(57)【要約】  本発明による細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォーム（１０）は、適切な光学特性を備えた適切なプラスチック材料から作製されたチップ基体（１２）を含む。チップ基体（１２）は複数のポート（１４）を有し、複数のポート（１４）は、細胞が保持される培地を含有するためのマイクロ流体流路（１６）と流体連通する。好ましくは、ガス透過性ラミネート（２０）がチップ基体（１２）の底面に接合される。各ポート１４は、ポート（１４）をマイクロ流体流路（１６）と接続する内側入口（２２）と、入口（２２）に隣接して培地流体の小さな貯蔵部を含むためのトラフ（２４）とを有し、使用中、内側入口を直接経由するのではなくトラフを経由して培地をマイクロ流体流路から吸引することができる。
2017533725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォームであって、
適切な光学特性を備えた適切なプラスチック材料から作製されたチップ基体であって、細胞が保持される培地を含有するためのマイクロ流体流路と流体連通する複数のポートを有するチップ基体、
を含むマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項２】
前記チップ基体は、射出成型可能であり光学的に透明であるエンジニアリングプラスチック材料から作製される、請求項１に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項３】
前記プラスチック材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）からなる群から選択される、請求項２に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項４】
前記チップ基体の底面に接合されたガス透過性ラミネートをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項５】
前記ガス透過性ラミネートは、低いかさ密度のポリマーから作製される、請求項４に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項６】
前記低いかさ密度のポリマーは、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）およびポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）（ＰＴＭＳＰ）からなる群から、またはポリメチル化ポリ（ジフェニルアセチレン）などのポリメチル化ポリマーから、または他の手段を介して十分なガス透過性を達成するポリマーから選択される、請求項５に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項７】
前記ガス透過性ラミネートは光学的に透明である、請求項４に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項８】
前記ラミネートは、ヒートラミネーション、溶剤接合、接着（湿潤または乾燥接着剤による）によって、または、前記チップ基体およびラミネートそれぞれに使用される特定の材料に依存する他の手段によって、前記チップ基体に接合される、請求項４〜７のいずれか一項に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項９】
前記チップ基体は、直線状の配列で配置された細長い構成の複数のマイクロ流体流路を有し、各マイクロ流体流路は隣接流路と実質的に平行である、請求項１に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１０】
前記各マイクロ流体流路がポートの対を有し、１つのポートはそれぞれ各端部に設けられている、請求項９に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１１】
前記ポートは全て、前記チップ基体の上面に開口する、請求項１０に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１２】
前記マイクロ流体流路は対になって配置され、それらの間に第３のマイクロ流体流路が設けられ、前記第３の流路は、マイクロ流体流路の前記対と前記第３のマイクロ流体流路との間の制御された流体連通を可能にするように構成される、請求項１０に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１３】
前記第３のマイクロ流体流路は、ヒドロゲルまたは他の細胞外マトリックスで充填される、請求項１２に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１４】
