МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОННЕКТОР ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УСТРОЙСТВА ПОДАЧИ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ К МИКРОФЛЮИДНОМУ ЧИПУ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области биохимии и молекулярной биологии, а именно, к конструкции коннектора, предназначенного для совместного использования с микрофлюидным чипом, применяемым для культивирования и/или исследования клеток человека, животных, растений и/или культур вирусов, например, изучения миграции клеток или совместимости культивирования нескольких типов клеток, а также для исследования влияния различных химических веществ на клетки в условиях in vitro.
Уровень техники
На сегодняшний день микрофлюидные чипы широко применяются в различных областях науки и техники. При этом в литературе активно используются и другие термины, характеризующие данную конструкцию - микрофлюидные системы или модули, микрофлюидные платформы, микрофлюидные устройства, микробиореакторы.
Наиболее эффективно микрофлюидные чипы используются в химических, биологических и медицинских исследованиях, например, для культивирования клеток, моделирования тканей и органов человека, и, в отличие от промышленных биореакторов, предназначены для максимально полного и правдоподобного воспроизведения in vitro физиологических условий in vivo. В зависимости от решаемой задачи из уровня техники известно использование микрофлюидных платформ различной конструкции и топологии, например, ONIX CellASIC, MicroSlide, MOP (Microfluidic Organ-on-chip Pack) и др. В простейшем случае, конструкция микрофлюидного чипа представляет собой две герметично соединенные пластины, в одной из которой (основа) сформирована микрофлюидная система, включающая ячейки для культивирования клеток, снабженные пробками и соединенные микроканалами, клапаны, предназначенные для перекрытия микроканалов, и др., а другая пластина является защитной. При этом известные чипы, как правило, выполнены с возможностью подключения к внешним устройствам.
Из уровня техники известны также микрофлюидные чипы (RU 2648444, RU 2584598), представляющие собой трехслойную структуру, включающую: пластину из поликарбоната, в которой выполнены резьбовые отверстия, соответствующие расположению микрофлюидных элементов чипа (например, клеточных ячеек, микронасосов, включающих клапаны и рабочие камеры), а также служащие для подключения к нему различных емкостей (емкости с питательной средой, емкости сбора среды, емкости сбора фильтрата) и внешних модулей (например, средства создания постоянного давления); слой из ПДМС, в котором выполнены микрофлюидные элементы чипа, включая соединенные микрофлюидными каналами ячейки для размещения/культивирования клеточных моделей, перистальтический микронасос, обеспечивающий непрерывную перфузию питательной среды; и предметное стекло, герметизирующее микрофлюидную систему в слое ПДМС.
В частности, микрофлюидный чип по патенту RU 2648444, выполненный с возможностью подключения к внешним устройствам подачи рабочей среды, содержит четыре замкнутых контура для одновременного сокультивирования клеточных моделей органов и тканей человека, каждый из которых включает объединенные микрофлюидными каналами клеточную ячейку, демпфирующий элемент и микронасос, состоящий из двух микроклапанов и рабочей камеры. Ячейки сверху герметизированы пробками, закрепленными в пластине из поликарбоната с помощью резьбового соединения. Микроклапаны и рабочая камера чипа выполнены с возможностью подключения с помощью фитингов к управляющим пневматическим выходам устройства подачи рабочей среды на микронасос.
Наиболее близким к заявляемому решению является микрофлюидный чип для культивирования клеток или клеточной модели (патент RU 2612904), выполненный с возможностью подключения к устройству подачи/регулирования давления на клапаны микрофлюидной системы. Микрофлюидный чип включает выполненные в корпусе (пластине) ячейки для культивирования клеточных моделей с пробками, соединенные микрофлюидными каналами, образующими замкнутый контур циркуляции питательной среды и содержащими клапаны для перекрытия каналов и фитинги для подключения к устройству подачи давления на клапаны. Устройство подачи давления в простейшем варианте может представлять собой регулятор давления (повышенного) и регулятор вакуума (пониженного давления), подключенные входами к соответствующим источникам (например, компрессору и эжектору), а выходами - к магистралям блока пневмораспределителей, управляемых компьютером. Выходы блока пневмораспределителей через дроссели подключены к трубками пневматического управления, которые в свою очередь через фитинги подключены к камерам управления положением мембран микрофлюидного чипа. Устройство подачи давления может обеспечивать режимы управления заявляемым микрофлюидным чипом, характеризующиеся различными последовательностями переключения управляющих сигналов на выходах.
