(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流体装置の空気制御を実行するためのシステムであって、
ハウジングを備える空気コネクタであって、該ハウジングが、チューブ端部と、係合端部と、該ハウジングを貫通する複数のチャネルとを備え、それぞれのチャネルが該チューブ端部と該係合端部との間に配置されるフィルタをさらに備える空気コネクタ；
インターフェースを備える空気制御装置；
を備え、該複数のチャネルが該係合端部上にあるそれぞれ該空気制御装置のインターフェースと連通した状態にあり、該空気制御装置が該インターフェースを介して該複数のチャネルのそれぞれに可変圧力を供給するように構成されるシステム。
【請求項２】
前記フィルタが疎水性フィルタを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記空気制御装置が前記複数のチャネルの少なくとも１個に負圧を与えるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のチャネルのそれぞれのチャネルが前記空気制御装置のインターフェース上の対応するポートと係合するように構成されたポートを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記空気制御装置のインターフェース上にある対応するポートと係合するように構成されたポートが該空気制御装置のインターフェース上にある対応する雌ポートによって受け入れられるように構成された雄ポートを備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数のチャネルが複数のボアをさらに備え、前記複数の雄ポートのそれぞれが対応するボア内に配置された、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記雄ポートがシリンジを備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記シリンジが前記フィルタによって受容されるように構成されたテーパー部を備え、それによって該シリンジが該フィルタと流体連通した状態になる、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記空気コネクタが、前記制御装置に該空気コネクタを磁気固定するための磁石を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御装置が、該制御装置に前記空気コネクタを磁気固定するための磁石をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１５年３月９日に出願された米国仮出願第６２／１３００８９号の優先権を主張する。その開示を参照により本明細書で援用する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般に、微小流体装置及び細胞培養のための方法に関する。特に、本発明は、微小流体装置及び細胞培養の空気制御に使用されるコネクタに関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
試験管内で細胞を増殖させかつ維持する能力は、生物科学における重要な一里塚であった。しかしながら、従来の細胞培養技術は、バルク培養とは対照的に、単一細胞を分析する能力を欠いている。ポピュレーション平均バルクアッセイは、自然な細胞間変動のため不正確な場合や誤解を招く場合が多い。さらに、細胞シグナリング及び他の生化学的パラメーターは絶えず変化し、生体系がどのように作用するかを理解する際に細胞の動的解析が重要となる。これらの制限に対応して、高いスループットと多重化された培養と個々の細胞の分析とを可能にする微小流体細胞培養システムが開発された。
【０００４】
微小流体細胞培養は、薬物スクリーニング、組織培養、毒性スクリーニング及び生物学的研究の用途に有望な技術であり、かつ、生物学的機能の改善、高品質の細胞ベースデータ、試薬消費量の減少及び低コストを与えることができる。微小流体装置を製造するための最も一般的なアプローチは、マイクロメートルの分解能の構造をハードマスターから成形することを可能にするポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のソフトリソグラフィーである。ＰＤＭＳベースの培養システム及び装置は、様々な種類のチャネル、チャンバ、障壁及び弁を含めて様々な構造を備えることができる。これら部品のそれぞれは、多様な生物学的実験を行うために利用することができる「ラボオンチップ」装置を作製するために様々な構成で共にネットワーク化できる。さらに、微小流体細胞培養システムは、高度に多重化でき、複数の条件又はサンプルを単一の装置で試験することを可能にする。
【０００５】
微小流体細胞培養の重要な利点としては、生物学的機能の改善、高品質の細胞ベースデータ、試薬消費量の低減及び低コストが挙げられる。さらに、高品質の分子及び細胞サンプル調製物は、様々な臨床、研究及び他の用途に重要である。生体内特性を厳密に再現する試験管内サンプルは、潜在的に広範囲の分子及び細胞用途に利益をもたらすことができる。細胞その他の生物学的又は化学的に活性な物質（様々な生体分子が被覆されたビーズなど）の取り扱い、キャラクタリゼーション、培養及び可視化は、薬物の発見、病気の診断及び分析並びに様々な他の治療及び実験作業の分野においてますます重要になってきている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微小流体装置の比較的小規模及び多重化された性質は、自動化への高い適応性をもたらす。自動化システムは、潜在的な薬物候補を見出すための化合物ライブラリーのハイスループットスクリーニングに依拠する製薬産業において特に有用である。微小流体装置を使用することにより、ハイスループットスクリーニングは、多くの個別の化合物を並行して試験することができるため、多量の試験化合物が生物学的活性について同時にスクリーニングされる。このようなシステムでは、空気制御を使用して微小流体装置に細胞にロードし、そして他の動作をさせる場合が多い。しかし、微小流体装置に対する空気制御システムの不完全な封止により、不適切な圧力が装置に加えられてしまうため、分析の結果が偏る場合がある。また、ガスライン配管などの空気制御システムと微小流体デバイスとの間の接続も汚染されることがあり、処分したり手作業で広範囲に洗浄したりすることが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
概要
従来技術の問題は、微小流体制御及び分析システムを微小流体装置とインターフェースで連結するための空気コネクタの新規な設計によって対処される。本発明に係る空気コネクタの実施形態は、空気制御システムから微小流体装置にガス、液体その他の媒体を供給するために使用される１０ラインリボンチューブなどの配管の端部と連通した状態にあることができる。
【０００８】
空気コネクタは取り外し可能であり、かつ、配管及び空気制御システムにより与えられる既存のインライン真空力を使用して固定できる。所定の実施形態では、空気コネクタは、取り外し可能であり、かつ、磁力を使用してかつ固定できる。さらに別の実施形態では、空気コネクタは、つまみねじなどの機械的装着手段を使用することができる。空気コネクタは、空気制御システムから微小流体装置までの複数の確実な接続を同時に確立することができる。これらの接続は、可変圧力を供給して微小流体装置の流体の流れを制御するように構成できる。少なくとも一つ接続は、負圧を与えて真空を生じさせるように構成できる。所定の実施形態では、空気コネクタは、生細胞培養及びイメージングのために設計された使い捨て微小流体プレートと調和する剛性空気マニホールドと係合するように構成できる。したがって、これらの実施形態では、真空を使用して、空気マニホールドを微小流体プレートに封止し、また、空気コネクタを空気マニホールドに封止することができる。さらに別の実施形態では、空気コネクタは、空気制御システムの空気接合部分と係合するように構成できる。さらに、所定の実施形態では、コネクタは、液体がコントローラに逆流しないようにするためのフィルタを備えることができる。したがって、この新規な設計により、空気コントローラと微小流体プレートとの間の便利な境界面に直接配置される、取り外し可能で、再現性及び信頼性の高い空気コネクタが得られる。本発明に係る空気コネクタの実施形態は、自動化システムで使用する場合に、ユーザのワークフローをかなり容易にし、そして誤動作の可能性を実質的に低減させる。
【０００９】
本発明をさらに良い理解のために、参照により本明細書で援用される次の図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に係る微小流体制御及び分析システムの実施形態のシステム図である。
