JP2019507600A - 温度安定型の培養インキュベータ - Google Patents

温度安定型の培養インキュベータ Download PDF

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Abstract

記載された実施形態は、培養インキュベータ、方法およびセンサ回路を含む。培養インキュベータは、培養物を指定の培養温度にて保持するように構成されたアクセス可能な培養区画と、前記指定の培養温度に関連する相転移温度を有する相変化材料と、前記相変化材料と熱的にやり取りすると共に熱を前記相変化材料に転送するように構成された熱転送素子と、を含む。センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示すデータを取得するように構成されている。管理回路は、前記相変化材料に関する前記相組成状態と目標の相組成状態との違いを特定するように構成されている。制御器回路は、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱を前記相変化材料に転送するように構成されている。

Description

発明の詳細な説明
本願の優先権出願の記載事項、および、本願の優先権出願の全ての親出願、祖父出願、曾祖父出願等の記載事項（全ての優先権請求項を含む）は、本願に矛盾しない範囲において、参照により本願に組み込まれる。
＜概要＞
一例として、本明細書に記載の構成の一実施形態は培養インキュベータを含む。但し、これに限定されない。該培養インキュベータは、培養物を指定の培養温度にて保持するように構成されたアクセス可能な培養区画を含む。また、該培養インキュベータは、指定の培養温度に関連する相転移温度を有すると共に培養区画と熱的にやり取りする相変化材料を含む。また、該培養インキュベータは、相変化材料と熱的にやり取りすると共に熱を相変化材料に転送するように構成された熱転送素子を含む。また、該培養インキュベータは、相変化材料の現在の相組成状態を示すデータを取得するように構成されたセンサ回路を含む。また、該培養インキュベータは、相変化材料に関する現在の相組成状態と目標の相組成状態との違いを、現在の相組成状態を示すデータに応じて特定するように構成されたＰＣＭ管理回路を含む。また、該培養インキュベータは、相変化材料の現在の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱を熱転送素子から相変化材料に転送するように構成された制御器回路を含む。
一実施形態において、前記培養インキュベータは、相変化材料および培養区画を周囲環境から熱的に隔離するように構成された断熱部を含む。
一例として、本明細書に記載の構成の一実施形態は、培養インキュベータのアクセス可能な培養区画内において指定の培養温度を維持する方法を含む。但し、これに限定されない。該方法は、アクセス可能な培養区画と熱的にやり取りする相変化材料の相組成状態を示すデータを取得するステップを含む。また、該方法は、相組成状態を示すデータに応じて、前記相組成状態と目標の相組成状態との違いを特定するステップを含む。また、該方法は、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱（＋Ｑまたは−Ｑ）を熱転送素子から前記相変化材料に転送するステップを含む。
一例として、本明細書に記載の構成の一実施形態は、相変化材料の相組成状態を特定するセンサ回路を含む。但し、これに限定されない。該センサ回路は、相変化材料内に超音波を発射するように構成された超音波送信器を含む。また、該センサ回路は、超音波送信器によって相変化材料内へ向けられた超音波を受信するように構成された超音波受信器を含む。また、該センサ回路は、超音波送信器から発信されて超音波受信器にて受信された超音波が相変化材料内の既知距離を通過した飛行時間を測定するための回路を含む。また、該センサ回路は、前記飛行時間を相変化材料の特定の相組成状態に対応付けるための回路を含む。
一実施形態において、前記センサ回路は、前記超音波送信器および前記超音波受信器を含んだ超音波変換器と、超音波反射体とを備える。
以上の概要は単に例示であり、いかなる限定も意図されていない。以上に例示した態様、実施形態および特徴に加え、他の態様、実施形態および特徴が、図面および下記の詳細な説明を参照することにより明白になるであろう。
＜図面の簡単な説明＞
図１は、本発明の実施形態が適用され得る環境１００の例示的な実施形態を示す。
図２は、培養インキュベータのアクセス可能な培養区画内において指定の培養温度を維持する例示的な動作フロー２００を示す。
図３は、本発明の実施形態が適用され得る例示的な環境３００を示す。
＜詳細な説明＞
以下の詳細な説明において、本明細書の一部を構成する添付図面を参照する。また、図面において、文脈によって別途明示されない限り、同様の符号は概ね同様の構成要素を示す。また、詳細な説明、図面、および請求項に記載された例示的な実施形態は、本発明を限定する意図はない。本明細書に示された構成の精神または範囲から逸脱しない限り、他の実施形態を利用してもよく、他の変更を加えてもよい。
システム態様におけるハードウェア実装、ソフトウェア実装および／またはファームウェア実装の区別がほとんど付かないところにまで、技術が進歩していることを当業者は理解するであろう。ハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの使用は、一般的に（常にではない。場面によってはハードウェア、ソフトウェアの選択が重要となるからである）、費用対効果の兼ね合いを意味する設計上の選択である。また、本明細書に記載のプロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術に影響し得る様々な実装（例えばハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェア）があり、好適な実装は該プロセスおよび／またはシステムおよび／または他の技術が展開される状況に応じて変化することを、当業者は理解するであろう。例えば、実装者は、速度および精度が最重要であると判断した場合、主にハードウェアおよび／またはファームウェア実装を選択し得る。あるいは、柔軟性が最重要である場合、実装者は主にソフトウェア実装を選択し得る。あるいは、実装者はハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの何らかの組合せを選択し得る。したがって、本明細書に記載のプロセスおよび／またはデバイスおよび／またはその他の技術に影響し得るいくつかの可能な実装が存在する。どちらかが他より優れているということはない。なぜなら、利用されるどの実装も、該実装を展開する場面や、実装者の特定の関心事（例えば速さ、柔軟性または予測可能性）に応じた選択であり、そうした場面や関心事は変わり得るからである。また、光学関連態様における実装では、光学指向性のハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアを採用するのが一般的であることを当業者は理解するであろう。