Однако в известных решениях соединение микрофлюидного чипа с внешним устройством подачи давления на клапаны для перекрытия каналов контура реализовано посредством фитингов, подключенных через резьбовые соединения непосредственно к отверстиям чипа, которые соединены с соответствующими элементами. При этом фитинги подключены через герметизирующие уплотнительные прокладки, а количество фитингов соответствует количеству упомянутых отверстий. Данное решение микрофлюидного чипа с упомянутыми фитингами для подключения различных модулей управления не может обеспечить необходимый уровень эргономичности и удобства эксплуатации, а также препятствует поддержанию стерильности в процессе эксплуатации чипа. Данные фитинги лишены возможности автоклавирования, что делает их автоматически узлами одноразового применения.
Раскрытие полезной модели
Техническая проблема, решаемая настоящей полезной моделью, заключается в разработке блока микрофлюидного чипа, характеризующего многоканальный коннектор (переходник) для подключения устройства подачи рабочей среды к микрофлюидному чипу.
Техническим результатом полезной модели является повышение удобства при эксплуатации чипа при снижении риска контаминации культивируемых культур, что обеспечивает чистоту и высокое качество проводимого исследования. Кроме того, заявляемый микрофлюидный чип характеризуется простотой конструкции за счет снижения количества комплектующих элементов, а, следовательно, повышением надежности и долговечности при его эксплуатации. Конструкция коннектора позволяет использовать его многократно, применяя различные способы стерилизации. В системе с микрофлюидным чипом коннектор дополнительно выполняет функцию демпфера, компенсируя скачки давления.
Заявляемая полезная модель позволяет устранить недостатки, характерные для перечисленных выше аналогов. В частности, заявляемый микрофлюидный чип обеспечивает герметичность примыкания переходника, закрывающего ячейки/отверстия, и упрощает подключение внешних устройств, имеющих более одного выхода к микрофлюидному чипу: вместо вкручивания отдельных фитингов в соответствующие отверстия чипа с установкой отдельных уплотнительных колец под каждый фитинг достаточно установить один переходник, содержащий подключенные фитинги. Коннектор представляет собой узел (блок) из двух частей, одна из которых характеризует переходник с гнездами для размещения фитингов, а вторая - конструкцию микрофлюидного чипа, обеспечивающую герметичное соединение переходника с соответствующими отверстиями микрофлюидного чипа. При этом коннектор содержит также эластичный элемент в виде уплотнительного слоя из ПДМС, выполненного на поверхности чипа, а переходник выполнен в виде одной монолитной детали с выступами, количество и расположение которых соответствует количеству и расположению отверстий (или ячеек), предназначенных для подключения к ним фитингов внешнего устройства. Кроме того, уплотнительный слой из ПДМС характеризуется, с одной стороны, повышенной прочностью и долговечностью по сравнению с отдельными уплотнителями и прокладками, а с другой стороны - существенно упрощает процесс стерилизации: нет необходимости в отсоединении уплотнительного слоя от основы микрофлюидного чипа перед стерилизацией и установкой его после стерилизации, в отличие от отдельных прокладок и уплотнителей. Минимизация количественного состава деталей и предотвращение нежелательного контакта с микрофлюидными элементами в процессе работы с чипом обеспечивают длительное сохранение стерильности в процессе эксплуатации. Заявляемый чип характеризуется удобством при его эксплуатации, в т.ч. за счет сокращения времени, которое требуется на сборку-разборку чипа (в т.ч. для стерилизации при повторном использовании чипа).
Технический результат достигается тем, что многоканальный коннектор для подключения устройства подачи рабочей среды к микрофлюидному чипу включает переходник со сквозными каналами, со стороны входа выполненными с возможностью герметичного подключения фитингов для соединения с устройством подачи рабочей среды, при этом переходник выполнен в виде детали с выступами, сформированными со стороны выходов каналов, с обеспечением герметичного размещения выступов в соответствующих отверстиях микрофлюидного чипа, при этом количество, форма и взаимное расположение данных выступов соответствуют количеству отверстий, форме верхней части их внутренней поверхности и взаимному расположению отверстий в чипе, при этом для герметизации полостей отверстий выступами упомянутой детали микрофлюидный чип снабжен уплотнительным слоем из формовочного материала, размещенным на поверхности чипа в области контакта с соответствующей частью поверхности упомянутой детали.
