用于细胞和组织生长的细胞培养室装置

技术领域

本发明总体涉及用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室装置，并且该装置包括外壳以及第一端和第二端，该外壳配置成包含细胞培养基，其中第一端和第二端至少部分地限定外壳。此外，本发明涉及用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室系统，包括这种细胞培养室装置。细胞培养室装置也可以称为生物反应器。

背景技术

当使用通常具有基本平坦的细胞支持表面等的更传统的细胞培养室装置来培养细胞和组织时，原代细胞和活检组织往往会去分化并失去其正常的结构组织和体内功能。这方面的一个示例是细胞从组织块迁移到平坦的支持表面上(即所谓的“融化冰淇淋效应”)。去分化细胞通常表达与完整生物体中相应细胞正常表达的生化特性不同的生化特性。此外，与完整生物体中的相应细胞相比，某些细胞通常已经丧失了它们的专门功能。

对此进行改进的是，用于细胞培养物生长的某些细胞培养室装置或生物反应器，无论是单个或多个细胞类型，还是组织，通常或甚至优选使用在全方向正常重力条件下的操作，即回转器诱导的条件，因为这能够保持培养物中许多类型细胞的分化状态。此外，它促进许多不同细胞系中体内样结构和功能的恢复(或再分化)。这是重要的，因为细胞系用于目前进行的大部分细胞培养工作。

这种全方向正常重力条件可以通过包含细胞培养物的隔室的连续旋转来诱导，从而防止细胞粘附到隔室壁上(严格地说，旋转无限小地增加了重力(向心加速度))。合适的旋转促进了细胞在流体环境中的相互粘附，同时作用于培养物的剪切力最小。如果需要，通过改变生物反应器的转速，可以为特定的细胞/组织类型引入剪切力。因此，细胞聚集成通常称为球状体或类器官的集落(在本公开中统称为球状体)。由于组织块会受到类似的影响，它们也包括在类属术语球状体下。

随着球状体的生长，它们变得更大，因此对于某些用途，需要调节生物反应器的旋转速率，以保持最佳条件，其中球状体相对于生物反应器保持在基本“静止轨道”上，因为这促进了球状体均匀性的提高。对于其他用途，球状体不应或不需要保持在静止轨道上，而是允许不同的行为，例如允许翻滚或位于细胞培养室的底部上或底部附近，或者通过向心加速度保持在细胞培养室的壁上等。然而，在任何情况下，能够在若干场合清楚地检查生物反应器中的球体是非常有益的，例如以查看是否应该进行速度调整，以及潜在地调整到什么程度。球状体均一性的提高导致更标准化的代谢性能，这使得例如在进行昂贵的临床试验或类似试验之前，能够对细胞培养物的候选药物预后进行更可靠的体外预测毒理学评价，即在进行动物或临床试验之前，它导致更可靠的“过滤”。

至少对于某些用途，在培养箱中使用多个细胞培养室装置或生物反应器，例如具有不同类型和/或大小/状态的细胞，其中它们通常都位于相同的可关闭的开放空间或腔中。即使设置有内部照明，在培养箱中使用也会降低每个细胞培养室装置或生物反应器的内容物的单独可见性，经常促使用户随着时间的推移重复地打开和关闭培养箱，并且例如取出细胞培养室装置或生物反应器以进行更近的人工检查。重复地，打开和关闭培养箱可能至少增加污染的风险，并且暂时破坏培养箱的受控环境。专利申请WO2012/079577公开了一种生物反应器，该生物反应器设置有便于进入培养腔的盖子。具体来说，培养腔的端壁由盖子构成，从而移除盖子使得培养腔完全可进入。所公开的生物反应器在纵向轴线上通常是圆柱形的，并且适于绕纵向轴线旋转。盖子、培养腔、平衡腔和储存腔沿着纵向轴线彼此“堆叠”在一起。平衡室和储存室还包括沿着纵向轴线居中定位的加湿器。透明部分位于生物反应器的前面(沿纵向方向)，以便培养细胞等可以从生物反应器外部手动或自动(例如通过相机)视觉监测和评估。然而，即使能够在某种程度上监控培养腔的内容物，所公开的生物反应器也不能提供培养腔的内容物的最佳或增强的观察或记录条件，特别是由于其在纵向方向上的堆叠设计阻碍了至少一些，例如足够的光到达培养腔。此外，照明通常不均匀，降低了观察或记录条件。

因此，提供至少在一定程度上解决一个或多个上述缺点的细胞培养室装置和/或生物反应器将是有利的。特别地，提供一种细胞培养室装置和/或生物反应器，以手动和自动方式增强对细胞培养室、腔等的内容物的观察，将是有利的。

发明内容

目的是提供一种细胞培养室装置和/或生物反应器，至少在一定程度上解决一个或多个上述缺点。另一个目的是提供一种细胞培养室装置和/或生物反应器，其提供对细胞培养室内容物的增强的人工和自动观察。

根据第一方面，这至少在一定程度上是通过用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室装置来实现的，其中细胞培养室装置包括配置为包含通常为水性的细胞培养基的外壳。细胞培养室装置还包括第一端、第二端和连接第一端和第二端的至少一个连接(例如周向)壁。第一端、第二端和至少一个连接壁至少部分地限定外壳。该外壳例如也可以称为细胞培养外壳、室或腔，或者称为培养腔或室。第一端例如也可以称为外壳的第一端段或第一部分，第二端例如也可以称为外壳的第二端段或第二部分。第一端例如也可被称为观察端或观察部分，或者被称为主观察端或观察部分。第一端或其部分或其窗口是基本透明的。第二端和/或至少一个连接壁或其相应部分或其窗口中的至少一个是基本透明的或基本半透明的。第一端或其部分或其窗口配置成与第二端或其部分或其窗口和/或与至少一个连接壁的至少一个或其部分或其窗口中光学或以其他方式(例如或即相对于其他电磁辐射或机械波如声音或声波)对准(至少在一段时间内或周期性地)，使得通过或由第二端或其部分或其窗口和/或通过或由至少一个连接壁中的至少一个或其部分或其窗口传输到外壳中的光或另一照明或可视化信号通过细胞培养基中的至少一部分传输或传播并通过第一端或其部分或其窗口出来至外壳的外部，且例如至细胞培养室装置的外部。注意到(对于相关实施例)，第一端(或其部分或其窗口)不需要通过彼此交叉或直接交叉而与第二端(或其部分或其窗口)光学对准或以其他方式对准，即使这提供了一种提供这种对准的非常便利的方式。例如，合适的基于光学的或其他基于电磁辐射的、基于声音/声波的等系统或者一个或多个合适的设备或部件(例如反射器、镜子、声音或光导等)可用于至少在一段时间内对准相应端(或部分/窗口)。在最广泛的意义上，重要的是光或另一照明或可视化信号穿过外壳中的细胞培养基的一部分或大部分，然后以尽可能无障碍的方式或必要的方式(除了受细胞培养基的内容物影响之外)发射到外壳外部，从而允许外壳的部分或全部内容物的记录和/或表征。在一些实施例中，第一端(或至少其部分或其窗口)基本是平面的，因为这提供了不失真的光学图像或投影。然而，端(或部分或其窗口)至少在某种程度上可以是弯曲的。第二端和/或连接壁(或其相应部分或其窗口)可以是弯曲的，但在一些实施例中，第二端和/或连接壁(或其相应部分或其窗口)是基本平面的。

以这种方式，提供了一种细胞培养室装置，其具有不受阻碍的(除了受到细胞培养基的内容物的影响之外)光或其他照明或可视化信号传播路径，该路径传播通过包含在外壳中的任何细胞培养基的至少一部分。它还能够从“后面”提供背光或发射另一照明或可视化信号，即通过第二端和/或连接壁(例如朝向第二端)照射的光或发射的另一照明或可视化信号，极大地增强了从另一侧/相对侧(即经由第一端)的视觉检查(手动或自动)。这对于例如检查布置在培养箱等中的多个细胞培养室装置特别有用。如果第二端是透明的，则还能够从外壳的两端即两侧进行视觉或其他检查(例如不同于光的声音或电磁辐射)、手动检查(在光的情况下)和/或自动检查(在光或其他电磁辐射或使用合适传感器的声音或声波的情况下)。在一些实施例中，细胞培养室装置的所有部分都是透明的。

