JP2018512853A - マイクロ流体デバイス用の培養ステーション - Google Patents
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Abstract
マイクロ流体デバイス内で生体細胞を培養するためのステーションが提供される。ステーションは、１つ又は複数の熱伝導性載置インターフェースであって、各載置インターフェースは、載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスを有するように構成されている、１つ又は複数の熱伝導性載置インターフェースと、１つ又は複数の載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスの温度を制御するように構成された熱調整システムと、流動培養培地を、１つ又は複数の載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスに制御可能且つ選択的に分配するように構成された培地灌流システムと、を含む。
Description
本発明の分野
本開示は、全般的に、マイクロ流体デバイスを使用した生体細胞の処理及び培養に関する。
本開示は、全般的に、マイクロ流体デバイスを使用した生体細胞の処理及び培養に関する。
背景
マイクロ流体分野が進歩し続けるにつれて、マイクロ流体デバイスは生体細胞などの微小物体を処理及び操作するための便利なプラットフォームとなっている。そうではあっても、特に生物科学に適用されるマイクロ流体デバイスの全潜在能力は未だ実現されてはいない。例えば、マイクロ流体デバイスは生体細胞の分析に適用されてはいるものの、こうした細胞の培養は組織培養プレート内で引き続き実施されており、時間を浪費するとともに、比較的大量の高価な細胞培養培地、使い捨てプラスチック皿、マイクロタイタープレート等を必要とする。
マイクロ流体分野が進歩し続けるにつれて、マイクロ流体デバイスは生体細胞などの微小物体を処理及び操作するための便利なプラットフォームとなっている。そうではあっても、特に生物科学に適用されるマイクロ流体デバイスの全潜在能力は未だ実現されてはいない。例えば、マイクロ流体デバイスは生体細胞の分析に適用されてはいるものの、こうした細胞の培養は組織培養プレート内で引き続き実施されており、時間を浪費するとともに、比較的大量の高価な細胞培養培地、使い捨てプラスチック皿、マイクロタイタープレート等を必要とする。
概要
本明細書中に開示される例示的実施形態によれば、マイクロ流体デバイス内で生体細胞を培養するためのステーションが提供される。ステーションは、１つ又は複数の熱伝導性載置インターフェース（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又はこれより多い載置インターフェース）を含み、各載置インターフェースは、載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスを有するように構成されている。ステーションは、１つ又は複数の載置インターフェースそれぞれの上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスの温度を制御するように構成された熱調整システムと、流動培養培地を、１つ又は複数の載置インターフェースそれぞれの上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスに制御可能且つ選択的に分配するように構成された培地灌流システムと、を更に含む。
本明細書中に開示される例示的実施形態によれば、マイクロ流体デバイス内で生体細胞を培養するためのステーションが提供される。ステーションは、１つ又は複数の熱伝導性載置インターフェース（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又はこれより多い載置インターフェース）を含み、各載置インターフェースは、載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスを有するように構成されている。ステーションは、１つ又は複数の載置インターフェースそれぞれの上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスの温度を制御するように構成された熱調整システムと、流動培養培地を、１つ又は複数の載置インターフェースそれぞれの上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスに制御可能且つ選択的に分配するように構成された培地灌流システムと、を更に含む。
種々の実施形態では、培地灌流システムは、培養培地源に流体的に接続された入力と、出力と、を有するポンプを含み、出力は入力と同一であっても異なっていてもよい。培地（又は他の流体若しくはガス）の灌流は、ポンプの出力を１つ又は複数の灌流ラインと流体的に接続している灌流ネットワークによって実施することができ、各灌流ラインは、１つ又は複数の載置インターフェースの各１つと対応付けられている。灌流ラインは、各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスの流体進入ポートに流体的に接続されるように構成することができる。制御システムは、ポンプ及び灌流ネットワークを選択的に動作し、それにより、制御された流量で制御された時間にわたり、培養培地源からの培養培地を対応する灌流ラインに選択的に流すように構成されている。種々の実施形態では、制御システムは、オンオフデューティサイクル及び流量（これらは任意選択的に、少なくとも一部、ユーザインターフェースを介して受信した入力を基にしてもよい）に従い、培養培地の断続的な流れを対応する灌流ライン内に提供するようにプログラムされている（若しくはプログラムされていてもよい）又はそれ以外で構成されている（若しくは構成されていてもよい）。いくつかの実施形態では、制御システムは、培養培地の流れを一度に１つ以下の灌流ライン内に提供するようにプログラムされている（若しくはプログラムされていてもよい）又はそれ以外で構成されている（若しくは構成されていてもよい）。他の実施形態では、制御システムは、培養培地の流れを同時に２つ以上の灌流ライン内に提供するようにプログラムされている（若しくはプログラムされていてもよい）又はそれ以外で構成されている（若しくは構成されていてもよい）。
種々の実施形態では、培養ステーションは各載置インターフェースと対応付けられた各マイクロ流体デバイスカバーを更に含み、デバイスカバーは、各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスを部分的に又は完全に密閉するように構成されている。各載置インターフェースと対応付けられた灌流ラインは、デバイスカバーに結合された遠位端を有することができ、デバイスカバーがマイクロ流体デバイスを密閉している（例えば、マイクロ流体デバイス上に配置されている）とき、デバイスカバーの構成と併せて、灌流ラインの遠位端はマイクロ流体デバイスの流体進入ポートに流体的に接続され得るように構成されている。例えば、デバイスカバーは、灌流ラインをマイクロ流体デバイスに流体的に接続するために、灌流ラインの遠位端とマイクロ流体デバイスの流体進入ポートとの間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成された１つ又は複数の特徴を含み得る。
１つ又は複数の廃棄物ラインが、また、１つ又は複数の載置インターフェースの各１つと対応付けられていてもよい。例えば、各廃棄物ラインは、１つ又は複数のデバイスカバーそれぞれに結合することができ、各廃棄物ラインは、各デバイスカバーに結合された近位端を有し、デバイスカバーがマイクロ流体デバイスを密閉している（例えば、マイクロ流体デバイス上に配置されている）とき、カバーの構成と併せて、廃棄物ラインの近位端はマイクロ流体デバイスの流体放出ポートに流体的に接続され得るように構成されている。デバイスカバーは、廃棄物ラインをマイクロ流体デバイスに流体的に接続するために、廃棄物ラインの近位端と、マイクロ流体デバイスの流体放出ポートとの間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成された１つ又は複数の特徴を含み得る。
種々の実施形態では、各載置インターフェースは略平坦な金属基板を含み得る。略平坦な金属基板は、各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスの略平坦な金属底面と熱的に結合するように構成された上面を有する。基板は底面を更に含むことができ、底面は、抵抗加熱器、ペルチェ熱電デバイス等などの加熱素子と熱的に結合するように構成されている。基板は、黄銅又は青銅などの銅合金を含み得る。
熱調整システムは１つ又は複数の温度センサを含み得る。このようなセンサは、各載置インターフェース基板に結合され得る及び／又は各載置インターフェース基板内に埋設され得る。あるいは又は加えて、熱調整システムは、載置インターフェース上に載置された各マイクロ流体デバイスに結合されている及び／又は載置インターフェース上に載置された各マイクロ流体デバイス内に埋設されている１つ又は複数の温度センサから温度データを受信するように構成することができる。一実施形態では、熱調整システムは、１つ又は複数の載置インターフェースに熱的に結合された１つ又は複数の抵抗加熱器を含むことができ、任意選択的に、１つ又は複数の抵抗加熱器のそれぞれは、１つ又は複数の載置インターフェースの各１つ又はその金属基板に熱的に結合されている。別の実施形態では、熱調整システムは、１つ又は複数のペルチェ熱電加熱／冷却デバイスを含むことができ、任意選択的に、１つ又は複数のペルチェデバイスのそれぞれは、１つ又は複数の載置インターフェースの各１つ又はその金属基板に熱的に結合されている。
熱調整システムは１つ又は複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むことができ、１つ又は複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）は、１つ又は複数の載置インターフェースの温度を監視及び調整するように構成されている。したがって、１つ又は複数のＰＣＢは、１つ又は複数の温度センサ（載置インターフェース及び／又は載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスに結合されている及び／又は載置されているかどうかを問わず）から温度データを取得することができ、このようなデータを使用して、１つ又は複数の載置インターフェース及び／又は１つ又は複数の載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスの温度を調整することができる。１つ又は複数のＰＣＢは、抵抗加熱器（例えば、電流が通過すると加熱される、ＰＣＢの表面上の金属リード）を含むことができる、又は抵抗加熱器若しくはペルチェデバイスなどの加熱素子に結合することができる。１つ又は複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）のそれぞれは、１つ又は複数の載置インターフェースの各１つと対応付けることができる。したがって、１つ又は複数の載置インターフェースのそれぞれは、温度に関して、独立して監視及び調整することができる。
種々の実施形態では、各調節可能なクランプが各載置インターフェースに設けられ、マイクロ流体デバイスを各載置インターフェースに固定するように構成されている。例えば、載置インターフェースにデバイスカバーが設けられる実施形態では、クランプは、デバイスカバーが、デバイスカバーによって少なくとも部分的に密閉された（例えば、デバイスカバーの下に配置された）マイクロ流体デバイスを各載置面に固定するように、載置インターフェースと対応付けられた各デバイスカバーに対し力を加えるように構成されてもよい。他の実施形態では、１つ又は複数の圧縮ばねが各載置インターフェースに設けられ、デバイスカバーが、デバイスカバーによって少なくとも部分的に密閉されたマイクロ流体デバイスを各載置面に固定するように、載置インターフェースと対応付けられた各デバイスカバーに対し力を加えるように構成されている。
種々の実施形態では、培養ステーションは、１つ又は複数の載置インターフェースのための支持物を更に含む。支持物は画定された軸線の周りを回転し、それにより、１つ又は複数の載置インターフェースが、培養ステーションに作用する重力に垂直な面に対し傾斜することを可能にするように構成されている。このような実施形態では、培養ステーションは水準器を更に含むことができる。水準器は、１つ又は複数の載置インターフェースが法平面に対して既定の角度で傾斜したときに示すことができる。したがって、載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスを所望の角度で保持することを可能にする。例えば、既定の傾斜角度は、約０．５°〜約１３５°の範囲内（例えば、約１°、２°、３°、４°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、９０°、９５°、１００°、１０５°、１１０°、１１５°、１２０°、１２５°、１３０°又は１３５°）であり得る。
種々の実施形態では、培養ステーションは、更に、１つ又は複数の載置インターフェースに載置されているマイクロ流体デバイスの各灌流及び／又は温度履歴をメモリに記録するように構成されている。非限定的な例として、メモリは、各マイクロ流体デバイスに組み込むことができる又は各マイクロ流体デバイスと結合させることができる。培養ステーションは、撮像及び／又は検出装置を更に備えてもよく、撮像及び／又は検出装置は、培養ステーションに結合されている又は培養ステーションと動作的に対応付けられており、載置インターフェースに載置されているマイクロ流体デバイス内の生物学的活動を表示する及び／又は撮像する及び／又は検出するように構成されている。
開示される実施形態の別の態様によれば、マイクロ流体デバイス内で生体細胞を培養するための例示的な方法は、（ｉ）マイクロ流体デバイスを培養ステーションの載置インターフェースに載置することであって、マイクロ流体デバイスは、フロー領域と、複数の成長チャンバと、を含むマイクロ流体回路を画定し、マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体回路の第１端部領域と流体連通する流体進入ポートと、マイクロ流体回路の第２端部領域と流体連通する流体放出ポートと、を含む、ことと、（ｉｉ）載置インターフェースと対応付けられた灌流ラインを流体進入ポートに流体的に接続し、それによって、灌流ラインをマイクロ流体回路の第１端部領域と流体的に接続することと、（ｉｉｉ）載置インターフェースと対応付けられた廃棄物ラインを流体放出ポートに流体的に接続し、それによって、廃棄物ラインをマイクロ流体回路の第２端部領域と流体的に接続することと、（ｉｖ）培養培地を、それぞれ、灌流ライン、流体進入ポート、マイクロ流体回路のフロー領域、及び流体放出ポート内に、複数の成長チャンバ内に隔離された１つ又は複数の生体細胞を灌流するのに適切な流量で流すことと、を含む。
種々の実施形態では、培養培地の断続的な流れがマイクロ流体回路のフロー領域内に提供される。例として、培養培地は、所定の及び／又はオペレータが選択したオンオフデューティサイクルに従い、マイクロ流体回路のフロー領域内に流すことができる。オンオフデューティサイクルは（限定されるものではないが）、約５分〜約３０分（例えば、約５分〜約１０分、約６分〜約１５分、約７分〜約２０分、約８分〜約２５分、約１５分〜約２０、２５又は３０分、約１７．５分〜約２０、２５又は３０分）継続してもよい。いくつかの実施形態では、培養培地は定期的に流され、その各時間は（限定はしないが、例えば）約１０秒〜約１２０秒（例えば、約２０秒〜約１００秒又は約３０秒〜約８０秒）である。いくつかの実施形態では、マイクロ流体回路のフロー領域内の培養培地の流れは定期的に（限定はしないが、例えば）約５秒〜約６０分（例えば、約３０秒〜約１、２、３、４、５又は３０分、約１分〜約２、３、４、５、６又は３５分、約２分〜約４、５、６、７、８又は４０分、約３分〜約６、７、８、９、１０又は４５分、約４分〜約８、９、１０、１１、１２又は５０分、約５分〜約１０、１５、２０、２５、３０又は６０分、約１０分〜約２０、３０、４０、５０又は６０分等）停止される。培養培地は、所定の及び／又はオペレータが選択した流量に従い、マイクロ流体回路のフロー領域内に流すことができる。非限定的な例として、一実施形態では、流量は約０．０１マイクロリットル／秒〜約５．０マイクロリットル／秒である。種々の実施形態では、マイクロ流体回路のフロー領域は２つ以上の流路を含み、培養培地は、２つ以上の流路のそれぞれに、（同じく、限定はしないが、例えば）約０．００５マイクロリットル／秒〜約２．５マイクロリットル／秒の平均流量で流される。別の実施形態では、培養培地の連続的な流れがマイクロ流体回路内に提供される。
種々の実施形態では、当該方法は、載置インターフェースに熱的に結合された少なくとも１つの加熱素子（例えば、抵抗加熱器、ペルチェ熱電デバイス等）を使用してマイクロ流体デバイスの温度を制御することを更に含む。例えば、加熱素子は、載置インターフェースに埋設されている又は載置インターフェースに結合されている温度センサによって出力された信号に基づき作動され得る。
種々の実施形態では、当該方法は、マイクロ流体デバイスが載置インターフェースに載置されている間に、マイクロ流体デバイスの灌流及び／又は温度履歴を記録することを更に含む。非限定的な例として、灌流及び／又は温度履歴は、マイクロ流体デバイスに組み込まれた又はマイクロ流体デバイスに結合されたメモリに記録することができる。
開示される発明の実施形態の他の及び更なる態様並びに特徴は、添付の図に鑑み、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
詳細な説明
本明細書は、本発明の例示的実施形態及び用途を記載する。しかしながら、本発明は、これら例示的実施形態及び用途、又は例示的実施形態及び用途が動作する若しくは本明細書中に記載される手法に限定されるものではない。更に、図は、簡略図又は部分図を示す場合があり、図中の要素の寸法は明確にするために誇張されている又は正確な縮尺ではない場合がある。加えて、本明細書中で「上にある（on）」、「に取り付けられる（attached to）」又は「に結合される（coupled to）」という用語が使用される場合、１つの要素（例えば、材料、層、基板等）が別の要素「上にある」、別の要素「に取り付けられる」又は別の要素「に結合される」ことが可能であり、この１つの要素が他の要素の直に上にあるか、直に取り付けられるか、直に結合されるか、又は１つの要素と他の要素との間に１つ又は複数の介在要素があるかどうかについては問わない。また、方向（例えば、上方（above）、下方（below）、上部（top）、底部（bottom）、側部（side）、上（up）、下（down）、下（under）、上（over）、上方（upper）、下方（lower）、水平（horizontal）、垂直（vertical）、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」等）が与えられる場合、これらは相対であり、単に例として且つ説明及び記載を簡略にするために提供するものであり、限定として提供するものではない。加えて、要素のリストを参照する場合（例えば、要素ａ、ｂ、ｃ）、このような参照は、列挙された要素のうちの任意の１つのみ、列挙された要素の全てに満たない任意の組み合わせ、及び／又は列挙された要素の全ての組み合わせを含むものとする。