本明細書に記載のいくつかの実行のうち、論理実行およびそれに類似する実行は、演算の実行に適したソフトウェアまたは他の制御的構成を含んでもよい。電気回路は、例えば、本明細書に記載の様々な論理的機能を実行するように構成および配置された１つ以上の電流通路を意味し得る。いくつかの実行において、１つ以上の媒体は、本明細書に記載の通りに動作可能な特定目的の装置指令群を当該媒体が保持または送信する場合、装置検出可能な当該実行を行わせるように構成されていてもよい。いくつかの変形例において、上記媒体の構成は、例えば、本明細書に記載の１つ以上の動作に関係する１つ以上の指令の受信または送信の実行等によって既存のソフトウェアもしくはファームウェア、ゲートアレイ、または他のプログラミング可能型ハードウェアを更新もしくは変更することを意味し得る。いくつかの変形例において、代替の構成または追加の構成として、実行は、特定目的のハードウェア要素、ソフトウェア要素、ファームウェア要素、および／または、特定目的の要素を遂行または発動する一般目的の要素を含んでいてもよい。規格または他の実行は、本明細書に記載の実体のある送信媒体の１つ以上によって送信されてもよく、任意にパケット送信または分散型媒体経由で複数回送信されてもよい。
代替の構成または追加の構成として、実行は、特定目的の指令シーケンスの実行、または、後述する任意の機能的動作の１つ以上の発生を許可する、トリガする、調整する、要求する、または引き起こすための回路の作動を含んでいてもよい。いくつかの変形例において、本明細書中の動作または他の論理の記述は、直接にソースコードとして表現され、実行可能な指令シーケンスとしてコンパイルまたは発動されてもよい。一部の場面において、例えばＣ＋＋またはその他のコードシーケンスは、高級記述言語（例えば、論理合成可能言語、ハードウェア記述言語、ハードウェア設計シミュレーション、および／またはこれらに類似した他の表現モード）とするように直接コンパイルまたは実行されてもよい。代替の構成または追加の構成として、論理表現の一部または全ては、Ｖｅｒｉｌｏｇ型ハードウェア記述、または、ハードウェア内の物理的実行以前の回路モデル、特に基本動作用もしくはタイミング評価アプリケーション用の回路モデルを意味し得る。上記の教示を受け、当業者は、適切な伝達素子もしくは演算素子、素材提供、アクチュエータまたは他の共通構成を取得、構築、最適化する方法を理解するであろう。
一般的な意味として、本明細書に記載の様々な実施形態は、広範囲の電気部品（例えば、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、および／または、これらによるほぼ任意の組合せ）、ならびに、機械的な力または動きを付与する広範囲の部品（例えば、剛体、バネ体もしくはねじれ体、水力装置、電磁気的に駆動される装置、および／または、これらによるほぼ任意の組み合わせ）を有する各種の電気機械的システムによって個別実行および／または共同実行され得ることを、当業者は理解するであろう。したがって、本明細書中の「電気機械的システム」は、変換器（例えば、アクチュエータ、モータ、圧電性結晶、マイクロ電気機械的システム（ＭＥＭＳ）等）に動作可能に接続した電気回路、少なくとも１つの分離型電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構築される汎用演算装置（例えば、本明細書に記載の処理および／または装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構築される汎用コンピュータ、あるいは、本明細書に記載の処理および／または装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構築されるマイクロプロセッサ）を構成する電気回路、記憶装置（例えばランダムアクセス、フラッシュ、リードオンリー等の形式のメモリ）を形成する電気回路、通信装置（例えばモデム、モジュール、通信スイッチ、光電気機器等）を形成する電気回路、および／または、これらに対する任意の非電気的な類似構成（例えば、光学的類似構成またはその他の類似構成）等を含む。但し、これらに限定されない。また、電気機械的システムは様々な民生用電子システム、医療装置、ならびにその他のシステム（例えば、モータ付搬送システム、工場自動化システム、セキュリティシステム、および／または通信／演算システム）等を含むが、これらに限定されないことを、当業者は理解するであろう。本明細書中の電気機械的システムは、文脈から別途規定されない限り、電気的駆動および機械的駆動の両方を備えるシステムに必ずしも限定されないことを、当業者は理解するであろう。
また、一般的な意味として、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはこれらの任意の組み合わせによって個別実行および／または共同実行され得る、本明細書に記載の様々な態様は、様々な類型の「電気回路」から構成されると見做しうることも、当業者は理解するであろう。したがって、本明細書中の「電気回路」は、少なくとも１つの分離型回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構築される汎用演算装置（例えば、本明細書に記載の処理および／または装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構築される汎用コンピュータ、あるいは、本明細書に記載の処理および／または装置を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構築されるマイクロプロセッサ）を構成する電気回路、記憶装置（例えばランダムアクセス、フラッシュ、リードオンリー等の形式のメモリ）を形成する電気回路、および／または、通信装置（例えばモデム、通信スイッチ、光電気機器等）を形成する電気回路を含む。但し、これらに限定されない。本明細書に記載の構成は、アナログ方式、デジタル方式またはそれらの何らかの組み合わせにて実施され得ることを、当業者は理解するであろう。