【図２】図２は、図１の微小流体制御及び分析システム内における微小流体プレートの実施形態の平面図である。
【図３】図３は、図２の微小流体プレート内の細胞培養領域の実施形態を示す図である。
【図４Ａ−４Ｂ】図４Ａ−４Ｂは、図２の微小流体プレート上に配置されたときの本発明に係る空気マニホールドの一実施形態の斜視図である。
【図５】図５は、図４Ａ−Ｂの空気マニホールドの上面図である。
【図６】図６は、本発明に係る空気コネクタの実施形態の斜視図である。
【図７】図７は、図６の空気コネクタ及び図５の空気マニホールドの斜視図である。
【図８】図８は、図６の空気コネクタの正面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、空気コネクタが空気マニホールドと連通した状態で配置されたときの図６の空気コネクタの断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、空気コネクタが空気マニホールドと連通した状態で配置されたときの図７の空気マニホールドの断面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る空気マニホールドの実施形態に配置された空気コネクタを受け入れるための空気インターフェースの実施形態の上面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図６の空気コネクタを受け入れるための空気制御システムに配置される空気インターフェースの別の実施形態の斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図６の空気コネクタを受け入れるための空気制御システムに配置される空気インターフェースの別の実施形態の斜視図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、係合解除した状態での本発明に係る空気コネクタの別の実施形態の斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、係合した状態での本発明に係る空気コネクタの別の実施形態の斜視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、係合解除した状態での図１２Ａの空気コネクタの正面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、係合した状態での図１２Ｂの空気コネクタの正面図である。
【図１４】図１４は、図１２Ａ−Ｂの取り外し可能な空気コネクタの分解正面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態に係る洗浄プレートの実施形態の斜視図である。
【図１６】図１６は、図１５の洗浄プレートの上面図である。
【図１７】図１７は、図１５の洗浄プレートにわたって配置された空気マニホールドの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明
以下に図面に関連して示す詳細な説明は、実施形態の説明として意図され、かつ、構築できる及び／又は利用できる唯一の形態を表すものではない。しかし、同一又は均等の機能及び順序を、取付け、自動化又は単純なオペレータの使用を容易にするために異なる形状、材料、接続の数及び他の配置又は装着機能を使用して、取り外し可能な空気コネクタ及びシステムといった、本発明の精神及び範囲内に包含されることも意図される異なる実施形態によって達成できることを理解すべきである。
【００１２】
微小流体プレート制御及び分析システム
微小流体細胞培養系は、生物学的実験を行うための強力なツールとなる。図１は、本発明に係る微小流体プレート制御及び分析システム１０の実施形態を示す。微小流体プレート制御及び分析システム１０は、倒立顕微鏡２０のステージ上に配置される微小流体プレート１００を備える。プレート１００で行う細胞培養その他のプロセスを、倒立顕微鏡２０を使用して観察することができる。プレート１００は、１０ラインリボンチューブを備えることができるチューブ３０を介して空気制御装置４０と連通している。また、チューブ３０は、個々のガスライン配管、電気配線、加熱要素、ネットワーク部品などといった、空気制御装置４０と微小流体プレート１００との間の連通及び接続の他の形態を備えることもできる。空気制御装置４０は、チューブ３０を使用してプレート１００に気体又は液体を供給し、プレート１００の温度を制御し、又は他の所望の機能を実行することにより微小流体プレート１００と相互作用するように構成できる。制御装置４０は、ネットワーク接続５０を介してコンピュータ６０とさらに通信する。コンピュータ６０は、顕微鏡２０からの画像データを表示し及び／又は分析し、空気制御装置４０によってとられた動作を記録し、そしてプロトコルに従って動作を実行するように空気制御装置４０に指示するように構成できる。
【００１３】
この実施形態では、微小流体プレート１００は、イメージング用のガラス底を備え、かつ、倒立顕微鏡２０のステージホルダ内で嵌合するように構成できる。所定の実施形態では、微小流体プレート１００は、生体分子スクリーニング協会（ＳＢＳ）基準の９６ウェルプレートに相当する寸法を有する。微小流体プレート１００は、細胞培養、溶液交換又は条件の比較といった所望の実験の種類に応じて、用途に固有の設計を使用することができる。所定の実施形態では、微小流体プレート１００は、ＥＭＤミリポア社から市販されている生細胞分析のためのＣｅｌｌＡＳＩＣ（商標）ＯＮＩＸ微小流体プレートとすることができる。さらに、微小流体プレート１００は多重化でき、単一の微小流体プレート１００がいくつかの個々の又は関連の実験を同時に又は連続的に実行するのを可能にする。
【００１４】
チューブ３０は、微小流体プレート１００に気体や液体を供給するといった特定の目的のために構成又は使用できる。この実施形態では、チューブ３０は、１０本のラインリボンチューブを備え、これらのラインの８本が微小流体プレート１００に可変圧力を与え、１本のラインが所望のガス環境を与え、１本のラインが真空を生じさせるために負圧を与えるように構成される。所定の実施形態では、チューブ３０は、微小流体プレート１００と連通した状態の加熱素子又は熱交換器と連通する接続部（例えば、電気的接続）をさらに備えることができ、このようにして所望の温度にまで微小流体プレート１００をインキュベートすることができる。この開示に記載された実施形態は、１０本のラインリボンチューブを利用するが、それよりも多い又は少ないライン、又は圧力、ガス、真空及び／又は熱を供給する他の手段を利用することなどを含めて、空気制御装置４０と微小流体プレート１００との間の接続及び連通の様々な他の形態を使用することができる。
【００１５】
１０本のラインリボンチューブのそれぞれのラインは、制御装置４０と連通した状態にあることができ、該制御装置は、圧力又は真空を生成し、圧力を調節し、弁を開閉し、及び／又は所望の温度と湿度を有するガス環境（例えば、５％ＣＯ2）を供給するように構成された複数のポートを備えることができる。制御装置４０は、微小流体プレート１００の温度を上昇又は低下させるように微小流体プレート１００と連通する対応する加熱要素に指示を与える加熱制御部をさらに備えることができる。例えば、加熱制御部は、微小流体プレートの温度を、生体内条件を模倣する３７℃に維持するように構成できる。この実施形態では、制御装置４０は、ＣｅｌｌＡＳＩＣ（商標）ＯＮＩＸ微小流体制御システム（ＥＭＤミリポア社から市販されている）であり、これは１０ＰＳＩまでの陽圧及び−８．２ＰＳＩの負圧を供給することができる。しかし、微小流体装置に対して可変圧力、所望のガス環境又は温度制御のいずれかを提供することができる任意の好適な制御装置を使用することができる。
【００１６】
コンピュータ６０は、ネットワーク接続５０で制御装置４０と通信する。この実施形態では、ネットワーク接続５０は、ＵＳＢ接続を備える。しかし、ネットワーク接続５０は、シリアル接続、パラレル接続及びイーサネット（登録商標）接続を含めた、制御装置４０とコンピュータ６０との間の通信を可能にする接続の任意の形式とすることができる。さらに、所定の実施形態では、制御装置４０及びコンピュータ６０は、単一のユニットを備えることができる。この実施形態では、ネットワーク接続５０は一体部品であってもよい。
【００１７】
この実施形態では、コンピュータ６０は、微小流体プレート制御及び分析システム１０の様々な態様を管理するように構成されたソフトウェアを備える。コンピュータ６０は、制御装置４０を実験のプロトコルに従って動作させるように構成できる。例えば、コンピュータ６０は、制御装置４０に制御信号を送信し、事前決定又は動的スケジュールに従って、制御装置４０に、可変圧力を微小流体プレート１００に供給し、又は他の動作をとるように指示を出すことができる。さらに、コンピュータ６０は、ユーザ入力を受信し、かつ、フローシーケンスを設定し、所望の圧力を設定し又はプログラム及びプロトコルを保存する能力を含めてプロトコルを変更するように構成できる。また、コンピュータ６０を使用して、システム全体の状態を決定することもできる。しかしながら、所定の実施形態では、これらの特徴は、制御装置４０内に完全に又は部分的に実装することもできる。
