CN103476920B - 处理细胞和相关结构的设备及方法 - Google Patents

Abstract

处理生命有机颗粒，包括选自细胞、细胞球体、组织、真核生物、微生物、器官或胚胎的颗粒的设备，包括一个中空的容积（10）：（a）容积（10）内部被至少两个在容积内部形成的相位导引件（12，13）分成至少第一（14）、第二（16）和第三（17）子容积，（b）当参照容积（10）内弯液面或散装液体的运动进行判断时，容积（10）包括相对上游的部分和相对下游的部分。设备包括至少第一、第二和第三流体导管（19，21，22），流体导管（19，21，22）被连接以允许容积（10）和相应的子容积（14，16，17）的上游外部之间流体连通；至少另一个导管（24），导管（24）被连接以允许容积（10）和子容积的下游外部之间流体连通。第一子容积（14）包含一种或多种由凝胶或凝胶状物质支撑的生命颗粒；第二子容积（16）和第一子容积连通以便允许第一和第二子容积（14，16）之间的物质输送，第二子容积（16）包含至少一种凝胶或凝胶状物质。

Description

处理细胞和相关结构的设备及方法

技术领域

本发明涉及处理细胞、细胞球体、组织、真核生物、微生物、器官、有机酶、基因序列/链、蛋白质或胚胎（为方便起见，本文中统称为“生命有机颗粒”）的设备及方法。术语“生命有机颗粒”可包括除以上列出的其他结构。因此，本文中所用的“生命有机颗粒”的定义不限制本发明所要求保护的范围。

背景技术

人们对于在实验室环境下培养生命有机颗粒具有很大的科学与商业兴趣，该实验室环境严格模拟这种颗粒在复杂的生命有机体（例如但不限于哺乳动物）中会遇到的环境。

这种兴趣的原因是众所周知的。多年以来一直希望尽可能地避免在活体内研究例如细胞、组织和器官。除了往往非常昂贵以及可以理解地伴有繁重的监管要求，生物体中的研究结果对于不同候选对象可能表现出很大的变化性；并且有时会给被进行研究的候选对象带来风险。

此外，构成研究课题的化合物、试剂和其他物质可能难以准确地施用至人或动物体内的位置；并且使用活体研究样本时，可能需要很大量的这种物质才能获得有效剂量。

因此，数十年来，科学界的各个领域试图创建实验室环境，在这种实验室环境下细胞、组织、器官、微器官(micro-organ)、胚胎和某些情况下的真核生物可远离动物身体进行研究。

因此，已经创建出多种设计的培养室、组织支架和相关设备。然而，在没有准确复制体内环境的条件下寻求培养例如组织或器官，可能导致在实验和观测活动中出现各种严重的缺陷。

其中一个此类培养的例子涉及培养室的平整表面对细胞的影响，细胞在自然条件下并不接触这样的表面。另一个始终存在的问题涉及需要给活细胞不断补充供应营养、氧气、酶等，以及需要将废物、代谢产物、呼吸产物和类似物质从细胞的附近排出。在自然环境下，例如，血液供应系统或淋巴系统可提供这些功能，但是它们很难在用于细胞培养的实验室设备中准确复制。

本领域技术人员会得知和认识到许多其他实验性缺陷的例子。

因此，当对上述各种生命有机颗粒进行研究时，需要准确模拟体内条件的设备。

此外，对于大规模进行测试、分析、反应、实验和相关活动的需求日益增加（例如涉及同时完成或依照受控顺序完成的几百个样品）。许多现有的实验室设备无法提供这些优势。

在构建​​用于容纳和控制液体和液基物质的设备中使用所谓的相位导引件（phaseguide）是已知的。

相位导引件可被定义为在充满或排空液体的容积（volume）中的结构，该结构限制液体的弯液面（meniscus）在容积中前进或后退的能力，由此界定出在液体和另一种物质（即另一种液体或气体）之间的具有预定形状的界面。

相位导引件可用多种方式构建。一种技术涉及构建一个尖锐的边缘。在这种尖锐的边缘上前进需要改变流体-流体弯液面的主曲率半径，导致弯液面上的更高的压力下降，从而出现一个压力屏障。这个概念也被称为“弯液面钉止（meniscus pinning）”。

因此，一种典型的相位导引件是一个沿弯液面的整个长度伸入液体的三维结构。弯液面在所产生的细长伸出部上的钉止需要额外的能量使液体弯液面越过，以便液体被限制，除非额外的能量被施加在液体上。

