(57)【要約】本発明は、細胞に関するオンライン測定、特に試料空間内の試料の可溶性の分析対象物又は溶存気体のオンライン測定のための装置（測定装置）に関する。  本発明の課題は、従来技術の問題点を回避すると共に、マイクロ流体系と一体化できる、生きている細胞の代謝を解明及び監視するためのオンライン測定のための装置を提供することである。この課題を解決するために、本発明の装置は基体（１）、少なくとも１個のセンサー（２）、空間（４）及び膜（５）を有し、前記基体（１）はセンサー（２）及び膜（５）を、センサー（２）と膜（５）の間に空間（４）が生じるように保持し、膜（５）は生体適合性であり、細胞培養空間（７）と結合可能であり、センサー（２）は電気化学的センサーであり、空間（４）は移動媒体を充填でき、且つ流体系と一体化でき、センサー（２）は作動回路（８）に接続することにより後段に接続可能な電子機器に取り付け可能となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可溶性の分析対象物又は溶存気体のオンライン測定のための装置であって、基体（１）、少なくとも１個のセンサー（２）、空間（４）及び膜（５）を有し、前記基体（１）はセンサー（２）及び膜（５）を、センサー（２）と膜（５）の間に空間（４）が生じるように保持する装置において、
・前記膜（５）は生体適合性又は生体不活性であり、細胞培養空間（７）と結合可能であることと、
・前記空間（４）は移動媒体を充填でき、且つ流体系と一体化できることと、
・前記センサー（２）は作動回路（８）に接続することにより後段に接続可能な電子機器に取り付け可能となっていることと、を特徴とする装置。
【請求項２】
前記センサー（２）は電気化学的センサーであることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記膜（５）は多孔質であり、セラミック、ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、金属、合金、ガラス及び／又は複合材料からなることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記膜（５）の細孔径は０．３μｍ未満であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記膜（５）は非常に狭いシングルピークの細孔半径分布を有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記膜（５）の厚さは０．５〜２ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記膜（５）は多層セラミック系からなり、細胞と接触可能な上層はヒドロキシアパタイトからなり、全ての層が細孔径、細孔率及び細孔分布に関して等しい特性を有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記膜（５）はヒドロキシアパタイトからなり、平均細孔径分布が１００〜２００ｎｍ、最大細孔径が３００ｎｍ、及び有孔率が２０〜６０％であることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記センサー（２）は互いに物理化学的に影響しないことを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記センサー（２）は平面形状を有することを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記センサー（２）は酸素センサー、ｐＨセンサー及びグルコースセンサーであり、約１．７５ｃｍ２の領域において基体に保持されることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
前記細胞培養空間（７）と前記膜（５）は別個に又は一緒に減菌/オートクレーブ減菌できることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
先の請求項の１項以上に記載の装置を使用して可溶性の分析対象物又は溶存気体をオンライン測定するための方法であって、測定される試料が細胞培養空間（７）内で膜（５）により空間（４）から分離されて存在しており、
・測定される分析対象物は前記細胞培養空間（７）から前記膜（５）中を拡散し、
・前記センサー（２）は物理的又は化学的パラメーターを測定し、該パラメーターは後段に接続された電子機器によって把握及び評価され、