さらに、本明細書に記載の装置および／またはプロセスの少なくとも一部は、画像処理システムと一体化できると、当業者は理解するであろう。典型的な画像処理システムは、通常、１つ以上のシステムユニット筐体と、映像表示装置と、揮発性もしくは非揮発性メモリ等の記憶装置と、マイクロプロセッサまたはデジタル信号プロセッサ等のプロセッサと、オペレーティングシステム、ドライバ、アプリケーションプログラム等の演算エンティティと、１つ以上のインタラクション装置（例えばタッチパッド、タッチ感知型のスクリーンもしくはディスプレイ表面、アンテナ等）と、フィードバックループおよび制御モータ（例えば、レンズの位置および／または速度を探知するフィードバック；レンズを所定の合焦となるように動かし、歪める制御モータ）を備えた制御システムと、を含む。画像処理システムは、デジタル静止画システムおよび／またはデジタル動画システムで通例、見られるような好適な市販コンポーネントを利用して実施することができる。
本明細書に記載の少なくとも一部の装置および／またはプロセスは、データ処理システムと一体化できると、当業者は同様に理解するであろう。通常、データ処理システムは、１つ以上のシステムユニット筐体、映像表示装置、揮発性もしくは非揮発性メモリ等の記憶装置、マイクロプロセッサまたはデジタル信号プロセッサ等のプロセッサ、オペレーティングシステム、ドライバ、グラフィックユーザインタフェースおよびアプリケーションプログラム等の演算エンティティ、１つ以上のインタラクション装置（例えばタッチパッド、タッチ感知型のスクリーンもしくはディスプレイ表面、アンテナ等）、および／または、フィードバックループおよび制御モータ（例えば、位置および／または速度を探知するフィードバック；成分および／または量を変動および／または調節する制御モータ）を備えた制御システム、を含むと、当業者は理解するであろう。データ処理システムは、データ演算システム／データ通信システムおよび／またはネットワーク演算システム／ネットワーク通信システムで通例、見られるような好適な市販コンポーネントを利用して実施することができる。
図１は、本発明の実施形態が適用され得る例示的な環境１００を示す。該環境は、周囲環境１０２に取り囲まれた培養インキュベータ１１０を含む。培養インキュベータは、培養物を指定の培養温度にて保持するように構成されたアクセス可能な培養区画１２０を含む。一例として、培養物は結核菌の試料を含んでもよい。また、培養インキュベータは、本体１１２と、ヒンジ１１６付きの扉１１４とを含む。培養区画は、培養インキュベータの扉１１４を開けること１１８によってアクセス可能となる。また、培養インキュベータは、指定の培養温度に関連する相転移温度を有すると共に培養区画と熱的にやり取りする相変化材料１３０を含む。一実施形態において、相転移温度としては、固相−液相転移温度を含む。一実施形態において、相変化材料は、停電中の培養区画の温度上昇または下降を制限する目的で選択される。一実施形態において、相変化材料としては、相変化する複合材料を含む。一実施形態において、相変化材料は、一定の温度で融解および凝固することにより大量のエネルギーの蓄積および放出が可能な高い融解熱を備える物質である。一実施形態において、前記相変化材料は、規定の温度範囲に関連して、状態が、固相−液相間、または、異なる２つの固体結晶状態の間で変化する（すなわち相転移）材料である。この過程は可逆（すなわち、再発生が可能な相転移）である。
培養インキュベータ１１０は、相変化材料１３０と熱的にやり取りすると共に該相変化材料に熱を転送するように構成された熱転送素子１５０を含む。一例として、熱の転送は、正（＋Ｑ）または負（−Ｑ）の転送であってもよい。また、培養インキュベータは電気回路１６０を含む。該電気回路は、相変化材料の現在の相組成状態を示すデータを取得するように構成されたセンサ回路１６２を含む。一例として、現在の相組成状態は、相変化材料の固体および液体の混在状態を含んでもよい。また、一例として、現在の相組成状態は、相変化材料の全てが固体である状態、または、全てが液体である状態を含んでもよい。また、一例として、現在の相組成状態は、相変化材料の凝固／融解比を含んでもよい。また、一例として、相変化材料の現在の相組成状態は、固体が占める質量と、液体が占める質量とを含んでもよく、固体が占める体積と、液体が占める体積とを含んでもよい。前記電気回路は、相組成状態を示すデータに応じて、相変化材料について相組成状態と目標の相組成状態との違いを特定するように構成されたＰＣＭ管理回路１６４を含む。また、前記電気回路は、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱を熱転送素子１５０から相変化材料に転送するように構成された制御器回路１６６を含む。一例として、制御器は、相変化材料のうち固体状態が多すぎると、正の熱（＋Ｑ）を転送する。この場合、一例として、制御器は、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定の時間および温度で、熱転送素子を加熱する。また、一例として、制御器は、相変化材料のうち液体状態のものが多すぎると、負の熱（−Ｑ）を転送する。この場合、一例として、制御器は、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定の時間および温度で、熱転送素子を冷却する。一実施形態において、前記制御器回路は、指定の培養温度を維持しつつ相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱を、熱転送素子から相変化材料に転送するように構成されている。
一実施形態において、前記アクセス可能な培養区画１２０としては、培養物を指定の培養温度にて保持すると共に該培養物の投入および取出しが可能なように構成されたアクセス可能な培養区画を含む。一実施形態において、前記アクセス可能な培養区画は、該培養区画へのアクセスを実現する扉またはハッチを含む。一実施形態において、前記指定の培養温度は、約３０℃から約３７℃までの温度範囲から選択される。また、一実施形態において、前記指定の培養温度は、約±１℃の許容範囲を持つ３６℃として選択される。また、一実施形態において、前記指定の培養温度は、約±１℃の許容範囲を持つ３７℃として選択される。
