RU2592687C1 - Device of micro fluid system valves pneumatic control - Google Patents

Device of micro fluid system valves pneumatic control Download PDF

Info

Publication number
RU2592687C1
RU2592687C1 RU2015125765/10A RU2015125765A RU2592687C1 RU 2592687 C1 RU2592687 C1 RU 2592687C1 RU 2015125765/10 A RU2015125765/10 A RU 2015125765/10A RU 2015125765 A RU2015125765 A RU 2015125765A RU 2592687 C1 RU2592687 C1 RU 2592687C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pressure
apparatus
characterized
line
high
Prior art date
Application number
RU2015125765/10A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Александрович Тоневицкий
Original Assignee
Евгений Александрович Тоневицкий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Александрович Тоневицкий filed Critical Евгений Александрович Тоневицкий
Priority to RU2015125765/10A priority Critical patent/RU2592687C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592687C1 publication Critical patent/RU2592687C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M3/00Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15DFLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00Influencing flow of fluids
    • F15D1/02Influencing flow of fluids in pipes or conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/48Control

Abstract

FIELD: biochemistry.
SUBSTANCE: invention relates to cultivation of cell models. Disclosed is device for micro fluid system valves pneumatic control. Device includes high and low pressure lines, compressed gas feed line, units of pneumatic distributors. Each block has two inputs, where one is connected to output of high pressure line, and other is to low pressure line outlet. Control output of each air control valve units can be connected to input of micro fluid system for supply of high or low pressure through maximum working medium flow rate limiter. Each of lines of high and low pressures include receiver, pressure sensor, two-stage pilot release control of high or low pressure, wherein pressure regulators provide pressure setting in range from 5 to 50 kPa and from -50 to -5 kPa and have reaction time on change of working medium flow rate of up to 50 ms. Receiver is selected based on condition of providing pressure drop of not more than 15 % with simultaneous switching of not more than 1/3 of all pneumatic distributors units.
EFFECT: invention provides more stable characteristics of pneumatic signals and improvement of morpho-functional status of cultivated cell models.
21 cl, 8 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к устройствам для культивирования клеточных моделей тканей млекопитающих, а именно к устройству управления, включающему пневматическую схему управления работой клапанов, расположенных в микроканалах микрофлюидной системы (устройства) с циркулирующей питательной средой. The invention relates to a device for culturing mammalian tissue cell models, namely, the control apparatus comprising operation control circuit pneumatic valves located in microchannels microfluidic system (device) with a circulating culture medium.

В настоящем изобретении под микрофлюидной системой (МС) понимается устройство, которое в литературе также может встречаться как биочип, и представляет собой изделие из стекла, кремния, термопластов и/или реактопластов, содержащее микрофлюидные (с характерным размером сечения от 1 мкм до 1000 мкм) каналы, а также эластичные клапаны, обладающие способностью деформироваться под воздействием повышенного или пониженного относительного давления воздуха, изменяя просвет канала вплоть до полного его закрытия. In the present invention, the microfluidic system (MS) refers to a device that in the literature may also occur as a biochip, and is a piece of glass, silica, thermoplastics and / or thermosets comprising microfluidic (with a typical size-section of 1 micron to 1000 microns) channels as well as the elastic valve having the ability to deform under the influence of increased or decreased relative air pressure by changing the duct lumen until its complete closing. МС могут в числе прочего использоваться для решения задач in vitro исследований, в том числе включающих культивирование живых клеток. MC may be used inter alia to solve the problems in vitro studies, including those involving the cultivation of living cells.

Заявляемое устройство пневматического управления выполнено с возможностью подачи воздуха под повышенным или пониженным относительно атмосферного давлением на клапаны, регулировки величины повышенного или пониженного давления подаваемого воздуха, частоты и порядка переключения клапанов, обеспечивающих управление движением питательной среды в микрофлюидной системе. The inventive pneumatic control device configured to supply air under increased or reduced pressure relative to atmospheric valves, adjust the value of high or low pressure air supply, the frequency and the order-switching valve providing control of the nutrient medium movement in a microfluidic system. Микрофлюидные системы с заявляемым устройством пневматического управления клапанами позволяют моделировать микроциркуляцию крови in vivo путем поддержания пульсирующего тока питательной среды с определенными характеристиками и могут быть использованы при проведении исследований в области клеточной биологии, в т.ч. Microfluidic system with the claimed device pneumatic control valves allow to simulate the in vivo blood circulation by keeping the current pulsatile growth medium with particular characteristics and may be used during in cell biology research, including для изучения фармакокинетики и фармакодинамики лекарственных средств, для исследований in vitro биологически активных веществ и ксенобиотиков на клеточных моделях, а также в персонализированной медицине, например, при персонализированном подборе химиотерапии. for studying the pharmacokinetics and pharmacodynamics of drugs for in vitro studies of biologically active compounds and xenobiotics on cellular models as well as personalized medicine, such as personalized selection chemotherapy.

Уровень техники BACKGROUND

Культивирование клеток в МС на сегодняшний день является одним из наиболее перспективных подходов, обеспечивающих in vitro условия, сходные с условиями in vivo, для поддержания жизнеспособности, функциональной активности и стабильности клеточных культур в течение длительного времени (до 28 дней), с возможностью регистрации изменения параметров, характеризующих функциональный статус клеток на молекулярном уровне, что позволяет исследовать отдельные параметры безопасности, фармакодинамики и фармакокинетики лекарственных средств и ксенобиот culturing the cells in MS is by far one of the most promising approaches for in vitro conditions similar to the conditions in vivo, to maintain the viability of functional activity and stability in cell culture for a long time (up to 28 days), with the possibility of registration of the change of parameters characterizing the functional status of the cells at the molecular level, allowing you to explore the individual security settings that pharmacodynamics and pharmacokinetics of drugs and ksenobiot ков. Cove.

В настоящее время с целью изучения системного ответа организма на воздействие лекарственных средств в условиях, близких к физиологическим, активно разрабатываются МС для культивирования клеток различной органной принадлежности. Currently, in order to study the system response of the organism to the impact of medicines in conditions close to physiological, MS actively developed for culturing cells of different organ accessories. При этом для оптимизации процесса разработки лекарственных препаратов известно использование микрофлюидных биореакторов, позволяющих одновременно совместно культивировать несколько клеточных моделей тканей. At the same time to optimize the process of drug development known to use microfluidic bioreactors that enable both jointly cultivate several cellular models of tissues. Для указанных целей используются МС с ячейками объемом менее 1 мл для культивирования клеток, объединенных сетью микроканалов диаметром менее 1 мм [Ashraf, Tayyaba, Afzulpurkar, 2011; For these purposes the MS with cells of less than 1 ml of the cell culture, the combined network of microchannels diameter less than 1 mm [Ashraf, Tayyaba, Afzulpurkar, 2011; Verpoorte, Rooij De, 2003]. Verpoorte, Rooij De, 2003]. Микроскопические модели тканей и органов на основе клеточных культур, воспроизводящие реальные соотношения между объемами различных тканей в организме и моделирующие взаимодействия между ними в условиях, близких к физиологическому току жидкости (так называемые «орган на чипе» и «человек на чипе»), представляют собой замену традиционных методов исследований с использованием клеточных культур и доклинических испытаний на животных. The microscopic pattern of tissues and organs based on cell cultures, which reproduce the real relations between the amounts of various tissues in the organism, and simulate the interaction between them in conditions close to physiological current liquid (so-called "organ on a chip" and the "man on a chip"), represent replace traditional methods studies using cell culture and preclinical animal testing. При этом следует отметить, что морфофункциональный статус клеток, культивируемых в МС (биореакторе), сильно зависит от условий культивирования. It should be noted that the morphofunctional status of cells cultured in CM (bioreactor) is highly dependent on culture conditions. Важную роль при воспроизведении условий, близких к физиологическим, в процессе культивирования клеток, играют механические, в том числе гидродинамические воздействия, обусловленные как геометрической структурой, параметрами клеточных ячеек и соединяющих их каналов, так и параметрами микронасоса и клапанов, управляющих током жидкости. Playing an important role in conditions close to physiological, during culturing the cells, mechanical play, including hydrodynamic effects caused as a geometric structure, the cell parameters of cells and their connecting channels and the parameters of the micropump and the valve controlling the fluid current. В качестве основных параметров таких воздействий можно выделить давление жидкости в ячейке с клетками и касательные напряжения на поверхности клетки. The main parameters of such impacts can distinguish fluid pressure in the cell to the cells and tangential stresses at the cell surface. Негативное влияние на функциональный статус клеточных моделей оказывает как отсутствие механического воздействия на клеточные модели, так и воздействие, превышающее физиологическую норму. Negative impact on the functional status of cellular models has as a lack of mechanical action on the cellular model, and exposure over the physiological norm. Периодичность (частота) воздействия, что характерно для живых систем, играет не меньшую роль, чем величина и характер воздействия. Periodicity (frequency) exposure, which is characteristic of living systems, plays a lesser role than the size and nature of the impact. Правильно организованный процесс культивирования существенно улучшает морфофункциональный статус клеток, позволяет избежать стрессирования клеток, качественным образом повышая информативность модели. Properly organized cultivation process significantly improves the morpho-functional status of the cells, prevents cell of stressing, qualitatively improving the information content of the model. Поддержание вышеперечисленных параметров МС осуществляется, как правило, посредством устройств управления МС. Keeping the above parameters are the MS, typically by the MS control devices.