至少在一些实施例中，光是自然光或人造光或其组合，通常或优选地是具有约400至约700纳米或至少其子范围的波长的可见光。可替代地，光可以是例如分别具有约700纳米到约1毫米或者约900纳米到约2500纳米的波长的红外光或者近红外光。作为另一替代，照明或可视化信号是波长不同于可见光或光的电磁辐射，例如红外线或x射线信号。作为进一步替代，照明或可视化信号是声音或声波信号，例如超声波。(基本)透明和(基本)半透明是指端或壁(或其相应部分或其窗口)相对于打算用于细胞培养外壳/细胞培养室装置的光或其他照明或可视化信号的类型是足够(基本)透明和/或足够(基本)半透明的。

在一些实施例中，细胞培养室装置(和外壳)配置(或至少适合)用于围绕(至少一个)预定旋转轴线旋转，例如众所周知的。在一些进一步实施例中，细胞培养室装置(和外壳)配置用于回转器旋转或用于至少在一定程度上抵消或补充重力对细胞培养室装置中的内容物或更具体地说是外壳中的内容物的影响的旋转。细胞培养室装置可以例如包括一个或多个附接或连接元件，用于优选但非必须地与合适的驱动单元可释放地附接或连接。至少一些这样的驱动单元是公知的。

在一些实施例中，细胞培养室装置配置(或至少适合)用于培养箱或作为培养箱的一部分。

在一些实施例中，第一端或其部分或其窗口和第二端或其部分或其窗口在预定方向上彼此相对，例如沿着外壳和/或细胞培养室装置的中心和/或纵向轴线，其中该轴线在第一端或其部分或其窗口和第二端或其部分或其窗口之间延伸。在一些进一步实施例中(其中细胞培养室装置如别处所述配置用于旋转)，中心轴线也可以是细胞培养室装置围绕其旋转或至少是可旋转的轴线。

在至少一些实施例中，外壳相对于旋转轴线/中心轴线对称地位于细胞培养室装置中。

在一些实施例中，外壳和/或细胞培养室装置的一个或多个预定部分、例如所有部分的材料或材料组对UVC光(即波长范围为约100至约280纳米的光)是不透明的，其中一个或多个预定部分配置成使得没有或基本没有UVC光能够到达外壳内部。以这种方式，可以将整个细胞培养室装置暴露于UVC光(利用UVC光的众所周知的消毒和杀菌特性)，而不会对细胞培养室装置外壳内的内容物产生有害影响。在一些进一步实施例中，UVC不透明材料或材料组是或包括众所周知的UVC不透明塑料。参见例如https://www.gsoptics.com/transmission-curves/和UVC吸收塑料的示例，特别是UVC不透明塑料，例如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA-通常称为丙烯酸树脂或有机玻璃)、聚酯(例如OKP4)或聚醚酰亚胺(例如Ultem)或UVC吸收添加剂https://polymer-additives.specialchem.com/product-categories/additives-light-stabilizers-uv-absorbers(参见https://polymer-additives.specialchem.com/product-categories/additives-light-stabilizers-uv-absorbers)，包括但不限于

注意，即使根据第一方面提供不透UVC的材料特别好地起作用，它也可以独立使用。

在一些实施例中，细胞培养室装置还包括周向气体交换器:

-其围绕或沿着外壳的至少一部分或围绕细胞培养室装置的中心或纵向轴线(如本文公开，通常细胞培养室装置的中心和/或纵向轴线与外壳的中心或纵向轴线重合或至少基本平行)周向布置，并且例如或优选围绕预定旋转轴线(如果细胞培养室装置配置为旋转)，并且

-包括腔，该腔包括(或限定)将外壳的气体交换界面与环境空气或细胞培养室装置的气体连接的容积。

气体交换器是周向的(以及在此指定为周向的其他相关元件，例如周向加湿器)是指气体交换器布置成径向围绕外壳的至少一部分。对于具有基本垂直于中心和/或纵向轴线的圆形横截面和周向/径向环绕的气体交换器的外壳，两者的横截面(基本垂直于中心和/或纵向轴线)将产生内圆(外壳的环绕部分)和外环绕环(气体交换器)。例如，参见图3，这是根据所示实施例的示例。以这种方式，气体交换器布置成纵向偏离中心(但是通常仍围绕中心和/或旋转轴线)并且远离中心和/或纵向轴线(通常在第一端和第二端之间延伸并且基本平行于旋转轴线)，即气体交换器不是在纵向方向上“堆叠”在外壳或任何其他部件旁边，而是径向围绕外壳的外部或绕其定位。由于气体交换器不再阻挡来自位于第二端或附近的一个或多个光或照明或可视化信号源的光或照明或可视化信号，这使得能够通过另一种类型的照明或可视化信号进行更有效的背光照明或其他照明或可视化。此外，气体交换器将至少在较小程度上阻挡来自位于至少一个连接壁处或附近(例如朝向第二端)的一个或多个光或照明或可视化信号源的光或照明或可视化信号。

此外，通过具有周向气体交换器，细胞培养室装置的纵向长度也大大减小，从而减小了纵向“覆盖区”/形状因子，这对于设计考虑是有益的，并且缩短了其他照明或可视化信号的光路或路径。

注意，即使根据第一方面提供这种周向气体交换器特别好起作用(因为它至少在较小程度上阻碍光或另一种照明或可视化信号)，它也可以独立使用。

在一些实施例中，气体交换界面是或包括周向气体渗透膜，例如半透膜，可以是多孔的或非多孔的，配置为与外壳的内部和/或内容物交换气体，例如氧气和二氧化碳，其中周向气体渗透膜沿着外壳的周向部分周向布置。

在一些实施例中，周向气体渗透膜构成外壳的至少一个连接壁中的至少一个的至少一部分，例如或优选全部。因此，第一和第二端与气体渗透膜一起至少部分地限定外壳。注意，周向气体渗透膜不需要占据整个周向。

在一些实施例中，气体交换界面或周向气体渗透膜由至少一个支撑结构支撑，例如网格状支撑结构，该支撑结构包括多个开口，其配置成将气体交换界面或周向气体渗透膜与周向气体交换器的腔的容积的空气或气体连接。

在一些实施例中，周向气体交换器通过至少一个气体或空气入口和/或出口与环境空气或细胞培养室装置的气体连接。

在一些实施例中，至少一个气体或空气入口和/或出口中的至少一个是双通气口或端口，其配置成例如或优选同时响应于细胞培养室装置的旋转而将环境空气或气体吸入到周向气体交换器的腔中并将空气或气体排出周向气体交换器的腔，从而产生空气流。双通气口或端口可以例如配置成根据柯恩达效应或原理操作。在至少一些这样的实施例中，构成双通气口或端口的镜像但对称的通气口或端口能够在细胞培养室装置的顺时针和逆时针旋转中吸入和排出空气或气体(只是产生相反的空气流)，导致在任一方向旋转时气体交换速率相等(以相同的速度)。在一些进一步实施例中，空气运动或流动的程度可以通过调节双通气口中的通气口的相应尺寸来调节，例如利用滑块(例如在最大空气流量的0到约100％之间调节)或不同尺寸的塞子(例如用于最大空气流量的1/3、2/3、3/3的塞子)，或以另一种合适的方式调节。

在一些实施例中，细胞培养室装置还包括周向加湿器:

-其围绕外壳的至少一部分或围绕细胞培养室装置的中心和/或纵向轴线周向布置，例如或优选围绕预定旋转轴线(如果细胞培养室装置配置为旋转)周向布置，并且

-其包括或连接到一个或多个液体或增湿贮存器或元件，所述一个或多个液体或增湿贮存器或元件配置成加湿或增湿周向气体交换器的腔或空气流的至少一部分中的空气或气体。

注意，即使根据第一方面提供这种周向加湿器特别好地起作用，它也可以独立使用。

在一些实施例中，一个或多个液体或增湿贮存器或元件配置成加湿或增湿靠近或邻近气体交换界面或周向气体渗透膜的至少一部分的空气或气体，该部分在外壳的外部。

在一些实施例中，一个或多个液体或增湿贮存器或元件中的至少一个包括液体，该液体是无菌水溶液(或至少最初无菌的水溶液)或包含配置成保持无菌的一种或多种添加剂和/或延长保存期和/或预定功能或用途的其他化合物例如有色染料的水溶液，以帮助可视化外壳内容物的剩余水含量。值得注意的是，无菌水溶液在使用过程中通常并最终会变成非无菌的。