前記マイクロ流体流路の全ては前記チップ基体の底面に形成され、ガス透過性ラミネートが、前記流路を取り囲むために前記チップ基体の前記底面に接合される、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１５】
前記チップ基体は、複数の貯蔵部がその上面に成型された状態で形成され、前記複数の貯蔵部は前記ポートと流体連通しておらず、使用の際、前記各貯蔵部は、前記デバイス周囲に湿った環境を作り出すために、滅菌水、ヒドロゲルまたは他の物質を保持するように適合される、請求項１０に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１６】
前記チップ基体は、概ね細長い長方形の形態のものであり、前記ポートは前記チップ基体の各長手方向縁部に沿って配置されている、請求項１に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項１７】
細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォームを製造する方法であって、
適切な光学特性を備えた適切なプラスチック材料からチップ基体を成型するステップであって、前記チップ基体は、細胞が保持される培地を含有するためのマイクロ流体流路と流体連通する複数のポートを有するステップ、
を含む方法。
【請求項１８】
前記チップ基体を成型する前記ステップは、光学的に透明なエンジニアリングプラスチック材料を使用して射出成型することを伴う、請求項１３に記載のマイクロ流体プラットフォームを製造する方法。
【請求項１９】
前記プラスチック材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、および環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）からなる群から選択される、請求項１４に記載のマイクロ流体プラットフォームを製造する方法。
【請求項２０】
前記方法はさらに、ガス透過性ラミネートを前記チップ基体の底面に接合するステップを含む、請求項１３に記載のマイクロ流体プラットフォームを製造する方法。
【請求項２１】
前記ガス透過性ラミネートは光学的に透明であり、低いかさ密度のポリマーから作製される、請求項１６に記載のマイクロ流体プラットフォームを製造する方法。
【請求項２２】
低いかさ密度のポリマーは、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）およびポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）（ＰＴＭＳＰ）、ポリメチル化ポリ（ジフェニルアセチレン）などのポリメチル化ポリマー、または他の手段を介して十分なガス透過性を達成するポリマーからなる群から選択される、請求項１７に記載のマイクロ流体プラットフォームを製造する方法。
【請求項２３】
前記ラミネートを前記チップ基体に接合する前記ステップは、ヒートラミネーションによって前記ラミネートを前記チップ基体にラミネートすることを伴う、請求項１６に記載のマイクロ流体プラットフォームを製造する方法。
【請求項２４】
前記ラミネートを前記チップ基体に接合する前記ステップは、溶剤接合、接着接合（湿潤または乾燥接着剤による）、または、前記チップ基体およびラミネートそれぞれに使用される特定の材料に依存する他の接合手段を伴う、請求項１６に記載のマイクロ流体プラットフォームを製造する方法。
【請求項２５】
細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォームであって、
細胞が保持される流体培地を含有するマイクロ流体流路と流体連通する複数のポートを有するチップ基体であって、各ポートが、前記ポートを前記マイクロ流体流路と接続する内側入口と、前記入口に隣接して培地流体の小さな貯蔵部を含むためのトラフとを有し、使用中、前記内側入口を直接経由するのではなく前記トラフを経由して培地を前記マイクロ流体流路から吸引することができるチップ基体、
を含む、マイクロ流体プラットフォーム。
【請求項２６】
前記入口は前記ポートの中心に設けられ、前記トラフは前記入口を取り囲む環状の構成のものである、請求項２１に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項２７】
前記トラフの底面は半円形の断面のものである、請求項２２に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項２８】
前記マイクロ流体プラットフォームの前記ポートは、モジュール式アタッチメントインターフェースとして設計される、請求項２１に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項２９】
