專利名稱：細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于遠(yuǎn)程監(jiān)控細(xì)胞的健康和生存能力以及細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)的系統(tǒng)。更具體地，它涉及一種細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)，該細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)用于使用一個(gè)或多個(gè)傳感器盒(sensor pod)來(lái)遠(yuǎn)程訪問細(xì)胞圖像和細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)以捕捉和發(fā)送細(xì)胞圖像和細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)，由此允許在不在細(xì)胞的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的情況下遠(yuǎn)程目視地確定細(xì)胞的健康和生存能力。
背景技術(shù)：
已經(jīng)在生命科學(xué)和生物制藥研究和制造中多年利用細(xì)胞培養(yǎng)。典型地，細(xì)胞在諸如盤或燒瓶之類的用后可棄的塑料盒中生長(zhǎng)，并且被安置于C02培育箱(incubator)中。常常，這些盒用于繁殖或維護(hù)細(xì)胞，和/或預(yù)備用于在培育箱外部進(jìn)行試驗(yàn)的細(xì)胞。最后，這 些細(xì)胞培養(yǎng)方法是十分花費(fèi)勞力和耗時(shí)的，尤其是當(dāng)需要執(zhí)行大量的研究時(shí)。細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)依賴用于細(xì)胞維護(hù)、生長(zhǎng)、擴(kuò)增和測(cè)試的受控環(huán)境。雖然經(jīng)常采取嚴(yán)格的措施來(lái)避免污染等(例如真菌或細(xì)菌污染)的爆發(fā)，但是這樣的爆發(fā)仍然出現(xiàn)，經(jīng)常具有將危及研究時(shí)間并且將操作暫停多日或多周的影響。至少，由于基礎(chǔ)細(xì)胞培養(yǎng)中的不一致導(dǎo)致的細(xì)胞生理上的無(wú)意變化可能將細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)的結(jié)果歪曲。研究者必須在下述過程中始終警惕通過目視地觀察在可能顯示特定培養(yǎng)的問題的細(xì)胞形態(tài)、生長(zhǎng)模式和生長(zhǎng)速率中的細(xì)微改變來(lái)監(jiān)控和評(píng)估細(xì)胞健康。栽培哺乳動(dòng)物細(xì)胞的研究者經(jīng)常發(fā)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)的維護(hù)是很耗時(shí)的任務(wù)。必須小心地處理下述行為例如，通過在顯微鏡下確定細(xì)胞形態(tài)來(lái)目視地評(píng)估細(xì)胞的健康，替換培養(yǎng)基(飼料)，復(fù)蘇細(xì)胞(融合)，處理污染物，監(jiān)控代謝物或細(xì)胞相互作用，以及其他問題。令人遺憾的是，在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，對(duì)于培養(yǎng)的細(xì)胞的適當(dāng)監(jiān)控存在許多障礙。例如，進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的連續(xù)不斷(例如，每2-4小時(shí))的人工檢查可能是不實(shí)際的和成本禁止的。另外，人工地連續(xù)不斷地監(jiān)控細(xì)胞培養(yǎng)經(jīng)常對(duì)研究者造成身體上和精神上的壞影響，導(dǎo)致整體變差的生活質(zhì)量，并且增大因?yàn)檫^度疲勞導(dǎo)致的觀察誤差的可能性。而且，完全自動(dòng)化的細(xì)胞培養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是過度笨重和復(fù)雜，并且需要大額的資金投入。另外，細(xì)胞的簡(jiǎn)單目視檢查僅提供主觀評(píng)定，而沒有持續(xù)的目視記錄或檔案。細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)的問題的跡象可能被錯(cuò)過，導(dǎo)致對(duì)由基于細(xì)胞的試驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的質(zhì)量造成嚴(yán)重有害影響。供應(yīng)健康的活細(xì)胞培養(yǎng)的能力是在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)的多國(guó)生物和生物醫(yī)藥工業(yè)中的始終增大的問題。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在生物處理業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和制藥探索公司中，需要細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)將允許研究者遠(yuǎn)程觀察、修改和維護(hù)生物樣本和細(xì)胞培養(yǎng)，而不要求終端用戶實(shí)際地現(xiàn)場(chǎng)處于細(xì)胞培養(yǎng)的位置，以便目視地評(píng)估細(xì)胞的健康和生存能力。因此，所需的是一種細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了從任何位置遠(yuǎn)程核查細(xì)胞的健康和生存能力以及細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)的能力。在此教導(dǎo)的系統(tǒng)改善了研究和細(xì)胞生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，并且提供了一種劃算的、靈活的、容易使用的和省時(shí)的遠(yuǎn)程細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)，該遠(yuǎn)程細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)提供關(guān)于細(xì)胞的健康和生存能力以及細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息，而研究者不必處于細(xì)胞的物理位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程觀看、監(jiān)控、分析、報(bào)告和存儲(chǔ)細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)。在此教導(dǎo)的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使得研究者能夠確定位于支撐物上和/或位于培養(yǎng)器皿的溶液中的細(xì)胞的健康和生存能力，而不要求研究者在現(xiàn)場(chǎng)、在細(xì)胞的物理位置，以便目視地評(píng)估細(xì)胞培養(yǎng)狀態(tài)和細(xì)胞的健康。在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)水密的成像傳感器盒，該一個(gè)或多個(gè)水密成像傳感器盒由可充電電池供電，并且其中具有能夠捕捉多色圖像的一個(gè)或多個(gè)成像傳感器(諸如相機(jī)之類的成像技術(shù))。優(yōu)選的是，該成像技術(shù)捕捉從在培養(yǎng)器皿內(nèi)或在支撐物上的至少兩個(gè)分離位置處獲取的兩個(gè)或更多個(gè)的靜止和/或運(yùn)動(dòng)的數(shù)字彩色圖像。
