JP7079319B2 - Acid dissociation equilibrium estimation method, acid dissociation equilibrium estimation device, acid dissociation equilibrium estimation system, and user interface device - Google Patents
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Description
本発明は、酸解離平衡推定方法、酸解離平衡推定装置、酸解離平衡推定システム、およびユーザインタフェース装置に関するものである。 The present invention relates to an acid dissociation equilibrium estimation method, an acid dissociation equilibrium estimation device, an acid dissociation equilibrium estimation system, and a user interface device.
細胞培養用の培地には、フェノールレッド等のpH指示薬が含まれていることが多い。pH指示薬は、培地のpHに応じた色を呈する。作業者は、培地の色から培地のpHを知り、pHに基づいて細胞の増殖状態またはコンタミネーション等を予測することができる。 The medium for cell culture often contains a pH indicator such as phenol red. The pH indicator exhibits a color corresponding to the pH of the medium. The operator can know the pH of the medium from the color of the medium and predict the growth state or contamination of cells based on the pH.
培地は、pH指示薬の他に、有色の成分、例えばウシ胎児血清(FBS)を含んでいることが多く、培地の色は、pH指示薬の色とFBSの色との混合色となる。また、培地に含まれるFBSの濃度は、細胞の種類および培養目的等に応じて異なる。そのため、目視による培地の色に基づいて、培地のpHを正確に判断することが難しい。そこで、培地の吸光度に基づいて培地のpHを算出する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。) The medium often contains a colored component such as fetal bovine serum (FBS) in addition to the pH indicator, and the color of the medium is a mixture of the color of the pH indicator and the color of FBS. The concentration of FBS contained in the medium varies depending on the type of cells, the purpose of culturing, and the like. Therefore, it is difficult to accurately determine the pH of the medium based on the color of the medium visually. Therefore, a method of calculating the pH of the medium based on the absorbance of the medium has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1では、4つの波長において培地の吸光度を測定し、測定された吸光度を用いて4元連立方程式を解くことによって、培地のpHを算出している。
具体的には、培地の吸光度は、フェノールレッドの吸光度、FBSの吸光度およびオフセットの和である。すなわち、培地の吸光度は、フェノールレッドの濃度、FBSの濃度およびオフセットを未知数とする3元1次方程式として表される。ここで、pH7.0~8.0において、フェノールレッドの吸光係数とpHとの関係は線形になる。特許文献1では、このフェノールレッドの吸光係数とpHとの線形関係を用いて、上記の3元1次方程式を、さらにpHを未知数とする4元1次方程式に変形している。In
Specifically, the absorbance of the medium is the sum of the absorbance of phenol red, the absorbance of FBS and the offset. That is, the absorbance of the medium is expressed as a ternary linear equation in which the concentration of phenol red, the concentration of FBS and the offset are unknown. Here, at pH 7.0 to 8.0, the relationship between the extinction coefficient of phenol red and pH becomes linear. In
しかしながら、特許文献1の方法の場合、正確な推定が可能なpHの範囲が、フェノールレッドの吸光係数とpHとの関係が線形になるpH7.0~8.0のみに限定されるという不都合がある。
特許文献1には、上記方法の他に、所定の4つの波長における吸光度を用いて、より広い範囲のpHを予測する方法が記載されている。ただし、この方法の場合、吸光度の測定波長が限定されるという不都合がある。However, in the case of the method of
In addition to the above method,
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、測定波長が制限されず、かつ、培地のpHを広範囲にわたって正確に推定することができる酸解離平衡推定方法、酸解離平衡推定装置、酸解離平衡推定システム、およびユーザインタフェース装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an acid dissociation equilibrium estimation method and an acid dissociation equilibrium estimation device capable of accurately estimating the pH of a medium over a wide range without limiting the measurement wavelength. , Acid dissociation equilibrium estimation system, and user interface device.
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、細胞培養用の液状の培地に含まれるpH指示薬の酸解離平衡状態を推定する酸解離平衡推定方法であって、前記pH指示薬が、前記培地中の水素イオン濃度に応じて酸型と塩基型との間で変化し、前記酸型のpH指示薬と前記塩基型のpH指示薬との間で酸解離平衡が成立し、前記酸型のpH指示薬および前記塩基型のpH指示薬が相互に異なる光学スペクトルを有し、測定波長における前記培地の酸解離光学指標を取得し、該酸解離光学指標が前記pH指示薬の光学スペクトルの強度と相関する、工程と、取得された前記酸解離光学指標に基づいて、前記培地中の前記酸型のpH指示薬の濃度および前記塩基型のpH指示薬の濃度を算出する工程とを含む酸解離平衡推定方法である。In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
One aspect of the present invention is an acid dissociation equilibrium estimation method for estimating the acid dissociation equilibrium state of a pH indicator contained in a liquid medium for cell culture, wherein the pH indicator depends on the hydrogen ion concentration in the medium. It changes between the acid type and the base type, and an acid dissociation equilibrium is established between the acid type pH indicator and the base type pH indicator, and the acid type pH indicator and the base type pH indicator are established. Have different optical spectra from each other and obtain an acid dissociation optical index of the medium at the measurement wavelength, and the acid dissociation optical index correlates with the intensity of the optical spectrum of the pH indicator. This is an acid dissociation equilibrium estimation method including a step of calculating the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration of the base-type pH indicator in the medium based on the dissociation optical index.
培地中のpH指示薬の酸解離平衡状態は、培地中の水素イオン濃度(すなわち、pH)に応じて変化する。すなわち、培地が酸性に傾くにつれて、酸型のpH指示薬の濃度が増加し、塩基型のpH指示薬の濃度が減少する。また、培地が塩基性に傾くにつれて、酸型のpH指示薬の濃度が減少し、塩基型のpH指示薬の濃度が増加する。酸型のpH指示薬の光学スペクトルと塩基型のpH指示薬の光学スペクトルは相互に異なる。したがって、培地の酸解離光学指標に基づいて培地中の酸型のpH指示薬および塩基型のpH指示薬の各々の濃度を算出し、酸型および塩基型のpH指示薬の濃度に基づいて培地の酸解離平衡状態を推定することができる。 The acid dissociation equilibrium state of the pH indicator in the medium changes depending on the hydrogen ion concentration (ie, pH) in the medium. That is, as the medium becomes more acidic, the concentration of the acid-type pH indicator increases and the concentration of the basic pH indicator decreases. Further, as the medium becomes more basic, the concentration of the acid-type pH indicator decreases and the concentration of the basic pH indicator increases. The optical spectra of acid-type pH indicators and the optical spectra of base-type pH indicators are different from each other. Therefore, the concentration of each of the acid-type pH indicator and the base-type pH indicator in the medium is calculated based on the acid dissociation optical index of the medium, and the acid dissociation of the medium is calculated based on the concentration of the acid-type and base-type pH indicators. The equilibrium state can be estimated.
上記態様においては、前記培地の酸解離光学指標を取得する工程において、単一の測定波長における前記酸解離光学指標を取得し、前記濃度を算出する工程において、前記酸解離光学指標に基づいて、前記酸型のpH指示薬および前記塩基型のpH指示薬の一方の濃度を算出し、前記培地に含まれる前記pH指示薬の全濃度から前記一方の濃度を減算することによって前記酸型のpH指示薬および前記塩基型のpH指示薬の他方の濃度を算出してもよい。
この構成によって、1つのみの酸解離光学指標から培地の酸解離平衡状態を推定することができる。In the above embodiment, in the step of acquiring the acid dissociation optical index of the medium, in the step of acquiring the acid dissociation optical index at a single measurement wavelength and calculating the concentration, based on the acid dissociation optical index, The acid-type pH indicator and the acid-type pH indicator and the acid-type pH indicator are calculated by calculating the concentration of one of the acid-type pH indicator and the base-type pH indicator and subtracting the one concentration from the total concentration of the pH indicator contained in the medium. The other concentration of the basic pH indicator may be calculated.
