CN113039266A - 使用微流体使能的多孔细胞培养装置和系统的活细胞特性动态进化、适应和监测方法 - Google Patents

使用微流体使能的多孔细胞培养装置和系统的活细胞特性动态进化、适应和监测方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于活细胞特性的动态进化和/或适应和监测的方法，其中所述方法可以在微流体使能的细胞培养装置上执行，所述装置包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器。所述方法可包括：在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；以及从所述第一孔中移除所述进化/适应的细胞群的全部或部分。

Description

使用微流体使能的多孔细胞培养装置和系统的活细胞特性动 态进化、适应和监测方法
相关申请的交叉引用
本申请与2018年11月16日提交的名为“METHODS FOR DYNAMIC EVOLUTION ANDMONITORING OF CHARACTERISTICS IN LIVING CELLS USING A MICROFLUIDIC-ENABLEDMULTI-WELL CELL CULTURE DEVICES AND SYSTEMS”的美国临时专利申请第62/768,493号相关并要求其优先权，该申请通过引用整体结合于此。
关于联邦资助研究的声明
本发明是按照美国国立卫生研究院授予的合同号HHSN271201600007C和合同号HHSN271201800012C在政府支持下完成的。政府对这项发明有一定的权利。
技术领域
本文总体涉及活细胞群的动态变化(包括细胞群的动态进化和/或活细胞的动态适应)，特别是涉及使用微流体使能的多孔细胞培养装置和系统的活细胞动态进化和/或适应方法。
背景技术
活细胞的培养、监测、操纵和测定是现代生物医学研究的基石，也是临床前药物发现活动的主要部分。细胞的维护和检查通常是由人工进行的，依赖于反复的目视检查和手动培养基更换。或者，这些操纵可以使用自动机器人仪器来执行，仪器在使用较小试剂体积的同时减少误差和差异性。
发明内容
用于活细胞的维护、检查和其他操纵以及用于在现代生物医学研究中执行药物发现测定和方案的已知解决方案不太适合于实现对动态变化(例如，适应和/或进化)的细胞属性的准确、鲁棒和可扩展的监测。用于设备、装置和培养基的控制和检查，以及用于细胞培养、细胞扰动和细胞群特性变化(包括进化的表型和/或适应的特性)的监测的人工技术是麻烦和耗时的，易受人为错误的影响，并且标准化程度低。一些已知的技术需要手动的培养基更换，这可能是不太标准化的，并且消耗大量的试剂和细胞。机器人系统占用空间大，实施成本高，通常由专业人员作为核心设施运行，并且通常仅用于复杂的高通量筛选应用。此外，机器人系统也没有针对长期细胞培养进行优化，特别是在小体积和大阵列的情况下，因为它们可能会通过重复的手动操纵将污染物和气泡引入培养的细胞中。此外，机器人系统不太适合细胞传代，因为机器人系统不太适合细胞传代所需的操纵。这些因素意味着在机器人系统中长时间培养细胞需要在有限的稀释度下培养细胞，这与生理学无关，并导致细胞存活率低。其他已知技术(例如，数字或微滴微流体)不利于培养生理学相关数量的细胞，和/或不能复制生理学相关环境(例如，它们要求水溶液中的细胞悬浮在油中或经受电场作用)。因此，需要新的方法来实现对活细胞的可靠、有效的监测和操纵，并以成本有效的形式在几周或几个月的时间内使用活细胞来执行药物发现方案。
本文公开了通过使用微流体使能的多孔板系统(例如，“SmartPlate”)来满足这些需求的系统、方法和技术，所述多孔板系统能够以结合了微环境监测和闭环控制能力的小型化的多孔形式对活细胞进行鲁棒的、可扩展的长期培养、监测和操纵。如本文所述，微流体使能的多孔板系统的使用可以通过实现高通量、高度精确的药物发现技术和方法来解决上述需求，所述微流体使能的多孔板系统促进了微流体使能的细胞培养、细胞扰动、微环境控制和细胞群特性(包括进化的表型和/或适应的特性)变化的监测、以及在多孔装置中扰动后选择性移除细胞群，所述多孔装置具有可单独寻址的孔，所述可单独寻址的孔可以在微环境个体孔的基础上被控制以模拟生理相关条件，用于活细胞在数周或数月内的进化和/或适应。如本文所述，微流体使能的细胞培养装置和系统可以包括多个可单独寻址的孔，并且可以使用微流体控制来引起一种或多种输入物(例如，细胞悬液、培养基、试剂、分离试剂、药物试剂等)流动到孔中，以引起一种或多种输出物(例如细胞、培养基、试剂、分离试剂等)从孔中流出，其中在一些应用中，所述一种或多种输出物可用于额外的实验操纵或分析(例如，在另一个孔中，或芯片外)，并且可在其他应用中处置。
本文所述的集成多孔装置的尺寸规格和孔位置可符合ANSI/SLAS微孔板标准，使其与各种标准实验室仪器兼容。多孔板的分层设计可以包括一次性和/或可重复使用的基底、微流体模块、和/或传感和控制模块。整个系统(例如，包括对接站、控制系统等)可以小型化，用于桌面、实验室、移动、便携式、临床、现场、和/或护理点设置。
在一些实施方案中，基底可以形成多孔装置的下层，并且可以根据各种应用配置材料、几何形状和涂层。一次性和/或可重复使用的基底可以包括孔层，该孔层可以被选择、附接、移除和/或替换，以便提供孔几何形状、涂层和其他属性，这些属性被特别配置用于某些药物发现方案，包括被特别配置用于某些种类的细胞培养、扰动以及特性监测和表型监测技术。
微流体模块可以是多孔装置的中心层，并且可以在单个孔的基础上实现培养基更换和灌注，使得可以用流体的流动(和/或其中流体的排空)来处理单个孔，而不会导致流体流入或流出同一多孔板中的任何其他孔，包括同一行和/或同一列中的其他孔。这可以有助于测试化合物的按时间表计划的、交错的和/或反复的添加、移除和/或替换，以及培养基的采样，并且因此可以实现复杂的药物发现方案，这些方案需要通过多种细胞悬液接种、在不同的时间间隔(和/或连续地)通过多种试剂扰动、重复移除和/或替换试剂或培养基、和/或从孔里重复移除细胞群的一部分(例如，进化细胞、适应细胞、扰动细胞等)。本公开涉及示例性实施方案，其中可以从系统的孔中移除适应的和/或进化的细胞群的全部或部分；应该理解的是，可以附加地或替代地使用与本文所述类似的方法和技术来从系统的孔中移除非细胞培养基。通过促进从系统的孔中移除细胞物质和/或非细胞物质(例如，上清液)，本文公开的技术可以实现从系统的孔中采样，并且可以使本文公开的系统能够用作样品生成系统。
感测和控制单元可以是多孔装置的顶层，并且可以被配置为根据实验需要来适应包括温度、pH和汇合度在内的多个参数的监测和控制。在每孔基础上控制环境参数的能力，与可单独寻址的孔相结合，可以实现药物发现实验和方案的高通量，其中孔板中的每个孔(例如，48个不同的孔或更多，96个不同的孔或更多)可以被单独监测，并且其中环境扰动(例如，温度变化、pH变化等)可以应用于(和监测)单独的孔，而排除其他孔，包括孔板的公共行或列中的其他孔。
因此，本文公开的系统能够以实验室和野外环境中的研究人员可获得的小型化多孔形式，实现长期细胞培养和高度适应性和可扩展的药物发现技术的具有成本效益的和可编程的实施方式。该系统还可以很好地适用于涉及哺乳动物细胞、昆虫细胞、病原体、感染因子、真菌、微生物、细菌细胞、生物膜、病毒、逆转录病毒、永生化细胞、报告细胞、解离活组织检查、患者来源的细胞系、3D培养物、共培养物、模型生物、秀丽隐杆线虫、酿酒酵母和/或具有进化表型和/或适应特性的细胞的培养和扰动的各种药物发现应用。该系统还可以很好地适用于涉及通过引入小分子试剂、引入一种或多种能够对细胞进行基因扰动的试剂、引入抗体、操纵一种或多种环境参数、CRISPRi/CRISPRa基因工程、RNA干扰介导的基因敲除、和/或代谢干扰对活细胞进行扰动的各种药物发现应用。该系统还可以很好地适用于涉及通过一种或多种用于分析细胞群、单细胞或亚细胞特性(包括进化表型和/或适应特性)的孔特定测定、一个或多个集成传感器、集成显微镜读数和可视化、以及与各种标准实验室设备接口用于观察和分析细胞群特性(包括进化表型和/或适应特性)来对细胞群、单细胞或亚细胞特性进行持续、实时和/或间歇的监测的各种药物发现应用。
本公开涉及包括细胞群监测的示例性实施方案；应当理解，对细胞群的监测可以包括对包含多个细胞的细胞群的监测、对涉及单个细胞的细胞群的监测(例如，单个细胞监测)、和/或对一个或多个细胞的亚细胞特性的监测。
更一般地，该系统还可以很好地适用于需要长期细胞培养的各种应用，从永生化2D细胞培养物的培养和测定到复杂应用，例如基于3D细胞的模型、共培养模型或诱导多能干细胞(IPS)的重编程和分化的生成、培养和测定。此外，该系统可以与临床样品的培养兼容，使得例如能够测试患者样品。该系统的多孔性质可以实现多个实验条件的高度并行测试，与手动和机器人实施可比方案相比，可以节省大量试剂和样品。
本文公开的系统和技术，以及它们将实现的下一代药物发现技术、测定和模型，可以通过显著提高用于评估治疗效果的活细胞系统的产量和鲁棒性，进而提高针对未满足的医疗需求识别有益药物和疗法的能力，来有益于公共健康。
附图说明
图1描绘了根据一些实施方案的细胞培养系统。
图2A-2C描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统的多孔板装置的各种视图。
图3A描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的分解图。
图3B描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的孔层。
图3C描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的流体路由层。
图3D描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的气动孔选择层。
图3E描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的气动通道层。
图3F描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的脱气器膜层。
图3G描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的脱气器层。
图3H描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的气动膜层。
图3I描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的脱气器控制层。
图3J描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的密封层。
图3K描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的示意图。
图4A和图4B各自描绘了根据一些实施方案的包括气动阀的相应微流体层的两个截面图。
图5描绘了根据一些实施方案的包括气动阀的相应微流体层的两个截面图。
图6A-6V描绘了根据一些实施方案的流体流过具有可单独寻址的孔的多孔板装置的微流体层的示意图。
图6W描绘了根据一些实施方案的多孔系统的各种部件或特征随时间的操作的图形表示。
图7示意性地描绘了根据一些实施方案的使用三阀结构的微泵操作的六个不同阶段。
图8A-8C示出了根据一些实施方案的不同的孔几何形状和表格，其示出了每种孔几何形状的接种密度。
图9示出了根据一些实施方案的微脱气器的示意图。
图10A和10B描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统的培养基盒的两个视图。
图11描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统的气动歧管。
图12描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统的歧管适配器。
图13A描绘了根据一些实施方案的多孔装置中的长期细胞培养。
图13B描绘了根据一些实施方案的多孔装置中的长期细胞培养。
图13C描绘了根据一些实施方案通过营养饥饿对多孔装置中细胞培养物的扰动。
图13D描绘了根据一些实施方案通过营养饥饿对多孔装置中细胞培养物的扰动。
图13E描绘了根据一些实施方案的U2OS细胞的采样和回收。
图14描绘了根据一些实施方案的微流体芯片中的细胞粘附。
图15描绘了根据一些实施方案的用于活细胞中特性的动态进化/适应和监测的方法的图形表示。
图16A-16C描绘了根据一些实施方案的用于活细胞中特性的动态进化/适应和监测的方法的流程图表示。
图17描绘了根据一些实施方案的计算机。
具体实施方式
在药物研发中，先进的基于细胞的疾病模型和长期活细胞测定的使用正在迅速增加。如上所述，在工业标准多孔板中维护这些细胞系统通常依赖于重复繁琐耗时的目视检查和手动培养基更换。因此，需要新的方法来实现在几周到几个月的时间内对多孔板中的细胞培养物进行高效和高通量的监测、操纵和扰动，同时能够在生理相关的规模和生理相关的环境中进行无干扰的培养基更换。
本文公开了各种系统、装置和技术，其可以通过利用多孔系统来满足这种需求，所述多孔系统能够在具有符合ANSI/SLAS微孔板标准的尺寸规格和孔定位的集成装置中实现微环境参数的基于板的感测和自动微流体使能的培养基更换和灌注能力。本文进一步公开了用于利用本文公开的各种系统和装置的方法和技术，用于高效、精确、并行的药物发现方法，包括培养、扰动和监测微流体使能的多孔装置内生理相关环境中的活细胞。
图1描绘了根据一些实施方案的细胞培养系统100。如图1所示，细胞培养系统100可以包括对接站102、微流体使能的多孔板104、板对接部分105、覆盖件106、流体盒108、输入装置110、和显示器112。在一些实施方案中，如下文进一步描述的，系统100可以构成桌面实验室系统，该桌面实验室系统被配置为针对在多孔板104内进行的各种培养、测定、和/或方案来操纵和监测活细胞。微流体使能的多孔板104可以包括用于培养和/或测定活细胞的多个孔、用于收集包括关于板104内部微环境的数据在内的信息的一个或多个传感器、以及用于自动控制板104内部流体流动的一个或多个阀和/或泵。下面将在一些实施方案中更详细地讨论微流体使能的多孔板(如多孔板104)的部件和特性。
在一些实施方案中，对接站102可以是桌面实验室装置，其具有外部壳体并被配置为放置在桌面或工作台上并由用户操作。在一些实施方案中，对接站102的宽度可以小于或等于10cm、20cm、30cm、40cm或50cm。在一些实施方案中，对接站102的宽度可以大于或等于10cm、20cm、30cm、40cm或50cm。在一些实施方案中，对接站102的高度可以小于或等于10cm、20cm、30cm、40cm或50cm。在一些实施方案中，对接站102的高度可以大于或等于10cm、20cm、30cm、40cm或50cm。在一些实施方案中，对接站102的深度可以小于或等于10cm、20cm、30cm、40cm或50cm。在一些实施方案中，对接站102的深度可以大于或等于10cm、20cm、30cm、40cm或50cm。
如图1所示，对接站102可以包括板对接部分105，板对接部分被配置成接收多孔板装置104。在一些实施方案中，板对接部分105可以被配置成流体地连接对接站102和多孔板装置104，使得培养基和/或细胞悬液可以在两者之间流动。
此外，板对接部分105可以被配置成电子通信地联接对接站102和多孔板装置104，使得信息可以在两者之间电子传输。在一些实施方案中，对接站102和多孔板装置104可以被配置成通过在多孔板104插入对接部分105时连接的一个或多个物理电子连接上发送的信号来彼此通信。在一些实施方案中，对接站102和多孔板装置104可以被配置成经由通过一个或多个无线电子通信链路发送的信号彼此通信，在一些实施方案中，当多孔板104被插入对接部分105/从对接部分105移除时，可以激活/去激活所述通信链路。在一些实施方案中，可以在对接部分105和多孔板104之间形成电连接，使得当多孔板104插入对接部分105时，多孔板104的一个或多个电池可以由对接站102充电。
如图1所示，对接站102可以包括覆盖件106，其可以被配置为在板装置104连接到对接站102时覆盖板装置并为其屏蔽外部光、空气、热量、和/或污染物。
如图1所示，对接站102可以包括被配置成接收盒108的盒对接部分109。在一些实施方案中，盒对接部分109可以被配置成流体地连接对接站102和盒108，使得培养基和/或细胞悬液可以在一个或多个泵的力的作用下从盒108流向对接站102。在一些实施方案中，流体流动可由微阀、隔膜阀和/或电驱动泵的气动致动引起。在一些实施方案中，导致流体从盒108流向对接站102的泵或真空可以位于盒108中、对接站102中、对接站102外部(例如，实验室真空设备)、和/或与对接站102对接的多孔装置中。在一些实施方案中，系统100可以被配置成能够与外部和/或内部气动源一起使用，并且所使用的气动源可以由用户根据可用资源来选择(例如，在远程现场应用中，可能需要使用内部气动源)。
在一些实施方案中，盒108可以被配置成将流体培养基和/或细胞悬液容纳在外部壳体内，并且可以被配置成能够被用户物理地插入对接部分109，其中物理地插入盒108可以导致对接站102和盒108之间的流体连接被连通。在一些实施方案中，通过最小化用户或机器人在开放空间中物理操纵流体的需要，使用诸如盒108的盒可以确保系统100中使用的细胞悬液和其他流体的无菌性。
在一些实施方案中，除了对接至盒对接部分109的培养基盒之外或作为替代，培养基盒可以被配置成直接对接至多孔装置。在一些实施方案中，被配置为直接对接到多孔装置的培养基盒可以具有比被配置为对接到盒对接部分109的培养基盒更小的物理形状因数。在一些实施方案中，被配置为直接对接到多孔装置的小型化培养基盒可以允许多孔装置被移动到和/或从对接站102移动到其他实验室设备(例如，显微镜)或其他位置，而不中断培养基供应。在一些实施方案中，系统100可以包括第一适配器，该第一适配器被配置为允许被配置为对接至盒对接部分109的培养基盒改变为直接对接至多孔装置；在一些实施方案中，系统100可以包括第二适配器，该第二适配器被配置成允许被配置成直接对接到多孔装置的培养基盒改变为对接到盒对接部分109。在一些实施方案中，多孔装置104可以包括一个或多个储器，该储器被配置为通过对接部分109填充试剂和/或其他流体，使得多孔装置104可以从对接站102移除(例如，运输到另一件实验室设备)，而不中断培养基供应的连续可用性。
在一些实施方案中，除了或替代与盒对接部分109对接的培养基盒，细胞悬液和/或其他流体可以经由一个或多个移液管、一个或多个管、一个或多个注射筒、一个或多个重力系统、位于多孔装置上的一个或多个储器或任何其他合适的流体连通机构被供给到多孔装置中。
在一些实施方案中，除了培养基盒108之外或作为替代，系统100可以包括单独的细胞加载盒、小瓶、或被配置为分配细胞悬液并可选地在使用后被处置的其他装置。在一些实施方案中，用户可以将小的类肾上腺素小瓶加载到对接站102中，并且小瓶或盒可以将细胞悬液保持在无菌组织培养环境中。
在一些实施方案中，对接站102可以包括各种气动连接端口，这些气动连接端口被配置为将对接站102气动联接到插入到对接站102中的多孔装置和/或将对接站102气动联接到压力源和/或真空源。在一些实施方案中，气动歧管(下面将进一步详细讨论)可以设置在对接站102的壳体内，并且可以被配置为选择性地气动连接公共压力源和/或真空源到多孔装置的各种气动连接之一；通过选择性地将多孔装置的各种气动管线之一气动连接到压力源和/或真空源，多孔装置的阀和/或泵可以被选择性地气动致动，以便控制多孔装置内的流体流动。
在一些实施方案中，除了盒108和/或一个或多个其他输入源之外，系统100还可以包括输出储器，该输出储器可以连接到多孔装置和/或对接站102。在一些实施方案中，输出储器可以是任何孔、储器、袋或其他流体容器，并且可以被配置为在使用流体之后接收来自系统100的其他部件的细胞悬液和/或其他流体培养基的流。在一些实施方案中，输出储器可以包括多个分离的隔室或孔，用于在收集之后保持收集的流体分隔开。在一些实施方案中，如下所述，单独寻址流向和/或来自多孔装置的任何孔的流动的能力可以允许将细胞悬液从多孔装置(例如，智能板装置)中的单独孔收集到输出储器的单独隔室、孔或容器中。在一些实施方案中，输出储器可以包括一个或多个传感器或与一个或多个传感器相关联，所述一个或多个传感器被配置成检测流体流入输出储器和/或在输出储器内的流动。
如图1进一步所示，对接站102可以包括用户输入装置110，该用户输入装置可以包括电子和/或物理按钮、按键、旋钮、开关、杠杆、操纵杆、触摸板、触摸屏、麦克风、相机等。输入装置110可以被配置成检测由用户执行的一个或多个输入，并且相应地向与系统100相关联的处理器发送一个或多个信号，其中所发送的信号指示检测到由用户执行的输入。
如图1进一步所示，对接站102可以包括显示器112，在一些实施方案中，该显示器可以是也可以用作输入装置的触摸屏显示器。显示器112可以被配置为显示关于从多孔板104收集的微环境数据的信息、从多孔板104和/或站102周围的物理环境收集的环境数据、针对用户的指令、针对用户的警报、针对用户的查询、关于系统100的状态的信息、和/或存储在本地或远离系统100的日志数据。
在一些实施方案中，系统100，包括对接站102和多孔板104(除了本文所述的其他多孔装置之外)，可以被配置成能够在延续的时间段内对活细胞进行培养、测定、和其他方案，而没有人或机器人的干预(或最小化人或机器人的干预)，并且不使用孵育器。在一些实施方案中，系统100可以允许在大于24小时、48小时、72小时、1周或2周、1个月、3个月或6个月的时间段内进行培养、测定、和其他方案。在一些实施方案中，系统100可以允许在小于24小时、48小时、72小时、1周或2周的时间段内进行培养、测定、和其他方案。在一些实施方案中，最小化人类或机器人的物理干预可以最小化样品被污染或受损的机会。
在一些实施方案中，系统100可以实现以用户指定的和/或自动确定的采样间隔执行培养、测定、和涉及从孔中采样材料的其他方案(例如，从孔中移除细胞材料、非细胞材料和/或上清液)。在一些实施方案中，采样可以遵循预定义的时间表。在一些实施方案中，可以以规则和/或不规则的间隔执行采样。在一些实施方案中，采样间隔可以小于1分钟、小于5分钟、小于30分钟、小于1小时、小于24小时或小于1周。在一些实施方案中，采样间隔可以大于1分钟、大于5分钟、大于30分钟、大于1小时、大于24小时或大于1周。
在一些实施方案中，系统100可以包括一个或多个计算部件，例如处理器、存储器、存储装置、和用于无线和/或有线通信的通信接口。在一些实施方案中，系统100可以被配置为接收、存储和/或执行指令，用于控制系统100的一个或多个控制、监测、输入接收、数据输出、和/或日志记录功能，以执行培养、测定、和/或其他活细胞方案。在一些实施方案中，系统100可以被配置为主要控制模块，用于控制插入系统100中(例如通过插入对接站102中)的多孔装置的功能。在一些实施方案中，系统100的一个或多个计算部件可以位于对接站102本地(例如，它们可以包含在对接站102中)，和/或它们可以位于远离对接站102的位置(例如，它们可以通过有线或无线(例如，网络)电子通信与对接站102和/或系统100的其他部件通信)。
图2A-2C描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统(如系统100)的多孔板装置200的各种视图。在一些实施方案中，多孔板装置200可与多孔板104共享一些或所有共同的特性，如上文参考图1所述。如图2A-2C所示，多孔板装置200可以包括微流体层200、传感器层204、微控制器层206、和电池层208。在一些实施方案中，四层202-208中的任何一层或多层可以被配置成能够从其他层移除并重新附接到其他层。以这种方式，这些层可以充当模块，这些模块可以由用户移除、在一个或多个下游分析程序或其他程序中使用、处置、替换和/或重组。在一些实施方案中，用户可以选择其具有适合于期望的培养、测定或方案的通道布置或属性、孔布置或属性、和/或传感器布置或属性的微流体层或传感器层。在一些实施方案中，这些层可以通过机械连接、粘合剂连接、磁性连接和/或通过施加外力(例如，它们可以被夹在一起或压在一起)而彼此附接。在一些实施方案中，四个层202-208中的任何一层或多层可以被称为模块。
在一些实施方案中，多孔板装置200可以被配置成使得能够在微流体层中的多个可单独寻址的孔中培养和/或测定活细胞。如下面参考图3详细解释的，多孔板装置200中的各种层的配置可以允许单独的孔被寻址以排除装置中的其他孔，包括排除与被寻址的孔在同一行中的其他孔和/或在同一列中的其他孔。在一些实施方案中，多孔板装置200可以被配置成能够通过装置200中的一个或多个传感器自动控制和监测微环境条件和外部条件；并且可以被配置成使得能够通过一个或多个微阀和/或微泵自动控制流体进出微流体层中的孔的流动。
在一些实施方案中，多孔板装置200可以具有小于7英寸、5英寸、小于3英寸、小于2英寸或小于1英寸的长度和/或宽度。在一些实施方案中，多孔板装置200可以具有大于7英寸、5英寸、小于3英寸、小于2英寸或小于1英寸的长度和/或宽度。在一些实施方案中，多孔板装置200可以具有小于5mm、10mm、25mm或50mm的高度。在一些实施方案中，多孔板装置200可以具有大于5mm、10mm、25mm或50mm的高度。在一些实施方案中，多孔板装置200可以被配置为具有使得该装置能够插入对接站102和/或诸如显微镜的其他实验室或现场设备中的尺寸规格。
在一些实施方案中，微流体层202可以包括多个孔，这些孔被配置为容纳用于培养、测定、和/或其他活细胞方案的活细胞。培养基和/或细胞悬液可以通过微流体层202中的微流体通道流入和/或流出一个或多个孔。微流体层202中的流体流动可由一个或多个气动微泵驱动，并由一个或多个微阀控制，微阀可由本地或远程电子控制器自动驱动和/或致动。
在一些实施方案中，微流体层202的微泵的单个泵冲程可以被配置为每个循环(例如，每泵冲程)置换小于2000nL、1500nL、1000nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL、或5nL的流体体积。在一些实施方案中，微流体层202的微泵的单泵冲程可以被配置为每个循环置换大于2000nL、1500nL、1000nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL或5nL的流体体积。在一些实施方案中，微流体层202的微泵的隔膜体积可以小于2000nL、1500nL、1000nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL或5nL。在一些实施方案中，微流体层202的微泵的隔膜体积可以大于2000nL、1500nL、1000nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL或5nL。在一些实施方案中，微流体层202的微泵的泵送步骤可以小于500mS、400mS、300mS、200mS或100mS。在一些实施方案中，微流体层202的微泵的泵送步骤可以大于500mS、400mS、300mS、200mS或100mS。
在一些实施方案中，微流体层202的微阀的阀致动真空可以是-90kPa±50kPa、-90kPa±30kPa或-90kPa±10kPa。在一些实施方案中，微流体层202的微阀的阀致动压力可以是+40kPa±20kPa、+40kPa±10kPa或+40kPa±5kPa。
在一些实施方案中，传感器层204可以邻近微流体层202。传感器层204可以包括印刷电路板和一个或多个传感器，其被配置为检测微流体层202的孔和/或通道内的微环境的一个或多个特性。在一些实施方案中，检测到的微环境特性可以包括温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、剪切应力、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。在一些实施方案中，用于检测微环境特性的传感器可以位于传感器层204、微流体层202、或两者中。
在一些实施方案中，微流体多孔装置和/或相关系统可被配置成根据从一个或多个温度传感器(例如设置在传感器层204上的传感器)接收的温度数据，生成微流体层(例如微流体层202)的二维或三维梯度热图。
在一些实施方案中，可以通过阻抗谱(例如，可以由传感器层204控制和操作的交叉电极的使用)或通过显微成像和深度学习图像分析软件/AI以电子方式实现汇合度监测。
在一些实施方案中，传感器层204可以包括一个或多个部件的全部或部分，例如气动泵、微阀、加热元件和/或被配置为控制或修改微环境的一个或多个检测特性的其他部件。因此，多孔装置200可以检测微环境的特性，并且可以自动地使它们被控制以被修改或保持，例如通过将它们调整到预定值或范围，或者通过确保它们不偏离预定值或范围。
在一些实施方案中，湿度可被调节为保持在100％或接近100％，因为与空气接触会损害细胞。
在一些实施方案中，CO2水平可以通过向递送的培养基中添加CO2来调节，例如通过添加CO2气体来进行化学和/或物理调节。在一些实施方案中，CO2含量可以决定培养基的pH。在一些实施方案中，可以在培养基中加入pH缓冲液来稳定培养基，并且通过培养基的连续更换，pH不会发生显著变化。
在一些实施方案中，氧气调节(可以基于环境和/或内部氧气条件的测量)可以包括使用一个或多个脱气器来实现低氧条件。
在一些实施方案中，可以对压力进行环境监测以用于数据记录，并针对微泵、脱气器、和/或一般流体致动的气动致动对压力进行内部调节。
在一些实施方案中，可以基于外部和/或内部温度测量，使用一个或多个加热或冷却元件针对细胞培养条件对温度进行内部调节。
在一些实施方案中，可以通过测量细胞培养条件和细胞生存力，并进行测定和方案以减少孔的特定区域中的细胞数量来调节汇合度。
在一些实施方案中，对任何一个或多个微环境、内部、环境和/或外部条件的调节和/或调整可以至少部分地基于对任何一个或多个微环境、内部、环境和/或外部条件的监测来执行。
在一些实施方案中，微控制器层206可以邻近传感器层204，例如通过位于传感器层204与微流体层202相对的一侧。微控制器层206可以包括一个或多个计算部件，例如处理器、存储器、存储装置和用于无线和/或有线通信的通信接口。在一些实施方案中，微控制器层206可以被配置为接收、存储和/或执行指令，用于控制多孔装置200的一个或多个控制、监测、输入接收、数据输出和/或日志记录功能，以执行培养、测定、和/或其他活细胞方案。在一些实施方案中，微控制器层206可以被配置为用于控制多孔装置200的功能的主要控制模块。
在一些实施方案中，微控制器层206可包括或可通信地联接到一个或多个传感器，所述传感器被配置为感测关于多孔装置200周围环境的环境数据(例如，与关于微流体层202内部微环境的微环境数据不同)。在一些实施方案中，关于多孔装置200周围环境的环境数据可以包括温度、压力、湿度、CO2、O2、和/或环境光特性和强度中的一个或多个。在一些实施方案中，微控制器层206可以被配置成根据检测到的周围环境数据来改变或保持多孔装置200和/或微流体层202的内容物的一个或多个特性。
在一些实施方案中，控制微环境温度的能力，例如通过集成到多孔装置200中或包括在相关装置对接站102中的一个或多个加热元件，可以使得能够在不使用孵育器的情况下进行长期细胞培养和测定。也就是说，通过经由系统的加热元件监测和控制系统的温度，可以在桌面或工作台(例如室温)环境中，或者甚至在室外进行培养、测定、和其他方案。
在一些实施方案中，电池层208可以邻近微控制器层206，例如通过位于微控制器层206与传感器层204相对的一侧。在一些实施方案中，电池层可以包括一个或多个电池或其他电源，其被配置为向多孔装置200的一个或多个部件提供电力。在一些实施方案中，多孔装置可以被配置为从电池层208之外的一个或多个其他源或电功率中获取功率，例如从位于装置200内部或外部的其他地方的电池中获取功率，或者从一个或多个电功率连接中获取功率，例如与装置200可以连接到的对接站或其他实验室设备的连接。
如图2B和图2C所示，在一些实施方案中，多孔装置200可以包括CO2传感器210，其可以被配置为检测装置200的微环境和/或装置200周围的环境的CO2水平，并且可以被配置为向传感器层204和/或微控制器层206发送关于检测到的CO2水平的信号。在一些实施方案中，CO2传感器210可以被包括作为传感器层204的一部分；在一些实施方案中，CO2传感器210的高度可以大于传感器层204的高度，并且CO2传感器210可以沿着一个或多个层定位在装置200中，并且可以跨越装置200的两个或多个层的高度。
在一些实施方案中，多孔装置200可以被配置成形成无菌微环境，该无菌微环境不会被多孔装置200外部的物理操作污染。这样，多孔装置200可以在非无菌环境中使用，以进行无菌培养、测定、和方案。
在一些实施方案中，除了上面讨论的层之外，多孔装置200可以包括基底层，该基底层可以是多孔装置的最底层，并且可以是玻璃或塑料(例如硼浮法玻璃、任何合适的聚合物、任何合适的共聚物等)层，该层可以与来自诸如传感器层或控制层的其他层的微流体层相对设置。在一些实施方案中，基底层可以被配置用于成像，例如通过作为被配置用于高分辨率成像的薄的抗反射层。在一些实施方案中，基底层可以被配置为足够坚固以支撑微流体模块和其中设置有该基底层的多孔装置的组装。在一些实施方案中，基底层可以具有小于25μm、50μm、100μm、500μm、1mm或1.5mm、或2mm的厚度。在一些实施方案中，基底层可以具有大于25μm、50μm、100μm、500μm、1mm或1.5mm、或2mm的厚度。在一些实施方案中，基底层(以及诸如微流体层中的其他层)可以被配置为不自发荧光、足够透明、足够平坦、足够薄和/或厚度足够均匀，从而可以通过该层捕获高分辨率显微图像。在一些实施方案中，基底层可以包括一个或多个孔，并且因此可以用作微流体层的一部分(例如，它可以代替下面讨论的孔层)。在一些实施方案中，微流体层可以是微图案化的或微雕刻的，并且可以包含一个或多个结构，例如微柱或纳米柱。
