(57)【要約】例えばチップ上、生物学的チャンバ内、などに収容された生物学的試料など、必要に応じて基材上および／またはチャンバ内に支持された化学的、生物学的、および／または生化学的試料を操作するためのシステムおよび方法が開示される。ある実施の形態においては、自身の周囲の１つ以上のモジュールにチャンバまたは他の基材を配置することができるように構成された装置が開示される。この装置は、チャンバまたは基材を、装置に対して半径方向、垂直方向、および／または回転方向など、方向の任意の組に移動させることができるように構成できる。この装置は、手動で操作されてもよく、かつ／または自動で制御されてもよい。さらに、センサおよび制御システムなどを、装置の運転を容易にするために配置することができる。
2006526407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的基材を保持するように構築および構成されており、該生物学的基材をある軸を中心として回転させること、および該生物学的基材を該軸に実質的に直交する方向および該軸に実質的に平行な方向のうちの少なくとも１つに平行移動させることを、独立に実行可能である装置、および
該装置の近傍に配置された複数のモジュールであって、該軸を中心とする該装置の回転と該装置による該生物学的基材の平行移動との組み合わせによって、該複数のモジュールへの該生物学的基材の導入および／または該複数のモジュールからの該生物学的基材の取り出しを容易にすることができるように配置されている、複数のモジュール
を有するシステムであって、
該モジュールのうちの少なくとも１つが、該モジュールに組み合わされた少なくとも１つの針によって、該生物学的基材の少なくとも１つの細胞培養チャンバへと流体を導入しかつ／または該生物学的基材の少なくとも１つの細胞培養チャンバから流体を取り去るように構築および構成されている流体モジュールを含んでいる、システム。
【請求項２】
前記生物学的基材をさらに含んでおり、
該生物学的基材が、少なくとも１つの反応サイトと、該反応サイトへと流体を導入しかつ／または該反応サイトから流体を取り去るためのマイクロ流体チャネル・ネットワークとを有するとともに、本質的に流体を喪失することなく反転可能であるように構築および構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記装置が、円柱座標系とされている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記装置が、関節をなしている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記装置が、直線移動ステージを有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記装置が、前記生物学的基材を前記軸に実質的に直交する方向に平行移動させること、および前記生物学的基材を前記軸に実質的に平行な方向に平行移動させることを、独立に実行可能であるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
検出モジュールをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
インキュベータをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記装置および前記生物学的基材のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を殺菌するように構築および構成された殺菌モジュールをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
識別モジュールをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
データ転送モジュールをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
画像化モジュールをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
流体移送モジュールをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記流体移送モジュールが、約１ｍｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記流体移送モジュールが、約１００μｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記流体移送モジュールが、約１０μｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記流体移送モジュールが、約１μｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記流体移送モジュールが、約３００ｎｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記流体移送モジュールが、約１００ｎｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記流体移送モジュールが、約３０ｎｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記流体移送モジュールが、約１０ｎｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記流体移送モジュールが、約３ｎｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記流体移送モジュールが、約１ｎｌ未満の流体を前記生物学的基材に関して移送可能であるように構成されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記流体移送モジュールが、前記生物学的基材へと物質を加えることができるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記流体移送モジュールが、前記生物学的基材から物質を取り去ることができるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記流体移送モジュールが、物質を少なくとも２つの方向に送ることができるように構成されたポンプを有している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記流体移送モジュールが、針多岐管を有している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２８】
前記流体移送モジュールが、リザーバを有している、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２９】
前記生物学的基材の少なくとも一部分において種を分光的に測定できるように構成されたモジュールをさらに有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記生物学的基材の少なくとも一部分のｐＨを測定できるように構成されたモジュールをさらに有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記生物学的基材の少なくとも一部分と光通信するように配置された導波管をさらに有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３２】
前記生物学的基材を収容できるように構成されたモジュールをさらに有している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３３】
生物学的基材に対して操作を実行できるように構成された第１のモジュールから該生物学的基材を取り出すよう、装置を導く行為、
該基材の少なくとも一部分をある軸を中心として回転させる行為、および
生物学的基材に対して操作を実行できるように構成された第２のモジュールに該生物学的基材を配置するよう、該装置を導く行為
を包含する方法であって、
該生物学的基材が、少なくとも１つの反応サイトと、該反応サイトへと流体を導入しかつ／または該反応サイトから流体を取り去るためのマイクロ流体チャネル・ネットワークとを備えている、方法。
【請求項３４】
前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールのうちの少なくとも一方が、インキュベータである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記生物学的基材の特徴を割り出す行為をさらに包含する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記特徴がタンパク質の濃度である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記特徴が低分子の濃度である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記生物学的基材が、少なくとも１つの細胞を含んでいる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの細胞の特徴を割り出す行為をさらに包含する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記特徴が細胞密度である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記特徴が細胞の生死である、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記第２のモジュールから前記生物学的基材を取り出すよう、第２の装置を導く行為をさらに包含する、請求項３３に記載の方法。
【請求項４３】
生物学的基材に対して操作を実行できるように構成された第１のモジュールから該生物学的基材を取り出すよう、装置を導く行為、
該基材の少なくとも一部分をある軸を中心として回転させる行為、および
生物学的基材に対して操作を実行できるように構成された第２のモジュールに該生物学的基材を配置するよう、該装置を導く行為
を包含する方法であって、
該モジュールのうちの少なくとも１つが、約１００ｎｌ未満の体積にある制御可能な量で流体を該生物学的基材の少なくとも１つの細胞培養チャンバへと導入しかつ／または該生物学的基材の少なくとも１つの細胞培養チャンバから取り去るように構築および構成された流体モジュールを含んでいる、方法。
【請求項４４】
環境条件を選択する方法であって、
それぞれが約１ｍｌ未満の体積を有している少なくとも２つの所定の反応サイトを、それぞれ異なる環境条件にさらす行為、
該少なくとも２つの所定の反応サイトのうちの１つの中にある種について所望の効果を有している環境条件を選択する行為、および
該選択した環境条件を、細胞を含んでいるリアクタに適用する行為
を包含する、方法。
【請求項４５】
複数の所定の反応サイトのうちの少なくとも１つが、細胞を含んでいる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記少なくとも２つの所定の反応サイトが、２つ以上の細胞タイプを含んでいる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記細胞を含んでいるリアクタが、約１ｍｌよりも大きい体積を有している、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記特徴が細胞密度である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記特徴が細胞の収量である、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記特徴が細胞の生死である、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
少なくとも１つの反応サイトを備える生物学的基材であって、該生物学的基材へと流体を導入しかつ／または該生物学的基材から流体を取り去るためのマイクロ流体チャネル・ネットワークを有しており、本質的に流体を喪失することなく反転可能であるように構築および構成されている生物学的基材を保持するように構築および構成されており、該生物学的基材をある軸を中心として回転させること、および該生物学的基材を前記軸に実質的に直交する方向および該軸に実質的に平行な方向のうちの少なくとも１つに平行移動させることを、独立に実行可能である装置、および
該装置の近傍に配置された複数のモジュールであって、該軸を中心とする該装置の回転と該装置による該生物学的基材の平行移動との組み合わせによって、該複数のモジュールへの該生物学的基材の導入および／または該複数のモジュールからの該生物学的基材の取り出しを容易にすることができるように配置されている複数のモジュール
を有するシステムであって、
該モジュールのうちの少なくとも１つが、該生物学的基材の細胞培養チャンバ内の作用物質の状態を光学的に割り出すための装置を備えているセンサ・モジュールを含んでいる、システム。
【請求項５２】
生物学的基材内に含まれた少なくとも１つの生きている細胞を用意すること、および
少なくとも１つのインキュベーション・モジュールと、該生物学的基材を保持するように構築および構成された装置と、該生物学的基材へと流体を自動的に導入できかつ／または該生物学的基材から自動的に流体を取り出すことができる流体取り扱いモジュールとを含んでおり、該装置が、該生物学的基材をある軸を中心として回転させること、および該生物学的基材を該軸に実質的に直交する方向および該軸に実質的に平行な方向のうちの少なくとも１つに平行移動させることを、独立に実行可能であるシステムを使用し、該生物学的基材を操作すること
を包含する方法であって、
該生物学的基材が、該生物学的基材内の該少なくとも１つの生きている細胞が増殖できるために充分な期間にわたって、該システムを使用して操作される、方法。
【請求項５３】
前記少なくとも１つの生きている細胞が、哺乳類の細胞である、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを備えるマイクロ流体システムを有している生物学的基材を用意すること、および
該生物学的基材を保持するように構築および構成された装置であって、該生物学的基材をある軸を中心として回転させること、および該生物学的基材を前記軸に実質的に直交する方向および該軸に実質的に平行な方向のうちの少なくとも１つに平行移動させることを、独立に実行可能である装置を含んでいるシステムを使用し、該生物学的基材を操作すること
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
この出願は、この出願と同時に係属中であるＳｅｔｈ  Ｔ．Ｒｏｇｅｒｓらによる「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願第１０／４５７，０１７号の部分継続出願である。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、広くは、細胞培養および他の生物学的、生化学的、または化学的基材など、基材を操作するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
幅広くさまざまな反応系が、化学的および／または生化学的反応の産物の製造のために公知である。触媒に係る化学プラント、生化学発酵槽、薬品製造プラント、および他の系のホストは、よく知られている。しかしながら、化学的プロセスの拡大は、依然として難しい課題である。
【０００４】
生化学的処理には、対象となる物質を生み出すために、生きている微生物（例えば、細胞）の使用が関係し得る。代表的には、細胞の培養が、細胞の増殖に適しており必要な栄養素を含んでいる培地において行われる。細胞は、一般的には、インキュベータなど、環境条件を制御することができる場所にて培養される。インキュベータのサイズは、伝統的には、少数の培養のための小型のインキュベータ（例えば、約１立方フィート）から、最大では所望の環境条件を注意深く維持することができる１つまたは複数の部屋全体までの範囲である。さらに、最近では、「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒｓ」という名称であって２００１年９月２０日に国際公開パンフレット第ＷＯ０１／６８２５７号として公開され、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９号に記載されているとおり、多数の培養を平行して実行できるよう、細胞がきわめて小さな規模で（すなわち、数ｍｌやそれ以下のオーダで）培養されてもいる。
【０００５】
しかしながら、現在の技術を使用して多数の細胞培養または他の生物学的培養を実行することは、例えば検査、開発、または製造の際に、きわめて大量に労力および材料を投入しなければならない可能性がある。さらに、特定の細胞株、増殖条件、培地、あるいは種々の化学および生物剤の添加およびタイミングなどの莫大な実験パラメータを変化させつつ、多数の培養を準備し、増殖させ、かつ監視しなければならないため、製造に影響を及ぼし得る種々の要因のスクリーニングが、高価につきかつ時間を要する可能性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
