JP2003500042A - 細胞培養の分析を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、液状培地（４）内に存在する細胞培養（２）の分析を実施する装置（１）に関する。該装置は、細胞培養を含有する培地を受容するための少なくとも１つのレセプタクル（３）を有する。単数又は複数のセンサ（６）が細胞培養の測定のために設けられておりかつレセプタクル（３）は液状培地の供給及び排出のための少なくとも１つの出入り口を有する。分離部材（７）が上方に開放したレセプタクル内に挿入可能でありかつレセプタクル内部で底近くの位置に移動可能であり、該位置で全容積に対してレセプタクルの小部分チャンバ（８）を制限する。さらに、少なくとも１つの流動チャンネル（９）が設けられており、これは一方では小容積の部分チャンバ（６）に他方では貯蔵チャンバ（１４）に接続されている。小容積の部分チャンバの領域内に単数又は複数のセンサ（６）が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、液状培地内に存在する細胞培養を分析する装置であって、該装置が
液状培地及び細胞培養のための少なくとも１つのレセプタクルを有しかつ細胞培
養を測定するための単数又は複数の測定装置及び／又はセンサが設けられている
形式のものに関する。

【０００２】 このような公知の装置の場合には、細胞に一定の時間的順序で新鮮な培地又は
この培地内に溶解した作用物質が供給されるかつ消費された培地は細胞培養範囲
から除かれる。例えば適当な流動系（Fliidiksystem）による、培地の頻繁な再
生は、十分に一定の生理学的環境（Milieu）を発生する。培地に添加された容易
に分解可能な作用物質は、同様に容易に再生することができる。供給された媒体
及び細胞培養領域自体は、微生物による汚染及び過度の希釈から保護されねばな
らない。このことは細胞反応の高感度な測定のために重要な前提条件である。

【０００３】 共通に、あらゆる細胞培養領域は細胞保管／細胞成長のための底面並びに培地
を受容するためのトラフを形成する壁である。培地は規則的な時間間隔で再生さ
れなければらない。それというのも、細胞成長の排産物は蓄積され、栄養素は消
費されかつ生物活性物質はその活性を時間の経過中に失うからである。

【０００４】 ＥＰ０３９４４０６から、既にセンサと組み合わせた細胞培養の液体ハンドリ
ングのための装置が公知である。この装置は、密閉された、小容積の灌流チャン
バ（Perfusionkammer）を有し、該灌流チャンバ内で細胞は培養されかつ該灌流
チャンバは同時にセンサを装備している。該灌流チャンバは、供給チャンネル及
び排出チャンネルを有する。液体ポンプを始動させると、培地は灌流チャンバを
貫流する。周期的に連続するインターバルで、灌流を行う期間と灌流を行わない
期間が続く。灌流を行う期間は、培地の再生に役立ち、灌流を行わない期間は測
定プロセス、即ち灌流チャンバ内での細胞外の発酵（Ansaerung）の直接的追跡
に役立つ。

【０００５】 しかしながら、高い装置費用が存在することが欠点である。それというのも、
液体駆動ポンプ、液体流を調節するための弁並びにチューブ案内装置が必要であ
るからである。さらに欠点であるのは、比較的高い費用をかけて排除されるに過
ぎない、灌流チャンバ内での気泡の発生がある程度起こり易いことである。この
ために、細胞培養の前方に接続しなければならない、培地の部分排気のための装
置が必要である。このことは全体として費用を高める。最後に、装置の気泡不含
及び気密もしくは液密の取付を達成するために、比較的高い作業費用が必要であ
る。このことは、多数の並行サンプルを試験すべき場合（このことは実地におい
て一般的である）、特に不利に作用する。

【０００６】 本発明の課題は、細胞培養溶液の再生のための比較的簡単な装置を提供するこ
と及び小さい測定容積を提供することである。この場合、幾何学的周囲条件を細
胞培養に適合させることができる可能性が与えられるべきである。

【０００７】 この課題は、分離部材が設けられており、該分離部材が１つの底を有するレセ
プタクル上に存在する細胞培養に、細胞培養を覆う液状培地の部分容量を押し退
けるために接近可能でありかつこの位置で培地の上側に反応チャンバを制限する
ことにより解決される。

【０００８】 この場合、有利には前記反応チャンバの範囲内に単数及び／又は複数のセンサ
及び／又は測定装置が配置されている。

【０００９】 さらに、有利な１実施態様によれば、分離部材が底部近くの位置と底部から離
れた位置との間で往復運動可能でありかつ底部近くに位置で反応チャンバを制限
する。

【００１０】 底近くの位置で、分離部材は小容積の反応チャンバの境界を形成し、該境界は
、細胞に形成されるか又は消費される物質のための拡散制限のために役立つ。

【００１１】 この本発明による手段により、小容積の反応チャンバが実現され、該反応チャ
ンバ内で、代謝に起因する、測定可能な物質的変化が大容積におけるよりも著し
く急速に進行する。時間インターバルにおけるｐＨ値又は酸素分圧の変化速度か
ら、例えば細胞代謝の活性に関する情報を得ることができる。

【００１２】 本発明の１実施態様によれば、互いに分離された培養領域が特に構造化されて
被着された、細胞を付着しない被覆により、又は凹所もしくは隆起を有する底の
三次元的構造化によりそれらの間に存在する分離領域が形成されておりかつ培養
領域内に培地が好ましくはそれぞれ滴として存在する。

