CN117529545A

CN117529545A - 用于微生物反应器的容器组件

Info

Publication number: CN117529545A
Application number: CN202280040380.4A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·克雷梅尔斯; 大卫·迈耶西克; 西蒙·扎特勒
Original assignee: Coulter International Corp
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2022-05-06
Publication date: 2024-02-06

Abstract

一种充气盖组件，该充气盖组件在一些实施方式中也被称为微孔板，其通常能够实现样本容器的气密密封，并且同时实现用于分配/移液机器人的移液单元的导引通路，移液机器人也被称为移液器。该部件能够实现气密密封和用于移液机器人的导引通路两者。充气盖同时用于多个目的并且以非限制性的方式提供以下优点：气密密封、没有充气盖的机器人集成、具有充气盖的机器人集成、密封机构和厌氧运输。减少样本容器的储存器上方的体积(例如，微孔板的井上方的体积)是有利的，因为它降低了高浓度的气体、比如氧气的安全风险。

Description

用于微生物反应器的容器组件

发明背景

本申请于2022年5月6日作为PCT国际专利申请提交并要求于2021年5月7日提交的序列号为63/185,650和于2021年7月29日提交的序列号为63/227,210的美国临时专利申请的权益和优先权，所述美国临时专利申请的全部公开内容通过参引整体并入本文。

在生物学、药理学和医学的许多领域中，筛选生物系统以用于选择合适的生物菌株、酶或合适的培养基和培养条件以及其他示例。在这种情况下，需要可以经由实验的并行化来实现的高样本通量。

微孔板或微量滴定板是具有用作小试管的多个井的平板，并且是可以用于实现大量并行操作的装置的一个示例。作为说明性示例，单独的井中的每个井可以用培养基培养基填充、接种以将细胞引入到培养基中，并且在特定温度下使用摇动培养箱孵育。在生长过程期间，可以针对每个单独的井连续测量过程参数比如pH值、溶解氧(DO)的浓度、溶解二氧化碳和生物量以及其他参数值。

近数十年来，微生物工业生产中的小型化和并行化在经济上具有重要性。微生物培养中的一个挑战是实时监测正在生产的细胞培养物的过程参数。控制营养物的供应和pH并监测生物量生长和DO允许在小型生物反应器中并行地优化细胞培养物，以使活性物质、维生素、肽或蛋白质的产量最大化。

发明内容

概括地说，本公开涉及一种用于微生物反应器的容器组件。在一种构型中，容器组件在样本容器与充气盖之间提供改进的密封，该密封允许移液管吸头在微生物反应器内部的搅拌期间插入到样本容器的井中。本公开中描述了各个方面，所述各个方面包括但不限于以下方面。

一个方面涉及一种能够实现样本容器的气密密封的部件。在一些示例中，该部件能够实现微孔板的气密密封。

在一些其他示例中，除了能够实现样本容器的气密密封之外，该部件同时提供用于移液管吸头的导引通路。实现气密密封和用于移液管吸头的导引通路两者的部件从这里开始有时被称为“充气盖”或“盖壳体”或“盖组件”。充气盖同时用于多个目的并且以非限制性的方式提供以下优点：气密密封、机器人集成和厌氧运输。

充气盖可以显著减小样本容器的井(例如，微孔板的井)上方的顶部空间体积。减小该体积是有利的，因为它降低了高浓度的气体、比如氧气的安全风险。

充气盖提供了若干优点，所述优点包括：样本容器中的减小的顶部空间，从而安全地允许样本容器中的更高的O₂浓度；在搅动样本容器的同时帮助导引移液管吸头插入的导引元件；具有狭缝的多个弹性层，所述狭缝在移液管吸头插入时打开并且在移液管吸头移除时关闭；使压力围绕样本容器和充气盖的边缘进行最佳分布并允许分隔的密封表面；以及允许样本容器作为单个单元运输以用于在需氧工作空间中进行厌氧培养的密封件。此外，充气盖允许在微生物反应器内部进行厌氧培养，因为充气盖防止氧气在处于微生物反应器中的同时进入到样本容器的培养井中。

在一些示例中，存在至少两种类型的充气盖。第一类型的充气盖与微流体微孔板兼容，微流体微孔板在井底部具有微流体件，所述微流体件将设置在第一组井中的液体试剂联接至第二组井(所述第二组井具有用于培养的细胞)。这些盖包括使两组井分开的分隔件。尽管本公开将该第一类型的充气盖描述为具有将井分成两组的单个分隔件，但是本公开设想了由任何合适数目的分隔件分开的任何合适数目的组的井。

第二类型的充气盖是兼容的非微流体微孔板(或标准微孔板)。这些微孔板不具有用于井的微流体件。

微流体微孔板和非微流体微孔板两者允许在样本容器的直接氮气(例如100％N₂)充气期间同时进行给送和pH控制，所述直接氮气充气具有可调节的流速、比如说例如在5mL/min至50mL/min之间的可调节的流速。

另一方面涉及在微孔板处于需氧环境时实现厌氧培养或微需氧培养、取样、给送和pH控制。

附图说明

形成本申请的一部分的以下附图是对所描述的技术的说明并且不意在以任何方式限制本公开的范围。

图1是微生物反应器的等距视图。

图2是配装在图1的微生物反应器的培养室内部的容器组件的俯视等距视图。

图3是容器组件的仰视等距视图。

图4是容器组件的分解等距视图。

图5是容器组件的分解前正视图。

图6是容器组件的横截面图。

图7是容器组件的弹性层的详细视图。

图8是包括多个井的样本容器的示例的俯视图，样本容器是图2的容器组件的部件。

图9是容器组件的盖壳体的第一示例的俯视图。

图10是图9中所示出的盖壳体的仰视等距视图。

图11是盖壳体和样本容器的仰视等距视图。

图12是盖壳体的另一示例的仰视图。

图13是图2的容器组件的横截面图，其示出了穿过盖壳体的导引元件插入的移液管吸头。

图14是图2的容器组件在移液管吸头已经从容器组件移除之后的横截面图。

图15是容器组件的密封机构的横截面图，该密封机构被示出为处于打开位置。

图16是图15的密封机构的另一横截面图，该密封机构被示出为处于关闭位置。

图17是示出了图2的容器组件的盖壳体与样本容器之间的密封件的横截面图。

图18是示出了盖壳体的释放销的横截面图。

图19是示出了定位在图1的微生物反应器的基部的顶部上的容器组件的示例的俯视等距视图。

图20是图19的容器组件在基部上的横截面图。

图21是图19的基部的俯视等距视图。

图22是示出了定位在图1的微生物反应器的基部的顶部上的容器组件的另一示例的俯视等距视图。

图23是图22的容器组件在基部上的横截面图。

图24是图22的基部的俯视等距视图。

图25示意性地示出了图1的微生物反应器的计算机控制系统的示例。

图26是图1的微生物反应器的用于将光学传感器定位在图2的容器组件下方的机械系统的等距视图。

图27是可以用于照射图1的微生物反应器的培养室的发光二极管阵列模块(LAM)的等距视图。

图28是安装在图1的微生物反应器下方的LAM的仰视等距视图。

图29是LAM系统的示意图。

图30是LAM的冷却板的等距视图。

图31是适于冷却样本容器的盖壳体的示例的仰视等距视图。

图32是图31的盖壳体的俯视等距视图。

图33图示了微流体阀构型。

图34图示了可以使用容器组件执行的厌氧培养方法的示例。

图35图示了可以使用容器组件执行的厌氧培养方法的另一示例。

图36是示出了在容器组件内部的培养过程期间的溶解氧、生物量增量和添加的给送溶液随培养时间变化的曲线图。

图37是示出了在容器组件内部的培养过程期间的pH和添加的NaOH体积随培养时间变化的曲线图。

图38是示出了在容器组件内部的培养过程期间的生物量随培养时间变化的曲线图。

图39是示出了在容器组件内部的培养过程期间的氧气浓度、pH信号和添加的NaOH体积随培养时间变化的曲线图。

图40是示出了在容器组件内部的培养过程期间的生物量和添加的给送体积随培养时间变化的曲线图。

图41是示出了在容器组件内部的培养过程期间的pH、氧气浓度和添加的NaOH体积随培养时间变化的曲线图。

具体实施方式

在所有附图中，相同或对应的元件通常可以由相同的附图标记指示。这些描述的实施方式应当被理解为对本发明的说明并且不应当被理解为以任何方式进行限制。还应当理解的是，附图不一定按比例绘制并且实施方式可以通过图形符号、假想线、示意图和局部视图来图示。在某些情况下，可能已经省略了对于理解本发明不是必需的或者使得其他细节难以察觉的细节。

图1是微生物反应器100的示例的等距视图。如图1中所示出的，微生物反应器100包括限定培养室104的壳体102。微生物反应器100在于培养室104内部运行培养的同时在线测量诸如生物量、pH、溶解氧(DO)和荧光之类的参数。附加地，微生物反应器100包括触摸屏显示器106，该触摸屏显示器106允许用户控制培养室104内部的摇动速度、温度、气体浓度、气体流速和湿度。替代性地或附加地，微生物反应器100可以通信地联接至可以允许这种控制的单独计算装置。

在一些方面中，微生物反应器100可以与于2012年9月18日发布的名称为“Methodand Device for Recording Process Parameters of Reaction Fluids in SeveralAgitated Microreactors(用于记录若干搅拌式微反应器中的反应流体的过程参数的方法和装置)”的美国专利No.8,268,632、于2014年9月9日发布的名称为“Microreactor(微反应器)”的美国专利No.8,828,337、于2015年1月13日发布的名称为“Microreactor Array,Device Comprising a Microreactor Array,and Method for Using a MicroreactorArray(微反应器阵列、包括微反应器阵列的装置和使用微反应器阵列的方法)”的美国专利No.8,932,544和于2019年9月24日发布的名称为“Microreactor System”(微反应器系统)的美国专利No.10,421,071中描述的微反应器共享类似的部件、特征和功能，上述美国专利申请的全部内容在此通过参引并入。

图2和图3是配装在微生物反应器100的培养室104内部的容器组件200的等距视图。容器组件200包括可以附接或以其他方式联接至样本容器18的盖壳体8。在一些示例中，样本容器18是微孔板或微量滴定板。盖壳体8以气密的方式密封样本容器18。盖壳体8允许安全关键气体以任何浓度和任何流速给送到样本容器18中和从样本容器18排放。

容器组件200提供了至少包括样本容器18的气密密封的优点。样本容器18的气密密封使得能够受控地引入和排放安全关键气体，而不会使气体与培养室104的气氛和微生物反应器100的其他部件接触。这使得能够对样本容器18上方的顶部空间中的气体浓度进行高水平的控制。顶部空间是样本容器18与盖壳体8的底部内表面28之间的空间。此外，这使得能够在培养期间在容器组件200内保持高浓度的氧气或其他不安全的气体(例如，可燃、有毒、能够窒息的气体等)并降低安全风险、比如火灾或爆炸。例如，容器组件200允许在降低的安全风险下在顶部空间中保持高达100％的纯氧气。附加地，与常规系统相比，容器组件200可以进一步显著减小样本容器18上方的顶部空间。这进一步有助于通过减少例如高浓度的可燃气体、如氧气的总体积来降低由这种气体所带来的安全风险。此外，用于培养室104的材料的设计和选择不再受必须考虑与关键气体直接接触的约束，这减少了建造微生物反应器100所需的技术工作。

