用于采用微流控技術(shù)的便攜式細(xì)胞檢測和分析的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是細(xì)胞檢測和分析方法和系統(tǒng)。本發(fā)明可以結(jié)合至少一個(gè)光源、流控芯片和檢測模塊。可以使細(xì)胞在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)，并且具體地流過可受到所述光源的作用的檢測窗口部分?？梢詫α鲃?dòng)的細(xì)胞進(jìn)行識(shí)別和/或分析。所述檢測模塊可以具體地隨著細(xì)胞流經(jīng)所述芯片的檢測窗口部分對感興趣的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述檢測模塊還可以用于隨著細(xì)胞流經(jīng)所述窗口而生成或者以其他方式俘獲所述細(xì)胞的圖像，并且將這些圖像集體用于分析所述細(xì)胞的目的。本發(fā)明可以是便攜式的，并且可用于偏遠(yuǎn)地點(diǎn)。
【專利說明】用于采用微流控技術(shù)的便攜式細(xì)胞檢測和分析的方法和系
統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體而言涉及微粒檢測和分析領(lǐng)域，更具體而言涉及采用流控芯片進(jìn)行微粒檢測和分析的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]枚舉出諸如人體體液的樣品中的諸如白細(xì)胞、細(xì)菌和病毒的微觀粒子對于人體健康狀態(tài)的確定具有基本的重要性。具有臨床重要性的例子包括計(jì)量HIV陽性對象體內(nèi)的 CD4T細(xì)胞以及計(jì)量接受化療的患者體內(nèi)的粒細(xì)胞/血小板。當(dāng)前,流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)是一種頻繁使用的用于進(jìn)行快速的血細(xì)胞分析的工具。流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)是一種使微粒懸浮在流體流內(nèi)并使其高速通過光學(xué)檢測區(qū)域的技術(shù)。由于鞘流和流體動(dòng)力學(xué)聚焦的應(yīng)用，使微粒按照單個(gè)縱列排列，因而可以使每一微粒單獨(dú)受到光束的詢問。所述的微粒檢測和分析是以目標(biāo)微粒群體的光學(xué)特性為基礎(chǔ)的，例如，熒光和/或散射信號(hào)。
[0003]盡管流式細(xì)胞儀是一種成熟的廣泛使用的儀器，但是由于這樣的系統(tǒng)的尺寸和成本的原因，流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)仍然無法廣泛地投入到全球的例行臨床使用中。現(xiàn)有技術(shù)的流式細(xì)胞儀需要復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施和受到高度培訓(xùn)的人員進(jìn)行操作。這些限制使得流式細(xì)胞計(jì)量術(shù)過于昂貴和復(fù)雜，因而在資源匱乏的環(huán)境下以及偏遠(yuǎn)地區(qū)無法得到支持。
[0004]許多現(xiàn)有技術(shù)微粒操縱、分類、計(jì)數(shù)、分析和/或選擇系統(tǒng)和單元涉及大的笨重的分析系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)可能難以運(yùn)輸，而且在某些情況下難以使用。此外，一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)可以包括專門用于某種類型的微粒的內(nèi)部機(jī)構(gòu)，因此不能分析其他類型的微粒。
[0005]相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的例子包括在美國專利申請公開N0.2006/0024756中公開的發(fā)明，該發(fā)明是一種使帶有標(biāo)簽的細(xì)胞借助磁手段通過腔室或小容器移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。將小容器的腔室放置在兩個(gè)楔形磁體之間，所述磁體將影響細(xì)胞的移動(dòng)。所公開的這一發(fā)明緊湊、 結(jié)實(shí)、價(jià)格可承受、易于在偏遠(yuǎn)地點(diǎn)使用。
[0006]在PCT申請N0.PCT/KR2004/001736中公開了另一現(xiàn)有技術(shù)的例子，該例子是一種用于計(jì)量微粒的裝置。該發(fā)明是一種包括含有微粒的芯片和用于移動(dòng)所述芯片的位置的移位器的裝置。在所述芯片處于特定位置上時(shí)拍攝所述芯片的某一區(qū)域，并且所述移位器按照預(yù)定的時(shí)間間隔使所述芯片移動(dòng)到具有預(yù)定距離的位置，從而使與恰好在所述移位之前拍攝過的區(qū)域相鄰區(qū)域處于拍攝位置。通過這種方式，對所述芯片移位和拍攝，直到對所述芯片的所有子區(qū)域都拍攝完畢為止。對所述照片進(jìn)行分析，并計(jì)量每一子區(qū)域內(nèi)的微粒數(shù)量。將每一子區(qū)域內(nèi)計(jì)量的微粒數(shù)量加起來，從而計(jì)算出樣品中的微粒的總數(shù)。
[0007]在PCT應(yīng)用N0.PCT/EP2006/068153中公開了另一現(xiàn)有技術(shù)的例子，該例子是用于檢測微粒的裝置和方法。該發(fā)明涉及位于反應(yīng)室內(nèi)的微粒的位移。在該發(fā)明中可以包含若干位移器，所述位移器可以具有各種類型。例如，所述位移器可以是允許第一表面和/或第二表面或者它們的至少一個(gè)或多個(gè)部分相對于彼此進(jìn)行垂直移動(dòng)的機(jī)構(gòu)。微粒的位移的作用在于促進(jìn)指示一個(gè)或多個(gè)種類的微粒的存在和/或數(shù)量的值的檢測/確定。[0008]在PCT申請N0.PCT/EP2009/053106中公開了另一種現(xiàn)有技術(shù)例子，該例子是一種用于針對多重化驗(yàn)中的每者進(jìn)行樣品化驗(yàn)的方法。該發(fā)明涉及一種微流控裝置，在其通道內(nèi)包含多個(gè)測試區(qū)帶。使所述測試區(qū)帶與諸如全血的流體樣品接觸。所述通道可以包括兩個(gè)壁，所述壁的至少其中之一是柔性的。對所述微流控裝置進(jìn)行壓縮，以降低室壁的內(nèi)表面之間的距離。通過對多個(gè)測試區(qū)帶的每者處的相互作用進(jìn)行光學(xué)檢測而確定每種被分析物的存在，其中，對于所述測試區(qū)帶而言降低了處于對應(yīng)位置上的內(nèi)表面之間的距離。每一測試區(qū)帶處的相互作用指示目標(biāo)分析物在樣品中的存在。
[0009]美國專利申請公開N0.2009/0215072也公開了相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)，該技術(shù)是一種便攜式分析物檢測裝置和方法。所述裝置包括處于試劑盒內(nèi)的儲(chǔ)樣器。所述儲(chǔ)樣器包括混合室， 通過樣品收集裝置收集的樣品可以在該室內(nèi)與試劑發(fā)生反應(yīng)。可以將驅(qū)動(dòng)器耦合至所述試劑盒，以驅(qū)動(dòng)流體通過所述試劑盒。在所述試劑盒內(nèi)結(jié)合了基于微濾篩的檢測區(qū)域。可以在所述微濾篩的表面上機(jī)械俘獲細(xì)胞群體。來自光學(xué)平臺(tái)的光可以射到所述檢測區(qū)域上， 所述光學(xué)平臺(tái)內(nèi)的探測器可以采集樣品的圖像?？梢圆捎密浖?、算法和/或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對所述圖像進(jìn)行處理和分析。該發(fā)明可以涉及對微粒群體進(jìn)行化學(xué)敏化，以檢測被分析物，由此可以通過與被分析物的結(jié)合檢測流體中具體被分析物的存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]就一個(gè)方面而言，本發(fā)明涉及一種細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)，其特征在于包括:結(jié)合了微流控通道的流控芯片，其可用于使一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞在所述微流控通道內(nèi)流動(dòng)；被設(shè)置為指向所述流控芯片或者所述流控芯片的一部分的光源；以及可用于俘獲在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的一幅或多幅圖像的檢測模塊。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)的特征還在于，所述流控芯片結(jié)合了檢測窗口，并且所述檢測模塊可用于俘獲在所述流控芯片內(nèi)通過所述檢測窗口流動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的一幅或多幅圖像。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)的特征還在于，所述光源是置于所述流控芯片之上或之下的照明源。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)的特征還在于，所述檢測模塊結(jié)合了 CMOS探測器或CCD探測器。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)的特征還在于，所述檢測模塊結(jié)合了可用于對所述檢測模塊俘獲的一幅或多幅圖像進(jìn)行分析以生成分析結(jié)果的圖像分析程序。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)的特征還在于，所述圖像分析程序可以生成診斷結(jié)果。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)的特征還在于，所述系統(tǒng)是便攜式的。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)的特征還在于，可以將所述流控芯片、光源和檢測模塊結(jié)合到單個(gè)外殼內(nèi)。
[0018]就一個(gè)方面而言，本發(fā)明涉及一種用于細(xì)胞檢測和分析的方法，其特征在于包括下述步驟:將具有一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞樣品引入到流控芯片；使所述細(xì)胞樣品通過所述流控芯片內(nèi)的微流控通道流動(dòng)；以及對所述光學(xué)成像模塊進(jìn)行操作，從而對在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)的細(xì)胞樣品進(jìn)行分析。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析方法的特征在于其還包括下述步驟:光學(xué)成像模塊對探測器進(jìn)行操作，以俘獲流經(jīng)所述流控芯片的檢測窗口部分的細(xì)胞樣品的一幅或多幅圖像；所述光學(xué)成像模塊對圖像分析程序進(jìn)行操作，從而對所述一幅或多幅圖像進(jìn)行分析；以及所述圖像分析程序生成與所述細(xì)胞樣品相關(guān)的細(xì)胞分析結(jié)果。
[0020]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析方法的特征在于其還包括所述圖像分析程序生成與所述細(xì)胞樣品相關(guān)的診斷結(jié)果的步驟。
[0021]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析方法的特征在于其還包括所述光學(xué)成像模塊應(yīng)用一項(xiàng)或多項(xiàng)計(jì)算以及一個(gè)或多個(gè)算法以對所述細(xì)胞樣品進(jìn)行分析的步驟。
[0022]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析方法的特征在于其還包括下述步驟:創(chuàng)建結(jié)合了所述流控芯片和光學(xué)成像模塊的便攜式裝置；以及用戶攜帶所述便攜式裝置到各種地點(diǎn)執(zhí)行細(xì)胞檢測和分析。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析方法的特征在于其還包括將所述便攜式裝置攜帶到下述地點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)以執(zhí)行細(xì)胞檢測和分析的步驟:一個(gè)或多個(gè)偏遠(yuǎn)地點(diǎn)；一個(gè)或多個(gè)發(fā)展中地點(diǎn)；一個(gè)或多個(gè)發(fā)達(dá)地點(diǎn)。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述細(xì)胞檢測和分析方法的特征在于其還包括將所述光學(xué)成像系統(tǒng)的細(xì)胞樣品分析存儲(chǔ)到存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中的步驟。
[0025]就一個(gè)方面而言，本發(fā)明涉及一種用于細(xì)胞檢測和分析的設(shè)備，其特征在于包括: 一個(gè)或多個(gè)外殼；結(jié)合了微流控通道的流控芯片，細(xì)胞樣品的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞在所述流控芯片內(nèi)通過所述微流控通道流動(dòng)；結(jié)合在所述一個(gè)或多個(gè)外殼之一內(nèi)的光學(xué)成像系統(tǒng)，在將所述光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)置為指向所述流控芯片或者所述流控芯片的一部分時(shí)，所述光學(xué)成像系統(tǒng)可用于俘獲在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的一幅或多幅圖像；以及可用于利用所述一幅或多幅圖像生成細(xì)胞樣品分析結(jié)果的細(xì)胞樣品分析機(jī)構(gòu)。
[0026]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述用于細(xì)胞檢測和分析的設(shè)備的特征在于其還包括具有下述部件的流控芯片:將細(xì)胞樣品引入到所述微流控通道的入口 ；`使細(xì)胞樣品從所述流控芯片移除的出口 ；以及置于所述流控芯片內(nèi)的柱。
