CN115698255A - 用于自动化细胞培养的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于自动化细胞培养的系统和方法。在一些实施例中，一个或多个细胞培养器皿与一个或多个多端口阀和一个或多个流体泵流体连接。流体泵可根据需要将各种流体泵入和泵出细胞培养器皿以支持细胞生长，这些流体由一个或多个多端口阀引导。在一些实施例中，一个或多个部件可以从其他部件上取下，使得一些部件可以在使用之前独立地制备和灭菌。

Description

用于自动化细胞培养的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年2月18日提交的题为“Systems and Methods for AutomatedCell Culturing”的美国临时专利申请第62/978,012号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本申请还与于2019年8月16日提交的题为“Systems and Methods forAutomated Cell Culturing”的美国专利申请第16/543,369号(美国公开第2020/0056140号)有关，该申请要求于2018年8月19日提交的标题为“Automated Cell Culture”的美国临时申请第62/719,652号的优先权，每个公开内容均通过引用整体并入本文。
技术领域
本说明书总体上涉及用于培养细胞的系统和方法。
背景技术
为了各种目的，可以在实验室或工业环境中在受控条件下生长或培养细胞。通常，细胞在封闭的器皿中生长，并覆盖有称为细胞培养基的溶液，该溶液提供必需的营养物质和其他补充剂以帮助细胞生长。用于细胞培养的器皿的示例包括扁平的圆形培养皿，例如Petri培养皿或实验室培养瓶。随着细胞的生长和繁殖，它们会消耗细胞培养基中的营养物质并产生废物副产品。出于这个原因，必须定期更换细胞培养基，以使得细胞继续蓬勃生长。此外，细胞培养物可以通过将一部分细胞转移到新器皿中来扩张，从而提供细胞可以在其中生长的额外体积或面积。这种将一部分细胞转移到新器皿的过程可以称为传代或继代培养。此外，可以从器皿中移除细胞以准备使用。从它们生长的器皿中分离细胞的过程可以称为收获。
细胞培养物通常按照标准生长模式增殖。培养物接种后的第一个生长阶段是滞后期，这是细胞适应温育环境时的缓慢生长时期。滞后期之后是对数期，其中细胞以指数方式增殖并消耗生长培养基中的营养物质。当细胞培养物通过消耗生长培养基中的所有营养物或占据所有可用空间而达到环境容量时，生长减慢，并且细胞进入增殖大大减少或完全停止的静止或平台期。已知的细胞培养进程通常包括在进入该静止期之前传代细胞以优化生长。
通常，贴壁细胞比悬浮细胞更难生长。贴壁细胞粘附在表面(例如培养瓶或培养皿的底部)上生长。培养瓶中细胞的数量通常以细胞覆盖的生长表面的百分比来衡量，称为汇合百分比。贴壁细胞必须先从表面分离，然后才能从器皿中移除。细胞可以通过若干种方法中的一种来分离，这些方法包括机械刮擦或使用诸如胰蛋白酶之类的酶来切割与器皿表面的粘附。然后将分离的细胞重新悬浮在新鲜的生长培养基中，并使其沉降回到生长表面上。这些额外的步骤增加了细胞损伤或污染的可能性。
此外，用于便于贴壁细胞分离的解离试剂也可能对细胞有害，因此应在将细胞放回新鲜生长培养基之前将其完全移除。从细胞培养器皿中移除用过的培养基、添加新鲜培养基、分离贴壁细胞以及将细胞从一个器皿转移到另一个器皿的这些过程通常通过费力的手动程序来执行。例如，已知的细胞培养方法通常包括重复操作，包括在不同工作站之间移动细胞(在细胞培养器皿内)和/或打开细胞培养器皿以将流体移入和移出器皿。具体而言，已知方法包括首先将细胞和细胞培养基在无菌环境中(例如，层流罩)装载到的器皿中。准备好后，将细胞培养器皿封闭(以尽量减少污染)并移动至温育器以促进生长。通常手动监测细胞培养器皿以确定更换细胞培养基的适当时间，以及定期手动监测以通过从温育器中移除器皿并在显微镜下成像来检查诸如汇合度和细胞形态之类的参数。这些手动监控步骤通常需要前往实验室检查培养物并确定是否需要执行其他操作。当需要更换细胞培养基时，将细胞培养器皿从温育器移动至无菌环境，打开(或以其他方式连接到废物源和新鲜细胞培养基)，并将液体转移动到细胞培养器皿和/或转移出细胞培养器皿。器皿也被移动和/或打开以完成其他操作，例如细胞传代或细胞收获。
这样的已知程序效率低、成本高并且容易受到污染。例如，反复打开细胞培养系统并在实验室站之间移动细胞培养器皿，可能会使细胞暴露到污染中。此外，手动执行的每项操作都很昂贵，并且由于操作者不遵循适当的程序而容易受到污染(或细胞损坏)。此外，确定何时更换培养基或何时传代细胞通常根据预定的时间表进行，这可能不是最佳的。遵守设定的时间表可能会导致额外(并且可能不必要)使用层流罩(其操作会消耗大量能量，因此成本很高)。遵守设定的时间表也可能导致细胞生长效率降低(例如，如果细胞生长在细胞培养基更换之前达到平台期)。
用于培养贴壁细胞的一些已知系统和方法用于各种应用，例如药物开发和细胞治疗。不同的细胞类型可能需要不同水平的环境控制，例如诱导多能干细胞(iPSC)，这可能很难培养。此外，用于监测细胞健康的已知系统没有考虑iPSC的细节，例如指示不期望的分化的形态。已知系统也不能有效地允许贴壁细胞的传代。许多已知的系统使用离心机系统并且需要将细胞从培养系统中移除以将细胞与解离试剂分开，因此细胞不会维持在封闭系统中。
如上所述，许多现有的细胞培养系统被设计成培养大量的一种类型的细胞，通常使得这些细胞然后可以用作“工厂”来生产所期望的生物产品，例如蛋白质。通常，只保留产品(而不是细胞)。细胞为用户制造产品的这种用例称为“生物处理”，而这种已知系统通常被称为生物反应器。因为感兴趣的产品是所生产的生物产品而不是细胞，所以此类已知系统经常使用(或接种)任何合适的、可容易生长且可生产所期望的产品的稳健细胞。在许多情况下，选择最容易生长的细胞类型作为工厂(“生产者”)，并且此类细胞通常在悬浮液中生长。已知的生物反应器系统很大，并且用于单一类型的细胞(以生产大量产品)。这样的系统不适合用于开发或治疗的细胞培养，其中需要更少量的几种不同类型的细胞。
然而，可能需要获得用于测试药物或用于其他治疗目的的细胞。换句话说，在某些情况下，细胞(而不是细胞生产的产品)实际上是实验的期望产品。然而，许多已知的生物反应器不适用于培养将用作最终产品的细胞。具体而言，当细胞生长用于药物测试时，细胞受到不同于已知生物处理系统的要求和能力的不同要求。首先，需要尽可能地生长最真实的细胞(即与药物、治疗方案或药物所针对的病症相关联的细胞)。换句话说，细胞的选择是基于它们对所期望的测试的适用性，而不是仅仅基于它们生产产品的能力。通常，用于药物测试的细胞不会在悬浮液中生长，而是在它们生长时粘附在一表面上(即贴壁细胞)。贴壁细胞的处理在其培养方面中引入了技术挑战。其次，需要生产同时生长的小批量的大量不同类型的细胞，使不同类型的细胞随时准备好用于测试。已知的现有机器可能未配置用于这种类型的细胞收获。
出现的挑战是设计具有可容忍设置时间的系统，其考虑到了所有流体通常随着每批而被丢弃。对于生物处理，批量通常很大，以至于可以容忍较长的设置时间。对于同时培养多种不同类型的细胞进行测试的用例，需要处理很多小批量(每种细胞类型至少一个)，因此设置时间需要非常快。已知的系统需要较长的设置时间并且可以包括大量的使用后清洗。将管道精心设置到阀头中可以增加设置时间。因此，需要能够提供有效和快速设置时间的细胞培养系统。
此外，许多已知的细胞培养系统(例如，生物反应器)不能在单个系统内容纳生长不同类型的细胞。例如，某些测试方法可能涉及使用多种不同的细胞类型。因为已知系统通常包括单个贮存器以容纳一种类型的细胞(例如，用作工厂)，所以它们不适合包括多种不同类型的细胞。此外，许多已知的细胞培养系统不具备在培养物汇合时将细胞从一个器皿传代到另一个器皿的能力，因此需要操作者定期手动干预以在每次培养物汇合时切换系统上的耗材。
细胞均匀分布在培养板的表面上对于有效培养很重要。这对于干细胞培养尤为重要，因为如果分布不均匀，细胞在培养过程中可能会发生不期望的分化。许多已知的细胞培养系统和方法在将细胞输入器皿后手动摇动细胞培养器皿。这种方法的摇动是不可重复的，并不总是有效的，细胞会开始粘附在表面的营养层上，因此接种后的摇动并不总是有效的。
细胞计数也是细胞培养的一个重要方面。用于细胞计数的已知方法很费力并且需要将细胞从细胞培养系统中移除并放入外部计数装置中。更具体地说，将细胞样本从培养托盘中移除并放入温育器外的单独筒中。这个过程通过进入一个封闭系统增加了污染的可能性。此外，已知的计数系统依赖于具有细胞的均匀混合物。如果通过手动移除细胞样本并将其放入计数筒中存在沉降或不一致，则结果可能不准确。此外，计数后的样本需要作为废物丢弃。因此，需要一种用于准确计数封闭系统内的细胞的系统和方法。
干细胞培养物容易出现与不期望的分化相关的问题。在许多情况下，一旦检测到不期望的干细胞行为，整个容器就会被丢弃，并且必须重新开始培养。有一些已知的方法可以选择性地移除所期望的细胞以避免丢弃整个培养物，但这些方法通常是手动的、劳动密集型的并且需要打开系统以手动将所期望的细胞与不期望的细胞/表面分开。因此，需要一种在避免这些问题的同时移除所期望的细胞的系统和方法。
当待培养的细胞是干细胞时，可能会出现额外的挑战。具体来说，多能干细胞的培养可能具有挑战性，因为即使环境中的微小变化也会产生干细胞的意外分化。已知的细胞培养系统通常不能维持对环境的所期望的控制以维持干细胞的多能性。例如，细胞密度的差异和细胞培养器皿中细胞的不均匀接种可能导致所诱导的多能干细胞(iPSC)更有可能经历不期望的自发分化。因此，接种干细胞的已知方法通常包括在细胞已装载后手动移动细胞容器，以促进干细胞在它们沉降并附着于表面之前更均匀的混合物。然而，这样的方法是不一致的并且不能可靠地产生所期望的空间均匀性。具体来说，这种手动方法会因实验室技术人员和所遵循的程序而存在显著差异。此外，由于在装载细胞(并且器皿封闭)之后进行移动(或轻轻摇动)，所以时间的流逝会导致部分接种的细胞在开始移动之前沉降。因此，需要改进的用于接种干细胞的系统和方法。
作为另一个示例，已知的细胞培养方法包括定期计数细胞。用于细胞计数的已知系统和方法通常涉及打开细胞温育环境，取出一部分细胞，并经由外部细胞计数系统对细胞进行计数。由于计数后的细胞经过多个步骤处理，容易受到污染或损坏，因此通常会被丢弃。因此，需要改进的细胞计数方法以确保在封闭系统内对细胞的均匀混合物进行计数。此外，需要改进的细胞计数方法和系统，其中计数后的细胞可以被回收以继续使用。
已知的细胞培养系统通常使用离心进程来洗涤细胞或移除用过的培养基和/或试剂。此类已知方法通常包括从培养系统中移除细胞样本并经由离心机完成过滤/洗涤操作。这样的方法会使细胞暴露于潜在的污染和损害中。因此，需要改进的用于过滤和/或洗涤细胞的系统和方法。
还需要在细胞培养期间提高效率并限制潜在污染的细胞培养系统。具体而言，需要用于使细胞培养进程自动化、用于在培养期间将细胞培养系统维持在封闭的无菌环境中以及用于允许有效设置和使用的系统和方法。还需要一种自动化细胞培养系统，该系统可以可选地与现有的现成细胞培养器皿一起操作。
发明内容
根据一种实施方式，本说明书描述了用于自动培养细胞的系统和方法。本文公开的自动化细胞培养系统使科学家能够通过自动化手动细胞培养来加速他们的研究和开发。各种实施例中公开的系统和方法可以提供自动化的细胞生长培养基补充、细胞的自动化传代和/或自动化的细胞培养分析。与手动细胞培养操作相比，这些自动化细胞培养系统和方法可以提高效率并减少错误。此外，这些实施例经由集成的自动化分析机构增加了科学家可用的有关细胞培养的数据点的数量和质量。
根据一个实施例的自动化细胞培养系统包括具有阀致动器的壳体和布置在壳体内的流体泵。自动化细胞培养系统还包括可移除托盘，该托盘配置为可移除地与壳体配合。附接至可移除托盘的多个细胞培养器皿支架被配置为支承相应多个细胞培养器皿，其中每个细胞培养器皿都用无菌盖盖住。选择阀配置为在可移除托盘与壳体配合时联接到壳体的阀致动器。可以提供多个培养基源，在一些实施例中，这些培养基源在壳体和可移除托盘的外部。选择阀被配置为将主端口流体连接到多个可选端口中的一个选定端口，其中选择阀的主端口流体连接到流体泵，并且多个细胞培养器皿和培养基源中的每个直接流体连接到选择阀的多个可选端口中的相应一个端口。在一些实施例中，多个细胞培养器皿和它们的无菌盖、选择阀以及它们之间的流体连接件形成附接到可移除托盘的第一无菌密封系统。
在一些实施例中，使用自动化细胞培养系统的细胞系维护的方法包括向自动化细胞培养系统的可移动成像系统发送命令，以对自动化细胞培养系统的选定器皿内的细胞进行成像；从成像系统接收所选器皿内细胞的图像；基于所选器皿内的细胞图像，测量细胞传代标准；将细胞传代标准与阈值细胞传代标准进行比较；基于比较，确定开始将所选器皿内的细胞传代到继代培养物器皿。细胞系维护方法还包括将选定器皿的配置部分细胞传代到继代培养物器皿；以及传送自动化细胞培养系统已将所选器皿的配置部分细胞传代至传代培养物器皿的通知。该方面的其他实施例包括相应计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，它们每个都被配置为执行所述方法的动作。
本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。本主题的其他潜在特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求中变得显而易见。
附图说明
图1A图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的示意图。
图1B图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的示意图。
图2图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的俯视图。
图3A示出了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的基座壳体的俯视图。
图3B图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的可移除托盘组件。
图4图示了根据一个实施例的与示例性基座壳体配合的自动化细胞培养系统的示例性可移除托盘。
图5示出了根据实施例的示例性多端口阀的横截面视图。
图6A图示了根据一个实施例的示例性多端口阀。
图6B图示了示例性多端口阀的底视图。
图7图示了根据一个实施例的细胞培养容器盖。
图8图示了根据一个实施例的细胞培养容器盖的横截面视图。
图9图示了根据一个实施例的使用具有单端口泵的自动化细胞培养系统将液体从第一器皿转移到第二器皿的方法的步骤。
图10图示了根据一个实施例的使用具有双端口泵的自动化细胞培养系统将液体从第一器皿转移到第二器皿的方法的步骤。
图11图示了在贴壁细胞系维护期间更换细胞培养基的方法的步骤。
图12图示了用于贴壁细胞系维护或扩增的方法的步骤，其中传代到新的细胞培养器皿。
图13图示了用于利用可选传代的悬浮细胞系维护的方法的步骤。
图14图示了用于悬浮细胞系扩增的方法的步骤。
图15图示了计算机系统的示例机器，其中可以执行一组指令，用于使机器进行本文讨论的任何一个或多个方法。
图16A是根据一个实施例的细胞培养系统的托盘组件的示意图。
图16B是根据一个实施例的细胞培养系统的基座单元的示意图。
图16C是根据一个实施例的细胞培养系统的示意图，包括图16A所示的托盘组件和图16B所示的基座单元。
图17是根据一个实施例的细胞培养系统的电子控制系统的示意图。
图18-20分别是示出与电子控制系统的操作联系起来产生的各种GUI元素的示例性屏幕截图。
图21是根据一个实施例的细胞培养系统的托盘组件的俯视图
图22是布置在保护性外套内的图21的托盘组件的俯视图。
图23是图示联接到托盘组件的流体泵的图21的托盘组件的俯视图。
图24是图示联接到托盘组件的图23的流体泵的图21的托盘组件的一部分的透视图。
图25是图示联接到托盘组件的细胞培养容器的图21的托盘组件的一部分的透视图。
图26是示出联接到托盘组件的图23的流体泵和三个细胞培养容器的图21的托盘组件的俯视图。
图27是根据一个实施例的示出为联接到基座单元的图21的托盘组件的俯视图。
图28是联接到图27的基座单元的多端口阀的透视图。
图29是图27的基座单元的一部分的俯视图。
图30是联接到图27的基座单元的图21的托盘组件的透视图。
图31是图示根据一个实施例的制备用于细胞培养进程的细胞培养系统的方法的流程图。
图32是根据一个实施例的细胞培养系统的基座单元的成像装置的透视图。
图33是图32的成像装置的俯视图。
图34是图32的成像装置的侧视图。
图35是根据另一个实施例的细胞培养系统的托盘组件的透视图。
图36是图35的托盘组件的一部分的透视图，其中移除了可移除部件。
图37是图35的托盘组件的一部分的透视图，示出了联接到托盘的多端口阀、盖和流体泵。
图38是可以与图35的托盘组件一起使用的细胞培养系统的基座单元的透视图。
图39是图38的基座单元的泵致动器的透视图。
图40是图38的基座单元的透视图，其中流体泵和多端口阀联接到该基座单元。
图41是图38的基座单元的一部分的局部分解图，其图示了在组装到基座单元之前的多端口阀。
图42是图38的基座单元的侧视图。
图43是图示基座单元的内部的图38的基座单元的侧视图，而图44是其相对侧视图。
图45是根据另一个实施例的细胞培养系统的透视图。
图46是图45的细胞培养系统的俯视图。
图47是沿图46中的线47-47截取的横截面视图。
图48是根据一个实施例的托盘组件的透视图。
图49是图48的托盘组件的俯视图。
图50是沿图49中的线50-50截取的横截面视图。
图51是根据一个实施例的基座单元的透视图。
图52是根据另一个实施例的细胞培养系统的视图。
图53是图52的细胞培养系统的侧视图，其图示了布置在基座单元内部的成像系统。
图54是图52的细胞培养系统的基座单元的俯视图。
图55是图52的细胞培养系统的托盘组件的俯视图。
图56是图55的托盘组件的侧视图。
图57是图55的托盘组件的托盘的俯视图。
图58是一对温育器的正视图，多个细胞培养系统布置在温育器中的搁架上。
图59是图示在细胞培养过程期间在系统内的示例性流体设置的系统图。
图60是图示图59的内容物的表格。
图61A-61B包括图示细胞传代程序的示例的表格。
图62A-62C图示了根据一个实施例的容器盖。
图63A是根据一个实施例的多端口阀的俯视图；而图63B是图63A的多端口阀的底视图。
图63C是图63A的多端口阀的侧视图，而图63D是沿图63C中的线64D-64D截取的横截面视图。
图64A是图63A-63D的多端口阀的阀体的横截面视图。
图64B是图64A的阀体的侧视图，而图64C是其横截面侧视图。
图65A是图63A的多端口阀的阀转子的侧视图，图65B是沿图65A中的线65B-65B截取的横截面视图，而图65C是阀转子的俯视图。
图66A是根据一个实施例的细胞培养系统的托盘组件的示意图。
图66B是根据一个实施例的细胞培养系统的基座单元的示意图。
图66C是根据一个实施例的细胞培养系统的示意图，包括图66A所示的托盘组件和图66B中所示的基座单元。
图67A是根据一个实施例的细胞培养系统的托盘组件的一部分的侧视图。
图67B是图67A的托盘组件的托盘的俯视图。
图68是图示在细胞培养过程期间在系统的一部分内的示例性流体设置的示意图。
图69图示了用于荧光系统的落射照明的示例。
图70-73分别图示了软件工作流和决策循环的不同示例。
图74是图示在细胞培养过程期间在系统内的示例性流体设置的系统图，包括切向流过滤系统。
图75是根据一个实施例的包括切向流过过滤器筒的细胞培养系统的托盘组件的示意图。
图76-80分别是图示根据一个实施例的细胞培养系统内的示例性流体设置的示意图，包括切向流过滤系统。
图81是根据一个实施例的细胞培养系统的托盘组件的示意图。
图82A和82B是根据一个实施例的处于第一配置的托盘组件的一部分的示意图。
图83A和83B是处于第二配置中的图82A和82B所示托盘组件的一部分的示意图。
图84是根据一个实施例的细胞培养系统的托盘组件的俯视透视图。
图85是图84的托盘组件的透视图。
图86是图84的托盘组件的部分分解图。
图87是图84的托盘组件的透视图，其中为了图示目的而移除了阀组件和两个容器。
图88是图84的托盘组件的托盘的透视图。
图89是图84托盘组件的细胞计数芯片的透视图。
图90A是图84的托盘组件的阀组件的透视图，示出了布置在其上的两根管子。
图90B是图84的托盘组件的阀组件的一部分的分解图。
图90C是图84的托盘组件的阀组件的一部分的底部透视图。
图90D是图84的托盘组件的阀组件的一部分的侧视图。
图91是根据一个实施例的输入托盘组件的透视图。
图92是图91的输入托盘组件的托盘的透视图。
图93是根据一个实施例的细胞培养系统的器械的前透视图。
图94A是图93的器械的一部分的放大图。
图94B是图93的器械的另一部分的放大图。
图95A和95B分别是图93的器械的不同摇晃器联接元件的透视图。
图96是图93的器械的阀连接器和致动器的放大图。
图97是图84的托盘组件的对准部分的放大图，其示出为与图93的器械上的突起对准。
图98是图93的器械的一部分的透视图，其中图84的托盘组件与此部分联接。
图99是图84的托盘组件的流体泵的组件的图示，其联接到图93的器械的泵致动器。
图100是处于打开配置的器械的前透视图，其中图84的托盘组件和图91的输入托盘组件与所述器械联接。
图101是处于封闭配置的器械的前透视图，其中图84的托盘组件和图91的输入托盘组件与所述器械联接。
图102是根据一个实施例的细胞培养方法的流程图。
图103是根据一个实施例的将细胞样本接种到细胞培养容器中的方法的流程图。
图104A是含有根据图103的方法接种的细胞样本的细胞培养容器的图像，而图104B是图104A的图像的一部分的放大图。
图105是根据一个实施例的对细胞培养系统内的细胞进行计数的方法的流程图。
图106是根据一个实施例的选择性移除在细胞培养系统内的细胞的方法的流程图。
图107A是细胞培养容器的区域R1内的细胞的图像，其展示了已经经历自发分化的细胞。
图107B是图107A的区域R1的一部分的放大图，示出了iPSC的已经解离的第一部分和保持在细胞培养容器内的原位的第二部分。
图108是根据一个实施例的选择性移除在细胞培养系统内的细胞的方法的流程图。
具体实施方式
如本文所述，在一些实施例中，细胞培养系统和方法被配置为获得用于测试药物的细胞，使得该细胞实际上是实验所需要的试剂。当细胞生长以测试用于此目的的药物时，细胞通常是贴壁细胞。此外，期望这样的细胞培养生产同时生长的小批量的大量不同类型的细胞，使得不同类型的细胞随时准备好进行测试。此外，由于不同类型的细胞的同时生长批量是指每个批量都需要单独设置，因此在自动化此过程时，快速的每批量设置时间是关键。本文所述的自耗托盘组件和基座单元的各种实施例被配置用于这种类型的细胞收获并且提供用于减少设置时间。
在本文所述的一些实施例中，细胞培养系统或系统组被设计为维持培养或同时扩增(产生更多)不同类型的细胞，同时旨在最大化操作者的不介入时间(即，最大化用户不必物理接触系统的时间段)，例如以更换消耗品。例如，在本文描述的一些实施例中，成像装置(例如，显微镜)被集成在系统内以提供远程监控，而无需从系统中物理取出细胞培养容器。
在本文所述的一些实施例中，提供了一种自耗托盘组件，其包含空细胞培养容器，在当前容器汇合(贴壁细胞)时，系统将细胞传代到所述空细胞培养容器中。如本文所述，在一些实施例中，细胞培养系统可以从细胞培养容器中完全移除解离试剂。在一些实施例中，细胞培养系统可以以要求的密度收获细胞。在一些实施例中，本文所述的细胞培养系统可通过仅分离未分化的细胞并将它们移动到新器皿来拯救细胞开始无意分化的干细胞培养物。
在本文所述的一些实施例中，细胞培养系统可以生长细胞以测试多批量的已生产的先进治疗医疗产品(ATMP)。通常，当生产一批量用于细胞治疗的编辑细胞，或生产一批量用于基因治疗的病毒时，会在小样本上进行手动细胞培养进程，以证明该批量可以安全使用，并且将对患者起治疗作用。对于细胞疗法，这可能涉及手动培养细胞样本一段时间，以证明它们在患者体内的表现与预期一致。本文所述的系统能够结合监测实现不介入细胞培养能力(即，操作者的有限手动交互)，因此非常适合培养用于ATMP的细胞。对于病毒批量，这种测试可以包括用病毒转染细胞，然后将这些细胞手动生长多代，并在最后一代时检查没有病毒，以证明病毒没有复制能力。本文所述的系统和方法也非常适用于病毒批量的这种操作。
在一些实施例中，一种设备包括配置为可移除地联接在器械内的托盘。所述托盘包括对准部分，该对准部分配置为与器械的对应对准部分配合地接合。托盘限定传感器开口并且包括围绕传感器开口的至少一部分的肩部。该设备包括具有顶面和底面的容器。顶面和底面均具有透明部分。容器联接到托盘，使得底面的边缘由肩部支撑，而底面的透明部分与传感器开口对准。安装支架联接到托盘并联接到容器的顶面的边缘以将容器固定到托盘。阀组件与容器和流体泵流体联接。阀组件可移除地联接到托盘。阀组件和流体泵分别配置为被致动以使得流体被转移进或转移出容器。
在一些实施例中，一种设备包括一种托盘，该托盘被配置为可移除地联接在细胞培养器械内。第一容器联接到托盘并被配置为在其中接纳细胞样本。第二容器也联接到托盘。该设备包括：第一切向流过滤器组件，其具有入口端口、第一出口端口和第二出口端口；以及第二切向流过滤器组件，其具有入口端口、第一出口端口和第二出口端口。第一切向流过滤器组件的第二出口端口流体地联接到第二切向流过滤器组件的入口端口。该设备还包括：流体泵组件；以及阀组件，其可操作地联接到第一容器、第二容器、第一切向流过滤器组件的入口端口和流体泵组件。阀组件和流体泵组件分别被配置为由细胞培养器械致动以使得：A)将细胞样本从第一容器转移到第一切向流过滤器组件的入口端口，B)将来自细胞样本的第一体积的滞留物从第一切向流过滤器组件的第一出口端口转移到第二容器，和C)将第一体积的渗透物从第一切向流过滤器组件的第二出口端口转移到第二切向流过滤器组件的入口端口。
在一些实施例中，一种设备包括一基座单元，其具有下部壳体、支撑板、可移动地联接在下部壳体内的细胞传感器组件的第一部分。支撑板配置为可移除地联接到细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件具有托盘和联接到托盘的容器。托盘限定传感器开口并且容器的一部分是透明的并且联接到托盘以经由传感器开口和容器的透明部分提供对容器内容物的光学观察途径。该设备包括具有上部壳体的上部单元和联接在上部壳体内的细胞传感器组件的第二部分。上部单元可移动地联接到基座单元并配置为在打开位置和封闭位置之间移动。当上部单元处于打开配置时，支撑板是可接近的。当上部单元处于封闭配置时，支撑板至少部分封闭。一种电子控制系统，联接在下部壳体或上部壳体中的至少一者内，该电子控制系统配置为控制细胞传感器组件的至少第一部分的移动，以使得细胞传感器组件的第一部分与容器对准。
在一些实施例中，一种设备包括一基座单元，其具有下部壳体、支撑板和布置在下部壳体内的摇晃器组件。支撑板配置为可移除地联接到细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件具有托盘和联接到托盘的容器。具有上部壳体的上部单元可移动地联接到基座单元并被配置为在打开位置和封闭位置之间移动。当上部单元处于打开配置时，支撑板是可接近的。当上部单元处于封闭配置时，支撑板至少部分封闭。摇晃器组件布置在基座单元的下部壳体内，并且经由围绕支撑板周边布置的附接部位的多个联接元件可操作地联接到支撑板。多个联接元件中的至少一者联接元件配置为在第一方向上维持支撑板的位置。多个联接元件中的至少另一个联接元件被配置为将支撑板的位置保持在不同于第一方向的第二方向上。摇晃器组件被配置为当被致动时移动支撑板以在联接到支撑板时摇晃细胞培养托盘组件。电子控制系统联接在下部壳体或上部壳体中的至少一者内并且被配置为控制摇晃器组件的致动。
在一些实施例中，一种方法包括从外部保护套中移除细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件包括托盘、联接到托盘的容器、泵以及可移除地联接到托盘的阀组件，托盘包括对准部分并且容器无菌地联接到泵和阀组件以形成封闭系统。阀组件和流体泵分别配置为被致动以使得流体被转移进或转移出容器。该细胞培养托盘组件通过将托盘的对准部分与器械的相应对准部分接合而联接到器械，该器械包括阀致动器和泵致动器。将阀组件从托盘上移除并与器械的阀致动器连接，而容器、泵和阀组件在封闭系统内保持联接。泵与器械的泵致动器联接，而容器、泵和阀组件在封闭系统内保持联接。通过致动阀组件和泵中的至少一者，对联接到托盘的容器内的细胞样本执行一个或多个细胞培养操作。
在一些实施例中，将细胞样本接种到细胞培养容器中的方法包括将细胞培养托盘组件联接到器械的支撑板上。该细胞培养托盘组件包括托盘和联接到托盘的细胞培养容器、泵以及可移除地联接到托盘的阀组件。细胞培养容器无菌地连接到泵和阀组件以形成封闭系统。阀组件和流体泵分别配置为被致动以使得流体被转移进或转移出细胞培养容器。该器械包括支撑板、阀致动器、泵致动器和摇晃器组件。摇晃器组件被配置为摇晃支撑板。将封闭系统内的接种容器联接到容器、泵和阀组件。接种容器容纳细胞样本。泵或阀组件中的至少一者被致动以将一部分细胞样本从接种容器传送到细胞培养容器，从而将细胞样本接种到细胞培养容器中。致动摇晃器组件以在将一部分细胞样本从接种容器传送到细胞培养容器中的同时摇晃支撑板和细胞培养托盘组件。
在一些实施例中，提供了一种在细胞培养系统内计数细胞的方法，所述细胞培养系统包括托盘、联接到托盘的细胞培养容器、保存容器、联接到托盘的计数芯片和泵。细胞培养容器、保存容器、计数芯片和泵中的每个都无菌地联接在一起以形成封闭系统。该方法包括对泵进行致动以将细胞样本从细胞培养容器传送到保存容器。通过进一步对泵进行致动以将一定体积的空气传送到保存容器，来混合保存容器内的细胞样本。将混合后的细胞样本从保存容器中传送到计数芯片中。分析计数芯片内的细胞样本以产生与细胞样本内的细胞量相关联的细胞信号。
在一些实施例中，提供了一种选择性移除细胞培养系统内的细胞的方法。细胞培养系统包括托盘组件和器械。该托盘组件包括托盘、联接到托盘的细胞培养容器、试剂容器、保存容器和泵。细胞培养容器、试剂容器、保存容器和泵中的每个都无菌地联接在一起以形成封闭系统。该器械包括托盘可移除地联接到的支撑板、泵致动器、配置为摇晃支撑板的摇晃器组件和细胞传感器。该方法包括对泵进行致动以将解离试剂从试剂容器传送到细胞培养容器。致动摇晃器组件以摇晃支撑板和托盘组件以便于细胞培养容器内第一部分细胞的解离。从细胞传感器接收传感器输出。传感器输出与细胞培养容器内的细胞样本相关联。基于传感器输出产生与细胞培养容器内的第一部分细胞的解离状态或细胞培养容器内的第二部分细胞的解离状态中的至少一者相关联的细胞信号。基于细胞信号对泵进行致动，以将第一部分细胞从细胞培养容器传送到保存容器。
在一些实施例中，提供了一种在细胞培养系统内处理细胞的方法。细胞培养系统包括托盘组件和器械。该托盘组件包括托盘、联接到托盘的第一容器、联接到托盘的第二容器、切向流过滤组件和泵。第一容器、第二容器、切向流过滤组件和泵都无菌地联接在一起以形成封闭系统。该器械包括托盘可移除地联接到的支撑板、泵致动器和细胞传感器。该方法包括接收来自细胞传感器的传感器输出。该传感器输出与第一容器内的细胞样本相关联。基于该传感器输出，产生与第一容器内的细胞状态相关联的细胞信号。对泵进行致动以将细胞样本从第一容器传送到切向流过滤组件中以产生渗透物输出和滞留物输出。将渗透物输出或滞留物输出之一传送至第二容器。
在一些实施例中，一种设备包括托盘、第一盖、第二盖和多端口阀。该托盘配置为可移除地联接到基座单元的壳体。该托盘具有配置为将第一容器联接到托盘的第一联接器和配置为将第二容器联接到托盘的第二联接器。第一盖配置为联接到第一容器并且包括第一液体交换端口和第一气体交换端口。第二盖配置为联接到第二容器并且包括第二液体交换端口和第二气体交换端口。多端口阀联接到托盘并包括一个主端口和一组可选端口。多端口阀配置为接合基座单元的阀致动器并联接到流体泵，该流体泵联接到基座单元。所述一组可选端口中的第一可选端口无菌地联接到第一盖的第一液体交换端口。所述一组可选端口中的第二可选端口无菌地联接到第二盖的第二液体交换端口。
在一些实施例中，在设备操作期间，第一联接器将第一容器保持在托盘上的固定位置，并且第二联接器将第二容器保持在托盘上的固定位置。在一些实施例中，第一容器是配置为接纳细胞样本的细胞培养容器，而第二容器是废物容器、试剂容器或细胞收获容器之一。在一些实施例中，第一联接器被配置为将细胞培养容器可移除地联接到托盘。在一些实施例中，细胞培养容器和托盘各自包括透明部分。第一联接器被配置为将细胞培养容器联接到托盘，使得细胞培养容器的透明部分与托盘的透明部分对准。
在一些实施例中，多端口阀和流体泵被配置为在封闭的无菌系统中在第一容器和第二容器之间转移流体。在一些实施例中，多端口阀可移除地联接到托盘并且还配置为可移除地联接到基座单元的阀致动器。在一些实施例中，泵包括泵致动器和限定泵送室的泵体。泵体配置为联接到多端口阀的主端口。
在一些实施例中，托盘被配置为接合联接到基座单元的摇晃器。摇晃器被配置为在致动时摇晃托盘。
在一些实施例中，该设备包括联接到托盘并联接到多端口阀的第三可选端口的计数芯片。该计数芯片被配置为以周期性的时间间隔从第一容器接纳细胞样本混合物的一部分。
在一些实施例中，托盘、第一盖、第二盖和多端口阀被封闭在外套内。在一些实施例中，托盘、第一盖、第二盖和多端口阀在该外套内进行灭菌。
在一些实施例中，细胞培养系统的基座单元包括壳体、泵致动器和阀致动器。该壳体限定(或包括)接纳部分，该接纳部分配置为可移除地接纳细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件包括托盘、联接至托盘且可移除地连接至第一容器的第一盖以及联接至托盘且可移除地连接至第二容器的第二盖。第一盖和第二盖各自包括液体交换口和气体交换口。细胞培养托盘还包括联接到托盘并包括主端口和一组可选端口的多端口阀。该泵致动器联接到壳体并且配置为可操作地联接到流体泵，该流体泵联接到多端口阀的主端口。该阀致动器联接到壳体并且配置为当细胞培养盘组件联接到壳体的接纳部分时联接到多端口阀。该阀致动器和泵致动器共同配置为选择性地将流体移入和移出联接到第一盖的第一容器以及移入和移出联接到第二盖的第二容器。
在一些实施例中，多端口阀被配置为从托盘移除并联接到阀致动器，同时多端口阀的第一端口无菌地联接到第一盖并且多端口阀的第二端口无菌地联接到第二盖。在一些实施例中，阀致动器包括键控驱动构件，该键控驱动构件配置为配合地接合多端口阀。
在一些实施例中，流体泵经由一段管道无菌地联接到多端口阀的主端口。在一些实施例中，流体泵是活塞泵、蠕动泵或叶片泵之一。
在一些实施例中，基座单元还包括摇晃器，该摇晃器联接到壳体并且配置为当细胞培养组件联接到壳体时接合细胞培养托盘组件。摇晃器被配置为在致动时摇晃细胞培养托盘组件。在一些实施例中，壳体的接纳部分包括联接到摇晃器的支撑板。支撑板包括一个表面，细胞培养托盘组件可以可移除地联接到该表面。
在一些实施例中，基座单元还包括(或联接到)电子(或计算机)控制系统，该电子(或计算机)控制系统被配置为控制流体进出联接到第一盖的第一容器以及进出联接到第二盖的第二容器的流动。在一些实施例中，基座单元包括传感器，该传感器可移动地联接到壳体并被配置为产生与第一容器内的细胞数量相关联的细胞信号。在一些实施例中，传感器是联接到壳体并被配置为对第一容器内的内容物进行成像的成像装置，使得可以确定第一容器内的细胞的汇合度或密度中的至少一者。在一些实施例中，传感器被配置为监测第一容器的内容物的颜色。第一容器可以包含基于颜色的pH指示剂，使得可以确定第一容器的内容物的pH。
在一些实施例中，细胞培养系统的基座单元包括壳体、泵致动器、阀致动器和电子控制系统。该壳体限定接纳部分，该接纳部分配置为可移除地接纳细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件包括托盘、联接至托盘且可移除地连接至第一容器的第一盖以及联接至托盘且可移除地连接至第二容器的第二盖。细胞培养托盘还包括联接到托盘并包括主端口和一组可选端口的多端口阀。该泵致动器联接到壳体并配置为可操作地联接到流体泵。该阀致动器联接到壳体并且配置为当细胞培养盘组件联接到壳体的接纳部分时联接到多端口阀。该阀致动器和泵致动器共同配置为选择性地将流体移入和移出联接到第一盖的第一容器以及移入和移出联接到第二盖的第二容器。该电子控制系统包括细胞传感器、细胞传感器模块和致动器模块。细胞传感器被配置为产生与第一容器内的内容物相关联的输出。该细胞传感器模块在电子控制系统的存储器或处理装置中的至少一者中实施，并且基于细胞传感器的输出产生与第一容器内的细胞数量相关联的细胞信号。该致动器模块被实施在存储器或处理装置中的至少一者中并且接收细胞信号并且基于细胞信号产生阀控制信号或泵信号中的至少一者以使细胞移出第一容器。
