JP2009527225A - 補助的な流体移動制御によるマイクロ反応器 - Google Patents

Abstract

マイクロ反応器システムのような、化学、生物、および／または生化学反応器チップ、および／または反応装置、および関連するシステムを開示する。特定の実施形態において、反応サイト容器の外にある液体培地に力を加えることによって、反応サイト容器内に流れを発生させる能力を有する、生物または生化学反応を行うための装置である。いくつかの実施形態では、気泡のような流れ発生要素が容器内で移動し、反応サイト容器を通じて撹拌流体を移動させる。いくつかの実施形態では、撹拌流体の移動が、反応サイト容器内に保持された細胞にせん断応力を加える。

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６０／７７４，４０９号（２００６年２月１７日出願、名称「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ ｗｉｔｈ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｆｌｕｉｄ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ」）の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するものであり、この出願は、その全体を参考として、本明細書に援用される。

（発明の技術分野）
本願明細書では、反応システム内の流体移動の制御を開示し、特定の実施形態では、生体細胞の行動に影響を及ぼすように、少なくとも２つの容器内の流体移動の制御を開示する。

細胞は、種々の理由で培養される。以前にも増して、細胞は、タンパク質またはそれらが生成する他の有用な物質に対して培養されている。一般的に、細胞には、生存性および／または最適な成長および／または生産性を維持する必要があり、制御環境と同様に、そのような条件の維持が、多くの細胞培養に必要となるか、または好都合となり得る。栄養分の存在、酸素および／または二酸化炭素のような代謝ガス、適切なレベルの湿度、および温度などの他の因子の制御は、細胞成長および／または細胞行動に影響を及ぼす場合がある。細胞の成長には時間がかかり、その間、良好な状態を保持しなければならない。細菌細胞を伴うようないくつかの場合では、良好な細胞培養は、早ければ２４時間で行うことができる。特定の哺乳類細胞を伴うような他の場合では、良好な培養には約３０日以上要する場合がある。

一般的に細胞培養は、細胞成長に好適で、かつ必要な栄養分を含む媒体内で行われる。細胞は、概して、培養器のような、環境条件を制御することができる場所で培養される。培養器のサイズは、少数の培養および／または少容量の培養のための小型の培養器（例えば、約１立方フィートまたはそれ以下）から、所望の環境条件を綿密に保持することができる１つの部屋または複数の部屋にわたるものまで様々である。

より一般的には、化学反応、生化学反応、および／または生物学的システムの生成物の生成には、多種多様な反応システムが知られている。触媒反応、生化学的発酵槽、医薬品生産プラント、および多数の他のシステムを伴った化学プラントがよく知られている。生化学的処理は、対象物質を生成するために、生きた微生物（例えば、細胞）の使用を伴う場合がある。

特許文献１（２００４年６月２４日発行、名称「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ」であって、参照により本願明細書に組み込まれる）に記載されているように、細胞の培養は、とりわけ多数の培養を並行して行うことができるように、非常に小さな規模（すなわち、およそ数ミリリットルまたはそれ以下の培養量）でも行われている。

細胞培養の分野および他の分野において、重要かつ有用な進歩が成されているが、更なる改善が有用となろう。
米国特許出願公開第２００４／０１２１４５４号明細書

本願明細書では、マイクロ反応器システムのような、化学、生物、および／または生化学反応器チップ、および／または反応装置、および関連するシステムを開示する。本発明の内容は、場合によっては、相関する生成物、特定の問題に対する別の解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる用途を含む。

本発明の一実施形態によれば、マイクロ反応器は、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた、断面が実質的に円形の第１の容器を含む。反応器はまた、第１の容器の周囲のリングとして配置された第２の容器と、第１の容器を第２の容器と流体接続する第１の流路とを含む。反応器はまた、細胞が第１の容器から出ないようにするように構成および配置されたフィルタも含む。第２の流路は、第２の容器を第１の容器と流体接続する。第２の容器は、撹拌流体と、リング周辺および撹拌流体内を移動可能な流れ発生要素とを含み、要素がリングの周辺を一方向に連続的に移動することで、第２の容器から第１の容器内への第２の流路を通る流体の流れを形成して、第１の容器内に撹拌を生じさせる。流体は、流体回路を形成するように、第１の容器から第２の容器内へ第１の流路を通じて流れる。

本発明の別の一実施形態によれば、マイクロ反応器は、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、２つの端部を有する第２の容器と、第１の容器と第２の容器とを流体接続する第１のマイクロ流体流路とを含む。反応器は、第１の容器を第２の容器に流体接続して流体回路を形成する第２のマイクロ流体流路をさらに含む。第２の容器は、撹拌流体と、第２の容器内の撹拌流体内で自由に懸濁可能である流れ発生要素とを含み、この要素は、撹拌流体内を移動可能であり、要素が一端から他端へ一般的な方向に移動することで、第１の容器内に流体の流れを形成して、第１の容器内に撹拌を生じさせる。

本発明の更なる一実施形態によれば、マイクロ反応器は、容量が約２ミリリットル未満であり、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、第２の容器と、第１の容器と第２の容器とを流体接続する第１のマイクロ流体流路とを含む。第２の容器は、撹拌流体と、第２の容器内の撹拌流体の中にある流れ発生要素とを含む。流れ発生要素は、撹拌流体内を移動可能であり、第１の容器を第２の容器と接続する流路内に流体の流れを形成して、第１の容器内に撹拌を生じさせる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、マイクロ反応器は、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、第２の容器と、第１の容器と第２の容器とを流体接続する第１のマイクロ流体流路とを含む。第２の容器は、撹拌流体と、第２の容器内の撹拌流体内で自由に懸濁可能である流れ発生要素とを含み、流れ発生要素は、撹拌流体内を移動可能であり、第１の容器を第２の容器と接続する第１の流路内に流体の流れを形成して、第１の容器内に撹拌を生じさせる。

本発明の更なる一実施形態では、マイクロ反応器は、容量が約２ミリリットル未満であり、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、第１の容器を含む流体回路とを含む。流体回路は、第１の容器の外側にあり、第１の容器内の流体を撹拌するように構成および配置された流体撹拌器を含む。

本発明の他の実施形態によれば、マイクロ反応器内に流体の流れを形成するための方法が提供される。マイクロ反応器は、細胞の培養を促進するように構成および配置され、容量が約２ミリリットル未満である反応サイト容器を含む生物または生化学反応器を備える。マイクロ反応器は、撹拌流体と、前記第２の容器内の前記撹拌流体の中にある流れ発生要素とを含む第２の容器をさらに備え、流れ発生要素は、撹拌流体内を移動可能である。この方法は、撹拌流体を、第２の容器から反応サイト容器内へ、少なくとも５分間、第１の方向から実質的に均一な流量で連続的に流すように、第２の容器内の流れ発生要素を移動させるステップを含む。

本発明の更なる一実施形態では、マイクロ反応器内に流体の流れを形成するための方法が提供される。マイクロ反応器は、容量が約２ミリリットル未満であり、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を含む第１の容器を備える。この方法は、撹拌流体を第２の容器から第１の容器内へ、少なくとも５分間、反復的な脈動態様で流すステップを含む。

添付の図面は、原寸に比例して描画することを意図したものではない。図面中、種々の形態で示される同一または実質的に同一の各構成要素は、同様の参照符号で表される。明確にするために、全ての図面において全ての構成要素に参照符号が付されていない場合がある。