【００１８】
所定の実施形態では、コンピュータ６０は、さらに、倒立顕微鏡２０に取り付けられたデジタルカメラと通信状態にあることができる。これらの実施形態では、コンピュータ６０は、微小流体プレート１００のデジタルカメラで撮影した画像を表示し、モニタし、そして追跡する能力を備えることができる。この機能は、長期の生細胞分析に特に有用であり、その際には、プロセスは数日かかることがあり、しかも興味深い事象が時間外に発生する可能性がある。さらに、大型の自動化システムでは、この機能を使用して、人間の介入を必要とせずに複数のサンプルについて指定された時点での状態を追跡することができる。
【００１９】
微小流体培養プレート
図２は、図１の微小流体制御及び分析システム１０内にある微小流体プレート１００をさらに詳細に示すものである。この実施形態では、微小流体プレート１００は、ＰＤＭＳベースとすることができ、また複数の独立したアッセイユニットを備えることができる（すなわち、「Ａ」〜「Ｄ」で表される４列）。それぞれのアッセイユニットは、培養チャンバ１０４と連通する複数の流体チャネル１０２を備えることができる。細胞又は他の流体は、細胞入口ウェル１０６（例えば、「Ａ６」と標識されたウェル）を通して培養チャンバ１０４にロードできる。さらに、様々な溶液や試薬を、複数の溶液入口ウェル１０８（「Ａ２」〜「Ａ５」、）及び重力灌流ウェル１１０（「Ａ１」）を介して培養チャンバ１０４に供給することができる。培養チャンバ１０４にわたって観察窓１１２が形成され、内部の細胞又は生じる他のプロセスを見るために顕微鏡（例えば、図１の倒立顕微鏡２０）のレンズを配置するのを可能にする。それぞれのアッセイユニットは、培養チャンバ１０４からの排出物用の排出物出口ウェル１１４（「Ａ７」）と溶液液入口ウェル１０８からの排出物用の灌流出口ウェル１１６（「Ａ８」）と、重力灌流ウェル１１０とを備えることができる。
【００２０】
ウェル、培養容器１０４及び観察窓１１２の周りにはプレート１００から上方に延在する複数の側壁１０５が形成され、これらの機能を互いに隔離している。側壁１０５の少なくとも一部は、プレート１００にわたってマニホールドを配置することで、側壁１０５がマニホールドに接触することになるように、プレート１００の上面まで延在する。さらに後述するように、この機能を使用して、空気マニホールドを介して各ウェルに分離された空気圧を供給し、所望のガス環境を培養チャンバ１０４に与え、又はプレート１００の他の領域内に真空を生じさせることができる。
【００２１】
図３は、培養チャンバ１０４をさらに詳細に示す。細胞入口ウェル１０６は、培養チャンバ１０４と直接連通しており、細胞入口ウェル１０６からの細胞が培養チャンバ１０４に自由に流れるのを可能にする。細胞入口ウェル１０６とは対照的に、溶液入口ウェル１０８と重力灌流ウェル１１０とを連結する流路１０２は、灌流障壁１１８によって培養チャンバ１０４から分離されている。この実施形態では、灌流障壁１１８は、固体構造と流体チャネル１０２よりも小さい通路との組合せであり、流体チャネル１０２を培養チャンバ１０４から分離する。灌流障壁１１８は、流体チャネル１０２への移行から細胞、他の培養物及びゲルを維持すると同時に、一般に流路内の流体流れよりもはるかに高い流動抵抗性のものである拡散、灌流又は物質移動メカニズムの任意の組み合わせによるいくらかの流体の流れを可能にするように設計される。このようにして、培地及び試薬を、流体チャネル１０２を遮断する危険性なしに培養チャンバ１０４に供給することができる。
【００２２】
微小流体プレート１００は、まず流体チャネル１０２を滅菌ＰＢＳなどの所望の緩衝液でプライミングすることによって使用準備される。次に、所望の細胞懸濁液１０μＬを、細胞入口ウェル１０６にピペットで入れる。排出物出口ウェル１１４を吸引すると、細胞懸濁液が毛管作用により培養チャンバ１０４にロードされる。いったん培養チャンバ１０４内に入ると、細胞は、重力灌流ウェル１１０に供給される培地と共に灌流し、又は溶液入口ウェル１０８のいずれかに供給される試薬又は他の化学物質にさらされることができる。プレート１００は、４個の独立したアッセイユニットを備えるため、４つまでの異なる細胞サンプルを単一のプレート１００上で独立して培養することができる。細胞培養及び応答の状態を、例えば観察窓１１２を通して顕微鏡によりそれぞれの培養チャンバ１０４を見ることにより観察することができる。
【００２３】
細胞を十分に培養したら、様々な実験を、微小流体プレート１００を使用して実施することができる。例えば、溶液入口ウェル１０８は、溶液交換実験のために使用でき、その際、細胞を様々な溶液に連続的にさらし、そして得られた細胞応答を分析する。細胞を培養チャンバ１０４内において所望の溶液に暴露するために、その溶液の量（例えば、１０μＬ）を溶液入口ウェル１０８（例えば、Ａ２）にピペットで加える。次いで、この溶液は流体チャネル１０２を横断し、灌流障壁１１８を通って、培養チャンバ１０４に灌流する。その後、細胞は、他の溶液入口ウェルを介して他の溶液に暴露され、同様に観察できる。溶液交換の他に、溶液入口は、自動化染色及び洗浄プロトコルのためにも使用でき、また、画像化時に固定液を培養のチャンバ１０４に流すことによるオンデマンド固定のためにも使用できる。
【００２４】
さらに、本発明は、微小流体プレート１００の空気制御に言及するが、本発明の実施形態は、微小流体装置、プレート又は制御及び分析システムの任意の形態のために使用できることに留意すべきである。様々な実施形態が本発明の範囲内にあるとみなされる。
【００２５】
空気マニホールド
単純な重力駆動灌流を使用して細胞を培養しかつ細胞を様々な試薬にさらすことができる。重力駆動灌流は、オペレータが追加のハードウェア（例えば、制御装置４０及び／又はコンピュータ６０）なしに微小流体プレート１００のみを使用して実験を実施するのを可能にする一方で、ある程度の微調整をすることができず、オペレータによる継続的な監視が必要となる。したがって、図４Ａ〜Ｂに示された実施形態のように、空気マニホールド１２０による空気制御を使用して、微小流体プレート１００への細胞及び試薬のロードを制御することもできる。空気マニホールド１２０は、微細微小流体プレート１００のウェルのそれぞれに可変圧力を与えることによって、細胞の充填、培地の灌流、及び溶液の暴露を微調整するように微小流体プレート１００に嵌合できる。
【００２６】
図４Ａ〜Ｂは、空気マニホールド１２０の微小流体プレート１００への配置及び密閉を示す。マニホールド１２０は、微小流体プレート１００にわたって配置されるように構成された環状オレフィン共重合体の本体を備えることができ、複数のチャネル１２２をさらに備えことができ、これらを使用して微小流体プレート１００に気体若しくは液体を供給し又は負圧を与えることができる。チャネル１２２のそれぞれはチューブ３０に連通しており、これは上記のように好適な空気制御装置（例えば図１の空気制御装置４０など）と連通した１０本のラインチューブを備えることができる。マニホールド１２０は、軟質ガスケット１３２をさらに備え、これはまず例えば７０％エタノールで洗浄し、次いで乾燥状態にまでブロットする必要がある。その後、図４Ｂの実施形態に示すように、プレート１００を平坦表面上に配置し、そしてマニホールド１２０をウェル上に位置合わせして設置する。いったん所定の位置に設置したら、負圧をチャネル１２２の少なくとも一方に供給し（チューブ３０のガスラインのうちの１つを介して）、それによって真空を微小流体プレート１００と空気マニホールド１２０との間に生じさせる。真空が生じたら、オペレータ（又は自動化機器）がプレート１００に対してマニホールド１２０を数秒間にわたって押してガスケット１３２の均一な接触を確保することができる。ウェルと側壁１０５とプレート１００とマニホールド１２０との間の空間が真空になったときに適切な封止が形成される。適切な封止が形成されると、真空を適切な負圧（例えば、−８．２ＰＳＩ）によって維持して実験の過程を通して確実な密閉及び真空を維持しなければならない。所定の実施形態では、空気マニホールド１２０は、ＥＭＤミリポア社から市販されているＣｅｌｌＡＳＩＣ（商標）ＯＮＩＸのためのＦ８４マニホールドとすることができる。
【００２７】
