装置であって、
前記粒子を含む流体の媒体を受け入れる入口と、
前記入口と連絡している第１の流体通路であり、前記通路は、第１の選別領域を含み、前記第１の選別領域が少なくとも２つの出口を含んでいる、第１の流体通路と、
前記第１の選別領域に光学的移動する勾配を設けている照明システムと、
前記第１の選別領域から前記出口の少なくとも１つに連結されている第２の流体通路と、
前記第２の流体通路に結合され得る第２の選別領域であり、前記領域は、少なくとも２つの出口を有している、第２の選別領域と、
前記第２の選別領域の前記少なくとも２つの出口間で粒子を選別するために、前記第２の選別領域を照らす第２の光学的移動する勾配と、
を備えている、装置。
【請求項９０】
フィードバックループが設けられている請求項８９に記載の装置。
【請求項９１】
前記第１のジャンクションは、Ｔジャンクションを備えている請求項８９に記載の装置。
【請求項９２】
前記第１のジャンクションは、Ｈジャンクションを備えている請求項８９に記載の装置。
【請求項９３】
前記第１のジャンクションは、Ｘジャンクションを備えている請求項８９に記載の装置。
【請求項９４】
前記第１のジャンクションは、Ｙジャンクションを備えている請求項８９に記載の装置。
【請求項９５】
前記第１の選別領域の前記第２の出力は、第３の選別領域に連結されている請求項８９記載装置。
【請求項９６】
前記第３の選別領域は、光学的移動する勾配によって照らされている請求項９５に記載の装置。
【請求項９７】
前記第２の光学的移動する勾配は、前記第１の光学的移動する勾配を生成するのと同じ照明システムによって形成されている請求項８９に記載の装置。
【請求項９８】
前記第２の光学的移動する勾配は、前記第１の光学的移動する勾配を生成するのとは異なる照明システムによって形成されている請求項８９に記載の装置。
【請求項９９】
さらに、ポンピングシステムを含んでいる請求項８９に記載の装置。
【請求項１００】
さらに、選別された粒子を保持するために複数の容器を含んでいる請求項８９に記載の装置。
【請求項１０１】
さらに、前記粒子の移動を検出するために配置されるセンサを含んでいる請求項８９に記載の装置。
【請求項１０２】
前記照明システムがレーザーを含んでいる請求項８９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも光学的力、または光子の力を利用して、物質の選択、同定、キャラクタリゼーションおよび／または選別を行う方法および装置に関する。特に、本発明は、光学的誘電率を有するバイオ粒子との相互作用のために光学的力を使用することが全体として考慮されている、生物学的システムにおける有用性を発見している。
【０００２】
本出願は、「粒子の同定、キャラクタリゼーションおよび／または選別のために光学的力を使用する方法および装置（Methods and Apparatus for Use of Optical Forces for Identification, Characterization and/or Sorting of Particles）」と題が付けられている２００１年４月２７日に出願された出願番号第０９／８４５，２４５号の一部継続出願であり、それは、発明者がＯｓｍａｎ  Ｋｉｂａｒである「マイクロ粒子を分離するシステムおよび方法（System And Method for Separating Micro-Particles）」と題が付けられている２００１年４月２７日に出願された出願番号第０９／８４３，９０２号に関連し、それは、２０００年１１月１３日に出願された「セル、または粒子を選別する方法および装置（Method and Apparatus for Sorting Cells or Particle）」と題が付けられている仮出願番号第６０／２４８，４５１号からの優先権を主張している。それらの出願は、ここに少なくとも記述されており、参照によりここに組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
粒子の分離およびキャラクタリゼーションは、産業上の適用から、生物学上の適用へ、そして、環境の適用への範囲におよぶ広範囲の様々な適用を有している。例えば、生物学の分野では、細胞の分離は、医学および生物工学における非常に多くの適用を有している。歴史的に、選別テクノロジーは、粒子のサイズ、または密度などの総物理的特性、または、レセプター配位子相互作用、または免疫におけるターゲットとの反応などの親和力相互作用を利用することに焦点を合わせた。
【０００４】
物質の電磁反応特性は、粒子の選別およびキャラクタリゼーションに利用されてきた。例えば、誘電泳動セパレータは、粒子の分離のために不平等ＤＣ、またはＡＣ電界を利用している。例えば、「誘電泳動によって分離する装置（Apparatus for Setarating By Dielectrophoresis）」と題が付けられているＰｅｔｈｉｇらの米国特許第５，８１４，２００号を参照。細胞選別への誘電泳動の適用が試みられた。「異なる誘電親和力による血液からのヒトの胸の癌細胞の分離（Separation of Humann Breast Cancer Cells from Blood by Differential Dielectric Affinity）」と題が付けられている、Ｂｅｃｋｅｒ（Ｇａｓｃｏｙｎｅと共に）らのＰＮＡＳ  ＵＳＡの１９９５年１月の８６０頁〜８６４頁、９２巻における、Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙの記事において、著者は、病気にかかった細胞の誘電特性は、正常な血球から癌細胞の分離を可能とするほど十分に異なっていたということを報告した。そのシステムは、マイクロ電極アレイを含有する誘電親和力カラム内で細胞に作用する流体力学的力と誘電泳動の力とのバランスを保った。例えば、Ｃｈｅｎｇらの米国特許第６，０７１，３９４号の「誘電泳動によるバイオ電子チップへのバイオ粒子のチャネルのない分離（Channel Lees Separation of Bioparticles on a Bioelectronic Chip By Dielectrophoresis）」を参照。まだそのうえに、他の人は、粒子の分離のために静電力を使用することを試みた。「帯電物体の操作のための表面電界効果（Surface Field-Effect Device for Manipulation of Charged Species）」と題が付けられたＪｕｄｙらの米国特許第４，４４０，６３８号と、ＷａｓｈｉｚｕのＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓの１９９０年１月Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１，ｐｐ．１０９−１０３の「生物学的物体の静電操作（Electrostatic Manipulation of Biological Objects）」とを参照。
【０００５】
光は、粒子を分類し、捕獲するのに使用された。この分野における初期の職人の１人は、透明なμｍサイズのラテックスビードを操作するレーザを使用したベル研究所（Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）のＡｒｔｈｕｒ  Ａｓｈｋｉｎであった。「中性子粒子を捕獲し、加速する装置履歴（Apparatuses for Trapping and Accelerating Neutral Particles）」と題が付けられたＡｓｈｋｉｎの米国特許第３，８０８，５５０号は、放射圧力を介して粒子を捕獲するか、または含有するシステムを開示した。干渉性光学的放射を発生するレーザーは、光学的圧力の好ましい源であった。小さな粒子を捕獲するために光学的放射を使用することは、ベル研究所グループ（Ａｓｈｋｉｎ  Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｓ  ｇｒｏｕｐ）内で、最後に、ノーベル賞が、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｃｈｕを含む、研究者達にその研究所から与えられたという点にまで発展した。例えば、Ｃｈｕ，Ｓ．のＳｃｉ．Ａｍ．，７１頁（１９９２年２月）の「中性子粒子のレーザー捕獲（Laser Trapping of Neutral Particles）」、Ｃｈｕ，Ｓ．のＳｃｉｅｎｃｅ２５３，８６１頁〜８６６頁（１９９２年２月）の「原子および粒子のレーザー操作（Laser Manipulation of Atoms and Particles）」を参照。
【０００６】
一般に、集束されたビームと誘電粒子、または物質との相互作用は、勾配力および散乱力の広いカテゴリーとなる。勾配力は、高い相対誘電率を有する物質を光の集束されたビームにおける最大強度のエリアの方へ引張ることが多い。散乱力は、光のビームから物質への運動量の移動の結果であり、ほぼビームと同じ方向にある。粒子を捕獲するために光を使用することは、さらに、時には、光学ピンセット構成と呼ばれている。一般に、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）近似値を使用して、捕獲の力は、以下の方程式によって与えられる：
【数１】
2004530877.tif 000002
式中、Ｆｇは、高い強度の方への方向における粒子への光学勾配力であり、ｒは、粒子の半径であり、εＢは、背景媒体の誘電率であり、εは、粒子の誘電率であり、Ｉは、平方センチメートルワット当たりのワットの光の強度であり、∇は、空間微分係数である。図１は、光学ピンセットにおける粒子の図を示している。この光学ピンセットは、粒子に方向付けられる高度に集束されたビームから構成されている。
【０００７】
図１に示されるように、集束されたビーム１２は、第一に、粒子１０に収束され、次に発散する。強度パターン１４は、水平次元におけるビームの強度の断面に関係し、強度パターン１６は、垂直次元における強度の断面である。方程式から分かるように、捕獲力は、光の強度の勾配の関数である。従って、その力は、光の強度が、最も迅速に変化する所で大きく、反対に、光の強度が、均一である所では最小である。
【０００８】
初期の安定した光学的トラップは、垂直レーザービームで粒子を空中に浮揚させ、上方への散乱力と下方への重力の力とを釣り合わせる。光の勾配力は、粒子を光軸に保持する働きをする。例えば、ＡｓｈｋｉｎのＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，１９（６），２８３頁〜２８５頁（１９７１年）の「放射圧力による光学的空中浮揚（Optical Levitation by Radiation Pressure）」を参照。１９８６年に、Ａｓｈｋｉｎは、軸に沿って伝搬する光に対抗するような、高度に集束されたレーザービームに基づくトラップを開示した。高度に集束されたビームは、きわめて高度の強度を有するスペースにおける小さなポイントを結果として生ずる。極度の集束は、大きな勾配力に誘電粒子をそのポイントの方に引張らせる。特定の状況のもとで、勾配力は、散乱力を解消し、それにより、別の方法として、焦点の外の光の方向に粒子を押す。一般に、そのような高レベルの集束を実現するために、レーザービームは、高度の開口数の顕微鏡の対物レンズを介して方向付けられる。この装置は、高度の開口数の照明からの相対貢献度を向上する働きをするが、散乱力の効果を減少する。
【０００９】
１９８７年に、Ａｓｈｋｉｎは、光学的捕獲の実験に基づくデモンストレーションおよび単一のビームの勾配力の光学的トラップシステムでの生物学的物質の操作を報告した。Ａｓｈｋｉｎらの１９８７年３月２０日のＳｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．２３５，Ｎｏ．４７９５，１５１７頁〜１５２０頁の「ウイルスおよびバクテリアの光学的捕獲と操作（Optical Trapping and Manipulataion of Viruses and Bacteria）」。「生物学的粒子のための非破壊的光学的トラップおよびその方法（Non-Destructive Optical Trap for Biological Particles and Method of Doing Same）」と題が付けられた米国特許第４，８９３，８８６号において、Ａｓｈｋｉｎらは、赤外線の光源を利用する単一のビームの勾配力の光学的トラップにおける生物学的粒子の成功した捕獲を報告した。そこに０．８μｍ〜１．８μｍと述べられている実質的に赤外線範囲の波長でのコヒーレント光を放射する赤外線レーザーを使用することにより、生物学的物質が、１６０ｍＷの力での多くのライフサイクル間に捕獲後でさえ、連続している多産性において正常の自発運動性を呈することを可能にすると言われている。「ｏｐｔｉｃｕｔｉｏｎ」という用語は、生物学的物質を弱める放射に言及するべく技術上周知となっている。
【００１０】
生物学的物質を調査するために光を使用することは、多くの研究者によって利用されてきた。直物の細胞における内部細胞の操作が、実験などで説明された。ＡｓｈｋｉｎらのＰＮＡＳ  ＵＳＡ，Ｖｏｌ．８６，７９１４−７９１８（１９８９年）を参照。さらに、Ａｓｈｋｉｎ，Ａ．のＰＮＡＳ  ＵＳＡ，Ｖｏｌ．９４，４８５３頁〜４８６０頁、１９９７年５月、Ｐｈｙｓｉｃｓの「レーザーを使用する中性子粒子の光学的捕獲および操作（Optical Trapping and Manipulation of Neutral Particles Using Lasers）」を参照。鎖でつながれた鞭毛周りのバクテリアをよることによってバクテリアの鞭毛のねじりコンプライアンスの測定を含む様々な機械的および力の測定が、行われた。Ｂｌｏｃｋ，Ｓ．らのＮａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ）、３３８．５１４頁〜５１８頁（１９８９年）。粒子のマイクロ操作は、実験などで説明された、例えば、移動する細胞および細胞小器官を切断するために、時には、レーザーはさみ、または小刀と呼ばれるパルスレーザー切断のマイクロビーム技術との組合せにおいて光学ピンセットを使用することが、実験などで説明された。ＳｅｅｇｅｒらのＣｙｔｏｍｅｔｒｙ，１２，４７９頁から５０４頁（１９９１年）。光学ピンセットおよびはさみは、体外授精においてすべて光学的に使用された。Ｔａｄｉｒ，Ｙ．のＨｕｍａｎ  Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，６，１０１１頁〜１０１６頁（１９９１年）。様々な技術は、捕獲において援助するために、構造が生物学的物質に取り付けられている「ハンドル」の使用を含んでいる。例えば、Ｂｌｏｃｋ，Ｎａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ），３４８，３４８頁〜３５２頁（１９９０年）を参照。
【００１１】
様々な測定が、光学的捕獲およびナノメートル未満の解像度を有する干渉計使用の位置監視を利用する生物学的システムから作られた。ＳｖｏｂｏｄａのＮａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ），３６５，７２１頁〜７２７頁（１９９３年）。まだそのうえに、他の人は、ピンセットトラップが利用されるシステムに基づくフィードバックを提案した。ＭｏｌｌｏｙらのＢｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．，６８，２９８５頁〜３０５５頁（１９９５年）。
【００１２】
多数の職人は、生物学的物質をねじること、または引き伸ばすことを探求した。Ｎａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ），３３０，７６９頁から７７１頁（１９８７年）においてＡｓｈｋｉｎは、赤血球の形状をねじるために光学ピンセットを利用した。複数の光学ピンセットが、赤血球の形状復元時間を測定するために、アッセイを形成するのに利用された。ＢｒｏｎｋｈｏｒｓｔのＢｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．，６９，１６６６頁〜１６７３頁（１９９５年）。Ｋａｓらは、レーザーによって発生される２つの対抗伝搬するビーム間の細胞をトラップし、変形するために整調できるレーザーの使用を提唱する米国特許第６，０６７，８５９号において、「光学的伸張機」を提案した。このシステムは、単一の悪性の癌細胞を検出するのに利用される。まだそのうえに、別のアッセイが、光学的衝突に対してＯＰＴＣＯＬと呼ばれる制御された状況のもとで、２つの細胞、または粒子を衝突させることを提案した。例えば、ＭａｍｍｅｒのＣｈｅｍ＆Ｂｉｏｌ．，３，７５７頁、７６３頁（１９９６年）を参照。
【００１３】
まだそのうえに、他の人は、物体の特性を測定するために、光学的力を利用することを提案した。例えば、Ｇｕａｎｍｉｎｇ，ＬａｉらのＰｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ，３９２１，１９７頁〜２０４頁（２０００年）の「Ｓｅｌｆ−Ｍｉｎｉｎｇインターフェロメトリーによるレーザートラップされた粒子のスプリング定数の測定（Determination of Spring Constant of Laser-Trapped Particle By Self-Mining Interferometry）」を参照。まだそのうえに、他の人は、光学的トラップの力を較正するための方法として、流体の抵抗力と釣り合わされる光学的捕獲力を利用した。これらのシステムは、抵抗力、特にストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）の抵抗力に高い程度の依存関係を利用している。
【００１４】