在一些实施例中，一个或多个液体或增湿贮存器或元件中的至少一个包括水或含溶质材料，例如凝胶、海绵或颗粒材料(例如水珠或水性珠、雪泥粉末或水凝胶粉末(也称为“雪”)等。水珠或水性珠有时也被称为水结晶凝胶、水合水凝胶或凝胶珠，并且是吸收和包含相对大量水的任何凝胶。它们通常是球形的，并且可以例如由吸水性超吸收聚合物(SAP，也称为干燥形式的雪泥粉末)构成，比如聚丙烯酰胺，例如聚丙烯酸钠。

注意，尽管根据第一方面，提供这种(固体)增湿元件特别好地起作用，它也可以独立使用。

在一些实施例中，一个或多个液体或增湿贮存器或元件和/或细胞培养室装置的一个或多个预定部分的材料或材料组配置成允许UVC光透射以净化一个或多个液体或增湿贮存器或元件的内容物。

在一些实施例中，细胞培养室装置包含第一或中心壳体(在一些实施例中也可称为面板等)和盖，其中第一或中心壳体包含第二端，盖包含第一端，并且其中第一或中心壳体配置为例如可释放地接收盖，其中当盖由第一或中心壳体接收时，在第一或中心壳体和盖之间限定腔，并且其中(第一或中心壳体和盖之间)的(所得)腔限定外壳的至少一部分。这样，以特别有利的方式(至少部分地)提供了外壳。

在一些实施例中，第一或中心壳体和盖之间的腔包括构成外壳的至少一个连接壁的至少一部分的周向气体渗透膜，从而连接盖的第一端和第一或中心壳体的第二端。

在一些实施例中，细胞培养室装置还包括主壳体，其配置为接收第一或中心壳体和盖。在一些进一步实施例中，主壳体包括开口，当第一或中心壳体由主壳体接收或接收在主壳体中时，该开口与第一或中心壳体的第二端对准，其中开口的尺寸与第二端的尺寸基本相同。因此，主壳体(给定开口)不会阻挡到第二端的视线。在一些进一步实施例中，主壳体和第一或中心壳体包括紧密配合在一起的元件，从而不需要密封材料，例如胶粘、焊接、可压缩部件(例如o形环)等。

在一些实施例中，当被主壳体接收时，主壳体和第一或中心壳体限定周向气体交换器的腔(如果存在的话)，并且第一或中心壳体包括布置成基本垂直于预定旋转轴线的双通气口或端口，例如在主壳体的前侧或前向侧。

在一些实施例中，第一或中心壳体包括至少一个(例如网格状)支撑结构，该支撑结构包括多个开口。

在一些实施例中，第二端或其部分或其窗口是基本透明的(而不是基本半透明的)，并且细胞培养室装置还包括或连接到光扩散器(也称为光学扩散器)，其配置为接收光并向第二端或其部分或其窗口提供基本均匀光，从而当细胞培养基包含在外壳中时提供细胞培养基的基本均匀照明。光扩散器位于光源(天然的和/或人造的)之间的光传播路径中，并且在外壳/第二端或其部分或其窗口之前。以这种方式对细胞培养基进行基本均匀照明很容易实现(进一步)增强的视觉(手动或自动)监测，从而对外壳的内容物进行视觉评估。

对于替代实施例，其中第二端或其部分或其窗口是基本半透明的(而不是基本透明的)，半透明端或部分或窗口将有效地用作光漫射器，从而节省对这种附加部件的需要。对于另外的替代实施例，其中第二端或其部分或其窗口是基本半透明的(而不是基本透明的)，光漫射器仍存在，从而有效地提供双漫射器(一个通过其半透明端或部分或窗口，一个通过光漫射器)，该双漫射器可以产生甚至更均匀的光分布(以一些但通常不是大量的光能为代价)。

在又一替代实施例中，扩散器不是光漫射器，而是相对于其他类型的照明或可视化信号的扩散器，例如声学扩散器或用于除光之外的电磁辐射的扩散器。

在一些替代实施例中，除了背光照明或从“后面”发射另一照明或可视化信号之外或作为其替代，细胞培养室装置配置用于正面照明(或其他类型的照明或可视化信号的其他正面应用)。在一些这种进一步替代实施例中，扩散器(如果存在的话)可以由合适的反射器(例如抛物面反射器)代替。

在一些替代实施例中，除了背光或前光或者从“后面”或“侧面”发射另一照明或可视化信号之外，或者作为其替代，细胞培养室装置配置用于侧面照明(或者其他类型的照明或可视化信号的其他侧面应用)。

在一些实施例中，第一端和/或第二端的相应横截面(每个都基本垂直于在第一端和第二端之间延伸的中心轴线)基本为圆形。

细胞培养室装置的总体形状优选地使得它足够适于绕至少一个轴线旋转。即，它应该优选避免尖角(垂直于旋转轴线的横截面)，因为这可能在旋转期间在生长细胞或组织上引入不希望的/不规则的/太大的剪切力、不希望的生长环境变化等，这可能对例如球状体的最佳和/或均匀形成有害。

在一些进一步实施例中，细胞培养室装置的总体形状是(基本)圆柱形的，第一和第二端分别形成圆柱体的圆形基部。

这提供了简单合适的形状，容易实现细胞培养室装置的简单/更简单的制造。此外，这种大致圆柱形形状也非常适合于绕轴线旋转，例如绕其在第一端(或其部分或其窗口)和第二端(或其部分或其窗口)之间延伸的(纵向)中心轴线旋转。

在替代实施例中，细胞培养室装置的总体形状是(基本)球形的。

可替代地，第一端和/或第二端的横截面不是圆形的，而是横截面(或其中之一)可以是例如第n级多边形，其中n等于或大于3，优选等于或大于至少6(即六边形)，例如等于或大于8(即八边形)或更多。优选地，n是偶数，因为这促进了细胞培养室装置关于在端部之间延伸的中心或旋转轴线(可以重合)的对称性。随着n的增加，圆形截面越来越大程度地接近。

第一端和/或第二端的横截面也可以是椭圆形的。

细胞培养室装置可以具有第一范围(例如长度)和至少第二范围(例如高度、深度或直径)(参见例如图1中的“L”和“O”)。在一些实施例中，第一范围/长度(L)小于第二范围/高度、深度或直径(D)，即周向范围大于纵向范围(对于大致圆柱形和类似形状)。在一些实施例中，第一范围/L和第二范围/D之间的比率为约1:1至约1:10。在一些进一步实施例中，该比率为约1:2至约1:5，在其他进一步实施例中，该比率为约1:3至约1:4。这些实施例分别提供了非常(纵向)紧凑的细胞培养室。气体交换器和/或加湿器的周向设计极大地实现了更高的比率，从而实现了更小的(纵向)形状因子。

第一端和第二端的横截面(和/或形状)可以彼此不同。

原则上，细胞培养室装置可以具有任何合适的规则或不规则形状(同时支持如本文所述的旋转)，但如果形状相对简单，则对于制造目的是优选的。

在一些实施例中，外壳和/或细胞培养室装置还包括一个或多个基准和/或识别标记，比如识别标记、条形码、参考点等。至少一些基准和/或识别标记优选是机器可读的。这可以例如有利地与使用成像或视觉系统或设备的监控结合使用。基准标记能够确定细胞培养室装置(例如特别是外壳)的定向，例如与成像或视觉系统或设备一起使用。优选地，识别标记对于包含它的特定细胞培养室装置是唯一的。

在一些实施例中，细胞培养室装置还包括一个或多个对准元件(例如定位杆和狭缝或狭槽等)，用于对准细胞培养室的不同部分(例如对于相关实施例，将盖与第一或中心壳体或主壳体对准)。

在一些进一步实施例中，对准元件还可以另外用作基准标记。

在一些实施例中，第二端和/或至少一个连接壁中的至少一个包括一个或多个集成光源。

在一些实施例中，第二端和/或至少一个连接壁中的至少一个是或包括荧光发射元件。

在一些实施例中，细胞培养室装置包括连接到外壳内部的可关闭和/或可密封的第一端口和连接到外壳内部的可关闭和/或可密封的第二端口。在一些进一步实施例中，第一端口和第二端口布置在细胞培养室装置的侧面上或布置至分离的侧面。

根据另一方面，提供了一种用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室系统，其中该细胞培养室系统包括根据第一方面和/或如本文所公开的细胞培养室装置。

在一些实施例中，细胞培养室系统包括(或者可替代地在功能上连接到)成像、视觉或其他记录(registration)或检测系统或装置以及至少一个光源或另一照明或可视化信号源，其配置为将通过第二端或其部分或其窗口接收的光或其他照明或可视化信号发射到外壳中，其中成像、视觉或其他记录或检测系统或装置配置成捕获通过第一端或其部分或其窗口传输到外壳外部的至少一部分光或其它照明或可视化信号。

