[发明专利]用于可靠地控制分子的浓度分布以刺激目标的微流体系统

说明书

技术领域

本发明涉及微流体领域。

背景技术

微流体应用系统具有微米尺寸，其尺寸通常在几十微米到几百微米之间。

所述系统可用于许多领域，例如，细胞诊断试验、医学产品研制、基本的生物科学或者美容术。

在所述领域中，存在对用于定量测定活细胞对某些分子的反应（响应：response）且特别是对空间上和临时受控的浓度分布的反应的微流体系统的增加的需求。

例如，可能存在测量癌细胞对用于化学疗法的分子的反应的问题。该反应的精确测定要求对产生该反应的分子施加控制。该控制可涉及与癌细胞相互作用的分子的数量、癌细胞暴露于其中的分子的浓度分布、所述分子的数量和/或用在癌细胞上的所述分子的浓度分布随时间的变化等。

在美容术领域，可以使用微流体系统来测试某些分子对活细胞和/或细胞组织的毒性。对给予细胞的可以是有毒的分子数量的控制和给予所述分子的确定方式在确定毒性阈值时是必需的。

在文件US7374906中提出了一种广泛用于刺激活细胞的微流体系统的实例。该微流体系统特别是允许活细胞经受分子的浓度梯度，该浓度梯度的分布是直线型的并且在时间上是稳定的。

该类微流体系统的主要缺点是使活细胞经受产生剪切力的流体，使其紊乱。当旨在研究神经细胞的生长锥的趋化性反应时，该剪切效应是特别麻烦的。实际上，流体产生的剪切应力更改了最佳情况中的目标细胞的反应或者引起了细胞的死亡或者分离。

利用该文件中所公开的系统按该方式来研究活细胞的生理特性是受到了干扰的。

因此，已经提出了在不受流体干扰的情况下使活细胞经受分子的浓度梯度的解决方案。

例如，在“Biomed Microdevices”（生物群落微装置）（2009）的第11卷第65-73页、Taesung Kim,Mikhail Pinelis和Michel M Maharbiz的论文“Generating steep,shear-free gradients of small molecules for cell culture”中提出了一种应用可刺激活细胞的分子的浓度梯度的微流体系统。

该微流体系统包括一微流体装置10和用于向所述装置供给流体的机构（未显示）。

图1中按分解透视图的形式示出了该文件中公开的微流体系统10。

其包括一聚二甲硅氧烷（PDMS）底座11，该底座11包括大致正方形形状的一中心区域12，该中心区域12连接到按相对于中心部分12成十字形设置的通道13a、13b、13c和13d上。其还包括覆盖所述PDMS底座11的中心区域12的一聚脂微孔薄膜14。最后，其包括覆盖聚脂薄膜14、PDMS底座11和通道13a、13b、13c、13d的一PDMS盖子15（图1中按截去尖端的形式示出了盖子15）。

因此，微流体系统10被聚脂薄膜14分隔成两部分。

第一部分形成了其中可以使流动流体循环的通道，所述通道在顶端处被薄膜14封闭住，薄膜的下侧从而形成了使该通道经受流体的壁。

与通道相反的第二部分是由薄膜14的上侧形成的，并且被培养的活细胞（LC）位于其上面。

未示出供应流体的机构。然而，应当注意到，第一流体通过进口E1被引入到微流体系统10的底座11中，并且第二流体通过与进口E1相反的进口E2被引入到微流体系统10的该底座11中。所述流体中的至少一个包含用于通过聚脂薄膜14来刺激活细胞的分子。

因此，使经进口E1、E2进入在微流体系统10的底座11中循环的流体面对面地接触，在所述两个流体的分界面处产生了一混合区域，并且然后通过出口S离开该底座11。

为了在时间以及空间上控制活细胞的培养，可以利用微流体系统10来调节流体的流量以便在聚脂薄膜14上形成预定的分子浓度分布。

更确切地说，在选择合适的流体之后，调节两个流体中每个的流量以允许在两个流体之间的分界面处形成非常特殊的混合区域，即，形成用来刺激活细胞的非常特殊的分子浓度分布。其中按照限定的分布来产生浓度梯度的该混合区域大致沿图1中所示的穿过底座11的两个出口S的轴线A延伸。

然而，该微流体系统具有几个缺点。

第一，必须非常精确地控制来自进口E1、E2的流体的相应流量，以便在聚脂薄膜14的下侧产生稳定的分子浓度分布。

在微流体系统10的上游处，即在流体供应机构自身执行流体流量的这种控制，在两个流体间的分界面处，对于底座11中的其部分产生梯度。