特開2023-123406 | 知財ポータル「IP Force」

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

青山学院大学 (神奈川県相模原市中央区淵野辺)

▶ シスメックスアステルゴエービーの特許一覧 ▶ シスメックス株式会社の特許一覧

特開2023-123406生体試料を分析するカートリッジおよび方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

目に優しい文字サイズ小中大 PDF Top

< >

1A
1B
2A
2B
2C
2D
2E
2F
2G
2H
3A
3B
4A
4B
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023123406

(43)【公開日】2023-09-05

(54)【発明の名称】生体試料を分析するカートリッジおよび方法

(51)【国際特許分類】

C12M 1/28 20060101AFI20230829BHJP

C12M 1/34 20060101ALI20230829BHJP

C12Q 1/02 20060101ALI20230829BHJP

C12N 1/12 20060101ALN20230829BHJP

C12N 1/16 20060101ALN20230829BHJP

C12N 1/20 20060101ALN20230829BHJP

C12N 5/07 20100101ALN20230829BHJP

【ＦＩ】

C12M1/28

C12M1/34 C

C12Q1/02

C12N1/12 A

C12N1/16 A

C12N1/20 A

C12N5/07

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023026201

(22)【出願日】2023-02-22

(31)【優先権主張番号】2250252-0

(32)【優先日】2022-02-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE

(71)【出願人】

【識別番号】523064608

【氏名又は名称】シスメックスアステルゴエービー

(71)【出願人】

【識別番号】390014960

【氏名又は名称】シスメックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋香元

(72)【発明者】

【氏名】ロバート，フレドリクソン

(72)【発明者】

【氏名】ミカエル，オルソン

(72)【発明者】

【氏名】ヨハン，オーマン

(72)【発明者】

【氏名】ロヴィーサ，ソダーバーグ

(72)【発明者】

【氏名】オズデン，バルテキン

【テーマコード（参考）】

4B029

4B063

4B065

【Ｆターム（参考）】

4B029AA07

4B029BB01

4B029FA11

4B029FA12

4B063QA06

4B063QQ03

4B063QR72

4B065AA01X

4B065AA01Y

4B065AA57X

4B065AA57Y

4B065AA72X

4B065AA72Y

4B065AA83X

4B065AA83Y

4B065AA90X

4B065AA90Y

4B065AC14

4B065CA46

(57)【要約】（修正有）

【課題】種々の薬剤に対する生体試料中の細胞の表現型応答を分析するために使用することができ、使用しやすく、必要とされる培養培地、薬剤および化学物質を用いて事前に製造することができ、それによって、生体試料の追加のみが必要であり、表現型応答の完全自動化分析が可能になるカートリッジを提供する。
【解決手段】カートリッジは、生体試料からの細胞を捕捉するように構成された細胞チャネルの複数のセットを含むマイクロ流体チップを収容するように構成されたチップチャンバを含み、生体試料を受け取るように構成され、細胞チャネルの複数のセットおよび複数の培地リザーバと流体接続している試料チャンバを含む。各培地リザーバは、細胞チャネルの各セットと流体接続するように構成され、カートリッジは、複数の培地リザーバと流体接続しており、培養培地を複数の培地リザーバに供給するように構成された培養培地源をさらに含む。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カートリッジ（１）であって、
生体試料から細胞を捕捉するように構成された細胞チャネル（５３０）の複数のセット（５３１）を含むマイクロ流体チップ（５００）を収容するように構成されたチップチャンバ（１０５）；
前記生体試料を受け取るように構成され、細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）と流体接続している試料チャンバ（１４０）；
複数の培地リザーバ（１７０）の各培地リザーバ（１７０）が、細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）の細胞チャネル（５３０）の各セット（５３１）と流体接続するように構成されている、複数の培地リザーバ（１７０）；ならびに
前記複数の培地リザーバ（１７０）と流体接続しており、前記複数の培地リザーバ（１７０）に培養培地を供給するように構成された培養培地源（１１０、４００）
を含む、カートリッジ。

【請求項2】

前記複数の培地リザーバ（１７０）が、実質的に同じ形状および／または内部容積を有する、請求項１に記載のカートリッジ。

【請求項3】

前記複数の培地リザーバ（１７０）の少なくともいくらかが、前記培養培地に溶解または分散されるように構成された異なる量の薬剤または異なる薬剤が事前にロードされている、請求項１または２に記載のカートリッジ。

【請求項4】

前記複数の培地リザーバ（１７０）の第１のセットには、前記異なる量の薬剤または前記異なる薬剤が事前にロードされており、前記複数の培地リザーバ（１７０）の第２のセットには、あらゆる薬剤が事前にロードされていない、請求項３に記載のカートリッジ。

【請求項5】

前記薬剤が、抗菌剤であるか、前記異なる薬剤が、異なる抗菌剤である、請求項３または４に記載のカートリッジ。

【請求項6】

さらに：
前記培養培地源（１１０、４００）と流体連通している入口穴（１２１）；および
複数の培地リザーバ穴（１２３）の各培地リザーバ穴（１２３）が前記複数の培地リザーバ（１７０）の各培地リザーバ（１７０）と流体連通している、複数の培地リザーバ穴（１２３）を含む
培地バルブチャンバ（１２０）；ならびに
前記培養培地源（１１０、４００）から前記入口穴（１２１）を通って供給された培養培地を前記複数の培地リザーバ穴（１２３）に向けるように構成された培養培地バルブ（４２０）
を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項7】

前記培養培地源（１１０、４００）が：
前記培養培地を予めパッケージした培養培地容器（４００）；および
前記培養培地容器（４００）を収容するように構成され：
前記複数の培地リザーバ（１７０）と流体連通している排水孔（１１３）；および
前記培養培地容器（４００）の表面を切断して前記培養培地を前記排水孔（１１３）に供給するように構成されたカッター（１１４）
を含むチャンバ（１１０）
を含む、請求項６に記載のカートリッジ。

【請求項8】

生体試料を前記試料チャンバ（１４０）から細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）に動かすように構成されたポンプ（４１０）をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項9】

細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）および前記培養培地源（１１０、４００）と流体連通するように構成された界面活性剤チャンバ（１２８）をさらに含み、ここで、
前記界面活性剤チャンバ（１２８）には、前記培養培地源（１１０、４００）から供給された培養培地中に溶解または分散するように構成された界面活性剤が事前にロードされており；そして
前記培養培地中に溶解または分散した前記界面活性剤が、細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）に供給されるように構成されている、
請求項１から８のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項10】

前記マイクロ流体チップ（５００）に取り付けられ：
細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）と前記試料チャンバ（１４０）との間の流体接続を提供するように構成された穴（５５４）の第１のセット；および
穴（５５８）の第２のセットの各穴（５５８）が細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）の細胞チャネル（５３０）の各セット（５３１）と前記複数の培地リザーバ（１７０）の各培地リザーバ（１７０）との間の流体接続を提供するように構成されている、穴（５５８）の第２のセット
を含むチップ担体（５５０）
をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項11】

細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）の細胞チャネル（５３０）の各セット（５３１）が：
穴（５５４）の前記第１のセットの穴（５５４）と流体連通している第１のポート（５１４）；および
穴（５５８）の前記第２のセットの穴（５５８）と流体連通している第２のポート（５１２）
を含む、請求項１０に記載のカートリッジ。

【請求項12】

前記チップチャンバ（１０５）、前記試料チャンバ（１４０）、前記複数の培地リザーバ（１７０）および前記培養培地源（１１０、４００）を含む基板（１００）；ならびに
前記基板（１００）に取り付けられ、細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）を画像化することを可能にするように構成された窓（２１０）を含む蓋（２００）
をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項13】

細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）の細胞チャネル（５３０）の各セット（５３１）が、細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）の細胞チャネル（５３０）の他のセット（５３１）から分離されている前記マイクロ流体チップ（５００）内の区画として形成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項14】

前記チップチャンバ（１０５）が、前記生体試料からの細胞を捕捉するように構成された細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）を含む前記マイクロ流体チップ（５００）を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項15】

生体試料を分析する方法であって：
細胞を含む生体試料をマイクロ流体チップ（５００）内の細胞チャネル（５３０）の複数のセット（５３１）に移動させるステップ（Ｓ１）；
培養培地を複数の培地リザーバ（１７０）に移動させるステップ（Ｓ２）であって、前記複数の培地リザーバ（１７０）の各培地リザーバ（１７０）が細胞チャネル（５３０）の前記複数のセット（５３１）の細胞チャネル（５３０）の各セット（５３１）と流体接続するように構成されており、前記複数の培地リザーバ（１７０）の前記培地リザーバ（１７０）の少なくとも１つには、前記培養培地を溶解または分散させるように構成された規定量の薬剤が事前にロードされている、ステップ；
前記溶解または分散された薬剤を有する培養培地を、前記薬剤が事前にロードされている各培地リザーバ（１７０）から細胞チャネル（５３０）の前記各セット（５３１）に移動させるステップ（Ｓ３）；ならびに
細胞チャネル（５３０）の前記各セット（５３１）内で前記薬剤に対する前記細胞の応答をモニターするステップ（Ｓ４）
を含む、方法。

【請求項16】

前記溶解または分散された薬剤を有する前記培養培地を移動させるステップ（Ｓ３）が、前記溶解または分散された薬剤を有する前記培養培地またはあらゆる薬剤を有していない前記培養培地を、前記複数の培地リザーバ（１７０）の各培地リザーバ（１７０）から細胞チャネル（５３０）の前記各セット（５３１）に移動させるステップ（Ｓ３）を含む、
請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記複数の培地リザーバ（１７０）の少なくともいくらかには、前記培養培地中に溶解または分散されるように構成された異なる量の前記薬剤または異なる薬剤が事前にロードされている、
請求項１５または１６に記載の方法。

【請求項18】

前記生体試料を移動させるステップ（Ｓ１）が、細胞を含む前記生体試料を、請求項１から１４のいずれか一項に記載のカートリッジ（１）のチップチャンバ（１０５）内に配置されたマイクロ流体チップ（５００）内の細胞チャネル（５３０）の複数のセット（５３１）に移動させるステップ（Ｓ１）を含み；そして
前記培養培地を移動させるステップ（Ｓ２）が、前記培養培地を、請求項１から１４のいずれか一項に記載のカートリッジ（１）の複数の培地リザーバ（１７０）に移動させるステップ（Ｓ２）を含む、
請求項１５から１７のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般にカートリッジ、特にマイクロ流体チップのためのそのようなカートリッジに関する。本発明はまた、一般に生体試料を分析する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

抗生物質感受性試験（antibiotic sensitivity testing）とも呼ばれる抗生物質感受性試験（Antibiotic susceptible testing）（ＡＳＴ）は、抗生物質に対する細菌の感受性の測定である。感受性試験の結果は、臨床医が、細菌により引き起こされる疾患ならびにそれらの感受性および抵抗性の知識に基づいて適切な抗生物質または抗生物質の混合物を選択することを可能にする。

【0003】

初期ＡＳＴ法は、寒天プレート上または寒天もしくはブロス中での希釈物で細菌を抗生物質に曝露することに関与する表現型の方法であった。そのような表現型の方法は、Ｋｉｒｂｙ－Ｂａｕｅｒ法とも呼ばれるディスク拡散法を含み、その中で、細菌は、寒天プレート上で培養され、抗生物質含浸ディスクの近くでの細菌の増殖を観察する。抗生物質が微生物増殖を阻害する場合、ディスクの周囲に透明なリング、または阻害ゾーンが見られる。その後、細菌は、阻害ゾーンの直径を、最小発育阻止濃度（ＭＩＣ）と相関する規定の閾値と比較することにより、抗生物質に対して感受性、中間、または抵抗性として分類する。他の表現型の方法は、寒天上に配置された異なる濃度の抗生物質を含浸したプラスチック片を使用するＥｔｅｓｔなどの勾配法を含み、培養期間後に増殖培地を調べる。ＭＩＣは、片上のマーキングを用いる涙滴の形状の阻害ゾーンの検査に基づいて同定することができる。

【0004】

上記の例示された表現型の方法を用いる主な欠点は、それらが視覚的な応答を得るために、典型的に少なくとも一晩細菌を培養する必要があることである。したがって、ＡＳＴの結果が利用可能になる前に、比較的時間がかかる。別の欠点は、一般に１回のＡＳＴ試験において、１種類の抗生物質または少数の抗生物質しか試験することができないことである。

【0005】

ＡＳＴ法の別の群は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）マイクロアレイ、またはＤＮＡチップに基づく遺伝子法である。これらの遺伝子法は、抗生物質に対する細菌の表現型応答を調べるのではなく、細菌が抗生物質抵抗性を付与する遺伝子を保持しているかどうか分析する。遺伝子法は、より迅速である点で、培養ベースの表現型の方法よりも有利である。欠点には、試験される抵抗性遺伝子の必要とされる知識を含み、費用がかかり、典型的に特別に訓練された担当者が必要である。さらに、時として、検出された抵抗性遺伝子の遺伝子型プロファイルは、表現型の方法で見られる抵抗性プロファイルと常に一致するわけではない。

