JP2023551838A - 流体制御装置のための制御ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、流体制御装置のための制御ユニットに関し、当該制御ユニットは、正圧及び／又は負圧を提供するための圧力ユニットと、流体試料を受けるための少なくとも１つの容器を含む処理装置に流体的に接続可能な少なくとも１つの第１の制御ユニット出口と、処理装置を受けるためのチャンバを有する処置装置に流体的に接続可能な少なくとも１つの第２の制御ユニット出口と、接続ユニットであって、該接続ユニットによって、圧力ユニットは第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口と流体的に接続可能であるか又は接続されている、接続ユニットと、を含み、当該制御ユニットは、圧力ユニットによって提供される正圧又は負圧を接続ユニットにより第１の制御ユニット出口に加えることによって、処理装置内の流体試料の処理を制御する、及び、処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御するように適応している。

Description

本発明は、流体制御装置のための制御ユニット及びそのような制御ユニットを含む流体制御装置に関する。

バイオ後続品の製薬プロセスにおいて、ほとんどのバイオ医薬品には細胞株の開発プロセスが必要である。細胞株の開発は、タンパク質／抗体を選択し、タンパク質／抗体の高収率を達成し、さらに、その品質を最適化する方法である。しかし、一方で、細胞株の開発は、非常に複雑な労働集約的で高価なプロセスである。ほとんどの製薬工場の開発期間は半年である。

細胞株の開発において必要とされる中心的なツールは、細胞インキュベーションのためのバイオリアクターである。そのプロセスにおいては単細胞をインキュベートすることから始まり、そのスケールは、選択及びスケールアップの繰り返しの移行段階を介して、量産スケールまで継続的に拡大される。従って、異なる相及び異なる量の細胞に対して、マイクロリットルレベルのバイオリアクターから量産レベルの大規模バイオリアクターまでに及ぶ異なるサイズのバイオリアクターが必要とされる。しかし、より小さなサイズのバイオリアクターの細胞インキュベート環境の最適化には限界がある。理想的なバイオリアクターは、一般的に、細胞が懸濁液において継続的に増殖するのを可能にし、生体信号を動的にモニターし、さらに、溶存酸素量及びｐＨ値に対するフィードバック制御を行う必要がある。マイクロリットルレベルのバイオリアクターでは、上記の機能を達成することは困難である。

細胞インキュベーション装置における従来の方法は、静置培養のために、異なるサイズを有するインキュベーションウェルプレート（９６ウェルプレート及び２４ウェルプレート）に細胞を配置することである。しかし、この方法では、細胞はウェルプレートの底に沈む。その結果、細胞は、不適切な環境で増殖する。静置培養の欠点は以下の通りである。１．細胞の増殖環境が２Ｄ空間に限られる；２．酸素が上の気液界面から培養液に溶解し、細胞と酸素との間には距離がある；３．細胞代謝物が細胞の周囲に継続的に蓄積される；等である。

バイオリアクターでは、均一な混合物の培養環境を達成する方法が多くある。均一な混合物の効果を達成するためには、撹拌又は振盪が最も一般的な様式である。それにもかかわらず、９６ウェルプレート及び２４ウェルプレートでは液体の量が極端に少ない（レイノルズ数が小さい）ため、従来の方法で均一な混合物の効果を達成することは困難である。従って、９６ウェルプレートの細胞インキュベーション及び２４ウェルプレートの細胞インキュベーションでは、混合効果の一部を達成するために、静置培養、せいぜい振盪様式のみを選択することができる。

ほとんどの既存のバイオリアクターでは、迅速な振盪の様式が、流体混合物の効果を達成するために使用される。しかし、この様式では、４８ウェルプレート及び２４ウェルプレートでのみ均一な混合物の効果を達成することができ、９６ウェルプレートで均一な混合物の実験を行うのを成功させる方法はない。その理由は、９６ウェルプレートにおける液体の量が極端に少なく、レイノルズ数が比較的小さいためである。その結果、混合の効果を達成するためには、迅速な振盪の速度を１０００ｒｐｍ以上にする必要がある。さらに、そのような速度での迅速な振盪中に、光学センサを統合することは困難である。光学信号の検出を迅速な振盪中に行うことはできない。それが、既存のバイオリアクターのウェルプレートが最大で４８個のウェルのみ有し得る理由である。

特許文献１には、制御ユニット、生物学的粒子を含む流体試料を受けるためのウェル、及び蓋を含むバイオリアクターが開示されている。バイオリアクターは、上述のコンポーネントが互いに上に配置されているため、積み重ね構造を有している。バイオリアクターは、構造が複雑であり、培養試料の動作流動が低いという欠点を有している。

ＷＯ２０１８／１８９３９８ Ａ１

従って、本発明の目的は、上述の欠点を防ぐことができる制御ユニットを提供することである。

上記の目的は、流体制御装置のための制御ユニットによって解決され、当該制御ユニットは、正圧及び／又は負圧を提供するための圧力ユニットと、流体試料を受けるための少なくとも１つの容器を含む処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）に流体的に接続可能な少なくとも１つの第１の制御ユニット出口と、処理装置を受けるためのチャンバを有する処置装置（ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）に流体的に接続可能な少なくとも１つの第２の制御ユニット出口と、接続ユニットであり、該接続ユニットによって、圧力ユニットは第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口と流体的に接続可能であるか又は接続されている、接続ユニットと、を含み、当該制御ユニットは、圧力ユニットによって提供される正圧又は負圧を接続ユニットにより第１の制御ユニット出口に加えることによって、処理装置内の流体試料の処理を制御する、及び、処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御するように適応している。

本発明による制御ユニットは、制御ユニット及び処置装置を互いから分離して処置装置の構造を簡略化できることが認められたという利点を有する。加えて、２つの機能に対して、すなわち処理装置内の処理の制御及び処置装置内の物理的状態の制御のために、同じ制御ユニットを使用できることが認められている。既知の実施形態に反して、制御ユニットは、処理装置に配置された流体試料の処理を制御するために使用されるだけでなく、処理装置が配置された処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御するためにも使用されることが認められている。特に、処置装置のチャンバ内に処理装置が配置されている場合に、制御ユニットによって処理装置の環境を制御することが可能である。従って、生物学的粒子の培養の生産性が増す。

処置装置及び処理装置は、制御ユニットの一部ではない。処理装置は、処置装置のチャンバ内に配置することができる。処理装置は、流体試料を処理することができるいかなる種類の装置であってもよい。特に、処理装置は、容器内に配置された流体試料を移動及び／又は混合するために、処理装置の容器内に流体を供給又は除去することができる装置であってもよい。そのような装置は、蓋及び容器を含んでもよく、以下においてより詳細に記載される。或いは、処理装置は、いかなる種類のマイクロ流体装置であってもよく、マイクロ流体装置内の液体を処理するために力を加える必要がある。マイクロ流体装置は、マイクロ流体チップであってもよい。

流体試料は、流体制御装置に依存する。流体制御装置がバイオリアクターに相当する場合、流体試料は生物学的粒子を含む。生物学的粒子は、細胞又は微生物であってもよい。流体試料は、液体及び少なくとも１つの生物学的粒子を含有し得る。液体は、液体内に配置された生物学的粒子、特に細胞又は微生物の増殖を促進することができる。

流体制御装置が化学反応器に相当する場合、液体試料は１つ以上の化学試薬を含み得る。しかし、流体制御装置が処理装置としてマイクロ流体装置を含む場合、流体試料はマイクロ流体装置の使用分野に依存する。

チャンバ内の物理的状態は、チャンバ温度、チャンバ圧力、チャンバ内のガス湿度、又はチャンバ内のガス組成のような、チャンバの少なくとも１つの物理的パラメータであってもよい。

上述のように、流体試料の処理は、処理の容器への流体、特にガスの供給又は除去、流体試料の混合、流体試料の移動、及び／又は流体試料の生物学的粒子の撹拌を含み得る。流体試料の混合は、新しい配置パターンが生じるように、流体試料の成分が互いに相対的に移動するプロセスとして理解される。処理装置は、上述の処理ステップのうち少なくとも１つを行うことができ、及び／又は、第１の制御ユニット出口に正圧又は負圧を加えることによって制御される。

制御ユニットは、第１の制御ユニット出口に正圧又は負圧を選択的に加えるように適応することができる。正圧又は負圧を、第１の制御ユニット出口に交互に加えることができる。追加的又は代替的に、負圧又は正圧を、第１の制御ユニット出口に複数回加えることができる。上述の様式で、第１の制御ユニット出口に正圧又は負圧を加えることによって、処理ユニットに位置する流体試料が処理される、特に混合されるのを確実にすることが可能である。

２つのコンポーネント間の流体接続は、流体が一方のコンポーネントから他方のコンポーネントに、又はその逆に流れることができる場合に存在する。

接続ユニットは、それによって圧力ユニットが第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口と流体的に接続されているか又は流体的に接続され得るユニットである。