本明細書は、本発明の例示的実施形態及び用途を記載する。しかしながら、本発明は、これら例示的実施形態及び用途、又は例示的実施形態及び用途が動作する若しくは本明細書中に記載される手法に限定されるものではない。更に、図は、簡略図又は部分図を示す場合があり、図中の要素の寸法は明確にするために誇張されている又は正確な縮尺ではない場合がある。加えて、本明細書中で「上にある（on）」、「に取り付けられる（attached to）」又は「に結合される（coupled to）」という用語が使用される場合、１つの要素（例えば、材料、層、基板等）が別の要素「上にある」、別の要素「に取り付けられる」又は別の要素「に結合される」ことが可能であり、この１つの要素が他の要素の直に上にあるか、直に取り付けられるか、直に結合されるか、又は１つの要素と他の要素との間に１つ又は複数の介在要素があるかどうかについては問わない。また、方向（例えば、上方（above）、下方（below）、上部（top）、底部（bottom）、側部（side）、上（up）、下（down）、下（under）、上（over）、上方（upper）、下方（lower）、水平（horizontal）、垂直（vertical）、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」等）が与えられる場合、これらは相対であり、単に例として且つ説明及び記載を簡略にするために提供するものであり、限定として提供するものではない。加えて、要素のリストを参照する場合（例えば、要素ａ、ｂ、ｃ）、このような参照は、列挙された要素のうちの任意の１つのみ、列挙された要素の全てに満たない任意の組み合わせ、及び／又は列挙された要素の全ての組み合わせを含むものとする。
明細書における段落の分割は単に検討を容易にするためであり、記載される要素の任意の組み合わせを制限するものではない。
本明細書で使用する場合、「実質的に（substantially）」は、意図した目的のために機能するのに十分であること意味する。したがって、用語「実質的に」は、絶対的な又は完全な状態、寸法、測定値、結果等からのわずかな差異を可能にし、この差異は、例えば、当業者には想定されるが全体的な性能には大きく影響しない。数値若しくはパラメータ、又は数値として表現できる特性に関して使用される場合、「実質的に」は１０パーセント以内を意味する。用語「いくつか（ones）」は、１つより多いことを意味する。
本明細書で使用する場合、用語「微小物体（micro−object）」は、マイクロ粒子、マイクロビーズ（例えば、ポリスチレンビーズ、Luminex（商標）ビーズ等）、磁気ビーズ、常磁性ビーズ、マイクロロッド、マイクロワイヤ、量子ドット等などの無生物微小物体；細胞（例えば、胚、卵母細胞、精子、組織から分離された細胞、血液細胞、マクロファージ、ＮＫ細胞、Ｔ細胞、Ｂ細胞、樹状細胞（ＤＣ）等などの免疫学的細胞、ハイブリドーマ、培養細胞、組織から分離された細胞、ＣＨＯ細胞などの細胞株による細胞、癌細胞、循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）、感染細胞、トランスフェクト及び／又は変換細胞、レポーター細胞等）、リポソーム（例えば、合成又は膜標本から得られた）、脂質ナノラフト等などの生体微小物体；又は無生物微小物体と生体微小物体との組み合わせ（例えば、細胞に付着させたマイクロビーズ、リポソームで被覆されたマイクロビーズ、リポソームで被覆された磁気ビーズ等）の１つ又は複数を包含し得る。脂質ナノラフトについては、Ritchie et al.(2009)“Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs,” Methods Enzymol.,464：211−231に記載されている。
本明細書で使用する場合、用語「細胞（cell）」は生体細胞を意味し、植物細胞、動物細胞（例えば、哺乳動物の細胞）、細菌細胞、真菌細胞等であり得る。哺乳動物の細胞は、例えば、ヒト、マウス、ラット、ウマ、ヤギ、ヒツジ、雌ウシ、霊長類等からのものであり得る。
本明細書で使用する場合、用語「細胞を維持する（maintaining (a) cell(s)）」は、流体成分と気体成分の両方を含む環境と、任意選択的に、細胞を生存可能な及び／又は増殖している状態で維持するために必要な条件を提供する表面と、を提供することを意味する。
流体培地の「成分（component）」は、溶媒分子、イオン、小分子、抗生物質、ヌクレオチド及びヌクレオシド、核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、糖、炭水化物、脂質、脂肪酸、コレステロール、代謝産物等を含む、培地中に存在する任意の化学的又は生化学的分子である。
本明細書では、流体培地に関して使用する場合、「拡散する（diffuse）」及び「拡散（diffusion）」は、濃度勾配に沿った流体培地の成分の熱力学的な移動を意味する。
「培地の流れ（flow of a medium）」という語句は、主に拡散以外の何らかの機構による流体培地の大量の移動を意味する。例えば、培地の流れには、１つの箇所と別の箇所との間の差圧による、１つの箇所から別の箇所への流体培地の移動を伴う場合がある。このような流れには、連続的、パルス状、周期的、ランダム、断続的、若しくは往復的な液体の流れ、又はこれらの任意の組み合わせを含み得る。１つの流体培地が別の流体培地中に流れると培地の乱流及び混合が生じる場合がある。
「実質的に流れがない（substantially no flow）」という語句は、時間において平均した、物質（例えば、目的分析物）の成分の、流体培地への又は流体培地内における拡散速度を下回る流体培地の流速を意味する。このような物質の成分の拡散速度は、例えば、温度、成分のサイズ、及び成分と流体培地との間の相互作用の強度に依存する場合がある。
本明細書では、マイクロ流体デバイス内の異なる領域に関して使用する場合、「流体的に接続される（fluidically connected）」という語句は、異なる領域に流体培地などの流体が実質的に充填されているとき、各領域内の流体が接続されて単一体の流体を形成することを意味する。これは、異なる領域内の流体（又は流体培地）が必ずしも同一の組成であることを意味するものではない。むしろ、マイクロ流体デバイスの異なる流体的に接続された領域内の流体は、異なる組成（例えば、タンパク質、炭水化物、イオン又はその他の分子などの、異なる濃度の溶質）を有することができ、これら流体は、溶質がそのそれぞれの濃度勾配及び／又は流体の流れに沿ってデバイス内を移動する際には流動的である。
いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、「掃引（swept）」領域及び「非掃引（unswept）」領域を含むことができる。流体接続が、拡散は可能にするが、掃引領域と非掃引領域との間には培地の流れが実質的にないように構築されることを条件として、非掃引領域は掃引領域に流体的に接続することができる。マイクロ流体デバイスは、したがって、非掃引領域を掃引領域内の培地の流れから実質的に隔離する一方で、実質的に掃引領域と非掃引領域との間の拡散的な流体連通のみを可能にするように構築することができる。
本明細書で使用する場合、「マイクロ流体路（microfluidic channel）」又は「流路（flow channel）」は、水平寸法と垂直寸法の両方よりも大幅に長い長さを有するマイクロ流体デバイスのフロー領域を意味する。例えば、流路は、水平寸法又は垂直寸法のいずれかの長さの少なくとも５倍、例えば、この長さの少なくとも１０倍、この長さの少なくとも２５倍、この長さの少なくとも１００倍、この長さの少なくとも２００倍、この長さの少なくとも３００倍、この長さの少なくとも４００倍、この長さの少なくとも５００倍、又はこれを超える長さとすることができる。いくつかの実施形態では、流路の長さは、約２０，０００ミクロン〜約１００，０００ミクロンの範囲内であり、これらの間のあらゆる範囲を含む。いくつかの実施形態では、水平寸法は、約１００ミクロン〜約３００ミクロン（例えば、約２００ミクロン）の範囲内であり、垂直寸法は、約２５ミクロン〜約１５０ミクロン、例えば、約３０〜約１００ミクロン、又は約４０〜約６０ミクロンの範囲内である。流路は、マイクロ流体デバイス内に種々の異なる空間的構成を有してもよく、したがって、完全に線形の要素には限定されないことに留意されたい。例えば、流路は、以下の構成、すなわち、湾曲、屈曲、螺旋、上方への傾斜、下方への傾斜、分岐（例えば、複数の異なる流れ経路）、及びこれらの任意の組み合わせを有する１つ又は複数の区分であってもよい又はこのような１つ又は複数の区分を含んでもよい。加えて、流路は、その経路に沿って異なる断面積を有し、拡張及び狭窄して流路内に所望の流体の流れを提供してもよい。
ある実施形態では、マイクロ流体デバイスの流路は掃引領域（上で定義した）の一例であり、マイクロ流体デバイスの隔離領域（以下で更に詳細に記載する）は非掃引領域の一例である。
特定の生体物質（例えば、抗体などのタンパク質）を生成する生体微小物体（例えば、生体細胞）の能力を、このようなマイクロ流体デバイスにおいて検定することができる。例えば、目的分析物の生成に関して検定する生体微小物体（例えば、細胞）を含むサンプル物質をマイクロ流体デバイスの掃引領域に装填することができる。生体微小物体（例えば、ヒト細胞などの哺乳動物の細胞）のいくつかを特定の特徴に関して選択し、非掃引領域内に配置することができる。その後、残りのサンプル物質を掃引領域外に流し、検定物質を掃引領域内に流すことができる。選択された生体微小物体は非掃引領域内にあるため、選択された生体微小物体は、残りのサンプル物質の流出又は検定物質の流入による影響を実質的に受けない。選択された生体微小物体が目的分析物を生成するのを可能にすることができ、目的分析物は非掃引領域から掃引領域へと拡散することができる。掃引領域では、目的分析物が検定物質と反応して局所的な検出可能反応を生じさせることができ、これらの反応はそれぞれ、特定の非掃引領域に相関させることができる。検出された反応と対応付けられた任意の非掃引領域を分析し、非掃引領域内に生体微小物体がもしあれば、そのどれが目的分析物を十分に生成するかを判定することができる。
マイクロ流体デバイスを含むシステム。図１Ａ〜図１Ｃは、本明細書中に記載される方法において使用してもよいマイクロ流体デバイス１００を有するシステムの一例を示す。示されるように、マイクロ流体デバイス１００は、複数の相互接続された流体回路要素を含むマイクロ流体回路１３２を密閉している。図１Ａ〜図１Ｃに示される例では、マイクロ流体回路１３２は流路１３４を含み、流路１３４に、成長チャンバ１３６、１３８、１４０が流体的に接続されている。図示されている実施形態においては１つの流路１３４及び３つの成長チャンバ１３６、１３８、１４０が示されるものの、別の実施形態では、それぞれ、１つより多い流路１３４と、３つより多い又は少ない成長チャンバ１３６、１３８、１４０とがあってもよいことは理解すべきである。マイクロ流体回路１３２は、また、流体チャンバ、リザーバ等などの更なる又は異なる流体回路要素を含み得る。
マイクロ流体デバイス１００は、１つ又は複数の流体培地を含み得るマイクロ流体回路１３２を密閉する筐体１０２を含む。デバイス１００は異なる手法で物理的に構築することができるが、図１Ａ〜図１Ｃに示される実施形態では、筐体１０２は、支持構造体１０４（例えば、基部）と、マイクロ流体回路構造体１１２と、カバー１２２と、を含む。支持構造体１０４と、マイクロ流体回路構造体１１２と、カバー１２２とは互いに取り付けることができる。例えば、マイクロ流体回路構造体１１２は支持構造体１０４上に配置することができ、カバー１２２はマイクロ流体回路構造体１１２上に配置することができる。支持構造体１０４及びカバー１２２によって、マイクロ流体回路構造体１１２はマイクロ流体回路１３２を画定することができる。図においてマイクロ流体回路１３２の内部表面は参照符号１０６として示される。
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、支持構造体１０４は底部に、カバー１２２はデバイス１００の上部にあり得る。あるいは、支持構造体１０４及びカバー１２２は他の配向とすることができる。例えば、支持構造体１０４は上部に、カバー１２２はデバイス１００の底部にあり得る。構成を問わず、１つ又は複数の流体アクセス（すなわち、進入及び放出）ポート１２４が設けられ、各流体アクセスポート１２４は通路１２６を含み、通路１２６はマイクロ流体回路１３２と連通し、流体物質が筐体１０２に流れ込む又は筐体１０２から流れ出すことを可能にする。流体通路１２６は、バルブ、ゲート、貫通穴等を含んでもよい。図示される実施形態においては２つの流体アクセスポート１２４が示されるものの、デバイス１００の別の実施形態は、マイクロ流体回路１３２への流体物質の進入及びマイクロ流体回路１３２からの流体物質の放出を提供する１つのみ又は２つを超える流体アクセスポート１２４を有することができることは理解すべきである。
マイクロ流体回路構造体１１２は、マイクロ流体回路１３２の回路要素、又は筐体１０２内に位置する他の種類の回路を画定する又は収容することができる。図１Ａ〜図１Ｃに示される実施形態では、マイクロ流体回路構造体１１２は、フレーム１１４と、マイクロ流体回路材料１１６と、を含む。
支持構造体１０４は、基板又は複数の相互連結した基板を含み得る。例えば、支持構造体１０４は、１つ又は複数の相互連結した半導体基板、プリント回路基板（ＰＣＢ）等、及びこれらの組み合わせ（例えば、ＰＣＢ上に搭載された半導体基板）を含み得る。フレーム１１４はマイクロ流体回路材料１１６を部分的に又は完全に囲むことができる。フレーム１１４は、例えば、マイクロ流体回路材料１１６を実質的に取り囲む比較的剛性の構造であり得る。例えば、フレーム１１４は金属材料を含み得る。
マイクロ流体回路材料１１６にキャビティ等のパターンを描き、マイクロ流体回路要素及びマイクロ流体回路１３２の相互接続部を画定することができる。マイクロ流体回路材料１１６は、可撓性材料（例えば、ゴム、プラスチック、エラストマー、シリコーン又はポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）などのオルガノシリコーンポリマー等）を含み得る。これらはガス透過性であり得る。マイクロ流体回路材料１１６を構成し得る材料の他の例としては、成形ガラス、シリコーン（例えば、フォトパターニング可能なシリコーン）、フォトレジスト（例えば、ＳＵ８などのエポキシ系フォトレジスト）などのエッチング可能材料等が挙げられる。いくつかの実施形態では、このような材料、したがって、マイクロ流体回路材料１１６は、剛性であり得る及び／又は実質的にガス不透過性であり得る。使用される材料（単数又は複数）を問わず、マイクロ流体回路材料１１６は、フレーム１１４内の支持構造体１０４上に配置される。
カバー１２２は、フレーム１１４及び／又はマイクロ流体回路材料１１６の一体部品であり得る。あるいは、カバー１２２は、構造的に異なる要素であり得る（図１Ａ及び図１Ｂに示されるように）。カバー１２２は、フレーム１１４及び／又はマイクロ流体回路材料１１６と同一又は異なる材料を含み得る。同様に、支持構造体１０４は、示されるようにフレーム１１４又はマイクロ流体回路材料１１６とは別個の構造体とすることも、フレーム１１４又はマイクロ流体回路材料１１６の一体部品とすることもできる。同様に、フレーム１１４とマイクロ流体回路材料１１６とは、図１Ａ〜図１Ｃに示すように別個の構造体とすることも、同じ構造体の一体部分とすることもできる。いくつかの実施形態では、カバー又は蓋１２２は剛性材料から作製される。剛性材料はガラス等であってもよい。いくつかの実施形態では、剛性材料は導電性（例えば、ＩＴＯコーティングされたガラス）であってもよい、及び／又は細胞の付着、生存度及び／若しくは成長を支持するように改質してもよい。改質には、合成又は天然ポリマーのコーティングを含んでもよい。いくつかの実施形態では、図１Ａ〜図１Ｃの各成長チャンバ１３６、１３８、１４０、又は図２、図３及び図４に示される、以下に記載される実施形態の等価物上に配置されるカバー若しくは蓋１２２の一部分は、ＰＤＭＳを含むがこれに限定されない変形可能な材料から作製される。したがって、カバー又は蓋１２２は剛性部分と変形可能な部分の両方を有する複合構造体であってもよい。いくつかの実施形態では、カバー１２２及び／又は支持構造体１０４は光に対し透明である。
カバー１２２は、また、ＰＤＭＳを含むがこれに限定されない、ガス透過性の少なくとも１つの材料を含んでもよい。
他のシステム構成要素。図１Ａは、マイクロ流体デバイス１００とともに利用することができる制御／監視システム１７０の簡略ブロック図表示も示し、これらはともに、生体細胞培養のためのシステムを提供する。（概略的に）示されるように、制御／監視システム１７０は、制御モジュール１７２と、制御／監視機器１８０と、を含む。制御モジュール１７２は、デバイス１００を直接及び／又は制御／監視機器１８０を介して制御並びに監視するように構成され得る。
制御モジュール１７２は、コントローラ１７４と、メモリ１７６と、を含む。コントローラ１７４は、例えば、デジタルプロセッサ、コンピュータ等とすることができ、メモリ１７６は、例えば、データ及びマシン実行可能命令を非一時的データ又は信号として記憶するための非一時的デジタルメモリ（例えば、ソフトウェア、ファームウェア、マイクロコード等）であり得る。コントローラ１７４は、メモリ１７６に記憶されたこのようなマシン実行可能命令に従い動作するように構成することができる。あるいは又は加えて、コントローラ１７４は、有線で接続されるデジタル回路及び／又はアナログ回路を含み得る。制御モジュール１７２は、したがって、本明細書中に記載される方法で有用な任意のプロセス、本明細書中に記載されるこのようなプロセスの工程、機能、動作等を（自動的に又はユーザによる入力を基に、のいずれかにおいて）実施するように構成することができる。