【0006】

マイクロ流体デバイスおよびチップは、抗生物質のセットに対する細菌の表現型応答を迅速に、そして並行してモニターするために提案されている。マイクロ流体に基づくＡＳＴは、迅速であることから利益を得るが、多くの遺伝子法と関連する欠点に悩まされることはない。

【0007】

「マザーマシン」と表示される従来技術のマイクロ流体デバイスは、Ｗａｎｇｅｔａｌ．，ＣｕｒｒｅｎｔＢｉｏｌｏｇｙ２０１０，２０：１０９９－１１０３に開示されている。マザーマシンは、多くの異なる細胞チャネルにおいて並行して細胞をモニターすることを可能にする。

【0008】

生体試料の分析に有用であるさらなるマイクロ流体デバイスは、国際公開第２０１６／００７０６３号および国際公開第２０１６／００７０６８号に示されている。

【0009】

Ｂａｌｔｅｋｉｎｅｔａｌ．，ＰＮＡＳ２０１７，１１４（３４）：９１７０－９１７５は、マイクロ流体デバイスを使用する高速抗生物質感受性試験（ＡＳＴ）試験、ＦＡＳＴｅｓｔを開示する。

【0010】

米国特許第７３４１８４１号および米国特許第８０７１３１９号は、試料中の微生物の検出方法を開示する。方法は、試料をバイオセンサ濃度モジュールと接触させ、微生物が第１の期間中増殖することを可能にし、そして微生物の存在の指標として別個の微生物の増殖を検出することを含む。

【0011】

細菌のＡＳＴなど、試料中の細胞の表現型解析に使用することができる、そのようなマイクロ流体チップのためのカートリッジの必要性が依然としてある。

【発明の概要】

【0012】

試料中の細胞の表現型解析に使用することができる、そのようなマイクロ流体チップのためのカートリッジを提供することが、一般的な目的である。

【0013】

生体試料を分析する方法を提供することも、一般的な目的である。

【0014】

これらおよび他の目的は、本明細書に開示されている実施形態により満たされる。

【0015】

本発明は、独立請求項で定義されている。さらなる実施形態は、従属請求項で定義されている。

【0016】

本発明の一態様は、生体試料から細胞を捕捉するように構成された複数の細胞チャネルのセットを含むマイクロ流体チップを収容するように構成されたチップチャンバを含むカートリッジに関する。カートリッジはまた、生体試料を受け取るように、そして複数の細胞チャネルのセットと流体接続するように構成された試料チャンバも含む。カートリッジは、複数の培地リザーバをさらに含む。複数の培地リザーバの各培地リザーバは、細胞チャネルの複数のセットの細胞チャネルの各セットと流体接続するように構成されている。カートリッジは、複数の培地リザーバと流体接続し、そして複数の培地リザーバに培養培地を供給するように構成された培養培地源をさらに含む。

【0017】

本発明の別の態様は、生体試料を分析する方法に関する。方法は、細胞を含む生体試料を、マイクロ流体チップ内の細胞チャネルの複数のセットに移動させることを含む。方法はまた、培養培地を複数の培地リザーバに移動させることも含む。複数の培地リザーバの各培地リザーバは、細胞チャネルの複数のセットの細胞チャネルの各セットと流体接続するように構成されている。複数の培地リザーバの少なくとも１つの培地リザーバは、培地中に溶解または分散されるように構成された規定量の薬剤が事前にロードされている。方法は、各培地リザーバから溶解または分散された薬剤を有する培養培地を移動させることをさらに含み、薬剤は、細胞チャネルの各セットに事前にロードされている。方法は、細胞チャネルの各セットにおける薬剤に対する細胞の応答をモニターすることをさらに含む。

【0018】

本発明のカートリッジは、種々の薬剤に対する生体試料中の細胞の表現型応答を分析するために使用することができる。カートリッジは、使用しやすく、必要とされる培養培地、薬剤および化学物質を用いて事前に製造することができ、それによって、生体試料の追加のみが必要であり、表現型応答の完全自動化分析が可能になる。

【0019】

実施形態は、そのさらなる目的および利点と一緒に、添付の図面と一緒に以下の説明を参照することにより最もよく理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１Ａ-図１Ｂ。図１Ａおよび図１Ｂは、上（１Ａ）および下（１Ｂ）からの一実施形態によるカートリッジの分解立体図である。

【図2】図２Ａ-図２Ｈ。図２Ａ～図２Ｈは、試料フィルタのアタッチメント（２Ａ）、裏蓋のアタッチメント（２Ｂ）、マイクロ流体チップのアセンブリ（２Ｃ）およびマイクロ流体チップのアタッチメント（２Ｄ）、バルブおよびドーム型ポンプのアタッチメント（２Ｅ）、培地ブリスターのアタッチメント（２Ｆ）、ガス透過膜の追加（２Ｇ）ならびに上蓋のアタッチメント（２Ｈ）を有する一実施形態によるカートリッジのアセンブリを概略的に示す。

【図3】図３Ａ-図３Ｂ。図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態による試料チャンバ（３Ａ）に生体試料を充填することおよびキャップ（３Ｂ）で試料チャンバを閉じることを概略的に示す。

【図4】図４Ａ-図４Ｂ。図４Ａおよび図４Ｂは、上（４Ａ）および下（４Ｂ）からの基板の一実施形態を例証する。

【図5】図５は、ブリスターチャンバの一実施形態を例証する基板の一部のクローズアップ図である。

【図6】図６は、培地バルブチャンバの一実施形態を例証する基板の一部のクローズアップ図である。

【図7】図７は、培地リザーバの一実施形態を例証する基板の一部のクローズアップ図である。

【図8】図８は、試料バルブチャンバおよび界面活性剤チャンバの一実施形態を例証する基板の一部のクローズアップ図である。

【図9】図９は、バックチャネルリザーバの一実施形態を例証する基板の一部のクローズアップ図である。

【図10】図１０は、ドームポンプチャンバの一実施形態を例証する基板の一部のクローズアップ図である。

【図11】図１１は、試料リザーバの一実施形態を例証する基板の一部のクローズアップ図である。

【図12】図１２は、底面図におけるチップ担体に取り付けられたマイクロ流体チップを概略的に例証する。

【図13】図１３は、部分透視図におけるチップ担体に取り付けられたマイクロ流体チップを概略的に例証する。

【図14】図１４は、マイクロ流体チップの一部のクローズアップ図である。

【図15】図１５は、ブリスターチャンバの一部のクローズアップ図である。

【図16】図１６は、培地リザーバのクローズアップ図（上）および断面図（下）である。

【図17】図１７は、一実施形態によるカートリッジの内の試料および培養培地の移動を概略的に例証する。

【図18】図１８-図２７。図１８～図２７は、図１７において示されたような試料および培養培地充填操作中のカートリッジを概略的に例証する。

【図28】図２８は、マイクロ流体チップおよび入口穴に入るかそれから出る流体を概略的に例証する。

【図29】図２９-図３１。図２９～図３１は、試料および培養培地充填操作中のマイクロ流体チップを概略的に例証する。

【図32】図３２は、一実施形態による生体試料を分析する方法を例証するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図面全体を通じて、同じ参照番号は、類似または対応する要素について使用される。

【0022】

本発明は、種々の薬剤に対する生体試料中の細胞の表現型応答を分析するために使用することができるマイクロ流体チップのためのカートリッジに関する。カートリッジは、使用しやすく、必要とされる培養培地、薬剤および化学物質を用いて事前に製造することができ、それによって、生体試料の追加のみが必要であり、表現型応答の完全自動化分析が可能になる。本発明はまた、生体試料を分析する方法に関する。

【0023】

本明細書で使用されるような「生体試料」は、任意の試料、好ましくは流体試料、より好ましくは細胞または単細胞微生物などの微生物を含む液体試料を含み、カートリッジのマイクロ流体チップに捕捉され、１つまたは複数の薬剤に対するその表現型応答が分析および決定される。生体試料は、好ましくは患者から採取された処理済み体液試料を含む、患者から採取された体液試料などの体液試料である。そのような体液試料の非限定であるが、例証的な例には、尿、血液、血漿、血清、羊水、脳脊髄液、リンパ液、唾液および髄液が含まれる。代わりに、生体試料は、生検などの固体の体の試料から得られた生体試料であり得、固体の体の試料の細胞は、流体、好ましくは培養培地などの液体に懸濁または分散されている。本明細書で使用されるような処理済みの体液試料は、本発明のカートリッジにロードされる前に何らかの方法で処理されている体液試料である。例えば、体液試料は、血液から得られた血清または血漿試料などの処理済みの体液試料を得るために異なる試料の部分に濾過または分離され得る。

【0024】

本明細書で使用されるような「薬剤」は、任意の分子、化合物、組成物またはマイクロ流体チップに捕捉された細胞に影響を与えることができる他の薬剤を指す。そのような薬剤の典型的ではあるが、限定されない例には、薬物候補を含む、薬物または医薬品が含まれる。薬剤は、必ずしも薬物または医薬品である必要はないが、例えば他の化学物質である可能性があり、薬剤が細胞になんらかの影響を及ぼすかどうかを決定することに関心がある可能性がある。そのような薬剤の例証的ではあるが、限定されない例には、抗菌性物質、抗真菌性物質、抗ウイルス性物質、または抗寄生虫物質などの抗菌剤が含まれる。特定の例には、抗菌性物質、すなわちベータ－ラクタム、セファロスポリン、スルホンアミド、アミノグリコシド、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、マクロライド、糖タンパク質、アンサマイシン、キノロン、ストレプトグラミン、オキサゾリジノン、およびリポペプチドを含むがこれらに限定されない抗生物質が含まれる。

【0025】

本明細書で使用されるような「細胞」は、生体試料中に存在し、マイクロ流体チップに捕捉することができる任意の細胞種または細胞の集団もしくは混合物または細胞集団を含む。細胞は、例えば被験者に疾患または障害を引き起こす可能性がある病原体であり得る。そのような病原体の、限定されないが例証的な例には、細菌、藻類、真菌類、原生動物および他の寄生虫が含まれる。あるいは、細胞は、ウイロイド、ウイルス、またはプリオンなどの病原体の病原体宿主である可能性がある。細胞は、必ずしも病原体である必要はないが、あるいは、微生物、特に単細胞微生物を含む、捕捉およびモニターされる任意の細胞種または細胞集団であり得る。

【0026】

例証的な例において、カートリッジは、薬剤の例として抗生物質を用いる、生体試料、特に尿路感染（ＵＴＩ）に罹患している被験者から採取された尿試料中の細菌のＡＳＴに使用することができる。しかし、本発明のカートリッジは、生体試料として尿試料の使用に限定されない。実際には、カートリッジは、分析のために細菌、または実際には任意のタイプの細胞または微生物をマイクロ流体チップにロードするために使用することができ、それによって、他の生体試料と一緒に使用することができる。

【0027】

本発明の一態様は、生体試料からの細胞を捕捉するように構成された細胞チャネル５３０の複数のセット５３１を含むマイクロ流体チップ５００を収容するように構成されたチップチャンバ１０５を含むカートリッジ１に関する。カートリッジ１はまた、生体試料を受け取るように、そして細胞チャネル５３０の複数のセット５３１と流体接続するように構成された試料チャンバ１４０も含む。カートリッジ１は、複数の培地リザーバ１７０を含む。複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０は、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の各セット５３１と流体接続するように構成されている。カートリッジ１は、複数の培地リザーバ１７０と流体接続しており、複数の培地リザーバ１７０に培養培地を供給するように構成された培養培地源１１０、４００をさらに含む。

【0028】

それによって、本発明のカートリッジ１は、チップチャンバ１０５内に収容されたマイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０の複数のセット５３１にある生体試料から細胞を捕捉することが可能になる。次いで、並行して異なる濃度の薬剤に対する、および／または異なる薬剤に対する細胞の応答など、操作に対する細胞の応答をモニターする間、種々の濃度での薬剤に、および／または複数の異なる薬剤に曝露させるなど、細胞を操作することができる。したがって、細胞の単一源、すなわち生体試料をカートリッジ１に適用して細胞チャネル５３０の異なるセット５３１に、その中で提供されている細胞を分配することができる。

【0029】

カートリッジ１はまた、複数の培地リザーバ１７０を含み、そのため細胞チャネル５３０の各セット５３１は、各培地リザーバ１７０と流体接続している。したがって、マイクロ流体チップ５００が細胞チャネル５３０のＮ個のセットを含む場合、カートリッジ１は、Ｎ個の培地流体１７０を含む。これは、細胞チャネル５３０の各セット５３１が、それ自体の培地リザーバ１７０と流体接続しており、それから培養培地が供給されることを意味する。換言すると、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０は、培養培地をマイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０の単一のセット５３１に供給するのみである、すなわち、細胞チャネル５３０の単一のセット５３１と流体接続しているのみである。マイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０のセット５３１に対する培地リザーバ１７０の配置は、マイクロ流体チップ５００内の異なる培地リザーバ１７０からの培養培地の混合を防止し、それによって細胞チャネル５３０のセット５３１内に捕捉されている細胞を異なる培地リザーバ１７０からの培養培地に曝露することを防止する。