第１の制御ユニット出口は、そこを通って流体、特にガスが制御ユニットを離れるか、又は制御ユニットに入る出口である。同様に、第２の制御ユニット出口は、そこを通って流体、特にガスが制御ユニットを離れるか、又は制御ユニットに入る出口である。第１の制御ユニット出口は、流体、特にガスが流れる第１の管の一部であってもよい。或いは、第１の制御ユニット出口は、処理装置との流体接続を確立することができる第１のコネクタの一部であってもよい。第２の制御ユニット出口は、流体、特にガスが流れる第２の管の一部であってもよい。或いは、第２の制御ユニット出口は、処置装置との流体接続を確立することができる第２のコネクタの一部であってもよい。

一実施形態によると、制御は、接続ユニットにより圧力ユニットを第２の制御ユニットと流体的に接続又は切断することによって、処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御するように適応することができる。

圧力ユニットは、正圧を有する加圧ガスタンクを含んでもよく、該加圧ガスタンクは、第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口に流体的に接続可能である。ガスタンクが第１の制御ユニット及び／又は第２の制御ユニットに流体的に接続されている場合、ガスは、加圧ガスタンクから第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口まで流れる。

追加的又は代替的に、圧力ユニットは、負圧タンクを有する真空ガスタンクを含んでもよく、該真空ガスタンクは、第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口に流体的に接続可能である。第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口が真空ガスタンクに流体的に接続されている場合、ガスは、第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口から真空ガスタンクまで流れる。正圧ガスは、大気圧を超える圧力を有するガスである。負圧ガスは、大気圧を下回る圧力を有するガスである。

加えて、圧力ユニットは、加圧ガスタンクの上流に配置されるガスミキサーを含み得る。ガスミキサーは、少なくとも２つのガスを混合するために使用される。それに加えて、ガスミキサーは、ガス注入口のための少なくとも２つの入口を含んでもよい。周囲空気又は酸素を、１つの入口を介してガスミキサー内に添加することができる。二酸化炭素を、もう１つの入口を介してガスミキサー内に添加することができる。或いは、他のガスを、少なくとも１つの入口を通してガスミキサー内に添加することもできる。ガスミキサーは、混合ガスを放出するための出口を含んでもよい。

圧力ユニットは、加圧ガスタンクの上流に配置され及び／又は加圧ガスタンク内の圧力を増加させるように適応しているポンプを含み得る。ポンプは、ガスミキサーの下流に配置することができる。ポンプを設けることによって、加圧ガスタンク内の圧力が所定の圧力を有することが簡単な方法で確実にされる。加えて、ガスをろ過するために、ガスフィルタを加圧タンクの上流に配置することができる。このように、例えばダスト粒子が、第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口を介して処置装置及び処理装置に供給されるのを防ぐことができる。

さらに、圧力ユニットは、真空ガスタンクの下流に配置され及び／又は真空ガスタンク内の圧力を減少させるように適応しているさらなるポンプを含み得る。さらなるポンプを設けることによって、真空ガスタンクは所定のガス圧力を有する。圧力ユニットはガス出口を有し、そこを通って、さらなるポンプによって送り込まれたガスが圧力ユニットを離れる。特に、ガス出口は、さらなるポンプによって送り込まれたガスが環境に排出されるように配置される。さらなるガスフィルタを、真空ガスタンクの下流に配置することができる。

圧力ユニットは、チェックバルブを含み得る。チェックバルブは、加圧ガスタンクと第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口との間に流体的に配置することができる。これによって、加圧ガスタンクから第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口へのガスフローのみが発生することが確実にされる。加えて、処置装置から加圧ガスタンクまで、及び／又は処理装置から加圧ガスタンクまで流れ得るガスがないことが確実にされる。

制御ユニットは、処置装置及び処理装置に同じガスを供給することができる。特に、加圧ガスタンクは、第１の制御ユニット出口及び第２の制御ユニット出口が加圧ガスタンクに流体的に接続されている場合、処置装置及び処理装置に同じガスを供給することができる。加圧ガスタンクに貯蔵されたガスは、処理装置内に位置する生物学的粒子の培養を支援するガス混合物であり得るため、流体制御装置がバイオリアクターに相当する実施形態では、処理装置及び処置装置内にガス混合物を供給することで、生物学的粒子の培養の生産性が増す。

一実施形態によると、接続ユニットは、加圧ガスタンク又は真空ガスタンクを第１の制御ユニット出口と選択的に流体接続するための少なくとも１つのバルブを含み得る。すなわち、バルブは、加圧ガスタンク又は真空ガスタンクのいずれかが第１の制御ユニット出口と流体的に接続されていることを確実にする。バルブは、加圧ガスタンクの下流に配置することができる。

加えて、接続ユニットは、第１の位置で加圧ガスタンクを、特に第２の制御ユニット出口、従って処置装置と流体的に接続し、第２の位置で加圧ガスタンクと、特に第２の制御ユニット出口、従って処置装置との流体的接続を分離する少なくとも１つのさらなるバルブを含む。

制御ユニットは、バルブ及び／又はさらなるバルブを制御するための少なくとも１つのコントローラを含み得る。従って、コントローラは、第１の制御ユニット出口、従って処理装置を加圧ガスタンク又は真空ガスタンクのうちどちらと流体的に接続するかを制御することができる。加えて、コントローラは、加圧ガスタンクが第２の制御ユニット出口、従って処置装置と流体的に接続されているかどうかを制御することができる。制御は、１つ以上のセンサから決定されたセンサ信号に基づいてもよい。センサは、処置装置のチャンバ内の少なくとも１つの物理的状態及び／又は処理装置の少なくとも１つの物理的状態を検出することができる。

特に、コントローラは、第１の制御ユニット出口を通って流れるガスフローに基づきバルブを制御することができる。この様式で、コントローラは、第１の制御ユニット出口を通って流れるガスフローに基づきバルブの出口の開口サイズを制御することができる。すなわち、バルブは、第１及び／又は第２の制御ユニット出口と流体的に接続されるように適応するだけでなく、バルブを通るガスフローを制御することも可能である。

コントローラは、追加的又は代替的に、処置装置のチャンバ内の物理的状態、特に圧力、及び処理装置の物理的状態、特に処理装置内の圧力に基づきバルブを制御することができる。処置装置の物理的状態及び処理装置の物理的状態は、センサによって検出することができる。

最後に、コントローラは、処置装置のチャンバ内の物理的状態及び処理装置の物理的状態に基づき、バルブが第１の制御ユニット出口を加圧ガスタンク又は真空ガスタンクのうちどちらと流体的に接続するかを制御することができる。すなわち、少なくとも２つの物理的状態を、バルブを制御するために使用することができる。

上述のように、コントローラは、さらなるバルブを制御することができる。特に、コントローラは、処置装置のチャンバの物理的状態に基づき、さらなるバルブを制御することができる。物理的状態は、チャンバ内のガス組成であってもよい。代替的及び／又は追加的に、コントローラは、処理装置の物理的状態、特に処理装置内に位置する流体試料の物理的状態に基づき、さらなるバルブを制御することができる。

コントローラは、処置装置のチャンバの物理的状態、特にガス組成、及び／又は、処理装置内の流体試料の物理的状態に基づき、ガスミキサーを制御する。処理装置は処置装置と流体的に接続されているため、処置装置のチャンバ内の物理的状態、特にチャンバ内のガス組成の変化は、生物学的粒子培養の生産性にプラスの影響を与える。

処理装置内に位置する流体試料に関する情報は、取得ユニットによって取得することができる。取得ユニットは、処理装置の画像を得るカメラのような光学イメージング装置を含んでもよい。加えて、取得ユニットは、取得した情報に基づき、処理装置内に位置する流体試料の物理的状態を決定することができる。コントローラは、決定された流体試料の物理的状態に基づき、ガスミキサー及び／又はさらなるバルブを制御することができる。物理的状態は、流体試料のｐＨ値及び／又は流体試料の酸素含有量であってもよい。

加えて、コントローラは、処置装置内に配置された加湿器を制御するように適応している。このように、コントローラは、加湿を制御することによって、チャンバ内の物理的状態、特にガス湿度を制御することが可能である。

上述の制御タスクは全て、同じコントローラによって行うことができる。或いは、少なくとも一部のタスクをサブコントローラで行うことが可能である。特に、コントローラは、バルブが第１の制御ユニット出口を加圧ガスタンク又は真空ガスタンクのうちどちらと流体的に接続するかを制御するための第１のサブコントローラ、及び／又はバルブの出口開口部の開口サイズを制御するための第２のサブコントローラを含み得る。追加的又は代替的に、コントローラは、さらなるバルブ及び／又はガスミキサーを制御するための第３のサブコントローラ、及び／又は加湿器を制御するための第４のサブコントローラを含んでもよい。コントローラ又はサブコントローラは、入力信号としてセンサ信号を受信することができる。