一実施形態において、相変化材料１３０は、指定の培養温度に関連する相転移温度を有するパラフィンワックスを含む。一実施形態において、相変化材料は、少なくとも２つの異なる鎖長をそれぞれ有する複数のパラフィンワックスであって、前記指定の培養温度に関連する温度範囲において連続的に相転移する複数のパラフィンワックスの混合物を含む。一実施形態において、相変化材料は、前記指定の培養温度に関連する相転移温度を有する水和塩を含む。一実施形態において、相変化材料の固相−液相転移温度が前記指定の培養温度に跨っている。また、一実施形態において、相変化材料の固相−液相転移温度が前記指定の培養温度を包含する。一実施形態において、相変化材料は、培養インキュベータの環境１０２の周囲温度が指定の培養温度に対して摂氏プラスまたはマイナス２０度以内である場合に培養区画を前記指定の培養温度に少なくとも１２時間維持するのに十分な量の相変化材料を含む。また、一実施形態において、相変化材料は、培養インキュベータの環境の周囲温度が指定の培養温度に対して摂氏プラスまたはマイナス２０度以内である場合に培養区画を前記指定の培養温度に少なくとも２４時間維持するのに十分な量の相変化材料を含む。
一実施形態において、相変化材料は、培養インキュベータ１１０の環境１０２の周囲温度が５℃から４３℃までの範囲内である場合に培養区画を指定の培養温度に維持するのに十分な量の相変化材料を含む。一実施形態において、相変化材料は、培養区画１２０の外表面の少なくとも５０パーセントを取り囲んでいる。一実施形態において、培養インキュベータは、熱を熱転送素子１５０から相変化材料に転送するように構成された熱分散器を含む。
一実施形態において、前記熱転送素子１５０としては、熱を相変化材料１３０に転送するように構成された加熱器を含む。一実施形態において、前記加熱器としては、電気抵抗型加熱器を含む。一実施形態において、前記熱転送素子としては、負の熱を相変化材料に転送するように構成された冷却器を含む。一実施形態において、前記加熱器としては、熱電冷却器を含む。
一実施形態において、前記センサ回路１６２は、相変化材料１３０の相組成状態を示す飛行時間データを取得するように構成された超音波センサ回路を含む。一実施形態において、前記飛行時間データは、相変化材料の質量平均温度に応じるものである。一例として、超音波パルスを相変化材料内の距離「ｄ」を通過させて受信器に送信し、その飛行時間を測定してもよい。なお、相変化材料の該飛行時間および密度は、該相変化材料の温度変化によって変化する。一実施形態において、前記超音波センサ回路は、相変化材料の相組成状態に応じた飛行時間データを取得するように構成されている。一実施形態において、センサ回路は、相変化材料の相組成状態を示す体積変化データを取得するように構成された体積変化センサ回路を含む。一実施形態において、センサ回路は、相変化材料の相組成状態を示す導電率データを取得するように構成された導電率センサ回路を含む。一実施形態において、センサ回路は、相変化材料の相組成状態を示す誘電率データを取得するように構成された静電容量式センサ回路を含む。例えば、一実施形態において、静電容量式センサ回路は、キャパシタを用いて相変化材料の誘電率の仮想分または損失分を測定するように構成されている。一実施形態において、センサ回路は、相変化材料の相組成状態を示す光透過率データを取得するように構成された光学センサ回路を含む。例えば、一実施形態において、波長４００〜１１００ｎｍ、１３００ｎｍ、１６００ｎｍの光は、相変化材料を透過すると、当該相変化材料の相組成状態に応じて減衰する。一実施形態において、センサ回路は、相変化材料の相組成状態を示す温度データを取得するように構成された温度プローブを含む。一実施形態において、センサ回路は、相変化材料の相組成状態を示す温度データを取得するように構成された温度プローブアレイを含む。一実施形態において、目標の相組成状態は、固体および液体が互いにほぼ等割合である。この実施形態では、目標の相組成状態は、固体および液体について測定された質量もしくは体積が互いにほぼ等割合である。
一実施形態において、前記ＰＣＭ管理回路１６４は、さらに、培養インキュベータ１１０を取り囲む環境１０２の周囲温度に応じて目標の相組成状態を決定するように構成されている。一実施形態において、培養インキュベータを取り囲む環境１０２の周囲温度としては、現在の周囲温度を含む。一実施形態において、培養インキュベータを取り囲む環境の周囲温度としては、周囲温度の履歴を含む。周囲温度の履歴としては、例えば直近２４時間、３６時間または４８時間の周囲温度の平均値を含んでもよい。また、一例として、少なくとも２年間の同じ日もしくは同じ月における周囲温度の履歴を平均化してもよい。一実施形態において、培養インキュベータを取り囲む環境の周囲温度としては、予報された周囲温度を含む。一実施形態において、前記ＰＣＭ管理回路は、さらに、培養インキュベータを取り囲む環境の予報事象に応じて目標の相組成状態を決定するように構成されている。一例として、予報事象は、予報された湿度、予報された嵐、または、培養インキュベータの電力損失に繋がる予報事象を含んでもよい。例えば、予報事象はハリケーン、暴動、波状停電を含んでもよい。
一実施形態において、前記制御器回路１６６としては、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の正の熱（＋Ｑ）を熱転送素子１５０から相変化材料１３０に転送する制御を行うように構成された制御器回路を含む。一実施形態において、前記制御器回路は、指定の培養温度を維持しつつ相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の正の熱（＋Ｑ）を、熱転送素子から相変化材料に転送する制御を行うように構成されている。一実施形態において、前記制御器回路としては、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の負の熱（−Ｑ）を熱転送素子から相変化材料に転送する制御を行うように構成された制御器回路を含む。一実施形態において、前記制御器回路としては、指定の培養温度を維持しつつ相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の負の熱（−Ｑ）を、熱転送素子から相変化材料に転送する制御を行うように構成された制御器回路を含む。一実施形態において、前記制御器回路としては、指定の培養温度を維持しつつ相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変更させるための推定量の熱（＋Ｑまたは−Ｑ）を、熱転送素子から相変化材料に転送するように構成された制御器回路を含む。
一実施形態において、前記培養インキュベータ１１０は、相変化材料１３０および培養区画１２０を、培養インキュベータを取り囲む周囲環境１０２から熱的に隔離するように構成された断熱部１４０を含む。一実施形態において、前記断熱部は熱バリアを含む。
