CN114222819A - 用于制造微通道血管网络装置和植入微通道的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种制造微通道装置的方法。所述方法包括基于多个设计标准确定微通道血管网络设计。所述微通道血管网络设计包括第一通道网络、基于所述第一通道网络的第二微通道网络、以及用于在所述第一通道网络与所述第二通道网络之间提供流体连通的结构。所述方法包括在制造系统处以电子形式接收所述微通道血管网络设计。所述制造系统包括预聚物溶液。所述方法包括基于所述微通道血管网络设计在所述制造系统处使用所述预聚物溶液形成聚合物材料的微通道血管网络装置，从而制造所述微通道血管网络装置。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年6月18日提交的标题为“Systems and Methods for Retardingor Arresting Flow in a Microchannel”的美国临时申请号：62/863,165和2019年6月18日提交的标题为“Systems and Methods for Directing Flow in a Bioreactor Device”的美国临时申请号：62/863,169的权益，所述申请中的每一个均通过引用整体并入本文。
发明背景
发明领域
本公开涉及血管网络。更具体地，本公开涉及用于制造微通道血管网络和接种微通道的系统和方法。
背景技术
明胶甲基丙烯酰(GelMA)水凝胶已被广泛用于各种生物医学应用，包括生成三维生物制造的组织类似物。这种广泛采用部分是由于明胶的所需生物特性和GelMA水凝胶表现出的可变物理特征，以及水凝胶的细胞附着和基质金属蛋白酶应答肽基序特征的组合。这些属性与天然细胞外基质的各种特性非常相似，这对于利用GelMA水凝胶的各种生物医学应用至关重要。
在一些生物医学应用中，希望具有一种可配置的装置，其包括一个或多个微通道并且允许培养基在装置内可控流动。例如，在包括在这种装置内接种细胞的过程中，装置的微通道需要阻止或停止通过其的流动，以便允许细胞适当地附着到装置的各个壁上而不脱离流动本身。一旦细胞适当地附着到装置的壁上，可能需要加速或重新打开微通道内的流动，以便为细胞提供营养和/或去除细胞产生的废物。然而，迄今为止还未实现微通道的这种暂时阻止或停止。
此外，已开发了生物反应器用于培养各种类型的细胞，并随后对培养的细胞进行实验。例如，常规生物反应器包括用于培养细胞的孔和通过其的流体流动。然而，这些装置缺乏用于在多于一个方向上提供流体流动并控制流动的方向的工具。另外，这些装置需要在培养后将细胞从生物反应器中取出，并且只能培养球体模型的细胞。
另外，已开发了血管网络装置用于培养各种类型的细胞并进行分析和/或在受试者中的植入。然而，这些血管网络装置还不能允许培养不同几何形状的生理相关物质。此外，这些血管网络装置不能使用可生物降解的材料来培养这些物质。
因此，在本公开之前，需要一种阻止或停止微通道中的流动的方法。此外，在本公开之前，需要用于在能够培养不同几何形状的生理相关物质的细胞培养装置中引导流动的系统和方法。另外，在本公开之前，需要用于制造能够培养不同几何形状的生理相关物质的微通道血管网络装置的系统和方法。
在此发明背景中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不应被认为是对此信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
鉴于以上背景，本领域需要用于制造微通道血管网络装置和在相应的微通道血管网络装置内接种多个细胞的系统和方法。
本公开提供了用于制造微通道血管网络装置和在相应的微通道血管网络装置内接种多个细胞的改进的系统和方法。
更详细地，本公开的一个方面提供了一种制造微通道血管网络装置的方法。所述方法包括基于多个设计标准确定微通道血管网络设计。所述微通道血管网络设计包括第一通道网络、基于所述第一通道网络的第二微通道网络、以及用于在所述第一通道网络与所述第二通道网络之间提供流体连通的结构。所述方法包括在制造系统处以电子形式接收所述微通道血管网络设计。另外，所述制造系统包括预聚物溶液。此外，所述方法包括基于所述微通道血管网络设计在所述制造系统处使用所述预聚物溶液形成聚合物材料的微通道血管网络装置。以这种方式，所述方法有利于制造所述微通道血管网络装置。
在一些实施方案中，所述确定还包括确定多个设计标准中与由所述预聚物溶液形成所述聚合物材料相关联的一个或多个设计标准。
在一些实施方案中，所述聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甘油癸二酸酯(PGS)、聚乳酸(PLA)、聚L-乳酸(PLLA)、聚D-乳酸(PDLA)、聚乙交酯、聚乙醇酸(PGA)、聚丙交酯-共-乙交酯(PLGA)、聚二氧环己酮、聚葡萄糖酸酯、聚乳酸-聚环氧乙烷共聚物、改性纤维素、胶原蛋白、聚羟基丁酸酯、聚羟丙酸、聚磷酸酯、聚(α-羟基酸)、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、可降解的氨基甲酸酯、脂肪族聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、酰基取代的乙酸纤维素、不可降解的聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯咪唑、氯磺酰化聚烯烃、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、
尼龙硅和形状记忆材料诸如聚(苯乙烯-嵌段-丁二烯)、聚降冰片烯、水凝胶、金属合金、以及作为转换链段的低聚(ε-己内酯)二醇/作为物理交联剂的低聚(对聚二氧环己酮)二醇。
在一些实施方案中，所述聚合物是可生物降解的材料。
在一些实施方案中，所述预聚物溶液包含光引发剂。此外，所述形成包括将所述预聚物溶液暴露于紫外光，持续预定的时间段。
在一些实施方案中，所述微通道血管网络装置的聚合物材料是透明的。
在一些实施方案中，所述结构包括与第一通道网络连通的第一端部，其中所述第一端部具有第一直径，和与第二通道网络连通的第二端部，其中所述第二端部具有第二直径。此外，所述结构的第一直径和第二直径限定所述结构的内部过渡区域。
在一些实施方案中，第一直径不同于第二直径。
在一些实施方案中，第一直径为约992微米(μm)至约623μm，并且第二直径为约832μm至约553μm。
在一些实施方案中，所述结构的内部过渡区域包括通过围绕结构的轴线使连续平滑曲线旋转而限定的内部表面。
在一些实施方案中，所述连续平滑曲线包括圆锥形、椭圆形或圆柱形。
在一些实施方案中，所述结构的内部过渡区域包括通过单调函数限定的内部表面。
在一些实施方案中，所述结构的内部过渡区具有约399μm至约701μm的对应长度。
在一些实施方案中，从所述微通道血管网络装置的第一端部到第二端部限定的长度为约15厘米(cm)至约7.5cm。
在一些实施方案中，所述多个设计标准包括一个或多个长度设计标准、一个或多个质量设计标准、一个或多个时间设计标准、一个或多个聚合物设计标准、一个或多个时间设计标准、一个或多个照度设计标准或其组合。
在一些实施方案中，所述确定多个设计标准中的一个或多个长度设计标准包括与微通道血管网络设计相关联的第一长度和与微通道血管网络装置相关联的第二长度。此外，在一些实施方案中，第二尺寸小于第一尺寸。
在一些实施方案中，第二长度基于第一长度、聚合物、制造系统或其组合。
在一些实施方案中，所述多个设计标准中的一个或多个聚合物设计标准包括基于聚合物的溶胀度选择所述形成的聚合物。
在一些实施方案中，所述多个设计标准中的一个或多个长度设计标准包括微通道血管网络装置的长度分辨率。
在一些实施方案中，所述多个设计标准中的一个或多个聚合物设计标准包括微通道血管网络装置的孔隙率。
在一些实施方案中，所述微通道血管网络装置的孔的中值尺寸为约19μm至约231μm。
在一些实施方案中，所述制造系统利用增材制造方法用于所述形成。
在一些实施方案中，所述形成形成具有阳模的微通道血管网络装置，从而在第一通道网络与第二通道网络之间形成空隙。
在一些实施方案中，所述形成形成具有阳模的微通道血管网络装置，从而在第一通道网络与第二通道网络之间形成空隙。
在一些实施方案中，所述增材制造方法选自由以下组成的组：粘合剂喷射、材料挤出、材料喷射、polyjet、粉末床、片材层压和vat光聚合(vat photopolymerization)。
本公开的另一方面涉及提供一种阻止或停止微通道装置中的流动的方法。所述微通道装置包括第一通道和第二通道。第一通道和第二通道通过一个或多个结构互连。因此，所述方法包括通过装置的第一通道灌注包含在溶液中的多个GelMA微凝胶的悬浮液。因此，灌注所述溶液致使一个或多个GelMA微凝胶阻止或停止一个或多个结构中的至少一个中的流动。
在一些实施方案中，使用光掩模技术制造所述多个GelMA微凝胶。
在一些实施方案中，所述光掩模技术包括将包含在缓冲溶液中的GelMA和光引发剂的预聚物溶液布置到其外边缘部分被垫片包围的第一载玻片上。在完成将预聚物溶液布置到第一载玻片上后，将第二载玻片设置在第一载玻片上方，从而形成包含结构。所述方法包括在第二载玻片的顶部表面上设置光掩模。此外，所述方法包括将光掩模和包含结构暴露于紫外光，持续预定时间段，从而生成GelMA微凝胶。
在一些实施方案中，所述方法还包括拆卸包含结构以回收所生成的GelMA微凝胶，从而制造多个GelMA微凝胶。
在一些实施方案中，所述预聚物溶液包含约7％至约20％重量份的GelMA和约1％的光引发剂。
在一些实施方案中，形成具有约75％至约90％的甲基丙烯酰基取代度的预聚物溶液。
在一些实施方案中，透明件阵列是圆阵列。圆阵列中的每个圆具有约50微米(μm)至约650μm的直径。
在一些实施方案中，所述间隔物具有约50μm至约550μm的厚度。
在一些实施方案中，在布置所述预聚物溶液之前，对于至少一个载玻片和/或垫片，所述方法还包括将约0.5wt％甲氧基聚乙二醇5000Si(mPEG5000-Si)、约1wt％乙酸和乙醇的储备溶液样品布置到至少一个载玻片和/或垫片上。另外，所述方法包括使至少一个载玻片和/或垫片在约70℃下经受温育，持续约30分钟，从而形成温育的载玻片和/或垫片。通过将温育的载玻片和/或垫片浸没在去离子水中，形成浸没的载玻片和/或垫片。此外，所述方法包括对浸没的载玻片和/或垫片进行超声处理，持续预定时间段，从而形成超声处理的载玻片和/或垫片。此外，所述方法包括干燥超声处理的载玻片和/或垫片，从而形成制备好的载玻片和/或垫片。
在一些实施方案中，预定时间段小于或等于约30秒。
在一些实施方案中，紫外光具有约360纳米(nm)至约480nm的波长和约12.4毫瓦/立方厘米的强度。
在一些实施方案中，所述回收GelMA微凝胶包括将生成的GelMA微凝胶转移到矿物油浴中，并且搅动所述矿物油浴。
在一些实施方案中，所述回收GelMA微凝胶包括将生成的GelMA微凝胶浸没在氢氧化钠溶液中。此外，所述回收包括将GelMA微凝胶浸没在乙醇溶液中，并且对回收的GelMA微凝胶进行超声处理，持续第三预定时间段。
在一些实施方案中，使用微流体工艺制造多个GelMA微凝胶。
在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶中的一个或多个GelMA微凝胶形成为球体。
在一些实施方案中，一个或多个结构呈截锥体形状。
在一些实施方案中，所述方法还包括在通过装置的第一通道灌注多个GelMA微凝胶和第一溶液的悬浮液之后，在装置的第二通道中施加流体流动，从而在装置的第一通道与第二通道之间产生压差。
本公开的又一方面涉及提供一种生物反应器系统。生物反应器控制系统被配置用于控制通过微通道血管网络装置的流动。此外，生物反应器控制系统包括一个或多个处理器、耦合至一个或多个处理器的存储器、以及耦合至存储器和一个或多个处理器的控制器。此外，生物反应器控制系统包括微通道血管网络装置。微通道血管网络装置包括具有第一流入开口和第一流出开口的入口通道、被配置来容纳细胞培养插管的孔和出口通道。孔包括与第一流出开口连通的入口、设置在细胞培养插管下方并与出口通道的第二流入开口连通的出口。出口通道包括第二流入开口和第二流出开口。此外，生物反应器系统包括联接至微通道血管网络装置并被配置来基于由控制器提供的一个或多个指令促进流体通过微通道血管网络装置从入口通道流动通过出口通道的泵。
在一些实施方案中，生物反应器系统还包括设置在细胞培养插管上方并且可移除地联接至微通道血管网络装置的囊片。
在一些实施方案中，装置的囊片包括第二出口。
在一些实施方案中，囊片成形为倒置漏斗。
在一些实施方案中，囊片经由O形环联接至孔。
在一些实施方案中，与孔的至少一个壁接触的囊片的每个表面包含疏水材料。
在一些实施方案中，O形环包含疏水材料。
在一些实施方案中，细胞培养插管是海绵或网。
在一些实施方案中，细胞培养插管用明胶涂覆。
在一些实施方案中，生物反应器系统包括多个微通道血管网络装置，其串联连接并且彼此流体连通，使得多个微通道血管网络装置中的第二微通道血管网络装置的相应入口通道联接至第一微通道血管网络装置的相应出口通道。
在一些实施方案中，生物反应器系统包括多个微通道血管网络装置，其中多个微通道血管网络装置并联连接，使得多个微通道血管网络装置的每个微通道血管网络装置联接至泵。
本公开的又一方面旨在提供一种在微通道血管网络装置中培养多个细胞的方法，所述方法包括基于候选受试者制备微通道血管网络装置，从而形成制备好的微通道血管网络装置，其中制备好的微通道血管通道装置包括第一通道网络和第二通道网络。此外，所述方法包括基于候选受试者在制备好的微通道血管装置中接种用于培养的多个细胞，从而形成多个种子细胞。另外，所述方法包括使用联接至制备好的微通道血管网络装置的生物反应器系统，使包含多个种子细胞的培养基流动通过制备好的微通道血管网络装置，从而在微通道血管网络装置中培养多个细胞。
在一些实施方案中，所述制备还包括制备用于接种的多个细胞。
在一些实施方案中，制备多个细胞包括将多个细胞暴露于溶液。所述溶液包含钙和镁。
在一些实施方案中，多个细胞暴露于溶液的时间为约15分钟至约25分钟。
在一些实施方案中，制备微通道血管网络装置包括修饰微通道血管网络装置的表面。
在一些实施方案中，微通道血管网络装置的表面修饰是化学表面修饰。
在一些实施方案中，化学表面修饰包括在微通道血管网络装置的表面上形成肽缀合。
在一些实施方案中，肽缀合是精氨酰甘氨酰天冬氨酸肽。
在一些实施方案中，微通道血管网络装置的表面修饰是机械表面修饰。
在一些实施方案中，机械表面修饰包括将涂层施加至微通道血管网络装置的表面。
在一些实施方案中，涂层包含胶原蛋白、纤连蛋白、明胶、GelMA、PEGdA、PLL或其组合。
在一些实施方案中，涂层包含约8％至约12％的第一重量百分比(wt％)的PEGdA和约0.5％至约7％的第二wt％的GelMa。
在一些实施方案中，PEGdA的第一wt％为10％，并且GelMA的第二wt％为约1％至约5％。
在一些实施方案中，涂层包括包含PEGdA、PPL、GelMA或其组合的第一涂层。第一涂层包括第一上表面和第一下表面。所述涂层还包括包含胶原蛋白或明胶的第二涂层。第二涂层包括第二上表面和第二下表面。此外，第一下表面与微通道血管网络装置的表面相邻，并且第二下表面与第一上表面相邻。
在一些实施方案中，接种包括将多个细胞封装在培养基中。
在一些实施方案中，培养基包含光引发剂，并且在封装多个细胞之前，接种还包括将培养基和多个细胞暴露于紫外光，持续预定时间段。
在一些实施方案中，培养基具有约5μm至约15μm的厚度。
在一些实施方案中，接种的多个种子细胞的密度为约1*104个细胞/平方厘米至约1*105个细胞/平方厘米。
在一些实施方案中，流动的流速为约375微升(μL)/分钟至约425μL/分钟。
在一些实施方案中，在流动之前，制备好的微通道血管网络装置的一部分处于干燥状态或润湿状态。
在一些实施方案中，在流动之前，制备好的微通道血管网络装置的所述部分是微通道血管网络装置的下端部分。
本发明的阻止或停止微通道中的流动具有其他特征和优点，所述特征和优点将从并入本文中的附图和下面的详细描述中变得明显或更详细地阐明，附图和详细描述一起用于解释本发明的示范性实施方案的某些原理。
本发明的其他特征和优点将从并入本文中的附图和下面的详细描述中变得明显或更详细地阐明，附图和详细描述一起用于解释本发明的示范性实施方案的某些原理。
附图说明
图1示出了框图，其示出了根据本公开的实施方案的用于制造微通道血管网络装置和/或在微通道装置中接种多个细胞的系统的实施方案；
图2示出了根据本公开的实施方案的用于制造微通道血管网络装置的制造系统；
图3示出了根据本公开的实施方案的用于控制通过微通道装置的流动的生物反应器系统；
图4示出了根据本公开的实施方案的用于设计和/或控制通过微通道血管网络装置的流动的客户端装置；
图5示出了根据本公开的实施方案的用于制造微通道血管网络装置的方法的第一流程图，其中任选的元件由虚线框和/或线指示；
图6示出了根据本公开的实施方案的用于在微通道血管网络装置中接种多个细胞的方法的第二流程图，其中任选的元件由虚线框和/或线指示；
图7示出了根据本公开的实施方案的示例性微通道装置的视图；
图8示出了根据本公开的实施方案的示例性微凝胶单元；
图9示出了根据本公开的实施方案的用于生成微凝胶单元的示例性过程；
图10示出了根据本公开的实施方案的各种示例性微凝胶单元；
图11示出了根据本公开的实施方案的包括微凝胶单元的示例性微通道装置的视图；
图12示出了图11的示例性微通道装置的另一个视图；
图13A示出了图11的微通道装置的又一个视图，其中根据本公开的实施方案，第一图像和第二图像被合并以突出显示一个或多个微凝胶单元；并且
图13B示出了图11的微通道装置的又一个视图，其中根据本公开的实施方案，第一图像和第二图像被合并以突出显示一个或多个微凝胶单元。
图14示出了根据本公开的实施方案的示例性微通道血管网络装置；
图15示出了根据本公开的实施方案的另一个示例性微通道血管网络装置；
图16示出了根据本公开的实施方案的生物反应器系统的一部分，其中虚线表示培养基的一般流动路径；
图17A示出了根据本公开的实施方案的包括串联联接的第一微通道血管网络装置和第二微通道血管网络装置的生物反应器系统；
图17B示出了根据本公开的实施方案的包括并联联接的第一微通道血管网络装置和第二微通道血管网络装置的生物反应器系统；
图17C示出了根据本公开的实施方案的包括并联联接的第一微通道血管网络装置和第二微通道血管网络装置的生物反应器系统；
图18A、18B、18C和18D示出了根据本公开的实施方案的生物反应器系统的各种构造；
图19示出了根据本公开的实施方案通过控制各种生物反应器系统和制造系统条件诱导的荧光裂解；
图20示出了根据本公开的实施方案通过控制各种生物反应器系统和制造系统条件诱导的另外的荧光裂解；
图21示出了根据本公开的实施方案通过在Hep G2细胞暴露于荧光素二乙酸酯之后通过控制生物反应器系统和制造系统条件诱导的荧光裂解的图；
图22示出了根据本公开的实施方案通过在荧光素二乙酸酯暴露之后通过控制生物反应器系统和制造系统条件诱导的荧光裂解的另一个图；
图23示出了根据本公开的实施方案通过控制生物反应器系统和制造系统条件诱导的另一个荧光裂解；
图24示出了根据本公开的实施方案的PEGdA水凝胶微通道血管网络装置内的细胞增殖作用；