図５は、空気マニホールド１２０及び複数のチャネル１２２をさらに詳細に示す。示された実施形態では、各チャネル１２２は、マニホールド１２０の上部にチャネル入口１２４を備え、この入口は、各ガスライン、例えば図１のチューブ３０を備える１０本のラインリボンチューブからのラインと連通する。各チャネル１２２は、空気マニホールド１２０の下側に配置される少なくとも１個のチャネル出口１２６とさらに連通する。各チャネル出口１２６は、空気マニホールド１２０が微小流体プレート１００にわたって配置されたときに、各チャネルの出口１２６が特定のウェル（例えば、図２の微小流体プレート１００のウェル）にわたって配置されるように配置される。さらに、微小流体プレート１００の側壁１０５は、マニホールド１２０の下面と接触した状態にあるため、各チャンネル出口１２６は、微小流体プレート１００の単一のウェル又は領域しか連通しないように隔離される。
【００２８】
この実施形態では、空気マニホールド１２０は、プレート１００上のウェル及びアッセイユニットの数に一致するのに十分なチャネル１２２及びチャネル出口１２６で構成される。チャネル１２２のうちの８個（すなわち、「Ｖ１」〜「Ｖ８」で示されるチャネル１２２）は、図２の微小流体プレート１００の４個の独立したアッセイユニットに対応して、４個のチャネル出口１２６を備える。したがって、単一のチャネル入口１２４を使用して、微小流体プレート１００上の４個のアッセイユニットの特定のウェルに圧力を加え、微小流体プレート１００の流路１０２を介して流量を制御することができる。しかし、所定の実施形態では、チャネル１２２、チャネル入口１２４及びチャネル出口１２６の数及び位置は、特定の微小流体プレート若しくは制御システムの構成又は実験のための他の要望に合わせて変更できる。
【００２９】
複数のチャネル１２２は、ガス環境チャネル１２８をさらに備えることができ、これは、観察窓１１２と培養チャンバ１０４にわたって配置されるチャネル出口１２６を備える（図２に示される）。ガス環境チャネル１２８を使用して、微小流体プレート１００のための雰囲気制御を与え、そして特定のガス環境を有する培養チャンバ１０４内において細胞を浸すことができる。上記のように、微小流体プレート１００は、ガラス底にわたってガス透過性素子層（すなわち、ＰＤＭＳ）を備える。したがって、微小流体プレート１００に与えられるガスは、ガス透過性素子層を通して拡散により培養チャンバ１０４に供給できる。所定の実施形態では、ガス環境チャネル１２８を介して供給されるガスは、５％のＣＯ2を含む；しかしながら、酸素及び／又は窒素を含む混合物などの任意のガス混合物を使用することができる。ガス環境チャネル１２８を通してガスを連続的に流すことによって、培養チャンバ１０４内において細胞を培養するための安定したガス環境が維持される。このように、ガス環境チャネル１２８は、微小流体プレート１００をインキュベーターに配置すること以外に培養チャンバ１０４内において該環境を制御するための手段を提供する。これにより、周囲の空気から独立した「マイクロインキュベーター」になるマニホールド１２０が得られ、これは連続媒体灌流を可能にし、蒸発を防止する。
【００３０】
複数のチャネル１２２は真空チャネル１３０をさらに備えることができる。真空チャネル１３０用のチャネルの出口１２６は、微小流体プレート１００のウェルと側壁１０５との間の領域に配置される。したがって、マニホールド１２０が微小流体プレート１００にわたって配置されたときに真空チャネル１３０を負圧にすると、ウェルと側壁１０５とマニホールドと微小流体プレート１００との間の空間内に真空が生成され、それによってプレート１００に対してマニホールド１２０が封止される。
【００３１】
したがって、空気マニホールド１２０を使用することにより、圧力を個々のウェルに加えて細胞をロードさせ、溶液を切り替えさせ、又は媒体を灌流させる。細胞は、好適なガス環境でインキュベートでき、真空は、マニホールド１２０が微小流体プレート１００に封止されたままであることを確実にする。さらに、制御装置及び対応するコンピュータ（例えば、図１の制御装置４０及びコンピュータ６０など）にチャンネル入口１２４を接続させることを使用して、微小流体プレート１００で実行される様々なプロトコル及び実験を自動化することができる。
【００３２】
上記のように、この実施形態では、チューブ３０は、１０本のラインを有するガスラインリボンチューブを備える：圧力制御のために８本、雰囲気のために１本及び真空のために１本。しかし、接続の様々な数及び種類を本発明の実施形態に従って利用することができる。例えば、所定の実施形態では、チューブ３０は、微小流体プレート１００又は他の装置に液体を供給することができる。所定の実施形態では、チューブ３０は、液体制御ライン及び圧力制御ラインの両方を与え、又は微小流体プレート１００のために温度制御を与えることができる。
【００３３】
マニホールドと制御装置との接続
上記のように、マニホールド１２０と制御装置４０とを接続するチューブ３０は、１０ラインリボンチューブなどの複数のガスラインを備えることができる。所定の実施形態では、チューブ３０は、空気制御装置４０とマニホールド１２０の両方に恒久的に接続できる。また、チューブ３０は、空気的、磁気的、機械的な装着などを含めた様々な機構によって、空気制御装置４０若しくはマニホールド１２０又はその両方から取り外すこともできる。
【００３４】
Ａ．取り外し可能な空気コネクタの第１実施形態
図６は、空気コネクタ１５０の実施形態を示す。空気コネクタ１５０は、図５の空気マニホールド１２０などの空気マニホールドにチューブ３０を取外し可能に固定するための装着機構として使用できる。この実施形態では、空気コネクタ１５０はチューブ３０とマニホールド１２０との間に配置されているが、所定の実施形態では、空気コネクタ１５０はチューブ３０と制御装置４０との間に配置できる。さらに別の実施形態では、空気コネクタ１５０は、両方の位置に配置できる。
【００３５】
この実施形態では、空気コネクタ１５０は、チューブ３０上に存在する真空ライン３２を使用してマニホールド１２０に空気コネクタ１５０を取り外し可能に固定する。しかしながら、所定の実施形態では、空気コネクタ１５０は、真空又は負圧を与えるためのチューブ３０とは別個の代替ラインを使用してコネクタ１５０を取り外し可能に固定することができる。
【００３６】
空気コネクタ１５０は、空気制御装置（例えば、図１の制御装置４０）と連通した１０ラインリボンチューブなどのチューブ３０と連通した状態にある本体１５２を備えることができる。図示した実施形態では、本体１５２は、ポリカーボネートシート上に成形される透明なＰＤＭＳを備える。空気コネクタ１５０は、基材として対応する境界面を有する空気マニホールド１２０の表面上に配置されるように構成でき、それによって、チューブ３０の各ガスラインは、マニホールド１２０上のそれぞれのチャネル入口１２４と連通した状態になる（図７の実施形態で示されるように）。この実施形態では、本体１５２は、丸みを帯びた長方形の形状を有する。しかしながら、他の様々な形状を使用して、本発明の様々な実施形態に係るチューブ３０及び対応する境界面及び基材の様々な構成を収容することができる。
【００３７】
図８は、空気コネクタ１５０の様々な側面をさらに詳細に例示する。空気コネクタ１５０の本体１５２は、図５の空気マニホールド１２０上にあるチャネル入口１２４などの対応する基材上に配置されるように構成される内部表面１６４を有する。空気コネクタ１５０の本体１５２は、本体１５２を貫通する複数のボア１５６をさらに備え、それによってボア１５６は内部表面１６４に露出する。ボア１５６の一部は、シール１５８などのシール部材によって取り囲まれていてよい。内部表面１６４は、ボア１５６のそれぞれを取り囲む外側シール１６０をさらに備えることができる。この実施形態では、ボア１５６の少なくとも１つは、対応するシール１５８のない真空ボア又は真空ポート１６２として利用される。
【００３８】
ボア１５６のそれぞれは、チューブ３０からの対応するガスラインと連通している。上記のように、この実施形態におけるチューブ３０は、１０本のガスラインを備える：圧力制御ライン１〜８、ガス環境ライン及び真空ライン。各ガスラインは、対応するボア１５６内に配置される。圧力制御ライン及びガス環境ラインのための各ボア１５６は、対応するシール１５８を備えるのに対し、真空ポート１６２内に配置された真空ラインには、シールがない。
【００３９】
空気マニホールド１２０上の対応する境界面又は表面に対してコネクタ１５０を配置すると、シール１５８及び外側シール１６０が基材に接触する。このような基材に対して配置すると、真空保持領域１５４が形成される。真空保持領域１５４は、外側シール１６０と内側シール１５８と内部表面１６４とコネクタ１５０が配置される対応する基材とによって画定される縁を有するスペース又は空間を備える。さらに、内側シール１５８は、各ボア１５６内における各ガスライン間に液密分離を生じさせる。しかしながら、真空ポート１６２は、シール１５８を備えていないので、真空ポート１６２は、真空保持領域１５４と流体連通する。したがって、真空ポート１６２に負圧を与えると（例えば、図１の制御装置４０と連通するチューブ３０により）、真空保持領域１５４内に真空が生じる。それによって、外部環境と真空保持領域１５４との圧力差により、空気コネクタ１５０が表面に封止され、真空ポート１６２と連通する真空ラインを不活性化及び活性化させることによって作動できる安全な接続が創り出される。
