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CN108780031A - 使用环境粘弹性流体流对准样本流中的非球形生物实体 - Google Patents

使用环境粘弹性流体流对准样本流中的非球形生物实体 Download PDF

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CN108780031A
CN108780031A CN201680083877.9A CN201680083877A CN108780031A CN 108780031 A CN108780031 A CN 108780031A CN 201680083877 A CN201680083877 A CN 201680083877A CN 108780031 A CN108780031 A CN 108780031A
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flow
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奥利弗·哈德恩
卢卡斯·里希特
马蒂亚斯·乌格勒
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Siemens Corp
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Abstract

一种用于在流动池的流动室内的期望区域中对准样本中携带的非球形生物实体的技术。流动室具有矩形横截面。底流输入模块、顶流输入模块和样本输入模块分别向流动室提供第一粘弹性流体、第二粘弹性流体和样本。第一粘弹性流体和第二粘弹性流体沿流动室的底壁和顶壁层流流动，并且样本夹在其间层流流动。通过控制第一粘弹性流体和/或第二粘弹性流体以及样本流的流动速度，并且因此非球形生物实体集中在期望区域。由于第一粘弹性流体和第二粘弹性流体将非球形生物实体定位在期望区域，因此形成了样本流内的剪切梯度。

Description

使用环境粘弹性流体流对准样本流中的非球形生物实体
技术领域
本发明涉及用于对准在将由成像装置检查的样本中流动的非球形生物实体的技术。
背景技术
近年来，医疗技术迅速发展，出现了许多新的医疗设备和显微技术。许多这些显微技术用于对显微试样或样本成像，以分析样本的一个或多个特征，或者更确切地说，用于确定样本(例如血液样本)中的成分(例如红细胞RBC)的一个或多个特征。可以确定的成分(例如红细胞)的特征的例子可以包括红细胞的体积测量、红细胞的形态研究等等。一般来说，对于任何成像相关分析，来自成像装置的“对焦”图像或输出对于对样本的成分进行具体和详细的分析是至关重要的。此外，当样本的成分是非球形实体时，非球形实体相对于成像装置的取向，即相对于成像方向的取向也是至关重要的，例如，位于其一侧的红细胞的图像是不期望的取向，因为在这种取向中，只有红细胞的侧面是可见的。然而，相对于成像方向，红细胞的图像被定向成使得圆盘形状的整个面或一侧可见是期望的取向，因为在这种取向中，图像将显示更多对于红细胞的体积或形态研究至关重要的信息。
例如，可以通过检测和分析干涉显微镜，例如数字全息显微镜(DHM)，中形成的干涉图案来研究或检查样本中携带的非球形生物实体(下文中也称为实体)。然而，DHM装置或任何其他成像装置的通量，即装置提供的图像或干涉图案的数量比率，高度依赖于将样本提供至成像装置的视场(field of view)，因为样本应该在装置焦点处具有景深，以获得作为成像装置输出的“对焦”或清晰图像或干涉图案。将样本中的实体提供为在流动池(flowcell)中流动，例如类似于在流式细胞术中提供样本的方式，是将样本提供至成像装置的有效方式。它具有几个优点，例如，与将实体放置在载玻片上相比，在流体流中更容易将样本实体(例如血液中的红细胞)保持在其自然形态。此外，通过以流的形式提供样本，样本以及样本中的实体可以连续提供一段成像时间，因此，与扫描或成像少量样本相比，可以成像更多的样本，即更多数量的实体，这有利于统计处理。
然而，将样本提供为在流动池中流动也有一些缺点。一个缺点是样本集中在流动池中。样本中的实体，例如流过流动池的稀释或全血样本中的红细胞，迁移到流动池的不同部分，并且没有被布置在流动池的期望区域中。一些在流动池中流动的实体迁移到流动池壁，并且实体与壁之间的接触导致实体在流动池壁上的表面粘附，或者实体开始分裂形成碎片。此外，由于实体流向流动池的不同部分，流动池中的样本的一些实体可能完全不在视场内，或者可能在视场内但焦点未对准。完全在视场之外的样本实体不在干涉图案的图像中表示。在视场内但焦点未对准的样本实体被成像，但是表示该实体的图像或干涉图案的部分或片段缺乏清晰度，即失焦，或者说表示该实体的干涉图案或图像的片段的清晰度低或质量不可接受或模糊不清。
作为样本的一部分在流动池或流动通道中流动的所述实体可以通过重新调整干涉显微装置或成像装置的焦点来聚焦，但是流动样本的实体是动态的，因此没有时间调整成像装置的焦点。另一种方法可以是以这样一种方式在流动池中提供样本，即样本在流动池的期望区域内流动，然后成像装置可以静态聚焦在期望区域，成像装置的景深与期望区域对准，随后可以实现样本实体的对焦成像。然而，控制流动池中的样本，更具体地说，控制流动池中样本的实体的流动以使样本或样本的实体定位或聚焦在流动池的期望区域中极富挑战性。此外，非球形生物实体也需要在期望区域中以期望的方向定向。因此，需要聚焦和定向期望区域中的一个或多个实体，简而言之，需要对准期望区域中的非球形生物实体。
发明内容
因此，本公开的目的是提供一种用于将样本中携带的非球形生物实体对准到流动池中的期望区域的技术。
上述目的通过根据权利要求1的用于将样本中携带的非球形生物实体(biological entity)对准到流动池中的期望区域的流动池、根据权利要求5的用于将样本中携带的非球形生物实体对准到流动池中的期望区域的方法以及根据权利要求13的用于将样本中携带的非球形生物实体对准到期望区域的系统来实现。从属权利要求中提供了本技术的有利实施例。
本技术的第一方面提供了一种流动池，用于将样本中携带的非球形生物实体对准到流动池中的期望区域。通过聚焦和定向期望区域中的非球形生物实体来实现期望区域中的非球形生物实体的对准。非球形生物实体将由成像装置检查。流动池包括流动室(flowchamber)、底流输入模块、顶流输入模块、样本输入模块和声换能器。流动室具有矩形横截面、顶壁、与顶壁相对的底壁、第一侧壁、与第一侧壁相对的第二侧壁以及期望区域。矩形横截面包括正方形横截面。
底流输入模块接收第一粘弹性流体并将第一粘弹性流体提供至流动室，使得第一粘弹性流体以底部层流的形式在流动室中沿着底壁从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。底流输入模块控制第一粘弹性流体(以下也称为第一流体)在流动室中的流动速度。顶流输入模块接收第二粘弹性流体并将第二粘弹性流体提供至流动室，使得第二粘弹性流体以顶部层流的形式在流动室中沿着顶壁从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。顶流输入模块控制第二粘弹性流体(以下也称为第二流体)在流动室中的流动速度。
样本输入模块接收样本并将样本提供至流动室，使得样本以样本层流的形式在流动室中从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。样本层流夹在顶部层流和底部层流之间。
在下文中，流动速度也称为流速。在流动池中，通过限定或通过增加或通过降低第一流体的流速，控制或改变底部层流的高度。同样地，通过限定或通过增加或通过降低第二流体的流速，控制或改变顶部层流的高度。
在本技术中，“宽度”或“高度”可互换地用于任何层流，不包括样本层流，并且表示层流从流动室的壁沿矩形横截面延伸，层流沿该壁朝对侧壁对齐，例如底部层流的“宽度”或“高度”表示底部层流从流动室的底壁向流动室的顶壁沿矩形横截面延伸。同样，顶部层流的“宽度”或“高度”意味着顶部层流从流动室的顶壁向流动室的底壁沿矩形横截面延伸。