В ряде МС применяются эластичные клапаны для управления движением среды [US 6899137 В2]. Elastic valves for controlling the motion of the medium used in a number of MS [US 6899137 B2]. Комбинация из нескольких клапанов может использоваться для создания интегрированного в МС насоса, клапаны при этом могут управляться пневматически [US 20140197339 А1]. Combination of several valves may be used to create integrated into the MC pump, wherein the valves can be controlled pneumatically [US 20140197339 A1].

Известен комплекс AF1 Dual фирмы Elveflow, предназначенный для управления микрофлюидными устройствами повышенным или пониженным давлением воздуха. Known complex AF1 Dual firm Elveflow, for controlling the microfluidic device increased or reduced air pressure. Однако данный комплекс предназначен для прямого управления давлением жидкости в микрофлюидных устройствах и имеет соответствующие характеристики, кроме того, имеет только один управляющий выход, что в совокупности не позволяет применять его для управления насосами на основе нескольких эластичных мембран. However, this system is designed for direct control of the fluid pressure in the microfluidic devices, and has appropriate characteristics, in addition, has only one control output, which together does not allow to apply it to the pump control on the basis of several flexible membranes.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство управления LiverChip фирмы Zyoxel (CN BIO Innovations Ltd) [С. The closest to the claimed invention is a control apparatus LiverChip firm Zyoxel (CN BIO Innovations Ltd) [S. Rowe и др. LiverChip supports enhanced maturation of hepatocyte-like cells from human induced pluripotent stem cells // Application Note LCP-001. Rowe et al. LiverChip supports enhanced maturation of hepatocyte-like cells from human induced pluripotent stem cells // Application Note LCP-001. 2014. CN BIO Innovations Ltd.]. 2014. CN BIO Innovations Ltd.]. LiverChip имеет в биочипе микронасос на основе эластичных мембран, управляемый пневматически повышенным или пониженным давлением воздуха. LiverChip has micropump biochip-based elastic membranes, pneumatically controlled high or low air pressure. Для создания данных управляющих сигналов используются пневмораспределители аналогично заявляемому изобретению. To create data pneumatic control signals are used similarly to the claimed invention.

Однако известное устройство не обеспечивает постоянные не зависящие от изменений объемных расходов воздуха значения повышенного и пониженного давления, подаваемые на мембраны микронасоса, что может приводить к стрессированию клеточных моделей из-за повышения частоты механических воздействий, вызванного нежелательными изменениями давления на мембранах насоса. However, the known apparatus does not provide constant independent of changes in volumetric airflow values ​​of high and low pressure applied to the membrane micropump which can lead to cellular models of stressing due to the increase in the frequency of mechanical impacts caused by undesired pressure changes in the pump membranes.

Раскрытие изобретения SUMMARY OF THE iNVENTION

Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего пневматическое управление работой клапанов МС и реализующего оптимальный режим движения жидкости по микроканалам МС с оптимальными механическими воздействиями на клеточные модели. The object of the invention is to provide a device that provides pneumatic control valves and the operation of the MS realizes the optimal mode of the liquid movement MS microchannels with optimum mechanical effects on cellular model.

Техническим результатом является повышение стабильности характеристик пневматических сигналов, формируемых заявляемым устройством и направляемых на клапаны микронасоса МС, обеспечивающих изменение положения клапанов с минимальным побочным механическим воздействием на культивируемые в МС клеточные модели. The technical result is to increase the stability characteristics of the pneumatic signals generated by the claimed device and sent to valves micropump MS ensuring change of position valves with minimal side effects on the mechanical cultured cell MC model. В результате достигается улучшение морфофункционального статуса культивируемых клеточных моделей за счет обеспечения условий культивирования, близких к наблюдаемым in vivo (в организме), в частности касательных напряжений на поверхности слоя клеток (в зависимости от ткани от 0,01 до 2 Па), мгновенной скорости циркулирующей жидкости (приблизительно 1 мм/с в капиллярах), давления (2-4 кПа в капиллярах), частоты импульсов движения жидкости (60-140 в минуту). The result is improved morphofunctional status cultured cell models by providing culture conditions, similar to those observed in vivo (in the organism), in particular tangential stress at the surface layer of cells (depending on the tissue from 0.01 to 2 Pa), the instantaneous velocity of the circulating fluid (about 1 mm / sec in the capillaries), pressure (2.4 kPa in capillaries), frequency fluid flow pulses (60-140 ppm).

Кроме того, заявляемое устройство характеризуется низким тепловыделением и низким уровнем шума, а также компактностью, что позволяет размещать блок управления на лабораторном столе клеточного бокса непосредственно рядом с СО 2 -инкубатором. Moreover, the claimed apparatus is characterized by low heat release and low noise, and compactness that allows to place the control unit in the laboratory bench cell box immediately adjacent to the CO 2 incubator.

Высокая стабильность характеристик устройства (точность установки и поддержания установленного значения управляющего давления на выходе из заявляемого устройства (пневмораспределителей), изменения величины давления) обеспечивается заявляемым комплексом конструктивных элементов, управляющих процессом генерации вакуума, регулировкой пониженного и повышенного давления, подачей на клапаны МС повышенного или пониженного давления в соответствии с заданным алгоритмом, фильтрацией нежелательных колебаний в питающих линиях, вызванных п High stability of the device characteristics (accuracy of installation and maintenance of the set values ​​of the control pressure at the outlet of the inventive device (pneumatic valves), pressure variation values) provided by the claimed complex structural elements to control the vacuum generating process, control pressure and under pressure, fed to the MS valves are increased or decreased pressure in accordance with a predetermined algorithm, filtering unwanted oscillations in the supply lines caused n реключением большого количества пневмораспределителей и т.д. switchover large number of pneumatic valves, etc. Нетривиальность задачи обусловлена необходимостью управления параметрами МС с учетом малых разностей давления, малых расходов жидкости и т.д. A trivial task due to the need to control the parameters of the MS, taking into account small differences of pressure, low fluid costs, etc. и тем, что промышленно выпускаемые пневматические компоненты рассчитаны на существенно более высокие объемные расходы воздуха и более низкую точность поддержания давлений, чем требуется в данном случае. and in that the commercially available pneumatic components are designed for much higher air flow rate and maintaining a lower accuracy of pressure than is required in this case.

Поставленная задача решается тем, что устройство пневматического управления клапанами микрофлюидной системы включает линию повышенного и линию пониженного (относительно атмосферного) давлений, выполненные в виде системы трубок и фитингов, с помощью которых реализовано соединение конструктивных элементов устройства; The problem is solved in that the pneumatic control valve apparatus microfluidic system comprises high and low line line (relative to atmospheric) pressures, made as a system of pipes and fittings, which are implemented using the compound of structural elements of the device; линию подачи рабочей среды (сжатого газа, например, воздуха, подаваемого под давлением 450-800 кПа), которая соединена с линиями повышенного и пониженного давлений, при этом с линией пониженного давления соединение реализовано через эжектор; working medium supply line (compressed gas, e.g., air supplied at a pressure of 450-800 kPa) which is connected with lines of high and low pressures, with a low pressure line connection is realized through the ejector; по крайней мере два блока пневмораспределителей, где каждый из блоков имеет два входа, один из которых подключен к выходу линии повышенного давления, второй - к выходу линии пониженного давления, а управляющий выход каждого пневмораспределителя блоков выполнен с возможностью подключения к соответствующему входу микрофлюидной системы для подачи повышенного или пониженного давлений через ограничитель максимального расхода рабочей среды; at least two block valve, wherein each of the blocks has two inputs, one connected to the output of the pressure-line, the second - to the output of the reduced pressure line and the control terminal of each of the pneumatic distributor block being connected to the corresponding input microfluidic system for feeding elevated or reduced pressure through the restrictor maximum working medium flow; при этом каждая из линий повышенного и пониженного давлений включает последовательно подключенные: двухступенчатый пилотный стравливающий регулятор повышенного или пониженного давления, соответственно, при этом регуляторы давления выбраны с возможностью, обеспечивающей установку давлений в диапазоне от 5 до 50 кПа и от -50 до -5 кПа, соответственно, с погрешностью установки давления, не превышающей ±5 кПа, и имет время реакции на изменение расхода рабочей среды, не превышающее 50 мс; wherein each of the high and low pressure lines comprises serially connected: two-stage pilot bleed regulator high or low pressure, respectively, wherein the pressure regulators are selected with the possibility of providing the pressure setting in the range of from 5 to 50 kPa, and from -50 to -5 kPa respectively, with an accuracy setting pressure not exceeding ± 5 kPa, and have a response time to change the working medium flow that does not exceed 50 ms; ресивер, при этом ресивер выбран с конструктивным решением, обеспечивающим перепад давления не более 15% при одновременном переключении не более 1/3 всех пневмораспределителей блоков; receiver, the receiver chosen from the constructive solution, providing a pressure drop of not more than 15%, while not more than 1/3 switching pneumatic valves of all blocks; датчик давления. pressure meter.

Устройство может быть дополнительно снабжено глушителем, расположенным на выходе из эжектора, предназначенном для сброса рабочей среды. The apparatus may be further provided with a silencer disposed downstream of the ejector, intended for the discharge of the working medium.

В одном из вариантов осуществления устройство может выполнено с возможностью подключения к внешнему источнику вакуума со стороны выхода из эжектора для сброса рабочей среды, при этом оно дополнительно содержит вентиль, подключенный к линии подачи рабочей среды с возможностью перекрытия доступа рабочей среды в линию пониженного давления на участке перед подключением эжектора, при этом эжектор выполняет функцию соединителя (фитинга). In one embodiment, the device can adapted to connect to an external source of vacuum on the outlet side of the ejector for discharge of the working medium, the device further comprises a valve connected to the supply line of the working environment, with the working medium access overlap in the area of ​​low pressure line before connecting the ejector, and the ejector performs the function of the connector (fitting).

