流式細胞儀噴嘴頭的制作方法
【專利說明】流式細胞儀噴嘴頭
[0001]本國際專利合作條約專利申請要求2013年7月2日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/842，310和2012年9月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/703，102以及2013年3月14日提交的國際專利合作條約專利申請PCT/US 2013/031787的權益，每個專利申請的全部內(nèi)容通過引用結合在此。
技術領域
[0002]本發(fā)明總體涉及流式細胞術領域，并且更具體而言，涉及用于流式細胞儀系統(tǒng)的允許更靠近噴嘴出口孔的檢測的改進噴嘴頭。
【背景技術】
[0003]流式細胞儀已知被用于分析和分選顆粒，并且特別適于測量生物材料如細胞的物理和化學特性。在操作過程中，流式細胞儀產(chǎn)生一個流體流，該流體流夾帶含有感興趣的顆粒的一種樣品流體。可以由各種感測系統(tǒng)或檢測裝置單個地檢查流體流中的這些顆粒，以用于分類。
[0004]適合于分選的流式細胞儀另外提供用于基于顆粒的所測量或測定的特性來分離這些顆粒的亞群的一種機構。空氣中激發(fā)式(Jet-1n-air)流式細胞儀通過產(chǎn)生和分離含有感興趣的顆粒的帶電液滴實現(xiàn)了這種分離。含有顆粒的液滴可以由流體流形成并且基于分選判斷來充電，并且當這些液滴穿過由偏轉板產(chǎn)生的一個電場時，它們的路徑被改向為若干預定軌道中的一個以進行收集。這些液滴的形成可以在流式細胞儀噴嘴處實現(xiàn)。
[0005]除了液滴形成的功能之外，一些流式細胞儀噴嘴還包括影響顆粒朝向一個均勻取向的一個內(nèi)部幾何形狀。這種定向功能實現(xiàn)了具有非球形特性的細胞的分析和分選。作為一個實例，部分上由于向檢測器呈現(xiàn)處于一個相對均勻取向中的較大部分精子的定向噴嘴的發(fā)展，提高了精子可以分選到性別富集的群體中的速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]下文概述了要求保護的本發(fā)明的某些實施例。這些實施例不意圖限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是用作本發(fā)明的可能形式的簡述。本發(fā)明可以涵蓋與這些概述不同的各種形式。
[0007]—個實施例涉及一種流式細胞儀系統(tǒng)，該流式細胞儀系統(tǒng)具有用于產(chǎn)生具有顆粒的一個流體流的一個噴嘴組件。該噴嘴組件可以具有一個噴嘴頭，該噴嘴頭是由限定一個縱向軸線的一個圓柱形本體以及在該縱向軸線上鄰接該圓柱形本體的一個截頭圓錐形本體形成。該圓柱形本體可以與該截頭圓錐形本體處于流體連通。該截頭圓錐形本體可以結束于垂直于該縱向軸線的一個平坦表面，該平坦表面具有一個噴嘴出口孔。在該截頭圓錐形本體和該平坦表面的邊緣處可以存在一個切口(cutout)。該流式細胞儀系統(tǒng)還可以包括用于產(chǎn)生入射在該流體流和這些顆粒上的一個射束的一個電磁輻射源，以及用于檢測響應于該射束而從該流體流內(nèi)的這些顆粒發(fā)射或反射的光的一個檢測器。
[0008]另一個實施例涉及具有限定一個縱向軸線的一個圓柱形本體的一種噴嘴頭。一個截頭圓錐形本體可以與該縱向軸線上的該圓柱形本體鄰接并且與其處于流體連通。該截頭圓錐形本體可以結束于垂直于該縱向軸線的一個平坦表面，該平坦表面具有一個噴嘴出口孔。在該截頭圓錐形本體和該平坦表面的邊緣處可以存在一個切口。
【附圖說明】
[0009]圖1示出一個流式細胞儀的示意圖。
[0010]圖2示出在一個流體流上的一個理想垂直位置之外操作的流式細胞儀。
[0011]圖3示出從圖2的配置中的流式細胞儀性別分選精子獲得的雙變量圖。
[0012]圖4示出在更靠近一個理想位置的一個查驗位置下操作，但所得發(fā)射存在一些阻塞的流式細胞儀。