【0030】

カートリッジ１は、複数の培地リザーバ１７０と流体接続している培養培地源１１０、４００をさらに含む。この培養培地源１１０、４００は、培養培地を複数の培地リザーバ１７０に供給する。したがって、好ましい実施形態において、培養培地は、培養培地源１１０、４００から供給され、複数の培養リザーバ１７０に分配される。

【0031】

一実施形態において、複数の培地リザーバ１７０は、チップチャンバ１０５に対して対称的に配置される。

【0032】

図４Ａにおいてより明らかに示されるように、チップチャンバ１０５は、好ましくは、複数の培地リザーバ１７０間に提供される。好ましくは、培地リザーバ１７０の半分は、チップチャンバ１０５の他の側部に配置されている培地リザーバ１７０の残りの半分を有するチップチャンバ１０５の側部に配置されている。したがって、チップチャンバ１０５は、好ましくは培地リザーバ１７０の２つのセットまたは列の間に配置される。中央チップチャンバ１０５に対する培地リザーバ１７０のこの分配は、カートリッジ１内の比較的小さなスペースでの複数の培地リザーバ１７０の配置を可能にする。

【0033】

一実施形態において、複数の培地リザーバ１７０は、実質的に同じ形状および／または内部容積を有している。

【0034】

現在の好ましい実施形態において、複数の培地リザーバ１７０は、実質的に同じ内部容積および好ましくは実質的に同じ形状を有している。そのような場合において、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０は、好ましくは実質的に同じ体積の、培養培地源１１０、４００からの培養培地で充填されている。培地リザーバ１７０のそのようなデザインは、培地リザーバ１７０内で培養培地中に溶解または分散された任意の薬剤の正確で制御された濃度を達成するのを可能にする。例えば、培地リザーバ１７０は、規定量の薬剤が事前にロードされ得る。それによって、培養培地源１１０、４００から供給された規定体積の培養培地での培地リザーバ１７０の充填は、培地リザーバ１７０内の培養培地中に溶解または分散された薬剤の明確に定義された濃度の形成を可能にする。それによって、１つまたは複数の薬剤の正確にそして明確に定義された濃度は、異なる培地リザーバ１７０が異なる量の薬剤または複数の薬剤が事前にロードされる場合および培地リザーバ１７０が実質的に同じ内部容積を有している場合、異なる培地リザーバ１７０内で達成され得る。

【0035】

一実施形態において、複数の培地リザーバ１７０の少なくともいくらかは、培養培地中に溶解または分散されるように構成された異なる量の薬剤または異なる薬剤が事前にロードされる。

【0036】

上述したように、培地リザーバ１７０内に事前にロードされた１つまたは複数の薬剤は、培養培地源１１０、４００から培地リザーバ１７０に供給された培養培地中に溶解または分散される。溶解または分散された薬剤を有する培養培地は、その後、培地リザーバ１７０からマイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０のその接続したセット５３１に供給され、それによって、細胞チャネル５３０のセット５３１の細胞チャネル５３０内で捕捉された細胞を培養培地中に溶解または分散された薬剤に曝露する。細胞チャネル５３０内の細胞の薬剤に対する応答は、その後、モニターおよび決定することができる。

【0037】

異なる量の同じ薬剤で複数の培地リザーバ１７０に事前にロードすることが可能であり、それによって、培地リザーバ１７０内に含まれている培養培地中に薬剤を異なる濃度で提供する。それによって、細胞チャネル５３０の異なるセット５３１内で捕捉された細胞は、異なる濃度の薬剤に曝露され、これらの異なる濃度に対する細胞の応答はモニターすることができる。

【0038】

代わりにまたはさらに、異なる薬剤を異なる培地リザーバ１７０に事前にロードすることができ、それによって、捕捉された細胞のこれらの異なる薬剤に対する応答をモニターすることが可能になる。

【0039】

特定の実施形態において、複数の培地リザーバ１７０の第１のセットは、異なる量の薬剤または異なる薬剤が事前にロードされ、複数の培地リザーバ１７０の第２のセットは、任意の薬剤が事前にロードされない。好ましい実施形態において、複数の培地リザーバ１７０の第１のセットは、異なる量の薬剤または異なる薬剤が事前にロードされ、複数の培地リザーバ１７０の残りのセットは、任意の薬剤が事前にロードされない。

【0040】

例えば、３２の異なる培地リザーバ１７０を有するカートリッジ１において、５つの異なる濃度で５つの異なる薬剤を、３２の培地リザーバ１７０のうち２５に事前にロードすることができ、残りの７つの培地リザーバ１７０は、あらゆる薬剤が事前にロードされていない、または１つもしくは複数の対照の化学物質もしくは薬剤が事前にロードされているなどの種々の対照として使用される。

【0041】

それによって、あらゆる薬剤がない培地リザーバ１７０は、培養培地のみを含む。そのような培地リザーバ１７０は、細胞チャネル５３０の接続されたセット内で捕捉された細胞の、培養培地に対する応答をモニターすることを可能にするための対照として使用することができる。そのような場合において、細胞の１つまたは複数の薬剤に対する応答は、細胞の培養培地に対する応答に関連して決定することができる。

【0042】

一実施形態において、薬剤は抗菌剤である。現在の好ましい抗菌剤の例は、抗生物質である。

【0043】

一実施形態において、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０は、２つの分離した相互接続チャンバ１７０Ａ、１７０Ｂを含む。

【0044】

そのような一実施形態において、培養培地源１１０、４００から供給された培養培地は、好ましくは培地リザーバ１７０のそれぞれの第１または後方チャンバ１７０Ａに供給される。培養培地は、その後、第１または後方チャンバ１７０Ａから培地リザーバ１７０のそれぞれの第２または前方チャンバ１７０Ｂに押される。そのようなアプローチは、第１または後方チャンバ１７０Ａ内の培養培地の明確に定義された体積の計量を可能にし、その後の第２または前方チャンバ１７０Ｂへのこの体積の培養培地の供給を可能にする。そのような一実施形態において、培地リザーバ１７０に事前にロードされた任意の薬剤は、好ましくは第２または前方チャンバ１７０Ｂに事前にロードされる。比較的大量の薬剤が培地リザーバ１７０への事前のロードに必要である、および／または薬剤が培養培地中に溶解または分散されるようになるのに比較的長期間必要とする場合、薬剤の主要部分は、好ましくは第１または後方チャンバ１７０Ａに事前にロードされた薬剤の補完量で第２または前方チャンバ１７０Ｂに事前にロードされる。

【0045】

一実施形態において、カートリッジ１は、培地バルブチャンバ１２０をさらに含む。培地バルブチャンバ１２０は、培養培地源１１０、４００と流体連通している入口穴１２１を含む。培地バルブチャンバ１２０はまた、複数の培地リザーバ穴１２３を含む。複数の培地リザーバ穴１２３の各培地リザーバ穴１２３は、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０と流体連通している。カートリッジ１はまた、培養培地供給源１１０、４００から入口穴１２１を通って供給された培養培地を複数の培地リザーバ穴１２３に導くように構成された培養培地バルブ４２０を含む。

【0046】

特定の実施形態において、培養培地バルブ４２０は、培養培地源１１０、４００から入口穴１２１を通り、複数の培地リザーバ１７０に複数の培地リザーバ穴１２３を通って供給された培養培地を導くように構成されている。

【0047】

培地チャンバ１２０および培養培地バルブ４２０は、入口穴１２１を通って培養培地源１１０、４００からの培養培地の流入を、複数の培地リザーバ穴１２３を通って複数の培地リザーバ１７０への培養培地の流出に向け直すように構成されている。

【0048】

一実施形態において、培養培地バルブ４２０は、培養培地が複数の培地リザーバ１７０に供給されると、複数の培地リザーバ穴１２３を遮断するように構成されている。それによって、培養培地バルブ４２０は、１つの培地リザーバ１７０から培地チャンバ１２０へ、さらに複数の培地リザーバ１７０の別の培地リザーバ１７０への培養培地のあらゆる逆流を防止または制限する。

【0049】

一実施形態において、カートリッジ１は、試料チャンバ１４０から細胞チャネル５３０の複数のセット５３１に生体試料を移動させるように構成されたポンプ４１０を含む。

【0050】

一実施形態において、カートリッジ１は、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１および培養培地源１１０、４００と流体接続または連通するように構成された界面活性剤チャンバ１２８を含む。そのような実施形態において、界面活性剤チャンバ１２８は、培養培地源１１０、４００から供給された培養培地中に溶解または分散されるように構成された界面活性剤が事前にロードされている。培養培地中に溶解または分散された界面活性剤は、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１に供給されるように構成されている。

【0051】

特定の実施形態において、界面活性剤チャンバ１２８は、培養培地源１１０、４００から供給された培養培地中に溶解または分散されるように構成された界面活性剤が事前にロードされている。培養培地中に溶解または分散された界面活性剤は、生体試料の前に細胞チャネル５３０の複数のセット５３１に供給されるように構成されている。

【0052】

そのような一実施形態において、細胞チャネル５３０およびマイクロ流体チップ５００の任意の流体チャネルは、生体試料をマイクロ流体チップ５００にロードする前に界面活性剤が供給された培養培地で湿らせていることが好ましい。界面活性剤は、好ましくは細胞チャネル５３０およびマイクロ流体チップ５００の任意の他の流体チャネルの内面をコーティングし、それによって、生体試料をマイクロ流体チップ５００にロードすることを容易にする。それによって、そのように湿らせることは、生体試料をマイクロ流体チップ５００に押すのに必要なあらゆる圧力を低下させる。

【0053】

一実施形態において、培養培地源１１０、４００は、培養培地を予めパッケージした培養培地容器４００を含む。培養培地源１００、４００はまた、培養培地容器４００を収容するように構成されたチャンバ１１０を含む。チャンバ１１０は、複数の培地リザーバ１７０と流体接続または連通した排水孔１１３を含む。チャンバ１１０はまた、培養培地容器４００の表面を切断して培養培地を排水孔１１３に供給するように構成されたカッター１１４を含む。

【0054】

特定の実施形態において、培養培地容器４００は、培養培地容器４００上にガス圧力および好ましくは空気圧力などの流体圧力の適用により押され、カッター１１４上に培養培地容器４００を押圧し、それによって培養培地容器４００の表面を切断する。

【0055】

一実施形態において、カートリッジ１は、マイクロ流体チップ５００に取り付けられたチップ担体５５０を含む。チップ担体５５０は、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１と試料チャンバ１４０との間の流体接続を提供するように構成された穴５５４の第１のセットを含む。チップ担体５５０はまた、穴５５８の第２のセットを含む。穴５５８の第２のセットの各穴５５８は、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の各セット５３１と、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０との間の流体接続を提供するように構成されている。

【0056】

特定の実施形態において、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の各セット５３１は、穴５５４の第１のセットの穴５５４と流体連通する第１のポート５１４および穴５５８の第２のセットの穴５５８と流体連通する第２のポート５１２を含む。

【0057】

一実施形態において、カートリッジ１は、チップチャンバ１０５、試料チャンバ１４０、複数の培地リザーバ１７０および培養培地源１１０、４００を含む基板１００をさらに含む。カートリッジ１はまた、基板１００に取り付けられた蓋２００を含み、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１を画像化することを可能にするように構成された窓２１０を含む。

【0058】

一実施形態において、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の各セット５３１は、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の他のセット５３１から分離されている、マイクロ流体チップ５００内の区画として形成される。

【0059】

カートリッジおよびその含まれている部品は、ここで、添付の図面に関連してより詳細に説明されており、続いてカートリッジの典型的な使用を説明する。

【0060】

図１Ａおよび図１Ｂは、上（図１Ａ）および下（図１Ｂ）からの一実施形態によるカートリッジ１の一実施形態の分解立体図である。カートリッジ１は、典型的にチップ担体５５０に取り付けられたか結合されたマイクロ流体チップ５００およびマイクロ流体チップ５００内に捕捉されている細胞のための培養培地を含む培地ブリスター４００を収容するようにデザインされたカートリッジ基板とも呼ばれる基板１００を含む。カートリッジ１はまた、それぞれ培養培地および生体試料のための逆止弁ならびに生体試料の体積の正確な計量のためのドーム型ポンプ４１０として機能するバルブ４２０、４３０を含む。試料フィルタ６３０は、生体試料をマイクロ流体チップ５００にロードする前に、生体試料を濾過するためにカートリッジ１に含まれることが好ましい。カートリッジ１は、操作圧力で空気などのガスを透過するが液体を透過させない多数のガス透過膜６００、６１０をさらに含む。カートリッジ１は、場合によっては、ガス透過膜６００と整列し、基板１００と密閉接続しているガス透過膜６００を維持する膜コンプレッサ６２０を含む。上蓋２００は、基板１００の下面または底面１０３に取り付けるようにデザインされた対応する裏蓋３００とともに、基板１００の上側面または上面１０２に取り付けるようにデザインされている。キャップ２３５は、生体試料が試料チャンバに添加されると、基板１００内に試料チャンバを閉じるために上蓋２００に収まるようにデザインされている。