With this configuration, the acid dissociation equilibrium state of the medium can be estimated from only one acid dissociation optical index.
上記態様においては、前記酸解離光学指標を取得する工程において、第1測定波長における酸解離光学指標および第2測定波長における酸解離光学指標を取得し、前記第1測定波長および前記第2測定波長が相互に異なっていてもよい。
培地の酸解離光学指標は、酸型のpH指示薬の濃度および塩基型のpH指示薬の濃度を用いた式で表すことができる。2つの測定波長における2つの酸解離光学指標を用いて、酸型のpH指示薬の濃度および塩基型のpH指示薬の濃度を未知数とする2元連立方程式が得られる。この2元連立方程式を解くことによって、酸型のpH指示薬の濃度および塩基型のpH指示薬の濃度を算出することができる。In the above embodiment, in the step of acquiring the acid dissociation optical index, the acid dissociation optical index at the first measurement wavelength and the acid dissociation optical index at the second measurement wavelength are acquired, and the first measurement wavelength and the second measurement wavelength are obtained. May be different from each other.
The acid dissociation optical index of the medium can be expressed by an equation using the concentration of the acid type pH indicator and the concentration of the base type pH indicator. Using two acid dissociation optical indices at two measurement wavelengths, a binary system of equations is obtained in which the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration of the base-type pH indicator are unknown. By solving this binary simultaneous equation, the concentration of the acid type pH indicator and the concentration of the base type pH indicator can be calculated.
上記態様においては、前記酸解離光学指標を取得する工程において、第3測定波長における酸解離光学指標をさらに取得し、前記第3測定波長が、前記第1測定波長および前記第2測定波長とは異なり、前記濃度を算出する工程が、前記培地の酸解離光学指標に含まれるオフセットを算出する工程をさらに含んでいてもよい。
培地の酸解離光学指標は、酸型のpH指示薬の濃度、塩基型のpH指示薬の濃度およびオフセットを用いた式で表すことができる。オフセットとは、pH指示薬以外の物質に基づく酸解離光学指標の成分である。3つの測定波長における3つの酸解離光学指標を用いて、酸型のpH指示薬の濃度、塩基型のpH指示薬の濃度およびオフセットを未知数とする3元連立方程式が得られる。この3元連立方程式を解くことによって、酸型のpH指示薬の濃度および塩基型のpH指示薬の濃度に加えて、オフセットを算出することができる。In the above embodiment, in the step of acquiring the acid dissociation optical index, the acid dissociation optical index at the third measurement wavelength is further acquired, and the third measurement wavelength is the first measurement wavelength and the second measurement wavelength. However, the step of calculating the concentration may further include the step of calculating the offset included in the acid dissociation optical index of the medium.
The acid dissociation optical index of the medium can be expressed by an equation using the concentration of the acid-type pH indicator, the concentration of the basic pH indicator, and the offset. Offset is a component of an acid dissociation optical index based on a substance other than a pH indicator. Using three acid dissociation optical indices at three measurement wavelengths, a ternary simultaneous equation is obtained in which the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration and offset of the base-type pH indicator are unknown. By solving this ternary simultaneous equation, the offset can be calculated in addition to the concentration of the acid type pH indicator and the concentration of the base type pH indicator.
上記態様においては、前記酸解離光学指標を取得する工程において、第4測定波長における酸解離光学指標をさらに取得し、前記第4測定波長が、前記第1測定波長、前記第2測定波長および前記第3測定波長とは異なり、前記濃度を算出する工程が、前記培地に含まれる有色物質の濃度を算出する工程をさらに含んでいてもよい。
培地の酸解離光学指標は、酸型のpH指示薬の濃度、塩基型のpH指示薬の濃度、オフセットおよび有色物質の濃度を用いた式で表すことができる。有色物質とは、例えば、血清である。4つの測定波長における4つの酸解離光学指標を用いて、酸型のpH指示薬の濃度、塩基型のpH指示薬の濃度、オフセットおよび有色物質の濃度を未知数とする4元連立方程式が得られる。この4元連立方程式を解くことによって、酸型のpH指示薬の濃度、塩基型のpH指示薬の濃度およびオフセットに加えて、有色物質の濃度を算出することができる。In the above embodiment, in the step of acquiring the acid dissociation optical index, the acid dissociation optical index at the fourth measurement wavelength is further acquired, and the fourth measurement wavelength is the first measurement wavelength, the second measurement wavelength, and the above. Unlike the third measurement wavelength, the step of calculating the concentration may further include the step of calculating the concentration of the colored substance contained in the medium.
The acid dissociation optical index of the medium can be expressed by an equation using the concentration of the acid type pH indicator, the concentration of the basic pH indicator, the offset and the concentration of the colored substance. The colored substance is, for example, serum. Using the four acid dissociation optical indices at the four measurement wavelengths, a quaternary simultaneous equation is obtained in which the concentration of the acid-type pH indicator, the concentration of the base-type pH indicator, the offset, and the concentration of the colored substance are unknown. By solving this quaternary simultaneous equation, the concentration of the colored substance can be calculated in addition to the concentration of the acid type pH indicator, the concentration of the basic pH indicator and the offset.
上記態様においては、前記酸解離光学指標が、前記培地の吸光度であってもよい。
この構成によって、簡易な方法および構成によって酸解離光学指標を測定することができる。In the above embodiment, the acid dissociation optical index may be the absorbance of the medium.
With this configuration, the acid dissociation optical index can be measured by a simple method and configuration.
上記態様においては、前記培地の水素イオン指数(pH)を下式に基づいて算出する工程をさらに含んでいてもよい。
pH=pKa+log(Cbas/Caci)
ここで、pKaは、前記pH指示薬の酸解離指数、Cbasは、前記培地中の前記塩基型のpH指示薬の濃度、Caciは、前記培地中の前記酸型のpH指示薬の濃度である。
この構成によって、培地に含まれる有色物質の色の影響を受けることなく、培地のpHを正確に推定することができる。In the above aspect, the step of calculating the hydrogen ion index (pH) of the medium based on the following formula may be further included.
pH = pKa + log (C bass / C aci )
Here, pKa is the acid dissociation index of the pH indicator, C bass is the concentration of the basic pH indicator in the medium, and C aci is the concentration of the acid type pH indicator in the medium.
With this configuration, the pH of the medium can be accurately estimated without being affected by the color of the colored substance contained in the medium.
上記態様においては、前記酸解離指数が、所定の標準温度における酸解離指数であり、前記酸解離光学指標を取得する工程において、前記所定の標準温度の前記培地の酸解離光学指標を取得してもよい。
酸解離指数は、温度に応じて変化する。したがって、同一の標準温度における酸解離指数および培地の酸解離光学指標を用いることによって、培地のpHのさらに正確な推定値を式(1)から算出することができる。In the above embodiment, the acid dissociation index is the acid dissociation index at a predetermined standard temperature, and in the step of acquiring the acid dissociation optical index, the acid dissociation optical index of the medium having the predetermined standard temperature is acquired. May be good.
The acid dissociation constant changes with temperature. Therefore, by using the acid dissociation index at the same standard temperature and the acid dissociation optical index of the medium, a more accurate estimate of the pH of the medium can be calculated from the equation (1).
