PL237365B1 - Urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej - Google Patents

Urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej Download PDF

Info

Publication number
PL237365B1
PL237365B1 PL419754A PL41975416A PL237365B1 PL 237365 B1 PL237365 B1 PL 237365B1 PL 419754 A PL419754 A PL 419754A PL 41975416 A PL41975416 A PL 41975416A PL 237365 B1 PL237365 B1 PL 237365B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
channels
chambers
gradient
diameter
cells
Prior art date
Application number
PL419754A
Other languages
English (en)
Other versions
PL419754A1 (pl
Inventor
Roman SZAFRAN
Kazimierz GĄSIOROWSKI
Katarzyna GĘBCZAK
Benita WIATRAK
Original Assignee
Politechnika Wroclawska
Univ Medyczny Im Piastow Slaskich We Wroclawiu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Wroclawska, Univ Medyczny Im Piastow Slaskich We Wroclawiu filed Critical Politechnika Wroclawska
Priority to PL419754A priority Critical patent/PL237365B1/pl
Publication of PL419754A1 publication Critical patent/PL419754A1/pl
Priority to PCT/PL2017/000122 priority patent/WO2018106132A1/en
Publication of PL237365B1 publication Critical patent/PL237365B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02Form or structure of the vessel
    • C12M23/16Microfluidic devices; Capillary tubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/08Chemical, biochemical or biological means, e.g. plasma jet, co-culture

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie mikrofluidalne (bioczip) do prowadzenia hodowli komórkowych w układzie stacjonarnym, w ciągłym gradiencie substancji aktywnej oraz prowadzenia badań procesów biologicznych przebiegających w jej gradiencie. Mikrourządzenie znajduje zastosowanie w biologii, medycynie, farmacji, biotechnologii i inżynierii biomedycznej. Konstrukcja bioczipu umożliwia jednoczesne prowadzenie hodowli kontrolnej (tzw. ślepa próba) oraz hodowli właściwej w stabilnym gradiencie substancji aktywnej o ultraniskim stężeniu oraz ciągłą, pośrednią detekcję tego stężenia dzięki wykorzystaniu komory wskaźnikowej. W szczególności, urządzenie umożliwia wytworzenie mikrośrodowiska właściwego do prowadzenia badań podstawowych: proliferacji, wzrostu i różnicowania komórek, odpowiedzi immunologicznej, leczenia uszkodzeń, embriogenezy oraz metastazy nowotworowej - zjawisk zależnych od gradientów molekularnych, koniecznych do odwzorowania i regulacji szlaków sygnalizacji komórkowej, charakterystycznych dla tych procesów. Gradienty te w urządzeniu tworzone są w prosty, szybki i powtarzalny sposób dzięki wykorzystaniu zjawiska adwekcyjnego transportu masy, a hodowle i badania prowadzone są w warunkach stacjonarnych (nieprzepływowych), przez co naturalna sekrecja czynników biochemicznych przez komórki jest niezaburzona.