一実施形態によると、制御ユニットはハウジングを含み得る。このハウジングは、加圧ガスタンク、真空ガスタンク、ポンプ、さらなるポンプ、ガスミキサー、バルブ、さらなるバルブ、及び／又はチェックバルブが配置された内部空間を取り囲むことができる。このように、圧力ユニット及び接続ユニットがハウジング内に配置される。これによって、処置装置及び処理ユニットを制御するために必要な全てのコンポーネントを含む、コンパクトに形成された制御ユニットが得られる。

ハウジングは、処置装置の流体コネクタを受けるための少なくとも１つのスルーホール、及び／又は処理装置のさらなる流体コネクタを受けるための別のスルーホールを有し得る。その場合、ガスが制御ユニットから処置装置まで又はその逆に流れることができるように、流体コネクタは制御ユニットの管と接続される。ガスが制御ユニットから処理装置まで又はその逆に流れることができるように、さらなる流体コネクタが、制御ユニットのさらなる管と接続される。ハウジングを、処置装置と機械的に接続することができる。機械的及び／又は流体的な接続は、解放可能な様式であってもよい。加えて、ハウジングは、さらなるポンプの下流に配置され且つさらなるポンプと流体的に接続された出口を含み得る。加えて、ハウジングは、ガスミキサーの上流に配置され且つガスミキサーと流体的に接続された少なくとも２つの入口を含んでもよい。

上述のコンポーネントの全てを、管によって互いに流体的に接続することができる。

上述のように、制御ユニットは、処置装置のチャンバ内の少なくとも１つの物理的状態を制御する、及び処理装置内の流体試料の処理を制御するように適応している。しかし、同じ制御ユニットを使用して、複数の処置装置及び処理装置を制御することもできる。これは、制御ユニットが、圧力ユニットによって提供される正圧又は負圧を接続ユニットにより第１の制御ユニット出口の各々に加えることによって行われる。それぞれの第１の制御ユニット出口は、加えられる圧力が互いに異なっていてもよい。加えて、制御ユニットは、処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御することができる。制御ユニットは、異なる物理的状態が制御されるように、及び／又は、処置装置のチャンバ内で物理的状態が互いに異なるように適応することができる。このように、各処理装置に制御ユニットを提供する必要はもうないが、複数の処置装置及び処理装置を制御するために、同じ、特に１つだけの制御ユニットを使用することができる。

制御ユニットは、単に１つの圧力ユニット及び／又はいくつかの接続ユニットを含んでもよい。接続ユニットの数は、制御ユニットと流体的に接続することができる処置装置及び／又は処理装置の数に対応させることができる。接続ユニットの各々は、同じコンポーネントを含んでもよく、上記のような構造を有してもよい。圧力ユニットは、同じコンポーネントを含んでもよく、上記と同じ構造を有してもよい。

特定の実施形態において、制御ユニットは、複数の第１の制御ユニット出口及び複数の第２の制御ユニット出口を含んでもよい。複数の第１の制御ユニット出口の各々は、１つの処理装置に流体的に接続することができる。加えて、複数の第２の制御ユニット出口の各々は、１つの処置装置に流体的に接続することができる。複数の第１の制御ユニット出口の各々は、他の第１の制御ユニット出口から独立している。このように、１つ以上の第１の制御ユニット出口を介してガスフローが発生し得る。複数の第２の制御ユニット出口の各々は、他の第２の制御ユニット出口から独立している。このように、１つ以上の第２の制御ユニット出口を介してガスフローが発生し得る。

同じ加圧ガスタンクが、複数の第１の制御ユニット出口の各々及び／又は複数の第２の制御ユニット出口の各々と接続可能であり得る。追加的又は代替的に、同じ真空ガスタンクが、複数の第１の制御ユニット出口の各々と接続可能であり得る。

上述のように、制御ユニットが複数のバルブ及び複数のバルブを含み得るように、制御ユニットは、複数の接続ユニットを含んでもよい。バルブの各々は、複数の第１の制御ユニット出口の１つと、並びに、加圧ガスタンク及び真空ガスタンクと流体的に接続される。バルブの各々は、複数の第２の制御ユニット出口の１つと、並びに、加圧ガスタンクと流体的に接続される。

制御ユニットを複数の処置装置及び／又は処理装置と流体的に接続することができる実施形態において、制御ユニットは、１つ以上のコントローラを含み得る。制御ユニットが１つのコントローラを含む場合、このコントローラは、全ての処置装置内の物理的状態及び全ての処理装置内の液体試料の処理を制御する。或いは、制御ユニットは、いくつかのコントローラを含んでもよい。特に、コントローラの量は、接続ユニットの量に対応することができる。コントローラは、それぞれ上記のようにサブコントローラを有してもよい。

圧力ユニットは、圧力ユニットを処置装置及び／又は処理装置と流体的に接続するのを可能にする管を有してもよい。

特定の有利な実施形態では、流体制御装置が提供される。流体制御装置は、本発明の制御ユニット、少なくとも１つの処置装置、及び処置装置のチャンバ内に配置される少なくとも１つの処理装置を含む。処理装置は、第１の制御ユニット出口と流体的に接続され、処置装置は、第２の制御ユニット出口と接続される。

流体制御装置は、バイオリアクターに相当し得る。そのような実施形態では、処理装置の１つ又は複数の容器は、マイクロリットルレベルのものであってもよい。或いは、１つ又は複数の容器はより大きなスケールを有し得る。

流体制御装置がいくつかの処置装置を含み、それぞれの処置装置のチャンバ内に処理装置を配置することができる場合に、有利な流体制御装置は達成される。そのような流体制御装置は、同じ制御ユニットを異なる処置装置及び／又は処理装置に使用することができるためコンパクトであるという利点を有する。

処理装置は、流体試料を受けるための少なくとも１つの容器、及び容器を覆う蓋を含み得る。蓋は、容器内に延びる少なくとも１つの延長管を含んでもよく、第１の制御ユニットの出口と流体的に接続することができる。蓋は、第１の制御ユニット出口及び容器に流体的に接続された内部空間を含んでもよい。処理装置は、複数の容器を有してもよい。特に、処理装置は、マルチウェルプレートを含み得る。この場合、蓋は、２つ以上の延長管を有してもよい。特に、蓋は、少なくとも１つの延長管が容器の各々に延びるように形成することができる。

加圧ガスタンクによって提供される正圧が蓋を介して容器内に加えられるか、又は真空ガスタンクによって提供される負圧が蓋を介して容器内に加えられるように、コントローラはバルブを制御することができる。そのような圧力を加えることによって、流体試料を延長管に吸引するか又は延長管から分注することができる。

コントローラは、処置装置のチャンバ内で所定の物理的状態が達成されるように、さらなるバルブを制御する。所定の物理的状態は、チャンバ内のガス組成であってもよい。加えて、コントローラは、チャンバ内のガスが所定の湿度を有するように加湿器を制御することができる。

処置装置は、処理装置及び／又は処置装置のチャンバを加熱するための加熱ユニットを含んでもよい。コントローラは、すなわち、チャンバ温度を上昇させるために加熱ユニットを制御することによって、チャンバ内の物理的状態を制御することができる。或いは、コントローラは、処理ユニット内に位置する液体試料の温度を上昇させるために加熱ユニットを制御することができる。

処置装置は、チャンバを取り囲むハウジングを含んでもよく、その中に処理装置が配置される。このように、処置装置は、シンプルな構造を有する。処置装置は透明なハウジング部分を含み、処理装置内に位置する流体試料に関する情報を取得ユニットが取得するのを可能にしている。

図では、本発明の特定事項が概略的に示されており、同一又は同様に作用する要素には、通常、同じ参照番号が提供されている。
図１（Ａ）は処理装置の分解図であり、図１（Ｂ）は処理装置の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態による流体制御装置の系統的な概略図である。 本発明の第１の実施形態による流体制御装置の動作様式の流れ図である。 本発明の第２の実施形態による流体制御装置の系統的な概略図である。 本発明の第２の実施形態による流体制御装置の動作様式の流れ図である。 本発明の第３の実施形態による流体制御装置の系統的な概略図である。 本発明の第３の実施形態による流体制御装置の動作様式の流れ図である。 処置装置の斜視図である。 本発明による流体制御装置に使用される制御ユニットの一部の斜視図である。 本発明による流体制御装置の斜視図である。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、それぞれ処理装置を示している。処理装置は、複数の容器２０を含むマルチウェルプレート１２を含む。図面において示されている実施形態は、９６の容器を有している。流体試料２６が容器２０の各々に位置し、流体試料２６は、液体６と、細胞のような複数の生物学的粒子５とを含む。マルチウェルプレート１２は、蓋１４で覆われている。蓋１４は、最上位層の蓋１６と最下位層の蓋１８とを有する。蓋１４の最上位層の蓋１６と最下位層の蓋１８との間に空間が形成される。最上位層の蓋１６には中空の接続ポート２２が設けられ、最下位層の蓋１８には中空の延長管２４が設けられている。最下位層の蓋１８の各延長管２４は、マルチウェルプレート１２の各容器２０内の流体試料２６に挿入される。

