TW201329229A - 利用電場施加器之組織建構用的系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種藉由施加時間和空間受控電場，自細胞或其他物件建構組織的方法和裝置。電場施加器將基板(32)暴露於電場，該電場受到控制而作用於處理介質(28)，以達到在基板(32)上建構組織的處理功效。選擇電偏壓，以與介質(28)的偶極特性交互作用，以控制在介質(28)中或基板(32)處之懸浮介電泳動細胞或其他粒子的運動。可影響懸浮粒子的運動，造成不同特性的懸浮粒子在處理介質(28)之中循不同的路徑，這可用以區分該等懸浮粒子。可選擇處理介質(28)和電偏壓，以影響基板(32)之上一或多層的結構或定向。

Description

利用電場施加器之組織建構用的系統及方法 【交叉參考之相關申請案】
依據專利法，本申請案主張以下先前提出之同時待審理的暫時專利申請案之優先權：申請於西元2011年8月2日的暫時專利申請案第61/514,461號、及申請於西元2012年6月26日的暫時專利申請案第61/664,690號，其每一者之揭露內容藉由參照全體納入作為本案揭示內容的一部分。本申請案亦關於共同受讓之國際專利申請案第xx/xxx,xxx號，其名稱為”METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING PATTERN AND STRUCTURE FORMATION BY AN ELECTRIC FIELD”，由本案發明人於此案相同日期提出申請，特此藉由參照納入作為本案揭示內容的一部分。
本發明係關於利用奈米至微米尺度物件之圖案或結構的形成，特別是在基板上之膜形成，且更特別是關於在組織建構中利用電場施加器的裝置和方法。
奈米技術(即對在1 nm到100 nm尺度物質的操作)的發展，已產生具有藥物、電子、及能量生產等可應用性之材料和裝置。傳統上，在奈米技術的持續發展中存在兩種方式：由下而上(bottom-up)和自上而下(top-down)。由下而上的方式將奈米成分配置成複合組合(complex assembly)，且已應用於分子組裝(molecular assembly)、原子力顯微術、及DNA工程。自上而下的方式利用較大裝置的作用而建立較小的裝置。舉例來說，原子層沉積(ALD)係一製程，半導體元件藉由該製程被建構於原子層尺度。
然而，這些習知奈米技術方法和裝置無法無困難地適用於增進或抑制空間時間電場分布，以促進所欲的細胞間交互作 用。在具備增進的電場空間解析度下，對於生物印刷(bio-printing)、生物感測器製作、及組織建構，奈米物件的操作可變得更可靠且更有效率。
本發明克服前述問題與習知組織建構方法之已知的其他缺點及短處。雖然本發明將連同若干實施例加以說明，可理解的是本發明不限定於這些實施例。相反地，本發明包含所有可能包含在本發明的範疇之內的替代、變形、及均等物。
根據本發明，藉由電場的應用和控制，對利用微米或奈米尺寸細胞或其他物件將組織建構於基板之上的製程加以增進。在本發明的若干實施例中，藉由時間和空間受控電場的應用和控制，對將組織建構於基板之上的製程加以增進。
根據本發明的各種實施例，設置一處理裝置，其具有：一處理腔室，用以在將組織建構於基板之上時，容納受一電場所影響的一處理介質；及一基板固持器，用於在該腔室之內固持一待處理基板。該裝置設有至少一個電場施加器，其可操作用以在組織建構期間將該基板暴露於該電場，該電場可為空間時間電場，當該電場施加器藉由一電偏壓電性賦能時，該電場能夠影響處理介質、例如細胞之懸浮於該處理介質之中的物件、或該基板。該電場施加器可藉由一控制器而可定址，且可為可替換的。設置一分布耦合單元，其可操作用以將一電偏壓耦合到該至少一個電場施加器，藉此對該電場施加器賦能。
