JP2024513045A - 細胞培養デバイスセンサキャップ、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

細胞培養デバイスに取り付けるように構成された使い捨てセンサキャップ（１００）は、細胞培養培地の状態を測定するための複数のセンサを含む。例えば、複数のセンサ（１８０）は、容器を汚染するリスクなしに、溶存ガス及び選択された必須分子を測定することができる。センサは、センサキャップの本体（１５０）に組み込むことができる。測定中に細胞培養容器を傾けると、センサキャップのサンプリングチャンバ内に少量の細胞培養培地を捕捉することができる。センサキャップ上のインダクタコイル（１６０）により、測定値の非侵襲的な無線読み取りが可能となる。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、その内容が依拠され、その全体がここに参照することによって本願に援用される、２０２１年３月３１日出願の米国仮特許出願第６３／１６８，６３９号の米国法典第３５編特許法１１９条に基づく優先権の利益を主張する。

本明細書は、概して、細胞培養センサデバイス、システム、及び方法に関し、より詳細には、細胞培養デバイスにおけるリアルタイム分析及び監視のためのセンサキャップに関する。

細胞及び組織培養の実践を確立し、維持することは困難な場合がある。ユーザが細胞培養のトラブルシューティングのスキルを身につけるには、適切な技法及び優れた実践の基本的な側面を学び、発生しうる幅広い問題に対する認識を高めるために、かなりの量のトレーニングと実践が必要である。しかしながら、従来の細胞培養監視技術は時間がかかり、侵襲的である。細胞及び組織培養の実践で最も困難な側面の１つは、細胞又は組織培養プロセスの多くのステップがユーザによって実施され、したがって人的エラーの影響を受けやすいという事実である。例えば、このような「手作業」による実験に伴う人的エラーは、汚染及び他のエラーが発生する機会を飛躍的に増大させ、不健全な培養、台無しな実験、及び他のコストのかかる結果につながる。

したがって、細胞培養中の汚染及び他のエラーの機会を減らすために、人間の判断又は「手作業」による操作を軽減又は排除するための対策が必要とされている。

本明細書に記載される一態様では、細胞培養デバイス用のセンサキャップは、円筒形本体、試料収集チャンバ、及び複数のセンサを含む。円筒形本体は、閉鎖端と開放端とを有し、該開放端は、細胞培養デバイスに取り付けるように構成される。試料収集チャンバは、円筒形本体の内部表面上に配置される。複数のセンサは試料収集チャンバと連通する。

一実施形態では、キャップは、円筒形本体の外部表面上に配置された複数のインダクタコイルを含む。一実施形態では、各インダクタコイルは、複数のセンサのうちの一のセンサに対応し、かつ該センサと通信する。一実施形態では、インダクタコイルは、キャップの閉鎖端に同心円状に配置される。

一実施形態では、開放端は、細胞培養デバイス上の対応するねじ山に取り付けるように構成されたねじ山を含む。

一実施形態では、キャップの外側はテクスチャ領域を含む。

一実施形態では、キャップは使い捨て可能である。

一実施形態では、複数のセンサは、センサキャップの本体に組み込まれる。

一実施形態では、複数のセンサは、センサキャップの本体に取り付けられる。

一実施形態では、複数のセンサは、溶存ガスセンサ、必須分子センサ、細胞培養状態センサ、又はそれらの組合せを含む。一実施形態では、溶存ガスセンサは、溶存する酸素又は二酸化炭素を測定する。一実施形態では、必須分子センサは、糖、乳酸、アンモニウム、塩類、ビタミン類、アミノ酸類、又はピルビン酸塩の含有量を測定する。一実施形態では、糖含有量は、グルコース含有量を含む。一実施形態では、細胞培養状態センサは、ｐＨ又は浸透圧を測定する。一実施形態では、細菌、真菌、又は他の微小汚染物質を測定する微生物汚染用のセンサを、複数のセンサに含めることもできる。

一実施形態では、複数のセンサは、インダクタンス・キャパシタンスセンサを含む。

一実施形態では、細胞培養デバイスは、細胞培養培地ボトル、シェーカーフラスコ、細胞培養フラスコ、多層細胞培養フラスコ、多層細胞培養容器、細胞培養スピナーフラスコ、又は細胞培養ローラボトルを含む。

本明細書に記載される一態様では、細胞培養培地監視システムは、細胞培養培地を非侵襲的に監視するように構成される。該システムは、細胞培養チャンバを含む細胞培養容器であって、細胞培養チャンバがその上で細胞が培養される表面を有する、細胞培養容器と、該細胞培養容器に取り付けるように構成されたセンサキャップとを含む。該センサキャップは、閉鎖端と開放端とを有する円筒形本体であって、開放端が細胞培養容器のポートに取り付けるように構成されている、円筒形本体と、該円筒形本体の内部表面上に配置された試料収集チャンバと、該試料収集チャンバと通信する複数のセンサとを備えている。

一実施形態では、システムは、該システムを制御するように構成されたコントローラモジュールをさらに含む。

一実施形態では、システムは、測定データをセンサキャップからデータプロセッサに転送するように構成された通信モジュールをさらに含む。一実施形態では、通信モジュールは、有線接続及び無線接続のうちの少なくとも一方を通じて通信するように構成される。

一実施形態では、システムは、センサキャップによって収集された送信データを受信するように構成されたデータ処理デバイスをさらに含む。

本明細書に記載される一態様では、細胞培養培地状態を測定する方法は、センサキャップを細胞培養デバイスに取り付けるステップであって、細胞培養デバイスが、細胞を培養するための細胞培養表面と、ある体積の細胞培養培地とを含む、ステップ；細胞培養デバイスを傾けて細胞培養培地をセンサキャップに流すステップであって、細胞培養培地の試料がセンサキャップ内の試料収集チャンバに収集される、ステップ；及び、センサキャップ内の複数のセンサを介して試料の細胞培養培地状態を測定するステップを含む。

一実施形態では、試料は、細胞培養表面以外の領域から収集される。

一実施形態では、複数のセンサは、溶存ガス、必須分子、細胞培養の状態、又はそれらの組合せを測定する。

一実施形態では、該方法は、測定ステップ中にセンサキャップによって収集されたデータをデータ処理デバイスに送信するステップをさらに含む。

一実施形態では、データは、センサキャップの外部表面でのインダクタコイルの非侵襲的な無線読み取りを通じて送信される。一実施形態では、非侵襲的な無線読み取りは、マイクロコントローラボードを介したものである。一実施形態では、非侵襲的な無線読み取りは、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップを介したものである。

一実施形態では、該方法は、収集されたデータを分析することによって細胞培養デバイス内の細胞培養培地状態を監視するステップをさらに含む。一実施形態では、該方法は、センサキャップによって収集された測定データの出力を提供するステップをさらに含む。

一実施形態では、複数のセンサは小さく、キャップ内に集中しており、インダクタコイルと干渉することなく疎水性フィルタ膜をセンサの外周に貼着することができる。このような実施形態は、受動的なガス交換及び複数の読み取りの実行を可能にするであろう。例えば、細胞培養容器は、収集チャンバの内部の試料交換を可能にしうる傾斜プレート上に配置又は固定することができる。

一実施形態では、細胞培養容器は複数のキャップを含み、複数のキャップのうちの１つ以上は、センサキャップを含む。このような実施形態は、中断することなく、複数のサンプリング及び灌流容器の支持を可能にするであろう。

本開示の実施形態による細胞培養デバイスに組み付けられたセンサキャップの斜視図 本開示の実施形態による細胞培養デバイスに組み付けられたセンサキャップの斜視断面図 本開示の実施形態による細胞培養アセンブリに組み付けられたセンサキャップの側面断面図 本開示の実施形態による細胞培養デバイスに組み付けられたセンサキャップの斜視図 本開示の実施形態によるセンサキャップの斜視図 本開示の実施形態によるセンサキャップ構成要素の斜視断面図 本開示の実施形態によるセンサキャップの側面断面図 本明細書に記載される１つ以上の実施形態による方法のフローチャート 本開示の実施形態による細胞培養監視のためのセンサキャップ監視システムの構成要素の概略図 本開示の実施形態によるさまざまなコンピュータプロセス及びシステムを実装するために使用することができる内部ハードウェアの一例を示す図