まだそのうえに、他の人は、物質を位置決めするために光の強度パターンを利用した。「光学的物質（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｔｅｒ）」と題が付けられたＢｕｒｎｅｓらの米国特許第５，２４５，４６６号において、拡張された結晶および非結晶構造の配列は、微視的分極可能な物質に結合される光のビームを使用して生成されている。この分極可能な物質は、適用され、パターン化された光の強度の分布パターンを採用している。さらに、Ｎｅｗ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ，１９８９年１１月１８日、Ｎｏ．１６９１におけるＢｕｒｎｓの著述に報告している「光のリプルに依存する物質（Matter Rides on Ripples of Lights）」を参照。まだそのうえに、他の人は、定常波光学パターンを利用して基板に原子を置く方法を提案した。「レーザー制御ナノリトグラフィーを製造する方法（Method of Fabricating Laser Controlled Nanolithography）」と題が付けられているＣｅｌｏｔｔａらの米国特許第５，３６０，７６４号を参照。
【００１５】
まだそのうえに、他の人は、光を利用することによって粒子を移動させることを試みた。その著者によって「ホト泳動（ｐｈｏｔｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）」と呼ばれている技術で、Ｂｒｉａｎ  Ｓｐａｃｅらは、分子の移動を誘導するべく、分子に回転運動を誘導するために、偏光ビームを利用し、その所望の目的は、分子の集中勾配を形成することである。この技術は、分子の誘導された回転運動が移動を結果として生ずるように、プロペラ形状の分子を利用することが好ましい。
【００１６】
様々な試みが、サンプル製品および選別適用など様々な目的に向って、マイクロ流体システムを形成するために行われた、例えば、「化学分析および合成のためにマイクロ流体操作を行う装置および方法（Apparatus and Method for Performing Microfluidic Manipulations for Chemical Analysis And Synthesis）」と題が付けられているＲａｍｓｅｙの米国特許第６，０３３，５４６号を参照。Ａｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｐｅｒなどの多くの会社が、「チップの上の凝乳酵素（ｌａｂ  ｏｎ  ａ  ｃｈｉｐ）」を備えているマイクロシステムを形成することを試みている。
【００１７】
他の人は、マイクロ製造装置と光学システムとを組み合わせることを試みた。ＣｈｏｕらのＰＮＡＳ  ＵＳＡ，Ｖｏ；．９６，１１頁〜１３頁、１９９９年１月、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ，の「ＤＮＡ分子をサイズで分類し、選別するマイクロ製造装置（A Microfabricated Device for Sizing and Sorting DNA Molecules）」において、マイクロ製造装置は、蛍光特性の測定に基づき微視的物体をサイズで分類し、選別することについて記述されている。この文書は、ＤＮＡ内に挿入された蛍光染料の量を含む蛍光特性を測定することによって、ＤＮＡの長さを決定するシステムについて記述している。Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１７，１９９９年１１月、１１０９頁〜１１１１頁の「マイクロ製造された蛍光細胞分析分離装置（A Microfabricated Fluorescence-Activated Cells Sorter）」において、「Ｔ」マイクロ製造された構造が、細胞選別に使用された。「Ｔ」インターセクションの検出ウインドウ上流を利用し、検出された特性に基づくそのシステムは、そのシステム内で粒子を選別する。前方の選別システムは、検出された事象に基づいて流体の流れをスイッチした。逆の選別モードにおいて、流体の流れは、すべての粒子を廃棄物収集にルートするように設定されたが、収集可能な事象の検出時、粒子が第２回に検出されるまで、流体の流れを逆にし、その後、粒子が収集された。若干数のこれらのシステムは、「マイクロ製造された細胞分析分離装置（Microfabricated Cell Sorter）」と題が付けられているＱｕａｋｅらのＰＣＴ公報ＷＯ  ９９／６１８８８に記述されている。
【００１８】
まだそのうえに、他の人は、電磁放射関連特性を含む、様々な特性を測定することに基づく生物学的システムを特徴付けることを試みた。物質、特に、マイクロ波範囲における生物学的物質の誘電特性を探査するための様々な努力が行われた。例えば、「リモートマイクロ波呼びかけ信号を使用する複素誘電率測定に基づく生物学ターゲットの生理学上のファクシミリイメージングのための方法および装置（Method and Apparatus for Physiologic Facsimile Imaging of Biologic Targets Based on Complex Permittivity Measurements Using Remote Microwave Interrogataion）」と題が付けられているＬａｒｓｏｎらの米国特許第４，２４７，８１５号および「分子結合事象を検出する方法および装置（Method and Apparatus for Detecting Molecular Binding Events）」と題が付けられている発明者Ｈｅｆｔｉ名義のＰＣＴ公報ＷＯ  ９９／３９１９０を参照。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
かなりの努力が、技術上行われたにもかかわらす、包括的で、効果的で、感度がよくて、信頼性のあるシステムは達成されなかった。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本方法および装置は、一般に、粒子から情報を得るために、または粒子に力を印加するために、光のエネルギーを使用することに関する。この粒子は、誘電率を有するあらゆる形状でよい。これらの有益な目的のために光を使用することは、オプト泳動法の分野である。細胞などの粒子は、状態を表示するか、または選択、選別、キャラクタリゼーション、または粒子との独特の相互作用を可能とするオプト泳動（Ｏｐｔｏｐｈｏｒｅｔｉｃ）定数、またはサインを有している。生物学的様式において、粒子は、細胞、小器官、タンパク質、または原子レベルへ下がるあらゆる成分を含むことができる。この技術は、さらに、すべての無機性の物質、メタル、半導体、絶縁体、ポリマー・高分子およびその他の無機性の物質に適用されるときを含み、生物学的でない領域に適用される。
【００２１】
生物学的領域を考慮すると、細胞は、すべてのゲノム情報のための総合の真実のポイントを表わす。この情報にアクセスし、解読することは、疾患の診断および治療に重要である。既存のテクノロジーは、この情報の桁はずれの複雑さを効率よく、包括的に取り組むことができない。細胞自体の基本的な特性を解き明かすことによって、ここに記述されている方法および装置は、細胞補キャラクタリゼーション、細胞の分析および細胞に基づくアッセイのための新しいパラメータを生成する。
【００２２】
このテクノロジーは、好ましくは、あらゆる染料、ラベル、その他のマーカーなどのないことが好ましい生きている細胞などの粒子の内部作用を厳密に調べる実際的なアプローチを表わしている。細胞の「オプト泳動定数」は、独特に、それが分析され、細胞の内部作用の調査を可能とする正確な瞬間に、細胞の生物学的状態を反映する。これらの技術は、新しい薬剤をスクリーニングすることから、新しい遺伝子の発現を研究することへ、新しい診断生成物を生成することへ、そして、癌患者をモニターすることへと広い範囲の情報を簡単に効率よく収集することを可能とする。このテクノロジーは、この独特のオプト泳動パラメータに基づき固有の細胞の同時分析および分離を可能とする。別の方法で述べると、このテクノロジーは、原子レベルでのそれらの差に基づき、同時に、固有の粒子を、例えば、細胞を分析し、分離することができる。単独で、または最新の分子技術と組み合わせて使用すると、このテクノロジーは、生きている細胞の全体の活動を含む複雑なメカニズムを独特の同定可能なパラメータをリンクするために有益な方法を与える。
【００２３】
１つの態様において、本発明は、粒子の第１の物理的位置を観察する工程と、光学的に、それを光学的力に晒すためにその粒子を照らす工程と、粒子の第２の物理的位置を観察する工程と、光学的力への粒子の反応に少なくとも一部分に基づいて粒子に特性を規定する工程とによる粒子のキャラクタリゼーションのための方法である。このキャラクタリゼーションというのは、例えば、細胞などの粒子が、検出されたオプト泳動定数、またはサインに基づき特定の疾患状態を有するということである。
【００２４】
キャラクタリゼーションが、複数の粒子の物理的分離を用いて、または用いずに行われることができるのに対して、粒子を分離する方法は、第一に、粒子を光学勾配力に晒すことと、第二に、その粒子を移動することと、第三に、別の粒子から所望の粒子を分離することとから構成されることができる。粒子は、必要とされる分離を生じるのに十分な、別の光学的力によって、流体力によって、電磁力、またはあらゆる他の力によって、別の粒子から分離することができる。
【００２５】
さらに別の態様において、本発明は、動電学的に粒子を移動し、その粒子に選別のために光学的力を晒すことによって、粒子を分析する方法を含んでいる。動電学的な力は、例えば、電気浸透、電気泳動、誘電泳動などを含む。
【００２６】
キャラクタリゼーションおよび選別のために粒子の誘電状況を使用することに加えて、若干数の本発明の方法は、粒子の誘電率を測定するのに使用されることができる。１つの方法は、異なる誘電率を有する複数の媒体における光学勾配力に粒子を晒すことと、様々な媒体における光学勾配力に晒すときに粒子の運動をモニタすることと、そして、様々な媒体における運動の相対量に基づき粒子の誘電率を決定することとを含む。
【００２７】
まだそのうえに、別の方法は、それらのサイズにより粒子の選別を可能とする。１つの方法は、粒子を光学的縞パターンに晒す工程と、粒子に対してその縞を移動する工程とを含み、その改良点は、異なるサイズの粒子に特異な効果を生ずるために縞の周期を選択することである。類似の方法は、光学的力に晒すとき粒子のフレキシビリティに基づき粒子を選別するか、またはそうでない場合、分離する。一組の例示的な工程は、縞を有する光学パターンに粒子を晒す工程と、その縞スペーシングは、圧縮されていない状態の粒子のサイズ未満であり、粒子を含有する媒体に対して縞を移動する工程とを含み、それによって、比較的高いフレキシビリティを有する粒子が、比較的低いフレキシビリティを有する粒子から分離される。
【００２８】
光学勾配力を使用することに加えて、システムおよび方法は、単独か、または別の力との組合せのいずれかで、光学的散乱力を使用することができる。セットアップされるオプト泳動での分離のための１つの方法は、１つ以上の粒子を提供することと、粒子への散乱力を生じるようにその粒子を光に晒すことと、そして、少なくとも散乱力への反応に基づき粒子を分離することとから構成されている。
【００２９】
様々な技術は、システムの感度および識別を向上するために記述されている。例えば、感度のよい装置は、粒子間の識別の感度を向上するように選択される誘電率を有する媒体における粒子を分離することによって、そして、その媒体を粒子間のより速い分離を生ずる誘電率を有する媒体に変更することによって提供される。感度を向上する１つのオプションは、粒子の誘電率に近い媒体の誘電率を選択することである。
【００３０】
したがって、本発明の目的は、光学的誘電率を有する物質の同定、キャラクタリゼーション、選択および／または選別の方法を提供することである。
【００３１】
さらに、本発明の別の目的は、粒子を標識付けすることなく、または別の方法として、粒子を変更することなく、粒子を選別または同定するシステムを提供することである。
【００３２】
さらに、本発明の別の目的は、帯電されない粒子、または中性子粒子が、選別され、または別の方法として、特性が規定されるシステムを提供することである。
【００３３】
さらに、本発明の別の目的は、粒子が、遠隔操作により操作されることができ、それによって、検討中のシステムへの汚染を減少するシステムを提供することである。
【００３４】
さらに、本発明の別の目的は、光学的力と他の力との間の干渉なく、他の力と関連して使用されることができることである。
【発明を実晒するための最良の形態】
【００３５】
以下の定義は、ここに開示されている本発明を理解するために与えられている。
【００３６】
「誘電率」は、単位電位の傾きのために単位容積当たりに蓄えられる静電エネルギーを測定する特性であると定義されている。（例えば、the New IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronics Terms，Ｃ1993を参照）
「光学的誘電率」は、光波長での粒子、または物体の誘電率である。一般に、光波長範囲は、１５０Åから３０，０００Åである。
【００３７】
「光学勾配フィールド」は、光学的エネルギーに関する強度、波長、または周波数、位相、偏光、または他のパラメータを含む１つ以上のパラメータにおける変動を有する光学パターンである。干渉計よって生成されるとき、光学勾配フィールド、またはパターンは、さらに、光学的縞フィールド、または縞パターン、またはその変形と呼ばれる。
【００３８】
「移動する光学勾配フィールド」は、例えば、同定される、特性が規定される、選択されるおよび／または選別される粒子、または物体、その粒子と接触する媒体、一般に、流体媒体および／またはあらゆる閉じ込め、またはサポート構造などのシステムの他のコンポーネントに対するスペースおよび／または時間で移動する光学勾配フィールドである。
【００３９】
「光学的散乱力」は、光子から光学的エネルギーで照らされる物質への運動量移動によって生ずる粒子、または物体に印加される力である。
【００４０】
「光学勾配力」は、粒子、または物体を、粒子とそれが位置される媒体との間の誘電率の差に基づく力に施させる力である。
【００４１】
「オプト泳動」、または「オプト泳動の」は、一般に、粒子についての情報を得るために、または空間的に粒子移動するために、または別の方法として、有益に、粒子と相互に作用するために、光子のエネルギー、または光のエネルギーを使用することに関連している。
【００４２】
「オプト泳動定数」、または「オプト泳動サイン」、または「オプト泳動指紋」は、光学的選択、同定、キャラクタリゼーション、または選別のために粒子を識別するか、または特性を規定する１つパラメータ、または複数のパラメータのことである。
【００４３】
「光学ピンセット」は、勾配力が、一般に、散乱力を解消するのに十分な強度である勾配力で、誘電粒子を最高の強度のポイントの方に引張ることが多い十分に高度な強度のスペースにおけるポイントに高度に集束されたビームを有する光に基づくシステムである。最も一般的には、レーザービームは、高度の開口数を有する顕微鏡の対物レンズを介して方向付けられ、そのビームは、ほぼ５，０００Åから２０，０００Åの、より一般的には１０，０００Åを介する光の波長の回析制限スポットサイズを有している。一般に、光学ピンセットは、２μｍ以下の焦平面、そして、一般的には、約１μｍの焦平面のビーム幅を有している。
【００４４】
２つの物体の「分離」は、いくつかの他の参照ポイント、または物体から粒子の使用時間中の相対空間間隔である。
【００４５】
「選別」は、意義のある方法で２つ以上の粒子の分離を含んでいる。
【００４６】
例示的な装置の説明
光学コンポーネント−移動する光学勾配フィールドの生成
図２〜１０は、それに限定されるものではないが、移動する光学勾配フィールドパターンを含み、時には、縞パターン、または光学的縞パターンと呼ばれる光学パターンの生成のための様々なシステムを図示している。これらの例示的な実施例は、これらの発明の所望の結果を達成するために、他の装置が、光学フィールドおよび力を生成するのに利用されることができるように、限定されるものではなく、例示されるように意図されている。
【００４７】
特定の実施形態の論考において提起されている要点は、適用可能であると明白に述べられてなくても、他の実施形態の説明に対して一般に適用可能であると考察されることができる。
【００４８】
システムに使用される光源は、特定の一般に望ましい特性を有している。波長に関して、その波長は、一般に、１つ以上の考慮すべき事柄に基づき選択される。特定の適用において、細胞などの生物学的物質への損傷を回避することが望ましい。大部分は水である細胞の成分による吸収が、最小とされる範囲内の波長を選択することによって、加熱の有害な影響は、最小とされることができる。おおよそ０．３μｍからおおよそ１．８μｍの範囲の波長、より好ましくは、ほぼ０．８μｍからほぼ１．８μｍの範囲の波長は、生物学的損傷を減少する助けとなる。とはいえ、生物学的適用のためでさえ、生物学的物質に損傷を与えると一般に考慮される波長を有するレーザーは、照明がエネルギーの有害な吸収が生じない短い時間の周期の間などには、使用されることがある。まだそのうえに、他の適用において、考慮中の粒子、または物体の特性に基づき波長を選択することが望ましい。例えば、特別の属性を有する粒子に印加される力を増大する（または減少する）ために、吸収帯にある、または吸収帯近くにある波長を選択することが望ましい。波長選択のためのさらに別の考慮は、既存のテクノロジー、または源によって自然に生成される波長との適合性である。１つの例示は、１．５５μｍの波長の選択である。１．５５μｍの波長範囲における非常に多くの装置は、商業的に存在しており、そして、電気通信の適用のために広く使用されている。
