ES2585581T3 - Sistema de manipulación de partículas con canal fuera de plano - Google Patents

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ES2585581T3 ES14187215.0T ES14187215T ES2585581T3 ES 2585581 T3 ES2585581 T3 ES 2585581T3 ES 14187215 T ES14187215 T ES 14187215T ES 2585581 T3 ES2585581 T3 ES 2585581T3
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Nicholas Martinez
Kamala Qalandar
Kevin Shields
Kimberly TURNER
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Abstract

Un dispositivo (10) de manipulación de partículas micromecánico, formado sobre una superficie de un sustrato de fabricación, que comprende; - un elemento (110) móvil, microfabricado formado sobre el sustrato, y que tiene una primera superficie (112) de desvío, en donde el elemento (110) móvil se mueve desde una primera posición hasta una segunda posición en respuesta a una fuerza aplicada al elemento (110) móvil, en donde el movimiento sustancialmente está en un plano paralelo a la superficie del sustrato; - un canal (120) de entrada de muestra formado en el sustrato y a través del cual fluye un fluido, incluyendo el fluido por lo menos una partícula objetivo y material no objetivo, en donde el flujo en el canal (120) de entrada de muestra es sustancialmente paralelo a la superficie; - una pluralidad de canales de salida en los que el elemento microfabricado desvía el fluido, y en donde el flujo en por lo menos uno de los canales de salida no es paralelo al plano, y en donde por lo menos un canal de salida se localiza directamente por debajo o por encima por lo menos una porción del elemento microfabricado sobre por lo menos una porción de su movimiento, en donde la pluralidad de canales de salida comprende un canal (122) de clasificación y un canal (140) de residuos, en donde el flujo en el canal (122) de clasificación es sustancialmente antiparalelo al flujo en el canal (120) de entrada de muestra y en donde el flujo en el canal (140) de residuos es sustancialmente ortogonal al flujo en el canal (120) de entrada de muestra y el canal (122) de clasificación.

Description

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Sistema de manipulacion de partfculas con canal fuera de plano Antecedentes
Esta invencion se relaciona con un sistema y metodo para manipular partfculas pequenas en un canal de fluido microfabricado.
Los sistemas microelectromecanicos (MEMS) son estructuras frecuentemente moviles muy pequenas hechas sobre un sustrato que utiliza tecnicas de proceso litografico a granel o de superficie, tales como aquellas utilizadas para la fabricacion de dispositivos semiconductores. Los dispositivos MEMS pueden ser accionadores moviles, sensores, valvulas, pistones, o interruptores, por ejemplo, con dimensiones caracterfsticas de unas pocas micras a cientos de micras. Un conmutador de MEMS movil, por ejemplo, puede ser utilizado para conectar uno o mas terminales de entrada a uno o mas terminales de salida, todos microfabricados sobre un sustrato. Los medios de accionamiento para el interruptor movil pueden ser termicos, piezoelectricos, electrostaticos, o magneticos, por ejemplo, dispositivos MEMS se pueden fabricar sobre un sustrato semiconductor que puede manipular partfculas que pasan por el dispositivo MEMS en una corriente de fluido.
En otro ejemplo, un dispositivo MEMS puede ser una valvula movil, que se utiliza como un mecanismo de clasificacion para clasificar diversas partfculas de una corriente de fluido, tales como celulas sangufneas. Las partfculas se pueden transportar al dispositivo de clasificacion dentro de la corriente de fluido encerrada en un microcanal, que fluye bajo presion. Luego de alcanzar el dispositivo de clasificacion MEMS, este dirige las partfculas de interes tal como una celula madre sangufnea, a un receptaculo separado, y dirige el resto de la corriente de fluido a un recipiente de residuos.
Los sistemas de clasificacion de celulas con base en MEMS pueden tener ventajas sustanciales sobre los sistemas de clasificacion de celulas activadas con fluorescencia existentes (FACS) conocidos como citometros de flujo. Los citometros de flujo en general son sistemas grandes y costosos que clasifican las celulas con base en una senal de fluorescencia desde una etiqueta fijada a la celula de interes. Las celulas se diluyen y se suspenden en un fluido envolvente, y luego se separan en gotitas individuales a traves de descompresion rapida a traves de una boquilla. Despues de expulsion desde una boquilla, las gotitas se separan en diferentes contenedores electrostaticamente, con base en la senal de fluorescencia de la etiqueta. Entre los problemas con estos sistemas estan el dano celular o perdida de funcionalidad debido a la descompresion, procedimientos de esterilizacion diffciles y costosos, entre la muestra, imposibilidad de volver a clasificar las subpoblaciones a lo largo de diferentes parametros, y formacion sustancial necesaria para poseer, operar y mantener estas piezas de equipo grandes, costosas. Por al menos estas razones, se ha restringido el uso de citometros de flujo a grandes hospitales y laboratorios y no ha sido accesible la tecnologfa a entidades mas pequenas.
Se ha otorgado una serie de patentes que se dirigen a dichos dispositivos de clasificacion. Por ejemplo, la Patente Estadounidense No. 6,838,056 (la patente '056) se dirige a un dispositivo de clasificacion de celulas con base en MEMS, la Patente Estadounidense No. 7,264,972 B1 (la patente '972) se dirige a un accionador micromecanico para un dispositivo de clasificacion de celulas con base en MEMS. La Patente Estadounidense No. 7,220,594 (la "patente 594) se dirige a estructuras opticas fabricadas con un aparato de clasificacion de celulas de MEMS, y la Patente Estadounidense No. 7,229,838 (la patente '838) se dirige a un mecanismo de accionamiento para operar un sistema de clasificacion de partfculas con base en MEMS. Adicionalmente, las Solicitudes de Patentes Estadounidenses Nos. 13/374,899 (la solicitud '899) y 13/374,898 (la solicitud '898) proporcionan detalles adicionales de otros disenos MEMS. El documento WO2006/076567A2 divulga un dispositivo de clasificacion celular con base en MEMS que tiene una valvula magnetica operable.
Resumen
Una de las caracterfsticas del sistema de clasificacion de partfculas microfabricado con base en MEMS es que se puede confinar el fluido a pequenos canales, microfabricados formados en un sustrato semiconductor durante todo el proceso de clasificacion. El dispositivo MEMS puede ser una valvula que separa una o mas partfculas objetivo de otros componentes de una corriente de muestra. El dispositivo MEMS puede redirigir el flujo de partfculas desde un canal en otro canal, cuando una senal indica que esta presente una partfcula objetivo. Esta senal puede ser fotones de una etiqueta fluorescente que se fija a las partfculas objetivo y se excita mediante iluminacion laser en una region de interrogacion despues del dispositivo MEMS. Por lo tanto, el dispositivo MEMS puede ser un clasificador de partfculas o celulas que opera en una muestra de fluido confinada a un canal para fluidos microfabricado, pero que utiliza medios de deteccion similares a un citometro de flujo FACS. En particular, la solicitud '898 divulga una valvula para fluidos microfabricada en donde el canal de entrada, canal de clasificacion y canal de residuos todos fluyen en un plano paralelo al plano de fabricacion de la valvula para fluidos microfabricada.
Se puede realizar una mejora sustancial sobre los dispositivos de la tecnica anterior al tener por lo menos una de las rutas de canales para fluidos microfabricados que gufan el flujo fuera del plano de fabricacion de la valvula de microfabricada. Una valvula con dicha arquitectura tiene la ventaja de que se minimiza la presion que resiste el
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movimiento de la valvula cuando la valvula se abre o se cierra, porque no se requiere que el elemento movil mueva una columna de fluido fuera del camino. En lugar de ello, el fluido que contiene las partfculas no objetivo se puede mover sobre y debajo del elemento movil para alcanzar el canal de residuos. Adicionalmente, se puede disponer el aparato de generacion de fuerza mas cerca de la valvula movil, lo que resulta en mayores fuerzas y velocidades de accionamiento mas rapidas. Como resultado, el tiempo requerido para abrir o cerrar la valvula puede ser mucho mas corto que en la valvula de la tecnica anterior, mejorando la velocidad y precision de la clasificacion. Los sistemas y metodos divulgados aqrn pueden describir dicho dispositivo de clasificacion de partfculas microfabricado con por lo menos un canal fuera de plano.
Los sistemas y metodos divulgados aqrn se dirigen a un dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de acuerdo con la reivindicacion 1.
En una realizacion, el dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1, en donde la primera superficie de desvfo tiene una forma suavemente curvada que es sustancialmente tangente a la direccion de flujo en el canal de entrada en un punto sobre la forma y sustancialmente tangente a la direccion de flujo de un primer canal de salida en un segundo punto sobre la forma, en donde la primera superficie de desvfo desvfa el flujo desde el canal de entrada en el primer canal de salida cuando el elemento movil esta en la primera posicion, y permite el flujo en un segundo canal de salida en la segunda posicion.
Por ultimo, los sistemas y metodos descritos aqrn, ya que incluyen canales microfabricados, asf como el diseno de valvula novedoso, pueden permitir que se implementen caractensticas utiles adicionales. Por ejemplo, las tecnicas pueden formar un sistema de manipulacion de partfculas con capacidad de citometna, como se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense Copendiente No. de Serie 13/507,830 (Owl-Cytometer) presentada el 01 de agosto de 2012 y cedida al mismo cesionario como la presente solicitud. Esta solicitud de patente se incorpora como referencia en su totalidad. El dispositivo MEMS descrito aqrn se puede utilizar para manipular las partfculas en la corriente de fluido encerrada en el canal microfabricado, mientras que una pluralidad de regiones de interrogacion que tambien existen puede proporcionar retroalimentacion sobre la manipulacion. Por ejemplo, en el caso de la clasificacion de celulas, una region de interrogacion de laser puede existir antes del dispositivo MEMS, y por lo menos una region de interrogacion laser adicional puede existir despues del dispositivo MEMS, para confirmar los resultados de manipulacion de partfculas, que ha clasificado las celulas correctas.