由于气体以受控的方式给送到样本容器18中和从样本容器18排放，因此可以根据需要增加具有窒息可能性的气体、比如N₂和CO₂的流量。附加地，盖壳体8减少了能量消耗和气体消耗，因为仅样本容器18上方的顶部空间必须被加湿和充气，而不是微生物反应器100的整个培养室104必须被加湿和充气。

图4是容器组件200的分解等距视图。图5是容器组件200的分解前正视图。图6是容器组件的横截面图。现在参照图2至图6，样本容器18包括各自构造成单独容纳细胞培养物或试剂的多排井61。样本容器18被盖壳体8完全覆盖，但是对于一个或更多个移液管吸头(参见图13中示出的移液管吸头71)仍然是可进入的，以将液体给送到井61中或从井61中取出探针。因此，盖壳体8具有允许移液管吸头71进入容器组件200而不允许气体气氛从容器组件200逸出的组件。盖壳体8在井61中的每个井的上方具有通孔23，以用于使移液管吸头71进入每个井。

导引结构1以可释放且可逆的方式联接至盖壳体8。导引结构1包括多个导引元件2。导引结构1还包括一个或更多个附接机构3，所述一个或更多个附接机构3定结构成接合盖壳体8上的对应的槽10，以将导引结构1以可移除的方式附接到盖壳体8上。

附接机构3定结构成抵靠盖壳体8的外表面弯曲并卡扣配合到对应的槽10中。附接机构3可以包括手柄，所述手柄允许使用者将附接机构3与对应的槽10断开接合，并且由此使导引结构1从盖壳体8中释放。在替代性示例中，导引元件2形成盖壳体8的一体部分。

在盖壳体8与无菌层16之间定位有第一弹性层13。在盖壳体8与导引结构1之间定位有第二弹性层4。

图7是第二弹性层4的详细视图。尽管附图将第一弹性层13和第二弹性层4示出为是相同的，但是在一些示例中它们是不相同的。现在参照图4和图7，第一弹性层13和第二弹性层4各自包括孔口15、6。尽管孔口15、6被图示为具有线性形状的狭缝，但是针对孔口15、6的替代性形状和构型也是可能的。

如在图4中所示出的，第二弹性层4的孔口6与通孔23对准，并且第一弹性层13的孔口15与通孔23对准。容器组件200的部件布置成使得移液管吸头71可以穿过导引元件2、穿过第二弹性层4的孔口6、穿过盖壳体8的通孔23以及穿过第一弹性层13的孔口15插入，使得移液管吸头71可以刺穿无菌层16，并且到达样本容器18的井61。在一些示例中，导引元件2、第二弹性层4、盖壳体8和第一弹性层13形成用于容器组件200的充气盖。

至少第二弹性层4包括与盖壳体8的顶部外表面上的销21对准的孔22。第二弹性层4上的孔22与销21之间的配合允许第二弹性层4相对于盖壳体8固定。

在一些示例中，导引结构1包括与盖壳体8的顶部外表面上的销21对准的孔22。导引结构1上的孔22与销21之间的配合允许导引结构1相对于盖壳体8固定。

至少第一弹性层13包括允许气体穿过第一弹性层13的孔14。孔14定位成邻近于孔口15。在附图中所描绘的示例中，第二弹性层4也包括邻近于孔口6的孔5。为清楚起见，孔5没有作用。孔5不与第一弹性层13的孔14、盖壳体8的通孔23或导引结构1的导引元件2对准，并且孔5不允许气体从容器组件200逸出。因此，容器组件200是气密的。孔5仅存在于第二弹性层4中，使得可以制造相同的部分以用作第一弹性层13和第二弹性层4两者。因此，孔5是可选的。因此，在替代性示例中，第二弹性层4不包括孔5。

第一弹性层13和第二弹性层4由诸如硅树脂之类的弹性材料制成。第一弹性层13和第二弹性层4的弹性材料可以帮助减少容器组件200内部的污染和蒸发，并且通过不允许在容器组件200内混合而将气体浓度保持在期望的水平。

第一弹性层13和第二弹性层4是弹性的，因为第一弹性层13和第二弹性层4能够在变形之后恢复它们的尺寸和形状。例如，孔口15、6是自修复孔口，其构造成在移液管吸头71(参见图13)穿过其中插入时打开，并且孔口15、6构造成在移液管吸头71从其移除时自修复并关闭，如将在下面更详细讨论的。

在本文中所描述的构型中使用至少两个弹性层(即，第一弹性层13和第二弹性层4)是有利的。例如，底部弹性层(例如，第一弹性层13)可以保持样本容器18中的井61被覆盖以用于无菌并防止蒸发。顶部弹性层(例如，第二弹性层4)可以提供额外的无菌性，并且对盖壳体8的顶部进行密封(当没有被移液管吸头刺穿时一直覆盖通孔23)，以便帮助调节盖壳体8的顶部空间20(参见图6)中的气体浓度。在一些示例中，可以使用任何数目的附加层以用于附加益处(例如，增加的无菌性和/或密封性)。

无菌层16由无菌材料、比如纤维素膜或能够生物相容且能够保持无菌性的任何其他合适层制成。例如，无菌层16可以由织物制成，该织物具有足够小而不能渗透微生物和水蒸气且足够大而能够渗透气体的孔径。

可以使用粘合剂将无菌层16围绕样本容器18的周缘固定。作为说明性示例，可以使用施加器或类似器件将粘合剂施加至无菌层16或样本容器18。在一些示例中，整个无菌层16是可以直接施加到样本容器18上的粘合剂。

无菌层16在样本容器18与微生物反应器100的培养室104之间提供无菌边界。有利地，培养室104不必始终保持无菌，以防止样本容器18的井61内部的细胞培养物的污染。此外，无菌层16可以减少蒸发，同时还能够渗透气体比如O₂、N₂、CO₂、空气等。

无菌层16在防止或至少减少样本容器18的井61内的细胞培养物的污染(尤其是如下面所描述的在被移液管吸头第一次刺穿之前)方面是有用的，并且在防止或至少减少离开样本容器18的井61的蒸发方面也是有用的。如下面将进一步描述的，当采集样本或向样本容器18的井61添加悬浮剂时，移液管吸头71刺穿容器组件200的无菌层16。

尽管由移液管吸头71刺穿无菌层16所产生的孔可能会降低上述由无菌层16所提供的效果中的一些效果，但是由于由移液管吸头71刺穿无菌层16所产生的孔相对较小，因此有效性的降低得以减轻。附加地，一个或更多个弹性层(例如，无菌层16上方的第一弹性层13和第二弹性层4)可以帮助密封样本容器18中的井状部61(例如，样本储存器)上方的顶部空间20。所述一个或更多个弹性层还可以帮助减少无菌层16被刺穿之后的污染，并且进一步减少蒸发。

附加地，所述一个或更多个弹性层提供允许控制和保持样本容器18中的井61上方的顶部空间20中的必要气体浓度的气密密封。盖壳体8构造成在井61上方提供顶部空间20，以允许在细胞培养期间进行气体交换。在一些示例中，由盖壳体8提供的顶部空间20可以在从20mL至400mL的范围内。在一些其他示例中，对于第一类型的充气盖，由盖壳体8提供的顶部空间20可以在从60mL至90mL的范围内，第一类型的充气盖具有分隔件并且构造成与具有微流体件的板一起工作，如将进一步描述的。在一些其他示例中，对于第二类型的充气盖，由盖壳体8提供的顶部空间20可以在从80mL至120mL的范围内，第二类型的充气盖构造成与不具有微流体件的板一起工作并且因此不被分隔，如将进一步描述的。

如在图4和图5中示出的，盖壳体8可以包括允许气体进入和离开样本容器18中的井61上方的顶部空间20的气体端口11、12。例如，气体端口11可以是入口端口并且气体端口12可以是出口端口(或者，气体端口11可以是出口端口并且气体端口12可以是入口端口)。在一些示例中，气体入口端口可以联接至使两种或更多种气体(例如，氧气、二氧化碳和氮气)混合以获得具有期望浓度的气体混合物的装置，以用于将气体混合物供应至顶部空间20。气体出口端口用于以期望的流速(例如，一旦达到期望的压力，就与气体入口的流速相匹配的流速)从顶部空间20排出气体。尽管未图示，但是在一些示例中，盖壳体可以包括用于不同气体的多个入口。例如，盖壳体可以包括用于氧气、二氧化碳和氮气的单独入口。

图4和图5中描绘的示例将盖壳体8示出为包括两个气体端口：气体入口端口和气体出口端口。在这样的示例中，盖组件8可以用于非微流体应用。在替代性示例中，比如当盖壳体8适于微流体应用时，盖壳体8可以包括用于将加压气体引入至储存器井上方的空间(该空间与培养井上方的顶部空间分隔开)或者从储存器井上方的空间移除加压气体的附加的气体端口，以便控制试剂从储存器井到培养井的流体流动，如将在下面进一步描述的。尽管本公开公开了一定数目的气体端口，但是可以设想任何合适数目的气体端口。例如，可以包括用于不同气体的附加的气体端口，比如用于氧气的入口端口、用于CO₂的入口端口、用于氮气的入口端口等。

在一些示例中，气体端口允许样本容器18中的井61上方的顶部空间20具有范围从0％至100％的氧气浓度，使得容器组件200可以用于通过允许顶部空间20中的宽范围的氧气浓度来培养从极端厌氧菌到需氧生物的整个范围的细胞。在一些示例中，气体端口可以用于将顶部空间20中的氧气浓度调节为在0％与5％、0％与10％或0％与20％之间的水平。

盖壳体8还包括用以将盖壳体8固定并密封至样本容器18的偏心杆7和密封机构9。偏心杆7和密封机构9将在下面更详细地讨论。

图8是样本容器18的俯视图。如在图8中所示出的，样本容器18包括成排布置的多个井61。在图8中所示出的示例中，样本容器18包括允许使用者执行48次平行培养的总共48个井。针对样本容器18的替代性尺寸也是可能的。例如，样本容器18可以定尺寸成包括6个、12个、24个、96个、384个或1536个井中的任一者和其间的任何数目的井，或任何合适数目的井。

如在图8中进一步示出的，样本容器18包括围绕井61的密封表面17。密封表面17包括多个弯曲边缘，所述多个弯曲边缘连结在一起并且围绕井61的周缘呈半圆形形状。

图9是盖壳体8的第一示例的仰视图，该盖壳体8被分隔成用于具有微流体件的微孔板。图10是盖壳体8的示例的仰视等距视图，该盖壳体8被分隔成用于具有微流体件的微孔板。图11是盖壳体8的仰视等距视图，该盖壳体8相对于样本容器18被分隔成用于具有微流体件的微孔板。如在图9至图11中所示出的，密封表面35从盖壳体8的底部内表面28突出。密封表面35构造成接触并向下推动第一弹性层13(也参见图6)，因此导致第一弹性层13被压靠于样本容器18的密封表面17，由此在盖壳体8的内周缘与样本容器18之间形成气密密封。这说明了第一弹性层13的又一优点。