【００４０】
図９Ａ−Ｂは、マニホールド１２０に対して配置されたときの空気コネクタ１５０を示す。使用時には、空気コネクタ１５０は、空気マニホールド１２０のチャネル入口１２４に対して配置される。ボア１５６のそれぞれは、対応するチャンネル入口１２４にわたって配置されるように構成される。こうして、真空保持領域１５４内に真空を生じさせることによって空気コネクタ１５０を作動させると、それぞれのチャネル入口１２４と連通するチューブ３０の各ガスラインが配置される。シール１５８は、それぞれのチャンネル入口１２４間の連通を実質的に妨げ、チャネル間でのいかなる混線や漏れを最小限に抑える。さらに、この実施形態では、空気マニホールド１２０は真空チャンネル１３０も備える。したがって、真空保持領域１５４内に真空を生じさせることで、真空チャネル１３０にその対応するチャネル入口１２４を介して真空が与えられ、微小流体プレートにマニホールド１２０が封止される。このようにして、空気コネクタ１５０は、既存の真空ラインを利用して空気マニホールド１２０に対して所定の位置に空気コネクタ１５０を保持すると同時に微小流体プレートに空気マニホールド１２０を固定することができる。固定されたら、コネクタ１５０を使用して、微小流体プレートの様々な部品に可変圧力、気体、液体又は特定のガス環境を与えることができる。
【００４１】
この実施形態では、シール１５８はＯリングを備えることができ、外側シール１６０はガスケットを備えることができ、これらのそれぞれは、同様の厚さ、高さ及び圧縮率を有する。しかしながら、所定の実施形態では、他の種類のシールを使用することができるが、ただし、これらのシールがボア１５６間の流体連通を十分に妨げ、それによってチューブ３０のガスライン間での漏れを防止することを条件とする。さらに、他の種類のシールを使用することができるが、ただし、マニホールド１２０にコネクタ１５０を固定するように真空を維持することができる好適な真空保持領域１５４が生成されることを条件とする。理想的には、シール１５８の選択により、ガスラインが１０ＰＳＩを供給し、真空ラインが−８．２ＰＳＩに保持されるときに低い漏れ率、例えば０．１ｍＬ／分未満が得られるはずである。この実施形態では、チューブ３０は、１本の真空ラインを含めて１０本のラインを備えるのに対し、他の実施形態では、ラインの様々な数及び組み合わせを使用することができるが、ただし、この組み合わせにより、マニホールド１２０への安定した接続が得られることを条件とする。
【００４２】
上記のように、使用時に、空気コネクタ１５０は、空気インターフェース１３４に対して配置され、真空が引かれる。或いは、真空を、空気インターフェース１３４に対して空気コネクタ１５０を配置する前に引くことができる。このアクティブ真空ラインは、マニホールド１２０の基材に対してシール１５８及び外側シール１６０を容易に把持し、保持し、そして圧縮し、マニホールドの基材に向かってコネクタ１５０を引張り、液密シールを形成し、そして全ての圧力ラインの確信的な接続を確立し、いかなる漏れや「混線」も実質的に減少させる。真空保持領域１５４、シール１５８及び外側シール１６０のため、空気コネクタ１５０は、オペレータの熟練とは無関係に、変更可能なコネクタの配置及び一貫性のあるシールを可能にする。さらに、位置ずれを圧力の低下又は不能によって検出して、対応するチャンネル入口１２４のいずれかに圧力又はガスを与えることができる。この検出は、それぞれ図１の制御装置４０又はコンピュータ６０といった、チューブ３０と連通する制御装置又はコンピュータによって行うことができる。
【００４３】
所定の実施形態では、マニホールド１２０は、マニホールド１２０及びチャネル入口１２４に対するコネクタ１５０の適切な位置合わせを補助するための追加機能を備えることができる。図１０は、空気インターフェース１３４を備える空気コネクタ１５０と共に使用するための空気マニホールド１２０の実施形態を示す。この実施形態では、空気インターフェース１３４は、空気マニホールド１２０のチャンネル１２２、ガス環境チャンネル１２８及び真空チャネル１３０と連通するチャネルの入口１２４を含めて、空気マニホールド１２０から延在するタブを備える。また、空気インターフェース１３４は、空気インターフェース１３４上に配置されたときに空気コネクタ１５０を受け入れかつ所定の位置に保持するように成形されたノッチ又は隆起部といった、適切な位置合わせのためのアライメント機構１３６を備えることができる。
【００４４】
しかしながら、所定の実施形態では、空気インターフェース１３４は、任意の追加機能なしで単に複数のチャンネル入口１２４を備えることができる（例えば、図５に示された実施形態）。
【００４５】
図１１Ａ〜Ｂは、空気コネクタ１５０と共に使用するための空気インターフェース１７０の別の実施形態を示す。空気インターフェース１７０は、マニホールドとチューブとの間又は制御装置とチューブとの間のいずれかに配置できる。この実施形態では、空気インターフェース１７０は、図１の制御装置４０などの空気制御装置に接続されている。示されるように、空気インターフェース１７０は、制御装置４０内のチャネルと連通する複数のチャネル入口１７６を備える嵌合表面１７４を有する本体１７２を備える。本体１７２及び嵌合表面１７４は、空気コネクタ１５０の配置に対応するように、丸みを帯びた長方形の形状をさらに備える。使用時には、空気コネクタ１５０は、インターフェース１７０にわたって配置され、それによって、チューブ３０の真空ライン３２がインターフェース１７０のそれぞれの真空チャネルと連通する。次いで、上記のように真空ライン３２が活性化され、インターフェース１７０にコネクタ１５０が固定される。
【００４６】
所定の実施形態では、微小流体プレート１００又は空気マニホールド１２０は、真空チャネル１３０を備えていなくてもよい。したがって、これらの実施形態では、本発明に係る空気コネクタ１５０は、マニホールド１２０の真空チャネル１３０とは連通ししていない真空ポート１６２を備えることができる。これらの実施形態では、真空ポート１６２は、マニホールドにコネクタ１５０を固定するためだけのものであるため、それぞれのボア１５６は、それぞれのチャネル入口１２４と連通した状態で配置される。
【００４７】
空気コネクタ１５０により様々な利点が得られる。例えば、空気コネクタ１５０は、マニホールド１２０を容易に洗浄することや、さらにはラボ内でのサンプルの移送中にプレート蓋又はカバーとして使用することを可能にする。空気コネクタ１５０は、使用中に既存の真空ラインを所定の位置にそれ自体を保持するために利用するので、いかなる追加又は空気も必要ではない。したがって、空気コネクタ１５０は、へそスタイルのマニホールド又は恒久的な接続を制御するために使用することもできる既存のハードウェアを利用することができる。さらに、ほぼ自動的な保持力を確立することにより、空気コネクタ１５０は、オペレータのワークフローを容易にし、誤動作の可能性を低減させる。
【００４８】
空気コネクタ１５０は、自動化を利用した微小流体制御システム環境で特に有利である。上記のように、この実施形態では、微小流体プレート１００は、ＳＢＳ準拠９６ウェルフォーマットを備えるため、様々な「既製」機械を使用して自動化システムを作製することができる。一実施形態では、自動化システムは、微小流体プレート１００を特定のステーションに移動させるロボットアーム又はプレートハンドラを備える。微小流体プレート１００は既に準備されていてよく、かつ、空気マニホールド１２０を備えることができる；しかしながら、所定の実施形態では、自動化システムは、プレート１００のウェルに液体を分配することができ、また、空気マニホールド１２０を導入することもできる。その後、空気コネクタ１５０は、空気インターフェース１３４に機械的に導入されるであろう。その後、真空ラインをアクティブにすることで、空気コネクタ１５０が空気インターフェース１３４に自動的に固定され、いかなる外部又は手動介入なしに安定した真空保持接続が確立される。この機能は、機械的装着手段又はクランプ手段を使用するコネクタについて重要な利点を有する。さらに、空気コネクタ１５０は、空気マニホールド１２０の接続点で直接的に信頼性及び再現性のあるコネクタを与える。
【００４９】
上記のように、真空保持領域１５４及びシール１５８は、各ガスラインを物理的に分離する。しかし、シールのずれ、破損又はそうでなければ不完全さにより圧力漏れが依然として発生する可能性がある。この圧力漏れが見過ごされた場合には、不適当な圧力が各チャネル１２２に加えられる可能性があり、微小流体プレート１００上で実行される実験の結果を潜在的に偏らせる可能性がある。取り外し可能な空気コネクタ１５０を使用することの利点の一つは、ガスライン間で圧力漏れが生じる不完全なシールを、真空保持領域１５４内における真空圧力の異常として認識することができることである。所定の実施形態では、制御装置４０及び／又はコンピュータ６０は、真空保持領域１５４内における圧力の偏差を認識し、この情報をオペレータに、例えば警告その他の手段により報告するように構成される。したがって、オペレータは、その後、空気コネクタ１５０を装着し直して確実なシールを確保するなどの是正措置をとることができる。
