Установка и способы для высокопроизводительной сортировки спермы - RU2017125455A
Код документа: RU2017125455A
Формула
1. 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.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один канал потока содержит несколько каналов потока, выполненных на микрожидкостном чипе.
3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что несколько каналов потока содержат от 4 до 512 каналов потока.
4. Система по п. 2, в которой сперма, охарактеризованная как пригодная сперма, содержащая X-хромосому, или сперма, охарактеризованная как пригодная сперма, содержащая Y-хромосому, отклонена ко второму выпускному каналу каждого канала потока.
5. Система по п. 4, в которой резервуар для сбора содержит общий резервуар для сбора, находящийся в жидкостной связи со вторым выпускным каналом одного или нескольких каналов потока.
6. Система по п. 1, в которой каждый канал потока дополнительно содержит третий выпускной канал.
7. Система по п. 6, в которой сперматозоиды, охарактеризованные как пригодная сперма, содержащая X-хромосому, отклонены к одному из второго выпускного канала или третьего выпускного канала и сперма, охарактеризованная как пригодная сперма, содержащая Y-хромосому, отклонена к другому из второго выпускного канала и третьего выпускного канала.
8. Система по п. 6, в которой каждый второй выпускной канал каналов потока соединен с первым общим резервуаром для сбора.
9. Система по п. 6, в которой каждый третий выпускной канал каналов потока соединен со вторым общим резервуаром для сбора.
10. Система по п. 1, в которой дополнительно включает резервуар для пассивного сбора, сообщающийся с первым выпускным каналом.
11. Система по п. 1, которая дополнительно содержит источник защитной текучей среды, при этом канал потока дополнительно содержит впускной канал для защитной текучей среды, находящийся в жидкостной связи с источником защитной текучей среды.
12. Система по п. 11, которая дополнительно содержит 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.
13. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один канал потока содержит несколько каналов потока, образованных на микрожидкостном чипе, и где по меньшей мере часть отклоняющего механизма заключена внутри микрожидкостного чипа.
14. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один канал потока содержит несколько каналов потока, образованных на микрожидкостном чипе, и где по меньшей мере часть отклоняющего механизма расположена снаружи микрожидкостного чипа.
15. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм содержит боковой проток, находящийся в жидкостной связи с каналом потока и в жидкостной связи с объемом текучей среды посредством гибкой границы раздела.
16. Система по п. 15, в которой текучая среда содержит одну среду, выбранную из группы, состоящей из: геля, жидкости и газа.
17. Система по п. 15, которая дополнительно содержит исполнительный механизм, соприкасающийся с частью гибкой границы раздела, где исполнительный механизм сообщается с контроллером.
18. Система по п. 17, в которой исполнительный механизм способен перемещаться между положением покоя и двумя или несколькими положениями приведения в действие, одновременно поддерживая контакт с гибкой границей раздела.
19. Система по п. 18, которая дополнительно содержит третий выпускной канал и где частицы пассивно текут ко второму выпускному каналу и где перемещение исполнительного механизма между положением покоя и первым положением приведения в действие отклоняет частицы к первому выпускному каналу и где перемещение исполнительного механизма между положением покоя и вторым положением приведения в действие отклоняет частицы к третьему выпускному каналу.
20. Система по п. 18, в которой исполнительный механизм прикреплен к гибкой границе раздела.
21. Система по п. 18, в которой исполнительный механизм предварительно установлен на гибкую границу раздела.
22. Система по п. 15, которая дополнительно содержит биморфный пьезоэлектрический элемент.
23. Система по п. 22, в которой биморфный пьезоэлектрический элемент содержит гибкую границу раздела.
24. Система по п. 22, в которой биморфный пьезоэлектрический элемент соприкасается с гибкой границей раздела.
25. Система по п. 22, в которой биморфный пьезоэлектрический элемент выполнен с возможностью перенаправления в двух направлениях для отклонения спермы в канале потока в двух направлениях.
26. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм содержит первичный измерительный преобразователь, присоединенный к каналу потока.
27. Система по п. 26, в которой первичный измерительный преобразователь содержит ультразвуковой первичный измерительный преобразователь для отклонения частиц в канале потока.
28. Система по п. 27, в которой 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.
29. Система по п. 28, содержащая вторую матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей, отличающаяся тем, что каждая матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей расположена на противоположных сторонах канала потока.
30. Система по п. 28, в которой матрица ультразвуковых первичных измерительных преобразователей выполнена с возможностью образования нескольких стоячих волн.
31. Система по п. 28, в которой 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.
32. Система по п. 26, в которой первичный измерительный преобразователь по меньшей мере частично заключен в субстрате рядом с каналом потока.
33. Система по п. 26, в которой первичный измерительный преобразователь соприкасается с наружной поверхностью субстрата.
34. Система по п. 1, которая дополнительно содержит один или несколько источников электромагнитного излучения для перенаправления спермы в канале потока.
35. Система по п. 1, которая дополнительно содержит оптику для формирования луча для манипулирования электромагнитным излучением, образованным источником электромагнитного излучения, для проверки спермы в каждой области проверки по меньшей мере одного канала потока.
36. Система по п. 35, в которой по меньшей мере один канал потока содержит множество каналов потока, где оптика для формирования луча содержит устройство для расщепления луча для направления по существу эквивалентных лучей в область проверки каждого канала из множества каналов потока.
37. Система по п. 36, в которой 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.
38. Система по п. 35, в которой оптика для формирования луча дополнительно содержит оптику для формирования луча для создания цилиндрического профиля луча.
39. Система по п. 1, в которой каждый канал потока имеет соответствующую отражающую поверхность или соответствующий преломляющий элемент, перенаправляющий боковую флуоресценцию, образованную спермой в канале потока.
40. Система по п. 39, в которой соответствующая отражающая поверхность или соответствующий преломляющий элемент перенаправляет боковую флуоресценцию в направлении, по существу параллельном первой флуоресценции.
41. Система по п. 39, в которой первая флуоресценция содержит переднюю флуоресценцию.
42. Система по п. 39, в которой первая флуоресценция содержит обратную флуоресценцию.
43. Система по п. 39, в которой отражающая поверхность образована поверхностью на субстрате.
44. Система по п. 39, в которой отражающая поверхность образована поверхностью канала потока.
45. Система по п. 39, в которой каждый канал потока отделен светонепроницаемым элементом.
46. Система по п. 39, в которой отражающая поверхность дополнительно содержит отражающий элемент, заключенный в субстрате.
47. Система по п. 39, в которой отражающая поверхность содержит наружную поверхность субстрата, образованную вырезанной частью, расположенной рядом с областью проверки, где разница коэффициента преломления в вырезанной части предоставляет отражающее свойство.
48. Система по п. 47, в которой вырезанная часть предоставляет отражающую поверхность, расположенную под углом приблизительно 45 градусов относительно поверхности субстрата и/или желаемой плоскости или ориентации спермы.
49. Система по п. 47, которая дополнительно содержит вторую отражающую поверхность, содержащую вторую наружную поверхность субстрата, образованную второй вырезанной частью, расположенной рядом с областью проверки, для создания второй боковой флуоресценции.
50. Система по п. 1, в которой детектор содержит детектор передней флуоресценции.
51. Система по п. 50, которая дополнительно содержит детектор первой боковой флуоресценции.
52. Система по п. 51, которая дополнительно содержит детектор второй боковой флуоресценции.
53. Система по п. 52, в которой детекторы первой и второй боковой флуоресценции расположены под углом приблизительно 90° относительно друг друга.
54. Система по п. 51, которая дополнительно содержит матрицу детекторов первой боковой флуоресценции для измерения величины первой боковой флуоресценции в каждом из множества каналов потока, и матрицу детекторов второй боковой флуоресценции.
55. Система по п. 1, которая дополнительно содержит собирающую оптику для сбора флуоресценции из одного или нескольких каналов потока.