密封表面35相对于第一凹入区域32和第二凹入区域34是升高的。密封表面35可以用作第一凹入区域32和第二凹入区域34与容器组件200的外部之间的边界结构。

密封表面35适形于样本容器18的密封表面17的形状，以沿着密封表面17的边缘施加均匀的压力。密封表面35构造成以最小的向内侵入包围井61的边缘。

在盖壳体8与样本容器18之间需要阈值量的压力，以在密封表面17、35之间形成气密密封。增加密封表面17、35之间的接触表面面积增加了形成气密密封所需的阈值量的压力，这可能损害样本容器18的结构完整性。密封表面17、35的形状将接触面积减小至围绕井61的使在盖壳体8与样本容器18之间形成气密密封所需的压力阈值量最小化的最佳区域。

在一些示例中，样本容器18是微流体样本容器。在这样的示例中，样本容器18的排A和排B(参见图8)可以用作储存器井(例如，容纳培养基、试剂、营养物、pH调节液体或任何其他合适的液体的井)，所述储存器井可以给送到具有用于培养的细胞的其他井中，所述细胞经由微流体泵送过程被给送。当在用于培养的井61(在本文中称为“培养井”)中产生具有特定性能的气氛时，可能需要向储存器井施加压力，使得可以进行泵送过程。也就是说，加压气体(例如，氮气)可以被引入到储存器井上方的空间中，以增加压力并且由此使来自储存器井的流体经由微流体通道输送到培养井中，如将在下面进一步描述的。为了保持培养井上方的顶部空间中的期望的压力和气体浓度，样本容器18的这些区域必须被分开。因此，分隔件33用于使第一凹入区域32和第二凹入区域34分开，如在图9至图11中所示出的。

如在图9至图11中所示出的，分隔件33位于盖壳体8的底部内表面28上，以形成井61的彼此密封的单独部段。在一些示例中，密封表面35和分隔件33是彼此连续的。

作为说明性示例，分隔件33可以限定被指定用于培养井的第一凹入区域32(为了清楚起见，第一凹入区域32是限定培养井上方的顶部空间20的区域)，并且进一步限定被指定用于储存器井的第二凹入区域34。

尽管在该示例中示出了两个单独的凹入区域，但是盖壳体8可以包括附加的分隔件以进一步细分井61。例如，用于培养的需要第一浓度的气体、比如氧气的第一组井可以通过另一分隔件与用于培养的需要与第一浓度不同的第二浓度的气体(比如氧气)的第二组井进行细分。

密封表面35和分隔件33由刚性材料制成，其可以压靠在第一弹性层13上以压缩第一弹性层13并且由此提供期望水平的密封。在一些示例中，密封表面35和分隔件33由刚性聚合物材料、比如聚醚醚酮(PEEK)制成。

如在图9中提供的示例中所示出的，盖壳体8包括两个开口36、37，所述开口36、37各自分别连接至图4和图5中示出的气体端口11、12。这些开口中的一个开口是用于给送气体的入口，另一个开口是用于排出气体的出口。开口36、37设置在第一凹入区域32中并且因此可以用于将具有受控浓度的空气、氧气、氮气或CO2的气体给送至样本容器18中的培养井。在一些示例中，这种气体可以被加湿至期望的水平。在第二凹入区域34中设置有第三开口38，并且第三开口38可以连接至盖壳体8上的第三气体端口25(参见图23)，以用于将加压气体给送至样本容器18中的储存器井，以便对储存器井上方的顶部空间进行加压并且由此使来自储存器井的液体经由微流体通道移动到培养井中。在该示例中，盖组件8构造成用于微流体应用。

盖壳体8对样本容器18进行环境密封。形成用于细胞培养的期望气氛的混合气体在盖壳体8下方被导引以穿过井61。在样本容器18包括用于给送样本容器18中的培养井的储存器井的情况下，可以使用盖壳体8的分隔件33将储存器井与培养井密封隔离。

分隔件33允许施加在储存器井的顶部上的压力不同于施加在用于培养微生物培养物的井的顶部上的压力。分隔件33还允许防止储存器井上方的气体与培养井中的组分混合，并且因此允许调节井上方的顶部空间中的气体。

仍然参照图9至图11，盖壳体8可以包括一个或更多个支柱30，所述一个或更多个支柱30向下推动覆盖样本容器18的第一弹性层13，以便确保第一弹性层13在培养期间不会变形超过规定的限制。例如，第一弹性层13可以由下述材料制成：当该材料暴露于高于某一阈值的热和气体时，其可能容易膨胀并因此沿向外的方向(暂时地或永久地)变形。支柱30从第一凹入区域32中的底部内表面28突出，该底部内表面28覆盖构造成用于细胞培养的井61。支柱30朝向井61延伸，以帮助防止第一弹性层13由于在培养期间从包括井61的作为整体的系统发出的热、气体或其他力而变形和向上推动(例如，超过阈值量)。在一些示例中，支柱30不延伸远至分隔件33或密封表面35，并且因此在形成密封时不接触或推靠弹性层13。相反，支柱30可以仅在弹性层13变形超过阈值量时接触。

尽管图9至图11示出了位于盖壳体8的底部内表面28上的两个支柱，但是在替代性示例中，盖壳体8可以仅包括一个支柱，或者可以包括多于两个支柱。因此，在图9和图10中示出的支柱30的布置作为说明性示例提供，并且盖壳体8不限于该特定布置。

图12是盖壳体8的另一示例的俯视图。在该示例中，盖壳体8的底部内表面不包括图9至图11中示出的分隔件33，使得在盖壳体8的底部内表面上仅有单个凹入区域42。密封表面45包围凹入区域42。密封表面45与密封表面35基本类似或相同。在该示例中，盖壳体8的底部内表面包括从凹入区域42突出的四个支柱40。

在图12中图示的示例中，盖壳体8包括连接至图4和图5中示出的气体端口11、12的两个开口36、37。开口36、37各自对应于入口气体端口和出口气体端口(例如，气体端口11、12)中的一者并且设置在单个凹入区域42中。开口36、37可以用于将具有受控浓度的空气、氧气、氮气或CO₂的气体给送至培养井并排出气体。在该示例中，盖组件8构造成用于非微流体应用。

图13是容器组件200的横截面图，其示出了穿过盖壳体8的导引元件2插入的移液管吸头71。在该示例中，移液机器人70控制移液管吸头71的运动。图14是容器组件200在移液管吸头71已经从容器组件200移除之后的横截面图。

尽管移液机器人70被描述为用于控制移液管吸头71的运动，但是本文中的公开内容设想了也可以手动执行取样和将流体引入到样本容器18的井61中。例如，使用者可以手动地将一个或更多个移液管吸头71插入到一个或更多个井61中，以用于从一个或更多个井61中对流体进行取样或者将流体引入到一个或更多个井61中。

如在图13和图14中所示出的，导引元件2各自限定中空内部部分60，该中空内部部分60可以帮助将移液管吸头71朝向样本容器18中的特定位置(例如，井61)导引。在一些示例中，中空内部部分60具有锥形或截头圆锥形形状，以帮助导引移液管吸头71通过容器组件200的各种层和部件。当在培养和/或发酵期间在培养室104内部时通过微生物反应器100搅动或摇动容器组件200期间插入和移除移液管吸头71时，这是尤其有利的。

在容器组件200的轨道式摇动运动期间，移液管吸头71可以插入到期望的井上方的导引元件2中。一旦中空内部部分60的直径变得小于培养室104内部的搅拌(例如，摇动)直径，则在移液管吸头71与导引元件2之间存在直接接触。由于移液管吸头71的挠性以及移液管吸头71与移液机器人70的连接，移液管吸头71被导引至导引元件2的最窄部分并且最终穿过导引元件2。此后，移液管吸头71可以被推动穿过容器组件200的各种层和部件，以到达样本容器18的井61。

例如，移液管吸头71可以穿过第二弹性层4的孔口6、盖壳体8的通孔23和第一弹性层13的孔口15，直到它到达无菌层16。移液管吸头71足够刚性，以便在无菌层16中穿孔，并且然后到达样本容器18上的井61。因此，导引元件2、盖壳体8的通孔23和各种层可以用于将移液管吸头71的端部准确地定位在样本容器18上的稳定位置处，并且孔的尺寸在样本容器18摇动时可以受限于移液管吸头71的尺寸，使得孔不会由于样本容器18的摇动而变大，并且因此，由移液管吸头71穿过而形成的孔的尺寸最小化。

此外，通过导引元件2对移液管吸头71的准确定位确保无菌层16在移液管吸头71的多次插入期间不会在同一井上的多个位置被刺穿。这是有利的特征，因为单次实验可能包括在单个井上进行几百次移液管吸头插入，并且在同一井上的无菌层16中的多个孔可能增加污染的风险。

微生物反应器100包括配置成使容器组件200以轨道方式移动的致动器系统。连续摇动改善了井61的通气并防止了井内部的沉淀。因此，在移液到井中或从井移出时中断摇动是不期望的。为了防止第一弹性层13的孔口15和第二弹性层4的孔口6磨损，移液管吸头71必须撞击孔口15、6的中间，以避免损坏孔口15、6的侧面。

为了将移液管吸头71导引至盖壳体8中的通孔23以及第一弹性层13中的孔口15和第二弹性层4中的孔口6的中间，移液管吸头71由导引结构1的导引元件2导引。导引元件2像漏斗一样起作用，以用于将移液管吸头71导引至通孔23和孔口15、6的中间并使移液管吸头71在容器组件200的搅动期间在该位置保持居中。在移液管吸头71从孔口15、6移除之后，孔口通过第一弹性层13和第二弹性层4的弹性特性自行关闭。

在一些示例中，微生物反应器100的致动器系统配置成使容器组件200以轨道方式在600RPM至1000RPM的范围内移动，并且具有1mm至6mm的搅拌直径。在一些其他示例中，微生物反应器100的致动器系统配置成使容器组件200以轨道方式在600RPM至800RPM的范围内移动，并且具有1mm至5mm的搅拌直径。在一些其他示例中，微生物反应器100的致动器系统配置成使容器组件200以轨道方式在100RPM至1000RPM的范围内移动，并且具有1mm至5mm的搅拌直径。在一些其他示例中，微生物反应器100的致动器系统配置成使容器组件200以轨道方式在600RPM至800RPM的范围内移动，并且具有3mm的搅拌直径。在一些其他示例中，微生物反应器100的致动器系统配置成使容器组件200以轨道方式在100RPM至2000RPM的范围内移动，并且具有1mm至30mm搅拌直径。

在无菌层16被移液管吸头71刺穿之后，第一弹性层13保持对样本容器18的井61的密封。例如，第一弹性层13在井61中的每个井上方包括孔口15，并且孔口15是“自修复”的，因为所述孔口15可以在没有被移液管吸头71刺穿时自身自动密封。

第一弹性层13和第二弹性层4可以由任何合适的弹性和顺应性材料制成。在一些示例中，第一弹性层13和第二弹性层4是提供合适的弹性和顺应性的硅树脂膜。替代性地，第一弹性层13和第二弹性层4可以由软质聚合物或与柔软剂混合的硬质聚合物制成。

移液管吸头71通过上述导引元件2精确地导引到第一弹性层13的孔口15中。孔口15中的每个孔口由于移液管吸头71的压力而打开，使得所述移液管吸头71可以刺穿无菌层16并浸入到井61中，如图13中所示出的。在移液过程已经结束之后，移液管吸头71从井61拉出。在没有被移液管吸头71施加压力的情况下，第一弹性层13的孔口15以气密方式自行关闭，并且因此在无菌层16被损坏时对无菌层16提供密封。