【００４９】
一般に、光源は、コヒーレント光源である。最も一般的には、コヒーレント光源は、レーザーから構成されている。とはいえ、非コヒーレント光源は、システムが所望の結果を達成するのに必要な力を生成することが可能であるとすれば、利用されることができる。レーザーのＬａｇｕｅｒｒｅ−Ｇａｕｓｓｉａｎモードなどの様々なレーザーモードが、利用されることができる。そのうえ、システムに１つ以上の光源がある場合、これらの光源は、互いに、干渉性、または非干渉性とすることができる。
【００５０】
強度パターンのスポットサイズ、または周期性は、照明の効果的な結果を最大限に利用するために選択されることが好ましい。多数の適用において、粒子（細胞）全体の誘電特性が、結果として生ずる力に寄与するように反応するために、例えば、細胞などの粒子全体にわたりほぼ均一な勾配を有することが望ましい。大まかに言って、その範囲は、粒子、または物体のサイズ（直径、または平均サイズ）のほぼ１倍からほぼ８倍に変動し、より好ましくは、その範囲は、サイズのほぼ２倍からほぼ４倍に変動する。当業者に周知である様々な方法およびシステムは、例えば、所望のサイズを有する焦点のぼけたビーム、または平行にされたビームを使用して、所望のスポットサイズ、または周期性を達成するのに利用されることができる。スポットの半径の典型的なキャラクタリゼーションは、ビーム強度の１／ｅ２半径である。細胞への適用を含む多数の適用のために、ビームサイズは、ほぼ１０ミクロンであるが、時には、５ミクロンと小さく、そして、特定の他の場合には、２ミクロンと小さい。特定の適用において、粒子、または物体のサイズ（直径、または平均サイズ）のほぼ１倍からほぼ２倍の範囲における照明の周期性を有することが望ましい。多数の生物学的適用のためには、ほぼ５μｍ〜２５μｍの、より好ましくは、１０μｍ〜２０μｍの周期性である。特定の適用は、例えば、バクテリアのためにより小さいサイズを、または例えば、大きな粒子のためにより大きいサイズを利用することができる。まださらにそのうえに、他の適用において、細胞レベル下の領域の呼びかけ信号が望まれる所などの粒子、または物体より小さいスポットサイズを利用することが望ましい。
【００５１】
以下に記述される強度パターンを生成するためのシステムの例示だけでなく本発明に有用な強度パターンを生成する他のシステムは、所望のパターン、強度プロフィル、または移動する光学フィールド勾配などの他の勾配を生成するために、様々な光学コンポーネントだけでなく制御システムを含んでいる。様々な光学システムは、本発明のシステムに使用されるように適用されることができ、そして、効果的に、方法を実行して、ここに記述される結果を達成する。全体的、または、部分的に適用されることができる例示的なシステムは、Ｙｏｕｎｇスリット、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計、Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ干渉計、Ｈａｉｄｉｎｇｅｒ円形縞システム、Ｆｒｅｓｎｅｌミラー干渉計、平面−平行プレート干渉計、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計および光学勾配強度パターン、または縞パターンを生成するあらゆる他のシステムを含んでいる。
【００５２】
ここでは、主題の本発明に使用されている例示的なシステムの詳細な説明に戻る。図２は、システム２０に供給される１つ以上の粒子に力を供給するために、移動する光学勾配フィールドパターンを生成するように一般に構成されるシステム２０の光学コンポーネントの説明を示している。光学的力は、従って、粒子のキャラクタリゼーション、同定、選択および／または選別に使用されることができる。光源２２、好ましくは、レーザーは、ビームスプリッタ２６の方に方向付けられる第１のビーム２４を生成する。ビームスプリッタ２６は、本発明の目標と目的とに一致するプリズムビームスプリッタなどの技術上周知のあらゆるモード、またはタイプのものでよい。第１の透過されたビーム２８は、ビームスプリッタ２６を貫通する。第１の反射ビーム３０は、ビームスプリッタ２６から反射表面３２、一般的には、ミラーに反射し、そして、第２の反射ビーム３４を生成する。第１の透過ビーム２８および第２の反射ビーム３４は、干渉し、光が関与する粒子および物体と相互に作用するスライド、またはサポート３６の機能的に作用している部分に一般に位置される強度パターン３８を生成する。光学パターン３８は、第１の透過ビーム２８と、第１の反射ビーム３０および第２の反射ビーム３４の組み合わせとの間の光路長における変化によって、例えば、粒子、基板などの他の物体および／または粒子を含有する流体媒体に対して移動する。ミラー３２は、アクチュエータ４０によって移動可能である。アクチュエータ４０の１つの例示は、ミラー３２を移動するために、モータとスクリューシステムを備えている。ミラー３２を移動するための非常に多くの別の構造は、例えば、圧電システム、振動ミラーシステムなど技術上周知である。
【００５３】
図３は、２ビーム干渉利用システムを示している。レーザー５２などのコヒーレント光の源は、ビームスプリッタ５６に方向付けられる第１のビーム５４を生成する。第１の反射ビーム５８は、サンプルプレート７０の方に方向付けられ、第１の透過ビーム６０は、位相変調器６２などの変調器に方向付けられる。位相変調器６２は、当業者には周知のあらゆるタイプでよい。その位相変調器６２は、制御システム６４の制御のもとにあり、ミラー７４に方向付けられる変調ビーム出力６６を結果として生ずる。その変調ビーム６４は、サンプルプレート７０に方向付けられる第２の反射ビーム６８を生成すためにミラー７４から反射する。第１の反射ビーム５４および第２の反射ビーム６８は、サンプルプレート７０との機能的な界面にパターン７２を生成する。制御システム６４は、サンプルプレート７０などのシステム５０内の物体に対してパターン７２を移動させるように位相変調機６２に連結されている。
【００５４】
図４（Ａ）は、干渉系システム８０の光学コンポーネントの図を示している。レーザー８２などの光源は、ビームスプリッタ８６に方向付けられる第１の光ビーム８４を生成する。第１のミラー８８と第２のミラー９０とから構成される干渉計は、所望の勾配特性を含み、所望のビーム特性を有する出力ビーム１００を生成する。第１のビーム８４は、第１のミラー８８に方向付けられる第１の透過ビーム９４を生成するために、ビームスプリッタ８６を通過する。反射ビームは、ビームスプリッタ８６へと引き返す。第１の反射ビーム９６は、第２のミラー９０に方向付けられる第１の変調ビーム９８を生成するために、位相変調器９２を通過する。第２のミラー９０からの反射ビームは、位相変調器９２とビーム９６とを通ってビームスプリッタ８６に通路９８を引き返す。ビーム１００は、システム８０の干渉計セクションから出力され、顕微鏡の対物レンズ１０４の方に方向付けられる。
【００５５】
対物レンズ１０４は、サンプルプレート１０６の方に方向付けられている。任意に、ミラー１０８、より好ましくは、平面ミラーは、サンプルプレート１０６の下方に配置されることができる。ミラー１０８は、システム８０の分析、または作動のもとに粒子、または物体を運び、または含有するサンプルプレート１０６の方に反射光を与えるように方向付けられている。初めにサンプルプレート１０６を照らすときにビーム１０２によって生じる散乱力は、ミラー１０８からサンプルの方へ戻る反射放射を方向付けることによって、全部または一部を反対に作用させることができる。以下において、表面効果に関する部分でさらに論議されるように、反射光および上方への散乱力は、散乱力の全体効果を減少し、そのために、勾配力は、より効果的に利用されることができる。
【００５６】
図４（Ａ）は、任意の結像システムを含んでいる。対物レンズ１０４からの光１０２は、イメージング光学機械部分１１２の方に方向付けられる第３の反射ビーム１１０を生成するビームスプリッタ１２０によって反射される。光学機械部分１１２は、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器などの検出器１１４上に光を結像する。その検出器１１４の出力は、結像システム１１６に供給される。この結像システム１１６は、任意に、モニタ（ＣＲＴ、フラットパネルディスプレイ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、または当業者に周知の他のディスプレイ）などのディスプレイを含んでいる。結像システム１１６は、任意に、機能を記録する（テープへ、光メモリ、または当業者に周知のあらゆる他の形状のメモリへ）画像向上ソフトウェアおよび画像分析ソフトウェアを含んでいる。
【００５７】
制御システム１１８は、所望の光学的力パターンをシステム８０内に生成するために変調器９２を制御する。任意に、結像システム１１６は、制御システム１１８に結合されることができる。フィードバックシステムが、作成されることができ、それによって、サンプルプレート１０６上の粒子の動作は、システム１１６を介して結像されることができ、そして、システム８０全体の作動を制御するために、制御システム分析において利用されることができる。
【００５８】
図５は、干渉計利用システム１２０を示している。レーザー１２２などの光源は、任意の空間フィルタ１２６の方へ方向付けられる第１のビーム１２４を生成する。空間フィルタ１２６は、一般的には、レンズ１２８と空間フィルタ開口１３０とを含んでいる。その開口は、一般的に、丸い。空間フィルタは、レーザービームを平行にし、そのレーザービームの波面全体にわたりスムースな強度プロフィルを生成する働きをする。干渉計１４０は、第１のミラー１４６および第２のミラー１４４だけでなく、ビームスプリッタ１４２を含んでいる。位相変調器１４８は、干渉計１４０の２つのアームの１つ内に配置されている。
【００５９】
図５に示されるように、ミラー１３２は、任意に、源１２２から干渉計１４０に光を反射するために配置されている。当業者には明らかなように、光学システムは、そのシステムの至る所に光を方向付けるように設計される多数の、または多種類のコンポーネントを含んでいる。１つのそのような例示は、例えば、空間フィルタなどの１つの主要なコンポーネントから、例えば、干渉計１４０などの別の主要なコンポーネントへ放射を方向付ける働きをするだけの平面ミラー１３２である。ミラーに加えて、他の一般的な伝送コンポーネントは、ファイバオプティックス、レンズ、ビームスプリッタ、拡散器、プリズム、フィルタ、および形状ミラーを含んでいる。
【００６０】
ビーム１５０は、干渉計１４から出て、対物レンズ１５２の方へ方向付けられ、そして、サンプルプレート１５４に、または近くに結像される。示されるように、二色性ミラー１７０は、光１５０を反射するが、サンプルプレート１５４の機能的な領域を照射するために、二色性ミラー１７０および対物レンズ１５２を介して源から放射を供給するファイバなどの源１６８からの光の通過を可能とする働きをする。
【００６１】
任意に、検出システムは、サンプルプレート１５４の機能的な部分をイメージするように配置されることができる。示されるように、対物レンズ１５６は、サンプルプレート１５４の下方に配置され、その出力放射は、ミラー１５８を介して、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの結像装置１６４に伝送される。任意に、赤外線フィルタ１６０は、検出のために所望の波長を選択するために、光学通路内に配置されることができる。他の図面に関連して記述されているように、結像システム１６６は、画像向上ソフトウェアおよび画像分析ソフトウェアを含み、ユーザに様々なディスプレイのモードを供給することができる。任意に、結像システム１６６は、フィードバックのために使用されるときなどには制御システム１７２に結合されている。
【００６２】
図６は、頂部側からのサンプルプレート１９４の照射を有し、底部側から結像する光学システムを示している。レーザー１８０は、空間フィルタ１８４を任意に通過する第１のビーム１８２を生成する。示されるような空間フィルタは、レンズ１８４と開口１８８とを含んでいる。空間フィルタ１８４の出力は、対物レンズ１９２を通過し、サンプルプレート１９４の上に結像される。サンプルプレート１９４およびその上にサポートされる物質は、対物レンズ１９６を介して結像されることができる。任意のミラー１９８は、検出器２０４に通じる結像レンズ２０２を介して、任意のフィルタ２００へ放射を方向付ける。検出器２０４は、結像システム２０６に結合されている。結像システム２０６は、システムの様々な光学コンポーネントを制御する制御システム２０８に情報を供給することが好ましい。
【００６３】
図７は、境界付けられた構造を含むサンプルプレートに連結する光学システムを示している。このシステム２１０は、任意に、マイクロ流体チャンネルを含むサンプルプレート２１２を含んでいる。別の方法として、サンプルプレート２１２は、マイクロ流体チャンネルを含有する独立した構造をサポートすることができる。マイクロ流体チャンネルから形成される１つの例示的な構造として、「Ｔ」選別装置が、有用であるが、簡単な例として示されている。入力容器２１６は、交差点２２０でＴにおいて終端する第１のチャンネル２１８に接続している。第１の出力チャンネル２２２は、第１の出力容器２２４に結合している。第２の出力チャンネル２２６は、第２の出力チャンバ２２８に結合している。示されているように、入力チャンバは、地面に連結され、第１の出力チャンバ２２４および第２の出力チャンバ２２８は、−Ｖに接続されている。流体チャンネル構造は、以下でより詳細に論議される。
【００６４】
顕微鏡の対物レンズ２３２は、サンプルプレート２２２に光学的放射を供給するだけでなく、システムの結像を供給するために作用する。レーザー、より詳細には、レーザーダイオードなどの光源２３８は、光学機械のレンズ２４０によって結像されることができる光を生成する。二色性ビームスプリッタ２３６は、放射を顕微鏡の対物レンズ２３２に方向付ける。示されるように、対物レンズは、１００の倍率力を有する。生物学上の適用のために、１〜２００の、より好ましくは、１０〜１００の倍率範囲が望まれる。その対物レンズ２３２は、１．２５開口数を有している。レンズのための開口数の好ましい範囲は、０．１〜１．５０であり、より好ましくは、０．４〜１．２５である。対物レンズ２３２からの出力は、ビームスプレッタ２３６を通過し、光学機械２４４（例えば、レンズ）を介して、任意のフィルタ２４６を介して、任意のミラー２４２から、結像装置２８０に反射する。ＣＣＤとして示される結像装置は、結像システム２８２に結合されている。その結像システム２８２の出力は、任意に、結像システム２８４に結合されている。示されるように、制御システム２８４は、サンプルプレート２１２だけでなく、光源２３８に接続される自動中継ステージ２３２を制御する。
【００６５】
図８は、スキャンエリア２６０内に強度パターンを生成するためのシステムを示している。コヒーレント光源からなどの、レーザーなどの入力ビーム２６２は、システムの方へ方向付けられている。検流計、または共振スキャナーなどの第１の振動コンポーネント２６４は、入力ビーム２６２を遮断し、そのビームに第１の段階の運動をもたらす。このビームは、複数の面２７０を含有する多角形のミラー２６８に方向付けられる。多角形のミラー２６８は、軸２７２周りに回転するので、光は、スキャナーエリア２６０全体にわたり掃射される。レーザー２７４は、必要に応じて、スキャナエリア２６０に光を適切にイメージするために設けられる。任意に、マスク、または他のパターン２７６は、スキャンエリア２６０内の光学的力の変動をもたらすように光学通路内に配置されることができる。振動性の動きか、または走査のいずれかを生成するための広い様々な技術のいくつかは、当業者には周知である。
【００６６】
図９は、光学的力パターンを生成するためにマスクを利用するシステムを示している。レーザーなどの源２８０は、マスク２８４の方へ方向付けられるビーム２８２を生成する。任意に、位相変調器２９０は、源２８０とマスク２８４との間に配置されることができる。任意に、マスク２８４は、モータ、圧電駆動システム、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭｓ）、または当業者に周知の他の駆動構造でよいアクチュエータ２８６によってなどで、移動されることができる。光学的マスク２８４は、サンプルプレート２８８に隣接して所望の光強度パターンを作成する。光学的マスク２８４は、限定されるものではないが、強度、位相および偏光を含み、そこを通過する光の成分のいくつか、またはすべてを変調することができる。マスク２８４は、使用される場合、必ずしもコヒーレント光を必要としないホログラフィーのマスクでよい。空間の光変調器などの他の形状のマスクは、光学的パラメータにおける変動を生成するのに利用されることができる。
【００６７】
さらに別のミラー装置は、マイクロミラー構造を利用することから構成されている。１つのそのようなマイクロミラー構造は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒの製品を利用するなどの一連のミラーから構成されている。
【００６８】
図１０は、複数の源２９０が、サンプルプレート、または表面２９４の方へ方向付けられる照射のための別のシステムを示している。各源２９０は、サポートの表面２９４を照らす源２９０からの様々な出力２９２を有する制御システム２９６によって制御されている。
【００６９】
源２９０の配列は、多数の方法で製作される。１つの好ましい構造は、垂直キャビティ表面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）アレイである。ＶＣＳＥＬアレイは、当業者には周知であり、ＶＣＳＥＬｓを備えている様々なレーザーの制御で光学パターンを生成する働きをする。別の方法として、独立した光源は、ファイバオプティックスの結合を介してなどで、表面２９４の方へ方向付けられる領域に結合されることができる。
