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用于測量細胞代謝的基于微型板的裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510836359.7

申請日:

2015.11.26

公開號:

CN106257270A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G01N 21/64申請日:20151126|||公開
IPC分類號: G01N21/64 主分類號: G01N21/64
申請人: 東國伊諾特公司; 趙鏡真
發明人: 趙鏡真
地址: 韓國慶尚南道
優先權: 2015.06.17 KR 10-2015-0086193
專利代理機構: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227 代理人: 王萍;尹瑩瑩
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510836359.7

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

提供了一種用于測量細胞代謝的基于微型板的裝置。該裝置能夠提供從至微型板的每個井穴中的藥物注入至溶解氧(DO)濃度和氫離子濃度的測量的全部步驟的自動化。

權利要求書

1.一種用于測量細胞代謝的裝置,包括:
能夠水平和垂直地移動的XY驅動架臺;
微型板,所述微型板包括多個井穴并且被安裝在所述XY驅動架臺的
頂部上,每個所述井穴容納細胞并且包括溶解氧(DO)感測膜和氫離子
濃度(pH)感測膜;
傳感器板,所述傳感器板位于所述XY驅動架臺的頂部上,并且包括
成對的用于DO檢測的發光元件和用于DO檢測的光檢測元件,每個所述
對豎直地對應于安裝在所述XY驅動架臺上的所述微型板的每個井穴中
的所述DO感測膜,以及包括成對的用于pH檢測的發光元件和用于pH
檢測的光檢測元件——每個所述對豎直地對應于每個井穴中的所述pH感
測膜;
包含藥物的多個盒;
多個注入泵,所述多個注入泵被設置在固定位置處,并且被配置成將
從所述盒供應的所述藥物通過噴嘴注入所述微型板的所述井穴;以及
控制器,所述控制器被配置成控制所述XY驅動架臺的移動并且測量
關于所述微型板的至少一個井穴的DO濃度和pH。
2.根據權利要求1所述的裝置,其中,所述DO感測膜和所述pH感
測膜是熒光膜。
3.根據權利要求1所述的裝置,其中,多個盒被設置在所述裝置的
殼體的上部上。
4.根據權利要求1所述的裝置,還包括:
被配置成密閉密封所述微型板的全部井穴的密封蓋。
5.根據權利要求4所述的裝置,其中,所述密封蓋能夠通過控制所
述密封蓋的驅動來豎直地移動。
6.根據權利要求1所述的裝置,還包括:
位于所述微型板與所述傳感器板之間的遮光板,所述遮光板包括分別
與用于DO檢測和用于pH檢測兩者的所述發光元件和所述光檢測元件對
應的孔。
7.根據權利要求6所述的裝置,其中,所述遮光板包括多個濾光器,
所述多個濾光器允許從所述DO感測膜發出的光與從所述pH感測膜發出
的光穿過所述遮光板的所述孔的多個濾光器。
8.根據權利要求1所述的裝置,還包括配置成存儲用于每個所述井
穴的用戶自定義方案的存儲器,
其中,所述控制器控制:所述XY驅動架臺的移動;至每個所述井穴
中的藥物注入;以及在指定的測量時間處每個所述井穴中的DO濃度和
pH的測量。

說明書

用于測量細胞代謝的基于微型板的裝置

相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年6月17日在韓國知識產權局提交的韓國專利申
請第10-2015-0086193號的優先權,所述申請的全部公開內容通過引用合
并到本文中。

技術領域

以下說明涉及用于測量細胞代謝的裝置,并且更具體地涉及用于通過
檢測溶解氧(DO)濃度和氫離子濃度(pH)來測量細胞代謝的裝置。

背景技術

韓國專利登記第10-1155136號公開了一種用于光合作用微生物培養
的多通道光生物學反應器。該反應器采用具有用于光合作用菌株和更快生
物過程開發的搜索和最優化的多個井穴的多通道微型板。此外,該反應器
通過攪動和精確溫度控制建立了用于生物反應的最優環境。