对于样本层流，宽度是指样本层流在第一和第二侧壁之间沿着流动室的矩形横截面的延伸。对于样本层流，高度是指样本层流在顶壁和底壁之间沿着流动室的矩形横截面的延伸，或者换句话说，样本层流在顶部层流和底部层流之间的延伸。对于样本层流，“横向位置”是指样本层流横截面在第一侧壁和第二侧壁之间沿着流动室的矩形横截面的位置，“纵向位置”是指样本层流横截面在顶壁和底壁之间沿着流动室的矩形横截面的位置。
在流动池中，通过控制或改变底部层流和/或顶部层流的高度，可以控制或改变样本层流的宽度和/或高度和/或纵向位置。通过限定样本层流的宽度和/或高度和/或纵向位置，使样本层流在期望区域和顶壁和/或底壁之间移动，从而样本层流被聚焦，即移动到或定位到流动池的期望区域中。由于非球形生物实体被样本携带，或者更具体地说，被样本层流携带，样本层流在期望区域中的聚焦导致非球形生物实体在期望区域中的聚焦。
由于顶部和底部层流本质上是粘弹性的，因此样本层流以及样本层流中的非球形生物实体受到由作为顶部和底部层流流动的粘弹性流体产生的环境粘度引起的剪切应力。与样本层流的内部或中心相比，非球形生物实体在样本层流和顶部层流之间以及样本层流和底部层流之间的边界处受到的剪切更大。换句话说，非球形生物实体沿着样本层流的高度受到的剪切在样本层流的不同水平上减小。更具体地说，非球形生物实体沿着样本层流的高度受到的剪切从样本层流和顶部层流之间的边界至样本层流的中心减小，并且同样地，非球形生物实体沿着样本层流的高度受到的剪切从样本层流和底部层流之间的边界至样本层流的中心减小。由于作用在非球形生物实体上的剪切不同，非球形生物实体在样本层流中对齐，从而受到尽可能小的剪切之和，即非球形生物实体相对于其受到的来自顶部和底部层流的剪切而言合理化。因此，非球形生物实体在样本层流中的定向使得非球形生物实体的最大表面积尽可能远离顶部和底部层流，例如，在非球形生物实体是红细胞的情况下，红细胞被定向成使得红细胞的圆盘基本平行于顶部和底部层流，因此红细胞向成像装置呈现最大表面积。
在流动池的一个实施例中，底流输入模块和/或顶流输入模块配置成分别控制第一粘弹性流体和/或第二粘弹性流体的流速，使得在流动室内底部层流和顶部层流之间的距离等于或小于10微米，即，样本层流的高度小于或等于10微米。通常，样本层流的高度可以在1微米和20微米之间。优选地，底部层流和顶部层流之间的距离在6微米和8.5微米之间，因此当非球形生物实体是红细胞时，红细胞定向成使得它们的圆盘平行于顶部和底部层流。此外，当非球形生物实体是不规则形状的白细胞时，不规则形状的白细胞定向成呈现平行于顶部和底部层流的最大表面积。在另一个示例性实施例中，样本层流的高度小于或等于4微米，并且在该实施例中，如果非球形生物实体除红细胞外还有血小板，则血小板和红细胞定向成呈现平行于顶部和底部层流的最大表面积。
在流动池的另一实施例中，流动池包括第一侧流动输入模块。第一侧流输入模块接收第一侧粘弹性流体并将第一侧粘弹性流体提供至流动室，使得第一侧粘弹性流体以第一侧层流的形式在流动室中从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。第一侧层流夹在顶部层流和底部层流之间以及第一侧壁和样本层流之间。第一侧流输入模块控制第一侧粘弹性流体(以下也称为第一侧流体)在流动室中的流动速度。此外，流动池包括第二侧流输入模块。第二侧流输入模块接收第二侧粘弹性流体并将第二侧粘弹性流体提供至流动室，使得第二侧粘弹性流体以第二侧层流的形式在流动室中从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。第二侧层流夹在顶部层流和底部层流之间以及第二侧壁和样本层流之间。第二侧流输入模块控制第二侧粘弹性流体(以下也称为第二侧流体)在流动室中的流动速度。
第一侧层流的“宽度”意味着第一侧层流从流动室的第一侧壁向流动室的第二侧壁沿矩形横截面延伸。在流动池中，通过控制或改变第一侧层流的宽度，样本层流在流动室中的宽度和/或高度和/或横向位置被控制或改变，即通过在期望区域和第一侧壁之间移动样本层流。通过限定样本层流的宽度和/或高度和/或横向位置，样本层流被聚焦，即一个或多个非球形生物实体被移动到或定位到流动池的期望区域中。
第二侧层流的“宽度”意味着第二侧层流沿着流动室的矩形横截面从流动室的第二侧壁向流动室的第一侧壁的延伸。在流动池中，通过控制或改变第二侧层流的宽度，样本层流在流动室中的宽度和/或高度和/或横向位置被控制或改变，即，通过在期望区域和第二侧壁之间移动样本层流。通过限定样本层流的宽度和/或高度和/或横向位置，样本层流被聚焦，即一个或多个非球形生物实体被移动到或定位到流动池的期望区域中。
第一侧流体和第二侧流体可以同时或以任何顺序依次提供。
在流动池的另一实施例中，样本输入模块控制流动室中样本的流动速度。因此，形成样本层流的样本的量得到控制，这又决定了样本层流的宽度和/或高度。
在流动池的另一实施例中，流动室是微流体通道。因此，流动池是紧凑的。
本技术的第二方面提供了一种用于将样本中携带的非球形生物实体对准到流动池中的期望区域的方法。非球形生物实体将由成像装置检查，该成像装置在其视场中具有景深。流动池包括流动室，流动室具有矩形横截面、顶壁、与所述顶壁相对的底壁、第一侧壁、与所述第一侧壁相对的第二侧壁以及所述期望区域。在该方法中，第一粘弹性流体(以下也称为第一流体)被提供至流动室，使得第一流体以底部层流的形式在流动室中沿着底壁从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。在该方法中，在上述步骤的同时或之后，第二粘弹性流体(下文中也称为第二流体)被提供至流动室，使得第二流体以顶部层流的形式在流动室中沿着顶壁从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。
在该方法中，在上述步骤的同时或之后，向所述流动室提供所述样本，使得所述样本和所述一个或多个非球形生物实体一起以样本层流的形式在所述流动室中从所述流动室的一端向所述流动室的另一端层流流动，其中所述样本层流夹在所述顶部层流和所述底部层流之间。
在该方法中，控制流动室中第一流体的流动速度和/或第二流体的流动速度，以实现将携带非球形生物实体的样本聚焦到期望区域中。此外，期望区域与成像装置视场中的景深对准。
在该方法中，通过限定或通过增加或通过降低第一流体的流速，控制或改变流动池中底部层流的高度。
相似地，通过限定或通过增加或通过降低第二流体的流速，控制或改变流动池中顶部层流的高度。通过控制或改变底部和顶部层流的高度，携带一个或多个非球形生物实体的样本层流的宽度和/或高度和/或纵向位置被控制或改变。通过限定样本层流的宽度和/或高度和/或纵向位置，样本层流，并且因此非球形生物实体是聚焦的，即，被移动到或定位到流动池的期望区域中。如上文在本技术的第一方面中所解释的，来自粘弹性环境顶部和底部层流的差异剪切将非球形生物实体定向在期望区域中。通过聚焦和定向期望区域中的非球形生物实体来实现期望区域中的非球形生物实体的对准。
在该方法的一个实施例中，第一粘弹性流体和/或第二粘弹性流体的流动速度分别由底流输入模块和/或顶流输入模块控制，使得在流动室内底部层流和顶部层流之间的距离等于或小于10微米，即，样本层流的高度小于或等于10微米。优选地，底部层流和顶部层流之间的距离在6微米和8.5微米之间，并且因此，当非球形生物实体是红细胞时，如上文在本技术的第一方面中所解释的那样定向红细胞。此外，当非球形生物实体是不规则形状的白细胞时，则不规则形状的白细胞也如上文在本技术的第一方面中所解释的那样定向。在另一示例性实施例中，样本层流的高度小于或等于4微米，并且在该实施例中，如果非球形生物实体除红细胞之外还有血小板，则如上文在本技术的第一方面中所解释的那样定向血小板和红细胞。