【００７０】
結像システムは、システムのミラー結像を越える機能を行う。光学的縞の強度、サイズ、および形状をモニタすることに加えて、それは、較正などのために使用されることができる。
【００７１】
光学的力
本発明の装置および方法は、少なくとも部分的に、光によって生じる粒子への力を利用している。特定の実施形態において、光のパターンは、別の物理的構造、粒子あるいは物体、粒子あるいは物体を含有する媒体および／または粒子あるいは物体と媒体とをサポートする構造に対して移動される。しばしば、移動する光学勾配フィールドなどの移動する光学パターンは、粒子に対して移動される。一般的に、ある程度の粘度を有する媒体を介して、粒子に対して光を移動することによって、粒子は、少なくとも部分的に、粒子に対して存在が明らかに示される光学的力に基づき、分離されるか、そうでない場合、特性が規定される。この説明のほとんどは、他の構造に対して移動する光について記述しているが、相対運動は、光パターンを静止状態に保持し、この光学パターンに対して主題の粒子、媒体および／またはサポート構造を移動することによってなどのその他の方法で達成されることができるということは明らかである。
【００７２】
図１１（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれに、光強度プロフィル、粒子、または細胞への対応する光学的力、および距離（ｘ）の関数として光強度プロフィルにおける粒子の対応する位置エネルギーを示している。図１１（Ａ）は、１つ以上の粒子に対して生成され、そして、印加される強度プロフィルを示している。示されているように、この強度は、波動、または振動で変化する。この強度は、示されるように、一様な周期と対照的な波を示している。とはいえ、強度変動は、対照的か、または非対称的か、またはあらゆる所望の形状でよい。その周期は、一定であるか、または可変でもよい。図１１（Ｂ）は、位置の関数として力の絶対値を示している。その力は、強度の空間微分係数である。図１１（Ｃ）は、位置の関数として位置エネルギーを示している。その位置エネルギーは、間隔を通しての積分された力である。
【００７３】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）のプロフィルは、ほぼ正弦であるように示されている。一般に、そのようなパターンは、干渉縞から結果として生ずる。異なるプロフィル（強度、力および位置エネルギー）が望まれる。例えば、位置エネルギーのポテンシャルの谷は、底部で比較的フラットであり、より急勾配側面を有し、またはその形状において非対称であるシステムを有することが望ましい。
【００７４】
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）には、標識が付けられた「Ａ」および「Ｂ」の２つの粒子を示し、二次元の強度パターン３００によって照らされる粒子が示されている。図１２（Ｂ）は、強度パターンが、位置３０２に移動した後のその後の時間の瞬間での粒子ＡおよびＢの位置を示している。この例示において、光学的力は、粒子Ｂをその事前の位置に対して移動させた。粒子Ａへの光学パターン３００の効果は、粒子Ｂへのものより小さかったので、粒子Ａ、Ｂの相対位置は、図１２（Ａ）と比べると図１２（Ｂ）において異なっている。
【００７５】
システムの１つの実施において、図１２（Ａ）における粒子Ａ、Ｂの位置は、決定される。システムは、次に、所望の勾配フィールド、好ましくは、移動する光学勾配フィールドで照らされ、このシステムは、次に、図１２（Ｂ）に示されるなどの時間のその後のポイントに結像した。運動の欠如、または運動の存在（運動の量、運動の方向、運動のスピードなど）は、１つの粒子または複数の粒子の特性を規定するか、または分析するのに利用されることができる。特定の適用において、特定の光学パターンに対する単一の粒子の反応を決定することは、十分である。従って、情報は、粒子が移動したか、または特定の方法で、または、特定の量によって移動したという事実から単に粒子について引き出されることができる。その情報は、他の粒子の存在、または欠如に関係なく得られることができる。まだそのうえに、他の適用において、２つ以上の粒子を分離することは望ましい。その場合、図１２（Ａ）対図１２（Ｂ）におけるなどの互いに粒子の位置を比較することによって、粒子に関する情報は得られることができる。どの粒子が所望の粒子であるかを決定すると、すなわち、粒子Ｂであるという論考として想定すると、その粒子は、次に、他の粒子から分離される。図１２（Ｃ）に示されるように、光学ピンセットの強度プロフィル３０４は、粒子Ｂを捕獲し、取り除くのに使用されることができる。別の方法として、図１４〜図１９に関連して論じされるように、選択された粒子は、流体手段によってなどの他の手段によって取り除かれることができる。
【００７６】
光学的誘電率などの粒子の特性を利用することによって、光の力は、それらの属性において相違点を有する粒子を同定し、選択し、特性を規定し、および／または、選別する働きをする。１つ以上の粒子の光学的力への露光は、その粒子の状態に関する情報を供給することができる。あらゆる他の粒子、または構造からのその粒子の分離は、必要とされない。まだそのうえに他の適用において、光学的力の適用は、特性に基づき粒子の分離を生じ、そのために、粒子間の分離が、さらに別の分離を結果として生ずることができる。別の分離のモードは、機械装置、または他の捕獲構造を介してなど、または光学的に、図１２（Ｃ）に示されるような光学ピンセットの使用を介するなどで、移動する光学勾配の適用によって、または粒子を取り除くか、または分離する、電磁的、流体的、機械的などのあらゆる他のモードによって、流体分離、機械的分離などのあらゆる様々な形状でよい。
【００７７】
図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）は、作動の１つの例示的なモードのための距離の関数としての位置エネルギーを示している。それらの図は、互いにＸ次元に配置される粒子１および粒子２を示している。２つの粒子の物理的位置は、一般的に、例えば、同一の垂直平面など同じ平面にある。その図面は、粒子の位置エネルギーを示している。図１３（Ａ）において、粒子１の３１０は、位置エネルギープロフィル３１４を生成する光の強度パターンに施される。粒子２の３１２は、同じ光の強度パターンに施されるが、第２の位置エネルギープロフィル３１６には施されない。第２の位置エネルギープロフィル３１６は、誘電率が、粒子１の３１０と粒子２の３１２との間で異なるので、第１の位置エネルギープロフィル３１４とは異なる。図５（Ａ）において、光の強度パターンは、右側の方に移動している。位置エネルギープロフィル３１４、３１６が右側に移動するとき、粒子３１０、３１２は、異なる力を体験する。粒子１の３１０は、粒子に隣接した矢印のサイズによって示されるように、粒子２の３１２と比べると、小さい力を受ける。粒子によって受けられる力は、位置エネルギーの空間微分に比例する。従って、位置エネルギーの「波」の比較的「急勾配の」部分にある粒子２の３１２は、大きな力に施される。図５（Ａ）において、位置エネルギーの波の並進スピードは、粒子１の３１０が、位置される媒体を介して前方に移動することができるスピードよりも大きく設定されることができる。その場合には、粒子１の３１０は、左側の方への力に施され、図１３（Ａ）は、粒子１の３１０の可能な後方への運動、または後退する運動を示す矢印を示している。位置エネルギーのポテンシャルの谷は、最小３１８であり、その中に粒子は着定し、位置エネルギーパターン３１４、３１６の運動、または並進はない。
【００７８】
図１３（Ｂ）は、第１の位置エネルギー３１４および第２の位置エネルギー３１６にそれぞれに施される粒子１の３１０および粒子２の３１２を示している。位置エネルギーパターン３１４、３１６が、右側に並進するとき、粒子３１０、３１２は、矢印の相対的サイズによって示されるような異なる量で右側の力に施される。図１３（Ｃ）は、図１３（Ｂ）の位置エネルギープロフィルが、粒子１の３１０と粒子２の３１２との間に位置エネルギーの最大を配置するように移動された後の位置エネルギープロフィル３１４、３１６を示している。迅速に前方に強度プロフィル３１４、３１６を「ジャークする」ことによって、粒子１の３１０は、次に、位置エネルギーの「波」の後方に位置され、そして、左側への力に施される。運動の通路は、次に、粒子１の３１０からの破線によって示されている。対照すると、粒子２の３１２は、位置エネルギーの波の「前方側」にとどまり、そして、右側への力に施される。この配置の効果は、粒子１の３１０と粒子２の３１４との間の更なる物理的分離を生じることである。位置エネルギープロフィル３１４、３１６は、位置エネルギーの最大が、分離される粒子間に位置されるだけでなく、位置エネルギーの波の「後方」にある粒子が、波の「前方側」にある粒子から離れて移動させることを確実とするのに十分に迅速に前方に移動される必要がある。
【００７９】
これらの発明の装置および方法は、粒子の異なる特性、または属性に基づき物質の特性を規定し、物質を同定し、選択し、および／または選別するために、単独か、または付加的な力との組合せのいずれかで、光学的力を利用している。光学的プロフィルは、位置が変化するが、静止しているか、または動的である。動的であるとき、勾配フィールドだけでな、散乱力は、粒子と、粒子を含有する媒体と、粒子と媒体とを含有するするサポート構造とに対して移動させることができる。移動する光学勾配フィールドを使用するとき、運動は、一定の速度（スピードおよび方向）であるか、または線形、もしくは、非線形な方法で、変化することができる。
【００８０】
光学的力は、他の力と関連して使用されることができる。一般に、光学的力は、他の力を干渉しないし、または衝突しない。付加的な力は、永久磁石力、または動磁石力によって生成されるような静電磁気力などの磁気力でよい。付加的電気力は、静電力などの静電でよく、または交番電界に施されるときなどには、動的でもよい。交番電磁界の様々な周波数範囲は、一般に、以下の通りである：ＤＣは、１Ｈｚよりずっと小さい周波数であり、可聴周波数は、１Ｈｚから５０Ｈｚであり、無線周波数は、５０Ｈｚから２ＧＨｚであり、マイクロ波周波数は、１ＧＨｚから２００ＧＨｚであり、赤外線（ＩＲ）は、２０ＧＨｚから４００ＴＨｚであり、可視光線は、４００ＴＨｚから８００ＴＨｚであり、紫外線（ＵＶ）は、８００ＴＨｚから５０ＰＨｚであり、Ｘ線は、５ＰＨｚから２０ＥＨｚであり、そして、ガンマ線は、５ＥＨｚか、それ以上である（例えば、Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｖａｄｅ  Ｍｅｃｕｍを参照）。周波数範囲はオーバーラップし、その境界は、時には、わずかに異なって画定されるが、その範囲は、常にほぼ同一である。誘電泳動力は、ほぼ１Ｈｚから１０ＭＨｚの範囲である交番磁界によって生成される。完全のために、われわれは、誘電泳動力が、現存している静電であり、それに対して、オプト泳動力は、現存している電磁気である（すなわち、比較すると、周波数範囲は、それらがそれらの周波数においてのみ異なるということを暗示することを意味されない）ことに留意している。重力は、光学的力に関連して使用されることができる。装置の方向付けを構成することによって、重力の力は、粒子の作用に影響を及ぼすのに使用されることができる。例えば、チャンネルは、上方方向における光学的力が生成された所などで、粒子への下方への力を供給するように垂直方向に配置されることができる。重力の力は、粒子の浮揚性を考慮に入れる。チャンネルは、水平方向に配置されるとき、例えば、摩擦力などの他の力が存在することがある。流体力（または流体工学）は、光学的力と共に利用されることが有利である。初期の粒子分離をもたらすために光学的力を利用することによって、流体の力は、粒子をさらに分離するためのメカニズムとして利用されることができる。またそのうえに別の付加的な力として、他の光学的力が、粒子に印加されることができる。前述の付加的力のいくつか、またはすべては、単独で、または組み合わせて使用されることができる。そのうえ、力は、連続して使用されることができるか、または同時に印加されることができる。
【００８１】
図１４（Ａ）および（Ｂ）は、一次元の源からの粒子、または物体の選別を示している。図１４（Ａ）に示されるように、粒子３２０は、主に、源から、矢印の標識付けらレ手鋳る粒子の流れ方向に下方方向に進行する。ジャンクション２２２で、そして、可能な場合、付加的に、ジャンクション３２２の前で、粒子は、光学的分離力に施される。異なる誘電率などの異なる反応特性を有するそれらの粒子は、粒子のラインから分離され、その結果として、分離された粒子３２６を生ずる。分離されないそれらの粒子は、粒子３２４のままである。図１４（Ｂ）は、一次元の源からの光学的細胞選別を示している。細胞３３０は、矢印で示されるように、頂部から底部の方向に流体の流れの中で移動する。この細胞３３０は、ジャンクション３３２の領域内で光学的力に施される。選択された細胞３３６は、最初の流体の流れの通路から偏向される。残りの粒子３３４は、最初の流体の流れと同じ方向のままである。「選択された」、または「選択されてない」という用語、または、ここに使用されている類似の術語は、例を示すものであり、限定するように意図されるのもではないということが分かる。
【００８２】
本発明の技術は、ガイドされない、例えば、同質の環境で、またはガイドされない環境で利用されることができる。ガイドされる環境は、任意に、マイクロチャンネル、容器、スイッチ、処分可能な領域、または他の小空砲を含むチャンネルなどの構造を含んでいる。システムの表面は、均質であるか、または異質であるかでよい。
【００８３】
図１５は、チャンネルを含むガイドされた構造の平面図である。入力チャンネル３４０は、媒体内に含有される粒子３４２を受け入れる。光学的力は、領域３４４において印加される。光学的力は、移動する光学勾配フィールドであることが好ましい。粒子３４２がフィールド３４４を通って移動するとき、特定の粒子は、それらを粒子３４６として示されるように、チャンネルにおいて右側へ移動させる力に施され、さらに別の粒子３４８は、Ｔチャンネルの左の方へ移動する。光学的力の勾配の速度、方向、周期性、強度および他のパラメータの選択によって、粒子は効果的に分離される。
【００８４】
チャンネルは、基板内に形成されるか、または何かのサポート、または基板の上に造られることができる。一般に、チャンネルの深さは、流体のほぼ１直径からほぼ２直径である。多数の生物化学上の細胞選別、またはキャラクタリゼーション適用のために、深さは、ほぼ１０μｍ〜２０μｍである。チャンネルの幅は、全体として、粒子のほぼ２直径からほぼ８直径であり、ほぼ粒子の直径の幅で、少なくとも１つの光学勾配の最大から、ほぼ粒子の直径の幅で最大４つ以上光学勾配の最大を可能とする。多数の生物化学上の細胞選別、またはキャラクタリゼーション適用のために、幅は、ほぼ２０マイクロメートル〜１６０マイクロメートルである。チャンネルは、垂直壁を有する矩形のチャンネル構造、交差する平面でない壁を有するＶ形状構造、半円形、または楕円形状チャンネルなどの湾曲した構造などの変形の形状を有することができる。チャンネル、またはチャンネルがそれの中に形成されたときの基板またはベースは、様々な物質で作られることができる。例えば、シリコンエラストマー（例えば、ＰＤＭＳ）などのポリマー、ゲル（例えば、アガロースゲル）およびプラスチック（例えば、ＴＭＭＡ）が、利用される：ガラスおよびシリカは、他の物質である。特定の適用のために、サポート物資を光学的に透過させることは望ましい。表面は、帯電されているか、または帯電されていないかでよい。表面は、それと接触して配置される物質と適合される特性を有している。例えば、生物化学上の適合性を有する表面は、生物化学上の配列、または他の操作のために使用される。
【００８５】
様々な形状の原動力となる力は、一般的に流体内に含まれる粒子をシステム内で移動させるのに使用されることができる。電気浸透は、システムを通る物質を運ぶのに使用されることができる。技術上周知のように、壁、またはチャンネルの様々なコーティングは、電気浸透効果を向上するか、または抑制するのに利用されることができる。ポンプシステムは、圧力差が、システムの入口と出口全体にわたり押圧される所などに利用されることができる。キャピラリ作用は、物質をシステムを介して移動させるのに利用されることができる。重力供給が利用されることができる。最後に、ロータ、マイクロポンプ、遠心分離などの機械的システムが利用されることができる。
【００８６】
図１６は、粒子の選別のための「Ｈ」チャンネル構造を示している。Ｈ形状構造は、２つの入口と２つの出口とを有している。入口３５０は、流体と選別される粒子３５２との両方を受け入れる。流体は、Ｈチャンネルの第２の入力アームにおいて入力される。メイン、または連結チャンネル３６は、両方の入力から流体の流れを受け入れる。連結チャンネル３５６において、粒子３５４は、連結チャンネルを介して通流し、光学選別力３５８に施される。その段階で、粒子は、次に、粒子の誘電率などの異なるパラメータに基づき分離される。主要な流れから移動される粒子は、１つの出力へ粒子３６０として移動する。光学的力３５８の作用によって進路を変えられていない粒子３６２は、左側の出口３６４に続いて行く。システム内の層流は、メインチャンネル３５６を介して、粒子３５４を移動させ、チャンネル幅が十分に大きい場合、粒子を入力に近い壁に比較的近接して通流させる。選別プロセスは、その場合、左側の壁に近接した層流から右側の出力に進路を変える層流へと、粒子の進路を変えることから構成される。
【００８７】
図１７は、粒子分離のための広いチャンネル構造を示している。入力３７０流体媒体で粒子３７２を受け入れる。粒子は光学選別力３７４に施され、そこで、進路を変えた粒子３７８は、出口３８２の方に流出し、そして、粒子３７６は、出口３８０の方に流出する。
