WO2015180832A1 - System for monitoring at least one incubation unit - Google Patents

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WO2015180832A1
WO2015180832A1 PCT/EP2015/001044 EP2015001044W WO2015180832A1 WO 2015180832 A1 WO2015180832 A1 WO 2015180832A1 EP 2015001044 W EP2015001044 W EP 2015001044W WO 2015180832 A1 WO2015180832 A1 WO 2015180832A1
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Florian PICHLER
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Florian Pichler Und Matthias Schuh Gbr
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    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48—Automatic or computerized control
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G—PHYSICS
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    • G01N35/00732—Identification of carriers, materials or components in automatic analysers
    • G01N2035/00742—Type of codes
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    • G01N35/00871—Communications between instruments or with remote terminals
    • G01N2035/00881—Communications between instruments or with remote terminals network configurations

Definitions

  • the present invention relates to a system for monitoring at least one incubation unit, e.g. an incubation vessel, for a biological system such as a cell culture.
  • an incubation unit e.g. an incubation vessel
  • a biological system such as a cell culture.
  • EP 2 484 750 A1 discloses a system for monitoring cell cultures in which the sensor signals of the sensors for monitoring the cell culture are transmitted by means of RFID antennas.
  • US 5,643,742 discloses a multiwell plate, the lid of which is equipped with a plurality of sensors. Each well is assigned a sensor pair.
  • the existing solutions do not allow comprehensive monitoring of cell cultures at any time and in any place. Better data collection and processing, but also improved access to the data would be desirable. It is therefore the object of the present invention to develop a system for monitoring at least one incubation unit for a biological system of the type mentioned in an advantageous manner, in particular in that the data access is improved and an overall better monitoring of a biological system is possible.
  • a system for monitoring at least one incubation unit for a biological system has at least one sensor for detecting at least one parameter in the incubation unit, at least one data acquisition unit for detecting at least one sensor signal of the sensor, at least one Transmission unit for transmitting at least one sensor signal, at least one cloud server with a receiving unit for receiving the at least one sensor signal, wherein the cloud server further comprises at least one cloud memory, in which the at least one sensor signal can be stored, and at least one evaluation unit, by means of which the cloud memory is accessible to evaluate the at least one sensor signal.
  • the incubation unit may be or include, for example, an incubation vessel.
  • Such incubation vessel may e.g. a cell culture vessel.
  • a biological system in the sense of the present invention can be, for example, a cell culture.
  • the use of cloud computing provides the following benefits: Self-service provisioning and as-needed availability is provided for self-provisioning of cloud-based services by the user (s).
  • the computing and storage performance is scalable (ie arbitrarily expandable) and thus offers a decoupling of usage fluctuations and infrastructure restrictions (scalability).
  • the reliability can and fault-tolerance can be increased or improved, which guarantees permanently defined quality standards of the IT infrastructure for the user.
  • Ongoing optimization and consolidation of infrastructure for cloud computing offers efficiency and economy in line with ongoing environmental protection standards, which can be successively optimized by the cloud service provider (optimization / consolidation). Quality assurance and control can also be continuously carried out without burdening the users (QoS - Quality of Service).
  • cloud computing is to be understood as the approach to provide abstracted IT infrastructures (eg computing capacity, data storage, network capacities or even finished software) dynamically adapted to the needs via a network. From a user's point of view, the abstracted IT infrastructure provided seems remote and opaque, as if clouded, offering and using these services only through defined technical interfaces and protocols The entire spectrum of information technology includes infrastructure (eg computing power, storage space), platforms and software.
  • abstracted IT infrastructures eg computing capacity, data storage, network capacities or even finished software
  • a possible cloud computing concept for the present system for monitoring cell cultures can be described as follows: Part of the IT landscape (in this context, such as data center, data storage and software) is no longer operated by the user or provided locally, but rented as a service from one or more providers, which is usually located geographically far away. The applications and data are then no longer on the local computer or in the company data center, but in the so-called cloud.
  • the design element of an abstracted cloud outline is often used in network diagrams to represent an unspecified part of the Internet. Access to the remote systems is via a network, such as the Internet. In the context of companies, however, there are also so-called "private clouds" where the provision takes place via a company-internal intranet.
  • a possible cell culture vessel may be, for example, a multiwell plate, a petri dish, a bioreactor or a cell culture flask.
  • the system is at least partially integrated or integrated into existing incubators. Preferably, there is no structural change to existing incubators.
  • the sensor may be a sensor for detecting at least one of the following parameters:
  • the transmission unit may include a router.
  • the data determined by means of the at least one sensor can be transmitted to the cloud, i. to the cloud server with a receiving unit for receiving the at least one sensor signal.
  • the data acquisition unit and / or the data transfer unit can each have at least one buffer memory.
  • a buffer memory can do this serve to avoid loss of data in case of transmission problems or communication problems or disconnections.
  • the transmission of the data between the data acquisition unit and the data transmission unit preferably takes place wirelessly or by radio transmission.
  • the cloud server further has at least one cloud memory, in which the at least one sensor signal can be stored, and at least one evaluation unit, by means of which access is made to the cloud memory in order to evaluate the at least one sensor signal.
  • a database may further be provided in which the data can be stored and from which the data can be read out.
  • the at least one sensor is arranged in a cover or housing part of the incubation unit, e.g. a cell culture vessel is arranged.
  • a cover or housing part of the incubation unit e.g. a cell culture vessel is arranged.
  • incubation unit e.g. a standardized, conventional cell culture vessel can be used.
  • a so-called “smart meter cover” are provided, in which the necessary sensors and possibly also the necessary transmission technology is arranged.
  • the sensor equipment of the measuring cover or the housing part can be replaced by e.g. Applying a flexible conductor track on the measuring cover done, wherein the conductor track is equipped with sensors or can be equipped.
  • these lines can also be applied by an applied method such as, for example, two-component injection molding, MID hot stamping, laser MID method, laser direct structuring (LDS) or comparable methods. Following this, the sensor system can be applied.
  • an applied method such as, for example, two-component injection molding, MID hot stamping, laser MID method, laser direct structuring (LDS) or comparable methods. Following this, the sensor system can be applied.
  • At least one sensor can be arranged in the edge region of the incubation unit and at least one sensor can be arranged in the center region of the incubation unit.
  • This arrangement is already sufficient to be able to adequately assess the condition in the incubation unit.
  • the lid of the incubation unit with the sensors on the incubation unit itself e.g. arranged the lid of the cell culture vessel with the respective sensors on the cell culture vessel.
  • the sensors are positioned correspondingly relative to the cell culture vessel, in particular positioned toward the edge or towards the center.
  • the sensors are arranged symmetrically. This allows a more even data acquisition.
  • the informative value of the acquired data can be increased.
  • sensors can be arranged at the ends of a branch-like or meander-shaped conductor. This makes it possible to continue to ensure the greatest possible visibility on the biological system or a large field of view, even if the sensors are located in the so-called line of sight. This is particularly advantageous if the sensors are arranged in the cover or a housing part. is net, which is at least partially transparent and allows a view of the biological system such as a cell culture.
  • At least four sensors may be disposed at ends of a substantially H-shaped conductor.
  • the H-shaped conductor may be formed by an H-shaped arm structure.
  • the four sensors can be sensors that record measured values in the edge area of the incubation unit. This structure allows e.g. a simple production and easy integration into a lid or a housing part of the incubation unit.
  • H-shaped arms may be provided, at the ends of which there are further sensors.
  • These sensors can be the sensors that record measured values in the center of the incubation unit.
  • the arms for these sensors preferably do not extend as far from the central strut in the direction of the edge region of the incubation unit as the arms of the H-shaped conductor on which the sensors for scanning the edge region are arranged.
  • the evaluation unit can be operated by means of a terminal.
  • a possible terminal may be for example a mobile terminal or a computer.
  • the mobile device may for example be a smartphone or a tablet PC.
  • the evaluation unit can have an output unit by means of which information can be output indirectly and / or directly concerning the state of the biological system, in particular in the manner of a traffic light and / or by means of graphical symbols such as emoticons or smileys or the like.
  • a quantitative output of information is also possible. This can be done, for example, in the form of scales, bars, steps, points or the like. This information may relate in particular to the environmental conditions of the biological system and may also contain ratings for this.
  • the system can have at least one RFID chip.
  • the RFID chip is used to track the incubation unit and can preferably be arranged in the lid or a housing part of the incubation unit. It is also conceivable, however, to arrange the RFID chip in a sticker with which the incubation unit can be gelated.
  • the system can also have at least one RFI D localization unit by means of which the RFID chip can be localized. As a result, a complete or substantially complete tracking of the incubation unit is possible.
  • a plurality of RFID localization units having a monitoring network for determining the position of the incubation unit, e.g. of the cell culture vessel.
  • this position determination can be understood, for example, when the cell culture at which location, e.g. in the laboratory was, so stay in the incubator, microscopic examination, visual inspection, work in the laminar flow range, etc.
  • At least one (further) identification unit is provided, by means of which the incubation unit can be identified and / or located and / or tracked.
