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Jul 02, 2023

クリーンルームの体系的な特性評価

Microsystems & Nanoengineering volume 8、記事番号: 54 (2022) この記事を引用 2499 アクセス 2 引用 1 Altmetric メトリクスの詳細 統合されたバルブにより、マイクロ流体の自動制御が可能

Microsystems & Nanoengineering volume 8、記事番号: 54 (2022) この記事を引用

2499 アクセス

2 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

統合されたバルブは、混合、ポンピング、および区画化の目的に適用できるため、マイクロ流体システムの自動制御を可能にします。 このような自動化は、オルガン・オン・チップ (OoC) システムのアプリケーションにとって非常に価値があります。 ただし、OoC システムのチャネル寸法は通常、数百マイクロメートルの範囲であり、これは一般的なマイクロ流体バルブよりも一桁大きいです。 統合型常開ポリジメチルシロキサン (PDMS) バルブの最もよく使用される製造プロセスでは、達成可能なチャネルの高さを制限するリフロー フォトレジストが必要です。 さらに、これらのバルブのストローク量が低いため、OoC システムで通常必要とされる 1 分あたりマイクロリットルの流量を達成することが困難になります。 ここでは、マイクロミリングされたダイレクトモールドを使用した多層ソフトリソグラフィーによって製造された機械的な「マクロバルブ」を紹介します。 これらのバルブが高さ 700 μm、幅 1000 μm までの丸いチャネルを閉鎖できることを実証します。 さらに、これらのマクロバルブを使用して、最大 48 μL/分のポンプ速度を持つペリスタルティック ポンプと、わずか 17 秒以内に 6.4 μL の量を完全に混合できる混合および計量デバイスを作成しました。 最初の細胞培養実験では、マクロバルブが組み込まれたデバイスは生体適合性があり、連続灌流と自動培地リフレッシュ下で数日間にわたる内皮細胞の細胞培養が可能であることが実証されました。

Organ-on-chips (OoC) は一般に、多孔質膜で分離された 2 つの独立してアドレス指定可能な平行チャネルを含むマイクロ流体細胞培養デバイスとして定義されます。 異なる種類の細胞を膜の両側で培養することができ、その結果、複雑な臓器固有の組織間界面が形成されます1、2。 OoC デバイスは、従来の in vitro および動物モデルの強力な代替手段であると考えられています3。 ただし、オンチップ細胞培養実験を実行することは簡単ではありません。 OoC は、マイクロ流体工学と細胞培養の両方の経験が必要なため、労働集約的で使用が困難な場合があります4,5。

OoC を概念実証デバイスから商用システム (薬物スクリーニングや個別化医療など) に変換するには、OoC システムのスループットが高いことが重要です。 多重化された OoC は、OoC 実験のスループットを向上させるための有望なアプローチです 5,6。 過去数年間にわたり、より高いレベルの並列化またはスループットを備えたいくつかのマイクロ流体システムが提供されてきましたが、それぞれに独自の欠点があります。 たとえば、Mimetas OrganoPlate® は、40 ～ 96 個の独立した培養ウェルまたは OoCs7 を備えたシステムです。 ただし、個々のチップを充填するには多くのピペッティング手順が必要であり、細胞培養領域は小さく、セットアップにはヒドロゲルの使用が必要です（半透性バリアおよび/または細胞基材として）。 ザハロワら。 は、より高いレベルのスループットを達成するために使用できる 1 つの共通の入口と 8 つの並列出力を備えた設計の例を示しましたが、依然として多くの手動処理が必要です8。

Vollertsen et al.9,10 によって示されているように、マイクロ流体バルブが統合されたシステムは、手動による液体処理の必要性を減らすためによく使用されます。 これらのシステムでは、一体化された常開バルブ 11 が使用されることがよくあります。これは、バルブが製造が容易であり、常閉バルブと比較してチャネル幅に対する設置面積が小さいためです 12、13。 2000 年に、Unger らは、 は、Quake スタイル バルブとしても知られる、現在よく使用されている常開 PDMS バルブを発表しました12。 これらのマイクロバルブは、幅広い用途で混合、ポンピング、および多重化の目的に適用できるため、マイクロ流体工学の自動制御に不可欠なツールです9、10、14、15。 これらのマイクロ流体大規模統合 (mLSI) システムは、より高いスループットを可能にしますが、OoC で関連する細胞培養を収容するために必要な大きなチャネル寸法には適合しません。