【００１３】 例えば下側に平面を有するスタンプ状分離部材を用いて、分離部材の下に細胞
培養を覆う液体薄膜のみが残り、該薄膜がマイクロ反応容量の細胞培養を有する
反応チャンバを形成するようになるまで、滴を上から圧迫しかつ部分容量を側方
に押し退けることができる。

【００１４】 分離部材は、底に近い位置では反応チャンバを他の、側方外側に押し退けられ
た培地の滴容量から分離する。分離部材の昇降運動により、該分離部材は側方に
押し退けられた、リザーブとして役立つ容量の培地を反応チャンバ内に存在する
容量の培地と混合しかつそれにより反応チャンバ内に存在する培地の再生を達成
することができる。

【００１５】 １実施態様では、少なくとも１つの分離部材がレセプタクルの底の上に存在す
る単数又は複数の細胞培養に対してそれぞれ側面から細胞培養を覆う液状培地の
部分容量を圧縮するために位置決め可能でありかつそこで場合により接近可能で
ある。

【００１６】 例えば、センサを有する半導体ウェハの上にこのセンサの範囲内に細胞培養を
載せ、次いで分離部材を順次に側面で、それが細胞培養の上に存在するように位
置決めすることができる。次いで、この位置で測定を実施することができる。そ
の際、側面でほぼ水平及び場合によりまたほぼ鉛直方向で位置決め可能な複数の
分離部材を設けることもできる。

【００１７】 この場合には、センサをウェハの製造後に試験するために、細胞培養を半導体
ウェハに載せることができ、又はセンサを有する半導体ウェハは、細胞培養の測
定を実施することができるように、実質的に試験装置を形成する。半導体ウェハ
の、細胞培養が占有する領域は、必要に応じて細胞培地のためのレセプタクル を形成するための囲みで囲まれていてもよい。

【００１８】 独自の保護が要求される本発明の１実施態様においては、レセプタクルとして
上方が開放した容器が設けられており、該容器内に分離部材が突入し、該分離部
材はレセプタクルの全受容チャンバを２つの上下に位置するサブチャンバに分割
し、底側のサブチャンバがレセプタクルの全受容容積に比較して小さい容積の反
応チャンバをかつ他方のサブチャンバが貯蔵チャンバを形成し、少なくとも１つ
の流動チャンネルが設けられており、該流動チャンネルは一方では反応チャンバ
に他方では貯蔵チャンバに接続されており、分離部材の内部に単数又は複数の貫
通路が設けられており、該貫通路はレセプタクルの小容積の反応チャンバ及び／
又はレセプタクルの貯蔵チャンバに開口している。

【００１９】 この場合、有利には、単数又は複数のセンサ及び／又は測定装置が反応チャン
バの領域内に配置されている。

【００２０】 この実施例の場合も、小容積の反応チャンバにより、例えば高められた細胞濃
度でマイクロセンサ測定を実施することができ、その際高められた細胞濃度は急
速な活性変化を生じかつそれに伴い相応する測定の促進をもたらす。

【００２１】 反応チャンバの上に存在しかつ分離部材により分離された貯蔵チャンバは、こ
の実施態様においては比較的大きくてもよいので、消費された培地は、外部から
培地を供給する必要が無く、反応チャンバ内で貯蔵チャンバからの培地との対流
混合により長時間帯にわたり再生可能である。

【００２２】 反応チャンバ内及び貯蔵チャンバ内に存在する培地の対流混合は、貫流チャン
ネルを介して一定の液体量の培地を反応室に供給しかつ再び吸出すことにより行
うことができる。対流混合は、流動チャンネルを介して行われる。

【００２３】 本発明の１実施態様によれば、分離部材はレセプタクルの内部で底近くの位置
と底から離れた位置の間で往復運動可能である。

【００２４】 それにより、反応チャンバ内の細胞培養溶液の再生のために、スタンプ状分離
部材を持上げかつ再びその先の位置に下降させる可能性が生じる。この場合には
、細胞培養レセプタクルの反応チャンバからの消費された培地と、貯蔵チャンバ
内に存在する残りの培地との対流混合は流動チャンネルを介して行われる。それ
によって、マイクロ反応容量に関する液体量の供給及び吸出しは、上下に向かう
分離部材の機械的運動により行われる。細胞培地の完全な交換は、細胞の物質代
謝性及び測定溶液の全容量に依存して比較的大きな時間間隔で初めてその時期に
達する。

【００２５】 分離部材は、反応チャンバの上方閉鎖部を形成するので、希釈及びまた汚染に
対する保護も与えられる。その他に、そこに存在するマイクロ反応容量は貯蔵チ
ャンバ内の著しく大きな容量によってもクッション作用を受け、それにより液表
面で生じる希釈は全体としてマイクロ反応容量には影響を及ぼさない。

【００２６】 本発明の有利な１実施態様によれば、細胞培養からの分離部材の間隔、ひいて
はレセプタクル内部の分の底近くの位置は調節可能である。レセプタクルの底ま
でのその距離が調節可能な分離部材により、細胞培養の周囲においてその都度の
要求に正確に適合したマイクロ反応容量を調整することができる。この際、この
マイクロ反応容量は、例えば５０〜５００μｍの狭い液体チャンネルのみが細胞
培養の上に残るように調節することができる。それにより、相応して高い細胞濃
度を有する必要とされるマイクロ反応容量が製造される。