[0027]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述用于細(xì)胞檢測和分析的設(shè)備的特征在于其還包括置于所述出口附近的廢料貯存器，所述廢料貯存器可用于在細(xì)胞樣品流經(jīng)所述微流控芯片之后收集所述細(xì)胞樣品。
[0028]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述用于細(xì)胞檢測和分析的設(shè)備的特征在于其還包括結(jié)合在作為便攜式、手持式外殼的一個(gè)外殼內(nèi)的流控芯片、光學(xué)成像系統(tǒng)和細(xì)胞樣品分析機(jī)構(gòu)。
[0029]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述用于細(xì)胞檢測和分析的設(shè)備的特征在于其還包括連接至所述設(shè)備的手持式裝置，由此可以通過所述手持式裝置將所述細(xì)胞樣品分析呈現(xiàn)給用戶。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述用于細(xì)胞檢測和分析的設(shè)備的特征在于其還包括可用于應(yīng)用多熒光檢測的光學(xué)成像系統(tǒng)和細(xì)胞樣品分析機(jī)構(gòu)。
[0031]就一個(gè)方面而言，本公開涉及一種細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)，其包括:光源；流控芯片；以及檢測模塊。
[0032]就另一方面而言，本公開涉及一種用于細(xì)胞檢測和分析的方法，其包括的步驟有: 將細(xì)胞樣品引入到流控芯片；使所述細(xì)胞樣品在所述流控芯片內(nèi)流經(jīng)檢測窗口部分；對檢測模塊進(jìn)行操作，從而對流經(jīng)所述窗口部分的細(xì)胞樣品進(jìn)行分析。
[0033]就此而言，在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用中不局限于下述說明中闡述的或者附圖中示出的構(gòu)造細(xì)節(jié)和部件布置。本發(fā)明能夠支持其他實(shí)施例，而且可以通過各種方式實(shí)踐和執(zhí)行。而且，應(yīng)當(dāng)理解，文中采用的措辭和術(shù)語只是用于說明的目的，不應(yīng)將其視為具有限制性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]在考慮下述對本發(fā)明的詳細(xì)說明時(shí)，本發(fā)明將得到更好的理解，而且本發(fā)明的目的也將變得顯而易見。這樣的說明將參考附圖，其中:
[0035]圖1示出了本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)成像系統(tǒng)的配置。
[0036]圖2示出了本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)成像系統(tǒng)的配置。
[0037]圖3a示出了在0秒的時(shí)刻上(T=Os)本發(fā)明的微粒檢測系統(tǒng)生成的圖像。
[0038]圖3b示出了在I秒的時(shí)刻上(T=Is)本發(fā)明的微粒檢測系統(tǒng)生成的圖像。
[0039]圖3c示出了在2秒的時(shí)刻上(T=2s)本發(fā)明的微粒檢測系統(tǒng)生成的圖像。
[0040]圖3d示出了在3秒的時(shí)刻上(T=3s)本發(fā)明的微粒檢測系統(tǒng)生成的圖像。
[0041]圖3e示出了在4秒的時(shí)刻上(T=4s)本發(fā)明的微粒檢測系統(tǒng)生成的圖像。
[0042]圖3f示出了在5秒的時(shí)刻上(T=5s)本發(fā)明的微粒檢測系統(tǒng)生成的圖像。
[0043]圖4a示出了在0秒的時(shí)刻上(T=Os )，在填充分析室之前本發(fā)明的分析室內(nèi)的微粒分布。
[0044]圖4b不出了在5秒的時(shí)刻上(T=5s),在填充分析室之后本發(fā)明的分析室內(nèi)的微粒分布。
[0045]圖5示出了由本發(fā)明的CXD探測器生成的由四幅圖像構(gòu)成的圖像組。
[0046]圖6a不出了一種微流控芯片。
[0047]圖6b示出了一種細(xì)胞/微粒檢測及分析微芯片的器件布局，以及細(xì)胞/微粒檢測及分析微芯片的放大圖，該圖尤其示出了各個(gè)柱。
[0048]圖7a示出了本發(fā)明中采用的兩個(gè)半月形濾波器的透射譜。
[0049]圖7b示出了本發(fā)明中采用的兩個(gè)半月形濾波器的透射譜。
[0050]圖8a示出了將細(xì)胞樣品的流體流動(dòng)速度標(biāo)繪為流速的例子。
[0051]圖Sb示出了將細(xì)胞樣品的通道填充時(shí)間標(biāo)繪為每一行程(lap)時(shí)間的例子。
[0052]圖9a示出了在50ms的曝光中光學(xué)成像系統(tǒng)探測器俘獲的圖像，S/B:3/2。
[0053]圖9b示出了在25ms的曝光中光學(xué)成像系統(tǒng)探測器俘獲的圖像，S/B:1300/900。
[0054]圖9c示出了在15ms的曝光中光學(xué)成像系統(tǒng)探測器俘獲的圖像，S/B:750/550。
[0055]圖9d示出了在IOms的曝光中光學(xué)成像系統(tǒng)探測器俘獲的圖像，S/B:695/500。
[0056]圖10示出了提供在現(xiàn)有技術(shù)流式細(xì)胞儀上執(zhí)行的和在本發(fā)明中執(zhí)行的測試的結(jié)果的比較的表格。
[0057]圖11示出了現(xiàn)有技術(shù)流式細(xì)胞儀系統(tǒng)和本發(fā)明的線性度測試結(jié)果。[0058]圖12示出了由在光學(xué)成像系統(tǒng)中結(jié)合了兩個(gè)并排放在一起的半月形光學(xué)濾波器的本發(fā)明的實(shí)施例俘獲的兩幅彩色熒光圖像。
[0059]圖13示出了本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)成像系統(tǒng)配置，其中，使光源指向一次性試劑盒的上緣。
[0060]圖14示出了本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)成像系統(tǒng)配置，其中，使光源指向一次性試劑盒的底緣。
[0061]在附圖中，通過舉例的方式示出了本發(fā)明的實(shí)施例。顯然可以理解，所述說明和圖示只是為了達(dá)到例示和促進(jìn)理解的目的，而不是旨在界定對本發(fā)明的限制。
【具體實(shí)施方式】
[0062]本發(fā)明是用于細(xì)胞檢測和分析的方法、裝置、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和系統(tǒng)。本發(fā)明可以至少結(jié)合光源、流控芯片和檢測模塊作為核心元件?？梢允辜?xì)胞或其他微粒流經(jīng)所述流控芯片。所述流控芯片可以包括光源可作用到的檢測窗口部分。隨著感興趣的細(xì)胞流經(jīng)所述芯片時(shí)經(jīng)過所述檢測窗口部分，可以通過(例如)能夠使感興趣的細(xì)胞發(fā)出熒光的光源的照射來識(shí)別這些細(xì)胞。可以利用所述檢測模塊分析感興趣的細(xì)胞，例如，發(fā)出熒光的細(xì)胞。所述檢測模塊的功用在于，可以對流過所述芯片的檢測窗口部分的感興趣的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)或者進(jìn)行其他分析。所述檢測模塊可用于在細(xì)胞流經(jīng)所述檢測窗口時(shí)生成或者以其他方式俘獲所述細(xì)胞的圖像。可以出于對細(xì)胞進(jìn)行分析的目的對所俘獲的圖像總體或者單獨(dú)使用。
[0063]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的檢測窗口部分可以是在檢測模塊中結(jié)合的光傳感器的有效區(qū)域。
[0064]與當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)所提供的細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)相比，本發(fā)明可用于提供更簡單、 更加緊湊、成本有效且具便攜性的細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)。本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)比已知的現(xiàn)有技術(shù)更好的或者與之相當(dāng)?shù)男阅?。由于本發(fā)明的實(shí)施例具有緊湊的尺寸，而且在一些實(shí)施例中其部件可以是現(xiàn)成的部件，其可以具有低功率要求，并且其制造和使用可以經(jīng)濟(jì)有效， 因而在偏遠(yuǎn)地區(qū)和發(fā)達(dá)地區(qū)都可以采用本發(fā)明。因此，本發(fā)明可以是為這樣的地區(qū)提供現(xiàn)場細(xì)胞檢測和分析的手段，其中在這些地區(qū)中，當(dāng)前無法提供這種服務(wù)，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)過大，過于昂貴，如果零件損壞很難找到零件，而且在供電斷斷續(xù)續(xù)或者缺電的地區(qū)(例如偏遠(yuǎn)地區(qū)和發(fā)展中地區(qū))無法使用。因此，本發(fā)明可用于世界上的偏遠(yuǎn)和發(fā)展中地區(qū)以及發(fā)達(dá)地區(qū)。
[0065]在本文中，可以將詞`語“細(xì)胞”理解為包括所有類型的微粒和微粒物質(zhì)。“細(xì)胞樣品”一詞或類似的語言是指為供本發(fā)明使用而提供的并且通過本發(fā)明進(jìn)行分析和/或計(jì)數(shù)的細(xì)胞的樣品?！皥D像”一詞可以指光學(xué)圖像，或者其可以包括其他類型的圖像。
[0066]可以將本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)核心元件包含到外殼中，所述外殼可以是由任何適當(dāng)?shù)耐鈿げ牧?例如，塑料材料)形成的。如文中所述，所述外殼的尺寸和形狀可以根據(jù)本發(fā)明的配置而發(fā)生變化。本發(fā)明可以是便攜式的，并且在一些實(shí)施例中其甚至可以具有可能手持的尺寸。
[0067]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)或裝置的一些核心元件可以處于所述外殼之外， 但是與所述外殼內(nèi)的元件存在鏈接(例如，通過有線、無線手段等)，并且在其他實(shí)施例中， 可以將其他額外元件連同一個(gè)或多個(gè)核心元件包含到外殼內(nèi)。所述額外元件可以增強(qiáng)本發(fā)明的功能，或者所述額外元件可以是為本發(fā)明的用戶提供輔助的元件，例如，在可以使用本發(fā)明的具體情況下，例如，在偏遠(yuǎn)地區(qū)，由本發(fā)明的用戶使用的緊急信號(hào)或其他元件。
[0068]圖18和19不出了可以結(jié)合一些處于外殼內(nèi)的部件和其他處于外殼之外的部件的本發(fā)明的實(shí)施例的例子。如圖19所示，本發(fā)明可以包括便攜式裝置88，其可用作手持式裝置并包圍在外殼中。所述裝置可以結(jié)合顯示器90和小鍵盤92。使本發(fā)明的成像分析方法和程序工作所需的元件和存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)也可以包含到所述裝置的外殼內(nèi)，或者這些部件可以處于所述外殼之外。此外，可以將光學(xué)成像系統(tǒng)94結(jié)合到所述裝置內(nèi)，并且所述光學(xué)成像系統(tǒng)94可以從所述裝置的基座延伸出來?？梢詫⑺龉鈱W(xué)成像系統(tǒng)94置于處于所述外殼之外的試劑盒98之上，所述試劑盒可以是一次性試劑盒，也可以是微流控芯片。光源96可以處于所述外殼之外，并且可以將其置于向芯片的上端提供光的位置上。在這一實(shí)施例中，可以將本發(fā)明的一些部件容納到單個(gè)外殼內(nèi)，而本發(fā)明的其他部件則位于所述外殼的外部。
[0069]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如圖15所示，可以將本發(fā)明的部件容納到單個(gè)外殼 100內(nèi)。所述分析器102可以結(jié)合使所述成像分析系統(tǒng)和程序工作所需的元件以及存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。光學(xué)成像系統(tǒng)106、可以是一次性試劑盒的試劑盒108以及可以在其內(nèi)部放置試劑盒的試劑盒外殼110也可包含到所述外殼內(nèi)。
[0070]在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，如圖16所示，本發(fā)明可以包括結(jié)合了兩個(gè)部分的分析裝置112，即裝置114，其可以是手持式裝置，而且可以是現(xiàn)成的裝置(是說可以從一般的零件供應(yīng)商那里買到，不是針對本發(fā)明專門設(shè)計(jì)的定制零件)，例如，個(gè)人數(shù)字助理、智能電話、上網(wǎng)本、便攜式計(jì)算機(jī)、膝上電腦、手持式電腦、平板電腦或者任何其他便攜式裝置?？梢詫⒐鈱W(xué)分析模塊116連接至所述裝置。所述連接可以是有線連接和無線連接。所述光學(xué)分析模塊116可以與裝置114 一起工作，從而使所述光學(xué)分析模塊和所述裝置的組合能夠提供本發(fā)明。在本發(fā)明的這樣的實(shí)施例中，光學(xué)分析模塊可以根據(jù)所述手持式裝置的平臺(tái)執(zhí)行下述包括圖像俘獲、圖像和其他數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及圖像分析的活動(dòng)中的任何活動(dòng)。可以通過所述手持式裝置或者光學(xué)分析模塊發(fā)送或者以其他方式獲得可用于使所述光學(xué)分析模塊根據(jù)所述手持式裝置的平臺(tái)執(zhí)行的界面，例如，轉(zhuǎn)化界面。
