CN114514310A - 用于生物制剂的高级培养的微流体装置 - Google Patents

用于生物制剂的高级培养的微流体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114514310A
CN114514310A CN202080064852.0A CN202080064852A CN114514310A CN 114514310 A CN114514310 A CN 114514310A CN 202080064852 A CN202080064852 A CN 202080064852A CN 114514310 A CN114514310 A CN 114514310A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamber
membrane
microfluidic device
hole
partition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080064852.0A
Other languages
English (en)
Inventor
C·乔丹诺
M·T·雷蒙迪
L·伊佐
M·拉加纳
D·阿尔巴尼
P·佩特里尼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Politecnico di Milano
Original Assignee
Politecnico di Milano
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politecnico di Milano filed Critical Politecnico di Milano
Publication of CN114514310A publication Critical patent/CN114514310A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/10—Perfusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5085—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above for multiple samples, e.g. microtitration plates
    • B01L3/50853—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above for multiple samples, e.g. microtitration plates with covers or lids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L9/00—Supporting devices; Holding devices
    • B01L9/52—Supports specially adapted for flat sample carriers, e.g. for plates, slides, chips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/58—Reaction vessels connected in series or in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/04—Filters; Permeable or porous membranes or plates, e.g. dialysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/02—Electrical or electromagnetic means, e.g. for electroporation or for cell fusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/46—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of cellular or enzymatic activity or functionality, e.g. cell viability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0621—Control of the sequence of chambers filled or emptied
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0642—Filling fluids into wells by specific techniques
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic

Abstract

本申请涉及一种用于生物制剂的培养的微流体装置，所述微流体装置包括：主体(11)，所述主体包括在所述底部处封闭的至少第一孔(40)；分隔件(35)；固定到所述分隔件(35)的膜(36)；塞(15)，所述塞封闭所述第一孔(40)；所述分隔件(35)设计成放置在所述第一孔(40)中；所述分隔件(35)能够从所述第一孔(40)中取出；所述膜(36)将所述第一孔(40)分为上半室和下半室；一对用于灌注所述下半室的管(25)；一对用于灌注所述上半室的管(26)；第一滑动件(22)，所述第一滑动件居中地放置在所述塞(15)上；第二滑动件(42)，所述第二滑动件居中地放置在所述第一孔(40)中；圆筒形本体(41)，所述圆筒形本体从所述第一孔(40)升起，所述第二滑动件(42)放置在所述圆筒形本体(41)的顶部上；所述圆筒形本体(41)具有与所述圆筒形本体(41)同轴的第二孔(43)。

