УСТАНОВКА И СПОСОБЫ ДЛЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ СОРТИРОВКИ СПЕРМЫ
UNIT AND METHODS FOR HIGH-PRODUCTIVE SPERM SORTING

Область техники
В основном настоящее изобретение относится к установке и способу для сортировки частиц и, в частности, относится к высокопроизводительной сортировке сперматозоидов в микрожидкостном чипе.
Уровень техники
Различные технологии, включая проточную цитометрию, были использованы для получения популяций сперматозоидов, обогащенных относительно определенных желаемых характеристик. В животноводческой промышленности способность влиять на результаты размножения имеет очевидные преимущества. Например, предварительный выбор пола предоставляет экономическую выгоду для молочной промышленности, заключающуюся в том, что предварительный выбор потомства женского пола обеспечивает рождение молочных коров. Подобным образом, мясное скотоводство, а также мясное свиноводство и другие мясные отрасли извлекают выгоду из производства особей мужского пола. Дополнительно, вымирающие или экзотические виды могут быть помещены в программы ускоренного разведения с увеличенным процентным соотношением потомства женского пола.
Предыдущие попытки создания коммерчески рентабельных популяций сперматозоидов, разделенных на сперму, содержащую Х-хромосому, или сперму, содержащую Y-хромосому, в значительной степени полагались на сортировку капель в проточных цитометрах, использующих принцип "струя в воздухе" (см., например, патент США №6357307, патент США №5985216 и патент США №5135759). Тем не менее, с этими способами и устройствами связаны определенные недостатки. Даже с улучшениями в капельно-проточной цитометрии, по-прежнему существуют практические ограничения, устанавливающие предел количества сперматозоидов, которое может быть отсортировано в конкретном окне. Таким образом, отсортированные по полу дозы для искусственного осеменения (ИО), как правило, меньше обычных доз для ИО. Для коров, например, обычные дозы для ИО могут содержать приблизительно 10 миллионов сперматозоидов, в то время как отсортированные по полу дозы часто содержат приблизительно 2 миллиона сперматозоидов. Обычные дозы для ИО для лошадей и свиней составляют порядка нескольких миллионов и миллиардов сперматозоидов, соответственно. Сперма, отсортированная по полу, хоть и является потенциально ценной, не нашла широкого применения для обоих видов, поскольку меньшие дозировки для ИО обычно приводят к меньшим коэффициентам беременности и рождаемости. Учитывая большие количества спермы, необходимые для лошадей и свиней, допустимые дозировки не были достигнуты для ИО.
Сперма представляет собой чувствительные к времени и высокочувствительные клетки, лишенные способности к регенерации. Соответственно более длительные периоды сортировки вредят сперме, поскольку она непрерывно ухудшается при окрашивании и сортировке. Дополнительно, сперма, отсортированная в проточном цитометре, использующем принцип "струя в воздухе", может подвергаться механическим усилиям, скручиванию, давлениям, натяжениям и воздействию мощных лазеров, дополнительно повреждающих сперму. Сперма перемещается со скоростью от приблизительно 15 м/с до приблизительно 20 м/с в потоке текучей среды в проточном цитометре, использующем принцип "струя в воздухе". Эти скорости в сочетании с малыми размерами потока могут вызвать вредящие усилия сдвига, способные повредить мембраны сперматозоидов. Дополнительно требуется высокая мощность лазера, поскольку сперма, перемещающаяся с высокими скоростями, остается набегающей на профиль луча в течение более короткого периода времени, предоставляя меньшее окно возбуждения и измерения для дифференциации спермы. Наконец, сперма, выпущенная из сопла "струи в воздухе" со скоростью 15 м/с, будет ударяться о текучую среду в емкости для сбора или о стенку емкости с подобной скоростью, представляя дальнейшую возможность повреждения спермы.
Сущность изобретения
Определенные варианты осуществления заявленного изобретения кратко изложены ниже. Эти варианты осуществления не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения, но вместо этого служат в качестве кратких описаний возможных форм изобретения. Изобретение может охватывать разнообразные формы, отличающиеся от этих кратких описаний.
Один вариант осуществления относится к системе сортировки спермы, которая может включать в себя источник образца. По меньшей мере один канал потока может быть образован в субстрате и находиться в жидкостной связи с источником образца. По меньшей мере один канал потока может включать в себя область проверки, первый выпускной канал и второй выпускной канал. По меньшей мере один отклоняющий механизм может находиться в жидкостной связи по меньшей мере с одним каналом потока для выборочного отклонения спермы от первого выпускного канала. Источник электромагнитного излучения может быть выполнен с возможностью освещения спермы по меньшей мере в одном канале потока в области проверки и детектор может быть установлен на одной линии для измерения характеристик спермы. Анализатор, обменивающийся данными с детектором, может определять характеристики спермы и предоставлять команды контроллеру для избирательного приведения в действие отклоняющего механизма. Резервуар для сбора, сообщающийся со вторым выпускным каналом, может собирать отклоненную сперму на основании измеренных характеристик спермы.
Другой вариант осуществления относится к микрожидкостному чипу для сортировки спермы. Микрожидкостный чип может содержать множество каналов потока, образованных в субстрате. Каждый канал потока может включать в себя впускной канал, сообщающийся с двумя выпускными каналами. Каждый канал потока может дополнительно включать в себя область фокусировки текучей среды, содержащую связанный с ней элемент для фокусировки текучей среды, для выравнивания сперматозоидов внутри канала потока, область ориентирования спермы, содержащую связанный с ней элемент для ориентирования спермы, для ориентирования сперматозоидов внутри канала потока, и область проверки, расположенную по меньшей мере частично ниже по потоку относительно области фокусировки текучей среды и области ориентирования спермы. Дополнительно, отклоняющий механизм может сообщаться с каждым каналом потока.
Другой вариант осуществления относится к способу сортировки спермы. Способ может начинаться течением спермы по множеству каналов потока в микрожидкостном чипе. Затем сперма может быть ориентирована внутри микрожидкостного чипа и течь в область проверки. Сперма может быть исследована в области проверки для определения характеристик спермы. Ориентированная сперма может быть дифференцирована от не ориентированной спермы и/или непригодной спермы и субпопуляция ориентированной спермы может быть выбрана на основании обнаруженных характеристик спермы. Субпопуляция выбранной спермы затем может быть собрана в резервуаре для сбора.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано схематическое изображение одного канала потока в микрожидкостной системе сортировки спермы согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 2А-С показано расположение каналов потока на микрожидкостном чипе согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 3A-D показана работа отклоняющего механизма согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 4А-С показаны альтернативные отклоняющие механизмы согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 5 показан альтернативный отклоняющий механизм согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 6 показан держатель чипа и разделитель луча согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 7 схематически показаны чип, держатель чипа и картридж согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 8 показан сперматозоид, имеющий продольную ось.
На фиг. 9А-С показан канал потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 10A-D показаны виды в сечении геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 11A-D показаны виды в сечении геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 12А-В показана часть геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 13 показано вертикальное поперечное сечение геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 14А-В показана часть геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 15 показано вертикальное поперечное сечение геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 16 показана часть геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 17 показана часть геометрии канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 18А-С показана ориентирующая геометрия согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 19А-С показана ориентирующая геометрия согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 20А-С показаны элементы канала потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 21А-В показаны альтернативные варианты осуществления элементов для ориентирования спермы согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 22 показана собирающая оптика согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 23 показана матрица детекторов согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 24А-Е показаны различные схемы обнаружения согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 25A-D показаны осветительные и светособирающие элементы каналов потока согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 26A-D показаны системы обнаружения согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 27 показана схема обнаружения, предоставляющая один детектор для нескольких световых путей согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 28А-В показана схема обнаружения, включающая в себя альтернативы обнаружению боковой флуоресценции согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
На фиг. 29A-D показана схема обнаружения для определения ориентации спермы с помощью прямого сигнала согласно определенным вариантам осуществления, описанным в данном документе.
Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено с различными модификациями и альтернативными формами, определенные варианты осуществления изображены на фигурах и описаны в данном документе посредством наглядных примеров. Следует понимать, что фигуры и подробные описания не предназначены для ограничения объема изобретения определенной раскрытой формой, но что все модификации, альтернативные варианты и эквиваленты находятся в пределах сущности и объема формулы изобретения, охватывающей их.
Варианты осуществления изобретения
Определенные варианты осуществления, описанные в данном документе, относятся к высокопроизводительной микрожидкостной системе и устройству для сортировки спермы, преодолевающим недостатки скоростей сортировки известных устройств посредством включения множества параллельных каналов потока с одновременным содержанием спермы в более благоприятных условиях сортировки.
Термин "канал потока", используемый в данном документе, относится к проходу, образованному в среде или сквозь нее, обеспечивая движение текучих сред, таких как жидкости или газы. Каналы потока микрожидкостной системы могут иметь размеры поперечного сечения в диапазоне от приблизительно 1 микрона до приблизительно 500 микрон.
"Микрожидкостной системой" может считаться устройство, передающее рассматриваемые частицы по одному или нескольким каналам потока с целью контролирования, обнаружения, анализа и/или сортировки рассматриваемых частиц.
Термин "пригодный" следует понимать как относящийся к общепринятому прогнозированию здоровья клеток. В качестве одного примера, технологии сортировки спермы используют протокол двойного окрашивания, в котором подавляющий краситель избирательно проникает в сперму с нарушенной мембраной. Такой протокол окрашивания различает сперму с нарушенной мембраной от в общем более здоровой спермы путем проникания в сперматозоиды с нарушенной мембраной и подавляя флуоресценцию, связанную с ДНК-избирательным флуоресцентным красителем. Проникание подавляющего красителя можно быстро установить в процессе анализа или сортировки и оно может служить доказательством непригодности спермы. Тем не менее, некоторое количество подавленной спермы может быть пригодно для оплодотворения и некоторое количество спермы, которая не была подавлена, может быть непригодна для оплодотворения, или может скоро потерять способность к оплодотворению. В любом случае, сперма, которая не была подавлена в таком протоколе, предоставляет один пример спермы, которая может считаться "пригодной" при обычных процедурах.
Как использовано в данном документе, термины "сегмент луча" и "составляющий луч" должны расцениваться как взаимозаменяемые и относящиеся к части луча электромагнитного излучения, пространственно отделенной от другой части луча, где каждая часть может содержать долю профиля луча, или может содержать части луча, расщепленного традиционными расщепителями лучей, при этом каждая из них имеет такой же профиль, что и исходный луч, и долю интенсивности.
Как использовано в данном документе, термины "вертикальный", "боковой", "верхний", "нижний", "выше", "ниже", "вверх", "вниз" и другие подобные фразы следует понимать как описательные термины, предоставляющие общее взаимоотношение между элементами, изображенными на чертежах, и не ограничивающими формулу изобретения, особенно относительно каналов потока и микрожидкостных чипов, описанных в данном документе, которые могут эксплуатироваться в любой ориентации.
Рассмотрим чертежи, где на фиг. 1 показана система сортировки спермы, включающая в себя высокопроизводительную сортировочную установку 10. Высокопроизводительная сортировочная установка 10 может представлять собой непроницаемое для текучей среды устройство 60, такое как микрожидкостный чип 80, имеющий по меньшей мере один канал 18 потока. Схематически, канал 18 потока изображен в виде одного канала потока; тем не менее, канал 18 потока следует расценивать как по меньшей мере один канал потока в сортировочной установке. В качестве неограничивающего примера, от 4 до 512 каналов потока может быть образовано в одной высокопроизводительной сортировочной установке 10. Каждый канал 18 потока может быть образован в субстрате чипа и может обладать внутренними размерами от 25 микрон до 250 микрон. Каналы 18 потока могут находиться на расстоянии от около 100 до 3000 микрон друг от друга. Расстояние между каналами 18 потока может зависеть от способности системы обнаруживать флуоресценцию в каждом канале или от пространства, необходимого для реализации механических или электромеханических компонентов для отклонения спермы 12 в канале 18 потока.
Защитная текучая среда может подаваться из источника 16 защитной текучей среды и течь в канал 18 потока через впускной канал 50 для защитной текучей среды. Сперма 12, содержащаяся в образце текучей среды, может подаваться источником 14 образца и изначально находиться в нем. Образец, содержащий рассматриваемые частицы или клетки, такие как сперматозоиды, может течь из источника 14 образца и в по меньшей мере один канал 18 потока через впускной канал 48 для образца. Впускной канал 48 для образца и впускной канал 50 для защитной текучей среды могут быть выполнены таким образом, чтобы ламинарный, или почти ламинарный, соосный поток 72 образовывался в канале 18 потока. Соосный поток 72 может состоять из внутренней струи 76, также обозначенной как центральная струя, образца и внешней струи защитной текучей среды 78. Соответствующие интенсивности подачи могут быть применены к источнику 14 образца и источнику 16 защитной текучей среды для установки скоростей потока, подходящих соотношений образца к защитной текучей среде, и частоты вспышек частиц в канале 18 потока.
Скорость частиц в соосном потоке 72 может составлять от приблизительно 1,5 м/с до приблизительно 5 м/с в канале 18 потока, по сравнению со скоростью от приблизительно 15 м/с до приблизительно 20 м/с в капельном сортировщике. Эта сниженная скорость уменьшает давление, которому подвергаются сперматозоиды, и, что может быть важнее, уменьшает усилия сдвига, которым подвергаются частицы в канале 18 потока. Дополнительно, ударная нагрузка, связанная со сбором капель, устранена в описанной системе.
В одном варианте осуществления образец и защитная текучая среда находятся под давлениями, предоставляющими отношение образца к защитной текучей среде равное приблизительно 1:20. В определенных вариантах осуществления защитная текучая среда может быть почти устранена или даже полностью устранена, приводя к слабому разбавлению или к его отсутствию. Напротив, капельные сортировщики склонны разбавлять сперматозоиды до соотношения приблизительно 50:1 в защитной текучей среде и даже могут разбавлять образец до соотношения 100:1. Эти высокие коэффициенты разбавления могут способствовать ударной нагрузке при разбавлении, которая может негативно влиять на здоровье отсортированной спермы.
Как также изображено на фиг. 1, сперма 12 изображена проходящей через область 26 проверки в канале 18 потока, где сперма 12 освещается источником 30 электромагнитного излучения и где испускаемое или отраженное электромагнитное излучение 52 от спермы 12 захватывается одной или несколькими группами собирающей оптики 54, содержащей подходящий коэффициент пропорциональности и числовую апертуру для проецирования на один или несколько детекторов 56, которые могут быть обозначены взаимозаменяемым термином "датчики", для количественного анализа анализатором 58. Решение касательно сортировки может быть принято в анализаторе 58, которое затем передается посредством контроллера 36 для приведения в действие соответствующей ответной реакции в отклоняющем механизме 28. Отклоняющий механизм 28 может представлять собой первичный измерительный преобразователь 42, такой как ультразвуковой первичный измерительный преобразователь, для образования волн, отклоняющих клетки в канале 18 потока. Первичный измерительный преобразователь 42 также может представлять собой пьезоэлектрический элемент, образующий часть исполнительного механизма. Отклоняющий механизм 28 может направлять сперму в любой или в первый выпускной канал 20, второй выпускной канал 22 и третий выпускной канал 24. Тем не менее, в одном варианте осуществления отклоняющий механизм 28 может направлять сперму лишь в первый выпускной канал 20 или второй выпускной канал 22.
Электромагнитное излучение 46, испущенное источником 30 электромагнитного излучения, может быть обработано оптикой 40 для формирования луча и/или устройством 74 для расщепления луча в свободном пространстве для создания одного или нескольких обработанных лучей 44, которые также могут быть обозначены терминами "составляющие лучи" или "сегменты 44 лучей". Подходящий источник электромагнитного излучения может включать в себя квазинепрерывный волновой лазер, такой как лазер модели Vanguard 355-350 или Vanguard 355-2500, доступный у компании Newport Spectra Physics (г. Ирвайн, Калифорния). Обработанный луч в форме одного или нескольких составляющих лучей может быть специально изменен для предоставления равномерной интенсивности, мощности и/или геометрии от одного составляющего луча к следующему составляющему лучу. Каждый профиль интенсивности составляющего луча дополнительно может быть сильно однородным в одной или нескольких осях. Например, каждый составляющий луч может иметь "цилиндрический" или "плоский" профиль луча, хотя также могут использоваться другие профили. В одном варианте осуществления профиль каждого составляющего луча также может обладать распределением по Гауссу в одной или нескольких осях. Каждый составляющий луч может иметь эллиптическую, круглую, прямоугольную или другую подходящую форму. Каждый составляющий луч также может иметь коэффициент пропорциональности, ось симметрии или другой подходящий профиль. В качестве альтернативы, профили интенсивности составляющих лучей могут изменяться неравномерным образом. В одном варианте осуществления, множество оптических волокон может быть использовано для подачи нескольких лучей к одному или нескольким каналам потока.
Источник 30 электромагнитного излучения может представлять собой обычный источник электромагнитного излучения, разделенный между каждым из нескольких каналов 18 потока. В качестве одного примера, устройство 74 для расщепления луча может представлять собой сегментированное зеркало, такое как описано в патенте США №7492522, содержание которого полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки. Сегментированное зеркало может разделять электромагнитное излучение 46 на множество составляющих лучей, при этом каждый составляющий луч направлен в соответствующую область 26 проверки по меньшей мере одного канала 18 потока. В дополнительных вариантах осуществления элемент для частичной передачи может быть внедрен в световые пути в свободном пространстве или в качестве части оптоволоконного кабеля. Элемент для частичной передачи может содержать сквозные апертуры и/или блокирующие области для получения итогового профиля луча, подходящего для возбуждения сперматозоидов в области проверки. Элементы для частичной передачи могут быть расположены в оптической системе или, в качестве альтернативы, они могут быть внедрены на или в субстрат чипа. Такой элемент может включать в себя более одной области передачи на один канал потока. В качестве неограничивающего примера, пары прямоугольных апертур вдоль оси потока могут последовательно освещать сперматозоиды в канале потока.