在一些实施例中，致动器模块被配置为控制第一体积的流体流出第一容器并流入废物容器的流动，以及第二体积的流体流出试剂容器并流入第一容器的流动。在一些实施例中，致动器模块被配置为控制一定体积的酶移动到第一容器中以促进第一容器内的贴壁细胞的细胞解离的移动。
在一些实施例中，该设备包括摇晃器，该摇晃器联接到壳体并且配置为当托盘组件联接到接纳部分时接合托盘组件。摇晃器被配置为摇晃托盘组件。该电子控制系统的致动器模块被配置为控制摇晃器的致动(例如，何时摇晃和摇晃的时间段)。
在一些实施例中，细胞传感器可移动地联接到壳体。传感器模块被配置为控制细胞传感器相对于壳体的移动，使得细胞传感器可以与第一容器对准。
在一些实施例中，基座单元包括阀传感器，其被配置为产生与阀致动器的旋转位置相关联的阀位置信号。阀位置信号指示多端口阀的可选端口之一的选择。该致动器模块配置为部分地基于阀位置信号产生阀控制信号。在一些实施例中，基座单元包括泵传感器，该泵传感器被配置为在操作期间产生与泵致动器的位置相关联的泵信号。该致动器模块配置为部分地基于泵信号产生泵控制信号。
在一些实施例中，电子控制系统还包括被配置为与计算装置进行电子通信的无线电设备。该无线电设备被配置为向计算装置发送与有关于第一容器内的细胞数量的测量值相关联的无线信号。
在一些实施例中，细胞培养系统的基座单元包括壳体、泵致动器、阀致动器和电子控制系统。该壳体限定接纳部分，该接纳部分配置为可移除地接纳细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件包括托盘、第一细胞培养容器、第二细胞培养容器、试剂容器、废物容器和多端口阀。该多端口阀包括一个主端口和一组可选端口。第一可选端口联接到第一细胞培养容器，第二可选端口联接到第二细胞培养容器，第三可选端口联接到试剂容器，而第四可选端口联接到废物容器。该泵致动器联接到壳体并且配置为可操作地联接到流体泵，该流体泵联接到多端口阀的主端口。该阀致动器联接到壳体并且配置为联接到多端口阀。该电子控制系统可操作地联接到阀致动器和泵致动器。该电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的致动器模块，其被配置为产生一系列阀控制信号和泵控制信号。具体地，致动器模块可以产生第一阀控制信号以使得阀致动器致动多端口阀，并产生第一泵控制信号以使得泵致动器致动流体泵以将细胞培养基从第一细胞培养容器中移动到废物容器。该致动器模块可以产生第二阀控制信号以使得阀致动器致动多端口阀，并产生第二泵控制信号以使得泵致动器致动流体泵以将试剂从试剂容器移动到第一细胞培养容器。该致动器模块可以产生第三阀控制信号以使得阀致动器致动多端口阀，并产生第三泵控制信号以使得泵致动器致动流体泵以将多个细胞从第一细胞培养容器移动到第二细胞培养容器中。
在一些实施例中，电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的细胞传感器模块。该细胞传感器模块接收来自细胞传感器的输出并产生指示第一细胞培养容器内细胞解离的细胞信号。该致动器模块被配置为响应于细胞信号产生第三阀控制信号或第三泵控制信号中的至少一者。在一些实施例中，细胞传感器是显微镜，而来自显微镜的输出是图像。该细胞传感器模块被配置为基于图像产生指示细胞解离的细胞信号。在一些实施例中，细胞传感器模块被配置为产生对准信号以将细胞传感器移动到与第一细胞培养容器对准。
在一些实施例中，基座单元包括摇晃器，该摇晃器联接到壳体并配置为接合托盘组件。摇晃器被配置为摇晃托盘组件。该电子控制系统的致动器模块配置为产生摇晃器信号以使得托盘组件的摇晃。
在一些实施例中，计算机实施的方法包括在细胞培养组件的电子控制系统处接收来自细胞培养组件的传感器的传感器输出。该细胞培养组件包括可联接到可重复使用的基座单元的一次性细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件包括托盘、联接到第一容器的第一盖、联接到第二容器的第二盖以及联接到托盘的多端口阀。该多端口阀包括多个可选端口和联接到流体泵的主端口。第一容器或第二容器中的至少一者包含多个细胞。基于传感器输出产生与第一容器和第二容器之一内的多个细胞的量相关联的细胞信号。基于细胞信号，在电子控制系统处产生用于致动多端口阀的阀控制信号或致动流体泵的泵控制信号中的至少一者以启动流体流出第一容器或第二容器中的至少一者的流动。
在一些实施例中，传感器是被配置为移动传感器的光学测量组件的一部分，而该方法还包括向光学测量组件发送位置信号以将传感器移动到相对于第一容器或第二容器中的至少一者的测量位置。在一些实施例中，细胞传感器是显微镜，而来自显微镜的传感器输出是图像。该电子控制系统可以基于图像产生指示第一容器或第二容器内的细胞解离的细胞信号。
在一些实施例中，基座单元包括摇晃器，该摇晃器可操作地联接到托盘组件的托盘。该方法可选地包括从电子控制系统向摇晃器发送摇晃器信号以致动托盘组件的摇晃来维持第一容器或第二容器中的至少一者内的细胞处于悬浮状态。在一些实施例中，该方法包括在发送摇晃器信号之后发送致动器信号或泵信号中的至少一者以使流体混合物流出第一容器和第二容器之一并流入以流体方式联接到第一容器和第二容器之一的计数芯片。
在一些实施例中，计算机实施的方法可以控制细胞培养组件内的流体移动，该细胞培养组件包括联接到可重复使用的基座单元的一次性细胞培养托盘组件。该方法包括经由细胞培养组件的电子控制系统的致动器模块产生第一阀控制信号和第一泵控制信号。第一阀控制信号使基座单元的阀致动器致动多端口阀以将多端口阀的第一可选端口流体地联接到多端口阀的主端口。主端口流体地联接到流体泵，并且每个可选端口流体地联接到第一细胞培养容器、第二细胞培养容器、试剂容器或废物容器之一。第一泵控制信号使基座单元的泵致动器致动流体泵以将细胞培养基从第一细胞培养容器移动到废物容器。产生第二阀控制信号，使阀致动器致动多端口阀以将第二可选端口流体地联接到主端口，并产生第二泵控制信号，使泵致动器致动流体泵以将试剂从试剂容器中移动到第一细胞培养容器。产生第三阀控制信号，使阀致动器致动多端口阀以将第三可选端口流体地联接到主端口，并产生第三泵控制信号，使泵致动器致动流体泵以将多个细胞从第一细胞培养容器移动至第二细胞培养容器。
在一些实施例中，该方法包括经由致动器模块产生第四阀控制信号，使阀致动器致动多端口阀以将第四可选端口流体地联接到主端口，并且产生第四泵控制信号，使泵致动器致动流体泵以将洗涤培养基从洗涤容器移动到多端口阀、保存容积或联接到多端口阀的管或细胞培养容器之一。
在一些实施例中，基座单元包括细胞传感器并且该方法包括接收来自细胞传感器的输出。产生指示第一细胞培养容器内细胞解离的细胞信号。该致动器模块响应于细胞信号产生第三阀控制信号或第三泵控制信号中的至少一者。在一些实施例中，该方法包括产生对准信号以将细胞传感器移动到与第一细胞培养容器对准。
在一些实施例中，计算机实施的方法可以基于一个或多个容器内的流体量的测量值或计算值来控制细胞培养组件内的流体移动。该细胞培养组件包括联接到可重复使用的基座单元的一次性细胞培养托盘组件。该方法包括经由细胞培养组件的电子控制系统的致动器模块产生第一阀控制信号和第一泵控制信号。第一阀控制信号使基座单元的阀致动器致动多端口阀以将多端口阀的第一可选端口流体地联接到多端口阀的主端口。主端口流体地联接到流体泵。每个可选端口流体地联接到细胞培养容器、第二细胞培养容器或细胞培养基容器之一。第一泵控制信号使基座单元的泵致动器致动流体泵以将第一体积的细胞培养基从细胞培养基容器移动到第一细胞培养容器。确定第一细胞培养容器内的流体体积。该方法包括当流体体积小于阈值体积时经由致动器模块产生第二阀控制信号和第二泵控制信号。第二阀控制信号使阀致动器致动阀或以其他方式维持第一可选端口和多端口阀的主端口的流体联接。第二泵控制信号使基座单元的泵致动器致动流体泵以将第二体积的细胞培养基从细胞培养基容器移动到第一细胞培养容器。该方法包括当流体体积高于阈值体积时经由致动器模块产生第三阀控制信号和第三泵控制信号。第三阀控制信号使阀致动器致动多端口阀以将多个可选端口中的第二可选端口流体地联接到多端口阀的主端口。第三泵控制信号使基座单元的泵致动器致动流体泵以将多个细胞从第一细胞培养容器移动到第二细胞培养容器。
在一些实施例中，一种方法包括从外部保护外套中取出细胞培养托盘组件。该托盘组件包括托盘、第一盖、第二盖和多端口阀。第一盖联接到托盘并且配置为可移除地联接到第一容器。第一盖包括第一液体交换口和第一气体交换口。第二盖联接到托盘并且配置为可移除地联接到第二容器。第二盖包括第二液体交换口和第二气体交换口。多端口阀联接到托盘并且包括主端口和多个可选端口。多个可选端口中的第一可选端口与第一盖的第一液体交换端口无菌地连接，而多个可选端口中的第二可选端口与第二盖的第二液体交换端口无菌地连接。通过第一容器的开口将至少一个细胞添加到第一容器中。第一盖固定到第一容器以封闭开口。该托盘组件联接到基座单元。基座单元的阀致动器在将托盘组件联接到基座单元之后或在将托盘组件到基座单元的同时与托盘组件的多端口阀接合。流体泵联接到基座单元的泵致动器。
在一些实施例中，该方法包括在联接托盘组件和联接流体泵之后，将基座单元以及联接到其上的托盘组件一起移动到温育环境。在一些实施例中，该方法包括从托盘组件移除多端口阀并将多端口阀联接到基座单元，使得基座单元的阀致动器配合地接合多端口阀。在一些实施例中，在多端口阀的第一可选端口无菌地联接到第一盖并且多端口阀的第二可选端口无菌地联接到第二盖的同时执行移除多端口阀。在一些实施例中，移除、添加和固定在无菌环境中进行。在一些实施例中，在将第一盖固定到第一容器之前，将一定体积的试剂和至少一个细胞添加到第一容器中。在一些实施例中，在将第一盖固定到第一容器之后，将第一容器联接到托盘组件的联接器上。在一些实施例中，该方法还包括经由管道将流体泵联接到多端口阀的端口。在一些实施例中，将流体泵联接到多端口阀包括将多端口阀的主端口经由管道联接到流体泵。
术语“约”在与提及的数字指示结合使用时是指提及的数字指示加上或减去该提及的数字指示的最多10％。例如，“约100”是指从90到110。术语“大致”在与例如几何关系、数值和/或范围结合使用时旨在传达如此限定的几何关系(或其所描述的结构)、数量和/或范围名义上是所列举的几何关系、数量和/或范围。例如，本文描述为“大致平行”的两个结构旨在表达：尽管期望平行的几何关系，但可能在“大致平行”布置下出现某种不平行。作为另一个示例，限定“大致为0.50毫升(mL)”的体积的结构旨在传达：虽然期望所述体积，但当体积“大致”是所述体积时(例如0.50毫升)可以出现一些公差。这些公差可以由制造公差、测量公差和/或其他实际考虑(例如，微小的缺陷、如此限定的结构的老化、施加在系统内的压力或力等)导致。如上所述，合适的公差例如可以是所述几何构造、数值和/或范围的±10％。
如本文所用，术语“试剂”包括与本文所述的任何反应结合使用的任何物质。例如，试剂可以包括缓冲液、酶、细胞培养基、洗涤溶液等。试剂可以包括一种或多种成分的混合物。试剂可以包括这样的成分，而不管它们的物质状态(例如，固体、液体或气体)如何。此外，试剂可以包括可以以混合状态、非混合状态和/或部分混合状态包含在物质中的多种成分。试剂可以包括活性成分和惰性成分。因此，如本文所用，试剂可包括非活性和/或惰性成分，例如水、着色剂等。
如本文所用，术语“组”可以指代多个特征或具有多个部分的单个特征。例如，当提及一组壁时，该组壁可以被认为是具有多个部分的一个壁，或者该组壁可以被认为是多个不同的壁。因此，一个整体构建的物品可以包括一组壁。这样的一组壁可以包括例如彼此连续或不连续的多个部分。一组壁也可以由多个物品制成，这些物品分别生产并随后结合在一起(例如，通过焊接、粘合剂或任何合适的方法)。
图1A图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的示意图。该示例性自动化细胞培养系统100具有三个细胞培养器皿111、113和115。例如，这些器皿可以是实验室培养瓶或培养皿。细胞培养器皿保存细胞培养物、生长的培养基以及与细胞培养物相关联的任何其他添加剂或试剂。器皿内的细胞培养物可以是任何种类的贴壁或悬浮细胞培养物。
流体泵103和105是包含内部流体贮存器的单端口流体泵。单端口流体泵的一个示例是与注射器驱动器配合的注射器。注射器流体泵可以通过拉出注射器的柱塞在贮存器中产生抽吸力来将流体吸入其内部贮存器。类似地，注射泵可以通过将柱塞推回注射器来将流体推出贮存器。在其他实施例中，一个或两个流体泵103、105可以包括具有单独贮存器的双向直列泵。该双向泵可以是例如蠕动泵或基于叶轮的流体泵，其能够沿流体通道你两个方向泵送流体。双向直列泵可以在一端与专用贮存器配合，而另一端用作输入和输出端口，其行为类似于注射泵。与泵配合的专用贮存器可以是柔性和密封的，例如袋子或小袋，使得当流体被泵出贮存器时不会在贮存器中形成气穴。
流体泵103和105分别流体地联接到多端口阀107和109。多端口阀107和109具有一个主端口和多个可选端口。多端口阀可以选择性地将主端口流体地一次连接到可选端口之一。如果多端口阀的主端口联接到选定端口，则其他可选端口被密封并且不与主端口流体连接。当多端口阀的主端口流体地连接到可选端口时，流体可以沿任一方向流过该阀。即，流体可通过主端口流入多端口阀并通过选定端口流出，或者流体可沿相反方向流动，通过选定端口流入多端口阀并通过主端口流出。在一些实施例中，多端口阀可以是机械阀设备，而在其他实施例中，多端口阀可由微流体芯片部件组成。
流体泵103和105、多端口阀107和109以及细胞培养器皿111、113和115都通过流体通道流体互连。在一个实施例中，流体通道由柔性管道组成。在其他实施例中，一些或所有流体通道可以是刚性管道，或处于基板中的通道。在图1A所示的示例中，流体泵103通过柔性管道流体地联接到多端口阀107的主端口。多端口阀107有若干可选端口107a-d。可选端口107a流体地连接到细胞培养器皿111，可选端口107b流体地连接到细胞培养器皿113，而可选端口107c流体地连接到细胞培养器皿115。可选端口107d流体地连接到容器119。容器119可以是用于向自动化细胞培养系统供应流体或接纳来自自动化细胞培养系统的流体的任何种类的流体容器。例如，容器119可以是用于接纳来自自动化细胞培养系统的废物的废物容器。在另一个示例中，容器119可以包含新鲜的细胞培养基以向细胞培养器皿供应新鲜的培养基。
流体泵105、多端口阀109和容器117被配置为类似于流体泵103、多端口阀107和容器119。多端口阀109具有若干可选端口109a-d。可选端口109a流体地连接到细胞培养器皿111，可选端口109b流体地连接到细胞培养器皿113，而可选端口109c流体地连接到细胞培养器皿115。可选端口109d流体地连接到容器117。
在操作中，在图1A所示的示例中的流体泵、多端口阀、容器和细胞培养器皿的组合可以用于将液体转移到细胞培养器皿和容器中或从细胞培养器皿和容器往外转移液体。在一些实施例中，第一流体泵103用于将培养基从容器119添加到细胞培养器皿，而第二流体泵105用于将培养基从细胞培养器皿移除到容器117。在另一个实施例中，单个流体泵用于添加和从细胞培养器皿和容器中移除。在一些实施例中，包括细胞培养器皿111、113、115和多端口阀107和109的组101的部件可以与流体泵103和105以及容器117和119分开。可以在组装的第一阶段独立建立组101中的部件之间的流体连接，然后在稍后阶段连接附加部件。组101的部件可以在第一阶段独立灭菌或处理，然后在第二阶段引入其余部件。可以通过无菌连接进行组101的部件和其他部件之间的流体连接，以使污染物不会被引入组101的已灭菌部件中。细胞培养器皿111、113、115可以使用管道和无菌连接连接件而连接到阀107和109，使得该器皿当器皿中的细胞要被移除来供使用或分析时可以无菌地与系统断开。
图1B图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的示意图。自动化细胞培养系统110包括一个双向流体泵121。在该实施例中，细胞培养器皿111、113、115、多端口阀107和109以及容器117和119与结合图1A描述的对应物相同。在图1B中，流体泵121是双端口流体泵，例如蠕动泵。该双端口流体泵121的第一端口121a流体地连接到多端口阀107的主端口，而流体泵121的第二端口121b流体地连接到多端口阀109的主端口。流体泵121能够沿两个方向泵送流体。在第一操作模式中，流体泵121将流体从端口121a泵送到端口121b，而在第二操作模式中，流体泵121将流体从端口121b泵送到端口121a。
图2图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的俯视图。自动化细胞培养系统200具有两个流体泵、两个多端口阀和12个细胞培养器皿。为清楚起见，在所示示例中未包括流体连接件，但是应当理解，自动化细胞培养系统的各种部件中的至少一些在使用时将被流体地连接。可移除托盘223包含细胞培养器皿201-212和多端口阀213和215。每个细胞培养器皿由无菌盖(例如盖住细胞培养器皿206的无菌盖237)盖住。每个细胞培养器皿由支承细胞培养器皿206的诸如支架217、219和221之类的支架可移除地固定到可移除托盘223。可移除托盘223可移除地插入基座壳体235中，并由引导件225a-f引导。基座壳体235包含两个注射器式流体泵。第一流体泵由注射器229和注射器致动器227组成。注射器致动器227推拉注射器229的柱塞，实现流体流入和流出注射器。在一个实施例中，注射器致动器是线性致动器，然而可以使用任何其他推拉注射器柱塞的方法。第二泵由注射器233和注射器致动器231组成。
图3A图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的基座壳体的俯视图。图示的示例性基座壳体301包含流体泵305和307以及多端口阀致动器309和311。基座壳体301还包括控制器，该控制器控制流体泵、多端口阀和任何其他系统(例如自动化细胞计数系统、血细胞计数器、成像系统、显微镜或其他测量或分析系统)的致动，以促进自动化细胞生长。该控制器可以包括一个或多个处理器，该处理器被配置为执行包含在一个或多个存储系统上的指令以控制自动化细胞培养系统和其他相应系统。此外，该控制器可以包括一个或多个网络接口，通过该网络接口可以发送或接收各种通知或数据传输。
图3B图示了根据一个实施例的自动化细胞培养系统的可移除托盘组件。可移除托盘组件303配置为与基座壳体301配合。当可移除托盘组件303放置在基座壳体301的顶部时，多端口阀致动器309和311分别与多端口阀319和321机械联接。例如，在一个实施例中，多端口阀致动器309旋转多端口阀319的内部构件以将多端口阀319的主端口与可选端口319a-d之一对准。多端口阀319和321以及细胞培养器皿313、315和317被承载在可移除托盘303上。当基座壳体301和可移除托盘303组合时，流体泵305和307可以流体地连接到多端口阀319和321的主端口。
在一些实施例中，基座壳体301还可以包括摇晃器，该摇晃器配置为相对于基座壳体摇晃可移除托盘组件303。该摇晃器可以以摇摆运动、振动运动、圆形涡旋运动或对细胞培养有用的其他运动来摇晃托盘。在一些实施例中，单独的细胞培养器皿可以通过在细胞培养器皿和可移除托盘之间移位的独立摇晃器独立摇晃。独立摇晃器可用于当只有一部分细胞培养器皿需要摇晃时摇晃托盘的所有细胞培养器皿是不利的应用中。在一些实施例中，独立摇晃器可以集成到用于将细胞培养器皿固定到可移除托盘的一个或多个支架中。在一些实施例中，摇晃器可具有布置在基座壳体内的有源部件，其与可移除托盘上的无源部件机械配合，类似于可移除托盘上的多端口阀可如何与基座壳体中的致动器机械联接。
在使用中，可移除托盘303可以根据需要与基座外壳301分离地配置有任何数量或配置的多端口阀、细胞培养器皿和流体管道。然后，可移除托盘303及其相关部件可以在引入基座外壳301之前进行密封和灭菌。在一些实施例中，可以在托盘303灭菌后的无菌环境中将细胞培养器皿添加到托盘303中。基座壳体301可以保持静止，并且任何机电部件(例如布置在基座外壳内的阀致动器和泵机构)不需要经受运输或灭菌程序，因为基座外壳的部件不与可移除托盘303上的无菌系统流体接触。如果使用注射器式流体泵，则可将无菌注射器放置在注射器致动器中以供使用，使得注射器致动器不与无菌系统中的任何流体接触。类似地，蠕动泵可以使用管道的无菌部分，使得与基座壳体相关联的静止部件不会与无菌系统流体接触。
图4图示了根据一个实施例的与示例性基座壳体配合的自动化细胞培养系统的示例性可移除托盘。如该示例中所示，自动化细胞培养系统400包括可移除托盘401和基座壳体403。可移除托盘401包含多端口阀405和407以及细胞培养器皿409、411和413。可移除托盘401下降到基座壳体403上，其中多端口阀致动器415和417分别与多端口阀405和407对准。一旦可移除托盘401下降到基座壳体403上，多端口阀致动器415和417就与多端口阀405和407机械联接。在两个部分结合之后，流体泵419和421例如通过手动连接步骤流体地连接到可移除托盘上的多端口阀405和407。
图5图示了根据一个实施例的示例性多端口阀的横截面视图。在该实施例中，多端口阀500包括阀体503，该阀体503在顶侧具有主端口507和围绕其圆周散布的多个可选端口505和509。此横截面视图中图示了两个可选端口；然而，应当理解，多端口阀的各种实施例可以包括任何数量的可选端口。
阀体503在其下侧具有圆柱形空腔，可旋转圆柱形阀转子501插入到该圆柱形空腔中。流体通道517处于可旋转圆柱形阀转子501内，并且将可旋转圆柱形阀转子501的轴向主端口流体地连接到可旋转圆柱形阀转子501的径向主端口。流体通道513处于阀体503内，并且将主端口507流体地连接到可旋转圆柱形阀转子501的流体通道517。流体通道513和流体通道517之间的连接在可旋转圆柱形阀转子501旋转时保持恒定不变，因为两个流体通道都在阀体503的圆柱形空腔内以可旋转圆柱形阀转子501的旋转轴为中心。
在图5所示的状态下，可旋转圆柱形阀转子501旋转，以使得流体通道511与流体通道517对准。因此，通过流体通道513、流体通道517和流体通道511建立从主端口507到可选端口505的流体回路。在该图示状态中，流体通道515以及可选端口509因可旋转圆柱形阀转子501的实心部分的存在而被密封。在操作中，可旋转圆柱形阀转子501可以旋转以建立从主端口507到可选端口509流体通路，同时密封可选端口505和流体通道511。
多端口阀500可以由任何合适的材料制成，而阀体503和阀转子501可以由相同或不同的材料制成。可以使用的材料的示例包括塑料、基于TFE的材料(例如聚四氟乙烯PTFE)、金属、橡胶或类似材料。在一些实施例中，阀体503和阀转子501可以被机制成以非常紧密的公差配合，从而在两个部件之间形成流体密封。在一些实施例中，可以将额外的垫圈、轴承、密封件和/或凸缘并入多端口阀500中以提供阀体503和阀转子501之间的流体密封连接。
图6A图示了根据一个实施例的示例性多端口阀的示例。在该示例中，多端口阀600具有轴向端口601和八个可选端口，其中四个(端口603、605、607和609)在图6A的透视图中是可见的。图6B图示了多端口阀600的底视图，示出了机械联接器611，其被配置为机械地联接到多端口阀致动器。相应的多端口阀致动器具有形状为接受机械联接器611并将旋转机械能传递到多端口阀600的空腔。
图7图示了根据一个实施例的无菌细胞培养器皿盖。在该示例实施例中，细胞培养器皿盖703固定到细胞培养器皿701。在该示例实施例中，细胞培养器皿盖703具有三个端口705、707和709。在该示例中，三个端口垂直对齐。如果细胞培养器皿701充满液体，例如细胞生长培养基，则将经由最下端口709进入的管道可以浸没在液体中，使得液体可以使用管道经由端口709虹吸出来。经由中间端口707进入的管道可以放置成使得管道不与细胞培养器皿的内容物发生液体接触，从而可以将额外的液体添加到细胞生长器皿中而不会污染通向端口707的流体路径。端口705可以配置为允许将气体交换进出细胞生长器皿701。在一些实施例中，端口705包括过滤器，用于过滤进入培养瓶中的气体以对气体进行灭菌。在一些应用中，自动化细胞培养系统可以放置在温育器中以调节细胞培养器皿附近的环境。在一些实施例中，温育器可以与自动化细胞培养系统基座壳体集成。在一个实施例中，要调节的环境特性包括气体混合物、温度和湿度水平。在一个实施例中，温育器根据待生长的细胞系调节气体混合物、温度和湿度水平。在一些实施例中，端口705可以附接到环境调节装置，该装置管理细胞培养器皿内的气态环境的温度、湿度、氧合、气体混合和其他此类参数。可以创建无菌盖以配合任何细胞培养器皿，使得用于手动细胞培养的任何培养物器皿都可以与系统集成。
图8图示了根据一个实施例的细胞培养器皿盖的横截面视图。细胞培养器皿盖803被拧到细胞培养器皿801的口部上，使得细胞培养器皿盖803的螺纹与细胞培养器皿801的口部的螺纹接合。在该示例性实施例中，细胞培养器皿盖803具有液体端口807和气体端口811。液体通道809与液体端口807以螺纹接合。气体过滤器805与气体端口811以螺纹接合。气体过滤器805可以允许气体交换进出细胞培养器皿，同时阻止任何微生物或病原体从外部进入细胞培养器皿。在一个实施例中，气体过滤器805是0.22微米过滤器。
图9图示了根据一个实施例使用具有单端口泵的自动化细胞培养系统将液体从第一器皿转移到第二器皿的方法的步骤。在该示例中，自动化细胞培养系统具有单端口泵，例如如上所述的注射器型泵，或具有附接到一个端口的保存器皿的双端口泵。该方法可用于将液体从任何器皿转移到另一个器皿。例如，第一器皿可以是细胞培养器皿，而第二器皿可以是废物容器。在另一个示例中，第一器皿可以是新鲜细胞生长培养基的容器，而第二器皿可以是细胞培养器皿。
在图9中，在步骤901，具有主端口的多端口阀被配置为选择与第一器皿流体连通的可选端口，该主端口要么连接到单端口泵要么连接到具有保存器皿的双端口泵。在步骤902，致动单端口泵，以便将流体从第一器皿抽出并进入单端口泵的贮存器，或者类似地致动双端口泵，以便将流体抽入保存器皿。接下来，在步骤903，多端口阀被配置为选择与第二器皿流体连通的可选端口。然后，在步骤904，流体被泵出单端口泵的贮存器，或类似地由双端口泵通过配置的多端口阀泵出保存器皿并泵入第二器皿。
自动化细胞培养系统的一些实施例可以使用具有流体地连接到每个端口的多端口阀的双端口泵。双端口泵可以是单向的，也可以是双向的。双端口泵不需要像单端口泵那样将液体转移到保存贮存器中，而是可以直接从一个器皿泵送到另一个器皿。图10图示了根据一个实施例使用具有双端口泵的自动化细胞培养系统将液体从第一器皿转移到第二器皿的方法的步骤。在该示例中，双端口泵的第一端口流体地连接到第一多端口阀的主端口，而双端口泵的第二端口流体地连接到第二多端口阀的主端口。在步骤1001，第一多端口阀被配置为选择与第一器皿流体连通的可选端口。在步骤1002，第二多端口阀被配置为选择与第二器皿流体连通的可选端口。最后，在步骤1003，双端口泵被致动以沿第一端口到第二端口的方向泵送，使得将液体从第一器皿泵送到第二器皿中。
对于本文公开的任何实施例，简单提及从第一器皿泵送到第二器皿可替代指代适当的方法，这取决于自动化细胞培养系统是配置有单端口泵还是双端口泵。自动化细胞培养系统的一些实施例还可以在一个系统中组合双端口泵和单端口泵，使得一个泵送步骤可以使用一种类型的泵，而另一泵送步骤可以使用不同类型的泵。
在一些实施例中，例如，如果观察到干细胞的分化迹象，则可以将来自不同来源的培养基喂给细胞，这取决于观察到的细胞状况。在一个实施例中，该方法的第一步是观察细胞的状况，例如干细胞分化的迹象。第一步可以由显微镜、摄像头或其他测量装置执行。该方法的第二步是基于细胞的状况选择合适的培养基源。该方法的第三步是致动单端口泵或双端口泵系统以将培养基从选定的培养基源转移到包含细胞的器皿中。
在一些实施例中，自动化细胞培养系统包括显微镜，该显微镜可以移动以对自动化细胞培养系统的任何细胞培养器皿的内容物进行成像。在一些示例中，显微镜可以安装在能够将显微镜移动到细胞培养器皿的机械系统(例如2维或3维台架机构或铰接机械臂机构)上。在一些实施例中，显微镜可以保持静止，而自动化细胞培养系统被移动以将独立细胞培养器皿定位在静止显微镜的视野中。在一些实施例中，显微镜和移动组件可以包含在自动化细胞培养系统的基座壳体内，使得细胞培养器皿可以从它们的底侧成像。在这样的实施例中，支承细胞培养器皿的可移除托盘在细胞培养器皿下方可以具有透明窗口或切口，以允许显微镜对其中包含的细胞进行成像。在一些实施例中，可调节和可控的光源被放置在细胞培养器皿的与显微镜相反的一侧上，以为显微镜提供光源。例如，光源可以安装在一机械系统(类似于显微镜)上，该机械系统能够根据需要将光源移动到任何细胞培养器皿。在一些实施例中，可以将固定光源放置在自动化细胞培养系统的一侧，使得每个细胞培养器皿都被充分照明。
自动化细胞培养系统也可以包括其他成像装置。例如，自动化细胞培养系统可以包括一个或多个摄像头或成对的LED和光传感器，以对细胞培养器皿的内容物进行成像。这种类型的成像仪可用于测量和监测细胞培养器皿的宏观视觉特性。例如，彩色摄像头或成对的LED和光传感器可用于监测含有基于颜色的pH指示剂(如酚红)的细胞培养器皿内容物的颜色，可以根据基于颜色的pH指示剂确定细胞培养器皿的内容物的颜色。在一个实施例中，每个细胞培养器皿支架可以包括用于对细胞培养器皿的内容物进行成像的摄像头。在另一个实施例中，单个摄像头可以以与可以移动显微镜相同或相似的方式机械地移动到每个细胞培养器皿，以对每个细胞培养器皿成像。在一个实施例中，LED和光传感器可以以与可以移动显微镜相同或相似的方式机械地移动到每个细胞培养器皿，以监测细胞培养器皿的颜色。
在一些示例性实施方式中，一个或多个托盘外装置可以与自动化细胞培养系统对接。例如，自动化细胞计数机可以流体地连接到多端口阀的可选端口，使得可以将细胞培养器皿内容物的样本输送到自动化细胞计数机。在一些实施例中，自动化细胞计数机可以由控制器控制，使得利用自动化细胞计数机计数细胞的整个过程由自动化细胞培养系统自动化。作为进一步的示例，细胞计数室可以流体地连接到多端口阀的可选端口，使得可以将细胞培养器皿内容物的样本输送到细胞计数室。显微镜可以对细胞计数室成像以对细胞计数室中的细胞进行计数。作为进一步的示例，外室可以流体地连接到多端口阀的可选端口，使得可以将细胞培养器皿的内容物的样本输送到外室。LED和光传感器可用于测量外室中溶液的混浊度。作为进一步的示例，为了采集细胞样本，采样器皿可以无菌地连接到多端口阀上的端口，使得可以将细胞培养器皿内容物的样本输送到该器皿，然后可以无菌地断开器皿并带走细胞。
自动化细胞培养系统的一些操作可能需要各种支持方法或程序。例如，流体管线或泵可能需要在泵送液体通过管线之前进行灌注。例如，从一培养瓶新的生长培养基到多端口阀的流体管线可能需要在将新的生长培养基泵入细胞培养器皿之前进行灌注。为此，可以将少量新的生长培养基从新的生长培养基瓶中泵送到废物瓶中，以确保管线没有气穴。
类似地，管线、泵或阀可能需要定期清洗或冲洗以移除污染物。这可以通过将洗涤流体泵送通过管线、泵或阀一段时间或直到管线、泵或阀被充分冲洗来实现。
图11图示了用于贴壁细胞系维护的方法的步骤。在步骤1101，将器皿中的用过的细胞培养生长培养基泵出器皿并泵入废物容器。在步骤1102，将确定量的新细胞培养生长培养基泵入器皿中。
图12图示了用于贴壁细胞系维护或扩增的方法的步骤，其中传代到新的细胞培养器皿。与结合图11讨论的方法相反，这里将细胞培养器皿的贴壁细胞转移到新器皿中。在步骤1201，将器皿中的细胞培养生长培养基泵出器皿并泵入废物容器。然后，在步骤1202，将洗涤溶液泵入器皿中，并且在步骤1203，可以可选地摇晃器皿。接下来，在步骤1204中，将洗涤溶液泵出器皿并泵入废物容器。
在步骤1205，将解离试剂泵入器皿中。解离试剂的一个示例是胰蛋白酶。解离试剂用于重悬粘附在细胞培养器皿壁上的细胞。取决于正在培养的细胞和所使用的解离试剂，可以轻轻摇晃细胞培养器皿以帮助将贴壁细胞与细胞培养器皿壁分开。然后在步骤1206，自动化细胞培养系统等待可配置的时间量，这取决于正在培养的细胞和所使用的解离试剂。在替代实施例中，自动化细胞培养系统用显微镜动态监测细胞从器皿的解离以确定解离量何时达到阈值。在步骤1206的等待期间，容器可以可选地被摇晃。在步骤1207，可选地，细胞被成像以观察贴壁细胞的解离。如果细胞没有充分解离，则自动化细胞培养系统可能会等待额外的时间。一旦贴壁细胞与细胞培养器皿壁充分解离，就可将解离试剂抑制剂或中和剂泵入细胞培养器皿中以停止解离试剂作用。在步骤1208，细胞培养器皿的内容物可以可选地从自动化细胞培养系统中移除并在离心机内旋转以将细胞与细胞培养器皿的液体内容物分开，然后重新悬浮。可以在步骤1209对细胞进行计数以确定细胞总数或细胞密度和存活百分比。在步骤1210，一部分细胞被转移到新的细胞培养器皿中。然后，在步骤1211，将确定量的新生长培养基泵入新器皿中。如果自动化细胞培养系统被配置为仅维持细胞系，则可以将原始细胞培养器皿与系统分离并丢弃，使得只有新器皿保留在系统中生长细胞。如果自动化细胞培养系统被配置用于细胞系的扩增，则可以保留原始容器，并向其中添加一定量的新生长培养基，使得原始细胞培养器皿和新细胞培养器皿都保留在系统中生长细胞。虽然在使用单个新器皿的背景下进行了描述，但应理解，该过程可扩展到任意数量的器皿，使得单个原始器皿可以分裂在任意数量的新器皿之间。
图13图示了用于利用可选传代的悬浮细胞系维护的方法的步骤。在步骤1301，可以轻轻摇晃细胞培养器皿以将细胞均匀分布在器皿中的生长培养基内。接下来，在步骤1302，对器皿内的细胞进行计数，并且在步骤1303，基于细胞计数或细胞密度确定新生长培养基的最佳量。在步骤1304，确定在添加确定量的新生长培养基后细胞培养器皿的最终液体体积。每次程序向细胞培养器皿中添加液体时，控制器都会记录和计算添加的液体量。这样，控制器保持每个细胞培养器皿中液体量的当前值。在步骤1305，将估计到的细胞培养器皿的最终流体体积与所使用的特定细胞培养器皿的所配置的最大体积进行比较。例如，器皿的总体积不能超过器皿的总容量。在一些实施例中，阈值最大体积可以显著小于器皿的总体积。如果估计到的最终流体体积小于所配置的阈值，则在步骤1306将确定量的新培养基添加到器皿中。如果估计到的最终流体体积大于所配置的阈值，则自动化细胞培养系统可以将细胞培养器皿的内容物分成两个或更多个细胞培养器皿以容纳估计到的最终流体体积。在这个示例方法中，细胞培养器皿(现在称为第一细胞培养器皿)的内容物将在第一细胞培养器皿和另外的第二细胞培养器皿之间分享。在步骤1307，可以将第一细胞培养器皿的一部分内容物转移到第二细胞培养器皿。第一和第二细胞培养器皿的内容物的比例由控制器记录。然后，在步骤1308，按第一和第二细胞培养器皿各自所包含的最终液体体积的量，成比例地将一定比例量的新细胞培养生长培养基添加到第一和第二细胞培养器皿中的每个中。例如，如果第一细胞培养器皿的流体内容物在第一细胞培养器皿和第二细胞培养器皿之间平均分配，则新培养基将在第一细胞培养器皿和第二细胞培养器皿之间类似地平均分配。
图14图示了用于悬浮细胞系扩增的方法的步骤。悬浮细胞系扩增的方法镜像了悬浮细胞系维护的方法，然而在步骤1407，即使总体积保持小于细胞培养器皿的总体积阈值，器皿的内容物也可以转移到新的细胞培养器皿中。即，当适合促进细胞生长而不是仅仅响应于细胞培养器皿中的容量耗尽时，可以将细胞转移到新的细胞培养器皿中。
图15图示了计算机系统的示例性机器，其中可以执行一组指令，用于使机器执行本文讨论的任何一个或多个方法。在替代实施方式中，机器可以连接(例如，联网)到LAN、内联网、外联网和/或互联网中的其他机器。该机器可以在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器(作为对等(或分布式)网络环境中的对等机器，或作为云计算基础设施或环境中的服务器或客户机)的身份运行。
机器可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、网络设备、服务器、网络路由器、交换机或桥，或任何能够执行一组指令(顺序或其他)的机器，这些指令指定该机器要采取的动作。此外，虽然图示了单个机器，但术语“机器”也应理解为包括单独或联合执行一组(或多组)指令以执行本文讨论的任何一个或多个方法的任何机器集合。
示例计算机系统1500包括处理装置1502、主存储器1504(例如，只读存储器(ROM)、闪存、诸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)之类的动态随机存取存储器(DRAM)等)、静态存储器1506(例如，闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)和数据存储装置1518，它们经由总线1530相互通信。