Description

用于生物制剂的高级培养的微流体装置
技术领域
本发明涉及用于生物制剂的高级培养的微流体装置。
背景技术
存在用于细胞培养的装置，诸如具有独立灌注室的模块化生物反应器，其中每个灌注室均是独立的并且像灌注回路一样与其他灌注室分隔开，但同时又能够通过旁路连接。这些灌注室在光学上是可访问的并允许通过标准且共焦的光学显微镜在相衬白光下和荧光灯下检查细胞培养。
上述装置在同一申请人名下的专利申请WO2017/199121中有描述。
在文献WO2017/091718中描述了另一种类似的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于生物制剂的高级培养的微流体装置，该微流体装置具有比已知技术中的那些微流体装置更大的模块化。
另一个目的是提供一种更易于使用的装置。
又一个目的是提供一种制造简单的装置。
根据本发明，这些目的和其他目的仍然通过根据权利要求1所述的用于生物制剂培养的微流体装置来实现。
在从属权利要求中描述本发明的其他特征。
与已知技术的解决方案相比，该解决方案的优点很多。
本发明包括一种密封装置，所述密封装置用于在悬浮液和粘附物中、以2D或3D灌注培养细胞或细菌，以用于产生含有源自细胞(例如微/纳米囊泡)或生物分子(例如蛋白质或分离的DNA)或甚至具有生物活性的化合物(例如药物)的部分的灌注溶液。
该装置由主系统组成，该主系统由相互独立的不同培养/稀释室组成，这些培养/稀释室是可取出的并制成为具有不同的直径/尺寸。可取出性实现在膜的两侧上易于接种细胞，并且实现通过用新的培养室替换用过的培养室并再次对所得的装置进行消毒来重复使用该装置的主体的可能性。
培养/稀释室具有将其分成两个半室的膜，所述膜为渗透类型、具有不同孔隙率的半渗透类型或非渗透类型的且由不同的材料组成，所述材料诸如为聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(TEFLON)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、醋酸纤维素、聚酯、聚苯乙烯和尼龙等。
两个半室可通过适当地选择膜的材料和孔隙率而相互连接或彼此独立。
可以在位于培养室中的膜的一侧或两侧上产生细胞培养物。
该装置可通过相衬的、普通的和倒置的、在白光和荧光灯下的标准光学显微镜以及通过共聚焦显微镜进行光学访问。因此，该装置允许通过使用上述显微镜技术检查两个室中的细胞培养，而不会中断培养本身。光学可访问性允许该装置与任何类型的光学传感器一起使用，所述光学传感器诸如为用于测量pH值、氧气、二氧化碳的传感器，并且光学可访问性允许测量灌注溶剂中的溶质浓度。
该装置可以制造成不存在电极和存在电极，该电极可用于在一种不会损害光学可访问性的构造中测量与细胞和细菌行为相关的电参数并用于电刺激包含在每个培养室中的细胞或细菌的培养物，从而保证与培养室内容物接触的表面宽。电极可以通过激光切割而从合适的金属板方便且经济地获得，例如，所述金属板由厚度为从0.05mm至0.2mm的不锈钢或贵金属制成。
由于几个方面，该装置是模块化的。
a)灌注培养室的几何形状，灌注培养室也可以以不同尺寸制造，并且可以单独地或通过位于培养室本身中的分离膜相接地在悬浮液中、以单层(2D)、凝胶(3D)或三维介质(3D)容纳细胞和细菌两者。
b)灌注室的数量，每个灌注室像灌注回路一样与其他灌注室独立，但同时又能够通过旁路相互连接。
c)打开/关闭机构，这是因为每个灌注室均具有自己的可独立于其他灌注室操作的盖。
特别地，多个装置可以通过创建多装置平台而相互连接，该多装置平台能够以上述构造对于悬浮液以及以2D或3D生长的粘附细胞同时地接受细胞和细菌培养的不同类型或包含细胞/细菌衍生物(即化学合成分子)的类型并且使它们一起相互作用。
该装置和由此产生的多装置平台可以在标准液体培养条件下、以悬浮液和以2D以及在适当的基质中以3D栽培、以类似于该装置的培养室的几何结构直接地或通过用于生产细菌培养物的专用系统而与液体细菌培养系统相连接。
d)膜支撑系统，其可从装置中取出和可操作。该特征使得可能使用已建立的常规技术在装置外进行细胞接种操作和/或进行化验和测量。可取出的膜支撑系统还可能通过简单地改变所用膜外壳的类型，甚至通过使用市售的无菌且适用于细胞培养的插入件来快速改变灌注室的几何形状。这种高度模块化系统的优点是甚至通过使用装置的相同的基本主体和/或无需完全重新组装整个实验装置就可能在每个室中设置不同的实验条件。
e)以双层密封为特征的系统，该双层密封设计用于隔离膜两侧上的两条流体路径并防止液体泄漏到室外。
f)用于塞的防提升安全系统，该防提升安全系统由螺钉或其他固定装置组成，这使防提升安全系统即使在高压/高容量下也可操作。该防提升安全系统使得安全地使用该装置甚至很长一段时间，并且可以对显微镜检查进行频繁处理，即当稳定地安装在配备有细胞培养箱的显微镜内时对显微镜检查进行频繁处理。
该装置可用于生物、医学、生化和化学、药理学和毒理学领域内的生物活性分子的研究和分析。通常，该装置可以应用于所有那些已知或仍未知的情况，其特征是需要在膜两侧(或无孔隔膜的表面)灌注且含有活性生物物质的两种液体(相同或不同)之间的相互作用之后光学检查和/或电刺激和/或电测量生物参数，该活性生物物质来源于生命系统或具有化学性质的那些活性生物物质，在该装置上可以或者不可以放置膜或隔膜、(粘附或铺设的)第三种元件。
附图说明
根据对在附图中以非限制性示例的方式示出的实际实施例的以下详细描述，本发明的特征和优点将变得显而易见，其中：
图1以俯视透视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置；
图2以从仰视透视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置；
图3以俯视透视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置，但没有塞；