成像或视觉系统或装置可以例如包括或者是一个或多个相机，其配置成获得例如众所周知的外壳内容的静止图像和/或视频。其他记录或检测系统或装置可以例如配置用于记录声音或声波(例如超声波)或记录不同于光的电磁辐射(例如红外线或x射线)。这种具有成像或视觉系统或装置的细胞培养室系统或生物反应器与根据第一方面的细胞培养室一起工作特别好，因为它能够从第一侧增强对外壳内容物的检查。此外，它能够增强对第一和第二侧(或至少一个附加部分，例如连接壁)的检查，和/或容易地实现有效的正面、侧面和/或背面照明或可视化。

根据第二方面，提供了一种用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室装置，该细胞培养室装置包括:

-配置为包含细胞培养基的外壳，

-周向气体交换器，其围绕或沿着外壳的至少一部分(例如周边)或围绕细胞培养室装置的中心和/或纵向轴线周向布置，例如或优选围绕细胞培养室装置的预定旋转轴线(如果细胞培养室装置配置为旋转)周向布置，其中周向气体交换器包括腔，该腔包括将外壳的气体交换界面与环境空气或细胞培养室装置的气体连接的容积。

以这种方式，提供了一种细胞培养室装置，其中气体交换器偏离中心(但通常仍围绕中心轴线)并远离大致纵向轴线(通常在外壳的第一端和第二端之间延伸)，即气体交换器不是沿纵向方向“堆叠”在外壳或任何其他部件旁边，而是周向定位。细胞培养室装置可以例如配置为围绕预定旋转轴线旋转。

第二方面的周向气体交换器的方面和实施例至少在一些实施例中与本文结合第一方面描述的周向气体交换器及其实施例相同或对应(由于相同的原因具有相同或对应的优点)。

在一些实施例中，气体交换界面是周向气体渗透膜，例如半透膜(多孔或非多孔)，其配置为与外壳的内部和/或内容物交换气体，例如氧气和二氧化碳，其中周向气体渗透膜沿着外壳的周向部分周向布置。

在一些进一步实施例中，周向气体渗透膜是连接第一端(例如，如结合第一方面所公开，但不必是透明的)和第二端(例如，如结合第一方面所公开，但不必是透明或半透明的)的连接壁，其中第一端、第二端和连接壁(例如，如结合第一方面所公开，但不必是透明或半透明的)至少部分地限定外壳。第一端、第二端和外壳可以例如如结合第一方面公开的那样提供。

在一些实施例中，气体交换界面或周向气体渗透膜由至少一个支撑结构支撑，例如网格状支撑结构，该支撑结构包括多个开口，其配置成将气体交换界面或周向气体渗透膜与周向气体交换器的腔的容积的空气或气体连接。

在一些实施例中，周向气体交换器通过至少一个气体或空气入口和/或出口与环境空气或细胞培养室装置的气体连接。

在一些实施例中，细胞培养室装置配置为围绕预定旋转轴线旋转，并且其中至少一个气体或空气入口和/或出口中的至少一个是双通气口或端口，其配置为例如或优选同时响应于细胞培养室装置围绕预定旋转轴线旋转而将环境空气或气体吸入到周向气体交换器的腔中并将空气或气体排出周向气体交换器的腔，从而产生空气流。

双通气口或端口可以例如配置成根据柯恩达效应或原理操作。在一些进一步实施例中，空气运动或流动的程度可以通过调节双通气口中的通气口的相应尺寸来调节，例如利用滑块(例如在最大空气流量的0到约100％之间调节)或不同尺寸的塞子(例如用于最大空气流量的1/3、2/3、3/3的塞子)，或以另一合适方式调节。

在一些进一步实施例中，细胞培养室装置还包括根据第一方面和/或如本文所公开的周向加湿器。

根据第三方面，提供了一种用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室装置，该细胞培养室装置包括:

-配置为包含细胞培养基的外壳，

-气体交换器(不必是周向的，但可以是周向的)，以及

-周向加湿器，其中该周向加湿器:

o围绕外壳的至少一部分或围绕细胞培养室装置的中心和/或纵向轴线周向布置，例如或优选围绕细胞培养室装置的预定旋转轴线(如果细胞培养室装置配置用于旋转)周向布置，并且

o包括或连接到一个或多个液体或增湿贮存器或元件，所述一个或多个液体或增湿贮存器或元件配置成加湿或增湿气体交换器的腔的至少一部分中的空气或气体。

第三方面的周向加湿器的方面和实施例至少在一些实施例中与本文结合第一方面描述的周向加湿器及其实施例相同或对应(出于相同原因具有相同或对应的优点)。

在一些实施例中，一个或多个液体或增湿贮存器或元件配置成加湿或增湿靠近或邻近气体交换界面或气体渗透膜的至少一部分的空气或气体，该部分在外壳的外部。

在一些实施例中，一个或多个液体或增湿贮存器或元件中的至少一个包括液体，该液体是无菌水溶液或包含配置成保持无菌的一种或多种添加剂和/或延长保质期和/或提供预定功能或用途的其他化合物的水溶液。

在一些实施例中，一个或多个液体或增湿贮存器或元件中的至少一个包括水或含溶质材料，比如凝胶、海绵或颗粒材料(例如水珠或水性珠)。

根据第四方面，提供了一种用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室装置，该细胞培养室装置包括:

-配置为包含细胞培养基的外壳，

-气体交换器(不必是周向的，但可以是周向的)，以及

-加湿器(不必是周向的，但可以是周向的)，其中加湿器包括或连接到一个或多个固体增湿元件，其配置成加湿或增湿气体交换器的腔的至少一部分中的空气或气体，其中一个或多个固体增湿元件中的至少一个包括水或含溶质材料，比如凝胶、海绵或颗粒材料(例如水珠或水性珠、雪泥粉末或水凝胶粉末)。

第四方面的一个或多个(固体)增湿元件的方面和实施例至少在一些实施例中与本文结合第一方面描述的增湿元件及其实施例相同或对应(出于相同的原因具有相同或对应的优点)。

根据第五方面，提供了一种用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室装置，该细胞培养室装置包括配置为包含细胞培养基的外壳，其中外壳和/或细胞培养室装置的一个或多个预定部分(例如所有部分)的材料或材料组对UVC光是不透明的，并且其中一个或多个预定部分配置为使得没有或基本没有UVC光可以到达外壳内部。

第五方面的对UVC光不透明的材料或材料组的方面和实施例至少在一些实施例中与本文结合第一方面描述的对UVC光不透明的材料或材料组及其实施例相同或对应(出于相同的原因具有相同或对应的优点)。

在一些实施例中，细胞培养室装置还包括:

-气体交换器(不必是周向的，但可以是周向的)，以及

-加湿器(不必是周向的，但可以是周向的)，其包括或连接到一个或多个液体或增湿贮存器或元件，所述一个或多个液体或增湿贮存器或元件配置成加湿或加湿周向气体交换器的腔的至少一部分中的空气或气体，

其中一个或多个液体或增湿贮存器或元件和/或细胞培养室装置的一个或多个预定部分的材料或材料组允许UVC光透射以净化一个或多个液体或增湿贮存器或元件的内容物(同时仍防止UVC光到达外壳内部)。

下文公开了进一步的细节和实施例。

定义

这里使用的所有标题和副标题只是为了方便，不应以任何方式构成对本发明的限制。

术语“细胞培养物”在本文中指通过本领域已知的任何方法获得或最初培养的任何种类的细胞、细胞集落、组织样结构、组织活检、球体、类器官或类似样品的存活状态的维持。

术语“细胞”在本文中指来自任何类型的活生物体(无论是古细菌、原核生物还是真核生物)的原代、永生或干细胞(包括多能性或诱导(以任何方式)多能性)或遗传修饰细胞，并且还包括病毒或需要活细胞复制的其他实体。

这里提供的任何和所有示例或示例性语言的使用仅仅是为了更好地说明本发明，而不是对本发明的范围进行限制，除非另有声明。说明书中的任何语言都不应被解释为表示任何未要求保护的元素对于本发明的实践是必不可少的。

