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CN116157500A - 采样设备和系统 - Google Patents

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CN116157500A
CN116157500A CN202180057046.5A CN202180057046A CN116157500A CN 116157500 A CN116157500 A CN 116157500A CN 202180057046 A CN202180057046 A CN 202180057046A CN 116157500 A CN116157500 A CN 116157500A
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bioreactor
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Lumakt Co
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Abstract

本文提供的是使得能够手动和自动采样和制备用于评估的生物样品的设备、系统和使用该设备、系统的方法。可获得任何数量的样品，包括纳米/微/微流体量。样品包括细胞和/或其他生物颗粒，该细胞和/或其他生物颗粒悬浮或生长在诸如微载体的培养基上，并且可以从一个或多个器皿(例如单孔板、小瓶、烧瓶或生物反应器)中获得。样品被转移到的仪器可以包括任何分析仪器，例如光学力或激光力细胞学仪器。

Description

采样设备和系统
技术领域
本公开的实施例涉及实现任何数量的手动和自动采样(包括纳米/微/微流体采样)的设备、系统和使用该设备、系统的方法。样品从一个或多个器皿中获得，准备用于评估，并转移到单独的仪器以用于分析。器皿可以包括从单孔或小瓶到烧瓶、生物反应器或其他容器的容器。样品可以包括可以悬浮或生长在培养基(例如微载体)上的细胞和/或其他生物颗粒。样品被转移到的仪器可以包括任何分析仪器，例如光学力或激光力细胞学仪器。
背景技术
在生物药物分析中，生物样品的组成可能是复杂的。由于生物基质的多样性，这些样品中目标物质的分析对样品处理提出了重大挑战。除分析物外，样品通常还包含大量干扰物质，包括内源性物质、代谢物和污染物。理想的样品预处理技术应最大限度地移除干扰物质，并适用于广泛的样品并且用于和广泛的分析机器一起使用。大多数样品必须被适当处理，以用于分离、纯化、富集和化学修饰，以满足分析仪器(例如激光力细胞学(LFC)分析仪器、高效液相色谱(HPLC)、质谱(MS)机器等)的要求。目前使用的方法复杂、劳动密集、容易出错，在某些情况下甚至可能对环境有害或对技术人员有害。当前的方法具有许多其他缺点，包括需要大量试剂、高测试成本，并且由于低回收率和低于标准精度而更加复杂。此外，这些方法不利于在线处理和自动化。
因此，需要的是用于获得生物样品，并且处理和制备此类样品以用于分析仪器的有效设备、系统和方法。优选地，这样的设备、系统和方法应当易于实施、低成本、高效、可靠并且与仪器(例如激光力细胞学仪器的)兼容。
发明内容
用于制备用于分析的样品的系统、方法和设备包括从容器中获得样品、处理样品以及将样品运送到分析仪器，其中系统包括样本提取装置、一个或多个控制阀、一个或多个稀释装置、一个或多个混合装置，并且本文提供了分析仪器接口。在实施例中，分析仪器包括
Figure BDA0004113409890000011
机器。
在某些实施例中，本发明还包括微载体分离设备，其中微载体分离设备能够从微载体中分离生物颗粒，包括使用酶促方法、化学方法、热方法或机械方法。本发明的附加特征包括通过将生物颗粒与其他样品组分分离、纯化、富集、化学修饰和净化来处理样品。
附图说明
图1提供了示意图，该示意图示出了包括本发明的新型采样系统的总体设置：样品容纳容器(例如生物反应器100)、样品提取管(例如无菌浸管102)、控制阀(104A)、稀释装置(110)、仪器接口(115)(即微流体或微流体芯片或流体歧管)以及分析仪器(113)。还示出了用于废物收集的容器(112)。图1中包括储液器/器皿(106B)，该储液器/器皿可用于多种用途，诸如，例如，存放用于处理(即稀释或清洗)的溶液。在某些实施例中，分析仪器(113)是
Figure BDA0004113409890000021
机器(卢马克特公司(LumaCyte，LLC.)，美国弗吉尼亚州)。
图2提供了示意图，该示意图示出了包括本发明的新型采样系统的总体设置，进一步包括微载体分离设备(119)。器皿(117)可选地包含微载体酶/化学溶液。
图3A-图3C提供了示意图，该示意图以分段流示出了包括本发明的新型采样系统的总体设置。图3A示出了分段流的总体配置，特别是示出了采样步骤；图3B提供了并入净化步骤的配置，图3C提供了并入清洗流体或溶液从单独容器(106B)引入系统的特征的配置。
图4提供了包括采样系统的多路复用系统，其中从两个生物反应器(100(i)和100(ii))获得样品。
图5提供了本发明的新型采样系统的实施例，该新型采样系统包括使得能够使用控制系统(例如监控系统)对过程控制进行反馈监控的一个或多个特征。
图6提供了本发明的新型采样系统的实施例，该新型采样系统包括展示连续生产的内置双生物反应器系统。
图7提供了本发明的新型采样系统的实施例，该新型采样系统包括组合的稀释装置和仪器接口。
图8提供了本发明的新型采样系统的实施例，该新型采样系统包括组合的稀释装置和仪器接口，从而允许非分段连续流和快速样品制备。图8特别提供了使用4个一体式腔室的设置。
图9提供了本发明的新型采样系统的实施例，该新型采样系统包括分离的稀释装置和仪器接口。
图10提供了具有微流体通道的微流体T型混合和稀释设备。
图11提供了具有微流体通道的微流体T型混合和稀释设备，其中缓冲液通道在混合交叉点处彼此偏移。
图12提供了稀释装置的实施例的示意图，其中稀释装置是微流体多路复用器芯片。
图13A-图13G提供了仪器接口的实施例以及使用该仪器接口的步骤顺序。图13A特别提供了代表性示意图，其中采样歧管分配到孔板中。图13A示出了从稀释装置行进通过一系列三个阀的稀释样品，三个阀的中间包含分配歧管(采样歧管分配到孔板中)，图13B示出了其中来自稀释装置的流体流包括要引入分析仪器的细胞的实施例，图13C示出了孔板如何移动到注射位置，并且运动平台并入用于竖直运动的机构，图13D示出了俯视图，该俯视图展示了可以如何定位多个歧管，以使得来自多个歧管的多个样本能够串联(一次一个样本从一个歧管进入孔板)或并联(多个样品同时从多个歧管进入一个或多个孔板)填充，图13E示出了实施例，其中注射管道足够小以使得能够穿过分配歧管和注射歧管两者，从而形成从孔板到分析仪器的直接流动路径，图13F示出了展示使用组合的分配歧管和注射歧管将从微载体离析的细胞引入分析仪器的顺序的实施例，并且图13G示出了在
Figure BDA0004113409890000031
激光力细胞学仪器上从离析的细胞和微载体的混合物收集的代表性数据。
