JP2021073999A - 流体システムおよびマイクロ流体システムの改善された性能のためのシステムおよびデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】細胞に関連付けられる生物学的機能をモニタリングするためのシステムであって、第1のマイクロチャネルを有している、マイクロ流体デバイスと、機能流体を含む流体貯蔵部と、前記流体貯蔵部に連結され、前記マイクロ流体デバイスへ、または、前記マイクロ流体デバイスから前記機能流体を送達するための流体ラインと、前記マイクロ流体デバイスに取り外し可能に連結されている流体抵抗要素402であって、流体抵抗要素が有する第1の流体抵抗は、前記マイクロ流体デバイスに関連付けられる第2の流体抵抗よりも約10〜50,000倍大きい、流体抵抗要素とを含むことを特徴とするシステムとする。
【選択図】図4
Description
本出願は、2015年3月3日に出願された米国仮出願第62/127,438号、および、2014年7月14日に出願された米国仮出願第62/024,361号の優先権を主張し、そのそれぞれは、その全体が本願に引用して援用されている。
本発明は、米国国防省高等研究計画局によって与えられた助成金第W911NF−12−2−0036号の下で、政府支援によって行われた。政府は、本発明において一定の権利を有している。
ΔP=R・Q
ここで、ΔPは、差圧であり、Qは、流量であり、Rは、流体抵抗である。換言すれば、流体抵抗は、ある圧力が印加されるときに流れ抵抗がどれくらいの大きさになるかということを決定するパラメーターである(所与の圧力の下で、抵抗が高ければ高いほど、低い流量を生み出す)。オイラーの原理は、層流条件の下で適用され、3つのパラメーターの間の線形関係を推定する。
(a) 第1のマイクロチャネル、第2のマイクロチャネル、および、第1のマイクロチャネルと第2のマイクロチャネルとの間の境界面領域に位置付けされている膜を有するマイクロ流体デバイスであって、膜は、第1のマイクロチャネルの方を向く第1の側面、および、第2のマイクロチャネルの方を向く第2の側面を含み、第1の側面は、それに付着された細胞を有している、マイクロ流体デバイスと、
(b) 第1のマイクロチャネルから流体貯蔵部へ、または、流体貯蔵部から第1のマイクロチャネルへ、それぞれ、機能流体を送達するための流体ラインと、
(c) 流体ラインに連結されている流体抵抗要素であって、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のマイクロチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい、流体抵抗要素と
を含む。
(a) 第1のマイクロチャネル、第2のマイクロチャネル、および、第1のマイクロチャネルと第2のマイクロチャネルとの間の境界面領域に位置付けされている膜を有する本体部であって、膜は、第1のマイクロチャネルの方を向く第1の側面、および、第2のマイクロチャネルの方を向く第2の側面を含み、第1の側面は、それに付着された細胞を有している、本体部を含み、
(b) 本体部は、第1のマイクロチャネルに連結されている内部流体抵抗要素をさらに画定しており、内部流体抵抗要素は、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のマイクロチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい。
(c) 第1のマイクロチャネル、第2のマイクロチャネル、および、第1のマイクロチャネルと第2のマイクロチャネルとの間の境界面領域に位置付けされている膜を有するマイクロ流体デバイスであって、膜は、第1のマイクロチャネルの方を向く第1の側面、および、第2のマイクロチャネルの方を向く第2の側面を含み、第1の側面は、それに付着された細胞を有している、マイクロ流体デバイスと、
(d) 機能流体および加圧ガスを有する流体貯蔵部と、
(e) 流体貯蔵部に連通し、加圧ガスの所望の圧力を維持するポンプ機構と、
(f) 流体貯蔵部と第1のマイクロチャネルとの間の流体経路の中に位置付けされている流体抵抗要素であって、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のマイクロチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい、流体抵抗要素と
を含む。