图3A描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层300的分解图。在一些实施方案中，微流体层300可以与如上文参考图2A-2C所讨论的微流体层202共享任何一个或多个共同特性。在一些实施方案中，微流体层300可以被配置为永久或不永久地附接到板装置的其他层和/或模块(例如，传感器层、控制层和/或电池层)，从而形成被配置为对活细胞进行培养、测定、和其他方案的多孔板装置。在一些实施方案中，微流体层300可以包括多个孔，这些孔被配置为容纳细胞悬液，试剂，和/或用于执行培养、测定、和其他方案的其他培养基。微流体层300可以进一步包括连接到一个或多个流体输入和流体输出的微流体通道，使得微流体通道可以用于将流体递送到微流体孔和/或从微流体孔递送出。在一些实施方案中，微流体层300中的一个或多个层可以由玻璃、塑料、聚四氟乙烯、PDMS、气体渗透膜、环烯烃共聚物(COC)、或其他合适的材料形成。在一些实施方案中，微流体层300的基底层可以由玻璃制成，而一个或多个其他层可以由PDMS或其他类型的聚合物制成。
如图3A所示，微流体层300本身可以包括多个子层，包括孔层302、脱气器膜层303a、脱气器层303b、流体路由层304、气动膜层306、气动层308、脱气器控制层314、和密封层316。在一些实施方案中，微流体层300可以进一步包括图3A中未示出的一个或多个附加层和/或子层。
在一些实施方案中，孔层302可以包括多个孔本身，而流体路由层304可以包括微流体通道，流体可以通过该微流体通道流入和/或流出通道。在一些实施方案中，气动膜层306和气动层308可以一起工作，以使用气动力来引起微阀的打开和/或关闭和/或微泵的致动，从而控制流体通过层304的微流体通道流入和/或流出层302的孔。
在一些实施方案中，包括在微流体层300中的层可以在一侧(例如，微流体层300的底部)与孔层302堆叠，随后是流体路由层304，然后是气动膜层306，然后是相对侧(例如，微流体层300的顶部)的气动层308以及孔层302。
在一些实施方案中，层304、306和308中的一个或多个可以永久地彼此结合，例如通过模制、压制和/或加热和熔化在一起，从而可以产生可重复使用和/或可高压灭菌的控制层。然后，孔层302可以不永久地连接到控制层，例如通过粘合剂，使得孔层302可以在实验完成时被移除。在一些实施方案中，紫外臭氧处理可以用于在层之间产生强结合，并且该结合之后可以通过使用酸和/或有机溶剂来释放。在一些实施方案中，这些层可以通过外部机械力被挤压或压在一起，而不会永久地和/或粘附地彼此结合。在一些实施方案中，可以使用一个或多个对准装置，例如导柱，其可以包括在多孔装置本身中，或者可以包括在外部装置中，例如对接站102中，以便在不同层永久或不永久地彼此附接时使不同层对准。
在一些实施方案中，微流体层300的一层或多层可以根据实验需要定制，例如，包括阻抗传感器、微雕刻结构、用于3D培养物的孔几何形状、器官、人造器官、一种或多种材料、几何形状、和/或为研究模型生物(例如，秀丽隐杆线虫、酿酒酵母)而配置的结构、和/或替代的基底材料。
在一些实施方案中，气动膜层306可以包括将气动层308与流体路由层304分开的柔性(例如，PDMS/聚四氟乙烯)膜，使得气动膜层306可以由于气动层308施加在气动膜层306上的压力而变形。当气动膜层306变形时，一个或多个闸门或阀可以被致动，使得流体路由层304中的流体流动可以通过气动膜层306的变形来控制。在一些实施方案中，气动膜层306可以具有小于200μm、150μm、100μm、或50μm的厚度。在一些实施方案中，气动膜层306可以具有大于200μm、150μm、100μm、或50μm的厚度。
在一些实施方案中，微流体层300可以具有2英寸乘3英寸的尺寸规格，或者可以具有任何其他合适大小的尺寸规格。在一些实施方案中，微流体层300可以具有小于5英寸、小于3英寸、小于2英寸、或小于1英寸的长度和/或宽度。在一些实施方案中，微流体层300可以具有大于5英寸、小于3英寸、小于2英寸、或小于1英寸的长度和/或宽度。在一些实施方案中，微流体层300可以符合ANSI/SLAS尺寸规格标准。在一些实施方案中，微流体层300可以具有小于1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的高度。在一些实施方案中，微流体层300可以具有大于1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或10mm的高度。
在一些实施方案中，在微流体芯片制造之前，微流体层300的一个或多个部件保持清洁并且没有污染物可能是重要的。在一些实施方案中，可以在芯片制造之前和/或期间执行一个或多个清洁程序；在一些实施方案中，在细胞加载、细胞培养、和/或生物测定程序之前和/或期间，可能不需要清洁程序。在一些实施方案中，微流体层300的一个或多个部件的清洁可以包括Piranha清洁，其可以用于移除有机残留物。Piranha清洁可能使用两种不同的溶液。在一些实施方案中，可以使用酸：所述酸可以包括浓硫酸(H2SO4)与过氧化氢(H2O2)的3∶1混合物。在一些实施方案中，可以使用碱：所述碱可以包括氢氧化铵(NH4OH)与过氧化氢(H2O2)的3∶1混合物。所述酸和碱在热的时候都是危险的；在一些实施方案中，酸中的反应是自启动的，而碱Piranha可能需要在反应开始前被加热到60摄氏度。Piranha酸和碱可以在一个干净和准备好的化学罩中制备。一旦溶液制成，微流体层300的一种或多种组分可以小心地放置在内部，并轻轻搅拌约10分钟，然后用水充分冲洗，并用气枪吹干。
在一些实施方案中，微流体层300基底层的一个或多个部件的实验室清洁可以包括将所述一个或多个部件放置在盘中，并添加20mM Triton-X溶液或其他洗涤剂溶液；然后可将所述一个或多个部件置于超声波浴中约五分钟。所述一个或多个部件可以用水冲洗并放入新的盘中，其中可以加入丙酮，并且所述一个或多个部件可以超声处理约10分钟。然后可以将所述一个或多个部件转移到异丙醇中并超声处理约10分钟。然后可以将所述一个或多个部件移除并吹干，放入带盖的盘中。在一些实施方案中，可以将所述一个或多个已清洁的部件放置在约150摄氏度的热板上约30分钟，以移除过量的湿气。
在一些实施方案中，微流体层300的一个或多个部件的灭菌可以在制造之后并且在细胞培养、测定、和/或方案执行之前包括高压灭菌和洗涤。(在一些实施方案中，灭菌可以包括下面在实施例1中讨论的技术的一个或多个方面。)在一些实施方案中，使用70％乙醇的冲洗可以进行约15分钟，然后使用1M NaOH的冲洗可以进行约30分钟，然后使用PBS/培养基的冲洗可以进行约1小时。
在一些实施方案中，一个或多个部件可以在无菌(例如，密封)条件下包装和/或运输，使得最终用户在培养、测定、和/或方案中使用之前的灭菌可能不是必需的，并且使得所述一个或多个部件可以开封后即可使用。在一些实施方案中，其中一个或多个部件可以从多孔装置中移除和替换，可以使用新的无菌部件，而不是清洁先前使用过的部件用于后续使用。
图3B示出了根据一些实施方案的孔层302的独立视图。如图所示，孔层302可以包括排列成8x12网格的96个孔。在一些实施方案中，孔层302可以包括更少的孔总数，例如6、12、24或48个孔。在一些实施方案中，孔层302可以包括大于96的孔总数。在一些实施方案中，孔层302中的一个或多个孔的有效面积可以小于5mm2、小于10mm2、小于20mm2、小于30mm2或小于50mm2。在一些实施方案中，孔层302中的一个或多个孔的有效面积可以大于5mm2、小于10mm2、小于20mm2、小于30mm2或小于50mm2。
在一些实施方案中，孔层302的孔可以各自具有输入通道(例如，入口)和/或输出通道(例如，出口)，其可以通向与孔层302相邻的层。因此，孔层302的输入通道和/或输出通道可以与流体路由层304的微流体通道流体连通，使得流体可以从流体路由层304递送到输入端，并从输出端流出到流体路由层304。在一些实施方案中，孔层302的入口和/或出口可以具有小于2mm、小于1mm、小于0.75mm、小于0.5mm、或小于0.25mm的宽度。在一些实施方案中，孔层302的入口和/或出口可以具有大于2mm、小于1mm、小于0.75mm、小于0.5mm、或小于0.25mm的宽度。
在一些实施方案中，孔层302可以具有小于0.05mm、0.1mm、0.25mm、0.5mm、0.75mm、1mm、或2mm的高度。在一些实施方案中，孔层302可以具有大于0.05mm、0.1mm、0.25mm、0.5mm、0.75mm、1mm、或2mm的高度。
在一些实施方案中，孔层302可以作为与微流体层300的其余层分离的(例如，可拆卸和可替换的)模块来提供，这可以提供改变其配置的灵活性，以在一些实施方案中包括附加的传感器(例如，阻抗感测电极)、备选孔几何形状(例如微图案化或用于3D培养的特殊孔形状)、替代材料(如玻璃、COC等)、和/或替代涂层(例如纤连蛋白、聚赖氨酸等)。在一些实施方案中，具有不同特性的多个不同孔层仍然可以被配置为附接到微流体装置的相同流体路由层，以与该装置流体连通；也就是说，可以配置多个不同的孔层，使得通过将任一孔层或任何孔层与相同的流体路由层对准，任一孔层或任何孔层将与孔层流体连通，从而与相同的微流体装置兼容使用。在一些实施方案中，可以配置一个或多个孔层，使得一个或多个孔可以用作储器、混合区和/或隔室等，用于特定应用的操作和/或测定。
在一些实施方案中，孔层302可以是微流体层300和/或多孔装置的基底层。
在一些实施方案中，孔层302可以被微图案化和/或微雕刻，和/或可以包含微柱和/或纳米柱。在一些实施方案中，孔层302的厚度、材料、微图案化、涂层、和几何构造中的一者或多者可以被配置用于显微成像。在一些实施方案中，孔层302的材料、微图案、涂层和几何构型中的一者或多者可以被配置用于贴壁细胞的2D培养。在一些实施方案中，孔层302的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者可以被配置用于一种以上类型的细胞(例如，一种以上类型的贴壁细胞)的共培养。在一些实施方案中，系统可以被配置为将具有第一种类型的贴壁细胞的一种细胞悬液寻址到孔，然后将具有第二种类型的贴壁细胞的第二种细胞悬液寻址到同一储器。在一些实施方案中，第一和第二细胞悬液可以从分别的储器或其他分别的来源中提取。在一些实施方案中，孔层302的材料、微图案、涂层和几何构型中的一者或多者可以被配置用于贴壁细胞与其他细胞类型的共培养。在一些实施方案中，孔层302的材料、微图案、涂层和几何构型中的一者或多者可以被配置用于本文公开的任何两种类型的细胞的共培养，和/或用于本文公开的任何类型的细胞与一种或多种附加类型的细胞的共培养。在一些实施方案中，孔层302的材料、微图案、涂层、和几何构型中的一者或多者可以被配置用于悬浮细胞的培养。在一些实施方案中，孔层302的材料、微图案化、涂层、和几何构造中的一个或多个可以被配置用于3D培养模型的培养。在一些实施方案中，所述3D模型包括一个或多个肿瘤球体、器官体、血管网络、生物打印的3D组织模型、和iPSC衍生的3D组织模型。在一些实施方案中，孔层302的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者可以被配置用于培养永生化细胞、iPSC、iPSC衍生细胞或原代细胞中的一种或多种细胞。在一些实施方案中，本段中阐述的孔层302的任何一个或多个特性、和/或本申请中别处阐述的孔层的任何一个或多个特性可以同等地应用于与孔层分离的基底层。
在一些实施方案中，在细胞被接种到一个或多个层中并在那里冷冻之后，可以向用户提供孔层302，使得用户可以随后将孔层附接到系统上并解冻细胞，并且在细胞解冻之后开始实验。在一些实施方案中，该过程可以减少关于细胞的用户输入，并且允许向用户提供针对特定生物应用而设计的特定细胞系。
图3C示出了根据一些实施方案的流体路由层304的独立视图。在一些实施方案中，流体路由层304可以形成为既包括流体路由子层(和/或流体路由侧)又包括微脱气器层(和/或微脱气器侧)的层的子层。在一些实施方案中，流体路由层304可以形成为还包括脱气层(例如脱气层303b)的层的子层，如下面参考图3G所讨论的。在组合配置中，流体路由特征可面向气动膜层，而脱气特征可面向脱气膜的相反方向。在一些实施方案中，流体路由层304可以通过铣削、注射成型、和/或蚀刻来制造。
在一些实施方案中，流体路由层304可以包括多个微流体通道，其被配置为允许细胞悬液、试剂和/或其他流体流入和/或流出孔层302的孔。在一些实施方案中，流体路由层304的微流体通道可以与孔层302的一个或多个孔处于流体连通，并且可以被配置成允许流体的流动被单独寻址到孔层302中的任何一个孔(如将在下面进一步详细讨论的)。
流体路由层304可以包括流体入口306c，该流体入口可以连接到对接站(例如对接站102)、歧管连接器1200、和/或单独的流体连接器(例如但不限于移液管尖端、管、储器和/或其他外部流体源)并从其接收流体。
流体路由层304可以包括流体出口306d，该流体出口可以流体地连接到输出储器或其他下游流体目的地。在一些实施方案中，流体出口306d可以连接到对接站102、歧管连接器1200、和/或其他流体连接器。
流体路由层304可以包括流体入口通道306e，其可以将入口306c流体地连接到多个行通道(例如，通道306g)，以允许流体(例如，试剂、细胞悬液、药物)从入口306c流到所述行通道中的一个或多个。
流体路由层304可以包括行选择阀306f，其可以被配置为选择性地打开和关闭，以允许和禁止流体从入口通道306e流向对应的行通道(例如，通道306g)。在一些实施方案中，行选择阀306f可以被配置为两个或更多个总线阀中的一个，该总线阀被配置为通过单个气动控制动作与一个或更多个其他总线阀同时打开和/或关闭；例如，行通道入口总线阀和行通道出口总线阀可以一起打开和关闭。在一些实施方案中，行选择阀306f可以被配置为通过微流体层300的气动膜的运动而被气动致动，如本文别处所讨论的。
流体路由层304可以包括行通道306g，行通道306g可以是对应于相应的孔行的流体通道，并且被配置为选择第一特定顺序来寻址各个阀。单独的行阀(例如，行选择阀306f)可以选择流体可以被递送到的行和/或从其递送出去的行。
流体路由层304可以包括冲刷阀306h，其可以被配置为选择性地打开和关闭，以允许和禁止流体从对应的行通道(例如，通道306g)流入出口通道。
流体路由层304可以包括孔选择阀306i，其可以被配置为选择性地打开和关闭，以允许和禁止流体从行通道(例如，通道306g)流入单个对应的孔，和/或允许流体从单个孔流出到行出口通道并流向出口(例如，出口306d)。在一些实施方案中，孔选择阀306i可以被配置为成对或成组的两个或更多个总线阀，其被配置为通过单个气动控制动作同时打开和/或关闭；例如，孔入口总线阀和孔出口总线阀可以一起打开和关闭。在一些实施方案中，孔选择阀306i可以被配置为通过微流体层300的气动膜的运动而被气动致动，如本文别处所讨论的。
流体路由层304可以包括通孔306j，其可以被配置为将流体路由层304一侧上的脱气器结构(例如，在脱气器层303b中)气动连接到流体路由层304的相对侧上的脱气器控制层(例如，层314)。
流体路由层304可以包括孔入口/出口306k，其可以包括将流体路由层304的通道流体地连接到孔层302的孔的通孔。
在一些实施方案中，特征306c-i可以被微雕刻、注射成型、和/或蚀刻到面向气动膜306的流体路由层304的表面中。
在一些实施方案中，流体路由层304可以具有小于1mm、小于0.75mm、小于0.5mm、或小于0.25mm的厚度。在一些实施方案中，流体路由层304可以具有大于1mm、大于0.75mm、大于0.5mm、或大于0.25mm的厚度。在一些实施方案中，流体路由层304可以具有小于50μm、小于40μm、或小于30μm的深度(例如，蚀刻深度)。在一些实施方案中，流体路由层304可以具有大于50μm、大于40μm、或大于30μm的深度(例如，蚀刻深度)。
在一些实施方案中，流体路由层304的微流体通道可以具有小于1mm、小于0.5mm、小于0.4mm、小于0.3mm、小于0.2mm、或小于0.1mm的宽度或直径。在一些实施方案中，流体路由层304的微流体通道可以具有大于1mm、小于0.5mm、小于0.4mm、小于0.3mm、小于0.2mm、或小于0.1mm的宽度或直径。
图3D和3E各自示出了气动层308的一部分。在一些实施方案中，气动层308包括两个子层：气动选孔层310和气动控制层312。在一些实施方案中，孔选择层310可被称为形成气动层308的一个“侧”(例如，底侧)，而气动控制层312可被称为形成另一个“侧”(例如，顶侧)或气动层308。因此，图3D示出了根据一些实施方案的气动孔选择层310；图3E示出了根据一些实施方案的气动控制层312。在一些实施方案中，气动孔选择层310和气动控制层312可以彼此粘合、压花、研磨和/或注射成型并且可以经由一个或多个通孔连接。在一些实施方案中，气动孔选择层310可以邻近气动膜层306，而气动控制层312可以在气动孔选择层310的远离气动膜层306的另一侧。
如图3D所示，气动控制层310可用于致动气动膜306；气动压力的变化可以使流体路由层304中相应的孔特定流体阀的气动总线阀区域(偏转室)310i内的气动膜306偏转，从而允许流体被输送到孔层302中的孔中和/或从孔层302中的孔中输送出来。
气动控制层310可以包括入口310c，该入口可以是通孔，其被配置为连接到对接站(例如对接站102)、歧管连接器1200、和/或单独的流体连接器(例如但不限于移液管尖端、管、储器和/或其他外部流体源)并从其接收流体。
气动控制层310可以包括流体出口310d，该流体出口可以流体地连接到输出储器或其他下游流体目的地。在一些实施方案中，流体出口310d可以连接到对接站102、歧管连接器1200、和/或其他流体连接器。
在一些实施方案中，入口310c和流体出口310d中的一者或两者可以是通孔，其分别连接到本文中讨论的其他层中的对应入口和/或出口。
气动控制层310可以包括气动偏转室310e，气动偏转室可以是被配置为向气动膜(例如气动膜层306)施加压力和/或真空的室，以便使膜偏转并打开或关闭流体阀(例如提升闸阀、门垫阀等)。气动偏转室310e可以对应于相应的行选择阀306f(关于流体路由层304讨论的)，并且可以被配置成控制那些阀306f的致动。
气动控制层310可以包括气动偏转室310f，其可以是对应于相应冲刷阀306h(关于流体路由层304讨论)的气动偏转室，并且可以被配置成控制那些阀306h的致动。
气动控制层310可以包括通孔310g，其可以被配置为将流体路由层304一侧上的脱气器结构(例如，在脱气器层303b中)气动连接到流体路由层304的相对侧上的脱气器控制层(例如，层314)。在一些实施方案中，气动连接可以通过相应的通孔306j形成(关于流体路由层304讨论)。
气动控制层310可以包括气动通孔连接器310h，其可以被配置为气动连接到气动偏转室310i，如下所述。
气动控制层310可以包括偏转室310i，其可以是对应于相应孔选择阀306i(关于流体路由层304讨论)的偏转室，并且可以被配置成控制那些阀306i的致动。
在一些实施方案中，气动控制层310可以被制造成使得一侧或两侧上的特征可以被铣削、注射成型、和/或蚀刻到该层中。
在一些实施方案中，气动层308的一个或两个子层可以通过软光刻工艺、注射成型、和/或硬压花形成。
在一些实施方案中，为了允许每个孔被单独寻址，每个孔可以由两个总线阀来门控，这两个总线阀可以由来自气动控制层312的单个输入线控制。
在一些实施方案中，气动控制层312通过气动端口连接器314a连接到系统100中的气动连接端口/歧管。系统单元控制器可以在真空或压力状态下操作内部电磁阀和/或气动歧管单元1100，从而用真空或压力填充气动控制层312中的气动管线。压力状态然后可以通过通向孔选择层310的单独的气动通道和通孔，传递到孔选择层310上的膜。所施加的真空可以偏转气动膜层306并打开流体路由层304中的总线阀。这可以允许流体被路由到连接到这些阀的各个孔内，并允许流体通过微泵、隔膜泵或压电泵的致动而被递送到其中，这些泵在一些实施方案中可以设置在微流体层300中，并且在一些实施方案中可以设置在微流体层300的外部。
如图3E所示，气动路由层312可包括入口310c和出口310d，如上文关于气动孔选择层310所述。气动路由层312也可以包括通孔310g，如以上关于气动孔选择层310所讨论的。
气动路由层312可以包括气动连接端口310j，其可以被配置为分别气动连接到主气动连接端口，例如主气动连接端口314a，下面关于密封层316进行讨论。因此，气动连接端口310j可以提供从气动路由层312到微流体层300外部的压力源和/或真空源的气动连接。
气动路由层312可以包括气动路由通道310k，气动路由通道310k可以是被配置为将气动连接端口310j连接到气动偏转室310e、310f和/或310i的单独的气动路由通道，如图所示。
图3F描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的脱气器膜层303a。在一些实施方案中，脱气器膜层303a可以设置在孔选择层302和脱气器层303b(下面讨论)之间。在一些实施方案中，脱气器膜层303a可以包括诸如PDMS的气体渗透膜，并且可以被配置为允许气泡(和/或其他气泡)在脱气器膜层303a的另一侧上的脱气器层303b施加的真空力下从孔层302中的孔中逸出(例如，被主动移除)。
在一些实施方案中，脱气器膜层303a可以具有小于10μm、25μm、50μm、100μm、250μm、或500μm的厚度。在一些实施方案中，脱气器膜层303a可以具有大于10μm、25μm、50μm、100μm、250μm、或500μm的厚度。
脱气器膜层303a可以包括通孔304a，所述通孔可以是被配置成将流体路由层304中的通道流体地连接到孔层302中的相应孔的通孔。
图3G描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的脱气器层303b。在一些实施方案中，脱气器层303b可以设置在脱气器膜层303a和流体路由层304之间。
在一些实施方案中，脱气器层303b可以形成为既包括流体路由子层(和/或流体路由侧)又包括微脱气器层(和/或微脱气器侧)的层的子层。在一些实施方案中，脱气层303b可以形成为还包括流体路由层(如流体路由层304)的层的子层。在组合配置中，流体路由特征可面向气动膜层，而脱气特征可面向脱气膜的相反方向。在一些实施方案中，脱气层303b可以通过研磨、注射成型、和/或蚀刻来制造。
在一些实施方案中，脱气器层303b可以包括多个局部脱气器303c，在一些实施方案中，除了主全局脱气器之外，局部脱气器303c可以是辅助脱气器。虽然主脱气器可以对公共输入通道进行脱气，但是脱气器层303b中的多个局部辅助脱气器303c中的每一个可以位于孔层302中的相应孔的上方(并且跨越脱气器膜层303a)，并且可以被配置为对特定孔进行脱气。
在一些实施方案中，每个辅助脱气器303c可以包括一个或多个通孔，该通孔被配置为气动连接到脱气器控制层314，使得可以从脱气器控制层314向脱气器层303b施加真空。通孔可以通过一个或多个通道或其他气动路由结构连接到一系列支柱或其他支撑元件，这些支柱或其他支撑元件被配置为支撑施加到脱气器膜303a的真空，使得其不会偏转到微脱气器中。
脱气器层303b可以另外包括多个孔入口/出口，其可以采取形成在脱气器层303b中的通孔的形式，该通孔被配置为将如上参考流体路由层304所述的孔入口/出口流体地连接到孔层302。
图3H描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的气动膜层306。
气动膜层306可以包括入口308a，该入口可以是通孔，其被配置为连接到对接站(例如对接站102)、歧管连接器1200、和/或单独的流体连接器(例如但不限于移液管尖端、管、储器和/或其他外部流体源)并从其接收流体。
气动膜层306可以包括流体出口308b，该流体出口可以流体地连接到输出储器或其他下游流体目的地。在一些实施方案中，流体出口308b可以连接到对接站102、歧管连接器1200、和/或其他流体连接器。
在一些实施方案中，入口308a和流体出口308b中的一者或两者可以是通孔，其分别连接到本文中讨论的其他层中的对应入口和/或出口。
气动膜层306可以包括气动通孔308c，其可以被配置为气动地将气动膜层306一侧上的脱气器结构(例如，在脱气器层303b中)连接到气动膜层306的相对侧上的脱气器控制层(例如，层314)。
图3I描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的脱气器控制层314。在一些实施方案中，脱气器控制层314可以设置在气动控制层312和密封层316之间(下面在图3J中讨论)。在一些实施方案中，脱气器控制层314可以包括一个或多个气动路由通道，其被配置为将真空路由到一个或多个通孔，以被传送到脱气器层(例如脱气器层303b)的孔特定的微脱气器。在一些实施方案中，单个真空入口足以施加恒定的负真空压力，以传送到脱气器层303b中的微脱气器结构。
在一些实施方案中，脱气器控制层314的一个或多个特征可以形成在脱气器控制层314面向脱气器层(如脱气器层303b)的一侧上。
脱气器控制层314可以包括入口312a，该入口可以是通孔，其被配置为连接到对接站(例如对接站102)、歧管连接器1200、和/或单独的流体连接器(例如但不限于移液管尖端、管、储器和/或其他外部流体源)并从其接收流体。
脱气器控制层314可以包括流体出口312b，该流体出口可以流体地连接到输出储器或其他下游流体目的地。在一些实施方案中，流体出口312b可以连接到对接站102、歧管连接器1200、和/或其他流体连接器。
在一些实施方案中，入口312a和流体出口312b中的一者或两者可以是通孔，其分别连接到本文中讨论的其他层中的对应入口和/或出口。
脱气器控制层314可以包括气动通孔连接端口312c，其可以被配置为分别气动连接到主气动连接端口，例如主气动连接端口314a，下面关于密封层316进行讨论。因此，气动连接端口312c可以提供从脱气器控制层314到微流体层300外部的压力源和/或真空源的气动连接。
脱气器控制层314可以包括气动路由通道312d，其可以被配置为气动地将连接端口312c连接到气动通孔312d，如下所述。
脱气器控制层314可以包括气动通孔312e，其可以通过路由通道312d气动连接到连接端口312c，并且可以被配置为将真空力传递到脱气器层303b的一个或多个微脱气器结构。在一些实施方案中，如上所述，气动通孔312e可以通过通孔310g和306j中的一个或多个将真空力传递到脱气器层303b的一个或多个微脱气器结构。
图3J描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层的密封层316。在一些实施方案中，密封层316可以设置在脱气器控制层314的与气动控制层312相对的一侧。在一些实施方案中，密封层316可以被称为盖层。密封层316可以被配置为密封和关闭脱气器控制层314的气动特征，以确保微流体层300的正常功能。
在一些实施方案中，密封层316可以包括主要气动连接端口314a，其可以被配置为在外部设备和气动通道和室以及微流体层300内的其他结构之间提供气动连接。连接端口314a可以被配置成气动地联接到一个或多个真空(和/或正压)源，例如歧管连接器、一个或多个管等。在一些实施方案中，连接端口314a可以联接到对接站(例如对接站102)的一部分或部件。
密封层316可以包括入口314b，该入口可以是通孔，其被配置为连接到对接站(例如对接站102)、歧管连接器1200、和/或单独的流体连接器(例如但不限于移液管尖端、管、储器和/或其他外部流体源)并从其接收流体。在一些实施方案中，入口314b可以直接连接到上述任何一个源，并且可以将流体流传送到上述微流体层300的其他层中的其他对应入口孔。
密封层316可以包括流体出口314c，该流体出口可以流体地连接到输出储器或其他下游流体目的地。在一些实施方案中，流体出口314c可以连接到对接站102、歧管连接器1200、和/或其他流体连接器。在一些实施方案中，流体出口314b可以直接连接到上述任何一个下游流体目的地，并且可以接收来自上述微流体层300的其他层中的其他对应出口孔的流体流。
在一些实施方案中，入口314b和流体出口314c中的一者或两者可以是通孔，其分别连接到本文中讨论的其他层中的对应入口和/或出口。
图3K描绘了根据一些实施方案的多孔板装置的微流体层350的示意图。在一些实施方案中，微流体层350可以与上面参照图2A-2C讨论的微流体层202和/或上面参照图3A-3J讨论的微流体层300共享任何一个或多个共同特性。在一些实施方案中，微流体层350可以不同于微流体层300，它可以包括84孔的阵列而不是96孔的阵列。在一些实施方案中，微流体层350可以不同于微流体层300，因为它可以包括一个或多个被配置为储存化合物和/或用作混合区域的片上储器352。
在一些实施方案中，微流体层300和微流体层350的任何一个或多个特征可以整体或部分地彼此互换。例如，在一些实施方案中，微流体层300可以包括多个片上储器；在另一个例子中，在一些实施方案中，微流体层352可以不包括任何片上储器。在一些实施方案中，本文公开的使用微流体层300或微流体层352的任何一种或多种技术、系统、装置和/或方法可以使用另一个微流体层来实现，和/或可以使用具有微流体层300和微流体层352中的一者或两者的任何一个或多个特性的一个或多个微流体层来实现。
在一些实施方案中，微流体层352的孔阵列的设置可以以与上面关于图3B-J中描述的一个或多个部件描述的相同或相似的方式来执行。在一些实施方案中，片上储器352可以从微流体层352的流体层延伸穿过微流体层300的各个层，穿过对应层中的一个或多个通孔，并且可以通过盖层封闭(或者可以在盖层中保持打开，并且可以替代地通过膜、密封薄膜或用于手动进入和填充储器的类似部件封闭)。这样，片上储器352的体积可以取决于微流体层300的组合层的高度。
片上储器352可以从流体层延伸到整个芯片，并且可以通过盖层(例如，覆盖层)封闭(或者可以在盖层中保持打开，并且代之以用膜或密封薄膜封闭，用于手动进入和填充储器)。在一些实施方案中，可以通过气动膜层中的膜的气动致动来寻址各个片上储器，该气动膜层在多孔板装置的另一层中的偏转室中偏转，导致一个或多个阀的打开/关闭，例如根据本文别处描述的一个或多个气动致动和/或单个孔寻址技术。储器的流体连接的选择和打开/关闭可以通过软件和/或其他控制元件来控制，例如根据本文别处描述的自动孔寻址技术。在一些实施方案中，片上储器352可以允许将试剂、化合物和/或消耗品直接存储在多孔板装置上和/或直接存储在微流体层350上，例如用于自动化方案和测定。在一些实施方案中，片上储器350可以减少死体积和对多个片外存储容器和流体连接的需求。
如图3K所示，在一些实施方案中，片上储器352可以沿着微流体层350的一个边缘设置，并且在一些实施方案中可以横向设置在微流体层350的孔阵列的一侧。在一些实施方案中，片上储器352可以排列成单行；在一些实施方案中，片上储器352可以排列成多行；在一些实施方案中，片上储器352可以排列成阵列。在一些实施方案中，片上储器352可以相对于微流体层的孔布置在单个空间分组中；在一些实施方案中，片上储器352可以相对于微流体层的孔(例如，沿着该层的两个相对边缘定位)被布置成多个空间分组。
在一些实施方案中，一个或多个片上储器352可以具有大于5μL、大于10μL、大于15μL、大于20μL、大于25μL、大于50μL或大于100μL的体积。在一些实施方案中，一个或多个片上储器352可以具有小于5μL、小于10μL、小于15μL、小于20μL、小于25μL、小于50μL或小于100μL的体积。在一些实施方案中，一个或多个片上储器352的体积可以根据储器设置在其中的层的高度来设定或调整。
图4A、图4B和图5各自描绘了根据一些实施方案的包括气动阀的相应微流体层的两个截面图。图4A示出了实施方案的两个视图(上：关闭；下：打开)，其中气动阀由从流体路由层中形成的通道的表面突出的闸门形成。图4B示出了实施方案的两个视图(左：关闭；右：打开)，其中气动阀由从限定流体通道的至少一个壁的膜表面突出的闸门形成。图5示出了两个视图(左：分解图；右：未分解)，其中气动阀由从形成在流体路由层中的通道表面突出的闸门形成(类似于图4A中的实施方案)。
如图4A所示，微流体层400a可以包括流体路由层404a、气动膜层406a、气动层408a、和闸门410a。在一些实施方案中，微流体层400a、流体路由层404a、气动膜层406a和气动层408a可以与上面参照图3A讨论的对应元件(例如，微流体层300、流体路由层304、气动膜层306和气动层308)共享一个或多个共同特性。
如图4A所示，流体路由层404a可以限定一个或多个流体可以流过的微流体通道，并且微流体通道可以在一侧(例如，在顶侧)被气动膜层406a密封。气动膜层406a可以是柔性的，使得它可以选择性地变形到形成在气动层408a中的位移室(例如，空腔)中，该位移室可以在气动膜层406a的与流体路由层404a相对的一侧。