設置一控制器以操作該裝置，藉此控制所施加電場的特性以影響處理介質，以達成在基板上組織建構的處理功效。該處理介質可為一氣體或一液體。一電場施加器可位於該處理腔室之外且傳輸電場到基板，或位於該處理腔室的內部，例如鄰接該基板。該電場處理元件可具有與基板的尺寸實質上相同的尺寸，或具有小於基板尺寸之尺寸而建構成掃掠整個基板。
根據本發明的若干實施例，提供一種處理裝置，其具有 一處理腔室，用以容納一處理介質，該處理介質具有在處理一基板之時受到電場所影響的偶極特性；及一基板固持器，用於在該腔室之內固持一待處理基板。該裝置設有至少一個電場施加器，在該電場施加器藉由一電偏壓加以電性賦能之時，該電場施加器可操作用以在處理期間將基板暴露於能夠影響該處理介質、該介質其中的粒子、或該基板的電場，例如一空間時間電場，其中該電偏壓係被選擇以與該介質或其中粒子的偶極特性相互作用。該電場施加器可藉由一控制器而可定址且可為可替換。設置一分布耦合單元，其可操作用以將一時變電偏壓耦合到該至少一個電場施加器，藉此以影響該介質或粒子的方式對該電場施加器賦能。設置一控制器操作該裝置，以控制所施加電場的特性，俾以影響該處理介質而達成所欲的處理功效。該處理介質可為一氣體或一液體。
一電場施加器可位於該處理腔室之外且傳輸電場到基板，或位於該處理腔室的內部，例如鄰接該基板。該電場處理元件可具有與基板的尺寸實質上相同的尺寸，或具有小於基板尺寸之尺寸而建構成掃掠整個基板。在具有基板的尺寸時，該電場處理元件可為該裝置的一固定部件，且根據一適當的空間和時域演算法藉由網格結構或其他邏輯電路系統而啟動且定址。在具有較小尺寸時，該電場處理元件可藉由若干此演算法與相對於基板之運動而加以控制。
根據本發明的若干實施例，該電場處理可包含一照射源，例如微波輻射源、紫外線輻射源、或紅外線輻射源。此外，電偏壓可包含DC電位分量、AC或RF電位、切換式DC電位、另一時變波形、或其組合。該電位可藉由分布耦合單元經由直接電性接觸、或電容式或電感式耦合而施加至電場。該裝置可包含磁場產生器、音場產生器、或光學力產生裝置，以進一步作用於該奈米物件。
在處理裝置的若干實施例中，該處理介質和電偏壓可建構成用於基板之上層的選擇性局部沉積。在許多實施例中時變 電偏壓係在小於10,000 Hz變化，且典型上係在小於1,000 Hz變化。
根據本發明的若干方法，利用一處理裝置執行基板的電場處理係藉由：將一待處理基板支承於一腔室；將一處理介質導入腔室，且其中亦可具有該介質所運載之細胞或其他粒子，且在受到一適當的電場時，該介質和粒子具有偶極構造。接著，可施加一電偏壓(例如空間和時間可變電偏壓)於至少一個電場施加器以產生電場，該電場適於影響該處理介質或其中粒子，藉此以所欲方式影響在基板鄰近區域或基板表面處建構組織。該處理可包含例如在基板上建構一或多層細胞，以建構多層組織，或者控制在介質中或至基板上之懸浮介電泳動細胞粒子的運動。在若干實施例中，可影響懸浮粒子的運動，以造成不同特性的懸浮粒子在處理介質中沿著不同路徑行進，這可用以造成該懸浮粒子被區分。此外，懸浮粒子可為生化製劑，且該懸浮粒子的運動係藉由施加一靜態或時變電偏壓而部分地加以控制，以將懸浮粒子沉積於該基板上預定的位置。
在若干實施例中，可利用例如微波輻射、紫外線輻射、或紅外線輻射源照射該基板。亦可在基板上將一層沉積或改質。在若干實施例中，可選擇處理介質和電偏壓，以影響基板上第一沉積層的結構、定向、或其二者，且可對基板上不同層分別不同地如此執行。
在本發明的例示實施例中，提供一種用於自細胞建構一組織的電場處理系統，該電場處理系統包含一處理腔室，該處理腔室在其一端部容納一基板，該組織係建構於該基板上。一電場施加器係配置於該腔室中且鄰近於該基板，舉例來說但並非必要，該電場施加器位於對向於該基板的該腔室的一端部。該至少一個電場施加器建構成施加一電場至該基板及該處理腔室的一處理區域，該處理區域係鄰近於該基板。該施加器可包含一網格電極。該裝置亦可包含：一偏壓分配單元，其建構成用以供應電偏壓至該至少一個電場施加器；一流體傳輸系統，用於傳輸建構該組織所使用的細胞和流體；及至少一個電源，用於提供電功率至 該偏壓分配單元。可提供該施加器一操縱器，該操縱器係用於將該電場施加器相對於該基板定位。可更設置一控制系統，其用於控制該電場施加器、該操縱器、及該至少一個電源。