图13和图14示出了第一弹性层13的孔口15和第二弹性层4的孔口的自修复特性。在图13中，孔口15、6在移液管吸头71插入时打开，并且在图14中，孔口15、6在移液管吸头71移除之后关闭。

通孔23可能导致气体从盖壳体8的顶部空间20泄漏。因此，第二弹性层4施加在盖壳体8的通孔23上。在一些示例中，第二弹性层4在至少一侧是自粘性的。

第二弹性层4的孔口6在盖壳体8的每个相应的通孔23上方对准。孔口6与孔口15一样是自修复的，使得所述孔口6构造成在移液管吸头71被推动穿过时打开，并且在移液过程之后，孔口6自行关闭以密封顶部空间20。

图15是示出了处于打开状态的密封机构9的横截面图。图16是示出了处于关闭状态的密封机构9的横截面图。密封机构9构造成以足够量的压力将盖壳体8按压到样本容器18上，以在盖壳体8与样本容器18之间产生气密密封，而不损坏样本容器18。

密封机构9包括压套筒82，该压套筒82通过压配合连接安装在密封机构9内部。压套筒82与密封机构9内部的球套筒81竖向对准。球套筒81终止于与径向导引球83接合的肩部87。基于肩部87的竖向位置，径向导引球83使盖壳体8与基部支柱85之间的密封(参见图19)打开或关闭。

球套筒81被弹簧80偏置成在打开位置向下推动。当偏心杆7被致动时，肩部87被向上拉动。压套筒82的直径在径向导引球83被向上拉动时减小，这导致径向导引球83在径向方向上朝向轨道式摇动平台180(参见图19和图21)的基部支柱85的凹槽88移位。这在盖壳体8与基部支柱85之间产生形状配合，并且由此将盖壳体8附接至基部支柱85。

附加地，当样本容器18保持在微生物反应器100的培养室104内部时，密封机构9使盖壳体8按压到样本容器18上，以在样本容器18上方形成密封气体气氛。由于产生的扭矩，偏心杆7自锁在关闭位置中。

当偏心杆7操作成从关闭位置移动至打开位置时，径向导引球83被向下推动，其中，压套筒82的直径增大，使得径向导引球83在远离凹槽88的径向方向上膨胀，以使盖壳体8从基部支柱85释放。因此，密封机构9提供了一种容易的方式来将盖壳体8与基部支柱85附接和分离以及将盖壳体8按压到样本容器18上和将盖壳体8从样本容器18释放。

当盖壳体8被按压到样本容器18上时，通过盖壳体8内部的密封表面35和分隔件33以及样本容器18上的密封表面17的几何独特的凸起，在盖壳体8与样本容器18之间形成密封。密封表面17、35的形状降低了将盖壳体8按压到样本容器18上所需的来自密封机构9和偏心杆7的压力，从而允许盖壳体8以气密方式密封样本容器18而不损坏样本容器18。

图17是盖壳体8和样本容器18的横截面图。盖壳体8还可以包括密封件90，该密封件90接合样本容器18的外侧壁并使其自身压靠于样本容器18的外侧壁，以在盖壳体8与样本容器18之间提供另一种密封。密封件90可以是在样本容器插入到微生物反应器100的培养室104中之前阻止气体进入样本容器18或从样本容器18逸出的厌氧密封件。例如，在一些情况下，样本容器18内部可能需要无氧气氛，使得容器组件200构造成用作厌氧室。密封件90可以防止氧气进入样本容器18的井61。

鉴于前述情况，可以在厌氧帐篷中将样本添加至样本容器18，并且在将容器组件200送至微生物反应器100之前，可以利用盖壳体8密封样本容器18，微生物反应器100可以位于厌氧帐篷外部，以用于培养和/或其他工作。这是有利的，因为它允许使用者在没有特定设备的情况下自由地处理培养物，并且进一步有利的是，微生物反应器不需要定位在厌氧帐篷内，并且因此可以更容易接近。因此，样本容器18与盖壳体8之间的厌氧密封允许容器组件200在露天环境中容易地运输。

图18是示出了容器组件200的释放销19的横截面图。如在图18中所示出的，释放销19各自由O形环24密封，并且可以用于使盖壳体8从样本容器18释放。例如，样本容器18可以通过保持盖壳体8并在释放销19上施加压力以将样本容器18推出或弹出盖壳体8而从盖壳体8释放。

图19至图21示出了构造成用于非微流体应用的容器组件200的示例。在该示例中，容器组件200具有两个偏心杆7。图19示出了安装至轨道式摇动平台180的容器组件200，图20示出了安装至轨道式摇动平台180而没有连接至微流体气体通道151的容器组件200的横截面图，以及图21示出了当容器组件200未安装至轨道式摇动平台180时的轨道式摇动平台180。

图22至图24示出了包括用于微流体应用的三个气体端口11、12、25的容器组件200’的示例的视图。图22示出了安装至轨道式摇动平台190的容器组件200’，图23示出了安装至轨道式摇动平台190且连接至微流体气体通道151的容器组件200’的横截面图，以及图24示出了当容器组件200’未安装至轨道式摇动平台190时的轨道式摇动平台190。在该示例中，在容器组件200’上设置有三个偏心杆7，因为这些杆在侧部上偏移。通过提供第三杆，压力可以围绕整个组件均匀地分布。否则，偏移杆将不会均匀分布压力。

微流体气体通道151用于操作微流体阀，所述微流体阀控制储存器井中的给送到培养井中的试剂的流量。微流体气体通道151用于对微流体阀进行加压，使得微流体阀在压力被施加至其时关闭并且在没有被施加压力时打开。通过微流体阀打开和关闭的特定顺序，可以将限定体积的试剂给送到培养井中。在一些示例中，存在单独控制微流体阀中的每个微流体阀的96个微流体气体通道151。该技术在于2015年1月13日发表的名称为“Microreactor Array,Device Comprising a Microreactor Array,and Method forUsing a Microreactor Array(微反应器阵列、包括微反应器阵列的装置以及使用微反应器阵列的方法)”的美国专利No.8,932,544中进行了更详细的描述，该美国专利的全部内容在此通过参引并入。

图33图示了微流体阀构型3300，在微流体阀构型3300中，加压气体3310对储存器井3302上方的顶部空间进行加压，从而导致来自储存器井3302的液体向下移动到流体导管3306中。从微流体气体通道151给送加压气体3312的受控顺序使得沿着流体导管3306的微流体阀3308打开和关闭。微流体阀3308的打开和关闭使得液体移动穿过流体导管3306，直到其到达培养井3304。

微生物培养物需要气体气氛来生长。对于大多数细胞，氧气是气氛的关键组分。然而，纯氧气对生物体可能是有毒的，使得纯氧气通常用氮气稀释以产生像空气一样的具有不同氧气浓度的气氛。来自气氛的CO₂可以用于调节pH或者作为用于进行光合作用的光养生物的碳源。容器组件200可以用于为井61提供具有空气、氧气、氮气和CO₂的混合物的气氛。

上面列出的气体可以在实验期间混合。在一些示例中，可以混合气体中的两种气体。例如，为了增加气氛的氧气浓度，可以将空气与氧气混合。为了降低气氛的氧气浓度，可以将空气与氮气混合。为了增加气氛的CO₂浓度，可以将空气与CO₂混合。在一些示例中，一次仅混合两种气体。在替代性示例中，可以混合多于两种的气体。

在上面的示例中，混合物是由两个或更多个阀产生的，所述两个或更多个阀用脉宽调制(PWM)信号控制，以设定每个阀打开或关闭的时间之间的比率。气体通过气体入口端口(例如，示例附图中的气体端口11、12中的一者)给送。阀打开的时间越长，可以通过阀的气体的浓度越高。在气体被混合之后，传感器可以测量气氛中的氧气或CO₂水平。控制反馈是可以对应地调节PWM信号以达到预定值的控制器。

为了避免样本容器18中液体的损失，通过盖壳体8引入到容器组件200中的气体可以是用湿度饱和的。这防止了专用于细胞培养的井61中的培养基的蒸发。因此，最终通过气体端口11、12、25中的一者或更多者给送的气体流可以在沿着其流动的合适点处(例如，在气体源与入口气体端口之间的某个点处)被导引通过填充有水(或用于加湿气体流的一些其他合适的液体)的储存器，以便加湿气体流。例如，给送到气体入口端口(例如，气体端口11、12中的一者)中的气体流可以源自一个或更多个气体源(例如，气体罐)，可以与另一气体混合，并且然后可以穿过水储存器并且最终给送到气体入口端口中。在一些示例中，管可以将空气流导引至储存器的底部，使得空气流必须穿过水。为了使储存器中的水的吸收最大化，通过加热垫将储存器加热至远高于室温所设定的温度。在一些示例中，附加的气体端口25(附加的气体端口25将加压气体给送到储存器井上方的空间中)可以通过类似的过程被加湿。在其他示例中，附加的气体端口25可以不被加湿。

图25示意性地示出了微生物反应器100的计算机控制系统2500的示例。如在图25中所示出的，计算机控制系统2500包括计算机控制器240，该计算机控制器240操作性地联接以控制微生物反应器100的操作，如上所述。因此，计算机控制器240操作性地联接至气体供应装置、气体阀、传感器、致动器和移液机器人(统称为242)，以便执行上述功能。计算机控制器240还包括计算机存储介质，该计算机存储介质以有形且非暂时性的方式存储计算机程序产品，该计算机程序产品在由计算机控制器240执行时使计算机控制器240执行上述功能。

另一实施方式包括存储数据指令的至少一个计算机可读介质，所述数据指令在由至少一个处理装置(比如，计算机控制器240的处理器)执行时使所述至少一个处理装置执行上述功能中的一个或更多个功能。例如，一个实施方式包括存储数据指令的至少一个计算机可读介质，所述数据指令在由至少一个处理装置执行时使至少一个处理装置：感测与具有充气盖的样本容器组件相关联的测量参数；处理感测到的测量参数；以及基于所处理的测量参数来控制至少一种气体向充气盖的气体供应。

图26是微生物反应器100的机械系统2600的示例的等距视图。当容器组件200被保持在微生物反应器100的培养室104内部时，机械系统2600可以由微生物反应器100使用以将光学传感器2602定位在容器组件200下方。

光学传感器2602在样本容器18的每个井61下方移动或者在样本容器18的井61的子集下方移动，以获得每个井中的细胞培养物的测量值。光学传感器2602的运动由机械系统2600沿着两个垂直轴(例如，X轴和Y轴)控制。使光学传感器2602沿着X轴和Y轴移动允许光学传感器2602定位在样本容器18的每个井61下方，以用光照射每个井61并接收从井61返回的散射光，以获得一个或更多个参数比如生物量、pH、溶解氧(DO)和荧光的测量值。

第一马达2604向致动器2606供电以使致动器2606沿着平行于Y轴的轴2608滑动，从而控制光学传感器2602沿着Y轴的位置。致动器2606承载平行于X轴并连接至光学传感器2602的轴2610。致动器2606配置成使光学传感器2602沿着轴2618移动，以由此控制光学传感器2602沿着Y轴的位置。