本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中所述主题的所有修改和等同物。

附图说明

图1示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的示例性实施例的侧视图；

图2A-2C分别示意性地示出了图1的细胞培养室装置的示例性实施例的端视图；

图3示意性地示出了根据一些实施例的细胞培养室装置的实施例的前视图和横截面侧视图，并且如本文公开，包括周向气体交换器和周向加湿器；

图4示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置，以及光或另一照明或可视化信号源和成像、视觉或其他记录或检测单元；

图5A-5E分别示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的一个示例性实施例的前视图、第一(“右”)侧视图、第一横截面视图(AA)、第二横截面视图(CC)和第三横截面视图(BB)；

图6示意性地示出了图5A-5E的细胞培养室装置的示例性实施例的透视分解图；

图7A-7E分别示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的替代示例性实施例的第一(“右”)侧视图、第一横截面视图(AA)、第二横截面视图(CC)、第三横截面视图(BB)和透视分解视图；

图8示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的主壳体的透视图；

图9A和9B示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的中心壳体的两个透视图；

图10示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的盖的透视图；

图11示意性地示出了本文公开的光学扩散器的透视图；以及

图12示意性地示出了具有布置在不同位置的一个或多个光或照明或可视化信号源的各种实施例。

具体实施方式

现在将参照附图描述本文公开的细胞培养室装置和细胞培养室系统的各个方面和实施例。

所示的附图是示意性的表示，因此不同结构的配置以及它们的相对尺寸仅用于说明的目的。

一些不同的部件仅在本发明的单个实施例中公开，但意味着包括在其它实施例中，无需进一步解释。

图1示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的示例性实施例的侧视图。

示出了用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室装置100，其包括外壳110，外壳110配置为包含细胞培养基，并且包括第一端111和第二端112，其中第一端111和第二端112至少部分地限定外壳110。在所示的实施例中，第一端和第二端111、112与一个或多个(例如侧面或纵向)连接壁、部件、段等114一起限定外壳110，并且细胞培养室装置100例如具有总体基本圆柱形形状，其中第一端和第二端111、112分别形成圆柱的圆形基部(也参见图5A-5E、6、7A-7E等)。在整体基本为圆柱形的情况下，只有单个(周向)壁、部分、段等连接第一和第二端111、112。在一些实施例中，外壳110的连接壁的至少一个或多个部分，但例如全部等114由周向气体渗透膜构成(参见例如图3、5A、6和7E中的120)。还应注意，外壳110不需要且通常不会填充细胞培养室装置100的整个范围(参见例如下图)。在这样的实施例中，壳体和/或多个壳体部件(例如参见下文中的105、101和102)可以包括外壳110(从而包括端111、112和连接端111、112的一个或多个壁)。

还示出了在第一和第二端111、112之间延伸的中心轴线200。在至少一些实施例中(如图所示)，细胞培养室装置100配置为围绕中心轴线200旋转，例如众所周知的。在至少一些实施例中，外壳相对于旋转/中心轴线200对称地位于细胞培养室装置100中。

根据第一方面，第一端111或其部分或其窗口(参见例如图2和5A中的113)基本透明，第二端112或其部分或其窗口(参见例如图2和5A中的113)基本透明或基本半透明。此外，第一端111或其部分或其窗口配置成与第二端112或其部分或其窗口光学或以其他方式对准，如本文公开。这样，通过第二端112(或其部分或其窗口)和/或通过至少一个侧壁114(或其部分或其窗口)接收到外壳110中的光或另一照明或可视化信号(参见例如图4中的703)通过细胞培养基传输，并通过第一端111或其部分或其窗口出来传输到外壳110的外部，例如细胞培养室装置100的外部。

在一些实施例中，细胞培养室装置100包括气体交换回路、元件或系统(未示出；参见例如图3、5-9中的130、140、151、310等；在本文中同样简称为气体交换器)，例如如本文公开，配置为将气体(例如或主要是氧气和二氧化碳)交换到外壳110中(例如氧气)和外壳110外(例如二氧化碳)。在至少一些优选实施例中，气体交换回路或系统是周向气体交换回路、元件或系统(参见例如图3、5-9中的130、140、151、310等)，如本文公开，包括气体渗透膜(参见例如图3、5A、6和7E中的120)。可替代地，气体交换可以通过外壳110的侧壁114发生，例如，如果纵向侧壁114的材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)(其可以生产为透明的)等，或者通过安装在一个或多个端/壁111、112、114中的特殊过滤器发生。细胞培养室装置100可以包括一个或多个特殊的过滤器和/或气体入口/出口，以允许与外壳110进行气体转移或交换。作为另一替代，细胞培养室装置100功能性地连接到细胞培养室装置100外部的气体交换回路或系统。

在一些实施例中，细胞培养室装置100包括例如本文公开的加湿器。在至少一些实施例中，加湿器配置成邻近或靠近加湿气体交换器的气体或空气和/或提供给外壳110的气体或空气。在至少一些实施例中，加湿器优选地是如本文所公开的周向加湿器(参见例如图3中的301)。可替代地，细胞培养室装置100功能性地连接到细胞培养室装置100外部的加湿器。作为又一替代，细胞培养室装置100旨在用于培养箱内等，提供众所周知的受控加湿环境，在这种情况下，细胞培养室装置100不需要加湿器。

加湿器系统的存在将消除或至少显著减少液体从外壳110中的损失，并且对于某些类型的细胞培养基，将大大增强外壳110和周围空气或大气之间的气体交换。差异如此显著，以至于细胞培养室装置100通常能够在例如培养箱中使用，而无需额外的加湿。这通常也降低了培养箱中感染的风险，因为其气体环境不需要那么潮湿/湿润。

还示出了细胞培养室装置100的第一范围或长度“L”和第二范围或高度或(在例如圆柱形细胞培养室装置的情况下)直径“O”。该范围至少部分地定义细胞培养室装置100的形状因子。在一些实施例中(如图所示)，L大于D。然而，在其他实施例中(参见例如图5、6、7等)，L小于D，即周向范围大于纵向范围。在一些实施例中，L和D之间的比率为约1:1至约1:10，例如约1:2至约1:5。在进一步实施例中，该比率为约1:3至约1:4。

第一端111和第二端112的横截面(和/或形状)可以彼此不同，也可以相同或相似。

图2A和2C示出了根据不同示例性实施例的第一和/或第二端111、112的不同形状的横截面。

细胞培养室装置100可包含一个或多个导管、入口或访问端口(未示出；参见例如随后图中的103、104、140、160、170等)，例如加湿器的气体入口/出口，连接到外壳110的液体入口/出口，以提供对所包含的细胞培养基的访问，例如用于取出外壳110的样品或将细胞培养基或另一种液体引入外壳110。

在一些实施例中，端111、112(中的至少一个)是可移除的覆盖物或盖子，当移除时提供对外壳110的访问。

在一些实施例中，细胞培养室装置100的所有或基本所有材料都是透明的(而不是仅一端或两端111、112)(参见例如图8-10)。在一些进一步实施例中，细胞培养室装置100的所有或基本所有材料都是透明的(包括第一端111)，除了第二端112是半透明的(参见例如图8-11)。

在一些实施例中，一个或多个端口或入口/出口可用于改变生长培养基(营养物)，将(潜在生物活性)化合物、病毒、细菌等添加到外壳110的内容物，从外壳110中取出球状体等。

图2A-2C分别示意性地示出了图1的细胞培养室装置的示例性实施例的端视图。

图2A和2B分别是端111、112中的一个(或两个)的端视图或剖视图。可以看出，在图2A中该形状是圆形的(例如对于圆柱形细胞培养室装置)，并且作为示例，在图2B中是八边形的。如上所述，端的形状(和细胞培养室装置的形状)可以是任何合适的形状，例如本文公开的形状。

图2C示出了端111、112中的一个(或两个)的端视图或剖视图。这对应于图2A，除了端之外包括窗口113。在这样的实施例中，透明(或半透明)的是窗口，而不是整个端部111、112。窗口113的尺寸和位置可以是任何合适的尺寸和位置，但是优选地应该容易允许对外壳110的内容物进行视觉或其他类型的检查和控制。

图3示意性地示出了根据一些实施例的细胞培养室装置的实施例的前视图(在图中右侧示出)和横截面侧视图(在图中左侧示出)，并且如本文公开，包括周向气体交换器和周向加湿器。图示(见两个视图)的是本文公开的细胞培养室装置100。细胞培养室装置100包括本文公开的外壳100，其由第一端111、第二端112和连接端111、112的至少一个连接壁114限定。外壳110例如由壳体/主壳体105构成，其中主壳体105是圆柱形的(作为示例)并且在中央(作为示例)包括外壳110。在所示和相应的实施例中，至少一个连接壁114由(支撑的)周向气体渗透膜120构成，该周向气体渗透膜120沿着或作为外壳110的周向部分(即其周边或部分)布置，并且配置用于气体(例如氧气和二氧化碳)的交换。周向气体渗透膜120可以例如是半透膜。