制御／監視機器１８０は、マイクロ流体デバイス１００及びマイクロ流体デバイス１００において実施されるプロセスを制御又は監視するためのいくつかの異なる種類のデバイスのいずれかを含み得る。例えば、制御／監視機器１８０は、マイクロ流体デバイス１００に電力を供給するための電源（図示せず）と、流体培地をマイクロ流体デバイス１００に供給するための又は培地をマイクロ流体デバイス１００から除去するための流体培地源（図示せず）と、非限定的な例として、マイクロ流体回路１３２における微小物体（図示せず）の選択及び移動を制御するためのセレクタ制御モジュール（以下で記載される）などの輸送モジュール（motive module）と、非限定的な例として、マイクロ流体回路１３２内部の（例えば、微小物体の）画像を捕捉するための検出器（以下で記載される）などの画像捕捉機構と、非限定的な例として、エネルギーをマイクロ流体回路１３２内に誘導し、反応を刺激するための、以下で記載される、図１Ｄに示される実施形態の光源３２０などの刺激機構と、その他を含み得る。
より具体的には、画像捕捉検出器は、各フロー領域及び／又は成長チャンバを占める流体培地中に含まれる微小物体を含む、図１Ａ〜図１Ｃ、図２及び図３に示される実施形態の流路１３４、図４Ａ〜図４Ｃに示される実施形態の流路４３４、及び図１Ｄ〜図１Ｅに示される実施形態のフロー領域２４０を含むがこれらに限定されないフロー領域、並びに／又は各示されるマイクロ流体デバイス１００、３００及び４００の成長チャンバにおけるイベントを検出するための１つ又は複数の画像捕捉デバイス及び／又は機構を含み得る。例えば、検出器は、流体培地中の微小物体（図示せず）の１つ又は複数の放射特性（例えば、蛍光又は発光による）を検出することができる光検出器を含み得る。このような検出器は、例えば、培地中の１つ又は複数の微小物体（図示せず）が電磁放射を放射していることを検出する、及び／又は放射の波長、輝度、強度等を概算するように構成することができる。検出器は、可視波長光、赤外波長光、又は紫外波長光下で画像を捕捉してもよい。好適な光検出器の例としては、光電子倍増管検出器及びアバランシェ光検出器が挙げられるが、これに限定されない。
検出器が含み得る好適な撮像デバイスの例としては、デジタルカメラ、又は電荷結合デバイス及び相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージャなどの光センサが挙げられる。画像はこのようなデバイスによって捕捉され、分析され得る（例えば、制御モジュール１７２及び／又は人間のオペレータによって）。
フローコントローラは、示される各マイクロ流体デバイス１００、３００及び４００のフロー領域／流路／掃引領域内の流体培地の流れを制御するように構成することができる。例えば、フローコントローラは、流れの方向及び／又は速度を制御することができる。フローコントローラのこのようなフロー制御要素の非限定的な例としては、ポンプ及び流体アクチュエータが挙げられる。いくつかの実施形態では、フローコントローラは、例えば、フロー領域／流路／掃引領域内の培地の流れの速度及び／又はｐＨを検出するための１つ又は複数のセンサなどの更なる要素を含み得る。
制御モジュール１７２は、セレクタ制御モジュール、検出器及び／又はフローコントローラから信号を受信し、これらを制御するように構成することができる。
特に図１Ｄに示される実施形態を参照すると、光源３２０によって、照明及び／又は蛍光励起に有用な光をマイクロ流体回路１３２に案内してもよい。あるいは又は加えて、光源は、エネルギーをマイクロ流体回路１３２内に誘導し、反応を刺激してもよく、これには、ＤＥＰ構成のマイクロ流体デバイスが微小物体を選択し、移動するために必要な活性化エネルギーを提供することを含む。光源は、高圧水銀ランプ、キセノンアークランプ、ダイオード、レーザ等などの、マイクロ流体回路１３２に光エネルギーを投射することができる任意の適切な光源であってもよい。ダイオードはＬＥＤであってもよい。１つの非限定的な例では、ＬＥＤは、広域スペクトル「白色」光ＬＥＤ（例えば、PrizmatixによるUHP−T−LED−White）であってもよい。光源は、プロジェクタ、又はデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＭＳＡ（マイクロアレイシステム）若しくはレーザなどの立体照明を発生させるための他のデバイスを含んでもよい。
生体細胞を含む微小物体を選択し、移動するための輸送モジュール。上述のように、制御／監視機器１８０は、マイクロ流体回路１３２内の微小物体（図示せず）を選択し、移動するための輸送モジュールを含み得る。種々の輸送機構を用いることができる。例えば、誘電泳動（ＤＥＰ）機構を用いて、マイクロ流体回路内の微小物体（図示せず）を選択し、移動することができる。図１Ａ〜図１Ｃのマイクロ流体デバイス１００の支持構造体１０４及び／又はカバー１２２は、マイクロ流体回路１３２内の流体培地（図示せず）中の微小物体（図示せず）に対しＤＥＰ力を選択的に誘発し、それにより、個々の微小物体を選択、捕捉及び／又は移動するためのＤＥＰ構成を含み得る。制御／監視機器１８０は、このようなＤＥＰ構成のための１つ又は複数の制御モジュールを含み得る。あるいは、細胞を含む微小物体は、マイクロ流体回路内を移動させてもよい、又は重力、磁気力、流体流等を使用してマイクロ流体回路から排出してもよい。
支持構造体１０４とカバー１２２とを含むＤＥＰ構成を有するマイクロ流体デバイスの一例は、図１Ｄ及び図１Ｅに示されるマイクロ流体デバイス３００である。簡略化のために、図１Ｄ及び図１Ｅは、マイクロ流体デバイス３００のフロー領域２４０の一部分の側部断面図及び上部断面図を示すが、マイクロ流体デバイス３００は、また、マイクロ流体デバイス１００及び４００に関して本明細書中に記載されるものなどの、１つ又は複数の成長チャンバと、１つ又は複数の更なるフロー領域／流路と、を含んでよく、マイクロ流体デバイス３００のこのような領域のいずれかにＤＥＰ構成を組み込んでもよいことは理解すべきである。更に、上又は下で記載されるマイクロ流体システム構成要素のいずれかをマイクロ流体デバイス３００に組み込んでもよい及び／又はマイクロ流体デバイス３００と併せて使用してもよいことは理解すべきである。例えば、図１Ａ〜図１Ｃのマイクロ流体デバイス１００とともに上で記載した制御／監視機器１８０を含む制御モジュール１７２は、画像捕捉検出器、フローコントローラ、及びセレクタ制御モジュールのうちの１つ又は複数を含むマイクロ流体デバイス３００においても使用してよい。
図１Ｄに見られるように、マイクロ流体デバイス３００は、第１の電極３０４と、第１の電極３０４から離間している第２の電極３１０と、電極３１０上を覆う電極作動基板３０８と、を含む。各第１の電極３０４及び電極作動基板３０８はフロー領域２４０の対向表面を画定し、フロー領域２４０内に収容されている培地２０２が、電極３０４と電極作動基板３０８との間に抵抗流れ経路を提供する。第１の電極３０４と第２の電極３１０とに接続され、フロー領域２４０におけるＤＥＰ力の生成に必要なバイアス電圧を電極間に生成するように構成された電源３１２もまた示される。電源３１２は、例えば、交流（ＡＣ）電源であり得る。
ある実施形態では、図１Ｄ及び図１Ｅに示されるマイクロ流体デバイス３００は、光電子ピンセット（ＯＥＴ：opto−electronic tweezer）構成などの光学的に作動されるＤＥＰ構成を有することができる。このような実施形態では、光源３２０からの光３２２のパターンの変化（セレクタ制御モジュールによって制御してもよい）を使用して、フロー領域２４０の内部表面２４２上の目標位置３１４に対し「ＤＥＰ電極」のパターンの変化を選択的に作動させることができる。以後、フロー領域２４０の内部表面２４２上の目標領域３１４は「ＤＥＰ電極領域」と呼ぶ。
図１Ｅに示される例では、内部表面２４２上に向けられた光パターン３２２’が、クロスハッチが施されたＤＥＰ電極領域３１４ａを、示される四角形パターンで照明する。その他のＤＥＰ電極領域３１４は照明されず、以下、「暗」ＤＥＰ電極領域３１４と呼ぶ。ＤＥＰ電極作動基板３０８内の（すなわち、内部表面２４２上の各暗電極領域３１４から第２の電極３１０まで）電気インピーダンスは、培地２０２内の（すなわち、第１の電極３０４からフロー領域２４０内の培地２０２を横断し、内部表面２４２上の暗ＤＥＰ電極領域３１４まで）電気インピーダンスよりも大きい。しかしながら、ＤＥＰ電極領域３１４ａを照明することで、電極作動基板３０８内（すなわち、内部表面２４２上の照明されるＤＥＰ電極領域３１４ａから第２の電極３１０まで）のインピーダンスを、培地２０２内の（すなわち、第１の電極３０４からフロー領域２４０内の培地２０２を横切り、内部表面２４２上の照明されるＤＥＰ電極領域３１４ａまで）インピーダンス未満に低下させる。
電源３１２が作動すると、電源３１２は各照明されたＤＥＰ電極領域３１４ａと隣接する暗ＤＥＰ電極領域３１４との間の培地２０２中に電場勾配を生成し、これにより更に、流体培地２０２中の近傍の微小物体（図示せず）を引き付ける又は反発させる局所ＤＥＰ力を生成する。このようにして、フロー領域２４０内の微小物体を操作する、すなわち移動させるために、光源３２０からマイクロ流体デバイス３００に投射される光パターン３２２を変化させることによって、培地２０２中の微小物体を引きつける又は反発させるＤＥＰ電極を選択的に作動させること及び作動を停止させることができる。光源３２０は、例えば、レーザ又はプロジェクタなどの他の種類の立体照明源とすることができる。近傍の微小物体をＤＥＰ力が引きつける又は反発させるかどうかは、電源３１２の周波数並びに培地２０２及び／又は微小物体（図示せず）の誘電特性などであるがこれらに限定されないパラメータに依存し得る。
図１Ｅに示される照明されるＤＥＰ電極領域３１４ａの四角形パターン３２２’は単なる一例である。任意の数のパターン又は構成のＤＥＰ電極領域３１４を、源３２０からデバイス３００に投射される対応する光３２２のパターンによって選択的に照明することができ、照明されるＤＥＰ電極領域３２２’のパターンは、流体培地２０２中の微小物体を操作するために光パターン３２２を変化させることによって繰り返し変化させることができる。
いくつかの実施形態では、電極作動基板３０８は光伝導材料とすることができ、内部表面２４２の残部はフィーチャなし（featureless）とすることができる。例えば、光伝導材料はアモルファスシリコンから作製することができるとともに、厚さ約５００ｎｍ〜厚さ約２μｍ（例えば実質的に厚さ１ミクロン）を有する層を形成することができる。このような実施形態では、ＤＥＰ電極領域３１４は、光パターン３２２（例えば、図１Ｅに示される光パターン３２２’）に従い、フロー領域２４０の内部表面２４２上のどこにでも且つあらゆるパターンで作製することができる。照明されるＤＥＰ電極領域３１４ａの数及びパターンは、したがって、固定されておらず、各々の投射される光パターン３２２に対応する。電極作動基板３０８を構成し得る光伝導材料の一例として非ドープアモルファスシリコン材料が使用される例が米国特許第７，６１２，３５５号に示されている。
他の実施形態では、電極作動基板３０８は、例えば半導体分野で周知の半導体集積回路を形成する、複数のドープ層と、電気絶縁層と、導電層と、を含む基板を含み得る。例えば、電極作動基板３０８は、フォトトランジスタのアレイを含み得る。このような実施形態では、電気回路要素が、フロー領域２４０の内部表面２４２のＤＥＰ電極領域３１４と、第２の電極３１０との間に、各々の光パターン３２２によって選択的に作動することができる電気接続部を形成することができる。作動されていないとき、各電気接続部内（すなわち、内部表面２４２上の対応するＤＥＰ電極領域３１４から電気接続部を通り、第２の電極３１０まで）の電気インピーダンスは、培地２０２内（すなわち、第１の電極３０４から培地２０２を通り、内部表面２４２上の対応するＤＥＰ電極領域３１４まで）のインピーダンスを大きくすることができる。しかしながら、光パターン３２２の光によって作動されると、照明される電気接続部しかし（though）（すなわち、各照明されるＤＥＰ電極領域３１４ａから電気接続部を通り、第２の電極３１０まで）電気インピーダンスを、培地２０２中（すなわち、第１の電極３０４から培地２０２を通り、対応する照明されるＤＥＰ電極領域３１４ａまで）の電気インピーダンス未満の量に低下させ、それにより、上述のように対応するＤＥＰ電極領域３１４のＤＥＰ電極を作動させることができる。培地２０２中の微小物体（図示せず）を引きつける又は反発させるＤＥＰ電極は、したがって、フロー領域２４０の内部表面２４２の多くの異なるＤＥＰ電極領域３１４において、光パターン３２２によって選択的に作動させること及び作動を停止させることができる。電極作動基板３０８のこのような構成の非限定的な例としては、米国特許第７，９５６，３３９号の図２１及び図２２に示されるフォトトランジスタベースのデバイス３００が挙げられる。
他の実施形態では、電極作動基板３０８は、光作動式であってもよい複数の電極を含む基板を含み得る。電極作動基板３０８のこのような構成の非限定的な例としては、米国特許出願公開第２０１４／０１２４３７０号に示され且つ記載されている光作動式デバイス２００、４００、５００及び６００が挙げられる。更に別の実施形態では、米国特許第６，９４２，７７６号に記載されているように、支持構造体１０４及び／又はカバー１２２のＤＥＰ構成はマイクロ流体デバイスの内部表面のＤＥＰ電極の光作動に依存せず、少なくとも１つの電極を含む表面に対向して配置される選択的にアドレス指定可能且つ及び励起可能な電極を使用する。
ＤＥＰで構成されたデバイスのいくつかの実施形態では、全体として図１Ｄに示されるように、第１の電極３０４はハウジング１０２の第１の壁３０２（又はカバー）の一部とすることができ、電極作動基板３０８及び第２の電極３１０はハウジング１０２の第２の壁３０６（又は底部）の一部とすることができる。示されるように、フロー領域２４０は第１の壁３０２と第２の壁３０６との間にあり得る。しかしながら、前述は一例にすぎない。別の実施形態では、第１の電極３０４は第２の壁３０６の一部とすることができ、電極作動基板３０８及び／又は第２の電極３１０の１つ若しくは両方は第１の壁３０２の一部とすることができる。あるいは、更に、光源３２０はハウジング１０２の下に配置することができる。ある実施形態では、第１の電極３０４は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極であってもよいが、他の材料も使用してよい。
図１Ｄ〜図１Ｅのマイクロ流体デバイス３００の光学作動式ＤＥＰ構成において使用される場合、セレクタ制御モジュールは、したがって、１つ又は複数の連続的な光パターン３２２をデバイス３００に投射し、フロー領域２４０の内部表面２４２のＤＥＰ電極領域３１４にある対応する１つ又は複数のＤＥＰ電極を連続パターンで作動し、微小物体を取り囲み、「捕捉する」ことによって、フロー領域２４０内の培地２０２中の微小物体（図示せず）を選択することができる。セレクタ制御モジュールは、その後、光パターン３２２をデバイス３００に対して移動させることによって（又はデバイス３００（したがって、デバイス３００中に捕捉された微小物体）を光源３２０及び／又は光パターン３２２に対して移動させることができる）フロー領域２４０内の捕捉された微小物体を移動させることができる。マイクロ流体デバイス３００の電気作動式ＤＥＰ構成を特徴とする実施形態では、セレクタ制御モジュールは、フロー領域２４０内の培地２０２中の微小物体（図示せず）を、フロー領域２４０の内部表面２４２のＤＥＰ電極領域３１４にあるＤＥＰ電極の部分集合を電気的に作動し、微小物体を取り囲み、「捕捉する」パターンを形成することによって選択することができる。セレクタ制御モジュールは、その後、フロー領域２４０内の捕捉された微小物体を、電気的に作動されるＤＥＰ電極の部分集合を変化させることによって移動させることができる。
成長チャンバ構成。デバイス１００の成長チャンバ１３６、１３８及び１４０の非限定的な例が図１Ａ〜図１Ｃに示される。特に図１Ｃを参照すると、各成長チャンバ１３６、１３８、１４０は、隔離領域１４４と、隔離領域１４４を流路１３４に流体的に接続している接続領域１４２と、を画定する隔離構造１４６を含む。接続領域１４２はそれぞれ、流路１３４に至る近位開口部１５２と、各隔離領域１４４に至る遠位開口部１５４と、を有する。接続領域１４２は、流路１３４内を最高速度（Ｖｍａｘ）で流れる流体培地（図示せず）の流れの最大侵入深さが意図せずに隔離領域１４４内に及ばないように構成されることが好ましい。各成長チャンバ１３６、１３８、１４０の隔離領域１４４内に配置される微小物体（図示せず）又は他の材料（図示せず）は、したがって、流路１３４内の培地（図示せず）の流れから隔離され得るとともに、流路１３４内の培地（図示せず）の流れによって実質的に影響され得ない。したがって、流路１３４は掃引領域の一例であり得る。成長チャンバ１３６、１３８、１４０の隔離領域は非掃引領域の例であり得る。上に示したように、各流路１３４及び成長チャンバ１３６、１３８、１４０は、１つ又は複数の流体培地（図示せず）を含むように構成されている。図１Ａ〜図１Ｃに示される実施形態では、流体アクセスポート１２４が流路１３４に流体的に接続されており、流体培地（図示せず）をマイクロ流体回路１３２に導入すること又はマイクロ流体回路１３２から除去することを可能にする。マイクロ流体回路１３２が流体培地を含むと、マイクロ流体回路１３２内の特定の流体培地の流れを流路１３４内で選択的に発生させることができる。例えば、培地の流れを、出口として機能する別の流体アクセスポート１２４への入口として機能する１つの流体アクセスポート１２４から生成することができる。図１Ｃでは、Ｄｓは、流路１３４に至る各開口部１５２間の距離を示す。
図２は、図１Ａ〜図１Ｃのデバイス１００の成長チャンバ１３６の一例の詳細図を示す。成長チャンバ１３８、１４０は同様に構成することができる。成長チャンバ１３６内に配置された微小物体２２２の例もまた示される。
周知のように、成長チャンバ１３６の近位開口部１５２を過ぎたマイクロ流体流路１３４内の流体培地２０２の流れ（方向矢印２１２によって示される）によって、成長チャンバ１３６に入る及び／又は成長チャンバ１３６から出る培地２０２の二次的な流れ（方向矢印２１４によって示される）を引き起こすことができる。流路１３４内の流れ２１２の速度が最高（Ｖｍａｘ）である場合、成長チャンバ１３６の隔離領域１４４内の微小物体２２２を二次的な流れ２１４から隔離するために、近位開口部１５２から遠位開口部１５４までの接続領域１４２の長さＬｃｏｎは、接続領域１４２に入る二次的な流れ２１４の最大侵入深さＤｐを超えることが好ましい。流路１３４内の流れ２１２が最高速度Ｖｍａｘを超えない限りは、流れ２１２及び結果的に生じる二次的な流れ２１４は各流路１３４及び接続領域１４２に限定され、成長チャンバ１３６の隔離領域１４４には入らない。したがって、流路１３４内の流れ２１２は、成長チャンバ１３６の隔離領域１４４から微小物体２２２を引き込むことはない。
更に、流れ２１２は、流路１３４内にある可能性があるその他粒子（例えば、マイクロ粒子及び／又はナノ粒子）を成長チャンバ１３６の隔離領域１４４内に移動させない。したがって、最大侵入深さＤｐを超える接続領域１４２の長さＬｃｏｎを有することで、流路１３４から又は別の成長チャンバ１３８、１４０からのその他粒子による成長チャンバ１３６の汚染を防止することができる。