[0013]圖5示出從圖4的配置中的流式細胞儀性別分選精子獲得的雙變量圖。
[0014]圖6示出在該理想位置附近的一個查驗位置下操作，但從噴嘴反射到針孔中的光存在更多阻塞的流式細胞儀。
[0015]圖7示出從圖6的配置中的流式細胞儀性別分選精子獲得的雙變量圖。
[0016]圖8示出具有斜切噴嘴(chamfered nozzle)的一個流式細胞儀系統(tǒng)的實施例,該斜切噴嘴允許該查驗位置定位在一個理想位置附近而不存在阻塞。
[0017]圖9示出從圖8的配置中的流式細胞儀性別分選精子獲得的雙變量圖。
[0018]圖10示出在與一個噴嘴頭相距特定距離之處的查驗位置下操作的一個流式細胞儀的一部分。
[0019]圖11示出在與一個噴嘴頭相距特定距離之處的查驗位置下操作的一個流式細胞儀的一部分。
[0020]圖12示出在與該斜切噴嘴頭相距特定距離之處的查驗位置下操作的一個流式細胞儀的一部分。
[0021]圖13示出圖10中所示的噴嘴頭的端部的放大視圖。
[0022]圖14示出圖11中所示的噴嘴頭的端部的放大視圖。
[0023]圖15示出圖12中所示的噴嘴頭的端部的放大視圖。
[0024]圖16示出一個噴嘴頭的另一個實施例的放大視圖。
[0025]圖17示出一個噴嘴頭的另一個實施例的放大視圖。
[0026]圖18示出一個噴嘴頭的另一個實施例的放大視圖。
[0027]圖19示出一個噴嘴頭的實施例。
[0028]圖20示出一個噴嘴組件的實施例。
[0029]圖21示出一個噴嘴組件的實施例。
[0030]雖然本發(fā)明能夠以各種各樣的修改和替代形式體現(xiàn)，在圖中示出了并在此通過說明性實例描述了特定實施例。應當理解，附圖和詳細描述并不意圖將本發(fā)明范圍限制為披露的具體形式，而是所有落入權利要求書的精神和范圍內(nèi)的修改、替代方案、以及等效物都意圖被包含。
【具體實施方式】
[0031]在流式細胞術領域，感興趣的顆粒通常包括各種各樣的細胞。每個細胞類型都呈現(xiàn)出與一個流式細胞儀儀器的操作參數(shù)相關的不同約束和限制，特別是在該儀器被配置用于分選的情況下。例如，大細胞要求一個較大的噴嘴出口孔，而小細胞往往要求一個較小的噴嘴出口孔。其他較小細胞可能是脆弱的，并且可能要求減小細胞速度并形成較大液滴的一個較大的噴嘴出口孔。其他操作參數(shù)，如樣品壓力和液滴形成速率，可以取決于經(jīng)受處理的細胞的濃度以及細胞的大小。在分選的情況下，所希望的分選速率和純度可以決定對操作參數(shù)的另外的限制。除了細胞的大小之外，細胞的形狀可以決定針對空氣中激發(fā)式流式細胞儀系統(tǒng)所要求的噴嘴的內(nèi)部幾何形狀。
[0032]一個標準的噴嘴頭可以被配置成通過一個未改型的漸縮的圓形幾何形狀來產(chǎn)生兩種流體的一個同軸層流。所得流體流包括由一個同軸外層流圍繞的一個圓柱形芯流。這種流體流非常適合于圓形或半圓形細胞。這種未改型的噴嘴頭將細胞注射成一個圓柱形芯形形狀(cylindrical core shape),其中相等的壓力被施加到芯部上以使細胞居中在該芯部內(nèi)。未改型的幾何形狀從各側提供相等的壓力，從而推動細胞成為一個層狀單排流(laminar single file flow)。由于圓形或半圓形細胞呈現(xiàn)出高度對稱性,它們不需要取向，并且可以被恰當?shù)胤治?，而不管它們是相對于一個查驗激光器旋轉還是相對于多個檢測器旋轉。為此，沿流體流、相對于噴嘴頭的輸出端進行激光器查驗的物理位置通常并不是一個關鍵因素。
[0033]然而，流式細胞儀操作的某一子集要求容易在一個均勻取向上呈現(xiàn)顆粒的改型噴嘴。改型噴嘴可以通過在一個平面上提供一個相對高的壓力并在一個橫向平面上提供一個相對低的壓力來產(chǎn)生一個帶狀芯部。這種幾何形狀特別適于使扁平狀或槳狀細胞偏置成一個均勻取向。美國專利6，357，307,6, 604，435,6, 782，768、以及6，263，745中描述了改型的定向噴嘴幾何形狀的非限制性實例，每個專利的全部內(nèi)容通過引用結合在此。作為一個實例，精子分選要求區(qū)分一種DNA選擇性染料的非常小的差異。由于精子細胞的非球形形狀，這些差異只可以在被均勻定向、面向用于完全照射并具有細胞相對于一個檢測器的發(fā)射的激發(fā)源的細胞中準確地確定。
