多维度的流体动力学的集中室

摘要

包括装置和方法的系统，其用于微流体操作、分配、和/或分选微粒，例如细胞和/或珠子。该系统可以包括成某种形状的集中室和/或分支的转移机构。本发明提供了包括装置和方法的系统，用于微流体的按需分配和/或微粒，例如细胞、病毒、细胞器、珠子、和/或囊泡的分选。该系统可以包括具有菱形形状的集中室和/或分支的转移机构。

说明书

交叉引用

本申请基于下面的在2013年9月5日提交的序列号为61/874,320和 2013年11月11日提交的序列号为61/902,664的美国临时专利申请，并且 根据35U.S.C.§119(e)要求上述两个美国临时专利申请的权益。出于所有 的目的这些申请中的每一个通过引用以其整体并入本文。

引言

执行生物系统的分子和细胞分析的能力在过去的几十年间呈爆炸式 增长。特别是，例如DNA测序、基因克隆、单克隆抗体生产、细胞转染， 放大技术(例如PCR)，和转基因动物的形成的分子和细胞技术的出现和细 化已经推动了这种爆炸性的增长。这些技术引起了压倒性数量的被识别的 基因、编码的蛋白质、工程细胞类型，以及用于研究这些基因、蛋白质、 和细胞类型的分析。遗憾的是，随着样本、试剂、和分析的可能的组合的 数量变得近乎不可估量，已经变得越来越明显的是，实际上对于开始理解 这种复杂性，尤其在合理的时间和财政限制下理解这种复杂性，新方法是 必要的。

针对这些难题的一种方法是已经减小了分析规模，把重点放在小体积 和少量的微粒上，包括个体细胞。用于分析的分配单个细胞(或其它微粒) 的传统方法是通过稀释。具体来说，包含细胞的溶液被稀释到一浓度使得 移液管各个吸收/分配平均包含单个细胞。然而，这种方法并不准确:等分 部分可能包含零个细胞、一个细胞、或多个细胞。单个细胞还可以由拾取 和放置的机器人系统来分配，该拾取和放置机器人系统定位个体细胞(例如， 在盘上)，挑拣细胞，并且将细胞放置在另一位置。然而，如果移动大量的 细胞的话，那么拾取和放置系统需要定位到每个细胞并且需要大量的时间。 单个细胞还可以使用流式细胞仪分析，但这种方法是复杂而昂贵的，并且 不是设置用于或者旨在用于分配单个细胞。

因此，鉴于这些缺点，需要能够有效地以少量的体积操作个体细胞和 诸如珠子的其它小微粒的系统。

概述

本发明提供了包括装置和方法的系统，用于微流体操作、分配、和/ 或对微粒，例如细胞和/或珠子分选。该系统可以包括成某种形状的集中室 (例如，四个边的室)和/或分支的转移机构。

附图说明

图1是示出了根据本公开的方面的说明性的按需的细胞分配系统的示 意性框图。

图2是根据本公开的方面的包括集中室和按需的分配机构的说明性的 微流控芯片的等距视图。

图3是从相对的视角获得的图2的芯片的等距视图。

图4是示出了微流体网络的图2的芯片的平面图。

图5是示出了根据本公开的方面的说明性的集中室的图2的芯片的部 分等距视图。

图6是图5的集中室的平面图。

图7是图5的集中室的等距截面图。

图8是图5的集中室的截面侧视图。

图9是示出了根据本公开的方面的说明性的分配机构的图2的芯片的 部分等距视图。

图10是图9的分配机构的平面图。

图11是示出了根据本公开的方面的说明性的分配喷嘴的图2的芯片的 部分等距视图。

图12是包括控制系统和基板定位机构的图1的系统的实施方案的示 意图。

详述

本发明提供了包括装备和方法的系统，用于微流体的按需分配和/或微 粒，例如细胞、病毒、细胞器、珠子、和/或囊泡的分选。该系统可以包括 具有菱形形状的集中室和/或分支的转移机构。本发明还提供了用于实施分 配和分选的微流体机构。这些机构可以使微粒的控制的输入、移动/定位、 转移、释放和/或输出成为可能。此外，这些机构可以在系统内以任何适合 的次序来组合和/或以任何适合的次数来使用。因此，这些组合可以允许微 粒连续地或并行地作为单个的微粒、微粒的混合群、微粒阵列、异质微粒 集、和/或同质微粒集等等被分选或分配等等。此外，这些组合可以使得微 流体系统能够被重复利用。此外，这些组合可以允许微粒更有效地、更可 靠地、更准确地分配，和/或比以前可以更具有可行性。

在以下的部分中描述了本发明的另外的方面:(I)微流体系统的概述，(II) 流体网络的物理结构，(III)微粒，(IV)输入机构，(V)测量和检测机构，(VI) 输出机构，(VII)按需分配系统的概述，和(VIII)示例。

I.微流体系统的概述

A.定义以及概述

微粒的操作可以在微流体系统，诸如本公开中所描述的那些系统中实 施。微流体系统通常包括非常少量的流体在其中储存和操作，一般不到 500μL，通常少于100μL，并且更通常地少于大约10μL的任何系统。微流 体系统在预定义的路径上穿过一个或多个微流体通路输送流体。微流体通 路可以具有最小的尺寸，具有通常少于大约200、100、或50μm的高度 或宽度。在下文的部分II中更详细地描述通路。

微流体系统可以包括一组或多组通路，该一组或多组通路互连以形成 通常封闭的微流体网络。这样的微流体网络可以包括在网络末端处或者网 络的中间的一个、两个、甚至更多与外界连接的开口。这样的开口可以接 收、储存和/或分配流体。分配的流体可以直接地引入到微流体网络或微流 体系统的外部的地点。这样的开口通常在下文更详细地描述的输入和/或输 出机构中起作用并且可以包括也在下文更详细地描述的储器。

微流体系统也可以包括有助于流体和/或微粒操作的任何其它适合的 特征或机构。例如，微流体系统可以包括调节阀或控制机构，该调节阀或 控制机构确定流体流速和/或路径的方面。可以参与这样的调节机构的阀门 和/或泵将在下文更详细地描述。可选地或另外地，微流体系统可以包括确 定、调节、和/或感测流体温度、流体压力、流体流速、暴露至光、暴露至 电场、磁场强度和/或类似的机构。因此，微流体系统可以包括加热器、冷 却器、电极、透镜、光栅、光源、压力传感器、压力变换器、微处理器、 微电子器件、和/或等等。此外，每个微流体系统可以包括充当用于识别给 定系统的符号的一个或多个特征。这些特征可以包括任何可检测的形状或 符号，或形状或符号的集合，例如具有独特的定位、特性和/或其它属性(例 如光学属性)的黑白条形码或彩色条形码、单词、数字和/或类似的。

B.材料

流体系统可以由任何适合的材料或适合材料的组合组成。适合的材料 可以包括弹性体，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)；塑料，例如聚苯乙烯、聚 丙烯、聚碳酸酯等；玻璃；陶瓷；溶胶-凝胶；硅和/或其它非金属；金属 或金属氧化物；生物聚合物、混合物、和/或微粒，例如蛋白质(明胶、赖 氨酸、血清白蛋白、胶原蛋白等)、核酸、微生物等；和/或类似的。

