模块化培养器系统的制作方法

本发明涉及培养器、搁架系统、运输容器以及模块化培养器系统。这些装置主要用于微生物领域，以对微生物培养物或样本进行生长、储存、运输等。

背景技术：

尤其当涉及多用户时，(大型)标准培养器的使用会在实验室中导致一些严重缺点。因此，由于样本载体不能在结构上保持彼此分离，所以存在个体样本相互污染的高风险。只有当样本承受大致相同的环境条件(温度、湿度、空气成分等)时，才能够保存样本。如果使用具有相同格式的样本载体(例如，微孔板/微板块)，那么还存在混淆不同样本的高可能性。此外，培养器的打开和关闭会导致温度变化，而培养器的温控不能完全补偿这种温度变化。如果必须对样本进行船运，那么需要适当的运输系统。为此，样本必须被转移到运输系统，这会涉及到样本和环境的污染以及温度变化的风险。

文献US 6,518,059 B1公开了一种小型培养器，这种小型培养器用来容纳个体微孔板。通过使用这种小型培养器可以解决上文所述的一些缺点。具体地说，在US 6,518,059 B1中公开的培养器能够用非常小容积的样本腔室实现样本的非常高的温度稳定性，并且引导热板与样本之间的传导热传递。在样本腔室中的水槽也用于温度稳定性，其中可以在不打开样本腔室的情况下从外部重新补充水。这旨在可以通过所谓总培养器的温度控制单元来控制若干培养器的样本腔室中的温度。这是有缺陷的，因为需要专用的总培养器(或者单独的控制单元)，并且这种控制单元只能处理具有相同温度要求的样本。另外，在这些小型培养器的情况下，特殊适应性(具体地说，控制空气成分)是不可能的。此外，只有通过自由地相互上下并且相互并排堆放才可以节省空间地储存若干个这些培养器，这尤其在抽出个体培养器时会产生问题。由于各个培养器必须单独连接部件，因而该问题被进一步加重。

文献DE 10 2005 036 763 A1公开了若干小型培养器(每个培养器容纳相应的样本载体，例如，微孔板)的系统，该系统可以尽可能简单地被扩展和翻转。为了实现此目的，这些培养器的壳体被特别设计成可堆放；此外，仅在这些培养器的上侧和下侧具有专用连接部件，以使培养器能够分别上或下连接。另外，各个培养器具有各自的带有相关控制电子电路的温度控制单元，其中控制电子电路与总线系统相互作用。培养器的总线系统可以通过连接部件相互连接，使得与培养器之一连接的中央控制单元可以单独控制系统的所有培养器。单独调节和控制个体培养器湿度和空气成分在这种培养器系统中是不可能的，这是因为在需要的情况下不可能通过专用连接部件将水或水蒸汽和/或气体供应到个体培养器中而不影响其他培养器内的湿度或空气成分。另一个缺陷在于，在不拆散整个堆栈的情况下，不能从堆栈中撤出或者更换下面的培养器。在这种情况下，必须切断培养器之间的电连接，从而在这期间不能调节培养器的温度。

另外，因为培养器中的温度和其他环境条件在运输过程中不能被调节，所以在船运样本时，使用在US 6,518,059 B1或DE 10 2005 036 763 A1中公开的小型培养器是有问题的。此外，因为可选地存在于水槽中的水对内部是开放的，所以这些系统不适合运输。这导致水在内部以不受控的方式分布，甚至可能由于系统的运动而倾泻到样本上。

目前知道没有能够从样本静态培养到样本船运无缝过渡的系统。

发明目的

本发明的目的是提供避免已知培养器系统的缺陷的装置和整体系统。

解决方案

由具有独立权利要求特征的发明实现该目的。在从属权利要求中表现发明的有利发展。所有权利要求的用语都通过引用的方式并入本说明书。

提出了用于保持单个样本载体的培养器。因此，个体样本载体，例如陪替氏培养皿或微孔板("微板块")，可以固定在培养器的内部。根据所提供的样本载体，这种培养器可以设计成不同的尺寸。优选的是，培养器的尺寸对应于预定的网格。

培养器具有用于电、至少一种气体(例如，空气、O₂或CO₂)以及蒸汽或液态水的个体供应连接部件。培养器具有控制阀门的装置，以便调节经由供应连接部件进入的气体和水流，其中不会影响气体含量和湿度。阀门不必安装在培养器中。阀门可以例如位于与培养器的供应连接部件外部对接部件处，并且例如经由数据接口等进行调节。

