生物流体系统的制作方法

本公开涉及生物流体系统，特别是培养系统。

背景

存在用于进行生物测定和培养微生物、细胞培养物或硬组织和软组织的许多已知的系统。由于这些系统中的许多种当用其工作时需要某种程度的灭菌，或者需要一些保护措施，所以它们可能不能被各种人群例如学生广泛地使用。因此，对于这种系统的可用性的改善可能有助于许多人群使用和体验这种系统。

一般描述

本公开涉及生物流体系统，该系统通过在封闭系统中进行生物处理来提供高度灭菌，在该封闭系统中，流体容纳在腔室中，该腔室以不允许污染物进入的方式与环境隔离。生物流体例如液体或气体被包括在两个聚合物片之间形成的生物处理装置中或在两个聚合物片之间形成的生物处理装置中被处理，这两个聚合物片例如通过焊接彼此固定，以由此限定所述处理装置。在一些实施方案中，处理装置可以被用作用于生物物质(livingmatter)的培养的培养装置。“生物物质”的一些非限制性示例是微生物、细胞、组织。聚合物片，特别是在其中系统被意图用于培养生物物质(例如微生物；动物或植物来源的细胞)的聚合物片可以由透明或半透明的聚合物材料制成。所述装置包括用于容纳包括生物组分的反应液体的一个或更多个处理腔室，以及允许在装置内进行液体循环的一个或更多个导管。生物装置是柔韧的，并且通过对其各个区域例如一个或更多个导管的区域的选择性压力，流体被驱动流动以由此循环通过所述装置。

应当注意，术语“流体”包括但不限于液体、气体和等离子体。

处理装置可以在某种程度上是可拉伸和可收缩的，这通过在处理装置上施加力(例如侧向力)来允许流体和生物组分在其中流动。侧向力在处理装置上的施加可以刺激细胞或组织的培养，该细胞或组织例如是肌肉组织、肌腱等。

在所述装置中进行的生物处理可以包括但不限于微生物、(动物或植物细胞的)细胞培养物、软组织和硬组织的培养、生物测定诸如等温pcr、免疫测定、基于蛋白质的测定、化学测定、色谱法，或其他化学和生物化学测定。

在本公开的第一方面，提供用于培养生物物质诸如细胞或微生物的系统。该系统包括在彼此固定的两个聚合物片之间形成的培养装置。这些片可以由多种聚合材料制成，该聚合材料包括单层或多层聚合物片。聚合物可以是例如尼龙，尼龙包括聚酰胺和/或聚乙烯。该培养装置形成为具有至少一个配置成用于培养微生物的腔室和至少一个导管，每个导管连结在至少一个腔室的两个端口之间。该至少一个导管具有流动驱动区域，该流动驱动区域被配置用于与流体驱动机构接合，该流体驱动机构通过蠕动作用推动流体流过两个端口之间的导管。为方便起见，术语“第一端口”将被用于端口中的一个，并且“第二端口”用于另一个。将端口限定为“第一”或“第二”没有层级意义，并且仅被使用以使得描述简化。流体可以双向流动，即从第一端口流向第二端口，以及从第二端口流向第一端口。当提到流体时，其应被理解为包括任何具有流动能力的物质，诸如液体、溶液、气体等。流体驱动机构可以在作用速度方面或者在预定的操作时间方面是可控的，作用速度即在一个时间单位内它推动的流体的速率。例如，流体驱动机构可被设置成以预定的周期操作，例如，在操作时间之间以预定的间隔每1小时一次或每天几次，每次操作可持续几秒或几分钟。

在一些实施方案中，第一端口位于腔室的一侧，例如上侧，并且第二端口位于另一侧，例如下侧。端口之间的液体流动例如在下部第二端口至上部第一端口之间的液体流动使液体在处理腔室中循环。在该实施方案中，从第二端口到第一端口的流动导致液体从该腔室的底部至其顶部的循环，而从第一、顶部端口到第二端口的流动导致空气从腔室的顶部鼓泡到液体中。

