Способ, система и устройство для осуществления проточной цитометрии

Способ, система и устройство для осуществления проточной цитометрии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка истребует приоритет согласно статье 35 Кодекса США § 119(е) предварительных заявок на патент США №61/443174 от 15 февраля 2011 г., 61/443178 от 15 февраля 2011 г. и 61/482504 от 4 мая 2011 г., каждая из которых включена в данный документ в полном объеме посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится, в целом, к способам, устройству и системам для определения аналита и, в частности, для определения аналита в образце, текущем через замкнутую проточную кювету, с использованием, в некоторых случаях, контролируемого источника энергии для воздействия по меньшей мере на часть аналита в замкнутой проточной кювете после обнаружения.

Краткое описание уровня техники

Сортировка проточной цитометрией обеспечивает выбор, обогащение, деление на части или разделение популяций интересующих клеток, вирусов, телец или частиц (в дальнейшем именуемых клетками). Выбор критериев включает измеряемые свойства отдельных клеток, которые могут быть определены снаружи клетки, с или без помощи химических реагентов или комплексов или телец, которые являются или которые могут быть вызваны взаимосвязью с клеткой. Например, свойства клеток могут быть измерены или аппроксимированы определением и/или количественным анализом взаимосвязи клеток с одной или несколькими метками, такими как молекулы, комплексы или тельца, которые флуоресцируют или были модифицированы для придания флуоресценции. Такие флуоресцентные молекулы, комплексы и/или тельца могут дифференциально ассоциироваться с клетками на основе качественных или количественных свойств клеток, включая их состав относительно белков, липидов, фосфопротеинов, гликопротеинов, фосфолипидов, гликолипидов, нуклеиновых кислот (включая количество, последовательность или организационную структуру нуклеиновых кислот), углеводов, солей/ионов и любых других молекул в, на или связанных с клетками. Кроме того, такие флуоресцентные молекулы, комплексы и/или тельца могут по-разному ассоциировать с клетками на основе физических или физиологических характеристик клеток, примеры которых включают, но не ограничиваются этим, проницаемость мембраны, состав мембраны, текучесть мембран, химический или мембранный потенциал, жизнеспособность, химические градиенты, подвижность, снижение окислительного потенциала или состояния и другие параметры или свойства.

Другие измеряемые свойства клеток, меченых или немеченых, модифицированных или немодифицированных, которые могут предоставлять основу для выбора клеток, могут включать без ограничения:

- свойства света взаимодействовать с клетками, такие как флуоресценция, поглощение, отражательная способность, рассеивание, поляризация или другие свойства;

- электрические свойства клеток или эффект клеток на свое окружение, включая проводимость, индуктивность, резистентность, мембранный потенциал или напряжение или другие свойства;

- магнитные или электромагнитные свойства клеток, включая магнетизм, парамагнетизм, магнитный резонанс и/или взаимодействие клеток с электромагнитной энергией;

- внешний вид, визуализация или морфологические свойства клеток; и

- состав клеток относительно любого вещества или параметра, измеренного прямо или косвенно любым способом.

Кроме того, измерение таких качеств и количеств, прямым или косвенным способом, по отдельности или в комбинации, может отражать представляющие интерес простые или сложные свойства клеток.

Одним из примеров такого свойства является половая хромосома, включенная в диплоидный, гаплоидный или гаметный геном, которая может быть Х хромосомой, Y хромосомой, Z хромосомой, W хромосомой или отсутствием половой хромосомы (обозначается как «0»), или их комбинациями в зависимости от типа клетки и организма. Кроме того, известны другие определяющие пол системы, которые относятся к определению присутствия других хромосом или последовательностей ДНК. Во многих случаях определение содержания половых хромосом в клетках может быть проведено с использованием прямых или непрямых измерений или определений с использованием одного или нескольких способов. Такие способы включают измерение содержания ДНК клеток, определенных относительным или абсолютным способом; присутствием или отсутствием определенных последовательностей ДНК, или маркеров присутствия или отсутствия определенных последовательностей ДНК; размера клеток или участков или органелл клеток; присутствия, локализации или отсутствия белков или других маркеров, характерных для содержания половых хромосом в клетках, или комбинаций или схем экспрессии таких маркеров; или любые другие способы измерения, которые отображают композицию половых хромосом в клетке. Для идентификации клеток, интересующих в отдельном случае, ситуации, системе, заболевании, состоянии, процессе или обстоятельстве могут быть проведены множество других подобных измерений, или определены другие свойства.