細胞培養の実施の重要な側面には、増殖培地中の溶存ガスと必須分子の監視が含まれる。溶存ガス及び必須分子は細胞が成長する間に動的に変化し、溶存ガスと必須分子の濃度並びに細胞のそれぞれのニーズに応じて、細胞にプラスの影響とマイナスの影響の両方を与える可能性がある。非限定的な例として、溶存酸素の濃度は、高酸素（正常を上回る）、正常酸素（正常）、及び低酸素（正常を下回る）レベルを促進する可能性があり、細菌と哺乳類の細胞培養物の増殖速度と生存率の両方に大きな影響を与える可能性がある。酸素含有量の直接測定は普遍的に利用可能なわけではなく、従来の監視の実施は、溶存酸素を読み取るために細胞培養容器から培養培地の試料を取り出す、又は細胞培養容器に電極若しくはプローブを配置する、侵襲的な手順を包含する。このような実践は、時間がかかり、侵襲的であり、高価な特殊機器を必要とし、容器が汚染される機会が大幅に増加する。

一態様では、本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップには、細胞培養培地中の巨大分子、ガス、又は他の化合物のレベルをリアルタイムで監視するための電子センサが埋め込まれている。センサキャップは、モバイルデバイスにデータを無線で送信することができる。

従来技術とは対照的に、本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップを使用する場合、容器を傾けて少量の液体試料を捕捉し、分析を完了し、外部の汚染物質に曝露されることなく結果をモバイルデバイス（コンピュータ又はタブレットなど）に無線で転送することができる。その後、キャップを廃棄し、通常の通気口付き又は通気口なしのキャップと交換して、汚染のリスクなしに細胞の増殖を適切に継続することができる。

一態様では、細胞培養フラスコ用のセンサキャップは、細胞培養培地中の溶存するガス及び分子をリアルタイムで測定する集積センサを含む。センサキャップは、細胞培養培地中の分子を非侵襲的に測定し、出力データを無線で送信することができる。溶存分子を測定する従来の実施は、培養容器から培地の試料を取り出して容器の外でアッセイを行うか、又は細胞が存在する培地にセンサ若しくは電極を直接配置する侵襲的な手順が必要である。また、従来の方法では、容器汚染のリスクが高まり、容器の外でアッセイを実施すると正確な結果が得られない可能性がある。

本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、細胞培養デバイスに適合する。例えば、センサキャップは、蓋又はキャップを取り付けるためのねじ付きポートなどのアパーチャ又はポートを有する任意のデバイス又は容器とともに使用することができ、該デバイス又は容器は細胞培養実験を行うのに適している。幾つかの実施形態では、センサキャップは、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）細胞培養デバイス（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）に付属のオレンジ色のねじ付きキャップなど、市販の細胞培養デバイス及び容器用の既存又は従来のキャップと交換可能である。

幾つかの実施形態では、センサキャップは、細胞培養デバイス又は容器に適合する。幾つかの実施形態では、細胞培養デバイス又は容器は、接着細胞の培養（例えば、単層において）などの二次元（２Ｄ）細胞培養を支援する。幾つかの実施形態では、細胞培養デバイス又は容器は、非接着細胞の培養（例えば、懸濁による）などの三次元（３Ｄ）細胞培養を支援する。幾つかの実施形態では、細胞培養デバイス又は容器は、２Ｄ細胞培養と３Ｄ細胞培養の両方を支援する。幾つかの実施形態では、センサキャップは、細胞培養フラスコ又は組織培養フラスコなどの細胞培養デバイスに適合する。幾つかの実施形態では、細胞培養デバイスは、細胞培養培地ボトル、シェーカーフラスコ、細胞培養フラスコ、多層細胞培養フラスコ、多層細胞培養容器、細胞培養スピナーフラスコ、又は細胞培養ローラボトルを含む。細胞培養培地ボトルの非限定的な例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｓｙ Ｇｒｉｐ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＥＴ、又はＰｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＰＹＲＥＸ（登録商標）Ｇｌａｓｓ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、ＳＣＩＥＮＣＥＷＡＲ（登録商標）Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｂｅｌ－Ａｒｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ－ＳＰ Ｓｃｉｅｎｃｅｗａｒｅ社、米国ニュージャージー州ウェイン所在）、及びＮａｌｇｅｎｅ（登録商標）Ｓｔｏｒａｇｅ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、米国マサチューセッツ州ウォルサム所在）が含まれる。シェーカーフラスコの非限定的な例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅｒｌｅｎｍｅｙｅｒ Ｓｈａｋｅ Ｆｌａｓｋ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）及びＧｒｅｉｎｅｒ Ｂｉｏ－Ｏｎｅ Ｅｒｌｅｎｍｅｙｅｒ Ｓｈａｋｅｒ Ｆｌａｓｋ（Ｇｒｅｉｎｅｒ ＢｉｏＯｎｅ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．社、米国ノースカロライナ州モンロー所在）が含まれる。細胞培養フラスコの非限定的な例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｆａｌｃｏｎ（登録商標）細胞培養フラスコ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、Ｎｕｎｃ（登録商標）ＥａｓＹＦｌａｓｋｓ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、米国マサチューセッツ州ウォルサム所在）が含まれる。多層細胞培養フラスコの非限定的な例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＨＹＰＥＲＦｌａｓｋ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、Ｆａｌｃｏｎ（登録商標）Ｍｕｌｔｉ－Ｆｌａｓｋ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、ＭｉｌｌｉＣｅｌｌ（登録商標）ＨＹ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｆｌａｓｋ（Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ社、ドイツ国ダルムシュタット所在）が含まれ、多層細胞培養容器の非限定的な例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＣＥＬＬＳＴＡＣＫ（登録商標）（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）及びＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＨＹＰＥＲＳｔａｃｋ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）が含まれる。細胞培養スピナーフラスコの非限定的な例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｐｉｎｎｅｒ Ｆｌａｓｋ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、Ｃｅｌｓｔｉｒ（登録商標）Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｆｌａｓｋ（ＤＷＫ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ＧｍｂＨ社、ドイツ国ヴェルトハイム所在）、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｒｅｕｓａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ Ｓｐｉｎｎｅｒ Ｆｌａｓｋ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、及びＰｒｏＣｕｌｔｕｒｅ（登録商標）Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｓｐｉｎｎｅｒ Ｆｌａｓｋ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）が含まれる。細胞培養ローラボトルの非限定的な例には、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、ＰＹＲＥＸ（登録商標）Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｏｔｔｌｅ ｗｉｔｈ Ｓｃｒｅｗ Ｃａｐ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、ＶＷＲ Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｏｔｔｌｅ（ＶＷＲ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＬＬＣ社、米国ペンシルベニア州ラドナー所在）、Ｎｕｎｃ（登録商標）ＩｎＶｉｔｒｏ Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社、米国マサチューセッツ州ウォルサム所在）、及びＣＥＬＬＭＡＳＴＥＲ（商標）Ｃｅｌｌ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｒｏｌｌｅｒ Ｂｏｔｔｌｅ（Ｇｒｅｉｎｅｒ ＢｉｏＯｎｅ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．社、米国ノースカロライナ州モンロー所在）が含まれる。

一態様では、本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、ユーザが使いやすいデバイスを提供する。ユーザがセンサキャップを使用するためには、最小限のトレーニングが必要でありうる。例えば、トレーニングには、センサキャップとともに商業的に提供される説明書を読むことが含まれうる。