在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)和圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括成像傳感器，其具有從大約IOx至大約250x的最小圖像放大能力以及自動(dòng)聚焦能力，該自動(dòng)聚焦能力具有可選的用戶手動(dòng)聚焦控制。該成像傳感器包括在具有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位系統(tǒng)的盒上的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)相機(jī)和/或多個(gè)固定相機(jī)。該一個(gè)或多個(gè)成像傳感器還包括與顯微鏡和/或倒置顯微鏡組合使用的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，該捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括被稱合到位于培育箱中的培養(yǎng)器皿的一個(gè)或多個(gè)成像傳感器盒。可替代地，該盒可以被耦合或接合到培育箱，或培育箱和培養(yǎng)器皿兩者。該細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和軟件，該計(jì)算機(jī)和軟件用于(I)尋址該盒以便上傳和下載關(guān)于細(xì)胞的健康和生存能力的圖像、數(shù)據(jù)和信息、以及細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)；(2)存儲(chǔ)和分析細(xì)胞的靜止和/或運(yùn)動(dòng)的圖像、以及細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)，(3)提供測(cè)量結(jié)果和必需的細(xì)節(jié)以便于做出決策，以及(4)自動(dòng)地或在用戶介入下提供對(duì)該盒、培養(yǎng)器皿、支撐和培育箱的操作控制以執(zhí)行指令，以便執(zhí)行用于保持細(xì)胞的健康和生存能力和細(xì)胞培養(yǎng)所需的推薦的細(xì)胞培養(yǎng)處理操作。在另一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了無(wú)線連接，該無(wú)線連接用于向數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信設(shè)備或任何其他這樣的設(shè)備或基于萬(wàn)維網(wǎng)的系統(tǒng)和/或服務(wù)器發(fā)送警告、靜止的和/或運(yùn)動(dòng)的圖像。本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過減小在培育箱的每次打開以便查看培養(yǎng)器皿時(shí)出現(xiàn)的培育箱狀況的波動(dòng)，并且減小當(dāng)將培養(yǎng)器皿移至顯微鏡以查看細(xì)胞的健康和生存能力時(shí)可能出現(xiàn)的對(duì)細(xì)胞的不期望的干擾，來(lái)促進(jìn)放置在培育箱內(nèi)的培養(yǎng)器皿中的細(xì)胞的健康和生存能力。每次培養(yǎng)器皿中的細(xì)胞離開培育箱時(shí)，污染的風(fēng)險(xiǎn)增大。在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)地(I)確定需要采取什么行動(dòng)來(lái)保持合適的細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境，并且促進(jìn)其中的細(xì)胞的健康和生存能力，以及(2)自動(dòng)地向授權(quán)的終端用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備、計(jì)算機(jī)或基于萬(wàn)維網(wǎng)的系統(tǒng)和/或服務(wù)器發(fā)送信息、指令和需要米取的所需行動(dòng)。在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括耦合到位于培育箱中的培養(yǎng)器皿或支撐物的一個(gè)或多個(gè)水密的成像傳感器盒。該盒優(yōu)選地以無(wú)線格式連接到計(jì)算機(jī)或其他數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備，其中，該計(jì)算機(jī)或其他數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備能夠(1)單獨(dú)地尋址每一個(gè)盒，(2)向每個(gè)盒下載可行的命令，并且(3)從每一個(gè)盒上傳靜止圖像、運(yùn)動(dòng)圖像、細(xì)胞圖像和/或傳感器數(shù)據(jù)。該圖像可以由計(jì)算機(jī)或基于萬(wàn)維網(wǎng)的軟件工具例如通過下述方式來(lái)處理利用軟件詢問所述圖像以用于作為酸堿法(pH shifting)的指示器的顏色比較，或者利用諸如團(tuán)塊分析(blob analysis)和邊緣檢測(cè)之類的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺工具來(lái)詢問所述圖像以察看作為整體生長(zhǎng)或融合的指示器的生長(zhǎng)狀態(tài)；和/或，評(píng)估作為細(xì)胞健康的指示器的細(xì)胞的形態(tài)。諸如團(tuán)塊分析和邊緣檢測(cè)之類的成像工具用于比較作為像素級(jí)的相對(duì)關(guān)系。團(tuán)塊工具以二進(jìn)制格式來(lái)裝運(yùn)圖像像素。一旦被裝運(yùn)，則可以對(duì)于定義的團(tuán)塊的形狀進(jìn)行分析，以獲得形狀、區(qū)域的形狀中心等。邊緣檢測(cè)使用像素強(qiáng)度的變化來(lái)限定邊界邊緣。通常，使用強(qiáng)度的急劇變化(ste印change)，但是用戶可以調(diào)整用于邊緣檢測(cè)的增益。一旦發(fā)現(xiàn)邊緣，則可以再一次分析形狀?？梢耘c其他所謂的形狀或預(yù)期的形狀或形狀庫(kù)進(jìn)行形狀比較。在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括附加的傳感器，該附加 的傳感器包括但是不限于用于檢測(cè)下列參數(shù)的傳感器培育箱的溫度、壓力和濕度；盒的電池水平的狀態(tài)；pH水平；諸如氮?dú)?、氧氣和二氧化碳之類的溶解氣體的水平；葡萄糖水平；谷氨酰胺水平；乳酸水平、氨水平；代謝物的存在和數(shù)量；光譜；及其組合。可選地，由成像傳感器對(duì)這些傳感器進(jìn)行讀取或成像，由此，圖像被發(fā)送到本地計(jì)算機(jī)、其他數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備或基于萬(wàn)維網(wǎng)的服務(wù)器，以用于分析和存儲(chǔ)，和/或被直接地發(fā)送到研究者或其他授權(quán)的終端用戶，以用于實(shí)時(shí)的圖像檢索、復(fù)核和分析。在一些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)成像傳感器盒，該一個(gè)或多個(gè)成像傳感器盒除了包括從培育箱到本地計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備或基于萬(wàn)維網(wǎng)的服務(wù)器的無(wú)線連接之外，還包含來(lái)自培育箱和/或本地計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備或基于萬(wàn)維網(wǎng)的服務(wù)器的可選硬接線連接，同時(shí)保持無(wú)線能力。在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括如下的傳感器盒，該成像傳感器盒具有諸如相機(jī)鏡頭周圍的環(huán)形燈之類的自包含的光源，和/或可選地具有用于從培養(yǎng)器皿中或支撐物上的細(xì)胞背后照明的獨(dú)立的光源。 在各個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)向研究者提供了對(duì)一個(gè)或多個(gè)圖像捕捉傳感器盒的遠(yuǎn)程訪問能力，該遠(yuǎn)程訪問能力包括遠(yuǎn)程地控制該盒以便實(shí)時(shí)地憑借靜止彩色圖像捕捉和/或運(yùn)動(dòng)彩色圖像捕捉和流媒體來(lái)查明細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)以及細(xì)胞的健康和生存能力。在特定實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了如下的圖像捕捉傳感器盒，該圖像捕捉傳感器盒讀取RFID芯片，以確保在使用可信的產(chǎn)品，例如耦合到該盒的可信和被認(rèn)可的培養(yǎng)器皿或支撐物。當(dāng)不可信的和未認(rèn)可的培養(yǎng)器皿等耦合到該盒時(shí)，軟件可以限制該系統(tǒng)的功能。在下面的詳細(xì)說(shuō)明中將陳述本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯然的是，可以在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出對(duì)本發(fā)明的許多修改和變型。應(yīng)當(dāng)理解，上面的一般說(shuō)明和下面的詳細(xì)描述兩者、權(quán)利要求書以及附圖僅是示例性和解釋性的，并且意在提供本教導(dǎo)的各個(gè)實(shí)施例的解釋。僅通過示例來(lái)提供在此描述的特定實(shí)施例，并且在此所述的特定實(shí)施例并未旨在以任何方式進(jìn)行限定。


