PL234118B1 - Micro-batcher cartridge for testing efficiency of a therapy in the flow-through conditions - Google Patents
Micro-batcher cartridge for testing efficiency of a therapy in the flow-through conditions Download PDFInfo
- Publication number
- PL234118B1 PL234118B1 PL424410A PL42441018A PL234118B1 PL 234118 B1 PL234118 B1 PL 234118B1 PL 424410 A PL424410 A PL 424410A PL 42441018 A PL42441018 A PL 42441018A PL 234118 B1 PL234118 B1 PL 234118B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- cartridge
- microvalve
- microchannels
- drum
- microchannel
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 9
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 229920002449 FKM Polymers 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229940030602 cardiac therapy drug Drugs 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000001516 cell proliferation assay Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Kardridż mikrodozownika do badania skuteczności terapii w warunkach przepływowych zbudowany jest z dwóch płytek polimerowych, przy czym w dolnej płytce (1) znajdują się mikrokanały wlotowe (1a), które rozchodzą się promieniście od centralnej części kardridża w kierunku jego brzegów natomiast pod płytką dolną (1) znajduje się mikrozawór (B) w obudowie (3) i w centralnej części obudowy (3) znajduje się otwór (3a) o stopniowo zmniejszającej się średnicy, w otworze (3) zamontowana jest sprężyna dociskowa (4) oraz część obrotowa (5) z uszczelką (6). Ponadto na górnej płytce (2) zamontowana jest mikropompa perystaltyczna (C), składająca się z bębna obrotowego (7) zbudowanego z podstawy (7c) z osią centralną (7a) oraz trzech osi bocznych (7b), na których to osiach są luźno zamontowane trzy rolki (8). Całość jest zamknięta górną częścią (9) bębna obrotowego (7), która jest na stałe przyklejona do górnych powierzchni osi bocznych (7b) a bęben (7) jest osadzony luźno w gnieździe (2b) wykonanym w płytce górnej (2) i jest luźno przymocowany do kardridża przy pomocy elementu mocującego (10).The micro-dosing cartridge for testing the effectiveness of therapy in flow conditions is made of two polymer plates, with inlet micro-channels (1a) located in the lower plate (1), which radiate radially from the central part of the cartridge towards its edges, and under the lower plate (1). ) there is a microvalve (B) in the housing (3) and in the central part of the housing (3) there is a hole (3a) with a gradually decreasing diameter, a pressure spring (4) and a rotating part (5) with seal (6). Moreover, a peristaltic micropump (C) is mounted on the upper plate (2), consisting of a rotating drum (7) composed of a base (7c) with a central axis (7a) and three side axes (7b), on which the axes are loosely mounted. three rollers (8). The whole is closed with the upper part (9) of the rotating drum (7), which is permanently glued to the upper surfaces of the side axes (7b), and the drum (7) is loosely mounted in the socket (2b) made in the upper plate (2) and is loosely attached to the cartridge using the fastening element (10).
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest kardridż automatycznego mikrodozownika do badania skuteczności terapii w warunkach przepływowych. Tego typu mikrodozowniki mogą znaleźć zastosowanie w mikrobioanalityce, chemii, biologii czy medycynie.The present invention relates to an automatic microdispenser cartridge for testing the effectiveness of therapy in flow conditions. These types of micro-dispensers can be used in microbioanalytics, chemistry, biology and medicine.
Mikrodozowanie jest często stosowane w różnych rozwiązaniach komercyjnych. Proces ten jest najczęściej realizowany przez bardzo skomplikowane struktury oparte o rozbudowaną sieć wężyków oraz połączeń elektrycznych, gdzie jako elementy aktywne najczęściej są stosowane elektrozawory. Pracą takich zaworów steruje elektromagnes. Zawory mogą występować w dwóch wersjach - będących zamkniętymi w stanie normalnym lub otwartymi. Dodatkowo są zazwyczaj wyposażone w sprężynę, która ustala ich stan w momencie kiedy nie jest do nich przyłożone napięcie. Niewątpliwą zaletą takich napędów jest ich niski koszt, mała awaryjność oraz łatwość sterowania, bo wystarczy podanie napięcia na konkretny elektromagnes żeby wymusić jego pracę. Natomiast wadą takiego rozwiązania są ich duże rozmiary. W rozwiązaniach komercyjnych występują one w wersji modułowej co bardzo ogranicza ich mobilność, a także utrudnia ich połączenie z mikroukładami do prowadzenia hodowli komórkowych. Wadą takiego rozwiązania może być także znaczna objętość martwa obserwowana w niektórych tego typu rozwiązaniach, co znacznie utrudnia zastosowanie ich w różnych eksperymentach gdyż powoduje duże problemy z oczyszczeniem wężyków i elektrozaworów z uprzednio stosowanych roztworów. Powoduje to także utrudnioną sterylizację takich układów.Microdosing is often used in various commercial solutions. This process is most often carried out by very complex structures based on an extensive network of hoses and electrical connections, where solenoid valves are most often used as active elements. The operation of such valves is controlled by an electromagnet. Valves can be in two versions - closed in normal state or open. Additionally, they are usually equipped with a spring that fixes their condition when no tension is applied to them. The undoubted advantage of such drives is their low cost, low failure rate and ease of control, because it is enough to apply voltage to a specific electromagnet to force it to work. However, the disadvantage of such a solution is their large size. In commercial solutions, they are available in a modular version, which greatly limits their mobility, and also makes it difficult to connect them with microcircuits for cell culture. The disadvantage of such a solution may also be the significant dead volume observed in some solutions of this type, which makes it difficult to use them in various experiments because it causes great problems with cleaning the hoses and solenoid valves from previously used solutions. It also makes it difficult to sterilize such systems.
W rozwiązaniach komercyjnych są czasami stosowane zawory obrotowe. Najczęściej są one spotykane w połączeniu z wysokosprawną chromatografią cieczową. Jednak, zadaniem tych zaworów jest skierowanie strumienia cieczy do pętli (o ściśle określonej objętości), a następnie skierowanie odmierzonej objętości do kolumny. Zawory tego typu mają charakter modułowy w ogólnym rozumieniu tego pojęcia gdyż oprócz samego zaworu nie stosowana jest stalowa kapilara stanowiąca dodatkowy moduł. Także w tym przypadku gabaryty takiego rozwiązania są dość duże, a dodatkowo operuje on tylko i wyłącznie na jednym roztworze. Żeby wprowadzić do układu kolejny roztwór bądź roztwory konieczne jest rozbudowanie układu o kolejne zawory.Rotary valves are sometimes used in commercial applications. They are most often found in combination with high performance liquid chromatography. However, the task of these valves is to direct the liquid stream into the loop (with a precisely defined volume) and then direct the measured volume into the column. Valves of this type are modular in the general meaning of this concept, because apart from the valve itself, a steel capillary is not used, constituting an additional module. Also in this case, the dimensions of such a solution are quite large, and additionally it operates only on one solution. In order to introduce another solution or solutions to the system, it is necessary to expand the system with additional valves.