W ludzkim ciele gradienty stężeń biomolekuł są regulowane i pełnią zadania kontrolne wielu podstawowych funkcji komórki. Do biocząsteczek należą między innymi: lipidy, glikolipidy, sterole, witaminy, hormony, neurotransmitery i metabolity. W celu zrozumienia wpływu bodźców chemicznych na komórkowych szlakach sygnałowych na biologię komórki, poszukuje się metod odwzorowania mikrośrodowiska panującego w organizmach żywych w warunkach sztucznych. Klasycznie w tym celu wykorzystuje się tzw. komory Boydena, Dunn'a lub Zigmond'a, a ostatnio hodowle prowadzi się również na podłożach z agarozy na szlakach Petriego, gdzie gradienty stężenia wytwarzane są za pomocą mikroaspiratorów. Klasyczne rozwiązania do hodowli komórkowych w gradiencie stężenia ze względu na rozmiary, nie pozwalają na badanie zjawisk zachodzących na poziomie komórkowym i w ich bezpośrednim otoczeniu. Przykładowo, średnice większości komórek zawierają się w przedziale 1-100 mikrometrów, a wydzielane przez nie chemiczne sygnały międzykomórkowe (np. cytokiny i chemokiny) obejmują swym zasięgiem odległości rzędu 250 mikrometrów. W porównaniu z rozmiarami klasycznych komór hodowlanych, których wymiary charakterystyczne wynoszą od kilku milimetrów do kilku centymetrów, układy mikrofluidalne oferują wyższą dokładność oraz lepszą kontrolę generowanego gradientu dzięki wymiarom charakterystycznym dopasowanym do skali komórkowej (np. wysokość/szerokość kanału), mieszczącym się w przedziale od kilku do kilkuset mikrometrów. To z kolei pozwala na prowadzenie badań zjawisk zachodzących na poziomie komórkowym. Dodatkowo, układy mikrofluidalne operują na niewielkich objętościach płynu, rzędu mikrolitrów, co znacząco obniża koszty badań. (Alicia G. G. Toh, Z.Nam-Trung Nguyen, P. Wang Chun Yang; Engineering microfluidic concentration gradient generators for biological applications, Microfluid Nanofluid, 2014, 16:1-18). Mikrofluidalne generatory gradientów zostały już z powodzeniem wykorzystane do prowadzenia badań nad opracowaniem nowych leków, chemotaksji, wpływu czynników biochemicznych na przeżywalność komórek oraz różnicowanie komórek macierzystych.
Wyróżniamy dwa podstawowe typy mikrofluidalnych generatorów gradientu - statyczne i dynamiczne. Układy dynamiczne charakteryzują się ciągłym przepływem płynu w obrębie komory hodowlanej, a gradient stężenia wytwarzany jest dzięki adwekcyjnemu mieszaniu płynów o różnych stężeniach. Urządzenia tego typu znajdują zastosowanie do badań zjawisk w obecności naprężeń ścinających i mają zastosowanie do komórek, które natywnie narażone są na takie naprężenia oraz wymagają zastosowania komórek z linii adherentnych. Dodatkowo wymagają urządzeń wymuszających ciągły i stabilny przepływ płynu w urządzeniu, który to przepływ zaburza profile stężeń substancji uwalnianych przez komórki. W amerykańskim wniosku patentowym US 20020113095 A1 opisano mikrourządzenie złożone z systemu kanałów do generowania rozcieńczeń o żądanym stężeniu i gradientów stężenia. Przepływowe urządzenie składało się z szeregu połączonych kanałów i mieszalników, dzięki którym możliwe było uzyskanie szeregu strumieni o zadanym stężeniu. Ich równoległy przepływ przez kanał wylotowy generował nieciągły, poprzeczny gradient stężenia w komorze hodowlanej. Z kolei, w innym amerykańskim patencie US 8216526 (B2) opisano urządzenie mikrofluidalne zaopatrzone w centralnie rozmieszczoną okrągłą komorę hodowlaną, styczną na krawędziach z systemem przepływowych kanałów. Substancja aktywna przepływając w obrębie komory, na jej krótkim odcinku, wytwarzała w jej wnętrzu gradient stężenia, przy czym był on efektem dyfuzyjno-adwekcyjnego ruchu masy. Dyfuzyjno-ad
PL 237 365 B1 wekcyjny mechanizm transportu masy umożliwił szybkie formowanie i kontrolowanie ciągłych gradientów stężeń, jednak konstrukcja urządzenia wymuszała bardzo precyzyjną kontrolę ciśnień na wlotach i wylotach z kanałów przepływowych.