在该方法的另一实施例中，将第一侧粘弹性流体(下文中也称为第一侧流体)提供至流动室，使得第一侧流体以第一侧层流的形式在流动室中从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。第一侧层流夹在顶部层流和底部层流之间以及第一侧壁和样本层流之间。此外，控制流动室中第一侧流体的流动速度。在该方法中，通过控制或改变第一侧层流的宽度，样本层流在流动室中的宽度和/或高度和/或横向位置被控制或改变，即，通过在期望区域和第一侧壁之间移动样本层流。通过限定样本层流的宽度和/或高度和/或横向位置，样本层流被聚焦，即，一个或多个非球形生物实体被移动到或定位到流动池的期望区域中。
此外，在该方法中，将第二侧粘弹性流体(下文中也称为第二侧流体)提供至流动室，使得第二侧流体以第二侧层流的形式在流动室中从流动室的一端向流动室的另一端层流流动。第二侧层流夹在顶部层流和底部层流之间以及第二侧壁和样本层流之间。此外，控制流动室中第二侧流体的流动速度。在该方法中，通过控制或改变第二侧层流的宽度，样本层流在流动室中的宽度和/或高度和/或横向位置被控制或改变，即，通过在期望区域和第二侧壁之间移动样本层流。通过限定样本层流的宽度和/或高度和/或横向位置，样本层流被聚焦，即，一个或多个非球形生物实体被移动到或定位到流动池的期望区域中。第一侧流体和第二侧流体可以同时或以任何顺序依次提供。
非球形生物实体可以是但不限于红细胞、血小板、形状不规则的白细胞等。因此，该方法被用于以这样的方式对准非球形生物实体，即，具有最大表面积的非球形生物实体的表面，例如红细胞的盘面(disc face)，而不是具有较小表面积的非球形生物实体的表面，例如红细胞的侧面，被呈现用于成像。
在该方法中，样本是血液。样本可能是未稀释的血液，可能没有任何分析前样本制备。例如，在该方法的一个示例性实施例中，样本不包括用于在所述样本中聚集(roundingup)所述非球形生物实体的任何试剂，不同于聚集或球形化，即，将非球形生物实体的形状从非球形改变为球形，其在类似非球形生物实体的米氏散射分析(Mie scatter analysis)期间执行。
本技术的第三方面提供了一种用于将样本中携带的非球形生物实体聚焦到期望区域的系统。该系统包括成像装置和流动池。成像装置具有视场，视场包括景深。流动池如上文中本技术的第一方面所述。期望区域与成像装置视场中的景深对准。因此，在流动池中，非球形生物实体在期望区域中对齐，如上文中本技术的第一和/或第二方面所解释的，并且由于流动池的期望区域与成像装置的景深对齐或重叠，因此样本以及非球形生物实体在成像装置的景深中对齐，即，非球形生物实体聚焦在期望的方向上。
在系统的一个实施例中，成像装置是干涉显微装置。因此，实现了非球形生物实体在干涉显微装置的景深中的对准，从而获得非球形生物实体在非球形生物实体的期望方向上的高质量或聚焦图像，然后该图像可用于成像后分析，例如非球形生物实体的成分的体积测量、非球形生物实体的内容物的形态学研究等。
在该系统的另一实施例中，干涉显微装置是数字全息显微装置。这提供了干涉显微装置的一个有利的示例，该装置可用于成像非球形生物实体，而不需要复杂的样本制备。
附图说明
下面参考附图中所示的实施例进一步描述本技术，其中：
图1示意性地示出了本技术的系统的示例性实施例；
图2示意性地示出了流动池的示例性实施例；
图3示意性地示出了具有流动样本的图2的流动池的示例性实施例；
图4示意性地示出了本技术的流动池的示例性实施例；
图5示意性地示出了流动池的示例性实施例，描述了底部层流和顶部层流；
图6示意性地示出了图5的流动池的实施例，描述了流动池工作的示例性方案；
图7示意性地示出了流动池的示例性实施例，描述了第一侧层流和第二侧层流；
图8示意性地示出了图7的流动池的实施例，描述了流动池工作的示例性方案；
图9示意性地示出了流的示例性实施例；
图10示意性地示出了本技术的流动池的示例性实施例，描绘了垂直于流动池的顶壁和底壁并平行于流动池的第一侧壁和第二侧壁的横截面；
图11示意性地示出了具有底部层流、顶部层流、第一侧层流和第二侧层流并且没有粘弹性聚焦的样本流的示例性实施例；
图12示意性地示出了相对于成像方向处于不期望的方向的非球形生物实体的视图；
图13示意性地示出了具有粘弹性聚焦的图11的流的示例性实施例；以及
图14示意性地示出了根据本技术的各个方面相对于成像方向处于期望的方向的非球形生物实体的视图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本技术的上述和其他特征。参考附图描述了各种实施例，其中相同的附图标记始终用于指代相同的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，从而实现对一个或多个实施例的透彻理解。可以注意到，所示实施例旨在解释而不是限制本发明。很明显，这些实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。
可以注意到，在本公开中，术语“第一”、“第二”等仅用来帮助进行论述，除非另有说明，否则不特指特定的时间或顺序。
本技术的基本思想是将非球形生物实体对准流动细胞的期望区域。对准包括将非球形生物实体聚焦在流动池的流动室中的期望区域中，并将非球形生物实体定向在流动池的流动室中的期望区域中。在该技术中，提供了具有流动室的流动池，流动室具有矩形横截面。在这种流动池的流动室中，样本及其组分，即，一个或多个非球形生物实体，如红细胞，以层流形式流动。层流样本至少夹在两个层流之间，例如分别由第一粘弹性流体和第二粘弹性流体形成的顶流和底流。通过调节这两个层流中的一个或两个的流速，层流的尺寸可能会受到影响，并且由于样本层流被夹在这两个层流之间，样本层流的尺寸和位置被控制在流动室内，因此样本以及样本中的一个或多个非球形生物实体在流动室的期望区域内流动，从而将非球形生物实体聚焦在期望区域内。另外，层流样本也可以夹在两个分别由第一侧粘弹性流体和第二侧粘弹性流体(即垂直对准顶流和底流的侧流)形成的层流之间。通过调节这两个侧流中的一个或两个的流速，侧流的尺寸可能会受到影响，并且由于除了夹在顶流和底流之间之外，样本层流还被夹在侧流之间，样本层流的尺寸和位置被控制在流动室内，因此样本以及非球形生物实体被进一步聚焦在期望区域中，即在流动室内的期望区域中流动。
不同的剪切，即由第一粘弹性流体和第二粘弹性流体的环境流动产生的作用于非球形生物实体上的剪切梯度，以及可选地和附加地由第一侧和第二侧粘弹性流体产生的剪切梯度，作用于非球形生物实体上，并且将非球形生物实体定向在期望的方向上，即将非球形生物实体的最大或基本上更大的一侧呈现给成像光的方向，例如当非球形生物实体是红细胞时，期望的定向是将红细胞定向成使得当红细胞聚焦在期望区域中并且沿着轴布置时，红细胞的盘面呈现给成像光。因此，非球形生物实体的聚焦是通过调节或控制或限定夹有样本层流的层流的流速来实现的，非球形生物实体的定向是通过环境粘弹性流体流(即，顶部层流和底部层流，以及可选地，第一侧层流和第二侧层流)在样本层流内产生的差异剪切来实现的。通过非球形生物实体的聚焦和定向实现非球形生物实体的对准。
图1示意性地示出了本技术的系统100。系统100包括用于检查样本的成像装置90(图1中未示出)和具有流动室10的流动池1。成像装置90可以具有但不限于，例如照明源92的第一部分92，以及例如具有或不具有干涉单元的检测器的第二部分94。成像装置90具有视场97，其表示成像装置90的可观察范围，即，只有当物体位于视场97中时，成像装置90才成像物体(未示出)。成像装置90在视场97内还具有焦点。成像装置90具有轴95，沿着该轴，通过将探测辐射源，例如激光或低相干光源，例如超辐射发光二极管，从方向7照射到成像装置90要检查的物体或样本上来执行成像。
焦点根据成像装置90的景深(图1中未示出)延伸。因此，当物体位于成像装置90焦点周围的景深中时，可以获得物体的“对焦”图像。系统1中成像装置90的焦点和景深被布置成使得成像装置90的焦点和焦点周围的景深位于或落入流动室10内。成像装置90焦点周围景深内的区域是这样一个区域(未示出)，在该区域中，物体应该理想地定位、聚焦或集中在流动室10内，以获得物体的对焦图像或干涉图案。