DO濃度和pH為各個領域中的重要變量,對于監視(例如,飲用水
質量、食物新鮮度以及生物反應器中的細胞活化)并且保持反應的最優條
件來說,需要DO濃度和pH。另外,在諸如血液的生理材料的臨床分析
和研究以及海水的分析及研究中DO濃度和pH的分析是必不可少的。

發明內容

下面的描述涉及一種用于測量細胞代謝的裝置,該裝置能夠提供從至
微型板的每個井穴中的藥物注入至溶解氧(DO)濃度和氫離子濃度的測
量的全部步驟的自動化。

在一個總的方面,提供了一種用于測量細胞代謝的裝置,其包括:能
夠水平地以及垂直地移動的XY驅動架臺;微型板,其包括多個井穴并且
被安裝在XY驅動架臺的頂部上,每個所述井穴容納細胞并且包括溶解氧
(DO)感測膜和氫離子濃度(pH)感測膜;傳感器板,其位于XY驅動
架臺的頂部上,并且包括用于DO檢測的成對發光元件和光檢測元件,每
個對豎直地對應于安裝在XY驅動架臺上的微型板的每個井穴中的DO感
測膜,以及包括用于pH檢測的成對發光元件和光檢測元件,每個對豎直
地對應于每個井穴中的pH感測膜;包含藥物的多個盒;多個注入泵,其
被設置在固定位置處并且被配置成將由盒供應的藥物通過噴嘴注入微型
板的井穴;以及控制器,其被配置成控制XY驅動架臺的移動并且測量關
于微型板的至少一個井穴的DO濃度和pH。

DO感測膜和pH感測膜可以是熒光傳感器膜。

所述多個盒可以設置在該裝置的殼體的上部上。

該裝置還可以包括配置成密閉密封微型板的全部井穴的密封蓋。

密封蓋可以通過控制密封蓋的電機驅動來豎直地移動。

該裝置還可以包括位于微型板與傳感器板之間的遮光板,遮光板包括
分別與用于DO檢測和pH檢測兩者的發光元件和光檢測元件對應的孔。

遮光板可以包括多個濾光器,所述多個濾光器允許從DO感測膜發出
的光與從pH感測膜發出的光穿過遮光板的孔。

該裝置還可以包括配置成存儲用于每個井穴的用戶自定義方案的存
儲器。控制器可以控制:XY驅動架臺的移動;至每個井穴中的藥物注入;
以及在指定的測量時間處每個井穴中的DO濃度和pH的測量。

根據下面的詳細描述、附圖以及權利要求書,其他特征和方面將是明
顯的。

附圖說明

圖1是根據示例性實施方式的用于測量細胞代謝的裝置的透視圖。

圖2是圖1中的裝置的殼體的內部配置的透視圖。

圖3是圖2中的殼體的內部配置的局部分解圖。

圖4是示出了根據示例性實施方式的裝置的微型板和傳感器板的框
圖。

圖5是根據示例性實施方式的用于說明光學測量的框圖。

圖6是示出了LED發光脈沖和PD輸出脈沖的示例的圖。

圖7是根據示例性實施方式的用于說明用于測量細胞代謝的裝置的控
制的框圖。

圖8是示出了屏幕上允許輸入用戶自定義方案的圖。

圖9是示出了屏幕上24井穴布置的示例的圖。

圖10是示出了根據示例性實施方式的用于測量DO濃度和pH的方法
的流程圖。

圖11是示出了用于識別傳感器特性的測量方法的流程圖。

圖12是示出了根據另一示例性實施方式的用于識別傳感器特性的測
量方法的流程圖。

貫穿附圖以及詳細描述,除非另外描述,相同的附圖標記將被理解為
指代相同的元件、特征和結構。為了清楚、說明以及方便起見,可以夸大
這些元件的相對尺寸和描述。

具體實施方式

提供以下描述幫助讀者獲得對本文中所描述的方法、裝置和/或系統的
全面理解。因此,本領域技術人員將領會本文中所描述的方法、裝置和/
或系統的各種改變、修改和等同內容。此外,為了增強清楚性和簡明性,
可以省略眾所周知的功能和構造的描述。