Такие цитометрические измерения позволяют проводить качественные и/или количественные определения клеток, популяций клеток, органов, тканей или организмов. Такие определения могут использоваться во многих сферах, включая без ограничения диагностику, биомедицинские исследования, способы рекомбинации, эпидемиологию, медицину, сельское хозяйство, животноводство, содержание скота, зоологию, биофармацевтическую промышленность и другие области. Кроме возможности проводить такие измерения, современные способы и устройства позволяют разделять клетки на основе характеристик или параметров способом цитометрии, как это описано выше. Клетки могут быть отобраны положительно или отрицательно путем концентрации, сбора, разделения или разбивки на части интересующих клеток или путем удаления клеток, которые нежелательны или представляют интерес в композиции. Такой отбор может контролироваться на основе любого параметра, характеристики или комбинации параметров или характеристик, которые могут быть определены, как это описано выше.

Клетки, идентифицированные способами, включающими или относящимися к описанным выше, могут быть разделены, фракционированы, сконцентрированы, обеднены или собраны в любое произвольное количество групп. Один часто используемый способ разделения (отображен на ФИГ.1А) использует электростатические силы для отклонения электрически или электростатически заряженного потока, капли или капель, содержащих клетку или клетки с требуемыми или нежелательными свойствами. Отклоненные клетки собирают или отбраковывают в соответствии с целью применения, как показано на ФИГ.1А. Другие способы разделения включают использование жидкостных устройств, в том числе клапанов, или другие способы, которые изменяют свойства потока или направление потока газа или жидкости, чтобы отводить клетки в потоке текучей среды для чередования путей потока, каналов, пробирок или элементов для последующего сбора или утилизации, как показано на ФИГ.1В. Другие способы включают использование способов, губительных для потока, таких как пересечение со вторым управляемым потоком, для отвода части потока, содержащей интересующую клетку или частицу, для отвода клеток в потоке жидкости для чередования путей потока, каналов, пробирок или элементов для последующего сбора или утилизации, как показано на ФИГ.1В. Разделение потока жидкости по другим, отклоняющимся путям может быть достигнуто целым рядом способов. Например, патент США №6400453 описывает разделение текучей среды с использованием струйного реле жидкости или сжатого газа. Публикация международного патента №WO 2010/149739 описывает еще один способ разделения потока по разным направлениям с использованием лазера для нагревания потока текучей среды, что вызывает разрушение потока и изменение направления движения.

Существует ряд способов и систем для проведения проточной цитометрической сортировки клеток. Среди них есть способы и системы, разработанные для проведения проточной цитометрической сортировки сперматозоидов млекопитающих и, в частности, для сортировки сперматозоидов в популяции сперматозоидов, несущих Х хромосомы, и/или популяции сперматозоидов, несущих Y хромосомы, с целью повышения вероятности того, что оплодотворение яйцеклетки отсортированным сперматозоидом приведет к получению потомства требуемого пола. Например, хозяину молочной фермы может понадобиться сортировка спермы быка для получения эмбрионов рогатого скота, способом искусственного осеменения, оплодотворением in vitro или другими способами, с использованием композиции сперматозоидов, имеющих повышенную частоту клеток, несущих Х хромосому, для получения дополнительного потомства рогатого скота в виде женских особей.

Способы сортировки проточной цитометрией имеют целый ряд проблем, в частности, относительно сортировки сперматозоидов млекопитающих для последующего использования в получении потомства. Важным является то, что способы, используемые для мечения и/или дифференциации клеток и/или способов, используемых для сортировки клеток, не должны отрицательно влиять на жизнеспособность клеток. Часто одна или несколько целей используемых способов и/или систем (например, ускоренная сортировка, улучшенная точность и т.д.) конфликтуют с другими целями способов и/или систем. Должны быть учтены и сбалансированы различные факторы, включая температуру, изменения температуры, давление и/или изменение давления, которому подвергают клетки, жидкостные среды, которые воздействуют на клетки, химическое окружение и вещества, воздействующие на клетки, силы, применяемые к клеткам, а также продолжительность жизни клетки. Например, скорость, при которой флуоресцентная молекула (например, флуорохром) входит в клетку для связывания ДНК в ядре клетки (т.е. скорость, при которой клетки могут быть окрашены), может повыситься с повышением температуры. Таким образом, производительность системы (по меньшей мере, производительность процесса окрашивания) может повыситься с повышением температуры среды клеток. Однако повышенная температура может оказаться губительной для жизнеспособности клеток и/или продолжительности времени, в течение которого клетки остаются жизнеспособными. В отличие от этого, поддержание клеток при пониженной температуре для способствования поддержания хорошей жизнеспособности может повысить время, требуемое для окрашивания (и, вследствие этого, всего способа, включающего измерение и сортировку) клеток, таким образом, способ занимает более длительное время, чем обычно, или, таким образом, клетки нежизнеспособны по истечении времени, необходимого для завершения способа.