通常，每一個(gè)附圖提供了本發(fā)明的實(shí)施例及其部件的原理性示意圖示。對(duì)象的相對(duì)位置形狀和/或大小被夸大和/或簡(jiǎn)化以便于本文的討論和陳述。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的方面的示例性的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方面的附加數(shù)據(jù)和圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方面的附加數(shù)據(jù)和圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖；圖4示出本發(fā)明的附加實(shí)施例的透視圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的附加方面的示意圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的附加方面的示意圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的附加方面的示意圖；以及圖8示出根據(jù)本發(fā)明的圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的附加方面的示意圖。
具體實(shí)施例方式因此，除非相反地指示，在下面的說(shuō)明書和所附權(quán)利要求書中給出的數(shù)值參數(shù)是可以根據(jù)由本發(fā)明尋求獲得的期望屬性而變化的近似。至少，并且不作為限制與權(quán)利要求的范圍的等同內(nèi)容的教導(dǎo)的應(yīng)用的嘗試，應(yīng)當(dāng)至少按照所報(bào)告的有效數(shù)字的數(shù)量并且通過應(yīng)用普通的舍入技術(shù)來(lái)解釋每一個(gè)數(shù)值參數(shù)。盡管給出本發(fā)明的寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似，但是盡可能精確地報(bào)告在具體示例中給出的數(shù)值。為了該說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求的目的，除非另外指示，通過術(shù)語(yǔ)“大約”將用于表達(dá)在說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的成分的數(shù)量、材料的百分比或比例、反應(yīng)條件和其他數(shù)值的所有數(shù)字理解為在所有實(shí)例中是變化的。在更詳細(xì)地描述本發(fā)明之前，將定義多個(gè)術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)的使用不限制本發(fā)明的范圍，但是僅用于便于本發(fā)明的描述。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)” “一種”和“該”包括復(fù)數(shù)個(gè)指示物，除非上下文另外清楚地指示。如本文所使用的，短語(yǔ)“生物樣本”表示但是不限于從一個(gè)或多個(gè)器官、細(xì)胞和/或病毒得到的或與一個(gè)或多個(gè)器官、細(xì)胞和/或病毒對(duì)應(yīng)的任何顆粒、物質(zhì)、提取物、混合物和/或組裝(assembly)。對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯然的是，可以在自動(dòng)化的細(xì)胞管理系統(tǒng)中培養(yǎng)的細(xì)胞包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞類型，該細(xì)胞類型包括但是不限于動(dòng)物細(xì)胞、昆蟲細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞、人類細(xì)胞、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞、基因工程細(xì)胞、轉(zhuǎn)化細(xì)胞、細(xì)胞株、植物細(xì)胞、依賴貼壁細(xì)胞、不依賴貼壁細(xì)胞和本領(lǐng)域中已知的能夠在試管中培養(yǎng)的其他細(xì)胞。生物樣本也可以包括用于便于分析的附加成分，例如液體(例如，水)、緩沖劑、培養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)物、鹽、其他試劑、染料等。因此，生物樣本可以包括在培養(yǎng)基(culture medium)和/或另一種適當(dāng)?shù)囊后w培養(yǎng)基(fluid medium)中布置的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞。本文使用的表達(dá)式“融合(confluence)”指的是覆蓋細(xì)胞培養(yǎng)器皿、盤或燒瓶的細(xì)胞的數(shù)量(即，百分比)的測(cè)量結(jié)果?？梢酝ㄟ^下面的關(guān)系式來(lái)確定融合的百分比(％)
%融合=[(被細(xì)胞覆蓋的成像面積)/ (成像的總的面積)]X 100本文使用的短語(yǔ)“培養(yǎng)器皿”或“容器”表示但是不限于任何培養(yǎng)皿(petri-dish)、多孔板、微量滴定板、滾瓶、槽、生物反應(yīng)器、袋和燒瓶，燒瓶包括螺蓋燒瓶，例如在名為“Layered Flask Cell Culture System” 的美國(guó)專利申請(qǐng)公開文本 No. 2010/0129900 中教導(dǎo)的具有一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)表面的層的燒瓶，通過引用將該專利申請(qǐng)公開文本全部并入本文。典型地，這樣的培養(yǎng)器皿是用于單次使用的，并且由聚合材料制造，該聚合材料例如是典型地?zé)o菌地供應(yīng)并且用后可棄的含氟聚合物、高密度聚丙烯(HDPE)和特殊處理的聚苯乙烯塑料。本文使用的短語(yǔ)“細(xì)胞培養(yǎng)”表示但是不限于細(xì)胞、組織或它們的產(chǎn)物的生長(zhǎng)、維護(hù)、轉(zhuǎn)染或繁殖。
本文使用的短語(yǔ)“培養(yǎng)基”表示液體溶液，該液體溶液用于提供營(yíng)養(yǎng)物(例如，維生素、氨基酸、必需營(yíng)養(yǎng)素和鹽等)和屬性(例如，類似性、緩沖)以維持活細(xì)胞(或組織中的活細(xì)胞)并且支持它們的生長(zhǎng)。市場(chǎng)上可獲得的組織培養(yǎng)基對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是已知的。本文使用的短語(yǔ)“細(xì)胞培養(yǎng)基”表示在形成細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)已經(jīng)與培養(yǎng)的細(xì)胞一起培育的組織培養(yǎng)基；并且更優(yōu)選地指的是進(jìn)一步包括由培養(yǎng)的細(xì)胞分泌、排泄或釋放的物質(zhì)或在存在組織培養(yǎng)基的情況下從培養(yǎng)細(xì)胞導(dǎo)致的在培養(yǎng)基中出現(xiàn)的其他成分變化和/或物理變化的組織培養(yǎng)基。本文使用的短語(yǔ)“細(xì)胞培養(yǎng)處理操作”包括但是不限于基于從獲取的圖像和/或數(shù)據(jù)對(duì)細(xì)胞的培養(yǎng)狀態(tài)的確定來(lái)對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)執(zhí)行的操作。這樣的操作的示例包括i)控制在培養(yǎng)設(shè)備中的培養(yǎng)基和營(yíng)養(yǎng)物的量、濃度和成分水平，ii)采樣、提升(lifting)和復(fù)蘇(recovering)來(lái)自培養(yǎng)設(shè)備的細(xì)胞，以及iii)將細(xì)胞劃分和植板(plating)到附加的培養(yǎng)設(shè)備內(nèi)。