前記ポートは、チューブコネクタおよびシリンジポンプなどの標準型ルアーフィッティングを前記マイクロ流体プラットフォームに取り付けるためのモジュール式ルアーコネクタを受け入れるように適合される、請求項２４に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項３０】
複数の前記マイクロ流体プラットフォームを、単一のマイクロプレートホルダに受け入れて保持することができる、請求項２１に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【請求項３１】
前記ホルダは複数の内側貯蔵部をさらに含み、前記複数の内側貯蔵部は前記チップと流体連通せず、使用の際、各貯蔵部は、前記チップの周囲に湿った環境を作り出すために、滅菌水、ヒドロゲルまたは他の物質を保持するように適合される、請求項３０に記載のマイクロ流体プラットフォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元（３Ｄ）マイクロ環境において細胞を培養するために使用されるマイクロ流体技術に関し、より詳細には、非排他的に、マイクロ流体プラスチックデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体技術は、高解像度リアルタイム撮像、多数の連通細胞の種類ならびに流れおよび勾配の制御の可能性を提供しながら、使用者が、より生理学的な３次元（３Ｄ）マイクロ環境で細胞を培養することを可能にする。国際特許出願であるＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３９４３４号は、３次元マイクロ流体プラットフォームおよびその使用方法を記載している。これらの先行技術のデバイスを作製するために使用される材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、光学的に透明でありかつガス透過性である成型可能シリコーンである。ＰＤＭＳは、マイクロ流体デバイスを製造するためのソフトリソグラフィプロセスによる迅速なプロトタイピングに一般に使用される。しかしながら、ＰＤＭＳは、BeebeらによってLab Chip,2012,12,1224-1237に詳細に概説される理由のため、細胞ベース用途に理想的な材料ではない。要約すると、欠点のいくつかは以下のものを含む：
・ＰＤＭＳは、疎水性化合物のバルク吸収を起こしやすい透過性材料であり、疎水性薬物／タンパク質を調査する生物学的アッセイは、それらの効率的な濃縮がバルク吸収によって低下し得るので、影響を受けるだろう。
・ＰＤＭＳは気化を起こしやすい。ＰＤＭＳの水蒸気透過性は、使用される培地の体積が小さいマイクロ流体デバイスにおいて欠点である。気化は浸透圧の変化を引き起こす可能性があり、細胞挙動に影響を及ぼし得る。
・ＰＤＭＳは、その疎水性を取り戻す。ＰＤＭＳは通常、疎水性であり、表面の親水性を高めるためにプラズマで処理される。親水性表面は表面機能化およびマイクロ流路充填などのマイクロ流体内の特定のプロセスを促す。しかしながら、プラズマ処理されたＰＤＭＳ表面は、バルクから表面へのポリマー鎖の拡散により、それらの疎水性を取り戻す。その後使用者は使用前にプラズマ処理を繰り返さなければならず、その不便さに加えて、多くの使用者はプラズマ室へ出入りできないかもしれない。
・ＰＤＭＳは、大量生産に適していない。ＰＤＭＳの製造サイクル時間は、その長い硬化および処理時間のため、許容できないほど長い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ＰＤＭＳから作製された先行技術のデバイスに関連する問題を起こしにくいプラスチック材料から作製された３次元マイクロ流体プラットフォームを提供することを目的として開発された。本発明のマイクロ流体プラットフォームはまた、その機能を改善する多数の他の有利な特徴を組み込んでもよい。
【０００４】
本明細書における先行技術の文献の参照は、単に説明を目的として提供され、そのような先行技術がシンガポール国または他の場所における共通の一般知識の一部であるという認証とみなすべきでない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォームが提供され、プラットフォームは、
適切な光学特性を備えた適切なプラスチック材料から作製されたチップ基体であって、細胞が保持される培地を含有するためのマイクロ流体流路と流体連通する複数のポートを有するチップ基体、
を含む。
【０００６】
好ましくは、チップ基体は、射出成型可能であり光学的に透明であるエンジニアリングプラスチック材料から作製される。典型的に、プラスチック材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）からなる群から選択される。