Los sistemas y metodos descritos aqrn tambien permiten la construccion de un dispositivo de clasificacion de una sola entrada/doble salida, en donde el flujo desde un unico canal de entrada se puede desviar en cualquiera de los dos canales de salida de clasificacion, o se permite que fluya a traves del canal de residuos.
En otra realizacion, la arquitectura de la valvula novedosa puede hacer uso de tecnicas que se enfocan en la partfcula hidrodinamica, como se ensena, por ejemplo, en Single-layer planar on-chip flow cytometer using microfluidic drifting based three-dimensional (3D) hydrodynamic focusing," por Xaiole Mao, et al. (en adelante "Mao," Journal of Royal Society of Chemistry, Lab Chip, 2009, 9, 1583-1589). La arquitectura microfabricada de los sistemas y metodos descritos aqrn los hace especialmente adecuados para las tecnicas descritas en Mao, como se describe mas adelante.
Estas y otras caractensticas y ventajas se describen en, o son evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada.
Breve descripcion de los dibujos
Se describen diversos detalles de ejemplo con referencia a las siguientes figuras, en donde:
La Figura 1 es una vista de plano simplificada de un sistema de clasificacion microfabricado en la posicion inactiva (sin clasificar);
La Figura 2 es una vista de plano simplificada de un sistema de clasificacion microfabricado en la posicion accionada (clasificada);
La Figura 3a es una vista de plano simplificada de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado que muestra el campo de vista del detector, con la valvula micro para fluidos en la posicion inactiva (sin clasificar);
La Figura 3b es una ilustracion simplificada de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado que muestra el campo de vista del detector, con la valvula micro para fluidos en la posicion accionada (clasificada);
La Figura 4a es una vista en seccion transversal simplificada de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado en la posicion accionada (clasificada), que muestra el flujo de la corriente de muestra en el canal de clasificacion que esta en el mismo plano que el canal de entrada;
La Figura 4b es una vista en seccion transversal simplificada de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado en la posicion inactiva (sin clasificar), que muestra el flujo de la corriente de muestra en el canal de residuos que no esta en el mismo plano que el canal de entrada;
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La Figura 4c es una vista en seccion transversal simplificada de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado en la posicion inactiva (sin clasificar), que muestra el flujo de la corriente de muestra en el canal de residuos que no esta en el mismo plano que el canal de entrada, en donde la corriente de muestra fluye alrededor de la parte superior y parte inferior del desviador;
La Figura 5 es una vista de plano simplificada de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado en la posicion inactiva (sin clasificar), que muestra la caracterfstica magneticamente permeable estacionaria;
La Figura 6 es una vista de plano del mecanismo de accionamiento para el sistema de clasificacion de partfculas
microfabricado, que muestra el funcionamiento del campo magnetico externo en combinacion con la caracterfstica
magneticamente permeable estacionaria;
La Figura 7 es una vista de plano del mecanismo de accionamiento para el sistema de clasificacion de partfculas
microfabricado, que muestra el funcionamiento del campo magnetico externo en combinacion con la caracterfstica
magneticamente permeable estacionaria, en la posicion accionada (clasificada);
La Figura 8 es una vista simplificada del sistema de clasificacion de partfculas microfabricado, en donde se disponen multiples clasificadores de partfculas microfabricados para proporcionar una capacidad de clasificacion en serie;
La Figura 9 es una vista de plano de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado de dos vfas, en donde el sistema tiene mas de una salida de clasificacion;
La Figura 10 es una vista de plano del sistema de clasificacion de partfculas microfabricado de dos vfas, con mas de una salida de clasificacion, con el dispositivo de clasificacion microfabricado de dos vfas en la posicion accionada;
La Figura 11 es una vista de plano del sistema de clasificacion de partfculas microfabricado en combinacion con un colector de enfoque hidrodinamico;
La Figura 12 es una ilustracion de nivel de sistema de un sistema de clasificacion de partfculas microfabricado de acuerdo con la presente invencion, que muestra la colocacion de los diversos componentes de deteccion y control; y
La Figura 13 es una representacion de una forma de onda de senal desde el sistema de control hasta el dispositivo de clasificacion de partfculas microfabricado, que muestra los diferentes impulsos utilizados para controlar el movimiento del dispositivo.
Descripcion detallada
El sistema descrito aquf es un sistema de clasificacion de partfculas que puede hacer uso de la arquitectura de microcanal de un sistema de manipulacion de partfculas MEMS. Mas en general, los sistemas y metodos describen un sistema de manipulacion de partfculas con un canal de entrada y una pluralidad de canales de salida, en donde por lo menos una de la pluralidad de canales de salida se dispone en un plano diferente que el canal de entrada. Esta arquitectura tiene algunas ventajas significativas en relacion con la tecnica anterior.
En las figuras discutidas a continuacion, los numeros de referencia similares estan destinados para referirse a estructuras similares, y las estructuras se ilustran en diversos niveles de detalle para dar una vision clara de las caracterfsticas importantes de este dispositivo novedoso. Se debe entender que estos dibujos no representan necesariamente las estructuras a escala, y que las designaciones direccionales tales como "arriba", "abajo", "superior", "inferior", "izquierda" y "derecha" son arbitrarias, ya que se puede construir y operar en cualquier orientacion particular el dispositivo. En particular, se debe entender que las designaciones "clasificacion" y "residuos" son intercambiables, ya que solo se refieren a diferentes poblaciones de partfculas, y que llamar la poblacion "objetivo" o "clasificacion" es arbitrario.
La Figura 1 es una ilustracion de vista de plano del dispositivo 10 para fluidos microfabricado novedoso en la posicion inactiva (no accionada). El dispositivo 10 puede incluir una valvula para fluidos microfabricada o elemento 110 movil (area rayada) y una serie de canales 120, 122 y 140 para fluidos microfabricados. El canal 140 para fluidos microfabricado (mostrado como el area 140 rayada en la Figura 1 y la Figura 2) sirve como canal de salida y se puede ubicar directamente por debajo de por lo menos una porcion del elemento 110 microfabricado y no es paralelo al plano de los canales 120, 122 para fluidos microfabricados o el elemento 110 microfabricado. El elemento 110 microfabricado se fabrica y mueve en una ruta paralela o dentro de este plano. Preferiblemente, el canal 140 para fluidos microfabricado es ortogonal al plano de los canales 120, 122 para fluidos microfabricados y la ruta de movimiento del elemento 110 microfabricado. La abertura del canal 140 para fluidos microfabricado puede cubrir preferiblemente superponer por lo menos una porcion de la ruta de movimiento del elemento 110 microfabricado, es decir el area rayada superpone el elemento 110 microfabricado sobre por lo menos una porcion de su movimiento, como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2. Esta superposicion puede permitir que exista una ruta de fluido entre el canal 120 de entrada y el canal 140 de salida cuando el elemento microfabricado esta en la posicion “residuos” o no accionada (Figura 1), y esta
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ruta se cierra y las partfculas se redirigen en la posicion “clasificacion” o accionada (Figura 2). Como se describio previamente, esta arquitectura puede reducir la resistencia del fluido, aumentando de esta manera la velocidad del elemento 110 microfabricado.
La valvula 110 para fluidos y los canales 120, 122 y 140 para fluidos microfabricados se pueden formar en un sustrato adecuado, tal como un sustrato de silicio, utilizando tecnicas de fabricacion litografica MEMS como se describe en mayor detalle adelante. El sustrato de fabricacion puede tener un plano de fabricacion en el que se forma el dispositivo y en el que se mueve el elemento 110 movil.
Se puede introducir una corriente de muestra a la valvula 110 para fluidos microfabricada mediante un canal 120 de entrada de muestra. La corriente de muestra puede contener una mezcla de partfculas, que incluyen por lo menos una partfcula objetivo, deseada y una serie de otras partfculas no objetivo, no deseadas. Las partfculas se pueden suspender en un fluido. Por ejemplo, la partfcula objetivo puede ser un material biologico tal como una celula madre, una celula de cancer, un cigoto, una protefna, una celula T, una bacteria, un componente de sangre, un fragmento de ADN, por ejemplo, suspendido en un fluido regulador tal como solucion salina. El canal 120 de entrada se puede formar en el mismo plano de fabricacion que la valvula 110, de tal manera que el flujo del fluido esta sustancialmente en ese plano. El movimiento de la valvula 110 tambien esta dentro de este plano de fabricacion. La decision de clasificar/guardar o rechazar/desechar una partfcula dada se puede basar en cualquier serie de senales distintivas. En una realizacion de ejemplo, la decision se basa en una senal de fluorescencia emitida por la partfcula, basada en una etiqueta fluorescente fijada a la partfcula y excitada por un laser de iluminacion. Los detalles en cuanto a este mecanismo de deteccion son bien conocidos en la bibliograffa, y se discuten adicionalmente adelante con respecto a la Figura 12. Sin embargo, se pueden anticipar otras clasificaciones de senales distintivas, que incluyen luz dispersa o luz dispersa lateral que se pueden basar en la morfologfa de una partfcula, o cualquier serie de efectos mecanicos, qufmicos, electricos o magneticos que pueden identificar una partfcula por ser una partfcula objetivo, y por lo tanto clasificar o guardar, o una partfcula no objetivo y por lo tanto de otra forma rechazar o desechar.