C.制作方法

微流体系统，也称为芯片(chip)，可以具有任何适合的结构。这样的 系统可以由单个部件制作为整体的结构，或两个或多个部件的多部件式结 构。两个或两个以上的部件可以具有适合的相对空间关系并且可以通过任 何适合的结合机构附接到另一个部件。

在一些实施方案中，两个或两个以上的部件可以制作为相当薄的层， 该相当薄的层可以面对面地布置。基于功能该相对薄的层可以具有不同的 厚度。例如，一些层的厚度可以是大约10到250μm、20到200μm、或 者大约50到150μm等等。其它的层可以大体上较厚，从而在一些情况下 为系统提供机械强度。这样的其它层的厚度可以是大约0.25到2cm、0.4 到1.5cm、0.5到1cm等等。一个或多个另外层可以是用作基底层的大体 平面的层，在一些情况下有助于成为部分或所有的微流体通路的地板部分。

微流体系统的部件可以基于系统所期望的应用以及制作中所使用的 材料通过任何适合的机构来制作。例如，可以使用适合的模具来模塑、压 印、和/或压花一个或多个部件。这样的模具可以通过微加工、蚀刻、软光 刻技术、材料沉积、切割、和/或冲压等等由任何适合的材料形成。可选地 或者此外，微流体系统的部件可以在不用模具的情况下通过蚀刻、微加工、 切割、冲压和/或材料沉积来制作。

微流体部件可以单独地制作，连接，并且视情况而定进一步修改。例 如，当作为不同的层来制作时，微流体部件可以通常面对面地结合。这些 单独的部件可以被表面处理，例如，使用活性化学物来改变表面化学、使 用微粒结合剂、使用试剂来促进分析和/或等等。这样的表面处理可以是相 对于表面的分立部分是局部的或可以是相对非局部的。在一些实施方案中， 单独的层可以被制作并且随后被冲压和/或切割以产生另外的结构。在不同 的部件已经结合之前和/或之后可以实施这样的冲压和/或切割。

II.流体网络的物理结构

A.概述

微流体系统可以包括用于少量流体的整体操作的任何适合的结构，整 体操作包括移动流体和/或储存流体、以及移动和/或储存与流体相关联的 微粒。该结构可以包括通路、储器、和/或调节阀等等。

1.通路或通道

通路通常包括任何适合的路径、通道或管道，穿过、经过或沿着该路 径、通道或管道材料(例如，流体、微粒、和/或试剂)可以在微流体系统中 通过。通常以通道的形式的一组流体地流通的通路可以共同地称为微流体 网络。在一些情况下，通路可以被描述为具有形成地板、顶部和壁的表面。 通路可以具有包括宽度、高度、长度、和/或横截面等等的适合的尺寸和几 何形状，并且可以遵循包括直线、圆形、和/或曲线等等的任何适合的路径。 通路也可以具有适合的表面轮廓，包括凹部，突出部，和/或孔口，并且可 以在通道内的任何适当的位置上具有适合的表面化学或渗透率。适合的表 面化学可以包括在通路形成之前、期间和/或之后通过添加和/或使用化学 和/或试剂处理的表面改性。

通道可以通过诸如注射模塑法在基板上形成。在一些示例中，这种或 另一工艺可以用来形成具有地板和墙壁的通道。这样的通道可以通过密封 通道来制作以适于流体流动。例如，通道可以通过压焊或另外的应用密封 薄膜或者其它的覆盖基板的方法密封以生成用于通道的天花板或屋顶。

在一些情况下，可以根据功能来描述通路，尤其是通道。例如，可 以根据在特定应用中的材料流的方向、与特定参考结构的关系、和/或输送 的材料的类型来描述通路。因此，通路可以是通常将材料输送到地点的入 口通路(或通道)，以及通常从地点输送材料的出口通路(或通道)。此外，通 路可以被称为微粒通路(或通道)，试剂通路(或通道)，聚集通路(或通道)， 灌注通路(或通道)，废料通路(或通道)，和/或类似的。

通路可以分岔、连接和/或尽头终止以形成任何适合的微流体网络。因 此，通路可以在微粒定位、分选、保留、处理、检测、传播、储存、混合、 和/或释放等等中起作用。通路的另外的方面贯穿本文详细的说明书被包括。

2.储器

储器通常包括用于在处理操作(例如，测量和/或处理)之前、期间、之 间和/或之后储存材料(例如，流体、微粒和/或试剂)的任何适合的容器或室。 储器，也称为槽，可以包括输入储器、中间储器和/或输出储器。在将材料 输入到芯片的微流体网络部分之前输入储器可以储存材料(例如，流体、微 粒和/或试剂)。相比之下，中间储器可以在处理操作期间和/或在处理操作 之间储存材料。最后，输出储器可以在自芯片输出到诸如外部处理器或废 料之前或者在芯片的处理之前储存材料。

3.调节阀

调节阀通常包括用于产生和/或调节材料(例如，流体、微粒和/或试剂) 移动的任何适合的机构。适合的调节阀可以包括阀门、泵、和/或电极等等。 调节阀可以通过主动地推动流和/或通过限制主动流或被动流来操作。由调 节阀调节的适合的功能可以包括混合、分选、流体网络的连接(或分离)， 和/或类似的。

III.微粒

A.概述

微流体系统可以用来操作微粒。微粒通常包括足够小以在与流体有关 的微流体网络中输入和操作，但足够大以从流体中可区分的任何物体。在 本文中使用的微粒通常是微观或接近微观的，以及可以具有大约0.005至 100μm、0.1至50μm、或约0.5到30μm的直径。可选地或者另外，微粒 可以具有大约10-20至10-5克，10-16至10-7克、或者10-14至10-8克的 质量。示例性的微粒可以包括细胞、病毒、细胞器、珠子、和/或囊泡、以 及它们的聚合体，诸如二聚物、三聚物等等。

B.细胞

1.概述

在本文使用的细胞通常包括任何自我复制、膜结合 (membrane-bounded)的生物实体或其任何非复制的、膜结合的后代。非 复制的后代可以是老化细胞、终末分化细胞、细胞嵌合体、血清饥饿细胞、 受感染细胞、非复制突变体、无核细胞等等。

在微流体系统中作为微粒的细胞可以具有任何适合的源、遗传背景、 健康状况、固定状态、膜透性、预处理、和/或种群纯度等等。细胞源可以 是真核、原核、古细菌(archae)等等，并且可以是来自动物、植物、真 菌、原生生物、细菌和/或类似的。细胞可以是野生型的；自然的、化学的 或者病毒突变体；工程突变体(如基因转移)；和/或类似的。此外，细胞可 以生长、静止、衰老、转化和/或永存等等，以及细胞可以是固定和/或不 固定的。活的或死亡的、固定或不固定的细胞可以有完整的膜和/或通透/ 破裂的膜以允许对离子、标记物、染料、配体等的吸收，或者允许细胞内 容的释放。细胞可以在引入微流体系统之前通过任何适当的处理步骤已经 被预处理。这些处理步骤包括调节器处理、转染(包括感染、注入、微粒轰 击、脂质转染、共沉淀转染等等)、利用分析试剂，如染料或标记物和/或 等等的处理。此外，细胞可以是单一培养，其通常作为无性系种群从单个 细胞或小集合的非常相似的细胞得到；可通过诸如亲和结合、流式细胞仪、 药物选择等等的任何适合的机制来预分选；和/或可以是混合的明显不同细 胞的种类或者是明显不同细胞种类的异质群。