本文使用的術(shù)語(yǔ)“提升(lifting)”指的是從培養(yǎng)設(shè)備表面分離細(xì)胞并且采集細(xì)胞的過程。常見的提升方法包括使用酶來(lái)消化吸附蛋白，由此將細(xì)胞從該細(xì)胞生長(zhǎng)和吸附到的表面解放。本文使用的術(shù)語(yǔ)“劃分(splitting)”是獲取從培養(yǎng)設(shè)備采集的細(xì)胞、稀釋細(xì)胞并且將稀釋的細(xì)胞轉(zhuǎn)移到不同的燒瓶或器皿內(nèi)的過程。細(xì)胞的接種密度(seeding density)通常導(dǎo)致5%至50%的融合，并且大多時(shí)候，初始融合更接近10X。本文使用的短語(yǔ)“數(shù)據(jù)庫(kù)管理和控制系統(tǒng)”表示但是不限于基于計(jì)算機(jī)軟件的管理系統(tǒng)，該基于計(jì)算機(jī)軟件的管理系統(tǒng)用于接收、處理、分析和存儲(chǔ)每一個(gè)盒的傳感器數(shù)據(jù)和圖像，以確定所檢測(cè)的細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)的參數(shù)是否在期望的規(guī)范內(nèi)，檢測(cè)在所檢測(cè)的參數(shù)中的偏差或異常，確定對(duì)對(duì)所檢測(cè)的參數(shù)的分析或者對(duì)在細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)的評(píng)估時(shí)必需的數(shù)據(jù)的任何其他分析和處理進(jìn)行響應(yīng)的行為的模式?？梢酝ㄟ^例如在CD、DVD、磁帶或平坦紙張上的物理硬拷貝或無(wú)線、硬接線或基于計(jì)算機(jī)的通信裝置、萬(wàn)維網(wǎng)或其他系統(tǒng)裝置，將響應(yīng)于所處理的數(shù)據(jù)的適當(dāng)控制指令發(fā)送回盒、培育箱、培養(yǎng)器皿、授權(quán)的個(gè)人數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備、基于計(jì)算機(jī)和/或萬(wàn)維網(wǎng)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理和控制系統(tǒng)能夠經(jīng)由無(wú)線發(fā)送和/或由硬接線連接承載的發(fā)送來(lái)發(fā)送和/或接收通信。本文使用的短語(yǔ)“數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備”表示但是不限于個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、蜂窩電話、尋呼機(jī)、具有無(wú)線和/或硬接線能力的計(jì)算機(jī)或能夠無(wú)線和/或硬接線數(shù)據(jù)發(fā)送或接收信息或指令的任何其他設(shè)備。本文使用的短語(yǔ)“數(shù)據(jù)和圖像捕捉系統(tǒng)”表示但是不限于使用基于膠片的方法的技術(shù)、使用數(shù)字方法的技術(shù)和使用用于數(shù)據(jù)和圖像捕捉的任何其他方法的技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和圖像捕捉系統(tǒng)還包括將數(shù)據(jù)和圖像記錄為一組電子信號(hào)的方法。這樣的圖像可以例如存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。然而，也可以將細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像作為視頻或以數(shù)字格式捕捉在膠片上、在磁帶上。使用模擬技術(shù)捕捉的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像可以被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且以數(shù)字格式被捕捉。細(xì)胞圖像一旦被捕捉，則可以使用照片處理軟件進(jìn)一步處理該細(xì)胞圖像。圖像一旦被捕捉則可以使用各種媒體向授權(quán)的終端用戶顯示，該各種媒體包括紙張、⑶-ROM、軟盤、其他盤存儲(chǔ)系統(tǒng)或基于萬(wàn)維網(wǎng)通過因特網(wǎng)。本文使用的術(shù)語(yǔ)“記錄”指的是永久或暫時(shí)的任何數(shù)據(jù)和圖像捕捉。數(shù)據(jù)和圖像捕捉系還包括記錄運(yùn)動(dòng)圖像的那些技術(shù)，不論是使用基于膠片的方法、錄像帶、數(shù)字方法還是用于捕捉運(yùn)動(dòng)圖像的任何其他方法。細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和圖像捕捉系統(tǒng)還包括允許從運(yùn)動(dòng)圖像捕捉靜止圖像的技術(shù)。作為本文使用的術(shù)語(yǔ)“圖像”可以包括多于一個(gè)的圖像?？梢砸粤髅襟w視頻格式即時(shí)向數(shù)據(jù)庫(kù)管理和控制系統(tǒng)設(shè)備發(fā)送視頻，使得能夠?qū)崟r(shí)地在數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備上或經(jīng)由基于萬(wàn)維網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)觀看該視頻。 本文使用的術(shù)語(yǔ)“培育箱(incubator)”表示但是不限于位于其中期望經(jīng)由培育的細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)室、制造設(shè)施或任何臨床或其他設(shè)置中的培育設(shè)備。培育箱優(yōu)選地將受控環(huán)境保持為從大約5%的C02至大約20%的02并且保持受控的溫度，雖然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在給出本文的教導(dǎo)的情況下根據(jù)特定的終端使用應(yīng)用來(lái)使用和選擇任何環(huán)境。自動(dòng)地或響應(yīng)于由盒、研究者和/或其他授權(quán)的終端用戶提供的命令，可以獨(dú)立地控制或由外部PC或其他控制器設(shè)備控制培育箱環(huán)境。本文使用的短語(yǔ)“遠(yuǎn)程定位”表示不在物理存在位置，例如不位于感興趣的生物樣本和/或培養(yǎng)設(shè)備或支撐物的現(xiàn)場(chǎng)。本文使用的術(shù)語(yǔ)“傳感器”表示但是不限于機(jī)械、電子或光學(xué)感測(cè)設(shè)備，該設(shè)備測(cè)量信息，該信息例如是生理相關(guān)信息(例如，溫度、濕度、壓力、pH、生化藥劑、生物分子、諸如C02之類的氣體和其他化學(xué)參數(shù)、基于酶的參數(shù)、輻射、磁和其他物理參數(shù))或諸如光譜之類的其他信息或參數(shù)。本文使用的術(shù)語(yǔ)“無(wú)線”表示但是不限于用于發(fā)送和接收信息的射頻、聲學(xué)或光學(xué)裝置。無(wú)線連接也包括在幾英尺的數(shù)量級(jí)的短距離無(wú)線連接(例如Bluetooth 型無(wú)線連接)；或者，在大約100英尺的數(shù)量級(jí)的中等距離無(wú)線連接(例如WIFITM連接)。本發(fā)明涵蓋細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有成像傳感器盒，其用于捕捉和向圖像和數(shù)據(jù)接收和管理控制單元發(fā)送細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像；以及，圖像和數(shù)據(jù)接收和顯示控制單元。該盒、該管理控制單元和該顯示控制單元每一個(gè)優(yōu)選地具有無(wú)線發(fā)送/接收通信能力。在本文教導(dǎo)的其他實(shí)施例中，細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)位于培育箱中基板上和/或培養(yǎng)器皿中。該盒也優(yōu)選地具有到基質(zhì)、培養(yǎng)器皿和培育箱的無(wú)線發(fā)送/接收通信能力。