・前記細胞培養空間（７）が時間的間隔を置いて膜（５）から分離され、基体（１）、センサー（２）、空間（４）及び膜（５）を有する装置部分の再校正又は交換が可能となる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞に関するオンライン測定、特に試料空間内の試料中の可溶性の分析対象物又は溶存気体のオンライン測定のための装置（測定装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞の培養挙動、特に代謝の物理的パラメーターは、極めて多くの種類の電気センサーや生化学センサーによって検出することができる。
【０００３】
例えばＤＥ４１１５７９２に開示されるバイオセンサーシステムの主装置は、膜で被覆された微小電極を使用する生化学的測定法に適しており、膜張り装置及び膜交換装置を有する。
同明細書によれば、微小電極の対電極は中央開口部を備えた球冠の形状をしており、その内部に測定電極の頭部が配置されている。
膜張り装置及び膜交換装置は、膜を交換するためにフラップ状に閉じる下側部品と、これに接続されてフラップ状に開く下側部品とからなり、第１の下側部品では貫通孔を拡大する円筒形のくり抜き部内で膜がテフロン(登録商標）リングによって付勢されて密封される。
テフロン(登録商標）リングの中心孔を通して膜が微小電極の頭部によって再度張られ、絶縁体の上面によって再度密封される。
しかし、この基本的装置は長期間に亘る細胞培養のオンライン測定には使用できない。その理由は、膜が基本的に試料空間と一体化されず、細胞培養のために設計されていないからである。特に接着性細胞の培養においては、動かない安定した支持台が必要である。上述の装置では、培養空間とセンサーとを問題なく分離することはできない。
電気センサーを用いて細胞培養の挙動を検出する場合、正しい測定値が得られるのは限られた期間となってしまう。
公知の化学センサーのほとんどや、通常化学センサーを所謂基本センサーとしているバイオセンサーは、使用中常に再校正が必要となる。これは、各機能を有するセンサーの構成要素が、極めて多様な組成の薄膜又は薄膜システム、有機及び／又は無機結晶性又は無定形の膜からなり、或いは場合によっては流体機能素子であることによる。これらの要素は複数のパラメーター（経過期間、周囲環境、圧力、温度等）に依存して物質的変化を受け、発生するセンサー信号に直ちに影響を及ぼす。
従って、例えば培養細胞に被覆されたアレイは原則として最長３日しか検査に使用できない。言い換えれば、オンラインで測定できるのは、期間内に完全に終結するプロセスか、又は少なくとも目的物質の代謝経過に関して有意な判定を下せる程度に経過するプロセスに限定される。
【０００４】
センサー材料の多くは細胞又はタンパク質によって被覆されることによって機能障害を起こすだけでなく、生体適合性の問題を招くこともある。特に接着性細胞は、センサーの底部特性に影響を及ぼすため、自然な状態での測定ができなくなる。
一般に細胞培養、特にエンジニアリングインプラント（例えば血管のない人工軟骨）の３次元多層組織においては、細胞の代謝に伴う栄養素の消費を制御することは、長期間に亘る細胞培養を成功させるために不可欠である。このために少なくとも生理的に重要なパラメーターである酸素、グルコース及びｐＨは最下層の細胞で測定することが得策である。
【０００５】
従来、これらのパラメーターは試料を破壊するか、或いは培地を測定することにより間接的に把握された。最近では蛍光色素分子（フルオロホア）をシリコンに埋設した蛍光に基づくシステムが利用できるが、これらのシステムにおいては接着性細胞は成長できない。公知の所謂センサーアレイシステムの使用は、培養プロセス中の再校正が不可能なため使用できない。
【０００６】
電気化学センサーを使用する際の最大の問題は、センサー表面が試料と相互作用することである。この場合、有機分子又はタンパク質等の物質はセンサーと相互反応して、センサーの感度を下げる可能性がある。更に生存系を測定する場合、例えば銀／塩化銀基準電極では、センサー表面によって生存系が悪影響を受けるという問題が生じ得る。
【０００７】
従来技術において知られている蛍光に基づくシステムは、ほとんどが生体不活性なシステムである。従って細胞培養懸濁液の測定には原理的に適しているが、このシステムにおいて成長可能な接着性細胞の種類は極めて少ない。このようなシステムは、例えばＤＥ１９９０３５０６、ＤＥ１０００３６７３及びＷＯ０３／０３６２９３が開示されている。そのような蛍光に基づくシステムにおける他の問題点は、現在利用可能な蛍光色素分子が非常に少ないことである。
【０００８】
接着性細胞によって直接被覆されている場合にも測定可能なセンサーシステムが、特にＤＥ１９７５３５９８、ＤＥ１９６４６５０５、ＤＥ４４１７０７９及びＤＥ１９６４６５０５に開示されている。