本発明は、広くは、細胞培養チャンバなどの基材および他の生物学的、生化学的、または化学的チップまたは基材を操作するためのシステムおよび方法に関する。本件出願の主題は、ある場合には、相関する産物および／または使用、特定の課題について選択可能な解決策、ならびに／あるいは１つのシステムまたは物品の複数の異なる使用を含んでいる。
【０００７】
一態様において、本発明はシステムである。ある一連の実施の形態において、本システムは、生物学的基材を保持するように構築および構成された装置を備えている。ある場合には、この装置が、生物学的基材をある軸を中心として回転させること、および生物学的基材を前記軸に実質的に直交する方向および前記軸に実質的に平行な方向のうちの少なくとも１つに平行移動させることを、独立に実行可能である。他の一連の実施の形態においては、本システムが、それぞれが生物学的基材について操作を実行できる少なくとも２つのモジュールを備えており、この少なくとも２つのモジュールが、ある軸を中心として実質的に放射状に配置されている。本システムは、さらに別の一連の実施の形態において、冷蔵モジュールと、基材を保持して冷蔵モジュールへと導入するように構築および構成された自動化装置とを備えている。また別の一連の実施の形態においては、本システムが、少なくとも部分的に、基材を保持して殺菌モジュールへと導入するように構築および構成された装置によって定義される。ある一連の実施の形態において、本システムは、基材を周囲環境に暴露して保持するように構築および構成された装置を備えており、この装置が、この基材をある軸を中心として回転させること、およびこの基材を前記軸に実質的に直交する方向および前記軸に実質的に平行な方向のうちの少なくとも１つに平行移動させることを、独立に実行可能である。他の一連の実施の形態においては、本システムが、ｐＨセンサ、酸素センサ、流体移送装置、および画像化センサを有するモジュールを備えている。
【０００８】
ある一連の実施の形態において、本システムは、１ｍ３当たりに少なくとも約１０，０００個の粒子を有する環境に暴露された基材を保持するように構築および構成された装置を備えている。ある例では、この装置が、この基材をある軸を中心として回転させること、およびこの基材を前記軸に実質的に直交する方向および前記軸に実質的に平行な方向のうちの少なくとも１つに平行移動させることを、独立に実行可能である。
【０００９】
本発明は、他の態様において、方法を含んでいる。本発明の方法は、一実施の形態においては、生物学的基材に対して操作を実行できるように構成された第１のモジュールから該生物学的基材を取り出すよう、装置を導くこと、前記基材の少なくとも一部分をある軸を中心として回転させること、および前記生物学的基材を生物学的基材に対して操作を実行できるように構成された第２のモジュールに配置するよう、前記装置を導くこと、を含んでいる。
【００１０】
本発明の方法は、他の実施の形態においては、それぞれが約１ｍｌ未満の体積を有している少なくとも２つの所定の反応サイトを、それぞれ異なる環境条件にさらす行為、ある反応サイトの種について所望の効果を有している環境条件を選択する行為、および前記選択した環境条件を、細胞を含んでいるリアクタ、チップ、または基材に適用する行為、を含んでいる。
【００１１】
さらに別の実施の形態において、本発明の方法は、少なくとも１つの生物学的基材を、基材を保持するように構築および構成された装置を使用して、複数の異なる環境条件にさらすことを含んでおり、前記装置が、前記基材をある軸を中心として独立に回転させることができる。
【００１２】
また別の実施の形態において、本発明の方法は、複数の細胞タイプを、約１ｍｌ未満の体積を有する複数の所定の反応サイトを有している複数のリアクタまたは複数のチップに配置すること、前記所定の反応サイトをある範囲の環境条件にさらすこと、該環境条件に対する前記細胞タイプの応答を割り出すこと、および前記応答にもとづいて、前記複数の細胞タイプから少なくとも１つの細胞タイプを選び出すこと、を含んでいる。
【００１３】
他の態様において、本発明は、生物学的、生化学的、および／または化学的基材などの基材を、例えば本明細書の実施の形態のいずれかで説明したとおりに操作することができる装置を製作するための方法に向けられている。さらに他の態様において、本発明は、生物学的、生化学的、および／または化学的基材などの基材を例えば本明細書の実施の形態のいずれかで説明したとおりに操作することができる装置を使用する方法に向けられている。また別の態様において、本発明は、生物学的、生化学的、および／または化学的基材などの基材を例えば本明細書の実施の形態のいずれかで説明したとおりに操作することができる装置の製造、販売、および／または使用を促進する方法に向けられている。
【００１４】
本発明の他の利点および新規な特徴は、本発明のさまざまな実施の形態についての以下の詳細な説明を添付の図面とあわせて検討することによって、明らかになるであろう。なお、本発明がこれらの実施の形態に限られるわけではなく、添付の図面は概略図であって、必ずしも比例尺ではない。図面においては、図示されている同一またはほぼ同一な構成要素のそれぞれが、ただ１つの番号で表わされている。わかりやすくする目的で、すべての図のすべての構成要素に符号が付されているわけではなく、図示がなくても当業者が本発明を理解することができる場合には、本発明の各実施の形態の構成要素のすべてが示されているわけでもない。本明細書と言及によって本明細書に組み込まれることになる文書とが、相矛盾する開示を含んでいる場合には、本明細書が優先する。言及によって本明細書に組み込まれることになる２つ（またはそれ以上）の出願が、互いに対立および／または矛盾する開示を含んでいる場合は、後で出願された出願が優先する。
【００１５】
これらに限られるわけではないが本発明のいくつかの実施の形態を、添付の図面を参照しつつあくまで例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（詳細な説明）
所有者が本件出願と同一である以下の出願はそれぞれ、関連する主題に向けられ、かつ／または本発明の実施に有用または潜在的に有用である方法および／または装置および／または材料を開示しているが、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする。それらは、Ｊｕｒｙらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ」という名称の２０００年３月１０日付の米国特許仮出願第６０／１８８，２７５号、Ｊｕｒｙらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ」という名称の２０００年１１月７日付の米国特許出願第０９／７０７，８５２号、２００１年９月２０日に国際公開パンフレット第ＷＯ０１／６８２５７号として公開されたＪｕｒｙらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ」という名称の２００１年３月９日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９号、Ｚａｒｕｒらによる「Ｍｉｃｒｏｆｅｒｍｅｎｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の２００１年４月１０日付の米国特許仮出願第６０／２８２，７４１号、２００３年４月２４日に米国特許出願公開第２００３／００７７８１７号として公開されたＺａｒｕｒらによる「Ｍｉｃｒｏｆｅｒｍｅｎｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の２００２年４月１０日付の米国特許出願第１０／１１９，９１７号、２００２年１０月２４日に国際公開パンフレット第ＷＯ０２／０８３８５２号として公開されたＺａｒｕｒらによる「Ｍｉｃｒｏｆｅｒｍｅｎｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ  Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の２００２年４月１０日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／１１４２２号、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の２００２年６月５日付の米国特許仮出願第６０／３８６，３２３号、Ｍｉｌｌｅｒらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の２００２年６月５日付の米国特許仮出願第６０／３８６，３２２号、Ｓｃｈｒｅｙｅｒらによる「Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ−Ｂａｓｅｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の２００２年８月１９日付の米国特許出願第１０／２２３，５６２号、Ｚａｒｕｒらによる「Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の２００２年９月９日付の米国特許仮出願第６０／４０９，２７３号、Ｍｉｌｌｅｒらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願第１０／４５７，０４８号、Ｍｉｌｌｅｒらによる「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願第１０／４５６，９３４号、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の２００３年６月５日付の米���特許出願第１０／４５６，１３３号、２００４年３月２５日に米国特許出願公開第２００４／００５８４３７号として公開されたＲｏｄｇｅｒｓらによる「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願１０／４５７，０４９号、２００３年１２月１８日に国際公開パンフレット第ＷＯ０３／１０３８１３号として公開されたＲｏｄｇｅｒｓらによる「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の２００３年６月５日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／１７８１６号、２００４年３月２５日に米国特許出願公開第２００４／００５８４０７号として公開されたＭｉｌｌｅｒらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願第１０／４５７，０１５号、２００３年１２月１８日に国際公開パンフレット第ＷＯ０３／１０４３８４号として公開されたＭｉｌｌｅｒらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の２００３年６月５日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／１８２４０号、
Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願第１０／４５７，０１７号、Ｚａｒｕｒらによる「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願第１０／４５６，９２９号、Ｊｕｒｙらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ」という名称の２００３年８月１日付の米国特許出願第１０／６３３，４４８号、２００４年２月２６日に国際公開パンフレット第ＷＯ２００４／０１６７２７号として公開されたＭｉｌｌｅｒらによる「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という名称の２００３年８月１９日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２５９５６号、Ｍｉｌｌｅｒらによる「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ／ｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という名称の２００３年９月１６日付の米国特許出願第１０／６６４，０４６号、２００４年２月２６日に国際公開パンフレット第ＷＯ２００４／０１６７２７号として公開されたＭｉｌｌｅｒらによる「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｐＨ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という名称の２００３年８月１９日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２５９０７号、Ｚａｒｕｒらによる「Ｒｏｔａｔａｂｌｅ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の２００３年８月２９日付の米国特許出願第６０／４９８，９８１号、Ｚａｒｕｒらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の２００３年８月２９日付の米国特許出願第６０／４９９，１２４号、Ｍｉｌｌｅｒらによる「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｐＨ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という名称の２００３年９月１６日付の米国特許出願第１０／６６４，０６８号、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の２００３年８月１９日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２５９４３号、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の２００３年９月１６日付の米国特許出願、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」という名称の２００４年６月７日付の米国特許出願、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ」という名称の２００４年６月７日付の国際特許出願、Ｚａｒｕｒらによる「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」という名称の２００４年６月７日付の米国特許出��、Ｚａｒｕｒらによる「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」という名称の２００４年６月７日付の国際特許出願、Ｚａｒｕｒらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の２００４年６月７日付の米国特許出願、Ｚａｒｕｒらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の２００４年６月７日付の国際特許出願、Ｒｏｄｇｅｒｓらによる「Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  ａ  Ｒｅａｃｔｏｒ」という名称の２００４年６月７日付の米国特許出願、Ｒｕｓｓｏらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  ａｎｄ  Ｃｈｉｐ」という名称の２００４年６月７日付の米国意匠特許出願、Ｊｏｈｎｓｏｎらによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｍｉｘｉｎｇ」という名称の２００４年６月７日付の米国特許出願、およびＭａｃＧｒｅｇｏｒによる「Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の２００４年６月７日付の米国特許出願である。
【００１７】
この開示は、広くは、化学的、生物学的、および／または生化学的な試料であって、例えばチップ上や生物学的チャンバ内などに収容された生物学的試料など随意によって基材上および／またはチャンバ内に支持されている試料を操作するためのシステムおよび方法に関する。一態様において、本発明は、チャンバまたは他の基材を１つ以上の取り扱いまたは操作装置によって対処できる１つ以上のモジュールに配置することができるシステムを含み、ここでモジュールが、荷捌き装置によって好都合に対処されるように配置され、たとえば装置を囲むように配置される。装置は、チャンバまたは他の基材を、装置そのものに対して半径方向、垂直方向、および／または回転方向など、任意の方向の組に移動させることができてよく、手動による操作および／または自動的な制御が可能であってよい。
【００１８】
そのようなシステムの一部となりうるモジュールの例には、これらに限られるわけではないが、試料の存在および／または特徴を判断するための検出モジュール、試料を物理的に操作（例えば、攪拌）し、さらに／あるいは試料のために特定の環境（例えば、温度）を作り出すための駆動モジュール、試料をエージングし、さらに／あるいは他のモジュールが関与する他の行為の間、試料を保存するための保存モジュール、ならびにシステムに試料を導入し、システムから試料を取り出すための導入または完了モジュールが含まれる。いくつかの特定の例は、保存のためのモジュール、積層または保持モジュール、バーコード読み取り器、注入モジュール、サンプリング・モジュール、メモリおよび日付記録モジュール、インキュベーション・モジュール、センサ・モジュール（例えば、細胞密度、細胞生死、ｐＨ、酸素濃度、栄養素濃度、蛍光測定、などのため）、検定モジュール（例えば、ＥＬＩＳＡまたは他の生物学的検定のため）、データ分析および管理モジュール、制御モジュール、などを含んでいる。さらに、センサ、制御システム、などを、装置の操作を容易にすべく配置することができる。本発明のある特定の実施の形態は、例えば薬品または他の治療剤など化合物の生産のため、例えば化学的合成あるいは細胞または生物学的増殖を促進または最適化するために使用することができる。
