专利名称：用于测量介质溶液的ph值的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量细胞培养溶液的pH值的方法，并且还涉及精确PH值测量方法和装置，其中包含在介质中并且具有未知浓度的诸如胎牛血清(FBS)的细胞增殖因子的预定成分的影响被校正。
背景技术：
为了生长和增殖细胞，包含该细胞的培养溶液的pH值必须在合适增殖的范围内。然而，在制备和储存这样的细胞培养溶液期间，包含在细胞培养液中的二氧化碳被释放，并且PH值会增加，以致pH值通常偏离了增殖的合适范围。因此，通过以下方法测量pH值，例如，包含在细胞培养液中的酚红的颜色改变被可视地检验，或在PH电极浸入到细胞培养液中时进行测量。然而，这些方法具有下述问题。、在包含在细胞培养液中的酚红的颜色改变被可视地检验的情况下，可能会发生错误检测。这是因为错误通常发生在可视检验中，并且包含在细胞培养液中的诸如胎牛血清的血清呈现为黄色，因此，检验结果有时因为着色而导致混乱。相反，在pH电极浸入细胞培养液中的情况下，当pH电极没有充分灭菌时，可能会发生由于细菌等引起的污染。作为没有诸如由于可视检验导致的错误和在使用pH电极的情况下的污染的问题的测量细胞培养液的PH值的方法，下述方法是已知的(参见JP-B-06-34754)。图I是示出能够测量介质溶液的pH值的pH值测量装置的方框图。在这个实例的pH值测量装置中，发光元件I由驱动电路3驱动以便通过利用由电池4提供的电力来发射光束。虽然发光元件I在图I中示为一个元件，但是发光元件实际上可以由分别发射不同波长的光束的多个元件构成。更具体地说，发光元件I至少由4个元件构成，例如，发射与胎牛血清(FBS)对应的吸光度峰值的411nm波段的光束的元件；发射表示酚红的吸光度峰值(pH值指示剂)的430nm或560nm波段的光束的元件；发射表示吸光度不变并且收敛与PH值的变化无关的值的367nm或479nm波段的光束的元件；和发射诸如其中胎牛血清和酚红没有吸光度的700nm波段的光束的元件。例如，LED优选用作这些元件。从发光元件I发射的光束透过pH值被测量的溶液5，然后被光接收元件6接收以转换为电信号。尽管光接收元件6在图I中被示为一个元件，但是光接收元件实际上可以由与构成发光元件I的元件分别对应的多个元件构成。光电二极管优选地用作这些元件。在发光元件I由4个LED构成的情况下，换句话说，光接收元件6可以由4个光电二极管构成。代替光接收元件6接收透过测量溶液5的光束的模式，光接收元件可以设置成接收从测量溶液5反射的光束。在光接收元件6中转换的信号在放大器7中被放大，并且由多路复用器分配给分别与光波长对应的滤光器9。分配给滤光器9的信号由滤光器9进行滤波以减少噪声成分，并且由未示出的A/D转换器数字化，然后提供给处理部10。例如，处理部10由诸如CPU、存储装置等的计算处理装置构成。JP-B-06-34754公开了如下的测量细胞培养液的pH值的相关技术的方法。测量细胞培养液的pH值的方法是一种基于细胞培养液中的可见光的吸收来测量PH值的方法，该细胞培养液由细胞培养介质、血清、和在可见光的波长区域具有两种或多种吸收峰值的指示剂构成，其中基于pH值和在两个波长的吸收峰值的吸光度的对数之间的线性关系——这种关系通过将可见光透过PH值已知的细胞培养液而得到——从在pH值未知的细胞培养液样本中测量的吸收峰值的吸光度比率的对数值获得PH值。通常，在细胞培养液中，用于检测pH值变化的酚红包含在不会伤害细胞的低浓度的溶液中。在可见光范围内，在这种低浓度下，酚红具有在430nm到440nm和560nm附近的峰值，并且具有在480nm处的等吸收光点。在细胞能够生长的6. 8到7.6的pH值范围内， 当pH值进一步降低时，在430nm到444nm附近的吸收峰值将更加升高,并且在560nm附近的吸收峰值更加降低。当仅由于酹红导致的吸收通过采用在430nm到440nm附近的吸收与560nm附近的吸收之间比率而获得时，图形示出为一曲线，并且可以从两个峰值的比率来计算培养液的pH值。而且，在相关技术的光学pH值测量中，在测量样本之前利用样本空白进行零级测量，并且从读取的样本中减去空白的吸收等级以提供样本的净吸光度。由指示剂示出的非常小的吸收的波长(700nm)的附近被选择作为第三波长，并且作为在零级中跟踪变化的手段。在该波长频道的吸收级别中的变化表示在零级中的变化。因此，在测量中利用的另外两个波长是基于在这个第三波长测量的变化的零点校正。