Сквозной канал в переходнике имеет Г-образную конфигурацию. Выступы переходника имеют ступенчатый профиль в продольном сечении, при этом отверстие имеет ступенчатую форму в продольном сечении с размерами ступеней, соответствующими размерам ступеней выступов. Переходник может быть выполнен из алюминия, стали или поликарбоната.
Для герметизации отверстий выступы могут быть снабжены «зубцами», обеспечивающими фиксацию и центрирование выступов в отверстиях чипа. Уплотнительный слой из формовочного материала, размещенный на поверхности чипа, как правило, частично заходит на внутреннюю поверхность отверстий с возможностью обеспечения контакта с «зубцами» выступов, при этом толщина уплотнительного слоя в отверстии составляет 0,5 - 3 мм. «Зубцы» могут быть выполнены в форме сегмента цилиндра и размещены на боковой поверхности выступа на равноудаленном расстоянии друг от друга. Кроме того, «зубцы» со стороны нижней поверхности выступа могут быть выполнены со скосом, который также может иметь ступенчатую форму.
Уплотнительный слой из формовочного материала представляет собой единую эластичную деталь. В качестве формовочного материала использован полидиметилсилоксан.
Микрофлюидный чип в общем виде представляет собой пластину (основу) из поликарбоната или полистирола, на которой со стороны ее нижней поверхности размещен слой формовочного материала со сформированной в нем микрофлюидной системой заданной топологии, загерметизированной предметным стеклом, при этом в пластине (основе) выполнены отверстия, количество и расположение которых определяется топологией микрофлюидной системы.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 подставлены общие виды одного из варианта выполнения переходника с тремя фитингами для подключения к устройству подачи/регулирования давления на клапаны микронасоса, размещенного в микрофлюидной системе, на фиг. 3-5 представлены чертежи переходника фиг. 1, 2, общий вид, вид спереди, вид сверху, соответственно; на фиг.6 показан продольный разрез чипа с переходником, образующим коннектор для связи с внешним устройством в сборе с держателем, в плоскости, проходящей через ось отверстия в чипе и ось канала переходнике; на фиг. 7 - чертеж фрагмента фиг. 6, на котором представлен чип в сборе с переходником, в котором размещен фитинг; на фиг. 8-11 в различных видах представлено изображение второго варианта выполнения переходника со ступенчатым профилем его выступающих частей (выступов) и соответствующим профилем внутренней поверхности ячеек/отверстий; на фиг. 12-17 представлен пример конструктивного решения микрофлюидного чипа, для которого были изготовлены переходник и пробка, представленного в одном из примеров реализации полезной модели, где на фиг. 12 показан общий вид чипа с пробкой для клеточных ячеек и технологического отверстия, и переходником, где на местном разрезе представлен фрагмент, показывающий внутреннюю структуру чипа со слоями из формовочного материала на поверхностях основы и уплотнительным слоем в отверстии основы, а также конструкцию клеточной ячейки; на фиг. 13 - общий вид варианта микрофлюидного чипа, представленного на фиг. 13, без пробки и переходника, общий вид; на фиг. 14 - представлен пример топологии микрофлюидной системы; на фиг. 15 - вариант микрофлюидного чипа, представленного на фиг.13, вид сверху; на фиг.16 - изображение фрагмента микрофлюидного чипа фиг. 15 в поперечном разрезе по линии А-А, где представлено отверстие, соответствующее технологическому отверстию (лунке для смены среды), на фиг. 17 - изображение фрагмента фиг. 16 в поперечном разрезе по линии Б-Б, где представлены отверстия, соответствующие клеточной ячейке, клапанам и рабочей камере микронасоса; на фиг. 18-21 представлены фотографии изготовленных изделий с заявляемым переходником, где на фиг. 18 представлена фотография чипа в сборе с держателем и переходником, при этом переходник выполнен с тремя фитнгами с трубками для подключения к устройству подачи давления на клапаны микрофлюидной системы; на фиг. 19 - чип в сборе переходником (без держателя); на фиг. 20 - представлена фотография еще одного варианта выполнения комплекта в разобранном виде, содержащего чип, держатель и два переходника, каждый из которых также выполнен с тремя фитнгами, где только один из фитингов снабжен трубкой для подключения к устройству подачи среды на клапан микрофлюидной системы; на фиг. 21 - комплект, представленный на фиг. 20 в сборе. Позициями на чертежах обозначены:
1. микрофлюидный чип;
2. коннектор микрофлюидного чипа;
3. переходник коннектора;
4. сквозные каналы переходника для подачи рабочей среды, воздуха в микрофлюидный чип;
5. клеточная ячейка;
6. герметизирующая пробка;
7. микрофлюидный канал (микроканал), соединяющий микрофлюидные элементы;
8. клапан (микроклапаны) микронасоса;
9. рабочая камера микронасоса;
10. лунка для смены среды микрофлюидной системы (технологическое отверстие);
11. фитинг для подключения микрофлюидного чипа к внешнему устройству;
12. основа;
13. отверстия пластины - основы;
14. слой ПДМС с микрофлюидной системой;
15. оптически прозрачная пластина (предметное стекло);
16. уплотнительный слой из ПДМС (герметизирующий элемент);
17. выступы переходника 3;
18. первая ступень выступа;
19. «зубцы» выступа. Осуществление полезной модели
Терминам и выражениям, используемым в настоящей заявке, придают следующие значения.
«Микрофлюидная система» - набор микрофлюидных элементов, объединенных системой микроканалов.
«Микрофлюидный элемент» - составная часть микрофлюидного контура, реализующая определенную функцию, например, соединительный канал, клапан, клеточная ячейка, технологическое отверстие и т.д. При этом микрофлюидные элементы характеризуются объемами порядка микро-, нано- и пиколитров.
«Микрофлюидный чип» - структура, содержащая микрофлюидную систему заданной топологии.
Держатель - устройство фиксации микрофлюидного чипа.
Переходник - деталь с выступами для подключения к микрофлюидной системе и с размещенными отверстиями для фитингов.
Фитинг - деталь цилиндрической формы, служащая для соединения переходника с выходом устройства подачи рабочей среды (например, воздуха) либо питательной среды.
Коннектор - устройство для коммутации устройства подачи рабочей среды (например, воздуха) либо питательной среды с микрофлюидной системой.
Остальным терминам и выражениям придается обычное для своего контекста значение, известное специалистам в данной сфере. Однако настоящую полезную модель не следует ограничивать выбранной специальной терминологией. Специалисты в соответствующей области должны понимать, что можно использовать и другие термины, равно как и другие известные из уровня техники средства и методы для реализации заявляемого решения.
Ниже представлено более детальное описание полезной модели.
Полезная модель характеризует конструкцию коннектора 2 (фиг. 1-12, 18-21) -соединителя (или разъема), предназначенного для механического соединения и разъединения микрофлюидного чипа 1 с внешними устройствами подачи рабочей среды (на фигурах не показаны). Заявляемый коннектор характеризуется наличием переходника 3, содержащего, по меньшей мере, два канала 4 для подачи рабочей среды в микрофлюидный чип/микрофлюидную систему. В качестве рабочей среды может выступать, например, газ и/или воздушная смесь для создания рабочего давления на элементах микрофлюидной системы (например, клапанах микронасоса) микрофлюидного чипа с замкнутым контуром циркуляции, или среда (например, питательная среда) для культивирования исследуемых клеток/моделей в микрофлюидных чипах с различной топологией, замкнутой или проточной системой циркуляции, или любая другая среда. В качестве внешних устройств могут выступать ресиверы (например микробиореактор «Homunculus»), насосы инфузионные, шприцевые дозаторы и др.