【００５０】
Ｂ．取り外し可能空気コネクタの第２実施形態
上記のように、図１のチューブ３０は、様々な手段によって制御装置４０から取り外すことができる。例えば、チューブ３０と制御装置４０との境界面で、空気圧装着、磁気装着、機械的装着などの様々な装着手段を使用することができる。図１２Ａ〜１４は、本発明に係る取り外し可能空気コネクタ２００の別の実施形態を示す。空気コネクタ２００は、チューブ３０と制御装置４０との間に配置でき、また制御装置４０に空気コネクタ２００を取り外し可能に固定するように構成できる。さらに、この実施形態では、空気コネクタ２００は、インラインフィルタをさらに備え、該フィルタを使用してガスの通過を可能にすることができる一方で、流体の流れを妨げることができる。
【００５１】
図１２Ａ〜Ｂの実施形態に示すように、コネクタ２００はハウジング２０２を備えることができる。ハウジング２０２は、透明なＰＤＭＳ、成形プラスチック又は他の好適な材料を含むことができる。ハウジング２０２は、チューブ端部２０４及び係合端部２０６をさらに備える。複数の雄ポート２３０が内部に配置され、各雄ポート２３０がチューブ端部２０４及び係合端部２０６の両方から延在するようにハウジング２０２を横方向に貫通する。チューブ端部２０４上において、各雄ポート２３０は、図１のチューブ３０を備えるガスラインなどのガスラインとの境界となるバーブ２３４を備える。雄ポート２３０をチューブと連通した状態で配置するために、チューブの対応するガスラインがバーブ２３４に配置される。この実施形態では、チューブ３０のガスラインがバーブ２３４を使用して固定されているが、ＴＣ接続、ルアー接続などのガスラインのための接続の他の形態を使用してもよい。
【００５２】
係合端部２０６上において、それぞれの雄ポート２３０は、図１の制御装置４０などの空気制御装置上のインターフェース２６０における対応する雌ポート２８０と係合するように構成される段部２５０をさらに備える。さらに、雄ポート２３０は、バーブ２３４から段部２５０まで延在するチャネル２３２を備え、これは、チューブ３０と制御装置４０との間に気体、液体又は他の物質を通過させるのを可能にすることができる。雄ポート２３０の少なくとも一つは、真空ポート２４２などの特定の機能のために指定できる。一対のタブ２０８は、チューブ端部２０４上でハウジング２０２の各側面から横方向に延在する。タブ２０８を、例えばコネクタ２００を把持するために使用して、コネクタ２００を対応するインターフェース２６０から係合又は係合解除させることができるが、これは、手動で又は適切に構成されたハードウェアを使用して自動化により実行できる。
【００５３】
ハウジング２０２は、係合端部２０６上に位置するコネクタ磁石２１２を備える支柱２１０をさらに備えることができる。この実施形態では、ハウジング２０２は、雄ポート２３０のそれぞれの側に２本の支柱２１０を備え、それぞれの支柱２１０はコネクタ磁石２１２を備える。しかし、所定の実施形態では、ハウジング２０２は、単一の支柱、複数の支柱を備え、支柱を欠き、又は磁石なしで支柱を備えることができる。同様に、所定の実施形態では、ハウジング２０２は、単一の磁石、複数の磁石を備え、磁石を欠き又は支柱なしに磁石を備えることができる。図示した実施形態では、コネクタ磁石２１２は支柱２１０の装着面と同様に成形されている；しかし、様々な磁石及び形状を使用してもよい。
【００５４】
図示した実施形態では、それぞれの支柱２１０及びコネクタ磁石２１２は、インターフェース２６０における受容磁石２６６を含む対応する開口部２６４によって受容されるように成形される。各コネクタ磁石２１２と受容磁石２６６との吸引力を使用してインターフェース２６０にコネクタ２００を固定し、それによって雄ポート２３０を雌ポート２８０と流体連通して配置することができる。さらに、磁石２１２、２６６を使用して、インターフェース２６０にコネクタ２００を適切に整列させ、配置することを補助することができる。例えば、コネクタ磁石２１２の磁極性は、コネクタ２００がインターフェース２６０に後方又はそうでなければ誤った位置に配置されたときに受容磁石２６６の磁極性と同じになるように構成でき、それによってコネクタ２００がインターフェース２６０と係合しないようにする抵抗力が得られる。しかしながら、所定の実施形態では、コネクタ磁石２１２又は受容磁石２６６のいずれかは、単に金属片を備えるだけでよい。これらの実施形態では、適切な位置合わせが望まれる場合には、係合の他の形態を使用することができ、例えば雄ポート２３０及び雌のポート２８０の配置を固定し又は間隔を開け、それによってコネクタ２００が単一の位置でのみインターフェース２６０と係合することができるようにすることにより使用することができる。図１３Ａに示すように、例えば、真空ポート２４２と隣接する雄ポート２３０との間隔は、他の雄ポート２３０間の間隔よりも僅かに広くてもよい。同様に、所定の実施形態では、開口部２６４のサイズ及び／又は形状は、コネクタ２００上の特定の支柱２１０及び／又はコネクタ磁石２１２のみを受け入れるために互いに対して変更できる。様々な実施形態及び構成が本発明の範囲内にある。
【００５５】
所定の実施形態では、磁気力ではなく固定係合の他の形態を使用してコネクタ２００をインターフェース２６０に固定することができる。例えば、コネクタ２００は、図８のコネクタ１５０と同様に、既存のインライン真空力を使用して、インターフェースにコネクタを空気的に固定することができる。あるいは、ネジ、つまみネジ、ボルトなどといった他の機械的手段を使用してインターフェース２６０にコネクタ２００を固定することができる。例えば、いくつかの実施形態ではつまみネジが好ましいことがある。というのは、このものは、コネクタ２００とインターフェース２６０との間に誤って外れにくい信頼性の高い接続を与えるからである。しかしながら、実施形態では、自動化結合、空気的結合及び／又は磁気結合を使用することが好ましい場合がある。コネクタ２００を係合解除及び係合させるために少しの力しか必要とされないからである。
【００５６】
図１３Ａ〜Ｂ及び図１４を参照すると、この実施形態では、ハウジング２０２は、ハウジング２０２を貫通する複数のボア２１６をさらに備え、それによって、ボア２１６は、チューブ端部２０４及び係合端部２０６に対して開く。それぞれのボア２１６は、雄ポート２３０の一つを受け入れボア２１６に固定するための嵌合部２１８と、係合端部２０６の近くにある開放部２２０とをさらに備えることができる。所定の実施形態では、嵌合部２１８は、ネジ、溝、テーパーなどといった、雄ポート２３０を受け入れかつ固定するための追加の機能を備えることができる。示した実施形態では、嵌合部２１８は、開放部２２０よりも小さな直径を有しており、嵌合部２１８及び開放部２２０は互いに軸上にある。さらに、ボア２１６は、真空ポート２４２のために、真空などの特定の機能を目的とすることができる。この目的は、チューブ端部２０４上の隆起表面などの構造的特徴又はインジケータ２１４によってハウジング２０２上に指定できる。或いは、ハウジング２０２は、チューブ端部２０４又はポートの締め付け間隔又は配置上のマーキングといった他の特徴を使用して、特定の機能のためのボア及びポートの使用を指定することができる。図示した実施形態では、真空ポート２４２は、その目的の使用の指標として雄ポート２３０とは異なって着色される。
【００５７】
図示した実施形態では、複数の雄ポート２３０はボア２１６内に配置される。各雄ポート２３０は、２個の別々のピース、シリンジ２５２及びフィルタ２４４を備えることができ、これらは、互いに係合して雄ポート２３０を形成するように構成される。互いに係合したときに、チャネル２３２（図１２Ａ〜Ｂに示されるように）は、シリンジ２５２及びフィルタ２４４を貫通する。この実施形態では、シリンジ２５２及びフィルタ２４４は、それぞれ、いくつかの構成要素を有する本体を備えることができる。シリンジ２５２は、バーブ２３４、ボルト２３６、ネジセグメント２３８及びテーパーセグメント２４０を備える。シリンジ２５２をボア２１６の１つの内部に配置するために、テーパーセグメント２４０は、ハウジング２０２のチューブ端部２０４を介して嵌合部２１８内に配置される。その後、シリンジ２５２を、ボルト２３６を把持することによって回転させ、ネジセグメント２３８を嵌合部２１８の内面に係合させる。シリンジ２５２は、ボルト２３６がチューブ端部２０４の表面と接触しているときにボア２１６内に適切に配置されるため、シリンジ２５２がボア２１６内で固定される。