  • a QR code, a bar code, an NFC chip or the like can be used.
  • the system may further comprise at least one control circuit having at least one control unit for controlling at least one parameter that indirectly and / or directly affects the biological system, wherein the data detected by the sensor is at least partially controlled by the control unit for controlling environmental conditions for the biological system are used.
  • the control loop can be a feedback control loop.
  • the system it is possible for the system to be able to select data during the measurement on site by means of the at least one sensor, that is, for example classify them as relevant or less relevant. It is also conceivable that the system reacts directly to specific events and then adjusts the regulation of the parameters of environmental conditions for the biological system.
  • Such an event may include, for example, removing the incubation unit from e.g. an incubator, which is e.g. can be detected by an acceleration sensor of the system. As a consequence, e.g. the sensor sampling rate of one or more sensors are adjusted.
  • the single figure shows a possible embodiment of a system for monitoring an incubation unit for a biological system.
  • the system 10 for monitoring an incubation unit 12 for a biological system has, as incubation unit 12, a cell culture vessel 12 with associated lid, which here is a standard multiwell plate 12.
  • the multiwell plate 12 is a 4 * 4 multiwell plate. Considering the arrangement of the wells 14 as a 4x4 matrix, at the position (1; 1), (1; 4), (2; 2), (2; 3), (3; 2), (3; 3), (4; 1) and (4; 4) a sensor 18 for detecting a parameter regarding the state of the cell culture arranged.
  • the sensors for the edge region can be arranged at the positions (1; 1), (1; n), (x; 1) and (x; n).
  • the sensors for the center can be placed at positions around the center.
  • the sensors 18 are arranged symmetrically on a branch-like or meander-shaped conductor 20, here an H-shaped conductor 20.
  • the conductor 20 is integrated in the lid of the cell culture vessel 12.
  • the four sensors 18 for the positions (1; 1), (1; 4), (4; 1) and (4; 4) are arranged at the ends of the arms 22 of the H-shaped conductor 20. These four sensors 18 are thus the sensors which detect measured values in the edge region of the cell culture vessel 12.
  • H-shaped arms 26 may be provided, at the ends of which more sensors 18 are located.
  • These sensors 18 are the sensors that detect readings at the center of the cell culture vessel 12 as the sensors 18 for the positions (2, 2), (2, 3), (3, 2) and (3, 3).
  • the arms 26 for these sensors do not extend as far from the central strut 24 in the direction of the edge region of the cell culture vessel 12 as the arms 22 of the H-shaped conductor 20, on which the sensors 18 for scanning the edge region of the cell culture vessel 12 are arranged.
  • the conductor 20 further comprises e.g. an FFC connector 28 for an FFC connector 30, with which the carrier 20 and the attached sensors 18 can be connected to a wireless communication unit 32 as a data acquisition unit.
  • an FFC connector 28 for an FFC connector 30 with which the carrier 20 and the attached sensors 18 can be connected to a wireless communication unit 32 as a data acquisition unit.
  • the reusable wireless communication unit 32 is attached to the lid by means of the FFC connector 30, magnetic or mechanical attachment, thereby establishing electrical contact with the sensor.
  • the cell culture vessels remain basically stackable.
  • the battery-powered communication unit 32 has a memory, an acceleration sensor for motion detection and vibration measurement, a communication chip (wireless) and a docking to the lid of the cell culture vessel 12.
  • the antenna can be mounted on the one hand on the board and on the lid.
  • the communication unit 32 ie the transmission unit 32, is in wireless communication with a router 34 for data transfer, which in turn communicates with a cloud Server 36 is connected to a receiving unit for receiving the at least one sensor signal via the Internet 39.
  • the cloud server 36 further comprises at least one cloud memory 38, in which the at least one sensor signal can be stored, and at least one evaluation unit 40, by means of which the cloud memory 38 is accessible, in order to evaluate the at least one sensor signal.
  • the cloud server 36 is in turn connected via the Internet 39 with terminals 42, 44, 46, here mobile terminals such as a smart phone 42 or a tablet PC 44 or a stationary PC 46th
  • an evaluation unit 48 can be operated.
  • the evaluation unit 48 has an output unit 50, by means of which information concerning the state of the cell culture can be output, in particular in the manner of a traffic light and / or by means of graphical symbols, such as e.g. Emoticons or smileys or the like.
  • an output unit 50 by means of which information concerning the state of the cell culture can be output, in particular in the manner of a traffic light and / or by means of graphical symbols, such as e.g. Emoticons or smileys or the like.
  • a quantitative output of information is also possible. This can be done, for example, in the form of scales, bars, steps, points or the like.
  • the system 10 may also include at least one RFID chip 52 (e.g., in the lid of the cell culture vessel 12), and the system 10 further includes at least one RFID location unit 54 by means of which the RFID chip 52 may be located.
  • at least one RFID chip 52 e.g., in the lid of the cell culture vessel 12
  • the system 10 further includes at least one RFID location unit 54 by means of which the RFID chip 52 may be located.
  • At least one (further) identification unit is provided by means of which the incubation unit can be identified and / or located and / or tracked.
  • a QR code, a bar code, an NFC chip or the like can be used.
  • RFID localization units 54 may be provided, which form a monitoring network for determining the position of the cell culture vessel 12.
  • a possible workflow can take place approximately as follows: By replacing the standard lid of a cell culture vessel 12 such as a multi-well plate, a Petri dish or a cell culture bottle by the "intelligent measuring cover" with sensors for eg gas temperature, gas humidity, Medium temperature, medium pH, medium osmolarity, level measurement, exposure measurement o- the like is provided so that all climatically relevant parameters can be detected near the cell.
  • the sensor equipment of the measuring cover is made by a method with at least the following steps:
  • Each communication unit 32 is uniquely assigned via an identification standard.
  • the MAC address of a communication chip of the communication unit 32 is used as an ID for wireless communication services, RFID or QR codes for registration of user and meter, location, lab journal, etc.
  • the data acquisition preferably takes place continuously at time intervals.
  • the communication unit 32 registers itself automatically and / or user-indexed at the router 34 (communication node) and is connected by it to the cloud memory 38.
  • the communication unit 32 transmits the acquired measurement data, which, for example, for energy saving reasons and data consistency reasons, can be collected in the memory of the communication unit 32 and only deleted there upon successful transmission.
  • the router 34 may also act as a data store, but primarily serves for the preparation and forwarding of the Meter (communication unit + sensor cover) transmitted measurement data.
  • the data is stored in a database in cloud storage 38. Further supporting units (interpreter, data processor, evaluation algorithms) process the data and prepare it for the user.
  • the data is visualized by a user interface 52 of the output unit 50.
  • the user interface 52 is available for mobile terminals 42, 44 as well as for standard PCs 46.
  • the user interface 52 enables a quantitative and qualitative display of the data.
  • the data are evaluated in advance by algorithms and represented by a point scale, a school grade-like system or traffic light system and thus represent an evaluation of process quality.
  • Automated alarms can also be realized by algorithms.
  • the user may also have the opportunity to define limits, priorities, and reminder functions. These result in exceeding or falling below automatic alarms or messages or hints on all platforms, e.g. via e-mail, SMS, App, Ul or via push services.
  • the use of the system 10 allows the user a permanent, near-cell process monitoring of many relevant, climatic parameters and, as a result, the optimization of his process flows and of the result / output achieved. This significantly increases the comparability, reproducibility, and consistency of the examinations and reduces the time required for error detection.
  • the use of the system 10 can also be used to control an incubator, which allows regulation based on the cell-near climate and not on the basis of the incubator climate at a defined location.
  • the system 10 may have a feedback control loop with at least one control unit for controlling at least one parameter that indirectly and / or directly affects the biological system 16, wherein the data detected by the sensors 18 at least partially by the control unit for controlling environmental conditions for the biological system 16, so the cell culture 16, are used.
  • one possibility of direct feedback e.g. provided with the incubation unit control circuit or a bioreactor or an incubator for the incubation unit, in which the data acquired by means of the sensor are included.
  • the system 10 is also able to select data during the measurement on site by means of the at least one sensor, that is, for example, classify them as relevant or less relevant. It is also conceivable that the system 10 reacts directly to specific events and then adjusts the regulation of the parameters of environmental conditions for the biological system.

Abstract

The present invention relates to a system (10) for monitoring at least one incubation unit (12) for a biological system (16), at least one sensor (18) for recording at least one parameter in the incubation unit (12), at least one data acquisition unit (32) for acquiring at least one sensor signal from the sensor (18), at least one transmission unit (32) for transmitting at least one sensor signal, at least one cloud server (36) having a receiving unit for receiving the at least one sensor signal, wherein the cloud server (36) also has at least one cloud memory (38) which can store the at least one sensor signal, and at least one evaluation unit (40) which can be used to access the cloud memory (38) in order to evaluate the at least one sensor signal.

Description

System zur Überwachung wenigstens einer Inkubationseinheit  System for monitoring at least one incubation unit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Überwachung wenigstens einer Inkubationseinheit, z.B. ein Inkubationsgefäß, für ein biologisches System wie eine Zellkultur. The present invention relates to a system for monitoring at least one incubation unit, e.g. an incubation vessel, for a biological system such as a cell culture.