第二马达2612向致动器2614供电以使致动器2614沿着平行于X轴的轴2616滑动，从而控制光学传感器2602沿着X轴的位置。致动器2614经由轴2618连接至光学传感器2602，以使光学传感器2602沿着轴2610移动，以由此控制光学传感器2602沿着X轴的位置。

在一些示例中，第一马达2604和第二马达2612是步进马达。在图26中示出的示例中，第一马达2604和第二马达2612分别拉动带2620、2622以控制致动器2606、2614沿着垂直轴线的运动。设想了用于使光学传感器2602沿着垂直轴线移动以将光学传感器2602定位在每个井61下方的替代性示例。

图27是可以用于照射微生物反应器100的培养室104的发光二极管阵列模块(LAM)2700的等距视图。LAM 2700可以是附加模块。来自LAM 2700的照射类似于明亮的阳光。光的光谱组成可以变化。LAM 2700允许在微生物反应器100内对光养微生物进行高通量培养。

LAM 2700包括壳体2702。在一些示例中，壳体2702由铝制成。在一些示例中，壳体2702的测量值为大约35cm×26cm×9.75cm。针对壳体2702的替代性材料和尺寸测量值也是可能的。

图28是安装在微生物反应器100下方的LAM 2700的仰视等距视图。图29是LAM2700的示意图。现在参照图28和图29，LAM 2700构造成均匀地照射安置在微生物反应器100的培养室104内部的轨道式摇动平台180、190(例如，摇动器)上的样本容器18(例如，微孔板或微量滴定板)的底部。

LAM 2700包括发射光以照射培养室104的发光二极管(LED)2710的阵列，并且可以包括用以聚焦光的透镜2712和允许光穿过并保护LAM 2700的包括LED 2710的阵列和透镜2712的内部组件的透明石英板2714。

LED 2710可以随着时间产生相当量的热。因此，LAM 2700包括可以用于冷却LAM2700和/或微生物反应器100的培养室104的冷却板2716(参见图30)。

图30是冷却板2716的等距视图。现在参照图27和图30，冷却板2716包括接收液体冷却剂(例如，水)的入口2704，液体冷却剂运行通过线圈2718，以在通过出口2706离开之前冷却LAM 2700。线圈2718可以具有蛇形形状，以增加线圈2718的表面面积并且由此增加运行通过它的液体冷却剂的冷却效果。

图31是适用于冷却样本容器18(例如，微孔板或微量滴定板)的盖壳体8的示例的仰视等距视图。图32是盖壳体8的俯视等距视图。在该示例中，盖壳体8(例如，充气盖)包括冷却销29，该冷却销29在一个端部上连接至导引元件2并且向下延伸到样本容器18的井61之间的间隙62(参见图8)中。冷却销29和导引元件2可以由传导材料制成并且因此可以用作用于从样本容器18带走热并将热扩散到容器组件200外部的环境空气的散热器。在一些示例中，为了更快地散热并改善冷却销29与样本容器18之间的热接触，样本容器18的井61之间的间隙62可以填充有液体、比如去矿物质水。

因此，冷却销29可以在样本容器18与培养室104的上部部分中的良好调温的空气之间产生热交换，同时用作移液管吸头71的导引装置。冷却销29可以将样本容器18内部的温度保持在可接受的水平，并且均匀地分布在样本容器18内。此外，冷却销29可以帮助将培养室104的上部部分和下部部分内部的温度保持在可接受的水平。

图34图示了可以使用容器组件200执行厌氧培养的方法3400的示例。方法3400包括操作3402：在处于厌氧环境中时，将培养井上方的顶部空间中的氧气浓度调节至低于阈值量的预先确定的氧气范围(例如，在0％至5％之间、在0％至10％之间，在其间的任何范围)。接下来，方法3400包括操作3404：密封容器组件200。根据上述示例，容器组件200可以使用偏心杆7进行密封。

方法3400接下来包括操作3406：通过容器组件200的各种层和部件从培养井取样。例如，移液管吸头71可以穿过导引元件2、穿过第二弹性层4的孔口6、穿过盖壳体8的通孔23、以及穿过第一弹性层13的孔口15插入，使得移液管吸头71可以刺穿无菌层16，并且从样本容器18的培养井获得样本。在一些示例中，移液管吸头71可以由移液机器人70操作。替代性地，移液管吸头71可以由手操作。操作3406可以在容器组件200保持培养井上方的顶部空间中的如由操作3402所设定的厌氧气氛的同时执行。

在一些示例中，方法3400可以包括操作3408：通过容器组件200的各种层和部件向培养井添加试剂、培养基或pH。例如，可以根据上面关于操作3406所提供的描述插入移液管吸头71，以用于向培养井添加试剂、培养基或pH。操作3406可以在容器组件200保持培养井上方的顶部空间中的厌氧气氛的同时执行。

在一些示例中，方法3400可以包括操作3410：经由集成的微流体件将诸如试剂、培养基或pH调节溶液之类的流体从储存器井给送至培养井，以对培养井进行给送或调节培养井中的pH。操作3410可以在样本容器18与微流体件集成、比如集成在轨道式摇动平台180、190上的示例中执行。

图35图示了可以使用容器组件200执行厌氧培养的方法3500的另一示例。方法3500包括操作3502：在厌氧环境中用细胞和培养基对样本容器18(例如，微量滴定板或微孔板)的井61进行装载。在一些示例中，厌氧环境是具有非常低的氧气浓度的厌氧帐篷。

接下来，方法3500包括操作3504：使用密封件90将盖壳体8密封到样本容器18上。如上所述，密封件90防止氧气进入样本容器18的井61。

接下来，方法3500包括操作3506：将容器组件200带到厌氧环境外部至非厌氧环境。在一些示例中，非厌氧环境是指厌氧帐篷外部的环境、比如实验室的正常环境。在一些示例中，非厌氧环境是微生物反应器100所位于的地方。

接下来，方法3500包括操作3508：将容器组件200安置到微生物反应器100的培养室104中并且使用密封机构9及偏心杆7对容器组件进行密封。

接下来，方法3500包括操作3510：连续或半连续地搅动培养室104内部的容器组件200。例如，容器组件200可以通过轨道式摇动平台180、190的运动来搅动，容器组件200坐置或附接在轨道式摇动平台180、190上。

接下来，方法3500可以包括操作3512：利用移液管吸头71、比如通过移除培养井中的一些液体而对容器组件200内部的培养井进行取样。操作3512可以在搅拌容器组件200(参见操作3510)的同时被执行。在一些示例中，移液管吸头71由移液机器人70操作。替代性地，移液管吸头71可以单独由手操作或者使用多个移液管工具操作。操作3512可以类似于上面关于方法3400所描述的操作3406。

接下来，方法3500可以包括操作3514：利用移液管吸头71向培养井给送试剂、营养物或培养基。操作3514可以在搅拌容器组件200(参见操作3510)的同时被执行。在一些示例中，移液管吸头71由移液机器人70操作。替代性地，移液管吸头71可以由手操作。操作3514可以类似于上述操作3408。

接下来，方法3500可以包括操作3516：经由集成的微流体件(例如，在样本容器18底部处的所描述的气动阀系统)向培养井给送试剂、营养物或培养基。操作3516可以类似于上面关于方法3400所描述的操作3410。

益生菌是对人类生物体具有健康促进益处和生物功能效应的活细菌。它们通常用于例如在抗生素治疗之后增加肠道中所需细菌的数目并使肠道菌群再生。这是益生菌或益生菌营养补充剂的市场价值大幅增加的一个原因。人类肠道微生物及其健康促进益处的研究领域对于营养行业特别重要。因此，对厌氧或微需氧培养技术、比如在类似微生物条件下培养益生菌的科学研究是必要的。益生菌包括一系列的厌氧菌、比如乳酸杆菌或双歧杆菌。在各种益生菌中，双歧杆菌属(Bifidobacterium spp)是使用和研究最广泛的益生菌物种中的一个益生菌物种。由于在有氧培养条件下不能进行氧呼吸和生长，它们被归类为严格厌氧菌，并且它们是主导人类肠道微生物群的主要成员。它们通过释放乳酸和乙酸在控制pH值方面起着重要作用，从而限制许多潜在致病菌的生长。在母乳喂养婴儿的肠道中，双歧杆菌是主要的细胞种类。它占肠中微生物的80％以上。存在多于200种的已知的乳酸杆菌种类，乳酸杆菌是乳酸菌中最大和最多样化的属，被美国食品和药品管理局(FDA)普遍认为是安全的(GRAS)的。乳酸杆菌属由于其应用的健康潜力已经作为用于乳制品或益生菌的发酵起始培养物被广泛部署和研究。

在该应用中，可以使用容器组件200执行厌氧培养实验，该容器组件200包括与充气盖结合的样本容器18。容器组件200是用于微生物培养的高通量筛选的台式装置，该台式装置能够在线监测最常见的培养参数比如生物量、pH值、液相的氧饱和度(DO)以及各种荧光分子或蛋白质的荧光强度。为了实现高通量，在SBS/SLAS标准格式微量滴定板(例如，样本容器18)中进行培养，标准格式微量滴定板各自具有48个井，这允许在容器组件200中同时运行高达48个批次。此外，使用充气盖对益生菌干酪乳酸杆菌、植物乳酸杆菌和两歧双歧杆菌执行厌氧分批和给送分批培养具有简单性。充气盖的主要优点在于，现在可以在样本容器18的直接氮气(例如，100％的N2)充气期间同时进行给送和pH控制，其中，流速能够在5mL/min至50mL/min之间调节。

乳酸杆菌菌株的厌氧培养

乳酸杆菌属的所有培养(干酪乳酸杆菌DSM 20011或植物乳酸杆菌DSM 20174)在37℃环境温度和厌氧条件下在MRS液体培养基中发生。MRS液体培养基富含有0.5g/L半胱氨酸-HCl，半胱氨酸-HCl通过还原培养基中的残留分子O₂而用作用于氧化-还原电位的还原剂。所有的预培养均在250mL的锥形瓶中执行。为此目的，用1mL低温培养物接种20mL制备的MRS液体培养基，并且然后在厌氧条件下培养至少24小时。然后在MRS液体培养基中将主培养物设定为OD_start＝1。随后的微生物反应器培养在微流体圆孔板中执行，以用于pH分批控制和给送分批培养。培养在37℃、600rpm下进行并实现湿度控制。培养井的起始体积设定为2000μL并且最大体积设定为2400μL。通过微生物反应器100执行生物量(增量3)的在线监测以及pH(LG1)和溶解氧DO(RF)的测量。在表1中示出了干酪乳酸杆菌的给送分批培养条件的更详细概述。

表1.用于干酪乳酸杆菌的给送分批培养条件

微生物反应器中的两歧双歧杆菌的厌氧培养

两歧双歧杆菌的所有培养在37℃和厌氧条件下在MRS液体培养基中进行。MRS液体培养基富含有0.5g/L半胱氨酸-HCl，半胱氨酸-HCl通过还原培养基中的残留分子O₂而用作用于氧化-还原电位的还原剂。预培养的培养在250mL锥形瓶中发生。为此目的，用一个囊状件的内容物接种20mL的MRS液体培养基，并且然后在37℃在厌氧条件下培养至少24小时。在MRS液体培养基中将主培养物设定为OD_start＝1.0。

对于容器组件200中的主培养，执行在37℃、600rpm下的pH控制分批和给送分批培养、实现湿度控制、在线监测生物量(增量3)、pH(LG1)和DO(RF)。在表2中列出了两歧双歧杆菌的给送分批培养条件的更详细概述。