流动池1具有形成流动室10的延伸通道或空腔，将由成像装置90成像或检查的样本(例如非球形生物实体，例如红细胞RBC)穿过该通道或空腔，并沿大致垂直于方向7的方向8通过或流动。将检查的试样或样本在流动室10中从流动室10的一端17流到另一端19，并且成像装置90的视场97被布置成使得流动室10的位于一端17和另一端19之间的至少一部分位于成像装置90的视场97中。
参考结合图1的图2，进一步对流动室10进行了解释。如图2所示，当从与方向8相反的方向(未示出)观察时，流动室10具有矩形横截面。流动室10包括顶壁11、与所述顶壁11相对的底壁12、第一侧壁13、以及与所述第一侧壁13相对的第二侧壁14。流动室10尺寸的示例可以是，但不仅限于，20-2000微米高(即顶壁11和底壁12之间的距离)，100-5000米宽(即第一侧壁13和第二侧壁14之间的距离)。流动室10内部具有期望区域99。如果样本(图1和2中未示出)通过或流过期望区域99，并且如果视场97和成像装置90焦点周围的景深被布置成使得成像装置90焦点周围的景深与期望区域99重叠或对准，则当用成像装置90对样本进行成像或检查时，可以获得流动室10的期望区域99中的部分样本的对焦图像或干涉图案。可以注意到，在图2中示意性地示出了期望区域99，以下称为区域99，其位于流动室10的横截面的中心位置，然而，在本技术的范围内，区域99也可以位于流动室10的横截面的非中心位置。
与图2形成对比，图3示意性地示出了流过流动室10的样本5。样本5具有非球形生物实体4，例如红细胞等微粒(RBC)，以及用于非球形生物实体4的流体载体6。例如，流体载体6可以是稀释的或未稀释的血浆、缓冲液等。非球形生物实体4在下文中也被称为实体4或红细胞4。当样本5流过流动室10时，如图3所示，一些红细胞4在期望区域99中，一些在期望区域99之外。如果视场97和成像装置90焦点周围的景深被布置成使得成像装置90焦点周围的景深与期望区域99重叠或对准，则一些红细胞4在视场97中，而一些红细胞4在视场97之外。此外，一些红细胞4在视场97中，但是完全或部分在区域99之外。即使当特定的红细胞4在视场97中时，该特定的红细胞4也可能处于不利于图像采集的方位，例如，视场97中的红细胞4可能被定向成使得红细胞4的盘的一侧被呈现以供成像装置90观察。这将在后面参考图11进行解释。
参照图4、5和6并结合图1和2，下面解释本技术的流动池1。如图4所示，流动池1除了具有参照图2解释的流动室10之外，还包括底流输入模块20、样本输入模块30和顶流输入模块40。在流动池1的一个示例性实施例中，流动室10是微流体通道。
如图5所示，结合图4，底流输入模块20接收第一粘弹性流体(未示出)，在下文中也称为第一流体，并将第一流体提供至流动室10。底流输入模块20，在下文中也称为模块20，以这样的方式将第一流体提供至流动室10，即第一流体沿着流动室10的底壁12从流动室10的一端17(图1中所示)向流动室10的另一端19(图1中所示)层流流动。层流的第一流体形成底部层流72。底流输入模块20控制流动室10内的第一流体的流动速度。这里使用的术语“控制”包括定义或决定、限制、建立、增加和/或降低形成底部层流72(在下文中也称为流72)的流动室10中的第一流体的流动速度。在流动室中形成流体层流是水动力学或流体动力学领域中众所周知的技术，为了简洁起见，在此不再详细描述。模块20可以包括但不限于流道、阀、泵、流量计等。流72可以理解为在流动室10中沿方向8延伸并与底壁12邻接的长方体形状的流。
然而，作为示例，为了形成上文和下文提及的本公开的层流，流体通过注射器或蠕动泵系统注入。在这两种情况下，都可以应用流体的抽吸或压力驱动输送。流体的速度(所有不同流的总和)范围从0.01到10μL/秒。这种流型的绝对压力介于0.001和1巴之间。
顶流输入模块40接收第二粘弹性流体(未示出)，在下文中也称为第二流体，并将第二流体提供至流动室10。顶流输入模块40，在下文中也称为模块40，以这样的方式向流动室10提供第二流体，即第二流体沿流动室10的顶壁11从流动室10的一端17(图1中所示)向流动室10的另一端19(图1中所示)层流流动。层流的第二流体形成顶部层流71。顶流输入模块20控制流动室10内的第二流体的流动速度。这里使用的术语“控制”包括定义或决定、限制、建立、增加和/或降低形成顶部层流71(在下文中也称为流71)的流动室10中的第二流体的流动速度。模块40可以包括但不限于流道、阀、泵、流量计等。流71可以理解为在流动室10中沿方向8延伸并与顶壁11邻接的长方体形状的流。
样本输入模块30接收样本5并将样本5提供至流动室10。样本输入模块30，在下文中也称为模块30，以这样的方式将样本5提供至流动室10，即样本5从流动室10的一端17(图1中所示)向流动室10的另一端19(图1中所示)层流流动并夹在流71和流72之间。层流样本5形成样本层流75。样本输入模块30控制流动室10内的样本5的流动速度。在此使用的术语“控制”包括定义或决定、限制、建立、增加和/或降低形成样本层流75(在下文中也称为流75)的流动室10中的样本5的流动速度。模块30可以包括但不限于流道、阀、泵、流量计等。流75可以理解为在流动室10中沿方向8延伸并夹在流71和流72之间的长方体形状的流。在一个示例性实施例中，样本5以及流75不包含任何粘弹性流体或材料。
在流动室10中，通过限定或设置或者通过增加或降低第一流体的流速，流72的高度被固定或控制或改变。同样，通过限定或设置或通过增加或通过降低第二流体的流速，流71的高度被固定或控制或改变。
在流动池1中，通过控制或改变流71和/或流72的高度，流75的宽度和/或高度和/或纵向位置被控制或改变。例如，如图5示意性示出的，流75被限制或集中在或至少部分聚焦在区域99中。在流动池1的示例性实施例(未示出)中，期望区域99从第一侧壁13延伸到第二侧壁14，然后流75基本上位于期望区域99中，从而红细胞4聚焦在期望区域99中。
如图6所示，示意性地描述了流动池1的示例性运行。如果流71和流72的相对高度使得流75低于期望区域99，如图6所示，那么通过控制第一流体的流速和第二流体的流速，例如通过模块20增加第一流体的流速和/或通过模块40降低第二流体的流速，流72和流71的相对高度被改变，从而使流75至少部分地处于区域99中，如图5所示。可替换地，如果流71和流72的相对高度使得流75高于(未示出)期望区域99，则通过控制第一和第二流体的流速，例如通过模块20降低第一流体的流速和/或通过模块40增加第二流体的流速，流72和流71的相对高度被改变，从而使流75至少部分地处于区域99中。简而言之，样本层流75的高度和/或样本层流75的纵向位置通过使用模块20和/或40改变第一和/或第二流体的流速来决定或固定或调节。
参照图4并结合图7和图8，下面解释流动池1的其他示例性实施例。在流动池1的一个实施例中，包括第一侧流输入模块50，以下称为模块50。模块50接收第一侧粘弹性流体(未示出)，在下文中也称为第一侧流体，并将第一侧流体提供至流动室10。模块50以这样的方式提供第一侧流体，即第一侧流体沿流动室10中的第一侧壁13从流动室10的一端17(图1中示出)向流动室10的另一端19(图1中示出)层流流动。层流的第一侧流体形成第一侧层流73，在下文中也称为流73。如图7所示，流73夹在流71和流72之间以及第一侧壁13和流75之间。
模块50控制流动室10内的第一侧流体的流动速度。在此使用的术语“控制”包括定义或决定、限制、建立、增加和/或降低形成流73的流动室10中的第一侧流体的流动速度。模块50可以包括但不限于流道、阀、泵、流量计等。流73可以理解为在流动室10中沿着方向8延伸的长方体形状的流，并且在一个面上与第一侧壁13的一部分邻接，在相对面上与流75邻接，并且在另一个面上与流71邻接，在与另一个面相对的面上与流72。邻接。