在該等例示實施例中，該至少一個電場施加器係建構成用以授予該細胞和流體其中任一、或其二者一預定行為，且在若干實施例中，該電場施加器係可替換為授予該細胞和流體其中任一、或其二者一不同行為的另一電場施加器。該處理系統可包含細胞儲存器、水膠儲存器、安定液體儲存器、及沖洗液體儲存器其中一者以上，其中該細胞儲存器用於提供用於該組織之建構的細胞，且該細胞儲存器係與該流體傳輸系統流體流通；該水膠儲存器係用於提供水膠至該流體傳輸系統；該安定液體儲存器係用於提供安定液體至該流體傳輸系統；且該沖洗液體儲存器係用於提供沖洗液體至該流體傳輸系統。該系統亦可包含至少一個電磁輻射源，用於照射該基板、或組織、或其二者，該至少一個電磁輻射源可包含一個以上紅外線輻射源、一個以上紫外線輻射源、一個以上可見光輻射源、和/或一個以上微波輻射源。該系統可包含一溫度控制系統，用於空間和時間上變化該基板、或該組織、或其二者的溫度；該溫度控制系統可受該裝置的該控制系統所控制。
在例示實施例中，該流體傳輸系統可包含至少一個微流體裝置。此外，該操縱器可建構成用以變化該電場施加器和該基板之間的距離，或相對於該基板變化該電場施加器的方位角定向，或對該距離和方位角定向二者皆加以變化。此外，該至少一個電場施加器可包含複數微電極，該複數微電極係電絕緣於該處理區域。此外，該電場係空間變化的、時變的、或其二者。
該系統的例示實施例可操作用於自細胞建構組織，其係藉由經由一流體傳輸系統供應一處理介質至處理區域；經由該流體傳輸系統供應細胞至該處理區域；及施加一電偏壓至至少一個電場施加器以產生電場，且該電場建構成用以可控制地選擇、傳輸、定向、排列、或操作在該處理區域之中的細胞，以在基板上 建構組織。該方法可更包含施加一第二電偏壓到至少一個電場施加器，以產生一第二電場，該第二電場係不同於該第一電場，且建構成用以可控制地且不同地選擇、傳輸、定向、排列、或操作在該處理區域之中的細胞，以在基板上建構組織。此外，該方法更包含利用一操縱器將一或多個電場施加器定位於自該基板的一預設距離，或相對於該基板定位於一預設方位角定向，或其二者。
該方法亦可包含利用紅外線輻射、可見光輻射、紫外線輻射、和微波輻射至少其中之一照射該組織。
本發明的這些和其他實施例，經由以下的詳細描述，將可更容易明白。
現在參照圖示，且特別是圖1及2，顯示根據本發明一個實施例的動態組織建構系統20。該組織建構系統20包含一處理腔室22，處理腔室22具有腔室壁24，腔室壁24圍繞一處理空間26，該處理空間26可填充以處理介質28，其係由以下詳細描述的微流體系統30所提供。處理空間26的尺寸係取決於特定應用而相應地改變；然而，處理空間26典型上具有約0.1公升到數公升的容積。
位於支撐件34之上的基板32係暴露於處理空間26及處理空間26中所容納的處理介質28，且用以支持其上組織的建構和成長。雖非必要，基板32可為具有約800 μm厚度之300 mm直徑的晶圓。
微流體系統30可包括一個以上儲存器38，該儲存器38整合於一電場施加器(「EFA」)頭部36之內，其經由微流體通道40而流體連結至處理空間26，且經由複數微流體供應線路44而流體連結至一個以上流體供應件42a、42b、42c、42d。微流體通道40和微流體供應線路44可利用基於MEMS的技術而加以建構和操作。
經由流體供應件42a、42b、42c、42d所提供的流體可 隨處理腔室22之內所生長的特定細胞族群而變化，且可包含在42a的懸浮細胞、在42b的水膠(提供組織建構用鷹架的聚合物)、在42c的安定流體(stabilization fluid)、在42d的沖洗液等。一個以上閥46a、46b、46c、46d可操作性連結至一控制系統48，且選擇性地被控制以在組織建構期間提供適當的流體。