図２は、培養インキュベータのアクセス可能な培養区画内において指定の培養温度を維持する例示的な動作フロー２００を示す。図１には例示的な培養インキュベータ１１０が示されている。開始動作のあと、該動作フローは収集動作２１０を含む。収集動作は、アクセス可能な培養区画と熱的にやり取りする相変化材料の相組成状態を示すデータを取得するステップを含む。一実施形態において、収集動作は、図１を参照しつつ説明したセンサ回路１６２を用いて実行してもよい。また、その分岐動作１２０は、相組成状態を示すデータに応じて当該相組成状態と目標の相組成状態との違いを特定するステップを含む。一実施形態において、分岐動作２２０は、図１を参照しつつ説明したＰＣＭ管理回路１６４を用いて実行してもよい。熱転送動作２３０は、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱（＋Ｑまたは−Ｑ）を熱転送素子から相変化材料に転送するステップを含む。一実施形態において、制御器回路１６６を用いて前記熱転送動作を実行することにより、熱を熱転送素子１５０から培養区画１２０に転送してもよい。一実施形態において、前記熱転送動作は、培養区画内において指定の培養温度を維持しつつ相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱（＋Ｑまたは−Ｑ）を、熱転送素子から相変化材料に転送するステップを含む。
収集動作２１０の一実施形態において、前記データ取得は、相変化材料の相組成状態を示す飛行時間データを超音波方式で取得するステップを含む。一実施形態において、前記データ取得は、相変化材料の相組成状態を示す体積変化データを取得するステップを含む。一実施形態において、前記データ取得は、相変化材料の相組成状態を示す導電率データを取得するステップを含む。一実施形態において、前記データ取得は、相変化材料の相組成状態を示す誘電率データを取得するステップを含む。一実施形態において、前記データ取得は、相変化材料の相組成状態を示す光透過率データを取得するステップを含む。一実施形態において、前記データ取得は、相変化材料の相組成状態を示す温度データを取得するステップを含む。
分岐動作２２０の一実施形態において、前記特定ステップは、培養インキュベータを取り囲む環境の周囲温度に応じて目標の相組成状態を決定するステップを含む。一実施形態において、前記特定ステップは、培養インキュベータを取り囲む環境の予報事象に応じて目標の相組成状態を決定するステップを含む。
熱転送動作２２０の一実施形態において、前記熱転送ステップは、指定の培養温度を維持しつつ相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱を、熱転送素子から相変化材料に転送するステップを含む。一実施形態において、前記熱転送ステップは、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の正の熱を熱転送素子から相変化材料に転送するステップを含む。また、一実施形態において、前記熱転送ステップは、相変化材料の相組成状態を目標の相組成状態に変化させるための推定量の負の熱を熱転送素子から相変化材料に転送するステップを含む。
図３は、本発明の実施形態が適用され得る例示的な環境３００を示す。該例示的な環境には、培養インキュベータ１１０の代替の実施形態が含まれる。培養インキュベータの当該代替の実施形態は、相変化材料１３０の相組成状態を特定するためのセンサ回路１６２の代替の実施形態を含む。センサ回路の当該代替の実施形態は、相変化材料１３０内に超音波を発射するように構成された超音波送信器２７６を含む。一実施形態において、前記超音波送信器は、相変化材料内に超音波パルスを発射するように構成されている。また、センサ回路の前記代替の実施形態は、前記超音波送信器によって相変化材料内へ向けられた超音波を受信するように構成された超音波受信器２７８を含む。また、センサ回路の前記代替の実施形態は、前記超音波送信器から発射されて前記超音波受信器にて受信された超音波が相変化材料１３０内の既知距離（図示の既知距離ｄ）を通過した飛行時間（ＴｏＦ）を測定するための回路１６２．１を含む。また、センサ回路の前記代替の実施形態は、前記飛行時間を相変化材料の特定の相組成状態に対応付けるための回路１６２．２を含む。例えば、一実施形態において、相変化材料内での音波の流体速度を、下記式
飛行時間ＴｏＦ＝（既知距離ｄ）／（相変化材料内での音波の流体速度）
に基づいて特定してもよい。なお、相変化材料内での音波の流体速度は、相変化材料の相および温度に関連している。代替の実施形態において、センサ回路１６２は、超音波送信器２７６および超音波受信器２７８を同一筐体内に含んだ超音波変換器を備える。この代替の実施形態では、センサ回路は、超音波変換器から測定距離ｄ離れて位置する超音波反射体を備える。
一態様として、培養インキュベータ１１０は、相変化材料の相組成状態を融解と凝固との中間状態に維持する性能を有する。これにより、培養インキュベータは、停電時に温度が所望の設定値を上回る変動および下回る変動の両方に対応することが可能となる。相変化は、等温状態に近い状態で発生するため、凝固−融解のパーセンテージを測定して温度関数とすることが非常に難しい。その代わりに、培養インキュベータは、飛行時間の測定を用いて相変化材料の相組成状態を特定する。媒体内での音波速度は該媒体の密度の関数であり、そして該媒体の密度は相状態の関数である。そのため、超音波パルスの飛行時間を用いれば、既知距離の経路上における、相変化材料の相組成状態を好適に測定することができる。この測定は、距離ｄに亘って送信器２７６から受信器２７８まで発射された超音波パルスと、測定されている通過時間と、を用いることで達成される。一実施形態において、超音波送信器２７６および超音波受信器は、相変化材料を保持する構造物に取り付けられている。なお、相変化材料は凝固すると、温度が凝固点よりも低くなり、密度が増加するため、前記音波速度が速くなり、超音波パルスの飛行時間が短くなる。
本明細書中の引用文献は全て、参照により、当該文献の全体が、または、本明細書に矛盾しない範囲が、本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態において、「構成される」または「〜するように構成される」は、特定の目的、用途または機能のうちの少なくとも１つのために、設計される、設定される、成形される、実行される、構築される、または適合させられることのうち、少なくとも１つを含む。また、いくつかの実施形態において、「構成される」または「〜するように構成される」は、特定の目的、用途または機能のうちの少なくとも１つのために、位置付けられる、方向付けられる、または構造化されることを含む。