圖1是根據示例性實施方式的用于測量細胞代謝的裝置的透視圖;圖
2是圖1中的裝置的殼體的內部配置的透視圖;圖3是圖2中的殼體的內
部配置的局部分解圖;以及圖4是示出了根據示例性實施方式的裝置的微
型板和傳感器板的框圖。

測量細胞代謝的所述細胞代謝測量裝置包括包圍設備和電子部件的
殼體10。殼體10容置設備和電子部件,例如,盒100、注入泵200、微型
板300、XY驅動架臺400以及傳感器板500。如圖1所示,殼體10可以
包括打開和關閉的前蓋11、具有多個盒100或者具有僅一個盒;殼體10
可以物理上被分區以具有多個容納空間。在一個示例性實施方式中,殼體
10具有一個或更多個安裝孔12以將盒100安裝在殼體10的上部上,并且
包含藥物的盒100位于該安裝孔12上。如圖1所示,可以有四個安裝孔
12,盒100可以位于四個安裝孔12中的每個安裝孔中。殼體10可以包括
孔蓋13以覆蓋安裝孔。

四個盒100中的每個盒可以包含由用戶選擇的用于試驗的藥物,這些
藥物可以彼此不同;藥物例如可以為寡霉素2,4-二硝基苯酚(2,4-DNP)、
碳酰氰對-三氟甲氧基苯腙(FCCP)、魚藤酮或者抗霉素A。盒100經由
管道連接至相應的注入泵200,并且藥物通過管道被供應至每個牢固定位
的注入泵200。

注入泵200的目的是將藥物注入微型板300的井穴中。在一個示例性
實施方式中,每個注入泵200是具有3通閥的注射泵。提供了多個注入泵
200,并且注入泵200的數目可以等于盒100或者物理分區的容納空間的
數目。每個注入泵200經由每個管道連接至每個盒100。注入泵200攜載
通過管道由盒100供應的藥物,并且分配所述藥物。

微型板300(也被稱為微量滴定板)具有多個井穴310,并且井穴的
數目例如可以為6、12、24、48、96等。在所示的示例中,微型板300為
24井穴微型板。24個井穴可以形成為4行6列(A1~A6、B1~B6、C1~
C6、D1~D6)。每個井穴310容納細胞,并且包括溶解氧(DO)感測膜
311和pH感測膜312。DO感測膜和pH感測膜均可以是涂覆有熒光染料
的熒光傳感器膜。三(4,7-聯苯-1,10-鄰菲羅啉)釕(II),Ru(dpp)32+(在
下文中,被稱為“Rudpp”)可以用作用于DO感測膜的熒光染料,并且
羥基芘-1,3,6-三磺酸三鈉鹽(HPTS)可以用作用于pH感測膜312的熒光
染料。

在氧檢測中所使用的各種熒光染料中,Rudpp呈現出強的熒光發射并
且具有優異的熒光量子產率和熒光持續時間。通過使用Rudpp的DO檢
測是基于由氧分子引起的熒光衰減。當受激熒光染料降至基態期間發射的
能量被氧分子吸收時發生熒光衰減,從而導致發射的能量的消耗以及熒光
強度的降低。熒光強度的降低與氧分子的濃度成反比。即,Rudpp被480
nm的光激發并且當其降至基態時發射600nm的熒光。用于pH檢測的
HPTS可以產生強的熒光并且是無毒的。使用熒光的pH檢測利用了當熒
光染料被酸或者堿質子化或者去質子化時發射熒光的原理。當向HPTS發
射405nm的光時,HPTS吸收電子并且被激發;當HPTS返回基態時,
HPTS發射510nm的熒光。