В зависимости от решаемой задачи по культивированию и/или исследованию клеток человека, животных, растений и/или культур вирусов, микрофлюидный чип 1 может иметь различное конструктивное исполнение, включая конструктивное решение микрофлюидной системы. При проведении исследований клеточных моделей наиболее часто используют микрофлюидные чипы с микрофлюидной системой, включающей клеточные ячейки 5 с герметизирующими пробками 6, соединенные с микрофлюидными каналами 7; микроклапаны 8 для перекрытия каналов и рабочую камеру 9 (элементы микронасоса), выполненные с возможностью подключения с помощью фитингов 11 к управляющим пневматическим выходам внешнего устройства. При этом конструкция микрофлюидного чипа, как правило, имеет трехслойную структуру, включающую основу 12 в виде пластины из поликарбоната или полистирола с отверстиями 13, являющейся твердым основанием, с размещенным на одной из ее сторон слоя 14 затвердевшего формовочного материала со сформированной в нем упомянутой микрофлюидной системой заданной топологии, герметизированной нижним слоем в виде оптически прозрачной пластины 15. При этом отверстия в пластине являются частью микрофлюидной системы и выполняют определенную функцию. Микрофлюидная система может быть выполнена с произвольной топологией - проточной, замкнутой, одноконтурной, многоконтурной. Кроме того, микрофлюидная система может содержать две или более ячеек 5 для культивирования различных клеточных моделей, два или более клапана 8 для перекрытия микрофлюидного канала, а также технологические отверстия. В качестве формовочного материала могут быть использованы эластичные термопласты или реактопласты, например, силоксаны, полиуретаны, полимеры OSTE+. В предпочтительном варианте осуществления полезной модели в качестве формовочного материала используют газопроницаемый эластичный органический материал -полидиметилсилоксан (ПДМС).
Заявляемая конструкция микрофлюидного чипа, предназначенная для использования совместно с коннектором заявляемой конструкции, помимо слоя из ПДМС, в котором сформирована микрофлюидная система, также содержит слой 16 из ПДМС, сформированный на верхней стороне основания (со стороны, противоположной стороне размещения слоя с микрофлюидной системой). При этом данный уплотнительный слой 16 может представлять собой единую эластичную деталь, которая служит для уплотнения размещаемых в отверстиях чипа переходников 3, крышек или пробок 6, что позволяет заменить множество отдельных уплотнительных деталей, например, уплотнительных колец на одну деталь.
Слой 14 затвердевшего формовочного материала с микрофлюидной системой, сформированный на основе чипа, может иметь толщину, например, от 0,1 до 5 мм. Размер микрофлюидных каналов 7 (высота) может составлять от 0,1 до 2 мм. Толщина уплотнительного слоя 16 на поверхности основы может составлять от 0,5 до 10 мм. Толщина уплотнительного слоя внутри отверстий может составлять от 0,1 до 4 мм. При этом толщина самой основы 12 чипа может варьироваться от 2 до 16 мм.
Микрофлюидная система, формируемая большей частью в слое ПДМС, может представлять собой набор различных микрофлюидных элементов, назначение которых определяется в зависимости от целей использования чипа. Микрофлюидные элементы объединены системой микрожидкостных каналов (микроканалов). В качестве микрофлюидных элементов могут выступать, например, клеточные ячейки для культивирования клеточных моделей, различные клапаны и рабочие камеры (мембраны), обеспечивающие движение питательной среды по микроканалам, а также обеспечивающие гашение скачков давления и скорости движения питательной среды (демпфирующие элементы), технологические отверстия (лунки) для доступа к питательной среде чипа. При этом клапаны могут быть выполнены с возможностью уменьшения просвета микрофлюидного канала вплоть до его герметичного перекрытия, или могут обеспечивать «отключение» ответвления микрофлюидного канала. В частности, микрофлюидная система может содержать несколько (от 2 и более) клеточных ячеек 5 и микронасос (с упомянутыми клапанами 8), объединенные микроканалами 7, образующими как минимум, один контур для циркуляции питательной среды. При этом в различных ячейках могут располагаться различные модели, например, на основе различных линий клеток. В частности, конструктивные решения микрофлюидной системы могут быть выполнены по аналогии с описанными в патентах РФ №№2612904, 171690, 2584598.
Ниже представлено подробное описание коннектора 2 микрофлюидного чипа 1 (фиг. 1-12, 18-21).
Коннектор 2 включает переходник 3, с одной стороны, выполненный с возможностью его герметичного размещения, по меньшей мере, в двух отверстиях/ячейках микрофлюидного чипа, и содержащий сквозные каналы по количеству отверстий/ячеек; с другой стороны, переходник выполнен с возможностью размещения в каналах фитингов, предназначенных для подключения к внешним устройствам. В конструкцию коннектора также входят ячейки или отверстия чипа, контактирующие своей внутренней поверхностью с соответствующей частью переходника, а также уплотнительный (герметизирующий) элемент, обеспечивающий герметичное размещение переходника в соответствующих отверстиях чипа.