[0071]相對于已知的現(xiàn)有技術(shù)方法和系統(tǒng)，本發(fā)明提供了很多有益之處，包括本發(fā)明的實(shí)施例的可能的小尺寸。一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)涉及大而笨重的單元，或者由于單元的使用方法的原因(例如，所述單元需要易碎的元件，所述單元不便于攜帶，所述單元無法在專門位置以外的位置工作，或者一旦任何零件發(fā)生損壞和破損就不容易對單元零件進(jìn)行更換等等)而難以在現(xiàn)場情況下使用的單元，例如，難以在偏遠(yuǎn)地點(diǎn)或者發(fā)展中地點(diǎn)現(xiàn)場使用的單元?？梢詫⒈景l(fā)明的一個(gè)實(shí)施例配置和設(shè)計(jì)成便攜式裝置，例如，手持式裝置，或其他可以在應(yīng)用實(shí)施點(diǎn)使用的便攜式裝置。例如，可以將所述便攜式裝置用于現(xiàn)場疾病監(jiān)測、水監(jiān)測或者其他細(xì)胞或微粒監(jiān)測，甚至是在偏遠(yuǎn)地區(qū)。
[0072]本發(fā)明還提供了一項(xiàng)相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，那就是本發(fā)明不要求對本發(fā)明的元件重新定位。現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)明要么可能涉及對芯片或者其他樣品容器的重新定位，要么可能需要對查看樣品的機(jī)構(gòu)(例如，窗口或腔室)重新定位?，F(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)明可能還包括其他移動(dòng)部件，以測量給定量的樣品容積，例如，用于激光掃描的反射鏡或者用于CCD傳感器定位的移動(dòng)臺(tái)等。這些現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)明可能導(dǎo)致分析不準(zhǔn)確，因?yàn)榭赡軙?huì)錯(cuò)過樣品的某些區(qū)域，并且因此可能會(huì)由于錯(cuò)過的樣品部分而錯(cuò)誤計(jì)算結(jié)果，例如，樣品中的細(xì)胞的計(jì)數(shù)。本發(fā)明涉及在流控樣品流經(jīng)芯片，更具體而言在經(jīng)過芯片的檢測窗口部分，的過程中發(fā)生的分析。因而，單元的元件不被移動(dòng)或者重新定位，相反是樣品本身在流經(jīng)檢測窗口部分的同時(shí)發(fā)生移動(dòng)。
[0073]此外，在某些疾病診斷和監(jiān)測中，必須檢查最低量的樣品容積，以獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果。由于現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)成像系統(tǒng)的物理限制的原因，必須對大面積的樣品成像，以滿足這一要求。所要成像的樣品的面積可能超過了光學(xué)探測器的尺寸，而現(xiàn)有技術(shù)則一般通過結(jié)合移動(dòng)的光源或者探測器來覆蓋整個(gè)樣品場而進(jìn)行補(bǔ)償。其可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確，從而劣化現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明的結(jié)果。因此，本發(fā)明提供了相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益之處，因?yàn)楸景l(fā)明涉及在檢測模塊之上流動(dòng)的流控細(xì)胞樣品，因而在本發(fā)明起用的過程中所述檢測模塊在本發(fā)明中保持在相同的位置上。
[0074]本發(fā)明可以提供的相對于現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)優(yōu)勢在于，如果如下文所述在本發(fā)明中采用濾波器，那么可以不必對所述濾波器重新定位。現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)合了濾波器的發(fā)明一般要求，對細(xì)胞的濾波器分析發(fā)生在遠(yuǎn)離發(fā)生其他分析的區(qū)域的特定裝置區(qū)域內(nèi)，或者要求可以在裝置內(nèi)對濾波器進(jìn)行移動(dòng)或者重新定位。本發(fā)明的包括濾波器的實(shí)施例可以將所述濾波器定位到某一位置，并在細(xì)胞流經(jīng)所述濾波器時(shí)使用所述濾波器。因此，沒有必要移動(dòng)所述濾波器。此外，可以在本發(fā)明的系統(tǒng)的同一總區(qū)域內(nèi)(例如，在所述檢測窗口部分內(nèi))包含幾種類型的濾波器(例如，一系列有色濾波器)。
[0075]作為本發(fā)明可以提供的相對于現(xiàn)有技術(shù)的又一優(yōu)勢的例子，本發(fā)明的圖像俘獲技術(shù)可以是連續(xù)的?，F(xiàn)有技術(shù)的發(fā)明可以基于時(shí)間延遲，或者按照設(shè)定的時(shí)間間隔俘獲圖像。 這一俘獲樣品圖像的方法可能導(dǎo)致不完整的圖像集。在圖像之間的不進(jìn)行俘獲的間隔中可能出現(xiàn)樣品的各個(gè)方面。在本發(fā)明中，如下所述，將連續(xù)拍攝圖像。所述圖像可以俘獲細(xì)胞在芯片的檢測窗口部分之上的流動(dòng)。因此，本發(fā)明可以生成一組俘獲所有細(xì)胞的圖像。
[0076]本發(fā)明可以提供的相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢的另一例子在于，本發(fā)明可以針對所述系統(tǒng)所要分析的細(xì)胞的類型而進(jìn)行縮放。一些現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)明被設(shè)計(jì)為對特定類型的細(xì)胞或微粒進(jìn)行分析。因此，現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明的尺寸和構(gòu)造是為了適應(yīng)具體類型的細(xì)胞而開發(fā)的。 而本發(fā)明則可以用于分析各種類型的細(xì)胞。由于細(xì)胞流經(jīng)所述流控芯片的檢測窗口部分的事實(shí)，因而在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述流控芯片的檢測窗口部分可以是很小的。本發(fā)明能夠借助很小的檢測窗口部分工作的事實(shí)能夠允許將本發(fā)明設(shè)計(jì)和構(gòu)造為小的單元，例如，手持式單元，甚至更小的尺寸。
[0077]本發(fā)明可以提供的 相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢的另一個(gè)例子是本發(fā)明所需的(細(xì)胞的)樣品尺寸可以小于現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)明所需的樣品尺寸。一些現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明需要大的微粒涂片。然而，由于隨著細(xì)胞流經(jīng)本發(fā)明的檢測窗口部分可以對樣品中的細(xì)胞進(jìn)行分析，因而在采用本發(fā)明時(shí)并非總是有必要采用大的微粒涂片以生成有用的分析。在細(xì)胞流經(jīng)本發(fā)明的檢測窗口部分時(shí)能夠俘獲所有的細(xì)胞，這意味著對于本發(fā)明而言樣品尺寸可以更小，而且結(jié)果仍然可以準(zhǔn)確有用。
[0078]本發(fā)明可以提供的相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢的另一個(gè)例子在于，在本發(fā)明中減少了細(xì)胞群聚的可能性。從現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明中細(xì)胞可能發(fā)生群聚的意義上來講，可能會(huì)對現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明造成妨礙。發(fā)生群聚的細(xì)胞能夠降低現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明的準(zhǔn)確性。具體而言，如果細(xì)胞在樣品中發(fā)生群聚，那么細(xì)胞的計(jì)數(shù)可能是錯(cuò)誤的。本發(fā)明由于是在細(xì)胞處于運(yùn)動(dòng)中時(shí)(例如，在細(xì)胞流經(jīng)本發(fā)明的檢測窗口部分時(shí))對細(xì)胞進(jìn)行分析的，因而可以避免細(xì)胞的群聚。 因而，本發(fā)明中的細(xì)胞的流動(dòng)可以提高本發(fā)明的細(xì)胞分析結(jié)果比現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明產(chǎn)生的結(jié)果更加準(zhǔn)確的可能性。
[0079]本發(fā)明與其他現(xiàn)有技術(shù)細(xì)胞/微粒檢測系統(tǒng)的比較表明，本發(fā)明提供了相對于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)勢，因?yàn)楸景l(fā)明可以消除在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的任何額外的移動(dòng)部件， 例如，用于激光掃描的反射鏡或者用于CCD傳感器定位的移動(dòng)臺(tái)。本發(fā)明可以在無需這樣的移動(dòng)部件的情況下測量給定量的樣品容積。為了執(zhí)行某一疾病診斷和監(jiān)測，必須檢查最低量的樣品容積，以獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果。由于現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)成像系統(tǒng)的物理限制的原因， 必須對大面積的樣品成像，以滿足這一要求。在所要成像的區(qū)域超過了光學(xué)探測器的尺寸時(shí)，通過移動(dòng)光源或探測器覆蓋整個(gè)樣品場將變得不可避免。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法不需要現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)合的移動(dòng)部件，如文中所討論的。對運(yùn)動(dòng)部件的需求的消除使得本發(fā)明能夠被形成為具有比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)更小的尺寸。本發(fā)明提供了一種便攜式細(xì)胞儀，因而將本發(fā)明的成像方案與專門設(shè)計(jì)的微流控芯片的使用相結(jié)合能夠提供與現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比微型化的光學(xué)微粒檢測系統(tǒng)。本發(fā)明可以是寬場動(dòng)態(tài)成像平臺(tái)。還可以使本發(fā)明微型化并集成到手持式分析儀上，從而將其用于護(hù)理點(diǎn)全球健康應(yīng)用。
[0080]本發(fā)明還可以提供這樣一種相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢，即，在本發(fā)明中通過結(jié)合微制造技術(shù)和芯片上實(shí)驗(yàn)室技術(shù)克服了常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)流式細(xì)胞計(jì)的缺陷。本發(fā)明可以是微型化移動(dòng)細(xì)胞分析系統(tǒng)，即微流控芯片上實(shí)驗(yàn)室裝置。本發(fā)明的這些方面提供了很多相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢，包括小樣品需求、快速分析過程、結(jié)合體積高效的光部件和電部件的能力以及便攜式的廉價(jià)儀器的提供。
[0081]本發(fā)明提供了作用全面的便攜式的基于微流控的細(xì)胞儀。本發(fā)明的系統(tǒng)的靈敏度可以至少為10~4MESF，并且可以借助各種各樣的允許實(shí)施臨床相關(guān)化驗(yàn)的熒光團(tuán)工作。還可以優(yōu)化本發(fā)明的儀器的通量，以降低分析等待時(shí)間，并達(dá)到精確的流控流量控制，正如有必要確保由本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置產(chǎn)生的測試分析和結(jié)果的準(zhǔn)確度。本發(fā)明的機(jī)械系統(tǒng)還可以用于建立多色熒光檢測化驗(yàn)。
[0082]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于細(xì)胞檢測和分析的光學(xué)平臺(tái)，其形成了諸如手持式細(xì)胞儀的便攜式細(xì)胞儀的基礎(chǔ)。通過采用寬場動(dòng)態(tài)成像技術(shù)，本發(fā)明可以去除在常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)多色熒光檢測系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的所有移動(dòng)部件。在本發(fā)明中可以將陣列濾波器放置到光學(xué)探測器的前面，從而在不具有任何機(jī)械部件的情況下實(shí)現(xiàn)多色熒光檢測。
[0083]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)可以由低功率、現(xiàn)成的部件(表示所述部件可以從一般的零件供應(yīng)商那里買到，并非是為本發(fā)明專門定制的部件)構(gòu)成。本發(fā)明的平臺(tái)可以結(jié)合毛細(xì)管微流控裝置、光學(xué)系統(tǒng)以及圖像采集和分析程序。所述圖像采集和分析程序可以結(jié)合一種或多種`算法以及其他計(jì)算。所述圖像采集和分析程序可用于向本發(fā)明的用戶提供結(jié)果和報(bào)告，以提供用于包括診斷目的在內(nèi)的目的的細(xì)胞分析。
[0084]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以結(jié)合至少表現(xiàn)出2000MESF的靈敏度限制的一組校準(zhǔn)珠粒。