Con la valvula 110 en la posicion mostrada, la corriente de entrada pasa sin obstaculos a un orificio de salida y el canal 140 que esta fuera del plano del canal 120 de entrada, y de esta manera sale del plano de fabricacion del dispositivo 10. Es decir, el flujo es desde el canal 120 de entrada hasta el orificio 140 de salida, desde el cual fluye sustancialmente verticalmente, y de esta manera ortogonalmente hasta el canal 120 de entrada. Este orificio 140 de salida conduce a un canal fuera de plano que puede ser perpendicular al plano del papel que muestra la Figura 1, y representado en las vistas de seccion transversal de las Figuras 4a-4c. Mas en general, el canal 140 de salida no es paralelo al plano del canal 120 de entrada o canal 122 de clasificacion, o el plano de fabricacion del elemento 110 movil.
El orificio 140 de salida puede ser un agujero formado en el sustrato de fabricacion, o en un su sustrato de cobertura que se une al sustrato de fabricacion. Un area aliviada por encima y por debajo de la valvula de clasificacion o elemento 110 movil permite que el fluido fluya por encima y por debajo del elemento 110 movil hasta el orificio 140 de salida, y se muestra en mas detalle en las Figuras 4a-4c. Adicionalmente, la valvula 110 puede tener una superficie 112 de desvfo curvada que puede redirigir el flujo de la corriente de entrada en una corriente de salida de clasificacion, como se describe luego con respecto a la Figura 2. El contorno del orificio 140 puede ser tal que se superpone algo, pero no todo, el canal 120 de entrada y canal 122 de clasificacion. Al tener el contorno 140 superpuesto en el canal de entrada, y con las areas aliviadas descritas anteriormente, existe una ruta para la corriente de entrada que fluye directamente en el orificio 140 de residuos cuando el elemento movil o valvula 110 esta en la posicion de residuos no accionada.
La Figura 1 es una ilustracion de vista de plano del dispositivo 10 para fluidos microfabricado novedoso en la posicion inactiva (no accionada). El dispositivo 10 puede incluir una valvula para fluidos microfabricada o elemento 110 movil (area rayada) y una serie de canales 120, 122 y 140 para fluidos microfabricados. El canal 140 para fluidos microfabricado sirve como canal de salida y se localiza directamente por debajo o por encima por lo menos una porcion del elemento 110 microfabricado y no es paralelo al plano de los canales 120, 122 para fluidos microfabricados o el elemento 110 microfabricado. Preferiblemente, los canales 120 para fluidos microfabricados son ortogonales al plano de los canales 120, 122 para fluidos microfabricados o el elemento 110 microfabricado. El canal 140 para fluidos microfabricado puede cubrir por lo menos una porcion de la ruta de movimiento del elemento 110 microfabricado es decir el area dentro de las lfneas/forma discontinua.
La Figura 2 es una vista de plano del dispositivo 10 microfabricado en la posicion accionada. En esta posicion, el elemento movil o valvula 110 (area rayada) se desvfa hacia arriba en la posicion mostrada en la Figura 2. La superficie 112 de desvfo es un contorno de clasificacion que redirige el flujo del canal 120 de entrada en el canal 122 de salida de clasificacion. El canal 122 de salida se puede encontrar en sustancialmente el mismo plano que el canal 120 de entrada, de tal manera que el flujo dentro del canal 122 de clasificacion tambien esta en sustancialmente el mismo plano que el flujo dentro del canal 120 de entrada. Puede haber un angulo a entre el canal 120 de entrada y el canal 122 de clasificacion, este angulo puede ser de cualquier valor hasta aproximadamente 90 grados. El accionamiento del elemento 110 movil puede surgir de una fuerza del aparato 400 que genera fuerza, mostrado de forma generica en la Figura 2. En algunas realizaciones, el aparato que genera fuerza puede ser un electroiman, sin embargo, se debe entender que el aparato que genera fuerza puede tambien ser electrostatico, piezoelectrico, o algun otro medio para ejercer una fuerza sobre el elemento 110 movil, provocando que se mueva desde una primera posicion (Figura 1) hasta una segunda posicion (Figura 2).
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Mas en general, el dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico mostrado por ejemplo en las Figuras 1 y 2 se puede formar sobre una superficie de un sustrato de fabricacion, en donde el dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico puede incluir un elemento 110 movil, microfabricado que tiene una primera superficie 112 de desvfo, en donde el elemento 110 movil se mueve desde una posicion hasta una segunda posicion en respuesta a una fuerza aplicada al elemento movil, en donde el movimiento esta sustancialmente en un plano paralelo a la superficie, un canal 120 de entrada de muestra formado en el sustrato y a traves del cual fluye un fluido, el elemento microfabricado que incluye una o mas partfculas objetivo y material no objetivo, en donde el flujo en el canal de entrada de muestra es sustancialmente paralelo a la superficie, y una pluralidad de canales 122, 140 de salida en los que el elemento microfabricado desvfa el fluido, y en donde el flujo en por lo menos uno de los canales 140 de salida no es paralelo al plano, y en donde por lo menos un canal 140 de salida se ubica directamente por debajo de por lo menos una porcion del elemento 110 movil sobre por lo menos una porcion de su movimiento.
En una realizacion, la superficie 112 de desvfo puede ser cercanamente tangente a la direccion de flujo de entrada asf como tambien la direccion de flujo de salida de clasificacion, y la pendiente puede variar suavemente entre estas lfneas tangentes. En esta realizacion, la masa de movimiento de la corriente tiene un momento que se desplaza suavemente desde la direccion de entrada hasta la direccion de salida, y de esta manera si las partfculas objetivo son celulas biologicas, se suministra un mfnimo de fuerza a las partfculas. Como se muestra en las Figuras 1 y 2, el dispositivo 10 de manipulacion de partfculas micromecanico tiene una primera superficie 112 de desvfo con una forma suavemente curvada, en donde la superficie que es sustancialmente tangente a la direccion de flujo en el canal de entrada de muestra en un punto sobre la forma y sustancialmente tangente a la direccion de flujo de un primer canal de salida en un segundo punto sobre la forma, en donde la primera superficie de desvfo desvfa el flujo desde el canal de entrada de muestra en el primer canal de salida cuando el elemento 110 movil esta en la primera posicion, y permite el flujo en un segundo canal de salida en la segunda posicion.
En otras realizaciones, se proporciona la manipulacion de partfculas micromecanica con una primera superficie de desvfo que tiene por lo menos una de una forma triangular, trapezoidal, parabolica, circular y en v, en donde la superficie de desvfo desvfa el flujo desde el canal de entrada en el primer canal de salida cuando el elemento movil esta en la primera posicion, y permite el flujo en un segundo canal de salida en la segunda posicion. El desviador sirve en todos los casos para dirigir el flujo desde el canal de entrada hasta otro canal.
Se debe entender que aunque se mencione el canal 122 como el “canal de clasificacion” y se mencione el orificio 140 como el “orificio de residuos”, estos terminos se pueden intercambiar de tal manera que la corriente de clasificacion se dirige en el orificio 140 de residuos y la corriente de residuos se dirige en el canal 122, sin ninguna perdida de generalidad. De modo similar, se pueden invertir el “canal 120 de entrada” y “canal 122 de clasificacion”. Los terminos utilizados para designar a los tres canales son arbitrarios, pero la corriente de entrada se puede desviar por la valvula 110 en cualquiera de las dos direcciones separadas, por lo menos una de los cuales no se encuentran en el mismo plano que las otras dos. El termino "sustancialmente" cuando se utiliza en referencia a una direccion angular, es decir, sustancialmente tangente o sustancialmente vertical, se debe entender que significa dentro del rango de 15 grados de la direccion de referencia. Por ejemplo, "sustancialmente ortogonal" a una lfnea se debe entender que significa desde aproximadamente 75 grados hasta aproximadamente 105 grados desde la lfnea.
Las Figuras 3a y 3b ilustran una realizacion en donde el angulo a entre el canal 120 de entrada y el canal 122 de clasificacion es aproximadamente cero grados. De acuerdo con lo anterior, el canal 122 de clasificacion es esencialmente antiparalelo al canal 120 de entrada, de tal manera que el flujo es de derecha a izquierda en el canal 120 de entrada. Con la valvula 110 en la posicion inactiva, no accionada mostrada en la Figura 3a, la corriente de entrada fluye directamente al orificio 140 de residuos y verticalmente fuera del dispositivo 10.
En la Figura 3b, la valvula 110 esta en la posicion de clasificacion, accionada. En esta posicion, el flujo gira alrededor de la superficie 112 de desvfo de la valvula 110 y en el canal 122 de clasificacion antiparalelo. Esta configuracion puede tener una ventaja en que el campo de vista del detector 150 cubre tanto el canal 120 de entrada como el canal 122 de clasificacion. De esa manera se puede utilizar un grupo de opticas de deteccion para detectar el pasaje de una partfcula objetivo a traves de los respectivos canales. Tambien puede ser ventajoso minimizar la distancia entre la region de deteccion y la valvula 110, con el fin de minimizar la incertidumbre de temporizacion en la apertura y cierre de la valvula.
El elemento movil o valvula 110 se puede adherir al sustrato con un resorte 114 flexible. El resorte puede ser una franja angosta de material de sustrato. En el ejemplo establecido anteriormente, el material de sustrato puede ser de silicio de cristal unico, que se conoce por sus excelentes propiedades mecanicas, tales como su resistencia, baja tension residual y resistencia a la fluencia. Con el dopaje adecuado, tambien se puede hacer que el material sea lo suficientemente conductor para evitar la acumulacion de carga sobre cualquier parte del dispositivo, que de otro modo podrfa interferir con su movimiento. El resorte puede tener una forma de serpentina, como se muestra, que tiene un ancho de aproximadamente 1 micra a aproximadamente 10 micras y una constante elastica de entre aproximadamente 10 N/m y 100 N/m, y preferiblemente de aproximadamente 40 N/m.