XY驅動架臺400是與XY驅動架集成的臺。響應于XY驅動架的驅
動,XY驅動架臺400可以沿X軸和Y軸方向(即沿水平方向,例如,向
前、向后、左右)移動微型板。XY驅動架臺400具有布置在其頂部上的
微型板300。因此,微型板300可以沿著X軸和Y軸移動,因此可以通過
控制XY驅動架臺400的移動來將微型板300的特定井穴310放置在注入
泵200中之一的下面。這意味著期望的藥物可以被自動注入每個井穴310
中。另外,可以根據XY驅動架臺400的移動來攪動井穴310中的藥物。
換言之,控制器可以為攪動的目的控制XY驅動架臺的移動。

安裝至傳感器殼體20的傳感器板500被整體地提供至XY驅動架臺
400的頂部。微型板300位于傳感器板500上。傳感器板500包括用于DO
檢測的成對發光元件521和光檢測元件511,每個對豎直地對應于每個井
穴310中的DO感測膜。傳感器板500還包括用于pH檢測的成對發光元
件522和光檢測元件512,每個對豎直地對應于每個井穴310中的pH感
測膜。發光元件可以是發光二極管,并且光檢測元件可以是光電二極管或
者光電晶體管。當用于DO檢測的發光元件521朝向微型板300發光時,
熒光DO感測膜發射熒光,并且用于DO檢測的光檢測元件511接收所發
射的熒光。當用于pH檢測的發光元件522發光時,熒光pH感測膜發射
熒光,并且用于pH檢測的光檢測元件512接收所發射的熒光。

雖然在圖1至圖4中未示出,但是控制器700控制裝置的整體操作,
并且可以通過包括以下元件中的至少一些來形成:一個或更多個處理器、
現場可編程門陣列(FPGA)、微控制單元(MCU)等。控制器700可以
被設置為單個控制器,或者被設置為多個控制器。在后者的情況下,控制
器700可以包括主控制器以及輔助控制器,輔助控制器位于遠處并且能夠
向主控制器傳送數據或者接收來自主控制器的數據。控制器700可以控制
XY驅動架臺400的移動和注入泵200的驅動以及控制光學測量。另外,
關于微型板300的至少一個井穴310的信號被傳感器板500的光檢測元件
接收,然后被轉換成電信號。通過分析該電信號來測量DO濃度和pH。
除了上述操作之外,控制器700可以執行用于操作裝置的其他控制功能。

根據另外的方面,裝置還可以包括遮光板320。遮光板320定位在傳
感器板500上,或者更具體地,在傳感器板500與微型板300之間。在一
個示例性實施方式中,遮光板320可以是黑色塑料板以遮蔽光。遮光板320
包括與用于DO和pH檢測兩者的相應的發光元件521,522以及光檢測元
件511,512對應的孔。因此,從發光元件和熒光傳感器膜發射的光通過孔
而被傳送。

此外,遮光板320還可以包括多個濾光器330。濾光器330是傳送來
自DO感測膜或pH感測膜的熒光的帶通濾光器。在24井穴微型板以4
行6列排列的情況下,6濾光器330可以如圖4所示設置。濾光器330允
許來自熒光傳感器膜的熒光穿過遮光板320的孔。遮光板320可以具有形
成在其中布置有與用于DO檢測的光檢測元件511對應的孔以及與用于
pH檢測的光檢測元件512對應的孔的區域上的濾光器槽321,如圖4所示,
并且濾光器330分別裝進濾光器槽321中。

根據另一方面,裝置還可以包括密封蓋600。密封蓋600為密閉密封
微型板300的全部井穴310的蓋。如圖3所示,密封蓋600的下部形成為
具有與相應的井穴310對應的突出部,以便完全密封井穴310,并且至少
用于密封井穴310的突出部可以由橡膠制成。如圖2所示,密封蓋600可
以定位在殼體10內的一側處,并且該位置被稱為測量DO濃度和pH的測
量位置。在一個方面,密封蓋600可以沿Z軸(即,沿豎直方向)移動。
為此,設置了Z軸驅動電機。通過控制Z軸驅動電機的驅動,控制器700
控制密封蓋600的向上和向下移動。為了對于微型板300的至少一個井穴
310執行光學測量,控制器700移動XY驅動架臺400至測量位置,然后
向下移動密封蓋600以密封微型板300,隨后執行光學測量。一旦光學測
量完成,控制器700向上移動密封蓋600,使得密封蓋600與微型板300
分離。密封微型板300的原因在于在光學測量期間防止空氣進入井穴,從
而確保準確測量。

