特許 6626194 揮発性有機化合物の輸送

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6626194

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】揮発性有機化合物の輸送

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20191216BHJP

【ＦＩ】

   C12M1/34 Z

【請求項の数】15

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2018-517315(P2018-517315)

(86)(22)【出願日】2015年10月27日

(65)【公表番号】特表2018-529369(P2018-529369A)

(43)【公表日】2018年10月11日

(86)【国際出願番号】US2015057611

(87)【国際公開番号】WO2017074319

(87)【国際公開日】20170504

【審査請求日】2018年4月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】511076424

【氏名又は名称】ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．

(74)【代理人】

【識別番号】100087642

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100082946

【弁理士】

【氏名又は名称】大西 昭広

(74)【代理人】

【識別番号】100121061

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 清春

(74)【代理人】

【識別番号】100195693

【弁理士】

【氏名又は名称】細井 玲

(72)【発明者】

【氏名】シュコルニコフ，ヴィクトル

(72)【発明者】

【氏名】ロガクス，アニータ

【審査官】 山本 匡子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４６４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２３９２５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０７８２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１９２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２５６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Paul Kebarle et al.，FROM IONS IN SOLUTION TO IONS IN THE GAS PHASE，Analytical Chemistry，１９９３年，65 (22)，972A-986A

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１２Ｍ １／００−３／１０

Ｃ１２Ｑ １／００−３／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ／ＷＰＩＤＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

揮発性有機化合物を放出する培養物を収容するための下側チャンバーと、
上側チャンバーと、
前記上側チャンバー内のセンサーと、
前記センサーに向かう前記下側チャンバー内の前記揮発性有機化合物の輸送を加速するための輸送アクセラレータと
を備え、
前記輸送アクセラレータは、
前記下側チャンバー内に配置されて前記培養物の上に延在する第１の電極と、
前記センサーに近接した第２の電極と
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記センサーに向かう前記揮発性有機化合物の輸送を加速する電界を形成するために協働する、装置。

【請求項2】

前記第１の電極は、前記下側チャンバーに沿って垂直方向に延びる一連の第１の電極のうちの１つである、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

揮発性有機化合物を放出する培養物を収容するための下側チャンバーと、
上側チャンバーと、
前記上側チャンバー内のセンサーと、
前記センサーに向かう前記下側チャンバー内の前記揮発性有機化合物の輸送を加速するための輸送アクセラレータと
を備え、
前記輸送アクセラレータは、
前記培養物に近接した第１の温度制御要素と、
前記センサーに近接した第２の温度制御要素と
を備える、装置。

【請求項4】

揮発性有機化合物を放出する培養物を収容するための下側チャンバーと、
上側チャンバーと、
前記上側チャンバー内のセンサーと、
前記センサーに向かう前記下側チャンバー内の前記揮発性有機化合物の輸送を加速するための輸送アクセラレータと
前記下側チャンバーと前記上側チャンバーの間に延在する透過性膜と
を備え、
前記透過性膜は、前記揮発性有機化合物を異なる化合物に変えるための反応要素を備える、装置。

【請求項5】

前記下側チャンバーと前記上側チャンバーの間に延在するガス選択性透過膜をさらに備える、請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。

【請求項6】

前記センサーからの信号に基づいて、前記下側チャンバー内へと培養増殖培地を選択的にくみ出すためのポンプをさらに備える、請求項１〜５の何れか一項に記載の装置。

【請求項7】

前記センサーからの信号に基づいて、前記上側チャンバー内へとガスを選択的にくみ出すためのポンプをさらに備える、請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。

【請求項8】

前記上側チャンバーは、前記センサーを収容する第１の区画と、該第１の区画から分離された第２の区画とを備え、該第２の区画は第２のセンサーを収容する、請求項１〜７の何れか一項に記載の装置。

【請求項9】

揮発性有機化合物を放出する培養物を収容するための下側チャンバーと、
上側チャンバーと、
前記上側チャンバー内の第１のセンサーと、
前記第１のセンサーに向かう前記下側チャンバー内の前記揮発性有機化合物の輸送を加速するための輸送アクセラレータと
前記上側チャンバー内の第２のセンサーと、
前記下側チャンバー内の前記培養物によって放出された第２の揮発性有機化合物の輸送が、前記第１のセンサーよりも前記第２のセンサーに向かって付勢されるように、前記第２のセンサーに向かう前記第２の揮発性有機化合物の輸送を加速するための第２の輸送アクセラレータと
を備える、装置。