Другой вопрос, связанный с сортировкой клеток, относится к физическим и оптическим свойствам клеток. В частности, сплюснутые или ассиметричные иным образом клетки, такие как эритроциты млекопитающих или сперматозоиды, могут обладать анизотропным излучением энергии (например, света). Сложная геометрия внутреннего пространства клетки и/или сложная геометрия границ клетки действует для передачи, рефракции и/или отражения света способами, которые чрезвычайно высоко зависят от ориентации клетки относительно любых источников света и/или детекторов, используемых для дифференциации клеток. Например, сортировка проточной цитометрией сперматозоидов млекопитающих в популяции с повышенной частотой клеток, содержащих Х или Y хромосомы, обычно включает окрашивание клеток молекулой, которая связывается с ДНК в клетках и ярко флуоресцирует при связывании. Вариация в содержании ДНК между Х и Y хромосомами большинства видов млекопитающих (Y хромосома обычно содержит меньше ДНК, чем Х хромосома) приводит к относительно повышенной флуоресценции клеток, содержащих Х хромосомы. Однако различие в содержании ДНК в клетках, несущих Х и Y хромосомы, обычно составляет порядка нескольких процентов, и часто геометрия клетки и/или ориентация могут влиять на определение флуоресценции в процентном показателе, который превышает процентную разницу в содержании ДНК между Х и Y хромосомами. Кроме того, такой анализ требует, чтобы клетки проходили через область определения поодиночке, таким образом, детектор не интерпретирует флуоресценцию от двух клеток как флуоресценцию от одной клетки.

Системы сортировки проточной цитометрией часто используют жидкостный механизм «ядро в оболочке» для переноса клеток через участок определения. Как это показано на ФИГ.1C, относительно медленно движущийся поток 750 водной суспензии клеток 752 вводят в относительно быстродвижущийся поток 754 проточной жидкости. Такой принцип фокусирует клетки 752 в потоке 756, обозначаемый как контурный поток. При соответствующем выборе давления, формы, размеров, ориентации и материалов границ и компонентов жидкостной системы, а также соответствующих скоростей и организации контурной суспензии и проточной жидкости, контурный поток сужается гидродинамическими силами под действием проточной жидкости, и клетки в контурном потоке распределяются продольно таким образом, что они проходят в путь токае одна за одной. Силы, которые продлевают и сужают контурный поток, имеют дополнительное преимущество ориентации клеток 752 таким образом, что продольная ось 758 клетки 752 обычно параллельна направлению потока отдельного потока 756. Однако ориентация клеток вокруг продольной оси 758 остается более или менее случайной в системах, в которых проточный и контурные потоки разработаны как общецилиндрические и симметричные относительно оси потока. Таким образом, при прохождении каждой клетки 752 через область определения свет падает на клетку, свет испускается клеткой (например, флуоресцирующий свет или рассеянный свет или пропущенный свет), и свет отражается от клетки, все еще оставаясь зависимым от ориентации клетки 752. Это особенно справедливо для многих типов сперматозоидов млекопитающих.

Существует целый ряд решений проблемы ориентации сперматозоида относительно освещения и определения клеток в системах проточной цитометрии. Например, ФИГ.1D иллюстрирует одно решение, и такое решение использует отрезанный, скошенный наконечник 760 на пробирке 762, для введения потока образца 764 в проточную жидкость 766. Уплощенный, скошенный наконечник 760 помогает ориентировать клетки вдоль их продольных осей 758 (показано на Фигуре 1C) в проточной жидкости 766 таким образом, что плоские поверхности клеток стремятся выстроиться в неизменном направлении. Другое решение (которое может быть скомбинировано с решением скошенного наконечника) использует два детектора 768 и 770, перпендикулярных друг другу (детектор 68 под углом 0 градусов и детектор 770 под углом 90 градусов), которые используют в комбинации для оценки ориентации каждой клетки с прохождением ею области определения 772 и для измерения флуоресценции клеток, имеющих правильную ориентацию, таким образом, что возможна точная количественная оценка флуоресцентного сигнала. Решения, использующие гидродинамическую ориентацию клеток вокруг продольной оси обычно позволяют получить популяции, в которых требуемая настройка для измерения флуоресценции достигается для от приблизительно 60% до приблизительно 80% клеток в потоке образца, что снижает производительность устройства и приводит к элиминации неправильно ориентированных клеток.

