CN111566198A - 平面模块化微流体系统 - Google Patents

Abstract

提供了平面模块化微流体模块、系统和制造这样的模块的方法。模块包括基层和被配置成附接到基层并位于基层上的流体层，从而将基层和所述流体层配置成形成单个基础模块；被配置成围绕其横向侧覆盖基础模块的护套，以便对基础模块提供坚固性并形成被护套覆盖的模块。护套包括被配置成在相邻模块之间实现横向连接的物理连接器，所述物理连接器定位在护套覆盖的模块的至少一个横向侧上；以及位于所述物理连接器内并被配置成在相邻模块之间实现流体流动连接的流体连接端口。所述物理连接器可以是磁性连接器。

Description

平面模块化微流体系统

技术领域

本公开内容总体上涉及实现多器官系统相互作用的平面模块化微流体模块和系统。

背景技术

基于细胞的微流体模型，也称为“器官芯片(organs-on-chips)”，由于其模拟生理组织架构或环境的能力以及使流体流动以促进试剂和药物向细胞递送的能力，而正被开发用于各种基于细胞的体外测试应用。目前的微流体细胞模型被用于执行各种类型的基于细胞的测定，包括急性毒性反应(药物的IC₅₀)、治疗的疗效或效力(药物的EC₅₀)、慢性药物反应、药物或细胞因子的组合效应以及药效学和药代动力学(PD/PK)。除了微流体细胞或组织模型外，微流体系统中还必须包括其他微流体功能单元，如泵、阀、气泡阱和梯度发生器，以维持细胞/组织的灌注培养，并递送试剂(例如，药物和缓冲液)以供执行测定。

迄今为止，用于执行基于细胞的测定的微流体系统大多作为完整的集成系统进行设计和操作，这种系统难以开发和操作。由于集成系统的设计通常是实验室或公司特有的，因此难以在不同实验室之间使基于细胞的微流体测定标准化，这限制了最终用户例如制药公司、生物学家或临床诊断实验室的实际使用。另外，由于集成系统已经包含了每种特定测试应用所需的所有微流体细胞或组织类型以及所有微流体功能单元，因此每种测试应用都需要预先设计的集成微流体系统，一旦组装完成就无法更改任何组件。此外，微流体系统应当与现有的成像系统例如高内涵筛选(HCS)系统、荧光显微镜、共聚焦显微镜等兼容，这些系统被设计成接受显微镜载片和微孔板，以便使图像采集和分析自动化。

因此，需要用于在组装微流体系统时实现模块性和多样性的系统和方法。

发明内容

本公开内容提供了包括多个平面模块化微流体模块的系统，每个模块包括基层；被配置成附接到所述基层并在所述基层上的流体层；被配置成在相邻模块之间实现横向连接的物理连接器，其中所述物理连接器定位在所述模块的至少一个侧面上；以及被配置成在相邻模块之间实现流体流动连接的流体连接端口，其中所述流体连接位于所述物理连接器内。

在一些实施方式中，所述平面模块化微流体模块还可以包括传导节点，该传导节点被配置成提供用于相邻模块之间的电连接或数据传递的集成电路。

在一些实施方式中，所述基层可以包括电路或电子组件。

在一些实施方式中，所述流体层可以包括用于相邻模块之间的流体流动的流体通道。

在一些实施方式中，所述平面模块化微流体模块还可以包括被配置成与所述流体层结合的顶层，以使所述模块的大小符合标准大小。

在一些实施方式中，所述平面模块化微流体模块还可以包括位于所述模块的一个侧面上的塞子，所述塞子被配置成防止流动通过。

在一些实施方式中，所述模块可以包括位于所述模块的至少一个侧面上并以对角线方式布置的不止一个物理连接器，以使成像系统能够对所述不止一个物理连接器的每个流体连接端口成像。

在一些实施方式中，所述模块可以包括在至少一个物理连接器内以对角线方式布置的不止一个流体连接端口，以使成像系统能够对所述流体通道成像。在一些实施方式中，所述物理连接器可以是磁性连接器。在一些实施方式中，所述流体层可以由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、透明3D打印树脂、玻璃或其任何组合制成。在一些实施方式中，所述基层可能由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、透明3D打印树脂、玻璃或其任何组合外加钕或任何其他强磁性材料制成。

在一些实施方式中，所述模块可以被配置成由荧光显微镜、共聚焦显微镜或高内涵筛选(HCS)成像系统来成像。在一些实施方式中，所述模块可以被配置成与任何类型的流体连接器连接。

在一些实施方式中，所述流体连接器可以选自：被配置成使流体能够流过四个出口的四通连接器、被配置成使流体能够流过三个出口的三通连接器、被配置成使流体能够流过两个相互垂直定位的出口的二通“L”形连接器、以及被配置成使流体能够流过沿一条线定位的两个出口的二通直型连接器。

根据一些实施方式，本公开内容提供了包括多个平面模块化微流体模块的系统，每个模块包括基层和流体层，其中流体层可以被配置成附接到所述基层并在所述基层上，使得所述基层和所述流体层可以被配置成创建单个基础模块。所述模块还可以包括被配置成围绕所述单个基础模块的横向侧覆盖所述单个基础模块的护套，以便向所述单个基础模块提供坚固性并创建护套覆盖的模块，其中所述护套可以包括被配置成在相邻模块之间实现横向连接的物理连接器，所述物理连接器定位在所述护套覆盖的模块的至少一个横向侧上；以及被配置成在相邻模块之间实现流体流动连接的流体连接端口，其中所述流体连接可以位于所述护套的所述物理连接器内。

在一些实施方式中，所述物理连接器可以是磁性连接器。

在一些实施方式中，所述护套可以包括定位在所述护套与所述物理连接器之间的隔板，所述隔板可以被配置成维持相邻模块之间的防泄漏连接。在一些实施方式中，所述护套可以包括被配置成在相邻模块之间实现流体连接的针适配器。

在一些实施方式中，所述护套可以包括被配置成容纳所述模块外加定位在所述基础模块与所述护套之间的凝固的液体PDMS的单个护套件。在一些实施方式中，所述护套可以包括围绕所述基础模块相互连接的多个护套件。在一些实施方式中，所述多个护套件通过位于所述多个护套件的每一个内的内部磁性连接器相互连接。

在一些实施方式中，所述护套还可以包括被配置成在相邻模块之间提供电连接的电路。在一些实施方式中，所述模块可以能够执行生物或工程功能。在一些实施方式中，多个模块可以相互连接，且所述多个模块的顺序和类型可以是可互换的。在一些实施方式中，所述模块可以被配置成由荧光显微镜、共聚焦显微镜或高内涵筛选(HCS)成像系统来成像。

在一些实施方式中，所述护套覆盖的模块可以包括位于所述护套覆盖的模块的至少一个侧面上并以对角线取向布置的至少两个物理连接器。在一些实施方式中，所述护套覆盖的模块可以包括在所述至少两个物理连接器内以对角线方式布置的至少两个流体连接端口，以使成像系统能够对由所述流体连接端口创建的流体通道成像。

