KR102538721B1 - 미세유체 세포 배양 - Google Patents

Abstract

세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 강화시키도록 구성된 기체 성분들 및 영양소들의 제공을 포함하는, 미세유체 디바이스에서 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위한 시스템들, 방법들 및 키트들이 설명된다. 일부 실시형태들에서, 단일의 세포를 배양하는 것은 미세유체 디바이스에서 클론성 집단을 생성할 수도 있다.

Description

미세유체 세포 배양 {MICROFLUIDIC CELL CULTURE}

생명과학들 및 관련 분야들에서, 세포 또는 세포들을 배양하는 것이 유용할 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태들은 미세유체 디바이스에서 세포 또는 세포들의 그룹들을 배향하기 위한 장치들 및 프로세스들을 포함한다.

일 양태에서, 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 고립 영역과 접속 영역을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 포함하고, 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 포함하고, 적어도 하나의 성장 챔버는 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 더 포함하는, 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위한 미세유체 디바이스가 제공된다. 일부 실시형태들에서, 미세유체의 고립 영역은 제 2 유체 매질을 포함하도록 구성될 수도 있고, 여기서 흐름 영역 및 적어도 하나의 성장 챔버가 제 1 및 제 2 유체 매질 각각으로 실질적으로 채워지고, 제 2 유체 매질의 성분들은 제 1 유체 매질로 확산할 수도 있고/있거나 제 1 유체 매질의 성분들은 제 2 유체 매질로 확산할 수도 있으며, 제 1 매질은 고립 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 흐름 영역의 적어도 일부를 갖는 미세유체 채널을 더 포함할 수도 있고, 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역은 미세유체 채널로 직접적으로 개방될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스 내에서 세포 이동성을 지원하는 하나 이상의 시약들로 컨디셔닝될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함하는 폴리머로 컨디셔닝될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머로 컨디셔닝될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머는 덱스트란을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 아미노산 모이어티들을 포함하는 폴리머로 컨디셔닝될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 폴리머는 소혈청알부민 (BSA) 또는 DNase 1 일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 핵산 모이어티들, 또는 포스폰산 모이어티들을 포함하는 폴리머로 컨디셔닝될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 핵산 모이어티들, 또는 포스폰산 모이어티들을 포함하는 폴리머로 컨디셔닝될 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스의 표면에 공유 결합으로 연결된 연결기 (linking group) 를 포함하고, 연결기는 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 실록시 연결기일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 에스테르 연결기일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 플루오로알킬 모이어티들은 퍼플루오로알킬 모이어티들일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티들은 10 개의 탄소들보다 큰 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티들은 선형 구조를 가질 수도 있다. 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 컨디셔닝된 표면의 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 연결될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결자 (linker) 를 통해 간접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자는 트리아졸일렌 (triazolylene) 모이어티를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자는 하나 이상의 아릴렌 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 아미노산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 대안으로, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 쌍성이온들을 포함할 수도 있다. 추가의 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 포스폰산 모이어티들 또는 카르복실산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 아미노 또는 구아니딘 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인; 술팜산; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 액틴 필라멘트 형성을 방해하거나, 인테그린 수용체들을 차단하거나, 또는 DNA 오염된 표면들에 대한 세포들의 결합을 감소시킬 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 RGD 함유 펩티드일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 사이토칼라신 B, 인테그린에 대한 항체, 파이브로넥틴의 억제제일 수도 있고, 이것은 소분자 또는 DNase 1 단백질을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 세포 부착 차단 분자들 중 하나 보다 많은 유형의 조합을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 절개 가능 모이어티를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고, 이에 의해 배양 후에 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성될 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들을 포함할 수도 있다. 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들은 B27® 보충제, 소태아 혈청 (Fetal Bovine Serum; FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (Fetal Calf Serum; FCS) 을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 유전영동 (DEP) 구성을 갖는 기판을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 구성을 갖는 기판은 하나 이상의 생물학적 세포들을 성장 챔버 안으로 도입하거나 또는 하나 이상의 생물학적 세포들을 성장 챔버 밖으로 이동시키도록 구성될 수도 있다. DEP 구성은 광학적으로 작동될 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 약 30 ℃ 의 온도에서 안정적이도록 구성될 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 성장 챔버의 고립 영역은 약 100 개의 세포들의 범위로의 세포 증식 (cell expansion) 을 지원하기에 충분한 치수들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 1x10² 보다 많지 않은 생물학적 세포들은 적어도 하나의 성장 챔버에서 유지될 수도 있고, 적어도 하나의 성장 챔버의 체적은 약 2x10⁶ 세제곱 마이크론 이하일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 1x10² 보다 많지 않은 생물학적 세포들은 적어도 하나의 성장 챔버에서 유지될 수도 있고, 적어도 하나의 성장 챔버의 체적은 약 1x10⁷ 세제곱 마이크론 이하일 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 디바이스는 제 1 또는 제 2 유체 매질을 흐름 영역으로 입력하도록 구성된 적어도 하나의 인렛 포트 및 제 1 매질을 그것이 흐름 영역에서 나올 때 수신하도록 구성된 적어도 하나의 아웃렛 포트를 더 포함할 수도 있다. 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 적어도 하나의 성장 챔버 또는 그 고립 영역 위의 변형 가능한 리드 영역을 더 포함할 수도 있고, 이에 의해 변형 가능한 리드 영역을 눌러 생물학적 세포를 고립 영역으로부터 흐름 영역으로 유출하기에 충분한 힘들 가한다. 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 리드의 적어도 일부가 기체 투과성일 수도 있는 리드를 포함할 수도 있고, 이에 의해 기체 분자들의 소스를 미세유체 디바이스에 위치된 유체 매질에 제공한다. 리드의 기체 투과성 부분은 적어도 하나의 성장 챔버 위에 위치될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 리드의 기체 투과성 부분은 흐름 영역 위에 위치될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 복수의 성장 챔버들을 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 복수의 생물학적 세포들을 포함할 수도 있다. 미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 포유류 세포의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 면역 세포의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 면역 세포는 림프구 또는 백혈구일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 면역 세포는 B 세포, T 세포, NK 세포, 대식세포, 또는 수지상 세포일 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 부착 세포의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 하이브리도마 세포의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 단일의 세포 및 생물학적 세포들의 대응하는 클론성 군체 (clonal colony) 의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함할 수도 있다.

다른 양태에서, 미세유체 디바이스 상에서 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위한 시스템이 제공되고, 이 시스템은 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 미세유체 디바이스에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 갖는 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스를 포함한다. 적어도 하나의 성장 챔버는 고립 영역 및 접속 영역을 포함할 수도 있고, 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 미세유체의 고립 영역은 제 2 유체 매질을 포함하도록 구성될 수도 있고, 흐름 영역 및 적어도 하나의 성장 챔버가 제 1 및 제 2 유체 매질 각각으로 실질적으로 채워지는 경우, 제 2 유체 매질의 성분들은 제 1 유체 매질 안으로 확산할 수도 있고/있거나 제 1 유체 매질의 성분들은 제 2 유체 매질 안으로 확산할 수도 있고, 제 1 매질은 고립 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 흐름 영역의 적어도 일부를 포함하는 미세유체 채널을 더 포함할 수도 있고, 여기서 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역은 미세유체 채널로 직접적으로 개방될 수도 있다. 미세유체 디바이스는, 임의의 조합으로 엘리먼트들 중 어느 하나를 갖는, 본원에 설명된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스일 수도 있다.

시스템의 다양한 실시형태들에서, 시스템은 적어도 제 1 유체 매질을 관류시키도록 구성된 흐름 제어기를 더 포함할 수도 있다. 제어기는 적어도 제 1 유체 매질을 비-연속적으로 관류시키도록 구성된다.

시스템의 다양한 실시형태들에서, 시스템의 미세유체 디바이스는 하나 이상의 생물학적 세포들을 성장 챔버 안으로 도입하거나 또는 하나 이상의 생물학적 세포들을 성장 챔버 밖으로 이동시키도록 구성된 유전영동 (DEP) 구성을 갖는 기판을 더 포함할 수도 있다. DEP 구성은 광학적으로 작동될 수도 있다.

시스템의 다양한 실시형태들에서, 시스템은 제 1 유체 매질을 포함하도록 구성된 저장소를 더 포함할 수도 있고, 여기서 저장소는 미세유체 디바이스에 유동적으로 접속된다. 저장소는 용해된 기체 분자들로 제 1 유체 매질을 포화시킬 수 있는 기체 환경에 의해 접촉되도록 구성될 수도 있다.

시스템의 다양한 실시형태들에서, 시스템은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 인렛 포트에 접속된 센서를 더 포함할 수도 있고, 여기서 센서는 제 1 유체 매질의 pH 를 검출하도록 구성될 수도 있다. 시스템의 다양한 실시형태들에서, 시스템은 적어도 하나의 아웃렛에 접속된 센서를 더 포함할 수도 있고, 여기서 센서는 제 1 유체 매질이 미세유체 디바이스를 떠날 때 제 1 유체 매질의 pH 를 검출하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 센서는 광학 센서일 수도 있다.

시스템의 다양한 실시형태들에서, 시스템은 적어도 하나의 성장 챔버 및 그 안에 포함된 임의의 생물학적 세포들의 이미지를 캡처하도록 구성된 검출기를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 포유류 세포들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하이브리도마 세포들을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 림프구 또는 백혈구 세포들을 포함할 수도 있다. 대안으로, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 부착 세포들을 포함할 수도 있다.

시스템의 다양한 실시형태들에서, 성장 챔버에서의 하나 이상의 생물학적 세포들은 단일의 세포일 수도 있고, 군체는 생물학적 세포들의 클론성 군체일 수도 있다.

다른 양태에서, 유전영동 (DEP) 구성 및 표면을 포함하는 기판; 및 기판의 표면의 산화물 모이어티들에 공유 결합으로 연결된 컨디셔닝된 표면을 포함하는 조성물이 제공된다. 조성물은 화학식 1 또는 화학식 2 의 구조를 가질 수도 있고, 본원에 정의된 바와 같이 화학식 1 또는 화학식 2 의 엘리먼트들의 임의의 값들을 가질 수도 있다:

화학식 1 화학식 2

조성물의 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 표면의 산화물 모이어티들에 공유 결합으로 연결된 연결기를 포함할 수도 있고, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 실록시 연결기일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 기일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 연결자의 접속을 통해 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 연결자의 제 1 단부에 대한 접속을 통해 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 연결자는 선형 부분을 더 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 연결자는 트리아졸일렌 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 트리아졸일렌 모이어티는 연결자의 선형 부분을 인터럽트할 수도 있거나 또는 연결자의 선형 부분의 제 2 단부에 접속될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 선형 부분의 백본은 아릴렌 모이어티를 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는, 알킬 모이어티, 플루오로알킬 모이어티, 모노- 또는 폴리당류, 알콜 모이어티, 폴리알콜 모이어티, 알킬렌 에테르 모이어티, 고분자전해질 모이어티, 아미노 모이어티, 카르복실산 모이어티, 포스폰산 모이어티, 설포네이트 음이온 모이어티, 카르복시베타인들 모이어티, 술포베타인 모이어티, 술팜산 모이어티, 또는 아미노산 모이어티를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 아미노산들, 알킬 모이어티들, 퍼플루오로알킬 모이어티들, 덱스트란 모이어티들 및/또는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들은 10 개의 탄소들보다 큰 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 하나 이상의 절개 가능 모이어티들을 더 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고, 이에 의해 배양 후에 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 용이하게 하도록 구성될 수도 있다.

다른 양태에서, 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역, 및 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스에서 적어도 하나의 생물학적 세포를 배양하는 방법이 제공되고, 이 방법은 적어도 하나의 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 단계로서, 적어도 하나의 성장 챔버는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 갖도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및 생물학적 세포들의 군체를 생성하도록 적어도 하나의 생물학적 세포를 증식시키기에 적어도 충분히 긴 기간 동안 적어도 하나의 생물학적 세포를 인큐베이팅하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 성장 챔버는 고립 영역 및 접속 영역을 포함할 수도 있고, 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 미세유체의 고립 영역은 제 2 유체 매질을 포함하도록 구성될 수도 있고, 여기서 흐름 영역 및 적어도 하나의 성장 챔버가 제 1 및 제 2 유체 매질 각각으로 실질적으로 채워지는 경우, 제 2 유체 매질의 성분들은 제 1 유체 매질 안으로 확산할 수도 있고/있거나 제 1 유체 매질의 성분들은 제 2 유체 매질 안으로 확산할 수도 있고, 제 1 매질은 고립 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 흐름 영역의 적어도 일부를 갖는 미세유체 채널을 더 포함할 수도 있고, 여기서 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역은 미세유체 채널로 직접적으로 개방될 수도 있다. 미세유체 디바이스는, 임의의 조합으로 엘리먼트들 중 어느 하나를 갖는, 본원에 설명된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스일 수도 있다.

방법의 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 표면에 공유 결합으로 연결된 연결기를 포함할 수도 있고, 또한, 연결기는 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결된다. 일부 다른 실시형태들에서, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들 또는 덱스트란 모이어티들을 포함할 수도 있다.

방법의 일부 실시형태들에서, 방법은 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 표면을 컨디셔닝하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 폴리머를 포함하는 컨디셔닝 시약으로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다.

방법의 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 단계는 적어도 하나의 생물학적 세포를 이동시키기에 충분한 힘을 갖는 유전영동 (DEP) 힘을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘을 사용하는 단계는 DEP 힘을 광학적으로 작동시키는 단계를 포함할 수도 있다.

방법의 일부 실시형태들에서, 방법은 인큐베이팅하는 단계 동안 제 1 유체 매질을 관류시키는 단계를 더 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 유체 매질은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 인렛 포트를 통해 도입되고 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 아웃렛을 통해 유출되며, 유출 시에, 제 1 유체 매질은 제 2 유체 매질로부터의 성분들을 선택적으로 포함한다.

방법의 일부 실시형태들에서, 방법은 인큐베이팅하는 단계 후에 컨디셔닝된 표면의 하나 이상의 절개 가능 모이어티들을 절개하는 단계를 더 포함할 수도 있고, 이에 의해 성장 챔버 또는 그 고립 영역 밖으로 그리고 흐름 영역 안으로 하나 이상의 생물학적 세포들의 유출을 용이하게 한다.

방법의 일부 실시형태들에서, 방법은 성장 챔버 또는 그 고립 영역 밖으로 그리고 흐름 영역 안으로 하나 이상의 생물학적 세포들을 유출하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

방법의 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포는 포유류 세포를 포함할 수도 있다. 방법의 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포는 적어도 하나의 면역 세포를 포함할 수도 있다. 방법의 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 면역 세포는 림프구 또는 백혈구를 포함할 수도 있다. 방법의 일부 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 면역 세포는 B 세포, T 세포, NK 세포, 대식세포, 또는 수지상 세포를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포는 부착 세포를 포함할 수도 있다. 대안으로, 적어도 하나의 생물학적 세포는 하이브리도마 세포를 포함할 수도 있다.

방법의 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 단계는 단일의 세포를 성장 챔버 안으로 도입하는 단계를 포함할 수도 있고, 인큐베이팅하는 단계에 의해 생성된 생물학적 세포들의 군체는 클론성 군체일 수도 있다.

다른 양태에서, 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는, 생물학적 세포를 배양하기 위한 키트가 제공된다. 적어도 하나의 성장 챔버는 고립 영역 및 접속 영역을 포함할 수도 있고, 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 갖는다. 미세유체 디바이스는, 엘리먼트들의 임의의 조합을 갖는, 본원에 설명된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬 모이어티들, 플루오로알킬 모이어티들, 모노- 또는 폴리당류, 모이어티들, 알콜 모이어티들; 폴리알콜 모이어티들; 알킬렌 에테르 모이어티들; 고분자전해질 모이어티들, 아미노 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 포스폰산 모이어티들, 설포네이트 모이어티들; 카르복시베타인 모이어티들, 술포베타인 모이어티들; 술팜산 모이어티들; 또는 아미노산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들, 알킬렌 에테르 모이어티들, 알킬 모이어티들, 플루오로알킬 모이어티들, 또는 아미노산 모이어티들 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티들은 10 개의 탄소들보다 큰 백본 체인 길이를 갖는다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스의 표면에 공유 결합으로 연결된 연결기를 포함할 수도 있고, 연결기는 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 실록시 연결기일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 연결기일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 연결될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 연결기는 연결자를 통해, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 연결기는 연결자의 제 1 단부에 대한 접속을 통해, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 연결자는 선형 부분을 더 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 연결자는 트리아졸일렌 모이어티를 포함할 수도 있다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 키트는 표면 컨디셔닝 시약을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 알킬렌 에테르 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스폰산 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 핵산 모이어티들 또는 당류 모이어티들 중 적어도 하나를 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 알킬렌 에테르 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 및/또는 당류 모이어티들 중 적어도 하나를 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 액틴 필라멘트 형성을 방해하고, 인테그린 수용체들을 차단하고, 또는 DNA 오염된 표면들에 대한 세포들의 결합을 감소시킬 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 사이토칼라신 B, RGD 함유 펩티드, 파이브로넥틴의 억제제, 인테그린에 대한 항체, 또는 DNase 1 단백질일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 1 보다 많은 세포 부착 차단 분자의 조합을 포함할 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 일 수도 있다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 키트는 성장 챔버의 적어도 하나의 표면의 컨디셔닝을 보충하도록 구성된 시약을 포함하는 배양 배지 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 배양 배지 첨가제는 Pluronics® 폴리머를 포함할 수도 있다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 절개 가능 모이어티를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 키트는 컨디셔닝된 표면의 절개 가능 모이어티를 절개하도록 구성된 시약을 더 포함할 수도 있다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 키트는 생물학적 세포의 상태를 검출하도록 적어도 하나의 시약을 더 포함할 수도 있다.

도 1 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와 사용하기 위한 시스템의 예를 예시한다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 2c 및 도 2d 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 성장 챔버들을 예시한다.
도 2e 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 상세한 성장 챔버를 예시한다.
도 2f 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스를 예시한다.
도 3a 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 미세유체 디바이스 및 연관된 제어 장비와 사용하기 위한 시스템의 특정 예를 예시한다.
도 3b 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 이미징 디바이스를 예시한다.
도 4a 내지 도 4c 는 미세유체 디바이스에 사용된 성장 챔버의 추가의 예를 포함하는, 미세유체 디바이스의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5e 는 각각, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 미세유체 디바이스에 컨디셔닝된 매질을 제공할 수 있는 시스템 컴포넌트들의 실시형태를 나타낸다.
도 6 은 미세유체 디바이스로 진입하고/하거나 이를 떠나는 매질의 pH 를 검출할 수 있는 하나 이상의 센서들을 갖는 미세유체 디바이스의 표현이다.
도 7 은 미세유체 디바이스에서 유체 매질을 관류시키는 프로세스의 일 실시형태의 예이다.
도 8 은 미세유체 디바이스에서 유체 매질을 관류시키는 프로세스의 다른 실시형태의 예이다.
도 9 는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합의 강화된 지원을 제공하는 컨디셔닝된 표면의 개략적 표현이다.
도 10a 내지 도 10e 는 본원에 설명된 방법들에 따른 배양 실험의 일 실시형태의 사진 표현들이다.
도 11a 는 세포가 디바이스의 성장 챔버들에 배치되기 전의 미세유체 디바이스를 나타내는, 본원에 설명된 방법들에 따른 배양 실험의 다른 실시형태의 사진 표현이다.
도 11b 는 하나의 세포가 미세유체 디바이스의 하나의 성장 챔버에 배치되는 때 이후의, 도 11a 의 배양 실험의 실시형태의 사진 표현이다.
도 12a 내지 도 12c 는 나중 시점에, 도 11b 의 세포의 인큐베이션 동안 세포 증식을 나타내는, 도 11a 및 도 11b 의 배양 실험의 실시형태의 사진 표현들이다.
도 13a 내지 도 13c 는 나중 시점에, 인큐베이션 주기의 종료 후에 증식된 세포들의 유출을 나타내는, 도 11a 및 도 11b 및 도 12a 내지 도 12c 의 배양 실험의 실시형태의 사진 표현들이다.
도 14a 및 도 14b 는 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면을 갖는 미세유체 디바이스에서 다른 배양 실험의 실시형태의 사진 표현들이다.

미세유체 환경들은 로케이션 의존 농도 및 시간-의존 방식으로 세포 또는 세포들의 그룹에 영양분들 및/또는 용해성 세포 성장 시그널링 종들을 제공하는 국부화된 환경을 제공할 기회를 부여한다. 이들 조건들은 생체 내에서와 더 비슷한 성장 조건들을 나타내고, 또는 대안으로 비표준 조건들 하에서의 연구 및 성장을 허용하도록 이러한 통상적인 조건들에 대한 섭동들을 허용할 수도 있다. 이들 요건들은 표준화된 미세규모 세포 배양 방법들을 사용하여 충족될 수 없다. 그러나, a) 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는데 도움이 되는 미세유체 환경에 세포(들)을 배치하고; b) 세포(들)을 성공적으로 유지하고/하거나 세포(들)의 집단을 증식시키며; 및/또는 c) 성공적인 성장 및/또는 유지를 초래하는 조건들을 정의하기 위해 세포 또는 세포들의 더 손쉬운 조작을 위한 개선들이 필요하다. 본원에 설명된 시스템들 및 방법들은 더 정확한 세포 핸들링, 환경 제어, 및 미세유체 세포 배양을 위한 세포 분리 기법들을 허용하고, 예를 들어 클론성 세포 집단들을 생성하는데 사용될 수도 있다.

본 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들을 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들에 또는 예시적인 실시형태들 및 애플리케이션들이 동작하거나 본원에 설명되는 방식에 제한되지 않는다. 또한, 도면들은 단순화된 또는 부분 뷰들을 나타낼 수도 있고, 도면들에서 엘리먼트들의 치수들은 명확함을 위해 과장되거나 또는 다르게는 비례적이지 않을 수도 있다. 또한, 용어들 "~ 상에 (on)", "~ 에 부착된 (attached to)", 또는 "~ 에 결합된 (coupled to)" 이 본원에서 사용되는 바와 같이, 하나의 엘리먼트가 다른 엘리먼트 바로 위에 있고, 그것에 부착되거나, 또는 그것에 결합되든지, 또는 하나의 엘리먼트와 다른 엘리먼트 사이에 하나 이상의 중간 엘리먼트들이 있든지에 관계없이, 하나의 엘리먼트 (예를 들어, 재료, 층, 기판 등) 는 다른 엘리먼트의 "상에" 있을 수 있고, 그것에 "부착될" 수 있거나, 또는 그것에 "결합될" 수 있다. 또한, 제공되는 경우, 방향들 (예를 들어, 위 (above), 아래 (below), 상단 (top), 하단 (bottom), 측면 (side), 상 (up), 하 (down), 상부 (over), 상위 (upper), 하위 (lower), 수평, 수직, "x", "y", "z" 등) 은 상대적이고, 제한이 아니라, 단지 예로서 그리고 예시 및 논의의 용이함을 위해 제공된다. 또한, 엘리먼트들 (예를 들어, 엘리먼트들 a, b, c) 의 리스트에 대해 참조가 이루어지는 경우, 이러한 참조는 열거된 엘리먼트들 자체, 전부보다 적은 열거된 엘리먼트들의 임의의 조합, 및/또는 열거된 엘리먼트들의 전부의 조합 중의 임의의 하나를 포함하도록 의도된다. 명세서에서의 섹션 구분들은 단지 검토의 편의를 위한 것이며, 논의된 엘리먼트들의 임의의 조합을 제한하지 않는다.

본원에서 사용된 바와 같이, "실질적으로" 는 의도된 목적을 위해 작동하기에 충분하다는 것을 의미한다. 용어 "실질적으로" 는 따라서, 당해 분야의 당업자에 의해 예상될 것이지만, 전체적인 성능에 인식가능하게 영향을 주지 않는 바와 같은, 절대적인 또는 완전한 상태, 치수, 측정, 결과 등으로부터의 소수의 중요하지 않은 변형들을 허용한다. 수치 값들 또는 수치 값들로서 표현될 수 있는 파라미터들 또는 특징들에 대하여 사용되는 경우, "실질적으로" 는 10 퍼센트 이내를 의미한다.

용어 "하나들" 은 하나보다 많은 것을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "복수" 는 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 또는 그 이상일 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, "공기" 는 지구의 대기에서 우세한 기체들의 조성을 지칭한다. 4 개의 가장 풍부한 기체들은 (통상적으로, 예를 들어 약 70-80% 의 범위에서, 체적 당 약 78% 의 농도로 존재하는) 질소, (통상적으로, 예를 들어 약 10% 내지 약 25% 의 범위에서, 해수면에서 체적 당 약 20.95% 의 농도로 존재하는) 산소, (통상적으로, 예를 들어 약 0.1% 내지 약 3% 의 범위에서, 체적 당 약 1.0% 로 존재하는) 아르곤, 및 (통상적으로, 예를 들어 약 0.01% 내지 약 0.07% 의 범위에서, 약 0.04% 로 존재하는) 이산화탄소이다. 공기는 메탄, 질소 산화물 또는 오존과 같은 다른 미량의 기체들, 미량의 오염물들 및 꽃가루, 디젤 미립자 들 등과 같은 유기 물질들을 가질 수도 있다. 공기는 (통상적으로, 약 0.25% 로 존재하거나, 또는 체적 당 약 10ppm 내지 약 5% 의 범위에 존재할 수도 있는) 수증기를 포함할 수도 있다. 공기는 필터링되고, 제어된 조성물로서 배양 실험들에서 사용하기 위해 제공될 수도 있고 본원에 설명된 바와 같이 컨디셔닝될 수도 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "배치된" 은 그 의미 내에서 "위치된" 을 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, "미세유체 디바이스 (microfluidic device)" 또는 "미세유체 장치" 는 유체를 홀딩하도록 구성된 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들을 포함하는 디바이스이고, 각각의 미세유체 회로는, 유체 (및, 선택적으로는 유체에서 부유된 마이크로-객체들) 가 미세유체 디바이스 안으로 및/또는 그 밖으로 유동하는 것을 허용하도록 구성된 영역(들), 흐름 경로(들), 채널(들), 챔버(들), 및/또는 펜(들), 및 적어도 2 개의 포트들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 유동적으로 상호접속된 회로 엘리먼트들로 이루어진다. 통상적으로, 미세유체 디바이스의 미세유체 회로는 적어도 하나의 미세유체 채널 및 적어도 하나의 챔버를 포함할 것이고, 약 1 mL 미만, 예를 들어 약 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 또는 2 마이크로리터 미만의 유체의 체적을 홀딩할 것이다. 소정의 실시형태들에서, 미세유체 회로는 약 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-5, 2-8, 2-10, 2-12, 2-15, 2-20, 5-20, 5-30, 5-40, 5-50, 10-50, 10-75, 10-100, 20-100, 20-150, 20-200, 50-200, 50-250, 또는 50-300 마이크로리터를 홀딩한다.

본원에 사용된 바와 같이, "나노유체 디바이스" 또는 "나노유체 장치" 는, 약 1 마이크로리터 미만, 예를 들어 약 750, 500, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 nL 또는 그 미만의 유체의 체적을 홀딩하도록 구성된 적어도 하나의 회로 엘리먼트를 포함하는 미세유체 회로를 갖는 미세유체 디바이스의 일 유형이다. 통상적으로, 나노유체 디바이스는 복수의 엘리먼트들 (예를 들어, 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, 10,000, 또는 그 이상) 을 포함할 것이다. 소정의 실시형태들에서, 적어도 하나의 회로 엘리먼트들 중 하나 이상 (예를 들어, 모두) 은 약 100 pL 내지 1 nL, 100 pL 내지 2 nL, 100 pL 내지 5 nL, 250 pL 내지 2 nL, 250 pL 내지 5 nL, 250 pL 내지 10 nL, 500 pL 내지 5 nL, 500 pL 내지 10 nL, 500 pL 내지 15 nL, 750 pL 내지 10 nL, 750 pL 내지 15 nL, 750 pL 내지 20 nL, 1 내지 10 nL, 1 내지 15 nL, 1 내지 20 nL, 1 내지 25 nL, 또는 1 내지 50 nL 의 유체의 체적을 홀딩하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 회로 엘리먼트들 중 하나 이상 (예를 들어, 모두) 은 약 100 내지 200 nL, 100 내지 300 nL, 100 내지 400 nL, 100 내지 500 nL, 200 내지 300 nL, 200 내지 400 nL, 200 내지 500 nL, 200 내지 600 nL, 200 내지 700 nL, 250 내지 400 nL, 250 내지 500 nL, 250 내지 600 nL, 또는 250 내지 750 nL 의 유체의 체적을 홀딩하도록 구성된다.

"미세유체 채널" 또는 "흐름 채널" 은 본원에 사용된 바와 같이, 수평 및 수직 치수들 양자 모두보다 상당히 긴 길이를 갖는 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 지칭한다. 예를 들어, 흐름 채널은 수평 또는 수직 치수들 중 어느 하나의 길이의 적어도 5 배, 예를 들어 길이의 적어도 10 배, 길이의 적어도 25 배, 길이의 적어도 100 배, 길이의 적어도 200 배, 길이의 적어도 300 배, 길이의 적어도 400 배, 길이의 적어도 500 배이거나, 또는 더 길 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 흐름 채널의 길이는, 그 사이의 임의의 범위를 포함하는 약 20,000 마이크론 내지 약 100,000 마이크론의 범위에 있다. 일부 실시형태들에서, 수평 치수는 약 100 마이크론 내지 약 1000 마이크론 (예를 들어, 약 150 내지 약 500 마이크론) 의 범위에 있고 수직 치수는 약 25 마이크론 내지 약 200 마이크론, 예를 들어 약 40 내지 약 150 마이크론의 범위에 있다. 흐름 채널은 미세유체 디바이스에서 다양한 상이한 공간적 구성들을 가질 수도 있고, 따라서 완벽히 선형 엘리먼트에 제한되지 않는다는 것이 주목된다. 예를 들어, 흐름 채널은 다음의 구성들: 곡선, 벤드, 나선형, 인클라인 (incline), 디클라인 (decline), 포크 (예를 들어, 다수의 상이한 흐름 경로들), 및 이들의 임의의 조합을 갖는 하나 이상의 섹션들이거나, 또는 이들을 포함할 수도 있다. 또한, 흐름 채널은, 그 안에서 원하는 유체 흐름을 제공하기 위해 넓히고 축소시켜, 그 경로를 따라 상이한 단면적들을 가질 수도 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "방해" 는 일반적으로, 미세유체 디바이스에서의 2 개의 상이한 영역들 또는 회로 엘리먼트들 사이에서 타겟 마이크로-객체들의 이동을 부분적으로 (그러나 완전히는 아님) 지연시키도록 충분히 큰 범프 또는 유사한 유형의 구조를 지칭한다. 2 개의 상이한 영역들/회로 엘리먼트들은, 예를 들어 미세유체 인큐베이션 챔버 및 미세유체 채널, 또는 미세유체 인큐베이션 챔버의 접속 영역 및 고립 영역일 수 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "수축" 은 일반적으로, 미세유체 디바이스 내의 회로 엘리먼트의 폭 (또는 2 개의 회로 엘리먼트들 간의 인터페이스) 의 좁아짐을 지칭한다. 수축은, 예를 들어 미세유체 인큐베이션 챔버와 미세유체 채널 사이의 인터페이스에, 또는 미세유체 인큐베이션 챔버의 접속 영역과 고립 영역 사이의 인터페이스에 위치될 수도 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "투명한" 은 가시 광이 통과될 때 가시 광이 광을 실질적으로 바꾸지 않고 통과하는 것을 허용하는 재료를 지칭한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "마이크로-객체" 는 일반적으로, 본 발명에 따라 고립 및 수집될 수도 있는 임의의 미세한 객체를 지칭한다. 마이크로-객체들의 비-제한적 예들은: 미세입자들; 마이크로비드들 (예를 들어, 폴리스티렌 비드들, Luminex™ 비드들 등); 자기 비드들; 마이크로로드들; 마이크로와이어들; 양자 점들 등과 같은 무생물의 마이크로-객체들; 세포들 (예를 들어, 배아들, 난모 세포들, 정자 세포들, 조직으로부터 분리된 세포들, 진핵 세포들, 원생생물 세포들, 동물 세포들, 포유류 세포들, 인간 세포들, T 세포들, B 세포들, 자연 살생 세포들, 대식 세포들, 수지상 세포들 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 면역 세포들, 하이브리도마들, 배양된 세포들, 세포주 (cell line) 로부터의 세포들, 순환하는 종양 세포들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 암 세포들, 감염된 세포들, CHO 세포들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 형질감염된 (transfected) 및/또는 형질전환된 세포들, 리포터 세포들, 원핵 세포 등); 생물학적 세포기관들 (예를 들어, 핵); 소낭 (vesicle) 들, 또는 착물들; 합성 소낭들; (예를 들어, 막 표본들로부터 유래된 또는 합성의) 리포솜들; (Ritchie 등의, (2009) 『"Reconstitution of Membrane Proteins in Phospholipid Bilayer Nanodiscs" Methods Enzymol., 464:211-231』에 설명된 바와 같은) 지질 나노래프트 (lipid nanoraft) 들 등과 같은 생물학적 마이크로-객체들; 또는 무생물의 마이크로-객체들 및 생물학적 마이크로-객체들의 조합 (예를 들어, 세포들에 부착된 마이크로비드들, 리포좀-코팅된 마이크로-비드들, 리포솜-코팅된 자기 비드들, 등) 을 포함한다. 비드들은 또한, 공유결합으로 또는 비-공유결합으로 연결된 다른 모이어티들, 예컨대 형광 라벨들, 단백질들, 소분자 시그널링 모이어티들, 항원들, 또는 분석에서 사용할 수 있는 화학적/생물학적 종들을 가질 수도 있다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "세포" 는 식물 세포, 동물 세포 (예를 들어, 포유류 세포), 박테리아 세포, 균류 세포 등일 수 있는 생물학적 세포를 지칭한다. 포유류 세포는, 예를 들어 인간, 쥐, 랫트 (rat), 말, 염소, 양, 소, 영장류 등일 수 있다.

생물학적 세포들의 군체는, 재생될 수 있는 군체 내의 살아 있는 세포들 모두가 단일의 부모 세포로부터 유래된 딸 세포들이면, "클론성 (clonal)" 이다. 용어 "클론성 세포들" 은 동일한 클론성 군체의 세포들을 지칭한다.

본원에 사용된 바와 같이, 생물학적 세포들의 "군체" 는 2 이상의 세포들 (예를 들어, 2-20, 4-40, 6-60, 8-80, 10-100, 20-200, 40-400, 60-600, 80-800, 100-1000, 또는 1000 보다 많은 세포들) 을 지칭한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "세포(들)을 유지하는" 은 세포들의 생존 및/또는 증식을 유지하는데 필요한 컨디션들을 제공하는 유체 및 기체 성분들 양자 모두를 포함하는 환경을 제공하는 것을 지칭한다.

본원에 사용된 바와 같이, 세포들을 지칭할 때 용어 "증식 (expanding)" 은 세포 수에서의 증가를 지칭한다.

본원에 사용된 바와 같이, "기체 투과성" 은, 재료 또는 구조물이 산소, 이산화탄소, 또는 질소 중 적어도 하나에 대해 투과성인 것을 의미한다. 일부 실시형태들에서, 기체 투과성 재료 또는 구조물은 산소, 이산화탄소, 또는 질소 중 하나 보다 많은 것에 투과성이고, 또한 이들 기체들 3 개 모두에 대해 투과성일 수도 있다.

유체 매질의 "성분" 은, 용매 분자들, 이온들, 소분자들, 항생물질들, 뉴클레오티드들 및 뉴클레오시드들, 핵산들, 아미노산들, 펩티드들, 단백질들, 설탕들, 탄수화물들, 지질들, 지방산들, 콜레스테롤, 대사물들 등을 포함하는, 매질에 존재하는 임의의 화학적 또는 생물학적 분자이다.

유체 매질을 참조하여 본원에 사용된 바와 같이, "확산하다" 및 "확산" 은 농도 구배 아래의 유체 매질 성분의 열역학 운동을 지칭한다.

문구 "매질의 흐름" 은 주로 확산 이외의 메커니즘으로 인해 유체 매질의 벌크 이동을 의미한다. 예를 들어, 매질의 흐름은 포인트들 사이의 압력 차이로 인한 유체 매질의 한 포인트에서 다른 포인트로의 이동을 수반할 수 있다. 이러한 흐름은 액체의 연속적인, 펄싱된, 주기적인, 랜덤한, 간헐적인, 또는 왕복 흐름, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 유체 매질이 다른 유체 매질로 유동하는 경우, 매질의 터뷸런스 및 혼합이 초래될 수 있다.

문구 "실질적으로 유동하지 않음" 은, 시간에 대해 평균화될 때, 유체 매질 안으로 또는 유체 매질 내에서 재료 (예를 들어, 관심 있는 분석물) 의 성분들의 확산 속도보다 작은 유체 매질의 흐름 속도를 지칭한다. 이러한 재료의 성분들의 확산 속도는, 예를 들어 온도, 성분들의 크기, 및 성분들과 유체 매질 간의 상호작용들의 강도에 의존할 수 있다.

미세유체 디바이스 내의 상이한 영역들을 참조하여 본원에 사용된 바와 같이, 문구 "유동적으로 접속된" 은, 상이한 영역들이 유체 매질과 같은 유체로 실질적으로 채워지는 경우, 유체의 단일 바디를 형성하도록 영역들 각각에서의 유체가 접속되는 것을 의미한다. 이것은, 상이한 영역들에서의 유체들 (또는 유체 매질) 이 반드시 조성이 동일한 것을 의미하지 않는다. 차라리, 미세유체 디바이스의 상이한 유동적으로 접속된 영역들의 유체들은, 용질들이 각각의 농도 구배들을 하강시키고/시키거나 유체가 디바이스를 통해 유동할 때 유입되는 상이한 조성들 (예를 들어, 단백질들, 탄수화물들, 이온들, 또는 다른 분자들과 같은 용질들의 상이한 농도들) 을 가질 수 있다.

미세유체 (또는 나노유체) 디바이스는 "스윕" 영역 및 "스윕되지 않은" 영역들을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "스윕" 영역은, 미세유체 회로의 하나 이상의 유동적으로 상호접속된 회로 엘리먼트들로 이루어지고, 엘리먼트들 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동되고 있을 때 매질의 흐름을 경험한다. 스윕 영역의 회로 엘리먼트들은, 예를 들어 영역들, 채널들, 및 챔버들의 전부 또는 부분들을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "스윕되지 않은" 영역은 미세유체 회로의 하나 이상의 유동적으로 상호접속된 회로 엘리먼트로 이루어지고, 엘리먼트 각각은 유체가 미세유체 회로를 통해 유동되고 있을 때 유체의 플럭스를 실질적으로 경험하지 않는다. 스윕되지 않은 영역은, 유체 접속들이 확산을 가능하게 하도록 구조화되지만 스윕 영역과 스윕되지 않는 영역 사이의 매질의 흐름이 실질적으로 없다면, 스윕 영역에 유동적으로 접속될 수 있다. 미세유체 디바이스는 따라서, 스윕 영역에서의 매질의 흐름으로부터 스윕되지 않은 영역을 실질적으로 고립시키면서, 스윕 영역과 스윕되지 않은 영역 사이에서 단지 확산성 유체 연통만이 실질적으로 가능하도록 구조화될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스의 흐름 채널은 스윕 영역의 예인 한편, 미세유체 디바이스의 고립 영역 (이하에서 더 상세히 설명됨) 은 스윕되지 않은 영역의 예이다.

본원에 사용된 바와 같이, 유체 매질 흐름의 "비-스윕핑 (non-sweeping)" 속도는, 성장 챔버의 고립 영역 내의 제 2 유체 매질의 성분들이 흐름 영역 내의 제 1 유체 매질로 확산하는 것 및/또는 제 1 유체 매질의 성분들이 고립 영역 내의 제 2 유체 매질로 확산하는 것을 허용하기에 충분한 흐름의 속도를 의미하고; 또한 제 1 매질은 고립 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않는다.

본원에 사용된 바와 같이, "흐름 경로" 는 매질의 흐름의 궤적을 정의하고 그 대상이 되는 하나 이상의 유동적으로 접속된 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널(들), 영역(들), 챔버(들) 등) 을 지칭한다. 흐름 경로는 따라서, 미세유체 디바이스의 스윕 영역의 예이다. 다른 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 스윕되지 않은 영역들) 은 흐름 경로에서 매질의 흐름을 받지 않고 흐름 경로를 포함하는 회로 엘리먼트들과 유동적으로 접속될 수도 있다.

본원에 사용된 바와 같은 "아릴렌" 은, 탄소고리식인 (예를 들어, 페닐, 플루오레닐, 및 나프틸) 켤례 pi 전자 시스템을 갖는 적어도 하나의 링을 갖고, 분자의 다른 부분들에 대해 1 또는 2 의 부착 포인트들을 갖는, 6 내지 10 개의 링 원자들 (예를 들어, C6-C10 방향족 또는 C6-C10 아릴) 을 갖는 방향족 라디칼이다. 그것이 본원에 나타날 때마다, "6 내지 10" 과 같은 수치 범위는 소정 범위에서의 각각의 정수를 지칭한다; 예를 들어, "6 내지 10 개의 링 원자들" 은, 아릴 기가 6 개의 링 원자들, 7 개의 링 원자들 등, 최대 10 개의 링 원자들로 이루어질 수 있고, 이를 포함한다는 것을 의미한다. 이 용어는 단환식 또는 융합-링 다환식 (즉, 인접한 쌍의 링 원자들을 공유하는 링들)기를 포함한다. 아릴렌의 예들은 페닐렌, 나프틸렌, 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 아릴렌 모이어티는 추가로 치환될 수도 있고 또는 분자의 다른 부분들에 대한 1 또는 2 의 부착 포인트들 이외의 다른 치환들을 갖지 않을 수도 있다.

본원에 사용된 바와 같은 "헤테로아릴렌" 은 질소, 산소 및 황으로부터 선택된 하나 이상의 링 헤테로 원자들을 포함하고 1 환, 2 환, 3 환 또는 4 환 시스템을 포함할 수도 있는 5- 내지 18-원 (membered) 방향족 라디칼 (예를 들어, C5-C13 헤테로아릴) 을 지칭하고, -ene 접미사는 헤테로아릴 링 시스템이 분자의 다른 부분들에 대한 1 또는 2 의 부착 포인트들을 갖는다는 것을 나타낸다. 그것이 본원에 나타날 때마다, "5 내지 18" 과 같은 수치 범위는 소정 범위에서의 각각의 정수를 지칭한다; 예를 들어, "5 내지 18 개의 링 원자들" 은, 헤테로아릴 기가 5 개의 링 원자들, 6 개의 링 원자들 등, 최대 18 개의 링 원자들로 이루어질 수 있고 이를 포함한다는 것을 의미한다. N-함유 "헤테로방향족" 또는 "헤테로아릴" 모이어티는, 링의 골격 원자들 중 적어도 하나가 질소 원자인 방향족 기를 지칭한다. 다환식 헤테로아릴 기는 융합 또는 비-융합될 수도 있다. 헤테로아릴 라디칼에서 헤테로원자(들)은 선택적으로 산화될 수도 있다. 하나 이상의 질소 원자들은, 존재한다면 선택적으로 4 차화 (quaternize) 될 수도 있다. 헤테로아릴은 링(들)의 임의의 원자를 통해 분자의 나머지에 부착된다. 헤테로아릴렌의 예들은 벤지미다졸일렌, 벤진돌일렌, 이소옥사졸일렌, 티아졸일렌, 트리아졸일렌, 테트라졸일렌, 및 티오페닐렌 (즉, 티에닐렌) 을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 헤테로아릴렌 모이어티는 추가로 치환될 수도 있고 또는 분자의 다른 부분들에 대한 1 또는 2 의 부착 포인트들 외의 다른 치환들을 갖지 않을 수도 있다.

본원에 사용된 바와 같은 용어 "헤테로사이클릭" 은, 1, 2, 또는 3 개의 헤레토원자들, 바람직하게는 산소, 질소 및 황으로부터 독립적으로 선택된 1 또는 2 개의 헤테로원자들을 함유하는 치환된 또는 비치환된 3-, 4-, 5-, 6-, 또는 7-원 포화 또는 부분적으로 비포화된 링; 또는 산소, 질소 및 황으로부터 독립적으로 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 최대 10 개의 원자들을 함유하는 2 환식 링 시스템을 지칭하고, 여기서 헤테로원자를 함유하는 링은 포화된다. 헤테로사이클릴들의 예들은, 테트라하이드로푸라닐, 테트라하이드로푸릴, 피롤리딘일, 피페리디닐, 4-피라닐, 테트라하이드로피라닐, 티오라닐, 모르폴린일, 피페라지닐, 디옥소라닐, 디옥사닐, 인돌리닐, 및 5-메틸-6-크로마닐을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 헤테로사이클릭 기는 분자의 다른 부분들에 대한 1 또는 2 의 부착 포인트들을 가질 수도 있고, 추가로 치환되거나 추가로 치환되지 않을 수도 있다.

시스템. 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 갖는 적어도 하나의 성장 챔버를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하는, 미세유체 디바이스에서 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위한 시스템이 제공된다.

미세유체 디바이스들 및 이러한 디바이스들을 동작 및 관측하기 위한 시스템들. 도 1 은 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 미세유체 디바이스 (100) 및 시스템 (150) 의 예를 예시한다. 미세유체 디바이스 (100) 의 사시도는 미세유체 디바이스 (100) 안의 부분 뷰를 제공하도록 그 커버 (110) 의 부분 컷-어웨이를 갖고 도시된다. 미세유체 디바이스 (100) 는 일반적으로, 흐름 경로 (106) 를 포함하는 미세유체 회로 (120) 를 포함하고, 이 흐름 경로를 통해 유체 매질 (180) 이 유동하여 선택적으로, 하나 이상의 마이크로-객체들 (미도시) 을 미세유체 회로 (120) 안으로 운반하고/하거나 통과시킬 수 있다. 단일의 미세유체 회로 (120) 가 도 1 에 예시되지만, 적합한 미세유체 디바이스들은 복수 (예를 들어, 2 또는 3) 의 이러한 미세유체 회로들을 포함할 수 있다. 관계없이, 미세유체 디바이스 (100) 는 나노유체 디바이스이도록 구성될 수 있다. 도 1 에 예시된 실시형태에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 성장 챔버들 (124, 126, 128, 및 130) 을 포함하고, 이들 각각은 흐름 경로 (106) 와 유체 연통하는 하나 이상의 개구들을 갖는다. 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이, 미세유체 성장 챔버들은, 매질 (180) 이 흐름 경로 (106) 를 통해 유동하고 있을 때에도, 미세유체 디바이스 (100) 와 같은 미세유체 디바이스 내에 마이크로-객체들을 보유하기 위해 최적화되어 있는 다양한 피처들 및 구조들을 포함한다. 그러나, 전술한 것을 시작하기 전에, 미세유체 디바이스 (100) 및 시스템 (150) 의 간단한 설명이 제공된다.