在流动池1的另一实施例中，包括第二侧流输入模块60，以下称为模块60。模块60接收第二侧粘弹性流体(未示出)，在下文中也称为第二侧流体，并将第二侧流体提供至流动室10。模块60以这样的方式提供第二侧流体，例如水，即第二侧流体沿流动室10的第二侧壁14从流动室10的一端17(图1中示出)向流动室10的另一端19(图1中示出)层流流动。层流的第二侧流体形成第二侧层流74，在下文中也称为流74。如图7所示，流74夹在流71和流72之间以及第二侧壁14和流75之间。
模块60控制流动室10中第二侧流体的流速。在此使用的术语“控制”包括定义或决定、限制、建立、增加和/或降低形成流74的流动室10中的第二侧流体的流动速度。模块60可以包括但不限于流道、阀、泵、流量计等。流74可以理解为在流动室10中沿着方向8延伸的长方体形状的流，并且在一个面上与第二侧壁14的一部分邻接，在相对面上与流75邻接，并且在另一个面上与流71邻接，在与另一个面相对的面上与流72邻接。
在流动室10中，通过限定或设置或者通过增加或降低第一侧流体的流速，流73的宽度被固定或控制或改变。同样，通过限定或设置或者通过增加或降低第二侧流体的流速，流74的宽度被固定或控制或改变。在流动池1中，通过控制或改变流73和/或流74的宽度，流75的宽度和/或高度和/或横向位置被控制或改变。例如，如图7示意性示出的，流75以及红细胞4被限制或集中在或聚焦在区域99中。
如图8所示，示意性地描述了流动池1的示例性运行。如果流73和流74的相对宽度使得流75至少部分地从期望区域99朝第二侧壁14偏移，如图8所示，那么通过控制第一侧和/或第二侧流体的流速，例如通过模块60增加第二侧流体的流速和/或通过模块50降低第一侧流体的流速，流74和流73的相对宽度被改变，从而使流75位于区域99中，如图7所示。或者，如果流73和流74的相对宽度使得流75朝期望区域99的另一侧偏移(未示出)，即，朝第一侧壁13，那么通过控制第一侧和/或第二侧流体的流速，例如通过模块50增加第一侧流体的流速和/或通过模块60降低第二侧流体的流速，流73和流74的相对宽度被改变，从而使流75位于区域99中，如图7所示。简而言之，样本层流75的宽度和/或样本层流75的横向位置通过使用模块50和/或60改变第一和/或第二侧流体的流速来决定或固定或调节。
如图4所示，在流动池1的另一实施例中，存在用于允许流71、72、73、74和75离开流动室10的流出口79。在流71、72、73和74覆盖流75的各个面的情况下，红细胞4从壁11、12、13和14上被物理移除，因此不与壁11、12、13和14接触，从而没有红细胞4粘附到壁11、12、13或14上，并且避免了红细胞4分裂形成碎片。
图9描绘了流71、72、73、74、75和流动方向8，图10示意性地示出了流动池1的示例性实施例，描绘了垂直于流动池1的顶壁11和底壁12并平行于流动池1的第一侧壁13和第二侧壁14的横截面。
因为流71和72本质上是粘弹性的，所以流75以及因此流75中的红细胞4受到由作为流71和72流动的粘弹性流体的环境粘度引起的剪切力或剪切应力，或者仅仅是剪切。与流75的内部或中心85相比，红细胞4受到的剪切在流75和流71之间的边界81处以及流75和流72之间的边界82处更大。换句话说，当从边界81和/或边界82接近中心85时，红细胞4受到的剪切沿着流75的高度80在流75的不同水平上减小。更具体地，红细胞4沿着流75的高度85受到的剪切从边界81到中心85逐渐且连续地减小，从而在边界81和中心85之间的流75中建立梯度，同样，红细胞4沿着流75的高度85受到的剪切从边界82到中心85逐渐且连续地减小，从而在边界82和中心85之间的流75中建立梯度。由于作用在红细胞4上的剪切不同，红细胞4在流75中对齐，从而受到尽可能小的剪切之和，即红细胞4相对于其受到的来自流71和流72的剪切而言合理化。在流73和74的作用下，流75中也可以建立类似的剪切梯度，然而，流71至74产生的剪切的净合力使得红细胞4被迫与平行于流71和72的盘面对齐，例如通过使由流71和72产生的剪切大于由流73和74产生的剪切。
在流动池的一个实施例中，底流输入模块20和/或顶流输入模块40分别控制第一流体和/或第二流体的流动速度，使得在流动室10内，特别是在区域99内，高度80，即，流71和流75之间的距离等于或小于10微米。优选地，高度80在6微米和8.5微米之间。在另一个示例性实施例中，高度80小于或等于4微米。
用于形成流71至94的粘弹性流体可以包括溶剂，例如水或合适的缓冲液，粘弹性材料在溶剂中提供或溶解。粘弹性材料的一个示例是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其分子量约为130万道尔顿(Da)，可以以0.9％w/v存在于溶剂中。除了PVP，具有足够高粘度(例如>5cp)和弹性的其它聚合物也可以使用，例如分子量在50至1000kDa之间的聚合物。包括PVP的聚合物的一些示例有聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚葡萄糖、纤维素衍生物、多糖及其组合物。聚合物可以在等渗缓冲体系中以聚合物w/v的0.1和3％之间的浓度稀释，以形成本技术的粘弹性流体。
图11和图13表示红细胞4在流71和72的作用下以及另外和可选地在流73和74的作用下没有聚焦或集中在区域99中的情况。区域99显示为与视场97中的景深98重叠。尽管图11中描绘的红细胞4处于视场98和期望区域99中，但是红细胞4不处于期望的取向。如图11所示，流71和72以及可选的流73和74布置在流动室10中，使得流75不聚焦在期望区域99中，这是通过流71至74实现聚焦的结果，因此流71至74离期望区域99太远，以至于不能在红细胞4上施加足够的粘弹性剪切，或者换句话说，流71至74离期望区域99太远，以至于不能在流75中形成足够和合适的梯度，并且由于环境粘弹性流(即，流71和流72，以及附加地和可选地流73和流74)而没有梯度，红细胞4虽然在区域99中，但是当沿着图11和图12中所示的方向7观察时，可以被定向为显示朝向轴线95的上端侧。当红细胞4处于如图11和图12所示的侧面显示取向时，即当红细胞4在方向7上观察时相对于轴线95呈现侧面时，获得的图像或干涉图案呈现较少的形态特征，这与当红细胞4在方向7上观察时相对于轴线95呈现盘面或平坦侧的取向时相比，对于体积分析的作用较小。
如图13所示，当进行红细胞4的粘弹性聚焦时，即，流71和72以及可选的流73和74布置在流动室10中，使得流75聚焦在期望区域99中，这是通过流71至74实现聚焦的结果，因此流71至74更靠近期望区域99，以在红细胞4上施加足够的粘弹性剪切，或者换句话说，流71至74在期望区域99附近(尽管不在期望区域99内)，以在流75内形成足够和合适的梯度，并且由于环境粘弹性流(即，流71和流72以及附加地和可选地流73和流74)而存在梯度，红细胞4旋转并且定向成当沿着图13和图14中所示的方向7观察时，显示朝向轴线95的平坦面或盘面。红细胞4的取向是红细胞4合理化的结果，使得作用在红细胞4上的净剪切尽可能小，例如，对于图13所示的实施例，红细胞的盘面将基本平行于顶壁11和底壁12取向。
当红细胞4处于如图13和图14所示盘面显示取向时，即当红细胞4在方向7上观察时相对于轴线95呈现盘面或平坦面时，与红细胞4处于图11和图12所示的取向的情况相比，获得的图像或干涉图案呈现更多的形态特征，对于体积分析更有用。流动室10用作流71、72、73、74和75的导管，同时用作在流75内建立由环境粘弹性流(即流71和72，以及可选地和附加地流73和74)产生的梯度的座。