本発明の他の態様は、細胞培養用の液状の培地に含まれるpH指示薬の酸解離平衡状態を推定する酸解離平衡推定装置であって、前記pH指示薬が、前記培地中の水素イオン濃度に応じて酸型と塩基型との間で変化し、前記酸型のpH指示薬と前記塩基型のpH指示薬との間で酸解離平衡が成立し、前記酸型のpH指示薬および前記塩基型のpH指示薬が相互に異なる光学スペクトルを有し、プロセッサを備え、該プロセッサが、測定波長における前記培地の酸解離光学指標を取得し、該酸解離光学指標が前記pH指示薬の光学スペクトルの強度と相関する、工程と、取得された前記酸解離光学指標に基づいて、前記培地中の前記酸型のpH指示薬の濃度および前記塩基型のpH指示薬の濃度を算出する工程と、を実行する酸解離平衡推定装置である。 Another aspect of the present invention is an acid dissociation equilibrium estimation device that estimates the acid dissociation equilibrium state of a pH indicator contained in a liquid medium for cell culture, wherein the pH indicator adjusts to the hydrogen ion concentration in the medium. It changes between the acid type and the base type accordingly, and an acid dissociation equilibrium is established between the acid type pH indicator and the base type pH indicator, and the acid type pH indicator and the base type pH are established. Indicators have different optical spectra from each other and are equipped with a processor, which obtains an acid dissociation optical index of the medium at a measurement wavelength, and the acid dissociation optical index correlates with the intensity of the optical spectrum of the pH indicator. , And the step of calculating the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration of the basic pH indicator in the medium based on the obtained acid dissociation optical index. It is a device.
上記態様においては、モニタリング装置と通信可能である通信部を備え、前記モニタリング装置が前記培地の酸解離光学指標を取得し、前記通信部が、前記モニタリング装置から前記培地の酸解離光学指標を受信してもよい。
この構成によって、酸解離平衡推定装置は、任意の場所においてモニタリング装置から酸解離光学指標を取得することができる。例えば、酸解離平衡推定装置は、インキュベータの外において、インキュベータ内のモニタリング装置から酸解離光学指標を取得することができる。In the above aspect, the communication unit is provided with a communication unit capable of communicating with the monitoring device, the monitoring device acquires the acid dissociation optical index of the medium, and the communication unit receives the acid dissociation optical index of the medium from the monitoring device. You may.
With this configuration, the acid dissociation equilibrium estimator can obtain the acid dissociation optical index from the monitoring device at any location. For example, an acid dissociation equilibrium estimator can obtain an acid dissociation optical index from a monitoring device in the incubator outside the incubator.
上記態様においては、前記通信部が、前記モニタリング装置から少なくとも1つの中継装置を経由して前記酸解離光学指標を受信してもよい。
この構成によって、酸解離平衡推定装置を、モニタリング装置から遠隔に設置されたサーバとして、例えばインターネット上のクラウドサーバとして、実現することができる。In the above embodiment, the communication unit may receive the acid dissociation optical index from the monitoring device via at least one relay device.
With this configuration, the acid dissociation equilibrium estimation device can be realized as a server installed remotely from the monitoring device, for example, as a cloud server on the Internet.
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の酸解離平衡推定装置と、前記培地の酸解離光学指標を測定するモニタリング装置と、ユーザインタフェース装置とを備え、該ユーザインタフェース装置が、前記モニタリング装置に前記酸解離光学指標の測定を指示する信号を送信し、前記酸型のpH指示薬の濃度および前記塩基型のpH指示薬の濃度に基づいて算出された前記培地の水素イオン指数をユーザに通知する酸解離平衡推定システムである。 Another aspect of the present invention includes the acid dissociation equilibrium estimation device according to any one of the above, a monitoring device for measuring an acid dissociation optical index of the medium, and a user interface device, and the user interface device is used for the monitoring. A signal instructing the measurement of the acid dissociation optical index is transmitted to the apparatus, and the user is notified of the hydrogen ion index of the medium calculated based on the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration of the basic pH indicator. It is an acid dissociation equilibrium estimation system.
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の酸解離平衡推定装置と通信可能であり、前記酸解離平衡推定装置に、前記酸型のpH指示薬の濃度および前記塩基型のpH指示薬の濃度の送信を要求する通信部と、前記酸型のpH指示薬の濃度および前記塩基型のpH指示薬の濃度に基づいて算出された前記培地の水素イオン指数をユーザに通知する通知部とを備えるユーザインタフェース装置である。 Another aspect of the present invention is communicable with the acid dissociation equilibrium estimation device according to any one of the above, and the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration of the basic pH indicator are added to the acid dissociation equilibrium estimation device. A user interface including a communication unit for requesting transmission of the above and a notification unit for notifying the user of the hydrogen ion index of the medium calculated based on the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration of the base-type pH indicator. It is a device.
本発明によれば、測定波長が制限されず、かつ、培地のpHを広範囲にわたって正確に推定することができるという効果を奏する。 According to the present invention, the measurement wavelength is not limited, and the pH of the medium can be accurately estimated over a wide range.
以下に、本発明の一実施形態に係る酸解離平衡推定装置1および酸解離平衡推定方法について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る酸解離平衡推定装置1は、図1に示されるように、培養容器2内の細胞および液状の培地Mをモニタリングするモニタリング装置である。モニタリング装置1は、密閉された箱型の筐体3を備えている。筐体3の天板3aは、透明かつ平坦なステージであり、ステージ3a上に培養容器2が載置される。培地Mには、血清およびpH指示薬が含まれている。モニタリング装置1は、ステージ3a上の培養容器2と一緒にインキュベータ内に配置され、細胞の画像の取得とpH指示薬に基づく培地MのpHの推定とを行う。Hereinafter, the acid dissociation
As shown in FIG. 1, the acid dissociation
モニタリング装置1は、図2に示されるように、撮像デバイス4と、吸光度測定デバイス5と、メモリ6と、プロセッサ7とを備えている。
培養容器2は、例えば、細胞培養用のディッシュである。培養容器2は、光学的に透明な材質から形成されている。撮像デバイス4は、撮像素子(図示略)によって、ステージ3aおよび培養容器2の底板2a越しに培養容器2内の細胞を撮像し、細胞の画像を生成する。撮像デバイス4は、ステージ3aおよび底板2aを経由して細胞に照明光を照射する照明素子を備えていてもよい。As shown in FIG. 2, the
The
吸光度測定デバイス5は、培養容器2内の培地Mに測定光Lを照射する光源(図示略)と、培地Mを透過した測定光Lを検出する検出器(図示略)とを備える。光源から射出された測定光Lは、ステージ3a、底板2aおよび培地Mを上方に向かって透過し、培養容器2の天板2bの内面において反射され、培地M、底板2aおよびステージ3aを下方に向かって透過する。検出器は、培地Mおよびステージ3aを透過した測定光Lの強度を検出する。吸光度測定デバイス5は、光源が射出した測定光Lの強度と、検出器が検出した測定光Lの強度との比に基づいて、培地Mの吸光度を算出する。
The
ここで、培地Mの吸光度(酸解離光学指標)、培地MのpH、およびpH指示薬の関係について説明する。
図3および図4は、代表的なpH指示薬であるフェノールレッド(PR)の分子構造および光吸収スペクトル(光学スペクトル)をそれぞれ示している。Here, the relationship between the absorbance of the medium M (acid dissociation optical index), the pH of the medium M, and the pH indicator will be described.
3 and 4 show the molecular structure and light absorption spectrum (optical spectrum) of phenol red (PR), which is a typical pH indicator, respectively.