W literaturze prezentowanych jest niewiele rozwiązań umożliwiających zautomatyzowane i zdalnie kontrolowane dozowanie różnych roztworów o różnych stężeniach i ze ściśle zdefiniowanym czasem i przepływem, do mikrosystemów dedykowanych hodowli komórek.The literature presents few solutions enabling automated and remote controlled dosing of various solutions with different concentrations and with strictly defined time and flow to microsystems dedicated to cell culture.
Kardridż przepływowy mikrodozownika zbudowany jest z dwóch płytek polimerowych, korzystnie z polimetakrylanu metylu (PMMA).The flow-through cartridge of the micro-dispenser is made of two polymer plates, preferably polymethyl methacrylate (PMMA).
W dolnej płytce znajdują się mikrokanały wlotowe, korzystnie siedem kanałów, które rozchodzą się promieniście od centralnej części płytki dolnej w kierunku jej brzegów. Mikrokanały wlotowe rozmieszczone są pod tym samym kątem w stosunku do sąsiadujących kanałów, korzystnie pod kątem 28,8°. Na końcach wszystkich mikrokanałów wlotowych, u ich zbiegu, znajdują się otwory wlotowe. Pomiędzy nimi centralnie znajduje otwór dolotowy połączony z mikrokanałem wylotowym. Pod płytką dolną, pod końcem mikrokanału wylotowego znajduje się mikrozawór. Mikrozawór składa się z obudowy, korzystnie wykonanej w bloku polieteroeteroketonu (PEEK). W centralnej części obudowy znajduje się otwór o stopniowo zmniejszającej się średnicy. W otworze o takiej geometrii montowana jest sprężyna dociskowa oraz część obrotowa z uszczelką. Część obrotowa, korzystnie wykonana z duraluminium, składa się z dwóch części: osi, na której montowana jest sprężyna dociskowa oraz okrągłej podstawy. Do wierzchniej warstwy okrągłej podstawy części obrotowej przyklejona jest gumowa uszczelka. Uszczelka jest elementem mikrozaworu, odpowiedzialnym za jego sprawne działanie. Na powierzchni uszczelki umieszczony jest mikrokanał rozprowadzający w ten sposób, że jeden koniec tego mikrokanału znajduje się dokładnie na środku uszczelki. Takie umiejscowienie mikrokanału gwarantuje, że bez względu na położenie części obrotowej, jeden koniec mikrokanału będzie zawsze połączony z otworem dolotowym mikrokanału wylotowego dolnej płytki. Drugi koniec mikrokanału w uszczelce, w zależności od pozycji części obrotowej, może być połączony z jednym z otworów wylotowych mikrokanałów doprowadzających próbki do mikrozaworu. Sprężyna gwarantuje szczelność takiego mikroukładu. Sprężyna ta powoduje odpowiednie dociśnięcie części obrotowej z uszczelką do powierzchni płytki dolnej. W wyniku zmiany położenia części obrotowej o wartość kąta odpowiadającego rozstawieniu kątowemu mikrokanałów następuje połączenie mikrokanału w uszczelce z innym otworem wylotowym mikrokanału wylotowego doprowadzającego próbki do mikrozaworu. Część obrotowa mikrozaworu, a wraz z nią uszczelka są obracane za pomocą bipolarnego silnika krokowego o momencie trzymającym co najmniej 0,1 Nm, którego wał obraca się korzystnie o 1,8° przy wykonaniu jednegoThe lower plate has inlet microchannels, preferably seven channels, which radiate from the central part of the lower plate towards its edges. The inlet microchannels are arranged at the same angle with respect to adjacent channels, preferably at an angle of 28.8 °. There are inlet openings at the ends of all inlet microchannels at their confluence. Between them, centrally there is an inlet opening connected to the outlet microchannel. There is a microvalve under the bottom plate at the end of the outlet microchannel. The micro-valve consists of a housing, preferably made of a block of polyetheretherketone (PEEK). In the central part of the housing there is a hole of gradually decreasing diameter. A pressure spring and a rotary part with a seal are installed in the hole with such geometry. The rotating part, preferably made of duralumin, consists of two parts: the axis on which the compression spring is mounted, and the circular base. A rubber gasket is glued to the top layer of the circular base of the rotating part. The gasket is an element of the microvalve, responsible for its efficient operation. A distribution microchannel is arranged on the surface of the gasket in such a way that one end of the microchannel is exactly in the center of the gasket. This placement of the microchannel ensures that, no matter what the position of the pivot part, one end of the microchannel will always be connected to the inlet of the microchannel in the outlet of the lower plate. The other end of the microchannel in the seal, depending on the position of the rotating part, may be connected to one of the outlet openings of the microchannels feeding the samples to the microvalve. The spring guarantees the tightness of such a microcircuit. This spring causes a suitable pressing of the rotating part with the seal against the surface of the bottom plate. As a result of changing the position of the rotating part by the value of the angle corresponding to the angular spacing of the microchannels, the microchannel in the seal is connected to another outlet opening of the outlet microchannel supplying samples to the microvalve. The rotating part of the microvalve and with it the seal are rotated by a bipolar stepper motor with a holding torque of at least 0.1 Nm, the shaft of which is rotated preferably by 1.8 ° when making one
PL 234 118 B1 kroku. Zmiana wprowadzanego roztworu do mikrozaworu następuje w tym przypadku po wykonaniu 16 kroków przez silnik krokowy. Wał silnika krokowego jest połączony z osią elementu obrotowego przez wpust wykonany w tej osi.Step. In this case, the change of the introduced solution into the microvalve takes place after 16 steps by the stepper motor. The shaft of the stepper motor is connected to the axis of the rotating element through a key provided in the axis.
Płytka górna posiada porty wlotowe odpowiadające położeniem końcom mikrokanałów wlotowych oraz port łączący, port dozujący i port wylotowy. Ponadto w płytce górnej znajduje się gniazdo bębna oraz gniazda uchwytowe.The top plate has inlet ports corresponding to the position of the ends of the inlet microchannels and a connecting port, dispensing port and outlet port. Moreover, the top plate has a drum seat and grip sockets.