(g) 第1のマイクロチャネル、第2のマイクロチャネル、および、第1のマイクロチャネルと第2のマイクロチャネルとの間の境界面領域に位置付けされている膜を有するマイクロ流体デバイスであって、膜は、第1のマイクロチャネルの方を向く第1の側面、および、第2のマイクロチャネルの方を向く第2の側面を含み、第1の側面は、それに付着された細胞を有している、マイクロ流体デバイスと、
(h) 機能流体および加圧ガスを有する流体貯蔵部であって、流体ラインを介して第1のマイクロチャネルに連結されている、流体貯蔵部と、
(i) 流体貯蔵部に連通し、加圧ガスの所望の圧力を維持する圧力調整器であって、加圧ガスは、機能流体が第1のマイクロチャネルを通って移動することを引き起こす、圧力調整器と、
(j) 流体ラインまたは第1のマイクロチャネルの中の流体抵抗の増加を決定するために、圧力調整器の活動をモニタリングするためのセンサーと
を含む。
(k) 第1のマイクロチャネル、第2のマイクロチャネル、および、第1のマイクロチャネルと第2のマイクロチャネルとの間の境界面領域に位置付けされている膜を有するマイクロ流体デバイスであって、膜は、第1のマイクロチャネルの方を向く第1の側面、および、第2のマイクロチャネルの方を向く第2の側面を含み、第1の側面は、それに付着された細胞を有している、マイクロ流体デバイスと、
(l) 機能流体および加圧ガスを有する流体貯蔵部であって、流体ラインを介して第1のマイクロチャネルに連結されている、流体貯蔵部と、
(m) 流体貯蔵部に連通し、加圧ガスに圧力を生じさせる容積ポンプであって、加圧ガスは、機能流体が第1のマイクロチャネルを通って移動することを引き起こす、容積ポンプと、
(n) 流体貯蔵部と容積ポンプとの間に位置付けされているセンサーであって、システムの中のガスの圧力をモニタリングするためのものである、センサーと
を含む。
(o) 第1のマイクロチャネル、第2のマイクロチャネル、および、第1のマイクロチャネルと第2のマイクロチャネルとの間の境界面領域に位置付けされている膜を有するマイクロ流体デバイスであって、膜は、第1のマイクロチャネルの方を向く第1の側面、および、第2のマイクロチャネルの方を向く第2の側面を含み、第1の側面は、それに付着された細胞を有している、マイクロ流体デバイスと、
(p) 機能流体および加圧ガスを有する流体貯蔵部であって、流体ラインを介して第1のマイクロチャネルに連結されており、加圧ガスは、機能流体が第1のマイクロチャネルを通って移動することを引き起こす、流体貯蔵部と、
(q) 流体貯蔵部に連通しており、圧力調節プロファイルを提供する圧力供給源であって、圧力調節プロファイルは、定期的な圧力増加を含み、システムの中の泡または破片の蓄積を阻止する、圧力供給源と
を含む。
(r) ガスおよび機能流体を含有する流体貯蔵部の中のガスに圧力を印加することに応答して、流体抵抗要素を通して機能流体を移動させるステップと、
(s) 流体抵抗要素を通して機能流体を移動させるステップの後に、第1のマイクロチャネルの中へ機能流体を移送するステップと
を含む。
(t) ガスおよび機能流体を含有する流体貯蔵部の中のガスに圧力を印加することに応答して、第1のマイクロチャネルを通して機能流体を移動させるステップと、
(u) ガスに圧力を提供する圧力供給源の活動をモニタリングするステップと
を含む。
(v) ガスおよび機能流体を含有する流体貯蔵部の中のガスに圧力を印加することに応答して、流体抵抗要素を通して第1のマイクロチャネルの中へ機能流体を移動させるステップと、
(w) 流体貯蔵部の中のガスに対する圧力を定期的に増加させ、第1のマイクロチャネルおよび流体ラインを通して泡を前進させるステップと
を含む。
(x) 第1のマイクロチャネルを有するマイクロ流体デバイスと、
(y) 流体貯蔵部と、
(z) 第1のマイクロチャネルから流体貯蔵部へ、または、第1のマイクロチャネルへ、機能流体を送達するための流体ラインと、
(aa) 流体ラインの中の流体抵抗要素であって、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のマイクロチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい、流体抵抗要素と
を含む。
(bb) 第1のマイクロチャネルを有するマイクロ流体デバイスと、
(cc) 機能流体および加圧ガスを有する流体貯蔵部と、
(dd) 流体貯蔵部に連通し、加圧ガスの所望の圧力を維持するポンプと、