在图4A的上图中，由气动层408a的位移室内部的压力(例如空气压力)施加在气动膜层406a上的(气动)力大于由来自流体路由层404a的通道中的流体的压力(例如流体压力)施加在气动膜层406a上的(气动)力；因此，由气动层408a的位移室内的压力(例如，空气压力)施加在气动膜层406a上的力足以迫使气动膜层406a朝向和抵靠闸门410a，从而通过形成密封来关闭阀并防止流体(在所示实施方案中从右向左)流过流体路由层404a中的通道。
在图4A的下图中，由气动层408a的位移室内部的压力(例如空气压力)施加在气动膜层406a上的力小于由来自流体路由层404a的通道中的流体的压力(例如流体压力)施加在气动膜层406a上的力；因此，由气动层408a的位移室内的压力(例如空气压力)施加在气动膜层406a上的力不足以迫使气动膜层406a朝向和抵靠闸门410a；相反，由来自流体路由层404a的通道中的流体的压力(例如，流体压力)施加在气动膜层406a上的力足以迫使气动膜层406a远离闸门410a，从而通过允许流体(在所示实施方案中从右向左)流过流体路由层404a中的通道来打开阀。
应当注意，在一些实施方案中，向位移室施加的真空将气动膜层406a提升并保持远离闸门，从而打开流体通道。在一些实施方案中，通过流体的微泵致动，可以增加通道内的流体压力。然而，在不施加真空的情况下不可能产生流体流动，因为否则流体压力可能等于大气压力并且闸门可能保持关闭。因此，在一些实施方案中，施加真空可能是允许闸门打开所必需的。
因此，通过使气动层408a中的位移室内的压力(例如空气压力)增大或减小，图4A中的阀可以选择性地打开和关闭，以选择性地允许和禁止流体流过流体路由层404a中的通道。
图4B示出了微流体层400b，其可以包括流体路由层404b、气动膜层406b、气动层408b和闸门410b。在一些实施方案中，微流体层400b及其部件可以与上面参考图4A讨论的微流体层400a共享一个或多个共同特性。在一些实施方案中，微流体层400b与微流体层400a的不同之处可以在于，闸门410b可以形成为气动膜层406b的一部分或者可以附接到气动膜层406b，而不是形成为流体路由层404b的一部分或者附接到流体路由层404b。因此，气动层408b中的位移室中的压力变化可以使气动膜层406b选择性地上下移动，以便通过使闸门410b被压靠在流体通道层404中的通道壁上而形成密封来打开阀(如图4B中左侧图所示)，或者通过使闸门410b移动远离流体通道层404中的通道壁来打开阀(如图4B中右侧图所示)。这种类型的阀可以被称为提升闸阀，可以用于流体路由层304的配置/实施方案中，其中微流体孔被结合在其中，以允许使用非常薄的基底层302，从而促进高分辨率成像能力。
因此，通过使气动层408b中的位移室内的压力(例如空气压力)增大或减小，图4B中的阀可以选择性地打开和关闭，以选择性地允许和禁止流体流过流体路由层404b中的通道。
图5描绘了根据一些实施方案的包括气动阀的相应微流体层的两个截面图。图5示出了微流体层500，其可以包括流体路由层504、气动膜层506、气动层508、和闸门510。在一些实施方案中，微流体层500及其部件可以与上面参考图4A讨论的微流体层400a共享一个或多个共同特性。图5中左边的图显示了微流体层500的分解图，而图5中右边的图显示了微流体层500的非分解的、部分透明的视图。通过使气动层508中的位移室内的压力(例如空气压力)增大或减小，图5中的阀可以选择性地打开和关闭，以选择性地允许和禁止流体流过流体路由层504中的通道；这个原理可以类似地应用于图4A和图4B所示的阀。
在图4A、图4B和/或图5的阀中，如果没有压力施加到偏转室，则阀可以默认为关闭位置。这可以允许将包括其中一个阀的装置从气动连接件上拆下(例如，转移到另一个位置或另一件设备)，而无需打开阀并允许流体在装置中自由流动。
在一些实施方案中，多孔板装置的微流体层，包括微流体层202、300、400a、400b、和/或500，可以根据用于PDMS芯片的一个或多个已知制造工艺的全部或部分来制造，包括例如已知的复制模制工艺。
图6A-6V描绘了根据一些实施方案的流过具有可单独寻址的孔的多孔板装置的微流体层的流体(例如，细胞悬液)的示意图。在一些实施方案中，图6A-6V可以描绘自动细胞加载方案和芯片冲洗。图6A-6V中的每一个示出了在不同的时间点通过多孔板装置的流体的流动状态。在图6A-6V中，示意图显示所描绘的多孔板包括由微流体通道连接的六个六边形孔；每个孔都具有入口通道和出口通道。通过微流体通道的流动由多个被编号的阀(在图6A-6V的示意图中用三角形表示)控制，通道从阀1和阀2附近的两个流体输入端通向阀15附近的单个输出端。图6A-6V中所示的时序过程描述了多孔装置中的每个孔如何被单独寻址，以控制流体流向任何特定的期望的孔。综上所述，根据一些实施方案，图6A-6V可以描绘用于自动细胞接种和随后用以清除通道中过量细胞悬液的培养基灌注的过程。
在图6A-6V的每一个中，阀13、阀14和阀15可以构成微泵，该微泵产生真空力，以将流体从阀1和阀2附近的入口通过一个或多个中间微通道拉向阀15附近的出口。
在图6A中，阀2可以打开以允许流体从入口流向阀2的右侧，如代表通道的虚线所示。在一些实施方案中，靠近阀2的入口可以被配置成提供细胞悬液，而靠近阀1的入口可以被配置成培养基更换流体。在一些实施方案中，两个入口可以被配置成提供任何两种不同流体的流。在一些实施方案中，可以存在两个以上的入口，并且每个入口可以被配置成提供不同的流体。在一些实施方案中，相同的流体可以由两种或多种流体提供。
在图6B中，阀3可以打开以选择上行的两个孔，并用细胞悬液填充入口最近的阀2与上行之间的通道。(如参考图6A-6V所使用的，“上”行指的是图示中最靠近顶部的行，如附图标记的文本方向所示。同样，“下”行指的是最靠近附图底部的行。)在一些实施方案中，阀3可以保持打开，直到第一行中的所有流体操作都已经完成，然后它可以关闭，阀4可以打开下一行。
在图6C中，通过允许细胞悬液、培养基和/或试剂沿着任何一行或多行中的孔上方的通道流动，阀6可以打开以灌注任何一行或多行。在一些实施方案中，阀6可以打开具有相同编号的每个阀。然而，由于只有第一行被阀3打开，流体只能通过上行输送。在一些实施方案中，组合地选择阀4可以仅允许流体通过行2输送，等等。
在图6D中，细胞悬液可以从第1行通过阀3最左边的总线阀，向下流向阀13。在一些实施方案中，阀3包括可以同时打开(和/或关闭)的两个总线阀。注意，图6A-6V中的某些阀被编号，以指示两个不同的总线阀对应于相同的阀号。在这些情况下，两个总线阀可以被配置为彼此同时打开和/或关闭，例如通过由单个气动动作致动。在一些实施方案中，将一个以上的总线阀配置成由单个气动动作致动作为单个整体阀的一部分可以节省气动连接上的空间，并且例如可以允许经由单个气动输入选择一行(例如，通过使其上游和下游总线阀同时打开或同时关闭)。
在图6E-6G中，阀13、阀14和阀15依次打开，使得细胞悬液通过它们流向阀15附近的出口。如上所述，阀13、阀14和阀15可以构成微泵，该微泵在流体通道内产生真空力，以将流体从阀1和阀2附近的入口通过一个或多个中间微通道拉向出口15。阀13-15作为微泵的操作将在下面参照图7进行更详细的讨论。在一些实施方案中，为了填充通道并确保相等的细胞分布，可能需要微泵的几个泵冲程，或通过本文别处描述的方法的任何其他流体致动手段。
在图6H中，在上行上方的通道被灌注后，阀7可被打开，以使细胞悬液从最上面一行上方的通道流入对应于阀7的孔中，并流出孔，进入最上面一行孔下方的微通道，并流向阀3的最左边的总线阀，该总线阀自图6B所示的步骤以来一直保持打开。注意，在图6H中，孔7的上侧与阀6之间的区域不再以虚线示出。这并不意味着该区域不再充满流体；相反，它仅旨在突出显示虚线中新显示的区域，其中流体流动是新的。在一些实施方案中，先前以虚线示出的区域仍然可以完全充满流体。相同的惯例适用于包括在图6H-6V中的以下几幅图。
在图6I中，细胞悬液可以从对应于阀7的孔通过阀3的最左边的总线阀向下流向阀13。
在图6J-6L中，阀13、阀14和阀15依次打开，使得细胞悬液、培养基、和/或试剂通过它们流向阀15附近的出口。
在图6M中，在对应于阀7的孔已经用细胞悬液、培养基和/或试剂填充之后，然后阀8可以被打开以开始填充与阀8相关联的孔，以使得细胞悬液、培养基、和/或试剂从最上面一行孔上方的通道流入对应于阀8的孔，并且流出孔并进入最上面一行孔下方的微通道，并且流向阀3的最左边的总线阀，该总线阀自图6B中所示的步骤以来一直保持打开。在一些实施方案中，阀7可以关闭。在一些实施方案中，多孔装置可以被配置成使得在新孔被打开以填充流体和/或细胞悬液、培养基、和/或试剂之前，所有先前的孔都被关闭。
在图6N中，在最上面一行中的所有孔都被填充之后，中间一行中的孔可以被填充。如图6N所示，可打开阀4以选择中间一行孔，并通过允许细胞悬液沿中间一行孔上方的通道流动来灌注中间一行孔。
在图6O中，在中间行上方的通道已经被灌注之后，阀9可以被打开，以使细胞悬液从中间行上方的通道流入对应于阀9的孔，并流出孔，进入中间行孔下方的微通道，并流向阀4的最左侧的总线阀，该总线阀自图6N所示的步骤以来可能一直保持打开。
在图6P中，在对应于阀9的孔已经用细胞悬液、培养基和/或试剂填充之后，然后阀10可以打开以开始填充与阀10相关联的孔，以使细胞悬液、培养基、和/或试剂从中间行上方的通道流入对应于阀10的孔，并流出孔，进入中间行孔下方的微通道，并流向阀4的最左侧的总线阀，该总线阀自图6N所示的步骤以来一直保持打开。在一些实施方案中，阀9可以关闭。
在图6Q中，在中间行中的所有孔都被填充之后，可以填充下行中的孔。如图6Q所示，可打开阀5以选择下行的孔，并通过允许细胞悬液、培养基、和/或试剂沿下行孔上方的通道流动来灌注下行。
在图6R中，在下行上方的通道已经被灌注之后，阀11可以被打开，以使细胞悬液、培养基、和/或试剂从下行上方的通道流入对应于阀11的孔中，并流出该孔，进入下行孔下方的微通道，并流向阀5的最左侧的总线阀，该总线阀自图6Q所示的步骤以来一直保持打开。
在图6S中，在对应于阀11的孔已经被细胞悬液填充之后，然后阀12可以被打开以开始填充与阀12相关联的孔，以使得细胞悬液、培养基、和/或试剂从下行上方的通道流入对应于阀12的孔，并且流出孔并进入下行孔下方的微通道，并且流向阀5的最左侧的总线阀，该总线阀自图6Q中所示的步骤以来一直保持打开。在一些实施方案中，阀11可以关闭。
在图6T中，在板中的每个孔(或所有期望的孔)已经被寻址以填充以细胞悬液、培养基、和/或试剂之后，阀2可以关闭，阀1可以打开。因此，对应于阀2的入口可以被阻塞，使得细胞悬液、培养基、和/或试剂不再流入微通道，而阀1旁边的入口可以通过阀1的打开而流体地连接到微通道，使得流体培养基可以从入口1流过微通道。在一些实施方案中，可以选择根据所使用的细胞悬液确定的培养基，并且该培养基可以用于冲洗微通道。
如图6T-6V所示，用于冲洗的培养基可以首先流经最上面一行的通道，然后流经中间一行的通道，然后流经最下面一行的通道。为了实现这种流动过程，可以首先打开阀3；然后阀3可以关闭，阀4可以打开；然后阀4可以关闭，阀5可以打开。在图6T-6V中，通过使用更细的线示出了用于冲洗的培养基通过各种通道的流动。
在上述打开或关闭一个或多个阀的每个步骤之后，系统可以被配置为暂停预定的时间段和/或通过微泵执行预定数量的泵冲程。在一些实施方案中，已知不同的行、通道和/或孔需要更长的时间或更多的冲程来填充/灌注/排空/冲洗，因此系统可以在上述过程的不同步骤暂停不同的时间和/或执行不同的预定数量的泵冲程。在一些实施方案中，系统的一个或多个传感器可以用于确定是否已经发生了期望的灌注、孔填充、排空、和/或冲洗，并且传感器可以用于触发系统前进到下一步骤，例如通过打开或关闭下一个阀。
在一些实施方案中，在行被冲洗之后，系统可以暂停预定的时间段(见下面的图6W)，该时间段由用户输入和/或表征的细胞系粘附曲线来定义。在预定的粘附时间到期后，系统可以将方案改变为自动细胞培养，并且可以以预定的间隔灌注孔。
在图6A-6V中所示布局的一些实施方案中，孔行上方通道右侧(例如，上游)的通道宽度可以是500μm，而孔行上方通道起点左侧(例如，下游)的通道宽度可以是250μm。在一些实施方案中，不同的通道宽度可以在相同的微泵致动循环中具有不同的流速。
在一些实施方案中，图6A-6V中所示的通道宽度的布局和变化可以允许进入的培养基在流速上降低，使得它可以在温度上稳定，并且使得任何无意引入的气泡可以在流体路由层上方的层中的脱气器中在微流体通道的蛇形部分上方的位置处被捕获。在一些实施方案中，微脱气器可以结合在流体控制层中。在一些实施方案中，脱气器可以包括设置在气动层中的栅格，该气动层位于包括在图6A-6V所示布局中的流体路由层之上。通过对栅格施加真空(例如，恒定真空)，气泡可以从栅格下方的蛇形通道中被提取出来。加热的无气泡培养基然后可以分散到各个行通道中，在那里培养基然后可以被引入各个孔中。在一些实施方案中，可以进一步包括一个或多个额外的脱气器(例如，辅助脱气器)，使得可以在一个或多个单独的孔的位置处，或者在一个或多个单独的孔的一个或多个入口的位置处提取气泡。
图6W描绘了多孔系统的各种部件或特征随时间的操作的图形表示。在一些实施方案中，根据图6W操作的多孔系统可以是图6A-6V中示意性描绘的多孔系统。图6W示出了多孔装置的18个部件或特征随时间的时序表示。图6W中的18条水平线各自表示在装置操作期间各个部件随时间的状态，其中每条线中的阶跃函数变化表示各个部件或特征的状态中的事件或发生或变化。18个部件或特征中的每一个的操作是按时间同步显示的。
图6W中的第一条(最上面的)线表示多孔装置和/或对接站100和/或便携式歧管连接器1200的传感器记录功能的操作。在线中的每个尖峰处，系统可以记录、登记、存储、和/或传输关于在那些时间与装置相关联的一个或多个传感器的信息。
图6W中的第二条线表示与孔6相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀12。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第三条线表示与孔5相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀11。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第四条线表示与孔4相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀10。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第五条线表示与孔3相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀9。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第六条线表示与孔2相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀8。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第七条线表示与孔1相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀7。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第八条线表示行冲刷功能的操作。当线显示在升高位置时，系统在这些时间内可能正在执行行冲刷功能。在一些实施方案中，行冲洗可以包括使对应的行阀保持打开，同时该行中的孔阀保持关闭。因此，打开冲刷阀可允许冲洗和清洁通道中先前引入的细胞悬液、培养基和/或试剂。在一些实施方案中，为了将新鲜且未污染的培养基递送到孔中，可以在对各个孔进行寻址之前冲洗通道。
图6W中的第九条线表示与行3相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀5。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第十条线表示与第2行相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀4。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第11条线表示与第1行相关的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀3。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第12条线表示多孔装置的数据记录功能的操作。在线中的每个尖峰处，系统可以记录、登记、存储、和/或传输关于在那些时间与装置相关联的信息。
图6W中的第13、14和15条线分别表示右、中和左阀的操作，其中三个阀一起形成微泵，如下面参照图7进一步详细讨论的。当每条线显示为处于升高位置时，相应的阀在这些时间内可以处于打开位置。
图6W中的第16条线表示与入口2相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀2。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中的第17条线表示与入口1相关联的阀的操作；在一些实施方案中，这可以代表如以上关于图6A-6V所讨论的阀1。当线显示在升高位置时，阀在这些时间内可能处于打开位置。
图6W中最下方的第18条线表示多孔装置的暂停功能。当线显示在升高位置时，阀装置在这些时间内可能处于暂停状态。在一些实施方案中，系统暂停可以是相对于系统中示出的其他功能的循环变化长度的暂停。例如，在一些实施方案中，由图6W中的第18条最下面的线所示的系统暂停(以及在图6W中的其他线的规则循环中的对应暂停)可以比图6W的示例中所示的更长或更短。
如附图底部的注释所示，图6W表示细胞加载方案阶段，随后是系统暂停阶段，随后是自动化细胞培养阶段，用于在已经在第一阶段接种了细胞的各个孔内进行培养基更换。
在一些实施方案中，本文公开的微流体使能的装置和/或系统可以被配置成执行向细胞自动添加一种或多种化合物。在一些实施方案中，药物或试剂递送的操作可以类似于上面在图6A-6W中解释的用于细胞加载和/或培养基更换的方案。在一些实施方案中，对于药物或试剂递送，除了培养基和/或细胞加载端口之外，可以选择合适的输入端口。在一些实施方案中，稀释和梯度产生可以通过目标孔寻址和/或通过在通道中与培养基的主动微流体混合进行稀释来实现。
在一些实施方案中，本文公开的微流体使能的装置和/或系统可以被配置成执行细胞培养基的自动更换。
在一些实施方案中，本文公开的微流体使能的装置和/或系统可以被配置成执行试剂(例如，胰蛋白酶)的自动添加，以解离培养细胞的贴附依赖性细胞系。在一些实施方案中，例如，加入胰蛋白酶可导致多孔装置中的细胞脱离，然后在更换培养基时从装置中流出。
图7示意性地描绘了根据一些实施方案的使用三阀结构的微泵操作的六个不同阶段。在一些实施方案中，微泵包括阀702、阀704和阀706，流体在图中从左向右流动，从阀702流向阀706。在一些实施方案中，阀702、阀704和阀706可以分别对应于阀13、阀14和阀15，如以上关于图6A-6V所讨论的。在一些实施方案中，阀702、704和706可与本文讨论的任何一个或多个其他阀共享一些或所有共同特性。
在图7中，从上到下显示了标记为A-F的六个阶段，这些阶段按时间顺序从A进行到F。
在阶段A，阀702打开，阀404关闭，阀706打开。
在阶段B，阀702打开，阀404关闭，阀706关闭。
在阶段C，阀702打开，阀404打开，阀706关闭。
在阶段D，阀702关闭，阀404打开，阀706关闭。
在阶段E，阀702关闭，阀404打开，阀706打开。
在阶段F，阀702关闭，阀404关闭，阀706打开。
在一些实施方案中，图7中所示的六个按时间顺序的阶段可以一起构成由阀702、704和706形成的微阀的单个泵冲程。在一些实施方案中，本文讨论的多孔微流体系统可以包括一个或多个微泵，其被配置为自动执行多阀微泵的一个或多个泵冲程，例如图7所示的一个。
在一些实施方案中，微流体中的流体致动可以通过依次放置三个总线阀并促进循环致动来实现，如图7中所示的六个时间阶段的一个示例所示。
在一些实施方案中，三个参数可以影响使用微泵的流体流动：(1)总线阀的几何形状；(2)向气动装置施加压力/真空；和(3)步进时间/致动间隔。
关于总线阀的几何形状(例如，单个阀的大小和直径)，较小的阀直径可能具有较短的致动时间(所施加的真空使膜在闸门上方/与闸门一起偏转所需的时间)，而较大的阀可能需要较长的致动时间使膜偏转。
关于施加到气动装置的压力/真空，可以调节真空和压力设置以增加或减少流率，因为气动强度直接控制膜的偏转。
关于步进时间/致动间隔，较高的步进时间可以允许膜偏转更多的时间，从而产生较大的体积置换，而较低的步进时间可以允许膜偏转更少的时间，从而产生较小的体积置换。此外，致动时间也可以改变通道中的流速模式。由于致动时间的变化可能导致不同的流体流速，这种效应可用于通过精确调节流率来控制作用在生物样品上的剪切应力。较高的流率可能会产生较高的剪切应力，而较低的流率可能会降低剪切应力。控制剪切应力可能是一个重要因素，例如，对于干细胞和/或内皮细胞的分化。
图8A-8C示出了根据一些实施方案的不同的孔几何形状和表格，其示出了每种孔几何形状的接种密度。
在图8A-8C的表格中，第一列表示对应于孔几何形状的数字，其形状在图的顶部示出。第二列表示对应孔几何形状的面积，单位为平方毫米。第四列表示对应的孔几何形状的接种密度，单位为每孔细胞个数，细胞直径为5μm。第五列表示对应的孔几何形状的接种密度，单位为每孔细胞个数，细胞直径为10μm。第六列表示对应的孔几何形状的接种密度，单位为每孔细胞个数，细胞直径为15μm。第七列表示对应的孔几何形状的接种密度，单位为每孔细胞个数，细胞直径为20μm。第八列表示对应的孔几何形状的接种密度，单位为每孔细胞个数，细胞直径为25μm。
如图8A-8C顶部所示的孔几何形状的不同散列所示，实验数据表明，在一些实施方案中，孔几何形状1、3、4、6、7、9、10、11、12、13、14、15、18、19、20、和21不太可能经历气泡的积聚；而在一些实施方案中，孔几何形状2、5、8、15、16、和17更有可能经历气泡(或其他一种或多种气体的气泡)的积聚。在一些实施方案中，发现其他孔几何形状(未示出)更有可能在孔内经历气泡的积聚或不希望的流体路由；在一些实施方案中，气泡可能更有可能在孔本身内部具有内部柱或微图案的孔几何形状中积聚。
在一些实施方案中，气泡不太可能积聚的孔几何形状可能是优选的。然而，脱气器的使用，尤其是如本文所述的孔特定微脱气器，可以充分地减少气泡的形成，使得易于形成气泡的孔的几何形状能够消除气泡，因此对于各种应用是可以接受的。
在一些实施方案中，除了选择和/或优化孔几何形状以最小化气泡之外或者作为替代，可以选择和/或优化孔几何形状以最小化流体流动缓慢或不存在的“死区”。在一些实施方案中，细长的孔几何形状，例如图8C中的几何形状20，可以比更多的圆形几何形状(例如图8C中的几何形状17)更有效地最小化死区。在一些实施方案中，具有多个横向分布入口的孔几何形状(例如图8B中的几何形状15)可以更有效地最小化具有更少入口或仅具有一个入口的孔几何形状的死空间。
图9示出了根据一些实施方案的微脱气器900的示意图。在一些实施方案中，微脱气器900可以包括在本文所述的任何多孔装置的微流体层中，并且可以被配置为从一个或多个微通道和/或从装置的一个或多个孔移除气泡。微脱气器900可以以与上面关于图6A-6V讨论的脱气器描述的原理相同或相似的方式操作。然而，尽管以上关于图6A-6V讨论的脱气器可以是被配置为对多孔装置的全局流体输入管线进行脱气的“全局”脱气器，但是微脱气器900可以被配置为具有适用于单个孔几何形状的适配几何形状。也就是说，微脱气器900可以被配置为对多孔装置的单个孔脱气，而不是对对应于多孔装置的多个孔的全局输入管线脱气。微脱气器900的结构部件可以包括网格/栅格结构，该结构可以与诸如上述的主要(例如，全局)培养基脱气器中使用的网格/栅格结构相同或相似。在一些实施方案中，微脱气器900可以与主脱气器的真空入口串联连接。气动控制层312顶部的额外气动通道可被朝向连接相应孔上方的对应的单个微脱气器的单个通孔路由。在一些实施方案中，微脱气器可以与主脱气器结构位于同一层；在一些实施方案中，微脱气器可以位于与主脱气器结构分离的层和/或装置的分离模块中。诸如微脱气器900的孔特定微脱气器可以依赖于位于孔层和流体路由层之间的相同的气体渗透膜。由于主脱气器和微脱气器可以串联连接，一旦对气动管线施加真空，就可以排出被递送到各个孔室的任何气泡。
如图9所示，脱气器900可以包括真空输入孔902，其可以被配置为气动连接到真空源(例如气动控制层，或任何外部真空源)。脱气器900可以进一步包括气动通道904，其可以是气动路由结构，其被配置为气动地将输入孔902连接到一个或多个支柱906，所述支柱可以是支柱或其他支撑元件，其被配置为防止气体渗透膜(在施加的真空力下空气可以通过气体渗透膜从孔逸出(例如，被主动移除)到脱气器中)偏转到脱气器本身中。
图10A和图10B描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统的培养基盒1000的两个视图。在一些实施方案中，培养基盒1000可以与上面参照图1讨论的培养基盒108共享一些或所有共同的特性。
如图10A和图10B所示，培养基盒1000可以包括罩壳1002，该罩壳可以是任何主体结构，例如刚性外壳体，其被配置为由用户操作并被插入对接站或其他接收装置。
培养基盒1000还可以包括指示器1004，其可以是被配置为指示盒内流体液位的指示器。在一些实施方案中，指示器1004可以是透明窗口，其被配置为提供盒1000内的流体液位的视窗，以供用户目视检查。
培养基盒1000可以进一步包括输入注射筒橡胶隔膜密封件1006，其可以被配置为提供对盒1000的入口进行保护的密封件。在一些实施方案中，密封件1006可以安全地封闭盒1000，使其免受污染物和环境影响。此外，密封件1006可允许用户重复使用盒并对其进行消毒/高压灭菌。培养基的再填充可以在无菌的组织培养条件下进行，以避免污染。使用注射筒，用户可以刺穿密封件1006并重新填充培养基。在一些实施方案中，包含在盒1000中的HEPA过滤器可以允许压力平衡，因为从盒中拉出培养基可以产生负的分压，并且在某一点上可以停止微泵的操作或者降低流体传输的效率。
培养基盒1000可以进一步包括输出连接器橡胶隔膜密封件1008，其可以被配置为提供对盒1000的出口进行保护的密封件。在一些实施方案中，密封件1008可以以与密封件1006相同或相似的方式起作用。在一些实施方案中，对接站的针或类似部件可以刺穿密封件1008，以允许流体被输送出盒1000并进入对接站或系统的另一部件。
图11描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统的气动歧管1100。在一些实施方案中，气动歧管1100可以与上面参照图1讨论的气动歧管共享一个或多个共同特性，包括其可以被配置为与对接站(诸如对接站102)一起使用和/或结合在其中。如上所述，在一些实施方案中，气动歧管可以用于选择性地将单个真空/压力源与多孔装置的一个或多个气动输入管线气动联接，以便选择性地致动装置的气动控制元件，例如阀和/或泵。
在一些实施方案中，例如在单个板上具有较少孔的那些实施方案(例如，6孔板)，每个孔可以使用一个电磁阀。然而，在一些实施方案中，对于具有更多孔(例如，48个孔或更多，96个孔或更多)的板，每个板具有一个电磁阀的设计可能不具有成本效益、在空间上不可行或不便于制造。因此，在一些实施方案中，通过允许与单个真空和/或压力源选择性地连接和断开几十个或大批气动输入管线，可以使用这里讨论的气动层，以使得大量孔(例如，48个孔、96个孔或更多)中的每一个能够单独寻址。在一些实施方案中，气动歧管可以由步进电机驱动。歧管可以将用于96孔板的单个孔寻址的电磁阀的数量从96个(使用一个电磁阀与一个孔的比率)减少到仅一个电磁阀，从而大大降低成本和制造效率。
如图11所示，气动歧管1100可包括罩壳1102、输出端口1104、活塞轨道1106、端口选择器1108、活塞螺杆1110和输入端口1112。
如图所示，罩壳1102可以形成用于气动歧管1100的一个或多个其他部件的壳体，并且罩壳1102可以包括多个输出端口1104。在一些实施方案中，输出端口1104中的每一个可以被配置为气动地联接到多孔装置的气动输入端口，使得真空和/或压力可以从歧管1100传送到所连接的多孔装置的输入端口中的选定的一个。
在罩壳1102内，活塞轨道1106和活塞螺杆1110可以被配置成使得端口选择器1108能够沿着歧管1100的长度横向移动。通过经由活塞轨道1106和活塞螺杆1110沿着歧管1100的长度横向移动，端口选择器1108可以选择性地气动地与输出端口1104中的任何一个联接和分离。在一些实施方案中，端口选择器1108的位置可以由步进电机驱动。因此，通过选择性地与输出端口1104之一气动联接，端口选择器1108可将选定的输出端口联接到输入端口1112，使得气压可从连接到输入端口1112的气动源通过歧管1100传送到连接的多孔装置。
在一些实施方案中，气动歧管1100的操作可由步进电机控制，并且可由相关装置或系统的一个或多个计算机化控制系统(例如对接站102和/或系统100的控制系统)电子控制。
图12描绘了根据一些实施方案的用于细胞培养系统的歧管适配器1200。在一些实施方案中，歧管适配器1200可以是便携式装置，和/或可以允许微流体芯片的快速、可靠和方便的连接，而不需要与玻璃基底进行UV/O3键合。在一些实施方案中，歧管适配器1200可以允许多孔装置以与上文关于气动歧管1100所讨论的类似方式气动连接到气动压力源和/或真空源。在气动歧管1100可以促进输入1112和输出1104之一之间的选择性气动连接(用于连接到多孔装置)的情况下，歧管适配器1200可以促进多个气动输入和多个气动输出之间的气动连接(用于连接到多孔装置)。
如图12所示，歧管适配器1200可以包括基座部分1202，基座部分1202可以被配置为接收多孔装置，并且在一些实施方案中，基座部分1202可以包括一个或多个加热元件(例如，氧化铟锡(ITO)加热元件，或其他合适的加热元件)，当多孔装置被插入基座部分时，加热元件被配置为调节多孔装置的温度。
基座部分1202还可以包括一个或多个电子连接端口，其被配置为发送和/或接收与连接到适配器1200的多孔装置及其功能的监测和控制相关的电子信号。例如，基座部分1202的电子连接端口可以被配置成发送和接收关于监测和/或调节多孔装置内部环境的一个或多个特性的信号，和/或可以被配置成发送和接收关于控制多孔装置内部流体流动的一个或多个阀的电子控制的信号。
歧管适配器1200还可包括盖部1204，盖部1204可被构造成将多孔装置保持在基部1202中的适当位置，例如通过装配在多孔装置的顶部上并通过一个或多个夹具和/或螺钉固定在适当位置。
歧管适配器1200可以进一步包括气动管线连接器1206，其可以被配置为气动地将真空和/或压力源连接到多孔装置的一个或多个气动管线。在一些实施方案中，气动管线连接器1206可以被配置成使得用户可以将一个或多个气动源管线连接到连接器1206，使得每个管线可以经由形成在连接器1206的主体中的相应通孔连接到多孔装置的对应气动管线。在一些实施方案中，连接器1206可以通过一个或多个螺钉固定到盖部1204。在一些实施方案中，气动管线连接器1206可以被配置成使得用户可以将连接器1206从盖部1204断开，并且插入适配器1200中的多孔装置然后可以处于密封或关闭的状态，并且例如可以能够被物理地移动或以其他方式操作而内部不会被污染或以其他方式受到损害。
在一些实施方案中，歧管适配器1200可以共享以上参照图1讨论的对接站102的一些或全部特性和能力，包括电子地、气动地和/或流体地连接到插入的多孔装置的能力，使得在多孔装置连接时，可以在多孔装置中进行一种或多种细胞培养、测定、和/或方案。在一些实施方案中，歧管适配器1200可以具有比对接站102更小的物理形状因数；在一些实施方案中，对接站102可以被配置用于工作台或实验室环境，而歧管适配器1200可以被配置用于显微镜和/或成像应用。(在一些实施方案中，由本文公开的系统进行的一种或多种测定可以包括显微镜测量，例如培养后U2O的活/死染色(参见下文实施例1)。)
在一些实施方案中，歧管适配器1200可以包括一个或多个计算元件，其被配置成与插入歧管适配器1200中的多孔装置电子通信。在一些实施方案中，歧管适配器1200可以以与对接站102相同或相似的方式通过有线电子连接来连接到多孔装置。在一些实施方案中，歧管适配器1200可以被配置成与插入歧管适配器1200中的多孔装置的一个或多个传感器和/或传感器层通信。
在一些实施方案中，歧管适配器1200可以包括传感器阵列，该传感器阵列被配置为附接到多孔装置或以其他方式感测多孔装置的微环境和/或多孔装置周围或歧管适配器1200周围环境的一个或多个特性。
以下描述的是与本文阐述的系统、方法、技术、和装置一致的三个实施例。
实施例1–接种并培养U2OS细胞持续至少24小时
材料和试剂：
清洁/灭菌溶液：70％乙醇(EtOH)、1M氢氧化钠(NaOH)、1x磷酸盐缓冲盐水(PBS)；
细胞培养试剂：培养基-DMEM/F-12，GlutaMAXTM补充剂(Giboco)+20mM HEPES(4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙烷磺酸)+1x青霉素链霉素(Pen-Strep)+10％胎牛血清(FBS)，TrypLETM表达酶(1X)，酚红
细胞制备：