处理装置1502代表一个或多个通用处理装置，例如微处理器、中央处理单元等。更具体地，处理装置可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器，或实现其他指令集的处理器，或实现指令集组合的处理器。处理装置1502也可以是一个或多个专用处理装置，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等。处理装置1502被配置为执行用于实现本文讨论的操作和步骤的指令1526。
计算机系统1500还可以包括网络接口装置1508以通过网络1520进行通信。计算机系统1500还可以包括视频显示单元1510(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置1512(例如，键盘)、光标控制装置1515(例如，鼠标)、图形处理单元1522、信号生成装置1516(例如，扬声器)、图形处理单元1522、视频处理单元1528和音频处理单元1532。
数据存储装置1518可以包括机器可读存储介质1524(也称为计算机可读介质)，其上存储了实施本文描述的任何一种或多种方法或功能的一组或多组指令或软件1526。指令1526还可以在由计算机系统1500执行期间完全或至少部分地驻留在主存储器1504内和/或处理装置1502内，主存储器1504和处理装置1502也构成机器可读存储介质。
在一种实现方式中，指令1526包括用于实现与执行本文公开的装置的部件相对应的功能的指令。虽然机器可读存储介质1524在示例性实现方式中被示为单个介质，但术语“机器可读存储介质”应当被理解为包括单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关的缓存和服务器)，其存储一组或多组指令。术语“机器可读存储介质”还应理解为包括能够存储或编码一组指令以供机器执行并且使机器执行本公开的任何一种或多种方法的任何介质。术语“机器可读存储介质”应相应地包括但不限于固态存储器、光学介质和磁性介质。
图16A-16C图示了根据另一个实施例的自动化细胞培养系统的示意图。该示例性自动化细胞培养系统1600包括自耗或一次性细胞培养托盘组件1601(在本文中也称为“托盘组件”，参见图16A)和可重复使用的基座单元1620(参见图16B)。一次性托盘组件1601包括以下描述的各种部件，其中一些部件预先组装在托盘组件1601上(或与托盘组件1601一起)并封装在保护性外套内以将部件保持在无菌状态。在细胞培养过程期间使用托盘组件1601之前，可以在无菌环境(例如，层流罩)内将托盘组件1601的一些部件添加到托盘组件1601。当托盘组件1601已经组装好并准备好使用时，托盘组件1601可以联接到如本文更详细描述的基座单元1620。
如图16A所示，托盘组件1601包括托盘1602，该托盘1602可以可移除地联接到如本文所述的基座单元1620。在一些实施例中，托盘1602可以包括一个或多个透明或切口部分，使得可以从托盘1602下方看到布置在托盘1602的顶面上的物体。例如，如下文更详细描述的那样，细胞培养系统1600可以可选地包括成像装置和/或其他传感器，当托盘组件1601联接到基座单元1620时，它们布置在基座单元1620中和托盘1602下方。透明部分或切口可以允许通过透明部分或切口获得图像和/或其他数据，例如联接到托盘1602的细胞培养容器的内容物，如下面更详细地描述。在一些实施例中，托盘组件1601可以包括图16A中所示的细胞计数芯片1617。细胞计数芯片1617还可以包括底部透明部分并且可以用于获得关于如下所述的细胞培养容器的内容物的信息。在一些实施例中，细胞计数芯片1617可以联接到或安装在基座单元1620内，而不是预先组装在托盘组件1601上。
托盘组件1601还包括一个或多个可用于支承细胞培养器皿或容器的联接器1603。托盘1602可以可选地包括支座1604，其可以用于将试剂容器1605和废物容器1606可移除地联接到托盘1602(例如，在运输、初始设置等期间固定容器)。尽管图示了两个联接器1603，但在其他实施例中，可以只有一个或多于两个联接器1603。例如，在一些实施例中，托盘组件可以被配置为仅支撑一个细胞培养器皿，因此仅包括将细胞培养容器保持在托盘上的固定位置的单个联接器1603。类似地，虽然只示出了一个废物容器1606和一个试剂容器1605，但在替代实施例中，可以有多个废物和试剂容器。此外，虽然图16A示出了废物容器1606和试剂容器1605作为托盘组件1601的一部分，在其他实施例中，废物容器1606和/或试剂容器1605可以是自动化细胞培养系统1600内在使用过程中不联接到托盘1602的单独部件。例如，在一些实施例中，试剂容器1605可以用于容纳细胞培养基并且可以放置在自动化细胞培养系统1600的冷藏部分(未示出)或其他冷藏部位中。联接器1603和支座1604可以是附接到托盘1602的单独部件，也可以是与托盘1602一体或整体形成的部件。例如，在一些实施例中，联接器1603和/或支座可以包括可变形支架，可移动销钉或任何其他合适的结构将容器联接到托盘1602。在一些实施例中，托盘组件1602可以可选地包括把手1614，用户可以使用该把手1614来移动和搬运托盘组件1602。把手1614可以是与托盘1602分开的部件，也可以与托盘1602一体形成或整体形成。在一些实施例中，托盘组件1601可以不包括支座1604。在一些实施例中，尽管未示出，但托盘组件1601可以与一个或多个细胞培养器皿预先组装在一起。
托盘组件1601还包括多端口阀1607和一个或多个容器盖1608(图16A示出了两个容器盖1608)。容器盖1608可以用一次性打包安装件(图16A-16C中未示出)联接到托盘1602。盖1608分别被配置为联接到如下所述的不同细胞培养器皿。在这个示例性实施例中，有两个盖1608，但应该理解的是，可以提供不同数量的盖1608来容纳不同数量的细胞培养器皿。每个盖1608可包括液体交换端口(本文也称为“流体端口”)和气体交换端口(均未在图16A-16C中示出)。如图所示，每个流体端口都用管道联接到多端口阀1607的选择端口(参见图16A中的管道A、B、C和D)。气体交换端口可以允许气体从它所联接的细胞培养容器中转移出来。例如，在一些实施例中，盖1608可以类似于本文所示和描述的细胞培养器皿盖803或盖2408。例如，盖1608可以包括气体过滤器，其防止微生物和/或污染物进入细胞培养容器，从而允许经由盖1608的细胞培养和流体转移，同时与系统中的其他容器(例如，试剂容器1605、废物容器1606或其他容器)维持封闭(和/或无菌)系统。在一些实施例中，托盘组件可以可选地包括分别联接到试剂容器1603和废物容器1606的盖1609和1610。盖1609和/或盖1610在结构和功能上可以与盖1608和/或细胞培养器皿盖803相似。
多端口阀1607可以包括与上述针对先前实施例的多端口阀(例如，本文所述的多端口阀600或多端口阀2407)相同或相似的部件和相同或相似的功能。多端口阀1607可以包括被配置为联接到基座单元的流体泵1613的主端口(如下所述并在图16B和16C中示出)，以及多个可选端口，这些可选端口可以流体地联接到本文所述的细胞培养组件1600的盖1608、1609、1610和/或其他部件的液体交换端口。例如，可选端口中的一个端口可以无菌地和/或流体地联接到第一盖1608的第一液体交换端口，而第二可选端口可以无菌地和/或流体地联接到第二盖1608的第二液体交换端口。在一些实施例中，多端口阀1607的第三端口可以联接到试剂容器1605的液体交换端口，第四端口可以联接到废物容器1606的液体交换端口，而第五端口可以联接到细胞收获容器(图16A-16C中未显示)的液体交换端口。多端口阀1607可以联接到各种其他部件，例如细胞计数芯片、细胞收获容器、各种试剂和酶容器等。图59中提供了图示多端口阀的一些示例联接件的示例系统示意图。以这种方式，当致动时，多端口阀1607可促进自动化细胞培养系统1600内的各种容器之间的流体交换。例如，如本文所述，可致动多端口阀1607以促进细胞培养基或试剂向细胞培养容器的添加，细胞从细胞培养容器中的移除(例如，细胞传代或细胞收获)，或与细胞培养相关联的任何其他流体移动。
多端口阀1607可以预先组装并联接到托盘组件1601上的盖1608、1609、1610并封装在保护性外套1615内。这种布置允许最终用户将预打包的托盘组件1601接纳在保护性外套内。在一些实施例中，托盘组件1601可以在被放置在保护性外套中之前被灭菌。如本文所述，用户然后可以将所需要的细胞、试剂、细胞培养基等装载到容器中，并且可以在无菌环境中将预连接的盖联接到容器。然后托盘组件1601可以联接到基座单元并移动到可以进行流体交换以确保期望的细胞培养的如本文所述的温育环境中。
多端口阀1607被配置为接合基座单元1620的阀致动器1621。在一些实施例中，多端口阀1607可以包括安装部分1616，该安装部分被配置为配合地联接到基座单元1620的阀连接器1622。例如，安装部分1616可以具有这样的形状，使得它可以以类似拼图的方式联接到阀连接器1622。下面参考特定实施例描述这种安装部分和阀连接器的示例。如图16B和16C所示，当多端口阀1607接合到基座单元1620的阀致动器1621时，阀致动器1621可以致动多端口阀1607移动到选定的端口，以允许选择性地向和从托盘组件1601的各种容器和细胞培养容器(如下所述)转移流体。在一些实施例中，多端口阀1607可以联接到阀致动器1621，同时保持联接到托盘1602。例如，联接到阀致动器1621的阀连接器(未示出)可以布置在基座单元1620下方，其中托盘组件1602可移除地联接到基座单元1620(例如，类似于本文所述的基座单元301或基座单元2120)。在一些实施例中，多端口阀1607可以从托盘1602移除(同时保持联接到盖，从而保持封闭系统)并附接到例如如图16B和16C所示的基座单元1620的配合阀连接器1622。图16B示出了没有与其联接的多端口阀1607的联接器1622，而图16C示出了与其联接的多端口阀1607。换言之，多端口阀1607可以与托盘1602的配合安装凹穴1618(参见图16C)分离并且附接到基座单元1620的阀连接器1622。如上所述，阀1607的安装部分1616成形为配合地接合安装凹穴1618并配合地接合基座单元1620的阀连接器1622，以确保托盘组件1601和基座单元两者内的正确定位和对准1620。多端口阀1607的这种重新定位可以在盖1608、1609、1610保持无菌地联接到多端口阀1607的情况下实现。从托盘1602取下阀1607允许阀1607和阀致动器1621之间的接口固定，这非常适合包括摇晃器以相对于基座单元1620移动托盘1602的那些实施例。类似地说，通过将阀1607直接联接到基座单元1620，阀1607和阀致动器1621之间的接口不会被托盘1601和基座单元1620之间的相对运动破坏。
也在图16A中示出了可选泵支座1611，其可用于支承与多端口阀1607的主端口流体联接的端口连接器1612。该端口用于在制备用于细胞培养进程的托盘组件1601的过程中将流体泵1613连接至托盘流体1602。如本文所述，流体泵1613可用于在细胞培养系统1600中产生流体移动。流体泵1613可以是在细胞培养系统1600内产生压力和/或流动的任何合适的泵。例如，流体泵1613可以是包括活塞杆和注射器主体的注射器。注射器只是可用于细胞培养系统1600的一种流体泵的一个示例。可以使用各种其他容积式流体泵，例如蠕动泵。在一些实施例中，该泵可以是单端口泵，而在其他实施例中，该泵可以是如本文所述的双端口泵。当注射器用作泵1613时，它可以在细胞培养进程之前在无菌环境中附接到多端口阀1607和可选注射器支座1611。
基座单元1620(参见图16B和16C)包括壳体1623，壳体1623支撑基座单元1620的各种部件并且可以限定(或包括)接纳部分1624以接纳托盘组件1601并且可移除地将托盘组件1601联接到其上。在一些实施例中，接纳部分1624可以包括开口，托盘组件1601可以放置在开口中并且由托盘支撑件(未示出)支撑。在一些实施例中，托盘组件1601由基座单元1620的支撑部分支撑，使得托盘组件1601升高到基座单元1620的顶面之上。在一些实施例中，托盘组件1601至少部分地通过与基座单元1620的摇晃器(如下所述)的接合来进行支撑。在一些实施例中，托盘组件1601可以可移除地联接到单独的支撑构件，该支撑构件可联接到基座单元1620的壳体1623。基座单元1620还可以包括一个或多个透明部分或与托盘1602的透明部分对应的开口部分，使得可以获得与细胞培养容器的内容物相关联的图像和/或其他传感器数据。
基座单元1620包括上述阀连接器1622和阀致动器1621并且还包括流体泵部分1627和泵致动器1626。该泵致动器1626可以例如至少部分地布置在由壳体1623限定的开口1625内。如上所述，在一些实施例中，流体泵1613可以是注射器或其他类型的容积式流体泵，其流体地连接到多端口阀1607，然后联接到基座单元1620的流体泵部分1627。在注射器为流体泵1613的一些实施例中，流体泵部分1627可以包括支座(图16A-16C中未示出)，该支座可以用于将注射器1613支承并支撑在壳体1623上。支座可以是单独的部件或与壳体1623一体形成或整体形成的部件。流体泵1613可以流体地联接到多端口阀1607的主端口。在这个示例性实施例中，如图16C(示出了联接到基座单元1620的托盘组件1601)中所示，多端口阀1607被示出为与托盘组件1601分离并联接到阀连接器1622，而流体泵1613通过管材E联接到主端口。流体泵1613可以包括在泵体内的可移动构件(图16B和16C中未示出)。在系统1600的操作期间，可致动流体泵1613的可移动构件(例如，柱塞、转子)以产生将流体带入泵体的吸力并且可致动可移动构件以如前面实施例所述那样将流体推出泵体。
在一些实施例中，基座单元1620还可以包括摇晃器1628。摇晃器1628可以包括例如以圆形或半圆形运动移动托盘1602的轨道振动器。摇晃器1628可以被配置为如上文针对先前实施例所述那样相对于壳体1623摇晃可移除托盘组件1601。摇晃器1628可以以摇摆运动、振动运动、圆形涡旋运动或在细胞培养中有用的其他运动来摇晃托盘1602。在一些实施例中，单独的细胞培养器皿/容器可以由在细胞培养器皿和可移除托盘组件1601之间移位的独立摇晃器如前所述那样独立地摇晃。在一些实施例中，可以不包括摇晃器。
在一些实施例中，基座单元1620还可以可选地包括一个或多个传感器1629(图16B和16C中仅示出一个)和电子控制系统1630以控制细胞培养系统1600的任何部件(例如，阀致动器1621、泵致动器1626)的操作。该电子控制系统1630可以可选地例如在云计算环境内并入远程计算系统内、联接到远程计算系统或由远程计算系统提供。在一些实施例中，传感器1629可以安装到一装置以允许传感器可相对于基座单元1620的壳体1623移动。这种实施例的示例在下文中参考图32-34进行描述。传感器1629可以包括例如一个或多个成像装置、显微镜、彩色监视器或本文所述的任何其他类型的传感器。传感器可用于拍摄图像或其他类型的输出，这些图像和输出可用于确定获得的关于细胞培养容器(例如，1647、1648)内的内容物的信息，例如内容物的密度(用于在细胞培养过程期间确定容器内细胞(例如，悬浮细胞)的数量)或在例如贴壁细胞的情况下的汇合百分比(即容器区域被细胞覆盖的百分比)。在一些实施例中，传感器1629可用于经由细胞计数芯片1617拍摄细胞培养容器的内容物的样本部分的图像和/或其他类型的输出。例如，流体混合物在细胞培养容器内的样本可以被提取到细胞计数芯片1617中，并且可以将传感器1629移动到与细胞计数芯片1617对准的一位置并用于成像或以其他方式收集与细胞计数芯片1617上的样本流体混合物相关联的信息。在一些实施例中，传感器1629可操作地联接到电子控制系统1630或并入电子控制系统1630。
如上所述，在一些实施例中，还可以提供可以与例如成像装置结合使用的光或光源1682(参见图16B和16C)。在一些实施例中，光可以相对于基座单元1620的壳体移动。例如，光源可以安装在系统的托盘组件1601上方的可移动多轴台架上，这允许对其进行控制以移动到与基座单元内的显微镜相同的位置。在一些实施例中，光源可以可操作地联接到与成像装置相同的台架，使得成像装置和光源可以一起移动。在一些实施例中，系统1600可以包括一个或多个摄像头或成对的LED和光传感器以对细胞培养容器的内容物进行成像。
在一些实施例中，传感器1629可以包括阀位置传感器，该阀位置传感器被配置为产生与阀致动器的旋转位置相关联的阀位置信号。以这种方式，阀位置传感器可以检测哪些可选端口流体地联接到主端口(例如，流体泵1613)。在一些实施例中，传感器1629可以包括泵位置传感器，该泵位置传感器被配置为产生与泵的运动相关联的泵位置信号。以这种方式，泵位置传感器可以指示泵的行程和/或由泵移动的流体的体积。如本文所述，电子控制系统1630可基于泵位置信号确定细胞培养容器之一内(或添加至)其中一个的流体的估计量。
图17是可用于控制细胞培养系统操作的电子控制系统1630的示意图。提供电子控制系统1630的部件和架构作为示例，并且在一些实施例中，电子控制系统1630(或本文描述的任何电子控制系统)可以包括与图17中所示的部件不同的部件。此外，在一些实施例中，基座单元和/或细胞培养组件不需要包括如图17所示的电子控制系统。例如，在一些实施例中，基座单元1620(或本文所述的任何基座单元可包括本文所述的计算机系统1500)。在其他实施例中，基座单元1620不需要包括电子控制系统。
如图17所示，电子控制系统1630包括一个或多个处理器1631、一个或多个存储器部件1632、无线电设备1633和各种模块，例如致动模块1634、摇晃模块1635、流体流动模块1636、阀模块1637、泵模块1638、测量模块1641(也称为细胞传感器模块)和/或网络模块1640。虽然图17图示了如上所述那样位于基座单元1620内的电子控制系统1630，电子控制系统1630或其部分可以布置在基座单元1620外部(例如，在云计算环境内)。该电子控制系统1630可以通过例如泵致动器1626和阀致动器1621的致动来自动控制流体流入和流出各种容器。该电子控制系统1630还可以自动控制摇晃器1628、传感器1629和阀致动器1621的致动。流体泵1613、阀致动器1621、多端口阀1607上端口的选择等的操作和致动可以与如上文针对先前实施例所述的这些部件的操作相同或相似。如上文针对先前实施例所述，在操作中，流体泵、多端口阀的阀、容器和细胞培养器皿的组合可用于将液体转移到细胞培养器皿和容器以及从细胞培养器皿和容器转移出液体。
在准备细胞培养过程期间，托盘组件1601可以被放置在无菌环境(例如，层流罩)中并且可以移除外套1615。虽然可以在无菌环境(例如，流动罩)中制备细胞培养器皿或容器1617、1618(例如，将细胞和试剂添加到容器中)，固定到盖1608并放置在托盘1602上的联接器1603内。细胞培养容器1617、1618可以是任何已知类型的细胞培养容器，例如，如上文针对先前实施例所述的培养瓶或培养皿。废物容器1606和试剂容器1605可以在支座1604内以直立位置放置。在其他实施例中，废物容器1606和/或试剂容器1605可以放置在任何合适的部位以在细胞培养系统1600的其他部位内输送。
然后托盘组件1601可以如图16C所示那样联接到基座单元1620。在该实施例中，多端口阀1607与托盘组件1601脱离并且配合地联接到阀致动器1621，同时保持流体地联接到各种盖1608、1609、1610。流体泵1613可以经由一段管材E流体地连接到多端口阀1607。在注射器如上所述那样用作流体泵1613的情况下，注射器可以在无菌环境中联接到多端口阀1607并且在托盘组件1601联接到基座单元1620之前联接到托盘1602。然后可以将注射器1613移动到基座单元1620的支座(未示出)并联接到泵致动器1626，同时经由管道保持流体地联接到多端口阀1607。可以将废物容器1606和试剂容器1605从托盘1602中移除并放置在例如托盘1602旁边或附近的部位，和/或温育器或冰箱内。下文参考图21至图30描述了制备细胞培养系统1600以供使用的方法的更详细描述。该托盘组件1601可以在无菌环境内或无菌环境外联接到基座单元1620。细胞培养系统(具有联接到基座单元1620的托盘组件1601)可以放置在准备好进行细胞培养进程的温育器中。在一些实施例中，托盘组件1601可以联接到温育器内的基座单元1620。
本文所述的任何基座单元和/或托盘组件可用于执行本文所述的任何计算机实施方法。换句话说，本文所述的任何基座单元和/或托盘组件可以包括电子控制系统(或与其接口)以促进培养细胞的自动化(或半自动化)方法。如图17所示，电子控制系统1630可以经由网络1646(例如，互联网)，通过例如服务平台1642和细胞培养应用程序(即，App)1644，与其他远程计算装置(例如，计算装置1643)通信。该电子控制系统1630可以补充或替代地通过直接连接件(例如连接到基座单元1620的USB端口的线缆)与远程计算装置通信。与细胞培养系统1600联系起来进行描述的部件、模块和/或功能可以包括在本文所述的任何细胞培养系统内。例如，尽管未示出，但细胞培养系统200、300和400可以包括与电子控制系统1630相似或相同的电子控制系统。此外，尽管细胞培养系统1600被示出和描述为仅包括一个连接的计算装置1643，但在其他实施例中，细胞培养系统1600(以及本文描述的任何细胞培养系统)可以包括任何数量的任何连接的远程计算装置。
服务平台1642可以是被配置为经由网络1646与远程计算装置1643和/或细胞培养系统1600的任何其他部分通信的任何合适的计算机实现的接口和/或计算实体，例如服务器或个人计算机(例如，呼叫中心接口、其他远程计算装置等，未示出)。更具体地，服务平台1642可以从细胞培养系统1600内的装置(例如，基座单元或远程计算装置)接收信息，操纵信息并对细胞培养系统1600内的任何其他装置产生信息。例如，在一些实施例中，与托盘组件1601相关联的细胞密度或细胞汇合度信息可以从基座单元1620传输到远程计算装置1643。远程计算装置1643可以经由细胞培养应用程序1644为用户产生通知，并且可以响应此类通知接收来自用户的输入。然后，远程计算装置1643可以将输入(或指令)传输到服务平台1642。基于用户输入，服务平台1642可以将指令传输到基座单元1620，然后可以执行指令以执行期望的任务(例如，细胞传代)。以这种方式，服务平台1642可以控制和/或管理某些指令、通知和/或特征。类似地说，以这种方式，服务平台1642可以充当细胞培养系统1600的“后端”。
网络1646可以是微微网、因特网、内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、虚拟网络、电信网络、任何其他合适的通信系统和/或这样的网络的组合。网络1646可以实现为有线和/或无线网络。基座单元1620和远程计算装置1643可以经由任何合适的机构和/或通过任何协议联接到(或连接到)网络。例如，在一些实施例中，基座单元1620可以经由LTE直接协议或任何其他合适的协议(例如，基于宽带技术的IEEE 802.11ac标准的5G移动无线标准)而与网络1646、远程计算装置1643和/或服务平台1642直接通信。
虽然图17标识了基座单元1620，但电子控制系统1630可以并入本文所述的任何基座单元中(或与任何基座单元一起使用)。如上所述，基座单元1620包括或附接到电子控制系统1630。例如，在一些实施例中，电子控制系统1630可以联接到和/或在基座单元1620的壳体1623和/或任何其他部分内。类似地说，电子控制系统1630可以集成在基座单元1620内。然而，在其他实施例中，电子控制系统1630可以与基座单元1620分开但可操作地联接到基座单元1620(例如，无线连接或通过有线连接)。尽管电子控制系统1630被示为包括一个或多个处理器1631、一个或多个存储器部件1632、无线电设备1633和各种模块，例如致动模块1634、摇晃模块1635、流体流动模块1636、阀模块1637、泵模块1638、测量模块和/或网络模块1640，在其他实施例中，电子电路系统不需要包括所有(或任何)这些模块，并且可以包括本文描述的任何其他模块。例如，在一些实施例中，电子控制系统可以仅包括流动模块并且被配置为执行细胞传代和与其相关联的流动方法，并且不需要包括例如摇晃模块。
处理器1631和本文描述的任何处理器可以是用于执行本文描述的方法的任何合适的处理器。在一些实施例中，处理器1631可以被配置为运行和/或执行与细胞培养系统1600相关联的应用模块、过程和/或功能。例如，处理器1631可以被配置为运行和/或执行致动模块1634、摇晃模块1635和/或网络模块1640和/或本文描述的任何其他模块，并执行与其相关联的方法。处理器1631例如可以是现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)等。处理器1631可被配置为从存储器(例如存储器1632)取回数据和/或将数据写入存储器。如本文所述，在一些实施例中，处理器1631可与无线电设备1633协作地工作和/或执行来自代码的指令以用于提供信号以经由诸如网络1646之类的网络将电子控制系统1630通信地联接到计算装置1643(例如，经由无线通信)和/或任何其他计算实体。在一些实施例中，处理器1631是
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低能(BLE)处理器。
存储器1632可以是例如随机存取存储器(RAM)、存储器缓冲器、硬盘驱动器、数据库、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘、软盘、云存储等。在一些实施例中，存储器1632存储指令以使处理器1631执行与这种细胞培养系统1600和/或基座单元1620相关联的模块、过程和/或功能。例如，存储器1632可以存储指令以使处理器1631执行本文描述的任何应用模块，并执行与其相关联的方法。
如上所述，一个或多个传感器1629可以是分开的和/或包括在电子控制系统1630内，该电子控制系统1630可以包括例如成像装置、光学传感器、加速度计、温度传感器、接触传感器、位置传感器和/或任何其他合适的输入装置。在一些实施例中，传感器1629可以包括可操作以监测和/或测量多端口阀1607的各端口的位置(或选择)、流体泵1627的位置、温度、摇晃等。例如，在一些实施例中，传感器1629可以包括位置传感器，该位置传感器可操作以检测系统的多端口阀的位置。作为又一示例，传感器1629可以包括光学传感器，该光学传感器可操作以检测联接到托盘1602的细胞培养容器内的细胞密度(或数量)。在这样的实施例中，光学传感器可以检测光的衰减(例如，以检测光路内的细胞密度)。光学传感器可替代地拍摄图像(例如，经由光电元件、显微镜、电荷联接装置等)以确定细胞培养容器内的细胞量。作为又一示例，传感器1629可以包括加速度计，该加速度计可操作以在装置被摇晃时检测托盘组件1601的特征性运动或振动特征。
无线电设备1633(也称为接收器、发射器和/或收发器)可用于向
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处理器发送信号和/或从
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处理器接收无线电信号，所述信号例如是
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ZigBee、Wi-Fi信号1631，无线电设备1633可以与处理器1631集成。在其他实施例中，无线电设备1633可以包括与处理器1631不同的处理器。无线电设备1633可以用于将电子控制系统1630经由网络1646通信地联接到计算装置1643和/或任何其他计算实体。无线电设备1633可以包括或联接到陶瓷芯片天线、冲压天线、烧结天线、PCB导电迹线天线和/或任何其他合适的天线。
测量模块1641(在一些实施例中也称为细胞传感器模块)可以是硬件和/或软件模块(存储在存储器1632中和/或在处理器1631中执行)。如本文中更详细描述，在一些实施例中，测量模块1641被配置为接收来自电子控制系统1630的传感器1629的多个不同信号并且对电子控制系统1630内的各种其他模块产生信息。
流模块1636可以是硬件和/或软件模块(存储在存储器1632中和/或在处理器1631中执行)。如本文更详细描述的，流动模块1636可以被配置为接收与基座单元1620的泵或多端口阀的状态变化相关联的指示(例如，来自传感器1629)和/或转变信息并基于该指示或转变信息确定多端口阀1607的哪些阀打开和关闭以使流体移入和/或移出系统1600的特定容器。
网络模块1640可以是硬件和/或软件模块(存储在存储器1632中和/或在处理器1631中执行)。网络模块1640被配置为交换与基座单元1620和远程计算装置1643相关联的信息以便于通信进程。例如，基座单元1620的网络模块1640可以使远程计算装置1643和基座单元1620交换短期和/或长期安全密钥以完成配对和绑定进程。
通知模块1639可以是硬件和/或软件模块(存储在存储器1632中和/或在处理器1631中执行)。通知模块1639被配置为产生与本文所述的任何方法和/或应用模块相关联的通知。例如，在一些实施例中，通知模块1639可以产生经由无线电设备1633发送并且由远程计算装置1643的通知模块接收的通知。以这种方式，在细胞培养应用程序中执行的通知模块1639可以产生输出(例如，无线通信信号、GUI元素、听觉输出、视觉输出等)以通知用户事件。
摇晃模块1635、阀模块1637和泵模块1638都可以是硬件和/或软件模块(存储在存储器1632中和/或在处理器1631中执行)。这些模块可以被配置为接收与例如基座单元1620的泵或多端口阀的状态变化相关联的指示(例如，来自传感器1629)和/或转变信息，并基于该指示或转变信息确定在特定装置(例如，泵、阀、摇晃器)处执行什么动作。在一些实施例中，阀模块1637和/或泵模块1638可以各自提供与多端口阀1607和泵1627的位置相关联的信息。在一些实施例中，模块1637和1638可以包括编码器(或从其接收信息)。在一些实施例中，致动器模块1634可以执行摇晃模块1635、阀模块1637和/或泵模块1638的一些或全部功能。
例如，计算装置1643可以是移动计算实体，诸如智能移动电话(例如，
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装置、
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电话、
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电话等)，平板电脑(例如Apple
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Samsung
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装置、Microsoft
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装置等)或计算机(例如笔记本电脑、台式机、智能电视等)和/或任何其他合适的计算实体。计算装置1643可以包括处理器、存储器、用户界面1645和无线电设备。
远程计算装置1643的用户界面1645可以是例如向用户显示视觉元素的监视器或屏幕。用户界面1645可以是(智能手机的)触摸屏，可以在其上显示一系列图形用户界面(GUI)元素(例如，窗口、图标、输入提示、图形按钮、数据显示器、通知等)。在一些实施例中，图形用户界面元素(例如参见参考图18-20描述的GUI元素1645A、1645B和1645C)由细胞培养应用程序1644产生。此外，用户界面还可以接收来自用户的输入，例如经由触摸屏的输入、经由麦克风的输入等。
细胞培养应用程序1644(也称为“应用程序”或“细胞培养App”)被配置为与电子控制系统通信。在一些实施例中，应用程序1644可以直接与布置在基座单元1620上的电子控制系统1630通信。在一些实施例中，应用程序1644可以经由计算云环境与电子控制系统1630通信。应用程序1644可用于设置、执行和监测使用细胞培养系统1600的细胞培养进程的各个步骤。例如，应用程序1644可用于使远程计算装置1643产生一系列提示和信息(例如，经由用户界面)以便于本文所述的细胞培养方法。具体地，细胞培养应用程序1644可以使远程计算装置1643产生图形用户界面(GUI)元素，该元素可以包括输入用于细胞培养进程的各种数据的提示。图18-20是示出可以由远程计算装置产生的各种GUI元素的示例屏幕截图。
图21-30图示了制备用于细胞培养进程的细胞培养系统的方法。图示于图21-30中的细胞培养系统1700可以包括与本文所述的其他实施例(例如，细胞培养系统1600或细胞培养系统2000)相同或相似的部件，因此细胞培养系统1700的一些细节未关于此实施例进行描述。
细胞培养系统1700(在本文中也称为“系统”)包括托盘组件1701和基座单元1720(参见图27-30)。例如，如图21所示，托盘组件1701包括托盘1702，托盘1702上布置有如上文针对其他实施例所述的相同或相似的部件(例如，托盘组件1601或托盘组件2001)。例如，托盘组件1701包括联接到盖1710的废物容器1706、联接到盖1709的试剂容器1705和三个盖1708，每个盖都配置为联接到细胞培养容器(图25-27中所示)。盖1708、1709和1710可包括如上文针对先前实施例所述的液体交换端口(也称为“流体端口”)和气体交换端口。该托盘组件1701还包括具有主端口和多个可选端口的多端口阀1707，盖1708、1709、1710可以经由一段管道选择性地联接到这些可选端口。废物容器1706和试剂容器示出为沿水平方向联接在支座1704上。该托盘组件1701还包括联接器1703，细胞培养容器可以如下所述那样联接到联接器1703。在布置细胞培养容器的位置下方是托盘1702的透明部分(或开口/切口部分)1758。在该实施例中，提供注射器支座1711并将注射器端口1712支承在其上。注射器端口1712还利用管道T联接到多端口阀1707。图22图示了包裹在外套1715内的托盘组件1701，以在运输和储藏期间维持托盘组件1701的无菌性。这种布置允许托盘组件1701组装在中央设施处、放置在保护性外套1715中并进行灭菌。可以通过任何合适的方法进行灭菌，包括辐射灭菌、经由环氧乙烷(EtO)灭菌或电子束灭菌。然后可以储藏预打包的已灭菌托盘组件1701，直到需要细胞培养进程。
准备细胞培养进程的第一步是制备细胞和培养基(例如，试剂)和制备托盘组件1701，它们在无菌环境(例如，层流罩)内完成。细胞和培养基放置在细胞培养容器或器皿中，在该示例中，存在用于三个细胞培养容器(例如，图26-27中所示的附图标记1747、1748、1749)的位置。该托盘组件1701被放置在无菌环境(例如，罩)中并且移除了外套1715。如图23所示，废物容器1706和试剂容器1705可以在支座1704内移动成垂直定向，而盖1709和1710处于直立位置。在该示例中，流体泵1713是注射器，其可以从外部无菌包装中移除，然后可以将端口1712如图23所示那样联接到流体泵1713。然后如图24所示那样将流体泵1713放置在支座1711内。在一些实施例中，流体泵1713(例如注射器)不包括在预打包托盘组件1701内，而是单独的部件。在其他实施例中，流体泵1713(例如注射器)被包括在预打包托盘组件1701内。
在细胞培养容器装载有细胞和初始量的细胞培养基之后，将盖1708固定到其中具有细胞和培养基的细胞培养容器1747、1748、1749。盖1708首先从它们所联接到的运输支撑件1795(见图24)上取下。运输支撑件1795的尺寸和配置被设计为接纳在盖1708的内部以在运输、储藏和初始设置期间固定盖1708。这种布置减少了在初始设置期间发生不期望的运动的可能性以及盖内部可能受到的污染。然后盖1708联接到它们各自的容器，同时保持流体地联接到多端口阀1707)。容器1747、1748、1749联接到联接器1703，使得容器器皿如图25所示那样布置在水平位置。在该位置，细胞培养容器1747、1748、1749的底面与托盘的透明部分1758对准。
在如图26所示的完全组装好的托盘组件1701的情况下，托盘组件1701可以如图27所示那样放置在基座单元1720上。这可以在部件(例如，容器、盖、阀、注射器)在封闭系统中流体地联接时在无菌环境之外进行。该托盘组件1701应以托盘1702上的箭头(标记为A并以圆圈环绕)定向，该箭头如图27所示那样指向基座单元1720。同样如图27所示，基座单元1720包括泵致动器1726、阀连接器1721和阀致动器1722。在该实施例中，多端口阀1707可从托盘1702移除并且可联接到基座单元1720。更具体地，多端口阀1707的安装部分1716可以通过移除紧固件1757并使用相同或不同的紧固件1757将安装部分1716附接到基座单元1720的匹配阀连接器1722而与托盘1702分离，如图28和29所示。流体泵1713(例如注射器)与托盘组件1701脱离并如图29所示那样联接到基座单元1720的支座1719。在流体泵1713保持流体地联接到多端口阀1707的同时执行该操作，从而维持关闭系统。如上文针对系统1600所述，支座1719可以是基座单元1720的流体泵部分(例如，附图标记1627)的一部分。废物容器1706和试剂容器1705可以从托盘1702中移除并如图30所示那样放置在基座单元1720附近(或在任何其他合适的部位)。