流路１３４及び成長チャンバ１３６、１３８、１４０の接続領域１４２は流路１３４内の培地２０２の流れ２１２による影響を受ける可能性があるため、流路１３４及び接続領域１４２はマイクロ流体回路１３２の掃引（又は流れ）領域と考えることができる。成長チャンバ１３６、１３８、１４０の隔離領域１４４は、その一方で、非掃引（又は非流れ）領域と考えることができる。例えば、流路１３４から接続領域１４２を通り、隔離領域１４４内の第２の培地２０４に入る実質的に第１の培地２０２の成分の拡散のみによって、流路１３４内の第１の培地２０２中の成分（図示せず）が隔離領域１４４内の第２の培地２０４と混合する可能性がある。同様に、隔離領域１４４から接続領域１４２を通り、流路１３４内の第１の培地２０２に入る実質的に第２の培地２０４の成分の拡散のみによって、隔離領域１４４内の第２の培地２０４（図示せず）の成分が流路１３４内の第１の培地２０２と混合する可能性がある。第１の培地２０２は第２の培地２０４と同一培地又は異なる培地であり得ることは認識するべきである。更に、第１の培地２０２及び第２の培地２０４は同じものから出発し、その後、例えば、隔離領域１４４内の１つ又は複数の細胞による第２の培地のコンディショニングによって、又は流路１３４内を流れる培地を変更することによって異なるものになり得る。
流路１３４内の流れ２１２によって発生する二次的な流れ２１４の最大侵入深さＤｐはいくつかのパラメータに依存し得る。このようなパラメータの例としては、流路１３４の形状（例えば、流路は、培地を接続領域１４２に誘導すること、培地を接続領域１４２から分流させること、又は単に接続領域１４２を過ぎて流すことができる）；近位開口部１５２における流路１３４の幅Ｗｃｈ（又は断面積）；近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎ（又は断面積）；流路１３４内の流れ２１２の最高速度Ｖｍａｘ；第１の培地２０２及び／又は第２の培地２０４の粘性、等が挙げられる（がこれらに限定されない）。
いくつかの実施形態では、流路１３４及び／又は成長チャンバ１３６、１３８、１４０の寸法は、流路１３４内の流れ２１２に対して以下のように配向される：流路幅Ｗｃｈ（又は流路１３４の断面積）は流れ２１２に実質的に垂直であり得る；近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎ（又は断面積）は流れ２１２に実質的に平行であり得る；及び接続領域の長さＬｃｏｎは流れ２１２に実質的に垂直であり得る。前述のものは単なる例であり、流路１３４及び成長チャンバ１３６、１３８、１４０の寸法は互いに対し付加的な及び／又は更に別の配向であり得る。
図２に示されるように、接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎは近位開口部１５２から遠位開口部１５４まで均一であり得る。遠位開口部１５４における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎは、したがって、近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎに対応する、以下に示す範囲のいずれかであり得る。あるいは、遠位開口部１５４における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎは、近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎよりも大きく（例えば、図３の実施形態に示すように）又は小さく（例えば、図４Ａ〜図４Ｃの実施形態に示すように）され得る。
また、図２に示されるように、遠位開口部１５４における隔離領域１４４の幅は、近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎと実質的に同じであり得る。遠位開口部１５４における隔離領域１４４の幅は、したがって、近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎに対応する、以下に示す範囲のいずれかであり得る。あるいは、遠位開口部１５４における隔離領域１４４の幅は、近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎよりも大きく（例えば、図３に示すように）又は小さく（図示せず）され得る。
いくつかの実施形態では、流路１３４内の流れ２１２の最高速度Ｖｍａｘは、中に流路が配置された各マイクロ流体デバイス（例えば、デバイス１００）の構造破壊を引き起こすことなく流路１３４が維持することができる最高速度と実質的に同じである。概して、流路が維持することができる最高速度は、マイクロ流体デバイスの構造的完全性及び流路の断面積を含む種々の要素に依存する。本明細書中に開示及び記載される例示的なマイクロ流体デバイスにおいては、約３，５００〜１０，０００平方ミクロンの断面積を有する流路内の最高流速Ｖｍａｘは、約１．５〜１５マイクロリットル／秒である。あるいは、流路内の流れの最高速度Ｖｍａｘは、隔離領域が流路内の流れから確実に隔離されるように設定することができる。特に、成長チャンバの接続領域の近位開口部の幅Ｗｃｏｎに基づき、Ｖｍａｘは、接続領域への二次的な流れの侵入深さＤｐが確実にＬｃｏｎ未満であるように設定することができる。例えば、約４０〜５０ミクロンの幅Ｗｃｏｎ及び約５０〜１００ミクロンのＬｃｏｎを有する近位開口部を持つ接続領域を有する成長チャンバにおいては、Ｖｍａｘは、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４若しくは２．５マイクロリットル／秒に、又はほぼこれらの数値に設定することができる。
いくつかの実施形態では、接続領域１４２の長さＬｃｏｎと、対応する、成長チャンバ１３６、１３８、１４０の隔離領域１４４の長さとの合計は、隔離領域１４４内に含まれる第２の培地２０４の成分の、流路１３４内を流れる又は流路１３４内に含まれる第１の培地２０２への比較的急速な拡散のために、十分に短くすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、（１）接続領域１４２の長さＬｃｏｎと、（２）成長チャンバ１３６、１３８、１４０の隔離領域１４４内にある生体微小物体と、接続領域の遠位開口部１５４との間の距離との合計は、以下の範囲のうちの１つであり得る：約４０ミクロン〜５００ミクロン、５０ミクロン〜４５０ミクロン、６０ミクロン〜４００ミクロン、７０ミクロン〜３５０ミクロン、８０ミクロン〜３００ミクロン、９０ミクロン〜２５０ミクロン、１００ミクロン〜２００ミクロン、又は前述の終点のうちの１つを含む任意の範囲。分子（例えば、抗体などの対象分析物）の拡散速度は、培地の温度、粘性、及び分子の拡散係数Ｄ０を含む（がこれらに限定されない）いくつかの要素に依存する。例えば、約２０℃の水溶液中のＩｇＧ抗体のＤ０は、約４．４×１０−７ｃｍ２／秒である一方、細胞培養培地の動粘度は約９×１０−４ｍ２／秒である。したがって、細胞培養培地中の抗体は約２０℃で約０．５ミクロン／秒の拡散速度を有し得る。したがって、いくつかの実施形態では、隔離領域１４４内にある生体微小物体から流路１３４への拡散の時間は約１０分以下（例えば、約９、８、７、６、５分以下）であり得る。拡散の時間は拡散速度に影響するパラメータを変更することによって操作することができる。例えば、培地の温度を（例えば、約３７℃などの生理的温度に）上昇又は（例えば、約１５℃、１０℃又は４℃に）低下させ、それにより、拡散速度をそれぞれ上昇又は低下させることができる。あるいは又は加えて、培地中の溶質の濃度を増加又は低下させることができる。
図２に示される成長チャンバ１３６の物理的構成は一例にすぎず、成長チャンバの多くの他の構成及び変形形態が可能である。例えば、隔離領域１４４は複数の微小物体２２２を含むような大きさとして示されているが、隔離領域１４４は、約１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、又は同様の比較的少数の微小物体２２２のみを含むような大きさにすることができる。したがって、隔離領域１４４の体積は、例えば、少なくとも約３×１０３、６×１０３、９×１０３、１×１０４、２×１０４、４×１０４、８×１０４、１×１０５、２×１０５、４×１０５、８×１０５、１×１０６、２×１０６、４×１０６、６×１０６立方ミクロン、又はこれより大きい数とすることができる。
別の例として、図２では、成長チャンバ１３６は、流路１３４から略垂直に延出し、したがって、流路１３４と概して約９０°の角度を成すものとして示される。あるいは、成長チャンバ１３６は、流路１３４から、例えば約３０°〜約１５０°の任意の角度などの他の角度で延出することができる。
更に別の例として、図２では、接続領域１４２及び隔離領域１４４は実質的に矩形構成を有するものとして示されるが、接続領域１４２及び隔離領域１４４の１つ又は両方は、楕円形、三角形、円形、砂時計形等を含む（がこれらに限定されない）異なる構成を有することができる。
更に別の例として、図２では、接続領域１４２及び隔離領域１４４は、実質的に均一な幅を有するものとして示される。つまり、接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎは、近位開口部１５２から遠位開口部１５４までの長さＬｃｏｎ全体に沿って均一であるとして示される。隔離領域１４４の対応する幅は同様に均一であり、接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎ及び隔離領域１４４の対応する幅は等しいものとして示される。しかしながら、別の実施形態では、前述のいずれも異なり得る。例えば、接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎは、近位開口部１５２から遠位開口部１５４までの長さＬｃｏｎに沿って、例えば、台形、又は砂時計形の状態で変化することができ、隔離領域１４４の幅もまた、長さＬｃｏｎに沿って、例えば、三角形又はフラスコの状態で変化することができ、接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎは隔離領域１４４の幅と異なり得る。
図３は、前述の変形形態のいくつかの例を説明する成長チャンバ３３６の別の実施形態を示す。別の成長チャンバ３３６はマイクロ流体デバイス１００のチャンバ１３６の代わりとして記載されているが、成長チャンバ３３６を、本明細書中に開示される又は記載されるマイクロ流体デバイス実施形態のいずれかの成長チャンバのいずれかの代わりに用いることができることは理解すべきである。更に、所与のマイクロ流体デバイス内に１つの成長チャンバ３３６又は複数の成長チャンバ３３６が設けられてもよい。
成長チャンバ３３６は、接続領域３４２と、隔離領域３４４を含む隔離構造３４６と、を含む。接続領域３４２は、流路１３４に至る近位開口部３５２と、隔離領域３４４に至る遠位開口部３５４と、を有する。図３に示される実施形態では、接続領域３４２は、その幅Ｗｃｏｎが接続領域Ｌｃｏｎの長さに沿って近位開口部３５２から遠位開口部３５４まで増加するように拡張する。しかしながら、接続領域３４２、隔離構造３４６、及び隔離領域３４４は、異なる形状を有すること以外、上記の、図２に示される成長チャンバ１３６の接続領域１４２、隔離構造１４６、及び隔離領域１４４とほぼ同様に機能する。
例えば、流路１３４及び成長チャンバ３３６は、二次的な流れ２１４の最大侵入深さＤｐが接続領域３４２内に及ぶが、隔離領域３４４内には及ばないように構成することができる。全体として図２に示される接続領域１４２に関して上述したように、接続領域の長さＬｃｏｎ３４２は、したがって、最大侵入深さＤｐを超えることができる。また、上述したように、隔離領域３４４内の微小物体２２２は、流路１３４内の流れ２１２の速度が最高流速Ｖｍａｘを超えない限り、隔離領域３４４内に留まる。流路１３４及び接続領域３４２は、したがって、掃引（又は流れ）領域の例であり、隔離領域３４４は非掃引（又は非流れ）領域の一例である。
図４Ａ〜図４Ｃは、マイクロ流体回路４３２及び流路４３４を含むマイクロ流体デバイス４００の別の例示的実施形態を示し、図１Ａ〜図１Ｃの各マイクロ流体デバイス１００、回路１３２及び流路１３４の変形形態である。マイクロ流体デバイス４００は、また、上記の成長チャンバ１３６、１３８、１４０及び３３６の更なる変形形態である複数の成長チャンバ４３６を有する。特に、図４Ａ〜図４Ｃに示されるデバイス４００の成長チャンバ４３６を、上記の、デバイス１００及び３００の成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６のいずれかの代わりに用いることができることは理解すべきである。同様に、マイクロ流体デバイス４００はマイクロ流体デバイス１００の別の変形形態であり、また、上記のマイクロ流体デバイス３００、及び本明細書中に記載される他のマイクロ流体システム構成要素のいずれかと同一又は異なるＤＥＰ構成を有してもよい。
図４Ａ〜図４Ｃのマイクロ流体デバイス４００は、支持構造体（図４Ａ〜図４Ｃでは図示しないが、図１Ａ〜図１Ｃに示されるデバイス１００の支持構造体１０４と同一であり得る又はほぼ類似し得る）と、マイクロ流体回路構造体４１２と、カバー（図４Ａ〜図４Ｃでは図示しないが、図１Ａ〜図１Ｃに示されるデバイス１００のカバー１２２と同一であり得る又はほぼ類似し得る）と、を含む。マイクロ流体回路構造体４１２は、フレーム４１４と、マイクロ流体回路材料４１６と、を含み、これらは、図１Ａ〜図１Ｃに示されるデバイス１００のフレーム１１４及びマイクロ流体回路材料１１６と同一であり得る又はほぼ類似し得る。図４Ａに示すように、マイクロ流体回路材料４１６によって画定されるマイクロ流体回路４３２は、複数の成長チャンバ４３６が流体的に接続される複数の流路４３４（２つが示されているが、２つより多くすることができる）を含むことができる。
各成長チャンバ４３６は、隔離構造４４６と、隔離構造４４６内の隔離領域４４４と、接続領域４４２と、を含むことができる。流路４３４における近位開口部４７２から隔離構造４４６における遠位開口部４７４まで、接続領域４４２は流路４３４を隔離領域４４４に流体的に接続している。概して、図２の上記説明によれば、流路４３４内の第１の流体培地４０２の流れ４８２によって、流路４３４から成長チャンバ４３６の各接続領域４４２に入る及び／又は成長チャンバ４３６の各接続領域４４２から出る第１の培地４０２の二次的な流れ４８４を生成することができる。
図４Ｂに示されるように、各成長チャンバ４３６の接続領域４４２は、概して、流路４３４に至る近位開口部４７２と隔離構造４４６に至る遠位開口部４７４との間に延在する領域を含む。接続領域４４２の長さＬｃｏｎは二次的な流れ４８４の最大侵入深さＤｐよりも長くすることができ、この場合、二次的な流れ４８４は隔離領域４４４に向かって方向を変えられることなく接続領域４４２内に及ぶ（図４Ａに示すように）。あるいは、図４Ｃに示されるにおいて、接続領域４４２は最大侵入深さＤｐ未満の長さＬｃｏｎを有することができ、この場合、二次的な流れ４８４は接続領域４４２内に及び、隔離領域４４４に向かって方向を変えられる。この後者の状況では、接続領域４４２の長さＬｃ１とＬｃ２との合計は最大侵入深さＤｐを超えるため、二次的な流れ４８４は隔離領域４４４内に及ばない。接続領域４４２の長さＬｃｏｎが侵入深さＤｐを超えるかどうか、又は接続領域４４２の長さＬｃ１とＬｃ２との合計が侵入深さＤｐを超えるかを問わず、最高速度Ｖｍａｘを超えない流路４３４内の第１の培地４０２の流れ４８２よって、侵入深さＤｐを有する二次的な流れが生成され、成長チャンバ４３６の隔離領域４４４内の微小物体（図示しないが、図２に示される微小物体２２２と同一であり得る又はほぼ類似し得る）が流路４３４内の第１の培地４０２の流れ４８２によって隔離領域４４４から引き出されない。それだけでなく、流路４３４内の流れ４８２はその他物質（図示せず）を流路４３４から成長チャンバ４３６の隔離領域４４４へと引き込まない。したがって、拡散が、流路４３４内の第１の培地４０２中の成分を流路４３４から成長チャンバ４３６の隔離領域４４４内の第２の培地４０４へと移動させることができる唯一の機構である。同様に、拡散は、成長チャンバ４３６の隔離領域４４４内の第２の培地４０４中の成分を隔離領域４４４から流路４３４内の第１の培地４０２へと移動させることができる唯一の機構である。第１の培地４０２は第２の培地４０４と同一の培地であり得る、又は第１の培地４０２は第２の培地４０４と異なる培地であり得る。あるいは、第１の培地４０２及び第２の培地４０４は同じものから出発し、その後、例えば、隔離領域４４４内の１つ又は複数の細胞による第２の培地のコンディショニングによって、又は流路４３４を流れる培地を変更することによって異なるものになり得る。