Пневмораспределители блока выполнены расположенными на одной монтажной плите. Valves made block disposed on one mounting plate.

Устройство может дополнительно содержать гидрофобные фильтры, выполненные из пористого политетрафторэтилена, расположенные на выходах из пневмораспределителей до или после ограничителей максимального расхода воздуха, предотвращающие попадание влаги в устройство из микрофлюидной системы. The apparatus may further comprise a hydrophobic filter made of porous polytetrafluoroethylene, disposed at the outputs of the pneumatic valves before or after the maximum air flow restrictors that prevent ingress of moisture into the device of the microfluidic system.

Ресивер, подключенный к линии повышенного давления, представляет собой ресивер проходного типа. The receiver is connected to the high pressure line is a transmission-type receiver.

Устройство может содержать третий датчик давления, подключенный к линии подачи рабочей среды, а также датчик расхода воздуха, подключенный к линии повышенного давления между регулятором давления и ресивером, для определения наличия утечки воздуха между устройством и микрофлюидной системой по разности расчетного и измеренного расхода рабочей среды. The apparatus may comprise a third pressure transducer connected to the line supplying the working environment as well as the air flow sensor connected to the high pressure line between the pressure regulator and the receiver, for determining the presence of air leakage between the device and a microfluidic system according to the difference of calculated and measured working medium flow.

Ограничитель максимального расхода воздуха может быть выполнен в виде дросселя с площадью проходного сечения от 0,05 до 0,5 мм 2 , в виде детали с отверстием постоянного проходного сечения, в виде протяженной трубки. Maximum air flow restrictor may be configured as a throttle passage sectional area of 0.05 to 0.5 mm 2, in the form of parts with a hole constant passage section, in an elongate tube.

Линия для подачи рабочей среды может включать, по крайней мере, три трубки, соединенные между собой через тройник, первая из которых предназначена непосредственно для подачи рабочей среды, вторая предназначена для соединения с линией повышенного давления, третья - для соединения с линией пониженного давления. The line for supplying the working medium may include at least three tubes connected together through a tee, the first of which is designed to directly supplying the working medium, the second is intended for connection to a pressurized line, the third - for connection to the low pressure line.

Наилучший результат достигается при следующей конструктивной реализации заявляемого устройства: при использовании эжектора модели Festo VN-07-H, регулятора повышенного давления модели Festo LRP-1/4-0,7, регулятора пониженного давления (вакуума) модели SMC IRV10A-C06, блоков пневмораспределей модели Festo МНА1-M1LH-3/2G-0,6-HC, ресивера с объемом 0,4 литра, датчика расхода воздуха модели SMC PFMV530-1, дросселей модели Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C, или Camozzi SCO 602-05, или SMC AS1001FM-04, или GRLO-M5-QS-3-LF-C. The best result is achieved with the following constructive realization of the inventive device: when using the ejector model Festo VN-07-H, the pressure-regulator model Festo LRP-1 / 4-0,7, the vacuum switch (vacuum) model SMC IRV10A-C06, blocks pnevmoraspredeley model Festo MNA1-M1LH-3 / 2G-0,6-HC, a receiver volume of 0.4 liters, the air flowmeter model SMC PFMV530-1, throttle model Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C, or Camozzi SCO 602-05, or SMC AS1001FM-04 or GRLO-M5-QS-3-LF-C. Количество пневмораспределителей в каждом блоке выбрано равным 12. The number of pneumatic valves in each block is selected to be 12.

Для работы заявляемого устройства требуется подключение источника сжатого воздуха. For operation of the claimed device is required to connect the compressed air source. Устройство может работать от встроенного или внешнего источника вакуума. The device can operate from an internal or an external vacuum source. В первом случае исключается необходимость во внешнем источнике вакуума, во втором - существенно снижается потребление сжатого воздуха. In the first case, eliminating the need for an external vacuum source, the second - substantially reduced air consumption. Использование двухступенчатых пилотных стравливающих регуляторов повышенного и пониженного давления конкретной модели обеспечивает постоянство установленных значений вакуума и давления вне зависимости от количества одновременно переключаемых клапанов и частоты переключения. Using two-stage pilot bleed regulators high and low pressure specific model provides a constant set of vacuum and pressure, regardless of the number of simultaneously switchable valve and the switching frequency. Применение ресиверов в линиях повышенного и пониженного давления приводит к существенному снижению колебаний давления при одновременном переключении большого количества клапанов. Application of receivers in the lines of high and low pressure leads to a significant reduction in pressure fluctuations with simultaneous switching of a large number of valves. Слабое взаимное влияние давлений на выходах обеспечивается применением блоков быстродействующих соленоидных пневмораспределителей с большим проходным сечением магистралей монтажной плиты (манифольда). Weak interference pressures at the outputs is achieved by using high-speed solenoid operated pneumatic valves blocks with a large flow area highways mounting plate (manifold).

Работой устройства может управлять программируемый логический контроллер. The operation device may operate the programmable logic controller. Входное давление, а также выходное повышенное давление и выходное пониженное давление контролируются датчиками давления, что позволяет проводить диагностику нештатных ситуаций (например, отсутствие давления на входе, чрезмерный расход вследствие утечек) и контроль за устанавливаемыми с помощью регуляторов повышенным и пониженным давлениями. The input pressure and output pressure of the high and low output pressure controlled by pressure sensors, which allows to diagnose abnormal conditions (e.g., absence of inlet pressure, excessive consumption due to leakage) and control the settable via regulators high and low pressures.

Заявляемое устройство предназначено для использования с МС, обеспечивающими культивирование клеточных моделей в условиях циркуляции питательной среды. The inventive device is intended for use with the MS, providing cell culture models in a nutrient medium circulation. Проведенные исследования МС с заявляемым устройством управления на примере культивирования клеток линий MCF7, HEPG2, MOLT7 и других клеточных моделей показали, что предложенная схема пневматического управления клапанами МС обеспечивает создание оптимального режима тока питательной среды, и, соответственно, условий культивирования клеток, которые привели к улучшению их морфологических и функциональных свойств по сравнению с условиями в культуральных планшетах. Carried MS studies with the claimed control device for example cultivating MCF7 cell lines, HEPG2, MOLT7 and other cellular models have shown that the proposed scheme pneumatic control MS valves ensures an optimal mode nutrient medium current, and accordingly, the cell culture conditions, which resulted in improved their morphological and functional properties compared to the conditions in the culture plates.

Краткое описание чертежей BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 и 2 представлены фотографии с общим видом устройства для культивирования клеточных моделей, включающего блок управления, в котором было реализовано заявляемое устройство управления, и МС, подключенную к блоку управления, на фиг. 1 and 2 are photographs under the general view of the apparatus for cultivating cell models comprising a control unit, which has been implemented the claimed control device, and the MS connected to the control unit, FIG. 3 и 4 представлены схемы заявляемого устройства управления, при этом на фиг. 3 and 4 are diagrams of the claimed control device, wherein FIG. 3 представлена конструктивная детализация одного из вариантов выполнения пневматической части заявляемого устройства, на фиг. 3 shows a constructive detail of an embodiment of the pneumatic part of the claimed device, FIG. 5 показана в разрезе ячейка МС, на фиг. 5 shows a sectional cell MC in FIG. 6 представлен пример реализации структурной схемы микроканалов и микронасоса в МС, на фиг. 6 is a block diagram of an example implementation of microchannels and the micropump in the MS in FIG. 7 представлена диаграмма одного из возможных алгоритмов работы микронасоса в течение одного цикла, где T1-Т6 - интервалы времени изменения управляющего пневматического сигнала, на фиг. 7 is a diagram of one possible algorithm of the micropump in a single cycle, where T1-T6 - change intervals pneumatic control signal in FIG. 8 представлена зависимость изменения величины давления через определенные интервалы времени (Т1-Т6), демонстрирующая перепад давления между входом и выходом насоса в течение полного цикла его работы. 8 is a plot of pressure variation values ​​at predetermined time intervals (T1-T6), showing the pressure drop between the inlet and the outlet of the pump during a full cycle of its operation.

Позициями на фигурах обозначены: In the Figure, designated:

1 - поликарбонатная плата, 1 - polycarbonate board

2 - слой полидиметилсилоксана (ПДМС), 2 - a layer of polydimethylsiloxane (PDMS)

3 - предметное стекло, 3 - a glass slide,

4 - клеточная ячейка, 4 - Box cell,

5 - крышка клеточной ячейки, 5 - cell panel cover,

6 - микроканалы, 6 - microchannels

7, 8, 10, 11 - клапаны, 7, 8, 10, 11 - valves,

9 - рабочая камера микронасоса, 9 - working chamber of the micropump

12 - входное отверстие, 12 - inlet

13 - трубки, 13 - tube,

14 - линия подачи рабочей среды (например, сжатого воздуха), 14 - working medium supply line (e.g., compressed air)

15 - линия повышенного давления, 15 - line of high pressure,

16 - линия пониженного давления, 16 - low-pressure line,

17 - датчик давления рабочей среды (сжатого воздуха), 17 - working fluid pressure sensor (compressed air)

18 - эжектор, 18 - ejector

19 - регулятор повышенного давления, 19 - pressure-regulator

20 - регулятор пониженного давления, 20 - low blood pressure control,

21 - датчик пониженного давления, 21 - low-pressure sensor,

22 - датчик повышенного давления, 22 - high pressure sensor,

23, 24 - блоки пневмораспределителей, 23, 24 - pneumatic valves blocks,

25 - ресивер линии пониженного давления, 25 - Receiver low-pressure line,

26 - ресивер линии повышенного давления, 26 - high pressure receiver line,

27 - выход для глушителя, 27 - access to the muffler,

28 - глушитель, 28 - silencer

29 - вентиль, 29 - valve,

30 - дроссели, 30 - chokes,

31 - выходы управления. 31 - control outputs.