在一些实施方案中，该系统还包括将被配置用于培养微生物的至少一个腔室连结到培养基容器的入口导管。培养基容器包括适合于在至少一个腔室中生长的微生物的生长培养基。该生长培养基由手动施力或由培养基驱动机构来驱动，所述培养基驱动机构将生长培养基从培养基容器向至少一个腔室驱动。培养基容器可以是培养装置的一部分或可与培养装置连接。

在一些实施方案中，该系统还包括出口导管，该出口导管将被配置用于培养微生物的至少一个腔室连结到被配置用于接收来自至少一个腔室的排放培养基的排放容器。排放培养基由手动施力驱动或由排放驱动机构来驱动，该排放驱动机构将排放培养基从至少一个腔室朝向排放容器驱动。排放容器可以是培养装置的一部分或可与培养装置连接。

导管的流动驱动区域可以被制成沿着圆形的至少一段，并且可以大体上是圆形的。流体驱动机构被配置为蠕动泵，以蠕动地推进液体，并且允许流体的双向循环。

在一些实施方案中，驱动机构包括至少一个接合构件，该接合元件被配置为接合流动驱动区域并推动流体从其中通过。接合元件可以在物理上与驱动机构隔开并且磁性耦接到驱动马达，以由此被驱动以推进流体。

该系统可以包括通风装置，以允许处理装置的内部和外部环境之间的气体交换。通风装置可以包括以下至少一种：(i)用于过滤所引入的气体中的颗粒的过滤器，例如hepa过滤器、纸或塑料制成的过滤器、活性炭过滤器；和(ii)单向阀，所述单向阀允许将气体引入处理装置或者使过量气体从处理装置流入环境。

在一些实施方案中，通风装置例如通过具有鹅颈形状而被配置为允许气体交换而没有微生物从其中通过。

该处理装置可以具有引入区域，该引入区域被配置为保持(hold)细胞，使得它们与包含用于培养的必要生物组分的处理腔室隔开。这种隔开有助于控制培养过程的起始时间。隔开可以通过以下来进行：(i)连结微生物和培养腔室的鹅颈导管(swan-neckedduct)，其中需要对聚合物片施加力以驱动微生物进入腔室；(ii)将微生物区域和培养腔室隔开的密封构件，该密封构件是可破裂的或可破坏的，以允许微生物引入到腔室中；或者(iii)鹅颈导管和密封构件的组合。该处理装置还可以包括用于将微生物引入腔室的接种端口。

在一些实施方案中，处理腔室包括一个或更多个区域，在这些区域中其相对的壁彼此固定，例如激光焊接，以在存在液体或内部压力增加(例如由微生物的气体产物导致)的情况下，防止由于其壁的弹性而使腔室尺寸显著扩大。

处理装置优选地可以是一次性的。

该系统还包括基础结构，该基础结构包括驱动机构并被配置为与培养装置联结(association)。

在一些实施方案中，该系统包括温度控制单元，该温度控制单元包括至少一个温度传感器，该温度传感器用于感测处理装置中并且特别是培养腔室中的流体的温度。所感测的温度可以影响温度控制单元的操作，以维持处理装置内的温度范围，或者更具体地为培养腔室内的温度范围。温度控制单元使培养物内的温度范围维持在25℃和100℃之间。

该系统还可以包括至少一个光源和至少一个光传感器，光传感器用于感测来自培养腔室内流体的光反射或通过培养腔室内流体的光透射。光源可以选自led光源的激光源中的任何一种。

感测的数据可以由通信模块传送到外部单元，用于存储或处理数据。

本公开的另一方面提供在两个聚合物片之间形成的培养装置。该装置包括(i)培养腔室，(ii)腔室的两个端口之间的导管，以允许流体通过导管在两个端口之间流动，以及(iii)在导管内限定的流动驱动区域，该流动驱动区域被配置用于与流体驱动机构接合，以由此推动流体在两个端口之间流动。

本公开的另一方面提供生物流体系统，其包括流体驱动机构和在两个聚合物片之间形成的生物装置。该装置包括(i)至少一个腔室，(ii)至少一个导管，以允许流体在腔室的两个端口之间和/或两个腔室之间流动，以及(iii)在至少一个导管内限定的流动驱动区域，该流动驱动区域被配置为与流体驱动机构接合，以由此推动流体在两个端口之间流动。