さらには、本明細書に記載されるセンサキャップは、実験及び細胞培養中にユーザの「手作業」によるステップを減らすことにより、細胞培養容器の汚染のリスクを制限する。センサキャップにより、細胞培養の状態の非侵襲的試験が可能になる。例えば、センサキャップは、細胞培養デバイスが閉じられたままである間に、細胞培養デバイス内の自由流動培地から少量の試料を収集することができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、試料流体の収集領域を含む。幾つかの実施形態では、試験された試料流体は収集領域に残り、細胞培養デバイス内の自由流動培地に戻るように放出されない。幾つかの実施形態では、センサキャップは、試験された試料流体を細胞培養デバイス内の自由流動培地に再注入することを可能にする。実施形態では、試料流体は、細胞が増殖していない領域から収集され、検査される（例えば、試料流体は、細胞培養デバイスの内部底面に位置する細胞培養表面などの細胞培養表面からは収集されない）。

一態様では、本明細書の実施形態によるセンサキャップは、使い捨て可能でありうる。本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、所定の期間使用することができ、その後、廃棄することができる。新しい細胞培養実験ごとに、新しいセンサキャップを使用することができる。幾つかの実施形態では、本明細書に記載されるセンサキャップは、複数時間又は複数日にわたる試験などの長期間の試験を提供する。幾つかの実施形態では、センサキャップは細胞培養実験の間、使用することができる。幾つかの実施形態では、細胞培養実験は、実験を実施するために任意の適切な時間、延長することができる。非限定的な例として、細胞培養実験は、数時間又は数週間、例えば約７２時間から約３週間続いてもよい。本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、使用済みの細胞培養容器、デバイス、又は容器の廃棄時など、細胞培養実験の終了後に廃棄される。

幾つかの実施形態では、キャップには、細胞培養容器内への受動的なガス交換を可能にする疎水性のフィルタ・リングが取り付けられていてもよい。このような実施形態は、細胞培養実験を実験者の裁量で延長することができ、所与の細胞株を最大で数ヶ月の培養まで延長することができる。

これより、本開示の例示的な実施形態が示される添付の図面を参照して、特徴をより詳細に説明する。可能な場合はいつでも、同一又は類似した部分についての言及には、図面全体を通して同じ参照番号が用いられる。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。

図１Ａは、細胞培養デバイス上に組み付けられたセンサキャップの斜視図を示している。図１Ａに示されるように、細胞培養デバイスは、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｔ７５組織培養フラスコ（米国ニューヨーク州コーニング所在のＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社から入手可能）を含むことができる。図１Ｂは、アセンブリの斜視断面図を示している。図１Ｃは、細胞培養適用中にセンサキャップが細胞培養表面に接触しないことを示す、センサキャップ及びフラスコアセンブリの側面断面図を示している。実施形態では、センサキャップは、細胞培養容器をセンサキャップに向かって傾けることによって試料が収集される場合にのみセンサキャップが細胞培養培地と接触するように、細胞培養培地から離れて位置づけられる。

図１Ａ～Ｃに示されるように、センサキャップ１００が、細胞培養容器１０００に取り付けられる。細胞培養容器（例えば、フラスコ）は、細胞を培養するための無菌チャンバを提供することができる。実施形態では、細胞培養容器１０００は、各々が液体培地及び培養中の細胞と接触する内面を有する、底部１０８、上部１０１、並びに端壁１０７及び側壁１０６を含むことができる。これらの内表面は、細胞培養チャンバ１０３を画成する。

幾つかの実施形態では、内面又は内部表面のうちの少なくとも１つは、より具体的には細胞増殖に適合させることができる。例えば、細胞培養表面は、細胞が表面に付着するのを促進又は抑制するためにコーティングで処理することができる。幾つかの実施形態では、細胞培養容器は、１つ以上の内部表面に細胞接着性コーティングを含む。Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＣｅｌｌＢＩＮＤ（登録商標）（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｐｒｉｍａｒｉａ（商標）（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）、及びＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＰｕｒｅＣｏａｔ（商標）アミン及びカルボキシル（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）の表面の非限定的な例などの任意の適切な細胞接着性コーティングを使用することができる。幾つかの実施形態では、細胞培養容器は、１つ以上の内部表面に細胞非接着性コーティングを含む。Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｕｌｔｒａ－Ｌｏｗ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社、米国ニューヨーク州コーニング所在）表面など、任意の適切な細胞非接着性コーティングをコーティングとして使用することができる。コーティング用の超低結合材料の非限定的な例には、過フッ素化ポリマー、オレフィン、アガロース、ポリアクリルアミドなどの非イオン性ヒドロゲル、ポリエチレンオキシドなどのポリエーテル、ポリビニルアルコールなどのポリオール、又はそれらの混合物のうちの１つ以上が含まれる。

細胞培養容器１０００は、センサキャップ１００などのキャップに取り付けるように構成されたポート又はアパーチャ１０５と、該ポート又はアパーチャ１０５を細胞培養チャンバ１０３に接続するネック１１２とを有する。実施形態では、アパーチャは解放可能に密閉することができる。例えば、実施形態では、ネック１１２のアパーチャ１０５セクションは、相補的なねじ構造１３５を有するキャップ１００によってキャップ１００が解放可能に密閉されることを可能にする、ねじ山１２５（内部又は外部のいずれか）を有することができる。ネック１１２と組み合わされたアパーチャ１０５は、ネック付き開口部１０９である。ネック付き開口部１０９は、細胞培養チャンバ１０３の壁を貫通して延在し、細胞培養チャンバ１０３と流体連通している。ネック付き開口部１０９は、容器１０００の細胞培養チャンバ１０３（内部）に液体を導入したり、細胞培養チャンバ１０３から液体を取り除いたりすることができる。

容器１０００の細胞培養表面２００は、実施形態では、容器１０００が細胞増殖用に配向されているときの容器１０００の底部１０８の内部表面２０８である。実施形態では、容器１０００は、該容器１０００の底部１０８が表面上に平らになるように容器１０００が配置されるときに、細胞が増殖するように配向される。容器１０００はまた、側壁１０６及びネック付き開口部１０９の反対側にある端壁１０７、上部１０１、並びに底部１０８も有することができる。実施形態では、上部１０１は、容器１０００の細胞培養表面２００の反対側にある。実施形態では、ネック付き開口部１０９は、容器１０００の端壁１０７の反対側にある。容器１０００のこれらの構造（ネック付き開口部１０９、上部１０１、底部１０８、側壁１０６及び端壁１０７）の各々は、容器１０００の内側に面する内面を有する。すなわち、上部１０１は内部表面２０１を有する。端壁１０７は内部表面２０７を有する。側壁１０６は内部表面２０６を有する。ネック１１２は内面２１２を有する。容器の内部は、上部１０１、底部１０８、側壁１０６、及び端壁１０７によって画成される容器１０００内の空間であり、容器１０００の内部に細胞が存在する、細胞培養チャンバ１０３である。例えば、幾つかの実施形態では、細胞培養チャンバ１０３は、容器の内部空間容積を含む。

本明細書に記載される実施形態による細胞培養デバイスは、任意の適切な材料で形成することができる。幾つかの実施形態では、細胞培養デバイスは、ポリマー材料で形成される。ポリマー材料の非限定的な例には、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリスチレン共重合体、フッ素重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレンブタジエン共重合体、完全水素化スチレン系重合体、ポリカーボネートＰＤＭＳ共重合体、並びにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン共重合体、及び環状オレフィン共重合体などのポリオレフィンが含まれる。

本明細書の実施形態に記載されるセンサキャップは、任意の適切な材料で形成することができる。例えば、センサキャップは、３Ｄ印刷などの積層造形を介して、又は回転、射出、ブロー、圧縮、押し出し、若しくは熱成形の成形技法など、成形技法を介して製造することができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、低コストの生体適合性材料で形成されてもよい。例えば、センサキャップは、ポリマー材料で形成することができる。ポリマー材料の非限定的な例には、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリスチレン共重合体、フッ素重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレンブタジエン共重合体、完全水素化スチレン系重合体、ポリカーボネートＰＤＭＳ共重合体、並びにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン共重合体、及び環状オレフィン共重合体などのポリオレフィンが含まれる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、ポリプロピレンで形成される。