如果托盘组件1701联接到温育器外部的基座单元1720，则可以将基座单元1720和托盘组件1701移动到温育环境中(例如，图58所示的温育器2275)，以在温度受控环境中促进细胞生长。在一些实施例中，基座单元1720在托盘组件1701联接到其上时布置在温育器内。
图31是图示制备用于细胞培养进程的细胞培养系统的方法1850的流程图。方法1850可以用本文所述的任何细胞培养系统(例如上面参考图23-30所描述的细胞培养系统1700)来执行。在步骤1851，从外部保护外套中取出细胞培养托盘组件。该托盘组件可以是本文所述的任何托盘组件并且包括托盘、第一盖、第二盖和多端口阀。第一盖联接到托盘并且配置为可移除地联接到第一容器，而第二盖联接到托盘并且配置为可移除地联接到第二容器。多端口阀联接到托盘并且包括主端口和多个可选端口。第一可选端口与第一盖的第一液体交换端口无菌地联接，而第二可选端口与第二盖的第二液体交换端口无菌地联接。如本文所述，通过将盖预联接到适当的端口，在初始设置期间执行更少的操作，从而降低了污染和错误的可能性。在步骤1852，通过第一容器的开口将至少一个细胞样本添加到第一容器，而在步骤1853，通过第一容器的开口将一定体积的试剂(例如，细胞培养基)添加到第一容器。在步骤1854，第一盖被联接到第一容器以封闭开口。在一些实施例中，第二盖可以可选地联接到第二容器。在步骤1855，将托盘组件联接到基座单元。在一些实施例中，当托盘组件联接到基座单元时，基座单元的阀致动器同时接合托盘组件的多端口阀。在一些实施例中，阀致动器在托盘组件联接到基座单元之后接合多端口阀。在步骤1856，将流体泵联接到基座单元的泵致动器。例如，流体泵可以是注射器或蠕动泵，其可以与基座单元联接。在制备细胞培养组件之后，可以进行本文所述的任何细胞培养方法。
如上所述，在一些实施例中，自动化细胞培养系统可以包括成像装置，该成像设备包括显微镜，该显微镜可以相对于基座单元的壳体移动以对自动化细胞培养系统的任何细胞培养器皿的内容物成像。在一些实施例中，显微镜可以安装在能够移动显微镜以与细胞培养器皿或细胞计数芯片对准的机械系统上。机械系统可以是用于移动成像装置的任何合适的组件，例如2维或3维台架机构或铰接机械臂机构。图32-34图示了这种光学成像系统(也称为显微镜成像装置)的示例实施例。显微镜成像装置1960可以安装在本文所述的细胞培养系统的任何基座单元的壳体内。例如，显微镜成像装置1960可以包括在基座单元1720、基座单元2020或本文所述的任何其他基座单元内。显微镜成像装置1960包括成像装置1962，该成像装置1962可以通过基座单元顶部的窗口或透明部分以及托盘(例如参见本文所述的透明部分1758)和任何振动平台(例如，与摇晃器接触的托盘支撑件)中的切口(或透明部分)进行观察。因此，显微镜成像装置1960可用于收集与细胞培养容器的内容物和/或如本文所述的细胞计数芯片内的内容物相关的信息。例如，在一些实施例中，显微镜成像装置1960可以在细胞培养过程期间获得细胞培养容器和/或细胞计数芯片的图像，并且这些图像可以用于确定例如内容物的密度以确定容器内的细胞数量(例如，对于悬浮细胞)，或在例如贴壁细胞的情况下确定汇合百分比(即，容器区域被细胞覆盖的百分比)。
显微镜成像装置1960包括台架系统1961，该台架系统1961提供成像装置1962相对于基座单元(图32-34中未示出)的壳体沿多个方向的移动。台架1961包括一组导轨1963、1964和一条横轨1965。横轨1965安装在导轨1963和1964上并且可以沿箭头B的方向相对于导轨1963和1964来回移动。更具体地，第一马达1966可以驱动皮带1968，横轨1965可操作地联接到该皮带1968。成像装置1962可移动地安装到横轨1965上，并且可操作地联接到由第二马达1967驱动的皮带1969，以使成像装置1962沿箭头B的方向移动。成像装置1962可进一步经由马达1973沿箭头C的方向移动，用于聚焦成像装置1960。因此，在操作期间，成像装置1962可经由导轨1965相对于轨道1963和1964的移动沿箭头A的方向移动，经由其相对于轨道1966的移动沿箭头B的方向移动，以及相对于成像装置1960的基座沿箭头C的方向移动，以相对于细胞培养容器和/或细胞计数芯片定位在期望部位。
光或光源(未示出)可以安装在另一个多轴台架上该系统托盘组件上方，该另一个多轴台架允许控制其移动到与基座单元内的显微镜相同的位置。在一些实施例中，光源可以可操作地联接到与显微镜相同的台架(例如台架1961)，使得显微镜1962和光源可以一起移动。在一些实施例中，显微镜成像装置1960可以由任何电子控制系统并根据本文所述的任何方法来控制。例如，在一些实施例中，可以控制显微镜成像装置1960(和任何相关联的光源)以自动对细胞培养容器成像(例如，以产生与容器内的细胞相关联的传感器输出)。该电子控制系统(例如，电子控制系统1630)或本文描述的任何其他电子控制系统的细胞传感器模块可以接收传感器输出并产生与容器内的细胞数量(例如细胞密度或汇合百分比)相关联的信号。然后，电子控制系统可以基于该信息产生一个或多个信号(例如，阀控制信号、泵控制信号、摇晃器信号等)以使得细胞从细胞培养容器内转移到该系统内的另一个容器中。类似地说，在一些实施例中，显微镜成像装置1960可以为自动化细胞传代或细胞收获操作提供输入。
图35-44图示了用于细胞培养进程的细胞培养系统2000的另一个实施例。细胞培养系统2000可以包括与本文描述的其他实施例(包括细胞培养系统1700)相同或相似的部件，并且可以具有与本文描述的先前实施例相同或相似的功能，因此细胞培养系统2000的一些细节未针对该实施例进行描述。
细胞培养系统2000(在本文中也称为“系统”)包括托盘组件2001(例如参见图35-37)和基座单元2020(例如参见图38-44)。例如，如图35所示，托盘组件2001包括托盘2002，托盘2002具有把手2014，并且其上布置有如上文针对先前实施例所述的相同或相似的部件(例如，托盘组件1601和1701)。例如，托盘组件2001包括联接到盖2010的废物容器2006、联接到盖2009的试剂容器2005和配置为联接到细胞培养容器(图35-44中未示出)的三个盖2008。盖2008、2009和2010可包括如上文针对先前实施例所述的液体交换端口(也称为“流体端口”)和气体交换端口。该托盘组件2001还包括具有主端口和多个可选端口的多端口阀2007，盖2008、2009、2010可以经由一段管道(未示出)选择性地联接到这些可选端口。例如，如本文所述，盖2008、2009、2010可以联接到预先组装好的并且在外套内的多端口阀2007。为了说明的目的，图35-44没有示出各种部件和多端口阀2007之间的管道和连接件。多端口阀2007经由安装部分2016联接到托盘2002，安装部分2016以拼图的方式配合地联接到托盘2002的安装凹穴2018并装配在其中。例如，多端口阀2007可以用紧固件2057联接到安装凹穴2018。
废物容器2006和试剂容器2005示出为沿水平定向联接在支座2004上。该托盘组件2001还包括联接器2003、2003'，细胞培养容器可以如本文所述那样联接到联接器2003、2003'。具体地，联接器2003是围绕细胞培养容器(未示出)的第一端部延伸的支架，并且联接器2003'是接纳细胞培养容器的第二端部的凸缘部分的一对接片。联接器2003'还用于保留临时运输支撑件2095，盖2008在储藏、运输和初始设置期间联接到该临时运输支撑件。联接器2003、2003'将细胞培养容器保留在托盘2002上的预定固定部位。在将放置细胞培养容器的位置下方是托盘2002的透明部分2058(例如参见图36)。在该实施例中，提供泵支架2011，该泵支架2011可以如上针对前面的实施例所述那样支承泵端口(未示出)。如上所述，托盘组件2001被预先组装并放置在外套(未示出)内以在运输和储藏期间维持托盘组件2001的无菌性。图37图示了当移除外套时(即，在无菌环境中)的托盘组件2001，其中移除了废物容器2006和试剂容器2005并且流体泵2013联接到支座2011。如图37所示，在本实施方式中，流体泵2013是注射器。
如上文针对先前实施例所描述的，预先组装托盘组件2001可以可移除地联接到基座单元2020。图38-44图示了基座单元2020。基座单元2020包括壳体2023、部分地布置在壳体2023的凹穴或凹部2025内的泵致动器2026。该泵致动器2026(例如参见图38-40)包括泵支架2019，流体泵2013可以与该泵支架锁定就位并且可操作地联接到泵致动器2026。尽管泵支架2019被示为接纳注射器凸缘和可移动元件以将注射器凸缘固定在就位的开槽构件，但在其他实施例中，泵支架2019可以是用于将泵(其可以是任何合适的泵)固定到泵致动器的任何合适的结构或机构。基座单元2020还包括阀连接器2022和阀致动器2021，阀连接器2022被配置为配合地联接到多端口阀2007，而阀致动器2021被配置为在联接到多端口阀2007时接合多端口阀2007。例如，如上所述，当托盘组件2001联接到基座单元2020时，多端口阀2007可以与托盘2002脱离并联接到基座单元2020的阀连接器2022，使得多端口阀2007如图40和41所示那样可操作地接合阀致动器2021。更具体地，多端口阀2007的安装部分2016可以通过移除紧固件2057并用同一或不同紧固件2057将安装部分2016附接到基座单元2020的配合阀连接器2022上，而与托盘2002分离。图41是图示多端口阀2007的部件在联接到阀连接器2022之前的局部分解图。
在该实施例中，支撑板2059联接到壳体2023并提供接纳部分2024，托盘组件2001可以放置在该接纳部分2024上。在该实施例中，支撑板2059升高到壳体2023的顶面之上。图42是图示支撑板2059的立面的侧视图。支撑板2059联接到布置在壳体2023内部的摇晃器2028(见图44)。如上所述，可以在细胞培养过程期间使用摇晃器2028，以摇晃托盘组件2001和与其联接的细胞培养容器的内容物。
图40图示了基座单元2020，其中注射器2019联接到注射器支架2019，而多端口阀2007联接到阀连接器2022。图40还示出了布置在支撑板2059的顶面上的可选垫2070。垫2070可以是例如橡胶垫，其被配置为保护支撑板2059的表面和/或在摇晃器2028摇晃托盘组件2001时提供阻尼。类似地说，在一些实施例中，基座单元的支撑板(或接纳部分)可以包括阻尼构件，该阻尼构件阻尼安装在其上的容器上的支撑板之间的任何相对运动或接触。
图43和44是基座单元2020的相对侧视图，示出了壳体2023的内部。图43示出了阀致动器2022，而图44示出了处于凹穴2025内的摇晃器2028和泵致动器2026。图44示出了电子控制系统2030。该电子控制系统2030可以被配置为与上述电子控制系统1630相同或相似并且其相同或相似的作用。该电子控制系统2030可以可选地能够与其他计算装置和/或在云计算环境内进行通信，并且可以包括上面关于图17所描述的一些或所有部件和特征。尽管未示出，但系统2000还可以包括一个或多个传感器和/或光源(例如，显微镜、成像装置等)，例如本文描述的显微镜成像装置1960。
图45-51图示了可用于细胞培养进程的细胞培养系统的另一个实施例。细胞培养系统2100可包括与本文所述的其他实施例相同或相似的部件中的一些，并且可具有与本文所述的先前实施例相同或相似的功能，因此细胞培养系统2100的一些细节不再关于这个实施例进行描述。在该实施例中，细胞培养系统2100不包括摇晃器并且包括两个多端口阀/阀致动器和两个流体泵/流体致动器。
细胞培养系统2100(在本文中也称为“系统”)包括托盘组件2101和基座单元2120。例如，如图45所示，托盘组件2101包括托盘2102，托盘2102具有两个多端口阀2107和2107'，并且示出了布置在其上的四个细胞培养容器2147。容器2147可以预先组装在托盘组件2101上或紧接在细胞培养进程之前添加到托盘2102。例如，在一些实施例中，容器2147在托盘组件2101布置在外套内时预先组装在托盘2102上。预先组装的容器在布置在外套内时，可以与盖2108(如下所述)联接或分离。在准备细胞培养过程期间，可以将细胞和试剂添加到容器中，并且在托盘组件2101联接到基座单元2120之前将盖2108附接到容器上。在一些实施例中，容器2147没有预先组装在托盘2102上(不提供在外套内)，而是在准备细胞培养过程期间如上所述那样添加到托盘中。容器填充有细胞和试剂(例如细胞培养基)，联接到盖2108并添加到托盘组件2101。
盖2108可以配置为与上述关于先前实施例所述的盖相同，包括细胞培养器皿盖803或盖2408。例如，盖2108可以包括液体交换端口(也称为“流体端口”)和气体交换端口，并且流体端口可以无菌地联接到具有如上文针对先前实施例所述的管道(未示出)的多端口阀2107、2107'之一。例如，两个容器2147/盖2008可以流体地联接到阀2107，而两个容器2147/盖2108可以流体地联接到阀2107'。在该实施例中，多端口阀2107、2107'固定到托盘2102并且当托盘组件2101联接到基座单元2120时保留在托盘2102上。多端口阀2107、2107'可以各自包括主端口和多个可选端口，盖2008(和/或其他盖/容器)可以经由一段管道(未示出)选择性地联接到这些可选端口。多端口阀2107、2107'可以经由安装部分(未示出)联接到托盘2102，该安装部分配合地联接到托盘2102的安装凹穴2118并装配在其中。
在该实施例中，基座单元2120包括壳体2123，壳体2123限定托盘接纳部分2124并且包括两个阀致动器2122、2122'。该阀致动器2122、2122'各自包括阀连接器部分2171、2171'，该阀连接器部分2171、2171'从基座单元2120在接纳部分2124内的顶面延伸，如图51所示。当托盘组件2101联接到基座单元2120时，多端口阀2107、2107'可以如图47所示那样经由阀连接器部分2171可操作地接合基座单元2120的阀致动器2122和2122'。
在该实施例中，基座单元2120还包括两个流体致动器2126和2126'，它们分别可联接到流体泵2113和2113'。流体泵2113、2113'可以是例如注射器、蠕动泵或其他类型的容积式流体泵。使用两个泵2113、2113'和两个阀2107可以在阀2107、2107'和系统的各种容器之间提供单独的流体连接，以允许例如将单独的流体输入特定容器(例如，容器2147)和从该特定容器输出。例如，从一个容器中移除的废物可以与其他新鲜培养基分开并且不通过相同的流体通道传递。通过复制流体，两个泵还可以为容器提供更多输入和输出。
在该实施例中，系统2100不包括摇晃器。尽管未示出，但系统2100还可以包括电子控制系统、一个或多个传感器(例如，显微镜、成像装置等)。系统2100还可以包括各种其他容器，例如废物容器、试剂容器、细胞收获容器等，每个容器都可以与多端口阀2107、2107'之一联接。
图52-58图示了可用于细胞培养进程的细胞培养系统的另一个实施例。细胞培养系统2200可以包括与本文所述的其他实施例相同或相似的部件中的一些，并且可以具有与本文所述的先前实施例相同或相似的功能，因此细胞培养系统2200的一些细节可能未关于本实施例详细图示和描述。该实施例图示了一示例性细胞培养系统，其包括多个单独的托盘组件，每个托盘组件可以包括盖和/或容器，这些盖和/或容器可以流体地联接到单独的多端口阀和单独的流体泵系统。换句话说，每个托盘组件流体地联接到其自己的多端口阀和流体泵，但与其他托盘的多端口阀和流体泵流体地隔离。然后可以将单独的托盘组件联接到单个基座单元。在一些实施例中，每个单独的托盘组件可以预先组装并布置在保护性外套内并单独运输。在一些实施例中，可以将单独的托盘组件预先组装并在保护性外套内一起运输。通过维持每个托盘组件与其他托盘组件流体隔离，细胞培养系统能够培养多种不同类型的细胞而没有交叉污染的风险。例如，每个托盘组件可以针对不同的细胞类型进行配置。该实施例还允许在尺寸更小的装置内培养和温育更多不同类型的细胞。例如，对于如下所述的多托盘系统，该系统可用于在单个搁架上和/或在温育器的单个基座单元内生长三种类型的细胞，而无需在三种细胞类型之间共享流体。在一些实施例中，当期望生长更多的单一类型的细胞时，可以使用单个较大的托盘(两个或三个较小托盘的宽度)。
在这个实施例中，细胞培养系统2200(在本文中也称为“系统”)包括一个基座单元2220和三个托盘组件2201、2201'、2201"，它们可以如上关于前面的实施例所述地联接到基座单元2220。三个托盘组件(统称为托盘组件2201)和基座单元2220可以包括与上述关于前面的实施例相同或相似的特征和部件。该实施例还包括三个多端口阀2207、2207'、2207"(统称为多端口阀2207)和三个流体泵2213、2213'、2213"(统称为流体泵2213)。
在该实施例中，托盘组件2201可各自包括托盘2202、2202'、2202"(统称为托盘2202)(例如参见图55)，具有布置在其上的多端口阀2207、2207'、2207"，细胞计数芯片2217、2217'、2217"(统称为计数芯片2217)，第一细胞培养容器2247、2247'、2247"(统称为细胞培养容器2247)以及第二细胞培养容器2248、2248'、2248"(统称为细胞培养容器2248)。在该示例实施例中，容器2247小于容器2248。然而，应当理解，托盘组件2201可以容纳未示出的其他尺寸的容器。在一些实施例中，一个或全部托盘组件2201可以包括相同的两个容器。在同一托盘组件2201内使用较大的容器(例如，附图标记2247)和较小的容器(例如，附图标记2248)可能是例如细胞扩增过程所期望的。例如，当细胞较少时，可以将细胞放置在较小的容器2248中以促进更好的生长，然后当较小的培养瓶的生长表面在扩增过程期间变拥挤时，可以将细胞移动到较大的容器中。在相同托盘组件2201内使用相同尺寸的容器可能是例如细胞维持过程所期望的，其中细胞系将被保持在培养物中以备下次需要时使用。
托盘2202可包括如图57所示的透明部分或部分切口2258和2258'，容器2247和2248可各自布置在其上。如上文针对先前实施例所述，透明部分或部分切口2258、2258'可提供要获得的与细胞培养容器2247和2248相关联的传感器数据。例如，成像装置或其他传感器可移动地布置在基座单元2220(如下所述)的壳体内并移动到透明部分或切口2258、2258'下方的部位。如图57中所示，透明部分或切口2258'图示了可选的容器托架，其可以容纳两个不同尺寸的容器。类似地，托盘2202还包括在细胞计数芯片2217被布置的部位的透明部分或切口2268，以提供要获得的与布置在如以上针对先前实施例所述的细胞计数芯片2217上的样本流体相关联的传感器数据。
在细胞培养进程之前(例如，根据本文所述的方法)，可以将容器2247(和2247'、2247")和2248(和2248'、2248")预先组装在托盘2202上或添加到托盘2202上。例如，在一些实施例中，容器2247预先组装在托盘2202上并且托盘组件2201布置在外套(未示出，但与本文所述的外套相似)内。预先组装容器可以与预先组装托盘2202内的盖2208(如下所述)联接或脱离。在准备细胞培养过程期间，可以在托盘组件2201联接到基座单元2220之前将细胞和试剂添加到容器2247、2248，并且将盖2208附接到容器2247、2248。在一些实施例中，容器2247没有预先组装在托盘2202上(未布置在外套内)，而是在准备细胞培养过程期间添加到托盘2202中。容器2247、2248可以填充细胞和试剂，联接到盖并添加到托盘组件2201。
盖2208可以被配置为与上述针对先前实施例所述的盖相同。例如，盖2208可以包括液体交换端口(也称为“流体端口”)和气体交换端口。流体端口可以用如上文针对先前实施例所述的管道(未示出)无菌地联接到多端口阀2207、2207'、2207"之一。例如，对于每个托盘组件2201，两个容器2247和2248以及与其联接的盖2208可以流体地联接到该托盘组件2201的阀2207的选择端口。多端口阀2207可以各自包括主端口和多个盖2208(和/或其他盖/容器)可以选择性地联接到的可选端口。多端口阀2207可以经由安装部分(未示出)联接到托盘2202，该安装部分以类似拼图的方式配合地联接到托盘2202的安装凹穴(未显示)并装配在其中，如上文针对先前实施例所述。
在该实施例中，基座单元2220包括壳体2223，壳体2223限定了托盘接纳部分2224，托盘接纳部分2224可以接纳三个托盘组件2201中的每个。壳体2223还限定片段2278，该片段2278可以是对应于托盘组件2201的透明部分2258的透明部分或切口。壳体2223还限定部分2279，其可以是透明部分或切口，对应于细胞计数芯片2217所在的托盘组件2201的透明部分2268。如图52-54所示，基座单元2220还可以可选地包括多个小瓶或器皿2280和多个小瓶或器皿2249。器皿2280(2280'、2280")可以是例如用于相关流体泵2213的保存器皿。例如，流体泵2213可以是例如蠕动泵，并且器皿2280可以各自用作用于其中一个泵的保存器皿，使得该泵的功能类似于注射器型泵。更具体地，器皿2280'可以是流体泵2213'的保存器皿，而器皿2280"可以是流体泵2213"的保存器皿。保存器皿2280可以从系统内的第一部位接收一定体积的流体，在该第一部位保存该体积的流体，直到对泵进行致动以将所述体积的流体移动到系统内的第二部位。器皿2249(2249'、2249")可用于保存各种其他流体，这些流体可经由多端口阀2207(2207'、2207")之一流体地联接到单独的流体系统之一。例如，器皿2249可用于废物，或保存流体(例如，试剂)以在流体已被冷藏后对其进行加热。例如，可能需要冷藏容器(或器皿)以将其中的培养基保持在期望的温度(例如，4摄氏度)。可以将培养基从制冷装置泵送到诸如器皿2249之类的器皿，使得培养基可以由于系统2200所在的温育器的温度而被动地加热到例如37摄氏度。
每个托盘组件2201(2201'、2201”)当联接到基座单元2220时，可以流体地联接到流体泵2213(2213'、2213”)之一，以提供单独的闭合流体流系统。如上所述，当托盘组件2201(2201'、2201”)联接到基座单元2220时，多端口阀2207(2207'、2207”)可以操作地分别经由阀连接器部分2222、2222'和2222"(统称为阀连接器2222)接合基座单元2220的阀致动器2221、2221'、2221”(统称为阀致动器2221)。更具体地，在该实施例中，多端口阀2207可移除地联接到托盘2202并且可以联接到如上例如针对多端口阀2007所述的基座单元2220的单独阀连接器2222(2222'、2222")(例如参见图54)和阀致动器2221(2221'、2221")。流体泵2213可以各自流体地联接到相应的多端口阀2207的主端口。流体泵2213(2213'、2213")可各自联接至基座单元2220的壳体2223内或联接至壳体2223的泵致动器(未示出)。虽然流体泵2213被描述为蠕动泵，但流体泵2213可以是其他类型的流体泵，例如注射器或其他类型的容积式流体泵。
如图53所示，细胞培养系统2200还包括成像装置2260，该成像装置2260可移动地布置在壳体2223内，使得它可以移动到与片段2278和2279对准的部位。成像装置2260可以是例如安装到台架系统以提供成像装置沿多个方向的移动的显微镜(类似于上述显微镜成像装置1960)。尽管未对该实施例示出，但如本文所述，细胞培养系统2200还可以包括摇晃器、电子控制系统和一个或多个附加传感器(例如，除了成像装置2260之外)。
在一些实施例中，单个成像装置(例如，附图标记2260)和/或单个摇晃器可用于对所有三个托盘组件2201上的细胞进行成像。在一些实施例中，可对每个托盘组件使用单独的成像装置和/或单独的摇晃器。系统2200还可以包括各种其他容器，例如废物容器、试剂容器、细胞收获容器等，每个容器都可以经由多端口阀2207、2207'、2207"联接到流体系统之一。细胞培养系统2200还可以包括用于支承细胞培养容器(例如，2003、2103)的各种联接器或联接部分以及用于支承其他容器(例如废物和试剂容器(例如，附图标记2005、2006))的支座。
图58图示了两个相互叠置的温育器2275的示例，其中可以放置多个细胞培养系统2200(即，托盘和基座单元)用于一个细胞培养进程。如图58所示，在该实施例中，三个细胞培养系统2200可以放置在每个温育器2275内的搁架上。
图59是图示在细胞培养过程期间在系统内的示例性流体流动的系统图，以及可以联接在如本文所述的细胞培养系统内的各种容器和其他部件。因此，虽然系统图是关于细胞培养系统2300的各种部件来描述的，但是应该理解，该示例图可以应用于本文描述的任何实施例。
图59图示了托盘2302以及联接到其上的两个细胞培养容器2347和2348。细胞培养容器2347和2348以及细胞计数芯片2317每个都流体地联接到多端口阀2307的选择端口。具有流体保存器皿2327的流体泵流体地联接到多端口阀2307的主端口。多个其他容器也流体地联接到多端口阀2307，包括试剂容器2305和2305'、细胞收获容器2374、废物容器2306、含有细胞缓冲液(例如，PBS)的容器2376和含有酶(例如，胰蛋白酶)的容器2377。
在细胞培养进程中，泵保存器皿保存从系统内的起始部位(例如，试剂容器2305、2305')泵入的流体溶液，阀2307选择目标通道(例如，容器2347、2348之一)，然后将溶液泵送到那个部位。使用等渗且无毒的缓冲溶液(例如，PBS)来洗涤可重复使用的部件，例如泵保存器皿。如在图60中以支撑表1所示，在该示例中，可以首先将容器2305放置在冰箱中以将容器2305内的培养基维持在期望的温度(例如，4摄氏度)。来自容器2305的培养基然后可以在程序之前(例如，一小时前)被泵送到2305'中，从而它可以由于温育器中的温度而被动地加热到约37摄氏度。为了分离细胞，例如，在传代或收获期间，可以首先将培养基从细胞将要与其分离的细胞培养容器(2347、2348)中泵出并推送到废物中。可以将缓冲液(例如，在附图标记2376中)添加到培养物中，并结合可选的摇晃来洗涤细胞，然后将缓冲液从培养物中移除并推到废物中。可以将酶(例如，在容器2377中)泵入相关的细胞培养容器中，在可选的摇晃下放置一段时间以帮助分离，然后用新鲜培养基(例如，来自附图标记2305')稀释溶液以猝灭酶，然后用混合物中稀释的酶传代/收获细胞悬液。图61A和61B包括表2，其包括用于维持贴壁细胞系的细胞传代程序的示例，列出了在程序期间每个步骤的流体的来源、目的地、流体的类型和每个细胞培养容器内的体积。尽管在图61中概述了具体程序，但系统2300可用于执行本文所述的任何细胞培养方法(包括以上参考图12-14所述的方法)。
图62A-62C图示了根据一个实施例的器皿/容器盖2408。盖2408可用于本文所述的细胞培养系统的任何实施例中。盖2408可以拧到细胞培养容器或本文所述的其他容器的口部，使得盖2408与细胞培养容器口部的螺纹接合。在该示例实施例中，盖2408具有液体端口2483和气体端口2484。液体通道2485与液体端口2483以螺纹接合。气体过滤器2486(参见图62C)与气体端口2483以螺纹接合。气体过滤器2486可以允许气体交换进出细胞培养容器，同时阻止任何微生物或病原体进入细胞容器。在一个实施例中，气体过滤器2486是0.22微米过滤器。
图63A-63D图示了根据一个实施例的多端口阀2407的示例实施例。多端口阀2407可用于本文所述的细胞培养系统的任何实施例中。在该实施例中，多端口阀2407包括阀体2487，该阀体2487在顶侧具有主端口2488和围绕阀体2487的圆周散布的多个可选端口2489(例如参见图64A-64C)。
阀体2487在其下侧具有圆柱形空腔，可旋转圆柱形阀转子2490插入到该圆柱形空腔中。流体通道2491位于可旋转圆柱形阀转子2490内(参见图65A-65C)。流体通道2492位于阀体2487内，该流体通道2492将主端口2488流体地连接到阀转子2490的流体通道2491。流体通道2492和流体通道2491之间的连接允许主端口2488选择性地经由阀转子2490(因而流体通道2491)的旋转流体地连接到侧端口2489之一。阀转子2490包括机械联接器2493(参见图65C)，其被配置为机械联接到系统的阀致动器，该阀致动器可以具有被成形为接受机械联接器2493并将旋转机械能传递到多端口阀2407的空腔。
多端口阀2407可以由任何合适的材料制成，并且阀体2487和阀转子2490可以由相同或不同的材料制成。可以使用的材料的示例包括塑料、基于TFE的材料(例如聚四氟乙烯PTFE)、金属、橡胶或类似材料。在一些实施例中，阀体2487和阀转子2490可以被机制成以非常紧密的公差配合，从而在两个部件之间形成流体密封。在一些实施例中，可以将额外的垫圈、轴承、密封件和/或凸缘并入多端口阀2407中以提供阀体2487和阀转子2490之间的流体密封连接。
图66A-66D图示了根据另一个实施例的自动化细胞培养系统的示意图。该示例性自动化细胞培养系统2600包括自耗或一次性细胞培养托盘组件2501(本文也称为“托盘组件”(参见图66A)和可重复使用的基座单元2620(参见图66B)。一次性托盘组件2601包括以下描述的各种部件，其中一些预先组装在托盘组件2601上(或与托盘组件预先组装一起)并封闭在保护性外套2615内以将部件维持在无菌状态。该托盘组件2601的一些部件可以在细胞培养进程中使用托盘组件2601之前，在无菌环境(例如，层流罩)内被添加到托盘组件2601中。当托盘组件2601已经组装好并准备好使用时，托盘组件2601可以如本文更详细描述的那样联接到基座单元2620。如图66A所示，托盘组件2601包括托盘2602，该托盘2602可以可移除地联接到如本文所述的基座单元2620。在一些实施例中，托盘2602可以包括一个或多个透明或切口部分，使得可以从托盘2602下方看到布置在托盘2602的顶面上的物体。例如，如下文更详细描述的，细胞培养系统2600可以可选地包括成像装置和/或其他传感器(未示出)，当托盘组件2601联接到基座单元2620时，它们布置在基座单元2620中和托盘2602下方。如下面更详细地描述，透明部分或切口可以允许通过透明部分或切口获得图像和/或其他数据，例如联接到托盘2602的细胞培养容器的内容物。
细胞计数芯片2617(参见图66D)也包括在如下文更详细描述的细胞培养系统2600中。该托盘组件2601还包括一个或多个联接器2603，其可用于如上文针对先前实施例所述那样支承细胞培养容器或器皿。托盘2602还可以可选地包括支座2604，其可以用于将试剂容器2605和废物容器2606可移除地联接到托盘2602(例如，在运输、初始设置等期间固定容器)。尽管示出了两个联接器2603，但在其他实施例中，可以只有一个或多于两个联接器2603。例如，在一些实施例中，托盘组件2601可以被配置为仅支撑一个细胞培养容器，因此仅包括单个联接器2603，其将细胞培养容器维持在托盘2602上的固定位置。类似地，虽然只有示出了一个废物容器2606和一个试剂容器2605，但在替代实施例中，可以有多个废物和试剂容器。此外，虽然图66A将废物容器2606和试剂容器2605示出为托盘组件2601的一部分，但在其他实施例中，废物容器2606和/或试剂容器2605可以是在自动化细胞培养系统2600内在使用期间不联接到托盘2602的单独部件。例如，在一些实施例中，试剂容器2605可以用于容纳细胞培养基并且可以放置在自动化细胞培养系统2600的冷藏部分(未示出)或其他冷藏部位中。联接器2603和支座2604可以是附接到托盘2602的单独部件，也可以是与托盘2602一体或整体形成的部件。例如，在一些实施例中，联接器2603和/或支座2604可以包括可变形支架2602、可移动销钉或任何其他合适的结构以将容器联接到托盘2602。在一些实施例中，托盘组件2602可以可选地包括把手2614，用户可以使用该把手2614来移动和搬运托盘组件2602。把手2614可以是与托盘2602分开的部件，也可以与托盘2602一体形成或整体形成。在一些实施例中，托盘组件2601可以不包括支座2604。在该实施例中，托盘组件2601可以与一个或多个细胞培养容器预先组装在一起。例如，在一些实施例中，细胞培养容器可以作为自耗托盘组件的一部分提供，但如果需要，可以从托盘中移除。在一些实施例中，细胞培养容器可以作为可自耗托盘组件的一部分提供，但固定或永久地联接到托盘组件。例如，细胞培养容器可以与容器盖、流体管和/或多端口阀等融合。
如图66A和66C中所示，两个细胞培养容器2647和2648被包括在托盘组件2601中。细胞培养容器2647和2648都联接到容器盖2608。在这个实施例中，容器盖2608联接到细胞培养容器2647、2648。因此，容器盖2608和容器2647、2648可以被预连接、联接到托盘2602并且在保护性外套2615内被灭菌。因此，可以使用具有预连接和灭菌的细胞培养器皿的预灭菌托盘组件，从而在流动罩中无需将细胞培养容器连接到托盘。在这个示例性实施例中，有两个容器2647和2648以及两个盖2608，但是应该理解，可以提供不同数量的容器和盖2608。每个盖2608可包括如上文例如参考图62A-62C所述的液体交换端口(在本文中也称为“流体端口”)和气体交换端口(图66A-66C中均未示出)。
如图所示，每个流体端口都用管道(参见图66A中的管道A、B、C和D)联接到多端口阀2607的选择端口。气体交换端口可以允许气体从它所联接到的细胞培养容器中转移出来。例如，在一些实施例中，盖2608可以类似于本文所示和描述的细胞培养器皿盖803或盖2408。例如，盖2608可以包括防止微生物和/或污染物进入细胞培养容器的气体过滤器，从而允许经由盖2608进行细胞培养和流体转移，同时维持封闭(和/或无菌)系统以及该系统中的其他容器(例如，试剂容器2605、废物容器2606或其他容器)。在一些实施例中，托盘组件2601可以可选地包括分别联接到试剂容器2603和废物容器2606的盖2609和2610。盖2609和/或盖2610在结构和功能上可以与盖2608和/或细胞培养器皿盖803相似。
如上文针对先前实施例所述并且如下文更详细地描述，托盘组件2601还包括预先组装在托盘2602上的多端口阀2607。如图所示，每个流体端口都通过管道(参见图66A中的管道A、B、C和D)联接到多端口阀2607的选择端口。因此，通过将细胞培养容器2647和2648预先组装在托盘2602上并联接到盖2608，容器与多端口阀2607永久流体连通。多端口阀2607可以包括与上述针对先前实施例所述的多端口阀(例如，本文描述的多端口阀600或多端口阀2407)相同或相似的部件和相同或相似的功能。
更具体地说，多端口阀2607可以包括：主端口2651(参见图66D)和多个可选端口，所述主端口2651(参见图66D)被配置为联接到基座单元的流体泵2613(如下所述并在图66B和66C中示出)，所述多个可选端口可以流体地联接到本文所述的细胞培养组件2600的盖2608、2609、2610的液体交换端口和/或其他部件。例如，可选端口中的一个端口可以无菌地和/或流体地联接到联接到容器2647的第一盖2608的第一液体交换端口，并且第二可选端口可以无菌地和/或流体地联接到联接到容器2648的第二盖2608的第二液体交换端口，如图66D所示。在一些实施例中，多端口阀2607的第三端口可以联接到试剂容器2605的液体交换端口(参见图66A和66C)，第四端口可以联接到废物容器2606的液体交换端口(参见图66A和66C)，而第五端口可以联接到细胞收获容器2652的液体交换端口(参见图66D)。图59中提供了图示多端口阀的一些其他示例联接的示例系统示意图。以这种方式，当致动时，多端口阀2607可以促进自动化细胞培养系统2600内的各种容器之间的流体交换。例如，如本文所述，可致动多端口阀2607以便于向细胞培养容器中添加细胞培养基或试剂、从细胞培养容器中移除细胞(例如，细胞传代或细胞收获)，或与细胞培养相关联的任何其他流体移动。
在该实施例中，细胞计数芯片2617联接到在多端口阀2607和流体泵2613之间的多端口阀2607的主端口2651，如图66C和66D所示。细胞计数芯片2617可以包括底部透明部分并且可以用于获得关于如本文所述的细胞培养容器的内容物的信息。在一些实施例中，细胞计数芯片2617可以联接到或安装在基座单元2620内，而不是预先组装在托盘组件2601上。细胞计数芯片2617可以布置在泵2613的上游，使得可以在不丢失(或浪费)任何细胞的情况下对细胞进行计数。例如，将细胞从容器2647、2648之一泵送到保存器皿2688，并在细胞通过细胞计数芯片2617时对其进行计数。然后将细胞从保存器皿2688泵回容器2647、2648。通过将细胞计数芯片2617放置在通向主端口2651的流体路径内(而不是在连接到废物室2606的流体路径中)，可以以非破坏性方式在细胞计数芯片2617内对细胞进行计数和/或表征。换句话说，根据所期望的方法，计数后的细胞不会被破坏(或被送到废物容器2606中)。