【００１９】
一実施の形態において、本発明は、これに限られるわけではないが細胞などの生物学的種を操作するように構成されたクラスタ・ツール型の装置を有するシステムを含む。他の実施の形態においては、装置が、化学的試料、生化学的試料、などを操作するように構成されてもよい。本明細書にて使用されるとき、「クラスタ・ツール」とは、対象物を種々の位置の間、代表的には「モジュール」間で移動させることができる装置であって、そこで対象物が保存され、さらに／あるいは種々の検査および／または処理条件にさらされる。クラスタ・ツールは、垂直軸を中心として回転でき周囲をモジュールによって放射状に囲まれている自動化されたアクチュエータを中央に備えることができ、例えば回路製造におけるさまざまな処理ステップのため、それらモジュールへと対象物を挿入し、それらモジュールから対象物を取り出すことができる。あるいくつかの場合には、中央のアクチュエータが、例えば１つ以上のジョイントを有する間接アームであってよい。本明細書にて使用されるとき、「自動化された」装置とは、人間の指示なく動作できる装置を指している。すなわち、自動化された装置は、人間が例えばコンピュータに指示を入力することによってある機能を促すための何らかの行為を終えたのち、ある期間のあいだ当該機能を実行することができる。代表的には、自動化された設備は、その時点から繰り返しの機能を実行することができる。
【００２０】
本発明は、あるいくつかの実施の形態において、生物学的、化学的、および／または生化学的試料を種々のモジュール内の種々の環境にさらすためのクラスタ−ツール型配置の適応に関係し、すなわち生物学的試料を操作し、さらに／または試料チャンバまたは他の基材へと生物学的試料を導入し、あるいは試料チャンバまたは他の基材から生物学的試料を取り出すように構成および配置されたモジュールとクラスタ−ツール型配置との組み合わせに関係する。本発明をさまざまなやり方で、生物学的、化学的、および／または生化学的種、ならびに／あるいはそのような種を支持するための基材を、種および／または基材をさまざまな条件にさらすことができる種々のモジュールの間をまたがって、必要に応じて自動化された設備を使用して輸送できるようにするさまざまな配置で実施できることを、当業者であれば以下の説明から理解できるであろう。
【００２１】
本明細書にて使用されるとき、用語「決定する」は、一般に、種の例えば定量的または定性的な測定および／または分析、ならびに／あるいは種の存在または非存在の検出を指す。種は、例えば、チャンバまたは他の基材、チャンバ内の細胞、チャンバ内の化合物、などであってよい。さらに、「決定する」は、２つ以上の種（例えば、２つの化合物、化合物と細胞、２つの細胞、細胞と当該細胞を含んでいるチャンバ、など）の間の相互作用の例えば定量的および／または定性的な測定および／または分析、ならびに／あるいは相互作用の存在または非存在の検出による測定および／または分析を指してもよい。
【００２２】
本明細書にて使用されるとき、「保持」とは、ある対象物を装置へと、装置の運動によって当該対象物が装置から外れることがないように添えることを意味する。例えば、装置は、対象物を脱落させることなく反転させ、回転させ、公転させ、揺らし、攪拌し、かつ／または振動させることができる。当然ながら、対象物は、操作者（例えば、機械的または自動化された装置、または人間であるユーザ）によって装置から意図的に取り外すことができる。一例として、チャンバまたは他の基材を、装置の使用時にチャンバまたは他の基材を保持するように設計された装置の溝内に配置することができる。例えば、チャンバ（または、他の基材）を、装置へとチャンバを保持するように設計された溝内に挿入でき、これによって装置内にチャンバが保持される。必要に応じて、フック、ガイド、クリップ、ファスナ、帯、またはばねなどの機械的な拘束を、チャンバまたは他の基材を装置へと保持するために使用できる。他の例としては、チャンバ（または、他の基材）を、クランプによって装置に保持できる。さらに他の例としては、チャンバ（または、他の基材）を、チャンバが装置の運動によって装置から脱落することなく装置内であるやり方で移動できるような方法で、装置に保持できる。
【００２３】
本明細書にて使用されるとき、「試料」とは、生きておりあるいは死んでおり、有機でありあるいは無機である化学的、生物学的、および／または生化学的な種の一部分であって、所望に応じて例えば環境の制御、運動（例えば、攪拌）、および／または時間の経過、などの文脈において何らかの方法で操作される一部分を意味する。例えば、試料は、特定の１つ以上の環境、運動、および／または時間によってどのように影響を受けるのかについて研究が望まれる何物かであってよく、試料は、反応剤、または特定の環境、運動、および／または時間に応答して化学的または生物学的に変化することが知られており、そのような変化が本発明の実施の形態によって促進される出発物質であってよく、あるいはこれらの組み合わせなどであってよい。
【００２４】
本明細書にて使用されるとき、「基材」とは、その中および／またはその上および／またはその近傍において生物学的、生化学的、または化学的反応が生じうる表面を有している物品である。基材は、平坦または実質的に平坦であってよいが、あるいくつかの場合には、基材は、特定の用途に応じて曲がっていてもよく、あるいはその他の非平坦であってよい。基材の形成に有用な材料の例としては、これらに限られるわけではないが、ガラス、プラスチック、半導体材料、などが含まれうる。あるいくつかの場合には、ある種の反応を促進し、あるいは禁ずるように、基材を修飾することができる。例えば、基材を食刻することができ、あるいは基材の疎水性または親水性の強調、基材の疎細胞性および親細胞性の強調、基材への、または基材付近の反応剤の特定または非特定の結合の促進、などのための化学品で被覆することができる。基材は、ある特定の実施の形態においては、例えばフラスコまたは囲まれたマイクロ流体システムにおけるように、少なくとも部分的に囲まれることができる（例えば、チャンバの一部として、あるいはチャンバ内に収容されて）。あるいくつかの場合には、基材上の反応を、流体の添加によって、例えば基材内および／または基材上および／または基材付近での反応を生じさせ、あるいは妨げ、さらに／あるいはそのような反応を促進し、あるいは禁止することによって、何らかのやり方で変化させることができる。本明細書にて使用されるとき、「チャンバ」とは、基材を有しあるいは収容している物品であり、あるいくつかの場合には、基材を囲み、あるいは少なくとも部分的に囲むことができる。例えば、チャンバが内部に基材を囲むことができ、基材がチャンバの壁面を定めることができる、などである。
【００２５】
本明細書にて使用されるとき、「生物学的基材」とは、その中および／またはその上および／またはその近傍において生物学的反応が生じうる表面を有している物品である。「生物学的チャンバ」とは、基材を（例えば、チャンバの一部として、あるいはチャンバ内に収容して）有しあるいは収容している物品であり、例えば細胞、組織および組織構造物、生体外システム、ならびに生物などの生物学的な系が内部で増殖できる。生物学的チャンバは、代表的には囲まれており、あるいは少なくとも一部が囲まれている。チャンバは、細胞または他の生物学的な系を収容することができる任意の適切な材料で形成でき、かつ／または例えばガラス、ポリスチレン、および／または当業者にとって公知の他の材料からなる基材など、細胞または他の生物学的な系が付着することができる基材を含むことができる。「細胞培養チャンバ」とは、内部で細胞が増殖できる生物学的チャンバである。基材は、通常は平坦である。細胞培養チャンバは、この技術分野においてよく知られており、これらに限られるわけではないが、ペトリ皿（任意の適切な直径を有している）、フラスコ（例えば、Ｔ２５フラスコ、Ｔ７５フラスコ、Ｔ１５０フラスコ、Ｔ１７５フラスコ、など）、例えば６穴マイクロプレート、２４穴マイクロプレート、９６穴マイクロプレートなど、２００２  ＳＰＳ／ＡＮＳＩ提案の規格に定められているようなマイクロプレート（例えば、おおまかに１２７．７６±０．５０ｍｍ×８５．４８±０．５０ｍｍの寸法を有するマイクロプレート）、などを含む。細胞培養チャンバは、例えばガラス、ポリスチレンおよび／または他のポリマー、ならびに／あるいは当業者にとって公知の材料など、細胞を収容して細胞培養の発生を可能にできる任意の適切な材料で形成できる。あるいくつかの場合には、細胞培養チャンバが、使い捨てであってよい。
【００２６】
生物学的チャンバの一例が、マイクロプレートである。「マイクロプレート」は、「マイクロタイター」プレート、「マイクロウェル」プレート、またはこの技術分野において公知の他の同様の用語で称されることもある。マイクロプレートは、２００２  ＳＰＳ／ＡＮＳＩ提案の規格にて定められているように、標準化され、あるいはこの技術分野において認知された寸法を有することができる（例えば、おおまかに１２７．７６±０．５０ｍｍ×８５．４８±０．５０ｍｍの寸法を有するマイクロプレート）。マイクロプレートは、任意の数のくぼみを備えることができる。例えば、商業的に代表的に使用されているとおり、マイクロプレートは、６穴のマイクロプレートであってよく、２４穴のマイクロプレートであってよく、９６穴のマイクロプレートであってよく、３８４穴のマイクロプレートであってよく、あるいは１，５３６穴のマイクロプレートであってよい。くぼみはそれぞれ、例えば円柱形または矩形など、任意の適切な形状であってよい。さらに、マイクロプレートは、例えば特定の特別な用途において、他の数のくぼみを有してもよく、さらに／あるいは他のくぼみ形状またはくぼみ配置を有してもよい。
【００２７】
本発明のある態様においては、細胞培養または他の生物学的チャンバ（または、他の基材）が、実質的に「水密」であってよく、すなわちチャンバまたは基材が、チャンバまたは基材内の水などの液体がチャンバまたは基材の向きまた位置にかかわらずチャンバまたは基材から出ることがないよう、構成および配置されてよい。例えば、チャンバがフラスコである場合、フラスコが、液体が出ないようにするためフラスコへと取り付けることができるねじ留めキャップを有することができる。他の例としては、チャンバが、例えば密封されたマイクロプレートなど、チップであって、必要に応じて、例えば針によって穿孔されたときに内部へのアクセスを可能にすることができる自己密封ポートを通じ、マイクロプレートへの内部アクセスを備えてもよい。本発明における使用に適した自己密封材料の例としては、これらに限られるわけではないが、例えば、ポリジメチルシロキサン（「ＰＤＭＳ」）などのポリマー類、あるいはＲＴＶ  １０８、ＲＴＶ  ６１５、またはＲＴＶ  １１８（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社、ＮｅｗＹｏｒｋ、ＮＹ）といった処方のシリコン材料が含まれる。
【００２８】
細胞培養チャンバが使用される実施の形態においては、例えばバクテリアまたは他の単細胞生物、植物細胞、または動物細胞など、内部で培養されうる細胞タイプの増殖に適した基材を備えることができる。細胞が単細胞生物である場合には、その細胞は、例えば原生動物、トリパノゾーマ、アメーバ、イースト菌、藻類、などであってよい。細胞が動物細胞である場合には、その細胞は、例えば無脊椎動物の細胞（例えば、果実蝿からの細胞）、魚の細胞（例えば、ゼブラフィッシュの細胞）、両生類の細胞（例えば、蛙の細胞）、爬虫類の細胞、鳥の細胞、あるいは霊長類の細胞、牛の細胞、馬の細胞、豚の細胞、ヤギの細胞、犬の細胞、猫の細胞、またはラットやマウスなどの齧歯目からの細胞などの哺乳類の細胞であってよい。細胞が多細胞生物からの細胞である場合、その細胞は、その生物の任意の部分からのものであってよい。例えば、細胞が動物からのものである場合、その細胞は、心臓の細胞、繊維芽細胞、ケラチン生成細胞、ヘプタオサイト（ｈｅｐｔａｏｃｙｔｅ）、コンドラサイト（ｃｈｏｎｄｒａｃｙｔｅ）、神経細胞、骨細胞、筋肉細胞、血液細胞、内皮細胞、免疫細胞（例えば、Ｔ細胞、Ｂ細胞、マクロファージ、好中球、好塩基球、肥満細胞、好酸球）、幹細胞、などであってよい。いくつかの実施の形態においては、例えば繊維芽細胞および肝細胞など、２つ以上の細胞タイプを同時に使用できる。さらに、ある特定の実施の形態においては、細胞単層、および組織培養または細胞構成物（例えば、生体でない足場上に位置する細胞）などを使用することができる。いくつかの場合には、細胞が、遺伝子操作された細胞であってもよい。ある特定の実施の形態においては、細胞が、チャイニーズハムスター卵巣（「ＣＨＯ」）細胞または３Ｔ３細胞であってよい。いくつかの実施の形態においては、例えば繊維芽細胞および肝細胞など、２つ以上の細胞タイプを同時に使用できる。さらに、ある特定の実施の形態においては、細胞単層、および組織培養または細胞構成物（例えば、生体でない足場上に位置する細胞）などを使用することができる。特定の細胞タイプに必要な詳細な環境条件は、当業者であれば決定できるであろう。
【００２９】
いくつかの例では、細胞が、治療および／または診断上の利益がある化学的または生物学的化合物を生成できる。例えば、細胞は、モノクローナル抗体、遺伝子組み換えタンパク質などのタンパク質、アミノ酸、ホルモン、ビタミン、薬品または薬剤、他の治療用の分子、人工化学品、ポリマー、ＧＦＰ（「緑蛍光タンパク質」）やルシフェラーゼなどのトレーサ、などの産物を生成できてよい。ある一連の実施の形態においては、細胞を、薬品の発見および／または薬品の開発目的に使用することができる。例えば、細胞を、細胞との相互作用が疑われる作用物質にさらすことができる。そのような作用物質の例には、これらに限られるわけではないが、発がん性または変異原性の化合物、合成化合物、ホルモンまたはホルモン類似物、ビタミン、トレーサ、薬品または薬剤、ウイルス、プリオン、バクテリア、などが含まれる。例えば、一実施の形態において、本発明を、モノクローナル抗体および／または他の利益ある化合物の大量処理を可能にするため、自動細胞培養に使用することができる。
【００３０】
基材が使用される場合、その一部分またはすべてを、細胞または他の生物学的培養物の付着を促進するようなやり方で処理できる（すなわち、「生物学的基材」）。例えば、基材をイオン化でき、さらに／あるいは例えばカルボキシル酸、アルコール、および／またはアミノ基を露出して有する材料など、幅広いさまざまな親水、親細胞、および／または親生体性の材料のいずれかで被覆できる。他の実施の形態においては、基材の表面を、例えばフィブロネクチン、ラミニン、ビトロネクチン、アルブミン、コラーゲン、および／またはＲＧＤ配列を含んでいるペプチドなど、付着を促進する生体材料で少なくとも部分的に被覆できる。他の適切な親水、親細胞、および／または親生体性の材料は、当業者にとって公知であろう。
【００３１】
あるいくつかの実施の形態においては、基材が、例えば当該基材内および／または当該基材上および／または当該基材の近傍において化学的または生化学的な反応を促進できる基材であってよい。基材は、１つ以上のリアクタおよび／または反応サイトを定めることができる。あるいくつかの場合には、基材が、非半導体材料または非シリコン材料（すなわち、シリコン元素を半導体の形では含んでいない材料）からなってよい。さらに、特定の実施の形態においては、基材を、例えば細胞培養または他の生物学的チャンバなどのチャンバに収容することができ、あるいは基材が、そのようなチャンバの一部を構成してもよい。
【００３２】
本発明の基材は、１つ以上のリアクタを含むことができ、そのそれぞれが、個々に１つ以上の反応サイトを含むことができる。本明細書にて使用されるとき、「反応サイト」とは、リアクタの使用の際に物理的、化学的、生化学的、および／または生物学的反応を生じるように構成および配置されるリアクタ内のサイトとして規定される。あるいくつかの場合には、２つ以上の反応サイトがリアクタまたは基材内に存在してもよく、例えば、少なくとも１つの反応サイト、少なくとも２つの反応サイト、少なくとも３つの反応サイト、少なくとも４つの反応サイト、少なくとも５つの反応サイト、少なくとも７つの反応サイト、少なくとも１０個の反応サイト、少なくとも１５個の反応サイト、少なくとも２０個の反応サイト、少なくとも３０個の反応サイト、少なくとも４０個の反応サイト、少なくとも５０個の反応サイト、少なくとも１００個の反応サイト、少なくとも５００個の反応サイト、または少なくとも１，０００個以上の反応サイトが、リアクタまたは基材内に存在してもよい。反応サイトは、反応を生じさせることができる領域として定めることができる。例えば、リアクタを、チャンネル内、１つ以上の個室内、２つ以上のチャネルの交差部分、などで反応を生じさせるように構成および配置できる。反応は、例えば、混合または分離プロセス、２つ以上の化学物質の間の反応、光起動性または光阻害性の反応、生物学的プロセス、などであってよい。あるいくつかの実施の形態では、反応が、化学的変化をもたらさない光との相互作用に関連してもよく、例えば、光の光子を反応サイトに組み合わされた物質によって吸収して熱エネルギーに変換でき、あるいは蛍光として再放射できる。さらに、ある特定の実施形態においては、反応サイトが、１つ以上の細胞および／または組織を含んでもよい。したがって、ある場合には、反応サイトを、例えばリアクタ内の細胞親和性の領域など、リアクタ内において細胞が配置される位置の周囲の領域として規定できる。
