JP6283385B2 - 微小流体システムにおける空気装置用コネクタ - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、微小流体装置及び細胞培養のための方法に関する。特に、本発明は、微小流体装置及び細胞培養の空気制御に使用されるコネクタに関する。
試験管内で細胞を増殖させかつ維持する能力は、生物科学における重要な一里塚であった。しかしながら、従来の細胞培養技術は、バルク培養とは対照的に、単一細胞を分析する能力を欠いている。ポピュレーション平均バルクアッセイは、自然な細胞間変動のため不正確な場合や誤解を招く場合が多い。さらに、細胞シグナリング及び他の生化学的パラメーターは絶えず変化し、生体系がどのように作用するかを理解する際に細胞の動的解析が重要となる。これらの制限に対応して、高いスループットと多重化された培養と個々の細胞の分析とを可能にする微小流体細胞培養システムが開発された。
従来技術の問題は、微小流体制御及び分析システムを微小流体装置とインターフェースで連結するための空気コネクタの新規な設計によって対処される。本発明に係る空気コネクタの実施形態は、空気制御システムから微小流体装置にガス、液体その他の媒体を供給するために使用される10ラインリボンチューブなどの配管の端部と連通した状態にあることができる。
以下に図面に関連して示す詳細な説明は、実施形態の説明として意図され、かつ、構築できる及び/又は利用できる唯一の形態を表すものではない。しかし、同一又は均等の機能及び順序を、取付け、自動化又は単純なオペレータの使用を容易にするために異なる形状、材料、接続の数及び他の配置又は装着機能を使用して、取り外し可能な空気コネクタ及びシステムといった、本発明の精神及び範囲内に包含されることも意図される異なる実施形態によって達成できることを理解すべきである。
微小流体細胞培養系は、生物学的実験を行うための強力なツールとなる。図1は、本発明に係る微小流体プレート制御及び分析システム10の実施形態を示す。微小流体プレート制御及び分析システム10は、倒立顕微鏡20のステージ上に配置される微小流体プレート100を備える。プレート100で行う細胞培養その他のプロセスを、倒立顕微鏡20を使用して観察することができる。プレート100は、10ラインリボンチューブを備えることができるチューブ30を介して空気制御装置40と連通している。また、チューブ30は、個々のガスライン配管、電気配線、加熱要素、ネットワーク部品などといった、空気制御装置40と微小流体プレート100との間の連通及び接続の他の形態を備えることもできる。空気制御装置40は、チューブ30を使用してプレート100に気体又は液体を供給し、プレート100の温度を制御し、又は他の所望の機能を実行することにより微小流体プレート100と相互作用するように構成できる。制御装置40は、ネットワーク接続50を介してコンピュータ60とさらに通信する。コンピュータ60は、顕微鏡20からの画像データを表示し及び/又は分析し、空気制御装置40によってとられた動作を記録し、そしてプロトコルに従って動作を実行するように空気制御装置40に指示するように構成できる。
図2は、図1の微小流体制御及び分析システム10内にある微小流体プレート100をさらに詳細に示すものである。この実施形態では、微小流体プレート100は、PDMSベースとすることができ、また複数の独立したアッセイユニットを備えることができる(すなわち、「A」〜「D」で表される4列)。それぞれのアッセイユニットは、培養チャンバ104と連通する複数の流体チャネル102を備えることができる。細胞又は他の流体は、細胞入口ウェル106(例えば、「A6」と標識されたウェル)を通して培養チャンバ104にロードできる。さらに、様々な溶液や試薬を、複数の溶液入口ウェル108(「A2」〜「A5」、)及び重力灌流ウェル110(「A1」)を介して培養チャンバ104に供給することができる。培養チャンバ104にわたって観察窓112が形成され、内部の細胞又は生じる他のプロセスを見るために顕微鏡(例えば、図1の倒立顕微鏡20)のレンズを配置するのを可能にする。それぞれのアッセイユニットは、培養チャンバ104からの排出物用の排出物出口ウェル114(「A7」)と溶液液入口ウェル108からの排出物用の灌流出口ウェル116(「A8」)と、重力灌流ウェル110とを備えることができる。
単純な重力駆動灌流を使用して細胞を培養しかつ細胞を様々な試薬にさらすことができる。重力駆動灌流は、オペレータが追加のハードウェア(例えば、制御装置40及び/又はコンピュータ60)なしに微小流体プレート100のみを使用して実験を実施するのを可能にする一方で、ある程度の微調整をすることができず、オペレータによる継続的な監視が必要となる。したがって、図4A〜Bに示された実施形態のように、空気マニホールド120による空気制御を使用して、微小流体プレート100への細胞及び試薬のロードを制御することもできる。空気マニホールド120は、微細微小流体プレート100のウェルのそれぞれに可変圧力を与えることによって、細胞の充填、培地の灌流、及び溶液の暴露を微調整するように微小流体プレート100に嵌合できる。
上記のように、マニホールド120と制御装置40とを接続するチューブ30は、10ラインリボンチューブなどの複数のガスラインを備えることができる。所定の実施形態では、チューブ30は、空気制御装置40とマニホールド120の両方に恒久的に接続できる。また、チューブ30は、空気的、磁気的、機械的な装着などを含めた様々な機構によって、空気制御装置40若しくはマニホールド120又はその両方から取り外すこともできる。
図6は、空気コネクタ150の実施形態を示す。空気コネクタ150は、図5の空気マニホールド120などの空気マニホールドにチューブ30を取外し可能に固定するための装着機構として使用できる。この実施形態では、空気コネクタ150はチューブ30とマニホールド120との間に配置されているが、所定の実施形態では、空気コネクタ150はチューブ30と制御装置40との間に配置できる。さらに別の実施形態では、空気コネクタ150は、両方の位置に配置できる。