将来源于U2OS细胞的细胞系接种在标准的6孔(35mm)多孔板中，并在转移到微流体芯片中之前培养3-5天。在标准组织培养环境中制备细胞，在标准6孔板中接种(2.5E5细胞/mL)后，将2ml细胞培养基加入到每个含有U2OS细胞的孔中。然后将6孔板转移到组织培养孵育器(5％CO2)中。每48小时更换一次培养基，以确保适当的细胞培养条件和营养供应。目视检查用于确定细胞汇合度。一旦孔的汇合度达到每孔约75-80％，选择U2OS细胞用于微流体细胞培养。然后将6孔板转移到生物安全罩中，通过在表面喷洒70％EtOH溶液至少1分钟的接触时间，确保封闭孔板和任何使用的设备和部件的表面灭菌，然后再进行进一步操作。
同时，使用水浴将培养基和其他使用的试剂加热至37℃。
培养细胞的解离：
为了解离标准6孔板中的培养细胞，使用无菌移液管和真空下的废液收集器从孔中吸取培养基。吸取培养基后，用3mL的无菌1x PBS溶液冲洗细胞层，吸取并向孔中加入0.5mL的TrypLE持续2分30秒。
在组装的微流体芯片中，在多次重复的接种后和粘附实验中确定解离试剂与细胞的准确/最佳接触时间。解离/接触时间直接影响微流体芯片内细胞的粘附能力；对玻璃基底层的粘附力。更高的解离时间导致对微流体芯片的基底层的更长的粘附时间，因为更多的用于粘附的表面蛋白质被变性，并且需要被重新合成或替换。
在与TripLE的2分钟30秒接触时间后，向每个孔中加入3mL含有解离试剂的培养基，以结束试剂的作用。通过手掌用力摇动孔板来手动搅动6孔板，以解离孔内的细胞。
然后将分离的细胞-培养基-试剂悬液转移到15mL的Falcon管中，转移到台式离心机中，以1200rpm的速度离心3分钟。上清液TripLE/培养基溶液从生物安全柜内的15mL的Falcon管中洗脱，同样，任何移入/移出都与使用70％EtOH溶液对设备进行表面灭菌相关联。
然后用标准移液管小心搅动试管内的溶液，用0.5mL新鲜培养基重新悬浮细胞沉淀。此后，将细胞悬液转移到1.5mL的Eppendorf管中。
细胞悬液现在准备接种到微流体芯片上。接种前，用10μL细胞悬液进行细胞计数。接种到微流体芯片中的目标细胞浓度约为1.0–4.0E6细胞/mL。
微流体芯片制备/清洁：
在将细胞加载到微流体芯片之前，用几种溶剂清洗组装好的芯片，以确保微环境完全无菌。在清洁方案冲洗和清洁芯片的同时，集成氧化铟锡(ITO)加热元件将连接到系统的加热端口连接，并且该元件将在整个清洁方案期间将微流体芯片加热到37℃。
为了清洗芯片，四个15mL的falcon管中装有：1)70％的乙醇；2)1M氢氧化钠(NaOH)；3)1x PBS；和4)用于随后自动细胞培养的培养基。
将使用1.5mm活检穿孔器刺穿每个falcon管盖，以插入试管，并在1.5mm二级孔中插入无菌、HEPA过滤的200μL移液管尖端。这种经过过滤的移液管尖端将确保无菌性和压力平衡，因为通过微泵操作来通过管提取培养基。
为了将试剂从Falcon管连接到微流体芯片，Tygon管(内径0.64mm/外径1.59mm)被连接到微流体芯片的两个入口以及出口。然后将出口管连接到一个50mL的空Falcon管上，以收集清洁循环中的废液和试剂。入口1的管和连接到入口2的管连接到70％乙醇溶液。(注意，本示例方案中使用的编号规则与图6W所示的相同。)带有清洁溶液的单个Falcon管和废液管被放置在标准Falcon管支架中的微流体芯片附近。
使用图形用户界面(GUI)，使用自动灌注程式的类似方案启动清洁循环，该程式稍后将被配置用于长期细胞培养实验期间的自动培养基更换。
在使用自动方案之前，通过以175ms的步进时间和500次泵冲程打开主入口1、行阀2和灌注阀，使用直接系统控制设置将连接的管充满乙醇溶液。这有利于用乙醇溶液填充管，并且也填充芯片的主要灌注通道。在该步骤之后，使用相同的设置(唯一的区别是入口2而不是入口1)用乙醇溶液冲洗入口2和相应的管。该过程完成后，将来自入口2的管转移到1M NaOH溶液中，并重复该过程。此后，将来自入口2的管转移到PBS溶液中，并重复该过程。
在界面中配置的用于用自动清洁方案清洁芯片的主要参数为：1)微泵致动的步进时间，2)每次a)冲洗流体灌注通道以及b)灌注/清洁单个可寻址孔时的重复次数/泵冲程，以及3)一个操作循环之间的系统暂停(每个灌注行和每个单个孔的冲洗)。用于微流体芯片清洁方案的参数为：1)175ms步进时间，2)a)每个灌注通道15个泵冲程和b)每个单独的可寻址孔10x8个泵冲程，以及3)每个操作循环之间2分钟的间歇暂停。
然后，系统自动开始在灌注通道和单个可寻址孔之间循环，并用连接到入口1的乙醇溶液冲洗这些芯片隔室。冲洗后的废液收集在与出口相连的50ml的Falcon管中。
用乙醇溶液清洁15分钟后，在系统暂停步骤中，来自入口1的管从乙醇Falcon管转移到1M NaOH溶液中。现在，该系统将继续清洁方案，但不会提取乙醇，而是将1M NaOH溶液灌注到芯片和各个芯片隔间中。该清洁循环将在相同的灌注系统配置下再运行60分钟。用1M NaOH冲洗系统60分钟后，管从1M NaOH溶液转移到1x PBS溶液，方式与清洁循环之间系统暂停期间从70％乙醇到1M NaOH的第一次变化相同。
用1x PBS再灌注微流体芯片60分钟后，然后将入口转移到含有培养基的Falcon管中，用于随后的自动化细胞培养实验，其方式与之前从一个Falcon管转移到下一个相同。
使用来自入口1的培养基的30分钟的最终清洁循环确保微流体芯片中的微环境已经被调节到稍后的细胞培养条件。
同时，用户可以如上所述制备用于实验的细胞悬液。一旦最后一个清洁步骤(用培养基冲洗微流体芯片)完成，自动清洁方案就停止了。入口1中连接的培养基将保持与芯片的连接。在拆卸入口2中的管之前，来自该入口的管也被转移到培养基溶液中，并且以175ms的步进时间通过入口2进行培养基的最终灌注，并且执行150-250泵冲程的灌注。此后，从入口2拆下管，将带有HEPA过滤器的200μL无菌移液管放入入口2，以避免污染。连接到出口的废液管将被移除，并替换为新的空的/无菌的50mL Falcon管。
到目前为止，ITO加热元件也已经将芯片的温度调整到37℃(各个细胞系和生物应用的温度可能会有所不同，并且可以由用户在系统设置中进行调整)。
细胞加载和粘附时间设置：
当系统执行微流体芯片清洁方案时，用户可以如前所述制备用于接种的细胞悬液。
该系统的GUI现在可以重新编程，用于自动细胞培养实验，包括将细胞自动接种到单个可寻址孔中。
该方案所需的主要参数(参数可能因细胞系和生物应用以及测定而异)为：1)微泵致动的步进时间，2)每次a)冲洗流体灌注通道以及b)灌注单个可寻址孔时的重复次数/泵冲程，3)将细胞接种到单个可寻址孔中的泵冲程次数，4)接种后孔中细胞的粘附时间，以及5)确定灌注占空比的单个孔的系统间歇暂停灌注间隔。一旦设置了这些参数，用户就可以继续添加细胞悬液并开始自动细胞培养方案。
用于培养来源于U2OS细胞的细胞系的设置为：1)175ms，2a)每个灌注通道15个泵冲程，2b)每个单独的可寻址孔3x8个泵冲程，3)将细胞悬液接种到单独的可寻址孔中5个泵冲程，4)在细胞已经加载到单独的可寻址孔中之后的60分钟粘附时间，以及5)在单独的灌注循环之间的15分钟间歇暂停。
用户现在使用标准的实验室移液管和带有HEPA过滤器的200μL移液管尖端来提取100μL制备的细胞悬液。然后将移液管吸头插入入口2，在此处更换先前放置的空移液管吸头，以避免微流体芯片上的污染，并从移液管上拆下。移液管尖端的HEPA过滤器确保细胞悬液不会暴露于环境污染。
现在，用户可以开始自动细胞培养和细胞加载模式。交互式界面与用户一起检验插入的参数，并在确认后启动方案。60秒的短暂延迟允许细胞悬液在附着的移液管尖端内轻微沉淀。
系统现在打开入口阀2、行阀1和冲刷阀，并将细胞悬液泵入微流体芯片50+15个泵冲程，以确保细胞悬液被插入微流体芯片。一旦灌注通道1被填充，冲刷阀关闭，孔1阀打开，总共5个泵冲程(之前由用户在方案设置的第3)点中描述)被递送到孔1。此后，孔1阀关闭，孔2阀打开，5个泵冲程被递送至孔2。行1中的孔填满后，行1阀关闭，行阀2和冲刷阀打开。行2的灌注通道现在灌注了15个泵冲程，之后冲刷阀关闭，孔3阀打开，5个泵冲程被递送到孔3。
此后，孔3阀关闭，孔4阀打开，5个泵冲程被递送至孔4。行2中的孔填满后，行2阀关闭，行阀3和冲刷阀打开。行3中的灌注通道现在用15个泵冲程灌注，之后冲刷阀关闭，孔5阀打开，5个泵冲程被递送到孔5。
此后，孔5阀关闭，孔6阀打开，5个泵冲程被递送至孔6。
现在芯片中的每个孔已经从入口2用5泵冲程的细胞悬液填充。入口2随后立即关闭。
该系统现在打开入口阀1、行阀1和冲刷阀，并将连接的培养基从入口1泵入微流体芯片75个泵冲程，以将仍然在行1的灌注通道内的任何剩余细胞悬液冲洗出微流体系统并进入废液中。
行1中的灌注通道冲洗后，行1阀关闭，行阀2打开(冲刷阀仍然打开)。行2的灌注通道现在灌注了75个泵冲程。
行2中的灌注通道冲洗后，行2阀关闭，行阀3打开(冲刷阀仍然打开)。行3的灌注通道现在灌注了75个泵冲程。
在灌注通道的清洁过程中，所有孔阀保持关闭。在行中灌注通道的清洁循环之后，系统再次重复相同的灌注通道清洁过程。
一旦清洁灌注通道的第二个循环的清洁完成，系统将启动细胞粘附暂停60分钟(由用户在方案设置的第4)点中指定)，并关闭入口阀1、行阀3和冲刷阀。在此期间，细胞将开始在孔内沉积，并粘附在基底上，开始附着。
现在，用户可以用带HEPA过滤器的无菌移液管尖端替换入口2中移液管尖端内的剩余细胞悬液，并将剩余细胞悬液置于或重新置于组织培养的标准孔板中，并在标准孵育器条件下作为对照实验运行。
在预定的细胞粘附时间之后，系统重新打开入口阀1、行阀1和冲刷阀，并且将更换行1中灌注通道中的培养基。因此，系统使用由用户在2a)中指定的每个灌注通道的泵冲程，并通过15个泵冲程更换灌注通道中的培养基。
一旦灌注通道1被填充，冲刷阀关闭，孔1阀打开，总共3x8个泵冲程(之前由用户在上面的点2b)中描述)被递送到孔1。此后，孔1阀关闭，孔2阀打开，3x8个泵冲程被递送至孔2。行1中的孔填满后，行1阀关闭，行阀2和冲刷阀打开。行2的灌注通道现在灌注了15个泵冲程，之后冲刷阀关闭，孔3阀打开，3x8个泵冲程被递送到孔3。
此后，孔3阀关闭，孔4阀打开，3x8个泵冲程被递送至孔4。行2中的孔填满后，行2阀关闭，行阀3和冲刷阀打开。行3的灌注通道现在灌注了15个泵冲程，之后冲刷阀关闭，孔5阀打开，3x8个泵冲程被递送到孔5。此后，孔5阀关闭，孔6阀打开，3x8个泵冲程被递送至孔6。一旦孔6已经与新鲜培养基更换，下一个系统暂停开始，持续15分钟(先前由用户在第5点中定义)。这就完成了自动细胞培养方案中向各个孔灌注培养基的一般操作程序。
使用便携式歧管连接器，用户可以将微流体芯片定位在标准倒置显微镜或自动读板系统中，并将组装好的装置放置在标准倒置显微镜或自动读板机系统上。这种配置允许在细胞加载和随后的孔的自动化细胞培养过程中进行目视检查。此外，它允许延时记录单个可寻址孔内的微流体自动化细胞培养。使用这样的系统配置，我们能够在至少72小时内记录孔内细胞粘附和增殖的图像。
实施例2–在多孔装置中U2OS的长期细胞培养
图13A描绘了根据一些实施方案的多孔装置中的长期细胞培养。将细胞接种在微流体芯片中，并在接种到孔1和孔2中的第二天达到汇合。在接种后第二天成像后，用TrypLE传代孔1和孔2。在每15分钟进行一次每个孔3x8次泵冲程的培养基更换的条件下维持培养。
在一些实施方案中，图13A中描述的细胞培养可以与实施例1中提出的方案全部或部分一致。
实施例3–在多孔装置中U2OS的长期细胞培养
图13B描绘了根据一些实施方案的多孔装置中的长期细胞培养。
A部分描述了在多孔装置中的长期培养。将U2OS细胞接种在微流体芯片的一个孔中，并监测其生长(示出了第17、25、26和67天)。在72天的时间里，通过每15分钟进行一次3x8泵冲程的培养基更换来维持培养，在此期间，每两天进行一次自动传代。细胞传代事件的一个例子显示在第25天：细胞在获得图像之前进行了传代，传代细胞的再附着和生长在第26天是明显的。
B部分描述了在U2OS报告细胞系中诱导Venus荧光报告基因表达。示出了明场和荧光图像对。在用100ng/mL多西环素更换培养基6小时后，观察到诱导型Venus报告基因的表达，荧光水平持续增加，直到24小时实验结束。(比例尺＝100μm)
实施例4–通过营养饥饿进行扰动
图13C描绘了根据一些实施方案通过营养饥饿对多孔装置中细胞培养物的扰动。
图像显示了在细胞培养物自动接种和粘附到玻璃基底上之后不同时间点的U2OS细胞(在1、24、46、52和72小时)。通过每15分钟用新鲜培养基灌注来维持培养物(用复选标记表示)，并且通过暂停灌注来产生营养饥饿条件(用叉表示)。细胞在46小时后立即饥饿16小时。细胞在饥饿过程中表现出显著的形态变化和减少的基底附着(见56小时时间点)。为了停止饥饿，通过灌注恢复常规培养基更换，并且观察细胞恢复和继续增殖(参见72小时和120小时时间点)。(比例尺＝100μm)
实施例5–通过营养饥饿进行扰动
图13D描绘了根据一些实施方案通过营养饥饿对多孔装置中细胞培养物的扰动。
图13D显示了微流体芯片中U2OS细胞培养物在营养饥饿期间作为扰动的响应，如上文关于图13C所述。显示每两小时采集的延时图像。暂停的培养基灌注导致的饥饿条件在时间0开始，这对应于图13C中的46小时时间点。在饥饿过程中，在六至八小时后观察到细胞形态的快速变化，细胞聚集并从基底上脱离，表明细胞应激和凋亡途径。这些变化逐渐变得更加明显，在随后的几个小时的营养饥饿中，细胞脱离相应增加。(比例尺＝100μm)
实施例6–U2OS细胞的采样和回收
图13E描绘了根据一些实施方案的U2OS细胞的采样和回收。在微流体芯片中保持培养两天的U2OS细胞(左上图)通过触发传代事件用TrypLE分离(中上图)。将细胞样品收集在Eppendorf管中，转移到标准组织培养生长条件下(96孔板；底部面板)。采样后留在芯片中的大部分细胞(右上图)继续生长和增殖。在转移到96孔板(左下方)之前，将细胞离心并更换培养基。细胞在转移后正常生长和增殖，如48小时后所证明的(右下图)。(比例尺＝1mm。)
实施例7–微流体芯片中U2OS的细胞粘附
图14描绘了根据一些实施方案的微流体芯片中的细胞粘附。图14描述了微流体芯片中来源于U2OS细胞的细胞系的细胞粘附，粘附时间为1小时，灌注间隔为15分钟。0分钟图像显示了接种完成后孔中添加的细胞。
下文描述了使用微流体使能的多孔细胞培养装置(例如微流体使能的多孔细胞培养装置和/或任何一种或多种上述相关系统)的用于活细胞特性的动态进化/适应和监测的方法和技术。
图15示出了根据一些实施方案的用于活细胞中特性的动态进化/适应和监测的方法1500的图形表示。在一些实施方案中，方法1500可以全部或部分由本文所述的自动化微流体使能的细胞培养系统和/或装置执行，例如(但不限于)系统100和/或装置200。
如图15所示，方法1500可以包括四个阶段。
在框1502处，阶段1包括细胞生长(例如，细胞培养)。在阶段1，细胞可被接种到一个或多个孔或微流体装置中，并可被允许培养成更大的细胞群。在一些实施方案中，在阶段1的细胞培养可以包括：喂养细胞群；分离细胞群；以及调节细胞群在其中生长的一个或多个孔的微环境，使得细胞群保持在活的和健康的状态，使得细胞群可以繁殖和生长。
在一些实施方案中，在阶段1培养细胞群之前接种孔可以包括使细胞悬液流入孔中。在一些实施方案中，所述孔可以是如本文别处所述的可单独寻址的孔，并且微流体使能的细胞培养系统和/或装置可以使细胞悬液流向孔，而不流向同一装置的一个或多个其他孔，包括不流向同一装置的同一行和/或同一列的一个或多个其他孔。通过能够接种单个可单独寻址的孔而排除系统中的所有其他孔，包括同一行和同一列中的其他孔，通过允许许多实验(例如，如图15所示的许多循环)彼此并行运行，可以显著增加总体实验吞吐量。
应该注意的是，在一些实施方案中，不是将单个孔接种而排除板中所有其他孔，而是将一个或多个孔接种而排除板中的一个或多个(但不一定是所有)其他孔。也就是说，通过根据上述技术操作微流体阀和泵，可以使流体同时流向两个或多个孔，而排除同一孔层中的一个或多个其他孔。例如，可以同时接种整行或整列。这可以增加实验中的流体通过量(从而增加效率)，其中相同的流体用于多个孔的接种。可选地能够使流体(或使流体从其流出)寻址到(a)单个孔而排除孔层中的所有其他孔或者(b)多个孔而排除孔层中的一个或多个其他孔的相同原理可以同样适用于本文的其他方法步骤，包括通过流体流动扰动一个孔或多个孔，对一个或多个孔进行测定，包括引导流体流动，和/或在多阶段扰动步骤或细胞收获步骤期间使流体从一个或多个孔流出。
在一些实施方案中，微环境的调节可以通过微流体使能的细胞培养系统或装置的一个或多个集成部件来实现，例如通过使用一个或多个集成温度传感器来监测孔的温度和/或通过使用一个或多个集成加热元件来控制孔的温度。本文所述的系统可以实现对单个孔的微环境的监测和/或控制，包括排除公共板上同一行和/或同一列中的其他孔，这可以实现如上所述的增加的并行化和效率。
在框1504处，阶段2包括扰动已经在孔中生长的细胞群。扰动孔中的细胞群可能影响第一孔内细胞群的一个或多个可观察到的特性，包括一个或多个表型进化的方式和/或一个或多个特性在细胞群中适应的方式。在一些实施方案中，扰动可以包括引入对孔中细胞群的任何物理和/或环境影响(例如，引入变量)，包括引入物理培养基/试剂和/或修改一个或多个环境(例如，微环境)参数。
在一些实施方案中，扰动孔中的细胞群可以包括将一种或多种流体引入孔中和/或从孔中排出一种或多种流体。根据本文所述的允许单独处理流入和流出单孔的流体的系统，可以在单独的孔的基础上进行一种或多种流体的流动的扰动，因此通过允许如上文关于方框1502所述的并行实验，能够增加实验吞吐量。在一些实施方案中，由流入或流出孔的一种或多种流体的流动修改的微环境参数可以包括温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、剪切应力、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
在一些实施方案中，干扰孔中的细胞群可以包括控制孔的微环境参数，例如通过使用微流体装置外部的一个或多个控制装置(例如，外部加热元件、外部光源等)和/或通过使用一个或多个集成控制装置(例如，内置在微流体装置中的加热元件、内置在微流体装置中的光源、内置在微流体装置中的显微操纵器、内置在微流体装置中的机械致动器、内置在微流体装置中的气动致动器、内置在微流体装置中的超声波发生器等)来修改环境参数。例如，如上文关于在阶段1培养期间调节微环境温度的讨论，集成的加热元件也可用于改变孔内微环境的温度，作为阶段2中孔内细胞群扰动的一部分。在一些实施方案中，通过使用外部控制装置和/或集成控制装置修改的微环境参数可以包括孔内环境的温度、压力、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、环境光强度、电势、阻抗或电阻中的一个或多个。
在一些实施方案中，一个或多个扰动可以根据预定义的时间表来执行。例如，试剂可以以连续的方式引入到孔中，或者它们可以以预定的间隔引入到孔中(例如，模拟药物给药方案，例如通过以四小时间隔或六小时间隔引入一定量的试剂)。可以根据用户输入、系统设置和/或动态/自动确定来执行扰动。因此，可以根据一个或多个循环(例如，脉冲、占空比等)和/或根据任何预定的时间表和/或定时方案周期性地执行扰动。
在一些实施方案中，在培养和/或扰动一定时间后，可以从孔中移除细胞群的全部或部分(和/或孔内的非细胞材料)(例如，使其流出孔)，然后可以对孔中剩余的一部分细胞进行额外的扰动，或者允许其继续生长和繁殖。在一些实施方案中，在此阶段从孔中移除一部分细胞(和/或孔内的非细胞材料)可以根据如下所述的用于移除细胞的技术(例如，在收获阶段)来进行。在一些实施方案中，可以根据用户输入、系统设置和/或自动/动态确定在该阶段从孔中移除细胞的一部分(和/或孔内的非细胞材料)。在一些实施方案中，在细胞已经汇合和/或孔中的空间由于细胞群的生长而变得有限之后，可以从孔中移除细胞群的一部分(和/或孔内的非细胞材料)。在一些实施方案中，移除细胞群的一部分(和/或孔内的非细胞材料)可以包括允许细胞群的另一部分(和/或孔内的非细胞材料的另一部分)保留在孔内，从而允许剩余部分继续生长/培养/进化/适应，并由此允许细胞分离/传代。
在框1506，阶段3包括在扰动之后监测细胞群，包括在细胞群进化/适应时监测细胞群。图15示出了发生在扰动阶段之后的监测阶段，尽管在一些实施方案中，它们可以至少部分同时执行。在扰动之前、之后和/或期间对细胞群的监测可以允许检测和观察扰动细胞群的一个或多个特性(例如一个或多个表型)(包括在细胞群的进化/适应期间和之后)。在一些实施方案中，可以通过集成到微流体使能的细胞培养系统和/或装置中的一个或多个传感器来进行监测，而在一些实施方案中，可以通过一个或多个外部或相关的监测装置来进行监测，例如外部显微镜，其可以用于在孔内观察受到扰动的细胞群。
与上述培养和扰动阶段一样，在一些实施方案中，也可以在单个孔的基础上进行监测，使得集成的传感器可以检测单个孔中细胞群(例如，进化的和/或适应的细胞群)的一个或多个特性，外部传感器可以检测单个孔中细胞群(例如，进化的和/或适应的细胞群)的一个或多个特性，并对单个孔中的细胞群进行一种或多种测定(包括通过使流体流入单个孔而排除其他孔)。以这种方式，可以改进监测并行化。
最后，在框1508，阶段4包括在扰动之后以及可选地在细胞群的进化和/或适应之后收获细胞群。如本文所用，收获细胞可以指从孔中移除活细胞。然而，在一些实施方案中，本文所讨论的关于从孔中移除活细胞以用于下游培养、扰动、监测、或分析的技术，也可以应用于从微流体使能的细胞培养装置中的孔中移除废细胞和/或废流体。细胞的收获可以包括活细胞的输出，包括活的进化和/或适应的细胞，在一些实施方案中，这可以通过自动微流体自动添加试剂(例如，胰蛋白酶)来解离贴附依赖性的细胞系、和/或自动微流体移除孔中的细胞来促进。在一些实施方案中，本文所讨论的微流体控制技术可以被利用来允许从单个孔中收获细胞，而不需要从同一装置中的其他孔中收获细胞，从而增加如上所述的并行化和效率。
在一些实施方案中，可以收获细胞群用于细胞系(例如，进化的和/或适应的细胞系)的芯片外分析，用于建立细胞系的储备(例如，进化的和/或适应的细胞系的储备)，或者用于两者。如图15所示，在框1502-1508所示的四个阶段可以一个接一个地进行，并且在框1508处收获的细胞可以用于建立细胞系的储备和/或用于阶段1-4的一个或多个附加循环的接种细胞培养。
图16A-16C示出了根据一些实施方案的用于活细胞中特性的动态进化/适应和监测的方法1600的流程图表示。在一些实施方案中，方法1600可与上文参照图15描述的方法1500共享一些或所有共同特性，包括其可包括培养阶段、扰动阶段、监测阶段、和收获阶段。在一些实施方案中，方法1600全部或部分由本文所述的自动化微流体使能的细胞培养系统和/或装置执行，例如(但不限于)系统100和/或装置200。
在框1602，在一些实施方案中，可以选择用于微流体装置的孔层并将其附接到微流体装置。在一些实施方案中，可以选择模块化孔层，例如上面参考图3描述的孔层302，并将其附接到微流体使能的细胞培养装置，例如装置200。在一些实施方案中，这种选择和附接可以由人类用户手动执行，或者在一些实施方案中可以由一个或多个机器人系统自动执行。
如上所述，具有可移除孔层的模块化系统可以允许微流体使能的细胞培养装置在许多不同的实验中重复使用多次，因为孔层可以在不同的实验之间简单地替换，而不需要替换系统的一个或多个其他层或部件。
在一些实施方案中，利用其中可以选择孔层(例如孔层302)并将其附接到系统的模块化系统，可以允许系统适应不同的实验需求，例如不同的孔几何形状(例如，用于3D培养的专用孔几何形状)、不同的孔属性、不同的孔层材料、不同的微图案、不同的涂层、一个或多个孔中的不同几何限制、和/或用于监测/观察的孔层的不同光学属性。因此，可以考虑待进行的培养/测定/方案的实验需要(例如，接种、培养、扰动、监测、移除和/或收获细胞的实验需要)来选择孔层，包括由系统(例如，系统100)根据用户关于实验需要的输入来自动选择。
在框1604，在一些实施方案中，在将孔层附接到微流体装置之前，所选孔层包括加载到多个孔的第一孔中的细胞。也就是说，在一些实施方案中，细胞培养方法的一些或所有细胞可以在附接到微流体细胞培养装置之前预先加载到(并且在一些实施方案中冷冻保存在)孔层中，而不是通过微流体手段将所有细胞接种到孔层中。(注意，这里参考图16，讨论了关于多个孔的“第一孔”的操作和技术。这里讨论的第一孔可以是多个孔中的任何一个孔。在一些实施方案中，除了第一孔之外和/或代替第一孔，这些操作和技术可以同样适用于多个孔中的任何其他孔。)利用模块化微流体装置，其中可以选择孔层并将其附接到装置上，通过基于预加载到孔层中的一者或多者细胞选择并附接预接种孔层，可以允许有效且简单地使用预接种孔。在一些实施方案中，细胞可以冷冻保存，并且孔层可以与孔内已经冷冻保存的细胞一起运输，使得细胞可以在与本文所述的细胞培养系统一起使用之前解冻。在一些实施方案中，使用预加载有细胞的孔可以允许精确的细胞接种，例如用于共培养接种。此外，在一些实施方案中，使用预加载有细胞的孔可以允许将多个孔接种在同一板上和/或跨越具有相同传代的细胞的多个不同板；然后细胞可以在同一时间或不同时间冷冻保存和解冻，用于需要含有相同传代细胞的多个不同孔和/或板的实验应用。
在框1606，在一些实施方案中，可以通过使细胞悬液流向第一孔来接种多个孔中的第一孔。在一些实施方案中，诸如系统100的系统可以自动使流体细胞悬液流向第一孔。该动作可以由系统在预定时间执行(例如，根据预定的方案或时间表)，并且可以根据用户指示的方案或测定自动执行。在一些实施方案中，根据以上参照图6A-6W解释的孔寻址技术的全部或部分，诸如系统100的系统可以使细胞悬液流向第一孔，第一孔可以是可单独寻址的孔。
在框1608，在一些实施方案中，使细胞悬液流向第一孔可以包括通过微流体使能的多孔装置的气动层使一个或多个阀致动以使细胞悬液流向第一孔。在框1610，在一些实施方案中，使细胞悬液流到第一孔可以包括通过微流体使能的多孔装置的气动层，使一个或多个阀致动，以防止细胞悬液流到孔板的除第一孔之外的一个或多个其他孔。
在一些实施方案中，气动层(例如上面参照图3描述的气动层308)可以与气动膜层一起工作，以使用气动力来选择性地打开和/或关闭微阀和/或致动微泵，以控制流体通过微流体装置的微流体通道的流动。如上所述，阀的选择性打开和关闭以及微泵的选择性致动可以允许流体流动的精确路线，使得多孔装置中的孔可以用细胞悬液的流动单独处理，用于在细胞培养之前接种孔。
在一些实施方案中，使用如本文所述的微流体使能细胞培养装置的一个或多个微泵和/或微阀可以将小且精确体积的流体递送到单个孔中。在一些实施方案中，小于2000nL、1500nL、1000nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL、5nL、1nL、100pL、10pL、1pL、100fL或10fL体积的流体(例如，细胞悬液，和/或下文讨论的与扰动、监测测定或方案、自动添加试剂(例如胰蛋白酶)以解离贴附依赖性的细胞系、介质/试剂更换和/或从孔中移除微流体/替换细胞悬液有关的流体)可被递送到第一孔。在一些实施方案中，可以将大于2000nL、1500nL、1000nL、500nL、250nL、100nL、50nL、10nL、5nL、1nL、100pL、10pL、1pL、1pL、100fL、或10fL的流体体积递送到第一孔。在一些实施方案中，本段中所述的流体体积可以在本文所述的微流体使能的细胞培养装置的泵的每个泵冲程中被泵送。
在一些实施方案中，用于产生流体流的致动方法、装置、和/或泵的类型(例如，如上文第[0048]段所述)以及泵设置的具体配置(例如，如上文第[0063]段和第[0064]段所述)可以在多种组合中进行调整和/或并行化，使得例如具有各种几何形状的几组微泵可以允许更小体积(例如，包括上述fL和μL体积的体积)的流体致动，而隔膜泵和/或电动泵可以允许流体致动更大的体积(例如，包括上述μl体积以及其上范围的体积)。微流体致动的各种组合可以包括在微流体层304内，或者可以是系统100和/或200的一部分。在一些实施方案中，单个泵和/或微流体致动器组的位置可以分布在整个微流体层304和/或系统和/或装置中的其他地方，例如这里讨论的那些。
在一些实施方案中，当进行细胞培养、测定和其他方案时，通过气动层控制细胞悬液(和其他流体)的流动，除了允许精确控制流被导向和不被导向的孔之外，还可以实现对流体体积的精确控制，包括通过允许流体被导向单个孔，而排除在单个孔板的公共行和/或公共列中的其他孔。通过对流向可单独寻址的孔的流体的微流体体积的气动控制可以实现的精度和适应性可以实现更准确和更精确的实验；更有效地使用和保存细胞、试剂和培养基；并且通过在同一孔板的不同孔中(包括在同一行或同一列中)同时运行不同的实验，通过并行化增加了实验吞吐量。
在一些实施方案中，接种第一孔可以包括使多个不同的细胞悬液(例如，来自两个不同来源的两种不同的细胞悬液)流向第一孔。可以使第二悬液以与第一悬液相同或相似的方式流向第一孔，包括通过使用微流体使能的细胞培养装置的气动层致动一个或多个阀，以便将第二细胞悬液排他性地用于第一孔。在一些实施方案中，使两种不同的细胞悬液流向一个孔可用于第一孔的共培养接种。(在共培养的一些实施方案中，共培养环境可以包括在由膜、水凝胶等分隔的共培养环境中的两种不同细胞类型。)在一些实施方案中，可以使两种不同的细胞悬液在微流体装置的一个或多个通道中混合在一起，然后可以使由两种原始悬液形成的混合悬液流入第一孔。(在一些实施方案中，使用本文公开的系统和/或方法进行的共培养可以包含本文公开的任何一种或多种细胞类型。)
在一些替代实施方案中，共培养接种可以通过几何限制、预接种和冷冻保存、表面化学、使用允许向孔中单独添加不同细胞悬液的多个孔入口、或使用可以由微结构屏障分隔的微环境来实现。在一些实施方案中，如果共培养通过空间分离的环境和/或单独的灌注连接来实现，则利用多个入口和/或微结构屏障的后一个实施方案可以通过48孔共培养孔层而不是96孔层来实现。
在一些实施方案中，接种第一孔可以包括使用依赖于在给定浓度下预测存在于给定体积悬液中的细胞的统计平均数量的技术来接种孔。通过将已知精确体积的细胞悬液泵入孔内或泵出孔外，可以在给定的置信范围内对被致动的流体体积中包含的细胞数量进行合理的估计。因此，例如，可以将已知精确体积的细胞悬液泵入孔中，从而可以估计通过悬液泵入孔中的细胞数量。可选地或附加地，在添加试剂(例如，胰蛋白酶)以解离贴附依赖性细胞系之后，可以将已知精确体积的细胞悬液从孔中泵出，从而可以估计从孔中泵出的细胞数量。在一些实施方案中，与使用基于统计平均的方法相比，使用如下所述的几何限制可以允许对保留在孔中的细胞数量进行更精确的控制。
在框1612，在一些实施方案中，使细胞悬液流向第一孔可以包括通过第一孔中的一个或多个几何限制使细胞悬液中的细胞保留在第一孔中。在一些实施方案中，第一孔中的一个或多个几何限制可以被配置成使得所述限制捕获并保留第一孔中的细胞悬液中的细胞，即使在将细胞悬液递送到孔中之后从细胞中移除流体(或由细胞中的另一种流体替代)时也是如此。一个或多个限制的尺寸和形状可以被配置成保留预定体积的细胞和/或预定数量的细胞。通过几何限制保留的细胞数量可以部分取决于被保留的细胞的类型，包括取决于细胞大小和细胞培养密度。在一些实施方案中，用户或系统可以根据在细胞接种期间保留在第一孔中的所需细胞数量来选择用于附接到细胞培养装置的孔板。
在一些实施方案中，这里讨论的关于使用基于统计平均的技术和/或使用几何限制用受控数量的细胞接种孔的技术也可以应用于方法1600的其他步骤，包括下面讨论的关于在细胞群的扰动之后(并且可能在进化和/或适应之后)从孔中移除细胞群的全部或部分的步骤。
在框1614，在一些实施方案中，细胞群可以在第一孔中培养。在一些实施方案中，细胞群可以全部或部分从在框1606接种到第一孔中的细胞培养，和/或从如框1604所述预加载到第一孔中的细胞培养。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)可以被配置成使得细胞群被允许培养预定的时间段。在一些实施方案中，所述细胞群包括以下一项或多项：哺乳动物细胞、人类细胞、灵长类细胞、啮齿动物细胞、昆虫细胞、鱼类细胞、有袋动物细胞、生物膜、微生物、病原体、感染因子、真菌、细菌细胞、报告细胞、永生化细胞、hiPSC系、hiPSC衍生的组织特异性谱系(例如心脏、神经)、包含本文公开的一种或多种细胞类型的共培养细胞、表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生组织特异性谱系(例如表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生神经或心脏谱系)、与支持细胞共培养的iPSC和/或iPSC衍生细胞、表达包括荧光报告细胞系标识的荧光报告基因的共培养永生化细胞，所述荧光报告细胞系标识能够在混合细胞群、分离的活检组织、患者来源的细胞系和具有进化表型和/或适应特性的细胞中标识给定的报告细胞系。在共培养的一些实施方案中，可以共培养组织类型的不同谱系(例如心室和结心细胞)，可以共培养不同的癌细胞系，可以共培养癌细胞和免疫细胞，可以共培养上皮癌细胞和间充质癌细胞，可以共培养哺乳动物细胞和病原体，可以共培养哺乳动物细胞和细菌细胞，和/或可以共培养哺乳动物细胞和微生物组。在一些实施方案中，除了培养细胞群之外或作为替代，可以培养病毒或逆转录病毒、病原体、感染因子、真菌和/或细菌群体，例如用于进化抗性的研究。