另一种典型的相位导引件是伸入大容积材料（bulk material）的脊。在这种情况下，钉止发生在相位导引件前。

此外，相位导引件可包括通常刻意做出的薄弱位置，在该位置越过相位导引件所需的能量较低。如果相位导引件设计合理，在这样一个位置液体可越过相位导引件。这个刻意的薄弱位置也限定了相位导引件的“稳定性”，在弯液面前进或后退过程中，当大量液体同时面临多个相位导引件时，相位导引件的“稳定性”决定了相位导引件溢出的顺序或优先级。

当面向相位导引件的基材比相位导引件本身更亲水时，创建出了一种特别通用的相位导引件。这样实施会导致弯液面的拉伸，并且增加角度和它们的半径对相位导引件的“稳定性”的影响。

因此，根据它们的精确设计，相位导引件可完全限制液体或只在优选的位置允许液体前进或后退，使得液体沿着选择的路径流动，填充或排空容积中的特定空间，或采用特定的形状。

除了被构造成伸出的屏障外，相位导引件可被限定为容积的内表面上的区域，该区域具有不同程度的润湿性。同样，这些区域可能需要能量输入，以便推进液体弯液面向前越过这些区域。

相位导引件结构的许多设计在WO2010/086179 A2中公开。从说明本发明的立场出发，理解该公布是期望的，所以WO2010/086179A2的全部内容被并入本文作为参考。

虽然如此，用于限制液体的相位导引件可被布置，以允许由相位导引件代表的屏障被液体受控制地越过，和/或允许被限制在一个相位导引件或相位导引件组合(界定出居间的屏障结构)的相对两侧的两种液体混合，其中一个相位导引件或相位导引件组合。实现这些效果的布置在WO2010/086179A2中被描述，其中本发明实施例中描述的具有特殊效用的“限制性相位导引件”的概念被详细说明。

发明内容

本发明第一个方面是提供用于处理包括但不限于细胞、细胞球体、组织、真核生物、微生物、器官或胚胎的生命有机颗粒的设备。该设备包括一个中空的容积：（a）容积内部被至少两个在容积内部形成的相位导引件分成至少第一、第二和第三子容积，（b）当参照容积内弯液面或大量液体的运动进行判断时，容积包括相对上游的部分和相对下游的部分。所述设备包括至少第一、第二和第三流体导管，流体导管被连接以实现容积的上游外部与相应子容积之间的流体连通；所述设备包括至少另一个导管，该另一个导管被连接以实现容积的下游外部与一个所述子容积之间的流体连通，第一子容积包含由凝胶或凝胶状物质支撑的或支撑在凝胶或凝胶状物质中的一个或多个生命颗粒；第二子容积和第一子容积连通以便允许第一和第二子容积之间的物质输送，第二子容积包含至少一种凝胶或凝胶状物质。

这种布置的一个优点是，它有可能在实验室环境下创造出真正真实的培养环境，同时也有可能进行如上所述的非常大规模的分析和试验。因此，本发明的设备解决了本文阐述的弊端和需求。