Statyczne mikrofluidalne generatory gradientów wykorzystują dyfuzyjny mechanizm transportu masy, który jest o kilka rzędów wolniejszym mechanizmem transportu niż mechanizm adwekcyjny. Stąd też czas ustalania gradientu jest długi i często wymusza wprowadzanie komórek dopiero po jego ustaleniu, co jest trudne technicznie do realizacji. Generatory statyczne umożliwiają prowadzenie badań z udziałem komórek nieadherentnych oraz przy braku naprężeń ścinających oddziałujących na ciało komórki, jak również umożliwiają zachowanie profili stężeń substancji naturalnie uwalnianych z ich wnętrza. Rozwiązania te często jednak wymagają wykorzystania membran i hydrożeli do stabilizacji profilu stężenia oraz z racji długich czasów ustalania profilu stężenia, komory hodowlane są krótkie, przez co generują proporcjonalnie duże gradienty stężenia, co skutkuje niską rozdzielczością wyników badań. W opisie patentowym nr US8377685 (B2), opisano urządzenie mikrofluidalne do badań procesu chemotaksji w stabilnym gradiencie czynnika aktywnego. Urządzenie składało się z dwóch zbiorników połączonych kanałem, w którym odbywała się migracja komórek w kierunku czynnika aktywującego chemotaksję. Gradient czynnika aktywnego w kanale łączącym zbiorniki uzyskiwano dzięki procesowi dyfuzji substancji aktywnej w kierunku zasobnika komórek. Z kolei z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US20110003372 (A1) znane jest urządzenie mikrofluidalne do badań procesów chemicznych i biologicznych w gradiencie stężenia substancji aktywnej, które składa się z zasobników połączonych równolegle przebiegającymi w części roboczej kanałami poprzecznie połączonych łącznikami. Gradienty stężenia generowane są w krótkich poprzecznych łącznikach dzięki procesowi dyfuzji substancji aktywnej pomiędzy równoległymi kanałami. Podobnie, w amerykańskim zgłoszeniu patentowym US20070253868 (A1) ujawniono urządzenie mikrofluidalne do generowania gradientu stężenia cząstek, które zbudowane jest z pojedynczego kanału, posiadającego wlot i wylot oraz porowate membrany na obu końcach kanału, przepuszczalne dla cząstek, które zapewniały stabilizację gradientu stężenia. Z europejskiego zgłoszenia patentowego EP1741487 (A1) znane jest urządzenie mikrofluidalne zaopatrzone w pole obserwacji leżące pomiędzy co najmniej dwiema komorami, a w obrębie pola obserwacji wytwarzany jest dyfuzyjny gradient stężenia substancji aktywnej. Z kolei w amerykańskim opisie patentowym US8449837 (B2) ujawniono złożone technicznie urządzenie mikrofluidalne do badań zjawisk w układach biologicznych w gradiencie stężenia substancji aktywnej. Urządzenie wyposażone jest w szereg kanałów i zbiorników zasilających oraz dwa równoległe przepływowe kanały zasilające połączone poprzecznymi kanałami łącznikowymi, a w obrębie kanałów łącznikowych wytwarzane są dyfuzyjne gradienty stężenia substancji aktywnej w różnych zakresach rozcieńczeń. Z niemieckiego opisu patentowego DE102014109468 (B3) znane jest wielowarstwowe urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórkowych w gradiencie stężenia substancji aktywnej, które składa się z trzech kanałów rozmieszczonych jeden nad drugim, oddzielonych porowatą membraną, przez którą dyfunduje aktywny składnik mieszaniny. W kanale środkowym, będącym komorą hodowlaną wytwarzany jest poprzeczny dyfuzyjny gradient stężenia substancji aktywnej. W międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO2015032900 (A1) opisano urządzenie mikrofluidalne wyposażone w pojedynczą komorę hodowlaną w kształcie wieloboku. Wewnątrz komory hodowlanej wytwarzany był gradient stężenia substancji aktywnych poprzez doprowadzenie równoległych do boków wielokąta kanałów, przez które przepływała substancja aktywna, i które to kanały kontaktowały się z komorą jedynie poprzez półprzepuszczalną membranę, w ten sposób, że wewnątrz komory wytwarzany był dyfuzyjny gradient stężenia substancji aktywnej. Z kolei amerykańskie zgłoszenie patentowe US20130171682 (A1) dotyczy wielodołkowego urządzenia mikrofluidalnego umożliwiającego prowadzenie równoległych hodowli, analizę i obserwację procesu wzrostu i migracji komórek. W polskich zgłoszeniach patentowych P415008 (A1) i P415010 (A1) opisano przepływowe urządzenia do prowadzenia hodowli komórek nerwowych umożliwiające generowanie uszkodzeń sieci neuronów. Urządzenia te nie umożliwiają jednak prowadzenia badań w gradiencie stężenia substancji aktywnych.