56. Система по п. 55, в которой собирающая оптика содержит одну собирающую линзу для сбора флуоресценции из нескольких каналов.
57. Система по п. 55, которая дополнительно содержит матрицу линз для сбора флуоресценции из каждого канала потока.
58. Система по п. 55, которая дополнительно содержит матрицу оптических волокон для сбора флуоресценции из каждого канала потока.
59. Система по п. 55, которая дополнительно содержит эпиосветительную переднюю собирающую оптику.
60. Система по п. 59, которая дополнительно содержит 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.
61. Система по п. 1, в которой канал потока дополнительно содержит первичные измерительные преобразователи для создания волн давления в каждом канале потока.
62. Система по п. 61, в которой по меньшей мере одна группа первичных измерительных преобразователей расположена симметрично друг другу, при этом их поверхность перпендикулярна желаемой ориентации спермы.
63. Система по п. 62, которая дополнительно содержит последовательность первичных измерительных преобразователей для каждого канала потока.
64. Система по п. 63, в которой последовательность первичных измерительных преобразователей выполнена с возможностью создания стоячей волны давления вдоль канала потока.
65. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один канал потока содержит ориентирующие элементы.
66. Система по п. 65, в которой ориентирующие элементы содержат внутреннюю геометрию канала, размеры которой позволяют ориентировать сперматозоиды.
67. Система по п. 66, в которой геометрия канала дополнительно содержит плоскую геометрию канала.
68. Система по п. 66, в которой геометрия канала дополнительно содержит геометрию сопла.
69. Система по п. 66, в которой 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 одну или несколько волнообразных неровностей.
70. Система по п. 65, в которой ориентирующие элементы дополнительно содержат: магнит для создания магнитного поля в области ориентирования каждого канала потока.
71. Система по п. 1, в которой 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.
72. Система по п. 71, в которой впускной канал для образца содержит впускной канал, являющийся скошенным, уплощенным или обладающим прямоугольным поперечным сечением.
73. Система по п. 71, в которой канал потока имеет первую ширину и первую высоту у впускного канала для образца.
74. Система по п. 73, в которой канал потока имеет вторую ширину и вторую высоту у первой точки перехода.
75. Система по п. 74, в которой ширина канала потока уменьшается между впускным каналом для образца и первой точкой перехода.
76. Система по п. 74, в которой канал потока имеет третью ширину и третью высоту у второй точки перехода.
77. Система по п. 75, в которой ширина остается постоянной между первой точкой перехода и второй точкой перехода и высота уменьшается между первой точкой перехода и второй точкой перехода.
78. Система по п. 76, в которой третья высота и третья ширина сохраняются на протяжении области проверки.
79. Система по п. 76, в которой канал потока переходит от квадратного поперечного сечения к прямоугольному поперечному сечению.
80. Система по п. 76, в которой канал потока переходит от круглого поперечного сечения к эллиптическому поперечному сечению.
81. Система по п. 1, которая дополнительно содержит по меньшей мере одну маску.
82. Система по п. 81, в которой по меньшей мере одна маска содержит маску освещения, расположенную на пути электромагнитного излучения, направленного к области проверки.
83. Система по п. 82, в которой маска освещения содержит первую область и вторую область вдоль канала потока.
84. Система по п. 83, в которой первая область предоставляет отверстие, выполненное с возможностью создания достаточного волнового импульса для дифференциации пригодной спермы, содержащей X-хромосому, от пригодной спермы, содержащей Y-хромосому, в ориентированном положении.
85. Система по п. 83, в которой вторая область содержит последовательность отверстий, выполненных с возможностью создания последовательности волновых импульсов, дифференцирующих ориентированные сперматозоиды от неориентированных сперматозоидов.
86. Система по п. 83, в которой вторая область содержит последовательность отверстий с разными поперечными профилями вдоль канала потока.