此外，培养器具有与至少一台计算机或计算机网络建立无线连接(例如，射频或红外)的装置，其中，该装置构造成建立无线连接，使得当建立无线连接时，通过控制阀门来查询和/或管理和/或调节气体含量和湿度的实际和/或目标值。

这种培养器能够使个体样本载体在结构上彼此分开地储存，从而极大地减少在实验室中的污染和混乱。避免了不必要的温度变化。另外，在不同培养器中的不同样本可以暴露于非常不同的环境条件(温度、湿度、空气成分(例如，空气中的CO₂含量))，这些条件可以在不同的培养器中独立设置。

数据和控制命令例如可以经由无线连接而与PC直接交换，或者数据例如可以发送至服务器。该服务器可以是本地的，或者例如可以安装有Internet服务提供商并且允许对当前培养器数据和数据历史进行具体访问。例如可以通过使用作为独立平台(即，具有不同系统构架和/或操作系统的计算机等)的客户端软件(例如，网页浏览器)。

具体地说，由于细胞生物疗法的重大发展，封闭的连续监控细胞培养越来越重要。甚至在人类医药应用中是强制的。这不能通过现有技术中已知的任何系统提供。

有利的是，培养器具有确定在所述培养器内部的温度、湿度和至少一种气体的含量的传感器，另外还包括温度控制单元。按照这种方式，温度、湿度和空气成分可以被监控和记录，同时可以与其他培养器独立地控制培养器的温度。

在有利的发展中，培养器还具有内置控制单元，例如，自动控制进入供应连接部件的气体和水流以及温度的控制器。各个培养器的电子部件可以基于预定参数自主控制温度、湿度和气体换件。

此外，有利的是，控制单元设置在可拆卸模块中。按照这种方式，培养器是模块化的，从而更容易对控制单元进行修复或改进，例如以使其适应技术发展。

另外，有利的是，培养器具有电能储存装置。电能储存装置优选为电池或蓄电池的形式。这允许培养器在电力故障或者没有连接外部电源的情况下临时地自主运行。按照这种方式，短距离运输也是可行的。

为了避免在培养器中出现超压，培养器还具有出气口。

为了避免供应连接部件和/或周围空气以及培养器内部的污染，培养器的发展还包括相应设计的供应连接部件和/或出气口用的过滤器系统。

此外，有利的是，培养器具有唯一身份地址。优选的是，该唯一身份地址为单独IP地址。

另外，培养器可以包括数据记录器，当没有与至少一台计算机或计算机网络的连接时，所述数据记录器对传感器当前确定的数值进行临时储存。一旦与网络(服务器)或PC进行连接，缓存的数值可以传送到网络或PC。这将保证即使在没有保持无线连接的情况下培养器条件的文档也可以继续而不会中断。

在本发明的一种发展中，培养器包括下壳体和上壳体。

由隔热材料制成的下壳体和上壳体可以改进培养器的温度稳定性。

在培养器内部区域污染的情况下，特别有利的是，下壳体和上壳体均包括内壳和外壳。这允许内壳容易被清洁或完全替换。

除了所述建立无线连接的装置以外，培养器的其他实施例可以具有与至少一台计算机或计算机网络建立USB和/或Ethernet连接的装置。

为了使样本载体的液体介质在运输过程中不会从样本载体倾洒到培养器的整个内部区域，优选的是，样本载体由半渗透膜封闭。该薄膜应当对气体渗透，而对液体不渗透。优选的是，培养器具有将薄膜压到样本载体上的适当装置。

通过用于上述培养器的搁架系统进一步实现上述目的，其中，培养器的尺寸与网格一致并且具有相同或不同的尺寸。该搁架系统可以容纳多个这种培养器，而保持培养器的间隙。这些尺寸反过来与各个培养器所提供的样本载体类型相匹配。因此，设置在下方的培养器可以从搁架系统抽出或者插入到搁架系统中而不影响位于上方的培养器。另外，对于多个个体培养器中的每一个培养器，搁架系统均具有用于电、至少一种气体以及蒸汽或液态水的供应连接部件。优选的是，在供应连接部件处具有调节气体和水流的可调节阀门，从而能够影响在培养器中的气体含量和湿度。

有利的是，对于多个培养器中的每一个培养器，搁架系统均具有数据接口。这允许例如在供应连接部件处的阀门被各个培养器的控制单元调节。

搁架系统的进一步发展是适合将个体培养器固定在搁架系统中并且允许独立地再次释放的锁定机构。

此外，还提出用于上述培养器的运输容器，该运输容器适合容纳至少一个所述培养器。所述运输容器具有电能储存装置，优选为电池或蓄电池。这样与具有能够向至少一个培养器提供电流的装置连接。在这种情况下，电能储存装置的尺寸使得运输容器能够容纳的培养器的数量可以供预定的运输持续时间。