【請求項10】

下側チャンバー内に、揮発性有機化合物を放出する培養物を供給するステップと、
上側チャンバー内の第１のセンサーへの前記揮発性有機化合物の輸送を加速させるステップと、
前記揮発性有機化合物の特性を前記第１のセンサーで検出するステップと
を含み、
前記培養物は第２の揮発性有機化合物を放出し、
前記第２の揮発性有機化合物の輸送が、前記第１のセンサーよりも第２のセンサーに向かって付勢されるように、前記上側チャンバー内の前記第２のセンサーへの前記第２の揮発性有機化合物の輸送を加速するステップをさらに含む、方法。

【請求項11】

下側チャンバー内に、揮発性有機化合物を放出する培養物を供給するステップと、
輸送アクセラレータにより、上側チャンバー内のセンサーへの前記揮発性有機化合物の輸送を加速させるステップと、
前記揮発性有機化合物の特性を前記センサーで検出するステップと
を含み、
前記輸送アクセラレータは、
前記下側チャンバー内に配置されて前記培養物の上に延在する第１の電極と、
前記センサーに近接した第２の電極と
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記センサーに向かう前記揮発性有機化合物の輸送を加速する電界を形成するために協働する、方法。

【請求項12】

下側チャンバー内に、揮発性有機化合物を放出する培養物を供給するステップと、
輸送アクセラレータにより、上側チャンバー内のセンサーへの前記揮発性有機化合物の輸送を加速させるステップと、
前記揮発性有機化合物の特性を前記センサーで検出するステップと
を含み、
前記輸送アクセラレータは、
前記培養物に近接した第１の温度制御要素と、
前記センサーに近接した第２の温度制御要素と
を備える、方法。

【請求項13】

異なるタイプの揮発性有機化合物を放出する培養物を収容するための下側チャンバーと、
上側チャンバーと、
前記上側チャンバー内の第１のセンサーと、
前記上側チャンバー内の第２のセンサーと、
前記異なるタイプの揮発性有機化合物の選択された部分を前記第１のセンサーへと運ぶための輸送セレクタと
を備え、
前記異なるタイプの揮発性有機化合物は、第１の揮発性有機化合物と第２の揮発性有機化合物を含み、
前記輸送セレクタは、前記第２の揮発性有機化合物の輸送が、前記第１のセンサーよりも前記第２のセンサーに向かって付勢されるように、前記第１の揮発性有機化合物を前記第１のセンサーに送り、及び前記第２の揮発性有機化合物を前記第２のセンサーに送る、装置。

【請求項14】

異なるタイプの揮発性有機化合物を放出する培養物を収容するための下側チャンバーと、
上側チャンバーと、
前記上側チャンバー内のセンサーと、
前記異なるタイプの揮発性有機化合物の選択された部分を前記センサーへと運ぶための輸送セレクタと
を備え、
前記輸送セレクタは、
前記培養物に近接した第１の温度制御要素と、
前記センサーに近接した第２の温度制御要素と
を備える、装置。

【請求項15】

異なるタイプの揮発性有機化合物を放出する培養物を収容するための下側チャンバーと、
上側チャンバーと、
前記上側チャンバー内のセンサーと、
前記異なるタイプの揮発性有機化合物の選択された部分を前記センサーへと運ぶための輸送セレクタと、
前記下側チャンバーと前記上側チャンバーの間に延在する透過性膜と
を備え、
前記透過性膜は、前記揮発性有機化合物を異なる化合物に変えるための反応要素を備える、装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

生物医学研究及び医療診断は、細胞培養増殖を何度も必要とし、その場合、培養物内の細胞及びそれらの状態が監視される。そのような監視を、それらの細胞によって生成された揮発性有機化合物、すなわち該細胞の代謝フィンガープリントを分析することによって実行することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0002】

【特許文献1】（補充可能性あり）

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図2】例示的な揮発性有機化合物検出方法のフローチャートである。

【図3】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図4】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図5】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図6A】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図6B】図６Ａの例示的な揮発性有機化合物検出システムの例示的な電極対の図である。

【図7】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図8】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図9】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図10】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図11】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【図12】別の例示的な揮発性有機化合物検出システムの略図である。

【発明を実施するための形態】

【0004】

生物医学研究及び医療診断は、細胞培養物の増殖を何度も必要とし、その場合、培養物内の細胞及びそれらの状態が監視される。そのような監視を、それらの細胞によって生成された揮発性有機化合物、すなわち該細胞の代謝フィンガープリントを分析することによって実行することができる。残念ながら、揮発性有機化合物を検出装置まで運ぶのが遅いこと、及び該検出装置に関する感度の問題に起因して、該揮発性有機化合物を検出するのは難しいことが多い。