Las Figuras 4a, 4b, 4c son vistas en seccion transversal que ilustran la operacion del canal 140 de residuos fuera de plano. La Figura 4c se amplfa ligeramente en relacion con las Figuras 4a y 4b, con el de mostrar detalle del flujo
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alrededor del elemento 110 movil y en el canal 142 de residuos a traves del orificio 140 de residuos. Las flechas indican la ruta de movimiento del elemento 110 movil en el plano de los canales 120 y 122. En esta realizacion, el canal 142 de residuos es vertical, sustancialmente ortogonal a la corriente 120 de entrada y corriente 122 de clasificacion. Los canales 120 y 120 de entrada son ortogonales al canal 142 de residuos donde la direccion de canal de entrada 122 esta fuera del plano de papel. Se debe entender que son posibles otras realizaciones diferentes a aquellas ortogonales, pero en cualquier evento, el flujo en el canal 142 de residuos esta fuera del plano del flujo en el canal 120 de entrada y/o canal 122 de clasificacion. Como se muestra en la Figura 4a, con la valvula 110 en la posicion de clasificacion, accionada, la corriente de entrada y partfcula objetivo puede fluir en la corriente 122 de clasificacion, que en la Figura 4a esta fuera del papel, y el orificio 140 de residuos es grande esta en gran medida, aunque no completamente, bloqueado por el elemento 110 movil. El area 144 (no se dimensiona el tamano en la Figura 4c) sobre la parte superior de la valvula o elemento 110 movil se puede aliviar para proporcionar espacio para este flujo.
Cuando la valvula o elemento 110 movil no se acciona como en la Figura 4b, el flujo del canal 120 de entrada puede fluir directamente en el canal 142 de residuos al pasar por encima, alrededor o por el elemento movil o valvula 110. El area 144 sobre la parte superior de la valvula o elemento 110 movil se puede aliviar para proporcionar espacio para este flujo. El area 144 aliviada se muestra en mayor detalle en la Figura 4c ampliada. Por lo tanto cuando no se acciona el elemento movil, el flujo se enviara directamente al canal de residuos. Cuando se acciona el elemento movil, la mayorfa del fluido se dirigira al canal de clasificacion, aunque el lfquido pueda aun fluir sobre y debajo del elemento movil.
Por lo tanto, el proposito de proporcionar flujo tanto por abajo como por encima del elemento 110 movil es reducir la presion del fluido producida por el movimiento del accionador en la region detras de la valvula o elemento 110 movil. En otras palabras, el proposito es proporcionar una ruta lo mas corta posible entre la region de alta presion en la parte delantera de la valvula 110 y la region de baja presion detras de la valvula. Esto permite que la valvula funcione con poca presion que resiste su movimiento. Como resultado, la valvula 110 movil mostrada en las Figuras 1-4c puede ser sustancialmente mas rapida que las valvulas que tienen todos los canales dispuestos en el mismo plano.
Otra ventaja del canal 142 de residuos verticales es que al colocarlo directamente debajo de una caracterfstica 130 permeable estacionaria y caracterfstica 116 permeable movil, el hueco magnetico entre las caracterfsticas 116 y 130 permeables puede ser mas estrecho que si el canal para fluidos estuviera entre ellas. El hueco estrecho permite fuerzas mas altas y por lo tanto accionamiento mas rapido en comparacion con los disenos de la tecnica anterior. Una descripcion de los componentes magneticos y el mecanismo de accionamiento magnetico se daran a continuacion, y seran evidentes las ventajas de la arquitectura de canal fuera de plano.
La Figura 5 es una vista de plano de otra realizacion de ejemplo del dispositivo 100 del dispositivo 10, que muestra la disposicion de una caracterfstica 130 permeable estacionaria y mas detallada del elemento 110 movil. En esta realizacion, el elemento 110 movil puede incluir la superficie 112 de desvfo, la bisagra flexible o resorte 114, y un area 116 separada circunscrita pero dentro de la lfnea que corresponde al elemento 110 movil. Esta area 116 se puede incrustar con un material magnetico permeable tal como aleacion Permalloy de hierro nfquel, y puede funcionar como se describe adicionalmente adelante.
En una realizacion adicional, el dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico comprende adicionalmente una primera incrustacion de material magnetico permeable en el elemento movil; una primera caracterfstica magnetica permeable estacionaria dispuesta sobre el sustrato; y una primera fuente de flujo magnetico externo al elemento movil y sustrato sobre el cual se forma el elemento movil.
Preferiblemente, el elemento movil del dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico se mueve desde la primera posicion hasta la segunda posicion cuando se activa la fuente de flujo magnetico.
Se debe entender que un material magneticamente permeable significa cualquier material que es capaz de soportar la formacion de un campo magnetico dentro de sf mismo. En otras palabras, la permeabilidad de un material es el grado de magnetizacion de que el material obtiene en respuesta a un campo magnetico aplicado.
Los terminos "material permeable" o "material con alta permeabilidad magnetica" como se utilizan aquf se deben entender como un material con una permeabilidad que es grande en comparacion con la permeabilidad de aire o de vacfo. Es decir, un material permeable o material con alta permeabilidad magnetica es un material con una permeabilidad relativa (en comparacion con el aire o de vacfo) de por lo menos aproximadamente 100, es decir, 100 veces la permeabilidad de aire o de vacfo, que es de aproximadamente 1.26x10-6 H^m-1 Existen muchos ejemplos de materiales permeables, que incluyen aleaciones de cromo (Cr), cobalto (Co), nfquel (Ni) y hierro (Fe). Un material permeable popular se conoce como Permalloy, que tiene una composicion de entre aproximadamente 60% y aproximadamente 90% de Ni y 40% y 10% de hierro. La composicion mas comun es 80% de Ni y 20% de Fe, que tiene una permeabilidad relativa de aproximadamente 8000.
Es bien sabido de la magnetoestatica que se extraen materiales permeables en areas en donde se concentran las lfneas de flujo magnetico, con el fin de reducir la reluctancia de la ruta proporcionada por el material permeable al flujo. De acuerdo con lo anterior, un gradiente en el campo magnetico insta al movimiento del elemento 110 movil debido a la presencia de incrustaciones de material 116 permeable, hacia areas que tienen una alta concentracion de flujo
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magnetico. Es decir, el elemento 110 movil con incrustaciones de material 116 sera permeable extrafdo en la direccion del gradiente positivo en el flujo magnetico.
Se puede proporcionar una fuente externa de lfneas de campo magneticas de flujo fuera del dispositivo 100, como se muestra en la Figura 6. Esta fuente puede ser un electroiman 500. El electroiman 500 puede incluir un nucleo 512 permeable alrededor del cual se enrolla un conductor 514. El conductor o de una bobina 514 enrollada y el nucleo 512 generan un campo magnetico que sale del polo del iman, diverge, y vuelve al polo opuesto, como es bien conocido en electromagnetismo. De acuerdo con lo anterior, el elemento 110 movil en general es atrafdo hacia el polo del electroiman 500, como se muestra en la Figura 7.
Sin embargo, se puede mejorar el rendimiento del dispositivo 100 por el uso de una caracterfstica 130 permeable estacionaria. Se debe entender que el termino "caracterfstica estacionaria" debe entenderse con el significado de una caracterfstica que se fija al sustrato y no se mueve con relacion al mismo, a diferencia de elemento movil o valvula 110. Una caracterfstica 130 permeable estacionaria se puede configurar para recoger estas lfneas divergentes de flujo y reorientarlas en una zona directamente adyacente al elemento 110 movil con incrustaciones de material permeable. La caracterfstica permeable estacionaria puede tener una region 132 expansiva con una franja 134 mas estrecha. Las lfneas de flujo se recogen en la region 132 expansiva y se centran en y fuera del area 134 de franja estrecha. De acuerdo con lo anterior, la densidad de lfneas de flujo en el area 134 de franja es sustancialmente mayor de lo que serfa en la ausencia de la caracterfstica 130 permeable estacionaria. Por lo tanto, el uso de la caracterfstica 130 permeable estacionaria, aunque opcional, permite una fuerza superior, accionamiento mas rapido, y reduce la necesidad de que el electroiman 500 este en estrecha proximidad al dispositivo 10. A partir del area 134 de franja estrecha, las lfneas de campo salen del material permeable y vuelven al polo magnetico opuesto de la fuente 500 externa. Pero debido a la alta concentracion de lfneas de campo en el area 134 de franja, el material 116 permeable incrustado en el elemento 110 movil puede ser atrafdo a la caracterfstica 130 permeable estacionaria, con el resto del elemento movil con el.
Cuando el electroiman esta inactivo, y no se suministra corriente a la bobina 514, la fuerza de restauracion del resorte 114 provoca que el elemento 110 movil este en la posicion “cerrada” o “de residuo”. En esta posicion, la corriente de entrada pasa sin obstaculos a traves del dispositivo 100 hasta el canal 140 de residuos. Esta posicion se muestra en la Figura 5. Cuando se activa el electroiman 500, y se aplica corriente a traves de la bobina 514, surge un campo magnetico en el nucleo 512 y ale el polo del nucleo 512. Estas lfneas de flujo se recolectan y enfocan por la caracterfstica 130 permeable estacionaria y se enfocan en la region directamente adyacente a la franja 134. Como se menciono previamente, la porcion 116 permeable del elemento 110 movil se extrae hacia la franja 134, moviendo de esta manera el elemento 110 movil y la superficie 112 de desvfo de tal manera que se redirige la corriente de entrada en el canal 120 de entrada hasta la salida o canal 122 de clasificacion. Esta posicion se muestra en la Figura 7.
Se puede utilizar Permalloy para crear las caracterfsticas 116 y 130 permeables, aunque se debe entender que tambien se pueden utilizar otros materiales permeables. El Permalloy es un material bien conocido que se anade a las tecnicas de fabricacion MEMS litograficas. Un metodo para hacer las caracterfsticas 116 y 130 permeables se describe mas adelante.