(ee) 流体貯蔵部と第1のマイクロチャネルとの間の流体経路の中に位置付けされている流体抵抗要素であって、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のマイクロチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい、流体抵抗要素と
を含む。
(ff) 機能流体を受け入れるための第1のチャネルを有するデバイスと、
(gg) 機能流体を保持するための入力流体貯蔵部と、
(hh) 機能流体がデバイスを通過した後に機能流体を保持するための出力流体貯蔵部と、
(ii) 入力流体貯蔵部から出力流体貯蔵部へ機能流体を送達するための流体ラインであって、デバイスは、流体ラインに連結されている、流体ラインと、
(jj) 流体ラインの中の流体抵抗要素であって、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい、流体抵抗要素と
を含む。
(kk) 機能流体を受け入れるための第1のチャネルを有するデバイスと、
(ll) 機能流体および加圧ガスを保持するための流体貯蔵部と、
(mm) 流体貯蔵部およびデバイスを連結する流体ラインと、
(nn) 流体貯蔵部に連通しており、加圧ガスの所望の圧力を維持し、デバイスを通して機能流体を移送するようになっているポンプと、
(oo) 流体ラインの中の流体抵抗要素であって、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい、流体抵抗要素と
を含む。
(pp) 第1の時間期間にわたって第1の流量でマイクロ流体システムを通して機能流体を流すステップであって、望ましくない泡の凝集が、第1の時間期間の間に、マイクロ流体システムの中の第1の位置に形成する、ステップと、
(qq) 第1の時間期間が終了することに応答して、機能流体の流量を第2の時間期間にわたって第2の流量まで増加させ、望ましくない泡の少なくとも一部分が第1の位置から第2の位置に向けて移動することを引き起こすステップと、
(rr) 流す行為および増加させる行為を繰り返し、マイクロ流体システムの中に定期的なバブルフラッシングを引き起こすステップと
を含む。
(ss) マイクロ流体システムの性質を測定するステップと、
(tt) 測定するステップに応答して、繰り返すステップの間に、第1の時間期間および第2の時間期間のうちの少なくとも1つを調節するステップと
をさらに含むことが可能である。
(uu) マイクロ流体システムの性質を測定するステップと、
(vv) 測定するステップに応答して、繰り返すステップの間に第2の流量を調節するステップと
をさらに含むことが可能である。
(ww) 第1の時間期間の間に、マイクロ流体システムの性質を測定するステップと、
(xx) トリガー条件の発生のために、マイクロ流体システムの性質を分析するステップと、
(yy) トリガー条件に応答して、機能流体が第3の流量でマイクロ流体システムを通って流れることを引き起こすステップと、
(zz) トリガー条件に応答した後に、マイクロ流体システムを通る機能流体の流れを第1の流量に戻すステップと
をさらに含むことが可能である。
(aaa) 表面を含むマイクロチャネルを有するマイクロ流体デバイスであって、細胞が、その表面に付着されている、マイクロ流体デバイスと、
(bbb) マイクロ流体デバイスの第1のマイクロチャネルを含む流体経路に沿って、機能流体が流れることを引き起こすように構成されている圧力供給源と、
(ccc) 圧力供給源に連結されているコントローラーであって、圧力供給源が通常動作モードおよびフラッシングモードで動作可能であるということを引き起こし、通常動作モードは、機能流体がマイクロチャネルの中の細胞を第1の流量で通過して流れることを含み、フラッシングモードは、機能流体がマイクロチャネルの中の細胞を第2の流量で通過して流れることを含み、第2の流量は、第1の流量よりも高く、望ましくない泡の凝集を、流体経路の中の第1の位置から、流体経路に沿った第2の位置に向けて移動させ、コントローラーは、所定の条件に応答して、フラッシングモードに切り替える、コントローラーと
を含む。
(ddd) 通常動作モードの間に、既知の流体流れ条件で、マイクロ流体デバイスのマイクロチャネルを含む流体経路に沿って、機能流体を流すステップであって、マイクロチャネルは、その中に配設されている細胞を有している、ステップと、
(eee) 通常動作モードの間に定期的に、一定の時間期間にわたって、フラッシング流量で流体経路を自動的にフラッシングし、望ましくない凝集の少なくとも一部分を流体経路から除去するステップと
を含む。
(fff) 流体経路に沿って泡の存在を検出するステップと、