本願明細書は、マイクロ反応器システムのような、化学、生物、および／または生化学反応器チップ、および／または反応装置、およびこのような機器を使用するためのシステムおよび方法を開示する。本発明の特定の実施形態では、反応システムは、流体の移動を伴う少なくとも２つの容器を含み、細胞へのせん断応力の適用を制御することができる。

本発明の特定の実施形態では、液体試料を含むチップ、反応器、または反応システムは、例えば細胞に特定のせん断応力を加えるために、細胞培養チャンバのような反応サイト容器内で、せん断応力を反復的に制御および／または発生するように構成することができる。せん断応力は、例えば１つ以上のタンパク質生成、遺伝子発現、細胞形態、または細胞の死亡の可能性を変化させることによって、多くの種類の生体細胞の行動に劇的な影響をもたらすことができる。

せん断応力は、反応サイト容器内の液体培地を移動させることによって発生させることができる。液体培地を移動させる力を提供するための要素は、細胞を含む液体試料の液体培地と不混和性である物質となる場合がある。気泡、固体ビード（例えば、ガラスまたはプラスチックビード）、磁気活性化要素（例えば、磁気ビード）、および／または液体ボーラスは、流れ発生要素として使用することができる不混和性物質である。

大規模な生物反応器を含む特定の化学および薬学的生物反応器は、混合インペラおよび／またはガス分散、および／または種々のポンピングおよび／または混合手段によって、生体細胞に流体力学的せん断応力を印加する。これらの生物反応器においては、生体細胞へのせん断応力の種々の影響のために、生物反応器の良好な動作は、適切な大きさの流体力学的せん断力の生成に依存する場合がある。本願明細書に記載されたマイクロ反応器システムによって得られるデータは、特にせん断応力の生成に関して、より大規模な生物反応器のデザイン、操作、または変更に使用することができる。特定の実施形態では、大規模な反応器内の細胞のせん断印加パターンから得られた、またはこれに関する既知のデータは、より現実的なせん断印加条件の下で、大規模な反応器システムの動作および／またはデザインにおけるその他の変更による影響を試験および／または最適化するために、本発明によって提供されるミクロ反応器システム内でシミュレートすることができる。加えて、選択された流体力学的なせん断印加を細胞に提供する能力、および／または細胞の流体力学的なせん断印加を制御する能力は、組織工学および体外組織支援機器を伴う技術においてますます重要なものとなっている。

代表的な従来の小規模な細胞培養システム（例えば、ウェルプレートおよび複数の振盪フラスコなど）では、複数の容器内の特定の位置に同じレベルのせん断応力を発生させるには、制御が困難である。例えば、ウェルプレートを従来の混合／振盪機器に配置すると、振盪機構に対するウェルの位置および／または配向がずれてしまう。ウェルプレートのうちの１つのウェル内の液体は、他のウェルとは全く異なった様態で移動する傾向があるので、複数のウェル内に同じようなせん断力を発生させることを困難にしている。

本発明の特定の実施形態では、複数の試料容器を、同じ回転装置上に同じように配置および配向する。このような構成で、制御せん断応力のレベルでの特定のパラメータの変化の影響を並列して試験する場合がある。

加えて、例えば、せん断応力に影響を及ぼす（例えば、移動または振盪速度を変化させることによって）パラメータを変化させるような様態で動作する、複数のウェルプレートまたは振盪フラスコを含むシステムのような、並列処理ができる、および／または高スループットの特定の細胞培養システムは、液体試料とガスとの間のインターフェースにおける表面積の大きさを実質的に変化させる可能性があるため、ガス交換速度に影響を及ぼしている。

本発明の特定の実施形態では、せん断応力は、液体試料を出入りするガスの交換速度とは実質的に無関係に制御することができ、液体試料内のせん断力のレベルおよび／またはパターンにおける変化の発生は、液体試料とガスとの間のインターフェースにおける表面積の大きさに著しい影響を及ぼさず、したがって、一般的に、液体試料と、液体試料を含む反応器の外側との間のガス交換速度には実質的に影響を及ぼさない。

このような実施形態は、反応器機内に流れ発生要素を含む場合があり、また、反応器と協働し、例えば重力、遠心、機械、空気、油圧、磁気、および／または電気力のような外力の印加によって、流れ発生要素を移動および／または移動を制御するように構成された、コンピュータ実装のプロセス制御システムのような制御システムを含む場合がある。

潅流システムおよび回転ドラムシステムのような、せん断力を幾らか制御することができる代表的な従来のシステムでは、その動作に対して、比較的大量（例えば、５ミリリットルを超える）の液体試料が必要になる場合がある。加えて、このようなシステムの多くでは、それぞれの液体試料に対して、独立した流れ発生要素および制御器が必要である。例えば、潅流システムでは、それぞれの潅流容器はしばしば、別個のポンプおよび／または制御器を必要とする場合があり、また、回転ドラムシステムでは、それぞれの回転ドラムアセンブリまたは小群の回転ドラムアセンブリはしばしば、別個のモータおよび／または制御器を必要とする場合がある。

本発明の特定の実施形態は、多くの場合、チップの外側のポンプを使用することなく、反応サイト容器内にせん断応力を制御可能に発生させることができる方法およびシステムを伴う。そのような実施形態のいくつかでは、気泡、不混和性の液体、または固体のような不混和性物質が、第２に容器内で使用され、この容器は、相異なる反応サイト容器に流れ発生要素として流体接続され、不混和性物質の移動により反応サイト容器内に流れが発生し、よって、反応サイト容器内にせん断応力が発生する。場合によっては、特に付着した細胞が反応サイト容器内に存在するときには、流れ発生要素を反応サイト容器の外側に配置することが望ましい場合がある。

いくつかの実施形態では、気泡（または他の他の不混和性物質）を、第２の容器内に配置して、その容器を再配向することによって容器内を移動させることができる。不混和性物質と、不混和性物質がその中に配置された液体倍地との間の濃度の差異によって、重力および／または遠心力による不混和性物質の移動がもたらされる。当然、上述の不混和性物質のあらゆる組み合わせを、容器内で使用する場合もある。本願明細書の目的上、液体試料自体も、そのあらゆる部分も、流れ発生要素であるとはみなされない。また、本願明細書の目的上、容器の内壁は、流れ発生要素であるとはみなされない。

上述のように、いくつかの実施形態では、容器の配向を変化させて不混和性物質を容器に対して移動させるように、不混和性物質は、液体試料または担体液体の平均濃度とは十分に異なる濃度を有する場合がある。この濃度差は、例えば、液体試料または担体液体の平均濃度と、少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも５％、少なくとも７％、少なくとも１０％の差となる場合がある。配向の変化によって、不混和性物質の濃度が液体試料よりも高いか、低いかに従って、異なる濃度の不混和性物質が容器内を上昇または沈下する。

本願明細書で使用する場合、「不混和性の」とは、互いに大部分が不混和性であるが、一部は混和性となり得る２つの物質間の関係を定めるものである。互いに幾らか混和し得る場合であっても、「不混和性の」物質は、観察可能な部分において、互いに大部分が分離している。例えば、空気と水がこの定義に合致し、空気が可溶性で、水蒸気が空気中に存在する場合があるが、主として水または水溶液および若干の空気を含有する本発明の容器は、大部分を水溶性の部分と気泡とに分相する。不混和性物質の他の例には、互いに幾らか混和する場合があるが、油および水、ポリマービードおよび水、ガラスビードおよび水などが挙げられる。

容器内の液体試料への不混和性物質の導入には、気泡の添加または生成を含む場合がある。気泡は、容器を液体試料で部分的に満たし、その容量の一部を元々存在するガス（一般的に空気）として残すことによって導入することができる。他の実施形態では、蒸発、細胞呼吸、容器を満たした後のガスの導入により、気泡を形成することができる。