2.真核细胞

真核细胞，即具有一个或多个核的细胞或者其无核的衍生物，可以从 包括原代细胞、确立细胞、和/或患者样本的任何适当的源获得。这些细胞 可以来自任何类型的细胞或任何类型细胞的混合物，来自任何发展阶段， 和/或来自任何遗传背景。此外，真核细胞可以是粘连的和/或非粘连的。 这些细胞可以来自包括动物、植物、真菌和/或原生生物的任何适合的真核 生物。

真核细胞可以来自动物，即脊椎动物和无脊椎动物。脊椎动物可以包 括哺乳动物，即，灵长类(例如人类、猿、猴等等)或者非灵长类(例如牛、 马、羊、猪、狗、猫、有袋类动物、啮齿动物、和/或类似的)。非哺乳类 的脊椎动物可以包括鸟类、爬行类、鱼类(例如鳟鱼、鲑鱼、金鱼、斑马鱼 等等)，和/或两栖动物(例如非洲爪蟾蜍物种的青蛙、蛙属等等)。无脊椎动 物包括节肢动物(例如蛛形纲动物、昆虫(例如，果蝇)等等)、软体动物(例 如蛤蚌、蜗牛等等)、环节动物(例如蚯蚓等等)、棘皮动物(例如各种海星等 等)、腔肠动物(例如水母、珊瑚等等)、海绵动物门(海绵)、扁形动物(绦虫)、 线形门虫(扁虫)等等。

真核细胞可以来自任何适合的植物，例如单子叶植物、双子叶植物、 裸子植物、被子植物、蕨类、苔藓、地衣和/或藻类等。

示例性植物可以包括植物作物(例如水稻、玉米、小麦、黑麦、大麦、 马铃薯等等)、研究中使用的植物(例如拟南芥属、火炬松等等)、观赏价值 的植物(观赏棕榈树、玫瑰等等)、和/或类似的。

真核细胞可以来自任何适合的真菌、包括壶菌门、接合菌门、子囊菌 门、担子菌门、半知菌纲和/或酵母的成员。示例的真菌可以包括酿酒酵母、 粟酒裂殖酵母、毕赤酵母、粗糙脉孢菌、蕈类、尘菌、不完全菌、霉菌、 和/或类似的。

真核细胞可以来自任何适合的原生生物(原生动物)，包括变形虫、纤 毛虫、鞭毛虫、球虫、微孢子虫、和/或类似的。示例性的原生生物可以包 括兰伯氏贾第虫、内变形虫、溶组织、隐孢子虫、和/或福氏耐格原虫 (N.fowleri)等等。

微粒可以包括原始的真核细胞，即，从生物体或自然中直接取得，无 后续的延伸的体外培养。例如，细胞可以自患者样本中获得，例如全血、 浓集细胞、白细胞、尿、痰液、粪便、粘液、脊髓液、肿瘤、病变组织、 骨髓、淋巴、精液、胸膜液体、产前样本，抽出物、活体组织切片、分解 的组织、表皮细胞、角质细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、骨骼肌细胞、神 经细胞、肾细胞，前列腺细胞、肝细胞、干细胞、成骨细胞、和/或类似的。 类似的样本可以根据人类志愿者、人类种群的选择成员、法医样本、动物、 植物、和/或自然资源(水、土壤、空气等)等等来操作和分析。

可选地或者另外，微粒可以包括确立真核细胞。这样的细胞可以通过 任何适当的处理，包括病毒感染、核酸转染、化学治疗，延长通路和选择， 辐射和/或类似的而永存和/或转化。这样的已确定细胞可以包括各种细胞 系，例如成神经细胞、神经细胞、成纤维细胞、成肌细胞、肌管、成软骨 细胞、成骨细胞、软骨细胞、造骨细胞、骨细胞、心肌细胞、平滑肌细胞、 上皮细胞、角质细胞、肾细胞、肝细胞、淋巴细胞、粒细胞、和/或巨噬细 胞等。示例性的确立细胞系可以包括Rat-1、NIH3T3、HEK293、COS1、 COS7、CV-1、C2C12、MDCK、PC12、SAOS、Hela，施耐德细胞，Junkat 细胞，SL2、和/或类似的。

3.原核细胞

微粒可以是原核细胞，即缺乏膜结合细胞器的自我复制、膜结合微生 物，或其非复制型的后代。原核细胞可以来自任何累却，包括产水菌门、 类杆菌、绿菌门，产金菌门(Chrysogenetes)，蓝细菌、纤维杆菌属，厚壁 菌门，黄杆菌，梭杆菌纲、变形菌门、鞘脂杆菌门、螺旋体门、热微菌门， 和/或XenoBacteria等等。这样的细菌可以是革兰氏阴性的、革兰氏阳性的、 有害的、有益的和/或致病的。示例性的原核细胞可以包括大肠杆菌、沙门 氏菌，枯草芽孢杆菌，金黄色葡萄球菌，产气荚膜梭菌、副溶血弧菌， 和/或炭疽杆菌等。

C.病毒

在微流体系统中病毒可以作为微粒被操作。病毒通常包括任何微观/ 亚微观的寄生生物的细胞(动物、植物、真菌、原生生物，和/或细菌)，其 包括蛋白质和/或膜被并且其在没有宿主细胞的情况下不能够复制。病毒可 以包括DNA病毒、RNA病毒、逆转录酶病毒、病毒体、类病毒、朊病毒 等等。示例性的病毒可以包括HIV、RSV、狂犬病毒、肝炎病毒、巴尔病 毒、鼻病毒、噬菌体、导致各种疾病(CJD(海绵状脑病、库鲁病、GSS(施 特劳斯综合征综合症)，FFI(致命性家族失眠症)、Alpers综合症等等)的朊 病毒、和/或类似的。

D.细胞器

细胞器可以在微流体系统中被操作。细胞器通常包括细胞的任何微粒 组成部分。例如，细胞器可以包括核、高尔基体、溶酶体、核内体，线粒 体，过氧化物酶体、内质网、吞噬体、液泡、叶绿体等。

E.珠子

珠子可以在微流体系统中被操作。珠子通常包括任何合适的已制成的 微粒。珠子可以由无机材料、或者化学地、酶促地和/或生物地合成的材料 制成。此外，珠子可以具有任何适合的多孔性，以及可以形成为固体或凝 胶。适合的珠子成分可以包括塑料(例如聚苯乙烯)、右旋糖酐、玻璃、陶 瓷、溶胶-凝胶、弹性体，硅、金属、和/或生物聚合物(蛋白质、核酸等等)。 珠子可以具有任何适合的粒径或直径范围。因此，珠子可以是具有窄范围 直径的大体上均匀的群体，或者珠子可以是具有广范围直径或两个或多个 不同的直径的非均匀的群体。

珠子可以与任何适合的材料有关。材料可以包括化合物、聚合物、复 合物、混合物、噬菌体、病毒和/或细胞等等。例如，珠子可以与一对特定 绑定的成员(见部分VI)有关，如受体、配体、核酸，复合体的成员，和/ 或等等。珠子可以是不同的珠子的混合，其在一些情况下携带不同的材料。 不同的珠子可以在任何适当的方面，如大小、形状、相关的编码、和/或由 珠子携带的材料不同。在一些实施方案中，该方面可以识别相关的材料。 下文进一步描述编码。