Еще одно решение проблем, связанных с геометрией и ориентацией клеток использует оптическое определение вдоль одной и той же оси, что и поток «ядро в оболочке», который несет клетки. В одном таком решении используют эпи-оптические осветительные системы для освещения клетки и определения света, испускаемого клеткой. Как это показано на ФИГ.1Е, поток образца 774 под действием проточной жидкости 776 поступает непосредственно на линзу объектива микроскопа 778, элиминируя зависимость от ориентации клетки (например, сперматозоида 780) вокруг продольной оси 782 клетки 780. Однако траектория клетки 780 относительно линзы объектива 778 требует, чтобы клетка 780 изменила траекторию непосредственно после прохождения через область определения 782 (т.е. точку фокусировки 784 линзы объектива 778). Система сопровождает изменение такой траектории использованием поперечного потока 786 жидкости. Неизвестность положения отдельных клеток может наблюдаться после анализа путем конвергенции 788 поперечного потока жидкости 786, а также контурного потока 776 и потока образца 774. Такое неизвестное положение может привести к тому, что система будет не способна проводить сортировку клетки по той причине, что расположение клетки 780 в конвергированном потоке может стать непредсказуемым непосредственно или вскоре после того, как клетка проходит через область определения 784.

Еще одно решение, представленное на ФИГ.1F, использует один или несколько параболических или эллипсоидных отражателей 802 для освещения клеток однородным образом и/или для сбора света в радиальном направлении от клеток. Система использует форсунку 804 для испускания потока/выброса 806 жидкости, содержащей отдельные клетки 792. Поток 806 перемещается через область определения 794 и через отверстие 796 в отражателе 802. В некоторой точке после прохождения через область определения, поток 806 разбивается на капли 790, которые могут быть электрически заряжены. Впоследствии каждая из капель 790 может быть отсортирована, например, отведением заряженной капли 790 с использованием электростатически заряженных отражательных пластин 798 для отражения капель в один или несколько приемников 800. Проблематичным является то, что такая конфигурация «струя в воздух» подвергает поток 806 (и клетки 792, содержащиеся в потоке 806) к падению давления, т.к. поток 806 выходит из форсунки 804. Внезапное изменение давления (и повышенное давления в самой форсунке) может отрицательно влиять на жизнеспособность клетки 792, что может по существу повлиять на клетку 792 в приемнике 800. Таким образом, давление и скорость потока 806, выходящего из потока 804, должно оставаться ниже любого порога, который может повредить клетки 792, что снижает производительность системы. Кроме того, движение капель 790 через атмосферу может потребовать дополнительных ограничений окружающей среды, включая чистоту воздуха помещения (например, «чистая комната») и контроль температуры.