【０００７】
好ましくは、プラットフォームはさらに、チップ基体の底面に接合されたガス透過性ラミネートを含む。
【０００８】
好ましくは、ガス透過性ラミネートは、低いかさ密度のポリマーから作製される。典型的に、低いかさ密度のポリマーは、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）およびポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）（ＰＴＭＳＰ）からなる群から、またはポリメチル化ポリ（ジフェニルアセチレン）などのポリメチル化ポリマーから、または他の手段を介して十分なガス透過性を達成するポリマーから選択される。典型的に、ラミネートは、ヒートラミネーション（heat lamination）、溶剤接合、接着（湿潤または乾燥接着剤による）によって、または、チップ基体およびラミネートそれぞれに使用される特定の材料に依存する他の手段によって、チップ基体に接合される。好ましくは、ガス透過性ラミネートは光学的に透明である。
【０００９】
典型的に、チップ基体は、直線状の配列で配置された細長い構成の複数のマイクロ流体流路を有し、各マイクロ流体流路は隣接流路と実質的に平行である。好ましくは、各マイクロ流体流路はポートの対を有し、１つのポートがそれぞれ各端部に設けられている。好ましくは、全てのポートはチップ基体の上面に開口する。好ましくは、マイクロ流体流路は対になって配置され、それらの間に第３のマイクロ流体流路が設けられ、第３の流路は、マイクロ流体流路の対と第３のマイクロ流体流路との間の制御された流体連通を可能にするように配置される。典型的に、第３のマイクロ流体流路は、ヒドロゲルまたは他の細胞外マトリックスで充填される。好ましくは、マイクロ流体流路の全ては、チップ基体の底面に形成され、チップ基体の底面に接合されたガス透過性ラミネートが流路を取り囲む。
【００１０】
有利に、チップ基体は、複数の貯蔵部がその上面に成型された状態で形成され、複数の貯蔵部はポートと流体連通しておらず、使用の際、各貯蔵部は、デバイス周囲に湿った環境を作り出すために、滅菌水、ヒドロゲルまたは他の物質を保持するように適合されている。
【００１１】
典型的に、チップ基体は、概ね細長い長方形の形態のものであり、そのポートはその長手方向縁部に沿って配置されている。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォームを製造する方法が提供され、方法は、
適切な光学特性を備えた適切なプラスチック材料からチップ基体を成型するステップであって、チップ基体は、細胞が保持される培地を含有するためのマイクロ流体流路と流体連通する複数のポートを有するステップ、
を含む。
【００１３】
好ましくは、チップ基体を成型するステップは、光学的に透明なエンジニアリングプラスチック材料を使用して射出成型することを伴う。典型的に、プラスチック材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、および環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）からなる群から選択される。
【００１４】
典型的に、方法はさらに、ガス透過性ラミネートをチップ基体の底面に接合するステップを含む。
【００１５】
好ましくは、ガス透過性ラミネートは、光学的に透明であり、および、低いかさ密度のポリマーから作製される。典型的に、低いかさ密度のポリマーは、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）およびポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）（ＰＴＭＳＰ）、ポリメチル化ポリ（ジフェニルアセチレン）などのポリメチル化ポリマー、または他の手段を介して十分なガス透過性を達成するポリマーからなる群から選択される。
【００１６】
典型的に、ラミネートをチップ基体に接合するステップは、ヒートラミネーションによってラミネートをチップ基体にラミネートすることを伴う。あるいは、ラミネートをチップ基体に接合するステップは、溶剤接合、接着接合（湿潤または乾燥接着剤による）、または、チップ基体およびラミネートそれぞれに使用される特定の材料に依存する他の接合手段を伴う。
【００１７】
本発明のさらなる態様によれば、細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォームが提供され、プラットフォームは、