F.囊泡

微粒可以是囊泡。囊泡通常包括由脂质包膜界定的任何非细胞派生的 微粒。囊泡可以包括在其包膜或内部部分的任何适合的成分。适合的成分 可以包括化合物、聚合物、复合物、混合物，聚合物和/或微粒等等。示例 性的成分可以包括蛋白质、肽、小分子化合物、候选药物、受体，核酸， 配体和/或类似的。

IV.输入机构

A.概述

微流体系统可以包括与微流体网络相连接的一个或多个输入机构。输 入机构通常包括用于将材料(例如微粒、流体和/或试剂)输入到微流控芯片 的微流体网络的任何适合的机构，该任何适合的机构包括选择性的(即，部 件到部件(component-by-component))机构和/或容积机构。

B.内部源/外部源

输入机构可以接收来自内部源，即，包括在微流控芯片的储器和/或外 部源，即，与芯片隔开的储器或者其在芯片的外部的材料。

自内部源输入材料的输入机构可以使用任何适合的容器来储存和分 配材料。适合的容器可以包括在芯片上形成的空隙。这样的空隙可以从芯 片外部直接接近，例如，穿过从具有流体网络的流体连通部延伸到芯片的 外表面，例如顶面的孔。该容器可以具有与流体网络的流体容积相比的相 对大的流体容积，以便它们不会很快地用尽。例如，流体容积可以为至少 大约1、5、10、25、50或100μL。因此，材料可以使用标准实验室装置 (如果需要，诸如微量吸液管、注射器等等)分配到容器中。

自外部源输入材料的输入机构也可以使用任何适合的容器和机构来 储存和分配材料。然而，如果外部源将材料直接输入至流体网络，那么外 部源可能需要有效地与流体网络相连接，例如，使用接触式分配结构或非 接触式分配机构。因此，来自外部源的输入机构可以用细管或针精确地将 流体引到流体网络。可选地或者另外，来自外部源的输入机构可以使用非 接触式分配机构，例如“喷射”，其可以与喷墨打印机的动作相比较。此 外，来自外部源的输入机构可以使用弹道推进的微粒，例如，如同通过基 因枪居于中间。

C.促进机构

进入到微流体系统材料的输入可以利用任何适当的促进机构来促进 和/或调节。这样促进机构可以包括重力流，例如，当输入储器具有比输出 储器更高的流体时。促进机构还可以包括将材料推到流体网络中的正压力， 例如机械或气压、或离心力；在输出机构处用于朝向输出机构抽出流体的 负压力；和/或在流体网络内起作用的定位机构。该定位机构可以包括泵和 /或动电机构。

V.测量机构和检测机构

A.概述

由微流体系统操作的微粒可以在一个或多个测量地点由一个或多个 测量机构分析。测量机构通常包括用于检测预选的微粒或微粒特征(例如， 由微粒提供的微粒成分、和/或分析的产品等等)的任何适合的装置或方法。 测量地点通常包括在系统内部和/或外部的在其上实施测量的任何适合的 微粒位置或多个微粒位置。

B.检测方法

测量机构可以使用任何适合的检测方法定性和/或定量地分析样本。适 合的检测方法可以包括光谱方法、电方法、流体动力学方法、成像方法和 /或生物学的方法等等，尤其是那些适合或者适应微粒分析的方法。这些方 法可以涉及对单个值或多个值，依赖时间或不依赖时间(例如稳态或终点) 的值和/或平均值或(时间和/或空间)分布值等等的检测。这些方法可以测量 和/或输出模拟值和/或数字值。

光谱检测方法通常可以包括对光(或波状的微粒)的任何属性的检测， 特别地对经由与样本的相互作用而改变的属性的检测。适合的光谱方法可 以包括吸收、发冷光(包括光致发光、化学发光和电化学发光)、磁共振(包 括核子和电子自旋共振)、散射(包括光散射、电子散射和中子散射)、衍射、 圆二色性和旋光性等。适合的光致发光方法可以包括荧光强度(FLINT)、 荧光偏振(FP)、荧光共振能量转移(FRET)、荧光寿命(FLT)、全内反射荧光 (TIRF)、荧光相关光谱(FCS)、荧光光漂白复苏(FRAP)、荧光激活细胞分选 (FACS)，以及它们的磷光和其它类似物等等。

电方法通常可以包括对任何电参数的检测。适合的电参数可以包括电 流、电压、电阻、阻抗、电容、和/或功率等等。

流体动力学的方法通常包括对微粒(或其组分或其衍生物)和其邻近 物(例如其它微粒)、溶剂(包括任何基体)，和/或微流体系统等等之间的相 互作用进行检测，并且可以用来描述分子大小和/或形状的特征，或用来将 样本分离为其成分。适合的流体动力学方法可以包括色谱法、沉降、粘度 测定法和电泳等。

成像方法通常包括对空间分布式信号的检测，通常用于观察样本或其 成分，包括光学显微镜检查和电子显微镜检查等。

生物学方法通常包括对由微粒进行、介导、和/或影响的一些生物活动 的检测，通常使用如上面描述的另外的方法。

C.检测地点

测量机构可以在微流体系统的内部和/外部在任何适合的检测地点用 来检测微粒和/或微粒特征。

适合的内部检测地点可以包括在微流体系统(芯片)中或在微流体系统 (芯片)上的任何地点。这些地点可以包括通道、室、和/或捕获部以及它们 的部分，并且在本文可以称为感测区域。当微粒(或释放的成分/分析产品) 处于静止或移动状态时，可以检测微粒或微粒特征。在微粒滞留后可以遇 到静止的微粒，例如，在细胞室生长的细胞。在微粒滞留之前和/或之后或 者当局限在某区域时可以遇到移动的微粒。特别是，微粒可以通过任何适 合的定位机构，例如，通过流体流动(基于流动的检测)，移动通过检测地 点。

D.被检测的特征

测量方法可以直接和/或间接地(例如，通过报道分子)检测和/或监控微 粒的任何适合的特征。适合的特征可以包括微粒特性、数量、浓度、位置 (绝对或相对)、成分、结构、序列和/或活动等等。被检测的特征可以包括 分子特征或超分子特征，例如存在/不存在、浓度、定位、结构/变型、构 造、形态、活动、数量、和/或DNA、RNA、蛋白质、酶、脂质、碳水化 合物、离子、代谢物、细胞器、添加的试剂(结合)、和/或其复合物的移动 等等。被检测的特征还可以包括细胞特征，如任何适合的细胞基因型或显 型，包括形态、生长、凋亡、坏死，细胞溶解、活的/死亡的、在细胞周期 中的位置，信号路径的活动、分化、转录活动，基底附着、细胞与细胞交 互作用、转化活动、复制活动、转换、热休克反应、能动性、蔓延、膜完 整性、和/或神经突增生等等。

VI.输出机构

微流体系统可以包括与微流体网络相连接的一个或多个输出机构。输 出机构通常包括用于从微流体系统，或其部分输出材料(例如流体、微粒、 和/或试剂)的任何适合的机构，包括选择性机构和/或容积机构。输出机构 可以将被输出的材料引导到任何适当的位置，例如内部和/或外部的槽。该 槽通常包括任何容器或其它地点，以用于接收输出的材料，用于处理(例如， 废料地点)或用于进一步研究或操作(例如，收集地点)。来自微流体系统的 材料的输出可以利用任何适当的促进机构，例如内部压力源和/或外部真空， 来促进和/或调节。输出机构可以包括基于一些标准，例如材料是微粒还是 流体，选择输出材料的选择机构，例如过滤器。