(ggg) 検出に応答して、および、自動的なフラッシングから独立して、第2のフラッシング流量で流体経路をフラッシングするステップと
をさらに含むことが可能である。
(hhh) マイクロチャネルを有するマイクロ流体デバイスと、
(iii) 流体貯蔵部からマイクロチャネルへ、または、マイクロチャネルから、機能流体を送達するための流体ラインと、
(jjj) 流体ラインに連結されている流体抵抗要素であって、第1の流体抵抗を有しており、第1の流体抵抗は、第1のマイクロチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりもかなり大きい、流体抵抗要素と
を含む。
Claims (31)
- 細胞に関連付けられる生物学的機能をモニタリングするためのシステムであって、
第1のマイクロチャネルを有している、マイクロ流体デバイスと、
機能流体を含む流体貯蔵部と、
前記流体貯蔵部に連結され、前記マイクロ流体デバイスへ、または、前記マイクロ流体デバイスから前記機能流体を送達するための流体ラインと、
前記マイクロ流体デバイスに取り外し可能に連結されている流体抵抗要素であって、流体抵抗要素が有する第1の流体抵抗は、前記マイクロ流体デバイスに関連付けられる第2の流体抵抗よりも約10〜50,000倍大きい、流体抵抗要素と
を含むことを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムであって、前記流体貯蔵部は、加圧ガスを含み、前記加圧ガスは、前記流体ラインおよび流体抵抗要素を通るように前記機能流体の流れを押すことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記流体抵抗要素は、細長い流体経路を含み、前記第1の流体抵抗は、前記細長い流体経路によって生成されていることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記流体抵抗要素は、細長い流体経路を有する細長い管を含み、前記第1の流体抵抗は、前記細長い流体経路によって生成されていることを特徴とするシステム。
- 請求項4に記載のシステムであって、前記管は、複数の巻き線を経ることで前記細長い経路を形成することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記流体貯蔵部の中のガスに圧力を印加し、それによって、加圧ガスを生成させるポンプ機構をさらに含むことを特徴とするシステム。
- 請求項6に記載のシステムであって、前記ガスは、前記機能流体に実質的に不溶性であることを特徴とするシステム。
- 請求項6に記載のシステムであって、前記ガスは、ガスの混合物であり、前記混合物は、前記機能流体に実質的に不溶性のガスを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記第1の流体抵抗は、前記第2の流体抵抗よりも少なくとも約100倍大きいことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムであって、前記流体貯蔵部は、細長い流体経路を含み、前記細長い流体経路は、前記機能流体をその中に貯蔵するように構成されていることを特徴とするシステム。
- 細胞に関連付けられる生物学的機能をモニタリングするためのデバイスであって、
第1のマイクロチャネル、第2のマイクロチャネル、および、前記第1のマイクロチャネルと前記第2のマイクロチャネルとの間の境界面領域に位置付けされている膜を有する本体部であって、前記膜は、前記第1のマイクロチャネルの方を向く第1の側面、および、前記第2のマイクロチャネルの方を向く第2の側面を含み、前記膜は、それに付着された前記細胞を有している、本体部を含み、
前記本体部は、前記第1のマイクロチャネルに取り外し可能に連結されている内部流体抵抗要素をさらに画定しており、前記内部流体抵抗要素は、細長い流体経路を有する基板を含み、これにより、前記内部流体抵抗要素が有する第1の流体抵抗は、前記第1のマイクロチャネルに関連付けられる第2の流体抵抗よりも実質的に大きいことを特徴とするデバイス。 - 請求項11に記載のデバイスであって、前記第1の流体抵抗は、前記第2の流体抵抗よりも少なくとも約100倍大きいことを特徴とするデバイス。
- 細胞に関連付けられる生物学的機能をモニタリングするためのシステムであって、
第1のマイクロチャネルを有している、マイクロ流体デバイスと、
機能流体を有する流体貯蔵部と、
前記流体貯蔵部に連結され、前記マイクロ流体デバイスへ、または、前記マイクロ流体デバイスから前記機能流体を送達するための流体ラインと、