これらのシステムにおいて、薄膜技術によって製造されるシリコン系のセンサーを用いれば、細胞成長に適合する。この技術は個別の細胞に関する測定等の分野に応用されているが、細胞培養物や組織培養物に通常の方法で適用すると問題を生じることがある。特にシリコンへの細胞接着を実現するためには特殊な材料を使用しなければならない。ＣＭＯＳ技術により少なくとも他の金属材料と共にシリコンウエハーを形成すると、細胞接着のための非常に特殊な基底が形成される。この場合、組織細胞と基底との相互作用は細胞の発達に及ぼす影響が大きいので、問題を起こさずに検査を行えるようにするためには、特に電流（電流測定センサーの場合）や種々の金属イオンの影響のない基底であることが重要である。
【０００９】
電気化学センサーを用いて細胞培養の挙動をオンラインで検出する際、センサーが細胞により直接被覆された場合には再度校正を行わなければならない。しかしオンラインでのこのような校正は現在不可能である。オンライン測定においては、細胞培養物又は組織培養物を直接操作することは避けるべきである。
細胞によって被覆されたアレイは原則として最長３日間しか使用できない。即ち、オンラインで測定できるのは、期間内に完全に終結するプロセスか、又は少なくとも目的物質の代謝経過に関して有意な判定を下せる程度に経過するプロセスに限定される。
【００１０】
個々の細胞のスポットを局所的に分析するのではなく、総合的な全体データを測定しようとする場合には、別の問題が生じる。並置されるセンサーは、それぞれの細胞群を別々に測定するので、測定された各パラメーターが生物系間で異なり、それらの相関関係を複雑にする。
【００１１】
最後に、薄膜技術によるセンサーの製造コストはかなり高く、大量に製造する場合にのみ経済的に意味がある。
【００１２】
厚膜技術は薄膜技術よりフレキシビリティーがあり、はるかに経済的に実現できるが、これにより提供されるセンサーも薄膜技術と同様の問題を招く。
【００１３】
試料空間と接触する全ての部分は減菌する必要があるため、更に別の問題が生じる。この場合、短い測定段階に対しては十分であるような簡便な消毒と、例えばバイオセンサー中の酵素を害する可能性のある減菌とを区別しなければならない。実験室における最も慣用的な減菌法は高圧蒸気減菌（オートクレーブ減菌）である。
【００１４】
このような膜は多くの場合センサーと組み合わせて使用される。従来は膜が直接センサーに取り付けられていた（これについて特にＷＯ８７／０５６２４、ＤＥ６９７２９１８５Ｔ１及びＤＥ１９９２４８５６Ａ１を参照。これらのセンサーは通常機能選択性に重点が置かれるか、或いは膜と共に酵素支持層と呼ばれる）。この技術的解決における問題点は、特に同一の試料の多変数解析及び比較的長期間に亘るオンライン測定に必要な再校正が可能でないということである。
【００１５】
ＤＥ６９４１１７３２Ｔ１及びＥＰ０２８９２６９における膜機能は、特に血液分析において赤血球を分離排除することである。
【００１６】
ＷＯ１９９６０３２６４Ａ１では、膜上で細胞培養が行われるが、生理学的パラメーターの測定は培養された組織内に存在するゾンデによって行われるために、これにより培養物が悪影響を受けたり、変化したりする。
【００１７】
Ｄ．シェーペルス、Ｇ．シュルツェ及びＷ．フレンツェルの論文「大気中の二酸化窒素を検出するための分光学的フロースルー気体センサー（Ａｎａｌｙｔｉｋａ  Ｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ３０８（１９９５）、１０９〜１１４）」は、分光計又は光度計用のマイクロ流体セルを開示している。このマイクロ流体セルは、好ましくは狭い帯域で作動し、互いに平面を対向して取り付けられたウエハーを有し、これらウエハーにはマイクロチャネルが挿入されている。少なくとも一領域に２個のマイクロチャネル部分が互いに平行に延在するように配置されており、これらのマイクロチャネル部分が、分析される物質に応じて選択される膜によって互いに空間的に分離されて抽出経路が形成されている。この場合、第１のウエハーには少なくとも上記の第１のマイクロチャネル部分と、そのチャネル端部を包含する流入開口部及び流出開口部又は分析対象物を通過させるための流入チャネル及び流出チャネルが挿入されており、第２のウエハーには少なくとも上記の第２のマイクロチャネル部分と、そのチャネル端部を包含する流入開口部及び流出開口部又は抽出剤（Ｅ）を通過させるための流入チャネル及び流出チャネルが挿入されている。少なくとも１個のウエハーは、導入される測定光線を透過するか、或いは透過を保証するための窓領域を備えている。この場合、抽出チャネルとして働く第２のマイクロチャネル部分を通る測定光線の入射及び出射は、使用される光線源（Ｌ）に応じてできるだけ長い光学的測定区間が実現されるように規定されている。