最上位層の蓋１６の中空の接続ポート２２、最上位層の蓋１６と最下位層の蓋１８との間の空間、及び最下位層の蓋１８の中空の延長管２４の全体を通して通気道が形成される。最上位層の蓋１６の接続ポート２２からガスが注入されると、そのガスは、最上位層の蓋１６の接続ポート２２、最上位層の蓋１６と最下位層の蓋１８との間の空間、及び最下位層の蓋１８の延長管２４を介して、延長管２４内の流体試料２６に圧力を加えて、延長管２４内の細胞懸濁液の液面を低下させる。最上位層の蓋１６の接続ポート２２を介して真空化が行われると、最上位層の蓋１６の接続ポート２２、最上位層の蓋１６と最下位層の蓋１８との間の空間、及び最下位層の蓋１８の延長管２４を介してガスがポンプで汲み出されて、延長管２４内の流体試料２６に加えられる圧力を低下させるため、（図１（Ｂ）において示されているように）延長管２４内の流体試料２６の液面が上昇する。

図２は、本発明の第１の実施形態による流体制御装置８０の系統的な概略図である。第１の実施形態において、流体制御装置８０は、制御ユニット１及び４つの処置装置３０を含む。流体制御装置８０は、４つを超える又は４つ未満の処置装置３０を含み得るということは明らかである。処置装置３０の各々は、同じ構造及びコンポーネントを有するため、以下では単に１つの処置装置３０について説明する。加えて、流体制御装置８０は、図１（Ａ）及び（Ｂ）において示されているように、処理装置４を含む。処理装置４は、処置装置３０のチャンバ３２内に配置される。この場合、流体制御装置８０はバイオリアクターに相当する。特に、流体制御装置８０は４つの処理装置４を含んでもよく、処理装置４の各々が、処置装置３０のチャンバ３２内にそれぞれ配置される。

代替的な実施形態において、生物学的粒子を含む流体試料を含まないが、化学試薬のみを含む処理装置４を使用することができる。或いは、処理装置４は、マイクロ流体装置、特にマイクロ流体チップであってもよい。

制御ユニット１は、１つの圧力ユニット２と、４つの接続ユニット８とを含む。接続ユニット８は同じ構造及びコンポーネントを有するため、以下では単に１つの接続ユニット８について説明する。制御ユニット１は４つを超える又は４つ未満の接続ユニット８を含み得るということは明らかである。特に、接続ユニット８の数は、処置装置３０の数に対応させることができる。

加えて、制御ユニット１は、いくつかのサブコントローラを含み、すなわち、圧力制御４１と名前が付けられた第１のサブコントローラ、流量コントローラ３８と名前が付けられた第２のサブコントローラ、混合ガスコントローラ６５と名前が付けられた第３のサブコントローラ、湿度コントローラ６９と名前が付けられた第４のサブコントローラ、圧力コントローラ５１と名前が付けられた第５のサブコントローラ、及び真空コントローラ５３と名前が付けられた第６のサブコントローラを含む。流量コントローラ３８、圧力コントローラ４１、圧力コントローラ５１、真空コントローラ５３、混合ガスコントローラ６５、及び湿度コントローラ６９は、１つのコントローラ又は複数のコントローラに統合することができる。

処置装置３０は、処置装置３０のハウジング７６によって取り囲まれたチャンバ３２を含む。加湿器６６が、チャンバ３２内に配置されている。図１（Ａ）及び（Ｂ）において示されている処理装置もチャンバ３２内に配置されている。処置装置３０は、制御ユニット１、特に制御ユニット１のハウジング７７と機械的に接続されている。加えて、処理装置４は、第１の制御ユニット出口３と流体的に接続されており、処置装置３０は、第２の制御ユニット出口７と流体的に接続されている。第１の制御ユニット出口３は制御ユニット１の管７８の一部であり、第２の制御ユニット出口７は制御ユニット１のさらなる管７９の一部である。

圧力ユニット２は、加圧ガスタンク４２とポンプ４６とを含む。ポンプ４６は、加圧ガスをガスタンク４２にポンプで送り込む。ポンプ４６の下流にはフィルタ５４が配置されている。フィルタ５４は、ポンプ４６によって加圧ガスタンク４２に送り込まれたガス中の不純物をろ過して取り除く。圧力ユニット２は、ポンプ４６を制御するための圧力コントローラ５１及び圧力計５０も含む。圧力計５０は、加圧タンク４２内の正圧ガスの圧力を計測して、正圧ゲージ信号を生成する。圧力コントローラ５１は、圧力計５０によって生成された正圧ゲージ信号を受信し、正圧ゲージ信号が臨界正圧値より小さいかどうかを決定する。正圧ゲージ信号が臨界正圧値より小さい場合、圧力コントローラ５１は、ポンプ４６を制御して、加圧タンク４２に加圧ガスをポンプで送り込み；それ以外の場合は、ポンプ４６は、加圧ガスタンク４２にガスをポンプで送り込まない。

ガスミキサー６０が、ポンプ４６の上流に配置されている。ガスミキサー６０は、混合ガスプリセット濃度の混合ガス（すなわち、プリセット濃度の二酸化炭素）としてガス供給装置（図には示されていない）によって提供される特定の混合ガス（本実施形態では二酸化炭素）及び空気（本実施形態では大気）等、複数のタイプのガスを混合する。混合ガスはポンプ４６によって加圧されて、加圧ガスタンク４２にポンプで送り込まれる。ガスミキサー６０は、ガス注入口のための２つの入口１０と、混合ガスを排出するための１つの出口９とを含む。

圧力ユニット２は、真空ガスタンク４４と、さらなるポンプ４８とを含む。さらなるポンプ４８は、真空ガスタンク４４を真空化する。真空フィルタ５６が真空ガスタンク４４の下流に配置され、さらなるポンプ４８によって真空化された真空ガスタンク４４内のガス中の不純物をろ過して取り除く。

加えて、圧力ユニット２は真空計５２を含む。真空計５２は、真空ガスタンク４４内の負圧ガスの圧力を計測して、負圧ゲージ信号を生成する。真空コントローラ５３は、真空計５２によって生成される負圧ゲージ信号を受信し、負圧ゲージ信号が臨界負圧値より大きいかどうかを決定する。負圧ゲージ信号が臨界負圧値より大きい場合、真空コントローラ５３はさらなるポンプ４８を制御して、真空ガスタンク４４を真空化し；それ以外の場合は、さらなるポンプ４８は真空ガスタンク４４を真空化しない。

接続ユニット８はバルブ３４を含む。バルブ３４は、第１の制御ユニット出口３を含む管７８と流体的に接続されている。加えて、バルブ３４は、真空ガスタンク４４及び加圧ガスタンク４２と流体的に接続されている。加圧タンク４２はバルブ３４に正圧ガスを提供し、真空ガスタンク４４はバルブ３４に負圧ガスを提供する。圧力ユニット２のチェックバルブ５８が、加圧ガスタンク４２によってバルブ３４に提供される正圧ガスの逆流を防ぐように提供及び配置されている。

バルブ３４は、正圧ガス及び負圧ガスを交互に第１の制御ユニット出口３、従って処理装置４に供給する。特に、正圧ガス又は負圧ガスは、蓋１４の内部空間（すなわち、最上位層の蓋１６と最下位層の蓋１８との間の空間）に供給される。これによって、蓋１４の各延長管２４内の流体試料２６に正圧ガス及び負圧ガスを加えて、マルチウェルプレート１２の各容器２０内の流体試料２６を上下に繰り返しポンプで送り込む液体混合機構を形成することができる。

接続ユニット８の流量センサ３６を、バルブ３４の下流及び第１の制御ユニット出口３の上流に配置することができる。流量センサ３６は、バルブ３４によって処理装置４内、特にチャンバ３２の内側の蓋１４の内部空間に供給される正圧ガス及び負圧ガスのガスフローを感知し、さらに、流量感知信号を生成する。流量コントローラ３８は、流量センサ３６によって生成された流量感知信号を受信し、さらに、流量感知信号と目標流量信号との差を決定して、バルブ３４の開口サイズを制御する、すなわち、バルブ３４によって処理装置４内、特にチャンバ３２の内側の蓋１４の内部空間に供給される正圧ガス及び負圧ガスのガスフローを制御する。

接続ユニット８は、圧力センサ４０を含む。圧力センサ４０は、処置装置３０のチャンバ３２内の圧力を感知する。加えて、圧力センサ２０は、蓋１４の内部空間内の圧力を感知する。この感知した圧力信号に基づき、圧力センサ４０は圧力感知信号を生成する。制御ユニット１の圧力コントローラ４１は、圧力センサ４０によって生成された圧力感知信号を受信し、さらに、圧力感知信号が臨界正圧値以上であるか又は臨界負圧値未満であるかを決定して、通路に接続されるようにバルブ３４を制御する、すなわち、蓋１４の圧力感知信号が臨界正圧値以上の場合、圧力コントローラ４１は、負圧ガスの通路（真空ガスタンク４４に接続する通路）に接続されるようにバルブ３４を制御し；圧力感知信号が臨界負圧値以下の場合、圧力コントローラ４１は、正圧ガスの通路（加圧ガスタンク４２に接続する通路）に接続されるようにバルブ３４を制御する。