表2.用于两歧双歧杆菌的给送分批培养条件

样本容器18中的布局设定：

所有给送分批培养均在样本容器18(图8)中发生。排A包含1900μL的葡萄糖给送溶液，并且排B填充有1900μL的pH调节剂。软件针对水溶液(3M NaOH)将泵送体积调节至0.30μL并且针对更粘稠的给送溶液(500g/L葡萄糖)将泵送体积调节至0.16μL。

在所有给送分批实验中，给送是时间触发的并且给送曲线被设定为具有4μL/h的恒定给送。pH控制被设定为pH 6.0。在样本容器18中的所有培养期间的厌氧条件通过使用充气盖来实现，该充气盖在样本容器18被制备并用气体可渗透的无菌硅箔(F-GPRSMF32-1)密封之后附接至样本容器18。

结果

微生物反应器中的干酪乳酸杆菌的给送分批培养

在图36和图37中，示出了干酪乳酸杆菌在MRS液体培养基中的培养过程。在图36中，呈现了生物量和溶解氧(DO)信号的在线信号，以及添加的给送溶液(500g/L葡萄糖)的体积。在图37中，将pH的在线值和NaOH的相关体积相对于培养时间作图。

在此，应用了三种不同的工艺设置：分批培养和两次给送分批培养。一个在7.5小时之后开始给送并且另一个在10小时之后开始给送。在30mL/min N2的连续流速的情况下，DO稳步下降。在45分钟之后，DO达到低于5％并进一步下降。在4.5小时之后，DO达到低于0.5％并朝向0％继续下降。随着培养物的稳定期在大约6.7小时开始，指数生长停止，并且在该时间点在所有三种培养方法中，生物量信号均为42a.u.。分批培养物进一步缓慢生长，以在9.5小时处达到最大值44a.u.，然后在培养结束时稳定下降至最终生物量信号38a.u.。生物量信号的增加与给送溶液的添加相关。一旦给送开始，生物量信号的增加是可见的。针对7.5h给送分批过程的最终生物量信号为76.3a.u.，并且对于10h-给送-分批过程，其在30小时之后导致65.5a.u.的最终生物量信号。添加的碱溶液的值与生长相关。3M NaOH的添加随着稳定期的开始而停止，因为由于没有生长就没有进一步的细菌酸产生。在恒定添加给送溶液的情况下，酸产生继续并且因此还需要碱来维持pH 6.0的pH设定点值。

该实验表明，由于充气盖和pH控制的成功应用以及在直接厌氧充气的情况下同时进行给送，容器组件200是用于厌氧培养的合适的装置。BioLector XT装置中的厌氧条件的技术和生物学验证

在培养氧敏感生物的情况下，在整个培养时间期间保持厌氧条件是重要的要求。在下面的实验中，在容器组件200的气体出口处安装有外部氧气传感器，以验证充气盖的技术功能性并证明充气盖的密封性，并且因此证明厌氧气氛。在图38和图39中，示出了分批培养植物乳酸杆菌(L.plantarum)的实验数据。在图38中，示出了在线生物量信号(增量3)。在图39中，示出了培养液中的溶解氧的在线信号和容器组件200的气体出口中的氧气浓度、在线pH信号和用于pH控制的添加的NaOH体积。

在2.86小时的滞后时间之后，指数增长开始。在稳定期开始7.96小时之后，最终的生物量信号为155.865a.u.(OD600＝9.01±0.07)。在植物乳酸杆菌的生长期间，发生了乳酸产生。酸形成生长与为保持pH 6的添加的NaOH体积相关。在30mL/min N2的连续流速下，DO稳定下降。在39分钟之后，DO到达低于5％并且进一步下降。在4小时之后，DO进一步下降至低于0.5％并且朝向0％继续下降。在培养时间为16小时之后，外部传感器示出最终氧气浓度为0.029％。

通过该培养示例，验证了技术功能性，但是乳酸杆菌属也可以在需氧条件下生长并且甚至可以代谢氧的事实对于容器组件200中的厌氧培养的生物学验证而言是不充足的证据。因此，培养了严格厌氧的两歧双歧杆菌。该菌株的成功培养用作用于容器组件200中的厌氧培养的生物学验证。在图40和图41中，示出了两歧双歧杆菌的分批培养和给送分批培养的实验数据。在图40中，将生物量和添加的给送体积的在线信号相对于培养时间作图。在图41中，呈现了pH和DO的在线(光极)信号，以及3M NaOH的添加体积和容器组件200的气体出口中的外部气体传感器的氧气信号。

在2.4小时的滞后时间之后，指数生长开始并且对于分批培养，生物量信号达到147.57a.u.(OD600＝8.3±0.57)的最终值。与分批培养相反，可观察到延长的指数生长期。这种现象是由培养基中的较高量的葡萄糖引起的，因为在6小时之后已经开始给送。在培养23小时之后，达到227.3a.u.(OD600＝15.93±0.69)的最大生物量。在两歧双歧杆菌的生长期间，发生乳酸产生并且与其生长相关，这在添加NaOH以将pH维持在pH6的曲线中可以观察到。总的来说，193.56μL的3M NaOH泵入到培养液中。在30mL/min N2的连续流速下，DO稳定下降。

已经针对第一个16小时所描述的外部氧气数据由于在相同的容器组件200中同时获得植物乳酸杆菌(如前所述)和两歧双歧杆菌的培养而运行并且因此使用样本容器18、充气盖和外部气体传感器。能够观察到的是，DO信号从18小时开始略微增加，这可以通过氧光极的技术调节信号漂移来解释，其中，漂移在0％氧气下为每天<0.5％ O2。外部氧气传感器的数据显示在23小时之后容器组件200的气体出口中的氧气值为0.029％，从而证实厌氧培养条件在整个培养时间内得以保持。

综上所述，示出了在容器组件200中成功进行的厌氧生物的培养实验。结合微流体芯片技术和经由充气盖的直接氮气充气，可以在小规模培养中同时执行pH控制、给送和直接氮气充气。

总之，示出了在容器组件200中与厌氧充气盖结合培养益生菌、如乳酸杆菌属和两歧双歧杆菌的技术和生物学验证。微流体芯片技术与样本容器18经由充气盖的直接氮气充气相结合使得能够在小规模培养系统中同时执行pH控制、给送和直接氮气充气。它是用于培养厌氧细菌的合适的系统。

本公开的附加方面在以下条款中列出：

条款1.一种盖组件，包括：盖壳体，所述盖壳体具有顶部外表面和底部内表面，所述盖壳体构造成覆盖样本容器；第一弹性层，所述第一弹性层设置在所述盖壳体中；以及密封表面，所述密封表面从所述盖壳体的底部内表面朝向所述第一弹性层突出，以在所述密封表面压靠于所述第一弹性层时形成气密密封。

条款2.根据条款1所述的盖组件，所述第一弹性层包括与相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

条款3.一种盖组件，包括：盖壳体，所述盖壳体具有顶部外表面和底部内表面，所述盖壳体构造成覆盖样本容器；一个或更多个导引元件，所述一个或更多个导引元件从所述盖壳体的顶部外表面延伸，每个导引元件具有从顶部端部延伸至底部端部的中空内部部分，所述中空内部部分在所述顶部端部处比在所述底部端部处具有更大的横截面面积，并且每个导引元件构造成接收和导引移液管吸头；以及第一层，所述第一层设置在所述盖壳体中，所述第一层包括与相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

条款4.根据条款3所述的盖组件，还包括：密封表面，所述密封表面从所述盖壳体的底部内表面朝向所述第一层突出，以在所述密封表面压靠于所述第一层时形成气密密封。

条款5.根据条款4所述的盖组件，其中，所述密封表面包括将所述盖壳体的底部内表面上的第一凹入区域与所述盖壳体的底部内表面上的第二凹入区域分开的分隔件。

条款6.根据条款5所述的盖组件，其中，所述密封表面和所述分隔件是彼此连续的。

条款7.根据条款5所述的盖组件，还包括第一气体端口，所述第一气体端口连接至所述盖壳体的第一凹入区域并且构造成接收加压气体。

条款8.根据条款7所述的盖组件，还包括第二气体端口和第三气体端口，所述第二气体端口和所述第三气体端口构造成从所述第二凹入区域接收或移除一种或更多种气体。

条款9.根据条款5所述的盖组件，还包括：一个或更多个附加的分隔件，所述一个或更多个附加的分隔件构造成使所述盖壳体的底部内表面与所述第一层之间的附加的凹入区域分开。

条款10.根据条款4所述的盖组件，其中，所述密封表面由刚性材料制成。

条款11.根据条款4所述的盖组件，其中，所述密封表面由PEEK制成。

条款12.根据条款3所述的盖组件，还包括：无菌层，所述无菌层设置在所述第一层的底侧上，其中，所述无菌层构造成被所述移液管吸头刺穿。

条款13.根据条款3所述的盖组件，还包括：第二层，所述第二层设置在每个导引元件的底部端部与所述盖壳体的顶部外表面之间，所述第二层具有与相应的导引元件和第一孔口对准的一个或更多个第二孔口，并且提供通向所述盖壳体中的一个或更多个通孔的通路，每个第二孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过所述第二孔口时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

条款14.根据条款3所述的盖组件，还包括从所述盖壳体的底部内表面朝向所述第一层延伸的一个或更多个支柱。

条款15.根据条款3所述的盖组件，其中，所述一个或更多个导引元件形成所述盖壳体的一体部分。

条款16.根据条款15所述的盖组件，其中，所述一个或更多个导引元件以可移除的方式联接至所述盖壳体的顶部外表面。

条款17.根据条款15所述的盖组件，其中，所述中空内部部分具有锥形或截头圆锥形形状。

条款18.根据条款15所述的盖组件，其中，所述一个或更多个第一孔口是狭缝。

条款19.根据条款18所述的盖组件，其中，所述狭缝是自修复的。

条款20.根据条款3所述的盖组件，其中，所述第一层是弹性聚合物材料。

条款21.根据条款3所述的盖组件，其中，所述第一层由硅树脂制成。

条款22.一种容器组件，包括：盖组件，所述盖组件包括：盖壳体，所述盖壳体具有顶部外表面和底部内表面，所述盖壳体构造成覆盖样本容器；一个或更多个导引元件，所述一个或更多个导引元件从所述盖壳体的顶部外表面延伸，每个导引元件具有从顶部端部延伸至底部端部的中空内部部分，所述中空内部部分在所述顶部端部处比在所述底部端部处具有更大的横截面面积，并且每个导引元件构造成接纳和导引移液管吸头；以及第一层，所述第一层设置在所述盖壳体中，所述第一层具有与相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭；以及样本容器，所述样本容器包括多个井。

条款23.根据条款22所述的容器组件，其中，所述样本容器的第一部分包括一个或更多个第一井，并且所述样本容器的第二部分包括一个或更多个第二井，其中，所述一个或更多个第一井构造成容纳流体试剂，并且所述一个或更多个第二井构造成容纳包括一个或更多个细胞的流体样本，其中，第一井中的一个或更多个第一井经由一个或更多个流体通道流体地联接至第二井中的一个或更多个第二井；其中，当使所述盖组件压靠于所述样本容器时，所述盖组件提供围绕所述样本容器的气密密封件。