Żadne ze znanych rozwiązań konstrukcyjnych mikroukładów do prowadzenia hodowli komórkowych w gradiencie stężenia substancji aktywnej nie umożliwia jednocześnie szybkiego wytwarzania gradientu stężenia substancji aktywnej w wyniku ruchów adwekcyjnych płynu w komorze hodowlanej oraz prowadzenia hodowli w warunkach stacjonarnych, bez udziału naprężeń ścinających oraz bez zaburzania profilu czynników biochemicznych podlegających naturalnej sekrecji z komórek. Znane z literatury naukowej rozwiązania nie umożliwiają prowadzenia wielu jednoczesnych hodowli komórek w gradiencie stężenia czynników oraz bez ich udziału (tzw. ślepa próba) w jednym urządzeniu, jak również
PL 237 365 B1 ciągłej, pośredniej detekcji gradientu czynnika o ultraniskim stężeniu, którego bezpośredni pomiar nie jest możliwy, i bez bezpośredniego kontaktu substancji wskaźnikowej z hodowlą komórkową.
W rezultacie wynikła potrzeba opracowania nowego rozwiązania konstrukcyjnego rozwiązującego powyższe problemy.
Urządzenie mikrofluidalne do hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej według wynalazku składa się z trzech warstw oraz dwóch osłon zbiorników zasilających, które wystają poza krawędź mikrourządzenia od 10 do 50% swojej długości, przy czym wierzchnią warstwę stanowi pokrywa, w której znajdują się zbiorniki płynów zasilających komory hodowlane, punkty orientacyjne oraz podziałka milimetrowa; w środkowej warstwie funkcjonalnej wykonanej z błony klejowej znajduje się zespół kanałów, które mają wydłużony kształt i przebiegają równolegle do dłuższych krawędzi urządzenia, a każdy z kanałów pełniących rolę komór hodowlanych i wskaźnikowych na swych końcach połąc zony jest ze zbiornikiem płynów, przy czym co najmniej jedna z komór przeznaczona jest do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie stężenia substancji aktywnej hodowla właściwa, jedna do prowadzenia hodowli bez udziału czynnika aktywnego tzw. ślepa próba i jedna do rozwinięcia profilu stężenia substancji wskaźnikowej komora wskaźnikowa; a warstwę spodnią stanowi podstawa, przy czym klejowa warstwa funkcjonalna (7) łączy pokrywę (6) z podstawą (9) w sposób nierozłączny, trwały i hydraulicznie szczelny.
Korzystnie pokrywa wykonana jest z poli(metakrylanu) metylu PMMA.
Korzystnie warstwa funkcjonalna wykonana jest z akrylowej błony klejowej.
Korzystnie wysokość warstwy funkcjonalnej jest nie mniejsza niż średnica komórek planowanych do hodowli i badań.
Korzystnie komory mikrourządzenia posiadają półkoliste zakończenia dopasowane rozmiarem do średnicy zbiorników.
Korzystnie wszystkie komory są dokładnie tego samego kształtu i rozmiarów.
Korzystnie wszystkie zbiorniki zasilające mają cylindryczny kształt o średnicy dopasowanej do średnicy końcówki strzykawki jednorazowej.
Korzystnie wszystkie zbiorniki zasilające są dokładnie tego samego kształtu i o tej samej objętości.
Korzystnie objętość każdego ze zbiorników jest co najmniej równa objętości komory.
Korzystnie zbiorniki od góry zabezpieczone są za pomocą osłon.
Korzystnie osłony zbiorników połączone są z pokrywą w sposób rozłączny i hydraulicznie szczelny.