本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、細胞培養容器に取り外し可能に取り付けられるように構成される。例えば、センサキャップは、細胞培養容器のアパーチャ又はポートに取り付けられ、細胞培養容器上に液密シールを形成することができる。センサキャップは、細胞培養デバイスに取り付けるためのねじ切り又は他の接続手段を含むことができる。例えば、センサキャップを回転させて、キャップの内部表面のねじ部分を、細胞培養デバイスのポート又はアパーチャ領域の外側表面の対応するねじ切りに係合させることができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、細胞培養デバイスのポート又はアパーチャにスナップ留めするように構成することができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、細胞培養デバイスのポート又はアパーチャに取り付けるためのＱｕｉｃｋ－Ｃｏｎｎｅｃｔ構成を有することができる。

幾つかの実施形態では、キャップの外側は、テクスチャ領域を含むことができる。例えば、キャップは、ユーザがキャップを握るのを助ける隆起又は他のテクスチャ特徴を含むことができる。図２は、細胞培養容器１０００取り付けられたセンサキャップ１００の実施形態を示している。センサキャップ１００は、テクスチャ領域１４０を含む。図２に示されるように、テクスチャ領域１４０は、複数の隆起１４５を含む。

本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、複数のセンサを含むことができる。幾つかの実施形態では、複数のセンサは、センサキャップに組み込むことができる。例えば、センサは、センサキャップの３Ｄ印刷プロセス中にセンサキャップの一体化された部分として形成することができる。幾つかの実施形態では、複数のセンサは、センサキャップに取り付けることができる。例えば、複数のセンサは、レーザ、超音波溶接、熱接着、他のヒートシール、接着剤、又はそれらの組合せなどの任意の適切な取り付け手段によって取り付けることができる。

本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、任意の適切な手段によって形成することができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、熱成形又は成形技法によって形成することができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、三次元積層造形（３Ｄ印刷）によって形成することができる。

幾つかの実施形態では、複数のセンサは、３Ｄ印刷を使用してセンサキャップ内に一体的に形成することができる。センサキャップ構造は、３Ｄ印刷技法を使用して、３Ｄプリンタ装置によって形成することができる。例えば、液体金属ペーストは、抵抗器、キャパシタ、及びインダクタなどのセンサのマイクロ電子構成要素を製造するために、３Ｄ印刷装置において使用することができる。抵抗器は、センサキャップ内に導線を含むことができる。幾つかの実施形態では、抵抗器は、蛇行形状を含むことができる。幾つかの実施形態では、各ワイヤの抵抗は、ワイヤの長さ、断面積、及び／又はワイヤの材料の抵抗率によって決定することができる。インダクタは任意の適切な形状を含むことができる。幾つかの実施形態では、インダクタは、スパイラルコイルの形状を含むことができる。幾つかの実施形態では、インダクタンスは、コイルの巻き数及び／又はコイルの囲まれた面積によって決定することができる。キャパシタは、２つの平行板の形態で構築することができる。幾つかの実施形態では、キャパシタンスは、２つのプレート間の距離及び／又はプレートの面積によって決定することができる。

センサキャップの構造本体は、３Ｄ構造の本体内に設計された空洞を備えた３Ｄ印刷によって形成することができる。空洞に液体金属ペーストを充填して、導電性の電気構造を形成することができる。例えば、空洞を液体金属ペーストで充填するときに、注入孔をソレノイドチャネルの入口ポート及び出口ポートとして使用することができる。センサキャップの外部表面に空洞を形成して接触パッドを形成することもできる。例えば、接触パッドは、高周波（ＲＦ）リーダ接触パッド又は接地信号接地パッドを含むことができる。

幾つかの実施形態では、センサキャップは、ＬＣ共振回路などのインダクタ－キャパシタ回路を含む。一実施形態では、センサキャップは、ＬＣ共振回路を含むことができる。ＬＣ共振回路は、センサキャップの内部表面上に配置されたキャパシタ（センサプローブ）及びセンサキャップの外部表面に配置されたインダクタから形成することができる。幾つかの実施形態では、インダクタは、螺旋形状を含んでいてもよい。センサキャップは、試料収集チャンバによって形成されるキャパシタ間隙をさらに含む。細胞培養デバイスをセンサキャップに向けて傾けると、デバイス内の液体培地がセンサキャップへと移動する。液体培地の試料が試料収集チャンバに捕捉され、収集された培地試料はキャパシタ間隙内の誘電体材料として機能する。

回路は無線で読み取り可能でありうる。例えば、幾つかの実施形態では、センサキャップは、受動無線センシング用の３Ｄ高周波回路を含むことができる。収集された試料の共鳴周波数の値は、高周波（ＲＦ）リーダを使用して無線で検出することができる。細胞培養実験が進むにつれて、液体細胞培養培地の誘電率が変化する。試料細胞培養培地が収集される試料収集チャンバの共振周波数のシフトは、誘導結合リーダによって無線でリアルタイムに検出することができる。

センサキャップ内の複数のセンサによって形成されたＬＣ共振回路は、細胞培養デバイス内の液体細胞培養培地の状態を検出することができる。センシングの原理は、時間の経過（すなわち、細胞培養実験中）に伴う変化又は劣化に起因する液体細胞培養培地の試料のキャパシタンスの変化に基づいている。共鳴周波数シフトは、誘導リーダを介して測定され、センサプローブを細胞培養デバイスに侵襲的に挿入したり、細胞培養表面を乱す危険を冒したりする必要なしに、細胞培養培地の受動的な無線センシングを可能にする。幾つかの実施形態では、センサキャップは、受動的動作、又は電力を消費しない動作を含むことができる。しかしながら、能動的に動作するセンサキャップもまた企図されている。幾つかの実施形態では、センサキャップは無線読み取り機能を含むことができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは有線読み取り機能を含むことができる。

図３Ａは、本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップ１００の斜視図を示している。図３Ｂは、センサキャップ内に配置された能動的構成要素の斜視断面図を示している。センサキャップ１００は円筒形本体１５０を含む。円筒形本体１５０は、側壁１５１の一端に配置された閉鎖端１５５と、側壁１５１の反対側の端に配置された開放端１５４とを備えた、側壁１５１を含む。開放端１５４は、細胞培養デバイスの開口部又はアパーチャに取り付けるように構成される。側壁１５１は、内部表面１５７と外部表面１５９とを有する。閉鎖端１５５は、外部表面１５３と内部表面１５２とを有する。

複数のインダクタコイル１６０は、閉鎖端１５５の外部表面１５３上に配置することができる。各インダクタコイルは、センサキャップの内部上に配置された複数のセンサ内のあるセンサに対応し、センサと通信することができる。４つの独立した同心スパイラルインダクタコイル１６０が、センサキャップ１００からデータを読み取るための受動的方法として図３Ａに示されている。キャップ内の正電極プローブ１８３への接続位置が、参照符号１６３で示されている。試料収集チャンバに接続された負電極１８７に対応する接続位置は、参照符号１６７で示されている。

試料収集チャンバ１７５は、円筒形本体１５０の閉鎖端１５５の内部表面１５２に配置される。試料収集チャンバ構成要素の本体１７０は、閉鎖端１５５の内部表面１５２から延びる。複数のセンサ１８０、が本体１７０に一体的に配置されてもよく、又は本体１７０に取り付けられてもよい。本体１７０の閉鎖端１５５とは反対側の端において、本体は、試料収集チャンバ１７５を含む。試料収集チャンバ１７５の少なくとも一部は、細胞培養チャンバ１０３と連通している。試料収集チャンバ１７５は、細胞培養培地の液体試料１９０を含むように構成された内部容積１７６を画成し、細胞培養培地の試料１９０は、収集チャンバ１７５に入り、細胞培養デバイス１０００がセンサキャップ１００に向かって傾けられると収集チャンバ１７５内に収容される。複数のセンサ１８０は、試料収集チャンバ１７５と連通している。