【００８８】
図１８は、選別のためのＸチャンネル構造を示している。入力３９０は、流体媒体で粒子３９２を受け入れる。第２の入力３９４は、流体を受け入れる。粒子３９２は、次に、光学選別力３９６に施される。進路を変えた粒子４０２は、出口４０４へ流出する。粒子３９８は、出口４００へ流出する。
【００８９】
図１９は、二次元の選別システムの斜視図である。細胞４１０の源の流入は、ライン４１２に沿って光学選別力と交差する。この選別力４１２は、一次元での、一般的に、１つの平面においてターゲット細胞４１４の流出を、そして、別の平面において、ターゲットでない細胞４１６の流出を結果として生ずる。ターゲット細胞４１４の流出の平面は、ターゲットでない細胞４１６の流出の平面と同一平面上でない。
【００９０】
図２０は、三次元の細胞選別構造を備えている装置を示している。容量４２０、より好ましくは、ほぼ三次元容量は、可能な場合、下方の効果的な次元性の容量を介して、粒子４２２を含有している。光学的力勾配４２８は、粒子の選別をもたらすために、この容量４２０内に生成される。光学フィールド勾配４２８を生成する１つの実施例は、第１のビーム４２４と第２のビーム４２６とを干渉する。第１のビーム４２４および第２のビーム４２６は、干渉し、そして力のパターン４２８を生成する。示されるように、第１の粒子４３０は、底部から頂部への方向の力に施され、第２の粒子４３２は、頂部から底部への力に施される。別の方法として、光学パターン４２８は、同一方向における粒子４３０、４３２への力を生じるが、力の量は異なる。
【００９１】
図２１は、複数の範囲の自由、好ましくは、３つの範囲の自由を有する。容量４４０は、ミラー４５０の内方に配置される表面近くの表面に隣接して配置される粒子を含んでいる。光学勾配力４４４が生成され、それにより、表面における粒子４４６の１つが、粒子４４６などの容積４４０の方に移動させる。光学的力勾配４４４は、ミラー４５０に光ビーム４４８を照らすことによって生成されることができ、それにより、ビーム４４８と反射ビームとの間に干渉を生ずる。
【００９２】
図２２は、容量４５０が、粒子を分離するのに利用される複数次元システムを示している。第１の粒子４５２は、スライド４５４の表面に隣接して配置されている。光の強度パターン４５６は、選択された粒子の変位を生じる。それらの変位された粒子は、次に、粘着性、または接着性マット４６０に付着されることができる。
【００９３】
図２３は、選別、キャラクタリゼーション、または分類のためのシステムに基づく複雑なチャンネルの平面図を示している。入力４７０は、チャンネル４７２を介して第１の光学選別領域４７４に導く。所定のチャンネルでの選別は、前に記述されている通りである。選別の出力は、第１の組の粒子４７８と第２の組の粒子４７６とを結果として生ずる。第１の組の粒子４７８は、第２の光学選別領域４８０に通流する。前のように、粒子は、第１の粒子４８４と第２の粒子４８２とに選別される。次の光学選別領域４８６は、選別された粒子の出力を結果として生じ、第１の出力４８８および第２の出力４９０は、次に、さらなる収集、計算、または分析へ導かれる。１つの態様において、複雑なシステムは、１つ以上のリサイクル、またはフィードバックタブ４９０を含んでいる。示されるように、光学的力の領域４９２からの出力は、出力７を含むが、さらに、リサイクルパス４９４は、チャンネル４７２に結合する出力４９６に導く。そのようなリサイクルシステムは、濃縮システムに使用されることができる。
【００９４】
ここに記述されているシステムおよびいっそう複雑なシステムは、様々な付加的な構造および機能性を含んでいる。例えば、細胞センサなどのセンサは、様々なチャンネル、例えば、チャンネル４７２に隣接して位置されることができる。容量性センサ、光学的センサ、電気センサなどを含む様々なタイプのセンサは、当業者には周知である。複雑なシステムは、さらに、源の物質、または収集物質のために使用され、また、中間の保持容器として使用される様々な保持容器、または小空砲を含んでいる。複雑なシステムは、さらに、増幅システムを含んでいる。例えば、ＰＣＲ増幅システムは、システム内で使用されることができる。当業者には周知の他の線形、またはエクスポネンシャル生体増幅方法は、一体化されることができる。複雑なシステムは、さらに、アッセイ、または検出機構を含んでいる。カウンタは、システム内に一体化されることができる。例えば、カウンタは、出力を介して通流する粒子、または細胞の数全体に対して出力に隣接して配置されることができる。本発明のシステムは、マイクロエレクトロメカニカル（ＭＥＭｓ）テクノロジーと使用可能である。ＭＥＭｓシステムは、スイッチ、ポンプ、他の電気装置および機械装置の始動のためなど超ミニ化された電気および機械装置を供給する。そのシステムは、任意に、フローセル、マイクロチャンネル上のカバースリップなど様々な閉じ込め構造を含むことができる。
【００９５】
コンピューター化されたワークステーションは、アクティブ流体を有する小型化されたサンプルステーション、レーザー（例えば、生物学的適用のための近赤外線レーザー）を含む光学プラットフォームおよびデータ分析や解釈に必要なシステムハードウェアを含んでいる。システムは十分なコンピューターの制御のもとにリアルタイムでの分析およびテストを含んでいる。
【００９６】
本発明は、ここでは、単独で、または細胞分離の他の方法と共に使用されることができる。細胞分離および分析のための最近の方法は、フローサイトメトリー、密度勾配、抗体ｐａｎｎｉｎｇ、磁気活性細胞選別（「ＭＡＣＳ（登録商標）」）、顕微鏡使用、誘電泳動および様々な生理学的アッセイや生化学的なアッセイを含んでいる。ＭＡＣＳ分離は、小さな細胞個体群とだけに作用し、フローサイトメトリーの純度を達成しない。フローサイトメトリー、その他周知の蛍光活性細胞選別（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ａｃｔｉｖａｔｅｄ  Ｃｅｌｌ  Ｓｏｒｔｉｎｇ）（「ＦＡＣＳ（登録商標）」）は、標識付けを必要とする。
【００９７】
さらに別の態様において、本発明のシステムは、任意に、それらを行うためにサンプル準備工程および構造を含むことができる。例えば、サンプル準備は、例えば、その後に続く光学選別のために半径、粒子などの均一のサイズを得る予備的な工程を含むことができる。
【００９８】
システムは、任意に、処分可能なコンポーネントを備えている。例えば、記述されているチャンネル構造は、分離でき、処分可能なプレートで形成されることができる。処分可能なコンポーネントは、一般に、コントロールエレクトロニクス、光学コンポーネントおよび、制御システムを含む大きいシステムに使用するために構成されることができる。流体システムは、処分可能なコンポーネントだけでなく処分できないシステムコンポーネントに一部含まれることができる。
【００９９】
図２４は、変形可能性などの物体の物理的パラメータに基づき光学選別のためのシステムを示している。光学勾配５００は、粒子５０２、５０４を照らすことができる。粒子５０４は、粒子５０２よりもいっそう多く変形している。その結果、光学的力パターン５００の周期性の場合、変形可能な粒子５０４は、比較的大きな力をこうむりやすく、かつ、光学フィールド５００のもとにいっそう多く移動する。光学フィールド５００は、移動する光学勾配フィールドであることが好ましい。別の方法として、粒子５０２、５０４は、光学的力５００をこうむりやすく、そして、粒子５０２、５０４は、モニタされる。そのように、光パターン５００に対する粒子の変形可能性を観察することによって、粒子は、同定され、分類され、その他、選別されることができる。
【０１００】
図２５は、サイズに基づき粒子を選別する方法を示している。光学強度パターン５１０は、大きい粒子５１２と小さい粒子５１４とを照らす。異なるサイズ順に並べられた粒子５１２、５１４は、異なる力を施される。例えば、大きい粒子５１２は、光学勾配５１０の２つ以上の強度ピークにまたがる所では、その粒子は、それに印加される正味の力を持つことができない。対照的に、光強度パターン５１０の周期より小さいサイズを有する小さい粒子５１４は、比較的大きい力をこうむりやすい。選別される粒子のサイズに対して光学パターン５１０の周期を選択することによって、システムはサイズに基づき効果的に選別することができ。１つの方法において、１組の粒子は、光の強度の増大する周期をこうむりやすく、そのために、小さい粒子は、先ず、取り除かれ、その後遅れて、比較的大きい粒子が続く。このように、粒子は、サイズによって効果的に選別される。
【０１０１】
力を減少するか、または修正する方法
システムおよび方法は、力を減少するか、その他、修正するための様々な技術を含むことができる。特定の力は、特定の適用には望ましいが、他の適用には望ましくないことがある。望まれていない力を減少するか、または最小とするかの技術を選択することによって、所望の力は、いっそう効率よく、感度よく、そして、明確に、所望の粒子、または状況を選別するか、または同定することができる。粒子のブラウン運動は、特定の適用には望まれていない状態である。システムの冷却は、ブラウン運動の量の減少を結果として生ずることができる。システム自体が冷却されるか、または、流体媒体が冷却されるかでよい。
【０１０２】
まだそのうえに、特定の適用に望まれていない別の力は、摩擦、またはスチッキングの他の形状などである。表面効果が最小とされる場合、様々な技術が利用されることができる。例えば、対抗伝搬ビーム装置は、粒子を捕獲し、そして、望まれていない表面の接触しているそれらを取り除くのに利用されることができる。別の方法として、粒子は、反射された光（例えば、図４（Ａ）のミラー１０８を参照）の使用を介してなどで、空中浮揚されることができる。図４（Ｂ）は、粒子空中浮揚のための別の装置を示している。２つの対抗伝搬する光ビームの対抗する力は、表面摩擦抵抗を減少するために、粒子を空中浮揚するのに使用されることが可能である。
【０１０３】
まだそのうえに、他の技術は、細胞および／または粒子の移動度と干渉することがある摩擦、ｓｔｉｃｔｉｏｎ、静電および他の表面相互作用と取り組むために存在している。例えば、表面は、摩擦力および／または粘着力を和らげる共有結合化学、または非共有結合化学作用の使用を介してなどで処理されることができる。表面は、よりよい開始表面をもたらすように前もって処理されることができる。そのような前処理は、プラズマエッチングおよびクリーニング、溶媒洗浄およびｐＨ洗浄、単独か、または組み合わせかのいずれかを含んでいる。表面は、さらに、摩擦力および粘着力を抑制するか、または最小とする薬品でより機能的にされることができる。単一の工程、または複数の工程、複数レイヤの化学作用が利用されることができる。一例として、フルオロシランは、表面を疎水させる単一のレイヤ構成で使用されることができる。２つの工程、２つのレイヤ化学作用は、例えば、カルボキシ−ＰＥＧによって追随されるアミノプロピルシランでよい。ＣＹＴＯＰ（登録商標）、またはＰａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）などのテフロンホルマールコーティング試薬が、さらに、使用されることが可能である。特定のコーティングは、表面のでこぼこを減少する付加的な利点である。機能群は、特定の場合、基板自体に導入されることができる。例えば、ポリマー基板は、機能性モーメントを含むことができる。さらに、表面は、他のトリガに反応する表面をもたらすように誘導体化されることができる。例えば、誘導体化された表面は、電界などの外部の力に反応する。別の方法として、表面は、それらが選択的に親和力、または他の相互作用を介して接合するように誘導体化されることができる。
【０１０４】
まだそのうえに、表面相互作用を減少するための別の技術は、細胞、または粒子が界面で保持される２つの位相媒体を利用することである。ＰＥＧ−デキストランなどのそのような水溶性ポリマー溶媒は、２つの位相に仕切る。細胞が、レイヤの１つに優先的に仕切られた場合、次に、光学勾配ものとに、細胞は、効果的に界面に浮かぶ。
【０１０５】
誘電率を向上するか、または変更する方法
任意に、これらの発明の装置および方法を施される粒子は、標識付けされるか、または標識付けされないかのいずれかでよい。標識付けされる場合、その標識は、一般的に、粒子、または新しい粒子（すなわち、最初の粒子および標識は、１つの新しい粒子として作用する）の誘電率を変更するか、または誘電率に寄与する１つである。例えば、ゴールドの標識、またはダイヤモンドの標識は、粒子の最も一般的な誘電率を効果的に変更する。
【０１０６】
まだそのうえに、他のシステムは、誘電率に特殊な変更を含むことができる。例えば、遺伝子シーケンスは、表現されるとき、細胞、またはシステムの誘電率を変更する特殊なタンパク質、または他の物質を含有するために、存在するか、または修正されることができる。媒体の誘電率を調整する別の方法は、誘電率が温度を変更することによって、電界を利用することによって、光学フィールドを利用することによってなどで変更される流体チャンバに単一の媒体を有することである。他の例示は、水溶性の液晶、ナノ粒子、量子ドットなどの高い複屈折分子を用いて媒体にドープを晒すことである。複屈折分子の場合、光ビームが示す屈折の指数は、電界の振幅および方向を変更することによって変えられることが可能である。
【０１０７】
感度を増大する方法
所定の強度勾配のため粒子への力を最大とすることは、粒子と媒体との間の誘電率の差が最大とされるということを示唆する。とはいえ、感度が、１つの適用に必要とされるとき、媒体は、媒体の誘電率が、選別される１つの粒子、または複数の粒子の誘電率に近いように選択されるべきである。一例として、粒子の個体群が、１．２５〜１．３の範囲の誘電率を有する場合、その範囲に近い（またはその範囲内に）誘電率を選択することが望ましい。細胞に関して、誘電率の一般的な範囲は、１．８〜２．１である。終りに、１０％内の誘電率、特に、５％内の誘電率は有益である。粒子個体群への力の大きさの絶対値は、誘電率が著しく媒体の誘電率と異なる場合におけるよりも小さいのに対して、粒子の結果として生ずる運動の差は、媒体の誘電率が個体群中の粒子の流電率の範囲に近いときに大きい。最初にこの技術の増大された感度を利用する場合、分離が開始すると、力は、媒体の誘電率を粒子、あるいは粒子収集の誘電率からのいっそう多くのかなりの差に変更することによって増大されることができる。表示されるように、粒子個体群の誘電率の範囲内にあるように媒体の誘電率を選択することは可能である。その場合、媒体の誘電率以上の誘電率を有する粒子は、１つの方向に力をこうむるのに対して、媒体の誘電率より小さい誘電率を有するそれらの粒子は、反対方向に移動する力をこうむる。
【０１０８】
散乱力システム
単独でか、または粒子の分離のために移動する光学フィールド勾配によって供給されるなどの光学勾配力との組み合わせのいずれかで、散乱力を利用することが可能である。図２６は、レーザー５２０と光ビームを平行にするレンズ５２２とを含むシステムの前後の描写を示している。キャピラリ５２４は、好ましくは、その軸に沿って、照明を受け入れる。第１の粒子５２６と第２の粒子５２８との一組の粒子は、光のビームによって照らされ、それらの異なる散乱特性により、異なる散乱力に施される。異なる力のために、第１の粒子５２６’は、第２の図に示されるように、第２の粒子５２８’より短い距離を移動する。このように、光学的力、特に、光学的散乱力は、粒子を分離するのに利用されることができる。
【０１０９】
図２７（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、散乱力のスイッチを示している。第１の入力５３０は、チャンネルを介して第１の出力５３６に結合している。第２の入力５３２は、チャンネルを介して第２の出力５３８に結合している。２つのチャンネルは、それらの間に流体連結を設けることによってオーバーラップしている。操作において、第１の入力５３０に入る粒子は、第１の入力５３０に結合されるチャンネルから第２の出力５３８を含むチャンネルに偏向されることによる散乱力スイッチ５４０によってスイッチされることができる。散乱力スイッチは、光学勾配力システム、特に、ここに記述されている移動する光学勾配力システムと関連して使用されることができる。
【０１１０】
静電気システム
図２８は、粒子の誘電率の測定のためのシステムを示している。誘電率を有する粒子５５８は、異なる誘電率を有する異なる媒体に施されることができる。示されるように、第１の容器、第２の容器５５２、続く最後の容器５５４は、異なる誘電率ε１、ε２、…εｎをそれぞれに有する媒体を含有している。光学勾配力５５６で流体５５８を照らすことによって、そして、運動を観察することによって、粒子の誘電率は測定される。媒体の誘電率が粒子の誘電率と等しい場合、その場合、光学照明５５６によって付与される力はない。対照的に、粒子の誘電率と媒体の誘電率との間に差がある場合、光学的力は、光学照明５５６によって付与される。異なる誘電率媒体は、図２８に示されるように供給されることができる、すなわち、複数の容器５５０、５５２、…５５４が設けられている。別の方法として、粒子は、滴定システムの使用を介してなど、使用時間中に変更する誘電率に施されることができる。実施において、滴定は、異なる誘電率を有する流体を混合することによるなどの使用時間中に流体の誘電率を変えることによって、または工程プロフィルなどの変更する誘電率プロフィルを設けることによって、粒子を含有するチューブ内で、好ましくは、そのチューブの入口で行われることができる。そのうえ、粒子の誘電率は、２つ以上のデータポイントが、異なる媒体における粒子への力に関して得られるなどの補間法によって近づけることができ、次に、力が存在しない期待誘電率が測定されることができる。
【０１１１】