【００５８】
この実施形態では、シリンジ２５２及びフィルタ２４４は分離可能であるが、所定の実施形態では、これらの部材は、単一の構成要素を備えることができる。さらに、バーブ２３４、ボルト２３６、ネジセグメント２３８及びテーパーセグメント２４０は、この順にシリンジ２５２に沿って配置されているが、これらの部材は、本発明に係るボア２１６及び／又はハウジング２０２の別の実施形態に対応するように別の方法で配置できる。例えば、所定の実施形態では、ボルト２３６をネジセグメント２３８の下に配置することができ、それによってシリンジ２５２を係合端部２０６からボア２１６内に配置することができる。同様に、所定の実施形態では、ネジセグメント２３８は、シリンジ２５２をボア２１６内で固定するために、溝又はテーパーなどの他の特徴を備えることができる。さらに別の実施形態では、シリンジ２５２及びフィルタ２４４の様々な特徴は、例えばハウジング２０２の一部として成形でき、それによって、チャンネル２３２は、ハウジング２０２の一体部品となる。様々な実施形態が本開示の範囲内にあるとみなされる。
【００５９】
上記のように、各雄ポート２３０は、２つの別個のピース、シリンジ２５２及びフィルタ２４４を備えることができる。フィルタ２４４は、例えばルアー式の接続（例えば、ルアースリップ又はルアーロックなど）、ネジ又は係合の他の形態を使用することによってシリンジ２５２と係合するように構成できる。この実施形態では、フィルタ２４４は、受容部２４６、チャネル２３２内に配置されるフィルタ部材２４８及び段部２５０を備える。受容部２４６内におけるチャネル２３２の部分は、シリンジ２５２のテーパーセグメント２４０を受容するようにテーパーがついていてもよい。このように、フィルタ２４４をシリンジ２５２に固定するために、フィルタ２４４は、ボア２１６の開口部２２０内に配置され、それによって、フィルタ２４４の受容部２４６は、シリンジ２５２のテーパーセグメント２４０を受け入れる。次いで、フィルタ２４４をシリンジ２５２に押し付け、摩擦によってフィルタ２４４をシリンジ２５２に固定し、液密シールを生じさせる。
【００６０】
この実施形態では、フィルタ２４４は、チャネル２３２内に配置されるフィルタ部材２４８を備える。フィルタ部材２４８は、疎水性フィルタ及びＰＴＦＥフィルタなどの任意の種類のフィルタを含むことができる。このように、フィルタ２４４は、空気及び他のガスの通過を可能にするが、水及び他の流体の通過を防止することができる。また、フィルタ２４４のサイズ、形状及び種類は、所望の流量又は他のパラメーターに依存して変更できる。例えば、この実施形態では、フィルタ２４４は、９個の４ｍｍ０．４５μｍＰＴＦＥフィルタ及び１個の１３ｍｍ０．４５μｍＰＴＦＥフィルタを備える。単一の１３ｍｍ直径フィルタを、真空ポート２４２に接続された真空ラインのために使用することができ、これは、より高い空気流量の恩恵を受けることができる。フィルタは、例えば、ＥＭＤミリポア社から市販されているＭｉｌｌｅｘ（商標）シリンジフィルタを含むことができる。しかしながら、所定の実施形態では、フィルタ２４４はフィルタ部材２４８を欠いているため、気体又は液体の通過を可能にすることができる。
【００６１】
この実施形態では、フィルタ２４４は交換可能である。いくつかの実施形態では、フィルタは、フィルタ２４４のそれぞれを取り出し、新しいセットに置き換えることにより交換できる。所定の実施形態では、フィルタは、例えば、機械的手段を使用した取り出し及び新しいセットとの交換によって交換できる。同様に、所定の実施形態では、フィルタ２４４は、例えば、対応するシリンジのテーパー部のそれぞれを受容するように適切に間隔をあけたフィルタ２４４のアレイ上にコネクタ２００を配置することによって同時に装着できる。しかしながら、さらなる実施形態では、フィルタ２４４は、コネクタ２００に永久的に接続できる。様々な実施形態及び構成は、本発明の範囲内にあるとみなされる。
【００６２】
コネクタ２００は、チューブ３０のいずれかの側、例えばマニホールド又は制御装置上に配置できる対応するインターフェース２６０と係合するように構成される。例えば、図１の制御装置４０などの制御装置は、コネクタ２００を受け入れるように構成されたインターフェース２６０をさらに備えることができる。図１３Ａ〜Ｂ及び図１４に示す実施形態では、インターフェース２６０は、複数の雌ポート２８０を備え、これらは、コネクタ２００の雄ポート２３０を受け入れ、雌ポート２８０及び雄ポート２３０を流体連通状態にする。各雌ポート２８０は、空気制御装置４０のチャンネル２８６と連通する開口部２８４の上方に位置するシール２８２を備える。各チャネル２８６は、雌ポート２８０に液体、気体その他の物質を供給するように構成できる。図示した実施形態では、各チャネル２８６は、制御装置４０から可変空気圧を供給するように構成される。したがって、コネクタ２００の雄ポート２３０がインターフェース２６０の雌ポート２８０と連通すると、雄ポート２３０のチャネル２３２は、制御装置４０のチャネル２８６と連通する。したがって、チューブ３０は、コネクタ２００を介して制御装置４０のチャネル２８６と流体連通する。
【００６３】
シール２８２を使用して各雌ポート２８０、それに応じて各チャネル化２８６を互いに流体分離する。シール２８２は、パネル２６２によって保持できる。図示した実施形態では、パネル２６２は、雌ポート２８０のそれぞれのための開口と、開口部２６４とを備える。所定の実施形態では、シール２８２は、雌ポート２８０の開口２８４内に画定された溝内に配置でき、これはパネル２６２を補完し又は置き換えることができる。シール２８２は、例えばＯリングを備え、これは低い挿入力を可能にするために「Ｕ」字型断面をさらに備えることができる。
【００６４】
図１２Ａ及び１３Ａに示される実施形態では、コネクタ２００は、最初に制御装置４０のインターフェース２６０から分離され係合解除されてもよい。図１２Ｂ及び３Ｂの実施形態で示すように、コネクタ２００は、係合端部２０６がインターフェース２６０と接触したときにインターフェース２６０に係合し、それによって、コネクタ磁石２１２を有する支柱２１０が受容磁石２６６を有する対応する開口２６４に入り、このようにインターフェース２６０にコネクタ２００を固定する磁力を使用する。コネクタ２００をインターフェース２６０に係合させると、それぞれの雄ポート２３０が対応する雌ポート２８０にさらに入り、それによって各ガスラインチューブ３０のそれぞれが制御装置のチャネル２８６と流体連通して配置される。また、各シール２８２は、対応するフィルタ２４４の段部２５０と接触した状態で配置され、各チャンネル２８６間の流体連通を実質的に防止する。したがって、制御装置４０は、下流の対応するマニホールドに真空を含めた正確なレベルの可変圧力を供給して、微小流体プレート内での微小流体プロセス又は実験を制御することができる。
【００６５】
空気コネクタ１５０と同様に、空気コネクタ２００は、洗浄のしやすさ、マニホールド及びチューブの輸送、オペレータワークフローの減少、自動化に適用可能なこと、不完全なシールの識別といった様々な利点が得られる。さらに、単一のコネクタ２００内において複数のフィルタ２４４を使用することには、フィルタ２４４の全てを、各フィルタを個別的に取り外すのではなく、コネクタを係合解除しながら制御装置から同時に取り外すことができる点で重要な利点がある。したがって、コネクタ２００は、制御装置に迅速でほぼ自動的な接続を与える。
【００６６】
また、チューブ３０と制御装置４０との間にある取り外し可能コネクタ２００において疎水性フィルタなどのフィルタ２４４を使用することには、追加の利点がある。例えば、液体がチューブ３０を通ってマニホールド１２０から逆流する場合には、フィルタ２４４は、液体がチャネル２８６に入らないようにし、制御装置４０が潜在的に害される又は汚染されるのを防ぐ。また、フィルタ２４４を使用して、図４Ａ〜Ｂのチューブ３０に装着された微小流体プレート１００及びマニホールド１２０などのチューブ３０及び下流マニホールド及び微小流体プレートの汚染を防止することもできる。さらに、スリップ、ネジ又は取り外し可能な接続の他の形態を使用するフィルタ２４４を単回使用して、コネクタ２００が制御装置４０のインターフェース２６０に固定されるたびに汚染されないようにするのに役立つ。
【００６７】
また、複数のフィルタ２４４を取り入れたコネクタ２００は、マニホールド１２０とチューブ３０の両方を効率的に洗浄するためにも使用できる。微小流体装置の空気制御に関連したガスライン及びチューブの従来の洗浄方法は、典型的には、シリンジに洗浄液を吸引させ、次に個々のラインに洗浄液を注入することを伴う。これに対し、制御装置４０は、チューブ３０に、過酸化水素などの洗浄液を吸引し、それによってチューブ３０を含むガスラインの全てを同時に洗浄するように構成できる。
【００６８】
微小流体洗浄プレート及び使用方法