邻近或靠近周向气体渗透膜120的大气的加湿通常将减少或避免细胞培养基蒸发，并且对于某些细胞培养基，还可以极大地促进通过周向气体渗透膜120的气体交换。细胞产生CO

如前视图(图中右侧)所示，细胞培养室装置100包括用于气体交换器的气体交换入口和出口，其可以是任何合适的入口、导管等。优选地，如图所示，气体交换入口和出口为双通气口等140的形式(参见例如图5A、6、7和9A中的140)，其将周向气体交换器与外部或环境空气或细胞培养室装置100的气体连接。在所示实施例中，作为示例，双通气口140位于壳体或主壳体105的前侧或前向侧(也参见后面的附图)等。在该特定(和相应的实施例)中，气体交换器包括气体渗透膜120，其配置成与外壳110/外壳的内容物(例如细胞培养基)交换气体，例如氧气和二氧化碳。特别地，氧气可被提供到外壳110中，二氧化碳可以从外壳110中移除。在所示和相应的实施例中，膜120构成外壳110或其一个或多个部分的(至少一个)连接壁114。

气体交换入口和出口/双通气口140与膜120流体连接，从而将膜120与外部或环境空气或细胞培养室装置100的气体连接。在至少一些实施例中，双通气口140配置成根据柯恩达效应或原理操作。在这样的实施例中，壁或其他合适的屏障151(在图中由直虚线表示)位于双通气口140的两个相应通气口之间，在该位置将它们彼此分离和密封，即在该特定示例中，在它们之间的最短方向上将它们分离和密封。然而，双通气口140中的两个通气口经由细胞培养室装置100的壳体105内的另一路径彼此流体连接，并且还例如经由一个或多个导管、开放空间、腔等与气体交换膜120的至少一部分流体连接。当细胞培养室装置100逆时针旋转时，环境空气或气体通过双通气口140吸入和排出细胞培养室装置100，如图3的前视图和横截面侧视图的箭头所示。可以看出，在逆时针旋转期间，空气或气体更具体地由左(前视图中)通气口140吸入细胞培养室装置100，如由从黑色到灰色的箭头所示，并由右(前视图中)通气口140排出细胞培养室装置100，如由从灰色到黑色的箭头所示，产生内部空气流310，其方向如浅灰色圆形虚线箭头所示。这是逆时针旋转的情况。如果细胞培养室装置100顺时针旋转，壳体105内的空气流310的方向将由于对称性而反转，即浅灰色虚线圆形箭头将为顺时针方向，并且空气或气体由右通气口140吸入并由左通气口140排出。

以这种方式，容易提供与膜120和环境气体或空气接触的有效空气流310，从而例如方便地向膜120和外壳110的内容物添加氧气和从膜120和外壳110的内容物移除二氧化碳。

在一些进一步实施例中，空气运动或流动310的程度可以通过调节双通气口140中的通气口的开口的相应尺寸来调节，例如用滑块或小的或不同尺寸的塞子或以另一种合适的方式。

在一些进一步实施例中(如图所示)，细胞培养室装置100可选地还包括周向加湿器或加湿或增湿元件或系统(本文中同样称为加湿器)301，其配置为至少在膜120附近(至少其部分)加湿或增湿空气或气体。加湿器将大大增强外壳110的内容物与周围空气或气体之间的气体交换，并且当外壳110包含液体或水溶液时，还将减少或消除外壳110中的水或液体损失。效果如此显著，以至于细胞培养室装置100通常能够在培养箱中使用，而无需额外的加湿。这是有利的，因为这通常会降低培养箱中的感染风险，并且还能够简化培养箱。

在一些这样实施例中，周向加湿器301包括(或连接到)一个或多个液体或加湿容器或元件。如果周向加湿器301的重量分布至少在某种程度上围绕细胞培养室装置100的中心轴线或旋转轴线是至少稍微均匀分布的，则是有利的。如果这种一个或多个液体或增湿贮存器或元件具有或提供相对大的蒸发表面积，这也是有利的。至少在膜120附近(至少其一部分)加湿或增湿空气或气体有多种有利的可能性。

在一些实施例中，周向加湿器301包括包含(优选无菌的)液态水或其他增湿液体的元件或贮存器，例如具有一个或多个合适的过滤器、出口、另外的(气体可渗透且特别是半透性的)膜等，使水或液体与空气流310接触，从而加湿或增湿空气流310。该元件或贮存器可以例如是单个周向单元，或者可替代地是多个分离且不同的单元(例如围绕中心和/或旋转轴线均匀分布)。

在替代实施例中，周向加湿器301包括水或含溶质材料中的一或多种，例如凝胶、海绵、颗粒材料(例如水珠、水性珠等)，其容易提供水或液体的蒸发，并有效地影响空气流310。这种固体加湿或增湿元件可被支撑或固定在壳体105中，例如通过或固定到(开放的)外壳、壁或其他支撑结构(例如下图中的145)。

在水珠或凝胶的情况下，这些可被固定、粘附、粘贴等到主壳体/壳体105的内壁(如所提到的，例如或优选均匀地围绕中心和/或旋转轴线)，由此支撑结构不是必需的。

对于不包括水或液体贮存器(例如，如上所述的水珠、凝胶等)的实施例，有可能将其直接放置在导管、腔、开放空间等中，包括空气流310，从而极大地增加了空气流310的加湿或增湿效果，并能够减少细胞培养室装置100的总空间/占地面积。

值得注意的是，对于没有加湿器的实施例(例如用于加湿培养箱等)，所示的细胞培养室装置100将不包括所示的周向加湿器301，因此可具有减小的尺寸。图4示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置，以及光或另一照明或可视化信号源和成像、视觉或其他记录或检测单元。

示出了用于细胞培养物和组织生长的细胞培养室系统400，其包括本文公开的细胞培养室装置100。细胞培养室100包括第一端111、第二端112、连接第一端111和第二端112的至少一个连接(例如周向)壁、部分、段等114，并且一起限定本文公开的细胞培养室装置100的外壳110。细胞培养室装置100可以例如是基本圆柱形的，例如如图1-3和5-7所示。还示出了可以重合的中心或旋转轴线200。细胞培养室装置100还可以包括周向气体交换器，其包括周向气体渗透膜(未示出；参见例如图3、5D、6、7B和7E中的140、151、310和120)。细胞培养室装置100可以例如另外还包括周向加湿器(未示出；参见例如图3中的301)。

在至少一些实施例中，如图所示，细胞培养室系统400包括(或连接到)成像或视觉系统或装置704，例如相机等，以及至少一个光源701，其配置为发射光702，该光702进入、穿过外壳110并再次穿出外壳110(并由此穿出其内容物)，其中成像或视觉系统或装置704配置为捕获穿过并穿出外壳110传输的至少一部分光，例如作为图像或视频。细胞培养室系统400可以包括(或连接到)多个成像或视觉系统或装置和/或多个光源。光源701可以例如是LED光源。

至少在一些实施例中，光源701发射自然光或人造光或其组合，通常或优选地，可见光具有约400至约700纳米或至少其子范围的波长。可替代地，光源701可以是例如分别具有约700纳米到约1毫米或者约900纳米到约2500纳米的波长的红外光或者近红外光。光源701可以例如是LED光源。

在一些实施例中，如图所示，光源701位于外壳100最靠近第二端112的一侧，例如在轴线200上或基本在轴线200上，其中成像或视觉系统或装置704通常与光源701相对，即在外壳100最靠近第一端111的一侧。成像或视觉系统或装置704可以位于轴线上，但不是必须如此，只要出射光在其视场内。在进一步实施例中，第一端111是透明的，第二端112是透明或半透明的。光扩散器175(参见例如图7和10中的175)可以可选地布置在从光源701到外壳110或朝向外壳110的光702的光传播路径中，特别是对于所示实施例，可以布置在第二端112之前或附近。如果第二端112是半透明的和/或存在光扩散器175，则更均匀的照明703将传播通过外壳和其外部，以被成像或视觉系统或装置704自动记录或观察和/或被用户手动记录或观察。