成像傳感器盒優(yōu)選地包括成像技術(shù)，例如CXD或CMOS照像機(jī)、CXD或CMOS攝像機(jī)或其組合；以及一個(gè)或多個(gè)傳感器，包括但是不限于pH傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、葡萄糖傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、谷氨酰胺傳感器、乳酸傳感器、氨傳感器、氮?dú)鈧鞲衅?、光譜傳感器和其組合。顯示控制單元可以是監(jiān)控器或LCD屏幕等，其可以包括接口，用戶通過該接口可以輸入一些數(shù)據(jù)。該盒可以由本領(lǐng)域中熟知的各種電力輸送和電源來(lái)供電，例如由電池電力、通用串行總線(USB)電力、線路電力或硬接線電力和其組合來(lái)供電?？商娲兀袛?shù)據(jù)接收和管理控制單元以及圖像和數(shù)據(jù)接收和顯示控制單元每一個(gè)可以與培育箱或任何其他環(huán)境控制的腔、管理控制單元集成。本文教導(dǎo)的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使得人們能夠可視地確定細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)，以及位于支撐物上和/或培養(yǎng)器皿中的溶液中并且存在于培育箱中的細(xì)胞的健康和生存能力，而不要求人們?cè)诩?xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)的物理存在位置現(xiàn)場(chǎng)。圖1-8示出示例性的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像和監(jiān)控系統(tǒng)30的示意表示。本發(fā)明教導(dǎo)了遠(yuǎn)程可訪問的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)30，該系統(tǒng)具有一個(gè)或多個(gè)成像和數(shù)據(jù)傳感器盒20，其具有上支撐表面45或頂部支撐表面45 ；以及諸如計(jì)算機(jī) (PC)之類的數(shù)據(jù)庫(kù)管理控制單元58，其自動(dòng)地并且根據(jù)由授權(quán)的終端用戶提供的指令來(lái)操作該盒20。盒20被配置為在環(huán)境受控的腔中工作，例如在生物樣本培養(yǎng)培育箱38內(nèi)。因此，盒20優(yōu)選地具有緊湊設(shè)計(jì)，以在保持它們的圖像采樣和其他傳感器能力的同時(shí)最小化它們的尺寸?？梢杂筛鞣N特征促進(jìn)該緊湊設(shè)計(jì)，該各種特征例如是光學(xué)檢測(cè)機(jī)構(gòu)24，該光學(xué)檢測(cè)機(jī)構(gòu)24包括具有放大率范圍的自調(diào)整和操作員控制的光學(xué)檢測(cè)機(jī)構(gòu)。成像和數(shù)據(jù)傳感器盒20捕捉來(lái)自支撐上或培養(yǎng)器皿40內(nèi)的生物樣本42的信息，例如當(dāng)生物樣本在優(yōu)選地位于盒20的頂部支撐表面或上支撐表面45上的培養(yǎng)器皿40中或支撐物43上時(shí)。盒20和培養(yǎng)器皿40或包含生物樣本42的支撐物被安置于培育箱38等中。培養(yǎng)設(shè)備或器皿40被置于盒20的上支撐表面或頂部支撐表面45并且通過盒20的上支撐表面或頂部支撐表面45被成像，該盒20的上支撐表面或頂部支撐表面45優(yōu)選地是透明的玻璃或塑料。替代地，細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備或器皿40可以被開放框架盒(未示出)支撐，使得光學(xué)檢測(cè)機(jī)構(gòu)24或相機(jī)直接地成像到培養(yǎng)設(shè)備或器皿40內(nèi)，而不具有盒20的玻璃或塑料的上支撐表面45的任何可能失真。該開放框架也可以包括對(duì)齊特征，以精確地定位細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備，使得隨著時(shí)間獲取同一細(xì)胞培養(yǎng)區(qū)域的圖像，以便監(jiān)控細(xì)胞群體或其他生物樣本的進(jìn)展。在圖7所提供和描繪的本發(fā)明的實(shí)施例中，盒20的頂部表面支撐或上表面支撐45被可調(diào)整地分割，并且包含被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整大小以容納包含生物樣本42的培養(yǎng)器皿40的凸起的邊緣或棱，使得該器皿被定位在盒20的頂部支撐表面45上，在預(yù)定的x-y軸位置中，以用于精確的成像和數(shù)據(jù)采集。如在圖6-8中所描繪的，培養(yǎng)器皿40是燒瓶，該燒瓶例如是在美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2010/0129900中教導(dǎo)的那些，該燒瓶具有頂部或上側(cè)51。在特定實(shí)施例中，數(shù)據(jù)庫(kù)管理控制單元50優(yōu)選地在連接到網(wǎng)絡(luò)(例如局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN))的無(wú)線數(shù)據(jù)信號(hào)通信和/或可選的硬接線連接電纜39等中，使得授權(quán)用戶可以遠(yuǎn)程地通過諸如圖形接口之類的接口并且/或者從無(wú)線地62連接的數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備60，與數(shù)據(jù)庫(kù)管理控制單元58交互。該顯示單元可以是監(jiān)控器50，監(jiān)控器50包括接口，用戶可以通過該接口來(lái)輸入數(shù)據(jù)或操縱所捕捉的圖像和數(shù)據(jù)等。本文教導(dǎo)的細(xì)胞成像系統(tǒng)30通過當(dāng)前的細(xì)胞培養(yǎng)觀察技術(shù)來(lái)提供多個(gè)優(yōu)點(diǎn)和改善，例如通過減輕研究者在監(jiān)控細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)物理存在的必要，同時(shí)使能遠(yuǎn)程可訪問的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)觀察和分析培育箱中包含的細(xì)胞和細(xì)胞培養(yǎng)。在培養(yǎng)器皿40 (例如在圖1-8中描繪的那些)中生長(zhǎng)的細(xì)胞42需要被研究者例行地訪問，以確定細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)以及細(xì)胞的生長(zhǎng)、健康和生存能力，并且以確定應(yīng)當(dāng)采取哪些步驟，例如當(dāng)細(xì)胞接近融合時(shí)，由此研究者從培養(yǎng)器皿脫離細(xì)胞以在試驗(yàn)或篩選等中使用，或重新補(bǔ)種新的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)以繼續(xù)擴(kuò)展細(xì)胞株。重要的是在100%融合之前復(fù)蘇細(xì)胞。本文教導(dǎo)的細(xì)胞圖像捕捉系統(tǒng)30允許研究者通過諸如具有變焦透鏡放大能力的相機(jī)24和/或顯微鏡之類的成像傳感器來(lái)遠(yuǎn)程查看無(wú)人照管的細(xì)胞培養(yǎng)，以調(diào)查細(xì)胞42的生長(zhǎng)和培養(yǎng)狀態(tài)，而不移動(dòng)培養(yǎng)器皿40。期望的是能夠利用滿足細(xì)胞類型的需要以及研究者的工作時(shí)間表所需的適當(dāng)數(shù)量的培養(yǎng)基和添加物來(lái)填充培養(yǎng)設(shè)備。本文教導(dǎo)的細(xì)胞成像系統(tǒng)30的優(yōu)點(diǎn)是它使得能夠遠(yuǎn)程查看細(xì)胞42的圖像，而不必將培養(yǎng)器皿40或支撐物運(yùn)輸?shù)斤@微鏡。盒20包括用于觀察被存放在培養(yǎng)器皿40中的生物樣本42的一個(gè)或多個(gè)相機(jī)24， 其中，盒20優(yōu)選地被布置在樣本42之下，使得相機(jī)24捕捉樣本42的圖像54。如圖I中所描繪的那樣，成像傳感器盒20也可以被布置在生物樣本42之上。相機(jī)24起作用，使得捕捉的細(xì)胞圖像54是靜止彩色圖像或運(yùn)動(dòng)彩色圖像，并且優(yōu)選地被無(wú)線35地發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)管理控制單元58，或通過硬接線連接39被發(fā)送。