[0085]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以是用于實(shí)現(xiàn)CD4分析和計(jì)數(shù)的系統(tǒng)、裝置和方法。本發(fā)明的其他實(shí)施例可用于實(shí)現(xiàn)其他類型的分析和計(jì)數(shù)，例如，對CD3、CD8、CD64、CD4和CD4細(xì)胞中的任何細(xì)胞的分析和計(jì)數(shù)。而且，本發(fā)明的實(shí)施例可以結(jié)合用于實(shí)現(xiàn)單色或諸如雙色的多色功能(多路復(fù)用功能)的系統(tǒng)。本發(fā)明還可以包括可用于直徑處于大約I微米到大約 100微米的范圍內(nèi)的大小的微粒的檢測、跟蹤和計(jì)數(shù)的系統(tǒng)、裝置和方法。
[0086]圖21示出了本發(fā)明的實(shí)施例的四色功能的例子。在這一例子中，示出了多色熒光檢測。具體而言，在圖21中應(yīng)用結(jié)合了四個(gè)濾波器160、162、164和166的四色檢測。每一濾波器可以具有不同的顏色，并且可用于識(shí)別根據(jù)每一濾波器的感興趣的細(xì)胞。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例可以包括額外的濾波器，并且可以提供用于超過四種顏色的多色熒光。
[0087]本發(fā)明的系統(tǒng)至少可以包括下述部件作為其核心:光源；流控芯片；和檢測模塊。
[0088]可以通過與諸如電源的動(dòng)力源的直接連接為本發(fā)明提供動(dòng)力，或者可以為本發(fā)明配備內(nèi)部或外部電池，所述電池可以是可充電電池。所述電池也可以是太陽能電池，或者在本發(fā)明的一些實(shí)施例中可以是發(fā)條電池。
[0089]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以是如圖17所示的系統(tǒng)118，其結(jié)合了分析裝置120和試劑盒122。核心系統(tǒng)124可以連接所述分析裝置和試劑盒。可以通過有線連接和無線連接實(shí)現(xiàn)這一連接。如圖17所示，可以將所述核心系統(tǒng)的元件結(jié)合到所述分析裝置內(nèi)，或者結(jié)合到所述試劑盒內(nèi)。
[0090]所述分析裝置為便攜式裝置，并且可以是手持式裝置。所述分析裝置可以結(jié)合幾個(gè)元件，例如，顯示器126、輸入/輸出機(jī)構(gòu)128、CPU130、存儲(chǔ)或內(nèi)存機(jī)構(gòu)132、功率控制134 和通信機(jī)構(gòu)136。也可以結(jié)合到所述分析裝置中的核心系統(tǒng)元件包括光學(xué)成像系統(tǒng)的元件， 例如，可以是照明源或其他光源的光源138、透鏡140以及可以是CCD探測器或其他探測器的探測器142。還可以將作為所述核心系統(tǒng)的部分的圖像分析程序或系統(tǒng)144結(jié)合到所述分析裝置內(nèi)。所述試劑盒可以具有結(jié)合到其上的核心系統(tǒng)元件，例如，可以是微流控芯片或其他微流控裝置的微流控裝置146，并且還可以具有作為慢干化學(xué)試劑或其他試劑的試劑 148。
[0091]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的系統(tǒng)可以具有其他構(gòu)造，其中，可以將分析裝置、試劑盒以及核心系統(tǒng)部件結(jié)合到單個(gè)外殼內(nèi)，也可以結(jié)合到各種外殼內(nèi)，如文中所述。
[0092]本發(fā)明的部件也可以具有各種類型。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述光源可以是光照明源。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以使自由空間或者光纖/光導(dǎo)與光源耦合或者通過其他方式連接。所述光源還可以包括集成到所述光纖/光導(dǎo)內(nèi)的自由空間濾光器和/或布拉格光柵濾波器。所述光源還可以包括光學(xué)探測器。
`[0093]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述流控芯片可以是流控裝置、微流控裝置、流控試劑盒、微流控試劑盒、微流控芯片、CCD芯片或者其他適用元件。所述流控芯片可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，例如，樣品加載隔室、混合室和分析室。例如，如圖20所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，流控芯片可以包括樣品引入入口 150、樣品準(zhǔn)備室、微粒分析室和廢料貯存器。樣品可以沿微流控通道152流動(dòng)。細(xì)胞樣品在芯片上(尤其是經(jīng)過探測器窗口部分154)的流控移動(dòng)可以完全通過毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)。其可以消除任何對復(fù)雜的流控驅(qū)動(dòng)部件的需求，例如，真空泵。所述流控芯片還可以包括檢測窗口部分。
[0094]本發(fā)明還可以結(jié)合如圖20所示的貯存器156，以及出口 158。
[0095]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述流控芯片可以是一次性的。作為利用一次性流控芯片的本發(fā)明的應(yīng)用的例子，可以將本發(fā)明用作血液分析儀器。本發(fā)明的這樣的實(shí)施例可以包括兩個(gè)部件:包括微粒檢測分析系統(tǒng)的硬件；以及流控芯片。例如，通過針刺人的皮膚抽取血液而收集血樣?？梢酝ㄟ^(例如)毛細(xì)力將所述血液引入到所述流控芯片內(nèi)。如文中所述，本發(fā)明可以起到在所述血液樣品的基礎(chǔ)上實(shí)施分析和/或檢測過程的作用。在完成所述分析和/或檢測過程時(shí)，可以將所述流控芯片處理掉。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這只是本發(fā)明的可能的使用的一個(gè)例子，并且具體而言只是本發(fā)明的包括一次性流控芯片的實(shí)施例的使用的一個(gè)例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的其他采用或者不采用一次性流控芯片的使用也是可能的。
[0096]本發(fā)明的流控芯片可以由各種材料制成，例如，由玻璃或者聚合物襯底制成?？梢栽诹骺匦酒?，或者從一般的角度來說在本發(fā)明中，包含用于調(diào)節(jié)細(xì)胞樣品在芯片上的流控流量(包括經(jīng)過探測器窗口部分的流量)的流控流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。這樣的流控流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以包括(例如)一個(gè)或多個(gè)幾何停止閥和/或一個(gè)或多個(gè)泵，所述停止閥隨著流控阻力的不同而具有變化的微通道幾何結(jié)構(gòu)。
[0097]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述檢測模塊可以是圖像采集和分析模塊，其可以包括光學(xué)探測器。所述光學(xué)探測器可以具有各種類型，例如，電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以使自由空間與光學(xué)探測器結(jié)合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述圖像采集和分析模塊可以包括(例如)3mmX0.5mm矩形CXD傳感器、具有大約10.2mmX8.3mm的有效探測面積的CXD傳感器或者其他適用傳感器。所述實(shí)施例還可以包括與所述傳感器相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路?？梢栽诒景l(fā)明中包含額外的圖像分析程序，并采用其分析和處理采集到的光學(xué)圖像，以實(shí)現(xiàn)微粒和細(xì)胞檢測及枚舉。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到所述圖像采集和分析模塊的各種可能的實(shí)施例， 以及從一般的意義上來講的本發(fā)明的各種可能的實(shí)施例。[0098]所述檢測模塊可以包括自由空間濾光器。還可以在所述檢測模塊中包含一個(gè)或多個(gè)集成的探測器。所述一個(gè)或多個(gè)集成探測器可以包括傳感器方面，例如，蓋覆有一個(gè)或多個(gè)濾波器的光學(xué)有效傳感器表面，所述蓋覆可以是直接蓋覆，或者所述一個(gè)或多個(gè)集成探測器可以是蓋覆了一個(gè)或多個(gè)濾波器的獨(dú)立的光學(xué)元件，其中所述濾波器可以置于所述流控芯片的窗口部分的前面。所述蓋覆可以發(fā)生在制造過程中或者稍后的時(shí)間點(diǎn)上?？梢允顾黾商綔y器與所述探測器窗口部分結(jié)合或者包含于其內(nèi)。還可以將所述檢測模塊傳感器有效區(qū)域劃分成若干較小的子區(qū)域，并且每一子區(qū)域可以覆有濾光器，下文將對此予以更為詳細(xì)的描述。
[0099]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以應(yīng)用下述方法使用所述系統(tǒng)。例如，在所采用的本發(fā)明的實(shí)施例中，所述光源可以包括照明源，其可以是激光二極管，也可以是發(fā)光二極管 (LED)裝置。所述照明源可以充當(dāng)激勵(lì)源，并且可能影響所述流控芯片內(nèi)的細(xì)胞的流量。
[0100]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以是細(xì)胞樣品與其他要素混合，例如，帶有熒光標(biāo)簽的抗體。所述混合可以發(fā)生在樣品準(zhǔn)備步驟中。可以人工地，在小瓶內(nèi)，或者通過混合室完成所述混合，所述混合室可以與本發(fā)明集成，并且可以包含在本發(fā)明采用的微流控芯片或器件內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以應(yīng)用各種方法準(zhǔn)備所述細(xì)胞樣品，從而使其包含混合物。
[0101]例如，在受到照明源照射的同時(shí)，感興趣的帶有熒光標(biāo)簽的細(xì)胞將發(fā)射出不同的波長?？梢酝ㄟ^探測器模塊俘獲感興趣的帶有熒光標(biāo)簽的細(xì)胞的波長。[0102]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可以包括放大透鏡，例如，定制設(shè)計(jì)的三元件可伸縮7X或IOX光學(xué)透鏡或其他透鏡。所述放大透鏡可以對感興趣的帶有熒光標(biāo)簽的目標(biāo)細(xì)胞放大，并將這些細(xì)胞投影到光學(xué)探測器上。
[0103]可以將所要測試的細(xì)胞的樣品加載到流控芯片上，例如，一次性塑料微流控芯片或者其他流控芯片。所述流控芯片可以由熱壓印或注塑技術(shù)形成，以實(shí)施指定的光學(xué)測量。
[0104]在將樣品細(xì)胞抽吸到所述流控芯片上之后，可以使所述樣品與試劑混合，例如，所述試劑是蓋覆在流控芯片的表面上的慢干或者凍干試劑?？梢圆捎脽o源流控混合器準(zhǔn)備用于后續(xù)的光學(xué)分析的樣品。例如，所述混合器可以通過采用帶有熒光標(biāo)簽的抗體對感興趣的細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)示而對所述樣品進(jìn)行準(zhǔn)備。所述無源混合方案可以去除更加笨重的有源器件，從而降低系統(tǒng)的總復(fù)雜性。
[0105]可以采用由諸如CMOS探測器或CXD探測器的光學(xué)探測器的尺寸界定的詢問線或詢問區(qū)檢查和測量受到激發(fā)的熒光細(xì)胞以及任何熒光信號(hào)。由于在本發(fā)明中動(dòng)態(tài)地完成細(xì)胞枚舉，因而細(xì)胞的表現(xiàn)良好的有序流動(dòng)模式對于所述系統(tǒng)的最佳使用而言是理想的。為了創(chuàng)建這一類型的細(xì)胞流動(dòng)模式，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以在流控芯片內(nèi)形成流控通道。所述流控通道可以包括窄的詢問區(qū)，可以將該區(qū)域設(shè)計(jì)為建立細(xì)胞的層流。例如，所述詢問區(qū)可以是具有大約15-50微米的深度的以及低于500微米的寬度的通道。產(chǎn)生層流或者具有嚴(yán)格的片層狀的流動(dòng)可以提高所采集到的圖像的質(zhì)量，以及提高動(dòng)態(tài)細(xì)胞檢測的準(zhǔn)確度。
[0106]圖1示出了可以包含在本發(fā)明的實(shí)施例的檢測和分析模塊內(nèi)的光學(xué)成像系統(tǒng)。在這一實(shí)施例中，所述成像系統(tǒng)可以利用光纖光輸送和收集部件。這樣的光纖光輸送部件10 和收集部件的使用可以降低儀器的復(fù)雜性。這樣的光輸送和收集部件的使用還進(jìn)一步提高了本發(fā)明的魯棒性和性能。在這一實(shí)施例中，可以采用發(fā)射濾波器蓋覆所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)探測器12。可以采用激勵(lì)濾波器進(jìn)一步蓋覆所述光學(xué)光輸送器10?？梢栽谥圃焖龉鈱W(xué)探測器時(shí)或者在以后的時(shí)間點(diǎn)上添加本發(fā)明的元件上的任何覆蓋層。采用發(fā)射濾波器蓋覆一個(gè)或多個(gè)光學(xué)探測器可以消除多色或多路復(fù)用分析中對移動(dòng)部件的額外需求，而這一需求卻是現(xiàn)有技術(shù)熒光檢測中所要求的。
[0107]還是如圖1所示，本發(fā)明可以包括透鏡14和一次性試劑盒16元件。
[0108]圖2示出了可以包含在本發(fā)明的實(shí)施例的檢測和分析模塊內(nèi)的光學(xué)成像系統(tǒng)的另一種可能的配置。圖2所示的本發(fā)明的這一實(shí)施例可以包括連接了光纖/光導(dǎo)19的照明源 18。可以采用激勵(lì)濾波器蓋覆所述光纖/光導(dǎo)和/或照明源。所述實(shí)施例還可以包括一次性試劑盒20、透鏡22和探測器24?？梢圆捎冒l(fā)射濾波器蓋覆所述探測器。本發(fā)明的這樣的實(shí)施例可以提供相對于現(xiàn)有技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢。例如，本發(fā)明的這一實(shí)施例可以在信號(hào)收集方面更加有效率，因?yàn)樗鎏?測器被直接置于樣品之下，所述樣品可以是帶有熒光標(biāo)簽的樣品。所述探測器可以包括成像透鏡。所述樣品的流動(dòng)和收集以及成像可以主要取決于所述成像透鏡的光收集效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以按照各種方式配置本發(fā)明從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，而且圖1和圖2只是本發(fā)明的可能的配置的例子。