Осуществление изобретения EMBODIMENTS

Заявляемое устройство (фиг. 1, 3, 4) было использовано в составе устройства, содержащего МС для культивирования клеток, и испытано при культивировании клеток линий MCF7, HEPG2, MOLT7 и других клеточных моделей в условиях циркуляции питательной среды. The claimed device (FIGS. 1, 3 and 4) were used as part of a device comprising a MS to a cell culture and tested by culturing the cell lines MCF7, HEPG2, MOLT7 and other cell models in a nutrient medium circulation.

МС для культивирования клеток представляла собой (фиг. 2, 5, 6) расположенный на поликарбонатной плате 1 слой полидиметилсилоксана (ПДМС) 2 с выполненными в нем шестью ячейками 4 для размещения и культивирования клеточных моделей органов (например, сфероидов или вставок с мембраной с нанесенными на нее клетками), связанными между собой микроканалами с образованием контура циркуляции жидкости (питательной среды) (фиг. 6). MS for cell cultivation was a (FIGS. 2, 5, 6) disposed on a polycarbonate board 1 layer of polydimethylsiloxane (PDMS) 2 formed therein six-cell 4 for the placing and culturing the cell bodies of models (e.g., spheroids or insertions membrane with deposited her cells) interconnected microchannels to form a liquid circulation circuit (culture medium) (FIG. 6). Ячейки и микроканалы герметизированы стандартным предметным стеклом 3. Каждая ячейка снабжена крышкой 5, расположенной в соответствующем резьбовом отверстии в поликарбонатной плате 1. В структуру микроканалов МС включен микронасос (образованный элементами 7, 8, 9), обеспечивающий подачу питательных веществ к клеткам, и микроклапаны (10, 11), обеспечивающие управление током среды, перемещаемой по микроканалам. Cells and sealed microchannels standard glass slide 3. Each cell is provided with a cover 5, situated in the corresponding threaded hole in the polycarbonate plate 1. The structure of the MS included microchannels micropump (formed by the elements 7, 8, 9) that supplies nutrients to the cells, and microvalves (10, 11) to ensure control of the current environment, displaceable microchannels. Микронасос включает три входных отверстия 12 подачи рабочего давления, выполненные в слое ПДМС и поликарбонатной плате, при этом два входных отверстия предназначены для управления направлением перемещения среды, вытесняемой или аккумулируемой рабочей камерой насоса 8, в которых на границе соединения с микроканалами размещены клапаны 7 и 9, выполненные в виде мембраны с размещенной на ней перегородкой, обеспечивающей возможность перекрытия микроканала (тока жидкости). The micropump comprises three inlets 12 supplying the operating pressure, formed in a layer of PDMS and a polycarbonate board, wherein the two inlets are designed to control the direction of the medium, extruding or of accumulated working chamber of the pump 8, in which at the interface with microchannels compound has the valves 7 and 9 It formed as a membrane with a septum disposed therein, providing the possibility of overlap of the microchannel (fluid flow). Третье входное отверстие расположено между первыми двумя и предназначено для подачи рабочего давления в рабочую камеру 8, образованную полостью микроканала между упомянутыми двумя клапанами, и в котором также на границе соединения с микроканалом размещена тонкостенная мембрана (без перегородки). The third inlet is located between the first two, and is intended for supplying the working pressure in the working chamber 8 formed by the microchannel cavity between said two valves, and that also at the interface with the microchannel compound placed a thin-walled membrane (without baffle). В данном варианте исполнения были использованы сформированные в слое ПДМС три мембраны толщиной 500 мкм и диаметром 2 мм. In the present embodiment it was used formed into a three layer PDMS membrane 500 microns thick and 2 mm in diameter. При этом объем вытесненной из рабочей камеры жидкости в диапазоне от -50 до +50 кПа практически линейно зависит от величины давления. The volume of hydraulic fluid displaced from the chamber in the range from -50 to +50 kPa practically linearly depends on the pressure value. Положение трех мембран каждого микронасоса контролируется устройством управления пневматически, посредством трубок 13, подключенных к соответствующим входным отверстиям 12. При подаче на клапан воздуха под давлением ниже атмосферного - клапан открывается, при подаче воздуха под давлением выше атмосферного - клапан закрывается. The position of each of three membrane micropump pneumatically controlled control device, by means of pipes 13 connected to the respective inlets 12. When applied to the air valve below atmospheric pressure - the valve is opened when supplying air at above atmospheric pressure - the valve closes. Переключение повышенного и пониженного давления на клапанах и мембране рабочей камеры микронасоса в определенной последовательности (фиг. 7, 8) обеспечивает циркуляцию жидкости (питательной среды) по микроканалам через ячейки 4 в определенном направлении и с определенной скоростью. Switching the high and low pressure on the valves and diaphragm micropump working chamber in sequence (Figs. 7, 8) provides fluid circulation (culture medium) on microchannels through cells 4 in a certain direction and a certain speed.

Следует отметить, что МС может содержать несколько микронасосов, организованных несколькими группами клапанов. Note that the MS may comprise several micropumps organized in several groups of valves. К устройству управления, имеющему 24 управляющих выхода, можно подключить до 8 МС, что позволяет проводить эксперименты с необходимым для статистической обработки количеством данных. To a control device having control outputs 24, can be connected to the MS 8, which allows to conduct experiments with the necessary quantity for statistical treatment of data.

Устройство управления подает воздух под пониженным или повышенным давлением на клапаны МС, позволяет регулировать величину давления и скорость изменения давления подаваемого воздуха, частоту и порядок переключения клапанов и, как следствие, направление и скорость движения среды в МС. The control device supplies air under reduced or elevated pressure to the MS valves, allows to adjust the amount of pressure and speed of the supply air pressure change rate and switching the order of the valves and, consequently, the direction and velocity of the medium in the MS.

Формирование пневмосигналов с заданными стабильными характеристиками, управляющих клапанами МС, является основной функцией заявляемого устройства, в частности, устройство обеспечивает изменение положения клапанов с заданной амплитудой и скоростью, в определенной последовательности, приводящее к циркуляции жидкости в МС и физиологичному механическому воздействию на клетки посредством движения жидкости в МС. Formation pnevmosignalov with preset stable characteristics control the MS valves is the main function of the proposed device, in particular, the apparatus provides change in valve position with a specified amplitude and speed, in sequence, leads to fluid circulation in the MS and physiologic mechanical stress on the cell by means of fluid movement in MS.

В предлагаемом варианте исполнения заявляемое устройство размещено в блоке управления, которое представляет собой корпус (например, APRA 280-311), снабженный сенсорным дисплеем, расположенным на лицевой панели корпуса (например, Hitachi Displays TX17D01VM2CAA), а также блоками питания (например, Artesyn Embedded Technologies LPS105-М и TDK-Lambda LS25-5). In the present embodiment, the claimed device is located in the control unit, which is the body (e.g., APRA 280-311), equipped with a touch screen display located on the front panel of the case (e.g., Hitachi Displays TX17D01VM2CAA), and power supplies (e.g., Artesyn Embedded Technologies LPS105-M and TDK-Lambda LS25-5). На лицевую панель корпуса выведены выходы для подключения МС, на заднюю панель - регуляторы пониженного и повышенного давления, выключатель и розетка для подключения шнура питания, интерфейсные разъемы, вход для подачи сжатого воздуха и выход для подключения глушителя. The front body panel has outputs for connecting the MS to the rear panel - controls low and high pressure switch and the socket to connect the power cord, interface connector, an input for supplying compressed air and an outlet for connecting the muffler. Блок управления также содержит размещенную в корпусе плату микроконтроллера STMicroelectronics STM32F417 с необходимой обвязкой, оперативной и Flash-памятью, четырьмя сдвиговыми регистрами NXP 74HCT594D и четырьмя сборками ключей Дарлингтона TI ULN2003A, а также плату дисплея с контроллером дисплея Solomon Systech SSD1963 и контроллером сенсорной панели ST Microelectronics STMPE811. The control unit also comprises arranged in the housing microcontroller STMicroelectronics STM32F417 board with desired strapping, RAM and Flash-memory, four shift registers NXP 74HCT594D and four assemblies keys Darlington TI ULN2003A, and the display board with a controller display Solomon Systech SSD1963 controller and the touch panel ST Microelectronics STMPE811. Сдвиговые регистры соединены между собой, подключены через последовательную шину SPI к микроконтроллеру STM32F417 и через параллельную шину к сборкам ключей Дарлингтона, которые в свою очередь, через разъемы на плате подключены к блокам пневмораспределителей. Shift registers are connected together, are connected via a serial bus to the microcontroller SPI STM32F417 and via the parallel bus to assemblies Darlington keys, which in turn, through the connectors on the card are connected to pneumatic valves blocks. Также к микроконтроллеру STM32F417 через разъемы и соответствующую аналоговую развязку подключены датчики повышенного и пониженного давления, датчик давления сжатого воздуха и датчик расхода. Also STM32F417 to the microcontroller via the connectors and the corresponding analog sensors connected isolation of high and low pressure, compressed air pressure sensor and a flow sensor. Розетка шнура питания через выключатель подключена к блокам питания, низковольтные выходы которых подключены к дисплею и платам. Rosette cord through the switch connected to the power supplies, low-voltage outputs are connected to the display and boards. Плата дисплея подключена к плате микроконтроллера шлейфом соединяющим микроконтроллер STM32F417 параллельной шиной с контроллером SSD1963 и последовательной шиной SPI с контроллером STMPE811. The board is connected to the display board microcontroller microcontroller STM32F417 train connecting the parallel bus controller SSD1963 and SPI serial bus with STMPE811 controller.