일반적으로 도 1 에 예시된 바와 같이, 미세유체 회로 (120) 는 인클로저 (102) 에 의해 정의된다. 인클로저 (102) 는 상이한 구성들로 물리적으로 구조화될 수 있지만, 도 1 에 도시된 예에서 인클로저 (102) 는 지지 구조 (104)(예를 들어, 베이스), 미세유체 회로 구조 (108), 및 커버 (110) 를 포함하는 것으로 도시된다. 지지 구조 (104), 미세유체 회로 구조 (108), 및 커버 (110) 는 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 구조 (108) 는 지지 구조 (104) 의 내측 면 (109) 상에 배치될 수 있고, 커버 (110) 는 미세유체 회로 구조 (108) 위에 배치될 수 있다. 지지 구조 (104) 및 커버 (110) 와 함께, 미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 (120) 의 엘리먼트들을 정의할 수 있다.

지지 구조 (104) 는 도 1 에 예시된 바와 같이 미세유체 회로 (120) 의 하단에 있고 커버 (110) 는 상단에 있을 수 있다. 대안으로, 지지 구조 (104) 및 커버 (110) 는 다른 배향들에서 구성될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조 (104) 는 미세유체 회로 (120) 의 상단에 있을 수 있고 커버 (110) 는 하단에 있을 수 있다. 관계없이, 인클로저 (102) 안 또는 밖으로의 통로를 각각 포함하는 하나 이상의 포트들 (107) 이 존재할 수 있다. 통로의 예들은 밸브, 게이트, 관통 홀 (pass-through hole) 등을 포함한다. 예시된 바와 같이, 포트 (107) 는 미세유체 회로 구조 (108) 에서 갭에 의해 생성된 관통 홀이다. 그러나, 포트 (107) 는 커버 (110) 와 같은, 인클로저 (102) 의 다른 컴포넌트들에 놓일 수 있다. 단지 하나의 포트 (107) 가 도 1 에 예시되지만, 미세유체 회로 (120) 는 2 이상의 포트들 (107) 을 가질 수 있다. 예를 들어, 미세유체 회로 (120) 로 진입하는 유체에 대한 인렛로서 기능하는 제 1 포트 (107) 가 존재할 수 있고, 미세유체 회로 (120) 를 나가는 유체에 대한 아웃렛으로서 기능하는 제 2 포트 (107) 가 존재할 수 있다. 포트 (107) 가 인렛 또는 아웃렛으로서 기능하는지 여부는 유체가 흐름 경로 (106) 를 통해 유동하는 방향에 의존할 수 있다.

지지 구조 (104) 는 하나 이상의 전극들 (미도시) 및 기판 또는 복수의 상호접속된 기판들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지지 구조 (104) 는 하나 이상의 반도체 기판들을 포함할 수 있고, 이 기판들 각각은 전극에 전기적으로 접속된다 (예를 들어, 반도체 기판들의 전부 또는 서브세트는 단일 전극에 전기적으로 접속될 수 있다). 지지 구조 (104) 는 인쇄 회로 기판 어셈블리 ("PCBA") 를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(들)은 PCBA 상에 장착될 수 있다.

미세유체 회로 구조 (108) 는 미세유체 회로 (120) 의 회로 엘리먼트들을 정의할 수 있다. 이러한 회로 엘리먼트들은, 미세유체 회로 (120) 가 유체로 채워질 때 유동적으로 상호접속될 수 있는 공간들 또는 영역을, 예컨대 흐름 채널들, 챔버들, 펜들, 트랩들 등을 포함할 수 있다. 도 1 에 예시된 미세유체 회로 (120) 에서, 미세유체 회로 구조 (108) 는 프레임 (114) 및 미세유체 회로 재료 (116) 를 포함한다. 프레임 (114) 은 미세유체 회로 재료 (116) 를 부분적으로 또는 완전히 인클로징할 수 있다. 프레임 (114) 은, 예를 들어 미세유체 회로 재료 (116) 를 실질적으로 둘러싸는 상대적으로 강성 구조일 수 있다. 예를 들어, 프레임 (114) 은 금속 재료를 포함할 수 있다.

미세유체 회로 재료 (116) 는 미세유체 회로 (120) 의 상호접속들 및 회로 엘리먼트들을 정의하도록 캐비티들 등으로 패터닝될 수 있다. 미세유체 회로 재료 (116) 는, 기체 투과성일 수 있는 유연성 재료, 예컨대 유연성 폴리머 (예를 들어, 고무, 플라스틱, 엘라스토머, 실리콘, 폴리디메틸실록산 ("PDMS"), 등) 을 포함할 수 있다. 미세유체 회로 재료 (116) 를 구성할 수 있는 재료들의 다른 예들은 몰딩된 유리, 실리콘 (예를 들어, 포토-패턴 가능 실리콘 또는 "PPS") 과 같은 식각 가능 재료, 포토-레지스트 (예를 들어, SU8) 등을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 이러한 재료들 - 및 이에 따른 미세유체 회로 재료 (116) - 은 강성 및/또는 실질적으로 기체에 대해 불투과성일 수 있다. 관계없이, 미세유체 회로 재료 (116) 는 지지 구조 (104) 상에 그리고 프레임 (114) 안에 배치될 수 있다.

커버 (110) 는 미세유체 회로 재료 (116) 및/또는 프레임 (114) 의 일체형 부품일 수 있다. 대안으로, 커버 (110) 는 도 1 에 예시된 바와 같이 구조적으로 별개의 엘리먼트일 수 있다. 커버 (110) 는 미세유체 회로 재료 (116) 및/또는 프레임 (114) 과 동일한 또는 상이한 재료들을 포함할 수 있다. 유사하게, 지지 구조 (104) 는 예시된 바와 같이 프레임 (114) 또는 미세유체 회로 재료 (116) 로부터 별개의 구조이거나, 또는 프레임 (114) 또는 미세유체 회로 재료 (116) 의 일체형 부품일 수 있다. 마찬가지로, 프레임 (114) 및 미세유체 회로 재료 (116) 는 도 1 에 도시된 바와 같이 별개의 구조들이거나 또는 동일한 구조의 일체형 부분들일 수 있다.

일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 강성 재료를 포함할 수 있다. 강성 재료는 유리 또는 유사한 특성들을 갖는 재료일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 변형 가능한 재료를 포함할 수 있다. 변형 가능한 재료는 폴리머, 예컨대 PDMS 일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 강성 및 변형 가능한 재료들 양자 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버 (110) 의 하나 이상의 부분들 (예를 들어, 성장 챔버들 (124, 126, 128, 130) 위에 위치된 하나 이상의 부분들) 은 커버 (110) 의 강성 재료들과 인터페이스하는 변형 가능한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 하나 이상의 전극들을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극들은 유리 또는 유사한 절연 재료 상에 코팅될 수도 있는, 전도성 산화물, 예컨대 인듐-틴-옥사이드 (ITO) 를 포함할 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 전극들은, 변형 가능한 재료, 예컨대 폴리머 (예를 들어, PDMS) 에 임베딩된, 유연성 전극들, 예컨대 단일-벽 나노튜브들, 멀티-벽 나노튜브들, 나노와이어들, 전기적으로 전도성 나노입자들의 클러스터들, 또는 이들의 조합들일 수 있다. 미세유체 디바이스들에서 사용될 수 있는 유연성 전극들은, 예를 들어 미국 2012/0325665 (Chiou 등) 에서 설명되어 있고, 이 내용들은 참조로서 본원에 통합된다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 는 세포 부착, 생존성 및/또는 성장을 지원하도록 (예를 들어, 미세유체 회로 (120) 를 향해 내측으로 대면하는 표면의 전부 또는 부분을 컨디셔닝함으로써) 변경될 수 있다. 이 변경은 합성 또는 천연 폴리머의 코팅을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커버 (110) 및/또는 지지 구조 (104) 는 광에 투명할 수 있다. 커버 (110) 는 기체 투과성인 적어도 하나의 재료 (예를 들어, PDMS 또는 PPS) 를 포함할 수도 있다.

도 1 은 또한, 미세유체 디바이스들, 예컨대 미세유체 디바이스 (100) 를 동작 및 제어하는 시스템 (150) 을 나타낸다. 예시된 바와 같이, 시스템 (150) 은 전기 전원 (192), 이미징 디바이스 (194), 및 틸팅 디바이스 (190) 를 포함한다.

전기 전원 (192) 은, 필요에 따라 바이어싱 전압들 또는 전류들을 제공하는, 미세유체 디바이스 (100) 및/또는 틸팅 디바이스 (190) 에 전기 전력을 제공할 수 있다. 전기 전원 (192) 은, 예를 들어 하나 이상의 교류 (AC) 및/또는 직류 (DC) 전압 또는 전류 소스들을 포함할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 는 미세유체 회로 (120) 내의 이미지들을 캡처하기 위한 디바이스, 예컨대 디지털 카메라를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 (예를 들어, 낮은 광 애플리케이션들에 대해) 빠른 프레임 속도 및/또는 고 감도를 갖는 검출기를 더 포함한다. 이미징 디바이스 (194) 는 또한, 시뮬레이팅 방사 및/또는 광 빔들을 미세유체 회로 (120) 로 지향시키고 미세유체 회로 (120) (또는 그 안에 포함된 마이크로-객체들) 로부터 반사 또는 방출된 방사 및/또는 광 빔들을 수집하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 방출된 광 빔들은 가시적 스펙트럼에 있을 수도 있고, 예를 들어 형광 방출들을 포함할 수도 있다. 반사된 광 빔들은 LED 또는 넓은 스펙트럼 램프, 예컨대 수은등 (예를 들어, 고 압력 수은등) 또는 크세논 아크 등에서 비롯되는 반사된 방출들을 포함할 수도 있다. 도 3 에 대하여 논의된 바와 같이, 이미징 디바이스 (194) 는 아이피스를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있는 현미경 (또는 광학 트레인) 을 더 포함할 수도 있다.

시스템 (150) 은 하나 이상의 회전 축들을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 회전시키도록 구성된 틸팅 디바이스 (190) 를 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는, 미세유체 디바이스 (100)(및 이에 따른 미세유체 회로 (120)) 가 레벨 배향 (즉, x 및 y 축에 대해 0°), 수직 배향 (즉, x 축 및/또는 y 축에 대해 90°), 또는 그 사이의 임의의 배향에서 홀딩될 수 있도록 적어도 하나의 축을 중심으로 미세유체 회로 (120) 를 포함하는 인클로저 (102) 를 지지 및/또는 홀딩하도록 구성된다. 축에 대한 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 의 배향은 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 의 "틸트" 로서 본원에서 지칭된다. 예를 들어, 틸팅 디바이스 (190) 는 미세유체 디바이스 (100) 를 x-축에 대하여 0.1°, 0.2°, 0.3°, 0.4°, 0.5°, 0.6°, 0.7°, 0.8°, 0.9°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75°, 80°, 90°에서 또는 그 사이의 임의의 각도에서 틸팅할 수 있다. 레벨 배향 (및 이에 따른, x- 및 y-축) 은 중력에 의해 정의된 수직 축에 대해 법선으로서 정의된다. 틸팅 디바이스는 또한, x-축 및/또는 y-축에 대해 90°보다 큰 임의의 각도까지 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하거나, 또는 x-축 또는 y-축에 대해 180°로 미세유체 디바이스 (및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅하여 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 완전히 인버팅할 수 있다. 유사하게, 일부 실시형태들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 미세유체 회로 (120) 의 일부 다른 부분 또는 흐름 경로 (106) 에 의해 정의된 회전 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100)(및 미세유체 회로 (120)) 를 틸팅한다.

일부 경우들에서, 미세유체 디바이스 (100) 는, 흐름 경로 (106) 가 하나 이상의 성장 챔버들 위 또는 아래에 위치되도록 수직 배향으로 틸팅된다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "~위" 는, 흐름 경로 (106) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 성장 챔버들보다 더 높이 위치된다 (즉, 흐름 경로 (106) 위의 성장 챔버에서의 객체는 흐름 경로에서의 객체보다 더 높은 중력 포텐셜 에너지를 가질 것이다) 는 것을 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "~아래" 는, 흐름 경로 (106) 가 중력에 의해 정의된 수직 축 상에서 하나 이상의 성장 챔버들보다 더 낮게 위치된다 (즉, 흐름 경로 (106) 아래의 성장 챔버에서의 객체는 흐름 경로에서의 객체보다 더 낮은 중력 포텐셜 에너지를 가질 것이다) 는 것을 나타낸다.

일부 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 경로 (106) 에 평행한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또한, 미세유체 디바이스 (100) 는, 흐름 경로 (106) 가 성장 챔버들 바로 위 또는 아래에 위치되지 않고 하나 이상의 성장 챔버들 위 또는 아래에 위치되도록 90°미만의 각도로 틸팅될 수 있다. 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 경로 (106) 에 수직한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다. 또 다른 경우들에서, 틸팅 디바이스 (190) 는 흐름 경로 (106) 에 평행하지도 또는 수직하지도 않은 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅한다.

시스템 (150) 은 매질 소스 (178) 를 더 포함할 수 있다. 매질 소스 (178)(예를 들어, 콘테이너, 저장고 등) 는 상이한 유체 매질 (180) 을 각각 홀딩하기 위해 다수의 섹션들 또는 콘테이너들을 포함할 수 있다. 따라서, 매질 소스 (178) 는 도 1 에 예시된 바와 같이, 미세유체 디바이스 (100) 밖에 있는 그리고 이로부터 별개인 디바이스일 수 있다. 대안으로, 매질 소스 (178) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 인클로저 (102) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 매질 소스 (178) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 부분인 저장고들을 포함할 수 있다.

도 1 은 또한, 시스템 (150) 의 부분을 구성하고 미세유체 디바이스 (100) 와 함께 이용될 수 있는 제어 및 모니터링 장비 (152) 의 예들의 단순화된 블록도 도시들을 예시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 제어 및 모니터링 장비 (152) 의 예들은 매질 소스 (178) 를 제어하기 위한 매질 모듈 (160), 마이크로-객체들 (미도시) 의 이동 및/또는 선택을 제어하기 위한 동기 모듈 (162), 이미지들 (예를 들어, 디지털 이미지들) 을 캡처하는 이미징 디바이스 (194)(예를 들어, 카메라, 현미경, 광원 또는 이들의 임의의 조합) 를 제어하기 위한 이미징 모듈 (164), 및 틸팅 디바이스 (190) 를 제어하기 위한 틸팅 모듈 (166) 을 포함한다. 제어 장비 (152) 는 또한, 미세유체 디바이스 (100) 에 대하여 제어, 모니터링, 또는 다른 기능들을 수행하기 위한 다른 모듈들 (168) 을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 장비 (152) 는 디스플레이 디바이스 (170) 및 입/출력 디바이스 (172) 를 더 포함할 수 있다.

마스터 제어기 (154) 는 제어 모듈 (156) 및 디지털 메모리 (158) 를 포함할 수 있다. 제어 모듈 (156) 은, 예를 들어 메모리 (158) 내에 비-일시적 데이터 또는 신호들로서 저장된 머신 실행가능 명령들 (예를 들어, 소프트웨어, 펌웨어, 소스 코드, 등) 에 따라 동작하도록 구성된 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 제어 모듈 (156) 은 하드웨어 디지털 회로부 및/또는 아날로그 회로부를 포함할 수 있다. 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 은 유사하게 구성될 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (100) 또는 임의의 다른 미세유체 장치에 대하여 수행되는 것으로서 본원에 설명된 기능들, 프로세스들, 액트들, 액션들, 또는 프로세스의 단계들은 위에서 논의된 바와 같이 구성된 마스터 제어기 (154), 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 중 임의의 하나 이상에 의해 수행될 수 있다. 유사하게, 마스터 제어기 (154), 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및/또는 다른 모듈들 (168) 은 본원에 논의된 임의의 기능, 프로세스, 액트, 액션 또는 단계에서 사용된 데이터를 송신 및 수신하도록 통신 가능하게 커플링될 수도 있다.

매질 모듈 (160) 은 매질 소스 (178) 를 제어한다. 예를 들어, 매질 모듈 (160) 은 선택된 유체 매질 (180) 을 (예를 들어, 인렛 포트 (107) 를 통해) 인클로저 (102) 안으로 입력하도록 매질 소스 (178) 를 제어할 수 있다. 매질 모듈 (160) 은 또한, (예를 들어, 아웃렛 포트 (미도시) 를 통해) 인클로저 (102) 로부터 매질의 제거를 제어할 수 있다. 하나 이상의 매질은 따라서, 선택적으로 미세유체 회로 (120) 안으로 입력되고 이로부터 제거될 수 있다. 매질 모듈 (160) 은 또한, 미세유체 회로 (120) 내의 흐름 경로에서의 유체 매질 (180) 의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서 매질 모듈 (160) 은, 틸팅 모듈 (166) 이 틸팅 디바이스 (190) 로 하여금 원하는 경사각으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅하게 하기 전에, 흐름 경로 (106) 에서 그리고 인클로저 (102) 를 통한 매질 (180) 의 흐름을 정지시킨다.

동기 모듈 (162) 은 미세유체 회로 (120) 에서 마이크로-객체들 (미도시) 의 선택, 트랩핑, 및 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 도 2a 및 도 2b 에 대하여 이하에서 논의된 바와 같이, 인클로저 (102) 는 유전영동 (DEP), 광전 트위저들 (optoelectronic tweezer; OET) 및/또는 광-전기습윤 (opto-electrowetting; OEW) 구성 (도 1 에는 미도시됨) 을 포함할 수 있고, 동기 모듈 (162) 은 흐름 경로 (106) 및/또는 성장 챔버들 (124, 126, 128, 130) 에서 매질의 액적 (droplet)(미도시) 들 및/또는 마이크로-객체들 (미도시) 을 선택 및 이동시키도록 전극들 및/또는 트랜지스터들 (예를 들어, 포토트랜지스터들) 의 활동을 제어할 수 있다.

이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) 를 제어할 수 있다. 예를 들어, 이미징 모듈 (164) 은 이미징 디바이스 (194) 로부터 이미지 데이터를 수신 및 프로세싱할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 로부터의 이미지 데이터는 이미징 디바이스 (194) 에 의해 캡처된 정보의 임의의 유형 (예를 들어, 마이크로-객체들의 존재 또는 부재, 매질의 액적들, 형광 라벨과 같은 라벨의 축적 등) 을 포함할 수 있다. 이미징 디바이스 (194) 에 의해 캡처된 정보를 사용하여, 이미징 모듈 (164) 은 또한, 객체들 (예를 들어, 마이크로-객체들, 매질의 액적들) 의 포지션 및/또는 미세유체 디바이스 (100) 내에서의 이러한 객체들의 모션 속도를 계산할 수 있다.

틸팅 모듈 (166) 은 틸팅 디바이스 (190) 의 틸팅 모션들을 제어할 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 틸팅 모듈 (166) 은 틸팅 속도 및 타이밍을 제어하여, 중력들을 통해 하나 이상의 성장 챔버들로의 마이크로-객체들의 트랜스퍼를 최적화할 수 있다. 틸팅 모듈 (166) 은 미세유체 회로 (120) 에서 매질의 액적들 및/또는 마이크로-객체들의 모션을 설명하는 데이터를 수신하도록 이미징 모듈 (164) 과 통신 가능하게 커플링된다. 이 데이터를 사용하여, 틸팅 모듈 (166) 은, 마이크로-객체들 및/또는 매질의 액적들이 미세유체 회로 (120) 에서 이동하는 속도를 조정하기 위해 미세유체 회로 (120) 의 틸트를 조정할 수도 있다. 틸팅 모듈 (166) 은 또한, 이 데이터를 사용하여 미세유체 회로 (120) 에서 마이크로-객체 및/또는 매질의 액적의 포지션을 반복적으로 조정할 수도 있다.

도 1 에 도시된 예들에서, 미세유체 회로 (120) 는 미세유체 채널 (122) 및 성장 챔버들 (124, 126, 128, 130) 을 포함하는 것으로서 예시된다. 각각의 챔버는 채널 (122) 에 대한 개구를 포함하지만, 다르게는 챔버들이 채널 (122) 의 흐름 경로 (106) 내 또는 다른 챔버들 내에 마이크로-객체들을 및/또는 유체 매질 (180) 로부터 챔버 안에 마이크로-객체들을 실질적으로 고립시킬 수 있도록 인클로징된다. 일부 경우들에서, 챔버들 (124, 126, 128, 130) 은 미세유체 회로 (120) 내에 하나 이상의 마이크로-객체들을 물리적으로 몰아넣도록 구성된다. 본 발명에 따른 성장 챔버들은, 이하에서 상세히 논의 및 도시되는 바와 같이, DEP, OET, OEW, 및/또는 중력들과의 사용을 위해 최적화되는 다양한 형상들, 표면들 및 피처들을 포함할 수 있다.

미세유체 회로 (120) 는 임의의 수의 미세유체 성장 챔버들을 포함할 수도 있다. 5 개의 성장 챔버들이 도시되지만, 미세유체 회로 (120) 는 더 적은 또는 더 많은 성장 챔버들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 미세유체 성장 챔버들을 포함하고, 여기서 성장 챔버들 중 2 이상은 차별되는 구조들 및/또는 피처들을 포함한다.

도 1 에 예시된 실시형태에서, 단일의 채널 (122) 및 흐름 경로 (106) 가 도시된다. 그러나, 다른 실시형태들은 다수의 채널들 (122) 을 포함할 수도 있고, 채널들 각각은 흐름 경로 (106) 를 포함하도록 구성된다. 미세유체 회로 (120) 는 흐름 경로 (106) 및 유체 매질 (180) 과 유체 연통하는 인렛 밸브 또는 포트 (107) 를 더 포함하고, 이로써 유체 매질 (180) 은 인렛 포트 (107) 를 통해 채널 (122) 에 접근할 수 있다. 일부 경우들에서, 흐름 경로 (106) 는 단일의 경로를 포함한다. 일부 경우들에서, 단일의 경로는 지그재그 패턴으로 배열되고, 이에 의해 흐름 경로 (106) 는 교번하는 방향들에서 2 회 이상 미세유체 디바이스 (100) 를 가로질러 이동한다.

일부 경우들에서, 미세유체 회로 (120) 는 복수의 병렬 채널들 (122) 및 흐름 경로들 (106) 을 포함하고, 여기서 각각의 흐름 경로 (106) 내에서 유체 매질 (180) 은 동일한 방향으로 유동한다. 일부 경우들에서, 각각의 흐름 경로 (106) 내에허 유체 매질은 순방향 또는 역방향 중 적어도 하나로 유동한다. 일부 경우들에서, 복수의 성장 챔버들은, 이들이 타겟 마이크로-객체들과 병렬로 로딩될 수 있도록 (예를 들어, 채널 (122) 에 대해) 구성된다.

일부 실시형태들에서, 미세유체 회로 (120) 는 하나 이상의 마이크로-객체 트랩들 (132) 을 더 포함한다. 트랩들 (132) 은 일반적으로, 채널 (122) 의 경계를 형성하는 벽에 형성되고, 미세유체 성장 채널들 (124, 126, 128, 130) 중 하나 이상의 개구 반대편에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 흐름 경로 (106) 로부터 단일의 마이크로-객체를 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 트랩들 (132) 은 흐름 경로 (106) 로부터 복수의 마이크로-객체들을 수신 또는 캡처하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 마이크로-객체의 체적과 거의 동일한 체적을 포함한다.

트랩들 (132) 은 타겟이되는 마이크로-객체들의 트랩들 (132) 안으로의 흐름을 돕도록 구성되는 개구를 더 포함할 수도 있다. 일부 경우들에서, 트랩들 (132) 은 단일의 타겟 마이크로-객체의 치수들과 거의 동일한 높이 및 폭을 갖는 개구를 포함하고, 이에 의해 더 큰 마이크로-객체들이 마이크로-객체 트랩 안으로 진입하는 것이 방지된다. 트랩들 (132) 은 트랩 (132) 내에 타겟이되는 마이크로-객체들의 보유를 돕도록 구성된 다른 피처들을 더 포함할 수도 있다. 일부 경우들에서, 트랩 (132) 은, 채널 (122) 에 평행한 축을 중심으로 미세유체 디바이스 (100) 를 틸팅할 때, 트랩된 마이크로-객체가, 마이크로-객체로 하여금 성장 챔버의 개구 안으로 들어가게 하는 궤적에서 트랩 (132) 을 나가도록, 미세유체 성장 챔버의 개구에 대해 채널 (122) 의 반대 측에 놓이고 이와 정렬된다. 일부 경우들에서, 트랩 (132) 은, 트랩 (132) 을 통한 흐름을 용이하게 하고 이에 의해 트랩 (132) 에서 마이크로-객체를 캡처하는 가능성을 증가시키기 위해 타겟 마이크로-객체보다 더 작은 사이드 통로 (134) 를 포함한다.

일부 실시형태들에서, 유전영동 (DEP) 힘들이 하나 이상의 전극들 (미도시) 을 통해 (예를 들어, 흐름 경로에서 및/또는 성장 챔버들에서) 유체 매질 (180) 전체에 인가되어 그 안에 위치된 마이크로-객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅한다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 단일의 마이크로-객체를 흐름 경로 (106) 로부터 원하는 미세유체 성장 챔버 안으로 트랜스퍼하기 위해 미세유체 회로 (120) 의 하나 이상의 부분들에 DEP 힘들이 인가된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 성장 챔버 (예를 들어, 성장 챔버 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 마이크로-객체가 챔버로부터 변위되는 것을 방지하는데 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 본 발명의 교시들에 따라 이전에 수집되었던 성장 챔버로부터 마이크로-객체를 선택적으로 제거하는데 사용된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘들은 광전 트위저 (OET) 힘들을 포함한다.

다른 실시형태들에서, 광-전기습윤 (OEW) 힘들은 미세유체 회로 (120) 내에 위치된 액적들을 조작, 이송, 분리 및 소팅하도록 하나 이상의 전극들 (미도시) 을 통해 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104)(및/또는 커버 (110)) 에서의 하나 이상의 포지션들 (예를 들어, 흐름 경로 및/또는 성장 챔버들을 정의하는데 도움을 주는 포지션들) 에 인가된다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, OEW 힘들은 단일의 액적을 흐름 경로 (106) 로부터 원하는 미세유체 성장 챔버 안으로 트랜스퍼하기 위해 지지 구조 (104)(및/또는 커버 (110)) 에서 하나 이상의 포지션들에 인가된다. 일부 실시형태들에서, OEW 힘들은 성장 챔버 (예를 들어, 성장 챔버 (124, 126, 128, 또는 130)) 내의 액적이 챔버로부터 변위되는 것을 방지하는데 사용된다. 또한, 일부 실시형태들에서, OEW 힘들은 본 발명의 교시들에 따라 이전에 수집되었던 성장 챔버로부터 액적을 선택적으로 제거하는데 사용된다.

일부 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 미세유체 회로 (120) 내의 액적들 및/또는 마이크로-객체들을 조작, 이송, 분리 및 소팅하도록, 다른 힘들, 예컨대 흐름 및/또는 중력과 결합된다. 예를 들어, 인클로저 (102) 는 흐름 경로 (106) 및 그 안에 위치된 마이크로-객체들을 미세유체 성장 챔버들 위에 위치시키도록 (예를 들어, 틸팅 디바이스 (190) 에 의해) 틸팅될 수 있고, 중력의 힘은 마이크로-객체들 및/또는 액적들을 챔버들 안으로 이송할 수 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들 전에 인가될 수 있다. 다른 실시형태들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들 후에 인가될 수 있다. 또 다른 경우들에서, DEP 및/또는 OEW 힘들은 다른 힘들과 동시에 또는 다른 힘들과 교번하는 방식으로 인가될 수 있다.

도 2a 내지 도 2f 는 본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 미세유체 디바이스들의 다양한 실시형태들을 예시한다. 도 2a 는, 미세유체 디바이스 (200) 가 광학적으로-작동된 동전기 디바이스 (electrokinetic device) 로서 구성되는 실시형태를 도시한다. 광전자 트위저 (OET) 구성을 갖는 디바이스들 및 광-전기습윤 (OEW) 구성을 갖는 디바이스들을 포함하는, 다양한 광학적으로-작동된 동전기 디바이스들이 당해 분야에 알려져 있다. 적합한 OET 구성들의 예들은 다음의 미국 특허 문헌들에 예시되고, 이 문헌들 각각은 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다: 미국특허 제 RE 44,711 (Wu 등)(미국특허 제 7,612,355 호로서 최초로 발행됨); 및 미국특허 제 7,956,339 (Ohta 등). OEW 구성들의 예들은 미국특허 제 6,958,132 (Chiou 등) 및 미국 특허공개 제 2012/0024708 (Chiou 등) 에 예시되고, 이들 양자 모두는 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다. 광학적으로-작동된 동전기 디바이스의 또 다른 예는 결합된 OET/OEW 구성을 포함하고, 이들의 예들은 미국 특허공개 제 20150306598 (Khandros 등) 및 20150306599 (Khandros 등) 및 그 대응하는 PCT 공개들 WO2015/164846 및 WO2015/164847 에 도시되고, 이들 모두는 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.

동기 (motive) 미소유체 디바이스 구성들. 전술된 바와 같이, 시스템의 제어 및 모니터링은 미세유체 디바이스의 미세유체 회로에서, 마이크로-객체들 또는 액적들과 같은 객체들을 선택 및 이동시키기 위한 동기 모듈을 포함할 수 있다. 미세유체 디바이스는, 이동되고 있는 객체의 유형 및 다른 고려사항들에 따라, 다양한 동기 구성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 유전영동 (DEP) 구성은 미세유체 회로에서 마이크로-객체들을 선택 및 이동시키는데 이용될 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 는 미세유체 회로 (120) 의 유체 매질 (180) 에서 마이크로-객체들 상에 DEP 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 DEP 구성을 포함하고, 이에 의해 개별의 마이크로-객체들 또는 마이크로-객체들의 그룹들을 선택, 캡처, 및/또는 이동시킬 수 있다. 대안으로, 미세유체 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 및/또는 커버 (110) 는 미세유체 회로 (120) 의 유체 매질 (180) 에서 액적들 상에 EW 힘들을 선택적으로 유도하기 위한 전기습윤 (EW) 구성을 포함하고, 이에 의해 개별의 액적들 또는 액적들의 그룹들을 선택, 캡처, 및/또는 이동시킬 수 있다.

DEP 구성을 포함하는 미세유체 디바이스 (200) 의 일 예는 도 2a 및 도 2b 에 예시된다. 간략함을 위해 도 2a 및 도 2b 는 오픈 영역/챔버 (202) 를 갖는 미세유체 디바이스 (200) 의 인클로저 (102) 의 일부분의 사이드 단면뷰 및 톱 (top) 단면뷰를 각각 나타내지만, 영역/챔버 (202) 는 성장 챔버, 성장 챔버, 흐름 영역, 또는 흐름 채널과 같은 더 상세한 구조를 갖는 유체 회로 엘리먼트의 부분일 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 미세유체 디바이스 (200) 는 다른 유체 회로 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스 (200) 는, 미세유체 디바이스 (100) 에 대하여 본원에 설명된 바와 같은, 복수의 성장 챔버들 또는 성장 챔버들 및/또는 하나 이상의 흐름 영역들 또는 흐름 채널들을 포함할 수 있다. DEP 구성은 미세유체 디바이스 (200) 의 임의의 이러한 유체 회로 엘리먼트들 안에 통합되거나, 또는 그 부분들을 선택할 수도 있다. 위 또는 아래에 설명된 미세유체 디바이스 컴포넌트들 및 시스템 컴포넌트들 중 어느 하나는 미세유체 디바이스 (200) 에 통합되고/되거나 이와 결합되어 사용될 수도 있다는 것이 또한 인식되어야 한다. 예를 들어, 전술된 제어 및 모니터링 장비 (152) 를 포함하는 시스템 (150) 은, 매질 모듈 (160), 동기 모듈 (162), 이미징 모듈 (164), 틸팅 모듈 (166), 및 다른 모듈들 (168) 중 하나 이상을 포함하는 미세유체 디바이스 (200) 와 함께 사용될 수도 있다.

도 2a 에서 알 수 있는 바와 같이, 미세유체 디바이스 (200) 는 하단 전극 (204) 및 하단 전극 (204) 위에 있는 전극 활성화 기판 (206) 을 갖는 지지 구조 (104), 및 하단 전극 (204) 으로부터 떨어져 이격된 상단 전극 (210) 을 갖는 커버 (110) 를 포함한다. 상단 전극 (210) 및 전극 활성화 기판 (206) 은 영역/챔버 (202) 의 반대 표면들을 정의한다. 영역/챔버 (202) 에 포함된 매질 (180) 은 따라서, 상단 전극 (210) 과 전극 활성화 기판 (206) 간의 저항성 접속을 제공한다. 하단 전극 (204) 및 상단 전극 (210) 에 접속되고 영역/챔버 (202) 에서 DEP 힘들의 생성에 필요한 바와 같은 전극들 간의 바이어싱 전압을 생성하도록 구성된 전원 (212) 이 또한 도시된다. 전원 (212) 은, 예를 들어 교류 (AC) 전원일 수 있다.

소정 실시형태들에서, 도 2a 및 도 2b 에 예시된 미세유체 디바이스 (200) 는 광학적으로-작동된 DEP 구성을 가질 수 있다. 따라서, 동기 모듈 (162) 에 의해 제어될 수도 있는 광원 (220) 으로부터의 광 (222) 의 패턴들을 변경하는 것은 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 의 영역들 (214) 에서 DEP 전극들의 패턴들을 변경하는 것을 선택적으로 활성화 및 비활성화할 수 있다. (이하에서, DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 영역들 (214) 은 "DEP 전극 영역들" 로서 지칭된다). 도 2b 에 예시된 바와 같이, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 위로 지향된 광 패턴 (222) 은 정사각형과 같은 패턴으로 DEP 전극 영역들 (214a)(화이트로 도시됨) 을 선택적으로 조명할 수 있다. 비-조명된 DEP 전극 영역들 (214)(십자-해칭됨) 은 "어두운" DEP 전극 영역들 (214) 로서 이하에서 지칭된다. DEP 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 (즉, 하부 전극 (204) 으로부터 흐름 영역 (106) 에서 매질 (180) 과 인터페이스하는 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 까지의) 상대적인 전기적 임피던스는 각각의 어두운 DEP 전극 영역 (214) 에서 영역/챔버 (202) 내의 매질 (180) 을 통한 (즉, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 으로부터 커버 (110) 의 상단 전극 (210) 까지의) 상대적 전기적 임피던스보다 더 크다. 그러나, 조명된 DEP 전극 영역 (214a) 은, 각각의 조명된 DEP 전극 영역 (214a) 에서 영역/챔버 (202) 내의 매질 (180) 을 통한 상대적 임피던스보다 작은 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 감소된 상대적 임피던스를 보인다.

전원 (212) 이 활성화됨에 따라, 상기 DEP 구성은 조명된 DEP 전극 영역들 (214a) 과 인접한 어두운 DEP 전극 영역들 (214) 사이의 유체 매질 (180) 에서 전계 구배를 생성하고, 이것은 이어서 유체 매질 (180) 에서 부근의 마이크로-객체들 (미도시) 을 끌어당기거나 밀어내는 로컬 DEP 힘들을 생성한다. 유체 매질 (180) 내의 마이크로-객체들을 끌어당기거나 밀어내는 DEP 전극들은 따라서, 광원 (220) 으로부터 미세유체 디바이스 (200) 로 프로젝팅된 광 패턴들 (222) 을 변경함으로써 영역/챔버 (202) 의 내측 면 (208) 에서 많은 상이한 이러한 DEP 전극 영역들 (214) 에서 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. DEP 힘들이 부근의 마이크로-객체들을 끌어당기거나 밀어내는지 여부는, 매질 (180) 및/또는 마이크로-객체들 (미도시) 의 유전 특성들 및 전원 (212) 의 주파수와 같은 이러한 파라미터들에 의존할 수 있다.

도 2b 에 예시된 조명된 DEP 전극 영역들 (214a) 의 정사각형 패턴 (224) 은 단지 일 예이다. DEP 전극 영역들 (214) 의 임의의 패턴이 디바이스 (200) 로 프로젝팅된 광의 패턴 (222) 에 의해 조명 (및 이에 의해 활성화) 될 수 있고, 조명된/활성화된 DEP 전극 영역들 (214) 의 패턴은 광 패턴 (222) 을 변경 또는 이동시킴으로써 반복적으로 변경될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 광전도 재료를 포함하거나 이들로 이루어질 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 은 특색이 없을 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 수소화 비정질 실리콘 (a-Si:H) 을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. (a-Si:H 는, 예를 들어 (100 * 수소 원자들의 수/수소 및 규소 원자들의 총 수로서 계산된) 약 8% 내지 40% 수소를 포함할 수 있다. a-Si:H 의 층은 약 500 nm 내지 약 2.0 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 이러한 실시형태들에서, DEP 전극 영역들 (214) 은 광 패턴 (222) 에 따라, 전극 활성화 기판 (208) 의 내측 면 (208) 상에 임의의 패턴으로 그리고 어디든 생성될 수 있다. 따라서, DEP 전극 영역들 (214) 의 패턴 및 수는 고정될 필요가 없고, 광 패턴 (222) 에 대응할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같은 광전도성 층을 포함하는 DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국특허 제 RE 44,711 (Wu 등)(미국특허 제 7,612,355 호로서 최로로 발행됨) 에서 설명되어 있고, 이 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.

다른 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 복수의 도핑된 층들, 전기적으로 절연 층들 (또는 영역들), 및 반도체 분야들에서 알려진 바와 같은 반도체 집적 회로들을 형성하는 전기적으로 전도성 층들을 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 예를 들어, 측방 바이폴러 포토레지스터들을 포함하는 복수의 포토레지스터들을 포함할 수 있고, 포토레지스터들 각각은 DEP 전극 영역 (214) 에 대응한다. 대안으로, 전극 활성화 기판 (206) 은 포토레지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들 (예를 들어, 전도성 금속 전극들) 을 포함할 수 있고, 각각의 이러한 전극은 DEP 전극 영역 (214) 에 대응한다. 전극 활성화 기판 (206) 은 이러한 포토레지스터들 또는 포토레지스터-제어된 전극들의 패턴을 포함할 수 있다. 패턴은, 예를 들어 도 2b 에 도시된 바와 같이 행들 및 열들로 배열된 실질적으로 정사각형의 포토레지스터들 또는 포토레지스터-제어된 전극들의 어레이일 수 있다. 대안으로, 패턴은 육각형 격자를 형성하는 실질적으로 육각의 포토레지스터들 또는 포토레지스터-제어된 전극들의 어레이일 수 있다. 패턴에 관계없이, 전기 회로 엘리먼트들은 하단 전극 (210) 과 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 에서의 DEP 전극 영역들 (214) 간의 전기적 접속들을 형성할 수 있고, 이들 전기적 접속들 (즉, 포토레지스터들 또는 전극들) 은 광 패턴 (222) 에 의해 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. 활성화되지 않은 경우, 각각의 전기적 접속은, 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 (즉, 하단 전극 (204) 으로부터 영역/챔버 (202) 에서 매질 (180) 과 인터페이스하는 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 까지의) 상대적 임피던스가 대응하는 DEP 전극 영역 (214) 에서 매질 (180) 을 통한 (즉, 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 으로부터 커버 (110) 의 상단 전극 (210) 까지의) 상대적 임피던스보다 더 크도록 높은 임피던스를 가질 수 있다. 그러나 광 패턴 (222) 에서 광에 의해 활성화되는 경우, 전극 활성화 기판 (206) 을 통한 상대적 임피던스는 각각의 조명된 DEP 전극 영역 (214) 에서 매질 (180) 을 통한 상대적 임피던스보다 더 작고, 이에 의해 위에서 논의된 바와 같이 대응하는 DEP 전극 영역 (214) 에서 DEP 전극을 활성화시킨다. 매질 (180) 내의 마이크로-객체들 (미도시) 을 끌어당기거나 밀어내는 DEP 전극들은 따라서, 광 패턴 (222) 에 의해 결정된 방식으로 영역/챔버 (202) 의 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 에서 많은 상이한 DEP 전극 영역들 (214) 에서 선택적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다.

포토레지스터들을 포함하는 전극 활성화 기판들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국특허 제 7,956,339 (Ohta 등) (예를 들어, 도 21 및 도 22 에 예시된 디바이스 (300), 및 그 설명들을 참조) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다. 포토레지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들을 포함하는 전극 활성화 기판들을 갖는 미세유체 디바이스들의 예들은, 예를 들어 미국 특허공개 제 2014/0124370 (Short 등) (예를 들어, 도면들 전체에 예시된 디바이스들 (200, 400, 500, 600, 및 900) 및 그 설명들을 참조) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.

DEP 구성된 미세유체 디바이스의 일부 실시형태들에서, 상단 전극 (210) 은 인클로저 (102) 의 제 1 벽 (또는 커버 (110)) 의 부분이고, 전극 활성화 기판 (206) 및 하단 전극 (204) 은 인클로저 (102) 의 제 2 벽 (또는 지지 구조 (104)) 의 부분이다. 영역/챔버 (202) 는 제 1 벽과 제 2 벽 사이에 있을 수 있다. 다른 실시형태들에서, 전극 (210) 은 제 2 벽 (또는 지지 구조 (104)) 의 부분이고, 하나 또는 양자 모두의 전극 활성화 기판 (206) 및/또는 전극 (210) 은 제 1 벽 (또는 커버 (110)) 의 부분이다. 또한, 광원 (220) 은 대안으로 아래로부터 인클로저 (102) 를 조명하도록 사용될 수 있다.

DEP 구성을 갖는 도 2a 및 도 2b 의 미세유체 디바이스 (200) 로, 동기 모듈 (162) 은, 마이크로-객체를 둘러싸고 캡처하는 패턴 (예를 들어, 정사각형 패턴 (224)) 에서 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 의 DEP 전극 영역들 (214a) 에서 하나 이상의 DEP 전극들의 제 1 세트를 활성화시키도록 광 패턴 (222) 을 디바이스 (200) 로 프로젝팅함으로써 영역/챔버 (202) 내의 매질 (180) 에서 마이크로-객체 (미도시) 를 선택할 수 있다. 동기 모듈 (162) 은 그 후, DEP 전극 영역들 (214) 에서 하나 이상의 DEP 전극들의 제 2 세트를 활성화시키도록 디바이스 (200) 에 대해 광 패턴 (222) 을 이동시킴으로써 캡처된 마이크로-객체를 이동시킬 수 있다. 대안으로, 디바이스 (200) 는 광 패턴 (222) 에 대해 이동될 수 있다.

다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (200) 는 전극 활성화 기판 (206) 의 내측 면 (208) 에서 DEP 전극들의 광 활성화에 의존하지 않는 DEP 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 전극 활성화 기판 (206) 은 적어도 하나의 전극을 포함하는 표면 (예를 들어, 커버 (110)) 의 반대편에 위치된 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능한 전극들을 포함할 수 있다. 스위치들 (예를 들어, 반도체 기판에서의 트랜지스터 스위치들) 은 DEP 전극 영역들 (214) 에서 DEP 전극들을 활성화 또는 비활성화시키도록 선택적으로 개방 및 폐쇄될 수도 있고, 이에 의해 활성화된 DEP 전극들 근처에서 영역/챔버 (202) 내의 마이크로-객체 (미도시) 상에 순 (net) DEP 힘을 생성한다. 영역/챔버 (202) 에서 마이크로-객체들 및/또는 매질 (미도시) 의 유전 특성들 및 전원 (212) 의 주파수와 같은 이러한 특징들에 따라, DEP 힘은 부근의 마이크로-객체를 끌어당기거나 밀어낼 수 있다. (예를 들어, 정사각형 패턴 (224) 을 형성하는 DEP 전극 영역들 (214) 의 세트에서) DEP 전극들의 세트를 선택적으로 활성화 및 비활성화시킴으로써, 영역/챔버 (202) 내의 하나 이상의 마이크로-객체들은 영역/챔버 (202) 내에서 트랩 및 이동될 수 있다. 도 1 에서의 동기 모듈 (162) 은 이러한 스위치들을 제어하고, 따라서 영역/챔버 (202) 주변의 특정한 마이크로-객체들 (미도시) 을 선택, 트랩, 및 이동시키도록 DEP 전극들 중 개별의 전극들을 활성화 및 비활성화시킬 수 있다. 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능한 전극들을 포함하는 DEP 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 당해 분야에 알려져 있고, 예를 들어 미국특허 제 6,294,063 (Becker 등) 및 6,942,776 (Medoro) 에서 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조로서 본원에 포함된다.

또 다른 예에서, 미세유체 디바이스 (200) 는, DEP 구성을 갖는 부분으로부터 분리되는 미세유체 디바이스 (200) 의 부분에 위치될 수 있거나 DEP 구성을 대신할 수 있는 전기습윤 (EW) 구성을 가질 수 있다. EW 구성은 광-전기습윤 구성 또는 유전체 상의 전기습윤 (EWOD) 구성일 수 있고, 이들 양자 모두는 당해 분야에 알려져 있다. 일부 EW 구성들에서, 지지 구조 (104) 는 유전체 층 (미도시) 과 하단 전극 (204) 사이에 샌드위치된 전극 활성화 기판 (206) 을 갖는다. 유전체 층은 소수성 재료를 포함할 수 있고/있거나 소수성 재료로 코팅될 수 있다. EW 구성을 갖는 미세유체 디바이스들 (200) 에 대해, 지지 구조 (104) 의 내측 면 (208) 은 유전체 층 또는 그 소수성 코팅물의 내측 면이다.

유전체 층 (미도시) 은 하나 이상의 산화물 층들을 포함할 수 있고, 또는 약 50 nm 내지 약 250 nm (예를 들어, 약 125 nm 내지 약 175 nm) 의 두께를 가질 수 있다. 소정 실시형태들에서, 유전체 층은 산화물, 예컨대 금속 산화물 (예를 들어, 알루미늄 산화물 또는 하프늄 산화물) 의 층을 포함할 수도 있다. 소정 실시형태들에서, 유전체 층은 금속 산화물 외의 유전체 재료, 예컨대 규소 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 정확한 조성 및 두께에 관계없이, 유전체 층은 약 10 kOhm 내지 약 50 kOhm 의 임피던스를 가질 수 있다.

일부 실시형태들에서, 영역/챔버 (202) 를 향해 안쪽으로 면하는 유전체 층의 표면은 소수성 재료로 코팅된다. 소수성 재료는, 예를 들어 플루오르화 탄소 분자들을 포함할 수 있다. 플루오르화 탄소 분자들의 예은 퍼플루오로-폴리머들, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌 (예를 들어, TEFLON®) 또는 폴리(2,3-디플루오로메틸레닐-퍼플루오로테트라히드로푸란)(예를 들어, CYTOP™) 을 포함한다. 소수성 재료를 구성하는 분자들은 유전체 층의 표면에 공유 결합으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 소수성 재료의 분자들은 연결자, 예컨대 실록산 기, 포스폰산 기, 또는 티올 기에 의해 유전체 층의 표면에 공유 결합으로 연결될 수 있다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 소수성 재료는 알킬-종단 실록산, 알킬-종단 포스폰 산, 또는 알킬-종단 티올을 포함할 수 있다. 알킬 기는 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 16, 18, 20, 22, 또는 그 이상의 탄소들의 체인을 갖는) 긴-체인 탄화수소들일 수 있다. 대안으로, 플루오르화 (또는 퍼플루오르화) 탄소 체인들은 알킬 기들 대신에 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 소수성 재료는 플루오로알킬-종단 실록산, 플루오로알킬-종단 포스폰 산, 또는 플루오로알킬-종단 티올을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 소수성 코팅은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 소수성 코팅은 10 nm 미만 (예를 들어, 5 nm 미만, 또는 약 1.5 nm 내지 3.0 nm) 의 두께를 갖는다.