細胞培養の細胞の種々の生理学的パラメーターのオンライン測定、特に可溶性の分析対象物又は溶存気体を測定するためのオンライン測定は、上述のマイクロ流体セルによっては不可能である。その理由は、可溶性の分析対象物又は溶存気体のオンライン測定を実現するために特定のセンサーが設けられていないからである。
【００１８】
ＤＥ１９８６０５４７Ａ１に開示される特異的な結合現象を検出するためのアフィニティーセンサーを構成する基体は、互いに等間隔に配置された少なくとも２個の電極を備え両側に１個の領域を有している。この領域は固定化された特異的な結合パートナーを受容するために設けられている。これらの結合パートナーは相補的な結合パートナーを直接、或いは他の特異的結合分子を介して連結することができる。この領域の最小幅は、１個の導電性粒子を有する少なくとも１個の相補的な結合パートナーを当該領域に受容し、粒子と電極の間にそれぞれトンネル接触移行部を形成できることを保証する大きさと決められている。
細胞に関するオンライン測定、特に可溶性の分析対象物又は溶存気体を測定するためのオンライン測定は、上述のアフィニティーセンサーによっては不可能である。その理由は、結合分子の特異的な結合のみが電気的に検出され得るからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ＤＥ４１１５７９２
【特許文献２】ＤＥ１９９０３５０６
【特許文献３】ＤＥ１０００３６７３
【特許文献４】ＷＯ０３／０３６２９３
【特許文献５】ＤＥ１９７５３５９８
【特許文献６】ＤＥ１９６４６５０５
【特許文献７】ＤＥ４４１７０７９
【特許文献８】ＤＥ１９６４６５０５
【特許文献９】ＷＯ８７／０５６２４
【特許文献１０】ＤＥ６９７２９１８５Ｔ１
【特許文献１１】ＤＥ１９９２４８５６Ａ１
【特許文献１２】ＤＥ６９４１１７３２Ｔ１
【特許文献１３】ＥＰ０２８９２６９
【特許文献１４】ＷＯ１９９６０３２６４Ａ１
【特許文献１５】ＤＥ１９８６０５４７Ａ１
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｄ．シェーペルス、Ｇ．シュルツェ及びＷ．フレンツェルの論文「大気中の二酸化窒素を検出するための分光学的フロースルー気体センサー（Ａｎａｌｙｔｉｋａ  Ｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ３０８（１９９５）、１０９〜１１４）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を回避すると共に、マイクロ流体系と一体化可能な、生きている細胞の代謝を解明及び監視するためのオンライン測定のための装置を提供することにある。
【００２２】
本発明が提供する装置においては、培養プロセスに障害を来たすことなく、マルチセンサーを頻繁に再校正できることが保証されなければならない。それにより、選択された培養条件に応じて生物材料の物質代謝に関する長期的研究が可能となり。また、通常９６時間を大幅に上回る期間を必要とする軟組織及び硬組織の管理された条件下での培養も可能となる。
【００２３】
本発明が提供する装置の表面は細胞培養に対して生体適合性を有し、接着性細胞の成長を可能にするものでなければならない。この場合、センサーアレイの再校正に関連して行われるいかなる操作によっても、細胞成長（特に接着性細胞）が損なわれないことが保証されなければならない。
最後に、本発明が提供する装置において、細胞又は培地と接触する全ての領域は、最も有利には高圧蒸気減菌（オートクレーブ）によって減菌可能でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の本質は、液体試料又は液体に混入している試料の測定のために、測定に影響を与えることなく、測定媒体によって影響を受けることなく、原理的にいかなる種類のセンサーをも使用できることにある。測定される試料は、所定の機構で膜中を拡散し、所定の測定液で満たされた空隙／空間に達する。この空隙／空間はセンサー直上に存在する。
【００２５】
この技術的解決により、細胞培養物はセンサー領域から膜によって取り外されて、分離される。
【００２６】
本発明は、種々のセンサータイプのセンサーシステム、具体的には平面センサーが小型化されて極めて小さい空間に並置されたセンサーシステムを含む。センサーの構成においては、センサー相互の影響が生じないように留意しなければならない。直接センサーと接触する第一の導電電子機器は、電気的接触を切断することが保証されるように構成されなければならない。このセンサーアレイは、例えばスクリーン印刷法によって作製することができる。