图25、26、27、28、29、30A、30B、30C、30D、31A、31B、31C、32、33、34、35、36、37、38、39和40示出了根据本公开的实施方案的用于制造微通道血管网络装置并在微通道血管网络装置中培养细胞的系统和方法的实例；并且
图41和42示出了根据本公开的实施方案的用于将微通道血管网络装置与生物反应器系统联接的连接器。
应理解，附图未必是按比例绘制的，呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文中所公开的本发明的特定设计特征(例如，包含特定尺寸、定向、位置以及形状)将部分地由特定既定应用以及使用环境来确定。
在附图中，附图标记在全部若干附图中表示本发明的相同或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施方案，其实例在附图中示出并在下面描述。尽管将结合示范性实施方案描述本发明，但是应理解，本描述并不旨在将本发明限制于那些示范性实施方案。相反，本发明旨在不仅覆盖示范性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物和其他实施方案。
现将详细参考实施方案，在附图中示出其实例。在以下详细描述中，阐明了许多具体细节以便彻底理解本公开。然而，对本领域普通技术人员而言将明显的是，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他实例中，并未详细描述熟知的方法、程序和，以免不必要地模糊实施方案的各个方面。
还应理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一图形图表可以被称为第二图形图表，并且类似地，第二图形图表可以被称为第一图形图表。第一图形图表和第二图形图表均是图形图表，但它们不是同一个图形图表。
在本公开中使用的术语仅用于描述特定实施方案，并不旨在限制本发明。如在本发明的描述和所附权利要求书中所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述”旨在也包括复数形式。还应理解，如本文所用的术语“和/或”是指且涵盖相关列举项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合。还应理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises和/或comprising)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、组件和/或其群组。
前述描述包括体现说明性实施方式的示例性系统、方法、技术、指令序列和计算机器程序产品。出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明主题的各个实施方式的理解。然而对于本领域的技术人员将显而易见的是，本发明的实施方式可以在没有这些具体细节的情况下实践。总体而言，未详细示出熟知的说明实例、协议、结构和技术。
出于解释的目的，前面的描述已经参考特定实施方式进行了描述。然而，以上说明性讨论并不旨在穷举或将所述实施方式限制于所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化是可以的。选择和描述所述实施方式是为了最好地解释原理及其实际应用，由此使得本领域其他技术人员能够用适合预期的特定用途的各种修改来最好地使用所述实施方式和各种实施方式。
为了清楚起见，没有示出和描述本文所述的实施方式的所有常规特征。应理解，在任何此类实际实施方式的开发中，为了实现设计者的特定目的，诸如符合与用例和商业相关的约束，做出许多特定实施方式的决定，并且这些特定目标将从一个实施方式到另一个实施方式以及从一个设计者到另一个设计者变化。此外，应理解，这种设计工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的本领域技术人员来说仍然是常规的工程任务。
如本文所用，取决于上下文，术语“如果”可以被解释为表示“何时”或“基于”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于上下文，短语“如果确定”或“如果检测到[所陈述的条件或事件]”可以被解释为意指“在确定……时”或“响应于确定”或“在检测到[所陈述的条件或事件]时”或“响应于检测到[所陈述的条件或事件]”。
如本文所用，术语“约”或“大约”可以意指在由本领域普通技术人员确定的特定值的可接受误差范围内，这可以部分取决于如何测量或确定所述值(例如，测量系统的局限性)。例如，根据本领域的实践，“约”可以意指1个标准偏差以内或超过1个标准偏差。“约”可以意指给定值的±20％、±10％、±5％或±1％的范围。在申请和权利要求中描述特定值的地方，除非另外说明，否则应术语“约”意指在特定值的可接受误差范围内。术语“约”可以具有本领域普通技术人员通常理解的含义。术语“约”可以是指±10％。术语“约”可以是指±5％。
如本文所用，术语“生物样品”、“患者样品”或“样品”是指取自受试者的任何样品，其包括反映受试者关于本文所述的基因座的基因型的核酸。生物样品的实例包括但不限于血液样品、唾液样品、口腔细胞样品等。样品可以是液体样品或固体样品(例如，细胞或组织样品)。
如本文所用，除非另外明确说明，否则术语“等距”意指从第一特征到对应的第二特征的距离对于连续的特征对是相同的。
如本文所用，“可生物降解的”意指在与生理环境相互作用后在几分钟至三年、优选小于一年的时间段内可生物再吸收和/或通过机械降解(例如，溶解、再吸收等)降解和/或分解成可代谢或可排泄的组分，同时维持必要的结构完整性的材料。
如本文所用，“交换机制”意指被配置来基本上允许或抑制材料从第一元件流到第二元件的材料或结构，包括开孔壁、渗透膜、渗透壁、多孔壁、多孔膜、穿孔等。
如本文所用，“直径”意指包括等效特征长度，包括非圆形结构的水力直径。
如本文所用，“齐平”意指第一元件的表面和第二元件的共面表面具有一定距离或水平，从而将第一元件和第二元件分开在0μm的公差内、5μm的公差内、10μm的公差内、20μm的公差内或100μm的公差内。
如本文所用，“直接流动”意指至少一种物质或材料从第一元件到至少第二元件的转移或流动。
如本文所用，“间接流动”意指通过交换机制介导的至少一种物质或材料从第一元件到至少第二元件的交换或流动。
如本文所用，“自然方式”意指在自然界中发现的过程或发展。
如本文所用，“聚合物”旨在包括可以聚合或粘附以形成整体单元的聚合物和单体。聚合物可以是不可生物降解的或通常经由水解或酶促裂解可生物降解的。
如本文所用，“后一通道”意指对于给定通道，材料从其流出的通道。因此，如本文所用，“前一通道”意指对于给定通道，材料流向其的通道。
如本文所用，“刚性”意指坚硬且不易变形的材料。如本文所用，“弹性体”意指不具有本文定义的刚性的材料或复合材料。
另外，除非另外明确说明，否则术语“客户”、“患者”、“受试者”和“用户”在本文中可互换使用。
“疾病”是其中动物不能维持稳态，并且其中如果疾病没有改善，则动物的健康继续恶化的动物的健康状态。在示例性实施方案中，本发明的装置被植入患有疾病并通过这种植入进行治疗的受试者中。
如本文所用，“氨基酸”是指涵盖亲水性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸、极性氨基酸、疏水性氨基酸、芳香族氨基酸、非极性氨基酸和脂肪族氨基酸的属，包括所述属和其中的物种。“肽”由经由肽键连接的此类氨基酸形成。除了α-氨基酸之外，氨基酸还涵盖氨基-羧酸物种，例如氨基丁酸(aba)、氨基己酸(aha)、氨基甲基苯甲酸(amb)等。在示例性实施方案中，本发明的花青染料通过具有一个或多于一个氨基酸的接头缀合至载体分子。用于此类接头的示例性氨基酸包括赖氨酸、脯氨酸和酸性氨基酸。
“羧基部分的活化衍生物”和等效物种是指本发明缀合物的前体组分(例如，染料、衔接子、接头、多价部分)上的部分，其具有离去基团，例如活性酯、酰卤、酰基咪唑等。
除非另外说明，否则单独或作为另一取代基的部分的术语“烷基”意指直链或支链，或环状烃基或其组合，其可以是完全饱和的、单不饱和的或多不饱和的，并且可以包含具有指定碳原子数的二价和多价基团(即，C1-C10意指一至十个碳)。饱和烷基基团的实例包括但不限于基团诸如甲基、亚甲基、乙基、亚乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、环己基、(环己基)甲基、环丙基甲基，例如正戊基、正己基、正庚基、正辛基等的同系物和异构体。不饱和烷基是具有一个或多个双键或三键的烷基。不饱和烷基的实例包括但不限于乙烯基、2-丙烯基、巴豆基、2-异戊烯基、2-(丁二烯基)、2,4-戊二烯基、3-(1,4-戊二烯基)、乙炔基、1-和3-丙炔基、3-丁炔基和高级同系物及异构体。除非另外说明，否则术语“烷基”任选地是下文更详细定义的那些烷基的衍生物，诸如“烯基”、“炔基”、“烷基二基”、“桥亚烷基”和“杂烷基”。
“烯基”是指通过从母体烷烃的单个碳原子去除一个氢原子而衍生的具有至少一个碳碳双键的不饱和支链、直链或环状烷基。所述基团可以是关于双键的顺式或反式构象。典型的烯基包括但不限于乙烯基；丙烯基，诸如丙-1-烯-1-基、丙-1-烯-2-基、丙-2-烯-1-基、丙-2-烯-2-基、环丙-1-烯-1-基；环丙-2-烯-1-基；丁烯基，诸如丁-1-烯-1-基、丁-1-烯-2-基、2-甲基-丙-1-烯-1-基、丁-2-烯-1-基、丁-2-烯-1-基、丁-2-烯-2-基、丁-1,3-二烯-1-基、丁-1,3-二烯-2-基、环丁-1-烯-1-基、环丁-1-烯-3-基、环丁-1,3-二烯-1-基等。在示例性实施方案中，烯基是(C2-C6)烯基。
“炔基”是指通过从母体烯烃的单个碳原子去除一个氢原子而衍生的具有至少一个碳碳三键的不饱和支链、直链或环状烷基。典型的炔基包括但不限于乙炔基；丙炔基，诸如丙-1-炔-1-基、丙-2-炔-1-基等；丁炔基，诸如丁-1-炔-1-基、丁-3-炔-1-基等。在示例性实施方案中，炔基是(C2-C6)炔基。
“烷基二基”是指通过从母体烷烃、烯烃或炔烃的两个不同碳原子中的每一个去除一个氢原子，或通过从母体烷烃、烯烃或炔烃的单个碳原子去除两个氢原子而衍生的饱和或不饱和支链、直链或环状二价烃基团。两个单价基团中心或二价基团中心的每个化合价可以与相同或不同的原子形成键。典型的烷基二基包括但不限于甲烷二基；乙基二基，诸如乙-1,1-二基、乙-1,2-二基、乙烯-1,1-二基、乙烯-1,2-二基；丙基二基，诸如丙-1,1-二基、丙-1,2-二基、丙-2,2-二基、丙-1,3-二基、环丙-1,1-二基、环丙-1,2-二基、丙-1-烯-1,1-二基、丙-1-烯-1,2-二基、丙-2-烯-1,2-二基、丙-1-烯-1,3-二基、环丙-1-烯-1,2-二基、环丙-2-烯-1,2-二基、环丙-2-烯-1,1-二基、丙-1-炔-1,3-二基等；丁基二基，诸如丁-1,1-二基、丁-1,2-二基、丁-1,3-二基、丁-1,4-二基、丁-2,2-二基、2-甲基-丙-1,1-二基、2-甲基-丙-1,2-二基、环丁-1,1-二基；环丁-1,2-二基、环丁-1,3-二基、丁-1-烯-1,1-二基、丁-1-烯-1,2-二基、丁-1-烯-1,3-二基、丁-1-烯-1,4-二基、2-甲基-丙-1-烯-1,1-二基、2-亚甲烷基-丙-1,1-二基、丁-1,3-二烯-1,1-二基、丁-1,3-二烯-1,3-二基、环丁-1-烯-1,2-二基、环丁-1-烯-1,3-二基、环丁-2-烯-1,2-二基、环丁-1,3-二烯-1,2-二基、环丁-1,3-二烯-1,3-二基、丁-1-炔-1,3-二基、丁-1-炔-1,4-二基、丁-1,3-二炔-1,4-二基等。在期望特定饱和水平的情况下，使用命名法烷基二基、烯基二基和/或炔基二基。在优选的实施方案中，烷基二基是(C2-C6)烷基二基。还优选的是饱和无环烷基二基基团，其中基团中心在末端碳处，例如甲二基(桥亚甲基)；乙-1,2-二基(桥亚乙烷基)；丙-1,3-二基(桥亚丙烷基)；丁-1,4-二基(桥亚丁烷基)等(也被称为桥亚烷基，定义见下文)。
“桥亚烷基”是指具有通过从直链母体烷烃、烯烃或炔烃的两个末端碳原子中的每一个去除一个氢原子而衍生的具有两个末端单价基团中心的直链烷基二基基团。典型的桥亚烷基包括但不限于桥亚甲基；桥亚乙基，诸如桥亚烷基、桥亚乙烯基、桥亚乙炔基；桥亚丙基，诸如桥亚丙烷基、桥亚丙[1]烯基、桥亚丙[1,2]二烯基、桥亚丙[1]炔基等；桥亚丁基，诸如桥亚丁烷基、桥亚丁[1]烯基、桥亚丁[2]烯基、桥亚丁[1,3]二烯基、桥亚丁[1]炔基、桥亚丁[2]炔基、桥亚丁[1,3]二炔基等。在期望特定饱和水平的情况下，使用命名法桥亚烷基、桥亚烯基和/或桥亚炔基。在优选的实施方案中，桥亚烷基是(C2-C6)桥亚烷基。
除非另外说明，否则单独或与另一术语组合的术语“杂烷基”意指稳定的直链或支链、或环状烃基团或其组合，其由所述数量的碳原子和选自由O、N、Si和S组成的组(并且其中氮和硫原子可以任选地被氧化并且氮杂原子可以任选地被季铵化)的至少一个杂原子组成。杂原子O、N、S、P和Si可以位于杂烷基的任何内部位置处或烷基附接至分子的其余部分的位置处。实例包括但不限于-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-NH-CH3、-CH2-CH2-N(CH3)-CH3、-CH2-S-CH2-CH3、-CH2-CH2、-S(O)-CH3、-CH2-CH2-S(O)2-CH3、-CH＝CH-O-CH3、-Si(CH3)3、-CH2-CH＝N-OCH3和–CH＝CH-N(CH3)-CH3。至多两个杂原子可以是连续的，例如像-CH2-NH-OCH3和–CH2-O-Si(CH3)3。类似地，单独或作为另一个取代基的部分的术语“杂亚烷基”意指由杂烷基衍生的二价基团，如以下所示范但不限于-CH2-CH2-S-CH2CH2-和–CH2-S-CH2-CH2-NH-CH2–。对于杂亚烷基，杂原子也可以占据链末端中的任一个或两个(例如，亚烷氧基、亚烷二氧基、亚烷氨基、亚烷二氨基等)。又另外，对于亚烷基和杂亚烷基连接基团，连接基团的化学式书写的方向并不暗示连接基团的取向。例如，式–C(O)2R’-表示–C(O)2R’-和–R’C(O)2-两者。
除非另外说明，否则单独或与其他术语组合的术语“环烷基”和“杂环烷基”分别表示“烷基”和“杂烷基”的环状形式。还包括二价和多价物种，诸如“环亚烷基”。另外，对于杂环烷基，杂原子可以占据杂环附接至分子的其余部分的位置。环烷基的实例包括但不限于环戊基、环己基、1-环己烯基、3-环己烯基、环庚基等。杂环烷基的实例包括但不限于1–(1,2,5,6-四氢吡啶基)、1-哌啶基、2-哌啶基、3-哌啶基、4-吗啉基、3-吗啉基、四氢呋喃-2-基、四氢呋喃-3-基、四氢噻吩-2-基、四氢噻吩-3-基、1-哌嗪基、2-哌嗪基等。
除非另外说明，否则单独或作为另一取代基的一部分的术语“卤代基”或“卤素”意指氟、氯、溴或碘原子。另外，诸如“卤代烷基”的术语意指包括单卤代烷基和多卤代烷基。例如，术语“卤代(C1-C4)烷基“意指包括但不限于诸如三氟甲基、2,2,2-三氟乙基、4-氯丁基、3-溴丙基等的物种。
除非另外说明，否则术语“芳基”意指可以是单个环或稠合在一起或共价连接的多个环(优选1至3个环)的多不饱和芳香族烃取代基。术语“杂芳基”是指含有选自由N、O和S组成的组的一至四个杂原子的芳基(或环)，其中氮和硫原子任选地被氧化，并且氮原子可以任选地被季铵化。杂芳基可以通过杂原子附接至分子的其余部分。芳基和杂芳基的非限制性实例包括苯基、1-萘基、2-萘基、4-联苯基、1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、3-吡唑基、2-咪唑基、4-咪唑基、吡嗪基、2-噁唑基、4-噁唑基、2-苯基-4-噁唑基、5-噁唑基、3-异噁唑基、4-异噁唑基、5-异噁唑基、2-噻唑基、4-噻唑基、5-噻唑基、2-呋喃基、3-呋喃基、2-噻吩基、3-噻吩基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基、2-嘧啶基、4-嘧啶基、5-苯并噻唑基、嘌呤基、2-苯并咪唑基、5-吲哚基、1-异喹啉基、5-异喹啉基、2-喹喔啉基、5-喹喔啉基、3-喹啉基和6-喹啉基。还包括二价和多价接头物种，诸如“亚芳基”。以上所指出的芳基和杂芳基环系统中的每一个的取代基是选自下文所描述的可接受的取代基的组。
为简洁起见，当与其他术语(例如，芳氧基、芳基硫氧基、芳基烷基)组合使用时，术语“芳基”包括如上文定义的芳基和任选地杂芳基环。因此，术语“芳基烷基”意指包括芳基附接至烷基(例如，苄基、苯乙基、吡啶基甲基等)的那些基团，所述烷基包括碳原子(例如，亚甲基)已经被例如氧原子替换的那些烷基(例如，苯氧基甲基、2-吡啶氧基甲基、3-(1-萘氧基)丙基等)。
以上术语中的每一个(例如，“烷基”、“杂烷基”、“芳基”和“杂芳基”)包括所指示基团的取代和未取代的形式。以下提供用于每种类型基团的示例性取代基。
用于烷基和杂烷基基团(包括通常被称为亚烷基、烯基、杂亚烷基、杂烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、环烯基和杂环烯基的那些基团)的取代基可以是选自但不限于以下的多种基团中的一个或多个：-OR’、＝O、＝NR’、＝N-OR’、-NR’R”、-SR’、-卤素、-SiR’R”R”’、-OC(O)R’、-C(O)R’、-CO2R’、-CONR’R”、-OC(O)NR’R”、-NR”C(O)R’、SO3R’、-NR’-C(O)NR”R”’、-NR”C(O)2R’、-NR-C(NR’R”R’”)＝NR””、-NR-C(NR’R”)＝NR’”、-S(O)R’、-S(O)2R’、-S(O)2NR’R”、-NRSO2R’、-CN和–NO2，其数量在零至(2m’+1)的范围内，其中m’是此基团中的碳原子总数。R'、R”、R”'和R””各自优选独立地是指氢、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的芳基(例如，被1-3个卤素取代的芳基)、取代或未取代的烷基、烷氧基或硫烷氧基或芳基烷基。例如，当本发明的化合物包含多于一个R基团时，每个R基团是独立地选择，当存在多于一个R'、R”、R”'和R””基团时，每个这些基团也是如此。当R'和R"附接至同一个氮原子时，它们可以与氮原子组合以形成5、6或7元环。例如，-NR’R”旨在包括但不限于1-吡咯烷基和4-吗啉基。因此，从取代基的以上讨论可知，本领域技术人员将理解，术语“取代的烷基”和“杂烷基”旨在包括具有结合至除了氢原子之外的基团的碳原子的基团，诸如卤代烷基(例如，-CF3和-CH2CF3)和酰基(例如，-C(O)CH3、-C(O)CF3、-C(O)CH2OCH3等)。
上段中列出的取代基在本文中称为“烷基取代基”。