87. Система по п. 83, в которой вторая область содержит первую пару расположенных с интервалом отверстий, за которой следует вторая пара расположенных с интервалом отверстий, где интервал отличается между первой парой отверстий и второй парой отверстий.
88. Система по п. 86, в которой вторая область содержит ряд последовательных отверстий вдоль канала потока, при этом каждое отверстие имеет отличное поперечное положение вдоль канала потока.
89. Система по п. 82, в которой по меньшей мере одна маска содержит по меньшей мере одну маску обнаружения.
90. Система по п. 89, в которой первая маска обнаружения размещена на пути испущенной передней флуоресценции, а вторая маска обнаружения размещена на пути испущенной боковой флуоресценции.
91. Система по п. 90, в которой первая маска обнаружения и вторая маска обнаружения имеют разные профили щелей, где каждая маска сообщается с одним и тем же детектором.
92. Система по п. 91, в которой 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.
93. Система по п. 81, в которой маска расположена в свободном пространстве.
94. Система по п. 81, в которой маска находится на субстрате.
95. Система по п. 1, в которой детектор содержит первый детектор и система дополнительно включает второй детектор.
96. Система по п. 95, в которой первый детектор содержит детектор поглощения, а второй детектор содержит детектор флуоресценции.
97. Система по п. 94, которая дополнительно содержит нейтральный светофильтр в световом пути детектора поглощения.
98. 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 выравнивания сперматозоидов внутри канала потока;
область ориентирования спермы, содержащую соответствующий элемент для ориентирования спермы для ориентирования сперматозоидов 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.
99. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором 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.
100. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором элемент для фокусировки текучей среды области фокусировки текучей среды дополнительно содержит матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей для создания стоячей волны давления вдоль канала потока.
101. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором элемент для ориентирования спермы области ориентирования канала потока дополнительно содержит геометрию канала.
102. Микрожидкостный чип по п. 101, в котором геометрия канала дополнительно содержит плоскую геометрию канала.
103. Микрожидкостный чип по п. 101, в котором геометрия канала дополнительно содержит геометрию сопла.
104. Микрожидкостный чип по п. 101, в котором 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.
105. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором элементы для ориентирования спермы области ориентирования спермы дополнительно содержат магнит для создания магнитного поля в области ориентирования каждого канала потока.
106. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором элементы для ориентирования спермы области ориентирования спермы дополнительно содержат матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей для создания стоячей волны давления вдоль канала потока.
107. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором отклоняющий механизм содержит барботажный клапан.
108. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором отклоняющий механизм содержит матрицу ультразвуковых первичных измерительных преобразователей.
109. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором каждый канал потока имеет соответствующую отражающую поверхность или преломляющий элемент, перенаправляющий боковую флуоресценцию, образованную спермой в канале потока.
110. Микрожидкостный чип по п. 109, в котором соответствующая отражающая поверхность перенаправляет боковую флуоресценцию в направлении, по существу параллельном первой флуоресценции.
111. Микрожидкостный чип по п. 110, в котором первая флуоресценция содержит переднюю флуоресценцию.
112. Микрожидкостный чип по п. 110, в котором первая флуоресценция содержит обратную флуоресценцию.
113. Микрожидкостный чип по п. 110, в котором отражающая поверхность образована в качестве поверхности на субстрате.
114. Микрожидкостный чип по п. 110, в котором отражающая поверхность образована в качестве поверхности канала потока.
115. Микрожидкостный чип по п. 98, в котором канал потока дополнительно содержит впускной канал для защитной текучей среды, находящийся в жидкостной связи с источником защитной текучей среды, и где впускной канал для образца расположен внутри защитного потока, образованного впускным каналом для защитной текучей среды, для способствования соосному потоку защитной текучей среды и образца.
116. Микрожидкостный чип по п. 115, в котором впускной канал для образца содержит скошенный впускной канал.
117. Микрожидкостный чип по п. 115, в котором канал потока имеет первую ширину и первую высоту у впускного канала для образца.