Como se menciono anteriormente, el tener el canal 140 y 142 de residuos directamente debajo del elemento movil o la valvula 110 permite que la caracterfstica 116 permeable movil este dispuesta mas cerca de la caracterfstica 130 permeable estacionaria. Si por el contrario el canal de residuos esta en el mismo plano, este hueco tendrfa que ser por lo menos lo suficiente grande para acomodar el canal de residuos, junto con las tolerancias asociadas. Como resultado, las fuerzas de accionamiento son mas altas y la apertura y cierre de la valvula son mucho mas cortos. Esto a su vez corresponde a ya sea a una clasificacion mas rapida o a una mayor precision de clasificacion, o ambos.
Con el uso de la tecnica de accionamiento electromagnetico descrita anteriormente, se pueden realizar los tiempos de accionamiento del orden de 10 microsegundos. De acuerdo con lo anterior, el dispositivo de clasificacion de partfculas es capaz de clasificar las partfculas a velocidades de mas de 50 kHz o superior, suponiendo que 10 microsegundos requieren halar el accionador en, y 10 microsegundos requeridos para devolverlo a la posicion tal como se fabrica.
Para cualquier mecanismo de ordenacion de partfculas, sin embargo, existe una disyuntiva inherente entre la pureza y clasificacion por velocidad. Solo se puede aumentar la velocidad de fluido a un cierto punto, despues de lo cual se cae en limitaciones ffsicas del clasificador, por ejemplo, cuando la velocidad de la valvula es tal que no hay tiempo suficiente para abrir la valvula o aleta cuando se detecta una celula. Mas alla de esta limitacion, la forma mas obvia de lograr mas eventos por segundo es aumentar la densidad celular. Pero, con el aumento de la densidad celular, tambien aumenta la incidencia de conflictos de clasificacion, en donde se recolectan una celula deseada y no deseada.
Con el fin de superar esta limitacion, una muestra de celulas puede teoricamente ser procesada diversas veces en una estrategia de clasificacion secuencial -inicialmente una clasificacion muy rapida, burda seguida por una clasificacion mas lenta, de alta precision. Esto generalmente no es una opcion practica con un sistema de FACS tradicional como resultado de la dilucion de celulas masiva (del fluido envolvente), las velocidades de procesamiento lentas y dano celular inaceptable resultante de multiples pasos a traves de mecanismo de clasificacion electrostatica de alta presion. Un paso unico a traves de un citometro de flujo es excepcionalmente violento, con velocidades de 10 m/seg, la descompresion explosiva de 60 psi a 0 psi. Las celulas tienen pocas probabilidades de sobrevivir dicho tratamiento
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sobre diversos pasos sin perdida significativa de viabilidad. Incluso si uno esta dispuesto a aceptar la dilucion, el procesamiento manual y la muerte celular, las perdidas de rendimiento en un FACS senan abrumadoras. Tambien, la constante de tiempo por ciclo para procesamiento, limpieza, a esterilizacion y certificacion es insostenible y la esterilidad de la muestra se compromete completamente. Como resultado, esta clasificacion secuencial no es un metodo practico para la clasificacion de celulas clmica con base en FACS.
En contraste, para el sistema de clasificacion de partfculas microfabricado descrito anteriormente de clasificacion, utilizando la arquitectura de canal micro para fluidos, una clasificacion "secuencial" multietapa se puede realizar de una manera directa como se describe a continuacion. Una pluralidad de operaciones de manipulacion de las partfculas puede tener lugar utilizando una pluralidad de dispositivos 10 o 100 de clasificacion de MEMS. Los dispositivos de clasificacion puede estar en chips de MEMS separados y encerrados en un cartucho desechable, o multiples valvulas se pueden formar en un unico sustrato utilizando tecnicas de fabricacion MEMS. En una realizacion, la pluralidad de chips de clasificacion MEMS se separa por cierta medida, de tal manera que al desplazar lateralmente el dispositivo, los chips de MEMS adicionales pueden llegar a ser funcionales. Esta realizacion se describe mas adelante, y se ilustra en la Figura 8. En terminos mas generales, el sistema de dispositivo de clasificacion puede incluir un dispositivo de manipulacion secundario o etapa 200 de clasificacion despues del primer dispositivo de manipulacion o etapa 100 de clasificacion. La etapa 100 de clasificacion connota una etapa utilizando cualquiera del dispositivo 10 o dispositivo 100, por ejemplo, como se ilustra en la Figura 1 y 5, respectivamente.
La primera etapa 100 de clasificacion y la segunda etapa 200 de clasificacion estan precedidas por una region 170 y 270 de interrogacion por laser, respectivamente. En esta region, se utiliza un laser para irradiar las partfculas en la corriente de muestra. Esas partfculas que llevan una etiqueta fluorescente pueden dar fluorescencia como resultado de la irradiacion con laser. Esta senal de fluorescencia se detecta y es indicadora de la presencia de una partfcula objetivo en la corriente de muestra. Luego de la deteccion de la partfcula objetivo, se envfa una senal al controlador que controla el electroiman 500, que energiza el electroiman y que abre de este modo el elemento movil o la valvula 110. La partfcula objetivo se dirige de esta manera en el canal 122 de clasificacion. Esta funcionalidad se describe con mas detalle a continuacion con respecto al sistema de clasificacion de partfculas completo mostrado en la Figura 12. Las etapas 100 y 200 de clasificacion tambien pueden estar acompanadas de una tercera region 280 de interrogacion de laser despues de la ultima etapa 200 de clasificacion. Esta interrogacion se puede realizar para evaluar la exactitud de la clasificacion, o con el fin de ajustar varios parametros de clasificacion. Aunque solo dos operaciones de clasificacion dispuestas secuencialmente se muestran en la Figura 12, se debe entender que este concepto basico se puede extender a cualquier numero de etapas de clasificacion adicionales, y que las etapas se pueden disponer en una configuracion en paralelo, en lugar de, o ademas de, la configuracion en serie.
De acuerdo con lo anterior, una primera clasificacion se podra realizar rapidamente a traves de una primera etapa 100 de clasificacion, para enriquecer las celulas objetivo con las perdidas de rendimiento insignificantes. La salida de la primera etapa 100 de clasificacion puede fluir en ya sea un canal 140 de residuos o un canal 122 de residuos, con base en la salida de un discriminador o detector ubicado en la region 170. Si la corriente fluye al canal 122 de clasificacion, que entonces fluye a una segunda etapa 200 de clasificacion, que puede tener su propia area 270 de deteccion asociado. De manera similar a la etapa 100 de clasificacion, el flujo se dirigir a un canal 240 de residuos o un canal 222 de clasificacion. Utilizando este metodo, la muestra permanece esteril y es manejada suavemente a traves de todo el proceso de seleccion secuencial. Se debe entender que, aunque diffcil de representar en un dibujo de dos dimensiones, el canal 140 y 240 de residuos pueden estar en un plano diferente con respecto al canal 120 de entrada, y canales 122 y 222 de clasificacion. En la Figura 8 los canales 140 y 240 de residuos se representan fluyendo en el papel.
En otra realizacion, utilizando la arquitectura mostrada en las Figuras 1, 3, o 5, tambien se puede prever un dispositivo de manipulacion de partfcula de posicion dual, salida dual. En esta realizacion, el dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico puede comprender adicionalmente una segunda superficie de desvfo que desvfa un flujo desde el canal de entrada en un tercer canal de salida cuando el elemento movil esta en una tercera posicion.
Para un mejor y mas rapido control del elemento movil durante apertura y cierre de la valvula, el dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de esta realizacion se puede proporcionar con una segunda incrustacion de material magnetico permeable en el elemento movil; una segunda caractenstica magnetica permeable estacionaria dispuesta sobre el sustrato; y una segunda fuente de flujo magnetico externo al elemento movil.
Dicho dispositivo se muestra en la Figura 9. La Figura 9 muestra un dispositivo 800 de salida dual en donde un unico canal 820 de entrada se puede cargar ya sea de dos canales 822 y 824 de salida de clasificacion separados, dependiendo de la posicion del elemento 810 movil. El dispositivo 800 de salida dual puede tener dos areas 816 y 818 permeables, que se pueden arrastrar hacia cualquiera de dos caractensticas 830 y 850 permeables estacionarias, respectivamente. Por ejemplo, si se posiciona una fuente de flujo magnetico externo tal como electroiman 500 (mostrada en lmeas discontinuas/rayadas) cerca de la caractenstica 830 permeable estacionaria, el flujo emitido del electroiman 500 se concentra por caractenstica 830 permeable estacionaria y caractenstica 816 permeable movil se extrae hacia este. La situacion es como se representa en la Figura 10. Cuando la caractenstica movil gira en sentido horario, abre el canal 822 de clasificacion al flujo desde el canal 820 de entrada por la superficie 842 de desvfo. Cuando se energiza otro iman externo (no mostrado) por encima del dispositivo 800 y la caractenstica 850 permeable estacionaria superior, el elemento 810 movil gira en sentido antihorario, que dirige el flujo en el canal 820 de entrada en
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el canal 824 de clasificacion superior mediante la superficie 812 de desvfo de clasificacion. El orificio 840 de canal de residuos se puede ampliar en comparacion con 140, de tal manera que se dispone directamente bajo por lo menos una porcion del elemento 810 movil, pero no interfiere con el movimiento de las superficies 812 o 842 de desvfo de clasificacion. El elemento 810 movil se fija por paredes 810 paralelas en el sustrato. Las paredes 810 paralelas que incluyen el punto 814 de articulacion sirve como el resorte flexible similar a 114 de la Figura 3a/b.