図４Ｂに示されるように、流路４３４の流路４３４の幅Ｗｃｈ（すなわち、図４Ａに矢印４８２で示される、流路内の流体培地の流れの方向を横断方向に取った）は、近位開口部４７２の幅Ｗｃｏｎ１に実質的に垂直とすることができ、したがって、遠位開口部４７４の幅Ｗｃｏｎ２に実質的に平行であり得る。しかしながら、近位開口部４７２の幅Ｗｃｏｎ１と遠位開口部４７４の幅Ｗｃｏｎ２は互いに実質的に垂直である必要はない。例えば、近位開口部４７２の幅Ｗｃｏｎ１が配向される軸線（図示せず）と、遠位開口部４７４の幅Ｗｃｏｎ２が配向される別の軸線との間の角度は、垂直以外、したがって９０°以外であり得る。別の角度の例は以下の範囲のいずれかの角度を含む：約３０°〜約９０°、約４５°〜約９０°、約６０°〜約９０°等。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、成長チャンバの隔離領域は、約１×１０３、５×１０２、４×１０２、３×１０２、２×１０２、１×１０２、５０、２５、１５又は１０個以下の培養下の細胞を支持するように構成された体積を有してもよい。他の実施形態では、成長チャンバの隔離領域は、約１×１０３、１×１０４、又は１×１０５個の細胞までを支持し、これを含む体積を有する。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、近位開口部１５２における流路１３４の幅Ｗｃｈ（成長チャンバ１３６、１３８又は１４）、近位開口部３５２における流路１３４の幅Ｗｃｈ（成長チャンバ３３６）、又は近位開口部４７２における流路４３４の幅Ｗｃｈ（成長チャンバ４３６）は、以下の範囲のいずれかであり得る：約５０〜１０００ミクロン、５０〜５００ミクロン、５０〜４００ミクロン、５０〜３００ミクロン、５０〜２５０ミクロン、５０〜２００ミクロン、５０〜１５０ミクロン、５０〜１００ミクロン、７０〜５００ミクロン、７０〜４００ミクロン、７０〜３００ミクロン、７０〜２５０ミクロン、７０〜２００ミクロン、７０〜１５０ミクロン、９０〜４００ミクロン、９０〜３００ミクロン、９０〜２５０ミクロン、９０〜２００ミクロン、９０〜１５０ミクロン、１００〜３００ミクロン、１００〜２５０ミクロン、１００〜２００ミクロン、１００〜１５０ミクロン、及び１００〜１２０ミクロン。前述のものは単なる例であり、流路１３４又は４３４の幅Ｗｃｈは、他の範囲（例えば、上記終点のいずれかによって画定される範囲）内であり得る。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、近位開口部１５２における流路１３４（成長チャンバ１３６、１３８、又は１４０）の高さＨｃｈ、近位開口部３５２における流路１３４（成長チャンバ３３６）の高さＨｃｈ、又は近位開口部４７２における流路４３４（成長チャンバ４３６）の高さＨｃｈは、以下の範囲のいずれかであり得る：約２０〜１００ミクロン、２０〜９０ミクロン、２０〜８０ミクロン、２０〜７０ミクロン、２０〜６０ミクロン、２０〜５０ミクロン、３０〜１００ミクロン、３０〜９０ミクロン、３０〜８０ミクロン、３０〜７０ミクロン、３０〜６０ミクロン、３０〜５０ミクロン、４０〜１００ミクロン、４０〜９０ミクロン、４０〜８０ミクロン、４０〜７０ミクロン、４０〜６０ミクロン、又は４０〜５０ミクロン。前述のものは単なる例であり、流路１３４又は４３４の高さＨｃｈは他の範囲（例えば、上記終点のいずれかによって画定される範囲）内であり得る。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、近位開口部１５２における流路１３４（成長チャンバ１３６、１３８、又は１４０）の断面積、近位開口部３５２における流路１３４（成長チャンバ３３６）の断面積、又は近位開口部４７２における流路４３４（成長チャンバ４３６）の断面積は、以下の範囲のいずれかであり得る：約５００〜５０，０００平方ミクロン、５００〜４０，０００平方ミクロン、５００〜３０，０００平方ミクロン、５００〜２５，０００平方ミクロン、５００〜２０，０００平方ミクロン、５００〜１５，０００平方ミクロン、５００〜１０，０００平方ミクロン、５００〜７，５００平方ミクロン、５００〜５，０００平方ミクロン、１，０００〜２５，０００平方ミクロン、１，０００〜２０，０００平方ミクロン、１，０００〜１５，０００平方ミクロン、１，０００〜１０，０００平方ミクロン、１，０００〜７，５００平方ミクロン、１，０００〜５，０００平方ミクロン、２，０００〜２０，０００平方ミクロン、２，０００〜１５，０００平方ミクロン、２，０００〜１０，０００平方ミクロン、２，０００〜７，５００平方ミクロン、２，０００〜６，０００平方ミクロン、３，０００〜２０，０００平方ミクロン、３，０００〜１５，０００平方ミクロン、３，０００〜１０，０００平方ミクロン、３，０００〜７，５００平方ミクロン、又は３，０００〜６，０００平方ミクロン。前述のものは単なる例であり、近位開口部１５２における流路１３４の断面積、近位開口部３５２における流路１３４の断面積、又は近位開口部４７２における流路４３４の断面積は他の範囲（例えば、上記終点のいずれかによって画定される範囲）内であり得る。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、接続領域Ｌｃｏｎの長さは、以下の範囲のいずれかであり得る：約１〜２００ミクロン、５〜１５０ミクロン、１０〜１００ミクロン、１５〜８０ミクロン、２０〜６０ミクロン、２０〜５００ミクロン、４０〜４００ミクロン、６０〜３００ミクロン、８０〜２００ミクロン、及び１００〜１５０ミクロン。前述のものは単なる例であり、接続領域１４２（成長チャンバ１３６、１３８、又は１４０）の長さＬｃｏｎ、接続領域３４２（成長チャンバ３３６）の長さＬｃｏｎ、又は接続領域４４２（成長チャンバ４３６）の長さＬｃｏｎは、前述の例とは異なる範囲内にあり得る（例えば、上記終点のいずれかによって画定される範囲）。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、近位開口部１５２における接続領域１４２（成長チャンバ１３６、１３８又は１４０）の幅Ｗｃｏｎ、近位開口部３５２における接続領域３４２（成長チャンバ３３６）の幅Ｗｃｏｎ、又は近位開口部４７２における接続領域４４２（成長チャンバ４３６）の幅Ｗｃｏｎは、以下の範囲のいずれかであり得る：約２０〜５００ミクロン、２０〜４００ミクロン、２０〜３００ミクロン、２０〜２００ミクロン、２０〜１５０ミクロン、２０〜１００ミクロン、２０〜８０ミクロン、２０〜６０ミクロン、３０〜４００ミクロン、３０〜３００ミクロン、３０〜２００ミクロン、３０〜１５０ミクロン、３０〜１００ミクロン、３０〜８０ミクロン、３０〜６０ミクロン、４０〜３００ミクロン、４０〜２００ミクロン、４０〜１５０ミクロン、４０〜１００ミクロン、４０〜８０ミクロン、４０〜６０ミクロン、５０〜２５０ミクロン、５０〜２００ミクロン、５０〜１５０ミクロン、５０〜１００ミクロン、５０〜８０ミクロン、６０〜２００ミクロン、６０〜１５０ミクロン、６０〜１００ミクロン、６０〜８０ミクロン、７０〜１５０ミクロン、７０〜１００ミクロン、及び８０〜１００ミクロン。前述のものは単なる例であり、近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎ、近位開口部３５２における接続領域３４２幅Ｗｃｏｎ、又は近位開口部４７２における接続領域４４２幅Ｗｃｏｎは、前述の例とは異なり得る（例えば、上記終点のいずれかによって画定される範囲）。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、近位開口部１５２（成長チャンバ１３６、１３８、又は１４０）における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎ、近位開口部３５２における接続領域３４２（成長チャンバ３３６）の幅Ｗｃｏｎ、又は近位開口部４７２における接続領域４４２（成長チャンバ４３６）の幅Ｗｃｏｎは、以下の範囲のいずれかであり得る：約２〜３５ミクロン、２〜２５ミクロン、２〜２０ミクロン、２〜１５ミクロン、２〜１０ミクロン、２〜７ミクロン、２〜５ミクロン、２〜３ミクロン、３〜２５ミクロン、３〜２０ミクロン、３〜１５ミクロン、３〜１０ミクロン、３〜７ミクロン、３〜５ミクロン、３〜４ミクロン、４〜２０ミクロン、４〜１５ミクロン、４〜１０ミクロン、４〜７ミクロン、４〜５ミクロン、５〜１５ミクロン、５〜１０ミクロン、５〜７ミクロン、６〜１５ミクロン、６〜１０ミクロン、６〜７ミクロン、７〜１５ミクロン、７〜１０ミクロン、８〜１５ミクロン、及び８〜１０ミクロン。前述のものは単なる例であり、近位開口部１５２における接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎ、近位開口部３５２における接続領域３４２の幅Ｗｃｏｎ、又は近位開口部４７２における接続領域４４２の幅Ｗｃｏｎは、前述の例とは異なり得る（例えば、上記終点のいずれかによって画定される範囲）。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６の種々の実施形態では、近位開口部１５２（成長チャンバ１３６、１３８、又は１４０）における接続領域１４２の長さＬｃｏｎ対接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎの比率、近位開口部３５２（成長チャンバ３３６）における接続領域３４２の長さＬｃｏｎ対接続領域３４２の幅Ｗｃｏｎの比率、又は近位開口部４７２（成長チャンバ４３６）における接続領域４４２の長さＬｃｏｎ対接続領域４４２の幅Ｗｃｏｎの比率は、以下の比率のいずれか以上であり得る：約０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、６．０、７．０、８．０、９．０、１０．０、又はこれより大きい。前述のものは単なる例であり、近位開口部１５２における接続領域１４２の長さＬｃｏｎ対接続領域１４２の幅Ｗｃｏｎの比率、近位開口部３７２における接続領域３４２の長さＬｃｏｎ対接続領域３４２の幅Ｗｃｏｎの比率、又は近位開口部４７２における接続領域４４２の長さＬｃｏｎ対接続領域４４２の幅Ｗｃｏｎの比率は前述の例とは異なり得る。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６を有するマイクロ流体デバイスの種々の実施形態では、Ｖｍａｘは、約０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、又は２．５マイクロリットル／秒、又はこれを超える値（例えば、約３．０、４．０、５．０マイクロリットル／秒、又はこれを超える値）に設定され得る。
成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６を有するマイクロ流体デバイスの種々の実施形態では、隔離領域１４４（成長チャンバ１３６、１３８、又は１４０）、隔離領域３４４（成長チャンバ３３６）又は隔離領域４４４（成長チャンバ４３６）の体積は、例えば、少なくとも約３×１０３、６×１０３、９×１０３、１×１０４、２×１０４、４×１０４、８×１０４、１×１０５、２×１０５、４×１０５、８×１０５、１×１０６、２×１０６、４×１０６、６×１０６立方ミクロン、又はこれを超える値であり得る。
いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６を有し、約１×１０２個以下の生体細胞が維持されてもよく、成長チャンバの体積は約２×１０６立方ミクロン以下であってもよい。
いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６を有し、約１×１０２個以下の生体細胞が維持されてもよく、成長チャンバの体積は約４×１０５立方ミクロン以下であってもよい。
更に他の実施形態では、マイクロ流体デバイスは成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６又は４３６を有し、約５０個以下の生体細胞が維持されてもよく、成長チャンバの体積は約４×１０５立方ミクロン以下であってもよい。
種々の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、本明細書中に記載される実施形態のいずれかの通りに構成された成長チャンバを有し、マイクロ流体デバイスは、約１００〜約５００個の成長チャンバ、約２００〜約１０００個の成長チャンバ、約５００〜約１５００個の成長チャンバ、約１０００〜約２０００個の成長チャンバ、又は約１０００〜約３５００個の成長チャンバを有する。
他のいくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、本明細書中に記載される実施形態のいずれかのように構成された成長チャンバを有し、マイクロ流体デバイスは、約１５００〜約３０００個の成長チャンバ、約２０００〜約３５００個の成長チャンバ、約２０００〜約４０００個の成長チャンバ、約２５００〜約４０００個の成長チャンバ、又は約３０００〜約４５００個の成長チャンバを有する。
いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイスは、本明細書中に記載される実施形態のいずれかのように構成された成長チャンバを有し、マイクロ流体デバイスは、約３０００〜約４５００個の成長チャンバ、約３５００〜約５０００個の成長チャンバ、約４０００〜約５５００個のチャンバ、約４５００〜約６０００個の成長チャンバ、又は約５０００〜約６５００個のチャンバを有する。
更なる実施形態では、マイクロ流体デバイスは、本明細書中に記載される実施形態のいずれかの通りに構成された成長チャンバを有し、マイクロ流体デバイスは、約６０００〜約７５００個の成長チャンバ、約７０００〜約８５００個の成長チャンバ、約８０００〜約９５００個の成長チャンバ、約９０００〜約１０，５００個の成長チャンバ、約１０，０００〜約１１，５００個の成長チャンバ、約１１，０００〜約１２，５００個の成長チャンバ、約１２，０００〜約１３，５００個の成長チャンバ、約１３，０００〜約１４，５００個の成長チャンバ、約１４，０００〜約１５，５００個の成長チャンバ、約１５，０００〜約１６，５００個の成長チャンバ、約１６，０００〜約１７，５００個の成長チャンバ、約１７，０００〜約１８，５００個の成長チャンバを有する。
種々の実施形態では、マイクロ流体デバイスは、本明細書中に記載される実施形態のいずれかの通りに構成された成長チャンバを有し、マイクロ流体デバイスは、約１８，０００〜約１９，５００個の成長チャンバ、約１８，５００〜約２０，０００個の成長チャンバ、約１９，０００〜約２０，５００個の成長チャンバ、約１９，５００〜約２１，０００個の成長チャンバ、又は約２０，０００〜約２１，５００個の成長チャンバを有する。
成長チャンバの他の特性。デバイス１００（図１Ａ〜図１Ｃ）の各成長チャンバ１３６、１３８、１４０を画定し、デバイス４００（図４Ａ〜図４Ｃ）の成長チャンバ４３６の隔離構造４４６を形成するマイクロ流体回路材料１１６（図１Ａ〜図１Ｃ）のバリア及びマイクロ流体回路材料４１６（図４Ａ〜図４Ｃ）のバリアを物理的バリアとして上では示し、記載したが、その代わりに、バリアは、光パターン３２２の光によって作動されるＤＥＰ力を含む「仮想」バリアとして作製することができることを理解すべきである。
他のいくつかの実施形態では、各成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６及び４３６は、（例えば、検出器、及び／又は光源３２０を誘導するセレクタ制御モジュールによる）照明から保護することができる、又は短時間にわたって選択的に照明されるのみとすることができる。成長チャンバ内に収容された細胞及び他の生体微小物体は、したがって、成長チャンバ１３６、１３８、１４０、３３６及び４３６内に移動した後、更なる（すなわち、有害であるおそれがある）照明から保護され得る。
流体培地。流路及び１つ又は複数の成長チャンバを有するマイクロ流体デバイスについての前述の説明に関して、流体培地（例えば、第１の培地及び／又は第２の培地）は、生体微小物体を実質的に検定可能な状態で維持することが可能な任意の流体であり得る。検定可能な状態は、生体微小物体と、実施される検定とに依存する。例えば、生体微小物体が目的タンパク質の分泌に関して検定される細胞である場合、細胞は、細胞が生存可能であり且つタンパク質を発現及び分泌することが可能であることを条件として実質的に検定可能である。あるいは、流体培地は、細胞を増殖すること又は細胞が尚増殖する（すなわち、有糸分裂細胞の分裂により数が増加する）ことができるような状態に細胞を維持することが可能な任意の流体であり得る。多くの異なる種類の流体培地、特に細胞培養培地は当該技術分野において周知であり、どれが好適な培地であるかは、通常、培養される細胞の種類に依存する。ある実施形態では、細胞培養培地は、ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）又は子ウシ血清などの哺乳動物の血清を含む。他の実施形態では、細胞培養培地は、血清を含まなくてもよい。いずれの場合でも、細胞培養培地には、ビタミン、ミネラル及び／又は抗生物質などの種々の栄養素を補ってもよい。
培養ステーション。図５は、上記のマイクロ流体デバイス（例えば、図１Ａ〜図１Ｃのデバイス１００）内で生体細胞を培養するために使用される、並列構成で配置された一対の例示的な培養ステーション１００１及び１００２を示す。説明及び開示を簡単にするため、培養ステーション１００１／１００２の特徴、構成要素及び構成には、本文書の他の段落で開示される又は記載される対応する特徴、構成要素及び構成と同じ参照符号が付与される。各培養ステーション１００１／１００２は、熱的に調整された載置インターフェース１１００を含み、熱的に調整された載置インターフェース１１００はその上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイス１００を有するように構成されている。説明のため、培養ステーション１００１のデバイス載置インターフェース１１００はその上に載置されたマイクロ流体デバイス１００を有する一方で、培養ステーション１００２のデバイス載置インターフェース１１００はその上に載置されたマイクロ流体デバイス１００を有しない。各培養ステーション１００１／１００２は、各培養ステーション１００１／１００２の載置インターフェース１１００上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイス１００の温度を正確に制御するように構成された熱調整システム１２００（一部図示される）を含む。各培養ステーション１００１／１００２は、対応する載置インターフェース１１００上に確実に載置されたマイクロ流体デバイス１００に流動培養培地を制御可能且つ選択的に分配するように構成された培地灌流システム１３００を更に含む。
各培地灌流システム１３００は、培養培地源１３２０に流体的に接続された入力を有するポンプ１３１０と、ポンプ１３１０の出力を灌流ライン１３３４と選択的に且つ流体的に接続している多位置バルブ１３３０と、を含む。灌流ライン１３３４は各載置インターフェース１１００と対応付けられており、各載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００の流体進入ポート１２４（図５に示されるマイクロ流体デバイス１００の進入ポート１２４は以下で記載されるマイクロ流体デバイスカバーによって隠れている）に流体的に接続されるように構成されている。制御システム（図示せず）は、ポンプ１３１０及び多位置バルブ１３３０を選択的に動作し、それにより、制御された流量で制御された時間にわたり、選択的に、培養培地を培養培地源１３２０から灌流ライン１３３４に流すように構成されている。より具体的には、制御システムは、以下に更に記載するように、オンオフデューティサイクル及び流量に従い、灌流ライン１３３４を通じて培養培地の断続的な流れを提供するように、好ましくはプログラムされている、又はオペレータの入力を通じてプログラムされてもよい。オンオフデューティサイクル及び／又は流量は、少なくとも一部、ユーザインターフェース（図示せず）を介して受信した入力を基にしてもよい。