VII.按需的细胞分配系统的描述

本公开描述了用于按需分配微粒的诸如在上述部分III中描述的微流 体方法和系统。术语“微粒”和“细胞”在本文是可互换地使用以表示任 何这样的对象。

图1示出了说明性的按需的细胞分配系统10的示意图。在一些示例 中，系统10可以包括构造成检测在通道内移动的微粒以及将一个或多个 被检测微粒选择性地分配到诸如基底或目标容器的微流控芯片。在一些示 例中，微流控芯片可放置到仪器中并且在使用后可以是可任意处理的。微 流控芯片可以构造成接合仪器中的歧管以建立流体连接和提供到芯片和 系统的流体源。

系统10可以包括细胞通路或通道12，其构造成引导包含一种或多种 微粒的移动的和/或加压的溶液14。本文讨论的通道12以及其它通道可以 包括构造为用于引导流体的微流体路径的任何适合的结构，并且可以是如 在上文部分II中所描述的任何适合的形状或大小。溶液14可以包括在缓 冲区或其它流体中的微粒，并且可以诸如通过使用鞘液被流体动力地集中。

系统10可以包括配置成检测通道12中的感兴趣的微粒的存在并且将 检测信息传达到控制器18的感测区域16。感测区域16可以包括配置成检 测满足特定的选定标准的微粒存在的任何适合的检测器和/或传感器。例如， 感测区域16可以包括光、电、电磁、和/或化学检测器。可以使用各种独 立或组合的检测方法，例如前向散射信号或侧向散射信号、阻抗测量(例如 库尔特计数器)、含铁的微粒、光电倍增管(PMT)、和/或荧光激活细胞分选 (FACS)、和/或在上文部分V中描述的任何其它适合的检测和测量方法。

系统10可以包括一个或多个感测区域16。例如，感测区域可以以串 联的方式布置以检测之前未检测到并从通道12中移走的微粒或者以并联 的方式布置以检测在通道12的多个分支中的微粒。在一些示例中，另外 的感测区域可以被包括在目的通道或其它适合的位置以提供对预期的微 粒迁移的确认。

控制器18可以包括配置成接收来自感测区域16的检测信息并且响应 接收到的信息采取选定的动作的任何适合的电子控制器。例如，控制器18 可以包括构造成响应特定输入储存由微处理器执行的指令的微处理器和 数字存储器。在一些示例中，控制器18可以响应来自感测区域16的指示 满足预定标准的微粒已被检测到的输入。控制器18可以随后发起导致分 流器机构20致动的输出信号。

分流器机构20可以包括构造成将被检测的微粒从通道12移动到分配 通道22的任何适合的设备，该分配通道22可以包含或选择性地包含加压 的分配流体24。分流器机构20可以包括一个或多个有源的或无源的机械 部件，马达、液压、气动、加压流体、真空发生器、电场或磁场、热膨胀 和/或收缩、压电部件等等。在一些示例中，分流器机构20可以物理地使 包含微粒的大部分溶液改变方向。在一些示例中，分流器机构20可以通 过互相连接路径将微粒推进到分配通道22。在一些示例中，分流器机构 20可以利用阀门或其它适合的设备来控制分配流体24，这可以用于限制、 冲刷和/或携带微粒以进入或穿过分配通道22。

非转移的微粒和溶液14可以继续前进到废料收集区26，而转移微粒、 溶液14和/或分配流体24可以引入分配区域28。废料收集区26可以包括 诸如瓶或容器的收集设备，或可以被改变方向至用于另外的微粒转移的通 道12的输入部，或至用于另外处理的其它地方。视情况而定细胞溶液14 可以重新利用。

系统10的分流器机构可以例如经由喷嘴将包围感兴趣的微粒的大部 分流体转移到分配区域。这可以有助于减少因制造容差或操作容差在分配 效率上的不利影响。此外，采用这种方式所分配的细胞或微粒保持在液体 环境中，这对维持其健康和/或结构完整性可能是至关重要的。

分配区域28可以包括使用者希望在其中分配微粒或多个微粒的任何 适当的位置。例如，分配区域28可以包括在基底或目标容器上的一个或 多个位置。此外，系统10可以包括多个分流器机构20和/或分配通道22。 因此，系统10可以构造成分选设备，在其中细胞根据它们被感测到的特 征被转移和分配。

系统10可以安装在稳定的框架上，以防止可能够影响性能的振动。 在一些示例中，诸如微孔板的容器可以放置在分配喷嘴的下方，使得所分 配的流体和微粒放置在该板的槽的底部。容器可以放置在X-Y平台上以便 控制槽相对于分配喷嘴的位置。将多个微粒分配到相同位置可以通过将基 底/容器保持在适当的位置来完成。系统优选包括诸如比如孔或孔口的安装 特征，以允许其容易地定位在专用的仪器上。装配好的系统可以包括微流 控芯片，微流控芯片通过层压板和阀门安装在其上的歧管来密封。通常， 歧管组件是一永久工件并且芯片组件可以是一次性或可清洗的。歧管可以 包含用于按需将加压流体提供到芯片的阀门。为了向芯片提供所需的流体 或缓冲，歧管组件可以接合芯片并且通过诸如O型环、弹性垫片和/或面 对面接触件来密封。

VIII.示例

该部分描述了与按需的细胞分配设备和/或流体动力学的集中机构有 关的本发明的选定的方面和实施例实施方案以及相关的系统和/或方法。这 些示例仅旨在用于说明并且不应限制或界定本公开的全部范围。每个示例 可以包括一个或多个不同的发明、和/或上下文的或相关的信息、功能、和 /或结构。在该部分中所公开的特征可以彼此结合并且可以与在其它部分公 开的特征结合。

示例1.具有多维度的流体动力学的集中机构的分配系统

该示例描述了根据本公开的方面的具有流体动力学的集中机构的按 需的细胞分配系统200；参见图2-11。

系统200是上文所述的系统10的示例，在单层微流控芯片202上实 施。系统200包括具有鞘入口端口206的鞘液通道204、样本端口208以 及布置在鞘液通道204和样本端口相交处的集中机构210。鞘液和样本流 体在集中机构210合并，并且经由具鞘的样本通道212离开该机构。系统 200可包括构造成将感兴趣的微粒从通道212朝向分配喷嘴216转移的分 流器机构214。

在操作中，芯片202可以如所示地(即，在边缘)定向，其中分配喷 嘴指向向下方向以及集中机构相对于地面垂直地定向。然而，除非另有特 别说明，否则本文的方向和维度将指的是与通道和在那些通道内的流有关。 因此，“在...上(up)”或“在...上方(over)”将指的是大致远离通道的地 板的方向，地板是在芯片基板上形成的通道的底部，与通道的天花板(例 如，由所施加的薄膜层形成的屏障)相对。同样地，“横向的”或“水平 的”将指的是大致朝向或远离通道的壁的方向，以及“轴向”、“流向 (flow-wise)”、“上游/下游”将指的是大致与穿过通道或其它特征的流体 流平行或处于同一直线的方向。相应的术语应以类似的方式来解释。在一 些描述中，方向或维度可以另外地或可选地以术语X、Y和Z被提及，X、 Y和Z是如相关的附图中所示的相互正交的方向。