現在參照圖2，用於在處理空間26之內產生電場且鄰近於基板32的EFA頭部36，包含一個以上電極50及相聯結的偏壓連接件52，其可為連結至處理腔室22的固定裝置，或為了特定的使用和應用之可替換性而可釋放自如地連結至處理腔室22。藉由偏壓連接件52，電極50操作性連結至電壓供應件54(圖1)，其用以產生具有選定波形之時間相依電流(AC或切換式DC)。
電極50的形狀、尺寸、及構造可隨組織建構中所使用的特定應用和細胞株而變化，但該電極一般性地被描述於國際申請案第xx/xxx,xxx號，其與本案於相同日期申請，且標題為METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING PATTERN AND STRUCTURE FORMATION BY AN ELECTRIC FIELD。簡言之，電極50可配置成與基板32的尺寸一致之網格狀圖案，其中一者以上可選擇性操作用以定義複數分區55(圖5)，分區55(圖5)每一者係一區域，其中可施加一離散力至細胞57(圖8C)。若有需要，具有相同(同質)或不同(異質)電場的兩個以上鄰接分區55可定義一子群，其操作用以產生於細胞57(圖8C)之上的一選定的力量。
電極50(或其子群)係建構成用以控制組成所建構組織之細胞的操作、移動、定向、和排列。若有需要，亦可使用用於進一步控制的額外的能量源，包含例如一輻射源。可依特定的所欲化學性質選擇輻射源的波長，前述化學性質係例如活化或去活化、處理介質的不透明性、組成基板的材料等。通常，波長可在電磁頻譜的UV、IR、或微波部分之內。輻射可由晶圓上方或下方施加。舉例來說，雖然吸光度取決於溫度，石英係對具有約200 nm到約2 μm之波長的輻射係透明的，而矽對在IR範圍(自約2 μm 到約10 μm)之內的波長係幾乎透明的。在約1 μm到10 μm範圍的IR輻射的等效能階係在約1.24 eV到約0.12 eV。
電極可藉由薄膜或MEMS技術而加以產生，且可整合於例如矽、陶瓷、TEFLON、或玻璃基板之內。EFA頭部36可為固定的(內建的)，或為可替換的，以利用相同組織建構系統20之內的各種電極構造，其可藉由自動機器人系統(未顯示)或手動而為可替換的。
再度參照圖1，EFA頭部36可進一步操作性連結至z軸馬達56，其建構成用以相對於基板32移動EFA頭部36並改變其間的處理空間26。可使用已知裝置調整距離，其可以連續方式或步進式方式加以達成。
電壓供應件54、z軸馬達56、閥46a、46b、46c、46d、及偏壓連接件其中一者以上可藉由控制系統48而可操作地加以控制，該控制系統48可包含如圖3所示之電腦58。如圖3所示，電腦58可為電腦、電腦系統、計算系統、伺服器、硬碟陣列、或可程式裝置，例如多使用者電腦、單一使用者電腦、手持式裝置、網路裝置、或嵌入式裝置等，其適於根據本發明之實施例而加以使用。可用利用一個以上網路62的一個以上網路電腦60(例如在一叢集或經由一網路介面(以「網路I/F」64加以描述)的其他分散式計算系統)實現電腦58。雖然應理解術語「計算(電腦)系統」亦可包含符合本發明實施例的其他適合的可程式電子裝置，為簡潔起見，將電腦58稱作「電腦」。
電腦58典型上包含至少一個處理單元(以「CPU」66加以描述)，其連結至記憶體68與若干不同型態的周邊裝置，例如具有一個以上資料庫的大量儲存裝置70、輸入/輸出介面(以「I/O I/F」72加以描述)、及網路I/F 64。記憶體68可包含動態隨機存取記憶體(「DRAM」)、靜態隨機存取記憶體(「SRAM」)、非揮發性隨機存取記憶體(「NVRAM」)、持續記憶體(persistent memory)、快閃記憶體、至少一個硬碟機、及/或另外的邏輯儲存媒體。大量儲存裝置70典型上係至少一個硬碟機，且可位於電腦 58之外，例如在一分開的封閉殼體中，或位在一個以上網路電腦60、一個以上網路儲存裝置(包含例如磁帶或光碟機)、及/或一個以上其他網路裝置(包含例如此處所示之伺服器74)。