Анализатор 58 и контроллер 36 могут представлять собой два разных компонента или могут представлять две функции, выполняемые одним компонентом, таким как обрабатывающее устройство 32. Например, одно или несколько запоминающих устройств, присоединенных посредством шины к одному или нескольким процессорам, могут выполнять записанные компьютерные команды для выполнения каждой из функций, описанных применительно к контроллеру 36 и анализатору 58. Неограничивающие примеры подходящих обрабатывающих устройств 32 включают в себя персональные компьютеры и другие вычислительные системы. Анализатор 58 может обмениваться данными с пользовательским интерфейсом 62, который может включать в себя дисплей 64 и устройство 66 ввода. Пользовательский интерфейс 62 может графически отображать различные параметры сортировки и предоставлять визуальную обратную связь для регулировки одного или нескольких параметров сортировки. В качестве неограничивающего примера, логическая схема сортировки может включать в себя логическую схему, примененную к каждому решению сортировки. Логическая схема сортировки может быть отрегулирована пользователем в пользовательском интерфейсе 62 на основании данных сортировки, выведенных на дисплей 64, или на основании визуального представления данных сортировки, предоставленных в пользовательском интерфейсе 62. Типы регулировок, которые могут быть выполнены в логической схеме сортировки, могут включать в себя регулировку областей пропускания, регулировку стратегии для обработки совпадающих событий и/или регулировку границ сортировки, связанных с каждым потенциальным решением касательно сортировки.
В качестве наглядного примера, сперма может быть идентифицирована как пригодная сперма, содержащая Х-хромосому, пригодная сперма, содержащая Y-хромосому, или как частицы, нежелательные для сбора, такие как отходы и неориентированная сперма. В одном варианте осуществления соосная струя течет к первому выпускному каналу 20 по умолчанию и первый выпускной канал 20 сообщается с резервуаром для сбора отходов. В этой конфигурации резервуар, сообщающийся с первым выпускным каналом 20, также может представлять собой резервуар для пассивного сбора, так что сперма собирается в этом резервуаре при отсутствии других действий. Частицы, положительно идентифицированные как пригодная сперма 68, содержащая Х-хромосому, или пригодная сперма 70, содержащая Y-хромосому, могут быть активно отклонены отклоняющим механизмом 28. Приведение в действие отклоняющего механизма может быть рассчитано по времени с помощью рассчитанных скоростей, а также индивидуально измеренных скоростей и комплексных скоростей для некоторого количества спермы. Пригодная сперма 68, содержащая Х-хромосому, может быть отклонена во второй выпускной канал 22, в то время как пригодная сперма 70, содержащая Y-хромосому, может быть отклонена в третий выпускной канал 24.
Как изображено на фиг. 2А, часть системы 10 сортировки спермы изображена в форме микрожидкостного чипа 80, содержащего несколько каналов 18а, 18b, 18с, 18d и 18n потока, каждый из которых обычно расположен параллельно остальным. Каждый канал 18 потока может быть жидкостно соединен с образцом и защитной текучей средой, а также с резервуаром для сбора, образуя непроницаемое для текучей среды устройство 60. Каждый канал 18 потока имеет впускной канал 48 для образца и впускной канал 50 для защитной текучей среды, как описано применительно к фиг. 1, для создания в нем соосного потока. Зона 26 проверки расположена в каждом из каналов 18 потока. Определенный отклоняющий механизм изображен в форме барботажного клапана для отклонения частиц, текущих в канале 18 потока. Барботажные клапаны могут быть подобны клапанам, описанным в патенте США №7569788, содержание которого полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки. Барботажные клапаны могут использоваться в каждом канале 18 потока для того, чтобы позволить частицам течь сквозь первый выпускной канал 20 каждого канала 18 потока, или для отклонения частиц во второй выпускной канал 22 или третий выпускной канал 24 каждого канала 18 потока. Следует понимать, что барботажные клапаны изображены на данной фигуре для наглядности и что другие отклоняющие механизмы 28, такие как механизмы для отклонения клеток акустическими волнами и механизмы для облегчения отклонения частиц электромагнитным излучением также могут быть реализованы.
На фиг. 2В показаны разные элементы, которые могут быть взаимозаменяемыми и не обязательно должны использоваться вместе. Каждый из каналов 18 потока изображен лишь с первым 20 и вторым выпускными каналами 22. Такая конфигурация может быть использована для сбора клеток с одним желаемым признаком, например, для сбора лишь пригодной спермы, содержащей Х-хромосому, или пригодной спермы, содержащей Y-хромосому. Матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей 82 изображена ниже по потоку относительно области 26 проверки и предназначена для избирательного отклонения сперматозоидов. Матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей 82 может быть встроена в микрожидкостный чип 80 или они могут быть размещены снаружи микрожидкостного чипа 80. Независимо от расположения, матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей 82 может содержать последовательность независимых ультразвуковых первичных измерительных преобразователей 42, независимо приводимых в действие контроллером 36 для отклонения сперматозоидов по требованию к их соответствующим выпускным каналам в параллельных каналах 18 потока. Несколько ультразвуковых первичных измерительных преобразователей могут быть расположены в матрицах или других образованиях вдоль направления потока для заданного канала потока для того, чтобы позволить применять несколько срабатываний к заданной частице по мере ее перемещения вдоль канала потока к области отбора или к разветвлению, ведущему к нескольким выпускным каналам. Выпускные каналы для текучей среды могут сопрягаться с подходящим соединительным элементом держателя чипа и предоставлять подходящие элементы распределительной магистрали для поддержания жидкостной изоляции или для объединения различных выходящих текучих сред.
На фиг. 2С показаны альтернативные конфигурации каналов и выпускных каналов. Объединительные каналы могут быть выполнены в микрожидкостном чипе 80 для сбора и объединения общих выходящих потоков. В одном варианте осуществления соседние выпускные каналы соединены в первый канал 18а потока, второй канал 18b потока, третий канал 18 с потока и четвертый канал 18d потока. Логическая схема сортировки может быть отрегулирована согласно разным конфигурациям чипа для обеспечения сбора вторым и третьим выпускными каналами, соответственно, одинаковых частиц в каждой струе текучей среды. Например, первый выпускной канал 20а' первого канала 18а потока объединяется с первым выпускным каналом 20b' второго канала 18b потока. Ниже по потоку от каждой точки соединения один канал, принимающий текучую среду из обоих выпускных каналов, может быть объединен в первый объединительный канал 84. Первый объединительный канал 84 может быть выполнен в виде отдельного слоя микрожидкостного чипа 80 для того, чтобы позволить объединять выпуск из нескольких соединенных выпускных каналов. Первый объединительный канал 84 может находиться в жидкостной связи с первым общим резервуаром для сбора. Первый объединительный канал 84 дополнительно изображен в конфигурации для сбора текучей среды из первого выпускного канала 20 с' третьего канала 18 с потока, первого выпускного канала 20d' четвертого канала 18d потока.
Подобным образом, второй объединительный канал 86 изображен сообщающимся с соединенными вторым выпускным каналом 22а' первого канала 18а потока и вторым выпускным каналом 22b' второго канала 18b потока, а также с соединенными вторым выпускным каналом 22 с' третьего канала 18 с потока и вторым выпускным каналом 22d' четвертого канала 18d потока. Второй объединительный канал 86 может находиться в жидкостной связи со вторым общим резервуаром для сбора. Третий объединительный канал 88 изображен сообщающимся с соединенными третьим выпускным каналом 24а' первого канала 18а потока и третьим выпускным каналом 24b' второго канала 18b потока, а также с соединенными третьим выпускным каналом 24 с' третьего канала 18 с потока и третьим выпускным каналом 24d' четвертого канала 18d потока. Третий объединительный канал 88 может находиться в жидкостной связи с третьим общим резервуаром для сбора.
Далее рассмотрим фиг. 3A-3D, где изображен один вариант осуществления отклоняющего механизма 28 в действии. Образец, содержащий сперматозоиды 12, может подаваться через впускной канал 48 для образца и впрыскиваться в поток защитной текучей среды, предоставленный источником 16 защитной текучей среды через впускной канал 50 для защитной текучей среды. Канал 18 потока переносит сперму 12 через область 26 проверки, где клетки освещаются источником 30 электромагнитного излучения и где характеристики спермы определяются анализатором 58, обменивающимся данными с детектором 56.
Два противоположных отклоняющих механизма 28 изображены в форме первого барботажного клапана 90а и второго барботажного клапана 90b ниже по потоку относительно области 26 проверки. Барботажные клапаны 90 расположены на расстоянии напротив друг друга, хотя специалистам в данной области будет очевидно, что также могут использоваться другие конфигурации. Первый и второй барботажные клапаны 90а и 90b находятся в жидкостной связи с каналом 18 потока посредством первого бокового протока 94а и второго бокового протока 94b, соответственно.
Жидкость, как правило, защитная текучая среда, заполняет эти боковые протоки 94а и 94b, предоставляя жидкостную связь между каналом 18 потока и мембраной 96, связанной с каждым из них. Мембрана 96 может иметь форму мениска или может быть изготовлена из другого гибкого материала, включая эластичные материалы. Мембрана 96 определяет границу между защитной текучей средой и другим объемом текучей среды 98, такой как газ или гель в камере 100 для текучей среды соответствующего барботажного клапана 90. Исполнительный механизм может быть предоставлен для сцепления с любым из двух барботажных клапанов 90, что моментально вызывает возмущение потока в канале 18 потока и отклоняет поток в нем при приведении в действие. Как показано, исполнительный механизм соединен с первым барботажным клапаном 90а и вторым барботажным клапаном 90b. Один барботажный клапан 90 может служить буфером для поглощения импульса давления, образованного другими барботажными клапанами 90 при приведении в действие. В качестве альтернативы, исполнительный механизм может сообщаться лишь с одним барботажным клапаном 90 для отклонения частиц или клеток в одном направлении. В качестве альтернативы, исполнительный механизм может сообщаться с одним барботажным клапаном для отклонения частиц в более чем одном направлении. Как будет подробнее описано в дальнейшем, один барботажный клапан может быть выполнен с возможностью избирательного толкающего или тянущего воздействия на траекторию частиц вдоль их маршрута текучей среды. Исполнительные механизмы могут представлять собой штифты, предназначенные для приведения в действие любой из групп барботажных клапанов в нескольких каналах 18 потока. Штифты могут быть выполнены в нескольких компоновках для соответствия разным конфигурациям, подобно тем, которые изображены на фиг. 2А-2С. Наглядный пример исполнительного механизма для приведения в действие штифтов по отдельности для отклонения частиц в нескольких параллельных каналах описан в патенте США №8123044, содержание которого полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Первый боковой проток 94а гидравлически соединен с камерой 100а для текучей среды в первом барботажном клапане 90а, таким образом чтобы по мере увеличения давления, оказываемого в этой камере, поток в канале 18 потока возле бокового протока 94а смещался от бокового протока 94а, по существу перпендикулярно обычному потоку в канале потока. Второй боковой проток 94b, расположенный напротив первого бокового протока 94а, гидравлически соединен со второй камерой 90b для текучей среды во втором барботажном клапане 90b и может поглощать давление, связанное с перпендикулярным смещением, вызванным первым барботажным клапаном 90а. Этот первый боковой проток 94а взаимодействует со вторым боковым протоком 94b для направления вышеупомянутого смещения жидкости, вызванного повышением давления в камере 90а для текучей среды, таким образом, чтобы смещение имело компонент, перпендикулярный обычному потоку частиц сквозь канал 18 потока. В альтернативном варианте осуществления один барботажный клапан может использоваться без взаимодействия со вторым барботажным клапаном.
Взаимодействие двух боковых протоков 94 и камер 100 для текучей среды заставляет поток, проходящий сквозь канал 18 потока, временно перемещаться вбок возвратно-поступательным образом при повышении и понижении давления в любой из двух камер 100 для текучей среды внешним исполнительным механизмом. На основании обнаруженных характеристик спермы, исполнительный механизм на любом из двух барботажных клапанов 90 может быть приведен в действие контроллером 36 и может быть применен для отклонения спермы, обладающей предопределенными характеристиками, для ее отделения от остальных частиц в образце.
Канал 18 потока изображен с первым разветвлением, ведущим к первому выпускному каналу 20, обычно параллельному выходящему каналу 18 потока. Первый выпускной канал 20 может быть выпускным каналом, к которому по умолчанию будут течь частицы, если не будет приведен в действие один из барботажных клапанов 90. Второй выпускной канал 22 может ответвляться от первого выпускного канала 20 на некотором расстоянии вниз по потоку относительно области 26 проверки. Подобным образом, третий выпускной канал 24 может быть достигнут посредством ответвления в общем на противоположной стороне канала 18 потока относительно первого ответвления. Угол между ответвлениями, проходящими к второму 22 и третьему выпускным каналам 24, может находиться в диапазоне от 0 до 180 градусов или даже от 10 до 45 градусов.
Сперматозоиды 12, подаваемые из источника 14 образца, могут содержать несколько типов клеток, которые могут быть дифференцированы анализатором 58. Применительно к сперме 12, может быть пригодна сперма 68, содержащая Х-хромосому, пригодна сперма 70, содержащая Y-хромосому, и нежелательные частицы. Нежелательные частицы могут включать в себя мертвые сперматозоиды, неориентированную сперму, которая не прошла идентификацию, другие частицы или сперматозоиды, не находящиеся на достаточном расстоянии друг от друга в канале потока для разделения.
При обнаружении предопределенной характеристики в сперматозоиде 12, показанном как сперма 68, содержащая Х-хромосому, анализатор 58 может подать сигнал контроллеру 36 для приведения в действие подходящего внешнего исполнительного механизма в подходящее время, который, в свою очередь, входит в сцепление с вторым барботажным клапаном 90b для создания колебаний давления в камере 100b для текучей среды. Это колебание давления отклоняет мембрану 96b во втором барботажном клапане 90b. Первый боковой проток 94а и первый барботажный клапан 90а поглощают полученные в результате временные колебания давления в канале 18 потока, что приводит к созданию отклоняющего усилия в камере 18 потока, рассчитанного по времени для отклонения сперматозоида 68, содержащего Х-хромосому, в другое положение в канале 18 потока (изображено на фиг. 3В). Камера 90а для текучей среды первого барботажного клапана 90а может иметь упругую стенку, такую как мениск, или может содержать сжимаемую текучую среду, такую как газ или гель. Упругие свойства позволяют течь жидкости из канала 18 потока в первый боковой проток 94а, позволяя поглощать импульс давления, предоставляя узкое окно, в котором клетки отклоняются, и предотвращая возмущения потока не выбранных частиц в струе частиц. Подобным образом, в случае обнаружения спермы 70, содержащей Y-хромосому, внешний исполнительный механизм может быть использован для повышения давления в первом барботажном клапане 90а и отклонения сперматозоида в третий выпускной канал 24. В качестве альтернативы, сперма, содержащая Y-хромосому, сперма, содержащая Х-хромосому, или даже оба типа могут быть пассивно отсортированы, получая возможность проходить к первому выпускному каналу, в то время как нежелательная сперма отклоняется от первого выпускного канала.
На фиг. 3С показан период непосредственно после отклонения второго барботажного клапана 90b, когда рассматриваемая частица, изображенная в виде той же пригодной спермы 68, содержащей Х-хромосому, покинула объем между первым боковым протоком 94а и вторым боковым протоком 94b. После подобного приведения в действие давление внутри обеих камер 100 для текучей среды возвращается к обычной величине и каждая мембрана 96 возвращается в уравновешенное положение, в то время как защитная текучая среда выходит из первого бокового протока 94а и повторно поступает во второй боковой проток 94b, как указано стрелками.
На фиг. 3D показана система 10 после завершения последовательности переключения. Давления внутри камер 100 для текучей среды каждого барботажного клапана 90 уравновешены, позволяя нормализоваться потоку, проходящему по каналу 18 потока, таким образом, чтобы не отклоненная сперма продолжала движение к первому выпускному каналу 20. Тем временем, рассматриваемая частица, по-прежнему показанная в виде пригодного сперматозоида, содержащего Х-хромосому, была смещена от своей первоначальной траектории и течет в первое ответвление и второй выпускной канал 22, в то время как другие клетки могут продолжать не отклоняющееся движение к первому выпускному каналу 20, таким образом разделяя частицы на основании предопределенной характеристики.
В альтернативном варианте осуществления давление в одном или обоих из первого барботажного клапана 90а и второго барботажного клапана 90b может быть предварительно повышено исполнительным механизмом. В ответ на решения касательно сортировки, принятые анализатором 58, и действия сортировки, выполненные контроллером 36, исполнительный механизм может быть выгружен из любого из двух барботажных клапанов 90 для того, чтобы отвести назад соответствующую мембрану 96, втянуть дополнительную защитную текучую среду в соответствующий боковой проток 94 для того, чтобы отклонить траекторию сперматозоидов к этому боковому протоку 94.
Рассмотрим далее фиг. 4А, где изображен один вариант осуществления отклоняющего механизма 28 и, в частности, один вариант осуществления барботажного клапана 90, в котором исполнительный механизм 92 прикреплен к гибкой границе 102 раздела в точке 112 крепления. Гибкая граница 102 раздела может быть герметизирована текучей средой с камерой 100 для текучей среды, или может приводить в действие промежуточный компонент, который, в свою очередь, вызывает действия, подобные описанным ниже. В первом положении, которое может считаться положением покоя, исполнительный механизм 92 и гибкая граница 102 раздела находятся в покое, так что текучая среда 98 в камере 100 для текучей среды не отклоняет мембрану 96 в боковой проток 94. Во втором положении, которое может считаться первым положением приведения в действие, исполнительный механизм 92 может быть приведен в гибкую границу 102 раздела, заставляя гибкую границу 102 раздела проникать в объем камеры 100 для текучей среды, так что давление воздействует на мембрану 96 и текучая среда выталкивается из бокового протока 94. Эта вытолкнутая защитная текучая среда предоставляет импульс давления, который может отклонять частицы, такие как сперма, от бокового протока 94.
Когда исполнительный механизм 92 прикреплен к гибкой границе 102 раздела в точке 112 крепления, становится возможным третье положение, которое можно считать вторым положением приведения в действие, при котором исполнительный механизм 92 оттягивает гибкую границу 102 раздела от камеры 100 для текучей среды, расширяя объем (в случае сжимаемых текучих сред), так что мембрана 96 втягивается и дополнительная защитная текучая среда втягивается в боковой проток 94. Полученный в результате импульс давления может втягивать сперму или другие частицы к боковому протоку 94 в канале 18 потока. Следует понимать, что объемы камер 100 для текучей среды, тип текучей среды 98 и размеры бокового протока 94 могут быть модифицированы для достижения желаемых отклонений в канале 18 потока. Также следует понимать, что второе положение и третье положение могут считаться крайними положениями и что несколько промежуточных положений также предусмотрены между двумя крайними положениями. Например, канал 18 потока может содержать четыре, пять, шесть или больше ответвлений, каждое из которых может быть способно принимать частицы, должным образом отклоненные барботажным клапаном 90.