[0109]流控芯片的分析室中的細(xì)胞樣品的進(jìn)入可以觸發(fā)所述光學(xué)探測器，例如，CMOS探測器或CXD探測器，以俘獲圖像。隨著細(xì)胞經(jīng)過所述流控芯片之上或者經(jīng)過其檢測窗口部分，所述光學(xué)探測器可以俘獲流入到所述分析室內(nèi)或者流經(jīng)所述分析室的細(xì)胞的圖像。所述窗口的位置可以根據(jù)流控芯片的形狀而變化，因此所述光學(xué)探測器的位置也可以隨之變化。[0110]隨著流控細(xì)胞樣品移動(dòng)到分析室內(nèi)并對其填充，所述光學(xué)探測器可以繼續(xù)隨著時(shí)間的推移俘獲光學(xué)圖像。如圖4a和4b所示，所述分析室可以隨著細(xì)胞28流入到所述分析室內(nèi)而受到填充。圖4a示出了在由T=O表示的時(shí)間點(diǎn)上在發(fā)生流動(dòng)繼而填充所述分析室之前細(xì)胞28的例子。圖4b示出了在稍后的時(shí)間點(diǎn)上(例如，T=5)受到樣品中的細(xì)胞28填充的分析室。箭頭30指示細(xì)胞向分析室內(nèi)的流入，其可以使得分析室變得受到填充，而且在這一例子中細(xì)胞是從左到右橫向流動(dòng)的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的尺寸、 形狀和配置，細(xì)胞的流動(dòng)可以沿各種方向。
[0111]一旦所有的細(xì)胞樣品都已經(jīng)進(jìn)入了分析室，或者在全部的細(xì)胞樣品進(jìn)入所述分析室之前，所述分析室可以受到填充。使所述分析室受到填充的時(shí)間點(diǎn)和細(xì)胞樣品的量可以取決于分析室的尺寸和形狀、細(xì)胞樣品中的細(xì)胞的類型、收集的細(xì)胞樣品的量以及根據(jù)用戶執(zhí)行的一項(xiàng)或多項(xiàng)具體測試進(jìn)行分析所需的樣品的最低量。
[0112]一旦整個(gè)分析室被徹底填滿，所述光學(xué)探測器就可以停止圖像俘獲過程。一旦光學(xué)探測器停止俘獲光學(xué)圖像，那么可以結(jié)合所有的俘獲圖像進(jìn)行分析。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例可以在停止生成圖像時(shí)結(jié)合其他時(shí)間點(diǎn)或事件，而且在本發(fā)明中可以根據(jù)本發(fā)明的配置、細(xì)胞樣品的性質(zhì)等應(yīng)用各種使圖像停止生成的時(shí)間點(diǎn)或事件。
[0113]對圖像的分析可以涉及計(jì)算流經(jīng)所述流控芯片的檢測窗口部分的感興趣的細(xì)胞的數(shù)量，例如，熒光細(xì)胞的數(shù)量。本發(fā)明可以生成總的細(xì)胞計(jì)數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中， 可以使流控細(xì)胞樣品的緩慢移動(dòng)保持在流控芯片內(nèi)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可能需要對大的細(xì)胞樣品容積進(jìn)行分析。在本發(fā)明的這樣的實(shí)施例中，可能生成并因此必須記錄和處理大量的圖像。
[0114]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，例如，在手持式便攜式系統(tǒng)中，可以將所俘獲的圖像存儲(chǔ)在所述系統(tǒng)中包括的并且包含于所述手持式便攜式系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)單元中。也可以在所述便攜式系統(tǒng)中包含圖像處理系統(tǒng)，或者其可以處于所述便攜式系統(tǒng)之外并與所述便攜式系統(tǒng)鏈接?？梢圆捎盟鰣D形處理系統(tǒng)對所俘獲的圖像進(jìn)行處理和/或分析。
[0115]如圖3a_3f所示，本發(fā)明可以在一時(shí)間段內(nèi)俘獲或者以其他方式生成一幅或多幅圖像。所述時(shí)間段可以對應(yīng)于本發(fā)明的活動(dòng)，例如，采用細(xì)胞填充所述分析室所用的時(shí)間或者本發(fā)明被配置為取得圖像的任何其他時(shí)間段。如圖3a_3f所示，本發(fā)明可以俘獲或者以其他方式生成一系列圖像?？梢栽谙嗬^的時(shí)間點(diǎn)上生成這些圖像，并且所述時(shí)間點(diǎn)可以是有規(guī)律的間隔，或者可以是不規(guī)律的時(shí)間點(diǎn)。例如，圖3a_3f所示的圖像是本發(fā)明在不同時(shí)間上俘獲的圖像的例子。T=O表示圖像俘獲采集過程的開始，并且因此是生成第一幅圖像的時(shí)間點(diǎn)。
[0116]圖5還示出了可以通過本發(fā)明的分析模塊將本發(fā)明的光學(xué)探測器俘獲的圖像結(jié)合到一起。作為例子，所俘獲的圖像32、34、36、38和40可以集體生成一組圖像?？梢詫υ摻M圖像進(jìn)行分析，以提供各種類型的信息。該組圖像一起可以示出經(jīng)過所述流控芯片的檢測窗口部分的所有細(xì)胞33?？梢岳迷摻M圖像計(jì)量每幅圖像中的細(xì)胞，從而計(jì)算出經(jīng)過所述檢測窗口部分的細(xì)胞的總數(shù)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以俘獲冗余的圖像(如圖5所示)。俘獲冗余的圖像或者所述圖像內(nèi)的冗余度可以提高本發(fā)明的實(shí)施例中的細(xì)胞檢測準(zhǔn)確度?？梢詫⒈景l(fā)明的實(shí)施例配置為俘獲無冗余度的圖像。
[0117]一旦采用細(xì)胞樣品填充了所述流控芯片的分析室，那么所述探測器就可以獲取所述分析室內(nèi)的樣品的靜態(tài)光學(xué)散射圖像。可以通過曝光研究對樣品的這樣的靜態(tài)光學(xué)散射圖像進(jìn)行分析，以識(shí)別出各種細(xì)胞的以及總體的細(xì)胞樣品的更為精細(xì)的細(xì)節(jié)。這樣的更加精細(xì)的細(xì)節(jié)可以提供對本發(fā)明的用戶有用的額外信息，例如，細(xì)胞形態(tài)、載體溶液的光學(xué)密度。這樣的信息在諸如瘧疾診斷、肺結(jié)核診斷等的疾病診斷和監(jiān)測以及化驗(yàn)中可以獨(dú)立地或者與本發(fā)明基于細(xì)胞樣品生成的其他分析結(jié)果相結(jié)合而發(fā)揮重要作用。
[0118]本發(fā)明可以提供一種隨著樣品細(xì)胞流經(jīng)檢測窗口部分而對樣品細(xì)胞執(zhí)行光學(xué)測量的方法。所述樣品細(xì)胞可以同時(shí)在流控芯片內(nèi)傳播。所述光學(xué)測量可以包括熒光測量和散射測量。
[0119]為了實(shí)現(xiàn)熒光測量，可以在本發(fā)明的方法中包含多色熒光檢測步驟。具體而言，可以利用所述檢測模塊俘獲多色熒光染料的圖像，或者隨著細(xì)胞樣品的細(xì)胞經(jīng)過所述檢測窗口部分而檢測這樣的多色熒光染料。
[0120]可以應(yīng)用算法處理由所述光學(xué)探測器采集的圖像或任何其他數(shù)據(jù)。例如，可以對所述細(xì)胞樣品中的流動(dòng)的細(xì)胞應(yīng)用動(dòng)作分析，以生成特定的數(shù)據(jù)結(jié)果。作為另一個(gè)例子，可以由總體上應(yīng)用于細(xì)胞樣品的檢測模塊分析以及在細(xì)胞樣品流經(jīng)檢測窗口部分時(shí)俘獲的圖像生成與細(xì)胞樣品總體相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
[0121]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，細(xì)胞的分析可以是在細(xì)胞通過檢測區(qū)域的同時(shí)即時(shí)發(fā)生的。在這一實(shí)施例中，沒有必要在分析步驟開始之前收集一組圖像。可以一生成圖像就發(fā)生圖像分析。
[0122]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以發(fā)生兩階段分析過程。作為第一個(gè)步驟，可以在生成圖像的同時(shí)對一幅或多幅圖像進(jìn)行分析，由此對每幅圖像進(jìn)行即時(shí)分析。作為第二個(gè)步驟，將本發(fā)明在指定的時(shí)間段(例如，采用測試樣品的細(xì)胞填充所述分析室所需的時(shí)間)內(nèi)生成的一組圖像作為整體進(jìn)行收集和分析，如文中所討論的。
[0123]可以將本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用分析。在這樣的實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)多色熒光成像。例如，可以將一個(gè)或多個(gè)線性探測器放置到所述探測器窗口部分內(nèi)?？梢圆捎媒厝徊煌臋z測濾波器蓋覆每一線性探測器。每一線性探測器可以檢測或者突出顯示所述細(xì)胞的熒光染料的某種特定顏色。所要檢測或者突出顯示的細(xì)胞的熒光染料的特定顏色可以由所選擇的具體濾波器決定。所述檢測模塊可以生成每一線性探測器的圖像。在使兩幅或更多幅獨(dú)立的熒光圖像重疊時(shí)，可以建立多色熒光血細(xì)胞計(jì)數(shù)系統(tǒng)`。通過增加更多蓋覆有截然不同的檢測濾光器的線性探測器，能夠?qū)⑦@一系統(tǒng)擴(kuò)展成用于一定范圍的分析和化驗(yàn)的多色便攜式和/或手持式細(xì)胞儀系統(tǒng)。
[0124]例如，可以采用具有一種或多種顏色的屏板部分或者其他濾波器蓋覆所述檢測窗口部分，例如，紅色屏板、綠色屏板和透明部分。將各種顏色合并到所述檢測窗口部分內(nèi)可以允許同時(shí)測試幾個(gè)結(jié)果。例如通過直接附著使所述覆蓋層附著到所述流控芯片中包含的所述窗口部分的頂表面上，或者可以在可以置于所述窗口部分的前面的透明光學(xué)元件上提供所述覆蓋層。
[0125]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述檢測窗口部分可以兩次或者更多次地結(jié)合相同的顏色。例如，所述檢測窗口部分可以結(jié)合兩個(gè)相互隔開的紅色屏板。本發(fā)明可以生成本發(fā)明從所述細(xì)胞樣品經(jīng)過的初始顏色屏板收集到的以及從所述細(xì)胞接下來經(jīng)過的相同顏色的屏板收集到的結(jié)果的平均值。
[0126]根據(jù)本發(fā)明的配置以及細(xì)胞樣品的性質(zhì)，可以通過采用多種顏色或者多次采用一種或多種顏色來驗(yàn)證本發(fā)明的準(zhǔn)確性，由此為一些類型的分析提高本發(fā)明的準(zhǔn)確度保證。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這樣的在檢測窗口部分內(nèi)結(jié)合了一種或多種顏色而且有可能在所述檢測窗口部分內(nèi)對一種或多種顏色結(jié)合兩次的檢測模塊可以用于各種分析目的。
[0127]本發(fā)明是一種可以包括如圖2所示的熒光激勵(lì)和檢測平臺(tái)的微粒檢測和分析系統(tǒng)。本發(fā)明的平臺(tái)可以包括諸如激光二極管或LED的用于產(chǎn)生激勵(lì)的照明源18、用于信號(hào)收集的發(fā)射濾波器以及諸如CMOS或CCD相機(jī)的用于檢測的光學(xué)探測器24?？梢詫⑺稣彰髟催B接至可以蓋覆有激勵(lì)濾波器的光纖/光導(dǎo)19。在受到照射的同時(shí)，感興趣的帶有熒光標(biāo)簽的微?？梢园l(fā)射出具有不同的波長的能夠被所述光學(xué)探測器俘獲的波。所述成像系統(tǒng)可以是物鏡22，例如，現(xiàn)成的顯微鏡物鏡，其可用于對目標(biāo)細(xì)胞放大并將其投射到所述光學(xué)探測器上?？梢詫⑺獪y試的樣品加載到所述一次性試劑盒20上，例如，一次性塑料微流控芯片。所述微流控芯片可以根據(jù)適用的光學(xué)測量由熱壓或注塑技術(shù)形成。所述圖像采集和分析模塊可以包括矩形CCD或CMOS傳感器以及相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路。
[0128]如圖13和14所示，本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)的配置可以結(jié)合包括處于變動(dòng)的位置上的照明源在內(nèi)的部件。如圖13所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以將具有發(fā)射濾波器的探測器連接至成像透鏡76?？梢允顾B接的探測器和透鏡置于所述一次性試劑盒74之上。 可以將所述照明源72置于所述一次性試劑盒之上，并且可以使其具有一角度，從而向處于所述成像透鏡的下面的一次性試劑盒的上表面提供光。
[0129]如圖14所示，在本發(fā)明的另一配置中，可以將具有發(fā)射濾波器80的探測器連接至成像透鏡82?？梢詫⑺B接的探測器和透鏡置于一次性試劑盒84之上。可以將照明源86 置于所述一次性試劑盒的下面，并且使其具有一角度，從而向處于所述透鏡的下面的一次性試劑盒的底面提供光。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的元件的其他配置在本發(fā)明的實(shí)施例中也是可能的。
[0130]可以采用圖像分析程序?qū)λ杉降墓鈱W(xué)圖像進(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)微粒和細(xì)胞的檢測和枚舉。