일부 실시형태들에서, 전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스 (200) 의 커버 (110) 는 소수성 재료 (미도시) 로 또한 코팅된다. 소수성 재료는 지지 구조 (104) 의 유전체 층을 코팅하는데 사용된 동일한 소수성 재료일 수 있고, 소수성 코팅은 지지 구조 (104) 의 유전체 층 상의 소수성 코팅의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 또한, 커버 (110) 는 지지 구조 (104) 의 방식으로, 유전체 층과 상단 전극 (210) 사이에 샌드위치된 전극 활성화 기판 (206) 을 포함할 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 및 커버 (110) 의 유전체 층은 전극 활성화 기판 (206) 및 지지 구조 (104) 의 유전체 층과 동일한 조성 및/또는 치수들을 가질 수 있다. 따라서, 미세유체 디바이스 (200) 는 2 개의 전기습윤 표면들을 가질 수 있다.

일부 실시형태들에서, 전극 활성화 기판 (206) 은 전술된 바와 같이 광전도 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 소정의 실시형태들에서 전극 활성화 기판 (206) 은 수소화 비정질 규소 (a-Si:H) 의 층을 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. a-Si:H 는, 예를 들어 (100 * 수소 원자들의 수/수소 및 규소 원자들의 총 수로서 계산된) 약 8% 내지 40% 수소를 포함할 수 있다. a-Si:H 의 층은 약 500 nm 내지 약 2.0 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 대안으로, 전극 활성화 기판 (206) 은 전술된 바와 같이, 포토레지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들 (예를 들어, 전도성 금속 전극들) 을 포함할 수 있다. 광-전기습윤 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 당해 분야에 알려져 있고/있거나 당해 분야에 알려진 전극 활성화 기판들을 갖고 구성될 수 있다. 예를 들어, 그 전체 내용들이 참조로서 본원에 포함되는 미국특허 제 6,958,132 (Chiou 등) 는 a-Si:H 와 같은 광전도성 재료를 갖는 광-전기습윤 구성들을 개시하는 한편, 위에서 참조된 미국 특허공개 제 2014/0124370 (Short 등) 는 포토레지스터 스위치들에 의해 제어된 전극들을 갖는 전극 활성화 기판들을 개시한다.

미세유체 디바이스 (200) 는 따라서, 광-전기습윤 구성을 가질 수 있고, 광 패턴들 (222) 은 전극 활성화 기판 (206) 에서 광전도성 EW 영역들 또는 광응답성 EW 전극들을 활성화시키는데 사용될 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 의 이러한 활성화된 EW 영역들 또는 EW 전극들은 지지 구조 (104) 의 내측 면 (208)(즉, 위에 있는 유전체 층 또는 그 소수성 코팅의 내측 면) 에서 전기습윤 힘을 생성할 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 상에 입사한 광 패턴들 (222) 을 변경함으로써 (또는 광 소스 (220) 에 대하여 미세유체 디바이스 (200) 를 이동시킴으로써), 지지 구조 (104) 의 내측 면 (208) 을 접촉하는 (예를 들어, 수성 매질, 용액, 또는 용매를 함유하는) 액적들은 영역/챔버 (202) 에 존재하는 비혼합 유체 (예를 들어, 오일 매질) 를 통해 이동될 수 있다.

다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스들 (200) 은 EWOD 구성을 가질 수 있고, 전극 활성화 기판 (206) 은 활성화를 위한 광에 의존하지 않는 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능한 전극들을 포함할 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 은 따라서, 이러한 전기습윤 (EW) 전극들의 패턴을 포함할 수 있다. 패턴은, 예를 들어 도 2b 에 도시된 바와 같이 행들 및 열들로 배열된 실질적으로 정사각형 EW 전극들의 어레이일 수 있다. 대안으로, 패턴은 육각형 격자를 형성하는 실질적으로 육각의 EW 전극들의 어레이일 수 있다. 패턴에 관계없이, EW 전극들은 전기 스위치들 (예를 들어, 반도체 기판에서 트랜지스터 스위치들) 에 의해 선택적으로 활성화 (또는 비활성화) 될 수 있다. 전극 활성화 기판 (206) 에서 EW 전극들을 선택적으로 활성화 및 비활성화시킴으로써, 위에 있는 유전체 층 또는 그 소수성 코팅의 내측 면 (208) 을 접촉하는 액적들 (미도시) 은 영역/챔버 (202) 내에서 이동될 수 있다. 도 1 에서의 동기 모듈 (162) 은 이러한 스위치들을 제어하고, 따라서 영역/챔버 (202) 주변의 특정한 액적들을 선택 및 이동시키도록 개별의 EW 전극들을 활성화 및 비활성화시킬 수 있다. 선택적으로 어드레싱 가능 및 에너자이징 가능 전극들이 있는 EWOD 구성을 갖는 미세유체 디바이스들은 당해 분야에 알려져 있고, 예를 들어 그 전체 내용들이 참조로서 본원에 포함되는 미국특허 제 8,685,344 (Sundarsan 등) 에서 설명되어 있다.

미세유체 디바이스 (200) 의 구성에 관계없이, 전원 (212) 은 미세유체 디바이스 (200) 의 전기 회로들에 전력을 공급하는 전위 (예를 들어, AC 전압 전위) 를 제공하는데 사용될 수 있다. 전원 (212) 은 도 1 에서 참조된 전원 (192) 과 동일하거나 이의 컴포넌트일 수 있다. 전원 (212) 은 상단 전극 (210) 및 하단 전극 (204) 에 AC 전압 및/또는 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. AC 전압에 대해, 전원 (212) 은 위에서 논의된 바와 같이 영역/챔버 (202) 에서 개별의 마이크로-객체들 (미도시) 을 트랩 및 이동시키기에 충분히 강한 순 DEP 힘들 (또는 전기습윤 힘들) 을 생성하고, 및/또는 위에서 또한 논의된 바와 같이 영역/챔버 (202) 에서 지지 구조 (104)(즉, 유전체 층 및/또는 유전체 층 상의 소수성 코팅) 의 내측 면 (208) 의 습윤 특성들을 변경하기에 충분한 주파수 범위 및 평균 또는 피크 전력 (예를 들어, 전압 또는 전류) 범위를 제공할 수 있다. 이러한 주파수 범위들 및 평균 또는 피크 전력 범위들은 당해 분야에 알려져 있다. 예를 들어, 미국특허 제 6,958,132 (Chiou 등), 미국특허 제 RE44,711 (Wu 등)(미국특허 제 7,612,355 로서 최초로 발행됨), 및 미국 특허출원공개 제 US2014/0124370 (Short 등), US2015/0306598 (Khandros 등), 및 US2015/0306599 (Khandros 등) 을 참조한다.

성장 챔버들. 일반적인 성장 챔버들 (244, 246, 및 248) 의 비-제한 예들은 도 2c 및 도 2d 에 도시된 미세유체 디바이스 (240) 내에 도시된다. 각각의 성장 챔버 (244, 246, 및 248) 는 고립 영역 (258) 및 고립 영역 (258) 을 채널 (122) 에 유동성으로 접속시키는 접속 영역 (254) 을 정의하는 고립 구조 (250) 를 포함할 수 있다. 접속 영역 (254) 은 채널 (122) 로의 근위 (proximal) 개구 (252) 및 고립 영역 (258) 로의 원위 (distal) 개구 (256) 를 포함할 수 있다. 접속 영역 (254) 은, 채널 (122) 로부터 성장 챔버 (244, 246, 248) 안으로 유동하는 유체 매질 (미도시) 의 흐름의 최대 침투 깊이가 고립 영역 (258) 안으로 확장하지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 접속 영역 (254) 으로 인해, 성장 챔버 (244, 246, 248) 의 고립 영역 (258) 에 배치된 마이크로-객체 (미도시) 또는 다른 재료 (미도시) 는 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름으로부터 고립될 수 있고, 실질적으로 이에 의해 영향을 받지 않는다.

채널 (122) 은 따라서, 스윕 영역의 일 예일 수 있고, 성장 챔버들 (244, 246, 248) 의 고립 영역들 (258) 은 스윕되지 않은 영역들의 예들일 수 있다. 주목된 바와 같이, 채널 (122) 및 성장 챔버들 (244, 246, 248) 은 하나 이상의 유체 매질 (180) 을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 2c 및 도 2d 에 도시된 예에서, 포트들 (242) 은 채널 (122) 에 접속되고 유체 매질 (180) 이 미세유체 디바이스 (240) 안으로 도입되거나 이로부터 제거되는 것을 허용한다. 유체 매질 (180) 의 도입 전에, 미세유체 디바이스는 이산화탄소 기체와 같은 기체로 프라이밍될 수도 있다. 일단, 미세유체 디바이스 (240) 가 유체 매질 (180) 을 포함하면, 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 은 선택적으로 생성 및 정지될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 포트들 (242) 은 채널 (122) 의 상이한 로케이션들 (예를 들어, 반대편 단부들) 에 배치될 수 있고, 매질의 흐름 (260) 은 인렛로서 기능하는 하나의 포트 (242) 로부터 아웃렛으로서 기능하는 다른 포트 (242) 로 생성될 수 있다.

도 2e 는 본 발명에 따른 성장 챔버 (244) 의 일 예의 상세 뷰를 예시한다. 마이크로-객체들 (270) 의 예들이 또한, 도시된다.

알려진 바와 같이, 성장 챔버 (244) 의 근위 개구 (252) 를 지나 미세유체 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 은 성장 챔버 (244) 의 안 및/또는 밖으로의 매질 (180) 의 세컨더리 흐름 (262) 을 야기할 수 있다. 성장 챔버 (244) 의 고립 영역 (258) 에서 마이크로-객체들 (270) 을 세컨더리 흐름 (262) 으로부터 고립시키기 위해, (즉, 근위 개구 (252) 로부터 원위 개구 (256) 로의) 성장 챔버 (244) 의 접속 영역 (254) 의 길이 (L_con) 는 세컨더리 흐름 (262) 의 접속 영역 (254) 안으로의 침투 깊이 (D_p) 보다 커야 한다. 세컨더리 흐름 (262) 의 침투 깊이 (D_p) 는 채널 (122) 에서 유동하는 유체 매질 (180) 의 속도 및 채널 (122) 및 채널 (122) 에 대한 접속 영역 (254) 의 근위 개구 (252) 의 구성에 관련한 다양한 파라미터들에 의존한다. 소정의 미세유체 디바이스에 대해, 채널 (122) 및 개구 (252) 의 구성들은 고정될 것이지만 반면에, 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 의 속도는 가변적일 것이다. 따라서, 각각의 성장 챔버 (244) 에 대해, 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 에 대한 최대 속도 (V_max) 는, 세컨더리 흐름 (262) 의 침투 깊이 (D_p) 가 접속 영역 (254) 의 길이 (L_con) 를 초과하지 않는 것을 보장하도록 식별될 수 있다. 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 의 속도가 최대 속도 (V_max) 를 초과하지 않는 한, 결과의 세컨더리 흐름 (262) 은 채널 (122) 및 접속 영역 (254) 에 제한되고 고립 영역 (258) 밖에서 유지될 수 있다. 채널 (122) 에서 매질 (180) 의 흐름 (260) 은 따라서, 마이크로-객체들 (270) 을 고립 영역 (258) 밖으로 인출하지 않을 것이다. 차라리, 고립 영역 (258) 에 위치된 마이크로-객체들 (270) 은 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 에 관계없이 고립 영역 (258) 에 머무를 것이다.

또한, 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (260) 의 속도가 V_max 를 초과하지 않는 한, 채널 (122) 에서의 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 은 채널 (122) 로부터 성장 챔버 (244) 의 고립 영역 (258) 으로 잡다한 입자들 (예를 들어, 마이크로입자들 및/또는 나노입자들) 을 이동시키지 않을 것이다. 접속 영역 (254) 의 길이 (L_con) 가 세컨더리 흐름 (262) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 더 큰 것은 따라서, 채널 (122) 또는 다른 성장 챔버 (예를 들어, 도 2d 에서 성장 챔버들 (246, 248)) 로부터의 잡다한 입자들로 하나의 성장 챔버 (244) 의 오염을 방지할 수 있다.

성장 챔버들 (244, 246, 248) 의 접속 영역들 (254) 및 채널 (122) 이 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (260) 에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에, 채널 (122) 및 접속 영역들 (254) 은 미세유체 디바이스 (240) 의 스윕 (또는 흐름) 영역들로 간주될 수 있다. 한편, 성장 챔버들 (244, 246, 248) 의 고립 영역들 (258) 은, 스윕되지 않은 (또는 비-흐름) 영역들로 간주될 수 있다. 예를 들어, 채널 (122) 에서의 제 1 유체 매질 (180) 내의 성분들 (미도시) 은 채널 (122) 로부터 접속 영역 (254) 을 통해 그리고 고립 영역 (258) 내의 제 2 유체 매질 (280) 로의 제 1 매질 (180) 의 성분들의 확산에 의해서만 실질적으로, 고립 영역 (258) 에서 제 2 유체 매질 (280) 와 혼합할 수 있다. 유사하게, 고립 영역 (258) 에서의 제 2 매질 (280) 의 성분들 (미도시) 은 고립 영역 (258) 으로부터 접속 영역 (254) 을 통해 그리고 채널 (122) 의 제 1 매질 (180) 안으로 제 2 매질 (280) 의 성분들의 확산에 의해서만 실질적으로, 채널 (122) 에서 제 1 매질 (180) 과 혼합할 수 있다. 제 1 매질 (180) 은 제 2 매질 (280) 와 동일한 매질이거나 상이한 매질일 수 있다. 또한, 제 1 매질 (180) 및 제 2 매질 (280) 는 동일하게 시작하고, 그 후 (예를 들어, 고립 영역 (258) 에서 하나 이상의 세포들에 의해 제 2 매질 (280) 의 컨디셔닝을 통해, 또는 채널 (122) 을 통해 유동하는 매질 (180) 을 변경함으로써) 상이하게 될 수 있다.

채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 에 의해 야기된 세컨더리 흐름 (262) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 는, 위에서 언급된 바와 같이 다수의 파라미터들에 의존할 수 있다. 이러한 파라미터들의 예들은: 채널 (122) 의 형상 (예를 들어, 채널은 접속 영역 (254) 안으로 매질을 지향시키고, 접속 영역 (254) 으로부터 멀리 매질을 전환시키고, 또는 접속 영역 (254) 의 근위 개구 (252) 에 실질적으로 수직한 방향에서 매질을 채널 (122) 로 지향시킬 수 있음); 근위 개구 (252) 에서 채널 (122) 의 폭 (W_ch)(또는 단면적); 및 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con)(또는 단면적); 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 의 속도 (V); 제 1 매질 (180) 및/또는 제 2 매질 (280) 의 속도 등을 포함한다.

일부 실시형태들에서, 채널 (122) 및 성장 챔버들 (244, 246, 248) 의 치수들은 채널 (122) 에서 유체 매질 (180) 의 흐름 (260) 의 벡터에 대하여 다음과 같이 배향될 수 있다: 채널 폭 (W_ch)(또는 채널 (122) 의 단면적) 은 매질 (180) 의 흐름 (260) 에 실질적으로 수직할 수 있다; 개구 (252) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con)(또는 단면적) 은 채널 (122) 에서의 매질 (180) 의 흐름 (260) 에 실질적으로 평행할 수 있다; 및/또는 접속 영역의 길이 (L_con) 는 채널 (122) 에서 매질 (180) 의 흐름 (260) 에 실질적으로 수직할 수 있다. 상기는 단지 예들이며, 채널 (122) 및 성장 챔버들 (244, 246, 248) 의 상대적 포지션은 서로에 대하여 다른 배향들에 있을 수 있다.

도 2e 에 예시된 바와 같이, 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (252) 로부터 원위 개구 (256) 까지 균일할 수 있다. 따라서, 원위 개구 (256) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 에 대해 본원에 식별된 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다. 대안으로, 원위 개구 (256) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 보다 더 클 수 있다.

도 2e 에 예시된 바와 같이, 원위 개구 (256) 에서 고립 영역 (258) 의 폭은 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 과 실질적으로 동일할 수 있다. 원위 개구 (256) 에서 고립 영역 (258) 의 폭은 따라서, 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 에 대해 본원에 식별된 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다. 대안으로, 원위 개구 (256) 에서 고립 영역 (258) 의 폭은 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 보다 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 또한, 원위 개구 (256) 는 근위 개구 (252) 보다 더 작을 수도 있고, 접속 영역 (254) 의 폭 (W_con) 은 근위 개구 (252) 와 원위 개구 (256) 사이에서 좁아질 수도 있다. 예를 들어, 접속 영역 (254) 은 다양한 상이한 지오메트리들을 사용하여 (예를 들어, 접속 영역을 챔퍼링, 접속 영역을 베벨링), 근위 개구와 원위 개구 사이에서 좁아질 수도 있다. 또한, 접속 영역 (254) 의 임의의 부분 또는 하위부분 (예를 들어, 근위 개구 (252) 에 인접한 접속 영역의 부분) 이 좁아질 수도 있다.

도 4a 내지 도 4c 는 도 1 의 각각의 미세유체 디바이스 (100), 회로 (132) 및 채널 (134) 의 변형들인, 미세유체 회로 (432) 및 흐름 채널들 (434) 을 포함하는 미세유체 디바이스 (400) 의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다. 미세유체 디바이스 (400) 는 또한, 전술된 성장 챔버들 (124, 126, 128, 130, 244, 246 또는 248) 의 추가적인 변형들인 복수의 성장 챔버들 (436) 을 갖는다. 특히, 도 4a 내지 도 4c 에 도시된 디바이스 (400) 의 성장 챔버들 (436) 은 전술된 디바이스들 (100, 200, 240 및 290) 내의 성장 챔버들 (124, 126, 128, 130, 244, 246 또는 248) 중 어느 하나를 대체할 수 있다. 마찬가지로, 미세유체 디바이스 (400) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 다른 변형이고, 또한 전술된 미세유체 디바이스 (100, 200, 240, 290), 뿐만 아니라 본원에 설명된 다른 미세유체 시스템 컴포넌트들 중 어느 하나와 동일한 또는 상이한 DEP 구성을 가질 수도 있다.

도 4a 내지 도 4c 의 미세유체 디바이스 (400) 는 지지 구조 (도 4a 내지 도 4c 에서 보이지 않지만, 도 1 에 도시된 디바이스 (100) 의 지지 구조 (104) 와 동일하거나 일반적으로 유사할 수 있음), 미세유체 회로 구조 (412), 및 커버 (도 4a 내지 도 4c 에서 보이지 않지만, 도 1 에 도시된 디바이스 (100) 의 커버 (122) 와 동일하거나 일반적으로 유사할 수도 있음) 를 포함한다. 미세유체 회로 구조 (412) 는, 도 1 에 도시된 디바이스 (100) 의 프레임 (114) 및 미세유체 회로 재료 (116) 와 동일하거나 또는 일반적으로 유사할 수 있는 프레임 (414) 및 미세유체 회로 재료 (416) 를 포함한다. 도 4a 에 나타낸 바와 같이, 미세유체 회로 재료 (416) 에 의해 정의된 미세유체 회로 (432) 는 다수의 성장 챔버들 (436) 이 유동적으로 접속되는 다수의 채널들 (434)(2 개가 도시되지만 더 많이 존재할 수 있음) 을 포함할 수 있다.

각각의 성장 챔버 (436) 는 고립 구조 (446), 고립 구조 (446) 내의 고립 영역 (444), 및 접속 영역 (442) 을 포함할 수 있다. 채널 (434) 에서의 근위 개구 (472) 로부터 고립 구조 (436) 에서의 원위 개구 (474) 까지, 접속 영역 (442) 은 채널 (434) 을 고립 영역 (444) 에 유동적으로 접속시킨다. 일반적으로, 도 2d 및 도 2e 의 상기 논의에 따르면, 채널 (434) 에서 제 1 유체 매질 (402) 의 흐름 (482) 은 채널 (434) 로부터 성장 챔버들 (436) 의 각각의 접속 영역들 (442) 안으로 및/또는 밖으로 제 1 매질 (402) 의 세컨더리 흐름들 (484) 을 생성할 수 있다.

도 4b 에 예시된 바와 같이, 각각의 성장 챔버 (436) 의 접속 영역 (442) 은 일반적으로, 채널 (434) 로의 근위 개구 (472) 와 고립 구조 (446) 로의 원위 개구 (474) 사이에서 확장하는 영역을 포함한다. 접속 영역 (442) 의 길이 (L_con) 는 세컨더리 흐름 (484) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 더 클 수 있고, 이 경우에서 세컨더리 흐름 (484) 은 (도 4a 에 도시된 바와 같이) 고립 영역 (444) 을 향해 재지향되지 않고 접속 영역 (442) 으로 확장할 것이다. 대안으로, 도 4c 에 예시된 바와 같이, 접속 영역 (442) 은 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 작은 길이 (L_con) 를 가질 수 있고, 이 경우에서 세컨더리 흐름 (484) 은 접속 영역 (442) 을 통해 확장하고 고립 영역 (444) 을 향해 재지향될 것이다. 이 후자의 상황에서, 접속 영역 (442) 의 길이들 (L_C1 및 L_C2) 의 합은 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 커서, 세컨더리 흐름 (484) 이 고립 영역 (444) 안으로 확장하지 않을 것이다. 접속 영역 (442) 의 길이 (L_con) 가 침투 깊이 (D_p) 보다 크든 아니든, 또는 접속 영역 (442) 의 길이들 (L_C1 및 L_C2) 의 합이 최대 침투 깊이 (D_p) 보다 크든 아니든, 최대 속도 (V_max) 를 초과하지 않는 채널 (434) 에서의 제 1 매질 (402) 의 흐름 (482) 은 침투 깊이 (D_p) 를 갖는 세컨더리 흐름을 생성할 것이고, 성장 챔버 (436) 의 고립 영역 (444) 에서 마이크로-객체들 (도시되지 않지만, 도 2e 에 도시된 마이크로-객체들 (270) 과 동일하거나 또는 일반적으로 유사할 수 있음) 은 채널 (434) 에서 제 1 매질 (402) 의 흐름 (482) 에 의해 고립 영역 (444) 밖으로 인출되지 않을 것이다. 또한, 채널 (434) 에서의 흐름 (482) 은 채널 (434) 로부터 성장 챔버 (436) 의 고립 영역 (444) 안으로 잡다한 재료들 (미도시) 을 인출하지도 않을 것이다. 이와 같이, 확산은, 채널 (434) 에서 제 1 매질 (402) 내의 성분들이 채널 (434) 로부터 성장 챔버 (436) 의 고립 영역 (444) 내의 제 2 매질 (404) 로 이동할 수 있는 유일한 메커니즘이다. 마찬가지로, 확산은, 성장 챔버 (436) 의 고립 영역 (444) 에서의 제 2 매질 (404) 내의 성분들이 고립 영역 (444) 으로부터 채널 (434) 내의 제 1 매질 (402) 로 이동할 수 있는 유일한 메커니즘이다. 제 1 매질 (402) 은 제 2 매질 (404) 과 동일한 매질일 수 있고, 또는 제 1 매질 (402) 은 제 2 매질 (404) 과 상이한 매질일 수 있다. 대안으로, 제 1 매질 (402) 및 제 2 매질 (404) 는 동일하게 시작할 수 있고, 그 후 예를 들어 고립 영역 (444) 내의 하나 이상의 세포들에 의한 제 2 매질의 컨디셔닝을 통해, 또는 채널 (434) 을 통해 유동하는 매질을 변경함으로써 상이하게 될 수 있다.

도 4b 에 예시된 바와 같이, 채널 (434) 내의 (즉, 도 4a 에서 화살표들 (482) 에 의해 표시된 채널을 통한 유체 매질 흐름의 방향을 가로질러 취해진) 채널들 (434) 의 폭 (W_ch) 은 근위 개구 (472) 의 폭 (W_con1) 에 실질적으로 수직하고 따라서 원위 개구 (474) 의 폭 (W_con2) 에 실질적으로 평행할 수 있다. 근위 개구 (472) 의 폭 (W_con1) 및 원위 개구 (474) 의 폭 (W_con2) 은 그러나, 서로 실질적으로 수직할 필요는 없다. 예를 들어, 근위 개구 (472) 의 폭 (W_con1) 이 배향되는 축 (미도시) 과 원위 개구 (474) 의 폭 (W_con2) 이 배향되는 다른 축 간의 각도는 수직 외 및 따라서 90°이외일 수 있다. 다르게 배향된 각도들의 예들은 다음의 범위들 중 어느 하나의 각도들을 포함한다: 약 30°내지 약 90°, 약 45°내지 약 90°, 약 60°내지 약 90°등.

성장 챔버들 (예를 들어, 124, 126, 128, 130, 244, 246, 248, 또는 436) 의 다양한 실시형태들에서, 고립 영역 (예를 들어, 258 또는 444) 은 복수의 마이크로-객체들을 포함하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 고립 영역은 단지 1, 2, 3, 4, 5, 또는 유사한 상대적으로 작은 수의 마이크로-객체들 만을 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 고립 영역의 체적은, 예를 들어 적어도 3x10³, 6x10³, 9x10³, 1x10⁴, 2x10⁴, 4x10⁴, 8x10⁴, 1x10⁵, 2x10⁵, 4x10⁵, 8x10⁵, 1x10⁶, 2x10⁶, 4x10⁶, 6x10⁶, 1x10⁷, 2x10⁷, 4x10⁷, 6x10⁷, 1x10⁸ 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다.

성장 챔버들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (예를 들어, 252, 472) 에서 채널 (122, 434) 의 폭 (W_ch) 은 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 50-1000 마이크론, 50-500 마이크론, 50-400 마이크론, 50-300 마이크론, 50-250 마이크론, 50-200 마이크론, 50-150 마이크론, 50-100 마이크론, 70-500 마이크론, 70-400 마이크론, 70-300 마이크론, 70-250 마이크론, 70-200 마이크론, 70-150 마이크론, 90-400 마이크론, 90-300 마이크론, 90-250 마이크론, 90-200 마이크론, 90-150 마이크론, 100-300 마이크론, 100-250 마이크론, 100-200 마이크론, 100-150 마이크론, 및 100-120 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 채널 (122, 434) 의 폭 (W_ch) 은 다른 범위들 (예를 들어, 위에 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다. 또한, 채널 (122, 434) 의 폭 (W_ch) 은 성장 챔버의 근위 개구 외의 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 성장 챔버는 약 30 내지 약 200 마이크론, 또는 약 50 내지 약 150 마이크론의 단면 높이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 성장 챔버는 약 100,000 내지 약 2,500,000 제곱 마이크론, 또는 약 200,000 내지 약 2,000,000 제곱 마이크론의 단면적을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 접속 영역은 대응하는 성장 챔버의 단면 높이에 일치하는 단면 높이를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 접속 영역은 약 50 내지 약 500 마이크론, 또는 약 100 내지 약 300 마이크론의 단면 폭을 갖는다.

성장 챔버들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (252, 472) 에서 채널 (122, 434) 의 높이 (H_ch) 는 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 20-100 마이크론, 20-90 마이크론, 20-80 마이크론, 20-70 마이크론, 20-60 마이크론, 20-50 마이크론, 30-100 마이크론, 30-90 마이크론, 30-80 마이크론, 30-70 마이크론, 30-60 마이크론, 30-50 마이크론, 40-100 마이크론, 40-90 마이크론, 40-80 마이크론, 40-70 마이크론, 40-60 마이크론, 또는 40-50 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 채널 (122, 434) 의 높이 (H_ch) 는 다른 범위들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다. 채널 (122, 434) 의 높이 (H_ch) 는 성장 챔버의 근위 개구 이외의 채널의 영역들에서 이들 범위들 중 어느 하나에 있도록 선택될 수 있다.

성장 챔버들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (252, 472) 에서 채널 (122, 434) 의 단면적은 다음의 범위들 중 어느 하나 내에 있을 수 있다: 500-50,000 제곱 마이크론, 500-40,000 제곱 마이크론, 500-30,000 제곱 마이크론, 500-25,000 제곱 마이크론, 500-20,000 제곱 마이크론, 500-15,000 제곱 마이크론, 500-10,000 제곱 마이크론, 500-7,500 제곱 마이크론, 500-5,000 제곱 마이크론, 1,000-25,000 제곱 마이크론, 1,000-20,000 제곱 마이크론, 1,000-15,000 제곱 마이크론, 1,000-10,000 제곱 마이크론, 1,000-7,500 제곱 마이크론, 1,000-5,000 제곱 마이크론, 2,000-20,000 제곱 마이크론, 2,000-15,000 제곱 마이크론, 2,000-10,000 제곱 마이크론, 2,000-7,500 제곱 마이크론, 2,000-6,000 제곱 마이크론, 3,000-20,000 제곱 마이크론, 3,000-15,000 제곱 마이크론, 3,000-10,000 제곱 마이크론, 3,000-7,500 제곱 마이크론, 또는 3,000 내지 6,000 제곱 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (252, 472) 에서 채널 (122) 의 단면적은 다른 범위들 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다.

성장 챔버들의 다양한 실시형태들에서, 접속 영역 (254, 442) 의 길이 (L_con) 는 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 1-200 마이크론, 5-150 마이크론, 10-100 마이크론, 15-80 마이크론, 20-60 마이크론, 20-500 마이크론, 40-400 마이크론, 60-300 마이크론, 80-200 마이크론, 및 100-150 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 접속 영역 (254, 442) 의 길이 (L_con) 는 상기 예들과 상이한 범위 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 에 있을 수 있다.

성장 챔버들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254, 442) 의 폭 (W_con) 은 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 20-500 마이크론, 20-400 마이크론, 20-300 마이크론, 20-200 마이크론, 20-150 마이크론, 20-100 마이크론, 20-80 마이크론, 20-60 마이크론, 30-400 마이크론, 30-300 마이크론, 30-200 마이크론, 30-150 마이크론, 30-100 마이크론, 30-80 마이크론, 30-60 마이크론, 40-300 마이크론, 40-200 마이크론, 40-150 마이크론, 40-100 마이크론, 40-80 마이크론, 40-60 마이크론, 50-250 마이크론, 50-200 마이크론, 50-150 마이크론, 50-100 마이크론, 50-80 마이크론, 60-200 마이크론, 60-150 마이크론, 60-100 마이크론, 60-80 마이크론, 70-150 마이크론, 70-100 마이크론, 및 80-100 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (252) 에서 접속 영역 (254, 442) 의 폭 (W_con) 은 상기 예들과 상이 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 할 수 있다.

성장 챔버들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (252, 472) 에서 접속 영역 (254, 442) 의 폭 (W_con) 은 다음의 범위들 중 어느 하나에 있을 수 있다: 2-35 마이크론, 2-25 마이크론, 2-20 마이크론, 2-15 마이크론, 2-10 마이크론, 2-7 마이크론, 2-5 마이크론, 2-3 마이크론, 3-25 마이크론, 3-20 마이크론, 3-15 마이크론, 3-10 마이크론, 3-7 마이크론, 3-5 마이크론, 3-4 마이크론, 4-20 마이크론, 4-15 마이크론, 4-10 마이크론, 4-7 마이크론, 4-5 마이크론, 5-15 마이크론, 5-10 마이크론, 5-7 마이크론, 6-15 마이크론, 6-10 마이크론, 6-7 마이크론, 7-15 마이크론, 7-10 마이크론, 8-15 마이크론, 및 8-10 마이크론. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (252, 472) 에서 접속 영역 (254, 442) 의 폭 (W_con) 은 상기 예들과 상이 (예를 들어, 위에서 열거된 엔드포인트들 중 어느 하나에 의해 정의된 범위) 할 수 있다.

성장 챔버들의 다양한 실시형태들에서, 근위 개구 (252, 472) 에서 접속 영역 (254, 442) 의 길이 (L_con) 대 접속 영역 (254, 442) 의 폭 (W_con) 의 비율은 다음의 비율들 중 어느 하나 이상일 수 있다: 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, 또는 그 이상. 상기의 것은 단지 예들이며, 근위 개구 (252, 472) 에서 접속 영역 (254) 의 길이 (L_con) 대 접속 영역 (254, 442) 의 폭 (W_con) 의 비율은 상기 예들과 상이할 수 있다.

미세유체 디바이스들 (100, 200, 240, 290, 400) 의 다양한 실시형태들에서, V_max 는 대략 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, 또는 1.5 마이크로리터/초로 설정될 수 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 대안으로, V_max 는 약 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, 또는 2.5 마이크로리터/초로 설정될 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, V_max 는 약 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 또는 약 9.0 마이크로리터/초로 설정될 수 있다.

성장 챔버들을 갖는 미세유체 디바이스들의 다양한 실시형태들에서, 성장 챔버의 고립 영역 (258, 444) 의 체적은, 예를 들어 적어도 3x10³, 6x10³, 9x10³, 1x10⁴, 2x10⁴, 4x10⁴, 8x10⁴, 1x10⁵, 2x10⁵, 4x10⁵, 8x10⁵, 1x10⁶, 2x10⁶, 4x10⁶, 6x10⁶ 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다. 성장 챔버들을 갖는 미세유체 디바이스들의 다양한 실시형태들에서, 성장 챔버의 체적은 약 5x10³, 7x10³, 1x10⁴, 3x10⁴, 5x10⁴, 8x10⁴, 1x10⁵, 2x10⁵, 4x10⁵, 6x10⁵, 8x10⁵, 1x10⁶, 2x10⁶, 4x10⁶, 8x10⁶, 1x10⁷, 3x10⁷, 5x10⁷, 또는 약 8x10⁷ 세제곱 마이크론, 또는 그 이상일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는, 1x10² 보다 많지 않은 생물학적 세포들이 유지될 수 있는 성장 챔버들을 갖고, 성장 챔버의 체적은 2x10⁶ 세제곱 마이크론 보다 크지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 1x10² 보다 많지 않은 생물학적 세포들이 유지될 수 있는 성장 챔버들을 갖고, 성장 챔버는 4x10⁵ 세제곱 마이크론 보다 크지 않을 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 50 보다 많지 않은 생물학적 세포들이 유지될 수 있는 성장 챔버들을 갖고, 성장 챔버는 4x10⁵ 세제곱 마이크론 보다 크지 않을 수도 있다.

다양한 실시형태에서, 미세유체 디바이스는, 본원에 논의된 실시형태들 중 어느 하나로서 구성된 성장 챔버들을 갖고, 여기서 미세유체 디바이스는 약 100 내지 약 500 개의 성장 챔버들; 약 200 내지 약 1000 개의 성장 챔버들, 약 500 내지 약 1500 개의 성장 챔버들, 약 1000 내지 약 2000 개의 성장 챔버들, 또는 약 1000 내지 약 3500 개의 성장 챔버들을 갖는다.

일부 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 본원에 논의된 실시형태들 중 어느 하나로서 구성된 성장 챔버들을 갖고, 여기서 미세유체 디바이스는 약 1500 내지 약 3000 개의 성장 챔버들, 약 2000 내지 약 3500 개의 성장 챔버들, 약 2500 내지 약 4000 개의 성장 챔버들, 약 3000 내지 약 4500 개의 성장 챔버들, 약 3500 내지 약 5000 개의 성장 챔버들, 약 4000 내지 약 5500 개의 성장 챔버들, 약 4500 내지 약 6000 개의 성장 챔버들, 약 5000 내지 약 6500 개의 성장 챔버들, 약 5500 내지 약 7000 개의 성장 챔버들, 약 6000 내지 약 7500 개의 성장 챔버들, 약 6500 내지 약 8000 개의 성장 챔버들, 약 7000 내지 약 8500 개의 성장 챔버들, 약 7500 내지 약 9000 개의 성장 챔버들, 약 8000 내지 약 9500 개의 성장 챔버들, 약 8500 내지 약 10,000 개의 성장 챔버들, 약 9000 내지 약 10,500 개의 성장 챔버들, 약 9500 내지 약 11,000 개의 성장 챔버들, 약 10,000 내지 약 11,500 개의 성장 챔버들, 약 10,500 내지 약 12,000 개의 성장 챔버들, 약 11,000 내지 약 12,500 개의 성장 챔버들, 약 11,500 내지 약 13,000 개의 성장 챔버들, 약 12,000 내지 약 13,500 개의 성장 챔버들, 약 12,500 내지 약 14,000 개의 성장 챔버들, 약 13,000 내지 약 14,500 개의 성장 챔버들, 약 13,500 내지 약 15,000 개의 성장 챔버들, 약 14,000 내지 약 15,500 개의 성장 챔버들, 약 14,500 내지 약 16,000 개의 성장 챔버들, 약 15,000 내지 약 16,500 개의 성장 챔버들, 약 15,500 내지 약 17,000 개의 성장 챔버들, 약 16,000 내지 약 17,500 개의 성장 챔버들, 약 16,500 내지 약 18,000 개의 성장 챔버들, 약 17,000 내지 약 18,500 개의 성장 챔버들, 약 17,500 내지 약 19,000 개의 성장 챔버들, 약 18,000 내지 약 19,500 개의 성장 챔버들, 약 18,500 내지 약 20,000 개의 성장 챔버들, 약 19,000 내지 약 20,500 개의 성장 챔버들, 약 19,500 내지 약 21,000 개의 성장 챔버들, 또는 약 20,000 내지 약 21,500 개의 성장 챔버들을 갖는다.

도 2f 는 일 실시형태에 따른 미세유체 디바이스 (290) 를 예시한다. 도 2f 에 예시된 미세유체 디바이스 (290) 는 미세유체 디바이스 (100) 의 양식화된 다이어그램이다. 실제로, 미세유체 디바이스 (290) 및 그 구성 회로 엘리먼트들 (예를 들어, 채널들 (122) 및 성장 챔버들 (128)) 은 본원에 논의된 치수들을 가질 것이다. 도 2f 에 예시된 미세유체 회로 (120) 는 2 개의 포트들 (107), 4 개의 별개의 채널들 (122) 및 4 개의 별개의 흐름 경로들 (106) 을 갖는다. 미세유체 디바이스 (290) 는 각각의 채널 (122) 에서 개방된 복수의 성장 챔버들을 더 포함한다. 도 2f 에 예시된 미세유체 디바이스에서, 성장 챔버들은 도 2e 에 예시된 펜들과 유사한 지오메트리를 갖고, 따라서 양자의 접속 영역들 및 고립 영역들을 갖는다. 따라서, 미세유체 회로 (120) 는 스윕 영역들 (예를 들어, 세컨더리 흐름 (262) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 내의 접속 영역들 (254) 의 부분들 및 채널들 (122)) 및 비-스윕 영역들 (예를 들어, 세컨더리 흐름 (262) 의 최대 침투 깊이 (D_p) 내에 있지 않은 접속 영역들 (254) 의 부분들 및 고립 영역들 (258)) 양자 모두를 포함한다.

도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 미세유체 디바이스들 (예를 들어, 100, 200, 240, 290) 을 동작 및 관측하는데 사용될 수 있는 시스템 (150) 의 다양한 실시형태들을 나타낸다. 도 3a 에 예시된 바와 같이, 시스템 (150) 은 미세유체 디바이스 (100)(미도시), 또는 본원에 설명된 임의의 다른 미세유체 디바이스를 홀딩하도록 구성된 구조 ("네스트 (nest)")(300) 를 포함할 수 있다. 네스트 (300) 는 미세유체 디바이스 (360) (예를 들어, 광학적으로-작동된 동전기 디바이스 (100)) 와 인터페이스하고 전원 (192) 으로부터 미세유체 디바이스 (360) 로 전기적 접속들을 제공할 수 있는 소켓 (302) 을 포함할 수 있다. 네스트 (300) 는 집적된 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 을 더 포함할 수 있다. 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은, 바이어싱 전압이, 미세유체 디바이스가 소켓 (302) 에 의해 홀딩되는 경우 미세유체 디바이스 (360) 내의 전극들의 쌍 양단에 인가되도록 바이어싱 전압을 소켓 (302) 에 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 전원 (192) 의 부분일 수 있다. 미세유체 디바이스 (360) 에 바이어싱 전압을 인가하는 능력은, 바이어싱 전압이, 미세유체 디바이스 (360) 가 소켓 (302) 에 의해 홀딩되는 경우 항상 인가될 것이라는 것을 의미하지는 않는다. 차라리, 대부분의 경우들에서, 바이어싱 전압은 간헐적으로, 예를 들어 미세유체 디바이스 (360) 에서 유전영동 또는 전기습윤과 같은 동전기적 힘들의 생성을 용이하게 하도록 필요할 때에만, 인가될 것이다.

도 3a 에 예시된 바와 같이, 네스트 (300) 는 인쇄 회로 기판 어셈블리 (PCBA)(320) 를 포함할 수 있다. 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 PCBA (320) 상에 장착되고 이 안에 전기적으로 집적될 수 있다. 예시적인 네스트 (300) 는 PCBA (320) 상에 또한 장착된 소켓 (302) 을 포함한다.

통상적으로, 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 파형 생성기 (미도시) 를 포함할 것이다. 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 은 파형 생성기로부터 수신된 파형을 증폭시키도록 구성된 파형 증폭 회로 (미도시) 및/또는 오실로스코프 (미도시) 를 더 포함할 수 있다. 오실로스코프는, 존재하는 경우, 소켓 (302) 에 의해 홀딩된 미세유체 디바이스 (360) 에 인가된 파형을 측정하도록 구성될 수 있다. 소정 실시형태들에서, 오실로스코프는 미세유체 디바이스 (360) 에 근접한 (및 파형 생성기에 대해 먼) 로케이션에서 파형을 측정하고, 따라서 디바이스에 실제로 인가된 파형을 측정하는데 있어서 더 큰 정확도를 보장한다. 오실로스코프 측정으로부터 획득된 데이터는, 예를 들어 파형 생성기에 피드백으로서 제공될 수 있고, 파형 생성기는 이러한 피드백에 기초하여 그 출력을 조정하도록 구성될 수 있다. 적합한 결합형 파형 생성기 및 오실로스코프의 예는 Red Pitaya™ 이다.

소정의 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 제어기 (308), 예컨대 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 을 감지 및/또는 제어하는데 사용된 마이크로프로세서를 더 포함한다. 적합한 마이크로프로세서들의 예들은 Arduino™ 마이크로프로세서들, 예컨대 Arduino Nano™ 을 포함한다. 제어기 (308) 는 기능들 및 분석을 수행하는데 사용될 수도 있고, 또는 기능들 및 분석을 수행하도록 (도 1 에 도시된) 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신할 수도 있다. 도 3a 에 예시된 실시형태에서, 제어기 (308) 는 인터페이스 (310)(예를 들어, 플러그 또는 커넥터) 를 통해 마스터 제어기 (154) 와 통신한다.

일부 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 Red Pitaya™ 파형 생성기/오실로스코프 유닛 ("Red Pitaya 유닛") 및 Red Pitaya 유닛에 의해 생성된 파형을 증폭시키고 증폭된 전압을 미세유체 디바이스 (100) 로 패스하는 파형 증폭 회로를 포함하는 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, Red Pitaya 유닛은 미세유체 디바이스 (360) 에서 증폭된 전압을 측정하고, 그 후, 미세유체 디바이스 (360) 에서 측정된 전압이 원하는 값이도록 필요에 따라 그 자신의 출력 전압을 조정하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 파형 증폭 회로는, 미세유체 디바이스 (100) 에서 최대 13 Vpp 의 신호를 초래하는, PCBA (320) 상에 장착된 DC-DC 컨버터들의 쌍에 의해 생성된 +6.5V 내지 -6.5V 전력 공급을 가질 수 있다.

도 3a 에 예시된 바와 같이, 네스트 (300) 는 열 제어 서브시스템 (306) 을 더 포함할 수 있다. 열 제어 서브시스템 (306) 은 네스트 (300) 에 의해 홀딩된 미세유체 디바이스 (360) 의 온도를 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 열 제어 서브시스템 (306) 은 펠티어 열전기 디바이스 (미도시) 및 냉각 유닛 (미도시) 을 포함할 수 있다. 펠티어 열전기 디바이스는 미세유체 디바이스 (360) 의 적어도 하나의 표면과 인터페이스하도록 구성된 제 1 표면을 가질 수 있다. 냉각 유닛은, 예를 들어 냉각 블록 (미도시), 예컨대 수냉식 (liquid-cooled) 알루미늄 블록일 수 있다. 펠티어 열전기 디바이스의 제 2 표면 (예를 들어, 제 1 표면의 반대 표면) 은 이러한 냉각 블록의 표면과 인터페이스하도록 구성될 수 있다. 냉각 블록은 냉각 블록을 통해 냉각된 유체를 순환시키도록 구성된 유체 경로 (330) 에 접속될 수 있다. 도 3a 에 예시된 실시형태에서, 네스트 (300) 는 인렛 (332) 및 아웃렛 (334) 를 포함하여, 외부 저장소 (미도시) 로부터 냉각된 유체를 수신하고, 냉각된 유체를 유체 경로 (330) 안으로 그리고 냉각 블록을 통해 도입하며, 그 후 냉각된 유체를 외부 저장소로 리턴한다. 일부 실시형태들에서, 펠티어 열전기 디바이스, 냉각 유닛, 및/또는 유체 경로 (330) 는 네스트 (300) 의 케이싱 (340) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 열 제어 서브시스템 (306) 은 미세유체 디바이스 (360) 에 대한 목표 온도를 달성하도록 펠티어 열전기 디바이스의 온도를 조절하도록 구성된다. 펠티어 열전기 디바이스의 온도 조절은, 예를 들어 Pololu™ 열전기 전력 공급기 (Pololu Robotics and Electronics Corp.) 와 같은 열전기 전력 공급기에 의해 달성될 수 있다. 열 제어 서브시스템 (306) 은 아날로그 회로에 의해 제공된 온도 값과 같은 피드백 회로를 포함할 수 있다. 대안으로, 피드백 회로는 디지털 회로에 의해 제공될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 네스트 (300) 는 (예를 들어, 저항 1 kOhm+/-0.1 %, 온도 계수 +/-0.02 ppm/CO 를 갖는) 저항기 및 (예를 들어, 공칭 저항 1 kOhm+/-0.01 % 를 갖는) NTC 서미스터를 포함하는 아날로그 분압기 회로 (미도시) 인 피드백 회로를 갖는 열 제어 서브시스템 (306) 을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 열 제어 서브시스템 (306) 은 피드백 회로로부터의 전압을 측정하고, 그 후 온-보드 PID 제어 루프 알고리즘에 대한 입력으로서 계산된 온도 값을 사용한다. PID 제어 루프 알고리즘으로부터의 출력은, 예를 들어 Pololu™ 모터 드라이브 (미도시) 상에서 방향성 및 펄스-폭-변조 신호 핀 양자 모두를 구동하여 열전기 전력 공급기를 작동시키고, 이에 의해 펠티어 열전기 디바이스를 제어할 수 있다.

