TWI712686B - 用於微流體裝置之培養站 - Google Patents

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Ｊ 坦納 尼維爾
傑森Ｍ 麥克艾文
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Abstract

本發明提供一種用於在一微流體裝置中培養生物細胞之站。該站包含：一或多個導熱安裝介面，各安裝介面經組態以具有可卸離地安裝在其上之一微流體裝置；一熱調節系統，其經組態用於控制可卸離地安裝在該一或多個安裝介面上之微流體裝置之一溫度；及一培養基灌注系統，其經組態以將一可流動培養基可控制地且選擇性地施配至可卸離地安裝在該一或多個安裝介面上之微流體裝置中。

Description

用於微流體裝置之培養站
本發明大體上係關於使用微流體裝置處理及培養生物細胞。
隨著微流體領域繼續進展，微流體裝置已變為用於處理及操縱諸如生物細胞之微物體之方便平台。即便如此，仍未實現微流體裝置之全部潛力(尤其當應用至生物科學時)。舉例而言，雖然微流體裝置已應用至生物細胞之分析，但仍繼續在組織培養板中實行此等細胞之培養，此耗費時間且需要相對大量之昂貴細胞培養基、一次性塑膠碟、微量滴定盤及類似物。
根據在本文中揭示之例示性實施例，本發明提供一種用於在一微流體裝置中培養生物細胞之站。該站包含一或多個導熱安裝介面(例如，一個、兩個、三個、四個、五個、六個或更多個安裝介面)，各安裝介面經組態以具有可卸離地安裝在其上之一微流體裝置。該站進一步包含：一熱調節系統，其經組態用於控制可卸離地安裝在該一或多個安裝介面之各者上之微流體裝置之一溫度；及一培養基灌注系統，其經組態以將可流動培養基可控制地且選擇性地施配至可卸離地安裝在該一或多個安裝介面之各者上之微流體裝置中。
在各種實施例中，該培養基灌注系統包含具有流體連接至一培養基源之一輸入及可相同於或不同於輸入之一輸出之一泵。可藉由流 體連接該泵輸出與一或多個灌注管線之一灌注網路來實行培養基(或其他流體或氣體)之灌注，各灌注管線相關聯於該一或多個安裝介面之一各自者。該等灌注管線可經組態以流體連接至安裝在該各自安裝介面上之一微流體裝置之一流體入口埠。一控制系統經組態以選擇性地操作該泵及該灌注網路以藉此選擇性地引起來自該培養基源之培養基以一受控流速流動通過一各自灌注管線達一受控時間週期。在各種實施例中，該控制系統經(或可經)程式化或以其他方式經組態以根據一開啟/關閉工作循環及一流速而提供通過一各自灌注管線之一培養基間歇流，該開啟/關閉工作循環及該流速可視情況至少部分基於透過一使用者介面接收之輸入。在一些實施例中，該控制系統經(或可經)程式化或以其他方式經組態以提供在任一時間通過不多於一單一灌注管線之一培養基流。在其他實施例中，該控制系統經(或可經)程式化或以其他方式經組態以提供同時通過兩個或兩個以上灌注管線之一培養基流。
在各種實施例中，該培養站進一步包含相關聯於各安裝介面之各自微流體裝置罩蓋，該等裝置罩蓋經組態以部分或完全圍封安裝在該各自安裝介面上之一微流體裝置。相關聯於該各自安裝介面之一灌注管線可具有耦合至該裝置罩蓋之一遠端，結合該裝置罩蓋之一組態而組態使得該灌注管線之該遠端可在該裝置罩蓋圍封該微流體裝置(例如，定位在該微流體裝置上方)時流體連接至該微流體裝置上之一流體入口埠。舉例而言，該等裝置罩蓋可包含一或多個特徵，該一或多個特徵經組態以形成該灌注管線之該遠端與該微流體裝置之該流體入口埠之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之流體緊密連接，以便將該灌注管線流體連接至該微流體裝置。
一或多個廢液管線亦可相關聯於該一或多個安裝介面之一各自者。舉例而言，該等各自廢液管線可耦合至該一或多個裝置罩蓋之各 者，各廢液管線具有耦合至該各自裝置罩蓋之一近端且結合該罩蓋之一組態而組態使得該廢液管線之該近端可在該裝置罩蓋圍封該微流體裝置(例如，定位在該微流體裝置上方)時流體連接至該微流體裝置上之一流體出口埠。該等裝置罩蓋可包含一或多個特徵，該一或多個特徵經組態以形成該廢液管線之該近端與該微流體裝置之該流體出口埠之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之流體緊密連接，以便將該廢液管線流體連接至該微流體裝置。
在各種實施例中，各安裝介面可包括一大致平面金屬基板，其具有經組態以與安裝在其上之一微流體裝置之一大致平面金屬底表面熱耦合之一頂表面。該基板可進一步包括經組態以與一加熱元件(諸如一電阻加熱器、一帕耳帖(Peltier)熱電裝置或類似物)熱耦合之一底表面。該基板可包括一銅合金，諸如黃銅或青銅。
該熱調節系統可包含一或多個溫度感測器。此等感測器可耦合至各安裝介面基板及/或嵌入各安裝介面基板內。替代性地或另外，該熱調節系統可經組態以自耦合至安裝在一安裝介面上之各微流體裝置及/或嵌入各微流體裝置內之一或多個溫度感測器接收溫度資料。在一項實施例中，該熱調節系統可包含熱耦合至該一或多個安裝介面之一或多個電阻加熱器，其中該一或多個電阻加熱器之各者視情況熱耦合至該一或多個安裝介面之一各自者或其之一金屬基板。在一替代實施例中，該熱調節系統可包含一或多個帕耳帖熱電加熱/冷卻裝置，其中該一或多個帕耳帖裝置之各者視情況熱耦合至該一或多個安裝介面之一各自者或其之一金屬基板。
該熱調節系統可包括經組態以監測及調節該一或多個安裝介面之溫度之一或多個印刷電路板(PCB)。因此，該一或多個PCB可自該一或多個溫度感測器(無論耦合至一安裝介面及/或安裝在其上之一微流體裝置及/或安裝在該安裝介面及/或該微流體裝置上)獲得溫度資料 且使用此資料來調節該一或多個安裝介面及/或安裝在其上之微流體裝置之溫度。該一或多個PCB可包括一電阻加熱器(例如，當電流通過時升溫之PCB之表面上之一金屬導線)或可耦合至一加熱元件(諸如一電阻加熱器或一帕耳帖裝置)。該一或多個印刷電路板(PCB)之各者可相關聯於該一或多個安裝介面之一各自者。因此，可關於溫度獨立監測及調節該一或多個安裝介面之各者。
在各種實施例中，一各自可調整夾鉗經提供在各安裝介面處且經組態以將一微流體裝置固定至該各自安裝介面。舉例而言，在裝置罩蓋經提供在該等安裝介面處之實施例中，該等夾鉗可經組態以抵靠相關聯於安裝介面之各自裝置罩蓋施加一力，使得該裝置罩蓋將至少部分由該裝置罩蓋圍封(例如，定位在該裝置罩蓋下方)之一微流體裝置固定至該各自安裝表面。在其他實施例中，一或多個壓縮彈簧經提供在各安裝介面處且經組態以抵靠相關聯於安裝介面之一各自裝置罩蓋施加一力，使得該裝置罩蓋將至少部分由該裝置罩蓋圍封之一微流體裝置固定至該各自安裝表面。
在各種實施例中，該培養站進一步包括用於該一或多個安裝介面之一支撐件，該支撐件經組態以圍繞一定義軸旋轉且藉此允許該一或多個安裝介面相對於法向於作用於該培養站上之重力之一平面傾斜。在此等實施例中，該培養站可進一步包含一水平儀，其可指示該一或多個安裝介面何時相對於法向平面以一預定程度傾斜，因此允許安裝在該等安裝介面上之微流體裝置保持在一所要角度。舉例而言，預定傾斜程度可在約0.5°至約135°之範圍內(例如，約1°、2°、3°、4°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°、95°、100°、105°、110°、115°、120°、125°、130°或135°)。
在各種實施例中，該培養站進一步經組態以在一記憶體中記錄 安裝至該一或多個安裝介面之微流體裝置之各自灌注及/或溫度歷史。藉由非限制性實例，該記憶體可併入至該各自微流體裝置中或以其他方式與該各自微流體裝置耦合。該培養站可進一步配備有一成像及/或偵測設備，該成像及/或偵測設備耦合至或以其他方式可操作地相關聯於該培養站且經組態用於觀看及/或成像及/或偵測安裝至一安裝介面之一微流體裝置中之生物活性。
根據所揭示實施例之另一態樣，一種用於在一微流體裝置中培養生物細胞之例示性方法包含：(i)將一微流體裝置安裝在一培養站之一安裝介面上，該微流體裝置界定包含一流動區及複數個生長室之一微流體電路，該微流體裝置包括與該微流體電路之一第一端區流體連通之一流體入口埠及與該微流體電路之一第二端區流體連通之一流體出口埠；(ii)將相關聯於該安裝介面之一灌注管線流體連接至該流體入口埠以藉此流體連接該灌注管線與該微流體電路之該第一端區；(iii)將相關聯於該安裝介面之一廢液管線流體連接至該流體出口埠以藉此流體連接該廢液管線與該微流體電路之該第二端區；及(iv)使一培養基以適於灌注隔離(sequestered)在該複數個生長室中之一或多個生物細胞之一流速分別流動通過該灌注管線、流體入口埠、該微流體電路之流動區及流體出口埠。
在各種實施例中，透過該微流體電路之該流動區提供培養基之一間歇流動。藉由實例，可使該培養基根據一預定及/或操作者選定接通/關斷工作循環流動通過該微流體電路之該流動區，此可(而非限制)持續約5分鐘至約30分鐘(例如，約5分鐘至約10分鐘、約6分鐘至約15分鐘、約7分鐘至約20分鐘、約8分鐘至約25分鐘、約15分鐘至約20、25或30分鐘、約17.5分鐘至約20、25或30分鐘)。在一些實施例中，使培養基週期性地流動，每次(藉由實例且非限制)持續約10秒至約120秒(例如，約20秒至約100秒或約30秒至約80秒)。在一些實施例 中，週期性地停止培養基在該微流體電路中之該流動區中之流動(藉由實例且非限制)達約5秒至約60分鐘(例如，約30秒至約1、2、3、4、5或30分鐘、約1分鐘至約2、3、4、5、6或35分鐘、約2分鐘至約4、5、6、7、8或40分鐘、約3分鐘至約6、7、8、9、10或45分鐘、約4分鐘至約8、9、10、11、12或50分鐘、約5分鐘至約10、15、20、25、30或60分鐘、約10分鐘至約20、30、40、50或60分鐘等等)。可使該培養基根據一預定及/或操作者選定流速流動通過該微流體電路之該流動區。藉由非限制性實例，在一項實施例中，該流速係約0.01微升/秒至約5.0微升/秒。在各種實施例中，該微流體電路之該流動區包括兩個或兩個以上流動通道，其中使該培養基以(再次，藉由實例且非限制)約0.005微升/秒至約2.5微升/秒之一平均速率流動通過該兩個或兩個以上流動通道之各者。在替代實施例中，透過該微流體電路提供培養基之一連續流動。
在各種實施例中，該方法進一步包含使用熱耦合至該安裝介面之至少一個加熱元件(例如，一電阻加熱器、一帕耳帖熱電裝置或類似物)來控制該微流體裝置之一溫度。舉例而言，可基於藉由嵌入該安裝介面中或以其他方式耦合至該安裝介面之一溫度感測器輸出之一信號而啟動該加熱元件。
在各種實施例中，該方法進一步包含在將該微流體裝置安裝至該安裝介面時記錄該微流體裝置之灌注及/或溫度歷史。藉由非限制性實例，該等灌注及/或溫度歷史可記錄在併入至該微流體裝置中或以其他方式耦合至該微流體裝置之一記憶體中。
鑑於隨圖，自以下實施方式將明白本發明之實施例之其他及進一步態樣及特徵。
100‧‧‧微流體裝置
102‧‧‧外殼
104‧‧‧支撐結構
106‧‧‧內表面
112‧‧‧微流體電路結構
114‧‧‧框架
116‧‧‧微流體電路材料
122‧‧‧罩蓋/蓋子
124‧‧‧流體出入埠/流體入口埠/流體出口埠
126‧‧‧流體通路
132‧‧‧微流體電路
134‧‧‧流動通道
136‧‧‧生長室
138‧‧‧生長室
140‧‧‧生長室
142‧‧‧連接區
144‧‧‧隔離區
146‧‧‧隔離結構
152‧‧‧近端開口
154‧‧‧遠端開口
170‧‧‧控制/監測系統
172‧‧‧控制模組
174‧‧‧控制器
176‧‧‧記憶體
180‧‧‧控制/監測設施
202‧‧‧流體培養基流/培養基/第一培養基
204‧‧‧第二培養基
212‧‧‧流
214‧‧‧二次流
222‧‧‧微物體
240‧‧‧流動區
242‧‧‧內表面
300‧‧‧微流體裝置
302‧‧‧第一壁
304‧‧‧第一電極
306‧‧‧第二壁
308‧‧‧電極啟動基板
310‧‧‧第二電極
312‧‧‧電源
314‧‧‧DEP電極區/目標區/目標位置
314a‧‧‧經照明DEP電極區
320‧‧‧光源
322‧‧‧光圖案
322’‧‧‧光圖案
336‧‧‧生長室
342‧‧‧連接區
344‧‧‧隔離區
346‧‧‧隔離結構
352‧‧‧近端開口
354‧‧‧遠端開口
400‧‧‧微流體裝置
402‧‧‧第一流體培養基
404‧‧‧第二培養基
412‧‧‧微流體電路結構
414‧‧‧框架
416‧‧‧微流體電路材料
432‧‧‧微流體電路
434‧‧‧流動通道
436‧‧‧生長室
442‧‧‧連接區
444‧‧‧隔離區
446‧‧‧隔離結構
472‧‧‧近端開口
474‧‧‧遠端開口
482‧‧‧流
484‧‧‧二次流
1000‧‧‧培養站
1001‧‧‧培養站
1002‧‧‧培養站
1100‧‧‧各自安裝介面
1102‧‧‧框架
1104‧‧‧窗
1110a‧‧‧微流體裝置罩蓋
1110b‧‧‧微流體裝置罩蓋
1111‧‧‧定向元件
1112‧‧‧接合開口
1134‧‧‧遠端連接器
1140a‧‧‧支撐件
1140b‧‧‧托盤
1142a‧‧‧頂表面