接続ユニット８は、加えて、加圧ガスタンク４２に流体的に接続されて加圧タンク４２内の混合ガスを処置装置３０のチャンバ３２に供給するさらなるバルブ６２を含む。バルブ６２は、真空ガスタンク４４に流体的に接続されない。接続ユニット８は、チャンバ３２内の混合ガスの濃度を感知し且つ混合ガス感知信号を生成する混合ガスセンサ６４を含む。

混合ガスコントローラ６５は、混合ガスセンサ６４によって生成された混合ガス感知信号を受信し、さらに、混合ガス感知信号が混合ガスプリセット濃度値以上であるかどうかを決定して、オン又はオフに切り替えられるようにさらなるバルブ６２を制御する。加えて、混合ガスコントローラ６５は、混合ガスプリセット濃度の混合ガスとして空気と特定の混合ガスとを混合するようにガスミキサー６０を制御する。これは、混合ガス感知信号が混合ガスプリセット濃度値以上である場合に、混合ガスコントローラ６５は、オフに切り替えられるようにさらなるバルブ６２を制御し、混合ガス感知信号が混合ガスプリセット濃度値未満である場合に、混合ガスコントローラ６５は、加圧タンク４２に接続されるようにさらなるバルブ６２を制御し、さらに、混合ガスプリセット濃度の混合ガスとしてガス供給装置によって提供される複数のタイプのガスを混合するようにガスミキサー６０を制御することを意味する。

加湿器６６には、ヒーター７０が設けられる。ヒーター７０は加湿器６６内の水を加熱して、チャンバ３２内の湿度を上昇させる。接続ユニット８の湿度センサ６８がチャンバ３２内の湿度を感知して、湿度感知信号を生成する。

湿度コントローラ６９は、湿度センサ６８によって生成された湿度感知信号を受信し、さらに、湿度感知信号がプリセット臨界湿度値未満かどうかを決定して、加熱を行うように加湿器６６のヒーター７０を制御する。これは、湿度感知信号がプリセット臨界湿度値未満である場合、湿度コントローラ６９は、加湿器６６内の水を加熱するように加湿器６６のヒーター７０を制御して、チャンバ３２内の湿度を上昇させ；湿度感知信号がプリセット臨界湿度値以上である場合、湿度コントローラ６９は、加熱を行うように加湿器６６のヒーター７０を制御しないことを意味する。

制御ユニット１は、圧力ユニット２と接続部８とを含む。制御ユニット１は、圧力ユニット２と流体的に接続された接続ユニット８により第１の制御ユニット出口３に正圧又は負圧を加えることによって、処理装置４内の液体試料を処理するように適応する。特に、バルブ３２は圧力ユニット２と流体的に接続されている。加えて、制御ユニット１は、処置装置３０のチャンバ３２内の物理的状態を制御するように適応している。それに加えて、さらなるバルブ６５及び／又は加湿器６６が制御される。特に、制御ユニット１は、圧力ユニット２が第２の制御ユニット出口７と流体的に接続又は切断されるように、バルブ６５を制御するように適応している。

図２において見られるように、制御ユニット１は複数の管９１を含む。この管９１は、圧力ユニット２のコンポーネントを接続ユニット８のコンポーネントと流体的に接続する。図２において示されている流体制御装置８０は、４つの処置装置３０を含んでいる。従って、管９１は、それぞれの接続ユニット８につながる４つの分岐を有する。管の分岐には、黒い丸の中に配置された番号が付けられている。

ガスミキサー６０は、電線９３によって、それぞれの接続ユニット８のガス混合コントローラ６５と接続される。電線も分岐しており、それぞれの分岐には番号が付けられ、黒丸の中に配置されている。

図３は、本発明の第１の実施形態による流体制御装置８０の動作様式の流れ図である。図３におけるステップの流れは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、及び図２における装置及びシステムを参照して記載される。

第１の実施形態において、流体試料２６が、マルチウェルプレート１２の各容器２０に注入される。マルチウェルプレート１２は蓋１４で覆われて、蓋１４の各延長管２４をマルチウェル１２の各容器２０内の流体２６に挿入させる。マルチウェルプレート１２及び蓋１４は、処置装置のチャンバ３２に配置される（ステップＳ１００）。

ガスミキサー６０は、混合ガスプリセット濃度の混合ガス（すなわち、本実施形態ではプリセット濃度の二酸化炭素）としてガス供給装置によって提供される特定の混合ガス（本実施形態では二酸化炭素）及び空気（本実施形態では大気）等の複数のタイプのガスを混合する。ポンプ４６は、ガスミキサー６０によって混合された混合ガスを正圧ガスとして加圧して、加圧タンク４２にポンプで送り込む。バルブ３４に接続された加圧タンク４２は、バルブ３４に正圧ガスを提供する（ステップＳ１０２）。

フィルタ５４は、加圧タンク４２内にポンプ４６によって送り込まれた混合ガス中の不純物をろ過して取り除く。チェックバルブ５８は、バルブ３４まで加圧タンク４２によって提供される正圧ガスの逆流を防ぐ。圧力計５０は、加圧タンク４２内の正圧ガスの圧力を計測して、正圧ゲージ信号を生成する。圧力コントローラ５１は、圧力計５０によって生成された正圧ゲージ信号を受信し、さらに、正圧ゲージ信号が臨界正圧値より小さいかどうかを決定する。正圧ゲージ信号が臨界正圧値より小さい場合、圧力コントローラ５１は、加圧された正圧ガスを加圧タンク４２内にポンプで送り込むように圧力ポンプ４６を制御し；それ以外の場合、ポンプ４６は、加圧タンク４２内にガスをポンプで送り込まない。

ポンプ４８は、真空ガスタンク４４を真空化して、真空ガスタンク４４内のガスが負圧ガスになるようにする。バルブ３４に接続された真空ガスタンク４４は、バルブ３４に負圧ガスを提供する（ステップＳ１０４）。

真空フィルタ５６は、真空ポンプ４８によって真空化された真空ガスタンク４４内にある負圧ガス中の不純物をろ過して取り除く。真空計５２は、真空ガスタンク４４内の負圧ガスの圧力を計測して、負圧ゲージ信号を生成する。真空コントローラ５３は、真空計５２によって生成された負圧ゲージ信号を受信し、さらに、負圧ゲージ信号が臨界負圧値より大きいかどうかを決定する。負圧ゲージ信号が臨界負圧値より大きい場合、真空コントローラ５３は、真空ガスタンク４４を真空化するように真空ポンプ４８を制御し；それ以外の場合、真空ポンプ４８は真空ガスタンク４４を真空化しない。

バルブ３４は、管９１を含み且つ正圧ガスがある加圧タンク４２に接続する通路に接続され、バルブ３４は、第１の制御ユニット出口３を介して加圧タンク４２内の正圧ガスを処理装置４、特に、チャンバ３２の内側の蓋１４の内部空間に供給して、正圧ガスに、蓋１４の各延長管２４内の流体試料２６に正圧を加えるようにする。

流量センサ３６は、第１の制御ユニット出口３を介して処理装置４内にバルブ３４によって供給された正圧ガスのガスフローを感知し、さらに、流量感知信号を生成する。流量コントローラ３８は、流量センサ３６によって生成された流量感知信号を受信し、さらに、流量感知信号と目標流量信号との差を決定し、流量コントローラ３８は、その差に応じてバルブ３４の開口サイズを制御する（ステップＳ１０６）。

圧力センサ４０は、チャンバ３２及びチャンバ３２の内側の蓋１４の内部空間内の正圧ガスの正圧を感知し、さらに、正圧感知信号を生成する。圧力コントローラ４１は、圧力センサ４０によって生成された正圧感知信号を受信し、さらに、正圧感知信号が臨界正圧値以上であるかどうかを決定する。正圧感知信号が臨界正圧値以上である場合、圧力コントローラ４１は、管９１を含み且つ負圧ガスが存在する真空ガスタンク４４に接続する通路に接続されるようにバルブ３４を制御する（ステップＳ１０８）。

バルブ３４は、負圧ガスが存在する真空ガスタンク４４に接続する通路に接続され、バルブ３４は、真空ガスタンク４４内の負圧ガスをチャンバ３２の内側の蓋１４の内部空間に供給し、蓋１４の各延長管２４内の流体試料２６に負圧を加える。

流量センサ３６は、インキュベーションチャンバ３２の内側の蓋１４の内部空間にバルブ３４によって供給された負圧ガスのガスフローを感知し、さらに、流量感知信号を生成する。流量コントローラ３８は、流量センサ３６によって生成された流量感知信号を受信し、さらに、流量感知信号と目標流量信号との差を決定し、流量コントローラ３８は、その差に応じてバルブ３４の開口サイズを制御する（ステップＳ１１０）。