Korzystnie podziałka milimetrowa przebiega wzdłuż każdej z komór na całej długości ich przestrzeni roboczej, poza obrębem komór.
Korzystnie punkty orientacyjne mają formę równo oddalonych okręgów o średnicy nie większej niż 0,1 mm ustawionych w jednym lub kilku rzędach symetrycznie wzdłuż osi każdej z komór.
Korzystnie podstawa wykonana jest ze szkła sodowego, borokrzemowego lub poli(metakrylanu) metylu PMMA.
Korzystnie właściwości powierzchniowe komór hodowlanych zostały zmodyfikowane w celu zapewnienia lepszej adhezji komórek do ich powierzchni i ograniczenia adsorpcji substancji aktywnych na ich wewnętrznej powierzchni.
Korzystnie wszystkie warstwy wykonane są z materiałów o niskiej autoluminescencji.
Korzystnie wszystkie warstwy wykonane są z materiałów transparentnych dla promieniowania świetlnego w zakresie widzialnym oraz ultrafiolecie.
Korzystnie warstwy wykonane są z materiałów biokompatybilnych.
Urządzenie mikrofluidalne do hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej według wynalazku umożliwia prowadzenie hodowli komórkowych w układzie stacjonarnym (nie przepływowym) bez narażania komórek na stres związany z występowaniem naprężeń ścinających indukowanych przez przepływające płyny oraz przy zachowaniu niezaburzonych profili stężenia, podlegających naturalnej sekrecji, czynników biochemicznych z komórek; umożliwia prowadzenie hodowli w ciągłym gradiencie substancji aktywnej oraz prowadzenie badań procesów biologicznych przebiegających w jej gradiencie, przy czym konstrukcja bioczipu umożliwia jednoczesne prowadzenie hodowli kontrolnej (tzw. ślepa próba) oraz co najmniej jednej hodowli właściwej w stabilnym gradiencie substancji aktywnej o ultraniskim stężeniu, której bezpośrednia detekcja nie jest możliwa, oraz ciągłą, pośrednią detekcję stężenia wskaźnika metodą spektrofotometryczną, bez narażania komórek na kontakt z substancją wskaźnikową.
PL 237 365 B1
Przedmiot wynalazku przedstawiony jest bliżej w przykładach wykonania oraz na rysunku na którym:
fig. 1 przedstawia trójkomorowe urządzenie mikrofluidalne, fig. 2 przedstawia układ warstw w trójkomorowym urządzeniu mikrofluidalnym, fig. 3 przedstawia czterokomorowe urządzenie mikrofluidalne, fig. 4 przedstawia układ warstw w czterokomorowym urządzeniu mikrofluidalnym.
P r z y k ł a d 1
Trójkomorowe, otwarte urządzenie mikrofluidalne o wymiarach 25/75/5,13 mm (szerokość/długość/wysokość) do prowadzenia pojedynczej hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej zostało przedstawione na fig. 1 oraz fig. 2. Na fig. 1 zostało uwidocznione urządzenie w widoku ogólnym wraz ze zbiornikami płynów 1 zasilających układ trzech równolegle przebiegających komór 2, dwóch osłon 3 zbiorników, punktami orientacyjnymi 4 oraz podziałką milimetrową 5. Urządzenie mikrofluidalne składa się z trzech warstw oraz dwóch osłon zbiorników, których układ został przedstawiony na fig. 2.