Do płytki górnej zamocowana jest mikropompa perystaltyczna, która składa się z bębna obrotowego zbudowanego z podstawy z osią centralną oraz z trzech osi bocznych. Na osiach tych są luźno zamontowane trzy rolki. Całość jest zamknięta górną częścią bębna, która jest na stałe przyklejona do górnych powierzchni dodatkowych osi. Element ten usztywnia całą konstrukcję bębna oraz uniemożliwia ześlizgnięcie się rolek z dodatkowych osi. Cały bęben jest osadzony luźno w gnieździe bębna, znajdującym się w górnej płytce, w którym może się swobodnie obracać. Bęben jest luźno przymocowany do kardridża przy pomocy elementu mocującego, który jest sztywno osadzony w gniazdach uchwytowych. Na bębnie owinięty jest wężyk silikonowy w ten sposób, że jego jeden koniec jest umieszczony w porcie. Poprzez ten port do mikropompy trafiają roztwory zasysane z mikrokanału wylotowego. Silikonowy wężyk dociskany jest dodatkowo do bębna poprzez element dociskowy. Taka konstrukcja mikropompy sprawia, że obrót bębna powoduje przesuwanie się roztworów w wężyku dociśniętych między dwiema sąsiednimi rolkami w kierunku portu wylotowego, skąd dalej roztwory trafiają do mikrokanału odprowadzającego by ostatecznie poprzez port opuścić mikrodozownik i trafić do podłączonych peryferiów (np. mikrosystem). Ruch bębna jest wymuszany poprzez silnik prądu stałego z przekładnią redukującą obroty. Silnik ten jest przymocowany do spodniej części płytki dolnej a na jego wale, na sztywno, jest osadzony bęben mikropompy.A peristaltic micropump is attached to the upper plate, which consists of a rotary drum made of a base with a central axis and three side axes. Three rollers are loosely mounted on these axles. The whole thing is closed with the upper part of the drum, which is permanently glued to the upper surfaces of the additional axles. This element stiffens the entire drum structure and prevents the rollers from slipping off additional axles. The entire drum sits loosely in the drum seat in the top plate where it can rotate freely. The drum is loosely attached to the cartridge by a fastener that is rigidly seated in the gripping seats. A silicone tube is wrapped around the drum in such a way that its one end is placed in the port. The solutions sucked in from the outlet microchannel are delivered to the micropump through this port. The silicone tubing is additionally pressed against the drum by a pressure element. Such a design of the micropump causes the rotation of the drum to move the solutions in the tubing, pressed between two adjacent rollers towards the outlet port, from where the solutions go to the discharge microchannel to finally exit the microdoser through the port and reach the connected peripherals (e.g. a microsystem). The drum is forced to move by a DC motor with a reduction gear. This motor is attached to the underside of the bottom plate and the micropump drum is rigidly mounted on its shaft.
Kardridż mikrodozownika według wynalazku może być sterowany przez mikrokontroler ATmega328P-PU, który koordynuje pracę poszczególnych podzespołów. Za kontrolę silnika krokowego, napędzającego mikrozawór, może odpowiadać układ Allegro A4988, natomiast za kontrolę silnika prądu stałego, napędzającego mikropompę, układ Instruments MAX14870. Mikrokontroler jest sterowany z poziomu smartfona, z którego komendy są wysyłane do odbiornika bluetooth HC-06 połączonego z mikrokontrolerem poprzez interfejs szeregowy UART. Oprogramowanie mikrokontrolera umożliwia semi-manualne sterowanie dozownikiem, tzn. z poziomu oprogramowania na smartfonie operator może niezależnie sterować pozycją mikrozaworu (w ten sposób decydując, który z roztworów trafia do dozownika), a także przepływem generowanym przez mikropompę. Drugi sposób jest w pełni automatyczny tzn. operator uruchamia program, który od tej pory jest realizowany zgodnie z algorytmem zapisanym w mikrokontrolerze bez dalszego udziału operatora.The microdosing cartridge according to the invention can be controlled by the ATmega328P-PU microcontroller, which coordinates the work of individual components. The Allegro A4988 system may be responsible for controlling the stepper motor driving the microvalve, and the Instruments MAX14870 system for controlling the DC motor driving the micropump. The microcontroller is controlled by a smartphone, from which the commands are sent to the HC-06 bluetooth receiver connected to the microcontroller via the UART serial interface. The microcontroller software enables semi-manual control of the dispenser, i.e. from the smartphone software, the operator can independently control the position of the microvalve (thus deciding which solution goes to the dispenser), as well as the flow generated by the micropump. The second method is fully automatic, i.e. the operator starts the program, which from then on is implemented in accordance with the algorithm stored in the microcontroller without further operator intervention.
Kardridż mikrodozownika według wynalazku został zaprojektowany w taki sposób, aby możliwe było jego łatwe połączenie z dodatkowym mikrosystemem, w którym prowadzona jest hodowla komórek adherentnych (dwuwymiarowa - 2D) lub przestrzennych (trójwymiarowa - 3D), a także żeby umożliwiał automatyczne wprowadzanie do tego mikrosystemu różnych roztworów (medium hodowlanego, badanych związków, reagentów), umożliwiał regulację czasu, w którym wprowadzane są te roztwory, a także regulację ich przepływu. Dodatkowo, kardridż jest odporny na warunki, w których prowadzona jest hodowla komórkowa - szczególnie na wysoką wilgotność, podwyższoną temperaturę oraz podwyższone stężenie dwutlenku węgla. Dzięki temu kardridż mikrodozownika może umożliwić prowadzenie długoterminowego testowania wpływu różnych związków i warunków na hodowle komórkowe. Kardridż mikrodozownika może stać się alternatywnym rozwiązaniem pozwalającym na ocenę działania różnych czynników na ocenę skuteczności terapii w leczeniu chorób np. serca, nowotworowych.The microdoser cartridge according to the invention has been designed in such a way that it is possible to easily connect it with an additional microsystem in which the cultivation of adherent (two-dimensional - 2D) or three-dimensional (three-dimensional - 3D) cells is carried out, and also to enable the automatic introduction of various types of cells into this microsystem. solutions (culture medium, test compounds, reagents), it allowed to regulate the time in which these solutions are introduced, as well as to regulate their flow. Additionally, the cartridge is resistant to conditions in which cell culture is carried out - especially to high humidity, elevated temperature and increased concentration of carbon dioxide. As a result, the micro-dispenser cartridge can enable long-term testing of the effects of various compounds and conditions on cell culture. The microdispenser cartridge may become an alternative solution that allows the assessment of the effects of various factors on the assessment of the effectiveness of therapy in the treatment of diseases such as heart or cancer.