図１は、２つの反応器１６を含む、チップ１０の一実施形態を示す図である。それぞれの反応器１６は、反応サイト容器１７と、第２の容器２０とを有する。細胞２２は、液体培地２４内で懸濁されて示される。流れ発生要素（本実施形態では気泡２６）は、容器内を自由に移動できるように、第２の容器２０内に配置される。

２つの流路２８および３０は、第２の容器２０を反応サイト容器１７に流体接続する。いくつかの実施形態（図１に示されるものなど）では、流路２８および３０のそれぞれは、チップ１０の配向に基づいて、反応サイト容器１７に対する流入流路および流出流路の両方として作用する。例えば、図１内に示される配向では、気泡２６は、第２の容器２０内を上昇して、チャネル２８が反応サイト容器１７への流入流路として作用するように、液体培地２４を反応サイト容器１７内へチャネル２８を通じて押圧する。この流れが流路２８を通って反応サイト容器１７に入ると、液体培地２４は、流路３０を通って反応サイト容器を出る。このように、気泡２６は反応サイト容器内に流れを発生させ、この流れは、液体培地２４において懸濁される細胞２２に、または反応サイト容器１７の内壁３２に付着させた細胞に、あるいは反応サイト容器１７のいずれか一端でフィルタ３４上に存在する細胞にせん断応力を印加することができる。

フィルタ３４は、反応サイト容器に接続された流路のうちの１つ以上において使用することができる。フィルタ３４は、反応サイト容器１７の外側で細胞２２の移動を制限する。いくつかの実施形態では、いかなるフィルタも使用されず、懸濁された細胞２２が、第２の容器２０内を含む、反応器１６全体を移動できるようにしている。

反応器１６内で光または他の状態の測定を行うことができるセンサおよび／または領域を、反応器の全体にわたって配置することができる。例えば、センサは、ｐＨ、グルコース濃度、または温度、および／または第２の容器２０内の液体培地に存在する環境因子を測定するために含めることができる。ある場合では、センサは、反応サイト容器１７内、第２の容器２０内、または両方の容器内に配置される場合がある。第２の容器２０内のグルコース濃度を測定するためのセンサ２１を図１に示す。センサを備えて検出する環境因子の他の例には、ＣＯ_２濃度、グルタミン濃度、ピルビン酸塩濃度、アパタイト濃度、血清濃度、ビタミン濃度、アミノ酸濃度、ホルモン濃度、溶解ガス濃度、モル濃度、浸透性、グルコース濃度、グルタミン濃度、ピルビン酸塩濃度、アパタイト濃度、色、濁度、粘性、アミノ酸濃度、ビタミン濃度、ホルモン濃度、血清濃度、イオン濃度、せん断速度、および撹拌の程度が挙げられる。

いくつかの実施形態では、細胞のための栄養分は、液体培地の第２の容器２０から反応サイト容器１７への移動が、反応サイト容器１７内の細胞に栄養分を担送するように、徐放性の機構で第２の容器２０内に保持することができる。

当業者には明らかなように、２つ以上の反応サイト容器１７を、流れを発生する第２の容器に流体接続する場合もある。いくつかの実施形態では、複数の流れ生成容器を、１つ以上の反応サイト容器１７に流体接続することができる。

チップ１０は、あらゆる好適な様態で製造することができる。チップの製造方法の実施例の記述は、米国特許出願公開第２００５／００３２２０４Ａ１号に見出すことができ、参照することによりその全体が本願明細書に組み込まれる。サイズおよび／またはジオメトリなどの容器の特性は、変化する場合があり、本発明のいくつかの実施形態によるせん断の生成および／または分配に影響を及ぼす。

一方向性の反応器１６の実施形態を、図２ａおよび２ｂに示す。本実施形態では、逆止弁４２は、第２の容器２０から反応サイト容器１７への流れが、特定の配向においてのみ生じるように、流路２８内に組み込まれる。例えば、図２ａに示される配向のときには、逆止弁４２は、液体培地が流路２８を通って流れないようにする。このように、第２の容器２０を通る気泡２６の上昇によって発生した流れは、大部分が気泡２６の外周の環状流である。この移動によって、第２の容器内２０が混合されるが、反応器１６の他の領域の流れは制限されるか、または存在しない。

反応器１６を図２ｂに示される配向に再配向すると、逆止弁４２は、流路２８を通る流れを制限する。気泡２６が第２の容器２０を通って流出流路３０の方へ上昇するときに、液体培地は、矢印４６の方向に流れる。反応器１６が図２ａの配向に戻されると、気泡２６は、流路２８の方へ動くが、反応サイト容器１７内には流れを発生させない。このように、一方向の流れは、単純に反応器１６の配向を繰り返し変化させることによって、反応サイト容器１７内に発生させることができる。当然、配置された液体培地よりも濃度が高い流れ発生要素は、再配向されるたびに沈下し、液体培地は、反応器１６が図２Ｂの配向にあるときに、矢印４６とは反対の方向に流れる。

フィルタ３４は、反応サイト容器１７の一端または両端で使用して、細胞がそこから出ないようにすることができる。一方向に流れるように構成および配置された幾つかの実施形態では、その配向において反応サイト容器を出る流れが制限されるので、流路３０に接続された端部に位置するフィルタを使用しない。他の実施形態では、フィルタは、反応サイト容器１７の端部に配置する代わりに、１つ以上の流路内に配置する場合がある。

図３は、懸濁された細胞２２が反応サイト容器１７から出て行かないようにする膜４８を含む、反応サイト容器１７の一実施形態の側断面図である。図１、２ａ、および２ｂを参照して上述した実施形態では、フィルタ３４は、懸濁された細胞が反応サイト容器から出ないようにするために用いられている。図３に示される反応サイト容器１７では、膜４８は、反応サイト容器１７の全体にわたって配置されているので、液体培地が流れることのできる大きな表面積が提供され、一方で、懸濁された細胞２２は反応サイト容器１７の外へ通り抜けられない。液体培地は、矢印４７の方向に流入流路３０を通って反応サイト容器１７に入り、膜４８を通過して、矢印４９の方向に流出流路２８を通って反応サイト容器１７を出る。面積が（流出流路に配置されたフィルタまたは膜に対して）大きくなるにしたがって、流れ抵抗が低くなり、細胞がバリアを詰まらせる可能性が低くなり得る。

本発明に基づいて使用される容器は容量を小さくすることができ、および／または多数の容器を効率的に再配向および／または制御できるように、多数の容器を単一のチップ上に備えることができる。ある場合では、せん断応力は、複数の容器内に再現的に生じさせることができ、特定の実施形態では、流れ発生要素の移動を形成するための単一のアクチュエータを使用して、多数の容器内に再現的に生じさせることができる。例えば、流れ発生要素を含む複数の容器をそれぞれが含む複数のチップは、特定の実施形態では、複数のチップを回転させるように構成された単一の機器（例えば、図６を参照のこと）に取り付けられる。多数の液体試料の並列試験を促進することによって、多数の異なるせん断印加条件による多数の異なる細胞へのせん断応力の影響を効率的に実現することができる。

本発明の特定の実施形態に基づいて使用するチップまたは反応システムは、非常に小さくすることができる反応サイト容器を含み、この容器の容量は、例えば、約５ミリリットル未満、約１．２ミリリットル未満、約１ミリリットル未満、またはさらに小さくする（いくつかの実施形態では、０．０１ミリリットルほどの大きさ）ことができる。いくつかの実施形態では、反応サイトは、膜によって形成された表面を含む区画または容器を含む。