Aunque las realizaciones mostradas en las Figuras 1-11 se describen con respecto a un mecanismo de accionamiento electromagnetico, se debe entender que se pueden utilizar en su lugar otras fuerzas de accionamiento. Por ejemplo, si las caracterfsticas 116 y 130 permeables estan hechos de un conductor de electricidad en lugar de material magnetico permeable, un potencial de voltaje se puede colocar a traves de los elementos 116 y 130, que producen una fuerza electrostatica para mover el elemento 110 movil. Tambien se puede utilizar fuerzas piezoelectricas.
Debido a la arquitectura del dispositivo 10 y 100 de manipulacion de partfculas microfabricado, se agrega en si mismo a las tecnicas que pueden hacer uso de este tipo de arquitectura cerrada, bien definida. Una de dicha tecnicas se ilustra en la Figura 11, en donde el dispositivo de manipulacion de partfculas microfabricado puede tener por lo menos un canal adicional que proporciona un fluido envolvente a la corriente de muestra y tambien un elemento de enfoque junto al canal de entrada. El fluido envolvente se puede utilizar para ajustar la concentracion o el posicionamiento de las partfculas objetivo dentro del canal de entrada. El elemento de enfoque se puede configurar para instar a las partfculas objetivo en una porcion particular del canal de entrada de muestra, como se describe mas adelante. El elemento de enfoque se puede disponer sustancialmente en el mismo plano que el elemento 110 movil, y se puede formar en la misma superficie del sustrato como el elemento 110 movil y el canal 120 de entrada.
La Figura 11 muestra un colector 300 para fluidos microfabricado que se puede utilizar para enfocar las partfculas en un area determinada dentro de la corriente de fluido. Las tecnicas para disenar dicho colector se pueden encontrar en, por ejemplo, Single-layer planar on-chip flow cytometer using microfluidic drifting based three-dimensional (3d) hydrodynamic focusing ," por Xiaole Mao et cl, Journal of Royal Society of Chemistry, Lab Chip, 2009, 9, 1583-1589. El colector puede incluir una entrada 310 de muestra y el canal 320 de fluido envolvente. Como el nombre sugiere, el canal envolvente agrega un fluido envolvente a la corriente de muestra, que es un fluido de regulacion, que tiende a diluir el flujo de partfculas en la corriente y localizarlos en una parte determinada de la corriente. El fluido combinado luego fluye alrededor de un elemento de enfoque junto al canal 120 de entrada, aquf un canal 330 de enfoque z, que tiende a guardar las partfculas en un plano particular dentro del flujo. Este plano esta sustancialmente en el plano del papel de la Figura 11. El fluido combinado luego pasa a otro punto de interseccion, un "punto 350 de interseccion y", que introduce fluido envolvente adicional por encima y por debajo del plano de las partfculas. En el punto 350 de interseccion y, se pueden unir dos flujos al canal 330 de enfoque z de direcciones sustancialmente antiparalelas, y ortogonales al canal 330 de enfoque z. Esta interseccion puede comprimir el plano de las partfculas en un solo punto, sustancialmente en el centro de la corriente. De acuerdo con lo anterior, en el punto 350 de interseccion y, las partfculas objetivo se pueden comprimir de un plano a una lfnea de corriente cerca del centro del canal 330 de enfoque z y el canal 120 de entrada de muestra. Enfocar las partfculas en un cierto volumen tiende a disminuir la incertidumbre en su ubicacion, y por lo tanto la incertidumbre en la temporizacion de la apertura y el cierre del elemento movil o valvula 110. Por lo tanto dicho enfoque hidrodinamico puede mejorar la velocidad y/o exactitud de la operacion de clasificacion.
En una realizacion de ejemplo del dispositivo 10 o 100 de manipulacion de partfculas microfabricado con enfoque hidrodinamico ilustrado en la Figura 11, el barrido angular de la curva 330 z es un arco curvado de aproximadamente 180 grados. Es decir, el barrido angular aproximada entre la union de la entrada envolvente con la entrada de la celda y el punto 350 de interseccion y, puede ser de aproximadamente 180 grados. Generalmente, el radio de curvatura de la curva 330 z puede ser por lo menos aproximadamente 100 micras y menos de aproximadamente 500 micras, y la dimension caracterfstica, que es el ancho, de los canales es normalmente de aproximadamente 50 micras para proporcionar el efecto de enfoque. En una realizacion, el radio de curvatura del canal puede ser de aproximadamente 250 micras, y los anchos de canal, o dimensiones caracterfsticas, para el canal 120 de entrada de muestra y el canal de curva z estan en el orden de aproximadamente 50 micras. Estas dimensiones caracterfsticas pueden proporcionar una curvatura suficiente para enfocar las partfculas, de manera que tienden a ser confinadas al plano del papel a la salida del canal 330 de enfoque z en el punto 350 de interseccion y. Este plano luego se comprime a un punto en el canal en el punto 350 de interseccion y.
Se puede utilizar el dispositivo 10 o 100 de manipulacion de partfculas microfabricado en un sistema 1000 de clasificacion de partfculas encerrado en un alojamiento que contiene los componentes mostrados en la Figura 12. Los dispositivos 10, 100 o 800 de manipulacion de partfculas MEMS se pueden encerrar en un cartucho plastico, desechable que se inserta en el sistema 1000. El area de insercion puede ser una etapa movil con los mecanismos disponibles para la colocacion precisa del dispositivo 10, 100 o 800 de manipulacion de partfculas y los canales microfluidos asociados contra uno o mas datos, que se orientan y posicionan la region de deteccion y el dispositivo 10, 100 o 800 de manipulacion de partfculas con respecto a las opticas 1100 de recoleccion. Si se requiere posicionamiento mas fino, la etapa de entrada tambien pueden ser una etapa de traduccion, que ajusta el posicionamiento basado en la observacion de la ubicacion del elemento 110 movil con respecto a un punto de referencia.
Se debe entender que aunque la Figura 12 muestra un sistema 1000 de clasificacion de partfculas que utiliza una pluralidad de fuentes 1400 y 1410 de laser, solo un unico laser puede ser necesario dependiendo de la aplicacion. Para
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la pluralidad de laseres mostrada en la Figura 12, una de las fuentes 1410 de laser se puede utilizar con un grupo asociado de la optica paralela (no se muestra en la Figura 12) para iluminar por lo menos una region 170 y/o 270 de interrogacion laser adicional. Esta configuracion puede ser algo mas complicada y costosa para disponer un sistema de laser unico, pero puede tener ventajas en que las rutas opticas y de deteccion se pueden separar para las diferentes regiones de interrogacion de laser. Para esta realizacion, puede que no sea necesario alterar el contenido espectral de trayectoria, tiempo o duracion del laser 1410 de luz. Aunque no se muestra explfcitamente en la Figura 12, se debe entender que la ruta de deteccion para laser 1410 adicional tambien se puede separar de la ruta de deteccion para el laser 1400. De acuerdo con lo anterior, algunas realizaciones del sistema de clasificacion de partfculas puede incluir una pluralidad de fuentes de laser y una pluralidad de rutad deteccion de optica, mientras que otras realizaciones solo pueden utilizar una sola fuente 1400 laser y la optica 1100 de recoleccion. En la realizacion descrita aquf, una pluralidad de laseres de excitacion utiliza una ruta optica comun, y las senales opticas se separan electronicamente por el sistema mostrado en la Figura 12.
La realizacion mostrada en la Figura 12 se basa en un mecanismo de deteccion de tipo FACS, en donde uno o mas laseres 1400, 1410 excita una o mas etiquetas fluorescentes fijadas a las partfculas objetivo. La excitacion laser puede tener lugar en varias regiones de interrogatorio, tales como las regiones 170, 270 y 280. Se detecto la fluorescencia emitida como resultado y la senal se carga a un ordenador 1900. Entonces, el ordenador genera una senal de control que controla el electroiman 500 o multiples electroimanes si se utilizan diversos clasificadores por ejemplo en la Figura 8. Se debe entender que se pueden utilizar otros mecanismos de deteccion en su lugar, que incluye efectos electricos, mecanicos, qufmicos, u otros efectos que pueden distinguir partfculas objetivo de partfculas no objetivo.
De acuerdo con lo anterior, el sistema 1000 de clasificacion de partfculas MEMS mostrado en la Figura 12 puede incluir una serie de elementos que pueden ser utiles en implementar las regiones 170 y 270 de interrogacion adicionales, o mas. En primer lugar, un medio 1600 de manipulacion optica puede alterar la trayectoria, contenido espectral, tiempo o duracion de la radiacion laser del laser 1400 para el segundo o tercer puntos de interrogacion. Ejemplos de artfculos que se pueden incluir en el medio 1660 de manipulacion optica son un cristal birrefringente, prisma de giro, espejo, absorbente saturable, modulador acustico-optico, cristal armonico, interruptor Q, por ejemplo. Mas en general, la manipulacion de medios 1600 opticos puede incluir uno o mas artfculos que alteran la frecuencia, la amplitud, tiempo o trayectoria del laser a lo largo de una ramificacion de la ruta optica en una region de interrogacion adicional.
Por ejemplo, el medio 1600 de manipulacion optica puede incluir un divisor de haz y/o modulador optico-acustico. El divisor de haz puede separar una parte del haz de laser entrante en una rama o brazo secundario, donde esta rama secundaria o brazo pasa a traves del modulador que modula la amplitud del haz secundario a una frecuencia alta. La frecuencia de modulacion puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 2 MHz o superior. La luz que incide sobre la primera region 101 de interrogacion de laser puede, por el contrario, ser de onda continua (no modulada). La rama o brazo secundario luego se dirige a la region 170 o 270 de interrogacion de laser adicional. Esta excitacion luego producira un patron de fluorescencia correspondiente de una celula etiquetada de manera apropiada.
Este patron de fluorescencia modulada luego se puede recoger mediante las opticas 1600 de deteccion, que pueden recombinar la fluorescencia detectada desde la region 170 y/o 270 de interrogacion con laser de fluorescencia de la region 170 de interrogacion. La radiacion combinada luego puede afectar uno o mas detectores 1300.