1142b‧‧‧頂表面
1144‧‧‧近端連接器
1150‧‧‧基板
1152‧‧‧接合銷
1154‧‧‧對準銷
1160a‧‧‧窗
1160b‧‧‧窗
1165a‧‧‧開口
1165b‧‧‧開口
1170‧‧‧各自夾鉗
1200‧‧‧熱調節系統
1210‧‧‧溫度感測器
1230‧‧‧結構
1240‧‧‧散熱裝置
1250‧‧‧溫度監測器
1300‧‧‧培養基灌注系統
1310‧‧‧泵
1320‧‧‧培養基/培養基源
1330‧‧‧多位置閥
1334‧‧‧灌注管線
1344‧‧‧廢液管線
1500‧‧‧蓋子
1600‧‧‧廢液容器
Dp‧‧‧最大穿透深度
Lc1‧‧‧長度
Lc2‧‧‧長度
Lcon‧‧‧長度
Wch‧‧‧寬度
Wcon‧‧‧寬度
Wcon1‧‧‧寬度
Wcon2‧‧‧寬度
圖1A係包含用於培養生物細胞之一微流體裝置之一系統之一例 示性實施例之一透視圖。
圖1B係圖1A之微流體裝置之一側視橫截面圖。
圖1C係圖1A之微流體裝置之一俯視橫截面圖。
圖1D係具有一介電泳(DEP)組態之一微流體裝置之一實施例之側視橫截面圖。
圖1E係圖1D之微流體裝置之一項實施例之一俯視橫截面圖。
圖2圖解說明可用於圖1A之微流體裝置中之一生長室之一實例，其中自一流動通道至一隔離區之一連接區之一長度大於在流動通道中流動之培養基之一穿透深度。
圖3係可用於圖1A之微流體裝置中之一生長室之另一實例，其包含長於在流動通道中流動之培養基之一穿透深度之自一流動通道至一隔離區之一連接區。
圖4A至圖4C展示一微流體裝置之另一實施例，其包含用於微流體裝置中之一生長室之一進一步實例。
圖5係根據一項實施例之展示為一並排配置之一對培養站之一透視圖，培養站之各者具有一單一熱調節微流體裝置安裝介面。
圖6係圖5之培養站之一者之一安裝介面之一透視圖，其描繪覆蓋安裝介面之一安裝表面之一微流體裝置罩蓋。
圖7係在圖6中展示之安裝介面之一透視圖，其中微流體裝置罩蓋經移除以顯露安裝介面表面。
圖8係在圖6中展示之安裝介面之一透視圖，其描繪一各自微流體裝置及安裝在該微流體裝置上之微流體裝置罩蓋。
圖9係在圖6中展示之安裝介面之一側視圖，其描繪一熱調節系統之組件。
圖10係用於在微流體裝置中培養生物細胞之一培養站之另一實施例之一透視圖，該培養站包含具有六個熱調節安裝介面之一支撐件 (或托盤)及具有兩個泵(各經組態以服務三個微流體裝置)之一培養基灌注系統。
圖11係在圖10中展示之支撐件及相關聯安裝介面之一部分之一透視圖，其描繪相關聯於其等各自安裝介面之各自微流體裝置罩蓋及夾鉗。
圖12係在圖10中展示之支撐件之安裝介面之一者之一透視圖，其中微流體裝置罩蓋經移除且夾鉗經升高以顯露安裝介面表面。
圖13係具有與圖10之培養站一起使用之五個熱調節安裝介面之一替代支撐件(或托盤)之一透視圖。
圖14係在圖13中展示之托盤之一安裝介面之一透視圖，其描繪圍封安裝在該安裝介面上之一微流體裝置之一微流體裝置罩蓋。
圖15係圖14之安裝介面之一透視圖，其中微流體裝置罩蓋經移除以展示安裝在安裝介面上之微流體裝置。
此說明書描述本發明之例示性實施例及應用。然而，本發明不限於此等例示性實施例及應用或例示性實施例及應用在本文中操作或描述之方式。再者，圖可展示簡化或部分視圖，且圖中之元件之尺寸可為清楚起見而放大或以其他方式不成比例。另外，如在本文中使用之術語「在......上」、「附接至」或「耦合至」，一元件(例如，一材料、一層、一基板等等)可「在」另一元件「上」、「附接至」或「耦合至」另一元件，無論該一元件是否直接在該另一元件上、附接或耦合至該另一元件或該一元件與該另一元件之間是否存在一或多個中間元件。又，方向(例如，在......上方、在......下方、頂部、底部、側、向上、向下、在......之下、在......之上、上、下、水平、垂直、「x」、「y」、「z」等等)(若提供)係相對的且僅藉由實例且為便於圖解及論述且不藉由限制而提供。另外，在參考一元件清單(例如，元件 a、b、c)之情況下，此參考旨在包含列出元件本身之任一者、少於所有列出元件之任何組合及/或所有列出元件之一組合。
說明書中之章節劃分僅為便於檢視且不限制所論述元件之任何組合。
如在本文中使用，「實質上」意謂足以用於預期目的。術語「實質上」因此允許自一絕對或完美狀態、尺寸、量測、結果或類似物之較小不顯著變化，諸如由一般技術者所預期但並不明顯影響整體效能。當關於數值或參數或可表達為數值之特性而使用時，「實質上」意謂在百分之十以內。術語「多者」意謂一個以上。
如在本文中使用，術語「微物體」可涵蓋以下一或多者：無生命微物體，諸如微粒、微珠(例如，聚苯乙烯珠、LuminexTM珠或類似物)、磁珠、順磁珠、微棒、微絲、量子點及類似物；生物微物體，諸如細胞(例如，胚胎、卵母細胞、精子、自一組織解離之細胞、血細胞、免疫細胞(諸如巨噬細胞、NK細胞、T細胞、B細胞、樹突細胞(DC)及類似物)、雜種瘤、培養細胞、自一組織解離之細胞、來自一細胞系之細胞(諸如CHO細胞、癌細胞、循環腫瘤細胞(CTC)、受感染細胞、轉染及/或轉形細胞、報導子細胞及類似物))、脂質體(例如，合成或源自膜製備)、脂質奈米筏及類似物；或無生命微物體與生物微物體之一組合(例如，附接至細胞之微珠、塗佈脂質體之微珠、塗佈脂質體之磁珠或類似物)。已在Ritchie等人之(2009)「Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs」，Methods Enzymol.，464：211-231中描述脂質奈米筏。
如在本文中使用，術語「細胞」係指一生物細胞，其可為一植物細胞、一動物細胞(一哺乳動物細胞)、一細菌細胞、一真菌細胞或類似物。一哺乳動物細胞可(例如)來自人類、小鼠、大鼠、馬、山羊、綿羊、奶牛、靈長類動物或類似物。
如在本文中使用，術語「維持(一)細胞」係指提供包括流體及氣體組分兩者之一環境及視情況提供保持細胞活力及/或擴張所需之條件之一表面。
一流體培養基之一「組分」係存在於培養基中之任何化學或生物化學分子，包含溶劑分子、離子、小分子、抗生素、核苷酸及核苷、核酸、氨基酸、肽、蛋白質、糖、碳水化合物、脂質、脂肪酸、膽固醇、代謝產物或類似物。
如在本文中參考一流體培養基所使用，「擴散(diffuse)」及「擴散(diffusion)」係指流體培養基之一組分沿著一濃度梯度之熱力學移動。
片語「一培養基之流動」意謂主要歸因於除擴散以外的任何機制之一流體培養基之整體移動。舉例而言，一培養基之流動可涉及流體培養基歸因於點之間的一壓力差而自一個點移動至另一點。此流動可包含液體之一連續、脈衝、週期性、隨機、間歇或往復流動或其等之任何組合。當一流體培養基流動至另一流體培養基中時，可導致培養基之紊流及混合。
片語「實質上無流動」係指一流體培養基在時間上平均化之一流速小於一材料(例如，一關注分析物)之組分擴散至流體培養基中或流體培養基內之速率。此一材料之組分之擴散速率可取決於(例如)溫度、組分大小及組分與流體培養基之間的相互作用強度。
如在本文中參考一微流體裝置內之不同區所使用，片語「流體連接」意謂當不同區實質上填充有諸如流體培養基之流體時，該等區之各者中之流體經連接以便形成一流體單體。此並不意謂不同區中之流體(或流體培養基)必須在組合物上相同。實情係，一微流體裝置之不同流體連接區中之流體可具有不同組合物(例如，不同溶質(諸如蛋白質、碳水化合物、離子或其他分子)濃度)，該等不同組合物在溶質 沿著其等各自濃度梯度移動及/或流體流動通過裝置時不斷變動。
在一些實施例中，一微流體裝置可包括「掃掠」區及「未掃掠」區。假若流體連接經結構化以實現擴散但在一掃掠區與一未掃掠區之間實質上無培養基流，則未掃掠區可流體連接至掃掠區。微流體裝置因此可經結構化以實質上隔離一未掃掠區與一掃掠區中之一培養基流，同時實現掃掠區與未掃掠區之間的實質上僅擴散流體連通。
如在本文中使用之一「微流體通道」或「流動通道」係指具有顯著長於水平尺寸及垂直尺寸兩者之一長度之一微流體裝置之流動區。舉例而言，流動通道可為水平或垂直尺寸之長度之至少5倍，例如，長度之至少10倍、長度之至少25倍、長度之至少100倍、長度之至少200倍、長度之至少300倍、長度之至少400倍、長度之至少500倍或更長。在一些實施例中，一流動通道之長度在自約20,000微米至約100,000微米之範圍中，包含其間的任何範圍。在一些實施例中，水平尺寸在自約100微米至約300微米之範圍中(例如，約200微米)且垂直尺寸在自約25微米至約150微米之範圍中(例如，自約30微米至100微米或約40微米至60微米)。注意，一流動通道在一微流體裝置中可具有多種不同空間組態，且因此不限於一完全線性元件。舉例而言，一流動通道可為或包含具有下列組態之一或多個區段：曲線、彎曲、螺旋、傾斜、下傾、分叉(例如，多個不同流動路徑)及其等之任何組合。另外，一流動通道可具有沿著其路徑之不同橫截面積，從而擴大及收縮以在其中提供一所要流體流。
在某些實施例中，一微流體裝置之一流動通道係一掃掠區(在上文定義)之一實例，而一微流體裝置之一隔離區(在下文進一步詳細描述)係一未掃掠區之一實例。
可在此一微流體裝置中檢驗生物微物體(例如，生物細胞)產生特定生物材料(例如，蛋白質，諸如抗體)之能力。舉例而言，可將包括 經檢驗用於產生一關注分析物之生物微物體(例如，細胞)之樣本材料載入至微流體裝置之一掃掠區中。可針對特定特性選擇生物微物體(例如，哺乳動物細胞，諸如人類細胞)之多者且將其等安置在未掃掠區中。接著可使剩餘樣本材料流出掃掠區且使一檢驗材料流動至掃掠區中。因為選定生物微物體處在未掃掠區中，所以選定生物微物體實質上不受剩餘樣本材料之流出或檢驗材料之流入之影響。可允許選定生物微物體產生所關注分析物，其可自未掃掠區擴散至掃掠區中，其中所關注分析物可與檢驗材料反應以產生局部可偵測反應，反應之各者可與一特定未掃掠區相關。可分析相關聯於一偵測反應之任何未掃掠區以判定未掃掠區中之生物微物體之哪一者(若存在)係所關注分析物之充分生產者。
包含一微流體裝置之系統。圖1A至圖1C圖解說明具有可用於本文中描述之方法中之一微流體裝置100之一系統之一實例。如展示，微流體裝置100圍封包括複數個互連流體電路元件之一微流體電路132。在圖1A至圖1C中圖解說明之實例中，微流體電路132包含一流動通道134，生長室136、138、140流體連接至流動通道134。儘管在圖解說明之實施例中展示一個流動通道134及三個生長室136、138、140，然應理解，在替代實施例中可分別存在一個以上流動通道134及多於三個或少於三個生長室136、138、140。微流體電路132亦可包含額外或不同流體電路元件，諸如流體室、貯槽及類似物。
微流體裝置100包括圍封可含有一或多個流體培養基之微流體電路132之一外殼102。儘管可以不同方式實體結構化裝置100，然在圖1A至圖1C中展示之實施例中，外殼102包含一支撐結構104(例如，一基座)、一微流體電路結構112及一罩蓋122。支撐結構104、微流體電路結構112及罩蓋122可彼此附接。舉例而言，微流體電路結構112可安置在支撐結構104上，且罩蓋122可安置在微流體電路結構112上 方。憑藉支撐結構104及罩蓋122，微流體電路結構112可界定微流體電路132。微流體電路132之一內表面在圖中識別為106。
支撐結構104可在裝置100之底部處且罩蓋122在頂部處，如在圖1A及圖1B中圖解說明。替代性地，支撐結構104及罩蓋122可在其他定向上。舉例而言，支撐結構104可在裝置100之頂部處且罩蓋122在底部處。無關於組態，提供一或多個流體出入(例如，入口及出口)埠124，各流體出入埠124包括與微流體電路132連通之一通路126，通路126允許一流體材料流動至外殼102中或流出外殼102。流體通路126可包含一閥、一閘、一通孔或類似物。儘管在圖解說明之實施例中展示兩個流體出入埠124，然應理解，裝置100之替代實施例可具有提供流體材料進出微流體電路132之入口及出口之僅一個或兩個以上流體出入埠124。
微流體電路結構112可界定或以其他方式容納微流體電路132之電路元件或定位在外殼102內之其他類型之電路。在圖1A至圖1C中圖解說明之實施例中，微流體電路結構112包括一框架114及一微流體電路材料116。
支撐結構104可包括一基板或複數個互連基板。舉例而言，支撐結構104可包括一或多個互連半導體基板、印刷電路板(PCB)或類似物及其等之組合(例如，安裝在一PCB上之一半導體基板)。框架114可部分或完全圍封微流體電路材料116。框架114可為(例如)實質上圍繞微流體電路材料116之一相對剛性結構。舉例而言，框架114可包括一金屬材料。
微流體電路材料116可經圖案化有腔或類似物以界定微流體電路元件及微流體電路132之互連。微流體電路材料116可包括一可撓性材料(例如，一橡膠、塑膠、彈性體、聚矽氧或有機矽聚合物(諸如聚二甲基矽氧烷(「PDMS」))或類似物)，其可滲透氣體。可組成微流體電 路材料116之其他材料實例包含模製玻璃、諸如聚矽氧之一可蝕刻材料(例如，光可圖案化聚矽氧)、光阻劑(例如，一環氧基光阻劑，諸如SU8)或類似物。在一些實施例中，此等材料-及因此微流體電路材料116-可為剛性及/或實質上不可滲透氣體。無關於所使用之(若干)材料，微流體電路材料116安置在框架114內支撐結構104上。
