Aparato inyector de flujo coaxial en voladizo y procedimiento de selección de partículas.

Un inyector de flujo coaxial en voladizo en un dispositivo microfluídico de flujo laminar (100) que comprende:

un elemento alargado en voladizo (35) integrado en dicho dispositivo microfluídico de flujo laminar (100);

un canal coaxial (200) que corre a través de dicho elemento alargado en voladizo (35), dicho canal coaxial(200) estando dimensionado para pasar partículas (237) de un tamaño predeterminado; y

un accionador (34), acoplado a dicho elemento alargado en voladizo (35), para accionar dicho elementoalargado en voladizo (35).

Aparato inyector de flujo coaxial en voladizo y procedimiento de selección de partículas

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la selección de partículas en un canal microfluídico de flujo laminar y más en particular, a la detección de células ópticas de difusión de luz, etiqueta fluorescente, o análisis de imágenes dirigida a ordenar células biológicas en un dispositivo microfluídico integrado mediante un canal activado de flujo coaxial en voladizo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El uso de las estructuras microfluídicas en citometría ha aumentado rápidamente con la llegada de muchas tecnologías de microfabricación capaces de producir redes de circuitos fluídicos. Muchas aplicaciones de citometría en microfluídica intentan diferenciar tipos de células o células con características específicas dentro de una población de células. Los detectores disponibles para seleccionar células van desde detección de difusión de luz, a marcador de fluorescencia, marcadores cromáticos y diferenciación morfológica de imagen y característica. La detección necesariamente precede a la selección y es seguida por un direccionamiento coordinado de una célula a uno u otro trayecto. Convencionalmente, gotas de alta velocidad de fluido de selección de células que contienen las células de interés son expulsadas y cargadas eléctricamente de manera que puedan ser desviadas electrostáticamente mediante un campo de alto voltaje para dirigir las gotas a recoger a uno o dos lugares para su posterior procesamiento.

La selección de células tiene muchos propósitos incluyendo el posterior estudio de poblaciones de células concentradas con características similares, como células madre o células con una característica genética o química particular que puedan ser marcadas con fluorescencia o tinción. Seleccionar es también un medio eficaz para validar un esquema de detección en el que una observación humana u otro instrumento de referencia pueden evaluar células con un mecanismo o marcador de esquema de detección determinado.

Una técnica de selección se encuentra en la patente U.S. 6.778.724, emitida el 17 de agosto de 2004, a Wang et al., de título ‘‘Conmutación y Selección Óptica de Muestras Biológicas Y Micropartículas Transportadas en un Dispositivo Microfluídico, que incluyen Dispositivos Biochip Integrados’’. Allí se revela un método de conmutación y selección de pequeñas partículas impulsadas con fuerzas de presión óptica, con luz láser, como se desprende del funcionamiento de VCSELs en modo Laguerre-Gaussian, en cruces ramificados en canales microfluídicos de forma que entran en ramas descendentes seleccionadas, realizando de ese modo conmutación y selección de partículas, incluso en paralelo.

Otra técnica de selección se encuentra en la patente U.S. 6.540.895, emitida el 1 de abril de 2003, a Spence et al., de título ‘‘Clasificador de Células Microfabricadas para Materiales Químicos y Biológicos’’. Allí se revela un método para seleccionar células en un adecuado canal ramificado basándose en la presencia o en la cantidad de una señal detectable, tal como una señal óptica, con o sin estimulación, tal como exposición a la luz a fin de fomentar fluorescencia. Un delgado voladizo puede incluirse dentro de un punto de ramificación, de modo que pueda ser desplazado hacia una o la otra pared del canal principal, normalmente por atracción electrostática, cerrando así un canal ramificado seleccionado.

La selección de partículas, como células, en un canal microfluídico aprovecha la capacidad de utilizar tamaños pequeños de muestras de líquidos de menos de 1 µL y permite la detección y posterior separación de partículas de la muestra en una de una pluralidad de trayectos posibles. El mecanismo de selección permanece contenido y muy cerca del lugar de detección, eliminando así la necesidad de trayectos fluídicos largos que diluyan las muestras que requieren pasos de procesamiento adicionales para concentrar aún más la muestra para un análisis o detección posterior.