На фиг. 4В изображен альтернативный вариант осуществления, в котором исполнительный механизм 92 предварительно загружен на гибкую границу 102 раздела. Другими словами, может считаться, что камера 100 для текучей среды, текучая среда 98 и мембрана 96 находятся в положении покоя, в то время как имеется некоторое отклонение гибкой границы 102 раздела в объем камеры 100 для текучей среды. Исполнительный механизм 92 может быть далее приведен в гибкую границу 102 раздела в первое положение приведения в действие, которая воздействует на текучую среду 98 для смещения мембраны 96 и выталкивания защитной текучей среды из бокового протока 94.
Перемещение исполнительного механизма 92 наружу во второе положение приведения в действие может втягивать мембрану 96 внутрь и втягивать текучую среду в боковой проток 94. В таком варианте осуществления перемещение исполнительного механизма 92 в положение, которое может казаться положением покоя, может осуществлять импульс давления для отклонения частиц. В изображенном варианте осуществления это смещение может привести к импульсу давления, тянущему частицы к боковому протоку 94. Тем не менее, точка 112 крепления может быть предоставлена между исполнительным механизмом 92 и гибкой границей 102 раздела, и гибкая граница 102 раздела, такая как гибкая граница 102 раздела, может быть предварительно нагружена в противоположном направлении.
На фиг. 4С показан один альтернативный вариант осуществления барботажного клапана, в котором гибкая граница 102 раздела может содержать биморфный пьезоэлектрический элемент 110. Биморфный пьезоэлектрический элемент 110 может быть предоставлен в герметичном взаимоотношении с камерой 100 для текучей среды или может опираться на другой гибкий материал, герметично присоединенный к камере 100 для текучей среды и через который передается движение биморфного пьезоэлектрического элемента 110. В положении покоя биморфный пьезоэлектрический элемент 110 может находиться в покое, так что частицы проходят боковой проток 94 без отклонения. В ответ на сигнал управления биморфный пьезоэлектрический элемент 110 может сгибаться в первое положение приведения в действие, проникая в объем камеры 100 для текучей среды и заставляя мембрану 96 выталкиваться из бокового протока 94. Полученный в результате импульс давления может отклонять частицы от бокового протока 94 и барботажного клапана 90. Подобным образом, биморфному пьезоэлектрическому элементу 110 может быть подан сигнал, заставляющий элемент отклоняться или сгибаться во второе положение приведения в действие. Второе положение приведения в действие может воздействовать на текучую среду 98, камеру 100 для текучей среды и мембрану 96 таким образом, чтобы втягивать текучую среду в боковой проток 94. Таким образом, частицы могут быть отклонены к боковому протоку 94.
Отклонением и синхронизацией биморфного пьезоэлектрического элемента 110 можно точно управлять посредством электрических сигналов. Например, любое количество промежуточных положений между первым и вторым положениями приведения в действие может быть получено для отклонения частиц с различными траекториями. Биморфный пьезоэлектрический элемент 110 может требовать лишь электрического соединения, тем самым потенциально устраняя проблемы, связанные с распределением в пространстве, которые могут существовать в ином случае.
Хотя барботажные клапаны предоставляют подходящий отклоняющий механизм, предусмотрено использование других отклоняющих механизмов 28 с определенными аспектами микрожидкостного чипа, описанными в данном документе. Альтернативное расположение изображено на фиг. 5, демонстрирующее частицу, отклоненную приведением в действие первичных измерительных преобразователей 42, таких как пьезоэлектрические элементы или ультразвуковые первичные измерительные преобразователи. Каждый первичный измерительный преобразователь 42 может образовывать часть матрицы первичных измерительных преобразователей 82. Каждый первичный измерительный преобразователь 42 в матрице первичных измерительных преобразователей 82 может быть последовательно приведен в действие на основании ожидаемой или рассчитанной скорости частицы для предоставления импульсов, воздействующих на частицу в нескольких точках вдоль канала 18 потока.
Источник 30 электромагнитного излучения может предоставлять электромагнитное излучение для проверки частиц. Флуоресцентное, рассеянное или другое реагирующее излучение может быть обнаружено одним или несколькими детекторами 56 и обработано анализатором 58. Полученные в результате решения касательно сортировки могут быть переданы от контроллера 36 через приводной элемент 108 к каждому первичному измерительному преобразователю 42. Приводной элемент 108 может предоставлять рассчитанное по времени приведение в действие первичных измерительных преобразователей 42 для неоднократного взаимодействия со сперматозоидом или другой частицей вдоль канала 18 потока. Каждый первичный измерительный преобразователь 42 может представлять собой акустический первичный измерительный преобразователь или даже ультразвуковой первичный измерительный преобразователь, и частота, с которой приводятся первичные измерительные преобразователи, может быть оптимизирована для создания отклонения частиц, или еще точнее, для перенаправления или отклонения спермы в канале 18 потока. В одном варианте осуществления каждый первичный измерительный преобразователь 42 может предоставлять один импульс, предназначенный для отклонения частицы, в то время как в другом варианте осуществления каждый первичный измерительный преобразователь может создавать несколько импульсов, предназначенных для отклонения частицы. В еще одном варианте осуществления одна или несколько матриц первичных измерительных преобразователей 82 могут использоваться для создания стоячей волны в канале 18 потока. В качестве отклоняющего механизма 28, стоячая волна может притягивать или отталкивать частицы в пределах определенных узлов или пучностей акустического поля. В одном варианте осуществления первичные измерительные преобразователи 42 работают в диапазоне 10-16 МГц.
В одном варианте осуществления матрица первичных измерительных преобразователей 82 присутствует на каждой стороне канала 18 потока для отклонения частиц в обоих направлениях. В другом варианте осуществления единственная матрица первичных измерительных преобразователей 82 может быть внедрена с целью перенаправления частиц или сперматозоидов в обоих направлениях. Матрица первичных измерительных преобразователей 82 может быть заключена внутри субстрата чипа, или она может быть расположена на внешней поверхности микрожидкостного чипа 80. Дополнительно, матрица первичных измерительных преобразователей 82 может быть выполнена с возможностью удаления из чипа 80.
В альтернативном варианте осуществления матрица оптических элементов может быть внедрена подобным образом для отклонения частиц с помощью давления излучения. Единственный лазер или другой источник электромагнитного излучения может быть оборудован затвором или поэтапно настроен таким образом, чтобы позволять осуществлять несколько применений к одной частице, движущейся вдоль канала потока, или быстро следовать за частицами в канале 18 потока. В качестве альтернативы, несколько лазеров могут использоваться для отклонения частицы с помощью нескольких применений давления излучения.
Рассмотрим далее фиг. 6, где изображен держатель 104 чипа для удержания микрожидкостного чипа 80 в точном положении таким образом, чтобы блок 106 исполнительного механизма и сформированный/разделенный луч могли точно взаимодействовать с отклоняющими механизмами 28 и областями 26 проверки, соответственно. Изображенное устройство 74 для расщепления луча предназначено для создания нескольких сегментов луча, каждый из которых может быть выровнен относительно канала 18 потока, обычно перпендикулярно каналу 18 потока или под углом к нему. Держатель 104 чипа может содержать механизм для надежной фиксации микрожидкостного чипа 80 в относительном положении, или может содержать механизмы для регулировки относительного положения микрожидкостного чипа 80, например для выравнивания канала потока в чипе с детекторами и источниками освещения.
Рассмотрим далее фиг. 7, где изображен вариант осуществления микрожидкостного чипа 80 на держателе 104 чипа в сочетании с жидкостной системой в форме картриджа 168. Следует понимать, что некоторые изображенные элементы, выполненные в частях держателя 104 чипа, также могут быть встроены в дополнительный слой собственно микрожидкостного чипа 80. Микрожидкостный чип 80 изображен с несколькими каналами 18 потока, содержащими впускной канал 50 для защитной текучей среды и впускной канал 48 для образца, в дополнение к первому выпускному каналу 20, второму выпускному каналу 22 и третьему выпускному каналу 24 в каждом канале.
Картридж 168 может содержать последовательность резервуаров в жидкостной связи с микрожидкостным чипом 80 и/или держателем 104 чипа. Картридж 168 может быть выполнен из полимера или другого подходящего биосовместимого материала и предполагается, что каждый резервуар будет непосредственно удерживать текучие среды или удерживать эластичные баллоны или другие герметично закрываемые емкости, заполненные текучими средами. Резервуар 114 для образца может представлять собой герметизированный текучей средой резервуар, находящийся в жидкостной связи с каналом 134 для образца в держателе 104 чипа. Жидкостная связь между резервуаром для образца и каналом 134 для образца может быть осуществлена в стерильных условиях для предотвращения или уменьшения воздействий патогенов и бактерий на образец. Подобным образом, резервуар 116 для защитной текучей среды может быть жидкостно соединен с каналом 136 для защитной текучей среды в держателе 104 чипа. Каждый из резервуаров может иметь соответствующий механизм транспортировки. В качестве одного примера, текучая среда может транспортироваться посредством перепадов давления, созданных в каждом резервуаре. Перепады давления могут быть созданы с помощью насосов, перистальтических насосов и других подобных средств.
Часть в разрезе на фиг. 7 изображает присоединение канала 136 для защитной текучей среды и канала 134 для образца к их соответствующим впускным каналам и к первому каналу 18a потока. Хотя это не изображено, остальные каналы 18b-18n потока могут иметь подобные жидкостные связи с резервуарами посредством каналов. Таким образом, каждый канал 18a-18n потока может получать образец из общего резервуара 114 для образца и из общего резервуара 116 для защитной текучей среды для облегчения параллельной работы нескольких каналов в микрожидкостном чипе 80.
Картридж 168 может содержать дополнительные резервуары для обработанных текучих сред. В качестве примера, картридж 168 может содержать резервуар 120 для пассивного сбора, первый резервуар 122 для активного сбора и второй резервуар 124 для активного сбора. Резервуар 120 для пассивного сбора может находиться в жидкостной связи с первым выпускным каналом 20 каждого канала 18 потока посредством канала 140 для пассивного сбора, где текучая среда накапливается из каждого первого выпускного канала 20 и подается по линии 150 для пассивного сбора. В одном варианте осуществления пассивный сбор может быть сбором по умолчанию и может включать в себя отходы и/или нежелательные частицы. Подобным образом, первый резервуар 122 для активного сбора может быть жидкостно соединен со вторым выпускным каналом 22 каждого канала 18 потока посредством первого канала 142 для активного сбора и первой линии 152 для активного сбора, и второй резервуар 124 для активного сбора может быть соединен с третьим выпускным каналом 24 посредством второго канала 144 для активного сбора и второй линии 154 для активного сбора. На втором разрезе показано отношение между третьим выпускным каналом 24 и вторым каналом 144 для активного сбора, которое может быть подобным для каждого канала 18 потока. Текучие среды и сперматозоиды, отсортированные активным или пассивным образом, могут быть втянуты через каждый соответствующий выпускной канал, канал, линию и резервуар механизмом транспортировки, таким как перепад давления.
В качестве наглядного примера, каналы в микрожидкостном чипе 80 могут обладать значениями ширины от приблизительно 20 мкм до приблизительно 400 мкм, в то время как каналы в держателе чипа могут обладать значениями ширины от приблизительно 200 мкм до приблизительно 2 мм. Линии, соединяющие каждый канал с их соответствующими резервуарами, могут обладать внутренними диаметрами от приблизительно 0,25 мм до приблизительно 5 мм.
Один вариант осуществления предоставляет необязательную систему 160 рециркуляции защитной текучей среды для рециркуляции защитной текучей среды из резервуара для отходов. На фиг. 7 показана линия 162 рециркуляции, предоставляющая жидкостную связь от резервуара 120 для пассивного сбора к резервуару 116 для защитной текучей среды. Насос 164 может быть расположен в линии рециркуляции для приведения текучей среды сквозь концентрирующую систему 166, такую как фильтр, и далее к резервуару 116 для защитной текучей среды. В качестве альтернативы, резервуар 120 для пассивного сбора и резервуар 116 для защитной текучей среды могут иметь разные давления, склонные приводить текучую среду из резервуара 120 для пассивного сбора сквозь линию 162 рециркуляции и к резервуару 116 для защитной текучей среды. В качестве альтернативы, другие механизмы транспортировки могут быть внедрены для передачи текучей среды от одного из резервуаров для сбора к резервуару 116 для защитной текучей среды. В одном варианте осуществления фильтр может быть заменен другой концентрирующей системой 166 для клеток или системой удаления текучей среды или надосадочной жидкости. В одном варианте осуществления последовательность фильтров может быть использована для создания условий в защитной текучей среде, подходящих для конкретного применения, такого как сортировка спермы. Дальнейшие неограничивающие примеры систем для концентрации спермы могут включать в себя центрифужные системы, микрожидкостные блоки, пористые мембраны, спиральные концентраторы, или гидроциклоны, или другие устройства для концентрации частиц или системы удаления текучей среды. В еще одном варианте осуществления концентрирующая система 166 для клеток может предоставлять сперму, собранную активным образом, в одном или обоих из первого 122 и второго 124 резервуаров для активного сбора с подходящей концентрацией для последующей обработки, одновременно подавая надосадочную защитную текучую среду обратно в резервуар 116 для защитной текучей среды. В качестве одного примера, сперма может быть сконцентрирована до подходящей дозировки для размещения в ней замораживающего наполнителя, или сперма может быть сконцентрирована до подходящей дозировки для осуществления ИО, ЭКО или других процедур искусственного воспроизводства.
Еще одним элементом, который может присутствовать в некоторых вариантах осуществления, является терморегулирующий элемент 170. Картридж 168 может выполнять нагрев и/или охлаждение любой текучей среды или всех текучих сред, хранящихся в нем. Например, терморегулирующий элемент 170 может иметь форму нагревающих и/или охлаждающих прокладок или областей на картридже 168. В каждой камере или резервуаре картриджа 168 могут поддерживаться разные температуры или их температуры могут изменяться при эксплуатации. Могут использоваться любые подходящие средства управления температурой внутри выбранной камеры или области унитарного картриджа для обработки частиц. В варианте осуществления сортировки спермы может быть желательно поддерживать относительно постоянную температуру спермы, такую как прохладная температура, по мере возможности. Также может быть желательно охлаждать сперму с целью уменьшения активности спермы, которая может нарушить выравнивание и ориентированность спермы. В таком варианте осуществления картридж может быть изготовлен из теплопроводящего материала для легкого поддержания подобных, в частности прохладных температур, в каждом резервуаре.
Ориентация и выравнивание спермы
Вкратце рассмотрим фиг. 8, на которой представлены три изображения сперматозоидов 200. Хотя среди видов существуют некоторые вариации, сперматозоиды 200 наглядно демонстрируют основную форму значительной части спермы млекопитающих, включая сперму быков, сперму лошадей и сперму свиней. Основная форма головки сперматозоида может быть описана в данном документе как в общем лопастевидная форма. Как может быть легко понятно специалистам в данной области, принципы, описанные в данном документе, в равной мере применимы ко многим другим видам, таким как многие виды, описанные в книге "Млекопитающие мира" (Mammal Species of the World), за авторством Wilson, D.E. и Reeder, D.M., (Smithsonian Institution Press, 1993), содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Двумя наибольшими частями сперматозоида 200 являются головка 204 сперматозоида и хвост 206 сперматозоида. Головка 204 сперматозоида содержит ядерную ДНК, с которой связываются ДНК-избирательные красители, что является преимущественным для сортировки спермы по полу. Головка 204 сперматозоида обычно имеет форму лопасти и ее длина больше ширины. Продольная ось 212 изображена в виде оси, проходящей вдоль длины головки 204 сперматозоида сквозь ее центр, которая может быть в общем параллельна длине хвоста 206 сперматозоида. Поперечная ось 214 изображена проходящей сквозь центр головки 204 сперматозоида и перпендикулярно продольной оси 212. Относительно идеальной ориентации, сперма, повернутая вокруг продольной оси, может считаться "повернутой" образом, синонимичным воздухоплавательному термину "крен", в то время как сперма, повернутая вокруг поперечной оси 214, может считаться "наклоненной" образом, синонимичным воздухоплавательному термину "тангаж". Длина головки сперматозоида обозначена вдоль продольной оси как L. Ширина головки 204 сперматозоида обозначена как W, в то время как толщина обозначена как Т. В качестве неограничивающего примера, сперма быков многих пород имеет размеры, приблизительно равные: L=10 микрон, W=5 микрон и Т=0,5 микрон.
Дифференциация спермы многих видов является трудной, поскольку впитывание ДНК-избирательного красителя отличается лишь незначительно в сперме, содержащей X-хромосому, и сперме, содержащей Y-хромосому. Большинство видов млекопитающих демонстрируют разницу в содержимом ДНК, составляющую от приблизительно 2% до 5%. Для точного обнаружения этой разницы каждый анализируемый сперматозоид предпочтительно предоставляется в одинаковом выравнивании и в одинаковой ориентации. Когда выравнивание или ориентация спермы нарушается, колебание их измеренной флуоресценции намного превышает несколько процентов. В идеальном случае сперма выровнена таким образом, чтобы продольная ось проходила через фокальную точку детектора и/или источника освещения, в то время как продольная ось и поперечная ось остаются перпендикулярными оптической оси детектора и/или оси луча, созданного источником освещения. Предыдущие проточные цитометры, использующие принцип "струя в воздухе", модифицированные для сортировки спермы, содержат детектор боковой флуоресценции для исключения повернутой спермы, но боковые детекторы отсутствуют в микрожидкостных системах и геометрия современных микрожидкостных чипов не позволяет добавлять в них боковые детекторы. Следующие признаки могут быть внедрены по отдельности или в любой комбинации или сочетании для того, чтобы предоставить ориентированную сперму в микрожидкостном чипе и/или для определения наличия ориентирования спермы в микрожидкостном чипе.
Элементы канала потока
Рассмотрим далее фиг. 9А, на которой изображен вид в перспективе канала 318 потока. Изображенный канал 318 потока содержит область 330 фокусировки текучей среды и область 332 ориентирования спермы, образованные в части микрожидкостного чипа 300. Хотя область 330 фокусировки текучей среды содержит элемент для фокусировки текучей среды в форме геометрии фокусировки текучей среды и область 332 ориентирования спермы изображена с ориентирующим элементом ориентирующей геометрии канала, следует понимать, что другие фокусирующие элементы и ориентирующие элементы могут быть внедрены вместо изображенных геометрий или в дополнение к ним.
Канал 318 потока может представлять собой один из многих каналов потока в таком микрожидкостном чипе, таких как от 4 до 512 каналов потока. Впускной канал 350 для защитного потока изображен вверх по потоку относительно впускного канала 348 для образца в канале 318 потока с целью создания соосного потока, иногда называемого защитным потоком.