与针对烷基基团描述的取代基类似，芳基和杂芳基的取代基是多种多样的并且选自例如：卤素、-OR’、＝O、＝NR’、＝N-OR’、-NR’R”、-SR’、-卤素、-SiR’R”R”’、-OC(O)R’、-C(O)R’、-CO2R’、-CONR’R”、-OC(O)NR’R”、-NR”C(O)R’、-NR’-C(O)NR”R”’、-NR”C(O)2R’、-NR-C(NR’R”)＝NR’”、-S(O)R’、-S(O)2R’、SO3R’、-S(O)2NR’R”、-NRSO2R’、-CN和–NO2、-R’、-N3、-CH(Ph)2、氟(C1-C4)烷氧基以及氟(C1-C4)烷基，其数量在零至芳香族环系统上的开放化合价的总数；并且其中R’、R”、R”’和R””优选独立地选自氢、(C1-C8)烷基和杂烷基、未取代的芳基和杂芳基、(未取代的芳基)-(C1-C4)烷基和(未取代的芳基)氧基-(C1-C4)烷基。例如，当本发明的化合物包含多于一个R基团时，每个R基团是独立地选择，当存在多于一个R'、R”、R”'和R””基团时，每个这些基团也是如此。
芳基或杂芳基环的相邻原子上的取代基中的两个可以任选地被式–T-C(O)-(CRR’)q-U-的取代基替换，其中T和U独立地是-NR-、-O-、-CRR’-或单键，且q是0至3的整数。可替代地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的取代基中的两个可以任选地被式–A-(CH2)r-B-的取代基替换，其中A和B独立地是–CRR’-、-O-、-NR-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-S(O)2NR’-或单键，并且r是1至4的整数。因此形成的新环的单键中的一个可以任选地被双键替换。可替代地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的取代基中的两个可以任选地被式–(CRR’)s-X-(CR”R’”)d-的取代基替换，其中s和d独立地是0至3的整数，并且X是–O-、-NR’-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-或–S(O)2NR’-。取代基R、R’、R”和R’”优选独立地选自氢或取代或未取代的(C1-C6)烷基。
以上两段中列出的取代基在本文中称为“芳基取代基”。
“连接片段”是键，或者是通过具有互补反应性的两个反应性官能团反应形成的基团。示例性的连接片段是通过胺和羧酸的活化衍生物(例如，酰卤、酰基咪唑、活性酯等)反应形成的酰胺。当本发明的花青染料缀合至载体分子时，它们可以直接通过连接片段缀合或通过包含一个或多个连接片段的接头缀合。例如，其中染料通过接头结合至载体分子的缀合物任选地包含连接接头和染料和/或连接接头和载体分子的连接片段。
如本文所用，术语“接头”或“L”是指单个共价键或一系列稳定的共价键，其并入1-40个，例如10-30个选自由C、N、O、S和P组成的组的非氢原子，所述非氢原子将荧光(fluorogenic)或荧光(fluorescent)化合物共价附接至另一个部分，诸如化学反应基团或生物或非生物组分，例如载体分子。示例性接头包括一个或多个连接片段，例如-C(O)NH-、-C(O)O-、-NH-、-S-、-O-，其将染料连接至接头和/或将接头连接至载体分子等。接头还用于将化合物的花青核组分连接至反应性官能团或反应性官能团的组分。
如本文所用，“荧光团”是指荧光物质。
“部分”是指分子的附接至另一个部分的基团。
此外，当附图标记被赋予“第i个”表示时，附图标记是指通用组分、组或实施方案。例如，被称为“图形图标i”的图形图标是指多个图形图标中的第i个图形图标(例如，多个图形图标616中的图形图标616-i)。
以下部分中讨论的化合物、探针和方法通常代表本发明的组合物以及可以使用此类组合物的方法。以下讨论旨在说明本发明的所选方面和实施方案，并且它不应被解释为限制本发明的范围。
在本公开中，除非另外明确说明，否则装置和系统的描述将包括一个或多个计算机的实现。例如并且为了说明的目的，在图1中，客户端装置(例如，图4的客户端装置400)被表示为包括客户端装置400的所有功能的单个装置。然而，本公开不限于此。例如，客户端装置400的功能性可以分布在任何数目个联网计算机上，和/或驻留在数个联网计算机中的每一个上，和/或托管在位于可通过通信网络(例如，通信网络106)访问的远程位置处的一个或多个虚拟机和/或容器上。本领域技术人员将了解，对于客户端装置400和本公开的其他装置和系统，各种不同计算机拓扑是可能的，并且所有此类拓扑都在本公开的范围内。
图1描绘了根据本公开的一些实施方案的分布式客户端-服务器系统(例如，分布式客户端-服务器系统100)的框图。系统100有利于制造微通道血管网络装置(例如，图7的微通道血管网络装置700-1、图14的微通道血管网络装置700-2等)。此外，系统100有利于在微通道血管网络装置700内接种和培养多个细胞。以这种方式，本公开提供了以其他方式先前不可行的用于制造微通道血管网络装置700并在其内接种细胞的系统和方法。
当然，可能存在系统100的其他拓扑结构。例如，在一些实施方案中，任何示出的装置和系统实际上可以构成在网络中链接在一起的多个计算机系统，或者是云计算环境中的虚拟机或容器。此外，示出的装置和系统可以在彼此之间无线传输信息，而不是依赖于物理通信网络106。因此，图1所示的示例性拓扑仅用于以本领域技术人员易于理解的方式描述本公开的实施方案的特征。
参考图1，在一些实施方案中，分布式客户端-服务器系统100包括用于有利于制造微通道血管网络装置700的制造系统200、用于有利于在微通道血管网络装置700内培养细胞的生物反应器系统200、以及一个或更多客户端装置400(例如，第一客户端装置400-1)，以下简称“客户端装置”，
在一些实施方案中，通信网络106任选地包括因特网、一个或多个局域网(LAN)、一个或多个广域网(WAN)、其他类型的网络或此类网络的组合。
通信网络106的实例包括万维网(WWW)、内联网和/或无线网(诸如蜂窝电话网络)、无线局域网(LAN)和/或城域网(MAN)以及通过无线通信的其他装置。无线通信任选地使用多种通信标准、协议和技术中的任一种，包括全球移动通信系统(GSM)、增强型数据GSM环境(EDGE)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)、演进-仅数据(EV-DO)、HSPA、HSPA+、双小区HSPA(DC-HSPDA)、长期演进(LTE)、近场通信(NFC)、宽带码分多址(W-CDMA)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、蓝牙、无线保真(Wi-Fi)(例如，IEEE802.11a、IEEE 802.11ac、IEEE 802.11ax、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和/或IEEE802.11n)、基于互联网协议的语音业务(VoIP)、Wi-MAX、电子邮件协议(例如，互联网消息访问协议(IMAP)和/或邮局协议(POP))、即时通讯(例如，可扩展消息传递与存在协议(XMPP)、针对即时通讯和现场支持扩展的会话发起协议(SIMPLE)、即时通讯和在线状态服务(IMPS))和/或短消息服务(SMS)或任何其他合适的通信协议，包括截至本文献的提交日期尚未开发的通信协议。
现在已经大体描述了分布式客户端-服务器系统100，将参考图2描述用于制造微通道血管网络装置700的示例性制造系统200。
在各种实施方案中，制造系统200包括一个或多个处理单元(CPU)202、网络或其他通信接口204和存储器212。
存储器212包括高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储器装置，并且任选地还包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储装置、光盘存储装置、闪存装置或其他非易失性固态存储装置。存储器212可以任选地包括一个或多个远离CPU 202定位的存储装置。存储器212或可替代地存储器212内的非易失性存储器装置包括非暂时性计算机可读存储介质。通过制造系统200的其他组件(诸如CPU 202)访问存储器212任选地由控制器控制。在一些实施方案中，存储器212可以包括相对于CPU 202远程定位的大容量存储器。换言之，存储在存储器212中的一些数据实际上可以托管在位于等位基因检测系统200外部，但是可以由制造系统200通过互联网、内联网或其他形式的网络106或使用通信接口204的电缆以电子方式访问的装置上。
在一些实施方案中，用于生成微通道血管网络装置700的制造系统200的存储器212存储：
·操作系统216(例如，ANDROID、iOS、DARWIN、RTXC、LINUX、UNIX、OS X、WINDOWS或嵌入式操作系统，诸如VxWorks)，其包括用于处理各种基本系统服务的程序；
·与制造系统200相关联的识别制造系统200的电子地址218；
·用于基于一个或多个设计标准230形成相应的微通道血管网络装置的设计控制模块220；
·用于存储多个设计240的设计存储器240，每个设计与对应的微通道血管网络装置相关联；以及
·用于有利于制造微通道血管网络装置的制造模块260。
电子地址218与等位基因检测系统200相关联，其用于至少从分布式系统100的其他装置和组件中唯一地识别等位基因检测系统200。例如，在一些实施方案中，电子地址218用于从客户端装置300接收请求以生成和/或传送患者特定报告600。
设计控制模块220包括多个设计标准230，其作为制造相应微通道血管网络装置的基础。例如，在一些实施方案中，多个设计标准230中的相应设计标准230与微通道血管网络装置的参数(例如，微通道血管网络装置的长度、形成微通道血管网络装置的材料的孔隙率等)、制造系统200的参数(例如，制造系统200的分辨率等)或两者相关联。在一些实施方案中，多个设计标准230包括一个或多个预定设计标准。在一些实施方案中，预定设计标准包括供受试者在制造微通道血管网络装置时从中进行选择的预定选择范围。以这种方式，受试者被阻止选择微通道血管网络装置700的功能实施方案之外的设计标准。
例如，在一些实施方案中，多个设计标准根据用于模拟相应微通道装置内的流动的经验参数来被利用和/或以此为基础。例如，在一些实施方案中，多个设计标准包括多个流动设计标准，包括流速、扩散速率或两者(例如，流动期间的扩散速率和/或无流动的扩散速率)。
设计存储器240保留一个或多个微通道血管网络装置设计250。每个相应的设计250包括一个或多个设计标准230的相应选择。以这种方式，受试者可以从设计240中选择设计250，而不必单独选择相应的设计标准230来制造微通道血管网络装置700。例如，在一些实施方案中，受试者确定相应的多个设计标准230以制造对应的微通道血管网络。因此，响应于确定相应的多个设计标准230，制造系统200可以保留与对应的微通道血管网络相关联的对应的装置设计250。因此，受试者可以制造多个对应的微通道血管网络，而不必为每个制造实例确定设计标准。
例如，在一些实施方案中，一个或多个装置设计250包括针对候选受试者配置的预定微通道血管网络装置设计250。作为非限制性实例，在一些实施方案中，第一微通道血管网络装置设计被配置用于第一哺乳动物候选受试者，并且第二微通道血管网络装置设计被配置用于第二哺乳动物候选受试者。在一些实施方案中，第一哺乳动物候选受试者和第二哺乳动物候选受试者是相同物种的哺乳动物(例如，两者均被配置用于人类哺乳动物候选受试者，两者均被配置用于大鼠哺乳动物候选受试者等)。此外，在一些实施方案中，第一哺乳动物候选受试者和第二哺乳动物候选受试者是相同物种的哺乳动物，但是不同的候选受试者(例如，第一候选受试者是第一人类，并且第二候选受试者是不同于第一人类的第二人类)。然而，本公开不限于此。例如，在一些实施方案中，第一哺乳动物候选受试者和第二哺乳动物候选受试者属于不同物种和/或不同属的哺乳动物。
作为另一个非限制性实例，在一些实施方案中，装置设计250包括与体内实施相关联的一个或多个装置设计，以及与体外实施相关联的一个或多个装置设计。例如，在一些实施方案中，第一装置设计250-1与第一微通道血管网络装置、50μm的层厚度、2秒的暴露时间、约2x至约4x的第一层时间标度因子(FLTSF)和约48分钟的制造时间相关联，所述第一微通道血管网络装置包括与第一通道、第二通道以及介于第一通道与第二通道之间的结构相关联的第一多个设计标准230。在一些实施方案中，第二装置设计250-2与第二微通道血管网络装置、100μm的层厚度、4秒的暴露时间、约2x至约4x的FLTSF和约24分钟的制造时间相关联，所述第二微通道血管网络装置包括与第一通道、第二通道以及介于第一通道与第二通道之间的结构相关联的第二多个设计标准230。在一些实施方案中，第三装置设计250-3与第三微通道血管网络装置、100μm的层厚度、4秒的暴露时间、约4x至约8x的FLTSF和约72分钟至约77分钟的制造时间相关联，所述第三微通道血管网络装置包括与第一通道、第二通道以及介于第一通道与第二通道之间的结构相关联的第三多个设计标准230。在一些实施方案中，第三装置设计250-3与大鼠哺乳动物候选受试者相关联。
制造系统200包括有利于控制制造微通道血管网络装置的机构的制造模块260。例如，在一些实施方案中，制造模块将一个或多个指令传送至机构，所述机构响应于一个或多个指令穿过一个区域并进行微通道血管网络装置的制造。作为非限制性实例，考虑包括vat光聚合机构的制造系统200。因此，制造模块260将一个或多个指令传送至vat光聚合结构，所述指令与以下相关联：与vat光聚合机构相关联的光强度、与vat光聚合机构相关联的光暴露时间、vat光聚合机构的预聚物溶液的供应、与vat光聚合机构相关联的光引发剂的供应等。
以上标识的模块和应用中的每一个对应于一组可执行指令，用于执行以上所述的一个或多个功能和本公开中所述的方法(例如，本文中描述的计算机实现的方法和其他信息处理方法；图5的方法500；图6的方法600等)。这些模块(例如，指令集)无需实施为单独的软件程序、程序或模块，并且因此在本公开的各种实施方案中任选地组合或以其他方式重新布置这些模块的各种子集。在一些实施方案中，存储器212任选地存储以上标识的模块和数据结构的子集。此外，在一些实施方案中，存储器212存储上文未描述的其他模块和数据结构。
应理解，图2的制造系统200仅是制造系统200的一个实例，并且制造系统200任选地具有比所示更多或更少的组件，任选地组合两个或更多个组件，或者任选地具有不同的组件配置或布置。图2所示的各种组件是以硬件、软件、固件或其组合实施，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
参考图3，在各种实施方案中，本公开包括生物反应器系统300。生物反应器系统300包括一个或多个处理单元(CPU)302、网络或其他通信接口304和存储器312。
存储器312包括高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储器装置，并且任选地还包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储装置、光盘存储装置、闪存装置或其他非易失性固态存储装置。存储器312可以任选地包括一个或多个远离CPU 202定位的存储装置。存储器312或可替代地存储器312内的非易失性存储器装置包括非暂时性计算机可读存储介质。通过生物反应器系统300的其他组件(诸如CPU 302)访问存储器312任选地由控制器控制。在一些实施方案中，存储器312可以包括相对于CPU 302远程定位的大容量存储器。换言之，存储在存储器312中的一些数据实际上可以托管在位于生物反应器系统300外部，但是可以由生物反应器系统300通过互联网、内联网或其他形式的网络106或使用通信接口304的电缆以电子方式访问的装置上。
在一些实施方案中，用于在微通道血管网络装置700内培养多个细胞的生物反应器系统300的存储器312存储：
·操作系统316(例如，ANDROID、iOS、DARWIN、RTXC、LINUX、UNIX、OS X、WINDOWS或嵌入式操作系统，诸如VxWorks)，其包括用于处理各种基本系统服务的程序；
·与生物反应器系统300相关联的识别生物反应器系统300的电子地址318；以及
·用于控制生物反应器系统300的一个或多个系统参数的控制模块。
电子地址318与生物反应器系统300相关联，其用于至少从分布式系统100的其他装置和组件中唯一地识别等位基因检测系统300。例如，在一些实施方案中，电子地址318用于从客户端装置400接收微通道血管网络装置700的设计。
控制模块320有利于将一个或多个指令传送至生物反应器系统300的组件。例如，在一些实施方案中，生物反应器系统300包括泵(例如，图17的泵1720)和/或一个或多个储器(例如，图17的储器1710)，其操作通过控制模块320控制。例如，在一些实施方案中，控制模块320控制生物反应器系统300的流速。
简要地参考图17A、17B和17C，示出了生物反应器系统300的各种布置，其包括生物反应器系统300中的一个或多个装置微通道血管网络装置700。例如，图17A的系统示出了一个实施方案，其中第一装置700-1和第二装置700-2串联联接，使得培养基130通过泵从第一储器1720-1抽吸通过第一装置、通过第二装置，并且通过第二储器1720-2收集。因此，由第二装置700-2容纳的细胞经受从第一装置700-1输出的材料(例如，废料)，以便确定从第一装置输出的材料如何影响第二装置的细胞。此确定可用作多种化合物的毒性测定的组成部分，包括药物组合物、未知物质、推定的毒素、已知的毒素、战剂等。类似地，图17B示出了生物反应器系统的一个实施方案，其中第一装置700-1和第二装置700-2并联联接，使得培养基130通过泵从第一储器1720-1抽吸并发散以流动通过第一装置并通过第二装置，其进而通过第二储器1720-2收集。如图17B所示的这种配置可以用于测试培养基130的条件如何影响储存在相应装置700中的不同细胞(例如，确定包含在培养基130中的药物组合物如何同时影响第一装置的第一细胞和第二装置的第二细胞)。参考图17C，在一些实施方案中，生物反应器系统的一个或多个装置700被分配相应的储器1720。例如，在一些实施方案中，每个装置700或装置的子集被提供专用储器1720，其收集由相应装置输出的培养基130(例如，经由相应装置的通道的出口或囊片的出口输出)，以便对收集的培养基进行测试(例如，进行毒性测定)。
参考图18A至图18D，示出了生物反应器系统和流动路径的各种实施方案。在图18A至图18D的各种系统中，任何有用的装置配置(例如，多个串联的装置、多个并联的装置等)由“装置100”指示的生物反应器系统的一部分表示。图18A示出了系统的一个实施方案，其中储器1720-1供应培养基流130，其在流动通过系统之后被储器1720-2收集。图18B示出了与图18A中描绘的类似的实施方案，但是利用泵1720将培养基130抽吸通过系统而不是推动或驱动培养基。图18C示出了一种生物反应器系统，其中装置700的出口的一部分是开放的(例如，暴露于外部环境)。在一些实施方案中，此开放配置用于形成虹吸式压差或收集相应储存器外部的培养基130。此外，图18D示出了一种生物反应器系统，其中装置700的出口的一部分与储器200连通，从而形成针对培养基130的闭合流动路径。在一些实施方案中，此封闭配置用于确定在一段时间内对装置700对细胞的影响(例如，暴露于培养基130)(例如，培养基130在一段时间内连续流动通过系统)。
虽然图17A至图18D的系统各自示出了包括至少一个储器的布置，但是本领域技术人员将认识到这些系统仅是示例性的，并且本公开包括不使用储器或使用多个储器(例如，用于系统的每个装置的储器)的系统。