本公开的又一方面提供培养装置，该培养装置在两个聚合物片之间形成，并且具有用于储存生物物质的预培养储存腔室，该储存腔室通过可破裂的或可破坏的密封与培养腔室隔开。密封可以通过外力例如手指按压或致动装置被破坏或破裂，该致动装置被配置为破坏密封并驱动生物物质通过接种端口进入培养腔室中。该培养腔室包括适合于允许生物物质的培养的营养物。

在一些实施方案中，培养装置还可以包括在腔室的两个端口之间的导管，以允许流体通过导管在两个端口之间流动，并且具有在导管内限定的流动驱动区域，该流动驱动区域被配置用于与流体驱动机构接合，以由此推动流体在两个端口之间流动。

本公开的又一方面利用以上描述的流体系统的结构用于在灭菌的封闭系统中进行化学反应。

因此，提供的是用于进行化学反应的系统。该系统包括在彼此固定的两个聚合物片之间形成的反应装置。该反应装置形成为具有第一腔室和第二腔室，以及至少一个在第一腔室和第二腔室之间连结的导管，每个腔室被配置用于容纳化学组分。

在一些实施方案中，第一腔室和第二腔室中的每一个可以通过连结导管连结到一个或更多个容纳另外的化学组分的另外的腔室。

在一些实施方案中，第一腔室和第二腔室通过可破裂的或可破坏的密封被隔开。该密封可以通过外力例如手指按压或致动装置被破坏或破裂，该致动装置被配置为破坏密封并将化学组分从一个腔室驱动至另一个腔室。

在一些实施方案中，反应装置包括一个或更多个单向阀，该单向阀允许将气体引入到腔室中的一个或从腔室中的一个去除气体。

在一些实施方案中，反应装置包括在第一腔室和第二腔室中的一个的两个端口之间连结的流动驱动导管，并且包括流动驱动区域，该流动驱动区域被配置用于与流体驱动机构接合，该流体驱动机构通过蠕动作用推动流体流过两个端口之间的导管。

附图简述

为了更好地理解本文公开的主题以及为了例示该主题可以如何在实践中实施，现将参考附图通过仅为非限制性的示例描述实施方案，在附图中：

图1a-1c是本公开的宏观流体系统的示例的示意图的透视图。图1a单独示出了宏观流体系统的培养装置和基础结构；图1b示出了与该基础结构联结的培养装置，以及接合流动驱动区域的接合元件；图1c示出了本公开的拉伸机制宏观流体系统的工作方案。

图2a-2b是用于进行化学反应的本公开的流体系统的示例的示意性图示的俯视图。图2a示出了系统的两腔室结构；图2b示出了系统的三腔室结构。

具体实施方式

本公开涉及用于进行生物处理的宏观流体系统，生物处理诸如微生物培养或多种生物测定。图1a是配置用于培养微生物的宏观流体系统的示意图的透视图。系统100包括在两个聚合物片104和106之间形成的培养装置102，该两个聚合物片通过激光焊接来彼此焊接。这两个片被彼此焊接以形成在没有彼此焊接的两个片之间限制的内部空间的结构。除了其他结构之外，该空间形成培养腔室108，培养腔室108被配置为容纳微生物和生物组分例如细菌细胞、生长培养基、抗生素、病毒颗粒、核酸、酶等，以由此作为培养的基础。培养腔室108具有两个端口110a和110b，分别位于腔室108的顶部和底部处。两个端口110a和110b通过导管112彼此连结，导管112被配置为允许诸如液体和气体的流体从其中流过。导管112具有大体上是圆形的区域，该区域被配置为用作流动驱动区域114。