Wierzchnia warstwa stanowiąca pokrywę 6 mikrourządzenia wykonana została z PMMA o grubości 3 mm. W warstwie tej na wysokości wlotów i wylotów z komór mikrourządzenia wyk onanych zostało sześć cylindrycznych zbiorników 1, o średnicy 4,3 mm dopasowanej do średnicy komór mikrourządzenia i rozmieszczonych na obu końcach każdej komory. W osi każdej z komór w równych odległościach wynoszących 1 mm, na spodniej stronie pokrywy um ieszczono punkty orientacyjne 4 w postaci kropek o średnicy 0,05 mm ustawione w jednym rzędzie. Wzdłuż każdej z komór na długości ich obszaru roboczego, poza przestrzenią roboczą komór umieszczono podziałkę milimetrową 5. Warstwa funkcjonalna 7 wykonana została z komercyjnie dostępnej błony klejowej przygotowanej na bazie kleju akrylowego o grubości 0,13 mm. W warstwie tej wykonano trzy podłużne, symetrycznie rozłożone na powierzchni warstwy, wzajemnie równoległe komory 2, każda o szerokości 4,3 mm i długości 68,6 mm, przy czym obszar roboczy każdej z komór był długości 50mm. Każda z komór posiadała półkoliste zakończenia 8 o średnicy 4,3 mm, rozmieszczone tak, by pokrywały się one z krawędziami otworów zbiorników umieszczonymi współosiowo ze środkami półkolistych zakończeń. Podstawa 9 wykonana została z podstawowego szkiełka mikroskopowego o grubości 2mm. Warstwa klejowa łączy pokrywę z podstawą w sposób nierozłączny i hydraulicznie szczelny. Wewnętrzna powierzchnia każdej z komór posiada zmodyfikowane właściwości powierzchniowe ograniczające adsorpcję substancji aktywnych na ich wewnętrznych powierzchniach oraz ułatwiające immobilizacje komórek w komorach mikrourządzenia. Górne powierzchnie zbiorników zasilających posiadają zabezpieczenia w postaci prostokątnych odcinków folii polipropylenowej samoprzylepnej o grubości 1 mm i wymiarach 25/20 (szerokość/długość) na każdym końcu urządzenia, tworzące osłony 3 zbiorników zasilających. Krawędź osłony zbiornika jest odsunięta od krawędzi mikrourządzenia o 10 mm i wystaje poza jej obręb. Osłony zbiorników połączone są z pokrywą w sposób rozłączny i hydraulicznie szczelny.
P r z y k ł a d 2
Czterokomorowe, otwarte urządzenie mikrofluidalne o wymiarach 45/100/10,06 mm (szerokość/długość/wysokość) do prowadzenia dwóch równoległych hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej zostało przedstawione na fig. 3 oraz fig. 4. Na fig. 3 zostało uwidocznione urządzenie w widoku ogólnym wraz ze zbiornikami płynów 1 zasilających układ czterech równolegle przebiegających komór 2, dwóch osłon 3 zbiorników, punktami orientacyjnymi 4 oraz podziałką milimetrową 5. Urządzenie mikrofluidalne składa się z trzech warstw oraz dwóch osłon zbiorników, których układ został przedstawiony na fig. 2.
Mikrourządzenie zostało zrealizowane podobnie jak przedstawiono to w przykładzie realizacji 1, z tą różnicą że: wierzchnia warstwa stanowiąca pokrywę 6 wykonana została z PMMA o grubości 5 mm. W warstwie tej wykonanych zostało osiem cylindrycznych zbiorników zasilających o średnicy 4,3 mm. Symetrycznie do osi każdej z komór w równych odległościach wynoszących 1 mm, na spodniej stronie pokrywy umieszczono punkty orientacyjne 4 w postaci kropek o średnicy 0,05 mm ustawione w dwóch równoległych oddalonych od siebie o 2 mm rzędach. Warstwa funkcjonalna 7 wykonana została z komercyjnie dostępnej błony klejowej o grubości 0,06 mm. W warstwie tej wykonano cztery komory, każda o szerokości 4,3 mm i długości 80 mm, przy czym obszar roboczy każdej z komór był długości 60mm. Podstawa 9 wykonana została z PMMA o grubości 5 mm. Górne powierzchnie zbiorników zasilających posiadają zabezpieczenia w postaci prostokątnych odcinków folii polipropylenowej samoprzylepnej
PL 237 365 B1 o grubości 0.5 mm i wymiarach 45/25 (szerokość/długość). Krawędź osłony zbiornika jest odsunięta od krawędzi mikrourządzenia o 5 mm i wystaje poza jej obręb.