【0005】

図１は、例示的な揮発性有機化合物検出システム２０を概略的に示している。後述されているように、揮発性有機化合物検出システム２０は、揮発性有機化合物のセンサーへの輸送を加速する（本明細書において「輸送」は、「移送」及び／又は「運搬」と同義であり、揮発性有機化合物の輸送を加速するとは、揮発性有機化合物を送る（ないし運ぶ）速さを速くすることを意味する）ことによって、細胞の識別（ないし同定）及びそれらの状態の監視を容易にする。システム２０は、下側のチャンバー（下側チャンバー）２２、上側のチャンバー（上側チャンバー）２８、センサー３２、及び輸送アクセラレータ４０を備えている。

【0006】

下側チャンバー２２は、揮発性有機化合物４４を放出する培養物４２を収容することができる体積（容積）を有している。培養物４２は、増殖培地内に種々の細胞を含んでいる。増殖培地は細胞の増殖（培養）を容易にし、その場合、それらの細胞は、揮発性有機化合物４４を放出する。増殖培地を、ゲルなどの固体または液体から構成することができる（または、増殖培地は、ゲルなどの固体または液体を含むことができる）。培養物４２の例は、大腸菌、緑膿菌、肺炎桿菌、黄色ブドウ球菌の培養物が含まれるが、これらには限定されない。

【0007】

上側チャンバー２８は、下側チャンバー２２の上に垂直に配置された体積（体積部分）を有している。上側チャンバー２８は、構造２９（構造２９は構造体２９ともいう）によって下側チャンバー２２から分離されており、該構造２９は、揮発性有機化合物を下側チャンバー２２から上側チャンバー２８へ（及びその中に）運ぶことができるようにするために１以上の開口を有しているかまたは穴が開けられている。１実施例では、構造２９は、好適なバッフルまたはフレームワーク（フレーム構造）を備えている。別の実施例では、構造２９は、透過性の膜（たとえば透析膜）を備えている。上側チャンバー２８は、培養物４２から放出された揮発性有機化合物４４を受け取る。上側チャンバー２８は、センサー３２を含んでいる。

【0008】

センサー３２は、上側チャンバー２８へと、そしてセンサー３２上もしくはセンサー３２に近接した位置に運ばれてきた揮発性有機化合物４４の１つの特性または複数の異なる特性を検出するデバイスを備えている。１実施例では、センサー３２は、表面増強発光（ＳＥＬ：surface enhanced luminescence）センサーである（またはセンサー３２は、該ＳＥＬセンサーを含む）。１実施例では、センサー３２は、表面増強ラマン分光（ＳＥＲ）センサーである（またはセンサー３２は、該ＳＥＲセンサーを含む）。たとえば、１実施例では、センサー３２は、金属面または金属構造をふくむことができ、この場合、検体と該金属面との間の相互作用が、ラマン散乱放射の強度を高める。そのような金属面は、周期的格子（periodic grating）などの表面が粗い金属面を含むことができる。別の実施例では、そのような金属面は、ナノ粒子の集合体を含むことができる。いくつかの実施例では、そのような金属面は、島状金属を含むことができる。１実施例では、そのような島状金属は、柱、針、指、粒子またはワイヤーなどの可撓性の支柱を含むことができる。いくつかの実施例では、該可撓性の柱状構造（もしくは円柱構造）は、検体を配置することができる金属製のキャップもしくは頭部を含むことができる。いくつかの実施例では、そのような柱状構造は、印加される電界に応答して互いに向かって及び互いから離れる方向に曲がるか撓むことができる材料から形成され、及び／又はそのように曲がるか撓むことができる大きさにされる。いくつかの実施例では、ＳＥＲＳ構造は、可動でありかつ自己作動型であり、この場合、そのような柱状構造は、自己組織化するために微小毛管力（micro-capillary force）に応答して互いに向かって曲がるか撓み、この場合、そのような曲がりは、散乱放射の強度がより大きい場合にそれらの構造間の間隔を近くするのを容易にする。さらに別の実施例では、センサー３２を、ガスクロマトグラフィーセンサー、質量分析センサー、及び、イオン分子反応質量分析センサー及び／又は比色分析センサー（colorimetric sensor）などの他のセンサーの形態とすることができる（または、センサー３２はそれらのセンサーの形態を含むことができる）。