根据一些实施方式，本公开内容提供了在平面模块化微流体模块内的至少一个微流体连接器，包括被配置成在相邻的平面微流体模块之间实现横向连接的至少一个物理连接器，所述物理连接器定位在所述平面模块化微流体模块的至少一个侧面上；以及被配置成在相邻的平面微流体模块之间实现流体流动连接的至少一个流体连接端口，其中所述至少一个流体连接端口位于所述至少一个物理连接器内。

在一些实施方式中，所述微流体连接器还包括用于传导电荷或数据的至少一个传导节点。

本公开内容提供了用于制造平面模块化微流体模块的方法，所述方法可以包括提供含有基层和流体层的微流体基础模块；提供护套，其中所述护套可以包括磁性连接器、流体连接端口和电路；以及将所述护套配合在所述微流体基础模块周围，以便向所述微流体基础模块提供模块性、保护和坚固性，从而创建护套覆盖的模块。

附图说明

所公开的主题的一些非限制性示例性实施方式或特征在以下附图中示出。

在这些附图中：

图1A至图1C分别是根据本公开内容的实施方式的单个模块化微流体模块的透视图、侧视图和俯视图的示意图；

图1D至图1E是根据本公开内容的实施方式的单个微流体模块的不同层和流体通道的示意图；

图1F至图1H是根据本公开内容的实施方式的磁性连接器及其与微流体模块的附接的示意图；

图2A至图2D是根据本公开内容的实施方式的不同类型的单个模块化微流体模块的前视图/后视图、侧视图、仰视图和俯视图的示意图；

图3A至图3D是根据本公开内容的实施方式的不同连接器的透视图、正视图、俯视图和侧视图的示意图；

图4A至图4B是根据本公开内容的实施方式的包含不同微流体连接器单元的两个模块化微流体系统的示意图；

图5A至图5B是根据本公开内容的实施方式连接在一起以修改从一个单元到下一个单元的流动从而以自动化无线方式创建单向灌注流的多个模块化微流体功能模块的示意图；

图6示意性地示出了根据本公开内容的实施方式的不同模块化多功能微流体模块及其作为不同模块化微流体系统的一部分的可能的实施；

图7A至图7C分别是根据本公开内容的实施方式，当连接到单个模块化微流体模块时卡扣在一起的护套件，与磁化的微流体模块卡扣在一起的护套件，以及位于单个护套件内部的微流体模块的示意图；

图8A至图8C示意性地示出了根据本公开内容的实施方式的模块化微流体模块与护套之间的连接；

图9A至图9G是根据本公开内容的实施方式的由不同数目的件组成的护套的示意图；

图10A至图10C分别是根据本公开内容的实施方式的现有技术的肺芯片(lung-on-a-chip)装置、实际的肺芯片装置和等效于肺芯片装置的平面模块化微流体系统的分解图的示意图；以及

图11是示出了根据本公开内容的实施方式用于制造微流体模块的方法的示意性流程图。

现详细地具体参考附图，需要强调的是，所示出的细节是作为示例并且出于对本公开内容的实施方式进行说明性讨论的目的。在这方面，结合附图的描述使可以如何实践本公开内容的实施方式对于本领域技术人员而言容易理解。

出现在一个或多个附图中的相同或重复或等价或相似的结构、元件或零件通常用相同的参考数字标记，可选地具有附加字母以区分相似的实体或实体的变体，并且可以不进行重复标记和/或描述。暗含对前面提到的元素的引用，而不必在它们出现时进一步引用附图或描述。

图中所示的组件和特征的尺寸为了介绍的方便性或清晰性而选择，而不一定是按比例或真实的视角来显示。为了方便性或清晰性起见，一些元素或结构未示出或仅部分地示出，以及/或者以不同的视角或从不同的观察点示出。

具体实施方式

为了克服目前常用的集成微流体系统的局限性，本公开内容提供了模块化微流体模块和系统。这些新颖的平面模块化微流体系统通过各种标准化微流体模块的组装，允许微流体系统的简单灵活的配置，这些模块执行可以适用于基于细胞的测定的特定功能操作，例如，2D/3D细胞培养、流体输送(例如，经由流动连接器)、泵送(例如，经由静液压泵、蠕动泵或真空驱动泵)、流动控制(例如，经由阀门)、浓度发生器、组合混合器和气泡阱。本公开内容的每个微流体模块可以包括至少一个能够与任何其他类型的模块形成可逆密封的通用流体连接器，从而允许在任何数目的不同模块之间以几乎任何取向建立连接，同时使不同模块的污染风险最小化。

平面模块化微流体模块的一个实施方式可以包括基础微流体模块，其具有在相邻模块之间实现横向连接的物理连接器，以及在相邻模块之间实现流体连接的流体连接端口。平面模块化微流体模块的另一个实施方式可以包括容纳在护套内的基础微流体模块，该护套向基础模块提供坚固性，其中护套包括在相邻模块之间实现横向连接的物理连接器，以及在相邻的护套覆盖的模块之间实现流体连接的流体连接端口。这两种类型的微流体模块都可以通过典型地连接到相同类型的模块以及在在典型地连接到相同类型的模块时提供连接性。当多个模块相互连接时，可以创建模块化微流体系统，其可以模拟人体的单个器官的功能或模拟人体的几个器官的功能，以及一个“器官”的功能对其他“器官”的影响。

成功实施模块化器官芯片系统的重要要求是，其必须适合进行高分辨率成像，以观察和询问在装置中生长或存在的细胞的表型和功能。理想地，微流体系统应当与现有的成像系统例如高内涵筛选(HCS)系统、荧光显微镜、共聚焦显微镜等兼容，这些系统被配置用于显微镜载片和微孔板，以便使图像采集和分析自动化。这要求微流体系统的一个侧面(例如，将在HCS系统内成像的侧面)的厚度应当在130μm至170μm之间，以便落在高倍物镜的工作距离之内。微流体系统的整体高度也不应超过标准微孔板的高度(即，约15mm)。但是，以防用其他显微镜对微流体系统成像，系统的模块高度应当在大约3mm至10mm之间。这种由成像约束引起的宽度约束还意味着每个模块化微流体模块(具有物理连接器和流体连接端口的基础模块，或者护套覆盖的模块，护套覆盖的模块也包括用于相邻模块之间的连通的物理连接器和流体连接端口)都包括横向连接，而不是向上取向的连接。因此，模块化微流体模块实际上是平面模块化微流体模块。

关于本公开内容，平面微流体模块的模块性是指允许微流体系统的简单灵活的配置来对给定类型的组织芯片进行不同的基于细胞的测定。例如，肿瘤芯片可以在以下几种不同的配置中实施：(a)可以测量剂量反应以获得癌症药物的EC₅₀的微流体系统需要肿瘤芯片和浓度梯度发生器；(b)可以确定针对给定患者的肿瘤的三种标准护理抗癌药物的最优组合的微流体系统需要肿瘤芯片和组合混合器；(c)可以确定抗癌药物对其他组织，例如肝脏或骨髓的副作用的微流体系统需要肿瘤芯片、肝脏或骨髓芯片、蠕动泵和连接器。