[0131]本發(fā)明可以結(jié)合幾個(gè)元件，包括可以可從市面購得的現(xiàn)成的元件。結(jié)合現(xiàn)成的元件可以降低本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)的成本。例如，可以是各種類型的珠粒與本發(fā)明結(jié)合，例如，以藻紅蛋白(PE)(激勵(lì)/發(fā)射532nm/585nm)和PE-Cy (激勵(lì)/發(fā)射532/700nm)為標(biāo)簽的具有6 iim的直徑的珠粒。作為另一個(gè)例子，本發(fā)明可以結(jié)合鹽，例如，IX磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)(產(chǎn)品號(hào)碼BP2438-4)。作為另一個(gè)例子，可以在本發(fā)明中結(jié)合可以通過現(xiàn)成渠道購得的細(xì)胞質(zhì)控品(immunotrol),其既可以是高計(jì)數(shù)控制又可以是低計(jì)數(shù)控制?？梢栽诒景l(fā)明結(jié)合諸如IOX的NA0.30的顯微鏡物鏡。也可以在本發(fā)明中結(jié)合諸如PixelflyUSB的 (XD相機(jī)。本發(fā)明還可以結(jié)合用于突光發(fā)射收集的濾光器,例如,585/40和708/75濾波器。 作為另一個(gè)例子，可以在本發(fā)明中結(jié)合現(xiàn)成的光學(xué)透鏡筒組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，可以將不是現(xiàn)成的而是專門被構(gòu)造為結(jié)合到本發(fā)明中的其他部件或者將現(xiàn)成的部件和為本發(fā)明專門構(gòu)造的部件的組合與本發(fā)明一起使用。
[0132]在圖6a和6b中示出了本發(fā)明的設(shè)計(jì)布局以及在本發(fā)明中結(jié)合的所制造的聚合物微芯片42。所述微流控元件可以由樣品引入入口、樣品準(zhǔn)備室、微粒分析室和廢料貯存器構(gòu)成。在自王的微流控系統(tǒng)中，例如，在本發(fā)明中結(jié)合的系統(tǒng)中，可以完全罪毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)芯片上的流控移動(dòng)。這消除了本發(fā)明對復(fù)雜的流控操縱和驅(qū)動(dòng)部件的需求，例如，真空泵、管和密封。可以采用由探測器的尺寸界定的詢問區(qū)檢查和測量所激勵(lì)的熒光信號(hào)。由于可以動(dòng)態(tài)地完成所述細(xì)胞枚舉過程，因而如果實(shí)施表現(xiàn)良好的細(xì)胞流動(dòng)模式，那么其可以提高所述裝置和系統(tǒng)的性能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這樣的表現(xiàn)良好的細(xì)胞流動(dòng)模式，如文中所述。
[0133]在本發(fā)明中，可以通過使流動(dòng)嚴(yán)格具有層流性的方式設(shè)計(jì)所述窄詢問區(qū)的微流控通道44。例如，可以將所述窄詢問區(qū)46設(shè)計(jì)為具有適當(dāng)?shù)某叽?，以獲得允許本發(fā)明實(shí)現(xiàn)最佳功能所需的流量。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的通道可以具有大約15微米的深度以及超過大約800微米的寬度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這只是本發(fā)明中可以結(jié)合的窄詢問區(qū)的尺寸的例子，可以在本發(fā)明中結(jié)合其他的詢問區(qū)尺寸。
[0134]用以實(shí)現(xiàn)具體流量的窄詢問區(qū)設(shè)計(jì)可以具有提高所采集到的圖像的質(zhì)量以及使動(dòng)態(tài)細(xì)胞檢測更加準(zhǔn)確的效果。在檢測點(diǎn)之外，所述通道可以拓寬48，從而降低流控阻力并提高流動(dòng)速度。這一獨(dú)特的設(shè)計(jì)可以允許本發(fā)明中的流體流在整個(gè)分析時(shí)間內(nèi)保持均勻的速度。一旦所述室得到了填充，就可以對已知的樣品容積進(jìn)行分析。例如，這可以是⑶4T 細(xì)胞枚舉分析中的重要的分析標(biāo)準(zhǔn)。
[0135]所述微流控通道可以包括一個(gè)或多個(gè)柱50，如圖6c的放大截面所示。所述柱可以具有各種尺寸，例如，大約100微米寬。可以使所述柱在所述通道內(nèi)按照規(guī)律均勻地間隔放置，或者使其更加隨機(jī)地隔開?？梢酝ㄟ^放置所述柱而影響細(xì)胞的流動(dòng)，并且甚至可以通過放置所述柱而影響流動(dòng)方向或者流速。所述柱還可以起到避免所述細(xì)胞群聚的作用。如文中討論的，細(xì)胞的群聚可能對細(xì)胞分析結(jié)果造成不利影響，因此所述柱可以起到避免細(xì)胞群聚的作用，并且因此可以促進(jìn)本發(fā)明的分析結(jié)果的準(zhǔn)確性的提高。
[0136]所述柱還可以具有使所述芯片的各個(gè)層分離的高度，因此可以使層間的空間發(fā)生改變。通過這種方式，可以根據(jù)具體細(xì)胞的尺寸利用所述柱阻礙或者促進(jìn)具體細(xì)胞的流動(dòng)。 例如，處于特定點(diǎn)上的芯片的層之間的空間可以由所述柱的高度決定，其中所述柱在使每一層與其他層保持一距離的位置上對所述層進(jìn)行支撐。在芯片的特定區(qū)域內(nèi)，細(xì)胞可能會(huì)比芯片的層之間的空間大，在這種情況下，可以阻礙細(xì)胞在芯片的這一區(qū)域流動(dòng)，并且可以迫使其沿芯片內(nèi)的芯片層間空間足以大于細(xì)胞的尺寸的方向流動(dòng)。
[0137]可以采用光刻技術(shù)制造將在本發(fā)明中使用的可以是諸如一次性試劑盒的試劑盒的微流控芯片?？梢圆捎脤恿鲏河」に噷λ鲂酒木M(jìn)行封裝。所述`芯片的基底層可以由諸如塑料丙烯酸樹脂的各種材料構(gòu)成。所述基底層或者下層可以結(jié)合流控結(jié)構(gòu)，例如， 通過SU-8負(fù)性光致抗蝕劑界定的結(jié)構(gòu)?？梢圆捎霉饪碳夹g(shù)對所述微流控信道構(gòu)圖，因而最初可以沉積下層，例如，所述沉積步驟可以涉及旋涂和干燥技術(shù)?？梢允顾鱿聦油耆袒?br> [0138]接下來，可以通過(例如)與下層的沉積所采用的相同的步驟沉積第二層。例如，可以借助通過光掩模的曝光對所述第二層構(gòu)圖?？梢詫?jīng)曝光的樣品進(jìn)行烘焙和顯影，以形成本發(fā)明的功能所需的預(yù)期特征。
[0139]所述芯片的蓋層或帽層可以由諸如塑料丙烯酸樹脂的各種材料構(gòu)成。所述蓋層可以是所沉積的部分固化SU-8光致抗蝕劑層，其具有機(jī)械鉆取的通孔，以形成入口和出口。[0140]可以按照接合緩慢推進(jìn)(bonding jog)中的配準(zhǔn)組裝所述基底層和帽蓋層，并在層壓壓機(jī)內(nèi)的機(jī)械載荷下對其進(jìn)行加熱?？梢允顾龌讓雍兔鄙w層保持一段時(shí)間，以形成所述接合。
[0141]如果通過批量生產(chǎn)制造一次性試劑盒，那么可以采用注入模制或者熱浮凸壓印法形成所述一次性試劑盒。
[0142]可以在制造過程中將具有液體或者固體粉末的形式的試劑，即與熒光染料軛合的抗體，存儲(chǔ)或者預(yù)加載到所述一次性試劑盒內(nèi)。
[0143]本發(fā)明可以涉 及測量步驟。如圖2所示，本發(fā)明的細(xì)胞/微粒檢測和分析平臺(tái)的光學(xué)成像系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)熒光成像方案的差別可以在于，本發(fā)明可以不包括發(fā)射濾波器或者任何二向色反射鏡。對于多色檢測而言，可以在本發(fā)明中向光學(xué)檢測系統(tǒng)內(nèi)結(jié)合定制設(shè)計(jì)的發(fā)射濾波器。
[0144]可以將圖7a和7b所示的濾波器組輸出示為在本發(fā)明中使用的濾波器的透射譜52 和54。這些譜可以表示本發(fā)明的光學(xué)特性。圖7a所示的譜52表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測得ASCII數(shù)據(jù)的例子的濾波器組輸出。圖7b所示的譜54表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的平均ASCII數(shù)據(jù)的例子的濾波器組輸出。用于與圖7a和7b 二者均相關(guān)的本發(fā)明的實(shí)施例的濾波器組的橫軸涉及具有通過um指示的范圍和向cm—4的復(fù)位的橫軸以及具有通過％T指示的范圍和向OD的復(fù)位的縱軸。
[0145]本發(fā)明的濾波器組可以在單個(gè)單元中結(jié)合兩個(gè)半月形的熒光濾波器。這一濾波器組可以允許同時(shí)進(jìn)行雙色熒光檢測。
[0146]本發(fā)明的成像系統(tǒng)可以利用寬場動(dòng)態(tài)成像方案。這樣的成像系統(tǒng)可以避免在本發(fā)明中結(jié)合任何移動(dòng)部件。例如，本發(fā)明可以不結(jié)合任何移動(dòng)部件，例如，濾波器輪和旋轉(zhuǎn)臺(tái)。 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要這樣的移動(dòng)部件，例如，濾波器輪和旋轉(zhuǎn)臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)多色(或多路復(fù)用)分析中的熒光檢測。本發(fā)明可用于在沒有這樣的移動(dòng)部件的情況下實(shí)現(xiàn)多色(或多路復(fù)用)分析中的熒光檢測。這是本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的又一優(yōu)勢。
[0147]在本發(fā)明執(zhí)行的分析過程中，可以俘獲在微流控裝置內(nèi)移動(dòng)的微粒的時(shí)間序列。 在圖3a_3f中示出了本發(fā)明的微粒檢測系統(tǒng)的圖示。圖3a_3f這六幅圖示出了本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)在分析階段的不同時(shí)間點(diǎn)上拍攝的快照。在這一例子中，T=O表示圖像采集開始。在所述分析階段內(nèi)，可以是CMOS探測器或CCD探測器的探測器可以隨著細(xì)胞25向位于微流控芯片27的區(qū)域內(nèi)的檢測窗口 26的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)而連續(xù)拍攝圖像。
[0148]作為在分析階段內(nèi)的時(shí)間點(diǎn)上細(xì)胞在分析階段內(nèi)相對于檢測窗口的移動(dòng)的例子， 圖3a示出了探測器在T=O的時(shí)間點(diǎn)上俘獲的圖像，圖3b示出了探測器在T=I秒的時(shí)間點(diǎn)上俘獲的圖像，圖3c示出了探測器在T=2秒的時(shí)間點(diǎn)上俘獲的圖像，圖3d示出了探測器在 T=3秒的時(shí)間點(diǎn)上俘獲的圖像，圖3e示出了探測器在T=4秒的時(shí)間點(diǎn)上俘獲的圖像，并且圖 3f示出了探測器在T=5秒的時(shí)間點(diǎn)上俘獲的圖像。
[0149]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，圖3a_3f所示的圖像只是在本發(fā)明的分析階段內(nèi)檢測窗口中的細(xì)胞移動(dòng)的可能的圖像的例子，可以通過其他實(shí)施例以及本發(fā)明執(zhí)行的各種分析生成其他圖像或細(xì)胞移動(dòng)。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所述的可以是CMOS探測器或 CCD探測器或者其他類型的探測器的探測器俘獲圖像的時(shí)間間隔可以是任何規(guī)律或者不規(guī)律的間隔。圖3a_3f示出了按照I秒的間隔俘獲的圖像，但是所述探測器可以在分析階段內(nèi)按照任何間隔俘獲圖像。
[0150]在采用本發(fā)明時(shí)，諸如血液樣品的樣品進(jìn)入所述分析室可以觸發(fā)諸如CMOS探測器或CCD探測器的探測器開始數(shù)據(jù)采集階段或過程。本發(fā)明執(zhí)行的數(shù)據(jù)采集可以包括采集圖像，如文中所述。對所采集的圖像的分析可以涉及計(jì)算流經(jīng)所述檢測窗口的諸如感興趣的熒光微粒的微?；蚣?xì)胞的數(shù)量。本發(fā)明可以利用這一計(jì)算生成最終的細(xì)胞計(jì)數(shù)。
[0151]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，由于在流控芯片內(nèi)的緩慢流控移動(dòng)以及所要分析的樣品的大容積的原因，可能必須要記錄和處理大量的圖像。
[0152]本發(fā)明可以結(jié)合包括可以用于引入樣品細(xì)胞的引入入口的流控裝置、可以對樣品細(xì)胞進(jìn)行準(zhǔn)備以供分析的準(zhǔn)備室、可以如文中討論的對細(xì)胞進(jìn)行分析的細(xì)胞分析室以及用于收集廢棄細(xì)胞的廢料貯存器?？梢詫⒈景l(fā)明的微流控裝置的入口和腔室連接為，將所述引入入口連接至所述準(zhǔn)備室，從而使引入到所述裝置的細(xì)胞可以流到所述引入入口內(nèi)，并且通過所述引入入口流入并經(jīng)過所述準(zhǔn)備室。將所述準(zhǔn)備室連接至所述分析室，從而使細(xì)胞可以從所述準(zhǔn)備室流入并通過所述分析室。將廢料貯存器連接至所述分析室，并且在本發(fā)明的一些實(shí)施例中可以將其連接至所述準(zhǔn)備室，從而使細(xì)胞流入到所述廢料貯存器內(nèi)， 并將其收集在所述廢料貯存器內(nèi)。
[0153]可以通過將廢料貯存器從所述裝置上拆卸下來并處理到其中收集的細(xì)胞而將所述廢料貯存器中收集的細(xì)胞處理掉。在本發(fā)明的這樣的實(shí)施例中，可以將所述廢料貯存器重新附著到本發(fā)明上。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述廢料貯存器或者容納到所述廢料貯存器內(nèi)的容器可以是一次性的，從而將針對每次分析或者在分析之間按照間隔向本發(fā)明引入新的無菌廢料貯存器或容器。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，也可以在本發(fā)明的系統(tǒng)、裝置和方法中結(jié)合其他處理廢料貯存器中收集的細(xì)胞的方法，例如，從廢料貯存器去除細(xì)胞的機(jī)構(gòu)、在廢料貯存器中結(jié)合的可以收集細(xì)胞并且在在從廢料貯存器拆卸下來時(shí)可拋掉的可拆卸收集容器、應(yīng)用于所述廢料貯存器的清理機(jī)構(gòu)或者任何其他去除所述廢料貯存器中收集的細(xì)胞的機(jī)構(gòu)。
[0154]可以在所述分析室內(nèi)結(jié)合本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)，例如，圖2所示的系統(tǒng)，從而使文中描述的光學(xué)成像系統(tǒng)和利用所述光學(xué)成像系統(tǒng)的方法在細(xì)胞流經(jīng)所述分析室的同時(shí)出現(xiàn)。還可以將圖3a_3f所示的檢測窗口結(jié)合到所述分析室內(nèi)，由此在細(xì)胞流經(jīng)所述分析室時(shí)，細(xì)胞將在所述檢測窗口之上或者通過所述檢測窗口流過。