[0034]除了上文所述的不同因素之外，流式細胞儀的一些方面必須被校準來區(qū)分帶X染色體的精子與帶Y染色體的精子。必須確定的一個特征是該流體流上查驗位置或射束點的垂直定位。該流體流上的一個理想位置通常與最大百分比的精子呈現(xiàn)所希望的取向和芯流的最窄區(qū)段的位置一致。在分選之前運行的校準中分析精子時，可以經(jīng)驗性地確定這種理想位置。
[0035]在許多噴嘴中，更靠近噴嘴出口孔的查驗位置證明了更良好的性能。無論是因為精子是容易變成不定向的活細胞，還是因為精子由于繼續(xù)沿著流體流向下會變得過度定向，在查驗位置接近噴嘴頭時，測量結果往往看起來更為精確。然而，當查驗位置接近當前的定向噴嘴頭時，會引入降低系統(tǒng)性能的假象。具體而言，反射離開當前噴嘴頭的底表面的光發(fā)射引起了檢測信號中的假象。在大多數(shù)情況下，這些假象類型降低了系統(tǒng)性能，從而導致失真圖像以及所檢測信號的強度的總體減弱。在不存在此類假象的情況下，更靠近一個噴嘴頭的查驗區(qū)的垂直定位可以是可行的，并且獲得更好的分辨率以及更快的分選速度，且具有信號質量的最小損失。
[0036]與定向噴嘴相比，典型的圓形或半圓形細胞可以在一個更大的垂直位置范圍內(nèi)在標準噴嘴內(nèi)對準，而不會降低信號質量。換言之，與需要取向的細胞相比較，可以在一個相對較大的垂直范圍內(nèi)，在流體流中以相等的效率查驗圓形細胞。
[0037]參考圖1，示出了一個流式細胞儀系統(tǒng)(10)，該流式細胞儀系統(tǒng)可以結合根據(jù)在此描述的實施例的一個改型噴嘴頭(46)。雖然流式細胞儀系統(tǒng)(10)被描繪為具有分選部件的一個空氣中激發(fā)式(jet-1n-air)流式細胞儀，但應理解，在此描述的噴嘴頭可以結合在可能不進行分選功能的其他分析儀器中。流式細胞儀系統(tǒng)(10)包括用于產(chǎn)生含有感興趣的顆粒的一個流體流的一個細胞源(12)。樣品流沉積在一個噴嘴組件(14)內(nèi)，并且被引入到或流入到具有鞘層流體(18)的一個流體流(16)中。鞘層流體(18)可以由一個鞘層流體源(20)供應，這樣使得該細胞源(12)將這些顆粒在它們被同時饋送穿過噴嘴組件(14)時，供應到鞘層流體(18)中。鞘層流體(18)可以由施加在鞘層流體源(20)處的一個鞘層壓力確定的一個鞘層流率供應。以此方式，鞘層流體(18)形成同軸地圍繞具有顆粒的樣品的一個流體流(16)，這些顆粒通過噴嘴頭(46)在噴嘴出口孔(44)處離開噴嘴組件(14)。一個振蕩器(24)可以用一個振蕩器控制器(26)來得到精確控制，以在噴嘴組件(14)內(nèi)產(chǎn)生壓力波，并且這些壓力波可以被傳送至在噴嘴出口孔(44)處離開噴嘴組件(14)的流體。響應于這些壓力波，離開噴嘴出口孔(44)的流體流(16)最終以精確的時間間隔形成規(guī)律的液滴(28)。所形成液滴的頻率和(在一定程度上)形狀可以由供應至振蕩器(24)或振蕩器控制器(26)的一個液滴驅動頻率和液滴驅動幅值來控制。
[0038]如此形成的每個液滴保留先前形成流體流(16)的一部分的鞘層流體和樣品。由于從細胞源(20)供應的細胞被流體流(16)或鞘層流體環(huán)境圍繞，液滴(28)理想地含有單個地分離的細胞。然而，樣品濃度、樣品壓力和其他儀器參數(shù)決定了多個細胞將會規(guī)律地構成一個單一液滴的頻率，以及含有精子細胞的液滴的百分比。
[0039]流式細胞儀(10)作用以基于液滴內(nèi)預測含有的細胞的特征來分選液滴。這可以通過與一個分析器(36)進行通信的一個細胞感測系統(tǒng)(30)