【0009】

輸送アクセラレータ４０は、培養物４２によって放出された揮発性有機化合物４４を、下側チャンバー２２から上側チャンバー２８及びセンサー３２へと加速的に運ぶ装置を備えている。上側チャンバー２８及びセンサー３２への揮発性有機化合物４４の輸送が加速されるので、揮発性有機化合物４４の特性をより迅速に識別し及び決定することができる。センサー３２への揮発性有機化合物の強化された（すなわち速くされた）輸送はさらに、システム２０の効率及び生産性を高める。システム２０が揮発性有機化合物４４中の病原体を識別するために使用される用途では、システム２０は、時間的により早期の病原体の検出または識別を容易にし、これによって、対象とされている抗生物質治療｛こうせいぶっしつ ちりょう｝を強化された治療のためにより早く開始することができる。

【0010】

輸送アクセラレータ４０は、種々の構成を有することができる。後述するように、１実施例では、輸送アクセラレータ４０は、揮発性有機化合物４４の上側チャンバー２８及びセンサー３２への輸送を加速する（すなわち、揮発性有機化合物４４を上側チャンバー２８及びセンサー３２に送る速さを速くする）電界を生成することができる。１実施例では、該電界は、揮発性有機化合物４４を（コロナ放電などによって）直接イオン化し、及び、揮発性有機化合物４４を気相電気泳動によって上側チャンバー２８及びセンサー３２の表面に向かって運ぶ。別の実施例では、該電界は、エレクトロスプレー現象を利用して、細胞代謝産物を含む溶液の液滴を生成し、この場合、該代謝産物は、センサーの表面に向かって運ばれる。

【0011】

別の実施例では、輸送アクセラレータ４０は、さらにまたは代替的に、該下側チャンバーと上側チャンバー２８の間に温度勾配を形成することによって、上側チャンバー２８及びセンサー３２への揮発性有機化合物４４の輸送を加速する。たとえば、１実施例では、輸送アクセラレータ４０は、培養物４２とセンサー３２及び上側チャンバー２８に近接した領域との間に温度勾配を形成することができる。培養物４２を加熱し、かつ、センサー３２または上側チャンバー２８の一部をより冷えた状態、すなわちより低い温度に維持することによって、輸送アクセラレータ４０は、培養物４２から上側チャンバー２８及びセンサー３２に向かって培養物４２の上を流れる浮揚性の気体流を生成する。該温度勾配はまた、温度と共に拡散係数が変化することに起因して温度勾配中を粒子または分子が移動することによって生じる熱泳動（熱拡散）を引き起こしうる。そのような熱泳動はまた、揮発性有機化合物４４及び検体のセンサー３２に向かう輸送を加速するように揮発性有機化合物４４を運ぶことができ、これによって、システム２０の動作を速くして、診断時間を短縮することができる。

【0012】

図１において破線で示されているように、いくつかの実施例では、システム２０はさらに、コントローラ５０を備えることができる。コントローラ５０は、輸送アクセラレータ４０の動作を制御するための処理ユニット（処理装置）を備えている。いくつかの実施例では、コントローラ５０は、電力を受け取って、輸送アクセラレータ４０に電荷を選択的に供給する。本願では、「処理ユニット」という用語は、メモリ（記憶装置）に格納されている一連の命令を実行する現在開発されているかまたは将来開発される処理ユニットを意味するものとする。一連の命令を実行することによって、処理ユニットは、制御信号を生成するなどの手順（ステップ）を実行する。処理ユニットによって実行するために、それらの命令を、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、大容量記憶装置、またはその他の何らかの永続記憶装置からランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）にロードすることができる。他の実施形態では、記述されている機能を実施するために、ハードワイヤード回路を、ソフトウェア命令の代わりにまたはソフトウェア命令と組み合わせて、使用することができる。たとえば、コントローラ５０を、１以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部として具現化することができる。特に断りのない限り、該コントローラは、ハードウェア回路とソフトウェアとの任意の特定の組み合わせにも、該処理ユニットによって実行される命令の任意の特定のソースにも限定されない。