圧力センサ４０は、チャンバ３２及びチャンバ３２の内側の蓋１４の内部空間内の負圧ガスの負圧を感知し、さらに、負圧感知信号を生成する。圧力コントローラ４１は、圧力センサ４０によって生成された負圧感知信号を受信し、さらに、負圧感知信号が臨界負圧値以下であるかどうかを決定する。負圧感知信号が臨界負圧値以下である場合、圧力コントローラ４１は、正圧ガスが存在する加圧タンク４２に接続する通路に接続されるようにバルブ３４を制御する（ステップＳ１１２）。

ステップＳ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０、及びＳ１１２が繰り返されて、バルブ３４及び第１の制御ユニット出口３を通ってチャンバ３２内に流れる正圧ガス及び負圧ガスに、正圧及び負圧を蓋１４の各延長管２４内の流体試料２６に加えさせて、マルチウェルプレート１２の各容器２０内の流体試料２６を繰り返しポンプで上下させる液体混合機構を形成する。

加圧タンク４２に接続されたさらなるバルブ６２は、第２の制御ユニット出口を介して加圧タンク４２内の混合ガスをチャンバ３２内に供給する。混合ガスセンサ６４は、インキュベーションチャンバ３２内の混合ガスの濃度を感知し、さらに、混合ガス感知信号を生成する。

混合ガスコントローラ６５は、混合ガスセンサ６４によって生成された混合ガス感知信号を受信し、さらに、混合ガス感知信号が混合ガスプリセット濃度値以上であるかどうかを決定して、オン又はオフに切り替えられるようにさらなるバルブ６２を制御し、さらに、混合ガスプリセット濃度の混合ガスとして空気及び特定の混合ガスを混合するようにガスミキサー６０を制御する。すなわち、混合ガス感知信号が混合ガスプリセット濃度値以上である場合に、混合ガスコントローラ６５はオフに切り替えられるようにさらにバルブ６２を制御し、混合ガス感知信号が混合ガスプリセット濃度値未満である場合に、混合ガスコントローラ６５は加圧タンク４２に接続されるようにバルブ６２を制御し、混合ガスプリセット濃度の混合ガスとしてガス供給装置によって提供される複数のタイプのガスを混合するようにガスミキサー６０を制御する（ステップＳ１１４）。

加湿器６６はチャンバ３２内に配置される。加湿器６６にはヒーター７０が設けられる。ヒーター７０は加湿器６６内の水を加熱して、チャンバ３２内の湿度を上昇させる。湿度センサ６８はインキュベーションチャンバ３２内の湿度を感知して、湿度感知信号を生成する。

湿度コントローラ６９は、湿度センサ６８によって生成された湿度感知信号を受信し、さらに、湿度感知信号がプリセット臨界湿度値未満であるかどうかを決定して、加熱を行うように加湿器６６のヒーター７０を制御する、すなわち、湿度感知信号がプリセット臨界湿度値未満である場合に、湿度コントローラ６９は、加湿器６６内の水を加熱するように加湿器６６のヒーター７０を制御して、インキュベーションチャンバ３２内の湿度を上昇させ、湿度感知信号がプリセット臨界湿度値以上である場合に、湿度コントローラ６９は、加熱を行うように加湿器６６のヒーター７０を制御しない（ステップＳ１１６）。

図４は、本発明の第２の実施形態による流体制御装置８０の系統的な概略図である。第２の実施形態における流体制御装置８０のシステム構造と、第１の実施形態における流体制御装置８０のシステム構造との違いは、第２の実施形態における流体制御装置８０には、走査を行うために可動式の電気プラットフォーム上に配置された光学イメージング装置８２のような取得ユニットが提供されるか、又は、４つの光学イメージング装置８２が提供されている点にある。第２の実施形態における流体制御装置８０内の残りの装置は、第１の実施形態における流体制御装置８０内のものと同じであり、同じ要素番号を使用している。説明を簡単にするため、各インキュベーションチャンバ３２内の１つの光学イメージング装置８２が、以下の説明では使用される。残りの装置についても同じ動作及び機能が適用可能である。

光学イメージング装置８２は、インキュベーションチャンバ３２のマルチウェルプレート１２の容器２０内の流体試料２６の液体ｐＨ値及び液体溶存酸素量を光学試験様式で試験する。混合ガスコントローラ６５は、光学イメージング装置８２によって試験された液体ｐＨ値及び液体溶存酸素量を受信し、さらに、液体ｐＨ値が臨界液体ｐＨ値より大きいかどうか、及び液体溶存酸素量が臨界液体溶存酸素量より小さいかどうかを決定して、オン又はオフに切り替えられるようにさらなるバルブ６２を制御し、さらに、プリセット液体ｐＨ値及びプリセット液体溶存酸素量の混合ガスとしてガス供給装置によって提供された複数のタイプのガスを混合するようにガスミキサー６０を制御する、すなわち、試験された液体ｐＨ値が臨界液体ｐＨ値以下で、液体溶存酸素量が臨界液体溶存酸素量以上である場合に、混合ガスコントローラ６５は、オフに切り替えられるようにさらなるバルブ６２を制御し；試験された液体ｐＨ値が臨界液体ｐＨ値より大きく、液体溶存酸素量が臨界液体溶存酸素量より小さい場合に、混合ガスコントローラ６５は、加圧ガスタンク４２に接続されるようにバルブ６２を制御し、さらに、プリセット液体ｐＨ値及びプリセット液体溶存酸素量の混合ガスとしてガス供給装置によって提供される複数のタイプのガスを混合するようにガスミキサー６０を制御する。

図５は、本発明の第２の実施形態による流体制御装置内で細胞又は微生物をインキュベートする動作様式の流れ図である。図５におけるステップの流れは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、及び図４における装置及びシステムを参照して記載される。

第２の実施形態におけるフローステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４、及びＳ１１６の機能動作は、第１の実施形態におけるフローステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４、及びＳ１１６の機能動作と同じであり、従って、ここでは説明は省略される。第２の実施形態では、細胞懸濁液の液体ｐＨ値及び液体溶存酸素量を制御するステップＳ１１８の機能動作が追加されている点が異なる。

光学イメージング装置８２は、チャンバ３２のマルチウェルプレート１２の容器２０内の流体試料２６の液体ｐＨ値及び液体溶存酸素量を光学試験様式で試験する。混合ガスコントローラ６５は、光学イメージング装置８２によって試験された液体ｐＨ値及び液体溶存酸素量を受信し、さらに、液体ｐＨ値が臨界液体ｐＨ値より大きいかどうか、及び液体溶存酸素量が臨界液体溶存酸素量より小さいかどうかを決定して、オン又はオフに切り替えられるようにさらなるバルブ６２を制御し、プリセット液体ｐＨ値及びプリセット液体溶存酸素量の混合ガスとしてガス供給装置によって提供された複数のタイプのガスを混合するようにガスミキサー６０を制御する、すなわち、試験された液体ｐＨ値が臨界液体ｐＨ値以下で、液体溶存酸素量が臨界液体溶存酸素量以上である場合に、混合ガスコントローラ６５は、オフに切り替えられるようにさらなるバルブ６２を制御し；試験された液体ｐＨ値が臨界液体ｐＨ値より大きく、液体溶存酸素量が臨界液体溶存酸素量より小さい場合に、混合ガスコントローラ６５は、加圧ガスタンク４２に接続されるようにさらなるバルブ６２を制御し、さらに、プリセット液体ｐＨ値及びプリセット液体溶存酸素量の混合ガスとしてガス供給装置によって提供される複数のタイプのガスを混合するようにガスミキサー６０を制御する（ステップＳ１１８）。

図６は、本発明の第３の実施形態による流体制御装置８０の系統的な概略図である。第３の実施形態における流体制御装置８０のシステム構造と、第１の実施形態における流体制御装置３０のシステム構造との違いは、第３の実施形態における流体制御装置８０には、４つの追加の加熱ユニットが提供されている点にある。加熱ユニットの各々は、加熱プレート９２、サーマルブロック９４、複数の温度センサ９６、及び温度コントローラ９８を含む。第３の実施形態における流体制御装置８０内の残りの装置は、第１の実施形態における流体制御装置８０内のものと同じであり、同じ要素番号を使用している。説明を簡単にするため、各インキュベーションチャンバ３２内の１つの加熱プレート９２、１つのサーマルブロック９４、及び１つの温度コントローラ９８が、以下の説明では使用される。残りの装置についても同じ動作及び機能が適用可能である。

サーマルブロック９４はチャンバ３２内に配置される。マルチウェルプレート１２は、サーマルブロック９４上に配置される。加熱プレート９２はチャンバ３２内に配置される。サーマルブロック９４は加熱プレート９２上に配置される。サーマルブロック９４がマルチウェルプレート１２を間接的に加熱するように、加熱プレート９２はサーマルブロック９４を加熱する。