集中机构210可以被认为是二维(2D)或三维(3D)的流体动力学的 集中机构或室。集中机构210可包括构造成以二维或三维的方式流体动力 学地集中或引导包含一个或多个微粒的流体而在流体中没有大量气泡形 成的任何适合的结构。集中机构210可以在上下的方向上(即，高度方向) 以及边到边(即，横向的)的方向上流体动力学地集中这样的样本流体， 从而产生了2D的集中。在这些示例中，流沿着一个或多个通道的长轴方 向行进。因此，流体动力学的集中可以被称为样本流体的径向集中(radial focusing)，因为其涉及在横向于流的轴向的方向上集中样本流体。

在一些示例中，微粒也可以通过集中机构(例如，与入口流相比通过 加速对出口流)在流向的方向上(即，轴向)被有意地彼此间隔开，从而 产生了第三维度的集中(即，间隔的轴向微粒流)。在所示出的示例中， 集中机构210包括入口218、成某种形状的室220以及出口222。

室220可以形成通道204的横向扩展部分，并且可以包括如下文所描 述的构造成促使两种流体空间上隔开以及合并的任何适合的结构。一般而 言，室220在流向方向上形成使得该室首先变宽以及随后变窄。在一些示 例中，室220可以具有大致四边形的形状，例如具有布置在入口部分218 处的四边形的角以及布置在出口部分222处的四边形的角的简单的凸四边 形。此外，室220的地板可包括在室内大致居中以及相对于室地板凸出的 头部(spigot)或者岛状物部分224。样本端口208形成在岛状物部分224 中，并且布置成使得样本端口正交地进入室，即，向上穿过岛状物部分。

在所示的示例中，室220和岛状物224大致是同中心的并且各自具有 菱形的形状，还更具体地被称为凸出的风筝(kite)。此处，风筝被界定为 具有两对相等长度的边的四边形，每对相等长度的边共用一个角部或角 (即，每对的两条边邻近彼此)。在图5和图6中所示的说明性的岛状物 224中，较短的一对边226位于较长一对边228的下游。

岛状物224可以具有类似于室220的形状，但具有较短的横向尺寸和 竖直的尺寸，因此在每个横向的边留有空隙以形成侧路径230和232以及 在该岛状物上方以形成在上面的路径234。

在该示例中，鞘液236经由尺寸上可以比出口222大的入口218流入 室220。在到达岛状物224时，鞘液被促使既围绕岛状物又在岛状物上方 通过，形成了穿过路径230和232(围绕岛状物)以及穿过路径234(在 岛状物上方通过)的流的部分。包含一个或多个微粒的样本流体238可以 在样本端口208处引入。样本端口208在分离的流路径的结构的下游。因 此，在进入到室中时，样本流体238由通过路径230和232的鞘液236横 向地集中，并且在上方由通过路径234的鞘液236集中。当样本流体238 被鞘液流携带到下游时，岛状物224形成在样本流体238下方的屏障。

当鞘液236和样本238继续流过室220时，侧路径230和232(以及 流经它们的鞘液236的流)当岛状物224终止时会合。鞘液236沿着出口 部分222的地板继续流动进入通道212，而样本238大体上水平地流动离 开岛状物的上表面。已经横向地和在上方地约束了样本的鞘液236从而还 约束或集中了来自下方的样本238。此时，样本238已经在横向、边到边 的维度和竖直、上下的维度(两个维度上)上集中。换言之，样本已经在 Y和Z的两个维度上流体动力学地集中。因此，该类型的流体动力学的集 中可以称为二维的或2D的集中。

岛状物的高度，即，在岛状物部分224的顶部和侧路径230和232的 地板之间的距离，可以至少部分地确定沿着通道212的高度的中心样本流 体的位置。适合的高度可以由实证的分析和/或数字分析确定，例如，利用 诸如COMSOLMultiphysics^TM软件的有限元软件。适合的高度可以根据通 道的尺寸来界定并且可以包括不超过(例如，小于)大约通道的高度的一 半，在通道高度的大约六分之一和大约二分之一之间、在通道高度的大约 十二分之三和大约十二分之五之间、和/或通道高度的大约三分之一等等。 适合的高度还可以根据微粒的尺寸来界定并且可以包括至少大约一个微 粒的尺寸、至少大约一个半的微粒的尺寸、和/或至少大约两个微粒的尺寸 等等。适合的高度还可以根据样本端口的尺寸来界定并且可以是小于样本 端口的直径、大约与样本端口的直径相同、或者比样本端口的直径大。但 根据其它尺寸和部件、微粒类型等等的其它的测量值和尺寸可以是合适的。

岛状物224的形状和位置还可以至少部分地确定中心的样本流体的位 置。岛状物可以相对样本端口(和/或集中室)在形状和位置上至少大体上 是对称的，至少横向于流体流的大致方向，使得适当地相等体积的流体沿 着侧路径230和232中每一个行进。这样的对称可以使微粒倾向于朝向通 道212的中心。

岛状物可以在流体流的方向上在形状和位置上是至少大体上对称的。 然而，在一些实施方案中，如上文讨论的，岛状物可以具有风筝的形状。 换言之，岛状物可以在样本端口上游或下游逐渐减少得更快。例如，在所 示的实施方案中，岛状物在样本端口的下游逐渐减少更快，使得岛状物从 样本端口的上游是相对较长的并且从样本端口的下游是相对较短的。从样 本端口的上游和/下游的该长度可以是通道高度的至少数倍和/或微粒的直 径至少数倍。该岛状物的边可以比集中室的壁更缓慢地，以大约与集中室 的壁相同的速率、或者比集中室的壁更快地逐渐减少，使得侧路径的尺寸 可以增加、减少或者保持相同。

系统200可以包括一个或多个对齐特征，诸如在芯片202上形成的孔 240，用于使系统与其它的设备对齐。系统200可以包括各种尺寸的通道。 各种通道可以在不同位置处具有不同的尺寸(例如，宽度)以有助于均衡 系统的不同部分之间的液压阻力。例如，如在附图中以242和244所示的， 单个的通道可以利用斜坡状特征来改变深度。

系统200可包括具有入口248的可互换地称为驱动流体通道的转移流 体通道246，以及在通道246和通道212的相交处的分流器机构214。具 鞘的样本通道212在收集端口252中终止。

分流器机构214可包括构造成使感兴趣的微粒从通道212改变方向到 分配通道254而不是允许微粒继续到收集端口252的任何适合的结构和/ 或通道的布置。在图9和图10中描绘的示例中，分流器机构214包括叉 形或分支的转移流体通道246。在转移流体通道246与具鞘的样本通道212 相交之前，转移流体通道246分离以形成两个更小的通道，分支256和258， 还称为路径A和路径B。

分支256和258可以包括通道的任何适合的布置，其中路径A比路径 B短很多，并且其中路径B在在上游与通道212的相交处终止并且从路径 A和通道212的相交处间隔开。在该示例中，如在图9和图10中所示的， 分支256构造成在通道246的长轴的方向上延续的直线路径。分支258以 九十度(或相似的)角度从通道246分离，在特定距离后返回以平行于分支 256行进并与通道212相交。因此，分支258形成了比分支256显著长的 路径。