图14提供了用于从细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图。
图15A-图15C提供了用于从细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图：图15A提供了组合的微载体移除设备的实施例，其中设备的输入包括具有来自生物反应器或其他源的附着的细胞或其他生物产物的微载体，微载体进入移除腔室，在移除腔室中用于分离和/或抗粘附的物质经由单独输入引入，然后微载体行进通过反应区，在反应区中生物产物与微载体分离，图15B示出了微载体和细胞的沉降，图15C提供了示出基于沉降速度差异分离多种细胞类型的实施例。
图16提供了用于从具有竖直设计的细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图。
图17提供了用于从细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图。
图18提供了用于从细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图，该设备包括使用激光引导微载体向下。
图19提供了用于从细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图。在某些实施例中，可以采用如图19大体所示的离析和分离机构，以便从微载体离析细胞(或生物颗粒)。可以修改和定制密度梯度以分离流体(或密度和相)
图20提供了用于从细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图。在某些实施例中，该设备被设计和定制为使得如图所示的两层之间的密度和相的差异产生高密度水性“栓块(plug)”或囊袋，使得细胞能够落入其中，但微载体不能。
图21提供了用于从细胞中移除微载体的设备的实施例的示意图。
图22提供了展示可用于将游离细胞(306)与微载体(304)分离的非螺旋集中方法的实施例的示意图。
具体实施方式
参考具有各种特征的特定实施例来描述本发明。对于本领域技术人员明显的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明的实践中进行各种修改和变化。本领域技术人员将认识到，基于给定应用或设计的要求和规范，这些特征可以单独使用或以任何组合使用。本领域技术人员将认识到，本发明的实施例的系统和设备可以与本发明的任何方法一起使用，并且可以使用本发明的任何系统和设备来执行本发明的任何方法。包括各种特征的实施例也可以由这些各种特征组成或基本上由这些各种特征组成。考虑到本发明的说明书和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员将是明显的。所提供的本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不脱离本发明的本质的变化旨在在本发明的范围内。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在其应用上不限于以下描述中所阐述或附图中所图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例或以各种方式实践或实施。此外，应当理解，本文所采用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制。
除非另有限定，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术和方法所涵盖的本领域普通技术人员通常理解或使用的相同含义。
本文提及的文本和参考文献以其整体并入，包括PCT/US2017/068373(于2017年12月23日提交并于2019年6月27日公开为WO2019/125502A1)、PCT/US2019/023130(于2019年3月20日提交并于2019年9月26日公开为WO2019/183199A1)、PCT/US2019/026335(于2019年4月8日提交并于2019年10月10日公开为WO2019/195836A1)、2019年9月9日提交的美国临时专利申请序列第62/897,437号以及2020年7月8日提交的美国临时专利申请序列第63/049,499号。
本文提供的新发明包括设备、系统和使用该设备、系统的方法，其使得能够手动和自动获取和制备生物样品以用于通过分析机器(例如激光力分析仪器等)进行评估。样品可以从任何器皿(包括但不限于生物反应器)中获取，此外，样品可以以任何数量获取，包括纳米/微/微流体数量。
本文提供的新型设备和系统包括一个或多个微流体采样设备，其中样品从一个或多个生物反应器或(一个或多个)其他容器中取出，并且随后引入分析仪器。如本文所用，术语“生物反应器”与术语“容器”可互换使用，并且可以被理解为包括用于存储或处理细胞(包括培养细胞)的任何器皿，例如烧瓶、瓶子、试管、载玻片、袋、微量滴定板、微量滴定皿、多孔板、培养皿、可渗透载体等。系统可以可选地包括实现样品制备以用于分析的各种特征和能力。在实施例中，系统提供了用特定缓冲液或流体稀释来自生物反应器的细胞以达到期望浓度的能力。系统还可以可选地包括离析生长在微载体或其他合适培养基上的粘附细胞，并随后在引入分析仪器之前将悬浮细胞与微载体分离的能力。
本文所设想的设备和系统包括支持使得样本能够从一个位置流到另一个位置的过程的特征。本文所讨论的所有形式的实施例中的所有流体都可以借助压力或真空驱动流动、经由蠕动泵、注射泵、隔膜泵等泵送而从一个位置移动到另一个位置，由此流动方向由所涉及的力、阀配置和管道来确定。
图1提供了系统的一个实施例。用于获取样品的提取设备(例如无菌浸管(102))被放置在生物反应器(100)中，以便系统接近样品。在采样时，来自生物反应器的流体被向上吸入浸管(102)，随后在流入稀释装置(110)之前穿过阀(104A)。用于稀释或试剂添加的溶液(106B)(如果需要)流过阀(116)并进入稀释装置(110)，以便将细胞稀释至期望的目标浓度。(106B)的流速能够根据本领域技术人员已知的方法进行调节和定制，以达到目标浓度的范围。然后，样品行进至仪器接口(115)，仪器接口(115)被设计为以允许灵巧且稳健地引入分析仪器(114)的方式呈现样品。如图1(110)和(115)之间所指示，系统将具有在多个方向上移动试剂、缓冲液和清洁溶液的能力。重要的是要注意，稀释装置(110)和仪器接口(115)可以是如图1所示的单独设备，或者可以被一起耦合在执行两种功能的单个组合的设备上。如图1所示，废物(112)可以从稀释装置(110)排出，或者也可以根据需要从仪器接口(115)排出。