Un componente 1700 optico adicional tambien puede alterar la frecuencia, la amplitud, tiempo o trayectoria de la segunda ruta de haz, sin embargo, puede realizar esta operacion antes (en el lado detector) de la optica 1100 de captacion en lugar de despues (en el lado de la muestra) de la misma, al igual que el componente 1600 optico.
Los detectores 1300 de salida se pueden analizar para separar el contenido correspondiente a la region 280 de interrogacion laser del contenido que corresponde a la region 170 o 270 de interrogacion laser. Esto se puede lograr al aplicar algunos medios electronicos distintivos a las senales de los detectores 1300. Los detalles del medio 1800 distintivo electronico puede depender de la eleccion para medio 1600 de manipulacion optica. Por ejemplo, el medio 1800 distintivo puede incluir una etapa de paso alto y una etapa de paso bajo que es consistente con un modulador fotoacustico que se incluyo en medio 1600 de manipulacion optica. O el medio 1800 distintivo electronico puede incluir un filtro (paso alto y/o paso bajo) y/o un detector envolvente, por ejemplo.
Por lo tanto, dependiendo de la eleccion del medio 1600 de manipulacion optica, la salida de senal sin filtrar de los detectores 1300 puede incluir una onda continua, porcion de baja frecuencia y una porcion modulada en alta frecuencia. Despues de filtrar a traves de la etapa de filtro de paso alto, la senal puede tener sustancialmente solo la porcion de alta frecuencia, y despues de la etapa de paso bajo, solo la porcion de baja frecuencia. Estas senales luego facilmente se pueden separar en los circuitos logicos del ordenador 1900. Alternativamente, el filtro de paso alto puede ser un detector envolvente, lo que pone a cabo una senal correspondiente a la envoltura de las amplitudes de los impulsos de alta frecuencia.
Otras clasificaciones de componentes se pueden incluir en medio 1800 distintivo electronico para separar las senales. Estos componentes pueden incluir, por ejemplo, un filtro de senal, mezclador, bucle de enganche de fase, multiplexor, activador, o cualquier otro dispositivo similar que se puede separar o distinguir las senales. El componente 1800 tambien puede incluir el filtro electronico de paso alto y/o de paso bajo o el detector envolvente descrito anteriormente.
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Los dos grupos de senales del medio 1800 distintivo electronico se puede manejar de manera diferente mediante los circuitos 1900 logicos con el fin de separar las senales.
Por lo tanto, se puede utilizar un sistema de manipulacion de partfculas MEMS en conjunto con una o mas regiones de interrogatorio laser inferior, en donde las regiones adicionales de interrogatorio laser se utilizan para confirmar la efectividad o exactitud de una etapa de manipulacion en la manipulacion de una corriente de partfculas. La evaluacion posterior de la region 280 de interrogacion laser mas alla de la etapa 100 y 200 de clasificacion puede permitir al operador medir un numero de evento (por ejemplo, la tasa de eventos capturados despues de clasificacion) dividido por otro numero de eventos (por ejemplo, la tasa de eventos inicial de clasificacion previa) para tipos de partfculas individuales, y a la retroalimentacion para ajustar parametros iniciales de interrogacion (por ejemplo, tal como posicion x, y, z y tambien la longitud "ventana abierta" en el tiempo) con base en esta relacion. Este metodo se puede utilizar para optimizar el rendimiento o la precision del sistema de 1000. Alternativamente, el operador podrfa medir la tasa de eventos posterior a la clasificacion de celulas objetivo, dividida por la tasa de eventos de retroalimentacion de clasificacion posterior para ajustar los parametros de interrogacion laser iniciales como posicion x, y, z y tambien la longitud de "ventana abierta" en el tiempo, con el fin de optimizar la pureza del sistema 1000 de clasificacion. Estos parametros de clasificacion se pueden ajustar al cambiar las senal 2000 de control que se envfa por el ordenador 1900 al electroiman 500, o al cambiar los parametros de deteccion opticos o al cambiar las senales de control de laser, como se muestra en la Figura 12.
El sistema de manipulacion de partfculas de acuerdo con la invencion puede comprender adicionalmente un electroiman; y un circuito que proporciona una forma de onda de control para el electroiman. Un ejemplo de como el sistema representado en la Figura 12 se pueden utilizar para ajustar los parametros de clasificacion, es a traves de la forma 2000 de onda de senal de control suministrada al electroiman 500. Esta forma de onda 2000 se puede afinar para ajustar el rendimiento de clasificacion de la valvula o elemento 110 o 810 movil, y se puede producir mediante los circuitos 1900 logicos.
Se puede utilizar la forma de onda de control para afinar el proceso de abertura y cierre de la valvula, aumentando de esta manera la velocidad del proceso de clasificacion. En una realizacion adicional, la forma de onda de control del sistema de manipulacion de partfculas incluye una fase de aceleracion de amplitud mas alta que establece el elemento movil en movimiento, una fase de amplitud constante que abre el elemento movil, y una fase de frenado que ralentiza el elemento movil en el cierre.
La Figura 13 representa una forma 2000 de onda de senal de control con las caracterfsticas adicionales que se pueden utilizar para controlar el movimiento del elemento 110 o 810 movil. Esta forma 2000 de onda de senal de control se puede generar por ordenador 1900, y por lo tanto se puede hacer esencialmente arbitrariamente complejo. La forma 2000 de onda de senal de control puede ser una forma de onda de tension o de una forma de onda actual. La forma 2000 de onda de senal de control se puede aplicar a la bobina 510 del electroiman 500, por ejemplo, para conducir corriente a traves de la bobina para producir el campo magnetico de accionamiento. La senal 2000 de control puede incluir una fase 2110 de aceleracion inicial que tiene una magnitud sustancialmente mayor que el resto de la forma 2000 de onda de senal de control, y tiene una duracion de decenas de microsegundos.
Se puede utilizar la magnitud mayor de la corriente en la fase de aceleracion para superar la fuerza contraelectromotriz producida en las bobinas de los imanes en movimiento. Tambien puede producir una fuerza superior, que puede ser necesaria para romper el elemento 110, 810 movil desde su posicion de reposo y superar cualquier fuerza de adherencia estatica que puede estar obstaculizando el movimiento. Despues de esta fase de aceleracion inicial, la senal de control puede tener una fase 2120 de mantenimiento durante el cual la corriente es esencialmente constante y tiene una duracion de decenas de microsegundos. Durante este perfodo, el elemento 110 o 810 movil se desplaza desde su posicion cerrada en las Figuras 1, 5 o 9 a las posiciones de accionamiento mostradas en las Figuras 2, 7 o 10. Aunque la corriente puede ser constante durante este perfodo, la fuerza sobre el elemento movil puede ser variable, en funcion de la distancia de cierre entre la caracterfstica 116, 816 y 840 movil permeable y las respectivas caracterfsticas 130, 840 y 850 permeables estacionarias. La inversion de la polaridad de la senal de control como se muestra en 2130 invierte la direccion del campo magnetico, y desmagnetiza las porciones permeables. La fase 2130 permite el cierre de la valvula. Despues del periodo 2130 de inversion, un perfodo 2140 de reposo que dura varios microsegundos puede seguir, durante el cual no hay ningun campo magnetico producido, y la fuerza elastica del elemento 114 o 814 de resorte en el elemento movil 110 o 810 puede devolver el elemento movil a su estado no accionado. Este puede estar en los residuos o posicion de rechazo. Despues de un perfodo cuando el accionador se esta cerrando y a punto de alcanzar la posicion fabricada un impulso 2150 de "frenado" corto puede ralentizar la velocidad del elemento movil. Esto puede evitar un rebote indeseable de parada brusca, que puede permitir de otra forma que una partfcula no objetivo entre en el canal 122 de clasificacion. O si no hay una parada brusca, esto puede permitir el retorno mas rapido a la posicion no accionada.
Utilizando la confirmacion corriente abajo de los contenidos del canal de clasificacion como se describio anteriormente con respecto a la Figura 12, cualquiera de los parametros ajustables del perfil de corriente se muestra en la Figura 13, tales como amplitud y duracion de la fase de aceleracion, amplitud y duracion de la fase de apertura, duracion de la fase inactiva, o amplitud y duracion de la fase de frenado, se puede ajustar para mejorar el rendimiento de clasificacion de sistema.
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La descripcion ahora se centra en la fabricacion de los dispositivos mostrados en las Figuras 1-11. La fabricacion puede comenzar con las caractensticas 116 y 130 permeables incrustadas formadas en un primer sustrato. El sustrato puede ser un sustrato de silicio de cristal unico, por ejemplo. Para formar estas estructuras, las depresiones se pueden formar en estas areas de la superficie del sustrato mediante grabado. En primer lugar, la fotorresistencia se puede depositar sobre la superficie del sustrato y se retira a traves de las areas correspondientes a 116 y 130. Luego, las trincheras se pueden formar mediante, por ejemplo, el grabado del sustrato con hidroxido de potasio (KOH) para formar una depresion adecuada. Una capa de siembra puede ser depositada concordantemente sobre la primera superficie del sustrato y se modela para proporcionar la capa de semillas para el recubrimiento de NiFe en las trincheras. La capa de semilla puede ser, por ejemplo, Ti/W o Cr/Au luego se puede depositar por bombardeo ionico, deposito de CVD o plasma. Esta capa puede estar cubierta con resina fotosensible y se modela de acuerdo con la forma deseada de las areas 116 y 130. Las areas no deseadas de fotorresistencia y la capa de semilla luego se pueden retirar por ataque qmmico. Las caractensticas permeables luego se pueden depositar sobre la capa de semilla modelada por pulverizacion catodica, deposito de plasma o recubrimiento electroqmmico. Se sabe que el Permalloy (80% de Ni y 20% de Fe), por ejemplo, facilmente se puede depositar por galvanoplastia.