【００２７】 本発明の有利な１実施態様によれば、分離部材の下側は気泡を外部に向かって
導出する成形部、好ましくは凸面状の湾曲を有している。それによって、空気も
しくは気泡は逃げることができかつ細胞培養もしくはセンサによる測定を悪影響
を及ぼさない。その際、分離部材は細胞培養領域の気密及び液密の密閉を形成し
ないので、気泡は外部に逃げることができる。それによりまた組立も容易になる
。それというのも、そのためにガス不在性に注意する必要がないからである。

【００２８】 多数のレセプタクルが好ましくは自動ピペッティング装置の一部として設けら
れており、このレセプタクルが特に市販のマルチウェルプレートとして形成され
ておりかつピペットの下端部又は自動ピペッティング装置のディスペンサーチャ
ンネルにそれぞれ１つの分離部材が設けられていれば、特に有利である。それに
より、この分離部材はピペット尖端の特殊形を形成する。

【００２９】 まさに自動ピペッティング装置及び細胞培養容器として相応して多数の例えば
９６レセプタクルと関連して、スタンプ状分離部材を有するそれぞれの装置の簡
単な構造は有利に影響する。特に、例えばマイクロセンサ測定をこのような標準
細胞培養フォーメーションで実施することができ、このことはポンプ駆動される
貫流を伴う公知のシステムでは実際に不可能である。

【００３０】 本発明の１実施態様よれば、容器底に対して距離を置いてかつ容器底と底近く
の位置に存在する分離部材との間に、微孔質ダイヤフラム又は同種のもの又は細
胞培養のための保護カバリングが設けられている。微孔質ダイアフラムフィルタ
として構成されていてもよい前記のようなダイアフラム、又は細胞培養の直ぐ上
に別の保護装置を組込むことにより、対流混合及び細胞培地の供給及び吸出しの
際に生じ得る液体剪断力及び圧出から敏感な細胞培養が守られる。またその際に
は、さもなければ液体流によってセンサから又は小容積の部分チャンバから容易
に洗い流される、非付着性の細胞タイプの測定も実施することができる。

【００３１】 本発明の１実施態様によれば、細胞培養のための支持面は光学的に透明であっ
てよい。その際にはそれにより、細胞の吸収、散乱、蛍光の測定を、場合により
着色後に実施することができる。

【００３２】 本発明の付加的実施態様は、別の従属請求項に記載されている。以下に、本発
明をその重要な詳細とともに図面によりさらに詳細に説明する。

【００３３】 図１〜７に示された装置は、細胞培養２の調査のために役立つ。そのために、
該装置は好ましくはトラフ状のレセプタクル３を有し、該レセプタクル内で底側
に液状培地４内の細胞培養２が存在する。レセプタクルの底３には、単数又は複
数のセンサ６が存在し、それにより細胞培養２の測定を行うことができる。有利
には、特に多数のマイクロセンサを有する半導体チップが設けられており、その
際底全体が、図９から良好に認識できるように、センサチップとして構成されて
いてもよい。該センサチップは、例えばイオン活性、酸素活性、溶解した代謝物
の活性、電気インピーダンス、温度等のための種々のセンサ機能を有することが
できる。

【００３４】 レセプタクル３は、上が開放されかつそこから分離部材７が挿入されており、
該分離部材は、図１で認識されるような底近くの位置で、レセプタクルの全受容
容積に対して小容積の部分チャンバを反応チャンバ８として制限する。分離部材
７はレセプタクルの横断面にほぼ合わされた横断面を有しかつ分離部材とレセプ
タクルの内壁の間にオーバフロー間隙９が流動チャンネルと形成されている。例
えば５ｍｍ又は１０ｍｍの内法の幅のレセプタクル直径の場合には、該オーバフ
ロー間隙９は１ｍｍ未満の内法の幅を有する。

【００３５】 分離部材７は、該実施例においてはプレート状ヘッド１０を有し、該ヘッドに
柄条シャフト１１が引き続いている。分離部材の、細胞培養に面した側もしくは
分離部材のヘッド１０は、細胞により消費された又は形成された物質を測定する
ために少なくとも１つの面をカバーもしくは制限しかつ特にセンサ表面にほぼ相
当する面を有するような寸法に設計されている。

【００３６】 レセプタクル３の外部で、シャフト１１はレセプタクル縁部１２を把持する蓋
１３と結合されており、該蓋は特にレセプタクル３の内部への分離部材７の侵入
深さを制限するためのストッパを形成する。蓋１３の支持側は、気密閉鎖が生じ
るように構成されている。相応する成形部又は通路２６は点線で示されている。
レセプタクル縁部１２及び／又は蓋の支持領域に、レセプタクルの内部の分離部
材７の底に近い位置を調節することができる調節手段が設けられていてもよい。
それに相応して、反応チャンバの大きさは変更可能である。特にそれにより、極
めて小さいマイクロ反応容積を生ぜしめることができ、その際細胞培養からヘッ
ド１０の下側までの距離は例えば５０μｍ〜５００μｍにすることができる。ヘ
ッド１０の上に存在するレセプタクル３のサブチャンバは、貯蔵チャンバ１４を
形成し、該貯蔵チャンバ１４内で下の小容積の反応チャンバ８におけると同様に
液状の培地４が存在する。貯蔵チャンバの受容容積は、反応チャンバ８の受容容
積よりも約１００倍の大きさであってよい。