[0155]細(xì)胞在本發(fā)明中的借以通過所述光學(xué)成像系統(tǒng)的一次性試劑盒(例如，流控芯片) 的流控移動(dòng)可以完全由毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)。如文中所述，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞的毛細(xì)力應(yīng)用可以消除在本發(fā)明中結(jié)合諸如真空泵的復(fù)雜流控驅(qū)動(dòng)部件的必要性。因此，本發(fā)明可以不包括任何復(fù)雜的流控驅(qū)動(dòng)部件，例如，真空泵。
[0156]細(xì)胞樣品可以流經(jīng)所述一次性試劑盒，例如，微流控芯片。可以使所述樣品與諸如慢干化學(xué)試劑的試劑混合?？梢詫⑺鲈噭┩扛驳剿鑫⒘骺匦酒谋砻嫔稀?br> [0157]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以采用無源微流控混合器準(zhǔn)備用于后續(xù)的光學(xué)分析的樣品?？梢詫⑺鰺o源微流控混合器置于所述準(zhǔn)備室或分析室內(nèi)。作為例子，所述無源微流控混合器可以執(zhí)行準(zhǔn)備樣品的步驟，從而采用帶有熒光標(biāo)簽的抗體標(biāo)示感興趣的細(xì)胞。 所述無源混合方案可以消除在本發(fā)明中包含更加笨重的有源器件的必要性。因此，本發(fā)明可以代表與已知的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)相比具有降低的總儀器復(fù)雜性的系統(tǒng)和裝置。[0158]可以在本發(fā)明中結(jié)合檢查和測量激發(fā)出的信號(hào)(例如，激發(fā)出的熒光信號(hào))的詢問線或詢問區(qū)。所述激發(fā)出的信號(hào)可以是通過作用于流經(jīng)的細(xì)胞樣品的光學(xué)成像系統(tǒng)的光纖 /光導(dǎo)創(chuàng)建的。可以采用激勵(lì)濾波器蓋覆所述引導(dǎo)。
[0159]所述詢問線或者詢問區(qū)可以是由所述探測器的尺寸界定的，例如所述探測器可以是CMOS探測器或CCD探測器。由于細(xì)胞枚舉在本發(fā)明中完全是動(dòng)態(tài)完成的，因而對于本發(fā)明而言優(yōu)選實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)良好的細(xì)胞流動(dòng)模式。為了實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)良好的細(xì)胞流動(dòng)模式，可以通過使流動(dòng)嚴(yán)格具有層流性的方式設(shè)計(jì)窄詢問區(qū)的微流控通道。作為例子，可以將所述通道設(shè)計(jì)為具有特定的尺寸，例如，獲得大約15微米的深度和小于大約500微米的寬度的尺寸?？梢赃x擇所述通道的具體尺寸，以獲得提高的采集圖像質(zhì)量和提高的動(dòng)態(tài)細(xì)胞檢測準(zhǔn)確度。
[0160]圖1和圖2示出了本發(fā)明的細(xì)胞/微粒檢測和分析平臺(tái)的光學(xué)成像系統(tǒng)的可能的配置。所述光學(xué)成像系統(tǒng)可以結(jié)合置于光學(xué)探測器的前面的單個(gè)光學(xué)濾波器或者濾波器陣列。這一元件配置可以消除現(xiàn)有技術(shù)細(xì)胞分析系統(tǒng)、裝置和方法中為了實(shí)現(xiàn)多色或多路復(fù)用分析中的熒光檢測所需的任何額外部件。因此，本發(fā)明可以不結(jié)合任何額外的移動(dòng)部件就能實(shí)現(xiàn)多色或多路復(fù)用分析中的熒光檢測。
[0161]諸如血液樣品的細(xì)胞樣品進(jìn)入所述分析室可以觸發(fā)本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)中的探測器開始俘獲圖像。所述探測器可以俘獲所述分析室的作為檢測窗口的部分的圖像，如圖3a_3f所示?？梢詫⑺鰴z測窗口置于所述一次性試劑盒的部分之上或其上面，或者置于整個(gè)試劑盒的之上或其上面。根據(jù)分析室內(nèi)的檢測窗口的構(gòu)造和定位，所述樣品可以在所述檢測窗口之下或者之上流動(dòng)。
[0162]隨著所述流控樣品移動(dòng)到所述分析室內(nèi)并填充所述分析室，所述探測器可以按照規(guī)律或者不規(guī)律的間隔隨著時(shí)間的推移連續(xù)俘獲光學(xué)圖像。一旦整個(gè)分析室被完全填充， 就可以停止圖像俘獲過程。
[0163]本發(fā)明可以出于對樣品結(jié)果進(jìn)行分析以及生成分析結(jié)果的目的向所述圖像應(yīng)用分析方法。作為所述分析方法的部分，可以結(jié)合所述探測器俘獲的所有圖像。所述分析方法可以涉及對采集到的圖片的圖像分析，其中，可以計(jì)算在檢測窗口的下面流過的感興趣的熒光微粒的數(shù)量。所述計(jì)算可以導(dǎo)致最終的細(xì)胞計(jì)數(shù)的生成。
[0164]本發(fā)明可以涉及細(xì)胞樣品在光學(xué)成像系統(tǒng)的試劑盒內(nèi)的緩慢流控移動(dòng)，以及所要分析的大的樣品容積。因此，作為本發(fā)明的分析方法的部分可能必須要記錄和處理顯著的可能是很大量的圖像。可以將所述圖像存儲(chǔ)到處于本發(fā)明的裝置內(nèi)部或外部的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)內(nèi)?？梢酝ㄟ^有線或無線連接將所述存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)鏈接或者以其他方式連接至本發(fā)明。例如， 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以包括結(jié)合了本發(fā)明的平臺(tái)的諸如手持式裝置的便攜式裝置。在本發(fā)明的這樣的實(shí)施例中，可以將所述光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器俘獲的在所述檢測窗口之上或之下流動(dòng)的細(xì)胞樣品的圖像存儲(chǔ)到可以處于所述裝置的內(nèi)部的存儲(chǔ)單元內(nèi)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以將所述圖像存儲(chǔ)到處于所述裝置的外部的存儲(chǔ)單元內(nèi)?？梢酝ㄟ^有線或無線連接將所述外部存儲(chǔ)單元鏈接至所述裝置。
[0165]本發(fā)明的 分析方法還可以結(jié)合圖形處理單元，其可用于對本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器俘獲的圖像中的一幅或多幅進(jìn)行處理和分析。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一旦采用細(xì)胞樣品填充了所述分析室，所述光學(xué)成像系統(tǒng)的可以是CMOS探測器或CCD探測器的探測器就可以俘獲所述分析室內(nèi)的樣品的一幅或多幅靜態(tài)光學(xué)散射圖像。所述探測器可以在所述光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器俘獲了本發(fā)明的分析方法根據(jù)文中描述的方法進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)所需的所有圖像之后俘獲散射圖像，或者所述探測器可以在俘獲本發(fā)明的分析方法用以進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)所需的圖像之間間歇性地俘獲散射圖像。所述探測器俘獲的散射圖像可以提供本發(fā)明可以用來研究諸如血液樣品的細(xì)胞樣品的更加精細(xì)的細(xì)節(jié)的靜態(tài)曝光。對更加精細(xì)的細(xì)節(jié)的研究可以提供有關(guān)樣品或樣品中的具體細(xì)胞的額外信息，例如，細(xì)胞/微粒形態(tài)、 載體溶液的光學(xué)密度等?？梢韵鄬τ谧鳛闃悠穪碓吹娜嗽诩膊『突?yàn)的診斷和/或監(jiān)測中利用這一信息。例如，可以利用所述信息實(shí)施瘧疾和肺結(jié)核診斷。
[0166]本發(fā)明可以結(jié)合軟件或者其他計(jì)算程序元件。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以結(jié)合用于實(shí)施對采集到的圖片的圖像分析的圖像分析程序，其中，可以計(jì)算出在檢測窗口的下面流過的感興趣的熒光微粒的數(shù)量和/或最終的細(xì)胞計(jì)數(shù)，如文中所述。所述圖像分析程序可以利用所述光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器俘獲的圖像。所述圖像可以是熒光圖像，可以由所述探測器將所述圖像直接傳送至圖像分析程序，或者將所述圖像從所述探測器傳送至單元的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，并由所述圖像分析程序從存儲(chǔ)單元對所述圖像進(jìn)行訪問。所述圖像分析成像可用于通過有線連接或者通過無線方式訪問存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元內(nèi)的圖像。
[0167]所述圖像分析程序可以結(jié)合諸如定制設(shè)計(jì)算法的算法，所述算法可用于跟蹤所述探測器俘獲的圖像中所示的感興趣的細(xì)胞。例如，所俘獲的圖像可以示出檢測窗口的入口區(qū)域，從而在每一俘獲的圖像幀內(nèi)對檢測窗口的入口區(qū)域進(jìn)行掃描。通過按照圖像俘獲順序?qū)Ψ@圖像進(jìn)行分析，所述圖像分析程序可以用于隨著樣品在檢測窗口之上或者之下流過而跟蹤微粒/細(xì)胞樣品中的新的事件。
[0168]所述圖像分析程序可以用于檢測樣品中的強(qiáng)度水平。例如，可以對熒光細(xì)胞樣品的圖像進(jìn)行分析以檢測顯示出了預(yù)定強(qiáng)度水平(例如，超過在圖像分析程序中設(shè)置的預(yù)定閾值的強(qiáng)度水平)的像素組。作為例子，在本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞樣品在微通道內(nèi)的嚴(yán)格層流性流控流動(dòng)的實(shí)施例中，所述圖像分析程序可以識(shí)別出在接下來的幀內(nèi)預(yù)計(jì)具有熒光微粒的小的區(qū)域。由于在這一分析方法中所述圖像分析程序只對每一圖像的整體中的一小部分進(jìn)行處理，因而可以提高處理速度，并且可以降低計(jì)算能力要求。如果幀速率超過15幀 /秒左右，尤其會(huì)出現(xiàn)這些成果。
[0169]對于跟蹤每一圖像幀內(nèi)的帶有熒光標(biāo)簽的對象的位置的成像分析程序而言，可以將虛擬邊界框放置到每一細(xì)胞上，由此所述成像分析程序可以識(shí)別并記錄每一細(xì)胞的最大和最小X和y坐標(biāo)。可以計(jì)算每一邊界框的中心位置，并將其標(biāo)為細(xì)胞的當(dāng)前位置?？梢葬槍Ψ@的每一圖像幀重復(fù)這一過程，并對其進(jìn)行分析，以生成最終的枚舉結(jié)果。
[0170]除了成像分析程序?qū)δ繕?biāo)群體進(jìn)行進(jìn)入掃描之外，還可以在細(xì)胞離開檢測窗口區(qū)域時(shí)檢測和計(jì)量感興趣的細(xì)胞。所述成像分析程序可以實(shí)施這種類型的離開細(xì)胞分析 ，以確保在細(xì)胞進(jìn)入檢測窗口區(qū)域時(shí)對細(xì)胞進(jìn)行的計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。因此，這一離開細(xì)胞分析能夠提供對進(jìn)入檢測窗口區(qū)域的細(xì)胞的計(jì)數(shù)的驗(yàn)證。因此，在成像分析程序執(zhí)行的本發(fā)明的分析方法中結(jié)合離開細(xì)胞分析可以減少、實(shí)際上消除或者消除仍然附著在檢測窗口內(nèi)的微通道的表面上的細(xì)胞引入的誤差。其又可以提高本發(fā)明的結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0171]可以利用流速特征的各個(gè)方面設(shè)計(jì)所述微流控裝置或芯片。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，基于所獲得的數(shù)值模擬結(jié)果設(shè)計(jì)微流控芯片。可以由所收集的這樣的數(shù)據(jù)，例如從圖9a_9d所示的圖像收集到的數(shù)據(jù)，估算流體速度，并且可以對其繪圖，如圖8a和Sb所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能與理論預(yù)期吻合得很好。所述繪圖可以示出表示流體流動(dòng)速度的流速 56，如圖8a所示，或者所述繪圖可以示出表示通道填充時(shí)間的每一行程時(shí)間58，如圖Sb所示。圖8a和8b所示的繪圖對應(yīng)于圖6a和6b所示的迂回(serpentine)微流控芯片結(jié)構(gòu)。 因而，可以在產(chǎn)生微流控芯片設(shè)計(jì)之前建立數(shù)字模型。這一例子中的模型模擬采用連接兩個(gè)貯存器的直通道的簡單毛細(xì)微流控系統(tǒng)中的流控運(yùn)動(dòng)。