罩蓋122可為框架114及/或微流體電路材料116之一整合部分。替代性地，罩蓋122可為一結構相異元件(如在圖1A及圖1B中圖解說明)。罩蓋122可包括相同於或不同於框架114及/或微流體電路材料116之材料。類似地，支撐結構104可為與框架114或微流體電路材料116分開之一結構(如圖解說明)或框架114或微流體電路材料116之一整合部分。同樣地，框架114及微流體電路材料116可為如在圖1A至圖1C中展示之單獨結構或相同結構之整合部分。在一些實施例中，罩蓋或蓋子122由一剛性材料製成。剛性材料可為玻璃或類似物。在一些實施例中，剛性材料可具傳導性(例如，塗佈ITO之玻璃)及/或經改質以支援細胞黏著、存活率及/或生長。改質可包含一合成或天然聚合物之一塗層。在一些實施例中，定位在圖1A至圖1C之一各自生長室136、138、140上方之罩蓋或蓋子122之一部分或在圖2、圖3及圖4中圖解說明之下述實施例中之等效物係由一可變形材料製成，包含但不限於PDMS。因此，罩蓋或蓋子122可為具有剛性及可變形部分兩者之一複合結構。在一些實施例中，罩蓋122及/或支撐結構104對光透明。
罩蓋122亦可包含可滲透氣體之至少一個材料，包含但不限於PDMS。
其他系統組件。圖1A亦圖解說明可結合微流體裝置100一起利用之一控制/監測系統170之簡化方塊圖描繪，其等共同提供用於生物細胞培養之一系統。如展示(示意性地)，控制/監測系統170包含一控制 模組172及控制/監測設施180。控制模組172可經組態以直接及/或透過控制/監測設施180來控制及監測裝置100。
控制模組172包含一控制器174及一記憶體176。控制器174可為(例如)一數位處理器、電腦或類似物，且記憶體176可為(例如)用於將資料及機器可執行指令(例如，軟體、韌體、微碼或類似物)儲存為非暫時性資料或信號之一非暫時性數位記憶體。控制器174可經組態以根據儲存於記憶體176中之此等機器可執行指令而操作。替代性地或另外，控制器174可包括固線式數位電路及/或類比電路。控制模組172因此可經組態以(自動或基於使用者引導之輸入)實行可用於本文中描述之方法中之任何程序、此一程序之步驟、功能、動作或本文中論述之類似物。
控制/監測設施180可包括用於控制或監測微流體裝置100及使用微流體裝置100實行之程序之數個不同類型之裝置之任一者。舉例而言，控制/監測設施180可包含：電源(未展示)，其等用於提供電力至微流體裝置100；流體培養基源(未展示)，其等用於提供流體培養基至微流體裝置100或自微流體裝置100移除培養基；動力模組，諸如(藉由非限制性實例)一選擇器控制模組(在下文描述)，其等用於控制微流體電路132中之微物體(未展示)之選擇及移動；影像擷取機構，諸如(藉由非限制性實例)一偵測器(在下文描述)，其等用於擷取微流體電路132內部之影像(例如，微物體之影像)；刺激機構，諸如(藉由非限制性實例)在圖1D中圖解說明之實施例之下述光源320，其等用於將能量引導至微流體電路132中以刺激反應；及類似物。
更特定言之，一影像擷取偵測器可包含用於偵測流動區中之事件之一或多個影像擷取裝置及/或機構，包含但不限於在圖1A至圖1C、圖2及圖3中展示之實施例之流動通道134、在圖4A至圖4C中展示之實施例之流動通道434、在圖1D至圖1E中展示之實施例之流動區 240及/或各自圖解說明之微流體裝置100、300及400之生長室(包含佔據各自流動區及/或生長室之一流體培養基中所含有之微物體)。舉例而言，偵測器可包括能夠偵測流體培養基中之一微物體(未展示)之一或多個輻射特性(例如，歸因於熒光或冷光)之一光偵測器。此一偵測器可經組態以偵測(例如)培養基中之一或多個微物體(未展示)正在輻射電磁輻射及/或近似波長、亮度、強度或類似物之輻射。偵測器可在可見光、紅外線或紫外線波長之光下擷取影像。合適光偵測器之實例包含(但不限於)光電倍增管偵測器及突崩光偵測器。
偵測器可包括之合適成像裝置之實例包含數位相機或光感測器，諸如電荷耦合裝置及互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像器。影像可使用此等裝置擷取及分析(例如，藉由控制模組172及/或一人類操作者)。
一流量控制器可經組態以控制流體培養基在各自圖解說明之微流體裝置100、300及400之流動區/流動通道/掃掠區中之一流量。舉例而言，流量控制器可控制流動方向及/或流動速度。流量控制器之此等流量控制元件之非限制性實例包含泵及流體致動器。在一些實施例中，流量控制器可包含額外元件，諸如用於感測(例如)流動區/流動通道/掃掠區中之培養基之流動速度及/或pH之一或多個感測器。
控制模組172可經組態以自選擇器控制模組、偵測器及/或流量控制器接收信號且控制選擇器控制模組、偵測器及/或流量控制器。
特定參考在圖1D中展示之實施例，一光源320可將用於照明及/或熒光激發之光引導至微流體電路132中。替代性地或另外，光源可將能量引導至微流體電路132中以刺激反應，該等反應包含提供DEP組態之微流體裝置所需之啟動能以選擇及移動微物體。光源可為能夠將光能投射至微流體電路132中之任何合適光源，諸如一高壓水銀燈、氙弧燈、二極體、雷射或類似物。二極體可為一LED。在一個非 限制性實例中，LED可為一廣譜「白」光LED(例如，藉由Prizmatix之UHP-T-LED-White)。光源可包含用於產生結構化光之一投射器或其他裝置，諸如一數位微鏡裝置(DMD)、一MSA(微陣列系統)或一雷射。
用於選擇及移動包含生物細胞之微物體之動力模組。如上文描述，控制/監測設施180可包括用於選擇及移動微流體電路132中之微物體(未展示)之動力模組。可利用多種動力機構。舉例而言，可利用介電泳(DEP)機構來選擇及移動微流體電路中之微物體(未展示)。圖1A至圖1C之微流體裝置100之支撐結構104及/或罩蓋122可包括用於選擇性地感應微流體電路132中之一流體培養基(未展示)中之微物體(未展示)上之DEP力且藉此選擇、擷取及/或移動個別微物體之DEP組態。控制/監測設施180可包含用於此等DEP組態之一或多個控制模組。替代性地可使用重力、磁力、流體流及/或類似物使包含細胞之微物體在微流體電路內移動或自微流體電路排出。
具有一DEP組態之包括支撐結構104及罩蓋122之一微流體裝置之一個實例係在圖1D及圖1E中圖解說明之微流體裝置300。雖然圖1D及圖1E出於簡化目的展示微流體裝置300之一流動區240之一部分之一側視橫截面圖及一俯視橫截面圖，但應理解，微流體裝置300亦可包含一或多個生長室以及一或多個額外流動區/流動通道(諸如在本文中關於微流體裝置100及400所描述者)，且一DEP組態可併入微流體裝置300之此等區之任一者中。應進一步瞭解，上述或下述微流體系統組件之任一者可併入微流體裝置300中及/或與微流體裝置300組合使用。舉例而言，在上文結合圖1A至圖1C之微流體裝置100描述之包含控制/監測設施180之一控制模組172亦可與包含一影像擷取偵測器、流量控制器及選擇器控制模組之一或多者之微流體裝置300一起使用。
如在圖1D中所見，微流體裝置300包含一第一電極304、與第一電極304隔開之一第二電極310及上覆於電極310之一電極啟動基板308。各自第一電極304及電極啟動基板308界定流動區240之對置表面，其中流動區240中所含有之一培養基202在電極304與電極啟動基板308之間提供一電阻流動路徑。亦展示經組態以連接至第一電極304及第二電極310且在電極之間產生一偏壓電壓(如產生流動區240中之DEP力所需)之一電源312。電源312可為(例如)一交流電(AC)電源。
在某些實施例中，在圖1D及圖1E中圖解說明之微流體裝置300可具有一光學致動DEP組態，諸如一光電鑷子(OET)組態。在此等實施例中，可使用來自光源320之光之改變圖案322(其等可藉由選擇器控制模組來控制)以選擇性地啟動流動區240之內表面242上之目標位置314上之「DEP電極」之改變圖案。在下文中，將流動區240之內表面242上之目標區314稱為「DEP電極區」。
在圖1E中圖解說明之實例中，引導至內表面242上之一光圖案322'照明所展示的正方形圖案中之交叉影線DEP電極區314a。其他DEP電極區314未經照明且在下文中稱為「暗」DEP電極區314。通過DEP電極啟動基板308(即，自內表面242上之各暗電極區314至第二電極310)之電阻抗大於通過培養基202(即，自第一電極304跨流動區240中之培養基202至內表面242上之暗DEP電極區314)之電阻抗。然而，照明DEP電極區314a將通過電極啟動基板308(即，自內表面242上之經照明DEP電極區314a至第二電極310)之阻抗減小至小於通過培養基202(即，自第一電極304跨流動區240中之培養基202至內表面242上之經照明DEP電極區314a)之阻抗。
在啟動電源312之情況下，前述內容在培養基202中各自照明DEP電極區314a與相鄰暗DEP電極區314之間產生一電場梯度，此繼而產生吸引或排斥流體培養基202中之附近微物體(未展示)之局部DEP力。 以此方式，可選擇性地啟動及撤銷啟動吸引或排斥培養基202中之微物體之DEP電極，以便藉由改變自光源320投射至微流體裝置300中之光圖案322而操縱(即，移動)流動區240內之微物體。光源320可為(例如)一雷射或其他類型之結構化光源，諸如一投射器。DEP力是否吸引或排斥附近微物體可取決於諸如(但不限於)電源312之頻率及培養基202及/或微物體(未展示)之介電性質之參數。
在圖1E中圖解說明之經照明DEP電極區314a之正方形圖案322'僅係一實例。可藉由自源320投射至裝置300中之一對應光圖案322選擇性地照明DEP電極區314之任何數目個圖案或組態，且可藉由改變光圖案322而重複改變經照明DEP電極區之圖案322'，以便操縱流體培養基202中之微物體。
在一些實施例中，電極啟動基板308可為一光導材料，且內表面242之其餘部分可為無特徵的。舉例而言，光導材料可由非晶矽製成，且可形成具有約500nm至約2μm厚(例如，實質上1微米厚)之一厚度之一層。在此等實施例中，可根據光圖案322(例如，在圖1E中展示之光圖案322')在流動區240之內表面242上之任一處且以任何圖案產生DEP電極區314。經照明DEP電極區314a之數目及圖案因此並不固定但對應於各自經投射光圖案322。在美國專利第7,612,355號中圖解說明實例，其中使用未摻雜非晶矽材料作為可組成電極啟動基板308之光導材料之一實例。
在其他實施例中，電極啟動基板308可包括包含形成半導體積體電路之複數個摻雜層、電絕緣層及導電層之一基板，諸如在半導體領域中已知。舉例而言，電極啟動基板308可包括光電晶體之一陣列。在此等實施例中，電路元件可在流動區240之內表面242處之DEP電極區314與可藉由各自光圖案322選擇性地啟動之第二電極310之間形成電連接件。當未啟動時，通過各電連接件(即，自內表面242上之一對 應DEP電極區314通過電連接件至第二電極310)之電阻抗可大於通過培養基202(即，自第一電極304通過培養基202至內表面242上之對應DEP電極區314)之阻抗。然而，當藉由光圖案322中之光啟動時，通過經照明電連接件(即，自各經照明DEP電極區314a通過電連接件至第二電極310)之電阻抗可減小至小於通過培養基202(即，自第一電極304通過培養基202至對應經照明DEP電極區314a)之電阻抗之一量，藉此啟動對應DEP電極區314處之一DEP電極，如在上文論述。因此可藉由光圖案322在流動區240之內表面242處之許多不同DEP電極區314處選擇性地啟動及撤銷啟動吸引或排斥培養基202中之微物體(未展示)之DEP電極。電極啟動基板308之此等組態之非限制性實例包含在美國專利第7,956,339號之圖21及圖22中圖解說明之基於光電晶體之裝置300。
在其他實施例中，電極啟動基板308可包括包含複數個電極(其等可經光致動)之一基板。電極啟動基板308之此等組態之非限制性實例包含在美國專利申請公開案第2014/0124370號中圖解說明及描述之光致動裝置200、400、500及600。在又其他實施例中，支撐結構104及/或罩蓋122之一DEP組態並不依靠微流體裝置之內表面處之DEP電極之光啟動，而使用定位成與包含至少一個電極之一表面相對之可選擇性定址及供能之電極，諸如在美國專利第6,942,776號中描述。
在一DEP組態之裝置之一些實施例中，第一電極304可為殼體102之一第一壁302(或罩蓋)之部分，且電極啟動基板308及第二電極310可為殼體102之一第二壁306(或基座)之部分，如在圖1D中大體上圖解說明。如展示，流動區240可在第一壁302與第二壁306之間。然而，前述內容僅係一實例。在替代實施例中，第一電極304可為第二壁306之部分且電極啟動基板308及/或第二電極310之一者或兩者可為第一壁302之部分。再者，光源320可替代性地定位在殼體102下方。 在某些實施例中，第一電極304可為氧化銦錫(ITO)電極，但亦可使用其他材料。