【0061】

カートリッジ１は、種々の実施形態にしたがって組み立てることができる。例証的なアセンブリの実施形態において、図２Ａに示されるように、試料フィルタ６３０は、基板１００の底面１０３内に一致する開口を有しているフィルタチャンバまたはウェル１４６に挿入され、好ましくは押圧される。図２Ｂに示されるように、裏蓋３００は、その後、例えば裏蓋３００を基板１００に溶接することにより、例えばレーザ溶接することにより、基板１００の底面１０３に取り付けられる。図２Ｂに示唆されるように、固定具上の任意選択のガイドピンを使用して、裏蓋３００および基板１００を整列させることができる。図はまた、裏蓋３００が基板１００内の対応する開口１０４と整列するように構成されている開口または窓３１０を含むことを示す。これらの開口１０４、３１０は、順に使用中、細胞チャネル５３０を含むマイクロ流体チップ５００の一部と整列させるように構成され、その中で生体試料中に存在する細胞が捕捉され、培養される。したがって、基板１００内および裏蓋３００内の開口１０４、３１０は、それぞれ、チップチャンバ１０５内に配置されるようなマイクロ流体チップ５００の一部への視覚的アクセス、特にマイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０のセット５３１への視覚的アクセスを可能にする。

【0062】

図２Ｃに示されるように、マイクロ流体チップ５００は、例えばマイクロ流体チップ５００をチップ担体５５０に結合することによりチップ担体５５０に取り付けられる。図２Ｃに示唆されるように、固定具上の任意選択のガイドピンを使用して、マイクロ流体チップ５００およびチップ担体５５０を整列させることができる。図２Ｄに示唆されるように、その後、取り付けられたマイクロ流体チップ５００を有するチップ担体５５０は、基板１００内に一致するチップチャンバまたはウェル１０５に挿入される。チップ担体５５０は、好ましくは、例えばチップ担体５５０を基板１００に溶接することにより、好ましくはレーザ溶接することにより、基板１００に取り付けられる。図２Ｄに示されるように、固定具上の任意選択のガイドピンを使用して、チップ担体５５０および基板１００を整列させることができる。

【0063】

図２Ｅに示されるように、ドーム型ポンプ４１０、培養培地バルブ４２０および試料バルブ４３０は、その後、基板１００内の各チャンバまたはウェル１２０、１５０、１８０のそれぞれに挿入される。ドーム型ポンプ４１０およびバルブ４２０、４３０は、例えばドーム型ポンプ４１０およびバルブ４２０、４３０のそれぞれの円周に沿って、およびチャンバもしくはウェル１２０、１５０、１８０の底面に沿って、溶接、好ましくはレーザ溶接を適用することにより、好ましくは基板１００に溶接される、例えばレーザ溶接される。図２Ｆは、培地ブリスター４００を基板１００内のブリスターチャンバまたはウェル１１０に挿入することを概略的に示す。培地ブリスター４００は、好ましくは、培地ブリスター４００の底面の周囲に沿って、例えば培地ブリスター４００の底面の少なくとも一部および／またはブリスターチャンバもしくはウェル１１０の底面１１２の少なくとも一部に適用された接着剤、例えば接着テープにより基板１００に取り付けられている。図２Ｇに示されるように、ガス透過膜６００は、その後、基板１００内の各膜チャンバまたはウェル１０６内に配置される。任意選択の実施形態において、膜コンプレッサ６２０を使用して、ガス透過膜６００を膜チャンバ１０６内に密閉して取り付けることができる。膜チャンバ１０６内にガス透過膜６００を固定するための他の技術を溶接または糊付けなどの代わりに使用することができる。ガス透過膜６１０は、基板１００内の各圧力ポート１０８Ａから１０８Ｅに対応して挿入される。最後に、図２Ｈに示されるように、例えば上蓋２００を基板１００に溶接することにより、好ましくはレーザ溶接することにより、上蓋２００は基板１００の上面１０２に取り付けられる。図２Ｈに示唆されるように、固定具上の任意選択のガイドピンを使用して、上蓋２００および基板１００を整列させることができる。図はまた、上蓋２００が、マイクロ流体チップ５００、ドーム型ポンプ４１０、培養培地バルブ４２０および試料バルブ４３０とそれぞれ整列させるように構成されている多数の開口または窓２１０、２２０、２４０、２５０を含むことを概略的に示す。上蓋２００はまた、培地ブリスター４００のためのブリスターカバー２６０として機能する隆起部を含むことが好ましい。

【0064】

カートリッジ１の異なる構成要素が組み立てられる順序は、上述され、図２Ａから図２Ｈに示されるような順序と異なる可能性がある。

【0065】

カートリッジ１のすべての構成要素が、製造中に組み立てられ、その後、基板１００ならびに上蓋２００と裏蓋３００により囲まれた構成要素を有するカートリッジ１として提供することができるので、本発明のカートリッジ１は、使用者により容易に取り扱うことができる。

【0066】

実際の使用に関連して、使用者は、図３Ａに示されるように、上蓋２００内の試料投入口２３０を通って、基板１００内の試料チャンバまたはウェル１４０に生体試料を添加する（図１７および図１８も参照されたい）。一実施形態において、所定体積の生体試料は、好ましくは試料投入口２３０を通って試料チャンバ１４０に添加される。好ましい実施形態において、キャップまたは蓋２３５は、上蓋２００内の試料投入口２３０に取り付けられ、図３Ｂに示されるように試料チャンバまたはウェル１４０内に生体試料を囲む。生体試料を有するカートリッジ１は、その後、生体試料をマイクロ流体チップ５００にロードし、マイクロ流体チップ５００内の生体試料中に存在する細胞を捕捉するように構成された機器（図示せず）に挿入することができる。機器はまた、マイクロ流体チップ５００内で捕捉された細胞を本明細書にさらに記載されているように、好ましくは基板１００内に事前にロードされている１つまたは複数の薬剤に曝露するように構成されていることが好ましい。１つまたは複数の薬剤に対するマイクロ流体チップ５００内の細胞の応答、好ましくは表現型応答は、その後、機器によりモニターおよび分析することができる。

【0067】

基板１００は、場合によっては、しかし好ましくは、カートリッジ１を機器に挿入する場合およびカートリッジ１を機器から取り外す場合など、カートリッジ１の手動の取り扱いが簡単になるグリップまたはハンドル１０１を含む。

【0068】

機器は、好ましくは加圧された液体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気を基板１００内の圧力ポート１０８Ａから１０８Ｈに適用することにより操作するように構成されている（図４Ａを参照されたい）。加圧された流体のこれらの圧力ポート１０８Ａから１０８Ｈへの適用を使用して、培地ブリスターを開き、基板１００全体に、そしてマイクロ流体チップ５００に向かって培養培地を輸送し、基板１００全体に、そしてマイクロ流体チップ５００に向かって生体試料を輸送し、そこで、生体試料中に存在するあらゆる細胞を捕捉する。

【0069】

図４Ａ、図４Ｂ、図５、および図１９に概略的に示されるように、培地ブリスター４００は、本明細書においてブリスターポケットとも呼ばれるブリスターチャンバまたはウェル１１０内に提供される。好ましい実施形態において、ブリスターチャンバ１１０は、中央のくぼみ１１１および周囲の実質的に平坦なチャンバ底１１２を含む。そのような場合において、培地ブリスター４００は、好ましくは、溶接することにより、例えばレーザ溶接することにより、または培地ブリスター４００の底面の周囲部分に沿って適用された接着テープなどの接着剤により、周囲の平坦なチャンバ底１１２に取り付けられている。中央のくぼみ１１１は、排水孔１１３および１つまたは複数のカッター１１４を含む。中央のくぼみ１１１は、培地ブリスター４００がブリスターチャンバ１１０内に配置される場合、カッター１１４が、培地ブリスター４００の底面から離れた位置にあるように、十分に深い。

【0070】

培地ブリスター４００は、マイクロ流体チップ５００に輸送され、その中で、生体試料からマイクロ流体チップ５００内で捕捉された細胞の培養のために使用される培養培地を含む。したがって、培地ブリスター４００内に含まれる培養培地のタイプは、好ましくは捕捉されている細胞のタイプに基づいて選択される。

【0071】

培地ブリスター４００は、金属および／またはプラスチックを含む種々の材料から製造することができる。培地ブリスター４００の典型的な例は、プラスチックでコーティングされたアルミニウムブリスターである。培地ブリスター４００の底は、好ましくは、カッター１１４により穴を開けて開くように構成された薄箔で製造される。例証的ではあるが、限定されない、そのような箔の例は、アルミ箔である。

【0072】

培地ブリスター４００は、流体圧力、好ましくはガス圧力をブリスターチャンバ１１０と流体接続している圧力ポート１０８Ｅで適用することにより開かれる。より詳細には、加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気は、機器により圧力ポート１０８Ｅに導入され、圧力ポート１０８Ｅおよびブリスターチャンバ１１０を相互接続する圧力チャネル１１６を介してブリスターチャンバ１１０に流れる（図５を参照されたい）。加圧流体は、上蓋２００と培地ブリスター４００の上面との間のブリスターチャンバ１１０に導入される。それによって、加圧流体は、培地ブリスター４００を中央のくぼみ１１１に向かって下方に押圧し、カッター１１４を培地ブリスター４００の底に係合させて貫通させる。開いた培地ブリスター４００内に含まれた培養培地は、適用された圧力により排水孔１１３を通って押され、本明細書では培地バルブポケットとも呼ばれる培地バルブチャンバまたはウェル１２０内の入口穴１２１に向かって基板１００の底面１０３内のチャネル１１５に輸送される（図４Ｂ、図６、図１７および図２１を参照されたい）。

【0073】

図１５は、排水孔１１３およびカッター１１４の一実施形態を示すブリスターチャンバ１１０の一部のクローズアップ図である。この実施形態において、カッター１１４は、好ましくは排水孔１１３に面するカッター１１４の側部１１７内のくぼみまたはチャネル１１８を含む。このくぼみまたはチャネル１１８は、培養培地を開いた培地ブリスター４００から排水孔１１３に案内する。したがって、より効果的に培地ブリスター４００を空にすることおよび培養培地を排水孔１１３に押すことは、カッター１１４がそのような案内または排水くぼみまたはチャネル１１８を含む場合に達成される。

【0074】

培養培地の排水孔１１３への排出を容易にするカッター１１４の別の特徴は、排水孔１１３に面しているカッター１１４の湾曲側部１１７を有していることである。図１５で概略的に示されるように、排水孔１１３に面している側部１１７は、排水孔１１３の一部の周りでわずかに湾曲しているか弧状になっている。側部１１７のこの形状は、カッター１１４の側部１１７に沿った開いた培地ブリスター１１８から排水孔１１３に下がる培養培地の流れを促進する。

【0075】

図４Ａ、図４Ｂ、図６および図２１を参照して、培地バルブチャンバ１２０は、入口穴１２１に入る培養培地を多数の培地リザーバ１７０および後方チャネルリザーバ１３０に分配し、さらに基板１００を通る培養培地の逆流を防止するようにデザインされている。培地バルブチャンバ１２０の底は、中央の入口穴１２１および後方チャネル穴１２２および入口穴１２１の周囲に円周状に配置された多数の培地リザーバ穴１２３を含む。培地バルブチャンバ１２０は、好ましくは、基板１００内の培地リザーバ１７０につき、それぞれ培地リザーバ穴１２３を含む。

【0076】

培地バルブチャンバ１２０の底面の周囲または円周部分１２４は、好ましくは平坦であり、例えば溶接することにより、好ましくはレーザ溶接することにより、培養培地バルブ４２０を底面のこの周囲部分１２４に取り付けるのを可能にする。培養培地バルブ４２０は、好ましくは熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）などの実質的に可撓性材料で製造されたディスクの形状である。培養培地が入口穴１２１に入る場合、培養培地は、培地バルブチャンバ１２０の底面と、圧力ポート１０８Ｅに加えられる圧力により上方に曲げられる培養培地バルブ４２０との間に押される。培養培地は、培地リザーバ穴１２３および後方チャネル穴１２２にさらに押される。

【0077】

一実施形態において、入口穴１２１から培地リザーバ穴１２３および後方チャネル穴１２２への培養培地の向け直しは、低圧（約２ｂａｒ）を培養培地バルブ４２０の上側、すなわち培養培地バルブ４２０と上蓋２００との間に適用することにより促進される。この低圧は、機器により圧力ポート１０８Ｇおよび圧力チャネル１２９Ａを通って基板１００の底面１０３および培地バルブチャンバ１２０の圧力入口１２９Ｂに適用される（図４Ａおよび図４Ｂを参照されたい）。

【0078】

一実施形態において、培地バルブチャンバ１２０の底面は、後方チャネル穴１２２に接続された少なくとも１つのくぼんだ円形チャネル１２９を含む。この少なくとも１つのくぼんだ円形チャネル１２９は、培養培地を後方チャネル穴１２２に案内し、培養培地の培地バルブチャンバ１２０の排出を促進する（図６を参照されたい）。