При этом заявляемый узел (блок) - коннектор, может быть реализован во многих различных вариантах, и представленное его описание ниже не должно рассматриваться как ограничение осуществления полезной модели. Данные варианты осуществления представлены для того, чтобы раскрытие заявляемого решения было полным и завершенным, и в полной мере передавало сущность полезной модели для специалистов в данной области техники.
В частности, переходник 3 выполнен в виде единой детали, предпочтительно из алюминия, стали, поликарбоната и других материалов, способных выдержать температуру автоклавирования, с выступами 17 в виде пробок, обеспечивающими герметичный контакт с внутренней поверхностью ячеек/отверстий, где количество, форма и взаимное расположение данных выступов 17 соответствуют количеству ячеек/отверстий (включая технологические отверстия), форме верхней части их внутренней поверхности и их взаимному расположению в чипе, соответственно.
Переходник представляет собой предпочтительно объемную деталь, по меньшей мере, с двумя каналами в виде сквозных отверстий (канал образован входным отверстием, переходящим в выходное отверстие, с расположением осей отверстий, предпочтительно, под прямым углом), где входное отверстие предназначено для подачи рабочей среды (для осуществления возможности подключения насоса количество отверстий должно быть, по меньшей мере, три) и, по меньшей мере, двумя выступами - пробками для подключения к микрофлюидной системе. Отверстия для подачи рабочей среды со стороны входа выполнены с резьбой для соединения с фитингами, диаметр отверстия составляет от 2,5 мм до 6 мм. Форма выступов - цилиндрическая, внутренний диаметр отверстия, проходящего через выступ - выходного отверстия, совпадает с диметром выходного отверстия для подачи рабочей среды.
Выступы переходника могут иметь сложный профиль в продольном сечении, например, ступенчатый, где первая ступень служит уплотнительным кольцом, форма второго участка профиля («зубцов») позволяет провести центрирование выступа-пробки в отверстии/ячейке. Элемент переходника (соответствующая ступень), который выполняет функцию уплотнительного кольца, имеет размеры, превышающие диаметр ячейки, и в представленных примерах реализации полезной модели может иметь величину от 3 мм до 6 мм, толщину - от 0,5 до 5 мм. Количество «зубцов» определяется диаметром ячейки и варьируется от 3 до 10 штук, высота - от 0,5 мм до 4 мм.
Наличие у выступов переходника рельефной зубчатой поверхности («зубцов» 19) обеспечивает фиксацию и центрирование упомянутых выступов в отверстиях чипа (фиг.8-11), а также герметизацию полостей ячеек или отверстий. Термином «зубцы» в рамках заявляемого решения обозначен рельеф боковой поверхности выступа, сформированный протяженными выпуклыми элементами, которые могут иметь в поперечном сечении различную форму - округлую, угловую, трапецеидальную и др. В одном из вариантов реализации пробки «зубцы» выполнены в форме полуцилиндров и расположены по окружности выступа на равноудаленном расстоянии друг от друга, ширина зубца составляет как минимум 1 мм. При этом в предпочтительном варианте выполнения выступа 17 его «зубцы» со стороны нижней (торцевой) поверхности выполнены со скосом, который также может иметь ступенчатую форму с уменьшением толщины зубца в направлении к упомянутой нижней поверхности выступа. Возможно выполнение выступов переходника с трехступенчатым профилем продольного сечения, где третий выступ отвечает за центровку коннектора, второй выступ приводит к частичному уплотнению и фиксации коннектора, первый выступ обеспечивает герметичный контакт коннектора с ячейкой.
Выполнение уплотнительного слоя 16 формовочного материала, размещенного на поверхности чипа, с частичным размещением на внутренней поверхности ячеек/отверстий, в комбинации с выполнением переходника с рельефной боковой поверхностью его выступов (с «зубцами») обеспечивает более удобную установку переходника в отверстиях с обеспечением качественной герметизации их объема.