此外,裝置還可以包括計算設備30。計算設備30可以是單體個人計
算機,并且可以設置到殼體10的上部,如圖2所示。在控制器包括主控
制器和輔助控制器的情況下,主控制器可以配置在計算設備30中,并且
輔助控制器可以配置在傳感器板500中。計算設備30的顯示模塊可以是
由能夠顯示圖像并且接收用戶輸入的觸摸面板形成的觸摸屏。可替選地,
顯示模塊可以僅用作顯示器,并且可以設置另外的用戶輸入手段。計算設
備30可以提供使用戶能夠輸入期望數據的圖形用戶界面(GUI)。

圖5是根據示例性實施方式的用于說明光學測量的框圖。發光陣列包
括形成在傳感器板500上的多個光發射器520。光發射器520的數目是井
穴數目的兩倍。由于每個井穴310具有DO感測膜311和pH感測膜312,
因此對于每個井穴310提供了2個光發射器520。每個光發射器520可以
包括作為發光元件的LED以及能夠調整LED的驅動電流的數字電位計。
控制器700可以控制數字電位計以調整光量。光檢測陣列還包括形成在傳
感器板500上的多個光檢測器510。由于與光發射器520相同的原因,光
檢測器510的數目也是井穴數目的兩倍。每個光檢測器510可以包括作為
光檢測元件的光電二極管(PD),以及能夠調整PD的驅動電流的數字電
位計。

信號處理器530處理待發送至光發射器520的輸出信號以及從光檢測
器510發出的輸入信號兩者。信號處理器530可以配置在傳感器板500上,
或者配置在分離的板上。如圖5所示,信號處理器530包括發光選擇器531、
光檢測選擇器532、脈沖發生器533、放大器534和波形整形器535。發光
選擇器531被配置成選擇光發射器520中之一,并且光檢測選擇器532被
配置成選擇光檢測器510中之一。在一個示例性實施方式中,發光選擇器
531和光檢測選擇器532均是多路復用器。脈沖發生器533生成并且輸出
脈沖。輸出的脈沖可以被放大器放大,然后被輸出至發光陣列。接收到放
大的脈沖的光發射器520根據脈沖持續時間發光。光檢測器510接收信號,
并且該信號通過光檢測選擇器532被輸入至放大器534。放大器534放大
所接收的信號并且輸出所放大的信號。波形整形器535對所放大的信號的
波形進行整形。在一個示例性實施方式中,波形整形器535是施密特觸發
器。眾所周知的是,施密特觸發器比較信號的電壓與參考電平(觸發電平)
并且將電壓標準化為“1”或者“0”。

控制器700負責關于光學測量的全部控制。在這種情況下,控制器700
可以是輔助控制器。控制器700可以通過控制光發射器520的數字電位計
來調整LED的光強度,以及通過控制光檢測器510的數字電位計來調整
PD的靈敏度。控制器700可以向發光選擇器531輸出發光選擇信號,使
得所述選擇器可以選擇特定的光發射器520。控制器700還可以向光檢測
器532輸出光檢測信號以選擇特定的光檢測器510。另外,控制器700可
以控制脈沖發生器533的脈沖持續時間,控制放大器534的放大增益,以
及控制通過波形整形器535進行的波形整形的觸發電平。

一旦波形整形器535整形了信號的波形,那么控制器700測量熒光強
度。在一個示例性實施方式中,控制器700使用時間延遲測量方法測量熒
光強度。具體地,控制器700測量LED發光脈沖的延遲和PD輸出脈沖
的延遲兩者,以及從測量的延遲獲得熒光強度。熒光發射的延遲與氧分子
的濃度和氫離子濃度有關:其與氧分子的濃度成比例并且與氫離子濃度成
反比。因此,可以通過測量熒光發射的延遲時間來計算DO濃度和pH。
參照圖6,從LED發光脈沖測量PD輸出脈沖延遲。例如,可以測量LED
發光脈沖的上升沿與PD輸出脈沖的上升沿之間的延遲時間(①);或者可
以測量LED發光脈沖的下降沿與PD輸出脈沖的下降沿之間的延遲時間
(②)。為了提高準確度,控制器700可以重復測量許多次,并且計算平
均值,從而獲得熒光強度。當計算平均值時,可以排除最大值和最小值。