【0013】

システム２０にコントローラ５０が設けられる実施例では、コントローラ５０は、揮発性有機化合物４４の１つまたは複数の特性を示す信号をセンサー３２から受け取ることができる。コントローラ５０は、そのような特性に基づいて、揮発性有機化合物４４を上側チャンバー２８及びセンサー３２に送る速度を調整するために、輸送アクセラレータ４０の動作を調節する制御信号を生成することができる。たとえば、コントローラ５０は、電界の強さ及び／又は温度勾配の大きさを調節することによって、揮発性有機化合物４４を上側チャンバー２８に送る速度を調節することができる。そのような１つの実施例では、コントローラ５０は、上側チャンバー２８及びセンサー３２に向かう揮発性有機化合物４４の速度を最も効果的に加速させる輸送アクセラレータ４０の動作パラメータを特定するために閉ループフィードバックを利用することができる。

【0014】

図２は、細胞培養物４２などの細胞培養物の１つの特性または複数の特性を検出するための例示的な方法１００のフローチャートである。ブロック１０４に示されているように、培養物４２などの培養物が下側チャンバーに提供される。培養物４２は、揮発性有機化合物４４などの揮発性有機化合物を放出する。

【0015】

ブロック１０８に示されているように、下側チャンバー２２の上の上側チャンバーに配置されているセンサー３２などのセンサーへの揮発性有機化合物４４の輸送（速度）が加速される。１実施例では、そのような加速は、上記の輸送アクセラレータ４０などの輸送アクセラレータによってもたらされる。上記のように、揮発性有機化合物の輸送すなわち移動（速度）の加速は、揮発性有機化合物４４をセンサー３２へと運ぶための電界または温度勾配を使用して達成することができる。

【0016】

ブロック１１２に示されているように、上側チャンバー２８内のセンサーが、揮発性有機化合物の特性を検出する。１実施例では、該センサーは、表面増強発光（ＳＥＬ：surface enhanced luminescence）センサーである（または該ＳＥＬセンサーを含む）。１実施例では、（上側チャンバー２８内の）該センサーは、表面増強ラマン分光（ＳＥＲ）センサーである（または該ＳＥＲセンサーを含む）。さらに別の実施例では、（上側チャンバー２８内の）該センサーを、ガスクロマトグラフィーセンサー、質量分析センサー、及び、イオン分子反応質量分析センサー及び／又は比色分析センサー（colorimetric sensor）などの他のセンサーの形態とすることができる（または、（上側チャンバー２８内の）該センサーは、それらのセンサーの形態を含むことができる）。

【0017】

図３は、別の例示的な揮発性有機化合物検出システム２０である、揮発性有機化合物検出システム２２０の略図である。システム２２０は、センサー３２の代わりに複数のセンサー２３２Ａ、２３２Ｂ、２３２Ｃ、及び２３２Ｄ（これらをまとめてセンサー２３２という）を備え、輸送アクセラレータ４０の代わりに輸送セレクタ２４０を備えている点を除いて、システム２０と同様である。システム２０のコンポーネントまたは要素に対応するシステム２２０の残りのコンポーネントまたは要素には、同じように番号が付されている。

【0018】

センサー２３２の各々は、上記のセンサー３２に類似している。センサー３２と同様に、センサー２３２の各々は、揮発性有機化合物の１つの特性または複数の特性を検出することができる。センサー２３２は、上側チャンバー２８内の隔置された位置に配置されている。１実施例では、センサー２３２の各々が、揮発性有機化合物の異なるタイプの特性を検出することができるという点で、センサー２３２は互いに異なる。さらに別の実施例では、センサー２３２は、互いに類似しているが、検出解像度は異なる。センサー２３２は、上側チャンバー２８内に一次元配列として示されているが、これに代えて、センサー２３２を、センサー２３２の二次元配列もしくは格子状配列をなすように配置することができる。