Otra de las ventajas de un enfoque microfluídico es que la transferencia de la muestra puede ser completamente eliminada del hardware proporcionando trayectos fluídicos de sustitución de bajo coste para cada muestra procesada. La complejidad e incertidumbre de la limpieza fluídica entre procesamiento de muestras es un detalle del sistema, a menudo pasado por alto, que requiere con frecuencia lavar el líquido 5 a 20 veces a través de tubos para limpiarlo para procesar una muestra. La limpieza se complica más cuando se utilizan microcanales que fuerzan condiciones de flujo laminar que eliminan la posibilidad de crear fuerzas turbulentas de cizallamiento suficientemente fuertes para limpiar las paredes de los tubos. El único mecanismo de eliminación de la contaminación de las paredes de los tubos es la difusión de los contaminantes de la pared en una solución de lavado. La sustitución más que la limpieza de los trayectos de fluidos requiere menos líquido y mejora sustancialmente la certeza de eliminar la contaminación cruzada de la muestra. La principal fuente de fracaso en la instrumentación fluídica se encuentra en la fluídica básica. Tales modos de fallos fluídicos incluyen fugas, obstrucciones, fallos de sellado, crecimiento de biopelícula o contaminación acumulada. Limpiando la solución se produce un abrumador volumen de biorresiduos de instrumentos tales como citómetros de flujo.

Sin embargo, hasta la invención presente, nadie ha contemplado utilizar un canal de flujo laminar en un sistema de selección microfluídico que incluya un sistema de detección de partículas, control de selección y un inyector coaxial en voladizo. El uso del inyector coaxial en voladizo permite, por primera vez, una capacidad para dirigir partículas, incluyendo células biológicas, a uno seleccionado de una pluralidad de estratos presentes en un canal de flujo laminar. Las partículas seleccionadas resultantes comprenden así una muestra enriquecida para facilitar el análisis de las condiciones de enfermedad, incluyendo varios tipos de cáncer, como el de pulmón, colon, próstata, mama, cáncer cervical y de ovario.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona un aparato y método para seleccionar partículas en un canal microfluídico de flujo laminar utilizando un elemento alargado en voladizo integrado en el dispositivo microfluídico. Un canal coaxial corre a través del elemento alargado en voladizo, donde el canal coaxial está dimensionado para que pasen partículas de un tamaño predeterminado. Un accionador se acopla al elemento alargado en voladizo, para accionar dicho elemento alargado en voladizo.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

FIG. 1 muestra esquemáticamente un ejemplo de diagrama de bloques de un sistema de selección de partículas mediante un canal activado de flujo coaxial en voladizo contemplado por una realización de la presente invención.

FIG. 2 muestra esquemáticamente una ilustración de ejemplo de una vista lateral de un dispositivo microfluídico integrado para seleccionar partículas en un trayecto de flujo laminar según se contempla por una realización de la presente invención.

FIG. 3 muestra esquemáticamente una ilustración de ejemplo de una vista en sección extrema de un dispositivo microfluídico integrado en operación para seleccionar partículas en un trayecto de flujo laminar según se contempla por una realización de la presente invención.

FIG. 4 muestra esquemáticamente un diagrama de bloques de una realización de ejemplo de un sistema de selección según se contempla para uso en la presente invención.

FIG. 5 muestra esquemáticamente un diagrama de flujo de una realización de ejemplo de un método de selección según se contempla para uso en la presente invención.

FIG. 6 muestra esquemáticamente un diagrama de bloques de otra realización de ejemplo de un sistema de detección de partículas según se contempla para uso en la presente invención que emplea un sistema de detección de dispersión de luz.

DESCRIPCIÓN DE LA REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN

La siguiente descripción es del mejor modo actualmente contemplado para poner en práctica la invención. Esta descripción se realiza con el propósito de ilustrar los principios generales de la invención, y no debe ser tomada en un sentido limitador. El alcance de la invención se determina mejor por referencia a las reivindicaciones anexas.

El sistema de la presente invención aprovecha las condiciones de flujo laminar impuestas por la naturaleza del flujo de fluido con números... [Seguir leyendo]

1. Un inyector de flujo coaxial en voladizo en un dispositivo microfluídico de flujo laminar (100) que comprende:

un elemento alargado en voladizo (35) integrado en dicho dispositivo microfluídico de flujo laminar (100) ;

un canal coaxial (200) que corre a través de dicho elemento alargado en voladizo (35) , dicho canal coaxial

(200) estando dimensionado para pasar partículas (237) de un tamaño predeterminado; y

un accionador (34) , acoplado a dicho elemento alargado en voladizo (35) , para accionar dicho elemento alargado en voladizo (35) .