네스트 (300) 는, 제어기 (308) 의 마이크로프로세서가 인터페이스 (310) 를 통해 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신하는 것을 허용하는 직렬 포트 (350) 를 포함할 수 있다. 또한, 제어기 (308) 의 마이크로프로세서는 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 및 열 제어 서브시스템 (306) 과 (예를 들어, Plink 툴 (미도시) 을 통해) 통신할 수 있다. 따라서, 제어기 (308), 인터페이스 (310), 및 직렬 포트 (350) 의 조합을 통해, 전기적 신호 생성 서브시스템 (308) 및 열 제어 서브시스템 (306) 은 외부 마스터 제어기 (154) 와 통신할 수 있다. 이 방식으로, 마스터 제어기 (154) 는, 다른 것들 중에서, 출력 전압 조정들을 위한 스케일링 계산들을 수행함으로써 전기적 신호 생성 서브시스템 (308) 을 도울 수 있다. 외부 마스터 제어기 (154) 에 커플링된 디스플레이 디바이스 (170) 를 통해 제공된, 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)(미도시) 는 열 제어 서브시스템 (306) 및 전기적 신호 생성 서브시스템 (308) 각각으로부터 획득된 온도 및 파형 데이터를 플롯 (p10t) 하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, GUI 는 제어기 (308), 열 제어 서브시스템 (306), 및 전기적 신호 생성 서브시스템 (304) 에 대한 업데이트들을 허용할 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 시스템 (150) 은 이미징 디바이스 (194) 를 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 광 조절 서브시스템 (422) 을 포함한다. 광 조절 서브시스템 (422) 은 디지털 미러 디바이스 (DMD) 또는 마이크로셔터 어레이 시스템 (MSA) 을 포함할 수 있고, 이들 중 어느 하나는 광원 (420) 으로부터 광을 수신하고 수신된 광의 서브세트를 현미경 (450) 의 광학 트레인으로 송신하도록 구성될 수 있다. 대안으로, 광 조절 서브시스템 (422) 은 그 자신의 광을 생성하고 (따라서 광원 (420) 에 대한 필요성을 없애는) 디바이스, 예컨대 유기 발광 다이오드 디스플레이 (OLED), 액정 온 실리콘 (LCOS) 디바이스, 강유전성 액정 온 실리콘 디바이스 (FLCOS), 또는 투과형 액정 디스플레이 (LCD) 를 포함할 수 있다. 광 조절 서브시스템 (422) 은, 예를 들어 프로젝터일 수 있다. 따라서, 광 조절 서브시스템 (422) 은 구조화된 및 구조화되지 않은 광 양자 모두를 방출할 수 있다. 적합한 광 조절 서브시스템 (422) 의 일 예는 Andor Technologies™ 로부터의 Mosaic™ 시스템이다. 소정의 실시형태들에서, 시스템 (150) 의 이미징 모듈 (164) 및/또는 동기 모듈 (162) 은 광 조절 서브시스템 (422) 을 제어할 수 있다.

소정의 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 현미경 (450) 을 더 포함한다. 이러한 실시형태들에서, 네스트 (300) 및 광 조절 서브시스템 (422) 은 현미경 (450) 상에 장착되도록 개별적으로 구성될 수 있다. 현미경 (450) 은, 예를 들어 표준 연구-등급 광 현미경 또는 형광 현미경일 수 있다. 따라서, 네스트 (300) 는 현미경 (450) 의 스테이지 (426) 상에 장착되도록 구성될 수도 있고/있거나 광 조절 서브시스템 (422) 은 현미경 (450) 의 부분 상에 장착하도록 구성될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 본원에 설명된 네스트 (300) 및 광 조절 서브시스템 (422) 은 현미경 (450) 의 일체형 컴포넌트들일 수 있다.

소정의 실시형태들에서, 현미경 (450) 은 하나 이상의 검출기들 (440) 을 더 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 검출기 (440) 는 이미징 모듈 (164) 에 의해 제어된다. 검출기 (440) 는 아이 피스 (eye piece), 전하-결합 디바이스 (CCD), 카메라 (예를 들어, 디지털 카메라), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 적어도 2 개의 검출기들 (440) 이 존재하면, 하나의 검출기는 예를 들어, 고속-프레임율 (fast-frame-rate) 카메라일 수 있는 한편, 다른 검출기는 고 감도 카메라일 수 있다. 또한, 현미경 (450) 은 미세유체 디바이스 (360) 로부터 반사 및/또는 방출된 광을 수신하고, 반사 및/또는 방출된 광의 적어도 일부분을 하나 이상의 검출기들 (440) 상에 포커싱하도록 구성된 광학 트레인을 포함할 수 있다. 현미경의 광학 트레인은 또한, 각각의 검출기 상의 최종 배율이 상이할 수 있도록, 상이한 검출기들에 대한 상이한 튜브 렌즈들 (미도시) 을 포함할 수 있다.

소정의 실시형태들에서, 이미징 디바이스 (194) 는 적어도 2 개의 광원들을 사용하도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 광원 (420) 은 (예를 들어, 광 조절 서브시스템 (422) 을 통해) 구조화된 광을 생성하는데 사용될 수 있고, 제 2 광원 (430) 은 구조화되지 않은 광을 제공하는데 사용될 수 있다. 제 1 광원 (420) 은 광학적으로-작동된 동전기 및/또는 형광성 여기를 위한 구조화된 광을 생성할 수 있고, 제 2 광원 (430) 은 밝은 필드 조명을 제공하는데 사용될 수 있다. 이들 실시형태들에서, 동기 모듈 (164) 은 제 1 광원 (420) 을 제어하는데 사용될 수 있고 이미징 모듈 (164) 은 제 2 광원 (430) 을 제어하는데 사용될 수 있다. 현미경 (450) 의 광학 트레인은, (1) 광 조절 서브시스템 (422) 으로부터 구조화된 광을 수신하고, 디바이스가 네스트 (300) 에 의해 홀딩되고 있는 경우, 광학적으로-작동된 동전기 디바이스와 같은 미세유체 디바이스의 적어도 제 1 영역 상에 구조화된 광을 포커싱하며, (2) 미세유체 디바이스로부터 반사 및/또는 방출된 광을 수신하고 이러한 반사 및/또는 방출된 광의 적어도 일부를 검출기 (440) 상으로 포커싱하도록 구성될 수 있다. 광학 트레인은 또한, 제 2 광원으로부터 구조화되지 않은 광을 수신하고, 디바이스가 네스트 (300) 에 의해 홀딩되는 경우 미세유체 디바이스의 적어도 제 2 영역 상에 구조화되지 않은 광을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 소정의 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 제 1 및 제 2 영역들은 오버랩하는 영역들일 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역은 제 2 영역의 서브세트일 수 있다.

도 3b 에서, 제 1 광원 (420) 은, 시스템 (450) 의 현미경 (450) 의 광학 트레인에 구조화된 광을 제공하는, 광 조절 서브시스템 (422) 에 광을 공급하는 것으로 도시된다. 제 2 광원 (430) 은 빔 스플리터 (424) 를 통해 광학 트레인에 구조화되지 않은 광을 제공하는 것으로 도시된다. 광 조절 서브시스템 (422) 으로부터의 구조화된 광 및 제 2 광원 (430) 으로부터의 구조화되지 않은 광은 빔 스플리터 (424) 로부터 광학 트레인을 통해 함께 이동하여 제 2 빔 스플리터 (424) (또는 광 조절 서브시스템 (422) 에 의해 제공된 광에 따라, 이색성 필터 (448)) 에 도달하고, 여기서 광은 대물렌즈 (454) 를 아래로 통과하여 샘플 평면 (428) 으로 반사된다. 샘플 평면 (428) 으로부터 반사된 및/또는 방출된 광은 그 후, 대물렌즈 (454) 를 통해, 빔 스플리터 및/또는 이색성 필터 (448) 를 통해, 이색성 필터 (452) 로 다시 이동한다. 이색성 필터 (452) 에 도달하는 광의 일부분만이 통과하여 검출기 (440) 에 도달한다.

일부 실시형태들에서, 제 2 광원 (430) 은 청색 광을 방출한다. 적합한 이색성 필터 (452) 로, 샘플 평면 (428) 으로부터 반사된 청색 광은 이색성 필터 (452) 를 통과하고 검출기 (440) 에 도달할 수 있다. 반대로, 광 조절 서브시스템 (422) 에서 들어오는 구조화된 광은 샘플 평면 (428) 으로부터 반사되지만, 이색성 필터 (452) 를 통과하지는 않는다. 이 예에서, 이색성 필터 (452) 는 495 nm 보다 긴 파장을 갖는 가시 광을 필터링한다. 광 조절 서브시스템 (422) 으로부터 이러한 광의 필터링은 단지, 광 조절 서브시스템으로부터 방출된 광이 495 nm 보다 짧은 임의의 파장들을 포함하지 않는 경우 (도시된 바와 같이) 완료될 것이다. 실제로, 광 조절 서브시스템 (422) 에서 들어오는 광이 495 nm 보다 짧은 파장들 (예를 들어, 청색 파장들) 을 포함하면, 광 조절 서브시스템으로부터의 광의 일부는 필터 (452) 를 통과하여 검출기 (440) 에 도달할 것이다. 이러한 실시형태에서, 필터 (452) 는 제 1 광원 (420) 및 제 2 광원 (430) 으로부터 검출기 (440) 에 도달하는 광의 양 간의 균형을 변경하도록 작용한다. 이것은, 제 1 광원 (420) 이 제 2 광원 (430) 보다 상당히 강한 경우 유리할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 제 2 광원 (430) 은 적색 광을 방출할 수 있고, 이색성 필터 (452) 는 적색 광 외의 가시 광 (예를 들어, 650 nm 보다 짧은 파장을 갖는 가시 광) 을 필터링할 수 있다.

미세유체 디바이스의 성장 챔버들 내에서 세포들의 생존성의 유지를 위한 추가적인 시스템 컴포넌트들. 세포 집단들의 성장 및/또는 증식을 촉진하기 위해서, 기능적 세포들을 유지하는데 도움이 되는 환경 컨디션들이 시스템의 추가적인 컴포넌트들에 의해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 추가적인 컴포넌트들은 영양분들, 세포 성장 시그널링 종들, pH 조정, 기체 교환, 온도 제어, 및 세포들로부터 노폐물들의 제거를 제공할 수 있다.

미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 표면은 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된다. 일부 실시형태들에서, 실질적으로 모든 내측 면들이 컨디셔닝된다. 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스 내에서 성공적인 세포 인큐베이션을 용이하게 하는 요소들 중 하나일 수도 있다. 적합한 컨디셔닝된 표면의 식별은 다수의 동작 요건들의 균형을 이루는 것을 요구할 수도 있다. 첫 번째, 컨디셔닝된 표면은 이 클래스의 미세유체 디바이스들의 제조에서 사용될 수도 있는 재료들의 유형들로부터 세포들을 차폐하도록 작용하는 접촉 면을 제공할 수도 있다. 이론에 제한되지 않고, 컨디셔닝된 표면은, 세포들과의 수성의, 금속이 아닌 접촉 층을 제공하는, 수화수들 (waters of hydration) 에 의해 둘러싸일 수도 있다. 두 번째, 컨디셔닝된 표면은, 적어도 하나의 생물학적 세포이 인큐베이션의 완료 후에 성장 챔버로부터 제거되는 세포의 능력을 실질적으로 억제하지 않고, 적어도 하나의 생물학적 세포가 인큐베이션 동안 충분히 지지될 수도 있는 접촉 면을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 많은 세포들은 생존 및/또는 성장되도록 충분히 부착하기 위해 어느 정도의 친수성을 갖도록 접촉 면을 요구한다. 대안으로, 일부 세포들은, 성장하고 원하는 레벨들의 생존성을 나타내기 위해 어느 정도의 친수성을 갖는 접촉 면을 요구할 수도 있다. 부가적으로, 일부 세포들은 생존성/성장 반응들을 개시하기 위해 접촉 면 내의 선택된 단백질들 또는 펩티드 모티프들의 존재를 요구할 수도 있다. 세 번째, 적어도 하나의 표면의 컨디셔닝은 미세유체 디바이스에서 사용된 동기 힘들이 통상의 기능적 전력 범위 내에서 실질적으로 기능하도록 허용할 수도 있다. 예를 들어, 광 작동된 동기 힘들이 이용되는 경우, 컨디셔닝된 표면은 실질적으로, 광 작동된 동기 힘이 실질적으로 억제되지 않도록 컨디셔닝된 표면을 통한 광의 통과를 허용할 수도 있다.

적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 성장 챔버의 표면 또는 흐름 영역의 표면, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 복수의 성장 챔버들 각각은 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면을 갖는다. 다른 실시형태들에서, 복수의 흐름 영역들 각각은 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 복수의 성장 챔버들 각각 및 복수의 흐름 영역들 각각의 적어도 하나의 표면은 컨디셔닝된 표면들이다.

폴리머를 포함하는 컨디셔닝된 표면. 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 폴리머를 포함할 수도 있다. 폴리머는 공유 결합으로 또는 비-공유 결합으로 적어도 하나의 표면에 연결될 수도 있다. 폴리머들은, 블록 폴리머들 (및 코폴리머들); 스타 폴리머들 (스타 코폴리머들); 및 그래프트 또는 콤 (graft or comb) 폴리머들 (그래프트 코폴리머들) 을 포함하는 다양한 구조적 모티프들을 가질 수도 있고, 이들 모두는 본원에서 사용하기에 적합할 수도 있다.

폴리머는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 광범위한 알킬렌 에테르 함유 폴리머들은 본원에 설명된 미세유체 디바이스에서 사용하기에 적합할 수도 있다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 하나의 비-제한의 예시적인 군은 폴리머 체인 내의 로케이션들에 그리고 상이한 비율들로 폴리프로필렌 산화물 (PPO) 서브유닛들 및 폴리에틸렌 산화물 (PEO) 의 블록들을 포함하는 양친매성의 비이온성 블록 코폴리머들이다. Pluronic® 폴리머들 (BASF) 이 이 유형의 블록 코폴리머들이고 살아 있는 세포들과 접촉할 때 사용하기에 적합한 것으로 당해 분야에 알려져 있다. 폴리머들은 약 2000 Da 내지 약 20 KDa 의 평균 분자 질량 (M_W) 의 범위에 있다. 일부 실시형태들에서, PEO-PPO 블록 코폴리머는 약 10 보다 큰 (예를 들어, 12-18) 친수성-친유성 평형 (hydrophilic-lipophilic balance; HLB) 을 가질 수 있다. 컨디셔닝된 표면을 생산하기 위해 유용한 특정의 Pluronic® 폴리머들은 Pluronic® L44, L64, P85, 및 (F127NF 을 포함하는) F127 을 포함한다. 알킬렌 에테르 함유 폴리머들의 다른 군은 폴리에틸렌 글리콜 (PEG M_W<100,000 Da) 또는 대안으로 폴리에틸렌 산화물 (PEO, M_W>100,000) 이다. 일부 실시형태들에서, PEG 는 약 1000 Da, 5000 Da, 10,000 Da 또는 20,000 Da 의 M_W 를 가질 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 카르복실산 모이어티들을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 카르복실산 서브유닛은 알킬, 알케닐 또는 방향족 모이어티 함유 서브유닛일 수도 있다. 하나의 비-제한 예는 폴리유산 (PLA) 이다.

일부 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 우레탄 모이어티들을 함유하는 폴리머, 예컨대 비제한적으로 폴리우레탄을 포함할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 술폰산 모이어티들을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 술폰산 서브유닛은 알킬, 알케닐 또는 방향족 모이어티 함유 서브유닛일 수도 있다. 하나의 비-제한 예는 폴리스티렌 술폰산 (PSSA) 또는 폴리아네톨 술폰산이다. 이들 후자의 예시적인 폴리머들은 고분자전해질들이고, 부착을 돕고/저지하도록 표면의 특징을 바꿀 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은, 폴리머 백본의 말단 또는 폴리머의 백본으로부터의 펜던트 중 어느 하나에서 포스포네이트 모이어티들을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 비-제한의 예에서, 크탄산 검 또는 덱스트란과 같은 조류 (algal) 또는 균류 폴리당류들로부터 유래된 것들과 같은 폴리당류들은 세포 부착을 돕거나 방지할 수도 있는 폴리머 컨디셔닝된 표면을 형성하기에 적합할 수도 있다. 예를 들어, 약 3 Kda 의 사이즈를 갖는 덱스트란 폴리머는 미세유체 디바이스 내에서 컨디셔닝된 표면을 제공하는데 사용될 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 리보뉴클레오티드 모이어티들 또는 디옥시리보뉴클레오티드 모이어티들을 가질 수도 있는, 뉴클레오티드 모이어티들, 즉 핵산을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 핵산은 단지 천연 뉴클레오티드 모이어티들 만을 함유할 수도 있고, 또는 핵염기, 리보오스 또는 포스포네이트 모이어티 유사체들, 예컨대 7-데이자아데닌, 펜토오스, 메틸 포스포네이트 또는 포스포로티오에이트 모이어티들을 제한 없이 포함할 수도 있는 비-천연 뉴클레오티드 모이어티들을 함유할 수도 있다. 핵산 함유 폴리머는 부착을 돕거나 방지할 수도 있는 고분자전해질을 포함할 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 아미노산 모이어티들을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 아미노산 모이어티들을 함유하는 폴리머는 천연 아미노산 함유 폴리머 또는 비천연 아미노산 함유 폴리머를 포함할 수도 있고, 이들 중 어느 하나는 펩티드, 폴리펩티드 또는 단백질을 포함할 수도 있다. 하나의 비-제한의 예에서, 단백질은 소혈청알부민 (BSA) 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 세포외 매트릭스 (ECM) 단백질은 세포 성장을 촉진하도록 최적화된 세포 부착을 위해 컨디셔닝된 표면 내에 제공될 수도 있다. 컨디셔닝된 표면에 포함될 수도 있는 세포 매트릭스 단백질은 콜라겐, 엘라스틴, RGD-함유 펩티드 (예를 들어, 파이브로넥틴), 또는 라미닌을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 또 다른 실시형태들에서, 성장 인자들, 시토카인들, 호르몬들 또는 다른 세포 시그널링 종들이 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면 내에 제공될 수도 있다.

추가의 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 아민 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 폴리아미노 폴리머는 천연 폴리아민 폴리머 또는 합성 폴리아민 폴리머를 포함할 수도 있다. 천연 폴리아민들의 예들은 스페르민, 스페르미딘, 및 푸트레신을 포함한다.

일부 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 산화물 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스포네이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들, 또는 아미노산 모이어티들 중 하나 이상을 함유하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 폴리머 컨디셔닝된 표면은, 컨디셔닝된 표면에 독립적으로 또는 동시에 통합될 수도 있는, 각각 알킬렌 산화물 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스포네이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들, 및/또는 아미노산 모이어티들을 갖는 1 보다 많은 폴리머의 혼합물을 포함할 수도 있다.

공유 결합으로 연결된 컨디셔닝된 표면. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 공유 결합으로 연결된 모이어티를 포함한다. 공유 결합으로 연결된 모이어티는 연결기를 포함할 수 있고, 여기서 연결기는 미세유체 디바이스의 표면에 공유 결합으로 연결된다. 연결기는 또한, 미세유체 디바이스 내의 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결된다. 연결기가 연결하는 표면은, 미세유체 디바이스가 DEP 구성을 포함하는 실시형태들에 대해 규소 및/도는 규소 디옥사이드를 포함할 수 있는, 미세유체 디바이스의 기판의 표면을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스의 내측 면들 모두를 포함한다.

컨디셔닝된 표면을 갖는 미세유체 디바이스에 대한 개략적 표현이 도 9 에 도시된다. 도 9 에서 알 수 있는 바와 같이, 미세유체 디바이스 (900) 는 적어도 하나의 성장 챔버 및/또는 흐름 영역을 포함할 수도 있는 미세유체 디바이스의 인클로징된 영역 (902) 을 면하는 제 1 DEP 기판 (904) 및 제 2 DEP 기판 (906) 을 갖는다. 디바이스 (900) 는 다르게는 디바이스들 (100, 200, 240, 290, 400, 500A-E, 또는 600) 중 어느 하나와 같이 구성될 수도 있다. 인클로징된 영역 (902) 은, 생물학적 세포들이 유지되거나 그 안으로 유입 또는 그로부터 유출되는 영역일 수도 있다. (제 2 DEP 기판 (906) 의) 내측 면들 (910) 및 (제 1 DEP 기판 (904) 의) 912 는, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티일 수도 있는, 컨디셔닝된 표면 (916) 으로 개질된다. 컨디셔닝된 표면은 이 실시형태에서 실록시 연결기 (914) 를 통해 내측 면들의 산화물 관능기들에 공유 결합으로 연결된다.

일부 실시형태들에서, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 공유 결합으로 연결된 모이어티는 알킬 또는 플루오로알킬 (퍼플루오로알킬을 포함함) 모이어티들; 모노- 또는 폴리당류들 (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않음); (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); 카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스 내의 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 공유 결합으로 연결된 모이어티는 본원에 설명된 바와 같은 임의의 폴리머일 수도 있고, 알킬렌 산화물 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 당류 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스포네이트 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 핵산 모이어티들, 또는 아미노 모이어티들을 함유하는 하나 이상의 폴리머들을 포함할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 공유 결합으로 연결된 모이어티는 비-폴리머 모이어티들, 예컨대 알킬 모이어티, (퍼플루오로알킬을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 플루오로알킬 모이어티, 아미노산 모이어티, 알콜 모이어티, 아미노 모이어티, 카르복실산 모이어티, 포스폰산 모이어티, 술폰산 모이어티, 술팜산 모이어티, 또는 당류 모이어티를 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티는 알킬 기일 수도 있다. 알킬 기는 선형 체인 (예를 들어, 적어도 10 개의 탄소들, 또는 적어도 14, 16, 18, 20, 22, 또는 그 이상의 탄소들의 선형 체인) 을 형성하는 탄소 원자들을 포함할 수 있다. 따라서, 알킬 기는 비-분기형 알킬일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 기는 치환된 알킬 기를 포함할 수도 있다 (예를 들어, 알킬 기에서 탄소들 중 일부는 플루오르화 또는 퍼플루오르화될 수 있다). 알킬 기는 비-치환된 탄소들의 선형 체인에 접합된 치환된 (예를 들어, 플로오르화 또는 퍼플루오르화된) 탄소들의 선형 체인을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 알킬 기는, 비-치환된 알킬 기를 포함할 수도 있는 제 2 세그먼트에 접합된, 퍼플루오로알킬 기를 포함할 수도 있는 제 1 세그먼트를 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 세그먼트들은 (예를 들어, 에테르 결합에 의해) 직접적으로 또는 간접적으로 접합될 수도 있다. 알킬 기의 제 1 세그먼트는 연결기에서 멀리 위치될 수도 있고, 알킬 기의 제 2 세그먼트는 연결기에 근접하여 위치될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 알킬 기는 분기형 알킬 기를 포함할 수도 있고, 알킬 기의 알킬 백본을 인터럽트하는 하나 이상의 아릴렌 기를 더 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 또는 플루오르화 알킬 기의 분기형 또는 아릴렌-인터럽트된 부분은 표면에 대한 공유 결합에서 먼 포인트에 위치된다.

다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티는 1 보다 많은 아미노산들을 포함할 수도 있는, 적어도 하나의 아미노산을 포함할 수도 있다. 공유 결합으로 연결된 모이어티는 펩티드 또는 단백질을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위해 쌍성이온 표면을 제공할 수도 있는 아미노산을 포함할 수도 있다.

공유 결합으로 연결된 모이어티는 하나 이상의 당류들을 포함할 수도 있다. 공유 결합으로 연결된 당류들은 모노-, 디-, 또는 폴리당류들일 수도 있다. 공유 결합으로 연결된 당류들은 표면에 부착하기 위한 커플링 또는 동화 (elaboration) 를 허용하는 반응성 페어링 모이어티를 도입하도록 변경될 수도 있다. 예시적인 반응성 페어링 모이어티들은 알데히드, 알킨 또는 할로 모이어티들을 포함할 수도 있다. 폴리당류는 랜덤 방식으로 변경될 수도 있고, 여기서 당류 모노머들 각각이 변경될 수도 있거나 또는 단지 폴리당류 내의 당류 모노머들의 일부분만이 변경되어 표면에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링될 수도 있는 반응성 페어링 모이어티를 제공할 수도 있다. 하나의 표본은 비분기형 연결자를 통해 표면에 간접적으로 커플링될 수도 있는 덱스트란 폴리당류를 포함할 수도 있다.

공유 결합으로 연결된 모이어티는 하나 이상의 아미노 기들을 포함할 수도 있다. 아미노 기는 치환된 아민 모이어티, 구아니딘 모이어티, 질소-함유 헤테로사이클릭 모이어티 또는 헤테로아릴 모이어티일 수도 있다. 아미노 함유 모이어티들은 미세유체 디바이스, 및 선택적으로는 성장 챔버 내의 환경의 pH 변경을 허용하는 구조들을 가질 수도 있다.

공유 결합으로 연결된 모이어티는 하나 이상의 카르복실산, 포스폰산, 술팜 또는 술폰산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티는 미세유체 디바이스 내의 생물학적 세포들로부터 핵산들을 캡처하도록 설계되는 개별의 뉴클레오티드들의 시퀀스를 가질 수도 있는, 하나 이상의 핵산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 캡처된 핵산들은 생물학적 세포들로부터의 핵산에 상보적인 뉴클레오티드 시퀀스를 가질 수도 있고, 하이브리디제이션에 의해 핵산을 캡처할 수도 있다.

컨디셔닝된 표면은 단지 한 종류의 모이어티로 구성될 수도 있고, 또는 1 보다 많은 상이한 종류의 모이어티를 포함할 수도 있다. 예를 들어, (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 컨디셔닝된 표면들은 모두 동일한, 예를 들어 성장 및/또는 생존성 및/또는 이동성을 지원하는 플루오로알킬 모이어티를 포함하는 동일한 수의 플루오로메틸렌 유닛들을 갖고 표면에 대한 동일한 공유 부착을 갖는 복수의 공유 결합으로 연결된 모이어티들을 가질 수도 있다. 대안으로, 컨디셔닝된 표면은 표면에 부착된 1 보다 많은 종류의 모이어티를 가질 수도 있다. 예를 들어, 컨디셔닝된 표면은 지정된 수의 메틸렌 또는 플루오로메틸 유닛들을 갖는 알킬 또는 플루오로알킬 기들을 포함할 수도 있고, 더 많은 수의 메틸렌 또는 플루오로메틸렌 유닛들을 갖는 알킬 또는 플루오로알킬 체인에 부착된 하전된 모이어티를 갖는 표면에 부착된 추가 세트의 기들을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 부착된 1 보다 많은 종류의 모이어티를 갖는 컨디셔닝된 표면은, 더 많은 수의 백본 원자들을 갖고 따라서 표면에 대한 공유 부착으로부터 더 큰 길이를 갖는 부착된 리간드들의 제 1 세트가 컨디셔닝된 표면에서 체적이 큰 모이어티들을 나타내기 위한 성능을 제공할 수도 있는 한편, 상이한, 더 적은 입체적 요구 말단을 가지면서 더 적은 백본 원자들을 갖는 부착된 리간들의 제 2 세트가 원하지 않은 부착을 방지하고 또는 규소 또는 알루미나 기판 그 자체와 접촉하도록 전체 기판 표면을 기능적으로 하는 것을 도울 수 있도록 설계될 수도 있다. 다른 예에서, 표면에 부착된 모이어티들은 표면 상에서 랜덤 방식으로 교번하는 전하들을 나타내는 쌍성이온 표면을 제공할 수도 있다.

컨디셔닝된 표면 특성들. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티들은 미세유체 디바이스의 표면 (예를 들어, DEP 구성된 기판 표면) 에 공유 결합으로 연결되는 경우 모노층을 형성할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티들에 의해 형성된 컨디셔닝된 표면은 10 nm 미만 (예를 들어, 5 nm 미만, 또는 약 1.5 내지 3.0 nm) 의 두께를 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 공유 결합으로 연결된 모이어티들에 의해 형성된 컨디셔닝된 표면은 약 10 nm 내지 약 50 nm 의 두께를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 DEP 구성 내에서 동작을 위해 적합하게 기능하도록 완벽히 형성된 모노층을 요구하지 않는다.

다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면(들)은 바람직한 전기적 특성들을 제공할 수도 있다. 이론에 제한되도록 의도하지 않고, 컨디셔닝된 표면의 강건성에 영향을 주는 하나의 인자는 본질적인 전하 트랩핑이다. 상이한 표면 컨디셔닝 재료들은 재료의 파손을 초래할 수 있는 전자들을 트랩할 수도 있다. 컨디셔닝된 표면에서의 결함들은 컨디셔닝된 표면의 추가의 파손 및 전하 트랩핑을 초래할 수도 있다.

컨디셔닝된 표면의 조성 (composition) 외에, 다른 인자들, 예컨대 소수성 재료의 물리적 두께가 DEP 힘에 영향을 줄 수 있다. 컨디셔닝된 표면이 기판 위에 형성되는 방식 (예를 들어, 기상 증착, 액체 상 증착, 스핀 코팅, 플러딩 (f10oding), 및 정전 코팅) 과 같은, 다양한 인자들이 컨디셔닝된 표면의 물리적 두께를 바꿀 수 있다. 컨디셔닝된 표면의 물리적 두께 및 균일성은 엘립소미터를 사용하여 측정될 수 있다.

그 전기적 특성들에 추가하여, 컨디셔닝된 표면은 또한, 생물학적 분자들과의 사용에서 유리한 특성들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 플루오르화 (또는 퍼플루오르화) 탄소 체인들을 함유하는 컨디셔닝된 표면은 표면 오염의 양을 감소시키는데 있어서 알킬-종단 체인들에 비해 이익을 제공할 수도 있다. 본원에서 사용된 바와 같이 표면 오염은, 단백질 및 그 분해 산물들, 핵산들 및 각각의 분해 산물들 등과 같은 생체재료의 영구적인 또는 반-영구적인 디포지션을 포함할 수도 있는, 미세유체 디바이스의 표면 상의 무분별한 재료 디포지션의 양을 지칭한다.

DEP 구성들에서 사용될 수도 있는 컨디셔닝된 표면들에 대한 다양한 특성들이 아래의 표에 포함된다. 알 수 있는 바와 같이, 본원에 설명된 바와 같은 모두 공유 결합으로 연결된 컨디셔닝된 표면들인, 엔트리들 1 내지 7 에 대해, 편광 해석법에 의해 측정된 두께는 비-공유결합 스핀 코팅에 의해 형성되었던 엔트리 8, CYTOP 표면의 두께보다 일관성 있게 얇았다 (N/A 는 표 전체에 걸쳐 이용 가능하지 않은 데이터를 나타냄). 오염 (fouling) 은, 플루오르화 표면들이 통상적으로 알킬 (탄화수소) 컨디셔닝된 표면의 것보다 덜 오염되기 때문에 형성 모드 때 표면의 화학적 성질에 더 의존적인 것으로 발견되었다.

표 1. CYTOP, 비-공유 결합으로 형성된 표면과 비교된, 공유 결합으로 개질된 표면에 의해 준비된 다양한 컨디셔닝된 표면들의 특성들.

표면 개질 유형	표면 개질 시약의 화학식	두 께	오 염
알킬 종단 실록산 (C16)	CH3-(CH2)15-Si- (OCH3)3	N/A	플루오르화 층들보다 더 오염.
알킬 종단 실록산 (C18)	CH3-(CH2)17-Si- (OCH3)3	~ 2nm	플루오르화 층들보다 더 오염.
알킬-종단 포스포네이트 에스테르 C18P	CH3-(CH2)17- P=O(OH)2	N/A	플루오르화 층들보다 더 오염.
알킬 종단 실록산 (C22)	CH3-(CH2)21-Si-(OCH2CH3)3	~2-2.5 nm	플루오르화 층들보다 더 오염.
플루오로-알킬-종단 알킬-실록산 C10F	CF3-(CF2)7-(CH2)2-Si-(OCH3)3	~1 nm	알킬-종단 층들보다 오염에 더 내성이 있음
플루오로-알킬-종단 알킬-실록산 (C16F)	CF3-(CF2)13-(CH2)2- Si-(OCH3)3	~2 nm	알킬-종단 층들보다 오염에 더 내성이 있음
플루오로-알킬-종단 알콕시-알킬-실록산 C6FC13	CF3-(CF2)5-(CH2)2-O-(CH2)11-Si(OCH3)3	~2 nm	N/A
CYTOP 플루오로폴리머 1, 2		~30 nm	알킬-종단 층들보다 오염에 더 내성이 있음

1. CYTOP 구조:

2. 스핀 코팅됨, 비 공유결합

표면에 대한 연결기. 컨디셔닝된 표면을 형성하는 공유 결합으로 연결된 모이어티들은 연결기를 통해 표면에 부착된다. 연결기는, 규소 또는 알루미늄 산화물로부터 형성될 수도 있는, 기판 표면의 산화물들과 실록산 함유 시약의 반응에 의해 형성된 실록시 연결기일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 연결기는 규소 또는 알루미늄 기판 표면의 산화물들과 포스폰산 함유 시약의 반응에 의해 형성된 포스포네이트 에스테르일 수도 있다.

멀티-부분 컨디셔닝된 표면. 공유 결합으로 연결된 컨디셔닝된 표면은, 이하에서 설명되는 바와 같이, 컨디셔닝된 표면을 제공하는 모이어티를 이미 함유하도록 구성되는 표면 컨디셔닝 시약 (예를 들어, 퍼플루오로알킬 실록산 시약을 포함할 수도 있는, 플루오로 치환된 알킬 실록산 시약 또는 알킬 실록산 시약) 의 반응에 의해 형성될 수도 있다. 대안으로, 컨디셔닝된 표면은 그 자체가 표면에 공유 결합으로 연결되는 표면 개질 리간드에 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티를 커플링함으로써 형성될 수도 있다.

컨디셔닝된 표면에 대한 구조들 및 준비 방법들. 일부 실시형태들에서, 유전영동 기판의 표면의 산화물들에 공유 결합으로 연결된 컨디셔닝된 표면은 화학식 1 의 구조를 갖는다:

화학식 1

컨디셔닝된 표면은 유전영동 기판의 표면의 산화물들에 공유 결합으로 연결될 수도 있다. 유전영동 기판은 규소 또는 알루미나일 수도 있고, 산화물들은 기판의 천연 화학 구조의 부분으로서 존재할 수도 있거나 또는 이하에서 논의되는 바와 같이 도입될 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은, 산화물들과 실록산 또는 포스폰산 기의 반응으로부터 형성된, 실록시 또는 포스포네이트 에스테르 기일 수도 있는 연결기 (LG) 를 통해 산화물들에 부착될 수도 있다.

세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티는 10 개 이상의 탄소들의 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 또는 플루오로알킬 모이어티는 약 10, 12, 14, 16, 18, 20, 또는 22 개의 탄소들의 백본 체인 길이를 가질 수도 있다.

연결기 (LG) 는 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 모이어티에 직접적으로 또는 간접적으로 접속될 수도 있다. 연결기 (LG) 가 모이어티에 직접적으로 접속되는 경우, 선택적 연결자 (L) 는 존재하지 않고 n 은 0 이다. 연결기 (LG) 가 모이어티에 간접적으로 접속되는 경우, 연결자 (L) 는 존재하고 n 은 1 이다. 연결자 (L) 는 선형 부분을 가질 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은, 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 비-제한 예들에서, 이것은 에테르, 아민, 카르보닐, 아미도, 또는 포스포네이트 기들로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 모이어티들의 임의의 조합으로 인터럽트될 수도 있다. 부가적으로, 연결자 (L) 는 연결자의 백본을 인터럽트하는 하나 이상의 아릴렌, 헤테로아릴렌, 또는 헤테로사이클릭 기들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 (L) 의 백본은 10 내지 20 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자 (L) 의 백본은 약 5 개의 원자들 내지 약 200 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 80 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 50 개의 원자들; 또는 약 10 개의 원자들 내지 약 40 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소 원자들이다. 다른 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소들은 아니고, 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 또는 인 원자들의 임의의 가능한 조합을 포함할 수도 있다.

표면 컨디셔닝 시약. 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하고, 이에 의해 컨디셔닝된 표면을 제공하도록 구성된 모이어티가 하나의 스텝 프로세스에서 기판의 표면에 추가되는 경우, 화학식 6 의 표면 컨디셔닝 시약이 컨디셔닝된 표면을 도입하는데 사용될 수도 있다.

표면 컨디셔닝 시약은 화학식 6 의 구조를 가질 수도 있다:

화학식 6

화학식 6 의 표면 컨디셔닝 시약에서, 표면 컨디셔닝 시약은 실록산 또는 포스폰산 기일 수도 있는, 연결기 (LG) 를 포함할 수도 있다. 연결기 (LG) 는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수도 있다. LG 는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 (n=0) 또는 연결자 (L) 의 제 1 단부에 대한 접속을 통해 간접적으로 (n=1) 연결될 수도 있다. 연결자 (L) 는 선형 부분을 더 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 당해 분야에서 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 가질 수도 있다. 선형 부분의 백본은 하나 이상의 아릴렌 모이어티들을 더 포함할 수도 있다. 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티 ("모이어티") 는, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들은 10 개의 탄소들보다 큰 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 당류 모이어티들을 포함할 수도 있고, 덱스트란일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬렌 에테르 모이어티들은 폴리에틸렌 글리콜일 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약은, 연결자 (L) 내에 위치될 수도 있고 또는 표면 컨디셔닝 시약의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티의 일부일 수도 있는 절개 가능 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하여, 이에 의해 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티는 멀티-스텝 프로세스에서 기판의 표면에 추가될 수도 있다. 모이어티가 스텝 와이즈 방식으로 표면에 커플링되는 경우, 연결자 (L) 는 화학식 2 에 도시된 바와 같이, 커플링 기 (CG) 를 더 포함할 수도 있다.

화학식 2

일부 실시형태들에서, 커플링 기 (CG) 는 반응성 모이어티 (R_x) 및 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 와 반응하도록 구성되는 모이어티의 반응으로부터 결과의 모이어티를 나타낸다. 예를 들어, 하나의 통상적인 CG 는 활성화된 에스테르, 산 염화물 등과 같은 카르복실산의 유도체와 아미노 기의 반응의 결과인, 카르복사미딜 (carboxamidyl) 기를 포함할 수도 있다. CG 는 트리아졸일렌 기, 카르복사미딜, 티오아미딜, 옥심, 메르캡틸, 디설파이드, 에테르, 또는 알케닐 기, 또는 그 각각의 반응성 페어링 모이어티와 반응성 모이어티의 반응 시에 형성될 수도 있는 임의의 다른 적합한 기를 포함할 수도 있다. 커플링 기 (CG) 는, 모이어티가 부착되는 연결자 (L) 의 제 2 단부에 위치될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 커플링 기 (CG) 는 연결자 (L) 의 백본을 인터럽트할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 커플링 기 (CG) 는, 클릭 (Click) 커플링 반응들에서 사용하기 위해 당해 분야에 알려져 있는 바와 같이, 반응성 모이어티 또는 반응성 페어링 모이어티 중 어느 하나일 수도 있는, 알킨 기와 아지드 기 간의 반응의 결과인, 트리아졸일렌이다. 트리아졸일렌 기는 또한, 추가로 치환될 수도 있다. 예를 들어, 디벤조실코옥테닐 융합된 트리아졸일렌 모이어티는, 다음의 문단들에서 더 상세히 설명되는 표면 개질 리간드의 아지도 반응성 모이어티 (R_x) 와 디벤조실코옥테닐 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 를 갖는 컨디셔닝된 변경 시약의 반응에서 비롯될 수도 있다. 다양한 디벤조실코옥테닐 변경된 분자들은 당해 분야에 알려져 있고, 또는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티를 통합하도록 합성될 수도 있다.

컨디셔닝된 표면이 멀티-스텝 프로세스로 형성되는 경우, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티는 화학식 3 의 구조를 갖는, 공유 결합으로 연결된 표면 개질 리간드를 갖는 기판과 컨디셔닝 변경 시약 (화학식 5) 의 반응에 의해 도입될 수도 있다.

화학식 5 화학식 3

화학식 3 의 중간의 개질된 표면은, -LG-(L")j- R_x 의 화학식을 갖고, 기판의 산화물에 연결되는, 기판에 부착된 표면 개질 리간드를 갖고 화학식 1 의 컨디셔닝된 표면에 대해 전술된 바와 유사하게 형성된다. DEP 기판의 표면은 전술된 바와 같고, 기판에 고유하거나 그 안에 도입된 산화물들을 포함한다. 연결기 (LG) 는 전술된 바와 같다. 연결자 (L") 는 존재하거나 (j=1) 또는 존재하지 않을 수도 있다 (j= 0). 연결자 (L") 는 선형 부분을 가질 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은, 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 비-제한의 예들에서, 이것은 에테르, 아미노, 카르보닐, 아미도, 또는 포스포네이트 기들의 임의의 조합으로 인터럽트될 수도 있다. 부가적으로, 연결자 (L") 는 연결자의 백본을 인터럽트하는 하나 이상의 아릴렌, 헤테로아릴렌, 또는 헤테로사이클릭 기들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 (L") 의 백본은 10 내지 20 개의 탄소 원자들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자 (L") 의 백본은 약 5 개의 원자들 내지 약 100 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 80 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 50 개의 원자들; 또는 약 10 개의 원자들 내지 약 40 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소 원자들이다. 다른 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소들은 아니고, 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 또는 인 원자들의 임의의 가능한 조합을 포함할 수도 있다.

반응성 모이어티 (R_x) 는 표면과 표면 개질 리간드의 공유결합에서부터 먼 표면 개질 리간드의 말단에 존재한다. 반응성 모이어티 (R_x) 는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티를 도입하도록 커플링 반응들에 유용한 임의의 적합한 반응성 모이어티이다. 일부 실시형태들에서, 반응성 모이어티 (R_x) 는 아지도, 아미노, 브로모, 티올, 활성화된 에스테르, 석신이미딜 또는 알키닐 모이어티일 수도 있다.

컨디셔닝 변경 시약. 컨디셔닝 변경 시약 (화학식 5) 은 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티를 공급하도록 구성된다.

화학식 5

컨디셔닝 변경 시약의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 반응성 모이어티 (R_x) 와 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 의 반응에 의해 표면 개질 리간드에 연결된다. 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 각각의 반응성 모이어티 (R_x) 와 반응하도록 구성된 임의의 적합한 반응성 기이다. 하나의 비-제한의 예에서, 하나의 적합한 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 알킨일 수도 있고 반응성 모이어티 (R_x) 는 아지드일 수도 있다. 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 대안으로 아지드 모이어티일 수도 있고, 각각의 반응성 모이어티 (R_x) 는 알킨일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 활성 에스테르 관능기일 수도 있고, 반응성 모이어티 (R_x) 는 아미노 기일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 알데히드일 수도 있고, 반응성 모이어티 (R_x) 는 아미노일 수도 있다. 다른 반응성 모이어티-반응성 페어링 모이어티 조합들이 가능하고, 이들 예들은 비 제한의 방식에 있다.

화학식 5 의 컨디셔닝 변경 시약의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다.

화학식 5 의 컨디셔닝 변경 시약의 강화된 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 모이어티는 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 에 직접적으로 (L', 여기서 m =0) 또는 간접적으로 접속될 수도 있다. 반응성 페어링 모이어티 (Rpx) 가 강화된 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 모이어티에 간접적으로 접속되는 경우, 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 연결자 L' (m = 1) 에 접속될 수도 있다. 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 연결자 (L') 의 제 1 단부에 접속될 수도 있고, 강화된 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 제공하는 모이어티는 연결자 (L') 의 제 2 단부에 접속될 수도 있다. 연결자 (L') 는 선형 부분을 가질 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은, 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 일부 비-제한의 예들에서, 이것은 에테르, 아미노, 카르보닐, 아미도, 또는 포스포네이트 기들의 임의의 조합으로 인터럽트될 수도 있다. 부가적으로, 연결자 (L') 는 연결자 (L') 의 백본을 인터럽트하는 하나 이상의 아릴렌, 헤테로아릴렌, 또는 헤테로사이클릭 기들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 (L') 의 백본은 10 내지 20 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자 (L') 의 백본은 약 5 개의 원자들 내지 약 100 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 80 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 50 개의 원자들; 또는 약 10 개의 원자들 내지 약 40 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소 원자들이다. 다른 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소들은 아니고, 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 또는 인 원자들의 임의의 가능한 조합을 포함할 수도 있다.

컨디셔닝 변경 시약 (화학식 5) 이 표면 개질 리간드 (화학식 3) 를 갖는 표면과 반응하는 경우, 화학식 2 의 컨디셔닝된 표면을 갖는 기판이 형성된다. 연결자 (L') 및 연결자 (L") 는 그 다음에, 형식상 연결자 (L) 의 부분이고, 반응성 모이어티 (R_x) 와 반응성 페어링 모이어티 (Rpx) 의 반응은 화학식 2 의 커플링 기 (CG) 를 생산한다.

표면 개질 시약. 표면 개질 시약은 구조 LG- (L")_j- R_x (화학식 4) 를 갖는 화합물이다. 연결기 (LG) 는 유전영동 기판의 표면의 산화물들에 공유 결합으로 연결한다. 유전영동 기판은 규소 또는 알루미나일 수도 있고, 산화물들은 기판의 천연 화학적 구조의 부분으로서 존재할 수도 있고 또는 본원에 논의된 바와 같이 도입될 수도 있다. 연결기 (LG) 는 기판의 표면 상에서 산화물과 실록산 또는 포스폰산 기의 반응으로부터 형성된, 실록시 또는 포스포네이트 에스테르 기일 수도 있다. 반응성 모이어티 (R_x) 는 위에서 설명된다. 반응성 모이어티 (R_x) 는 연결기 (LG) 에 직접적으로 (L", j = 0) 또는 연결자 (L") (j=1) 를 통해 간접적으로 접속될 수도 있다. 연결기 (LG) 는 연결자 (L") 의 제 1 단부에 부착될 수도 있고, 반응성 모이어티 (R_x) 는, 일단 표면 개질 리간드가 화학식 3 에서와 같이 표면에 부착되었다면 기판의 표면에서부터 멀리 있는, 연결자 (L") 의 제 2 단부에 접속될 수도 있다.

화학식 4 화학식 3

연결자 (L") 는 선형 부분을 가질 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 일부 비-제한의 예들에서, 이것은 에테르, 아미노, 카르보닐, 아미도, 또는 포스포네이트 기들의 임의의 조합으로 인터럽트될 수도 있다. 부가적으로, 연결자 (L") 는 연결자 (L") 의 백본을 인터럽트하는 하나 이상의 아릴렌, 헤테로아릴렌, 또는 헤테로사이클릭 기들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 (L") 의 백본은 10 내지 20 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자 (L") 의 백본은 약 5 개의 원자들 내지 약 100 개의 원자들; 약 10 개의 원자들 내지 약 80 개의 원자들, 약 10 개의 원자들 내지 약 50 개의 원자들, 또는 약 10 개의 원자들 내지 약 40 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소 원자들이다. 다른 실시형태들에서, 백본 원자들은 모두 탄소들은 아니고, 당해 분야에 알려진 바와 같은 화학적 본딩 제한들이 있는, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 또는 인 원자들의 임의의 가능한 조합을 포함할 수도 있다.

절개 가능 모이어티들. 다양한 실시형태들에서, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티, 연결자 (L), 연결자 (L'), 연결자 (L") 또는 커플링 기 (CG) 중 어느 하나는 이하에서 논의된 바와 같이 절개 가능 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하는 미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성은, 일 기간 동안 세포들을 배양한 후에 이동시킬 수 있기 위해, 특히 미세유체 디바이스 밖으로 세포들을 유출할 수 있기 위해 바람직하다.