图2示出了当粘附细胞在生物反应器内的微载体上生长时所使用的设备的可选添加。在该实施例中，附着到微载体的包含细胞的样品从生物反应器(100)中移除，并首先引入微载体分离设备(109)中，该微载体分离设备(109)将细胞从微载体离析，并将悬浮的细胞和微载体分离成不同的流体流。微载体分离设备(也不执行离析步骤)是本领域技术人员已知的，并且如本文所使用的，包括将细胞与其他设备分离的所有这样的设备，并且使得能够分离细胞，使得细胞可用于分析目的。示例包括HARVESTAINETM系统(赛默飞世尔科技公司，马萨诸塞州，USA)和设计用于离析后从微载体中大规模分离细胞的其他基于过滤器的系统。处理后，离析的细胞继续进入稀释装置(110)，而微载体离开设备并进入废物(119)。细胞可经由几种方法从微载体分离，包括酶促方法、化学方法、热方法或机械方法。化学方法和酶促方法可能需要向微载体分离设备(109)中添加溶液(117)，例如胰蛋白酶、乙二胺四乙酸(EDTA)或其他合适的酶或化学品。一旦细胞已经从微载体离析并分离，系统的其余部分如上所述起作用，样品在引入分析仪器(114)之前流过稀释装置(110)，然后流过仪器接口(115)。重要的是要注意，微载体分离设备(109)、稀释装置(110)、废物收集装置(112)和仪器接口(115)可以是如图2所示的单独的设备，或者可以被耦合在一起成为执行所有三个功能的一个组合的设备或当一起使用时执行所有三个功能的两个设备。
图1和图2中所呈现的实施例允许连续采样。这意味着系统连续地从生物反应器(100)中移除样品，以防止回流和污染。移除的体积足够低，从而不会对整个过程产生不利影响，并且可以取决于细胞浓度、工艺设计和采样制度而根据需要进行调整。阀(104A)是能够根据需要关闭的主动控制阀，或者是仅允许流出生物反应器以进一步防止回流和污染的被动单向止回阀。尽管在图1和图2的实施例中仅示出了一个阀，但是可以预期，可以根据需要在整个流体系统的任何点处采用一种或多种类型的多个阀，包括多端口/多路阀。阀可以被手动控制，或经由电子或计算机化机构自动控制。
图3A、图3B和图3C中提供了分段(而不是连续)采样制度。在采样步骤中，来自生物反应器的样品被上述力抽吸，并行进通过一系列阀(104A和104B)。阀中的第一个将净化流体(108)连接到样品管线，从而允许清洁后样品分析。在图3A中，阀是打开的，以允许样品通过，但对净化流体关闭，确保没有净化流体与样品混合。然后样品行进通过阀104B，在该阀中样品与用于稀释的溶液(106A)接触。为了最小化从生物反应器中取出的样品量并避免样品在管道管线中沉降，106A中的稀释溶液意在将样品快速驱动至稀释装置(110)。这里，可以引入用于稀释的更多溶液(一种或多种类型)(106B)，以在引入分析仪器(114)之前，在进入仪器接口(115)之前将样品快速稀释至适当浓度。样品制备后，废物(112)离开稀释装置。尽管图3A-图3C中未示出，但分段采样制度也可以与微载体系统一起使用，该微载体系统还包括微载体分离设备(109)，如图2所示。
图3B展示了样本分析后净化步骤的配置。第一三通阀(104A)对净化流体打开，但对样品关闭。第二三通阀(104B)对溶液(106A)关闭，但打开以允许净化通过管线进入稀释装置(110)。阀(116)也关闭以防止稀释装置中的净化流体的稀释。净化流体继续通过仪器接口(115)并进入分析仪器(114)的注射端口。在该系统中，每个样品之间的整个管线都被清洁，从而确保样品无菌并防止污染。当整个管路已被清洁后，废物(112)离开稀释装置(110)或仪器接口(115)。
图3C示出了图3B之后的清洗步骤。为了使净化流体(108)离开管线并且使管线为下一个样品准备，稀释流体通过管线清洗。阀104A对样品保持关闭，并且对净化流体关闭。阀104B被打开，使得来自106A的溶液被引入管线并进入稀释装置(110)。阀116也被打开，从而允许来自106B的溶液进入稀释装置，彻底清洗稀释装置以用于下一个样品。然后缓冲流体(106B)通过仪器接口(115)并到达分析仪器(114)的注射，以清洗管线随后离开到废物(112)。
应该注意，设计用于从多个生物反应器中采样的实施例也可以使用以上图1、图2、图3A、图3B和图3C中描述的概念来实施。一个实施例如图4所示，其中样品从两个单独的生物反应器(100(i)和100(ii))中获得并引入分析仪器(114)。在所示的实施例中，来自每个单独的反应器的样品在组合成多路复用仪器接口(125)之前流到单独的不同稀释装置(110(i)和110(ii))。多路复用仪器接口(125)接受来自多个输入的按顺序被引导通过输出并进入分析仪器(114)的流。样品保持不同，以允许从每个单独的生物反应器(110)进行精确采样。随后描述实现这一点的具体设计。采用适当的物理分离或清洁步骤来保持样品不同和样品分离。虽然图4中示出了两个反应器，但可以连接多个反应器。
本发明的附加特征包括先前描述的实施例和如图5所示的连续反馈监控系统中的程序。在一个实施例中，通过输入1(118)和输入2(120)的变化的引入来维持或调整生物反应器(100)的状况，尽管在替代实施例中能够使用任意数量的输入。在操作期间，分析仪器(114)监控生物反应器的状况，以便调整生物反应器内的状况，这可能涉及调整来自输入1(118)和/或输入2(120)的输入流。在一个实施例中，来自分析仪器的测量结果随后被发送到控制系统(122)，控制系统(122)根据需要将改变引导到生物反应器(100)。控制系统包括监控部件，例如能够基于从一个或多个设备收集的数据来手动或自动调整对生物反应器的改变或生物反应器内的改变的计算机。这些改变可包括但不限于引入试剂或其他溶液以引入营养素、调整pH、修改细胞培养条件或改变细胞状态，以及气体浓度或喷射速率、温度或混合速度的改变。该方面允许实时生产管线监控和调整，从而允许以更精确的方式操作生物反应器以增加生产时间、效率、质量或其任何组合。可引入多种生物产物，并可在该设置中使用多种生物反应器。该设置也可在分批、分批进料或连续操作模式下操作。
在附加实施例中，设备和系统还包括内置双生物反应器系统。一个实施例如图6所示，其中第一生物反应器(124)用作第二生物反应器(92)的输入，分析仪器(114)被连接到第二生物反应器(92)。在操作期间，分析仪器(114)监控生物反应器(92)内的状况和发生的任何变化。然后可以将测量结果和信息发送到计算机(122)，计算机(122)与生物反应器通信，以便调整它们彼此之间的相互作用。分析仪器可以与多个生物反应器配对，每个生物反应器连接到一个源生物反应器(124)，或者每个连接到其自身的离散源生物反应。采样、净化和清洗的程序与前面详细描述的步骤类似。该设置也可在分批、分批进料或连续操作模式下操作。
图7呈现了组合的稀释装置(110)和仪器接口(115)的一个实施例。它是一体式腔室(128)，腔室的底座处具有3个端口。稀释端口(144)允许来自(106B)的流体通过双向阀(116)，以填充腔室以用于快速稀释。排废端口(148)允许腔室中的流体离开腔室以排放废物(112)。注射端口(146)允许来自生物反应器(102)的样品加上(如果需要)快速移动缓冲流体(106A)在阀104B处相遇并进入腔室。在采样步骤期间，排废阀(126)关闭，防止流体离开腔室。样品和稀释溶液从其各自的端口进入并填充腔室，直到达到适当的浓度。一旦达到正确的浓度，流体就进入分析仪器(114)，在分析仪器(114)中对样品进行当前生物反应器状况的分析。样品分析后，排废阀(126)打开，允许剩余的流体排放到废物中。然后再次关闭排废阀以及来自缓冲溶液的阀(图3A-图3C、106A和106B)。净化流体(108)被吸入一体式腔室以填充腔室，然后被吸入分析仪器以清洁和消毒管路，为下一次运行做准备。腔室中剩余的净化流体通过阀(126)的打开排放到废物(112)。接下来，阀(126)再次关闭，通向缓冲流体的阀被打开，并且一体式腔室由缓冲液填充以清洗掉净化流体。然后缓冲流在经由废物(112)排出一体式腔室之前行进到分析仪器一段时间。一体式腔室(128)可以以各种方式成形，只要它能够包含适当体积的流体并且稀释的样品能够离开腔室并进入分析仪器(114)。