Dzięki zastosowaniu kardridża według wynalazku możliwe będzie automatyzowane dozowanie wybranych roztworów (medium hodowlanego, badanych związków, reagentów) do połączonego z nim mikrosystemu, w którym prowadzona jest hodowla komórkowa. Zastosowanie kardridża mikrodozownika umożliwi regulację czasu, w którym wprowadzane są te roztwory, a także regulację ich przepływu, tak aby sam przepływ substancji nie wpływał na spadek proliferacji komórek. Kardridż mikrodozownika umożliwić może prowadzenie długoterminowego testowania wpływu różnych związków i warunków na hodowle komórkowe. Ponadto, wymiary kardridża mikrodozownika oraz materiały z jakich został wykonany umożliwiają umieszczenie go w inkubatorze wraz z mikrosystemem do hodowli komórek oraz ułatwia jego mobilność.Thanks to the use of the cartridge according to the invention, it will be possible to automatically dose selected solutions (growth medium, test compounds, reagents) to the microsystem connected to it, in which the cell culture is carried out. The use of a micro-dispenser cartridge will allow to regulate the time in which these solutions are introduced, as well as to regulate their flow, so that the very flow of substances does not affect the decrease in cell proliferation. The micro-dispenser cartridge can enable long-term testing of the effects of various compounds and conditions on cell culture. In addition, the dimensions of the microdoser cartridge and the materials from which it was made allow it to be placed in the incubator together with the microsystem for cell culture and facilitate its mobility.
Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia kardridż przepływowy mikrodozownika w widoku złożeniowym a Fig. 2 przedstawia w powiększeniu fragment płytki dolnej.The subject of the invention is presented in the drawing, in which Fig. 1 shows the flow cartridge of the microdispenser in an exploded view, and Fig. 2 shows a fragment of the bottom plate on a larger scale.
PL 234 118 B1PL 234 118 B1
Kardridż przepływowy zbudowany jest mikrodozownika A, który składa się z dwóch płytek polimerowych z polimetakrylanu metylu (PMMA) o wymiarach 56 mm x 80 mm, przy czym dolna płytka 1 ma grubość 2 mm natomiast górna płytka 2 ma grubość 5 mm. Mikrokanały zostały wykonane na powierzchni dolnej płytki metodą mikrofrezowania i mają kwadratowy przekrój poprzeczny o wymiarze 200 μm. Mikrokanały te nie mają charakteru ciągłego ze względu na konstrukcję wieloportowego mikrozaworu obrotowego. W sekcji kardridża, w której został zabudowany wieloportowy mikrozawór obrotowy B znajduje się siedem mikrokanałów wlotowych 1a o długości 19,5 mm, które rozchodzą się promieniście od centralnej części kardridża w kierunku jego brzegów. Poszczególne mikrokanały znajdują się pod kątem 28,8° w stosunku do sąsiadujących z nimi mikrokanałów. Zadaniem tych mikrokanałów jest doprowadzenie poszczególnych próbek z portów wlotowych 2a w płytce górnej 2 do wnętrza mikrozaworu B. Na końcach wszystkich mikrokanałów wlotowych 1a znajdują się otwory wylotowe 1b o średnicy 0,5 mm, które zostały wywiercone w dolnej płytce 1.The flow-through cartridge is built of a micro-dispenser A, which consists of two 56 mm x 80 mm polymethyl methacrylate (PMMA) polymer plates, with the lower plate 1 being 2 mm thick and the upper plate 2 being 5 mm thick. The microchannels were made on the lower surface of the plate by micro-milling and have a square cross-section of 200 μm. These microchannels are not continuous due to the design of the multi-port rotary microvalve. In the section of the cartridge, in which the multiport rotary microvalve B has been installed, there are seven inlet microchannels 1a 19.5 mm long, which radiate from the central part of the cartridge towards its edges. The individual microchannels are at an angle of 28.8 ° in relation to the adjacent microchannels. The purpose of these microchannels is to lead individual samples from the inlet ports 2a in the upper plate 2 into the microvalve B. At the ends of all inlet microchannels 1a there are outlet openings 1b with a diameter of 0.5 mm, which have been drilled in the lower plate 1.
Kolejnym elementem kardridża jest obudowa 3 mikrozaworu B wykonana w bloku polieteroeteroketonu (PEEK) o wymiarach 20 x 20 x 10 mm. W centralnej części obudowy 3 znajduje się otwór 3a o stopniowo zmniejszającej się średnicy. W najniższej części otwór 3 ma średnicę 4,2 mm, następnie rozszerza się do średnicy 6 mm i na końcu do 8,2 mm. W otworze 3 o takiej geometrii montowana jest sprężyna dociskowa 4 oraz część obrotowa 5 z uszczelką 6.The next element of the cartridge is the housing of the 3 microvalve B, made of a polyetheretherketone (PEEK) block with dimensions of 20 x 20 x 10 mm. In the central part of the housing 3 there is a hole 3a of gradually decreasing diameter. In the lowest part, the hole 3 has a diameter of 4.2 mm, then it widens to a diameter of 6 mm and finally to 8.2 mm. A pressure spring 4 and a rotating part 5 with a seal 6 are installed in the opening 3 with such geometry.