每个平面模块化微流体模块都可以独立于其他模块进行设计、制造、优化和操作，与集成的微流体系统相比，这缩短了开发用于进行特定的基于细胞的测定的整个微流体系统的时间。模块化微流体模块的制造成本也更低，因为每个模块都单独制造，而且只有在需要完整的微流体系统进行基于细胞的测定时，多个模块才相互连接。也就是说，微流体模块的模块性是指从各种不同的模块进行选择的能力，以及组装任何类型和数目的模块的能力，以便组装适于广泛的临床和研究应用的完整微流体系统。

关于本公开内容，词语“模块”和“砖”可以是可互换的，并且可以指相同的基础单元，当不同类型的模块或砖相互连接时，整个基于细胞的测定微流体系统被组装。这是由于每个模块都可以被视为“构建”整个微流体系统的各种砖中的一个构建砖的事实。

现参考图1A至图1C，它们分别是根据本公开内容的实施方式的单个模块化微流体模块100的透视图、侧视图和俯视图的示意图。根据一些实施方式，任何模块化微流体细胞或模块，例如微流体模块100，可以由流体层104和基层或盖层106组成。在一些实施方式中，模块化微流体模块可进一步包括顶层102，并可包括用于停止流体流动的一种或多种手段。例如，模块100可以包括可穿透的隔板或者塞子或阻塞器，以防止流体流动通过塞子所处的模块100的端部。例如，塞子108、塞子110可以位于微流体模块的相对侧上，以便防止流体从微流体模块的一端流向另一端，通常是模块的相反端。在其他实施方式中，当要阻止流体流动时，塞子可位于微流体模块的其他侧上。在其他实施方式中，塞子可定位在微流体模块的任一侧上。在其他实施方式中，当不应停止流体流动时，将不使用塞子作为微流体模块的一部分。

根据一些实施方式，顶层102可以被配置成实现接近端口(例如，细胞接种)或可用于大小调整目的。也就是说，为了制造可适合HCS成像系统的标准化微流体模块，可以调整顶层102的大小和/或基层106的大小，以便使任何微流体模块的大小与一定的标准化大小相匹配。例如，标准化高度可以在3mm至10mm之间。因此，取决于模块的复杂性，例如，如果模块包括多个流体层，则可能必须调整顶层102和/或基层106的厚度，以符合所有平面模块化微流体模块所要求的标准化高度。

在一些实施方式中，流体层104可以包括流体通道(图示为流体通道120)，并且基层或盖层106可被配置成从组装的模块的一个侧面，例如从底侧来密封流体层。在一些实施方式中，基层106可以包括电路或任何电子组件。

在一些实施方式中，塞子，例如塞子108和塞子110可包括在相邻模块之间实现连接的手段。例如，塞子可以包括磁性元件，例如磁铁，使得各自具有包含磁性元件的塞子的相邻模块可以相互磁性连接。在其他实施方式中，包括流体层104和基层106的基础微流体模块100可以包括位于基础模块100的至少一个横向侧的至少一个物理连接器，例如磁性连接器，以便在相邻模块之间实现横向连接。在一些实施方式中，模块100的每个或不止一个侧面可以包括至少一个连接器，以便使附加模块能够连接到模块100的几乎任一侧。这实现了关于创建模块化微流体系统的多个模块的顺序和类型的模块性。在创建模块化微流体系统时，模块的顺序和类型可以是可互换的。

在一些实施方式中，顶层102和流体层104可以由相同材料制成，例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、透明3D打印树脂、玻璃或其任何组合。在一些实施方式中，基层106可由与制成顶层102相同的材料外加钕或任何其他强磁体以及导电接线和回路(电阻器、电容器、微控制器、传感器等)制成。在一些实施方式中，塞子，例如塞子108和塞子110，可由与顶层102相同的材料外加钕或任何其他强磁体制成。

根据一些实施方式，微流体模块的长度可以在10mm至80mm之间，而优选的长度可以在40mm至60mm之间。根据一些实施方式，微流体模块的宽度可以在10mm至50mm之间，而优选的长度可以在20mm至40mm之间。根据一些实施方式，微流体模块的高度可以在2mm至18mm之间，而优选的长度可以在9mm至12mm之间。

现参考图1D至图1E，它们是根据本公开内容的实施方式的单个微流体模块的不同层和流体通道的示意图。根据一些实施方式，单个微流体模块可以通过在预先存在的模具上以例如10:1的弹性体和固化剂的重量比铸造聚二甲基硅氧烷(PDMS)来产生。然后，PDMS可在70℃下固化4小时。对于蠕动泵类型的模块，芯片上的泵模块可以通过在气动基板120、流体基板122和玻璃基板124之间共同的不可逆结合来制造，以形成完整的流体通道130。气动层120和流体层122各自可以由聚二甲基硅氧烷(PDMS)层组成，通过将聚合物基材和固化剂(例如，Sylgard 184，Dow Corning)以10:1的重量比充分混合来制备。之后，PDMS预聚物混合物可以在干燥器中脱气，直到去除所有气泡。脱气后，PDMS预聚物混合物可以被倒入气动模具和流体模具，并可以被放入干燥器中进行另一轮脱气。随后，PDMS预聚物可以在70℃的烤箱中热固化4小时。可以位于模块的顶端的气动层120可以被等离子体结合到流体层122，流体层122可以位于气动层120之下。在一些实施方式中，可以分别穿过气动层120和流体层122穿孔，以便允许外部真空接入的连接，并创建流体通道的入口和出口以供流体接入(图1E)。然后，等离子体结合层可以通过外部管道连接到真空源，以确保致动阀132在等离子体结合到玻璃基板124或薄的PDMS膜(未示出)时处于打开状态，形成流体通道(图1D)。

在一些实施方式中，关于微流体细胞培养模块、梯度发生器模块和连接器模块，PDMS模块可以用类似的方式制造，并且可以小心地从其各自的模具中取出，并且可以与薄的PDMS膜一起使用等离子体发生器用氧气进行等离子体处理，然后可以被结合到玻璃基板或薄的PDMS膜上。

现参考图1F至图1H，它们是根据本公开内容的实施方式的磁性连接器及其与微流体模块的附接的示意图。根据一些实施方式，用于连接相邻模块的磁性连接器140可以由镀镍的钕环形磁体(N42 6.35mm OD X 3.175mm ID X 1.5875mm厚，K&J Magnetics，USA)组成，其可以嵌入在PDMS 142和144这两个层之间(图1E)。PDMS预聚混合物142可以被脱气以去除气泡，并且可以将一茶匙红色PDMS预聚物倒入形成磁性PDMS模块形状的方形容器中。随后，PDMS预聚物混合物可以在70℃的烤箱中热固化至少4小时。然后，环形磁体可以被放置在固化的PDMS层142上，并可以被透明的PDMS预聚物层144覆盖，预聚物层144可以允许在室温下固化至少两天。磁性连接器146的总厚度可以是约5mm。