一般的に、本明細書中の文言、特に添付の請求項中の文言は、通常、「開放型」文言として意図されている。例えば、「含んでいる」という文言は、「含んでいるが、これに限定されない」と解釈すべきである。また、「有している」という文言は、「少なくとも有している」と解釈すべきである。また、「有する」という文言は、「少なくとも有する」と解釈すべきである。また、「含む」という文言は、「含むが、これに限定されない」と解釈すべきである。さらに、請求項に導入された記載に関して特定数が意図されている場合、該意図は請求項中で明示的に記載されており、このような明示的な記載がなければ、該意図は存在しない。理解の一助として例を挙げると、添付の請求項には、請求項中の記載を導入するための「少なくとも１つの」および「１つ以上の」等の導入表現が使用され得る。しかし、そのような表現を用いることは、たとえ同一請求項中に「１つ以上の」または「少なくとも１つの」という導入表現と、「１つの」（「ａ」または「ａｎ」）等の不定冠詞とが含まれる場合でも、請求項中の記載を不定冠詞「１つの」（「ａ」または「ａｎ」）で導入することで、そのように導入された記載を含む特定の請求項が、当該記載を１つのみ含む請求項に限定されることを示すと解釈されるべきではない（例えば、「１つの受信器」は通常、「少なくとも１つの受信器」を意味すると解釈すべきである）。以上のことは、請求項中の記載を導入するために使用される定冠詞の場合にも当てはまる。さらに、たとえ請求項に導入された記載に関して特定数が明示的に記載されていたとしても、このような記載は、通常、少なくとも記載通りの数を意味すると解釈されるべきである（例えば、修飾語を使わずにそのまま「少なくとも２つのチャンバー」または「複数のチャンバー」と記載されている場合、当該記載は通常、少なくとも２つのチャンバーを意味する）。
「Ａ、ＢおよびＣのうち少なくとも１つ」、「Ａ、ＢまたはＣのうち少なくとも１つ」、または「Ａ、ＢおよびＣからなる群から選択される１つ」などの表現が使用される事例では、通常、このような構文は、択一的であることが意図されている（例えば、上記の表現の何れも、Ａだけを有する体系、Ｂだけを有する体系、Ｃだけを有する体系、ＡおよびＢを共に有する体系、ＡおよびＣを共に有する体系、ＢおよびＣを共に有する体系、または、Ａ、ＢおよびＣを共に有する体系を包含しており、さらには、２つ以上のＡ、ＢもしくはＣを包含、例えば、Ａ１、Ａ２およびＣを共に包含、Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１およびＣ２を共に包含、または、Ｂ１およびＢ２を共に包含し得る。但し、上記に限らない）。また、実質的２つ以上の選択的文言を表す択一的な文言または表現は、それが明細書中に記載されるにせよ、請求項中に記載されるにせよ、図面中に記載されるにせよ、複数の文言のうちの１つを含んでいる可能性、複数の文言のうちの一方または全部を含んでいる可能性を考慮に入れたものであると理解されるべきである。例えば、「ＡまたはＢ」という表現は、「Ａ」である可能性、「Ｂ」である可能性、または「ＡおよびＢ」である可能性を含むと理解されるであろう。
本明細書に記載の態様では、異なる構成要素が他の異なる構成要素内に含まれるか、異なる構成要素が他の異なる構成要素に接続されると表現されている。このように表現されたアーキテクチャは単に例示であり、実際には同一の機能性を果たす数多くの他のアーキテクチャも実施可能であると理解されるべきである。概念上の意味において、同一の機能性を果たすための複数の構成要素の任意の配置は、所望の機能性を果たすよう効果的に「関連」している。したがって、特定の機能を果たすために結合された本明細書中の任意の２つの構成要素は、それらがアーキテクチャまたは中間的構成要素であるか否かに関係なく、所望の機能性を果たすために互いに「関連している」と見做すことができる。同様に、このように関連している任意の２つの構成要素は、所望の機能性を果たすように「動作可能に接続している」、または「動作可能に連結している」と見做すこともできる。また、上記のように関連可能な任意の２つの構成要素も、所望の機能性を果たすように互いに「動作可能に連結可能である」と見做すことができる。動作可能に連結可能であることの具体例としては、物理的に結合可能な複数の構成要素、物理的に相互作用する複数の構成要素、無線で相互作用可能な複数の構成要素、または、無線で相互作用する複数の構成要素が挙げられるが、これらに限らない。
添付の請求項中に記載された動作は、通常、任意の順序で実行されてよい。また、様々な動作フローを順番に提示しているが、当該様々な動作は、例示された順序とは別の順序で実行されてもよく、同時に実行されてもよいと理解されるべきである。当該別の順序の例としては、文脈によって別途規定される場合を除き、重複、交互、割り込み、並べ替え、追加、準備、補助、同時、反転、またはその他の変形順序を含み得る。また、ブロック図中で「開始」、「終了」、「停止」などのブロックを用いるのは、当該図中の動作または機能の開始もしくは終了を限定する意図ではない。このようなフローチャートまたは図面は、本願の図面中に示された機能の前または後に追加機能が実行される場合には、該追加機能が実行される別のフローチャートまたは別の図中に組み込んでもよい。さらに、「応じた」、「関した」、またはその他の過去時制の形容表現は、文脈によって別途規定される場合を除き、通常、その変形例の除外を意図するものではない。
本明細書において様々な態様および実施形態が開示されているが、他の態様および実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書に開示した様々な態様および実施形態は、例示を目的としたものであり、限定的であることを意図してはおらず、その真の範囲および精神は、以下の請求項により示される。
本発明の実施形態が適用され得る環境１００の例示的な実施形態を示す。 培養インキュベータのアクセス可能な培養区画内において指定の培養温度を維持する例示的な動作フロー２００を示す。 本発明 の実施形態が適用され得る例示的な環境３００を示す。

Claims (45)

  1. 培養物を指定の培養温度にて保持するように構成されたアクセス可能な培養区画と、
    前記指定の培養温度に関連する相転移温度を有する共に、前記培養区画と熱的にやり取りする相変化材料と、