条款24.根据条款23所述的容器组件，其中，所述气密密封件具有位于所述样本容器上的第一密封表面和位于所述盖组件上的压靠于所述第一密封表面的第二密封表面，由此两个密封表面垂直于所述盖壳体的底部内表面起作用。

条款25.根据条款23所述的容器组件，还包括：偏心杆；以及球套管，所述球套管包括径向导引球。

条款26.一种生物反应器系统，包括：能够可逆地密封的样本容器组件，所述样本容器组件包括：盖组件，所述盖组件包括：盖壳体，所述盖壳体具有顶部外表面和底部内表面，所述盖壳体构造成覆盖样本容器；一个或更多个导引元件，所述一个或更多个导引元件从所述盖壳体的顶部外表面延伸，每个导引元件具有从顶部端部延伸至底部端部的中空内部部分，所述中空内部部分在所述顶部端部处比在所述底部端部处具有更大的横截面面积，并且每个导引元件构造成接纳和导引移液管吸头；第一层，所述第一层设置在所述盖壳体中，所述第一层具有与相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭；样本容器，所述样本容器包括多个井；平台，所述平台构造成通过使所述样本容器组件在预定的运动范围内移动来摇动所述样本容器组件，其中，所述预定的运动范围在所述导引元件中的一个或更多个导引元件的一个或更多个顶部端部的一个或更多个内径内；以及移液机器人，所述移液机器人具有一个或更多个移液管吸头，所述一个或更多个移液管吸头构造成用于在所述样本容器组件被摇动的同时经由所述一个或更多个导引元件插入到所述样本容器中。

条款27.根据条款26所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器组件以轨道方式移动。

条款28.根据条款26所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器组件以轨道方式在600RPM至1000RPM的范围内移动。

条款29.根据条款26所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器组件以轨道方式在600RPM至800RPM的范围内移动。

条款30.根据条款26、28或29所述的生物反应器系统，其中，所述样本容器组件的轨道运动的搅拌直径在1mm至5mm的范围内。

条款31.一种密封样本容器的方法，包括：将无菌层安置在所述样本容器的顶部上；将弹性层安置在所述无菌层的顶部上；将盖壳体按压在所述弹性层的顶部上；以及将所述盖壳体以可释放的方式固定至所述样本容器。

条款32.根据条款31所述的方法，还包括致动偏心杆和包括径向导引球的球套筒。

条款33.根据条款31所述的方法，还包括致动释放销，以使所述样本容器从所述盖壳体释放。

条款34.一种培养厌氧细胞的方法，所述方法包括：将样本容器安置在厌氧环境中；当所述样本容器处于所述厌氧环境中时，将包含厌氧细胞的样本设置在所述样本容器的一个或更多个井中；通过将盖组件安置在所述样本容器的井上，形成围绕所述样本容器的井的气密密封件；以及将密封的样本容器运输至非厌氧环境以用于细胞培养。

条款35.根据条款34所述的方法，其中，所述密封的样本容器被安置在设置于所述非厌氧环境的微生物反应器内。

条款36.根据条款34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖组件限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与5％之间。

条款37.根据条款34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖组件限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与10％之间。

条款38.根据条款34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖组件限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与20％之间。

条款39.一种在生物反应器系统被摇动的同时将移液管吸头插入到样本容器中的方法，所述方法包括：将导引元件安置在所述生物反应器系统的样本容器上方；摇动所述生物反应器系统；致动移液机器人以将所述移液管吸头导引至所述导引元件的最窄区域；以及导引所述移液管吸头通过所述导引元件的最窄区域进入所述样本容器中。

条款40.根据条款39所述的方法，还包括经由所述移液管吸头从所述样本容器移除一定体积的流体。

条款41.根据条款39所述的方法，还包括经由所述移液管吸头向所述样本容器添加一定体积的流体。

条款42.一种用于微孔板的盖组件，其中，所述微孔板包括一个或更多个井，所述盖组件构造成在井上方提供顶部空间以允许在细胞培养期间进行气体交换，其中，所述井上方的顶部空间为20mL至400ml。

条款43.根据条款42所述的盖组件，其中，所述顶部空间为60ml至90ml。

条款44.一种控制微孔板的井上方的顶部空间中的气体浓度的方法，所述方法包括：将盖组件安置在所述微孔板上方，所述微孔板包括一个或更多个井，所述盖组件构造成在井上方提供顶部空间以允许在细胞培养期间进行气体交换，其中，储存器上方的顶部空间为20mL至400mL；以及使气体流动到所述顶部空间中。

条款45.根据条款44所述的方法，还包括：测量所述气体的浓度；以及基于测量的浓度调节气体流量。

条款46.一种用于具有充气盖的样本容器组件的控制系统，所述控制系统包括：传感器，所述传感器配置成获取与所述样本容器组件相关联的测量参数；气体供应系统，所述气体供应系统向所述充气盖提供至少一种气体；以及控制器，所述控制器配置成处理所获取的测量参数并且基于所处理的测量参数来控制所述气体供应。

条款47.一种控制具有充气盖的样本容器组件的方法，所述方法包括：感测与所述样本容器组件相关联的测量参数；处理所感测的测量参数；以及基于所处理的测量参数来控制至少一种气体向所述充气盖的气体供应。

条款48.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品以有形且非暂时性的方式存储计算机程序代码，所述计算机程序代码在由计算机控制器执行时使所述计算机控制器：感测与具有充气盖的样本容器组件相关联的测量参数；处理所感测的测量参数；以及基于所处理的测量参数来控制至少一种气体向所述充气盖的气体供应。

条款A1.一种生物反应器系统，包括：盖组件，所述盖组件包括：盖壳体，所述盖壳体具有顶部外表面和底部内表面，所述盖壳体构造成覆盖样本容器；以及第一层，所述第一层设置在所述盖壳体中；并且其中，所述底部内表面包括密封表面，所述密封表面朝向所述第一层突出，以在所述密封表面压靠于所述第一层时形成气密密封。

条款A2.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其中，所述第一层包括构造成用于与相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

条款A3.根据条款A1所述的生物反应器系统，还包括：一个或更多个导引元件，所述一个或更多个导引元件从所述盖壳体的顶部外表面延伸，所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件具有从顶部端部延伸至底部端部的中空内部部分，所述中空内部部分在所述顶部端部处比在所述底部端部处具有更大横截面面积，并且所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件构造成接纳和导引移液管吸头；并且其中，所述第一层包括各自与所述一个或更多个导引元件中的相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

条款A4.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面包括将所述盖壳体的底部内表面上的第一凹入区域与所述盖壳体的底部内表面上的第二凹入区域分开的分隔件。

条款A5.根据条款A4所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面和所述分隔件是彼此连续的。

条款A6.根据条款A4所述的生物反应器系统，还包括第一气体端口，所述第一气体端口连接至所述盖壳体的第一凹入区域并且构造成接收加压气体。

条款A7.根据条款A6所述的生物反应器系统，还包括第二气体端口和第三气体端口，其中，所述第二气体端口和所述第三气体端口构造成从所述第二凹入区域接收和/或移除一种或更多种气体。

条款A8.根据条款A4所述的生物反应器系统，还包括：一个或更多个附加的分隔件，所述一个或更多个附加的分隔件构造成使所述盖壳体的底部内表面与所述第一层之间的附加的凹入区域分开。

条款A9.根据条款A4所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面由刚性材料制成。

条款A10.根据条款A4所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面由聚醚醚酮(PEEK)制成。

条款A11.根据条款A3所述的生物反应器系统，还包括：无菌层，所述无菌层设置在所述第一层的底侧上，其中，所述无菌层构造成被所述移液管吸头刺穿。

条款A12.根据条款A3所述的生物反应器系统，还包括：第二层，所述第二层设置在所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件的底部端部与所述盖壳体的顶部外表面之间，所述第二层具有与所述一个或更多个导引元件中的相应的导引元件和所述一个或更多个第一孔口中的相应的第一孔口对准的一个或更多个第二孔口，并且提供通向所述盖壳体中的通孔的通路，所述一个或更多个第二孔口中的每个第二孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过第二孔口时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

条款A13.根据条款A3所述的生物反应器系统，还包括从所述盖壳体的底部内表面朝向所述第一层延伸的一个或更多个支柱。

条款A14.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个导引元件形成所述盖壳体的一体部分。

条款A15.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个导引元件以可移除的方式联接至所述盖壳体的顶部外表面。

条款A16.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述中空内部部分具有截头圆锥形形状。

条款A17.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个第一孔口是狭缝。

条款A18.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个第一孔口是自修复的。

条款A19.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述第一层是弹性聚合物材料。

条款A20.根据条款A3所述的生物反应器系统，其中，所述第一层由硅树脂制成。

条款A21.根据条款A3所述的生物反应器系统，还包括：样本容器，所述样本容器包括多个井。

条款A22.根据条款A21所述的生物反应器系统，其中，所述样本容器的第一部分包括一个或更多个第一井，并且所述样本容器的第二部分包括一个或更多个第二井，其中，所述一个或更多个第一井构造成容纳流体试剂，并且所述一个或更多个第二井构造成容纳包括一个或更多个细胞的流体样本，其中，第一井中的一个或更多个第一井经由一个或更多个流体通道流体地联接至第二井中的一个或更多个第二井；并且其中，当使所述盖组件压靠于所述样本容器时，所述盖组件提供围绕所述样本容器的气密密封件。

条款A23.根据条款A22所述的生物反应器系统，其中，所述气密密封件具有位于所述样本容器上的第一密封表面和位于所述盖组件上的压靠于所述第一密封表面的第二密封表面，由此所述第一密封表面和所述第二密封表面两者垂直于所述盖壳体的底部内表面起作用。

条款A24.根据条款A22所述的生物反应器系统，还包括：偏心杆和球套管，所述球套管包括构造成使所述盖组件压靠于所述样本容器的径向导引球。

条款A25.根据条款A21所述的生物反应器系统，还包括：平台，所述平台构造成通过使所述样本容器在预定的运动范围内移动来摇动所述样本容器，其中，所述预定的运动范围被限定为小于所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件的顶部端部的内径；以及移液机器人，所述移液机器人具有一个或更多个移液管吸头，所述移液管吸头构造成用于在所述样本容器组件被摇动的同时经由所述一个或更多个导引元件插入到所述样本容器中。

条款A26.根据条款A25所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器以轨道运动移动。

条款A27.根据条款A25所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器以轨道运动在600RPM至1000RPM的范围内移动。

条款A28.根据条款A25所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器以轨道运动在600RPM至800RPM的范围内移动。

条款A29.根据条款A26、A27或A28所述的生物反应器系统，其中，所述样本容器的轨道运动的搅拌直径在1mm至5mm的范围内。

条款A30.根据条款A21所述的生物反应器系统，还包括：传感器，所述传感器配置成获取与所述样本容器相关联的测量参数；气体供应系统，所述气体供应系统向所述盖组件提供至少一种气体；以及控制器，所述控制器配置成处理所述测量参数并且基于所述测量参数来控制所述气体供应。

条款A31.一种培养细胞的方法，所述方法包括：将无菌层安置在样本容器的顶部上；将第一层安置在所述无菌层的顶部上；将盖壳体按压在所述第一层的顶部上；以及将所述盖壳体以可释放的方式固定至所述样本容器。