細胞が保持される流体培地を含有するマイクロ流体流路と流体連通する複数のポートを有するチップ基体であって、各ポートが、ポートをマイクロ流体流路と接続する内側入口と、入口に隣接して培地の小さな貯蔵部を含むためのトラフとを有し、使用の際、内側入口を直接経由するのではなくトラフを経由して培地をマイクロ流体流路から吸引することができるチップ基体を含む。
【００１８】
一実施形態において、入口はポートの中心に設けられ、トラフは入口を取り囲む環状の構成のものである。
【００１９】
典型的に、トラフの底面は半円形の断面のものである。
【００２０】
好ましくは、マイクロ流体プラットフォームのポートは、モジュール式アタッチメントインターフェースとして設計される。
【００２１】
有利に、ポートは、チューブコネクタおよびシリンジポンプなどの標準型ルアーフィッティングをマイクロ流体プラットフォームに取り付けるための汎用モジュール式ルアーコネクタを受け入れるように適合される。
【００２２】
有利には、複数のマイクロ流体チップを、単一のマイクロプレートホルダに受け入れて保持することができる。好ましくは、ホルダは、その上面に設けられた複数の内側貯蔵部を含み、複数の内側貯蔵部はチップと流体連通せず、使用の際、各貯蔵部は、チップの周囲に湿った環境を作り出すために、滅菌水、ヒドロゲルまたは他の物質を保持するように適合される。
【００２３】
本明細書を通じて、文脈が他の意味を要求しない限り、「含む（comprise）」という語または「含む（comprises）」または「含む（comprising）」などの変形は、記載された完全体（integer）または完全体の群の包含を意味するが他の完全体および完全体の群の排除を意味しないと理解される。同様に、「好ましくは（preferably）」という用語または「好ましい（preferred）」などの変形は、記載された完全体または完全体の群が望ましいが、本発明の実施に必須ではないことを意味すると理解される。
【００２４】
図面の簡単な説明
本発明の特性は、添付図面を参照する、単に例として与えられたマイクロ流体プラットフォームのいくつかの特定の実施形態の以下の詳細な記載からより深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１ａ】本発明によるマイクロ流体プラットフォームの第１の実施形態の等角図である。
【図１ｂ】図１（ａ）のマイクロ流体プラットフォームの平面図である。
【図２】図１のマイクロ流体プラットフォームの断面図であり、チップ基体およびガス透過性ラミネートの好ましい構成を示す。
【図３】先行技術のマイクロ流体プラットフォームの断面図であり、従来型ポートの構成を示す。
【図４】本発明によるマイクロ流体プラットフォームの断面図であり、改良型ポートの好ましい構成を示す。
【図５】本発明によるマイクロ流体プラットフォームで使用可能な好ましいモジュール式ルアーコネクタを示す。
【図６】本発明によるマイクロ流体プラットフォームのポートに接続されるモジュール式ルアーコネクタを示す。
【図７】本発明による３個までのマイクロ流体プラットフォームを保持するためのマイクロプレートホルダの一実施形態の平面図である。
【図８】図１のマイクロ流体プラットフォームの上側および下側両方の等角図であり、中に設けられた内側貯蔵部の位置を示している。
【図９】図７のマイクロプレートホルダ内に設けられた内側貯蔵部の位置を示す。
【図１０】図１のマイクロ流体プラットフォーム内のマイクロ流体流路の好ましい実施形態の拡大された底面である。
【図１１】図１０の線Ａ−Ａを通したマイクロ流体流路の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１および２に示されるような、本発明による細胞ベースの相互作用を調べるためのマイクロ流体プラットフォーム１０の好ましい実施形態は、適切な光学特性を備えた適切なプラスチック材料から作製されたチップ基体１２を含む。チップ基体１２は、複数のポート１４を有し、複数のポート１４は、細胞が保持される培地１７を含有するためのマイクロ流体流路１６と流体連通する。
【００２７】
典型的に、チップ基体１２は、直線状の配列で配置された細長い構成の複数のマイクロ流体流路１６を有し、各マイクロ流体流路１６は、図１０および１１で最も明確に見ることができるように、隣接流路と実質的に平行である。各マイクロ流体流路１６は、図４で最も明確に見ることができるように、それぞれ各端部に設けられた第１および第２のポート１４を有する。好ましくは、全てのポート１４はチップ基体１２の上面に開口する。典型的に、チップ基体１２は、概ね細長い長方形の構成のものであり、ポート１４はそのそれぞれの長手方向の縁部に沿って配置されている。チップ基体１２の典型的な寸法は、長さ７５ｍｍ、幅２５ｍｍ、および深さ６ｍｍである。マイクロ流体流路１６は典型的に２５０マイクロメートルの深さである。
【００２８】