本発明のいくつかの実施形態では、チップ内の反応器、容器、および／または反応サイトは、１種類以上の生細胞の成長を、例えば同時に促進する環境を保持するように構成および配置することができる。ある場合では、反応サイトは、生細胞（例えば、細胞が発生する組織）内に見られるものと類似した、流体の流れ、酸素、栄養の分配などの条件を備えることができる。したがって、チップは、バッチ培養システムによって提供されたものよりも生体内の状態に近い状態を提供することができる場合がある。１つ以上の細胞を反応サイト内で使用する実施形態では、この細胞は、例えば原核細胞または真核細胞のような、実質的に任意の細胞種とすることができる。特定の１つまたは複数の細胞種のための反応サイト内に必要な厳密な環境条件は、既知のものであるか、または当業者がルーチン実験を用いて判断することができる。

図４、５ａ、および５ｂは、人体の内腔表面に見られる状態をシミュレートする反応サイト容器１７の２つの実施形態を示す図である。図４において、一連の流路７０は、反応サイト容器１７内に長手方向に配置される。付着した細胞７２には、液体培地を矢印７６の方向へ流すことによって、せん断応力が印加される。本実施形態に示される反応サイト容器は、図１に示されるような機構を用いることによって、流れの方向を交互に替えられるようにするか、または、図２ａおよび２ｂに示されるような機構を用いることによって一方向に流れるようにする場合がある。いずれの場合も、流れは、脈動態様で図４の反応サイト容器内に導入することができる。

図５ａおよび５ｂは、細胞が、人体内の毛細管、静脈、または動脈においてせん断力を印加される条件をシミュレートするように直交流路８０を含む、反応サイト容器１７を示す図である。本実施形態では、反応サイト容器１７は、厚さが１００ミクロン乃至１ミリメートルの範囲である隔壁（例えば、ポリスチレンシート８２）によって分割される。当然、他の好適な材料および／または厚さを用いることができ、この特定の隔壁は制限することを意図したものではない。隔壁は、流路８０を形成する円形孔のような孔を含み、それぞれの流路の直径は、いくつかの実施形態では、１００ミクロン乃至１ミリメートである。反応サイト容器１７の平坦面８４および８６、ならびに壁９０は、細胞がこれらの表面に付着しないように処理される。細胞の付着を防ぐように平坦面８４および８６を処理する１つの方法では、タンパク質がその表面を変性させないように表面を処理する。

流路８０の内壁８８は、細胞の付着に抵抗しないように作製されているので、反応サイト容器１７内の細胞は内壁８８に付着する。流路８０内では、液体培地がその流路を通って流れたときに、それぞれの細胞にせん断が印加される。図４と同様に、反応サイト容器１７は、流路８０を通る流れを提供するために、本願明細書に記載の流れ発生機構のうちのいずれか、または他の好適な機構を用いることができる。

いくつかの実施形態では、肝細胞を反応サイト容器１７内で使用することができ、流路８０は、細胞内に見られる毛細管または静脈をシミュレートするようにサイズ設定することができる。生細胞を保持することができるチップとともに使用するときには、生物学的に有意な期間、肝細胞にせん断を印加することができる。例えば、いくつかの実施形態では、肝細胞を、反応サイト容器１７内に１日、１週間、またはそれ以上長く保持することができる。せん断応力は、この細胞保持器間中に、連続的に、または脈動態様で細胞に印加することができる。

上述のように、本発明の特定の実施形態による、流れ発生要素を移動させる１つの方法は、流れ発生要素が反応器内を移動するように、反応器の配向を変化させる回転装置を使用するステップを伴う。例えば、気泡などの流れ発生要素は、容器内に含めることができ、容器を反転させることによって、気泡を、浮力によって一端から他端へ移動させることができる。

せん断応力を発生させるように、液体試料を含む複数のチップまたは反応サイト容器を移動させるために、本発明の特定の実施形態では、単一の装置を使用する場合がある。図６は、本発明の種々の実施形態に従って、化学、生物、または生化学試料を操作するための装置１００を示す図である。図に示される装置１００および他の機構は、一例を示すことを意図したものである。他の機構も可能であり、それらも本発明に包含される。装置１００は、実質的に直方体状のハウジング１４０を含む。図示の実施形態では、装置１００のハウジング１４０は、矩形状の４つの縁部で接続された、２つの実質的に正方形の対向する主要面を含む。ハウジング４１０は、例えば培養器として構成することができる。ある場合では、ハウジング１４０は、用途に応じて、機器１１５を、例えば、層流フィールド内を清潔に、塵埃粒子が無いように、無菌にするように、保持するために十分に囲むことができる。

特定の実施形態では、制御システム１０２を使用して、装置１００またはせん断応力の生成に関与する他の機器を作動させる。制御システム１０２は、装置１００、流れ発生要素、反応容器、チップに関連する１つ以上の作動パラメータ、および／またはせん断発生システム全体に関連する他の構成要素を制御するように構成することができる。例えば、制御システム１０２は、装置１００の構成要素の回転速度（一定または変動）を制御することができる。制御システム１０２は、回転装置以外の機器に取り付けることができ、例えば、制御システム１０２は、容器にガスを出し入れして、流れ発生要素として作用する気泡のサイズを変化させることができるシステムに取り付けることができる。特定の実施形態では、制御システム１０２は、回転装置に対するチップの配向を変更する能力を有することができる。

装置１００をあらゆる好適な速度で回転させることができる。いくつかの実施形態では、例えば、２ｒｐｍ、４ｒｐｍ、８ｒｐｍ、または１６ｒｐｍの回転速度を用いることができる。他の実施形態では、液体試料内に存在する種、存在する流れ発生要素の種類および濃度、せん断応力の所望のレベル、容器および回転装置のサイズ、および他の因子に基づいて、非常に高いか、または非常に低い回転速度が好適となり得る。特定の実施形態では、不連続な（例えば、パルス状の）回転速度を使用することができる。例えば、装置１００を、ある期間低速で回転させ、その後一時的に高速で回転させることができる。高速回転では、成分を容器の内表面から取り除くこと、および／または液体試料全体にわたるより均一な要素の分配を促進することを助力することができる。他の実施形態では、装置１００の回転をある期間完全に停止して、例えば液体試料またはその中の要素の測定を行うことができる。

制御システム１０２は、制御動作中に種々のデータのフィードバックを受信して、動作中に種々の動作パラメータを調整および／または最適化できるようにプログラムすることができる。特定の実施形態では、制御システム１０２は、フィードバックデータを使用して、以降の動作のためのパラメータ値を作成するように、および／または現在の動作パラメータを制御するように、シミュレーションソフトウェア、例えば、ＦＬＵＥＮＴ（登録商標）（ＦＬＵＥＮＴ ＵＳＡ ニューハンプシャー Ｌｅｂａｎｏｎ ）のような計算流体力学ソフトウェア製品とともに動作するように構成することができる。

制御システム１０２は、コンピュータ実装のシステムを備えることができる。コンピュータ実装の制御システムは、処理ユニット（すなわちプロセッサ）、メモリシステム、入出力装置およびインターフェース（例えば、相互接続機構）の他に、輸送回路（例えば、１つ以上のバス）、ビデオおよびオーディオデータの入出力（Ｉ／Ｏ）サブシステム、特殊ハードウェアのような他の構成要素を含む、複数の既知の構成要素および回路、および当業者が既知である他の構成要素および回路を含むことができる。さらに、コンピュータシステムは、マルチプロセッサのコンピュータシステムとするか、またはコンピュータネットワークを通じて接続された複数のコンピュータを含むことができる。