在各種的實施例中，如在技術領域中所熟知的，CPU 66可為單執行緒、多執行緒、多核心、及/或多元處理單元(未顯示)。在替代實施例中，電腦58可包含複數處理單元，其可包含如在技術領域中所熟知的單執行緒處理單元、多執行緒處理單元、多核心處理單元、多元處理單元、及/或其組合。類似地，如在技術領域中所熟知的，記憶體68可包含一或多層資料、指令、及/或組合快取記憶體，其中快取記憶體供單一處理單元使用或多個處理單元(未顯示)使用。
電腦58的記憶體68可包含一個以上應用軟體(以「程式碼」76加以描述)、或其他軟體程式，其建構成與作業系統78結合而加以執行，且在有或沒有自大量儲存裝置70的資料庫存取進一步的資訊或資料的狀況下，自動化地執行控制電極50、偏壓連接件52、電壓供應件54等所需的工作。
熟習此技術者可了解在圖3所示之環境並無意圖限定本發明。實際上，熟習此技藝者可了解在不偏離本發明的範疇下可使用其他替代的硬體和/或軟體環境。
圖4係用於建構一選定組織的關於指令、順序、協定、程序等之資訊流(共同地被稱作「指令」)的圖示。就此而言，如上所述之大量儲存裝置70可包含資料庫，例如包含一個以上結構和/或架構設計模型82的內部程式庫80，其具有傳送至控制系統48和微流體系統控制器84(其亦可包含於控制系統48)的指令。亦可接收來自使用者的輸入86，且將其傳送至微流體系統控制器84。若需要，可儲存新的模型，或例如藉由建立新的描述而將其傳送至程式庫80。材料和流體傳輸指令係傳送至微流體系統30，以選擇性控制經由閥46a、46b、46c、46d之自流體供應件42a、42b、42c、42d的流體釋放。
基於所選定的模型82，流體供應件42a、42b、42c、42d 與閥46a、46b、46c、46d係依據處理命令而啟動，該處理命令係由程式碼76所驅動。處理命令根據由演算法所決定的特定幾何形狀偏壓電極50。此外，處理命令指示相對於基板32之EFA頭部36的位置，並啟動和停止閥46a、46b、46c、46d，以傳送細胞族群和處理流體至處理空間26。
關於電極50之配置(EFA幾何形狀選擇88)、包含持續時間和重複頻率之偏壓電位的波形和控制(空間時間偏壓演算法90)、及z軸馬達56和/或其他馬達(運動控制器92)的其他指令，可傳送至組織建構系統20，以根據該等指令建構實體組織(實體結構建構93)。
圖5描述根據本發明一個實施例之簡化電子電路94的細節，其用於提供偏壓個別電極的邏輯。電路94包含可程式控制器96，其用於將演算法實施至電極陣列。選定之待偏壓電極的位置各自具有特定的x和y軸座標(xi,yj)，及外加電壓的極性和振幅。施加電位至網格所需的電路係已知技術。用以在顯示器上賦能畫素的若干已知方式，可用以施加電位至該等區域。舉例而言，EFA電極可選擇性操作用以定義複數分區。該電路系統可包含可程式控制器，其可為電腦48之形式。分區每一者可為一個別的電極或受數個電極作用的區域，其中可施加離散力至粒子和/或介質。若需要，具有相同(同質)或不同(異質)電場的兩個以上鄰接分區可定義一子群，其可操作以產生施加至粒子之上的選定力量。藉由具體說明待達成的功能，電性設計工程師將能夠提供適當的邏輯系統。因此，此處不詳述此等控制方式。
結果，可產生時間相依的宏觀圖案110a、110b、110c、110d、110e、110f。圖6A-6F描述根據本發明各種實施例的宏觀圖案，且其中空的圖素表示沒有電壓電位，著黑色的圖素表示正的電壓電位，且著陰影的圖素表示負電壓電位。宏觀圖案110a、110b、110c、110d、110e、110f可操作以產生時變電場，以藉由施加介電泳動力根據所選擇的模型對細胞進行操作。該等細胞因而移動且對準至一最佳位置，使細胞群更為接近，且導致更快速的 黏聚(agglomeration)與附著而促進組織的快速成長。