【0019】

輸送セレクタ２４０は、どのような（ないしどの）揮発性有機化合物４４を個々のセンサー２３２に運ぶかを制御する装置（デバイス）を備えている。１実施例では、輸送セレクタ２４０は、どのような（ないしどの）揮発性有機化合物４４をチャンバー２８及びセンサー２３２に運ぶかを制御し、並びに、どのような（ないしどの）揮発性有機化合物４４の輸送を阻止ないし妨害するかを制御して、該阻止ないし妨害された揮発性有機化合物がどのセンサー２３２にも到達しないようにするか、または、他の対象とされた揮発性有機化合物よりも十分遅らされるようにする。１実施例では、セレクタ２４０は、揮発性有機化合物４４の総量（全物理量）の一部（の輸送）を阻止して、揮発性有機化合物の総量がチャンバー２８及びセンサー２３２へと輸送されるのを阻止しまたは妨害する（ないし遅らせる）。換言すれば、セレクタ２４０は、異なるセンサー２３２の各々に送られる揮発性有機化合物の量を制御することによって、センサー２３２が同じタイプの揮発性有機化合物を受け取ることができる場合でも、センサー２３２の各々が異なる量の揮発性有機化合物を受け取ることがき、または、同じ揮発性有機化合物を異なる速さ（ないし量）で受け取ることができるようにする。１実施例では、セレクタ２４０は、選択されたタイプの揮発性有機化合物を阻止する一方で、他の選択されたタイプの揮発性有機化合物の上側チャンバー２８及びセンサー２３２への流れまたは輸送を容易にしまたは可能にする。１実施例では、輸送セレクタ２４０は、異なるそれぞれの揮発性有機化合物４４（体積が異なる揮発性有機化合物または異なるタイプの揮発性有機化合物）を異なる選択されたセンサー２３２へと導くかまたは運ぶ。図示の例では、輸送セレクタ２４０は、揮発性有機化合物４４の第１の部分をセンサー２３２Ａへと、揮発性有機化合物４４の第２の部分をセンサー２３２Ｂへと、揮発性有機化合物４４の第３の部分をセンサー２３２Ｃへと、及び揮発性有機化合物４４の第４の部分をセンサー２３２Ｄへとそれぞれ送ることができる。１実施例では、それらの異なる部分の各々は、（それぞれに）異なる量または体積の同じ揮発性有機化合物からなる（または該異なる部分の各々は、該異なる量または体積の同じ揮発性有機化合物である）。別の実施例では、それらの異なる部分の各々は、異なるタイプの揮発性有機化合物であるか、又は異なるタイプの揮発性有機化合物からなる。培養物４２によって放出された揮発性有機化合物４４の異なる部分の各々は、センサー２３２のうちの選択されたセンサーに向かって付勢される（すなわち、該異なる部分の各々には、該異なる部分の各々を該選択されたセンサーに向けて運ぶ力が加えられる）。その結果、輸送セレクタ２４０は、それらの揮発性有機化合物を、該揮発性有機化合物の選択されたもしくは予め決められた特定の特性を検出するのに最適なセンサー２３２のうちの特定のセンサーに向けて送ることができる。

【0020】

たとえば、培養物の熟成または増殖の異なる段階において、異なる揮発性有機化合物４４を放出ないし解放することができる。そのような異なる段階の各々において、輸送セレクタ（輸送選別器）２４０は、現在の揮発性有機化合物を、特定の段階で放出ないし解放される特定のタイプの揮発性有機化合物を検出するのに最適なセンサー２３２のうちの特定のセンサーに向けて送ることができる。さらに他の実施例では、異なる揮発性有機化合物を同時に放出ないし解放することができる。異なるそれぞれの揮発性有機化合物４４が、該異なる揮発性有機化合物４４の各々の特性を検出するのに最適な（互いに）異なるセンサー２３２へと付勢されるように（すなわち、該異なるそれぞれの揮発性有機化合物４４に、該異なるそれぞれの揮発性有機化合物４４を該最適な（互いに）異なるセンサー２３２向けて運ぶ力が加えられるように）、輸送セレクタ２４０は動作する。

【0021】

輸送セレクタ２４０は、種々の構成を有することができる。後述するように、１実施例では、輸送セレクタ２４０は、水平方向または横方向への揮発性有機化合物の移動を阻止ないし抑制するために、上側チャンバー２８内の個々のセンサー２３２間を延びてそれらのセンサーを分離する隔壁すなわち仕切りを備えることができる。そのような実施例では、培養物４２は、異なる揮発性有機化合物を放出ないし解放する異なる細胞を含むことができ、その場合、それらの異なる細胞は、第１のグループの細胞によって生成された揮発性有機化合物が、仕切られた領域内のセンサー２３２のうちの対応するセンサーへと自然に上昇するかまたは自然に運ばれるように、異なる（それぞれの）仕切られた領域に位置合わせされている。たとえば、センサー２３２Ｂの下の細胞によって放出された揮発性有機化合物を隔壁で囲むことによって、センサー２３２Ｂの下の細胞によって放出されて生成された揮発性有機化合物の全てではないとしてもほとんどがセンサー２３２Ｂに送られるようにする一方で、センサー２３２Ｄの下の細胞によって生成された揮発性有機化合物を隔壁で囲むことによって、センサー２３２Ｄの下の細胞によって放出されて生成された揮発性有機化合物の全てではないとしてもほとんどがセンサー２３２Ｄに送られるようにすることができる。これと同様の（揮発性有機化合物の）輸送が、センサー２３２の残りのセンサーについても当てはまる。