サーマルブロック９４とマルチウェルプレート１２との間にある複数の温度センサ９６は、サーマルブロック９４によってマルチウェルプレート１２上で行われる加熱の複数の加熱温度値を感知する。温度コントローラ９８は、複数の温度センサ９６によって生成された複数の加熱温度値を受信し、さらに、複数の加熱温度値がプリセット臨界温度値未満であるかどうかを決定して、サーマルブロック９４を加熱するように加熱プレート９２を制御する、すなわち、複数の加熱温度値がプリセット臨界温度値未満である場合に、温度コントローラ９８は、サーマルブロック９４がマルチウェルプレート１２を間接的に加熱するように、加熱プレート９２を制御してサーマルブロック９４を加熱し；複数の温度感知信号全てがプリセット臨界温度値以上である場合に、温度コントローラ９８は、サーマルブロック９４を加熱するように加熱プレート９２を制御しない。

図７は、本発明の第３の実施形態による流体制御装置内で細胞をインキュベートする動作様式の流れ図である。図７におけるステップの流れは、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、及び図６における装置及びシステムを参照して記載される。

第３の実施形態におけるフローステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４、及びＳ１１６の機能動作は、第１の実施形態におけるフローステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４、及びＳ１１６の機能動作と同じであり、従って、ここでは説明は省略される。第３の実施形態では、細胞懸濁液の液体温度を制御するステップＳ１２０の機能動作が追加されている点が異なる。

マルチウェルプレート１２は、チャンバ３２内に配置されたサーマルブロック９４上に配置される。サーマルブロック９４は、チャンバ３２内に配置された加熱プレート９２上に配置される。サーマルブロック９４がマルチウェルプレート１２を間接的に加熱するように、加熱プレート９２はサーマルブロック９４を加熱する。

サーマルブロック９４とマルチウェルプレート１２との間にある複数の温度センサ９６は、サーマルブロック９４によってマルチウェルプレート１２上で行われた加熱の複数の加熱温度値を感知する。温度コントローラ９８は、複数の温度センサ９６によって生成された複数の加熱温度値を受信し、さらに、複数の加熱温度値がプリセット臨界温度値未満であるかどうかを決定して、サーマルブロック９４を加熱するように加熱プレート９２を制御する、すなわち、複数の加熱温度値がプリセット臨界温度値未満である場合に、温度コントローラ９８は、サーマルブロック９４がマルチウェルプレート１２を間接的に加熱するように、加熱プレート９２を制御してサーマルブロック９４を加熱し；複数の温度感知信号全てがプリセット臨界温度値以上である場合に、温度コントローラ９８は、サーマルブロック９４を加熱するように加熱プレート９２を制御しない（ステップＳ１２０）。

図８は、処置装置３０の斜視図を示している。特に、制御ユニット１に接触する処置装置３０の側面が示されている。処置装置３０は、上述の流体制御装置８０の各々に使用することができ、さらに、制御ユニット１の管７８を処理装置４と流体的に接続するための流体コネクタ７１を含む。流体コネクタ７１は、処置装置３０の側面から突き出ており、さらに、中空部分を含む。制御ユニット１の管７８は、流体コネクタ７１の中空部分に挿入される。加えて、処置装置３０は、さらなる流体コネクタ７２を含む。さらなる流体コネクタ７２は、制御ユニット１のさらなる管７９を処置装置３０のチャンバ３２と流体的に接続するために使用される。処置装置３０は、追加の流体コネクタ９５も含む。追加の流体コネクタ９５は、圧力センサ４０を処理装置４及びチャンバ３２と接続するために使用される。さらなる及び追加の流体コネクタ７２、９５は、流体コネクタ７１と同じ処置装置３０から突き出ている。

処置装置３０は、処置装置３０を制御ユニット１と機械的に接続するために使用される接続領域９７を含む。特に、接続領域９７は、ねじのような接続手段を受けるためのスルーホールを有してもよく、この接続手段を用いて、２つのコンポーネントは機械的に接続される。

図９は、制御ユニット１の一部の斜視図である。図９は、上述の制御ユニット１のコンポーネントを全て示しているわけではない。特に、図９は、制御ユニット１を覆う上部、管、及び制御ユニット１と処置装置３０との間の流体接続を示しておらず、さらに、処理装置４は示されていない。上述の流体制御装置８０は、図９において示されている制御ユニット１を含んでもよい。

図９は、圧力ユニット２及び接続ユニット８が配置される内部空間を取り囲むハウジング７７を制御ユニット１が有することを示している。ハウジング７７は、処置装置３０及び制御ユニット１が流体的且つ機械的に接続されているときに、処置装置３０のハウジング７６と直接接触している。制御１は、それぞれ処置モジュール３０を受けるための受け部３５を含む。特に、制御ユニット１は、１つの処置モジュール３０を受けるための４つの受け部３５を含む。

図１０は、流体制御装置８０の斜視図を示している。流体制御装置８０は、上記の流体制御装置の１つであってもよい。流体制御装置８０は、制御ユニット１、特に、図９において示されている制御ユニット１、及び制御ユニット１と流体的且つ機械的に接続された複数の処置装置３０を含む。処置装置３０は、流体制御装置８０の長さ軸に沿って互いに隣接して配置される。加えて、処置装置３０の各々は、制御ユニット１の１つの受け部３５に配置される。

参照記号
１ 制御ユニット
２ 圧力ユニット
３ 第１の制御ユニット出口
４ 処理装置
５ 生物学的粒子
６ 液体
７ 第２の制御ユニット出口
８ 接続ユニット
９ 出口
１０ 入口
１２ マルチウェルプレート
１４ 蓋
１６ 最上位層の蓋（Ｔｏｐ－ｌａｙｅｒ－ｏｆ－ｌｉｄ）
１８ 最下位層の蓋（Ｂｏｔｔｏｍ－ｌａｙｅｒ－ｏｆ－ｌｉｄ）
２０ 容器
２２ 接続ポート
２４ 延長管
２６ 流体試料
３０ 処置装置
３２ チャンバ
３４ バルブ
３５ 受け部
３６ 流量センサ
３８ 流量コントローラ
４０ 圧力センサ
４１ 圧力コントローラ
４２ 加圧ガスタンク
４４ 真空ガスタンク
４６ ポンプ
４８ さらなるポンプ
５０ 圧力計
５１ 圧力コントローラ
５２ 真空計
５３ 真空コントローラ
５４ フィルタ
５６ さらなるガスフィルタ
５８ チェックバルブ
６０ ガスミキサー
６２ さらなるバルブ
６４ 混合ガスセンサ
６５ 混合ガスコントローラ
６６ 加湿器
６８ 湿度センサ
６９ 湿度コントローラ
７０ ヒーター
７１ 流体コネクタ
７２ さらなる流体コネクタ
７６ 処置装置のハウジング
７７ 制御ユニットのハウジング
７８ 管
７９ さらなる管
８０ 流体制御装置
８２ 光学イメージング装置
９１ 管
９２ 加熱プレート
９３ 電線
９４ サーマルブロック
９５ 追加の流体コネクタ
９６ 温度センサ
９７ 接続エリア
９８ 温度コントローラ

Claims (31)