【００３７】 分離部材７の内部に、反応チャンバ８に開口する貫通通路１５が設けられてお
り、その他方の端部は蓋１３の範囲内にピペット１７又は同種のものと結合する
ための接続部１６を有する。この貫通通路１５を介して、新鮮な培地を供給しか
つ消費された培地を吸い出すことができる。

【００３８】 反応チャンバ８に開口する貫通通路１５の他に、また貯蔵チャンバ１４に開口
する貫通又は接続通路が設けられていてもよい。

【００３９】 １８で、電極又はセンサが示されており、これは分離部材７を貫通案内されか
つ部分チャンバ８で終わっている。例えばこの場合、ｐＨ及びｐＯ_２測定のため
の参照電極を使用することができる。

【００４０】 本発明による装置１は、有利に、図８に略示された自動ピペティング装置１９
と組合せて使用される。この場合には、多数のレセプタクル３を有する３つのい
わゆるマルチウェルプレート２０が明らかに認識される。標準的には、このよう
なマルチウェルプレート６，２４は特にまた９６のレセプタクルを細胞培養容器
として有する。

【００４１】 多数のディスペンサーチャンネル２２を有するピペットヘッド２１は、ここに
は詳細には示されていない位置決め装置と結合されており、該位置決め装置によ
りピペットヘッドを１つの面内で２つの座標方向に移動可能でありかつ付加的で
に高さを調節することができる。個々のディスペンサーチャンネル２２はそれら
の開放端部でそれぞれ分離部材７に結合され、かつ、分離部材７が１つ以上の列
で同時にマルチウェルプレート２０のレセプタクル３内に挿入することができる
。

【００４２】 自動ピペッテイング装置を用いて、予め設定可能な時間間隔で液体を個々のレ
セプタクル３から取出しかつ別の容器に移すかもしくは液体を容器から取出しか
つ細胞培養を有するレセプタクル３に添加することができる。それによって、原
理的にマイクロ反応容量の周期的再生を小容量の部分チャンバ８、ひいてはセン
サ６の周囲並びに生存している細胞培養内で実施することができる。この場合、
マイクロ反応容量は密閉された灌流チャンバによってかつ再生は従来の技術にお
けるような溶液の貫流によっては行われず、後続のプロセスステップと結び付い
た分離部材７の形成により達成される。

【００４３】 このためには、図２〜４に作動モードが示されており、この場合には液状細胞
培地の混合は細胞培地の周期的放出及び受容により行われる。

【００４４】 別の作動モードは、図５〜７により示されている。ここで、細胞培地の混合は
分離部材７の周期的昇降により行われる。

【００４５】 図２〜７には、それぞれ接続部１６と結合されたディスペンサーチャンネル２
２は簡明化のために省かれている。これらを介して、培地の供給及び吸い出しが
行われる。ピペットヘッド１７もしくはディスペンサーチャンネル２２は図１も
しくは８に示されている。

【００４６】 図２〜４による作動モードの場合には、ピペットヘッド２１のディスペンサー
チャンネル２２の下端部に存在する分離部材７がレセプタクル３に挿入されかつ
細胞培養２に、そのヘッド１０が上側で小容積の反応チャンバ８を制限するまで
近付けられ、その際液体容量は例えば数マイクロリットルであってよい。次いで
、分離部材７もしくはそのヘッド１０の前記の底に近い位置において、例えば細
胞培養２の物質代謝活性のマイクロセンサ測定が行われる。この場合、この測定
インターバルにおけるｐＨ値又は酸素分圧の変化速度から細胞代謝の活性に関す
る情報を得ることができる。

【００４７】 その後、次の時間インターバルにおいて、培地の再生は反応チャンバ８内に存
在するマイクロ反応容積の内部において行われる。そのために、貫流チャンネル
１５を介して、培地の一定の液体量を反応チャンバ８に供給する、その際培地は
反応チャンバ８から矢印Ｐｆ１に基づき貯蔵チャンバ１４を内に押し退けられ、
そこで新鮮な培地と使用済みの培地の対流混合が行われる。引き続き、同じ液体
量をチャンネル１５から吸い出すので、貯蔵チャンバ１４から矢印Ｐｆ２に基づ
き培地は反応チャンバ８にオーバフローする。引き続き、次いで貫流が存在しな
い静止インターバル（図４）において、まず最初の例えばマイクロセンサ測定を
行う。この図２〜４により説明した作動モードでは、実質的にマイクロ反応容量
だけが周期的に交換されるが、しかしレセプタクル３の貯蔵容量は交換されない
。液体量の供給及び吸い出しにより、実際に“ポンピング作用”は反応チャンバ
８及び貯蔵チャンバ１４内に存在する液状細胞培地の混合において達成される。

【００４８】 予め設定可能な時間間隔において、液体量を取出し、これを廃棄容器に移しか
つ引き続き新鮮な培地を貯蔵チャンバから吸引しかつ細胞培養チャンバを備えた
レセプタクル３に充満する。