这样的磁性连接器可以结合到蠕动泵模块的入口和出口(图1H)，然后穿过模块的各侧面上的两层穿孔148，以确保入口和出口一致的通道(图1I)。气动层120和流体层122不是结合到玻璃载片，例如玻璃基板124(图1D)，而是可以结合到薄的PDMS层150(图1H)，以允许穿过其打孔以创建入口和出口。最后，可以在气动层的顶部结合薄的PDMS层，例如层120，以密封气动层120中的任何孔，从而形成完整的流体通道。在磁性连接器与平面模块化微流体蠕动泵模块的整个组装过程中，真空源应保持活动状态，以确保阀垫不会永久地结合至薄PDMS。

现参考图2A至图2D，它们是根据本公开内容的实施方式的不同类型的单个模块化微流体模块的前视图/后视图、侧视图、仰视图和俯视图的示意图。在一些实施方式中，每个微流体模块例如模块200可以包括被配置成在一个模块与另一个模块之间连接的物理连接器，例如磁性连接器202，被配置成在两个相邻连接模块之间实现流体连接的流体连接端口204，以及用于被配置成根据正常操作的需要向模块提供电力或能量的集成电路的传导节点206。如图2A中的实例所示，模块200包括在模块200的后侧或前侧的一个磁性连接器202。在一些实施方式中，磁性连接器202可以包括单个流体连接端口204。在一些实施方式中，磁性端口202不需要包括流体连接端口。在一些实施方式中，磁性端口可以位于模块的后侧、前侧或横向侧。例如，图2A示出了模块200的一个横向侧，其包括不止一个磁性端口，例如磁性端口208、磁性端口209和磁性端口210。每个磁性端口可以有不同数目的流体连接端口。例如，磁性端口208可以不包含流体连接端口，磁性端口209可以包含一个流体连接端口，而磁性端口210可以不包含流体连接端口。

在一些实施方式中，模块200的底侧可以包括传导节点和集成电路的布局，而模块200的顶侧可以包括流体通道。如图所示，模块200包括在模块200的后侧和前侧之间的一个流体通道，以及在模块200的两个相对的横向侧之间的另一个流体通道。

如图2B中所示，另一个模块例如模块220可以包括在模块200的后侧或前侧上的磁性端口222，磁性端口222可以包括不止一个流体连接端口。例如，模块200的后侧或前侧可能包括两个流体连接端口，例如，单个磁性端口222内的流体连接端口224、225，该流体连接端口被配置成实现沿着两个不同的流体通道在模块200的前侧和后侧之间通过的流体通道。在一些实施方式中，每个流体连接端口224、225可以使不同类型的流体能够穿过每个这些端口，从而提供了创建更复杂的微流体系统来执行不同的基于细胞的测定的可能性。在一些实施方式中，单个磁性连接器内的多个端口可以水平取向(如图2B中所示)或可以垂直取向，以适应多种流体层。模块200还可以在其后侧或前侧上包括用于传导电荷或数据的传导节点226(如图2C中所示)。模块200可以在其横向侧上包括不止一个的磁性连接器，例如，磁性端口228、磁性端口229和磁性端口230。磁性端口228、磁性端口229和磁性端口230各自可以包括不同数目的流体连接端口。例如，磁性端口228可以不包含流体连接端口，磁性端口229可以包含两个流体连接端口，而磁性端口230可以不包含流体连接端口。类似地，对于模块200，模块220的底侧可以包括传导节点和集成电路的布局，而模块220的顶侧可以包括流体通道。如上所述，模块220包括模块200的前侧和后侧之间的两个流体通道，并且还可以包括模块220的两个相对的横向侧之间的两个流体通道。使用不止一个流体通道实现通过单个物理连接器，例如磁性连接器来提供在同一系统中运行的两种或更多种不同的流体。这使得能够使用数目减少的微流体模块来设计更复杂的微流体系统。

在图2C中所示的实例中，微流体模块例如模块240可以包括模块240的前侧或后侧上的不止一个磁性端口。在一些实施方式中，根据所需的流体层的数目，多个磁性连接器(各自在内部可以没有、有单个或不止一个流体端口)可以对角(如图2C中所示)、垂直或水平取向。

在图2D中所示的实例中，可以在模块的每侧上实施多个磁性连接器，每个磁性连接器内具有不同数目的流体端口。根据所需的流体层的数目和复杂度，磁性连接器可以对角(如图2D中所示)、垂直或水平取向。根据图2D，在模块260的后侧或前侧上存在三个磁性端口。三个磁性端口中的每一个包含不同数目的流体端口。根据图2D，模块260的横向侧还可以包括多个磁性端口，每个磁性端口包含不同数目的流体端口，这些流体端口可以水平取向(如图2D中所示)或可以垂直取向，以适应多种流体层。于是，流体通道被图示在模块260的顶侧。端口的水平和对角线取向可以使观察者能够使用现有的成像设备使流体通道的可视性最大化。因此，流体端口的取向优选使得它们从垂直的角度看不重叠，尽管考虑到在一些可选实施方式中，端口的垂直重叠在一些情况下可能有用。根据一些实施方式，附加的传感器和电子元件可根据需要或要求被放置在模块的任一侧。例如，如图2A至图2D中所示，电子元件连同电路可以被放置在每个模块200、220、240和260的底侧。

现参考图3A至图3D，它们分别是根据本公开内容的实施方式的不同连接器的透视图、前视图、俯视图和侧视图的示意图。根据一些实施方式，平面模块化微流体系统可以包括各种类型的连接器，这些连接器可以实现在相邻的平面微流体模块之间的简单流体连接。这样的连接器还可以指示作为模块化微流体系统的一部分而组装的模块之间的流体流动方向。也就是说，当与其他微流体功能模块组合时，连接器模块或砖可用于制造流体回路。

例如，图3A示意性地示出了四通连接器300。这样的四通连接器可以使流体能够通过连接器的四个侧面的每一个，因此，这样的四通连接器可以例如在需要流体流向四个不同方向的微流体系统中的“相交处”实施。也就是说，四通连接器300可以被配置成使流体能够经流体通道314流动通过四个出口。连接器300可以在其每一侧包括磁性端口。例如，磁性端口302可以定位在连接器300的正侧上。磁性端口302可以包括至少一个流体端口，例如流体端口304，但可以在磁性端口302内实施任何其他数目的流体端口。连接器300可以包括附加的磁性端口，例如磁性端口306、磁性端口310、磁性端口312，其中这些磁性端口的每一个可以包括至少一个流体端口。例如，连接器300的一个侧面可以包括磁性端口306，磁性端口306可以包括流体端口308。

在图3B所示的实例中，提供了三通“T”形连接器320。三通或“T”形连接器320可以定位在微流体系统的“T”形互连中。三通连接器320可被配置成使流体能够流过三个出口。三通或“T”形连接器320可以在其四个侧面的每一个上都包括磁性端口(例如，322、326、330、332)，然而，与连接器300不同，连接器320的其中一个磁性端口除了磁性端口332外还包括阻塞器334。阻塞器334可用于使流体在此处无法流过，从而创建三通连接器320。在磁性端口332上外加阻塞器334防止了流体流过磁性端口332的流体端口，因为阻塞器334不包含流体端口。