本发明的可选的方面在从属权利要求中限定。

本发明还涉及一种处理细胞、细胞球体、组织、真核生物、微生物、器官或胚胎的方法，包括以下步骤：

a．给本发明权利要求所述的设备的第一容积填充一定量的包含或支撑一种或多种细胞、细胞球体、组织、真核生物、微生物、器官或胚胎的凝胶或凝胶状物质；

b．允许或使凝胶或凝胶状物质凝胶化；

c．给至少第二子容积填充凝胶或凝胶状物质；

d．促使或允许第一和第二子容积之间流体连通。

本发明的另一种方法包括以下步骤：

a．给权利要求15所述的设备的第一容积填充一定量的包含或支撑一种或多种细胞、细胞球体、组织、真核生物、微生物、器官或胚胎的凝胶或凝胶状物质；

b．给至少第二子容积填充凝胶或凝胶状物质；

c．促使或允许第一和第二子容积之间流体连通。

附图说明

接下来是通过非限制性的例子对本发明的优选实施例的描述，该描述参考附图进行，其中：

图1是本发明的设备的一种形式的水平剖面示意图；

图2是本发明的另一个实施例的设备与图1相似的视图；

图3a和图3b示出了本发明的另一个实施例的设备的两种填充状态；

图4a-4c示意性显示了本发明的更加复杂的设备的三种填充状态；

图5a-5c是与图4a-4c相似的视图，示出了在一系列复杂的培养室中适用于所谓的“一次灌注”生命有机颗粒的本发明的设备的构造和使用。

具体实施方式

参照图1，一种中空立方容积10在所示实施例中在内部被第一、第二和第三相位导引件11，12，13分成四个条纹状的子容积14，16，17，18，该容积10以相位导引件腔室技术（phaseguide chamber technology）领域的多种已知方式的任何一种构建，例如以WO2010/086179 A2中所述的方式构建。

在本发明所示的实施例中，所示子容积14，16，17，18从容积10内部的一端延伸至相互平行的另一端。子容积在平面图中是矩形的，并且在垂直于图1中可见部件的方向具有垂直的延伸。

容积10和子容积14，16，17，18根据需要可采用其他形状或形式。相位导引件11，12，13无需按照所示的直线样式，可以是例如弯曲的或部分多边形的。多种相位导引件、容积和子容积形状、方向、大小和布置在本发明的范围之内都是可行的，图1的布置仅仅是作为一个说明性的例子。

子容积的内部优选用一些基于实验的方式，特别是光学方式进行观察。为此，子容积可包括如本领域技术人员所已知的透明或半透明的壁或窗口。在一些实施例中，子容积中的一个或多个可在例如使用中的上侧打开，但在大多数实际的实施例中，容积10基本上是关闭的，以便将实验环境与可能会引起蒸发、温度变化或污染的环境条件隔离。

分别延伸至容积10的端至端中心线(由相位导引件12占据的)的任一侧的两个子容积14，16在本文中被指定为第一和第二子容积。位于第一和第二子容积14，16的水平方向外侧的子容积17，18分别被指定为第三和第四子容积。

每一个子容积14，16，17，18包括一个各自的流体导管19，21，22，23，当考虑给子容积填充流体时，与之相连的一端10a被指定为上游端。导管的设计在本发明的范围内可能发生显著变化，但它们的主要功能是允许位于子容积14，16，17，18的外部的的流体源（未示出）与子容积的内部之间的流体连通。

在容积10的另一端10b，本文为下游端（当参照子容积14，16，17，18的填充进行判断时），第三和第四子容积16，17的每一个被连接至另一个相应的导管24，26。

导管19，23的功能是供应营养、氧气、培养基、血浆和/或其他一些流体至下文所述子容积14，16中的生命有机颗粒；另一个导管24，26用于将已消耗的培养基、已消耗的缓冲液、已消耗的血浆、废物、呼吸产物、代谢产物等输离这些颗粒。

为此，第一子容积14包含支撑图1中示意性示出的一种或多种生命颗粒27的凝胶或凝胶状物质29。凝胶29可被选择来为颗粒27提供一个物理支撑，也为研究期间颗粒的培养和/或生存能力提供一个正确的生化环境。

适用于本发明的子容积的凝胶或凝胶状物质的实例包括但不限于基底膜提取物、人或动物组织、细胞培养衍生的细胞外基质、动物组织衍生的细胞外基质、合成的细胞外基质、水凝胶、胶原蛋白、软琼脂、蛋清和市售产品，比如基质胶（RTM）。

第二子容积16包含第二凝胶或凝胶状物质或非凝胶液体31，它可能与物质29类似或有所不同，这取决于实验的要求。物质31可包含化学物质、营养物质或药品（需要研究这些物质对颗粒27的影响），或物质31还包含例如图1中示意性表示的另一生命颗粒28。各种材料选择在本发明的范围之内是可行的。

通常本发明中将子容积14和16彼此分离的相位导引件12为一种如WO2010/086179A2中所述的限制性相位导引件。这种相位导引件的一个特点是，它们可被设计成允许相邻子容积14，16中的物质受控制地混合、扩散或灌注。

因此，仅仅作为图1中设备的使用的一个例子，第二子容积16中的凝胶等31可包含与第一子容积14中的例如细胞27相互作用的细胞28。因此，第一子容积14中的细胞27和子容积16中的细胞28的组合以准确复制体内环境的方式进行。