在頗為詳細地描述組織建構系統20的細節後，現在參照圖7-8P，描述根據本發明一個實施例之組織的建構方法。圖7係流程圖108，描述根據本發明一個實施例的組織建構方法，該建構過程係圖示於圖8A-8P。就此而言，在步驟112中，如圖8A和8B所示，EFA頭部36可利用z軸馬達56朝向基板32而加以定位，其中向下運動係藉由箭頭113表示。在EFA頭部36被置於相對於基板32的第一距離時，如圖8C所示，可將細胞72自細胞流體供應件42a經由閥46a注入至微流體通道40中且進入處理空間26(方塊圖114)。由於沒有外力施加至細胞57，細胞57在周圍條件下擴散於整個處理空間26。
在步驟116中，EFA頭部36的電極50可根據空間時間偏壓演算法90而加以偏壓，以產生宏觀圖案110a。偏壓電極50所產生的電場在各個細胞之內感應產生偶極，使得一淨力施加至該細胞，而在該處理介質中對應地移動該細胞。在持續偏壓下，於步驟118中，如圖8E所示，該等細胞進一步聚集，鄰接細胞之間形成黏著，提供所建構組織的初始鷹架。若需要，在選擇性步驟120中，可選擇性地將水膠自適當的供應件42b和閥46b注入處理空間，以進一步提供細胞配置的支撐。
在步驟122中，進行判定組織建構是否完成。若需要進一步建構(判定步驟122的「否」分支)，該製程接著回到步驟112，使得EFA頭部36可相對於基板32及聚集的細胞而適當地被定位。如圖8F所示，組織建構係未完成的，將EFA頭部36自聚集的細胞移開，且將額外的細胞注入處理介質28。圖8G和8H描述如步驟116和118中所進行之電極50的啟動(具有如圖8D之相同宏觀圖案110a)及細胞57的聚集。再度，在圖8I中，判定組織建構係未完成的(判定步驟122的「否」分支)，使得再度將EFA頭部36定位且將細胞72加入處理介質28。
如圖8J和8K所示，將電極50再度啟動，但係根據另一宏觀圖案，俾使細胞聚集且黏著於與先前所聚集細胞的位置不 同的位置。可理解的是，此處宏觀圖案的次序不限定於此處所提供的範例。
圖8L-8N描述將EFA頭部36進一步重複定位，根據選定的宏觀圖案啟動電極50，及導致細胞的聚集和黏著。
當組織建構完成(判定步驟122的「是」分支)，如圖8P所示，該製程可選擇性包含自適當的流體供應件42a注入安定劑，其進一步促進在三維組織結構中細胞聚集之黏著性。
如此處所詳細提供的，一組織建構系統係用以提供對電場敏感之奈米物件(蛋白質、病毒、細胞等)的快速操作，且以高生產率建構組織。該系統是多方面適用的，包含有限的活動部件，限制奈米物件和電極之間的接觸，且係可擴充的，並且係相容於標準CMOS製造方法、電路、和各種型態的奈米物件。
雖然已藉由描述一個以上實施例說明本發明，且將該等實施例相當詳細地描述，但以上說明描述並無意圖將隨附專利申請範圍之範疇限制或以任何方面限定於此等細節。熟習此技術者可無困難地明瞭其他的優點和變更。因此本發明在其更廣義的實施態樣中不限定於這些具體細節(顯示和描述之代表性裝置和方法與例示範例)。因而，在不偏離一般發明觀念的範疇下可自該等細節加以變更。
20‧‧‧組織建構系統
22‧‧‧處理腔室
24‧‧‧腔室壁
26‧‧‧處理空間
28‧‧‧處理介質
30‧‧‧微流體系統
32‧‧‧基板
34‧‧‧支撐件
36‧‧‧電場施加器(「EFA」)頭部
38‧‧‧儲存器
40‧‧‧微流體通道
42a、42b、42c、42d‧‧‧流體供應件
44‧‧‧微流體供應線路
46a、46b、46c、46d‧‧‧閥
48‧‧‧控制系統
50‧‧‧電極
52‧‧‧偏壓連接件
54‧‧‧電壓供應件
55‧‧‧分區
56‧‧‧馬達
57‧‧‧細胞
58‧‧‧電腦
60‧‧‧網路電腦
62‧‧‧網路