Następnym elementem mikrozaworu B jest część obrotowa 5 wykonana z duraluminium. Element ten składa się z dwóch części: osi 5a o średnicy 4,15 mm, na której montowana jest sprężyna dociskowa 4 oraz okrągłej podstawy 5b o średnicy 8,15 mm i grubości 2 mm. Do wierzchniej warstwy okrągłej podstawy 5b części obrotowej 5 przyklejona jest gumowa uszczelka 6. Uszczelka 6 jest głównym elementem mikrozaworu B, odpowiedzialnym za jego sprawne działanie. Na powierzchni uszczelki 6 umieszczony jest mikrokanał rozprowadzający 6a w ten sposób, że jeden koniec mikrokanału rozprowadzającego 6a znajduje się dokładnie na środku uszczelki 6. Takie umiejscowienie mikrokanału 6a gwarantuje, że bez względu na położenie części obrotowej 5, jeden koniec mikrokanału 6a będzie zawsze połączony z otworem dolotowym 1e mikrokanału wylotowego 1c płytki dolnej 1 odprowadzającego próbki z mikrozaworu B. Drugi koniec mikrokanału 6a w uszczelce 6, w zależności od pozycji części obrotowej 5, może być połączony z jednym z siedmiu otworów wylotowych 1b mikrokanałów wlotowych 1a doprowadzających próbki do mikrozaworu B. Sprężyna 4 gwarantuje szczelność mikrozaworu B. Sprężyna ta powoduje odpowiednie dociśnięcie części obrotowej 5 z uszczelką 6 do powierzchni płytki dolnej 1. Wykonany w uszczelce 6 mikrokanał 6a jest połączony z jednej strony z otworem dolotowym 1e mikrokanału wylotowego 1c próbki z mikrozaworu B, a z drugiej strony z jednym z siedmiu otworów wylotowych 1b mikrokanałów 1a doprowadzających próbki do mikrozaworu B. W wyniku zmiany położenia części obrotowej 5 o wartość kąta wynoszącą 28,8°, następuje połączenie mikrokanału rozprowadzającego 6a w uszczelce 6 z innym otworem wylotowym 1b mikrokanału wlotowego 1a doprowadzającego próbki do mikrozaworu B. Część obrotowa 5 mikrozaworu B, a wraz z nią uszczelka 6 są obracane za pomocą bipolarnego silnika krokowego o momencie trzymającym co najmniej 0,1 Nm, którego wał obraca się o 1,8° przy wykonaniu jednego kroku. Dlatego zmiana wprowadzanego roztworu do mikrozaworu B następuje po wykonaniu 16 kroków przez silnik krokowy. Przepływ roztworów przez mikrodozownik jest wymuszany poprzez mikropompę perystaltyczną C, która jest również zabudowana na kardridżu. Mikropompa ta pracuje w rygorze ssąco-tłoczącym, tzn. zasysa roztwory do mikrozaworu B i dalej za pośrednictwem mikrokanału 1c do mikropompy C, skąd dalej roztwory są tłoczone do peryferiów podłączonych do mikrodozownika (np. do mikrosystemu). Głównym elementem mikropompy C jest bęben obrotowy 7 zbudowany z podstawy 7c z osią centralną 7a o średnicy zewnętrznej 5 mm oraz średnicy wewnętrznej 3 mm, oraz trzech osi bocznych 7b o średnicy 2 mm. Na osiach tych są luźno zamontowane trzy rolki 8. Całość jest zamknięta górną częścią 9 bębna obrotowego 7, która jest na stałe przyklejona do górnych powierzchni osi bocznych 7b. Element ten usztywnia całą konstrukcję bębna 7 oraz uniemożliwia ześlizgnięcie się rolek 8 z osi bocznych 7b. Cały bęben 7 jest osadzony luźno w gnieździe 2b wykonanym w płytce górnej 2, w którym może się swobodnie obracać. Bęben 7 jest luźno przymocowany do kardridża przy pomocy elementu mocującego 10, który jest sztywno osadzony w gniazdach uchwytowych 2d. Na bębnie 7 owinięty jest wężyk silikonowy (nie pokazany na rysunku) w ten sposób, że jego jeden koniec jest umieszczony w porcie dozującym 2c. Poprzez ten port, do mikropompy C trafiają roztwory zasysane z mikrokanału wylotowego 1c. Silikonowy wężyk dociskany jest dodatkowo do bębna 7 poprzez element dociskowy 11. Taka konstrukcja mikropompy C sprawia, że obrót bębna 7 powoduje przesuwanie się roztworów w wężyku dociśniętych między dwiema sąsiedThe next element of the microvalve B is the rotating part 5 made of duralumin. This element consists of two parts: axle 5a with a diameter of 4.15 mm, on which the pressure spring 4 is mounted, and a round base 5b with a diameter of 8.15 mm and a thickness of 2 mm. A rubber gasket 6 is glued to the top layer of the circular base 5b of the rotary part 5. The gasket 6 is the main element of the microvalve B, responsible for its efficient operation. A distribution microchannel 6a is arranged on the surface of the seal 6, such that one end of the distribution microchannel 6a is exactly in the center of the seal 6. This positioning of the microchannel 6a ensures that, regardless of the position of the rotating part 5, one end of the microchannel 6a will always be connected to the inlet 1e of the outlet microchannel 1c of the bottom plate 1 draining the samples from the microvalve B. The other end of the microchannel 6a in the seal 6, depending on the position of the rotating part 5, can be connected to one of the seven outlets 1b of the inlet microchannels 1a feeding the samples to the microvalve B. The spring 4 guarantees the tightness of the microvalve B. This spring presses the rotating part 5 with the seal 6 against the surface of the bottom plate 1. The microchannel 6a made in the seal 6 is connected on one side with the inlet 1e of the microchannel, the outlet 1c of the sample from the microvalve B, and on the other side with one of the seven openings The microchannel 1b 1a supplying samples to the microvalve B. By changing the position of the rotary part 5 by an angle of 28.8 °, the distribution microchannel 6a in the seal 6 is connected to another outlet 1b of the inlet microchannel 1a feeding the samples to the microvalve B. Rotary part 5 of the microvalve B and with it the seal 6 are rotated by a bipolar stepper motor with a holding torque of at least 0.1 Nm, the shaft of which rotates 1.8 ° in one step. Therefore, the change of the introduced solution to the microvalve B takes place after 16 steps by the stepper motor. The flow of solutions through the microdoser is forced by the peristaltic micropump C, which is also built on the cartridge. This micropump works in a suction-delivery regime, i.e. it sucks the solutions into the microvalve B and then through the microchannel 1c to the micropump C, from where the solutions are further pumped to the peripherals connected to the microdosing device (e.g. to the microsystem). The main element of the micropump C is a rotary drum 7 made of a base 7c with a central axis 7a with an outer diameter of 5 mm and an inner diameter of 3 mm, and three side axes 7b with a diameter of 2 mm. Three rollers 8 are loosely mounted on these axles. The whole is closed by the upper part 9 of the rotating drum 7, which is permanently glued to the upper surfaces of the side axes 7b. This element stiffens the entire structure of the drum 7 and prevents the rollers 8 from sliding off the side axes 7b. The entire drum 7 sits loosely in a seat 2b made in the upper plate 2, in which it can rotate freely. The drum 7 is loosely attached to the cartridge by a fastening element 10 which is rigidly seated in the gripping seats 2d. A silicone tubing (not shown) is wrapped around the drum 7 in such a way that its one end is placed in the dosing port 2c. Through this port, the solutions sucked in from the outlet microchannel 1c enter the micropump C. The silicone tubing is additionally pressed against the drum 7 by the pressure element 11. Such a construction of the micropump C causes the rotation of the drum 7 to move the solutions in the tubing, pressed between two adjacent ones.