在另一示例性實施方式中,控制器700測量PD輸出脈沖的持續時間,
并且從所測量的持續時間獲得熒光強度。如果LED發光脈沖寬度被固定,
那么PD輸出脈沖寬度根據熒光強度而變化。由于LED發光脈沖寬度是
已知的,因此控制器700可以通過測量PD輸出脈沖寬度(③)來獲得熒
光強度。為了提高結果的準確度,控制器700重復測量許多次,并且計算
平均值以獲得熒光強度,其中在計算平均值時可以排除最小值和最大值。
在另一示例性實施方式中,控制器700采用了時間延遲測量方法和PD輸
出脈沖寬度測量方法兩者來獲得熒光強度。例如,來自兩種方法的測量值
取平均,并且基于平均值,可以獲得熒光強度;或者可以通過向該兩種方
法施加不同的權重來獲得熒光強度。

圖7是根據示例性實施方式的用于說明用于測量細胞代謝的裝置的控
制的框圖。用戶輸入/輸出(I/O)部800包括用于用戶輸入的輸入裝置和
用于輸出數據的輸出裝置。用戶I/O部800可以不配置在裝置中。在這種
情況下,測量細胞代謝的裝置可以經由通信線纜或者無線連接連接至用作
用戶I/O的外部計算機。存儲部900包括一個或更多個存儲器。存儲部900
存儲用于裝置的整體操作的操作程序和控制數據兩者。存儲部900包括方
案存儲器910和修正存儲器920。方案存儲器910存儲用于每個井穴的用
戶自定義方案。用戶自定義方案是用于自動執行每個井穴的測量過程的信
息。在一個示例性實施方式中,用戶自定義方案包括用于每個井穴的信息,
例如,注入的量、藥物類型以及給藥與測量之間的閑置時間。修正存儲器
920存儲下面將描述的驅動信息或者偏移值。

雖然未示出,控制器700可以物理地被劃分成主控制器和輔助控制器。
主控制器可以配置在計算設備30中,而輔助控制器可以配置在傳感器板
500中。主控制器可以是一個或更多個處理器,而輔助控制器可以是微控
制單元(MCU)。輔助控制器控制僅與光學測量有關的操作,如參照圖5
所述,而主控制器控制全部其他操作。

如圖7所示,控制器700可以包括方案設定器710和濃度測量部720,
以及修正測量部730。方案設定器710、濃度測量部720和修正測量部730
可以配置為軟件模塊。控制器700可以被劃分成用于每個軟件功能單元的
主控制器和輔助控制器,其中用于光學測量的配置可以設置在輔助控制器
中,而全部其他配置可以設置在主控制器中。配置成設置用戶自定義方案
的方案設定器710接收通過設置在用于測量細胞代謝的裝置上的用戶I/O
部800由用戶輸入或者從外部計算設備輸入的用戶自定義方案,將所接收
的方案存儲在存儲部900中,并且完成方案設置。

圖8是示出了允許輸入用戶自定義方案的電子數據表屏幕的圖。用戶
可以通過電子數據表輸入藥物類型、注入的量以及給藥與測量之間的閑置
時間,如圖8所示。方案設定器710通過如圖8所示的電子數據表接收用
于每個井穴的用戶自定義方案的數據,并且將所接收的方案存儲在存儲器
910中以完成方案設置。