在一些实施方案中，在第一孔中培养的细胞数量可以大于500、1,000、5,000、10,000、100,000、500,000、1百万、或者5百万。在一些实施方案中，在第一孔中培养的细胞数量可以小于500、1,000、5,000、10,000、100,000、500,000、1百万、或者5百万。在一个例子中，直径约50μm的约5,500个细胞可以在面积约11mm2的孔中培养。在另一个例子中，直径约5μm的约500,000个细胞可以在面积约11mm2的孔中培养。
在框1616，在一些实施方案中，培养细胞群包括在细胞群培养期间监测第一孔的一个或多个环境参数。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)和/或装置(例如，装置200)可以在细胞培养期间自动监测第一孔的一个或多个参数，包括通过使用集成到系统或装置的传感器层中的一个或多个传感器。
在一些实施方案中，监测的参数可以是特定于第一孔的环境参数(例如，微环境参数)，并且不被装置的一个或多个其他孔共享，例如特定于孔的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、剪切应力、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻。在一些实施方案中，可以相对于多个孔的环境来监测相同参数中的任何一个或多个(例如，邻近装置本身的环境光强度的环境光测量)。
在一些实施方案中，可以在一个或多个预定的时间段，和/或根据细胞培养方案的预定时间表或方案，连续、间歇地监测一个或多个参数。
在框1618，在一些实施方案中，培养细胞群包括在细胞群培养期间控制第一孔的一个或多个环境参数。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)和/或装置(例如，装置200)可以在细胞培养期间自动控制第一孔的一个或多个参数，包括通过使用集成到系统或装置中的一个或多个部件来影响第一孔的参数。
在一些实施方案中，被控制的参数可以是特定于第一孔的环境参数(例如，微环境参数)，并且不被装置的一个或多个其他孔共享，例如特定于孔的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、剪切应力、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻。例如，可以通过控制一种或多种流体流入或流出特定孔来控制特定孔的pH，而不改变任何其他孔的pH。在一些实施方案中，相同参数中的任何一个或多个可以相对于多个孔的环境改变(例如，多个孔的温度可以通过使用加热元件来加热装置自身周围的环境来调节)。
在一些实施方案中，一个或多个受控参数可以是在框1616处正在测量或已经测量的参数；在一些实施方案中，一个或多个受控参数可以是不由系统监测的参数。在一些实施方案中，可以在一个或多个预定的时间段，和/或根据细胞培养方案的预定时间表或方案，连续、间歇地控制一个或多个参数。在一些实施方案中，系统可以根据系统做出的确定来控制一个或多个参数，例如根据对参数的监测来确定控制参数对于将参数保持在预定义的可接受范围内是必要的。
在一些实施方案中，培养细胞群可以包括选择合适的培养基和试剂，选择合适的粘附时间，选择合适的传代间隔，选择合适的灌注间隔，选择合适的微环境参数来监测和/或控制，和/或选择合适的几何限制，所有这些都要考虑待培养的特定细胞系(和/或待执行的特定扰动，如下所述)。
根据以上关于块1614-1618讨论的技术，可以使用本文描述的微流体细胞培养装置实现闭环、自动化、适应性细胞培养。在一些实施方案中，细胞培养因此可以在没有人为干预的情况下进行，根据响应于满足预定条件而采取的预定自动行动(例如，细胞在预定汇合度下分离)，并使用适应性控制来监测、控制和维持培养期间细胞群环境的一个或多个环境特性。
在框1620，在一些实施方案中，第一孔中的环境的一个或多个特性可以被扰动。在一些实施方案中，扰动可以由系统(例如，系统100)和/或装置(例如，装置200)的一个或多个部件自动引起。在一些实施方案中，如图16A和16B所示，可以在培养细胞群之后进行扰动；然而，应该理解的是，可以允许细胞群在扰动之后继续生长和进化/适应，使得一个或多个表型可以进化和/或一个或多个特性可以适应并响应于一种或多种扰动而被观察到。
在一些实施方案中，干扰第一孔的环境的一个或多个特性可以包括引入对孔中细胞群的任何物理和/或环境影响(例如，引入变量)，包括引入物理培养基/试剂和/或修改一个或多个环境(例如，微环境)参数。
在框1622，在一些实施方案中，扰动第一孔中的环境的一个或多个特性包括通过使装置的一个或多个阀致动以使流体流向第一孔来将流体引入第一孔。在框1624，在一些实施方案中，扰动第一孔中的环境的一个或多个特性包括通过使一个或多个阀致动以防止流体流到第一孔之外的一个或多个孔中来防止第一流体被引入第一孔之外的一个或多个孔中。
在一些实施方案中，在扰动步骤期间引入第一孔的流体可以包括：小分子，抗体，药物，化合物，肽，化合物库中的成分，一种或多种细胞(例如，不同于被培养的细胞类型的细胞类型)，与孔中已经存在的流体具有不同pH的流体，与孔中已经存在的流体具有不同生长因子的流体，一种或多种细胞因子，一种或多种激素，一种或多种生长因子，RNAi，CRISPRi/CRISPRa，一种或多种重编程因子(例如，用于hiPSC培养)，一种或多种分化因子(例如，用于hiPSC培养)，一种或多种转染细胞的因子(例如，病毒、逆转录病毒、慢病毒、脂质体等)，一种或多种病原体，一种或多种感染因子，一种或多种真菌，一种或多种微生物，染料，染色剂，微珠，量子点，或任何其他将与第一孔内的细胞群相互作用并影响细胞群的一个或多个特性(包括细胞群的一个或多个表型的进化)的物质。
在一些实施方案中，一个或多个阀的致动可由系统的气动层控制，例如上文参考图3描述的气动层308。在一些实施方案中，气动层可以与气动膜层一起工作，以使用气动力来选择性地打开和/或关闭微阀和/或致动微泵，以控制流体通过微流体装置的微流体通道的流动。如上所述，阀的选择性打开和关闭以及微泵的选择性致动可以允许流体流动的精确路由，使得多孔装置中的孔可以用流体试剂或用于孔内环境扰动的其他流体的流动来单独寻址。
在一些实施方案中，通过气动层控制用于扰动孔的环境的流体的流动，除了允许精确控制流体流向和不流向的孔之外，还可以实现对用于扰动的流体体积的精确控制，包括通过允许流体流向单个孔而排除在单个孔板的公共行和/或公共列中的其他孔。通过对流向可单独寻址的孔的流体的微流体体积的气动控制可以实现的精度和适应性可以实现更准确和更精确的实验；更有效地使用和保存细胞、试剂和培养基；并且通过在同一孔板的不同孔中(包括在同一行或同一列中)同时运行不同的实验(例如，用不同数量、浓度和/或类型的流体扰动不同的孔)，通过并行化增加了实验吞吐量。
在框1626，在一些实施方案中，扰动第一孔中的环境的一个或多个特性包括改变第一孔的一个或多个微环境参数。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)和/或装置(例如，装置200)可以在扰动期间自动改变第一孔的一个或多个参数，包括通过使用集成到系统或装置中的一个或多个部件来影响第一孔的参数。在一些实施方案中，改变第一孔的一个或多个微环境参数可以与控制环境参数(如上面参考框1618所讨论的)共享一个或多个共同特性。
在一些实施方案中，被改变的参数可以是特定于第一孔的环境参数(例如，微环境参数)，并且不被装置的一个或多个其他孔共享，例如特定于孔的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、剪切应力、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻。例如，可以通过控制一种或多种流体流入或流出特定孔来改变特定孔的pH，而不改变任何其他孔的pH。在一些实施方案中，相同参数中的任何一个或多个可以相对于多个孔的环境改变(例如，多个孔的温度可以通过使用加热元件来加热装置自身周围的环境来调节)。
在一些实施方案中，一个或多个改变的参数可以是正在测量和/或已经(例如，在细胞培养期间的框1616处，或之前在扰动期间)测量和/或监测的参数；在一些实施方案中，一个或多个改变的参数可以是不由系统监测的参数。在一些实施方案中，可以在一个或多个预定的时间段，和/或根据扰动方案的预定时间表或方案，连续、间歇地改变一个或多个参数。例如，在一些实施方案中，可以以模拟人类患者的给药方案的方式扰动参数(例如，模拟人类细胞的环境条件并根据真实或假设的药物给药计划引入试剂等)，和/或可根据药代动力学-药效学(PK-PD)建模来扰动参数。
在框1628，在一些实施方案中，扰动第一孔中的环境的一个或多个特性包括改变第一孔的一个或多个微环境参数，同时保持除第一孔之外的一个或多个孔的对应微环境参数。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)和/或装置(例如，装置200)可以在扰动期间自动保持孔的一个或多个对应参数，包括通过使用集成到系统或装置中的一个或多个部件来影响孔的参数。对应的参数可以是与第一参数相同类型的参数(例如，当第一参数是第一孔的温度时，则为第二孔的温度；当第一参数是第一孔的环境光强度时，则为第二孔的环境光强度，等等)。在一些实施方案中，维持除第一孔之外的一个或多个孔的相应微环境参数包括监测一个或多个其他孔的相应微环境参数(例如，根据上文关于框1616讨论的一种或多种监测技术)，并自动控制一个或多个其他孔的相应微环境参数，以便将对应参数维持在预定范围内。在一些实施方案中，系统可以以这样的方式控制第二孔的对应参数，以便补偿由控制第一孔的参数引起的对第二孔的影响。这样，系统可以在改变第一孔的参数的同时防止对应参数被改变。
在框1630处，在一些实施方案中，扰动第一孔中的环境的一个或多个特性包括：在第一时间执行第一扰动，随后在第二时间执行第二扰动，其中第二时间是第一时间之后的预定时间段。在一些替代实施方案中，第二扰动可以在第一时间之后的第二时间执行，其中第二时间根据系统检测到的一个或多个条件(例如，环境参数)和/或根据用户输入来动态确定。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)可以被配置成根据预定义的时间表、方案、循环等来执行多个扰动。在一些实施方案中，可以配置多个扰动的预定序列，以便模拟患者的给药计划，例如通过根据真实或假设的药物给药计划引入试剂，等等。
在框1632，在一些实施方案中，在执行第一扰动之后并且在执行第二扰动之前，可以更换第一孔中的流体培养基(例如，孔内的第一流体培养基可以从孔中移除并由第二流体培养基替换)。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)可以使得流体在扰动计划的第一阶段之后自动从第一孔排出，例如，当流体在扰动计划的第二阶段被不同的流体替代时。因为本文所述的系统可以实现对流入和流出单个孔的流体的孔特定控制，所以可以执行需要使各种流体试剂流入孔、从孔移除、并随后由不同的流体试剂替换的复杂扰动方案。在一些实施方案中，这可以以上述方式实现(例如，通过由系统的气动层控制的一个或多个阀和/或泵来控制流体的微流体流动)，包括通过在扰动期间使流体从单个孔排出，而不使流体从公共孔板中的任何其他孔排出。
根据本文公开的系统和方法，通过实现包括在扰动期间更换培养基的扰动方案，可以提高细胞培养和表型进化和/或细胞适应的复杂性、效率和并行化，并且可以实现复杂的药效学和药代动力学相互作用的研究。此外，使用本文所述的微流体控制技术可以从活细胞培养环境中移除试剂，而无需使用机器人或人工干预，这可能污染环境、引入气泡和/或破坏活细胞。此外，与仅允许向孔中添加试剂而不选择在以后更换试剂的传统细胞培养系统相比，允许微流体添加和移除精确体积的培养基和试剂可以提供更接近地模拟生物学相关和生理学相关条件和环境的细胞培养和扰动方案。因此，本文所讨论的用于扰动的系统、装置和技术的使用，包括包含一种或多种试剂交换的扰动方案，可以在扰动后为细胞培养和细胞群特性(包括细胞群的进化表型)的监测提供独特的稳定、无菌、生物学相关和生理学相关的环境。
在一些实施方案中，系统可以利用单个微流体装置的多个试剂入口，以便同时和/或在彼此的短时间内有效地递送不同的试剂。在一些实施方案中，两种不同的试剂可以通过不同的相应入口递送到相同的微流体使能细胞培养装置，用于递送到两个不同的孔，或者用于顺序或同时递送到相同的孔(例如，用于需要两种不同流体试剂的扰动方案)。
在框1634，在一些实施方案中，可以在第一孔中监测细胞群的一个或多个特性。在一些实施方案中，监测细胞群的一个或多个特性可包括随着在扰动之后细胞群的进化和/或适应(例如，随着细胞群适应连续和/或间歇暴露于一种或多种试剂并继续生长)，监测细胞群的一个或多个特性，包括细胞群的一种或多种进化表型。在一些实施方案中，监测可以由系统(例如，系统100)的一个或多个部件自动执行。例如，可以根据用于进行和/或记录一个或多个测量的预定时间表或方案连续地和/或间歇地执行监测。在一些实施方案中，可以响应于指示应该进行和/或记录一个或多个测量的用户输入来执行监测。在一些实施方案中，监测可以以自动方式执行，例如响应于触发条件的检测(例如，响应于传感器检测到触发条件被满足，可以执行图像采集或其他监测操作)。
在图16B和图16C中，框1634被示为在框1620处细胞群的扰动之后发生；然而，在一些实施方案中，对细胞群特性和表型的监测(包括随着细胞群适应而监测特性和/或随着细胞群进化而监测表型)可以在细胞群的持续扰动期间进行(例如，至少部分同时)。在扰动之后和/或期间对细胞群的监测可以允许检测和观察细胞群的一个或多个特性，包括细胞群适应时的一个或多个特性和/或细胞群进化时的一个或多个表型。
如同本文别处讨论的培养和扰动步骤一样，在一些实施方案中，在框1634处的特性和/或表型的监测也可以在单个孔的基础上进行。例如，装置(例如，装置200)的一个或多个集成传感器可以检测单孔中细胞群的一个或多个特性，外部传感器可以检测单孔中细胞群的一个或多个特性，和/或可以对单孔中的细胞群进行一个或多个测定(包括通过使流体流向单孔而排除其他孔)。通过这种方式，可以提高对并行化整体实验吞吐量的监测。
在框1636，在一些实施方案中，监测一个或多个特性包括通过集成到微流体使能的细胞培养系统和/或装置中的一个或多个传感器来监测第一孔中的细胞群。例如，包括第一孔的微流体装置(例如装置200)的一个或多个传感器可以自动监测第一孔内部环境或与第一孔相关联的环境的一个或多个特性。在一些实施方案中，集成传感器可以包括本文讨论的任何传感器，例如位于传感器层204、微流体层202或两者中的传感器。在一些实施方案中，所述一个或多个传感器可以被配置成检测第一孔内和/或与第一孔相关联的微环境的特性，包括温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、剪切应力、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
在一些实施方案中，监测可以通过一个或多个外部或相关的监测装置来进行，例如外部显微镜，其可以用于观察孔内的细胞群，包括在细胞群扰动期间和/或之后，以及包括在细胞群进化/适应期间和/或之后。
在框1638，在一些实施方案中，监测一个或多个特性包括对第一孔中的细胞群进行显微镜检查。如本文别处所讨论的，微流体使能的细胞培养系统和/或装置可以被配置成使得可以对第一孔中的细胞群进行显微镜检查，而不需要从第一孔中移除细胞群。例如，可以选择具有透明、抗反射和/或足够薄的基底的孔层，该基底被配置用于高分辨率显微镜检查，并且该孔层被附接到微流体使能的细胞培养装置。
在一些实施方案中，微流体使能的细胞培养装置和/或系统可以包括一个或多个集成显微镜元件(例如，透镜等)，使得系统本身可以在不使用其他实验室设备的情况下对孔内的细胞群进行显微观察。例如，在一些实施方案中，诸如本文所讨论的便携式歧管可以实现用于长期监测的显微镜设置的集成，例如特性、适应特性、和/或扰动下的表型进化的实时成像。在一些实施方案中，微流体使能的细胞培养装置可以被配置为与标准实验室设备兼容(例如，可插入到标准实验室设备中)，包括例如倒置显微镜和/或自动板读取器系统(例如，用于整个孔板的快速低分辨率明场、相位对比或差分干涉对比成像)。
在一些实施方案中，用于监测一个或多个特性的显微镜检查可以包括荧光显微镜检查、明场显微镜检查、相位对比显微镜检查和差分干涉对比显微镜检查中的一者或多者，在一些实施方案中，这些可以由微流体使能的细胞培养系统和/或装置的一个或多个集成部件自动执行。在一些实施方案中，用于监测一个或多个特性的显微镜检查可以包括衰减全反射光谱、傅立叶变换红外光谱和拉曼光谱中的一者或多者，在一些实施方案中，其可以由微流体使能的细胞培养系统和/或装置的一个或多个集成部件自动执行。在一些实施方案中，由微流体使能的细胞培养系统和/或装置执行的显微镜检查可以包括基于显微镜检查和/或光谱学读数自动生成读数和/或可视化。
在一些实施方案中，监测细胞群的一个或多个特性可以包括对第一孔中的细胞群进行一种或多种基于吸光度的测量和基于发光度的测量，在一些实施方案中，这可以由微流体使能的细胞培养系统和/或装置的一个或多个集成部件自动进行。在一些实施方案中，除了由装置的一个或多个集成部件执行这些测量之外或者作为替代，装置可以被配置为与用于执行测量的工业标准设备(例如，显微镜)在几何、光学和电子上兼容。
在一些实施方案中，对细胞群的一个或多个特性的监测可以包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中细胞群的信号网络的活性，在一些实施方案中，这可以由微流体使能的细胞培养系统和/或装置的一个或多个集成部件自动进行。在一些实施方案中，除了由装置的一个或多个集成部件执行这种监测之外或者作为替代，装置可以被配置为与用于执行监测的工业标准设备(例如，显微镜)在几何、光学和电子上兼容。
在一些实施方案中，细胞群的一个或多个特性的监测可以包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中细胞群的亚细胞定位和结构，在一些实施方案中，这可以由微流体使能的细胞培养系统和/或装置的一个或多个集成部件自动进行。在一些实施方案中，除了由装置的一个或多个集成部件执行这种监测之外或者作为替代，装置可以被配置为与用于执行监测的工业标准设备(例如，显微镜)在几何、光学和电子上兼容。
在一些实施方案中，细胞群的一个或多个特性的监测可以包括使用一种或多种染料和遗传编码的荧光蛋白对第一孔中的细胞群进行生存力测定，在一些实施方案中，这可以由微流体使能的细胞培养系统和/或装置的一个或多个集成部件自动进行。在一些实施方案中，除了使用该装置的一个或多个集成部件来执行这些测定之外或者作为替代，该装置可以被配置为与用于执行测定的工业标准设备在几何、光学和电子上兼容。
在一些实施方案中，监测细胞群的一个或多个特性可以包括对第一孔中的细胞群进行一种或多种功能性测定和结构性测定，在一些实施方案中，这可以由微流体使能的细胞培养系统和/或装置的一个或多个集成部件自动进行。在一些实施方案中，除了使用该装置的一个或多个集成部件来执行这些测定之外或者作为替代，该装置可以被配置为与用于执行测定的工业标准设备在几何、光学和电子上兼容。
在一些实施方案中，监测细胞群的一个或多个特性可以包括独立监测共培养物中不同类型细胞的进化/适应。例如，在肿瘤细胞与微生物群混合物共培养和施用肿瘤治疗剂的情况下，微生物群可能预期潜在地适应，并且肿瘤细胞可能类似地预期适应其他细胞(例如，被引入肿瘤细胞培养物以“治疗”肿瘤细胞的免疫细胞)的存在。在这个例子中，肿瘤细胞和微生物组的一个或多个特性可以彼此独立地被监测。
在框1640，在一些实施方案中，可以从第一孔中移除细胞群的全部或部分。在一些实施方案中，这种移除可以在细胞群的进化和/或适应之后发生。在一些实施方案中，细胞的移除可由系统(例如，系统100)的一个或多个部件自动执行，例如通过自动使包含细胞的流体从第一孔流出。
在一些实施方案中，可以从第一孔中移除进化/适应细胞群的全部或部分，用于进化/适应细胞系的芯片外分析，用于建立进化/适应细胞系的储备，或用于两者。
在一些实施方案中，可以从第一孔中移除细胞群的一部分，以便在孔内产生额外的空间，用于添加额外的试剂和/或用于细胞群剩余部分的进一步生长、适应、进化和增殖；因此，在移除细胞群的一部分之后，在一些实施方案中，方法1600可返回到框1620处的扰动步骤，该步骤可对剩余部分细胞施加额外的扰动。
在一些实施方案中，本文讨论的微流体控制技术可以被利用来允许从单个孔中移除细胞，而不从同一装置中的其他孔中移除细胞，包括不从同一行和/或同一列中的其他孔中移除细胞，从而增加如上所述的并行化和效率。
在一些实施方案中，从第一孔中移除细胞可以在预定时间自动进行，可以(例如，根据预定时间表或时间线)响应于用户输入进行，和/或可以响应于系统检测到一个或多个条件(例如，关于信息的、由传感器检测到的、关于第一孔和/或细胞群的特性的条件)已经满足而进行。在一些实施方案中，在第一孔中培养细胞群开始后超过1分钟、5分钟、1小时、12小时、1天、1周、1个月、3个月或6个月或更长时间，可以进行细胞群的全部或部分的移除，并且可以继续监测特性直到移除。在一些实施方案中，在孔中培养细胞群开始后不到1分钟、5分钟、1小时、12小时、1天、1周、1个月、3个月或6个月，可以移除细胞群的全部或部分。
在一些实施方案中，除了使用本文所述的微流体技术从第一孔中移除细胞群的全部或部分之外，在从微流体使能的装置中移除孔层之后，可以通过手动移液和/或机器人技术移除细胞。如上文关于细胞接种阶段的预加载孔层所讨论的，孔层可以从模块化装置中移除，这可以提供对孔的直接物理可及性。因为孔层的几何设计可以适应ANSI/SLAS标准，通过用于从标准微量滴定板移除细胞的机器人自动化，可以容易地接近孔的位置。
在框1642，在一些实施方案中，从第一孔中移除细胞群的全部或部分包括执行试剂(例如，胰蛋白酶)的自动添加，以解离第一孔中细胞群的贴附依赖性细胞系。在一些实施方案中，可以使包含胰蛋白酶的流体流向第一孔，以便从第一孔解离贴壁细胞。在一些实施方案中，可以使用包括其他合适的酶或其他合适的分离试剂的流体来分解蛋白质和/或从第一孔解离贴壁细胞。在一些实施方案中，本文讨论的微流体控制技术可以被杠杆化，以允许分离试剂如胰蛋白酶被引导至单个孔，而不会导致其流向同一装置中的其他孔，包括不会导致其流向同一行和/或同一列中的其他孔，从而增加如上所述的并行化和效率。
在一些实施方案中，在向孔中加入解离试剂后，可以向孔中加入干扰剂(例如血清)，以抵消/干扰解离试剂，从而使孔中剩余的细胞开始重新附着到孔的表面。使用特定的流体致动方案(例如，两个泵冲程进入孔内，一个泵冲程反向)还可用于在从孔中移除一部分细胞后，以较少的细胞总数在孔中再次重新分配悬浮的细胞。在一些实施方案中，本文所讨论的微流体控制技术可以被利用来允许干扰剂被引导至单个孔，而不会导致其流向同一装置中的其他孔，包括不会导致其流向同一行和/或同一列中的其他孔，从而增加如上所述的并行化和效率。
在框1644，在一些实施方案中，从第一孔移除细胞群的全部或部分包括自动使细胞群的全部或部分流出第一孔。例如，可以使第一孔中的流体流出第一孔(并且可以由进入孔的第二流体代替)，从而将细胞群的细胞带出孔。在一些实施方案中，该操作可以在添加试剂(例如，胰蛋白酶)以解离第一孔的贴附依赖性细胞系之后进行。在一些实施方案中，本文讨论的微流体控制技术可以被利用来允许从单个孔中微流体移除细胞，而不从同一装置中的其他孔中微流体移除细胞，包括不需要从同一行和/或同一列中的其他孔中微流体移除细胞，从而增加如上所述的并行化和效率。
在框1646处，在一些实施方案中，从第一孔移除细胞群的全部或部分包括通过第一孔中的一个或多个几何限制，使一部分细胞群保留在第一孔中。例如，第一孔中的一个或多个几何限制(例如上面关于细胞接种所讨论的那些)可以被配置为捕获和保留细胞群的一部分，即使细胞群的一些或大部分从第一孔中移出(例如，导致流出)。这样，细胞群的一部分可以从第一孔中移出(例如，用于分析和/或用于建立进化/适应细胞系的储备)，而细胞群的另一部分可以保留在孔中，例如用于额外的监测、适应、进化和/或扰动。
在框1648，在一些实施方案中，从第一孔移除细胞群的全部或部分包括使一部分细胞保留在第一孔中，其中该部分细胞包括预定数量或范围。在一些实施方案中，可通过(a)孔中的一个或多个几何限制或(b)基于统计平均的技术，使细胞群的一部分保留在孔中，如上文关于细胞接种程序所述。
在一些实施方案中，可以选择具有几何限制的孔层，所述几何限制被配置为保留预定体积和/或预定数量的细胞。在一些实施方案中，一个或多个限制的尺寸和形状可以被配置成保留预定体积的细胞和/或预定数量的细胞。通过几何限制保留的细胞数量可以部分取决于被保留的细胞的类型，包括取决于细胞大小和细胞培养密度。
在框1650，在一些实施方案中，可以从第一孔收集上清液。在一些实施方案中，系统(例如，系统100)的一个或多个部件可以从第一孔自动收集上清液，例如通过自动使上清液从第一孔流出。在一些实施方案中，移除的上清液可以包含分泌的蛋白质组和代谢物。在一些实施方案中，本文讨论的微流体控制技术可以被利用来允许从单个孔中移除上清液，而不从同一装置中的其他孔中移除上清液，包括不从同一行和/或同一列中的其他孔中移除上清液，从而增加如上所述的并行化和效率。此外，在一些实施方案中，从个体收集的上清液可以在空间上与从其他孔收集的上清液分离，并且可以保存在一个或多个容器中用于下游分析。在一些实施方案中，从一个孔中移除的上清液可以被引导至另一个孔，而不从装置中移除；在一些实施方案中，从一个孔中移除的上清液在从装置中移除后可以被导向另一个孔。在一些实施方案中，从孔中移除的上清液可用于一种或多种共培养。
在框1652处，在一些实施方案中，移除的细胞可用于接种不同于第一孔的第二孔，并在第二孔中培养第二细胞群。如上所述，移除的细胞可用于建立细胞系的储备(例如，进化/适应细胞系的储备)，并且这些细胞系可依次用于接种其他孔用于额外的细胞培养、扰动和监测。在一些实施方案中，第二孔可以是不同于第一孔的孔层中的孔。
在一些实施方案中，第二孔可以是与第一孔在同一孔层中的孔；在一些这样的实施方案中，系统可以使移除的细胞流向第二孔而不被从装置中移除。因此，可以使用先前在同一装置的不同孔中培养和扰动的细胞(例如，进化/适应的细胞)接种第二孔，然后可以使用移入第二孔中的细胞进行进一步的扰动和观察，而根本不需要从装置中移除细胞。因为在此描述的装置的孔可以是可单独寻址的，可以使受扰动的细胞群(例如，进化/适应的细胞群)连续流到同一孔层中的新孔，从而使得能够对附接到同一装置并保持在同一系统中的同一孔层中的连续进化和/或适应的细胞进行反复的扰动、监测和/或进化/适应。
在框1654，在一些实施方案中，可以对移除的细胞(例如，进化/适应的细胞)执行基因组分析、转录组分析、蛋白质组分析、表观遗传学分析、代谢组学分析和/或任何组学分析中的一种或多种分析。在一些实施方案中，这些分析中的一种或多种分析可以对被移除的细胞群、被移除的细胞群的子集或被移除的细胞中的单个细胞进行。在一些实施方案中，这些分析中的一种或多种分析可以由与微流体使能的细胞培养系统和/或装置相关联和/或物理连接的实验室设备自动执行。
图17描绘了根据一些实施方案的计算机。计算机1700可以是用于执行活细胞培养、测定和/或方案的微流体使能系统的部件，例如系统100和/或以上参照图1描述的其任何子部件。在一些实施方案中，计算机1700被配置成执行用于进行活细胞培养、测定和/或方案的方法，例如本文所述的任何方法；和/或执行用于活细胞中特性的动态进化/适应和监测的方法，该方法使用微流体使能的多孔细胞培养装置和/或系统，例如本文参考图15和/或16A-16C描述的任何方法和/或技术。在一些实施方案中，计算机1700可被配置成控制、监测或以其他方式向和/或从本文所述的微流体使能和/或多孔系统和/或装置中的任何一个或多个发送和/或接收电子信号。在一些实施方案中，计算机1700可以是微处理装置，该微处理装置被配置为设置在基底、层或芯片上，该基底、层或芯片被包括在这里描述的系统、装置、模块、层和/或部件中的任何一个或多个中或与其相关联地提供。
计算机1700可以是连接到网络的主机。计算机1700可以是客户端计算机或服务器。如图17所示，计算机1700可以是任何合适类型的基于微处理器的装置，例如个人计算机；工作站；服务器；或手持计算装置，例如电话或平板电脑。计算机可以包括例如处理器1710、输入装置1720、输出装置1730、存储装置1740和通信装置1760中的一个或多个。
输入装置1720可以是提供输入的任何合适的装置，例如触摸屏或监视器、键盘、鼠标、或语音识别装置。输出装置1730可以是提供输出的任何合适的装置，例如触摸屏、监视器、打印机、磁盘驱动器或扬声器。
存储装置1740可以是提供存储的任何合适的装置，例如电、磁或光存储器，包括随机存取存储器、高速缓存、硬盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器或可移动存储盘。通信装置1760可以包括能够通过网络发送和接收信号的任何合适的装置，例如网络接口芯片或卡。计算机的部件可以以任何合适的方式连接，例如通过物理总线或无线连接。存储装置1740可以是包括一个或多个程式的非暂时性计算机可读存储介质，当由一个或多个处理器(例如处理器1710)执行时，所述程式使得一个或多个处理器执行这里描述的方法和/或技术，例如但不限于：用于控制系统和/或设备的任何方法的全部或部分，所述系统和/或设备包括用于活细胞培养、测定和其他方案的自动执行的多孔装置；和/或使用微流体使能的多孔细胞培养装置和/或系统动态进化/适应和监测活细胞特性的任何方法的全部或部分，例如本文参照图15和/或16A-16C描述的任何方法和/或技术，包括用于自动控制系统和/或设备的任何方法的全部或部分，所述系统和/或设备包括用于自动执行所述方法的全部或部分的多孔装置。
可以存储在存储装置1740中并由处理器1710执行的软件1750可以包括例如实现本公开的功能的编程(例如，如在上述系统、计算机、服务器和/或装置中实现的)。在一些实施方案中，软件1750可以在诸如应用服务器和数据库服务器的服务器的组合上实现和执行。
软件1750也可以在任何计算机可读存储介质中存储和/或传输，以供指令执行系统、设备或装使用或与其结合使用，例如上述的那些，其可以从指令执行系统、装置或设备获取并执行与软件相关联的指令。在本公开的上下文中，计算机可读存储介质可以是诸如存储装置1740的任何介质，其可以包含或存储供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的编程。
软件1750也可以在任何传输介质内传播，以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用，例如上述那些，其可以从指令执行系统、装置或设备获取并执行与软件相关联的指令。在本公开的上下文中，传输介质可以是能够传送、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或结合指令执行系统、设备或装置使用的编程的任何介质。传输可读介质可以包括但不限于电子、磁、光、电磁或红外有线或无线传播介质。
计算机1700可以连接到网络，该网络可以是任何合适类型的互连通信系统。该网络可以实现任何合适的通信协议，并且可以由任何合适的安全协议来保护。该网络可以包括能够实现网络信号的传输和接收的任何合适布置的网络链路，例如无线网络连接、T1或T3线路、电缆网络、DSL或电话线。
计算机1700可以实现适合在网络上操作的任何操作系统。软件1750可以用任何合适的编程语言编写，例如C、C++、Java或Python。在各种实施方案中，体现本公开的功能的应用软件可以部署在不同的配置中，例如在客户端/服务器布置中或者通过网络浏览器作为基于网络的应用或网络服务。
下面是某些实施方案的列举列表。在一些实施方案中，以下任何一个或多个实施方案的任何一个或多个特征可以与任何一个或多个其他实施方案组合，即使实施方案的相关性没有明确指示实施方案可以组合。
1.一种微流体使能的多孔装置，用于细胞培养流体的微流体控制，包括：
微流体模块，其包括孔层、流体通道层、和气动层，
传感器模块，其包括被配置成检测关于所述微流体模块内部环境的数据的一个或多个传感器；和
一个或多个处理器；和
存储指令的存储器，所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述多孔装置执行细胞培养过程，所述培养过程包括：
接收从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据；和
至少部分基于所接收的数据，使流体流向所述多孔装置中的可单独寻址的孔。
2.根据实施方案1所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微流体使能的多孔装置还包括基底层。
3.根据实施方案1-2中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述气动层包括气动孔选择层和气动控制层。
4.根据实施方案1-3中任一实施方案所述的系统，其中所述微流体模块包括脱气器层，所述脱气器层包括多个孔特定脱气器，每个孔特定脱气器被配置为从所述孔层中的特定孔移除气泡。
5.根据实施方案4所述的系统，其中所述微流体模块包括在所述孔层和所述脱气器层之间的气体可渗透的脱气器膜。
6.根据实施方案4-5中任一实施方案所述的系统，其中所述微流体模块包括脱气器控制层，所述脱气器控制层包括多个气动通道，所述气动通道气动联接到一个或多个所述孔特定脱气器。
7.根据实施方案4-6中任一实施方案所述的系统，其中所述微流体模块包括全局脱气器，所述全局脱气器被配置为从流体通道移除气泡，所述流体通道被配置为将流体递送到所述孔层的两个或更多个孔。
8.根据实施方案1-7中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，进一步包括控制模块。