図６を更に参照すると、マイクロ流体デバイス載置インターフェース１１００は、載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイスを少なくとも部分的に密閉するように構成されたマイクロ流体デバイスカバー１１１０（図６の１１１０ａ）を含み得る。載置インターフェース上のマイクロ流体デバイスを密閉することによって、マイクロ流体デバイスカバー１１１０は、載置インターフェース１１００上のマイクロ流体デバイスの適切な位置決めを容易にすることができる及び／又はマイクロ流体デバイスが載置インターフェース１１００に対して確実に保持されるようにすることができる。図５、図６及び図８で示されるマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａは（それぞれ、対応するねじの対によって）その対応する載置インターフェース１１００に固定されている。図５及び図８では、培養ステーション１００１の載置インターフェース１１００のマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａはマイクロ流体デバイス１００を密閉している。示されるように、遠位端コネクタ１１３４はマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａに結合することができ、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａとともに、灌流ライン１３３４を受け入れ、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａによって密閉された（例えば、適切に配置され、確実に保持された）、載置されたマイクロ流体デバイス１００の流体進入ポート１２４に流体的に接続するように構成されている。例として、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａ及び／又は遠位端コネクタ１１３４は、灌流ライン１３３４をデバイス１００のマイクロ流体回路１３２に流体的に接続するために、灌流ラインの遠位端１３３４とマイクロ流体デバイス１００の各流体進入ポート１２４との間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成された１つ又は複数の特徴を含んでもよい。
廃棄物ライン１３４４もまた、載置インターフェース１１００と対応付けることができる。例えば、図５及び図６に示すように、廃棄物ライン１３４４を、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａに結合された近位端コネクタ１１４４を介して、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａに接続することができる。近位端コネクタ１１４４は、マイクロ流体デバイス１００がマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａによって密閉されている（例えば、適切に配置され、確実に保持されている）とき、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａの構成と併せて、廃棄物ライン１３４４の近位端がマイクロ流体デバイス１００の流体放出ポート１２４（図５ではマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａによって隠れている）に流体的に接続されるように構成することができる。例として、各マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａは、廃棄物ライン１３４４をマイクロ流体デバイス１００のマイクロ流体回路１３２に流体的に接続するために、廃棄物ライン１３４４の近位端とマイクロ流体デバイス１００の流体放出ポート１２４との間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成された１つ又は複数の特徴を含んでもよい。廃棄物ライン１３４４の遠位端は廃棄物コンテナ１６００に接続することができる及び／又は流体的に結合することができる。図５に示されるように、培養ステーション１００１と培養ステーション１００２は共通の廃棄物コンテナ１６００を共用している。しかしながら、各培養ステーション１００１／１００２は独自の廃棄物コンテナ１６００を有してもよいことは理解すべきである。
更に図７を参照すると、載置インターフェース１１００は金属基板１１５０を含み得る。金属基板１１５０は、載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００の略平坦な金属底面（図示せず）と熱的に結合するように構成された略平坦な上面を含んでもよい。フレーム１１０２が基板１１５０の表面の近位側に取り付けられ又は配置されて、マイクロ流体デバイス１００の載置領域を画定することができる。金属基板１１５０は、銅などの高度の熱伝導率を有する金属を含み得る。ある実施形態では、金属は黄銅又は青銅などの銅合金であり得る。
図８に最も良く見えるように、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａは窓１１０４を含み得る。窓１１０４は、（図７のフレーム１１０２内の）載置インターフェース基板１１５０上に載置されているとともにマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａによって確実に密閉されているマイクロ流体デバイス１００の撮像を可能にするためのものである。図５〜図８に示すように、載置インターフェース１１００は、蓋１５００を更に含むことができる。蓋１５００は、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ａの窓１１０４を通じたマイクロ流体デバイス１００の撮像が行われていないとき、載置インターフェース１１００のマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａ上（例えば、窓１１０４上）に配置されていてもよい。示されるように、蓋１５００は、光がマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａの窓１１０４を直接通過し、マイクロ流体デバイス１００に入ることを実質的に妨げるような形状及び大きさとされ得る。マイクロ流体デバイス１００の表面に入射する光の量を更に低減するために、蓋１５００は不透明及び／又は光反射材料で構成することができる。
更に図９を参照すると、各熱調整システム１２００は、１つ又は複数の加熱素子（図示せず）を含み得る。各加熱素子は、抵抗加熱器、ペルチェ熱電デバイス等とすることができ、載置インターフェース１１００上に確実に載置されたマイクロ流体デバイス１００の温度を制御するために、載置インターフェース１１００の金属基板１１５０に熱的に結合することができる。加熱素子は、載置インターフェース１１００の基板１１５０の下にある構造体１２３０（又はその一部）内に密閉することができる。このような構造体１２３０は、金属であり得る及び／又は熱を放散するように構成され得る。例えば、構造体１２３０は、金属冷却羽根（図６〜図８の、隣接する培養ステーション上で最も良く見られる）を含み得る。あるいは又は加えて、熱調整システム１２００は、加熱素子の温度の調整を補助し、それにより、載置インターフェース１１００の基板１１５０及び載置インターフェース１１００上に載置された任意のマイクロ流体デバイス１００の温度を調整するための、ファン（図９に示される）又は液体冷却式冷却ブロック（図示せず）などの熱放散デバイス１２４０を含むことができる。
熱調整システム１２００は、１つ又は複数の温度センサ１２１０と、任意選択的に、温度モニタ１２５０（図示せず）と、を更に含むことができる。温度モニタ１２５０は、載置インターフェース１１００又は載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００の温度を表示するように構成されている。温度センサ１２１０は、例えば、サーミスタであり得る。１つ又は複数の温度センサ１２１０は、マイクロ流体デバイス１００が確実に載置された載置インターフェース１１００の温度を監視することによってマイクロ流体デバイス１００の温度を間接的に監視することができる。したがって、例えば、温度センサ１２１０は載置インターフェース１１００の金属基板１１５０に埋設され得る又は熱的に結合され得る。あるいは、温度センサ１２１０は、例えば、マイクロ流体デバイス１００の表面と熱的に結合することによってマイクロ流体デバイス１００の温度を直接監視することができる。図６及び図７に示すように、温度センサ１２１０は、載置インターフェース１１００の基板１１５０内の開口部（又は穴）を通じてマイクロ流体デバイス１００の底面に直接接触することができる。前述の例のいずれかと組み合わせてもよい更に別の代替形態のように、培養ステーション１００１／１００２は、内蔵温度センサ（例えば、サーミスタ）を含むマイクロ流体デバイス１００とともに動作することができ、熱調整システム１２００はマイクロ流体デバイス１００から温度データを取得することができる。熱調整システム１２００は、したがって、載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００の温度を測定することができる。載置インターフェース１１００及び／又はマイクロ流体デバイス１００の温度がどう測定されるかを問わず、温度データは、熱放散デバイス１２４０を含むシステムのために１つ又は複数の加熱素子により生成される熱、このような熱の放散の速度を調整するために、熱調整システム１２００によって使用され得る。
図１０は、参照符号１０００によって示される、マイクロ流体デバイス１００（例えば、図１Ａ〜図１Ｃのデバイス１００）内で生体細胞を培養するための培養ステーションの別の実施形態を示す。この実施形態では、載置インターフェース１１００よりも少数のポンプ１３１０があり、したがって、ポンプ１３１０を、複数の載置インターフェース１１００（及び載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００）に培養培地を提供するように構成することが必要である。図１０に示すように、培養ステーション１０００は１つ又は複数の支持物１１４０（図１０では１１４０ａの符号が付されている）を含み得る。１つ又は複数の支持物１１４０はそれぞれ、複数（例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又はこれより多い）の熱的に調整されたマイクロ流体デバイス載置インターフェース１１００を有し、各載置インターフェース１１００は、その上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイス１００を有するように構成されている。支持物１１４０ａは、例えば、トレーであり得る。
図１０に示される培養ステーション１０００などの培養ステーションは、熱調整システム１２００（図示せず）を更に含むことができる。熱調整システム１２００は、各載置インターフェース１１００及び載置インターフェース１１００上に着脱可能に載置された任意のマイクロ流体デバイス１００の温度を正確に制御するように構成されている。熱調整システム１２００は、２つ以上の載置インターフェース１１００によって共用されてもよい１つの加熱素子を含むことができる。あるいは、熱調整システム１２００は、それぞれが載置インターフェース１１００の部分集合に熱的に結合された２つ以上の加熱素子を含んでもよい（例えば、熱調整システム１２００は、各載置インターフェース１１００のための各加熱素子を含むことができ、それにより、各載置インターフェース１１００の温度の独立制御を可能にする）。上述のように、各加熱素子は、抵抗加熱器、ペルチェ熱電デバイス等であってもよく、支持物１１４０ａの少なくとも１つの載置インターフェース１１００を熱的に結合することができる。例えば、各加熱素子は培養ステーション１０００の少なくとも１つの載置インターフェース１１００（例えば、２つ以上又は全ての載置インターフェース１１００）に熱的に結合することができる。加熱素子（単数又は複数）は、載置インターフェース１１００の各基板１１５０との接触により載置インターフェースに熱的に結合することができる。熱調整システム１２００は、また、支持物１１４０ａに結合された及び／又は支持物１１４０ａ内に埋設された少なくとも１つの温度センサ１２１０を含むことができる。図５の培養ステーション１００１／１００２に関連して上で記載したように、熱調整システム１２００は、その代わりに（又はそれに加えて）、マイクロ流体デバイス１００に結合された及び／又はマイクロ流体デバイス１００内に埋設されたセンサから温度データを受信することができる。温度データ源を問わず、熱調整システム１２００はこのようなデータを使用して、加熱素子（単数又は複数）によって生成される熱の量を調整する（例えば、増加又は減少する）ことができる及び／又は冷却デバイス（例えば、ファン又は液体冷却式冷却ブロック）を調整することができる。
図１０に示される培養ステーション１０００などの培養ステーションは、また、培地灌流システム１３００を含むことができる。培地灌流システム１３００は、支持物１１４０ａの載置インターフェース１１００のうちの１つに確実に載置されたマイクロ流体デバイス１００に流動培養培地１３２０を制御可能且つ選択的に分配するように構成されている。培地灌流システム１３００は、１つ又は複数の（例えば、一対の）ポンプ１３１０を含むことができ、各ポンプ１３１０は、培養培地源１３２０に流体的に接続された入力を有する。各多位置バルブ１３３０は各ポンプ１３１０の出力を、載置インターフェース１１００と対応付けられた複数の灌流ライン１３３４と選択的且つ流体的に接続している。例えば、図１０の左側に示されるように、各ポンプ１３１０は、３つの各載置インターフェース１１００と対応付けられた灌流ライン１３３４に流体的に接続することができる。より明確にするために灌流ライン１３３４（及び廃棄物ライン１３４４）は図１０の右側から省略されているが、図１０に示される培養ステーション１０００の右側部分及び左側部分の両方に対し一組の灌流ライン１３３４（及び廃棄物ライン１３４４）が、通常、予想されることは理解すべきである。加えて、図１０には３つの灌流ライン１３３４が示されるものの、異なる数（例えば、２つ、４つ、５つ、６つ等）があり得る。したがって、培地灌流システム１３００は、培養ステーション１０００の全ての載置インターフェース１１００（及びこのような載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体チップ１００）（又は各支持物１１４０と対応付けられた全ての載置インターフェース１１００）に培養培地を提供する１つのポンプ１３１０を含むことができる。各灌流ライン１３３４は、各載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００の流体進入ポート１２４に流体的に接続されるように構成されている（図１０に示されるデバイス１００の進入ポート１２４は以下で記載されるデバイスカバーによって隠れている）。制御システム（図示せず）は、各ポンプ１３１０及びバルブ１３３０を選択的に動作し、それにより、制御された流量で制御された時間にわたり、選択的に、培養培地を培養培地源１３２０から対応する灌流ライン１３３４に流すように構成されている。より具体的には、制御システムは、オンオフデューティサイクル及び流量に従い、対応する灌流ライン１３３４を通じて培養培地の断続的な流れを提供するように、好ましくはプログラムされている又はオペレータの入力を通じてプログラムされてもよい。オンオフデューティサイクル及び／又は流量は、少なくとも一部、ユーザインターフェース（図示せず）を介して受信した入力を基にしてもよい。制御システムは、培養培地の流れを１つ以下の灌流ライン１３３４を通じて一度に提供するようにプログラムされている若しくはプログラムされてもよい、又はそれ以外で構成されている若しくは構成されてもよい。更に以下で記載されるように、例えば、制御システムは、培養培地の流れを灌流ライン１３３４のそれぞれに連続して提供することができる。制御システムは、その代わりに、培養培地の流れを２つ以上の灌流ライン１３３４を通じて同時に提供するようにプログラムされてもよい又はそれ以外で構成されてもよい。
種々の実施形態では、例示的な培養ステーション（例えば、培養ステーション１０００／１００１／１００２）の載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００のマイクロ流体回路１３２のフロー領域への培養培地の流れは、定期的に約１０秒〜約１２０秒間発生することが好ましい。以下の範囲を含む他の「流れオン」の時間も使用してよい：約１０秒〜約２０秒、約１０秒〜約３０秒、約１０秒〜約４０秒、約２０秒〜約３０秒、約２０秒〜約４０秒、約２０秒〜約５０秒、約３０秒〜約４０秒、約３０秒〜約５０秒、約３０秒〜約６０秒、約４５秒〜約６０秒、約４５秒〜約７５秒、約４５秒〜約９０秒、約６０秒〜約７５秒、約６０秒〜約９０秒、約６０秒〜約１０５秒、約７５秒〜約９０秒、約７５秒〜約１０５秒、約７５秒〜約１２０秒、約９０秒〜約１２０秒、約９０秒〜約１５０秒、約９０秒〜約１８０秒、約２分〜約３分、約２分〜約５分、約２分〜約８分、約５分〜約８分、約５分〜約１０分、約５分〜約１５分、約１０分〜約１５分、約１０分〜約２０分、約１０分〜約３０分、約２０分〜約３０分、約２０分〜約４０分、約２０分〜約５０分、約３０分〜約４０分、約３０分〜約５０分、約３０分〜約６０分、約４５分〜約６０分、約４５分〜約７５分、約４５分〜約９０分、約６０分〜約７５分、約６０分〜約９０分、約６０分〜約１０５分、約７５分〜約９０分、約７５分〜約１０５分、約７５分〜約１２０分、約９０分〜約１２０分、約９０分〜約１５０分、約９０分〜約１８０分、約１２０分〜約１８０分、及び約１２０分〜約２４０分。
他の実施形態では、例示的な培養ｅステーション（例えば、培養ステーション１０００／１００１／１００２）の載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００のマイクロ流体回路１３２のフロー領域への培養培地の流れは、約５秒〜約６０分間定期的に停止される。他の可能な「流れオフ」範囲には以下を含む：約５分〜約１０分、約５分〜約２０分、約５分〜約３０分、約１０分〜約２０分、約１０分〜約３０分、約１０分〜約４０分、約２０分〜約３０分、約２０分〜約４０分、約２０分〜約５０分、約３０分〜約４０分、約３０分〜約５０分、約３０分〜約６０分、約４５分〜約６０分、約４５分〜約７５分、約４５分〜約９０分、約６０分〜約７５分、約６０分〜約９０分、約６０分〜約１０５分、約７５分〜約９０分、約７５分〜約１０５分、約７５分〜約１２０分、約９０分〜約１２０分、約９０分〜約１５０分、約９０分〜約１８０分、約１２０分〜約１８０分、約１２０分〜約２４０分、及び約１２０分〜約３６０分。