기판들의 조성물들. 따라서, 유전영동 (DEP) 구성 및 표면을 갖는 기판; 및 기판의 표면의 산화물 모이어티들에 공유 결합으로 연결된 컨디셔닝된 표면을 포함하는 조성물이 제공된다. 기판 상의 컨디셔닝된 표면은 화학식 1 또는 화학식 2 의 구조를 가질 수도 있다:

화학식 1 화학식 2

여기서, 본원에 정의된 바와 같이, LG 는 연결기이고; L 은 존재 (n=1) 또는 존재하지 않을 (n=0) 수도 있는 연결자이고; 모이어티는 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 모이어티이며; CG 는 커플링 기이다.

컨디셔닝된 표면은 표면의 산화물 모이어티들에 공유 결합으로 연결된 연결기 (LG) 를 포함할 수도 있다. 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 또한 연결될 수도 있다. 연결기는 실록시 연결기일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 에스테르일 수도 있다. 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수도 있다. 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결자의 제 1 단부에 대한 접속을 통해 간접적으로 연결될 수도 있다. 연결자는 선형 부분을 더 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 전술된 바와 같이, 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 가질 수도 있다. 선형 부분의 백본은 하나 이상의 아릴렌 모이어티들을 더 포함할 수도 있다.

연결자는, 위에서 정의된 바와 같이 커플링 기 (CG) 를 가질 수도 있다. 커플링 기 (CG) 는 트리아졸일렌 모이어티를 포함할 수도 있다. 트리아졸일렌 모이어티는 연결자의 선형 부분을 인터럽트할 수도 있거나 또는 연결자의 선형 부분의 제 2 단부에 접속될 수도 있다. 연결자의 제 2 단부는 기판의 표면에서 멀리 있을 수도 있다. 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 비 제한적으로 쌍성이온 컨디셔닝된 표면을 제공하는 음이온 및 양이온 관능기들의 혼합물과 같은 상이한 모이어티들의 혼합물은 컨디셔닝된 표면에 통합된다. 컨디셔닝된 표면은 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들은 10 개보다 많은 탄소들의 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들을 포함할 수도 있고, 덱스트란일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬렌 에테르 모이어티들은 폴리에틸렌 글리콜일 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은 절개 가능 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고, 이에 의해 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성될 수도 있다.

유전영동 (DEP) 구성 및 표면을 포함하는 기판, 및 기판의 표면의 산화물 모이어티들에 공유 결합으로 연결된 표면 개질 리간드를 포함하는 다른 조성물이 제공된다. 표면 개질 리간드를 갖는 기판은 화학식 3 의 구조를 가질 수도 있다:

화학식 3

여기서, LG 는 연결기이고; L" 은 선택적 연결자이고, j 는 0 또는 1 이다. 본원에 설명된 바와 같이, 연결자 (L") 는 j =1 인 경우 존재하고 j=0 인 경우 존재하지 않고; R_x 는 반응성 모이어티이다.

표면 개질 리간드의 반응성 모이어티는 아지도, 아미노, 브로모, 티올, 활성화된 에스테르, 석신이미딜 또는 알키닐 모이어티일 수도 있다. 표면 개질 리간드는 연결기를 통해 산화물 모이어티들에 공유 결합으로 연결될 수도 있다. 연결기는 실록시 모이어티일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 에스테르일 수도 있다. 연결기는 표면 개질 리간드의 반응성 모이어티에 연결자를 통해 간접적으로 접속될 수도 있다. 연결기는 연결자의 제 1 단부에 부착될 수도 있고, 반응성 모이어티는 연결자의 제 2 단부에 부착될 수도 있다. 연결자 (L") 는 선형 부분을 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 연결자 (L") 의 백본은 10 내지 20 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자 (L") 의 백본은 약 5 개의 원자들 내지 약 50 개의 원자들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자 (L") 의 백본은 모든 탄소 원자들을 포함할 수도 있다. 선형 부분의 백본은 하나 이상의 아릴렌 모이어티들을 포함할 수도 있다. 연결자 (L") 는 트리아졸일렌 모이어티를 포함할 수도 있다. 트리아졸일렌 모이어티는 연결자 (L") 의 말단에서 부착될 수도 있거나 또는 인터럽트할 수도 있다. 표면 개질 리간드는 절개 가능 모이어티를 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고, 이에 의해 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성될 수도 있다.

준비의 방법. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면 또는 표면 개질 리간드는 화학적 기상 증착을 사용하여 미세유체 디바이스의 내측 면들 상에 증착된다. 분자들의 기상 증착을 통해, 컨디셔닝된 표면/표면 개질 리간드는 조밀하게 팩킹된 모노층들을 달성할 수 있고, 여기서 컨디셔닝된 표면/표면 개질 리간드를 포함하는 분자들은 미세유체 디바이스들 (100, 200, 240, 290, 400, 500A-E, 600) 중 어느 하나의 내측 면들의 분자들에 공유 결합으로 연결된다. 바람직한 팩킹 밀도를 달성하기 위해, 예를 들어 알킬-종단 실록산을 포함하는 분자들은 적어도 15 시간의 주기 (예를 들어, 적어도 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 그 이상의 시간들) 동안, 적어도 110 ℃ (예를 들어, 적어도 120 ℃, 130 ℃, 140 ℃, 150 ℃, 160 ℃, 등) 의 온도에서 기상 증착될 수 있다. 이러한 기상 증착은 통상적으로, 진공 하에서 그리고 수원 (water source), 예컨대 수화 설페이트 염 (예를 들어, MgSO₄

7H₂0) 의 존재에서 수행된다. 통상적으로, 기상 증착의 온도 및 지속기간을 증가시키는 것은 컨디셔닝된 표면/표면 개질 리간드의 개선된 특징들을 생성한다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면 또는 표면 개질 리간드는 액상으로 반응에 의해 도입될 수도 있다.

미세유체 표면들을 준비하기 위해, 커버, 미세유체 회로 재료, 및 전극 활성 기판은, 다양한 불순물들을 제거하면서 동시에 산화된 표면 (예를 들어, 본원에 설명된 바와 같이 공유 결합으로 개질될 수도 있는, 표면에서의 산화물들) 을 도입할 수 있는, 산소 플라즈마 처리에 의해 처리될 수도 있다. 산소 플라즈마 클리너는, 예를 들어 60 초 동안 100W 에서, 진공 컨디션들 하에서 동작될 수 있다. 대안으로, 표면을 산화시키기 위해 과산화수소와 같은 산화제들을 포함하는, 액상 처리들이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 염산 및 과산화수소의 혼합물 또는 황산 및 과산화수소의 혼합물 (예를 들어, 약 3:1 내지 약 7:1 의 범위에서 황산 대 과산화수소의 비율을 가질 수도 있는, 피라나 용액).

기상 증착 프로세스는 선택적으로, 예를 들어 커버, 미세유체 회로 재료, 및 전극 활성 기판을 사전-클리닝함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 이러한 사전-클리닝은 용매 조, 예컨대 아세톤 조, 에탄올 조, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 용매 조는 초음파처리를 포함할 수 있다.

일부 실시형태들에서, 기상 증착은 미세유체 회로를 정의하는 인클로저를 형성하기 위해 미세유체 디바이스가 어셈블링된 후에 미세유체 디바이스의 내측 면(들)을 코팅하는데 사용된다.

표면 개질 리간드를 갖는 기판이 컨디셔닝된 표면을 갖는 기판을 준비하기 위해 컨디셔닝 변경 시약과 추가로 반응되는 경우, 이 반응은, 시약을 용해시키고 표면 개질 리간드를 갖는 표면 또는 미세유체 회로 재료 중 어느 하나를 분열시키지 않을 임의의 적합한 용매를 사용하여 인 시츄로 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 용매는 수용액이다.

컨디셔닝된 표면 또는 표면 개질 리간드를 포함하는 표면을 준비하는 방법들. 따라서, 미세유체 디바이스의 기판의 표면을 제공하는 단계들로서, 기판은 DEP 구성을 포함하는, 상기 기판의 표면을 제공하는 단계; 변경 시약과 표면의 산화물들이 반응하여, 이에 의해 기판의 표면을 개질된 표면으로 컨버팅하는 단계를 포함하는, 유전영동 (DEP) 구성을 갖는 미세유체 디바이스의 개질된 표면을 준비하는 방법이 제공된다. 일부 실시형태들에서, 기판의 표면은 표면 상에 산화물들을 제공하도록 플라즈마 클리닝될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면은 미세유체 디바이스를 어셈블링하기 전에 플라즈마 클리닝될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 표면은 미세유체 디바이스를 어셈블링한 후에 플라즈마 클리닝될 수도 있다.

방법에서, 변경 시약과 표면의 산화물들의 반응 단계는 변경 시약을 포함하는 액체에 표면을 노출시킴으로써 수행된다. 일부 실시형태들에서, 표면의 산화물들을 반응시키는 단계는, 감소된 압력에서 변경 시약을 함유하는 증기에 표면을 노출시킴으로써 수행될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 변경 시약은 표면과 공유 결합으로 반응하도록 구성된 제 1 모이어티 및 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하여, 이에 의해 표면을 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 표면으로 개질하도록 구성된 제 2 모이어티를 갖는 표면 컨디셔닝 시약을 포함할 수도 있다.

표면 컨디셔닝 시약은 화학식 6 의 구조를 가질 수도 있다:

화학식 6

제 1 모이어티는, 실록산 또는 포스폰산 기일 수도 있는 연결기 (LG) 를 포함할 수도 있다. 연결기 (LG) 는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수도 있다. 제 1 모이어티는, 연결자 (L) 의 제 1 단부에 대한 접속을 통해 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티인, 제 2 모이어티에 직접적으로 (n=0) 또는 간접적으로 (n=1) 연결될 수도 있다. 연결자 (L) 는 선형 부분을 더 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 가질 수도 있다. 선형 부분의 백본은 하나 이상의 아릴렌 모이어티들을 더 포함할 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약의 제 2 모이어티 ("모이어티") 는, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약의 제 2 모이어티는 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들은 10 개보다 많은 탄소들의 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약의 제 2 모이어티는 당류 모이어티들을 포함할 수도 있고, 덱스트란일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약의 제 2 모이어티는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬렌 에테르 모이어티들은 폴리에틸렌 글리콜일 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약은, 연결자 (L) 내에 위치될 수도 있거나 또는 표면 컨디셔닝 시약의 제 2 모이어티의 부분일 수도 있는, 절개 가능 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하여, 이에 의해 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 변경 시약은 위에서 정의된 바와 같은 화학식 4 의 구조를 갖는, 표면 개질 시약을 포함할 수도 있고, 여기서 표면 개질 시약은 표면과 반응하도록 구성된 제 1 모이어티 LG 및 아지도, 아미노, 브로모, 티올, 활성화 에스테르, 석신이미딜 또는 알키닐 모이어티를 포함하는 반응성 모이어티일 수도 있거나 또는 이들을 포함하도록 변경될 수도 있는 제 2 모이어티 (R_x) 를 포함하고, 이에 의해 표면을 전술된 바와 같은 화학식 3 의 구조를 갖는 표면 개질 리간드를 포함하는 표면으로 컨버팅한다. 일부 실시형태들에서, 표면의 산화물들과 반응하도록 구성되는 표면 개질 시약의 제 1 모이어티는 실록산 또는 포스폰산일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 방법은 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 제 1 모이어티, 및 표면 개질 리간드의 반응성 모이어티와 반응하도록 구성된 제 2 모이어티 (Rpx) 를 포함하는 컨디셔닝 변경 시약과 표면 개질 리간드 (화학식 3) 를 포함하는 표면을 반응시키고; 이에 의해 전술된 바와 같이 화학식 2 의 구조를 갖는, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 표면을 제공하는 단계를 포함한다. 컨디셔닝 변경 시약은 화학식 5 의 구조를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝 변경 시약의 제 1 모이어티는 알킬렌 산화물 모이어티, 아미노산 모이어티, 당류 모이어티, 음이온 모이어티, 양이온 모이어티 및 쌍성이온 모이어티 중 적어도 하나를 포함한다.

다양한 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약, 표면 개질 시약 또는 컨디셔닝 변경 시약 중 어느 하나는 본원에 설명된 바와 같은 절개 가능 모이어티를 더 포함할 수도 있다.

다른 성분들을 함유하는 컨디셔닝된 표면. 컨디셔닝된 표면은, 생물학적으로 호환 가능한 금속 이온들 (예를 들어, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 또는 마그네슘), 항산화제들, 계면활성제들, 및/또는 필수 영양소들을 포함하는, 공유 결합으로 연결된 모이어티에 의해 형성된 컨디셔닝된 표면 또는 폴리머 외에 또는 이에 추가하여 다른 성분들을 부가적으로 포함할 수도 있다. 비-제한의 예시적인 리스트는 B7, 알파-토코페롤, 알파-토코페롤 아세테이트, 비타민 A 및 그 아세테이트와 같은 비타민; BSA, 카탈라아제, 인슐린, 트랜스페린, 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제와 같은 단백질; 코르티코스테론, D-갈락토오스, 에탄올아민 염산염, 환원된 글루타티온, L-카르니틴 하이드로 클로라이드, 리놀레산, 리놀렌산, 프로게스테론, 퓨트레신 디하이드로 클로라이드, 및 트리요오드-티로닌과 같은 소분자들; 및 아셀렌산 나트륨, 인산 나트륨, 인산 칼륨, 인산 칼슘 및/또는 인산 마그네슘을 포함하지만 이에 제한되지 않는 염들을 포함한다. 항산화제들은 카로티노이드들, 신남산들 및 유도체들, 페룰린산, 플라보노이드와 같은 폴리페놀들, 퀴논들 및 유도체들 (미토퀴논-Q 를 포함), N-아세틸 시스테인, 및 아스코르브 산, 비타민 E 등과 같은 항산화 비타민들을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 컨디셔닝된 표면은, 위에서 열거된 많은 다른 성분들 및 항산화제들을 함유하는, B-27® 보충제와 같은 배양 배지 보충제 (culture medium supplement) 를 포함할 수도 있다. B-27® 보충제는 ThermoFisher Scientific, (Cat#17504044) 으로부터의 상용 가능한 것 (50X) 무혈청이다.

일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 이다. 컨디셔닝된 표면은, 무혈청의 정의된 양들 및 유형 또는 정의된 매질에서 제공될 수도 있는, 혈청에서 대개 발견된 단백질들의 특정 양들 및 유형들과 같은 포유류 혈청의 특정 성분들을 포함할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 포유류 혈청을 포함하지 않는다. 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 임의의 티타늄, 니켈, 또는 철 금속 이온들을 포함하지 않을 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 임의의 상당한 농도의 티타늄, 니켈, 또는 철 금속 이온들을 포함하지 않을 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 임의의 금, 알루미늄, 또는 텅스텐 금속 이온들을 포함하지 않을 수도 있다.

부착을 감소시키기 위한 시약 처리. 시약들의 칵테일. 세포들이 미세유체 디바이스 내에서 배양될 때, 세포들은 단백질들 및 다른 생체분자들을 능동적으로 분비하고, 미세유체 디바이스 내에서 표면들에 부착될 수 있는 유사한 생체분자들을 수동적으로 발산한다. 배양물 내의 세포들은 서로 또는 컨디셔닝된 표면에 부착하고, 미세유체 디바이스로부터 유출하기 위해 성장 챔버로부터 제거하기가 어렵게 될 수도 있다. 부가적으로, 일부 환경들 하에서, 배양 세포들과 동일한 또는 상이한 유형의 추가적인 세포들을 미세유체 디바이스로 가져오는 것이 바람직할 수도 있다. 이들 새롭게 전달된 세포들은 또한, 미세유체 환경 내에서 축적된 표면 오염물에 부착하여, 나중 시점에서 디바이스로부터 제거하는데 어려움들을 나타낼 수도 있다.

트립신 또는 Accutase® (단백질 분해 및 콜라겐 분해 활동을 갖는 효소 혼합물, Innovative Cell Technologies) 와 같은 프로테아제로 처리하는 것은 하나의 비 제한적인 예로서, 미세유체 디바이스로부터 부착된 세포들의 유출을 허용하기에 충분한 효능을 제공하지 않을 수도 있다. 항-부착 특성들을 제공하는 하나 이상의 단백질들 및/또는 펩티드들은 양자 모두의 시나리오들에 대해 이러한 부착을 감소시키기 위해 칵테일로서 사용될 수도 있다. 다양한 세포 부착 메커니즘들 중 하나에 대한 활동을 갖는 생체분자들 또는 소 분자들이 사용될 수도 있다. 억제될 수도 있는 세포 부착 메커니즘들 중 일부는 능동적인 액틴 필라멘트 형성 및 마이크로필라멘트 연장의 소분자 억제제, 사이토칼라신 B (New England Biosciences Cat No: M0303S) 와 같은 화합물들의 사용에 의해 타겟이 될 수도 있는 관련된 프로세스들일 수도 있다. (오염된 표면에서 발견될 수도 있는) 피브로넥틴에 대한 부착을 매개하는 인테그린 수용체들의 억제와 같은, 그러나 이에 제한되지는 않는 특정 수용체 구동된 부착 프로세스들은, 예를 들어 RGD 함유 펩티드들의 사용에 의해 타겟이 될 수도 있다. 죽은 세포에서 방출된 핵산들의 다른 유형의 오염 물질들은 세포 결합을 유발할 수 있고, 이는 파울링 핵산을 분해할 엔도뉴클레아제의 사용에 의해 타겟이 될 수도 있다. 하나의 특정 엔도뉴클레아제, 디옥시리보뉴클레아제 1 (DNase 1, Sigma Aldrich, Catalog No. AMPD1-1KT) 는 또한, 액틴에 결합하고, 따라서 부착의 이중 활성 차단을 제공한다. 일부 실시형태들에서, 모든 3 개의 차단제들의 칵테일은 세포 부착을 방지/감소시키는데 사용될 수도 있다.

일반적인 처리 프로토콜. 배양 후: 2, 3, 4 일 또는 그 이상 동안 미세유체 디바이스 내에서 성장한 세포들에 대해, 아래에 설명된 바와 같이 3 개의 항-부착 시약들 또는 단일의 항-부착 시약의 칵테일이 미세유체 디바이스 안으로 유동되고, 세포들을 유출하기 전에 약 20 분, 30 분, 40 분, 50 분 또는 60 분의 기간 동안 성장 챔버 안으로 확산하도록 허용될 수도 있다.

사전-처리: 미세유체 디바이스 안으로 유입될 세포들에 대해, 세포들은 약 30 분 동안 단일의 항-부착 시약 또는 칵테일을 포함하는 배양 배지에서 사전-인큐베이팅되고, 그 후 미세유체 칩으로 유입될 수도 있다. 억제는 1, 2, 3, 또는 그 이상의 시간들의 기간들 동안, 시약의 추가적인 첨가 없이 지속된다.

RGD 트리펩티드 (mw.614.6, Santa Cruz BioTechnology Cat No: sc-201176) 는 약 0.1 mM 내지 약 20 mM 의 농도로 배양 배지 또는 사전-유입 인큐베이션 배지에 존재할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, RGD 트리펩티드는 약 0.1, 0.5, 0.7, 1.0, 3.0, 5.0 6.0, 8.0, 10.0 밀리몰, 또는 그 범위 내의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다. 사이토칼라신 B 는 약 0.01 마이크로몰 내지 약 50 마이크로몰, 또는 약 0.01, 0.05, 0.1, 2, 4, 6, 8, 10, 20, 30, 50 마이크로몰, 또는 범위 내의 임의의 값의 농도로 사전-유입 인큐베이션 배지에 존재할 수도 있다. DNase 1 은 약 0.001 U/마이크로리터 내지 약 10 U/마이크로리터, 또는 약 0.001, 0.005, 0.01, 0.05, 1.0, 5.0, 10 U/마이크로리터, 또는 그 범위 내의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 단일의 시약은, 세포들이 미세유체 디바이스에서 배양되기 전에 또는 후에 부착을 감소시키는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, RGD 트리펩티드는 사전-인큐베이션 동안 5 mg/ml 의 농도로 사용될 수도 있고, 또는 유출 전에 미세유체 디바이스 내에서 처리로서 유동될 수도 있다.

사용될 수도 있는 다른 억제제는 테트라펩티드 파이브로넥틴 억제제 (Arg-Gly-Asp-Ser-OH, mw. 433.4, Santa Cruz BioTechnology Cat No: sc-202156)) 이다. 피브로넥틴 억제제는 약 1.75 마이크로그램/ml (4 마이크로 몰) 의 농도로 사용될 수도 있다.

부착을 감소시키거나 또는 방지하기위한 단백질 또는 소분자 시약들의 사용과 유사하게, 세포 외 부착 관련 단백질들에 대한 항체들은 미세유체 디바이스 내에서의 유출 및 이동성을 이행하는데 사용될 수도 있다. 하나의 비 제한의 예는 항-B1 인테그린: 클론 M-106.(Santa Cruz BioTechnology Cat No: sc-8978) 이다.

절개 가능 모이어티를 함유하는 컨디셔닝된 표면. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 컨디셔닝된 표면의 공유 결합으로 또는 비-공유 결합으로 연결된 분자들 내에 통합된 절개 가능 모이어티들을 가질 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은 상기와 같은 기능을 갖는 RGD 와 같은 펩티트 모티프를 포함할 수도 있고, 또는 이것은 세포 성장을 촉진하거나 또는 세포 증식을 위해 접촉 큐들을 제공하는 다른 펩티드 모티프를 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 세포들에 대한 비-특정 지지부를 제공하고, 미세유체 디바이스의 규소 또는 알루미늄 산화물 표면들로부터 세포들을 단순히 완충시키도록 작용할 수도 있다. 세포 배양의 주기가 완료된 후에, 미세유체 디바이스의 성장 챔버 내에서 증식된 세포 집단의 유출을 촉진하기 위해 컨디셔닝된 표면을 분열시키는 것이 바람직할 수도 있다. 이것은, 세포들이 부착 거동을 발휘할 때 유용할 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은, 관심 세포들에 의해 많이 분비되지 않는 프로테아제에 대한 기질들인 다른 펩티드 모티프들을 통합함으로써 분열, 부분적으로 또는 완전히 제거될 수도 있다. 하나의 비-제한적 예에서, ENLYQS (Glu-Asn-Leu-Tyr-Gln-Ser) 의 펩티드 모티프는 컨디셔닝된 표면에 사전-설계된 인터벌로 통합될 수도 있다. 이 모티프는, 매우 시퀀스 특정적이고, 따라서 매우 제어된 절개에 유용한 TEV 프로테아제 (담배 식각 바이러스 시스테인 프로테아제, Sigma Aldrich catalog no. T4455) 에 대한 기질이다. 배양 주기가 완료된 후에, TEV 프로테아제는 미세유체 디바이스로 유동되고 성장 챔버들의 고립 영역 내로 확산하도록 허용될 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은 그 후, 분열되어 미세유체 디바이스 내에서 세포들의 유출을 용이하게 한다. 따라서, 다양한 다른 단백질 분해 모티프들이 설계되고 컨디셔닝된 표면에 통합되어, 당업자가 고안할 수 있는 바와 같이 적합하게 특정한 프로테아제에 의해 절개될 수도 있다.

유체 매질. 채널 및 하나 이상의 성장 챔버들을 갖는 미세유체 디바이스들에 관한 상기의 논의와 관련하여, 유체 매질 (예를 들어, 제 1 매질 및/또는 제 2 매질) 은 실질적으로 생존 가능 상태로 세포를 유지할 수 있는 임의의 유체일 수 있다. 생존 가능 상태는 수행되는 배양 실험 및 생물학적 마이크로-객체에 의존할 것이다.

제 1 및/또는 제 2 유체 매질은 세포 생존성에 필요한 유체 및 용해된 기체 성분들 양자 모두를 제공할 수도 있고, 또한 완충된 유체 매질 또는 pH 모니터링 또는 양자 모두를 사용하여 원하는 범위에서 pH 를 유지할 수도 있다.

세포가 포유류 세포인 경우, 제 1 유체 매질 및/또는 제 2 유체 매질은 필수 영양소들, 호르몬들, 성장 인자들 또는 세포 성장 신호들을 제공 할 수있는 당해 분야에 알려져 있는 정의된 무 혈청 배지 또는 포유류 혈청을 포함할 수도 있다. 상기 컨디셔닝된 표면과 유사하게, 제 1 유체 매질 및/또는 제 2 유체 매질은 소태아 혈청 (FBS) 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 를 포함할 수도 있다. 대안으로, 제 1 유체 매질 및/또는 제 2 유체 매질은 임의의 동물 유래 혈청을 포함하지 않을 수도 있지만, 생리학적으로 관련된 금속 이온들 (나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 및/또는 아연을 포함하지만 이에 제한되지는 않음), 항산화제들, 계면활성제들 및/또는 필수 영양소들 중 어느 하나 또는 모두를 포함할 수도 있는 정의된 매질을 포함할 수도 있다. 정의된 매질은 무 혈청일 수도 있지만, 일부 단백질들을 여전히 함유하고, 여기서 단백질들은 정의된 양 및 유형이다. 무 혈청 배지에서의 성분들의 비-제한의 예시적인 리스트는 B7, 알파-토코페롤, 알파-토코페롤 아세테이트, 비타민 A 및 그 아세테이트와 같은 비타민; BSA, 카탈라아제, 인슐린, 트랜스페린, 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제와 같은 단백질; 코르티코스테론, D-갈락토오스, 에탄올아민 염산염, 환원된 글루타티온, L-카르니틴 하이드로 클로라이드, 리놀레산, 리놀렌산, 프로게스테론, 퓨트레신 디하이드로 클로라이드 및 트리요오드-티로닌과 같은 소분자들; 및 아셀렌산 나트륨, 인산 나트륨, 인산 칼륨, 인산 칼슘 및/또는 인산 마그네슘을 포함하지만 이에 제한되지 않는 염들을 포함한다. 유체 매질은 컨디셔닝된 표면에 대해 전술된 항산화제들 중 어느 하나를 함유할 수도 있다.

유체 매질은 0.22 마이크론 필터 유닛 (VWR, Cat. No. 73520-986) 을 통해 살균 필터링될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 적합한 배양 배지는 둘베코 (Dulbecco) 의 개질된 독수리의 배지 (ThermoFisher Scientific, Cat#11960-051); FreeStyle™ 배지 (Invitrogen, ThermoFisher Scientific, Cat.No.11960-051); RPMI-1640 (GIBCO®, ThermoFisher Scientific, Cat. No. 11875-127); 하이브리도마-SFM (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 12045-076); 배지 E (Stem Cell, Cat. No. 3805); 1X CD CHO 배지 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 10743-011); 이스코브의 개질된 둘베코의 (Iscove's Modified Dulbecco's) 배지 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 12440-061); 또는 CD DG44 배지 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 10743-011) 중 어느 하나를 포함하거나 또는 이들로 완전히 구성될 수도 있다.

배양 배지는 부가적으로, 소태아 혈청 (FBS, GIBCO®, ThermoFisher Scientific 으로부터 이용 가능함), 열 비활성화 소태아 혈청; 또는 태아 송아지 혈청 (FCS, Sigma-Aldrich Cat Nos. F2442, F6176, F4135 및 다른 것들) 을 포함할 수도 있다. FBS 는 약 1 % 내지 약 20 % v/v; 약 1 % 내지 약 15 % v/v, 약 1 % 내지 약 10 % v/v, 또는 약 1 % 내지 약 5 % v/v, 또는 임의의 범위들 내의 임의의 수의 농도로 존재할 수도 있다. 배양 배지는 부가적으로, 인간 AB 혈청 (Sigma-Aldrich, Cat. No. S2146) 를 포함할 수도 있고, 약 1 % 내지 약 20 % v/v; 약 1 % 내지 약 15 % v/v, 약 1 % 내지 약 10 % v/v, 또는 약 1 % 내지 약 5 % v/v, 또는 임의의 범위들 내의 임의의 수의 농도로 존재할 수도 있다.

배양 배지는 부가적으로, 페니실린 스트렙토마이신 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 15140-163) 을 포함할 수도 있다. 펜-연쇄상 구균 (pen-strep) 은 약 0.01 % 내지 약 10 % v/v; 약 0.1 % 내지 약 10 % v/v; 약 0.01 % 내지 약 5 % v/v; 약 0.1 % 내지 약 5 % v/v; 약 0.1 % 내지 약 3 % v/v; 약 0.1 % 내지 약 2 % v/v; 약 0.1 % 내지 약 1 % v/v; 또는 임의의 범위들 내의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 배양 배지는 게네티신 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 101310-035) 을 포함할 수도 있다. 게네티신은 약 0.5 마이크로그램/ml; 약 1.0 마이크로그램/ml; 약 5.0 마이크로그램/ml; 약 10.0 마이크로그램/ml; 약 15 마이크로그램/ml; 약 20 마이크로그램/ml; 약 30 마이크로그램/ml; 약 50 마이크로그램/ml; 약 70 마이크로그램/ml; 약 100 마이크로그램/ml; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다.

배양 배지는 완충제를 포함할 수도 있다. 완충제는 Good 의 완충제들 중 하나일 수도 있다. 완충제는 4-(2-히드록시에틸)-1-피페라진에탄술폰산 (HEPES) (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 15630-080) 일 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 완충제는 약 1 밀리몰; 약 3 밀리몰; 약 5 밀리몰; 약 7 밀리몰; 약 9 밀리몰; 약 10 밀리몰; 약 12 밀리몰; 약 15 밀리몰; 약 20 밀리몰; 약 40 밀리몰; 약 60 밀리몰; 약 100 밀리몰; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값들의 농도로 존재할 수도 있다.

배양 배지는 부가적으로, 글루타민에 대한 디펩티드 치환제, GlutaMAX™ (GIBCO® Thermo Fisher Scientific, Cat No.35050-079) 를 포함할 수도 있다. 글루타민에 대한 치환제는 약 0.2 밀리몰; 약 0.5 밀리몰; 약 0.7 밀리몰; 약 1.0 밀리몰; 약 1.2 밀리몰; 약 1.5 밀리몰; 약 1.7 밀리몰; 약 2.0 밀리몰; 약 2.5 밀리몰; 약 3.0 밀리몰; 약 4.0 밀리몰; 약 7.0 밀리몰, 또는 약 10.0 밀리몰; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값들의 농도로 존재할 수도 있다. 배양 배지는 MEM 비-필수 아미노산 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 10370-088) 을 포함할 수도 있다. MEM 비-필수 아미노산은 약 0.2 밀리몰; 약 0.5 밀리몰; 약 0.7 밀리몰; 약 1.0 밀리몰; 약 1.2 밀리몰; 약 1.5 밀리몰; 약 1.7 밀리몰; 약 2.0 밀리몰; 약 2.5 밀리몰; 약 3.0 밀리몰; 약 4.0 밀리몰; 약 7.0 밀리몰, 또는 약 10.0 밀리몰; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값들의 농도로 존재할 수도 있다.

배양 배지는 부가적으로, 글루코스 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 15023-021) 를 포함할 수도 있다. 글루코스는 약 0.1 g/L; 약 0.1 g/L; 약 0.1 g/L; 약 0.3 g/L; 약 0.5 g/L; 약 0.8 g/L; 약 1.0 g/L; 약 1.5 g/L; 약 2.0 g/L; 약 2.5 g/L; 약 3.0 g/L; 약 3.5 g/L; 약 4.0 g/L; 약 5.0 g/L; 약 7.0 g/L; 약 10.0 g/L; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값들의 농도로 존재할 수도 있다.

배양 배지는 부가적으로, 메르캅토에탄올 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 31350-010) 을 포함할 수도 있다. 메르캅토에탄올은 약 0.001% 내지 약 1.5% v/v; 약 0.005% 내지 약 1.0% v/v; 약 0.01% 내지 약 1.0% v/v; 약 0.15% 내지 약 1.0% v/v; 약 0.2% 내지 약 1% v/v; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값들의 농도로 존재할 수도 있다.

배양 배지는 옥살로아세테이트, 피루베이트 및 인슐린을 포함하는 OPI 배양 배지 첨가제 (Sigma-Aldrich, Cat. No. O-5003) 를 포함할 수도 있다. OPI 배양 배지 첨가제는 약 0.001% 내지 약 1.5% v/v; 약 0.005% 내지 약 1.0% v/v; 약 0.01% 내지 약 1.0% v/v; 약 0.15% 내지 약 1.0% v/v; 약 0.2% 내지 약 1% v/v; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다. 배양 배지는 혈청이 없는 B-27 보충제 (50X) (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 17504-163) 를 함유할 수도 있다. B-27 보충제는 약 0.01% 내지 약 10.5% v/v; 약 0.05% 내지 약 5.0% v/v; 약 0.1% 내지 약 5.0% v/v; 약 0.5% 내지 약 5% v/v; 또는 이들 범위들에서의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다.

본원에 설명된 바와 같이, 배양 배지 또는 배양 배지용 첨가제는 컨디셔닝된 표면을 생산하는데 유용한 하나 이상의 Pluronic® 폴리머들을 포함할 수도 있고, Pluronic® L44, L64, P85, F68 및 (F127NF 을 포함하는) F127 을 포함할 수도 있다. Pluronic® 폴리머는 약 0.001% v/v 내지 약 10% v/v; 약 0.01% v/v 내지 약 5% v/v; 약 0.01% v/v 내지 약 1% v/v, 또는 약 0.05% 내지 약 1% v/v 의 농도로 배양 배지에 존재할 수도 있다. 키트로서 제공될 수도 있는 배양 배지 첨가제에 대해, 농도는 최종 배양 배지 농도의 1X, 5X, 10X, 100X 또는 약 100X 일 수도 있다.

배양 배지는 IL 6 (Sigma-Aldrich, Cat. No. SRP3096-20UG) 을 포함할 수도 있다. IL 6 은 약 1 nM; 약 5 nM, 약 10 nM, 약 15 nM, 약 20 nM, 약 25 nM, 약 30 nM, 약 40 nM, 약 50 nM 또는 이들 범위들에서의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다.

배양 배지는 부가적으로, 나트륨 피루빈산염 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 11360-070) 을 포함할 수도 있다. 글루타민에 대한 치환제는 약 0.1 밀리몰; 약 0.02 밀리몰; 약 0.04 밀리몰; 약 0.06 밀리몰; 약 0.08 밀리몰; 약 0.1 밀리몰; 약 0.5 밀리몰; 약 0.7 밀리몰; 약 1.0 밀리몰; 약 1.2 밀리몰; 약 1.5 밀리몰; 약 1.7 밀리몰; 약 2.0 밀리몰; 약 2.5 밀리몰; 약 3.0 밀리몰; 약 4.0 밀리몰; 약 7.0 밀리몰, 또는 10.0 밀리몰, 또는 이들 범위들에서의 임의의 값의 농도로 존재할 수도 있다.

기체 환경. 시스템은 산소 및 이산화탄소를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 세포 생존성을 위해 필요한 기체들의 혼합물을 제공한다. 양자 모두의 기체들은 유체 매질에 용해되고, 세포들에 의해 사용될 수도 있고, 따라서 성장 챔버의 고립 영역에서 유체 매질의 기체 함량을 시간에 따라 변화시킬 수도 있다. 특히, 이산화탄소 함량은 시간에 따라 변할 수 있고, 이것은 미세유체 디바이스에서 유체 매질의 pH 에 영향을 준다. 일부 실험적 조건들에서, 비-선택적 산소 부분압이 사용될 수도 있다.

온도 제어. 일부 실시형태들에서, 성장 챔버(들) 및/또는 흐름 영역(들) 의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면의 온도를 제어함으로써 컨디셔닝된다. 시스템은 미세유체 디바이스의 흐름 영역들 및/또는 성장 챔버들의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면의 온도를 제어 및 조절할 수 있는 컴포넌트를 포함할 수도 있다. 시스템은 펠티어 가열, 저항 가열, 또는 미세유체 디바이스에 온도 조절을 제공하기 위한 임의의 다른 적합한 방법을 포함할 수도 있다. 시스템은 또한, 열 입력을 미리결정된 범위로 제어하도록 센서들 및/또는 피드백 컴포넌트들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 약 25 ℃, 26 ℃, 27 ℃, 28 ℃, 29 ℃, 30 ℃, 31 ℃, 32 ℃, 33 ℃, 34 ℃, 35 ℃, 36 ℃, 37 ℃, 38 ℃, 39 ℃ 또는 약 40 ℃ 의 온도를 갖고, 그 온도에서 안정적이다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 표면은 약 25 ℃ 보다 큰 온도를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 표면은 약 30 ℃ -40 ℃; 약 35 ℃ 내지 약 38 ℃; 또는 약 36 ℃ 내지 약 37 ℃ 의 범위에서의 온도를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 약 30 ℃ 의 온도를 갖는다.

인큐베이션 동안 관류를 제공하는 흐름 제어기. 흐름 제어기는 성장 챔버들 내의 세포들에 영양분들을 제공하고 성장 챔버들로부터 멀리 노폐물을 운반하기 위해 인큐베이션 주기 동안, 전술된 바와 같이, 흐름 영역에서 제 1 유체 매질을 관류시킬 수도 있고, 여기서 영양분들의 교환 및 노폐물의 제거는 확산을 통해 실질적으로 발생한다. 제어기는 미세유체 디바이스로부터 별개의 컴포넌트일 수도 있거나 또는 미세유체 디바이스의 부분으로서 통합될 수도 있다. 흐름 제어기는 흐름 영역에서 불-연속적으로 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 흐름 제어기는 주기적 방식, 또는 불규칙적 방식으로 매질(들)을 관류시키도록 구성될 수도 있다.

일부 다른 실시형태들에서, 제어기는 약 4 시간, 3 시간, 2 시간, 60 분, 57 분, 55 분, 53 분, 50 분, 47 분, 43 분, 40 분, 37 분, 35 분, 33 분, 30 분, 27 분, 25 분, 23 분, 20 분, 17 분, 15 분, 13 분, 10 분, 7 분 또는 5 분마다 한 번 흐름 영역에서 유체 매질(들)을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기는 약 5 분마다 내지 약 20 분마다 한 번 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기는 약 15 분마다 내지 약 45 분마다 한 번 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 제어기는 30 분 마다 내지 약 60 분마다 한 번 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기는 45 분마다 내지 약 90 분마다 한 번 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 제어기는 60 분마다 내지 약 120 분마다 한 번 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 대안으로, 제어기는 2 시간마다 내지 6 시간마다 한 번 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 제어기 (226) 는 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 또는 70 초일 수도 있는 기간 동안 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기는 약 1 분, 1.2 분, 1.4 분, 1.5 분, 1.6 분, 1.8 분, 2.0 분, 2.2 분, 2.4 분, 2.5 분, 2.6 분, 2.8 분, 3.0 분, 3.2 분, 3.4 분, 3.5 분, 3.6 분, 3.8 분, 또는 4.0 분 동안 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 제어기는 약 5 초 내지 약 4 분, 약 10 초 내지 약 3.5 분, 약 15 초 내지 약 3 분, 약 15 초 내지 약 2 분, 약 25 초 내지 약 90 초 약 30 초 내지 약 75 초, 약 40 초 내지 약 2.0 분, 약 60 초 내지 약 2.5 분, 약 90 초 내지 약 3.0 분, 또는 1.8 분 내지 약 4 분 동안 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다.

흐름 제어기 (미도시) 는 성장 챔버들의 고립 영역으로부터 흐름 채널로 컴포넌트들의 확산의 평균 속도보다 더 큰 속도로 흐름 영역에서 제 1 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 흐름 영역에서 유체 흐름의 속도는 약 0.009, 0.01, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 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, 1.7, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 또는 9.0 마이크로리터/초 일 수도 있고, 이들 중 어느 하나는 성장 챔버의 접속 영역을 스윕할 (그러나 성장 챔버(들)의 고립 영역을 스윕하지 않을) 속도율이다. 제어기는, 유체 매질 속도의 스위핑 속도가 아닌 제 1 유체 매질의 속도, 즉 최대, 흐름 영역에서의 제 1 유체 매질과 성장 챔버에서의 제 2 유체 매질 간의 성분들의 이동을 확산에 제한하고 과도한 압력으로 인한 미세유체 디바이스의 파열을 방지하는 미세유체 디바이스에 대한 최대 속도, V_max 미만의 임의의 적합한 속도를 제공할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기는 약 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.90, 1.00, 1.10, 1.20, 1.30, 1.40, 1.50, 1.60, 1.70, 1.80, 1.90, 2.00, 2.10, 2.20, 2.30, 2.40, 2.50, 2.60, 2.70, 2.80, 2.90, 또는 3.00 마이크로리터/초에서 흐름 영역을 통해 제 1 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기는 약 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.10, 또는 약 0.11 마이크로리터/초에서 복수의 흐름 영역들 각각을 통해 제 1 유체 매질을 관류시키도록 구성될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 흐름의 속도 및 관류의 지속기간은 적어도 약 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 15, 20, 25, 30, 35, 50, 75, 100, 200, 300, 또는 그 이상의 흐름 채널의 체적들에서 제 1 유체 매질의 총량을 제공한다.

다양한 실시형태들에서, 관류는 도 7 및 도 8 의 방법들에서 도시되고 이하에서 논의되는 바와 같이 가변하는 시간의 지속기간들, 가변하는 흐름 속도들, 및 관류 정지 지속 시간들을 사용하여 달성될 수도 있다.

저장소, 매질 컨디셔닝, 및 도입 컴포넌트들. 시스템은, 미세유체 디바이스의 인렛 포트 (124) 에서 도입될 수도 있고 흐름 제어기에 의해 관류될 수도 있는 유체 매질을 포함하도록 구성된 저장소를 더 포함할 수도 있다. 저장소는 상류 로케이션 (도 5a 내지 도 5e) 에서 본원에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스들 (비제한의 예들은 100, 200, 240, 290 또는 400 을 포함) 중 어느 하나에 유동적으로 접속될 수도 있다. 유체 매질은 원하는 균형의 기체들, 즉 하나의 비 제한적 예에 대해, 배양중인 세포들에 대해 최적화된 성장을 제공하는 5 % 이산화탄소를 함유하는 혼합물을 함유하도록 저장소 내에서 컨디셔닝될 수도 있고, 또한 미세유체 디바이스 내의 pH 를 조절할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 저장소는 미세유체 디바이스의 연구 하에서 세포들과 상이한 세포들의 집단을 더 포함할 수도 있다. 이 세포들의 집단은 미세유체 디바이스 내의 세포들에 의한 성장 및/또는 생존성에 필요한 가용성 시그널링 또는 성장 인자들을 생성하는 피더 세포들일 수도 있다. 이 방식에서, 유체 매질은 미세유체 디바이스로의 도입 전에 최적화된 성장 및/또는 생존성을 위해 컨디셔닝될 수도 있다. 피더 세포 집단을 하우징하기 위해 저장소를 사용하는 것은 미세유체 디바이스에서 배양 중인 세포들 집단의 오염을 방지할 수 있다; 피더 세포들로부터의 가용성 분비물들은 미세유체 디바이스로 전달된 유체 매질 안에 통합될 수도 있지만, 피더 세포들은 유체 매질과 함께 인출되지 않을 수도 있다.

시스템의 저장소, 컨디셔닝 및 도입 컴포넌트의 일 실시형태는 도 5a 에 도시된다. 저장소는 이 실시형태들에서, 미세유체 디바이스 (502) 내에서 컨디셔닝되는 유체 매질 (202)(미도시) 을 함유하는 다른 미세유체 디바이스 (502) 일 수도 있다. 미세유체 디바이스 (502) 는 인클로저 (510) 및 베이스 (512) 를 갖고, 이들 중 적어도 하나는 기체 투과성이다. 미세유체 디바이스 (502) 는 또한, 피더 세포들이 미세유체 디바이스 (500A) 에서 세포(들)의 성장 및/또는 생존성에 필요한 가용성 성장 인자들 또는 다른 세포 시그널링 컴포넌트들을 생성하도록 유지되고 있는 피더 세포들의 집단을 포함할 수도 있다. 저장소 (502) 는 기체 환경의 비-제한의 일 예에 대해 5 % 이산화탄소 기체 환경을 제공하는, 챔버 (516) 내에 하우징될 수도 있다. 저장소 (502) 내의 유체 매질 (202) 은 저장소의 기체 투과성 벽들을 통해 기체 혼합물 (예를 들어, 공기 중의 5 % 이산화탄소) 을 흡수하고, 또한 피더 세포들로부터 가용성 분비물들을 흡수한다. 매질 (202) 은 펌프 (514) 에 의해 기체 불투과성 연결 도관 (506) 을 통해 저장소 (502) 로부터 인렛 포트 (124) 를 통해 미세유체 디바이스 (500A) 안으로 관류되고, 미세유체 디바이스 (500A) 의 흐름 채널 (134) 에서 흐름 (212) 을 형성한다. 이 실시형태들에서, 펌프 연결 도관 (504)(라벨링되지 않음), 트랜스퍼 연결 도관 (506), 베이스 (104) 또는 인클로저 (102) 중 어느 것도 기체 투과성이 아니다. 유체 매질 흐름 (212) 은 미세유체 디바이스 (500A) 의 성장 챔버들을 지나 스윕하고, 흐름 채널 (134) 에서 유체 매질 (202) 로부터 성장 챔버들로의 성분들의 확산을 허용하면서 성장 챔버들 (미도시) 밖으로 유체 매질 (204) 의 노폐물 성분들의 확산을 허용한다. 결국, 소비된 유체 매질 (202') (미도시) 은 유출 연결 도관 (508) 에서의 유출 포트 (124') 를 통해 미세유체 디바이스 (500A) 를 나간다.

다른 실시형태에서, 유체 매질 (202) 은, 도 5b 에 도시된 바와 같이, 펌프 연결 도관 (504) 을 통해 기체 투과성 블록 (519) 을 지나 미세유체 디바이스 (500B) 안으로 트랜스퍼된다. 기체 투과성 블록 (518) 은 인클로저 (102) 의 상부 면 안에 통합되고, 그 일부분을 형성한다. 기체 투과성 블록 (518) 에 의해 형성된 인클로저 (102) 의 상부 면의 일부분은 미세유체 디바이스 (500B) 의 성장 챔버들의 상류에 있을 수도 있다. 미세유체 디바이스 (500B) 는, 미세유체 디바이스 (500B) 에서 유체 매질로 교환되는 기체 환경 (예를 들어, 5% 이산화탄소) 을 제공하는 챔버 (516) 내에 하우징된다. 챔버 (516) 는 부가적으로, 온도 및/또는 습도를 위해 미세유체 디바이스 (500B) 에 컨디셔닝을 제공할 수도 있다. 펌프 연결 도관 (504), 인클로저 (102) 또는 베이스 (104) 중 어느 것도 기체 투과성이 아니며, 기체 투과성 블록 (518) 을 통한 교환은 미세유체 디바이스 (500B) 에 "폐 (lung)들" 로서 작용하여 미세유체 디바이스 (500B) 내의 매질을 적절히 컨디셔닝할 수도 있다. 이 실시형태에서, 유체 매질 (202) 은 펌프 (514) 안으로 로딩하기 전에 다른 컴포넌트에서 추가적으로 컨디셔닝될 수도 있고, 따라서 또한 예를 들어, 피더 세포 배양물로부터 분비된 물질들을 함유할 수도 있다.