【００２７】
更に本発明は、分析対象物の最適な輸送を許容するが、膜を拡散する媒体の対流はほぼ阻止する膜を含む。膜の細孔は、測定される分析対象物が最適に拡散でき、且つ例えばタンパク質や微細粒子等のセンサーに損傷や障害を与える物質は留置されるように調整される必要がある。
細胞又は組織に関して非破壊的な測定を可能にするには、膜が生体適合性又は生体不活性であることが有利である。これらの細胞又は組織は懸濁液中に存在するか、或いは膜に接着して成長することができる。使用可能な膜材料は、ポリマー及びポリマーブレンド、コポリマー、セラミック、金属、合金、ガラス及び複合材料である。
特に有利にはヒドロキシアパタイトからなり、特に骨／軟骨がこの材料に接着して培養される。細胞を培養する場合に本発明に係る装置の特段の利点は、細胞／組織培養の生理学的パラメーターを数週間の期間に亘って連続的に測定できることである。更に、本装置によって、接着性細胞／組織培養物の内部で、即ち栄養素の供給が最も少ない細胞層で重要な生物学的パラメーターを記録できる。
膜のナノ細孔構成によって、両システム（培地と移動媒体）を分離させ、細胞／組織培養物は無菌に保持される。
【００２８】
これらの膜を作製する方法は、分級されたセラミック粉末を使用することに基づいているため、膜の作製時に非常に密に分布した細孔半径分布が達成され、これが膜機能（例えば分析対象物の輸送に関する選択性）に肯定的な影響を及ぼす。
【００２９】
本発明は、測定装置と試料空間を互いに分離できる固定システムを含む。これにより、次のことが可能となる。
・校正液の導入と排出による再校正。
・測定可能なパラメーターを増やすためのセンサーの交換。
・例えば複数の膜／試料空間ユニットを連続的に測定できる自動化装置における、複数の試料の連続測定のための試料空間の交換。
【００３０】
固定システムは、例えばバヨネットロック、ねじロック、又は（モーター又はモーターギアボックスによって動かせる）ねじで固く締め付けたシールリング付きシステムとして構成することができる。
本発明においては、移動媒体を充填できる空間（空隙）は流体系と連結できるため、移動媒体（所定の測定液）をセンサー領域と膜下側との間の空間（空隙）内に圧送又は吸引でき、且つ自動的校正のための校正液を使用できる。
【００３１】
本発明による解決手段は、生体適合性を有する多孔膜によって細胞培養空間とセンサー領域を分離することにある。これによりセンサー機構を有効に小型化及び最適化することができ、細胞は適切な基底の上で成長し、通常栄養素が制限されている下側の細胞層での測定が保証される。
【００３２】
本装置においては、細胞培養のためのウェルの底は生体適合性のある多孔膜によって形成されており、その下側に平面技術によって作製された電気化学的に機能するセンサーアレイ及びその後段に電子機器を接続することがきる。
【００３３】
細胞培養における使用の際、場合によっては複数のウェルシャーレの１個のウェル面上にセンサー領域が画定される。この場合センサー、電子機器及び流体の構造を著しく小型化することが必要である。センサーは関連する測定パラメーターを同時に検出するが、電気的に完全に分離されているので相互に影響し合うことはない。
【００３４】
適切なプラスチック枠に嵌め込まれた膜は細胞培養システムを形成し、固定システムを介してセンサーユニットと固定されるので、固定を解除することによって再校正が可能となる。
【００３５】
試料空間を有する装置は、例えばポリマー、ポリマーブレンド及びコポリマー、セラミック、金属及び合金、ガラス並びに複合材料からなる。
この装置の膜は多孔膜として、例えばセラミック、ポリマー、ポリマーブレンド、コポリマー、金属、合金、ガラス及び／又は複合材料から構成される。
【００３６】
セラミックからなる膜は均一形状か、或いは複数の層から成る構造で形成されていることが有利である。この場合、膜は生体適合性又は生体不活性のいずれでもよい。
【００３７】
特に有利な構成においては、膜は細胞培養のための骨誘導性基底をなすヒドロキシアパタイト又はヒドロキシアパタイトから成る表面を有する多層セラミックから構成される。
【００３８】
細胞接着、細胞成長又はその他の細胞挙動に影響を与えることができるよう、膜を機能的に修飾できることは当然である。
【００３９】
細孔径は０．３μｍ未満であることが有利であり、試料空間とその外側との間の無菌分離が保証されている。膜が非常に狭いシングルピークの細孔半径分布を有するように形成され、分析対象物の明確な分離境界と、同時的な拡散挙動が保証されることは、特に有利である。
【００４０】