    前記相変化材料と熱的にやり取りすると共に、熱を前記相変化材料に転送するように構成された熱転送素子と、
    前記相変化材料の相組成状態を示すデータを取得するように構成されたセンサ回路と、
    相組成状態を示す前記データに応じて、前記相変化材料について前記相組成状態と目標の相組成状態との違いを特定するように構成されたＰＣＭ管理回路と、
    前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱を前記熱転送素子から前記相変化材料に転送するように構成された制御器回路と、
    を備える培養インキュベータ。
  2. 前記アクセス可能な培養区画は、
    培養物を指定の培養温度にて保持すると共に該培養物の投入および取出しが可能なように構成されたアクセス可能な培養区画を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  3. 前記アクセス可能な培養区画は、前記培養区画へのアクセスを実現する扉またはハッチを含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  4. 前記指定の培養温度は、約３０℃から約３７℃までの温度から選択される、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  5. 前記相変化材料は、前記指定の培養温度に関連する相転移温度を有するパラフィンワックスを含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  6. 前記相変化材料は、
    少なくとも２つの異なる鎖長をそれぞれ有する複数のパラフィンワックスであって、前記指定の培養温度に関連する温度範囲において連続的に相転移する複数のパラフィンワックスの混合物を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  7. 前記相変化材料は、前記指定の培養温度に関連する相転移温度を有する水和塩を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  8. 前記相変化材料の固相−液相転移温度は、前記指定の培養温度に跨っている、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  9. 前記相変化材料の固相−液相転移温度は、前記指定の培養温度を包含する、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  10. 前記相変化材料は、
    前記培養インキュベータの環境の周囲温度が前記指定の培養温度に対して摂氏プラスまたはマイナス２０度以内である場合に前記培養区画を前記指定の培養温度に少なくとも１２時間維持するのに十分な量の相変化材料を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  11. 前記相変化材料は、前記培養区画の外表面の少なくとも５０パーセントを取り囲んでいる、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  12. 前記熱転送素子は、熱を前記相変化材料に転送するように構成された加熱器を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  13. 前記熱転送素子は、負の熱を前記相変化材料に転送するように構成された冷却器を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  14. 前記センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示す飛行時間データを取得するように構成された超音波センサ回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  15. 前記超音波センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態に応じた前記飛行時間データを取得するように構成されている、請求項１４に記載の培養インキュベータ。
  16. 前記センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示す体積変化データを取得するように構成された体積変化センサ回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  17. 前記センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示す導電率データを取得するように構成された導電率センサ回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  18. 前記センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示す誘電率データを取得するように構成された、静電容量式センサ回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  19. 前記センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示す光透過率データを取得するように構成された光学センサ回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  20. 前記センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示す温度データを取得するように構成された温度プローブを含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  21. 前記センサ回路は、前記相変化材料の相組成状態を示す温度データを取得するように構成された温度プローブアレイを含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  22. 前記目標の相組成状態は、固体および液体が互いにほぼ等割合である、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  23. 前記ＰＣＭ管理回路は、さらに、
    前記培養インキュベータを取り囲む環境の周囲温度に応じて前記目標の相組成状態を決定するように構成されている、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  24. 前記培養インキュベータを取り囲む前記環境の前記周囲温度は、現在の周囲温度を含む、請求項２３に記載の培養インキュベータ。