圖9是示出了24井穴布置微型板的屏幕的示例的圖,或者更具體地,
按4行6列的24井穴布置的屏幕的圖像。用戶可以從圖9所示的屏幕選
擇井穴實體,并且定義要被應用于所選擇的井穴的方案。或者用戶可以首
先定義方案,然后選擇井穴實體。方案設定器710例如可以顯示輸入窗以
使得用戶能夠輸入包括用于每個井穴的關于如下中的至少之一的信息的
方案:注入的量、藥物類型、給藥時間以及給藥與測量之間的閑置時間。
輸入窗可以與圖9中所示的24井穴圖像一起顯示。用戶可以選擇兩個或
更多個井穴實體,并且方案設定器710可以將用戶自定義方案設置為對于
所選擇的兩個或更多個井穴的組來說相同。另外,井穴的組可以用不同的
顏色來著色以便彼此可區分。

方案設定器710可以將圖8中的電子數據表與圖9中的井穴布置圖像
關聯起來。例如,當用戶使用電子數據表定義方案時,方案設定器710將
定義的方案應用于井穴布置屏幕圖像。相反地,當用戶使用井穴布置屏幕
圖像來定義方案時,方案設定器710將定義的方案應用于電子數據表。

濃度測量部720根據存儲在方案存儲器910中的用戶自定義方案實施
主測量過程。修正測量部730執行初始測量過程以改善由濃度測量部720
測量的準確度。由于制造過程中的差異,傳感器板上的全部傳感器難以具
有相同的特性,從而導致測量結果中的誤差。因此,在實施實際測量之前,
會需要識別全部傳感器的特性,然后需要實施DO濃度和pH的測量。修
正測量部730將用于驅動其特性事先已經被識別的每個傳感器的驅動信息
存儲在修正存儲器920中;或者修正測量部730可以將用于校正測量值的
偏移值存儲在修正存儲器920中。

圖10是示出了根據示例性實施方式的用于測量DO濃度和pH的方法
的流程圖。返回參照圖7,濃度測量部720根據存儲在方案存儲器910中
的用戶自定義方案執行測量過程。濃度測量部720移動XY驅動架臺400
至特定位置以便根據用于每個井穴的用戶自定義方案將藥物注入每個井
穴,如S100中所述,并且控制注入泵采用指定藥物填充每個井穴,如S110
中所述。如果方案指定了每個井穴的藥物注入時間,那么過程遵照該方案。
否則,井穴隨后被指定藥物填滿。如果對于每個井穴沒有指定注入藥物的
時間,并且井穴被分配有如圖7中的電子數據表中所示的序號,那么濃度
測量部720控制XY驅動架臺400的移動以及注入泵200的驅動以便根據
序號填滿井穴。在將指定藥物注入井穴之后,濃度測量部720可以對于每
個井穴閑置預定時間段,使得每個井穴中發生生物化學反應,如S120中
所述。濃度測量部720控制XY驅動架臺400對每個井穴在指定測量時間
處放置就位,如S130中所述。可替選地,濃度測量部720可以控制XY
驅動架臺400預先放置就位。在S140中,濃度測量部720控制密封蓋600
使得所述蓋對每個井穴在指定測量時間處向下移動,從而位于XY驅動架
臺400上的微型板300的井穴可以被密閉密封。然后,一旦微型板300的
井穴被完全密封,那么濃度測量部720通過使用光學測量來測量DO濃度
和pH兩者,如S150中所述。

濃度測量部720可以控制密封蓋600使得在測量之后所述蓋向上移
動。另外,濃度測量部720可以控制XY驅動架臺400移動至參考位置,
或者使XY驅動架臺400保持在測量位置處。然后,濃度測量部720可以
繼續執行操作,直至根據用戶自定義方案完成全部井穴的測量。此外,濃
度測量部720可以執行位置控制,用于在根據用戶自定義方案實施控制之
前識別XY驅動架臺400的參考位置。例如,濃度測量部720使用XY驅
動架臺的限制開關識別參考位置。位置識別技術是眾所周知的,因此將省
略其詳細描述。在沒有密封蓋600的情況下,可以不指定測量位置。在該
情況下,如果微型板300的井穴需要被密閉密封以用于測量,那么用戶可
以手動地采用單獨的密封蓋來覆蓋微型板300。例如,用戶可以打開前蓋
并且采用前蓋來密封微型板300。