9.根据实施方案8所述的微流体使能的多孔装置，其中所述一个或多个处理器中的至少一个被包括在所述控制模块中。
10.根据实施方案1-9中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中：
所述微流体模块包括多个泵；并且
使流体流向所述多孔装置中的单个孔包括使所述多个泵中的一个或多个被致动。
11.根据实施方案10所述的微流体使能的多孔装置，其中所述多个泵包括注射筒驱动泵、微隔膜泵、具有门垫阀几何形状的气动微泵、或具有提升闸阀几何形状的气动微泵中的一种或多种泵。
12.根据实施方案1-11中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述多孔装置包括集成到所述多孔装置的微流体模块中的一个或多个微流体模块传感器，其中所述一个或多个微流体模块传感器被配置为检测所述微流体模块内部环境的参数特性。
13.根据实施方案1-12中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述传感器层包括一个或多个传感器，所述传感器被配置为检测所述多孔装置周围环境的外部特性。
14.根据实施方案1-13中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：在所述存储器中存储从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据。
15.根据实施方案1-14中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：将从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据传输到远程计算装置进行存储。
16.根据实施方案1-15中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：
传输用于显示图形用户界面的指令；
检测由所述装置的用户经由所述图形用户界面执行的输入；以及
响应于检测到所述输入，使流体流向所述多孔装置的用户指示的单个孔。
17.根据实施方案1-16中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述多孔装置的尺寸规格符合一个或多个SBS/ANSI多孔板标准。
18.根据实施方案1-17中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述多孔装置与工业标准实验室板读取和工业标准自动化设备之一兼容。
19.根据实施方案1-18中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微流体模块和所述传感器模块中的一个或多个被配置为可重复用于多个细胞培养过程。
20.根据实施方案1-19中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微流体模块和传感器模块中的一者或多者被配置为可从所述多孔装置移除。
21.根据实施方案1-20中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微流体模块和所述传感器模块中的一个或多个被配置为在第一细胞培养程序之后可从所述多孔装置移除，以在第二细胞培养程序之前由另一部件替换。
22.根据实施方案1-21中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层被配置为可从所述微流体模块移除。
23.根据实施方案1-22中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层被配置为在第一细胞培养程序之后可从所述微流体模块移除，以在第二细胞培养程序之前由另一部件替换。
24.根据实施方案1-23中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层包括玻璃、环烯烃共聚物、塑料、或PDMS中的一者或多者。
25.根据实施方案1-24中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的涂层包括多聚赖氨酸、纤连蛋白或基质凝胶中的一者或多者。
26.根据实施方案1-25中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层是微图案化的。
27.根据实施方案1-26中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的厚度、材料、微图案化、涂层、和几何构造中的一者或多者被配置用于显微成像。
28.根据实施方案1-27中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者被配置用于贴壁细胞的2D培养。
29.根据实施方案1-28中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的材料、微图案、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于一种以上类型的贴壁细胞的共培养。
30.根据实施方案1-29中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的材料、微图案、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于贴壁细胞与其他细胞类型的共培养。
31.根据实施方案1-30中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的材料、微图案化、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于悬浮细胞的培养。
32.根据实施方案1-31中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的材料、微图案化、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于3D培养模型的培养。
33.根据实施方案32所述的微流体使能的多孔装置，其中所述3D模型包括肿瘤球体、器官体、血管网络、生物打印的3D组织模型、和iPSC衍生的3D组织模型中的一者或多者。
34.根据实施方案1-33中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层的材料、微图案、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于培养永生化细胞、iPSC、iPSC衍生细胞或原代细胞中的一种或多种细胞。
35.根据实施方案1-34中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述多孔装置控制用于细胞培养过程的流体至少24小时。
36.根据实施方案1-35中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中使流体流向可单独寻址的孔包括使阀与气动层的一部分的位移相关联地被致动。
37.根据实施方案1-36中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述多孔装置根据针对贴壁细胞的2D培养、多于一种类型的贴壁细胞的共培养、贴壁细胞与其他细胞类型的共培养、悬浮细胞的培养、3D培养模型的培养、永生化细胞的培养、iPSC的培养、iPSC衍生细胞的培养、或原代细胞的培养中的一种或多种培养的预定义程序，将营养物、试剂和培养基中的一者或多者灌注到所述多孔装置中的多个可单独寻址的孔中。
38.根据实施方案1-37中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微流体模块包括一个或多个直径小于1000μm的通道。
39.根据实施方案1-38中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微流体模块的一个或多个微泵被配置成在每个泵冲程泵送小于500nL的体积。
40.根据实施方案1-39中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，包括48个或更多个可单独寻址的孔的阵列。
41.根据实施方案1-40中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述微流体模块引起细胞培养基的自动更换。
42.根据实施方案1-41中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述微流体模块引起自动添加一种或多种试剂来解离培养细胞的贴附依赖性细胞系。
43.根据实施方案1-42中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述微流体模块引起细胞的自动传代。
44.根据实施方案1-43中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置在所述多孔装置中执行自动化的基于细胞的测定和方案。
45.根据实施方案44所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置在测定执行期间监测所述测定持续至少24小时的时间段。
46.根据实施方案44-45中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中执行所述测定包括引起向细胞自动添加一种或多种化合物。
47.根据实施方案44-46中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定是克隆形成测定。
48.根据实施方案44-47中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述方案是转染方案。
49.根据实施方案44-48中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述方案包括对细胞进行重编程以诱导多能性。
50.根据实施方案44-49中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述方案是分化多能细胞的方案。
51.根据实施方案44-50中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定是以下测定之一：基于高通量细胞的测定、存活测定、病毒传代测定、肿瘤学之外的克隆形成测定、T细胞克隆、评估治疗抗性的测定、或评估治疗抗性演变的测定。
52.根据实施方案44-51中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定包括显微镜测量。
53.根据实施方案44-52中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定的细胞包括永生化细胞、原代细胞、多能细胞、多能衍生细胞、贴壁细胞、或悬浮细胞中的一种或多种细胞。
54.根据实施方案44-53中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定的细胞来自临床样品。
55.根据实施方案44-54中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中经受所述测定的细胞包括3D培养模型、器官样模型、和共培养模型中的一者或多者。
56.根据实施方案44-55中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中经受所述测定的细胞包括报告细胞。
57.根据实施方案44-56中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中经受所述测定的细胞包括排列在所述装置中的细胞文库。
58.根据实施方案44-57中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定和方案在没有组织培养孵育器的情况下进行。
59.根据实施方案44-58中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定和方案在实验室环境中进行。
60.根据实施方案44-59中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定和方案在现场位置、护理点位置、和药房之一进行。
61.根据实施方案1-60中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述细胞培养在没有组织培养孵育器的情况下进行。
62.根据实施方案1-61中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述细胞培养在实验室环境中进行。
63.根据实施方案1-62中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述细胞培养在现场位置、护理点、和药房中的一者或多者处进行。
64.根据实施方案1-63中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层容纳有在细胞培养期间解冻的冷冻保存的细胞。
65.根据实施方案1-64中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：
根据接收从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据，控制所述微流体模块内部环境的一个或多个参数，
其中所述一个或多个参数包括温度、压力、pH、湿度、CO2、O2、汇合度、流体流量、碱度、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
66.根据实施方案1-65中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：
由所述传感器模块监测所述多孔装置周围环境的一个或多个参数；
将关于所述多孔装置周围环境参数监测的数据存储在所述装置的计算机存储装置上；以及
将所存储的关于所述多孔装置周围环境参数监测的数据无线传输给用户。
67.根据实施方案1-66中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：
由所述传感器模块监测所述多孔装置周围环境的一个或多个参数；
根据监测一个或多个环境参数，调整所述微流体模块内部环境的一个或多个参数。
68.根据实施方案1-67中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中：
所述孔层包括排列成多行的第一多个孔；
所述流体通道层包括第一输入通道和第一输出通道，两者都对应于所述多行中的第一行；
所述流体通道层包括第二输入通道和第二输出通道，两者都对应于所述多行中的第二行；
所述第一行中的两个孔可通过第一多个相应的输入阀单独地与所述第一输入通道流体地连接；
所述第一行中的所述两个孔可通过第一多个相应的输出阀单独地与所述第一输出通道流体地连接；
所述第二行中的两个孔可通过第二多个相应的输入阀单独地与所述第二输入通道流体地连接；
所述第二行中的所述两个孔可通过第二多个相应的输出阀单独地与所述第二输出通道流体地连接。
69.根据实施方案68所述的微流体使能的多孔装置，其中：
所述第一输入通道可通过第一通道输入阀流体地连接到公共输入通道；
所述第一输出通道可通过第一通道输出阀流体地连接到公共输出通道；
所述第二输入通道可通过第二通道输入阀流体地连接到所述公共输入通道；
所述第二输出通道可通过第二通道输出阀流体地连接到所述公共输出通道。
70.根据实施方案69所述的微流体使能的多孔装置，其中使流体流向所述多孔装置中的可单独寻址的孔包括：
打开所述第一通道输入阀和所述第一通道输出阀，以允许流入和流出所述第一输出通道；
打开所述第一多个输入阀中的一个和所述第一多个输出阀中对应的一个，以允许流体流入和流出所述可单独寻址的孔。
71.根据实施方案68-70中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中微泵被配置为提供真空力，以选择性地使流体流过所述第一行中的两个孔和所述第二行中的两个孔的任何单个孔。
72.根据实施方案71所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微泵在所述公共输出通道的下游。
73.根据实施方案1-72中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置为由对接部件接收。
74.根据实施方案73所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置成流体地联接到所述对接部件。
75.根据实施方案73-74中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置为气动地联接到所述对接部件。
76.根据实施方案73-75中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置为电子通信地联接到所述对接部件。
77.一种用于细胞培养流体的微流体控制的系统，其中所述系统包括：
根据实施方案1-76中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置；和
对接部件，其被配置为接收所述多孔装置并流体地联接到所述多孔装置。
78.根据实施方案77所述的系统，其中所述对接部件被配置为气动联接到所述装置。
79.根据实施方案77-78中任一实施方案所述的系统，其中所述对接部件被配置为电子通信地联接到所述装置。
80.根据实施方案77-79中任一实施方案所述的系统，其中所述对接部件包括桌面对接站。
81.根据实施方案77-80中任一实施方案所述的系统，其中所述对接部件包括便携式对接模块，所述便携式对接模块被配置为当所述便携式对接模块被插入到板读取器或显微镜载物台中的一者或多者中时实现所述多孔装置的操作。
82.根据实施方案77-81中任一实施方案所述的系统，其中所述对接部件包括被配置为显示图形用户界面的显示器。
83.根据实施方案77-82中任一实施方案所述的系统，其中所述对接部件包括被配置成接收包括指令的用户输入的用户输入装置。
84.根据实施方案77-83中任一实施方案所述的系统，包括喷墨输入储器系统，所述喷墨输入储器系统被配置为流体地联接到所述多孔装置，并向所述多孔装置供应培养基、细胞悬液和试剂中的一者或多者。
85.根据实施方案77-84中任一实施方案所述的系统，包括输出储器，所述输出储器被配置成流体地联接到所述多孔装置，并接收来自多孔装置的培养基、细胞悬液和试剂中的一者或多者的流。
86.根据实施方案77-85中任一实施方案所述的系统，包括歧管，所述歧管被配置为附接到储器或真空管线中的一个或多个。
87.一种用于细胞培养流体的微流体控制方法，包括：
微流体使能的多孔装置包括微流体模块和传感器模块，所述微流体模块包括孔层、流体通道层和气动层，所述传感器模块包括被配置成检测关于所述微流体模块内部环境的数据的一个或多个传感器，在所述微流体使能的多孔装置处：
接收从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据；和
至少部分基于所接收的数据，使流体流向所述多孔装置中的可单独寻址的孔。
88.根据实施方案87所述的方法包括：在微流体使能的多孔装置处，存储从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据。
89.根据实施方案87-88中任一实施方案所述的方法，包括：在所述微流体使能的多孔装置处，将从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据传输到远程计算装置进行存储。
90.根据实施方案87-89中任一实施方案所述的方法，包括在微流体使能的多孔装置处：
传输用于显示图形用户界面的指令；
检测由所述装置的用户经由所述图形用户界面执行的输入；以及
响应于检测到所述输入，使流体流向所述多孔装置的用户指示的单个孔。
91.根据实施方案87-90中任一实施方案所述的方法，包括在所述微流体使能的多孔装置中控制所述细胞培养过程的流体持续至少24小时。
92.根据实施方案87-91中任一实施方案所述的方法，其中使流体流向可单独寻址的孔包括使阀与气动层的一部分的位移相关联地被致动。
93.根据实施方案87-92中任一实施方案所述的方法，包括在微流体使能的多孔装置处：
根据接收从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据，控制所述微流体模块内部环境的一个或多个参数，
其中所述一个或多个参数包括温度、压力、pH、湿度、CO2、O2、汇合度、流体流量、碱度、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
94.根据实施方案87-93中任一实施方案所述的方法，包括在微流体使能的多孔装置处：
由所述传感器模块监测所述多孔装置周围环境的一个或多个参数；
将关于所述多孔装置周围环境参数监测的数据存储在所述装置的计算机存储装置上；以及
将所存储的关于所述多孔装置周围环境参数监测的数据无线传输给用户。
95.根据实施方案87-94中任一实施方案所述的方法，包括在微流体使能的多孔装置处：
由所述传感器模块监测所述多孔装置周围环境的一个或多个参数；
根据监测一个或多个环境参数，调整所述微流体模块内部环境的一个或多个参数。
96.根据实施方案87-95中任一实施方案所述的方法，其中：
所述孔层包括排列成多行的第一多个孔；
所述流体通道层包括第一输入通道和第一输出通道，两者都对应于所述多行中的第一行；
所述流体通道层包括第二输入通道和第二输出通道，两者都对应于所述多行中的第二行；
所述第一行中的两个孔可通过第一多个相应的输入阀单独地与所述第一输入通道流体地连接；
所述第一行中的所述两个孔可通过第一多个相应的输出阀单独地与所述第一输出通道流体地连接；
所述第二行中的两个孔可通过第二多个相应的输入阀单独地与所述第二输入通道流体地连通；
所述第二行中的所述两个孔可通过第二多个相应的输出阀单独地与所述第二输出通道流体地连接；
所述第一输入通道可通过第一通道输入阀流体地连接到公共输入通道；
所述第一输出通道可通过第一通道输出阀流体地连接到公共输出通道；
所述第二输入通道可通过第二通道输入阀流体地连接到所述公共输入通道；
所述第二输出通道可通过第二通道输出阀流体地连接到所述公共输出通道；
使流体流向所述多孔装置中的可单独寻址的孔包括：
打开所述第一通道输入阀和所述第一通道输出阀，以允许流入和流出所述第一输出通道；以及
打开所述第一多个输入阀中的一个和所述第一多个输出阀中对应的一个，以允许流体流入和流出所述可单独寻址的孔。
97.一种具有闭环微环境监测和控制的微流体使能的多孔装置，所述装置包括：
基底模块层；
微流体模块层；和
传感器模块层；
98.根据实施方案97所述的装置，其中所述基底模块层是一次性的。
99.根据实施方案97-98中任一实施方案所述的装置，其中所述微流体模块层是可重复使用的或一次性的。
100.根据实施方案97-99中任一实施方案所述的装置，其中所述传感器模块层是可重复使用的。
101.根据实施方案97-100中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块层、所述微流体模块层、和所述传感器模块层中的一者或多者被配置为可从所述装置移除，以由不同的层替换。
102.根据实施方案97-101中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块包括玻璃和环烯烃共聚物中的一者或多者。
103.根据实施方案97-102中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块的厚度、材料、微图案化、涂层和几何构造中的一者或多者被配置用于显微成像。
104.根据实施方案97-103中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块的材料、微图案、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于贴壁细胞的2D培养。
105.根据实施方案97-104中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块的材料、微图案、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于一种以上类型的贴壁细胞的共培养。
106.根据实施方案97-105中任一实施方案所述的装置，其中所述基质模块的材料、微图案、涂层和几何构型中的一者或多者被配置用于贴壁细胞与其他细胞类型的共培养。
107.根据实施方案97-106中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块的材料、微图案化、涂层、和几何构型中的一者或多者被配置用于悬浮细胞的培养。
108.根据实施方案97-107中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块的材料、微图案化、涂层、和几何构造中的一个或多个被配置用于3D培养模型的培养。
109.根据实施方案108所述的装置，其中所述3D模型包括肿瘤球体、器官体、血管网络、生物打印的3D组织模型、和iPSC衍生的3D组织模型中的一者或多者。
110.根据实施方案97-109中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者被配置用于培养永生化细胞、iPSC、iPSC衍生细胞和原代细胞中的一种或多种细胞。
111.根据实施方案97-110中任一实施方案所述的装置，其中所述微流体模块包括一个或多个直径范围为10-1000μm的通道。
112.根据实施方案97-111中任一实施方案所述的装置，其中所述微流体模块包括一个或多个微泵，所述微泵被配置为每泵冲程泵送10-500nl的体积。
113.根据实施方案97-112中任一实施方案所述的装置，其中所述微流体模块包括泵几何形状，所述泵几何形状包括注射筒驱动泵、微隔膜泵和具有门垫或提升闸阀几何形状的气动微泵中的一种或多种。
114.根据实施方案97-113中任一实施方案所述的装置，其中所述传感器模块应用校准信息并控制微环境参数，所述微环境参数包括温度、pH、湿度、CO2、O2、汇合度、流体流量、输入流体温度、输出流体温度、微流体/基底层的可视化2D/3D梯度热图、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
115.根据实施方案97-114中任一实施方案所述的装置，其中所述传感器模块收集微环境数据用于本地存储。
116.根据实施方案97-115中任一实施方案所述的装置，其中所述传感器模块无线传输测量结果，用于远程或本地用户交互。
117.根据实施方案97-116中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块是微图案化的。
118.根据实施方案97-117中任一实施方案所述的装置，其中所述基底模块的涂层包含多聚赖氨酸、纤连蛋白、或基质凝胶中的一者或多者。
119.根据实施方案97-118中任一实施方案所述的装置，其中所述装置包括至多48个孔。
120.根据实施方案97-119中任一实施方案所述的装置，其中所述装置包括多于48个孔。
121.根据实施方案97-120中任一实施方案所述的装置，其中所述装置的尺寸规格符合一个或多个SBS/ANSI多孔板标准，并且与多个工业标准实验室板读取和自动化装置和设备兼容。
122.一种执行和监测自动化细胞培养的方法，包括：
在多孔微流体使能装置中监测一种或多种细胞持续至少24小时的时间段，其中所述一种或多种细胞包括永生化细胞、原代细胞、多能细胞、多能衍生细胞、3D模型、器官样细胞、和共培养物中的一种或多种。
123.根据实施方案122所述的方法，其中所述自动化细胞培养过程包括解冻已经在根据实施方案97-121中任一实施方案所述的装置中冷冻保存的细胞。
124.根据实施方案122-123中任一实施方案所述的方法，其中所述多孔微流体使能装置被配置用于闭环微环境监测和控制，并且包括基底模块层、微流体模块层、和传感器模块层。
125.根据实施方案124所述的方法，包括：
由所述传感器模块监测一个或多个环境参数；
将关于所述监测的数据存储在所述装置的计算机存储装置上；和
将所述数据无线传输给用户。
126.根据实施方案125所述的方法，包括根据监测一个或多个环境参数，调节细胞微环境的一个或多个参数。
127.根据实施方案125-126中任一实施方案所述的方法，其中所述一个或多个参数包括温度。
128.根据实施方案125-127中任一实施方案所述的方法，其中所述一个或多个参数包括酸性和/或碱性。
129.根据实施方案125-128中任一实施方案所述的方法，其中所述一个或多个参数包括细胞汇合度。
130.根据实施方案124-129中任一实施方案所述的方法，包括通过所述微流体模块执行细胞培养基的自动更换。
131.根据实施方案124-130中任一实施方案所述的方法，包括通过所述微流体模块执行一种或多种试剂的自动添加，以解离培养细胞的贴附依赖性细胞系。
132.根据实施方案124-131中任一实施方案所述的方法，包括通过所述微流体模块执行细胞的自动传代。
133.一种方法，其包括：
在多孔微流体使能装置中执行自动化的基于细胞的测定和方案持续至少24小时的时间段；以及
在所述多孔微流体使能装置中监测所述自动化的基于细胞的测定和方案持续至少24小时的时间段。
134.根据实施方案133所述的方法，其中所述测定需要向细胞中自动添加一种或多种化合物。
135.根据实施方案133-134中任一实施方案所述的方法，其中所述测定是克隆形成测定。
136.根据实施方案133-135中任一实施方案所述的方法，其中所述方案是转染方案。
137.根据实施方案133-136中任一实施方案所述的方法，其中所述方案包括对细胞进行重编程以诱导多能性。
138.根据实施方案133-137中任一实施方案所述的方法，其中所述方案是分化多能细胞的方案。
139.根据实施方案133-138中任一实施方案所述的方法，其中所述测定是以下测定之一：基于高通量细胞的测定、存活测定、病毒传代测定、肿瘤学之外的克隆形成测定、T细胞克隆、评估治疗抗性的测定、或评估治疗抗性演变的测定。
140.根据实施方案133-139中任一实施方案所述的方法，其中所述测定包括显微镜测量。
141.根据实施方案133-140中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞包括永生化细胞、原代细胞、多能细胞、多能衍生细胞、贴壁细胞、悬浮细胞中的一种或多种细胞。
142.根据实施方案133-141中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞来自临床样品。
143.根据实施方案133-142中任一实施方案所述的方法，其中所述被测定的细胞包括3D培养模型、器官样模型、和共培养模型中的一者或多者。
144.根据实施方案133-143中任一实施方案所述的方法，其中所述被测定的细胞是报告细胞。
145.根据实施方案133-144中任一实施方案所述的方法，其中所述被测定的细胞是排列在所述装置中的细胞文库。
146.根据实施方案122-145中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞培养、测定、和方案中的至少一者在没有组织培养孵育器的情况下进行。
147.根据实施方案122-146中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞培养、测定、或方案中的至少一者在标准实验室环境中进行。
148.根据实施方案122-147中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞培养、测定、或方案中的至少一者在现场位置、护理点和药房中的一者或多者处进行。
149.一种对接站，其被配置为容纳根据实施方案97-121中任一实施方案所述的装置。
150.一种喷墨式输入储器，其被配置为向根据实施方案97-121中任一项所述的装置供应培养基和试剂中的一者或多者。
151.一种输出储器，其被配置为从根据实施方案97-121中任一实施方案所述的装置收集分析物。
152.一种歧管，其被配置为将根据实施方案97-121中任一实施方案所述的装置连接到储器、真空管线、和其他仪器中的一者或多者。
153.一种便携式歧管连接器/对接模块，当将根据实施方案97-121中任一实施方案所述的装置插入标准实验室设备(如读板机、显微镜载物台等)时，所述便携式歧管连接器/对接模块允许所述装置的放置、操作和监测。
154.一种用于活细胞特性的动态进化和监测的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分。
155.根据实施方案154所述的方法，包括：在所述第一孔中培养所述细胞群之前，通过使细胞悬液流向所述第一孔来接种所述第一孔。