PL 234 118 B1 nimi rolkami 8 w kierunku portu wylotowego 2e, skąd dalej roztwory trafiają do mikrokanału odprowadzającego 1d by ostatecznie poprzez port łączący 2f opuścić mikrodozownik i trafić do podłączonych peryferiów (np. mikrosystem). Ruch bębna 7 jest wymuszany poprzez silnik prądu stałego z przekładnią redukującą obroty 1000:1. Silnik ten jest przymocowany do spodniej części płytki dolnej 1 a na jego wale, na sztywno, jest osadzony bęben 7 mikropompy C.They are carried by rollers 8 towards the outlet port 2e, from where the solutions then go to the discharge microchannel 1d, and finally, through the connecting port 2f, leave the microdoser and reach the connected peripherals (e.g. a microsystem). The movement of the drum 7 is forced by a DC motor with a gear reducing the revolutions 1000: 1. The motor is attached to the underside of the bottom plate 1 and the drum 7 of the micropump C is rigidly mounted on its shaft.
Do obsługi kardridża mikrodozownika zaprojektowano część elektroniczną, której głównym elementem jest mikrokontroler ATmega328P-PU, który koordynuje pracę poszczególnych podzespołów. Za kontrolę silnika krokowego, napędzającego mikrozawór, odpowiada układ Allegro A4988, natomiast za kontrolę silnika prądu stałego, napędzającego mikropompę, odpowiada układ Instruments ΜΑΧ14870. Mikrokontroler jest sterowany z poziomu smartfona, z którego komendy są wysyłane do odbiornika bluetooth HC-06 połączonego z mikrokontrolerem poprzez interfejs szeregowy UART. Oprogramowanie mikrokontrolera umożliwia semi-manualne sterowanie dozownikiem, tzn. z poziomu oprogramowania na smartfonie operator może niezależnie sterować pozycją mikrozaworu (w ten sposób decydując, który z roztworów trafia do dozownika), a także przepływem generowanym przez mikropompę. Drugi sposób jest w pełni automatyczny tzn. operator uruchamia program, który od tej pory jest realizowany zgodnie z algorytmem zapisanym w mikrokontrolerze bez dalszego udziału operatora.An electronic part has been designed to operate the microdoser cartridge, the main element of which is the ATmega328P-PU microcontroller, which coordinates the work of individual components. The Allegro A4988 system is responsible for controlling the stepper motor driving the micro-valve, while the Instruments ΜΑΧ14870 system is responsible for controlling the DC motor driving the micro-pump. The microcontroller is controlled by a smartphone, from which the commands are sent to the HC-06 bluetooth receiver connected to the microcontroller via the UART serial interface. The microcontroller software enables semi-manual control of the dispenser, i.e. from the smartphone software, the operator can independently control the position of the microvalve (thus deciding which solution goes to the dispenser), as well as the flow generated by the micropump. The second method is fully automatic, i.e. the operator starts the program, which from then on is implemented in accordance with the algorithm stored in the microcontroller without further operator intervention.
Większość elementów kardridża mikrodozownika zostało wykonanych metodą mikrofrezowania. Proces wytwarzania rozpoczyna się od zaprojektowania pojedynczych elementów w oprogramowaniu CAD, z dokładnością odwzorowania wymiarów wynoszącą 1 gm. Zaprojektowany model CAD zostaje przetłumaczony na język maszynowy przy pomocy modułu CAM, który to język jest wykorzystywany przez oprogramowanie mikrofrezarki do bezpośredniego frezowania struktur w materiale bazowym. Użyte narzędzia oraz parametry procesu obróbczego zostały zoptymalizowane do frezowania konkretnego materiału oraz odpowiednich struktur. W ten sposób, mikrodozownik wykonano z polimetakrylanu metylu (PMMA) przy czym podczas wykonania dolnej płytki 1 zastosowano:Most of the elements of the micro-dispenser cartridge were made with the micromilling method. The manufacturing process begins with the design of individual elements in CAD software with a dimensional accuracy of 1 gm. The designed CAD model is translated into the machine language using the CAM module, which is the language used by the micro milling machine software for direct milling of structures in the base material. The tools used and the parameters of the machining process have been optimized for milling a specific material and appropriate structures. In this way, the microdoser was made of polymethyl methacrylate (PMMA), with the lower plate 1 being manufactured using:
- frez czołowo-walcowy o średnicy 200 gm do wykonania mikrokanałów 1a, 1c i 1d- end mill with a diameter of 200 gm for making microchannels 1a, 1c and 1d
- wiertło o średnicy 500 gm do wykonania otworów 1b- drill with a diameter of 500 gm for making holes 1b
- frez czołowo-walcowy o średnicy 1 mm do wykonania pozostałych struktur.- end mill with a diameter of 1 mm to make the remaining structures.