다른 실시형태에서, 기체 투과성 블록은, 도 5c 에 도시된 바와 같이 기체 투과성 섹션 (518') 을 형성하는, 미세유체 디바이스 (500C) 의 인클로저 (102) 의 상부 면에 일체형이다. 유체 매질은 도 5b 의 실시형태에 대해 위에서 논의된 바와 같이 컨디셔닝 및 도입될 수도 있고, 피더 세포 집단으로부터 분비된 물질들을 더 포함할 수도 있다. 미세유체 디바이스 (500C) 는 기체 환경, 예를 들어 공기 중의 5% 이산화탄소를 함유하는 챔버 (516) 에 하우징될 수도 있다. 기체 환경은, 인클로저 (102) 의 상부 면에서 하나의 섹션 또는 복수의 섹션들일 수 있는, 기체 투과성 섹션 (518') 을 가로질러 교환할 수도 있다. 챔버 (516) 는 적절한 온도 및 습도를 위해 디바이스 (500C) 를 추가로 컨디셔닝할 수도 있다. 이 실시형태에서, 펌프 연결 도관 (504), (기체 투과성 블록 (518') 외에) 인클로저 (102) 및 베이스 (104) 는 기체 불투과성일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 기체 투과성 섹션 (518') 은 미세유체 디바이스 (500C) 의 성장 챔버 위에 위치된다. 다른 실시형태에서, 적어도 하나의 투과성 섹션 (518') 은 미세유체 디바이스 (500C) 의 흐름 영역 (134) 위에 위치된다. 또 다른 실시형태들에서, 기체 투과성 섹션들 (518') 은 적어도 하나의 성장 챔버 및 적어도 하나의 흐름 영역 (134) 양자 모두의 위에 위치될 수도 있다.

추가의 실시형태에서, 기체 투과성 튜빙 (504') 은 도 5d 에 도시 된 바와 같이 미세유체 디바이스 (500D) 로의 매질의 도입 전에 유체 매질을 컨디셔닝 (예를 들어, 평형화) 하는데 사용될 수도 있다. 기체 투과성 튜빙 (504') 의 길이는, 비-제한의 예에서 공기 중의 5 % 이산화탄소와 같은 기체 환경을 포함할 수도 있는, 인클로저 (516) 내에서 효과적인 기체 교환 및 평형을 허용하기에 충분한 표면적을 제공하도록 선택될 수도 있다. 516 의 환경은 온도 및/또는 습도를 위해 기체 투과성 펌프 연결 도관 (504') 내에서 매질을 추가로 컨디셔닝할 수도 있다. 기체 투과성 연결 도관들에 대해 사용될 수 있는 기체 투과성 재료의 하나의 비-제한 예는 Tef10n® AF 이다. 유체 매질은 피더 세포 집단과의 접촉에 의해 펌프 컴포넌트 (514) 로의 도입 전에 컨디셔닝될 수도 있고, 결과적으로 미세유체 디바이스 (500D) 에서 배양 중인 세포(들)의 성장 및/또는 생존성을 최적화할 수도 있는 분비된 물질들을 함유할 수도 있다. 피더 세포 집단과의 사전 컨디셔닝은 챔버 (516) 내에서 발생할 수도 있거나 또는 온도, 습도, pH 및/또는 기체 환경 중 임의의 것에 대한 그 자체 환경 제어를 갖는 다른 배양 컴포넌트에서 수행될 수도 있다. 이 실시형태에서, 미세유체 디바이스 (500D) 의 인클로저 (102) 및 베이스 (104) 는 기체 불투과성일 수 있다.

저장소, 시스템의 매질 컨디셔닝 및 도입 컴포넌트들의 또 다른 실시형태에서, 매질은 도 5e 에 도시된 바와 같이, 적합한 기체 환경 하에 배치될 수 있는 저장소 (502') 에서 컨디셔닝될 수도 있다. 저장소 (502') 는 배양 컴포넌트의 임의의 특정 유형 또는 미세유체 디바이스일 필요는 없다. 저장소 (502') 는 기체 환경 소스 (524) 로부터 연결 피드 (526) 를 제공함으로써, 예를 들어 공기 중의 5 % 이산화탄소와 같은 적합한 기체 환경 하에 배치된다. 저장소 (502') 내의 유체 매질은 소스 (524) 로부터 제공된 기체 환경과의 기체 교환을 갖고, 이에 의해 컨디셔닝된다. 저장소 (502') 내의 유체 매질은 또한, 미세유체 디바이스 (500E) 에서 배양 중인 세포들의 성장 및/또는 생존성을 최적화할 수도 있는 분비된 물질들을 제공하도록 피더 세포들의 배양물을 포함할 수도 있다. 컨디셔닝된 유체 매질은, 펌프 (514) 상에서 밸브 (520) 에 접속하는 트랜스퍼 연결 도관 (522) 을 통해 저장소 (502') 로부터 트랜스퍼될 수도 있고, 연결 도관 (504) 을 통해 미세유체 디바이스 (500E) 의 채널 (134) 안으로 펌프 (514) 에 의해 주입될 수도 있다. 미세유체 디바이스 (500E) 안으로 주입된 유체 매질은 유체 흐름 (212) 을 형성한다. 흐름 채널 (134) 을 횡단한 후에, 소비된 유체 매질 (202') 은 유출 도관 (508) 을 통해 미세유체 디바이스 (500E) 를 나간다. 이 실시형태에서, 트랜스퍼 연결 도관 (522), 연결 도관 (504), 밸브 (520), 펌프 (514), 인클로저 (102), 및 베이스 (104) 는 모두 기체 불투과성일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 소스 (524) 를 저장소 (502') 에 연결하는, 연결 도관 (526) 은 실질적으로 기체 불투과성일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결 도관 (526) 은 실질적으로 기체 불투과성일 필요는 없지만, 비교적 기체 불투과성일 수도 있다.

도 5e 에 도시된 시스템의 일부 실시형태들에서, 기체 (미도시) 는 연속적으로 유동하거나 펄싱, 예를 들어 공기 중의 5% 이산화탄소일 수도 있는 소스 (524) 로부터 유입되어 주기적으로 치환될 수도 있다 (미도시). 다른 실시형태들에서, 소스 (524) 로부터 유입된 기체는 100% 이산화탄소일 수도 있다. 100% 이산화탄소 기체가 사용되는 경우, 작은 양의 이산화탄소 기체는 저장소 (502') 의 헤드공간 (미도시) 안으로 주입되어, 5% 이산화탄소 혼합물에서 헤드공간을 유지할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 기체가 저장소 (502') 의 헤드공간 안으로 주입되는 경우, 저장소 (502') 는 헤드공간 (미도시) 에 이미 존재하는 다른 기체 성분들 (미도시) 과 주입된 기체를 혼합하도록 팬 (미도시) 을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 기체의 유입이 펄싱되는 경우, 미세유체 디바이스 (500E) 의 리드 (102) 는 그 안에 통합 또는 부착된 이산화탄소 센서 (미도시) 를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 100% 이산화탄소 기체가 소스 (524) 로부터 유입되어, 상용 가능한 공기 중의 5% 이산화탄소 기체 혼합물들의 사용과 비교하여 비용을 절약할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 100% 이산화탄소 기체는 소스 (524) 안으로 도입되고, 공기와 혼합되어 그 안에 5% 이산화탄소 혼합물을 준비할 수도 있다.

상기 실시형태들 중 어느 하나에서, 챔버 (516) 는, 챔버의 기체 환경이 미세유체 디바이스 및/또는 저장소에서 유체 매질의 오스몰농도 (osmolality) 를 변화시키기 않도록 또한 가습될 수도 있다.

다른 실시형태에서, 성장 챔버들에서 배양되고 있는 세포들에 적절한 기체 교환을 제공하기 위한 대안의 접근은 미세유체 디바이스 (미도시) 의 흐름 영역을 통해 기체 흐름을 제공할 수도 있다. 적합한 기체 (예를 들어, 5% 이산화탄소) 는 흐름 채널을 통해 직접적으로 펌핑 또는 펄싱될 수도 있다. 성장 챔버들의 고립 영역들이 대부분 스윕되지 않은 체적들이도록 설계되기 때문에, 그 안에 위치된 세포들은 흐름 채널 (스윕된 영역) 을 통해 이동하는 공기 또는 버블들에 의해 방해받지 않는다. 이것은, 확산 거리가 예를 들어 50mL 원추형 튜브 내에서의 확산 거리와 비교하여 매우 작기 때문에 흐름 채널 내의 기체와 성장 챔버들 안의 유체 매질 사이에서 매우 빠른 기체 교환을 제공할 것이다. 기체는 그 후, 임의의 선택된 양의 시간 후에 유체 매질에 의해 치환될 수도 있다. 기체 흐름은, 유체 매질의 pH 에 대한 효과를 또한 갖는, 안정적인 농도에서 용해된 기체 컴포넌트들을 유지하도록 임의의 원하는 빈도수로 반복될 수 있다. 대안으로, 최적 미만의 기체 조성 또는 반복은 세포의 환경을 교란시키는데 사용될 수도 있다.

요약하면, 본원에 설명된 미세유체 디바이스들의 성장 챔버들 내의 세포 (들)에 컨디셔닝된 매질을 제공하는데 사용될 수도 있는 다양한 컴포넌트들 및 구성들이 존재한다. 미세유체 디바이스들 (100, 200, 240, 290 또는 400) 중 어느 하나는 도 5a 내지 도 5e 의 실시형태들 중 어느 하나와 사용될 수도 있다. 시스템들 및 키트들은 미세유체 디바이스의 인렛들 및/또는 아웃렛들에 접속하도록 구성된 연결 도관들을 포함할 수도 있다. 연결 도관들은 또한, 저장소들 및/또는 펌프 컴포넌트들에 접속하도록 구성될 수도 있다.

따라서, 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 제 1 영역; 및 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 포함하는, 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위한 미세유체 디바이스가 제공되고, 여기서 적어도 하나의 성장 챔버는 고립 영역 및 접속 영역을 포함하고, 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 미세유체의 고립 영역은 제 2 유체 매질을 포함하도록 구성될 수도 있다. 흐름 영역 및 적어도 하나의 성장 챔버가 제 1 및 제 2 유체 매질로 각각 실질적으로 채워지는 경우, 그 다음에 제 2 유체 매질의 성분들은 제 1 유체 매질 안으로 확산할 수도 있고/있거나 제 1 유체 매질의 성분들은 제 2 유체 매질 안으로 확산할 수도 있으며; 제 1 매질은 고립 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않는다. 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스 내의 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 지원하도록 컨디셔닝될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면의 모이어티는 미세유체 디바이스 내의 생물학적 세포들의 이동성을 지원하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 핵산 모이어티들, 또는 포스폰산 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머는 덱스트란일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 아미노산 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다.

대안으로, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들을 포함할 수도 있다. 포유류 혈청의 성분들은 배양 배지에 대한 보충제들일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 일 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 아미노산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들은 10 개보다 많은 탄소들의 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스의 표면에 공유 결합으로 연결된 연결기를 포함할 수도 있고, 연결기는 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 실록시 연결기일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 연결기일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면의 모이어티는 미세유체 디바이스 내의 생물학적 세포들의 이동성을 지원하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 연결될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 연결자를 통해, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 연결자는 트리아졸일렌 모이어티를 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 쌍성이온들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 포스폰산 모이어티들 또는 카르복실산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 음이온들을 포함할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 아미노 또는 구아니딘 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 양이온들을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자들을 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 액틴 필라멘트 형성을 방해하거나, 인테그린 수용체들을 차단하거나, 또는 DNA 오염된 표면들에 대한 세포들의 결합을 감소시킬 수도 있다. 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 사이토칼라신 B, RGD 함유 펩티드, 또는 DNase 1 단백질일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 세포 부착 차단 분자들 중 하나 보다 많은 유형의 조합을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 약 30 ℃ 의 온도로 가열되도록 구성된다. 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 적어도 약 30 ℃ 의 온도에서 안정적이도록 구성될 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 흐름 영역의 적어도 일부를 포함하는 미세유체 채널을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역은 미세유체 채널 안으로 직접적으로 개방될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 성장 챔버의 고립 영역은 약 100 개의 세포들의 범위로의 세포 증식을 지원하기에 충분한 치수들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 1x10² 보다 많지 않은 생물학적 세포들은 적어도 하나의 성장 챔버에서 유지될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버의 체적은 약 2x10⁶ 세제곱 마이크론 이하일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 1x10² 보다 많지 않은 생물학적 세포들은 적어도 하나의 성장 챔버에서 유지될 수도 있고, 적어도 하나의 성장 챔버의 체적은 약 1x10⁷ 세제곱 마이크론 이하일 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 제 1 또는 제 2 유체 매질을 흐름 영역으로 입력하도록 구성된 적어도 하나의 인렛 포트 및 제 1 매질을 그것이 흐름 영역에서 나올 때 수신하도록 구성된 적어도 하나의 아웃렛 포트를 더 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 하나 이상의 생물학적 세포들을 성장 챔버 안으로 도입하거나 또는 하나 이상의 생물학적 세포들을 성장 챔버 밖으로 이동시키도록 구성된 유전영동 (DEP) 구성을 갖는 기판을 더 포함할 수도 있다. DEP 구성은 광학적으로 작동될 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 적어도 하나의 성장 챔버 또는 그 고립 영역 위의 변형 가능한 리드 영역을 더 포함할 수도 있고, 이에 의해 변형 가능한 리드 영역을 눌러 고립 영역으로부터 흐름 영역으로 생물학적 세포를 유출하기에 충분한 힘들 가한다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 리드를 포함할 수도 있고, 여기서 리드의 적어도 일부가 기체 투과성이고 이에 의해 미세유체 디바이스에 위치된 유체 매질에 기체 분자들의 소스를 제공한다. 일부 실시형태들에서, 리드의 기체 투과성 부분은 적어도 하나의 성장 챔버 위에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 리드의 기체 투과성 부분은 흐름 영역 위에 위치될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 적어도 하나의 성장 챔버 또는 그 고립 영역 위의 변형 가능한 리드 영역을 더 포함할 수도 있고, 이에 의해 변형 가능한 리드 영역을 눌러 고립 영역으로부터 흐름 영역으로 생물학적 세포를 유출하기에 충분한 힘을 가한다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 절개 가능 모이어티를 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고, 이에 의해 배양 후에 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진한다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 복수의 성장 챔버들을 포함할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 복수의 생물학적 세포들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 포유류 세포들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 하이브리도마 세포들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 림프구 또는 백혈구 세포들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 B 세포, T 세포, NK 세포, 대식세포, 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 부착 세포들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 성장 챔버 내의 하나 이상의 생물학적 세포들은 단일의 세포일 수도 있고 군체는 생물학적 세포들의 클론성 군체일 수도 있다.

pH 센서. 시스템은 도 6 에 도시된 바와 같이 미세유체 디바이스 (600) 의 적어도 하나의 인렛 포트 (124) 및/또는 적어도 하나의 아웃렛 포트 (124') 에 접속된 적어도 하나의 센서를 더 포함할 수도 있다. 디바이스 (600) 는 대안으로 디바이스들 (100, 200, 240, 290, 400, 또는 500A-E) 중 어느 하나일 수도 있다. 센서는 제 1 유체 매질이 미세유체 디바이스 (600) 로 진입할 때 그것의 pH 를 검출하도록 구성될 수도 있다. 대안으로, 센서는 제 1 유체 매질이 미세유체 디바이스 (600) 를 나갈 때 그것의 pH 를 검출하도록 구성될 수도 있다. 센서는 미세유체 디바이스 안에 통합될 수도 있고, 또는 그것은 미세유체 디바이스의 인렛 포트 (124) 및/또는 아웃렛 포트 (124') 에 부착되거나 또는 이들과 인-라인으로 있을 수 있는 별개의 컴포넌트일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, pH 센서는 광학 센서이다. 전극-기반 장치는 체적이 큰 프로브를 포함하여 작은 (마이크로리터) 양들의 유체들의 pH 의 측정을 어렵거나 불가능하게 만들 수도 있기 때문에, 광학 센서는 전극-기반의 벤치 탑 장치들에 비해 이점을 제공할 수도 있다. 유사하게, 인-라인 통과 용액들은 마이크로전극들의 성질로 인해 매우 긴 설정 시간 (5 내지 15 분) 을 가질 수도 있고, 각각의 사용 전에 과도한 교정 절차들을 요구할 수도 있다. 또한, 전극들은 빠르게 열화될 수 있고, 따라서 더 많은 유지보수를 요구한다.

광학 센서는 조명용 LED 및 가시적인 색 검출을 위한 통합형 비색계 센서를 포함하는 일체형의 무-전극 디바이스일 수도 있다. 비색계 센서는 컬러-감응 포토레지스터일 수도 있다. 비색계 센서는 가시광 파장 영역, 예를 들어 약 390nm 내지 약 700nm 에서 검출할 수도 있다. 페놀 레드와 같지만 이에 제한되지 않는 pH 의존 염료로 염색된 매질은 즉각적이고 비접촉식 광학 신호들을 제공할 수 있다. 이러한 광학 센서를 사용하는 광학적 무-전극 측정 방법은 매질과의 접촉도 또는 사용자 부분에 대한 교정도 요구하지 않는다. 광학 측정은 온도 의존성을 제거하도록 교정될 수 있다. 부가적으로, 광학 센서의 사용은 센서를 오염시키는 위험을 최소화하고, 따라서 유지보수 또는 교체를 감소시킨다. 광원 (LED) 및 컬러 센서의 소형화는 또한, 이것이 매우 작은 체적들의 액체 (<1 마이크로리터) 및 휴대용 또는 핸드-헬드 기기들 안으로의 통합을 테스트할 수 있게 한다. 시스템은 LED 및 포토-트랜지스터 센서에 대한 제어/모니터링 장비 (180) 에 의한 구동 일렉트로닉스를 포함할 수도 있고, pH 의 검출이 pH 가 원하는 범위 밖에 있다는 것을 결정하면 제어 모듈 (172) 에 의한 경보 컴포넌트를 더 제공할 수도 있다. 부가적으로, 컬러 검출의 설정 시간이 빠르기 (서브 초) 때문에, 매질 주변의 기체 환경에서 이산화탄소 함량의 조절을 통해 매질의 pH 를 조절하도록 피드백 루프에 이 센서를 삽입하는 것이 가능할 수도 있다. 대안으로, 제어 모듈 (172) 또는 제어/모니터링 장비 (180) 는 완충제들, 및/또는 산 또는 염기성 매질 성분들의 추가에 의해, pH 를 원하는 범위로 다시 보정하도록 인입되는 유체 매질의 pH 를 조절하기 위한 컴포넌트들을 또한 제공할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 센서 (610) 는, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 인렛 (124) 에 근접한, 유체 매질 인렛 튜빙 (606) 에 접속된다. 튜빙 (606) 은 투명, 실질적으로 투명 또는 반투명일 수도 있다. LED (614) 는 튜빙 (606) 및 튜빙 (606) 내의 얼룩진 유체 매질 (202a') 을 조명한다. 통합된 비색계 센서 (612) 는 인입 유체 매질의 pH 를 모니터링하고; 특정 배양 실험을 위해 pH 가 원하는 범위의 값을 갖는지를 확인하며; pH 가 원하는 범위를 벗어나면 경보기를 울릴 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 센서 (610') 는, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 아웃렛 (124') 에 근접한, 유체 매질 아웃렛 튜빙 (608) 에 접속된다. 튜빙 (608) 은 투명, 실질적으로 투명 또는 반투명일 수도 있다. LED (614') 는 튜빙 (608) 및 튜빙 (606) 내의 얼룩진 유출 유체 매질 (202a") 을 조명한다. 통합된 비색계 센서 (612') 는 인입 유체 매질의 pH 를 모니터링하고; 특정 배양 실험을 위해 pH 가 원하는 범위의 값을 갖는지를 확인하며; pH 가 원하는 범위를 벗어나면 경보기를 울릴 수도 있다.

세포들. 본 발명의 방법들 및 시스템에서 사용할 수 있는 세포는 임의의 유형의 세포일 수도 있다. 예를 들어, 세포는 배아, 난 모세포, 또는 정자, 줄기 세포, 전구 세포, 또는 조직으로부터 분리된 세포, 혈액 세포, 하이브리도마, 배양된 세포, 세포주로부터의 세포, 암 세포, 감염된 세포, 형질감염된 및/또는 형질전환된 세포 주 (중국 햄스터 난소 (CHO) 세포들을 포함하지만 이에 제한되지 않음), 리포터 세포 등일 수도 있다. 세포는 포유류 세포일 수도 있고 또는 세포는 비-포유류일 수도 있다. 세포는 박테리아, 균류, 원생 동물, 또는 기생 종들 (예를 들어, 리슈만마 (Leishmania) 또는 열대열원충 (Plasmodium falciparum)) 으로 감염된 포유류 세포를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 포유류 세포는 인간, 쥐, 돼지 또는 관심 있는 다른 포유류일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 세포는 배양물에서 활성적으로 성장하거나 또는 (예를 들어, 생검 또는 미세 바늘 흡인과 같은 고형 조직 샘플의 분리에 의해) 프레시한 조직 샘플, 혈액, 타액, 소변, 또는 다른 체액으로부터 획득된 세포들의 집단으로부터의 것일 수도 있다. 대안으로, 하나 이상의 생물학적 세포들은 이전에 동결되었던 다른 샘플의 배양물로부터의 것일 수 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 하이브리도마 세포들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 림프구 또는 백혈구 세포들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 세포는 B 세포, T 세포, NK 세포, 수지상 세포, 대식 세포, 또는 다른 면역 세포 유형, 또는 그 전구체, 예컨대 전구 세포 또는 조혈 줄기 세포이다.

다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들은 하나 이상의 부착 세포들이다. 하나 이상의 부착 세포들이 미세유체 디바이스로 도입되는 경우, 계속된 생존성 및/또는 세포 증식을 허용하는 적합한 가용성 또는 불용성 환경 인자들 (예를 들어, 하나 이상의 세포 외 매트릭스 성분들) 을 부착 세포들에 제공하도록 추가적인 컨디셔닝 처리들이 제공될 수도 있다.

실험의 특별한 목표에 따라, 단지 하나의 세포 또는 복수의 세포들이 배양 및/또는 복제를 위해 미세유체 디바이스 안으로 도입될 수도 있다. 하나의 세포 만이 시스템의 성장 챔버로 도입되고 본원에 설명된 방법들에 따라 인큐베이팅되는 경우, 결과의 증식된 집단은 성장 챔버 안으로 원래 도입된 세포의 클론성 군체이다.

방법들. 적어도 하나의 성장 챔버 및 흐름 영역을 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는 시스템에서 적어도 하나의 생물학적 세포를 배양하기 위한 방법이 제공된다. 흐름 영역을 또한 갖는 미세유체 디바이스의 성장 챔버에서 세포 (또는 세포들) 를 배양하는 것은 세포 성장, 생존성 또는 이동성 파라미터들의 제어를 달성하기 위해 선택된 기간에 영양소들, 성장 인자들 또는 다른 세포 시그널링 종들의 특정 도입을 허용할 수 있다. 적어도 하나의 생물학적 세포는 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면을 갖는 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입되고, 여기서 컨디셔닝된 표면은 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원한다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스 내의 세포 이동성을 지원한다. 일부 실시형태들에서, 이동성은 미세유체 디바이스에 세포들의 부착을 방지하는 것을 포함한다. 다른 실시형태들에서, 이동성은 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하는 컨디셔닝된 표면을 부착 세포들에 제공하면서, 또한 미세유체 디바이스 내에서 배양의 주기 후에 세포들이 이동되는 것을 허용하는 것을 포함한다. 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 본원에 설명된 바와 같이 임의의 컨디셔닝된 표면일 수도 있다. 적어도 하나의 생물학적 세포의 도입은 본원에 설명된 바와 같이, 다수의 상이한 동기 힘들을 사용하여 달성될 수도 있고, 이들 중 일부는 미세유체 디바이스 상의 특정 로케이션 안에, 예를 들어 미리선택된 성장 챔버 안에 특정의 생물학적 세포를 배치하는데 있어서 정확한 제어를 허용할 수도 있다. 본원에 설명된 방법에 의해 가능하게 된 세포 치환/제거 및 영양소/시그널링/환경 자극의 정확한 제어는 거시적인 배양 또는 다른 미세유체 배양 방법들로 달성하기가 어렵거나 또는 불가능하다.

배치 후에, 적어도 하나의 생물학적 세포는 그 후, 생물학적 세포들의 군체를 생성하도록 적어도 하나의 생물학적 세포를 증식하기에 적어도 충분히 긴 기간 동안 인큐베이팅된다. 생물학적 세포들이 별개의 성장 챔버들 안으로 도입되는 경우, 결과의 증식된 군체들은 생물학적 세포들의 분리 가능한 그룹들로서 추가의 사용을 위해 정확하게 식별될 수 있다. 단지 하나의 생물학적 세포가 성장 챔버로 도입되고 증식하도록 허용되는 경우, 결과의 군체는 생물학적 세포들의 클론성 집단이다. 전술된 바와 같은 세포들을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 임의의 적합한 세포가 방법들에서 사용될 수도 있다.

미세유체 디바이스는 본원에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스들 (100, 300, 400, 500A-E, 또는 600) 중 어느 하나일 수도 있고, 미세유체 디바이스는 본원에 설명된 바와 같은 컴포넌트들 중 어느 하나를 갖는 시스템의 부분일 수도 있다. 적어도 하나의 성장 챔버는 복수의 성장 챔버들을 포함할 수도 있고, 본원에 논의된 바와 같은 임의의 적합한 수의 성장 챔버들이 사용될 수도 있다. 방법들의 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 약 500 내지 1500 개의 성장 챔버들, 약 1000 내지 약 2000 개의 성장 챔버들, 약 1000 내지 약 3500 개의 성장 챔버들, 약 2000 내지 약 5000 개의 성장 챔버들, 약 3000 내지 약 7000 개의 성장 챔버들, 약 5000 내지 약 10000 개의 성장 챔버들, 약 7500 내지 약 15000 개의 성장 챔버들, 약 10000 내지 약 17500 개의 성장 챔버들, 또는 약 12500 내지 약 20000 개의 성장 챔버들을 가질 수도 있다.

하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하는 방법들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 본원에 설명된 바와 같은 임의의 컨디셔닝된 표면일 수도 있다. 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스에 공유 결합으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 표면에 공유 결합으로 연결된 연결기를 포함할 수도 있고, 연결기는 또한, 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면을 갖는 미세유체 디바이스는 하나 이상의 생물학적 세포들의 유입 전에 제공될 수도 있다.

적어도 하나의 생물학적 세포의 도입. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 적어도 하나의 생물학적 세포를 도입하는 것은 적어도 하나의 생물학적 세포를 이동시키기에 충분한 강도를 갖는 유전영동 (DEP) 힘을 사용하는 것을 포함할 수도 있다. DEP 힘은 전자 트위저들, 예컨대 광전 트위저들 (OET) 을 사용하여 생성될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 생물학적 세포들을 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 것은 (예를 들어, 세포(들)이 세포(들) 아래 위치된 성장 챔버 안으로 드롭하도록 미세유체 디바이스를 틸팅함으로써) 유체 흐름 및/또는 중력을 사용하는 것을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포는 미세유체 디바이스의 흐름 영역 (예를 들어, 흐름 채널) 안으로 인렛 포트 (124) 를 통해 미세유체 디바이스 안으로 도입된다. 흐름 채널에서 매질의 흐름은 성장 챔버에 대한 개구에 근접한 로케이션으로 세포를 운반할 수 있다. 성장 챔버에 대한 개구에 근접한 포지션에 있은 후에, 생물학적 세포는 그 후, 유전영동 또는 중력을 포함하는, 본원에 설명된 동기 힘들 중 어느 하나를 사용하여 성장 챔버 안으로 이동될 수도 있다. 유전영동 힘들은 전기적으로 작동된 또는 광학적으로 작동된 힘들을 포함할 수 있고, DEP 힘들은 광전자 트위저들 (OET) 에 의해 또한 제공될 수도 있다. 적어도 하나의 생물학적 세포는 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역의 근위 개구로 흐름 채널을 통해 이동될 수도 있고, 여기서 접속 영역은 흐름 채널/영역으로 직접 오픈되고 이에 유동적으로 접속된다. 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역은 또한, 적어도 하나의 성장 챔버의 고립 영역에 유동적으로 접속된다. 적어도 하나의 생물학적 세포는 또한, 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역을 통해 그리고 고립 영역 안으로 이동될 수도 있다. 적어도 하나의 성장 챔버의 고립 영역은 세포 증식을 지원하기에 충분한 치수들을 가질 수도 있다. 그러나 통상적으로, 성장 챔버의 치수들은 이러한 팽창을, 배양물에서 약 1x10³, 5x10², 4x10², 3x10², 2x10², 1x10², 50, 25, 15 또는 심지어 겨우 10 개의 세포들에 제한할 것이다. 일부 실시형태들에서, 고립 영역은 배양물에서 약 1x10², 50, 25, 15, 또는 10 보다 많지 않은 세포들로의 세포 증식을 지원하기에 충분한 치수들을 가질 수도 있다. 놀랍게도, 세포 인큐베이션 및/또는 약 1x10² 세포들까지의 증식 약 1.0x10⁷ 세제곱 마이크론, 6x10⁶ 세제곱 마이크론, 2x10⁶ 세제곱 마이크론, 1.5x10⁶ 세제곱 마이크론, 또는 1.0x10⁶ 세제곱 마이크론 이하의 체적을 갖는 고립 영역에서 성공적으로 수행될 수 있다는 것이 발견되었다. 일부 다른 실시형태들에서, 세포 인큐베이션 및/또는 약 1x10² 세포들까지의 증식은 약 4x10⁵ 세제곱 마이크론 이하의 체적을 갖는 고립 영역에서 성공적으로 수행될 수도 있다. 세포 유형에 따라, 생물학적 세포의 크기는 약 1 마이크론의 직경 및 약 1 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 박테리아에서부터, 약 7 내지 8 마이크론의 직경 및 약 100 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 적혈구와 같은 작은 인간 세포, 약 40 마이크론 (비-융합) 의 직경 및 약 2000 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 HeLa 와 같은 불멸화된 세포주, 약 25 마이크론 내지 약 60 마이크론의 직경 및 약 4700 세제곱 마이크론 내지 약 100,000 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 거핵구 세포, 또는 약 120 마이크론의 직경 및 약 900,000 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 인간 난모세포까지 크게 변할 수도 있다. 따라서, 약 4x10⁵ 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 성장 챔버는 보다 큰 다양한 (약 1x10⁵ 제곱 마이크론의 체적) 매우 적은 거핵 세포들에서, 예를 들어 총 5 개 미만의 세포까지의 증식을 허용할 수도 있다. 대안으로, 동일한 작은 성장 챔버 (약 4x10⁵ 세제곱 마이크론의 체적) 는 박테리아 세포들 (약 1 세제곱 마이크론의 체적) 의 약 400,000 박테리아 세포들까지의 증식을 허용할 수도 있다.

방법은 미세유체 디바이스의 흐름 영역의 미세유체 채널 안으로 제 1 유체 매질을 도입하는 것을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 유체 매질의 도입은 적어도 하나의 생물학적 세포를 도입하기 전에 수행된다. 제 1 유체 매질이 적어도 하나의 생물학적 세포를 도입하기 전에 도입되는 경우, 제 1 유체 매질이, 예를 들어 임의의 적합한 속도로 미세유체 디바이스의 흐름 채널로부터 성장 챔버 안으로 유동되도록 흐름 속도가 선택될 수도 있다. 대안으로, 미세유체 디바이스가 하나 이상의 컨디셔닝 시약들의 초과량을 함유하는 매질로 프라이밍된 경우, 제 1 유체 매질은, 제 1 유체 매질이 흐름 영역에서 과도한 컨디셔닝 시약(들)을 함유하는 임의의 남아 있는 매질을 치환하기 위한 속도로 미세유체 채널 안으로 유동된다.

제 1 유체 매질의 흐름이 성장 챔버로의 적어도 하나의 생물학적 세포의 도입 후에 도입되는 경우, 제 1 유체 매질의 흐름 속도는, 고립 영역으로부터 적어도 하나의 생물학적 세포를 변위시키지 않을 고립 영역을 스윕하지 않도록 선택될 수도 있다. 적어도 하나의 성장 챔버의 고립 영역에서 적어도 하나의 생물학적 세포를 둘러싸는 유제 매질은, 제 1 유체 매질과 동일한 또는 상이할 수도 있는 제 2 유체 매질이다. 일부 실시형태들에서, 제 2 유체 매질은 제 1 유체 매질과 동일할 수도 있지만, 인큐베이팅 단계 동안, 세포 노폐물들 및 고갈된 매질 성분들은 제 2 유체 매질을 제 1 유체 매질과 상이하게 할 수도 있다.

세포를 인큐베이팅. 본원에 설명된 방법들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포는 생물학적 세포들의 군체를 생성하도록 세포를 증식시키기에 적어도 충분히 긴 기간 동안 인큐베이팅된다. 그 기간은 약 1 일 내지 약 10 일이도록 선택될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인큐베이션 주기는 10 일 이상으로 확장될 수도 있고, 임의의 원하는 주기 동안 계속할 수도 있다. 성장 챔버의 고립 영역에서 세포들에는 영양소들이 제공되고 유체 매질의 관류에 의해 제거된 노폐물을 갖기 때문에, 세포들은 무한정으로 성장될 수도 있다. 고립 영역이 증식된 세포 집단으로 채워질 때, 임의의 추가적인 증식은, 성장 챔버의 스윕 영역인 성장 챔버의 접속 영역에 상주하는 증식된 생물학적 세포들을 초래할 것이다. 관류된 매질은 성장 챔버의 접속 영역 밖의 그리고 후속적으로 미세유체 디바이스 밖의 증식된 생물학적 세포들을 스윕할 수도 있다. 따라서, 성장 챔버의 고립 영역에 존재하는 세포들의 수는 성장 챔버의 고립 영역의 사이즈 및 생물학적 세포의 사이즈에 의존하여 최대 수에서 안정화될 수도 있다. 고립된 세포들의 집단에서 최대 수의 세포들을 안정화시키는 능력은, 시시한 세포 집단 분열이 제거될 수 있기 때문에, 세포 배양을 위해 다른 현재 이용 가능한 방법들에 비해 이점을 제공한다.

일부 실시형태들에서, 인큐베이팅은 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 일, 또는 그 이상 동안 수행될 수도 있다. 인큐베이팅 주기들은 약 1 일 내지 6 일, 약 1 일 내지 약 5 일, 약 1 일 내지 약 4 일, 약 1 일 내지 약 3 일, 또는 약 1 일 내지 약 2 일의 범위일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인큐베이팅은 약 5 일 미만, 약 4 일 미만, 약 3 일 미만, 또는 약 2 일 미만 동안 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인큐베이팅은 약 3 일 미만 또는 약 2 일 미만 동안 수행될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인큐베이팅은 약 3 시간, 4 시간, 5 시간, 6 시간, 7 시간, 8 시간, 9 시간, 10 시간, 11 시간, 12 시간, 13 시간, 14 시간, 15 시간, 16 시간, 17 시간, 18 시간, 19 시간, 20 시간, 21 시간, 22 시간, 또는 약 23 h 동안 수행될 수도 있다.

배양 단계 동안, 적어도 하나의 성장 챔버 및 그 안에 포함된 임의의 세포들의 이미지는 배양 단계 전체에 걸쳐 하나 이상의 시점들에서 모니터링될 수도 있다. 이미지는 시스템의 프로세싱 컴포넌트의 메모리에 저장될 수도 있다.

세포를 관류. 인큐베이팅 단계 동안, 성장 챔버의 고립 영역 내에 존재하는 제 2 유체 매질은 영양소들, 성장 인자들 또는 다른 성장 자극들을 고갈되게 할 수도 있다. 제 2 유체 매질은 세포 노폐물들을 축적할 수도 있다. 부가적으로, 적어도 하나의 생물학적 세포이 인큐베이션의 주기 동안 계속해서 성장하기 때문에, 인큐베이션의 시작에서 제 1 또는 제 2 매질의 것과 상이하도록 영양소들, 성장 인자들 또는 다른 성장 자극들을 바꾸는 것이 바람직할 수도 있다. 여기에 설명된 바와 같은 미세유체 디바이스의 성장 챔버에서의 배양은, 인-비보 (in-vivo) 컨디션들과 더욱 더 근접할 수도 있는, 적어도 하나의 생물학적 세포에 의해 감지된 화학적 구배들을 도입 및 바꾸도록 특정의 선택적인 능력을 부여할 수도 있다. 대안으로, 적어도 하나의 생물학적 세포에 의해 감지된 화학적 구배들을 고의로 비-최적화된 컨디션들의 세트로 바꾸는 것은 질병 또는 치료 경로들을 탐구하도록 설계된 컨디션들 하에서 세포 증식을 허용할 수도 있다. 따라서, 방법은 인큐베이팅 단계 동안 제 1 유체 매질을 관류시키는 단계를 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 유체 매질은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 인렛 (124) 을 통해 도입되고, 제 2 유체 매질로부터의 성분들을 선택적으로 포함하는 제 1 유체 매질은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 아웃렛을 통해 유출된다.

프레시한 영양소들, 가용성 성장 인자들, 등을 제공하는 제 1 유체 매질의 컴포넌트들의 교환, 및/또는 고립 영역 내에서 세포(들)을 둘러싸는 매질의 노폐물 성분들의 교환은 실질적으로 확산의 컨디션들 하에서 성장 챔버의 스윕 및 스윕되지 않은 영역들의 인터페이스에서 발생한다. 놀랍게도, 효율적인 교환은 실질적으로 흐름이 없는 컨디션들 하에서 발생하는 것이 발견되었다. 따라서, 성공적인 인큐베이션은 일정한 관류를 요구하지 않는다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 결과적으로, 관류는 비-연속적일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 관류는 주기적이고, 일부 실시형태들에서 관류는 불규칙적이다. 관류 주기들 사이의 단절들은 격리 영역 내의 제 2 유체 매질의 성분들이 흐름 채널/영역에서의 제 1 유체 매질 안으로 확산하는 것 및/또는 고립 영역으로의 제 1 매질의 실질적인 흐름이 전혀 없이, 제 1 유체 매질의 성분들이 제 2 유체 매질로 확산하는 것을 허용하기에 충분한 지속기간일 수도 있다.

다른 실시형태에서, 낮은 관류 속도들은 또한, 성장 챔버의 스윕되지 않은 영역 내 및 밖에서 유체 매질의 성분들의 효율적인 교환을 획득하도록 이용될 수도 있다.

따라서, 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 성장 챔버에서 적어도 하나의 생물학적 세포를 관류시키는 하나의 방법은 도 7 에 도시되고, 관류시키는 단계 (7002) 를 포함하며, 이 단계에서 제 1 유체 매질은 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 통해 제 1 관류 시간 (D₁) 동안 제 1 관류 속도 (R₁) 에서 성장 챔버에 유동적으로 접속된 흐름 영역으로 유동된다. R₁ 는 본원에 설명된 바와 같이, 비-스윕 흐름 속도이도록 선택될 수도 있다. 방법 (700) 은 제 1 관류 정지 시간 (S₁) 동안 유체 매질의 흐름을 정지시키는 단계 (7004) 를 더 포함한다. 단계들 (7002 및 7004) 은 W 회의 반복들 동안 반복되고, 그 결과 관류 프로세스 (700) 가 완료되며, 여기서 W 는 1 내지 약 1000 에서 선택된 정수일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, W 는 2 내지 약 1000 의 정수일 수도 있다.

미세유체 디바이스의 적어도 하나의 성장 챔버에서 적어도 하나의 생물학적 세포를 관류시키는 다른 방법 (800) 이 도 8 에 도시되고, 이 방법은, 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 통해 제 1 관류 시간 (D₁) 동안 제 1 관류 속도 (R₁) 에서 성장 챔버에 유동적으로 접속된 흐름 영역 안으로 유체 매질을 유동시키는 단계 (8002) 를 포함하는 제 1 관류 사이클을 포함한다. R₁ 는 본원에 설명된 바와 같이, 비-스윕 흐름 속도이도록 선택될 수도 있다. 제 1 관류 사이클은 제 1 관류 정지 시간 (S₁) 동안 유체 매질의 흐름을 정지시키는 단계 (8004) 를 포함한다. 제 1 관류 사이클은 W 회의 반복들 동안 반복될 수도 있고, 여기서 W 는 1 내지 약 1000 에서 선택된 정수이다. 제 1 관류 사이클의 W 번째 반복이 완료된 후에, 방법 (800) 은, 제 2 관류 시간 (D₂) 동안 제 2 관류 속도 (R₂) 에서 제 1 유체 매질을 유동시키는 단계 (8006) 를 포함하는 제 2 관류 사이클을 더 포함하고, 여기서 R₂ 는 비-스윕 흐름 속도이도록 선택된다. 방법 (800) 의 제 2 관류 사이클은 제 2 관류 정지 시간 (S₂) 동안 유체 매질의 흐름을 정지시키는 단계 (8008) 를 더 포함한다. 그 후, 방법은 제 1 관류 사이클의 단계 (8002 및 8004) 로 리턴하고, 결합된 2 개의 사이클 관류 프로세스는 V 회의 반복들 동안 반복되며, 여기서 V 는 1 내지 약 5000 의 정수이다. W 및 V 의 조합은 원하는 인큐베이션 주기 엔드포인트를 충족시키도록 선택될 수도 있다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, 관류 속도 (R₁) 은 흐름 제어기 구성들에 대해 전술된 바와 같이 유체 매질의 임의의 비-스윕 흐름 속도일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R₁ 은 약 0.009, 0.010, 0.020, 0.030, 0.040, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.90, 1.00, 1.10, 1.20, 1.30, 1.40, 1.50, 1.60, 1.70, 1.80, 1.90, 2.00, 2.10, 2.20, 2.40, 2.50, 2.60, 2.70, 2.80, 2.90 또는 3.00 마이크로리터/초 일 수도 있다.

방법 (800) 의 다양한 실시형태들에서, 제 2 관류 속도 (R₂) 는 흐름 제어기 구성들에 대해 전술된 바와 같이 유체 매질의 임의의 비-스윕 흐름 속도일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R₂ 는 약 0.009, 0.010, 0.020, 0.030, 0.040, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.20, 0.30, 0.40, 0.50, 0.60, 0.70, 0.80, 0.90, 1.00, 1.10, 1.20, 1.30, 1.40, 1.50, 1.60, 1.70, 1.80, 1.90, 2.00, 2.10, 2.20, 2.40, 2.50, 2.60, 2.70, 2.80, 2.90 또는 3.00 마이크로리터/초 일 수도 있다. 흐름 속도들 (R₁ 및/또는 R₂) 은 임의의 조합으로 선택될 수도 있다. 통상적으로, 관류 속도 (R₂) 는 관류 속도 (R₁) 보다 더 클 수도 있고, 약 5x, 10x, 20x, 30x, 40x, 50x, 60x, 70x, 80x, 90x, 100x, 또는 그 이상의 R₁ 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, R₂ 는 R₁ 보다 적어도 10 배 더 빠르다. 다른 실시형태들에서, 2 는 R₁ 보다 적어도 20 배 더 빠르다. 또 다른 실시형태에서, R₂ 는 R₁ 의 적어도 100x 속도이다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, 제 1 관류 시간 (D₁) 은 흐름 제어기 구성들에 대해 전술된 바와 같이 관류의 임의의 적합한 지속기간일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, D₁ 은 약 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170 또는 180 초 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₁ 은 시간 범위, 예를 들어 전술된 바와 같이 약 10 내지 약 40 초일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, D₁ 은 약 30 초 내지 약 75 초일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₁ 은 약 100 초일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₁ 은 약 60 초 내지 약 150 초의 범위에 있을 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, D₁ 은 약 20 분, 30 분, 40 분, 50 분, 60 분, 80 분, 90 분, 110 분, 120 분, 140 분, 160 분, 180 분, 200 분, 220 분, 240 분, 250 분, 260 분, 270 분, 290 분 또는 300 분일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, D₁ 은 약 40 분 내지 약 180 분이다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, 제 2 관류 시간 (D₂) 은 흐름 제어기 구성들에 대해 전술된 바와 같이 관류의 임의의 적합한 지속기간일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, D₂ 는 약 5 초, 10 초, 15 초, 20 초, 25 초, 30 초, 35 초, 40 초, 45 초, 50 초, 55 초, 60 초, 65 초, 70 초, 80 초, 90 초 또는 약 100 초 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₂ 는 시간 범위, 예를 들어 전술된 바와 같이 약 5 초 내지 약 20 초일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₂ 는 약 30 초 내지 약 70 초일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₂ 는 약 60 초일 수도 있다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, 제 1 관류 시간 (D₁) 은 제 2 관류 시간 (D₂) 과 동일하거나 상이할 수도 있다. D₁ 및 D₂ 는 임의의 조합에서 선택될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 관류의 지속기간 (D₁ 및 D₂) 은 정지 주기들 (S₁ 및/또는 S₂) 보다 더 짧도록 선택될 수도 있다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, 제 1 관류 정지 시간 (S₁) 은 흐름 제어기 구성들에 대한 관류의 주기들 사이의 시간 간격 동안 전술된 바와 같은 임의의 적합한 기간이도록 선택될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, S₁ 은 약 0 분, 5 분, 약 10 분, 약 15 분, 약 20 분, 약 25 분, 약 30 분, 약 35 분, 약 40 분, 약 45 분, 약 60 분, 약 65 분, 약 80 분, 약 90 분, 약 100 분, 약 120 분, 약 150 분, 약 180 분, 약 210 분, 약 240 분, 약 270 분, 또는 약 300 분일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, S₁ 은 관류 사이의 흐름 제어기 구성 인터벌들에 대해 전술된 바와 같은 임의의 적합한 시간 범위, 예를 들어 약 10 분 내지 약 30 분일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, S₁ 은 약 10 분 내지 약 30 분일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, S₁ 은 약 15 분일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, S₁ 은 약 0 초, 5 초, 10 초, 20 초, 30 초, 40 초, 50 초, 60 초, 70 초, 80 초, 또는 약 90 초일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, S₁ 은 약 0 초이다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, 제 2 관류 정지 시간 (S₂) 은 흐름 제어기 구성들에 대한 관류의 주기들 사이의 시간 인터벌에 대해 전술된 바와 같은 임의의 적합한 기간이도록 선택될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, S₂ 는 약 0 분, 5 분, 약 6 분, 약 7 분, 약 8 분, 약 9 분, 약 10 분, 약 20 분, 약 30 분, 약 45 분, 약 50 분, 약 60 분, 약 90 분, 약 120 분, 약 180 분, 약 240 분, 약 270 분, 또는 약 300 분일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, S₂ 는 관류 사이의 흐름 제어기 구성 인터벌들에 대해 전술된 바와 같은 임의의 적합한 시간 범위, 예를 들어 약 15 분 내지 약 45 분일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, S₂ 는 약 10 분 내지 약 30 분일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, S₂ 는 약 8 분 내지 약 9 분일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, S₂ 는 약 0 분이다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, 제 1 관류 정지 시간 (S₁) 및 제 2 관류 정지 시간 (S₂) 은 임의의 적합한 값으로부터 독립적으로 선택될 수도 있다. S₁ 은 S₂ 와 동일하거나 상이할 수도 있다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, W 회의 반복들의 수는 V 회의 반복들의 수와 동일하거나 상이하도록 선택될 수도 있다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, W 는 약 1 내지 4, 약 5, 약 6, 약 8, 약 10, 약 12, 약 15, 약 18, 약 20, 약 24, 약 30, 약 36, 약 40, 약 45, 또는 약 50 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, W 는 약 1 내지 약 20 이도록 선택될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, W 는 1 일 수도 있다.