图4以俯视透视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置，但没有塞且没有分隔件；
图5以透视剖视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置；
图6以剖视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置的室；
图7以俯视透视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置的塞；
图8以从仰视透视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置的塞；
图9以透视剖视图示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置的分隔件；
图10示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置的第一电极；
图11示出了根据本发明的用于生物制剂的高级培养的微流体装置的第二电极；
图12以透视剖视图示出了根据本发明的第一变体的用于生物制剂的高级培养的微流体装置；
图13以透视剖视图示出了根据本发明的第二变体的用于生物制剂的高级培养的微流体装置；
图14以透视剖视图示出了根据本发明的第三变体的用于生物制剂的高级培养的微流体装置。
具体实施方式
参照附图，根据本发明的用于细胞培养的装置10包括主要的矩形主体11，主体具有平面的总体尺寸，使得它可以容纳在用于标准且共焦的显微镜的滑动件支架中(例如：长度为从60mm到80mm，宽度为从20到30mm，优选地，长度为68mm，宽度为25mm)。
如图所示，主体11包括具有独立的液压回路的三个室12、13和14。
室的数量可以根据需要而从一个变化到多个。
三个室12、13和14均设置有椭圆形的细长塞15，该塞15到达主体11的边缘。凹部16布置在主体11的边缘上，塞15的端部定位在该凹部16中，以具有用于正确定位塞15本身的引导部。
塞15优选地包括置于端部处的两个通孔17，以通过螺钉将塞牢固地固定在主体11上。可替代地，可以使用用于将塞15固定到主体11的其他部件(例如钩或压力系统)。
塞15具有基本平坦的上部部件20和圆筒形的下部部件21。
优选圆形的滑动件22固定在塞15的上部中心部件上，其允许对室内部进行完整观察，以供与显微镜一起使用。
O形密封圈23布置在下部部件21外部。
在主体11下方，可以看到用于每个室的两对管，所述两对管垂直于主体11突出并且更具体地从主体11的为室12-14提供了空间的下部扩大部24退出。
具有入口管和出口管(我们将在下文中定义)一对内管25用于第一半室，具有入口管和出口管的一对外管26用于第二半室。
可以在主体11上看到螺纹孔30，该螺纹孔30对应于用于通过螺钉27将塞15固定到主体11上的孔17。
一旦移除塞15，就可以看到分隔件35，所述分隔件35允许将室12-14中的每一个分成两个半室。
分隔件35具有在底部处开口而在顶部部由膜36封闭的中空圆筒形形状，以形成在顶部处由膜36封闭的翻转的眼镜形状。
膜36将上半室与下半室分开。
膜36可以如图3和图9所示的放置(胶合)在分隔件35的顶部处，但可以如图5和图6所示放置在分隔件35内部的位置处，特别是放置在距分隔件35的顶部预定距离处。
特别地，如果膜36放置在分隔件35的顶部处，则上半室为0.3mm高。在膜36的其他定位的情况下，分隔件35由具有预设高度的两个部分形成。膜36被胶合到分隔件的下部部分上，然后胶合分隔件的上部部分，从而将膜定位在期望的高度处并获得具有预定高度的两个半室。
膜36的定位允许增加或减小上半室的体积并因此减小或增加下半室的体积。
O形密封圈37放置在分隔件35内部，优选放置在与膜36间隔开的位置处。
当分隔件35被移除时，可以在主体11中看到用于室的预先布置的区域。
对于每个室12-14，在主体11中有在底部处封闭的孔40。圆筒形本体41在孔40的中心处并与孔同轴地突出。优选地，圆形滑动件42放置在圆筒形本体41的顶部处，其允许对室内部进行完整观察，以供与显微镜一起使用。
如果用于制造该装置的材料是透明的，则可省略滑动件42。
圆筒形本体41的内部是中空的并形成与圆筒形本体41同轴的孔43，该孔43在底部处开口且在顶部处由滑动件42封闭。
孔43允许在显微镜的光路中有更少的材料，从而允许更好地观察半室的内部。
包括膜36的分隔件35在圆筒形本体41上方设置到位。
分隔件35只能通过打开塞15并将塞拉出而从其位置中取出，以及通过将其插到圆筒形本体41的顶部来将其重新设置到位。
成对的管25和26在侧向上与孔43对准并且横向于主体11。
该装置优选包括两个导电电极，每个半室有一个导电电极。
电极既可用于测量电参数又用于电刺激包含在每个培养室中的培养物，例如，用于测量跨上皮/跨内皮电阻，用于确定离子电流开始通过细胞膜，可用于生理和神经生物学研究或用于诱导组织收缩，可用于模拟肌肉收缩(诸如蠕动)。
用于下半室的电极50具有主要的圆形冠状体51以及用于电连接的两根杆52，两根杆52从圆形冠状体51延伸并面朝下。
电极50放置在圆筒形本体41的上方并且圆形冠状体51在滑动件42的外部且在下半室的区域中。两根杆52在底部处从主体11突出(扩大部24)。
用于上半室的电极55具有主要的圆形冠状体56，具有从圆形冠状体延伸的用于方便定位的一些杆57以及比前面的杆长的用于电连接的杆58。
电极55在塞15上放置壳体中，圆形冠状体56在滑动件22的外部且在滑动件22下方，使得它位于上半室的区域中。
电极50和55具有主要的圆形冠状体，因此具有不损害光学可访问性的中心孔。