156.根据实施方案155所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动。
157.根据实施方案155-156中任一实施方案所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动，使得所述细胞悬液不流向所述多个孔中的任何其他孔。
158.根据实施方案155-157中任一实施方案所述的方法，包括：在接种所述第一孔之后并且在培养所述第一孔中的所述细胞群之前，通过使第二细胞悬液流向所述第一孔来共培养接种所述第一孔。
159.根据实施方案155-158中任一实施方案所述的方法，包括通过所述第一孔中的一个或多个几何限制使所述细胞悬液中的多个细胞保留在所述第一孔中。
160.根据实施方案154-159中任一实施方案所述的方法，其中在所述第一孔中培养所述细胞群包括自动监测和控制所述第一孔的一个或多个环境参数。
161.根据实施方案160所述的方法，其中控制所述第一孔的一个或多个环境参数在不修改所述多个孔中的任何其他孔的对应参数的情况下进行的。
162.根据实施方案154-161中任一实施方案所述的方法，包括在所述第一孔中培养所述细胞群之前，选择微流体模块的孔层并使所述孔层附接到所述微流体使能的细胞培养装置，所述孔层包括所述多个可单独寻址的孔。
163.根据实施方案154-162中任一实施方案所述的方法，其中：
所述孔层包括在将所述孔层附接到所述细胞培养装置之前加载到所述第一孔中的细胞；并且
培养所述细胞群包括培养来自加载到所述第一孔中的细胞的细胞群。
164.根据实施方案163所述的方法，其中选择所述孔层包括选择具有为所述细胞群的所述培养而配置的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者的孔层。
165.根据实施方案163-164中任一实施方案所述的方法，其中选择所述孔层包括选择具有为所述细胞群的所述扰动而配置的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者的孔层。
166.根据实施方案154-165中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使小分子混合物流向所述第一孔而将小分子引入所述第一孔。
167.根据实施方案154-166中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使抗体混合物流向所述第一孔而将抗体引入所述第一孔。
168.根据实施方案154-167中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
169.根据实施方案154-168中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性是在不扰动所述多个孔中的任何其他孔的相应特性的情况下进行的。
170.根据实施方案154-169中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过由所述气动层控制的泵的每个泵冲程泵送小于1000nL的流体进入所述第一孔。
171.根据实施方案154-170中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括在第一时间自动执行第一扰动，等待预定的时间段，然后在第二时间执行第二扰动。
172.根据实施方案171所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括：在执行所述第一扰动之后和执行所述第二扰动之前，使所述第一孔中的流体培养基从所述第一孔中更换。
173.根据实施方案154-172中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括当所述细胞群在所述第一孔中进化时监测所述细胞群的一个或多个表型。
174.根据实施方案154-173中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括通过所述细胞培养装置的一个或多个传感器监测所述第一孔中的所述细胞群。
175.根据实施方案174所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对所述第一孔中的所述细胞群进行荧光显微镜检查、明视野显微镜检查、相差显微镜检查和差异干涉对比显微镜检查中的一者或多者。
176.根据实施方案154-175中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行基于吸光的测量和基于发光的测量中的一者或多者。
177.根据实施方案154-176中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的信号网络的活动。
178.根据实施方案154-177中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的亚细胞定位和结构。
179.根据实施方案154-178中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用染料和遗传编码的荧光蛋白中的一者或多者对第一孔中的所述细胞群进行生存力测定。
180.根据实施方案154-179中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行功能测定和结构测定中的一者或多者。
181.根据实施方案154-180中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动期间进行的。
182.根据实施方案154-181中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群的扰动停止后进行的。
183.根据实施方案154-182中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括通过控制从所述孔中流出的流体量使所述细胞群的一部分保留在所述第一孔中。
184.根据实施方案154-183中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括通过所述孔中的一个或多个几何限制使所述细胞群的一部分保留在所述第一孔中。
185.根据实施方案154-184中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括自动添加一种或多种试剂以解离第一孔中所述细胞群的贴附依赖性细胞系。
186.根据实施方案154-185中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括自动地使所述细胞群中的细胞流出所述第一孔。
187.根据实施方案154-186中任一实施方案所述的方法，包括：
在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，用所述进化的细胞群的所述全部或部分接种第二孔，所述第二孔与所述第一孔分离；
在第二孔中培养第二细胞群；
在所述第二细胞群的所述培养之后，扰动所述第二孔中环境的一个或多个特性；以及
当所述第二细胞群在所述第二孔中进化时，监测所述第二细胞群的一个或多个特性。
188.根据实施方案154-187中任一实施方案所述的方法，包括从所述第一孔收集上清液。
189.根据实施方案188所述的方法，其中从所述第一孔收集上清液是在不从所述多个孔的任何其他孔收集或移除上清液的情况下进行的。
190.根据实施方案188-189中任一实施方案所述的方法，其中所述上清液包含分泌的蛋白质组和代谢物。
191.根据实施方案154-190中任一实施方案所述的方法，包括：在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，对所述移除的进化的细胞群进行分析，包括基因组分析、转录组分析、蛋白质组分析、表观遗传分析和代谢组学分析中的一种或多种分析。
192.根据实施方案154-191中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞群包括以下一项或多项：哺乳动物细胞、人类细胞、灵长类细胞、啮齿动物细胞、昆虫细胞、有袋动物细胞、鱼类细胞、生物膜、微生物、细菌细胞、报告细胞、永生化细胞、hiPSC系、hiPSC衍生的组织特异性谱系(例如心脏、神经)、表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生组织特异性谱系(例如表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生神经或心脏谱系)、表达包括荧光报告细胞系标识的荧光报告基因的共培养永生化细胞，所述荧光报告细胞系标识能够在混合细胞群、分离的活检组织、患者来源的细胞系和具有进化表型的细胞中标识给定的报告细胞系。
193.一种用于活细胞特性的动态进化和监测的微流体使能的细胞培养装置，
包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔；
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分。
194.一种用于活细胞特性的动态进化和监测的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分。
195.一种用于活细胞的动态进化的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
196.根据实施方案195所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动。
197.根据实施方案195-196中任一实施方案所述的方法，其中使所述细胞悬液流至所述第一孔是在不使所述细胞悬液流至所述多个孔中的任何其他孔的情况下进行的。
198.根据实施方案195-197中任一实施方案所述的方法，包括通过所述第一孔中的一个或多个几何限制使所述细胞悬液中的多个细胞保留在所述第一孔中。
199.根据实施方案195-198中任一实施方案所述的方法，其中在所述第一孔中培养所述细胞群包括自动监测和控制所述第一孔的一个或多个环境参数。
200.根据实施方案199所述的方法，其中控制所述第一孔的一个或多个环境参数在不修改所述多个孔中的任何其他孔的对应参数的情况下进行的。
201.一种用于活细胞的动态进化的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
202.一种用于活细胞的动态进化的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
203.一种用于活细胞的动态进化的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
204.根据实施方案203所述的方法，其中将所述流体引入所述第一孔包括由所述气动层控制的泵的每个泵冲程泵送小于1000nL的流体。
205.根据实施方案203-204中任一实施方案所述的方法，其中所述流体包括小分子混合物。
206.根据实施方案203-205中任一实施方案所述的方法，其中所述流体包括能够对所述细胞群中的细胞进行遗传干扰的试剂和抗体混合物中的一者或多者。
207.一种用于活细胞的动态进化的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
208.根据实施方案203-207中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性是在不扰动所述多个孔中的任何其他孔的相应特性的情况下进行的。
209.根据实施方案203-208中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括在第一时间自动执行第一扰动，等待预定的时间段，然后在第二时间执行第二扰动。
210.根据实施方案209所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括：在执行所述第一扰动之后和执行所述第二扰动之前，使所述第一孔中的流体培养基从所述第一孔中移除。
211.一种用于活细胞的动态进化的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
212.一种用于活细胞的动态进化的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
213.一种用于活细胞的动态进化的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
214.一种用于活细胞的动态进化的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
215.一种用于活细胞中一个或多个特性的动态进化和监测的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
216.根据实施方案215所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括当所述细胞群在所述第一孔中进化时监测所述细胞群的一个或多个表型。
217.根据实施方案215-216中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对所述第一孔中的所述细胞群进行显微镜检查。
218.根据实施方案217所述的方法，其中进行显微镜检查包括对所述第一孔中的所述细胞群进行荧光显微镜检查、明视野显微镜检查、相差显微镜检查和差异干涉对比显微镜检查中的一者或多者。
219.根据实施方案215-218中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行基于吸光的测量和基于发光的测量中的一者或多者。
220.根据实施方案215-219中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的信号网络的活动。
221.根据实施方案215-220中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的亚细胞定位和结构。
222.根据实施方案215-221中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用染料和遗传编码的荧光蛋白中的一者或多者对第一孔中的所述细胞群进行生存力测定。
223.根据实施方案215-222中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行功能测定和结构测定中的一者或多者。
224.根据实施方案215-223中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动期间进行的。
225.根据实施方案215-224中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群的扰动停止后进行的。
226.一种用于活细胞中一个或多个特性的动态进化和监测的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于控制流体流向多个可单独寻址的孔；和
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
227.一种用于活细胞的一个或多个特性的动态进化和监测的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
228.一种用于活细胞的动态进化和收获的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
从所述多个孔的第一孔中自动移除进化的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
229.根据实施方案228所述的方法，包括：
在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，用所述进化的细胞群的所述全部或部分接种第二孔，所述第二孔与所述第一孔分离；
在第二孔中培养第二细胞群；
在所述第二细胞群的所述培养之后，扰动所述第二孔中环境的一个或多个特性；以及
当所述第二细胞群在所述第二孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述第二细胞群的一个或多个特性。
230.根据实施方案228-229中任一实施方案所述的方法，包括从所述第一孔收集上清液。
231.根据实施方案228-230中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔收集上清液是在不从所述多个孔的任何其他孔收集或移除上清液的情况下进行的。
232.根据实施方案228-231中任一实施方案所述的方法，其中所述上清液包含分泌的蛋白质组和代谢物。
233.根据实施方案228-232中任一实施方案所述的方法，包括：在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，对所述移除的进化的细胞群进行分析，包括基因组分析、转录组分析、蛋白质组分析、表观遗传分析和代谢组学分析中的一种或多种分析。
234.一种用于活细胞的动态进化和收获的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于控制流体流向多个可单独寻址的孔；和
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
从所述多个孔的第一孔中自动移除进化的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
235.一种用于活细胞的动态进化和收获的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：从所述多个孔的第一孔中自动移除进化的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
236.根据实施方案44-50中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定是以下测定之一：基于高通量细胞的测定、存活测定、病毒传代测定、肿瘤学之外的克隆形成测定、T细胞克隆、评估治疗抗性的测定、或评估治疗抗性适应的测定。
237.根据实施方案44-50或236中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定包括显微镜测量。
238.根据实施方案44-50或236-237中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定的细胞包括永生化细胞、原代细胞、多能细胞、多能衍生细胞、贴壁细胞、或悬浮细胞中的一种或多种细胞。
239.根据实施方案44-50或236-238中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定的细胞来自临床样品。
240.根据实施方案44-50或236-239中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中经受所述测定的细胞包括3D培养模型、器官样模型、和共培养模型中的一者或多者。
241.根据实施方案44-50或236-240中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中经受所述测定的细胞包括报告细胞。
242.根据实施方案44-50或236-241中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中经受所述测定的细胞包括排列在所述装置中的细胞文库。
243.根据实施方案44-50或236-242中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定和方案在没有组织培养孵育器的情况下进行。
244.根据实施方案44-50或236-243中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定和方案在实验室环境中进行。
245.根据实施方案44-50或236-244中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述测定和方案在现场位置、护理点位置、和药房之一进行。
246.根据实施方案1-50或236-245中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述细胞培养在没有组织培养孵育器的情况下进行。
247.根据实施方案1-50或236-246中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述细胞培养在实验室环境中进行。
248.根据实施方案1-50或236-247中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述细胞培养在现场位置、护理点、和药房中的一者或多者处进行。
249.根据实施方案1-50或236-248中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述孔层容纳有在细胞培养期间解冻的冷冻保存的细胞。
250.根据实施方案1-50或236-249中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：
根据接收从所述一个或多个传感器收集的关于所述微流体模块内部环境的数据，控制所述微流体模块内部环境的一个或多个参数，
其中所述一个或多个参数包括温度、压力、pH、湿度、CO2、O2、汇合度、流体流量、碱度、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
251.根据实施方案1-50或236-250中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：
由所述传感器模块监测所述多孔装置周围环境的一个或多个参数；
将关于所述多孔装置周围环境参数监测的数据存储在所述装置的计算机存储装置上；以及
将所存储的关于所述多孔装置周围环境参数监测的数据无线传输给用户。
252.根据实施方案1-50或236-251中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述指令被配置为由所述一个或多个处理器执行，以使所述装置：
由所述传感器模块监测所述多孔装置周围环境的一个或多个参数；
根据监测一个或多个环境参数，调整所述微流体模块内部环境的一个或多个参数。
253.根据实施方案1-50或236-252中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中：
所述孔层包括排列成多行的第一多个孔；
所述流体通道层包括第一输入通道和第一输出通道，两者都对应于所述多行中的第一行；
所述流体通道层包括第二输入通道和第二输出通道，两者都对应于所述多行中的第二行；
所述第一行中的两个孔可通过第一多个相应的输入阀单独地与所述第一输入通道流体地连接；
所述第一行中的所述两个孔可通过第一多个相应的输出阀单独地与所述第一输出通道流体地连接；
所述第二行中的两个孔可通过第二多个相应的输入阀单独地与所述第二输入通道流体地连接；
所述第二行中的所述两个孔可通过第二多个相应的输出阀单独地与所述第二输出通道流体地连接。
254.根据实施方案253所述的微流体使能的多孔装置，其中：
所述第一输入通道可通过第一通道输入阀流体地连接到公共输入通道；
所述第一输出通道可通过第一通道输出阀流体地连接到公共输出通道；
所述第二输入通道可通过第二通道输入阀流体地连接到所述公共输入通道；
所述第二输出通道可通过第二通道输出阀流体地连接到所述公共输出通道。
255.根据实施方案254所述的微流体使能的多孔装置，其中使流体流向所述多孔装置中的可单独寻址的孔包括：
打开所述第一通道输入阀和所述第一通道输出阀，以允许流入和流出所述第一输出通道；
打开所述第一多个输入阀中的一个和所述第一多个输出阀中对应的一个，以允许流体流入和流出所述可单独寻址的孔。
256.根据实施方案253-255中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中微泵被配置为提供真空力，以选择性地使流体流过所述第一行中的两个孔和所述第二行中的两个孔的任何单个孔。
257.根据实施方案256所述的微流体使能的多孔装置，其中所述微泵在所述公共输出通道的下游。
258.根据实施方案1-50或236-257中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置为由对接部件接收。
259.根据实施方案258所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置成流体地联接到所述对接部件。
260.根据实施方案258-259中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置为气动地联接到所述对接部件。
261.根据实施方案258-260中任一实施方案所述的微流体使能的多孔装置，其中所述装置被配置为电子通信地联接到所述对接部件。
262.根据实施方案133-138中任一实施方案所述的方法，其中所述测定是以下测定之一：基于高通量细胞的测定、存活测定、病毒传代测定、肿瘤学之外的克隆形成测定、T细胞克隆、评估治疗抗性的测定、或评估治疗抗性适应的测定。
263.根据实施方案133-138或262中任一实施方案所述的方法，其中所述测定包括显微镜测量。
264.根据实施方案133-138或262-263中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞包括永生化细胞、原代细胞、多能细胞、多能衍生细胞、贴壁细胞、悬浮细胞中的一种或多种细胞。
265.根据实施方案133-138或262-264中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞来自临床样品。
266.根据实施方案133-138或262-265中任一实施方案所述的方法，其中所测定的细胞包括3D培养模型、器官样模型和共培养模型中的一者或多者。
267.根据实施方案133-138或262-266中任一实施方案所述的方法，其中所述被测定的细胞是报告细胞。
268.根据实施方案133-138或262-267中任一实施方案所述的方法，其中所述测定的细胞是排列在所述装置中的细胞文库。
269.根据实施方案122-138或262-268中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞培养、测定、和方案中的至少一者在没有组织培养孵育器的情况下进行。
270.根据实施方案122-138或262-269中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞培养、测定、或方案中的至少一者在标准实验室环境中进行。
271.根据实施方案122-138或262-270中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞培养、测定、或方案中的至少一者在现场位置、护理点和药房中的一者或多者处进行。
272.一种用于活细胞特性的动态适应和监测的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分。
273.根据实施方案272所述的方法，包括：在所述第一孔中培养所述细胞群之前，通过使细胞悬液流向所述第一孔来接种所述第一孔。
274.根据实施方案273所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动。
275.根据实施方案273-274中任一实施方案所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动，使得所述细胞悬液不流向所述多个孔中的任何其他孔。
276.根据实施方案273-275中任一实施方案所述的方法，包括：在接种所述第一孔之后并且在培养所述第一孔中的所述细胞群之前，通过使第二细胞悬液流向所述第一孔来共培养接种所述第一孔。
277.根据实施方案273-276中任一实施方案所述的方法，包括通过所述第一孔中的一个或多个几何限制使所述细胞悬液中的多个细胞保留在所述第一孔中。
278.根据实施方案272-277中任一实施方案所述的方法，其中在所述第一孔中培养所述细胞群包括自动监测和控制所述第一孔的一个或多个环境参数。
279.根据实施方案278所述的方法，其中控制所述第一孔的一个或多个环境参数在不修改所述多个孔中的任何其他孔的对应参数的情况下进行的。
280.根据实施方案272-279中任一实施方案所述的方法，包括在所述第一孔中培养所述细胞群之前，选择微流体模块的孔层并使所述孔层附接到所述微流体使能的细胞培养装置，所述孔层包括所述多个可单独寻址的孔。
281.根据实施方案272-280中任一实施方案所述的方法，其中：
所述孔层包括在将所述孔层附接到所述细胞培养装置之前加载到所述第一孔中的细胞；并且
培养所述细胞群包括培养来自加载到所述第一孔中的细胞的细胞群。
282.根据实施方案281所述的方法，其中选择所述孔层包括选择具有为所述细胞群的所述培养而配置的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者的孔层。
283.根据实施方案281-282中任一实施方案所述的方法，其中选择所述孔层包括选择具有为所述细胞群的所述扰动而配置的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者的孔层。
284.根据实施方案272-283中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使小分子混合物流向所述第一孔而将小分子引入所述第一孔。
285.根据实施方案272-284中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使抗体混合物流向所述第一孔而将抗体引入所述第一孔。
286.根据实施方案272-285中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
287.根据实施方案272-286中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性是在不扰动所述多个孔中的任何其他孔的相应特性的情况下进行的。
288.根据实施方案272-287中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过由所述气动层控制的泵的每个泵冲程泵送小于1000nL的流体进入所述第一孔。
289.根据实施方案272-288中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括在第一时间自动执行第一扰动，等待预定的时间段，然后在第二时间执行第二扰动。
290.根据实施方案289所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括：在执行所述第一扰动之后和执行所述第二扰动之前，使所述第一孔中的流体培养基从所述第一孔中更换。
291.根据实施方案272-290中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括当所述细胞群在所述第一孔中适应时监测所述细胞群的一个或多个特性。
292.根据实施方案272-291中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括通过所述细胞培养装置的一个或多个传感器监测所述第一孔中的所述细胞群。
293.根据实施方案292所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对所述第一孔中的所述细胞群进行荧光显微镜检查、明视野显微镜检查、相差显微镜检查和差异干涉对比显微镜检查中的一者或多者。
294.根据实施方案272-293中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行基于吸光的测量和基于发光的测量中的一者或多者。
295.根据实施方案272-294中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的信号网络的活动。
296.根据实施方案272-295中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的亚细胞定位和结构。
297.根据实施方案272-296中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用染料和遗传编码的荧光蛋白中的一者或多者对第一孔中的所述细胞群进行生存力测定。