如图1所示，系统100包括成像装置90。在系统100的一个实施例中，成像装置90的第二部分94包括干涉单元(未示出)和检测器(未示出)。干涉单元可以是共路干涉单元或异路干涉单元。在共路干涉单元中，光束从成像装置90的第一部分92照射或投到样本5上，然后在与样本5相互作用之后被分成参考光束(未示出)物体光束(未示出)。随后，从参考光束中滤出或删除物体信息，然后将过滤的参考光束与物体光束叠加，以在检测器处检测干涉图案。在异路干涉单元中，要入射到样本5上的光束首先被分成物体光束(未示出)和参考光束(未示出)，即光束在与样本5相互作用之前被分成参考光束和物体光束。然后，物体光束照射或投到样本5上，但是参考光束被引导到异路干涉单元内的另一光路(未示出)，并且不照射或投到样本5上，即红细胞4上。随后，携带物体信息的物体光束与参考光束叠加，以在检测器处获得干涉图案。分析作为共路或异路干涉的输出而获得的干涉图案。干涉图案，也被称为红细胞4的图像，表示红细胞4的特性，例如红细胞4中的物理结构、红细胞4的形态等等。共路干涉和异路干涉的设计、设置和工作原理在干涉显微领域中是已知的，为了简洁起见，在此不再详细描述。
本技术还包括一种用于将样本5中的红细胞4对准，即，聚焦和定向到流动池1中的期望区域99中的方法。流动池1与参照图1至图10描述的流动池1相同，并且根据本技术的第一方面呈现。在该方法中，携带一个或多个红细胞4的第一流体、第二流体和样本5被提供至流动室10。第一流体、第二流体和样本5可以同时或以任何顺序依次提供。第一流体提供至流动室10，使得第一流体沿流动室10的底壁12从流动室10的一端17向流动室10的另一端19层流流动。层流的第一流体形成底部层流72，如上文参照图1至图14所述。第二流体提供至流动室10，使得第二流体沿流动室10的顶壁11从流动室10的一端17向流动室10的另一端19层流流动。层流的第二流体形成顶部层流71，如上文参照图1至图14的描述。样本5提供至流动室10，使得样本5以样本层流75的形式在流动室10中从流动室10的一端17向流动室10的另一端19层流流动。层流样本5形成样本层流75，如上文参照图1至图14的描述。流75夹在流71和流72之间。
在该方法中，控制流动室10中的第一流体和第二流体的流动速度。在该方法中，通过限定或设置或固定，或者通过增加或降低第一和/或第二流体的流速，流动池10中的流72和/或流71的高度被控制或改变，从而影响流75的宽度和/或高度和/或纵向位置，即通过控制第一和第二流体的流速可以控制或改变流75的宽度和/或高度和/或纵向位置。通过限定流75的宽度和/或高度和/或纵向位置，流75以及红细胞4被聚焦，即，移动到或定位到流动池1的期望区域99中。在该方法中，如图11和图13所示，期望区域99与图1所示成像装置90的视场97中的景深98对准。红细胞4如上文参考图1至14所解释的那样对准，即聚焦和定向。
在该方法的示例性实施例中，第一侧流体和第二侧流体被提供至流动室10，以分别形成流73和流74，并且控制流73和流74在流动室10中的流动速度。如上文参考图1至图14的描述的那样提供流73和74和控制流73和74的流动速度。
通过使用本技术并使用数字全息显微装置90将其应用于对红细胞4成像，可以以每秒50-200帧的速度记录全息图，即，相位图像和明视场图像。成像装置对样本5的探测可以在样本5的各种物理设置下进行，例如在流体室10中时，样本5的温度可以在4℃和45℃之间。通过温度设置可以模拟各种病理情况，例如：体温依赖性弥散性凝血病、血小板对白细胞的感染依赖性粘附、发烧模拟等等。
虽然参考某些实施例详细描述了本技术，但是应当理解，本技术不限于那些确切的实施例。相反，鉴于描述用于实施本发明的示例性模式的本公开，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员将会发现许多修改和变化。因此，本发明的范围由下面的权利要求而不是前面的描述来指示。在权利要求书的等同物的含义和范围内的所有改变、修改和变化都被认为是在其范围内。

Claims (15)

1.一种流动池(1)，用于将样本(5)中携带的非球形生物实体(4)对准到所述流动池(1)中的期望区域(99)内，所述非球形生物实体(4)将由成像装置(90)检查，所述流动池(1)包括：
-流动室(10)，具有矩形横截面、顶壁(11)、与所述顶壁(11)相对的底壁(12)、第一侧壁(13)、与所述第一侧壁(13)相对的第二侧壁(14)以及所述期望区域(99)；
-底流输入模块(20)，配置成接收第一粘弹性流体并向所述流动室(10)提供所述第一粘弹性流体，使得所述第一粘弹性流体以底部层流(72)的形式在所述流动室(10)中沿着所述底壁(12)从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动，其中所述底流输入模块(20)还配置成控制所述第一粘弹性流体在所述流动室(10)中的流动速度；
-顶流输入模块(40)，配置成接收第二粘弹性流体并向所述流动室(10)提供所述第二粘弹性流体，使得所述第二粘弹性流体以顶部层流(71)的形式在所述流动室(10)中沿着所述顶壁(11)从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动，其中所述顶流输入模块(40)还配置成控制所述第二粘弹性流体在所述流动室(10)中的流动速度；以及
-样本输入模块(30)，配置成接收所述样本(5)并将所述样本(5)提供至所述流动室(10)，使得所述样本(5)以样本层流(75)的形式在所述流动室(10)中从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动，并且所述样本层流(75)夹在所述顶部层流(71)与所述底部层流(72)之间。
2.根据权利要求1所述的流动池(1)，其中，所述底流输入模块(20)和/或所述顶流输入模块(40)配置成分别控制所述第一粘弹性流体的流动速度和/或所述第二粘弹性流体的流动速度，使得在所述流动室(10)内，所述底部层流(72)与所述顶部层流(71)之间的距离等于或小于10微米。
3.根据权利要求1或2所述的流动池(1)，包括：
-第一侧流输入模块(50)，配置成接收第一侧粘弹性流体并将所述第一侧粘弹性流体提供至所述流动室(10)，使得所述第一侧粘弹性流体以夹在所述顶部层流(71)与所述底部层流(72)之间以及所述第一侧壁(13)与所述样本层流(75)之间的第一侧层流(73)的形式在所述流动室(10)中层流流动，其中所述第一侧流输入模块(50)还配置成控制所述第一侧粘弹性流体在所述流动室(10)中的流动速度，并且其中所述第一侧层流(73)从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)移动；以及
-第二侧流输入模块(60)，配置成接收第二侧粘弹性流体并将所述第二侧粘弹性流体提供至所述流动室(10)，使得所述第二侧粘弹性流体以夹在所述顶部层流(71)与所述底部层流(72)之间以及所述第二侧壁(14)与所述样本层流(75)之间的第二侧层流(74)的形式在所述流动室(10)中层流流动，其中所述第二侧流输入模块(60)还配置成控制所述第二侧粘弹性流体在所述流动室(10)中的流动速度，并且其中所述第二侧层流(74)从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流动池(1)，其中，所述流动室(10)是微流体通道。
5.一种用于将样本(5)中携带的非球形生物实体(4)对准到流动池(1)中的期望区域(99)的方法，所述非球形生物实体(4)将由成像装置(90)检查，所述成像装置(90)在所述成像装置(90)的视场(97)中具有景深(98)，所述流动池(1)包括具有矩形横截面的流动室(10)、顶壁(11)、与所述顶壁(11)相对的底壁(12)、第一侧壁(13)、与所述第一侧壁(13)相对的第二侧壁(14)以及所述期望区域(99)；所述方法包括：
-向所述流动室(10)提供第一粘弹性流体，使得所述第一粘弹性流体以底部层流(72)的形式在所述流动室(10)中沿着所述底壁(12)从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动；
-向所述流动室(10)提供第二粘弹性流体，使得所述第二粘弹性流体以顶部层流(71)的形式在所述流动室(10)中沿着所述顶壁(11)从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动；