[0172]本發(fā)明可以結(jié)合執(zhí)行對本發(fā)明應(yīng)用的參數(shù)的優(yōu)化的機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的實(shí)施動(dòng)態(tài)計(jì)數(shù)以確定細(xì)胞/微粒統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)施例中，光學(xué)探測器的曝光時(shí)間可以是優(yōu)化計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性的最重要的參數(shù)。在信號(hào)背景噪聲比提高時(shí)，可以使本發(fā)明的性能最大化。實(shí)現(xiàn)這一最大化的能力受到光學(xué)成像系統(tǒng)的檢測俘獲的圖像的曝光時(shí)間的影響。如果探測器的積分時(shí)間過短，那么所述探測器俘獲的熒光信號(hào)可能會(huì)低，并且可能損害信號(hào)背景比。另一方面， 如果積分時(shí)間過長，樣品中的細(xì)胞可能行進(jìn)得過快，從而使探測器難以俘獲這樣的細(xì)胞的圖像。如果細(xì)胞流過而未被探測器俘獲到圖像中，并因此而未進(jìn)行登記，那么其可能導(dǎo)致計(jì)數(shù)誤差和分析結(jié)果的誤差。本發(fā)明的最佳積分時(shí)間應(yīng)當(dāng)允許樣品中的帶有熒光標(biāo)簽的細(xì)胞產(chǎn)生與背景噪聲相比充分高的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)探測器的電子電路也應(yīng)當(dāng)足夠快，從而以適當(dāng)?shù)牟蓸铀俾史@所有感興趣的細(xì)胞/微粒。
[0173]圖9a_9d示出了探測器曝光時(shí)間的影響的例子。圖9a示出了光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器以50ms的曝光俘獲的圖像，S/B:3/2。圖9b示出了光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器以25ms的曝光俘獲的圖像，S/B:1300/900。圖9c示出了光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器以15ms的曝光俘獲的圖像，S/B:750/550。圖9d示出了光學(xué)成像系統(tǒng)的探測器以IOms的曝光俘獲的圖像，S/ B:695/500。圖9a-9d的比較表明，在較短的曝光下細(xì)胞形狀60(在圖像中被示為黑暗背景內(nèi)的亮的形狀)顯得更圓，因?yàn)樵谳^短的曝光下信號(hào)背景比更低。
[0174]為了表明本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢，將本發(fā)明的實(shí)施例與金標(biāo)準(zhǔn)流式細(xì)胞儀進(jìn)行比較。采用這一方案，對在磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)溶液中與藻紅蛋白(PE)燃料軛合的 6-um聚合物微球粒實(shí)施枚舉測量。在Olympus BX50豎式熒光顯微鏡上執(zhí)行初始實(shí)驗(yàn)。將帶通濾波器組用于熒光激發(fā)和發(fā)射測量。獲得了 1007微粒/ UL的平均計(jì)數(shù)，而所述流式細(xì)胞儀采用同樣的樣品生成了 970微粒/y L的計(jì)數(shù)。
[0175]本發(fā)明的用于進(jìn)行比較的實(shí)施例由現(xiàn)成的光學(xué)部件和機(jī)械部件構(gòu)成。所述比較涉及測量整個(gè)血液樣品中的CD4T細(xì)胞濃度。采用處于高濃度和低濃度上的細(xì)胞質(zhì)控品對微流控芯片進(jìn)行測試，所述細(xì)胞質(zhì)控品是用于校準(zhǔn)流式細(xì)胞儀系統(tǒng)的穩(wěn)定化血液樣品。在穩(wěn)定化血液樣品的測試中采用相同的熒光染料。所述測試生成了 620個(gè)細(xì)胞/微升的平均計(jì)數(shù)值，而所述流式細(xì)胞儀則測得670個(gè)細(xì)胞/微升的值。
[0176]圖10示出了在金標(biāo)準(zhǔn)流`式細(xì)胞儀(現(xiàn)有技術(shù))62和被描述為ChipCare原型64的本發(fā)明上的測試的結(jié)果的比較，其中，示出了寬場動(dòng)態(tài)計(jì)數(shù)系統(tǒng)和流式細(xì)胞儀測試結(jié)果。
[0177]還執(zhí)行了線性度測試，以說明現(xiàn)有技術(shù)流式細(xì)胞儀和本發(fā)明之間的差異。在圖11 的表格66中示出了所述測試的結(jié)果。在本發(fā)明的平臺(tái)上測試了 CD4枚舉化驗(yàn)感興趣的細(xì)胞群體的從150/y L到720/y L的范圍，如圖11所示。所述測量是通過與常規(guī)的現(xiàn)有技術(shù)臨床流式細(xì)胞儀的直接比較完成的，并且所述比較是在具有臨床相關(guān)性的細(xì)胞群體的范圍上實(shí)施的。所述比較的結(jié)果表明在兩個(gè)測量之間存在98.6%的一致性。(圖11的表格66中所示的每一數(shù)據(jù)點(diǎn)是針對該范圍獲得的計(jì)數(shù)結(jié)果的平均值。)[0178]本發(fā)明可以用于執(zhí)行單色或多色成像。如圖12所示，本發(fā)明的實(shí)施例可用于執(zhí)行雙色成像。通過多色成像，本發(fā)明表現(xiàn)出了多路復(fù)用能力，由此可以生成單獨(dú)的細(xì)胞群體的統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)和多個(gè)細(xì)胞類型的存在差異的統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)?？梢栽诒景l(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)中包含濾波器組，其包括結(jié)合放置到光學(xué)探測器的前面的兩個(gè)半月形光學(xué)濾波器。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以將兩個(gè)半月形光學(xué)濾波器并排放到一起。所述的兩個(gè)半月形光學(xué)濾波器還可以是針對本發(fā)明的實(shí)施例定制設(shè)計(jì)的。
[0179]采用具體的熒光染料為標(biāo)簽的微?？梢猿霈F(xiàn)在光學(xué)探測器的對應(yīng)屏板/區(qū)域內(nèi)。 在本發(fā)明的實(shí)施例的雙色成像的演示例子中，如圖12所示，所采用的兩種熒光染料為PE 和PE-Cy5。使每種燃料與具體的細(xì)胞軛合，從而采用PE染料對CD4細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)示，而采用 PE-Cy5分子作為⑶45細(xì)胞的標(biāo)簽。檢測區(qū)域的左半部分68以第一熒光標(biāo)簽(PE)的呈現(xiàn)綠色的發(fā)射波長俘獲樣品的圖像，而檢測區(qū)域的右側(cè)屏板70則以第二熒光標(biāo)簽(PE-Cy)的呈現(xiàn)為紅色的發(fā)射波長記錄樣品的圖像。在所述演示中采用這一方案測量兩個(gè)細(xì)胞群體CD4 和⑶45。本發(fā)明能夠通過這兩組圖像的結(jié)合和比較測量帶有標(biāo)簽的細(xì)胞的群體。
[0180]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下也可以實(shí)踐文中描述的實(shí)施例的各種變型。因此，其他修改也是可能的。`
【權(quán)利要求】
1.一種細(xì)胞檢測和分析系統(tǒng)，其特征在于，包括:(a)結(jié)合了微流控通道的流控芯片，其用于使一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞在所述微流控通道內(nèi)流動(dòng)；(b)被設(shè)置為指向所述流控芯片或者所述流控芯片的一部分的光源；以及(C)用于俘獲在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)的所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的一幅或多幅圖像的檢測模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流控芯片結(jié)合了檢測窗口，并且所述檢測模塊用于俘獲在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)通過所述檢測窗口的所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是置于所述流控芯片之上或者之下的照明源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測模塊結(jié)合了CMOS探測器或者 CCD探測器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測模塊結(jié)合了圖像分析程序，其用于對由所述檢測模塊俘獲的所述一幅或多幅圖像進(jìn)行分析，以生成分析結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像分析程序生成診斷結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)是便攜式的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，可以將所述流控芯片、光源和檢測模塊結(jié)合到單個(gè)外殼內(nèi)。
9.一種用于細(xì)胞檢測和分析的方法，其特征在于，包括下述步驟:(a)將具有一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞樣品引入到流控芯片；(b)使所述細(xì)胞樣品通過所述流控芯片內(nèi)的微流控通道流動(dòng)；以及(C)對光學(xué)成像模塊進(jìn)行操作，從而對在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)的所述細(xì)胞樣品進(jìn)行分析。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括下述步驟:(a)所述光學(xué)成像模塊對探測器進(jìn)行操作，以俘獲流經(jīng)所述流控芯片的檢測窗口部分的所述細(xì)胞樣品的一幅或多幅圖像；(b)所述光學(xué)成像模塊對圖像分析程序進(jìn)行操作，從而對所述一幅或多幅圖像進(jìn)行分析；以及(C)所述圖像分析程序生成與所述細(xì)胞樣品相關(guān)的細(xì)胞分析結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括步驟:所述圖像分析程序生成與所述細(xì)胞樣品相關(guān)的診斷結(jié)果。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括步驟:所述光學(xué)成像模塊應(yīng)用一項(xiàng)或多項(xiàng)計(jì)算和一個(gè)或多個(gè)算法以分析所述細(xì)胞樣品。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括步驟:(a)創(chuàng)建結(jié)合了所述流控芯片和光學(xué)成像模塊的便攜式裝置；(b)用戶攜帶所述便攜式裝置到各種地點(diǎn)以執(zhí)行細(xì)胞檢測和分析。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括步驟:攜帶所述便攜式裝置以在下述地點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)執(zhí)行細(xì)胞檢測和分析:一個(gè)或多個(gè)偏遠(yuǎn)地點(diǎn)；一個(gè)或多個(gè)發(fā)展中地點(diǎn)；一個(gè)或多個(gè)發(fā)達(dá)地點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括步驟:將所述光學(xué)成像系統(tǒng)對所述細(xì)胞樣品的分析存儲(chǔ)到存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)中。
16.一種用于細(xì)胞檢測和分析的設(shè)備，其特征在于，包括:(a)—個(gè)或多個(gè)外殼；(b)結(jié)合了微流控通道的流控芯片，細(xì)胞樣品的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞在所述流控芯片內(nèi)通過所述微流控通道流動(dòng)；(C)結(jié)合在所述一個(gè)或多個(gè)外殼中的一個(gè)外殼中的光學(xué)成像系統(tǒng)，在將所述光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)置為指向所述流控芯片或者所述流控芯片的一部分時(shí)，所述光學(xué)成像系統(tǒng)用于俘獲在所述流控芯片內(nèi)流動(dòng)的所述一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞的一幅或多幅圖像；以及(d)用于利用所述一幅或多幅圖像生成細(xì)胞樣品分析結(jié)果的細(xì)胞樣品分析機(jī)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，還包括具有下述部件的所述流控芯片:(a)將所述細(xì)胞樣品通過其引入到所述微流控通道的入口；(b)能夠使所述細(xì)胞樣品通過其從所述流控芯片移除的出口；以及(C)置于所述流控芯片內(nèi)的柱。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，還包括置于所述出口附近的廢料貯存器，所述廢料貯存器用于在所述細(xì)胞樣品流經(jīng)所述微流控芯片之后收集所述細(xì)胞樣品。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，還包括結(jié)合到作為便攜式、手持式外殼的所述一個(gè)外殼中的所述流控芯片、所述光學(xué)成像系統(tǒng)和所述細(xì)胞`樣品分析機(jī)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，還包括連接至所述設(shè)備的手持式裝置， 由此能夠通過所述手持式裝置將所述細(xì)胞樣品分析呈現(xiàn)給用戶。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，還包括用于應(yīng)用多熒光檢測的所述光學(xué)成像系統(tǒng)和細(xì)胞分析機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C12Q1/02GK103562373SQ201280018296
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月7日
【發(fā)明者】詹姆斯·斯圖爾特·艾奇遜, 陸晨, 詹姆斯·佳華·都, R·K·納耶 申請人:多倫多大學(xué)管理委員會(huì)