Область 330 фокусировки текучей среды может содержать область 336 вертикальной фокусировки текучей среды с геометрией для фокусировки и/или выравнивания вертикального аспекта центральной струи и область 334 боковой фокусировки текучей среды, или область поперечной фокусировки, с геометрией для фокусировки и/или выравнивания бокового аспекта центральной струи. Как изображено, область 334 боковой фокусировки текучей среды содержит такой же отрезок канала 318 потока, что и область 330 фокусировки текучей среды, при этом обе из них перекрывают область 336 вертикальной фокусировки текучей среды. Следует понимать, что область 334 боковой фокусировки текучей среды может занимать менее всей области фокусировки текучей среды и что область 336 вертикальной фокусировки текучей среды не обязательно должна перекрывать область 334 боковой фокусировки текучей среды. Областью 334 боковой фокусировки текучей среды может считаться отрезок канала 318 потока, вдоль которого уменьшается ширина "w" бокового канала, оканчиваясь в первой точке 338 перехода ко второй ширине . Эта геометрия склонна сужать центральную струю образца и в общем может способствовать выравниванию сперматозоидов внутри канала 318 потока, образуя более узкую полосу образца, в которой они обычно заключены.
Область 332 ориентирования спермы может следовать за областью 330 фокусировки текучей среды на некотором расстоянии после первой точки 338 перехода в канале 318 потока или, в качестве альтернативы, область 330 фокусировки текучей среды и области 332 ориентирования спермы могут частично или полностью перекрывать друг друга. Область 332 ориентирования спермы может оканчиваться во второй точке 340 перехода, за которой может следовать область 326 проверки. В одном варианте осуществления уменьшенная ширина  канала может иметь постоянный размер на протяжении области 332 ориентирования спермы, или части области ориентирования спермы, и на протяжении области 326 проверки.
Рассмотрим фиг. 9В, где изображен вид в вертикальном сечении канала 318 потока, содержащего область 334 боковой фокусировки текучей среды и область 336 вертикальной фокусировки текучей среды, за которой следуют область 332 ориентирования спермы и область 326 проверки. В одном варианте осуществления область 336 вертикальной фокусировки текучей среды содержит элемент 342 для вертикальной фокусировки текучей среды, который может представлять собой вспомогательный канал для защитной текучей среды, последовательность выступов, кромок, V-образных элементов, волнообразных неровностей или искусственных неровностей для ограничения скорости, или первичный измерительный преобразователь, способный создавать импульсы давления в канале 318 потока. В одном варианте осуществления высота "h" канала сохраняется относительно постоянной до первой точки 338 перехода. В других вариантах осуществления область 336 вертикальной фокусировки текучей среды может иметь геометрию, изменяющую высоту "h" канала, или область 332 ориентирования спермы может перекрывать область 330 фокусировки текучей среды, образуя геометрию канала, изменяющую высоту канала перед первой точкой 338 перехода. В одном варианте осуществления высота "h" канала постепенно изменяется от первой точки 338 перехода до уменьшенной высоты  канала во второй точке 340 перехода. В качестве альтернативы высота "h" канала может быть уменьшенной на протяжении области 332 ориентирования спермы. Область 332 ориентирования спермы может начинаться после области 330 фокусировки текучей среды, или она может частично или даже полностью перекрывать область 330 фокусировки текучей среды.
На фиг. 9С показана альтернативная конфигурация для создания соосного или защитного потока, в которой впускной канал 348 для образца расположен в общем параллельно каналу 318 для текучей среды. В этой конфигурации впускной канал 348 для образца может быть предоставлен в скошенной конфигурации для придания лентовидной формы центральной струе при ее образовании. Специалистам в данной области будет очевидно, что в любую известную конфигурацию для образования защитного потока в микрожидкостном канале также могут быть внедрены ориентирующие аспекты, описанные в данном документе. В качестве одного неограничивающего примера, любой из впускных каналов/каналов для образца, описанных в патенте США №7311476, содержание которого полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки, могут быть объединены с различными элементами, описанными в данном документе.
На фиг. 10A-D показан канал 318 потока с относительно простой геометрией, содержащей область 330 фокусировки текучей среды и область 332 ориентирования спермы; тем не менее, каждая из этих областей также может быть внедрена в более сложные геометрии канала потока. На каждой из фиг. 10A-D показаны общие принципы, необязательно изображенные в масштабе или отражающие коэффициент пропорциональности 1:1. На фиг. 10А показано сечение АА в виде в общем квадратного канала 318 потока, заполненного защитной текучей средой 352. Далее рассмотрим находящееся ниже по потоку сечение ВВ, где на фиг. 10В показана центральная струя образца 354, расположенная соосно с защитной текучей средой 352. На увеличенном фрагменте центральной струи в сечении ВВ показан пример не выровненного и не ориентированного сперматозоида 360. Стрелки вокруг центральной струи изображают усилия, приложенные к центральной струе из-за изменений в геометрии канала 318 потока. Переход от АА к ВВ привел к небольшому расширению канала без изменений высоты.
Далее рассмотрим находящееся ниже по потоку сечение СС, где ширина "w" канала 318 потока уменьшена, фокусируя центральную струю, изображенную у сперматозоида 360, перемещающегося к центру центральной струи и приобретающего выравнивание, одновременно сохраняя не ориентированное положение в струе. Усилия, обеспечивающие боковое перемещение, показаны в виде жирных стрелок, подчеркивающих гидродинамическое влияние этой части геометрии канала. От сечения СС к сечению DD высота "h" канала потока уменьшается, имея тенденцию прикладывать ориентирующие усилия к сперме внутри центральной струи. Большие усилия воздействуют из вертикальных положений, по сравнению с более поздними положениями, имеющими тенденцию ориентировать плоскую поверхность сперматозоида.
На фиг. 11A-11D показана подобная геометрия канала потока, имеющая круглые и эллиптические поперечные сечения по фиг. 10A-10D, за исключением того, что канал 318 потока содержит в общем эллиптические и круглые поперечные сечения. Формирование центральной струи
Хотя равномерное формирование центральной струи является преимущественным для многих технологий анализа, оно особенно полезно при дифференциации относительно малых разниц флуоресценции у спермы, содержащей Х-хромосому, и спермы, содержащей Y-хромосому. Полезным признаком сортировщика спермы может являться формирование центральной струи, обладающей в общем лентовидной формой, которая может способствовать выравниванию спермы и ориентации спермы в канале потока.
Рассмотрим далее фиг. 12А, где область 430 фокусировки текучей среды внедрена в область канала 418 потока для создания потока центральной струи или защитного потока. Геометрия 400 формирования центральной струи изображена в виде внутренней поверхности канала 418 потока в микрожидкостном чипе 80, таком как ранее описанные микрожидкостные чипы. Геометрия 400 формирования центральной струи может быть изготовлена из пластика, поликарбоната, стекла, металлов или других подходящих материалов, используя микрообработку, формование методом впрыска, штампование, обработку на станке, трехмерную печать или другие подходящие технологии изготовления. Таким образом, геометрия формирования центральной струи может быть выполнена в виде одного слоя или множества слоев, расположенных друг над другом.
Изображенная геометрия 400 формирования центральной струи предоставляет улучшенные способности защитного потока и, таким образом, улучшает фокусирующие способности. В частности, впускные каналы 450 для защитной текучей среды могут иметь конические формы впускных каналов, каждая из которых вмещается в объем 422 для объединения защитной текучей среды. Объемы для объединения защитной текучей среды могут предоставлять единственный выпускной канал или несколько выпускных каналов дальнейшим компонентам канала 418 потока. Изображен единственный выпускной канал, проходящий в область 430 фокусировки текучей среды. В качестве альтернативы, единственный впускной канал может быть разветвлен в геометрию 400 формирования центральной струи. Дополнительно, ограничители потока могут быть размещены в одном или нескольких маршрутах текучей среды, выходящих из объема 422 для объединения защитной текучей среды.
Изображенная область 430 фокусировки текучей среды содержит компонент боковой фокусировки текучей среды и компонент вертикальной фокусировки текучей среды, оба из которых способствуют осевому ускорению защитной текучей среды и образца в канале 418 потока. Изображенный компонент боковой фокусировки текучей среды содержит камеру 420 боковой фокусировки текучей среды. В камеру 420 боковой фокусировки текучей среды подается образец из впускного канала 448 для образца, а также защитная текучая среда из одного или нескольких впускных каналов 450 для защитной текучей среды. Как изображено, два симметричных впускных канала 450 для защитной текучей среды заполняют камеру 420 боковой фокусировки текучей среды от краев, в то время как образец поступает в камеру 420 боковой фокусировки текучей среды из середины. По мере продвижения образца и защитной текучей среды вдоль камеры 420 боковой фокусировки текучей среды, ширина камеры уменьшается, предоставляя увеличивающееся усилие, направленное внутрь, от боковых сторон камеры, склонное фокусировать образец в центре камеры 420 боковой фокусировки текучей среды и ускоряющее защитную текучую среду и образец в канале потока. Изображенный компонент вертикальной фокусировки текучей среды содержит первый канал 424 вертикальной фокусировки текучей среды в сочетании с положением впускного канала 448 для образца относительно камеры 420 боковой фокусировки текучей среды. Первый канал 424 вертикальной фокусировки текучей среды может содержать петлеобразный канал, ответвляющийся от камеры 420 боковой фокусировки текучей среды и находящийся в жидкостной связи с камерой 420 боковой фокусировки текучей среды, расположенной далее ниже по потоку. Таким образом, первый канал 424 вертикальной фокусировки текучей среды предоставляет средство отклонения части защитного потока, которая может быть повторно введена в канал 418 потока в более поздней точке для фокусировки вертикального положения центральной струи образца.
На фиг. 12В представлено наглядное изображение компонента боковой фокусировки текучей среды. Поток 406 образца изображен поступающим в камеру 420 боковой фокусировки из впускного канала 448 для образца. Вместе с тем, защитный поток 408 изображен поступающим в камеру 420 боковой фокусировки текучей среды из каждого впускного канала 450 для защитной текучей среды на краю камеры 420 боковой фокусировки текучей среды. По мере уменьшения ширины камеры боковой фокусировки текучей среды защитный поток 408 оказывает увеличивающееся усилие сдвига на образец 406, ускоряя поток образца, увеличивая промежутки между частицами в образце и осуществляя боковую фокусировку потока образца в центр камеры 420 боковой фокусировки текучей среды.
На вертикальный поток образца 408 воздействуют два элемента геометрии 400 формирования центральной струи, которые хорошо видны на фиг. 13. На фиг. 13 показано вертикальное поперечное сечение вдоль продольной оси геометрии 400 формирования центральной струи. Первое направленное вниз вертикальное воздействие на струю образца создается при входе в камеру 420 боковой фокусировки текучей среды, поскольку образец поступает из-под области 420 боковой фокусировки текучей среды, таким образом, чтобы его направленному вверх потоку сопротивлялся защитный поток 408, проходящий над ним. Типичный поток 406 образца изображен подходящим к концу впускного канала 448 для образца и движущимся вверх, против движения защитного потока 408. Когда центральная струя образца 406 достигает первого канала 424 вертикальной фокусировки текучей среды, защитный поток 408 направляет образец вверх, фокусируя образец в направлении, противоположном нижней части канала 418 потока.
После воздействия области 430 фокусировки, образец может продолжать движение сквозь область 330 ориентирования спермы и область 326 проверки. Сперма может быть ориентирована согласно определенным признакам в следующем описании и действие сортировки может быть выполнено согласно различным механизмам, описанным ранее.
Рассмотрим фиг. 14А, где изображена альтернативная геометрия 500 формирования центральной струи, содержащая область 530 фокусировки текучей среды, включающую в себя двойной полукруг или двойную петлю в форме первого и второго каналов вертикальной фокусировки текучей среды. Один вариант осуществления относится к геометрии 500 формирования центральной струи, содержащей первый канал 524 вертикальной фокусировки текучей среды и второй канал 526 вертикальной фокусировки текучей среды, выполненные с возможностью способствования прохождению противоположных вертикальных фокусирующих потоков защитной текучей среды в канал 518 потока для улучшенного формирования центральной струи. На фиг. 14А изображен впускной канал 548 для образца, расположенный на том же вертикальном уровне, что и впускной канал 550 для защитной текучей среды, ведущий в камеру 520 боковой фокусировки текучей среды. Первый канал 524 вертикальной фокусировки текучей среды проходит вертикально над каналом 520 боковой фокусировки текучей среды и второй канал 526 вертикальной фокусировки текучей среды проходит вертикально под каналом 520 боковой фокусировки текучей среды. После воздействия фокусирующих элементов камеры 520 боковой фокусировки, первого канала 524 вертикальной фокусировки и второго канала 526 вертикальной фокусировки более сфокусированная и/или выровненная центральная струя может течь сквозь остальную часть канала 560 потока.
Рассмотрим фиг. 14В, где изображен защитный поток, проходящий сквозь впускной канал для защитной текучей среды и разделенный на три части. Первый защитный поток 554 поступает в камеру 520 боковой фокусировки текучей среды и, в ответ на уменьшающуюся ширину, склонен фокусировать образец в центре канала 520 боковой фокусировки текучей среды. Вторая часть защитного потока 556 отклоняется по первому каналу 524 вертикальной фокусировки текучей среды и третья часть защитного потока 558 направляется по второму каналу 526 вертикальной фокусировки текучей среды. Объем 522 для объединения защитной текучей среды, предоставляющий большую площадь поперечного сечения, чем конец конического впускного канала 550 для защитной текучей среды, предоставляет полезный объем для распределения относительно высоких объемов защитного потока по каждой части для защитной текучей среды. В частности, увеличенный защитный поток, проходящий по первому каналу 524 вертикальной фокусировки и второму каналу 526 вертикальной фокусировки, может способствовать улучшенной способности фокусировать вертикальное положение центральной струи в канале 518 потока.
Рассмотрим далее фиг. 15, где показано вертикальное поперечное сечение вдоль продольной оси геометрии 500 формирования центральной струи, изображающее центральную струю образца 506 и защитную текучую среду 508, введенную в канал 518 потока по существу в том же вертикальном положении. Защитный поток 508 из первого канала 524 вертикальной фокусировки текучей среды предоставляет направленное вниз фокусирующее воздействие на центральную струю образца, за которым следует направленное вверх фокусирующее воздействие от защитной текучей среды, подаваемой из второго канала 526 вертикальной фокусировки текучей среды. Часть канала 518 потока, следующая за противоположными вертикальными защитными потоками, находится в приподнятом вертикальном положении относительно камеры 520 боковой фокусировки текучей среды и впускного канала 548 для образца. Часть канала 518 потока, следующая за областью фокусировки, затем может быть обработана в области, предназначенной для ориентирования частиц в центральной струе образца.
На фиг. 16 показан альтернативный вариант осуществления геометрии 600 формирования центральной струи, предоставляющий вертикальное поперечное сечение, по существу идентичное изображенному на фиг. 15. Определенные преимущества можно получить благодаря аспектам выравнивания нескольких струй применительно к каналам потока защитной текучей среды, изображенным на фиг. 16. В одном аспекте защитная текучая среда проходит сквозь каждый объем 622 для объединения защитной текучей среды в фокусированный впускной канал 632, незамедлительно придающий защитной текучей среде траекторию для фокусировки в боковом направлении центральной струи текучей среды 606 образца. Каждый из первого канала 624 вертикальной фокусировки текучей среды и второго канала 626 вертикальной фокусировки текучей среды также имеют общее направление течения с общим впускным каналом 630.
На фиг. 17 показан другой вариант осуществления геометрии 700 формирования центральной струи, содержащей расположенные вдоль общей линии компоненты защитного потока, такие как узкий впускной канал 732 и общий впускной канал 730, соединенные напрямую с объемом 722 для объединения защитной текучей среды каждого впускного канала 750 для защитной текучей среды. Дополнительно, на фиг. 17 показано альтернативное вертикальное размещение некоторых частей каждого из первого канала 724 вертикальной фокусировки текучей среды и второго канала 726 вертикальной фокусировки текучей среды.
Ориентация с плоским каналом потока
Рассмотрим фиг. 18А, где изображен один вариант осуществления ориентирующей геометрии канала, в которой канал 818 потока переходит к уменьшенной высоте, что может быть в общем обозначено как плоская ориентирующая геометрия 838. Такая ориентирующая геометрия может включать в себя как область 832 ориентирования, так и область 826 проверки. Плоская ориентирующая геометрия может следовать за любой из вышеописанных геометрий или элементов фокусировки текучей среды, такими как любые из описанных геометрий формирования центральной струи.
Перед плоской ориентирующей геометрией 832 канала, канал 818 потока может иметь высоту от приблизительно 25 микрон до 75 микрон и ширину от приблизительно 100 микрон до приблизительно 300 микрон. Высота "h" перед ориентирующей геометрией 832 канала может быть уменьшена до второй высоты  на протяжении длины L. Уменьшенная высота  может составлять от приблизительною микрон до 35 микрон для создания центральной струи, достигающей 1-0,5 микрон в поперечной оси, или достигающей толщины сперматозоида. На фиг. 18А показан постепенный переход, где длина перехода "L" может составлять от приблизительно 200 микрон до приблизительно 5000 микрон. Перед переходом канал 818 потока может иметь соотношение ширины к высоте от приблизительно 4:1 до 5:1, и после перехода соотношение ширины к высоте может составлять от приблизительно 8:1 до 10:1.
Непосредственно после любой фокусирующей геометрии, канал 818 потока может иметь в общем прямоугольную форму, или две соседние кромки могут быть закруглены, образуя D-образный профиль, видимый на поперечном сечении по фиг. 18В. Начальный профиль указан невидимыми линиями, предоставляющими сравнение двух профилей.
На фиг. 18С показан внезапный переход непосредственно перед областью 826 проверки, который может иметь длину "L" перехода от приблизительно 25 микрон до приблизительно 200 микрон. В одном варианте осуществления может быть предоставлено повторное расширение 842, следующее непосредственно за областью 826 проверки. Сочетание короткого перехода и повторного расширения может обеспечивать систему, требующую меньшее давление для приведения клеток сквозь нее, или уменьшающую встречное давление системы.