-向所述流动室(10)提供所述样本(5)，使得包括所述非球形生物实体(4)的所述样本(5)以样本层流(75)的形式在所述流动室(10)中从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动，并且其中所述样本层流夹在所述顶部层流(71)与所述底部层流(72)之间；
-控制所述流动室(10)中的所述第一粘弹性流体的流动速度和/或所述第二粘弹性流体的流动速度，以将携带所述非球形生物实体(4)的所述样本集中到所述期望区域(99)内；以及
-将所述期望区域(99)与所述成像装置(90)的所述视场(97)中的所述景深(98)对准。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，控制所述流动室(10)中的所述第一粘弹性流体的流动速度和/或所述第二粘弹性流体的流动速度，使得在所述流动室(10)的所述期望区域(99)内，所述底部层流(72)和所述顶部层流(71)之间的距离等于或小于10微米。
7.根据权利要求5或6所述的方法，包括：
-向所述流动室(10)提供第一侧粘弹性流体，使得所述第一侧粘弹性流体以夹在所述顶部层流(71)与所述底部层流(72)之间以及所述第一侧壁(13)与所述样本层流(75)之间的第一侧层流(73)的形式在所述流动室(10)中从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动；
-向所述流动室(10)提供第二侧粘弹性流体，使得所述第二侧粘弹性流体以夹在所述顶部层流(71)与所述底部层流(72)之间以及所述第二侧壁(14)与所述样本层流(75)之间的第二侧层流(74)的形式在所述流动室(10)中从所述流动室(10)的一端(17)向所述流动室(10)的另一端(19)层流流动；以及
-控制所述流动室(10)中的所述第一侧粘弹性流体的流动速度和/或所述第二侧粘弹性流体的流动速度。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中所述样本(5)是血液。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述血液是未稀释的。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，所述样本(5)不包括用于在所述样本(5)中聚集所述非球形生物实体(4)的任何试剂。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其中，所述非球形生物实体(4)是红细胞。
12.根据权利要求5至10中任一项所述的方法，其中，所述非球形生物实体(4)是血小板。
13.一种用于将样本(5)中携带的非球形生物实体(4)对准到期望区域(99)内的系统(100)，所述系统(100)包括：
-具有视场(97)的成像装置(90)，其中所述视场(97)包括景深(98)；以及
-根据权利要求1至5中任一项所述的流动池(1)，并且其中，将所述期望区域(99)与所述成像装置(90)的所述视场(97)中的所述景深(98)对准。
14.根据权利要求13所述的系统(100)，其中，所述成像装置(90)是干涉显微装置。
15.根据权利要求14所述的系统(100)，其中，所述干涉显微装置是数字全息显微装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11913870B2 (en) 2017-12-23 2024-02-27 Lumacyte, Inc. Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
TWI866902B (zh) * 2019-03-19 2024-12-21 美商路瑪賽特有限責任公司 用於光學力測量、細胞造影及評估生物粒子之微流體裝置及使用其之方法
TWI901456B (zh) * 2019-03-19 2025-10-11 美商路瑪賽特股份有限公司 用於光學力測量、細胞造影及評估生物粒子之微流體裝置及使用其之方法
US12461011B2 (en) 2017-12-23 2025-11-04 Lumacyte, Inc. Apparatus for holding a microfluidic chip

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3647767B1 (de) * 2018-10-30 2024-09-25 Siemens Healthineers AG Isovolumetrisches aufkugeln von roten blutzellen
EP4124846A1 (en) * 2021-07-29 2023-02-01 Technische Universität München Detection of cell aggregates using quantitative phase-contrast microscopy
EP4377669A1 (en) * 2021-07-29 2024-06-05 Technische Universität München Detection of molecular biological objects, cellular biological objects and cell aggregates using quantitative phase-contrast microscopy

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001048455A2 (en) * 1999-12-29 2001-07-05 Union Biometrica, Inc. High viscosity sheath reagent for flow cytometry
US20070036678A1 (en) * 2003-06-26 2007-02-15 Intel Corporation Hydrodynamic focusing devices
WO2009128938A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Maxwell Sensors, Inc. Hydrodynamic focusing for analyzing rectangular microbeads
US20110008767A1 (en) * 2009-07-07 2011-01-13 Durack Gary P Microfluidic device
CN102212457A (zh) * 2005-02-01 2011-10-12 阿尔利克斯公司 用于分选细胞的方法和设备
CN102257418A (zh) * 2008-10-02 2011-11-23 彼克斯赛尔医疗科技有限公司 基于粘弹性聚焦的光学成像
CN102472709A (zh) * 2009-07-06 2012-05-23 索尼公司 具有处理机载组织或细胞样品的能力的微流体装置
US20130171685A1 (en) * 2010-06-09 2013-07-04 Celltool Gmbh Method and apparatus for characterizing biological objects
CN103558153A (zh) * 2013-10-31 2014-02-05 长春迪瑞医疗科技股份有限公司 粒子成像室及其设计方法
WO2014145983A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Iris International, Inc. Sheath fluid systems and methods for particle analysis in blood samples