因为分支和路径具有相同的长度和大体上相同的横截面，沿着路径A 行进的流体将在沿着路径B行进的流体之前到达与通道212的相交处。因 此，在样本通道212中的流将被来自分支256(该分支256将通过相交处 继续以及继续通过分配通道254)的来流有效地阻挡。该动作阻挡微粒行 进到收集部。

沿着第二分支行进的转移流体随后与被阻挡的微粒的上游相交并且 将微粒连同包含样本的携带流的包围部分冲刷(例如，携带或推动)穿过分 配通道254。在该实施方案中，用于流体的一个或多个阀门或其它控制机 构可以位于芯片外。换言之，分流器机构214可以不包括移动部分，并且 可以使用常规的注射成型方法来制作。

转移流体通道246、分支256以及分配通道254可以都以九十度角度 方向性地与具鞘的样本通道212大体上对齐。在其它的示例中，各种其它 的角度和布置可以是适合的。在该示例中，分配通道254在配置成分配所 转移的微粒的喷嘴部分216中终止。

现在将更加详细地描述系统200的操作。加压的鞘液在端口206处引 入并且朝向集中机构210流经鞘液通道204。包含微粒的样本流体在样本 端口208处引入，从而流入集中室220。如上文干预室220所描述的，样 本在集中室流体动力学地和多维度地集中，并且具鞘的样本继续沿着具鞘 的样本通道212行进。在没有另外的系统活动的情况下，具鞘的样本通过 分流器机构214并且经由收集端口252离开系统。

对于感兴趣的微粒，样本流体可以连续地或间断地在感测区域262处 被监控。上文所描述的2D/3D集中有助于检测并且提高分配的准确度。一 旦样本微粒被恰当地集中并间隔开，诸如成像或正向散射的任何适合的检 测机构可以用于准确地区分单个的微粒并确定用于分配驱动的恰当的延 时。

在该示例中，分配(还称为分配驱动和/或转移)包括在入口端口216 处的加压的驱动流体的引入。驱动流体的流(还称为分流器流体或转移流 体)可以由阀门来控制。在一些示例中，阀门可以位于芯片外部，诸如在 分流器流体的源处。一旦感兴趣的微粒在感测区域已经被识别，那么控制 器加压转移流体通道246，定时流体的释放以确保微粒如下文进一步说明 地被捕获和分配。

当加压的驱动流体朝向通道212行进，其分离以穿过分支256和258 流动。因为路径A比路径B短，穿过分支256行进的流体首先到达与通道 212的相交处，并且继续穿过该相交处流入分配通道。该动作阻挡感兴趣 的微粒和包围的流体朝向收集口252继续。在由更长的路径B引起的短暂 延时之后，加压的流体到达所捕获的微粒的上游的分支258与通道212的 相交处。当加压路径A和路径B的驱动流合并时，流动继续以推动微粒朝 向并进入分配通道。

在通道的与分支256和258的相交处之间界定的通道212的容积可以 称为分配区域260。以所描述的方式捕获和分配具鞘的样本流体容积允许 系统200分配在分配区域中的任何微粒，从而通过降低制作容差、在流速 率上的变化、粘度等等的影响来极大地提高系统的可靠性。

当驱动流体被释放时，系统中的流体的相关的压力被保持使得在分配 通道中的压力比周围区域更低，从而有助于确保微粒被引入分配通道。在 适当的时间后，和/或在确认感兴趣的微粒已成功转移时，控制器切断加压 的驱动流体的流以为随后的转移活动做准备。具鞘的样本流体的流被允许 穿过分流器机构214传送到收集端口252。

喷嘴216通过使通道逐渐减少或变窄形成在分配通道254的远侧端端 部。该变窄构造成在正常操作期间消除盲区并且允许毛细管作用以抵抗经 由喷嘴部分的泄漏。台阶264可以出现在接近喷嘴216的近侧端端部的通 道254的地板中，从而轻微地改变通道的深度。这种改变可以用于提供另 外的泄漏预防和/或改变喷嘴的流体动力学的特征。疏水材料可以诸如通过 施加涂层添加到喷嘴216以进一步增强这种阻力。该实施方案不包括出口 阀，而是依靠喷嘴的毛细管作用。当发生转移时，来自释放到分配通道的 驱动流体的压力将克服毛细管作用以及任何疏水涂层，并且穿过喷嘴216 分配微粒。因此，分配可以只有在压力超过特定阈值，例如，超过大约1psi 时发生。这通过消除阀门导致制造成本的降低，并且允许带有微粒的分配 的流体量由入口阀门的操作来控制。驱动流体被加压的时间越长，诸如通 过打开阀门，被分配的流体越多。被分配流体的通常的体积可以从大约100 到大约1000nL。

示例2.系统

该示例描述了根据本公开的按需的细胞分配系统700；参见图12。

图12是示出了系统10的示例的说明性的系统700的示意性框图。系 统700包括微流控芯片702，包括上文所描述的通道、集中机构以及一个 或多个分流器机构的系统位于该微流控芯片702上。芯片702可包括有助 于装配和对齐的一个或多个附接点和/或参考点，诸如孔口、凹部等等。可 以位于芯片702上或者位于可操作地连接至芯片702的其它装备上的各种 设备，例如阀门、滑动器、真空室以及其它部件，被导致由诸如电磁阀的 致动器704来操作。这些致动器704进而由开关706来致动，开关706通 过处理器710由输入/输出(I/O)系统708控制。处理器710可以包括诸 如通常的个人计算机或者类似设备的处理器的微处理器，并且可以与包含 用于处理器执行的指令的存储器或存储设备通信。上文描述的控制器可以 包括处理器710和存储设备的组合。

处理器710接收来自传感器712，例如在芯片上的感测区域中使用的 相机系统或者其它检测设备的输入。芯片702可以是安装在X-Y平台714 上或者与X-Y平台714相关联使得芯片或芯片将微粒分配在其上的基板可 以如期望地被精确地定位和改变位置。

实施方案3.选出的实施方案

该部分描述了由一系列的段落陈述的而无限制性的按需的微粒分配 系统的另外的方面和特征，出于清晰和效率的目的，这些段落中的一些或 全部可以以字母数字命名。这些段中的每一个可以以任何适合的方式与一 个或更多的其它的段相结合，和/或与来自本申请中的任何其它地方的公开 内容，包括在交叉引用中通过引用并入的材料相结合。下文中段落中的一 些段落明确地引用其它的段落并且进一步地限制其它的段落，从而提供了 适合的组合中的一些示例，但不具有限制性。对前述段落的引用，例如“段 落A”或“前述段落中的任一项”，是指在“选出的实施方案”的相同分部 内的段落。

选出的实施方案I

1.一种流体动力学地集中包含一个或多个微粒的流体样本的方法， 该方法包括：使鞘液穿过第一微流体通道流动；使鞘液流入内联的室，该 内联的室具有突出到室的中央岛状物，使得鞘液围绕岛状物流动以及在岛 状物上方流动；穿过岛状物的孔口引入包含微粒的流体样本，使得流体样 本连同鞘液被输送并且由鞘液径向地限制；以及使鞘液和样本流入第二微 流体通道。

