[发明专利]处理细胞和相关结构的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及处理细胞、细胞球体、组织、真核生物、微生物、器官、有机酶、基因序列/链、蛋白质或胚胎（为方便起见，本文中统称为“生命有机颗粒”）的设备及方法。术语“生命有机颗粒”可包括除以上列出的其他结构。因此，本文中所用的“生命有机颗粒”的定义不限制本发明所要求保护的范围。

背景技术

人们对于在实验室环境下培养生命有机颗粒具有很大的科学与商业兴趣，该实验室环境严格模拟这种颗粒在复杂的生命有机体（例如但不限于哺乳动物）中会遇到的环境。

这种兴趣的原因是众所周知的。多年以来一直希望尽可能地避免在活体内研究例如细胞、组织和器官。除了往往非常昂贵以及可以理解地伴有繁重的监管要求，生物体中的研究结果对于不同候选对象可能表现出很大的变化性；并且有时会给被进行研究的候选对象带来风险。

此外，构成研究课题的化合物、试剂和其他物质可能难以准确地施用至人或动物体内的位置；并且使用活体研究样本时，可能需要很大量的这种物质才能获得有效剂量。

因此，数十年来，科学界的各个领域试图创建实验室环境，在这种实验室环境下细胞、组织、器官、微器官(micro-organ)、胚胎和某些情况下的真核生物可远离动物身体进行研究。

因此，已经创建出多种设计的培养室、组织支架和相关设备。然而，在没有准确复制体内环境的条件下寻求培养例如组织或器官，可能导致在实验和观测活动中出现各种严重的缺陷。

其中一个此类培养的例子涉及培养室的平整表面对细胞的影响，细胞在自然条件下并不接触这样的表面。另一个始终存在的问题涉及需要给活细胞不断补充供应营养、氧气、酶等，以及需要将废物、代谢产物、呼吸产物和类似物质从细胞的附近排出。在自然环境下，例如，血液供应系统或淋巴系统可提供这些功能，但是它们很难在用于细胞培养的实验室设备中准确复制。

本领域技术人员会得知和认识到许多其他实验性缺陷的例子。

因此，当对上述各种生命有机颗粒进行研究时，需要准确模拟体内条件的设备。

此外，对于大规模进行测试、分析、反应、实验和相关活动的需求日益增加（例如涉及同时完成或依照受控顺序完成的几百个样品）。许多现有的实验室设备无法提供这些优势。

在构建​​用于容纳和控制液体和液基物质的设备中使用所谓的相位导引件（phaseguide）是已知的。

相位导引件可被定义为在充满或排空液体的容积（volume）中的结构，该结构限制液体的弯液面（meniscus）在容积中前进或后退的能力，由此界定出在液体和另一种物质（即另一种液体或气体）之间的具有预定形状的界面。

相位导引件可用多种方式构建。一种技术涉及构建一个尖锐的边缘。在这种尖锐的边缘上前进需要改变流体-流体弯液面的主曲率半径，导致弯液面上的更高的压力下降，从而出现一个压力屏障。这个概念也被称为“弯液面钉止（meniscus pinning）”。

因此，一种典型的相位导引件是一个沿弯液面的整个长度伸入液体的三维结构。弯液面在所产生的细长伸出部上的钉止需要额外的能量使液体弯液面越过，以便液体被限制，除非额外的能量被施加在液体上。

另一种典型的相位导引件是伸入大容积材料（bulk material）的脊。在这种情况下，钉止发生在相位导引件前。

此外，相位导引件可包括通常刻意做出的薄弱位置，在该位置越过相位导引件所需的能量较低。如果相位导引件设计合理，在这样一个位置液体可越过相位导引件。这个刻意的薄弱位置也限定了相位导引件的“稳定性”，在弯液面前进或后退过程中，当大量液体同时面临多个相位导引件时，相位导引件的“稳定性”决定了相位导引件溢出的顺序或优先级。

当面向相位导引件的基材比相位导引件本身更亲水时，创建出了一种特别通用的相位导引件。这样实施会导致弯液面的拉伸，并且增加角度和它们的半径对相位导引件的“稳定性”的影响。

因此，根据它们的精确设计，相位导引件可完全限制液体或只在优选的位置允许液体前进或后退，使得液体沿着选择的路径流动，填充或排空容积中的特定空间，或采用特定的形状。

除了被构造成伸出的屏障外，相位导引件可被限定为容积的内表面上的区域，该区域具有不同程度的润湿性。同样，这些区域可能需要能量输入，以便推进液体弯液面向前越过这些区域。

相位导引件结构的许多设计在WO2010/086179 A2中公开。从说明本发明的立场出发，理解该公布是期望的，所以WO2010/086179A2的全部内容被并入本文作为参考。