當與圖1D至圖1E之微流體裝置300之光學致動DEP組態一起使用時，一選擇器控制模組因此可藉由將一或多個連續光圖案322投射至裝置300中以啟動呈圍繞且「擷取」流動區240中之培養基202中之一微物體(未展示)之連續圖案之流動區240之內表面242之DEP電極區314處之一對應一或多個DEP電極而選擇該微物體。選擇器控制模組接著可藉由相對於裝置300移動光圖案322(或可相對於光源320及/或光圖案322移動裝置300(及因此其中之經擷取微物體))而移動流動區240內之經擷取微物體。對於以微流體裝置300之電致動DEP組態為特徵之實施例，選擇器控制模組可藉由電啟動形成圍繞且「擷取」流動區240中之培養基202中之一微物體(未展示)之一圖案之流動區240之內表面242之DEP電極區314處之DEP電極之一子集而選擇該微物體。選擇器控制模組接著可藉由改變經電啟動之DEP電極之子集而移動流動區240內之經擷取微物體。
生長室組態。在圖1A至圖1C中展示裝置100之生長室136、138及140之非限制性實例。特定參考圖1C，各生長室136、138、140包括界定一隔離區144之一隔離結構146及將隔離區144流體連接至流動通道134之一連接區142。連接區142各具有至流動通道134中之一近端開口152及至各自隔離區144中之一遠端開口154。連接區142較佳經組態使得在流動通道134中以一最大速度(Vmax)流動之一流體培養基流(未展示)之一最大穿透深度並非有意地延伸至隔離區144中。安置在一各自生長室136、138、140之一隔離區144中之一微物體(未展示)或其他材料(未展示)因此可與流動通道134中之一培養基流(未展示)隔離且實質上不受其影響。流動通道134因此可為一掃掠區之一實例，且生長室136、138、140之隔離區可為未掃掠區之實例。如在上文提及，各 自流動通道134及生長室136、138、140經組態以含有一或多個流體培養基(未展示)。在圖1A至圖1C中展示之實施例中，流體出入埠124流體連接至流動通道134且允許一流體培養基(未展示)被引入至微流體電路132中或自微流體電路132移除。一旦微流體電路132含有一流體培養基，便可在流動通道134中選擇性地產生微流體電路132中之特定流體培養基流。舉例而言，可產生自用作一入口之一個流體出入埠124至用作一出口之另一流體出入埠124之一培養基流。在圖1C中，Ds係指進入流動通道134之各開口152之間的距離。
圖2圖解說明圖1A至圖1C之裝置100之一生長室136之一實例之一詳細視圖。生長室138、140可經類似組態。亦展示定位在生長室136中之微物體222之實例。
如已知，在微流體流動通道134中之一流體培養基流202(由方向箭頭212指示)通過生長室136之一近端開口152可引起進入及/或離開生長室136之培養基202之二次流(由方向箭頭214指示)。為隔離生長室136之隔離區144中之微物體222與二次流214，自近端開口152至遠端開口154之連接區142之長度Lcon較佳大於在流動通道134中之流212之速度處於一最大值(Vmax)時至連接區142中之二次流214之一最大穿透深度Dp。只要流動通道134中之流212不超過最大速度Vmax，流212及所得二次流214即可限於各自流動通道134及連接區142，且遠離生長室136之隔離區144。流動通道134中之流212因此將不自生長室136之隔離區144抽出微物體222。
再者，流212未將可定位在流動通道134中之混雜粒子(例如，微粒及/或奈米粒子)移動至生長室136之隔離區144中。使連接區142之長度Lcon大於最大穿透深度Dp因此可防止來自流動通道134或來自另一生長室138、140之混雜粒子污染生長室136。
因為流動通道134及生長室136、138、140之連接區142可受流動通道134中之培養基202之流212影響，所以流動通道134及連接區142 可視為微流體電路132之掃掠(或流動)區。另一方面，生長室136、138、140之隔離區144可視為未掃掠(或非流動)區。舉例而言，流動通道134中之一第一培養基202中之組分(未展示)實質上可僅藉由第一培養基202之組分自流動通道134擴散通過連接區142且至隔離區144中之一第二培養基204中而與隔離區144中之第二培養基204混合。類似地，隔離區144中之第二培養基204(未展示)之組分實質上可僅藉由第二培養基204之組分自隔離區144擴散通過連接區142且至流動通道134中之第一培養基202中而與流動通道134中之第一培養基202混合。應瞭解，第一培養基202可為相同於或不同於第二培養基204之一培養基。再者，第一培養基202及第二培養基204開始可相同，接著變得不同(例如，透過藉由隔離區144中之一或多個細胞調整第二培養基，或藉由改變流動通過流動通道134之培養基)。
由流動通道134中之流212引起之二次流214之最大穿透深度Dp可取決於數個參數。此等參數之實例包含(但不限於)：流動通道134之形狀(例如，通道可將培養基引導至連接區142中，使培養基轉向離開連接區142或僅流動通過連接區142)；流動通道134在近端開口152處之一寬度Wch(或橫截面積)；連接區142在近端開口152處之一寬度Wcon(或橫截面積)；流動通道134中之流212之最大速度Vmax；第一培養基202及/或第二培養基204之黏度；及類似物。
在一些實施例中，流動通道134及/或生長室136、138、140之尺寸相對於流動通道134中之流212定向如下：流動通道寬度Wch(或流動通道134之橫截面積)可實質上垂直於流212；連接區142在近端開口152處之寬度Wcon(或橫截面積)可實質上平行於流212；且連接區之長度Lcon可實質上垂直於流212。前述內容僅係實例，且流動通道134及生長室136、138、140之尺寸可在相對於彼此之額外及/或進一步定向中。
如在圖2中圖解說明，連接區142之寬度Wcon自近端開口152至遠端開口154可為均勻的。連接區142在遠端開口154處之寬度Wcon可因此在對應於連接區142在近端開口152處之寬度Wcon之下文識別範圍之任一者中。替代性地，連接區142在遠端開口154處之寬度Wcon可大於(例如，如在圖3之實施例中展示)或小於(例如，如在圖4A至圖4C之實施例中展示)連接區142在近端開口152處之寬度Wcon。
如在圖2中亦圖解說明，隔離區144在遠端開口154處之寬度可實質上相同於連接區142在近端開口152處之寬度Wcon。隔離區144在遠端開口154處之寬度可因此在對應於連接區142在近端開口152處之寬度Wcon之下文識別範圍之任一者中。替代性地，隔離區144在遠端開口154處之寬度可大於(例如，如在圖3中展示)或小於(未展示)連接區142在近端開口152處之寬度Wcon。
在一些實施例中，流動通道134中之一流212之最大速度Vmax實質上相同於流動通道134在不引起流動通道所處之各自微流體裝置(例如，裝置100)中之一結構故障之情況下可維持之最大速度。一般言之，一流動通道可維持之最大速度取決於各種因素，包含微流體裝置之結構完整性及流動通道之橫截面積。對於在本文中揭示及描述之例示性微流體裝置，具有約3,500平方微米至10,000平方微米之一橫截面積之一流動通道中之一最大流動速度Vmax係約1.5微升/秒至15微升/秒。替代性地，一流動通道中之一流之最大速度Vmax可經設定以便確保隔離區與流動通道中之流隔離。特定言之，基於一生長室之一連接區之近端開口之寬度Wcon，Vmax可經設定以便確保至連接區中之一二次流之穿透深度Dp小於Lcon。舉例而言，對於具有含一近端開口(其具有約40微米至50微米之一寬度Wcon及約50微米至100微米之Lcon)之一連接區之一生長室，Vmax可設定在或為約0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、 2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5微升/秒。
在一些實施例中，一生長室136、138、140之連接區142之長度Lcon與隔離區144之一對應長度之總和可足夠短以使隔離區144中所含有之一第二培養基204之組分相對快速地擴散至流動於流動通道134中或以其他方式包含於流動通道134中之一第一培養基202。舉例而言，在一些實施例中，(1)連接區142之長度Lcon及(2)定位在一生長室136、138、140之隔離區144中之一生物微物體與連接區之遠端開口154之間的距離之總和可為下列範圍之一者：自約40微米至500微米、50微米至450微米、60微米至400微米、70微米至350微米、80微米至300微米、90微米至250微米、100微米至200微米或包含前述端點之一者之任何範圍。一分子(例如，一關注分析物，諸如一抗體)之擴散速率取決於數個因素，包含(但不限於)溫度、培養基之黏度及分子之擴散係數D0。舉例而言，在約20℃下，水溶液中之IgG抗體之D0係約4.4x10-7cm2/sec，而細胞培養基之運動黏度係約9x10-4m2/sec。因此，在約20℃下，細胞培養基中之一抗體可具有約0.5微米/秒之一擴散速率。因此，在一些實施例中，自定位在隔離區144中之一生物微物體擴散至流動通道134中之一時間週期可為約10分鐘或更少(例如，約9、8、7、6、5分鐘或更少)。可藉由改變影響擴散速率之參數來操縱擴散之時間週期。舉例而言，培養基溫度可增大(例如，至諸如約37°C之一生理溫度)或減小(例如，至約15℃、10℃或4℃)，藉此分別增大或減小擴散速率。替代性地或另外，培養基中之溶質濃度可增大或減小。
在圖2中圖解說明之生長室136之實體組態僅係一實例，且用於生長室之許多其他組態及變動係可行的。舉例而言，隔離區144圖解說明為經定大小以含有複數個微物體222，但隔離區144可經定大小以僅含有約一個、兩個、三個、四個、五個或類似相對小數目個微物體222。因此，一隔離區144之體積可為(例如)至少約3x103、6x103、 9x103、1x104、2x104、4x104、8x104、1x105、2x105、4x105、8x105、1x106、2x106、4x106、6x106立方微米或更大。
作為另一實例，在圖2中將生長室136展示為自流動通道134大致垂直延伸且因此與流動通道134形成大致約90°角度。生長室136可替代性地以其他角度(舉例而言，諸如自約30°至約150°之任何角度)自流動通道134延伸。
作為又另一實例，在圖2中將連接區142及隔離區144圖解說明為具有一實質上矩形組態，但連接區142及隔離區144之一者或兩者可具有一不同組態，包含(但不限於)橢圓形、三角形、圓形、沙漏狀及類似物。
作為又一實例，在圖2中將連接區142及隔離區144圖解說明為具有實質上均勻寬度。即，連接區142之寬度Wcon經展示為沿著自近端開口152至遠端開口154之整個長度Lcon均勻。隔離區144之一對應寬度類似地均勻；且連接區142之寬度Wcon及隔離區144之一對應寬度經展示為相等。然而，在替代實施例中，前述內容之任一者可不同。舉例而言，連接區142之一寬度Wcon可沿著自近端開口152至遠端開口154之長度Lcon變化(例如，以梯形或沙漏之方式)；隔離區144之一寬度亦可沿著長度Lcon變化(例如，以三角形或燒瓶之方式)；且連接區142之一寬度Wcon可不同於隔離區144之一寬度。
圖3圖解說明一生長室336之一替代實施例，其證明前述變動之一些實例。雖然替代生長室336經描述為微流體裝置100中之生長室136之一取代，但應瞭解，生長室336可取代本文中揭示或描述之微流體裝置實施例之任一者中之生長室之任一者。此外，可在一給定微流體裝置中提供一個生長室336或複數個生長室336。
生長室336包含一連接區342及包括一隔離區344之一隔離結構346。連接區342具有至流動通道134之一近端開口352及至隔離區344 之一遠端開口354。在圖3中圖解說明之實施例中，連接區342擴張，使得其寬度Wcon沿著連接區自近端開口352至遠端開口354之一長度Lcon增大。然而，除具有一不同形狀以外，連接區342、隔離結構346及隔離區344大體上相同地用作在圖2中展示之生長室136之上述連接區142、隔離結構146及隔離區144。
舉例而言，流動通道134及生長室336可經組態使得二次流214之最大穿透深度Dp延伸至連接區342中但並不延伸至隔離區344中。連接區342之長度Lcon因此可大於最大穿透深度Dp，如在上文關於圖2中展示之連接區142大體上論述。又，如上文論述，只要流動通道134中之流212之速度不超過最大流動速度Vmax，隔離區344中之微物體222將留在隔離區344中。流動通道134及連接區342因此係掃掠(或流動)區之實例，且隔離區344係一未掃掠(或非流動)區之一實例。