【００４９】 図５〜７に基づく作動モードにおいては、分離部材７は二重矢印Ｐｆ３に基づ
き周期的時間インターバルにおいて上下に案内される。分離部材７が下方位置に
存在する場合（図５及び７）には、所定のマイクロ容量が反応チャンバ８内部に
測定のために存在する。測定インターバル後に、分離部材７は持ち上げられかつ
この上方に向かう運動により、初期には反応チャンバ８内に存在し、消費された
培地と貯蔵チャンバ１４の残りの培地との対流混合、ひいては細胞培地の均質化
が行われる。このプロセスは周期的に繰り返される。細胞培地の完全な交換は、
細胞の物質代謝及び測定溶液の容量に依存にして、その都度のｎ回目の周期で行
うべきである。この場合、反応チャンバ８内に存在する培地の再生を、スタンプ
状部材の機械的運動により及び貯蔵チャンバ１４からの未使用の培地との混合に
より行う。

【００５０】 両者の操作モードにおいて、反応チャンバ８に比較して大きな貯蔵容積により
全体として比較的大量の細胞培地が提供され、これはマイクロ反応容積からの細
胞培地との対流混合により比較的長い可能な使用時間が、最終的に培地の交換が
行われねばならないまで提供される。

【００５１】 細胞培養溶液からの連続的又は間欠的な貫流を省く本発明による装置により、
それと結び付いた問題が回避される。該装置は、簡単な手段で、例えば９６ウェ
ルマルチウェルプレートのような普及している細胞培養フォーマットに適合しか
つ細胞培養インキュベータ内の設置に適合するように構成することができる。該
装置は、既に述べたように、有利に、細胞培養溶液の非手動の再生を達成するた
めに自動ピペッティング装置と組合せることができる。

【００５２】 図１〜７においてなお、気泡を側方外側に向かって導きかつオーバフロー間隙
９に到達させることができるように、分離部材７のヘッド１０の下側が凸面状に
湾曲していることを十分に認識することができる。蓋１３はレセプタクル３のシ
ールする接続部を形成しない（このことは図１に点線のチャンネル２６で示され
ている）ので、培地と周囲の大気との間のガス交換が保証される。レセプタクル
３の、この非気密の接続にもかかわらず、細胞培養溶液の希釈からの十分な保護
が存在しかつまた微生物汚染の侵入も阻止される。チャンネル２６は、その横断
面が適当に小さい寸法に設計されている。

【００５３】 蓋１５を有する分離部材７全体は、好ましくは平滑な、細胞を付着しない、不
活性かつ容易に滅菌可能な材料からなる。

【００５４】 さらに、図１〜７において、レセプタクル底に対して間隔を置いてかつ該底と
底近くに存在する分離部材７との間に微孔質のダイアフラム２３が細胞培養のた
めの保護カバリングとして設けられている。この微孔質ダイアフラムフィルタに
より、対流混合並びに細胞培地の供給及び吸い出しの際に生じうる液体剪断力及
び圧力ショックから敏感な細胞培養が保護される。特に付着性の細胞タイプの場
合には、該細胞が液体流によって洗い落とされないことが回避される。

【００５５】 図９は、上部と下部を組み合わせる前のマルチウェルプレート２０を示す。こ
こに示された実施例においては、市販のマイクロタイタープレートのレセプタク
ル３のために底部が分離されているので、貫通する小管が生じる。次いで、この
マイクロタイタープレート上部をサブストレートプレートに載せかつ好ましくは
超音波溶接により密にこれと結合させる。サブストレート上のセンサ又はセンサ
アレイは、マイクロタイタープレートの使用の際には個々の小管もしくは個々の
レセプタクルから間隔をおいて配置されている。

【００５６】 レセプタクル３を形成するためにマイクロタイタープレート上部を使用するこ
とにより、従来市販のマルチウェルプレートと関連して使用された装置、例えば
図８に示された自動ピペッティング装置もしくは自動サンプリング装置、マイク
ロタイタープレート読取り器及び同種のものを変化せずに使用できるという可能
性が生じる。

【００５７】 センサ６は、多数の異なる個々のセンサを有するセンサアレイにより形成され
ていてもよい。サブストレート上には、制御及び評価装置もしくはそれらの部分
が存在してもよい。

【００５８】 半導体ベース上の電子センサの他に、なお別のセンサ、例えば光学ベースのも
の、又は厚膜技術ベースのもの又はバイオ技術センサが設けられていてもよくか
つ好ましくは先に記載したセンサと組合せて使用することができる。

【００５９】 さらに、半導体基板２４の場合下側に、基板の温度調節を可能にする加熱層を
設ける可能性も生じる。そうして、細胞培養においては、温度に関してその正常
な生存条件を作り出すことができるので、長い時間帯にわたる調査が可能である
。また、連続した加熱層の代わりに部分的な、互いに分離された加熱層区分を設
け、例えば必要に応じて一定の領域内で異なった温度を発生させることができる
。加熱装置のサーモスタット調節のために、基板の単数又は複数の位置に温度測
定センサが設けられていてもよい。このような温度測定センサは、個々のレセプ
タクルに配属されたセンサの場合直接集積されていてもよい。個々のレセプタク
ルの領域内の温度センサを、加熱装置のサーモスタット調節のための他に細胞の
生物学的活性の検出のために使用することもできる。