Bei der Handhabung biologischer Systeme, z.B. bei der Kultivierung von Zellen, spielt die Überwachung der Umgebung und der Einflussfaktoren auf die Zellkultur eine große Rolle. Zu diesen Einflussfaktoren gehören z.B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, pH- Wert, aber auch Viskose, Elektrolyt-Konzentrationen oder dergleichen. When handling biological systems, e.g. In the cultivation of cells, the monitoring of the environment and the factors influencing cell culture plays a major role. These influencing factors include e.g. Humidity, temperature, pH, but also viscose, electrolyte concentrations or the like.
In der Regel ist es z.B. für eine erfolgreiche Kultivierung von Zellen notwendig, die Umgebungsbedingungen konstant zu halten. Um dies zu gewährleisten, ist eine Überwachung der Umgebungsbedingungen erwünscht. Darüber hinaus ist es gerade bei wissenschaftlichen Arbeiten oder auch aus Gründen der Qualitätssicherung erforderlich, die Umgebungsbedingungen zu dokumentieren. Dies soll vorzugsweise lückenlos geschehen. As a rule, it is e.g. For a successful cultivation of cells necessary to keep the environmental conditions constant. To ensure this, environmental monitoring is desired. In addition, it is necessary to document the environmental conditions, especially for scientific work or for reasons of quality assurance. This should preferably be done completely.
Aus der US 2013/0038727 A1 ist ein System zur Überwachung von Zellkulturen bekannt, bei dem die Zellkulturen mittels optoelektronischer Sensoren überwacht werden. Über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung werden Rechner oder mobile Endgeräte direkt mit dem Überwachungssystem verbunden. From US 2013/0038727 A1, a system for monitoring cell cultures is known in which the cell cultures are monitored by means of optoelectronic sensors. A wired or wireless connection connects computers or mobile devices directly to the surveillance system.
Die EP 2 484 750 A1 offenbart ein System zur Überwachung von Zellkulturen, bei dem die Sensorsignale der Sensoren für die Überwachung der Zellkultur mittels RFID- Antennen übertragen werden. EP 2 484 750 A1 discloses a system for monitoring cell cultures in which the sensor signals of the sensors for monitoring the cell culture are transmitted by means of RFID antennas.
Die US 5,643,742 offenbart eine Multiwell-Platte, deren Deckel mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet ist. Jedem Well ist dabei ein Sensorpaar zugeordnet. US 5,643,742 discloses a multiwell plate, the lid of which is equipped with a plurality of sensors. Each well is assigned a sensor pair.
Die bestehenden Lösungen erlauben jedoch keine umfassende Überwachung von Zellkulturen zu jeder Zeit und an jedem Ort. Eine bessere Datenerfassung und Verarbeitung, aber auch ein verbesserter Zugriff auf die Daten wäre hierzu wünschenswert. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Überwachung wenigstens einer Inkubationseinheit für ein biologisches System der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass der Datenzugriff verbessert und eine insgesamt bessere Überwachung eines biologischen Systems möglich wird. However, the existing solutions do not allow comprehensive monitoring of cell cultures at any time and in any place. Better data collection and processing, but also improved access to the data would be desirable. It is therefore the object of the present invention to develop a system for monitoring at least one incubation unit for a biological system of the type mentioned in an advantageous manner, in particular in that the data access is improved and an overall better monitoring of a biological system is possible.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem System gemäß Anspruch 1. Danach weist ein System zur Überwachung wenigstens einer Inkubationseinheit für ein biologisches System wenigstens einen Sensor zur Erfassung wenigstens eines Parameters in der Inkubationseinheit, wenigstens eine Datenerfassungseinheit zur Erfassung wenigstens eines Sensorsignals des Sensors, wenigstens eine Übertragungseinheit zur Übertragung wenigstens eines Sensorsignals, wenigstens einen Cloud-Server mit einer Empfangseinheit zum Empfang des wenigstens einen Sensorsignals, wobei der Cloud-Server weiter wenigstens einen Cloud-Speicher aufweist, in den das wenigstens eine Sensorsignal einspeicherbar ist, und wenigstens eine Auswerteeinheit auf, mittels derer auf den Cloud-Speicher zugreifbar ist, um das wenigstens eine Sensorsignal auszuwerten. According to the invention, a system for monitoring at least one incubation unit for a biological system has at least one sensor for detecting at least one parameter in the incubation unit, at least one data acquisition unit for detecting at least one sensor signal of the sensor, at least one Transmission unit for transmitting at least one sensor signal, at least one cloud server with a receiving unit for receiving the at least one sensor signal, wherein the cloud server further comprises at least one cloud memory, in which the at least one sensor signal can be stored, and at least one evaluation unit, by means of which the cloud memory is accessible to evaluate the at least one sensor signal.
Dadurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass der Datenzugriff auf die Überwachungsdaten betreffend das biologische System verbessert und eine insgesamt bessere Überwachung des biologischen Systems oder mehrerer biologischer Systeme ermöglicht wird. This results in particular in the advantage that the data access to the monitoring data concerning the biological system is improved and an overall better monitoring of the biological system or of several biological systems is made possible.
Die Inkubationseinheit kann beispielsweise ein Inkubationsgefäß sein oder umfassen. Ein derartiges Inkubationsgefäß kann z.B. ein Zellkulturgefäß sein. Ein biologisches System im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Zellkultur sein. The incubation unit may be or include, for example, an incubation vessel. Such incubation vessel may e.g. a cell culture vessel. A biological system in the sense of the present invention can be, for example, a cell culture.
Durch den Einsatz von Cloud Computing ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile: Es wird eine Selbstzuweisung von Leistungen aus der Cloud durch den oder die Nutzer ermöglicht, die bei Bedarf bereitstehen soll (Self-service provisioning und As-needed availability). Die Rechen- und Speicherleistung wird skalierbar (d.h. beliebig vergrößerbar) und bietet damit eine Entkopplung von Nutzungsschwankungen und Infrastrukturbeschränkungen (scalability). Ferner kann die Zuverlässigkeit (reliability) und Ausfalltoleranz (fault-tolerance) erhöht bzw. verbessert werden, was permanent definierte Qualitätsstandards der IT-Infrastruktur für den Nutzer garantiert. Eine fortlaufende Optimierung und Konsolidierung der Infrastruktur für das Cloud Computing bietet Effizienz und Ökonomie in Anpassung an fortlaufende Umweltschutzstandards, die sukzessive vom Cloud-Diensteanbieter optimiert werden können (Optimizati- on/Consolidation). Auch kann fortlaufend eine Qualitätssicherung und -kontrolle erfolgen, ohne dass die Nutzer belastet werden müssten (QoS - Quality of Service). In particular, the use of cloud computing provides the following benefits: Self-service provisioning and as-needed availability is provided for self-provisioning of cloud-based services by the user (s). The computing and storage performance is scalable (ie arbitrarily expandable) and thus offers a decoupling of usage fluctuations and infrastructure restrictions (scalability). Furthermore, the reliability can and fault-tolerance can be increased or improved, which guarantees permanently defined quality standards of the IT infrastructure for the user. Ongoing optimization and consolidation of infrastructure for cloud computing offers efficiency and economy in line with ongoing environmental protection standards, which can be successively optimized by the cloud service provider (optimization / consolidation). Quality assurance and control can also be continuously carried out without burdening the users (QoS - Quality of Service).
Cloud Computing sei hier als der Ansatz zu verstehen, abstrahierte IT-Infrastrukturen (z. B. Rechenkapazität, Datenspeicher, Netzwerkkapazitäten oder auch fertige Software) dynamisch an den Bedarf angepasst über ein Netzwerk zur Verfügung zu stellen. Aus Nutzersicht scheint die zur Verfügung gestellte abstrahierte IT-Infrastruktur fern und undurchsichtig, wie von einer„cloud" verhüllt. Angebot und Nutzung dieser Dienstleistungen erfolgen dabei ausschließlich über definierte technische Schnittstellen und Protokolle. Die Spannweite der im Rahmen von Cloud Computing angebotenen Dienstleistungen umfasst das gesamte Spektrum der Informationstechnik und beinhaltet unter anderem Infrastruktur (z. B. Rechenleistung, Speicherplatz), Plattformen und Software. Here cloud computing is to be understood as the approach to provide abstracted IT infrastructures (eg computing capacity, data storage, network capacities or even finished software) dynamically adapted to the needs via a network. From a user's point of view, the abstracted IT infrastructure provided seems remote and opaque, as if clouded, offering and using these services only through defined technical interfaces and protocols The entire spectrum of information technology includes infrastructure (eg computing power, storage space), platforms and software.