64‧‧‧網路I/F
66‧‧‧CPU
68‧‧‧記憶體
70‧‧‧大量儲存裝置
72‧‧‧I/OI/F
74‧‧‧伺服器
76‧‧‧程式碼
78‧‧‧作業系統
80‧‧‧程式庫
82‧‧‧模型
84‧‧‧微流體系統控制器
86‧‧‧輸入
88‧‧‧EFA幾何形狀選擇
90‧‧‧空間時間偏壓演算法
92‧‧‧運動控制器
93‧‧‧實體結構建構
94‧‧‧電路
96‧‧‧可程式控制器
108‧‧‧流程圖
110a、110b、110c、110d、110e、110f‧‧‧圖案
112‧‧‧步驟
114‧‧‧方塊圖
116‧‧‧步驟
118‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
122‧‧‧步驟
124‧‧‧步驟
整合於說明書且構成其一部分的隨附圖式，描述本發明的實施例，並且與上述本發明的發明說明和實施方式一起闡明本發明：圖1係根據本發明一個實施例的組織建構系統的示意圖；圖2係在圖1中被圍繞標示之處理腔室部分的放大視圖；圖3係根據本發明實施例之用於控制圖1的處理腔室之運作的電腦的圖示； 圖4係根據本發明一個實施例之用於操作圖1的組織建構系統的複數模組的圖示；圖5係根據本發明一個實施例用於操作電場施加器之二維控制系統的邏輯圖；圖6A-6F係由圖5的二維控制系統所提供的例示圖案；圖7係流程圖，描述根據本發明一個實施例利用圖1之系統的組織建構方法；及圖8A-8P係根據本發明一個實施例在圖1之系統的處理腔室之內的組織建構的圖示。
20‧‧‧組織建構系統
22‧‧‧處理腔室
24‧‧‧腔室壁
26‧‧‧處理空間
28‧‧‧處理介質
30‧‧‧微流體系統
32‧‧‧基板
34‧‧‧支撐件
36‧‧‧電場施加器(「EFA」)頭部
38‧‧‧儲存器
42a、42b、42c、42d‧‧‧流體供應件
44‧‧‧微流體供應線路
46a、46b、46c、46d‧‧‧閥
48‧‧‧控制系統
54‧‧‧電壓供應件
56‧‧‧馬達

Claims (25)

  1. 一種電場處理系統，用於自細胞建構一組織，該電場處理系統包含：一處理腔室，該處理腔室具有一第一端部，用以容納一基板，該組織係建構於該基板上；一電場施加器，該電場施加器鄰近該基板，且用以將一電場施加至該基板與鄰近該基板之該處理腔室的一處理區域；一偏壓分配單元，用以供應電偏壓至該至少一個電場施加器；一流體傳輸系統，用於傳輸建構該組織所使用的細胞和流體；一操縱器，用於將該電場施加器相對於該基板定位；至少一個電源，用於提供電功率至該偏壓分配單元；及一控制系統，用於控制該電場施加器、操縱器、及該至少一個電源。
  2. 如申請專利範圍第1項的電場處理系統，其中：該電場施加器係位於與該基板對向之該處理腔室的一第二端部。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項的電場處理系統，其中該至少一個電場施加器建構成用以授予該等細胞、流體、或其二者一預定行為，且可替換為授予該等細胞、流體、或其二者一不同行為的另一電場施加器。
  4. 如申請專利範圍第1項到第3項其中任一的電場處理系統，更包含：一細胞儲存器，用於提供用於建構該組織的細胞，該細胞儲存器係與該流體傳輸系統流體流通。
  5. 如申請專利範圍第1項到第4項其中任一的電場處理系統，更包含： 一水膠儲存器，用於提供水膠至該流體傳輸系統。
  6. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，更包含：一安定液體儲存器，用於提供安定液體至該流體傳輸系統。
  7. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，更包含：一沖洗液體儲存器，用於提供沖洗液體至該流體傳輸系統。