Alternativamente, se puede utilizar un metodo de despegue para depositar una lamina de material permeable, la mayona de las cuales se eleva a continuacion, fuera de las areas que no sean 116 y 130. Los detalles adicionales en la formacion de incrustaciones litograficas, se pueden encontrar materiales magneticamente permeables en, por ejemplo, la Patente Estadounidense No. 7,229,838. La patente Estadounidense No. 7,229,838 se incorpora aqm como referencia en su totalidad. El sustrato luego se puede aplanar por pulido mecanico qmmico (CMP), dejando una superficie plana para la ultima union posterior de una placa de cubierta.
Despues de haber hecho las caractensticas 116 y 130 permeables, se puede formar el elemento movil o valvulas 110 y 810. La superficie puede de nuevo ser cubierta con resina fotorresistencia y se modela para proteger las caractensticas 116 y 130 permeables incrustadas. El canal 120 de entrada y canales 122 de salida y area 144 aliviada se pueden formar simultaneamente con el elemento movil 110 y 810. Con el elemento 110, 810 movil y otras areas cuya topograffa ha de preservarse cubierta de fotorresistencia, las caractensticas 110, 810, 120, 122 y 144 se puede formar por un grabado por iones reactivo profundo (DRIE), por ejemplo.
Para formar los canales para fluidos, una placa de cubierta se puede unir a la superficie del sustrato que se aplana previamente para este proposito. La placa de cubierta puede ser opticamente transparente para permitir que la luz laser se aplique a las partfculas en la corriente de fluido que fluye en el canal 120 de entrada, y para la fluorescencia emitida por las etiquetas fluorescentes fijas a las partfculas que se can a detectar por el sistema de deteccion optico descrito anteriormente. Un orificio formado en este material transparente puede formar el canal 142 de residuos. Como alternativa, se puede formar un canal 142 de residuos en un segundo sustrato, tal como un segundo sustrato de silicio, y unido a la superficie del primer sustrato. Alternativamente, se puede formar el canal 142 de salida en la superficie opuesta del primer sustrato utilizando un sustrato de silicio sobre aislante (SOI), con el canal 142 de residuos y el orificio 140 formado en la capa de mango y la capa dielectrica del sustrato SOI, y la caractenstica movil formada en la capa de dispositivo.
Los detalles adicionales para llevar a cabo este proceso descrito anteriormente son bien conocidos por aquellos expertos en la tecnica, o facilmente encontrados en numerosas referencias de proceso litografico.
Ejemplo
Se diluye sangre entera con regulador y se tine con anticuerpo anti-CD4 humano conjugado con un fluoroforo. La muestra se clasifica en un dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico como se muestra en la Figura 5, incorporado en un sistema de clasificacion de partfculas de acuerdo con la Figura 12 utilizando el fluoroforo como la etiqueta de clasificacion.
La muestra se clasifico con una velocidad de alrededor de 1.3 millones de celulas por segundo en 5 series para mostrar que el proceso de clasificacion es reproducible. Los numeros de pureza y el rendimiento se calculan con respecto a solo los globulos blancos de la sangre (WBC), ya que la mayona de las celulas clasificadas son globulos rojos de la sangre. La Tabla 1 muestra que el rendimiento de agotamiento y pureza de clasificacion son sustancialmente constantes a pesar de la alta velocidad de clasificacion.
Tabla 1
Serie
Rendimiento de agotamiento [%] Pureza de clasificacion [%]
1
82.44 92.91
2
89.86 91.76
3
87.96 92.70
4
81.54 89.85
5
83.89 89.88
Promedio
85.34 90.89
La viabilidad de las celulas se probo con Anexina V y PI. La Tabla 2 muestra que la viabilidad de las celulas sustancialmente mantiene inalterada por el proceso de clasificacion.
5 Tabla 2
Viable Apoptotico Muerte
Entrada
96.70% 2.15% 0.82%
Residuos
95.14% 2.75% 0.34%
Desperdicios
94.18% 5.17% 0.49%
Aunque se han descrito diversos detalles en relacion con las implementaciones de ejemplo descritas anteriormente, diversas alternativas, modificaciones, variaciones, mejoras y/o equivalentes sustanciales, ya sean conocidos o que son 10 o pueden ser actualmente imprevistos, pueden llegar a ser evidentes despues de la revision de la descripcion anterior. De acuerdo con lo anterior, las implementaciones de ejemplo expuestas anteriormente, estan destinadas a ser ilustrativas, no limitativas.

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    Reivindicaciones
    1. Un dispositivo (10) de manipulacion de partfculas micromecanico, formado sobre una superficie de un sustrato de fabricacion, que comprende;
    - un elemento (110) movil, microfabricado formado sobre el sustrato, y que tiene una primera superficie (112) de desvfo, en donde el elemento (110) movil se mueve desde una primera posicion hasta una segunda posicion en respuesta a una fuerza aplicada al elemento (110) movil, en donde el movimiento sustancialmente esta en un plano paralelo a la superficie del sustrato;
    - un canal (120) de entrada de muestra formado en el sustrato y a traves del cual fluye un fluido, incluyendo el fluido por lo menos una partfcula objetivo y material no objetivo, en donde el flujo en el canal (120) de entrada de muestra es sustancialmente paralelo a la superficie;
    - una pluralidad de canales de salida en los que el elemento microfabricado desvfa el fluido, y en donde el flujo en por lo menos uno de los canales de salida no es paralelo al plano, y en donde por lo menos un canal de salida se localiza directamente por debajo o por encima por lo menos una porcion del elemento microfabricado sobre por lo menos una porcion de su movimiento,
    en donde la pluralidad de canales de salida comprende un canal (122) de clasificacion y un canal (140) de residuos, en donde el flujo en el canal (122) de clasificacion es sustancialmente antiparalelo al flujo en el canal (120) de entrada de muestra y en donde el flujo en el canal (140) de residuos es sustancialmente ortogonal al flujo en el canal (120) de entrada de muestra y el canal (122) de clasificacion.
  2. 2. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1, en donde la primera superficie (112) de desvfo tiene una forma suavemente curvada que es sustancialmente tangente a la direccion de flujo en el canal (120) de entrada en un punto sobre la forma y sustancialmente tangente a la direccion de flujo de un primer canal (140) de salida en un segundo punto sobre la forma, en donde la primera superficie (112) de desvfo desvfa el flujo desde el canal (120) de entrada en el primer canal (140) de salida cuando el elemento (110) movil esta en la primera posicion, y permite el flujo en un segundo canal de salida en la segunda posicion.
  3. 3. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 2, en donde la primera superficie (112) de desvfo tiene por lo menos una de una forma triangular, trapezoidal, parabolica, circular y en v, y en donde la superficie de desvfo desvfa el flujo desde el canal (120) de entrada en el primer canal (140) de salida cuando el elemento (110) movil esta en la primera posicion, y permite el flujo en un segundo canal de salida en la segunda posicion.
  4. 4. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente: una primera incrustacion (116) de material magnetico permeable en el elemento (110) movil; una primera caracterfstica magnetica permeable estacionaria dispuesta sobre el sustrato; y una primera fuente de flujo magnetico externa al elemento (110) movil y sustrato sobre el cual se forma el elemento (110) movil.
  5. 5. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 4, en donde el elemento (110) movil se mueve desde la primera posicion hasta la segunda posicion cuando se activa la fuente de flujo magnetico.
  6. 6. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1, en donde la fuerza es por lo menos una de fuerza magnetica, electrostatica, y piezoelectrica.
  7. 7. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente una segunda superficie de desvfo que desvfa un flujo desde el canal (120) de entrada en un tercer canal (822, 824) de salida cuando el elemento (110) movil esta en una tercera posicion.
  8. 8. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 7, que comprende adicionalmente:
    una segunda incrustacion (116) de material magnetico permeable en el elemento (110) movil; una segunda caracterfstica magnetica permeable estacionaria dispuesta sobre el sustrato; y una segunda fuente de flujo magnetico externa al elemento (110) movil.
  9. 9. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:
    un area aliviada en la superficie adyacente el elemento (110) movil, que permite que el fluido fluya sobre y bajo el elemento (110) movil a por lo menos un canal (140) de salida que no es paralelo al plano.
  10. 10. El dispositivo de manipulacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1, en donde la partfcula objetivo comprende por lo menos una de una celula madre, una celula de cancer, una celula T, un cigoto, un componente de sangre, una protefna, un fragmento de ADN, y una bacteria.
  11. 11. Un sistema de manipulacion de partfculas, que comprende; el dispositivo de clasificacion de partfculas micromecanico de la reivindicacion 1; por lo menos un laser (1410) dirigido a una region (170, 270) de interrogacion de laser dispuesta en el canal (120) de entrada; y por lo menos un grupo de opticas (1600) de deteccion que detectan una senal fluorescente desde una etiqueta fluorescente fija a la partfcula objetivo en el fluido.
    5
  12. 12. El sistema de manipulacion de partfculas de la reivindicacion 11, que comprende adicionalmente: un electroiman; y un circuito que proporciona una forma de onda de control al electroiman.
  13. 13. El sistema de manipulacion de partfculas de la reivindicacion 11, en donde la forma de onda de control incluye una 10 fase de aceleracion de amplitud mayor que establece el elemento (110) movil en movimiento, una fase de amplitud
    constante que abre el elemento (110) movil, y una fase de frenado que ralentiza el elemento (110) movil en el cierre.
  14. 14. El sistema de manipulacion de partfculas de la reivindicacion 11, que comprende adicionalmente: por lo menos un laser adicional dirigido a una region en por lo menos uno del canal (140) de salida para configurar o confirmar los
    15 resultados de una manipulacion de partfculas.
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