【００３３】
本明細書にて使用されるとき、「リアクタ」とは、反応サイト、任意のチャンバ（反応チャンバおよび補助的なチャンバを含む）、チャネル、ポート、導入口および／または排出口（すなわち、反応サイトへとつながり、反応サイトからつながっている）、センサ、アクチュエータ、プロセッサ、コントローラ、膜、などを含む構成要素の組み合わせであって、これらが、反応サイトにおける生物学的、化学的および／または生化学的反応、相互作用、操作、または実験を、収容、促進および／または監視すべく協働するが、チップなど基材の一部であってよい。例えば、チップまたは基材は、少なくとも５つ、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも５００、または少なくとも１，０００以上のリアクタを含むことができる。リアクタの例としては、化学的または生物学的なリアクタおよび細胞培養装置、ならびに２００１年９月２０日に国際公開パンフレット第ＷＯ０１／６８２５７号として公開されたＪｕｒｙらによる「Ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｅｒ」という名称の２００１年３月９日付の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０７６７９号に記載されているリアクタが挙げられ、この国際特許出願は、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする。リアクタは、１つ以上の反応サイトまたは個室を備えることができる。このリアクタは、例えば、細胞増殖、薬品製造、化学物質の合成、有害化学物質生成、薬物スクリーニング、物質スクリーニング、薬物開発、化学兵器の化学的治療、など、任意の化学的、生化学的、および／または生物学的な目的のために使用することができる。例えば、リアクタは、細胞または組織のきわめて小規模の培養を容易にするために使用できる。ある一連の実施の形態では、本発明のリアクタは、数ミリメートルから数センチメートルの寸法のマトリックスまたは基材を備え、例えば数十または数百マイクロメートルの寸法のチャネルを含んでいる。対象の試薬を、これらのチャネルを通じて、例えば反応サイトへと、あるいは種々の反応サイト間で、流通可能にでき、試薬は、いくつかのやり方で混合することができ、あるいは反応させることができる。ある特定の場合には、そのような反応の産物を、リアクタまたは基材内で回収、分離、および処理することができる。
【００３４】
本明細書にて使用されるとき、「化学的、生物学的、または生化学的リアクタ・チップ」（同じ意味で、単に「チップ」とも称される）は、１つ以上のリアクタを含む一体の物品である。「一体の物品」とは、材料の一片、または互いに一体に接続された構成要素のアセンブリを意味する。本明細書において使用されるとき、「一体に接続された」という用語は、２つ以上の物体について言及する場合、通常の使用の最中に互いに分離することがない物体を意味し、例えば手動で分離させることができず、分離には少なくとも工具の使用を必要とし、さらに／または例えば破壊、剥離、などによって構成要素の少なくとも一方に対して損傷を生じさせる（接着剤や工具などによって一体に固定された構成要素の分離）ことによって分解を不可能にする物体を意味する。
【００３５】
本明細書に開示の装置の多くの実施の形態および構成を、チップまたはリアクタに関して説明するが、本明細書に開示の主題がいずれかまたは両者に当てはまりうることを、当業者であれば理解できるであろう。例えば、チャネルの構成を、一方の文脈において説明するかもしれないが、その構成が他方の文脈（あるいは、代表的には両者：チップの一部であるリアクタ）においても当てはまりうることを、理解できるであろう。リアクタまたはチップの文脈について示される本明細書の全ての説明は、本明細書における「チップ」および「リアクタ」の定義の文脈における構成の説明と矛盾しないかぎり、他方にも当てはまるということを、理解すべきである。
【００３６】
さらに、本明細書に開示のチップおよびリアクタが、広範な種々の異なる構成を有してもよいことを、理解すべきである。例えば、チップは、単一の材料から形成されてもよく、あるいはチップが、２つ以上のタイプのリアクタ、リザーバおよび／または反応剤を含んでもよい。ある場合には、チップは、チップ内の１つ以上の反応サイト内の１つ以上の環境要因を変化させることができる２つ以上のシステムを含んでもよい。例えば、このチップは、密閉されたリザーバとｐＨ中性でないガスが横切って浸透できる上部層とを備えてもよい。
【００３７】
本明細書において使用されるとき、「チャネル」とは、リアクタおよび／またはチップに組み合わされた（反応サイト内にあり、反応サイトへとつながり、あるいは反応サイトからつながる）経路であり、例えば以下でさらに説明するように、１つ以上の流体を特定的に１つの位置から別の位置に、例えばリアクタまたはチップの入口から反応サイトへと、運ぶことができる。物質（例えば、流体、細胞、粒子、など）は、チャネルを通って例えば連続的に、無作為に、間欠的に流れることができる。チャネルは、閉鎖されたチャネルであってよく、あるいは開放されたチャネルであってよく、例えばリアクタまたはリアクタを含むチップを囲んでいる外部環境に対して開放されていてよい。チャネルは、流体の輸送の制御を容易にする特徴、例えば構造的特徴（例えば、細長い凹み）、物理的／化学的特徴（例えば、疎水性対親水性）、および／またはチャネル内にある流体に対して力（例えば、閉じ込め力）を及ぼし得る他の特徴を備えてもよい。チャネル内の流体は、チャネルを部分的または完全に満たしてよい。ある場合には、流体を、あるいくつかのやりかたで、例えば表面張力を用いて、チャネル内またはチャネルの一部に保持または拘束できる（すなわち、流体が凹状または凸状のメニスカスなどのメニスカス内でチャネル内に保持されるように）。チャネルは、例えば正方形のチャネル、円形のチャネル、丸められたチャネル、矩形のチャネル（例えば、任意の縦横比を有する）、三角形のチャネル、不規則なチャネル、など、流体の輸送を可能にする任意の適切な断面形状を有することができる。チャネルは、リアクタまたはチップ内で任意の寸法であってよい。例えば、チャネルは、チャネル内の流体流の方向に直交する方向について、ある場合には約１０００マイクロメートル未満、他の場合には約５００マイクロメートル未満、他の場合には約４００マイクロメートル未満、他の場合には約３００マイクロメートル未満、さらに他の場合には約２００マイクロメートル未満、さらに他の場合には約１００マイクロメートル未満、あるいはさらに他の場合には約５０または２５マイクロメートル未満の最大寸法を有してよい。あるいくつかの実施の形態では、チャネルの寸法を、例えば流体が細胞を含む場合に、この流体がチャネルを通って自由に流れることができるように選択できる。さらに、特定の場合においては、チャネルの寸法を、例えばチャネル内の流体にある特定の体積または直線流量を可能にするように選択できる。一実施の形態においては、流体流の方向に対して垂直である他の最大寸法の深さが、このチャネルが連通している反応サイトの深さと同様であってよい。当然ながら、チャネルの数、チャネルの形状または幾何、ならびにこのチップ内のチャネルの位置は、当業者であれば決定できるであろう。
【００３８】
１つの反応サイトが、本明細書に記載のとおり少量の流体を保持および／または反応させることができるかもしれないが、さらに、本発明に関連する技術によって、拡張性および並列化が可能である。収量に関して、チップまたは他の基材内、あるいは多数のチップまたは基材内に、多数のリアクタおよび／または反応サイトからなるアレイを、より大きい能力を生じるように並列に構築することができる。さらに、並列式による大規模化によれば、代表的には実験室において行われる小規模の反応に生成能力を維持することによって、利益を得ることができる。多くの反応サイトを、チップのリアクタ内および／または複数のチップ内に並列に配列できることが、本発明のあるいくつかの実施の形態の特徴である。詳しくは、並列して動作すべく少なくとも５つの反応サイトを構築でき、あるいは他の場合には、少なくとも約７、約１０、約５０、約１００、約５００、約１，０００、約５，０００、約１０，０００、約５０，０００、または約１００，０００以上の反応サイトでさえも、並列に動作すべく構築することができる。ある場合には、反応サイトの数を、種または産品を特定の量だけ生成されるように選択でき、あるいは特定の量の反応物質を処理できるように選択できる。当然ながら、リアクタ、チップ、または他の基材内の反応サイトの正確な位置および配列は、特定の用途の関数である。
【００３９】
ある一連の実施の形態においては、チャンバまたは他の基材が、マイクロ流体チャンバまたは基材であってよい（例えば、最小の断面寸法が約１ｍｍ未満である流体通路を少なくとも１つ内部に有しているチャンバまたは基材）。マイクロ流体チャンバは、ある場合には密封することができ、さらに／またはチャンバを内部に収容された流体を放出することなく反転させることができるよう、囲まれた空間を規定できる。マイクロ流体チャンバおよび他の基材の例としては、これらに限られるわけではないが、すでに言及によって本明細書に組み込まれた前記米国および国際特許出願に開示のものが挙げられる。
【００４０】
次に図面を参照すると、図１において、システム１００が、荷捌き装置２０と、この荷捌き装置によって対処できるように配置（図示の実施の形態においては、荷捌き装置を囲んでいる）された複数のモジュール３１、３２、３３、３４、３５とを備えている。荷捌き装置２０は、自動化されていてもよく、手動制御のもとにあってもよい。図１において、荷捌き装置２０は、垂直軸を中心として枢動する中央枢支機構２１、種々のモジュールに対処するため中央枢支機構から放射状に延びるアーム２２、および試料を保持し、少なくとも１つのモジュール（好ましくは当該装置によって対処できるすべてのモジュール）について試料の導入および／または取り出しを行うように構築および配置された試料保持機構２３を備えている。保持機構２３は、クランプ、つめ機構、突起を備え、この突起を試料を収容した基材またはチャンバの対応する凹所に挿入できる機構、などであってよい。図示のとおり、チャンバ１０が保持機構２３によって保持され、システム１００は、システム１００の周囲でチャンバ１０（または、他の基材）を動かすことができる。枢支機構２１が、紙面に直交する軸を中心としてチャンバ１０を回転させる（矢印２で示されており、軸は機構２１の中心と一致している）ことができる一方で、アーム２２が、この軸と実質的に直交する方向（すなわち、矢印４で示されているとおり、この軸に向かい、あるいはこの軸から離れる半径方向）および／またはこの軸と実質的に平行な方向（すなわち、紙面に直交する方向であって、図示されていない）に、チャンバ１０を動かすことができる。
【００４１】
一連のモジュール３１、３２、３３、３４、３５が、荷捌き装置２０の周囲に放射状に配列されている。モジュールは、荷捌き装置２０によって任意のモジュールにチャンバを追加でき、あるいは任意のモジュールからチャンバを持ち去ることができるように配置されている。図１においては、モジュール３１、３２、３３、３４、３５が、荷捌き装置２０の周囲に実質的に六角形の配置で放射状に配置されている。当然ながら、他の実施の形態においては、後でさらに説明するとおり、他のモジュール配置を利用することができる。図１に示されているとおり、アーム２２は、チャンバ１０がモジュール３１内に位置するように展張されている。チャンバ１０をモジュール３１から取り去る場合、アーム２２が、アームによる持ち去りのためにチャンバ１０を保持できる。対照的に、チャンバ１０をモジュール３１内に配置する場合、チャンバ１０を保持しているアーム２２が、モジュール内へとチャンバ１０を解放することができる。同様に、チャンバ１０を荷捌き装置２０の周囲に配置された他のモジュール３２、３３、３４、３５のいずれかに移動させるため、荷捌き装置２０を回転させ、あるいは他に操作することができる。すなわち、一例として、荷捌き装置２０は、チャンバ１０を保持すべくアーム２２を伸ばすことによってモジュール３１からチャンバ１０を持ち去ることができ、アームおよびチャンバ１０を引き込み、チャンバ１０をモジュール３３内に配置するための方向へと枢支機構２１によって回転し、チャンバ１０をモジュール３３内に配置すべくアーム２２を展張し、次いでモジュール３３内にチャンバ１０を解放できる。
【００４２】
図１には、ある軸を中心とするチャンバの回転、およびこの軸に実質的に直交する方向およびこの軸に実質的に平行である方向のうちの少なくとも１つへのチャンバの平行移動を独立に行うことができる回転式の装置を示したが、他の実施の形態においては、例えば後でさらに説明するように、チャンバを１つのモジュールから他のモジュールへと移動させるために他の装置を使用できることに、注意すべきである。
【００４３】
荷捌き装置は、１つ以上のチャンバおよび／または基材を保持し、荷捌き装置の近傍に位置する１つ以上のモジュールへと、かつ荷捌き装置の近傍に位置する１つ以上のモジュールから、輸送することができる。荷捌き装置は、チャンバまたは他の基材を、例えばユーザに応答して操作することができ、あるいは自動化された手順にて操作することができる。例えば、図１において、荷捌き装置２０は、チャンバを第１のモジュール（荷捌き装置２０にとってアクセス可能な任意のモジュールであってよい）に配置でき、当該モジュールがチャンバに対して作業を（例えば、後述のとおり）行うことができるようにし、ついでチャンバを第１のモジュールから第２のモジュールへと移動させることができる。チャンバは最初に、用途に応じて、満たされた状態または部分的に満たされた状態、あるいは空の状態で出発できる（例えば、チャンバが、後に作業の進行の際に必要に応じてモジュールにて満たされる場合）。一実施の形態においては、荷捌き装置が、モジュールからチャンバを保持または「把持」でき、かつ／またはチャンバまたは他の基材をモジュール内に配置できる１つ以上の作動体機構を備えてもよい。当業者であれば、チャンバまたは他の基材を保持および／または配置することができる適切な機構を選択できるであろう。
【００４４】
荷捌き装置は、チャンバまたは基材を、例えば水平方向および垂直方向、あるいは円柱座標系の荷捌き装置の場合には回転方向（例えば、実質的に垂直な軸を中心とする）、垂直方向、および／または半径方向など、２つまたは３つ以上の軸または次元に移動させることができてよい。例えば、図１において、荷捌き装置２０は、それぞれ矢印２および４で示されているとおり、回転可能でありかつチャンバ１０を半径方向に動かすことが可能である。他の例としては、荷捌き装置２０が、モジュールにおいてチャンバまたは他の基材の回収および／または配置を行うことができるように充分に関節運動する１つ以上のアームを有する多軸関節自動ロボットを備えることができる。例えば、荷捌き装置が、１つ以上の関節ジョイント（例えば、肩、肘、および／または手首ジョイント）を有する自動化された「アーム」を備えることができる。さらなる例としては、荷捌き装置が、円柱形の自動装置（例えば、図３に示されているような）、直線移動ステージ、エレベータ機構、コンベア・ベルト、などを備えてもよい。
【００４５】
あるいくつかの実施の形態においては、本発明の装置が、例えば図２に示されているとおり、２つ以上の荷捌き装置を備えることができる。この図においては、システム１００が、２つの荷捌き装置２０、２５、および２つの荷捌き装置の周囲に配置された一連のモジュールを備えている。システム１００は、無菌の環境内に収容されてよく、あるいは周囲の環境（例えば、大気）など無菌でない環境内に収容されてもよい。ある場合には、荷捌き装置２０を、１つ以上のチャンバを荷捌き装置２５へと直接渡すことができるように構成できる（あるいは、その逆も然り）。他の場合には、図２に示されているとおり、荷捌き装置２０を、１つ以上のチャンバを荷捌き装置２５へと、例えば保持用モジュールまたはコンベア・ベルトなどの「引き渡し」機構を介して間接的に渡すことができるように構成できる。
【００４６】
図２の例においては、モジュール３０、３１、３２、３３および３４が、荷捌き装置２０によってアクセスできるように配置される一方で、モジュール３５、３６、３７、３８および３９が、荷捌き装置２５によってアクセスできるように配置されている（当然ながら、ある実施の形態では、特定の用途に応じ、例えば１つの荷捌き装置がモジュールを少なくとも他の荷捌き装置に「引き渡す」ことができるように構成されている装置において、モジュールを同時に２つ以上の荷捌き装置からアクセスできるように配置できる）。モジュールのうちのいくつか（例えば、モジュール３３、３４、３７および３８）は、２つ以上の内部空間を有することができ、そのような空間は、同じ寸法であっても異なる寸法であってもよい。モジュール３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８および３９は、本明細書において説明したモジュールなど、チャンバを保存および／または操作するための任意の適切なモジュールであってよい。例えば、モジュールは、冷蔵モジュール、殺菌モジュール、インキュベーション・モジュール、検定モジュール、流体輸送モジュール、あるいはある環境条件またはある範囲の環境条件を提供するためのモジュール、などを含むことができる。
【００４７】