【0079】

一実施形態において、培養培地は、培地バルブチャンバ１２０から培地リザーバ１７０へ最初に輸送され、培養培地を後方チャネルリザーバ１３０に輸送する前に等量で定義された体積の培養培地で各培地リザーバ１７０を充填する（図７、図１７および図２１を参照されたい）。培地リザーバ１７０を充填した後の後方チャネルリザーバ１３０のこの連続的な充填は、流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力を、後方チャネルリザーバ１３０と流体接続している圧力ポート１０８Ａに適用することにより、制御することができる。最初に、圧力ポート１０８Ａに適用された圧力は、各培地リザーバ穴１２３を培地リザーバ１７０と相互接続するチャネル内の任意の流動抵抗と比較して、後方チャネル穴１２２を後方チャネルリザーバ１３０と相互接続するチャネル内で、培養培地がより高い流動抵抗に曝露されることを意味する。

【0080】

培養培地バルブ４２０を有する培地バルブチャンバ１２０は、基板１００の充填プロセス中にいくらかの機能を提供する。最初に、培地バルブチャンバ１２０および培養培地バルブ４２０は、１－対－（Ｎ＋１）バルブとして動作し、Ｎは、培地リザーバ穴１２３の数および基板１００内の培地リザーバ１７０の数を表す。換言すれば、培地バルブチャンバ１２０は、入口穴１２１を通る培養培地の流入をＮ個の培地リザーバ穴１２３および後方チャネル穴１２２に向け直す。

【0081】

培養培地バルブ４２０は、培養培地バルブ４２０の上への流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用により培地リザーバ１７０および／または後方チャネルリザーバ１３０から培地バルブチャンバ１２０に戻す培養培地の流れを防止する逆止弁としてさらに動作する。この圧力は、培養培地バルブ４２０を培地バルブチャンバ１２０の底面に向かって押し込み、それによって、培地バルブチャンバ１２０の底にある穴１２１、１２２、１２３を閉じる。結果として、穴１２１、１２２、１２３は密閉されるようになり、それによって、培地リザーバ１７０と後方チャネルリザーバ１３０との間のあらゆる望ましくないクロストークが防止される。これは、培養培地が、別の薬剤または同じ薬剤であるが異なる量で含むことができる別の培地リザーバに入る培養培地との混合からの１つの薬剤を含むことができる１つの培地リザーバ１７０に入るのを防止するために重要である。

【0082】

培養培地バルブ４２０を用いる培地バルブチャンバ１２０の閉鎖は、圧力ポート１０８Ｇで圧力を適用することにより達成され、加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気が圧力チャネル１２９Ａを通って押され、圧力入口１２９Ｂを通って培地バルブチャンバ１２０に入るようにする（図４Ａ、図４Ｂおよび図６を参照されたい）。

【0083】

図４Ａ、図４Ｂおよび図７を参照して、各培地リザーバ穴１２３は、基板１００の底面１０３内に配置された各培地チャネル１２６を通って培地リザーバ１７０の各入口穴１７１Ａ、１７１Ｂに接続されている。培養培地は、培地チャネル１２６を通って押され、これらの入口穴１７１Ａを通って培地リザーバ１７０に入る（図２１も参照されたい）。

【0084】

培地リザーバ１７０は、所定体積の培養培地を収容するように、特に、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０が同じまたは少なくとも実質的に同じ所定体積の培養培地を含むようにデザインされる。したがって、培地リザーバ１７０は、充填中の培地リザーバ１７０の内側で空気の除去を促進するようにデザインされており、それによって、存在する場合、培地リザーバ１７０を所定体積の培養培地で充填することを妨げる培地リザーバ１７０内のすべての気泡を捕捉するリスクを防止するか、少なくとも大いに低減する。

【0085】

培地リザーバ１７０は、培養培地と混合される薬剤が事前にロードされ、それによって培養培地中に薬剤を溶解または分散させるようにさらにデザインされる。複数の異なる培地リザーバ１７０を有することにより、異なる薬剤を異なる培地リザーバ１７０に含めること、および／または異なる培地リザーバ１７０内であるが異なる量で同じ薬剤を含み、それによって、所定体積の培養培地中に溶解または分散される場合、薬剤の異なる濃度を達成することが可能である。例えば、図４Ａに概略的に示されるように、３２の異なる培地リザーバ１７０を有する基板１００に、５つの異なる濃度で５つの異なる薬剤を３２の培地リザーバ１７０のうち２５に事前にロードすることができ、残りの７つの培地リザーバ１７０は、あらゆる薬剤が事前にロードされていない、または１つもしくは複数の対照の化学物質もしくは薬剤が事前にロードされているなどの種々の対照として使用される。

【0086】

一実施形態において、各培地リザーバ１７０は、本明細書では後方チャンバまたはウェル１７０Ａおよび前方チャンバまたはウェル１７０Ｂと示される、２つの別個ではあるが相互接続されたチャンバまたはウェルを含む。図４Ｂでより明らかに見えるように、培地バルブチャンバ１２０からの各培地チャネル１２６は、好ましくは、２つの入口穴１７１Ａ、１７１Ｂに接続され、１つは後方チャンバ１７０Ａに、１つは前方チャンバ１７０Ｂに接続される。前方チャンバ１７０Ｂは、マイクロ流体チップ５００と流体接続しており、それによって、マイクロ流体チップ５００内のマイクロ流体チャネルの微細な寸法により、後方チャンバ１７０Ａにより及ぼされる流動抵抗よりも培地チャネル１２６内の培養培地に対してより高い流動抵抗を及ぼす。流動抵抗におけるこの差により、培地チャネル１２６内に流れる培養培地が後方チャンバ１７０Ａの入口穴１７１Ａに入るように押し込まれるが、前方チャンバ１７０Ｂの入口穴１７１Ｂには入らない。

【0087】

培地リザーバ１７０の後方チャンバ１７０Ａは、好ましくは入口穴１７１Ａを有するピラーチャンバまたはウェル１７２Ａを含む。後方チャンバ１７０Ａはまた、ピラーチャンバ１７２Ａと後方チャンバ部分１７４Ａとの間にウエスト１７３Ａまたは狭い通路を有する後方チャンバまたはウェル部分１７４Ａを含む。ウエスト１７３Ａは、後方チャンバ１７０Ａ内の培養培地の流れを制限し、そのため、培養培地が入口穴１７１Ａを通って入る場合、培養培地が、ウエスト１７３Ａを通過して後方チャンバ部分１７４Ａに流れる前にピラーチャンバ１７２Ａを最初に満たす。それによって、後方チャンバ１７０Ａの初期の充填部分は、後方チャンバ部分１７４Ａを充填し続ける前にピラーチャンバ１７２Ａ内で培養培地のピラーを生成する。二段階での後方チャンバ１７０Ａのこの連続的な充填は、後方チャンバ１７０Ａ内に存在する空気をピラーチャンバ１７２Ａから後方チャンバ部分１７４Ａに、さらに基板１００の底面１０３で配置されたチャネル１７６と一緒に、膜チャンバ１０６を有する後方チャンバ１７０Ａを相互接続する通路１７５に排出することを容易にする。したがって、充填プロセス中に後方チャンバ１７０Ａ内の小さい気泡の意図しない閉じ込めのリスクが最小化され、それによって、所定体積の培養培地での後方チャンバ１７０Ａの正確な充填が可能になる。

【0088】

ピラーチャンバ１７２Ａが培養培地で充填されると、培養培地はウエスト１７３Ａを通って後方チャンバ部分１７４Ａに押される。ピラーチャンバ１７２Ａおよび後方チャンバ部分１７４Ａが、両方とも培養培地で充填される場合、余分な培養培地はすべて、後方チャンバ部分１７４Ａと通路１７５との間のパーティションまたは壁２７０の上で、後方チャンバ部分１７４Ａおよび通路１７５を相互接続するチャネル２７１に押される（図１６を参照されたい）。過剰の培養培地は、その後、通路１７５およびチャネル１７６を通って、膜チャンバ１０６に向かってさらに押される。

【0089】

膜チャンバ１０６は、それぞれ、空気などのガスがガス透過膜６００を通過できるようにするが、培養培地がガス透過膜６００を通過するのを制限するように構成されたガス透過膜６００を含む。したがって、後方チャンバ１７０Ａに存在する空気は、培養培地で充填する間、ガス透過膜６００を通って、さらに膜チャンバ１０６と流体接続している圧力ポート１０８Ｂ、１０８Ｄを通って押される。これは、後方チャンバ１７０Ａに存在するあらゆる空気が、充填プロセス中にそれから排出されることを意味する。後方チャンバ１７０Ａが培養培地で充填されると、過剰の培養培地はすべて、通路１７５およびチャネル１７６を通って膜チャンバ１０６に押圧される。しかし、培養培地が膜チャンバ１０６内に存在するガス透過膜６００に接触する場合、それ以上の流動が防止され、後方チャンバ１７０Ａの充填プロセスが完了する。したがって、ガス透過膜１０６は、培地バルブチャンバ１２０内の培養培地バルブ４２０に圧力を加えることにより引き起こされる力よりも高い反力を培地に及ぼす。ガス透過膜６００はまた、１つの後方チャンバ１７０Ａ内の培養培地が膜チャンバ１０６および通路１７５およびチャネル１７６を通って別の後方チャンバ１７０Ａに入るのを防止する。

【0090】

培地リザーバ１７０内の後方チャンバ１７０Ａが所定体積の培養培地で充填されている場合、圧力ポート１０８Ａを介して後方チャネルリザーバ１３０に適用された逆圧が開放される（図１７を参照されたい）。これにより、残りの培養培地が、培地バルブチャンバ１２０から後方チャネル穴１２２および基板１００の底面１０３の培地チャネル１２５を通って押されるようになる（図４Ｂを参照されたい）。さらに、培地リザーバ１７０が充填されると、培地ブリスター４００には一定体積の培養培地が依然として存在する可能性がある。その後、この体積の培養培地は、培地バルブチャンバ１２０を通って後方チャネルリザーバ１３０に排出される。

【0091】

好ましい実施形態において、そして図４Ａ、図４Ｂ、図８、図１７および図２２を参照して、培養培地は、後方チャネルリザーバ１３０に到達する前に界面活性剤チャンバまたはウェル１２８を通って通過する。この界面活性剤チャンバ１２８は、好ましくは界面活性剤チャンバ１２８内の培養培地と混合および溶解される界面活性剤で事前にロードされる。界面活性剤は、好ましくは培養培地に溶解されるか、少なくとも分散され、生体試料をマイクロ流体チップ５００に輸送する前にマイクロ流体チップ５００内のマイクロ流体チャネルを湿らせるために使用される。

【0092】

培養培地に溶解または少なくとも分散することができ、マイクロ流体チップ５００内のマイクロ流体チャネルを湿らせることができる任意の界面活性剤は、本発明にしたがって使用することができ、界面活性剤ウェル１２８に事前にロードすることができる。限定されないが、例証的な界面活性剤の例は、ポロキサマーなどの非イオン性界面活性剤である。ポロキサマーは、ポリオキシエチレン（ポリ（エチレンオキシド））の２つの親水性鎖が隣接したポリオキシプロピレン（ポリ（プロピレンオキシド））の中央の疎水性鎖で構成された三元ブロック共重合体である。界面活性剤として使用することができるポロキサマーの例には、商標名ＰＬＵＲＯＮＩＣ（登録商標）、例えばＰＬＵＲＯＮＩＣ（登録商標）Ｆ１０８で販売されているポロキサマーが含まれる。

【0093】

界面活性剤チャンバ１２８は、好ましくは、界面活性剤チャンバ１２８の上部に配置され、それによって界面活性剤チャンバ１２８に入る培養培地が培地チャネル１２５から入口穴１２７Ａを通って入るように強制され、出口穴１２７Ｂを通って界面活性剤チャンバ１２８を出る前に界面活性剤チャンバ１２８の底で事前にロードされた界面活性剤と接触させる入口穴１２７Ａおよび出口穴１２７Ｂを有するようにデザインされる。これにより、界面活性剤チャンバ１２８を出る前に、界面活性剤を培養培地に溶解または分散されることが可能になる。界面活性剤を有する培養培地は、その後チャネルシステム１２７Ｃ、１２７Ｄを通ってカートリッジ１０３の底面１０３に、そして後方チャネルリザーバ１３０への入口穴１３１に到達する前に担体チップ５５０内の第１のチャネル５５１に輸送される。

【0094】

一実施形態において、そして図４Ａ、図４Ｂおよび図９を参照して、後方チャネルリザーバ１３０は、ピラーチャンバまたはウェル１３２に入る入口穴１３１を有する培地リザーバ１７０の後方チャンバ１７０Ａと同様な方法でデザインされる。ピラーチャンバ１３２は、狭いウエスト１３３を通って後方チャンバまたはウェル１３４に接続される。後方チャンバ１３４はまた、通路１３５を通って後方チャネル廃棄物１３６にも接続される。