Ориентация в геометрии, имитирующей сопло
Как изображено на фиг. 19А-19С, один вариант осуществления канала 918 потока оснащен ориентирующей геометрией, имитирующей ориентирующее сопло проточного цитометра, использующего принцип "струя в воздухе". В таком варианте осуществления элементы для фокусировки текучей среды и элементы для ориентирования спермы могут перекрывать друг друга и фактически могут быть встроены в общую геометрию. Канал 918 потока находится в жидкостной связи с первым впускным каналом 950а для защитной текучей среды и вторым впускным каналом 950b для защитной текучей среды, каждый из которых входит в ориентирующую камеру 930. Ориентирующая камера 930 может содержать площадь внутренней поверхности, имитирующей внутреннюю часть сопла. Впускной канал 948 для образца ведет через трубку 910 для впрыска, через выпускной канал 914 трубки для впрыска, в ориентирующую камеру 930. Ориентирующая камера 930 может иметь в общем эллиптическое поперечное сечение в своей крайней точке вверх по потоку, но оно также может быть круглым или прямоугольным. Независимо от этого, высота ориентирующей камеры может составлять приблизительно 1000 микрон. Внутренняя поверхность ориентирующей камеры может переходить через 5000 микрон в общем эллиптический или даже D-образный канал, обладающий высотой, равной 50 микрон, и шириной, равной 200 микрон. Трубка 910 для впрыска может проходить на расстояние около 3000 микрон внутрь ориентирующей камеры и может иметь один или оба из внутренних и внешних элементов, предоставляющих лентовидную центральную струю и ориентирующих частиц, таких как сперма, внутри центральной струи. В качестве одного примера, трубка для впрыска может иметь скошенный наконечник. В качестве другого примера, трубка для впрыска может иметь эллиптический или даже прямоугольный внутренний канал, оканчивающийся у выпускного канала трубки для впрыска. Трубка 910 для впрыска может обладать внешней толщиной, равной приблизительно 300 микрон. В качестве неограничивающего примера, внутренний канал может обладать высотой, равной приблизительно 100 микрон, и шириной, равной приблизительно 200 микрон.
Элементы канала, расположенные ниже по потоку
Различные элементы, расположенные ниже по потоку, могут быть встроены в канал потока в сочетании с любыми из ориентирующих или фокусирующих элементов, описанных ранее. Такие элементы могут предоставлять усилие смещения, склонное ориентировать или выравнивать частицы. В одном варианте осуществления элементы канала, расположенные ниже по потоку, могут являться главными или даже единственными элементами для ориентирования спермы в канале потока. В таком варианте осуществления элементы канала, расположенные ниже по потоку, обеспечивают достаточную ориентацию для анализа и сортировки. В другом варианте осуществления элементы канала, расположенные ниже по потоку, используются в сочетании с другими фокусирующими элементами и/или ориентирующими элементами и могут служить для повторного выравнивания или повторного ориентирования спермы, которая начала терять выравнивание и ориентирование, соответственно. Элементы канала, расположенные ниже по потоку, также могут находиться непосредственно перед областью проверки для получения оптимальной эффективности ориентирования частиц, таких как сперматозоиды.
Рассмотрим фиг. 20А, где изображен элемент канала, расположенный ниже по потоку, в форме наклонной плоскости 1002, которая может находиться в части канала 1018 потока. Наклонная плоскость 1002 может представлять собой сравнительно резкое уменьшение высоты канала потока, как описано применительно к фиг. 18А-С. Наклонная плоскость 1002 может быть спроектирована для создания центральной струи, толщина которой лишь слегка превышает толщину сперматозоида. Наклонная плоскость 1002, обладающая наклоном менее 45 градусов, может считаться пологой наклонной плоскостью, в то время как наклонная плоскость, обладающая наклоном от 45 градусов до 90 градусов, может считаться крутой наклонной плоскостью.
На фиг. 20А изображен пример области 26 возбуждения, перекрывающей элемент канала, расположенный ниже по потоку. Наклонная плоскость 1002 изображена по меньшей мере на двух поверхностях внутренней части канала потока и может оканчиваться вскоре после области 26 проверки для того, чтобы уменьшить обратное давление и позволить текучей среде легче течь по системе.
На фиг. 20В изображен элемент канала, расположенный ниже по потоку, в форме наклонной плоскости 1002, за которой следует расширение 1004, которое может называться искусственными неровностями для ограничения скорости. Эти искусственные неровности для ограничения скорости могут быть расположены последовательно для фокусировки центральной струи непосредственно перед областью проверки, а также для ориентирования спермы в центральной струе. В одном варианте осуществления искусственные неровности для ограничения скорости или последовательность искусственных неровностей для ограничения скорости расположены на одной поверхности канала 18 потока, в то время как в другом варианте осуществления искусственные неровности для ограничения скорости или последовательность искусственных неровностей для ограничения скорости могут быть расположены на более, чем одной поверхности канала 18 потока. В родственных вариантах осуществления одна искусственная неровность для ограничения скорости может иметь закругленные кромки и может быть обозначена термином "волнообразная неровность". Подобным образом, последовательность закругленных искусственных неровностей для ограничения скорости может быть обозначена термином "последовательность волнообразных неровностей". Волнообразная неровность или последовательность волнообразных неровностей может быть расположена на одной поверхности или может быть расположена на нескольких поверхностях в канале 18 потока. Искусственные неровности для ограничения скорости и/или волнообразные неровности могут проходить на расстояние от приблизительно 5 микрон до 15 микрон внутрь канала 18 потока.
На фиг. 20С показан элемент канала, расположенный ниже по потоку, в форме зоны 1006 декомпрессии-компрессии, которая также может считаться обратной искусственной неровностью для ограничения скорости. Поток изображен входящим в зону, где он изначально рассеивается у расширения канала. По мере продолжения потока он повторно сжимается у крутого конца расширенной области. Хотя в изображенном варианте осуществления предусмотрены кромки, поверхности могут быть гладкими, что дает в результате другой вариант осуществления волнообразных неровностей. Эти элементы могут проходить на расстояние от приблизительно 5 микрон до 15 микрон внутрь канала потока.
На фиг. 20D показана последовательность V-образных элементов 1008, которые могут быть размещены в канале 18 потока. Последовательность V-образных элементов 1008 предоставляет последовательность усилий, которые могут быть склонны фокусировать центральную струю. V-образные элементы 1008 могут содержать вырезанный элемент на трех сторонах каналов потока. В одном варианте осуществления V-образные элементы 1008 могут быть наклонными или косыми. V-образные элементы 1008 также могут иметь закругленные кромки для того, чтобы подвергнуть центральную струю воздействию последовательности волнообразных неровностей. Подобно обратным искусственным неровностям для ограничения скорости, V-образные элементы могут проходить на расстояние от приблизительно 5 микрон до 15 микрон внутрь канала 18 потока.
Выравнивание/ориентирование спермы с помощью магнитов
Рассмотрим фиг. 21А, где изображен вариант осуществления элементов для ориентирования спермы в виде первого магнита 192А и второго магнита 192 В, используемые для создания магнитного поля В для желаемого ориентирования сперматозоидов. Первый магнит 192А может находиться в вертикальном положении над каналом потока и второй магнит 192В может находиться параллельно под каналом потока для создания статического магнитного поля В, воздействующего на сперму, движущуюся по каналу потока. Магниты могут быть находиться в других положениях при условии, что магнитное поле перпендикулярно сперматозоидам, которые, как было обнаружено, выравнивают свою плоскую сторону перпендикулярно воздействующему полю. В определенных вариантах осуществления может быть желательно создать магнитное поле, достаточно сильное для ориентирования спермы в целых 512 каналах. Одна или несколько последовательностей магнитов могут быть использованы в сочетании для создания такого статического магнитного поля. В одном неограничивающем варианте осуществления магниты 192 могут быть размещены для создания поля, имеющего индукцию от приблизительно 0,05 Тл до примерно 1,0 Тл.
Выравнивание/ориентирование спермы с помощью первичных измерительных преобразователей
В альтернативном варианте осуществления первичный измерительный преобразователь или последовательность первичных измерительных преобразователей могут быть расположены поперек одного или нескольких каналов потока снаружи микрожидкостного чипа. Примером первичного измерительного преобразователя может являться пьезоэлектрический первичный измерительный преобразователь, имеющий в общем плоскую поверхность 194, соприкасающуюся с наружной поверхностью микрожидкостного чипа. Указанные первичные измерительные преобразователи могут быть приведены в действие для создания стоячей волны в канале потока. Сперма может вынужденно двигаться к узлам или пучностям стоячей волны, что приводит к выравниванию и возможному ориентированию спермы в канале потока.
В некоторых вариантах осуществления стоячая волна может быть образована плоским первичным измерительным преобразователем, в дополнение к другим ориентирующим или выравнивающим элементам. Например, стоячая волна может быть образована в канале потока с целью создания промежутков между сперматозоидами и для их выравнивания, в то время как магнитное поле может воздействовать на канал потока для ориентирования спермы. В качестве неограничивающего примера, было неожиданно обнаружено, что плоский первичный измерительный преобразователь, работающий в диапазоне 10-16 МГц, может улучшать ориентирование спермы, текущей в канале потока.
Измерение свойств спермы
Независимо от ориентирующих и фокусирующих элементов, использованных в каждом канале потока, значительная точность требуется для освещения спермы и обнаружения испущенного или отраженного электромагнитного излучения от освещенной спермы. Сперма представляет собой живые подвижные клетки, способные прерывисто перемещаться посредством движения своего хвоста. Таким образом, даже при очень тщательном выравнивании и ориентировании спермы в канале потока, всегда существует возможность того, что определенное количество сперматозоидов утратит ориентацию или в целом будет сопротивляться ориентирующим усилиям. Предыдущие попытки могли рассматривать возможность освещения головки сперматозоида с одной стороны или со всех сторон. Тем не менее, такие конфигурации неприменимы к нескольким каналам потока в одном чипе, поскольку каждый канал требует значительного пространства как для собирающей оптики, так и для осветительной оптики, включая отражающую поверхность и/или преломляющие линзы.
Освещение
В предыдущих проточных цитометрах, использующих принцип "струя в воздухе", каждое сопло или каждую струю нужно было контролировать по отдельности на предмет характеристик производительности и сортировки. Тем не менее, в микрожидкостном чипе, содержащем от 4 до 512 каналов потока, желательно накапливать определенные данные с целью отслеживания и отображения данных. Поскольку изменение флуоресценции, образованной окрашенной спермой, является минимальным, изменения освещения каждого из каналов потока должны быть уменьшены или устранены. Система, подобная описанной в патенте США №7492522, содержание которого полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки, может быть использована для предоставления равномерного освещения во множестве каналов 18 потока.
Вкратце вернемся к фиг. 1, где изображен источник 30 электромагнитного излучения, который может представлять собой квазинепрерывный волновой лазер, такой как лазер модели Vanguard 355-350 или Vanguard 355-2500, доступный у компании Newport Spectra Physics (г. Ирвайн, Калифорния). Электромагнитное излучение 46, испущенное источником 30 электромагнитного излучения, может быть обработано оптикой 40 для формирования луча и/или устройством 74 для расщепления луча в свободном пространстве для создания одного или нескольких обработанных лучей 44, иногда называемые сегментами луча или составляющими лучами. Эти составляющие лучи могут иметь форму одного или нескольких лучей, измененных для предоставления равномерной интенсивности, мощности и/или геометрии множеству каналов потока.
Конфигурация для получения однородных сегментов луча может включать в себя оптику 40 для формирования луча, расположенную в свободном пространстве для придания электромагнитному излучению из источника 30 электромагнитного излучения высокооднородного профиля в одной или нескольких осях, такого как "цилиндрический" или "плоский" профиль луча. В качестве предпоследнего примера, профиль луча может иметь равномерную интенсивность в одной или нескольких осях или может обладать распределением интенсивности по Гауссу в одной или нескольких осях. В одном варианте осуществления луч с цилиндрическим профилем может быть расщеплен на несколько сегментов луча согласно количеству каналов потока в микрожидкостном чипе. Сегментированное зеркало или другое устройство для пространственного разделения сегментов луча может находиться за начальной оптикой для формирования луча для проецирования нескольких сегментов луча на каналы потока жидкостного чипа. Полученные в результате сегменты луча могут быть по существу параллельными и расположенными с интервалами согласно интервалам каналов потока.
В альтернативном варианте осуществления оптика для формирования луча может предоставлять лучу окончательный профиль интенсивности луча и интенсивность луча может быть впоследствии разделена лучерасщепляющими зеркалами или другими подходящими оптическими устройствами для расщепления луча, на несколько лучей или сегментов луча, обладающих однородными размерами. В качестве одного примера, может применяться матрица лучерасщепляющих зеркал, такая как микроматрица лучерасщепляющих зеркал. В чипе, содержащем приблизительно от 256 до 512 каналов потока, может быть использовано сочетание лучерасщепляющих элементов. Например, луч может быть расщеплен на несколько сегментов луча, например от четырех до восьми, с помощью традиционных лучерасщепляющих зеркал, таким образом, чтобы первоначальный профиль луча сохранялся в каждом сегменте луча с долей первоначальной интенсивности луча. Каждый сегмент луча, после своего формирования, может быть расщеплен сегментированным зеркалом для освещения каждого канала потока в микрожидкостном чипе.
Дополнительно, в альтернативном варианте осуществления блокирующие или маскирующие элементы могут быть размещены на пути каждого сегмента луча. Блокирующие или маскирующие элементы могут быть уникальными для каждого канала потока или могут иметь подходящую форму для того, чтобы способствовать выяснению конкретной информации касательно скорости частиц в канале потока, выравнивания частиц в канале потока, или даже ориентации частиц в канале потока. Такие элементы могут быть расположены в свободном пространстве или могут быть реализованы на субстрате микрожидкостного чипа 80.
Обнаружение
Рассмотрим далее фиг. 22, где изображен пример собирающей оптики 54, или части собирающей оптики, для использования в различных системах, описанных в данном документе. Типичный обработанный луч электромагнитного излучения 44 может падать на зону 26 проверки микрожидкостного чипа 80 в направлении, перпендикулярном каналу потока. Испущенное электромагнитное излучение 52 в форме передней флуоресценции изображено исходящим из частицы, которая может представлять собой сперматозоид 12.
Собирающая оптика 54 может быть размещена на пути обработанного луча электромагнитного излучения или в положении под углом 0 градусов относительно возбуждающего луча 44. Собирающая оптика 54 может содержать светосильную собирающую линзу 126 для фокусированного сбора отраженного и/или испущенного света в области 26 проверки каждого канала 18 потока. Линза 140 объектива или несколько линз объектива могут фокусировать собранный отраженный и/или испущенный свет на плоскость 182 изображения, наклонную относительно поверхности, на которой установлена матрица оптоволоконных кабелей 188, содержащая оптоволоконный кабель 186, соответствующий области 26 проверки каждого канала 18 потока. В одном варианте осуществления линза 140 объектива может содержать большую линзу объектива или последовательность линз, способных испускать флуоресценцию из большой площади чипа на множество соответствующих детекторов или волокон, сообщающихся с детекторами. В качестве неограничивающего примера, собирающая оптика 54 может содержать оптическую систему с большой площадью и малым f-числом, выполненную с возможностью сбора с площади, имеющей длину или ширину от приблизительно 25 мм до 75 мм, обладающую f-числом в диапазоне от приблизительно 0,9 до 1,2 и настроенную на рабочее расстояние, составляющее от приблизительно 10 мм до 30 мм. В качестве альтернативы, одна или несколько микролинз или матриц микролинз также могут быть использованы для сбора испущенной флуоресценции из нескольких каналов потока.
На фиг. 23 показана оптическая схема 190, такая как матрица оптоволоконных кабелей, которая может использоваться для захвата передней или боковой флуоресценции из последовательности параллельных каналов 18 потока в микрожидкостном чипе 80. Такая оптическая схема может использоваться для сбора боковой флуоресценции в дополнение к собирающей оптике по фиг. 22. В качестве альтернативы, оптическая схема 190 может быть расположена в переднем положении или под углом 0 градусов для непосредственного сбора передней флуоресценции из каждого канала 18 потока. В иллюстративном варианте осуществления каждый первый детектор в матрице первых детекторов и каждый второй детектор в матрице вторых детекторов могут представлять собой детекторы боковой флуоресценции. В операциях сортировки спермы функцией этих детекторов может являться определение отсутствия ориентации спермы, независимо от того, вызвано ли отсутствие ориентации вращением или наклоном.
На фиг. 24А изображен пример схемы обнаружения, содержащей собирающую оптику 54 для обнаружения передней флуоресценции в дополнение к первому боковому детектору 176, собирающему боковую флуоресценцию под углом приблизительно 45 градусов, и второму боковому детектору 178, собирающему боковую флуоресценцию под углом 45 градусов в противоположном направлении. Первый боковой детектор 176 и второй боковой детектор 178 могут быть охарактеризованы как содержащие угол, равный 90 градусов, между оптической осью каждого из них.
В дополнение к схеме обнаружения, показанной на фиг. 24А, на фиг. 24А-Е изображены различные ориентации спермы внутри канала 18 потока, в дополнение к волновым импульсам, которые могут генерироваться каждым из переднего детектора 54, первого бокового детектора 176 и второго бокового детектора 178, связанных с областью 26 проверки каждого канала потока. Эти волновые импульсы могут быть определены в анализаторе и характеристики или признаки волновых импульсов могут быть рассчитаны для применения в логической схеме сортировки, применяемой анализатором 58. В общем, следует понимать, что детектор с оптической осью, перпендикулярной плоской лопастевидной поверхности спермы, будет предоставлять максимальный возможный сигнал, в то время как детектор, оптическая ось которого параллельна плоской поверхности, будет фактически направлен на узкую кромку головки сперматозоида и может генерировать существенно более слабый сигнал.
На фиг. 24А показан пример сперматозоида 12 в канале потока без поворота или наклона, позволяя сигналу передней флуоресценции захватывать максимальную высоту импульса и площадь импульса для непосредственного сравнения с другими волновыми импульсами, представляющими другие сперматозоиды. Волновые импульсы, генерируемые первым боковым детектором 176 и вторым боковым детектором 178, могут рассматриваться как по существу подобные друг другу.
Рассмотрим фиг. 24В, где изображен наклоненный сперматозоид 12, имеющий наклон под углом приблизительно 45 градусов вниз и демонстрирующий первому боковому детектору 176 обычную флуоресценцию и демонстрирующий второму боковому детектору 178 кромку сперматозоида. При определенных обстоятельствах кромка сперматозоида может флуоресцировать очень ярко, но в течение более короткого периода, чем в других ориентациях. Волновой импульс, образованный первым боковым детектором 176, будет иметь пиковую высоту, пиковую площадь и пиковую ширину, которые можно сравнить с волновым импульсом, образованным вторым боковым детектором 178, а также волновым импульсом, образованным передним детектором 54.
Подобным образом, на фиг. 24С изображен пример головки сперматозоида, наклоненной вверх под углом 45 градусов, демонстрирующей одну флуоресценцию первому боковому детектору 176 и обычную флуоресценцию второму боковому детектору 178. Как и ранее, могут наблюдаться существенные различия высоты импульса, ширины импульса и площади импульса итоговых волновых импульсов из боковых детекторов. Таким образом, измеренные параметры волновых импульсов могут анализироваться для определения наклона сперматозоидов во время обнаружения. Различия высоты, площади и ширины волнового импульса можно сравнить для определения несоответствий. Когда несоответствия превышают пороговую величину, может быть определено, что сперматозоид не был достаточно хорошо выровненным для точной дифференциации наличия спермы, содержащей Х-хромосому, или спермы, содержащей Y-хромосому. Дополнительные параметры также могут быть определены для сравнения, такие как крутизна импульса, время нарастания и внутренняя площадь импульса.