以上标识的模块和应用中的每一个对应于一组可执行指令，用于执行以上所述的一个或多个功能和本公开中所述的方法(例如，本文中描述的计算机实现的方法和其他信息处理方法；图5的方法500；图6的方法600等)。这些模块(例如，指令集)无需实施为单独的软件程序、程序或模块，并且因此在本公开的各种实施方案中任选地组合或以其他方式重新布置这些模块的各种子集。在一些实施方案中，存储器312任选地存储以上标识的模块和数据结构的子集。此外，在一些实施方案中，存储器312存储上文未描述的其他模块和数据结构。
应理解，图3的生物反应器系统300仅是生物反应器系统300的一个实例，并且生物反应器系统300任选地具有比所示更多或更少的组件，任选地组合两个或更多个组件，或者任选地具有不同的组件配置或布置。图3所示的各种组件是以硬件、软件、固件或其组合实施，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
参考图4，提供了示例性客户端装置400(例如，第一客户端装置400-1)。客户端装置400包括一个或多个处理单元(CPU)402、一个或多个网络或其他通信接口404、任选地由一个或多个控制器访问的存储器411(例如，随机存取存储器和/或非易失性存储器)、和一个或多个控制器、以及互连上述组件的一个或多个通信总线414。
在一些实施方案中，客户端装置400包括移动装置诸如移动电话、平板电脑、膝上型计算机、可佩戴装置诸如智能手表等。可替代地，在一些实施方案中，客户端装置400是台式计算机或其他类似装置。此外，在一些实施方案中，客户端装置400(例如，第一用户装置300-1、第二用户装置400-2、第三用户装置400-3)与有利于将微通道血管网络装置700的设计传送至制造系统200的集中式客户端装置400(例如，服务器客户端装置400)通信。
此外，客户端装置400包括用户界面406。用户界面406通常包括用于呈现媒体的显示器装置408，诸如与客户端应用程序420相关联并从操作客户端装置400的对象接收指令的图形用户界面。在一些实施方案中，显示器装置408任选地集成在客户端装置400(例如，与CPU 402和存储器412安装在同一机箱中)，诸如智能(例如，智能电话)装置内。在一些实施方案中，客户端装置400包括一个或多个输入装置410，其允许对象与客户端装置400交互。在一些实施方案中，输入装置410包括键盘、鼠标和/或其他输入机构。可替代地或另外，在一些实施方案中，显示器装置408包括触摸敏感表面，例如其中显示器408是触摸敏感显示器，或者客户端装置400包括触摸板。
在一些实施方案中，客户端装置400包括输入/输出(I/O)子系统430，用于通过客户端装置400与一个或多个外围装置接口。例如，在一些实施方案中，音频通过从客户端装置400和/或远程装置(例如，制造系统200)接收音频信息并并基于此音频信息呈现数据的外部装置(例如，扬声器、耳机等)呈现。在一些实施方案中，输入/输出(I/O)子系统430还包括音频输出装置诸如扬声器或用于连接扬声器、耳机或头戴式耳机的音频输出器或与其接口。在一些实施方案中，输入/输出(I/O)子系统430还包括语音识别能力(例如，以补充或替换输入装置410)。
在一些实施方案中，客户端装置400还包括一个或多个传感器(例如，加速度计、磁力计、接近传感器、陀螺仪等)、图像捕获装置(例如，照相机装置或图像捕获模块和相关组件)、定位模块(例如，全球定位系统(GPS)接收器或其他导航或地理定位系统模块/装置和相关组件)或其组合等。
存储器412包括高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机存取固态存储器装置，并且任选地还包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储装置、光盘存储装置、闪存装置或其他非易失性固态存储装置。存储器412可以任选地包括一个或多个远离CPU 402定位的存储装置。存储器412或可替代地存储器412内的非易失性存储器装置包括非暂时性计算机可读存储介质。通过客户端装置400的其他组件(诸如CPU 402和I/O子系统330)访问存储器412任选地由控制器控制。在一些实施方案中，存储器412可以包括相对于CPU 402远程定位的大容量存储器。换言之，存储在存储器412中的一些数据实际上可以托管在位于客户端装置400外部，但是可以由客户端装置400通过互联网、内联网或其他形式的网络106或使用通信接口404的电缆以电子方式访问的装置上。
在一些实施方案中，客户端装置400的存储器412存储：
·操作系统416，其包括用于处理各种基本系统服务的程序；
·与客户端装置相关联的识别客户端装置的电子地址418；以及
·客户端应用程序420，用于生成内容以通过在客户端装置400的显示器408上呈现的图形用户界面进行显示。
电子地址418与客户端装置400相关联，其用于至少从分布式系统100的其他装置和组件中唯一地识别客户端装置400。在一些实施方案中，与客户端装置400相关联的电子地址418用于确定从客户端装置400接收和/或向其提供的通信的来源。
在一些实施方案中，客户端应用程序420是一组指令，当由处理器(例如，CPU 402)执行时，其生成内容(例如，用于选择微通道血管网络装置700的一个或多个设计标准的图形用户界面)以呈现给对象。在一些实施方案中，客户端应用程序420响应于通过客户端装置400的用户界面406从对象接收的一个或多个输入来生成内容。例如，在一些实施方案中，客户端应用程序420包括用于查看文件或网络应用程序的内容的媒体呈现应用程序。
以上标识的模块和应用中的每一个对应于一组可执行指令，用于执行以上所述的一个或多个功能和本公开中所述的方法(例如，本文中描述的计算机实现的方法和其他信息处理方法；图5的方法500；图6的方法600等)。这些模块(例如，指令集)无需实施为单独的软件程序、程序或模块，并且因此在本公开的各种实施方案中任选地组合或以其他方式重新布置这些模块的各种子集。在一些实施方案中，存储器312任选地存储以上标识的模块和数据结构的子集。此外，在一些实施方案中，存储器312存储上文未描述的其他模块和数据结构。
应理解，图4的客户端装置400仅是客户端装置400的一个实例，并且客户端装置400任选地具有比所示更多或更少的组件，任选地组合两个或更多个组件，或者任选地具有不同的组件配置或布置。图3所示的各种组件是以硬件、软件、固件或其组合实施，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
现在已经根据本公开的各种实施方案描述了分布式系统100的一般拓扑结构，将描述关于用于制造根据图5的微通道血管网络装置的一些方法的细节。图5示出了根据本公开的实施方案的用于制造微通道血管网络装置700的方法(例如，方法500)的第一流程图。在流程图中，方法的优选部分以实线方框示出，而方法的任选变体或方法所使用的任选设备以虚线方框示出。
除非另外明确说明，制造检测系统200的存储器212、客户端装置400的存储器412或两者中的各种模块进行图5中所述的方法的某些过程。此外，将理解图5中的过程可以在单个模块或模块的任意组合中被编码。
方框502.参考图5的方框502，方法500包括基于多个设计标准(例如，图2的设计标准230)确定微通道血管网络装置(例如，图7的微通道血管装置700)的微通道血管网络设计(例如，图2的装置设计标准250)。
微通道血管网络设计包括第一通道网络(例如，图7的第一通道网络702-1)和基于第一通道网络(例如，图7的第一通道网络702-1)的第二微通道网络。
在一些实施方案中，提供介于第一通道网络与第二通道网络之间的用于在第一通道网络与第二通道网络之间提供流体连通的结构(例如，图7的结构704)。在一些实施方案中，所述结构是微通道血管网络装置的材料(例如，聚合物材料)。在其他实施方案中，所述结构包括膜。在一些实施方案中，所述结构包括介于第一通道网络与第二通道网络之间的一个或多个中间通道。
作为非限制性实例，参考图25至图27以及图37和图38，在一些实施方案中，相应的微通道血管设计与哺乳动物大鼠的候选受试者相关联。因此，相应的微通道血管设计被配置来形成具有被配置为肝静脉(HB)的第一通道网络和被配置为门静脉(PV)的第二通道网络的微通道血管网络装置。形成介于第一通道网络与第二通道网络之间的结构，其允许第一通道网络与第二通道网络之间的流体连通。在一些实施方案中，第一通道网络与第二通道网络之间流体连通。在一些实施方案中，所述结构包括一个或多个中间通道，其被配置来交换一个或多个中间通道的内部结构内的机构。在此，相应的微通道血管设计制造了长度为31毫米(mm)(例如，y轴长度)、宽度为11.4mm(例如，x轴长度)并且高度为11mm(例如，z轴深度)的微通道血管网络装置。第一通道网络和第二通道网络中的每一个具有相应的直径。
在一些实施方案中，所述结构包括与第一通道网络连通的第一端部，其中所述第一端部具有第一直径，和与第二通道网络连通的第二端部，其中所述第二端部具有第二直径。此外，所述结构的第一直径和第二直径限定结构的内部过渡区域。
在一些实施方案中，第一直径不同于第二直径。例如，在一些实施方案中，第一直径为约992微米(μm)至约623μm，并且第二直径为约832μm至约553μm。在一些实施方案中，第一直径和/或第二直径为约1,000μm至约399μm。在一些实施方案中，第一直径和/或第二直径为约900μm至约199μm。
在一些实施方案中，所述结构的内部过渡区域包括通过围绕结构的轴线使连续平滑曲线旋转而限定的内部表面。在一些实施方案中，所述连续平滑曲线包括圆锥形、椭圆形或圆柱形。作为非限制性实例，图30A示出了多个结构，每个具有呈圆锥形的内部过渡区域。图30B示出了多个结构，每个具有呈圆柱形的内部过渡区域。此外，图30C示出了多个结构，每个具有呈椭圆形的内部过渡区域。例如，参考图30D，提供包括圆锥形平滑连续曲线的多个结构，其中相应直径的范围为约1000μm至约573μm。简要地参考图32，提供了相应微通道血管网络装置的横截面，其中第一结构包括约982μm至约805μm的对应直径，并且第二结构包括约960μm至约815μm的对应直径。
在一些实施方案中，所述结构的内部过渡区域包括通过单调函数限定的内部表面。在一些实施方案中，单调函数是线性函数(例如，截锥体)、平方根函数或对数函数。
在一些实施方案中，所述结构的内部过渡区具有约399μm至约701μm的对应长度。因此，此长度允许在第一通道网络与第二通道网络之间交换培养基而不使培养基的一个方面恶化。
在一些实施方案中，从微通道血管网络装置的第一端部到第二端部限定的长度为约15厘米(cm)至约7.5cm。
在一些实施方案中，所述多个设计标准包括一个或多个长度设计标准、一个或多个质量设计标准、一个或多个时间设计标准、一个或多个聚合物设计标准、一个或多个时间设计标准、一个或多个照度设计标准或其组合。
例如，在一些实施方案中，一个或多个设计标准包括预聚物溶液的分子量、聚合物材料的分子量、预聚物溶液的浓度、聚合物材料的浓度、暴露时间、功率(例如，从制造系统发射的光的强度)、厚度、时间比例因子(例如，第一层时间标度因子)或其组合。作为非限制性实例，在一些实施方案中，预聚物溶液的分子量和/或聚合物材料的分子量为约2,000分子量的PEGdA-500。在一些实施方案中，预聚物溶液的浓度和/或聚合物材料的浓度为约20wt％。在一些实施方案中，暴露时间在约1.5秒至约10秒的范围内。在一些实施方案中，功率为约20毫瓦/平方厘米(mW/cm2)。在一些实施方案中，厚度(例如，层厚度或切片厚度)为约50μm至约100μm。在一些实施方案中，第一层时间标度因子(例如，第一层时间标度因子)为约2x秒止约8x秒。
在一些实施方案中，所述确定的多个设计标准中的一个或多个长度设计标准包括与微通道血管网络设计相关联的第一长度和与微通道血管网络装置相关联的第二长度。此外，在一些实施方案中，第二尺寸小于第一尺寸。
在一些实施方案中，第二长度基于第一长度、聚合物、制造系统或其组合。在一些实施方案中，第二长度形成体积在1.49毫升(mL)与4.51mL之间的微通道血管网络装置。
在一些实施方案中，多个设计标准中的一个或多个聚合物设计标准包括基于聚合物的溶胀度选择所述形成的聚合物。在一些实施方案中，溶胀度基于一个或多个参数，包括一个或多个维度参数(例如，平面溶胀、体积溶胀)、一个或多个质量参数(例如，质量溶胀)、时间参数(例如，每单位时间)或其组合。在一些实施方案中，溶胀度是湿重与干重之间的差与湿重相比的比率。例如，水凝胶的溶胀比是组织工程应用的重要因素。为了证明PEGDA水凝胶微通道装置的溶胀特性，将装置施加于PBS溶液，并且确定装置的溶胀重量。然后，将水凝胶冻干以获得干重。溶胀度按下式计算：溶胀比＝W湿–W干W湿。在4’C下浸没在PBS中一周之后，打印装置的尺寸w、h、d1和d2分别增加了18％、15％、16％和13％。三周后，溶胀率维持稳定，这指示溶胀率和降解率达到平衡状态。
在一些实施方案中，多个设计标准中的一个或多个长度设计标准包括微通道血管网络装置的长度分辨率。在一些实施方案中，分辨率在0.005英寸与0.010英寸分辨率之间。在一些实施方案中，多个设计标准中的一个或多个长度设计标准包括微通道血管网络装置的第一长度的第一分辨率和微通道血管网络的第二长度的第二分辨率(例如，微通道血管网络装置700的x-y平面的0.005英寸分辨率)。
在一些实施方案中，多个设计标准中的一个或多个聚合物设计标准包括微通道血管网络装置的孔隙率。在一些实施方案中，微通道血管网络装置的孔隙率基于与微通道血管网络装置相关联的候选受试者来确定。例如，在一些实施方案中，确定微通道血管网络装置的孔隙率以允许候选受试者细胞附着到微通道血管网络装置的孔。在一些实施方案中，微通道血管网络装置的孔的中值尺寸为约19μm至约231μm。例如，在一些实施方案中，多个设计标准包括微通道装置的多孔材料的渗透性。
在一些实施方案中，所述确定还包括确定多个设计标准中与由预聚物溶液形成聚合物材料相关联的一个或多个设计标准。例如，在一些实施方案中，与由预聚物溶液形成聚合物材料相关联的设计标准包括预聚物溶液的材料设计特性。
方框504.参考方框504，方法500包括在制造系统处以电子形式接收微通道血管网络设计。在一些实施方案中，所述接收包括基于微通道血管网络设计将一个或多个指令传送至与制造系统的制造控制机构相关联的制造机构。
在一些实施方案中，制造系统200包括预聚物溶液。例如，在一些实施方案中，制造系统200包括多种预聚物溶液，从而允许制造系统提供用于制造微通道血管网络装置700的预聚物溶液。在一些实施方案中，提供给制造系统200的预聚物溶液是预形成的。然而，本公开不限于此。例如，在一些实施方案中，制造系统形成用于形成微通道血管网络装置700的预聚物溶液。
在一些实施方案中，预聚物溶液包含光引发剂，使得将具有光引发剂的预聚物溶液暴露于光引起交联效应，其进而形成聚合物材料。
方框506.参考方框506，所述方法包括基于微通道血管网络设计在制造系统处使用预聚物溶液形成聚合物材料的微通道血管网络装置。以这种方式，所述方法有利于制造微通道血管网络装置。
在一些实施方案中，聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甘油癸二酸酯(PGS)、聚乳酸(PLA)、聚L-乳酸(PLLA)、聚D-乳酸(PDLA)、聚乙交酯、聚乙醇酸(PGA)、聚丙交酯-共-乙交酯(PLGA)、聚二氧环己酮、聚葡萄糖酸酯、聚乳酸-聚环氧乙烷共聚物、改性纤维素、胶原蛋白、聚羟基丁酸酯、聚羟丙酸、聚磷酸酯、聚(α-羟基酸)、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、可降解的氨基甲酸酯、脂肪族聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、酰基取代的乙酸纤维素、不可降解的聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯咪唑、氯磺酰化聚烯烃、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、
尼龙硅和形状记忆材料诸如聚(苯乙烯-嵌段-丁二烯)、聚降冰片烯、水凝胶、金属合金、以及作为转换链段的低聚(ε-己内酯)二醇/作为物理交联剂的低聚(对聚二氧环己酮)二醇。例如，在一些实施方案中，PLGA聚合物是分子量为30,000Da的PLA/PGA聚合物＝50/50。
例如，通过利用PLGA聚合物，本公开
在一些实施方案中，微通道血管网络装置的聚合物材料是透明的。在一些实施方案中，微通道血管网络装置的聚合物材料是透明的、半透明的、不透明的或其组合。通过具有透明和/或半透明微通道血管装置，受试者可以光学检查微通道血管网络装置的内部而不必干扰其中的内容物。例如，参考图27、图29-34和图36-40，提供了包括相应微通道血管网络的透明和或半透明制造的实施方案。具体地，图31示出了以下中的多个PLGA微球(例如，珠)的多个显微图像：(A)介于在对应的第一通道网络与对应的第二通道网络之间的二十个锥形结构；(B)介于对应的第一通道网络与对应的第二通道网络之间的二十个球状结构；以及介于对应的第一通道网络与对应的第二通道网络之间的二十个圆柱形结构。例如，图31(A)描绘了与图31(B)和(C)的相应装置相反，一部分微球被截留在结构的内部而没有从上到下的尺寸差异。
在一些实施方案中，聚合物是可生物降解的材料。在一些实施方案中，聚合物是不可再吸收的、可再吸收的、可吸收的、可生物降解的或其组合。通过利用可生物降解的材料诸如PEGdA，可以将相应的微通道血管网络装置植入受试者体内，而无需稍后移除微通道血管网络装置(例如，通过侵入程序)。
在一些实施方案中，所述形成包括将预聚物溶液暴露于紫外光，持续预定时间段。例如，在一些实施方案中，制造系统包括有利于将预聚物溶液暴露于紫外光的vat光聚合机构。此外，在一些实施方案中，制造系统利用体积打印。
在一些实施方案中，制造系统利用增材制造方法进行形成。在一些实施方案中，增材制造方法选自由以下组成的组：粘合剂喷射、材料挤出、材料喷射、polyjet、粉末床、片材层压和vat光聚合(vat photopolymerization)。在一些实施方案中，vat光聚合的增材制造方法包括立体光刻(例如，投影立体光刻)。
在一些实施方案中，成型形成具有阳模的微通道血管网络装置，从而在第一通道网络和第二通道网络之间形成空隙。在一些实施方案中，所述形成形成具有阳模的微通道血管网络装置，从而在第一通道网络与第二通道网络之间形成空隙。例如，图38示出了形成为阳模的相应微通道血管网络装置，而图39示出了形成为阴模的相应微通道血管网络装置。
现在已经根据本公开的各种实施方案描述了用于制造微通道血管网络装置700的一般方法500，将描述关于用于接种根据图6的微通道血管网络装置的一些方法的细节。图6示出了根据本公开的实施方案的用于接种微通道血管网络装置700的方法(例如，方法600)的第二流程图。在流程图中，方法的优选部分以实线方框示出，而方法的任选变体或方法所使用的任选设备以虚线方框示出。
方框602.参考图6的方框602，方法600包括基于候选受试者制备微通道血管网络装置，从而形成制备好的微通道血管网络装置。制备好的微通道血管通道装置包括第一通道网络和第二通道网络。