図４は、複数のセンサ１８０を示すセンサキャップ１００の側面断面図を示している。複数のセンサ１８０は、細胞培養培地中の被分析物のキャパシタンスを測定するために用いられる正（＋）の電極１８３を含む。例えば、第１のセンサは、第１の被分析物を測定し、正（＋）の電極１８３ａを備えており、第２のセンサは、第２の被分析物を測定し、正（＋）の電極１８３ｂを備えている。正電極１８３は、インダクタンスコイル１６０の内部ノード１６３に接続される。共通の負（－）の電極１８７は、同心インダクタンスコイル１６０の外部ノード１６７に接続された試料カップ１７５内に収容される。幾つかの実施形態では、異なる被分析物を測定することができる。幾つかの実施形態では、各電極は、ある特定の被分析物を測定する。幾つかの実施形態では、センサキャップは、同時に測定される最大４つの独立した被分析物を含む。

正電極（カソード）は通常、測定電極又は作用電極と呼ばれるのに対し、負電極（アノード）は共通電極又は参照電極と呼ばれる。測定（＋）電極は、特定のイオン（例えば、ｐＨ測定時の水素イオン）に感受性であり、溶液中の特定のイオン濃度に関連する電位（電圧）を発生する。参照（－）電極は安定した電位を提供し、測定電極は結果として生じる差動電圧と比較され、したがって特定のｐＨ測定が行われる。イオン選択性電極（ＩＳＥ）は、電位差測定に基づいて、体液中に含まれるイオン（とりわけ、水素、カリウム、カルシウム、及びアンモニウムの非限定的な例など）を測定することができる。溶存酸素測定では、カソードとアノードを使用して測定を行うこともできるが、被分析物の還元／酸化の存在に起因して電流が定電圧で測定されるボルタンメトリ（別名アンペロメトリ）に基づいたクラーク電極を使用することもできる。

図５は、本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップを使用する方法のフローチャートを示している。実施形態によれば、センサキャップを使用する方法は、センサキャップを細胞培養デバイスに取り付けるステップを含む。幾つかの実施形態では、該方法は、細胞培養デバイスに、培養される細胞、細胞培養培地、及び細胞培養実験用の添加剤又はサプリメントを充填するステップを含む。方法は、一定期間後に細胞培養デバイスを傾けるステップをさらに含む。細胞培養デバイスは、細胞培養実験中の被分析物の状態を監視するために、任意の適切な期間後に傾けることができる。細胞培養デバイスは、培養培地がセンサキャップの試料収集チャンバ内に収集されることを可能にする任意の適切な手段によって傾けることができる。非限定的な例として、ユーザは細胞培養デバイスを物理的に傾けることができる。非限定的な例として、機械デバイスを使用して、例えば、サイドシェーカープレートに利用可能な傾斜プラットフォームなどのプログラム可能なステージ又は傾斜デバイスによって引き起こされる機械的動きによって、又は他の機器を適合させることによって、細胞培養デバイスを傾斜させることができる。細胞培養デバイスは、センサキャップの収集チャンバ内に細胞培養培地を収集するのに適した任意の時間、傾けることができる。例えば、細胞培養デバイスは、約５秒から約３０秒間、又は細胞培養表面を乱すことなく培地が収集チャンバ内に収集されることを可能にする他の任意の時間、傾けることができる。該方法は、センサキャップ内の複数のセンサを使用して収集チャンバ内の培地の１つ以上の測定値を取得することによって細胞培養デバイスの細胞培養培地の状態を測定するステップをさらに含む。該方法は、複数のセンサから収集されたデータを分析のためにデータプロセッサに送信するステップをさらに含む。

本明細書の実施形態に記載される使い捨てセンサキャップは、細胞培養フラスコなどの細胞培養デバイスに取り付けるように構成されており、容器を汚染するリスクなしに溶存ガス及び選択された必須分子を測定することができる１つ以上のセンサを含む。センサは、センサキャップの本体に組み込むことができる。センサキャップはフラスコの上部にしっかりとねじで固定されており、細胞が増殖する領域とは接触しない。この設計は、測定中に容器が傾いて細胞培養培地が捕捉されるときに、少量の流体がサンプリングチャンバ内に捕捉されることを可能にする。センサは、インダクタンス・キャパシタンス（ＬＣ）回路に依拠しており、ここで、捕捉された培地は、センサ（上部電極）と、誘電体材料として機能するサンプリングチャンバ（底部電極）との間隙に閉じ込められ、細胞培養中の液体の消費によりキャパシタンス値が変化すると、共振周波数（ｆｒｅｓ）がシフトする。キャップは、該キャップの上面にインダクタコイルが配置されるように設計されており、マイクロコントローラボード（Ａｒｄｕｉｎｏ ＢＴなど）、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップ、又は他の無線伝送能力を介して（一又は複数の）被分析物の非侵襲的な無線読み取りを可能にする。データが読み取られ、ユーザが満足するまで転送が完了した後、キャップは所定の位置に残しておき、後で追加のサンプリングに備えることができ、あるいは取り外して滅菌通気キャップと交換し、継続的な増殖を続けることができる。

一態様では、本明細書の実施形態に記載されるセンサキャップは、細胞培養デバイス内の細胞培養の状態を試験することができる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、さまざまな溶存するガス及び分子を検出することができる。センサキャップで検出するための溶存するガス及び分子の非限定的な例には、酸素及び二酸化炭素などの溶存ガスが含まれる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、溶存分子、代謝産物、及び栄養素を検出することができる。試験又はアッセイすることができる溶存分子、代謝産物、及び栄養素の非限定的な例には、糖類（グルコース）、乳酸、アンモニウム、塩類、ビタミン類、アミノ酸類、及びピルビン酸塩が含まれる。幾つかの実施形態では、センサキャップは、ｐＨ、浸透圧、及び他の細胞培養培地の特性などの細胞培養の状態を試験又は測定することができる。一実施形態では、細菌、真菌、又は他の微小汚染物質を測定する微生物汚染用のセンサを、本明細書に記載されるセンサキャップの複数のセンサに含めることもできる。

本明細書に記載される実施形態によるセンサキャップは、細胞培養デバイスに取り付け、細胞培養デバイス内の被分析物データを収集するように構成される。センサキャップは本体を含み、１つ以上のセンサがセンサキャップの本体内に配置される。センサキャップ用のデータは、任意の適切な手段によって保存及びアクセスすることができる。幾つかの実施形態では、センサの読み取り値から収集されたデータは、無線接続によってデータ処理デバイスに送信することができる。幾つかの実施形態では、データは有線接続によって送信することができる。収集されたデータは、モバイルコンピュータ又は携帯電話などのデータ受信デバイスによって受信することができる。非限定的な例として、センサキャップはＲＦＩＤタグを含むことができ、センサキャップ用のデータには、ＲＦＩＤリーダを介してアクセスすることができる。データは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又は他のデータ送信技術又は方法論を備えたモバイルデバイス（コンピュータ、タブレット、又はスマートフォンなど）において分析することができる。

図６は、センサキャップ監視システムの追加の構成要素をさらに示している。これらの構成要素は、センサキャップに組み込むことができる。示されるように、センサキャップ監視システムは、システムのさまざまな構成要素を制御するように構成されたコントローラモジュール１１７０をさらに含むことができる。例えば、コントローラモジュール１１７０は、センサキャップ内の１つ以上のセンサを制御するように構成することができる。例えば、コントローラモジュール１１７０は、キャップ内の個々のセンサを区別して制御し、センサの読み取り値を区別するように構成することができる。コントローラモジュール１１７０はまた、通信モジュール１１５０及びデータプロセッサ１１６０の一方又は両方を制御するように構成することもできる。幾つかの実施形態では、コントローラ１１７０は、監視の頻度を制御するように構成することができる。