每个半室均被密封和隔离并且仅通过成对的管25和26与外部连通。只有膜36的类型决定了两个半室之间的渗透性。例如，可能插入由聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、醋酸纤维素、聚酯、聚苯乙烯、尼龙制成的具有预定义孔隙率的膜。
分隔件35的内部密封件37与圆筒形本体41的外侧面干涉并封闭下半室，该下半室在顶部处由膜36界定，在底部处由滑动件42界定，在侧面处由分隔件35界定。
塞15的外部密封件23与孔40的内侧面干涉并封闭上半室，所述上半室在顶部处由滑动件22界定，在底部处由膜36界定，在侧面处由塞15的下部部件21或分隔件35界定。
从孔40中伸出的圆筒形本体41形成围绕圆筒形本体41的基部45，该基部45具有圆形冠状形状，其用作塞15(下部部件21)和分隔件35的基部两者的下部参考抵接部。
因此，在打开塞15和取出分隔件35之后，在它们必须再次插入时，两者都正确地定位在原来的位置中。
通过成对的管25和26进行室的灌注。
上半室使用最外面的一对管26。它们固定在主体11的孔60中并到达基部45，且与并排布置分隔件35和塞15位置处的线对齐。
在分隔件35和塞15之间，预先布置了到达上半室的通道。该通道是一对预先布置在塞15的内侧壁上的槽61，以便于上半室内的流入，该槽还部分地在塞15的上内壁上延续，直到它到达滑动件22和/或电极55。
该流体路径也可以通过连接到塞并与塞成一体的金属管方便地形成，并且一旦组装好该装置，金属管便靠近或更好地直接接合在管26的内腔中。
下半室使用最里面的一对管25。所述最里面的一对管25与分隔件35的内壁并排地固定在孔65中，且在分隔件35的外边缘和滑动件42之间到达通孔66。
如果存在电极50，则它在通孔66处具有斜面67以允许灌注流动。
可以根据需要在装置中存在或不存在由导电材料制成的电极50和55。
在该装置的一个实施例中，主体11的尺寸为25×68mm，半室(上半室和下半室)的平均直径包含在5mm和12mm之间(优选10mm)，深度包含在0.3mm和1.8mm之间(上半室优选为0.3mm，下半室优选为1.8mm)。在这种情况下，膜36已放置在分隔件35上方。装置10可用于培养源自活生物体的细胞，该活生物体包括在悬浮液和粘附物中、以2D和在适当的聚合物介质和基质中以3D寄主的永生化型(即，能够在培养中无限复制)和原代型(即，在培养中有有限的复制能力或没有复制能力)的活生物体。它还可以适用于培育源自细胞(例如微泡或特定的细胞器)的部分，以及用于细菌或含有化学分子(包括药物)的溶液。
它还可以用于组合在一个半室中的培养物(例如，神经元或内皮细胞或特定细菌，所述特定细菌诸如为在肠道微生物群中单独生长或共培养的细菌)和在另一半室中的培养物(例如，星形胶质细胞或血细胞或肠道内皮细胞)，以分析它们的相互作用如何具有生理或病理相关性。
根据本发明的第一变体，该装置现在被显示为单个装置，但可以如在前面的情况中那样被构造为具有放置在单个主体中的两个或更多个装置。
在这种情况下，单个装置70具有大致圆形的主体71，并且包括可取出的分隔件72，该分隔件72由圆盘形成，在其底部固定有膜73，该膜73将主体71分成两个半室，一个上半室和一个下半室。分隔件72在插入主体71中时搁置在布置在主体71本身中的边缘上。
在主体71内部形成的灌注通道74和75在侧面处进入两个半室并且平行于膜。连接管(未显示)可能应用于灌注通道74和75。
装置70可以单独使用，也可以与装置10组合使用。
特别地，可能在装置70中培养：放置在半室中由发酵罐供给的细菌培养物或在合适容器中的细菌培养物，该合适容器还可能连接到允许聚合物基质中细菌混合的混合装置，使得例如在以3D进行细菌培养的情况下模拟肠道粘液；所得到的分泌组，即由得到的培养物产生的一组分子，通过膜转移到另一个半室中并被送到装置10的一个或多个室中，以验证产生的分子在生理或病理条件下对特定器官和生物系统的影响，该生理或病理条件包括但不限于：肠内皮：肝；免疫系统；血-脑屏障；脑。在这种情况下，多孔膜与分子裂开一起使用，其允许物质通过但不允许细胞通过(在细菌和分泌组之间通常为1微米，而寄主细胞培养物的其他半室为0.4微米)。
根据本发明的第二变体，下半室的灌注如前所述从来自下方并放置在装置内部的管82进行，而上半室的灌注通过放置在塞84中的管83进行。半室被由小的圆筒形元件80支撑的膜81间隔开，其也可以是已经市售类型的。例如，可能使用与Greiner Bio-OneInternational GmbH生产的Transwell型细胞培养插入件兼容的室，该室具有半透明膜和透明膜。
根据本发明的第三变体，下半室的灌注通过置于装置下方的管90进行，上半室的灌注通过置于塞中的管91进行，并且两个半室由支撑膜93的分隔件92间隔开。
所有部件均由塑料和弹性体材料制成，并设计为通过注塑成型塑料材料或可在工业规模上应用的其他制造方法制造。
根据需要和现有技术的状态所使用的材料以及尺寸和形状可以是任何类型的。例如，室和所有所连接的元件都制成圆形形状，但没有什么能阻止它们制成其他形状(诸如方形或椭圆形)。
在另一个可能的实施例中，该装置由可被分成单独的具有插入件和膜的室制成，该插入件和膜是可商购的并且已经在生物领域用于细胞培养。根据上述通道的构造和装置的可能组合，这些室的下部部分和上部部分都包含合适的垫圈(例如OR)，以便与商购的插入件相互作用并保证足够的液压密封性，以能够灌注膜的两侧。这些单独的室还设有经由螺钉或其他机械部件连接的连接部，其适合于避免室在由灌注流体施加的压力下分开。如之前针对装置的其他构造所述地，这些单独的室是光学可访问的。这些单独的室可以插入合适的壳体中，该壳体可以包含多个室并且可以容纳在显微镜中，该显微镜适用于通过在每个室中获得的光学通道来检查灌注的培养物。如之前针对装置的其他构造所述地，这些单独的室可以容纳电极，并且还可以以串联和并联构造易于相互连接或连接到其他毫流体装置或微流体装置。
如此构思的装置易于进行多种修改和改变，都落入本发明构思的范围内；此外，所有细节都可以用技术上等效的元件代替。