培养装置102包括在其四个角的四个通孔116以允许培养装置102悬挂在基础结构120上的四个悬挂构件118上以与其紧密联结。基础结构120包括驱动机构(未示出)，该驱动机构被配置为与接合构件122a和122b磁性耦接，接合构件122a和122b可从基础结构拆卸。接合构件122a和122b被配置为接合流动驱动区域114并由驱动机构驱动，同时培养装置102与基础结构联结以由此推动培养装置102内的流体。培养腔室108包括多个区域，在这些区域中其相对的壁即两个聚合物片彼此焊接。这些焊接区域124防止腔室108由于其中流体压力的增加和壁的弹性/柔韧性而膨胀。

培养腔室可以首先被制造成微生物与培养腔室隔开。微生物可以被储存在微生物腔室126中，该微生物腔室126通过连结至接种端口130的鹅颈区域128和/或可破裂或可破坏的密封构件132与培养腔室108隔开，该可破裂或可破坏的密封构件132在其破裂或破坏时允许微生物引入到腔室108中。

基础结构120与热源134联结，该热源134被配置为当培养装置102和基础结构120与其相联结时与培养腔室108紧密联结。该热源134被配置为使培养腔室维持在预定的温度范围，诸如32℃-42℃。热源134可以与温度控制(未示出)单元数据通信，该温度控制单元被配置为控制热源134的操作以维持期望的温度范围。该控制单元可以包括一个或更多个温度传感器，用于感测环境温度和/或培养装置例如培养腔室或流动驱动区域的一个或更多个温度。

基础结构120形成为具有缝136，该缝136在培养装置和基础结构联结时被配置为面向导管112和培养腔室108中的至少一个。分光光度计被包括在基础结构120中，并被配置为测量培养装置104中的流体的光谱曲线，以获得指示微生物生长或密度的数据。分光光度计可以被配置为用500-700nm范围内的波长照射。在一些实施方案中，分光光度计被配置为测量培养装置中至少5种不同波长的流体。

基础结构120还可以包括光源，该光源被配置为照射培养装置的至少一部分。光源可以通过缝136或另外的缝138照射，其中波长在425-450nm和/或600-700nm的范围内，用于光合细胞的培养。

图1b例示了本公开的系统，其中基础结构120通过悬挂构件118插入通孔116中而与培养装置102联结。在该实施例中，两个接合元件122a和122b被磁性吸引到驱动机构，导致接合元件附接到流动驱动区域112。接合元件122a和122b由驱动机构驱动以沿着流动驱动区域112在箭头a的方向上旋转，这导致气体从培养腔室108的顶部流入其底部，并且气体鼓泡进入液体。当驱动机构沿箭头a的相反方向驱动接合元件时，液体从培养腔室108的底部通过导管112流向腔室108的顶部。因此，驱动机构和接合元件122a和122b一起配置成双向蠕动泵。

热源134与培养腔室108热接触，并被配置为加热腔室108以维持适合于生物处理例如细胞培养的特定范围的期望温度。

缝136面向导管112以允许分光光度计或可容纳在基础结构120内的任何其他光学测量装置的测量。光隔离构件137被配置为附接到缝136的区域，使得其基本上将导管112的测量部分与环境光隔离，同时允许在其中的流动。构件137在测量之间产生重复的条件，增加测量的可信度。

图1c是本公开的系统的实施方案的实施例的示意图。拉伸机构(未示出)的四个构件140被插入培养装置102的四个角处的通孔116中，并且被配置为在箭头a1-a4中的至少一个的方向上移动，以在培养装置102上施加力并由于培养装置102柔韧的特性将其拉伸。这种机构可以增强某些类型的细胞培养物或组织例如肌肉组织或肌腱的培养。

图2a-2b是根据本公开的用于进行化学反应的系统的两个实施方案的示意图。图2a-2b示出了在两个聚合物片之间形成的反应装置202。反应装置202具有第一腔室242和第二腔室244，每个腔室包括化学组分。化学组分可以是流体，流体例如为液体或气体形式，或者可以由固体颗粒制成。导管246分别在第一腔室242和第二腔室244的端口248、250之间连结。

在图2a中，腔室242与容纳另外的化学组分的另外的腔室252连结。通过可破裂的密封构件232防止将另外的化学组分引入到腔室242中，并且在该密封构件破裂时，储存在腔室252中的化学组分可以被自由地引入到腔室242中。