相機(jī)24優(yōu)選地是諸如CCD相機(jī)之類的CCD (電荷耦合器件)或諸如能夠捕捉多個(gè)彩色圖像的CMOS相機(jī)之類的CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器，該多個(gè)彩色圖像優(yōu)選地是從培養(yǎng)器皿內(nèi)的至少三個(gè)分離的位置獲取的三個(gè)或更多的靜止彩色圖像或運(yùn)動(dòng)彩色圖像。另外，相機(jī)24能夠捕捉整個(gè)器皿或支撐物的圖像。CXD相機(jī)或CMOS相機(jī)另外在大約IOx至大約250x的放大率下從多個(gè)不同位置獲取燒瓶中的細(xì)胞生長(zhǎng)的多個(gè)靜止圖像或運(yùn)動(dòng)圖像，優(yōu)選的放大率范圍是從大約IOx至大約IOOx,以及40x至大約IOOx0數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備58優(yōu)選地包括i)圖像處理軟件，其用于分析由相機(jī)24捕捉的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像，ii)操作控制軟件，其用于根據(jù)由CCD或CMOS相機(jī)獲取的細(xì)胞的圖像來(lái)確定細(xì)胞的培養(yǎng)狀態(tài)(細(xì)胞的增殖能力和增殖本領(lǐng))，并且提供指令使得基于作為分析所捕捉的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像的結(jié)果由數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備58進(jìn)行的確定來(lái)執(zhí)行適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)處理操作。成像傳感器盒20也優(yōu)選地包含下述設(shè)備該設(shè)備用于將光透射到燒瓶?jī)?nèi)或支撐物上，使得從(如由授權(quán)用戶確定或由數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備58自動(dòng)確定的)前、后或兩者來(lái)適當(dāng)?shù)恼樟了蹲胶陀涗浀募?xì)胞圖像。相機(jī)24優(yōu)選地具有透鏡25，其具有從大約IOx至大約250x的圖像放大能力，具有IOx至大約IOOx的優(yōu)選最小放大率；以及自動(dòng)聚焦能力，其具有可選的遠(yuǎn)程用戶控制器。成像傳感器盒20優(yōu)選地包括多個(gè)固定相機(jī)24和/或位于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位系統(tǒng)上的一個(gè)可移動(dòng)相機(jī)。成像傳感器盒20也可以包括與顯微鏡(未示出)組合使用的相機(jī)。如圖7和圖8中所描繪的，如在此提供的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括盒20，僅舉例而言，該盒20具有比相對(duì)的側(cè)壁(66b、68b)寬的兩個(gè)側(cè)壁(66a、68a)，以便便于將具有X軸軌道和Y軸軌道和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位系統(tǒng)存放在盒的兩個(gè)較寬側(cè)壁(66a、68a)下。
細(xì)胞樣本的觀察包括從位于成像傳感器盒20上的光源26向器皿40內(nèi)投射光，以照亮細(xì)胞樣本42，并且?guī)椭?xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像54的捕捉。優(yōu)選實(shí)時(shí)地例如利用圖像識(shí)別和分析軟件來(lái)分析細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和圖像。例如，這樣的信息可以被用于控制培養(yǎng)器皿40內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)處理?xiàng)l件。在在此提供的優(yōu)選實(shí)施例中，相機(jī)24和光源26在盒內(nèi)一起移動(dòng)或能夠一起移動(dòng)。圖6描繪了如在此提供的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中，相機(jī)放大透鏡25被LED26包圍，LED 26優(yōu)選地被布置為L(zhǎng)ED 23的陣列。如圖6中所描繪的，LED陣列23包圍透鏡25，以便提供能夠充分地照亮器皿40中的細(xì)胞樣本42的光源。LED 26和LED陣列23優(yōu)選地是“可尋址的”，并且關(guān)于功率、亮度、照度、強(qiáng)度、顏色和調(diào)光是可調(diào)整的。如在此使用的術(shù)語(yǔ)“可尋址的”表示可以調(diào)整或?qū)ぶ酚蒐ED陣列23提供的光的模式。例如，可以對(duì)LED陣列23進(jìn)行調(diào)整使得僅陣列中的特定LED 26被接通，由此，僅照亮器皿40中的細(xì)胞樣本42的右側(cè)或右邊緣，同時(shí)將器皿40中的細(xì)胞樣本42的左側(cè)或邊緣保持在黑暗中以便提供陰影效果，使得增強(qiáng)器皿40中的細(xì)胞樣本42的邊緣細(xì)節(jié)或表面特征，如果沒有該期望的陰影效果則該邊緣細(xì)節(jié)或表面特征可能不是可視的。 優(yōu)選地，成像傳感器盒20是被設(shè)計(jì)為安裝在標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞培養(yǎng)培育箱30內(nèi)的完全自動(dòng)化的成像系統(tǒng)。該布置允許在不將培養(yǎng)器皿或支撐物從受控環(huán)境移除的情況下對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)和細(xì)胞的持續(xù)不斷的成像，并且允許盒20采集連續(xù)的時(shí)間推移的圖像。另外，軟件接口的使用允許遠(yuǎn)程觀看靜止數(shù)字圖像和/或運(yùn)動(dòng)數(shù)字圖像和圖像度量。優(yōu)選地，對(duì)遠(yuǎn)程可訪問的傳感器盒20進(jìn)行設(shè)計(jì)使得用戶對(duì)盒20進(jìn)行編程以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)可訪問的圖形用戶界面來(lái)獲取在不同空間位置和時(shí)間點(diǎn)的靜止圖像和/或運(yùn)動(dòng)圖像，使得相機(jī)自動(dòng)地聚焦在每一個(gè)空間位置并且自動(dòng)地和連續(xù)不斷地獲取連續(xù)的圖像。一旦采集了靜止圖像和/或運(yùn)動(dòng)圖像，則定制的圖像處理和識(shí)別軟件計(jì)算并且用圖表表示各種基于應(yīng)用的圖像度量，該各種基于應(yīng)用的圖像度量包括例如細(xì)胞的尺寸、細(xì)胞的尺寸相比體積、細(xì)胞的平均直徑、表面區(qū)域顆粒、細(xì)胞的流率、細(xì)胞的流動(dòng)模式、細(xì)胞的群體分布、細(xì)胞生存能力、凝聚或凝集的存在、細(xì)胞的顏色變化以及處理液體的溫度和粘度等。該信息可以被用作控制工具，以實(shí)施改變來(lái)實(shí)時(shí)地處理操作參數(shù)。遠(yuǎn)程可訪問的傳感器盒20有益于自動(dòng)地或響應(yīng)于用戶的指導(dǎo)來(lái)將一些參數(shù)成像。該盒可以被用在細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像的自動(dòng)采集，并且提供了用于實(shí)時(shí)地?cái)?shù)字地捕捉和存檔細(xì)胞生長(zhǎng)和形態(tài)的方法。優(yōu)選地，在密封的保護(hù)罩內(nèi)存放用于記錄細(xì)胞的靜止圖像和/或運(yùn)動(dòng)圖像的相機(jī)。圖像捕捉傳感器盒20包括一個(gè)或多個(gè)透鏡或窗，通過該透鏡或窗，圖像被相機(jī)24記錄，并且圖像捕捉傳感器盒20承載用于向器皿內(nèi)投射光的裝置，使得由相機(jī)記錄的圖像被前照亮、后照亮或前后照亮。盒20向數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備計(jì)算機(jī)58或類似的處理器發(fā)送相機(jī)24所記錄的圖像的信息，該數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備計(jì)算機(jī)58或類似的處理器上加載了圖像識(shí)別軟件。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像例如被數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備58壓縮為聯(lián)合圖像專家組(JPEG)標(biāo)準(zhǔn)格式。