好ましくは、マイクロ流体流路１６は、図１０および１１に示されるように、対１６ａ、１６ｂとして構成され、それらの間に第３のマイクロ流体流路１６ｃが設けられている。第３の流路１６ｃは、マイクロ流体流路１６ａ、１６ｂの対と、第３のマイクロ流体流路１６ｃとの間の制御された流体連通を許容するように配置される。典型的に、第３のマイクロ流体流路１６ｃは、ヒドロゲル１８または他の細胞外マトリックスで充填される。
【００２９】
好ましくは、チップ基体１２は、射出成型可能であり光学的に透明であるエンジニアリングプラスチック材料から作製される。典型的に、プラスチック材料は（非制限的に）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）からなる群から選択される。
【００３０】
ポリカーボネート、ポリスチレンなどのプラスチックは、大規模に細胞培養デバイスを作製するために歴史的に使用されてきた。伝統的な細胞培養デバイスは、大きな空気ヘッドスペースと培地体積とを有するフラスコまたは井戸であり、それによりガス交換は容易に達成される。しかしながら、マイクロ流体デバイスは、密閉流路内の小さな体積部分から構成され、ほとんどのプラスチックはガス不透過性であるのでガス交換は制限因子になる。この制限は、プラスチックチップ基体１４をガス透過性ラミネート２０と組み合わせることによって克服し得る。
【００３１】
好ましくは、ガス透過性ラミネート２０は光学的に透明であり、低いかさ密度のポリマーから作製される。典型的に、低いかさ密度のポリマーは、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）およびポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）（ＰＴＭＳＰ）からなる群から、またはポリメチル化ポリ（ジフェニルアセチレン）などのポリメチル化ポリマーから、または他の手段を介して十分なガス透過性を達成するポリマーから選択される。好ましくは、マイクロ流体流路１６の全ては、チップ基体１２の底面に形成され、ガス透過性ラミネート２０は、図２および１１に示されるように、流路１６を閉鎖するようにチップ基体の底面に接合される。典型的に、ラミネート２０は、ヒートラミネーション、溶剤接合、接着（湿潤または乾燥接着剤による）によって、または、チップ基体１２およびラミネート２０それぞれに使用される特定の材料に依存する他の手段によって、チップ基体１２に接合される。
【００３２】
チップ基体１２を完全にガス透過性ポリマーから作製することも可能である。そうすることで、ラミネート２０およびチップ基体１２の両方が同一の材料特性を有し得るので、より簡単な積層プロセスを実現するという利点が得られるかもしれない。しかしながら、酸素は（数十から数百マイクロメートルのオーダーの）薄いラミネートに対して（ミリメートルのオーダーの）厚いチップ基体全体に拡散する必要があるので、酸素利用可能性の大幅な増加はないかもしれない。特殊化されたガス透過性プラスチックは、同じく、それらを射出成型に適さなくする材料特性を有し得る。これらの理由から、好ましい実施形態において、チップ基体１２は、標準的な射出成型可能プラスチックから作製され、デバイスは薄いガス透過性ラミネートで積層される。
【００３３】
本発明のマイクロ流体プラットフォームまたはチップ１０は、培養システム中の細胞の生体内挙動を再現することができる。マイクロ流体プラットフォームまたはチップ１０の用途は（非制限的に）以下を含み得る：
・学問的および産業的研究開発用の研究ツール
・製薬会社での薬剤発見ツール
・臨床的治療を個々の患者に合わせるための補助ツール。
【００３４】
使い易さは学問的研究開発顧客分野にとって重要な差別化要因である。ＰＤＭＳチップ製作の不便さに加えて、使用者は以下のものを含む他の使用上の難題に直面している。
【００３５】
培地の日々の交換−マイクロ流体デバイスは、各流路内に小さな培地体積（典型的に数十マイクロリットル）を有する。これは、培地の養分含有量が、培養された細胞によって急速に使い果たされ、培地を日々交換しなければならないことを意味する。使用者は多数の小さなデバイスの培地を交換しなければならないので、プロセスは単純、迅速かつ耐エラー性である必要がある。培地は典型的に、減圧吸引に取り付けられたピペット先端によってマイクロ流体流路から吸引される。発生する共通のエラーは、過大な減圧力が適用される場合の過吸引であり、この結果、細胞は培地とともに流路から吸引され、細胞損失／死滅が生じる。
【００３６】
柔軟性：研究者は、例えば培地の条件を変更するために他のデバイスおよび装置を培養システムに接続することによって、異なる設定で実験する柔軟性を評価する。現在の使用者は、自力で接続を作り出す必要があり、これは不便かつ信頼性を欠く可能性がある。
【００３７】