いくつかの実施形態では、培地灌流システム１３００の制御システムは、複数工程プロセスを実施するようにプログラムすることができ、複数工程プロセスには、第１の時間にわたって、培養培地を、載置インターフェース１１００上に確実に載置された第１のマイクロ流体デバイス１００に提供する（又は「灌流する」）一方で、培養培地を、同様にそれぞれ載置インターフェース１１００上に確実に載置された第２及び第３のマイクロ流体デバイス１００には提供しない工程と；第２の時間（第１の時間に等しい時間であり得る）にわたって、第２のマイクロ流体デバイス１００を灌流する一方で、培養培地を、第１及び第３のマイクロ流体デバイス１００には提供しない工程と；第３の時間（第１及び／又は第２の時間に等しい時間であり得る）にわたって、第３のマイクロ流体デバイス１００を灌流する一方で、培養培地を、第１及び第２のマイクロ流体デバイス１００には提供しない工程と；前述の工程セットをｎ回繰り返す工程であって、ｎは０又は正整数に等しい、工程と、を含む。最初の３工程が実施されるそれぞれの回は、「サイクル」又は「デューティサイクル」と考えることができ、この最中、第１、第２及び第３のマイクロ流体デバイス１００のそれぞれが「流れオン」の期間と「流れオフ」の期間を経る。第１、第２及び第３の時間のそれぞれが全て６０秒に等しい場合、各マイクロ流体デバイス１００は３分の継続時間にわたって３３％のデューティサイクルを経る。培地灌流システム１３００の１つのポンプ１３１０によって灌流されるマイクロ流体の数が増加するにつれて、デューティサイクルは減少し、継続時間は増加する。いくつかの実施形態では、オンオフデューティサイクルは、約３分〜約６０分（例えば、約３分〜約６分、約４分〜約８分、約５分〜約１０分、約６分〜約１２分、約７分〜約１４分、約８分〜約１６分、約９分〜約１８分、約１０分〜約２０分、約１５分〜約２０、２５若しくは３０分、又は約３０分〜約４０、５０若しくは６０分）の合計継続時間を有してもよい。別の実施形態では、オンオフデューティサイクルは、約５分〜約４時間のいずれに変更することもできる。いくつかの実施形態では、前述のプロセスは、ｎ＝０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０又はこれを超える繰り返しにおいて実施することができる。したがって、プロセスの合計継続時間は、各デューティサイクルの合計継続時間によっては数時間又は数日かかる場合がある。更に、プロセスは、一旦完了すると、新たなデューティサイクルを即座に開始することができる。例えば、最初のデューティサイクルは比較的遅い速度の灌流（例えば、約０．００１マイクロリットル／秒〜約０．０１マイクロリットル／秒）を含むことができ、２番目のデューティサイクルは比較的速い速度の灌流（例えば、約０．１マイクロリットル／秒超を含むことができる）。このような交互のデューティサイクルが繰り返し実施され得る（例えば、サイクル１に続きサイクル２、その後、これを繰り返す）。
培養培地は、所定の及び／又はオペレータが選択した流量に従い、マイクロ流体デバイス１００のフロー領域内に流され得る。流量は、約０．０１マイクロリットル／秒〜約５．０マイクロリットル／秒である。他の可能な範囲としては、約０．００１マイクロリットル／秒〜約１．０マイクロリットル／秒、約０．００５マイクロリットル／秒〜約１．０マイクロリットル／秒、約０．０１マイクロリットル／秒〜約１．０マイクロリットル／秒、約０．０２マイクロリットル／秒〜約２．０マイクロリットル／秒、約０．０５マイクロリットル／秒〜約１．０マイクロリットル／秒、約０．０８マイクロリットル／秒〜約１．０マイクロリットル／秒、約０．１マイクロリットル／秒〜約１．０マイクロリットル／秒、約０．１マイクロリットル／秒〜約２．０マイクロリットル／秒、約０．２マイクロリットル／秒〜約２．０マイクロリットル／秒、約０．５マイクロリットル／秒〜約２．０マイクロリットル／秒、約０．８マイクロリットル／秒〜約２．０マイクロリットル／秒、約１．０マイクロリットル／秒〜約２．０マイクロリットル／秒、約１．０マイクロリットル／秒〜約５．０、約１．５マイクロリットル／秒〜約５．０マイクロリットル／秒、約２．０マイクロリットル／秒〜約５．０マイクロリットル／秒、約２．５マイクロリットル／秒〜約５．０マイクロリットル／秒、約２．５マイクロリットル／秒〜約１０．０マイクロリットル／秒、約３．０マイクロリットル／秒〜約１０．０マイクロリットル／秒、約４．０マイクロリットル／秒〜約１０．０マイクロリットル／秒、約５．０マイクロリットル／秒〜約１０．０マイクロリットル／秒、約７．５マイクロリットル／秒〜約１０．０マイクロリットル／秒、約７．５マイクロリットル／秒〜約１２．５マイクロリットル／秒、約７．５マイクロリットル／秒〜約１５．０マイクロリットル／秒、約１０．０マイクロリットル／秒〜約１５．０マイクロリットル／秒、約１０．０マイクロリットル／秒〜約２０．０マイクロリットル／秒、約１０．０マイクロリットル／秒〜約２５．０マイクロリットル／秒、約１５．０マイクロリットル／秒〜約２０．０マイクロリットル／秒、約１５．０マイクロリットル／秒〜約２５．０マイクロリットル／秒、約１５．０マイクロリットル／秒〜約３０．０マイクロリットル／秒、約２０．０マイクロリットル／秒〜約３０．０マイクロリットル／秒、約２０．０マイクロリットル／秒〜約４０．０マイクロリットル／秒、約２０．０マイクロリットル／秒〜約５０．０マイクロリットル／秒マイクロリットル／秒が挙げられる。
上述のように、マイクロ流体デバイス１００内のマイクロ流体回路のフロー領域は２つ以上の流路を含むことができる。したがって、各個々の流路を通る培地の流量は、マイクロ流体デバイス全体を通る培地の流量の約１／ｍであることが予想される。式中、ｍ＝マイクロ流体デバイス１００内の流路の数である。ある実施形態では、培養培地は、２つ以上の流路のそれぞれに、平均流量約０．００５マイクロリットル／秒〜約２．５マイクロリットル／秒で流され得る。更なる範囲が可能であり、例えば、本明細書中に開示される範囲の終点に１／ｍを掛けることで容易に算出することができる。
図１０及び図１１に示される培養ステーションの実施形態を参照すると、各マイクロ流体デバイス載置インターフェース１１００は、マイクロ流体デバイスカバー１１１０（１１１０ｂとして示される）を含み得る。マイクロ流体デバイスカバー１１１０は、支持物１１４０ａの各載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００を少なくとも部分的に密閉するように構成されている。マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂは（例えば、示されるようにそれぞれ、各クランプ１１７０によって）各載置インターフェース１１００に固定されており、それぞれ、各マイクロ流体デバイス１００を密閉することができる。載置インターフェース１１００と対応付けられた対応する灌流ライン１３３４の遠位端コネクタ１１３４はマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂに結合することができ、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂは、マイクロ流体デバイス１００が各マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂによって密閉される（例えば、適切に配置され、確実に保持される）と、対応する灌流ライン１３３４が、載置されたマイクロ流体デバイス１００の流体進入ポート１２４に流体的に接続されるように構成することができる。例として、灌流ライン１３３４をデバイス１００のマイクロ流体回路１３２に流体的に接続するために、各マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂは、対応する灌流ライン１３３４の遠位端とマイクロ流体デバイス１００の各流体進入ポート１２４との間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成された１つ又は複数の特徴を含んでもよい。図１０〜図１２及び図１４のマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂは窓を有さず、したがって、図８に示すように、窓１１０４を含むデバイスカバー１１１０ａの代わりに使用してもよい代替的なカバーである。しかしながら、図１０〜図１２及び図１４のマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂは、（例えば、培養中にマイクロ流体デバイス１００の撮像が所望される場合）窓を含むように容易に設計することができる。
各廃棄物ライン１３４４は各載置インターフェース１１００と対応付けることができる。例えば、各廃棄物ライン１３４４は近位端コネクタ１１４４を介して各マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂに接続することができる。したがって、廃棄物ライン１３４４は、マイクロ流体デバイス１００がマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂによって密閉される（例えば、クランプ１１７０などによって適切に配置され、確実に保持される）と、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂの構成と併せて、廃棄物ライン１４４０の近位端がマイクロ流体デバイス１００の流体放出ポート１２４に流体的に接続されるように構成することができる（図１１ではカバー１１１０ｂによって隠れている）。例として、廃棄物ライン１３４４をデバイス１００のマイクロ流体回路１３２に流体的に接続するために、各マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂは、各廃棄物ライン１３４４の遠位端とマイクロ流体デバイス１００の各流体放出ポート１２４との間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成された１つ又は複数の特徴を含んでもよい。各廃棄物ラインの遠位端は廃棄物コンテナ１６００に接続することができる及び／又は廃棄物コンテナ１６００に流体的に結合することができる。
更に図１２を参照すると、各載置インターフェース１１００は金属基板１１５０を含み得る。金属基板１１５０は、各載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００の略平坦な金属底面（図示せず）と熱的に結合するように構成された略平坦な上面を有してもよい。支持物１１４０ａは、各金属基板１１５０を露出する複数の窓１１６０ａ（例えば、図１０に示すように６つの窓１１６０ａ。しかし、この数は６つより少なくても多くてもよい）を有する上面１１４２ａを含み得る。加えて、トレー１１４０ａの上面１１４２ａは、開口部１１６５ａ（図１１）を形成するような形状及び大きさにされ得る。開口部１１６５ａは、（例えば、指を開口部１１６５ａ内に配置することによる）ユーザによる載置インターフェース１１００へのマイクロ流体デバイス１００の配置及び／又は載置インターフェース１１００からのマイクロ流体デバイス１００の取り出しを容易にするように構成されている。示されるように、支持物１１４０ａの上面１１４２ａ内の開口部１１６５ａは、各窓１１６０ａ内に互いに対し対角線上に配置することができる。
図１１〜図１５を更に参照すると、各載置インターフェース１１００はアライメントピン１１５４を含み得る。アライメントピン１１５４は、載置インターフェース１１００の各窓１１６０ａ内におけるマイクロ流体デバイス１００及び／又はマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂの適切な配向及び配置においてユーザを補助するように構成されている。アライメントピン１１５４は、基板１１５０上の、通常、窓１１６０ａ／１１６０ｂの隅に配置することができる。各対応するデバイスカバー１１１０ｂは、各アライメントピン１１５４に接触する、係合する及び／又は面するように構成されたテーパ状の端隅部（図１１及び図１４においてより見える）、ループ、フック等などの配向要素１１１１を更に含むことができ、載置インターフェース１１００の各窓１１６０ａ／１１６０ｂ内のデバイスカバー１１１０ｂの適切な配向及び配置においてユーザを更に補助することができる。
各載置インターフェース１１００は、追加のアライメント機能を更に含み得る。載置インターフェース１１００をはっきりと露出させるためにマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂが取り外されている図１２及び図１５に示すように、１つ又は複数の係合ピン１１５２（例えば、２つが示されているが、この数は２を超えることも２未満とすることもできる）を使用して、載置インターフェース１１００の各窓１１６０ａ／１１６０ｂ内におけるマイクロ流体デバイス１００及び／又はデバイスカバー１１１０ｂの適切な配置を更に補助することができる。示され得るように、係合ピン１１５２は、金属基板１１５０上の、各窓１１６０ａ／１１６０ｂの対向する隅に配置することができる（すなわち、互いに対し対角線上に配置される）。係合ピン１１５２は、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂ（図１４）内の係合開口部１１１２の各対と、及びマイクロ流体デバイス１００（図１５）の係合開口部１１３の各対と接触し、係合するように構成されている。図１１及び図１３により良く示されるように、係合開口部１１１２の対は、各マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂの対向する隅に配置されている（又は互いに対し対角線上に配置されている）。図１５により良く示されるように、マイクロ流体デバイス１００の係合開口部１１３の対は、デバイス１００の対向する隅に配置されている（又は互いに対し対角線上に配置されている）。
当業者であれば、載置インターフェース１１００のアライメントピン１１５４及び／又は係合ピン１１５２、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂの配向要素１１１１及び係合開口部１１１２、マイクロ流体デバイス１００の並びに係合開口部１１３の種々の配置及び構成を使用して、マイクロ流体デバイス１００及び／又はマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂの適切なアライメントを容易にするという目的を達成できることを理解しよう。例として、アライメントピン１１５４及び係合ピン１１５２は、それぞれ、対応する配向要素１１１１並びに係合開口部１１１２及び１１３と接触し、係合するように適合された、円形、楕円形、矩形、円筒形（示されるような）、又は多面形、又は不規則形状を含むがこれらに限定されない種々の形状並びに／又は角度を有することができる。
図１３は、例示的な培養ステーション（例えば、培養ステーション１０００）において使用することができる別の支持物１１４０（図１０の支持物１１４０ａと区別するために１１４０ｂの符号が付されている）を示す。支持物は、５つの熱的に調整された載置インターフェース１１００を含み、図１０に示される培養ステーション１０００の支持物１１４０ａの代わりに用いることができる。支持物１１４０ｂは１つのポンプ１３１０又は複数のポンプ１３１０（例えば、図１０に示すように２つ）を有する培地灌流システム１３００において使用してもよいことは理解されよう。更に、培養ステーション１０００は２つ以上の支持物１１４０ａ／１１４０ｂを含むことができ、そのそれぞれは、各ポンプ１３１０と対応付けられてもよい。トレー１１４０ｂは、各金属基板１１５０を露出させる５つの窓１１６０ｂを有する上面１１４２ｂを含む。説明のために、図１３は、その対応する基板１１５０を露出している５つの窓１１６０ｂのうちの４つを示し、（右側の）第５の窓１１６０ｂの基板１１５０及び各マイクロ流体デバイス１００はマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂによってカバーされている。トレー１１４０ｂの上面１１４２ｂは、各開口部１１６５ｂを形成するための形状及び大きさにされている。各開口部１１６５ｂは、（例えば、指を開口部１１６５ｂ内に配置することによる）ユーザによるマイクロ流体デバイス１００の配置及び／又は取り出しを容易にするように構成されている。トレー１１４０ｂの上面１１４２ｂの開口部１１６５ｂは、図１３〜図１５に示すように、各窓１１６０ｂ内において互いに対し並列であることを含む、種々の相対的な配向で配置することができる。
使用する際、図１３の熱的に調整された載置インターフェース１１１０は、各載置されたマイクロ流体デバイス１００を固定するように構成された対応するマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂを含むことは理解されよう。図１０〜図１５に示すように、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂの固定機構はクランプ１１７０であり得る。しかしながら、任意選択的に、圧縮ばねと併せて、例えば、ねじ（培養ステーション１００１／１００２のマイクロ流体デバイスカバー１１１０ａに関連して記載したように）を含む任意の適切な固定機構をクランプ１１７０の代わりに使用することができる。
図１４は、マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂを示す、図１３に示されるトレー１１４０ｂの熱的に調整された載置インターフェース１１００のうちの１つを示す。各マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂは、トレー１１４０ｂの各載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００を少なくとも部分的に密閉するように構成されている。デバイスカバー１１１０ｂは、トレー１１４０ｂの上面１１４２ｂによって形成された各窓１１６０ｂ内に配置されている。この実施形態では、デバイスカバー１１１０ｂは、（例えば、指を開口部１１６５ｂ内に配置することによる）ユーザによるデバイスカバー１１１０ｂ及びマイクロ流体デバイス１００の配置及び／又は取り出しを可能にするために、固定されない（すなわち、各クランプ１１７０は係合されない）。
図１５は、載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００を示すためにマイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂを載置インターフェース１１００から取り外した図１４の載置インターフェース１１００を示す。マイクロ流体デバイスカバー１１１０ｂを取り外すことによって、各載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００が露出し、更に、係合ピン１１５２を露出する。トレー１１４０ａの上面１１４２ａは、各開口部１１６５ｂを形成するための形状及び大きさにされている。各開口部１１６５ｂは、（例えば、指を開口部１１６５ｂ内に配置することによる）各窓１１６０ｂへのマイクロ流体デバイス１００の配置及び／又は各窓１１６０ｂからのマイクロ流体デバイス１００の取り出しを可能にするように構成されている。