ハウジング１４０内の、ハウジングの２つの対向する主要面を通る軸１６０上には、複数の試料を含むように構成することができるチップ（図６にはチップは示さず）のような、複数の個々の基板を固定するための機器１１５が実装される。機器１１５は、１つ以上のチップを配置することができる複数のスロット１４２をその間に画定した、複数の半径方向外方へ延在する部材１８を備えた回転可能なホイールの形態を取る。チップがスロット１４２内に固定されると、機器１１５を軸１６０の周りに手動または自動で回転させることができ、それによって、スロット１４２に固定されたチップを定期的に反転させる。当然、いくつかの実施形態では、軸１６０は、ハウジングの主要面のうちの１つだけを通る場合がある。

対向する主要面を接続するハウジングの縁部のうちの１つを画定するハウジング１４０の１つの面１４８内には、アクセスポート１５０があり、チップ（または他の基板）はそこを通って、ハウジング１４０の内側へ導入、およびそこから取り出すことができる。アクセスポート１５０は、チップまたは他の基板が装置１００に好適にアクセスできるように、ハウジング１４０内のどの場所にでも（例えば、ハウジング１４０の側部またはハウジング１４０の１つ以上の主要面内に）配置することができる。チップを機器１１５内へ挿入して機器１１５のスロット１４２内に固定する場合は、機器１１５が所望のスロットがアクセスポート５０と一致するように回転され、その後チップがアクセスポート１５０を通って挿入されて、選択した領域内にスロット１４２によって固定される。機器１１５は、所望のスロット１４２とアクセスポート１５０とを一致させるために、任意の所定の半径方向の配向まで回転させることができ、それによって１つ以上のチップを所定のスロット１４２内に配置することおよびこれらのチップの位置を把握することができるので、機器１００から取り出す場合は、特定のチップを固定した特定のスロットをアクセスポート１５０と一致させるように、チップを機器１１５から取り出すことができる。チップ（または他の基板）は、基本的に、手による手動操作、アクチュエータによる操作、またはロボット操作などを含む、あらゆる好適な手法によって、スロット１５０を通じてハウジング１４０に挿入、およびそこから取り出すことができる。アクセスポート１５０は、チップのハウジングへの導入またはこれからの取り出しに使用しない時にはアクセスポート１５０を閉じることができるフラップ、ドア、または他の部材を状況に応じて含む、ハウジングの壁１４８内の開口部とすることができる。

特定の実施形態では、例えば上述した回転による反転によって、流れ発生要素が移動するように容器２０を移動させる代わりに、またはこれに加えて、磁気、電気、機械、空気、油圧、および／または他の力を用いる場合がある。例えば、磁場および／または電場に反応する１つまたは複数のビードを、容器２０内に配置することができる。磁場および／または電場の印加を制御して、容器２０内の当該のビードを移動させることができる。重力／浮力以外の力によって移動する流れ発生要素は、それらが含まれる液体と同じ密度とすることができる。いくつかの実施形態では、単一の制御磁場または制御電場を用いて、多数の容器２０内のビードを移動させることができる。このような実施形態は、システム全体の作動構成要素の数を減じることができる。特に、せん断を発生しながら容器２０の移動を減じるか、または排除する能力によって、光測定技術のような測定技術の液体試料への適用が容易になり得る。

上述の気泡またはビードのような自由懸垂された流れ発生要素が容器内で使用される場合があるが、いくつかの実施形態では、直接または間接的に容器の表面に移動可能に取り付けられた流れ発生要素を用いる場合がある。

図７ａ乃至７ｃは、リング状の第２の容器２２０を含む反応器２１６を示す図であり、気泡２２６のような流れ発生要素は、この容器を通って連続的に移動することができ、それによって、反応サイト容器２１７内に液体培地２２４の連続した流体の流れを形成する。リング状の第２の容器を通じて気泡を移動させるには、気泡２２６がより高い地点に向かって連続的に上昇するように、反応器２１６を連続的に再配向する。再配向は、反応器２１６を実質的に水平方向に支持するステップと、反応器を軸２３０のような軸の周りに揺動させるステップとを含む場合がある（図７ｂを参照のこと）。他の実施形態では、再配向は、反応器２１６を実質的に垂直方向に保持するステップと、反応器を軸２３０の周りに回転させるステップとを含む場合がある。

気泡２２６がどのように移動するかに関わらず、気泡２２６が矢印２４６の方向へ移動すると、ある量の液体培地２２４が、反応サイト容器２１７に流体接続された流路２２８内へ移動させられる。反応サイト容器２１７は、懸濁された細胞および／または付着した細胞を含む。図７ｂから分かるように、膜２４８は、細胞が流出流路２３０を通じて反応サイト容器２１７から出ないようにし、一方で、液体培地が流出流路２３０を通じてリング状の第２の容器２２０へ戻るようにする。液体培地は、流出流路２３０を通じて矢印２５０の方向へ流れ、リング状の第２の容器２２０の最上部において第２の容器２２０に戻る。

リング状の第２の容器２２０は、必ずしも図示の実施形態に示されるように反応サイト容器２１７を囲む必要はない。反応サイト容器２１７は、リング状の第２の容器２２０とは実質的に異なる垂直高さに配置される場合がある。他の実施形態では、流入流路２２８および反応サイト容器２１７は、リング状の第２の容器２１７の外側に配置される場合がある。加えて、リング状の容器２１７は、必ずしも円形または円弧状とする必要はない。いくつかの実施形態では、多角形を用いる場合がある。図７ａ乃至７ｃに示される流入および流出流路は特別に構成する必要はなく、複数の流入および／または流出流路を使用することができる。異なる種類の流れ発生要素の組み合わせ（例えば、気泡とガラスビードとの組み合わせ）を含む、複数の流れ発生要素を用いることができる。図４、５ａ、および５ｂを参照して上述した反応サイト容器の種々の機能は、図７に示される反応器の機構に用いることができる。

（定義）
本願明細書で使用する場合、「化学、生物、生化学反応器チップ」（等しく、単純に「チップ」とも称する）は、１つ以上の反応器を含む一体的な物品である。「一体的な物品」とは、一体構造の材料、または互いに一体的に接続された構成要素のアセンブリを意味する。本願明細書で使用する場合、「一体的に接続された」という用語は、２つ以上の物体を指すときには、通常の使用過程中に、互いに分離した状態にならない物体を意味し、例えば、手動で分離することができない、分離には少なくともツールを使用する必要がある、および／または例えば分解、剥脱などによって構成要素のうちの少なくとも１つにダメージを与えることによって分離する（接着剤、ツールなどで互いに固定された構成要素を分離する）ことを意味する。

チップは、反応システム全体を形成するより大きなフレームワーク（例えば、高スループットのシステム）に接続または挿入することができる。システムは、主として、他のチップ、シャーシ、カートリッジ、カセットによって、および／またはより大きな機械または一連の管路または流路、リアクタのソース、細胞の種類、および／または栄養分、流入口、流出口、センサ、アクチュエータ、および／または制御器によって形成される。一般的に、チップは、実質的に平坦または平面の物品（すなわち、一方の寸法は他方の寸法と比較して比較的小さい）とすることができる。しかし、場合によっては、チップを非平面の物品とすることができ、例えば、チップは、立方形、湾曲した表面、一体形、またはブロック形となる場合がある。