在JP-B-06-34754中公开的测量细胞培养液的PH值的相关技术的方法中，仅仅酚红包含在细胞培养液中。然而，在细胞培养液中，不仅包含酚红，而且有时也包含作为用于增殖细胞的增殖因子的胎牛血清(FBS)。胎牛血清(FBS)的光学吸光度特性与酚红极大不同，因此，在JP-B-06-34754中公开PH值测量方法中所获取的测量值不能按照原样使用。具体说，吸光度的对数与pH值之间的线性关系不能被确定，除非在测量之前包含在介质中血清的浓度是已知的。因此，例如，在包含其浓度未知的血清的介质中，PH值不能被正确地测量。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种pH值测量方法，其中细胞培养液的pH值能够被正确测量，而与包含在细胞培养液中的诸如胎牛血清(FBS)的增殖因子的浓度无关，并且还提供一种用于测量细胞培养液的PH值的装置。为了实现该目的，根据本发明，提供一种pH值测量方法，其包括用多个光束照射介质溶液，所述介质溶液包括第一材料，其在300nm到800nm的波长区域中具有第一吸收峰值，第二材料，其在300nm到800nm的波长区域中具有吸光度与pH值无关而收敛的第二吸收峰值或第二收敛点，以及吸光度与PH值无关而收敛的第三吸收峰值或第三收敛点，所述多个光束包括第一光束，其波长与第一所述吸收峰值对应，第二光束，其波长与所述第二吸收峰值或所述第二收敛点对应，第三光束，其波长与所述第三吸收峰值或所述第三收敛点对应，和第四光束，在第四光束的波长处所述第一材料和第二材料的至少其中一个的吸光度被收敛而与pH值无关；接收所述第一到第四光束的透过的或者反射的光束；分别测量所接收的所述第一到第四光束的透过的或反射的波长的吸光度；和基于测量的吸光度计算介质溶液的PH值。 介质溶液的pH值可以用利用多回归分析的校正来计算，在该回归分析中采用从测量的吸光度算出的吸光度比率的对数。多回归分析可以通过由下述表达式表示的回归表达式来进行pH = Βο+Β^Φ λ /λ · Φ Ai/Aj = l og (Αλ ^Axj)pH = Βο+Β^Φ λ1/λ4+Β2*Φ Λ2/λ4+Βι*φ λ3/λ4°介质溶液的pH值可以利用包括第一材料的吸光度和第二材料的吸光度的总和的表达式来被计算。该表达式可以包括pH值为变量的第一函数和吸光系数为变量第二函数其中之
O在表达式包括第一函数的情况下，pH值可以通过下述表达式计算
為U ^FBS_Al — Β\_χ\ Sλχ Cfbs * D
Γ π Α2 aFBS 22 Bq Λ2 B1 Λ2 Sλ2 pH · Cpr · D=- - ^ ' r η '
A3^FBS_ A3 乃O —13 Α —13 ^匕尸i ."
_^λΑ_ P^FBS _λΑ Β0 — μ_ ^offset _
c^FBS_λ\ _λ\ ^\_λ\ ^λ\CFBS . D
「η_|_μ , Α-Χ2 μ —τ、rr ι 白上L0^FBS λ2λ2λ2^Α2 , , ,ΡΗ · CPR · D其中:2是可测量的， - — —是已知的，而 Γ
Αλ3^ FBS _ A3 办 O —13 办 I—13 ^ A3^PR
_^A4_J^FBS_A4 ^0_λΛ ^\_λ4 ^λ4 __ ^offset _
是未知的。在表达式包括第二函数的情况下，pH值可以基于从下述表达式获得的吸光系数来被计算
^λ\ 0^FBS_λ\ I O ^λ\ CFBS · D
Γ n a2 aFBS λ2 B0 Λ2 B1 Λ2 SA2 ocpr λι · Cpr · D=- -* Γ η ，
A3^FBS _λ3 Α) —13 Α —13 ^13匕pR . LJ
_^λΑ_ J^FBS _λ4 Β0 — μ β\_Μ ^ λ4_ _^offset_
Αλλ°^fbs_x\ I OCFBS · D
「 π ,,. , Αλ2aFBS λ2 B0 λ2 B1 λ2 S12aPR Λ1 · Cpr · D其中/2是可测量的， - — —.是已知的，而 —Γ
Αλ3^ FBS _ A3 办 O —13 办 I—13 ^ A3^PR ' ^
-為i4_J^FBS_Z4 ^0_λ4 A—24 ^λ4 __^offset_
是未知的。在所述第二光束的波长与所述第二收敛点对应；所述第二光束为480nm的光束；所述第三光束的波长与所述第三收敛点对应；所述第三光束为370mn的光束；和所述第四光束为一种光束的情况下，在该光束的波长下，所述第一材料和第二材料的吸光度与pH值无关地收敛的情况下，所述PH值可以通过下述表达式计算