Górną płytkę 2 w całości wykonano przy pomocy frezu walcowo-czołowego o średnicy 1 mm. Parametry procesu frezowania zostały dobrane na zasadzie kompromisu między czasem wykonania mikrostruktur, ich jakości, a także zabezpieczenia wykonywanych struktur i użytego narzędzia przed uszkodzeniem w wyniku przegrzania. Z tych względów prędkość posuwu narzędzia w płaszczyźnie XY została ustawiona na 500 mm/min, prędkość zagłębiania narzędzia w osi Z została ustawiona na 100 mm/min natomiast prędkość obrotowa narzędzia - 12000RPM. Wszystkie struktury wykonano wieloetapowo, przy czym w każdym etapie narzędzie zagłębiało się na głębokość stopniowo zwiększającą się o wartość równą 1/10 średnicy użytego narzędzia. Obie płytki połączono w kardridż poprzez bondowanie termiczne wspomagane rozpuszczalnikowo. Przed właściwym procesem bondowania konieczne jest bardzo dokładne oczyszczenie łączonych powierzchni, które wykonuje się kolejno poprzez mycie w detergencie oraz płukanie kolejno w izopropanolu, metanolu i wodzie dejonizowanej. Po umyciu płytki są dokładnie suszone w temperaturze 95°C przez 15 min. Po wysuszeniu łączone powierzchnie są umieszczane w oparach chloroformu w czasie 4 sekund, łączone ze sobą i umieszczane między płytami grzejnymi prasy hydraulicznej rozgrzanymi do temperatury 96°C. Proces bondowania prowadzony jest pod naciskiem 30 kg/m3 w czasie 20 minut. Po zakończeniu bondowania, kardridż jest stopniowo ochładzany do temperatury pokojowej.The upper plate 2 was completely made with a 1 mm diameter end mill. The parameters of the milling process were selected on the basis of a compromise between the time of making microstructures, their quality, and the protection of the structures made and the tool used against damage due to overheating. For these reasons, the tool feed rate in the XY plane was set to 500 mm / min, the tool plunging speed in the Z axis was set to 100 mm / min, and the tool rotational speed - 12000RPM. All structures were made in several stages, and at each stage the tool was immersed to a depth gradually increasing by a value equal to 1/10 of the diameter of the tool used. Both plates were bonded into a cartridge by solvent-assisted thermal bonding. Before the actual bonding process, it is necessary to very thoroughly clean the surfaces to be joined, which is performed successively by washing in detergent and rinsing successively in isopropanol, methanol and deionized water. After washing, the tiles are thoroughly dried at 95 ° C for 15 minutes. After drying, the surfaces to be bonded are placed in a chloroform vapor for 4 seconds, bonded together, and placed between heating plates of a hydraulic press heated to 96 ° C. The bonding process is carried out under the pressure of 30 kg / m 3 for 20 minutes. After bonding is complete, the cartridge is gradually cooled down to room temperature.
Kolejnym materiałem, zastosowanym w konstrukcji kardridża jest polieteroeteroketon (PEEK), który jest znacznie odporniejszy mechanicznie od PMMA dlatego bardzo dobrze nadaje się jako materiał konstrukcyjny elementów narażonych na zwiększone tarcie. Z tego względu materiał ten użyto do konstrukcji obudowy mikrozaworu 3, rolek 8 mikropompy perystaltycznej C oraz elementu dociskającego 11 wężyk silikonowy do rolek 8. Ze względu na specyficzne właściwości fizyczne PEEK różniące go od PMMA, także proces obróbczy tego materiału uległ modyfikacji. Wszystkie struktury w PEEK wykonano przy pomocy frezu czołowo-walcowego o średnicy 2 mm, którego prędkość obrotową ustawiono na 28000 RPM, prędkość posuwu narzędzia w płaszczyźnie XY ustawiono na 300 mm/min natomiast prędkość zagłębiania - 80 mm/min.Another material used in the construction of the cartridge is polyetheretherketone (PEEK), which is much more mechanically resistant than PMMA, therefore it is very well suited as a construction material for elements exposed to increased friction. For this reason, this material was used for the construction of the housing of the microvalve 3, the rollers 8 of the peristaltic micropump C and the pressing element 11 of the silicone tubing to the rollers 8. Due to the specific physical properties of PEEK different from PMMA, the processing of this material has also been modified. All structures in PEEK were made using a 2 mm diameter end mill, the rotational speed of which was set at 28,000 RPM, the tool feed speed in the XY plane was set at 300 mm / min, and the penetration speed - 80 mm / min.
Pozostałe elementy, od których wymagana jest największa wytrzymałość mechaniczna na ściskanie i zginanie wykonano z du raluminium. W materiale tym wykonano element obrotowy mikrozaworu B, dolną 7c oraz górną 9 część bębna 7 mikropompy perystaltycznej C, a także element montażowy 10. Struktury w tych elementach wykonano przy pomocy frezów walcowo-czołowychThe other elements requiring the highest compressive and bending strength are made of large aluminum. This material was used to make the rotating element of the microvalve B, the lower 7c and the upper 9 of the drum 7 of the peristaltic micropump C, as well as the assembly element 10. The structures in these elements were made with end mills
PL 234 118 B1 o średnicach 1 mm, 2 mm oraz 3 mm, których prędkość obrotową ustawiono na 30000 RPM, prędkość posuwu w płaszczyźnie XY - 100 mm/min natomiast zgłębianie w osi Z - 50 mm/min. Ostatnim elementem wykonanym metodą mikrofrezowania jest gumowa uszczelka 6 z mikrokanałem 6a, którą wykonano w gumie Viton® o grubości 1 mm. Uszczelka ta w całości została wykonana frezem walcowo-czołowym o średnicy 500 μm, którego prędkość obrotową ustawiono na 18000 RPM, prędkość posuwu w płaszczyźnie XY - 80 mm/min, natomiast prędkość zagłębiania w osi Z - 40 mm/min.PL 234 118 B1 with diameters of 1 mm, 2 mm and 3 mm, the rotational speed of which was set at 30,000 RPM, the feed speed in the XY plane - 100 mm / min, and plunging in the Z axis - 50 mm / min. The last element made by micro-milling is a rubber gasket 6 with a microchannel 6a, which is made of Viton® rubber with a thickness of 1 mm. This seal was made entirely with a 500 μm end mill, the rotational speed of which was set at 18,000 RPM, the feed speed in the XY plane - 80 mm / min, and the penetration speed in the Z axis - 40 mm / min.