  8. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，更包含：至少一個電磁輻射源，用於照射該基板、或組織、或其二者。
  9. 如申請專利範圍第8項的電場處理系統，其中該至少一個電磁輻射源係一紅外線輻射源。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項的電場處理系統，其中該至少一個電磁輻射源係一紫外線輻射源。
  11. 如申請專利範圍第8項至第10項其中任一的電場處理系統，其中該至少一個電磁輻射源係一可見光輻射源。
  12. 如申請專利範圍第8項至第11項其中任一的電場處理系統，其中該至少一個電磁輻射源係一微波輻射源。
  13. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，更包含：一溫度控制系統，用於空間和時間上變化該基板、或該組織、或其二者的溫度。
  14. 如申請專利範圍第13項的電場處理系統，其中該控制系統控制該溫度控制系統。
  15. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，其中該流體傳輸系統包含至少一個微流體裝置。
  16. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，其中該操縱器建構成用以變化該電場施加器和該基板之間的距離。
  17. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，其中該操縱器建構成用以相對於該基板變化該電場施加器的方位角定向。
  18. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，其中該至少一個電場施加器包含複數微電極，該複數微電極係電絕緣於該處理區域。
  19. 如前述申請專利範圍其中任一的電場處理系統，其中該電場係空間變化的、時變的、或其二者。
  20. 一種自細胞建構組織的方法，包含：經由流體傳輸系統供應一處理介質至處理區域；經由該流體傳輸系統供應細胞至該處理區域；及施加一第一偏壓到至少一個電場施加器，以產生一第一電場，該第一電場建構成用以可控制地選擇、傳輸、定向、排列、或操作在該處理區域之中的細胞，以在基板上建構組織。
  21. 如申請專利範圍第20項的自細胞建構組織的方法，更包含提供一電場處理系統，該電場處理系統包含：一處理腔室，該處理腔室具有一第一端部，用以容納一基板，該組織係建構於該基板上；一電場施加器，該電場施加器鄰近該基板，且用以將一電場施加至該基板與鄰近該基板之該處理腔室的一處理區域；一偏壓分配單元，用以供應電偏壓至該至少一個電場施加器； 一流體傳輸系統，用於傳輸建構該組織所使用的細胞和流體；一操縱器，用於將該電場施加器相對於該基板定位；至少一個電源，用於提供電功率至該偏壓分配單元；及一控制系統，用於控制該電場施加器、操縱器、及該至少一個電源。
  22. 如申請專利範圍第20項或第21項的自細胞建構組織的方法，更包含：施加一第二電偏壓至該至少一個電場施加器，以產生一第二電場，該第二電場係不同於該第一電場，且建構成用以可控制地選擇、傳輸、定向、排列、或操作在該處理區域之中的細胞，以在基板上建構組織。
  23. 如申請專利範圍第20項或第22項的自細胞建構組織的方法，更包含：利用操縱器將該電場施加器定位於自該基板一預設距離。
  24. 如申請專利範圍第20項到第23項其中任一的自細胞建構組織的方法，更包含：利用操縱器將該電場施加器相對於該基板定位於一預設方位角定向。
  25. 如申請專利範圍第20項到第24項其中任一的自細胞建構組織的方法，更包含：利用紅外線輻射、可見光輻射、紫外線輻射、及微波輻射其中至少一者照射該組織。
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