本願明細書で使用する場合、「反応サイト」は、チップまたは反応器の使用中に、物理、化学、生化学、および／または生物反応を生成するように構成および配置された反応容器内のサイトとして定義される。場合によっては、２つ以上のサイトが、反応器またはチップ内に存在する場合がある。反応は、例えば、混合または分離プロセス、２つ以上の化学物質間の反応、光活性化または光阻害反応、生物学的プロセスなどとなり得る。特定の実施形態では、反応サイトはまた、１つ以上の細胞および／または組織を含む場合もある。

反応サイトの容量は、特定の実施形態では非常に小さくすることができ、あらゆる好都合なサイズにすることができる。特に、反応サイトの容量は、種々の実施形態において、１リットル未満、約１００ｍｌ未満、約１０ｍｌ未満、約５ｍｌ未満、約３ｍｌ未満、約２ｍｌ未満、約１．２ｍｌ未満、約１ｍｌ未満、約５００マイクロリットル未満、約３００マイクロリットル未満、約２００マイクロリットル未満、約１００マイクロリットル未満、約５０マイクロリットル未満、約３０マイクロリットル未満、約２０マイクロリットル未満、約１０マイクロリットル未満となり得る。反応サイトの容量はまた、特定の場合において、約５マイクロリットル未満、または約１マイクロリットル未満となり得る。別の一連の実施形態では、反応サイトの寸法は、深さ２ミリメートル以下、深さ５００ミクロン以下、深さ２００ミクロン以下、または深さ１００ミクロン以下となり得る。

本願明細書で使用する場合、「伸長」とは、物品のチャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトを指すときには、チャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトが、外側境界または容器のような周囲形状を有し、該形状は、外側境界／容器内に含まれ、外側境界／容器上の２つの地点を接続し、チャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトの、チャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトの幾何学的中心を通り、第２の線分より実質的に長く、第１の線分に対して垂直であり、外側境界／容器内に含まれ、外側境界／容器上の２つの地点を接続し（第１の線分によって接続された同じ２つの地点以外）、チャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトの幾何学的中心を通る第１の直線線分が存在することを特徴とする。例えば、物品が、チップの面に垂直な方向に測定した厚さと、どちらもチップの面に平行な互いに垂直な方向に測定した長さおよび幅とによって特徴付けられた、所定の反応サイトを形成する容量測定容器を備えた平面のチップである場合、その長さが幅を実質的に超えれば（例えば、薄い、矩形または楕円形、涙形などの所定の反応サイトの場合）、その所定の反応サイトは「伸長」となる。外側境界／容器内に含まれ、外側境界／容器上の２つの地点を接続し、チャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトの、伸長したチャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトに対する幾何学的中心を通る、最も長い当該の直線線分との共直線の方向は、本願明細書では、チャンバ、基板、容器、または所定の反応サイトの「長手方向」と称する。

本願明細書で使用する場合、「膜」は、薄シート状の材料であり、一般的に、寸法のうちの１つが他の寸法よりも実質的に小さく、膜が晒される、またはこれを晒すことができる環境において、少なくとも１つの物質を透過させる。ある場合では、概して膜は、実質的に軟質または非剛体である場合がある。一例として、膜は、長さおよび幅がミリメートル、センチメートル、またはそれ以上のオーダーであり、厚さが１ミリメートル未満、場合によっては、１００ミクロン未満、１０ミクロン未満、または１ミクロン未満、またはそれ以下である、矩形または円形の材料とすることができる。膜は、反応サイトおよび／または反応器の一部を形成するか、または膜を用いて、反応サイトを２つ以上の部分に分割し、実質的に同じか異なる容量または寸法とすることができる。膜を透過することができる物質の非限定的な例には、水、Ｏ_２、ＣＯ_２などが挙げられる。一例として、膜は、水の透過性が、約１０００（ｇ マイクロメートル／ｍ^２・日）、９００（ｇ マイクロメートル／ｍ^２・日）、８００（ｇ マイクロメートル／ｍ^２・日）、６００（ｇ マイクロメートル／ｍ^２・日）未満となり得る。場合によっては、膜を通る水の実際の透過性も相対湿度の関数となり得る。別の実施例にあるように、膜は、約０．０６１ｍｏｌＯ_２／（日・ｍ^２・ａｔｍ）の酸素の透過性を有する場合がある。

一部の膜は、半透性膜である場合があり、当業者は、この膜が、少なくとも１つの種は透過させるが、少なくとも１つの他の種は容易に透過させないものであると理解されよう。例えば、半透性膜によって、酸素はその膜を透過することができるが、水蒸気は透過できないようにするか、または水蒸気はその膜を透過することができるが、その割合を、少なくとも酸素に対する大きさのオーダー未満とすることができる。または、半透性膜は、水はその膜を透過することできるが、特定のイオンは透過することができないように選択することができる。例えば、膜は、陽イオンを透過させ、陰イオンを実質的に透過させないようにするか、陰イオンを透過させ、陽イオンを実質的に透過させないようにする（例えば、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜）ことができる。別の例にあるように、膜は、１キロダルトン、１０キロダルトンを超えるか、または１００キロダルトン以上の分子量を有する分子を実質的に透過させないようにすることができる。一実施形態では、膜は、細胞を透過させずに、様々な選択物質を透過させるように選択することができる。例えば、膜は、細胞によって生成される栄養分、タンパク質、および他の分子、老廃物などを透過させることができる。他の場合には、膜は、ガス不透過性である場合がある。一部の膜は、特定の光に対して透明である場合がある（例えば、赤外線、ＵＶ、または可視光、機器が相互作用を利用する波長の光、特に記されていなければ可視光）。膜が実質的に透明である場合、本願明細書に詳述されているように、５０％を超えない光を、他の実施形態では２５％または１０％を超えない光を吸収する。ある場合では、膜は、半透性で実質的に透明である場合がある。

ある場合では、膜材料は、モノマーまたはポリマー、あるいはコポリマー、ポリマーブレンド、少なくとも１つの層にポリマーを含む多層構造を含む場合がある。膜材料に使用することができるポリマーの非限定的な例には、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、ＤｕＰｏｎｔ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）が名称ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）で販売するＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦなど）または特定のアモルファスフッ素ポリマーのようなポリフルオロ有機材料；ポリスチレン；ポリプロピレン（「ＰＰ」）；ポリジメチルシロキサンのようなシリコン類、ポリスルホン類；ポリカーボネート類；ポリメチルアクリレートおよびＰＭＭＡのようなアクリル類；高密度ポリエチレン（「ＨＤＰＥ」）類、低密度ポリエチレン（「ＬＤＰＥ」）類、直鎖状低密度ポリエチレン（「ＬＬＤＰＥ」）類、超低密度ポリエチレン（「ＵＬＤＰＥ」）類などのようなポリエチレン類；ＰＥＴ；ポリ塩化ビニル（「ＰＶＣ」）材料；ナイロン類；熱可塑性エラストマ；ポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）（「ＰＴＭＳＰ」）；などが挙げられる。別の例には、ポリ（４−メチルペンテン−１）、ポリ（４−メチル−１−ペンテン）、またはポリ（４−メチル−２−ペンテン）（「ＰＭＰ」）がある。ＰＭＰの例には、ＴＰＸ^ＴＭとしてＭｉｔｓｕｉ Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｗｈｉｔｅ Ｐｌａｉｎｓ，ＮＹ）が販売するものが挙げられる。さらに別の例にあるように、膜材料は、ポリ（４−メチルヘキセン−１）、ポリ（４−メチルヘプテン−１）、ポリ（４−メチルオクテン−１）などを含む場合がある。ある場合には、これらの材料は、上述のように、共重合化および／またはポリマーに関連したポリマーブレンドである場合がある。