【0095】

界面活性剤を有する培養培地は、入口穴１３１を通って後方チャネルリザーバ１３０に入り、ウエスト１３３を通って後方チャンバ１３４および通路１３５に、そして後方チャネル廃棄物１３６に空気を排出しながら、最初にピラーチャンバ１３２を充填する。後方チャネルウエスト１３６は、圧力ポート１０８Ａと流体接続され、それによって後方チャネル廃棄物１３６に空気が入り、圧力ポート１０８Ａを通って出ることを可能にする。界面活性剤を有する培養培地がピラーを形成し、完全にピラーチャンバ１３２を充填すると、界面活性剤を有する培養培地は、ウエスト１３３を通って後方チャンバ１３４に押される。界面活性剤を有する過剰の培養培地はいずれも、後方チャンバ１３４が充填される場合にも、通路１３５を通って後方チャネル廃棄物１３６に入る。したがって、後方チャネル廃棄物１３６は、後方チャネルリザーバ１３０に押される界面活性剤を有するすべての余剰の培養培地を収容することができる容積を有するようにデザインされる。

【0096】

基板１００は、好ましくはドーム型ポンプ４１０を含むように構成されたドームポンプチャンバまたはウェル１８０を含む（図４Ａ、図４Ｂおよび図１０を参照されたい）。ドーム型ポンプ４１０は、例えばドーム型ポンプ４１０の円周部分をドームポンプチャンバ１８０の底面の周囲部分１８１に溶接することにより、好ましくはレーザ溶接することによりドームポンプチャンバ１８０の底面に取り付けられる。ドーム型ポンプ４１０は、ドームポンプチャンバ１８０の底面に取り付けられる場合、規定体積の空気を囲む。

【0097】

圧力が圧力ポート１０８Ｅを通って培地チャンバ１１０内の培地ブリスター４００に適用されると、圧力は、好ましくは同時に、ドームポンプチャンバ１８０内の圧力チャネル１８７および圧力入口１８３を介して圧力ポート１０８Ｈを通ってドーム型ポンプ４１０の上部に適用される（図１７を参照されたい）。適用された圧力は、ドーム型ポンプ４１０をドームポンプチャンバ１８０の底面に向かって下方に押す。ドームポンプチャンバ１８０内のドーム型ポンプ４１０により含まれている所定体積の空気は、その後、好ましくはドームポンプチャンバ１８０の中央に配置されている排水孔１８２を通って押圧される。底面は、場合によっては、圧縮空気を排水孔１８２に案内するためのコイル状のくぼみ１８８を含む。

【0098】

排水孔１８２は、基板１００の底面１０３内の空気チャネル１８４を介して試料チャンバまたはウェル１４０内の入口穴１８５と流体接続している。基板１００の上面１０２にある入口穴１８５および空気通路１８６を通って試料チャンバ１４０に入る所定体積の空気は、制御された体積の生体試料を試料リザーバ１４０から排水孔１４１および試料輸送システムを通って、本明細書ではフィルタポケットとも示されるフィルタチャンバまたはウェル１４６に向かって押される。一実施形態において、輸送システムは、基板１００の底面１０３内のチャネル１４２、基板１００の底面１０３から上面１０２へのチャネル１４３、および基板１００の上面１０２内のチャネル１４４を含む。それによって、生体試料は、入口穴１４５に、フィルタチャンバ１４６に、そしてフィルタチャンバ１４６内に配置された試料フィルタ６３０を通って押される（図１７および図２０も参照されたい）。試料フィルタ６３０は、フィルタチャンバ１４６内に配置され、生体試料に存在する大きな破片、塵または汚れをすべて濾過して除去するが、生体試料中に存在するあらゆる細胞が試料フィルタ６３０を通って通過することを可能にする。濾過済み生体試料は、基板１００の底面１０３内のチャネル１４７を通って、本明細書では試料バルブポケットとも示される試料バルブチャンバまたはウェル１５０の入口穴１４８にさらに輸送される（図２０も参照されたい）。

【0099】

図４Ａ、図４Ｂおよび図８を参照して、試料バルブチャンバ１５０は、好ましくは試料バルブ４３０の円周部分を試料バルブチャンバ１５０の底面の周囲部分に溶接することにより、例えばレーザ溶接することにより、試料バルブチャンバ１５０に取り付けられている試料バルブ４３０を含む。試料バルブ４３０は、ＴＰＥディスクの形状などの可撓性材料で製造され、逆止弁として機能する。試料バルブチャンバ１５０は、入口穴１４８に加えて、試料バルブチャンバ１５０の底面にある排水孔１５１を含む。入口穴１４８を通ってバルブチャンバに入る濾過済み生体試料は、さらにこの排水孔１５１を通って押され、輸送システムにより試料リザーバ１６０に輸送される。一実施形態において、輸送システムは、基板１００の底面１０３に配置された第１のＴ字型チャネル１５２、チップ担体５５０内の第２のチャネル５５３および基板１００の底面１０３に配置され、入口穴１５４で試料リザーバ１６０に入る第２のＴ字型チャネル１５３を含む（図１７および図２０を参照されたい）。

【0100】

一実施形態において、そして図４Ａ、図４Ｂおよび図１１を参照して、試料リザーバ１６０は、ウエスト１６２を通って後方チャンバ１６３および通路１６４に、そして試料廃棄物１６５に空気を排出しながら、濾過済み生体試料で最初に充填されたピラーチャンバまたはウェル１６１内に入口穴１５４を有する後方チャネルリザーバ１３０と同様にデザインされる。試料廃棄物１６５は、圧力ポート１０８Ｆと流体接続しており、それによって空気が試料廃棄物１６５に入り、圧力ポート１０８Ｆを通って出ることを可能にする。濾過済み生体試料がピラーを形成し、ピラーチャンバ１６１を完全に充填すると、濾過済み生体試料は、ウエスト１６２を通って後方チャンバ１６３に押される。後方チャンバ１６３も充填されている場合、過剰の濾過済み生体試料はいずれも、通路１６４を通って試料廃棄物１６５に入る。したがって、試料廃棄物１６５は、試料リザーバ１６０に押されるすべての過剰の濾過済み生体試料を収容することができる容積を有するようにデザインされている。

【0101】

本明細書で以前考察されたように、試料バルブチャンバ１５０は、チャンバ１２０、１５０間の通路１５５を介して培地バルブチャンバ１２０と流体接続している。したがって、圧力が培地バルブチャンバ１２０に適用され、その中で培養培地バルブ４２０を培地バルブチャンバ１２０の底面に向かって押圧し、後方チャネルリザーバ１３０および培地リザーバ１７０からの培養培地の培地バルブチャンバ１２０に向かう逆流を防止する場合、圧力はまた、試料バルブチャンバ１５０に適用され、その中で試料バルブ４３０を試料バルブチャンバ１５０の底面に向かって押圧する。それによって、試料バルブ４３０は、試料リザーバ１６０から試料バルブチャンバ１５０に向かう濾過済み生体試料の逆流を防止する。

【0102】

図４Ａ、図４Ｂおよび図７を参照して、後方チャンバ１７０Ａおよび通路１７５およびチャネル１７６に含まれている所定体積の培養培地は、その後、後方チャンバ１７０Ａの入口穴１７１Ａを通って、圧力ポート１０８Ｂ、１０８Ｄを通って膜チャンバ１０６に対する過剰圧力の適用により、前方チャンバ１７０Ｂの入口穴１７１Ｂに押圧される（図１７および図２３を参照されたい）。

【0103】

一実施形態において、前方チャンバ１７０Ｂは、ピラーチャンバまたはウェル１７２Ｂ、ウエスト１７３Ｂおよび前方チャンバ部分１７４Ｂを有する後方チャンバ１７０Ａと同様な方法でデザインされる。培養培地は、入口穴１７１Ｂを通って前方チャンバ１７０Ｂに入り、ウエスト１７３Ｂ、前方チャンバ部分１７４Ｂおよび基板１００の底面１０３の各チャネル１７８を通ってマイクロ流体チップ５００と接続した排水孔１７７を通って空気を排出する間、ピラーチャンバ１７２Ｂを充填し始める。培養培地は、最初にピラーを形成するピラーチャンバ１７２Ｂを充填してから、ウエスト１７３Ｂを通って前方チャンバ部分１７４Ｂに流入する。

【0104】

前方チャンバ１７０Ｂの内部容積は、好ましくは後方チャンバ１７０Ａの内部容積とほぼ等しい、より好ましくはそれより小さい。これは、後方チャンバ１７０Ａに充填される前に前方チャンバ１７０Ｂを培養培地で完全に充填することができることを意味する。

【0105】

本明細書で以前開示されたように、複数の培地リザーバ１７０の少なくとも一部は、１つまたは複数の薬剤を含む。一実施形態において、薬剤は、培地リザーバ１７０の前方チャンバ１７０Ｂに、好ましくは前方チャンバ１７０Ｂの前方チャンバ部分１７４Ｂに事前にロードされる。別の実施形態において、薬剤は、培地リザーバ１７０の後方チャンバ１７０Ａに、好ましくは後方チャンバ１７０Ａの後方チャンバ部分１７４Ａに事前にロードされる。薬剤の一部を前方チャンバ１７０Ｂ内、例えば前方チャンバ部分１７４Ｂ内に、および薬剤の残りの部分を後方チャンバ１７０Ａ内、例えば後方チャンバ部分１７４Ａ内に事前にロードすることも可能である。一般に培地リザーバ１７０の前方チャンバ１７０Ｂ内に薬剤を事前にロードすることは好ましい。しかし、いくらかの薬剤は、培養培地中に溶解または少なくとも分散するために比較的長い期間を必要とする。そのような場合において、薬剤のすべてまたは少なくとも一部を後方チャンバ１７０Ａ内に事前にロードし、それによって薬剤を培養培地と接触している時間を延長することが有利である可能性がある。したがって、一実施形態において、薬剤は、前方チャンバ１７０Ｂ内、例えば前方チャンバ部分１７４Ｂに事前にロードされ、任意選択で補足または追加の薬剤が後方チャンバ１７０Ａ、例えば後方チャンバ部分１７４Ａに事前にロードされる。

【0106】

一実施形態において、前方チャンバ１７０Ｂは、実質的に均質な濃度の薬剤を有する培養培地を得るために、前方チャンバ１７０Ｂ内の任意の事前にロードされた薬剤および培養培地の混合を促進するように構成された混合装置２７３を含む（図１６を参照されたい）。一実施形態において、この混合装置２７３または機能は、排水孔１７７と前方チャンバ部分１７４Ａとの間に配置されたステップ２７３を有することにより達成される。これは、前方チャンバ部分１７４Ａの底２７２が、このステップ２７３に対して、およびピラーチャンバ１７２Ｂに対して相対的に下げられることを意味する。したがって、図１６に示されるように、薬剤をロードすることができる前方チャンバ部分１７４Ａ内のへこみがある。培養培地が前方チャンバ１７０Ｂに押される場合、ステップ２７３は、前方チャンバ部分１７４Ｂの内側に乱流を引き起こし、底２７２で事前にロードされた薬剤および培養培地の効率的な混合を促進する。

【0107】

この点で、カートリッジ１の充填操作は、試料リザーバ１６０内に存在する濾過済み生体試料、後方チャネルリザーバ１３０および前方チャンバ１７０Ｂ内の培養培地を含む培地リザーバ１７０内の界面活性剤を有する培養培地で完了し、これらの前方チャンバ１７０Ｂの少なくとも一部内の培養培地は、溶解または分散された薬剤を含む。

【0108】

図１２から図１４および図２８は、マイクロ流体チップ５００およびチップ担体５５０を詳細に例証する。チップ担体５５０は、マイクロ流体チップ５００にアクセスを提供する入口穴５５２、５５４、５５６、５５８のマトリックスまたはアレイを含む。このマトリックスは、好ましくは、４列の穴およびＮ行の穴を含む。チップ担体５５０内の中央の窓５５９に最も近い第１の列５５０Ａ内の穴５５２は、好ましくはチップ担体５５０の底面に沿って走る第１のチャネル５５１を介して相互接続される。この第１のチャネル５５１は、順に、Ｔ字型チャネル１２７Ｄを介して後方チャネルリザーバ１３０と、輸送システム１２７を介して培地バルブチャンバ１２０と流体接続している。第２の列５５０Ｂ内の穴５５４はまた、好ましくは、チップ担体５５０の底面内の第２のチャネル５５３を介して相互接続されている。この第２のチャネル５５３は、Ｔ字型チャネル１５３を介して試料リザーバ１６０と、Ｔ字型チャネル１５２を介して試料バルブチャンバ１５０と流体接続している。第３の列５５０Ｃ内の穴５５６は、好ましくはチップ担体５５０の底面内のチャネル５５５を介して相互接続されている。このチャネルは、順に、基板１００の底面１０３内のチャネル１９１を介して廃棄物チャンバ１９０と流体接続している。最も外側の第４の列５５０Ｄ内の穴５５８は、互いに相互接続されていない。はっきりと対照的に、この第４の列内の各穴５５８は、チャネル１７８を介して各培地リザーバ１７０に接続されている。