上記のように、図1のチューブ30は、様々な手段によって制御装置40から取り外すことができる。例えば、チューブ30と制御装置40との境界面で、空気圧装着、磁気装着、機械的装着などの様々な装着手段を使用することができる。図12A〜14は、本発明に係る取り外し可能空気コネクタ200の別の実施形態を示す。空気コネクタ200は、チューブ30と制御装置40との間に配置でき、また制御装置40に空気コネクタ200を取り外し可能に固定するように構成できる。さらに、この実施形態では、空気コネクタ200は、インラインフィルタをさらに備え、該フィルタを使用してガスの通過を可能にすることができる一方で、流体の流れを妨げることができる。
図15〜17は、本発明の実施形態に従ってマニホールド及びチューブを洗浄するための洗浄プレート300を示す。洗浄プレート300は、PDMS、成形プラスチックなどの様々な材料を含むことができる。洗浄プレート300は、図2の微小流体プレート100などの対応する微小流体プレートと同様の寸法を有する。したがって、図17に示す実施形態では、図4A−Bのマニホールド120などのマニホールドを、洗浄プレート300と流体連通するように洗浄プレート300にわたって配置でき、同じように、マニホールド120は、微小流体プレート100に配置され、流体連通するであろう。さらに、制御装置は、真空チャネルを介して洗浄プレート300に真空を与えてマニホールドをプレートに封止することができる。
20 倒立顕微鏡
30 チューブ
32 真空ライン
40 空気制御装置
50 ネットワーク接続
60 コンピュータ
100 微小流体プレート
102 流体チャネル
104 培養チャンバ
106 細胞入口ウェル
105 側壁
108 溶液入口ウェル
110 重力灌流ウェル
112 観察窓
114 排出物出口ウェル
116 灌流出口ウェル
118 灌流障壁
120 空気マニホールド
122 チャネル
124 チャネル入口
126 チャネル出口
128 ガス環境チャネル
130 真空チャネル
132 軟質ガスケット
134 空気インターフェース
150 空気コネクタ
152 本体
154 真空保持領域
156 ボア
158 内側シール
160 外側シール
162 真空ポート
164 内部表面
170 空気インターフェース
172 本体
174 嵌合表面
200 取り外し可能空気コネクタ
202 ハウジング
204 チューブ端部
206 係合端部
208 タブ
210 支柱
212 コネクタ磁石
216 ボア
218 嵌合部
220 開放部
230 雄ポート
232 チャネル
234 バーブ
236 ボルト
238 ネジセグメント
240 テーパーセグメント
244 フィルタ
250 段部
252 シリンジ
260 インターフェース
264 開口部
266 受容磁石
280 雌ポート
300 洗浄プレート
302 側壁
304 表面
306 中央ウェル
308 ガスラインウェル
310 真空ラインウェル
312 洗浄液チャネル
Claims (11)
- 取り外し可能空気コネクタにおいて、
貫通する複数のボアを有する本体であって、それぞれボアが該本体の内部表面でシール部材によって取り囲まれたもの;
該本体の内部表面に配置された真空ポート;及び
該シール部材及び該真空ポートを取り囲む該本体の内部表面にある外側シール;
を備え、該本体の内部表面が基材に対して配置されたときに該外側シールと該シール部材のそれぞれとの間の空間に真空保持領域が生じる、取り外し可能空気コネクタ。 - 複数のガスラインをさらに備え、該複数のガスラインのそれぞれのラインが対応するボア内に配置された、請求項1に記載の取り外し可能空気コネクタ。
- 前記真空ポート内に配置された真空ラインをさらに備える、請求項2に記載の取り外し可能空気コネクタ。
- 前記真空ラインが、前記真空ポートに負圧を与え、それによって前記真空保持領域内に真空が生じるように構成される、請求項3に記載の取り外し可能空気コネクタ。
- それぞれのボアを取り囲むシール部材及び外側シールが同様の圧縮比を有する、請求項1に記載の取り外し可能空気コネクタ。
- それぞれボアを取り囲むシール部材がOリングを含み、前記外側シールがガスケットを含む、請求項1に記載の取り外し可能空気コネクタ。
- 空気マニホールドに空気コネクタを固定する方法であって、次の工程:
該空気マニホールド上に該空気コネクタを配置し、ここで、該空気コネクタは、シール部材によってそれぞれ取り囲まれる複数のガスラインと、該シール部材及び真空ポートを取り囲む外側シール部材とを備え;
該真空ポートと連通した状態で真空源を作動させ、それによって該真空源の作動により該空気コネクタと該空気マニホールドとの間に完全な密閉を生じさせ;及び
前記複数のガスラインの少なくとも1個のガスラインに圧力を供給すること;
を含む方法。 - 前記空気コネクタと連通した状態で真空源を作動させる工程によって、前記シール部材のそれぞれを該コネクタの本体の内部表面及び空気インターフェースと接触させ、それによって該本体の各ボア間に液密分離部を創り出し、前記複数のガスラインの各ガスラインを前記空気マニホールドにおけるそれぞれのチャネルと流体連通させる、請求項7に記載の方法。
- 前記空気コネクタと連通した状態で真空源を作動させる工程が、前記空気マニホールドと微小流体プレートと間に完全な密閉を生じさせることをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 真空圧が失われたことを検出し、そしてユーザに警告することをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 微小流体装置のための装着機構であって、
請求項1に記載の取り外し可能空気コネクタと、
複数のチャネル入口を有する空気インターフェースと
を備え、
装着によって、請求項1に記載のシール部材のそれぞれは該取り外し可能空気コネクタの本体の内部表面及び空気インターフェースと接触し、それによって該本体の各ボア間に液密分離部が創り出され、各ボアが各チャネル入口と連通した状態になる装着機構。
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