Пневматическая принципиальная схема заявляемого устройства представлена на фиг. The pneumatic schematic diagram of the claimed device shown in FIG. 4. Схема включает линию подачи сжатого воздуха (рабочей среды) 14, соединенную с линиями повышенного 15 и пониженного 16 (относительно атмосферного) давлений. 4. The circuit comprises a compressed air supply line (working medium) 14 connected with lines 15 and high 16 low (relative to atmospheric) pressures. В устройство управления поступает с внешнего источника сжатый воздух, давление которого контролируется при помощи датчика давления 17. Воздух поступает на эжектор 18 и на регулятор давления 19. Эжектор 18 обеспечивает разрежение рабочей среды в линии отрицательного давления блока управления. The control device is supplied from an external compressed air source, the pressure of which is controlled by a pressure sensor 17. The air supplied to the ejector 18 and the pressure regulator 19. The vacuum eductor 18 provides the working medium in the negative pressure line of the control unit. Величина пониженного давления регулируется регулятором вакуума 20 и контролируется датчиком 21. Регулятор давления 19 обеспечивает поддержание заданного давления в линии повышенного давления блока управления, давление воздуха в линии контролируется датчиком давления 22. The magnitude of the reduced pressure of vacuum is regulated by a regulator 20 and controlled by a sensor 21. The pressure regulator 19 maintains a predetermined pressure in the line control unit of high pressure, air pressure in the line controlled by the pressure sensor 22.

В одном из вариантов исполнения заявляемое устройство управления имеет два блока пневмораспределителей 23 и 24 с 12 выходами каждый, через которые подают повышенное или пониженное давление на клапаны и в рабочую камеру микронасоса МС. In one embodiment of the claimed device management unit has two pneumatic valves 23 and 24 each with 12 outputs, through which serves to increase or decrease the pressure on the valves and the working chamber of the micropump MS. Пневмораспределители в блоках 23 и 24 управляются электрически с платы с микропроцессором, реализующим в т.ч. Valves in blocks 23 and 24 are electrically controlled with a circuit board with a microprocessor that implements including алгоритм, представленный на фиг. algorithm of FIG. 7. Оператор может задавать параметры работы МС с помощью, например, сенсорного дисплея, расположенного на корпусе устройства управления. 7. The operator can set operation parameters of the MS by, for example, a touch screen located on the housing of the control device. Для минимизации колебательных процессов и поддержания постоянства давления в блоках пневмораспределителей 23 и 24 при резких изменениях расхода воздуха линии повышенного 15 и пониженного 16 давлений содержат ресиверы 25 и 26. Для снижения шума на выходе 27 эжектора 18 установлен глушитель 28. To minimize oscillatory processes and maintenance of constant pressure in units of pneumatic valves 23 and 24 during sudden changes of air flow line 15 high and 16 low pressure comprise receivers 25 and 26. In order to reduce noise at the output 27 of the ejector 18, the muffler 28 is mounted.

Регуляторы 19 и 20 обеспечивают постоянство давления в линиях пониженного 16 и повышенного 15 давления при медленном (более 50 мс) изменении расхода воздуха в них, а ресиверы 25 и 26 - при быстром (менее 50 мс). Regulators 19 and 20 provide constancy reduced pressure in lines 16 and 15 of high pressure during a slow (50 ms) of the air flow changes in them, and receivers 25 and 26 - with rapid (less than 50 ms).

Устройство выполнено с возможностью подключения к внешнему источнику вакуума. The apparatus is adapted to connect to an external vacuum source. Для этого вентиль 29 перекрывается. For this purpose the valve 29 is blocked. Подключение осуществляется через выход 27 (фитинг) для глушителя 28. Такой тип подключения значительно уменьшает расход сжатого воздуха (приблизительно с 25 до 4 л/мин.). The connection is made through the outlet 27 (fitting) for the muffler 28. This type of connection reduces the consumption of compressed air (approximately from 25 to 4 l / min.). Эжектор при этом выполняет функцию соединителя (фитинга). The ejector thus performs the function of the connector (fitting).

Одним из основных параметров механического воздействия является величина касательных напряжений на поверхности клеточной модели, обусловленная движением жидкости и напрямую связанная с мгновенной скоростью жидкости. One of the main parameters of the mechanical action is the magnitude of the tangential stress at the surface of the cell model, and due to fluid movement is directly related to the instantaneous fluid velocity. Поскольку мгновенная скорость жидкости непосредственно связана с изменением давления на рабочей камере насоса МС, необходима определенная скорость изменения давления на выходах устройства управления. Since the instantaneous fluid velocity is directly related to the change in pressure in the working chamber MC pump requires a certain pressure change rate at the outputs of the control device. Для канала прямоугольного сечения зависимость касательного напряжения от скорости жидкости выглядит следующим образом: For rectangular channel dependence of shear stress on the fluid velocity is as follows:

Figure 00000001

где τ µ - касательное напряжение [Па], µ - динамический коэффициент вязкости жидкости [Па·с], ν - скорость жидкости [м/с], h=10 -4 - высота канала [м]. where τ μ - shear stress [Pa], μ - dynamic viscosity coefficient of the fluid [Pa · s], ν - fluid velocity [m / s], h = 10 -4 - Channel height [m].

Максимальное пиковое значение скорости жидкости зависит от характера переходного процесса изменения давления воздуха на рабочей камере микронасоса 8. Экспериментально было получено, что время изменения скорости жидкости в канале при закрытии рабочей камеры равно времени нарастания давления на рабочей камере 8. Для задания этого времени к выходам пневмораспределителей 24 подключены дроссели 30, выходы которых являются управляющими выходами 31 устройства управления. Maximum peak fluid velocity depends on the nature of the transient air pressure changing process in the working chamber of the micropump 8. It has been experimentally found that the time change of fluid velocity in the duct when closing the working chamber is equal to the rise time of pressure on the working chamber 8. To set this time to the outputs of pneumatic valves 24 connected inductors 30, the outputs of which are control outputs 31 control device.

Давление в канале под мембраной рабочей камеры 8 зависит от нескольких параметров: The pressure in the channel under the working chamber membrane 8 depends on several parameters:

Figure 00000002

где t - время [с], d - диаметр проходного сечения дросселя 30 [м 2 ], p max - максимальное давление воздуха на мембране рабочей камеры 8 [Па], p min - минимальное давление воздуха на мембране рабочей камеры 8 [Па], V - объем трубки 13 [м 3 ]. where t - time [s], d - diameter of the passage section of the throttle 30 [m 2], p max - maximum air pressure in the working chamber membrane 8 [Pa], p min - minimum air pressure in the working chamber membrane 8 [Pa] V - volume of the tube 13 [m3].

Скорость изменения объема в трубке 13 равна расходу воздуха через дроссель 30: The rate of change of volume in the tube 13 is air flow through the choke 30:

Figure 00000003

где Where

Figure 00000004
- расход воздуха через дроссель 30 [м 3 /с]. - Air flow through the choke 30 [m 3 / s].

Подставляя из уравнения состояния: Substituting in the equation of state:

Figure 00000005

где R Г =287 - газовая постоянная [Дж/К·кг], Т - температура воздуха [К], ρ - плотность воздуха перед дросселем[кг/м 3 ]. wherein R F = 287 - gas constant [J / kg · K], T - temperature [K], ρ - density of air upstream of the restriction [kg / m3].

Расход через дроссель 30 составляет: The flow through the choke 30 is:

Figure 00000006

где F - площадь отверстия на входе в дроссель 30 [м 2 ], γ=0.8 - коэффициент истечения из отверстия, k=1.4 - показатель адиабаты. where F - opening area at the inlet of reactor 30 [m 2], γ = 0.8 - discharge coefficient of the orifice, k = 1.4 - ratio of specific heats.

Скорость изменения давления на мембране рабочей камеры 8 описывается следующим уравнением: The rate of pressure change on the diaphragm working chamber 8 is described by the following equation:

Figure 00000007

Легко заметить, что скорость изменения давления достигает своего максимума в начальный момент процесса закрытия рабочей камеры 8, когда р=p min . It is easy to notice that the rate of pressure change reaches its maximum at the initial moment of the closure of the working chamber 8 when p = p min. Таким образом, при постоянных значениях p max и p min максимальная скорость изменения давления, а также максимальная скорость течения жидкости в канале, будут линейно зависеть от площади проходного сечения отверстия дросселя 30. Thus, at constant values of p max and p min maximum rate of pressure change, and the maximum velocity of fluid flow in the channel will be linearly dependent on the flow area orifice throttle 30.

На мембрану рабочей камеры с одной стороны действует сила давления воздуха, с другой - сила упругости мембраны и давление, обусловленное гидродинамическим сопротивлением жидкости и деформацией каналов МС. The membrane is a working chamber on one side of the air pressure acting force, on the other - the power of the elastic membrane and the pressure caused by hydrodynamic fluid resistance and deformation MS channels. Смещение мембраны можно выразить через величину давления на мембране: The displacement of the membrane can be expressed in terms of the amount of pressure on the membrane:

Figure 00000008

где x - смещение мембраны [м], S - площадь мембраны [м 2 ], k - коэффициент упругости мембраны [Н/м]. where x - displacement of membrane [m], S - area of membrane [m 2], k - the coefficient of membrane elasticity [N / m]. Зная смещение мембраны, можно определить объем жидкости, который она вытесняет под действием данного давления: Knowing the displacement of the membrane, it is possible to determine the amount of fluid that it displaces under the action of pressure:

Figure 00000009

Мгновенная скорость питательной среды с вытесненным объемом связана через проходное сечение микроканала: The instantaneous velocity of culture medium with the displaced volume is connected through orifice microchannel:

Figure 00000010

где S ch - площадь проходного сечения микроканала [м 2 ]. where S ch - microchannel flow area [m 2].