作为图1中设备的使用的另一个例子，第二子容积16中的凝胶等31可包含一种化合物，这种化合物在研究中会影响第一子容积14中的例如细胞27。因此，第一子容积14的细胞27能够以准确复制体内环境的方式被支撑在凝胶或凝胶状物质中的细胞给药（dose），凝胶或凝胶状物质的密度、粘度、成分模拟细胞能够自然生存时的介质。

另一种选择是，基于存在包括但不限于化学浓度、化学成分、温度、压力、电场、光、营养、氧气、凝胶密度、凝胶组合物中的梯度，而让生命颗粒从第一子容积输送到第二子容积。

因此，本发明的布置明显解决了一些现有技术长期存在的缺点。

在实验情况下维持细胞的生存能力通常是困难的。子容积17和18的目的是通过导管19和24（在子容积18的情况下）和23和26（在子容积17的情况下）以连续流动方式将营养、氧气、二氧化碳、生长因子、其他蛋白、信号分子、化合物、还有细胞及类似物输送至子容积14，16的附近；以及运走废物、代谢产物及类似物。这一活动是由图1中的箭头表示。本发明的布置比起现有技术的布置，在细胞等的生存能力上提供了相当大的改进。

为此，导管19，​​24，23，26可被接入例如液体泵送/供应电路，其性质和操作将会为本领域技术人员所知。

子容积17，18无需包含相同的物质；在许多情况下，在两个子容积17，18输送的物质将彼此不同。

鉴于上述情况，相位导引件11，13被分别布置以允许或促进液体或其它物质从子容积18，17输入至子容积14，16或从子容积14，16输出至子容积18，17。因此，这些相位导引件也可以为WO2010/086179A2中所述的那种限制性相位导引件。

本发明的设备的另一种使用模式可能涉及相互接近的细胞的培养等（对生命基颗粒从一个子容积到另一个的运输无要求）。很明显，图1的设备可以很容易地采用这种方式，细胞等27，28在实验期间各自被保持在第一子容积14和第二子容积16中。

可通过本文所述的方式，使用本发明的设备进行共同培养的细胞类型的例子包括例如肿瘤细胞与肿瘤相关成纤维细胞（CAF）；肝细胞与任何其他细胞或组织；软骨与成骨细胞；结肠中各种类型的细胞与肠细胞；血管内皮细胞与任何其他细胞类型的组合，包括来自大脑的作为体外血-脑屏障的这种细胞组合；皮肤细胞；涉及肺组织的细胞；以及分泌激素或其他信号因子的细胞组合与靶组织。

共同培养可包含一定梯度的分化细胞，例如分化的肠上皮细胞；以及胚胎干细胞，比如内胚层、中胚层和外胚层干细胞。然而，为避免对这项专利申请在不支持对从人体胚胎中获得的人体胚胎干细胞授予专利权的司法管辖区内产生权利有所疑问，人体胚胎的使用和治疗从权利要求的保护范围中排除。

激素、营养生长因子、气体或任何细胞-细胞、组织-组织或器官-器官信号因子的浓度梯度可通过使用本发明在培养细胞中被建立，从而根据它们在建立的梯度中的位置将细胞暴露于所述信号因子、激素、营养或气体。

在本发明的另一种布置中，子容积17，18可包含化学药品，其中化学药品的流速和浓度使得从第一子容积14的一侧至另一侧（如图1所示）建立浓度梯度，或者通过子容积17，18中流体流速的审慎布置，使得从第一子容积14的一端至另一端建立浓度梯度。

特别地，关于这点，在子容积17，18中的低流速下，有可能使整个子容积14以及，如果存在的话（见下文），子容积17维持浓度梯度，该浓度梯度通常从子容积14，16的一端至另一端基本恒定。在更高的流速下，整个子容积14、16的浓度梯度可被布置成从子容积的一端到另一端有所不同。作为这样一个例子，可安排较高的浓度梯度存在于邻近导管21，22的位置，而较低的浓度梯度存在于子容积14，16的另一端。

另一种可能是安排液体分别在子容积17，18中向相反的方向流动，使得图1中的其中一个箭头将会反向。因此，特定的梯度轮廓（gradient profiles）可能在子容积中出现。

另一种可能是在子容积17，18中安排液体不沿着第一和第二子容积区域旁边流动，而是穿过子容积区域。

另一种选择是安排子容积17和子容积18中的液体在实验期间为静态的。因此，浓度梯度可在子容积14，16中建立，浓度梯度随着时间而改变直到达到平衡。

如果在替代方案中只有一个子容积17，18中包含静态的液体，另一个子容积17，18中化合物的浓度将会随着时间改变，因为其内容物由于物料输送穿过所述相位导引件而变得越来越稀。