在使用多个数量的生物反应器的配置中，有相应数量的一体式腔室(128)，所有这些腔室都可以被容纳在相同的材料上或根据需要彼此分离。每个一体式腔室都以图3A被重复相应的次数以便所有生物反应器、阀、稀释装置和管道到达一个分析仪器的方式连接到其自身的生物反应器。每个生物反应器具有其自身的一组流体(106A、106B、108)，以确保流体移动的无菌性和效率。在一体式腔室中，每个缓冲液端口(144)连接到其自身的缓冲液(106B)，每个注射端口(146)经由其自身的三通阀(104B)连接到其自身的生物反应器浸管(102)和快速移动缓冲液(106A)，并且每个排废端口(148)通向公共废物(112)。这种配置允许非分段连续流和快速样品制备，防止等待时间。图8提供了使用4个一体式腔室的这种设置的一个实施例。在所示的图示中，在采样步骤中示出了一体式腔室(128-2)，其中来自特定腔室的样品正进入分析仪器(114)以用于测量。一体式腔室(128-1)表示在(128-2)中的样品之前运行的样品。如上文所述和图3B所示，一体式腔室(128-1)正进行净化和清洗程序。一体式腔室(128-3)正为下一个样品的分析做准备。排废阀(126-3)被关闭，并且缓冲液(106A-3和106B-3)与来自生物反应器3的样品(102B-3)一起进入一体式腔室。在样品运行之前发生适当的稀释，以便在完成来自(128-2)的样品时，分析仪器能够立即开始从(128-3)中进行测量。一体式腔室(128-n)表示系统中的所有其他一体式腔室。废物(112-n)以及用于缓冲的阀(106A-n)和(106B-n)被打开，允许恒流通过一体式腔室。这种恒流程序可以通过一体式腔室(128-n)针对1至n个生物反应器而完成，并且消除了流体流中的中断，这维持了样品行进通过的可接受环境。缓冲液的恒流也使得在来自特定生物反应器的每个样品之后使用净化流体成为可选的，从而提高采样速率并减少样品与恶劣环境之间的接触。净化流体(108)可以在生物反应器运行结束时用于净化系统。样品通过连接机构(例如管道等)从每个采样腔室转移到分析仪器。在某些实施例中，通过使用多端口阀来促进连接。
在选择持续流动缓冲液且不使用净化流体直到结束的系统中，来自生物反应器(100)的样品也可以持续地被吸入其特定的一体式腔室(128)。持续抽吸样品并保持阀(104A)和(104B)打开将确保在特定生物反应器的测量之间，已经从浸管(102)抽吸的样品中没有一个会落回生物反应器中从而污染整个反应器。使用上面列出的流体力，可以使进入当前未被分析仪器采样的一体式腔室的样品和缓冲液流速最小化，从而不会浪费资源。所有流体流速都可以是可变的，以便以精确和准确的方式进行实时调整，以确保采样完整性。
重要的是要注意，图7和图8中描述的实施例也可以用作稀释装置(110)，而不是组合的稀释装置(100)和仪器接口(115)。当用作稀释装置时，样品在引入分析仪器(114)之前离开稀释装置(110)并进入单独的仪器接口(115)。该接口可用于对样品执行其他处理，包括使用液滴或栓块分隔样品或根据需要执行其他处理以便与分析仪器适当地交互。图9示出了这一点的一个实施例。
稀释装置(110)的另一个实施例如图10所示。图10是示出微流体T型混合和稀释设备的示意图，该稀释设备具有正确稀释至适当样品浓度所需的任何微尺寸和形状的微流体通道。在该图中，来自浸管(102)的样品通过样品引入通道(134)进入微流体T型混合器。根据需要，用于快速样品移动和稀释的缓冲液(106A或106B)通过设备任一侧上的缓冲液通道(136)进入，并在混合交叉点(160)处与样品(近似)垂直并彼此成直线地碰撞。大体积缓冲液和小体积样品以直角碰撞会破坏层流路径、混合并将样品稀释至所需浓度。然后，样品在进入分析仪器(114)之前直接流入分析仪器(114)或流入仪器接口(115)。净化流体(108)被列为缓冲液通道(136)之一的可选源，以展示净化流体如何能够在上述净化程序期间进入微流体T型混合器以进行清洁。
对于多个生物反应器，可以并行使用多个微流体T型混合器(图10)，或者微流体T型混合器可以具有在多个混合交叉点(160)处的多个缓冲液通道(136)处相交的多个样品引入通道(134)。
图11示出了稀释装置(110)的另一个实施例。该微流体偏移T型混合器与图10中的相似，但缓冲液通道在混合交叉点(162)处彼此偏移任何距离，该距离足以使样品经历快速推撞以破坏层流线。这种配置能够确保在样品进入分析仪器(114)之前以潜在更高的效率进行混合和稀释。与本发明的其他配置一样，图11中所示的通道可以取决于所评估的样品的性质以及取决于其他考虑因素(例如流、分析参数和所评估的特性)在尺寸、形状和放置方面进行修改。
对于多个生物反应器，可以并行使用多个微流体偏移T型混合器(10)，或者微流体偏移T型混合器可以具有在多个偏移混合交叉点(162)处的多个偏移缓冲液通道(136)处相交的多个样本引入通道(134)。
图12示出了稀释装置(110)的另一个实施例，其中稀释装置是微流体多路复用器芯片。在该实施例中，来自多个生物反应器的样品经由多个样品引入通道(134)进入多路复用器芯片，多个样品引入通道(134)都会聚到一个混合和稀释位置(142)。样品引入通道的源由阀(104B)表示，因为样品、缓冲液(106A)和净化流体(108)都经由阀(104B)到达芯片。对于当前未被采样的生物反应器，相应的芯片引入阀(140)被关闭，以防止另一个样品倒流并污染其他管线。来自一个生物反应器的样品被缓冲液106A推到芯片上，并去往混合和稀释位置(142)，在混合和稀释位置(142)处来自(106B)的缓冲液通过端口或缓冲液通道快速进入以稀释和混合样品。然后稀释的样品离开多路复用器芯片，然后直接进入分析仪器(114)以用于测量，或者在引入分析仪器(114)之前首先进入仪器接口(115)。在样品分析、上述净化和清洗程序之后，通过允许正确的流体通过引入通道(134)，清洁并准备多路复用器芯片以用于下一个样品。