CN104111219A (zh) * 2013-04-22 2014-10-22 株式会社堀场制作所 粒子分析装置及其制造方法
US20150114093A1 (en) * 2013-10-30 2015-04-30 Premium Genetics (Uk) Ltd. Microfluidic system and method with focused energy apparatus
CN105073262A (zh) * 2013-03-14 2015-11-18 英格朗公司 用于高通过量精子分选的设备和方法
CN105143850A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 艾瑞思国际股份有限公司 用于血液样品中的粒子分析的自聚焦系统和方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5138223B2 (ja) * 2003-10-30 2013-02-06 サイトノーム エスティー リミテッド ライアビリティー カンパニー 流体力学的多層シースフロー構造
US20130233420A1 (en) * 2010-11-18 2013-09-12 The Regents Of The University Of California Particle focusing systems and methods
US20140147860A1 (en) 2011-06-27 2014-05-29 Life Technologies Corporation Acoustic Cytometry Methods and Protocols
SG11201505411RA (en) * 2013-01-24 2015-08-28 Univ Singapore Microdevices for separation of non-spherical particles and applications thereof
US9726593B2 (en) * 2014-02-28 2017-08-08 Life Technologies Corporation Systems, methods, and apparatuses for optical systems in flow cytometers

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001048455A2 (en) * 1999-12-29 2001-07-05 Union Biometrica, Inc. High viscosity sheath reagent for flow cytometry
US20070036678A1 (en) * 2003-06-26 2007-02-15 Intel Corporation Hydrodynamic focusing devices
CN102212457A (zh) * 2005-02-01 2011-10-12 阿尔利克斯公司 用于分选细胞的方法和设备
WO2009128938A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Maxwell Sensors, Inc. Hydrodynamic focusing for analyzing rectangular microbeads
CN102257418A (zh) * 2008-10-02 2011-11-23 彼克斯赛尔医疗科技有限公司 基于粘弹性聚焦的光学成像
CN102472709A (zh) * 2009-07-06 2012-05-23 索尼公司 具有处理机载组织或细胞样品的能力的微流体装置
US20110008767A1 (en) * 2009-07-07 2011-01-13 Durack Gary P Microfluidic device
US20130171685A1 (en) * 2010-06-09 2013-07-04 Celltool Gmbh Method and apparatus for characterizing biological objects
CN105073262A (zh) * 2013-03-14 2015-11-18 英格朗公司 用于高通过量精子分选的设备和方法
WO2014145983A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Iris International, Inc. Sheath fluid systems and methods for particle analysis in blood samples
CN105143850A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 艾瑞思国际股份有限公司 用于血液样品中的粒子分析的自聚焦系统和方法
US20160041083A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-11 Iris International, Inc. Hematology systems and methods
CN104111219A (zh) * 2013-04-22 2014-10-22 株式会社堀场制作所 粒子分析装置及其制造方法
US20150114093A1 (en) * 2013-10-30 2015-04-30 Premium Genetics (Uk) Ltd. Microfluidic system and method with focused energy apparatus
CN103558153A (zh) * 2013-10-31 2014-02-05 长春迪瑞医疗科技股份有限公司 粒子成像室及其设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CLAIRE SIMONNET ET AL.: "Two-dimensional hydrodynamic focusing in a simple microfluidic device", 《APPLIED PHYCICS LETTERS》 *
于虎 等: "流式细胞仪流动室流场特性仿真", 《计算机仿真》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11913870B2 (en) 2017-12-23 2024-02-27 Lumacyte, Inc. Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
US12461011B2 (en) 2017-12-23 2025-11-04 Lumacyte, Inc. Apparatus for holding a microfluidic chip
TWI866902B (zh) * 2019-03-19 2024-12-21 美商路瑪賽特有限責任公司 用於光學力測量、細胞造影及評估生物粒子之微流體裝置及使用其之方法
TWI901456B (zh) * 2019-03-19 2025-10-11 美商路瑪賽特股份有限公司 用於光學力測量、細胞造影及評估生物粒子之微流體裝置及使用其之方法

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Publication number Publication date
WO2017167361A1 (en) 2017-10-05
US10656070B2 (en) 2020-05-19
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US20190113433A1 (en) 2019-04-18

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