子容积17，18在本发明范围内的一些实施例中可包含气体或不能混合的液体组。

如果需要的话，更多数量的子容积可在容积10内界定。此外，各种子容积的内部本身能够再分，例如通过一个或更多的如WO2010/086179A2中所述的能够确保形成流体的特定容积填充模式的“轮廓（contour）”型相位导引件。因此，可能的一种特定选择是将一个或多个子容积的内部的物质分层。

子容积17及相关导管23，26可从本发明的一些实施方式中省略。

因此，上述布置呈现了目前为发明人所知的本发明的最基本的形式。

图1中设备的使用通常将包括；首先通过导管21供应包含实验感兴趣的生命颗粒的凝胶或凝胶状物质至子容积14。然后，在对子容积16进行类似的动作前，等待凝胶的凝胶化将是必要的，否则子容积14中的凝胶体可能不够稳定以允许实验开始。

一旦稳定的条件在子容积14，16中成立，流体通过导管19，24，23，26的流动可以根据实验协议展开。

现在参照图2，图2示出了与图1设备类似的设备，但该设备被配置为促进生命颗粒（特别是细胞27）从第一子容积14输送至第二子容积16。这种运输在图2中用箭头指示。

在图2的实施例中，所示的第二子容积16中没有生命基颗粒，但并不必然是这样。

这样安排的一个变化形式是一个额外的子容积可能在容积10内部被界定，并允许子容积14中的细胞27生长或转移至两个相邻子容积中的一个或两个，或者从子容积外部转向子容积内部。这种转移可能是因为包括但不限于化学浓度、化学成分、温度、压力、电场、光、营养、氧气、凝胶密度和凝胶成分中的梯度。这可能会导致例如划痕检测、入侵检测、迁移试验或伤口愈合实验的产生（production）。

图2设备的使用类似于图1，包括将凝胶状物质按顺序注入子容积14，16，在各凝胶注射之间需要存在凝胶化的延迟。

上述设备在使用中，要求在可以给设备添加更多的这种物质之前，对凝胶或凝胶状物质凝胶化，在某些情况下可能不方便。这一困难的一个解决方案由图3a和3b的布置提供，其中一个额外的相位导引件32平行于相位导引件12从容积10的内部一端延伸至另一端。

这种相位导引件可被布置来限制子容积14中的凝胶或凝胶状物质29，当凝胶或凝胶状物质31被填充到子容积16时，不干扰容积中分布有凝胶或凝胶状物质的轮廓。这就不需要在上述填充步骤之间有任何延迟。

图3a示出了第二子容积16用这种方式填充期间的设备的状态。因此，在图3a中凝胶或凝胶状物质31尚未占据子容积的全部；并且在导管22中可见示例性细胞28'正在进入子容积16的途中。

在图3b中，子容积16是充满的，所有的细胞28都在里面。

相位导引件32可选择地包括一个所谓的“工程化溢出（engineered overflow）”点33，为方便起见在相位导引件32的一端示出，但在实际中可以在沿其长度方向的任何选定位置（如图所示，包括在一个末端）。这样一个特性33可被用于引起或促进子容积14，16中物质的受控制的混合（或者如本文所述，引起或促进颗粒从一个子容积输送至另一个）。

本文所公开的任何相位导引件能够任选地包括一个或多个这种工程化溢出特征33。

图4示出了本发明的第三种基本形式，其中容积10的阵列36通过流体输送导管37相互连接，每一个容积10在所示的实施例中包括子容积14，16，17，18中的三个（虽然在所需情况下也可存在更多的子容积）。

阵列的每个容积10的中央子容积14包含例如支撑生命颗粒的凝胶。该凝胶与子容积16中的灌注流（perfusion flow）相邻。灌注流从用箭头37a示意性指示的同一源头开始处理多个平行的容积，。然后，也可以使用“一次灌注”技术灌注多个子容积14，在该技术中，单一源头同时灌注多个子容积。