Claims (18)

1. Wielowarstwowe urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej znamienne tym, że składa się z trzech warstw oraz dwóch osłon (3) zbiorników, które wystają poza krawędź mikrourządzenia od 10 do 50% swojej długości, przy czym wierzchnią warstwę stanowi pokrywa (6), w której znajdują się zbiorniki płynów (1) zasilających komory hodowlane, punkty orientacyjne (4) oraz podziałka milimetrowa (5); w środkowej warstwie funkcjonalnej (7), wykonanej z błony klejowej znajduje się zespół kanałów (2), które mają wydłużony kształt i przebiegają równolegle do dłuższych krawędzi urządzenia, a każdy z kanałów (2) pełniących rolę komór hodowlanych i wskaźnikowych na swych końcach połączony jest ze zbiornikiem płynów (1), przy czym co najmniej jeden z kanałów (2) przeznaczony jest do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie stężenia substancji aktywnej tzw. komora hodowlana, jeden do prowadzenia hodowli bez udziału czynnika aktywnego tzw. ślepa próba i jeden do rozwinięcia profilu stężenia substancji wskaźnikowej tzw. komora wskaźnikowa; a warstwę spodnią stanowi podstawa (9), przy czym klejowa warstwa funkcjonalna (7) łączy pokrywę (6) z podstawą (9) w sposób nierozłączny, trwały i hydraulicznie szczelny.
2. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że pokrywa (6) wykonana jest z poli(metakrylanu) metylu PMMA.
3. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że warstwa funkcjonalna (7) wykonana jest z akrylowej błony klejowej.
4. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że wysokość warstwy funkcjonalnej (7) jest nie mniejsza niż średnica komórek planowanych do hodowli i badań.
5. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że kanały (2) posiadają półkoliste zakończenia (8) dopasowane rozmiarem do średnicy zbiorników płynów (1).
6. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że wszystkie kanały (2) są dokładnie tego samego kształtu i rozmiarów.
7. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że wszystkie zbiorniki płynów (1) mają cylindryczny kształt i średnicę dopasowaną do średnicy końcówki strzykawki jednorazowej.
8. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że wszystkie zbiorniki płynów (1) są dokładnie tego samego kształtu i o tej samej objętości.
9. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że objętość każdego ze zbiorników płynów (1) jest co najmniej równa objętości kanału (2).
10. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że zbiorniki płynów (1) od góry zabezpieczone są za pomocą osłon (3).
11. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że osłony (3) zbiorników zasilających połączone są z pokrywą (6) w sposób rozłączny i hydraulicznie szczelny.
12. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że podziałka milimetrowa (5) przebiega wzdłuż każdej z komór na całej długości ich przestrzeni roboczych, poza obrębem kanałów (2).
13. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że punkty orientacyjne (4) mają formę równo oddalonych okręgów o średnicy nie większej niż 0,1 mm ustawionych w co najmniej jednym rzędzie symetrycznie wzdłuż osi każdej z komór.
14. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że podstawa (9) wykonana jest ze szkła sodowego, borokrzemowego, poli(metakrylanu) lub metylu PMMA.
15. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że właściwości powierzchniowe kanałów (2) zostały zmodyfikowane w celu zapewnienia lepszej adhezji komórek do ich powierzchni i ograniczenia adsorpcji substancji aktywnych na ich wewnętrznej powierzchni.
16. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że wszystkie warstwy urządzenia wykonane są z materiałów o niskiej autoluminescencji.
17. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że wszystkie warstwy wykonane są z materiałów transparentnych dla promenowania świetlnego w zakresie widzialnym oraz ultrafiolecie.
18. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że warstwy wykonane są z materiałów biokompatybilnych
PL419754A 2016-12-09 2016-12-09 Urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej PL237365B1 (pl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL419754A PL237365B1 (pl) 2016-12-09 2016-12-09 Urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej
PCT/PL2017/000122 WO2018106132A1 (en) 2016-12-09 2017-12-08 Microfluidic device for cell culture in gradient of bioactive substance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL419754A PL237365B1 (pl) 2016-12-09 2016-12-09 Urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL419754A1 PL419754A1 (pl) 2017-12-04
PL237365B1 true PL237365B1 (pl) 2021-04-06

Family

ID=60473206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL419754A PL237365B1 (pl) 2016-12-09 2016-12-09 Urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej

Country Status (2)

Country Link
PL (1) PL237365B1 (pl)
WO (1) WO2018106132A1 (pl)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018127406A1 (de) * 2018-11-02 2020-05-07 Technische Universität Darmstadt Fluidikvorrichtung, Fluidiksystem und Verfahren zum Entwickeln dreidimensionaler zellulärer Gebilde
PL242812B1 (pl) * 2019-05-07 2023-05-02 Politechnika Wroclawska Magnetyczne urządzenie mikrofluidalne do szybkich badań przesiewowych
DE102022123877A1 (de) * 2022-09-18 2024-03-21 Dynamic42 Gmbh Grundkörper eines Mehrkammer-Biochips, Herstellung des Mehrkammer-Biochips und dessen Verwendung für die Etablierung von Organ- und Krankheitsmodellen und Substanztestungen

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203663854U (zh) * 2013-07-01 2014-06-25 香港大学深圳医院 新型的微流控芯片
CN105467111A (zh) * 2014-09-05 2016-04-06 宏达国际电子股份有限公司 微流道模块

Also Published As

Publication number Publication date
PL419754A1 (pl) 2017-12-04
WO2018106132A1 (en) 2018-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Somaweera et al. A review of chemical gradient systems for cell analysis
Tehranirokh et al. Microfluidic devices for cell cultivation and proliferation
Funamoto et al. A novel microfluidic platform for high-resolution imaging of a three-dimensional cell culture under a controlled hypoxic environment
Keenan et al. Biomolecular gradients in cell culture systems
Blake et al. Multilayer PDMS microfluidic chamber for controlling brain slice microenvironment
JP6845228B2 (ja) インビトロ3d細胞培養実験のためのマイクロ流体デバイス
US20160340631A1 (en) Layered microfluidic array
CN103476920A (zh) 处理细胞和相关结构的设备及方法
US10144945B2 (en) Layered microfluidic living cell array
US10731119B2 (en) Method and devices for the in vitro production of arrangements of cell layers
Qi et al. Probing single cells using flow in microfluidic devices
US11118150B2 (en) Layered microfluidic array
PL237365B1 (pl) Urządzenie mikrofluidalne do prowadzenia hodowli komórek w gradiencie substancji bioaktywnej
CN107904168B (zh) 一种研究细胞趋化的微流控芯片和方法
Liu et al. A 3-D microfluidic combinatorial cell array
US20200377838A1 (en) A Microfluidic Device for Culturing Cells Comprising A Biowall, A Bead Bed and A Biointerface and Methods of Modelling Said Biointerface Thereof
CN106256436B (zh) 气体间隔式防液滴蒸发的微流控芯片装置及方法
KR101464175B1 (ko) 인체 조직 모사용 어세이 칩 및 다중 미세유체 채널을 응용한 세포 반응 측정 및 관찰 방법
WO2020226519A1 (en) Magnetic microfluidic device for high-throughput screening
Wei et al. Formation Mechanism of Novel Chips and Application Research in Biochemistry
Somaweera Concentration gradient generation across 256 cell culture array in microfluidic device and mathematical simulations
Wang et al. Design of parallel microfluidic gradient-generating networks for studying cellular response to chemical stimuli
Jastrzębska et al. “Lab-on-a-Chip” Dedicated for Cell Engineering
PL240748B1 (pl) Magnetyczno-hydrodynamiczna platforma mikrofluidalna, sposób jej wytwarzania oraz sposób hodowli sztucznych tkanek w mikropolu magnetycznym
Harink The new gradient wave: soluble compound screening using microfluidic gradients for regenerative medicine research