Отверстия 8, 9 в чипе 1 для клеточных ячеек, как правило, имеют ступенчатый профиль продольного сечения. При этом поперечные размеры ступеней выполнены с уменьшением в направлении от верхней поверхности чипа к нижней. Выполнение отверстий ступенчатой формы в продольном сечении обеспечивает в процессе отливки на поверхности основы уплотнительного слоя из ПДМС формирование уплотнительного слоя также на внутренней поверхности отверстий. Полученный таким образом рельеф уплотнительного слоя обеспечивает наиболее плотное примыкание выступов переходника, герметизирующее микрофлюидный контур. Возможен вариант, при котором, по крайней мере, часть отверстий, выполнена, по меньшей мере, с тремя ступенями (фиг. 8), при этом средняя (промежуточная) ступень может быть выполнена сложной формы, например, в форме «звездочки» в поперечном сечении (фиг. 9), На фиг. 16, 17 представлены местные поперечные сечения пластины (основы), изображенной на фиг. 15, где видна форма отверстий под клеточную ячейку 5, форма отверстий 8 и 9 под клапаны и рабочую камеру микронасоса, и форма отверстия 10 под лунку для смены среды.
Микрофлюидный чип может быть выполнен любым известным из уровня техники способом, включая изготовление основы с отверстиями с последующей отливкой на ее противоположных поверхностях слоя из ПДМС с микрофлюидной системой и уплотнительного слоя из ПДМС.Переходник также может быть изготовлен любым известным из уровня техники способом, например, механической обработкой, обработкой давлением, литейным производством, спеканием.
Пример конкретного выполнения
Заявляемый коннектор был реализован в конструкции микрофлюидного чипа, (см. фиг. 12), выполненной прямоугольной формы с размерами, соответствующими размеру стандартного предметного стекла по ГОСТ 9284-75 «Межгосударственный стандарт стекла предметные для микропрепаратов» (26 мм × 76 мм, толщиной 8 мм,). Данный чип обеспечивает возможность проведения исследований методами оптической микроскопии. При этом часть отверстий (например, два отверстия) пластины могут быть предназначены для ячеек, по крайней мере, одно отверстие может являться технологическим и служить для замены среды в ячейках, другая часть отверстий может быть предназначена для клапанов и рабочих камер микронасоса и служить для подключения, например, систем подачи воздуха. В примере конкретного выполнения отверстие для клеточной ячейки выполнено с возможностью герметичного размещения в нем клеточной вставки Transwell.
В продольном сечении отверстия пластины чипа были выполнены ступенчатой формы (фиг. 16, 17). Наружный диаметр отверстий чипа, соответствующих клеточным ячейкам и лунке для смены среды составлял 8,45 мм, а отверстий, соответствующих мембранам микронасоса - 3,95 мм. Отверстия, соответствующие мембранам (клапанам и рабочей камере) микронасоса и лунке для смены среды (технологическое отверстие) были выполнены двухступенчатыми. Вторые ступени отверстий для клапанов микронасоса были выполнены с диаметром 2,6 мм, для рабочей камеры - 3 мм, для технологического отверстия - 5.4 мм. Отверстия, соответствующие клеточным ячейкам, были выполнены аналогично лунке для смены среды. Слой отвержденного ПДМС, содержащий микрофлюидную систему, был выполнен толщиной 1,5 мм, уплотнительный слой из отвержденного ПДМС - толщиной 1 мм. В качестве формовочного материала был использован полидиметилсилоксан (ПДМС) Dow Corning Sylgard 184 в составе 10 массовых частей основания на 1 часть отвердителя. Высота микрофлюидных каналов составляла 300 мкм, толщина мембран из ПДМС в местах расположения клапанов и рабочей камеры насоса составляла 400 мкм.
Переходник коннектора включает три канала для передачи рабочей среды в микрофлюидную систему имеет внешний диаметр выступа 4,2 мм для уплотнения в микрофлюидном чипе, внутренний диаметр выходного отверстия составляет 2 мм, входное отверстие для фитинга выполнено с резьбой М3, высота выступа, помещаемого в рабочую камеру микронасоса равна 4 мм.
Заявляемое решение было апробировано на серии из 10 микрофлюидных чипов.
Изготовленный коннектор характеризовался быстротой и удобством эксплуатации, минимальным количеством элементов, упрощающих процесс стерилизации и дающих возможность использовать данный узел многоразово. Можно отметить высокое качество проведенных исследований, в процессе которых было выявлено оптимальное уплотнение препятствующее выходу рабочей среды/воздуха. При подключении коннектора с микрофлюидным чипом к насосу отмечено улучшение параметров потока и эффективное гашение скачков давления.