灌注网络中的导管37被布置使得灌注流的一部分永远不会沿序列中的两个容积流动。这是重要的，以避免一个容积10或子容积14污染有关的另一个这种容积或子容积。

灌注网络的第二个优选方面是所有的流路具有相同的长度。这是重要的，以便保证所有腔室中的灌注速度相同。

填充这种均衡的流动网络所面临的挑战在通常如WO2010/086179A2中所述的相位导引件的帮助下得到解决。每个容积的下游的导管37的一段中具有确保填充所有容积的相位导引件38。以便完全填充容积10下游的下游导管37c。

共用的下游导管37c的下游端最远端的相位导引件相比沿共用的下游管道37c的其他相位导引件具有较低的稳定性。因此，这种弱（即稳定性较差）相位导引件的溢出最先发生，并且下游导管在其远端部分开始填充。这种填充顺序由图4a - 4c示出，用深色阴影表示用灌注液逐步填充导管网37的不同部分。为避免疑问，本发明参照导管37中的流体的前进方向（用箭头37a指示）分别定义本文中的上游和下游方向。

可选择地，共用的下游导管37c可被省略，并且每个容积有其自己的灌注流出单元（perfusion outflow unit）。

还可以选择的是，在弱凝胶的情况下，初期填充期间凝胶上的压力可以通过引入一个与图3 中相位导引件37类似的轮廓相位导引件得到缓解。

图5a-5c示出了一种更加复杂的 “一次灌注”流动网，其中图4的导管几何形状被嵌入更高层次结构的导管网39，41。在这种情况下，还需要额外的相位导引件来填充更高层次结构的共用的下游导管。这通过类似于图4中所示的相似相位导引件配置来类似地实现，只是稳定性较低的相位导引件需要具有比较低层次结构中的共用的下游导管的稳定性较低的相位导引件更高的稳定性。

换句话说，相应的导管/容积布置的层次结构决定了其中所需的相位导引件的稳定性，以便确保一个正确的填充顺序，即使在如图5所示的一个复杂的层次结构的情况下也是这样。

在实际情况中，图4和图5的阵列可以显著多于为了便于表达而简化的示意图。相位导引件稳定性的仔细选择使得甚至包含数十或数百容积10的非常广泛的网络能够成功运作。

本文所述的任何容积10可能具有一个或多个多余流量容积（excess flowvolumes）。这些多余流量容积通过相应的分支导管连接至本文所述的导管。

多余流量容积的目的是确保用正确的流体量填充容积10，即使当可能有更大的量由于存在于负责填充容积的相关导管而进入容积10时。

任何这种多余流动容积将包括位于或接近其入口的相位导引件，其中相位导引件的稳定性被选择，以便确保容积10的填充在任何多余的流量进入多余流量容积之前能够完成。

多余流量容积在申请号为GB103917.9的专利中描述的更详细，并且通常将包括一个或多个通风口，其中该通风口在所述的用多余液体填充期间，用于将多余流量容积中的气体排出。

在一个如上所示的复杂的阵列中，每个容积10具有其自己的多余流量容积是没有必要的。与此相反，例如每个体现阵列中层次结构级别的导管可具有一个多余流量容积，该多余流量容积通过一个分支导管连接至导管（在许多情况下，在网络中存在足够的过流能力）。如上所述，通常位于多余流量容积入口的相位导引件的稳定性的选择决定了在存在过流的情况下，在适当填充容积10之后，它们填充的优选顺序。

总的来说，本发明的设备和方法在所谓的微流体技术主题（例如细胞培养和实验）的实际应用中具有非常显著的进步。

很显然，这篇说明书中列出或讨论的之前公布的文件不应当被视为是承认该文件是现有技术文件或常识。

Claims (24)

1.处理包括选自细胞、细胞球体、组织、微生物或器官的生命有机颗粒的设备，所述设备包括一个中空的容积：（a）该容积在内部被至少两个在容积内部形成的相位导引件分成至少第一、第二和第三子容积，（b）当参照容积内弯液面或大量液体的运动进行判断时，所述容积包括相对上游的部分和相对下游的部分，所述设备包括至少第一、第二和第三流体导管，所述流体导管被连接以允许所述容积的上游外部与相应的子容积之间流体连通；所述设备还包括至少一个另外的导管，所述至少一个另外的导管被连接以允许所述容积的下游外部与一个所述子容积之间流体连通，所述第一子容积包含或者能够被填充一种或多种由凝胶或凝胶状物质支撑的或被支撑在凝胶或凝胶状物质中的生命颗粒；所述第二子容积和所述第一子容积连通以便允许第一和第二子容积之间的物质输送，所述第二子容积包含或者能够被填充至少一种凝胶或凝胶状物质，其中所述相位导引件是伸出的三维结构、或者容积的内表面上的具有不同程度的湿润性的区域。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第三子容积和至少所述第一子容积连通以便允许第一和第三子容积之间的物质输送，并且其中所述第三子容积包含或者能够被填充灌注液。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述灌注液在所述第三子容积内是流动的。