在一些实施方案中，所述制备还包括制备用于接种的多个细胞。
在一些实施方案中，所述制备多个细胞包括将多个细胞暴露于溶液。在一些实施方案中，所述溶液包含钙和镁。
在一些实施方案中，多个细胞暴露于溶液的时间为约15分钟至约25分钟。在一些实施方案中，多个细胞暴露于溶液的时间为大约20分钟。
在一些实施方案中，所述制备微通道血管网络装置包括修饰微通道血管网络装置的表面。
在一些实施方案中，微通道血管网络装置的表面修饰是化学表面修饰、机械表面修饰或两者。在一些实施方案中，化学表面修饰在机械表面修饰之前进行。在其他实施方案中，机械表面修饰在化学表面修饰之前或同时进行。
在一些实施方案中，化学表面修饰包括在微通道血管网络装置的表面上形成缀合。通过缀合配偶体上的反应性官能团和适当的接头、衔接子、载体分子或其组合将本公开的化合物与供体或受体缀合在本领域技术人员的能力范围内。
例如，在一些实施方案中，本公开的表面活性剂通过具有一个或多于一个氨基酸的接头缀合至载体分子。用于此类接头的示例性氨基酸包括赖氨酸、脯氨酸和酸性氨基酸。
在一些实施方案中，缀合是肽缀合。例如，在一些实施方案中，微通道血管网络装置700的表面活性剂包含极性基团和非极性基团两者。因此，通过形成肽缀合，表面活性剂的非极性基团与微通道血管网络装置700的表面缀合。另一方面，表面活性剂的极性基团捕获微通道血管网络装置700内的一种或多种蛋白质和/或一种或多种细胞。因此，通过形成肽缀合，增加了微通道血管装置700的表面的润湿性，这提高了在微通道血管网络装置700内培养细胞的能力。
在示例性实施方案中，肽是三肽。在各种实施方案中，肽含有精氨酰、甘氨酰或天冬氨酸残基中的一种或多种。在一些实施方案中，肽包含选自以下的成员：精氨酰和甘氨酰、精氨酰和天冬氨酸以及甘氨酰和天冬氨酸。在示例性实施方案中，肽包含选自精氨酰甘氨酰、甘氨酰天冬氨酸及其组合的二肽残基。例如，在一些实施方案中，肽缀合是精氨酰甘氨酰天冬氨酸肽。肽直接或通过接头与表面缀合。许多将肽与表面缀合的途径是已知的。在一个实例中，肽上的羧酸基团被活化并与具有胺或羟基部分的表面或接头反应。在另一个实例中，表面上的羧酸部分被活化并且随后与肽上的胺反应。明显的是，使用接头的那些实施方案也是如此。肽可以与结合到表面的接头缀合，或者可替代地，肽-接头盒可以结合到表面或两个已经存在于表面上的第二接头。
下文阐明了关于各种实施方案中缀合策略的另外的非限制性信息。
本发明的化合物和缀合物由带有反应性官能团的前体之间的共价键合反应组装而成，所述反应性官能团是在前体之间形成共价键的位点。本发明的化合物的前体带有反应性官能团，其可以位于化合物上的任何位置处。完成的染料缀合物可以在分子的任何点处包含另外的反应性官能团。在各种实施方案中，肽上的反应性官能团与表面(或附接至表面的接头)上的反应性官能团反应以通过连接片段将两个组分共价偶联在一起。
示例性物质包括直接附接至肽核或附接至与表面组分附接的接头的反应性官能团。示例性反应性官能团附接至烷基或杂烷基部分。当反应性基团附接至取代或未取代的烷基或者取代或未取代的杂烷基接头部分时，反应性基团优选位于烷基或杂烷基链的末端位置处。可用于实施本发明的反应性基团和反应类别通常是生物缀合化学领域中熟知的那些。目前可用的与本发明活性染料基化合物的优选反应类别是在相对温和的条件下进行的那些反应。这些包括但不限于亲核取代(例如，胺和醇与酰卤、活性酯的反应)、亲电取代(例如，烯胺反应)和添加到碳-碳和碳-杂原子多键(例如，迈克尔反应(Michael reaction)、Diels-Alder加成)。这些和其他有用的反应在例如March,Advanced Organic Chemistry,第3版,John Wiley&Sons,New York,1985；Hermanson,Bioconjugate Techniques,Academic Press,San Diego,1996；以及Feeney等人,Modification of Proteins；Advances in Chemistry Series,第198卷,American Chemical Society,Washington,D.C.,1982中讨论。
有用的反应性官能团包括例如：
(a)羧基及其衍生物，包括但不限于活化酯，例如N-羟基琥珀酰亚胺酯、N-羟基邻苯二甲酰亚胺、N-羟基苯并三唑酯、对硝基苯酯；酰卤；酰基咪唑；硫酯；烷基、烯基、炔基和芳香族酯；和用于肽合成的活化基团；
(b)羟基和羟胺，其可以转化为酯、磺酸盐、氨基磷酸酯、醚、醛等。
(c)卤代烷基，其中卤化物可以被亲核基团取例如像胺、羧酸根阴离子、硫醇阴离子、碳负离子或醇盐离子替换，从而导致新基团共价附接在卤素原子的位置处；
(d)能够参与Diels-Alder反应的亲双烯体基团，例如像马来酰亚胺基；
(e)醛或酮基团，允许经由形成羰基衍生物(例如亚胺、腙、缩氨基脲或肟)或经由诸如格氏加成或烷基锂加成的机制进行衍生化；
(f)磺酰卤基团，用于与胺反应，例如以形成磺酰胺；
(g)硫醇基团，其例如可以转化为二硫化物或与酰卤反应；
(h)胺、肼或巯基，其例如可以被酰化、烷基化或氧化；
(i)烯烃，其可以进行例如环加成、酰化、迈克尔加成等；
(j)环氧化物，其可以与例如胺和羟基化合物反应；以及
(k)亚磷酰胺和其他用于核酸合成的标准官能团。
在各种实施方案中，反应性官能团是选自以下的成员：
其中每个r独立地选自1至10的整数；G是卤素；并且R30和R31独立地选自H成员和卤素，并且R30和R31中的至少一个是卤素。
可以选择反应性官能团，使得它们不参与或干扰组装或利用官能化表面或肽所需的反应。可替代地，可以通过保护基团的存在防止反应性官能团参与反应。本领域技术人员理解如何保护特定的官能团，使得其不干扰所选组的反应条件。对于有用的保护基团的实例，参见例如Greene等人,Protective Groups in Organic Synthesis,John Wiley&Sons,New York,1991。
在各种实施方案中，肽通过连接片段或包含至少一个连接片段的接头附接至表面。示例性连接片段包括键和包含至少一个杂原子的部分，其通过具有互补反应性的两个反应性官能团的反应形成。在本发明的缀合物中使用的示例性连接片段包括但不限于：
-(CH2)tS(CH2)z-、-(CH2)xSC(O)NR(CH2)z-、-(CH2)xSC(O)O(CH2)z-、-(CH2)xNR(CH2)z-、-(CH2)xNRC(O)(CH2)z-、-(CH2)xNRC(O)O(CH2)z-、-(CH2)xO(CH2)z-、-(CH2)oT-PEG-、-(CH2)xC(O)CH2S-、-S-马来酰亚胺-N-、-RNC(O)NR-、-RNS(O)NR-、-S(O)2NR-，
其中T是选自S、NH、NHC(O)、C(O)NH、NHC(O)O、OC(O)NH和O的成员。指数o是1至50的整数；并且指数t和z独立地选自0至10的整数。
连接片段也可以经由“在具有叠氮化物部分的一个组分与具有炔烃部分的另一组分之间的点击化学”形成。供体或受体可以用任一反应性官能团衍生化，载体分子也可以。
作为非限制性实例，考虑微通道血管网络装置包含基于PEG的水凝胶聚合物材料，其以生物惰性蛋白质和细胞排斥特性被熟知。因此，为了改善PEGdA材料的细胞附着特性，本公开通过进行化学表面修饰来化学活化微通道血管网络装置的表面，所述化学表面修饰通过RGD肽的缀合来形成生物功能表面。例如，通过RGD缀合化学表面修饰，微通道血管网络装置700内的多个细胞增殖(例如，培养)的能力得到极大改善。
在一些实施方案中，化学表面修饰包括表面接枝修饰。例如，在一些实施方案中，微通道血管网络装置700的表面包括丙烯酸表面，使得化学表面修饰包括经由在表面上打开环氧基和/或烯属基团(kenotic group)来进行表面接枝，从而增加微通道血管网络装置700的表面上羟基的数量。
在一些实施方案中，微通道血管网络装置的表面修饰是机械表面修饰。在一些实施方案中，机械表面修饰被单独或与化学表面处理组合应用于微通道血管网络装置700。例如，在一些实施方案中，化学表面处理形成一个或多个污染物颗粒，其需要通过机械表面修饰进行处理。以这种方式，机械表面修饰可以在微通道血管网络装置700的表面与微通道血管网络装置700内的多个细胞之间产生结构，以防止相应细胞与相应污染物颗粒之间的相互作用。
在一些实施方案中，机械表面修饰包括将涂层施加到微通道血管网络装置的表面。在一些实施方案中，涂层包含胶原蛋白、纤连蛋白、明胶、GelMA、PEGdA、PLL或其组合。
在一些实施方案中，涂层包含约8％至约12％的第一重量百分比(wt％)的PEGdA和约0.5％至约7％的第二wt％的GelMa。在一些实施方案中，PEGdA的第一wt％为10％，并且GelMA的第二wt％为约1％至约5％。在一些实施方案中，GelMA的第二wt％在4％与5％之间。
在一些实施方案中，涂层包括包含PEGdA、PPL、GelMA或其组合的第一涂层。第一涂层包括第一上表面和第一下表面。所述涂层还包括包含胶原蛋白或明胶的第二涂层。第二涂层包括第二上表面和第二下表面。此外，第一下表面与微通道血管网络装置的表面相邻，并且第二下表面与第一上表面相邻。
例如，在一些实施方案中，涂层包含10％PEGdA、5％GelMA和0.25％光引发剂。在一些实施方案中，涂层包含用GelMA涂覆的10％PEGdA，并且然后将涂层暴露于紫外光。在一些实施方案中，涂层包含进一步用10％明胶涂覆的10％PEGdA。在一些实施方案中，涂层包含10％明胶。在一些实施方案中，涂层包含主动脉内皮细胞。
在一些实施方案中，表面修饰包括施加NaOH-EtOH溶液处理，持续约10分钟。由此，通过在微通道装置的表面中产生新的裂纹提供了有效的表面形态改变。
例如，简要地参考图35，作为非限制性实例，PLGA聚合物的相应微通道装置内的细胞的可灌注性、PLGA装置的内部多孔结构和装置的细胞附着通过SEM图像来表征。对于SEM样品的样品制备，将HepG2灌注的PLGA装置冷冻并手动破碎成小片段以进行显微观察。在几乎所有破裂的PLGA片段中都观察到了PLGA打印细丝。BioX打印机活塞尺寸为100um，并且真实打印细丝的尺寸几乎相同。如图35所示，在细丝间观察到不规则形状的孔(洞)；尺寸从20um至200um变化。基于此，在微通道装置的表面上观察到HepG2细胞。
方框604.参考方框604，方法600包括基于候选受试者接种用于在制备好的微通道血管装置中培养的多个细胞，从而形成多个种子细胞。
在一些实施方案中，接种包括将多个细胞封装在培养基中。
在一些实施方案中，培养基包含光引发剂，并且在封装多个细胞之前，接种还包括将培养基和多个细胞暴露于紫外光，持续预定时间段。
简要地参考图24，提供了暴露时间对PEGDA水凝胶微通道血管网络装置内的细胞增殖的影响。具体地，图24示出了PEGDA微通道血管网络装置内的封装细胞的多个荧光图像，具有不同的暴露时间(例如，30秒、60秒和120秒)。将1.6M/mL RAEC、0.8M/mL H4-II-EC3和0.4M/mL rMSC的混合物封装在20wt％PEGDA水凝胶中并交联约30sec至约120sec。在第1天和第7天捕获荧光图像并进行比较，如图所示。RAEC细胞用红色标记，H4-II-EC3细胞用绿色标记，并且比例尺指示200um。为了证明水凝胶微通道血管网络装置700内的细胞增殖，将细胞封装在150um厚的水凝胶内并培养1至7天(例如，图6的方法600)。光照射从约30秒到约2分钟变化，以评估光暴露时间对细胞增殖的影响。在第1天，无论光暴露时间如何，所有样品都显示高细胞活力。然而，在第7天，暴露2分钟的水凝胶中的细胞显示与第1天相比小于一半的细胞活力。这种差异是由于长时间照射的光毒性和由光引发剂分子生成的大量自由基导致。相比之下，暴露30sec和60sec的水凝胶内的细胞在培养7天之后仍维持其细胞活力。这指示长达60min的暴露时间对封装细胞具有最小的细胞毒性。
在一些实施方案中，培养基具有约5μm至约15μm的厚度。
在一些实施方案中，接种的多个种子细胞的密度为约1*104个细胞/平方厘米至约1*105个细胞/平方厘米。
在一些实施方案中，培养基包含封装在胶原蛋白中的多个细胞。这种封装在微通道装置内提供了足够的支撑结构以支持细胞培养。
细胞均匀分布在整个横截面
方框606.参考方框606，方法600包括使用联接至制备好的微通道血管网络装置的生物反应器系统，使包含多个种子细胞的培养基流动通过制备好的微通道血管网络装置，从而在微通道血管网络装置中培养多个细胞。
例如，简要地参考图33，提供了微通道装置的第一通道的图像。如图所示，装置内细胞的移动是通过生物反应器系统提供的。在此，通道的直径为约920μm。因此，本公开通过允许如通过生物反应器系统所促进的控制装置内的流而允许在微通道血管网络装置内培养细胞。
在一些实施方案中，流动的流速为约375微升(μL)/分钟至约425μL/分钟。例如，在一些实施方案中，生物反应器系统200将一个或多个指令传送至泵1720，这有利于控制流速。
在一些实施方案中，在流动之前，制备好的微通道血管网络装置的一部分处于干燥状态或润湿状态。
在一些实施方案中，在流动之前，制备好的微通道血管网络装置的所述部分是微通道血管网络装置的下端部分。
本公开的各个方面涉及提供用于阻止或停止装置中的培养基流动的系统和方法。本公开的装置包括人造器官装置(例如，植入物)、生物反应器装置、芯片实验室装置(例如，芯片器官装置)等。因此，示例性装置至少包括培养基流动通过的第一通道和第二通道。此外，在一些实施方案中，第一通道和第二通道中的每一个包括设置在装置的第一端部处的第一开口和第二开口。第一通道和第二通道的相应第二开口可以设置在装置的相同端部(例如，装置的第二端部)上或设置在装置的不同端部(例如，分别在装置的第二端部和装置的第三端部)上。因此，相应通道的每个开口用作培养基流动的入口或出口。然而，本公开不限于此。在一些实施方案中，本公开的装置包括与第一通道和第二通道连通的主入口和主入口。
如先前所述，在一些实施方案中，示例性装置是系统的组件，诸如生物反应器系统。因此，在一些实施方案中，相应通道的每个开口包括用于有利于联接至系统的另一个组件的部分，诸如与培养基的储器或泵连通的管道。在一些实施方案中，每个相应通道的联接部分具有与相应通道的通道直径不同的联接直径。在一些实施方案中，第一通道和第二通道的第一开口和第二开口各自具有在约500微米(μm)至约10,000μm、约500μm至约5,000μm、约500μm至约2,500μm、约500μm至约1,500μm、约500μm至约1,000μm、约650μm至约2,500μm、约650μm至约1,500μm、约650μm至约1,000μm或约650μm至约750μm范围内的通道直径。此外，在一些实施方案中，第一通道的第一开口和第二开口具有与第二通道的第一开口和第二开口不同的直径。
一个或多个中间通道与第一通道和第二通道互连。一个或多个中间通道被配置来将培养基或培养基内的材料诸如营养物和/或废料扩散到装置的第一通道和第二通道或从其扩散。在一些实施方案中，培养基的扩散速率与装置中包括的中间通道的数量成比例(例如，中间通道越多，培养基的扩散速率越高)。在一些实施方案中，所述装置包括一个中间通道、两个中间通道、三个或更少的中间通道、五个或更少的中间通道、十个或更少的中间通道、十五个或更少的中间通道、二十个或更少的中间通道、五十个或更少的中间通道、一百个或更少的中间通道、两百个或更少的中间通道、五百个或更少的中间通道、一千个或更少的中间通道、或一万个或更少的中间通道。此外，一个或多个中间通道可以形成为各种形状，包括圆柱体、长方体、截锥体、三维网格等。在一些实施方案中，一个或多个中间通道形成有圆形或倒角边缘，以便在中间通道内提供更均匀的流动。然而，每个中间通道形成有足够宽的开口，以允许培养基流动通过中间通道并且能够接收至少一个微凝胶单元。在一些实施方案中，一个或多个中间通道中的每个通道形成有约50μm至约1,500μm、约50μm至约1,250μm、约50μm至约1,000μm、约100μm至约1,250μm、约100μm至约1,000μm、约100μm至约800μm、约400μm至约1,000μm、约300μm至约800μm、约300μm至约600μm、或约400μm至约400μm的开口。此外，在一些实施方案中，一个或多个中间通道中的每个通道形成为具有可变直径，使得每个相应中间通道的直径从第一开口的第一直径减小至第二开口的第二直径。在一些实施方案中，第二开口大约为第一开口的尺寸的约50％至约90％。例如，在一些实施方案中，相应中间通道的第一开口为600μm，并且相应中间通道的第二开口为500μm(例如，第二开口大约为第一开口的尺寸的约83％)。此外，在一些实施方案中，每个相应中间通道的第一开口的直径大于或等于多个微凝胶单元中的微凝胶单元的直径，而第二开口的直径小于多个微凝胶单元中的微凝胶单元的直径。例如，在一些实施方案中，形成了300μm至500μm范围内的多个微凝胶单元。因此，每个中间通道的第一开口大于或等于500μm，并且每个中间通道的第二开口小于或等于300μm。一个或多个中间通道的可变直径的上述配置允许悬浮在第一溶液中的多个微凝胶单元中的一个或多个微凝胶单元通过第一开口进入中间通道，并且随后滞留在中间通道的直径小于微凝胶的直径的部分中。
例如，参考图7，示出了示例性装置700。所述装置包括第一通道702-1和第二通道702-2。每个信道702(例如，第一信道702-1和第二信道702-2)包括第一开口和第二开口。因此，每个通道702的每个相应开口包括具有联接直径的联接部分710-1，其被配置来与系统的另一个组件联接(例如，接收管的一部分)，以及具有通道直径的通道部分710-2。此外，将第一通道702-1与第二通道702-2互连的是中间通道704(例如，第一中间通道704-1，第二中间通道704-2，第三中间通道704-3，...，第n个中间通道704-n)。图7的装置700示出了包括十六个中间信道(例如，第一中间通道704-1，第二中间通道704-2，...，以及第十六中间通道704-16)的实施方案。在示例性实施方案中，每个中间通道形成为具有约400μm的开口的长方体形状。
现在已经描述了本公开的装置700的各种实施方案的一般结构，现在将详细描述微凝胶单元的各种制造技术和方法。
在一些实施方案中，必须阻止或停止装置内培养基的流动。例如，为了在装置内接种细胞并且将细胞附着至装置的通道，悬浮细胞的培养基的流动必须被阻止或停止；否则，细胞可能会被冲过装置而没有附着至装置。为了有利于这种接种，包含微凝胶单元的悬浮液的溶液(例如，培养基)流动通过装置的至少一个通道。这种流动将一个或多个微凝胶单元布置在装置的至少一个中间通道中，这阻止或停止了培养基在装置通道之间的流动。
可以使用多种方法制造多个明胶甲基丙烯酰(GelMA)微凝胶单元。例如，在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶经由微模塑技术、光掩模技术、生物打印技术、自组装技术、增材制造技术(例如，三维打印)、微流体技术或其组合制造。取决于本公开的设计者的目标和所使用的制造技术，至少可以单独或组合控制甲基丙烯酰基取代度、GelMA微凝胶的浓度、光引发剂的浓度和样品溶液暴露于UV光的时间段，以配置所得GelMA水凝胶的一种或多种物理特性。在一些实施方案中，物理特性包括所得GelMA微凝胶的尺寸，使得第一制造技术产生第一尺寸(例如，50μm)的一个或多个微凝胶，并且第二制造技术产生第二尺寸(例如，500μm)的一个或多个微凝胶。在一些实施方案中，物理特性包括所得GelMA微凝胶的降解速率。控制降解速率允许培养基通过相应装置的中间通道的流动在与降解速率成比例的预定时间段内被阻止或停止。在一些实施方案中，物理特性包括所得GelMA微凝胶的形状。在一些实施方案中，物理特性包括所得GelMA微凝胶的粘性。本公开领域的技术人员将知道其他可控的物理特性。