取扱い：使用者は、彼らの培養器の制限された空間の最適な使用を実行するマイクロ流体チップを要望する。チップはまた、溢流も汚染もなく、組織培養装置へおよび様々な顕微鏡プラットフォームへ運ばれなければならない。（例えばロボットプラットフォームによる）デバイスの自動取扱いは、微量検定板のような特定の形態の因子に制限される。
【００３８】
気化制御−マイクロ流体デバイスは小さい培地体積を有するので、気化損失により培地浸透圧にかなりの変化が引き起こされ、その結果、望ましくない培養条件がもたらされる。使用者は、気化に対抗するように培養器内の湿度室を設定する必要がある。
【００３９】
上で概説した使用上の難題を克服するために、数多くの刷新がマイクロ流体プラットフォームまたはチップ１０の好ましい実施形態に組み込まれた。これらの追加的な刷新をここで詳細に説明する。
【００４０】
Ａ．過吸引のない急速な培地の交換
従来技術のマイクロ流体ポート設計は形状が円筒型であり、これは流路に直接つながっている（図３参照）。培地を交換する間の減圧吸引により、細胞が流路から吸引される可能性がある。改善されたポート設計は、内側入口よりも深い内側トラフを形成することを伴う（図４参照）。各ポート１４は、ポート１４をマイクロ流体流路１６と接続する内側入口２２と、入口２２に隣接して培地流体の小さな貯蔵部を含むためのトラフ２４とを有し、使用の際、内側入口２２を直接経由するのではなくトラフ２４を経由して培地をマイクロ流体流路１６から吸引することができる。
【００４１】
示される実施形態では、入口２２はポート１４の中心に設けられ、トラフ２４は（図４の断面に示されるように）入口を同心円状に囲む環状の構造である。あるいは、トラフ２４は、依然として入口２２に隣接して配置される異なる構造のものであってもよい。典型的に、トラフの底面は半円状の断面である。
【００４２】
図４に示されるようにトラフ２４内に配置されたガラス／ピペット先端２６を介した減圧の適用により、培地流体の除去が生じ、トラフ内の培地が完全に除去されると停止する。内側入口２２のより高い高さのため、流路内の培地および細胞は、ピペット先端がトラフ２４内にどれほどの時間維持されていようと、減圧吸引による影響を受けないであろう。次いで新しい培地を流路１６の一方の側のポート（「上流」ポート）に追加して、チャネルに流し、古い培地と置き換えることができる。マイクロ流体システムの表面張力効果の結果として、少量の新しい培地を下流ポートに追加する必要があり得、その結果、下流入口の表面張力に打ち勝って流入流を許容することができる。
【００４３】
Ｂ．モジュール式ルアーコネクタおよびインターフェースによる柔軟性
チップ流路ポート１４は好ましくはモジュール式アタッチメントインターフェースとして設計される。ＡＩＭの汎用ルアーロックコネクタ３０（図５に示される）は、使用者が（例えばチューブコネクタおよびシリンジポンプを取り付けるために）標準型ルアーフィッティングをマイクロ流体チップ１０に取り付けることを可能にする。ＡＩＭによって開発される将来の付属品は、ポート１４に直接、または汎用コネクタを介して接続する可能性がある。図５は、マイクロ流体プラットフォーム１０の各ポート１４に接続された複数のモジュール式コネクタ３０を示す。図５は、ルアースリップおよびルアーロック接続用コネクタ（左）と、ルアースリップおよびルアーロックシリンジに取り付けられたコネクタ（右）の両方を示す。
【００４４】
他の製造業者による従来技術のアプローチは、チップに直接組み付けた別個の構成要素に基づく。これらコネクタ構成要素はチップから突出し、初期設定によってチップ内に含められている。本発明のモジュール設計は、２つの重要な利点を有する：
（ｉ）マイクロ流体チップ１０は単一材料から単一構成要素へより効率的に作製可能である。全ての使用者が他のデバイスに接続したいわけではない。このような使用者は、基本チップ１０をそれ自体で使用する選択肢を有し得る。他のデバイスへの接続を必要とする他の使用者は、モジュール式ルアーコネクタを使用する別の選択肢を有する。この設計アプローチは製造業者および使用者の両者により経済的な認識を抱かせる、というのも、コアプラットフォーム（すなわちチップ）はより簡単に製造できるようになる一方で、使用者コミュニティはより低い価格ベースを得、さらにはより多くの選択肢を有するようになるからである。
（ｉｉ）ポートは二重の役割を果たす。ポートは貯蔵部として機能し、接続を必要としない使用者に迅速な培地の交換を可能にする。シリンジポンプ等に接続することを必要とする他の使用者は、ポートを接続インターフェースとして使用するだろう。後者の使用者グループは、ポンプなどの接続された装置を使用することによって培地を交換するであろうし、そのため迅速な培地交換機能は必要ないことを注記しておく。このアプローチは、チップ上の限定された不動産の使用を最適化する。それはまた、将来の付属品を、ポートのトラフおよび入口にぴったり合ったインターフェースを用いて直接チップに取り付けることを可能にし、他の製造業者が今日使用する余分な構成要素を排除する。