然而，在替代实施例中，细胞计数芯片联接到多端口阀2607的其他可选端口之一。在这样的实施例中，可以将细胞计数芯片布置在与废物容器2606连通的输出管线之一上，使得当细胞通过并计数时，细胞样本被冲洗到废物中。
如上文针对先前实施例所述，托盘组件2601可以被封闭在保护性外套2615内。在一些实施例中，托盘组件2601可以在被放置在保护性外套中之前进行灭菌。为了制备用于细胞培养的细胞培养系统(其中容器2647和2648包括在托盘组件中)，可以将待培养的细胞直接从接种器皿2653添加到细胞培养容器2647和2648中。接种器皿2653可以单独提供，或者在一些实施例中，将其包括在托盘组件2601内。接种器皿2653不需要与多端口阀2607永久流体连通，而是可以分离，填充有细胞，然后重新附接成与多端口阀2607流体连通。接种器皿2653可以具有可分离盖或流体管线可以被无菌断开和重新连接。如本文所述，用户可以将所期望的细胞、试剂、细胞培养基等装载到无菌环境中的容器(例如容器2647、2648、2605)中。然后，可以将该托盘组件2601联接到基座单元2620并且移动到一可以进行流体交换以确保期望的细胞培养的温育环境中，如本文所述。通过使用单个接种器皿2653将细胞装载到容器2647和2648中，简化了准备过程(与将细胞装载到每个容器中然后将每个容器联接到其相应的盖相反)。
将多端口阀2607配置为当托盘组件2601附接到基座单元2620时，从托盘2602移开并接合基座单元2620的阀致动器2621(参见图66B和66C)。在一些实施例中，多端口阀2607可以包括安装部分2616，该安装部分2616被配置为配合地联接到基座单元2620的阀连接器2622。例如，安装部分2616可以具有一形状，使得它可以以类似拼图的方式联接到阀连接器2622。如图66B和66C所示，当多端口阀2607与基座单元2620的阀致动器2621接合时，阀致动器2621可以致动多端口阀2607以移动到选定端口，以允许选择性地向和从托盘组件2601的各种容器和细胞培养容器转移流体(如下所述)。在一些实施例中，多端口阀2607可以联接到阀致动器2621，同时保持联接到托盘2602。例如，联接到阀致动器2621的阀连接器(未示出)可以布置在基座单元2620上位于托盘组件2602可移除地联接到基座单元2620(例如，类似于本文所述的基座单元301或基座单元2120)的地方下方。在一些实施例中，多端口阀2607可以从托盘2602中移除(同时保持联接到盖和容器，从而保持封闭系统)并附接到基座单元2620的配合阀连接器2622，例如如图66B和66C所示。图66B示出了连接器2622，其上没有联接的多端口阀2607，而图26C图示了与其联接的多端口阀2607。换言之，多端口阀2607可以与托盘2602的配合安装凹穴2618(参见图66C)分离并且附接到基座单元2620的阀连接器2622。如上所述，阀2607的安装部分2616成形为配合地接合安装凹穴2618并配合地接合基座单元2620的阀连接器2622，以确保托盘组件2601和基座单元2620两者内的正确定位和对准。多端口阀2607的这种重新定位可以在盖2608、2609、2610保持无菌地联接到多端口阀2607的情况下完成。从托盘2602中取下阀2607允许阀2607和阀致动器2621之间的接口是静止的，这非常适合包括例如下面描述的摇晃器2628那样的摇晃器的实施例，以相对于基座单元2620移动托盘2602。类似地说，通过将阀2607直接联接到基座单元2620，阀2607和阀致动器2621之间的接口不会被托盘2601和基座单元2620之间的相对运动破坏。
基座单元2620(参见图66B和66C)包括壳体2623，壳体2623支撑基座单元2620的各种部件并且可以限定(或包括)接纳部分2624以接纳托盘组件2601并且可移除地将托盘组件2601联接到其上。在一些实施例中，接纳部分6624可以包括开口，托盘组件2601可以放置在开口中并且由托盘支撑件(未示出)支撑。在一些实施例中，托盘组件2601由基座单元2620的支撑部分支撑，使得托盘组件2601升高到基座单元2620的顶面上方。在一些实施例中，托盘组件2601至少部分由与基座单元2620的摇晃器(本文所述)的接合来实现支撑。在一些实施例中，托盘组件2601可以可移除地联接到单独的支撑构件，该支撑构件可联接到基座单元2620的壳体2623。基座单元2620还可以包括对应于托盘2602的透明部分的一个或多个透明部分或开口部分，使得可以获得与细胞培养容器的内容物相关联的图像和/或其他传感器数据。
基座单元2620包括上述阀连接器2622和阀致动器2621并且还包括流体泵部分2627和泵致动器2626。该泵致动器2626可以例如至少部分地布置在由壳体2623限定的开口2625内。在这个实施例中，流体泵2613设置有基座单元2620并且可以联接到流体泵部分2627。例如，流体泵可以是联接到基座单元2620的蠕动泵。在这样的实施例中，当托盘组件2601联接到基座单元2620时，用户可以从蠕动泵头部内的托盘组件2601装载封闭系统内的一段管材(包括容器和阀)以完成流体泵。在使用中，蠕动泵的头部包括使该段管材变形以在封闭系统内移动流体(例如，细胞样本)的辊(或辊组)。因此，该段管材(其变形)也可称为流体泵，而蠕动泵头可称为泵致动器(或泵致动器的一部分)。在其他实施例中，蠕动泵的头部可以与基座单元2620的泵致动器分离(和分开)。在这样的实施例中，蠕动泵头部可以预先附接到管材并且包括在托盘组件中2601。因此，当安装托盘组件时，预连接的泵头(即，包括该段管材的泵头)可以联接到基座单元2620的泵致动器。流体泵2613可以用于在如本文所述的细胞培养系统2600中产生流体移动。流体泵2613可以是在细胞培养系统2600内产生压力和/或流动的任何合适的泵。例如，在一些实施例中，流体泵2613可以是包括活塞杆和注射器主体的注射器。可以使用各种其他容积式流体泵。例如，在一些实施例中，泵可以是单端口泵，而在其他实施例中，泵可以是如本文所述的双端口泵。流体泵2613可以流体地联接到多端口阀2607的主端口2651，其中封闭管材设置有托盘组件2601。在该示例性实施例中，如图66C(示出联接到基座单元2620的托盘组件2601)所示，该多端口阀2607被示出为与托盘组件2601分离并联接到阀连接器2622，并且流体泵2613通过管材E联接到主端口2651。流体泵2613可以包括在泵体内的可移动构件(图66B和66C中未示出)。在系统2600的操作期间，可致动流体泵2613的可移动构件(例如，柱塞、转子或管的可变形部分)以产生将流体带入泵体的吸力并且可致动可移动构件以如前面实施例所述，将流体推出泵体。
在一些实施例中，基座单元2620还可以包括摇晃器2628。摇晃器2628可以包括例如以圆形或半圆形运动移动托盘2602的轨道振动器。摇晃器2628可以被配置为如上文针对先前实施例所述那样相对于壳体2623摇晃可移除托盘组件2601。摇晃器2628可以以摇摆运动、振动运动、圆形涡旋运动或在细胞培养中有用的其他运动来摇晃托盘2602。在一些实施例中，单独的细胞培养器皿/容器可以由在如前所述的细胞培养器皿和可移除托盘组件2601之间放置的独立摇晃器独立摇晃。在一些实施例中，可以不包括摇晃器。
在一些实施例中，摇晃器2628可以包括板，当托盘组件2601联接到基座单元2620时托盘组件2601联接到该板(类似于本文所述的支撑板2059)。摇晃器板可以通过螺纹联接器等联接到摇晃器致动器(未示出)。在一些实施例中，摇晃器2628可以通过例如磁性联接件可移除地联接到摇晃器致动器，以便于用户轻松移除和附接。这种布置允许将摇晃器板移除以进行清洗、灭菌等。在其他实施例中，摇晃器板可以通过任何合适的机构(例如，夹具、销钉等)可移除地联接到基座单元和/或摇晃器致动器以便于轻松移除。
在一些实施例中，摇晃器2628可以按轨道模式摇晃。在一些实施例中，摇晃器2628可以被用户编程成以不同的模式(例如8字形的模式)摇晃。有时，某些摇晃模式可能会优先用于某些应用。例如，为了提供细胞的均匀分布(例如在接种新的细胞培养器皿时)或在容器内混合流体，可能期望8字模式。在一些实施例中，摇晃器2628可以被用户编程成以挡风玻璃刮水器(或往复式)运动摇晃。例如，在贴壁细胞的传代或收获期间，这样的实施例对于从容器内分离细胞可能更好。
在一些实施例中，基座单元2620还可以可选地包括一个或多个传感器2629(图66B中仅显示一个)和电子控制系统2630以控制细胞培养系统2600的任何部件(例如，阀致动器2621、泵致动器2626)的操作。该电子控制系统2630和传感器1629可以与本文针对其他实施例描述的电子控制系统和传感器相同或相似，并且功能相同或相似。如上所述，在一些实施例中，还可以提供可以与例如成像装置结合使用的光或光源2682(参见图66B和66C)。
尽管托盘组件2601被示出和描述为包括将各种容器互连到多端口阀2607的管材，但是在其他实施例中，托盘组件可以包括限定在其中的流体通道以最小化(或消除)管材的使用。图67A和67B分别是可以包括在如本文所述的细胞培养系统的自耗托盘组件中的托盘的实施例的示意性侧视图和俯视图。在该实施例中，托盘2702包括一体形成在托盘主体内的流体通道。因此，代替流体管材，流体路径被限定到托盘主体本身的材料(例如，塑料)中。流体路径2754可用于填充和清空细胞培养器皿(例如，细胞培养容器、试剂容器、废物容器等)，其也可以是如上所述的托盘组件的一部分。更具体地，如图67A和67B所示，托盘2702可以包括限定在托盘2702的顶面下方的流体通道2754，该流体通道2754可以与限定在托盘2702的顶面中的开口2755流体连通，该开口2755可以放置成例如与细胞培养容器2747、2748、2749流体连通。因此，例如，容器可以通过流体通道2754和开口2750从下方用来自接种器皿2753的细胞填充。开口2755可以被致动以打开和关闭(例如用隔垫)。这样的托盘可以方便托盘组件的制造和组装。
在本文所述的细胞培养系统的一些实施例中，为了将流体从第一容器(例如，容器2605)内的一部位泵送到第二容器(例如，容器2747)，致动多端口阀以使得主端口连接到多端口阀的端口A，该端口A连接到第一容器2605。泵将溶液(例如，流体)从容器2605拉入主端口，该主端口在流体泵之后将流体转移到一保存器皿，使得来自容器2605的溶液(例如，营养培养基)填充保存器皿。再次致动多端口阀，使得主端口经由多端口阀的端口B连接到第二容器2647。泵将溶液从保存容器中通过端口B泵入容器2647。
在替代实施例中，细胞培养系统可以被配置为在不使用如以上示例中所述的保存器皿的情况下将流体从第一容器泵送到第二容器。例如，如图68所示，细胞培养系统可以包括两个多端口阀2507和2507'，每个都联接到流体泵2513。更具体地，多端口阀2507的主端口2551流体地联接到多端口阀2507'的主端口2551'，其间具有流体泵2513。因此，流体泵可以操作以选择性地将流体泵入和泵出每个多端口阀2507、2507'。在这样的实施例中，流体可以例如在不使用保存器皿的情况下从通过端口A联接到多端口阀2507的容器2547移动到经由多端口阀2507'的端口B联接到多端口阀2507'的容器2548。例如，多端口阀2507被致动以将主端口2551连接到多端口阀2507的端口A。多端口阀2507'被致动以将主端口2551'连接到多端口阀2507'的端口B。然后对泵2513进行致动以将流体从容器2547直接泵送到容器2548。在一些实施例中，如果需要，可以使用止回阀来可选地将流体从容器2547或2548引导到保存器皿。在本实施例中，通过使用附加的多端口阀，可以减少流体管的数量。此外，具有两个多端口阀可以使流体以更易于管理的方式分布。例如，在一些实施例中，一个阀可以直接连接到布置在系统外部的所有容器，例如试剂和废物容器，而第二阀可以连接到布置在系统主体内(例如，在托盘上)的细胞培养容器和细胞计数芯片。在一些实施例中，一个多端口阀可以布置在温育器外部并连接到所有外部溶液(例如冷冻溶液)，而另一个多端口阀可以布置在温育器内部并连接到所有容器(例如，培养瓶)。因此，只需要一根管就可以从温育器外部进入温育器。具体而言，通过使所有外部溶液通过一个多端口阀联接，托盘组件的输入通过从“外部”多端口阀的主端口到托盘组件的多端口阀的单管进行。因此，这种布置消除了对从外部部位(例如，冰箱)通向托盘组件中的多根管(来自每个外部溶液容器中的一个)的使用。
如上面参考图32-34所述，本文所述的细胞培养系统可以包括光学成像系统，该光学成像系统可以安装在本文所述的细胞培养系统的任何基座单元的壳体内。上述显微镜成像装置1960包括成像装置1962，该成像装置1962可以通过基座单元顶部的窗口或透明部分以及通过托盘和任何摇动平台(例如，用于支撑与摇晃器接触的托盘)两者中的切口(或透明部分)观察。因此，显微镜成像装置1960可用于收集与本文所述的细胞培养容器和/或细胞计数芯片内的内容物有关的信息。例如，在一些实施例中，显微镜成像装置1960可以在细胞培养过程期间获得细胞培养容器和/或细胞计数芯片的图像，并且这些图像可以用于确定例如内容物的密度以确定容器内的细胞数量(例如，关于悬浮细胞)，或在例如贴壁细胞的情况下确定汇合百分比(即，被细胞覆盖的容器区域的百分比)。
同样如上所述，在一些实施例中，光或光源(未示出)可以在系统的托盘组件上方安装在另一个多轴台架上，该台架允许控制它移动到与基座内的显微镜位置相同的位置。替代地，在一些实施例中，光源可以安装在待成像样本的同一侧。这种类型的成像和照明称为落射照明。图69图示了用于荧光系统的落射照明的示例，尽管落射照明也可用于明场应用。在这个荧光示例中，待成像的样本用具有颜色A的光的光源从样本下方照射。然后，样本发出它自己的由传感器观察到的颜色A的光(例如，“荧光”)。包括分色镜以阻止颜色A的反射光到达传感器，但允许颜色B的光通过。这种落射照明系统可以结合在本文所述的细胞培养系统中。
在这样的实施例中，光源可以可操作地联接到与成像装置(例如，显微镜)相同的台架(例如，上述台架1961)，使得成像装置和光源可以一起移动。替代地，光源和成像装置可以各自安装到单独的台架上或以其他方式与成像装置分开安装并独立操作。如上文针对先前实施例所述，显微镜成像装置(例如，成像装置1960)和光源可以由任何电子控制系统根据本文所述的任何方法来进行控制。例如，在一些实施例中，可以控制显微镜成像装置1960(和任何相关联的光源)以自动对细胞培养容器成像(例如，以产生与容器内的细胞相关联的传感器输出)。该电子控制系统(例如，电子控制系统1630)或本文描述的任何其他电子控制系统的细胞传感器模块可以接收传感器输出并产生与容器内的细胞数量(例如细胞密度或汇合百分比)相关联的信号。然后，基于该信息，电子控制系统可以产生一个或多个信号(例如，阀控制信号、泵控制信号、摇晃器信号等)以使得细胞从细胞培养容器内转移到该系统中的另一个容器内。类似地说，在一些实施例中，显微镜成像装置(例如，成像装置1960)可以为自动化细胞传代或细胞收获操作提供输入。
在细胞培养系统的一些实施例中，机器可读的光学标签或条形码，例如快速响应码(“QR码”)被包括在自耗托盘组件上。在一些实施例中，成像装置(例如，上述1960)可用于观察和确认自耗托盘组件是经批准的自耗托盘组件。例如，当托盘组件联接到基座单元时，成像装置可以观察/扫描QR码以确认托盘组件是与基座单元一起使用的经批准的托盘组件。
如上文参考图17所述，本文所述的任何细胞培养系统可包括可用于控制细胞培养系统的操作的电子控制系统(例如电子控制系统1630)。参考图17，电子控制系统1630可以经由网络1646(例如，互联网)，通过例如服务平台1642和细胞培养应用程序(即App)1644，与其他远程计算装置(例如计算装置1643)通信。该电子控制系统1630可以附加地或替代地通过直接连接(例如连接到基座单元1620的USB端口的线缆)与远程计算装置通信。如图17所示，电子控制系统1630包括网络模块1640，其可以是硬件和/或软件模块(存储在存储器1632中和/或在处理器1631中执行)。网络模块1640被配置为交换与基座单元1620和远程计算装置1643相关联的信息以便于通信进程。例如，基座单元1620的网络模块1640可以使远程计算装置1643和基座单元1620交换短期和/或长期安全密钥以完成配对和绑定进程。
电子控制系统1630还包括通知模块1639，其可以是硬件和/或软件模块(存储在存储器1632中和/或在处理器1631中执行)。通知模块1639被配置为产生与本文所述的任何方法和/或应用模块相关联的通知。例如，在一些实施例中，通知模块1639可以产生经由无线电设备1633发送并且由远程计算装置1643的通知模块接收的通知。以这种方式，在细胞培养应用程序中执行的通知模块1639可以产生输出(例如，无线通信信号、GUI元素、听觉输出、视觉输出等)以将事件通知给用户。
远程计算装置1643可以经由细胞培养应用程序1644为用户产生通知，并且可以响应于这样的通知接收来自用户的输入。然后，远程计算装置1643可以将输入(或指令)传输到服务平台1642。基于用户输入，服务平台1642可以将指令传输到基座单元1620，然后可以执行指令以执行期望的任务(例如，细胞传代)。
图70-73图示了计算机实现的方法，其中用户从上述通知模块接收通知，并且该通知可以包括例如图像和建议的动作。用户可以观察通知中的数据或以其他方式访问接收到的信息(例如，链接可以将用户带到通知页面)，并使用该数据来决定细胞培养系统的操作，例如，系统是否应继续其建议的行动方案。在一些实施例中，计算机实现的方法可以包括接收用户输入以停止(或不继续)特定动作。以这种方式，用户可以覆盖任何活动，无论用户是否同意(或不同意)系统提供的自动读数或其他信息。图70是图示当贴壁细胞被分离时的示例性工作流程的流程图；图71是图示当细胞进行计数时的工作流程的流程图；图72是图示当测定汇合度时的工作流程的流程图；而图73是图示当存在超过阈值并触发建议动作的自动化汇合度/细胞计数时的工作流程的流程图。如图所示，在一些实施例中，计算机实现的方法包括一个或多个模块，这些模块可以产生信号和/或使系统在没有进一步人工干预的情况下执行某些任务。例如，如图71所示，一种方法可以包括使用如本文所述的成像系统进行自动化细胞计数。该方法可以进一步产生一个或多个通知以允许用户覆盖自动生成的计数。如果用户不提供覆盖值，那么该方法可以进一步进行自动计数。
在本文所述的细胞培养系统的一些实施例中，该系统包括切向流过滤(“TFF”)系统，(有时也称为错流过滤或中空纤维过滤)。TFF可用于在例如传代期间在线移除细胞解离试剂。如本文所述，当贴壁细胞(例如，粘附到表面的细胞)的培养物器皿或容器倍增到容器底部被细胞覆盖的百分比(％汇合度)超过某个阈值的点时，一些细胞需要分离并移动到新器皿。如本文所述(例如参见图12)，解离试剂是用于从表面分离贴壁细胞(即，粘附到表面的细胞)的酶。然而，过度暴露于细胞解离试剂可能对细胞健康有害。通常，细胞解离试剂是通过离心进程移除的，该进程需要将细胞从系统中移除(用于离心)，然后再返回系统。因为细胞的重复处理，尤其是移除和重新引入系统会导致细胞损伤、多能性丧失等，所以需要在限制细胞处理的同时移除细胞解离试剂。例如，由于在离心进程期间施加于细胞的力，离心会导致细胞结块或受损。此外，使用TFF可以消除对通过离心移除细胞的需要，这需要用户干预。此外，离心机可能是难以与细胞培养系统内嵌地集成的笨重机器。下面描述的是使用切向流过滤以连续选择性地移除解离试剂和/或其他培养基成分，同时将细胞保持在容器和/或整个系统内的方法。此外，利用这样的系统，在一些实施例中，可以从培养的细胞中完全移除解离试剂。完全移除解离试剂的能力对于分配可用细胞非常重要。例如，在某些情况下，“完全移除”可能意味着除微量解离试剂之外其余都存在于培养的细胞中。例如，在一些实施例中，完全移除解离试剂可以包括移除至少99％的解离试剂。
更具体地，贴壁细胞表现不同或当它们生长在其上的表面变得过于拥挤时开始死亡。为了解决这个问题，细胞通过暴露于可以是酶促或化学的细胞解离试剂而定期分离，然后将一部分细胞移动到废物或新的空培养瓶(例如，细胞培养容器)。例如，通过在单个托盘组件上包括多个细胞培养容器，本文描述的系统非常适合在初始容器达到细胞容量时将细胞传代到新的(空的)细胞培养容器中。最常用的细胞解离试剂是一类被称为蛋白酶的酶——分解蛋白质的酶——它们往往相对不区分消化细胞中的哪些蛋白质。因此，应尽量减少细胞向细胞解离试剂的暴露，以避免损害细胞健康，并且细胞应仅在需要分离细胞时暴露。
通常，在手动细胞培养进程中，通过将细胞悬浮液(细胞、细胞解离试剂和培养基的混合物)置于离心管中，并在离心机中旋转，从而迫使细胞沉淀至试管底部呈颗粒状，来移除细胞解离试剂。然后移除上清液(细胞上方的液体)，并用缓冲液清洗细胞。重复离心进程并且可选地重复用缓冲液清洗细胞以确保移除解离试剂。然后将细胞重新悬浮在新培养基中并重新引入一个或多个细胞培养容器中以继续培养。由于多种原因，这种类型的离心进程可能是不可取的。首先，在线进行离心可能非常困难，因此可能需要将样本移动到单独的离心机，然后再返回细胞培养容器。其次，离心机在集成设计中通常会占用大量空间。离心力取决于转子直径和旋转速度，因此要么需要大转子，要么需要可以高速移动元件的马达。第三，离心机在运行期间出现机械故障的情况下可能会很危险。例如，离心机可以雾化病毒等危险的生物制剂。离心机也会对细胞施加力，这会影响细胞健康。
一些已知系统使用标准(即，“流过”)过滤方法，其通常不能很好地用于将细胞与解离试剂分开，因为过滤器很快变得堵塞，从而导致推动液体通过的高压(或长处理时间)。细胞也可能被过滤器捕获，因此即使在反洗后它们也不会分离。
上述问题的离心和标准过滤方法的替代方案是使用切向流过滤来移除离解试剂。对于切向流过滤，溶液平行于过滤器表面流动而不是流过过滤器，使得在每个循环中，小于滤膜孔径的成分将能够透过过滤器(即液体和小溶质)，大于膜孔径的成分以及一些未透过的溶液将被保留下来。例如，过滤器两端的压差驱动较小的成分通过过滤器，较大的成分被过滤器保留下来并沿膜表面通过。经过多次循环后，可以完全更换液体而不会损失固体。这种方法减少了过滤器堵塞，因为通过过滤器的流动不断地移除堵塞过滤器的固体。
当并入本文所述的细胞培养系统中时，TFF可用于在执行细胞传代方法时移除细胞解离试剂。图74是图示在细胞培养过程期间系统内的示例性流体流动、可以在细胞培养系统内联接的各种容器和其他部件以及联接到并包括在流体移动系统内的TFF系统的系统图。该系统图是关于细胞培养系统2800的各种部件来描述的，但是应该理解，该示例图可以应用于本文描述的任何实施例。换句话说，关于细胞培养系统2800描述的切向流过滤部件和方法可以包括在本文描述的任何细胞培养系统中，包括例如细胞培养系统100、200、400、1600，1700、2000、2100、2200、2300、2600、2800、3600、4000。
图74图示了细胞培养系统2800的一部分，包括联接到两个细胞培养容器A和B(未示出)的多端口阀2807，以及包含解离试剂的培养基容器2805。具有流体(或泵)保存器皿2874的第一流体泵2813流体地联接到多端口阀2807的主端口。多端口阀2807还流体地联接到TFF保存器皿2872，TFF保存器皿2872流体地联接到第二泵2813'和TFF筒2856，而TFF筒2856联接到废物容器2806。
如图74所示，流动箭头1示出了新鲜培养基如何流体地联接到多端口阀，而多端口阀又联接到细胞培养容器A和B、泵保存器皿2874和TFF保存器皿2872。流动箭头2示出了从多端口阀2807到细胞培养容器A和B的来回流体流动路径。流动箭头3示出了细胞溶液通过TFF筒以移除解离试剂的循环。流动箭头4示出了渗透物的流动，它指的是流过TFF筒2856的孔并进入废物容器2806的旧培养基(解离试剂和可能无意丢失的新培养基)。
在细胞培养系统中使用TFF的一个示例方法中，在将解离试剂添加到正在培养的细胞中之后，并且在用户通过图像确认细胞已经附着或者对于那种类型的细胞分离所花费的设定时间已经过去之后，系统可以可选地添加解离试剂中和剂以减慢解离试剂的作用。然后使用TFF从细胞中完全移除这种解离试剂和中和剂的溶液，同时添加新培养基。将细胞移动到新器皿中，或根据需要进行收获。更具体地参考图74，最初，在细胞已经分离之后，分离的细胞溶液(其包括解离试剂)从例如容器A和/或B中移动到TFF保存器皿2872中。细胞溶液通过泵2813'循环，通过TFF筒2856回到TFF保存器皿2872。周期性地(或连续地)用新鲜培养基填充TFF保存器皿2872以替换在流过TFF过滤器筒2856期间已经移除了的透过的旧培养基。通过过滤器筒2856的旧培养基被移动到废物容器2806。最终，在一个示例中，在约5个循环之后，细胞溶液中高达99％的旧培养基将被替换为新鲜的培养基。将细胞从TFF保存器皿2872泵送到完成传代的新细胞培养容器中。例如，细胞最初可以培养到容器A(未显示)中，而容器B(未显示)可以没有细胞。类似地说，容器B可以是一种“扩增容器”，在移除解离试剂后，可以将一部分细胞传代到扩增容器中以继续培养。
在一些实施例中，TFF筒可以包括在用于细胞培养系统的托盘组件上。例如，如图75所示，它图示了托盘组件2801，其包括托盘2802、两个细胞培养容器2847和2848、废物容器2806、培养基容器2805、阀2807和TFF过滤器筒2856。TFF过滤器筒2856可以流体地联接到托盘2802上的一个或多个容器和阀2807。TFF过滤器筒2856也可以联接到一个如本文其他实施例所包括和描述的流体泵。
图76-80分别图示了包括TFF系统的示例性细胞培养系统。图76-80图示了细胞培养系统的各种部件以说明TFF系统的部件和功能，但未示出和描述细胞培养系统的某些部件。然而，应该理解的是，图76-80中所示的任何细胞培养系统都可以包括在在本文所述的其他实施例中所包括的任何部件。例如，虽然不一定在图76-80中示出，但每个细胞培养系统可以包括如本文针对其他实施例所述的TFF流体地联接到的多端口阀或阀系统、各种容器(细胞培养容器、废物、试剂和培养基容器等)、用于流体连接各种部件的管材等。因此，关于图76-80所示出和描述过的细胞培养系统的各个部分说明了细胞培养系统的TFF系统部分。此外，图76-80所描述的任何TFF系统都可以结合到本文所述的任何细胞培养系统和/或托盘组件中。例如，在一些实施例中，托盘组件4101或本文描述的任何其他托盘组件可以被修改以包括图76-80中所描述的任何TFF系统。
图76图示了细胞培养系统2900(本文也称为“系统”)的一部分，包括双泵TFF系统，该双泵TFF系统包括用于过滤如本文所述的细胞溶液的TFF筒2956。系统2900包括容器2972，该容器2972可用作容纳细胞样本溶液的保存器皿，该细胞样本溶液可包括细胞和其他流体，例如培养基和/或试剂。在一些实施例中，容器2972可以维持在受控温度以维持细胞样本内细胞的活力。例如，在一些实施例中，温度(例如，通过水浴)维持在约37摄氏度。第一流体泵2913流体地联接到容器2972并且还联接到TFF筒2956。TFF筒2956还流体地联接到第二泵2913'，第二泵2913'流体地联接到废物容器2906。
如图76所示，流动箭头表示细胞样本溶液通过TFF系统的流动。更具体地说，细胞溶液从容器2972流到第一泵2913，然后流到TFF筒2956的入口。细胞溶液循环通过TFF筒2956以例如移除解离试剂。细胞溶液的滞留物从TFF筒2956的出口流出并返回到容器2972。渗透物的流动是指旧培养基(解离试剂和可能无意丢失的新培养基)，它流过TFF筒2956的孔，从TFF筒2956的第二出口流出并流入废物容器2906。在该实施例中，第二泵2913'帮助将渗透物从TFF筒2956中抽出并进入废物容器2906。类似地说，第二泵2913'可以维持渗透物从TFF筒中流出的期望流量。具体而言，可以调节第二泵2913'的操作条件以适应TFF过滤器中的潜在变化(例如，增加的堵塞或过滤器负载)，从而维持期望的出口流量。
图77图示了细胞培养系统3000(在本文中也称为“系统”)的一部分，包括双泵TFF系统，该双泵TFF系统包括用于过滤本文所述的细胞溶液的TFF筒3056。在该实施例中，TFF系统图示了还用于清洗细胞溶液的示例性用途。系统3000包括容器3072，容器3072可以用作保存器皿，该保存器皿可以容纳细胞样本溶液，该细胞样本溶液可以包括细胞和其他流体，例如培养基和/或试剂。在一些实施例中，容器3072可维持在受控温度下以维持细胞样本内细胞的活力。例如，在一些实施例中，温度维持在约37摄氏度。第一流体泵3013与容器3072流体联接，也与TFF筒3056联接。TFF筒3056还与第二泵3013'流体联接，而该第二泵3013'与废物容器3006和含有清洗剂的容器3048流体联接。
如上所述，该实施例图示了用于执行反冲以清洗TFF筒的TFF系统。例如，如果TFF过滤器堵塞，过滤器将不再有效。在这种情况下，可以致动TFF系统以按逆流配置运行。在一些实施例中，过滤器堵塞可以通过以正向流动配置运行泵(例如，清洗细胞)所需要的压降或功率增加来确定。当以逆流配置运行时，来自容器3072的细胞样本可以首先被传送到系统内的适当容器中。这将允许容器3072包含用于便于反冲操作的水或其他试剂。第二泵3013'可以从容器3048中抽出清洗剂并将其泵入TFF筒3056。清洗剂将通过多孔过滤培养基返回并进入TFF筒3056的主腔室，并通过TFF筒3056的入口端口流出。清洗剂被传送到容器3072中并与其中的任何其他流体(例如，水、其他试剂)混合。来自容器3072的液体倒流到TFF筒3056的滞留物出口中。在该操作中，容器3072可以填充有培养基(而不是细胞)。来自容器3072的这种流动可以由泵3013控制，这可以使得TFF筒3056的主腔室中的流动倒流。这两个流动过程将流入TFF筒3056的主腔室并通过泵3013'流出。可以关闭到废物容器3006的流动路径，并且来自TFF筒3056和泵3013'的流体的输出流可以流入容器3072。
TFF系统的另一个实施例可以包括双筒过滤系统，该系统可以允许在单个过滤进程中进行细胞传代和生物材料的提取。通过让系统具有串联连接的两个或多个具有不同孔径膜的TFF过滤装置代替单个TFF筒，可以基于尺寸分开不同的成分。在一个示例中，第一TFF筒(或筒的第一过滤器部分)可以移除细胞，第二TFF筒(或筒的第二过滤器部分)可以移除病毒。在一些实施例中，第三TFF筒(或筒的第三过滤器部分)可以移除抗体。这样的TFF系统可以提供对培养基成分的选择性移除。例如，改变细胞培养基有时可能对细胞有害，尤其是当它们需要自我分泌的生长因子才能发挥作用时。在不移除某些成分的情况下更换培养基的能力可能对特定细胞类型是有益的。图78图示了细胞培养系统3100(在本文中也称为“系统”)的一部分，包括双泵和双筒TFF系统。TFF系统包括用于如本文所述那样过滤细胞溶液的第一TFF筒3156和第二TFF筒3156'。在该实施例中，TFF系统说明了使用TFF系统清洗或过滤关于上述系统2900和3000的细胞溶液，并且还用于过滤和收集例如来自通常被送至废物中的渗透物中的病毒的示例。系统3100包括容器3172，容器3172可用作容纳细胞样本溶液的保存器皿，该细胞样本溶液可包括细胞和其他流体，例如培养基和/或试剂。在一些实施例中，容器3172可以维持在受控温度下以维持细胞样本内细胞的活力。例如，在一些实施例中，温度维持在约37摄氏度(例如，通过水浴)。第一流体泵3113流体地联接到容器3072并且还连接到第一TFF筒3156。第一TFF筒3156还流体地联接到第二泵3113'，第二泵3113'流体地联接到第二TFF筒3156'的入口。第二TFF筒3156'流体地联接到废物容器3106和收集容器3148。
如图78所示，流动箭头表示细胞样本溶液通过TFF系统的流动。更具体地，细胞溶液从容器3172流到第一泵3113，然后流到第一TFF筒3156的入口。细胞溶液循环通过第一TFF筒3156以例如移除解离试剂。细胞溶液的滞留物从第一TFF筒3156的出口流出并返回容器3172。在该实施例中，渗透物的流动是指旧培养基(解离试剂和可能无意丢失的新培养基)，它流过TFF筒3156的孔，流出第一TFF筒3156的第二出口端口并流动到第二TFF筒3156'的入口端口。在该实施例中，第二泵3113'可用于将渗透物泵出第一TFF筒3156并进入第二TFF筒3156'。来自第一TFF筒3156的渗透物可以被第二TFF筒3156'过滤，来自第二TFF筒3156'的滞留物可以流出第二TFF筒3156'的第一端口并进入收集容器3148。来自第二TFF筒3156'的滞留物可以包括希望从细胞培养物中收集的病毒或其他颗粒。来自第二TFF筒的渗透物流出第二TFF筒3156'的第二出口端口并进入废物容器3106。
图79图示了细胞培养系统3200(在本文中也称为“系统”)的一部分，其包括双泵TFF系统，该双泵TFF系统包括用于过滤如本文所述的细胞溶液的TFF筒3256。系统3200包括容器3272，容器3272可用作容纳细胞样本溶液的保存器皿，该细胞样本溶液可包括细胞和其他流体，例如培养基和/或试剂。在一些实施例中，容器3272可维持在受控温度下以维持细胞样本内细胞的活力。例如，在一些实施例中，温度维持在约37摄氏度。第一流体泵3213流体地联接到容器3272并且还联接到TFF筒3256。TFF筒3256还与第二泵3213'流体联接，而该第二泵与废物容器3206流体联接。
如图79所示，流动箭头表示细胞样本溶液通过TFF系统的流动。更具体地，细胞溶液从容器3272流到第一泵3213，然后流到TFF筒3256的入口。细胞溶液循环通过TFF筒3256以例如移除解离试剂。细胞溶液的滞留物从TFF筒3256的出口流出并返回容器3272。渗透物的流动是指旧培养基(可能会意外丢失的解离试剂和新培养基)，它流过TFF筒3256的孔，从TFF筒3256的第二出口流出并流入废物容器3206。在该实施例中，第二泵3213'帮助将渗透物抽出TFF筒3256并进入废物容器3206。类似地说，第二泵3213'可以维持渗透物流出TFF筒的期望流量。具体而言，可以调节第二泵3213'的操作条件以适应TFF过滤器中的潜在变化(例如，增加的堵塞或过滤器负载)，从而维持期望的出口流量。此外，在该实施例中，压力传感器3298布置在第二泵3213'和TFF筒3256之间的流体管线中。压力传感器3298可用于测量系统内的压力以提供通过系统的总流量的指示器。例如，测量入口压力和渗透压力可以提供通过TFF筒3256的多孔膜的压降(进而流量下降)的某种指示(即，废物流量)。该压降可以关联起来用于评估例如废物流量、过滤培养基是否堵塞等。使用容积式泵(例如泵3213和3213’)而不是离心泵来提供与流量直接相关的泵速。因此，在一些实施例中，该系统可以不包括所示的压力传感器。相反，可以基于泵速来确定流量。
图80图示了细胞培养系统3300(在本文中也称为“系统”)的一部分，其包括双泵TFF系统和双多端口阀。TFF系统包括用于过滤如本文所述的细胞溶液的TFF筒3356。在该实施例中，第一多端口阀3307和第二多端口阀3307'联接到第一泵3313。阀3307和3307'以及第一泵3313被配置为将流体移入和移出系统3300的各种容器(例如，细胞培养容器、培养基容器、试剂容器等)以及如本文针对其他实施例所述那样在容器和TFF筒3356之间移动。如图80所示，第二多端口阀3307'联接到细胞培养容器3347和泵贮存器3374。系统3300还包括各种其他容器，例如图80中所示的试剂容器3305和清洗溶液容器3348，其联接到第一多端口阀3307'。泵贮存器3374可以通过第二阀3307'选择性地联接到泵3313出口。泵贮存器3374可用于在装置中保存任何流体。对于TFF进程，泵贮存器3374可以例如保存“已加热新鲜培养基”。如果需要，泵贮存器3374也可用于接收来自渗透输出的溶液。
系统3300还包括容器3372，容器3372可以用作保存器皿，该保存器皿容纳细胞样本溶液，所述细胞样本溶液可以包括细胞和其他流体，例如培养基和/或试剂。在一些实施例中，容器3372可以维持在受控温度下以维持细胞样本内细胞的活力。例如，在一些实施例中，温度维持在约37摄氏度。第二流体泵3313'流体地联接到容器3372并且还联接到TFF筒3356。TFF筒3356还流体地联接到第二多端口阀3307，第二多端口阀3307联接到第一泵3313，而第一泵3313被联接到第一多端口阀3307和废物容器3306。在该实施例中，第一压力传感器3398布置在TFF筒3356和第二多端口阀3307'之间的流体管线中，而第二压力传感器3398'布置在第二泵3313'和TFF筒3356之间。第一压力传感器3398和第二压力传感器3398'可用于提供与上述压力传感器3298相同或相似的信息。