在一些实施方案中，GelMA通过明胶与甲基丙烯酸酐(MA)在缓冲液存在下的直接反应合成。此反应在反应性胺和氨基酸残基的羟基上引入甲基丙烯酰基取代基团(图2)。通过调整添加到反应混合物中的MA量，可以在GelMA中实现不同的甲基丙烯酰基取代度，这产生具有不同物理特性的GelMA。合成的GelMA的光交联可以在暴露于紫外(UV)光下使用水溶性引发剂进行。取代度、GelMA浓度、光引发剂(PI)浓度和暴露于UV光的时间是允许调整所得GelMA水凝胶微单元的物理特性的一些参数。
因此，参考图8至图10，将根据本公开的实施方案描述经由光掩模技术制造多个GelMA微凝胶的方法。在一些实施方案中，光掩模技术包括形成预聚物溶液。形成预聚物溶液包括将GelMA溶解在缓冲溶液中并添加光引发剂。在一些实施方案中，缓冲溶液是磷酸盐缓冲盐水(PBS)。在一些实施方案中，溶解GelMA在5％wt/wt至35％wt/wt、7％wt/wt至20％wt/wt、10％wt/wt至30％wt/wt、15％wt/wt至25％wt/wt、或18％wt/wt至22％wt/wt(例如，20％wt/wt)的范围内。此外，在一些实施方案中，光引发剂以预聚物溶液的0.5％wt/wt至2％wt/wt、预聚物的0.5％wt/wt至1.5％wt/wt、预聚物溶液的1％wt/wt至1.5％wt/wt、或预聚物溶液的0.8％wt/wt至1.2％wt/wt(例如，1％wt/wt)的范围添加。在一些实施方案中，光引发剂包括2-羟基-1-(4-(羟基乙氧基)苯基)-2-甲基-1-丙酮。在一些实施方案中，使用较低重量份的GelMA(例如，与20％重量份的GelMA相比，7％重量份)通常产生与较高重量份的GelMA微凝胶相比更容易从其制造环境中分离的微凝胶。然而，与较高重量份的GelMA微凝胶相比，这些较低重量份的GelMA微凝胶通常以更快速率由其制造形状变形和/或降解。同样，较高重量份的GelMA(例如，20％重量份)产生通常是坚硬的和/或不粘在周围环境和结构上，但可能难以从其制造环境中分离的微凝胶。在一些实施方案中，形成具有约75％至约90％的甲基丙烯酰基取代度的预聚物溶液。如本文所用，“GelMA_低”是指小于或等于约80％的甲基丙烯酰基取代度，“GelMA_中”是指大于约80％的甲基丙烯酰基取代度，而“GelMA_高”是指大于约90％的甲基丙烯酰基取代度。
在一些实施方案中，光掩模技术包括制造和/或利用包括透明片阵列的光掩模。光掩模的透明片阵列中的每个透明片形成至少一个对应的GelMA微凝胶。在一些实施方案中，透明片阵列形成为圆形阵列(例如，薄圆柱体)，其产生圆柱形或圆盘形微凝胶。此外，在一些实施方案中，每个透明片形成为具有在50μm至750μm、50μm至650μm、100μm至650μm、100μm至500μm、150μm至650μm、150μm至550μm、200μm至550μm、或300μm至500μm范围内的对应直径。透明片阵列中的每个透明片的额外形状和尺寸可用于本公开。在一些实施方案中，透明片阵列中的每个透明片形成为具有近似相等的直径(例如，在可接受的公差范围内，诸如±10μm)，这允许光掩模产生近似相等尺寸的多个GelMA微凝胶。类似地，在一些实施方案中，透明片阵列包括一系列直径，从而允许以各种尺寸(例如，300μm至500μm的范围)制造所得的GelMA微凝胶。
在一些实施方案中，为了制造GelMA微凝胶，将预定量(例如，体积或质量)的预聚物溶液和光引发剂布置(例如，吸取)到第一载玻片上。在一些实施方案中，预定量在5微升(μL)至1,000μL、5μL至750μL、10μL至500μL、10μL至250μL、10μL至150μL、10μL至100μL、5μL至100μL、10μL至80μL、20μL至75μL、25μL至75μL、或35μL至65μL(例如，50μL)的范围内。在一些实施方案中，预定量是通过由载玻片形成的包含结构的内部容量(例如，体积)限定的体积(例如，I，通过载玻片的内表面形成的内部体积)。在一些实施方案中，预定量是小于包含结构的体积的体积(例如，包含结构的体积的大约95％)。
在一些实施方案中，第一载玻片的外边缘部分包围一个或多个垫片。一个或多个垫片在第一载玻片与第二载玻片之间提供垂直分隔(例如，包含结构的体积的高度)，并且有助于防止溶液泄漏。此外，在一些实施方案中，当完成预聚物溶液和光引发剂的布置后，将第二载玻片设置在第一载玻片上方，从而形成包含结构，同时还在其中均匀分布预聚物溶液和光引发剂的膜。通过改变第一载玻片和/或第二载玻片的尺寸以及一个或多个垫片的厚度(例如，形成的垂直分隔)，可以形成具有不同纵横比的微凝胶。例如，在一些实施方案中，所得的微凝胶的厚度在50μm至1,000μm、50μm至750μm、150μm至750μm、100μm至650μm、150μm至650μm、100μm至550μm、150μm至550μm、150μm至500μm、100μm至450μm、150μm至450μm、200μm至500μm、或300μm至500μm的范围内。此外，在一些实施方案中，当完成预聚物溶液和光引发剂的布置后，将第二载玻片设置在第一载玻片上方，其形成包含结构并且在其中均匀分布预聚物溶液和光引发剂的膜。通过至少改变第一载玻片和/或第二载玻片的尺寸以及一个或多个垫片的厚度，微凝胶可配置成具有不同的纵横比。
在一些实施方案中，将光掩模设置到第二载玻片的顶部表面。因此，将光掩模和包含结构暴露于UV光，持续预定时间段，从而允许光掩模的透明片允许UV光穿过，同时阻挡剩余的UV光。在一些实施方案中，预定时间段小于或等于约30秒。在一些实施方案中，预定时间段在1秒至180秒、1秒至150秒、1秒至120秒、10秒至120秒、1秒至90秒、1秒至60秒、5秒至60秒、5秒至50秒、5秒至40秒、10秒至40秒、5秒至30秒、或10秒至30秒的范围内。在一些实施方案中，光具有在10纳米(nm)至480nm、100nm至480nm、100nm至400nm、200nm至480nm、200nm至400nm、300nm至480nm、300nm至400nm、或350nm至400nm范围内的波长(例如，365nm的波长)。此外，在一些实施方案中，紫外光具有在10毫瓦/立方厘米(mW cm-3)至15mW cm-3、10.5mW cm-3至14.5mW cm-3、11mW cm-3至14mW cm-3、11.5mW cm-3至13.5mW cm-3、12mW cm-3至13mW cm-3、或12.2mW cm-3至12.8mW cm-3范围内的强度(例如，12.4mW cm-3)。暴露于紫外光能够使预聚物溶液交联，这进而生产GelMA微凝胶。
在一些实施方案中，包含结构被至少部分地拆卸(例如，分解)以取回GelMA微凝胶，这可以标志着多个GelMA微凝胶的制造完成。在一些实施方案中，制造的GelMA微凝胶形成为连接结构(例如，微凝胶的网络或基质)并且需要物理分离以确保GelMA微凝胶在装置内适当地流动并堵塞中间通道。例如，在一些实施方案中，GelMA微凝胶的制造产生使微凝胶互连的翼梁。因此，在一些实施方案中，GelMA微凝胶的回收包括将生成的GelMA微凝胶转移到矿物油浴中，将其经受机械搅动(例如，搅动以去除翼梁或移除微凝胶)。在一些实施方案中，矿物油浴的搅动包括用移液管搅动(例如，以前后和/或圆周运动搅拌移液管)。在一些实施方案中，矿物油浴的搅动包括超声处理。此外，在一些实施方案中，矿物油浴的搅动包括利用磁力搅拌器。上述搅动包括手动搅动和/或自动搅拌(例如，使用自动化系统进行搅动)。
在一些实施方案中，从载玻片和/或包含结构的垫片取回制造的GelMA微凝胶需要在布置预聚物溶液之前处理(例如，预处理)载玻片和/或垫片。例如，在一些实施方案中，未能处理载玻片和/或包含结构的垫片致制造的微凝胶无法从相应的载玻片上细化(例如，制造的微凝胶是粘性的)。因此，在一些实施方案中，GelMA微凝胶的回收包括将载玻片和/或垫片浸没在氢氧化钠(NaOH)溶液中。在一些实施方案中，将载玻片和/或垫片浸没持续预定时间段。在一些实施方案中，用于浸没的此预定时间段在5分钟至60分钟、5分钟至50分钟、10分钟至45分钟、20分钟至40分钟、或25分钟至35分钟的范围内(例如，30分钟)。在将载玻片和/或垫片浸没在氢氧化钠溶液中之后，将载玻片和/或垫片浸没在乙醇溶液中。随后，将浸没的载玻片和/或垫片经受预定时间段的超声处理，这形成经超声处理的载玻片和/或垫片。在一些实施方案中，此预定时间段在5分钟至60分钟、5分钟至50分钟、10分钟至45分钟、5分钟至30分钟、或5分钟至20分钟的范围内(例如，15分钟)。
此外，在一些实施方案中，为了有利于制造的微凝胶的回收(例如，分离)，在布置预聚物溶液之前，对于至少一个载玻片和/或垫片，所述方法还包括制备约0.5wt％甲氧基聚乙二醇5000Si(mPEG5000-Si)、约1wt％乙酸和乙醇的储备溶液。将储备溶液样品布置到至少一个载玻片和/或垫片上。在一些实施方案中，样品具有在5μL至500μL、5μL至250μL、10μL至250μL、5μL至100μL、10μL至100μL、5μL至750μL、25μL至70μL、或40μL至60μL范围内(例如，50μL)的体积。在一些实施方案中，样品的尺寸将取决于相应载玻片和/或垫片的尺寸。然而，至少一个载玻片和/或垫片在预定时间段内经受加热环境，这形成了温育的载玻片和/或垫片。在一些实施方案中，加热环境具有50℃至110℃、50℃至100℃、50℃至90℃、60℃至100℃、50℃至80℃、或65℃至75℃(例如，70℃)的温度。此外，在一些实施方案中，预定加热时间段在5分钟至60分钟、5分钟至50分钟、10分钟至45分钟、20分钟至40分钟、或25分钟至35分钟的范围内(例如，30分钟)。然而，将温育的载玻片和/或垫片浸没在去离子水中，这形成浸没的载玻片和/或垫片。此浸没的载玻片和/或垫片在预定时间段内对每个相应的浸没的载玻片和/或垫片进行超声处理，这形成经超声处理的载玻片和/或垫片。在一些实施方案中，此预定时间段在5分钟至60分钟、5分钟至50分钟、10分钟至45分钟、5分钟至30分钟、或5分钟至20分钟的范围内(例如，15分钟)。此外，将经超声处理的载玻片和/或垫片干燥，从而形成准备好的载玻片和/或垫片，以备将来用于制造GelMA微凝胶。在一些实施方案中，经超声处理的载玻片和/或垫片的干燥经由干燥器进行。
在一些实施方案中，使用微流体技术制造多个GelMA微凝胶。微流体技术包括将第一溶液(例如，GelMA)悬浮在第二溶液(例如，非反应性流体，诸如矿物油或甘油)中以形成第一溶液的液滴的悬浮液。在一些实施方案中，使用聚集第一溶液和第二溶液的流动的通道的组合来形成液滴。例如，第一通道产生GelMA流，并且第二通道和第三通道各自与第一通道正交，从而产生第二溶液流。第二溶液流有助于形成第一溶液的液滴。将液滴进一步暴露于UV光以形成制造的GelMA微凝胶。在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶中的一个或多个GelMA微凝胶形成为球体或椭球体。在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶包括长方体微凝胶、圆柱体微凝胶和/或球体(例如，椭球体)微凝胶的组合。此外，在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶包括呈金字塔形状的一个或多个微凝胶。
此外，在本公开的一些实施方案中，微凝胶包括一种或多种普朗尼克(pluronic)水凝胶微凝胶。在一些实施方案中，普朗尼克微凝胶经由包括将普朗尼克F127(pl F127，其是具有标称式EO100-PO65-EO100的聚(环氧乙烷)和聚(环氧丙烷)的三嵌段共聚物)溶解在纯水(例如，去离子水)中(与上述溶解GelMA类似)的方法来制造。因此，在一些实施方案中，制造普朗尼克F127 GelMA包括将普朗尼克F127溶解在包含约0.25％光引发剂的10％重量磷酸盐缓冲盐水(PBS)溶液中。在一些实施方案中，所述溶解包括在去离子水中的大约20wt％普朗尼克F127。在一些实施方案中，所述溶解包括使用有机溶剂(例如，己烷、甲苯、氯仿(CHCl3)、二氯甲烷、丙酮、二甲亚砜(DMSO))作为溶液浴。在一些实施方案中，溶液浴包括非有机溶液和/或非水溶液(例如，油相溶液，诸如矿物油、橄榄油、甘油等)。此外，在一些实施方案中，在制备微凝胶期间根据搅动机构确定多个微凝胶中的一个或多个微凝胶的尺寸。例如，在一些实施方案中，较慢的搅拌速率(RPM)(例如，4RPM)产生较大的微凝胶。此外，在一些实施方案中，在微凝胶的制造中包括表面张力降低剂表面活性剂(例如，聚山梨醇酯20(TWEEN 20))和/或乳化剂(例如，脱水山梨糖醇单硬脂酸酯(SPAN 60))，以增加微凝胶的稳定性。
在一些实施方案中，多个微凝胶中的一个或多个微凝胶是使用增材制造来制造的。在一些实施方案中，一个或多个微凝胶包括聚(乳酸-共-乙醇酸)、PGLA、聚己内酯(PCL)或类似的聚合物。在一些实施方案中，一个或多个微凝胶包括GelMA、纤维蛋白和胶原蛋白。
在一些实施方案中，为了阻止和/或停止装置的中间通道内的流动，将多个GelMA微凝胶悬浮在第一溶液内。在一些实施方案中，第一溶液包含在10个微凝胶/mL工作溶液至10,000个微凝胶/mL工作溶液、10个微凝胶/mL工作溶液至5,000个微凝胶/mL工作溶液、100个微凝胶/mL工作溶液至5,000个微凝胶/mL工作溶液、500个微凝胶/mL工作溶液至5,000个微凝胶/mL工作溶液、100个微凝胶/mL工作溶液至2,500个微凝胶/mL工作溶液、500个微凝胶/mL工作溶液至2,500个微凝胶/mL工作溶液、500个微凝胶/mL工作溶液至2,000个微凝胶/mL工作溶液、500个微凝胶/mL工作溶液至1,500个微凝胶/mL工作溶液、或750个微凝胶/mL工作溶液至1,250个微凝胶/mL工作溶液的范围内(例如，大约1,000个微凝胶/mL工作溶液)的多个微凝胶的悬浮液。在一些实施方案中，一旦形成了在第一溶液中的多个GelMA微凝胶的悬浮液，就通过装置的第一通道灌注在第一溶液中的多个GelMA微凝胶的悬浮液。在第一溶液中的多个GelMA微凝胶悬浮液的灌注致使多个GelMA微凝胶中的一个或多个GelMA微凝胶阻止和/或停止一个或多个中间通道中的至少一个中的流动。在一些实施方案中，单个GelMA微凝胶足以阻止和/或停止相应中间通道中的流动。在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶足以阻止和/或停止相应中间通道中的流动。例如，在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶中的相应GelMA微凝胶具有与中间通道近似相等的尺寸(例如，直径)。因此，相应GelMA微凝胶在中间通道的开口处变形和/或滞留在中间通道的开口内，以阻止和/或停止中间通道内的流动。在一些实施方案中，多个GelMA微凝胶中的相应GelMA微凝胶的尺寸小于中间通道的开口的尺寸。因此，一个或多个GelMA微凝胶流到中间通道的开口中并滞留在中间通道内，从而阻止和/或停止中间通道中的流动。例如，简要地参考图7B，一个或多个中间通道704的结构包括至少三个GelMA微凝胶802(例如，第一GelMA微凝胶202-1、第二GelMA微凝胶802-2和第三GelMA微凝胶802-3)，其阻止和/或停止中间通道内的流动。一旦不再需要阻止或停止培养基流动通过装置的中间通道，就可以去除阻止或停止流动的微凝胶。在一些实施方案中，去除微凝胶包括施加通过装置的流体流动，使得形成有利于微凝胶移除的压差。类似地，在一些实施方案中，去除微凝胶包括允许经过一段时间，使得微凝胶在装置内降解(例如，根据微凝胶的降解速率)。
在一些实施方案中，在通过装置的第一通道灌注在第一溶液中的多个GelMA微凝胶的悬浮液之后，将流体(例如，培养基)流施加到装置的第二通道。这种流体流动在装置的第一通道与第二通道之间产生压差，其有利于GelMA微凝胶流入一个或多个中间通道中并阻止和/或停止其中的流动。在一些实施方案中，由于重力不足以促进经由GelMA微凝胶阻止或停止中间通道中的流动，因此需要此压差以将GelMA微凝胶布置在中间通道内。
参考图11至图13以及图31A、31B和31C，描绘了填充有GelMA微凝胶的微通道血管网络装置的各种视图。如图11至图13、图31A、31B和31C中所描绘，第一通道填充有多个GelMA微凝胶802，其随后阻止和/或停止一个或多个中间通道704(例如，结构)中的流动。
因此，本公开的GelMA微凝胶允许暂时阻止和/或停止各种装置的微通道内的流动。GelMA微凝胶能够通过各种技术并以多种形状和尺寸制造，允许根据本公开的设计者的目标阻止和/或停止流动。
此外，因为GelMA微凝胶是可降解的，因此阻止和/或停止装置内的流动可以是暂时的，从而扩大了此类装置的使用。
PLGA停止流动。作为非限制性实例，PLGA通过其在水溶液中的酯键的水解而降解，从而产生PLA和PGA单体。在一些实施方案中，PLGA微球的初始平均尺寸在第0天为约533.7±58.62μm，并且在培养24小时之后减小至约520.6±117.04μm，并且在培养48小时之后减小至509.9±63.24μm。这些微球在8天后继续减少，这指示PLGA微球在PBS溶液中发生水解(图1B)。然而，平均直径在第11天增加并维持其增加，这指示微球溶胀而降解在整个培养期间继续进行。如先前所述，溶胀是PLGA微球降解过程中的一个重要过程，这是由于渗透压增加水从外部和内部扩散(例如，水吸收)引起的。在第16天，由于降解过程，微球完全分裂成小断裂片。在第22天，PLGA微球不再维持其球形，并且聚合物本身完全扩散并附着至96孔板的表面并保持不变。因此，本公开的微球允许阻止和/或停止微通道装置内的流动。
本公开的各个方面旨在提供一种用于引导培养基流动通过一个或多个装置的系统。所述系统包括一个或多个被配置来使培养基从中流过的装置。培养基通过一个或多个装置的布置和流动是可配置的，使得所述系统根据系统的布置提供营养物的供应和/或从在一个或多个装置内培养的各种细胞中去除废物。
本公开的装置包括具有入口和出口的通道。装置的入口和出口之间是孔，其被配置来容纳包括用于培养细胞的结构的插管。在一些实施方案中，装置的入口和出口的形状通常为管状并且具有相同的内径。此外，在一些实施方案中，装置的入口和出口包括设置在相应通道内的平面流动喷嘴。平面流喷嘴使在系统内流动的培养基具有平面或线性流动路径。在示例性实施方案中，平面流动路径在系统内提供基本上一致的培养基流速。通常，相应装置内的培养基的速度决定了由相应装置的细胞接收的营养物的浓度。这种一致的速度在系统的一个或多个装置中提供一致的流速，并且因此提供一致的营养物和/或废料浓度。因此，在一些实施方案中，本公开的装置关于垂直轴对称。在一些实施方案中，培养基的流动在系统的装置中是层流。