2. El inyector de flujo coaxial en voladizo de la reivindicación 1 en donde dicho elemento de accionamiento comprende un accionador (34) seleccionado del grupo que consiste de un dispositivo de flexión piezoeléctrico, un generador de campo magnético, un elemento electromagnético y un dispositivo de atracción electrostática.

3. El inyector de flujo coaxial en voladizo de la reivindicación 1 en donde el elemento alargado en voladizo (35) , incorpora al menos uno de un alambre, un recubrimiento ferroso, material ferroso embebido y un alambre de níquel.

4. El inyector de flujo coaxial en voladizo de la reivindicación 1 en donde el canal coaxial (200) está dimensionado para pasar células biológicas (1) en un flujo laminar.

5. El inyector de flujo coaxial en voladizo de la reivindicación 1 en donde el elemento alargado en voladizo (35) está adaptado para ser accionado para dispensar partículas (237) en una pluralidad de estratos de flujo laminar en el dispositivo microfluídico (100) .

6. El inyector de flujo coaxial en voladizo de la reivindicación 1 en donde el canal coaxial (200) tiene un diámetro en el intervalo de 100 micras a 1 mm.

7. El inyector de flujo coaxial en voladizo de la reivindicación 1 en donde el canal coaxial (200) tiene un diámetro en el intervalo de 50 micras a 1 mm.

8. Un método para seleccionar partículas (237) en un trayecto microfluídica de flujo laminar, el método de selección comprendiendo los pasos de:

transportar una pluralidad de partículas en un trayecto de flujo laminar (302) dentro de un dispositivo microfluídico integrado (100) ;

detectar características de la pluralidad de partículas (303) en el trayecto de flujo laminar;

generar información de detección (305) en respuesta a las características detectadas;

hacer una determinación de selección (306) para una partícula seleccionada en base a la información de detección;

inyectar la partícula seleccionada en un inyector de flujo coaxial en voladizo (35) aguas abajo del canal de soporte de muestra; y

proporcionar señales de control de selección en respuesta a la determinación de selección a un accionador de selección (34) que actúa sobre el inyector de flujo coaxial en voladizo (35) a fin de dirigir la partícula seleccionada a un estrato seleccionado (308) de la trayectoria de flujo laminar a través de uno de al menos dos canales de salida (38, 40) .

9. El método de la reivindicación 8 en donde el paso de transportar incluye además enfocar hidrodinámicamente la pluralidad de partículas (237) en el trayecto de flujo laminar.

10. El método de la reivindicación 8 en donde el paso de detectar características (303) comprende operar al menos uno de un sistema de detección de dispersión de luz para detectar características que incluye propiedades de dispersión, un sistema de detección de fluorescencia para detectar características que incluye propiedades de fluorescencia, un sistema de microscopía para detectar características que incluye propiedades de generación de imágenes, y una captura óptica de imagen, un sistema de tomografía óptica para detectar características que incluye propiedades de generación de imágenes, y un sistema de procesamiento para detección de características que incluye propiedades de generación de imágenes.

11. El método de la reivindicación 10 en donde el paso de operar un sistema de captura óptica de imagen y de procesamiento comprende el paso de capturar imágenes de partículas (237) en el trayecto de flujo laminar con una cámara (151) .

12. El método de la reivindicación 10 en donde sistema de captura óptica de imagen y de procesamiento comprende además un programa de software de reconocimiento de objetivo para hacer la determinación de selección

13. El método de la reivindicación 8 en donde el accionador de selección (34) es seleccionado del grupo que consta de un dispositivo de flexión piezoeléctrico, un generador de campo magnético, un electroimán y un dispositivo de atracción electrostática.

14. El método de la reivindicación 8 en donde el inyector de flujo coaxial en voladizo (35) incorpora al menos uno de un alambre, un recubrimiento ferroso, material ferroso embebido y un alambre de níquel.

15. El método de la reivindicación 8 en donde las partículas (237) comprenden células biológicas (1) .