Otrzymany kardridż mikrodozownika wykorzystano do prowadzenia długoterminowej hodowli mezynchemalnych komórek macierzystych (hMSC), hodowanych w specjalnie do tego przygotowanym mikrosystemie. W kardridżu w porcie wlotowym 2a umieszczono medium hodowlane. Do mikrosystemu, w którym umieszczone były komórki hMSC, za pomocą wężyka o średnicy 0,19 mm, przez port łączący 2f, podłączono wysterylizowany światłem UV mikrodozownik według wynalazku. Kardridż mikrodozownika wraz z mikrosystemem umieszczono w inkubatorze w t=37°C, CO2=5%. Następnie, za pomocą opracowanej aplikacji sterowanej ze smartfona uruchomiono program, który realizowany był zgodnie z algorytmem zapisanym w mikrokontrolerze, tzn. zadano przepływ medium hodowlanego 1 μ^^, przez 15 min., co 6 h. Po kolejnych 24 h w kolejnym porcie wlotowym 2a umieszczano roztwór do badania proliferacji komórek (Alamar Blue) i z wykorzystaniem semi-manualnego sterowania mikrodozownikiem do mikrosystemu wprowadzono roztwór z przepływem 1 μ/min, przez 15 min. W kolejnym etapie, mikrosystem odłączano od mikrodozownika poprzez port łączący 2f i prowadzono pomiar spektrofluorymetryczny w mikrosystemie. Następnie, mikrosystem ponownie podłączano do mikrodozownika w porcie łączącym 2f i za pomocą opracowanej aplikacji sterowanej ze smartfona uruchomiono program automatycznego wprowadzania pożywki. Powyższe czynności powtarzano przez kolejne siedem dni. Badania proliferacji komórek hMSC potwierdziły, że zastosowanie kardridża mikrodozownika i możliwość dostarczania świeżego medium hodowlanego w określonych odstępach czasowych (6 h) pozwala na uzyskanie w mikrosystemie długoterminowej hodowli komórek hMSC. W kolejnych badaniach w odpowiednich portach wlotowych 2a planowane jest umieszczenie i automatyczne dozowanie określonych związków stosowanych w różnicowaniu komórek oraz w kardioterapii.The obtained microdosing cartridge was used to conduct long-term cultivation of mesinchemical stem cells (hMSC), cultured in a specially prepared microsystem. A culture medium was placed in the cartridge at the inlet port 2a. A sterilized micro-dispenser according to the invention was connected to the microsystem, in which the hMSC cells were placed, by means of a 0.19 mm diameter tubing through the connecting port 2f. The microdispenser cartridge and the microsystem were placed in an incubator at t = 37 ° C, CO2 = 5%. Then, using the developed smartphone-controlled application, the program was launched, which was implemented in accordance with the algorithm stored in the microcontroller, i.e. the culture medium flow was set to 1 μ ^^ for 15 minutes, every 6 hours. After another 24 hours in the next inlet port 2a the solution for cell proliferation assay (Alamar Blue) was placed and the solution was introduced into the microsystem at a flow of 1 μ / min for 15 min using the semi-manual control of the microdispenser. In the next step, the microsystem was disconnected from the microdozer via the 2f connecting port and spectrofluorimetric measurement was performed in the microsystem. Subsequently, the microsystem was reconnected to the micro-dispenser in the connecting port 2f and the automatic nutrient feed program was launched using the developed smartphone-controlled application. The above activities were repeated for the next seven days. The hMSC cell proliferation studies have confirmed that the use of a microdoser cartridge and the possibility of supplying fresh culture medium at specified time intervals (6 h) allows obtaining long-term hMSC cell culture in the microsystem. In subsequent studies, it is planned to place and automatically dose specific compounds used in cell differentiation and in cardiac therapy in the appropriate inlet ports 2a.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424410A PL234118B1 (en) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Micro-batcher cartridge for testing efficiency of a therapy in the flow-through conditions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424410A PL234118B1 (en) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Micro-batcher cartridge for testing efficiency of a therapy in the flow-through conditions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL424410A1 PL424410A1 (en) | 2019-08-12 |
| PL234118B1 true PL234118B1 (en) | 2020-01-31 |
Family
ID=67549940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL424410A PL234118B1 (en) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | Micro-batcher cartridge for testing efficiency of a therapy in the flow-through conditions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL234118B1 (en) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1831439A4 (en) * | 2004-12-10 | 2011-05-04 | Zellchip Technologies Inc | Microfluidic microarray assemblies and methods of manufacturing and using same |
| TW201022674A (en) * | 2008-12-04 | 2010-06-16 | Univ Nat Cheng Kung | Microfluidic chip |
| EP2290354B1 (en) * | 2009-08-25 | 2019-07-24 | Hach Lange GmbH | Process analyser |
| WO2015078884A1 (en) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | Alleati Ag | Method and microfluidic assembly for antibiotic susceptibility testing |
| CN105170205B (en) * | 2015-09-19 | 2017-01-25 | 大连理工大学 | Bionic chip constructed based on micro-fluidic chip technology |
| CN107051305B (en) * | 2017-06-26 | 2023-03-03 | 浙江普施康生物科技有限公司 | Microfluidic hemagglutination detection device and method |
-
2018
- 2018-01-29 PL PL424410A patent/PL234118B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL424410A1 (en) | 2019-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110564614B (en) | Interconnection of multiple perfusion engineering tissue constructs and miniature biochemical analyzers, multiple miniature formulation design modules and applications thereof | |
| US10400915B2 (en) | Magnetically controlled valve and pump devices and methods of using the same | |
| US10577574B2 (en) | Interconnections of multiple perfused engineered tissue constructs and microbioreactors, multi-microformulators and applications of the same | |
| TWI641823B (en) | Integrated fluidic module and method of regulating fluid operations in multi-fluid-system by using the same | |
| Ainla et al. | A microfluidic pipette for single-cell pharmacology | |
| Weibel et al. | Torque-actuated valves for microfluidics | |
| JP5575104B2 (en) | Modular microfluidic system and method for constructing modular microfluidic system | |
| TWI666398B (en) | Fluid control device | |
| Matthews et al. | Design and fabrication of a micromachined planar patch-clamp substrate with integrated microfluidics for single-cell measurements | |
| DK3023151T3 (en) | PROCEDURE FOR INFLUENCING A LOCALIZED CIRCULATORY AREA FOR FLUIDUM FLOW AND SIMILAR PIPETTE | |
| CN107815408B (en) | Nucleic acid analysis device using isothermal amplification method | |
| US8573259B2 (en) | Modular microfluidic assembly block and system including the same | |
| CN112501258B (en) | Microfluidic chip for nucleic acid extraction purification and amplification detection | |
| US20140011707A1 (en) | Biological chip hybridization system | |
| Rowe et al. | Active 3-D microscaffold system with fluid perfusion for culturing in vitro neuronal networks | |
| JP2017522546A (en) | System and method comprising a rotary valve for performing at least one of sample preparation and sample analysis | |
| US9885059B2 (en) | Ultrahigh throughput microinjection device | |
| JPH0587817A (en) | Device and method of treating slide placing material | |
| CN109689214B (en) | Multi-purpose 3D stretchable microenvironment for organ-on-a-chip devices fabricated using standard silicon technology | |
| CN109107623B (en) | Micro-fluidic chip and preparation method thereof | |
| US20100167943A1 (en) | System and Method for Hybridization Slide Processing | |
| PL234118B1 (en) | Micro-batcher cartridge for testing efficiency of a therapy in the flow-through conditions | |
| WO2004007076A2 (en) | Electron microscopy cell fraction sample preparation | |
| KR101780429B1 (en) | A bio-chip for injecting liquid with the required amount | |
| KR20060134264A (en) | Biochip of cell stimulation and detection for stem cell differentiation |