В частности, исходя из характерного для клеток легкого касательного напряжения 1.5 Па и размеров канала 5.2×0.1 мм, по формулам (6)-(9) несложно получить площадь проходного сечения дросселя, равную приблизительно 0.1 мм 2 . In particular, based on the characteristic cell lung shear stress of 1.5 Pa and channel dimensions 5.2 × 0.1 mm, from the formulas (6) - (9) Easy to obtain the throttle opening area of approximately 0.1 mm2. Исходя из этого значения проходного сечения для снижения фронтов нарастания и спада повышенного и пониженного давления были выбраны дроссели Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C, Camozzi SCO 602-05 и SMC AS1001FM-04. Proceeding from this value, the flow cross section for reducing the rise and fall fronts of high and low pressure reactors were selected Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C, Camozzi SCO 602-05 and SMC AS1001FM-04. Экспериментально было установлено, что расход в столь малых диапазонах лучше всего (точность установки и фиксация установленного значения) регулирует GRLO-M5-QS-3-LF-C. Experimentally, it was found that consumption in such small ranges the best (setting accuracy and fixing the set value) regulates GRLO-M5-QS-3-LF-C.

Кроме того, необходимо обеспечить отсутствие существенных перепадов давления на управляющих выходах устройства (±10 кПа с учетом демпфирования давления мембранами 7-11 и трубками 13), обусловленных изменением давления на других управляющих выходах, поскольку это может привести к недетерминированному повышению частоты механического воздействия на клеточные модели и, следовательно, снижению валидности модели. Furthermore, it is necessary to ensure the absence of significant pressure differentials on the control device outputs (± 10 kPa pressure with the damping membranes tubes 7-11 and 13) due to the pressure change in the other control outputs, as this may result in non-deterministic increase in the frequency of mechanical action on the cell model, and hence reduce the validity model.

Требуемую точность и быстродействие могут обеспечить только двухступенчатые пилотные регуляторы давления, стравливающие воздух в случае превышения заданного давления. The required accuracy and speed can only provide a pilot-stage pressure regulators, bleed air in case of exceeding a predetermined pressure. Кроме того, требуется введение в пневматическую схему ресиверов - в линии пониженного и повышенного давления, а также подбор остальных элементов пневматической схемы определенных моделей с учетом их пропускной способности и других параметров. Furthermore, it requires the introduction of the pneumatic circuit receivers - in line pressure and under pressure as well as the selection of the other elements of the pneumatic circuits specific models with regard to their capacity, and other parameters.

Ниже более подробно представлено обоснование выбора конструктивных элементов заявляемой пневматической схемы устройства управления. More detail below presents the rationale choice of structural elements of the claimed pneumatic control circuit of the device.

Регуляторы повышенного давления выбирались среди двухступенчатых пилотных стравливающих регуляторов хорошо зарекомендовавших себя производителей пневматических компонентов. Regulators elevated pressure selected among the two-stage pilot bleed regulators proven manufacturers of pneumatic components. Сравниваясь Festo LRP-1/4-0,7 (5…70 кПа), SMC ARP20-01-1 (5…200 кПа), SMC IR1000-F01 (5…200 кПа). Comparing Festo LRP-1 / 4-0,7 (5 ... 70 kPa), SMC ARP20-01-1 (5 ... 200 kPa), SMC IR1000-F01 (5 ... 200 kPa). Было выявлено, что модель фирмы Festo быстрее других реагирует на изменение расхода (менее 50 мс) и имеет наиболее точную регулировку, благодаря более узкому диапазону выходных давлений. It was found that the firm Festo model faster than the other responds to changing flow rate (less than 50 ms) and is the most accurate adjustment thanks to a narrow range of output pressures. Также может быть использован регулятор Airtrol components R-800-10-W/*. Also regulator Airtrol components R-800-10-W / * may be used.

Точная регулировка отрицательного давления (глубины вакуума) не является распространенной в промышленности задачей, что обуславливает достаточно скудный выбор готовых решений. Fine adjustment of the negative pressure (degree of vacuum) is not widespread in industry task that causes quite poor choice of ready solutions. При генерации пониженного давления с помощью эжектора регулировку величины давления можно осуществлять рядом способов: регулировкой давления сжатого воздуха на входе эжектора, регулировкой расхода сжатого воздуха, например дросселем, регулировкой посредством специализированного регулятора вакуума на выходе эжектора. When generating a number of methods can be carried out with reduced pressure by an ejector pressure adjustment values: air pressure adjustment at the inlet of the ejector, adjusting the flow of compressed air, such as throttle control by a dedicated vacuum regulator at the outlet of the ejector. Первые два способа обеспечивают только грубую регулировку, при этом величина отрицательного давления на выходе существенно зависит от расхода воздуха на выходе. The first two methods only provide a coarse adjustment, while the negative pressure at the outlet substantially independent of the air flow at the outlet. Таким образом, решение задачи возможно за счет применения специализированного регулятора. Thus, the solution to the problem is possible through the use of a dedicated controller. Исходя из известных характеристик регулятора (точность установки ±1 кПа, стабилизация ±3 кПа при расходе 0-10 сл./мин) и результатов эксперимента был выбран регулятор IRV10A-C06 производства SMC. Based on the known characteristics of the regulator (setting accuracy of ± 1 kPa ± 3 kPa stabilization at a rate of 0-10 ff. / Min) and the experimental results regulator IRV10A-C06 SMC production was selected. Также может быть использован регулятор Airtrol components P-800-30-W/*. Also regulator Airtrol components P-800-30-W / * may be used.

Переключение давления между повышенным и пониженным на выходах устройства управления осуществляется посредством пневматических распределителей (пневмораспределителей). pressure switching between high and low outputs to the control device is carried out by means of pneumatic valves (pneumatic valves). Для управления МС требуется высокое быстродействие (не менее 5 Гц), долговечность (не менее 200 млн. циклов). For MS high speed control is required (not less than 5 Hz), durability (no less than 200 Mill. Cycles). Для обеспечения минимального уровня пульсаций требуется большое проходное сечение магистралей в монтажной пластине (манифольде) на которой установлены пневмораспределители, при минимальных проходных сечениях самих пневмораспределителей и стравливаемых ими при переключении объемах. To ensure a minimum level of ripple require large orifice lines in the mounting plate (manifold) on which the pneumatic control valves, with minimum passage section of pneumatic valves themselves and they bleed when switching volumes. Кроме того, пневмораспределители, по возможности, должны иметь компактные размеры и низкое тепловыделение. Furthermore, pneumatic, if possible, should have a compact size and low heat generation. Экспериментально были отобраны блоки пневмораспределителей на электромагнитных клапанах прямого действия Festo MHA1-M1LH-3/2G-0,6-HC, Camozzi K8000-403-K23 и SMC S070M-5AC-32. blocks pneumatic valves were experimentally selected to direct acting solenoid valves Festo MHA1-M1LH-3 / 2G-0,6-HC, Camozzi K8000-403-K23 and SMC S070M-5AC-32. Наибольшими габаритными размерами среди них обладают блоки пневмораспределителей Camozzi, наименьшими - SMC. The largest dimensions among them have units pneumatic valves Camozzi, the lowest - SMC. При приблизительно равных быстродействии, сроке службы, тепловыделении, блоки Festo в эксперименте показали наименьшие перепады давления на одном выходе при одновременном переключении 8 пневмораспределителей (максимальное количество одновременно переключаемых пневмораспределителей при 8 работающих микронасосах) на соседних выходах при максимальных давлениях ±50 кПа. At approximately equal speed, service life, heat generation, Festo blocks in the experiment showed the lowest pressure drops at one output while switching the pneumatic valves 8 (the maximum number of simultaneously switchable pneumatic valves when working micropumps 8) at adjacent outlets at the maximum pressure ± 50 kPa.

Электрическое управление пневмораспределителями может осуществляться промышленно выпускаемым программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), например, Siemens Simatic S7. Electrical control valves may be commercially available programmable logic controllers (PLC), for example, Siemens Simatic S7.

Для сглаживания перепадов давления, обусловленных недостаточной производительностью эжектора в моменты одновременного переключения большого числа пневмораспределителей и запаздыванием реакции регуляторов на резкое изменение расхода воздуха, в разрыв линий повышенного и пониженного давления были установлены ресиверы. For smoothing pressure differences caused by insufficient capacity of the ejector in a simultaneous switching moments of a large number of pneumatic valves and regulators delay response to a sharp change in air flow in the gap of high and low pressure lines were established receivers. Выбор оптимального объема ресиверов был сделан по итогам эксперимента, аналогичному вышеописанному, за исключением того, что перепад давления измерялся на конце трубки с внутренним диаметром 1.2 мм и длиной 2 м. Сравнивались варианты с ресивером объемом 0.1 л, 0.4 л, 0.75 л и без ресивера. Selection of the optimal amount of receivers has been made on the results of an experiment similar to that described above, except that the pressure drop was measured at the end of the tube with an inner diameter of 1.2 mm and a length of 2 m. We compared the embodiments with the receiver volume of 0.1 l, 0.4 l, 0.75 l and not receiver . Ресивер объемом 0.4 л снижал перепады давления до менее чем 15% (7.5 кПа) от максимума (±50 кПа). The receiver volume of 0.4 liters reduced pressure drops to less than 15% (7.5 kPa) from the highest point (± 50 kPa). Перепады сглаживались приблизительно в два раза в линии повышенного давления и в четыре раза - в линии пониженного, относительно варианта без ресивера. Differences smoothed approximately doubled in the pressure lines and four times - reduced line, without respect to the embodiment of the receiver. Ресивер 0.75 л сглаживал перепады давления до 12% от максимума, в этой связи с учетом массогабаритных характеристик были выбраны ресиверы объемом 0.4 л. Receiver 0.75 l smoothed pressure drops to 12% of the maximum, in this regard, with the weight and size characteristics were selected receiver volume of 0.4 liters.