如图80所示，流动箭头指示细胞样本溶液通过TFF系统的流动。更具体地说，细胞溶液从容器3372流到第二泵3313，然后流到TFF筒3356的入口。细胞溶液循环通过TFF筒3356以例如移除解离试剂。细胞溶液的滞留物从TFF筒3356的出口流出并返回到容器3372。渗透物的流动是指旧培养基(可能会意外丢失的解离试剂和新培养基)，它流过TFF筒3356的孔，并流出TFF筒3356的第二出口。在该实施例中，渗透物流过第一多端口阀3307和第二多端口阀3307'以及第一泵3313并流向废物容器3306。
使用TFF系统过滤/移除解离试剂允许在贴壁细胞传代后在不会在进程中损失细胞的情况下在线移除不需要的成分。如上所述，这种细胞损失或损坏可能发生在其他过滤方法中，例如如上所述的标准过滤或离心，或离线移除过程中。使用TFF，可以更换悬浮细胞培养物中的耗尽培养基，而不会丢失细胞，也无需用新鲜培养基稀释耗尽的培养基。此外，可以在不损失细胞的情况下浓缩细胞溶液。TFF系统还可以减少或消除更换细胞溶液的培养基以丢弃在溶液中形成的碎片的必要。
可以例如在贴壁细胞传代之后进行TFF过滤，以用新鲜培养基替换在细胞溶液中含有解离试剂的培养基。TFF也可以在冷冻细胞溶液复苏后进行，即用新鲜培养基代替细胞溶液中的冷冻培养基。如本文所述，TFF可用于替换悬浮细胞培养物中的耗尽培养基，而不会丢失细胞或仅用新鲜培养基稀释耗尽的培养基。TFF的另一个示例用途包括直接从培养物中提取纯化的生物制剂，例如病毒和蛋白质，而无需同时提取细胞(这将涉及将生物制剂与下游细胞分离)。
TFF过滤也可以在收获贴壁细胞时使用。例如，要从细胞溶液中移除含有解离试剂的旧培养基而不丢失细胞和将其替换为新鲜培养基或其他液体，需要将收获的细胞用于其预期用途。TFF还可用于通过将细胞溶液浓缩至所期望的细胞密度来由收获贴壁细胞以供用户收集，或用于通过在不丢失细胞的情况下移除用于生长细胞的培养基并用冷冻培养基代替来收获待冷冻的细胞。
在一些实施例中，TFF可用于从细胞培养物中移除小于正在培养的细胞的污染，例如细菌污染。分离的细胞溶液通过TFF循环，污染物通过过滤器在每个循环中缓慢丢失。细胞溶液定期或连续地用新鲜的、未受污染的培养基加满。
在一些实施例中，TFF可用于用分化方案(将干细胞转变为特定种类细胞的方案)的特定步骤所需要的新培养基完全替换干细胞正在其中生长的培养基，以确保旧培养基中的化学物质不会干扰分化进程。这是通过使分离的细胞溶液循环通过TFF以使得旧培养基通过孔丢失，同时定期或连续地将新培养基添加到细胞溶液中来完成的。
在一些实施例中，TFF筒最终会变成过于堵塞而不能再使用。例如，在某些情况下，如果细胞溶液失去液体过快，则TFF过滤器可能会堵塞。在TFF系统的一个示例实施例中，细胞溶液可以通过筒的内部然后通过筒的外部以帮助防止堵塞。当细胞溶液通过内部时，旧培养基会向外渗入渗透物流中，从而浪费掉。将新培养基添加到TFF保存器皿中。随着时间的推移，细胞会缓慢地堵塞在筒内部。当细胞溶液通过过滤器筒外部(渗透物流)时，旧培养基向内渗入滞留物流(沿膜表面通过并返回到养料贮存器(例如，溶液被导向膜的贮存器)的溶液)，从而浪费掉。将新的培养基添加到TFF保存器皿中，并且随着旧培养基的渗入，它会从内壁上剥落细胞，从而浪费掉。细胞会缓慢地堵塞筒的外部。
在另一个示例性实施例中，可以包括流量传感器以防止过滤器筒堵塞。例如，在一些实施例中，流量传感器可用于校准溶液中不同密度的不同类型细胞的TFF。在一些实施例中，可以包括流量传感器作为自耗托盘组件的一部分。在一些实施例中，流量传感器可以放置在渗透线内并用于确定有多少流体被移除，从而系统可以以相似的速率用新鲜培养基加满保存器皿。这也可以代之以通过在滞留线上放置一个流量传感器来推断。如果系统加满太慢，细胞溶液会变得太稠，过滤器会堵塞，因为没有足够的液体使细胞通过过滤器的纤维。
在一些实施例中，系统可以设置有例如在渗透线或滞留线上与其结合的流量传感器。在这样的实施例中，流量传感器还可以用于确定何时已经移除了足够的总液体，从而可以辨别出已经完全或几乎完全移除了旧培养基。因此，此时，系统可以停止过滤溶液。因此，这种安排限制了新培养基的浪费、不必要的细胞处理和时间，而且避免了新培养基的持续移除和浪费。
在没有流量传感器的实施例中，系统可以提供针对不同浓度的不同细胞类型的流体移除速率的列表或表格，使得用户可以为每种细胞类型和密度选择正确的设定。该系统还将被校准，以了解对于给定总体积的细胞溶液，需要移除多少总液体才能移除大部分(类似于离心机)的旧培养基——即多长时间才能循环通过TFF系统。
在又一个示例实施例中，TFF系统可以包括预处理的膜或替代膜材料以增强过滤能力。例如，膜的孔径通常基于排阻限制来限定，因此小孔总是存在于较大孔的膜中。预涂层和处理可以提高过滤进程的均匀性，即通过封闭最小的孔。TFF由于过滤器横截面受限而可用于分解大细胞团块，并且可以基于它们从过滤器中渗透的倾向来分离不同的细胞类型。
在一些实施例中，TFF系统可用于本文所示和描述的任何系统中，以便于可调节细胞密度的细胞收获方法。具体而言，在将细胞用于测试目的的某些情况下，可能期望使用具有在预定范围内的细胞密度(或数量)的溶液。因此，如果收获的细胞溶液小于所期望的密度，当前的方法包括处理细胞(例如，通过离心操作)以移除一些上清液(例如，溶液)来增加细胞密度的额外步骤。然而，如果收获的细胞溶液高于所期望的密度，当前的方法包括处理细胞以添加额外溶液的额外步骤。在一些实施例中，TFF系统可以产生在所期望的细胞密度范围内的用于收获的细胞溶液。具体而言，在移除可能具有破坏性的解离试剂后，可以测量细胞溶液(例如使用计数芯片)以确定当前细胞密度。然后可以通过TFF处理细胞溶液以移除多余的溶液(如果细胞密度太低)，然后重新测量。替代地，如果细胞密度太高，可以添加额外的细胞培养基。因此，可以从系统中以所期望的密度收获细胞。在一些实施例中，用户可以选择所期望的收获细胞密度(使用电子控制系统，例如电子控制系统1630)。以这种方式，系统可以为各种不同的细胞类型、用例等提供所期望的密度的细胞。
以下是根据各种实施方式的用于培养和/或处理干细胞的各种方法和工作流程，其可以包括使用TFF系统。应该假设下文描述的所有工作流程都可以使用本文描述的系统和方法的任何实施例(例如，细胞培养系统4000)。为简洁起见，在不需详细说明这些工作流程的情况下，可能不会针对这些工作流程描述添加培养基、移动细胞、测量汇合度以及使用TFF移除和添加新液体。这些细节可以在本文对其他类似用例(例如喂养、传代、移除解离试剂和检测贴壁细胞的汇合)的描述中找到。
所描述的包括使用TFF的工作流程特别适用于用多能干细胞(PSC)，例如诱导多能干细胞(iPSC)和胚胎干细胞(ESC)进行的培养操作。在一个示例工作流程中，可以在设备上维持无喂养层PSC培养(作为单个细胞或团块生长)。在细胞培养进程中，将多种解离试剂用于从细胞培养容器中分离细胞。然而，这些试剂应在细胞分离后从培养基中移除，因为它们可能对干细胞有害。通常，为此目的使用离心。一种新方法包括使用TFF从细胞中移除解离试剂。当培养物达到所期望/适当的汇合度(通过显微镜结合算法或用户输入检测到)时，添加解离试剂以分离细胞。一旦检测到细胞已经足够分离(通过显微镜结合算法或用户输入检测到)，系统就会添加中和溶液以中和解离试剂。然后使用TFF完全移除解离试剂，并将细胞移动到新的预涂层培养瓶中。
另一个示例性工作流程维护干细胞的3D聚集体，例如胚状体、类器官和球状体。作为背景，PSC衍生的3D结构主要出于三个主要原因而生成：i)测试PSC是否维持其效力，即形成许多不同类型细胞的能力，ii)启动分化协议的第一步，以及iii)将PSC分化为所期望的谱系，因为3D培养可以更好地概括生理条件。对于这些用例，需要用新鲜培养基喂养这些3D浮动结构，因此需要移除生长它们的耗尽培养基。从这些培养物中移除培养基既费时又困难，因为在更换培养基时这些结构可能会损坏或从培养物中取出。使用TFF更改培养基可确保以有效方式完成此进程而不会丢失3D结构。该系统可选地连续摇晃培养瓶，以阻止聚集体粘在一起。系统吸入聚集体，然后将聚集溶液循环通过TFF。一些旧培养基通常会在每个循环中通过过滤器的孔隙流失，但会保留聚集体。定期或连续地用新鲜培养基补充聚集溶液。最终所有旧培养基都被新培养基取代。聚集体要么被系统移回旧培养瓶，要么接种到新培养瓶中。
另一个示例性工作流程涉及维持PSC的无喂养层培养物，其中MEF细胞用于调节培养基。一般来说，无喂养层培养物更容易处理，但需要更昂贵的经调节培养基。这种方法组合了两种方法的优点。一个培养瓶包含MEF细胞，这些细胞会分泌化学物质来调节它们生长的培养基。系统会定期将第一培养瓶中的一部分或全部上清液泵入同一台机器上的PSC的第二培养瓶中，以喂给第二培养瓶。这避免了为PSC购买昂贵的培养基。可选地，在喂给第二培养瓶之前，可以在培养基上进行TFF，以移除细胞碎片(过滤后的培养基通过渗透物收集)。
另一个示例工作流程涉及共培养(“喂养层”培养)以维持PSC。有时PSC在不同类型细胞的床上生长。这些“喂养层”细胞分泌有助于PSC生长的化学物质。在此工作流程中，一个培养瓶(已涂有明胶或基质胶)接种有丝分裂失活的小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)(它们不能进行“有丝分裂”，即它们不能分裂)。MEF细胞维持2-3天。在此期间之后，PSC被接种在同一个培养瓶中，并在MEF细胞顶部生长。将细胞一起传代到另一个有涂层培养瓶中进行1-2次传代。当只需要恢复PSC，执行以下步骤之一。第一种选择是重复该进程几次，使两种类型的细胞附着在有涂层培养瓶中，然后(分离)并将它们传代到新培养瓶中。由于MEF细胞不分裂，但PSC会分裂，因此经过几次传代后，它们将被稀释。第二种选择是传代到涂有明胶的培养瓶中。MEF细胞首先附着，因此如果在30分钟内从培养瓶中提取上清液(并且一旦发现MEF细胞已附着)，则上清液将仅含有PSC。然后可以将该上清液传代到新的有涂层培养瓶中进行培养。第三种选择是使用TFF将较大的MEF细胞与较小的多能干细胞按尺寸分开。多能干细胞将被收集在渗透物中。
另一个工作流程包括将人类成纤维细胞重编程为iPSC的共培养。此工作流程与上述工作流程相同，除了此处MEF被人类成纤维细胞替换，而PSC被替换为一组单独的人类成纤维细胞，这些细胞将被重新编程。需要额外的试剂来导致实际的重新编程。
在又一个工作流程中，无喂养层培养物用于将人类成纤维细胞重编程为iPSC，其中人类成纤维细胞用于调节培养基。一般来说，如上所述，无喂养层培养物更容易处理，但需要更昂贵的经调节培养基。一培养瓶容纳人类成纤维细胞。这些细胞分泌调节它们生长的培养基的化学物质。周期性地，从第一培养瓶中取出一部分或全部上清液，并用于喂养在同一台机器上的被重新编程第二培养瓶人类成纤维细胞。这避免了在重新编程期间必须购买昂贵的培养基。可选地，在喂给第二培养瓶之前对培养基进行TFF，以移除细胞碎片(过滤后的培养基通过渗透物收集)。
在另一个工作流程中，无喂养层培养物用于将PSC分化成不同类型的细胞B，其中一种细胞A用于调节培养基。在这种方法中，一个培养瓶含有A型细胞，这些细胞分泌调节它们生长的培养基的化学物质。周期性地，从第一培养瓶中取出一部分或全部上清液并用于喂给PSC的第二培养瓶，这些PSC在同一台机器上被分化成一种细胞B。这避免了在分化期间必须购买昂贵的培养基。对于将PSC分化为神经元细胞的培养基，A型细胞可以是基质细胞或星形胶质细胞。可选地，在喂给第二培养瓶之前对培养基进行TFF以移除细胞碎片(过滤后的培养基通过渗透物收集)。
在另一个工作流程中，使用单核细胞培养物来收获巨噬细胞。单核细胞是一种可以分化成巨噬细胞的细胞。当它们分裂时，一个是单核细胞，一个是巨噬细胞(因此它们基本上像工厂一样“生产”巨噬细胞)。一培养瓶贴壁单核细胞分裂并分化以产生巨噬细胞进入培养物(从而大致维持单核细胞群)。巨噬细胞漂浮在培养基中。系统定期从培养瓶中提取培养基以收集巨噬细胞。该系统在收集它们之前使用TFF将收获的巨噬细胞集中下来，这样用户就不需要带走大量的培养基。可选地，也可以在收获前对细胞进行计数，以便用户了解溶液中巨噬细胞的密度。可选地，可以使用随着时间推移的细胞计数来跟踪巨噬细胞的产生。
在另一个工作流程中，TFF用于在PSC培养物的维护期间移除污染细胞。在PSC的维护期间，污染细胞是用户不要PSC分化成的那些细胞(它们是不想要的分化的结果)。对于具有一些未分化的PSC以及不想要的分化细胞(即污染细胞)的培养物，可以使用解离试剂来分离所有细胞。TFF可用于将污染细胞与期望保留的细胞分离。如果PSC小于污染细胞，它们将被收集在渗透物中，而污染细胞将进入滞留物。如果PSC较大，则反之。可选地，将PSC传代到新的培养瓶中，并且培养物现在是无污染的。
在又一个工作流程中，TFF用于在PSC培养物的分化期间移除污染细胞。此工作流程与上述工作流程相同或相似。使用这种方法的一个示例是当试图形成神经干细胞时，神经嵴干细胞也可能被形成为污染细胞。在这种方法和以前的方法中，污染细胞工作流程都可能由系统检测到具有不想要的形态的细胞触发。
尽管自动化细胞培养系统1600和其他系统被示出为包括多端口阀(例如，多端口阀1607或多端口阀2607)，但在其他实施例中，自动化细胞培养系统1600可以包括任何合适的阀组件(或一组阀)，其配置为控制流入和流出系统中各种容器的流量。例如，在一些实施例中，自动化细胞培养系统可以包括一组阀，每个阀可单独致动，共同配置为控制流入和流出系统内的容器的流量。每个阀可以由单个致动器(例如电子、气动或液压致动器)致动。
例如，图81是根据一个实施例的细胞培养系统3600的示意图，该系统没有多端口阀，但包括具有一系列单独的阀以控制流体移动的阀组件3607。与本文所示的细胞培养系统(例如，系统1600、1700和2000)类似，细胞培养系统3600包括自耗或一次性细胞培养托盘组件3601(本文也称为“托盘组件”)和可重复使用的基座单元(未示出，但可以类似于本文所述的任何基座单元)。一次性托盘组件3601包括以下描述的各种部件，其中一些部件预先组装在托盘组件3601上(或与托盘组件3601预先组装在一起)并封闭在保护性外套内以将部件维持在无菌状态。在一些实施例中，在细胞培养过程中在使用托盘组件3601之前，可以将托盘组件3601的某些部件在无菌环境(例如，层流罩)内添加到托盘组件3601。当托盘组件3601已组装好并准备好使用时，托盘组件3601可以如本文所述那样联接到基座单元。
基座单元(未示出，但例如可以是基座单元1620、1720或2020)是系统的可重复使用的部件，其包括在托盘组件3601上操作或与托盘组件3601交互以便于本文所述的细胞培养方法的部件。例如，基座单元可以包括任何或所有流体泵3613或泵致动器(未示出)以在系统3600内产生期望的流体流、摇晃器(未示出)、用以检测与细胞培养容器的内容物相关联的信息的一个或多个传感器(未示出)以及电子控制系统。
托盘组件3601类似于并且可以包括来自本文描述的任何托盘组件的任何部件，例如托盘组件1601、托盘组件1701或托盘组件2001，因此未在下文中详情描述。如图所示，托盘组件3601包括托盘3602，托盘3602可以可移除地联接到基座单元。托盘3602包括一组细胞培养容器3647、3648、3649、废物容器3606和试剂容器3605。这些容器通过阀组件3607(其包括一组独立的阀3607A-3607G)联接在一起并联接到泵3613、管材和保存空间3674。保存空间3674可以是器皿或容器，其结构类似于系统中的其他容器。在其他实施例中，保存空间3674可以是便于多个输入和输出的歧管结构(例如，由管材构成)，如图所示。
容器可以以任何合适的方式联接到托盘3602。例如，在一些实施例中，任何或所有容器不作为托盘组件3601的一部分包括在无菌包装中，而是单独提供，像上述托盘组件1601的细胞培养容器1647、1648一样。在这样的实施例中，细胞培养容器3647、3648、3649、试剂容器3605和废物容器3606可以在无菌环境(例如，流动罩)下制备(例如，接种细胞、填充营养物等)并联接到托盘3602。在其他实施例中，任何或所有容器作为托盘组件3601的一部分被包括在无菌包装中，但可以在使用期间从托盘中移除(例如，用于放置在冰箱中)和/或与系统流体分离，以便于启动过程。在其他实施例中，任何或所有容器作为托盘组件3601的一部分被包括在无菌包装中并且永久地联接到托盘3602和/或在使用期间不与系统流体分离，像本文描述的托盘组件2601的细胞培养容器2647、2648。因此，托盘3602可包括任何合适的安装夹具或结构，其被配置为如本文所述那样将容器联接到托盘。
每个容器联接到具有流体交换端口和气体交换端口的容器盖，类似于本文所示和描述的盖803或盖2408。具体地，细胞培养容器3647、3648、3649分别联接到盖3608，试剂容器联接到盖3609，废物容器联接到盖3610。在一些实施例中，盖可以可移除地联接到其相应的容器(例如，便于启动过程、系统维护等)。在其他实施例中(例如，如针对细胞培养系统2600所述)，盖永久地联接到它们相应的容器。如图所示，每个盖通过管材流体联接在系统3600内。以此方式，流体可以如本文所述那样在各种容器之间转移(例如，用于细胞传代、细胞收获等)。
与包括多端口阀以选择性地限定用于系统内流体移动的流体路径的系统1600相比，细胞培养系统3600包括阀组件3607，其具有一组阀3607A-3607G，其每个都可以单独致动。阀3607A-3607G具有单个输入和单个输出，并且可以以“开/关”方式或通过节流(即，控制通过阀的流量)来控制通过其中的流体流量。当以“开/关”方式使用时，阀3607A-3607G可以提供简单的控制系统，而无需阀位置传感器或旋转致动器。因为每个阀3607A-3607G都是可独立致动的，所以可以在容器、保存空间3674和泵3613之间限定一系列不同的流动路径。例如，阀3607A控制流入和流出细胞培养容器3647的流量，阀3607B控制流入和流出细胞培养容器3648的流量，而阀3607C控制流入和流出细胞培养容器3649的流量。阀3607D控制每个细胞培养容器与保存空间3674之间的流量。阀3607E控制流入和流出废物容器3606的流量，而阀3607F控制流入和流出试剂(或细胞营养物)容器3605的流量。阀3607G控制流体泵3613和保存空间3674之间的流量。
在一些实施例中，上述开/关阀3607A-3607G被包括在托盘3602上并且由用户配合地接合基座单元中的阀致动器。在其他实施例中，阀3607A-3607G是封闭管段，其放置在基座单元上的固定夹捏阀中。在一些实施例中，可以有少至三个放置在阀中的开/关阀/管段——一个控制流到第一容器的流量，一个控制流到第二容器的流量，一个控制流到第三部位(例如，容器或托盘上的其他部位)的流量。
尽管未示出，但系统3600可以包括联接到各种其他部件(例如细胞计数芯片、细胞收获容器、各种试剂和酶容器等)的附加阀。以这种方式，当致动时，阀组件3607中的各种阀可便于自动化细胞培养系统3600内的各种容器之间的流体交换。例如，如本文所述，可致动阀以便于向细胞培养容器中添加细胞培养基或试剂，从细胞培养容器中移除细胞(例如，细胞传代或细胞收获)，或与细胞培养相关联的任何其他流体移动。
阀3607A-3607G可以是具有输入端口和出口端口的任何合适的阀。在一些实施例中，阀3607A-3607G中的任何一个(或所有)可以是夹捏阀，其接纳一段管材并且当被致动时使管材变形以关闭该段管材从而防止流体流过其中。这种布置可以有利于消除管材和阀之间的流体连接(即，因为该段管材维持完整并且被放置在夹捏阀的支架或接纳部分内)。在其他实施例中，任何(或所有)阀3607A-3607G可以是针阀、球阀或任何其他阀机构以控制通过其中的流量。
在一些实施例中，阀3607A-3607G可以包括集成阀致动器(例如，螺线管)，其被包括在自耗托盘组件3601上。因此，与本文描述的其他托盘组件(例如，托盘组件1601)相比，阀3607A-3607G可以固定地联接到托盘3602并且不从托盘移除以联接到基座单元内的致动器(例如，外部致动器，如上述致动器1621)。这种布置可以减少所需要的启动时间。在一些实施例中，集成阀和致动器可以通过可接受的方法进行灭菌，以便于整个托盘组件的灭菌，如本文所述。例如，在一些实施例中，具有固定联接到托盘3602的致动器的托盘组件可以通过任何合适的低温方法(即，不会不利地影响电子设备的功能)来灭菌。例如，在一些实施例中，可以通过环氧乙烷(EtO)对托盘组件进行灭菌，其采用比一些其他灭菌方法更低的温度。
在其他实施例中，系统可以包括一个或多个固定地联接到托盘的非电子阀致动器。以这种方式，可以使用更广泛的灭菌方法。例如，通过包括固定联接到托盘的非电子致动器，可以使用通常与电子设备不兼容的灭菌方法，例如蒸汽灭菌。在一些实施例中，本文所述的任何托盘组件或系统可包括一个或多个压力致动阀，例如气动阀或液压阀。例如，图82A、82B、83A和83B是根据一个实施例的包括压力驱动阀3707的托盘组件3701的一部分的示意图。图82B是沿图82A中的线X-X截取的横截面视图，而图83B是沿图83A中的线X-X截取的横截面视图。如图所示，托盘组件3701包括容器3747，其可以是本文所述的任何容器(例如，细胞培养容器)。容器3747可以通过管材A(其可以类似于结合图16A-16C示出和描述的管材)联接到其他容器、泵或托盘组件3701的任何其他部件。压力致动阀3707是腔室、容器或其他结构，当其被致动时，施加压力以收缩管材A以防止流过其中，如图83A和83B所示。在一些实施例中，阀3707可以通过在阀3707内施加气体压力来致动以对管材A产生压力。在其他实施例中，阀3707可以通过在阀3707内施加液压来致动以对管材A产生压力。尽管阀3707被示为包括与管材A相交或交叉的单个压力构件，但在其他实施例中，阀3707可以包括与管材A相交(或交叉)的一系列压力构件。
图84-101图示了用于细胞培养过程的细胞培养系统4000的另一个实施例。细胞培养系统4000可以包括与本文描述的其他实施例(包括例如细胞培养系统1700和2000)相同或相似的部件，并且可以具有与本文描述的先前实施例相同或相似的功能，因此，细胞培养系统4000的一些细节在本实施例中不再赘述。
细胞培养系统4000(在本文中也称为“系统”)包括培养瓶托盘组件4101(例如参见图84-90)、输入托盘组件4281(例如参见图91-92)和器械4300(例如参见图93-101)。如下所述，培养瓶托盘组件4101可以可移除地联接到器械4300。类似地，输入托盘组件4281也可以如下所述那样可移除地联接到器械4300。培养瓶托盘组件4101可以如上文针对先前实施例所述那样包装或储藏在无菌包装中。在一些实施例中，输入托盘组件4281储藏在与培养瓶托盘组件4101相同的外套内。在一些实施例中，培养瓶托盘组件4101和输入托盘组件4281被包裹在单独的无菌外套中。在一些实施例中，培养瓶托盘组件4101和/或输入托盘组件4281一起或分开放置在双层外套(例如，双层袋装)中。
例如，如图84-86所示，培养瓶托盘组件4101包括托盘4102，在托盘4102布置有把手4114、阀组件4184、细胞计数芯片4117、六个容器4147和对应的六个盖4108。容器4147可以例如是细胞培养容器并由透明材料形成以允许在容器4147内部观察。在一些实施例中，容器可以是例如实验室培养瓶或盘子。容器可以保存细胞培养物、生长培养基和任何其他与细胞培养物相关联的添加剂或试剂。容器内的细胞培养物可以是任何种类的贴壁或悬浮细胞培养物。容器4147可预先组装在托盘组件4101的托盘4102上，并提供在围绕托盘组件4101的外套内，如上文针对先前实施例所述。当布置在外套内时，预先组装容器4147可以联接到盖4108或与盖4108分离。在准备细胞培养过程期间和在托盘组件4101联接到器械4300之前，可以将细胞和试剂通过盖4108添加到容器4147中。例如，如果盖4108在套上外套之前还没有联接到容器4147，则盖4108可以联接到容器4147并且细胞和试剂可以通过盖4108引入容器4147中。在其他实施例中，盖4108预先联接到容器4147以形成封闭系统(即，容器4147以限制微生物进入系统的方式与外部环境基本上隔离)。可以将细胞和试剂引入容器4147而不打开盖(即，同时维持封闭系统)。在一些实施例中，容器4147没有预先组装在托盘4102上(没有提供在外套内)，而是在准备细胞培养过程期间被添加到托盘4102中，如上文针对先前实施例所述。在这种情况下，容器4147填充有细胞和试剂(例如，细胞培养基)，联接到盖4108并添加到托盘组件4101。
盖4108可以配置为与上述实施例的盖相同，包括细胞培养器皿盖803或盖2408。例如，盖4108可以包括液体交换端口(也称为“流体端口”)和气体交换端口，并且流体端口可以无菌地联接到阀组件4107的阀(如下所述)，其具有如上文针对先前实施例所描述的并且如在下文中所详细描述的管材(如图84所示)。盖4108可以包括无菌快速连接配件(例如，
Figure BDA0003892293420001031
配件)。
在该实施例中，托盘4102包括联接在一起的顶部4112和底部4115，并且每个都包括多个透明或切口部分4158，每个容器4147都布置在这些透明或切口部分4158上，如图88中最佳所示。顶部4112中的切口部分小于底部4115中的切口部分1058，使得当顶部4112联接到底部4115时，在切口部分4158的周边周围形成肩部4126，容器4147可以搁置在其上。当容器4147布置在器械4300内时，透明或切口部分4158允许观察容器4147的内容物。例如，如先前实施例所述，细胞培养系统4000可包括成像装置和/或其他传感器(下文更详细地描述)，当托盘组件4101联接至器械4300时，其布置在器械4300中托盘4102下方。透明部分或切口4158可以允许通过透明部分或切口获得图像和/或其他数据，例如联接到托盘4102的容器4147内的内容物。提供了将容器4147保持在托盘4102上的托架4124。例如，如图84-87所示，托架4124附接到托盘4102并布置在容器的顶面上，使得托架4124的一部分接触每个容器4147的顶面以帮助将容器保持在托盘4102上。托架4124限定了两个开口4127，如果在细胞培养系统4000的储藏或使用期间需要，例如可以使用这两个开口4127保持管(例如，FalconTM管)。托盘4102还包括透明或切口部分4157(例如参见图88)，细胞计数芯片4117布置在其上。与容器4147一样，细胞计数芯片4117可以包括底部透明部分，使得成像装置和/或其他传感器布置在基座单元4320中并且可以用于获得关于细胞计数芯片4117内的内容物的信息。在一些实施例中，细胞计数芯片4117可以联接到或安装在器械4300内，而不是预先组装在托盘组件4101上。
托盘4102还限定多个对准部分，其形式为切口部分4199，布置在托盘4102的周边边缘周围。切口部分4199用于对准器械4200上的托盘4102，如在下面更详细。例如，器械4300包括与托盘4102的对准部分4199配合地接合的对准部分(例如参见图93和97中的突起4342)。托盘4102还限定多个对准标记4122和开口4197，其当阀组件4184联接到托盘4102时，接纳阀组件4184的阀4107(下文描述)的机械联接器4193。在一些实施例中，对准标记4122是穿过托盘4102的开口，例如如图88所示。对准标记4122可用于将托盘与布置在下文将更详细地描述的器械4300内的传感器(例如，成像装置、显微镜)对准。
阀组件4184包括布置在阀壳体4194内的阀4107(例如，如图90B和90C所示)。阀4107可以被配置为与例如上述阀2407相同或相似，并且包括主端口4188和多个可选端口4189(例如参见图89)，其可以经由一段管材(如图84所示)选择性地流体和无菌地连接盖4108(和/或其他盖/容器)。阀4107还包括阀转子4190，阀转子4190包括机械联接器4193。机械联接器4193被配置为机械地联接到器械的阀致动器(如下所述)，该阀致动器可以具有被成形为接受机械联接器4193(例如参见图96)的空腔，并且将旋转机械能传递到阀4107。阀壳体4194可以通过安装托架4118和一对柱4196联接到托盘4102。阀壳体4194配合地联接到托盘组件4101的安装托架4118并装配在其中，并且包括接纳柱4196的开口4123(在图89中只有一个可见)。托架4118和柱4196在储藏和运输期间将阀组件4184定位并保持在托盘4102上。此外，托盘4102限定开口4197，该开口4197接纳阀转子4190的联接器4193。
阀壳体4194限定两个支座部分4129，每个支座部分都可以支承管4111(例如，本领域已知FalconTM管)，如图84和90A所示。这些管可以用盖4108盖住。托盘4102限定了相应的切口部分4128(例如参见图88)，管4111可以当阀组件4184联接到托盘4102时延伸通过该切口部分。管4111提供了流体贮存器，其可以包含例如各种流体、接种细胞、新鲜培养基、废物等。管4111可以流体地和无菌地联接到阀4107的选择端口。阀组件4184还包括泵支座部分4134，其在托盘组件4101的运输和储藏期间可移除地支承泵4113。在该实施例中，泵4113是蠕动泵并且流体地和无菌地联接到例如阀4107的主端口和托盘组件4101的一个或多个容器。阀组件4184还支承两个快速连接阀联接器4136和4137(参见图90D)，下文将更详细地讨论。阀联接器4136和4137可以是例如无菌快速连接配件(例如，
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配件)。更具体地，联接器4136是插头连接器，而联接器4137是插座连接器。联接器4136可以联接到托盘组件4281的对应插座连接器(下文描述的4237)，而联接器4137可以联接到输入托盘组件4281的对应插头连接器(下文描述的4236)，如下所述。
细胞计数芯片4117最佳地示出在图89中。细胞计数芯片4117包括内部流体贮存器4133，以及入口端口4132和出口端口4131，入口端口4132和出口端口4131均流体联接到贮存器4133。贮存器4133被设计成(例如，具有一定高度和宽度)使得其具有已知容积以提供准确的细胞计数。细胞计数芯片4117在系统4000内流体和无菌地联接在容器和阀4107之间，使得细胞计数芯片4117处于封闭系统内。来自任何容器4147的细胞样本可以从选定的容器引入和引出细胞计数芯片4117，如本文针对其他实施例所述。例如，可以将细胞从系统4000的容器之一泵送到细胞计数芯片4117，并且可以在细胞计数芯片4117内对细胞进行计数，然后将细胞移回该容器或系统4000内的另一个容器。在细胞计数芯片4117内分析细胞样本以产生与细胞样本内的细胞量相关联的细胞信号。
如图91和92所示，输入托盘组件4281包括支座4202，其支撑第二阀组件4284和多个容器4205、4203、4206以及管4277和4274。盖4209联接到容器4205、4203和4206，而盖4208联接到管4277和4274。盖4209和4208可以配置为与上述盖4208相同或相似，以在容器和管与第二阀组件4284的阀之间提供无菌密封。例如，盖4209和4208可以包括无菌快速连接配件(例如，
Figure BDA0003892293420001061
配件)。阀组件4284包括布置在阀壳体4294内的阀(未示出)。该阀可以构造成与阀4107和阀壳体4194相同，本文不再详述。例如，该阀包括具有联接器(未示出)、主端口和多个可选端口的阀转子(未示出)。阀组件4284的机械联接器被配置为机械联接到器械4300的第二阀致动器(如下所述)，该第二阀致动器可以具有形状为以与上述阀4107相同的方式接受机械联接器的空腔。第二阀致动器可以将旋转机械能传递到阀组件4284的阀。阀壳体4294可以构造成与阀壳体4194相似或相同，并且包括两个支座部分4229，每个支座部分都可以支承管(例如，下文描述的FalconTM管4277和4274)，并且包括开口4223(在图91中仅可见一个)，稍后用于接纳下文描述的器械4300的定位器突起。阀组件4284还可以支承两个快速连接阀联接器4236和4237(例如参见图100)，它们可以在启动关闭系统4000期间联接到阀组件4184的阀联接器4136和4137以准备如下文更详细讨论的细胞培养过程。如上所述，联接器4236是可以联接到阀组件4184的插座连接器4136的插头型连接器，而联接器4237是可以联接到阀组件4184的插头连接器4136的插座型连接器。
容器4205可以用于例如容纳培养基或试剂，容器4203可以例如用于容纳细胞缓冲液(例如PBS)，而容器4206可以用于例如容纳废料和液体。容器4205、4203和4206可以具有联接到其上的盖4209，以无菌和流体地联接到阀组件4284的阀。管4277可以用于例如容纳酶(例如胰蛋白酶)，而管4274可以用作例如细胞接种管或细胞收集管。
如图92所示，支座4202包括顶部托盘部分4212和底部托盘部分4215。顶部4212限定了开口4204，其尺寸和形状被设计成接纳容器4205、4206和4203。顶部4212还限定了开口4228，其尺寸和形状被设计成当阀组件4284联接到支座4202时接纳管4277和4274。底部4215在容器和管布置在支座4202上时支撑这些容器和管，如图91所示。顶部4212还限定开口4296，该开口4296被配置为以与关于托盘4102所述相同的方式接纳阀的机械联接器。
如上文针对先前实施例所述，预先组装的托盘组件4101可以可移除地联接到器械4300。图93-101图示了器械4300。器械4300包括基座单元4320和通过附件4315可移动地联接到基座单元4320的上部单元4325，使得上部单元4325可在关闭或部分关闭位置与打开位置之间移动，而器械4300可在打开配置(参见图93、98和100)和关闭或部分关闭配置(参见图101)之间移动。附件4315可以是例如具有提供减震安装的气缸的伸缩组件。例如，减震能力可以限制上部单元4325内的部件由于重复打开和关闭而损坏或错位的可能性。在一些实施例中，附件4315允许顶部保留在打开位置，使得用户可以接近器械4300的内部以制备器械4300用于细胞培养过程。例如，在一些实施例中，附件4315可以包括锁定特征以将上部单元4325锁定在打开位置。在一些实施例中，器械4300包括一个或多个盖传感器(未示出)，当盖打开或关闭时，该传感器可以检测并提供指示。
基座单元4320包括支撑和/或容纳基座单元4320的各种部件的壳体4323。类似地，上部单元4325包括能够支撑和/或容纳上部单元4325的各种部件的壳体4338。基座单元4320包括第一阀连接器部分4321、第二阀连接器部分4322、第一泵连接器4326和第二泵连接器4327。基座单元4320还包括位于前表面上的支座4346，其可用于如下文更详细描述的那样支承阀连接器。第一阀连接器部分4321可操作地联接到布置在壳体4323内的阀致动器(未示出，但可以类似于上述阀致动器2021)，并且配置为配合地联接到第一阀组件4184。第二阀连接器4322可操作地联接到布置在壳体4323内并配合地联接到第二阀组件4284的第二阀致动器(未示出，但可以类似于上述阀致动器2021)。类似地，第一泵连接器4326可操作地联接到第一泵致动器(未示出)，而第二泵连接器4327可操作地联接到第二泵致动器(未示出)，每个泵致动器均布置在壳体4323内。第一泵连接器4326被配置为联接到上述泵4113。如果需要添加到特定系统，第二泵连接器4327可用于可选的第二泵。该阀致动器和泵致动器共同配置为被致动以将流体移入和移出系统4000的各种部件。
第一阀连接器部分4321和第二阀连接器4322被配置为彼此相同并且每个都可以适应将第一阀组件4184或第二阀组件4322联接到其上。如图示了第二阀连接器部分4322的图96最佳所示，阀连接器部分4322包括可接纳在阀组件4284的开口4223内的定位器突起4339。阀连接器部分4322还包括当阀组件4184联接到基座单元4320上时接纳阀组件4184的阀的机械联接器的配合空腔4340。类似地，阀连接器部分4321包括可接纳在阀组件4184的开口4123内的定位器突起4339(例如参见图94B)。阀连接器部分4321还包括当阀组件4184联接到基座单元4320时接纳阀组件4184的阀4107的机械联接器4193的配合空腔4340。
第一泵连接器4326和第二泵连接器4327被配置为联接到蠕动泵，例如泵4113。如图示了第一泵连接器4326的放大图的图99最佳所示，第一泵连接器4326包括沿内周边缘布置的键槽特征4341(在该实施例中为四个)，其配合地接纳泵4113上的对应锁定特征4135。例如，泵4113旋转成通过键槽特征4341和锁定特征4135与第一泵连接器4326锁定接合。第二泵连接器4327类似地配置为将泵(例如泵4113)配合地联接到其上。