298.根据实施方案272-297中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行功能测定和结构测定中的一者或多者。
299.根据实施方案272-298中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动期间进行的。
300.根据实施方案272-299中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群的扰动停止后进行的。
301.根据实施方案272-300中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分包括通过控制从所述孔中流出的流体量使所述细胞群的一部分保留在所述第一孔中。
302.根据实施方案272-301中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分包括通过所述孔中的一个或多个几何限制使所述细胞群的一部分保留在所述第一孔中。
303.根据实施方案272-302中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分包括自动添加一种或多种试剂以解离第一孔中所述细胞群的贴附依赖性细胞系。
304.根据实施方案272-303中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分包括自动地使所述细胞群中的细胞流出所述第一孔。
305.根据实施方案272-304中任一实施方案所述的方法，包括：
在从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分后，用所述适应的细胞群的所述全部或部分接种第二孔，所述第二孔与所述第一孔分离；
在第二孔中培养第二细胞群；
在所述第二细胞群的所述培养之后，扰动所述第二孔中环境的一个或多个特性；以及
当所述第二细胞群在所述第二孔中适应时，监测所述第二细胞群的一个或多个特性。
306.根据实施方案272-305中任一实施方案所述的方法，包括从所述第一孔收集上清液。
307.根据实施方案306所述的方法，其中从所述第一孔收集上清液是在不从所述多个孔的任何其他孔收集或移除上清液的情况下进行的。
308.根据实施方案306-307中任一实施方案所述的方法，其中所述上清液包含分泌的蛋白质组和代谢物。
309.根据实施方案272-308中任一实施方案所述的方法，包括：在从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分后，对所述移除的适应的细胞群进行分析，包括基因组分析、转录组分析、蛋白质组分析、表观遗传分析和代谢组学分析中的一种或多种分析。
310.根据实施方案272-309中任一实施方案所述的方法，其中所述细胞群包括以下一项或多项：哺乳动物细胞、人类细胞、灵长类细胞、啮齿动物细胞、昆虫细胞、有袋动物细胞、鱼类细胞、生物膜、微生物、细菌细胞、报告细胞、永生化细胞、hiPSC系、hiPSC衍生的组织特异性谱系(例如心脏、神经)、表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生组织特异性谱系(例如表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生神经或心脏谱系)、表达包括荧光报告细胞系标识的荧光报告基因的共培养永生化细胞，所述荧光报告细胞系标识能够在混合细胞群、分离的活检组织、患者来源的细胞系和具有适应特性的细胞中标识给定的报告细胞系。
311.一种用于活细胞特性的动态适应和监测的微流体使能的细胞培养装置，
包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔；
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分。
312.一种用于活细胞特性的动态适应和监测的非暂时性计算机可读存储介
质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分。
313.一种用于活细胞的动态适应的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
314.根据实施方案313所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动。
315.根据实施方案313-314中任一实施方案所述的方法，其中使所述细胞悬液流至所述第一孔是在不使所述细胞悬液流至所述多个孔中的任何其他孔的情况下进行的。
316.根据实施方案313-315中任一实施方案所述的方法，包括通过所述第一孔中的一个或多个几何限制使所述细胞悬液中的多个细胞保留在所述第一孔中。
317.根据实施方案313-316中任一实施方案所述的方法，其中在所述第一孔中培养所述细胞群包括自动监测和控制所述第一孔的一个或多个环境参数。
318.根据实施方案317所述的方法，其中控制所述第一孔的一个或多个环境参数在不修改所述多个孔中的任何其他孔的对应参数的情况下进行的。
319.一种用于活细胞的动态适应的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
320.一种用于活细胞的动态适应的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
321.一种用于活细胞的动态适应的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
322.根据实施方案321所述的方法，其中将所述流体引入所述第一孔包括由所述气动层控制的泵的每个泵冲程泵送小于1000nL的流体。
323.根据实施方案321-322中任一实施方案所述的方法，其中所述流体包括小分子混合物。
324.根据实施方案321-323中任一实施方案所述的方法，其中所述流体包括能够对所述细胞群中的细胞进行遗传干扰的试剂和抗体混合物中的一者或多者。
325.一种用于活细胞的动态适应的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
326.根据实施方案321-325中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性是在不扰动所述多个孔中的任何其他孔的相应特性的情况下进行的。
327.根据实施方案321-326中任一实施方案所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括在第一时间自动执行第一扰动，等待预定的时间段，然后在第二时间执行第二扰动。
328.根据实施方案327所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括：在执行所述第一扰动之后和执行所述第二扰动之前，使所述第一孔中的流体培养基从所述第一孔中移除。
329.一种用于活细胞的动态适应的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
330.一种用于活细胞的动态适应的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
331.一种用于活细胞的动态适应的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
332.一种用于活细胞的动态适应的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
333.一种用于活细胞中一个或多个特性的动态适应和监测的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中适应时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
334.根据实施方案333所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括当所述细胞群在所述第一孔中适应时监测所述细胞群的一个或多个特性。
335.根据实施方案333-334中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行显微镜检查。
336.根据实施方案335所述的方法，其中进行显微镜检查包括对所述第一孔中的所述细胞群进行荧光显微镜检查、明视野显微镜检查、相差显微镜检查和差异干涉对比显微镜检查中的一者或多者。
337.根据实施方案333-336中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行基于吸光的测量和基于发光的测量中的一者或多者。
338.根据实施方案333-337中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的信号网络的活动。
339.根据实施方案333-338中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的亚细胞定位和结构。
340.根据实施方案333-339中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用染料和遗传编码的荧光蛋白中的一者或多者对第一孔中的所述细胞群进行生存力测定。
341.根据实施方案333-340中任一实施方案所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行功能测定和结构测定中的一者或多者。
342.根据实施方案333-341中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动期间进行的。
343.根据实施方案333-342中任一实施方案所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群的扰动停止后进行的。
344.一种用于活细胞中一个或多个特性的动态适应和监测的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于控制流体流向多个可单独寻址的孔；和
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中适应时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
345.一种用于活细胞中一个或多个特性的动态适应和监测的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中适应时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
346.一种用于活细胞的动态适应和收获的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
从所述多个孔的第一孔中自动移除适应的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
347.根据实施方案346所述的方法，包括：
在从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分后，用所述适应的细胞群的所述全部或部分接种第二孔，所述第二孔与所述第一孔分离；
在第二孔中培养第二细胞群；
在所述第二细胞群的所述培养之后，扰动所述第二孔中环境的一个或多个特性；以及
当所述第二细胞群在所述第二孔中适应时，通过所述一个或多个传感器监测所述第二细胞群的一个或多个特性。
348.根据实施方案346-347中任一实施方案所述的方法，包括从所述第一孔收集上清液。
349.根据实施方案346-348中任一实施方案所述的方法，其中从所述第一孔收集上清液是在不从所述多个孔的任何其他孔收集或移除上清液的情况下进行的。
350.根据实施方案346-349中任一实施方案所述的方法，其中所述上清液包含分泌的蛋白质组和代谢物。
351.根据实施方案346-350中任一实施方案所述的方法，包括：在从所述第一孔中移除所述适应的细胞群的全部或部分后，对所述移除的适应的细胞群进行分析，包括基因组分析、转录组分析、蛋白质组分析、表观遗传分析和代谢组学分析中的一种或多种分析。
352.一种用于活细胞的动态适应和收获的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于控制流体流向多个可单独寻址的孔；和
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
从所述多个孔的第一孔中自动移除适应的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
353.一种用于活细胞的动态适应和收获的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：从所述多个孔的第一孔中自动移除适应的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
出于解释的目的，已经参考具体实施方案进行了前述说明。然而，上述说明性讨论并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述这些实施方案是为了最好地解释这些技术的原理及其实际应用。因此，本领域的其他技术人员能够最好地利用这些技术和具有各种修改的各种实施方案，以适合预期的特定用途。
尽管已经参照附图充分描述了本公开和示例，但是应当注意，各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。这种变化和修改应被理解为包括在由权利要求书限定的公开内容和示例的范围内。最后，本申请中提及的任何和所有专利和出版物的全部公开内容在此引入作为参考。本文任何地方提及的所有参考文献、引文、项目、文件或其他出版物均通过引用整体并入本文。

Claims (82)

1.一种用于活细胞特性的动态进化和监测的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：在所述第一孔中培养所述细胞群之前，通过使细胞悬液流向所述第一孔来接种所述第一孔。
3.根据权利要求2所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动。
4.根据权利要求2-3中任一项所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动，使得所述细胞悬液不流向所述多个孔中的任何其他孔。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，包括：在接种所述第一孔之后并且在培养所述第一孔中的所述细胞群之前，通过使第二细胞悬液流向所述第一孔来共培养接种所述第一孔。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，包括通过所述第一孔中的一个或多个几何限制使所述细胞悬液中的多个细胞保留在所述第一孔中。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中在所述第一孔中培养所述细胞群包括自动监测和控制所述第一孔的一个或多个环境参数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中控制所述第一孔的一个或多个环境参数在不修改所述多个孔中的任何其他孔的对应参数的情况下进行的。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，包括在所述第一孔中培养所述细胞群之前，选择微流体模块的孔层并使所述孔层附接到所述微流体使能的细胞培养装置，所述孔层包括所述多个可单独寻址的孔。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述孔层包括在将所述孔层附接到所述细胞培养装置之前加载到所述第一孔中的细胞；并且
培养所述细胞群包括培养来自加载到所述第一孔中的细胞的细胞群。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其中选择所述孔层包括选择具有为所述细胞群的所述培养而配置的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者的孔层。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中选择所述孔层包括选择具有为所述细胞群的所述扰动而配置的材料、微图案化、涂层和几何构型中的一者或多者的孔层。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使小分子混合物流向所述第一孔而将小分子引入所述第一孔。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使抗体混合物流向所述第一孔而将抗体引入所述第一孔。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性是在不扰动所述多个孔中的任何其他孔的相应特性的情况下进行的。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过由所述气动层控制的泵的每个泵冲程泵送小于1000nL的流体进入所述第一孔。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括在第一时间自动执行第一扰动，等待预定的时间段，然后在第二时间执行第二扰动。
19.根据权利要求18所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括：在执行所述第一扰动之后和执行所述第二扰动之前，使所述第一孔中的流体培养基从所述第一孔中更换。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括当所述细胞群在所述第一孔中进化时监测所述细胞群的一个或多个表型。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括通过所述细胞培养装置的一个或多个传感器监测所述第一孔中的所述细胞群。
22.根据权利要求21所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对所述第一孔中的所述细胞群进行荧光显微镜检查、明视野显微镜检查、相差显微镜检查和差异干涉对比显微镜检查中的一者或多者。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行基于吸光的测量和基于发光的测量中的一者或多者。
24.根据权利要求1-23中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的信号网络的活动。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的亚细胞定位和结构。
26.根据权利要求1-25中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用染料和遗传编码的荧光蛋白中的一者或多者对第一孔中的所述细胞群进行生存力测定。
27.根据权利要求1-26中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行功能测定和结构测定中的一者或多者。
28.根据权利要求1-27中任一项所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动期间进行的。
29.根据权利要求1-28中任一项所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动停止后进行的。
30.根据权利要求1-29中任一项所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括通过控制从所述孔中流出的流体量使所述细胞群的一部分保留在所述第一孔中。
31.根据权利要求1-30中任一项所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括通过所述孔中的一个或多个几何限制使所述细胞群的一部分保留在所述第一孔中。
32.根据权利要求1-31中任一项所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括自动添加一种或多种试剂以解离第一孔中所述细胞群的贴附依赖性细胞系。
33.根据权利要求1-32中任一项所述的方法，其中从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分包括自动地使所述细胞群中的细胞流出所述第一孔。
34.根据权利要求1-33中任一项所述的方法，包括：
在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，用所述进化的细胞群的所述全部或部分接种第二孔，所述第二孔与所述第一孔分离；
在第二孔中培养第二细胞群；
在所述第二细胞群的所述培养之后，扰动所述第二孔中环境的一个或多个特性；以及
当所述第二细胞群在所述第二孔中进化时，监测所述第二细胞群的一个或多个特性。
35.根据权利要求1-34中任一项所述的方法，包括从所述第一孔收集上清液。
36.根据权利要求35所述的方法，其中从所述第一孔收集上清液是在不从所述多个孔的任何其他孔收集或移除上清液的情况下进行的。
37.根据权利要求35-36中任一项所述的方法，其中所述上清液包括分泌的蛋白质组和代谢物。
38.根据权利要求1-37中任一项所述的方法，包括：在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，对所述移除的进化的细胞群进行分析，包括基因组分析、转录组分析、蛋白质组分析、表观遗传分析和代谢组学分析中的一种或多种分析。
39.根据权利要求1-38中任一项所述的方法，其中所述细胞群包括以下一项或多项：哺乳动物细胞、人类细胞、灵长类细胞、啮齿动物细胞、昆虫细胞、有袋动物细胞、鱼类细胞、生物膜、微生物、细菌细胞、报告细胞、永生化细胞、hiPSC系、hiPSC衍生的组织特异性谱系(例如心脏、神经)、表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生组织特异性谱系(例如表达包括荧光谱系标识的荧光报告基因的共培养iPSC衍生神经或心脏谱系)、表达包括荧光报告细胞系标识的荧光报告基因的共培养永生化细胞，所述荧光报告细胞系标识能够在混合细胞群、分离的活检组织、患者来源的细胞系和具有进化表型的细胞中标识给定的报告细胞系。
40.一种用于活细胞特性的动态进化和监测的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔；
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分。
41.一种用于活细胞特性的动态进化和监测的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
在所述多个孔中的第一孔中培养细胞群；
在所述细胞群的所述培养之后，扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性；
监测所述第一孔中所述细胞群的一个或多个特性；
从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分。
42.一种用于活细胞的动态进化的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
43.根据权利要求42所述的方法，其中使所述细胞悬液流向所述第一孔包括使一个或多个阀与所述细胞培养装置的气动层的一部分的位移相关联地被致动。
44.根据权利要求42-43中任一项所述的方法，其中使所述细胞悬液流至所述第一孔是在不使所述细胞悬液流至所述多个孔中的任何其他孔的情况下进行的。
45.根据权利要求42-44中任一项所述的方法，包括通过所述第一孔中的一个或多个几何限制使所述细胞悬液中的多个细胞保留在所述第一孔中。
46.根据权利要求42-45中任一项所述的方法，其中在所述第一孔中培养所述细胞群包括自动监测和控制所述第一孔的一个或多个环境参数。
47.根据权利要求46中任一项所述的方法，其中控制所述第一孔的一个或多个环境参数在不修改所述多个孔中的任何其他孔的对应参数的情况下进行的。
48.一种用于活细胞的动态进化的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
49.一种用于活细胞的动态进化的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
通过所述气动层使细胞悬液流向所述多个孔中的第一孔来接种所述第一孔；以及
在第一孔中培养细胞群。
50.一种用于活细胞的动态进化的方法，包括：
在包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
51.根据权利要求50所述的方法，其中将所述流体引入所述第一孔包括由所述气动层控制的泵的每个泵冲程泵送小于1000nL的流体。
52.根据权利要求50-51中任一项所述的方法，其中所述流体包括小分子混合物。
53.根据权利要求50-52中任一项所述的方法，其中所述流体包括能够对所述细胞群中的细胞进行遗传干扰的试剂和抗体混合物中的一者或多者。
54.一种用于活细胞的动态进化的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置处：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
55.根据权利要求50-54中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性是在不扰动所述多个孔中的任何其他孔的相应特性的情况下进行的。
56.根据权利要求50-55中任一项所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括在第一时间自动执行第一扰动，等待预定的时间段，然后在第二时间执行第二扰动。
57.根据权利要求56所述的方法，其中扰动所述第一孔中的环境的一个或多个特性包括：在执行所述第一扰动之后和执行所述第二扰动之前，使所述第一孔中的流体培养基从所述第一孔中移除。
58.一种用于活细胞的动态进化的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
59.一种用于活细胞的动态进化的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括通过使流体流向所述第一孔而将所述流体引入所述第一孔。
60.一种用于活细胞的动态进化的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔，
其中所述装置被配置成扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
61.一种用于活细胞的动态进化的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
扰动所述多个孔的第一孔中的环境的一个或多个特性，其中所述第一孔容纳有细胞群，并且其中扰动所述第一孔中环境的一个或多个特性包括改变一个或多个微环境参数，包括所述第一孔中环境的温度、压力、pH、湿度、CO2水平、O2水平、汇合度、流体流量、碱度、酸性、碱性、输入流体温度、输出流体温度、环境光强度、电势、阻抗、或电阻中的一个或多个。
62.一种用于活细胞中一个或多个特性的动态进化和监测的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
63.根据权利要求62所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括当所述细胞群在所述第一孔中进化时监测所述细胞群的一个或多个表型。
64.根据权利要求62-63中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行显微镜检查。
65.根据权利要求64所述的方法，其中进行显微镜检查包括对所述第一孔中的所述细胞群进行荧光显微镜检查、明视野显微镜检查、相差显微镜检查和差异干涉对比显微镜检查中的一者或多者。
66.根据权利要求62-65中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行基于吸光的测量和基于发光的测量中的一者或多者。
67.根据权利要求62-66中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的信号网络的活动。
68.根据权利要求62-67中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用荧光标记的报告基因监测第一孔中所述细胞群的亚细胞定位和结构。
69.根据权利要求62-68中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括使用染料和遗传编码的荧光蛋白中的一者或多者对第一孔中的所述细胞群进行生存力测定。
70.根据权利要求62-69中任一项所述的方法，其中监测所述细胞群的一个或多个特性包括对第一孔中的所述细胞群进行功能测定和结构测定中的一者或多者。
71.根据权利要求62-70中任一项所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动期间进行的。
72.根据权利要求62-71中任一项所述的方法，其中所述监测是在所述细胞群扰动停止后进行的。
73.一种用于活细胞中一个或多个特性的动态进化和监测的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于控制流体流向多个可单独寻址的孔；和
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
74.一种用于活细胞的一个或多个特性的动态进化和监测的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：
当细胞群在所述多个孔的第一孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述细胞群的一个或多个特性。
75.一种用于活细胞的动态进化和收获的方法，包括：
在包括用于控制流体流向多个可单独寻址的孔的气动层以及被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置处：
从所述多个孔的第一孔中自动移除进化的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
76.根据权利要求75所述的方法，包括：
在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，用所述进化的细胞群的所述全部或部分接种第二孔，所述第二孔与所述第一孔分离；
在第二孔中培养第二细胞群；
在所述第二细胞群的所述培养之后，扰动所述第二孔中环境的一个或多个特性；以及
当所述第二细胞群在所述第二孔中进化时，通过所述一个或多个传感器监测所述第二细胞群的一个或多个特性。
77.根据权利要求75-76中任一项所述的方法，包括从所述第一孔收集上清液。
78.根据权利要求75-77中任一项所述的方法，其中从所述第一孔收集上清液是在不从所述多个孔的任何其他孔收集或移除上清液的情况下进行的。
79.根据权利要求77-78中任一项所述的方法，其中所述上清液包括分泌的蛋白质组和代谢物。
80.根据权利要求75-79中任一项所述的方法，包括：在从所述第一孔中移除所述进化的细胞群的全部或部分后，对所述移除的进化的细胞群进行分析，包括基因组分析、转录组分析、蛋白质组分析、表观遗传分析和代谢组学分析中的一种或多种分析。
81.一种用于活细胞的动态进化和收获的微流体使能的细胞培养装置，包括：
气动层，其用于控制流体流向多个可单独寻址的孔；和
一个或多个传感器，其被配置为检测关于所述多个孔的一个或多个孔内的环境的数据；
其中所述装置被配置成：
从所述多个孔的第一孔中自动移除进化的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
82.一种用于活细胞的动态进化和收获的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令被配置为由包括用于将流体流引导至多个可单独寻址的孔的气动层和被配置为检测关于所述多个孔中的一个或多个孔内的环境的数据的一个或多个传感器的微流体使能的细胞培养装置的一个或多个处理器执行，以使所述装置：从所述多个孔的第一孔中自动移除进化的细胞群的全部或部分，而不从所述多个孔的任何其他孔中移除细胞。
CN201980075827.XA 2018-11-16 2019-11-14 使用微流体使能的多孔细胞培养装置和系统的活细胞特性动态进化、适应和监测方法 Pending CN113039266A (zh)

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