条款A32.根据条款A31所述的方法，还包括：致动偏心杆和包括径向导引球的球套筒，以将所述盖壳体以可释放的方式固定至所述样本容器。

条款A33.根据条款A31所述的方法，还包括：致动释放销，以使所述样本容器从所述盖壳体释放。

条款A34.根据条款A31所述的方法，还包括：将所述样本容器安置在厌氧环境中；当所述样本容器处于所述厌氧环境中时，将包含厌氧细胞的样本设置到所述样本容器的一个或更多个井中；通过将所述盖壳体安置在所述样本容器的一个或更多个井上，形成围绕所述样本容器的一个或更多个井的气密密封件；以及将所述样本容器运输至非厌氧环境以用于细胞培养。

条款A35.根据条款A34所述的方法，还包括：将所述样本容器安置在设置于所述非厌氧环境中的微生物反应器内。

条款A36.根据条款A34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖壳体限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与5％之间。

条款A37.根据条款A34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖壳体限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与10％之间。

条款A38.根据条款A34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖壳体限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与20％之间。

条款A39.根据条款A35所述的方法，还包括：在所述样本容器被所述微生物反应器摇动的同时，将移液管吸头插入到所述样本容器中。

条款A40.根据条款A39所述的方法，还包括：致动移液机器人，以将所述移液管吸头导引至安置在所述盖壳体上方的导引元件的最窄区域；以及导引所述移液管吸头穿过所述导引元件的最窄区域进入所述样本容器中。

条款A41.根据条款A40所述的方法，还包括：经由所述移液管吸头从所述样本容器移除一定体积的流体。

条款A42.根据条款A40所述的方法，还包括：经由所述移液管吸头向所述样本容器添加一定体积的流体。

条款A43.根据条款A34所述的方法，其中，所述盖壳体在所述一个或更多个井上方提供顶部空间，从而允许在细胞培养期间进行气体交换，并且其中，所述一个或更多个井上方的顶部空间为20mL至400ml。

条款A44.根据条款A43所述的方法，其中，所述一个或更多个井上方的顶部空间为60ml至90ml。

条款A45.根据条款A43所述的方法，还包括：使气体流动到所述顶部空间中；测量所述顶部空间中的所述气体的浓度；以及基于所述浓度调节气体流量。

条款A46.根据条款A43所述的方法，还包括：感测所述样本容器中的参数；处理所述参数；以及基于对所述参数的处理来控制至少一种气体向所述盖壳体的气体供应。

尽管已经结合详细示出和描述的当前优选的实施方式图示和描述了本发明，但是本发明不旨在限于所示出的细节，因为可以在不以任何方式偏离本发明的精神和范围的情况下做出各种改型和结构改变。选择和描述实施方式是为了解释本发明的原理和实际应用，以由此使得本领域技术人员能够最好地利用本发明以及具有适合于所设想的特定用途的各种改型的各种实施方式。

Claims

1.一种生物反应器系统，包括：

盖组件，所述盖组件包括：

盖壳体，所述盖壳体具有顶部外表面和底部内表面，所述盖壳体构造成覆盖样本容器；以及

第一层，所述第一层设置在所述盖壳体中；并且

其中，所述底部内表面包括密封表面，所述密封表面朝向所述第一层突出，以在所述密封表面压靠于所述第一层时形成气密密封。

2.根据权利要求1所述的生物反应器系统，其中，所述第一层包括构造成用于与相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

3.根据权利要求1所述的生物反应器系统，还包括：

一个或更多个导引元件，所述一个或更多个导引元件从所述盖壳体的顶部外表面延伸，所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件具有从顶部端部延伸至底部端部的中空内部部分，所述中空内部部分在所述顶部端部处比在所述底部端部处具有更大的横截面面积，并且所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件构造成接纳和导引移液管吸头；并且

其中，所述第一层包括各自与所述一个或更多个导引元件中的相应的导引元件对准的一个或更多个第一孔口，每个第一孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

4.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面包括将所述盖壳体的底部内表面上的第一凹入区域与所述盖壳体的底部内表面上的第二凹入区域分开的分隔件。

5.根据权利要求4所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面和所述分隔件是彼此连续的。

6.根据权利要求4所述的生物反应器系统，还包括第一气体端口，所述第一气体端口连接至所述盖壳体的第一凹入区域并且构造成接收加压气体。

7.根据权利要求6所述的生物反应器系统，还包括第二气体端口和第三气体端口，其中，所述第二气体端口和所述第三气体端口构造成从所述第二凹入区域接收和/或移除一种或更多种气体。

8.根据权利要求4所述的生物反应器系统，还包括：

一个或更多个附加的分隔件，所述一个或更多个附加的分隔件构造成使所述盖壳体的底部内表面与所述第一层之间的附加的凹入区域分开。

9.根据权利要求4所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面由刚性材料制成。

10.根据权利要求4所述的生物反应器系统，其中，所述密封表面由聚醚醚酮(PEEK)制成。

11.根据权利要求3所述的生物反应器系统，还包括：

无菌层，所述无菌层设置在所述第一层的底侧上，其中，所述无菌层构造成被所述移液管吸头刺穿。

12.根据权利要求3所述的生物反应器系统，还包括：

第二层，所述第二层设置在所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件的底部端部与所述盖壳体的顶部外表面之间，所述第二层具有与所述一个或更多个导引元件中的相应的导引元件和所述一个或更多个第一孔口中的相应的第一孔口对准的一个或更多个第二孔口，并且提供通向所述盖壳体中的通孔的通路，所述一个或更多个第二孔口中的每个第二孔口构造成在所述移液管吸头被推动穿过所述第二孔口时打开并且在所述移液管吸头被移除时关闭。

13.根据权利要求3所述的生物反应器系统，还包括从所述盖壳体的底部内表面朝向所述第一层延伸的一个或更多个支柱。

14.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个导引元件形成所述盖壳体的一体部分。

15.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个导引元件以可移除的方式联接至所述盖壳体的顶部外表面。

16.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述中空内部部分具有截头圆锥形形状。

17.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个第一孔口是狭缝。

18.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述一个或更多个第一孔口是自修复的。

19.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述第一层是弹性聚合物材料。

20.根据权利要求3所述的生物反应器系统，其中，所述第一层由硅树脂制成。

21.根据权利要求3所述的生物反应器系统，还包括：

所述样本容器包括多个井。

22.根据权利要求21所述的生物反应器系统，其中，所述样本容器的第一部分包括一个或更多个第一井，并且所述样本容器的第二部分包括一个或更多个第二井，其中，所述一个或更多个第一井构造成容纳流体试剂，并且所述一个或更多个第二井构造成容纳包括一个或更多个细胞的流体样本，其中，第一井中的一个或更多个第一井经由一个或更多个流体通道流体联接至第二井中的一个或更多个第二井；并且

其中，当使所述盖组件压靠于所述样本容器时，所述盖组件提供围绕所述样本容器的气密密封件。

23.根据权利要求22所述的生物反应器系统，其中，所述气密密封件具有位于所述样本容器上的第一密封表面和位于所述盖组件上的压靠于所述第一密封表面的第二密封表面，由此所述第一密封表面和所述第二密封表面两者垂直于所述盖壳体的底部内表面起作用。

24.根据权利要求22所述的生物反应器系统，还包括：

偏心杆和球套筒，所述球套筒包括构造成使所述盖组件压靠于所述样本容器的径向导引球。

25.根据权利要求21所述的生物反应器系统，还包括：

平台，所述平台构造成通过使所述样本容器在预定的运动范围内移动来摇动所述样本容器，其中，所述预定的运动范围被限定为小于所述一个或更多个导引元件中的每个导引元件的顶部端部的内径；以及

移液机器人，所述移液机器人具有一个或更多个移液管吸头，所述一个或更多个移液管吸头构造成用于在所述样本容器组件被摇动的同时经由所述一个或更多个导引元件插入到所述样本容器中。

26.根据权利要求25所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器以轨道运动移动。

27.根据权利要求25所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器以轨道运动在600RPM至1000RPM的范围内移动。

28.根据权利要求25所述的生物反应器系统，其中，所述平台构造成使所述样本容器以轨道运动在600RPM至800RPM的范围内移动。

29.根据权利要求26、27或28所述的生物反应器系统，其中，所述样本容器的轨道运动的搅拌直径在1mm至5mm的范围内。

30.根据权利要求21所述的生物反应器系统，还包括：

传感器，所述传感器配置成获取与所述样本容器相关联的测量参数；

气体供应系统，所述气体供应系统向所述盖组件提供至少一种气体的；以及

控制器，所述控制器配置成处理所述测量参数并且基于所述测量参数来控制所述气体供应。

31.一种培养细胞的方法，所述方法包括：

将无菌层安置在样本容器的顶部上；

将第一层安置在所述无菌层的顶部上；

将盖壳体按压在所述第一层的顶部上；以及

将所述盖壳体以可释放的方式固定至所述样本容器。

32.根据权利要求31所述的方法，还包括：

致动偏心杆和包括径向导引球的球套筒，以将所述盖壳体以可释放的方式固定至所述样本容器。

33.根据权利要求31所述的方法，还包括：

致动释放销，以使所述样本容器从所述盖壳体释放。

34.根据权利要求31所述的方法，还包括：

将所述样本容器安置在厌氧环境中；

当所述样本容器处于所述厌氧环境中时，将包含厌氧细胞的样本设置到所述样本容器的一个或更多个井中；

通过将所述盖壳体安置在所述样本容器的一个或更多个井上，形成围绕所述样本容器的一个或更多个井的气密密封件；以及

将所述样本容器运输至非厌氧环境以用于细胞培养。

35.根据权利要求34所述的方法，还包括：

将所述样本容器安置在设置于所述非厌氧环境的微生物反应器内。

36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖壳体限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：

将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与5％之间。

37.根据权利要求34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖壳体限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：

将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与10％之间。

38.根据权利要求34所述的方法，其中，所述样本容器和所述盖壳体限定所述一个或更多个井上方的顶部空间，并且所述方法还包括：

将所述顶部空间中的氧气浓度调节为在0％与20％之间。

39.根据权利要求35所述的方法，还包括：

在所述样本容器被所述微生物反应器摇动的同时，将移液管吸头插入到所述样本容器中。

40.根据权利要求39所述的方法，还包括：

致动移液机器人，以将所述移液管吸头导引至安置在所述盖壳体上方的导引元件的最窄区域；以及

导引所述移液管吸头穿过所述导引元件的最窄区域进入所述样本容器中。

41.根据权利要求40所述的方法，还包括：

经由所述移液管吸头从所述样本容器移除一定体积的流体。

42.根据权利要求40所述的方法，还包括：

经由所述移液管吸头向所述样本容器添加一定体积的流体。

43.根据权利要求34所述的方法，其中，所述盖壳体在所述一个或更多个井上方提供顶部空间，从而允许在细胞培养期间进行气体交换，并且其中，所述一个或更多个井上方的顶部空间为20mL至400ml。

44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述一个或更多个井上方的顶部空间为60ml至90ml。

45.根据权利要求43所述的方法，还包括：

使气体流动到所述顶部空间中；

测量所述顶部空间中的所述气体的浓度；以及

基于所述浓度调节气体流量。

46.根据权利要求43所述的方法，还包括：

感测所述样本容器中的参数；

处理所述参数；以及

基于对所述参数的处理来控制至少一种气体向所述盖壳体的气体供应。