【００４５】
Ｃ．ＳＢＳ／ＡＮＳＩ準拠マイクロプレートホルダによる取扱いの改善
有利に複数のマイクロ流体チップ１０を図７および９に示されるように単一マイクロプレートホルダ４０に受け入れて保持することができる。マイクロプレートホルダ４０の示される実施形態は、側壁および略平坦な基部を有するトレイ４２と、それとの接続に設けられた複数の区画４６とを含む。トレイ４２内の各区画４６は、マイクロ流体チップ１０を受け入れるように適合されている。示される実施形態では、トレイ４２は、最大３つの流体チップ１０を受け入れるように設計されている。好ましくは、ホルダ４０はさらに、マイクロ流体チップ１０を包み込むようにトレイの上面に受け止められるカバー４４を含む。有利にカバー４４は実質的に透明である。有利に複数のホルダ４０は積み重ね可能でもある。
【００４６】
顕微鏡スライドおよび微量検定板などの標準形状因子は生物学的および薬学的研究業界で普及している。チップおよびホルダの両方は、デバイスが既存ワークフローに適合するように、これらの既存の基準に適合すべく設計される。ホルダは標準型顕微鏡プラットフォームにも合うであろうし、細胞培養器内の作業スペースを最大化するために積み重ねることができる。ホルダは、微量検定板のＳＢＳ／ＡＮＳＩ規格に適合するようにチップ流路ポート１４を位置付けるように設計され、その結果、ホルダは自動プレート充填／取扱いシステムに対応できるようになる。そのようなシステムはマイクロプレート中の井戸を充填するために作製され、充填位置が正確に位置付けられることを必要とする。この設計アプローチのさらなる利点は、学問的研究所での手作業に適したデバイスが、産業的な自動化された設定においても展開できることである。
【００４７】
Ｄ．チップおよびホルダ設計による湿度制御
マイクロ流体システムの使用者は、気化を制限するためにそれらのデバイスを湿度室の中に配置しなければならないことがよくある。有利にチップ１０およびホルダ４０の両方は、デバイス周囲（およびホルダ内）に湿った環境を作り出すために、滅菌水、ヒドロゲル（例えばアガロース、ポリアクリルアミド等）、または他の物質で満たすことができる内蔵型貯蔵部（図８および９参照）を有する。このアプローチは、別個の湿度室を設定する必要性を排除する。これはまた、デバイスを撮像プラットフォーム上に移動するとき、湿潤状態の容易な取扱いおよび保持を促す、というのも、湿潤機能がチップおよびホルダ自体に形成されているからである。
【００４８】
図８で最も明確に見ることができるように、チップ基体１２は、複数の貯蔵部５０がその上面に成型された状態で形成される。貯蔵部５０はポート１４と流体連通していない。使用の際、各貯蔵部は、デバイス周囲に湿った環境を作り出すために、滅菌水、ヒドロゲルまたは他の物質を保持するために使用可能である。
【００４９】
同様に、ホルダ４０はさらに、図９で最も明確に見ることができるように、トレイ４２内に設けられた複数の内側貯蔵部６０を含む。貯蔵部６０はチップ１０と別個のものであり、またチップ１０と流体連通していない。従って、使用の際、各貯蔵部６０は、チップ１０の周囲に湿った環境を作り出すために、滅菌水、ヒドロゲルまたは他の物質を保持するために使用可能である。
【００５０】
マイクロ流体プラットフォームの好ましい実施形態を詳細に記載してきたので、それが以下のものを含む従来技術を上回る多数の利点を提供することは明白であろう。
（ｉ）それはチップの基体にＰＤＭＳを使用することに関連する問題を克服する。
（ｉｉ）改善されたチップ流路ポートの設計は過吸引に関連する問題を取り除く。
（ｉｉｉ）チップはそれ自体で、またはモジュール式ルアーコネクタを使用して他のデバイスと一緒に使用可能である。
（ｉＶ）チップおよびホルダの両方は、微量検定板のＳＢＳ／ＡＮＳＩ規格に適合し、その結果、それらは自動プレート充填／取扱いシステムに対応できる。
（Ｖ）内蔵型貯蔵部はチップおよびホルダの両方が搭載型湿気制御を実現することを可能にする。
【００５１】
当業者には、本発明の基本的な発明概念から逸脱することなく、既に説明したものに加えて、前述の実施形態に様々な変更および改良を加えてもよいことが容易に明らかであろう。例えば、記載された実施形態における流体プラットフォームまたはチップにはそれぞれ３組のマイクロ流体流路が設けられている。しかしながら、チップは、任意の所望の数の流路を組み込むように、そして様々な構成でカスタム設計することができる。したがって、本発明の範囲は、記載される特定の実施形態に限定されないことが理解されよう。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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