【0022】

別の実施例では、輸送セレクタ２４０は、選択された揮発性有機化合物だけが上側チャンバー２８及びセンサー２３２を通過することができるように、選択された揮発性有機化合物の輸送を垂直方向に阻止することができる。たとえば、１実施例では、輸送セレクタ２４０は、いくつかの選択された揮発性有機化合物が通過するのを選択的に可能にするが、同時に、他の対象とされていない揮発性有機化合物の流れまたは輸送を阻止または妨害する（ないし遅らせる）透過性の膜（たとえば透析膜）を備えることができる。１実施例では、異なるセンサー２３２が、異なる揮発性有機化合物を受け取るように、異なる（それぞれの）膜を、異なる（それぞれの）センサー２３２の下で使用することができる。１実施例では、どのような（もしくはどの）揮発性有機化合物を異なる（それぞれの）センサー２３２の各々へ運ぶかを区別するために、上記の隔壁と複数の異なる膜の両方を用いることができる。

【0023】

さらに別の実施例では、輸送セレクタ２４０は、輸送アクセラレータとしても機能することができ、この場合、異なる（それぞれの）揮発性有機化合物は、（もし異なるセンサー２３２が存在する場合には）異なる（それぞれの）センサー２３２へと異なる割合で加速される。たとえば、１実施例では、輸送セレクタ２４０は、異なる電界（時間に関して異なるかまたは場所に関して異なる電界）を生成することができ、その場合、それらの異なる電界は、異なる（それぞれの）センサー２３２への異なる（それぞれの）揮発性有機化合物４４の輸送（の速度）を別様に（たとえば互いに異なるように）加速する。さらに別の実施例では、輸送セレクタ２４０は、異なる温度勾配（時間に関して異なるかまたは場所に関して異なる温度勾配）を生成し、その場合、それらの異なる温度勾配は、異なる（それぞれの）センサー２３２への異なる（それぞれの）揮発性有機化合物４４の輸送（の速度）を別様に（たとえば互いに異なるように）加速する。

【0024】

図３において破線で示されているように、いくつかの実施例では、システム２２０はさらにコントローラ２５０を備えることができる。コントローラ２５０は、処理ユニット（処理装置）と、該処理ユニットの動作を指示するための命令を含んでいる関連する非一時的なメモリ（記憶装置）を備えている。そのような実施例では、コントローラ２５０は、揮発性有機化合物４４の１つの特性または複数の特性を示す信号をセンサー２３２の各々から受け取ることができる。コントローラ２５０は、そのような特性に基づいて、揮発性有機化合物４４を上側チャンバー２８及びセンサー２３２へと運ぶ速度及び／又は方向を調節するために、輸送セレクタ２４０の動作を調節する制御信号を生成することができる。

【0025】

たとえば、コントローラ２５０は、センサー２３２の他の１つのセンサーに対してセンサー２３２の特定の１つのセンサーに加えられる電界の強さ及び／又は温度勾配の大きさを調節することによって、揮発性有機化合物４４が該特定の１つのセンサー２３２に送られる速度を該他の１つのセンサー２３２に対して調節することができる。たとえば、センサー２３２の特定の１つのセンサーにおいて受け取った揮発性有機化合物の速度が遅いことを検出したことに応答して、コントローラ２５０は、受け取りの速度が遅い揮発性有機化合物の該特定のセンサー２３２での受け取りの速度を速くするために、輸送セレクタ２４０に、揮発性有機化合物の受け取り速度が遅い該センサー２３２に対応する領域内の温度勾配を大きくさせるかまたは該領域内の電界（の強さ）を強くさせる制御信号を出力することができる。

【0026】

図４は、システム２０の例示的な実施例である揮発性有機化合物検出システム３２０を示す略図である。システム３２０は、システム３２０が、輸送アクセラレータ４０の特定の実施例である輸送アクセラレータ３４０を備えるものとして具体的に示されている点を除いて、システム２０と同様である。システム２０のコンポーネントまたは要素に対応するシステム３２０の残りのコンポーネントまたは要素には同じように番号が付されている。

【0027】

輸送アクセラレータ３４０は、電界を加えることによって、培養物４２によって生成された揮発性有機化合物の上側チャンバー２８及びセンサー３２への輸送（の速度）を加速する。１実施例では、該電界は、揮発性有機化合物４４を（コロナ放電などによって）直接イオン化して、該揮発性有機化合物４４を気相電気泳動によって上側チャンバー２８及びセンサー３２の表面に向けて運ぶ。輸送アクセラレータ３４０は、電極３４２、３４４及びコントローラ３５０を備えている。