図3に示されるように、pH指示薬は、酸型および塩基型のいずれかの分子構造を有し、培地M中の水素イオン濃度に応じて酸型と塩基との間で変化する。酸型のpH指示薬と塩基型のpH指示薬は共役酸塩基対であり、酸型のpH指示薬と塩基型のpH指示薬との間で酸解離平衡が成立する。培地MのpHは、式(a)によって表される。
pH=pKa+log(Cbas/Caci) …(a)
Caciは、培地M中の酸型のpH指示薬の濃度である。Cbasは、培地M中の塩基型のpH指示薬の濃度である。pKaは、pH指示薬の酸解離指数である。As shown in FIG. 3, the pH indicator has either an acid type or a base type molecular structure and changes between the acid type and the base depending on the hydrogen ion concentration in the medium M. The acid-type pH indicator and the base-type pH indicator are conjugated acid-base pairs, and an acid dissociation equilibrium is established between the acid-type pH indicator and the base-type pH indicator. The pH of the medium M is represented by the formula (a).
pH = pKa + log (C bass / C aci ) ... (a)
C aci is the concentration of acid-type pH indicator in medium M. C- bas is the concentration of the basic pH indicator in medium M. pKa is the acid dissociation constant of the pH indicator.
一方、図4に示されるように、酸型のpH指示薬の光吸収スペクトルと塩基型のpH指示薬の光吸収スペクトルは、相互に異なる。したがって、培地Mの吸光度から培地中の濃度Caci,Caciを算出することができる。さらに、算出された濃度Caci,Caciを用いて、式(a)から培地MのpHの推定値を算出することができる。On the other hand, as shown in FIG. 4, the light absorption spectra of the acid-type pH indicator and the light absorption spectra of the base-type pH indicator are different from each other. Therefore, the concentrations C aci and C aci in the medium can be calculated from the absorbance of the medium M. Further, the estimated value of the pH of the medium M can be calculated from the formula (a) using the calculated concentrations C aci and C aci .
吸光度測定デバイス5は、吸光度の測定波長を変更することができる。測定波長を変更する方法には、培地Mに照射される測定光Lの波長を変更する第1の方法と、検出器によって検出される光の波長を変更する第2の方法とがある。
The
第1の方法の場合、例えば、吸光度測定デバイス5は、相互に異なる波長の測定光を出力する複数の光源を備える。吸光度測定デバイス5は、広帯域の光を出力する光源と、光源から出力された光の中から特定の波長を選択する波長選択素子とを備え、波長選択素子によって選択される波長が変更可能であってもよい。あるいは、吸光度測定デバイス5は、広帯域の光を出力する光源と回折格子のような分光器とを備え、光源から出力された光を分光器によって分光し、特定の波長の光のみを分光器から培地Mに照射してもよい。あるいは、吸光度測定デバイス5は、光源から培地Mに照射される光の波長を変調する波長可変装置を備え、所定の波長に変調された光を波長可変装置から培地Mに照射してもよい。
In the case of the first method, for example, the
第2の方法の場合、例えば、吸光度測定デバイス5は、検出器の前段に分光器を備え、培地Mを透過した光を分光器によって分光し、特定の波長の光のみを分光器から検出器に射出する。
In the case of the second method, for example, the
メモリ6には、撮像プログラム、吸光度測定プログラムおよび計算プログラムが格納されている。
プロセッサ7は、撮像プログラムに従って撮像デバイス4を制御し、撮像デバイス4に細胞の撮像および画像の生成を実行させる。
プロセッサ7は、吸光度測定プログラムに従って吸光度測定デバイス5を制御し、吸光度測定デバイス5に培地Mの吸光度の測定を実行させる。さらに、プロセッサ7は、吸光度測定デバイス5から吸光度のデータを受け取り、計算プログラムに従って吸光度から濃度Caci,Cbasおよび培地MのpHを算出するための計算を実行する。The
The
The
次に、本実施形態に係る酸解離平衡推定方法について、pH指示薬がフェノールレッド(PR)であり血清がFBSである場合を例に挙げて説明する。
酸解離平衡推定方法は、フェノールレッド以外のpH指示薬を含む培地にも適用することができる。また、酸解離平衡推定方法は、FBS以外の血清を含む培地、および、血清以外の吸収物質を含む培地にも適用することができる。Next, the acid dissociation equilibrium estimation method according to the present embodiment will be described by taking as an example the case where the pH indicator is phenol red (PR) and the serum is FBS.
The acid dissociation equilibrium estimation method can also be applied to a medium containing a pH indicator other than phenol red. The acid dissociation equilibrium estimation method can also be applied to a medium containing serum other than FBS and a medium containing an absorbent substance other than serum.
酸解離平衡推定方法は、図5に示されるように、培地Mの吸光度を測定する測定工程S1と、培地Mの吸光度に基づいて、酸型のフェノールレッド(酸型PR)の濃度および塩基型のフェノールレッド(塩基型PR)の濃度を算出する濃度算出工程S2と、酸型PRおよび塩基型PRの濃度に基づいて培地MのpHを算出するpH算出工程S3とを含む。 As shown in FIG. 5, the acid dissociation equilibrium estimation method is based on the measurement step S1 for measuring the absorptivity of the medium M and the absorptivity of the medium M, and the concentration of acid-type phenol red (acid-type PR) and the base type. It includes a concentration calculation step S2 for calculating the concentration of phenol red (basic PR), and a pH calculation step S3 for calculating the pH of the medium M based on the concentrations of the acid PR and the basic PR.
測定工程S1は、第1測定波長λ1における培地Mの吸光度Aλ1を測定する工程S11と、第2測定波長λ2における培地Mの吸光度Aλ2を測定する工程S12と、第3測定波長λ3における培地Mの吸光度Aλ3を測定する工程S13と、第4測定波長λ4における培地Mの吸光度Aλ4を測定する工程S14とを含む。第1測定波長λ1、第2測定波長λ2、第3測定波長λ3および第4測定波長λ4は、相互に異なる。The measurement step S1 includes a step S11 for measuring the absorbance A λ1 of the medium M at the first measurement wavelength λ1, a step S12 for measuring the absorbance A λ2 of the medium M at the second measurement wavelength λ2, and a medium at the third measurement wavelength λ3. The step S13 for measuring the absorbance A λ3 of M and the step S14 for measuring the absorbance A λ4 of the medium M at the fourth measurement wavelength λ4 are included. The first measurement wavelength λ1, the second measurement wavelength λ2, the third measurement wavelength λ3, and the fourth measurement wavelength λ4 are different from each other.
測定工程S1は、プロセッサ7が吸光度測定プログラムに従って吸光度測定デバイス5を制御することによって実現される。具体的には、工程S11において、吸光度測定デバイス5は、培養容器2内の培地Mに第1測定波長λ1の測定光Lを照射し、培地Mを透過した測定光Lを検出し、吸光度Aλ1を算出する。工程S12,S13,S14において、吸光度測定デバイス5は、工程S11と同様にして、測定波長λ2,λ3,λ4の測定光Lを用いて吸光度Aλ2,Aλ3,Aλ4を順番に算出する。
測定光Lの波長を変更することに代えて、上述したように、検出器によって検出される波長を変更することによって、4つの測定波長λ1,λ2,λ3,λ4における吸光度Aλ1,Aλ2,Aλ3,Aλ4を測定してもよい。The measurement step S1 is realized by the
As described above, instead of changing the wavelength of the measurement light L, by changing the wavelength detected by the detector, the absorbances A λ1 and A λ2 at the four measurement wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4, A λ3 and A λ4 may be measured.