【0109】

Ｎ行の４つの穴５５２、５５４、５５６、５５８の各行は、細胞チャネル５３０のセット５３１のポート５１２、５１４、５２２と流体接続している（図１４、図２９から図３１を参照されたい）。したがって、マイクロ流体チップ５００は、生体試料中に存在する細胞を捕捉するように構成された細胞チャネル５３０の複数のそのようなセット５３１を含む。細胞チャネル５３０の各セット５３１は、投入チャネル５１０のいずれかの端で各第１および第２の投入ポート５１２、５１４および出力ポート５２２を有する出力チャネル５２０を有する投入チャネル５１０を含む。その後、細胞チャネル５３０は、好ましくは、投入チャネル５１０と出力チャネル５２０との間で平行に配置される。したがって、セット内の各細胞チャネル５３０は、投入チャネル５１０と流体接続している第１の端５３２および出力チャネル５２０と流体接続している第２の端５３４を有している。細胞チャネル５３０の少なくとも一部は、投入チャネル５１０から細胞チャネル５３０に入る細胞が、細胞チャネル５３０を出て、出力チャネル５２０に入るのを遮断するように構成された細胞ブロック５３５をさらに含む。したがって、この細胞ブロック５３５は、細胞チャネル５３０に入るあらゆる細胞をトラップして捕捉する。細胞チャネル５３０ならびに投入および出力チャネル５１０、５２０のセット５３１のデザインの詳細な情報は、米国特許第１０，０４１，１０４号に認めることができる。米国特許第１０，０４１，１０４号は、参照により本明細書に組み込まれている。

【0110】

第１の列５５０Ａ内の穴５５２は、出力チャネル５２０の出力ポート５２２と流体接続しており（図２９を参照されたい）、第２の列５５０Ｂ内の穴５５４は、投入チャネル５１０の一端で第２の投入ポート５１４と流体接続しており（図３０を参照されたい）、一方で、第３および第４の列５５０Ｃ、５５０Ｄ内の穴５５６、５５８は、投入チャネル５１０の他の端で第１の投入ポート５１２と流体接続している（図３１を参照されたい）。

【0111】

マイクロ流体チップ５００に濾過済み生体試料をロードする前、マイクロ流体チップ５００のマイクロ流体チャネルは、好ましくはこれらのマイクロ流体チャネル内に捕捉されたあらゆる空気を除去するように湿らされている（図１７および図２４を参照されたい）。マイクロ流体チップ５００の湿潤は、後方チャネルリザーバ１３０内に含まれた界面活性剤を含む培養培地で実行される。したがって、圧力は、後方チャネル廃棄物１３６および狭いチャネル１３５を通って後方チャネルリザーバ１３０と流体接続している圧力ポート１０８Ａに適用される。それによって、界面活性剤を含む培養培地は、後方チャネルリザーバ１３０から穴５５２およびチップ担体５５０内の第１の列５５０Ａ内の第１のチャネル５５１に押される（図２９を参照されたい）。それによって界面活性剤を有する培養培地は、出力ポート５２２および出力チャネル５２０を通ってマイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５２０のセット５３１に入り、細胞チャネル５３０を通って投入チャネル５１０に流れ、第２の投入ポート５１２を通って出る。その後、界面活性剤を有する過剰の培養培地は、第３の列５５０Ｃの穴５５６に流れ、さらにチャネル１９１を介して廃棄物チャンバ１９０に流れる。マイクロ流体チップ５００のこの初期の湿潤は、マイクロ流体チップ５００内、すなわち細胞チャネル５３０のセット５３１ならびに投入および出力チャネル５１０、５２０内にトラップされたあらゆる空気を除去する。さらに、培養培地中に溶解または分散された界面活性剤は、細胞チャネル５３０ならびに投入および出力チャネル５１０、５２０の表面をコートし、それによって、生体試料および溶解または分散された薬剤を有する培養培地の流動抵抗を低減する。

【0112】

マイクロ流体チップ５００の湿潤が終了すると、濾過済み生体試料は、マイクロ流体チップ５００に押され、細胞チャネル５３０内の濾過済み生体試料中に存在するあらゆる細胞をその中で捕捉する（図１７、図２６および図３０を参照されたい）。それによって、機器は圧力を試料リザーバ１６０と流体接続している圧力ポート１０８Ｆに試料廃棄物チャンバ１６５および通路１６４を介して適用する。それによって、試料リザーバ１６０内の濾過済み生体試料は、入口穴１５４を通ってＴ字型チャネル１５３に押され、さらにチップ担体５５０内の第２の列５５０Ｂ内の穴５５４および第２のチャネル５５３に押される。濾過済み生体試料は、第２の投入ポート５１４を介して投入チャネル５１０に、その後細胞チャネル５３０にさらに押される。濾過済み生体試料は、細胞チャネル５３０の第２の端５３４を通ってさらに流出し、出力チャネル５２０に入り、出力ポート５２２を通って出、その後、マイクロ流体チップ５００を離れる。濾過済み生体試料中に存在する細胞は、その中に提供された細胞ブロック５３５により細胞チャネル５３０内にトラップされる。過剰の濾過済み生体試料は、第１の列５５０Ａ内の穴５５２および第１のチャネル５１１に、さらに後方チャネルリザーバ１３０および後方チャネル廃棄物チャンバ１３６に流れるのを可能にする。充填プロセス中、過剰の濾過済み生体試料はまた、第１の投入ポート５１２を通って投入チャネル５１０を離れ、その後第３の列５５０Ｃ内の穴５５６および第３のチャネル５５５に入り、それによって廃棄物チャンバ１９０に入る可能性がある。

【0113】

この点で、生体試料中に存在する細胞は、マイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０内で捕捉されており、ここで、ロードされた培地リザーバ１７０内の培養培地中に溶解または分散された１つまたは複数の薬剤に曝露され得る（図１７および図２７を参照されたい）。したがって、機器は、チャネル１７６および膜チャンバ１０６を介して培地リザーバ１７０と流体接続している圧力ポート１０８Ｂ、１０８Ｄで圧力を適用する。適用された圧力は、溶解または分散された薬剤、溶解された対照の化学物質または溶解していない化学物質もしくは薬剤を有する培養培地を押圧し、基板１００の底面１０３で排水孔１７７およびチャネル１７８を通って出て、チップ担体５５０の第４の列５５０Ｄ内の各穴５５８に入る（図３１を参照されたい）。溶解または分散された薬剤もしくは化学物質を有する培養培地は、さらに投入チャネル５２０の第１の投入ポート５１２に押され、細胞チャネル５３０に流れ、出力チャネル５２０および出力ポート５２２に流出する。培養培地のこの流れは、細胞チャネル５３０の１つのセット５３１内の細胞チャネル５３０内で捕捉された細胞が、規定濃度の薬剤に曝露されるが、細胞チャネル５３０の別のセット５３１内の細胞チャネル５３０内で捕捉された細胞が、別の所定濃度の薬剤、所定濃度の別の薬剤、対照の化学物質、または単に培養培地に曝露され得ることを意味する。細胞チャネル５３０の複数のセット５３１、例えば図に示されるように２×Ｎ個または３２個を有することにより、複数の異なる薬剤および種々の濃度のこれらの複数の異なる薬剤は、１つの特定の生体試料について試験することができ、内部対照が細胞チャネル５３０の１つまたは複数のセット５３１内にあることを依然として可能にする。任意の溶解または分散された薬剤もしくは対照の化学物質を有する過剰の培養培地は、出力ポート５２２から第１の列５５０Ａの穴５５２および第１のチャネル５５１に流れ、その後、後方チャネルリザーバ１３０および後方チャネル廃棄物チャンバ１３６を通って流出する。過剰の培養培地はまた、第２の投入ポート５１４を通って投入チャネル５１０を離れ、第３の列５５０Ｃの穴５５４および第３のチャネル５５５に出て、その後、廃棄物チャンバ１９０に出る可能性がある。

【0114】

細胞チャネル５３０内でトラップされた細胞の種々の薬剤に対する応答は、その後機器によりモニターおよび分析することができる。特定の実施形態において、細胞の種々の薬剤に対する表現型応答は、機器によりモニターおよび分析される。増殖速度、形状、サイズ、経時的に増殖速度を規定する増殖速度曲線の形状、経時的に細胞の長さを規定する長さ曲線の形状、経時的に細胞面積を規定する面積曲線の形状、色、光学密度、電気伝導度、熱生成、アフィニティ試薬により観察されるような表面抗原組成、吸収スペクトルおよび少なくとも２つのそのような表現型特徴の混合を含むがこれらに限定されない種々のタイプの表現型応答および表現型特徴を、モニターおよび分析することができる。

【0115】

増殖速度は、捕捉された細胞の種々の薬剤に対する応答を決定するために好都合に使用することができる表現型特徴または形質である。増殖速度は、例えば各細胞チャネル５３０内の細胞の数を増殖する細胞について経時的に増殖する数としてモニターすることにより決定することができる。代わりに、またはさらに、増殖速度は、細胞により占められている細胞チャネル５３０の一部の長さをモニターすることにより決定することができる。この長さは、増殖する細胞について経時的に増加するが、生存不能および非増殖細胞については同じままである。代わりに、またはさらに、増殖速度は、細胞チャネル５３０の画像内で分割された面積または細胞の長さをモニターすることにより決定することができる。

【0116】

経時的な増殖速度は、典型的に、培養培地中のあらゆる薬剤の存在および／または薬剤の濃度に応じて変化する可能性がある。いくらかの場合において、細胞は、指数関数的に増殖するが、他の場合において、細胞はより周期的な方法で増殖する。したがって、増殖速度曲線の形または形状は、種々の薬剤に対する細胞の表現型応答を決定するために使用することができる。

【0117】

薬剤の不在下または存在下で細胞によって変化することができる他の表現型特徴には、形状、サイズ、色および光学密度が含まれる。光学密度、色または他のスペクトル特性は、細胞の内容物、細胞の形状などに応じて異なる可能性がある。したがって、光学特性は、種々の薬剤に対する細胞の応答を決定するために使用することができる。導電率および熱生成は、細胞の化学組成および代謝状態に依存し、そのため、薬剤に対する細胞応答を決定するための基礎を構成することができる。

【0118】

機器は、好ましくは細胞チャネル５３０内にトラップされた細胞を多かれ少なかれ連続的に、または溶解もしくは分散された薬剤を有する培養培地が細胞チャネル５３０を通って流れる複数の時点のいずれかでモニターするように構成されている。例えば、機器は、種々の薬剤に対する細胞の応答をモニターするための１つまたは複数のビデオカメラ、または選択された時点で細胞チャネルのセット５３１の写真を撮影する１つもしくは複数のカメラを含むことができる。

【0119】

特定の実施形態において、機器は、顕微鏡、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）および相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラ、または蛍光、ラマンイメージング、コヒーレント反ストークスラマン散乱（ＣＡＲＳ）、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）および死細胞および生細胞についてスペクトル変化を与える同様の化学的に敏感な技術のための共焦点走査システムなどのカメラに接続した位相差顕微鏡を使用して細胞チャネル５３０内の細胞の写真を撮影する。これには、化学的に特異的なプローブおよび染料など、増殖培地へのコントラスト増強添加物のありなしで、１つまたはいくらかの波長での測定が含まれる。

【0120】

導電率および／または熱生成は、細胞チャネル内に配置された、またはそれと接続した機器の電極またはセンサにより測定することができる。

【0121】

特定の実施形態において、カートリッジ１および機器は、生体試料、例えば尿試料中に存在する細菌のＡＳＴのために使用される。その後、図に示されるようにデザインされた基板１００は、例えば、３２の培地リザーバ１７０のうち２５でそれぞれ５つの異なる濃度で、５つの異なる抗生物質を事前にロードすることができる。残りの７つの培地リザーバ１７０は、空である、すなわち化学物質で事前にロードされていない可能性があるか、その少なくとも一部は、１つまたは複数の対照の化学物質で事前にロードされている可能性がある。その後、生体試料、例えば尿試料中の細菌の増殖速度に関してなどの表現型応答は、カートリッジ１および機器を使用して、典型的には１時間または数時間以内、さらには１時間以内で、非常に短期間で決定することができる。これは、少なくとも一晩細菌の培養を必要とする従来の培養ベースのＡＳＴ法と比較する必要がある。

【0122】

本発明の別の態様は、生体試料を分析する方法に関する（図３２を参照されたい）。方法は、ステップＳ１において、細胞を含む生体試料をマイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０の複数のセット５３１に移動させることを含む。方法はまた、ステップＳ２において、培養培地を複数の培地リザーバ１７０に移動させることも含む。複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０は、細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の各セット５３１と流体接続するように構成されている。複数の培地リザーバ１７０の培地リザーバ１７０の少なくとも１つは、培養培地中に溶解または分散するように構成された規定量の薬剤が事前にロードされている。方法は、ステップＳ３において、溶解または分散された薬剤を有する培養培地を、薬剤が事前にロードされている各培地リザーバ１７０から細胞チャネル５３０の各セット５３１に移動させることをさらに含む。方法は、ステップＳ４において、細胞チャネル５３０の各セット５３１内での薬剤に対する細胞の応答をモニターすることをさらに含む。

【0123】

一実施形態において、ステップＳ３は、複数の培養リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０から溶解または分散された薬剤を有する培養培地またはあらゆる薬剤を含まない培養培地を細胞チャネル５３０の各セット５３１に移動させることを含む。