【００６０】 図１０及び１１は、上側にセンサ６を支持するプレート状レセプタクル３ａが
設けられた本発明による装置の１実施例を示す。単数又は複数のセンサ６の領域
内に、液状培地４が滴２５として載せられている。この培地滴はセンサ６上に存
在する細胞もしくは細胞培養２を覆う。小容積の反応チャンバ８ａを形成するた
めに図１０において滴２５の上に設置された分離部材７ａは、図１１に示されて
いるように底近くの位置に移動せしめられる。スタンプ状分離部材７ａが下降す
る際に、滴２５は変形されかつその容量の一部は側面外側に向かって押し退けら
れる。その際、分離部材７ａのその投影延長部の下に、細胞培養２と、分離部材
７ａのほぼ平坦な下面との間に相応して小さい容量を有する薄い液体層が残り、
該容量は、滴２５の側面に押し退けられた容量よりも著しく小さくてもよい。

【００６１】 従って一面では、図１〜７に基づく実施例で説明したと同様に、小容積の反応
チャンバ８ａが、かつ分離部材投影延長部を越えて側面に押し出された培地容量
により貯蔵体１４ａが提供される。培地４が間隙状の反応チャンバ８ａ内で細胞
の反応により消費されると、分離部材７ａを幾分か持上げ、それにより側面に押
し退けられた滴部分から培地は分離部材７ａの下に入り込みかつ消費された培地
と混合することができる。引き続き、再び小容積の反応室８ａが形成されるよう
に分離部材７ａを下降させる。それにより、その後この部分には再生された培地
が存在する。それに引き続き測定期間が生じる。この装置は、好ましくは、切断
されていない（チップ）ウェハでセンサでの機能試験を実施するために使用する
ことができる。

【００６２】 プレート状レセプタクル３ａは、例えば図９に基づく基板プレート２４と同様
に構成されていてもよく、この場合個々のセンサ部分は構造化されて被着された
、細胞を付着しない被覆により互いに分離されていてもよい。この場合には、レ
セプタクルの底はセンサを有するウェハの一部を形成する。

【００６３】 さらに言及すれば、プレート状レセプタクル３ａ（図１０及び１１）もしくは
レセプタクル３の底５（図１〜７）は光学的に透明であってよく、それにより細
胞培養もしくはこの領域に存在する細胞培養は光学測定装置のために好ましくは
下からアクセス可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レセプタクル、その中に存在する細胞培養並びに液状培地及び該培地内に浸漬
された分離部材を有する細胞培養を分析する装置の略示図である。

【図２】 図１に示した装置の異なる操作状況を示す図である。

【図３】 図１に示した装置の異なる操作状況を示す図である。

【図４】 図１に示した装置の異なる操作状況を示す図である。

【図５】 異なる位置に存在する分離部材を有する、図１に示した装置を示す図である。

【図６】 異なる位置に存在する分離部材を有する、図１に示した装置を示す図である。

【図７】 異なる位置に存在する分離部材を有する、図１に示した装置を示す図である。

【図８】 自動ピペッティング装置の略示図である。

【図９】 マイクロセンサアレイを有するマルチタイタープレートの形の多数のレセプタ
クルを示す図である。

【図１０】 異なる位置に存在する分離部材を有する、レセプタクル底上に存在する培地滴
を示す図である。

【図１１】 異なる位置に存在する分離部材を有する、レセプタクル底上に存在する培地滴
を示す図である。

【符号の説明】

１、１ａ 細胞培養の分析装置、 ２ 細胞培養、 ３、３ａ レセプタク
ル、 ４ 培地、５ レセプタクルの底、 ６ センサ、 ７、７ａ 分離部材
、 ８、８ａ 反応チャンバ（部分チャンバ）、 ９ オーバフロー間隙、 １
０ 分離部材のプレート状ヘッド、 １１ シャフト、 １２ レセプタクル縁
部、 １３ 蓋、 ２６ チャンネル、 １４、１４ａ 貯蔵チャンバ、 １５
貫通チャンネル、 １６ 接続部、 １７ ピペット、 １８ 電極又はセン
サ、 １９ 自動ピペッティング装置、 ２０ マルチウェルプレート、 ２１
ピペットヘッド、 ２２ ディスペンサーチャンネル、 ２３ 微孔質ダイア
フラム、 ２４ 基板プレート、 ２５ 滴