参考图14，示出了本公开的示例性微通道血管网络装置700-2。装置700-1包括容纳培养基130流动通过装置的通道110。通道100包括在通道的第一端部处的入口112和至少在通道的第二端部处的出口114。在一些实施方案中，装置的入口和出口中的一个或多个被配置来与培养基流穿过的硅管联接。例如，在一些实施方案中，入口或出口的端部由硅管接收(例如，入口或出口的端部是由硅管接收的凸形部分)，其在管道与通道的入口或出口之间形成密封。在一些实施方案中，硅管由入口或出口的端部接收(例如，入口或出口的端部是凹形部分)。在一些实施方案中，相应装置的通道通过多个连接销(例如，对应的母连接销和公连接销)彼此联接。
在一些实施方案中，所述装置包括被配置来容纳用于培养细胞的插管的孔。孔插入在通道的入口与出口之间，使得系统的培养基从入口流动，通过孔的至少一部分，并且流向装置的出口。在一些实施方案中，装置的通道使用多个金属连接销联接到孔，这使装置的组件之间的意外脱联的风险最小化。在一些实施方案中，装置的通道经由可逆的紧固件或接头，诸如勒尔锁联接到孔。在一些实施方案中，装置的通道经由标准化配件联接到孔。例如，在一些实施例中，标准化配件是由国际标准化组织(ISO)80369,(2017),“Small boreconnectors for liquids and gases in healthcare applications,”ISO/TC 210医疗装置的质量管理和对应的一般方面,ICS 11.040.25,Print规定的。
参考图41和42，在一些实施方案中，生物反应器系统包括多个连接器，其有利于将相应的微通道血管网络装置与生物反应器系统联接。如图所示，多个无棘轮区在利用联接器中允许整数个棘轮。在一些实施方案中，联接器的端口长度(例如，较大直径部分)为约0.3mm至约1.8mm。在一些实施方案中，端口长度为0.5mm、0.8mm或1.8mm(例如，对应于预定尺寸的管道，诸如尺寸#3或#5管道)。
此外，在一些实施方案中，生物反应器系统包括外壳或容纳在外壳内。以这种方式，生物反应器系统与环境隔绝，这保护生物反应器系统的内部特征免受污染。例如，在一些实施方案中，PMMA外壳包围生物反应器系统，使得泵具有适当的开口以用于联接至一个或多个组件，诸如微通道装置和/或设置用于气体交换的过滤器(例如，HEPA过滤器)，以及一个或多个端口(例如，联接器)以允许培养基流入和/或流出微通道装置的入口和出口通道。
在一些实施方案中，孔被配置来在孔的腔内容纳细胞培养插管。插管包括用于接种多个细胞和其他生物材料的结构。在一些实施方案中，插管包括从插管的下端部向外突出的多个支脚。插管的多个支脚靠在孔的边缘部分上，这进而在孔与插管之间提供了空间。所述空间对应地允许培养基在装置的通道、孔和插管之间流动。可替代地，细胞培养插管可以是悬挂插管(例如，插管靠在孔的上端部)，或者是不需要支脚以为流体流动和排出提供足够空间的其他类型的插管。此外，孔的边缘部分可以包括多个垫片，插管位于所述垫片上以为装置内培养基的流动和排放提供足够的空间。然而，在一些实施方案中，插管的一部分包括膜，诸如半透膜。当插管包括活细胞时，细胞与培养基之间将存在营养物梯度，因此膜提供培养基在营养物梯度驱动下通过膜的扩散。在一些实施方案中，插管的下端部包括膜。在一些实施方案中，插管的一个或多个侧壁包括膜。孔与通道连通，并且在孔的细胞培养插管上方设置囊片以控制其中培养基的流动路径。
在一些实施方案中，插管是聚苯乙烯插管。在一些实施方案中，孔的插管具有约10.5毫米(mm)的高度。在一些实施方案中，孔的插管具有在9mm至11mm范围内的高度。在一些实施方案中，插管的直径为约12mm。在一些实施方案中，插管的直径在10mm至14mm、11mm至13mm或11.5mm至12.5mm的范围内。此外，在一些实施方案中，孔的插管包括多个孔。插管的孔被配置来允许保持在插管内的细胞与系统的培养基之间进行材料交换(例如，提供营养物和/或去除废物)。在一些实施方案中，插管被配置来容纳具有大约1,000立方毫米(mm3)的体积的物体(例如，多个细胞、海绵、水凝胶等)。在一些实施方案中，插管被配置来容纳具有在1*10-12mm3至1,500mm3、1*10-5mm3至1,500mm3、或1mm3至1,500mm3范围内的体积的物体。在一些实施方案中，插管被配置来容纳具有在1mm-3至200mm2、1mm2至150mm2或、1mm-2至00mm2范围内的横截面积的物体。
本公开的系统和方法被配置来培养在一些实施方案中占据大空间区域(例如，至少100mm2的横截面积)的细胞。在一些实施方案中，孔的插管是由MilliporeSigma of400Summit Drive,Burlington,MA 01803提供的插管和/或膜。在一些实施方案中，插管包括膜。例如，在一些实施方案中，插管被配置来容纳还包括多个单元的膜。同样，在一些实施方案中，插管本身包括允许培养基与多个细胞之间的材料交换的膜部分。然而，在一些实施方案中，插管包括网部分，以允许培养基流动通过插管，同时防止细胞逃逸。在一些实施方案中，插管的上部(例如，插管的靠近装置的囊片的部分)、插管的下部(例如，插管的靠近装置的通道的部分)，或者插管的上部和下部均包括网。例如，在一些实施方案中，插管包括具有大约30纳米(nm)、大约40nm、大约50nm、大约60nm、大约70nm、大约80nm或大约90nm的网开口的网。在一些实施方案中，插管包括具有在大约50nm至1,000nm、大约50nm至200nm或大约60nm至150nm范围内的网开口的网。然而，本公开的系统和方法能够在相应装置内培养具有相对大质量(例如，具有大约500mm3至1,000mm3的体积的质量)的细胞。这种相对大质量允许系统培养具有生理相关物质的细胞以及在一个系统内培养多种细胞类型，而以前的系统只能培养球体物质或模型。
如图1A所示，装置100-1包括被配置来容纳插管122的孔120。培养基130通过装置的入口112被接收，流动通过孔120，至少部分地流动通过插管122，并且经由出口114离开。如图1A所示，装置100-1关于垂直轴对称，使得装置内的流动条件关于平面轴是均匀的。培养基的这种平面流动允许插管的细胞接收均匀且一致的营养浓度。
在一些实施方案中，本公开的装置包括设置在装置的孔上方的囊片。囊片被配置来将装置的至少一部分(例如，装置的孔)相对于外部环境密封(例如，防止培养基和/或细胞的污染)，并且因为在一些实施方案中，囊片可移除地联接至装置，有利于在装置内操作和观察插管(例如，插入插管、检查插管中培养的细胞、移除插管等)。在一些实施方案中，囊片由孔容纳(例如，囊片的一部分联接至孔的内边缘部分)。例如，在一些实施方案中，囊片包括被配置来接收孔的对应凸形部分的凹形部分。在一些实施方案中，装置的囊片和孔包括对应的螺纹部分，使得囊片和孔经由对应的螺纹部分的旋转运动来联接。然而，囊片和孔的联接优选使用防止培养基和细胞的污染同时还防止培养基从装置外部泄漏或防止液体进入装置的机构(例如，压配合、螺纹等)进行。
在一些实施方案中，囊片被配置来提供培养基通过装置的额外流动路径。例如，在一些实施方案中，囊片包括第二出口，其被配置来为装置内的培养基提供额外的流动路径以用于穿过。例如，在一些实施方案中，通过第一出口(例如，通道的出口)的培养基流被阻塞或阻止，使得通过装置的培养基从入口、通过孔并朝向囊片的第二出口流动。在一些实施方案中，培养基从入口、通过孔并朝向通道的第一出口和孔的第二出口流动。在一些实施方案中，培养基从入口、通过孔并选择性地朝向通道的第一出口和孔的第二出口之一或两者流动。这种选择性流动取决于系统的一个或多个泵提供的压力梯度(例如，联接至相应出口的泵的吸入压力)。在一些实施方案中，第一流入开口和第二流出开口各自包括紧固机构，其被配置来将微通道血管网络装置与泵可移除地联接。
在一些实施方案中，囊片的第二出口包括内径从第一直径减小到第二直径。因此，囊片的第二出口从在一些实施方案中近似等于孔的直径的第一直径减小到近似等于装置入口的内径的第二直径。在一些实施方案中，囊片的内径从第一直径到第二直径的减小是线性减小(例如，减小以线性斜率发生)。在一些实施方案中，减小是直径的离散(例如，突然或阶梯式)减小。然而，囊片出口的内径的减小集中(例如，会聚)通过装置的培养基的流动路径，同时维持其中的平面流动特征(例如，保持层流平面流动路径)。在一些实施方案中，囊片的第二出口包括与以上关于通道的入口和出口所描述的相同的联接机构(例如，母联接机构与对应的公联接机构)。
在一些实施方案中，所述系统包括一个或多个泵，其被配置来在系统内产生压差并提供通过系统的培养基流。例如，在一些实施方案中，泵设置在系统的上游，以便推动(例如，排放)或驱动培养基通过系统(例如，如图4A所示的系统)。在一些实施方案中，泵设置在系统的下游，以便通过拉动(例如，吸入)或抽吸培养基通过系统(例如，如图4B所示的系统)。例如，在一些实施方案中，泵设置在相应装置的通道出口的下游，这允许培养基被抽吸通过出口(例如，如图2的流动路径132-1所示)。在一些实施方案中，泵设置在相应装置的囊片的第二出口的下游，这允许培养基被抽吸通过囊片的第二出口(例如，如图2的流动路径132-2所示)。在一些实施方案中，第一泵设置在装置通道的出口的下游，并且第二泵设置在装置囊片的第二出口的下游。这种第一泵和第二泵配置允许培养基被抽吸通过通道出口和囊片的第二出口(例如，培养基从装置的入口流入并且从通道的出口和囊片的出口两者流出，如图2的流动路径132-1和132-2所示)。根据每个泵的配置，抽吸通过装置的每个出口的培养基流可以是均匀的(例如，通过两个出口的流速相同)或不均匀的(例如，通过装置的第一出口的培养基的第一流速和培养基的第二流速不同于通过装置的第二出口的培养基的流速)。在一些实施方案中，泵具有大约200千帕(kPa)或更小、大约100kPa或更小、大约90kPa或更小、大约80kPa或更小、大约70kPa或更小、或大约50kPa或更小的最大排放压力。在一些实施方案中，泵具有大约200千帕(kPa)或更小、大约100kPa或更小、大约90kPa或更小、大约80kPa或更小、大约70kPa或更小、或大约50kPa或更小的最大吸入压力。在一些实施方案中，泵是Welco WPM2泵(例如，由3-3-1Sumiyoshi-cho,Fuchu-shi,Tokyo 183-0034,Japan的Welco提供的Welco WPM2-P1EA-CP泵。
在一些实施方案中，所述系统包括被配置来至少操作所述系统的一个或多个泵的控制器。泵的操作包括控制每个相应泵的功率状态(例如，开启状态和关闭状态)以及由每个相应泵提供的流速(例如，控制每个相应泵的电机的转速)。泵的这种操作可以通过各种物理机构(诸如配置每个相应泵的流速的刻度盘)以及通过提供给控制器的指令进行。
如先前所述，在本公开的一些实施方案中，所述系统包括多于一个装置，以允许在系统内培养多于一种细胞。例如，在一些实施方案中，本公开的系统包括可以以各种配置设置的多个装置。在一些实施方案中，多个装置中的一个或多个装置与多个装置中的一个或多个相邻装置联接并连通(例如，所述装置是联接且流体连通的，使得系统的培养基从第一装置流向第二装置)。在一些实施方案中，系统的多个装置并联连接，使得第一装置的相应通道的出口与第二装置的相应通道的入口连通。类似地，在一些实施方案中，系统的多个装置串联联接，使得在每个装置中培养的相应细胞与多个装置中的另一个装置的细胞分离(例如，流动通过第一装置的培养基与流动通过第二装置的培养基分离)。同样，在一些实施方案中，系统的多个装置至少包括并联联接的装置的第一子集和串联联接的装置的第二子集。在相应系统内使用多于一个装置的实施方案允许在系统内培养多于一种类型的细胞和/或用于确定材料对培养细胞的功效。例如，供应和出口管线(例如，硅管)的网络可以被配置来串联连接多个孔，从而使系统能够模拟体内组织条件，其中营养物和废料浓度以递减或递增的梯度方式变化，就像跨越器官的空间维度一样。
此外，在一些实施方案中，所述系统包括一个或多个培养基储器。系统的一个或多个储器中的每个储器被配置来容纳培养基和/或系统的各种副产物(例如，废料，例如胆汁流出物，由维持在装置的孔内的各种细胞产生)的供应。例如，在一些实施方案中，系统的一个或多个储器包括容纳培养基的初始供应的第一储器(比如，图4的储器200-1)。在一些实施方案中，系统的一个或多个储器包括容纳已流动通过系统或系统的相应装置的培养基或废产物的收集的第二储器(例如，图2的储器200-2)。在一些实施方案中，系统形成闭合回路，使得储器被配置来容纳流动通过系统的过量培养基(例如，图4D的储器200)。
参考图16，示出了系统的一个实施方案，其中第一装置700-1和第二装置700-2并联联接。在图16中，虚线和箭头表示培养基130通过装置的流动路径。如图17所示，培养基130经由第一装置700-1的入口112-1接收，并且流动通过第一装置的孔120-1。培养基130被第一装置700-1的出口114-1接收，其进而经由第二装置700-2的入口112-2接收。一旦培养基130被第二装置700-2的孔120-2接收，则培养基的流动可以继续流向第二装置的出口114-2或流向第二装置的囊片的出口114-3，这取决于第二装置内的压力梯度。例如，在一些实施方案中，培养基130继续通过第二装置700-2的出口114-2，而由容纳在孔120-2内的细胞产生的废物经由流动通过第二装置的囊片的出口114-3从系统中去除。
参考图16，在一些实施方案中，装置的囊片经由O形环联接至孔。在一些实施方案中，囊片、孔或囊片和孔两者包括被配置来容纳O形环的凹槽。此O形环被配置来在囊片与相应装置的孔之间产生密封，从而确保空气或类似污染物不会进入系统和/或培养基不会泄漏到系统外，因此将系统与外部环境(例如，大气条件)隔离，并且保持装置内部环境的完整性。为了进一步确保系统与外部环境隔离，在一些实施方案中，与孔的至少一个壁接触的可移除囊片的每个表面包含疏水材料。在一些实施方案中，此包含疏水材料包括用疏水材料涂覆囊片的与孔的至少一个表面(例如，壁)接触的每个表面(例如，施加疏水材料的两个涂层)。例如，在一些实施方案中，疏水材料是由Vernon Hills,Illinois的
提供的
在一些实施方案中，O形环包含疏水材料(例如，疏水材料涂覆在O形环上)在一些实施方案中，O形环具有在0.3英寸(in)至0.7in、0.4in至0.6in、或0.4in至0.5in范围内的内径。在一些实施方案中，O形环具有0.489in的内径。在一些实施方案中，O形环具有在0.4in至0.8in、0.5in至0.7in、或0.6in至0.7in范围内的外径。在一些实施方案中，O形环具有0.629in的外径。
如先前所述，在一些实施方案中，本公开的系统用于培养细胞和/或对系统内培养的细胞进行生物实验。因此，在一些实施方案中，细胞培养插管包括有利于细胞培养的海绵或网。例如，在一些实施方案中，插管的海绵是1型胶原蛋白海绵，诸如由猪的真皮制备的胶原蛋白海绵。在一些实施方案中，细胞培养插管是凝胶泡沫，诸如圆柱形凝胶泡沫。在一些实施方案中，细胞培养插管是由New York City,New York的Pfizer提供的凝胶海绵。然而，在一些实施方案中，细胞培养插管涂覆有明胶。例如，在一些实施方案中，细胞培养插管涂覆有约2％明胶、约1.5％明胶、约1％明胶、约0.5％明胶、约0.2％明胶、约0.1％明胶或约0.05％明胶。
本公开的另一方面涉及提供培养细胞的方法。在一些实施方案中，所述方法利用如上所述的系统的实施方案。然而，所述方法包括在系统的一个或多个装置内接种待培养的多个细胞。在一些实施方案中，接种包括将插管设置在相应装置的孔内，其中插管容纳细胞。在一些实施方案中，接种包括将细胞悬浮在系统的培养基内，并且随后使培养基流动通过系统。
因此，所述方法还包括使培养基流动通过系统。在一些实施方案中，多个细胞在相应装置内以二维方式培养(例如，在插管的膜上培养)。在一些实施方案中，多个细胞在相应装置内以三维方式培养(例如，多个细胞被包埋在细胞支架装置内和/或包含例如悬浮在水凝胶中)。
在一些实施方案中，在将细胞接种到装置的孔中之前，多个细胞通常优选用于培养肝细胞，因为钙有助于将胆汁和其他类似产物分隔到由肝细胞形成的小管中。在一些实施方案中，多个细胞暴露于溶液，持续约20分钟的预定时间。本公开涵盖使用任何有益的暴露时间。例如，在一些实施方案中，预定时间为约10分钟。在一些实施方案中，预定时间为约15分钟。在一些实施方案中，预定时间为约25分钟。在一些实施方案中，预定时间为约30分钟。
在一些实施方案中，多个细胞以约1*102个细胞/平方厘米、约5*102个细胞/平方厘米、约1*103个细胞/平方厘米、约5*103个细胞/平方厘米、约1*104个细胞/平方厘米、约5*104个细胞/平方厘米、约1*105个细胞/平方厘米、约5*105个细胞/平方厘米、约1*106个细胞/平方厘米、或约5*106个细胞/平方厘米的密度接种在孔中。
在一些实施方案中，系统内的培养基的流动以约150微升/分钟(μL/min)、约200μL/min、约250μL/min、约300μL/min、约350μL/min、约400μL/min、约450μL/min、约500μL/min、约550μL/min、约600μL/min、约650μL/min、或约700μL/min的流速进行。通常，系统内的培养基的流动以模拟器官内的流体流动的流速进行，使得向系统的细胞提供足够的营养物和废物去除而不损害细胞。
现在已经描述了本公开的系统、装置和方法的各种实施方案的一般结构，现在将详细描述本公开的各种实例。
实例I–肝细胞的培养
系统的装置包括容纳在相应插管中的多个肝细胞。在引入培养基中之后，肝细胞将产生血液流出物和胆汁流出物。因此，泵联接至系统，使得装置的通道的出口被配置来接收血液流出物，而通道的出口被配置来接收胆汁流出物。这种配置允许对每个相应流出物进行各种实验和确定(例如，确定相应流出物是否会杀死或不杀死随后的细胞)。
实例II–接种细胞和装置的内部涂层
简要地参考图19，示出了在涂覆孔的侧壁中的各种实验的结果。在图19的实验中，将Hep G2细胞系以约3*105个细胞/立方厘米的密度接种并且在静态或动态条件中培养(例如，经受培养基流)。将细胞暴露于荧光素二乙酸酯(FDA)一小时以检测细胞内的极化。从装置的孔中捕获培养基的样品，其包括接种的细胞，以及从孔下方的装置的一部分(例如，装置的通道)中捕获培养基的样品。结果指示，与缺少Hep G2细胞的装置底部相比，趋势有利于装置上部(例如，孔的上部)中荧光的增加。为了增加在装置底部中的细胞接种，在接种细胞之前将0.1％的明胶涂覆到装置的相应表面。因此，如图19中测得的裂解所示，通过包括0.1％明胶涂层并以约1*104个细胞/立方厘米至约1*105个细胞/立方厘米的密度接种细胞来实现接种细胞的最佳密度。
实例III–接种参数
在一些实施方案中，在接种细胞之前，装置的囊片(例如，装置的顶端部分)是干燥的或预润湿的，其中囊片在接种之前经受培养基和/或明胶。类似地，在一些实施方案中，在接种之前，装置的孔的底端部分是干燥的或预润湿的。简要地参考图20、图21和图22，描绘了来自与接种细胞方案相关的各种实验的结果。这些图描绘了实验结果，其中圆柱形凝胶泡沫海绵负载有约1*106个Hep G2细胞。这些细胞在流速为约400μL/min的培养基流下继续培养三天或六天。另外，将细胞暴露于约3微克/毫升(μg/mL)的荧光素二乙酸酯，同时经受以上所述的流动。在八小时的时间段内，从细胞插管下方(例如，在孔的底端部分处的海绵下方)并且在穿过细胞插管之后(例如，在穿过装置的顶端部分处的海绵之后)捕获并测量培养基等分试样，其结果描绘在图20和图21中。如图20、图21和图22所示，在测定开始时，在插管下方和细胞内测量的荧光是近似相等的。在大约20分钟之后，细胞开始将FDA转化为荧光素。因此，在添加FDA之后测量了装置顶部与孔底部之间的统计差异，如图22所示。