仪器接口(115)的一个实施例如图13A-图13D所示，图13A-图13D展示了仪器接口(115)使用步骤的顺序。在图13A所示的一个实施例中，来自稀释装置(110)的稀释样品行进通过3个阀(202A、204和202B)，3个阀的中间包含分配歧管(206)。当不采样时，来自稀释装置(110)的流体流在恒流过程期间流向废物(112)。分配歧管具有分配针或管(208)，分配针或管(208)通常通过三通阀(204)关闭其流动。来自(110)的流体流可以主要是稀释流体，以保持通过设备的流体的恒流或冲洗掉先前的样品。在采样期间，来自(110)的流体流将包括要引入分析仪器(114)的细胞。图13B示出了这一点的一个实施例；阀(204)向分配针(208)打开，而用于排放废物的阀(202B)关闭，迫使来自稀释装置(110)的稀释样品分配到孔板(212)中。在一个实施例中，分配歧管(206)可以包括或附接其自身的泵送系统，例如压力驱动流或注射器、蠕动泵或隔膜泵。孔板(212)可以是任何数量的孔(例如384、192、96、48、24、12或6)，并且可以是定制的或标准的几何形状。孔板(212)将被放置在允许三维运动轴线的运动平台(218)上并由其固持。一旦指定体积的稀释样品从稀释歧管(206)分配到单个孔中，孔板经由运动平台沿着路径(222)移动到位于分析仪器(114)底部或下方的注射歧管(214)，使得注射针(216)被浸没在该特定样品中。图13C示出了孔板如何移动到注射位置，并且运动平台并入用于竖直运动的机构(220)。然后，样品进入分析仪器(114)以用于测量。在将样品填充到孔板中之后，阀(204)对分配针关闭，并且阀(202B)打开以排废，以恢复恒流过程。随后的样品可以以类似的方式分配到孔板内的任何位置。运动平台(218)使得板中的任何一个孔都能够由分配歧管(206)和注射歧管(214)两者寻址。
在具有多个生物反应器(例如，其中生物反应器的数量为N)的配置中，有相应数量的分配歧管(206)(例如，其中分配歧管的数量为M)，其中M为与N相同或不同的数字，取决于配置和设置。图13D示出了俯视图，该俯视图展示了可以如何定位多个歧管，以使得来自多个歧管的多个样本能够串联(一次一个样本从一个歧管进入孔板)或并联(多个样品同时从多个歧管进入一个或多个孔板)填充。图13D还示出了孔板(212)通过运动平台(218)在分配歧管和注射歧管(214)之间的移动路径(222)的俯视图图示。
图13A-图13D中所示的实施例还可以包括多个孔板的使用。本实施例还包括使用任何部件(例如连续微流体采样设备的适当功能和形式所需的各种歧管、孔板以及注射和分配针)的运动。
图13A-图13D中所示的实施例描绘了分配歧管(206)和注射歧管(214)的两个单独位置。然而，替代实施例将它们组合到分析仪器内(或外)的单个连接位置，如图13E所示。在这种情况下，样品将从生物反应器中抽吸，并通过分配歧管进入孔板。注射路径或管道(380)将从分析仪器行进通过分配歧管和注射歧管两者。如图13E所示，存在一个实施例，其中注射管道足够小以使得可以穿过分配歧管(206)和注射歧管(214)两者，从而形成从孔板到分析仪器的直接流动路径。换言之，来自分配歧管侧(通过阀202A和202B)的流体不会接触注射管道中的流体。这是至关重要的，因为它维持了两个离散的流动路径，并允许从孔中分配或移除试剂，而不会中断样本进入分析仪器的注射流动路径。可根据需要附接气密接头或端口(390)，以产生密封或分离的流动。除了在所示实施例中行进通过歧管顶部和底部的注射管道(380)之外，图13E中的实施例还描绘了试剂或样品进入的两个端口(示出在左侧和右侧)。然而，可以存在除了注射管道之外只有一个端口或者除了注射管道之外有两个以上端口的附加实施例，或可以调整注射或附加端口的位置。
图13F描绘了使用组合的分配歧管(206)和注射歧管(214)将从微载体离析的细胞引入分析仪器的顺序，与图13E所示的实施例类似。在第一步骤中，附着有细胞(312)的微载体从生物反应器(100)或其他外部源通过分配歧管分配到孔板(212)中。随后，在移除上清液溶液之前，允许具有细胞的微载体沉降。然后，不同的溶液通过分配歧管添加并进入孔板。可以根据需要运行任意数量的抽吸(aspiration)和分配循环，如图13F中的双向箭头所示。完成这些循环后，设计用于离析细胞的试剂被添加到孔板中并培育一段时间。在该培育期间，可根据需要发生混合。在培育期结束时，细胞(306)将从现在未涂覆/裸露的微载体(304)离析。随后，组合的溶液可以被混合。在短暂的沉降期后，微载体将位于孔板的底部，但考虑到两种物质之间沉降速度的巨大差异，细胞将充分混合。这将允许注射针(216)优先对细胞而不是微载体进行采样。尽管图13F中示出了阀，但其他设计或结构(例如图13E中所述的歧管)可用于优先引导和/或隔离从采样容器移动到孔板和从孔板移动到分析仪器的各种流动流。
图13G示出了
Figure BDA0004113409890000132
激光力细胞学仪器从离析的细胞和微载体的混合物中收集的代表性数据。Vero细胞在无血清或含血清介质中的微载体上生长。在收采时，细胞从微载体上手动离析，然后细胞和微载体的混合物被装入96孔板中，以用于用/>
Figure BDA0004113409890000133
进行分析。图13Gi.-图13Giv.示出了几种/>
Figure BDA0004113409890000131
测量结果(包括速度、尺寸和离心率，以及达到300个细胞目标计数的平均采集时间)中两种介质条件下多个孔的总体平均值。图13Gv.示出了两种介质条件的代表性尺寸与速度散点图。每个符号表示来自单个细胞的数据。
作为生物反应器样品处理程序的一部分，本发明还包括从细胞中移除微载体所需的设备(109)，图14中示出了一个这样的实施例的示意图。该设备可与本文所述的采样系统的任何实施例结合使用，或作为独立设备以帮助用户在生物反应器中对样品进行生物产物分析或纯化。示意图示出了设备的两个实施例(图14(A)和图14(B))。在两个实施例中，对设备的输入由附着到微载体的细胞组成，但是在第一设备中，细胞从微载体的离析发生在单独的子设备(220)中，从离析的细胞和空的微载体的物理分离成为物理分离的流动流。因此，离析设备(220)的输出将是散布有微载体的游离细胞的一种流。然后离析子设备(220)的输出将是分离子设备的输入(230)，然后分离子设备(230)的输出将是一个通道或管中的细胞和另一个通道或管中的微载体。在该设备的第二实施例中，离析和分离发生在同一设备(240)中，设备(240)的输出是一个通道或管中的细胞和另一个通道或管中的微载体。在任何微载体移除设备实施例中，细胞从微载体离析的模式可以是化学的、生物化学的(例如使用酶(例如胰蛋白酶或类似功能的蛋白酶))、机械的、热的、光学的、电的或其任何组合。此外，将离析的细胞与微载体物理分离的分离力可以是光学的、重力的、电的、磁性的、流体的、机械的或其任何组合。在用于采样的一个实施例中，细胞的输出流将最终被引入分析仪器(114)。然而，替代实施例可以将细胞流或微载体流引导至任何数量的分析、纯化或收集设备/仪器。此外，多种细胞类型可以被包括在相同微载体上共培养或在不同微载体上培养。在这种情况下，可以引入附加元件以基于尺寸、密度、介电电势、光学、磁性或其他手段来分离离析的细胞。
组合的微载体移除设备的一个具体实施例如图15A所示。设备的输入包括来自生物反应器(100)或其他源的具有附着的细胞或其他生物产物的微载体(312)。微载体(312)经由大的引入通道(314)进入移除腔室，其中可选地胰蛋白酶或用于离析和/或抗粘附的任何物质经由单独输入(302)引入。然后微载体行进通过反应区(308)，在反应区(308)中生物产物与微载体分离。反应区(308)可能比图15中所表示的相对更长或更短，曲线意在表明这一点。反应区(308)的长度和大小可与时间、通道长度、惯性聚焦或其任何组合相关。尽管在图15中水平示出，但反应区也可以是竖直的(与重力方向平行)，如图16所示，或相对于重力成一定角度，以促进细胞的有效离析。在反应区(308)的末端，细胞/生物产物(306)的大部分(如果不是全部的话)已经从微载体(304)离析，并且在同一通道中一起流动。当它们进入分离腔室(320)时，微载体(304)由于其较大的尺寸而与细胞(306)分离。腔室(320)的大小使得微载体由于其较高的沉降速度而落入排废通道(119)，而游离细胞移动到稀释装置(110)或另一个单独的设备上。