  25. 前記培養インキュベータを取り囲む前記環境の前記周囲温度は、周囲温度の履歴を含む、請求項２３に記載の培養インキュベータ。
  26. 前記培養インキュベータを取り囲む前記環境の前記周囲温度は、予報された周囲温度を含む、請求項２３に記載の培養インキュベータ。
  27. 前記ＰＣＭ管理回路は、さらに、
    前記培養インキュベータを取り囲む環境の予報事象に応じて前記目標の相組成状態を決定するように構成されている、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  28. 前記制御器回路は、
    前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の正の熱（＋Ｑ）を前記熱転送素子から前記相変化材料に転送する制御を行うように構成された制御器回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  29. 前記制御器回路は、
    前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の負の熱（−Ｑ）を前記熱転送素子から前記相変化材料に転送する制御を行うように構成された制御器回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  30. 前記制御器回路は、
    前記指定の培養温度を維持しつつ前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱（＋Ｑまたは−Ｑ）を、前記熱転送素子から前記相変化材料に転送するように構成された制御器回路を含む、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  31. 前記相変化材料および前記培養区画を周囲環境から熱的に隔離するように構成された断熱部をさらに備える、請求項１に記載の培養インキュベータ。
  32. 培養インキュベータのアクセス可能な培養区画内において指定の培養温度を維持する方法であって、
    前記アクセス可能な培養区画と熱的にやり取りする相変化材料の相組成状態を示すデータを取得するステップと、
    相組成状態を示す前記データに応じて前記相組成状態と目標の相組成状態との違いを特定するステップと、
    前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱（＋Ｑまたは−Ｑ）を熱転送素子から前記相変化材料に転送するステップと、を含む方法。
  33. 前記データを取得するステップは、前記相変化材料の相組成状態を示す飛行時間データを超音波方式で取得するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 前記データを取得するステップは、前記相変化材料の相組成状態を示す体積変化データを取得するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  35. 前記データを取得するステップは、前記相変化材料の相組成状態を示す導電率データを取得するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  36. 前記データを取得するステップは、前記相変化材料の相組成状態を示す誘電率データを取得するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  37. 前記データを取得するステップは、前記相変化材料の相組成状態を示す光透過率データを取得するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  38. 前記データを取得するステップは、前記相変化材料の相組成状態を示す温度データを取得するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  39. 前記特定するステップは、前記培養インキュベータを取り囲む環境の周囲温度に応じて前記目標の相組成状態を決定するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  40. 前記特定するステップは、前記培養インキュベータを取り囲む前記環境の予報事象に応じて前記目標の相組成状態を決定するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  41. 前記熱を転送するステップは、前記指定の培養温度を維持しつつ前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の熱を、前記熱転送素子から前記相変化材料に転送するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  42. 前記熱を転送するステップは、前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の正の熱を、前記熱転送素子から前記相変化材料に転送するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  43. 前記熱を転送するステップは、前記相変化材料の前記相組成状態を前記目標の相組成状態に変化させるための推定量の負の熱を、前記熱転送素子から前記相変化材料に転送するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
  44. 相変化材料の相組成状態を特定するためのセンサ回路であって、
    前記相変化材料内に超音波を発信するように構成された超音波送信器と、
    前記超音波送信器によって前記相変化材料内へ向けられた前記超音波を受信するように構成された超音波受信器と、
    前記超音波送信器から発信されて前記超音波受信器にて受信された超音波が前記相変化材料内の既知距離を通過した飛行時間を測定するための回路と、
    前記飛行時間を前記相変化材料の特定の相組成状態に対応付けるための回路と、を備えるセンサ回路。
  45. 前記超音波送信器および前記超音波受信器を含む超音波変換器と、
    超音波反射体と、をさらに備える、請求項４４に記載のセンサ回路。
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