圖4A至圖4C描繪含有一微流體電路432及流動通道434之一微流體裝置400之另一例示性實施例，其等係圖1A至圖1C之各自微流體裝置100、電路132及流動通道134之變動。微流體裝置400亦具有複數個生長室436，其等係上述生長室136、138、140及336之額外變動。特定言之，應瞭解，在圖4A至圖4C中展示之裝置400之生長室436可取代裝置100及300中之上述生長室136、138、140、336之任一者。同樣地，微流體裝置400係微流體裝置100之另一變體，且亦可具有相同於或不同於上述微流體裝置300以及本文中描述之其他微流體系統組件之任一者之一DEP組態。
圖4A至圖4C之微流體裝置400包括一支撐結構(在圖4A至圖4C中不可見，但可相同於或大體上類似於在圖1A至圖1C中描繪之裝置100之支撐結構104)、一微流體電路結構412及一罩蓋(在圖4A至圖4C中不可見，但可相同於或大體上類似於在圖1A至圖1C中描繪之裝置100之罩蓋122)。微流體電路結構412包含一框架414及微流體電路材料 416，其等可相同於或大體上類似於在圖1A至圖1C中展示之裝置100之框架114及微流體電路材料116。如在圖4A中展示，藉由微流體電路材料416界定之微流體電路432可包括多個流動通道434(展示兩個但可存在更多個)，多個生長室436流體連接至該多個流動通道434。
各生長室436可包括一隔離結構446、隔離結構446內之一隔離區444及一連接區442。自流動通道434處之一近端開口472至隔離結構446處之一遠端開口474，連接區442將流動通道434流體連接至隔離區444。大體上根據圖2之上文論述，一流動通道434中之一第一流體培養基402之一流482可產生第一培養基402自流動通道434進入及/或離開生長室436之各自連接區442之二次流484。
如在圖4B中圖解說明，各生長室436之連接區442大體上包含延伸在至一流動通道434之近端開口472與至一隔離結構446之遠端開口474之間的區域。連接區442之長度Lcon可大於二次流484之最大穿透深度Dp，在此情況中，二次流484將延伸至連接區442中而不經重導引朝向隔離區444(如在圖4A中展示)。替代性地，如在圖4C中圖解說明，連接區442可具有小於最大穿透深度Dp之一長度Lcon，在此情況中，二次流484將延伸穿過連接區442且經重導引朝向隔離區444。在此後一情境中，連接區442之長度Lc1與Lc2之總和大於最大穿透深度Dp，使得二次流484將不延伸至隔離區444中。無論連接區442之長度Lcon是否大於穿透深度Dp，或連接區442之長度Lc1與Lc2之總和是否大於穿透深度Dp，不超過一最大速度Vmax之流動通道434中之一第一培養基402之一流482將產生具有一穿透深度Dp之二次流，且一生長室436之隔離區444中之微物體(未展示但可相同於或大體上類似於在圖2中展示之微物體222)將不藉由流動通道434中之第一培養基402之一流482而自隔離區444抽出。流動通道434中之流482亦不會將混雜材料(未展示)自流動通道434抽取至一生長室436之隔離區444中。因而，擴散係流動 通道434中之一第一培養基402中之組分可自流動通道434移動至一生長室436之一隔離區444中之一第二培養基404中之唯一機制。同樣地，擴散係一生長室436之一隔離區444中之一第二培養基404中之組分可自隔離區444移動至流動通道434中之一第一培養基402之唯一機制。第一培養基402可為相同於第二培養基404之培養基，或第一培養基402可為不同於第二培養基404之一培養基。替代性地，第一培養基402及第二培養基404開始可相同，接著變得不同(例如，透過藉由隔離區444中之一或多個細胞調整第二培養基，或藉由改變流動通過流動通道434之培養基)。
如在圖4B中圖解說明，流動通道434中之流動通道434之寬度Wch(即，橫向於由圖4A中之箭頭482指示之一流體培養基流動通過流動通道之方向而截取)可實質上垂直於近端開口472之一寬度Wcon1且因此實質上平行於遠端開口474之一寬度Wcon2。然而，近端開口472之寬度Wcon1及遠端開口474之寬度Wcon2無需實質上彼此垂直。舉例而言，近端開口472之寬度Wcon1定向於其上之一軸(未展示)與遠端開口474之寬度Wcon2定向於其上之另一軸之間的一角度可不同於垂直且因此不同於90°。替代角度之實例包含下列範圍之任一者中之角度：自約30°至約90°、自約45°至約90°、自約60°至約90°或類似物。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，生長室之隔離區可具有經組態以支援不多於約1x103個、5x102個、4x102個、3x102個、2x102個、1x102個、50個、25個、15個或10個培養細胞之一體積。在其他實施例中，生長室之隔離區具有支援至多且包含約1x103個、1x104個或1x105個細胞之一體積。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，流動通道134在一近端開口152(生長室136、138或140)處之寬度Wch；流動通道134在一近端開口352(生長室336)處之寬度Wch；或流動通道434在一 近端開口472(生長室436)處之寬度Wch可為下列範圍之任一者：自約50微米至1000微米、50微米至500微米、50微米至400微米、50微米至300微米、50微米至250微米、50微米至200微米、50微米至150微米、50微米至100微米、70微米至500微米、70微米至400微米、70微米至300微米、70微米至250微米、70微米至200微米、70微米至150微米、90微米至400微米、90微米至300微米、90微米至250微米、90微米至200微米、90微米至150微米、100微米至300微米、100微米至250微米、100微米至200微米、100微米至150微米及100微米至120微米。前述內容僅係實例，且流動通道134或434之寬度Wch可在其他範圍(例如，藉由上文列出之端點之任一者界定之一範圍)中。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，流動通道134在一近端開口152(生長室136、138或140)處之高度Hch、流動通道134在一近端開口352(生長室336)處之高度Hch或流動通道434在一近端開口472(生長室436)處之高度Hch可為下列範圍之任一者：自約20微米至100微米、20微米至90微米、20微米至80微米、20微米至70微米、20微米至60微米、20微米至50微米、30微米至100微米、30微米至90微米、30微米至80微米、30微米至70微米、30微米至60微米、30微米至50微米、40微米至100微米、40微米至90微米、40微米至80微米、40微米至70微米、40微米至60微米或40微米至50微米。前述內容僅係實例，且流動通道134或434之高度Hch可在其他範圍(例如，藉由上文列出之端點之任一者界定之一範圍)中。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，流動通道134在一近端開口152(生長室136、138或140)處之一橫截面積、流動通道134在一近端開口352(生長室336)處之一橫截面積或流動通道434在一近端開口472(生長室436)處之一橫截面積可為下列範圍之任一者：自約500平方微米至50,000平方微米、500平方微米至40,000平方 微米、500平方微米至30,000平方微米、500平方微米至25,000平方微米、500平方微米至20,000平方微米、500平方微米至15,000平方微米、500平方微米至10,000平方微米、500平方微米至7,500平方微米、500平方微米至5,000平方微米、1,000平方微米至25,000平方微米、1,000平方微米至20,000平方微米、1,000平方微米至15,000平方微米、1,000平方微米至10,000平方微米、1,000平方微米至7,500平方微米、1,000平方微米至5,000平方微米、2,000平方微米至20,000平方微米、2,000平方微米至15,000平方微米、2,000平方微米至10,000平方微米、2,000平方微米至7,500平方微米、2,000平方微米至6,000平方微米、3,000平方微米至20,000平方微米、3,000平方微米至15,000平方微米、3,000平方微米至10,000平方微米、3,000平方微米至7,500平方微米或3,000平方微米至6,000平方微米。前述內容僅係實例，且流動通道134在一近端開口152處之橫截面積、流動通道134在一近端開口352處之橫截面積或流動通道434在一近端開口472處之橫截面積可在其他範圍(例如，藉由上文列出之端點之任一者界定之一範圍)中。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，連接區之長度Lcon可為下列範圍之任一者：自約1微米至200微米、5微米至150微米、10微米至100微米、15微米至80微米、20微米至60微米、20微米至500微米、40微米至400微米、60微米至300微米、80微米至200微米及100微米至150微米。前述內容僅係實例，且一連接區142(生長室136、138或140)、連接區342(生長室336)或連接區442(生長室436)之長度Lcon可在不同於前述實例之一範圍(例如，藉由上文列出之端點之任一者界定之一範圍)中。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，一連接區142在一近端開口152(生長室136、138或140)處之寬度Wcon、連接區342在一近端開口352(生長室336)處之寬度Wcon或一連接區442在一近 端開口472(生長室436)處之寬度Wcon可為下列範圍之任一者：自約20微米至500微米、20微米至400微米、20微米至300微米、20微米至200微米、20微米至150微米、20微米至100微米、20微米至80微米、20微米至60微米、30微米至400微米、30微米至300微米、30微米至200微米、30微米至150微米、30微米至100微米、30微米至80微米、30微米至60微米、40微米至300微米、40微米至200微米、40微米至150微米、40微米至100微米、40微米至80微米、40微米至60微米、50微米至250微米、50微米至200微米、50微米至150微米、50微米至100微米、50微米至80微米、60微米至200微米、60微米至150微米、60微米至100微米、60微米至80微米、70微米至150微米、70微米至100微米及80微米至100微米。前述內容僅係實例，且一連接區142在一近端開口152處之寬度Wcon；連接區342在一近端開口352處之寬度Wcon；或一連接區442在一近端開口472處之寬度Wcon可不同於前述實例(例如，藉由上文列出之端點之任一者界定之一範圍)。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，一連接區142在一近端開口152(生長室136、138或140)處之寬度Wcon、一連接區342在一近端開口352(生長室336)處之寬度Wcon或一連接區442在一近端開口472(生長室436)處之寬度Wcon可為下列範圍之任一者：自約2微米至35微米、2微米至25微米、2微米至20微米、2微米至15微米、2微米至10微米、2微米至7微米、2微米至5微米、2微米至3微米、3微米至25微米、3微米至20微米、3微米至15微米、3微米至10微米、3微米至7微米、3微米至5微米、3微米至4微米、4微米至20微米、4微米至15微米、4微米至10微米、4微米至7微米、4微米至5微米、5微米至15微米、5微米至10微米、5微米至7微米、6微米至15微米、6微米至10微米、6微米至7微米、7微米至15微米、7微米至10微米、8微米至15微米及8微米至10微米。前述內容僅係實例，且一連接區142在一近 端開口152處之寬度Wcon、一連接區342在一近端開口352處之寬度Wcon或一連接區442在一近端開口472處之寬度Wcon可不同於前述實例(例如，藉由上文列出之端點之任一者界定之一範圍)。
在生長室136、138、140、336或436之各種實施例中，一連接區142之長度Lcon對連接區142在近端開口152(生長室136、138或140)處之一寬度Wcon之一比率、一連接區342之長度Lcon對連接區342在近端開口352(生長室336)處之一寬度Wcon之一比率或一連接區442之長度Lcon對連接區442在近端開口472(生長室436)處之一寬度Wcon之一比率可大於或等於下列比率之任一者：約0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0或更大。前述內容僅係實例，且一連接區142之長度Lcon對連接區142在近端開口152處之一寬度Wcon之比率、一連接區342之長度Lcon對連接區342在近端開口372處之一寬度Wcon之比率或一連接區442之長度Lcon對連接區442在近端開口472處之一寬度Wcon之比率可不同於前述實例。