在一些实施方式中，塞子或阻塞器如塞子334可以不包含流体端口，但是，其可以包含磁性元件，以便在相邻模块之间提供磁性连接，这对于除了流体连接之外的其他目的可能是必需的。塞子的磁性元件的形状可以是带有孔的圆盘(例如，圆环)，类似于包含流体端口的磁性端口的形状，或者其可以是没有孔的圆盘形、正方形、矩形等。在实施圆盘形的情况下，圆形磁性元件的直径可以是大约5mm。

在图3C中所示的实例中，提供了二通“L”形连接器340。二通连接器340可被配置成使流体能够流过两个垂直的出口。二通“L”形连接器340通过在连接器340的两个相邻侧面添加阻塞器来制造，以阻挡流体在这两个相邻侧面中的流动。例如，连接器340可以包括四个侧面，其各自包括磁性端口(例如，342、350)，并且每个磁性端口可以包括至少一个流体端口(例如，344、358)。但是，连接器340的两个侧面可包括阻塞器或塞子；磁性端口350可伴有阻塞器或塞子352，且磁性端口354可伴有阻塞器356。阻塞器352和阻塞器356可以确保没有流体通过该处。

图3D示出了二通直型连接器360，其可以包括位于连接器360的两个相对侧面的两个塞子或阻塞器，以便使流体能够沿着直线流动。二通连接器360可被配置成使流体能够流过沿同一条线定位的两个出口。因此，连接器360可以包括四个磁性端口(例如，362、374)，其各自位于连接器360的不同侧面。此外，连接器360的两个相对侧面可以包括磁性端口，例如磁性端口370和磁性端口362，它们可以分别具有附接的塞子372或阻塞器364。阻塞器364可能会使流体无法流动通过该处，且塞子372可能防止流体流动通过该处，然而，磁性端口374的流体端口376和磁性端口362的流体端口366可以允许流体通过该处。

根据一些实施方式，各种连接器可由相同的基础连接器模块组成，该模块可与塞子/阻塞器件进行组合，塞子/阻塞器可用于根据塞子/阻塞器的数目和位置创建四种不同类型的连接器。在一些实施方式中，四种类型的连接器中的每一种的磁性互连器或端口可以包括不止一个流体端口。

现参考图4A至图4B，它们是根据本公开内容的示例性实施方式的包含不同的微流体连接器单元和微流体模块的两个模块化微流体系统的示意图。如图4A和图4B所示，模块化微流体系统400和模块化微流体系统440可以包括相似的微流体功能单元以实现循环流动。例如，系统400和系统440可以包括3D组织培养单元402(可能包含肝细胞)、蠕动泵单元404、蠕动泵单元406、2D组织培养单元408(可以包含肿瘤细胞)；介质贮存单元410，其可包含待循环的细胞培养介质；以及介质贮存单元412，其可包含待循环的细胞培养介质。在一些实施方式中，蠕动泵单元如蠕动泵单元406被认为是“工程”砖，因为其功能是将介质泵送通过流体回路的驱动力。介质贮存单元和二通连接器单元也被认为是用于控制流动的工程砖。2D组织培养单元被认为是“生物”砖，且含有在回路内使用的组织类型中的一种(例如，肿瘤细胞)。这些肿瘤细胞可以代表在人体内生长的活肿瘤，由营养物质在流体回路中的灌注流动来维持。

根据一些实施方式，模块化微流体系统使得有可能通过改变沿着系统400和系统440的连接器类型的能力来修改从一个模块到下一个模块的流动，并因此实现每个系统的功能的模块性，特别是在流体流动方向上的模块性，从而指示哪些单元参与回路。

例如，系统400在系统400的四个角处包括二通“L”形连接器420。此外，系统400在蠕动泵单元404和蠕动泵单元406之间包括二通“L”形连接器430，并且在介质贮存单元410和介质贮存单元412之间包括二通“L”形连接器430。实际上，使用位于上述位置的二通“L”形连接器430使流体无法沿系统400的主方形结构通过，而仅使流体能够沿“环1”流动，“环1”由两个二通“L”形连接器430、蠕动泵单元406、2D组织培养单元408、介质贮存单元410、介质贮存单元432和两个“L”形连接器420来创建。在这样的情况下，系统400的一些微流体单元处于准备状态，因为流体被防止从那里通过。例如，流体不到达蠕动单元404、3D组织培养单元402或介质贮存单元412。流体流过“环1”的该实例包含循环的细胞培养介质，而2D细胞培养单元408中的肿瘤细胞实际上远离任何其他组织类型单独生长(例如，与3D组织培养402中的肝细胞单独生长)。当癌症药物被引入环1时，肿瘤细胞表现出的任何反应在生理学上都是无关紧要的，因为药物在能够与肿瘤细胞发生反应之前通常首先在人体中由肝脏代谢。

相反，系统440包括位于蠕动泵404和蠕动泵406之间的二通直型连接器422，以及位于介质贮存单元410和介质贮存单元412之间的另一个二通直型连接器422。因此，流体流动能够沿着系统440的主方形结构，即，流体流动能够通过“环2”。“环2”由定位在四角的二通“L”形连接器430、蠕动泵单元404、蠕动泵单元406、2D组织培养单元408、介质贮存单元410、介质贮存单元412和两个直型二通连接器422来创建。系统440的这样的操作使流体不能仅流过介质贮存单元432。流体流过“环2”的该实例含有在以下两种不同组织类型之间的循环介质：2D组织培养单元408中的肿瘤细胞和3D组织培养单元402中含有的肝细胞。“环2”简单地通过在回路流动的中间将两个二通“L”形连接器420切换成两个二通直型连接器422来实现。在系统440中，肝细胞(位于3D组织培养单元402中)可以处理被泵送通过回路的任何化合物或药物，并且可以释放可能依次流向流体回路中的肿瘤细胞(位于2D组织培养单元408中)的不同的化合物/代谢物。此时，肿瘤细胞随时间表现出的对经代谢的药物的反应更加与生理学相关，也更接近于模拟人体内对药物的体内反应。

应当注意，微流体功能单元和微流体连接器单元均通过横向连接而被连接，因此创建了平面模块化微流体系统，其可以简单方便地使用HCS系统进行成像。系统400和系统440的这些实例说明了按照本公开内容的示例性实施方式，使用不同的微流体功能单元和微流体连接器单元来组装多种类型的平面模块化微流体系统的多种可能性。

现参考图5A至图5B，它们是根据本公开内容的实施方式的连接在一起以修改从一个单元到下一个单元的流动从而以自动化无线方式创建单向灌注流的多个模块化微流体功能模块，的示意图。图5A至图5B示出了微流体系统500的实例，包括连接在一起以修改从一个模块到另一相邻模块的流动的多个模块砖。

在一些实施方式中，系统500可包括六个独特的模块，这些模块连接以实现单向真空驱动的灌注流。系统500可包括两个生物型砖，例如可含有肝细胞的3D组织培养单元504以及可含有肿瘤细胞的2D组织培养单元506，以及四个工程型砖，例如介质贮存单元502、阀单元508、电池单元510和真空单元512。真空单元512可包括具有低压的室，介质贮存单元502可包括处于(或略高于)大气压的液体细胞培养介质，阀单元508可充当控制流量的门，并且电池单元510可以向阀单元508中的微型阀和电路提供电力。系统500的该流体回路内的流动可以由真空单元512与介质贮存单元502之间的压力差所驱动，因为流体流动自然地从高(更高)压力区域向低(更低)压力区域移动。