本願明細書において本発明の複数の実施形態を図とともに説明したが、当業者は、機能を実行するための機構、および／または本願明細書に記述された結果および／または１つ以上の利点を得るための様々な他の手段を容易に想定されよう。また、そのような変形および／改良のそれぞれは、本発明の範囲内にあるものとみなされる。さらに一般的に言えば、当業者は、本願明細書に記述された全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示的なものであり、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示を用いた単一または複数の特定のアプリケーションに依存するものであると容易に理解されよう。当業者は、単にルーチン実験を用いて、本願明細書に記載された本発明の特定の実施形態には多くの同等物があることを認識または確認することが可能であろう。したがって、上述の実施形態は、一例として示されたものに過ぎず、添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲で、本発明が特に記述および主張されたものとは異なって実行される場合もあると理解されたい。本発明は、本願明細書に記載された個々の機能、システム、物品、材料、キット、および／または方法に関する。加えて、このような機能、システム、物品、材料、キット、および／または方法が互いに矛盾していなければ、２つ以上のこのような機能、システム、物品、材料、キット、および／または方法のあらゆる組み合わせが、本発明の範囲内に含まれる。

本願明細書にて定義および使用される全ての定義は、辞書の定義、参照することにより組み込まれた文書の定義、および／または定義された用語の一般的な意味を支配するものと理解されたい。

本願明細書および請求項に使用される単数形（不定冠詞：「ａ」および「ａｎ」）は、特に明示されている場合を除き、「少なくとも１つ」を意味するものと理解されたい。

本願明細書および請求項で使用する場合、「および／または」という成句は、そのように結合した要素の「一方または両方」、すなわち、ある場合では結合的に存在し、他の場合では分離的に存在することを意味するものと理解されたい。特に定義された要素に関係するかしないかに関わらず、「および／または」の節によって特に識別された要素以外に、状況に応じて他の要素が存在する場合がある。したがって、非限定的な例として、「〜を含む」のようなオープンエンドの語と関連して使用されたときには、「Ａおよび／またはＢ」という記述は、一実施形態では、Ａのみ（状況に応じてＢ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ｂのみ（状況に応じてＡ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、ＡとＢの両方（状況に応じて、他の要素を含む）などを指すことができる。

明細書および請求項で使用する場合、「または」は、上記で定義した「および／または」と同じ意味を有するものと理解されたい。例えば、アイテムをリストに分類したときに、「または」または「および／または」は、包括的である、すなわち、複数の要素またはリスト内の要素のうちの少なくとも１つを含むだけでなく、２つ以上を含み、状況に応じて、リストされていないアイテムも含むものと解釈されたい。「〜のうちの１つ」または「〜のうちの１つだけ」、明細書で使用されるときは「〜から成る」のような明確な指示のある用語のみが、複数の要素またはリスト内の要素のうちの１つだけを含むことを示すことになる。一般的に、本願明細書で使用される場合、「または」という用語は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、「〜のうちの１つだけ」のような排他的な用語が後にあるときには、排他的な選択肢（すなわち、「両方ではなくいずれか一方」）を示すものとしてのみ解釈されたい。請求項で使用されるときには、「〜のみから実質的に成る」は、特許法の分野において使用されるような一般的な意味を有するものとする。

明細書および請求項で使用する場合、１つ以上の要素のリストを参照したときの「少なくとも１つの」という成句は、要素リスト内のいずれか１つ以上から選択した少なくとも１つの要素を意味するが、必ずしも要素リスト内に具体的にリストされたあらゆる要素のうちの少なくとも１つを含むとは限らず、また、要素リスト内の要素のあらゆる組み合わせを除外しないものと理解されたい。本定義は、特に定義された要素に関係するかしないかに関わらず、「少なくとも１つの」という成句が参照する要素リスト内に特に識別された要素以外の要素が、状況に応じて存在する場合があることも許容する。したがって、非限定的な例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、あるいは「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在せず少なくとも１つ、状況に応じて２つ以上のＡ（また状況に応じてＢ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ａが存在せず少なくとも１つ、状況に応じて２つ以上のＢ（および状況に応じてＡ以外の要素も含む）、さらに別の実施形態では、少なくとも１つ、状況に応じて２つ以上のＡおよび少なくとも１つ、状況に応じて２つ以上のＢ（また状況に応じて他の要素も含む）などを指すことができる。

また、特に明示されている場合を除き、本方法のうちの２つ以上の動作を含む、本願明細書に請求されたあらゆる方法において、本方法の動作の順序は、必ずしも本方法の動作が列挙された順序に限定されるものではないと理解されたい。

上述の請求項および明細書において、「備える」、「含む」、「担持する」、「有する」、「包含する」、「伴う」、「保持する」などのような全ての移行句は、オープンエンドである、すなわち含むがこれに限定されないことを意味するものと理解されたい。「〜から成る」、「〜から実質的に成る」という移行句のみ、それぞれクローズドまたはセミクローズド移行句とする。

図１は、本発明の一実施形態に基づいて使用することができる２つの反応器を含むチップを示す図である。 図２ａおよび２ｂは、２つの異なる配向の反応器を示す図である。 図２ａおよび２ｂは、２つの異なる配向の反応器を示す図である。 図３は、２つのチャンバ反応器の一実施形態の側断面図である。 図４は、本発明の一実施形態による、長手方向の流路を含む反応サイト容器を示す図である。 図５ａは、本発明の一実施形態による、直交流路を含む反応サイト容器の平面図である。 図５ｂは、図５ａの反応容器を線Ｖｂ−Ｖｂに沿って見た断面図である。 図６は、本発明の一実施形態による、反応器とともに使用することができる回転装置および制御システムの１つの例示的実施形態を示す図である。 図７ａは、本発明の別の例示的実施形態による、円周リングを含む２つのチャンバ装置の平面図である。 図７ｂは、図７の線ＶＩＩｂ−ＶＩＩｂに沿って見た側断面図である。 図７ｃは、図７ｂの線ＶＩＩｃ−ＶＩＩｃに沿って見た横断平面図である。

Claims (40)