本発明の各培養ステーション１０００は、加えて、１つ又は複数の載置インターフェース１１００に載置されたマイクロ流体デバイス１００の各灌流及び／又は温度履歴をメモリに記録するように構成され得る。例えば、培養ステーションはプロセッサ及びメモリを含んでもよく、プロセッサ及びメモリのいずれか又は両方をプリント回路基板に組み込んでもよい。あるいは、メモリはマイクロ流体デバイス１００に組み込んでもよい又は他の手法で結合してもよい。培養ステーション１０００は、付加的に（任意選択的に）、撮像及び／又は検出装置（図示せず）を含んでもよい。撮像及び／又は検出装置は、培養ステーションに結合されている又は培養ステーション１０００と動作的に対応付けられており、マイクロ流体デバイス１００内の微小物体を表示する及び／若しくは撮像する、並びに／又は載置インターフェース１１００のうちの１つに載置されたマイクロ流体デバイス１００内の生物学的活動を検出するように構成されている。得られたデータは処理されてもよい並びに／又は上述したように、培養ステーション１０００及び／若しくはマイクロ流体デバイス１００内に配置されたメモリに記憶されてもよい。
培養ステーション１０００などの例示的な培養ステーションは、また、載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００を培養のために最適に配置することができるように、載置インターフェース１１００が軸線上で傾斜することを可能にするように構成することができる。いくつかの実施形態では、マイクロ流体デバイス１００は、例えば、培養ステーション１０００に作用する重力に垂直な面に対して約１°〜約１０°（例えば、約１°〜約５°又は約１°〜約２°）傾斜させることができる。あるいは、載置インターフェース１１００は、少なくとも約４５°、６０°、７５°、９０°又はこれを更に超える角度（例えば、少なくとも約１０５°、１２０°又は１３５°）まで傾斜するように構成することができる。いくつかの実施形態では、複数の載置インターフェース１１００を共通の軸線上で同時に傾斜させることができる。例えば、図１０〜図１５のいずれかの支持物１１４０ａ／１１４０ｂは、支持物１１４０ａ／１１４０ｂ上の各載置インターフェースが同時に傾斜するように、軸線（例えば、長軸線）の周りを回転するように構成することができる。載置インターフェース１１００が個々に又は群として傾斜するかを問わず、傾斜した載置インターフェースを特定の位置に（例えば、垂直に配置された載置インターフェース１１００上に載置されたマイクロ流体デバイス１００とともに）ロックすることが望ましい場合がある。したがって、載置インターフェース１１００又は支持物１１４０ａ／１１４０ｂは、載置インターフェース１１００を傾斜位置に保持するためのロック要素を含み得る。載置インターフェース１１００を特定の傾斜角度に位置決めするのを容易にするために、水準器を、載置インターフェース１１００又は載置インターフェース１１００を含む支持物１１４０ａ／１１４０ｂの表面１１４２ａ／１１４２ｂ上に載置することができる。例えば、水準器は、載置インターフェース１１００又は支持物１１４０ａ／１１４０ｂが既定の角度に傾斜したときのみに「水平になる」（すなわち、培養ステーション１０００に作用する重力に垂直な面に平行する）ように載置することができる。
実施形態を示し、記載してきたが、本明細書中に開示される発明の概念の範囲から逸脱することなく種々の修正を施してもよい。本発明（単数又は複数）は、したがって、以下の特許請求の範囲に定義される場合の除き、限定されるべきではない。
Claims (51)
- マイクロ流体デバイス内で生体細胞を培養するための培養ステーションであって、
載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスを有するように構成されている、１つ又は複数の熱伝導性載置インターフェースと、
前記１つ又は複数の載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスの温度を制御するように構成された熱調整システムと、
流動培養培地を、前記１つ又は複数の載置インターフェース上に着脱可能に載置されたマイクロ流体デバイスに制御可能且つ選択的に分配するように構成された培地灌流システムと、
を含む、培養ステーション。 - 複数の載置インターフェースを含む、請求項１に記載の培養ステーション。
- 少なくとも３つの載置インターフェースを含む、請求項２に記載の培養ステーション。
- 前記培地灌流システムは、
培養培地源に流体的に接続された入力及び出力と、を有するポンプと、
前記ポンプの出力を１つ又は複数の灌流ラインと流体的に接続している灌流ネットワークであって、各灌流ラインは、各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスの流体進入ポートに流体的に接続されるように構成されている、灌流ネットワークと、
前記ポンプ及び前記灌流ネットワークを選択的に動作させることによって制御された流量で制御された時間にわたり、前記培養培地源からの培養培地を前記１つ又は複数の灌流ラインのうちの１つに選択的に流すように構成されている制御システムと、
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の培養ステーション。 - 前記制御システムは、オンオフデューティサイクル及び流量に従い、培養培地の断続的な流れを対応する灌流ライン内に提供するようにプログラムされている又は構成されている、請求項４に記載の培養ステーション。
- 前記オンオフデューティサイクル及び／又は流量は、ユーザインターフェースを介して受信した入力に少なくとも一部基づく、請求項５に記載の培養ステーション。
- 前記制御システムは、培養培地の流れを一度に１つ以下の灌流ライン内に提供するようにプログラムされている又は構成されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記制御システムは、培養培地の流れを同時に２つ以上の灌流ライン内に提供するようにプログラムされている又は構成されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- １つ又は複数のマイクロ流体デバイスカバーを更に含み、各マイクロ流体デバイスカバーは、各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスを少なくとも部分的に密閉するように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- １つ又は複数のマイクロ流体デバイスカバーを更に含み、各マイクロ流体デバイスカバーは、各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスを少なくとも部分的に密閉するように構成されており、
前記１つ又は複数の灌流ラインのそれぞれは、各載置インターフェースと対応付けられたマイクロ流体デバイスカバーに結合された遠位端を有し、前記デバイスカバーの構成と併せて、前記灌流ラインの前記遠位端が、前記載置インターフェース上に載置され且つ前記マイクロ流体デバイスカバーによって密閉されたマイクロ流体デバイスの流体進入ポートに流体的に接続されてもよいように構成されている、
請求項４〜８のいずれか一項に記載の培養ステーション。 - 前記マイクロ流体デバイスカバーは、前記灌流ラインを前記マイクロ流体デバイスに流体的に接続するために、それぞれ、前記灌流ラインの前記遠位端と、前記マイクロ流体デバイスの前記流体進入ポートとの間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成された１つ又は複数の特徴を含む、請求項１０に記載の培養ステーション。
- 前記１つ又は複数の載置インターフェースのうちのそれぞれ１つと対応付けられた各廃棄物ラインを更に含み、各廃棄物ラインは、前記各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスの流体放出ポートに流体的に接続されるように構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記１つ又は複数の載置インターフェースのうちのそれぞれ１つと対応付けられた各廃棄物ラインを更に含み、
各廃棄物ラインは、前記各載置インターフェースと対応付けられたマイクロ流体デバイスカバーに結合された近位端を有し、
前記廃棄物ラインは、前記マイクロ流体デバイスカバーの構成と併せて、前記廃棄物ラインの前記近位端が、前記載置インターフェース上に載置され且つ前記マイクロ流体デバイスカバーによって密閉されたマイクロ流体デバイスの流体放出ポートに流体的に接続されてもよいように構成されている、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の培養ステーション。 - 前記マイクロ流体デバイスカバーは１つ又は複数の特徴を含み、前記１つ又は複数の特徴は、前記廃棄物ラインを前記マイクロ流体デバイスに流体的に接続するために、それぞれ、前記廃棄物ラインの前記近位端と、前記マイクロ流体デバイスの前記流体放出ポートとの間に圧力嵌合、摩擦嵌合、又は別の種類の流体密接続を形成するように構成されている、請求項１３に記載の培養ステーション。
- 前記熱調整システムは１つ又は複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、前記１つ又は複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）は、前記１つ又は複数の載置インターフェースの温度を監視及び調整するように構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記１つ又は複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）のそれぞれは、前記１つ又は複数の載置インターフェースの各１つと対応付けられている、請求項１５に記載の培養ステーション。
- 前記熱調整システムは、前記１つ又は複数の載置インターフェースに熱的に結合された１つ又は複数の抵抗加熱器を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記１つ又は複数の抵抗加熱器のそれぞれは、前記１つ又は複数の載置インターフェースの各１つに熱的に結合されている、請求項１７に記載の培養ステーション。
- 前記１つ又は複数の抵抗加熱器のそれぞれはプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む、請求項１７又は１８に記載の培養ステーション。
- 各ＰＣＢは、各載置インターフェースの温度を、前記各載置インターフェース上に載置されたマイクロ流体デバイスを含め、監視及び調整するように構成されている、請求項１９に記載の培養ステーション。
- 前記１つ又は複数の載置インターフェースのそれぞれは略平坦な金属基板を含み、前記略平坦な金属基板は上面を有し、前記上面は、前記１つ又は複数の載置インターフェースに載置されたマイクロ流体デバイスの略平坦な金属底面と熱的に結合するように構成されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記略平坦な金属基板は底面を有し、前記底面は、前記熱調整システムの抵抗加熱器と熱的に結合するように構成されている、請求項２１に記載の培養ステーション。
- 前記略平坦な金属基板は銅合金ブロックを含む、請求項２１又は２２に記載の培養ステーション。
- 前記熱調整システムは１つ又は複数の温度センサを含み、各温度センサは、各載置インターフェースの各基板の温度を監視するように構成されている、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 各温度センサは、前記各載置インターフェース基板に結合されている及び／又は前記各載置インターフェース基板内に埋設されている、請求項２４に記載の培養ステーション。
- 前記熱調整システムは、載置インターフェース上に載置された各マイクロ流体デバイスに結合されている及び／又は載置インターフェース上に載置された各マイクロ流体デバイス内に埋設されている１つ又は複数の温度センサから温度データを取得するように構成されている、請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- １つ又は複数の調節可能なクランプを更に含み、各クランプは、前記１つ又は複数の載置インターフェースのうちの各１つに隣接して配置されており、マイクロ流体デバイスを前記各載置インターフェースに固定するように構成されている、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- １つ又は複数の調節可能なクランプを更に含み、各クランプは、前記１つ又は複数の載置インターフェースのうちの各１つに隣接して配置されており、前記マイクロ流体デバイスカバーが、前記マイクロ流体デバイスカバーによって少なくとも部分的に密閉されたマイクロ流体デバイスを前記各載置面に固定するように、前記載置インターフェースと対応付けられたマイクロ流体デバイスカバーに対し力を加えるように構成されている、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- １つ又は複数の圧縮ばねを更に含み、各圧縮ばねは、前記１つ又は複数の載置インターフェースのうちの各１つと対応付けられており、前記マイクロ流体デバイスカバーが、前記マイクロ流体デバイスカバーによって少なくとも部分的に密閉されたマイクロ流体デバイスを前記各載置面に固定するように、前記載置インターフェースと対応付けられたマイクロ流体デバイスカバーに対し力を加えるように構成されている、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記培養ステーションは、前記１つ又は複数の載置インターフェースのうちの１つに載置されているマイクロ流体デバイスの各灌流及び／又は温度履歴をメモリに記録するように構成されている、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記メモリは前記各マイクロ流体デバイスに組み込まれている又は接続されている、請求項３０に記載の培養ステーション。
- 前記１つ又は複数の載置インターフェースが前記培養ステーションに作用する重力に垂直な面に対して傾斜したときに示すように構成されている水準器を更に含む、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- 前記水準器は、前記１つ又は複数の載置インターフェースが法平面に対して既定の角度で傾斜したときに示す、請求項３２に記載の培養ステーション。
- 前記既定の傾斜角度は約１°から約５°の範囲内である、請求項３３に記載の培養ステーション。
- 撮像及び／又は検出装置を更に含み、前記撮像及び／又は検出装置は、当該培養ステーションに結合されている又は当該培養ステーションと動作的に対応付けられており、前記１つ又は複数の載置インターフェースのうちの１つに載置されているマイクロ流体デバイス内の生物学的活動を表示する及び／又は撮像する及び／又は検出するように構成されている、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の培養ステーション。
- マイクロ流体デバイス内で生体細胞を培養するための方法であって、
マイクロ流体デバイスを培養ステーションの載置インターフェースに載置することであって、前記マイクロ流体デバイスは、フロー領域と、複数の成長チャンバと、を含むマイクロ流体回路を画定し、前記マイクロ流体デバイスは、前記マイクロ流体回路の第１端部領域と流体連通する流体進入ポートと、前記マイクロ流体回路の第２端部領域と流体連通する流体放出ポートと、を含む、ことと、
前記載置インターフェースと対応付けられた灌流ラインを前記流体進入ポートに流体的に接続することによって、前記灌流ラインを前記マイクロ流体回路の前記第１端部領域と流体的に接続することと、
前記載置インターフェースと対応付けられた廃棄物ラインを前記流体放出ポートに流体的に接続することによって、前記廃棄物ラインを前記マイクロ流体回路の前記第２端部領域と流体的に接続することと、
培養培地を、それぞれ、前記灌流ライン、前記流体進入ポート、前記マイクロ流体回路の前記フロー領域、及び前記流体放出ポート内に、前記複数の成長チャンバ内に隔離された１つ又は複数の生体細胞を灌流するのに十分な流量で流すことと、
を含む、方法。 - 前記培養培地を流すことには、培養培地の断続的な流れを前記マイクロ流体回路の前記フロー領域内に提供することを含む、請求項３６に記載の方法。
- 前記培養培地は、所定の及び／又はオペレータが選択したオンオフデューティサイクルに従い、前記マイクロ流体回路の前記フロー領域内に流される、請求項３７に記載の方法。
- 前記マイクロ流体回路の前記フロー領域内の前記培養培地の流れは定期的に約１０秒から約１２０秒間発生する、請求項３７又は３８に記載の方法。
- 前記マイクロ流体回路の前記フロー領域内の前記培養培地の流れは定期的に約３０秒から約３０分間停止する、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記オンオフデューティサイクルは約５分から約３０分の合計継続時間を有する、請求項３８に記載の方法。
- 前記培養培地は、所定の及び／又はオペレータが選択した流量に従い、前記マイクロ流体回路の前記フロー領域内に流される、請求項３６〜４１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流量は、約０．０１マイクロリットル／秒から約５．０マイクロリットル／秒である、請求項４２に記載の方法。
- 前記マイクロ流体回路の前記フロー領域は２つ又は複数の流路を含む、請求項３６〜４３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記培養培地は、前記２つ又は複数の流路のそれぞれに、約０．００５マイクロリットル／秒から約２．５マイクロリットル／秒の平均流量で流される、請求項４４に記載の方法。
- 前記培養培地を流すことには、培養培地の連続的な流れを前記マイクロ流体回路に提供することを含む、請求項３６に記載の方法。
- 前記載置インターフェースに熱的に結合された少なくとも１つの加熱素子を使用して前記マイクロ流体デバイスの温度を制御することを更に含む、請求項３６〜４６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスの前記温度は約２５℃から約３８℃に維持される、請求項４７に記載の方法。
- 前記加熱素子は、前記載置インターフェースに埋設されている又は前記載置インターフェースに結合されている温度センサによって出力された信号に基づき作動される、請求項４７又は４８に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスが前記載置インターフェースに載置されている間に、前記マイクロ流体デバイスの灌流及び／又は温度履歴を記録することを更に含む、請求項３６〜４９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記灌流及び／又は温度履歴は、マイクロ流体デバイスに組み込まれた又はマイクロ流体デバイスに結合されたメモリに記録される、請求項５０に記載の方法。
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