2.根据段落1的方法，还包括使一个多个微粒沿着流的轴线彼此间 隔开。

3.根据段落1至2中的任一项的方法，其中将一个或多个微粒间隔 开包括使第二通道中的流体以比第一通道中的流体更快的速率流动。

4.根据段落1至3中的任一项的方法，其中岛状物和室形成大体上 同中心的大致四边形的形状，并且鞘液的部分围绕岛状物穿过在岛状物的 边缘和室的边缘之间形成的一对相对的侧路径流动。

5.根据段落4的方法，其中第一通道和第二通道流体地连通室的对 角。

6.根据段落5的方法，其中岛状物和室具有凸形的风筝的形状，并 且岛状物的一对较短的边在邻近第二通道的角部处会合。

7.根据段落4的方法，其中第一通道、第二通道和室形成在共用的 基板上，并且基板定向成使得室的角位于相对于地面是垂直的平面中。

8.一种流体动力学地集中包含微粒的样本的方法，方法包括：

使鞘液穿过第一通道流动；通过推动鞘液围绕在室内部的成某种形状 的结构传送将流动的鞘液分为多个子流；使包含微粒的样本流入室；用鞘 液的多个子流径向地包围样本流；以及使径向地被包围的样本轴向地流入 第二通道。

9.根据段落8的方法，其中室具有大致四边形形状的周界。

10.根据段落8至9中任一项的方法，其中成某种形状的结构包括突 出到室的岛状物，并且岛状物具有与室大体上相同的形状。

11.根据段落10的方法，其中岛状物通过恒定的距离突出到室，所述 距离界定了岛状物的高度。

12.根据段落11的方法，其中岛状物的高度近似为室的高度的1/3。

13.根据段落8至9中任一项的方法，其中使样本流入室包括使样本 流体穿过在成某种形状的结构中形成的大体上中心的端口流动。

14.根据段落8至9中任一项的方法，还包括在第二通道中的在样本 流体中单个地间隔开微粒。

15.根据段落14的方法，其中单个地间隔开包括加速样本流体的流 动。

16.一种按需的微粒分配装置，包括：

微流控芯片，其包括通道网络；流体动力学的集中机构，其与通道网 络的第一通道内联地形成，流体动力学的集中机构包括成某种形状的室、 凸出的岛状物和样品流体端口，中心地布置在室中的岛状物在岛状物上方 和沿着室周界形成流动路径，样本流体端口形成在岛状物中；分流器机构， 其包括在集中机构的下游与第一通道相交的分支的第二通道；以及分配通 道，其在分流器机构处与第一通道相交并且在分配喷嘴中终止；其中，分 流器机构构造成通过使转移流体穿过分支的第二通道、穿过第一通道并且 流入分配通道来选择性地将大量流体转移到分配通道。

17.根据段落16的装置，其中成某种形状的室和凸出的岛状物各自 具有四边形形状，四边形形状具有与第一通道处于同一直线的两个角。

18.根据段落16至17中任一项的装置，其中第二通道包括第一分支 和第二分支，第二分支具有实质上比第一分支长的路径长度。

19.根据段落16至18中任一项的装置，其中样本流体端口形成在岛 状物的中心部分。

20.根据段落16至19中任一项的装置，其中岛状物的高度小于室的 高度的约一半。

21.根据段落19的系统，其中样本端口可以具有可以直接插入到样 本源的预附接的管或者板载式储器以避免交叉污染。

22.根据段落16至21中任一项的系统，其中喷嘴包括在远侧端端部 的狭窄部分，喷嘴构造成提供足够的毛细管压力以阻止泄漏。

23.根据段落22的系统，其中喷嘴还包括宽的部分以允许具有最小 阻力的流体的流动。

24.根据段落22或23的系统，其中喷嘴包括流体动力学的涂层以增 加毛细管的压力。

选出的实施方案II

本子部分提供了作为第一系列编号的段落描述的本公开的选出的实 施方案。

A.一种流体动力学地集中包含微粒的流体样本的方法，该方法包括： (1)使鞘液穿过第一通道流动；(2)使鞘液通过内联的室，该内联的室 内具有中央凸出的岛状物，该中央凸出的岛状物构造成促使鞘液在室内部 横向地围绕岛状物和竖直地在岛状物上方通过；(3)穿过在该凸出的岛状 物中的孔口引入流体样本使得该流体样本与鞘液一起被传输并且该流体 样本由鞘液横向地和竖直地限制；以及(4)使鞘液和样本流入第二通道。

B.一种流体动力学地集中包含微粒的样本的方法，该方法包括：(1) 通过使鞘液通过具有凸出的中央岛状物的成某种形状的室将鞘液分离为 多个流；(2)使鞘液的分离的流水平地和竖直地围绕样本传送；以及(3) 使该合并的样本和鞘液传送到通道中。

C.一种流体动力学地集中包含微粒的样本的方法，该方法包括：(1) 通过促使加压的鞘液在室内部的成某种形状的结构上方通过将其分为多 个流；(2)将样本引入室中；(3)用鞘液的流以两个维度来包围样本；(4) 使被包围的样本流入出口通道。

D.一种流体动力学地集中包含微粒的样本的方法，该方法包括：(1) 在成某种形状的室内部的中央凸出的岛状物上方以及围绕在成某种形状 的室内部的中央凸出的岛状物引导鞘液；以及(2)在室内部，使以第一 方向行进的鞘液与以与第一方向正交的第二方向行进的加压的样本合并。

1.根据段落A至D中的任一项的方法，其中该室是菱形形状或风筝 形状。

2.根据前述段落中的任一项的方法，其中凸出的岛状物是与室大体 上相同的形状。

3.根据前述段落中的任一项的方法，其中凸出的岛状物的高度是恒 定的。

4.根据前述段落中的任一项的方法，其中岛状物的高度约为室的高 度的1/3。

5.根据前述段落中的任一项的方法，其中室具有与通道大体上相同 的高度。

6.根据前述段落中的任一项的方法，其中样本大体上被引入到室的 中心。

7.根据前述段落中的任一项的方法，其中鞘液被水平地分为两个横 向的流，以及还包括将两个横向的流的部分重新合并以形成在样本下方的 流。

8.根据前述段落中的任一项的方法，其中流体动力学地集中样本包 括促使微粒在出口通道被单个地间隔开。

9.根据前述段落中的任一项的方法，还包括穿过出口通道转移和分 配微粒并包围样本流体。

10.根据前述段落中的任一项的方法，还包括通过将微粒选择性地转 移和分配到一个或多个出口通道，基于至少一个选定的标准分选样本中的 微粒。

上面阐述的本公开内容可以包含具有独立效用的多个不同发明。虽然 这些发明中的每一个已经以其优选的形式公开，但是如本文公开和示出的 其具体实施方案不应以限制性意义来理解，因为很多变化是可能的。本发 明的主题包括本文公开的各种要素、特征、功能和/或属性的所有新颖和非 显而易见的组合以及子组合。下面的权利要求特别指出了被视为新颖和非 显而易见的一些组合和子组合。以特征、功能、要素和/或属性的其它组合 和子组合实施的发明可以在要求本申请或相关申请的优先权的申请中要 求保护。无论针对不同的发明还是相同的发明，以及无论其相对于初始权 利要求的范围是更广、更窄、等同或不同，这样的权利要求，都应当视为 包括在本公开内容的发明主题内。