可以利用这种运输容器实现样本的运输或船运，而样本不必从培养器中取出并且供应至培养器的电不必长期中断。

优选的是，运输容器包括水罐和至少一个气体的(例如，CO₂)罐，水罐和至少一个气体的罐连接至可以向至少一个培养器提供至少一种气体以及蒸汽或液态水的装置。在这种情况下，这些罐的尺寸使得运输容器能够容纳的培养器的数量可以供预定的运输持续时间。

气体和/或水向培养器的供应因而不会长期中断。因此，实现了从样本静态培养到样本船运的大致无缝过渡。

有利的是，运输容器的能够容纳至少一个培养器的部分具有隔热层。

可以获得培养器条件在运输期间的不间断记录，其中，运输容器配备有当至少一个培养器位于运输容器中时记录至少一个培养器的传感器确定的数值的装置。

该目的还通过具有上述搁架系统、多个培养器和至少一个运输容器的模块化培养器系统实现。

这种系统减少了在实验室中的污染和混乱并且避免了在监控和控制各个培养器的环境条件中的长期中断。在储存期间和在运输期间，这些可以更好地对各个样本独立保持良好环境条件。另外，在搁架系统中增加个体培养器/从搁架系统中取出个体培养器不会或者非常短暂地中断对培养器内部条件的监控和控制。

附图说明

从结合从属权利要求的优选实施例的以下描述中将会清楚其他细节和特征。相应的特征可以单独或者结合在一起使用。实现该目的可能性不限于实施例。

在附图中示意性地示出了实施例。在个体附图中的相同附图标记表示相同或功能相同的部件。

图1A示出根据本发明的培养器的示意性俯视图，该培养器位于根据本发明的搁架系统中；

图1B示出从下方的培养器的示意性表述(没有搁架系统)；

图1C示出在根据本发明的搁架系统中的培养器的示意性主视图；

图2示出穿过根据本发明的模块化培养器的示意性侧面纵截面图；

图3示出根据本发明的搁架系统的示意性表述的主视图；

图4示出具有不同尺寸的根据本发明培养器的根据本发明搁架系统的示意性表述；以及

图5示出穿过根据本发明的运输容器的截面图。

具体实施方式

图1示出尺寸适合个体样本载体(通常为微孔板)的培养器。

图1A示出位于适当搁架系统(部分)100内的培养器的俯视图。可以看到培养器的顶部110、培养器的出气口120以及位于搁架系统上的锁定开关130。通过启动该开关来释放锁，使得培养器可以从搁架系统中抽出。适当的是，开关130的启动中断向培养器供应电、水和CO₂。

图1B示出培养器的下部140。用于电、水和CO₂的连接部件150位于培养器的后壁上。这允许连接部件通过插入到搁架系统的间隔中而与现有连接部件连接。随着培养器的抽出(在锁已经被释放之后)，这些连接部件再次分开。培养器的前部具有出气口120，以便防止在培养器内部产生超压。

图1C示出培养器的前部(在相关搁架系统100中)。培养器包括两个壳体，即上壳体110和下壳体140。除了出气口120以外，培养器160的前侧还具有控制灯，例如用于指示向培养器的正确供应。除了解锁开关130以外，搁架系统100还包括附加指示灯170，以便指示向培养器供应的详细信息，例如是否正在注入水和/或CO₂，和/或加热器是否运行。在其他实施例中，这种控制灯可以设置在搁架系统上而不是培养器上。

在图2中示出为侧面纵截面图的培养器具有模块化设计。培养器基本上包括上壳体或罩体110以及下壳体140，下壳体包围着可以保持样本载体的内壳200。如果培养器受到污染，那么可以容易地更换该内壳200，这样可以进一步使用培养器而不必采用过于复杂的措施。在内壳200的下面设置有加热元件210。后端具有用于CO₂和水的连接部件150，而前端为出气口120。在下壳体140的下部区域具有凹部220，在该凹部众插入有电子模块230。这包括对加热元件的控制，还有对水和CO₂供应的调节，并且包括数据接口和允许与计算机网络建立无线连接(WLAN)的无线单元。这里还设置有数据记录器。此外，还具有允许培养器在短时期内完全自主运行的蓄电池240。在内部设置有温度、湿度和空气成分的传感器250，以允许对培养器进行有效控制，传感器随着电子模块230的插入而连接。

