JP7185678B2 - 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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Description
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。
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。
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。
Claims (24)
- 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、
前記培養ステーションが、
複数の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が、熱伝導性であり、マイクロ流体デバイスを着脱可能に載置する寸法を有して構成された、複数の載置インターフェースと、
複数の取り付け機構であって、各取り付け機構が、前記複数の載置インターフェースの対応する一つに対応付けられ、前記対応する載置インターフェース上の単一のマイクロ流体デバイスを少なくとも部分的に囲い、固定するように構成されたマイクロ流体デバイスカバーを備える、複数の取り付け機構と、
複数の加熱素子を備える熱調整システムであって、各加熱素子が、前記複数の載置インターフェースの対応する一つに熱的に結合され、前記複数の載置インターフェースの対応する一つの温度を制御するよう構成されている、熱調整システムと、
複数のポンプ及び複数の灌流ラインを備える培地灌流システムであって、各ポンプが、前記複数の載置インターフェースの対応する一つに対応付けられ、各ポンプが、培養培地源に流体的に接続された入力及び出力を有し、各灌流ラインが、前記複数の載置インターフェースの対応する一つに対応付けられ、各灌流ラインが、前記複数のポンプの対応する一つに対応付けられた、培地灌流システムと、
を備え、
各灌流ラインの近位端が、前記対応するポンプの出力に流体接続されており、各灌流ラインの遠位端が、前記対応する載置インターフェースに対応付けられた前記マイクロ流体デバイスカバーに結合され、前記対応する載置インターフェース上に配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接続するよう構成されており、前記培地灌流システムが、複数の灌流ラインを介して、流動培養培地を選択的に分配するよう構成されており、
前記マイクロ流体デバイスが、フロー領域と、複数の成長チャンバと、を備えるマイクロ流体回路を画定し、前記マイクロ流体デバイスが、前記マイクロ流体回路の第1端部領域と流体連通する前記流体進入ポートと、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、を備える、
載置することと、
前記載置インターフェースと対応付けられた前記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が、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1に記載の方法。
- 前記培養培地が、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2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が定期的に約10秒から約120秒間発生する、請求項2又は3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が定期的に約30秒から約30分間停止する、請求項2から4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記オンオフデューティサイクルが約5分から約30分の合計継続時間を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記培養培地が、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1から6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記流量が、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7に記載の方法。
- 前記マイクロ流体回路の前記フロー領域が2つ又は複数の流路を備える、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記培養培地が、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9に記載の方法。
- 前記培養培地を流すことにが、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1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1から11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスの前記温度が約25℃から約38℃に維持される、請求項12に記載の方法。
- 前記加熱素子が、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12又は13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1から14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記灌流及び/又は温度履歴が、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15に記載の方法。
- 前記フロー領域が、前記マイクロ流体デバイスの流路内に配置され、前記成長チャンバが、隔離領域と、前記隔離領域を前記フロー領域に流体的に接続する接続領域と、を備え、前記接続領域が、前記流路への近位開口部及び前記隔離領域への遠位開口部を有し、前記隔離領域が1つの開口部を有し、前記隔離領域が前記マイクロ流体デバイスの非掃引領域である、請求項1に記載の方法。
- 前記接続領域の前記近位開口部が、20ミクロンから100ミクロンの範囲内の幅Wconを有し、前記接続領域の長さLconが、前記接続領域の前記近位開口部の前記幅W
conの少なくとも1.0倍である、請求項17に記載の方法。 - 前記成長チャンバの体積が、2×104から2×106立方ミクロンの範囲内にある、請求項18に記載の方法。
- 前記培地灌流システムが、前記複数のポンプ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をさらに備える、請求項1から19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記複数の加熱素子のそれぞれが、前記載置インターフェースの対応する1つに熱的に結合された1つ又は複数の抵抗加熱器を備える、請求項1から20のいずれか1項に記載の方法。
- 各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少なくとも45°傾斜されるよう構成されている、請求項1から21のいずれか1項に記載の方法。
- 各載置インターフェースが、法平面に対して少なくとも75°傾斜されるよう構成されている、請求項1から22のいずれか1項に記載の方法。
- 各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の底面を、前記載置インターフェースの上面に直接接触するよう押し付けるよう構成されている、請求項1から23のいずれか1項に記載の方法。
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