权利要求
1.ー种PH值测量方法，其包括 用多个光束照射介质溶液， 所述介质溶液包括 第一材料，其在300nm到800nm的波长范围内具有第一吸收峰值；和第二材料，其在300nm到800nm的波长范围内具有第二吸收峰值或吸光度与pH值无关而收敛的第二收敛点，和第三吸收峰值或吸光度与pH值无关而收敛的第三收敛点， 所述多个光束包括 第一光束，其波长与所述第一吸收峰值对应； 第二光束，其波长与所述第二吸收峰值或所述第二收敛点对应； 第三光束，其波长与所述第三吸收峰值或所述第三收敛点对应；和第四光束，在所述第四光束的波长处，所述第一材料和所述第二材料的至少其中之一的吸光度与PH值无关地收敛； 接收所述第一到第四光束的透过的或反射的光束； 分别测量在所接收的所述第一到第四光束的透过或反射的光束的波长处的吸光度；和 基于所测量的吸光度来计算所述介质溶液的PH值。
2.如权利要求I所述PH值测量方法，其中，通过利用多回归分析的校正来计算所述介质溶液的PH值，在所述多回归分析中，采用由所测量的吸光度算出的吸光度比率的对数。
3.如权利要求2所述pH值测量方法，其中，通过由如下表达式所表示的回归表达式来进行所述多回归分析 pH = Βο+Β^Φ λ /λ · Φ λ /Aj = IogHj) pH = Βο+Β^Φ λ1/λ4+Β2*Φ Λ2/λ4+Βι*φ λ3/λ4°
4.如权利要求I所述pH值测量方法，其中，利用包括所述第一材料的吸光度和所述第ニ材料的吸光度的总和的表达式来计算所述介质溶液的PH值。
5.如权利要求4所述pH值测量方法，其中，所述表达式包括pH值为变量的第一函数和吸光系数为变量的第二函数之中的ー个函数。
6.如权利要求5所述pH值测量方法，其中，在所述表达式包括所述第一函数的情况下，用下述表达式来计算所述pH值
7.如权利要求5所述pH值测量方法，其中，在所述表达式包括所述第二函数的情况下，基于由下述表达式得到的吸光系数来计算所述PH值
8.如权利要求4所述pH值测量方法，其中，在下述情况下 所述第二光束的波长与所述第二收敛点对应； 所述第二光束为480nm的光束； 所述第三光束的波长与所述第三收敛点对应； 所述第三光束为370nm的光束； 所述第四光束为ー种光束，在该光束的波长处，所述第一材料和所述第二材料二者的吸光度与pH值无关地收敛，由下述表达式来计算所述pH值
9.如权利要求4所述pH值测量方法，其中，在所述计算过程中，基于该表达式来计算所述第一材料和所述第二材料之中至少ー个的浓度。
10.如权利要求I所述pH值测量方法，其中，所述第一材料为胎牛血清或小牛血清，而所述第二材料为酚红。
11.如权利要求I所述PH值测量方法，其中，所述第一吸收峰值在410nm处或其附近，所述第二吸收峰值在430nm处或其附近，并且所述第三吸收峰值在560nm处或其附近。
12.—种结合根据权利要求I所述的pH值测量方法的pH值测量装置。
13.—种pH值测量装置，其包括 发光部件，其构造成发射多个光束，所述多个光束包括 第一光束，其波长与第一吸收峰值对应； 第二光束，其波长与第二吸收峰值或吸光度与pH值无关而收敛的第二收敛点对应；第三光束，其波长与第三吸收峰值或吸光度与PH值无关而收敛的第三收敛点对应；和第四光束，在第四光束的波长处，第一材料和第二材料之中至少ー个的吸光度与pH值无关而收敛； 光接收部件，其构造成分别测量 第一到第四光束的波长的吸光度；和 计算部件，其构造成由所述吸光度的值来计算pH值。
全文摘要
一种pH值测量方法，其包括用多个光束照射介质溶液，所述介质溶液包括第一材料和第二材料，所述多个光束包括第一光束，其波长与第一所述吸收峰值对应、第二光束，其波长与所述第二吸收峰值或所述第二收敛点对应、第三光束，其波长与所述第三吸收峰值或所述第三收敛点对应、和第四光束，在第四光束的波长处所述第一材料和第二材料的至少一个的吸光度与pH值无关地收敛；接收透过的或者反射的所述第一到第四光束；分别在所接收的波长处测量吸光度；和基于测量的吸光度计算介质溶液的pH值。
文档编号G01N21/31GK102735626SQ20121009337
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者久保宽嗣, 冈野光夫, 大浦光宏, 武田朴, 清水达也 申请人:学校法人东京女子医科大学, 日本光电工业株式会社