Таким образом, даже при относительно усовершенствованном состоянии проточной цитометрии в этой области существует постоянная потребность в обеспечении более эффективных, более чувствительных и более точных способов и устройств для идентификации и/или разделения клеток.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с осуществлением изобретения устройство для определения аналита в жидкостном образце включает источник света для получения электромагнитной энергии для освещения образца в зоне исследования, вогнутый собирающий элемент, имеющий верхушку, оптическую ось и точку фокусировки, причем зона исследования совпадает с точкой фокусировки вогнутого собирающего элемента, и замкнутую проточную кювету. Замкнутая проточная кювета содержит отверстие для ввода образца, отверстие для вывода образца, путь тока между отверстием для ввода образца и отверстием для вывода образца, причем путь тока проходит через зону исследования и сортирующий участок, расположенный ниже зоны исследования. Участок потока жидкости, проходящий через зону исследования, коаксиален оптической оси вогнутого собирающего элемента, и по меньшей мере участок потока жидкости, проходящий через зону исследования и сортирующий участок, ограничен стенкой проточной кюветы с образованием непрерывного замкнутого потока без разделения или разветвления. Образец, включающий аналит или подозреваемый на содержание аналита, течет по пути тока жидкости в виде потока «ядро в оболочке» или ламинарного потока по меньшей мере через зону исследования. Образец течет в направлении от зоны исследования к верхушке собирающего элемента или от верхушки собирающего элемента по направлению к зоне исследования, и часть тока жидкости проходит через внутренний объем собирающего элемента. Аналит генерирует определяемый сигнал в ответ на освещение. Устройство также включает детектор для обнаружения определяемого сигнала.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения устройство для определения аналита в жидкостном образце включает источник света для освещения образца в зоне исследования, первый и второй вогнутые оптические элементы, каждый из которых имеет оптическую ось и точку фокусировки, конический оптический элемент, расположенный во внутреннем объеме первого вогнутого оптического элемента, при этом источник света сфокусирован на конический оптический элемент. Устройство также включает вогнутый собирающий элемент, имеющий верхушку, оптическую ось и точку фокусировки, при этом зона исследования совпадает с точкой фокусировки вогнутого собирающего элемента, и замкнутую проточную кювету. Замкнутая проточная кювета содержит отверстие для ввода образца, отверстие для вывода образца, путь тока между отверстием для ввода образца и отверстием для вывода образца, причем часть пути тока проходит через зону исследования и сортирующий участок, расположенный ниже по течению от зоны исследования. Участок пути тока, проходящий через зону исследования, коаксиален оптической оси вогнутого собирающего элемента. По меньшей мере участок пути тока жидкости, проходящего через зону исследования и сортирующий участок, ограничена стенкой проточной кюветы с образованием непрерывного замкнутого потока без разделения или разветвления. Образец, включающий аналит или подозреваемый на содержание аналита, течет по пути тока жидкости в виде потока «ядро в оболочке» или ламинарного потока по меньшей мере через зону исследования. Второй вогнутый оптический элемент фокусирует электромагнитную энергию на образец в зоне исследования. Аналит генерирует определяемый сигнал в ответ на освещение. Устройство также включает детектор для обнаружения определяемого сигнала, причем определяемый сигнал собирается вогнутым собирающим элементом и отражается на детектор.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения устройство для определения аналита в жидкостном образце включает источник света для освещения образца в зоне исследования, первый и второй параболические оптические элементы, каждый из которых имеет оптическую ось и точку фокусировки, конический оптический элемент, расположенный во внутреннем объеме первого параболического оптического элемента, при этом источник света сфокусирован на конический оптический элемент, и эллипсоидный собирающий элемент, имеющий верхушку, оптическую ось и точку фокусировки. Первый и второй параболические оптические элементы, конический оптический элемент и эллипсоидный собирающий элемент коаксиальны, и зона исследования совпадает с точкой фокусировки эллипсоидного собирающего элемента. Устройство дополнительно включает замкнутую проточную кювету, которая содержит отверстие для ввода образца, отверстие для вывода образца, путь тока между отверстием для ввода образца и отверстием для вывода образца, причем часть потока проходит через зону исследования и сортирующий участок, расположенный ниже по течению от зоны исследования. Участок потока жидкости, проходящий через зону исследования, коаксиален оптической оси вогнутого собирающего элемента, и по меньшей мере участок потока жидкости, проходящий через зону исследования и сортирующий участок, ограничен стенкой проточной кюветы с образованием непрерывного замкнутого потока без разделения или разветвления. Проточная ячейка включает сферический элемент, окружающий зону исследования, причем сферический элемент имеет коэффициент преломления, который на 0,1 больше или меньше коэффициента преломления стенки проточной кюветы в зоне исследования. Образец, включающий аналит или подозреваемый на содержание аналита, протекает в пути тока жидкости в виде потока «ядро в оболочке» или ламинарного потока по меньшей мере через зону исследования. Второй параболический оптический элемент фокусирует электромагнитную энергию на образец в зоне исследования. Аналит генерирует определяемый сигнал в ответ на освещение. Устройство также включает детектор для обнаружения определяемого вещества, причем определяемый сигнал собирается эллипсоидным собирающим элементом и отражается на детектор.