118. Микрожидкостный чип по п. 116, в котором канал потока имеет вторую ширину и вторую высоту у первой точки перехода.
119. Микрожидкостный чип по п. 118, в котором ширина канала потока уменьшается между впускным каналом для образца и первой точкой перехода.
120. Микрожидкостный чип по п. 118, в котором канал потока имеет третью ширину и третью высоту у второй точки перехода.
121. Микрожидкостный чип по п. 120, в котором ширина остается постоянной между первой точкой перехода и второй точкой перехода и высота уменьшается между первой точкой перехода и второй точкой перехода.
122. Микрожидкостный чип по п. 121, в котором третья высота и третья ширина сохраняются на протяжении области проверки.
123. Микрожидкостный чип по п. 121, в котором канал потока текучей среды переходит от квадратного поперечного сечения к прямоугольному поперечному сечению.
124. Микрожидкостный чип по п. 121, в котором канал потока переходит от круглого поперечного сечения к эллиптическому поперечному сечению.
125. 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.
126. Способ по п. 125, который дополнительно включает этапы:
предоставления источника электромагнитного излучения;
манипулирования электромагнитным излучением, образованным источником электромагнитного излучения, для проверки нескольких областей проверки.
127. Способ по п. 126, в котором этап манипулирования электромагнитным излучением дополнительно включает этапы расщепления электромагнитного излучения, образованного источником электромагнитного излучения.
128. Способ по п. 126, в котором этап манипулирования электромагнитным излучением дополнительно включает этап манипулирования формой профиля луча электромагнитного излучения.
129. Способ по п. 125, в котором этап выбора субпопуляции спермы на основании обнаруженных характеристик спермы дополнительно включает этап отклонения потока выбранной спермы внутри канала потока на основании обнаруженных характеристик спермы.
130. Способ по п. 129, который дополнительно включает этап дифференцирования ориентированной спермы от неориентированной спермы и исключения неориентированной спермы из выбора.
131. Способ по п. 130, который дополнительно включает этапы:
создания первого сигнала детектором передней флуоресценции в ответ на испущенное электромагнитное излучение спермы в области проверки, где первый сигнал содержит волновые импульсы, имеющие обнаруживаемые импульсные характеристики.
132. Способ по п. 131, который дополнительно включает этап создания второго сигнала детектором боковой флуоресценции.
133. Способ по п. 132, который дополнительно включает 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.
134. Способ по п. 133, который дополнительно включает этап обнаружения передней флуоресценции посредством первой маски и боковой флуоресценции посредством второй маски.
135. Способ по п. 134, который дополнительно включает этап восстановления из свертки первого волнового импульса и второго волнового импульса из сигнала, созданного детектором.
136. Способ по п. 135, в котором восстановленный из свертки волновой импульс предоставляет ориентацию спермы.
137. Способ по п. 135, который дополнительно включает этапы создания множества волновых импульсов одним детектором в ответ на один сперматозоид, где множество волновых импульсов предоставляют информацию об ориентации сперматозоида.
138. Способ по п. 137, который дополнительно включает этап измерения экстинкции лазера для определения ориентации спермы.
139. Способ по п. 131, который дополнительно включает этапы:
создания второго сигнала детектором первой боковой флуоресценции, где второй сигнал содержит волновые импульсы, имеющие обнаруживаемые импульсные характеристики; и
создания третьего сигнала детектором второй боковой флуоресценции, где второй сигнал содержит волновые импульсы, имеющие обнаруживаемые импульсные характеристики.
140. Способ по п. 139, в котором импульсные характеристики второго и третьего сигналов дифференцируют ориентацию сперматозоидов.
141. Способ по п. 140, в котором импульсные характеристики выбраны из группы, состоящей из: высоты пика, ширины импульса, задержки пика импульса, крутизны импульса, площади импульса и их комбинации.
142. Способ по п. 139, который дополнительно включает этапы сравнения импульсных характеристик второго сигнала с импульсными характеристиками третьего сигнала для определения ориентации спермы.