在具有生長室136、138、140、336或436之微流體裝置之各種實施例中，Vmax可經設定在約0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5微升/秒或更高(例如，約3.0、4.0、5.0微升/秒或更大)。
在具有生長室136、138、140、336或436之微流體裝置之各種實施例中，一隔離區144(生長室136、138或140)、344(生長室336)或444(生長室436)之體積可為(例如)至少約3x103、6x103、9x103、1x104、2x104、4x104、8x104、1x105、2x105、4x105、8x105、1x106、2x106、4x106、6x106立方微米或更大。
在一些實施例中，微流體裝置具有生長室136、138、140、336或436，其中可維持不大於約1x102個生物細胞，且生長室之體積可不大於約2x106立方微米。
在一些實施例中，微流體裝置具有生長室136、138、140、336或436，其中可維持不大於約1x102個生物細胞，且生長室之體積可不大於約4x105立方微米。
在又其他實施例中，微流體裝置具有生長室136、138、140、336或436，其中可維持不大於約50個生物細胞，且生長室之體積可不大於約4x105立方微米。
在各種實施例中，微流體裝置具有如本文中論述之實施例之任一者中組態之生長室，其中微流體裝置具有約100個至約500個生長室、約200個至約1000個生長室、約500個至約1500個生長室、約1000個至約2000個生長室或約1000個至約3500個生長室。
在一些其他實施例中，微流體裝置具有如本文中論述之實施例之任一者中組態之生長室，其中微流體裝置具有約1500個至約3000個生長室、約2000個至約3500個生長室、約2000個至約4000個生長室、約2500個至約4000個生長室或約3000個至約4500個生長室。
在一些實施例中，微流體裝置具有如本文中論述之實施例之任一者中組態之生長室，其中微流體裝置具有約3000個至約4500個生長室、約3500個至約5000個生長室、約4000個至約5500個室、約4500個至約6000個生長室或約5000個至約6500個室。
在進一步實施例中，微流體裝置具有如本文中論述之實施例之任一者中組態之生長室，其中微流體裝置具有約6000個至約7500個生長室、約7000個至約8500個生長室、約8000個至約9500個生長室、約9000個至約10,500個生長室、約10,000個至約11,500個生長室、約11,000個至約12,500個生長室、約12,000個至約13,500個生長室、約13,000個至約14,500個生長室、約14,000個至約15,500個生長室、約15,000個至約16,500個生長室、約16,000個至約17,500個生長室、約17,000個至約18,500個生長室。
在各種實施例中，微流體裝置具有如本文中論述之實施例之任一者中組態之生長室，其中微流體裝置具有約18,000個至約19,500個生長室、約18,500個至約20,000個生長室、約19,000個至約20,500個生長室、約19,500個至約21,000個生長室或約20,000個至約21,500個生長室。
生長室之其他性質。儘管界定裝置100(圖1A至圖1C)之各自生長室136、138、140且形成裝置400(圖4A至圖4C)之生長室436之隔離結構446之微流體電路材料116(圖1A至圖1C)及416(圖4A至圖4C)之障壁在上文圖解說明及論述為實體障壁，然應瞭解，障壁可替代性地產生為包括藉由光圖案322中之光啟動之DEP力之「虛擬」障壁。
在一些其他實施例中，各自生長室136、138、140、336及436可被遮蔽以免被照明(例如，藉由引導光源320之偵測器及/或選擇器控制模組)，或可僅被選擇性地照明達短暫時間週期。生長室中所含有之細胞及其他生物微物體因此可受到保護以免在移動至生長室136、138、140、336及436中之後被進一步(即，可能有害)照明。
流體培養基。關於具有一流動通道及一或多個生長室之微流體裝置之前述論述，一流體培養基(例如，一第一培養基及/或一第二培養基)可為能夠將一生物微物體維持在一實質上可檢驗狀態中之任何流體。可檢驗狀態將取決於生物微物體及所實行之檢驗。舉例而言，若生物微物體係針對一關注蛋白質之分泌而檢驗之一細胞，則該細胞將為實質上可檢驗的(假若該細胞係活的且能夠表現及分泌蛋白質)。替代性地，流體培養基可為能夠使細胞擴張或將細胞維持在使得其等仍能夠擴張(即，歸因於有絲細胞分裂而增大數目)之一狀態中之任何流體。在此項技術中已知許多不同類型之流體培養基(尤其細胞培養基)，且合適培養基通常將取決於所培養之細胞類型。在某些實施例中，細胞培養基將包含哺乳動物血清，諸如胎牛血清(FBS)或小牛血 清。在其他實施例中，細胞培養基可無血清。在任一情況中，細胞培養基可補充有各種養分，諸如維生素、礦物質及/或抗生素。
培養站。圖5描繪安置成一並排組態以用於在上述微流體裝置(例如，圖1A至圖1C之裝置100)中培養生物細胞之一對例示性培養站1001及1002。為便於圖解及揭示，培養站1001/1002之特徵、組件及組態被賦予相同於在此文件之其他章節中揭示或描述之對應特徵、組件及組態之元件符號。舉例而言，各培養站1001/1002包含一熱調節安裝介面1100，該熱調節安裝介面1100經組態以具有可卸離地安裝在其上之一微流體裝置100。出於圖解之目的，培養站1001之裝置安裝介面1100具有安裝在其上之一微流體裝置100；而培養站1002之裝置安裝介面1100並不具有微流體裝置100。各培養站1001/1002包含一熱調節系統1200(部分展示)，該熱調節系統1200經組態用於精確控制可卸離地安裝在各自培養站1001/1002之一安裝介面1100上之一微流體裝置100之一溫度。各培養站1001/1002進一步包含一培養基灌注系統1300，該培養基灌注系統1300經組態以將一可流動培養基可控制地且選擇性地施配至牢固地安裝在對應安裝介面1100上之一微流體裝置100中。
各培養基灌注系統1300包含具有流體連接至一培養基源1320之一輸入之一泵1310及選擇性地且流體連接泵1310之一輸出與一灌注管線1334之一多位置閥1330。灌注管線1334相關聯於一各自安裝介面1100且經組態以流體連接至安裝在各自安裝介面1100上之一微流體裝置100之一流體入口埠124(藉由下述裝置罩蓋遮蔽在圖5中展示之微流體裝置100上之入口埠124)。一控制系統(未展示)經組態以選擇性地操作泵1310及多位置閥1330以藉此選擇性地引起來自培養基源1320之培養基以一受控流速流動通過灌注管線1334達一受控時間週期。更特定言之，控制系統較佳或可透過操作者輸入程式化以根據一接通/關 斷工作循環及一流速而提供通過灌注管線1334之一培養基間歇流，如在下文進一步論述。開啟/關閉工作循環及/或流速可至少部分基於透過一使用者介面(未展示)接收之輸入。
另外參考圖6，微流體裝置安裝介面1100可包含經組態以至少部分圍封安裝在安裝介面1100上之一微流體裝置之一微流體裝置罩蓋1110a。在圖5、圖6及圖8中展示之微流體裝置罩蓋1110a經固定(各藉由一各自對螺釘)至其等各自安裝介面1100。在圖5及圖8中，培養站1001之安裝介面1100之微流體裝置罩蓋1110a圍封一微流體裝置100。如展示，一遠端連接器1134可耦合至微流體裝置罩蓋1110a且連同微流體裝置罩蓋1110a一起經組態以接納灌注管線1334且將灌注管線1334流體連接至藉由微流體裝置罩蓋1110a圍封(例如，適當定位且牢固固持)之一經安裝微流體裝置100之流體入口埠124。藉由實例，微流體裝置罩蓋1110a及/或遠端連接器1134可包含一或多個特徵，該一或多個特徵經組態以形成灌注管線1334之遠端與微流體裝置100之各自流體入口埠124之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之流體緊密連接，以便將灌注管線1334流體連接至裝置100之微流體電路132。
一廢液管線1344亦可相關聯於安裝介面1100。舉例而言，如在圖5及圖6中展示，一廢液管線1344可經由耦合至微流體裝置罩蓋1110a之一近端連接器1144連接至裝置罩蓋1110a。近端連接器1144可結合裝置罩蓋1110a之一組態而組態，使得廢液管線1344之近端在微流體裝置100被裝置罩蓋1110a圍封(例如，適當定位且牢固固持)時流體連接至微流體裝置100上之一流體出口埠124(藉由圖5中之微流體裝置罩蓋1110a遮蔽)。藉由實例，各裝置罩蓋1110a可包含一或多個特徵，該一或多個特徵經組態以形成一廢液管線1344之近端與微流體裝置100之流體出口埠124之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之 流體緊密連接，以便將廢液管線1344流體連接至裝置100之微流體電路132。廢液管線1344亦連接至一廢液容器1600，廢液管線1344具有流體耦合至廢液容器1600之一遠端。如在圖5中描繪，培養站1001及1002共用一共同廢液容器1600。然而，應瞭解，各培養站1001/1002可具有其自身之廢液容器1600。
另外參考圖7，一安裝介面1100可包括一大致平面金屬基板1150，該金屬基板1150具有經組態以與安裝在其上之一微流體裝置100之一大致平面金屬底表面(未展示)熱耦合之一頂表面。一框架1102位於基板1150之表面上以界定用於微流體裝置100之一安裝區域。
如在圖8中最佳所見，微流體裝置罩蓋1110a可包含一窗1104以允許安裝在安裝介面基板1150上(在圖7中之框架1102內)且藉由微流體裝置罩蓋1110a牢固圍封之微流體裝置100之成像。如在圖5至圖8中展示，安裝介面1100可包含一蓋子1500，當微流體裝置100未透過微流體裝置罩蓋1110a之窗1104發生成像時，蓋子1500可安置在安裝介面1100之裝置罩蓋1110a上(例如，在窗1104上方)。如展示，蓋子1500可經塑形及定大小以實質上防止光直接穿過微流體裝置罩蓋1110a之窗1104且至微流體裝置100中。為進一步減少入射於微流體裝置100之表面上之光量，蓋子1500可由一不透明及/或光反射材料組成。
另外參考圖9，各熱調節系統1200可包含一或多個加熱元件(未展示)。各加熱元件可為一電阻加熱器、一帕耳帖熱電裝置或類似物，且可熱耦合至安裝介面1100之基板1150，以便控制牢固地安裝在一安裝介面1100上之一微流體裝置100之溫度。加熱元件可經圍封在下伏於安裝介面1100之基板1150之一結構1230(或部分)中。此一結構1230可為金屬及/或經組態以散熱。舉例而言，結構1230可包含金屬冷卻翼片(在圖6至圖8中最佳所見，在相鄰培養站上)。替代性地或另外， 熱調節系統1200可包含一散熱裝置1240(諸如一風扇(在圖9中展示)或一液冷冷卻塊(未展示))以幫助調節加熱元件之溫度，且藉此調節安裝介面1100之基板1150及安裝在其上之任何微流體裝置100之溫度。
熱調節系統1200可進一步包含一或多個溫度感測器1210及(視情況)經組態以顯示安裝介面1100或安裝在安裝介面1100上之一微流體裝置100之溫度之一溫度監測器1250(未展示)。溫度感測器1210可為(例如)熱阻器。一或多個溫度感測器1210可藉由監測一微流體裝置100牢固地安裝在其上之一安裝介面1100之溫度而間接監測該微流體裝置100之溫度。因此，舉例而言，溫度感測器1210可嵌入安裝介面1100之基板1150中或以其他方式熱耦合至基板1150。替代性地，溫度感測器1210可(例如)藉由與一微流體裝置100之一表面熱耦合而直接監測微流體裝置100之溫度。如在圖6及圖7中展示，溫度感測器1210可透過安裝介面1100之基板1150中之一開口(或孔)直接接觸一微流體裝置100之底表面。作為又另一替代例(其可與前述實例之任一者組合)，培養站1001/1002可使用包含一內建溫度感測器(例如，一熱阻器)之一微流體裝置100進行操作，且熱調節系統1200可自微流體裝置100獲得溫度資料。熱調節系統1200因此可量測安裝在一安裝介面1100上之各微流體裝置100之溫度。無關於如何量測安裝介面1100及/或微流體裝置100之溫度，可藉由熱調節系統1200使用溫度資料以調節藉由一或多個加熱元件產生之熱及(對於包含一散熱裝置1240之系統)此熱之消散速率。
圖10描繪用於在微流體裝置100(例如，圖1A至圖1C之裝置100)中培養生物細胞之一培養站(使用元件符號1000指示)之另一實施例。在此實施例中，存在少於安裝介面1100之泵1310，因此需要泵1310經組態以提供培養基至多個安裝介面1100(及安裝在其上之微流體裝置100)。如在圖10中展示，培養站1000可包含各具有複數個(例如，2 個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個或更多個)熱調節微流體裝置安裝介面1100之一或多個支撐件1140a(例如，托盤)，各安裝介面1100經組態以具有可卸離地安裝在其上之一微流體裝置100。