前記マイクロ流体デバイスに取り外し可能に連結されている流体抵抗要素であって、前記流体抵抗要素が有する第1の流体抵抗は、前記マイクロ流体デバイスに関連付けられる第2の流体抵抗よりも約10倍大きい、流体抵抗要素と
を含むことを特徴とするシステム。 - 請求項13に記載のシステムであって、前記流体抵抗要素は、細長い流体経路を含み、前記第1の流体抵抗は、前記細長い流体経路によって生成されていることを特徴とするシステム。
- 請求項13に記載のシステムであって、前記流体抵抗要素は、細長い流体経路を有する細長い管を含み、前記第1の流体抵抗は、前記細長い流体経路によって生成されていることを特徴とするシステム。
- 請求項15に記載のシステムであって、前記管は、複数の巻き線を経ることで前記細長い経路を形成することを特徴とするシステム。
- 請求項13に記載のシステムであって、前記流体貯蔵部の中に圧力センサーをさらに含み、ポンプ機構は、前記圧力センサーからの所定の出力に応答して作動させられることを特徴とするシステム。
- 請求項13に記載のシステムであって、前記流体抵抗要素は、前記第1のマイクロチャネルの上流に位置付けされていることを特徴とするシステム。
- 請求項13に記載のシステムであって、前記流体抵抗要素は、前記第1のマイクロチャネルの下流に位置付けされていることを特徴とするシステム。
- 請求項13に記載のシステムであって、前記第1の流体抵抗は、前記第2の流体抵抗よりも少なくとも約100倍大きいことを特徴とするシステム。
- マイクロ流体システムであって、
流体抵抗要素を含み、第1のマイクロチャネルを有するマイクロ流体デバイスを取り外し可能に受け入れるように構成されたカートリッジであって、前記流体抵抗要素が有する第1の流体抵抗は、前記マイクロ流体デバイスに関連付けられる第2の流体抵抗よりも少なくとも約10倍大きい、カートリッジと、
機能流体および加圧ガスを有する流体貯蔵部と、
前記流体貯蔵部に連通し、前記加圧ガスの所望の圧力を維持するポンプと、
前記第1のマイクロチャネルと前記流体貯蔵部との間の流体経路と、
を含むことを特徴とするマイクロ流体システム。 - 請求項21に記載のマイクロ流体システムであって、前記流体抵抗要素は、管状の流体抵抗要素であることを特徴とするマイクロ流体システム。
- 請求項21に記載のマイクロ流体システムであって、前記流体抵抗要素は、前記カートリッジに取り外し可能に取り付けられていることを特徴とするマイクロ流体システム。
- 請求項21に記載のマイクロ流体システムであって、前記流体抵抗要素は、細長い流体経路を有する基板を含むことを特徴とするマイクロ流体システム。
- 請求項24に記載のマイクロ流体システムであって、前記流体抵抗要素の前記基板は、細長い流体経路を有する細長い管を含み、前記第1の流体抵抗は、前記細長い流体経路によって生成されていることを特徴とするマイクロ流体システム。
- 請求項25に記載のマイクロ流体システムであって、前記管は複数の巻き線を経ることで前記細長い経路を形成することを特徴とするマイクロ流体システム。
- マイクロ流体システムであって、
流体抵抗要素を含み、第1のマイクロチャネルを有するマイクロ流体デバイスを取り外し可能に受け入れるように構成されたカートリッジであって、前記流体抵抗要素が有する第1の流体抵抗は、前記マイクロ流体デバイスと関連付けられた第2の流体抵抗よりも約10〜50,000倍大きい、カートリッジと、
機能流体および加圧ガスを有する流体貯蔵部と、
前記流体貯蔵部に連通し、前記加圧ガスの所望の圧力を維持するポンプと、
前記流体貯蔵部と前記第1のマイクロチャネルとの間の流体経路と
を含むことを特徴とするマイクロ流体システム。 - 請求項27に記載のマイクロ流体システムであって、前記流体抵抗要素は、前記カートリッジに取り外し可能に取り付けられていることを特徴とするマイクロ流体システム。
- 請求項27に記載のマイクロ流体システムであって、前記流体抵抗要素は、細長い流体経路を有する基板を含むことを特徴とするマイクロ流体システム。
- 請求項27に記載のマイクロ流体システムであって、前記流体抵抗要素の基板は、細長い流体経路を有する細長い管を含み、前記第1の流体抵抗は、前記細長い流体経路によって生成されていることを特徴とするマイクロ流体システム。
- 請求項30に記載のマイクロ流体システムであって、前記管は複数の巻き線を経ることで前記細長い経路を形成することを特徴とするマイクロ流体システム。
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