Vereinfacht kann ein mögliches Cloud Computing Konzept für das vorliegende System zur Überwachung von Zellkulturen wie folgt beschrieben werden: Ein Teil der IT- Landschaft (in diesem Zusammenhang etwa Hardware wie Rechenzentrum, Datenspeicher sowie Software) wird auf Nutzerseite nicht mehr selbst betrieben oder örtlich bereitgestellt, sondern bei einem oder mehreren Anbietern als Dienst gemietet, der meist geografisch fern angesiedelt ist. Die Anwendungen und Daten befinden sich dann nicht mehr auf dem lokalen Rechner oder im Firmenrechenzentrum, sondern in der sogenannten Cloud. Das Gestaltungselement eines abstrahierten Wolkenumrisses wird in Netzwerkdiagrammen häufig zur Darstellung eines nicht näher spezifizierten Teils des Internets verwendet. Der Zugriff auf die entfernten Systeme erfolgt über ein Netzwerk, beispielsweise das des Internets. Es gibt aber im Kontext von Firmen auch sogenannte„Private Clouds", bei denen die Bereitstellung über ein firmeninternes Intranet erfolgt. Ein mögliches Zellkulturgefäß kann beispielsweise eine Multiwellplatte, eine Petrischale, ein Bioreaktor oder eine Zellkulturflasche sein. In simplified terms, a possible cloud computing concept for the present system for monitoring cell cultures can be described as follows: Part of the IT landscape (in this context, such as data center, data storage and software) is no longer operated by the user or provided locally, but rented as a service from one or more providers, which is usually located geographically far away. The applications and data are then no longer on the local computer or in the company data center, but in the so-called cloud. The design element of an abstracted cloud outline is often used in network diagrams to represent an unspecified part of the Internet. Access to the remote systems is via a network, such as the Internet. In the context of companies, however, there are also so-called "private clouds" where the provision takes place via a company-internal intranet. A possible cell culture vessel may be, for example, a multiwell plate, a petri dish, a bioreactor or a cell culture flask.
Denkbar ist, dass das System zumindest teilweise in bestehende Brutschränke integriert oder integrierbar ist. Vorzugsweise ist dabei an bestehende Brutschränken keine bauliche Veränderung vorzunehmen. It is conceivable that the system is at least partially integrated or integrated into existing incubators. Preferably, there is no structural change to existing incubators.
Der Sensor kann ein Sensor zur Erfassung wenigstens eines der folgenden Parameter sein: The sensor may be a sensor for detecting at least one of the following parameters:
- Gas-Temperatur; - gas temperature;
- Gas-Feuchte; - gas humidity;
- Medium-Temperatur; - medium temperature;
- Medium-pH; - Medium pH;
- Medium-Osmolarität; - medium osmolarity;
- Füllstandsmessung; - level measurement;
- Belichtungsmessung; - exposure measurement;
- C02-Gehalt; - C02 content;
- usw. - etc.
Die Übertragungseinheit kann einen Router umfassen. Mittels der Übertragungseinheit können die mittels des wenigstens einen Sensors ermittelten Daten an die Cloud übertragen werden, d.h. an den Cloud-Server mit einer Empfangseinheit zum Empfang des wenigstens einen Sensorsignals. The transmission unit may include a router. By means of the transmission unit, the data determined by means of the at least one sensor can be transmitted to the cloud, i. to the cloud server with a receiving unit for receiving the at least one sensor signal.
Die Datenerfassungseinheit und/oder die Datenübertragungseinheit können jeweils wenigstens einen Pufferspeicher aufweisen. Ein derartiger Pufferspeicher kann dazu dienen, bei Übertragungsproblemen bzw. Kommunikationsproblemen oder Verbindungsabbrüchen Datenverluste zu vermeiden. The data acquisition unit and / or the data transfer unit can each have at least one buffer memory. Such a buffer memory can do this serve to avoid loss of data in case of transmission problems or communication problems or disconnections.
Die Übertragung der Daten zwischen Datenerfassungseinheit und Datenübertragungseinheit erfolgt vorzugsweise wireless bzw. per Funkübertragung. The transmission of the data between the data acquisition unit and the data transmission unit preferably takes place wirelessly or by radio transmission.
Der Cloud-Server weist weiter wenigstens einen Cloud-Speicher auf, in den das wenigstens eine Sensorsignal einspeicherbar ist, und wenigstens eine Auswerteeinheit, mittels derer auf den Cloud-Speicher zugreifbar ist, um das wenigstens eine Sensorsignal auszuwerten. The cloud server further has at least one cloud memory, in which the at least one sensor signal can be stored, and at least one evaluation unit, by means of which access is made to the cloud memory in order to evaluate the at least one sensor signal.
Auf dem Cloud-Server, insbesondere im Cloud-Speicher kann ferner eine Datenbank vorgehalten sein, in die die Daten einspeicherbar sind und aus der die Daten auslesbar sind. On the cloud server, in particular in the cloud storage, a database may further be provided in which the data can be stored and from which the data can be read out.
Insbesondere kann weiter vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Sensor in einem Deckel oder Gehäuseteil der Inkubationseinheit, z.B. eines Zellkulturgefäßes, angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass als Inkubationseinheit z.B. ein standardisiertes, herkömmliches Zellkulturgefäß verwendet werden kann. Hieran an- gepasst kann z.B. als System komponente ein sogenannter„intelligenter Messdeckel" bereitgestellt werden, in dem die notwendige Sensorik und ggf. auch die notwendige Übertragungstechnologie angeordnet ist. In particular, it may further be provided that the at least one sensor is arranged in a cover or housing part of the incubation unit, e.g. a cell culture vessel is arranged. This has the advantage that, as incubation unit, e.g. a standardized, conventional cell culture vessel can be used. Adapted thereto, e.g. as a system component, a so-called "smart meter cover" are provided, in which the necessary sensors and possibly also the necessary transmission technology is arranged.
Denkbar ist insbesondere, die Sensorik in den Messdeckel oder einen Gehäuseteil der Inkubationseinheit zu integrieren. It is conceivable, in particular, to integrate the sensor system into the measuring cover or a housing part of the incubation unit.
Dies ist auch für die Übertragungselektronik denkbar. This is also conceivable for the transmission electronics.
Die Sensorausstattung des Messdeckels oder des Gehäuseteils kann durch z.B. Aufbringen einer flexiblen Leiterbahn auf den Messdeckel erfolgen, wobei die Leiterbahn mit Sensorik bestückt ist bzw. bestückbar ist. The sensor equipment of the measuring cover or the housing part can be replaced by e.g. Applying a flexible conductor track on the measuring cover done, wherein the conductor track is equipped with sensors or can be equipped.
Denkbar ist aber auch, die Sensorik mit einem entsprechenden Leitungssystem in den Deckel durch ein urformendes Verfahren zu integrieren. Diese Leitungen können aber auch durch ein auftragendes Verfahren wie beispielsweise Zwei- komponenten-Spritzguss, MID-Heissprägen, Laser- MID-Verfahren, La- ser-Direkt-Strukturierung (LDS) oder vergleichbare Verfahren aufgebracht werden. Im Anschluss daran kann die Sensorik aufgebracht werden. It is also conceivable, however, to integrate the sensor system with a corresponding line system into the cover by a primary shaping method. However, these lines can also be applied by an applied method such as, for example, two-component injection molding, MID hot stamping, laser MID method, laser direct structuring (LDS) or comparable methods. Following this, the sensor system can be applied.
Des Weiteren kann im Betriebszustand des Systems wenigstens ein Sensor im Randbereich der Inkubationseinheit und wenigstens ein Sensor im Zentrumsbereich der Inkubationseinheit angeordnet sein. Diese Anordnung ist bereits ausreichend, um den Zustand in der Inkubationseinheit hinreichend beurteilen zu können. Durch die Ermittlung der relevanten Parameter am Rand und im Zentrum kann auf eine Datenerfassung an anderen Orten der Inkubationseinheit verzichtet werden, weil durch die er- fassten Daten am Rand und im Zentrum der Inkubationseinheit bereits eine ausreichende Datenbasis für die Beurteilung des biologischen Systems zu Verfügung stehen kann. Furthermore, in the operating state of the system, at least one sensor can be arranged in the edge region of the incubation unit and at least one sensor can be arranged in the center region of the incubation unit. This arrangement is already sufficient to be able to adequately assess the condition in the incubation unit. By determining the relevant parameters at the edge and in the center, it is possible to dispense with data collection at other locations of the incubation unit because the acquired data at the edge and in the center of the incubation unit already provide a sufficient database for assessing the biological system can.
Im Betriebszustand des Systems ist beispielsweise der Deckel der Inkubationseinheit mit den Sensoren auf der Inkubationseinheit selbst, also z.B. der Deckel des Zellkulturgefäßes mit den jeweiligen Sensoren auf dem Zellkulturgefäß angeordnet. Dies führt dazu, dass die Sensoren entsprechend relativ zum Zellkulturgefäß positioniert sind, insbesondere zum Rand bzw. zum Zentrum hin positioniert sind. In the operating state of the system, for example, the lid of the incubation unit with the sensors on the incubation unit itself, e.g. arranged the lid of the cell culture vessel with the respective sensors on the cell culture vessel. As a result, the sensors are positioned correspondingly relative to the cell culture vessel, in particular positioned toward the edge or towards the center.