濃度算出工程S2およびpH算出工程S3は、プロセッサ7が計算プログラムに従って演算することによって実現される。
濃度算出工程S2において、プロセッサ7は、下式(1)に吸光度Aλ1,Aλ2,Aλ3,Aλ4を代入することによって、4つの未知数CPR_aci,CPR_bas,CFBS,Aoffを有する連立4元1次方程式を得る。次に、プロセッサ7は、連立4元1次方程式を解き、未知数CPR_aci,CPR_bas,CFBS,Aoffの値を算出する。The concentration calculation step S2 and the pH calculation step S3 are realized by the
In the concentration calculation step S2, the
式(1)において、CPR_aciは、培地M中の酸型PRの濃度である。CPR_basは、培地M中の塩基型PRの濃度である。CFBSは、培地M中のFBSの濃度である。Aoffは、オフセットである。
αFBS_λi(i=1,2,3,4)は、測定波長λiにおけるFBSの吸光係数である。αPR_aciは、酸型PRの吸光係数である。αPR_basは、塩基型PRの吸光係数である。Sλi(i=1,2,3,4)は、測定波長λiにおけるオフセット係数である。Dは、培地Mを透過する測定光Lの光路長である。吸光係数αFBS_λi,αPR_aci,αPR_bas,Sλiおよび光路長Dは、既知の値である。In the formula (1), C PR_aci is the concentration of acid-type PR in the medium M. C PR_bas is the concentration of basic PR in medium M. C FBS is the concentration of FBS in medium M. A off is an offset.
α FBS_λi (i = 1, 2, 3, 4) is the absorption coefficient of FBS at the measurement wavelength λi. α PR_aci is the extinction coefficient of acid PR. α PR_bas is the extinction coefficient of basic PR. S λi (i = 1, 2, 3, 4) is an offset coefficient at the measurement wavelength λi. D is the optical path length of the measurement light L transmitted through the medium M. The extinction coefficient α FBS_λi , α PR_aci , α PR_bas , S λi and the optical path length D are known values.
式(1)について説明する。
培地Mの吸光度は、酸型PRの吸光度、塩基型PRの吸光度、FBSの吸光度およびオフセットの和である。測定光Lの光路には、培地M中のPRおよびFBSの他にも、測定光Lを吸収する吸収物質が存在する。吸収物質は、例えば、培養容器2の底板2a、ステージ3a、PRおよびFBS以外の培地Mの成分である。オフセットとは、PRおよびFBS以外の吸収物質に基づく吸光度である。Equation (1) will be described.
The absorbance of the medium M is the sum of the absorbance of the acid-type PR, the absorbance of the base-type PR, the absorbance of the FBS, and the offset. In the optical path of the measurement light L, in addition to PR and FBS in the medium M, there is an absorbent substance that absorbs the measurement light L. The absorbent substance is, for example, a component of the medium M other than the
一方、吸光度Aは、吸光係数α、試料の濃度Cおよび測定光の試料内の光路長Dを用いて、式(b)で表される。
A=αDC …(b)
式(b)を用いて、測定波長λi(i=1,2,3,4)における培地Mの吸光度Aλ1,Aλ2,Aλ3,Aλ4は、下式(c)で表される。式(c)を変形することによって、式(1)が得られる。On the other hand, the absorbance A is represented by the formula (b) using the extinction coefficient α, the concentration C of the sample, and the optical path length D in the sample of the measured light.
A = αDC ... (b)
Using the formula (b), the absorbances A λ1 , A λ2 , A λ3 , and A λ4 of the medium M at the measurement wavelength λi (i = 1, 2, 3, 4) are represented by the following formula (c). Equation (1) is obtained by modifying equation (c).
次に、pH算出工程S3において、プロセッサ7は、下式(2)に濃度CPR_aci,CPR_basを代入することによって、培地MのpHを算出する。
pH=pKa + log(CPR_bas/CPR_aci) …(2)
pKaは、PRの酸解離指数である。pKaは、温度に応じて変化し、37℃におけるPRのpKaは、約7.7である。pHの計算には、所定の標準温度におけるpKaの値が使用される。Next, in the pH calculation step S3, the
pH = pKa + log (C PR_bas / C PR_aci )… (2)
pKa is the acid dissociation constant of PR. The pKa varies with temperature and the PR pKa at 37 ° C. is about 7.7. The value of pKa at a given standard temperature is used in the calculation of pH.
一般的に、培地MのpHは、培地Mの見た目の色に基づいて推定される。ただし、FBSのような有色物質が培地Mに含まれている場合、培地Mの色は、PRの色と有色物質の色との混合色になる。したがって、培地Mの見た目の色に基づいて培地Mの正確なpHを知ることは難しい。 Generally, the pH of medium M is estimated based on the apparent color of medium M. However, when a colored substance such as FBS is contained in the medium M, the color of the medium M is a mixed color of the color of PR and the color of the colored substance. Therefore, it is difficult to know the exact pH of the medium M based on the apparent color of the medium M.
一方、培地MのpHは、酸型のpH指示薬の濃度と塩基型のpH指示薬の濃度との比によって決まる。本実施形態によれば、4つの吸光度Aλ1,Aλ2,Aλ3,Aλ4を用いて式(1)の連立4元1次方程式を解くことによって、PR以外の吸収物質が培地M中に存在する状況においても、培地M中の酸型PRおよび塩基型PRの各々の正確な濃度CPR_aci,CPR_basを算出することができ、培地M中のPRの酸解離平衡状態を推定することができる。そして、濃度CPR_aci,CPR_basを用いることによって、FBSのような有色物質の色の影響を受けることなく、培地MのpHを正確に推定することができるという利点がある。On the other hand, the pH of the medium M is determined by the ratio of the concentration of the acid-type pH indicator to the concentration of the base-type pH indicator. According to this embodiment, by solving the simultaneous quaternary linear equation of the equation (1) using four absorbances A λ1 , A λ2 , A λ3 , and A λ4 , an absorbent substance other than PR is contained in the medium M. Even in the present situation, the accurate concentrations C PR_aci and C PR_bas of the acid-type PR and the base-type PR in the medium M can be calculated, and the acid dissociation equilibrium state of the PR in the medium M can be estimated. can. Further, by using the concentrations C PR_aci and C PR_bas , there is an advantage that the pH of the medium M can be accurately estimated without being affected by the color of a colored substance such as FBS.
また、培地MのpHと培地Mの吸光度との関係が線形になるpH範囲に限らず、培地Mの広範囲のpHを正確に算出することができるという利点がある。
また、濃度CPR_aci,CPR_basの算出に使用される測定波長λ1,λ2,λ3,λ4は、PRが吸収を示す波長であればどのような波長であってもよい。すなわち、広い波長域の中から任意の測定波長λ1,λ2,λ3,λ4を選択することができるという利点がある。Further, there is an advantage that the pH of the medium M can be accurately calculated over a wide range, not limited to the pH range in which the relationship between the pH of the medium M and the absorbance of the medium M becomes linear.
Further, the measurement wavelengths λ1, λ2, λ3, λ4 used for calculating the concentrations C PR_aci and C PR_bas may be any wavelength as long as the PR exhibits absorption. That is, there is an advantage that any measurement wavelength λ1, λ2, λ3, λ4 can be selected from a wide wavelength range.
図6は、本実施形態の酸解離平衡推定方法によるpHの推定精度の評価実験の結果を表している。図6のグラフにおいて、横軸(X軸)はpHセンサによって測定されたpHの実測値であり、縦軸(Y軸)は、本実施形態の酸解離平衡推定方法によって算出されたpHの推定値であり、破線はY=Xのグラフを示している。 FIG. 6 shows the result of an evaluation experiment of pH estimation accuracy by the acid dissociation equilibrium estimation method of the present embodiment. In the graph of FIG. 6, the horizontal axis (X-axis) is the measured value of pH measured by the pH sensor, and the vertical axis (Y-axis) is the estimation of pH calculated by the acid dissociation equilibrium estimation method of the present embodiment. It is a value, and the broken line shows the graph of Y = X.