図２において、荷捌き装置２０および２５は、一緒に、または独立して、制御および／または運転される。ある場合には、荷捌き装置２０および２５を、荷捌き装置２０および荷捌き装置２５の動作が互いに干渉することが実質的にないよう、充分遠く離間させることができる。すなわち、荷捌き装置２０および荷捌き装置２５について、互いに接触する可能性なく、自由に回転その他の動作が可能である。例えば、図２において、モジュール３３、３４、３５および３６は、荷捌き装置２０と荷捌き装置２５との間に、荷捌き装置２０と荷捌き装置２５との間に適切な離間を確保しつつ配列されている。他の実施の形態においては、２つ以上の荷捌き装置を、それらが接触し得るように配置し、望ましくない接触が生じないように運動を制御することができる（当然ながら、ある場合には、例えばチャンバを１つの荷捌き装置から他の荷捌き装置に渡すため、ある種の接触が望まれるかもしれない）。
【００４８】
ある特定の場合には、荷捌き装置間のチャンバの輸送が望まれるかもしれない。例えば、図２において、チャンバを荷捌き装置２０と荷捌き装置２５との間で輸送するために、コンベア・システム２３を使用することができる。すなわち、コンベア・システム２３の一端が、荷捌き装置２０がコンベア・システム上へとチャンバを配置することができるように配置される一方で、コンベア・システム２３の他端が、荷捌き装置２５がコンベア・ベルト上へとチャンバを配置し、あるいは持ち去ることができるように配置されている。図２においては、コンベア・システムがおおむね直線状であるとして示されているが、他の実施の形態においては、コンベア・システムは必ずしも直線状でなくてもよい。例えば、用途の特定の必要性に応じ、コンベア・システムが、システム１００またはシステム１００を収容している空間（部屋など）に合わせるため、屈曲部、傾斜または標高の変化、エレベータ、などを備えてもよい。
【００４９】
ある実施の形態においては、さらにモジュールが、お互いに対して垂直に位置してもよい。例えば、図３においては、モジュール３１が、モジュール３３上に垂直配置されたモジュール３２上に垂直配置されている。チャンバ１０を保持するアーム２２を含んでいる荷捌き装置２０が、モジュール１０をモジュール３１、３２および３３にいずれかに導くように配置されている。例えば、アーム２２を、チャンバ１０をモジュールへと導くように展張させることができ、さらに／または所望に応じて昇降させることができる。さらに、荷捌き装置２０を、所望に応じて軸７０を中心として回転させることができる。
【００５０】
荷捌き装置は、例えばプログラム、ユーザからの指示、センサの測定結果、などに応答して、チャンバまたは他の基材をモジュール間で移動させることができる。例えば、荷捌き装置を、チャンバまたは他の基材をモジュール間で移動させるように、ユーザが装置についての１つ以上の所望の動作パラメータを入力する制御インターフェイスを使用して、プログラムできる。動作パラメータの例には、これらに限られるわけではないが、細胞または化学反応の種類、所望の時間長さ、種々のモジュールの内部の設定、検出の頻度、種々の検出結果への適切な応答、加えるべき流体の頻度および種類、などが挙げられる。例えば、荷捌き装置は、センサの測定結果に応答してチャンバを操作することができる。センサの例としては、近接センサ、光学的または視覚的センサ、温度センサ、圧力センサ、などが挙げられ、センサの他の例については、後でさらに説明する。
【００５１】
ある特定の例としては、荷捌き装置が、細胞培養チャンバなどのチャンバまたは他の基材をインキュベータ・モジュール（例えば、後でさらに説明するような）から取り出し、当該チャンバをセンサまたはサンプリング・モジュールに配置し、当該チャンバを当該モジュールから注入モジュールへと移動させ、次いで当該チャンバを注入モジュールから前記インキュベータ・モジュールまたは内部が別の環境条件である第２のインキュベータ・モジュールへと戻すことができる。このようなイベントの並びを、例えばセンサまたはサンプリング・モジュールの測定結果に応じて、変更することができる。例えば、センサまたはサンプリング・モジュールが、チャンバ内の環境要因が設定済みの限界内にあることを示している場合に、荷捌き装置は、チャンバを注入モジュールではなくインキュベータ・モジュールへと直接、移動させることができる。使用される特定の方法は、特定の用途によって決まるであろうが、当業者によって用途に応じて決定することができる。
【００５２】
前記モジュールは、荷捌き装置によってアクセスできるようなやり方で配置でき、すなわち荷捌き装置が少なくとも１つのチャンバ（または、他の基材）をモジュールへと加え、あるいはモジュールから持ち去ることができるように配置できる。本明細書において使用されるとき、「モジュール」とは、チャンバまたは基材を収容でき、かつ／またはチャンバまたは基材について操作を実行できる装置である。例えば、モジュールは、チャンバまたは基材を（例えば、ある有限の期間にわたって、あるいは特定の条件または環境下で）保持でき、チャンバまたは基材を加熱および／または冷却でき、チャンバまたは基材（あるいは、内部の構成要素または物質）の正体を割り出すことができ、チャンバまたは基材について測定を実行でき、チャンバまたは基材に対して物質の添加または除去を行うことができ、チャンバまたは基材について検定を実行でき、チャンバまたは基材のｐＨを制御でき、チャンバまたは基材において反応および／または相互作用の発生を可能ならしめることができ、以下同様である。さらなる例としては、これらに限られるわけではないが、細胞培養チャンバが使用される装置においては、モジュールが、細胞培養チャンバ内の１つ以上の種（酸素、二酸化炭素、窒素、培地、血清、イオン類、細胞類、など）の濃度を測定でき、例えばタンパク質の滴定、抗体の滴定、細胞の滴定、ホルモンの滴定、低分子（すなわち、約１０００Ｄａ未満の分子量を有する分子）の滴定、生成物の滴定、ペプチドの滴定、リガンドの滴定、などにおけるように、検体を測定できる。他の例としては、例えば細胞濃度、細胞密度、細胞の生死、細胞の収量（例えば、生成物の）、細胞の生産性、細胞の種類、細胞の形態、細胞の付着、など、細胞培養チャンバ内の細胞および／または複数の細胞の１つ以上の特徴を、割り出すことができる。システム内の前記モジュールの任意のいずれかを、例えば特定の用途の必要性に合わせるため、所望のとおり交換または置換することができる。すなわち、あるいくつかの場合には、モジュールが入れ替え可能であるように設計されている。モジュールは、本発明のシステムの運転サイクルの間に交換することができ、さらに／あるいはシステムが運転中であっても交換が可能である。
【００５３】
モジュールは、荷捌き装置が当該モジュールにアクセスできるよう、任意の向きに配置できる。ある場合には、例えば荷捌き装置が中央に配置されて使用される場合など、モジュールを垂直軸を中心として実質的に放射状に配置できる。例えば、荷捌き装置が中央または実質的に中央に配置（例えば、図１および４に示されているように）される場合、荷捌き装置がモジュールにアクセスできるよう、モジュールを任意のパターンに配置できる。例えば、モジュールを、中央の荷捌き装置の周囲に、円形または実質的に円形のパターンに配置でき、あるいは多角形または実質的に多角形のパターンに配置できる。例えば、図１においては、すでに述べたとおり、モジュール３１、３２、３３、３４、３５が、荷捌き装置２０の周囲に実質的に六角形のパターンに配置されている。本明細書において使用されるとき、「実質的に多角形」とは、多角形の１つ以上の辺がモジュールを含んでいない（例えば、図１に示されているような）実施の形態も含んでいる。
【００５４】
荷捌き装置を中心として実質的に多角形に配置されたモジュールのさらなる例が、図２および４に示されている。図２においては、モジュール３０が、荷捌き装置２０の周囲で実質的に六角形のパターンに配置され、モジュール３５が、荷捌き装置２５の周囲で実質的に六角形のパターンに配置されている。図４Ａにおいては、モジュール３０、３１、３２、３３が、荷捌き装置２０の周囲に配置されている。この配置において、モジュールは実質的に矩形の配置に配置されており、モジュール３２が実質的に矩形である配置の第２の辺を構成し、モジュール３３が実質的に矩形である配置の第３の辺を構成し、モジュール３０、３１が実質的に矩形である配置の一辺を構成している（すなわち、一辺に２つ以上のモジュールが存在してよい）。図４Ｂにおいては、一連のモジュールが、荷捌き装置２０の周囲に実質的に五角形の配置で配置されており、モジュール３０が一辺を構成し、モジュール３１および３２が第２の辺を構成し、モジュール３３が第３の辺を構成し、モジュール３４が第４の辺を構成し、モジュール３５および３６が実質的に五角形である配置の第５の辺を構成している。図４Ｃには、荷捌き装置２０の周囲の実質的に七角形のモジュール配置が示されている。この図においては、七角形の７つの辺のうちの２つがモジュールを有していない一方で、七角形の残りの５つの辺が、モジュール３０、３１、３２、３３、３４および３５を含んでいる。図４Ｄには、荷捌き装置２０の周囲のモジュールの不規則配置が示されている。この構成は、荷捌き装置２０の周囲に不規則パターン（この場合には、おおむね円形）で配置された一連のモジュール３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７を示している。図４Ｄの例における荷捌き装置およびすべてのモジュールは、さらにハウジング４０内に収容されている。ハウジング４０は、例えば、塵埃および／または他の粒子が装置へと進入しないようにすることができるハウジング、インキュベータまたは冷蔵庫など、内部に管理された環境を維持することができるハウジング、または内部に清浄化および／または生物学的に殺菌された環境を促進できるハウジングであってよい。
【００５５】
本発明とともに使用できるモジュールの例は、これらに限られるわけではないが、チャンバ（または、他の基材）を必要に応じて無菌の環境で保存または収容できる「スタック」または「保持」モジュール；チャンバを（例えば、温度を上昇させ、あるいはイオン化放射を加えることによって）殺菌することができる殺菌モジュール；特定のチャンバを（例えば、色またはバーコード、無線周波タグ、あるいはメモリまたは他の半導体チップなど、識別用の特徴を使用して）検出または判定できる識別モジュール；チャンバからデータを読み出し、あるいはチャンバへとデータを書き込むことができるデータ転送モジュール；例えば細胞、培地、試薬、化学物質、ｐＨ緩衝液、開始剤、などの物質をチャンバへと加え、かつ／またはチャンバから除去できる流体輸送モジュール；例えばｐＨ、温度、大気条件（例えば、気体の濃度）、湿度、溶存酸素または二酸化炭素濃度、チャンバ内（例えば、培地内）の他の化学物質の濃度、細胞密度、細胞の生死、細胞の形態または細胞の他の特徴など、チャンバ内の環境因子を測定および／または記録することができるセンサ・モジュール；チャンバの画像を（例えば、光学的に、蛍光によって、など）取得することができる画像化モジュール；冷蔵モジュール；温度および／または他の大気条件（例えば、相対湿度）を所定のレベルに維持することができるインキュベータ・モジュール；チャンバから物質（例えば、培地、細胞、生成物、など）を取り去ることができるサンプリング・モジュール；チャンバについて化学的または生物学的検定を実行できる検定モジュール；などが挙げられる。例えば、チャンバまたは他の基材に対して注入およびインキュベートを行うことができるモジュールなど、これらのモジュールおよび／または他のモジュールの組み合わせも、思い描くことができる。これらのモジュールおよび他のモジュールの機能の例を、後でさらに説明する。
【００５６】
ある一連の実施の形態においては、モジュールのうちの少なくとも１つが、例えば荷捌き装置が他のチャンバを操作している際、あるいはチャンバを次のステップまたは次のモジュールへと移動させることができるようになるまでにある程度の時間が必要である場合（例えば、化学または酵素反応などの反応が、生じるまでにある程度の時間を必要とする場合）に、ある時間長さにわたってチャンバ（または、他の基材）を保持または収容することができる（例えば、「保持」モジュール、または「スタック」モジュール）。モジュールが、例えば図５のモジュール８０によって示されているとおり、１つ以上のチャンバを保持および／または保護できる。例えば、このモジュールが、例えばマイクロプレート、フラスコ、ローラ・ボトル、などを保持および／または保護できる１つ以上の棚またはクランプなど、チャンバを保持および／または保護できる１つ以上の棚またはクランプを備えることができる。ある特定の一例として、図５においては、矩形のモジュール８０が水平な一連の棚８２を含んでおり、少なくともそのいくつかが、１つ以上のチャンバ１０を収容することができる。モジュール８０は、この例においては完全に囲われており、モジュール８０の内部へのアクセスは、一連のアクセス・ポート５５を通じてのみ許され、アクセス・ポート５５は、アクセス・ポート５５を通じて各棚８２に直接アクセスできるように配置されている。アクセス・ポート５５は、モジュール８０において、チャンバまたは他の基材をモジュール８０へと適切にアクセスさせることができる任意のどこかに配置でき、例えばモジュール８０の側面、またはモジュール８０の１つ以上の主たる表面に配置できる。例えば、チャンバを、アクセス・ポート５０を通ってモジュール８０へと（例えば、棚８２または他の機械的な保持装置へと）挿入できる。チャンバ（または、他の基材）を、手による手動操作、アクチュエータによる操作、または自動化されたアクチュエータによる操作を含む本質的に任意の技法によって、ポート５５を介してモジュール８０へと挿入でき、かつ／またはモジュール８０から取り出すことができる。アクセス・ポート５５は、あるいくつかの実施の形態においては、モジュール８０の開口であってよく、必要に応じてフラップ、扉、またはチャンバのモジュール８０への導入またはモジュール８０からの取り出しに使用されていないときにアクセス・ポート５５を閉鎖できるようにする他の部材を備えている。ある場合には、モジュールを、第１の荷捌き装置がチャンバをモジュールへと加えることができる一方で、第２の荷捌き装置がチャンバをモジュールから持ち去ることができるように、配置することができる（当然ながら、他の場合には、それぞれの荷捌き装置が、個々にチャンバをモジュールへと加えることができ、かつチャンバをモジュールから持ち去ることができてもよい）。このようなモジュールを、ある場合には、「引き渡し」モジュールとも称することができる。
【００５７】
モジュールの機能の他の例として、モジュールは、内部に収容された１つ以上のチャンバ（または、基材）を特定可能であってよい。一実施の形態においては、モジュールが、バーコード、シリアル番号、カラー・タグ、放射タグ、磁気タグ、無線タグ、またはメモリその他の半導体チップ、あるいは他の識別上の特徴など、基材またはチャンバに関連付けられた識別タグを読み取ることができる識別システムを有している。例えば、バーコードなどの識別タグを、チャンバ上に食刻または描画することができ、あるいは識別タグを含んでいるステッカーまたは他のラベルを、チャンバに貼り付けてもよい。バーコード読み取り器または放射タグなどの適切な識別システムは、広く市販されている。他の適切な識別システムとしては、前記言及によって本明細書に組み込まれた種々の米国および国際特許出願に開示のものが挙げられる。すなわち、ある場合には、モジュールが、当該モジュール内にチャンバまたは特定のチャンバが存在するか否かを、識別システムを使用して判断でき、（例えばチャンバの存在を記録する、チャンバを加熱する、それについて検定を実施する、反応の発生を生じさせる、などによって）適切なやり方で応答できてよい。ある場合には、モジュールは、識別システムを使用して装置内におけるチャンバの移動または位置を追跡でき、さらに／またはチャンバについてのデータ収集を補佐することができる。さらに、モジュールは、ある場合には、識別システムを使用して特定したセンサまたは他のデータを、さらなる分析にためにプロセッサへと送信してもよい。
【００５８】
モジュール機能のさらに別の例として、モジュールは、チャンバ（または、他の基材）からデータを読み出し、かつ／またはチャンバ（または、他の基材）へとデータを書き込むことができるデータ転送モジュールであってよい。例えば、チャンバまたは基材から読み出され、かつ／またはチャンバまたは基材へと書き込まれるデータは、識別データ、動作および保存条件のデータ、当該チャンバまたは基材に対する検定または他の操作の結果、などを含むことができる。一実施の形態においては、データを、例えばメモリ・チップ、ＲＯＭチップ、磁気テープ、など、チャンバまたは他の基材に一体に接続された半導体チップまたは磁気媒体に書き込み、かつ／またはこれらから読み出すことができる。当業者であれば、例えば半導体チップ、磁気媒体、などについて、データの読み出しまたは書き込みを行うために適した技法を、承知しているであろう。データ転送システムのさらなる例としては、前記言及によって本明細書に組み込まれた種々の米国および国際特許出願に開示のものが挙げられる。
【００５９】
モジュールの機能の他の例として、ある場合には、モジュールが、モジュール内（例えば、「検出」モジュール）ならびに／あるいはチャンバまたは基材内（あるいは、反応サイト内などその一部）の内部環境を判断および／または制御可能であってよい。モジュール内および／またはチャンバ内の環境因子の判断および／または制御は、例えばモジュール上および／またはモジュール内および／またはモジュール近傍に配置した１つ以上のセンサ、プロセッサ、および／またはアクチュエータを使用して、達成できる。当業者であれば、用途に応じ、定型作業の範囲内の実験を使用して、判断および／または制御すべき適切な内部環境因子を決定できるであろう。
【００６０】