本発明により実施可能となる細胞培養及び組織培養に関する測定法においては、測定装置から多孔膜によって分離された空間内に測定される試料が存在するので、測定される分析対象物はこの膜を拡散通過し、試料は測定装置の材料と相互作用しないので、測定装置は試料による損傷や障害の作用に対して保護される。
この方法においては、装置は導電電子機器を備えた一以上のセンサーを有し、試料空間と膜を測定装置から切り離すことができるので、測定装置の再校正又は交換が可能となる。
この場合、膜が試料空間を閉じるので、試料空間は測定装置から切り離した後で無菌の密封系を形成する。
本発明に従い生体適合膜を使用することにより、細胞に適した表面が提供され得る。更にヒドロキシアパタイトの場合は骨／軟骨培養に理想的な基底をなす。
この場合、装置は細胞培養及び組織培養のための細胞培養容器として構成されている。ここでは膜が容器の底を形成しているので、この方法を用いることにより特に媒体の供給が最も少ない下側の層で測定することが可能である。
【００４１】
本発明に係る装置においては、試料空間と膜が別個に又は一緒に減菌（例えば高圧蒸気減菌）できることが有利である。
【００４２】
本発明に係る装置の固定システムにより、膜付きの試料空間を測定装置から切り離すことが可能となるので、何度も取り付け／取り外しができ、センサーと膜下側の間に所定の間隔の空隙を作ることができる。
【００４３】
本発明の範囲内において、装置は測定ヘッドとして構成され、複数の個別の試料空間・膜ユニットから成る試料ユニットと順次結合できるので、試料を自動的に順次走査することも可能である。
【００４４】
以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】根本的な機能原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
基体１上に平面的な電気化学センサー２が形成されている。電気化学センサー２は厚膜技術及びディスペンサー技術で小型化され、酸素センサー、ｐＨセンサー及びグルコースセンサーとして約１．７５ｃｍ２の領域に収容され、センサー近傍の作動回路８と接続されている。
細胞培養を行う細胞培養空間７は、厚さ０．５〜２ｍｍで下部に完全な平面の表面を備え、所定の透過性を有するヒドロキシアパタイト製の生体適合膜５によって、厚膜技術によって形成された平面的なセンサー２から分離されている。この場合、平均細孔径分布は１００〜２００ｎｍ、及び有孔率が２０〜６０％である。最大細孔径は３００ｎｍであり、これにより細胞培養空間７（試料空間）との無菌バリアが形成される。同時に適切な移動媒体４によって、測定試料とセンサー２とが相互に作用できる可能性が提供される。
【００４７】
全細胞培養空間は基体プレート１（センサープレート）から取り外し可能であり、しかも側方が液密に閉じられているので、マイクロ流体システムによって移動媒体を充填できる共通空間４（空隙）が形成されている。空間４は膜に対してシールリングによって密閉されている。
【００４８】
基体プレート１（例えばセンサーアレイの形態のセンサープレート）と膜５との間のスペーサー３が所定の縁部条件を規定し、一方では膜５の機械的安定性を保証し、他方では一定の厚さの電解質膜を保証する。
【００４９】
本発明に係るシステムは縁部で適切にロックされているため、結合機構６により固定できることにより再校正が可能でとなる。この点で培養期間にもはや制限がない。
【００５０】
従来技術とは異なり、本発明の解決手段によって、細胞を最適な基底上で培養し、しかも精密なセンサー電子機器によって重要な物質濃度を障害なく測定することが可能になる。３次元構造において下側の層で非侵襲的に信頼性をもって測定できる。センサー機構は、固定機構により校正できることになる。更に、センサーが部分的に生物細胞で被覆され、それに伴って分析対象物質の拡散が阻害されることにより、誤ったセンサー信号を発生するということがなくなる。その上、接着性細胞の成長に最適な生体適合性基底も提供される。更に、機能付与のための生物コーティングも適用することができる。
【００５１】
図１に示す本発明に係る装置は、１個のアレイに配置された多数のセンサー（例えば特定の分析対象物を同時に検出できる種々異なるセンサー）で実現され得る。この場合、平面的センサーは小型化されて並置されて、相互に影響しないように構成されている。直接センサーと接触する第一の導電電子機器は、電気的接触を切断することが保証されるように実現されなければならない。このような複数の測定セルは、複数の試料が同時に、しかし互いに独立に測定できるように、一緒に並置されることができる。
膜５は表面修飾によって細胞培養の要件に適応させることができる。それは構造化、親水性／疎水性を調整するための化学修飾、生物活性分子の結合又はその他の表面修飾であることができる。この場合、本質的なことは、膜５によって測定が障害されないことのみである。