На фиг. 24D показан сперматозоид, наклоненный на 90 градусов. В данном случае волновые импульсы, образованные первым боковым детектором и вторым боковым детектором, могут быть очень похожими. Волновой импульс, образованный передним детектором, должен коренным образом отличаться, например ширина импульса, время нарастания и площадь могут отличаться от соответствующих параметров спермы, имеющей правильную ориентацию.
На фиг. 24Е показан сперматозоид, повернутый вокруг своей продольной оси. Кривизна головки сперматозоида может предоставить первому боковому детектору и второму боковому детектору подобные сигналы, но смещение или задержка могут присутствовать между пиковыми периодами каждой формы волны. Следовательно, можно рассчитать задержку времени нарастания, крутизны или пика между двумя сигналами для определения клеток.
Во многих вариантах осуществления, описанных в данном документе, используются элементы и геометрии, пытающиеся ориентировать сперму применительно к ее наклону и повороту. Тем не менее, некоторый процент спермы не станет ориентированным, несмотря на усилия. Несмотря на описанные ориентирующие элементы, некоторое количество спермы может начать переворачиваться внутри канала потока. Такая сперма может демонстрировать высокую склонность к потере ориентации применительно к наклону и повороту. Следовательно, хотя само вращение может быть более трудным для обнаружения в микрожидкостном чипе, любые описанные средства обнаружения наклона также могут способствовать предотвращению пропускания повернутой спермы для сортировки по полу.
Как можно легко понять из вышеизложенного, фактическая величина боковой флуоресценции или, в качестве альтернативы, бокового светорассеяния, ранее не измерялась в нескольких каналах потока микрожидкостного чипа. В области сортировки спермы, такая измеренная боковая флуоресценция могла бы предоставить ценную информацию относительно ориентации спермы.
На фиг. 25А показана конфигурация микрожидкостного чипа 1080, предоставляющего возможность измерять как переднюю флуоресценцию 1052, так и боковую флуоресценцию 1058 в канале 1018 потока или в каждом из нескольких каналов потока. Изображен вид в поперечном сечении части микрожидкостного чипа 1080, из которого можно понять, что поток в канале 1018 потока направлен наружу. Размеры канала 1018 потока могут быть преувеличены для ясности.
Отражающий элемент в форме отражающей поверхности 1010 может быть связан с каждым каналом 1018 потока с целью отражения боковой флуоресценции 1058 или бокового светорассеяния в положение, где оно может быть обнаружено. Следует понимать, что преломляющий элемент может использоваться вместо отражающей поверхности 1010 или в сочетании с ней. В качестве одного примера, субстрат микрожидкостного чипа может быть выполнен из нескольких материалов, обладающих разными коэффициентами преломления для достижения желаемого отражения и/или преломления света на определенном пути, такого как передняя флуоресценция или боковая флуоресценция. В одном варианте осуществления отражающая поверхность 1010а связана с каналом 1018а потока благодаря размещению по существу параллельно вдоль области проверки канала 1018а потока под углом приблизительно 45 градусов. Боковая флуоресценция 1058а изображена испускаемой из сперматозоида 1012, возбужденного электромагнитным излучением 1044а. Боковая флуоресценция движется до тех пор, пока не достигает отражающей поверхности 1010а, в результате чего боковая флуоресценция перенаправляется таким образом, чтобы проходить по существу параллельно сигналу 1052а передней флуоресценции. Как можно легко понять, отражающие поверхности 1010 могут быть расположены под другими углами для сбора боковой флуоресценции образом, отличающимся от параллельного передней флуоресценции 1052.
Изображенная система может включать в себя собирающую оптику 54, подобную ранее описанной, содержащую единственную большую собирающую линзу, посредством которой передняя флуоресценция и боковая флуоресценция проецируются на плоскость изображения, совпадающую с оптоволоконными кабелями, сообщающимися с детектором флуоресценции. Детектор боковой флуоресценции может быть по существу идентичен детектору передней флуоресценции, при этом единственное отличие может заключаться в выполнении команд, сохраненных в анализаторе 58. В качестве альтернативы также могут использоваться схемы обнаружения, подобные описанным на фиг. 26A-D.
Второй канал 1018b потока изображен образующим вторую переднюю флуоресценцию 1052b и вторую боковую флуоресценцию 1058b, тем не менее, такой вариант осуществления может включать в себя от 4 до 512 каналов потока. В одном варианте осуществления каждая группа каналов 1018 потока и их соответствующая отражающая поверхность 1010 могут быть отделены от другой группы блокирующим элементом 1026, предотвращающим взаимные помехи между каналами 1018 потока.
На фиг. 25В показан вариант отражающей поверхности 1110, образованный посредством вырезания части субстрата, образующего микрожидкостный чип 1180. Вырезанная часть 1112 может содержать ближнюю поверхность 1114 и дальнюю поверхность 1116 относительно канала 1118 потока. Ближняя поверхность может содержать отражающую поверхность, связанную с каналом 1118 потока, и может осуществлять общее внутреннее отражение благодаря разнице коэффициентов преломления. Как и на предыдущей фигуре, блокирующий элемент необязательно может быть добавлен между каждой группой каналов и их соответствующей отражающей поверхностью.
Рассмотрим фиг. 25С, где показано, что каждый канал 1218 потока связан с первой отражающей поверхностью 1220 и второй отражающей поверхностью 1222. Каждая отражающая поверхность может располагаться под углом приблизительно 45 градусов, тем самым предоставляя -90 боковую флуоресценцию 1254 и +90 боковую флуоресценцию 1256 параллельно передней флуоресценции 1252. Как и на предыдущей фигуре, разница коэффициентов преломления материалов предоставляет общую внутреннюю отражающую поверхность, тем самым образуя световые пути передней флуоресценции и двух боковых флуоресценций в ответ на частицы, возбужденные электромагнитным излучением 1244. Такой вариант осуществления может требовать блокирующий элемент для предотвращения взаимных помех между каналами.
На фиг. 25D показан вариант осуществления, где внутренняя отражающая поверхность расположена в одной или нескольких боковых стенках собственно канала 1318 потока. Первый канал 1318а потока изображен с первой отражающей боковой стенкой 1320а и второй отражающей боковой стенкой 1322а. Тем не менее, следует понимать, что микрожидкостный чип может быть выполнен таким образом, что только первая боковая стенка будет иметь отражающие свойства. В качестве альтернативы, обе боковые стенки могут иметь отражающие свойства, но может использоваться система обнаружения, обнаруживающая лишь одну из +90 боковой флуоресценции или -90 боковой флуоресценции. В любом случае, блокирующий элемент 1326 может быть встроен между каналами потока для предотвращения взаимных помех между каналами. В одном варианте осуществления преломляющие свойства различных субстратов чипа могут быть изменены в разных местах в чипе для достижения желаемого отражения и/или преломления. Например, средний слой субстрата, совпадающий с поверхностями 1320 и 1322, может содержать материал, имеющий другой коэффициент преломления по сравнению с верхним и нижним слоями субстрата.
Различные системы обнаружения могут быть использованы для обнаружения параллельных передней флуоресценции и боковой флуоресценции, образованных чипами по фиг. 25A-D. Один вариант осуществления содержит единственную большую собирающую линзу для фокусировки каждой флуоресценции на плоскость изображения, расположенную под наклоном к ранее описанной матрице оптических волокон. Такой вариант осуществления может требовать вдвое больше детекторов.
Альтернативная система обнаружения для сбора передней 1452 и боковой флуоресценции 1456 из каждого канала 1418 изображена на фиг. 26А. Изображенный микрожидкостный чип 1480 содержит отражающую поверхность 1410, связанную с каждым каналом 1418 потока и предоставляющую передний световой путь и боковой световой путь в ответ на возбуждающее электромагнитное излучение 1444. Матрица линз 1430, такая как матрица микролинз, может находиться на одной линии с микрожидкостным чипом 1480 для сбора света из каждого из переднего и бокового световых путей. Матрица микролинз 1430 может содержать переднюю собирающую линзу 1440а и боковую собирающую линзу 1442а для первого канала 1418а потока. Каждая передняя собирающая линза 1440 и боковая собирающая линза 1442 может быть выполнена с возможностью фокусировки собранного электромагнитного излучения, независимо от того, является ли оно флуоресценцией или рассеянным излучением, на передний детектор 1446а и боковой детектор 1448а соответственно. В качестве альтернативы, матрица линз 1430 фокусирует собранное электромагнитное излучение на матрицу оптоволоконных кабелей, сообщающуюся с отдельными детекторами.
На фиг. 26В показан альтернативный вариант осуществления, содержащий матрицу 1520 оптических волокон, подобную матрице, описанной на фиг. 23, содержащую в два раза больше оптоволоконных кабелей для сбора передней флуоресценции 1552 и боковой флуоресценции 1558, образованной возбуждающим электромагнитным излучением 1544 и отражающей поверхностью 1510, связанной с каждым каналом 1518 потока. Подобным образом, на фиг. 26С изображена матрица 1650 детекторов, расположенная в непосредственной близости от микрожидкостного чипа 1680, при этом каждый канал 1618 потока имеет соответствующую отражающую поверхность 1610, таким образом чтобы каждое возбуждающее электромагнитное излучение 1644 могло образовывать переднюю и боковую флуоресценцию. Передний детектор 1646 и боковой детектор 1684 расположены в матрице 1650 детекторов для каждого канала 1618 потока.
В альтернативном варианте осуществления детекторы или матрица оптических волокон могут быть расположены в эпиосветительной взаимосвязи с возбуждающим лучом. На фиг. 26D показан микрожидкостный чип 1780, содержащий канал 1718 потока и соответствующую отражающую поверхность 1710, расположенную под углом для отражения боковой флуоресценции или рассеянного излучения в направлении, откуда был получен возбуждающий луч, где она/оно могут быть получены боковым детектором 1748 или оптоволоконным кабелем, сообщающимся с боковым детектором 1748. Дихроическое зеркало 1726 может быть размещено для каждого канала для направления возбуждающего луча 1744 к каналу 1718 потока, в то время как флуоресценция, испущенная из клетки в обратном направлении 1758, может проходить сквозь дихроическое зеркало 1726 к обратному детектору 1746 или к оптоволоконному кабелю, сообщающемуся с обратным детектором 1746. Описанный пример предоставляет внутреннюю отражающую поверхность 1710, которая может направлять боковую флуоресценцию 1756 к боковому детектору.
Как хорошо видно, различные возможные решения проблемы, заключающейся в ориентации спермы во множестве параллельных каналов потока в чипе, могут повышать уровень сложности геометрии канала, собирающей оптики и/или требуемой конфигурации детектора.
Рассмотрим фиг.27, где изображено возможное решение, посредством которого можно избавиться от дополнительных детекторов благодаря добавлению масок или элемента частичного блокирования передачи. В частности, первая маска 1820 обнаружения и вторая маска 1830 обнаружения могут быть расположены на пути передней флуоресценции 1852 и боковой флуоресценции 1856, соответственно. Каждая маска может быть расположена в свободном пространстве, может быть присоединена к субстрату чипа или может быть присоединена к другому оптическому элементу на пути флуоресценции. Оптический путь, проходящий сквозь первую маску 1820 обнаружения и сквозь вторую маску 1830 обнаружения, может в итоге приводить к тому же детектору 1840, который в свою очередь образует волновой импульс, представляющий информацию как из передней флуоресценции, так и из боковой флуоресценции. Маски могут быть выполнены с возможностью осуществления взаимоисключающей передачи таким образом, чтобы волновой импульс, образованный детектором, содержал сегменты, непосредственно приписываемые передней флуоресценции, и части и сегменты, непосредственно приписываемые боковой флуоресценции. В качестве альтернативы, первая маска 1820 обнаружения и вторая маска 1830 обнаружения могут в определенной степени перекрывать друг друга, без чрезмерного создания погрешностей измерений, поскольку анализатор может быть использован для восстановления сигналов из свертки.
Анализатор может восстанавливать из свертки каждый сигнал из одного волнового импульса, тем самым предоставляя информацию о передней флуоресценции и боковой флуоресценции из одного детектора. В качестве альтернативы, более сложные маски могут быть встроены в каждый световой путь и детектор может принимать сигналы от более одного канала потока, при этом каждый канал потока содержит уникальный характерный узор в каждой соответствующей маске.
На фиг. 28А показан другой вариант осуществления схемы обнаружения, которая может быть реализована с различными другими признаками, описанными в данном документе. Изображенная схема обнаружения в целом устраняет потребность в обнаружении боковой флуоресценции и может быть реализована с каждым из 4-512 каналов потока в микрожидкостном чипе 1980. Сперматозоид 1912 изображен в области проверки канала 1918 потока, при этом его исследует луч электромагнитного излучения 1944. Возбуждающий луч и передняя флуоресценция продвигаются по пути возбуждающего луча сквозь микрожидкостный чип 1980 и сталкиваются с дихроическим зеркалом 1924, которое может отразить одно из этих двух, поскольку они обладают разными длинами волн. В качестве одного примера, электромагнитное излучение 1944 может быть образовано лазером, работающим в длине волны УФ излучения и может проходить сквозь дихроическое зеркало 1924 и далее, к детектору 1962 поглощения/экстинкции. Переданная часть электромагнитного излучения 1960 может использоваться для различных целей. Детектор 1962 поглощения/экстинкции может быть выполнен с возможностью эффективного контролирования канала потока на наличие клеток, при этом, когда клетки проходят сквозь возбуждающий луч 1944, интенсивность переданной части 1960, принимаемой детектором 1962 поглощения/экстинкции, значительно уменьшается. Помимо одного лишь присутствия клетки, величина, на которую погашена флуоресценция, может предоставить исчисляемое измерение для определения наличия или отсутствия желаемой ориентации проходящего сперматозоида.
Одновременно, отраженная передняя флуоресценция 1952 падает на детектор 1946 передней флуоресценции, который может использоваться для измерения содержания ДНК в проходящих сперматозоидах 1912. На фиг. 28В показан типичный сигнал, образованный детектором поглощения/экстинкции. Видна базовая линия 1940, обозначающая полную мощность переданной части 1960 возбуждающего луча, падающего на детектор 1962 поглощения/экстинкции. Следует отметить, что детектор 1962 поглощения/экстинкции или оптика в световом пути, ведущем в детектор, могут содержать нейтральный светофильтр или некоторое другое оптическое устройство для уменьшения фактической мощности лазера, видимого детектором 1962 поглощения/экстинкции. В любом случае устанавливается базовая линия, отражающая время, в течение которого ни один сперматозоид не проходит сквозь возбуждающий луч. Виден волновой импульс 1950, представляющий ориентированный сперматозоид, проходящий сквозь луч, за которым следует менее выраженный волновой импульс, типичный для неориентированного сперматозоида 1960.
Волновые характеристики из сигналов, образованных детектором 1962 экстинкции, можно рассчитать для определения импульсов, характеризующих ориентированные сперматозоиды, и импульсов, характеризующих неориентированные сперматозоиды. Пик импульса, площадь импульса или даже внутренняя площадь импульса, которая может представлять некоторую долю площади импульса, сосредоточенную вокруг пика импульса, могут по отдельности или совместно обеспечивать определение ориентации спермы.
На фиг. 28В также показан сигнал флуоресценции от детектора 1946, при этом изображенный сигнал содержит первый волновой импульс 1970, соответствующий ориентированному сперматозоиду, и второй волновой импульс 1980, соответствующий неориентированному сперматозоиду. Когда определено, согласно сигналу экстинкции, что сперматозоид ориентирован, сигнал флуоресценции затем можно проанализировать на предмет площади пика импульса, площади импульса и/или других волновых характеристик для того, чтобы количественно оценить относительное количество ДНК в сперматозоидах для определения присутствия Х-хромосомы или Y-хромосомы.
На фиг. 29A-D показана другая возможная конфигурация, устраняющая потребность в обнаружении боковой флуоресценции и потребность во втором детекторе. На фиг. 29А в общем изображен вид в вертикальном сечении микрожидкостного чипа 2080, содержащего канал 2018 потока, в котором схематически изображен возбуждающий луч 2044, заставляющий сперму образовывать переднюю флуоресценцию 2052, проходящую сквозь маску 2020 и далее в детектор 2054.
Вид сверху микрожидкостного чипа показан на фиг. 29В и изображает две четко выраженные области в маске 2020. Ориентированный сперматозоид 2012 изображен проходящим сквозь канал 2018 потока по направлению к маске 2020. Сигналы, образованные каждой четко выраженной областью маски, проходят к тому же детектору 2054 и могут создавать последовательность волновых импульсов. Сигнал, сгенерированный детектором 2054 в этом окне, виден на фиг. 29В и характеризует появление ориентированной спермы 2014 и неориентированной спермы 2016.
Первая область 2022 маски может представлять собой часть маски 2020, измеряющую содержание ДНК, и может содержать одну апертуру 2030, ширина которой по меньшей мере равна ширине измеряемой спермы и длина которой по меньшей мере равна длине головки сперматозоида. Высота пика и площадь пика могут быть определены из первого волнового импульса 2002А для того, чтобы дифференцировать сперму, содержащую Х-хромосому, от спермы, содержащей Y-хромосому, в то время как первый волновой импульс 2002В неориентированной спермы 2016 может быть исключен из классификации согласно логической схеме сортировки.
Вторая область 2024 маски может содержать несколько отверстий. В одном варианте осуществления несколько пар расположенных с интервалом отверстий могут быть последовательно расположены вдоль канала 2018 потока. Каждая пара отверстий может иметь разное поперечное положение, хотя они могут в некоторой степени перекрывать друг друга. В одном варианте осуществления ширина расположенного с интервалом отверстия может составлять от 1 до 10 микрон, хотя также могут использоваться меньшие и большие значения ширины. Первая пара расположенных с интервалом отверстий 2026 показана в виде пары отверстий с наибольшим интервалом между ними. Следовательно, ориентированная сперма 2014 будет склонна достаточно хорошо флуоресцировать сквозь оба отверстия для образования второго волнового импульса 2004А, в то время как неориентированная сперма 2016 может образовывать импульс с половинной интенсивностью, но скорее всего не будет образовывать какого-либо волнового импульса.