図２９は、分離が起こる静電気システムを示している。光パターン５６０は、第１の粒子５６２と第２の粒子５６４とを照らす。第１の粒子５６２の誘電率が、媒体の誘電率より少ない場合、その場合、粒子は、低い強度の領域の方に移動する。対照的に、第２の粒子５６４が、媒体の誘電率よりも大きい誘電率を有する場合、粒子は、高い強度の領域の方に移動する。その結果、第１の粒子５６２および第２の粒子５６４は、反対方向における力をこうむる。示されている近接とすれば、それらは、互いに離れて移動する。
【０１１２】
図３０は、好ましくは、物質を移動するように、配列状態の複数の光学ピンセットを使用するシステムを示している。基板５７０は、物質が配置される１つ以上の場所を含んでいる。その物質は、粒子、細胞、または選択されるか、移動されるかのあらゆる他の物質を含んでいる。光学ピンセット配列は、光の円形５７６のように示されている物質を選択的に移動し、そして、配列５７４などの基板５７０のさらに別の部分にこれらの物質を移動することができる。別の方法として、光学ピンセット配列は、配列５７２全体を照らし、次に、物質を選択的に移動し、そして、光学ピンセット配列が、十分な力を供給し、粒子５７６、５７８を基板５７０上の配列５７２から分離させる。例えば、粒子は、選択的に基板５７０にそれらを結合する補足性の核酸などのアタッチメントメカニズムを有することができる。
【０１１３】
図３１は、ヘモグロビン−Ｏ２吸収のための波長の機能としてモル吸収係数のグラフを示している。特定の選別適用のために、吸収のピークにある、または近くにある照明のための波長を選択することは、望ましい。例えば、５００，０００モル吸収係数ピークで波長を選択することは、望ましい。別の方法として、第２のピーク、例えば、ほぼ５６０ｎｍ出のピークで、またはほぼ５８５ｎｍでのピークで選択することは、望ましい。
【０１１４】
第１のセットアップは、オプト泳動実験装置のための移動する縞ワークステーションである。高いパワー、２．５ワット、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー（Ａ）は、近ＩＲ、１０６４ｎｍ波長の光源である。縞パターンは、ミラー（１）からプリズムビームスプリッタ（２）および入念に整列されたミラー（３）によって形成されるＭｉｃｈｅｌｓｏｎ（マイケルソン）干渉計を介して平行レーザービームを方向付けることによって生成される。可変位相抑制装置（４）は、縞パターンを連続して移動させる。この縞パターンは、顕微鏡の対物レンズのバック焦平面を満たすべく、パターンをサイズ順に並べるために望遠鏡（５ａ）、（５ｂ）を介して潜望鏡（５）によって方向付けられ、次に、選別されるサンプルを保持する流体チャンバ内に移動する縞パターンのイメージを生成するために、２０倍顕微鏡対物レンズを介して二色性ビームスプリッタ（６）によって方向付けられる。第２の６０倍顕微鏡対物レンズ（８）は、選別実験の可視化を行うために、流動細胞をＣＣＤカメラの方にイメージする。光ファイバの照明装置（９）は、流体チャンバ内のサンプルに、二色性ビームスプリッタ（６）を介して、照明を供給する。流体チャンバは、ＸＹＺ並進ステージによって２つの顕微鏡対物レンズの間に配置される。
【０１１５】
含まれることができるあらゆる多数の付加的な、または異なるコンポーネントが存在するということは当業者には明らかである。例えば、追加のミラー、または他の光学的ルーティングコンポーネントは、必要とされるビームを「ある方向に向ける」のに使用されることができる。図５を実晒するセットアップにおいて、レーザーは、レーザービームを空間フィルタに向けるために追加のミラーを使用し、それは、十分に平行にされたガウスビームを生成し、それは、次に、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計にガイドされる。
【０１１６】
第２のセットアップは、光源として６００ｍＷ、超低騒音Ｎｄ−ＹＡＧレーザー（Ｂ）を使用して、近ＩＲ光学的周波数で、細胞と粒子との誘電特性を測定し、比較するためのワークステーションである。光学的セットアップの残りは、移動する縞を生成するために干渉計がないということを除けば、移動する縞ワークステーションに類似している。その代わりに、単一の、部分的に集束された照明スポットが、流体チャンバ内に結像されている。細胞と、この照明フィールドとの相互作用は、近ＩＲ光学的周波数で、細胞の誘電率の測定を行う。
【０１１７】
例示的な応用
高スループット生物学
ここにおける方法および装置は、製薬およびライフサイエンスサーチにおける高スループット生物学に使用するのに適している確固とした細胞分析システムを可能とする。このシステムは、システムにおいて高性能で、低価格の光学的装置を使用して製造されることができる。十分に一体化されたスループット生物学の細胞分析ワークステーションは、薬剤の発見、中毒学およびライフサイエンスリサーチに使用するのに適している。これらのシステムは、オプト泳動テクノロジーを本質的な光学的誘電特性を含む本質的な特性に基づき特定の細胞の迅速な同定、選択および選別のための装置に一体化することによって、薬剤の発見プロセス並びに細胞キャラクタリゼーション、分離および分析を根本から変えるために、進歩した光学的テクノロジーを利用することができる。さらに、そのテクノロジーは、そのような本質的な特性の認識に基づいているので、標識は、必要とされず、一般に、テストプロセスを簡素化し、そして、促進する。使用されるレーザーは、生物学的に適合可能な赤外線波長であることが好ましく、細胞自体にほとんど、またはまったく影響なく、精密な細胞のキャラクタリゼーションおよび操作を可能とする。そのテクノロジーは、細胞の分子設計／組み立て（ＤＮＡ、ＲＮＡおよびタンパク質）と、特定の細胞の変化（発育、分化、組織形成および死）との相互作用が、健康と疾患との基本的な理解への決定的に重要であるというポスト遺伝子時代に適している。
【０１１８】
オプト泳動テクノロジーは、細胞に基づくアッセイの性質を変更する。適用は、細胞のキャラクタリゼーションおよび選別のすべての方法を含んでいる。そのテクノロジーは、さらに、分離および細胞の生理機能のエリアにおける多様な適用を提供している。オプト泳動テクノロジーは、光学的誘電特性を含む細胞自体の基本的な特性と取り組んでいる。細胞のオプト泳動特性は、細胞タイプから細胞タイプへと、外部刺激に反応して変化する。これらの特性は、細胞の生理学上の状態全体に反映する。活動的な細胞は、同じタイプの静止する細胞とは異なる誘電特性を有している。癌細胞は、それらの正常の対照物に比べて異なるオプト泳動特性を有している。これらの細胞特性は、さらに、ほとんどすべての薬剤が、細胞自体に直接影響を生ずるために結局ターゲットにされるので、薬剤発見および医薬のリサーチに効果的に使用されることが可能である。換言すれば、特定の分子ターゲットをもたらすように設計される薬剤は、それらが細胞の正味誘電チャージを変更するので、結局、細胞の特性へのそれらの効果を明らかにする。それゆえ、薬剤活動度および毒性のための細胞の迅速なスクリーニングは、テクノロジーの適用であり、そして、高いスループット生物学（Ｈｉｇｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ  Ｂｉｏｌｏｒｙ）と呼ばれることがある。他の主な適用は、薬剤発見および医薬のリサーチを含んでいる。
【０１１９】
ヒトゲノム計画（Ｈｕｍａｎ  Ｇｅｎｏｍｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）および他の関連したゲノムプログラムは、改良された薬剤開発およびスクリーニングテクノロジーに非常に多くの需要を供給している。精巧な細胞アプローチは、費用に対して最も効率がよく、新医薬品ターゲットの機能的なスクリーニングのために必要とされている。同様に、そのゲノム計画からの情報は、組織および器官エンジニアリングの改良された方法のための需要を生成し、それぞれは、十分に特性が与えられた細胞物質へのアクセスを必要としている。さらに、情報および電気通信産業からの光学的テクノロジーは、システムのハードウェアを改良された光学的細胞選択および選別に供給している。電気通信適用のために本来開発されている高性能の近赤外線および赤外線レーザーのためのプライス／性能率は、かなり改良し続けている。さらに、固体ダイオードレーザーは、一般に、旧バージョンよりもずっと高動力の出力での様々な新しい波長を有して使用されている。垂直キャビティ表面放射レーザー（「ＶＣＳＥＬｓ」）は、増大する動力出力をきわめて妥当な価格でダイオードレーザーの配列に供給している。
【０１２０】
コンピューターで処理されるワークステーションは、アクティブ流体を有する小型化されたサンプルステーションから構成され、光学プラットフォームは、近赤外線レーザーおよびデータ分析と解釈のために必要なシステムハードウェアを含んでいる。このシステムは、十分なコンピュータコントロールのもとに、リアルタイム分析およびテストを含んでいる。このテクノロジーの主な適用は、特に、同定し、複雑なバックグラウンドから直接細胞を選択するために、細胞のキャラクタリゼーションおよび選択を含んでいる。
【０１２１】
重要なことは、未標識の、生理学的に正常で、無傷の細胞は、そのシステムに使用されることである。サンプルは、迅速に分析され、細胞は、分類され、そして、光学フィールドによって選別され、それによって、薬剤反応のキャラクタリゼーションを可能とし、薬剤効力の毒性、または他の測定を同定する。様々な薬剤テスト結果および疾患状態と独特に関連する細胞オプト泳動特性に特性を与えることは、本発明の一部である。これらの新規なパラメータの同定は、有益な情報の構成要素となる。
【０１２２】
一体化されたシステムは、様々な態様において、細胞にダメージを与えることなく、標識を使用することなく、細胞の同定、選択および分離を可能とし、；容易に、そして、効率よく複雑な細胞の分析および分離タスクを行い、；それがテストされ、操作されているときに、リアルタイムに細胞を観察し；後の使用のために、注文の細胞選別プロトコルを設定し、；精密で、光学的なコントロールのもとに、細胞と細胞との相互作用を研究し；そして、開始から終わりまでサンプル処理および分析を制御することができる。
【０１２３】
このテクノロジーは、現在のアッセイを小型化し、スループットを増大し、ユニット価格を減少することが可能な細胞配列を造ることへの独特で、かつ、価値のあるアプローチを提供する。単一の細胞（または細胞の小さい群）に基づくアッセイは、小型化を可能とし、細胞機能および薬剤と他の刺激へのそれらの反応のいっそう詳細な研究を可能とする。これにより、細胞配列、または細胞チップが、単一細胞アッセイの並列の高いスループット処理を行うことを可能とする。それは、さらに、細胞チップ生成の標準化を可能とし、様々な異なる細胞のタイプに適用可能な細胞チップの生成のためのいっそう効率のよい方法を与える。
【０１２４】
哺乳類の細胞培養は、リサーチ（例えば、新しい細胞生成化合物の発見および特定のタンパク質を生成することが可能な新しい細胞株の生成）および開発（例えば、更なるリサーチおよびテストのための高度な特定のタンパク質を生成することが可能なモノクローナルの細胞株を開発すること）の両方における解決の鍵のエリアの１つである。哺乳類の細胞培養は、さらに、商業的スケールで新しい生物薬剤の生成のための解決の鍵となるテクノロジーである。
【０１２５】
研究員は、薬剤ターゲット、化合物、またはワクチンを同定すると、哺乳類の細胞培養は、さらなるリサーチおよび開発に必要な量の製造のための重要なテクノロジーである。最近、７０以上の承認された生物工学医薬品およびテストする３５０以上の化合物、２００以上の疾患をターゲットすることがある。
【０１２６】
光学的細胞のキャラクタリゼーション、選別および分析テクノロジーは、それらが新しいタンパク質、または生物薬剤学の化合物を生成するかどうかにより、そして、このタンパク質、または化合物の収量により、哺乳類の細胞の株を選択し、分離するのに有益である。細胞収量は、製造者が、新しい生物薬剤学の薬剤の市販用の量を生成するのに造られるプラントのサイズを決定する解決の鍵となる要因である。
【０１２７】
われわれは、ここでは、適用のいっそう特定の論考に移ります。先ず、われわれは、分離適用に取り組み、第二に、モニタ適用に取り組みます。
【０１２８】
分離適用
赤血球から白血球。白血球は、体を通って酸素を運ぶ赤血球と比べて、免疫反応に重要である血液の構成要素である。白血球は、よりよい耐性のための輸血に先立って赤血球から取り除かれ、感染リスクを減少するのに必要とされる。さらに、分析、または操作のために白血球の豊富にされた個体群を得るために、白血球を取り除くことは重要なことが多い。オプト泳動は、単一の個体群が必要とされる適用に使用されるために、互いにこれらの２つの異なる血球の個体群の分離を可能とすることができる。
【０１２９】
成熟した赤血球からの網状赤血球。通常極めて低いレベルで発見される未熟な赤血球である網状赤血球は、それらが増大したレベルで発見されるとき、疾患状態の示指である。この適用は、白血球からの網状赤血球のレベルの分離と列挙のためにオプト泳動を使用する。
【０１３０】
臨床的な治療の適用、例えば、母性の循環からの致死の幹細胞。臨床的な治療の適用は、細胞に基づく治療および臨床的な診断を含む。母性の血液からの致死の細胞の成功した分離は、非観血の方法で得ることができる致死のＤＮＡの源を表わしている。世界中におよぶ多数の研究者は、現在、致死の細胞が、母性の循環にあり、そして、遺伝子の分析のために復活されることが可能であるということを具体的に説明した。致死の細胞分離における主な最近の挑戦は、ターゲットの致死細胞のタイプの分離、その細胞の選択および分離、そして、細胞が分離されると遺伝子の分析の平均値を含んでいる。母性の血液サンプルを使用すると、このシステムは、母体の血液内で循環する珍しい致死細胞を同定することが可能であり、出生前の遺伝子異常、例えば、ダウン症候群の最大９５％を占める遺伝子障害の診断を可能とする。細胞に基づく治療は、診断方法と類似する方法であるが、そのために、臨床的な目的は、幾分幅広い。妊娠中、多少の致死細胞は、母性の循環に入る。オプト泳動を使用して、これらの細胞を浄化することによって、様々な遺伝子異常の出生前の診断が、単一の母性血液サンプルから可能である。
【０１３１】
臨床的な治療の適用、例えば、幹細胞分離。幹細胞分離の目的は、移植のために幹細胞組織移植から幹細胞を浄化する、すなわち、同種の組織移植（ドナーと受血者とは同じ人ではない）におけるＴ細胞および自己組織移植（ドナーと受血者とは同じ人である）における癌細胞を取り除くことである。最近の幹細胞テクノロジーは、いくつかの欠点をもっている。例えば、最近入手可能なシステムを使用して得られる肝細胞の回復効率は、ほぼ６５％〜７０％である。そのうえ、最近の方法は、移植方法で有益である１００％純度を提供していない。
【０１３２】
血液からの主要細胞、最小の残遺疾患（ＭＲＤ）テスト。国立癌センター（ＮＣＩ）は、今日生きているおおよそ８．４百万のアメリカ人は、癌の病歴をもっていること、そして、１．２百万の新しい癌秒例が２０００年に診断されたと予測している。ＮＣＩは、さらに、非観血の、および、扁平上皮細胞皮膚癌を含み、１９９０年以来、おおよそ１３百万の新しい癌秒例が診断されたと予測している。オプト泳動テクノロジーは、播種性の癌細胞を検出し、量を計り、そして、特性を規定する正確で、再現可能な、かつ、標準化された技術と、高度に特定で、感度のよい免疫細胞技術と、より速い速度の細胞選別と、更なる分析のために生存能力のある癌細胞の特性を規定しそして分離する技術とを含む、よりよい癌スクリーニングに必要ないくつかの解決の鍵のｕｎｍｅｔと取り組んでいる。
【０１３３】
癌細胞は、特に、転移が生じたとき、その疾患の様々形状で患者の血液中で循環する少数で発見される。血液中の腫瘍細胞の存在は、癌の診断に使用されることが可能であり、または様々な処置プロトコルの成功、または失敗に追随する。そのような腫瘍細胞は、きわめて珍しく、オプト泳動などの血液からの濃縮の平均値は、正確な診断のために十分な細胞を検出させるために使用されるのに必要とされる。このことについては、オプト泳動のための別の適用は、癌感謝のために自己移植を行うのに使用されるに先立って、血液、または幹細胞生成物から腫瘍細胞を取り除くことである。
【０１３４】
臍帯血からの致死幹細胞。新生児からの臍帯は、一般に、幹細胞に豊富である血液を含有している。その臍帯血物質は、通常、出産時に放棄される。とはいえ、臍帯血を預ける人には学問的関心および個人的な関心の両方があり、そのために、そのような放棄された物質は、自己、または同種の幹細胞置換のいずれかに使用される。オプト泳動による臍帯血幹細胞の濃縮は、貯蔵される物質を少量とさせ、それにより、患者、または他の宿主へ戻すことを容易にする。
【０１３５】
肝、神経組織骨髄などからの成人幹細胞。多数の大人の組織が、ｅｘ  ｖｉｖｏで操作されることができる不滅の幹細胞の小さなサブセットを有しており、次に、損傷された組織を再棲息するために、患者に再導入されることが可能であるということがだんだん明らかになってきている。オプト泳動は、これらのきわめて珍しい幹細胞を浄化するのに使用されることが可能であり、そのために、それらは、細胞治療の適用に使用されることができる。
【０１３６】
膵臓からの島細胞。インスリン生成の欠陥から結果として生ずる糖尿病を有する人のために、健康な膵臓からのベータ島細胞を生成するインスリンは、糖尿病の人にその機能を再保存するために移植されることが可能であるということが提案された。これらの細胞は、ドナーの膵臓全体の少しの区分だけを構成する。オプト泳動は、島細胞を強化する方法を提供し、そして、移植のためのこの特定のタイプの細胞の製剤に有益である。
【０１３７】
活性Ｂ、またはＴ細胞。免疫反応の間、特定の抗原をターゲットとするＴ白血球サブセットか、またはＢ白血球サブセットかのいずれかは、活性化する。これらの特定の活性細胞は、活性Ｂ、またはＴ細胞が、臓器拒否、狼そうや慢性関節リウマチなどの自己免疫疾患などの患者に望ましくない免疫反応を生じることがあるので、その場合、免疫治療生成物として、または取り除かれるように、ｅｘ  ｖｉｖｏ膨張に使用される独立した成分として必要とされることができる。オプト泳動は、濃縮し、そして、患者に戻すか、または異常破壊を生じる細胞を放棄するかのいずれかのために、活性細胞を得る方法を供給する。