モジュール内またはモジュール近傍に配置されるセンサは、モジュールに関する環境因子であってモジュール内の生物学的種に影響を及ぼし得る環境因子を測定することができる任意の適切なセンサであってよく、例えばモジュール内の環境因子を測定でき、かつ／またはチャンバまたは基材内あるいは種そのものの環境因子を測定できる任意の適切なセンサであってよい。センサは、ある場合には、チャンバ内の１つ以上の特徴または環境因子、チャンバ内の１つ以上の反応サイト、チャンバ内の１つ以上の反応サイトの中身（例えば、流体または細胞）、などを測定することができる。適切なセンサの例としては、これらに限られるわけではないが、電気センサ、磁気センサ、近接センサ、光学的または視覚的センサ、分光学センサ、ｐＨセンサ、機械センサ、温度センサ、圧力センサ、化学センサ、湿度センサ、重量センサ、種の濃度を測定することができるセンサ、などが挙げられる。当業者であれば、適切なセンサを容易に選択および製造できる。一実施の形態においては、モジュールが、細胞を含んでいるチャンバ内の環境因子を疎おくテイラー・コーンできるセンサを備えている。そのようなセンサの例としては、これらに限られるわけではないが、細胞密度（２および／または３次元で）、細胞の生死、ｐＨ、溶存酸素濃度、溶存二酸化炭素濃度、栄養素の濃度、温度、圧力、相対湿度、などを測定できるセンサが挙げられる。センサは、モジュール内に組み込んで一体に接続することができ、あるいはモジュールから分離しているが前記の環境または他の因子を測定可能（例えば、モジュールあるいはチャンバまたは他の基材と光でやり取りする光学式センサ）であってよい。すなわち、センサは、光学および／または視覚検出器を含むことができる。適切な光学センサの例としては、これらに限られるわけではないが、光散乱、光吸収、光学密度、偏光、光放射、蛍光、および分光検出器が挙げられる。適切な光学的測定を実行できるセンサの例としては、これらに限られるわけではないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）チップまたはカメラ、光電子増倍管（ＰＭＴチューブ）、アバランシェ光ダイオードなどの光ダイオードまたは光ダイオード・アレイ、フォトディテクタ、光起電性セル、などが挙げられる。ある場合には、センサが、チャンバまたはチャンバ内の構成要素によって生み出された光を検出可能であってよい。チャンバ（または、他の基材）が、例えば光子を生成する反応を含むことができる。例えば、チャンバが、ＧＦＰ（「緑色蛍光タンパク質」）および／またはルシフェラーゼに関係する反応など、光子を生み出す化学的反応を含むことができ、さらに／またはチャンバが、蛍光または燐光を通じて光を生み出すことができる化合物を含むことができる。例えば、電子の入射、電流、摩擦、熱、化学、および／または生物学的反応を、光を生み出すべくチャンバ内の化合物に加えることができる。
【００６１】
一実施の形態においては、光学センサが、直接的または間接的な比色または蛍光応答を有する材料を、例えば当該材料を特定の化合物あるいは特定の細胞または細胞タイプにさらすことによって、検出できる。ある場合には、そのような材料を、チャンバまたは基材に組み込むことができる。例えば、そのような材料を、例えば光ファイバまたは導波管の端部に不動化するなど、チャンバ内の反応サイトと流体によってつながるように、チャンバ内に組み込むことができる（例えば、２００４年３月２５日に米国特許出願公開第２００４／００５８４３７号として公開されたＲｏｄｇｅｒｓらによる「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｈａｖｉｎｇ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ａｎｄ  Ｇａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願１０／４５７，０４９号（ここでの言及によって本明細書に組みこまれたものとする）に開示されているように）。他の場合には、そのような材料がチャンバと分離している。例えば、そのような材料を、あらかじめの作業においてチャンバ内に加える（例えば、トレーサ化合物）ことができ、あるいはそのような材料が、チャンバ内に存在してもよい（例えば、チャンバ内に存在する液体に溶解している）。チャンバ内に細胞培養が存在しているある場合には、そのような材料を、細胞を囲んでいる培地に溶解させることができ、細胞に吸収させることができ、細胞の表面に吸収させることができ、以下同様である。
【００６２】
ある場合には、光学センサが、例えばチャンバまたは基材、および／または反応サイトなどチャンバ内の構成要素の画像を、取得可能（「画像センサ」）であってよい。顕微鏡画像は、特定の用途に応じて、例えば光学的画像、蛍光画像、位相差画像、などであってよい。ある一連の実施の形態においては、顕微鏡画像を、特定の用途に応じて、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、少なくとも２０倍、少なくとも５０倍、あるいは少なくとも１００倍以上に、拡大することができる。ある場合には、顕微鏡画像を、カメラを使用して記録（例えば、ＣＣＤチップまたはカメラを使用する）することができ、さらに／またはさらなる処理のためにプロセッサへと転送できる。このようにして、光学センサが、例えば反応サイト内の細胞など、チャンバおよび／またはチャンバの構成要素の計数および／または視覚的検査を可能にできる。そのような例として、画像センサが、細胞の形態の判定、チャンバ内の細胞の数および／または細胞密度の測定、細胞内および／または細胞近傍に存在する化合物の濃度の測定、細胞の生死の判定、薬品などの試薬に対する細胞の応答の判定、などを実行可能であってよい。ある場合には、画像化システムが、そのような画像の結果を、例えばデジタル画像として保存することができ、さらに／または画像データをさらなる分析のためにプロセッサに送信することができる。
【００６３】
ある特定の場合には、さらにモジュールが、チャンバ（または、他の基材）および／または光学センサと相互作用できる光源を、例えばその光がチャンバによって何らかのかたちで変化させられるように備えてもよい。例えば、センサが、チャンバおよび／またはチャンバ内の構成要素によって生じた光の吸収、光の密度、偏光、などの程度を検出でき、さらに／あるいはセンサが、前述のとおりチャンバの画像を取り込むことができるカメラであってよい。光源は、例えば外部または周囲の光であってよく、ＬＥＤにて生成されるようなコヒーレントまたは単色の光ビームであってよく、あるいは半導体レーザまたは量子井戸レーザなどのレーザであってよい。モジュール内またはモジュール近傍において適切な光源としては、これらに限られるわけではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、アーク灯、連続波レーザ、パルスレーザ、などが挙げられる。光源からの光を、実質的にチャンバに向かって直接導くことができ、あるいは鏡、レンズ、プリズム、光ファイバ、導波管、ビームスプリッタ、フィルタ、偏向器、レンズ、プリズム、回折格子、など、光学的な構成要素によって導くことができる。ある一連の実施の形態においては、光が実質的にチャンバまたは他の基材内の１つ以上の反応サイトに導かれる。
【００６４】
このようなセンサ・モジュールの一例が、これに限られるわけではないが、図６Ａ〜６Ｄ（モジュールを、さまざまな視点から示している）に示されている。これらの図において、センサ・モジュール２００は、光源２０５および光学センサを備えている。光学センサは、図示の例では、顕微鏡対物レンズ２１０（ホルダ２２９に取り付けられている）をビデオカメラ２１５に組み合わせて備えている。次に、このビデオカメラを、コンピュータ、画像処理器、ビデオレコーダ、などへと接続できる。さらにセンサ・モジュール２００は、試料ホルダ２２０をチャンバまたは他の基材を保持できるように構成して備える位置決め機構、ならびにチャンバまたは他の基材を光源２０５と顕微鏡対物レンズ２１０との間に位置させることができるように構成された平行移動機構２２５、２２７を備えている。この実施の形態においては、平行移動機構２２５、２２７が集合的に、チャンバを２つの方向に独立して操作できるように構成されている。すなわち、一例として、チャンバまたは他の基材を収容してなる装置が、当該チャンバまたは基材を試料ホルダ２２０内へと配置することができる。次いで、平行移動機構２２５、２２７が、チャンバまたは基材を、光学センサによって当該チャンバまたは基材についての測定または他の判定を行うことができる位置へと配置すべく動作する。
【００６５】
ある実施の形態においては、センサをアクチュエータへと、さらに必要に応じてプロセッサへと、動作可能に接続できる。ある場合には、モジュール内の１つ以上の環境因子を規則的な間隔で割り出すことができ、さらに必要に応じて、さらなる分析のために当該環境因子に関するデータをプロセッサへと送信することができ、あるいは保存することができる。本明細書にて使用されるとき、「プロセッサ」または「マイクロプロセッサ」とは、１つ以上のセンサからの信号を受信でき、当該信号を記憶でき、さらに／または例えば数式ならびに／あるいは電気または演算回路を用いることによって、当該信号を１つ以上のアクチュエータの１つ以上の応答に変換できる任意の構成要素である。ある場合には、プロセッサは、例えば信号に関するデータをコンピュータへとダウンロードすることによるさらなる分析のため、信号に関するデータを保存できる。センサからの信号は、例えば空気圧信号、電気信号、光学的信号、機械的信号、など、任意の適切な信号であってよい。プロセッサは、例えば機械的な装置であってよく、あるいは半導体チップなどの電子装置であってよい。プロセッサは、用途に応じて、モジュールに組み込んで一体に接続でき、あるいはモジュールと別個にすることができる。一実施の形態においては、プロセッサが、例えばセンサからの入力信号を取り込んで、当該信号をアクチュエータのための適切な出力へと変換できるプロセス制御アルゴリズムでプログラムされる。プロセッサは、例えばＰＩＤ制御システム、フィードバックまたはフィードフォーワード・システム、ファジー理論制御システム、など、任意の適切なアルゴリズムを使用することができる。プロセッサを、例えばアクチュエータを制御することによってモジュール内の環境因子を制御するようにプログラムし、あるいはそのように設計することができる。
【００６６】
本明細書において使用されるとき、「アクチュエータ」とは、モジュール内および／またはモジュール近傍の１つ以上の環境因子を左右することができる機構である。アクチュエータは、モジュールと別個であってよく、あるいはモジュールに一体に接続されてもよい。例えば、ある実施の形態では、アクチュエータが、例えば化学溶液、緩衝液、ＣＯ２またはＯ２などのガス、栄養素溶液、培地成分、あるいは酸または塩基など、種のモジュール内への流れおよび／またはモジュールからの流れを制御し、変化させ、さらに／あるいは阻止することができるように構成されたバルブまたはポンプを備えることができる。輸送されるべき物質は、特定の用途によって決まるであろう。一例として、アクチュエータが、モジュールへのＣＯ２またはＯ２の進入を可能にすべく、バルブを開くことができる。他の例としては、アクチュエータが、必要に応じて反応サイトとの流体接続を生成できる送液システムを備えてもよい。さらに他の例としては、アクチュエータが、抵抗ヒータまたはペルチェ冷却器などの加熱素子および／または冷却素子を備えてもよい。少なくとも２つの流体流がモジュールへと流入または流出するさらに別の例においては、アクチュエータが、それら２つの流体間の流量比を制御できるバルブまたはポンプを備えることができる。例えば、アクチュエータが信号に応答し、モジュールへの流入流量を増やし、モジュールからの流出流量を減らすように動作できる。
【００６７】
ある一連の実施の形態においては、アクチュエータが、例えば電磁エネルギー源、熱源、または超音波源など、モジュールに関連付けられた環境を変化させるためのエネルギー源を備えている。ある実施の形態においては、電磁放射が、光学的または視覚的範囲の波長または周波数（例えば、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの間の波長を有する）、赤外波長（例えば、約３００ｎｍ〜７００ｎｍの間の波長を有する）、紫外波長（例えば、約４００ｎｍ〜約１０ｎｍの間の波長を有する）、など、を有してよい。ある場合には、光が、例えば約３５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの間、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍの間、約５００ｎｍ〜約１０００ｎｍの間、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの間、約６００ｎｍ〜約１０００ｎｍの間、または約５００ｎｍ〜約４５０ｎｍの間の周波数の範囲を包含し得る。他の場合には、光が、例えば市販のレーザによって一般に生みだされる周波数、または蛍光トレーサが励起される周波数など、単色（すなわち、単一の周波数または狭い周波数分布を有する）であってよい。
【００６８】
このように、センサ、アクチュエータ、およびプロセッサ（存在する場合）が、モジュール内ならびに／あるいはチャンバまたは基材内の環境因子を、例えば所定の設定点へと制御でき、かつ／またはある条件に応答して制御できるように構成された制御システムを形成できる。例えば、制御システムは、ある場合には、圧力、１つ以上のガスの濃度（例えば、気体の状態にありあるいは溶液中にある酸素、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウム、などの濃度）、相対湿度（例えば、飽和環境が望まれる場合には約９０％超、約９５％超、または約１００％、あるいは乾燥環境が望まれる場合には約１０％未満、約５％未満、または０％、など）、など、モジュール内および／またはチャンバ内の１つ以上の環境因子の内部制御を可能にすることができる。他の例においては、制御システムが、後でさらに説明するように、チャンバまたはチャンバ内の構成要素への流体の投与、およびチャンバまたはチャンバ内の構成要素からの流体の取り出しを正確に制御できるように構成される。さらに他の例では、制御システムを、モジュールまたはチャンバ内に一定の温度を保つことができるように設計できる。例えば、モジュールを冷却（例えば、冷蔵庫または冷凍庫モジュールにおけるように）または加熱（例えば、「インキュベータ」モジュールにおけるように）できる。一例として、モジュールが細胞培養チャンバを含んでいる場合には、細胞の種類に応じて、モジュールの温度を約３２℃、約３５℃、または約３７℃に制御できる。このように、一実施の形態においては、モジュールが、例えばＺａｒｕｒらによる「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」という名称の２００３年６月５日付の米国特許出願第１０／４５６，９２９号（ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする）に開示の細胞培養インキュベータである。
【００６９】
さらに他の例においては、制御システムが、チャンバまたは基材内あるいはチャンバ内の構成要素内のｐＨを測定および／または制御することができる。例えば、制御システムが、チャンバ内に位置するゾル−ゲル・マトリックス内に不動化されたフルオレセイン染料に由来する光吸収または放射測定を決定できるセンサを備えることができる。この方法は、例えば大収量の設計において有用であろう。この方法は、あるいくつかの場合には構成を必要とせず、あるいくつかの例では、小さな使い捨てのゾル−ゲル・ペレットを、チャンバおよび／またはチャンバ内の構成要素に流体によって接触させるだけでよい。ある場合には、制御システムが、チャンバおよび／またはチャンバ内の構成意要素内のｐＨを、約１ｐＨ単位の範囲内、約０．５ｐＨ単位の範囲内、約０．２ｐＨ単位の範囲内、または約０．１ｐＨ単位の範囲内へと制御可能であってよい。制御は、例えば、チャンバまたは構成要素のｐＨを所定の設定点と比較することによって達成できる。ｐＨを制御すべく制御システムによって、酸または塩基を、例えばチャンバまたは構成要素の内部または付近へと酸または塩基を注入することによって、必要に応じてチャンバに加えることができる。
【００７０】
モジュールの機能のさらに別の例においては、モジュールが、チャンバまたは基材、あるいは反応サイトなどのチャンバ内の構成要素へと、種を加える（例えば、「注入」モジュール）ことができ、あるいは取り去る（例えば、「サンプリング」モジュール）ことができる。ある場合には、モジュールが、チャンバまたは基材について種の追加および除去の両方を行うことができてよい。例えば、モジュールが、例えばアクチュエータおよび／またはセンサに応答してある指定された量の化学品、開始剤、原材料、液体、細胞、培地、反応剤、生成物、などをチャンバまたは反応サイトなどのチャンバ内の構成要素へと添加でき、かつ／またはチャンバまたは反応サイトなどのチャンバ内の構成要素から除去できる流体移送システムを備えることができる。他の例としては、流体移送システムが、例えば分析またはさらなる処理のため、チャンバから試料を取り出すことができる。チャンバが２つ以上の入口および／または出口を備える場合には、流体移送システムが、例えば連続的、無作為的、同時的、など、任意のパターンで入口／出口から種を添加または除去できる。チャンバへと物質を添加し、あるいはチャンバから物質を取り去る技術は、当業者にとって公知である。例えば、モジュールが、針、ピン、ピペットまたはマイクロピペット、シリンジ、など、種のチャンバへの導入またはチャンバからの引き出しを可能にする流体移送システムを備えることができる。ある場合には、移送システムが、例えば複数の針、ピン、および／またはピペットを備えるシステムなど、多岐管を備えてもよい。一実施の形態においては、流体移送システムが、チャンバの隔膜または自己密封膜を貫くことができ、あるいは他の方法でチャンバの内部との流体接触を作り出すことができる。さらに、流体移送システムは、例えば流体リザーバ、水供給源、細胞懸濁液、気体シリンダ、など、流体の１つ以上の供給源と連通可能であってよい。