幾つかの実施形態では、センサキャップ監視システムは、センサキャップ１００からデータプロセッサ１１６０にデータを転送するように構成された通信モジュール１１５０をさらに含むことができる。通信モジュール１１５０は、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格ファミリ（例えば、ＷｉＦｉ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続、セルラーネットワーク接続、ＲＦ接続、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）、イーサネット接続のうちの１つ以上に準拠するデータ接続、又は任意の他のデータ接続を含むが、これらに限定されない、有線又は無線接続を通じて通信するように構成することができる。データプロセッサ１１６０は、センサキャップ１００から受信した細胞培養データを記録し、分析するように構成することができる。通信モジュール１１５０及びデータプロセッサ１１６０は、１つ以上のデスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットＰＣ、又は他のコンピュータシステムなど、単一の電子デバイス上又は複数の電子デバイス上にあってもよい。コントローラモジュール１１７０、通信モジュール１１５０、及びデータプロセッサ１１６０は、ある特定の機能をセンサキャップ１００に提供するように相互作用することができる。例えば、センサキャップ１００は、細胞培養データ（例えば、被分析物、溶存ガス、ｐＨ、又は他の細胞培養の状態のためのデータを監視し、試験する）を非一時的なコンピュータ可読媒体に記録するように適合させることができる。幾つかの実施形態では、センサキャップ監視システムは、ユーザが細胞培養データを記録及び／又は分析することができるように適合させることができる。他の実施形態では、センサキャップ１００は、細胞培養データが所定の期間に１回、所定の継続期間にわたって記録及び／又は分析されるように、ユーザが監視期間及び／又は監視頻度を設定できるようにすることができる。他の実施形態では、細胞培養データは、所定の頻度で継続的に無期限に記録及び／又は分析することができる。他の実施形態では、センサキャップ１００は、遠隔のユーザデバイスと通信することができる。遠隔のユーザデバイスは、例えば、携帯電話デバイス、タブレットコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、又は他のコンピューティングシステムでありうる。センサキャップ１００は、細胞培養データを遠隔のユーザデバイスに送信することができる。幾つかの実施形態では、遠隔のユーザデバイスは、上で論じた機能のいずれかを含めて、センサキャップ１００を制御するように適合させることができる。

図７は、本明細書で論じられるさまざまなコンピュータプロセス及びシステムを含むか又は実装するために用いることができる内部ハードウェアの一例を示している。例えば、上で論じられるセンサキャップ１００は、図７に示されるようなモバイルデバイスハードウェアを含むことができる。電気バス５００は、ハードウェアの他の図示された構成要素を相互接続する情報ハイウェイとして機能する。ＣＰＵ５０５はシステムの中央処理装置であり、プログラムを実行するために必要な計算及び論理演算を実施する。ＣＰＵ５０５は、単独で、又は他の要素の１つ以上と組み合わせて、本開示内でこのような用語が用いられるような処理デバイス、コンピューティングデバイス、又はプロセッサである。ＣＰＵ又は「プロセッサ」は、プログラミング命令を実行する電子デバイスの構成要素である。「プロセッサ」という用語は、単一のプロセッサを指す場合もあれば、プロセスのさまざまなステップを一緒に実装する複数のプロセッサを指す場合もある。文脈上、単一のプロセッサが必要であること、又は複数のプロセッサが必要であることが特に述べられていない限り、「プロセッサ」という用語には、単数の実施形態と複数の実施形態の両方が含まれる。読出専用メモリ（ＲＯＭ）５１０及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５１５は、メモリデバイスの例を構成し、「メモリデバイス」という用語及び同様の用語には、単一のデバイスの実施形態、プログラミング又はデータを一緒に保存する複数のデバイス、又はそのようなデバイスの個々のセクタが含まれる。

コントローラ５２０は、システムバス５００へのデータ保管設備として機能する１つ以上の任意選択的なメモリデバイス５２５とインターフェースする。これらのメモリデバイス５２５には、例えば、外部又は内部ディスクドライブ、ハードドライブ、フラッシュメモリ、ＵＳＢドライブ、又はデータ保管設備として機能する別のタイプのデバイスが含まれうる。このようなさまざまなドライブ及びコントローラは、任意選択的なデバイスである。幾つかの実施形態では、メモリデバイス５２５は、任意のソフトウェアモジュール又は命令、補助データ、インシデントデータを格納するための個別のファイル、分割表及び／又は回帰モデルのグループを格納するための共通ファイル、又は上述した情報を保存するための１つ以上のデータベースを含むように構成することができる。

ＲＯＭ５１０及び／又はＲＡＭ５１５は、上述のプロセスに関連する機能ステップのいずれかを実施するためのプログラム命令、ソフトウェア、又は対話型モジュールを格納することができる。任意選択的に、プログラム命令は、コンパクトディスク、デジタルディスク、フラッシュメモリ、メモリカード、ＵＳＢドライブ、光ディスク記憶媒体、及び／又は他の記録媒体などの非一時的なコンピュータ可読媒体に格納することができる。

幾つかの実施形態では、センサキャップは、表示画面又は表示インターフェースを含むことができる。このような任意選択的な表示インターフェース５４０により、バス５００からの情報をオーディオ、ビジュアル、グラフィック、又は英数字フォーマットでディスプレイ５４５上に表示できるようにすることができる。例えば、センサキャップ内の複数のセンサによって測定された被分析物の状態を表示することができる。外部デバイスとの通信は、さまざまな通信ポート５５０を使用して行うことができる。通信ポート５５０は、インターネット、ローカルエリアネットワーク、又は携帯電話データネットワークなどの通信ネットワークに接続することができる。

本明細書に記載される第１の態様（態様１）は、細胞培養デバイス用のセンサキャップを提供し、該センサキャップは、閉鎖端と開放端とを有する円筒形本体であって、開放端が細胞培養デバイスに取り付けるように構成されている、円筒形本体；該円筒形本体の内部表面上に配置された試料収集チャンバ；及び、該試料収集チャンバと連通する複数のセンサを備えている。

本明細書に記載される第２の態様（態様２）は、キャップが円筒形本体の外部表面上に配置された複数のインダクタコイルを含む、態様１に記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第３の態様（態様３）は、複数のインダクタコイルの各インダクタコイルが、複数のセンサのうちの一のセンサに対応し、かつ該センサと通信する、態様２に記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第４の態様（態様４）は、複数のインダクタコイルがキャップの閉鎖端上に同心円状に配置される、態様２又は態様３に記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第５の態様（態様５）は、開放端が、細胞培養デバイス上の対応するねじ山に取り付けるように構成されたねじ山を含む、態様１から４のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第６の態様（態様６）は、キャップの外側がテクスチャ領域を含む、態様１から５のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第７の態様（態様７）は、キャップが使い捨て可能である、態様１から６のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第８の態様（態様８）は、複数のセンサがセンサキャップの本体に組み込まれる、態様１から７のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第９の態様（態様９）は、複数のセンサがセンサキャップの本体に取り付けられる、態様１から８のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１０の態様（態様１０）は、複数のセンサが、溶存ガスセンサ、必須分子センサ、細胞培養状態センサ、又はそれらの組合せを含む、態様１から９のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１１の態様（態様１１）は、溶存ガスセンサが、溶存する酸素又は二酸化炭素を測定する、態様１０に記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１２の態様（態様１２）は、必須分子センサが、糖、乳酸、アンモニウム、塩類、ビタミン類、アミノ酸類、又はピルビン酸塩の含有量を測定する、態様１０に記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１３の態様（態様１３）は、糖含有量がグルコース含有量を含む、態様１２に記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１４の態様（態様１４）は、細胞培養状態センサがｐＨ又は浸透圧を測定する、態様１０に記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１５の態様（態様１５）は、複数のセンサがインダクタンス・キャパシタンスセンサを含む、態様１から１０のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１６の態様（態様１６）は、細胞培養デバイスが、細胞培養培地ボトル、シェーカーフラスコ、細胞培養フラスコ、多層細胞培養フラスコ、多層細胞培養容器、細胞培養スピナーフラスコ、又は細胞培養ローラボトルを含む、態様１から１５のいずれかに記載のセンサキャップを対象とする。