在替代实施例中，连接壁等114是透明或半透明的，而不是(或除了)第二端112，在第二端112处，光源701可以布置成邻近或至少足够靠近透明或半透明的连接壁114，以使得足够的光能够传播穿过外壳110并从外壳110中传播出来。这将不如将光源701布置成与第一端111相对并且外壳110布置在它们之间(以及透明或半透明的第二端112)那样最佳，但是对于一些用途或设计来说可能是足够的。

在一些进一步替代实施例中，光源集成到第二端112中(对于具有透明/半透明第二端的实施例)或者集成到连接壁114中(对于具有透明/半透明连接壁114的实施例)。

在一些另外替代实施例中，第二端112或连接壁114是或包括荧光元件，例如荧光端112或荧光连接壁114。

荧光元件可以是例如IR或NIR感应荧光元件或任何其他合适的荧光光源或元件。

一个或多个连接壁114的光源701可以发射指向或朝向第一端111的光。

图12示意性地示出了具有布置在不同位置的一个或多个光或照明或可视化信号源的实施例。

如上所述，第二端112和/或连接壁114可以包括透明或透明/半透明的窗口(参见例如图2和其它地方的113)。

在一些实施例中，光源701可以布置在外壳110内部，例如邻近透明/半透明第二端112(对于相关实施例)或者邻近透明/半透明连接壁114(对于相关实施例)。

在一些替代实施例中，至少一些所示光源701被一个或多个其他照明或可视化信号源701替代，例如配置成发射声波(例如超声波)的一个或多个声换能器，或者配置成发射除光之外的电磁辐射(例如红外线或x射线)的一个或多个发射器。此外，成像或视觉系统或装置704配置成记录其他照明或可视化信号的另一记录或检测系统或装置替代。其他记录或检测系统或装置704可以例如配置用于记录声音或声波(例如超声波)或者记录不同于光的电磁辐射(例如红外线、x射线)。

图5A-5E分别示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的一个示例性实施例的前视图、第一(“右”)侧视图、第一横截面视图(AA)、第二横截面视图(CC)和第三横截面视图(BB)。

图5A示出了本文公开的细胞培养室装置的示例性优选实施例的前视图。示出了包括透明第一端111的细胞培养室装置100的正面。在该特定(和相应的实施例)中，盖102的底板、底部或壁(参见例如图10中的102)构成细胞培养室装置100的第一端111(或其部分或其窗口113)。盖102的底板或底部形成如本文公开的外壳(参见例如图5C-5E、6等中的110)以及第一或中心壳体101，这将从下面的一些附图中变得更加明显。在一些实施例中(并且如图5C、5D、5E、6等所示)，第一或中心壳体101包括中心腔，用于(例如或优选可释放的)接收盖102的至少一部分，并且更具体地(在所示和相应的实施例中)用于接收盖102的底板或底部。第一或中心壳体101和盖102可以例如包括各自的可释放的固定元件(比如，卡扣配合、卡口配合、摩擦配合等元件)以可释放地将它们固定在一起。可替代地，它们可以不可释放地彼此固定，或者例如一体形成。

作为示例，图5A-5E的细胞培养室装置100基本为圆柱形，具有圆形的第一端。

在该特定(和相应的实施例)中，中心壳体101还包括气体交换回路、元件或系统，其形式为包括周向气体渗透膜(未示出；参见例如图3、5D、6、7B和7E中的301和120)的周向气体交换系统。如上所述，盖102的底板或底部构成细胞培养室装置100的第一端111(或其部分或其窗口113)。

在该特定(和相应的实施例)中，中心壳体101还包括如这里公开的和例如结合图3解释的周向加湿器(未示出)。细胞培养室装置100的一些替代实施例不包括任何加湿器，例如用于加湿培养箱等。

中心壳体101可选地包括用于本文公开的气体交换器的气体交换入口和出口(参见例如图3、5-9中的130、140、151、310等)，其形式为位于中心壳体101前面的双通气口140。例如结合图3已经更详细地描述双通气口140。

还示出了三个横截面，标为AA(如图5C所示)、BB(如图5E所示)和CC(如图5D所示)。

在一些实施例中(如图所示)，细胞培养室装置100还包括可关闭和/或可密封的(第一)端口103，其为用户提供进入外壳内部的入口，例如用于从外壳中取出样品(例如移除球体)、清空或填充外壳等。在所示实施例中，可关闭和/或可密封的端口103包括导管(从外壳内部到细胞培养室装置100外部)和例如简单的塞子等160。端口103可以有利地位于细胞培养室装置100的顶部，因为这可以避免或减少气泡形成，例如通过允许溢出。

在一些实施例中(如图所示)，细胞培养室装置100还包括一个或多个基准和/或识别标记，这里是识别码155和基准标记180。识别码155优选地对于特定的细胞培养室装置100是唯一的。基准标记180能够确定细胞培养室装置100的定向。基准和/或识别标记155、180优选是机器可读的，例如通过合适的成像或视觉单元或系统。在一些实施例中，细胞培养室装置还包括一个或多个对准元件(例如定位杆和狭缝或狭槽等)，用于对准细胞培养室的不同部分(确保或促进一部分仅可被另一部分以正确的定向接收)(例如适当地将盖102与第一或中心壳体101对准)。基准标记180可以例如是这种对准元件(例如也参见图9A中的131)。

因此，提供了非常紧凑的(纵向)细胞培养室装置100，特别是因为周向气体交换系统和(如果存在的话)周向加湿器。

可选地，透明盖102包括多个液位或填充率指示器190，其容易指示包含在外壳中的细胞培养基的实际容积。

在一些实施例中，如图所示，细胞培养室装置100还包括一个或多个(此处为两个)支脚、直立元件等501，使得细胞培养室装置100能够站立并防止其滚动。这可以利用端口、入口等更容易或更可靠(例如参见下文中的端口170)。

图5B示出了从侧面和从右向左(根据图5A的方向)观察的图5A的细胞培养室装置100的侧视图。所示的细胞培养室装置100包括容纳(例如永久地或以固定的方式)中心壳体101的主壳体105，中心壳体101又容纳(例如可释放地)盖102。还示出了(第二)端口104(或者更确切地说，其塞子或阀170)，该端口104与外壳流体连接，并提供了通向外壳的(附加)入口。

第一范围/长度(在图5B的左右方向上)和第二范围/高度或直径(在图5B的上下方向上)之间的比率为约1比约3-4，例如约1比约3.5，但是对于其它实施例可以是不同的，例如如本文公开。

图5C示出了由图5A的A-A给出的第一截面图。示出了由透明的第一端111(是盖102的底板或底部)、透明或半透明的第二端112(是中心壳体101的底板或底部)以及中心壳体101的腔的侧壁限定的外壳110。还示出了以非常紧凑的方式容纳中心壳体101和盖102的主壳体105。

如上所述，第二端口104(除了第一端口103之外)提供了通向外壳的入口。如结合例如图3解释，双通气口140将外部或环境空气或细胞培养室装置100的气体与周向气体交换系统(参见例如图3、5-9中的130、140、151、310等)连接。

可以看出，可关闭和/或可密封的第一端口103及其导管将外壳110的内部连接到细胞培养室装置100的外部。端口壁是盖102的一部分，允许容易地接近外壳110的内容物。以类似的方式，通过第二端口104(带有塞子170)提供对外壳110内部的访问。104/170的塞子壁是中心壳体101的一部分。注意，第一端口103和第二部分104布置在细胞培养室装置100的不同侧，使得能够容易地从细胞培养室装置100的多个不同侧接近外壳。

还示出了如已经解释的双通气口140形式的气体交换入口和出口。

图5C的视图是从左向右(在根据图5A的定向上)观察的中心竖直剖视图。

图5D中所示的是由图5A的C-C给出的从右向左观察的第二剖视图。

再次示出了外壳110、第一透明端111、透明或半透明的第二透明端112、中心壳体101、盖102、可关闭和/或可密封的端口103和104以及主壳体105。

还示出了周向气体交换系统的气体渗透膜120和周向加湿器的网格状结构130(的一部分)(参见例如图9A和9B中的130)。

也示出了根据周向加湿器的一些实施例的可选的壁结构元件等145，用于保持和/或支撑水、液体或增湿元件(结合图8进一步解释)。

在一些实施例中，细胞培养室装置100可选地还包括一个或多个标记115(也参见图9A中的115)-在此作为示例，以多个同心圆115的形式，可以给使用者一些固定的标记，对照这些标记可以看到所包含的球体的轻微运动。标记115(作为示例)布置在第二端112的“外侧”。