評価実験において、3種類のサンプルA,B,Cを用意した。サンプルAは、PRのみを含む溶液である。サンプルBは、PRおよび低濃度の赤インクを含む溶液である。サンプルCは、PRおよび高濃度の赤インクを含む溶液である。サンプルBおよびサンプルCについては、pHが異なる3つの溶液を用意した。
図7Aは、PRのみを含む溶液と、PRおよび赤インクを含む溶液の、pH6.5近傍での光吸収スペクトルである。図7Bは、PRのみを含む溶液と、PRおよび赤インクを含む溶液の、pH7.5近傍での光吸収スペクトルである。
図6から分かるように、サンプルA,B,Cの全てについて、実測値に近い推定値が得られた。In the evaluation experiment, three types of samples A, B, and C were prepared. Sample A is a solution containing only PR. Sample B is a solution containing PR and low concentration red ink. Sample C is a solution containing PR and a high concentration of red ink. For Sample B and Sample C, three solutions with different pH were prepared.
FIG. 7A is a light absorption spectrum of a solution containing only PR and a solution containing PR and red ink in the vicinity of pH 6.5. FIG. 7B is a light absorption spectrum of a solution containing only PR and a solution containing PR and red ink in the vicinity of pH 7.5.
As can be seen from FIG. 6, estimated values close to the measured values were obtained for all of the samples A, B, and C.
上述したように、pKaは、培地Mの温度に応じて異なる。したがって、測定工程S1において、培地Mの温度をpKaの所定の標準温度に調整し、所定の標準温度の培地Mの吸光度Aλ1,Aλ2,Aλ3,Aλ4を測定してもよい。この場合、培地Mの温度を所定の標準温度に制御する温度制御装置がさらに設けられる。
このように、培地Mの温度をpKaの標準温度に一致させることで、pHのより正確な推定値を式(1)から算出することができる。
測定工程S1における培地Mの温度が標準温度とは異なる場合、標準温度におけるpKaを培地Mの温度に基づいて補正し、補正されたpKaをpHの計算に用いてもよい。As mentioned above, pKa varies depending on the temperature of the medium M. Therefore, in the measurement step S1, the temperature of the medium M may be adjusted to a predetermined standard temperature of pKa, and the absorbances A λ1 , A λ2 , A λ3 , and A λ4 of the medium M at the predetermined standard temperature may be measured. In this case, a temperature control device for controlling the temperature of the medium M to a predetermined standard temperature is further provided.
In this way, by matching the temperature of the medium M with the standard temperature of pKa, a more accurate estimate of pH can be calculated from the equation (1).
When the temperature of the medium M in the measurement step S1 is different from the standard temperature, the pKa at the standard temperature may be corrected based on the temperature of the medium M, and the corrected pKa may be used for the calculation of the pH.
細胞の培養中に同一の培地MのpHを複数回推定する場合には、2回目以降のpHの推定において、培地Mの吸光度の測定波長は2つのみであってもよい。
1回目のpHの推定時に、FBSの濃度CFBSおよびオフセットAoffが算出される。培地Mおよび吸光度の測定位置が同一である場合、FBSの濃度CFBSおよびオフセットAoffは変化しない。したがって、2回目以降は、2つの測定波長における吸光度を測定し、濃度CPR_aci,CPR_basのみを式(1)から算出してもよい。When the pH of the same medium M is estimated multiple times during cell culture, the absorbance of the medium M may be measured at only two wavelengths in the second and subsequent pH estimations.
At the time of the first pH estimation, the FBS concentration C FBS and the offset A off are calculated. When the medium M and the measurement position of the absorbance are the same, the FBS concentration C FBS and the offset A off do not change. Therefore, from the second time onward, the absorbances at the two measurement wavelengths may be measured, and only the concentrations C PR_aci and C PR_bas may be calculated from the equation (1).
本実施形態においては、4つの測定波長における培地Mの吸光度を測定し、4元連立方程式から4つの未知数を算出することとしたが、測定波長の数および算出する未知数の数は、培地Mの成分および目的に応じて適宜変更可能である。
例えば、培地Mに含まれる有色物質がPRのみである場合には、3つの測定波長における培地Mの吸光度を測定し、3元連立方程式から3つの未知数CPR_aci,CPR_bas,Aoffを算出してもよい。In the present embodiment, the absorbance of the medium M at four measurement wavelengths is measured, and four unknowns are calculated from the quaternary simultaneous equations. However, the number of measurement wavelengths and the number of unknowns to be calculated are the numbers of the medium M. It can be changed as appropriate according to the ingredients and purpose.
For example, when the colored substance contained in the medium M is only PR, the absorbance of the medium M at three measurement wavelengths is measured, and the three unknowns C PR_aci , C PR_bas , and A off are calculated from the ternary simultaneous equations. You may.
一方、PRおよびFBSに加えて他の有色物質が培地M中に含まれている場合には、測定波長の数および連立方程式における未知数の数を増やし、他の有色物質の濃度も算出してもよい。例えば、他の有色物質が1種類である場合、5つの測定波長における培地Mの吸光度を測定し、未知数として他の有色物質の濃度がさらに加えられた5元連立方程式を解くことによって、酸型PR、塩基型PR、FBSおよび他の有色物質の濃度と、オフセットとを算出することができる。 On the other hand, when other colored substances are contained in the medium M in addition to PR and FBS, the number of measurement wavelengths and the number of unknowns in the simultaneous equations can be increased to calculate the concentration of other colored substances. good. For example, when there is only one type of other colored substance, the acid type is obtained by measuring the absorbance of the medium M at five measurement wavelengths and solving a quintuple simultaneous equation in which the concentration of the other colored substance is further added as an unknown number. The concentrations and offsets of PR, basic PR, FBS and other colored substances can be calculated.
培地MのpHの推定に必要な値は、酸型のpH指示薬の濃度Caciおよび塩基型のpH指示薬の濃度Cbasである。したがって、2つの測定波長における培地Mの吸光度を測定し、2元連立方程式からpH指示薬の濃度Caci,Cbasのみを算出してもよい。この方法は、培地M中のFBSの濃度CFBSおよびオフセットAoffが既知である場合に、特に有効である。The values required for estimating the pH of the medium M are the concentration C aci of the acid type pH indicator and the concentration C bass of the base type pH indicator. Therefore, the absorbance of the medium M at the two measurement wavelengths may be measured, and only the pH indicator concentrations C aci and C bass may be calculated from the binary simultaneous equations. This method is particularly effective when the concentration C FBS and offset A off of FBS in the medium M are known.
培地Mに含まれるpH指示薬の全濃度が既知である場合には、吸光度の測定波長は1つのみであってもよい。
この場合には、培地Mの吸光度は、濃度Caci,Cbasの一方のみを未知数とする一元方程式で表される。したがって、濃度Caci,Cbasの一方を、1つの測定波長における吸光度に基づいて算出し、濃度Caci,Cbasの他方を、pH指示薬の全濃度と一方の濃度との差として算出することができる。If the total concentration of the pH indicator contained in the medium M is known, the absorbance may be measured at only one wavelength.
In this case, the absorbance of the medium M is expressed by a linear equation in which only one of the concentrations C aci and C bass is unknown. Therefore, one of the concentrations C aci and C bas should be calculated based on the absorbance at one measurement wavelength, and the other of the concentrations C aci and C bas should be calculated as the difference between the total concentration of the pH indicator and the concentration of one. Can be done.
本実施形態においては、酸解離光学指標が、pH指示薬の吸光度であることとしたが、これに代えて、酸解離光学指標が、以下の2つの条件を満たす他の種類の指標であってもよい。
条件1:光学的に測定可能な量である
条件2:pHに応じて変化する量であるIn the present embodiment, the acid dissociation optical index is the absorbance of the pH indicator, but instead, the acid dissociation optical index may be another type of index that satisfies the following two conditions. good.
Condition 1: An amount that can be measured optically Condition 2: An amount that changes depending on the pH.