器械4300还包括布置在基座单元4320的壳体4323内的摇晃器组件4328。摇晃器组件4328可以包括摇晃器致动器(未示出)或联接到摇晃器致动器。摇晃器组件4328(在本文中也称为“摇晃器”)可以例如与上面所示和描述的摇晃器1628、2038或2628相同或相似，并且可以配置为摇晃或移动与前面实施例所述的壳体4323相关的可移除托盘组件4101。例如，摇晃器4328可以包括轨道振动器，当托盘组件4101联接到器械4300时，该轨道振动器以圆形或半圆形运动移动托盘组件4101。摇晃器4328可以以轨道模式、摇摆运动、振动运动、圆形涡旋运动或在细胞培养中有用的其他运动来摇晃托盘组件4101。在一些实施例中，摇晃器4328可以被用户编程为以不同的模式(例如8字形模式)摇晃。有时，某些摇晃模式可能会优先用于某些应用。例如，为了提供细胞的均匀分布(例如在接种新的细胞培养器皿时)或在容器内混合流体，可能需要8字模式。在一些实施例中，摇晃器4328可以被用户编程以挡风玻璃刮水器(或往复式)运动摇晃。这样的实施例，例如，在贴壁细胞的传代或收获期间，对于从容器内分离细胞可能更好。在一些实施例中，单独的细胞培养器皿/容器可以由在如前所述的细胞培养器皿和可移除托盘组件4101之间移位的独立摇晃器独立地摇晃。在一些实施例中，可以不包括摇晃器。
基座单元4320包括支撑板4359，支撑板4359联接到壳体4323并且提供接纳部分4324，托盘组件4101可以放置在该接纳部分4324上。例如，如图93所示，接纳部分4324包括透明部分4357，其使得能够通过支撑板4359观察，使得当托盘组件4101布置在支撑板4359上时，可以使用传感器，例如显微镜成像装置(下文描述)通过透明部分4357获得关于细胞容器和/或细胞计数芯片4117的内容物的信息。例如，可以获得与细胞培养容器和/或细胞计数芯片4117的内容物相关联的图像和/或其他传感器数据。支撑板4359还包括多个对准突起4342(例如参见图93和97)，它们被接纳在托盘4102的对准部分4199内以帮助将托盘组件4101定位在支撑板4359上并帮助在系统4000的操作期间维持托盘组件4101相对于支撑板4359的位置。图97图示了系统4000的放大部分，图示了托盘4102的与对准突起4323接合的对准部分4199(在圆圈区域A中)。
摇晃器4328通过位于支撑板4359周边周围的多个可旋转联接元件4335和4336可操作地联接到支撑板4359。具体地，联接元件4335、4336中的每个从支撑板4359的一组附接部位联接到对应的附接部位，以在至少两个方向上维持支撑板4359相对于器械4300的位置。在一些实施例中，可旋转联接元件4335和4336包括至少一个驱动元件和至少一个惰轮元件。在该实施例中，联接元件4335包括用于摇晃器4328的驱动马达，并且五个联接元件4336用作摇晃器4328的惰轮。在本实施例中，联接元件4335布置在壳体4323的中心部位，但在其他实施例中，联接元件4335可以布置在不同的部位。联接元件4335和联接元件4336的放大图分别示出在图95A和95B中。更具体地，支撑板4359的底表面可以包括磁体，该磁体可以磁联接到联接元件4335的铁磁部分。在细胞培养系统4000操作期间，磁联接在至少垂直方向上维持支撑板4359相对于壳体4323的位置。支撑板4359的底侧还包括突起(未示出)，该突起可以接纳在如图95A和95B所示的联接元件4335和4336的开口4337中。突起/开口附件可以在至少前后方向和左右方向上维持支撑板4359相对于壳体4323的位置。如上所述，摇晃器配置为当被致动时移动支撑板4359，以在细胞培养托盘组件4101联接到支撑板4359时摇晃细胞培养托盘组件4101。
该器械还包括细胞传感器组件，该细胞传感器组件包括与基座单元4320的壳体4323布置在一起的第一部分和布置在上部单元4325的壳体4338内的第二部分。细胞传感器组件可以安装到器械4300以允许传感器(例如，成像装置、照明装置)如本文所述那样相对于基座单元4320的壳体4323可移动。例如，如图93所示，壳体4338包括透明部分4343(例如，窗口)，在系统4000操作期间，光可以穿过该透明部分。
更具体地，在该实施例中，布置在基座单元4320的壳体4323内的细胞传感器组件的第一部分包括成像装置4360，该成像装置4360包括可以相对于基座单元4320的壳体4323移动的显微镜4362，用于当自动化细胞培养系统联接到基座单元4320时对布置在自动化细胞培养系统的托盘4101上的任何细胞培养容器4147和/或细胞计数芯片4117的内容物进行成像。显微镜4362安装在机械系统4361上，该机械系统是能够移动以使得显微镜4362与细胞培养容器4147和细胞计数芯片4117对准。机械系统4361可以是用于移动成像装置4360的任何合适的组件，例如如上文参考图32-34所描述的2维或3维台架机构或铰接机械臂机构。在本实施例中，用于移动成像装置4360的显微镜4362的机械系统4361包括具有柔性驱动链的联动驱动系统。机械系统包括至少一个马达(例如，皮带驱动器)，以使显微镜4362沿箭头A所示的前后方向、箭头B所示的左右方向和箭头C所示的垂直定向(例如，用于聚焦)相对于壳体4323和支撑板4359移动。显微镜4362可以通过基座单元4320顶部中的支撑板4359的透明部分4357以及通过细胞容器4347的托盘4102中的切口(或透明部分)和细胞计数芯片4117切口(或透明部分)并通过容器4347和细胞计数芯片4117观察。如上所述，由托盘4102限定的对准标记4122可用于将托盘4102与显微镜4360对准。显微镜4362可以使用对准标记4122以帮助将显微镜4360与细胞计数芯片4117或容器4147的部位正确对准。
如本文所述，成像装置4360(即，显微镜4362)可用于收集与本文所述的细胞培养容器4147和/或细胞计数芯片4117内的内容物有关的信息。例如，在一些实施例中，成像装置4360可以在细胞培养期间获得细胞培养容器4147和/或细胞计数芯片4117的内容物的图像，并且可以使用这些图像确定例如内容物的密度以确定容器内的细胞数量(例如，关于悬浮细胞)，或在例如贴壁细胞的情况下确定汇合百分比(即，被细胞覆盖的容器区域的百分比)。在一些实施例中，成像装置4360可用于通过细胞计数芯片4117拍摄细胞培养容器4147的内容物的样本部分的图像和/或其他类型的输出。例如，可以将细胞培养容器4147内的流体混合物的样本提取到细胞计数芯片4117中，并且可以将显微镜4362移动到与细胞计数芯片4117对准的位置并用于成像或以其他方式收集与细胞计数芯片4117上的样本流体混合物相关联的信息。
上部单元4325内的传感器组件的第二部分包括可以与成像装置4360一起使用的光系统4382。因此，光系统4382在托盘组件4101联接到器械4300时布置在支撑板4359和托盘组件4101上方。与成像装置4360一样，光系统4382安装到机械系统4381以使光系统4382能够相对于上部单元4325的壳体4338移动。例如，光系统4382可以沿与关于成像装置4360所描述的相同的方向移动(例如，沿图93中的A、B和C方向)。光源4382的移动可以与显微镜4362的移动相协调，使得在对容器4147或细胞计数芯片4117的内容物进行成像时可以提供光。例如，如上所述，容器4147和细胞计数芯片4117可以在顶部包括透明部分，使得光可以通过。在一些实施例中，系统4300可以包括一个或多个摄像头或LED和/或光传感器以对细胞培养容器的内容物进行成像。
成像装置4360可以由任何电子控制系统(例如，1630、1730、2030)根据本文描述的任何方法来控制。例如，在一些实施例中，可以控制显微镜成像装置1960(和任何相关联的光源)以自动对细胞培养容器成像(例如，以产生与容器内的细胞相关联的传感器输出)。该电子控制系统(例如，电子控制系统1730)或本文描述的任何其他电子控制系统的细胞传感器模块可以接收传感器输出并产生与容器内细胞的数量(例如，细胞密度或汇合百分比)相关联的信号。然后电子控制系统可以基于该信息产生一个或多个信号(例如，阀控制信号、泵控制信号、摇晃器信号等)以使得细胞从细胞培养容器内转移到该系统内的另一个容器。类似地说，在一些实施例中，成像装置4360可以为自动化细胞传代或细胞收获操作提供输入。
在一些实施例中，器械4300可以包括如本文针对其他实施例所描述的各种传感器，例如被配置为产生与阀致动器的旋转位置相关联的阀位置信号的阀位置传感器。以这种方式，阀位置传感器可以检测哪些可选端口流体地联接到主端口。在一些实施例中，传感器可以包括泵位置传感器，该泵位置传感器被配置为产生与泵的运动相关联的泵位置信号。以这种方式，泵位置传感器可以指示泵的行程和/或由泵移动的流体的体积。如本文所述，系统4300的电子控制系统可以基于泵位置信号确定细胞培养容器之一内(或添加到其中)的流体的估计量。
基座单元4320可以包括电子控制系统(未示出)以控制细胞培养系统4300的任何部件(例如，阀致动器(未示出)、泵致动器(未示出)、摇晃器4328、成像系统4360和光系统4382)的操作。该电子控制系统可以被配置为与上述电子控制系统1630和2030相同或相似，并且起与电子控制系统1630和2030相同或相似的作用。该电子控制系统可以可选地能够与其他计算装置和/或在云计算环境中通信，并且可以包括上面关于图17描述的一些或所有部件和特征。例如，如图17所示，对于电子控制系统1630，系统4000的电子控制系统可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器部件、无线电设备和各种模块，例如致动模块、摇晃模块、流体流动模块、阀模块、泵模块、测量模块(也称为细胞传感器模块)和/或网络模块。系统4000的电子控制系统可以布置在基座单元4320内，或者电子控制系统或其部分可以设置在基座单元4320外部(例如，在云计算环境内)。该电子控制系统可以通过例如泵致动器和阀致动器的致动来自动控制流体流入和流出各种容器。该电子控制系统还可以自动控制摇晃器4328、传感器(例如，光系统4382和成像装置4360)和阀致动器的致动。流体泵4113、阀4107和4207、阀4107和4207上的端口的选择等的操作和致动可以与上述实施例的这些部件的操作相同或相似。如上文针对先前实施例所述，在操作中，流体泵、多端口阀的阀、容器和细胞培养容器的组合可用于将液体转移到细胞培养器皿和容器中以及从细胞培养器皿和容器往外转移液体。
在准备细胞培养过程期间，将器械4300在上部单元4325处于打开位置的情况下放置在温育器中，并且可以将托盘组件4101放置在无菌环境(例如，层流罩)中且可以移除外套。可以在无菌环境(例如，层流罩)中制备细胞培养容器4147(例如，将细胞和试剂添加到容器中)。如上所述，在该实施例中，盖4108在托盘组件4101的外套内无菌地联接到容器4147和管4111以及阀4107，使得细胞和试剂可以通过盖联接器直接引入容器中，而不必移除盖4108。输入托盘组件4201也可以放置在无菌环境中(例如，层流罩)并移除外套。
然后托盘组件4101可以联接到器械4300的基座单元4320，如图98所示。更具体地，如上所述，托盘4102的对准部分4199与支撑板4359的突起4342接合(例如参见图97和98)。管4111从阀组件4184移除并且可以在前后方向(例如，图93中的箭头B的方向)上以倾斜定向临时放置在托架4124的开口4127内。管4111可以在保持无菌和流体地联接到第一阀组件4184的阀4107的同时进行移动。
然后第一阀组件4184与托盘组件4101分离并通过第一阀联接部分4321配合地联接到器械4300的第一阀致动器。如上所述，阀壳体4194的开口4123可以放置在基座单元4320中的第一阀联接部分4321的定位器突起4339上方，并且第一阀联接部分4321的空腔4340接纳第一阀组件4184的第一阀4107的机械联接器4193。第一阀组件4184可以移动到基座单元4320，同时通过本文所述的管材保持无菌和流体地联接到托盘组件4101的各种盖4108。然后流体泵4113可以从阀组件4184移动到泵连接器4326，例如如图99所示。如上所述，泵4113旋转成通过泵连接器4326的键槽特征4341和泵4113的锁定特征4135与第一泵连接器4326锁定接合。与阀组件4184一样，泵4113可以在封闭系统内保持无菌地联接的同时进行移动。在阀组件4184已经联接到基座单元4320之后，管4111可以放回阀壳体4194的支座4129中，如图98、100和101所示。
为了制备用于细胞培养过程的输入托盘组件4281，可以首先将培养基容器4205从流动罩中取出并放置在温育器附近的冰箱中。容器4203、4206和4277可以放置在温育器侧面的支座(未显示)中，同时保持联接到第二阀组件4284的阀。输入托盘组件4281的第二阀组件4284可以从支座4202取下并通过第二阀联接部分4322如图100所示那样配合地联接到器械4300的第二阀致动器。如上文针对第一阀组件4184所述，阀壳体4294的开口4223可以放置在基座单元4320中的第二阀联接部分4322的定位突起4339上方，并且第二阀联接部分4322的空腔4340接纳第二阀组件4284的阀的机械联接器。第二阀组件4284可以移动到基座单元4320，同时通过本文所述的管材保持无菌和流体地联接到输入托盘组件4281的各个盖4208。在细胞培养过程完成后，可以储藏支座4202以供以后使用。
由于托盘组件4101和输入托盘组件4281联接到器械4300，所以第一阀组件4184的第一阀4107可以联接到第二阀组件4284的第二阀。更具体地，第一阀组件4184的联接器4136联接到第二阀组件4284的联接器4237，而第一阀组件4184的联接器4137联接到第二阀组件4284的联接器4236。阀联接器4136、4237和4236、4137可以被支撑在支架4346中的器械4300的前部，如图100和101所示。在一些实施例中，支座4346可以包括一个或多个磁体，该磁体可以用于支承阀联接件。例如，阀联接器可以包括可以磁性联接到支座4346的铁磁部分。
在托盘组件4101和输入托盘组件4281已联接到器械4300并且接种管和其他容器已准备好适当的流体、培养基、试剂等之后，可以进行细胞培养过程如本文所述那样执行。下文描述了使用本文所述的系统4000或任何系统(110、1600、2000、2100、2200、2600)的自动化细胞培养的各种方法。
本文所述的细胞培养系统能够实现许多有利的细胞培养方法，这些方法在培养细胞时提高效率、细胞活力和/或最小化潜在的细胞损失或污染。具体而言，本文所述的细胞培养系统允许进行多种细胞培养操作(例如，系统内的细胞传代、细胞清洗或计数细胞)，同时将系统维持为封闭系统。类似地说，本文所述的任何细胞培养系统(例如，细胞培养系统110、1600、2000、2100、2200、2600和4000)是这样的系统，其中容器、部件(例如，阀)和它们之间的流体路径(例如管材)都以限制微生物进入系统的方式基本上与外部环境隔离。因此，如本文所述，系统内的容器可包括具有气体交换端口的盖(例如参见本文所述的盖803、2408和4108)，该气体交换端口允许以维持细胞温育环境的无菌性的方式与细胞培养容器进行气体交换。因此，封闭系统不要求容器、部件和流体路径与外部环境密封隔离，而是本文描述的封闭系统限制了细胞温育环境内污染的可能性。重要的是，可以在维持封闭系统的同时执行本文所述的许多方法。类似地说，本文所述的许多方法包括在维持封闭系统的同时进行的细胞培养操作，从而限制了污染的可能性。
本文所述的细胞培养系统能够实现特别有利用培养用于治疗目的的细胞的方法，其中通常期望同时培养更少量的不同细胞类型。具体而言，本文所述的系统允许对细胞温育环境进行准确且可重复的控制。此外，本文所述的系统限制了建立细胞培养的启动时间，并且还减少了与清洗和灭菌装备相关联的培养后任务。具体而言，本文所述的细胞培养系统便于其中封闭系统环境内的所有部件(例如，容器、阀、管材等)在使用后被丢弃的方法。例如，图102是根据一个实施例的细胞培养方法10的流程图。方法10可以用本文所述的任何细胞培养系统(例如本文所述的细胞培养系统110、1600、2000、2100、2200、2600和4000)执行。该方法包括在步骤11处从外部保护套中取出细胞培养托盘组件。该细胞培养托盘组件可以是本文所述的任何细胞培养托盘组件(例如，培养瓶部件4101)，并且包括托盘、联接到托盘的容器、泵以及可移除地联接到托盘的阀组件。托盘包括对准部分(例如，本文所述的切口部分4199)。容器与泵和阀组件无菌地联接以形成封闭系统(即，以限制微生物进入系统的方式与外部环境基本上隔离的系统)。如本文所述，阀组件和流体泵分别配置为被致动以使得流体被转移进或转移出容器。
在步骤12处，细胞培养托盘组件通过将托盘的对准部分与器械的对应对准部分接合而联接到器械。在一些实施例中，器械可以是本文所述的器械4300，并且器械的对应对准部分可以包括与托盘的切口部分(或开口)4199配合地接合的一组突起。在一些实施例中，器械或细胞培养托盘组件之一可以包括将托盘组件保留在器械内(或联接到器械)的锁定构件。这样的锁定构件可以包括例如在托盘的一部分上滑动的可移动锁定臂、将托盘的周边边缘固定到器械的可变形构件。
该器械包括阀致动器和泵致动器。该阀致动器和泵致动器可以类似于结合器械4300示出和描述的那些阀致动器和泵致动器。在步骤13处，将阀组件从托盘中取出并且在容器、泵和阀组件保持联接在封闭系统内的同时联接到器械的阀致动器。如本文所述，阀组件可以保持与容器、泵和任何其他细胞培养部件流体联接，出现这些部件可以在阀组件联接到器械的阀致动器的同时保护封闭系统。以这种方式，用于控制流入和流出细胞培养托盘组件的部件的流量的阀可以快速联接到器械(即阀致动器)，而无需打开细胞培养系统(即，无需将细胞样本暴露于外部大气)。在一些实施例中，阀组件以单次移动联接到器械的阀致动器，从而使联接快速且容易。在一些实施例中，阀组件包括阀体和阀壳体，并且阀壳体限定安装开口。托盘包括第一安装突起，该第一安装突起被接纳在安装开口内以将阀组件可移除地固定到托盘。在这样的实施例中，从托盘取下阀组件包括提升阀壳体以从安装开口内移除托盘的第一安装突起。在一些实施例中，将阀组件联接到阀致动器包括将阀体放置在器械的阀致动器开口内并且将(器械的)第二安装突起放置在安装开口内。
在步骤14处，泵在容器、泵和阀组件保持联接在封闭系统内的同时联接到器械的泵致动器。例如，在一些实施例中，器械(例如，器械4300)包括具有泵联接槽的基部壳体。将泵联接到泵致动器包括将泵的一部分锁定在泵联接槽内。
该方法进一步包括在步骤15处，通过致动阀组件和泵中的至少一者，对联接到托盘的容器内的细胞样本执行一个或多个细胞培养操作。这样的细胞培养操作可以包括，例如，将营养物传送到容器中以便于细胞生长，将细胞从容器中传代，将解离试剂传送到容器中(例如，从容器表面分离贴壁细胞)，成像用于评估的细胞，接收与细胞相关联的信号(例如，图像信号、温度、压力等)，对细胞计数，对泵或阀组件中的至少一者进行致动以从第一容器传送一部分的细胞样本进入第二容器，摇晃细胞容器，或本文所述的任何操作。例如，在一些实施例中，容器是第一容器并且细胞培养托盘组件包括联接到托盘的第二容器。第二容器在封闭系统内联接到第一容器、泵和阀组件。细胞培养操作可以包括对泵或阀组件中的至少一者进行致动以将一部分细胞样本从第一容器传送到第二容器中。
在一些实施例中，方法10可选地包括将封闭系统内的接种容器联接到该容器、泵和阀组件。接种容器容纳细胞样本。所述一个或多个细胞培养操作包括对泵或阀组件中的至少一者进行致动以将一部分细胞样本从接种容器传送到该容器以用细胞样本接种该容器。这样，可以在不打开细胞培养容器的盖的情况下进行细胞试样的接种。相反，可以通过封闭系统内的流体路径将细胞样本泵入该容器中，从而限制污染(例如，微生物的进入)的可能性。
在完成一个或多个细胞培养活动之后，在步骤16处丢弃细胞培养托盘组件(包括容器、泵和阀组件)。这可以通过以与本文所述相反的方式从器械的泵致动器中取下泵并从器械的阀致动器中取下阀组件来执行。因为这些部件、容器和它们之间的管材互连保持在封闭系统中，所以这些部件的取下不会将实验室环境暴露于在本文所述的细胞培养活动期间已被操纵的细胞培养部件。该托盘组件以及封闭系统的所有部件(例如，包括阀和泵)可以被牢固地包裹或包装，并丢弃在适当的废物流中。在一些实施例中，该组件可以返回到中央处理设施以进行灭菌和以后再使用。
在一些实施例中，器械包括支撑板和联接到支撑板的摇晃器组件。摇晃器组件位于由容器、泵和阀组件形成的封闭系统之外。该托盘组件联接到支撑板，并且一个或多个细胞培养操作包括致动摇晃器组件以移动支撑板和细胞培养托盘组件。以这种方式，可以摇晃容器(和其中的细胞样本)以便于从表面解离(例如，用于细胞传代)，以便于清洗细胞(例如，用新鲜的试剂/培养基)，和/或便于在容器内均匀接种细胞。在一些实施例中，摇晃器组件可以类似于本文所述的摇晃器组件4328。具体地，摇晃器组件包括一组可旋转联接元件，每个联接元件联接到支撑板的一组附接部位中的对应附接部位，以在至少两个方向上维持支撑板相对于器械的位置。例如，联接元件和对应的附接部位可以包括配合的突起和开口，它们被接合以维持支撑板在X-Y方向(即，前后方向和左右方向)联接到摇晃器组件。在一些实施例中，联接元件和对应的附接部位可以包括磁性联接件以保持支撑板在Z方向(即，竖直方向)联接到摇晃器组件。在一些实施例中，可旋转联接元件包括至少一个驱动元件和至少一个惰轮元件。
在一些实施例中，器械包括电子控制系统(类似于本文所述的任何电子控制系统，例如电子控制系统1630)，该电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的致动器模块。在这样的实施例中，一个或多个细胞培养操作包括通过致动器模块产生致动信号以对泵或阀组件中的至少一者进行致动。在一些实施例中，一个或多个细胞培养操作包括通过电子控制系统的致动器模块产生摇晃器信号以使得马达转动可旋转联接元件来摇晃支撑板和细胞培养托盘组件。
在一些实施例中，电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的细胞传感器模块。在这样的实施例中，一个或多个细胞培养操作包括分析封闭系统内(例如，容器内)的细胞样本。可以通过产生细胞样本的图像并通过细胞传感器模块分析图像以产生细胞信号来进行分析。
本文所述的细胞培养系统能够实现在维持封闭系统的同时接种细胞培养容器的方法。此外，本文所述的细胞培养系统能够实现接种细胞培养容器以在细胞培养容器内产生细胞的均匀分布的方法。以这种方式，可以增强细胞的性能和生长。特别地，本文所述的接种方法可以限制不期望的细胞分化，这可以在以非均匀方式(即，以非实质上空间均匀的方式)接种细胞时产生。例如，图103是根据一个实施例的将细胞样本接种到细胞培养容器中的方法20的流程图。方法20可以用本文所述的任何细胞培养系统(例如本文所述的细胞培养系统110、1600、2000、2100、2200、2600和4000)执行。该方法包括在步骤21处将细胞培养托盘组件联接到器械的支撑板。该细胞培养托盘组件可以是本文所述的任何细胞培养托盘组件(例如，培养瓶部件4101)，并且包括托盘(细胞培养容器联接到其上)、泵以及可移除地联接到托盘的阀组件。细胞培养容器无菌地联接到泵和阀组件以形成封闭系统(即，以限制微生物进入系统的方式与外部环境基本上隔离的系统)。如本文所述，阀组件和流体泵分别配置为被致动以使得流体转移到细胞培养容器中或从细胞培养容器中转移出来。该器械可以是本文所述的任何器械(例如，器械4300)并且包括支撑板、阀致动器、泵致动器和摇晃器组件。摇晃器组件被配置为摇晃支撑板。
在步骤22处，接种容器联接在封闭系统内，因此被放置在与容器、泵和阀组件连接的系统中。接种容器可以处于任何合适的部位并且可以以任何合适的方式联接在封闭系统内。例如，在一些实施例中，接种容器可以是FalconTM管，其通过联接一个或多个无菌快速连接配件(例如，
Figure BDA0003892293420001201
配件)而联接在封闭系统内。在一些实施例中，接种容器可以具有带管的帽，该管与通过无菌快速连接配件供给到阀组件中的第二管联接。
在步骤23处，对泵或阀组件中的至少一者进行致动以将一部分细胞样本从接种容器传送到细胞培养容器，从而用细胞样本接种细胞培养容器。以这种方式，细胞样本可以被传送到细胞温育器中，同时保持在封闭系统中。换言之，可以将细胞样本传送到细胞培养容器中，而无需打开细胞培养容器的盖和/或无需手动移液或将样本转移到细胞培养容器中。
在步骤24处，在一部分细胞样本从接种容器传送到细胞培养容器中的同时，致动摇晃器组件以摇晃支撑板和细胞培养托盘组件。这允许在细胞培养容器装入该容器的进程期间在细胞培养容器内分布细胞，这可以在容器内产生空间分布更加均匀细胞分布。通过在将细胞样本传送到容器中的同时摇晃容器，改善了细胞在分布于容器内之前粘附到容器表面(和/或其中的任何营养层或涂层)的可能性。
在一些实施例中，摇晃器组件通过第一摇晃模式摇晃支撑板和细胞培养托盘。在这样的实施例中，该方法可选地包括在一部分细胞样本已经从接种容器传送到细胞培养容器中之后，在步骤25处致动摇晃器组件以按照第二摇晃模式摇晃支撑板和细胞培养托盘组件。通过使用“两阶段”摇晃，可以提高细胞在细胞培养容器内的空间均匀性。例如，在一些实施例中，第一摇晃模式可以是轨道模式。这种旋转模式将导致细胞样本围绕细胞培养容器的周边传送，并将限制细胞集中在细胞样本进入该容器的区域中的可能性。第二摇晃模式可以是往复(或振荡)模式。这种往复模式将导致细胞样本从细胞培养容器的周边传送到整个容器的中心区域，从而在细胞培养容器内产生细胞的均匀分布。图104A和104B示出了包含根据方法20接种的细胞样本的细胞培养容器4147'的图像。如图所示，细胞样本均匀分布在容器4147'内。
在一些实施例中，摇晃器组件可类似于本文所述的摇晃器组件4328。具体地，摇晃器组件包括一组可旋转联接元件，每个联接元件都联接到支撑板的一组附接部位中的对应附接部位，以将支撑板相对于器械的位置维持至少两个方向上。例如，联接元件和对应的附接部位可以包括配合的突起和开口，它们被接合以维持支撑板在X-Y方向(即，前后方向和左右方向)上联接到摇晃器组件。在一些实施例中，联接元件和对应的附接部位可以包括磁性联接件以保持支撑板在Z方向(即，竖直方向)联接到摇晃器组件。在一些实施例中，可旋转联接元件包括至少一个驱动元件和至少一个惰轮元件。
在一些实施例中，器械包括电子控制系统(类似于本文所述的任何电子控制系统，例如电子控制系统1630)，该电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的致动器模块。在一些实施例中，致动摇晃器组件包括通过电子控制系统的致动器模块产生摇晃器信号，以使得马达转动可旋转联接元件来摇晃支撑板和细胞培养托盘组件。
本文所述的细胞培养系统能够实现对封闭系统内的细胞进行计数的方法(即，无需为了通过外部器械进行计数而打开系统并取出细胞)。类似地说，本文所述的细胞培养系统包括集成计数芯片，该芯片能够实现封闭系统内计数细胞的方法。此外，本文所述的系统可以便于重新抓取计数后的细胞以供以后使用(例如，重新接种到新容器、传代等)。以这种方式，本文所述的系统和方法可以便于细胞的有效使用，这在培养少量细胞用于治疗目的时尤其有利。例如，图105是根据一个实施例的对细胞培养系统内的细胞进行计数的方法30的流程图。方法30可以用本文所述的任何细胞培养系统(例如本文所述的细胞培养系统110、1600、2000、2100、2200、2600和4000)执行。特别地，细胞培养系统包括托盘、与托盘联接的细胞培养容器、保存容器、与托盘联接的计数芯片和泵。该系统可以可选地包括阀组件，其类型为本文所示和描述的类型。细胞培养容器、保存容器、计数芯片和泵在无菌条件下联接在一起以形成封闭系统(即，以限制微生物进入系统的方式与外部环境基本上隔离的系统)。
该方法包括在步骤31处对泵进行致动以将细胞样本从细胞培养容器传送到保存容器。泵可以响应于用户输入而致动以启动细胞计数操作。在其他实施例中，可以响应于期望细胞计数操作的自动化确定来对泵进行致动。例如，在一些实施例中，细胞传感器(例如，显微镜)可以产生细胞培养容器内的细胞样本的图像，并且系统可以基于该图像确定细胞样本的密度或汇合度使得计数操作是合适的。在一些实施例中，可以在对泵进行致动以将细胞样本传送到保存容器之前将细胞样本从细胞培养容器的表面解离。任何细胞解离方法都可以与计数细胞的方法30一起(或作为其一部分)执行。
在步骤32处，通过进一步对泵进行致动以将一定体积的空气传送到保存容器，来在保存容器内混合细胞样本。在一些实施例中，可以从细胞培养容器中泵出所述一定体积的空气并且泵入该保存容器中。然而，在其他实施例中，所述一定体积的空气从单独的部位被泵送到保存容器中。混合(例如，传送到保存容器中的空气的量和特性)可以以确保细胞样本在要传送到计数芯片的溶液中基本上均匀的方式进行。通过增加待计数的样本是均匀样本的可能性，可以提高细胞计数的准确性。具体而言，如果计数样本包含不均匀的细胞混合物，则细胞计数可能会产生不能反映完整细胞样本的结果。
除了提高样本基本上均匀的可能性之外，传送所述一定体积的空气通过管材和流动路径可以帮助从流动路径清除细胞，从而限制计数操作期间的细胞浪费。换句话说，在一些实施例中，细胞样本通过封闭系统内的流动路径从细胞培养容器传送到保存容器。所述体积的空气的作用是清除流体路径内的残留细胞。
该方法包括在混合之后在步骤33处将细胞样本从保存容器传送到计数芯片中。然后在步骤34处，在计数芯片内分析细胞样本以产生与细胞样本的细胞量相关联的细胞信号。
在一些实施例中，细胞培养系统包括安装有托盘的器械。该器械可以是本文所述的任何合适的器械，例如器械4300。具体地，该器械包括泵致动器和电子控制系统(类似于本文所述的任何电子控制系统，例如电子控制系统1630)。泵联接到器械的泵致动器，而电子控制系统联接到泵致动器并且包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的致动器模块。在这样的实施例中，对泵进行致动包括经由致动器模块产生泵信号以使得泵致动器对泵进行致动。
在一些实施例中，器械包括细胞传感器组件，并且电子控制系统可操作地联接到细胞传感器组件。该电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的细胞传感器模块。在这样的实施例中，分析是电子控制的。具体地，可以通过以下方式在计数芯片内分析细胞样本：A)在计数芯片内产生细胞样本的图像，以及B)通过细胞传感器模块分析图像以产生细胞信号。细胞信号可以是细胞数量、细胞汇合百分比或细胞密度中的至少一种。在一些实施例中，细胞传感器组件包括产生图像的显微镜，并且细胞传感器模块基于图像产生指示计数芯片内的细胞数量的细胞信号。
在一些实施例中，该方法可以可选地包括在步骤35处对泵进行致动以将细胞样本从计数芯片传送到传代容器。以这种方式，计数后的细胞(其已经保持在封闭系统内)可以用于它们被期望的目的，而不需要丢弃。传代容器可以是本文所述的任何容器。传代容器可以包括在托盘上或固定在单独的部位(例如，在温育器、冰箱或系统的一些其他部分内)。
在一些实施例中，本文所述的任何系统或方法可以将与细胞计数相关联的信息或本文所述的任何细胞信号从细胞培养系统(例如，器械)传输到远离细胞培养系统的计算机或其他器械。例如，在一些实施例中，电子控制系统包括配置为与计算装置进行电子通信的无线电设备。无线电设备被配置为向计算装置发送与细胞信号相关联的无线信号。
本文所述的细胞培养系统能够实现在容器保持在封闭系统内的同时选择性分离细胞培养容器内的细胞的方法(即，不用为了选择性移除细胞而打开系统)。此类方法可有利于用于治疗目的的干细胞的细胞培养。干细胞可以在培养期间经受不期望的分化。本文所述的系统和方法可以允许识别潜在损坏或不期望的细胞的形成并移除期望的细胞。以这种方式，本文所述的系统和方法可以将那些细胞保存在细胞培养容器内，这些细胞对于期望的目的仍然是可见的。类似地说，本文描述的系统和方法可以防止整个细胞培养容器(包含期望和不期望的细胞)在识别出潜在不期望的细胞时被丢弃。例如，图106是根据一个实施例的选择性移除细胞培养系统内的细胞的方法40的流程图。方法40可以用本文所述的任何细胞培养系统(例如本文所述的细胞培养系统110、1600、2000、2100、2200、2600和4000)执行。特别地，细胞培养系统包括托盘组件和器械。该托盘组件包括托盘、联接到托盘的细胞培养容器、试剂容器、保存容器和泵。该系统可以可选地包括阀组件，其类型为本文所示和描述的类型。细胞培养容器、保存容器、试剂容器和泵无菌地联接在一起以形成封闭系统(即，以限制微生物进入系统的方式与外部环境基本上隔离的系统)。该器械包括托盘可移除地联接到的支撑板、泵致动器、配置为摇晃支撑板的摇晃器组件和细胞传感器(或细胞传感器组件)。
在步骤41处，该方法包括对泵进行致动以将解离试剂从试剂容器传送到细胞培养容器。泵可以响应于用户输入而致动以启动解离或选择性移除操作。在其他实施例中，可以响应于自动化确定期望这样的操作来对泵进行致动。例如，在一些实施例中，细胞传感器(例如，显微镜)可以产生细胞培养容器内的细胞样本的图像，并且系统可以基于该图像确定自发的(或不期望的)细胞分化正在细胞培养容器内发生。类似地，该系统可以进行形态监测，以评估细胞培养容器内发生自发分化的可能性。例如，在一些实施例中，器械包括电子控制系统(类似于本文描述的任何电子控制系统，例如电子控制系统1630)，包括致动器模块和细胞传感器模块，它们每个都实施在存储器或处理装置至少之一中。在这样的实施例中，方法可以包括分析图像(或细胞信号)并通过细胞传感器模块确定细胞自发分化的可能性。对泵进行致动包括通过致动器模块产生致动信号以致动泵或可选的阀组件中的至少一者。
解离试剂可以是能够从细胞培养容器的表面选择性地解离所期望的(即，未分化的)细胞的任何合适的试剂。例如，当培养诱导多能干细胞(iPSC)时，解离试剂可以包括胰蛋白酶。在其他实施例中，解离试剂可以是限制对干细胞的损伤并且被配制为选择性地提升未分化干细胞的无酶试剂(例如，由Millipore Sigma生产的EZ-LiftTM试剂或可从Stemcell技术公司获得的ReLeSRTM试剂)。在被传送到细胞培养容器中后(特别是当细胞培养容器维持在封闭系统内时)，可期望的干细胞将为传代做准备时从表面解离。
在步骤42处，该方法包括可选地致动摇晃器组件以摇晃支撑板和托盘组件以便于细胞培养容器内的第一部分细胞的解离。在一些实施例中，一个或多个细胞培养操作包括经由电子控制系统的致动器模块产生摇晃器信号以使得马达转动可旋转联接元件以摇晃支撑板和细胞培养托盘组件。在该方法过程中，可以以选定的时间间隔进行摇晃。然而，在其他实施例中，不需要摇晃。
在步骤43处接收来自细胞传感器的传感器输出。传感器输出与细胞培养容器内的细胞样本相关联并且可以是例如来自器械内的显微镜的图像。可以周期性地(例如，以预定的时间间隔)接收传感器输出以监测第一部分细胞(即，那些保持未分化的细胞)的解离进展。可以基于传感器输出的任何合适特性来监测解离。例如，在一些实施例中，传感器输出可以与细胞培养容器内溶液的pH、温度或其他条件相关联，并且基于这些条件，可以确定选择性解离的水平。在其他实施例中，传感器输出可以是图像，并且基于图像内细胞的形态特征，可以确定选择性解离的水平。
与方法40相关联的iPSC形态和选择性解离图示在图107A和107B中，其示出了与本文描述的系统4000类似的系统的细胞培养容器内的细胞的图像。图107A示出了细胞培养容器的区域R1，其展示了已经经历自发分化的细胞。在识别出可能的自发分化后，传送试剂，并且可选地摇晃细胞容器以如步骤41和42中所述那样促进解离。图107B示出了区域R1的一部分的放大视图，其是在步骤43中接收到的传感器输出，示出了iPSC的已经解离的第一部分和保持在细胞培养容器内的适当位置的第二部分。
基于传感器输出，在步骤44处产生细胞信号。细胞信号与细胞培养容器内的第一部分细胞的解离状态或细胞培养容器内的第二部分细胞的解离状态中的至少一者相关联。细胞信号可以基于图像(例如，图107B的图像)的形态分析并且可以提供第一部分细胞是否已经充分解离以用于传代的指示。在其他实施例中，细胞信号也可以基于用户输入。以这种方式，用户可以手动输入提示(或信号)以提供关于细胞状态的附加信息。
在确定第一部分细胞处于传代条件之后，该方法包括在步骤45处基于细胞信号对泵进行致动以将第一部分细胞从细胞培养容器传送到保存容器。以这种方式，未分化的(即，理想的)细胞可以从细胞培养容器中传代，同时将容器维持在封闭系统中。类似地说，未分化的细胞可以从细胞培养容器中回收，而无需打开细胞培养容器的盖和/或手动刮除和/或移除所期望的细胞。
在一些实施例中，该方法包括对泵进行致动以将新鲜培养基传送到细胞培养容器中，以在移除第一部分细胞之前冲洗第一部分细胞(即，分离的部分)(在步骤45中)。
本文所述的细胞培养系统能够实现在细胞容器(和参与细胞培养操作的其他部件)保持在封闭系统内(即，无需打开系统以选择性移除细胞)的同时清洗和/或过滤细胞的方法。例如，如本文在一些实施例中所述，细胞培养系统可以包括切向流过滤器组件(TFF)，例如如图74-80中所示和描述的类型，这可以允许细胞培养基和/或试剂被交换。TFF的使用允许将细胞维持在封闭系统中(相对于被移除并放置在单独的离心机系统中以移除细胞培养基和/或试剂)。例如，图108是根据一个实施例的在细胞培养系统内选择性移除细胞的方法50的流程图。方法50可以用本文所述的包括TFF的任何细胞培养系统(例如本文所述的细胞培养系统2800、2900、3000、3100、3200和3300)来执行。特别地，细胞培养系统包括托盘组件和器械。该托盘组件包括托盘、联接到托盘的第一容器、联接到托盘的第二容器、切向流过滤组件和泵。该系统可以可选地包括阀组件，其类型为本文所示和描述的类型。第一容器、第二容器、切向流过滤组件和泵在无菌条件下联接在一起以形成封闭系统(即，以限制微生物进入容器的方式与外部环境基本上隔离的系统)。该器械包括托盘可移除地联接到的支撑板、泵致动器和细胞传感器(或细胞传感器组件)。