图15B示出了设备的另一个实施例，该设备包括附加水平通道(307)，附加水平通道(307)包含很少或微量的细胞，因为细胞也已经沉降并移动到稀释装置(110)或在细胞进入位置较低处的另一单独的设备上。
图15C示出了另一个实施例，其中与(306)在特性上不同的附加细胞类型(305)与(306)一起在微载体上生长。虽然图15C示出了在同一微载体上一起生长的细胞，但它们也有可能在完全不同的微载体上生长，并且设备将以类似的方式发挥作用。细胞类型(305)也可以是(306)的亚群，以某些期望的方式具有不同的特性，例如目标产物的增加的产量，或生物反应器中的提高的发育能力。在该实施例中，包括一个或多个附加细胞通道(309)，以便基于沉降速度的差异来分离多种细胞类型和种群。
图16示出了包括竖直反应区(308)的附加实施例。在该实施例中，分离腔室(320)仍然是水平的，并且被构造成使得微载体(304)落入与细胞(306)分离的流动流中，这随后允许它们被分离到不同的出口通道中，在该实施例中，不同的出口通道是微载体废物(119)和稀释装置(110)。
图17示出了设备的另一个实施例，其中反应区(308)是竖直的，但是当分离的细胞(306)和微载体(304)进入分离区(320)时，施加的力(325)被用于优先地将微载体(306)推入分离的流体流并进入废物(119)，而游离细胞移动到稀释装置(110)或另一个单独的设备上。随着细胞(306)和微载体(304)穿过力相互作用区(330)并经历不同的力而发生这种分离。所示实施例示出了光学力，该光学力基于光束的形状产生力相互作用区(330)。然而，力也可以是电的、磁性的、流体的、机械的或其任何组合。如图所示，力(325)水平作用，与细胞(306)和微载体(304)进入分离区(320)时的流体流动相反。然而，力也可以在这些物种从竖直流过渡到水平流之前或在它们从竖直流过渡到水平流时作用在这些物种上，因此力(325)将正交地或以一定角度作用。
图18示出了这一点的另一个实施例，其中力(325)以与流动方向成角度但也在流动方向上作用，将微载体(304)向下推入下部流体流中，然后通过腔室底部流出并进入废物(119)。在该实施例中，角度可以根据需要变化，以便最大化分离效率。
微载体分离设备的另一个实施例如图19所示。在反应区(308)(如前所述，其可以是水平的或竖直的)之后，游离细胞(306)和微载体(304)进入分离区(320)，在分离区(320)中，较高密度的流体(350)从较低的通道引入，较低的通道与承载细胞(306)和微载体(304)的上部通道相遇并组合。(350)的密度将高于细胞(306)和微载体(304)在其中行进的流体的密度，并且由于两者之间的密度差异，较高密度的物种(如图所示，这是细胞，但实际上可以是细胞或微载体)下降到密度梯度(360)以下，而较低密度的物种保持在通道的上部部分。在允许分离发生的特定长度的通道之后，较高密度的物种通过下部通道离开，而较低密度的物种则通过上部通道离开。如图所示，较低密度的微载体行进通过至119，而较高密度的细胞移动到稀释装置(110)或另一个单独的设备上。尽管示出为不同的接口，但是密度梯度也可以是连续的而不是离散的，这取决于流体的组成以及设备内的几何形状和操作状况。
图20示出了功能类似于图19所示的设备的另一个实施例。然而，较高密度的流体(350)通过行进通过分离相的高密度液体(例如油或水性两相系统(ATPS))而被分解成离散的栓块或液滴(365)。当设备的上部通道和下部通道相遇时，由于密度和相两者的差异，较高密度的流体保持在离散区段中，并且细胞(306)能够落入流体栓块或液滴(365)中，但细胞(306)由于相差异而被防止进入(355)。栓块或液滴(365)的尺寸也可以被调为足够小，以防止微载体(304)也由于尺寸排除而落入。
图21示出了用于从细胞移除微载体的设备的另一个实施例。在反应区(308)(如前所述，可以是水平的或竖直的)之后，游离细胞(306)和微载体(304)流入通道，并遇到基于尺寸排除的仅允许细胞穿过的选择性屏障(370)。该屏障可以是具有适当尺寸的孔洞以允许细胞(306)通过的网状物或膜，或者也可以是以使得仅允许细胞(306)穿过的方式隔开的一系列柱或其他物理屏障。微载体(304)由于其大得多的尺寸而不能移动通过屏障，而是由于沉降而滑下屏障并通过排废通道(119)离开设备。细胞(306)移动通过屏障(370)到稀释装置(110)或另一个单独的设备上。通过设备的流可以是连续的或脉动的，以便清除粘到屏障(370)的任何微载体(304)。
图22示出了能够用于将游离细胞(306)从微载体(304)分离的另一个实施例。在反应区(308)(如前所述，可以是水平的或竖直的)之后，游离细胞(306)和微载体(304)流入通道或一系列通道，该通道或一系列通道被设计为基于由通道的曲率和/或通道横截面的形状生成的惯性力来分离细胞。当通道转动时，微载体(304)将移动到不同的流体层中，并因此能够被分离成能够流到废物(119)的单独通道。细胞(306)将保持在单独的层中并移动到稀释装置(110)或另一个单独的设备上。惯性力也可以与单独的力(例如光学力(通过使用具有与通道(325)重叠的光束的激光器(320))、机械力、磁性力或电力)组合，该单独的力以提高惯性分离的效率并允许其在更广泛的流动状况下操作的方式定位。
本文提供的是制备用于分析的生物样品的新型系统和方法，包括以下步骤：从容器中获得样品，处理样品，并将样品运送至分析仪器。系统包括用于从容器中提取样品的工具、一个或多个控制阀、一种或多种试剂添加、稀释或浓缩机构、一个或多个混合机构以及分析仪器接口。
新型系统和方法可用于评估生物样品，该生物样品包括但不限于细胞、细胞片段、细胞组分、病毒、细菌、微生物、病原体、大分子、糖类、遗传物质、核酸、DNA、RNA、转录因子、氨基酸、肽、蛋白质、脂质、酶、代谢物、抗体或受体。如本文所设想的，从中移除生物样品的容器是本领域技术人员已知的，并且包括生物反应器、烧瓶、瓶子、试管、载玻片、袋、微量滴定板、微量滴定皿、多孔板、培养皿、可渗透载体等。在各种实施例中，分析仪器可以包括激光力分析仪器、测序仪器、PCR分析仪器、高效气相或液相色谱(HPLC)或质谱(MS)机器；在某些特定实施例中，分析仪器包括
Figure BDA0004113409890000161
机器(卢马克特公司(LumaCyte，LLC.)，美国弗吉尼亚州)。系统的附加特征包括样品提取装置，样品提取装置包括无菌浸管和/或微载体分离设备。如本领域技术人员所知，微载体是载体基质，其允许生物反应器中粘附细胞/生物颗粒的生长；本文所述的系统能够从微载体分离粘附细胞/生物颗粒，包括使用流体方法、酶促方法、生物方法、化学方法、电方法、磁方法、热方法、光学方法、机械方法或重力方法。在某些实施例中，微载体通过各种方法与生物颗粒分离，这些方法包括但不限于：水平通道中的重力、由于细胞之间的密度差异使用不同密度的流体、在具有不同出口位置的竖直通道中使用主动力、在具有不同出口位置的水平通道中使用主动力、基于尺寸使用网状物、成角度的网状物、柱或其他结构，其中流是连续的或脉动的，和/或基于尺寸使用惯性流体力或惯性加上其他(例如光学的或电学的)以提高分离效率。