방법 (800) 의 다양한 실시형태들에서, V 는 약 5, 약 10, 약 20, 약 25, 약 30, 약 35, 약 40, 약 50, 약 60, 약 80, 약 100, 약 120, 약 240, 약 300, 약 350, 약 400, 약 450, 약 500, 약 600, 약 750, 약 900, 또는 약 1000 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, V 는 약 10 내지 약 120 이도록 선택될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, V 는 약 5 내지 약 24 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, V 는 약 30 내지 약 50 일 수도 있고 또는 약 400 내지 약 500 일 수도 있다.

방법 (800) 의 다양한 실시형태들에서, W 회의 반복들의 수는 V 회의 반복들의 수와 동일하거나 상이하도록 선택될 수도 있다.

방법 (700 또는 800) 의 다양한 실시형태들에서, (단계들 7002/7004 또는 8002/8004 에 의해 표현된) 관류의 제 1 단계 동안의 총 시간은 약 1 시간 내지 약 10 시간이고, W 는 1 의 정수이다. 다양한 실시형태들에서, 관류의 제 1 단계 동안의 총 시간은 약 9 분 내지 약 15 분이다.

방법 (800) 의 다양한 실시형태들에서, (단계 8006/8008 에 의해 표현된) 관류 사이클의 제 2 단계 동안의 총 시간은 약 1 분 내지 약 15 분 또는 약 1 분 내지 약 20 분이다.

방법 (700 또는 800) 중 어느 하나에서, 관류시키는 단계는, 예를 들어 약 1, 약 2, 약 3, 약 4, 약 5, 약 6, 약 7, 약 8, 약 9, 약 10 일 또는 그 이상 동안 생물학적 세포의 전체 인큐베이션 주기 동안 계속될 수도 있다.

도 8 의 방법 (800) 의 다른 비-제한의 실시형태에서, 제어기는 관류시키는 단계 (8002) 동안 관류의 긴 주기들 (D₁) 을 갖는 흐름 영역에서 유체 매질(들)을 관류시키도록 구성될 수도 있다. 제어기는 약 45 분, 약 60 분, 약 75 분, 약 90 분, 약 105 분, 약 120 분, 약 2.25 시간, 약 2.5 시간, 약 2.45 시간, 약 3.0 시간, 약 3.25 시간, 약 3.5 시간, 약 3.75 시간, 약 4.0 시간, 약 4.25 시간, 약 4.5 시간, 약 4.75 시간, 약 5 시간, 또는 약 6 시간의 주기 동안 제 1 속도로 유체 매질을 관류시킬 수도 있다. 제 1 관류 주기 (D₁) 의 종료 시에, 유체 매질의 흐름은, 약 0 초, 15 초, 30 초, 약 45 초, 약 1 분, 약 1.25 분, 약 1.5 분, 약 2.0 분, 약 3.0 분, 약 4 분, 약 5 분 또는 약 6 분일 수도 있는, 정지 기간 (S₁) 동안 정지될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 흐름 속도 (R₁) 는 약 0.009, 0.01, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 또는 약 0.5 마이크로리터/초이도록 선택될 수도 있다. 유체 매질의 흐름은 약 1 분 미만의 관류 정지 주기 (S₁) 동안 정지될 수도 있고 또는 S₁ 은 0 초일 수도 있다. 대안으로, S₁ 은 약 30 초, 약 1.5 분, 약 2.0 분, 약 2.5 분, 또는 약 3 분일 수도 있다. 제 2 관류 주기 (D₂) 는, 상이한 관류 속도를 사용하여 뒤따를 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 관류 속도는 제 1 관류 속도보다 더 높을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 관류 속도 (R₂) 는 약 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.7, 1.9, 2.0, 2.2, 2.4, 2.6, 2.8, 3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0, 4.2, 4.4, 4.6, 4.8, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 또는 약 9.0 마이크로리터/초로부터 선택될 수도 있다. 제 2 관류 주기 (D₂) 는 약 1 초, 약 2 초, 약 3 초, 약 4 초, 약 5 초, 약 6 초, 약 10 초, 약 15 초, 약 30 초, 약 45 초, 약 60 초, 약 65 초, 약 75 초, 약 80 초, 또는 약 90 초 동안일 수도 있다. 관류는 그 후, 약 0 초, 10 초, 약 20 초, 약 30 초, 약 40 초, 약 50 초, 약 60 초, 약 1.5 분, 약 1.75 분, 약 2.0 분, 약 2.5 분, 약 2.75 분, 약 3.0 분 또는 약 4.0 분일 수도 있는, 제 2 관류 정지 주기 (S₂) 동안 정지될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, D₁ 은 약 2 시간, 약 3 시간, 또는 약 4 시간일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, D₁ 은 약 4 시간일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, S₁ 은 0 초이거나 약 1 분 미만일 수도 있다. 제 2 관류 주기 (D₂) 는 약 1 초 내지 약 6 초일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 관류 정지 주기 (S₂) 는 약 40 초 내지 약 1.5 분일 수도 있다.

따라서, 미세유체 디바이스의 흐름 영역을 통해 제 1 관류 시간 (D₁) 동안 제 1 관류 속도 (R₁) 에서 제 1 유체 매질을 유동시키는 단계로서, 여기서 흐름 영역은 성장 챔버에 유동적으로 접속되고, R₁ 은 비-스윕 흐름 속도이도록 선택되는, 상기 제 1 유체 매질을 유동시키는 단계; 제 1 관류 정지 시간 (S₁) 동안 제 1 유체 매질의 흐름을 정지시키는 단계; 및 W 회의 반복들 동안 제 1 관류 단계를 반복하는 단계로서, 여기서 W 는 1 내지 1000 에서 선택된 정수인, 상기 반복하는 단계를 포함하는, 제 1 관류 단계를 사용하여 적어도 하나의 생물학적 세포를 관류시키는 단계를 포함하는 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 성장 챔버에서 적어도 하나의 생물학적 세포를 관류시키는 방법이 제공된다. 방법은, 제 2 관류 시간 (D₂) 동안 제 2 관류 속도 (R₂) 에서 제 1 유체 매질을 유동시키는 단계로서, 여기서 R₂ 은 비-스윕 흐름 속도이도록 선택되는, 상기 제 1 유체 매질을 유동시키는 단계; 제 2 관류 정지 시간 (S₂) 동안 제 1 유체 매질의 흐름을 정지시키는 단계; 및 제 1 관류 단계 다음에 제 2 관류 단계를 V 회의 반복들 동안 반복하는 단계로서, V 는 1 내지 1000 의 정수인, 상기 반복하는 단계를 포함하는, 제 2 관류 단계를 사용하여 적어도 하나의 생물학적 세포를 관류시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.

제 2 관류 속도 (R₂) 는 제 1 관류 속도 (R₁) 보다 더 클 수도 있다. 제 1 관류 시간 (D₁) 은 제 2 관류 시간 (D₂) 과 동일하거나 상이할 수도 있다. 제 1 관류 정지 시간 (S₁) 은 제 2 관류 정지 시간 (S₂) 과 동일하거나 상이할 수도 있다. 제 2 관류 단계가 수행되는 경우, W 회의 반복들의 수는 V 회의 반복들의 수와 동일하거나 상이할 수도 있다. R₂ 는 R₁ 보다 적어도 10 배 더 빠를 수도 있다. 대안으로, R₂ 는 R₁ 보다 적어도 20 배 더 빠를 수도 있다. R₂ 는 R₁ 만큼 적어도 100 배 빠를 수도 있다. D₁ 은 약 30 내지 약 75 초일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₁ 은 약 40 분 내지 약 180 분 또는 약 180 분 내지 약 300 분일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, D₁ 은 약 60 초 내지 약 150 초일 수도 있다. S₁ 은 약 10 분 내지 약 30 분일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, S₁ 은 약 5 분 내지 약 10 분일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, S₁ 은 0 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, D₁ 은 약 40 분 내지 약 180 분일 수도 있고, S₁ 은 0 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₁ 은 약 60 초 내지 약 150 초일 수도 있고, S₁ 은 약 5 분 내지 약 10 분일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, D₁ 은 약 180 분 내지 약 300 분 일 수도 있고, S₁ 은 0 일 수도 있다. 제 1 관류 단계 동안의 총 시간은 약 1 시간 내지 약 10 시간일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제 1 관류 단계 동안의 총 시간은 약 2 시간 내지 약 4 시간일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, W 는 2 보다 큰 정수일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, W 는 약 1 내지 약 20 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, D₂ 는 약 10 초 내지 약 25 초일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, D₂ 는 약 10 초 내지 약 90 초일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, S₂ 는 약 10 분 내지 약 30 분일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, S₂ 는 약 15 분일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, V 는 약 10 내지 약 120 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, V 는 약 30 내지 약 50 일 수도 있거나 또는 약 400 내지 약 500 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, D₂ 는 약 1 초 내지 약 6 초일 수도 있고, S₂ 는 0 초일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, D₂ 는 약 10 내지 약 90 초일 수도 있고, S₂ 는 약 40 초 내지 약 1.5 분일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 관류 단계의 한 번의 반복 동안의 총 시간은 약 1 분 내지 약 15 분일 수도 있다.

매질을 컨디셔닝. 적어도 하나의 생물학적 세포에 대한 성장 및/또는 생존성을 유지 및 강화시키는 매질 (예를 들어, 제 1 또는 제 2 매질) 을 제공하기 위해, 제 1 유체 매질은 액체 및 기체 성분들 양자 모두를 함유할 수도 있다 (예를 들어, 기체 성분들은 액체 성분들에 용해될 수도 있다). 또한, 유체 매질은 다른 성분들, 예컨대 액체 성분들에 용해되는 생물학적 분자들, 비타민들 및 미네랄들을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 성분들은 당업자에게 알려진 바와 같이, 유체 매질에서 사용될 수도 있다. 일부 비-제한의 예들이 위에서 논의되지만, 많은 다른 매질 조성들은 본원에 설명된 방법들로부터 벗어나지 않고 사용될 수도 있다. 매질은 동물 근원 혈청을 함유하거나 함유하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유체 매질은 (적어도 세포들 또는 세포-함유 유체를 접촉하기 전에) 화학적으로 정의된 매질을 포함할 수도 있고, 또한 무-단백질 또는 무-펩티드 화학적으로 정의된 매질일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유체 매질은 환원된 혈청 배지를 포함할 수도 있다.

제 1 유체 매질은, 제 1 유체 매질을 미세유체 디바이스 안으로 도입하기 전에, 용해된 기체 분자들로 초기 유체 매질을 포화시킴으로써 준비될 수도 있다. 부가적으로, 용해된 기체 분자들로 초기 유체 매질을 포화시키는 것은, 제 1 유체 매질이 미세유체 디바이스 안으로 도입되는 시점까지 계속할 수도 있다. 초기 유체 매질을 포화시키는 것은 용해된 기체 분자들로 초기 유체 매질을 포화시킬 수 있는 기체 환경과 미세유체 디바이스를 접촉시키는 것을 포함할 수도 있다. 초기 유체 매질을 포화시킬 수도 있는 기체 분자들은 산소, 이산화탄소 및 질소를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.

제 1 유체 매질은 제 1 유체 매질의 pH 를 조절하는 것을 더 포함할 수도 있다. 제 1 유체 매질의 pH 를 조절하는 것은, 예를 들어 용해된 기체 분자들의 도입 전에 및/또는 그 동안 발생할 수 있다. 이러한 조절하는 것은 완충제 종들의 첨가에 의해 달성될 수도 있다. 적합한 완충 종들의 하나의 비-제한의 예는 HEPES 이다. 다른 완충 종들이 매질에 존재할 수도 있고, 이산화탄소 (예컨대, 탄산 완충제 시스템들) 의 존재에 의존하거나 의존하지 않을 수도 있으며, 당업자에 의해 선택될 수 있다. 세포 성장에 필요한 염들, 단백질들, 탄수화물들, 지질들, 비타민 및 다른 소분자들이 또한, 제 1 유체 매질 조성의 부분을 형성할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 기체 성분들로 제 1 유체 매질을 포화시키는 것은 인렛 포트를 통한 도입 전에 저장소에서 수행될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 기체 성분들로 제 1 유체 매질을 포화시키는 것은 저장소와 인렛 사이의 기체 투과성 연결 도관에서 수행될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 기체 성분들로 제 1 유체 매질을 포화시키는 것은 미세유체 디바이스의 리드의 기체 투과성 부분을 통해 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유체 매질의 기체 포화는 또한, 미세유체 디바이스 내의 유체 매질이 인큐베이션 주기 동안 오스몰농도에서 변하지 않도록 기체 교환 환경에서 습도를 유지하는 것을 포함한다.

제 1 유체 매질의 조성은 또한, 피더 세포 배양물로부터의 적어도 하나의 분비된 성분을 포함할 수도 있다. 분비된 피더 세포 성분들은 성장 인자들, 호르몬들, 사이토카인들, 소분자들, 프로테오글리칸들, 등을 포함할 수도 있다. 피더 세포 배양물로부터 적어도 하나의 분비된 성분의 도입은, 기체 성분들로 제 1 유체 매질을 포화시키는 것이 수행되는 동일한 저장소에서 수행될 수도 있고, 또는 피더 세포 배양물로부터 제 1 유체 매질로의 적어도 하나의 분비된 성분의 도입은 포화 단계 전에 이루어질 수도 있다.

일부 다른 실시형태들에서, 제 1 매질의 조성은 또한, 첨가제(들)에 대한 세포의 반응을 테스트하도록 바뀐 유체 매질을 제공하도록 설계된 첨가제(들)을 포함할 수도 있다. 이러한 첨가제(들)은, 예를 들어 세포 생존성 또는 성장을 증가 또는 감소시킬 수 있다.

일부 실시형태들에서, 방법은 제 1 유체 매질이 적어도 하나의 인렛을 통해 도입될 때 제 1 유체 매질의 pH 를 검출하는 단계를 포함할 수도 있다. pH를 검출하는 단계는 인렛에 바로 근접한 로케이션에서 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 방법은 제 1 유체 매질이 아웃렛을 통해 유출될 때 제 1 유체 매질의 pH 를 검출하는 단계를 포함할 수도 있다. pH 를 검출하는 단계는 아웃렛에 바로 근접한 로케이션에서 수행될 수도 있다.

pH 를 검출하도록 사용된 검출기들 중 어느 하나 또는 양자 모두는 광학 센서일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출기는, pH 가 수용 가능한 범위로부터 벗어나면 경보를 제공할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 검출기에 의해 측정된 pH 값이 수용 가능한 범위로부터 벗어나면, 제 1 유체 매질의 조성은 바뀔 수도 있다.

인큐베이팅 단계 동안, 적어도 하나의 성장 챔버 및 그 안에 포함된 임의의 세포들의 이미지가 모니터링될 수도 있다.

적어도 하나의 생물학적 세포의 유출. 인큐베이팅 단계가 완료된 후에, 적어도 하나의 생물학적 세포 또는 세포들의 군체는 성장 챔버 또는 그 고립 영역 밖으로 유출될 수도 있다. 유출은 하나 이상의 생물학적 세포들/세포들의 군체를 이동시키기에 충분히 강한 유전영동 (DEP) 힘을 사용하는 것을 포함할 수도 있다. DEP 힘은 광학적으로 작동되거나 또는 전자적으로 작동될 수도 있다. 예를 들어, 미세유체 디바이스는 광전 트위저 (OET) 구성과 같은 DEP 구성을 갖는 기판을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포 또는 세포들의 군체는 흐름 및/또는 중력을 사용하여 성장 챔버 또는 고립 영역 밖으로 유출될 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포 또는 세포들의 군체는 성장 챔버 또는 그 고립 영역 위의 변형 가능한 리드 영역 상의 압축력을 사용하여 성장 챔버 또는 고립 영역 밖으로 유출될 수도 있고, 이에 의해 성장 챔버 또는 고립 영역 밖으로 유체의 국부화된 흐름을 야기한다.

적어도 하나의 생물학적 세포 또는 세포들의 군체가 성장 챔버 또는 고립 영역 밖으로 유출된 후에, 그 후 세포들은 흐름 영역 (예를 들어, 채널) 으로부터 미세유체 디바이스 밖으로 유출될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 흐름 영역으로부터 세포들을 유출하는 것은 하나 이상의 생물학적 세포들/세포들의 군체를 이동시키기에 충분히 강한 DEP 힘을 사용하는 것을 포함한다. DEP 힘은 전술된 바와 같이 생성될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 흐름 영역으로부터 미세유체 디바이스 밖으로 세포들을 유출하는 것은 유체 흐름 및/또는 중력을 사용하여 세포들을 이동시키는 것을 포함한다.

유출 단계 동안, 적어도 하나의 성장 챔버 및 그 안에 포함된 임의의 세포들의 이미지가 모니터링될 수도 있다.

적어도 하나의 표면의 컨디셔닝. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스에는 컨디셔닝된 상태에서 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면이 제공된다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버의 표면은 적어도 하나의 생물학적 세포를 도입하기 전에 컨디셔닝되고, 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하는 방법의 부분으로서 수행될 수도 있다. 표면을 컨디셔닝하는 것은 폴리머와 같은 컨디셔닝 시약으로 표면을 처리하는 것을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 컨디셔닝 시약의 초과량을 포함하는 유체 매질을 흐름 채널 (도 1a-1c, 도 2, 도 3, 도 4a-c) 로 유동시키는 단계; 선택된 기간 동안 미세유체 디바이스를 인큐베이팅하는 단계; 및 채널에서 매질을 치환하는 단계를 포함하는, 미세유체 디바이스 (100, 300, 400, 500A-E, 및 600) 의 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 처리하는 방법이 제공된다. 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스를 프라이밍하는 방법은, 컨디셔닝 시약을 함유하는 프라이밍 용액을 흐름 채널 안으로 유동시키는 단계; 선택된 기간 동안 디바이스를 인큐베이팅하고 이에 의해 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 컨디셔닝하는 단계; 및 채널 내의 용액을 유체 매질로 치환하는 단계를 포함한다. 프라이밍 용액은 본원에 설명된 바와 같은 임의의 유체 매질을 함유할 수도 있다. 컨디셔닝 시약의 초과량을 갖는 유체 매질 또는 컨디셔닝 용액을 치환하는 유제 매질은 본원에 설명된 바와 같은 임의의 매질일 수도 있고, 부가적으로 세포들을 함유할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함하는 폴리머 컨디셔닝 시약으로 처리될 수도 있다. 알킬렌 에테르 모이어티들을 갖는 폴리머 컨디셔닝 시약은, 위에서 논의된 바와 같은 알킬렌 에테르 함유 폴리머들 중 어느 하나를 포함하지만 이에 제한되지 않는, 임의의 적합한 알킬렌 에테르 함유 폴리머들을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 성장 챔버의 표면은, 폴리머 체인 (예를 들어, Pluronic® 폴리머들) 내의 로케이션들 및 비율들을 다르게 하는데 있어서 폴리에틸렌 산화물 (PEO) 및 폴리프로필렌 산화물 (PPO) 서브유닛들의 블록들을 포함하는 양친매성의 비이온성 블록 코폴리머들로 처리될 수도 있다. 컨디셔닝된 표면을 생산하는데 유용한 특정의 Pluronic® 폴리머들은 Pluronic® L44, L64, P85, F68 및 (F127NF 포함하는) F127 을 포함한다.

다른 실시형태들에서, 표면은 카르복실 모이어티들을 포함하는 폴리머 컨디셔닝 시약으로 처리될 수도 있다. 적합한 카르복실산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약들의 비-제한의 예들은 위에서 논의되고, 임의의 적합한 카르복실산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약이 표면을 처리하는데 사용될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 표면은 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머 컨디셔닝 시약으로 처리될 수도 있다. 적합한 당류 함유 폴리머 컨디셔닝 시약들의 비-제한의 예들은 위에서 논의되고, 임의의 적합한 당류 함유 폴리머 컨디셔닝 시약이 표면을 처리하는데 사용될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 표면은 술폰산 모이어티들을 포함하는 폴리머 컨디셔닝 시약으로 처리될 수도 있다. 적합한 술폰산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약들의 비-제한의 예들은 위에서 논의되고, 임의의 적합한 술폰산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약이 표면을 처리하는데 사용될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 표면은 아미노산 모이어티들을 포함하는 폴리머 컨디셔닝 시약으로 처리될 수도 있다. 적합한 아미노산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약들의 비-제한의 예들은 위에서 논의되고, 임의의 적합한 아미노산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약이 표면을 처리하는데 사용될 수도 있다. 아미노산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약은 단백질을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면은 단백질로 처리되는데, 여기서 단백질은 포유류 혈청에서 또는 그 부분에서 발견된 성분을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 표면은 포유류 혈청의 성분들로 처리된다. 일부 실시형태들에서, 표면은 세포 배양 배지 보충제, 예컨대 B-27® 보충제 ((50X), ThermoFisher Scientific 으로부터의 무혈청, Cat#17504044) 로 처리될 수도 있다. 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS) 일 수도 있다. 대안으로, 포유류 혈청은 송아지 태아 혈청 (FCS) 일 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 표면은 핵산 모이어티들을 포함하는 폴리머 컨디셔닝 시약으로 처리될 수도 있다. 적합한 핵산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약들의 비-제한의 예들은 위에서 논의되고, 임의의 적합한 핵산 함유 폴리머 컨디셔닝 시약은 표면을 처리하는데 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 1 보다 많은 폴리머 컨디셔닝 시약의 혼합물은 성장 챔버의 표면을 처리하는데 사용될 수도 있다.

일부 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 처리하는 단계는, 미세유체 디바이스로부터 세포들을 유출하기 전에 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자로 세포들을 사전-인큐베이팅하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 액틴 필라멘트 형성을 방해하도록 작용할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 세포 부착 차단 분자는 사이토칼라신 B 일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 인테그린 수용체들을 차단할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 세포 부착 차단 분자는 RGD 모티프를 함유하는 펩티드를 포함할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 DNA 오염된 표면들에 대한 세포들의 결합을 감소시킬 수도 있다. DNA 오염된 표면들에 대한 세포들의 결합을 감소시킬 수도 있는 세포 부착 차단 분자는 DNase 1 단백질을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 소분자 파이브로넥틴 억제제를 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 항체, 예를 들어 항-B1 인테그린 항체일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 1 보다 많은 유형의 세포 부착 차단 분자들의 조합을 포함할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 약 30 ℃ 의 온도로 성장 챔버의 표면을 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 방법은 적어도 약 25 ℃, 26 ℃, 27 ℃, 28 ℃, 29 ℃, 30 ℃, 31 ℃, 32 ℃, 33 ℃, 34 ℃, 35 ℃, 36 ℃, 37 ℃, 38 ℃, 39 ℃, 또는 약 40 ℃ 의 온도로 표면을 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 방법은 약 25 ℃ 보다 큰 온도로 표면을 가열하는 단계를 포함한다. 다른 실시형태들에서, 방법은 약 30 ℃ - 40 ℃; 약 35 ℃ 내지 약 40 ℃; 또는 약 36 ℃ 내지 약 38 ℃ 의 범위의 온도로 표면을 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 방법은 적어도 약 30 ℃ 의 온도로 표면을 가열하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 표면을 가열하는 것은 폴리머로 표면을 처리함으로써 컨디셔닝되는 적어도 하나의 표면을 포함한다.

클론성 집단. 여기에 설명된 방법들은 또한, 단지 하나의 생물학적 세포이 적어도 하나의 성장 챔버로 도입되는 경우의 방법들을 포함한다. 방법은, 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 고립 영역과 접속 영역을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는 시스템에서 생물학적 세포를 클로닝하기 위해 제공되고, 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 포함하고, 이 방법은, 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 단계로서, 여기서 적어도 하나의 성장 챔버는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면을 갖도록 구성되는, 상기 도입하는 단계; 및 생물학적 세포들의 클론성 집단을 생성하도록 생물학적 세포를 증식시키기에 적어도 충분히 긴 기간 동안 생물학적 세포를 인큐베이팅하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 시스템은 본원에 설명된 바와 같은 임의의 시스템일 수도 있다. 미세유체 디바이스는 본원에 설명된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스일 수도 있다.

생물학적 세포를 클로닝하는 방법의 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 표면에 공유 결합으로 연결된 연결기를 포함할 수도 있고, 연결기는 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성 또는 이동성을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 실록시 연결기를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 연결기를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 연결될 수도 있다. 연결기는 연결자에 대한 접속을 통해 세포 성장, 생존성 또는 이동성을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 연결자의 제 1 단부에 대한 접속을 통해 세포 성장, 생존성 또는 이동성을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결자는 선형 부분을 더 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 선형 부분의 백본은 하나 이상의 아릴렌 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결자는 트리아졸일렌 모이어티를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 트리아졸일렌 모이어티는 연결자의 선형 부분을 인터럽트할 수도 있거나 또는 연결자의 선형 부분의 제 2 단부에 접속될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 세포 성장 및/또는 생존성 및/또는 이동성을 지원하도록 구성된 모이어티는, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산들; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함한다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 알킬렌 에테르 모이어티들 또는 덱스트란 모이어티들을 포함한다.

다양한 실시형태들에서, 방법은 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 컨디셔닝하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 미세유체 디바이스 내에서 세포 이동성을 지원하는 하나 이상의 시약들로 적어도 하나의 표면을 처리하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 폴리머를 포함하는 컨디셔닝 시약으로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 폴리머는 알킬렌 에테르 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 폴리머는 카르복실산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 폴리머는 당류 모이어티들을 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 폴리머는 술폰산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 폴리머는 아미노산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 추가의 실시형태들에서, 폴리머는 핵산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 RGD 함유 펩티드를 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 사이토칼라신 B, 인테그린에 대한 항체, 파이브로넥틴의 억제제, 또는 DNase 1 단백질일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 1 보다 많은 유형의 세포 부착 차단 분자들의 조합으로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 처리하는 단계를 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 컨디셔닝하는 단계는 약 30 ℃ 의 온도로 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 표면을 가열하는 단계를 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 방법은 제 1 유체 매질을 미세유체 디바이스의 흐름 영역의 미세유체 채널 안으로 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 유체 매질을 도입하는 단계는 생물학적 세포를 도입하기 전에 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 단계는 생물학적 세포를 이동시키기에 충분한 강도를 갖는 유전영동 (DEP) 힘을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘은 광학적으로 작동될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘은 광전자 트위저들 (OET) 에 의해 생성될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 단계는 유체 흐름 및/또는 중력을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하는 단계는 생물학적 세포를 적어도 하나의 성장 챔버의 고립 영역 안으로 도입하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 성장 챔버의 고립 영역은 1x10² 보다 많지 않은 세포들로의 세포 증식을 지원하기에 충분한 치수들을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 고립 영역은 제 2 유체 매질로 적어도 실질적으로 채워질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 흐름 영역은 적어도 하나의 성장 챔버의 접속 영역의 근위 개구에 유동적으로 접속될 수도 있고, 추가로 접속 영역은 또한 성장 챔버의 고립 영역에 유동적으로 접속될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 방법은 인큐베이팅 단계 동안 제 1 유체 매질을 관류시키는 단계를 더 포함할 수도 있고, 여기서 제 1 유체 매질은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 인렛 포트를 통해 도입될 수도 있고, 제 2 유체 매질로부터의 성분들을 선택적으로 포함하는 제 1 유체 매질은 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 아웃렛을 통해 유출될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 관류시키는 단계는 비-연속적일 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 관류시키는 단계는 주기적일 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 관류시키는 단계는 불규칙적일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 유체 매질의 관류는 고립 영역에서의 제 2 유체 매질의 성분들이 흐름 영역에서의 제 1 유체 매질 안으로 확산하는 것 및/또는 제 1 유체 매질의 성분들이 고립 영역에서 제 2 유체 매질 안으로 확산하는 것을 허용하기에 충분한 속도로 수행될 수도 있고; 제 1 매질은 고립 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않을 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 유체 매질을 관류시키는 단계는 약 45 초 내지 약 90 초의 지속기간 동안 약 10 분 마다 내지 약 30 분 마다 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 유체 매질을 관류시키는 단계는 약 2 시간 내지 약 4 시간의 지속기간 동안 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 생물학적 세포가 인큐베이팅되는 기간은 약 1 일 내지 약 10 일일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 제 1 유체 매질의 조성은 액체 및 기체 성분들을 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 방법은 제 1 유체 매질을 미세유체 디바이스 안으로 도입하기 전에 용해된 기체 분자들로 제 1 유체 매질을 포화시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 방법은 제 1 유체 매질 또는 제 2 유체 매질을 용해된 기체 분자들로 포화시킬 수 있는 기체 환경과 미세유체 디바이스를 접촉시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 방법은 용해된 기체 분자들의 도입 시에 제 1 유체 매질의 pH 를 조절하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 기체 성분들로 제 1 유체 매질을 포화시키는 단계는 인렛 포트를 통한 도입 전에 저장소에서, 저장소와 인렛 포트 사이의 기체 투과성 커넥터에서, 또는 미세유체 디바이스의 리드의 기체 투과성 부분을 통해 수행될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 유체 매질의 조성은 피더 세포 배양물로부터의 적어도 하나의 분비된 성분을 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 방법은, 제 1 유체 매질이 적어도 하나의 아웃렛을 통해 유출될 때 제 1 유체 매질의 pH 를 검출하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 검출하는 단계는 적어도 하나의 아웃렛에 바로 근접한 로케이션에서 수행될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 방법은, 제 1 유체 매질이 적어도 하나의 인렛 포트를 통해 도입될 때 제 1 유체 매질의 pH 를 검출하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센서는 광학 센서일 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 방법은 제 1 유체 매질의 조성을 바꾸는 단계를 더 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 방법은 적어도 하나의 성장 챔버 및 그 안에 포함된 임의의의 세포들의 이미지를 모니터링하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 생물학적 세포는 포유류 세포들일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 세포는 면역 세포일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 세포는 림프구 또는 백혈구일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 세포는 B 세포, T 세포, NK 세포, 대식세포, 또는 수지상 세포일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 세포는 부착 세포일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생물학적 세포는 하이브리도마 세포일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 생물학적 세포는 복수의 생물학적 세포들일 수도 있고, 적어도 하나의 성장 챔버는 복수의 성장 챔버들이다. 다양한 실시형태들에서, 방법은 복수의 생물학적 세포 중 1 이하의 세포를 복수의 성장 챔버들 각각 안으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.

생물학적 세포를 클로닝하는 방법의 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 절개 가능 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 방법은, 성장 챔버 또는 그 고립 영역 밖으로 클론성 집단의 하나 이상의 생물학적 세포들을 유출하기 전에 절개 가능 모이어티를 절개하는 단계를 포함할 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 방법은 성장 챔버 또는 그 고립 영역 밖으로 클론성 집단의 하나 이상의 생물학적 세포들을 유출하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유출하는 단계는 하나 이상의 생물학적 세포들을 이동시키기에 충분히 강한 유전영동 (DEP) 힘을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘은 광학적으로 작동된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘은 광전 트위저들 (OET) 에 의해 생성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유출하는 단계는 유체 흐름 및/또는 중력을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유출하는 단계는 성장 챔버 또는 그 고립 영역 위의 변형 가능한 리드 영역 상의 압축력을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 방법은 흐름 영역으로부터 미세유체 디바이스 밖으로 클론성 집단의 하나 이상의 생물학적 세포들을 유출하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유출하는 단계는 하나 이상의 생물학적 세포들을 이동시키기에 충분히 강한 DEP 힘들 사용하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘은 광학적으로 작동된다. 일부 실시형태들에서, DEP 힘은 광전 트위저들 (OET) 에 의해 생성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 유출하는 단계는 유체 흐름 및/또는 중력을 사용하는 단계를 포함할 수도 있다.

키트들. 키트들은 생물학적 세포를 배양하기 위해 제공될 수도 있고, 여기서 키트는: 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역 및 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스, 및 표면 컨디셔닝 시약을 포함한다. 이 실시형태에서, 적어도 하나의 성장 챔버는 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 컨디셔닝하기 위해 사전-처리되지 않았고, 컨디셔닝된 표면은 세포(들)이 도입되기 전에 표면 컨디셔닝 시약으로 처리함으로써 생성된다. 생물학적 세포를 배양하기 위한 다른 키트들이 또한 제공되고, 여기서 키트는 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 고립 영역과 접속 영역을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하고, 여기서 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 포함하며; 또한 적어도 하나의 성장 챔버는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함한다. 또 다른 키트들이 생물학적 세포를 배양하기 위해 제공되고, 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 고립 영역과 접속 영역을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하며, 여기서 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 가지며; 적어도 하나의 성장 챔버는 표면 개질 리간드를 갖는 적어도 하나의 표면을 갖는다. 대안으로, 생물학적 세포를 배양하기 위한 키트들이 제공될 수도 있고, 여기서 키트는: 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원할 수 있는 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면을 갖는 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스; 및 표면 컨디셔닝 시약을 포함한다. 키트들 중 어느 하나의 미세유체 디바이스는 미세유체 디바이스들 (100, 200, 240, 290, 400, 500A-E, 또는 600) 중 어느 하나일 수도 있고, 전술된 특성들 중 어느 하나를 가질 수도 있다.

키트들 중 어느 하나의 미세유체 디바이스는 흐름 영역의 적어도 일부를 포함하는 미세유체 채널을 더 포함할 수도 있고, 디바이스는 미세유체 채널 안으로 바로 개방되는 접속 영역을 갖는 성장 챔버를 더 포함할 수도 있다. 성장 챔버는 고립 영역을 더 포함할 수도 있다. 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속될 수도 있고, 제 2 유체 매질을 포함하도록 구성될 수도 있고, 여기서 흐름 영역 및 적어도 하나의 성장 챔버가 제 1 및 제 2 유체 매질 각각으로 실질적으로 채워지는 경우, 그 후 제 2 유체 매질의 성분들은 제 1 유체 매질 안으로 확산하고/하거나 제 1 유체 매질의 성분들은 제 2 유체 매질 안으로 확산하며; 제 1 매질은 고립 영역 안으로 실질적으로 유동하지 않는다.

키트들 중 어느 하나의 다양한 실시형태들에서, 성장 챔버들은 도 1a 내지 도 1c, 도 2, 도 3 및 도 4a 내지 도 4c 의 성장 챔버들 (124, 126, 128, 130, 244, 246, 248, 또는 436) 과 같이 구성될 수도 있고, 여기서 성장 챔버의 고립 영역은 배양물에서 약 1x10³, 5x10², 4x10², 3x10², 2x10², 1x10², 50, 25, 15, 또는 10 보다 크지 않은 세포들을 지원하도록 구성된 체적을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 성장 챔버의 고립 영역은 최대 약 10, 50 또는 1x10² 세포들을 지원할 수 있는 체적을 갖는다. 위에서 논의된 바와 같이 성장 챔버들의 임의의 구성은 키트들의 미세유체 디바이스들의 성장 챔버들에서 사용될 수도 있다.

키트들 중 어느 하나의 다양한 실시형태들에서, 성장 챔버들의 크기는 1x10² 보다 크지 않은 생물학적 세포들을 유지하도록 구성될 수도 있고, 여기서 성장 챔버들의 체적은 1x10⁷ 세제곱 마이크론보다 크지 않을 수도 있다. 1x10² 보다 많지 않은 생물학적 세포들이 유지될 수도 있는 다른 실시형태들에서, 성장 챔버들의 체적은 5x10⁶ 세제곱 마이크론 보다 크지 않을 수도 있다. 또 다른 실시형태들에서, 50 보다 많지 않은 생물학적 세포들이 유지될 수도 있고, 성장 챔버들의 체적은 1x10⁶ 세제곱 마이크론 보다 많지 않은, 또는 5x10⁵ 세제곱 마이크론보다 많지 않을 수도 있다. 키트들에서, 미세유체 디바이스들은 위에서 논의된 바와 같이 임의의 수의 성장 챔버들을 가질 수도 있다.

키트들 중 어느 하나의 미세유체 디바이스는 유체 매질 (예를 들어, 제 1 또는 제 2 유체 매질) 을 흐름 영역으로 입력하도록 구성된 적어도 하나의 인렛 포트 및 (예를 들어, 제 1 유체 매질에서 소비된) 유체 매질을, 그것이 흐름 영역으로부터 나갈 때 수신하도록 구성된 적어도 하나의 아웃렛을 더 포함할 수도 있다.

키트들 중 어느 하나의 미세유체 디바이스는 복수의 DEP 전극들을 갖는 기판을 더 포함할 수도 있고, 여기서 기판의 표면은 성장 챔버의 표면 및 흐름 영역을 형성한다. 복수의 DEP 전극들은 하나 이상의 생물학적 세포들 (예를 들어, 클론성 집단) 을 성장 챔버 또는 그 고립 영역 안으로 이동시키거나 또는 생물학적 세포 배양물의 하나 이상의 세포들을 성장 챔버 또는 그 고립 영역 밖으로 이동시키기에 충분히 강한 유전영동 (DEP) 힘을 생성하도록 구성될 수도 있다. DEP 전극, 및 이에 따른 DEP 힘은 광학적으로 작동될 수도 있다. 이러한 광학적으로 작동된 DEP 전극들은 가상 전극들 (예를 들어, 입사광으로 인해 증가된 전도도를 갖는 비정질 규소 기판의 영역들), 포토레지스터들, 또는 대응하는 포토레지스터에 의해 스위치 온 또는 오프된 전극들일 수도 있다. 대안으로, DEP 전극 및 이에 따른 DEP 힘은 전기적으로 작동될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 미세유체 디바이스는 복수의 트랜지스터들을 갖는 기판을 더 포함할 수도 있고, 여기서 기판의 표면은 성장 챔버의 표면 및 흐름 영역을 형성한다. 복수의 트랜지스터들은 성장 챔버 또는 그 고립 영역으로 생물학적 세포를 도입하거나 또는 성장 챔버 또는 그 고립 영역 밖으로 생물학적 세포 배양물의 하나 이상의 세포들을 이동시키기에 충분히 강한 유전영동 (DEP) 힘을 생성할 수도 있다. 복수의 트랜지스터들 각각은 광학적으로 작동될 수도 있고, DEP 힘은 광전 트위저들에 의해 생성될 수도 있다.

키트들 중 어느 하나의 미세유체 디바이스는 적어도 하나의 성장 챔버 또는 그 고립 영역 위에 변형 가능한 리드 영역을 더 포함할 수도 있고, 이에 의해 변형 가능한 리드 영역을 눌러 하나 이상의 생물학적 세포들 (예를 들어, 클론성 집단) 을 성장 영역으로부터 흐름 영역으로 유출하도록 힘을 가한다.

키트들 중 어느 하나의 미세유체 디바이스는, 실질적으로 기체에 불투과성인 리드를 갖도록 구성될 수도 있다. 대안으로, 리드의 모든 부분은 기체 투과성이도록 구성될 수도 있다. 리드의 투과성 부분은 이산화탄소, 산소, 및 질소 중 적어도 하나에 투과성일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 리드 (또는 그 부분) 는 이산화탄소, 산소, 또는 질소 중 하나 보다 많은 것의 조합에 투과성일 수도 있다.

키트들 중 어느 하나는 유체 매질을 포함하도록 구성된 저장소를 더 포함할 수도 있다. 저장소는 본원에 설명된 미세유체 디바이스들 중 어느 하나에 유동적으로 접속될 수도 있다. 저장소는, 저장소에 존재하는 유체 매질이 용해된 기체 분자들로 유체 매질을 포화시킬 수 있는 기체 환경에 의해 접촉될 수 있도록 구성될 수도 있다. 저장소는 또한, 유체 매질과 유체 접촉하는 피더 세포들의 집단을 포함하도록 구성될 수도 있다.

키트들 중 어느 하나는 미세유체 디바이스의 인렛 포트 및/또는 아웃렛 포트에 접속되도록 구성된 적어도 하나의 연결 도관을 포함할 수도 있다. 연결 도관은 또한, 펌프 컴포넌트와 같은 흐름 제어기 또는 저장소에 접속하도록 구성될 수도 있다. 연결 도관은 기체 투과성일 수도 있다. 기체 투과성 연결 도관은 이산화탄소, 산소, 및 질소 중 적어도 하나에 투과성일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 기체 투과성 도관은 이산화탄소, 산소, 또는 질소 중 하나 이상의 조합에 투과성일 수도 있다.

키트들 중 어느 하나는 제 1 유체 매질의 pH 를 검출하도록 구성된 센서를 더 포함할 수도 있다. 센서는 미세유체 디바이스의 인렛 포트 또는 거기에 부착된 연결 도관에 접속 (또는 이에 접속 가능) 될 수도 있다. 대안으로, 센서는 미세유체 디바이스와 일체형일 수도 있다. 센서는, 유체 매질이 미세유체 디바이스로 진입하는 포인트 가까이에서 접속될 수도 있다. 키트는 미세유체 디바이스의 아웃렛에서 유체 매질의 pH 를 검출하도록 구성된 센서를 포함할 수도 있다. 센서는 미세유체 디바이스의 아웃렛 포트 또는 거기에 부착된 연결 도관에 접속 (또는 이에 접속 가능) 될 수도 있다. 대안으로, 센서는 미세유체 디바이스와 일체형일 수도 있다. 센서는, 유체 매질이 미세유체 디바이스를 나가는 포인트에 근접하여 접속될 수도 있다. 센서는, 미세유체 디바이스의 인렛 및/또는 아웃렛에 부착되든 아니든, 광학 센서일 수도 있다. 광학 센서는, 선택적으로 컬러-감응 포토레지스터일 수도 있는 통합형 비색 센서 및 LED 를 포함할 수도 있다. 키트는 pH 를 제어하고 거기로부터의 출력을 수신하도록 구동 전자 컴포넌트들을 더 포함할 수도 있다. 키트는 pH 센서를 제어하고 이로부터의 출력을 수신하도록 구동 전자 컴포넌트들을 더 포함할 수도 있다. 키트는 pH 검출 시약을 더 포함할 수도 있다. pH 검출 시약은 가시광 하에서 검출될 수도 있는 pH-감응 염료일 수도 있다.

키트들 중 어느 하나는 또한, 미세유체 디바이스 상에서 생물학적 세포 생존성을 강화시킬 수 있는 컴포넌트들을 갖는 배양 배지를 포함할 수도 있다. 이들 컴포넌트들은, 유체 매질 성분들에 대해 위에서 논의된 성분들 중 어느 하나를 포함하는, 당해 분야에 알려져 있는 바와 같은 임의의 적합한 배양 배지 성분들일 수도 있다.

키트들 중 어느 하나는 생물학적 세포 또는 세포들의 집단의 상태를 검출하기 위해 적어도 하나의 시약을 더 포함할 수도 있다. 상태를 검출하도록 구성된 시약들은 당해 분야에 잘 알려져 있고, 예를 들어 세포가 살아 있는지 또는 죽었는지 여부를 검출하도록 사용될 수도 있고; 항체들, 사이토카인들, 또는 성장 인자들과 같은 관심 있는 물질을 분비하고 있고; 또는 관심 있는 세포 표면 마커들을 갖는다. 이러한 시약들은 본원에 설명된 키트들 및 방법들에서 제한 없이 사용될 수도 있다.

본원에 제공된 키트들 중 어느 하나에 대해, 키트들의 성분들은 별개의 콘테이너들에 있을 수도 있다. 용액에 제공된 키트들의 성분들 중 어느 하나에 대해, 성분들은 본 발명의 방법들에서 사용된 바와 같은 약 1X, 5X, 10X, 100X, 또는 약 1000X 농도인 농도로 존재할 수도 있다.

미세유체 디바이스의 적어도 하나의 성장 챔버가 적어도 하나의 성장 챔버의 적어도 하나의 표면을 컨디셔닝하도록 사전-처리되지 않았고, 컨디셔닝된 표면이 표면 컨디셔닝 시약으로 처리함으로써 생성되는 키트들에 대해 또는 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원할 수 있는 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면을 갖는 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스; 및 표면 컨디셔닝 시약을 포함하는 키트들에 대해, 성장 챔버의 표면은 표면 컨디셔닝 시약으로 사전컨디셔닝될 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약은, 표면 컨디셔닝 시약으로서 사용하기 위해 전술된 폴리머들 중 임의의 하나 이상일 수도 있는 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 알킬렌 에테르 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 핵산 모이어티들, 당류 모이어티들, 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 폴리머를 포함할 수도 있다. 표면 컨디셔닝 시약은 PEO-PPO 블록 코폴리머, 예컨대 Pluronic® 폴리머 (예를 들어, L44, L64, P85 또는 F127) 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들을 포함할 수도 있다. 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 일 수도 있다.

대안으로, 성장 챔버의 표면을 컨디셔닝하는데 사용된 표면 컨디셔닝 시약은 미세유체 디바이스와 별개로, 키트에 포함될 수도 있다. 키트의 다른 실시형태들에서, 사전컨디셔닝된 미세유체 디바이스는 성장 챔버의 표면을 컨디셔닝하는데 사용된 것과 상이한 표면 컨디셔닝 시약과 함께 포함된다. 상이한 표면 컨디셔닝 시약은 위에서 논의된 표면 컨디셔닝 시약들 중 어느 하나일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 1 보다 많은 표면 컨디셔닝 시약이 키트에 포함된다.

미세유체 디바이스의 적어도 하나의 성장 챔버가 적어도 하나의 표면을 컨디셔닝하도록 사전-처리되지 않은 미세유체 디바이스를 갖는 키트들의 다양한 실시형태들에서, 키트는 또한, 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기에 적합한 배양 배지를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 키트는 또한, 성장 챔버의 표면의 컨디셔닝을 보충할 수 있는 시약을 포함하는 배양 배지 첨가제를 포함할 수도 있다. 배양 배지 첨가제는 위에서 논의된 바와 같은 컨디셔닝 시약 또는 세포 성장, 생존성, 이동성 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 적어도 하나의 성쟁 챔버의 적어도 하나의 표면의 능력을 강화시키는 다른 화학적 종들을 포함할 수도 있다. 이것은, 성장 인자들, 호르몬들, 항산화제들 또는 비타민들 등을 포함할 수 있다.

키트는 또한, 미세유체 디바이스의 별개의 컴포넌트일 수도 있거나 미세유체 디바이스의 부분으로서 통합될 수도 있는, 적어도 제 1 유체 매질을 관류시키도록 구성된 흐름 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는 유체 매질을 비-연속적으로 관류시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 제어기는 유체 매질을 주기적인 방식으로 또는 불규칙적인 방식으로 관류시키도록 구성될 수도 있다.

다른 양태에서, 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 고립 영역과 접속 영역을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 갖는 미세유체 디바이스를 포함하는, 생물학적 세포를 배양하기 위한 키트가 제공되고, 여기서 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 포함하고; 또한, 적어도 하나의 성장 챔버는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 컨디셔닝된 적어도 하나의 표면을 포함한다. 미세유체 디바이스는 본원에 설명된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스일 수도 있고, 본원에 설명된 바와 같은 성장 챔버들 중 어느 하나를 가질 수도 있다. 미세유체 디바이스는 본원에 설명된 임의의 종류의 DEP 구성을 갖는 기판을 가질 수도 있다. DEP 구성은 광학적으로 작동될 수도 있다. 미세유체 디바이스의 기판은 화학식 1 또는 화학식 2 의 본원에 설명된 바와 같은 기판 조성물들을 포함하는 표면을 가질 수도 있고, 전술된 바와 같은 특성들 모두를 가질 수도 있다.