条件1および2を満たす好ましい指標は、例えば、pH感受性の蛍光色素(pH指示薬)の蛍光強度である。フェノールレッドと同様に、pH感受性の蛍光色素は、水素イオン濃度に応じて酸型と塩基型との間で変化する。酸型の蛍光色素の蛍光スペクトル(光学スペクトル)と塩基型の蛍光色素の蛍光スペクトル(光学スペクトル)は、相互に異なる。したがって、複数の測定波長における蛍光色素の蛍光強度から酸型の蛍光色素の濃度および塩基型の蛍光色素の濃度を算出し、酸型の蛍光色素の濃度および塩基型の蛍光色素の濃度から培地MのpHを推定することができる。
A preferred index
本実施形態においては、酸解離平衡推定方法がモニタリング装置1によって実現されることとしたが、酸解離平衡推定方法を実現するための装置構成はこれに限定されない。図8から図12は、酸解離平衡推定方法を実現するための装置およびシステムの他の実施形態を示している。
In the present embodiment, the acid dissociation equilibrium estimation method is realized by the
図8に示される酸解離平衡推定システム100は、モニタリング装置10と、インキュベータの外に設置される画像処理装置20とを備えている。モニタリング装置10および画像処理装置20は通信装置8,20a(図10参照。)をそれぞれ備え、無線または有線の通信ネットワークを経由して相互に通信可能である。
モニタリング装置10は、吸光度測定デバイス5によって培地Mの吸光度を測定する。The acid dissociation
The
画像処理装置20は、メモリ(図示略)と、プロセッサ20b(図10参照。)とを備える。画像処理装置20の通信装置(通信部)20aは、モニタリング装置10の通信装置8と通信することによって、モニタリング装置10から細胞の画像のデータおよび吸光度のデータを受信する。
メモリには、画像処理プログラムおよび計算プログラムが格納されている。プロセッサ20bは、画像処理プログラムに従って画像に画像処理を施す。また、プロセッサ20bは、吸光度のデータを用い、計算プログラムに従って濃度Caci,Cbasおよび培地MのpHを計算する。すなわち、酸解離平衡推定装置は、画像処理装置20として実現される。The
An image processing program and a calculation program are stored in the memory. The
図9に示される酸解離平衡推定システム101は、モニタリング装置11と、インキュベータの外に設置される画像処理装置21と、サーバ30と、ユーザインタフェース(UI)装置40とを備えている。
画像処理装置21は、モニタリング装置11、サーバ30およびUI装置40と、無線または有線の通信ネットワークを経由して通信可能である。The acid dissociation
The
画像処理装置(中継装置)21は、モニタリング装置11から吸光度のデータを受信し、吸光度のデータをサーバ30に送信する。
サーバ30は、例えば、インターネット上のクラウドサーバ、または、任意の場所に設置されたコンピュータである。濃度Caci,Cbasおよび培地MのpHの計算は、サーバ30において実行される。すなわち、酸解離平衡推定装置は、サーバ30として実現される。サーバ30は、複数台の画像処理装置21と通信可能であってもよい。The image processing device (relay device) 21 receives the absorbance data from the
The
UI装置40は、例えば汎用のタブレット型コンピュータである。UI装置40は、モニタリング装置11およびサーバ30と通信可能な通信装置40aと、表示デバイス(通知部)40bとを備えている。また、UI装置40には、モニタリング装置11およびサーバ30と通信したり、サーバ30から取得した情報を表示したりするための専用のアプリケーションソフトウェアがインストールされている。
The
ユーザは、専用のアプリケーションソフトウェアを使用して、モニタリング装置11およびサーバ30に各種の指示を送信することができる。具体的には、ユーザは、UI装置40からモニタリング装置11に吸光度の測定の指示を送信し、吸光度測定デバイス5を遠隔制御することができる。また、ユーザは、UI装置40からサーバ30に、濃度Caci,Cbasおよび培地MのpHの少なくとも一方の送信を要求し、濃度Caci,Cbasおよび培地MのpHの少なくとも一方のデータをサーバ30から取得することができる。
また、ユーザは、専用のアプリケーションソフトウェアを使用して、培地MのpHの値を表示デバイス40bに表示させることができる。The user can send various instructions to the
Further, the user can display the pH value of the medium M on the
図10に示される酸解離平衡推定システム102は、モニタリング装置1,10,11に搭載される培地交換装置50を備えている。
培地交換装置50は、培養容器2内から使用済みの培地Mを排出し、未使用の培地Mを培養容器2内へ供給する。培地交換装置50は、使用済みの培地Mの排出量および未使用の培地Mの供給量を調整することによって、培養容器2内の培地Mの高さ(培養容器2の底面から培地Mの液面までの鉛直方向の距離)を調整することができる。
式(1)における測定光Lの光路長Dは、培養容器2内の培地Mの高さによって決まる。モニタリング装置1,10,11に培地交換装置50を組み合わせることによって、光路長Dを制御することができる。The acid dissociation
The
The optical path length D of the measured light L in the formula (1) is determined by the height of the medium M in the
図11に示されるように、吸光度測定デバイス5が、モニタリング装置1,10,11に代えて、培地交換装置50に搭載されていてもよい。具体的には、培養容器2内の培地Mに向かって測定光Lを射出する光源5aと、培地Mを透過した測定光Lを検出する検出器5bが、培地交換装置50に設けられる。検出器5bは、例えば、培養容器2の底面において反射された測定光Lを検出する。測定波長の変更は、光源5aの波長変調または検出器5bの波長選択によって行われる。
As shown in FIG. 11, the
図12に示される酸解離平衡推定装置12は、顕微鏡本体13と、顕微鏡本体13と接続されるプロセッサ14とを備える光学顕微鏡装置である。
顕微鏡本体13は、白色光源13aと、波長選択素子13bと、カメラ13cとを備える。白色光源13aから発せられた白色光は、波長選択素子13bを透過し、測定光として培養容器2内の培地Mおよび細胞に照射される。波長選択素子13bは、透過させる光の波長を変更可能である。すなわち、波長選択素子13bによって、培地Mに照射される測定光の波長を変更することができる。The acid dissociation
The microscope
カメラ13cは、測定光が照射されているときに培養容器2内の培地Mおよび細胞を撮像し、培地Mおよび細胞の画像をプロセッサ14に送信する。
プロセッサ14は、培地Mに照射される測定光の強度と画像の輝度値とに基づいて、測定波長における培地Mの吸光度を算出する。また、プロセッサ14は、酸型のpH指示薬および塩基型のpH指示薬の各々の濃度を算出し、培地のpHを算出する。The
The
酸解離平衡推定装置の他の実施形態において、吸光度測定デバイス5の光源および検出器は、別々に配置されていてもよい。例えば、光源は、インキュベータ内の培養容器2の隣に配置されてもよく、インキュベータ内の棚に配置されてもよい。コンタミネーションを防止するために、光源は、他の培養容器内に収容されていてもよい。
酸解離平衡推定装置の他の実施形態において、吸光度測定デバイス5の光源および検出器は、培養容器2の周囲の他の装置に設けられていてもよい。例えば、光源および検出器の両方が、インキュベータ内の棚に配置されていてもよい。In another embodiment of the acid dissociation equilibrium estimator, the light source and detector of the
In another embodiment of the acid dissociation equilibrium estimator, the light source and detector of the
1 モニタリング装置、酸解離平衡推定装置
2 培養容器
3 筐体
3a ステージ
4 撮像デバイス
5 吸光度測定デバイス
6 メモリ
7,14,20b プロセッサ
8,40a 通信装置(通信部)
10,11 モニタリング装置
12 顕微鏡装置、酸解離平衡推定装置
20 画像処理装置、酸解離平衡推定装置
21 画像処理装置(中継装置)
30 サーバ、酸解離平衡推定装置
40 ユーザインタフェース装置
40b 表示デバイス(通知部)
50 培地交換装置
100,101,102 酸解離平衡推定システム1 Monitoring device, acid dissociation
10, 11
30 Server, acid dissociation
50
Claims (15)
測定波長における前記培地の酸解離光学指標を取得する工程と、
取得された前記酸解離光学指標および前記pH指示薬の前記光学スペクトル特性に基づいて、前記培地中の前記pH指示薬の酸型および塩基型の一方の濃度を算出する工程とを含む酸解離平衡推定方法。 An acid dissociation equilibrium estimation method for estimating the acid dissociation equilibrium state of a pH indicator contained in a liquid medium for cell culture containing at least one colored component , wherein the pH indicator adjusts to the hydrogen ion concentration in the medium. Correspondingly, it changes between the acid type and the base type , an acid dissociation equilibrium is established between the acid type and the base type of the pH indicator, and the acid type and the base type of the pH indicator become the hydrogen ion concentration. Depending on the different optical spectral characteristics ,
The step of acquiring the acid dissociation optical index of the medium at the measurement wavelength, and
Acid dissociation including the step of calculating the concentration of one of the acid type and the base type of the pH indicator in the medium based on the obtained acid dissociation optical index and the optical spectral characteristics of the pH indicator. Equilibrium estimation method.