简要地参考图23，在明胶涂覆的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)孔上测试约5*104个细胞/立方厘米的较低Hep G2接种密度。在约3天之后，与以约1*105个细胞/立方厘米的细胞密度接种的各个孔的90％汇合度相比，较低的接种密度为约80％汇合。在暴露于FDA或罗丹明之后的各个洗涤步骤期间，接种有较低细胞密度的每个孔都分离，而接种有较高细胞密度的孔保持附着。在此实验中，将细胞置于包含钙和镁的Hank平衡盐溶液(HBSS)中约20分钟，之后暴露在HBSS中的3μg/mL荧光素二乙酸酯或0.1mM罗丹明20min。在约20分钟之后，洗涤孔并在HBSS中成像约1小时。在两种情况下，在大多数细胞的边缘都可以观察到明亮的环，这指示裂解。这种暴露的变化导致细胞内裂解的荧光素定位于细胞的外边界。此外，这种变化允许更好地可视化培养中的细胞。
物质在微通道装置中扩散。使用具有不同分子量的两种分子作为物质：FITC-BSA(66500Da)和罗丹明B(479g/mol)。因此，将40μL的1.0wt％FTIC-BSA/Rho B溶液施加在水凝胶微通道装置的上表面上，并且在约0至30分钟之后用PBS洗涤3次以去除表面上的荧光溶液。使用荧光显微镜来观察水凝胶的横截面。模拟水凝胶微通道装置中的营养物质传输的扩散强度是组织工程材料的重要因素。与Rho B相比，FITC-BSA在水凝胶装置内显示更快的扩散，这表明66.5kDa的较大分子可以容易地传输到水凝胶装置中并通过水凝胶装置扩散。
因此，本公开的系统和方法提供了一种用于在一个或多个细胞培养装置内引导流动的手段。这些装置用于模拟体内细胞培养，并且能够培养大约1,000mm3体积的细胞。
为了在所附权利要求中便于解释和准确定义，术语“上面”、“下面”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“前”、“后”、“后面”、“向前”和“向后”用于参考附图中所示的此类特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
已经出于说明和描述的目的来呈现对本发明的的具体示例性实施方案的前述描述。前述描述并不希望为详尽的或将本发明限于所公开的精确形式，并且显然鉴于以上教导许多修改和变化是可以的。选择和描述示例性实施方案以便解释本发明的某些原理和其实际应用，进而使本领域的其他技术人员能够制作和利用本发明的各种示例性实施方案及其各种替代方案和修改。希望本发明的范围由此处附加的权利要求书和其等效物定义。
Claims (74)
1.一种制造微通道血管网络装置的方法，所述方法包括：
(A)基于多个设计标准确定微通道血管网络设计，其中所述微通道血管网络设计包括：
第一通道网络，
基于所述第一通道网络的第二微通道网络，和
用于在所述第一通道网络与所述第二通道网络之间提供流体连通的结构；
(B)在制造系统处以电子形式接收所述微通道血管网络设计，其中所述制造系统包括预聚物溶液；以及
(C)基于所述微通道血管网络设计，在所述制造系统处使用所述预聚物溶液形成聚合物材料的微通道血管网络装置，从而制造所述微通道血管网络装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定(A)还包括确定所述多个设计标准中与所述由所述预聚物溶液形成所述聚合物材料(C)相关联的一个或多个设计标准。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甘油癸二酸酯(PGS)、聚乳酸(PLA)、聚L-乳酸(PLLA)、聚D-乳酸(PDLA)、聚乙交酯、聚乙醇酸(PGA)、聚丙交酯-共-乙交酯(PLGA)、聚二氧环己酮、聚葡萄糖酸酯、聚乳酸-聚环氧乙烷共聚物、改性纤维素、胶原蛋白、聚羟基丁酸酯、聚羟丙酸、聚磷酸酯、聚(α-羟基酸)、聚己内酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酐、聚氨基酸、聚原酸酯、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、可降解的氨基甲酸酯、脂肪族聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、酰基取代的乙酸纤维素、不可降解的聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯咪唑、氯磺酰化聚烯烃、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、
尼龙硅和形状记忆材料诸如聚(苯乙烯-嵌段-丁二烯)、聚降冰片烯、水凝胶、金属合金、以及作为转换链段的低聚(ε-己内酯)二醇/作为物理交联剂的低聚(对聚二氧环己酮)二醇。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述聚合物是可生物降解的材料。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：
所述预聚物溶液包含光引发剂，并且
其中所述形成(C)包括将所述预聚物溶液暴露于紫外光，持续预定时间段。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述微通道血管网络装置的聚合物材料是透明的。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述结构包括：
与所述第一通道网络连通的第一端部，其中所述第一端部具有第一直径，
与所述第二通道网络连通的第二端部，所述第二端部具有第二直径，并且
其中所述结构的所述第一直径和所述第二直径限定了所述结构的内部过渡区域。
8.根据权利要求0所述的方法，其中所述第一直径不同于所述第二直径。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法0，其中：
所述第一直径为约992微米(μm)至约623μm，并且
所述第二直径为约832μm至约553μm。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中所述结构的所述内部过渡区域包括通过围绕所述结构的轴线使连续平滑曲线旋转而限定的内部表面。
11.根据权利要求0所述的方法，其中所述连续平滑曲线包括圆锥形、椭圆形或圆柱形。
12.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中所述结构的所述内部过渡区域包括通过单调函数限定的内部表面。
13.根据权利要求7-12中任一项所述的方法，其中所述结构的所述内部过渡区域具有约399μm至约701μm的对应长度。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述微通道血管网络装置的从第一端部至第二端部限定的长度为约15厘米(cm)至约7.5cm。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述多个设计标准包括一个或多个长度设计标准、一个或多个质量设计标准、一个或多个时间设计标准、一个或多个聚合物设计标准、一个或多个时间设计标准、一个或多个照度设计标准或其组合。
16.根据权利要求0所述的方法，其中所述确定(A)的所述多个设计标准中的所述一个或多个长度设计标准包括：
与所述微通道血管网络设计相关联的第一长度，
与所述微通道血管网络装置相关联的第二长度，并且
其中所述第二尺寸小于所述第一尺寸。
17.根据权利要求0所述的方法，其中所述第二长度基于所述第一长度、所述聚合物、所述制造系统或其组合。
18.根据权利要求0-17中任一项所述的方法，其中所述多个设计标准中的所述一个或多个聚合物设计标准包括基于所述聚合物的溶胀度选择所述形成(C)的所述聚合物。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，其中所述多个设计标准中的所述一个或多个长度设计标准包括所述微通道血管网络装置的长度分辨率。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的方法，其中所述多个设计标准中的所述一个或多个聚合物设计标准包括所述微通道血管网络装置的孔隙率。
21.根据权利要求0所述的方法，其中所述微通道血管网络装置的孔的中值尺寸为约19μm至约231μm。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的方法，其中所述制造系统利用增材制造方法用于所述形成(C)。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的方法，其中所述形成(C)形成具有阳模的微通道血管网络装置，从而在所述第一通道网络与所述第二通道网络之间形成空隙。
24.根据权利要求1-22中任一项所述的方法，其中所述形成(C)形成具有阳模的微通道血管网络装置，从而在所述第一通道网络与所述第二通道网络之间形成空隙。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法，其中所述增材制造方法选自由以下组成的组：粘合剂喷射、材料挤出、材料喷射、polyjet、粉末床、片材层压和vat光聚合。
26.一种阻止或停止微通道装置中的流动的方法，其中：
所述微通道装置包括第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道通过一个或多个结构互连，并且其中所述方法包括：
通过所述装置的第一通道灌注包含在溶液中的多个GelMA微凝胶的悬浮液，其中所述灌注所述溶液致使一个或多个GelMA微凝胶阻止或停止所述一个或多个结构中的至少一个中的流动。
27.根据权利要求0所述的方法，其中使用光掩模技术制造所述多个GelMA微凝胶。
28.根据权利要求0所述的方法，其中所述光掩膜技术包括：
将包含在缓冲溶液中的GelMA和光引发剂的预聚物溶液布置到其外边缘部分被垫片包围的第一载玻片上，并且其中在完成将所述预聚物溶液布置到所述第一载玻片上后，将第二载玻片设置在所述第一载玻片上方，从而形成包含结构；
在所述第二载玻片的顶部表面上设置光掩模；以及
将所述光掩模和所述包含结构暴露于紫外光，持续预定时间段，从而生成GelMA微凝胶。
29.根据权利要求0所述的方法，其中所述方法还包括拆卸所述包含结构以回收所生成的GelMA微凝胶，从而制造所述多个GelMA微凝胶。
30.根据权利要求0或29中任一项所述的方法，其中所述预聚物溶液包含：
约7％至约20％重量份的GelMA，和
约1％的光引发剂。
31.根据权利要求28-30中任一项所述的方法，其中形成具有约75％至约90％的甲基丙烯酰基取代度的预聚物溶液。
32.根据权利要求28-31中任一项所述的方法，其中所述透明件阵列是圆阵列，并且其中所述圆阵列中的每个圆具有约50微米(μm)至约650μm的直径。
33.根据权利要求28-32中任一项所述的方法，其中所述垫片具有约50μm至约550μm的厚度。
34.根据权利要求28-33中任一项所述的方法，其中在布置所述预聚物溶液之前，对于至少一个载玻片和/或垫片，所述方法还包括：
将约0.5wt％甲氧基聚乙二醇5000Si(mPEG5000-Si)、约1wt％乙酸和乙醇的储备溶液样品布置到所述至少一个载玻片和/或垫片上；
使所述至少一个载玻片和/或垫片在约70℃下经受温育，持续约30分钟，从而形成温育的载玻片和/或垫片；
将所述温育的载玻片和/或垫片浸没在去离子水中，从而形成浸没的载玻片和/或垫片；
对所述浸没的载玻片和/或垫片进行超声处理，持续预定时间段，从而形成超声处理的载玻片和/或垫片；以及
干燥所述超声处理的载玻片和/或垫片，从而形成制备好的载玻片和/或垫片。
35.根据权利要求28-34中任一项所述的方法，其中所述预定时间段小于或等于约30秒。
36.根据权利要求28-35中任一项所述的方法，其中所述紫外光具有：
约360纳米(nm)至约480nm的波长，以及
约12.4毫瓦/立方厘米的强度。
37.根据权利要求28-36中任一项所述的方法，其中所述回收所述GelMA微凝胶包括：
将所述生成的GelMA微凝胶转移到矿物油浴中，以及
搅动所述矿物油浴。
38.根据权利要求28-36中任一项所述的方法，其中所述回收所述GelMA微凝胶包括：
(a)将所述生成的GelMA微凝胶浸没在氢氧化钠溶液中；
(b)将(a)的所述GelMA微凝胶浸没在乙醇溶液中；以及
(c)对(b)的所述GelMA微凝胶进行超声处理，持续第三预定时间段。
39.根据权利要求26-38中任一项所述的方法，其中使用微流体工艺制造所述多个GelMA微凝胶。
40.根据权利要求26-39中任一项所述的方法，其中所述多个GelMA微凝胶中的一个或多个GelMA微凝胶形成为球体。
41.根据权利要求26-40中任一项所述的方法，其中所述一个或多个结构呈截锥体形状。
42.根据权利要求26-41中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：
在通过所述装置的所述第一通道灌注所述多个GelMA微凝胶和所述第一溶液的悬浮液之后，在所述装置的所述第二通道中施加流体流动，从而在所述装置的所述第一通道与所述第二通道之间产生压差。
43.一种控制通过微通道血管网络装置的流动的生物反应器系统，所述生物反应器系统包括：
一个或多个处理器；
耦合至所述一个或多个处理器的存储器，
耦合至所述存储器和所述一个或多个处理器的控制器
所述微通道血管网络装置包括：
包括第一流入开口和第一流出开口的入口通道，
被配置来容纳细胞培养插管的孔，所述孔包括：
与所述第一流出开口连通的入口，
设置在所述细胞培养插管下方并与出口通道的第二流入开口连通的出口，并且
所述出口通道包括所述第二流入开口和第二流出开口；以及
联接至所述微通道血管网络装置并被配置来基于由所述控制器提供的一个或多个指令促进流体通过所述微通道血管网络装置从所述入口通道流动通过所述出口通道的泵。
44.根据权利要求0所述的生物反应器系统，其中所述生物反应器系统还包括设置在所述细胞培养插管上方并且可移除地联接至所述微通道血管网络装置的囊片。
45.根据权利要求0所述的生物反应器系统，其中所述装置的所述囊片包括第二出口。
46.根据权利要求44或45中任一项所述的生物反应器系统，其中所述囊片成形为倒置漏斗。
47.根据权利要求44-46中任一项所述的生物反应器系统，其中所述囊片经由O形环联接至所述孔。
48.根据权利要求44-47中任一项所述的生物反应器系统，其中与所述孔的至少一个壁接触的所述囊片的每个表面包含疏水材料。
49.根据权利要求0所述的生物反应器系统，其中所述O形环包含疏水材料。
50.根据权利要求43-49中任一项所述的生物反应器系统，其中所述细胞培养插管是海绵或网。
51.根据权利要求43-50中任一项所述的生物反应器系统，其中所述细胞培养插管涂覆有明胶。
52.根据权利要求43-51中任一项所述的生物反应器系统，其中所述生物反应器系统包括：
多个微通道血管网络装置，其串联连接并且彼此流体连通，使得所述多个微通道血管网络装置中的第二微通道血管网络装置的相应入口通道联接至第一微通道血管网络装置的相应出口通道。
53.根据权利要求43-52中任一项所述的生物反应器系统，其中所述生物反应器系统包括：
多个微通道血管网络装置，其中所述多个微通道血管网络装置并联连接，使得所述多个微通道血管网络装置的每个微通道血管网络装置联接至所述泵。
54.一种在微通道血管网络装置中培养多个细胞的方法，所述方法包括：
(A)基于候选受试者制备微通道血管网络装置，从而形成制备好的微通道血管网络装置，其中所述制备好的微通道血管通道装置包括：
第一通道网络，和
第二通道网络；
(B)基于所述候选受试者在所述制备好的微通道血管装置中接种用于培养的所述多个细胞，从而形成多个种子细胞；以及
(C)使用联接至所述制备好的微通道血管网络装置的生物反应器系统，使包含所述多个种子细胞的培养基流动通过所述制备好的微通道血管网络装置，从而在所述微通道血管网络装置中培养所述多个细胞。
55.根据权利要求0所述的方法，所述制备(A)还包括制备用于所述接种(B)的所述多个细胞。
56.根据权利要求0所述的方法，其中所述制备(A)所述多个细胞包括将所述多个细胞暴露于包含钙和镁的溶液。
57.根据权利要求0所述的方法，其中所述多个细胞暴露于所述溶液的时间为约15分钟至约25分钟。
58.根据权利要求54-57中任一项所述的方法，其中所述制备(A)所述微通道血管网络装置包括对所述微通道血管网络装置的表面进行修饰。
59.根据权利要求0所述的方法，其中所述微通道血管网络装置的所述表面修饰是化学表面修饰。
60.根据权利要求0所述的方法，其中所述化学表面修饰包括在所述微通道血管网络装置的所述表面上形成肽缀合。
61.根据权利要求0所述的方法，其中所述肽缀合是精氨酰甘氨酰天冬氨酸肽。
62.根据权利要求58-61中任一项所述的方法，其中所述微通道血管网络装置的所述表面修饰是机械表面修饰。
63.根据权利要求0所述的方法，其中所述机械表面修饰包括将涂层施加至所述微通道血管网络装置的所述表面。
64.根据权利要求0所述的方法，其中所述涂层包含胶原蛋白、纤连蛋白、明胶、GelMA、PEGdA、PLL或其组合。
65.根据权利要求0或64中任一项所述的方法，其中所述涂层包含：
约8％至约12％的第一重量百分比(wt％)的PEGdA，和
约0.5％至约7％的第二wt％的GelMa。
66.根据权利要求0所述的方法，其中：
PEGdA的所述第一wt％是10％，并且
GelMA的所述第二wt％是约1％至约5％。
67.根据权利要求63-57中任一项所述的方法，其中所述涂层包括：
包含PEGdA、PPL、GelMA或其组合的第一涂层，所述第一涂层具有第一上表面和第一下表面；
包含胶原蛋白或明胶的第二涂层，所述第二涂层具有第二上表面和第二下表面；并且
其中：
所述第一下表面与所述微通道血管网络装置的所述表面相邻，并且
所述第二下表面所述第一上表面相邻。
68.根据权利要求54-67中任一项所述的方法，其中所述接种(B)包括将所述多个细胞封装在所述培养基中。
69.根据权利要求0所述的方法，其中：
所述培养基包含光引发剂，并且
在所述封装所述多个细胞之前，所述接种(B)还包括将所述培养基和所述多个细胞暴露于紫外光，持续预定时间段。
70.根据权利要求0或69中任一项所述的方法，其中所述培养基具有约5μm至约15μm的厚度。
71.根据权利要求54-70中任一项所述的方法，其中所述接种(B)的所述多个种子细胞的密度在1*104个细胞/平方厘米至1*105个细胞/平方厘米之间。
72.根据权利要求54-71中任一项所述的方法，其中所述流动(C)的流速为约375微升(μL)/分钟至约425μL/分钟。
73.根据权利要求54-72中任一项所述的方法，其中在所述流动(C)之前，所述制备好的微通道血管网络装置的一部分处于干燥状态或润湿状态。
74.根据权利要求54-73中任一项所述的方法，其中在所述流动(C)之前，所述制备好的微通道血管网络装置的所述部分是所述微通道血管网络装置的下端部分。
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