Пример конкретного выполнения Example of embodiment

Заявляемое устройство включало в себя два блока пневмораспределителей, каждый из которых содержал 12 клапанов Festo MHA1-M1LH-3/2G-0,6-HC, к выходам которых были подключены дроссели Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C. The inventive device includes two pneumatic distributors blocks, each of which contained 12 valves Festo MHA1-M1LH-3 / 2G-0,6-HC, the outputs of which were connected inductors Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C. Источником вакуума служил эжектор Festo VN-07-H с подключенным к нему глушителем. the vacuum source was ejector Festo VN-07-H with a silencer connected to it. В качестве регуляторов пониженного и повышенного давления использовались Festo LRP-1/4-0,7 и SMC IRV10A-С06 соответственно, с подключенными к их выходам ресиверами Festo объемом 0.4 л. As low and high pressure regulators used Festo LRP-1 / 4-0,7 and SMC IRV10A-C06, respectively, with their outputs connected to receivers Festo volume of 0.4 liters. Клапанами пневмораспределителей управляла плата микроконтроллера с программным обеспечением, реализующим в числе прочего графический интерфейс, позволяющий управлять устройством с помощью сенсорного дисплея, и алгоритм переключения клапанов согласно фиг. Valves pneumatic valves controlled by the microcontroller board with software that implements inter alia graphical interface allowing to control the device using the touch screen, and valve switching algorithm of Fig. 7. Подробное описание конструктивного выполнения электроники представлено выше. 7. Detailed description of the electronics of the embodiment presented above. Входное давление сжатого воздуха контролировалось через графический интерфейс датчиком Festo SDE5-D10, а пониженное и повышенное давления - датчиками Honeywell 40РС015, подключенными к плате. The inlet pressure of compressed air was controlled through GUI sensor Festo SDE5-D10, and low and high pressure - Honeywell 40RS015 sensors connected to the board. Использовались фитинги Festo серий QS и QSM. Used Festo fittings QS series and QSM. Пневматические компоненты были соединены согласно фиг. Pneumatic components are connected according to Fig. 4. four.

Заявляемое устройство было апробировано в МС, представляющем собой биореактор, на примере культивирования клеточных линий MCF7, HepG2, MOLT7 и других клеточных моделей в условиях непрерывной циркуляции питательной среды. The inventive device was tested in the MS, which is a bioreactor, for example, culturing the cell lines MCF7, HepG2, MOLT7 and other cellular models nutrient medium under conditions of continuous circulation. Устройство управления позволило поддерживать заданный средний объемный расход циркулирующей в МС питательной среды в пределах от 0 до 32 мкл/мин, с мгновенными скоростями в диапазоне от 0.1 до 1.8 мм/с, средними скоростями от 0 до 0.5 мм/с и пульсирующим течением (фиг. 8), что позволило воспроизвести условия микроокружения, наблюдаемые в капиллярах и соответствующие касательные напряжения на поверхностях клеток. Control device enabled to maintain a given average volume flow of the nutrient medium circulating in the MS in the range from 0 to 32 l / min, with the instantaneous speed in the range of 0.1 to 1.8 mm / s, average speeds of 0 to 0.5 mm / s and pulsatile flow (Figure . 8), which allowed to reproduce the conditions microenvironment observed in the capillaries and corresponding shear stresses at the cell surfaces.

В частности, при культивировании дифференциированных клеток линии HepG2 (карцинома печени человека) использовались следующие параметры: пониженное давление -30 кПа и повышенное +30 кПа с частотой переключения пневмораспределителей 2 Гц по алгоритму, указанному на фиг. In particular, when cultured differentsiirovannyh line HepG2 cells (human liver carcinoma) was used the following parameters: underpressure -30 kPa and 30 kPa with a high switching frequency 2 Hz pneumatic valves according to the algorithm specified in FIG. 7. Клеточные модели находились во вставках с мембранами из поликарбоната с размером пор 0.4 мкм (около 50 тысяч клеток на вставку). 7. The cell model were in the inserts with polycarbonate membranes with a pore size of 0.4 microns (about 50 thousand cells to inset). Таким образом, наружная часть мембраны омывалась циркулирующей питательной средой. Thus, the outer portion of the membrane was washed by circulating nutrient medium.

Перед использованием МС последовательно промывалась антисептическим и буферным растворами. Before using the MS sequentially washed with antiseptic and buffer solutions. Затем МС заполнялась питательной средой (DMEM), в нее помещались мембранные вставки с клеточными культурами и включалась циркуляция (переключение положения клапанов по алгоритму фиг. 7). The MS then filled with culture medium (DMEM), it placed the membrane insert with cell cultures and included circulation (switching position of the valve according to the algorithm of FIG. 7). Далее МС помещалась в CO 2 инкубатор (37°С, 5% СО 2 ). Next MS was placed in CO 2 incubator (37 ° C, 5% CO 2). В процессе культивирования в течение трех суток экспрессия белков теплового шока оставалась на уровне, сравнимом с таковым для клеток, культивируемых в статических условиях. In the process of culturing for three days, the expression of heat shock proteins remained at a level comparable to that of cells cultured under static conditions. Экспрессия специфичного для клеток печени гена CYP3A4 значимым образом возросла. Expression of CYP3A4 gene-specific liver cells grown in a meaningful way. Таким образом, культивирование клеток HepG2 с использованием заявляемого устройства управления привело к улучшению морфофункционального статуса клеточной модели. Thus, culturing HepG2 cells using inventive control device has led to improved morfofunktcionalnogo cellular model status.

Заявляемое устройство, применяемое для обеспечения условий моделирующего микроциркуляцию динамического культивирования в МС, позволяет получить модель с фенотипом более близким к in vivo, чем при культивировании в статических условиях. The claimed device used for dynamic conditions simulating microcirculation cultivation in MS, provides a model with a phenotype closer to in vivo, than when cultured under static conditions.

Claims (21)