Claims (11)

1.一种用于生物制剂的培养的微流体装置，所述微流体装置包括：主体(11)，所述主体包括在所述底部处封闭的至少第一孔(40)；分隔件(35)；固定到所述分隔件(35)的膜(36)；塞(15)，所述塞封闭所述第一孔(40)；所述分隔件(35)设计成放置在所述第一孔(40)中；所述分隔件(35)能够从所述第一孔(40)中取出；所述膜(36)将所述第一孔(40)分为上半室和下半室；一对用于灌注所述下半室的管(25)；一对用于灌注所述上半室的管(26)；第一滑动件(22)，所述第一滑动件居中地放置在所述塞(15)上；第二滑动件(42)，所述第二滑动件居中地放置在所述第一孔(40)中；圆筒形本体(41)，所述圆筒形本体从所述第一孔(40)升起，所述第二滑动件(42)放置在所述圆筒形本体(41)的顶部上；所述圆筒形本体(41)具有与所述圆筒形本体(41)同轴的第二孔(43)。
2.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述膜(36)在可渗透膜、防水膜或半渗透膜之间选择。
3.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述膜(36)由以下材料中的一种或多种制成：聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚四氟乙烯(TEFLON)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、醋酸纤维素、聚酯、聚苯乙烯、尼龙。
4.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述膜(36)放置在所述分隔件(35)的顶部处。
5.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述膜(36)放置在距所述分隔件(35)的顶部预定距离处。
6.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述微流体装置包括用于所述下半室的第一导电电极(50)，所述第一导电电极具有主要的圆形冠状体。
7.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述微流体装置包括用于所述上半室的第二导电电极(55)，所述第二导电电极具有主要的圆形冠状体。
8.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述上半室与所述下半室流体动力学地隔离，仅膜的类型决定所述上半室与所述下半室之间的渗透性。
9.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述分隔件(35)具有在底部处开口且在顶部处由膜(36)封闭的中空圆筒形形状。
10.根据权利要求1所述的微流体装置，其特征在于，所述圆筒形本体(41)具有圆形冠状形状的基部(45)，所述基部用作所述塞(15)和所述分隔件(35)两者的下部参考抵接部。
11.根据权利要求1所述的生物制剂的培养的微流体装置用于细胞培养中的用途，所述细胞培养为在悬浮液和粘附物两者中、以2D或3D培养的永生化型或原代型细胞或细菌的细胞培养，以产生包含源自细胞(例如，微泡或细胞器)或生物分子(例如，蛋白质或分离的DNA)或甚至生物活性分子(例如药物)的部分的灌注溶液。
CN202080064852.0A 2019-09-16 2020-09-08 用于生物制剂的高级培养的微流体装置 Pending CN114514310A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102019000016376 2019-09-16
IT102019000016376A IT201900016376A1 (it) 2019-09-16 2019-09-16 Dispositivo millifluidico per colture avanzate di agenti biologici
PCT/IB2020/058339 WO2021053458A1 (en) 2019-09-16 2020-09-08 Millifluidic device for advanced cultures of biological agents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114514310A true CN114514310A (zh) 2022-05-17