圖11是示出了用于識別傳感器特性的測量方法的流程圖。為了識別
傳感器的特性,微型板300的井穴可以填充標準試劑。標準試劑可以被包
含在盒100內并且通過注入泵200被注入微型板300的井穴中。修正測量
部730以指定驅動電流值來驅動LED,如S200中所述,并且檢查產生的
PD輸出電流值,如S210中所述。如果所檢查的PD輸出電流值不同于參
考電流值,那么修正測量部730基于PD輸出電流值與參考電流值之間的
差來計算LED驅動電流值,該LED驅動電流值被校準以允許PD輸出電
流值與參考電流值相同,如S220中所述。然后,修正測量部730將作為
驅動信息的所計算的LED驅動電流值存儲在修正存儲器920中,如S230
中所述。然后,隨著修正測量部730對于全部LED-PD順序地執行前述的
步驟,驅動信息表被形成并且被存儲在修正存儲器920中。因此,濃度測
量部720根據存儲在修正存儲器920中的驅動信息表中的每個LED的驅
動電流值來控制光強度。在另一方法中,修正測量部730可以調整LED
驅動電流值直至發現允許PD輸出電流值與參考電流值相同的精確LED
驅動電流值。

圖12是示出了根據另一示例性實施方式的用于識別傳感器特性的測
量方法的流程圖。為了識別傳感器的特性,微型板300的井穴可以填充標
準試劑。可替選地,標準試劑可以被包含在盒100內并且通過注入泵200
被注入微型板300的井穴中。修正測量部730以指定驅動電流值來驅動
LED,如S300中所述。然后,修正測量部730通過控制PD的數字電位
計來調整PD的驅動電壓以搜索最優的PD靈敏度,如S310中所述。然后,
在檢查最優的PD驅動電流值之后,修正測量部730計算關于默認驅動電
流值的偏移值,并且存儲該偏移值,如S320中所述。隨著濃度測量部720
對于全部LED-PD順序地執行前述的步驟,偏移信息表被形成并且被存儲
在修正存儲器920中,如S330中所述。偏移信息表被濃度測量部720使
用。濃度測量部720以對于PD的輸出信號固定的數字電位計值執行光學
測量,并且隨后通過將偏移反映到測量值來校準測量值。在這種情況下,
可以通過輔助控制器來執行光學測量,并且測量值的校準可以通過主控制
器來執行。

用于識別傳感器特性的前述測量方法可以在細胞代謝測量裝置的初
始化開始時僅執行一次。然而,隨著傳感器的使用,傳感器會損耗,因此
用戶可以手動地或者定期地初始化裝置以便重新確定傳感器特性。另外,
在初始化之后,濃度測量部720可以調整施密特觸發器的觸發電平以控制
PD的靈敏度。

用于測量細胞代謝的上述裝置可以基本上提供精確的溫度控制功能。
例如,裝置可以控制加熱器,同時采用具有0.1℃或更高分辨率的傳感器來
測量殼體10內的溫度,使得殼體10內的溫度可以被調整為人體溫度(即,
37℃),并且裝置可以將關于所測量的溫度的信息顯示到顯示模塊。

根據如上所述的示例性實施方式,能夠實現從至微型板的每個井穴中
的藥物注入至DO濃度和pH的測量的全部步驟的自動化。

另外,能夠允許用戶對于微型板的每個井穴定義各種測試方案并且實
施DO濃度和pH的測量。

此外,能夠確保熒光強度的準確測量。

以上已經描述了多個示例。然而,將理解的是,可以進行各種修改。
例如,當以不同的順序執行所述的技術時,和/或當所述的系統、架構、設
備或電路中的部件以不同的方式組合和/或被其他部件或其等同物替代或
補充時,可以獲得適當的結果。因此,其他實現方式在隨后權利要求的范
圍內。

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用于 測量 細胞 代謝 基于 微型 裝置
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