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年７月１４日（２００１．７．１４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００１】 本発明は、液状培地内に存在する、生細胞、細胞培養及び同種のものを分析す
る、特に細胞の代謝活性を検出する装置であって、該装置が液状培地及び細胞培
養のための少なくとも１つのレセプタクルを有しかつ細胞培養を測定するための
単数又は複数の測定装置及び／又はセンサが設けられておりかつ反応チャンバを
制限する運動可能な分離部材が設けられている形式のものに関する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００５】 しかしながら、高い装置費用が存在することが欠点である。それというのも、
液体駆動ポンプ、液体流を調節するための弁並びにチューブ案内装置が必要であ
るからである。さらに欠点であるのは、比較的高い費用をかけて排除されるに過
ぎない、灌流チャンバ内での気泡の発生がある程度起こり易いことである。この
ために、細胞培養の前方に接続しなければならない、培地の部分排気のための装
置が必要である。このことは全体として費用を高める。最後に、装置の気泡不含
及び気密もしくは液密の取付を達成するために、比較的高い作業費用が必要であ
る。このことは、多数の並行サンプルを試験すべき場合（このことは実地におい
て一般的である）、特に不利に作用する。 ＦＲ−Ａ−２６９０９２６から、固体粒子と液体とを接触させることができる
容器を有するバイオリアクターは公知である。容器中には位置調節可能なフラス
コが配置されているので、該リアクターの容量を変化させることができる。 ＷＯ−Ａ−９０／０４６４５から、検査のためのセル及びセンサが存在するマ
イクロ貫流チャンバ（Mikro-Durchflusskammer）が公知である。供給及び排出の
手段によって、貫流チャンバは外環境と結びついている。 ＥＰ−Ａ−０６０８１５３号から、反応チャンバを有する配量装置が公知であ
る。反応チャンバの内部には、複数の種々の位置に調節可能なフラスコが導かれ
ている。反応チャンバの壁の側面に反応チャンバの底までの種々の間隔で導管が
接続されており、これらの導管はその都度のフラスコの位置に応じて開閉される
。 前記の３つの刊行文献は、比較的にコスト高で複雑に構成されている装置を取
り扱う。従って、細胞培養の種々の幾何学的な環境条件の調節によって細胞を調
査することは不可能である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【０００７】 前記課題は、本発明により、分離部材が測定位置ではレセプタクルの底の上に
存在する細胞培養の上の近くの測定位置に位置決めされておりかつ反応チャンバ
を貯蔵チャンバから分離し、該貯蔵チャンバの受容容積は反応チャンバの受容容
積よりも数倍大きく、かつ、分離部材は細胞培養を覆う底近くの測定位置と、少
なくとも貯蔵チャンバが反応チャンバと液体結合する底から離れた位置との間で
、実質的に垂直な運動により往復運動可能であるか、又は分離部材は横方向運動
により測定位置と、反応チャンバが貯蔵チャンバと液体結合する位置との間で往
復運動可能であることにより解決される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェルナー バウマン ドイツ連邦共和国 ビュール リートマッ テンシュトラーセ 18 (72)発明者 ラルフ エーレト ドイツ連邦共和国 メルディンゲン エン グガッセ 19 (72)発明者 インゴ フロイント ドイツ連邦共和国 フォークツブルク−オ ーバーロートヴァイル オーバーミューレ ンヴェーク １ (72)発明者 ベルンハルト ヴォルフ ドイツ連邦共和国 シュテーゲン アンド レアスシュトラーセ 12 Ｆターム(参考） 4B029 AA07 BB01 CC01 FA04