Family

ID=69375733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080064852.0A Pending CN114514310A (zh) 2019-09-16 2020-09-08 用于生物制剂的高级培养的微流体装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20220340854A1 (zh)
EP (1) EP4031646A1 (zh)
JP (1) JP2022549094A (zh)
CN (1) CN114514310A (zh)
AU (1) AU2020349664A1 (zh)
CA (1) CA3150446A1 (zh)
IT (1) IT201900016376A1 (zh)
WO (1) WO2021053458A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017091718A1 (en) * 2015-11-24 2017-06-01 Vanderbilt University Multicompartment layered and stackable microfluidic bioreactors and applications of same
EP2913389A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-02 Institut d'Investigacions Biomédiques August Pi i Sunyer Bioreactor for cell co-culture
ITUA20163336A1 (it) 2016-05-11 2017-11-11 Fincantieri Spa Metodo di clorazione dell’acqua potabile su una nave, in particolare una nave passeggeri

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022549094A (ja) 2022-11-24
CA3150446A1 (en) 2021-03-25
EP4031646A1 (en) 2022-07-27
AU2020349664A1 (en) 2022-03-31
IT201900016376A1 (it) 2021-03-16
WO2021053458A1 (en) 2021-03-25
US20220340854A1 (en) 2022-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10464064B1 (en) Multicompartment layered and stackable microfluidic bioreactors and applications of same
KR101717814B1 (ko) 세포 배양 삽입구
CN107980057B (zh) 用于体外3d细胞培养实验的微流控装置
JP5881621B2 (ja) 動的細胞培養のマルチリアクタボックス
EP3380240A1 (en) Multicompartment layered and stackable microfluidic bioreactors and applications of same
US11680241B2 (en) Perfusion enabled bioreactors
US7897377B2 (en) Cell- and tissue culture device
WO2017062609A1 (en) Multiwell culture devices with perfusion and oxygen control
EP3749335A1 (en) Perfusion enabled bioreactors
CN114514310A (zh) 用于生物制剂的高级培养的微流体装置
WO2018106132A1 (en) Microfluidic device for cell culture in gradient of bioactive substance
CN111500445A (zh) 一种高通量的多器官芯片及其使用方法
KR102429707B1 (ko) 삼투압펌프를 이용한 세포배양액 자동 공급 장치
US20170158999A1 (en) Modular bioreactor for culture of biopaper based tissues
JP7071597B2 (ja) 多孔膜の透過性の評価方法、細胞の評価方法及び薬剤の評価方法
CN219174512U (zh) 一种插件式组织培养芯片
WO2022019739A1 (es) Inserto basado en una plataforma de órgano en chip resellable
EP3854868A1 (en) Microfluidic device for analyzing a membrane
WO2022116406A1 (zh) 敞开式共培养器官芯片及其应用
RU2583310C1 (ru) Порт введения тестируемого химического соединения и отбора жидкости из ячейки для культивирования клеточных моделей
CN110923137A (zh) 一种用于体外3d细胞、组织培养的微流控装置及培养方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40067665

Country of ref document: HK