在图3中示意性地示出根据本发明的搁架系统300的主视图。该搁架系统的网格选择成搁架系统可以容纳十六个最小配置的培养器310(在4层中)。例如，这些培养器310的尺寸均能够容纳作为样本载体的陪替氏培养皿。引导-锁定装置320保证培养器310可以容易地插入搁架系统300中并且再次取出，然而培养器310可以固定连接在搁架系统300上，使得培养器不能意外取出。搁架系统300具有供电单元330和通向个体接收点的引线340，因而可以通过相应连接部件150(在本实施例中设置在后侧)向培养器310供应电、水和CO₂。另外，该搁架系统300的特征包括位于角部的系统组装连接件350，该系统组装连接件允许若干这种搁架系统连接在一起甚至安装在墙上或机架系统中。

图4示出与图3相同的搁架系统300，不同之处在于其中插入较大的培养器400、410、420。例如，这些培养器均可以构造成容纳作为样本载体的微孔板或Erlenmeyer烧瓶。另外，原则上，可以插入更大的培养器。

搁架系统300设计成可以使用各种尺寸的培养器。培养器和搁架系统均符合预定的网格尺寸。

如果被培养的样本需要长距离或长时间运输，那么培养器310可以插入到如图5示意性示出的运输容器500中。该运输容器500带有隔热层510并且可以容纳多个根据本发明的培养器310。出于此目的，该运输容器具有适当的引导-锁定装置320。除了用于供电的电池组520以外，运输容器500还具有水罐530和CO₂罐540以及通向培养器的接收点的引线和位于这些接收点处的相配连接部件150。因此，在一般的运输期间可以保证培养器的供应。

术语

数据记录器

数据记录器是一种受处理器控制的存储单元，该存储单元通过接口以一定周期接收数据并且将数据存储在存储介质上。数据记录器由可编程微处理器、存储介质、至少一个接口以及一个或多个用于连接至数据源(例如，传感器)的通道组成。存储周期取决于具体应用。可以以精确的间隔或者在相应数据生成时进行存储过程。无论如何，存储过程始终是完全自动的。对于传感器技术的具体应用，数据记录器可以包括与传感器结合的专用硬件，以便在一定时间段内检测诸如温度、电压和加速度等物理测量数据。(根据de.wikipedia.org/wiki/data logger)

培养器

培养器是一种生物学装置，利用该生物学装置可以产生并维持适合不同发育和生长过程的受控外部条件。该培养器用于产生并维持具有精确受控的湿度和温度调节的微环境。培养器具有计时器和恒温器并且可以具有用于调节新鲜空气供应的调节器。设置温度被调节为适合所培养的微生物的最佳温度。CO₂培养器可以用于动物细胞的培养。(根据de.wikipedia.org/wiki/lnkubator_(Biologie))

微孔板/微板块

微孔板是一种多重样本载体。矩形微孔板通常由塑料或者玻璃(用于非常特殊的应用)。微孔板的行和列包括彼此隔离的6(2x3)至1536(32x48)个孔。根据生物分子筛选学会(Society for Biomolecular Screening，SBS)推荐的ANSI标准，精确尺寸(长x宽x高)为127.76x 85.48x 14.35mm。微孔板用于多种微生物操作。典型应用包括细胞培养或筛选专门的生物反应。由于较多数量的孔和相同类型的使用，所以微孔板适合培养和测试较多数量的样本。由于标准化的尺寸，所以可以利用适当的自动装置使几乎所有的操作自动化。(根据de.wikipedia.org/wiki/Mikrotiterplatte)

陪替氏培养皿

陪替氏培养皿是一种具有重叠盖子的扁平、圆形、透明的盘子，陪替氏培养皿通常用于生物、医药或化学。(根据de.wikipedia.org/wiki/Petrischale)

样本载体

在本文称为样本载体的容器中保存微生物样本或细胞培养。根据样本性质，样本载体可以包括多种容器。然而，通常使用陪替氏培养皿或微孔板(所谓微板块)，有时也使用Erlenmeyer烧瓶或类似容器。多重样本载体(例如，微孔板)也被称为样本载体系统。

附图标记列表

100 搁架系统(部分)

110 培养器的顶部

120 出气口

130 解锁开关

140 培养器的下侧

150 供应连接部件

160 在培养器上的控制灯

170 在搁架系统上的指示灯

200 内壳

210 加热元件

220 用于电子模块的凹部

230 电子模块

240 电池

250 传感器

300 搁架系统

310 培养器(最小版本)

320 引导-锁定装置

330 供电单元

340 引线

350 系统组装连接件

400 培养器(小型版本)

410 培养器(中型版本)

420 培养器(大型版本)

500 运输容器

510 隔热层

520 电池组

530 水罐

540 CO2罐

引用文献

专利文献

US 6,518,059 B1

DE 10 2005 036 763 A1