本文设想的系统和方法允许处理来自其他样品组分的生物颗粒，从而实现纯化、净化、富集和化学修饰。
如本文所设想的，使用压力或真空驱动流，经由蠕动泵、注射泵或隔膜泵泵送，将生物样品从容器运送到分析仪器，流动方向可由本领域技术人员已知的机构确定，包括例如阀配置和/或管道。
采样可以是连续的或分段的，并且在某些实施例中，系统可以包括由采样系统组成的多路复用系统，其中从一个以上生物反应器获得样本。
在某些实施例中，稀释、混合和交互发生在同一设备中。
在某些实施例中，本文所设想的系统和方法包括能够使用控制系统对过程控制进行反馈监控的一个或多个特征。
某些实施例的附加特征包括具有微流体通道的微流体T型混合和稀释设备；这样的实施例还可以包括基本t型、偏移t型、并行t型、具有多个离散输入的t型、具有组合成一个的多路复用输入的t型的配置。
在某些实施例中，系统和方法还包括采样歧管芯片/杯以及到自动采样器(和变体)的接口。
如本文所用，术语生物颗粒包括但不限于细胞、细胞片段、细胞组分、病毒、细菌、微生物、病原体、大分子、糖、遗传物质、核酸、DNA、RNA、转录因子、氨基酸、肽、蛋白质、脂质、酶、代谢物、抗体、受体、感兴趣的分析物等。生物样本包括源于活生物体的试样，例如但不限于血液、尿液、组织、器官、唾液、DNA/RNA、毛发、指甲屑或任何其他细胞或液体，无论是出于研究目的还是作为诊断、治疗或外科手术程序的残余试样收集。
如本文所用，术语“微流体通道”包括装置中的开口、孔口、间隙、导管、通路、腔室或凹槽，其中微流体通道的大小足以允许一个或多个生物颗粒的通过或分析。
如本文所用，适用于本发明的试剂和溶液包括分析和处理生物样品所需的任何物质。此类试剂和溶液的示例包括但不限于酶、荧光团、寡核苷酸、引物、条形码、缓冲液、脱氧核苷酸三磷酸盐、洗涤剂、裂解剂、还原剂、螯合剂、氧化剂、纳米粒子、抗体、酶、温度敏感酶、pH敏感酶、光敏酶、逆转录酶、蛋白酶、连接酶、聚合酶、限制酶、转座酶、核酸酶、蛋白酶抑制剂和核酸酶抑制剂。
如将认识到的，本文所述的通道和/或连接段可以被耦合到各种不同的流体源或接收部件(包括储液器、管道、歧管或其他系统的流体部件)中的任何一个。此外，通道结构可以具有不同的几何形状：例如，微流体通道结构可以具有一个以上通道连接点，微流体通道结构可以具有2、3、4或5(或更多)个通道段。此外，流体可以经由一个或多个流体流动单元沿着一个或多个通道或储液器引导流动。流体流动单元可以包括压缩机(例如，提供正压力)、泵(例如，供应负压力)、致动器等，以控制流体的流动。流体也可以经由施加的压差、离心力、电动泵送、真空、毛细管或重力流等来控制或以其他方式控制。

Claims (25)

1.一种用于制备用于分析的生物样品的系统，包括以下步骤：
a.从容器中获得所述样品，
b.处理所述样品，以及
c.将所述样品运送到分析仪器，
其中所述系统包括：
用于从容器中提取样品的工具，
一个或多个控制阀，
一种或多种试剂添加、稀释或浓缩机构，
一个或多个混合机构，
以及分析仪器接口。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述生物样品包括：细胞、细胞片段、细胞组分、病毒、细菌、微生物、病原体、大分子、糖、遗传物质、核酸、DNA、RNA、转录因子、氨基酸、肽、蛋白质、脂质、酶、代谢物、抗体或受体。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述容器包括生物反应器、烧瓶、瓶子、试管、载玻片、袋、微量滴定板、微量滴定皿、多孔板、培养皿或可渗透载体。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述分析仪器包括激光力分析仪器、测序仪器、PCR分析仪器、高效气相或液相色谱(HPLC)或质谱(MS)机器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述分析仪器包括
Figure FDA0004113409880000011
仪器。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述样品提取装置包括无菌浸管。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括微载体分离设备。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述微载体分离设备能够从微载体分离生物颗粒，包括使用流体方法、酶促方法、生物方法、化学方法、电方法、磁方法、热方法、光学方法、机械方法或重力方法。
9.根据权利要求1所述的系统，其中处理所述样品包括将生物颗粒与其他样品组分分离、纯化、富集和化学修饰。
10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括净化步骤。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，使用压力或真空驱动流，经由蠕动泵、注射泵或隔膜泵泵送，将所述样品从所述容器运送到所述分析仪器。
12.根据权利要求11所述的系统，其中流动方向进一步由阀配置和管道确定。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述采样是连续的或其中所述采样是分段的。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统是包括采样系统的多路复用系统，其中从一个以上生物反应器获得样品。
15.根据权利要求2所述的系统，其中所述稀释、混合和交互发生在同一装置中。
16.根据权利要求1所述的系统，还包括使得能够使用控制系统对过程控制进行反馈监控的一个或多个特征。
17.根据权利要求1所述的系统，进一步包括具有微流体通道的微流体T型混合和稀释设备。
18.根据权利要求17所述的系统，包括基本t型、偏移t型、并行t型、具有多个离散输入的t型、具有组合成一个的多路复用输入的t型。
19.根据权利要求1所述的系统，进一步包括采样歧管芯片/杯以及到自动采样器(和变体)的接口。
20.根据权利要求8所述的系统，其中微载体在水平通道中通过重力与所述生物颗粒分离。
21.根据权利要求8所述的系统，其中使用不同密度的流体使微载体由于细胞之间的密度差异而与所述生物颗粒分离。
22.根据权利要求8所述的系统，其中使用具有不同出口位置的竖直通道中的主动力将微载体与所述生物颗粒分离。
23.根据权利要求8所述的系统，其中使用具有不同出口位置的水平通道中的主动力将微载体与所述生物颗粒分离。
24.根据权利要求8所述的系统，其中使用网状物、成角度的网状物、柱或其他结构基于尺寸将微载体与所述生物颗粒分离，其中所述流是连续的或脉动的。