本明細書に記載される第１７の態様（態様１７）は、細胞培養培地を非侵襲的に監視するように構成された細胞培養培地監視システムを提供し、該システムは、細胞培養チャンバを含む細胞培養容器であって、細胞培養チャンバがその上で細胞が培養される表面を有する、細胞培養容器；及び、該細胞培養容器に取り付けるように構成されたセンサキャップであって、該センサキャップが、閉鎖端と開放端とを有する円筒形本体であって、開放端が細胞培養容器のポートに取り付けるように構成されている、円筒形本体と、該円筒形本体の内部表面上に配置された試料収集チャンバと、該試料収集チャンバと連通する複数のセンサとを備えている、センサキャップを含む。

本明細書に記載される第１８の態様（態様１８）は、システムを制御するように構成されたコントローラモジュールをさらに含む、態様１７に記載のシステムを対象とする。

本明細書に記載される第１９の態様（態様１９）は、測定データをセンサキャップからデータプロセッサに転送するように構成された通信モジュールをさらに含む、態様１７又は態様１８に記載のシステムを対象とする。

本明細書に記載される第２０の態様（態様２０）は、通信モジュールが有線接続及び無線接続のうちの少なくとも一方を通じて通信するように構成される、態様１９に記載のシステムを対象とする。

本明細書に記載される第２１の態様（態様２１）は、センサキャップによって収集された送信データを受信するように構成されたデータ処理デバイスをさらに含む、態様１７から２０のいずれかに記載のシステムを対象とする。

本明細書に記載される第２２の態様（態様２２）は、細胞培養培地状態を測定する方法を提供し、該方法は、センサキャップを細胞培養デバイスに取り付けるステップであって、細胞培養デバイスが、細胞を培養するための細胞培養表面と、ある体積の細胞培養培地とを含む、ステップ；細胞培養デバイスを傾けて細胞培養培地をセンサキャップに流すステップであって、細胞培養培地の試料がセンサキャップ内の試料収集チャンバに収集される、ステップ；及び、センサキャップ内の複数のセンサを介して試料の細胞培養培地状態を測定するステップを含む。

本明細書に記載される第２３の態様（態様２３）は、試料が細胞培養表面以外の領域から収集される、態様２２に記載の方法を対象とする。

本明細書に記載される第２４の態様（態様２４）は、複数のセンサが、溶存ガス、必須分子、細胞培養の状態、又はそれらの組合せを測定する、態様２２又は態様２３に記載の方法を対象とする。

本明細書に記載される第２５の態様（態様２５）は、測定ステップ中にセンサキャップによって収集されたデータをデータ処理デバイスに送信するステップをさらに含む、態様２２から２４のいずれかに記載の方法を対象とする。

本明細書に記載される第２６の態様（態様２６）は、収集されたデータを分析することによって細胞培養デバイス内の細胞培養培地状態を監視するステップをさらに含む、態様２５に記載の方法を対象とする。

本明細書に記載される第２７の態様（態様２７）は、データが、センサキャップの外部表面でのインダクタコイルの非侵襲的な無線読み取りを通じて送信される、態様２５に記載の方法を対象とする。

本明細書に記載される第２８の態様（態様２８）は、非侵襲的な無線読み取りがマイクロコントローラボードを介したものである、態様２７に記載の方法を対象とする。

本明細書に記載される第２９の態様（態様２９）は、非侵襲的な無線読み取りが無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップを介したものである、態様２７に記載の方法を対象とする。

本明細書に記載される第３０の態様（態様３０）は、センサキャップによって収集された測定データの出力を提供するステップをさらに含む、態様２２に記載の方法を対象とする。

さまざまな開示される実施形態は、その特定の実施形態に関連して記載される特定の特徴、要素、又は工程を含みうることが認識されよう。また、特定の特徴、要素、又は工程は、特定の一実施形態に関連して説明されているが、図示されていないさまざまな組合せ又は順列の代替的な実施形態と交換又は組み合わせることができることも認識されよう。

本明細書で用いられる場合、用語「ｔｈｅ」、「ａ」、又は「ａｎ」は、「少なくとも１つ」を意味し、明示的に反対の指示がない限り、「１つのみ」に限定されるべきではないことが理解されるべきである。よって、例えば、「ある１つの（ａ）構成要素」への言及は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、そのような構成要素を２つ以上有する実施形態を含む。

本明細書では、範囲は、「約」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現することができる。このような範囲が表現される場合、実施形態は、その１つの特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。同様に、例えば先行詞「約」の使用によって、値が近似値として表される場合、その特定の値は別の態様を形成することが理解されよう。さらには、範囲の各々の端点は、他の端点に関連して、及び他の端点とは独立してのいずれにおいても重要であることが理解されよう。

特に明記しない限り、本明細書に記載の任意の方法は、そのステップが特定の順序で実行されることを必要とすると解釈されることは、決して意図していない。したがって、方法クレームがそのステップが従うべき順序を実際に列挙していないか、又はステップが特定の順序に限定されるべきであることが特許請求の範囲又は明細書に具体的に述べられていない場合には、いかなる特定の順序も、推測されることは、決して意図していない。

特定の実施形態のさまざまな特徴、要素、又は工程は、「含む」という移行句を使用して開示されうるが、「～からなる」又は「～から実質的になる」という移行句を使用して説明されうるものを含む代替的な実施形態態が暗示されることが理解されるべきである。したがって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む装置の暗黙の代替的な実施形態には、装置がＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態と、装置が実質的にＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態とが含まれる。

本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示に対してさまざまな修正及び変形がなされうることは、当業者にとって明白であろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内にある限り、本開示の修正及び変形を包含することが意図されている。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
細胞培養デバイス用のセンサキャップにおいて、
閉鎖端と開放端とを有する円筒形本体であって、前記開放端が細胞培養デバイスに取り付けるように構成されている、円筒形本体、
前記円筒形本体の内部表面上に配置された試料収集チャンバ、及び
前記試料収集チャンバと連通する複数のセンサ
を含む、細胞培養デバイス用のセンサキャップ。

実施形態２
前記キャップが、前記円筒形本体の外部表面上に配置された複数のインダクタコイルを含む、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態３
各インダクタコイルが、前記複数のセンサのうちの一のセンサに対応し、かつ該センサと通信する、実施形態２に記載のセンサキャップ。

実施形態４
前記複数のインダクタコイルが、前記キャップの前記閉鎖端上に同心円状に配置される、実施形態２に記載のセンサキャップ。

実施形態５
前記開放端が、細胞培養デバイス上の対応するねじ山に取り付けるように構成されたねじ山を含む、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態６
前記キャップの外側がテクスチャ領域を含む、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態７
前記キャップが使い捨て可能である、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態８
前記複数のセンサが、前記センサキャップの前記本体に組み込まれる、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態９
前記複数のセンサが、前記センサキャップの前記本体に取り付けられる、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態１０
前記複数のセンサが、溶存ガスセンサ、必須分子センサ、細胞培養状態センサ、又はそれらの組合せを含む、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態１１
前記溶存ガスセンサが、溶存する酸素又は二酸化炭素を測定する、実施形態１０に記載のセンサキャップ。

実施形態１２
前記必須分子センサが、糖、乳酸、アンモニウム、塩類、ビタミン類、アミノ酸類、又はピルビン酸塩の含有量を測定する、実施形態１０に記載のセンサキャップ。

実施形態１３
前記糖含有量が、グルコース含有量を含む、実施形態１２に記載のセンサキャップ。

実施形態１４
前記細胞培養状態センサが、ｐＨ又は浸透圧を測定する、実施形態１０に記載のセンサキャップ。

実施形態１５
前記複数のセンサが、インダクタンス・キャパシタンスセンサを含む、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態１６
前記細胞培養デバイスが、細胞培養培地ボトル、シェーカーフラスコ、細胞培養フラスコ、多層細胞培養フラスコ、多層細胞培養容器、細胞培養スピナーフラスコ、又は細胞培養ローラボトルを含む、実施形態１に記載のセンサキャップ。