화학식 1 화학식 2

키트의 미세유체 디바이스의 적어도 하나의 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들, 알킬렌 에테르 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 알킬 모이어티들, (퍼플루오로알킬 모이어티들을 포함할 수도 있는) 플루오로알킬 모이어티들, 음이온 모이어티들, 양이온 모이어티들, 및/또는 쌍성이온 모이어티들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면은 당류 모이어티들, 알킬렌 에테르 모이어티들, 알킬 모이어티들, 플루오로알킬 모이어티들, 또는 아미노산 모이어티들을 포함할 수도 있다. 알킬 또는 퍼플루오로알킬 모이어티들은 10 개보다 많은 탄소들의 백본 체인 길이를 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인들; 술팜산; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다.

키트의 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 미세유체 디바이스의 표면에 공유 결합으로 연결된 연결기를 포함할 수도 있고, 연결기는 미세유체 디바이스 내에서 하나 이상의 생물학적 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 연결될 수도 있다. 연결기는 실록시 연결기일 수도 있다. 대안으로, 연결기는 포스포네이트 에스테르 연결기일 수도 있다. 키트의 일부 실시형태들에서, 연결기는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 직접적으로 연결될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 연결기는 연결자를 통해, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 연결기는 연결자의 제 1 단부에 대한 접속을 통해, 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티에 간접적으로 연결될 수도 있다. 연결자는 선형 부분을 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 200 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 키트의 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면의 연결자는 트리아졸일렌 모이어티를 더 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고, 이에 의해 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성된다. 키트는 컨디셔닝된 표면의 절개 가능 모이어티를 절개하도록 구성된 시약을 더 포함할 수도 있다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 키트는 표면 컨디셔닝 시약을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 기약은 알킬렌 에테르 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스폰산 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 핵산 모이어티들 또는 당류 모이어티들 중 적어도 하나를 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 알킬렌 에테르 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 또는 당류 모이어티들을 포함하는 폴리머를 포함한다. 일부 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 절개 가능 모이어티를 포함할 수도 있다.

키트의 다른 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 액틴 필라멘트 형성을 방해하거나, 인테그린 수용체들을 차단하거나, 또는 DNA 오염된 표면들에 대한 세포들의 결합을 감소시킬 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 사이토칼라신 B, RGD 함유 펩티드, 또는 DNase 1 단백질, 파이브로넥틴 억제제, 또는 인테그린에 대한 항체일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 세포 부착 차단 분자들 중 하나 보다 많은 유형의 조합을 포함할 수도 있다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들을 포함할 수도 있다. 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 일 수도 있다. 키트의 다양한 실시형태들에서, 키트는 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기에 적합한 배양 매질을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 키트는 성장 챔버의 적어도 하나의 표면의 컨디셔닝을 보충하도록 구성된 시약을 포함하는 배양 배지 첨가제를 포함할 수도 있다. 배양 배지 첨가제는 위에서 논의된 바와 같은 컨디셔닝 시약 또는 세포 성장, 생존성, 이동성 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 적어도 하나의 성쟁 챔버의 적어도 하나의 표면의 능력을 강화시키는 다른 화학적 종들을 포함할 수도 있다. 이것은, 성장 인자들, 호르몬들, 항산화제들 또는 비타민들 등을 포함할 수 있다.

키트의 다양한 실시형태들에서, 키트는 하나 이상의 생물학적 세포들의 상태를 검출하도록 적어도 하나의 시약을 포함할 수도 있다.

또 다른 양태에서, 생물학적 세포를 배양하기 위한 키트는 제 1 유체 매질의 흐름을 포함하도록 구성된 흐름 영역; 및 고립 영역과 접속 영역을 포함하는 적어도 하나의 성장 챔버를 포함하는 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기 위한 미세유체 디바이스를 포함하고, 여기서 고립 영역은 접속 영역과 유동적으로 접속되고 접속 영역은 흐름 영역으로의 근위 개구를 가지며; 적어도 하나의 성장 챔버는 표면 개질 리간드를 갖는 적어도 하나의 표면을 갖는다. 미세유체 디바이스는 본원에 설명된 바와 같은 임의의 미세유체 디바이스일 수도 있다. 표면은 유전영동 (DEP) 구성을 갖는 기판을 포함할 수도 있다. DEP 구성은 본원에 설명된 임의의 DEP 구성일 수도 있다. DEP 구성은 광학적으로 작동될 수도 있다. 기판은 본원에 설명된 바와 같은 표면 개질 리간드를 갖는 임의의 기판이고, 화학식 3 의 구조를 가질 수도 있으며, 전술된 바와 같은 피처들을 모두 포함할 수도 있다:

화학식 3

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 다양한 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 기판의 표면의 모이어티들을 산화시키도록 공유 결합으로 연결될 수도 있다. 표면 개질 리간드는 반응성 모이어티를 포함할 수도 있다. 표면 개질 리간드의 반응성 모이어티는 아지도, 아미노, 브로모, 티올, 활성화 에스테르, 석신이미딜 또는 알키닐 모이어티일 수도 있다. 표면 개질 리간드는 연결기를 통해 산화물 모이어티들에 공유 결합으로 연결될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 연결기는 실록시 모이어티일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 연결기는 포스포네이트 에스테르 모이어티일 수도 있다. 연결기는 표면 개질 리간드의 반응성 모이어티에 연결자를 통해 간접적으로 접속될 수도 있다. 연결자는 선형 부분을 포함할 수도 있고, 여기서 선형 부분의 백본은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 표면 개질 리간드는 하나 이상의 절개 가능 모이어티들을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 절개 가능 모이어티들은 일단 형성된 미세유체 디바이스의 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고 이에 의해 배양 후에 하나 이상의 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성될 수도 있다.

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 일부 실시형태들에서, 키트는 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 제 1 모이어티, 및 화학식 5 의 구조를 갖고, 본원에 설명된 바와 같은 특성들 중 어느 하나를 가질 수도 있는, 표면 개질 리간드의 반응성 모이어티와 반응하도록 구성된 제 2 모이어티를 포함하는 컨디셔닝 변경 시약을 더 포함할 수도 있다:

화학식 5

제 2 모이어티는, 키트의 미세유체 디바이스의 표면 개질 리간드의 반응성 모이어티와의 반응 시에, 표면 개질 리간드를, 성장 챔버 내에서 하나 이상의 세포들의 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 컨디셔닝된 표면으로 컨버팅하도록 구성될 수도 있다. 제 1 모이어티는 알킬렌 산화물 모이어티, 당류 모이어티; 알킬 모이어티, 퍼플루오로알킬 모이어티, 아미노산 모이어티, 음이온 모이어티, 양이온 모이어티 또는 쌍성이온 모이어티를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 모이어티는, 알킬 또는 (퍼플루오로알킬을 포함하는) 플루오로알킬 모이어티들; (덱스트란을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지 않는) 모노- 또는 폴리당류들; (프로파르길 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 알콜들; 폴리비닐 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 폴리알콜들; 폴리에틸렌 글리콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 알킬렌 에테르들; (폴리아크릴 산 또는 폴리비닐 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는) 고분자전해질들; 아미노 기들 (그 유도체들, 예컨대 비 제한적으로 알킬레이트 아민들, 히드록시알킬레이트 아미노 기, 구아니디늄, 및 비 제한적이지만 모르폴린일 또는 피페라지닐과 같은 비방향족 질소 링 원자를 함유하는 헤테로사이클릭 기들을 포함); (카르복실레이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 프로피올산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 카르복실산들; (포스포네이트 음이온 표면을 제공할 수도 있는) 에틸기 포스폰산을 포함하지만 이에 제한되지 않는 포스폰산들; 설포네이트 음이온들; 카르복시베타인들; 술포베타인; 술팜산; 또는 아미노산들을 포함할 수도 있다. 제 2 모이어티는 아미노, 카르복실산, 알킬렌, 아지드, 알데히드, 브로모 또는 티올 모이어티일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 컨디셔닝 변경 시약의 (화학식 5 에 대해 전술된 바와 같은) 연결자 (L') 또는 제 1 모이어티는 절개 가능 모이어티를 포함할 수도 있다. 절개 가능 모이어티는 컨디셔닝된 표면의 분열을 허용하고, 이에 의해 생물학적 세포들의 이동성을 촉진하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 키트는 컨디셔닝된 표면의 절개 가능 모이어티를 절개하도록 구성된 시약을 더 포함할 수도 있다.

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 일부 실시형태들에서, 키트는 표면 컨디셔닝 시약을 더 포함할 수도 있다.

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 알킬렌 에테르 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스폰산 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 핵산 모이어티들 또는 당류 모이어티들 중 적어도 하나를 포함하는 폴리머를 포함할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 알킬렌 에테르 모이어티들, 아미노산 모이어티들, 또는 당류 모이어티들 중 적어도 하나를 포함하는 폴리머를 포함한다. 일부 다른 실시형태들에서, 컨디셔닝된 표면은 절개 가능 모이어티를 포함할 수도 있다.

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 액틴 필라멘트 형성을 방해하거나, 인테그린 수용체들을 차단하거나, 또는 DNA 오염된 표면들에 대한 세포들의 결합을 감소시킬 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 사이토칼라신 B, RGD 함유 펩티드, 또는 DNase 1 단백질, 파이브로넥틴 억제제, 또는 인테그린에 대한 항체일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 세포 부착 차단 분자는 세포 부착 차단 분자들 중 하나 보다 많은 유형의 조합을 포함할 수도 있다.

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 일부 실시형태들에서, 표면 컨디셔닝 시약은 포유류 혈청의 하나 이상의 성분들을 포함할 수도 있다. 포유류 혈청은 소태아 혈청 (FBS), 또는 송아지 태아 혈청 (FCS) 일 수도 있다.

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 일부 실시형태들에서, 키트는 하나 이상의 생물학적 세포들을 배양하기에 적합한 배양 배지를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 키트는 성장 챔버의 적어도 하나의 표면의 컨디셔닝을 보충하도록 구성된 시약을 포함하는 배양 배지 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 배양 배지 첨가제는 위에서 논의된 바와 같은 컨디셔닝 시약 또는 세포 성장, 생존성, 이동성 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 적어도 하나의 성쟁 챔버의 적어도 하나의 표면의 능력을 강화시키는 다른 화학적 종들을 포함할 수도 있다. 이것은, 성장 인자들, 호르몬들, 항산화제들 또는 비타민들 등을 포함할 수 있다.

표면 개질 리간드를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 미세유체 디바이스를 갖는 키트의 일부 실시형태들에서, 키트는 하나 이상의 생물학적 세포들의 상태를 검출하도록 적어도 하나의 시약을 더 포함할 수도 있다.

실시예들

실시예 1. K562 적백혈병 세포의 배양 및 성장.

재료들: K562 세포들, 인간 불후의 골수성 백혈병 세포주가 ATCC (American Type Culture Collection) (카탈로그 ATCC® CCl-243™) 로부터 획득되었고, 부유 세포주로서 제공되었다. 배양물들은 1x10³ 생존 가능한 세포/mL 를 접종 (seed) 하고, 5 % 이산화탄소 기체 환경을 사용하여 37 ℃ 에서 인큐베이팅함으로써 유지되었다. 세포들은 1x10⁶ 세포/mL 에서 또는 2-3 일마다 분열되었다. 세포들은 5 % 디메틸 술폭시드 (DMSO)/ 95 % 완전 성장 배지에서 동결되었다.

배양 배지: 완전한 성장 배지를 만들기 위해 이스코브의 개질된 둘베코의 (Iscove's Modified Dulbecco's) 배지 (ATCC® Catalog No. 30-2005) 과 10 % 소태아 혈청 (Hyclone Cat#SH30071.2) 이 결합되었다. 인큐베이션 주기 동안 관류할 때, 완전한 성장 배지는 미세유체 디바이스 안에 도입되기 전에 공기 중 5 % 이산화탄소로 연속적으로 컨디셔닝되었다.

프라이밍 용액: 0.1 % Pluronic® F127 (Life Technologies® Cat#P6866) 을 함유하는 완전한 성장 배지.

시스템 및 미세유체 디바이스: Berkeley Lights, Inc. 에 의해 제조됨. 시스템은 적어도 흐름 제어기, 온도 제어기, 유체 매질 컨디셔닝 및 펌프 컴포넌트, 광 활성화된 DEP 구성들에 대한 광원, 미세유체 디바이스, 장착 스테이지, 및 카메라를 포함하였다. 이 실험에 사용된 미세유체 디바이스의 성장 챔버는 대략 1.4x10⁵ 제곱 마이크론의 체적을 가졌다. 흐름 채널의 단면적은 약 4x10³ 제곱 마이크론이었다. 미세유체 디바이스는 8 개의 채널들을 가졌다.

배양을 위한 준비: 미세유체 디바이스가 시스템 상에 로딩되었고 5 분 동안 15 psi 에서 100 % 이산화탄소로 퍼지되었다. 이산화탄소 퍼지 직후에, 프라이밍 용액이 5 마이크로리터/초에서 8 분 동안 미세유체 디바이스를 통해 관류되었다. 그 후, 완전한 성장 배지가 5 마이크로리터/초에서 5 분 동안 미세유체 디바이스를 통해 유동되었다.

배양 컨디션들: 미세유체 디바이스의 온도는 37 ℃ 로 유지되었다. 배양 배지는 0.001 마이크로리터/초의 일정 속도로 배양 실험의 전체 주기에 걸쳐 관류되었다.

단일의 K562 세포는, 중력을 사용하여 미세유체 디바이스의 하나의 성장 챔버 안으로 로딩되었다. 세포를 로딩한 후, t=0 시간에서 성장 챔버의 사진이 도시된다 (도 10a 참조). 화살표 (1002) 는 성장 챔버에서 단일의 세포의 로케이션을 가리킨다.

16 시간의 배양이 완료된 후에, 그 시점에서 취해진 사진에 도시된 바와 같이, 세포는 2 개의 세포들의 집단으로 증식되었다 (도 10b 참조). 화살표 (1004) 는 성장 챔버에서 2 개의 세포의 로케이션을 가리킨다.

34 시간의 배양이 완료된 후에, 도 10c 의 사진에 도시된 바와 같이, 세포들의 집단은 총 4 개의 세포들로 증가되었다. 화살표들 (1006 및 1008) 은 성장 챔버 내에 위치된 2 개의 세포들의 2 개의 그룹들 각각을 가리킨다.

54 시간의 배양이 완료된 후에, 도 10d 의 사진에 도시된 바와 같이, K562 세포들의 집단은 총 8 개의 세포들로 증가되었다. 화살표들 (1010 및 1012) 은 성장 챔버 내에서 세포들의 그룹의 어느 한 측의 세포들을 가리킨다.

70 시간의 배양이 완료된 후에, 도 10e 의 사진에 도시된 바와 같이, K562 세포들의 집단은 총 16 개의 세포들로 증가되었다. 화살표들 (1014, 1016, 및 1018) 은 그 그룹의 세포들을 가리킨다. K562 의 클론 증식된 집단이 미세유체 디바이스의 성장 챔버에 제공되었다.

실시예 2. OKT3 하이브리도마 세포의 배양 및 성장.

재료들: OKT3 세포들, 쥐 골수종 하이브리도마 세포주가 ATCC (ATCC® Cat. #CRL-8001™) 로부터 획득되었다. 세포들은 부유 세포주로서 제공되었다. 배양물들은 약 1x10⁵ 내지 2x10⁵ 생존 가능한 세포/mL 를 접종하고, 기체 환경으로서 공기 중 5 % 이산화탄소를 사용하여 37 ℃ 에서 인큐베이팅함으로써 유지되었다. 세포들은 2-3 일마다 분열되었다. OKT3 세포 수 및 생존성이 카운트되었고, 세포 밀도는 미세유체 디바이스로의 로딩을 위해 5x10⁵/ml 로 조정된다.

배양 배지: 배양 배지를 만들기 위해, 500 ml 의 이스코브의 개질된 둘베코의 (Iscove's Modified Dulbecco's) 배지 (ATCC® Catalog No. 30-2005), 200 ml 의 소태아 혈청 (ATCC® Cat. #30-2020) 및 1 ml 페니실린-스트렙토마이신 (Life Technologies® Cat.#15140-122) 이 결합되었다. 완전한 배지는 0.22 ㎛ 필터를 통해 필터링되었고, 사용때 까지 4 ℃ 에서 광으로부터 멀리 저장되었다.

인큐베이션 주기 동안 관류할 때, 배양 배지는 미세유체 디바이스 안에 도입되기 전에 공기 중의 5 % 이산화탄소로 연속적으로 컨디셔닝되었다.

프라이밍 용액: 0.1 % Fluronic® F127 (Life Technologies® Cat #P6866) 을 함유하는 배양 배지.

시스템 및 미세유체 디바이스: Berkeley Lights, Inc. 에 의해 제조됨. 시스템은 적어도 흐름 제어기, 온도 제어기, 유체 매질 컨디셔닝 및 펌프 컴포넌트, 광 활성화된 DEP 구성들에 대한 광원 및 프로젝터, 미세유체 디바이스, 장착 스테이지, 및 카메라를 포함하였다. 이 실험에 사용된 미세유체 디바이스의 성장 챔버는 대략 1.5x10⁶ 제곱 마이크론의 체적을 가졌다. 흐름 채널의 단면적은 약 8x10³ 세제곱 마이크론이었고, 총 6 개의 채널들이 미세유체 디바이스 상에 존재하였다.

배양을 위한 준비: 미세유체 디바이스가 시스템 상에 로딩되었고 5 분 동안 15 psi 에서 100 % 이산화탄소로 퍼지되었다. 이산화탄소 퍼지 직후에, 총 2.5 ml 의 체적이 미세유체 디바이스를 통해 관류될 때까지 프라이밍 용액이 8 마이크로리터/초에서 미세유체 디바이스를 통해 관류되었다. 배양 배지는 그 후, 총 1 ml 의 배양 배지가 미세유체 디바이스를 통해 관류될 때까지 8 마이크로리터/초 에서 미세유체 디바이스를 통해 유동되었다. 도 11a 사진에서 세포들의 도입 전에, 준비된 미세유체 디바이스가 도시된다. 일렬의 4 개의 성장 챔버들은 사진의 하단을 따라 연장된다.

배양 컨디션들: 미세유체 디바이스의 온도는 37 ℃ 로 유지되었다. 배양 배지는 0.01 마이크로리터/초로 초기 4 시간의 관류 다음에, 약 3 초 동안 8 마이크로리터/초의 짧은 고속 관류 다음에, 대략 1 분 미만의 짧은 관류 정지 기간을 포함한 가변 관류 방법을 사용하여 배양 실험의 전체 주기 전체에 걸쳐 관류되었다. 변경되는 관류 속도들과 정지를 포함하는 이 사이클은 배양 실험 내내 계속되었다.

단일의 OKT3 세포가 중력에 의해 성장 챔버 안으로 도입되었다. 시간 t=0 에서 하나의 세포를 갖는 성장 챔버의 사진은 도 11b 에 도시되고, 여기서 화살표 (1102) 는 좌측으로부터, 및 특히 챔버 내의 단일의 세포에서 제 2 챔버를 가리키고, 여기서 세포가 상주하는 영역은 또한 원으로 둘러싸인다.

도 12a 내지 도 12c 는 배양 실험의 나중 시점들에서 미세유체 디바이스의 사진을 나타내고, 클론성 집단을 형성하는 세포 증식을 입증한다. 도 12a 의 사진은 1일의 배양이 완료된 때 취해졌고, 화살표 (1202) 는 좌측, 단일의 OKT3 세포의 도입 사이트로부터 제 2 챔버 내의 약 4 개의 세포들의 그룹을 가리킨다. 도 12b 는 2일의 배양이 완료된 후에 취해진 사진이고, 화살표 (1204) 는 좌측으로부터 제 2 챔버 내의 세포들의 추가의 배가된 집단을 가리킨다. 도 12c 는 3 일의 배양이 완료된 후에 취해진 사진이고, 화살표 (1206) 는 단일의 OKT3 세포를 배양한 것에서 발생하는 증식된 OKT3 세포들의 규모를 나타낸다.

도 13a 내지 도 13c 는 3 일의 배양의 완료 후에 (즉, 12c 의 시점 후에) 미세유체 디바이스의 사진을 나타내고, 광전 트위저들에 의해 생성된 유전영동 힘을 사용하여, 증식된 OKT3 세포들의 선택의 유출을 입증한다. 도 13a 에서, 유전영동 힘을 개시하는 광의 패턴 (즉, 화살표 (1302) 가 가리키는 광 트랩) 은 세포들 주변의 흰색 박스로서 도시된다. 세포들은, 광학적으로 작동된 유전영동 힘들에 의해, 성장 챔버의 하단으로부터 흐름 채널을 향해 이동되었다. 도 13b 의 사진은 또한, 증식된 OKT3 세포들의 흐름 영역으로의 추가의 이동을 나타낸다. 세포들은 광 트랩에 여전히 트랩되었고, 광 트랩 (화살표 (1304)) 과 함께 이동하도록 힘을 받았다. 도 13c 의 사진은, 일단 증식된 세포들이 흐름 영역으로 완전히 이동되면 (화살표 1306), 팽창된 세포들의 방출을 나타낸다. 이들 세포들은 광학적으로 작동된 DEP 힘들, 중력 또는 유체 흐름의 사용에 의한 증식 또는 추가의 연구를 위해 미세유체 디바이스 밖으로 유출되었다.

이 실험은 본원에 설명된 디바이스들 및 방법들의 사용에 의해 제공된 선택도, 정확도 및 유연성을 입증한다.

실시예 3. 미세유체 디바이스의 표면들을 컨디셔닝하기 위해 무 혈청 배지를 사용한 부착 세포들의 제거.

시스템 및 미세유체 디바이스: 실시예 1 에서와 같이, 약 7x10⁵ 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 성장 챔버들이 있음.

프라이밍 레짐; 250 마이크로리터의 100 % 이산화탄소가 12 마이크로리터/초의 속도로 유동되었다. 이것 다음에, 12 마이크로리터/초로 유동된, 0.1 % Pluronic® F27 (Life Technologies® Cat#P6866)을 함유한 PBS 250 마이크로리터가 뒤따랐다. 프라이밍의 최종 단계는 12 마이크로리터/초 로 유동된, 250 마이크로리터의 PBS 를 포함하였다. 배양 배지의 도입은 다음과 같다.

관류 레짐. 관류 방법은 다음의 2 개의 방법들 중 어느 하나였다:

1. 2 시간 동안 0.01 마이크로리터/초로 관류; 64 초 동안 2 마이크로리터/초로 관류; 및 반복.

2. 100 초 동안 0.02 마이크로리터/초로 관류; 500 초 동안 흐름을 정지; 64 초 동안 2 마이크로리터/초로 관류; 및 반복.

배양 배지. 무 혈청 배지 (ThermoFisher Scientific, Cat. No. 12045-096).

시스템 및 미세유체 디바이스. 배양 후 미세유체 디바이스의 흐름 채널로부터 부착 세포들을 제거하기 위한 능력은 (예를 들어, AddexBio, Cat.No.C000605 로부터 상용 가능한, JIMT1 세포들일 수 있는) 부착 세포들을 36 ℃ 에서 30 분 동안, 컨디셔닝 배양 배지 첨가제, B-27 보충제 (2 % v/v) 를 갖는 무 혈청 배양 배지에서 사전-인큐베이팅함으로써 입증되었다. 사전-인큐베이션 후에, 부착 세포들은 흐름 채널에 도입되고, 흐름은 정지되며, 부착 세포들은 2 시간 내지 약 24 시간의 주기 동안 배양된다. 분석의 종결 후에, 무-혈청 배양 배지의 흐름은 5 마이크로리터/초의 속도로 도입된다. 약 750 마이크로리터의 흐름이 약 150X 미세유체 디바이스 체적들을 나타내는 미세유체 디바이스를 통과하고, 부착 JIMT1 세포들 모두는 흐름 채널 밖으로 그리고 미세유체 디바이스 밖으로 유출된다. 이 실험은, 상용 가능한 B27 과 같은 보충 성분들을 함유할 수도 있는 무 혈청 배지가 부착 리포터 세포들을 통합하는 분석 과정 동안 부착을 방지하고, 미세유체 디바이스로부터 부착 세포들의 유출을 허용할 수 있다는 것을 보여준다.

실시예 4. 미세유체 디바이스의 표면들을 컨디셔닝하기 위해 컨디셔닝 칵테일을 사용한 부착 세포들의 제거.

부착 세포들: 상기의 실시예 3 에 대해서와 같음.

배양 배지. (ThermoFisher Scientific, Cat No. 16000-036 로부터 상용 가능한) FBS 및 페니실린-스트렙토마이신 (ThermoFisher Scientific Cat. No. 15140-163) 을 포함하지만 이에 제한되지 않는 성분들이 첨가된 무 혈청 배양 배지 (ThermoFisher Scientific, Cat.No. 12045-076).

컨디셔닝 칵테일: 사이토칼라신B (Sigma Aldrich, Cat No. C2743-200UL); DNaseI (New England Biosciences Cat No: M0303S); 및 RGD 트리펩티드 (Santa Cruz BioTechnology Cat No: sc-201176).

부착 세포 준비: 배양 배지는 4 마이크로몰의 사이토칼라신 B; 0.1 단위/마이크로리터의 DNaseI; 및 1 밀리몰의 RGD 트리 펩티드의 최종 농도를 갖도록 컨디셔닝 칵테일을 이용하여 개질된다. 부착 세포들은 미세유체 디바이스로 안으로의 유입 전에 36 ℃ 에서 30 분 동안 인큐베이팅된다.

시스템 및 미세유체 디바이스. 상기와 같이, 약 7X105 세제곱 마이크론의 체적을 갖는 성장 챔버들이 있음.

배양 후 미세유체 디바이스의 흐름 채널로부터 부착 세포들 (예들 들어, JIMT1 세포들) 을 제거하는 능력은 컨디셔닝 칵테일로 사전-인큐베이팅된 부착 세포 집단을 사전-인큐베이팅함으로써 입증된다. 특히, 컨디셔닝 칵테일의 사용은 부착 세포들의 제거를 여전히 제공하면서 미세유체 환경 내에서, 이 실시예에서 사용된 배지와 같은 배지를 함유하는 혈청의 사용을 허용한다.

사전-인큐베이팅된 부착 세포들은 미세유체 디바이스의 흐름 채널 안으로 도입되고, 부착 세포들은 2 시간 내지 약 24 시간의 주기 동안 인큐베이팅된다. 분석의 종결 후에, 배양 배지의 흐름을 5 마이크로리터/초의 속도로 도입된다. 약 750 마이크로리터의 흐름이 약 150X 미세유체 디바이스 체적들을 나타내는 미세유체 디바이스를 통과하고, 부착 세포들 모두는 흐름 채널 밖으로 그리고 미세유체 디바이스 밖으로 유출된다. 이 실험은, 컨디셔닝 칵테일이 부착을 방지하고, 부착 세포들의 유출을 허용한다는 것을 보여준다.

실시예 5. 컨디셔닝된 표면들을 갖는 미세유체 디바이스들의 준비.

모든 준비들에 대해: 미세유체 디바이스: 실시예 1 에 대해 상기와 같이, Berkeley Lights, Inc. 에 의해 제조되고, 수령된 대로 사용됨. 모든 경우들에서, 규소 기판들 및 패터닝된 실리콘 (PPS) 이 있는 ITO/유리 기판들은 컨디셔닝된 표면들의 합성 전에 노드슨 어심텍 (Nordson Asymtek) 플라즈마 클리너 (100 W 전력, 50 s) 에서 산소 플라즈마 클리닝되었다.

A. 퍼플루오로알킬 실록시 컨디셔닝된 표면.

재료들: 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로데실트리메톡시실란이 Gelest (Cat. No. SIH5841.5) 로부터 획득되었고, 수령한 대로 사용되었다. MgSO₄7H₂O (Acros) 가 수령한 대로 사용되었다.

준비 방법. 어셈블링된 미세유체 디바이스들은 감압 하에서 상승된 온도로 수증기 및 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로데실트리메톡시실란에 디바이스들을 노출시킴으로써 화학적으로 변경되었다. 300 마이크로리터의 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로데실트리메톡시실란 및 0.5 g 의 MgSO₄7H₂O (수원) 이, 깨끗하고 건조한 6" 의 유리 진공 데시케이터의 하단의 알루미늄 보트들을 분리하기 위해 첨가되었다. 미세유체 디바이스들은 실란 시약 및 염수화물 (수원) 위의 다공판 상에 지지되었다. 데시케이터는 상온에서 750 mTorr 로 펌핑되어 실링되었다. 데시케이터는 그 후, 24 시간 동안 110 ℃ 의 오븐 안에 배치되었다. 퍼플루오로알킬 컨디셔닝된 표면을 갖는 미세유체 디바이스들이 그 후 데시케이터로부터 제거되어 사용되었다.

일부 실험들에서, 미세유체 디바이스들은 인쇄 회로 기판들에 탑재되기 전에 화학적으로 변경되었다.

B. 덱스트란 컨디셔닝된 표면.

재료들. 11-아지도운데실트리메톡시실란은, 11-브로모운데실트리메톡시실란 (Gelest) 으로부터 브롬화물 모이어티를 나트륨 아지드로 치환시킴으로써 합성되었다. 통상적인 반응에서, 4.00 g 의 11-브로모운데실트리메톡시실란 (Gelest) 이 60 mL 의 드라이 디메틸포름아미드 (DMF) (Acros) 에서 2.00 g 의 나트륨 아지드 (Sigma-Aldrich) 를 함유하는 용액에 첨가되었다. 이 용액은 질소 하의 상온에서 24 시간 교반되었다. 다음에, 용액은 필터링되었고, 여과액이 드라이 pentane (Acros) 을 이용하여 추출되었다. 미정제 11-아지도운데실트리메톡시실란 산물이 회전 증발에 의해 농축되었고, 2 번의 연속적인 진공 증류들에 의해 정제되었다.

디벤조사이클로옥틴 (DBCO)-변경된 덱스트란 (MW ∼3000 Da) 은 Nanoc 으로부터 구입하여, 수령한 대로 사용되었다.

준비 방법. 표면 개질 리간드의 도입. 어셈블링된 미세유체 디바이스들은 감압 하에서 상승된 온도로 수증기 및 11-아지도운데실트리메톡시실란에 디바이스들을 노출시킴으로써 화학적으로 변경되었다. 300 마이크로리터의 11-아지도운데실트리메톡시실란 및 0.5 g 의 MgSO₄7H₂O (수원) 이, 깨끗하고 건조한 6" 의 유리 진공 데시케이터의 하단의 알루미늄 보트들을 분리하기 위해 첨가되었다. 미세유체 디바이스들은 실란 및 염수화물 (수원) 위의 다공판 상에 지지되었다. 데시케이터는 상온에서 750 mTorr 로 펌핑되어 실링되었다. 데시케이터는 그 후, 24 시간 동안 110 ℃ 의 오븐 안에 배치되었다. 표면 개질 리간드, 11-아지도운데실실록시 모이어티를 갖는 미세유체 칩들이 그 후, 데시케이터로부터 제거되었다. 일부 실험들에서, 미세유체 디바이스들은 인쇄 회로 기판들에 탑재되기 전에 화학적으로 변경되었다.

덱스트란 컨디셔닝된 표면의 도입. 아지드-종단 미세유체 디바이스 표면들은, 기상 증착 후에 표면 개질 아지드 리간드들을 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 166 마이크로몰의 DBCO-덱스트란을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수용액을 유동시킴으로써 DBCO-덱스트란과 반응되었다. 이 반응은 적어도 1 시간 동안 상온에서 진행하도록 허용되었다. 그 후, 칩들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 DI 수를 유동시킴으로써 그 칩들을 린스하였다.

C. 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 컨디셔닝된 표면.

재료들. 11-아지도운데실트리메톡시실란이 상기와 같이 합성되었다. 알킨-변경된 PEG (MW ∼5000 Da) 는 JenKem 으로부터 구입하여, 수령한 대로 사용되었다. 아스코르브산나트륨 및 카파 설페이트 펜타하이드레이트는 Sigma-Aldrich 로부터 구입하여, 수령한 대로 사용되었다. (3[트리(3-하이드록시프로필트리아졸일메틸)아민) THPTA 구리 촉매작용 클릭 시약 (Glen Research).

준비 방법. 표면 개질 리간드의 도입. 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 칩들이 상기와 같이 준비되었다.

PEG 컨디셔닝된 표면의 도입. 미세유체 디바이스들의 아지드-종단 표면들은, 11-아지도운데실실록시 표면 개질 리간드를 갖는 미세유체 디바이스들을 통해 333 마이크로몰의 알킨-변경된 PEG, 500 마이크로몰의 황산 구리, 500 마이크로몰의 THPTA 리간드 및 5 밀리몰의 아스코르브산나트륨을 함유하는 적어도 250 마이크로리터의 수용액을 유동시킴으로써 알킨-변경된 PEG 와 반응되었다. 이 반응은 적어도 1 시간 동안 상온에서 진행하도록 허용되었다. 그 후, 디바이스들을 통해 적어도 250 마이크로리터의 탈염수를 유동시킴으로써 PEG 컨디셔닝된 표면을 갖는 미세유체 디바이스들을 린스하였다.

D. 표면에 대한 포스포네이트 에스테르 연결기를 갖는 알킬 변경된 표면.

재료들. 옥타데실포스폰산이 Sigma Aldrich 로부터 구매되어, 수령한 대로 사용된다. 아세톤 및 에탄올이 Sigma Aldrich 로부터 구매된다.

준비 방법들. 미세유체 디바이스들의 표면들은 48 시간 동안 35 ℃ 에서 드라이 에탄올 내의 옥타데실포스폰산의 10 밀리몰 용액에 노출된다. 포스포네이트 에스테르 연결기를 통해 부착된 알킬 컨디셔닝된 표면들을 갖는 결과의 미세유체 디바이스들은 증착 후에 에탄올 및 DI 수로 풍부하게 린스된다.

실시예 6 : 컨디셔닝된 미세유체 표면 상의 T 림프구들의 배양 및 유출

재료들. AllCells Inc. 로부터의 CD3+ 세포들 및 1 비드/1 세포의 비율로 항-CD3/항-CD28 자기 비드들 (Dynabeads®, Thermofisher Scientific, Cat. No. 11453D) 과 혼합됨. 이 혼합물은 37 ℃ 에서, 5 % CO₂ 인큐베이터에서 5 시간 동안, 그 자체를 배양 실험하는 것과 동일한 배지에서 인큐베이팅되었다. 인큐베이션 다음에, T 세포/비드 혼합물이 사용을 위해 재현탁되었다.

배양 배지. RPMI-1640 (GIBCO®, ThermoFisher Scientific, Cat. No. 11875-127), 10% FBS, 2% 인간 AB 혈청 (50 U/ml IL2; R&D Systems).

프라이밍 절차: 실시예 3 에 대해 상기와 같음.

관류 레짐: 실시예 3 에 대해 상기와 같음.

시스템 및 미세유체 디바이스: 실시예 3 에 대해 상기와 같음. 성장 챔버들은 약 7x10⁵ 세제곱 마이크론을 갖는다.

컨디셔닝된 표면. 미세유체 디바이스는, 전술된 바와 같이 준비된, 공유 결합으로 연결된 덱스트란 컨디셔닝된 표면을 가졌다.

T 세포와 비드 현탁액은 유체 인렛을 통해 재현탁을 따름으로써 미세유체 디바이스 안으로 그리고 미세유체 채널 안으로 도입되었다. 흐름은 정지되었고, 칩을 틸팅하고 중력이 T 세포들/비드들을 성장 챔버들 안으로 끌어당기는 것을 허용함으로써 T 세포들/비드들은 성장 챔버들 안에 랜덤하게 로딩되었다.

T 세포들/비드들을 성장 챔버들 안에 로딩한 후에, 배양 배지는 4 일의 주기 동안 나노유체 칩의 미세유체 채널을 통해 관류되었다. 도 14a 는 미세유체 디바이스의 성장 챔버들의 덱스트란 컨디셔닝된 표면 상에서 T 세포들의 성장을 보여주었다. 덱스트란 컨디셔닝된 표면 상에서 T 세포들의 성장은 유사한 미세유체 디바이스의 비-컨디셔닝된 표면에 비해 개선되었다 (데이터는 도시하지 않음).

T 세포들은 그 후, 중력 (예를 들어, 미세유체 디바이스를 틸팅) 에 의해 성장 챔버들로부터 제거되었다. 도 14b 는 유사한 미세유체 디바이스의 비-컨디셔닝된 표면으로부터 T 세포들의 제거에 비해 개선된, 증식된 T 세포들을 흐름 채널로 유출하기 위한 탁월한 능력을 입증하는, 20 분의 주기 끝에서 성장 챔버로부터의 제거 정도를 도시하였다. T 세포들은 그 후, 미세유체 디바이스로부터 유출되었다 (미도시).

여기에 나타낸 예들은 예시적이며, 결코 전체 상세한 설명에 걸쳐 설명된 방법들 및 장치들의 범위를 제한하지 않는다.

Claims (31)

1. 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트로서,
   각각이 유체를 홀딩하도록 구성된 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들을 포함하는 미세유체 디바이스를 포함하고, 상기 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들은 인클로저에 의해 정의되고,
   상기 인클로저는,
   제 1 물질을 포함하고 내측 면을 갖는 베이스;
   제 2 물질을 포함하고 내측 면을 갖는 미세유체 회로 구조; 및
   제 3 물질을 포함하고 내측 면을 갖는 커버를 포함하고,
   상기 베이스의 상기 내측 면, 상기 미세유체 회로 구조의 상기 내측 면, 및 상기 커버의 상기 내측 면 각각은 상기 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들의 적어도 하나의 성장 챔버의 내부를 대면하고,
   상기 적어도 하나의 성장 챔버의 상기 내부를 대면하는 상기 내측 면들은 공유 결합으로 부착된 모노층을 갖고, 상기 모노층은 연결기, 및 상기 적어도 하나의 성장 챔버 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위한 컨디셔닝 변경 시약에 공유 결합으로 연결되도록 구성되는 반응성 모이어티 (R_x) 를 포함하고, 또한, 상기 적어도 하나의 성장 챔버의 상기 내부를 대면하는 상기 내측 면들의 상기 모노층의 각 연결기는 동일한 연결기이고, 그리고
   상기 모노층의 반응성 모이어티 (R_x) 와 반응하도록 구성된 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 및 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위한 모이어티를 포함하는 상기 컨디셔닝 변경 시약을 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 물질, 상기 제 2 물질 및 상기 제 3 물질은 상이한 물질들을 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 물질은 폴리머를 포함하고, 또한, 상기 제 1 물질은 상기 폴리머와 상이한, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스는 하나 이상의 반도체 기판들을 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 미세유체 디바이스는, 적어도 하나의 포유류 세포를 유전영동 (dielectrophoresis; DEP) 힘을 사용하여 상기 적어도 하나의 성장 챔버 안으로 도입하도록 구성되는 유전영동 (DEP) 구성을 갖는 기판을 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 커버는 하나 이상의 인듐-틴-옥사이드 (ITO) 전극들을 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 성장 챔버는,
   단일의 개구를 갖는 고립 영역; 및
   접속 영역을 포함하고, 상기 접속 영역은 인렛 포트와 상기 적어도 하나의 성장 챔버를 연결하는 흐름 영역으로의 근위 개구 및 상기 고립 영역으로의 원위 개구를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 성장 챔버는,
   단일의 개구를 갖는 고립 영역; 및
   접속 영역을 포함하고, 상기 접속 영역은 인렛 포트와 상기 적어도 하나의 성장 챔버를 연결하는 흐름 영역으로의 근위 개구 및 상기 고립 영역으로의 원위 개구를 포함하고, 상기 근위 개구로부터 상기 원위 개구로의 접속 영역의 길이 (L_con) 는 상기 근위 개구에서의 접속 영역의 폭 (W_con) 의 적어도 1.0 배이고, 또한, 제 1 유체 매질이 상기 흐름 영역 내에서 유동되고 있을 때 상기 접속 영역은 상기 고립 영역 안으로의 어떠한 유체 플럭스도 실질적으로 허용하지 않으면서 상기 고립 영역 안으로의 상기 제 1 유체 매질의 확산을 허용하도록 구성되는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 근위 개구에서의 접속 영역의 폭 (W_con) 은 20 마이크론 내지 100 마이크론인, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들은 인렛 포트와 상기 적어도 하나의 성장 챔버를 연결하는 흐름 영역을 더 포함하고, 상기 베이스의 상기 내측 면, 상기 미세유체 회로 구조의 상기 내측 면, 및 상기 커버의 상기 내측 면이 각각 상기 흐름 영역의 내부를 대면하고,
    상기 제 1 물질, 상기 제 2 물질 및 상기 제 3 물질은 각각 공유 결합으로 부착된 모노층을 포함하고, 상기 모노층은 연결기, 및 상기 흐름 영역 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위한 컨디셔닝 변경 시약에 공유 결합으로 연결되도록 구성되는 반응성 모이어티 (R_x) 를 포함하고, 또한, 상기 제 1 물질, 상기 제 2 물질 및 상기 제 3 물질의 상기 모노층의 각 연결기는 동일한 연결기인, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 흐름 영역의 표면들의 상기 모노층의 상기 연결기는 상기 적어도 하나의 성장 챔버의 표면들의 상기 연결기와 동일한, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결기는 상기 베이스의 내측 면, 상기 미세유체 회로의 내측 면, 및 상기 커버의 내측 면에 산화물 모이어티를 통해 부착되는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결기는 실록시 연결기인, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 성장 챔버의 내부를 대면하는 상기 모노층은 10 내지 20 개의 탄소 원자들을 포함하는 백본을 갖는 연결자를 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 성장 챔버의 내부를 대면하는 상기 모노층은 11 개 이하의 탄소 원자들을 포함하는 백본을 갖는 연결자를 더 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 변경 시약은 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 와 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위한 모이어티를 연결하는 연결자를 더 포함하고,
    상기 연결자는 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 갖는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 변경 시약의 상기 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 알킬렌 산화물 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스포네이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들 및/또는 아미노산 모이어티들을 갖는 폴리머를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 변경 시약은 2 이상의 컨디셔닝 변경 시약들의 혼합물을 포함하고,
    각각의 상기 2 이상의 컨디셔닝 변경 시약들은, 동일한 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 및 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위한 2 이상의 상이한 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
19. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 를 상기 반응성 모이어티 (R_x) 에 공유 결합하기 위해, 상기 반응성 모이어티 (R_x) 는 아지드 기 또는 알킨 기를 포함하고 상기 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 알킨 기 또는 아지드 기를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 키트.
20. 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법으로서,
    세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위한 모이어티 및 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 를 포함하는 컨디셔닝 변경 시약을 미세유체 디바이스의 미세유체 회로에 도입하는 단계로서, 상기 미세유체 디바이스는 각각이 유체를 홀딩하도록 구성된 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들을 포함하고, 상기 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들은 인클로저에 의해 정의되고,
    상기 인클로저는,
    제 1 물질을 포함하고 내측 면을 갖는 베이스;
    제 2 물질을 포함하고 내측 면을 갖는 미세유체 회로 구조; 및
    제 3 물질을 포함하고 내측 면을 갖는 커버를 포함하고,
    상기 베이스, 상기 미세유체 회로 구조 및 상기 커버의 상기 내측 면들의 각각은 상기 하나 이상의 별개의 미세유체 회로들의 적어도 하나의 미세유체 회로 엘리먼트를 대면하고,
    상기 베이스, 상기 미세유체 회로 구조 및 상기 커버의 상기 내측 면들은 공유 결합으로 부착된 모노층을 갖고, 상기 모노층은 연결기, 및 상기 적어도 하나의 미세유체 회로 엘리먼트 내에서 상기 컨디셔닝 변경 시약에 공유 결합으로 연결되도록 구성되는 반응성 모이어티 (R_x) 를 포함하고, 또한, 상기 베이스, 상기 미세유체 회로 구조 및 상기 커버의 상기 내측 면들의 상기 모노층의 각 연결기는 동일한 연결기인, 상기 도입하는 단계; 및
    상기 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 와 상기 반응성 모이어티 (R_x) 를 공유 결합하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 적어도 하나의 미세유체 회로 엘리먼트의 상기 베이스, 상기 미세유체 회로 구조 및 상기 커버의 상기 내측 면들 상에 컨디셔닝된 표면 모노층을 형성하게 하고,
    상기 컨디셔닝된 표면 모노층은 상기 미세유체 디바이스 내에서 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성되는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 미세유체 회로 엘리먼트는 적어도 하나의 성장 챔버를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
22. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 미세유체 회로 엘리먼트는 흐름 영역을 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
23. 제 20 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 변경 시약은 화학식 5의 구조를 갖고,
    화학식 5:

    

    
    상기 화학식 5 에서, 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 상기 반응성 모이어티 (R_x) 와 반응하도록 구성된 반응성 기이고;
    모이어티는 상기 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티이고;
    L' 은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들을 포함하는 군의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 갖는 연결자이고; 그리고
    m 은 0 또는 1인, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 변경 시약의 상기 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하도록 구성된 모이어티는 알킬렌 산화물 모이어티들, 카르복실산 모이어티들, 술폰산 모이어티들, 포스포네이트 모이어티들, 당류 모이어티들, 뉴클레오티드 모이어티들 및/또는 아미노산 모이어티들을 갖는 폴리머를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
25. 제 20 항에 있어서,
    상기 컨디셔닝 변경 시약은 2 이상의 컨디셔닝 변경 시약들의 혼합물을 포함하고,
    각각의 상기 2 이상의 컨디셔닝 변경 시약들은, 동일한 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 및 세포 성장, 생존성, 이동성, 또는 이들의 임의의 조합을 지원하기 위한 2 이상의 상이한 모이어티를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
26. 제 20 항에 있어서,
    상기 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 를 상기 반응성 모이어티 (R_x) 에 공유 결합하기 위해, 상기 반응성 모이어티 (R_x) 는 아지드 기 또는 알킨 기를 포함하고 상기 반응성 페어링 모이어티 (R_px) 는 알킨 기 또는 아지드 기를 포함하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
27. 제 20 항에 있어서,
    상기 미세유체 디바이스는 연결기 및 반응성 모이어티 (R_x) 를 포함하는 상기 모노층을 갖는, 상기 베이스, 상기 미세유체 회로 구조 및 상기 커버의 상기 내측 면들을 포함하고,
    상기 방법은 상기 내측 면들의 산화물들을 개질 시약과 반응시키는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 내측 면들을 연결기 및 반응성 모이어티 (R_x) 를 포함하는 상기 모노층을 갖는 개질된 표면으로 컨버팅하는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 개질 시약은 화학식 4의 구조를 갖고,
    화학식 4: LG- (L")_j- R_x
    상기 화학식 4에서, LG 는 연결기이고;
    L" 은 규소, 탄소, 질소, 산소, 황 및 인 원자들을 포함하는 군의 임의의 조합으로부터 선택된 1 내지 100 개의 비-수소 원자들을 갖는 연결자이고;
    R_x 는 반응성 모이어티이고; 그리고
    j 는 0 또는 1 인, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
29. 제 28 항에 있어서,
    상기 연결기 (LG) 는 실록산 또는 포스폰산 기인, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
30. 제 28 항에 있어서,
    상기 반응성 모이어티 (R_x) 는 아지도, 아미노, 브로모, 티올, 활성화된 에스테르, 석신이미딜 또는 알키닐 모이어티인, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.
31. 제 27 항에 있어서,
    상기 내측 면들의 산화물들을 개질 시약과 반응시키는 단계는 대기압보다 낮은 압력에서 상기 개질 시약을 함유하는 증기에 상기 내측 면들을 노출시킴으로써 수행되는, 미세유체 디바이스를 준비하기 위한 방법.

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