Вторая пара отверстий 2028 изображена чуть дальше вниз по потоку и интервал между ними чуть меньше. Ориентированная сперма 2014 будет флуоресцировать сквозь оба отверстия в маске для образования третьего волнового импульса 2006А. В зависимости от степени разориентации, неориентированная сперма 2016 может образовывать некоторую флуоресценцию в этой части маски, но изображенный пример обращен кромкой к детектору и волновой импульс по-прежнему не образуется. Последнее отверстие 2032 во второй области 2024 изображено в центре канала 2018 потока. Как и ранее, ориентированная сперма 2014 может образовывать четвертый волновой импульс 2008А. Даже неориентированная сперма 2016, обращенная кромкой к маске, может образовывать четвертый волновой импульс 2008В.
Детектор сообщается с анализатором, который может расшифровать наличие или отсутствие второго, третьего и четвертого волновых импульсов для того, чтобы определить наличие ориентации сперматозоида в момент его прохождения сквозь область проверки. В цифровой системе после определения ориентации можно оценить площадь импульса и/или пик импульса первого волнового импульса и определить характеристики пола.
На фиг. 29D изображена альтернативная конфигурация второй области 2024' маски в форме щелей, поступательно продвигающихся в поперечной схеме расположения вдоль канала потока. Следует понимать, что любое количество других подобных конфигураций может быть внедрено во вторую область 2024' маски. В неспаренной конфигурации количество волновых импульсов может предоставить указание на ориентацию спермы и на возможную степень ее неориентированности. Следует понимать, что может использоваться любое количество схем расположения при условии, что существуют некоторые различия в поперечном положении апертур или щелей.
Как можно понять из вышеизложенного, описанные элементы для фокусировки центральной струи или выравнивания спермы в канале потока, могут сочетаться с другими элементами для ориентирования спермы, а также с различными элементами для обнаружения ориентации спермы, и даже с другими элементами для фокусировки центральной струи. Подобным образом, один или несколько из описанных ориентирующих элементов могут использоваться в одном канале потока с целью ориентирования спермы. Специалистам в данной области будет очевидно, что изобретение, описанное выше, включает в себя много новаторских аспектов, которые могут быть предоставлены в любом сочетании, и в его состав входит по меньшей мере следующее:
А1. Система сортировки спермы, включающая: источник образца; субстрат; по меньшей мере один канал потока, образованный в субстрате, при этом канал потока содержит впускной канал в жидкостной связи с источником образца, при этом канал потока дополнительно содержит область проверки, первый выпускной канал и второй выпускной канал; по меньшей мере один отклоняющий механизм, сообщающийся с каждым из по меньшей мере одного канала потока для выборочного отклонения спермы по меньшей мере в одном канале потока от первого выпускного канала; источник электромагнитного излучения для освещения спермы в области проверки; детектор, выровненный таким образом, чтобы измерять характеристики спермы в области проверки по меньшей мере одного канала потока; анализатор, сообщающийся с детектором для определения характеристик спермы; контроллер, сообщающийся с анализатором для избирательного приведения в действие отклоняющего механизма на основании измеренных характеристик спермы; и резервуар для сбора, сообщающийся со вторым выпускным каналом.
А2. Система по п. А1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один канал потока содержит несколько каналов потока, выполненных на микрожидкостном чипе.
A3. Система по п. А2, отличающаяся тем, что несколько каналов потока содержат от 4 до 512 каналов потока.
А4. Система по п. А2 или п. A3, отличающаяся тем, что сперма, охарактеризованная как пригодная сперма, содержащая Х-хромосому, или сперма, охарактеризованная как пригодная сперма, содержащая Y-хромосому, отклоняется ко второму выпускному каналу каждого канала потока.
А5. Система по любому из пп. A1-А4, отличающаяся тем, что резервуар для сбора содержит общий резервуар для сбора текучей среды, находящийся в жидкостной связи со вторым выпускным каналом одного или нескольких каналов потока.
А6. Система по любому из пп. A1-А5, отличающаяся тем, что каждый канал потока дополнительно содержит третий выпускной канал.
А7. Система по п. А6, отличающаяся тем, что сперматозоиды, охарактеризованные как пригодная сперма, содержащая Х-хромосому, отклоняются к одному из второго выпускного канала или третьего выпускного канала и сперма, охарактеризованная как пригодная сперма, содержащая Y-хромосому, отклоняется к другому из второго выпускного канала и третьего выпускного канала.
А8. Система по любому из пп. A1-А6, отличающаяся тем, что каждый второй выпускной канал каналов потока соединен с общим первым резервуаром для сбора.
А9. Система по п. А6, отличающаяся тем, что каждый третий выпускной канал каналов потока соединен с общим вторым резервуаром для сбора.
А10. Система по любому из пп. A1-А9, отличающаяся тем, что дополнительно включает резервуар для пассивного сбора, сообщающийся с первым выпускным каналом.
A11. Система по любому из пп. A1-А9, отличающаяся тем, что дополнительно включает источник защитной текучей среды и при этом канал потока дополнительно содержит впускной канал для защитной текучей среды, находящийся в жидкостной связи с источником защитной текучей среды.
А12. Система по п. А11, отличающаяся тем, что дополнительно включает систему рециркуляции защитной текучей среды, включающую: механизм транспортировки, находящийся в жидкостной связи с резервуаром для пассивного сбора; маршрут текучей среды, соединяющий резервуар для пассивного сбора с источником защитной текучей среды; и устройство для концентрации частиц или систему удаления текучей среды на маршруте текучей среды, соединяющем резервуар для пассивного сбора с источником защитной текучей среды.
А13. Система по любому из пп. A1-А12, отличающаяся тем, что по меньшей мере один канал потока содержит несколько каналов потока, образованных на микрожидкостном чипе и при этом по меньшей мере часть отклоняющего механизма заключена внутри микрожидкостного чипа.
А14. Система по любому из пп. A1-А13, отличающаяся тем, что по меньшей мере один канал потока содержит несколько каналов потока, образованных на микрожидкостном чипе, и при этом по меньшей мере часть отклоняющего механизма расположена снаружи микрожидкостного чипа.
А15. Система по любому из пп. A1-А14, отличающаяся тем, что отклоняющий механизм содержит боковой проток, находящийся в жидкостной связи с каналом потока и в жидкостной связи с объемом текучей среды посредством гибкой границы раздела.
А16. Система по п. А15, отличающаяся тем, что текучая среда содержит одну среду, выбранную из группы, состоящей из геля, жидкости и газа.
А17. Система по п. А15 или А16, отличающаяся тем, что дополнительно включает исполнительный механизм, соприкасающийся с частью гибкой границы раздела, при этом исполнительный механизм сообщается с контроллером.
А18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что исполнительный механизм способен перемещаться между положением покоя и двумя или более положениями приведения в действие, одновременно поддерживая контакт с гибкой границей раздела.
А19. Система по п. А18, отличающаяся тем, что дополнительно включает третий выпускной канал и при этом частицы пассивно текут ко второму выпускному каналу и при этом перемещение исполнительного механизма между положением покоя и первым положением приведения в действие отклоняет частицы к первому выпускному каналу и при этом перемещение исполнительного механизма между положением покоя и вторым положением приведения в действие отклоняет частицы к третьему выпускному каналу.
А20. Система по п. А18 или п. А19, отличающаяся тем, что исполнительный механизм прикреплен к гибкой границе раздела.
А21. Система по любому из пп. А18-А20, отличающаяся тем, что исполнительный механизм предварительно загружен на гибкую границу раздела.
А22. Система по любому из пп. A1-А21, отличающаяся тем, что дополнительно включает биморфный пьезоэлектрический элемент.
А23. Система по любому из пп. А15-А22, отличающаяся тем, что биморфный пьезоэлектрический элемент содержит гибкую границу раздела.
А24. Система по любому из пп. А15-А22, отличающаяся тем, что биморфный пьезоэлектрический элемент соприкасается с гибкой границей раздела.
А25. Система по любому из пп. А15-А24, отличающаяся тем, что биморфный пьезоэлектрический элемент выполнен с возможностью изгибания в двух направлениях для того, чтобы отклонять сперму в канале потока в двух направлениях.
А26. Система по любому из пп. A1-А25, отличающаяся тем, что отклоняющий механизм содержит первичный измерительный преобразователь, присоединенный к каналу потока.
А27. Система по п. А26, отличающаяся тем, что первичный измерительный преобразователь содержит ультразвуковой первичный измерительный преобразователь для отклонения частиц в канале потока.
А28. Система по п. А27, отличающаяся тем, что ультразвуковой первичный измерительный преобразователь содержит матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей и при этом дополнительно содержит приводной элемент, рассчитывающий по времени приведение в действие каждого первичного измерительного преобразователя в матрице для достижения желаемого перенаправления.
А29. Система по п. А28, отличающаяся тем, что включает вторую матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей, при этом каждая матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей расположена на противоположных сторонах канала потока.
А30. Система по п. А28 или п. А29, отличающаяся тем, что матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей выполнена с возможностью образования нескольких стоячих волн.
А31. Система по любому из пп. А28-А30, отличающаяся тем, что матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей выполнена с возможностью поддержания траектории сперматозоида в канале потока к первому выпускному каналу, перенаправления траектории сперматозоида в канале потока ко второму выпускному каналу или перенаправления траектории сперматозоида в канале потока к третьему выпускному каналу.
А32. Система по любому из пп. А26-А31, отличающаяся тем, что первичный измерительный преобразователь по меньшей мере частично заключен в субстрате рядом с каналом потока.
А33. Система по любому из пп. А26-А32, отличающаяся тем, что первичный измерительный преобразователь соприкасается с наружной поверхностью субстрата.
А34. Система по любому из пп. А1-А33, отличающаяся тем, что дополнительно включает один или несколько источников электромагнитного излучения для перенаправления спермы в канале потока.
А35. Система по любому из пп. A1-А34, отличающаяся тем, что дополнительно включает оптику для формирования луча для манипулирования электромагнитным излучением, образованным источником электромагнитного излучения, для того, чтобы проверять сперму в каждой области проверки по меньшей мере одного канала потока.
А36. Система по п. А35, отличающаяся тем, что по меньшей мере один канал потока содержит множество каналов потока, при этом оптика для формирования луча содержит устройство для расщепления луча для направления по существу эквивалентных лучей в область проверки каждого канала из множества каналов потока.
А37. Система по п. А36, отличающаяся тем, что устройство для расщепления луча содержит отражающую поверхность или преломляющий материал для отражения частей профиля луча в качестве сегментов луча или для разделения интенсивности луча среди лучей, обладающих одинаковым профилем.
A38. Система по любому из пп. A35-A37, отличающаяся тем, что оптика для формирования луча дополнительно содержит оптику для формирования луча для создания цилиндрического профиля луча.
A39. Система по любому из пп. А1-A38, отличающаяся тем, что каждый канал потока имеет соответствующую отражающую поверхность или соответствующий преломляющий элемент, перенаправляющий боковую флуоресценцию, образованную спермой в канале потока.
А40. Система по п. А39, отличающаяся тем, что соответствующая отражающая поверхность или соответствующий преломляющий элемент перенаправляет боковую флуоресценцию в направлении, по существу параллельном первой флуоресценции.
А41. Система по п. А39 или п. А40, отличающаяся тем, что первая флуоресценция содержит переднюю флуоресценцию.
А42. Система по п. A39 или п. А40, отличающаяся тем, что первая флуоресценция содержит обратную флуоресценцию.
А43. Система по любому из пп. А39-А42, отличающаяся тем, что отражающая поверхность образована поверхностью на субстрате.
А44. Система по любому из пп. A39-А42, отличающаяся тем, что отражающая поверхность образована поверхностью канала потока.
А45. Система по любому из пп. А39-А44, отличающаяся тем, что каждый канал потока отделен светонепроницаемым элементом.
А46. Система по любому из пп. А39-А42 или п. А45, отличающаяся тем, что отражающая поверхность дополнительно содержит отражающий элемент, заключенный в субстрате.
А47. Система по любому из пп. А39-А43 или п. А45, отличающаяся тем, что отражающая поверхность содержит наружную поверхность субстрата, образованную вырезанной частью, расположенной рядом с областью проверки, при этом разница коэффициента преломления в вырезанной части предоставляет отражающее свойство.
А48. Система по п. А47, отличающаяся тем, что вырезанная часть предоставляет отражающую поверхность, расположенную под углом приблизительно 45 градусов относительно поверхности субстрата и/или желаемой плоскости или ориентации спермы.
А49. Система по п. А47 или п. 48, отличающаяся тем, что дополнительно включает вторую отражающую поверхность, содержащую вторую наружную поверхность субстрата, образованную второй вырезанной частью, расположенной рядом с областью проверки, для создания второй боковой флуоресценции.
А50. Система по любому из пп. A1-А49, отличающаяся тем, что детектор содержит детектор передней флуоресценции.
А51. Система по п. 50, отличающаяся тем, что дополнительно включает детектор первой боковой флуоресценции.
А52. Система по п. 51, отличающаяся тем, что дополнительно включает детектор второй боковой флуоресценции.
А53. Система по п. А52, отличающаяся тем, что детекторы первой и второй боковой флуоресценции расположены под углом приблизительно 90 градусов относительно друг друга.
А54. Система по любому из пп. А51-А53, отличающаяся тем, что дополнительно включает матрицу первых детекторов боковой флуоресценции для измерения величины первой боковой флуоресценции в каждом из множества каналов потока и матрицу детекторов второй боковой флуоресценции.
А55. Система по любому из пп. A1-А54, отличающаяся тем, что дополнительно включает собирающую оптику для сбора флуоресценции из одного или нескольких каналов потока.
А56. Система по п. А55, отличающаяся тем, что собирающая оптика содержит одну собирающую линзу для сбора флуоресценции из нескольких каналов.
А57. Система по п. А55, отличающаяся тем, что дополнительно включает матрицу линз для сбора флуоресценции из каждого канала потока.
А58. Система по п. А55, отличающаяся тем, что дополнительно включает матрицу оптических волокон для сбора флуоресценции из каждого канала потока.
А59. Система по п. 55, отличающаяся тем, что дополнительно включает эпиосветительную переднюю собирающую оптику.
А60. Система по п. А59, отличающаяся тем, что дополнительно включает дихроическое зеркало, расположенное для отражения электромагнитного излучения из источника электромагнитного излучения на область проверки и сквозь которое флуоресценция, испущенная в обратном направлении, движется к детектору.
А61. Система по любому из пп. A1-А60, отличающаяся тем, что канал потока содержит элементы для фокусировки текучей среды.
А62. Система по п. А61, отличающаяся тем, что элементы для фокусировки текучей среды канала потока дополнительно содержат геометрию формирования центральной струи.
А63. Система по п. А62, отличающаяся тем, что геометрия формирования центральной струи дополнительно содержит: область боковой фокусировки текучей среды; первый компонент вертикальной фокусировки текучей среды; и второй компонент вертикальной фокусировки текучей среды.
А64. Система по п. А63, отличающаяся тем, что первый компонент вертикальной фокусировки текучей среды содержит первый канал вертикальной фокусировки текучей среды и второй компонент вертикальной фокусировки текучей среды содержит второй канал вертикальной фокусировки текучей среды.
А65. Система по п. А64, отличающаяся тем, что первый канал вертикальной фокусировки текучей среды и второй канал вертикальной фокусировки текучей среды сообщаются с каналом потока в противоположных вертикальных положениях.
А66. Система по п. А64 или п. А65, отличающаяся тем, что первый канал вертикальной фокусировки текучей среды предоставляет первое вертикальное воздействие и при этом второй канал вертикальной фокусировки текучей среды предоставляет второе вертикальное воздействие в направлении, противоположном первому вертикальному воздействию.
А67. Система по любому из пп. А61-А66, отличающаяся тем, что элементы для фокусировки текучей среды канала потока дополнительно содержат первичные измерительные преобразователи для создания волн давления в каждом канале потока.
А68. Система по п. А67, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна группа первичных измерительных преобразователей расположена симметрично друг другу, при этом их поверхность перпендикулярна желаемой ориентации спермы.
А69. Система по п. А68, отличающаяся тем, что дополнительно включает последовательность первичных измерительных преобразователей для каждого канала потока.
А70. Система по п. А69, отличающаяся тем, что последовательность первичных измерительных преобразователей выполнена с возможностью создания стоячей волны давления вдоль канала потока.
А71. Система по любому из пп. A1-А70, отличающаяся тем, что по меньшей мере один канал потока содержит ориентирующие элементы.
А72. Система по п. А71, отличающаяся тем, что ориентирующие элементы содержат внутреннюю геометрию канала, размеры которой позволяют ориентировать сперматозоиды.
А73. Система по п. А72, отличающаяся тем, что геометрия канала дополнительно содержит плоскую геометрию канала.
А74. Система по п. А72 или п. А73, отличающаяся тем, что геометрия канала дополнительно содержит геометрию сопла.
А75. Система по любому из пп. А72-А74, отличающаяся тем, что геометрия канала дополнительно содержит один или несколько из следующих элементов канала: V-образный элемент, пологую наклонную плоскость, крутую наклонную плоскость, зону декомпрессии-компрессии, уступ или волнообразную неровность.
А76. Система по любому из пп. А71-А75, отличающаяся тем, что ориентирующие элементы дополнительно содержат магнит для создания магнитного поля в области ориентирования каждого канала потока.
А77. Система по любому из пп. A1-А76, отличающаяся тем, что канал потока дополнительно содержит впускной канал для защитной текучей среды, находящийся в жидкостной связи с источником защитной текучей среды, и впускной канал для образца, находящийся в жидкостной связи с источником образца, при этом впускной канал для образца расположен внутри защитного потока, образованного впускным каналом для защитной текучей среды, для способствования соосному потоку защитной текучей среды и образца.
А78. Система по п. А77, отличающаяся тем, что впускной канал для образца содержит впускной канал, являющийся скошенным, уплощенным или обладающим прямоугольным поперечным сечением.
А79. Система по п. А77 или п. А78, отличающаяся тем, что канал потока содержит первую ширину и первую высоту у впускного канала для образца.
А80. Система по п. А79, отличающаяся тем, что канал потока имеет вторую ширину и вторую высоту у первой точки перехода.
А81. Система по п. А80, отличающаяся тем, что ширина канала потока уменьшается между впускным каналом для образца и первой точкой перехода.
А82. Система по п. А80 или п. А81, отличающаяся тем, что канал потока имеет третью ширину и третью высоту у второй точки перехода.
А83. Система по п. А81, отличающаяся тем, что ширина остается постоянной между первой точкой перехода и второй точкой перехода и высота уменьшается между первой точкой перехода и второй точкой перехода.
А84. Система по п. А82 или п. А83, отличающаяся тем, что третья высота и третья ширина сохраняются на протяжении области проверки.