图5D的视图是偏离中心向左并且是从右向左(在根据图5A的定向上)观察的竖直剖视图。

图5E示出了由图5A的B-B给出的第三横截面图。

示出了根据一些实施例的外壳110、第一透明端111、透明或半透明的第二端112、盖102、可关闭和/或可密封的端口103以及用于保持和/或支撑水、液体或增湿元件的两个可选的壁结构元件等145。

图5E的视图是从顶部到底部(在根据图5A的定向上)观察的水平中心剖视图。

注意，如果两端111、112都是透明的，则细胞培养室装置100容易实现从两侧(如由第一端111和第二端112给出的)自动和/或手动检查外壳110的内容物。

在图5A-5E所示的实施例(以及相应的实施例)中，第二端112优选是半透明的，而不是透明的，因为这为外壳110的内容物提供了更好的(更均匀的)照明，同时避免了对光扩散器的需要。

图6示意性地示出了图5A-5E的细胞培养室装置的示例性实施例的透视分解图。

示出了以分解图示出的图5A-5E的元件。

图6更清楚地示出了周向加湿器的网格状结构130和气体渗透膜120。在细胞培养室装置100的组装状态下，气体渗透膜120位于网格状结构130的内部附近，并且第一端111与第二端112相对(并且光学对准)，并且第二端112与主壳体105的开口185对准，如果第二端112是透明的，则容易实现从该侧检查外壳的内容物。还示出了在组装状态下与第一端口104对准的另一端口150。

如果第二端112是透明的，则可以通过主壳体105的开口185从这一侧提供照明(“背光”)，从而增强从另一侧/相对侧(经由第一端111)的检查(手动或自动)。

如果第二端112是半透明的，合适的(背面)照明可以为外壳的内容物提供更均匀的照明，进一步增强从另一侧/相对侧(经由第一端111)的检查(手动或自动)。

如果第二端112是透明的(或半透明的)，可以使用放置在光源和第二端112之间的光扩散器，优选地靠近或邻近第二端112，来提供均匀的照明(或甚至更均匀的照明)。这种实施例例如在图7A-7E中示出。

在一些实施例中，主壳体105、中心壳体101(以及由此的第二端112)、盖102(以及由此的第一端111)的材料可以例如是相同的(透明的)材料(例如也参见图8-10)。

如图5-6和7所示的细胞培养室装置100的实施例提供了非常紧凑的(特别是在长度方向上)独立且功能齐全的细胞培养室装置100或生物反应器，其中气体交换器(以及如果包括的话，加湿器)远离中心轴线和/或旋转轴线布置。此外，细胞培养室装置100具有类似皮氏培养皿的设计，使得处理容易且熟悉。

图7A-7E分别示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的替代示例性实施例的第一(“右”)侧视图、第一横截面视图(AA)、第二横截面视图(CC)、第三横截面视图(BB)和透视分解图。

图7A-7E的细胞培养室装置100的实施例对应于图5A-5E和6的实施例，除了第二端112是透明的而不是半透明的，并且细胞培养室装置100包括位于第二端112附近(在背离第一端111的一侧)或至少在光源和第二端112之间的光扩散器175。

在替代实施例中，光扩散器175可包含在第二端112附近的外壳内。

图7A对应于图5B，图7B对应于图5C，图7C对应于图5D，图7D对应于图5E，图7E对应于图6。图7A-7E的实施例的前视图对应于图5A的前视图。

图8示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的主壳体105的透视图。

示出了根据一些实施例的主壳体105，例如结合图5A-5E、6和7A-7E的实施例所示，更清楚地示出了某些特征和方面。

主壳体105包括腔或开放空间和提供通向外壳的入口的第一端口104(端口104在细胞培养室装置的组装状态下与另一端口对准；参见例如图9B中的150)，其中端口104与外壳110流体连接。

主壳体105还包括中心开口185，以在细胞培养室装置的组装状态下与第二端(参见例如图5A-5E和其它地方的112)对准或接收第二端。如上所述，主壳体105配置成紧凑地容纳中心壳体(例如参见图9A和9B中的101)。

在具体示出的实施例中，主壳体105还包括多个(这里作为示例为四个)壁结构元件等145，每个用于保持和/或支撑水、液体或增湿元件，用于还包括加湿器的实施例(请进一步参见下文)。在替代实施例中，可以省略壁结构元件等145。壁结构元件等145可以围绕细胞培养室装置的中心轴线/旋转轴线或多或少均匀地分布在主壳体105的腔或开放空间中，以更均匀地分布水、液体或增湿元件的重量。壁结构元件等145也可以提供结构完整性和/或支撑所接收的中心壳体。

在一些实施例中，如图所示，每个(或一些)壁结构元件等145包括切口或通道141，其迫使气体或空气流动到气体渗透膜附近(参见例如图3、5A、6和7E中的120)。

包含的空气或气体与中心壳体的网格状结构(参见例如图9A和9B以及其它地方的130和101)相连，最后是气体渗透膜(参见例如图3、5A、6和7E中的120)。网格状结构为膜提供支撑，同时仍允许气体或空气与膜接触以进行气体交换。该膜可以例如通过焊接、压配合或胶合固定到网格状结构上。如上所述，气体渗透膜配置成与外壳的内容物交换气体，例如氧气和二氧化碳。

这很容易提供不会阻挡部分限定外壳的第一端和第二端之间的任何视线的周向气体交换器。

结合图3进一步解释周向气体交换系统和周向加湿器的功能。

图9A和9B示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的中心壳体的两个透视图。

在图9A和9B中示出了透明材料的第一或中心壳体101，如本文公开，更清楚地示出了网格状结构130。还示出了第二端112、一个或多个基准和/或识别标记155、作为示例的多个同心圆115形式的一个或多个标记115、双通气口等140形式的气体交换入口和出口、另一端口150、对准元件131。

图10示意性地示出了本文公开的细胞培养室装置的盖的透视图。

图10中示出了透明材料的盖102。还示出了端111、可关闭和/或可密封的端口(第一)端口103以及多个液位或填充率指示器190。

图11示意性地示出了本文公开的光学扩散器的透视图。

图示的是圆形光学扩散器175。光学扩散器175可以是任何合适的半透明材料，其中折射率对于相关波长的光是不均匀的。

注意，尽管所示的光学扩散器175是基本圆形的，但它可以具有其他合适的形状，例如方形、矩形等。光学扩散器175可以例如配合第二端的窗口或部分(参见别处的112、113)，被弯曲以配合连接壁(参见别处的114)等。

在替代实施例中，扩散器175不是光学扩散器，而是相对于另一类型的照明或可视化信号的扩散器175，例如声学扩散器或用于不同于光的电磁辐射的扩散器。

在一些其他替代实施例中，扩散器175(如本文公开)被合适的反射器(例如抛物面反射器)代替，例如用于前照明实施例(或另一种类型的照明或可视化信号的前应用)，作为另一照明或可视化信号的后照明或后发射的补充或替代。

图12示意性地示出了具有布置在不同位置的一个或多个光或照明或可视化信号源的各种实施例。

示出了这里公开的外壳，其具有由至少一个连接壁114连接的第一端111和第二端112。根据第二端112和/或至少一个连接壁114是透明的还是半透明的，示出了光源701可以定位的三个示例性位置。在一些实施例中，可以使用多个光源701。如上所述，一个或多个光源可以例如位于第二端112或至少一个连接壁114的外部，或者可替代地集成到第二端112或至少一个连接壁114中，或者也可以布置在外壳内部。作为进一步的替代，一个或多个光源701可以是或包括荧光发射元件。

在一些替代实施例中，所示的光源701由一个或多个其他照明或可视化信号源701代替，例如配置成发射声波(例如超声波)的一个或多个声换能器，或者配置成发射除光(例如红外线或x射线)以外的电磁辐射的一个或多个发射器。

前面已经示出了一些优选实施例，但应该强调的是，本发明不限于这些实施例，而是可以在所附权利要求限定的主题内以其他方式实施。

应该强调的是，当在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用来指定存在所述特征、元件、步骤或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、步骤、部件或其组合。

在列举多个特征的权利要求中，这些特征中的一些或全部可以由同一个元件、部件或项目来体现。某些措施在相互不同的从属权利要求中被引用或者在不同的实施例中被描述的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

在权利要求中，括号中的任何附图标记都不应被理解为对权利要求的限制。词语“包括”不排除权利要求中未列出的元件或步骤的存在。元件前面的单词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。

在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以组合所公开的本发明的各种实施例和/或其元素。