【0124】

一実施形態において、複数の培地リザーバ１７０の少なくともいくらかは、培養培地中に溶解または分散されるように構成された異なる量の薬剤または異なる薬剤が事前にロードされている。

【0125】

一実施形態において、ステップＳ１は、本明細書に開示されるような任意の実施形態にしたがって、細胞を含む生体試料を、カートリッジ１のチップチャンバ１０５内に配置されたマイクロ流体チップ５００内の細胞チャネル５３０の複数のセット５３１に移動させることを含む。この実施形態において、ステップＳ２は、本明細書に開示されるような任意の実施形態にしたがって、培養培地をカートリッジ１の複数の培地リザーバ１７０に移動させることを含む。

【0126】

本明細書において、本発明の種々の追加の態様は、より詳細に説明されるであろう。これらの他の追加の態様はいずれも、互いにおよび／または本発明の以前記載された態様と組み合わせることができる。

【0127】

第１の追加の態様は、基板１００を含むカートリッジ１に関する。基板１００は、培養培地を含む培地ブリスター４００を収容するように構成されたブリスターチャンバ１１０を含む。基板１００はまた、加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気を圧力ポート１０８Ｅで適用するように構成された圧力源と流体接続するように構成された圧力ポート１０８Ｅを含む。基板１００は、圧力ポート１０８Ｅおよびブリスターチャンバ１１０を相互接続する圧力チャネル１１６をさらに含む。カートリッジ１はまた、基板１００の上面１０２に取り付けられ、ブリスターチャンバ１１０内の培地ブリスター４００を囲むように構成された上蓋２００を含む。この第１の追加の態様によれば、ブリスターチャンバ１１０は、中央のくぼみ１１１および周囲のチャンバ底１１２を含む。培地ブリスター４００は、周囲のチャンバ底１１２に取り付けられている。中央のくぼみ１１１は、排水孔１１３および少なくとも１つのカッター１１４を含み、培地ブリスター４００の底面から距離をとって少なくとも１つのカッター１１４を離すのに十分に深い深さを有する。少なくとも１つのカッター１１４は、圧力ポート１０８Ｅでの加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気の適用時に培地ブリスター４００の底面を貫通するように構成されており、圧力チャネル１１６を通って上蓋２００と培地ブリスター４００の上面との間でブリスターチャンバ１１０に流入し、それによって、培地ブリスター４００を中央のくぼみ１１１に向かって下方に押し、培地ブリスター４００の底面を開き、排水孔１１３を通って培地ブリスター４００内の培養培地を押す。

【0128】

一実施形態において、カッター１１４は、排水孔１１３に面するカッター１１４の側部１１７に排水チャネル１１８を含む。この実施形態において、排水チャネル１１８は、培養培地を培地ブリスター４００から排水孔に向けるように構成されている。

【0129】

一実施形態において、排水孔１１３に面するカッターの側部１１７は、排水孔１１３の一部の周りで弧状になっている。

【0130】

第２の追加の態様は、基板１００を含むカートリッジ１に関する。基板１００は、培地バルブチャンバ１２０の底面に、培養培地源１１０、４００と流体接続している入口穴１２１、後方チャネルリザーバ１３０と流体接続している後方チャネル穴１２２およびそれぞれ各培地リザーバ１７０と流体接続している複数の培地リザーバ穴１２３を含む培地バルブチャンバ１２０を含む。基板１００はまた、培地バルブチャンバ１２０の底面の周囲部分１２４に取り付けられた培養培地バルブ４２０を含む。基板１００は、加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気を圧力ポート１０８Ｇで適用するように構成された圧力源と流体接続するように構成された圧力ポート１０８Ｇ、ならびに圧力ポート１０８Ｇおよび培地バルブチャンバ１２０を相互接続する圧力チャネル１２９Ａをさらに含む。培養培地バルブ４２０は、圧力ポート１０８Ｇでの第１の流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用時に、入口穴１２１からの培養培地の流入を後方チャネル穴１２２および複数の培地リザーバ穴１２３に、そして後方チャネルリザーバ１３０および培地リザーバ１７０に向かって向け直すように構成されている。培養培地バルブ４２０はまた、第１の流体圧力よりも高い、圧力ポート１０８Ｇでの第２の流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用時に、培地バルブチャンバ１２０の底面に対して入口穴１２１、後方チャネル穴１２２および複数の培地リザーバ穴１２３の近くで押圧して、培地リザーバ１７０と後方チャネルリザーバ１３０との間のあらゆる培養培地の流れを防止するように構成されている。

【0131】

一実施形態において、培地バルブチャンバ１２０は、培地バルブチャンバ１２０の底面に、中央の入口穴１２１、後方チャネル穴および中央の入口穴１２１の周囲に円周状に配置された複数の培地リザーバ穴１２３を含む。

【0132】

一実施形態において、培養培地バルブ４２０は、可撓性材料、好ましくは熱可塑性エラストマで製造されたディスクである。

【0133】

一実施形態において、圧力ポート１０８Ｅは、第１の圧力ポート１０８である。この実施形態において、基板１００は、後方チャネルリザーバ１３０と流体接続している第２の圧力ポート１０８Ａをさらに含む。培養培地バルブ４２０は、第１の圧力ポート１０８Ｇでの第１の流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用時に、そして第２の圧力ポート１０８Ａでの流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用時に、最初に入口穴１２１から複数の培地リザーバ穴１２３への培養培地の流入を培地リザーバ１７０に向かって向け直すように、そして、培地リザーバ１７０が培養培地で充填される場合、入口穴１２１から後方チャネル穴１２２への培養培地の流入を後方チャネルリザーバ１３０に向かって順次向け直すように構成されている。

【0134】

一実施形態において、培養培地バルブ４２０は、第１の圧力ポート１０８Ｇでの第１の流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用時に、そして第２の圧力ポート１０８Ａでの流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用時に、最初に入口穴１２１から複数の培地リザーバ穴１２３への培養培地の流入を培地リザーバ１７０に向かって向け直すように、そして、第２の圧力ポート１０８Ａでの流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の解放時に、入口穴１２１から後方チャネル穴１２２への培養培地の流入を後方チャネルリザーバ１３０に向かって順次向け直すように構成されている。

【0135】

第３の追加の態様は、基板１００を含むカートリッジ１に関する。基板は、複数の培地リザーバ１７０を含む。複数の培地リザーバ１７０の少なくとも一部は、異なる量の薬剤および／または異なる薬剤を含む。カートリッジ１はまた、生体試料からの細胞を捕捉するように構成された細胞チャネル５３０の複数のセット５３１を含むマイクロ流体チップ５００を含む。細胞チャネル５３０の各セット５３１は、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０と流体接続している。カートリッジ１は、複数の培地リザーバ１７０と流体接続している培養培地源１１０、４００をさらに含む。各培地リザーバ１７０は、培養培地源１１０、４００と流体接続している入口穴１７１Ａ、１７１Ｂならびに入口穴１７１Ａ、１７１Ｂを含むピラーチャンバ１７２Ａ、１７２Ｂを含む。各培地リザーバ１７０はまた、培養培地に流動抵抗を及ぼすように構成されたウエスト１７３Ａ、１７４Ｂを通る入口ピラーチャンバ１７２Ａ、１７２Ｂと相互接続しているチャンバ部分１７４Ａ、１７４Ｂおよび細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の各セット５３１と流体接続している排水孔１７７を含む。この態様において、入口穴１７１Ａ、１７１Ｂを通って培地リザーバ１７０に入る培養培地は、ウエスト１７３Ａ、１７３Ｂにより及ぼされる流動抵抗のため、最初に、ピラーチャンバ１７２Ａ、１７２Ｂを充填し、ピラーチャンバ１７２Ａ、１７２Ｂ内に存在する空気をウエスト１７３Ａ、１７３Ｂを通って排出するように、そしてピラーチャンバ１７２Ａ、１７２Ｂが培養培地で充填される場合、チャンバ部分１７４Ａ、１７４Ｂを順次充填し、それによって、各所定体積の培養培地で培地リザーバ１７０を充填し、各所定濃度の薬剤または異なる薬剤を得るように構成されている。

【0136】

一実施形態において、複数の培地リザーバ１７０の各培地リザーバ１７０は、後方チャンバ１７０Ａおよび前方チャンバ１７０Ｂを含む。後方チャンバ１７０Ａは、培養培地源１１０、４００と流体接続している入口穴１７１Ａを含む。後方チャンバ１７０Ａはまた、入口穴１７１Ａを含むピラーチャンバ１７２Ａおよび培養培地に流動抵抗を及ぼすように構成され、膜チャンバ１０６と流体接続しているウエスト１７３Ａを通って入口ピラーチャンバ１７２Ａと相互接続したチャンバ部分１７４Ａを含む。前方チャンバ１７０Ｂは、培養培地源１１０、４００と流体接続している入口穴１７１Ｂおよび入口穴１７１Ｂを含むピラーチャンバ１７２Ｂを含む。前方チャンバ１７０Ｂはまた、培養培地に流動抵抗を及ぼすように構成されたウエスト１７３Ｂを通って入口ピラーチャンバ１７２Ｂと相互接続したチャンバ部分１７４Ｂおよび細胞チャネル５３０の複数のセット５３１の細胞チャネル５３０の各セット５３１と流体接続している排水孔１７７を含む。

【0137】

一実施形態において、前方チャンバ１７０Ｂは、後方チャンバ１７０Ａよりも培養培地に、より高い流動抵抗を及ぼし、培養培地を後方チャンバ１７０Ａの入口穴１７１Ａに向ける。

【0138】

一実施形態において、膜チャンバ１０６は、圧力ポート１０８Ｂ、１０８Ｄで加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気を適用して後方チャンバ１７０Ａ内の培養培地を各前方チャンバ１７０Ｂに押圧するように構成された圧力源と流体接続するように構成された圧力ポート１０８Ｂ、１０８Ｄと流体接続している。

【0139】

一実施形態において、前方チャンバ１７０Ｂは、排水孔１７７とチャンバ部分１７４Ｂとの間に配置された各ステップ２７３を含み、ステップ２７３は、チャンバ部分１７４Ｂの充填中に培養培地に乱流を誘導して薬剤または異なる薬剤および培地の混合を促進するように構成されている。

【0140】

第４の追加の態様は、基板１００を含むカートリッジ１に関する。基板１００は、細胞を含む生体試料を含むように構成され、排水孔１４１を含む試料チャンバ１４０を含む。基板１００はまた、試料チャンバ１４０と流体接続している排水孔１８２を含む底面を有するドームポンプチャンバ１８０を含む。カートリッジ１はまた、ドームポンプチャンバ１８０の底面の周囲部分１８１に取り付けられ、規定体積の空気を囲むように構成されたドーム型ポンプ４１０を含む。基板１００は、ドームポンプチャンバ１８０と流体接続し、圧力ポート１０８Ｅで加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気を適用してドーム型ポンプ４１０をドームポンプチャンバ１８０の底面に向かって下方に押圧し、ドームポンプチャンバ１８０内のドーム型ポンプ４１０により含まれた規定体積の空気をドームポンプチャンバ１８０の排水孔１８２を通って試料チャンバ１４０に押圧し、規定体積の生体試料を試料チャンバ１４０の排水孔１４１に押すように構成された圧力源と流体接続するように構成された圧力ポート１０８Ｅをさらに含む。

【0141】

一実施形態において、ドーム型ポンプ４１０は、可撓性ドーム、好ましくは熱可塑性エラストマドームである。

【0142】

一実施形態において、基板１００は、試料チャンバ１４０の排水孔１４１と流体接続している試料フィルタ６３０を含むフィルタチャンバ１４６をさらに含む。

【0143】

一実施形態において、基板１００はまた、フィルタチャンバ１４６と流体接続している入口穴１４８および排水孔１５１を含む底面を有する試料バルブチャンバ１５０を含む。基板１００は、圧力ポート１０８Ｇで加圧流体、好ましくは加圧ガス、より好ましくは加圧空気を適用するように構成された圧力源と流体接続するように構成された圧力ポート１０８Ｇ、ならびに圧力ポート１０８Ｇおよび試料バルブチャンバ１５０を相互接続する圧力チャネル１２９Ａ、１５５をさらに含む。カートリッジ１は、試料バルブチャンバ１５０の底面の周囲部分に取り付けられた試料バルブ４３０をさらに含む。この実施形態において、試料バルブ４３０は、圧力ポート１０８Ｇでの流体圧力、好ましくはガス圧力、より好ましくは空気圧力の適用時で、試料バルブチャンバ１５０の底面に対して入口穴１４８および排水孔１５１の近くで押圧して、試料バルブチャンバ１５０への生体試料のあらゆる逆流を防止するように構成されている。

【0144】

上述した実施形態は、本発明のいくらかの例証的な例として理解されるべきである。本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正、組み合わせ、および変更を実施形態に行うことができることは、当業者に理解されるであろう。特に、異なる実施形態における異なる部分の解決策は、技術的に可能な他の構成に組み合わせることができる。しかし、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により定義される。

【図1A】