Es ist denkbar, dass mehr als zwei Sensoren vorgesehen sind. Dadurch kann die Genauigkeit der Überwachung erhöht werden. It is conceivable that more than two sensors are provided. This can increase the accuracy of the monitoring.
Außerdem ist möglich, dass die Sensoren symmetrisch angeordnet sind. Dadurch ist eine gleichmäßigere Datenerfassung möglich. Zudem kann die Aussagekraft der er- fassten Daten erhöht werden. It is also possible that the sensors are arranged symmetrically. This allows a more even data acquisition. In addition, the informative value of the acquired data can be increased.
Mehrere Sensoren können an Enden eines astartigen oder mäanderförmigen Leiters angeordnet sein. Dadurch wird es möglich, eine größtmögliche Sichtbarkeit auf das biologischen System bzw. ein großes Sichtfeld weiterhin zu gewährleisten, auch wenn die Sensoren sich in der sogenannten line of sight befinden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die Sensorik im Deckel oder einem Gehäuseteil angeord- net ist, der/das zumindest teilweise transparent ist und einen Blick auf das biologische System wie eine Zellkultur ermöglicht. Several sensors can be arranged at the ends of a branch-like or meander-shaped conductor. This makes it possible to continue to ensure the greatest possible visibility on the biological system or a large field of view, even if the sensors are located in the so-called line of sight. This is particularly advantageous if the sensors are arranged in the cover or a housing part. is net, which is at least partially transparent and allows a view of the biological system such as a cell culture.
Wenigstens vier Sensoren können an Enden eines im Wesentlichen H-förmigen Leiters angeordnet sein. Der H-förmige Leiter kann durch eine H-förmige Armstruktur ausgebildet sein. Die vier Sensoren können Sensoren sein, die im Randbereich der Inkubationseinheit Messwerte erfassen. Dieser Aufbau ermöglicht z.B. eine einfache Fertigung und eine leichte Integration in einen Deckel oder ein Gehäuseteil der Inkubationseinheit. At least four sensors may be disposed at ends of a substantially H-shaped conductor. The H-shaped conductor may be formed by an H-shaped arm structure. The four sensors can be sensors that record measured values in the edge area of the incubation unit. This structure allows e.g. a simple production and easy integration into a lid or a housing part of the incubation unit.
Im Mittelbereich bzw. in der Mittelstrebe des H-förmigen Leiters können weitere H- förmig angeordnete Arme vorgesehen sein, an deren Enden sich weitere Sensoren befinden. Diese Sensoren können die Sensoren sein, die im Zentrum der Inkubationseinheit Messwerte erfassen. Die Arme für diese Sensoren erstrecken sich dabei vorzugsweise nicht soweit von der Mittelstrebe in Richtung Randbereich der Inkubationseinheit wie die Arme des H-förmigen Leiters, an denen die Sensoren für die Abtastung des Randbereichs angeordnet sind. In the middle region or in the center strut of the H-shaped conductor, further H-shaped arms may be provided, at the ends of which there are further sensors. These sensors can be the sensors that record measured values in the center of the incubation unit. The arms for these sensors preferably do not extend as far from the central strut in the direction of the edge region of the incubation unit as the arms of the H-shaped conductor on which the sensors for scanning the edge region are arranged.
Die Auswerteeinheit kann mittels eines Endgerätes bedienbar sein. Ein mögliches Endgerät kann beispielsweise ein mobiles Endgerät oder ein Computer sein. Das mobile Gerät kann beispielswiese ein Smartphone oder ein Tablet-PC sein. Hierdurch wird besonders vorteilhaft ein Zugriff auf die im Cloud-Speicher hinterlegten Daten zu jeder Zeit und von jedem Ort möglich. The evaluation unit can be operated by means of a terminal. A possible terminal may be for example a mobile terminal or a computer. The mobile device may for example be a smartphone or a tablet PC. As a result, access to the stored data in the cloud storage at any time and from any place is particularly advantageous.
Des Weiteren kann die Auswerteeinheit eine Ausgabeeinheit aufweisen, mittels derer Informationen mittelbar und/oder unmittelbar betreffend den Zustand des biologischen Systems ausgebbar sind, insbesondere nach Art einer Ampel und/oder mittels grafischer Symbole wie z.B. Emoticons oder Smileys oder dergleichen. Dabei ist neben der vorgenannten qualitativen Ausgabe von Informationen auch eine quantitative Ausgabe an Informationen möglich. Dies kann beispielsweise in Form von Skalen, Balken, Stufen, Punkten oder dergleichen erfolgen. Diese Informationen können insbesondere die Umgebungsbedingungen des biologischen Systems betreffen und auch Wertungen hierzu enthalten. Außerdem kann das System wenigstens einen RFID-Chip aufweisen. Der RFID-Chip dient zum Tracking der Inkubationseinheit und kann vorzugsweise im Deckel oder einem Gehäuseteil der Inkubationseinheit angeordnet werden. Denkbar ist aber auch, den RFID-Chip in einem Aufkleber anzuordnen, mit dem die Inkubationseinheit gela- belt werden kann. Furthermore, the evaluation unit can have an output unit by means of which information can be output indirectly and / or directly concerning the state of the biological system, in particular in the manner of a traffic light and / or by means of graphical symbols such as emoticons or smileys or the like. In addition to the aforementioned qualitative output of information, a quantitative output of information is also possible. This can be done, for example, in the form of scales, bars, steps, points or the like. This information may relate in particular to the environmental conditions of the biological system and may also contain ratings for this. In addition, the system can have at least one RFID chip. The RFID chip is used to track the incubation unit and can preferably be arranged in the lid or a housing part of the incubation unit. It is also conceivable, however, to arrange the RFID chip in a sticker with which the incubation unit can be gelated.
Des Weiteren kann das System auch wenigstens eine RFI D-Lokalisierungseinheit aufweisen, mittels derer der RFID-Chip lokalisierbar ist. Dadurch wird ein lückenloses bzw. im Wesentlichen lückenloses Tracking der Inkubationseinheit möglich. Furthermore, the system can also have at least one RFI D localization unit by means of which the RFID chip can be localized. As a result, a complete or substantially complete tracking of the incubation unit is possible.
Es können mehrere RFID-Lokalisierungseinheiten vorgesehen sein, die ein Überwachungsnetzwerk zur Positionsbestimmung der Inkubationseinheit, z.B. des Zellkulturgefäßes bilden. Mittels dieser Positionsbestimmung kann beispielsweise nachvollzogen werden, wann die Zellkultur an welchem Ort z.B. im Labor war, also Aufenthalt im Brutschrank, mikroskopische Untersuchung, Sichtuntersuchung, Arbeit im Laminar-Flow-Bereich usw. There may be provided a plurality of RFID localization units having a monitoring network for determining the position of the incubation unit, e.g. of the cell culture vessel. By means of this position determination can be understood, for example, when the cell culture at which location, e.g. in the laboratory was, so stay in the incubator, microscopic examination, visual inspection, work in the laminar flow range, etc.
Denkbar ist auch, dass alternativ oder zusätzlich zum Einsatz eines RFID-Chips wenigstens eine (weitere) Identifikationseinheit vorgesehen ist, mittels derer die Inkubationseinheit identifiziert und/oder geortet und/oder getrackt werden kann. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein QR-Code, ein Barcode, ein NFC-Chip oder dergleichen eingesetzt werden. It is also conceivable that, alternatively or in addition to the use of an RFID chip, at least one (further) identification unit is provided, by means of which the incubation unit can be identified and / or located and / or tracked. In this connection, for example, a QR code, a bar code, an NFC chip or the like can be used.
Das System kann weiter wenigstens einen Regelkreis mit wenigstens einer Regelungseinheit zur Regelung wenigstens eines Parameters, der mittelbar und/oder unmittelbar das biologische System betrifft, aufweisen, wobei die mittels des Sensors er- fassten Daten zumindest teilweise durch die Regelungseinheit zur Regelung von Umgebungsbedingungen für das biologische System herangezogen werden. Der Regelkreis kann ein rückgekoppelter Regelkreis sein. The system may further comprise at least one control circuit having at least one control unit for controlling at least one parameter that indirectly and / or directly affects the biological system, wherein the data detected by the sensor is at least partially controlled by the control unit for controlling environmental conditions for the biological system are used. The control loop can be a feedback control loop.
So wird eine Möglichkeit einer direkten Rückkopplung z.B. mit dem Regelkreis für die Inkubationseinheit oder einem Bioreaktor oder einem Brutschrank für die Inkubations- einheit bereitgestellt, bei der die mittels des Sensors erfassten Daten miteinbezogen werden. So kann ein rückgekoppelter Regelkreis bereitgestellt werden. Thus, a possibility of direct feedback, for example, with the control circuit for the incubation unit or a bioreactor or an incubator for the incubation provided unit, in which the data collected by means of the sensor are included. Thus, a feedback control loop can be provided.