【０１３８】
樹状細胞。樹状細胞は、Ｔ細胞媒介の免疫反応を確立するのに重要な白血球のサブセットである。生物工学および製薬会社は、樹状細胞を得て、それらを特定の活性Ｔ細胞反応を生成する適切な抗原に関連してｅｘ  ｖｉｖｏで使用する方法について研究している。オプト泳動は、そのような研究のため大量の樹状細胞の分離を可能とする。
【０１３９】
ＨＰＲＴ細胞。ヒポキサンチングアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ（ＨＰＲＴ）は、血液の多くの細胞に存在し、そして、ヌクレオシド除去経路に含まれている酵素である。内因性遺伝子突然変異か、または変位誘発物質への外因性露出かのいずれかにより高い突然変異率を有する人は、突然変異がこの遺伝子に生じたことを示すＨＰＲＴ欠如細胞（ＨＰＲＴ−）のためにスクリーンされることが可能である。ＨＰＲＴシステムを通り抜ける成分によってスクリーニングするオプト泳動は、ＨＰＲＴマイナス細胞を容易に選択し、そして、それらの数を計る。
【０１４０】
生育能力のある、または移動可能な精子細胞。夫婦のおおよそ１２％は、何らかの形状の援助、または治療なくては、妊娠することができない。これらの約３０％において、男性だけに責任があると思われる。追加の２０％の場合において、男性と女性の両方に同じであると認められる。その結果、男性の因子は、ほぼ５０％の場合、部分的に、受胎が困難である責任がある。子供を持つのに生涯能力を有する１５．４４歳の婦人の数は、６百万を越えている。精液分析は、最近、様々なテストを使用して行われ、そして、番手、容量、ｐＨ、粘度、能動性および形態に基づいている。現在、精液分析は、主観的、および、手動によるプロセスである。精液分析の結果は、男性が、夫婦の不妊症に寄与しているかどうか必ずしも明確に表示しない。運動性精子を分離する勾配遠心法は、能力の低いプロセスである（１０％から２０％の回収率）。精液選択は、子宮内授精（ＩＵＩ）および体外授精（ＩＶＦ）、またはＩＶＦ、そして、原形質内精液注入（ＩＣＳＩ）に使用される形態的に正確な精液を分するための目による検査および選択を使用して行われる。毎年アメリカにおいて、６，０００，０００の男性は、不妊症のための医療的援助を捜し求めている。
【０１４１】
男性不妊症の理由の１つは、生育能力のあるおよび／または移動可能な精液細胞の高い十分なパーセンテージの欠如である。生育能力のあるおよび／または移動可能な精液細胞は、オプト泳動を使用して選択されることが可能であり、それらの数を豊富にすることによって授精の高い割合が達成されることが可能である。この適用は、さらに、Ｙを有する精液からＸを、また逆に、Ｘを有する精液からＹを選択するのに使用され、それは、次に、選択的に、動物適用において妊娠を誘導するのに使用され、動物の１つの性は、経済的理由のために広く好まれている（女性であることが必要な乳牛であるのに対して、例えば、男性であることは、肉生成蓄牛のために好まれる）。
【０１４２】
様々な化合物とロードされるリポソーム。製薬生成物の治療の分配の最近のモードは、分配運搬者としてリポソームを使用することである。薬剤の異なるレベルでリポソームを分離するために、そして、これらのリポソームを濃縮するためにオプト泳動を使用することが可能であり、それにより、薬剤が最も濃縮される。
【０１４３】
組織エンジニアリング、例えば、脂肪細胞からの軟骨前駆物質。組織エンジニアリングは、従来の合成移植の適所に使用されることが可能な組織置換のために生物学的態様品を開発するために、生きている細胞を使用することを含んでいる。ヒトの組織、または臓器機能の欠如は、患者や家族に破壊的な問題である。組織エンジニアリングの目的は、体に移植されることが可能な体の外で新しい組織を設計し、そして、生育することである。
【０１４４】
最近の報告は、ヒトの脂肪組織内で発見される細胞は、ヒトの関節の損傷を修復するための移植物質として使用されることが可能な脂肪を生成するためにｅｘ  ｖｉｖｏを使用することが可能であるということを説明した。オプト泳動は、ｅｘ  ｖｉｖｏ膨張と、結果として起こり得る組織エンジニアリング治療のために、脂肪組織内の他の細胞から細胞を形成する脂肪を浄化するのに使用される。
【０１４５】
少量の細胞のナノ操作。多数の凝乳酵素プロセスの最近の小型化は、多数の凝乳酵素の分析において、小さな小さなプラットフォームに置くということを結果として生じ、「チップ上の凝乳酵素アプローチ」へと展開している。溶液中の生体分子の操作な、そのような環境において型にはまってきているのに対して、マイクロチャンネルおよび他のナノ装置内の少量の細胞の操作は、広範囲に達成されていない。オプト泳動は、細胞がマイクロチャンネル内を移動され、そして、チップ上の適切なプロセスで、その領域に方向付けられることを可能とする。
【０１４６】
細胞の小器官；ミトコンドリア、核、ＥＲ、ミクロソーム。細胞の内部構成要素は、細胞質およびミトコンドリア、核などの多数の小器官から構成されている。これらの小器官の数、または物理的特性における変化は、細胞事態の生理機能における変化をモニタするのに使用されることが可能である。オプト泳動は、特定の小器官の特定のタイプ、形態、または数を有する細胞が選択され、そして、濃縮されることを可能とする。
【０１４７】
ＢＳＥアッセイのための牛の網状赤血球。網状赤血球（ＥＤＲＦ）の細胞成分が、ＢＳＥ（ウシの海綿状脳症）に感染した牛の網状赤血球において高いレベルで発見されることが報告された。網状赤血球は、一般に、低いレベルで血液中において発見され、その結果、オプト泳動の使用は、それらを高め、そして、ＥＤＲＦｍＲＮＡタンパク質の量に基づく診断テストの精密度を増大する。
【０１４８】
モニタリング
成長／分割細胞対休止細胞。細胞は、様々な成長要因、または成長状況によって成長するために刺激されることができる。細胞の成長のために存在する最も多くのアッセイは、外部標識試薬の追加および／または細胞の成長が照明されることができる前の培養におけるかなりの時間を必要とする。オプト泳動を使用することによって、分割を開始した細胞は、同定され、所定の細胞個体群のどのくらいが成長相にいるかを計算する迅速な方法を与える。細胞サイクルの異なる部分における細胞は、異なる光学的特性を有し、それらが、サイクルのどこにいるかというだけでなく、細胞個体群全体ののどの区画が、細胞サイクルの各段階にあるかを決定する。
【０１４９】
アポプトシス細胞。プログラムされた細胞死、またはアポプトシスをこうむっている細胞は、この事象に導く特定の薬剤、または他の現象を同定するのに使用されることが可能である。オプト泳動は、どの細胞がアポプトシスをこうむっているかを同定するのに使用されることが可能であり、この知識が、アポプトシスを促進する新規な分子、または細胞状況、または相互作用をスクリーンするのに使用されることが可能である。
【０１５０】
開いている膜通路を有する細胞；膜電位の変化。多数のタイプの細胞の外側膜は、イオンおよび小さい分子の細胞の内外への通過を容易にする通路を含有している。そのような分子の移動は、塩基ポテンシャルの変化、第２のメッセンジャーのレベルの変化などの細胞のさらなる変化へと導く。これらの変化の知識は、膜の通路活動度を変調する化合物のための薬剤スクリーニングに有益である。オプト泳動は、膜の通路が、外因性化合物によって摂動を起こされるときを表示するのに使用されることが可能である。
【０１５１】
生きている細胞対死んだ細胞。生きている細胞対死んだ細胞の同定および量を必要とする多数の適用が存在している。オプト泳動を使用することによって、死んだ細胞は、同定され、計算されることが可能である。
【０１５２】
ウイルス性の感染した細胞。ＣＭＶ、ＨＩＶなどのための１つを含むウイルスを含有する細胞を測定することが重要である多数の診断適用がある。オプト泳動は、ウイルスを含有していない細胞からウイルスを含有する細胞を識別するのに使用されることが可能である。
【０１５３】
異常核、または高いＤＮＡ含量を有する細胞。腫瘍細胞の顕著な特徴の１つは、それが、その核に異常なサイズおよび／または形状を結果として生ずる過度のＤＮＡを含有しているということである。ＤＮＡの異常量および／または核の構造を有する細胞の個体群の核の含量に調整されるオプト泳動を使用することによって、同定されることができ、そして、この情報は、癌患者のための診断、または予後の示指として使用されることが可能である。
【０１５４】
抗体で付着された細胞。独特のタンパク質および／または細胞のタイプを画定する細胞のマーカーへの特異性を有する市販で入手可能な抗体の大量の選択が存在している。多数の診断適用は、どの抗体がそれらの表面と結合するかを同定することによって細胞のタイプのキャラクタリゼーションをたのみにしている。オプト泳動は、細胞がそれに結合される特定の抗体を有するときに検出するのに使用されることが可能である。
【０１５５】
結合されたリガンド、ペプチド、成長要因を有する細胞。多数の化合物およびタンパク質が、特定の細胞タイプの表面のレセプターに結合する。そのようなリガンドは、次に、細胞の内側で変化を起こす。多数の薬剤スクリーンは、そのような相互作用を期待している。オプト泳動は、外因性の大きいおよび小さい分子の細胞の外側への結合だけでなく、化合物の結合の結果として細胞の内側の生理学上の変化の測定をモニタする手段を供給する。
【０１５６】
抗生作用の露出後の生育性のためのバクテリア。微生物は、感染性の細菌を殺すために遂行する適切な治療を決定するために、抗生物質のスペクトルへの感度のためにテストされることが多い。オプト泳動は、抗生作用露出後に追随する成長の生育性と休止とのためのバクテリア細胞をモニタするのに使用されることが可能である。
【０１５７】
ＮＣＩ６０パネルについての薬剤スクリーニング。６０の腫瘍細胞株のパネルは、化学療法物質として使用するのに好ましい特性を有する化合物を決定するためのスクリーニング手段としてＮａｔｉｏｎａｌ  Ｃａｎｃｅｒ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅによって設立された。６０の株すべてを配列し、そして、次に、それらと周知のおよび新規な化学薬品との免疫性をテストし、そして、その化学薬品への反応について細胞株をモニタするために、オプト泳動を使用することは可能である。
【０１５８】
細胞骨格の変化のための細胞。細胞骨格は、細胞の内部構造を無傷に保つ構造タンパク質の複合体である。タキソル、ビンクリスチンなどの多数の薬剤だけでなく温度などの他の外部刺激が、細胞骨格を崩壊させ、そして、破壊させることは周知である。オプト泳動は、細胞骨格における摂動のために細胞の個体群をモニタするための手段を供する。
【０１５９】
細胞の表面との、または他のビードとの相互作用を測定するために、それらに結合される化合物を有するビード。中心体と細胞、または化合物との相互作用は、多数のインヴィトロでの診断適用に使用さた。化合物は、ビードに付着され、そして、ビードと細胞との、またはそれらに他の化合物を有するビードとの相互作用は、オプト泳動によってモニタされることが可能である。
【０１６０】
アッセイを形成する原種の細胞／群体。原種は、同じ組織の大量のいっそう成熟した細胞を生じさせることが可能な所定の組織の細胞である。原種の細胞を測定するための典型的なアッセイは、これらの細胞が、培養にととまることと、それらが所定の時間にどのくらい多くの適切な成熟した細胞のタイプの群体を形成するかを計算することとを可能とする。このタイプのアッセイは、手間取り、時には厄介であり、行うのに数週間かかる。単一の細胞の成長をモニタするためにオプト泳動を使用することによって、原種の増殖は、ナノスケールで測定されることが可能であり、その結果は、すっと短い時間内に得られる。
【０１６１】
投与量制限毒性スクリーニング。ほとんどすべての化合物は、あるレベルで毒性であり、そして、化合物の特定のレベルの毒性は、それらが生きている細胞および細菌をどの濃度で殺すかを測定することによって同定される。化合物の投与がゆっくりと増加されるときオプト泳動を用いて生きている細胞をモニタすることによって、細胞の損傷および／または死を表示する光学的特性のレベルが確かめられる。
【０１６２】
細胞内の脂質組成／膜流動性モニター。すべての細胞の膜は、それらが基礎細胞の膜総合性を維持すると同時に、適切な程度の膜流動性を維持する必要がある脂質から構成されている。オプト泳動は、膜の流動性を測定することを可能とし、膜流動性を偏向することが可能な化合物についての情報と状況とを供給し、そして、膜をいっそう多くか、または少なくかのいずれかに流動させる。
【０１６３】
クロット凝魂／血小板凝集を測定。血小板および凝固タンパク質などの血液中に発見される成分は、適切な状況のもとに、血液クロット凝魂形成を容易にするのに必要とされる。クロット凝魂は、疾患状態を測定するために、または基本的な血液生理機能を評定するためにモニタされることが多い。オプト泳動は、血小板凝集およびクロット凝魂形成についての情報を供給することが可能である。
【０１６４】
ここに報告されている若干のデータは、以下のセットアップで生成されている。光学勾配フィールドは、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計と、１５０ｍＷ、８１２ｎｍレーザー（８１２システム）か、または２．５Ｗ、１０６４ｎｍレーザー（１０６４システム）かのいずれかとを使用して生成された。８１２システムは、縞パターンの集束するために、そして、酸プロを明視化するために、１００Ｘ（１．２５ＮＡ）オイル浸透系レンズを使用した。１０６４システムは、縞を集束するために、２０倍対物レンズを使用し、そして、サンプルを明視化するために、６０倍対物レンズを使用した。一般に、サンプル細胞は、コーティングされた顕微鏡のスライドおよび／またはワセリンでシールされたカバースリップであった。カバースリップスペーサは、おおよそ１５０マイクロメートルにセルの高さを制御した。
【０１６５】
表面のコーティング；Ｒａｉｎ−Ｘ（登録商標）、アガロース、ＣＹＴＯＰ、フルオロシラン。散乱力は、サンプル細胞の表面に、粒子、または細胞を押圧することが多い。それゆえ、多数の表面コーティングが、特定されない粘着力および摩擦力を最小化するように評価された。疎水性／親水性および共有結合／非共有結合表面処理が評価された。
【０１６６】
共有結合／疎水性。ガラススライドおよびカバースリップは、溶液、または蒸気での蒸着を使用して、ペルフルオロオクチルトリクロロシラン（Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗ１）で処理された。溶液蒸着は、以下の通りである：エタノールに２−５％シラン溶液、室温で３０分保温、エタノールで３回リンスし、空気乾燥。蒸気蒸着は、独立したマクロ遠心機チューブ内にシランと水とを同量入れて、処理される基板で真空チャンバに密閉する。５０℃で１５時間加熱。
【０１６７】
非共有結合／疎水性。ポリシロキサン、Ｒａｉｎ−Ｘ、を含有する市販の撥水剤は、製造業者の指示により塗布された。
【０１６８】
液体Ｔｅｆｌｏｎ（テフロン）、ＣＹＴＯＰ（ＣＴＬ−１０７Ｍ，ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ），デラウェア（Ｄｅｌａｗａｒｅ））は、ｍｉｃｒｏｆｕｇｅを使用してスパンコーティングされた。ＣＹＴＯＰは、フルオロオクタン（ｖ／ｖ）ｄｅ１０％に希釈され、５０マイクロリットルが、ピペットで移され、５秒間スピンされた。これは、２回繰り返され、次に、空気乾燥された。
【０１６９】
非共有結合／親水性−−アガロースヒドロゲルコーティングは、以下のように調合された：水で２％のアガロースを融解し、基板に１００マイクロリットルをピペットで移し、５秒間スピンし、３０分間３７℃で焼き固める。
【０１７０】
コーティングのすべては、粒子を処理するときに効果的であった。ＣＹＴＯＰは、生物学上の細胞を処理するときに付着を防止するのに効果的であった。
【０１７１】
サイズによる分離−異なるサイズ（１，３マイクロメートル直径から５マイクロメートル直径）のポリスチレン粒子（Ｂａｎｇｓ  Ｌａｂｓ，Ｆｉｓｈｅｒｓ，ＩＮ）は、移動する光学勾配フィールドを使用して分離された。３マイクロメートル直径および５マイクロメートル直径の粒子は、蒸留水で１／５００に希釈され、１０マイクロリットルが、Ｒａｉｎ−Ｘのコーティングされたスライドにピペットで移された。８１２システムは、４縞周期から５縞周期を備え、１５マイクロメートル／秒で移動する２５マイクロメートルから３０マイクロメートルのスポットサイズを生成するのに使用された。
【０１７２】
図３２は、３マイクロメートルのポリスチレン粒子と５マイクロメートルのポリスチレン粒子に対して１秒の間隔での選別シーケンスを示している。小さい法の３マイクロメートル直径の粒子は、勾配フィールドによって容易に移動されるのに対して、大きい方の５マイクとメートル直径の粒子は、影響をうけていない。大きい方の粒子は、複数の縞をスパンしたので移動されず、そのために、勾配力が効果的に取り消された。同様な結果は、１マイクロメートル直径の粒子と３マイクロメートル直径粒子とでも得られた。
【０１７３】
屈折率による分離−同様のサイズ（〜５マイクロメートル直径、Ｂａｎｇｓ  Ｌａｂｓ）で、それぞれに、１．５９、１．４９、１．３７の屈折率のポリスチレン粒子、ポリメタクリル酸メチル粒子およびシリカ粒子は、移動する光学勾配フィールドによって選別された。ポリスチレン、ＰＮＮＡおよびシリカのための観察された脱出速度は、それぞれに、４４マイクロメートル／秒、４７マイクロメートル／秒、３２マイクロメートル／秒であった。簡単にいえば、粒子は、縞で整列され、その縞は、粒子がスリップするまで速度を増しながら移動される。これにより、粒子、すなわち、粒子によって体験される、すなわち、光子の、流体学の、そして、摩擦の力全体の半定量測定を結果として生ずる。脱出速度の絶対値は、システムの状態、例えば、レーザーの力によって異なるということは、当業者には明らかである。ここに与えられる数値の結果は、実際に使用されているシステムのための測定データを提供していることを意味しており、異なるシステムに存在する値への制限を考慮されるものではない。