4.根据上述权利要求任一项所述的设备，其中所述第二子容积包含或者能够被填充由凝胶或凝胶状物质支撑的或被支撑在凝胶或凝胶状物质中的一种或多种细胞、细胞球体、组织、微生物或器官。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二子容积内的一种或多种细胞、细胞球体、组织、微生物或器官与所述第一子容积内的一种或多种细胞、细胞球体、组织、微生物或器官不同。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括在容积内界定出第四子容积的第三相位导引件。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第四子容积和至少第一子容积连通以便允许第一和第四子容积之间的物质输送，所述第四子容积包含或者能够被填充灌注液。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述灌注液在第三子容积内是流动的。

9.根据权利要求6所述的设备，其中所述第四子容积包含或者能够被填充一种流体物质，该流体物质对一种或多种细胞、细胞球体、组织微生物或器官的影响需要进行研究。

10.根据权利要求6所述的设备，其中第三和第四子容积包含或者能够被填充在至少第一子容积中产生浓度梯度的流体物质。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其中所述流体物质包括液体或液基物质。

12.根据权利要求9或10所述的设备，其中所述流体物质为液体或液基物质。

13.根据权利要求6所述的设备，其中所述第四子容积包含或者能够被填充气体。

14.根据权利要求1所述的设备，其中至少第一子容积包括一个或多个将其中的凝胶或凝胶状物质分层的相位导引件。

15.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括连接至至少第一流体导管的另一个容积，其中第一流体导管连接至第一子容积；并且所述设备包括一个或多个相位导引件，用于控制液体或液基物质输送至所述另一个容积，以便在用预定量的凝胶或凝胶状物质填充第一容积时，任何超过预定量的凝胶或凝胶状物质则进入所述另一个容积。

16.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括至少一个在容积中位于第一和第二子容积之间的轮廓相位导引件，轮廓相位导引件被布置以维持至少第一子容积中凝胶或凝胶状物质的边界的预定形状。

17.一种使用根据权利要求1所述的设备来处理细胞、细胞球体、组织、微生物或器官的方法，包括以下步骤：

a．给上述设备的第一子容积填充一定量的包含或支撑一种或多种细胞、细胞球体、组织、微生物或器官的凝胶或凝胶状物质；

b．允许或促使凝胶或凝胶状物质凝胶化；

c．给至少第二子容积填充凝胶或凝胶状物质；

d．促使或允许第一和第二子容积之间流体连通。

18.一种使用根据权利要求16所述的设备来处理细胞、细胞球体、组织、微生物或器官的方法，包括以下步骤：

a．给权利要求16所述的设备的第一子容积填充一定量的包含或支撑一种或多种细胞、细胞球体、组织、微生物或器官的凝胶或凝胶状物质；

b．给至少第二子容积填充凝胶或凝胶状物质；

c．促使或允许第一和第二子容积之间流体连通。

19.一种将根据权利要求1至16任一项所述的设备用于培养彼此接近的细胞的应用。

20.一种将根据权利要求1至16任一项所述的设备用于将生命颗粒从第一子容积输送到第二子容积中的应用。

21.一种将根据权利要求1至16任一项所述的设备用于建立从第一子容积的一侧到另一侧的浓度梯度的应用。

22.一种将根据权利要求1至16任一项所述的设备用于维持细胞活力的应用，其方式是，以连续流动方式将营养、氧气、二氧化碳及其它细胞输送至子容积的附近并且运走废物、代谢产物。

23.一种将根据权利要求1至16任一项所述的设备用于维持细胞活力的应用，其方式是，以连续流动方式将氧气、二氧化碳、生长因子和其他蛋白、信号分子、化合物及其它细胞输送至子容积的附近并且运走废物、代谢产物。

24.一种包括根据权利要求1至16任一项所述的设备的阵列，其用于划痕检测、入侵检测、迁移试验或伤口愈合实验。