不同的砖或模块可沿直线相互连接，且流动从介质贮存单元502向真空单元512移动。使用阀单元508和真空驱动流动的优点是不需要外部的接线或管道。阀单元508可以包括板上微控制器和微型阀，其可以通过经主控制器发送的命令被无线控制。图5B示出了图5A的被连接的微流体砖的示例性流程图。成像区域显示在虚线框内。也就是说，被成像的系统500的区域包括生物型砖，例如，3D组织培养单元504和2D组织培养单元506。由于系统500是平面模块化微流体系统，以及模块之间的连接是横向连接(而非向上取向)的事实，因此可以实现通过HCS系统的成像。

现参考图6，其示意性地示出了根据本公开内容的实施方式的不同的模块化多功能微流体模块及其作为不同的模块化微流体系统的一部分的可能的实施。如图6中所示，根据本公开内容的平面模块化微流体系统可以包括各种微流体功能模块。例如，可能有几个生物型模块，例如组织培养模块，如3D组织培养模块602、2D组织培养模块604和多重2D/3D组织培养模块606。另一种类型的模块可能是工程型，例如，梯度发生器模块608、介质贮存模块610、真空单元612、阀单元614、电池组单元616和蠕动泵单元618。如本文以上关于图3A至图3D所述，模块化微流体系统还可以包括四种类型的连接器单元，例如，四通连接器单元620、三通连接器单元622、二通“L”形连接器单元624和二通直型连接器626。此外，还可以根据需要实施塞子或阻塞器628，以控制流体流动或缺乏流动。

这些微流体模块、连接器和塞子中的每一个都可以被实施成平面模块化微流体系统的一部分，同时在各个模块之间应用横向连接。例如，模块602(3D组织培养)、604(2D组织培养)、610(介质贮存)、612(真空)、614(阀)和616(电池组)可以是用于药物生物激活研究的平面模块化微流体系统650的一部分，类似于图5A至图5B中所示的系统500。另一个实例可以实施模块610(介质贮存)、608(梯度发生器)、606(多重2D/3D组织培养)、614(阀)、612(真空)和616(电池组)，以组装用于多重药物筛选的平面模块化微流体系统600。又一个实例可以结合模块602(3D组织培养)、604(2D组织培养)、610(介质贮存)、618(蠕动泵)以及几个连接器诸如624和626，以及塞子628，从而组装系统640，其可以类似于系统400和系统440，如图4A至图4B中所示。

现参考图7A至图7C，它们分别是根据本公开内容的实施方式，当连接到单个模块化微流体模块时卡扣在一起的护套件，与磁化的微流体模块卡扣在一起的护套件，以及位于单个护套件内部的微流体模块的示意图。根据一些实施方式，当平面模块化微流体系统包含大量相互连接的模块时，通过磁性端口在模块或砖之间的磁性连接不够稳定并需要额外的坚固性。因此，每个微流体模块可以包括附加元件，该附加元件可以覆盖微流体模块的至少四个侧面，并且可以增强系统的强度，以维持系统的所有模块之间的连接。该附加的加强元件可能是类似护套的元件。护套可以增强无菌性，确保所有模块都连接到相同平面，实现与后续模块容易的可逆连接，并且可以增强通常由PDMS制成的模块的保护和稳健性。

根据本公开内容，通过三种配置将护套连接到微流体模块。图7A中所示的护套与微流体模块之间的连接配置包括护套的多个独立件704，它们可以围绕砖或模块702(砖由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成)相互物理连接，从而支承砖并围绕砖形成壳体。在一些实施方式中，护套件可以通过卡扣相互连接。一旦护套件704连接在一起，组装的护套714就可以将砖702紧密地保持到位。在一些实施方式中，外磁体706和隔板708可以位于护套内以容纳磁性连接，其类似于是不包含护套的任何模块的一部分的磁性连接。模块与护套形成加强模块710。

图7B中所示的护套与微流体模块之间的连接的配置包括位于模具704中的PDMS砖702，并且含有铁颗粒的液体PDMS可被浇在砖周围形成边界。PDMS在将模具704与护套件724连接之前位于模具704中。PDMS可被固化(即，凝固)，然后单个护套件724可以与磁化的砖磁性地卡扣在一起。护套件可能含有内磁体，从而允许它们与也包含内磁体的其他护套件卡扣在一起。一旦护套件724围绕PDMS砖702连接，就创建了组装的加强模块730。

根据一些实施方式，护套件可以是模块化的，因此可以以不同方式相互连接，以便容纳各种尺寸的微流体砖。护套件还可以容易地与微流体模块连接和断开。

图7C中所示的护套与微流体模块之间的连接配置包括单个完整的护套740，并且砖754可以放置在护套740内。护套740可以具有附接在其上的外磁体742和隔板744，以便形成完整的护套750。随后，将足够的未固化的液体PDMS 752浇在砖754上，使得带有未固化PDMS的砖的总体积与完整护套750内的体积相匹配。液体PDMS 752可以被固化，即凝固，且砖754可以在护套750的基本上中心处被牢固地固定到位。因此，护套750可以使用物理、磁性和/或化学手段连接并附接到砖754。一旦在添加液体PDMS 752后将砖754固定在护套750内，就创建了组装的加强模块760。

根据一些实施方式，与由多个小件组成的护套相比，单件护套结构可能更坚固。可以通过添加更多的PDMS并创建装置与护套的永久结合来将单件护套连接到砖(在PDMS微流体砖的情况下)，以获得更坚固的连接。

根据一些实施方式，无论是包括单个完整件还是包括需要卡扣在一起以形成围绕微流体模块的壳体的多个件，护套都可由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、3D印刷树脂(专有)、热塑性塑料如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或聚乳酸(PLA)以及/或者玻璃或者其任何制成。护套可包括在其中包含的电路，该电路可以包括导电接线和常见的电气组件(例如，电阻器、电容器、微控制器、传感器等)。电路可以用来在整个系统中以及从一个微流体模块到另一个微流体模块传递电力和信息。

根据一些实施方式，外磁体可以由钕或任何其他强磁性材料制成。外磁体的大小和形状可以是任何种类。

根据一些实施方式，可附接到护套的隔板可用于维持相邻模块之间的防泄漏连接，并可以有助于在由多个相互连接的模块组成的流体回路内维持无菌性。隔板的大小和形状可以是扁平的，或是不同厚度的圆柱形。根据一些实施方式，隔板可以由氯丁基橡胶、乙烯四氟乙烯(ETFE)、天然橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)/丁二烯、硅酮或其任何组合制成。

根据一些实施方式，使用带有磁性连接的独特平面内PDMS装置以及护套系统允许现有的PDMS装置和设计被改型，使得不需要改变基础设计。这是实现模块化系统的一部分，该模块化系统使得易于根据需要的检查来选择适当的微流体模块，同时实现任何模块的改变以改变所需的系统操作。