该方法包括在步骤51处接收来自细胞传感器的传感器输出，该传感器输出与第一容器内的细胞样本相关联。在步骤52处，基于传感器输出产生与第一容器内的细胞状态相关联的细胞信号。传感器输出例如可以是来自器械内的显微镜的图像。可以周期性地(例如，以预定的时间间隔)接收传感器输出以监测细胞培养物的状态。在一些实施例中，可以基于与细胞培养容器内溶液的pH、温度或其他条件相关联的传感器输出来监测细胞的状态。例如，在一些实施例中，溶液的条件可以指示细胞培养容器内的培养基和/或试剂应该更换或更新。在其他实施例中，可以基于细胞的图像(即，传感器输出是图像)来监测细胞的状态。在这样的实施例中，系统可以评估图像内细胞的形态特征。细胞信号可以是与细胞状态相关联的任何合适的信号。例如，在一些实施例中，细胞信号可以是细胞培养容器内的细胞与表面充分解离并准备好传代的指示。
在步骤53处，该方法还包括对泵进行致动以将细胞样本从第一容器传送到切向流过滤组件中以产生渗透物输出和滞留物输出。然后在步骤54处，将渗透物输出或滞留物输出之一传送到第二容器。可以响应细胞信号(即，期望过滤操作的自动化确定)对泵进行致动。例如，在一些实施例中，器械包括电子控制系统(类似于本文描述的任何电子控制系统，例如电子控制系统1630)，包括致动器模块和细胞传感器模块，每个模块都至少实施在存储器或处理装置之一中。在这样的实施例中，方法可以包括分析图像(或其他细胞信号)并通过细胞传感器模块确定期望过滤操作。对泵进行致动包括通过致动器模块产生致动信号以致动泵或可选的阀组件中的至少一者。在其他实施例中，可以响应于用户输入来对泵进行致动以启动过滤操作。
切向流过滤(TFF)组件可以是如本文所述的任何合适的组件并且可以执行任何合适的过滤操作以产生渗透物输出和滞留物输出。例如，在一些实施例中，滞留物输出包括细胞样本，并且第二容器是联接到托盘的细胞培养容器。在这样的实施例中，由TFF操作产生的滞留物作为细胞分裂操作的一部分被传送到第二细胞培养容器以接种第二容器来便于细胞样本的继续培养。在其他实施例中，第二容器是保存容器，在该容器内将滞留物(包括细胞样本)与新鲜试剂、细胞培养基等混合。以这种方式，TFF操作可以将初始试剂和/或培养基更换为新鲜试剂和/或培养基以用于继续培养操作。
在一些实施例中，泵可以保持致动以使得细胞样本(存在于滞留物中)循环通过TFF组件多次。例如，如图74和76所示，渗透物(例如用过的培养基或试剂)可以被传送到废物容器中，而滞留物(包括细胞样本)可以被传送到保存容器中。此外，该系统可以将新鲜培养基和/或试剂传送到保存容器中。以这种方式，将剩余的用过的培养基或试剂与新鲜的培养基混合。然后将混合物循环通过TFF组件以重复该进程，每次从细胞样本中移除一部分用过的培养基和/或试剂。该方法的优点在于它允许控制移除的渗透物的量。具体而言，如果移除了过多的液体渗透物，则可能导致细胞损伤或到过滤培养基上的不期望的细胞粘附。因此，通过在每次通过过滤器时从细胞样本中仅移除一部分液体，可以维持细胞活力，并且可以在预定数量的循环(和/或时间)内基本上更换培养基。例如，在一些实施例中，通过TFF组件的每个循环可以移除约50％至75％的现有培养基和/或试剂。通过在每个循环中补充培养基，用过的培养基和/或试剂可以在3-4个循环内基本移除。该过程允许在不打开细胞培养系统的情况下，以通过限制不期望的剪切力、减少过滤器堵塞的可能性等来保护细胞活力的方式更换培养基(例如，离心细胞)。
本文所述的TFF方法还允许根据治疗目的的期望增加细胞样本的浓度。例如，在一些实施例中，细胞样本以第一浓度(例如，100,000个细胞/mL或1M细胞/mL)培养。当细胞准备好传代以从系统中取出时，可能期望具有更高细胞浓度。具有更高的浓度可以便于在系统内以及在细胞样本已经传代并从系统中取出之后更有效的处理。例如，减少取出的总体积可以限制下游操作中使用的操作和/或外部容器的数量。此外，一些下游操作规定细胞样本的浓度范围应不同于培养期间维持的细胞浓度。因此，在一些实施例中，TFF方法(包括方法50)可用于产生具有在所期望范围内的第二细胞浓度的滞留物。例如，在一些实施例中，滞留物可以具有大于1M细胞/mL的第二细胞浓度(例如，第二浓度可以介于1M细胞/mL与10M细胞/mL之间；介于1M细胞/mL与5M细胞/mL之间；介于2M细胞/mL与5M细胞/mL之间)。
本文所述的TFF方法还允许制备细胞样本用于收集和储藏，同时保持在封闭系统内。例如，在一些实施例中，细胞样本可以浓缩在冷冻保存溶液中(如上所述)。然后输出溶液处于长期储藏(即冷冻)的状态。
本文所述的系统和方法允许仔细控制移除的渗透物的量以实现期望的结果。例如，如图76所示，在入口管线(参见泵2913)和渗透物管线(参见泵2913')上包含容积式泵可以允许随着TFF过滤培养基变为减少(例如，被废料、细胞等堵塞)而控制入口溶液和渗透物输出的流量。由于流量与泵速直接相关(对于容积式泵)，所以系统可以改变泵的运行特性，以确保在TFF运行的每个循环中保持一致的流量。
如上所述，TFF系统和方法可以有利地用于许多不同的细胞培养操作，包括多级别分离(例如，通过第一过滤组件分离细胞和随后通过第二过滤组件分离病毒)。
在一些实施例中，可复制病毒(RCV)测定用于证明来自一个病毒制造批次(用于细胞编辑)的病毒不具有复制能力。这样它们就可以用于治疗应用。这些测定通过以下步骤手动执行：(1)用病毒感染细胞(如HEK细胞)并将这些细胞接种到培养瓶中，(2)当细胞达到目标汇合度时，取上清液的样本，然后将一部分细胞传代到新的培养瓶中，(3)分析上清液样本，并使用获得的信息来推断病毒是否可以复制，(4)重复步骤2约10次传代，以及(5)将一部分最终细胞冷冻作为库存。
可以在本文所述的系统上执行用于RCV测定的自动化进程。首先，系统用受感染的细胞接种培养瓶，或感染培养瓶中的细胞。当细胞达到目标汇合度时(例如，用显微镜确定)，输出上清液样本供用户带走，然后将一部分细胞传代到新的培养瓶中(例如，解离试剂和可选的TFF)。重复上述步骤，直到完成约10次传代。该系统可以包括足够的空培养瓶供系统保持传代，或者用户可以定期将收获细胞的器皿连接到机器传代到的新自耗托盘。收获最终细胞的一部分供用户收集。
如本文中的一些实施例所述，例如，为了运输目的，将支座和/或联接器设置在托盘组件(例如，用于废物和/或试剂容器)上，然后将容器取下并放置在温育器(例如，废物容器)或冰箱(例如，试剂容器)中。在一些实施例中，细胞培养容器是在准备细胞培养过程期间从托盘中移除外套之后提供的。在一些实施例中，细胞培养容器可以在外套(即，预先组装在托盘上)内设置有托盘组件。例如，可以使用灭菌方法(例如，环氧乙烷)对连接有细胞培养容器的托盘进行灭菌。
在一些实施例中，不是将细胞添加到无菌环境(例如，层流罩)内的细胞培养容器中，在一些情况下，可以将细胞添加到罩之外。例如，盖可以设置有无菌连接器，例如在其上的隔膜式连接器。盖可以包括无菌连接器的第一部分(例如，凹形或凸形部分)，并且在无菌环境(例如流动罩)中，在可以包括隔膜连接器的第二部分(例如，凸形或凹形部分中的另一个)的小瓶中制备处于悬浮液中的细胞。盖可以包括无菌连接器的第一部分(例如，凹形或凸形部分)，而细胞小瓶可以包括隔膜连接器的第二部分(例如，凸形或凹形部分中的另一个)。细胞(例如解冻细胞)小瓶可以例如处于流动罩中。然后可以将小瓶的连接器的第二部分连接到盖的无菌连接件的第一部分，其可以布置在温育器内的托盘组件上，或布置在流动罩外部的部位。因此，细胞小瓶可以在无菌环境外与托盘组件联接。在一些实施例中，具有隔膜的盖可以在细胞冷冻之前放在细胞小瓶上。在某些情况下，可以在细胞冷冻之前将专门的“冷冻培养基”添加到小瓶中，以确保细胞在冷冻期间不会被冰晶爆裂。在另一个示例中，在一些实施例中，通过将细胞悬浮液从培养瓶/容器转移到带有盖的小瓶中，在系统上收获细胞，其中该盖带有在其上的隔膜连接件。例如，在一些实施例中，托盘组件可以与可分离的收获器皿一起运输，该器皿可以具有如上所述的带有无菌连接器的盖。在收获细胞后，可以断开无菌连接并将小瓶从托盘组件中取出。尽管上面对于特定实施例示出和描述，但如上所述的具有隔膜式连接器的盖和器皿/容器可以用于本文所述的细胞培养系统的任何实施例中。
在一些实施例中，如本文所述的细胞培养系统可以是自温育的。换言之，基座单元可以封闭和温育托盘。例如，该系统可以包括带有加热器的外壳，以及适当的气体和湿度控制器。这样的系统可以包括温度传感器、CO2和/或O2传感器、湿度传感器和电子控制系统，该电子控制系统包括温度模块、气体模块和湿度模块以监测和控制温育器的功能。
前面详细描述的一些部分已经根据算法和对计算机存储器内的数据位的操作的符号表示来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将他们的工作内容传达给本领域技术人员的方式。算法在这里通常被认为是导致期望结果的自洽操作序列。这些操作是那些需要对物理量进行物理操作的操作。通常，尽管不是必须的，但这些量呈现为能够被存储、组合、比较和以其他方式操作的电或磁信号的形式。有时，主要出于常用的原因，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、术语、数字等已被证明是方便的。
然而，应该记住，所有这些和类似的术语都将与适当的物理量相关联，并且只是应用于这些量的方便标签。从上述讨论中明白，除非另有明确说明，否则应理解，在整个描述中，使用诸如“识别”或“确定”或“执行”或“进行”或“收集”或“创建”或“发送”等术语的讨论，指的是计算机系统或类似电子计算装置的动作和进程，其操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据并将其转换为类似地表示为计算机系统的寄存器和存储器或其他这样的信息储存装置内的物理量的其他数据。
本公开还涉及一种用于执行本文中的操作的设备。该设备可以为预期目的专门构造，或者它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡或任何类型的适合存储电子指令的介质，它们每个都联接到计算机系统总线。
各种通用系统可以与根据这里的教导的程序一起使用，或者可以证明构造更专业的设备来执行该方法是方便的。各种这些系统的结构将如下面的描述中所述。此外，没有参考任何特定的编程语言来描述本公开。应当理解，可以使用多种编程语言来实现如本文所述的本公开的教导。
本公开可提供为计算机程序产品或软件，其可包括其上存储有指令的机器可读介质，所述指令可用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程以执行根据本公开的进程。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储信息的任何机构。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质，例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备等。
本文描述的一些实施例涉及一种计算机存储产品，其具有在其上具有用于执行各种计算机实现的操作的指令或计算机代码的非临时性计算机可读介质(也可以称为非临时性处理器可读介质)。计算机可读介质(或处理器可读介质)在其本身不包括临时传播信号(例如，在诸如空间或线缆的传输介质上携带信息的传播电磁波)的意义上是非临时的。所述介质和计算机代码(也可以称为代码)可以是为特定目的或多个目的而设计和构造的那些介质和计算机代码。非暂时性计算机可读介质的示例包括但不限于：诸如硬盘、软盘、磁带之类的磁性存储介质；诸如光盘/数字视频光盘(CD/DVD)、光盘只读存储器(CD-ROM)和全息设备之类的光学存储介质；诸如光磁盘之类的磁光存储介质；载波信号处理模块；以及诸如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)设备之类的专门配置为存储和执行程序代码的硬件设备。
计算机代码的示例包括但不限于微代码或微指令、机器指令(例如由编译器产生)、用于产生网络服务的代码以及包含更高级别指令的文件，这些指令是由计算机使用解释器执行。例如，实施例可以使用命令式编程语言(例如，C、Fortran等)、函数式编程语言(Haskell、Erlang等)、逻辑编程语言(例如，Prolog)、面向对象的编程语言(例如、Java、C++等)或其他合适的编程语言和/或开发工具来实现。计算机代码的其他示例包括但不限于控制信号、加密代码和压缩代码。
已经描述了许多实施例。然而，应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。此外，图中描绘的逻辑流程不需要所示的特定顺序或依次顺序来实现所期望的结果。此外，可以从所描述的流程中提供其他步骤，或者可以消除步骤，并且可以将其他部件添加到所描述的系统中或从所描述的系统中移除。因此，其他实施例落入以下权利要求的范围内。
虽然上面已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，它们只是作为示例而不是限制的方式呈现的。在上述方法指示某些事件以某种顺序发生的情况下，可以修改某些事件的顺序。此外，如果可能，某些事件可以以并行进程同时执行，以及如上所述那样依次顺序执行。除非相互排斥，否则本文所述的任何部件和子部件都可以包括在任何实施例中。例如，在一些实施例中，未示出或描述摇晃器、电子控制系统、传感器、光源、各种容器等，但应理解，任何实施例都可包括这些部件和/或特征中的一个或多个。
作为另一个示例，尽管细胞培养系统在上文中被描述为包括多端口阀，但在一些实施例中，细胞培养系统可以不包括如本文所述的多端口阀，而是包括一个或多个单端口阀。例如，在一些实施例中，细胞培养组件可以包括一组单端口阀，其控制流入或流出每个容器和/或盖的流量。该组单端口阀可以通过歧管或其他连接方式连接到中央泵。单端口阀可以是例如夹捏阀(其夹捏将容器联接到系统中的另一个元件的管材)、针阀等。
本文所述的任何实施例可以使用任何合适类型的泵。例如，如本文所述，泵可以是蠕动泵、注射器或其他类型的容积式流体泵。在其他实施例中，泵可以是离心泵(即，非容积式泵)。在一些实施例中，泵可以包括放置在器械上的蠕动泵致动器内的一段管材。如本文所述，在一些实施例中，细胞培养系统可以包括系统托盘组件上的流体泵或泵部分，并且流体泵可以移动到器械(例如，基座单元)并连接到泵致动器以供在一过程期间使用。在一些实施例中，细胞培养系统可以包括设置在器械上而不是在托盘组件上的流体泵或泵部分。在这样的实施例中，在封闭系统内的托盘组件上的一部分管材可以联接到器械上的流体泵。因此，应当理解，本文所述的细胞培养系统的任何实施例都可以配置有包括在托盘组件中的流体泵，或者替代地包括设置在器械(例如，基座单元)上的流体泵。
在一些实施例中，本文所述的任何泵都可以被预先校准以考虑流过其中的液体的密度，以确保在使用期间获得期望的流量。以这种方式，该系统可以确保准确传送所期望的流体量(例如传送所期望的体积的营养培养基以达到所期望的细胞密度)。这种校准可以在基座单元的组装期间进行。在其他实施例中，本文所述的任何基座单元或系统可包括一个或多个自校准泵。这种泵可以在电子控制系统中包括一个“查找”表，该表包括特定泵速和负载的流量。这样的表格可用于允许泵在系统使用期间调整以适应流体类型(例如，流体粘度、密度等)的变化。在一些实施例中，泵可以借助于流量传感器或可以推断流过泵的液体与流过泵的预期流量的其他布置进行自校准。
在一些实施例中，本文所述的任何系统和方法可用于培养多能干细胞，例如诱导多能干细胞(iPSC)、组织干细胞和胚胎干细胞(ESC)。
尽管各种实施例已被描述为具有特定特征和/或部件的组合，但其他实施例在适当时具有来自任何实施例的任何特征和/或部件的组合也是可能的。例如，本文所示和描述的任何装置可以包括与本文所述的细胞培养系统2800中所示的TFF相似的切向流过滤(TFF)元件。

Claims (61)

1.一种将细胞样本接种到细胞培养容器中的方法，包括：
将细胞培养托盘组件联接到器械的支撑板上，
所述细胞培养托盘组件包括托盘、联接到所述托盘的所述细胞培养容器、泵以及可移除地联接到托盘的阀组件，所述细胞培养容器无菌地联接到所述泵和所述阀组件以形成封闭系统，所述阀组件和流体泵分别配置为被致动以使得流体被转移进或转移出所述细胞培养容器；
所述器械包括支撑板、阀致动器、泵致动器和摇晃器组件，所述摇晃器组件被配置为摇晃所述支撑板；
将所述封闭系统内的接种容器联接到所述容器、所述泵和所述阀组件，所述接种容器容纳所述细胞样本；
致动所述泵或所述阀组件中的至少一者以将一部分细胞样本从所述接种容器传送到所述细胞培养容器，从而用所述细胞样本接种所述细胞培养容器；和
致动所述摇晃器组件以在将一部分细胞样本从所述接种容器传送到所述细胞培养容器中的同时摇晃所述支撑板和所述细胞培养托盘组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中致动所述摇晃器组件将按照第一摇晃模式摇晃所述支撑板和所述细胞培养托盘，所述方法还包括：
在一部分细胞样本已经从所述接种容器传送到所述细胞培养容器中之后，致动所述摇晃器组件以按照第二摇晃模式摇晃支撑板和所述细胞培养托盘组件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
第一模式是轨道模式；并且
第二模式是往复模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述第一模式具有介于XX和YY之间的第一模式频率；并且
所述第二模式具有介于AA和BB之间的第二模式频率。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：
所述摇晃器组件包括多个可旋转联接元件，所述多个可旋转联接元件中的每个联接到所述支撑板的多个附接部位中的对应附接部位，以在至少两个方向上维持所述支撑板相对于所述器械的位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述多个可旋转联接元件包括至少一个驱动元件和至少一个惰轮元件。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中：
该器械包括电子控制系统，该电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的致动器模块；并且
致动所述摇晃器组件以在将一部分细胞样本从所述接种容器传送到所述细胞培养容器中的同时摇晃所述支撑板和所述细胞培养托盘组件包括通过致动器模块产生摇晃器信号以使得马达转动可旋转联接元件以摇晃所述支撑板和所述细胞培养托盘组件。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述细胞培养容器是第一细胞培养容器，细胞培养托盘组件包括联接到所述托盘的第二细胞培养容器，所述第二细胞培养容器联接到所述封闭系统内的所述第一细胞培养容器、所述泵和所述阀组件，该方法还包括：
致动所述泵或所述阀组件中的至少一者以将所述细胞样本的第二部分从所述接种容器传送到第二细胞培养容器，从而用所述细胞样本接种第二细胞培养容器；和
致动所述摇晃器组件以在将一部分细胞样本从所述接种容器传送到第二细胞培养容器中的同时摇晃所述支撑板和所述细胞培养托盘组件。
9.一种在细胞培养系统内计数细胞的方法，所述细胞培养系统包括托盘、联接到所述托盘的细胞培养容器、保存容器、联接到所述托盘的计数芯片和泵，所述细胞培养容器、保存容器、计数芯片和泵均无菌地联接在一起以形成封闭系统，该方法包括：
对泵进行致动以将细胞样本从所述细胞培养容器传送到所述保存容器；
通过进一步对泵进行致动以将一定体积的空气传送到所述保存容器中来混合所述保存容器内的所述细胞样本；
将混合后的所述细胞样本从所述保存容器中传送到所述计数芯片中；和
分析所述计数芯片内的所述细胞样本以产生与所述细胞样本内的细胞量相关联的细胞信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中进一步致动所述泵会将所述一定体积的空气从所述细胞培养容器传送到所述保存容器。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述细胞样本通过所述封闭系统内的流动路径从所述细胞培养容器传送到所述保存容器，所述一定体积的空气用于清除所述流动路径内的残留细胞。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中：
所述细胞培养系统包括安装有所述托盘的器械，该器械包括泵致动器和电子控制系统，所述泵联接到所述泵致动器，所述电子控制系统可操作地联接到所述泵致动器，所述电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的致动器模块；并且
对泵进行致动包括通过致动器模块产生泵信号以使得泵致动器对泵进行致动。
13.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中：
所述细胞培养系统包括安装有所述托盘的器械，该器械包括细胞传感器组件和电子控制系统，所述电子控制系统可操作地联接到所述细胞传感器组件，所述电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的细胞传感器模块；并且
分析所述计数芯片内的所述细胞样本包括：
产生所述计数芯片内的所述细胞样本的图像；和
通过所述细胞传感器模块分析该图像以产生所述细胞信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述细胞信号是细胞数量、细胞汇合百分比或细胞密度中的至少一者。
15.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述细胞传感器组件包括产生所述图像的显微镜；并且
所述细胞传感器模块基于所述图像而产生指示所述计数芯片内的细胞数量的细胞信号。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述电子控制系统还包括无线电设备，其被配置为与计算装置进行电子通信，所述无线电设备被配置为向所述计算装置发送与所述细胞信号相关联的无线信号。
17.根据权利要求13所述的方法，其中分析所述计数芯片内的所述细胞样本包括：
经由所述细胞传感器模块产生对准信号，该对准信号导致所述托盘或所述细胞传感器组件中的至少一者移动以使所述细胞传感器组件与所述计数芯片对准；和
在所述细胞传感器组件和所述计数芯片对准后，产生所述计数芯片内的所述细胞样本的图像。
18.根据权利要求9所述的方法，还包括：
对泵进行致动以将所述细胞样本从所述计数芯片传送到传代容器。
19.一种方法，包括：
从外保护性外套中取出细胞培养托盘组件，所述细胞培养托盘组件包括托盘、联接到所述托盘的容器、泵以及可移除地联接到所述托盘的阀组件，所述托盘包括对准部分，所述容器无菌地联接到所述泵和所述阀组件以形成封闭系统，所述阀组件和流体泵分别配置为被致动以使得流体被转移进或转移出所述容器；
通过将托盘的对准部分与器械的相应对准部分接合而将所述细胞培养托盘组件联接到器械，该器械包括阀致动器和泵致动器；
在所述容器、所述泵和所述阀组件在所述封闭系统内保持联接的同时从所述托盘上取下所述阀组件并将所述阀组件联接到器械的阀致动器上；
在所述容器、所述泵和所述阀组件在所述封闭系统内保持联接的同时将泵联接到器械的泵致动器；
通过致动阀组件和泵中的至少一者，对联接到所述托盘的容器内的细胞样本执行一个或多个细胞培养操作。
20.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述器械包括支撑板；
所述器械的对准部分包括从所述支撑板延伸的多个突起；
托盘的对准部分限定多个开口；并且
将所述细胞培养托盘组件联接到器械包括将所述多个开口中的每个围绕所述多个突起中的对应突起定位。
21.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述器械包括联接到所述支撑板的摇晃器组件，使得所述摇晃器组件位于由所述容器、所述泵和所述阀组件形成的所述封闭系统之外；并且
所述一个或多个细胞培养操作包括致动所述摇晃器组件以移动所述支撑板和所述细胞培养托盘组件。
22.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述摇晃器组件包括多个可旋转联接元件，所述多个可旋转联接元件中的每个联接到所述支撑板的多个附接部位中的一个对应的附接部位，以在至少两个方向上维持所述支撑板相对于所述器械的位置。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述多个可旋转联接元件包括至少一个驱动元件和至少一个惰轮元件。
24.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述托盘包括第一安装突起；
所述阀组件包括阀体和阀壳体，所述阀壳体限定安装开口；
所述器械包括具有第二安装突起的基座壳体；
从所述托盘取下所述阀组件包括提升阀壳体以从所述安装开口内移除所述托盘的第一安装突起；并且
将所述阀组件联接到所述阀致动器包括将所述阀体放置在所述器械的阀致动器开口内并且将所述第二安装突起放置在所述安装开口内。
25.根据权利要求19所述的方法，其中
所述器械包括具有泵联接槽的基座壳体；并且
将所述泵联接到所述泵致动器包括将所述泵的一部分锁定在所述泵联接槽内。
26.根据权利要求19所述的方法，还包括：
将所述封闭系统内的接种容器无菌地联接至所述容器、所述泵和所述阀组件，所述接种容器容纳细胞样本，
所述一个或多个细胞培养操作包括致动所述泵或所述阀组件中的至少一者以将一部分细胞样本从所述接种容器传送到所述容器以用所述细胞样本接种所述容器。
27.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述容器是第一容器；
所述细胞培养托盘组件包括与所述托盘联接的第二容器，该第二容器联接到所述封闭系统内的阀组件、所述第一容器和所述泵；并且
所述一个或多个细胞培养操作包括致动所述泵或所述阀组件中的至少一者以将一部分细胞样本从所述第一容器传送到所述第二容器中。
28.根据权利要求19-27中任一项所述的方法，其中：
所述器械包括电子控制系统，该电子控制系统包括实现在存储器或处理装置中的至少一者中的致动器模块；并且
执行所述一个或多个细胞培养操作包括通过致动器模块产生致动信号以致动所述泵或所述阀组件中的至少一者。
29.一种选择性移除细胞培养系统内的细胞的方法，所述细胞培养系统包括托盘组件和器械，
所述托盘组件包括托盘、联接到所述托盘的细胞培养容器、试剂容器、保存容器和泵，所述细胞培养容器、试剂容器、保存容器和泵中的每个都无菌地联接在一起以形成封闭系统，
所述器械包括支撑板、泵致动器、摇晃器组件和细胞传感器，所述托盘可移除地联接到所述支撑板，所述摇晃器组件配置为摇晃所述支撑板，
该方法包括：
致动所述泵以将解离试剂从试剂容器传送到所述细胞培养容器；
致动所述摇晃器组件以摇晃所述支撑板和托盘组件以便于所述细胞培养容器内的第一部分细胞的解离；
从所述细胞传感器接收传感器输出，所述传感器输出与所述细胞培养容器内的细胞样本相关联；
基于传感器输出而产生与所述细胞培养容器内的第一部分细胞的解离状态或所述细胞培养容器内的第二部分细胞的解离状态中的至少一者相关联的细胞信号；和
基于细胞信号而致动所述泵，以将第一部分细胞从所述细胞培养容器传送到所述保存容器。
30.一种设备，包括：
托盘，其被配置为可移除地联接在细胞培养器械内；
第一容器，其联接到所述托盘，所述第一容器配置为在其中接纳细胞样本；
第二容器，其联接到所述托盘；
第一切向流过滤器组件，其具有入口端口、第一出口端口和第二出口端口；
第二切向流过滤器组件，其具有入口端口、第一出口端口和第二出口端口，所述第一切向流过滤器组件的所述第二出口端口与所述第二切向流过滤器组件的所述入口端口流体联接；
流体泵组件；和
阀组件，其可操作地联接到所述第一容器、所述第二容器、所述第一切向流过滤器组件的所述入口端口和所述流体泵组件，所述阀组件和所述流体泵组件分别配置为由所述细胞培养器械致动以使得：
A)将所述细胞样本从所述第一容器转移到所述第一切向流过滤器组件的所述入口端口，
B)将来自所述细胞样本的第一体积的滞留物从所述第一切向流过滤器组件的所述第一出口端口转移到所述第二容器，和
C)将第一体积的渗透物从所述第一切向流过滤器组件的所述第二出口端口转移到所述第二切向流过滤器组件的所述入口端口。
31.根据权利要求30所述的设备，其中所述流体泵组件包括第一泵和第二泵，所述第一泵产生所述细胞样本进入所述第一切向流过滤器组件的所述入口端口中的流动，所述第二泵产生将所述第一体积的渗透物从所述第一切向流过滤系统的所述第二出口端口流到所述第二切向流过滤系统的所述入口端口的流动。
32.根据权利要求31所述的设备，其中第一流体泵和第二流体泵均是容积泵。
33.根据权利要求30所述的设备，其中所述阀组件包括第一阀和第二阀。
34.根据权利要求30所述的设备，还包括：
第三容器，
所述阀组件和所述流体泵组件每个都配置为由细胞培养器械致动以使得：
D)将第二体积的滞留物从所述第二切向流过滤器组件的所述第二出口端口转移到所述第三容器。
35.根据权利要求34所述的设备，还包括：
第四容器，
所述阀组件和所述流体泵组件每个都配置为由所述细胞培养器械致动以使得：
E)将第二体积的滞留物从所述第二切向流过滤器组件的所述第二出口端口转移到所述第四容器。
36.根据权利要求30所述的设备，其中所述阀组件在联接到所述细胞培养器械之前可移除地联接到所述托盘。
37.根据权利要求30所述的设备，其中当所述阀组件联接到所述托盘时，所述泵组件可移除地联接到所述阀组件。
38.一种设备，包括：
托盘，其配置为可移除地联接在器械内，该托盘包括对准部分，该对准部分配置为与器械的对应对准部分配合地接合，该托盘限定传感器开口并且包括围绕传感器开口的至少一部分的肩部；
容器，其具有顶面和底面，所述顶面和所述底面分别具有透明部分，所述容器联接到所述托盘，使得底面的边缘由所述肩部支撑，而底面的透明部分与传感器开口对准；
安装支架，其联接到所述托盘，所述安装支架联接到所述容器的顶面的边缘以将所述容器固定到所述托盘；和
阀组件，其流体地联接到所述容器和一流体泵，所述阀组件可移除地联接到所述托盘，所述阀组件和所述流体泵每个都配置为被致动以使得流体被转移进或转移出容器。
39.根据权利要求38所述的设备，其中所述容器的顶面的透明部分与所述传感器开口对准。
40.根据权利要求38所述的设备，其中：
所述阀组件包括阀和阀壳体，所述阀壳体包括安装部分，
所述托盘包括阀安装部分，该阀安装部分被配置为与所述阀壳体的所述安装部分配合地接合。
41.根据权利要求38所述的设备，其中：
所述托盘限定阀开口，该阀开口配置为当所述阀组件联接到所述托盘时接纳所述阀的一部分。
42.根据权利要求40所述的设备，其中：
所述阀壳体包括：至少一个支撑件，其被配置为将管可移除地联接到所述阀壳体；以及泵支撑件，其被配置为在储藏期间可移除地支承所述泵。
43.根据权利要求38所述的设备，其中：
所述托盘的所述对准部分包括多个切口，
所述器械的所述对准部分包括多个突起，所述多个突起中的每个突起被配置为接纳在与所述多个切口不同的切口中以维持所述托盘在所述器械上的位置。
44.根据权利要求38所述的设备，其中所述托盘包括至少一个光学对准标记，所述光学对准标记被配置为用于将所述器械内的传感器的位置与所述托盘的位置对准。
45.根据权利要求44所述的设备，其中所述至少一个光学对准标记是限定在所述托盘中的开口。
46.根据权利要求38所述的设备，其中所述托盘限定第二传感器开口，所述设备还包括：
计数芯片，其联接到所述托盘，所述计数芯片包括与所述第二传感器开口对准的透明部分。
47.根据权利要求38所述的设备，还包括：
切向流过滤组件，其联接到托盘并与所述阀组件流体连通。
48.根据权利要求38所述的设备，其中所述托盘、所述容器和所述阀组件在运输和储藏期间被封闭在无菌包装内。
49.一种设备，包括：
基座单元，其具有下部壳体、支撑板、可移动地联接在所述下部壳体内的细胞传感器组件的第一部分；
所述支撑板配置为可移除地联接到细胞培养托盘组件，所述细胞培养托盘组件具有托盘和联接到所述托盘的容器，所述托盘限定传感器开口，所述容器的一部分是透明的并且联接到所述托盘以经由所述容器的传感器开口和透明部分提供对所述容器内容物的光学观察途径；
上部单元，其具有上部壳体和联接在所述上部壳体内的所述细胞传感器组件的第二部分，所述上部单元可移动地联接到所述基座单元并配置为在打开位置和封闭位置之间移动，
当所述上部单元处于打开配置时，所述支撑板是可接近的，
当所述上部单元处于封闭配置时，所述支撑板至少部分封闭；和
电子控制系统，其联接在所述下部壳体或所述上部壳体中的至少一者内，该电子控制系统配置为控制所述细胞传感器组件的至少第一部分的移动，以将所述致细胞传感器组件的所述第一部分与所述容器对准。
50.根据权利要求49所述的设备，其中所述电子控制系统被配置为控制所述细胞传感器组件的所述第二部分的移动，以将所述细胞传感器组件的所述第二部分与所述容器对准。
51.根据权利要求49所述的设备，其中所述细胞传感器组件的第一部分是显微镜，所述细胞传感器组件的第二部分是灯。
52.根据权利要求49所述的设备，其中所述支撑板的所述部分是透明的。
53.根据权利要求49所述的设备，其中所述支撑板被配置为在联接到所述支撑板时相对于所述下部壳体移动以摇晃所述细胞培养托盘组件。
54.根据权利要求53所述的设备，还包括：
摇晃器组件，其布置在所述基座单元的下部壳体内，所述摇晃器组件联接到所述支撑板并且被配置为在被致动时移动所述支撑板。
55.一种设备，包括：
基座单元，其具有下部壳体、支撑板和布置在下部壳体内的摇晃器组件；
所述支撑板配置为可移除地联接到细胞培养托盘组件，所述细胞培养托盘组件具有托盘、联接到所述托盘的容器；
上部单元，其具有上部壳体，所述上部单元可移动地联接到所述基座单元并且被配置为在打开位置和封闭位置之间移动，
当上部单元处于打开配置时，所述支撑板是可接近的，
当上部单元处于封闭配置时，所述支撑板至少部分封闭；
摇晃器组件，其布置在基座单元的下部壳体内，并且经由围绕所述支撑板周边布置的附接部位的多个联接元件可操作地联接到所述支撑板，所述多个联接元件中的至少一个配置为在第一方向上维持所述支撑板的位置，所述多个联接元件中的至少另一个被配置为在不同于第一方向的第二方向上维持所述支撑板的位置，所述摇晃器组件被配置为在被致动时移动所述支撑板以在联接到所述支撑板时摇晃所述细胞培养托盘组件；和
电子控制系统，其联接在下部壳体或上部壳体中的至少一者内，所述电子控制系统配置为控制所述摇晃器组件的致动。
56.根据权利要求55所述的设备，其中被配置为在第一方向上维持所述支撑板的位置的所述多个联接元件中的所述至少一个是磁性联接元件。
57.根据权利要求55所述的设备，其中被配置为在第二方向上维持所述支撑板的位置的所述多个联接元件中的所述至少另一个包括由所述摇晃器组件限定的凹口，所述凹口被配置为接纳所述支撑板上的对应突起。
58.根据权利要求55所述的设备，其中所述多个联接元件中的至少一个联接元件是惰轮，并且所述多个联接元件中的一个联接元件包括驱动马达。
59.根据权利要求55所述的设备，其中所述支撑板包括至少一个突起，所述突起被配置为接纳在由所述细胞培养托盘组件的托盘限定的切口内，以将所述细胞培养托盘组件定位在所述支撑板上。
60.一种在细胞培养系统内处理细胞的方法，所述细胞培养系统包括托盘组件和器械，
所述托盘组件包括托盘、联接到所述托盘的第一容器、联接到所述托盘的第二容器、切向流过滤组件和泵，所述第一容器、第二容器、切向流过滤组件和泵均无菌地联接在一起以形成封闭系统，
所述器械包括支撑板、泵致动器和细胞传感器，所述托盘可移除地联接到所述支撑板，
该方法包括：
接收来自细胞传感器的传感器输出，该传感器输出与第一容器内的细胞样本相关联；
基于传感器输出产生与第一容器内的细胞状态相关联的细胞信号；
对泵进行致动以将所述细胞样本从第一容器传送到切向流过滤组件中以产生渗透物输出和滞留物输出；和
将渗透输出或滞留输出中的一者传送到第二容器。
61.一种设备，包括：
托盘，其配置为可移除地联接在器械内，该托盘包括对准部分，该对准部分配置为与器械的对应对准部分配合地接合，该托盘限定传感器开口并且包括围绕传感器开口的至少一部分的肩部；
容器，其具有顶面和底面，所述顶面和底面、所述容器联接到所述托盘，使得所述底面的边缘由所述肩部支撑并且所述底面与所述传感器开口对准；和
阀组件，其流体地联接到所述容器和一流体泵，所述阀组件可移除地联接到所述托盘，所述阀组件和所述流体泵每个都配置为被致动以使得流体被转移进或转移出所述容器。
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