也可以使用用于圖像的其他文件格式，例如TIFF (標(biāo)簽圖像文件格式)、BMP (Windows位像文件)、DIB (設(shè)備無(wú)關(guān)位圖)文件格式、GIF (圖形交換格式)、PNG (便攜式網(wǎng)絡(luò)圖形)圖像格式或本領(lǐng)域中已知的其他數(shù)字圖像文件和格式。細(xì)胞培養(yǎng)和細(xì)胞圖像捕捉傳感器盒20優(yōu)選地包括用于將細(xì)胞培養(yǎng)裝置中的細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞進(jìn)行成像的CCD或CMOS相機(jī)。CCD或CMOS相機(jī)機(jī)構(gòu)也可以連接到顯微鏡機(jī)構(gòu)，使得相機(jī)通過顯微鏡機(jī)構(gòu)來(lái)獲取細(xì)胞的圖像。CCD或CMOS相機(jī)機(jī)構(gòu)連接到計(jì)算機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及使得研究者能夠使用數(shù)據(jù)傳送吞吐量實(shí)時(shí)地riGbps)遠(yuǎn)程訪問和控制CXD或CMOS成像技術(shù)。遠(yuǎn)程控制CXD或CMOS成像技術(shù)可以連接到本地服務(wù)器，使得使用支持該軟件的任何網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的研究者能夠訪問它。任何授權(quán)的因特網(wǎng)用戶可以控制該C⑶或CMOS成像技術(shù)。如在圖I中所描繪的，遠(yuǎn)程用戶能夠控制該CCD或CMOS成像技術(shù)在X-Y軸中的移動(dòng)，以及光發(fā)射，控制在Z軸上的聚焦和放大，并且處理這些圖像。另外，可以實(shí)施基于顯微鏡的視頻直播流媒體系統(tǒng)(細(xì)胞觀察)來(lái)使能細(xì)胞圖像觀看、分析和指令。成像機(jī)構(gòu)向加載了圖像識(shí)別軟件的計(jì)算機(jī)或類似的處理器傳送所記錄的圖像的信息。也可以使用圖像識(shí)別和分析軟件實(shí)時(shí)地分析該圖像。例如，該軟件測(cè)量平均直徑、表 面細(xì)胞生存能力、彩色變化、溫度和粘度等。這樣的信息可以用于遠(yuǎn)程控制在一個(gè)或多個(gè)密封的器皿中的處理?xiàng)l件。從圖像捕捉設(shè)備向共享的存儲(chǔ)位置下載圖像。在本說(shuō)明書中，“圖像”指的是靜止圖像或運(yùn)動(dòng)圖像。另外，成像機(jī)構(gòu)承載用于投射光源的裝置，例如器皿內(nèi)的LED (發(fā)光二極管)照明器，使得由相機(jī)記錄的圖像被前照亮、后照亮或前后照亮。成像機(jī)構(gòu)向加載了圖像識(shí)別軟件的計(jì)算機(jī)或基于萬(wàn)維網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳送所記錄的圖像的信息。也使用圖像識(shí)別和分析軟件實(shí)時(shí)地分析圖像。例如，該軟件測(cè)量平均直徑、表面面積、流率、流動(dòng)模式、群體分布、細(xì)胞生存能力、凝聚或凝集、顏色變化、溫度和粘度等。這樣的信息可以用于遠(yuǎn)程控制一個(gè)或多個(gè)密封器皿中的處理?xiàng)l件。成像機(jī)構(gòu)能夠可視地確定和捕捉培養(yǎng)基和細(xì)胞培養(yǎng)的pH的一種方式是通過確定在存在pH指不器的情況下的培養(yǎng)基和細(xì)胞培養(yǎng)的顏色。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該培養(yǎng)基包含用作培養(yǎng)基的PH的指示器的酚紅的溶液(也稱為酚磺酞或PSP)。當(dāng)培養(yǎng)基的pH值降低(即，變得更酸)時(shí)，酚紅從紅色變?yōu)辄S色。酚紅在大約8. 2至大約6. 8的pH范圍上呈現(xiàn)從紅色到黃色的逐漸過渡。當(dāng)培養(yǎng)基的PH大于pH8. 2時(shí)，酚紅轉(zhuǎn)為亮粉色。圖5示意地描繪了定位在盒20的上支撐表面45上的兩個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)燒瓶40。盒的成像系統(tǒng)24首先掃描燒瓶40的表面,識(shí)別授權(quán)代碼信息72。用于每一個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)器皿40的授權(quán)代碼信息72將包括每一個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)器皿的諸如尺寸、形狀和體積等的規(guī)格參數(shù)，以及對(duì)于每一個(gè)器皿來(lái)說(shuō)唯一的特定跟蹤識(shí)別標(biāo)記。使用模式工具，成像系統(tǒng)24定義了 X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，該X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)定義將被分析的每一個(gè)燒瓶40內(nèi)的培養(yǎng)區(qū)域。圖7示意地描繪了被定位在盒20的上支撐表面45上的兩個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)燒瓶40。該圖也描繪了用于調(diào)平該盒的調(diào)平控制單元76，例如通過調(diào)整在盒下方設(shè)置的調(diào)平腳78的高度來(lái)調(diào)平。圖7也描繪了可以被并入盒內(nèi)的本地控制器的示例，諸如“主頁(yè)(Home)”、“通電(Power on)” 和“暫停(Park)” 按鈕或圖像(94、95、96)。如在此教導(dǎo)的用于從位于培育箱等內(nèi)的無(wú)人照管的細(xì)胞培養(yǎng)或支撐物遠(yuǎn)程檢索細(xì)胞圖像的細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)除了別的之外提供了改善的樣品處置、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程訪問現(xiàn)場(chǎng)觀察、樣本監(jiān)控的遠(yuǎn)程控制、對(duì)于樣本數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問和/或非侵入性的檢驗(yàn)。而且，在此教導(dǎo)的細(xì)胞圖像捕捉和監(jiān)控系統(tǒng)可以提供用于在較長(zhǎng)的時(shí)間段(數(shù)小時(shí)至數(shù)日)產(chǎn)生多個(gè)生物樣本的顯微圖像的便利手段，而不必將樣本從受控的環(huán)境(培育箱)移除，和/或者不需要人的介入。上面給出的公開可能涵蓋具有獨(dú)立功用的多個(gè)不同的發(fā)明。雖然已經(jīng)以其優(yōu)選形式公開了這些發(fā)明的每一個(gè)，但是在此公開和舉例說(shuō)明的相應(yīng)特定實(shí)施例不被認(rèn)為是限定的，因?yàn)槎喾N變化是可能的。本發(fā)明的主題包括本文公開的各種元素、特征、功能和/或?qū)傩缘乃行路f和非顯而易見的組合和子組合。所附的權(quán)利要求特別指出被認(rèn)為是新穎和非顯而易見的某些組合和子組合。在要求來(lái)自該申請(qǐng)或相關(guān)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的申請(qǐng)中可以要求 保護(hù)以特征、功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合和子組合來(lái)實(shí)施的發(fā)明。