根据一些实施方式，护套可以由坚固且强健的材料制成，该材料可以比最常用于创建微流体装置的材料(即PDMS)更抗弯曲、变形和压碎。因此，微流体模块和护套一起导致更坚固且更稳健的模块。

在一些实施方式中，护套可以被设计成统一的大小。大多数目前的微流体模块在大小和形状上都有所不同，这通常是由于人类工艺的微小不一致性或由于质量控制问题。因此，护套被设计成具有大于装置本身的标准尺寸，并可以添加使模块达到标准大小所必需的宽度、高度、长度的增加。

此外，由硬材料制成的护套可能更适合与电路和其他电子组件例如无线控制的螺线管致动的微型阀集成。此外，硬护套材料可能更适合与磁体集成，该磁体用于在模块之间创建连接，使得磁体将不再像集成在软材料中时容易地移动或磨损。

现参考图8A至图8C，它们示意性地示出了根据本公开内容的实施方式的模块化微流体模块与护套之间的连接。图8A更详细地示出了将会根据图7B中所示的第二配置创建组装的加强模块的组件。根据第二护套组装配置，护套可以由多个件804组成，每个件包括内磁体806，以使护套件能够卡扣并从而相互连接。在其他实施方式中，可以实施用于将护套件连接在一起的其他手段。护套件将会覆盖并容纳砖802。通常，每个护套件804可以包括至少一个外磁体808。外磁体808是磁性连接器，允许不同的模块相互连接。在一些实施方式中，外磁体808可以具有附接在其上的在外磁体808与护套件之间的隔板810。如上所述，隔板可被用于维持相邻模块之间的防泄漏连接，并可以有助于在由多个相互连接的模块组成的流体电路内维持无菌性。在一些实施方式中，各自被容纳在护套内的相邻微流体模块之间的连接可以通过针适配器例如针适配器812来形成。如图8B中所示，针适配器812可以包括通过柔性元件插入的针。针的一侧可以被配置成插入到第一微流体模块上，而针812的相对侧可以被配置成插入到第二相邻微流体模块上，如图8C中所示。在一些实施方式中，针适配器812可以由铁素体不锈钢组成，该铁素体不锈钢可以提供对不同微流体模块的外部磁性连接器的吸引力和与该外部磁性连接器的对齐。

现参考图9A至图9G，它们是根据本公开内容的实施方式的由不同数目的件的组成的护套的示意图。根据一些实施方式，可以有不同的护套配置，其被配置成容纳微流体模块，并向微流体模块提供稳健的坚固性和保护。护套可以被设计成配合在砖周围，并且根据砖的大小和形状，可以以若干方式配置护套。图9A至图9G示出了可用于创建护套的一些配置，包括单件式护套、两件式护套的两种配置、四件式护套的两种配置、六件式护套和八件式护套。护套可以被设计成维持砖的平面连接，并且还依赖于磁性、物理或两者的组合来连接护套件并将两个不同的护套相互连接。

图9A的单件式护套符合上文关于图7C详细描述的配置。两件式护套可以有两种配置；一种包括该两件之间沿微流体模块的横轴定位的连接(图9B)，而另一种包括该两件之间沿微流体模块的纵轴定位的连接(图9C)。

四件式护套也可以包括两种配置，一种包括每三件之间沿微流体模块的横轴定位的连接(图9D)，而另一种包括每三件之间沿微流体模块的纵轴定位的连接(图9E)。

六件式护套可以包括沿微流体模块的纵轴和横轴定位的连接(图9F)，与八件式护套类似(图9G)。

现参考图10A至图10C，它们分别是根据本公开内容的实施方式的现有技术的肺芯片装置、实际的肺芯片装置和等效于肺芯片装置的平面模块化微流体系统的分解图的示意图。图10A至图10B示出了现有技术的肺芯片装置，而图10C示出了平面模块化微流体系统，其执行相同操作但是具有通过在模块之间包括横向连接而不是向上取向的连接而平面化，和通过包括实现改变方向或甚至用不同的模块更换模块的模块化微流体单元而模块化的优点。

图10A示出了Takayama实验室(芯片实验室11(4):609-19·2011年2月)制作的肺芯片装置的分解图。Takayama实验室装置由几个层组成；细胞培养室层和致动室层，其中空气真空室可用于模拟在疾病情况下与人肺的肺泡中内衬的细胞相关的压力。所使用和在图10B中所示的实际Takayama实验室装置由PDMS组成，且不符合任何标准尺寸。然而，可以创建对应和等效的模块化微流体系统来执行与Takayama实验室的肺芯片装置完全相同的功能，如图10C中所示。该平面模块化微流体系统包括组织培养室1002、半透膜1004和致动室1006，执行与现有技术肺芯片相同的功能。可以将细胞引入组织培养室1002，并允许细胞贴附在膜1004上。然后，组织培养室1002可用适合细胞生长的液体来填充。致动室1006可以与真空连接，真空可以使膜1004发生形变，从而使贴附在膜1004上的肺上皮发生形变。应当注意，尽管室1002和室1006的方向是向上取向的，但是连接端口全部位于模块的侧表面，与包括向上取向的连接的现有技术不同。因此，本公开内容和本实例的平面模块化微流体模块，可以在这样的示例性模块和其他平面模块化微流体模块之间实现横向连接。该平面模块化微流体系统包括不同模块之间的横向(而不是向上取向的)连接。平面模块化微流体系统符合定义的标准尺寸，并集成磁性连接器用于在模块化微流体模块之间连接。也就是说，本公开内容中提供的平面模块化微流体系统使得有可能将向上取向的微流体系统转换成平面模块化微流体系统，这实现了在HCS系统(例如，Perkin Elmer Operetta成像系统)下的模块性和成像。其他现有技术微流体系统也可以转换成平面模块化微流体系统，同时提供相同的功能，并具有模块性、易于组装、符合标准尺寸、横向连接等优点。

现参考图11，其为示出了根据本发明的实施方式用于制造微流体模块的方法的示意流程图。根据一些实施方式，用于制造平面模块化微流体模块的方法1100可以包括操作1102，操作1102包括提供包含基层和流体层的基础微流体模块。在一些实施方式中，微流体模块还可以包括顶层和塞子。如图1A中所示，每个平面模块化微流体模块或砖包括基层，包括流体通道的流体层定位在其上。在一些实施方式中，流体层上可以是顶层。在一些实施方式中，顶层、流体层和基层可以由PDMS制成，但可以使用其他材料。每个平面模块化微流体模块还可以包括至少一个塞子或阻塞器，通常定位在平面模块化微流体模块的相对侧上。

根据一些实施方式，方法1100还可以包括操作1104，操作1104可以包括提供含有磁性连接器、流体连接端口和电路的护套。如上文关于图8A详细描述的，被配置成容纳平面模块化微流体模块的护套可以包括在相邻平面模块化微流体模块之间充当磁性连接器(例如，图8A中的磁性连接器808)的外磁体。此外，护套可以包括流体连接端口(例如，图8A中的流体端口814)，其可以位于磁性连接器内。另外，护套内可以包括电路，以使电力能够从例如电池组模块(例如，图5A至图5B中的模块510)传递到需要能量以供正常运行的任何平面模块化微流体模块。