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ определения аналита в жидкостном образце с использованием устройства, включающего источник света, вогнутый собирающий элемент, имеющий верхушку, оптическую ось и точку фокусировки, и зону исследования, совпадающую с точкой фокусировки вогнутого собирающего элемента, включает контроль потока образца в замкнутой проточной кювете для получения направления движения (1) от верхушки собирающего элемента к зоне исследования, или (2) от зоны исследования к верхушке собирающего элемента. Проточная кювета содержит отверстие для ввода образца, отверстие для вывода образца, путь тока между отверстием для ввода образца и отверстием для вывода образца, причем участок пути тока проходит через зону исследования и сортирующий участок, расположенный ниже по течению от зоны исследования. Участок пути тока, проходящий через зону исследования, коаксиален оптической оси вогнутого собирающего элемента, и по меньшей мере участок пути тока, проходящий через зону исследования и сортирующий участок, ограничен стенкой проточной кюветы с образованием непрерывного замкнутого потока без разделения или разветвления. Участок тока жидкости проходит через собирающий элемент, когда движение осуществляется в направлении от зоны исследования к верхушке собирающего элемента. Способ дополнительно включает освещение образца в зоне исследования, при этом аналит генерирует определяемый сигнал в ответ на освещение. Способ также включает получение определяемого сигнала вогнутым собирающим элементом, при этом собирающий элемент отражает определяемый сигнал на детектор, и обнаружение определяемого сигнала детектором.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения способ определения аналита в устройстве, включающем источник света, конический оптический элемент, первый и второй вогнутые оптические элементы, вогнутый собирающий элемент, имеющий верхушку, оптическую ось и точку фокусировки, и зону исследования, совпадающую с точкой фокусировки вогнутого собирающего элемента, включает контроль потока образца, включающего аналит или подозреваемого на содержание аналита, в замкнутой проточной кювете. Замкнутая проточная кювета содержит отверстие для ввода образца, отверстие для вывода образца, путь тока между отверстием для ввода образца и отверстием для вывода образца, причем участок пути тока проходит через зону исследования и сортирующий участок, расположенный книзу от зоны исследования. Участок пути тока жидкости, проходящий через зону исследования, коаксиален оптической оси вогнутого собирающего элемента, и по меньшей мере участок пути тока, проходящий через зону исследования и сортирующий участок, ограничен стенкой проточной кюветы с образованием непрерывного замкнутого потока без разделения или разветвления. Способ дополнительно включает освещение аналита в зоне исследования с использованием оптической системы. Аналит генерирует определяемый сигнал в ответ на освещение. Оптическая система включает первый и второй вогнутые оптические элементы, каждый из которых имеет оптическую ось и точку фокусировки, и конический оптический элемент, расположенный во внутреннем объеме первого вогнутого оптического элемента. Конический оптический элемент отражает электромагнитную энергию от источника света на первый вогнутый оптический элемент. Первый вогнутый оптический элемент отражает электромагнитную энергию на второй вогнутый оптический элемент, и второй вогнутый оптический элемент фокусирует электромагнитную энергию на зоне исследования. Способ также включает получение определяемого сигнала вогнутым собирающим элементом, при этом вогнутый собирающий элемент отражает определяемый сигнал на детектор, и обнаружение определяемого сигнала детектором.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения способ определения аналита в устройстве, включающем источник света, конический оптический элемент, первый и второй параболические оптические элементы, эллипсоидный собирающий элемент, имеющий верхушку, оптическую ось и точку фокусировки, и зону исследования в точке фокусировки эллипсоидного собирающего элемента, включает контроль потока образца, включающего аналит или подозреваемого на содержание аналита, в замкнутой проточной кювете. Замкнутая проточная кювета содержит отверстие для ввода образца, отверстие для вывода образца, путь тока между отверстием для ввода образца и отверстием для вывода образца, причем участок пути тока проходит через собирающий элемент, зону исследования и сортирующий участок, расположенный книзу от зоны исследования. Участок пути тока, проходящий через зону исследования, коаксиален оптической оси эллиптического собирающего элемента, и по меньшей мере участок пути тока, проходящий через зону исследования и сортирующий участок, ограничен стенкой проточной кюветы с образованием непрерывного замкнутого потока без разделения или разветвления. Проточная кювета также включает сферический элемент, окружающий зону исследования, причем сферический элемент имеет коэффициент преломления, который на 0,1 больше или меньше коэффициента преломления стенки проточной кюветы. Способ дополнительно включает освещение аналита в зоне исследования с использованием оптической системы, при этом аналит генерирует определяемый сигнал в ответ на свет. Оптическая система включает первый и второй параболические оптические элементы, каждый из которых имеет оптическую ось и точку фокусировки, и конический оптический элемент, расположенный во внутреннем объеме первого параболического оптического элемента. Конический оптический элемент отражает электромагнитную энергию от источника света на первый параболический оптический элемент, первый параболический оптический элемент отражает электромагнитную энергию на второй параболический оптический элемент, и второй параболический оптический элемент фокусирует электромагнитную энергию на зоне исследования. Способ также включает получение определяемого сигнала эллипсоидным собирающим элементом, при этом эллипсоидный собирающий элемент отражает определяемый сигнал на детектор; и обнаружение определяемого сигнала детектором.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фигуры 1A-1F являются схематической иллюстрацией используемых ранее в области техники способов сортировки образца с использованием проточной цитометрии;