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液状培地内に存在する細胞培養を分析する装置であって、該
   装置が液状培地及び細胞培養のための少なくとも１つのレセプタクルを有しかつ
   細胞培養を測定するための単数又は複数の測定装置及び／又はセンサが設けられ
   ている形式のものにおいて、分離部材（７ａ）が設けられており、該分離部材が
   １つの底を有するレセプタクル上に存在する細胞培養（２）に、細胞培養を覆う
   液状培地（４）の部分容量を押し退けるために接近可能でありかつこの位置で培
   地（４）の上側に反応チャンバ（８ａ）を制限することを特徴とする、細胞培養
   の分析を実施する装置。
2. 【請求項２】 分離部材（７ａ）が底部近くの位置と底部から離れた位置と
   の間で往復運動可能でありかつ底部近くの位置で反応チャンバを（８ａ）を制限
   する請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの分離部材がレセプタクルの底の上に存在す
   る単数又は複数の細胞培養（２）に対してそれぞれ細胞培養を覆う液状培地（４
   ）の部分容量を側面に押し退けるために位置決め可能でありかつそこで場合によ
   り接近可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 単数又は複数のセンサ（６）がレセプタクル（３ａ）の底部
   に又は底内に配置されており、互いに分離された培養領域が特に構造化されて被
   着された、細胞を付着しない被覆により又は凹所もしくは隆起を有する底の三次
   元的構造化によりそれらの間に存在する分離領域が形成されておりかつ培養領域
   内に培地（４）が好ましくはそれぞれ滴（２５）として存在することを特徴とす
   る請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 【請求項５】 レセプタクルの底が少なくともセンサ（６）を有する少なく
   とも１つのウェハの少なくとも一部により形成されていることを特徴とする請求
   項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 【請求項６】 レセプタクルとして上に開放した容器（３）が設けられてお
   り、該容器内に分離部材（７）が突入し、該分離部材はレセプタクル（３）の全
   受容スペースを２つの上下に位置するサブチャンバに分割し、底側のサブチャン
   バがレセプタクル（３）の全受容容積に比較して小さい容積の反応チャンバ（８
   ）をかつ他方のサブチャンバが貯蔵チャンバ（１４）を形成し、少なくとも１つ
   の流動チャンネル（９）が設けられており、該流動チャンネルは一方では反応チ
   ャンバ（８）に他方では貯蔵チャンバ（１４）に接続されており、分離部材（７
   ）の内部に単数又は複数の貫通路（１５）が設けられており、該貫通路はレセプ
   タクル（３）の小容積の反応チャンバ（８）及び／又はレセプタクル（３）の貯
   蔵チャンバ（１４）に開口していることを特徴とする請求項１記載の上位概念に
   記載の装置。
7. 【請求項７】 単数又は複数のセンサ（６）及び／又は測定装置が反応チャ
   ンバ（８，８ａ）の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１から６ま
   でのいずれか１項記載の装置。
8. 【請求項８】 分離部材（７）がレセプタクル（３）内で底近くの位置と底
   から離れた位置の間で往復運動可能であることを特徴とする請求項６又は７記載
   の装置。
9. 【請求項９】 底（５）に面した分離部材（７）の面が、細胞によって消費
   又は形成された物質を測定するために覆うもしくは制限する少なくとも１つの面
   、特にセンサ表面に相当する面を有することを特徴とする請求項１から８までの
   いずれか１項記載の装置。
10. 【請求項１０】 分離部材（７）が上からレセプタクル（３）内に侵入可能
    である請求項６から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 【請求項１１】 細胞培養（２）からの分離部材（７）の距離、ひいては分
    離部材（７）の底近くの位置が調節可能である請求項１から１０までのいずれか
    １項記載の装置。
12. 【請求項１２】 分離部材（７）が好ましくはスタンプ状に構成されており
    かつほぼレセプタクル（３）の横断面に合わせられた横断面を有するヘッド（１
    ０）を有し、該ヘッドはレセプタクル（３）を反応チャンバ（８）と貯蔵チャン
    バ（１４）に分割し、かつ分離部材ヘッドに対して外側に案内されたシャフト（
    １１）が引き続き、該シャフトの外横断面はレセプタクルの正味の内部横断面よ
    り小さく、かつ、シャフトとレセプタクル（３）の内壁の間の中間スペースが貯
    蔵チャンバ（１４）を形成することを特徴とする、請求項６から１１までのいず
    れか１項記載の装置。
13. 【請求項１３】 分離部材（７）の内部に一方では反応チャンバ（８）にか
    つ他方では貯蔵チャンバ（１４）に開口する単数又は複数の流動チャンネルが設
    けられていることを特徴とする請求項６から１２までのいずれか１項記載の装置
    。
14. 【請求項１４】 流動チャンネルが分離部材（７）とレセプタクル（３）の
    内壁の間に設けられた環状ギャップ（９）又は周辺成形部により形成されかつ該
    単数又は複数の流動チャンネルが高低の調節可能な分離部材（７）の場合には少
    なくとも分離部材（７）の底近くの位置と底から離れた位置の間の昇降範囲内に
    設けられていることを特徴とする請求項６から１３までのいずれか１項記載の装
    置。
15. 【請求項１５】 分離部材（７）の下側が気泡を外に排出する成形部、好ま
    しくは凸面状湾曲部を有することを特徴とする請求項１から１４までのいずれか
    １項記載の装置。
16. 【請求項１６】 分離部材（７）のための昇降制限部が設けられており、か
    つそのために底近くの位置で有効な、好ましくは容器縁部に接触するストッパが
    分離部材（７）に設けられていることを特徴とする請求項６から１５までのいず
    れか１項記載の装置。
17. 【請求項１７】 容器縁部に隣接する、分離部材（７）のストッパが容器縁
    部を把持する蓋（１３）又は円錐部分で容器開口の対応円錐部に嵌合する蓋によ
    り形成されていることを特徴とする請求項１６項記載の装置。
18. 【請求項１８】 分離部材（７）が上側に、ピペット、ピペット尖端又はデ
    ィスペンサーチャンネルとカップリングするための特別の規格化された受容口、
    好ましくは受容円錐部を有することを特徴とする請求項１から１７までのいずれ
    か１項記載の装置。
19. 【請求項１９】 貯蔵チャンバ（１４，１４ａ）の容積が反応チャンバ（８
    ，８ａ）よりも数倍大きくかつこれら両者の容積が好ましくは約１０：１〜約１
    ００：１であることを特徴とする請求項６から１８までのいずれか１項記載の装
    置。
20. 【請求項２０】 少なくとも容器（３）又はレセプタクルの底部に単数又は
    好ましくは複数のマイクロセンサを有する少なくとも１つのチップが配置されて
    いることを特徴とする請求項１から１９までのいずれか１項記載の装置。
21. 【請求項２１】 分離部材（７）、反応チャンバ（８）及び／又は貯蔵チャ
    ンバ（１４）に面して、センサ（６）及び／又は電極が設けられていることを特
    徴とする請求項１から２０までのいずれか１項記載の装置。
22. 【請求項２２】 容器底に対して距離を置いてかつ容器底と底近くの位置に
    存在する分離部材（７）との間に、微孔質ダイヤフラム又は同種のフィルタ又は
    細胞培養（２）のための保護カバリングが設けられていることを特徴とする請求
    項６から２１までのいずれか１項記載の装置。
23. 【請求項２３】 分離部材（７）が平滑な、細胞を付着しない、不活性かつ
    容易に滅菌可能な材料、好ましくはポリテトラフルオロエチレンからなることを
    特徴とする請求項１から２２までのいずれか１項記載の装置。
24. 【請求項２４】 細胞培養（２）のための支持面が光学的に透明でありかつ
    支持面に光学測定装置が配属され、該装置は好ましくは下側に配置されてること
    を特徴とする請求項１から２３までのいずれか１項記載の装置。
25. 【請求項２５】 多数のレセプタクル（３）が設けられており、好ましくは
    自動ピペッティング装置（１９）の一部として設けられており、このレセプタク
    ル（３）が特に市販のマルチウェルプレート（２０）により形成されておりかつ
    自動ピペッティング装置のディスペンサーチャンネルの下端部にそれぞれ分離部
    材（７）が設けられていることを特徴とする請求項６から２４までのいずれか１
    項記載の装置。
26. 【請求項２６】 分離部材（７）がその底部とは反対側に結合のための、特
    に好ましくは自動ピペッティング装置のディスペンサーチャンネル（２２）に差
    し込むための接続部を有することを特徴とする請求項１から２５までのいずれか
    １項記載の装置。