本例では結合機構６（固定システム）は側方が密封された空間によって実現されており、細胞培養空間７を膜５と一緒にセンサー２に対して上昇させたり下降させたりすることが可能である。こうして空間４（空隙）を拡げて全体に液体で洗うことができる。下降した後、図１に示されていないシールリングがセンサー３と共に膜５の下で隔絶された空隙を包囲し、測定を開始できるようになる。この構成の利点は、特に気泡のない良好な状態で作業できることである。
【００５２】
他の実施形態において本発明に係る装置は、容器内容物の連続的な測定が可能なように容器の中に組み込まれている。特殊な変形例においては、容器は細胞培養シャーレ又は組織培養シャーレである。この場合、器具は媒体空間、例えば懸濁培養のためのバイオリアクターの壁内に取り付けることも、成長中の接着細胞の下に直接取り付けることもできる。このユニットは組立体として種々多様な応用分野で利用可能である。
他の実施形態において本装置は、例えば細胞培養のために使用されるマルチウェルプレートの形態で実現される。この場合、膜５は各ウェルの底を形成し、各ウェルの下でマイクロ流体を使用したセンサーアレイが実現されるので、各ウェルの下で同時に測定することが可能である。この場合、基体１（プレート）は固着されるか、或いは交換可能であり、取り付け及び取り外しにより複数のプレートを相前後して測定できる。一変形例において、このプレートは温度、気体組成及び空気湿度に対する制御装置を含む測定装置一式を備えた装置に組み込まれるので、連続的に測定しながら試料をインキュベートできる。他の変形例において器具は、測定ユニット全体が細胞培養インキュベーターに収容できるようコンパクトに構成されている。
【００５３】
他の実施形態において本装置は、センサーアレイとマイクロ流体を有する測定ヘッドがロボット機構によって、下部が膜と固定システムによって画定された複数の試料空間を有する測定プレート内の複数の測定箇所を、取り付けと取り外しの反復によって通過して順番に測定を行うように形成されている。この場合の利点は、同一センサー面又は同一測定ギャップにおいて導電電子機器及びマイクロ流体のためにより多くのスペースが得られることである。
【００５４】
他の実施形態において本発明に係る装置はバイオリアクターに組み込まれる。懸濁培養の管理、又は組織培養用に適合するリアクター、例えば還流若しくは加圧式灌流リアクターにおける培養の管理のために組み込まれる。本発明に係る装置により、従来の装置や検査法では達成できなかった細胞生理に関する研究を行うことができる。
【００５５】
測定はセンサーアレイ内の一以上のセンサーによって、センサーと試料が直接接触するのを避けることが重要である試料でも行うことができる。この場合、固定システムによって試料空間とセンサーユニットを切り離すことができると、次のことの達成のために好都合である。
ｉ）センサーユニット又は試料空間の交換
ｉｉ）再校正
ｉｉｉ）測定ユニットの洗浄
【００５６】
本発明に係る装置によって、例えば種々の分析対象物（例えばｐＨ、グルコース、酸素）のアレイにおいて細胞培養及び組織培養に関して長期間に亘り効果的な測定が可能となる。また、例えば上述の装置のセンサー機構を標準的細胞培養ユニット（培養シャーレのウェル直径１５ｍｍ）に適用して、それにより複数のパラメーターを同時に分析し、しかもこれを経済的に実施することが可能である。
【００５７】
本発明に係る装置の利点は、組織培養を長期間測定できることにある。この場合、試料空間の表面は無菌、且つ生体適合性であり、把握すべきパラメーターを本発明に係る装置の載置面を通して下から測定できることによって、組織層又は細胞層の下方で測定値を得ることができる。従って、これまでの従来技術の検査法では検査できなかった細胞生理の問題を扱うことができる。
特に、骨細胞及び／又は軟骨細胞の培養の場合において、本発明に係る装置の利点は、ヒドロキシアパタイトからなる膜がこれらの細胞に対して適合性を有し、装置に組み合わせることが可能なことである。
【００５８】
発明の概要、それに続く実施例及び図面に記載された全ての特徴は、それ自体でも、互いに任意に組み合わせても本発明にとって本質的である。
【符号の説明】
【００５９】
１    基体
２    電気化学センサー
３    スペーサー
４    移動媒体用空間
５    生体適合膜
６    結合機構
７    細胞培養空間
８    作動回路
【図１】
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【国際調査報告】
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