Фигура 2 является схемой, иллюстрирующей способ определения аналита в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

Фигура 3 является схематической иллюстрацией способа и устройства для определения аналита в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

Фигуры 4А и 4В являются схематической иллюстрацией вариантов направления движения потока образца в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

Фигура 5А является схематической иллюстрацией гидродинамического фокусирующего элемента в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

Фигура 5В является схематической иллюстрацией поперечного сечения гидродинамического фокусирующего элемента, представленного на Фигуре 5А, выполненного через линию А-А′,

Фигура 6 является схематической иллюстрацией используемого ранее в области техники гидродинамического фокусирующего элемента в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения;

Фигура 7А является схематической иллюстрацией способа образования потока по типу «ядро в оболочке» в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 7В является схематической иллюстрацией образования потока в способе, представленном на Фигуре 7А, перед участком ускорения;

Фигура 7С является схематической иллюстрацией потока по типу «ядро в оболочке», образующегося по способу, представленному на Фигуре 7А, после участка ускорения;

Фигура 8 является схематической иллюстрацией стандартного способа акустической фокусировки потока образца для выравнивания размещения аналита по центру;

Фигура 9 является схематической иллюстрацией освещения образца в зоне исследования с использованием одного источника света, освещающего под углом, перпендикулярным к оси потока;

Фигура 10 является схематической иллюстрацией освещения образца в зоне исследования с использованием множественных источников света, освещающих при различных углах в плоскости, перпендикулярной к оси потока;

Фигура 11 является схематической иллюстрацией освещения образца в зоне исследования с использованием проточной кюветы в качестве волновода для направления освещения в зону исследования;

Фигура 12 является схематической иллюстрацией освещения образца в зоне исследования с использованием немного отклоняющегося от оси освещения;

Фигура 13 является схематической иллюстрацией варианта осуществления изобретения, в котором собирающий элемент также функционирует для фокусирования электромагнитной энергии на зону исследования;

Фигура 14 является схематической иллюстрацией освещения образца в зоне исследования с использованием конического оптического элемента и вогнутого оптического элемента в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 15 является схематической иллюстрацией освещения образца в зоне исследования с использованием двух вогнутых оптических элементов и конического оптического элемента в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 16 является схематической иллюстрацией получения определяемого сигнала от аналита в зоне исследования с использованием линзы объектива в качестве собирающего элемента в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 17 является схематической иллюстрацией получения определяемого сигнала от аналита в зоне исследования с использованием линзы объектива в качестве собирающего элемента, причем линза объектива модифицирована таким образом, чтобы позволить по меньшей мере части потока образца протекать через линзу объектива в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 18 является схематической иллюстрацией параболического собирающего элемента, получающего определяемый сигнал от аналита в зоне исследования в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 19 является схематической иллюстрацией эллиптического собирающего элемента, получающего определяемый сигнал от аналита в зоне исследования в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 20А является схематической иллюстрацией получения определяемого сигнала, испускаемого через сферический профиль проточной кюветы, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 20В является увеличенной схематической иллюстрацией Фигуры 20А, отображающей определяемый сигнал, испускаемый через сферический профиль;

Фигуры 21А-21С являются схематической иллюстрацией сбора образца у отверстия вывода проточной кюветы после обнаружения в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

Фигура 22 является схематической иллюстрацией системы контроля устройства и способа в соответствии с вариантами осуществления изобретения;

Фигура 23 является схематической иллюстрацией примера осуществления способа определения и сортировки аналита в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 24 является схематической иллюстрацией примера осуществления системы определения аналита в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

Фигура 25 является схематической иллюстрацией примера осуществления системы определения аналита в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения; и

Фигура 26 является схематической иллюстрацией примера осущест