諸如在圖10中展示之培養站1000之培養站可進一步包含一熱調節系統1200(未展示)，該熱調節系統1200經組態用於精確控制各安裝介面1100及可卸離地安裝在其上之任何微流體裝置100之一溫度。熱調節系統1200可包括可藉由兩個或兩個以上安裝介面1100共用之至少一個加熱元件。替代性地，熱調節系統1200可包含兩個或兩個以上加熱元件，各加熱元件熱耦合至安裝介面1100之一子集(例如，熱調節系統1200可包含用於各安裝介面1100之一各自加熱元件，藉此允許各安裝介面1100之溫度之獨立控制)。各加熱元件可為一電阻加熱器、一帕耳帖熱電裝置或類似物，且可(例如)經由與安裝介面1100之一各自基板1150之接觸而熱耦合至支撐件1140a之至少一個安裝介面1100。熱調節系統1200亦可包括耦合至支撐件1140a或安裝介面1100之一或多個(例如，各)基板1150及/或嵌入支撐件1140a或基板1150內之一或多個溫度感測器1210。如在上文結合圖5之培養站1001/1002論述，熱調節系統1200可替代性地(或另外)自耦合至一微流體裝置100及/或嵌入微流體裝置100內之一感測器接收溫度資料。無關於溫度資料源，熱調節系統1200可使用此資料來調節(例如，增大或減少)藉由(諸)加熱元件產生之熱量及/或調節一冷卻裝置(例如，一風扇或一液冷冷卻塊)。
諸如在圖10中展示之培養站1000之培養站亦可包含一培養基灌注系統1300，該培養基灌注系統1300經組態以將一可流動培養基1320可控制地且選擇性地施配至牢固地安裝在支撐件1140a之安裝介面1100之一者上之微流體裝置100中。培養基灌注系統1300可包含一或多個(例如，一對)泵1310，各泵1310具有流體連接至一培養基源1320 之一輸入。一各自多位置閥1330選擇性地且流體連接各泵1310之一輸出與相關聯於安裝介面1100之複數個灌注管線1334。舉例而言，如在圖10之左手側上展示，各泵1310可流體連接至相關聯於三個各自安裝介面1100之灌注管線1334。為更清楚起見而自圖10之右手側省略灌注管線1334(及廢液管線1344)，但應理解，通常將期望用於圖10中展示之培養站1000之右手部分及左手部分兩者之一組灌注管線1334(及廢液管線1344)。另外，儘管在圖10中展示三個灌注管線1334，然可存在一不同數目(例如，2個、4個、5個、6個等等)。各灌注管線1334經組態以流體連接至安裝在各自安裝介面1100上之一微流體裝置100之一流體入口埠124(藉由下述裝置罩蓋遮蔽圖10中展示之裝置100上之入口埠124)。一控制系統(未展示)經組態以選擇性地操作各自泵1310及閥1330以藉此選擇性地引起來自培養基源1320之培養基以一受控流速流動通過各自灌注管線1334達一受控時間週期。更特定言之，控制系統較佳或可透過操作者輸入程式化以根據一開啟/關閉工作循環及一流速而提供通過各自灌注管線1334之一培養基間歇流。開啟/關閉工作循環及/或流速可至少部分基於透過一使用者介面(未展示)接收之輸入。控制系統經或可經程式化或以其他方式經組態以提供在任一時間通過不多於一單一灌注管線1334之一培養基流。舉例而言，控制系統可提供連續至灌注管線1334之各者之一培養基流。控制系統可替代性地經程式化或以其他方式經組態以提供同時通過兩個或兩個以上灌注管線1334之一培養基流。
在各種實施例中，培養基至安裝在一例示性培養站(例如，培養站1000)之一安裝介面1100上之一微流體裝置100之微流體電路132之流動區之流動較佳地週期性地發生約10秒至約120秒。亦可使用其他「流動開啟」時間週期，包含下列範圍：自約10秒至約20秒；自約10秒至約30秒；自約10秒至約40秒；自約20秒至約30秒；自約20秒至約 40秒；自約20秒至約50秒；自約30秒至約40秒；自約30秒至約50秒；自約30秒至約60秒；自約45秒至約60秒；自約45秒至約75秒；自約45秒至約90秒；自約60秒至約75秒；自約60秒至約90秒；自約60秒至約105秒；自約75秒至約90秒；自約75秒至約105秒；自約75秒至約120秒；自約90秒至約120秒；自約90秒至約150秒；自約90秒至約180秒；自約2分鐘至約3分鐘；自約2分鐘至約5分鐘；自約2分鐘至約8分鐘；自約5分鐘至約8分鐘；自約5分鐘至約10分鐘；自約5分鐘至約15分鐘；自約10分鐘至約15分鐘；自約10分鐘至約20分鐘；自約10分鐘至約30分鐘；自約20分鐘至約30分鐘；自約20分鐘至約40分鐘；自約20分鐘至約50分鐘；自約30分鐘至約40分鐘；自約30分鐘至約50分鐘；自約30分鐘至約60分鐘；自約45分鐘至約60分鐘；自約45分鐘至約75分鐘；自約45分鐘至約90分鐘；自約60分鐘至約75分鐘；自約60分鐘至約90分鐘；自約60分鐘至約105分鐘；自約75分鐘至約90分鐘；自約75分鐘至約105分鐘；自約75分鐘至約120分鐘；自約90分鐘至約120分鐘；自約90分鐘至約150分鐘；自約90分鐘至約180分鐘；自約120分鐘至約180分鐘；及自約120分鐘至約240分鐘。
在其他實施例中，培養基至安裝在一例示性培養站(例如，培養站1000)之一安裝介面1100上之一微流體裝置100之微流體電路132之流動區之流動週期性地停止約5秒至約60分鐘。其他可能「流動關閉」範圍包含：自約5分鐘至約10分鐘；自約5分鐘至約20分鐘；自約5分鐘至約30分鐘；自約10分鐘至約20分鐘；自約10分鐘至約30分鐘；自約10分鐘至約40分鐘；自約20分鐘至約30分鐘；自約20分鐘至約40分鐘；自約20分鐘至約50分鐘；自約30分鐘至約40分鐘；自約30分鐘至約50分鐘；自約30分鐘至約60分鐘；自約45分鐘至約60分鐘；自約45分鐘至約75分鐘；自約45分鐘至約90分鐘；自約60分鐘至約75分鐘；自約60分鐘至約90分鐘；自約60分鐘至約105分鐘；自約75分 鐘至約90分鐘；自約75分鐘至約105分鐘；自約75分鐘至約120分鐘；自約90分鐘至約120分鐘；自約90分鐘至約150分鐘；自約90分鐘至約180分鐘；自約120分鐘至約180分鐘；自約120分鐘至約240分鐘；及自約120分鐘至約360分鐘。
在一些實施例中，培養基灌注系統1300之控制系統可經程式化以實行包括下列步驟之一多步驟程序：將培養基提供給(或「灌注」)牢固地安裝在一安裝介面1100上之一第一微流體裝置100達一第一時間週期而未針對各亦牢固地安裝在一安裝介面1100上之一第二及一第三微流體裝置100提供培養基；灌注第二微流體裝置100達一第二時間週期(其可等於第一時間週期)而未將培養基提供至第一及第三微流體裝置100；灌注第三微流體裝置100達一第三時間週期(其可等於第一及/或第二時間週期)而未針對第一及第二微流體裝置100提供培養基；及重複n次前述步驟集合，其中n等於0或一正整數。每次實行前三個步驟皆可視為一「循環」或「工作循環」，在此期間，第一、第二及第三微流體裝置100之各者經歷一「流動開啟」週期及一「流動關閉」週期。若各第一、第二及第三時間週期皆等於60秒，則各微流體裝置100將經歷33%之一工作循環達3分鐘之一持續時間。隨著藉由培養基灌注系統1300灌注之微流體數目增大，工作循環將減少且持續時間將增大。在一些實施例中，開啟/關閉工作循環可具有約3分鐘至約60分鐘(例如，約3分鐘至約6分鐘、約4分鐘至約8分鐘、約5分鐘至約10分鐘、約6分鐘至約12分鐘、約7分鐘至約14分鐘、約8分鐘至約16分鐘、約9分鐘至約18分鐘、約10分鐘至約20分鐘、約15分鐘至約20分鐘、25分鐘或30分鐘、或約30分鐘至約40分鐘、50分鐘或60分鐘)之一總持續時間。在替代實施例中，開啟/關閉工作循環可在自約5分鐘至約4小時之間任意變化。在一些實施例中，前述程序可實行n=0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、 45、50次或更多次重複。因此，取決於各工作循環之總持續時間，程序之總持續時間可耗費數小時或數天。此外，程序一旦完成，即可立即開始一新工作循環。舉例而言，一第一工作循環可包含一相對慢灌注速率(即，微升/秒)且一第二工作循環可包含一相對快灌注速率。此等替代工作循環可重複實行。
可使培養基根據一預定及/或操作者選定流速流動通過一微流體裝置100之流動區，其中流速係約0.01微升/秒至約5.0微升/秒。其他可能範圍包含約0.001微升/秒至約1.0微升/秒、約0.005微升/秒至約1.0微升/秒、約0.01微升/秒至約1.0微升/秒、約0.02微升/秒至約2.0微升/秒、約0.05微升/秒至約1.0微升/秒、約0.08微升/秒至約1.0微升/秒、約0.1微升/秒至約1.0微升/秒、約0.1微升/秒至約2.0微升/秒、約0.2微升/秒至約2.0微升/秒、約0.5微升/秒至約2.0微升/秒、約0.8微升/秒至約2.0微升/秒、約1.0微升/秒至約2.0微升/秒、約1.0微升/秒至約5.0微升/秒、約1.5微升/秒至約5.0微升/秒、約2.0微升/秒至約5.0微升/秒、約2.5微升/秒至約5.0微升/秒、約2.5微升/秒至約10.0微升/秒、約3.0微升/秒至約10.0微升/秒、約4.0微升/秒至約10.0微升/秒、約5.0微升/秒至約10.0微升/秒、約7.5微升/秒至約10.0微升/秒、約7.5微升/秒、約12.5微升/秒、約7.5微升/秒至約15.0微升/秒、約10.0微升/秒至約15.0微升/秒、約10.0微升/秒至約20.0微升/秒、約10.0微升/秒至約25.0微升/秒、約15.0微升/秒至約20.0微升/秒、約15.0微升/秒至約25.0微升/秒、約15.0微升/秒至約30.0微升/秒、約20.0微升/秒至約30.0微升/秒、約20.0微升/秒至約40.0微升/秒、約20.0微升/秒至約50.0微升/秒。
如上文論述，一微流體裝置100中之微流體電路之流動區可包括兩個或兩個以上流動通道。因此，預期培養基通過各個別通道之流速為培養基通過整個微流體裝置之流速之約1/m，其中m=通道數目。在 某些實施例中，可使培養基以約0.005微升/秒至約2.5微升/秒之一平均速率流動通過兩個或兩個以上流動通道之各者。額外範圍係可能的且可(例如)容易地計算為上文揭示之範圍之端點之1/m倍。
參考在圖10及圖11中展示之培養站實施例，各微流體裝置安裝介面1100可包含經組態以至少部分圍封安裝在支撐件1140a之各自安裝介面1100上之一微流體裝置100之一微流體裝置罩蓋1110b。微流體裝置罩蓋1110b可(例如，各藉由一各自夾鉗1170)固定至各自安裝介面1100，各圍封一各自微流體裝置100。特定言之，用於相關聯於安裝介面1100之各自灌注管線1334之遠端連接器1134可耦合至微流體裝置罩蓋1110b，且微流體裝置罩蓋1110b可經組態使得各自灌注管線1334在一經安裝微流體裝置100被罩蓋1110b圍封時流體連接至微流體裝置100之流體入口埠124。藉由實例，各微流體裝置罩蓋1110b可包含一或多個特徵，該一或多個特徵經組態以形成各自灌注管線1334之遠端與微流體裝置100之各自流體入口埠124之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之流體緊密連接，以便將灌注管線1334流體連接至裝置100之微流體電路132。圖10至圖12及圖14之微流體裝置罩蓋1110b不具有窗，且因此係可代替包含窗1104之裝置罩蓋1110a(如在圖8中展示)而使用之替代罩蓋。然而，圖10至圖12及圖14之微流體裝置罩蓋1110b可經容易地設計以包含此一窗。
一各自廢液管線1344可相關聯於各安裝介面1100。舉例而言，各廢液管線1344可經由一近端連接器1144連接至一各自微流體裝置罩蓋1110b。因此，廢液管線1344可結合微流體裝置罩蓋1110b之一組態而組態，使得廢液管線1344之近端在微流體裝置100被微流體裝置罩蓋1110b圍封(例如，諸如藉由夾鉗1170適當定位且牢固固持)時流體連接至微流體裝置100上之一流體出口埠124(藉由圖11中之罩蓋1110b遮蔽)。藉由實例，各微流體裝置罩蓋1110b可包含一或多個特徵，該一 或多個特徵經組態以形成各自廢液管線1344之遠端與微流體裝置100之各自流體出口埠124之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之流體緊密連接，以便將廢液管線1344流體連接至裝置100之微流體電路132。
另外參考圖12，各安裝介面1100可包括一大致平面金屬基板1150，該大致平面金屬基板1150具有經組態以與安裝在其上之一微流體裝置100之一大致平面金屬底表面(未展示)熱耦合之一頂表面。支撐件1140a可包含具有曝露各自金屬基板1150之複數個窗1160a(例如，六個窗1160a，如在圖10中展示)之一頂表面1142a。另外，托盤1140a之頂表面1142a可經塑形及定大小以形成開口1165a(圖11)，其等經組態以允許藉由一使用者(例如，藉由將手指放置在開口1165a中)放置一微流體裝置100及/或自安裝介面1100取回微流體裝置100。如展示，支撐件1140a之頂表面1142a中之開口1165a可相對於彼此對角地安置在各窗1160a中。