Dies ermöglicht eine verbesserte Regelung der Umgebungsbedingungen für das biologische System wie z.B. Temperatur, C02-Gehalt, pH-Wert, Feuchtigkeit, Belichtung oder dergleichen. This allows for improved control of environmental conditions for the biological system, such as e.g. Temperature, CO 2 content, pH, humidity, exposure or the like.
Insbesondere ist möglich, dass das System bei der Messung vor Ort mittels des wenigstens einen Sensors Daten selektieren kann, also beispielsweise als relevant oder weniger relevant einstuft. Denkbar ist auch, dass das System direkt auf spezielle Events reagiert und danach die Regelung der Parameter von Umgebungsbedingungen für das biologische System einstellt. In particular, it is possible for the system to be able to select data during the measurement on site by means of the at least one sensor, that is, for example classify them as relevant or less relevant. It is also conceivable that the system reacts directly to specific events and then adjusts the regulation of the parameters of environmental conditions for the biological system.
Ein derartiges Event kann beispielsweise das Herausnehmen der Inkubationseinheit aus z.B. einem Brutschrank sein, was z.B. durch einen Beschleunigungssensor des Systems festgestellt werden kann. In der Folge kann z.B. die Sensorabtastrate eines oder mehrerer Sensoren angepasst werden. Such an event may include, for example, removing the incubation unit from e.g. an incubator, which is e.g. can be detected by an acceleration sensor of the system. As a consequence, e.g. the sensor sampling rate of one or more sensors are adjusted.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Further details and advantages of the invention will now be described with reference to an embodiment shown in the drawing.
Die einzige Figur zeigt dabei ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Systems zur Überwachung einer Inkubationseinheit für ein biologisches System. The single figure shows a possible embodiment of a system for monitoring an incubation unit for a biological system.
Das System 10 zur Überwachung einer Inkubationseinheit 12 für ein biologisches System weist als Inkubationseinheit 12 ein Zellkulturgefäß 12 mit zugehörigem Deckel auf, das hier eine standardmäßige Multiwellplatte 12 ist. The system 10 for monitoring an incubation unit 12 for a biological system has, as incubation unit 12, a cell culture vessel 12 with associated lid, which here is a standard multiwell plate 12.
In den einzelnen Wells 14 der Multiwellplatte 12 befindet sich jeweils als biologisches System 16 eine Zellkultur 16. In the individual wells 14 of the multiwell plate 12 is located in each case as a biological system 16, a cell culture 16th
Die Multiwellplatte 12 ist eine 4*4 Multiwellplatte. Betrachtet man die Anordnung der Wells 14 als 4x4 Matrix, so wird an der Position (1 ; 1), (1 ; 4), (2; 2), (2; 3), (3; 2), (3; 3), (4; 1) und (4; 4) ein Sensor 18 zur Erfassung eines Parameters betreffend den Zustand der Zellkultur angeordnet. The multiwell plate 12 is a 4 * 4 multiwell plate. Considering the arrangement of the wells 14 as a 4x4 matrix, at the position (1; 1), (1; 4), (2; 2), (2; 3), (3; 2), (3; 3), (4; 1) and (4; 4) a sensor 18 for detecting a parameter regarding the state of the cell culture arranged.
Grundsätzlich und allgemein gesprochen können bei einer (x; n) Matrix die Sensoren für den Randbereich an den Positionen (1 ; 1), (1 ; n), (x; 1) und (x; n) angeordnet werden. Die Sensoren für das Zentrum können an Positionen um das Zentrum herum angeordnet werden. In principle and generally speaking, with an (x; n) matrix, the sensors for the edge region can be arranged at the positions (1; 1), (1; n), (x; 1) and (x; n). The sensors for the center can be placed at positions around the center.
Diese Parameter können unter anderem wenigstens einen der folgenden Zustände betreffen: These parameters may, among other things, relate to at least one of the following states:
- Gas-Temperatur; - gas temperature;
- Gas-Feuchte; - gas humidity;
- Medium-Temperatur; - medium temperature;
- Medium-pH; - Medium pH;
- Medium-Osmolarität; - medium osmolarity;
- Füllstandsmessung; - level measurement;
- Belichtungsmessung; - exposure measurement;
- C02-Gehalt; - C02 content;
- usw. - etc.
Die Sensoren 18 sind symmetrisch auf einem astartigen bzw. mäanderförmigen Leiter 20, hier einem H-förmigen Leiter 20 angeordnet. Der Leiter 20 ist in den Deckel des Zellkulturgefäßes 12 integriert. The sensors 18 are arranged symmetrically on a branch-like or meander-shaped conductor 20, here an H-shaped conductor 20. The conductor 20 is integrated in the lid of the cell culture vessel 12.
Dabei sind die vier Sensoren 18 für die Positionen (1 ; 1), (1 ; 4), (4; 1) und (4; 4) an den Enden der Arme 22 des H-förmigen Leiters 20 angeordnet. Diese vier Sensoren 18 sind somit die Sensoren, die im Randbereich des Zellkulturgefäßes 12 Messwerte erfassen. The four sensors 18 for the positions (1; 1), (1; 4), (4; 1) and (4; 4) are arranged at the ends of the arms 22 of the H-shaped conductor 20. These four sensors 18 are thus the sensors which detect measured values in the edge region of the cell culture vessel 12.
In der Mittelstrebe 24 des H-förmigen Leiters 20 können weitere H-förmig angeordnete Arme 26 vorgesehen sein, an deren Enden sich weitere Sensoren 18 befinden. In the center strut 24 of the H-shaped conductor 20 more H-shaped arms 26 may be provided, at the ends of which more sensors 18 are located.
Diese Sensoren 18 sind die Sensoren, die im Zentrum des Zellkulturgefäßes 12 Messwerte erfassen, als die Sensoren 18 für die Positionen (2; 2), (2; 3), (3; 2) und (3; 3). These sensors 18 are the sensors that detect readings at the center of the cell culture vessel 12 as the sensors 18 for the positions (2, 2), (2, 3), (3, 2) and (3, 3).
Die Arme 26 für diese Sensoren erstrecken sich dabei nicht soweit von der Mittelstrebe 24 in Richtung Randbereich des Zellkulturgefäßes 12 wie die Arme 22 des H- förmigen Leiters 20, an denen die Sensoren 18 für die Abtastung des Randbereichs des Zellkulturgefäßes 12 angeordnet sind. The arms 26 for these sensors do not extend as far from the central strut 24 in the direction of the edge region of the cell culture vessel 12 as the arms 22 of the H-shaped conductor 20, on which the sensors 18 for scanning the edge region of the cell culture vessel 12 are arranged.
Der Leiter 20 weist des Weiteren z.B. einen FFC-Stecker 28 für eine FFC- Steckverbindung 30 auf, mit der der Träger 20 und die an ihm angebrachten Sensoren 18 mit einer Wireless-Kommunikationseinheit 32 als Datenerfassungseinheit verbunden werden können. The conductor 20 further comprises e.g. an FFC connector 28 for an FFC connector 30, with which the carrier 20 and the attached sensors 18 can be connected to a wireless communication unit 32 as a data acquisition unit.
Die wiederverwendbare Wireless-Kommunikationseinheit 32 wird an den Deckel mittels der FFC- Steckverbindung 30, magnetischer oder mechanischer Befestigung angebracht und dadurch ein elektrischer Kontakt zur Sensorik hergestellt. Die Zellkulturgefäße bleiben dadurch grundsätzlich stapelbar. Die batteriebetriebene Kommunikationseinheit 32 verfügt über einen Speicher, einen Beschleunigungssensor für Bewegungserkennung und Vibrationsmessung, einen Kommunikationschip (wireless) und eine Andockmöglichkeit an den Deckel des Zellkulturgefäßes 12. Die Antenne kann einerseits auf der Platine als auch auf dem Deckel angebracht sein. The reusable wireless communication unit 32 is attached to the lid by means of the FFC connector 30, magnetic or mechanical attachment, thereby establishing electrical contact with the sensor. The cell culture vessels remain basically stackable. The battery-powered communication unit 32 has a memory, an acceleration sensor for motion detection and vibration measurement, a communication chip (wireless) and a docking to the lid of the cell culture vessel 12. The antenna can be mounted on the one hand on the board and on the lid.
Grundsätzlich ist es auch möglich, an Stelle eines FFC-Steckers 28 eine andere geeignete Konnektierung einzusetzen. In principle, it is also possible to use another suitable connection instead of an FFC plug 28.
Die Kommunikationseinheit 32, d.h. die Übertragungseinheit 32, steht drahtlos mit einem Router 34 für den Datentransfer in Verbindung, der wiederum mit einem Cloud- Server 36 mit einer Empfangseinheit zum Empfang des wenigstens einen Sensorsignals über das Internet 39 verbunden ist. The communication unit 32, ie the transmission unit 32, is in wireless communication with a router 34 for data transfer, which in turn communicates with a cloud Server 36 is connected to a receiving unit for receiving the at least one sensor signal via the Internet 39.