25.根据权利要求8所述的系统，其中使用惯性流体力或惯性加上其他(例如光学的或电学的)，基于尺寸将微载体与所述生物颗粒分离，以提高分离效率。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2033299B1 (en) * 2022-10-13 2024-05-03 Tcs Patent B V Laboratory system and method for sampling reactor contents
CN119199038B (zh) * 2024-11-07 2025-02-11 溧阳市兴昌机械有限公司 一种动态盐酸浓度在线检测装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990082409A (ko) 1996-02-09 1999-11-25 엠. 알. 브룸비 면역분석방법과 그 장치
US6864979B2 (en) * 2000-12-08 2005-03-08 Horiba, Ltd Particle size distribution measuring apparatus
US7312085B2 (en) * 2002-04-01 2007-12-25 Fluidigm Corporation Microfluidic particle-analysis systems
WO2006046433A1 (ja) * 2004-10-27 2006-05-04 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. 遺伝子検査用マイクロリアクタ
EP2363205A3 (en) * 2006-01-11 2014-06-04 Raindance Technologies, Inc. Microfluidic Devices And Methods Of Use In The Formation And Control Of Nanoreactors
US10281385B2 (en) * 2007-12-21 2019-05-07 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Device for laser analysis and separation (LAS) of particles
EP2440941B1 (en) * 2009-06-10 2017-05-31 Cynvenio Biosystems, Inc. Sheath flow devices and methods
WO2011130625A1 (en) * 2010-04-16 2011-10-20 Claros Diagnostics, Inc. Feedback control in microfluidic systems
US9376655B2 (en) * 2011-09-29 2016-06-28 Life Technologies Corporation Filter systems for separating microcarriers from cell culture solutions
US9322054B2 (en) * 2012-02-22 2016-04-26 Lockheed Martin Corporation Microfluidic cartridge
WO2014148265A1 (ja) 2013-03-21 2014-09-25 日本電気株式会社 マイクロチップ、ｄｎａ解析方法及びｄｎａ解析システム
WO2015077441A2 (en) * 2013-11-20 2015-05-28 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Antibody and aptamer ensemble for cell isolation and enrichment
JP6649377B2 (ja) * 2014-11-03 2020-02-19 ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション ミクロ流体装置による粒子の複合式分類および濃縮
US9975122B2 (en) * 2014-11-05 2018-05-22 10X Genomics, Inc. Instrument systems for integrated sample processing
US20170355950A1 (en) * 2014-12-04 2017-12-14 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Systems for dissociation of biological tissues
US9623415B2 (en) * 2014-12-31 2017-04-18 Click Diagnostics, Inc. Devices and methods for molecular diagnostic testing
US11725179B2 (en) * 2015-05-12 2023-08-15 On-Chip Biotechnologies Co., Ltd. Single-particle analysis method, and system for performing said analysis
WO2017161259A1 (en) * 2016-03-17 2017-09-21 Poietai Llc Microfluidic on-chip storage devices
US10871440B2 (en) * 2017-12-23 2020-12-22 Lumacyte, LLC Microfluidic chip device for optical force measurements and cell imaging using microfluidic chip configuration and dynamics
US11524293B2 (en) * 2018-01-17 2022-12-13 Sartorius Stedim North America Inc. Cell separation device, method and system
CA3096536A1 (en) * 2018-04-07 2019-10-10 Lumacyte, LLC Fluidic autosampler and incubator
US20200215109A1 (en) * 2019-01-09 2020-07-09 Flodesign Sonics, Inc. Acoustic processing for cell and gene therapy
EP4041310A4 (en) * 2019-10-10 2024-05-15 1859, Inc. MICROFLUIDIC SCREENING METHODS AND SYSTEMS

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