【０１７４】
粒子は、蒸留水（ｎ＝１．３３）で１／５００に希釈された。８１２システムは、１０マイクロメートルの縞周期を有する勾配フィールドを生成するのに使用された。ポリスチレン粒子およびＰＭＭＡ粒子は、おおよそ４０マイクロメートル／秒のしきい値で勾配フィールドを移動することによってシリカ粒子から選別された。
【０１７５】
表面機能性およびドーピングによる分離−ブルー、またはピンクの染料で染められたポリスチレン粒子（〜６マイクとメートル直径）は、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．から購入した。ピンクの粒子は、さらに、粒子表面にカルボキシル基を有している。流市は、蒸留水で１／５００に希釈され、１０マイクロリットルが、Ｒａｉｎ−Ｘでコーティングされたスライドにピペットで移された。８１２システムは、おおよそ１２マイクロメートルの縞周期を有する移動する光学勾配フィールドを生成するのに使用された。縞において、ピンクの粒子は、優先的に移動した。
【０１７６】
図３３は、粒子の実際の動きを示している。
【０１７７】
別の実験において、ビオチンで標識を付けた１マイクロメートルのラテックスビードは、異なる配位子が付着されたときの脱出速度における変化を測定するのに使用された。ビオチンで標識が付けられたビードは、ＰＢＳ緩衝液で１／５００に希釈された。５０ｕｌアリコートは、１０分間過剰のストレプトアビジン、または１０ナノメートルのコロイド状のゴールド−ストレプトアビジン共役で保温された。ビードは、遠心分離によりピペットで移され、ＰＢＳ緩衝液に再懸濁された。１０６４システムを使用して、測定された脱出速度は、ビオチンで表紙が付けられたビード、ストレプトアビジンを有するビードおよびストレプトアビジン−コロイド状ゴールドについては、それぞれに、５マイクロメートル／秒．３、４マイクロメートル／秒．３および３．６マイクロメートル／秒であった。
【０１７８】
波長共鳴による分離（８１２ｎｍ対１０６４ｎｍ）−染色されたポリスチレン粒子での上記実験は、１０６４システムを使用して繰り返され、その結果は逆であった。ブルーの粒子が、優先的に移動された。同様な結果は、１０６４システムが、２，５Ｗにではなく１５０ｍＷに設定されたときに得られた。これは、波長の同調が識別プロセスを向上することができたことを示唆している。
【０１７９】
指数整合による分離−−シリカ粒子およびポリスチレン粒子（それぞれに、３マイクロメートル直径および５マイクロメートル直径）は、親水性のシリコーン（ジメチルシロキサン−エチレンオキシトブロックポリマー，Ｇｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ．（ペンシルベニア州、タリータウン（Ｔｕｌｌｙｔｏｗｎ，ＰＡ））で１／５００に希釈された。媒体の屈折率（ｎ＝１．４４）は、シリカ粒子（ｎ＝１．３７）とポリスチレン粒子（ｎ＝１．５９）との間の中間であった。粒子のサイズは、この実験では重要ではなかった。
【０１８０】
１０６４システムを使用して、勾配力が、直径がおおよそ１５マイクロメートルの拡散スポットに集束された。より一般的に、ここに記述されたシステムおよび適用のすべては、集束されていないレーザービームなどの集束されていないビームが、利用されることができる。ビームは、集束されないことが好ましく、そのために、スポット、またはビームサイズは、ほぼ粒子のサイズの大きさである。細胞について、そのサイズは、おおよそ１０ミクロンから２０ミクロンである。ポリスチレン粒子は、勾配フィールドの方へ移動したのに対して、シリカ粒子は、それから離れて移動した。これは、懸濁する媒体が、分離を最も効果的にするために、変更されることが可能であるということを説明した。
【０１８１】
赤血球対Ｒｅｔｉｃ
網状赤血球の対照（Ｒｅｔｉｃ−Ｃｈｅｘ）は、Ｓｔｒｅｃｋ  Ｌａｂｓから得られた。６％の網状赤血球を含有するサンプルは、ニューメチレンブルー（Ｎｅｗ  Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｂｌｕｅ）で１５分間染色され、１５分間、核酸ステインは、凝固しない赤血球に対する網状赤血球と区別をつけて染色する。そのサンプルは、ＰＢＳで１／２００に希釈され、そして、フロオロシランがコーティングされたスライドに載せられた。８１２システムは、光学勾配フィールドを生成するのに使用された。縞周期は、１５マイクロメートルに調節され、１５マイクロメートル／秒で移動された。網状赤血球は、赤血球に対して優先的に移動された。
【０１８２】
白血球対赤血球の分離
全血の対照（Ｐａｒａ１２プラス）は、Ｓｔｒｅｃｋ  Ｌａｂｓから得られた。そのアンプルは、１５分間ニューメチレンブルーで染色され、核酸ステインは、凝固しない赤血球に対する凝固した白血球と区別をつけて染色する。そのサンプルは、ＰＢＳで１／２００に希釈され、フロオロシランがコーティングされたスライドに載せられた。８１２システムは、光学勾配フィールドを生成するのに使用された。縞周期は、１５マイクロメートルに調節され、２２マイクロメートル／秒で移動された。白血球は、縞によって移動されたのに対して、赤血球は移動されなかった。
【０１８３】
白血病対赤血球の分極
１ミリリットルの白血病細胞株Ｕ９３７の懸濁液は、ペレットで移され、そして、１％のＢＳＡを含有する１００マイクロリットルのＰＢＳで懸濁された。Ｕ９３７と赤血球の１／２００希釈溶液との同等の容量が、互いに混合され、１０マイクロリットルが、ＣＹＴＯＰがコーティングされたスライドの上に配置された。移動する縞周期での分離測定は、Ｕ９３７細胞のための脱出速度は、赤血球のための脱出速度よりかなり高く、それぞれに、６０マイクロメートル／秒と、２３マイクロメートル／秒であった。１０６４システムは、おおよそ３０マイクロメートルの縞周期を有し、中間の縞速度の４５マイクロメートル／秒で移動する光学勾配フィールドを生成するのに使用された。期待通りに、Ｕ９３７細胞は、縞と共に移動し、赤血球は、移動しない１つの実施例において、移動する縞は、単一のピークに減少されることができる。そのピークは、線形の形状であることが好ましい。操作において、緩慢な掃引（すなわち、粒子の個体群の脱出速度未満で）は、問合せられる領域を横断して造られる。これにより、粒子を一列に並べさせる。次に、縞は、迅速に（すなわち、個体群中の少なくともいくつかの粒子の脱出速度より速いスピードで）、好ましくは、緩慢な掃引と反対方向に移動される。これにより、遅い脱出速度を有する粒子から速い脱出速度を有する粒子の選択的分離を生ず。任意に、粒子の残りのラインは、次に、中間の縞速度で再度問い合わせられることができる。この技術は、個々に記述されている適用およびシステムのすべてへの適用可能性を有しているのに対して、それは、赤血球からのＵ９３７細胞の分離のために首尾よく実施された。
【０１８４】
マイクロチャンネル中の赤血球対ポリスチレン粒子の選別
「Ｈ」形状（図１６を参照）を有するガラス性のマイクロチャンネルは、赤血球と６マイクメートルのポリスチレン粒子との選別を説明するのに使用された。そのチャンネルは、Ａｇｉｌｅｎｔ（ＤＮＡ  ５００  ＬａｂＣｈｉｐ）から購入され、そして、幅が４０マイクロメートル、そして、深さが１０マイクロメートルであった。不必要な、または不使用のチャンネルおよび容器ポートは、ＵＶおよび熱硬化によって追随されるＮｏｒｌａｎｄ  ６１の光学的付着で埋め戻すことによって閉鎖された。チャンネルは、エタノールで満たされ、水が続き、最後に、１％のＰＳＡを有するＰＢＳ幹懲役が続く。入口の容器は、出口容器より約１ｍｍ高く作り上げられる。フロー割合は、圧力と動電学的力とを組み合わせて制御された。Ｋｅｉｔｈｌｅｙ２３６の給電が、５Ｖ／ｃｍと１０Ｖ／ｃｍとの間の電界に印加されるのに使用された。
【０１８５】
赤血球と１％ＢＳＡを有するＰＢＳ中の粒子との１／２００混合物は、入口容器に加えられ、１％ＢＳＡを有するＰＳＡ緩衝液の同等の容量が、もう１つの入口容器に加えられた。勾配フィールドは、下流側のジャンクション近くの「Ｈ」のクロスバーに配置された。１０６４システムは、勾配フィールドの縦横比を増大するために円筒状レンズが装着された。結果として生ずる勾配フィールドは、幅がおおよそ４０マイクロメートルで、長さが８０マイクロメートルであり、１２ｕｍｓの縞周期を有し、そして、３０マイクロメートル／秒で移動した。
【０１８６】
移動しない光学勾配フィールドのない場合、または有している場合、細胞および粒子は、「Ｈ」チャンネルの頂部半分にとどまり、上方の出口を介して出る。移動する光学勾配フィールドの存在で、粒子は、下方の出口アームに偏向されそして、赤血球から選別される。
【０１８７】
フロー割合は、おおよそ８０マイクロメートル／秒に調節された。選別プロセスは、ディジタル方式で記録され、その後分析された。１３２の可能な選別事象（１２１の赤血球と１１の粒子）の内、２つの赤血球がミス選別され、粒子はミス選別されなかった。
【０１８８】
マイクロチャンネル中の赤血球対白血球の選別
図３６は、マイクロチャンネル装置における２つの細胞タイプの選別の写真を示している。１は、連続して移動する光学勾配フィールドから入る赤血球と白血球とを示している。２は、白血球が、移動する光学勾配フィールドの作用によって下方に並進されたのに対して、赤血球が、並進から脱出したことを示している。３および４は、白血球および白血球が、独立したチャンネルの方に通入し続けていることを示している。
【０１８９】
リポソームの勾配力操作
直径がおおよそ０．２マイクロメートルの蛍光性的に標識が付けられたリポソームは、Ｂ−Ｄ  Ｑｔｅｓｔ  Ｓｔｅｐキットから得られた。１０マイクロリットルが、Ｒａｉｎ−Ｘがコーティングされたスライドに配置され、１０６４システムが、光学勾配フィールドを生成するのに使用された。１５ｍＷ、５３２ｎｍのダイオードレーザーは、さらに、リポソームの蛍光を明視化するために対物レンズを介して集束された。直立の勾配フィールドは、サンプル上に突出されたとき、傾向は、このエリアにおいていっそう強かった。これは、リポソームが、勾配フィールドの方に移動したことを示唆する。
【０１９０】
異なる運動イメージング
ポリスチレン粒子およびシリカ粒子は、蒸留水で希釈された。図３４の写真に示されるように、「前」のイメージは、ＣＣＤカメラとイメージプロエクスプレス（Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）とを使用して捕獲された。１０６４システムによって生成される移動する光学勾配フィールドは、粒子全体にわたり走査された。別のイメージ（「後」のイメージ）は、捕獲され、「前」のイメージは、減じられた。結果として生ずるイメージ（標識が付けられた「差」）は、明確にポリスチレン粒子が移動したことを同定した。
【０１９１】
異なる細胞タイプの脱出速度
脱出速度は、１０６４システムによって、ＣＹＴＯＰがコーティングされたカバースリップに生成される勾配フィールドを使用して測定された。
【０１９２】
細胞タイプ
脱出速度（ｕｍ／秒）
赤血球
白血球
ニワトリの血液（Ｒｅｔｉｃ．モデル）
Ｋ５６２細胞，タキソルのない治療
Ｋ５６２細胞，２６Ｈｒ．タキソル治療
Ｋ５６２：慢性骨髄性白血病、リンパ芽球
図３５は、脱出速度の関数として測定される細胞のパーセントのグラフを示している。
【０１９３】
治療されたおよび治療されていない白血病細胞の分離
ＰＮＡは、５ｍｇ／ｍｌの濃度でエタノールで溶解された。ＲＰＭＩ  １６４０媒体で成長されるＵ９３７細胞の３ｍｌｓは、培養フラスコから取り除かれ、１ｍｌが、３つのｅｐｐｅｎｄｏｒｆチューブのそれぞれの中に配置された。第１のチューブからの細胞は、１０，０００ｒｐｍで、４分間ペレットにぶつけられ、脱出速度測定のために２５０ｕｌ  ＰＢＳ／１％ＢＳＡ緩衝液に再懸濁された。ＰＭＡは、５ｊｇ／ｍＬの最終濃度へとＵ９３７細胞の残りの２つのチューブに加えられた。これらのチューブは、うず巻き状にされ、１時間か、または６時間かのいずれかの間、３７℃の水浴の中に配置された。その時間のポイントの終りに、チューブが取り除かれ、細胞は、ペレットにぶつけられ、次に、上記に記述されるように懸濁され、脱出速度測定が行われた。６時間処理される細胞は、処理されない細胞に比べると、かなり速い脱出速度を有していた。
【０１９４】
好ましい実施例および方法が示され、記述されてきたが、多数の別の方法が、本発明の精神、または範囲から逸脱することなく行われることができるということは通常の技量者には明らかである。それゆえ、本発明は、以下の特許請求の範囲による以外に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１９５】
【図１】先行技術の光学ピンセットシステムのための光強度パターンのグラフ図であり、集束ビーム、粒子およびビームの強度の横断面を示している。
【図２】ミラーを移動することによる可変パスレングスを利用して２つのビームを干渉する光学システムの断面図である。
【図３】パスレングスが、位相変調器を利用して変更される２つのビーム間の干渉を利用するシステムの概略図である。
【図４】（Ａ）はパスレングスが、位相変調器を介して調節可能な干渉計を利用する光学システムの断面図であり、そして、（Ｂ）は粒子空中浮揚のために対抗伝伝搬ビームを利用する別の光学装置の側面図である。
【図５】光学パスレングスを変更するために干渉計および位相変調器を含む光学システムの断面図であり、そして、そのシステムによって生成される波パターンの写真を含んでいる。
【図６】独立した照明および結像システムを利用する光学システムの断面図である。
【図７】流体システムとインターフェースで連結する光学システムの図である。
【図８】移動する走査システムを利用する光学システムの断面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、強度パターンの生成に基づくマスクを含む光学システムの断面図である。
【図１０】基板、またはサポートを照らす照明源の配列の側面図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明の１つの例示的な実施例における位置の関数として、強度、力および位置エネルギーのグラフをそれぞれに示している。
【図１２】（Ａ）は、第１の位置と重ね合わされた光学パターンとにおける２つの粒子を示し、（Ｂ）は、光学パターンによる照明後の第２の位置の粒子を示し、（Ｃ）は、光学的トラップでの粒子Ｂの捕獲を示している。
【図１３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、粒子を分離する技術のための間隔の関数として位置エネルギーのグラフを示している。
【図１４】（Ａ）、（Ｂ）は、一次元粒子源からの粒子選別のグラフ図を示し、（Ａ）には、粒子の流れを示し、そして、（Ｂ）には、流体の流れに運ばれる粒子を示している。
【図１５】「Ｔ」チャネル選別構造の平面図である。
【図１６】「Ｈ」選別構造の平面図である。
【図１７】「Ｙ」形状の選別構造の平面図である。
【図１８】「Ｘ」チャネル選別構造の平面図である。
【図１９】二次元選別構造の斜視図である。
【図２０】多次元の選別構造の平面図である．
【図２１】光学勾配パターンの生成のために反射表面を含む多次元の選別構造の側面図である。
【図２２】捕獲構造を含む選別構造の側面図である。
【図２３】リサイクル通路を含むμ流体システムの平面図である．
【図２４】選択、またはキャラクタリゼーションにおける関数として粒子変形可能性を利用する粒子分析システムの平面図である。
【図２５】係数として光学勾配周期性に対する粒子のサイズを利用する選別、又はキャラクタリゼーションシステムの平面図である。
【図２６】分離のために光の散乱力を利用する粒子の分離のためのシステムである。
【図２７】（Ａ）は散乱力スイッチの斜視図であり、（Ｂ）は散乱力スイッチの平面、側面図であり、（Ｃ）はビームでの散乱力スイッチの側面図である。
【図２８】誘電率を変更する様々な流体媒体における粒子の誘電率を測定するシステムの概略図である。
【図２９】誘電媒体における粒子を分離するための粒子および光の強度のプロフィルの横断面である。
【図３０】光学ピンセットの配列の斜視図である。
【図３１】ヘモグロビン−Ｏ２吸収スペクトルのための波長の関数としてのモル吸光係数のグラフである。
【図３２】移動する光学勾配フィールドを有するサイズによる実験的分離粒子の時間経過の写真を示している。
【図３３】表面機能化による実験的分離粒子の時間経過の写真を示している。
【図３４】移動する光学勾配フィールドに晒す粒子のＢｅｆｏｒｅ（前）、Ａｆｔｅｒ（後）、そして、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（差）の写真を示している。
【図３５】様々な細胞タイプのために、実験対脱出速度で測定される細胞のパーセントのグラフである。
【図３６】マイクロチャネル装置で２つの細胞のタイプを選別する写真を示している。１は、移動する光学勾配フィールドに連続して入る赤血球および白血球を示している。２は、白血球が、移動する光学勾配フィールドの作用により下方に並進されているのに対して、白血球が、並進を脱出していることを示している。３および４は、赤血球および白血球が、独立したチャネルに流れ続け、選別を完了する。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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