А85. Система по любому из пп. A1-А84, отличающаяся тем, что канал потока переходит от квадратного поперечного сечения к прямоугольному поперечному сечению.
А86. Система по любому из пп. A1-А82, отличающаяся тем, что канал потока переходит от круглого поперечного сечения к эллиптическому поперечному сечению.
А87. Система по любому из пп. A1-А86, отличающаяся тем, что дополнительно включает по меньшей мере одну маску.
А88. Система по п. А87, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна маска содержит маску освещения, расположенную на пути электромагнитного излучения, направленного к области проверки.
А89. Система по п. А88, отличающаяся тем, что маска освещения содержит первую область и вторую область вдоль канала потока.
А90. Система по п. А89, отличающаяся тем, что первая область предоставляет отверстие, выполненное с возможностью создания достаточного волнового импульса для дифференциации пригодной спермы, содержащей Х-хромосому, от пригодной спермы, содержащей Y-хромосому, в ориентированном положении.
А91. Система по п. А89 или п. А90, отличающаяся тем, что вторая область содержит последовательность отверстий, выполненных с возможностью создания последовательности волновых импульсов, дифференцирующих ориентированные сперматозоиды от неориентированных сперматозоидов.
А92. Система по любому из пп. А89-А91, отличающаяся тем, что вторая область содержит последовательность отверстий с разными поперечными профилями вдоль канала потока.
А93. Система по любому из пп. А89-А92, отличающаяся тем, что вторая область содержит первую пару расположенных с интервалом отверстий, за которой следует вторая пара расположенных с интервалом отверстий, при этом интервал отличается между первой парой отверстий и второй парой отверстий.
А94. Система по любому из пп. А89-А92, отличающаяся тем, что вторая область содержит следующую последовательность отверстий вдоль канала потока, при этом каждое отверстие имеет особенное поперечное положение положение вдоль канала потока.
А95. Система по п. А88, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна маска содержит по меньшей мере одну маску обнаружения в световом пути собранного электромагнитного излучения.
А96. Система по п. А95, отличающаяся тем, что первая маска обнаружения размещена на пути испущенной передней флуоресценции и вторая маска обнаружения размещена на пути испущенной боковой флуоресценции.
А97. Система по п. А96, отличающаяся тем, что первая маска обнаружения и вторая маска обнаружения имеют разные профили щелей, при этом каждая маска сообщается с одним и тем же детектором.
А98. Система по п. А97, отличающаяся тем, что анализатор сообщается с детектором и выполнен с возможностью восстановления из свертки первых волновых импульсов, представляющих переднюю флуоресценцию, и вторых волновых импульсов, представляющих боковую флуоресценцию, на основании профиля щелей в каждой из первой маски обнаружения и второй маски обнаружения.
А99. Система по п. А87, отличающаяся тем, что маска расположена в свободном пространстве.
А100. Система по п. А87, отличающаяся тем, что маска находится на субстрате.
А101. Система по любому из пп. A1-А100, отличающаяся тем, что детектор содержит первый детектор, и система дополнительно включает второй детектор.
А102. Система по п. А101, отличающаяся тем, что первый детектор содержит детектор поглощения и второй детектор содержит детектор флуоресценции.
А103. Система по п. А102, отличающаяся тем, что дополнительно включает нейтральный светофильтр в световом пути детектора поглощения.
В1. Микрожидкостный чип для сортировки спермы, содержащий:
субстрат;
множество каналов потока, образованных в субстрате, при этом каждый канал потока содержит;
впускной канал;
область фокусировки текучей среды, содержащую соответствующий элемент для фокусировки текучей среды для того, чтобы выравнивать сперматозоиды внутри канала потока;
область ориентирования спермы, содержащую соответствующий элемент для ориентирования спермы для того, чтобы ориентировать сперматозоиды внутри канала потока;
область проверки, расположенную по меньшей мере частично ниже по потоку относительно области фокусировки текучей среды и области ориентирования спермы;
по меньшей мере первый выпускной канал и второй выпускной канал; и
отклоняющий механизм, сообщающийся с каждым каналом потока.
В2. Микрожидкостный чип по п. В1, отличающийся тем, что элементы для фокусировки текучей среды фокусирующей области канала потока дополнительно содержат геометрию формирования центральной струи.
В3. Микрожидкостный чип по п. В1 или В2, отличающийся тем, что геометрия формирования центральной струи дополнительно содержит область боковой фокусировки текучей среды; первый компонент вертикальной фокусировки текучей среды; и второй компонент вертикальной фокусировки текучей среды.
В4. Микрожидкостный чип по п. В3, отличающийся тем, что первый компонент вертикальной фокусировки текучей среды содержит канал вертикальной фокусировки текучей среды и второй компонент вертикальной фокусировки текучей среды содержит второй канал вертикальной фокусировки текучей среды.
В5. Микрожидкостный чип по п. В4, отличающийся тем, что первый канал вертикальной фокусировки текучей среды и второй канал вертикальной фокусировки текучей среды сообщаются с областью фокусировки текучей среды в противоположных вертикальных положениях.
В6. Микрожидкостный чип по п. В4 или п. В5, отличающийся тем, что первый канал вертикальной фокусировки текучей среды предоставляет первое вертикальное воздействие и при этом второй канал вертикальной фокусировки текучей среды предоставляет второе вертикальное воздействие в направлении, противоположном первому вертикальному воздействию.
В7. Микрожидкостный чип по одному из пп. B1-В6, отличающийся тем, что элемент для фокусировки текучей среды области фокусировки текучей среды дополнительно содержит ультразвуковые первичные измерительные преобразователи для создания волн давления в области фокусировки каждого канала потока.
В8. Микрожидкостный чип по одному из пп. B1-В7, отличающийся тем, что элемент для фокусировки текучей среды области фокусировки текучей среды дополнительно содержит матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей для создания стоячей волны давления вдоль канала потока.
В9. Микрожидкостный чип по одному из пп. B1-В8, отличающийся тем, что элемент для ориентирования спермы области ориентирования канала потока дополнительно содержит геометрию канала.
В10. Микрожидкостный чип по п. В9, отличающийся тем, что геометрия канала дополнительно содержит плоскую геометрию канала.
В11. Микрожидкостный чип по п. В9 или п. В10, отличающийся тем, что геометрия канала дополнительно содержит геометрию сопла.
В12. Микрожидкостный чип по одному из пп. В9-В11, отличающийся тем, что геометрия канала дополнительно содержит один или несколько из следующих элементов канала: V-образный элемент, пологую наклонную плоскость, зону декомпрессии-компрессии, крутую наклонную плоскость или уступ.
В13. Микрожидкостный чип по одному из пп. В1-В12, отличающийся тем, что элементы для ориентирования спермы области ориентирования спермы дополнительно содержат магнит для создания магнитного поля в области ориентирования каждого канала потока.
В14. Микрожидкостный чип по одному из пп. В1-В13, отличающийся тем, что элементы для ориентирования спермы области ориентирования спермы дополнительно содержат матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей для создания стоячей волны давления вдоль канала потока.
В15. Микрожидкостный чип по одному из пп. В1-В14, отличающийся тем, что отклоняющий механизм содержит барботажный клапан.
В16. Микрожидкостный чип по одному из пп. В1-В14, отличающийся тем, что отклоняющий механизм содержит матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей.
В17. Микрожидкостный чип по одному из пп. В1-В16, отличающийся тем, что каждый канал потока имеет соответствующую отражающую поверхность или преломляющий элемент, перенаправляющий боковую флуоресценцию, образованную спермой в канале потока.
В18. Микрожидкостный чип по п. В17, отличающийся тем, что соответствующая отражающая поверхность перенаправляет боковую флуоресценцию в направлении, по существу параллельном первой флуоресценции.
В19. Микрожидкостный чип по п. В18, отличающийся тем, что первая флуоресценция содержит переднюю флуоресценцию.
В20. Микрожидкостный чип по п. В18, отличающийся тем, что первая флуоресценция содержит обратную флуоресценцию.
В21. Микрожидкостный чип по одному из пп. В17-В19, отличающийся тем, что отражающая поверхность образована в качестве поверхности на субстрате.
В22. Микрожидкостный чип по одному из пп. В17-В19, отличающийся тем, что отражающая поверхность образована в качестве поверхности канала потока.
В23. Микрожидкостный чип по одному из пп. B1-В22, отличающийся тем, что канал потока дополнительно содержит впускной канал для защитной текучей среды, находящийся в жидкостной связи с источником защитной текучей среды, и при этом впускной канал для образца расположен внутри защитного потока, образованного впускным каналом для защитной текучей среды, для способствования соосному потоку защитной текучей среды и образца.
В24. Микрожидкостный чип по п. В23, отличающийся тем, что впускной канал для образца содержит скошенный впускной канал.
В25. Микрожидкостный чип по п. В23 или В24, отличающийся тем, что канал потока имеет первую ширину и первую высоту у впускного канала для образца.
В26. Микрожидкостный чип по п. В25, отличающийся тем, что канал потока имеет вторую ширину и вторую высоту у первой точки перехода.
В27. Микрожидкостный чип по п. В26, отличающийся тем, что ширина канала потока уменьшается между впускным каналом для образца и первой точкой перехода.
В28. Микрожидкостный чип по п. В27, отличающийся тем, что канал потока имеет третью ширину и третью высоту у второй точки перехода.
В29. Микрожидкостный чип по п. В28, отличающийся тем, что ширина остается постоянной между первой точкой перехода и второй точкой перехода и высота уменьшается между первой точкой перехода и второй точкой перехода.
В30. Микрожидкостный чип по п. В28 или В29, отличающийся тем, что третья высота и третья ширина сохраняются на протяжении области проверки.
В31. Микрожидкостный чип по любому из пп. В1-В30, отличающийся тем, что канал потока текучей среды переходит от квадратного поперечного сечения к прямоугольному поперечному сечению.
В32. Микрожидкостный чип по любому из пп. В1-В30, отличающийся тем, что канал потока переходит от круглого поперечного сечения к эллиптическому поперечному сечению.
С. Способ сортировки спермы, включающий этапы: течения спермы по множеству каналов потока в микрожидкостном чипе; ориентирования спермы внутри множества каналов потока; течения ориентированной спермы сквозь область проверки в каналах потока; исследования спермы по меньшей мере в одной области проверки для определения характеристик спермы; дифференцирования ориентированной спермы от неориентированной спермы в каналах потока; выбора субпопуляции ориентированной спермы на основании обнаруженных характеристик спермы; и сбора выбранной субпопуляции спермы в резервуар для сбора.
С2. Способ по п. С1, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы: предоставления источника электромагнитного излучения; манипулирования электромагнитным излучением, образованным источником электромагнитного излучения, для проверки нескольких областей проверки.
С3. Способ по п. С2, отличающийся тем, что этап манипулирования электромагнитным излучением дополнительно включает этапы расщепления электромагнитного излучения, образованного источником электромагнитного излучения.
С4. Способ по п. С2 или п. С3, отличающийся тем, что этап манипулирования электромагнитным излучением дополнительно включает этап манипулирования формой профиля луча электромагнитного излучения.
С5. Способ по любому из пп. C1-С4, отличающийся тем, что этап выбора субпопуляции спермы на основании обнаруженных характеристик спермы дополнительно включает этап отклонения потока выбранной спермы внутри канала потока на основании обнаруженных характеристик спермы.
С6. Способ по любому из пп. C1-С5, отличающийся тем, что дополнительно включает этап дифференцирования ориентированной спермы от неориентированной спермы и исключения неориентированной спермы из выбора.
С7. Способ по любому из пп. C1-С6, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы: создания первого сигнала детектором передней флуоресценции в ответ на испущенное электромагнитное излучение спермы в области проверки, при этом первый сигнал содержит волновые импульсы, имеющие обнаруживаемые импульсные характеристики.
С8. Способ по п. С7, отличающийся тем, что дополнительно включает этап создания второго сигнала детектором боковой флуоресценции.
С9. Способ по п. С8, отличающийся тем, что этап создания второго сигнала детектором боковой флуоресценции дополнительно включает связывание отражающего элемента с каждым каналом потока для отражения боковой флуоресценции наружу и обнаружения боковой флуоресценции параллельно с передней флуоресценцией.
С10. Способ по п. С9, отличающийся тем, что дополнительно включает этап обнаружения передней флуоресценции посредством первой маски и боковой флуоресценции посредством второй маски.
С11. Способ по п. С10 отличающийся тем, что дополнительно включает этап восстановления из свертки первого волнового импульса и второго волнового импульса из сигнала, созданного детектором.
С12. Способ по п. С11, отличающийся тем, что восстановленный из свертки волновой импульс предоставляет ориентацию спермы.
С13. Способ по любому из пп. C1-С7, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы создания множества волновых импульсов одним детектором в ответ на один сперматозоид, при этом множество волновых импульсов предоставляют информацию об ориентации сперматозоида.
С14. Способ по п. С13, отличающийся тем, что дополнительно включает этап измерения экстинкции лазера для определения ориентации спермы.
С15. Способ по п. С14, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы: создания второго сигнала первым детектором боковой флуоресценции, при этом второй сигнал содержит волновые импульсы, имеющие обнаруживаемые импульсные характеристики; и создания третьего сигнала вторым детектором боковой флуоресценции, при этом второй сигнал содержит волновые импульсы, имеющие обнаруживаемые импульсные характеристики.
С16. Способ по п. С15, отличающийся тем, что импульсные характеристики второго и третьего сигналов дифференцируют ориентацию сперматозоидов.
С17. Способ по п. С15 или п. С16, отличающийся тем, что импульсные характеристики выбраны из группы, состоящей из высоты пика, ширины импульса, задержки пика импульса, крутизны импульса, площади импульса и их комбинаций.
С18. Способ по любому из пп. С15-С17, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы сравнения импульсных характеристик второго сигнала с импульсными характеристиками третьего сигнала для определения ориентации спермы.
Как можно легко понять из вышеизложенного, основные идеи настоящего изобретения могут быть осуществлены различными способами. Изобретение включает в себя многочисленные и разнообразные варианты осуществления сортировки спермы по полу, включая, без ограничения, предпочтительный вариант осуществления изобретения.
Таким образом, конкретные варианты осуществления или элементы изобретения, раскрытые в описании или изображенные на чертежах или в таблицах, сопровождающих эту заявку, не предназначены для ограничения, но вместо этого должны расцениваться как наглядные примеры многочисленных и разнообразных вариантов осуществления, в общем входящих в объем изобретения, или эквивалентов, входящих в объем применительно к любому конкретному элементу изобретения. Кроме этого, определенное описание одного варианта осуществления или элемент изобретения не могут в явной форме описывать все возможные варианты осуществления или элементы; многие альтернативы в неявном виде раскрыты в описании и на фигурах.
Следует понимать, что каждый элемент установки или каждый этап способа могут быть описаны термином "установка" или термином "способ". Такие термины могут быть заменены при желании для конкретизации широкого охвата, выраженного неявным образом, право на который предоставлено данному изобретению. В качестве предпоследнего примера, следует понимать, что все этапы способа могут быть описаны как действие, средства для выполнения этого действия или как элемент, выполняющий это действие. Подобным образом, каждый элемент аппарата может быть описан как физический элемент или действие, которому способствует этот физический элемент. В качестве предпоследнего примера, следует понимать, что описание "сортировщика" включает в себя описание действия "сортировки" - оговоренного явным образом или неявным - и, напротив, при наличии фактического описания действия "сортировки", такое описание следует понимать как включающее в себя описание "сортировщика" и даже "средств сортировки". Следует понимать, что такие альтернативные термины для каждого элемента или этапа явным образом включены в описание.
Кроме этого, применительно к использованию каждого термина следует понимать, что, если только его применение в данной заявке не противоречит такому толкованию, общепринятые словарные определения должны считаться включенными в описание для каждого термина, в значении, указанном во втором издании словаря "Random House Webster's Unabridged Dictionary", при этом каждое определение настоящим включено в данную заявку посредством ссылки.
Более того, для целей настоящего изобретения, артикль "а" или "an" перед объектом относится к единственному или множественному числу этого объекта. Таким образом, артикли "а" или "an", фразы "один или несколько" и "по меньшей мере один" могут использоваться взаимозаменяемо в данном документе.
Подразумевается, что все числовые величины модифицированы термином "приблизительно", независимо от того, указано ли это в явной форме или нет. Для целей настоящего изобретения диапазоны могут быть выражены как составляющие от "приблизительно" одной конкретной величины до "приблизительно" другой конкретной величины. Когда такой диапазон выражен, другой вариант осуществления включает от одной конкретной величины до другой конкретной величины. Перечисление числовых диапазонов посредством конечных величин включает все числовые величины, находящиеся в пределах этого диапазона. Числовой диапазон от одного до пяти включает в себя, например, числовые величины 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 и так далее. Также следует понимать, что конечные величины каждого диапазона являются значимыми как в отношении другой конечной величины, так и независимо от другой конечной величины. Когда величина выражена в виде приближенного значения путем использования антецедента "приблизительно", следует понимать, что конкретная величина образует другой вариант осуществления.
Раздел "Уровень техники" данной патентной заявки предоставляет изложение области техники, к которой относится изобретение. Этот раздел также может включать в себя или содержать перефразирование определенных патентов США, патентных заявок, публикаций или предмета заявленного изобретения, полезных применительно к информации, задачам или проблемам, относящимся к состоянию технологии, к которой относится изобретение. Не предполагается, что любой патент США, патентная заявка публикация, утверждение или другая информация, процитированная или содержащаяся в данном документе, должны быть интерпретированы, истолкованы или восприняты как известный уровень техники по отношению к изобретению.
Формула изобретения, изложенная в данном техническом описании, настоящим включена посредством ссылки как часть этого описания изобретения, и заявитель в явно выраженной форме оставляет за собой право полностью или частично использовать это включенное содержание такой формулы изобретения в качестве дополнительного описания для поддержки любого пункта или всех пунктов формулы изобретения или любого из ее элементов или компонентов, и заявитель также в явно выраженной форме оставляет за собой право перемещать любую часть содержания или все включенное содержание такой формулы изобретения или любой его элемент или компонент из описания в формулу изобретения или наоборот, при необходимости для определения объекта, для которого испрашивается защита посредством данной заявки или посредством любой последующей заявки или продолжающей заявки, выделенной заявки или частично продолжающей заявки, или для получения любого преимущества, уменьшения выплат на ее основании, или для соответствия патентному законодательству, правилам или нормативным положениям любой страны или любого договора, и такое содержание, включенное посредством ссылки, должно сохраняться на протяжении всего рассмотрения этой заявки, включая любую последующую продолжающую заявку, выделенную заявку или частично продолжающую заявку или любую заявку на переиздание патента или расширение объема притязаний.