這樣的權(quán)利要求不論涉及不同的發(fā)明或相同的發(fā)明，并且不論在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、與其相同或不同，同樣被看作被包括在本公開的發(fā)明的主題內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括 a)成像傳感器盒，其被配置為捕捉和發(fā)送細(xì)胞數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像； b)管理控制單元，其被配置為接收所發(fā)送的細(xì)胞數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像；以及 c)顯示控制單元，其用于觀看所述細(xì)胞數(shù)據(jù)和所述細(xì)胞圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述細(xì)胞位于支撐物上或培養(yǎng)器皿內(nèi)的溶液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述盒和所述培養(yǎng)器皿處于培育單元中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述盒還被配置為無(wú)線地發(fā)送所述細(xì)胞數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像，并且所述管理控制單元還被配置為無(wú)線地接收所發(fā)送的數(shù)據(jù)和圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述管理控制單元還被配置為存儲(chǔ)和分析所發(fā)送的細(xì)胞數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述盒包括用于捕捉所述細(xì)胞圖像的相機(jī)，并且所述盒被配置為移動(dòng)所述相機(jī)，使得所述相機(jī)從所述支撐物上或所述培養(yǎng)器皿中的兩個(gè)或更多個(gè)不同的區(qū)域捕捉細(xì)胞圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，包括兩個(gè)或更多個(gè)的盒，每一個(gè)盒具有相機(jī)，所述相機(jī)被配置為從所述支撐物上或所述培養(yǎng)器皿中的不同的區(qū)域捕捉彩色靜止圖像、彩色運(yùn)動(dòng)圖像及其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述盒還包括傳感器，所述傳感器來(lái)自于由下列傳感器構(gòu)成的組PH傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、葡萄糖傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、谷氨酰胺傳感器、乳酸傳感器、氨傳感器、氮?dú)鈧鞲衅?、光譜傳感器及其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述盒還包括光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述光源是LED陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述光源是LED的陣列，其中，選擇性地控制所述陣列中的每一個(gè)LED的顏色、照度、亮度、強(qiáng)度和調(diào)光。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述盒被配置為從所述支撐物上或所述培養(yǎng)器皿中的不同區(qū)域，以大約IOx至大約250x的放大率捕捉彩色圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述盒被配置為從所述支撐物上或所述培養(yǎng)器皿中的不同區(qū)域，以大約40x至大約IOOx的放大率捕捉彩色圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述相機(jī)是從由CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)、CCD攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)及其組合構(gòu)成的組中選擇的，并且，所述相機(jī)被適配為具有來(lái)自以下組的聚焦能力，所述組包括自動(dòng)聚焦能力、用戶控制的電子聚焦、用戶控制的手動(dòng)能力及其組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述盒還包括耦合機(jī)構(gòu)，所述耦合機(jī)構(gòu)用于將所述盒附著到從培育箱、培養(yǎng)器皿、支撐物表面、附加的盒、附加的控制單元及其組合中選擇的設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述培育箱還包括用于容納所述盒的耦合機(jī)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元是數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備，所述數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備具有無(wú)線能力、硬接線能力及其組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述管理控制單元被配置為使得基于從所獲取的圖像確定的細(xì)胞培養(yǎng)狀態(tài)來(lái)執(zhí)行細(xì)胞培養(yǎng)處理操作。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述細(xì)胞培養(yǎng)處理操作包括下列中的一個(gè)或多個(gè) i)控制所述培養(yǎng)設(shè)備中的培養(yǎng)基和營(yíng)養(yǎng)物的水平， ii)從所述培養(yǎng)設(shè)備采樣、提升和復(fù)蘇所述細(xì)胞， iii)將細(xì)胞劃分和植板到附加的培養(yǎng)設(shè)備內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述細(xì)胞培養(yǎng)處理操作包括控制從下列中選擇的細(xì)胞培養(yǎng)處理?xiàng)l件的水平PH、乳酸、葡萄糖、氧氣、氮?dú)?、谷氨酰胺、二氧化碳、氨、溫度、壓力、濕度及其組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述管理控制單元被配置為根據(jù)由所述相機(jī)獲取的所述圖像實(shí)時(shí)地確定所述細(xì)胞的所述培養(yǎng)狀態(tài)。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述管理控制單元被配置為根據(jù)由傳感器獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地確定所述細(xì)胞的所述培養(yǎng)狀態(tài)，所述傳感器來(lái)自于由下述傳感器構(gòu)成的組pH傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、葡萄糖傳感器、氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、谷氨酰胺傳感器、乳酸傳感器、氨傳感器、氮?dú)鈧鞲衅?、光譜傳感器及其組合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種細(xì)胞培養(yǎng)數(shù)據(jù)和細(xì)胞圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括成像傳感器盒，該成像傳感器盒具有一個(gè)或多個(gè)相機(jī)以捕捉位于培育箱內(nèi)的支撐物上和/或培養(yǎng)器皿中的液體中的細(xì)胞培養(yǎng)和細(xì)胞的多個(gè)彩色靜止圖像和/或運(yùn)動(dòng)圖像?？梢砸圆煌姆糯舐什⑶页掷m(xù)不斷地從支撐物上或器皿中的不同分離位置來(lái)捕捉圖像。所捕捉的數(shù)據(jù)和圖像被無(wú)線地發(fā)送到管理控制單元和/或諸如PDA之類的另一個(gè)無(wú)線連接和遠(yuǎn)程定位的數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備，以便研究者復(fù)核和分析以確定細(xì)胞的健康和生存能力以及細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)。本文教導(dǎo)的圖像捕捉和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)減少了研究者在生物樣本的物理存在位置以便可視地查明和分析樣本的健康和生存能力以及細(xì)胞培養(yǎng)的狀態(tài)的需要。
文檔編號(hào)C12M3/00GK102762713SQ201180010191
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日
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