1. 流体制御装置のための制御ユニットであって、
   正圧及び／又は負圧を提供するための圧力ユニットと、
   流体試料を受けるための少なくとも１つの容器を含む処理装置に流体的に接続可能な少なくとも１つの第１の制御ユニット出口と、
   前記処理装置を受けるためのチャンバを有する処置装置に流体的に接続可能な少なくとも１つの第２の制御ユニット出口と、
   接続ユニットであり、該接続ユニットによって、前記圧力ユニットは前記第１の制御ユニット出口及び／又は前記第２の制御ユニット出口と流体的に接続可能であるか又は接続されている、接続ユニットと、
   を含み、
   当該制御ユニットは、前記圧力ユニットによって提供される正圧又は負圧を前記接続ユニットにより前記第１の制御ユニット出口に加えることによって、前記処理装置内の前記流体試料の処理を制御する、及び、前記処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御するように適応している、制御ユニット。
2. 当該制御ユニットは、前記接続ユニットにより前記圧力ユニットを前記第２の制御ユニット出口と流体的に接続又は切断することによって、前記処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御するように適応していることを特徴とする、請求項１に記載の制御ユニット。
3. 前記圧力ユニットは、正圧を有する加圧ガスタンクを含み、該加圧ガスタンクは、前記第１の制御ユニット出口及び／又は前記第２の制御ユニット出口に流体的に接続可能であるか又は接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御ユニット。
4. 前記圧力ユニットは、負圧を有する真空ガスタンクを含み、該真空ガスタンクは、前記第１の制御ユニット出口及び／又は前記第２の制御ユニット出口に流体的に接続可能であるか又は接続されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御ユニット。
5. （ａ） 前記加圧ガスタンクの上流に配置されている、及び／又は
   （ｂ） ガス注入口のための少なくとも２つの入口を含む、及び／又は
   （ｃ） 混合ガスを放出するための出口を含む
   ガスミキサーを前記圧力ユニットが含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御ユニット。
6. 前記圧力ユニットは、
   （ａ） 前記加圧ガスタンクの上流に配置され及び／又は前記加圧ガスタンク内の圧力を増加させるように適応しているポンプ、及び／又は
   （ｂ） ガスをろ過するために前記加圧ガスタンクの上流に配置されたガスフィルタ、
   を含むことを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の制御ユニット。
7. 前記圧力ユニットは、
   （ａ） 前記真空ガスタンクの下流に配置され及び／又は前記真空ガスタンク内の圧力を減少させるように適応しているさらなるポンプ、及び／又は
   （ｂ） 前記真空ガスタンクの下流に配置されたさらなるガスフィルタ、
   を含むことを特徴とする、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の制御ユニット。
8. 前記圧力ユニットは、前記加圧ガスタンクと前記第１の制御ユニット出口及び／又は第２の制御ユニット出口との間に流体的に配置されたチェックバルブを含むことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の制御ユニット。
9. （ａ） 当該制御ユニットは、前記処置装置及び前記処理装置に同じガスを供給するように適応しており、及び／又は
   （ｂ） 前記加圧ガスタンクは、前記第１の制御ユニット出口及び前記第２の制御ユニット出口に同じガスを供給する
   ことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の制御ユニット。
10. 前記接続ユニットは、前記加圧ガスタンク又は前記真空ガスタンクを前記第１の制御ユニット出口と選択的に流体的に接続するための少なくとも１つのバルブを含むことを特徴とする、請求項３乃至９のいずれか一項に記載の制御ユニット。
11. 第１の位置で前記加圧ガスタンクを前記処置装置と流体的に接続し、第２の位置で前記加圧ガスタンクと前記処置装置との流体的接続を分離する少なくとも１つのさらなるバルブを前記接続ユニットが含むことを特徴とする、請求項３乃至１０のいずれか一項に記載の制御ユニット。
12. 当該制御ユニットは、前記バルブ及び／又は前記さらなるバルブを制御するための少なくとも１つのコントローラを含むことを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の制御ユニット。
13. （ａ） 前記コントローラは、前記第１の制御ユニット出口を通って流れるガスフローに基づき前記バルブを制御し、及び／又は
    （ｂ） 前記コントローラは、前記処置装置内の物理的状態、特に圧力、及び前記処理装置の物理的状態、特に圧力に基づき前記バルブを制御する、
    ことを特徴とする、請求項１２に記載の制御ユニット。
14. （ａ） 前記コントローラは、前記第１の制御ユニット出口を通って流れるガスフローに基づき前記バルブの出口の開口サイズを制御する、及び／又は
    （ｂ） 前記コントローラは、前記処置装置の物理的状態及び前記処理装置の物理的状態に基づき、前記バルブが前記第１の制御ユニット出口を前記加圧ガスタンク又は前記真空ガスタンクのうちどちらと流体的に接続するかを制御する、
    ことを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の制御ユニット。
15. （ａ） 前記コントローラは、前記処置装置のチャンバの物理的状態、特にガス組成、及び／又は、前記処理装置内に位置する前記流体試料の物理的状態に基づき、前記さらなるバルブを制御する、及び／又は
    （ｂ） 前記コントローラは、前記処置装置のチャンバの物理的状態、特にガス組成、及び／又は、前記処理装置内に位置する前記流体試料の物理的状態に基づき、前記ガスミキサーを制御する、
    ことを特徴とする、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の制御ユニット。
16. （ａ） 前記コントローラは、前記処置装置のチャンバ内に配置された加湿器を制御するように適応している、又は
    （ｂ） 前記コントローラは、前記処置装置のチャンバ内に配置された加湿器を制御することによって、前記チャンバ内の物理的状態を制御するように適応している、
    ことを特徴とする、請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の制御ユニット。
17. 前記コントローラは、
    （ａ） 前記バルブが前記第１の制御ユニット出口を前記加圧ガスタンク又は前記真空ガスタンクのうちどちらと流体的に接続するかを制御するための第１のサブコントローラ、及び／又は
    （ｂ） 前記バルブの出口開口部の開口サイズを制御するための第２のサブコントローラ、及び／又は
    （ｃ） 前記さらなるバルブ及び／又は前記ガスミキサーを制御するための第３のサブコントローラ、及び／又は
    （ｄ） 前記加湿器を制御するための第４のサブコントローラ、
    を含むことを特徴とする、請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の制御ユニット。
18. 前記加圧ガスタンク、前記真空ガスタンク、前記ポンプ、前記さらなるポンプ、前記ガスミキサー、前記バルブ、前記さらなるバルブ、及び／又は前記チェックバルブが配置される内部空間を取り囲むハウジングを含むことを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の制御ユニット。
19. （ａ） 前記ハウジングは、前記処置装置の流体コネクタを受けるための少なくとも１つのスルーホール、及び／又は、前記処理装置のさらなる流体コネクタを受けるための別のスルーホールを有する、及び／又は
    （ｂ） 前記ハウジングは、前記処置装置と機械的に接続可能である、
    ことを特徴とする、請求項１８に記載の制御ユニット。
20. 当該制御ユニットは、
    （ａ） 複数の第１の制御ユニット出口であって、各々が１つの処理装置に流体的に接続可能である複数の第１の制御ユニット出口、及び／又は
    （ｂ） 複数の第２の制御ユニット出口であって、各々が１つの処置装置に流体的に接続可能である複数の第２の制御ユニット出口、
    を含むことを特徴とする、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の制御ユニット。
21. （ａ） 当該制御ユニットは、単に１つの圧力ユニットを含む、及び／又は
    （ｂ） 当該制御ユニットは、いくつかの接続ユニットを含む、及び／又は
    （ｃ） 前記加圧ガスタンクは、前記複数の第１の制御ユニット出口の各々と、及び／又は前記複数の第２の制御ユニット出口の各々と接続可能であるか又は接続されており、及び／又は
    （ｄ） 前記真空ガスタンクは、前記複数の第１の制御ユニット出口の各々と接続可能であるか又は接続されている
    ことを特徴とする、請求項２０に記載の制御ユニット。
22. 当該制御ユニットは、
    （ａ） 複数のバルブであって、各々が、前記複数の第１の制御ユニット出口の１つと、並びに、前記加圧ガスタンク及び前記真空ガスタンクと流体的に接続されている、複数のバルブ、及び／又は
    （ｂ） 複数のバルブであって、各々が、前記複数の第２の制御ユニット出口の１つと、並びに、前記加圧ガスタンクと流体的に接続されている、複数のバルブ、
    を含むことを特徴とする、請求項２０又は２１に記載の制御ユニット。
23. 前記処理装置内の前記流体試料に関する情報を取得するための取得ユニット、特に光学イメージング装置を含むことを特徴とする、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の制御ユニット。
24. 前記取得ユニットは、取得した前記情報に基づき、前記処理装置内に位置する前記流体試料の物理的状態を決定することを特徴とする、請求項２３に記載の制御ユニット。
25. 請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の制御ユニット、少なくとも１つの処置装置、及び該処置装置のチャンバ内に配置された少なくとも１つの処理装置を含む流体制御装置であって、前記処理装置は第１の制御ユニット出口と流体的に接続されており、前記処置装置は第２の制御ユニット出口と流体的に接続されている、流体制御装置。
26. （ａ） 前記処理装置は、流体試料を受けるための少なくとも１つの容器、及び前記容器を覆う蓋を含む、又は
    （ｂ） 前記処理装置は、流体試料を受けるための少なくとも１つの容器、及び前記容器を覆う蓋を含み、該蓋は、前記容器内に延び且つ前記第１の制御ユニット出口に流体的に接続された少なくとも１つの延長管を含む、
    ことを特徴とする、請求項２５に記載の流体制御装置。
27. 前記加圧ガスタンクによって提供される正圧が前記容器内の蓋を介して加えられるか、又は前記真空ガスタンクによって提供される負圧が前記容器内の蓋を介して加えられるように、前記コントローラは前記バルブを制御することを特徴とする、請求項２５又は２６に記載の流体制御装置。
28. 所定の物理的状態が前記処置装置のチャンバ内で達成されるように、前記コントローラは前記さらなるバルブを制御することを特徴とする、請求項２５乃至２７のいずれか一項に記載の流体制御装置。
29. 前記処置装置は、前記制御ユニットのコントローラによって制御される加湿器を含むことを特徴とする、請求項２５乃至２８のいずれか一項に記載の流体制御装置。
30. （ａ） 前記処置装置は、前記処理装置及び／又は前記処置装置のチャンバを加熱するための加熱ユニットを含み、及び／又は
    （ｂ） 前記制御ユニットは、前記加熱ユニットを制御することによって、前記処置装置のチャンバ内の物理的状態を制御するように適応している、
    ことを特徴とする、請求項２５乃至２９のいずれか一項に記載の流体制御装置。
31. （ａ） 前記処置装置は、前記チャンバを取り囲むハウジングを含み、前記ハウジングには、前記処理装置が配置され、及び／又は
    （ｂ） 前記処置装置は、前記取得ユニットが前記処理装置内に位置する前記流体試料に関する情報を取得するのを可能にする透明なハウジング部分を含む、
    ことを特徴とする、請求項２５乃至３０のいずれか一項に記載の流体制御装置。

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