1. 細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた、断面が実質的に円形の第１の容器と、
   該第１の容器の周囲のリングとして配置された第２の容器と、
   該第１の容器を該第２の容器と流体接続する第１の流路と、
   細胞が該第１の容器から脱出することを防止するように構成および配置されたフィルタと、
   該第２の容器を該第１の容器と流体接続する第２の流路と
   を備えるマイクロ反応器であって、
   該第２の容器は、撹拌流体と、該リング周辺および該撹拌流体内を移動可能な流れ発生要素とを含み、該要素が該リングの周辺を一方向に連続的に移動することで、該第２の容器から該第１の容器内への該第２の流路を通る流体の流れを形成して、該第１の容器内に撹拌を生じさせ、
   流体は、流体回路を形成するように、該第１の容器から該第２の容器内へ該第１の流路を通って流れる、マイクロ反応器。
2. 細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、
   ２つの端部を有する第２の容器と、
   該第１の容器と該第２の容器とを流体接続する第１のマイクロ流体流路と、
   該第１の容器を該第２の容器に流体接続して流体回路を形成する第２のマイクロ流体流路と
   を備えるマイクロ反応器であって、
   該第２の容器は、撹拌流体と、該第２の容器内の該撹拌流体内で自由に懸濁可能である流れ発生要素とを含み、該要素は、該撹拌流体内を移動可能であり、該要素が一端から他端へ一般的な方向に移動することで、該第１の容器内に流体の流れを形成して、該第１の容器内に撹拌を生じさせる、マイクロ反応器。
3. 容量が約２ミリリットル未満であり、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、
   第２の容器と、
   該第１の容器と該第２の容器とを流体接続する第１のマイクロ流体流路と
   を備えるマイクロ反応器であって、
   該第２の容器は、撹拌流体と、該第２の容器内の該撹拌流体の中にある流れ発生要素とを含み、該流れ発生要素は、該撹拌流体内を移動可能であることにより、該第１の容器を該第２の容器と接続する該流路内に流体の流れを形成して、該第１の容器内に撹拌を生じさせる、マイクロ反応器。
4. 流体回路を形成するように、前記第２の容器と前記第１の容器とを接続する第２のマイクロ流体流路をさらに備える、請求項３に記載のマイクロ反応器。
5. 前記第１の容器から細胞が出ないようにするフィルタをさらに備える、請求項３に記載のマイクロ反応器。
6. 前記第２の容器に細胞が入ることを防ぐフィルタをさらに備える、請求項３に記載のマイクロ反応器。
7. 第２のチャンバから第１のチャンバへの一方向の流れを提供する逆止弁をさらに備える、請求項３に記載のマイクロ反応器。
8. 前記第１のマイクロ流体流路内の流れは一方向である、請求項３に記載のマイクロ反応器。
9. 前記一方向の流れは、前記第２のチャンバから前記第１のチャンバへの流れであり、この流れは逆止弁を用いずにもたらされる、請求項８に記載のマイクロ反応器。
10. 前記要素は、前記第２の容器内の前記撹拌流体内で自由に懸濁可能である、請求項３に記載のマイクロ反応器。
11. 前記第１の容器は、容量が１．２ミリリットル以下である、請求項３に記載のマイクロ反応器。
12. 細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、
    第２の容器と、
    該第１の容器と該第２の容器とを流体接続する第１のマイクロ流体流路と
    を備えるマイクロ反応器であって、
    該第２の容器は、撹拌流体と、該第２の容器内の該撹拌流体内で自由に懸濁可能である流れ発生要素とを含み、該流れ発生要素は、該撹拌流体内を移動可能であり、該第１の容器を該第２の容器と接続する該第１の流路内に流体の流れを形成して、該第１の容器内に撹拌を生じさせる、マイクロ反応器。
13. 流体回路を形成するように、前記第２の容器と前記第１の容器とを接続する第２のマイクロ流体流路をさらに備える、請求項１２に記載のマイクロ反応器。
14. 前記第１の容器の容量は、約２ミリリットル未満である、請求項１２に記載のマイクロ反応器。
15. 前記第１の容器の容量は、約１．２ミリリットル以下である、請求項１２に記載のマイクロ反応器。
16. 容量が約２ミリリットル未満であり、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器と、
    該第１の容器を含む流体回路であって、該第１の容器の外側にあり、該第１の容器内の流体を撹拌するように構成および配置された流体撹拌器を含む、流体回路と
    を備える、マイクロ反応器。
17. 前記撹拌器は、前記第１の容器に流体接続される第２の容器である、請求項１６に記載のマイクロ反応器。
18. 前記第２の容器は、流入流路によって前記第１の容器に流体接続される、請求項１７に記載のマイクロ反応器。
19. 前記第１の容器は、第２の流出流路によって前記第２の容器に流体接続される、請求項１８に記載のマイクロ反応器。
20. 前記第１の容器と前記第２の容器との間にフィルタをさらに備える、請求項１９に記載のマイクロ反応器。
21. 前記フィルタは、前記第１の容器の壁を形成する、請求項２０に記載のマイクロ反応器。
22. 前記フィルタは、膜である、請求項２１に記載のマイクロ反応器。
23. 前記流入流路は、マイクロ流体流路である、請求項１８に記載のマイクロ反応器。
24. 前記流出流路は、マイクロ流体流路である、請求項２３に記載のマイクロ反応器。
25. 前記第２の容器はループを形成する流路であり、該ループ流路は、その中に移動可能な要素を有する、請求項１７に記載のマイクロ反応器。
26. 前記撹拌要素が前記ループの周辺を一方向に連続的に移動することで、流体を前記第２の容器から前記第１の容器内へ移動させるように構成および配置された、請求項２５に記載のマイクロ反応器。
27. 流体を前記第２の容器から前記第１の容器内へ移動することで、流体を該第１の容器から該第２の容器へ移動させるように構成および配置された、請求項２６に記載のマイクロ反応器。
28. 流体が前記第１の容器から前記第２の容器へ移動するときに、この流体をフィルタ処理するフィルタをさらに備える、請求項２７に記載のマイクロ反応器。
29. 前記移動可能な要素は、気泡である、請求項２５に記載のマイクロ反応器。
30. 前記移動可能な要素は、前記第２の容器の流体と不混和性の液体である、請求項２５に記載のマイクロ反応器。
31. 前記移動可能な要素は、前記第２の容器内の流体内で自由に懸濁可能である、請求項２５に記載のマイクロ反応器。
32. 前記ループ流路は、実質的に円形のリングである、請求項２５に記載のマイクロ反応器。
33. 前記第２の容器は、環境因子を検出するためのセンサを備える、請求項１７に記載のマイクロ反応器。
34. 前記マイクロ反応器は、細胞の培養を促進するように構成および配置され、容量が約２ミリリットル未満である反応サイト容器を含む生物または生化学反応器を備え、該マイクロ反応器は、撹拌流体と、前記第２の容器内の該撹拌流体の中にある流れ発生要素とを含む第２の容器をさらに備え、該流れ発生要素は、該撹拌流体内を移動可能である、マイクロ反応器内に流体の流れを形成する方法であって、該方法は、
    該撹拌流体を、該第２の容器から該反応サイト容器内へ、少なくとも５分間、第１の方向から実質的に均一な流量で連続的に流すように、該第２の容器内の該流れ発生要素を移動させることを含む、方法。
35. 前記撹拌流体を前記第２の容器から前記反応サイト容器内へ流すステップは、該撹拌流体を、該第２の容器を該反応サイト容器へ接続するマイクロ流体流路を通じて流すことを含む、請求項３４に記載の方法。
36. 撹拌流体を前記第２の容器から前記反応サイト容器内へ、少なくとも５分間、第２の方向から実質的に均一な流量で連続的に流すと同時に、前記第１の方向から流すことをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
37. 前記第２の容器は、該第２の容器内の環境因子を検出するように構成および配置されたセンサを備える、請求項３４に記載の方法。
38. 前記マイクロ反応器は、容量が約２ミリリットル未満であり、細胞の培養を促進するように構成および配置された反応サイトを含む生物または生化学反応器を備えた第１の容器を備えた、マイクロ反応器内に流体の流れを形成する方法であって、
    撹拌流体を第２の容器から該第１の容器内へ、少なくとも５分間、反復的な脈動態様で流すことを含む、方法。
39. 前記第１の容器は２つの流入口を含み、前記撹拌流体を反復的な脈動態様で流すことは、該２つの流入口のうち、該第１の容器への流れが、他方における該第１の容器への流れより大きい方の流入口を交替させることによって、前記反応サイト内の流体の流れの方向を交替させることを含む、請求項３８に記載の方法。
40. 前記２つ流入口のうちの第１の流入口は、前記撹拌流体を前記第１の容器内へ導入し、該２つ流入口のうちの第２の流入口は、該第１の容器内に収容される流体のための流出口となる、請求項３９に記載の方法。

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