【００７１】
これに限られるわけではないが、流体移送モジュールの一例が、図７Ａ〜７Ｄに示されている。これらの図において、流体移送モジュール２５０は、２つのチャンバまたは他の基材を位置２５６および２５７に保持できる試料ホルダ２５５を備えている。平行移動機構２６０、２６２が、チャンバを流体移送のための針２６５の付近の位置まで移動させるようなやり方で、同時または独立に移動可能である。針２６５は、針多岐管２７０に接続されている（図７Ｂ〜７Ｄが、針多岐管２７０および関連の領域を拡大して示している）。針への流体が、ポンプ２７５によって、バルブ２８０および針多岐管２７０を経由して送られる。ポンプ２７５およびバルブ２８０は、所望のとおりに針のいくつかまたはすべてへと流体を届け、あるいはそれらから流体を引き取るよう、独立に制御できる。例えば、１つの針がチャンバまたは他の基材へと流体を届ける一方で、第２の針がチャンバまたは他の基材から流体を引き取ることができる。ポンプ２７５を、例えば流体リザーバ、検定システム、採取チャンバ、など、他の流体チャンバ（図示されていない）に接続してもよい。ある実施の形態においては、試料ホルダ２５５を、チャンバまたは他の試料が針２６５の下方に位置するように動作させることができ、次いで針２６５が何らかのやり方で例えば１つ以上のポートを通過してチャンバへと進入できるよう、上方へと持ち上げることができる。他の実施の形態においては、流体移送モジュール２５０が、針を何らかのやり方で例えば１つ以上のポートを通過して例えばチャンバまたは基材へと進入するための位置へと上昇または下降させることができる機構を、さらに備えることができる。
【００７２】
ある場合には、モジュールが、内部に１つ以上の流体を流体移送システムと連通して収容できるリザーバを備えてもよい。すなわち、流体移送システムは、リザーバから流体を取り出すことができ、かつ／またはリザーバへと流体を流すことができる。ある場合には、１つ以上のポンプ、バルブおよび／または他の圧力源によって、流体をリザーバから流体移送システムへと取り出すことができるようにしてもよく、あるいはその逆も然りである。ポンプおよび／またはバルブは、プロセッサの制御下にあってよく、さらに／または１つ以上のセンサと通信してもよい。ある場合には、ポンプおよび／またはバルブを、内部の死流体空間が最小になるように選択できる。ある特定の場合には、ポンプ、バルブ、配管、コネクタおよび他の流体接続からなる構成を、例えば動作の前または動作の最中に、所望に応じて変更することができる。リザーバを、ある特定の実施の形態においては、例えば無菌環境、温度が制御されている環境、圧力が制御されている環境、相対湿度が制御されている環境、など、管理された環境に保つことができる。ある特定の場合には、さらにリザーバおよび／または流体移送システムを、無菌性および／または清浄度を保つため、例えば洗剤、漂白剤、エタノール、水など、洗浄剤で洗浄可能であってよい。
【００７３】
流体移送システムの他の一例として、モジュールが、例えばすでに説明したセンサからのｐＨ判定に例えば応答して、ｐＨを制御することができる化学物質をチャンバまたは他の基材（あるいは、反応サイトなどチャンバまたは他の基材内の構成要素）へと添加可能であってよい。他の例としては、チャンバが細胞培養チャンバである場合に、モジュールが、最初にチャンバ（または、チャンバ内の反応サイト）を満たすことができ、チャンバ内のｐＨを調節でき、チャンバへと細胞および／または培地を加えることができ、チャンバへと試薬を加えることができ、チャンバへと追跡剤を加えることができ、以下同様であってよい。ある一連の実施の形態においては、リザーバが、特定の細胞培養用途が必要とするとおりに、初期細胞培養（「接種材料」）、細胞増殖用の培地、ｐＨを維持するための化学品、他の試薬または開始剤、などを含むことができる。例えば、空の細胞培養チャンバに対し、モジュール内で、接種材料、細胞増殖用培地および／または他の試薬、開始剤、ホルモン、誘導物質、プロモータ、栄養素、染色剤、追跡剤、などを加えることができる。さらにモジュールは、細胞、培地、あるいは他の化学的または生物学的流体をチャンバへと添加可能であり、かつチャンバから除去可能であってよい。
【００７４】
ある場合には、流体移送システムが、例えば生成物、細胞、培地、など少量の物質を、チャンバまたは基材あるいはチャンバの構成要素へと添加可能であってよく、あるいはこれらから取り出し可能であってよい。例えば、チャンバへと加えられる物質は、大量では利用できないかもしれず、あるいは物質をチャンバへと、例えば所定のスケジュールで少量ずつ順次に投与することが望まれるかもしれない。ある場合には、反応サイト内の流体を大きく変化させることなく、少量を分析のために定期的にチャンバから取り出すことができ、実験の進行において同じチャンバ（または、反応サイトなどチャンバ内の構成要素）について複数回の検定を実行可能にできる。同様に、細胞培養または他の反応サイトへの濃縮した試薬の添加を、チャンバ（または、反応サイトなどチャンバ内の構成要素）内の他の物質の濃度を大きく変化させることなく、達成できる。
【００７５】
ある特定の場合には、流体移送システムが、きわめて少量の流体（すなわち、約１ｍｌ未満または約０．５ｍｌ未満）を、かなりの正確さおよび／または無視し得る死空間で添加または取り出しできる。あるいくつかの場合には、添加または取り出しされる体積が、約３００μｌ未満、約１００μｌ未満、約３０μｌ未満、約１０μｌ未満、約３μｌ未満、約１μｌ未満、約３００ｎｌ未満、約１００ｎｌ未満、約３０ｎｌ未満、約１０ｎｌ未満、約３ｎｌ未満、約１ｎｌ未満、約３００ｐｌ未満、約１００ｐｌ未満、または約３０ｐｌ未満であってよく、場合によっては約１０ｐｌ未満であってよい。本発明における仕様に適したそのような流体移送システムの例は、Ｋａｌｅらによる「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  Ｌｉｑｕｉｄｓ」という名称の２００２年４月４日付の米国特許出願第１０／１１７，７２０号に記載されており、この米国特許出願は、ここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする。
【００７６】
モジュールの機能の他の例においては、モジュールが、例えば内部の生物学的細胞（例えば、バクテリア）、ウイルス、などを殺害または他に不活化するため、チャンバまたは他の基材を殺菌することができる殺菌システムを備えることができる。殺菌システムは、化学品、放射線（例えば、紫外光および／またはイオン化放射）、熱処理（例えば、温度を水の沸点よりも高くする）、などを使用して、チャンバまたは他の基材を殺菌できる。適切な殺菌技術および手順は、当業者であれば承知している。例えば、一実施の形態においては、モジュールがオートクレーブ可能である（例えば、モジュールが、必要に応じて１気圧を超える圧力などに圧力を高めつつ、温度を約１００℃または約１２０℃よりも高く上昇させることができるように構成されている）。他の典型的な殺菌システムは、チャンバまたは基材をオゾンにさらすことができるように構成されたシステムである。
【００７７】
モジュールの機能の他の例においては、モジュールが、モジュール内にチャンバまたは他の基材を配置することができる位置決めシステムを備えることができる。当業者であれば、モジュール内で使用するための適切な位置決めシステムを、承知しているであろう。例えば、位置決めシステムは、ソレノイドバルブ（回転式であってよい）および／または直線空気圧アクチュエータを使用して、モジュール内にチャンバまたは基材を配置することができる。位置決めシステムを、モジュール内でチャンバまたは基材を、例えば所定の位置に配置するように構成でき、運転者の制御に応じて配置するように構成でき、あるいはセンサの入力に応じて配置するように構成でき、以下同様である。
【００７８】
上記の機能および／または他の機能からなる組み合わせを、１つのモジュール内に備えることができる。すなわち、一実施の形態においては、チャンバまたは基材、あるいは反応サイトなどチャンバまたは基材内の構成要素についての検定を、例えばセンサ、プロセッサ、制御システム、などの組み合わせを使用して実行できるように、モジュールを構成できる。例えば、モジュールを、ＥＬＩＳＡ、免疫検査、親和結合検定、ブロッティング検定、分光測定、偏光測定、など、チャンバ（または、チャンバ内の構成要素）についての生物学的検定を実行するように構成できる。例えば、モジュールを、生物学的、化学的、および／または生化学的な検定を、センサによるチャンバの監視または検出との組み合わせにおいて、自動的に実行できるように構成できる。当業者であれば、本明細書において使用すべく採用できる他の検定も、容易に思い描くことができるであろう。
【００７９】
モジュールの設計、ならびにその装置および構成要素の製造に使用される材料は、特定の用途および必要とされる機能によって決まるであろう。ある場合には、材料を、価格または入手性、劣化に対する耐性（例えば、高温または低温、高圧または低圧、など）、あるいは清浄化、殺菌、使用、交換の容易性、などの要因にもとづいて選択することができる。例えば、モジュール（および／または基材、あるいは殺菌が望まれる他の構成要素）が、殺菌可能な材料を備えることができる。すなわち、モジュールまたは他の構成要素を、モジュールまたは基材を使用または再使用する前に内部の生物学的細胞（例えば、バクテリア）、ウイルス、などを殺害でき、あるいは他の方法で不活化できる処理に耐えうる材料で構成できる。例えば、構成要素を、化学品、放射線（例えば、紫外光および／またはイオン化放射）、熱処理、などで殺菌できるように構成できる。適切な殺菌技術および手順は、当業者であれば承知している。一実施の形態においては、モジュールの内部が、殺菌後にモジュールに実質的変形がなく、あるいは使用可能になっていないよう、オートクレーブ条件（例えば、約１００℃または約１２０℃を超える温度への暴露であって、１気圧を超える圧力など、圧力が高められていることが多い）に耐えうるように構成される。他の典型的な殺菌技法は、オゾンへの暴露である。例えば後でさらに説明するようにハウジングが使用される場合には、ハウジング内に収容される構成要素（例えば、荷捌き装置および／またはモジュール・ユニット）も、やはり殺菌することができる。
【００８０】
他の例としては、モジュールを、例えば銅またはステンレス鋼など、少なくとも約１００℃の温度に耐えることができる金属から形成することができ、あるいはモジュールがそのような金属を含むことができる。銅は、ある種の菌類の成長を阻むことができるため、あるいくつかの実施の形態においてとくに有用である。さらに他の例としては、材料として、チタニウムまたはアルミニウムを挙げることができる。ある場合には、モジュールを、例えばセラミクスや耐熱性でありうる特定のポリマーなど、少なくとも約１００℃の温度および／または他のオートクレーブ条件に耐えることができる他の材料から形成することができる。他の適切な材料も、当業者であれば容易に選択することが可能である。
【００８１】
ある場合には、モジュールを、それぞれを例えば異なる温度、相対湿度、圧力、気体の濃度、などのもとで一体または個々に制御および／または監視できるセクションへと、さらに分割するように設計できる。さらに、ある場合には、図３にモジュール３１、３２、および３３で示されているように、２つ以上のモジュールを一緒に配置または積層してもよい。モジュールの詳細な構成および配置は、特定の用途、モジュールの寸法および／または種類、利用できる空間、などの関数である。
【００８２】
例えば２つ以上のモジュールが装置に持ち込まれている実施の形態など、ある場合にはモジュールを、例えば装置の動作の最中に、ベースから取り外すことができるように設計できる。一例として、装置の動作において使用するため空または未使用のチャンバまたは他の基材を収容しているモジュールを、装置へと持ち込む（例えば、チャンバまたは基材を収容している他のモジュールと交換する）ことができ、これにより動作の延長または連続動作を可能にすることができる。他の例としては、（例えば、反応完了後の）生成物で満たされたチャンバを収容しているモジュールを、さらなる事後処理のために装置から持ち去ることができ、さらに必要に応じて、チャンバを収容できるように準備された空のモジュールで置き替えることができる。ある場合には、モジュールが、車輪またはキャスタなど、モジュールの装置への移動および装置からの移動を容易にできるように構成された機構を備えてもよい。特定の実施の形態においては、モジュールが、モジュールを装置へと保持することができるロックなどの機構を備えてもよい。
【００８３】
ある特定の場合には、モジュールを、モジュールについて１つ以上のチャンバ（または、他の基材）の追加または取り出しを容易にし、あるいは規制することができる開口を有するように設計できる。例えば、ある一連の実施の形態において、モジュールが、例えば図５のポート５５によって示されているように、一度に１つまたは少数のチャンバのみを受け入れるために充分な大きさのポートを、備えることができる。より小さいポートが、例えばモジュール内の内部環境の制御が望まれる場合において、好都合であろう。例えば、モジュールを、開口を通じたアクセスを備えつつ、空気に乗って運ばれる汚染物質など塵埃および／または他の汚染物質がモジュールへと進入することがないよう締め出すために囲むことができる。より小さいアクセス・ポートは、例えばチャンバまたは他の基材がモジュールへと追加され、あるいはモジュールから運び去られるときに、モジュールとモジュールの周囲の外部環境との間の気体の交換および／または環境条件の変化を減らすことができる。ある実施の形態においては、アクセス・ポートを、ユーザまたは外部の機構（例えば、荷捌き装置）などの操作者が１つまたは少数のチャンバをモジュールに追加でき、あるいはモジュールから取り去ることができるように、設計できる。一方で、ある特定の実施の形態においては、アクセス・ポートが、モジュールの単純な開口であってよい。ある一連の実施の形態においては、アクセス・ポートが、当該アクセス・ポートを通って導入されるチャンバまたは他の基材の最小寸法の４倍を超えることがない最小限の断面寸法を備えている。あるいは、この最小寸法が、当該アクセス・ポートを通って導入されるチャンバまたは他の基材の最小寸法の３倍以下、２倍以下、または１．５倍以下であってよい。本明細書において使用されるとき、「最小寸法」とは、間に基材全体を位置させることができながら、かつ可能な限り互いに接近して位置する２つの平行な仮想の平面間の間隔である。長さ、幅、および高さ（すなわち厚さ）を有するおおむね矩形の固体の形状に関しては別のやり方で定義ができ、当該形状の高さ（すなわち厚さ）が最小寸法を定めており、長さおよび幅のそれぞれよりも小さい。
【００８４】
あるいくつかの場合には、アクセス・ポートを、例えば開放状態と閉鎖状態との間で制御可能であってよい。例えば、アクセス・ポートが、通常は閉じているが、例えば（ドアなどのように）ある所定の時間において操作者（例えば、ユーザまたは荷捌きシステム）の必要に応じて動作可能であってよい。ある場合には、モジュールへのアクセス・ポートが、例えば内部へとアクセスするために順に開放および閉鎖しなければならない２つ以上のドアを有する装置など、エアロックを備えてもよい。ある場合には、アクセス・ポートを、自己密封材料（外部からの駆動力の印加がない場合、液体または気体の容易な通過を許さない材料であるが、針または当該材料を貫くことができる他の機械的な装置の挿入は妨げない材料）を使用することによって制御することができる。自己密封システムの例としては、アクセス・ポートを使用しないときにアクセス・ポートを覆うプラスチック製のフラップ、またはアクセス・ポートを封鎖しかつ所望により機械的に貫くことができる材料が挙げられる。
【００８５】
特定の実施の形態においては、例えばモジュールの内部および内部に収容されたあらゆるチャンバ（または、他の基材）の清浄度および／または殺菌度を維持するため、１つ以上のモジュールおよび／または荷捌き装置を、ハウジング内に囲い込むことができる。一例として、図４Ｄにおいては、ハウジング４０が、モジュール３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７および荷捌き装置２０を囲んでいる。ある場合において、ハウジングは、内部に管理された環境を維持することができる。例えば、一実施の形態においては、ハウジングが内部に、実質的に無菌の環境ならびに／あるいは実質的に粒子状物質および／または塵埃が存在しない環境を維持することができる。すなわち、ある場合には、ハウジングが、ハウジング内について外部のバクテリアおよび／または他の空気に乗って運ばれる汚染物質を、受忍可能な低いレベルに保つことができ、ある場合には無視可能なレベルに保つことができ、例えばチャンバまたは他の基材内で生じるあらゆる反応に有意な雑菌混入または変化を生じさせることができないレベルに保つことができる。例えば、本発明の装置が、細胞を含んでいる１つ以上のチャンバを操作することができる場合には、当該装置（または、その一部）を収容しているハウジングは、チャンバ内の細胞を、空気に乗って運ばれるバクテリア、ウイルス、などによって汚染されることがないように保つことができてよく、あるいはハウジングが、チャンバ内での細胞の増殖および／または保持に適した環境を内部に作り出すことができてよい。さらに、本発明のさまざまな実施の形態においては、ハウジングがインキュベータ、冷蔵庫、または冷凍庫の一部であってよい。
【００８６】