Der Cloud-Server 36 weist weiter wenigstens einen Cloud-Speicher 38 auf, in den das wenigstens eine Sensorsignal einspeicherbar ist, und wenigstens eine Auswerteeinheit 40, mittels derer auf den Cloud-Speicher 38 zugreifbar ist, um das wenigstens eine Sensorsignal auszuwerten. The cloud server 36 further comprises at least one cloud memory 38, in which the at least one sensor signal can be stored, and at least one evaluation unit 40, by means of which the cloud memory 38 is accessible, in order to evaluate the at least one sensor signal.
Der Cloud-Server 36 ist wiederum über das Internet 39 mit Endgeräten 42, 44, 46 verbunden, hier mobilen Endgeräten wie einem Smartphone 42 oder einem Tablet-PC 44 oder einem stationären PC 46. The cloud server 36 is in turn connected via the Internet 39 with terminals 42, 44, 46, here mobile terminals such as a smart phone 42 or a tablet PC 44 or a stationary PC 46th
Mittels der Endgeräte ist eine Auswerteeinheit 48 bedienbar. By means of the terminals, an evaluation unit 48 can be operated.
Die Auswerteeinheit 48 weist eine Ausgabeeinheit 50 auf, mittels derer Informationen betreffend den Zustand der Zellkultur ausgebbar sind, insbesondere nach Art eine Ampel und/oder mittels grafischer Symbole wie z.B. Emoticons oder Smileys oder dergleichen. Dabei ist neben der vorgenannten qualitativen Ausgabe von Informationen auch eine quantitative Ausgabe an Informationen möglich. Dies kann beispielsweise in Form von Skalen, Balken, Stufen, Punkten oder dergleichen erfolgen. The evaluation unit 48 has an output unit 50, by means of which information concerning the state of the cell culture can be output, in particular in the manner of a traffic light and / or by means of graphical symbols, such as e.g. Emoticons or smileys or the like. In addition to the aforementioned qualitative output of information, a quantitative output of information is also possible. This can be done, for example, in the form of scales, bars, steps, points or the like.
Das System 10 kann auch wenigstens einen RFID-Chip 52 (z.B. im Deckel des Zellkulturgefäßes 12) aufweisen und wobei das System 10 weiter wenigstens eine RFID- Lokalisierungseinheit 54 aufweist, mittels derer der RFID-Chip 52 lokalisierbar ist. The system 10 may also include at least one RFID chip 52 (e.g., in the lid of the cell culture vessel 12), and the system 10 further includes at least one RFID location unit 54 by means of which the RFID chip 52 may be located.
Denkbar ist auch, dass alternativ oder zusätzlich zum Einsatz eines RFID-Chips 52 wenigstens eine (weitere) Identifikationseinheit vorgesehen ist, mittels derer die Inkubationseinheit identifiziert und/oder geortet und/oder getrackt werden kann. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein QR-Code, ein Barcode, ein NFC-Chip oder dergleichen eingesetzt werden. It is also conceivable that, alternatively or additionally to the use of an RFID chip 52, at least one (further) identification unit is provided by means of which the incubation unit can be identified and / or located and / or tracked. In this connection, for example, a QR code, a bar code, an NFC chip or the like can be used.
Es können mehrere RFID-Lokalisierungseinheiten 54 vorgesehen sein, die ein Überwachungsnetzwerk zur Positionsbestimmung des Zellkulturgefäßes 12 bilden. Ein möglicher Workflow kann dabei in etwa folgendermaßen ablaufen: Durch Austausch des Standard-Deckels eines Zellkulturgefäßes 12 wie einer Multi- wellplatte, einer Petrischale oder einer Zellkulturflasche durch den "intelligenten Messdeckel", der mit Sensorik für z.B. Gas-Temperatur, Gas-Feuchte, Mediumtemperatur, Medium-pH, Medium-Osmolarität, Füllstandsmessung, Belichtungsmessung o- der dergleichen versehen ist, so dass sämtliche klimatisch relevanten Parameter in Zellnähe erfasst werden können. Several RFID localization units 54 may be provided, which form a monitoring network for determining the position of the cell culture vessel 12. A possible workflow can take place approximately as follows: By replacing the standard lid of a cell culture vessel 12 such as a multi-well plate, a Petri dish or a cell culture bottle by the "intelligent measuring cover" with sensors for eg gas temperature, gas humidity, Medium temperature, medium pH, medium osmolarity, level measurement, exposure measurement o- the like is provided so that all climatically relevant parameters can be detected near the cell.
Die Sensorausstattung des Messdeckels erfolgt durch ein Verfahren mit wenigstens den folgenden Schritten: The sensor equipment of the measuring cover is made by a method with at least the following steps:
- Aufbringen einer flexiblen Leiterbahn welche mit Sensorik bestückt ist, - oder Integration der Sensorik mit Leitungssystem in den Deckel durch urformendes Verfahren, - oder Aufbringen der Leitungen durch ein auftragendes Verfahren (LDS, ...), und anschließendes Aufbringen der Sensorik. - Applying a flexible conductor which is equipped with sensors, - or integration of the sensor with line system in the lid by urformendes process, - or applying the lines by an applying method (LDS, ...), and then applying the sensor.
Jede Kommunikationseinheit 32 ist über einen Identifikationsstandard eindeutig zuzuordnen. Each communication unit 32 is uniquely assigned via an identification standard.
Die MAC Adresse eines Kommunikationschips der Kommunikationseinheit 32 wird als ID für kabellose Kommunikationsdienste verwendet, RFID bzw. QR-Codes für Registrierung von User und Messgerät, Aufenthaltsort, Labortagebuch usw. The MAC address of a communication chip of the communication unit 32 is used as an ID for wireless communication services, RFID or QR codes for registration of user and meter, location, lab journal, etc.
Die Datenerfassung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich in zeitlichen Intervallen. The data acquisition preferably takes place continuously at time intervals.
Die Kommunikationseinheit 32 registriert sich automatisch und/oder benutzerindiziert an dem Router 34 (Kommunikations-Knotenpunkt) und ist durch diesen mit dem Cloud-Speicher 38 verbunden. The communication unit 32 registers itself automatically and / or user-indexed at the router 34 (communication node) and is connected by it to the cloud memory 38.
Die Kommunikationseinheit 32 übermittelt die erfassten Messdaten, welche beispielsweise aus Energiespargründen und Datenkonsistenzgründen im Speicher der Kommunikationseinheit 32 gesammelt werden können und erst bei einer erfolgreichen Übertragung dort gelöscht werden. Der Router 34 kann ebenso als Datenspeicher fungieren, dient in erster Linie jedoch zur Aufbereitung und Weiterleitung der vom Messgerät (Kommunikationseinheit + Sensordeckel) übermittelten Messdaten. Die Daten werden in einer Datenbank im Cloud-Speicher 38 gespeichert. Durch weitere unterstützende Einheiten (Interpreter, Datenprozessor, Auswerte-Algorithmen) werden die Daten verarbeitet und für den User aufbereitet. The communication unit 32 transmits the acquired measurement data, which, for example, for energy saving reasons and data consistency reasons, can be collected in the memory of the communication unit 32 and only deleted there upon successful transmission. The router 34 may also act as a data store, but primarily serves for the preparation and forwarding of the Meter (communication unit + sensor cover) transmitted measurement data. The data is stored in a database in cloud storage 38. Further supporting units (interpreter, data processor, evaluation algorithms) process the data and prepare it for the user.
Die Daten werden durch ein Userinterface 52 der Ausgabeeinheit 50 visualisiert. Das Userinterface 52 ist für mobile Endgeräte 42, 44 als auch für Standard-PCs 46 verfügbar. The data is visualized by a user interface 52 of the output unit 50. The user interface 52 is available for mobile terminals 42, 44 as well as for standard PCs 46.
Das Userinterface 52 ermöglicht eine quantitative und qualitative Anzeige der Daten. The user interface 52 enables a quantitative and qualitative display of the data.
Bei der quantitativen Anzeige werden die Daten "roh" in Graphen, Tabellen und Anzeigen dargestellt. In the quantitative display, the data is displayed "raw" in graphs, tables and displays.
Bei der qualitativen Anzeige werden die Daten vorab durch Algorithmen ausgewertet und durch eine Punkteskala, ein Schulnoten-ähnliches System oder Ampelsystem dargestellt und stellen somit eine Bewertung der Prozessqualität dar. Automatisierte Alarme können ebenfalls durch Algorithmen realisiert werden. In the qualitative display, the data are evaluated in advance by algorithms and represented by a point scale, a school grade-like system or traffic light system and thus represent an evaluation of process quality. Automated alarms can also be realized by algorithms.
Der Nutzer kann auch die Möglichkeit haben, Grenzwerte, Prioritäten und Erinnerungsfunktionen zu definieren. Diese führen bei Über- oder Unterschreiten zu automatischen Alarmen bzw. Nachrichten oder Hinweisen auf allen Plattformen, z.B. per E- Mail, SMS, App, Ul oder durch Push-Services. The user may also have the opportunity to define limits, priorities, and reminder functions. These result in exceeding or falling below automatic alarms or messages or hints on all platforms, e.g. via e-mail, SMS, App, Ul or via push services.