実施形態１７
細胞培養培地を非侵襲的に監視するように構成された細胞培養培地監視システムであって、該システムが、
細胞培養チャンバを含む細胞培養容器であって、前記細胞培養チャンバが、その上で細胞が培養される表面を有する、細胞培養容器、及び
前記細胞培養容器に取り付けるように構成されたセンサキャップであって、
閉鎖端と開放端とを有する円筒形本体であって、前記開放端が前記細胞培養容器のポートに取り付けるように構成されている、円筒形本体と、
前記円筒形本体の内部表面上に配置された試料収集チャンバと、
前記試料収集チャンバと連通する複数のセンサと
を備えている、センサキャップ
を含む、細胞培養デバイス用のセンサキャップ。

実施形態１８
前記システムを制御するように構成されたコントローラモジュールをさらに含む、実施形態１７に記載のシステム。

実施形態１９
測定データを前記センサキャップからデータプロセッサに転送するように構成された通信モジュールをさらに含む、実施形態１７に記載のシステム。

実施形態２０
前記通信モジュールが、有線接続及び無線接続のうちの少なくとも一方を通じて通信するように構成される、実施形態１９に記載のシステム。

実施形態２１
前記センサキャップによって収集された送信データを受信するように構成されたデータ処理デバイスをさらに含む、実施形態１７に記載のシステム。

実施形態２２
細胞培養培地状態を測定する方法において、
センサキャップを細胞培養デバイスに取り付けるステップであって、前記細胞培養デバイスが、細胞を培養するための細胞培養表面と、ある体積の細胞培養培地とを含む、ステップ、
前記細胞培養デバイスを傾けて細胞培養培地を前記センサキャップに流すステップであって、前記細胞培養培地の試料が前記センサキャップ内の試料収集チャンバに収集される、ステップ、及び
前記センサキャップ内の複数のセンサを介して前記試料の細胞培養培地状態を測定するステップ
を含む、方法。

実施形態２３
前記試料が、前記細胞培養表面以外の領域から収集される、実施形態２２に記載の方法。

実施形態２４
前記複数のセンサが、溶存ガス、必須分子、細胞培養の状態、又はそれらの組合せを測定する、実施形態２２に記載の方法。

実施形態２５
前記測定ステップ中に前記センサキャップによって収集されたデータをデータ処理デバイスに送信するステップをさらに含む、実施形態２２に記載の方法。

実施形態２６
前記収集データを分析することによって前記細胞培養デバイス内の細胞培養培地状態を監視するステップをさらに含む、実施形態２５に記載の方法。

実施形態２７
前記データが、前記センサキャップの外部表面でのインダクタコイルの非侵襲的な無線読み取りを通じて送信される、実施形態２５に記載の方法。

実施形態２８
前記非侵襲的な無線読み取りが、マイクロコントローラボードを介したものである、実施形態２７に記載の方法。

実施形態２９
前記非侵襲的な無線読み取りが、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップを介したものである、実施形態２７に記載の方法。

実施形態３０
前記センサキャップによって収集された前記測定データの出力を提供するステップをさらに含む、実施形態２２に記載の方法。

１００ センサキャップ
１０１ 上部
１０３ 細胞培養チャンバ
１０５ ポート又はアパーチャ
１０６ 側壁
１０７ 端壁
１０８ 底部
１０９ ネック付き開口部
１１２ ネック
１２５ ねじ山
１３５ 相補的なねじ構造
１４０ テクスチャ領域
１４５ 隆起
１５０ 円筒形本体
１５１ 側壁
１５２ 内部表面
１５３ 外部表面
１５４ 開放端
１５５ 閉鎖端
１５７ 内部表面
１５９ 外部表面
１６０ インダクタコイル
１６３ 内部ノード
１６７ 外部ノード
１７０ 本体
１７５ 試料収集チャンバ
１７６ 内部容積
１８０ 複数のセンサ
１８３ａ，ｂ 正電極プローブ
１８７ 負電極
１９０ 液体試料
２００ 細胞培養表面
２０１，２０６，２０７，２０８ 内部表面
２１２ 内面
１０００ 細胞培養容器

Claims (15)

1. 細胞培養デバイス用のセンサキャップにおいて、
   閉鎖端と開放端とを有する円筒形本体であって、前記開放端が細胞培養デバイスに取り付けるように構成されている、円筒形本体、
   前記円筒形本体の内部表面上に配置された試料収集チャンバ、及び
   前記試料収集チャンバと連通する複数のセンサ
   を含む、細胞培養デバイス用のセンサキャップ。
2. 前記キャップが、前記円筒形本体の外部表面上に配置された複数のインダクタコイルを含む、請求項１に記載のセンサキャップ。
3. 各インダクタコイルが、前記複数のセンサのうちの一のセンサに対応し、かつ該センサと通信する、請求項２に記載のセンサキャップ。
4. 前記複数のインダクタコイルが、前記キャップの前記閉鎖端上に同心円状に配置される、請求項２に記載のセンサキャップ。
5. 前記開放端が、細胞培養デバイス上の対応するねじ山に取り付けるように構成されたねじ山を含む、請求項１に記載のセンサキャップ。
6. 前記複数のセンサが、前記センサキャップの前記本体に組み込まれる、請求項１に記載のセンサキャップ。
7. 前記複数のセンサが、前記センサキャップの前記本体に取り付けられる、請求項１に記載のセンサキャップ。
8. 前記複数のセンサが、溶存ガスセンサ、必須分子センサ、細胞培養状態センサ、又はそれらの組合せを含み、
   前記溶存ガスセンサが、溶存する酸素又は二酸化炭素を測定し、
   前記必須分子センサが、糖、乳酸、アンモニウム、塩類、ビタミン類、アミノ酸類、又はピルビン酸塩の含有量を測定し、かつ
   前記細胞培養状態センサが、ｐＨ又は浸透圧を測定する、
   請求項１に記載のセンサキャップ。
9. 前記糖含有量が、グルコース含有量を含む、請求項８に記載のセンサキャップ。
10. 前記複数のセンサが、インダクタンス・キャパシタンスセンサを含む、請求項１に記載のセンサキャップ。
11. 前記細胞培養デバイスが、細胞培養培地ボトル、シェーカーフラスコ、細胞培養フラスコ、多層細胞培養フラスコ、多層細胞培養容器、細胞培養スピナーフラスコ、又は細胞培養ローラボトルを含む、請求項１に記載のセンサキャップ。
12. 細胞培養培地を非侵襲的に監視するように構成された細胞培養培地監視システムであって、該システムが、
    細胞培養チャンバを含む細胞培養容器であって、該細胞培養チャンバが、その上で細胞が培養される表面を有する、細胞培養容器、及び
    請求項１から１１のいずれか一項に記載されるセンサキャップ
    を含む、システム。
13. 前記システムを制御するように構成されたコントローラモジュール、測定データを前記センサキャップからデータプロセッサに転送するように構成された通信モジュール、及び前記センサキャップによって収集された送信データを受信するように構成されたデータ処理デバイスのうちの少なくとも１つ、又はそれらの組合せをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記通信モジュールが、有線接続及び無線接続のうちの少なくとも一方を通じて通信するように構成される、請求項１３に記載のシステム。
15. 細胞培養培地状態を測定する方法において、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載されるセンサキャップを細胞培養デバイスに取り付けるステップであって、前記細胞培養デバイスが、細胞を培養するための細胞培養表面と、ある体積の細胞培養培地とを含む、ステップ、
    前記細胞培養デバイスを傾けて細胞培養培地を前記センサキャップに流すステップであって、前記細胞培養培地の試料が前記センサキャップ内の試料収集チャンバに収集される、ステップ、及び
    前記センサキャップ内の複数のセンサを介して前記試料の細胞培養培地状態を測定するステップ
    を含む、方法。

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