根据一些实施方式，方法1100还可以包括操作1106，操作1106包括将护套配合在基础微流体模块周围，以向微流体模块提供模块性、保护和坚固性，从而创建护套覆盖的模块。如上文关于图7A至图7C详细描述的，护套可以对构成该平面模块化微流体模块的强度较低的材料提供额外的保护和坚固性。此外，护套提供了模块性，因为其将平面模块化微流体模块的大小调整到标准尺寸，这样实现了可互换地使用模块，用一个模块替换另一个模块，并能够以简单快捷的方式将任何模块连接到任何其他模块。除非上下文另有明确显示，否则结合的术语例如“事物性质”是指事物的性质。在公开电气或电子设备的情况下，假定使用适当的电源供其操作。

流程图和框图示出了根据本文公开的主题的各种实施方式的系统和方法的可能实施的架构、功能或操作。还应当注意，在一些可选的实施中，示出的或描述的操作可以以不同的顺序或组合或者作为同时操作而不是顺序操作而发生，以实现相同或等价的效果。

以下权利要求中相应的结构、材料、行为以及所有手段或步骤加上功能要素的等价物旨在包括用于执行功能的任何结构、材料或行为与具体要求保护的其他要求保护的元素的组合。如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式。还应当理解，本说明书中使用的术语“包括”、“包含”和/或“具有”以及这些术语的其他变位指定了所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或添加。

除非另有说明，否则本文使用的术语不应被理解为限制，并且仅用于描述特定实施方式的目的，并不旨在限制所公开的主题。虽然已经示出和描述了所公开的主题的某些实施方式，但应当清楚，本公开内容不限于本文描述的实施方式。不排除多种修改、改变、变化、替换和等价物。

Claims (30)

1.一种平面模块化微流体模块，包括：

基层；

流体层，所述流体层被配置成附接到所述基层并位于所述基层上；

物理连接器，所述物理连接器被配置成在相邻模块之间实现横向连接，所述物理连接器定位在所述平面模块化微流体模块的至少一个侧面上；以及

流体连接端口，所述流体连接端口被配置成在相邻模块之间实现流体流动连接，其中所述流体连接端口位于所述物理连接器内。

2.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，还包括传导节点，所述传导节点被配置成提供用于相邻模块之间的电连接或数据传递的集成电路。

3.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述基层包括电路或电子组件。

4.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述流体层包括用于相邻模块之间的流体流动的流体通道。

5.根据权利要求4所述的平面模块化微流体模块，其中所述平面模块化微流体模块包括不止一个流体连接端口，其以对角线方式布置在至少一个物理连接器内，以使成像系统能够对所述流体通道成像。

6.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，还包括被配置成与所述流体层结合的顶层，以使所述平面模块化微流体模块符合标准大小。

7.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，还包括位于所述平面模块化微流体模块的一个侧面上的塞子，所述塞子被配置成防止流动通过。

8.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述平面模块化微流体模块包括位于所述平面模块化微流体模块的至少一个侧面上并相对于所述流体层以对角线取向布置的不止一个物理连接器。

9.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述物理连接器是磁性连接器。

10.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述流体层由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、透明3D打印树脂、玻璃或其任何组合制成。

11.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述基层由聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、透明3D打印树脂、玻璃或其任何组合外加钕或任何其他强磁性材料制成。

12.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述平面模块化微流体模块被配置成由荧光显微镜、共聚焦显微镜或高内涵筛选(HCS)成像系统来成像。

13.根据权利要求1所述的平面模块化微流体模块，其中所述平面模块化微流体模块被配置成与任何类型的流体连接器连接。

14.根据权利要求13所述的平面模块化微流体模块，其中所述流体连接器选自：被配置成使流体能够流过四个出口的四通连接器、被配置成使流体能够流过三个出口的三通连接器、被配置成使流体能够流过两个相互垂直定位的出口的二通“L”形连接器、以及被配置成使流体能够流过沿一条线定位的两个出口的二通直型连接器。

15.一种平面模块化微流体模块，所述平面模块化微流体模块包括：

基层；和

流体层，所述流体层被配置成附接到所述基层并位于所述基层上；

所述基层和所述流体层被配置成创建单个基础模块；

护套，所述护套被配置成围绕所述单个基础模块的横向侧覆盖所述单个基础模块，以便向所述单个基础模块提供坚固性并创建护套覆盖的模块，其中所述护套包括：

物理连接器，所述物理连接器被配置成在相邻模块之间实现横向连接，所述物理连接器定位在所述护套覆盖的模块的至少一个横向侧上；以及

流体连接端口，所述流体连接端口被配置成在相邻模块之间实现流体流动连接，其中所述流体连接端口位于所述物理连接器内。

16.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述物理连接器是磁性连接器。

17.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述护套包括定位在所述护套与所述物理连接器之间的隔板，所述隔板被配置成维持相邻模块之间的防泄漏连接。

18.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述护套包括被配置成在相邻模块之间实现流体连接的针适配器。

19.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述护套包括被配置成容纳所述模块外加定位在所述单个基础模块与所述护套之间的凝固的液体PDMS的单个护套件。

20.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述护套包括围绕所述单个基础模块相互连接的多个护套件。

21.根据权利要求20所述的平面模块化微流体模块，其中所述多个护套件通过位于所述多个护套件的每个护套件内的内部磁性连接器相互连接。

22.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述护套还包括被配置成在相邻模块之间提供电连接的电路。

23.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述模块能够执行生物或工程功能。

24.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中多个模块相互连接，并且其中所述多个模块的顺序和类型是可互换的。

25.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述模块被配置成由荧光显微镜、共聚焦显微镜或高内涵筛选(HCS)成像系统来成像。

26.根据权利要求15所述的平面模块化微流体模块，其中所述护套覆盖的模块包括位于所述护套覆盖的模块的至少一个侧面上并相对于所述平面模块化微流体模块的侧面以对角线方式布置的至少两个物理连接器。

27.根据权利要求26所述的平面模块化微流体模块，其中所述护套覆盖的模块包括在所述至少两个物理连接器内以对角线方式布置的至少两个流体连接端口，以使成像系统能够对由所述至少两个流体连接端口连接的流体通道成像。

28.一种在平面模块化微流体模块内的至少一个微流体连接器，包括：

至少一个物理连接器，所述至少一个物理连接器被配置成在相邻的平面微流体模块之间实现横向连接，所述物理连接器定位在所述平面模块化微流体模块的至少一个侧面上；以及

至少一个流体连接端口，所述至少一个流体连接端口被配置成在相邻的平面微流体模块之间实现流体流动连接，其中所述至少一个流体连接端口位于所述至少一个物理连接器内。

29.根据权利要求28所述的微流体连接器，还包括用于传导电荷或数据的至少一个传导节点。

30.一种用于制造平面模块化微流体模块的方法，所述方法包括：

提供包括基层和流体层的微流体基础模块；

提供护套，所述护套包括磁性连接器、流体连接端口和电路；以及

将所述护套配合在所述微流体基础模块周围，以便向所述微流体基础模块提供模块性、保护和坚固性，从而创建护套覆盖的模块。

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