進一步參考圖11至圖15，各安裝介面1100可包括一對準銷1154，該對準銷1154經組態以協助使用者將微流體裝置100及/或裝置罩蓋1110b適當定向及放置在一安裝介面1100之各自窗1160a內。對準銷1154通常可安置在基板1150上窗1160a/1160b之一角隅處。各對應裝置罩蓋1110b可進一步包括一定向元件1111，諸如一錐形端角(在圖11及圖14中更佳地看見)、一環、鉤或類似物，其經組態以與各自對準銷1154相接、接合及/或面向各自對準銷1154，且進一步協助使用者將裝置罩蓋1110b適當定向及放置在安裝介面1100中之各自窗1160a/1160b內。
各安裝介面1100可進一步包括額外對準特徵。如在圖12及圖15中展示(其中微流體裝置罩蓋1110b已經移除以清楚曝露安裝介面1100)，可使用一或多個接合銷1152(例如，兩個)以進一步協助將微流體裝置 100及/或裝置罩蓋1110b適當放置在安裝介面1100之各自窗1160a至1160b內。如可見，接合銷1152可安置在金屬基板1150上各自窗1160a/1160b之相對角隅處(即，相對於彼此對角地安置)。接合銷1152經組態以與微流體裝置罩蓋1110b中之一各自對接合開口1112相接及接合(圖14)，且與微流體裝置100中之一各自對接合開口113相接及接合(圖15)。該對接合開口1112安置在各自微流體裝置罩蓋1110b之相對角隅處(或相對於彼此對角地安置)，如在圖11及圖13中更佳地看見。微流體裝置100之該對接合開口113安置在裝置100之相對角隅處(或相對於彼此對角地安置)，如在圖15中更佳地看見。
熟習此項技術者將瞭解，安裝介面1100之對準銷1154及/或接合銷1152、裝置罩蓋1110b之定向元件1111及接合開口1112及微流體裝置100之接合開口113之各種配置及組態可用於達成促進微流體裝置100及/或裝置罩蓋1110b之適當對準之目標。藉由實例，對準銷1154及接合銷1152可具有多種形狀，包含但不限於：一圓形、橢圓形、矩形、圓柱形(如展示)或多面形狀或不規則形狀及/或經調適以分別與對應定向元件1111及接合開口1112及113相接及接合之角度。
圖13圖解說明可用於一例示性培養站(例如，培養站1000)中之一替代支撐件(托盤)1140b。支撐件包含五個熱調節安裝介面1100且可取代在圖10中展示之培養站1000之支撐件1140。將瞭解，托盤1140b可與具有一單一泵1310或多個泵1310(例如，兩個，如在圖10中展示)之一培養基灌注系統1300一起使用。托盤1140b包含具有曝露各自金屬基板1150之五個窗1160b之一頂表面1142b。出於圖解目的，圖13展示曝露其等各自基板1150之五個窗1160b之四者；第五窗1160b(在右側上)之基板1150及各自微流體裝置100被一微流體裝置罩蓋1110b覆蓋。將瞭解，當投入使用時，圖13之熱調節安裝介面1110b將包含經組態以固定(例如，各藉由一各自夾鉗1170)各自安裝介面1100之各自 微流體裝置罩蓋1110b，各微流體裝置罩蓋1110b圍封一各自經安裝微流體裝置100。托盤1140b之頂表面1142b經塑形及定大小以形成各自開口1165b，其等經組態以允許藉由一使用者(例如，藉由將手指放置在開口1165b中)放置及/或取回微流體裝置100。托盤1140b之頂表面1142b上之開口1165b相對於彼此平行安置在各窗1160b中，如在圖13至圖15中展示。
圖14圖解說明在圖13中展示之托盤1140b之熱調節安裝介面1100之一者，其描繪一微流體裝置罩蓋1110b。各微流體裝置罩蓋1110b經組態以至少部分圍封安裝在托盤1140b之各自安裝介面1100上之一微流體裝置100。裝置罩蓋1110b安置在藉由托盤1140b之頂表面1142b形成之一各自窗1160b內。在此實施例中，裝置罩蓋1110b未經固定(即，各自夾鉗1170未經接合)以允許藉由一使用者(例如，藉由將手指放置在開口1165b中)放置及/或取回裝置罩蓋1110b及微流體裝置100。
圖15圖解說明圖14之安裝介面1100，使微流體裝置罩蓋1110b自安裝介面1100移除以展示安裝在安裝介面1100上之微流體裝置100。經移除微流體裝置罩蓋1110b曝露安裝在各自安裝介面1100上之微流體裝置100，且進一步曝露接合銷1152。托盤1140b之頂表面1142b經塑形及定大小以形成各自開口1165b，其等經組態以允許放置微流體裝置100及/或自各自窗1160b取回微流體裝置100(例如，藉由將手指放置在開口1165b中)。
本發明之各培養站1000可另外經組態以在一記憶體中記錄安裝至一或多個安裝介面1100之微流體裝置100之各自灌注及/或溫度歷史。舉例而言，培養站可包含一處理器及記憶體，其等之一者或兩者可整合至一印刷電路板中。替代性地，記憶體可併入至各自微流體裝置100中或以其他方式與各自微流體裝置100耦合。培養站1000可另外(視情況)包含一成像及/或偵測設備(未展示)，該成像及/或偵測設備耦 合至或以其他方式可操作地相關聯於培養站1000且經組態用於觀察及/或成像一微流體裝置100內之微物體及/或偵測安裝至安裝介面1100之一者之微流體裝置100中之生物活性。可在定位於培養站1000及/或微流體裝置100內之記憶體中處理及/或儲存所得資料，如上文論述。
諸如培養站1000之一例示性培養站亦可經組態以允許安裝介面1100根據一軸傾斜，使得安裝在安裝介面1100上之一微流體裝置100可針對細胞培養最佳地定位。在一些實施例中，一微流體裝置100可(例如)相對於法向於作用於培養站1000上之重力之一平面傾斜約1°至約10°(例如，約1°至約5°或約1°至約2°)。替代性地，安裝介面1100可經組態以傾斜至至少約45°、60°、75°、90°或甚至更遠(例如，至少約105°、120°或135°)。在一些實施例中，複數個安裝介面1100可根據一共同軸同時傾斜。舉例而言，圖10至圖15之任一者之支撐件1140a/1140b可經組態以圍繞一軸(例如，一長軸)旋轉，使得支撐件1140a/1140b上之各安裝介面同時傾斜。無論安裝介面1100是否個別地傾斜或作為一群組傾斜，可期望將傾斜安裝介面鎖定至一特定位置中(例如，使得安裝在安裝介面1100上之微流體裝置100垂直定位)。因此，安裝介面1100或一支撐件1140a/1140b可包含一鎖定元件以將安裝介面1100固持在一傾斜位置中。為促進以一特定傾斜程度定位安裝介面1100，可將一水平儀安裝至安裝介面1100或包括安裝介面1100之一可傾斜支撐件1140a/1140b。
雖然已展示及描述實施例，然可在不脫離本文中揭示之本發明概念之範疇之情況下作出各種修改。因此，除如在隨附申請專利範圍中定義般之外，本發明不應受限制。
100‧‧‧微流體裝置
1001‧‧‧培養站
1002‧‧‧培養站
1100‧‧‧安裝介面
1102‧‧‧框架
1110a‧‧‧微流體裝置罩蓋
1134‧‧‧遠端連接器
1144‧‧‧近端連接器
1200‧‧‧熱調節系統
1300‧‧‧培養基灌注系統
1310‧‧‧泵
1320‧‧‧培養基/培養基源
1330‧‧‧多位置閥
1334‧‧‧灌注管線
1344‧‧‧廢液管線
1500‧‧‧蓋子
1600‧‧‧廢液容器

Claims (24)

  1. 一種用於培養在微流體裝置中所含有之生物細胞之培養站，該培養站包括：複數個安裝介面，各安裝介面係導熱且經定尺寸及經組態以具有可卸離地安裝在其上之微流體裝置，且其中各安裝介面經組態相對於法向於作用於該培養站上之重力之一平面傾斜至少45°；複數個附接機構，各附接機構與該等安裝介面之一對應者相關聯且包含微流體裝置罩蓋，其經組態以將單一微流體裝置至少部分圍封並固定在該對應的安裝介面上；熱調節系統，其包含複數加熱元件，各加熱元件熱耦合至該等安裝介面之一對應者並經組態以用於控制該等安裝介面之一對應者之溫度；及培養基灌注系統，其包含複數個泵及複數個灌注管線，各泵與該等安裝介面之一對應者相關聯且具有流體連接至培養基源的輸入及輸出，各灌注管線與該等安裝介面之一對應者以及該等泵之一對應者相關聯，其中各灌注管線之近端流體連接至對應之泵的輸出，且其中各灌注管線之遠端耦合至與對應安裝介面相關聯的該微流體裝置罩蓋，且該遠端經組態以流體連接至安裝在該對應安裝介面上之微流體裝置之流體入口埠，其中該培養基灌注系統經組態以通過該複數個灌注管線選擇性地施配可流動培養基。
  2. 如請求項1之培養站，其中該複數個安裝介面包括至少四個安裝介面。
  3. 如請求項1之培養站，其中該培養基灌注系統進一步包括： 可程式化之控制系統，其包含控制器及記憶體，該控制系統經組態以選擇性地操作該複數個泵，以藉此選擇性地引起該培養基以一受控流速及一受控時間週期流動通過該等灌注管線。
  4. 如請求項3之培養站，其中該可程式化之控制系統經組態以選擇性地操作該複數個泵，以藉此根據一開啟/關閉工作循環及/或流速而通過該等灌注管線選擇性地引起該培養基一間歇流，該流速至少部分基於透過一使用者介面接收之輸入。
  5. 如請求項1之培養站，其進一步包括複數個廢液管線，各廢液管線與該等安裝介面之一對應者相關聯，其中各廢液管線具有一近端，該近端耦合至與該對應安裝介面相關聯之該微流體裝置罩蓋，且經組態結合該微流體裝置罩蓋之一組態而使得該廢液管線之該近端可流體連接至安裝在該對應安裝介面上之該微流體裝置之流體出口埠。
  6. 如請求項1之培養站，其中該微流體裝置罩蓋包含一或多個特徵，該一或多個特徵經組態以形成該灌注管線之該遠端與該微流體裝置之該流體入口埠之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之流體緊密連接。
  7. 如請求項5之培養站，其中該微流體裝置罩蓋包含一或多個特徵，該一或多個特徵經組態以形成該廢液管線之該近端與該微流體裝置之該流體出口埠之間的一壓力配合、一摩擦配合或另一類型之流體緊密連接。
  8. 如請求項1之培養站，其中該熱調節系統之各加熱元件包括電阻加熱器。
  9. 如請求項1之培養站，其中各安裝介面包括大致平面金屬基板。
  10. 如請求項9之培養站，該大致平面金屬基板具有經組態以與該熱調節系統之各自加熱元件熱耦合之底表面。
  11. 如請求項9之培養站，該熱調節系統進一步包括複數溫度感測器，各溫度感測器耦合至及/或嵌入在該等安裝介面之一對應者上的各自大致平面金屬基板內，且經組態以監測其溫度。
  12. 如請求項9之培養站，其中該熱調節系統係經組態以自該等溫度感測器之一或多者獲得溫度資料。
  13. 如請求項1之培養站，該等附接機構各者進一步包括一可調整夾鉗，其經定位且經組態以施加一力抵靠該微流體裝置罩蓋，以藉此固定該微流體裝置罩蓋至該對應安裝介面。
  14. 如請求項1之培養站，該等附接機構各者進一步包括一壓縮彈簧，其經定位且經組態以施加一力抵靠該微流體裝置罩蓋，以藉此固定該微流體裝置罩蓋至該對應安裝介面。
  15. 如請求項1之培養站，其中該培養站經組態以在一記憶體中記錄安裝在該一或多個安裝介面之一者上之該微流體裝置之各自灌注及/或溫度歷史。
  16. 如請求項15之培養站，其中該記憶體併入至該各自微流體裝置中或以其他方式與該各自微流體裝置耦合。
  17. 如請求項1之培養站，其進一步包括水平儀機構，該水平儀機構經組態以指示該等安裝介面之一或多者是否相對於法向於作用於該培養站上之重力之該平面傾斜。
  18. 如請求項17之培養站，其中該水平儀機構經組態以指示該一或多個安裝介面之任一者是否相對於法向於作用於該培養站上之重力之該平面傾斜在約45°至約135°之一範圍內。
  19. 如請求項1之培養站，其進一步包括成像及/或偵測設備，該成像及/或偵測設備耦合至或以其他方式可操作地相關聯於該培養站且經組態以用於觀察及/或成像及/或偵測安裝在該等安裝介面之一者上之該微流體裝置中之生物活性，其中該成像及/或偵測設 備包含光偵測器、光電倍增管偵測器、突崩光偵測器、數位相機、光感測器、電荷耦合裝置及/或互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像器之至少一者。
  20. 如請求項1之培養站，其中各安裝介面包含至少一對準銷，其經組態以促進該微流體裝置及/或該微流體裝置罩蓋之定向及放置，各安裝介面具有供至少一對準銷安置於其上的表面。
  21. 如請求項20之培養站，其中各安裝介面包含基板及窗，該窗曝露該基材之表面，該基材之表面係該供至少一對準銷安置於其上的表面，其中該至少一對準銷安置在接近該窗之一角隅處。
  22. 如請求項21之培養站，其中各微流體裝置罩蓋包含錐形端角，其經組態與該對準銷接合，且進一步促進該微流體裝置罩蓋之定向及放置。
  23. 如請求項20之培養站，其中各安裝介面進一步包含至少一接合銷，其安置於各安裝介面之表面，該至少一接合銷經組態與該微流體裝置上之接合開口接合。
  24. 如請求項1之培養站，其中各安裝介面相對於法向於作用於該培養站上之重力之該平面傾斜約75°。
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