前記酸解離光学指標に基づいて、前記pH指示薬の酸型および塩基型の一方の濃度を算出し、
前記培地に含まれる前記pH指示薬の既知の全濃度から前記一方の濃度を減算することによって前記pH指示薬の酸型および塩基型の他方の濃度を算出する請求項1に記載の酸解離平衡推定方法。 In the step of calculating the concentration,
Based on the acid dissociation optical index, the concentration of one of the acid type and the base type of the pH indicator was calculated.
The acid dissociation equilibrium estimation method according to claim 1, wherein the concentration of the other of the acid type and the base type of the pH indicator is calculated by subtracting the concentration of one of the known concentrations of the pH indicator contained in the medium. ..
前記濃度を算出する工程において、前記pH指示薬の酸型および塩基型の他方の濃度を算出する工程を含む請求項3に記載の酸解離平衡推定方法。 In the step of acquiring the acid dissociation optical index, the acid dissociation optical index at the third measurement wavelength is further acquired, and the third measurement wavelength is different from the first measurement wavelength and the second measurement wavelength.
The acid dissociation equilibrium estimation method according to claim 3, further comprising a step of calculating the concentration of the other of the acid type and the base type of the pH indicator in the step of calculating the concentration .
前記濃度を算出する工程において、In the step of calculating the concentration,
前記酸解離光学指標と前記pH指示薬の前記光学スペクトル特性に基づいて、前記培地中の前記pH指示薬の酸型の濃度と前記pH指示薬の塩基型の濃度との比を算出する工程を含む、請求項3に記載の酸解離平衡推定方法。A claim comprising the step of calculating the ratio of the acid type concentration of the pH indicator to the base type concentration of the pH indicator in the medium based on the acid dissociation optical index and the optical spectral characteristics of the pH indicator. Item 3. The acid dissociation equilibrium estimation method according to Item 3.
前記濃度を算出する工程が、前記培地の前記酸解離光学指標のオフセットを算出する工程をさらに含む請求項6に記載の酸解離平衡推定方法。 In the step of acquiring the acid dissociation optical index, the acid dissociation optical index at the fourth measurement wavelength is further acquired, and the fourth measurement wavelength is the first measurement wavelength, the second measurement wavelength, and the third measurement wavelength. Is different
The acid dissociation equilibrium estimation method according to claim 6 , wherein the step of calculating the concentration further includes a step of calculating the offset of the acid dissociation optical index of the medium.
水素イオン指数=pKa+log(Cbas/Caci)
ここで、
pKaは、前記pH指示薬の酸解離指数、
Cbasは、前記培地中の前記塩基型のpH指示薬の濃度、
Caciは、前記培地中の前記酸型のpH指示薬の濃度
である。 The acid dissociation equilibrium estimation method according to any one of claims 1 to 8 , further comprising a step of calculating the hydrogen ion index of the medium based on the following formula.
Hydrogen ion index = pKa + log (C bass / C aci )
here,
pKa is the acid dissociation constant of the pH indicator,
C bass is the concentration of the basic pH indicator in the medium,
C aci is the concentration of the acid-type pH indicator in the medium.
前記酸解離光学指標を取得する工程において、前記所定の標準温度の前記培地の酸解離光学指標を取得する請求項9に記載の酸解離平衡推定方法。 The acid dissociation index is an acid dissociation index at a predetermined standard temperature.
The acid dissociation equilibrium estimation method according to claim 9 , wherein in the step of acquiring the acid dissociation optical index, the acid dissociation optical index of the medium having the predetermined standard temperature is acquired.
プロセッサを備え、
該プロセッサが、
測定波長における前記培地の酸解離光学指標を取得する工程と、
取得された前記酸解離光学指標および前記pH指示薬の前記光学スペクトル特性に基づいて、前記培地中の前記pH指示薬の酸型および塩基型の一方の濃度を算出する工程と、を実行する酸解離平衡推定装置。 An acid dissociation equilibrium estimation device that estimates the acid dissociation equilibrium state of a pH indicator contained in a liquid medium for cell culture containing at least one colored component , wherein the pH indicator adjusts to the hydrogen ion concentration in the medium. Correspondingly, it changes between the acid type and the base type , an acid dissociation equilibrium is established between the acid type and the base type of the pH indicator, and the acid type and the base type of the pH indicator become the hydrogen ion concentration. Depending on the different optical spectral characteristics ,
Equipped with a processor
The processor
The step of acquiring the acid dissociation optical index of the medium at the measurement wavelength, and
A step of calculating the concentration of one of the acid type and the base type of the pH indicator in the medium based on the obtained acid dissociation optical index and the optical spectral characteristics of the pH indicator. Acid dissociation equilibrium estimator to perform.
前記通信部が、前記モニタリング装置から前記培地の酸解離光学指標を受信する請求項11に記載の酸解離平衡推定装置。 It is equipped with a communication unit capable of communicating with the monitoring device, and the monitoring device measures the acid dissociation optical index of the medium.
The acid dissociation equilibrium estimation device according to claim 11 , wherein the communication unit receives the acid dissociation optical index of the medium from the monitoring device.
前記培地の酸解離光学指標を測定するモニタリング装置と、
ユーザインタフェース装置とを備え、
該ユーザインタフェース装置が、前記モニタリング装置に前記酸解離光学指標の測定を指示する信号を送信し、前記pH指示薬の酸型の濃度および塩基型の濃度に基づいて算出された前記培地の水素イオン指数をユーザに通知する酸解離平衡推定システム。 The acid dissociation equilibrium estimator according to claim 12 or 13 .
A monitoring device that measures the acid dissociation optical index of the medium, and
Equipped with a user interface device
The user interface device transmits a signal instructing the monitoring device to measure the acid dissociation optical index, and is calculated based on the acid type concentration and the base type concentration of the pH indicator. An acid dissociation equilibrium estimation system that notifies the user of the hydrogen ion index of the medium.
前記酸解離平衡推定装置に、前記酸型のpH指示薬の濃度および前記塩基型のpH指示薬の濃度の送信を要求する通信部と、
前記pH指示薬の酸型の濃度および塩基型の濃度に基づいて算出された前記培地の水素イオン指数をユーザに通知する通知部とを備えるユーザインタフェース装置。 It is possible to communicate with the acid dissociation equilibrium estimator according to any one of claims 11 to 13 .
A communication unit that requests the acid dissociation equilibrium estimator to transmit the concentration of the acid-type pH indicator and the concentration of the base-type pH indicator.
A user interface device including a notification unit for notifying the user of the hydrogen ion index of the medium calculated based on the acid type concentration and the base type concentration of the pH indicator .
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