当然ながら、他の実施の形態においては、例えば無菌でない操作または外部の条件によって影響を受けない操作（例えば、ある種の化学反応）が行われる実施の形態や、囲まれておりあるいは汚染に抗し得るチャンバまたはモジュールなど他の何らかの手段によって無菌性および／または清浄度が管理される実施の形態など、本発明の装置がハウジングに収容されていない。すなわち、ある一連の実施の形態においては、装置が周囲の環境条件（例えば、周囲の温度、大気、周囲の湿度、など）へと露出されていてもよく、あるいは粒子を感知できるほどの密度で含んでおり、例えば立方メートル当たりに少なくとも約１０，０００個の粒子、少なくとも約３０，０００個の粒子、少なくとも約１００，０００個の粒子、少なくとも約３００，０００個の粒子、少なくとも約１，０００，０００個の粒子、少なくとも約３，０００，０００個の粒子、少なくとも約１０，０００，０００個の粒子、少なくとも約４０，０００，０００個の粒子、または少なくとも約１００，０００，０００個の粒子を含んでいる条件へと露出されてもよい。
【００８７】
チャンバまたは他の基材を操作すべく特定の実施の形態において設けることができるモジュールの他の例としては、これらに限られるわけではないが、例えばいずれもＴｅｃａｎ社（Ｍａｅｎｎｅｄｏｒｆ、スイス）のＦｒｅｅｄｏｍ  ＥＶＯ、Ｇｅｎｅｓｉｓ  ＲＳＰ、またはＧｅｎｅｓｉｓ  ＮＰＳなど、ある種の市販の装置が挙げられる。ある特定の実施の形態においては、前述の１つ以上のモジュールおよび／または荷捌き装置を、操作者（例えば、機械的または自動化システム、あるいは人間であるユーザ）によって制御することができる。ある特定の実施の形態による装置を、人間であるユーザが、例えば後でさらに説明するようにユーザインターフェイスまたはコンピュータを使用して、モジュールおよび／または荷捌き装置の動作を制御できるように構成することができる。しかしながら、他の実施の形態においては、装置がある特定の条件に応答でき、あるいは特定のレベルの生産性に到達できるよう、装置をプログラムおよび／または自動化することができる。当然ながら、あるいくつかの実施の形態においては、例えばユーザが自動化プログラムを無効にでき、あるいは変更できる場合など、装置がユーザによって制御されると同時に自動化されてもいる。
【００８８】
ある一連の実施の形態においては、例えば特定の細胞タイプ、特定のチャンバまたはチャンバ設計、特定の環境条件、などに応答し、これらを操作し、あるいはこれらを割り出すように装置をプログラムすることによって、ユーザが装置を運転および／または制御できるように装置が構成される。ユーザインターフェイスを、ユーザが特定の実験を左右する１つ以上のパラメータを入力することができ、さらに／または装置によって実行される実験またはプロセスの任意の側面を検査および／または監視できるように、構成できる。例えば、ユーザインターフェイスを、任意またはすべてのモジュールおよび／または荷捌き装置、データ表示、データ分析および判定、データ保存、データ処理、などについて、プログラミングまたは手動制御を可能にするように構成できる。ある場合には、データをリアルタイムで判定および／または操作することができる。
【００８９】
ある場合には、ユーザインターフェイスが、データ管理システムをさらに備えることができる。データ管理システムを、例えば装置によって生成されたデータの検索を可能にするように構成できる。装置によって生成されるデータには、これらに限られるわけではないが、１つ以上のチャンバまたは他の基材の初期状態、濃度、細胞株のタイプ（存在する場合）、細胞密度、培地の種類、ｐＨ、装置内あるいはチャンバまたは基材内の温度または圧力、ｐＨまたは他の設定点、装置内あるいはチャンバまたは基材内の大気または他の環境条件、装置内のチャンバまたは基材の特定（例えば、バーコードを使用）、センサまたは検定モジュールから取得したデータ、視覚または蛍光画像などの画像類、時刻データ（例えば、時刻スタンプ）、などが含まれうる。ある場合には、データを、さらなる分析のために他のプラットフォームへと出力することができる。
【００９０】
ある一連の実施の形態においては、ユーザインターフェイスを、例えば要因分析において、多数のパラメータを分析できるように構成できる。このインターフェイスを、さらなる研究のため、および／または後でさらに述べるとおり、さらなる規模拡大および／または「多数化」のために、最適解をもたらすパラメータ（例えば、反応速度、化学的収量、光学異性体の選択性を最大化し、あるいは細胞の場合には、細胞増殖、細胞収量、細胞分裂、１つ以上の所望の化合物の生成、などを最大化する）を選択できるように、構成してもよい。
【００９１】
一例として、例えば要因計画アルゴリズムを使用し、数十、数百、または数千にものぼるパラメータを統計的に変化させて、実験を実行できる。一例として、装置内に細胞が存在する場合において、決定可能な要因としては、これらに限られるわけではないが、温度、圧力、初期のｐＨ、反応時のｐＨ、培地組成（例えば、グルタミン、糖類、炭水化物、ホルモン、ビタミン、血清、窒素源および／または炭素源、など）、流量、溶存ガス濃度（例えば、Ｏ２、ＣＯ２、Ｎ２、など）、細胞タイプ、細胞密度、細胞サイクル位置、細胞寸法、基材、せん断速度、ガス濃度、相対湿度、細胞合成または生成速度、細胞複製速度、などが挙げられる。最適化された条件を、例えばさらなる研究のため、あるいは規模の拡大縮小または「数の調節」のために選択することができる。特定の実施の形態においては、本明細書に記載のシステムおよび方法を使用して、２つ以上のチャンバ（または、他の基材）を同時に処理することが可能である。例えば、本発明の一実施の形態を、少なくとも５つのチャンバまたは基材を同時に処理でき、あるいは他の場合には、少なくとも約６つ、少なくとも約７つ、約１０個、約５０個、約１００個、約５００個、約１，０００個、約５，０００個、約１０，０００個、約５０，０００個、あるいは約１００，０００個以上にものぼるチャンバまたは基材を同時に処理できるように、構成できる。ある場合には、設けられるチャンバまたは基材の数を、種または生成物をある特定の量だけ生成するように選択でき、あるいはある特定の量の反応剤をある特定の速度で処理できるように選択できる。すなわち、本発明のある特定の実施の形態は、規模の拡大および並列化が容易である。
【００９２】
処理能力に関しては、ある実施の形態において、本発明の装置を、より大きな能力を生むべく複数のチャンバ（または、他の基材）を同時に処理できるように構成することができる。さらに、ある実施の形態においては、規模拡大を並列化によって行い、生成能力を実験室で代表的に行われる小規模の反応のままにしておくことによって、利益をうることができる。すなわち、規模拡大を、化学的または生物学的プロセスの文脈において、チャンバの寸法および／または体積の増加のみによるのではなく、あるいはチャンバの寸法および／または体積の増加を伴うことなく、更なるチャンバ（または、他の基材）をシステムに追加すること（「多数化」）によって行うことができる。本発明のある特定の実施の形態を、化学合成経路ならびに／あるいは生物学的または細胞的プロセスを使用する精製化学品または薬剤などある化合物の大規模での生産に使用することができる。
【００９３】
一例として、本発明の特定の実施の形態の装置を、例えば１つのチップまたは基材から他のチップまたは基材へと、あるいはチップまたは基材の一領域から同じチップまたは基材の他の領域へと、試料を「再フォーマット」できるように構成できる。本明細書において使用されるとき、「再フォーマット」は、チップまたは基材に関して、第１のチップまたは基材の第１の数の試料を、第２のチップまたは基材内の第２の数の試料へと再分配することを指し、ここで第２の数が第１の数と相違している。例えば、再フォーマットの操作において、システムは、１つの試料を６つの試料へ、６つの試料を２４個の試料へ、１つの試料を９６個の試料へ、１つの試料を３８４個の試料へ、６つの試料を９６の試料へ、９６個の試料を６つの試料へ、９６個の試料を２４個の試料へ、９６個の試料を３８４個の試料へ、などと再フォーマットを行うことができる。実際の再フォーマットのパラメータは、当業者であれば理解できるとおり、特定の用途に応じて決まるであろう。
【００９４】
以上、本明細書において、本発明のいくつかの実施の形態を説明し例示してきたが、本明細書において説明した機能を実行し、さらに／または本明細書において説明した結果および／または１つ以上の利点を達成するために、他のさまざまな手段および／または構造を当業者であれば容易に思い描くことができると考えられ、そのような変種および／または変更はいずれも、本発明の技術的範囲にあるものと判断される。さらに一般的には、本明細にて説明したすべてのパラメータ、寸法、材料、および配置があくまで例示を目的としており、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または配置が、本発明の教示を用いようとする個々の用途に応じて決まることを、当業者であれば容易に理解できるであろう。本明細書にて説明した本発明の特定の実施の形態について、それらの多数の均等物を、当業者であれば理解でき、あるいは単に日常的な実験操作を用いるだけで確認できるであろう。したがって、以上述べた実施の形態があくまで例示の目的で提示されたものであり、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲において、本発明を詳細に説明し主張した方法以外の方法で実施できることを、理解すべきである。本発明は、本明細書にて説明した個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法に向けられている。さらに、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、物質、および／または方法からなる任意の組み合わせも、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しない限りにおいて、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９５】
本明細書において定義され使用されるすべての定義は、辞書による定義、言及によって本明細書に組み込まれた文書における定義、および／または定義された用語の通常の意味よりも優先すると理解されるべきである。
【００９６】
不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、ここで本明細書および特許請求の範囲にて使用される場合、そうでないと明確に示されない限りは、「少なくとも１つ」を意味するものと理解しなければならない。
【００９７】
ここで本明細書および特許請求の範囲にて使用される場合、「および／または（ならびに／あるいは）」という表現は、これによって接続される要素のうちの「いずれかまたは両方」を意味し、すなわちある場合には接続的に存在し、かつ他の場合には離接的に存在すると要素を意味すると理解すべきである。「および／または」という節によって具体的に特定された要素以外にも、それら具体的に特定された要素と関係するか関係しないかにかかわらず、必要に応じて他の要素が存在してよい。すなわち、これに限られるわけではないが一例として、「Ａおよび／またはＢ」なる表現が「・・・を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの非排他的な言葉と組み合わせて使用された場合、一実施の形態においてはＡのみ（必要に応じてＢ以外の要素を含んでいる）を指すことができ、他の実施の形態においてはＢのみ（必要に応じてＡ以外の要素を含んでいる）を指すことができ、さらに別の実施の形態においてはＡおよびＢの両者（必要に応じて他の要素を含んでいる）を指すことができ、以下同様である。
【００９８】
ここで本明細書および特許請求の範囲にて使用される場合、「または（あるいは）」は、上記「および／または」と同じ意味を有すると理解すべきである。例えば、リスト内の品目を隔てて使用されているとき、「または」または「および／または」は、包含的な意味であると理解すべきであり、すなわちある数の要素またはリストの要素のうちの少なくとも１つを含み、さらには１つよりも多く含むことを意味し、必要に応じてリストに挙げられていない他の品目をも含むと解釈すべきである。このようでないことが「・・・のうちのただ１つ」または「・・・のうちの正確に１つ」などと明確に示されている用語、あるいは特許請求の範囲において使用される場合の「・・・からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という用語のみが、ある数の要素またはリストの要素のうちの厳密に１つを含むことを意味するであろう。一般に、本明細書において使用されるとき、用語「または」は、「いずれか（ｅｉｔｈｅｒ）」、「・・・のうちの１つ」、「・・・のうちの１つのみ」、または「・・・のうちの正確に１つ」などと排他的な用語によって接頭されたときにのみ、排他的な選択肢（すなわち、「一方または他方であって両方ではない」）を示していると解釈すべきである。「本質的に・・・からなる」は、特許請求の範囲において使用されるとき、特許法の分野において使用される通常の意味を有する。
【００９９】
ここで本明細書および特許請求の範囲において使用されるとき、１つ以上の要素からなるリストに関して、「少なくとも１つ」という表現は、当該要素のリスト中の任意の１つ以上の要素から選択された少なくとも１つの要素を意味すると理解すべきであるが、当該要素のリストに具体的に挙げられた各要素のすべてを少なくとも１つ含む必要はなく、当該要素のリスト中の要素からなる任意の組み合わせを排除するものでもない。さらに、この定義において、「少なくとも１つ」という表現で指し示された要素のリスト中に具体的に特定されている要素以外の要素が、具体的に特定されている要素と関係していても、関係していなくても、必要に応じて存在することができる。すなわち、これに限るわけではないが一例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（あるいは、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」もこれと等価であり、あるいは「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」もこれと等価である）は、一実施の形態においては、必要に応じて１つよりも多くてよいが少なくとも１つのＡを、Ｂが存在しない状態で指すことができ（必要に応じて、Ｂ以外の要素を含んでもよい）、他の実施の形態においては、必要に応じて１つよりも多くてよいが少なくとも１つのＢを、Ａが存在しない状態で指すことができ（必要に応じて、Ａ以外の要素を含んでもよい）、さらに他の実施の形態においては、必要に応じて１つよりも多くてよいが少なくとも１つのＡと、必要に応じて１つよりも多くてよいが少なくとも１つのＢとを指すことができ（必要に応じて他の要素を含んでもよい）、以下同様である。
【０１００】
また、そのようでないと明確に示されない限り、ここに請求する２つ以上の行為を含む方法について、当該方法における行為の順序が、必ずしも当該方法の行為についての記載の順序に限られないことを、理解すべきである。
【０１０１】
特許請求の範囲ならびに上記本明細書においては、「含んでいる」、「備えているからなる」、「担持している」、「有している」、「含有している」、「関係している」、「保持している」、などといったつなぎの文句はすべて、限定なしであると理解すべきであり、すなわち「含んでいるが、それだけには限られない」ということを意味すると理解すべきである。米国特許商標局の特許審査手続マニュアルのセクション２１１１．０３に記載のとおり、「・・・からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」および「本質的に・・・からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」というつなぎの文句のみが、それぞれ限定的または半限定的なつなぎの文句である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】図１は、化学的、生物学的、および／または生化学的試料を操作するための本発明の一実施の形態によるシステムの上面図を示している。
【図２】図２は、本発明の他の実施の形態によるシステムの上面図を示しており、複数の荷捌き装置を備えている。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態による装置の側面図であり、１つ以上の試料を複数のモジュールに関して操作するように構築された装置を備えている。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、本発明の種々の実施の形態によるシステム・モジュールの種々の配置を示している。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態による保持モジュールを示している。
【図６】図６Ａ〜６Ｄは、本発明の一実施の形態による検出モジュールを示している。
【図７】図７Ａ〜７Ｄは、本発明の他の実施の形態による流体移送モジュールを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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2006526407.tif 000007
【図５】
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【国際調査報告】
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