1. Устройство пневматического управления клапанами микрофлюидной системы для культивирования клеточных моделей, включающее линию повышенного и линию пониженного давлений, выполненные в виде системы трубок и фитингов, с помощью которых реализовано соединение конструктивных элементов устройства; 1. Apparatus pneumatic control valves microfluidic system for culturing cellular models, including high line pressure and low line, made in the form of a system of pipes and fittings, which are implemented using the compound of structural elements of the device; линию подачи рабочей среды, представляющей собой сжатый газ, которая соединена с линиями повышенного и пониженного давлений, при этом с линией пониженного давления соединение реализовано через эжектор; working medium supply line, which is a compressed gas which is connected with lines of high and low pressures, with a low pressure line connection is realized through the ejector; по крайней мере два блока пневмораспределителей, где каждый из блоков имеет два входа, один из которых подключен к выходу линии повышенного давления, второй - к выходу линии пониженного давления, а управляющий выход каждого пневмораспределителя блоков выполнен с возможностью подключения к соответствующему входу микрофлюидной системы для подачи повышенного или пониженного давлений через ограничитель максимального расхода рабочей среды; at least two block valve, wherein each of the blocks has two inputs, one connected to the output of the pressure-line, the second - to the output of the reduced pressure line and the control terminal of each of the pneumatic distributor block being connected to the corresponding input microfluidic system for feeding elevated or reduced pressure through the restrictor maximum working medium flow; при этом каждая из линий повышенного и пониженного давлений включает двухступенчатый пилотный стравливающий регулятор повышенного или пониженного давления соответственно, при этом регуляторы давления выбраны с возможностью, обеспечивающей установку давлений в диапазоне от 5 до 50 кПа и от -50 до -5 кПа соответственно, с погрешностью установки давления, не превышающей ±5 кПа, и имеют время реакции на изменение расхода рабочей среды, не превышающее 50 мс; wherein each of the lines of high and low pressure includes a two-stage pilot bleed regulator high or low pressure, respectively, wherein the pressure regulators are selected with the possibility of providing the pressure setting in the range of from 5 to 50 kPa, and from -50 to -5 psig, respectively, with an error Fitting pressure not exceeding ± 5 kPa and reaction times have to change working fluid flow rate not greater than 50 ms; также каждая из линий повышенного и пониженного давлений включает ресивер, при этом ресивер выбран исходя из условия обеспечения перепада давления не более 15% при одновременном переключении не более 1/3 всех пневмораспределителей блоков, и датчик давления. also each of the high and low pressure lines comprises a receiver, wherein the receiver is selected based on the condition providing pressure drop of not more than 15% while switching no more than 1/3 of all the blocks pneumatic valves and the pressure sensor.
2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно дополнительно снабжено глушителем, расположенным на выходе из эжектора, предназначенном для сброса рабочей среды. 2. The apparatus of claim. 1, characterized in that it is further provided with a silencer disposed downstream of the ejector, intended for the discharge of the working medium.
3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно выполнено с возможностью подключения к внешнему источнику вакуума со стороны выхода из эжектора для сброса рабочей среды и содержит вентиль, подключенный к линии подачи рабочей среды с возможностью перекрытия доступа рабочей среды в линию пониженного давления на участке перед подключением эжектора, при этом эжектор выполняет функцию соединителя. 3. The apparatus of claim. 1, characterized in that it is adapted to connect to an external source of vacuum by ejector outlet for discharging working medium and comprises a valve connected to the supply line of the working environment, with the working medium access overlapping into low pressure line at the site before connecting the ejector, and the ejector performs the function of the connector.
4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что пневмораспределители блока расположены на одной монтажной плите. 4. The apparatus of claim. 1, characterized in that the block valves are disposed on one mounting plate.
5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно дополнительно содержит гидрофобные фильтры, расположенные на выходах из пневмораспределителей до или после ограничителей максимального расхода воздуха, предотвращающие попадание влаги в устройство из микрофлюидной системы. 5. The apparatus of claim. 1, characterized in that it further comprises hydrophobic filters located at the outputs of the pneumatic valves before or after the maximum air flow restrictors that prevent ingress of moisture into the device of the microfluidic system.
6. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что гидрофобные фильтры выполнены из пористого политетрафторэтилена. 6. The apparatus of claim. 5, characterized in that the hydrophobic filter is made of porous polytetrafluoroethylene.
7. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ресивер, подключенный к линии повышенного давления, представляет собой ресивер проходного типа. 7. The apparatus of claim. 1, characterized in that the receiver is connected to the high pressure line is a transmission-type receiver.
8. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно содержит третий датчик давления, подключенный к линии подачи рабочей среды. 8. The apparatus of claim. 1, characterized in that it comprises a third pressure transducer connected to the line supplying the working medium.
9. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что оно содержит датчик расхода воздуха, подключенный к линии повышенного давления между регулятором давления и ресивером, для определения наличия утечки воздуха между устройством и микрофлюидной системой по разности расчетного и измеренного расхода рабочей среды. 9. The apparatus of claim. 1, characterized in that it comprises an air flow sensor connected to the high pressure line between the pressure regulator and the receiver, for determining the presence of air leakage between the device and a microfluidic system according to the calculated difference and the measured working medium flow.
10. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ограничитель максимального расхода воздуха выполнен в виде дросселя с площадью проходного сечения дросселя от 0,05 до 0,5 мм 2 . 10. The apparatus of claim. 1, characterized in that the maximum air flow restrictor is designed as a throttle to throttle the flow cross section area of from 0.05 to 0.5 mm 2.
11. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ограничитель максимального расхода воздуха выполнен в виде детали с отверстием постоянного проходного сечения. 11. The apparatus of claim. 1, characterized in that the maximum air flow restrictor is formed as a continuous piece with an opening passage section.
12. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ограничитель максимального расхода воздуха выполнен в виде протяженной трубки. 12. The apparatus of claim. 1, characterized in that the maximum air flow restrictor is in the form of an extended tube.
13. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что количество пневмораспределителей в каждом блоке выбрано равным 12. 13. The apparatus of claim. 1, characterized in that the quantity control valve in each block is selected to be 12.
14. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что линия для подачи рабочей среды включает по крайней мере три трубки, соединенные между собой через тройник, первая из которых предназначена непосредственно для подачи рабочей среды, вторая предназначена для соединения с линией повышенного давления, третья - для соединения с линией пониженного давления. 14. The apparatus of claim. 1, characterized in that the line for supplying the working medium comprises at least three tubes connected together through a tee, the first of which is designed to directly supplying the working medium, the second is intended for connection to a pressurized line, the third - for connection to the low pressure line.
15. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве эжектора использован эжектор модели Festo VN-07-H. 15. The apparatus of claim. 1, characterized in that the ejector is used as ejector model Festo VN-07-H.
16. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве регулятора повышенного давления использован регулятор модели Festo LRP-1/4-0,7. 16. The apparatus of claim. 1, characterized in that the pressure-regulator controller used Festo LRP-1 / 4-0,7 model.
17. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве регулятора пониженного давления использован регулятор вакуума SMC IRV10A-C06. 17. The apparatus of claim. 1, characterized in that the reduced pressure regulator used vacuum controller SMC IRV10A-C06.
18. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что в качестве блоков пневмораспределей использованы устройства модели Festo MHA1-M1LH-3/2G-0,6-HC. 18. The apparatus of claim. 1, characterized in that the blocks used pnevmoraspredeley device model Festo MHA1-M1LH-3 / 2G-0,6-HC.
19. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ресиверы использованы объемом 0,4 литра. 19. The apparatus of claim. 1, characterized in that the receivers used volume of 0.4 liters.
20. Устройство по п. 9, характеризующееся тем, что в качестве датчика расхода воздуха использовано устройство модели SMC PFMV530-1. 20. The apparatus of claim. 9, characterized in that the air flow sensor device is used SMC PFMV530-1 model.
21. Устройство по п. 10, характеризующееся тем, что использованы дроссели модели Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C, Camozzi SCO 602-05, SMC AS1001FM-04, GRLO-M5-QS-3-LF-C. 21. The apparatus of claim. 10, characterized in that the model used chokes Festo GRLO-M5-QS-3-LF-C, Camozzi SCO 602-05, SMC AS1001FM-04, GRLO-M5-QS-3-LF-C .
RU2015125765/10A 2015-06-30 2015-06-30 Device of micro fluid system valves pneumatic control RU2592687C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125765/10A RU2592687C1 (en) 2015-06-30 2015-06-30 Device of micro fluid system valves pneumatic control

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125765/10A RU2592687C1 (en) 2015-06-30 2015-06-30 Device of micro fluid system valves pneumatic control
PCT/RU2015/000951 WO2017003317A1 (en) 2015-06-30 2015-12-29 Device for pneumatically controlling valves of a microfluidic system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2592687C1 true RU2592687C1 (en) 2016-07-27

Family

ID=56556986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015125765/10A RU2592687C1 (en) 2015-06-30 2015-06-30 Device of micro fluid system valves pneumatic control

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2592687C1 (en)
WO (1) WO2017003317A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090314368A1 (en) * 2008-06-20 2009-12-24 Silverbrook Research Pty Ltd Microfluidic System Comprising Pinch Valve and On-Chip MEMS Pump
RU2380418C1 (en) * 2008-10-01 2010-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Replaceable microfluid module for automated recovery and purification of nucleic acids from biological samples and method for recovery and purification nucleic acids with using thereof
RU2517046C2 (en) * 2008-06-04 2014-05-27 Тиссюз Гмбх "organ-on-chip" device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105381825A (en) * 2010-04-16 2016-03-09 欧普科诊断有限责任公司 Feedback control in microfluidic systems
US20140308688A1 (en) * 2011-12-08 2014-10-16 Research Triangle Institute Human emulated response with microfluidic enhanced systems
US9791068B2 (en) * 2013-01-15 2017-10-17 The Regents Of The University Of California Lifting gate polydimethylsiloxane microvalves and pumps for microfluidic control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2517046C2 (en) * 2008-06-04 2014-05-27 Тиссюз Гмбх "organ-on-chip" device
US20090314368A1 (en) * 2008-06-20 2009-12-24 Silverbrook Research Pty Ltd Microfluidic System Comprising Pinch Valve and On-Chip MEMS Pump
RU2380418C1 (en) * 2008-10-01 2010-01-27 Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Replaceable microfluid module for automated recovery and purification of nucleic acids from biological samples and method for recovery and purification nucleic acids with using thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU X., LI S., An Electromagnetic Microvalve for Pneumatic Control of Microfluidic Systems // Journal of Laboratory Automation, 2014, стр.1-10. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017003317A1 (en) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. A practical guide to microfluidic perfusion culture of adherent mammalian cells
US8293524B2 (en) Methods and apparatus for the manipulation of particle suspensions and testing thereof
Kim et al. Biological applications of microfluidic gradient devices
Lee et al. Nanoliter scale microbioreactor array for quantitative cell biology
US8129179B2 (en) Bioreactors with an array of chambers and a common feed line
US5516691A (en) Module for culturing and using metabolisms and/or for maintaining microorganisms
Cimetta et al. Micro-bioreactor arrays for controlling cellular environments: design principles for human embryonic stem cell applications
US9023642B2 (en) Method and apparatus for a miniature bioreactor system for long-term cell culture
Caplin et al. Microfluidic organ‐on‐a‐chip technology for advancement of drug development and toxicology
Chung et al. Surface‐treatment‐induced three‐dimensional capillary morphogenesis in a microfluidic platform
WO1993008307A1 (en) Pressure control system for a bioreactor
Kim et al. Micro-and nanoengineering for stem cell biology: the promise with a caution
JP2006527093A (en) Microfluidic controls integrated with programmable tactile actuator
Tehranirokh et al. Microfluidic devices for cell cultivation and proliferation
WO2011014674A3 (en) Microfluidic device for pharmacokinetic-pharmacodynamic study of drugs and uses thereof
Agastin et al. Continuously perfused microbubble array for 3D tumor spheroid model
Hsu et al. Full range physiological mass transport control in 3D tissue cultures
Gao et al. Recent developments in microfluidic devices for in vitro cell culture for cell-biology research
Park et al. Simultaneous generation of chemical concentration and mechanical shear stress gradients using microfluidic osmotic flow comparable to interstitial flow
Patzer Oxygen consumption in a hollow fiber bioartificial liver—revisited
Wu et al. Development of perfusion-based micro 3-D cell culture platform and its application for high throughput drug testing
WO2002038735A3 (en) Two chamber cell culture vessel
US8268152B2 (en) Microfluidic system and method for assembling and for subsequently cultivating, and subsequent analysis of complex cell arrangements
US6943008B1 (en) Bioreactor for cell culture
ES2341975T3 (en) Bioreactor to study the effects of tax stimuli on cellular activity.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180701