図１５〜１７は、本発明の実施形態に従ってマニホールド及びチューブを洗浄するための洗浄プレート３００を示す。洗浄プレート３００は、ＰＤＭＳ、成形プラスチックなどの様々な材料を含むことができる。洗浄プレート３００は、図２の微小流体プレート１００などの対応する微小流体プレートと同様の寸法を有する。したがって、図１７に示す実施形態では、図４Ａ−Ｂのマニホールド１２０などのマニホールドを、洗浄プレート３００と流体連通するように洗浄プレート３００にわたって配置でき、同じように、マニホールド１２０は、微小流体プレート１００に配置され、流体連通するであろう。さらに、制御装置は、真空チャネルを介して洗浄プレート３００に真空を与えてマニホールドをプレートに封止することができる。
【００６９】
図１５〜１６に示される実施形態では、洗浄プレート３００は、洗浄プレート３００の表面３０４から立ち上がる側壁３０２をさらに備える。マニホールドがプレートに密封されると、側壁３０２はマニホールドに接触する。洗浄プレート３００は、複数のウェルを備えることができ、該ウェルは、図示した実施形態では、中央ウェル３０６と、ガスラインウェル３０８と、真空ラインウェル３１０とを備える。中央ウェル３０６及びガスラインウェル３０８には過酸化水素溶液、アルコール溶液などの洗浄液を充填することができる。洗浄プレート３００は、複数の洗浄液チャネル３１２をさらに備える。図１６の洗浄プレート３００にわたって位置合わせされた図５のマニホールド１２０を示す図１７に示された実施形態では、ガスラインウェル３０８及び真空ラインウェル３１０は、それぞれ、マニホールド１２０のガス環境チャネル１２８及び真空チャネル１３０のための出口の下に配置されている。同様に、洗浄液チャネル３１２もマニホールド１２６のチャネル出口の下に配置されている。図１５〜１６を参照すると、洗浄液チャネル３１２は、開口３１４をさらに備え、該開口は、中央ウェル３０６と流体連通する複数の移送チャネル３１６と流体連通した状態にある。この実施形態では、移送チャネル３１６は、中央ウェル３０６の基部における４つのキャビティと、該基部から立ち上がりかつ洗浄液チャネル３１２内の開口３１４と連通する内部チャネル（図示しない）とを備える。
【００７０】
この実施形態では、中央ウェル３０６、ガスラインウェル３０８及び洗浄液チャネル３１２の側壁は、洗浄プレート３００の側壁３０２と同じ高さにまで立ち上がっているため、マニホールド１２０がプレートに封止されたときに互いに流体的に分離される。これに対し、真空ラインウェル３１０の側壁は、プレートの表面３０４にまで立ち上がっているにすぎない。したがって、マニホールドを洗浄プレート３００に封止するために（図１７に示される実施形態において）、マニホールドをプレートにわたって位置合わせしてその上面に置き、そしてプレートに対して押し下げる。その後、マニホールド１２０と連通する真空ラインを作動させる。真空ラインを作動させることで、表面３０４と、側壁３０２と、中央ウェル３０６、ガスラインウェル３０８及び洗浄液チャネル３１２の側壁との間の空間に真空を生じさせてマニホールド１２０をプレートに封止させる。
【００７１】
マニホールド１２０が洗浄プレート３００に封止されたら、洗浄シーケンスを実行することができ、これは、洗浄プレート１２０のウェルに入れられた洗浄液を、マニホールド及びマニホールド１２０と図１の制御装置４０などの制御装置と間のチューブに吸引する。まず、中央ウェル３０６及びガスラインウェル３０８に洗浄液を充填することができる。その後、マニホールド１２０を洗浄プレート３００に配置し、そして洗浄プロトコルを制御装置４０で作動させることができる。制御装置は、マニホールド１２０内のチャネルのそれぞれに負圧を与える。負圧は、洗浄液を中央ウェル３０６から移送チャネル３１６に洗浄液チャネル３１２を介して吸引し、そしてマニホールド１２６の出口に吸引する。同様に、ガスラインウェル３０８から洗浄溶液をマニホールドのガス環境チャンネル１２８用の出口に吸引する。洗浄溶液がマニホールド１２０のチャネルを横断すると、洗浄溶液はチューブ３０に入り続け、それによってチューブ３０を備えるガスラインのそれぞれを洗浄する。最後に、洗浄溶液は、コネクタ２００のフィルタ２４４によって停止され（図１２Ａ〜Ｂの実施形態に示されるように）、それによってチューブ３０、マニホールド１２０及び中間部品の全長を最大限に洗浄する。さらに、フィルタ２４４が洗浄液の流れを停止させるため、コネクタ２００は、洗浄プロトコルの結果としての制御装置４０に対する損傷の危険性を最小限に抑える。
【００７２】
洗浄プロセスが完了したら、洗浄液を洗浄プレート３００に戻すように逆にすることができる。その後、マニホールド１２０を洗浄プレート３００から切り離すことができる。そのときに、マニホールドは、実験のために微小流体プレートへの装着に使用する準備ができている。コネクタ２００のフィルタ２４４が使い捨ての場合には、これらを交換できる。
【００７３】
さらに、上記実施形態及び本発明の様々な特徴を互いに組み合わせて様々な空気コネクタ、空気マニホールド、微小流体プレート、洗浄プレート、微小流体制御及び分析システムを形成することができることに留意すべきである。本発明は、ここに記載した特定の実施形態によって範囲が限定されるものではない。実際に、当業者であれば、本発明の他の様々な実施形態及び改変は、ここに記載したものに加え、上記説明及び添付図面から明らかであろう。したがって、このような他の実施形態及び改変は、本発明の範囲内にあるものとする。さらに、本発明は特定の目的のために特定の環境における特定の実施の文脈で説明してきたが、当業者であれば、その有用性はそれに限定されず、しかも本発明は任意の目的のために任意の環境で有益に実施できるが分かるであろう。したがって、特許請求の範囲は、ここで説明した本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈すべきである。
【符号の説明】
【００７４】
１０  微小流体プレート制御及び分析システム
２０  倒立顕微鏡
３０  チューブ
３２  真空ライン
４０  空気制御装置
５０  ネットワーク接続
６０  コンピュータ
１００  微小流体プレート
１０２  流体チャネル
１０４  培養チャンバ
１０６  細胞入口ウェル
１０５  側壁
１０８  溶液入口ウェル
１１０  重力灌流ウェル
１１２  観察窓
１１４  排出物出口ウェル
１１６  灌流出口ウェル
１１８  灌流障壁
１２０  空気マニホールド
１２２  チャネル
１２４  チャネル入口
１２６  チャネル出口
１２８  ガス環境チャネル
１３０  真空チャネル
１３２  軟質ガスケット
１３４  空気インターフェース
１５０  空気コネクタ
１５２  本体
１５４  真空保持領域
１５６  ボア
１５８  内側シール
１６０  外側シール
１６２  真空ポート
１６４  内部表面
１７０  空気インターフェース
１７２  本体
１７４  嵌合表面
２００  取り外し可能空気コネクタ
２０２  ハウジング
２０４  チューブ端部
２０６  係合端部
２０８  タブ
２１０  支柱
２１２  コネクタ磁石
２１６  ボア
２１８  嵌合部
２２０  開放部
２３０  雄ポート
２３２  チャネル
２３４  バーブ
２３６  ボルト
２３８  ネジセグメント
２４０  テーパーセグメント
２４４  フィルタ
２５０  段部
２５２  シリンジ
２６０  インターフェース
２６４  開口部
２６６  受容磁石
２８０  雌ポート
３００  洗浄プレート
３０２  側壁
３０４  表面
３０６  中央ウェル
３０８  ガスラインウェル
３１０  真空ラインウェル
３１２  洗浄液チャネル
【図１】
0006666313.tif 000002
【図２】
0006666313.tif 000003
【図３】
0006666313.tif 000004
【図４Ａ−４Ｂ】
0006666313.tif 000005
【図５】
0006666313.tif 000006
【図６】
0006666313.tif 000007
【図７】
0006666313.tif 000008
【図８】
0006666313.tif 000009
【図９Ａ】
0006666313.tif 000010
【図９Ｂ】
0006666313.tif 000011
【図１０】
0006666313.tif 000012
【図１１Ａ】
0006666313.tif 000013
【図１１Ｂ】
0006666313.tif 000014
【図１２Ａ】
0006666313.tif 000015
【図１２Ｂ】
0006666313.tif 000016
【図１３Ａ】
0006666313.tif 000017
【図１３Ｂ】
0006666313.tif 000018
【図１４】
0006666313.tif 000019
【図１５】
0006666313.tif 000020
【図１６】
0006666313.tif 000021
【図１７】
0006666313.tif 000022