Der Gebrauch des Systems 10 ermöglicht dem Verwender ein permanentes, zellnahes Prozessmonitoring vieler relevanter, klimatischer Parameter und in Folge die Optimierung seiner Prozessabläufe und des erzielten Ergebnisses/Outputs. Dadurch werden Vergleichbarkeit, Reproduzierbarkeit, und Konsistenz der Untersuchungen signifikant erhöht sowie die Zeit zur Fehlererkennung verringert. The use of the system 10 allows the user a permanent, near-cell process monitoring of many relevant, climatic parameters and, as a result, the optimization of his process flows and of the result / output achieved. This significantly increases the comparability, reproducibility, and consistency of the examinations and reduces the time required for error detection.
Die Verwendung des Systems 10 kann auch zur Regelung eines Inkubators dienen, was eine Regelung anhand des zellnahen Klimas und nicht anhand des Inkubatorklimas an einer definierten Stelle ermöglicht. Hierzu kann das System 10 einen rückgekoppelten Regelkreis mit wenigstens einer Regelungseinheit zur Regelung wenigstens eines Parameters, der mittelbar und/oder unmittelbar das biologische System 16 betrifft, aufweisen, wobei die mittels der Sensoren 18 erfassten Daten zumindest teilweise durch die Regelungseinheit zur Regelung von Umgebungsbedingungen für das biologische System 16, also die Zellkultur 16, herangezogen werden. The use of the system 10 can also be used to control an incubator, which allows regulation based on the cell-near climate and not on the basis of the incubator climate at a defined location. For this purpose, the system 10 may have a feedback control loop with at least one control unit for controlling at least one parameter that indirectly and / or directly affects the biological system 16, wherein the data detected by the sensors 18 at least partially by the control unit for controlling environmental conditions for the biological system 16, so the cell culture 16, are used.
So wird eine Möglichkeit einer direkten Rückkopplung z.B. mit dem Regelkreis für die Inkubationseinheit oder einem Bioreaktor oder einem Brutschrank für die Inkubationseinheit bereitgestellt, bei der die mittels des Sensors erfassten Daten miteinbezogen werden. Thus, one possibility of direct feedback, e.g. provided with the incubation unit control circuit or a bioreactor or an incubator for the incubation unit, in which the data acquired by means of the sensor are included.
Dies ermöglicht eine verbesserte Regelung der Umgebungsbedingungen für das biologische System, wie z.B. Temperatur, CO2-Gehalt, pH-Wert, Feuchtigkeit, Belichtung oder dergleichen. This allows for improved control of environmental conditions for the biological system, such as e.g. Temperature, CO2 content, pH, humidity, exposure or the like.
Das System 10 ist weiter in der Lage, bei der Messung vor Ort mittels des wenigstens einen Sensors Daten zu selektieren, also beispielsweise als relevant oder weniger relevant einstufen. Denkbar ist auch, dass das System 10 direkt auf spezielle Events reagiert und danach die Regelung der Parameter von Umgebungsbedingungen für das biologische System einstellt. The system 10 is also able to select data during the measurement on site by means of the at least one sensor, that is, for example, classify them as relevant or less relevant. It is also conceivable that the system 10 reacts directly to specific events and then adjusts the regulation of the parameters of environmental conditions for the biological system.

Claims

Ansprüche claims
1. System (10) zur Überwachung wenigstens einer Inkubationseinheit (12) für ein biologisches System (16), wenigstens einen Sensor (18) zur Erfassung wenigstens eines Parameters in der Inkubationseinheit (12), wenigstens eine Datenerfassungseinheit (32) zur Erfassung wenigstens eines Sensorsignals des Sensors (18), wenigstens eine Übertragungseinheit (32) zur Übertragung wenigstens eines Sensorsignals, wenigstens einen Cloud-Server (36) mit einer Empfangseinheit zum Empfang des wenigstens einen Sensorsignals, wobei der Cloud-Server (36) weiter wenigstens einen Cloud-Speicher (38) aufweist, in den das wenigstens eine Sensorsignal einspeicherbar ist, und wenigstens eine Auswerteeinheit (40), mittels derer auf den Cloud-Speicher (38) zugreifbar ist, um das wenigstens eine Sensorsignal auszuwerten. A system (10) for monitoring at least one incubation unit (12) for a biological system (16), at least one sensor (18) for detecting at least one parameter in the incubation unit (12), at least one data acquisition unit (32) for detecting at least one Sensor signal of the sensor (18), at least one transmission unit (32) for transmitting at least one sensor signal, at least one cloud server (36) with a receiving unit for receiving the at least one sensor signal, wherein the cloud server (36) further at least one cloud Memory (38), in which the at least one sensor signal can be stored, and at least one evaluation unit (40) by means of which the cloud memory (38) is accessible to evaluate the at least one sensor signal.
2. System (10) nach Anspruch 1 , wobei der wenigstens eine Sensor (18) in einem Deckel oder einem Gehäuseteil der Inkubationseinheit (12) angeordnet ist. 2. System (10) according to claim 1, wherein the at least one sensor (18) in a cover or a housing part of the incubation unit (12) is arranged.
3. System (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens zwei Sensoren (18) vorgesehen sind, wobei wenigstens ein Sensor (18) im Randbereich der Inkubationseinheit (12) und wenigstens ein Sensor (18) im Zentrumsbereich der Inkubationseinheit (12) angeordnet ist. 3. System (10) according to claim 1 or 2, wherein at least two sensors (18) are provided, wherein at least one sensor (18) in the edge region of the incubation unit (12) and at least one sensor (18) in the center region of the incubation unit (12). is arranged.
4. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehr als zwei Sensoren (18) vorgesehen sind. 4. System (10) according to any one of the preceding claims, wherein more than two sensors (18) are provided.
5. System (10) nach Anspruch 4, wobei die Sensoren (18) symmetrisch angeordnet sind. 5. System (10) according to claim 4, wherein the sensors (18) are arranged symmetrically.
6. System (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei mehrere Sensoren (18) an Enden eines astartigen oder mäanderförmigen Leiters (20) angeordnet sind, insbesondere wobei wenigstens vier Sensoren (18) an Enden eines im Wesentlichen H-förmigen Leiters (20) angeordnet sind. 6. System (10) according to claim 4 or 5, wherein a plurality of sensors (18) at ends of a branch-like or meandering conductor (20) are arranged, in particular wherein at least four sensors (18) at the ends of a substantially H-shaped conductor (20 ) are arranged.
7. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (48) mittels eines Endgerätes (42, 44, 46) bedienbar ist. 7. System (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (48) by means of a terminal (42, 44, 46) is operable.
8. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (48) eine Ausgabeeinheit (50) aufweist, mittels derer Informationen mittelbar und/oder unmittelbar betreffend den Zustand des biologischen Systems (16) ausgebbar sind, insbesondere nach Art einer Ampel und/oder mittels grafischer Symbole wie z.B. Emoticons oder Smileys oder dergleichen. 8. System (10) according to any one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (48) has an output unit (50) by means of which information indirectly and / or directly concerning the state of the biological system (16) can be output, in particular in the manner of a traffic light and / or graphic symbols such as Emoticons or smileys or the like.
9. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (10) wenigstens einen RFID-Chip (52) für das Tracking der Inkubationseinheit (12) aufweist und wobei das System (10) weiter wenigstens eine RFID- Lokalisierungseinheit (54) aufweist, mittels derer der RFID-Chip (52) lokalisierbar ist. 9. The system according to claim 1, wherein the system has at least one RFID chip for tracking the incubation unit and wherein the system further comprises at least one RFID location unit ), by means of which the RFID chip (52) can be located.
10. System (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere RFID- Lokalisierungseinheiten (54) vorgesehen sind, die ein Überwachungsnetzwerk zur Positionsbestimmung der Inkubationseinheit (12) bilden. 10. System (10) according to claim 9, characterized in that a plurality of RFID localization units (54) are provided which form a monitoring network for determining the position of the incubation unit (12).
11. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine (weitere) Identifikationseinheit vorgesehen ist, mittels derer die Inkubationseinheit (12) identifiziert und/oder geortet und/ oder getrackt werden kann. 11. System (10) according to one of the preceding claims, wherein at least one (further) identification unit is provided, by means of which the incubation unit (12) can be identified and / or located and / or tracked.
12. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System (10) weiter wenigstens einen Regelkreis mit wenigstens einer Regelungseinheit zur Regelung wenigstens eines Parameters, der mittelbar und/oder unmittelbar das biologische System (16) betrifft, aufweist, wobei die mittels des Sensors (18) erfassten Daten zumindest teilweise durch die Regelungseinheit zur Regelung von Umgebungsbedingungen für das biologische System (16) herangezogen werden. 12. System (10) according to any one of the preceding claims, wherein the system (10) further at least one control circuit having at least one control unit for controlling at least one parameter that indirectly and / or directly the biological system (16) relates, wherein the at least partially detected by the control unit for controlling environmental conditions for the biological system (16) by means of the sensor (18).
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