【0028】

電極３４２は、培養物４２の上に延在する（すなわち、広がって存在する）ために、下側チャンバー２２内に配置された導電性プレート（導電板）、または導電性ロッド（導電棒）、またはその他の導電構造体を備えている。１実施例では、電極３４２は、下側チャンバー２２の側壁に沿って配置される。電極３４４は、上側チャンバー２８内に配置された導電性プレート、または導電性ロッド、またはその他の導電構造体を備えている。１実施例では、電極３４４は、上側チャンバー２８の最上部すなわち天井部に沿った導電性プレートを備えている。他の実施例では、電極３４４を、上側チャンバー２８の側壁に沿って配置することができ、またはセンサー３２の近くに配置することができ、または、センサー３２の一部として一体化することができる。電極３４２、３４４は、輸送手段による、培養物４２の上から上側チャンバー２８への上方向への揮発性有機化合物４４の移動を加速する電界を形成するために協働する。

【0029】

コントローラ３５０は、処理ユニットと、該処理ユニットの動作を指示するための命令を含んでいる関連する非一時的なメモリ（記憶装置）を備えている。コントローラ３５０は、電極３４２と３４４の間に電界を形成するために、電極３４２、３４４の一方または両方に電荷を選択的に加える。１実施例では、電極３４２と３４４の間に形成される電界は、１０^４Ｖ／ｍと１０^６Ｖ／ｍの間の電界であり、公称上ないし名目上は１０^５Ｖ／ｍである。

【0030】

破線で示されているように、１実施例では、コントローラ３５０はまた、上記のコントローラ５０と同様に機能する。そのような実施例では、コントローラ３５０は、検出された揮発性有機化合物の特性もしくはパラメータ、及び／又は、揮発性有機化合物をセンサー３２によって検出するかまたは受け取る速度を示す信号をセンサー３２から受け取る。コントローラ３５０は、そのようなフィードバックに基づいて、センサー３２へと揮発性有機化合物４４を加速する割合（加速度）を増減して調節するために、電極３４２と３４４の間の電界のタイミング（たとえば電界を加えるタイミング）及び／又は該電界の強さ（電界強度）を調節することができる。たとえば、コントローラ３５０は、センサー３２への揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の輸送速度が遅いことを検出したことに応答して、該揮発性有機化合物をセンサー３２に運ぶ速度を速くするために、電界の強さを強くし、及び／又は電界の持続時間を長くし、及び／又は電界の頻度（たとえば電界を加える頻度ないし周波数）を大きくすることができる。代替的には、所定の時間において、細胞自体によるＶＯＣ放出の速度が遅いときには、コントローラ３５０は、電界の強さを弱くし、及び／又は電界の持続時間を短くし、及び／又は電界の頻度を小さくして、輸送及び検出のための十分な量の揮発性有機化合物が存在するようになるまで、輸送の加速を遅らせることができる。

【0031】

図５は、システム２０の別の例である、揮発性有機化合物検出システム４２０を概略的に示している。システム４２０は、システム４２０が、輸送アクセラレータ３４０の代わりに、輸送セレクタ４４０を備えている点を除いて上記のシステム３２０と同様である。システム３２０と同様に、システム４２０は、構造２９によって分離された下側チャンバー２２及び上側チャンバー２８と、センサー３２及び電極３４４（これらの各々は図４に示されている）を備えている。システム４２０のそれらのコンポーネントまたは要素は図５に示されており、システム３２０のコンポーネントまたは要素に対応するコンポーネントまたは要素には番号が付されている。

【0032】

輸送アクセラレータ３４０と同様に、輸送セレクタ４４０は、下側チャンバー２２から上側チャンバー２８及びセンサー３２への揮発性有機化合物４４の輸送を加速する。輸送セレクタ４４０は、異なる揮発性有機化合物４４を（互いに）異なる速度で上側チャンバー２８及びセンサー３２へと別様に輸送する。図示の例では、輸送セレクタ４４０は、一連の電極４４２Ａ、４４２Ｂ、４４２Ｃ、…、４４２Ｎ（これらをまとめて電極４４２という）もしくはそれらの電極の一次元配列、一連のスイッチ４４６Ａ、４４６Ｂ、４４６Ｃ、…、４４６Ｎ（これらをまとめてスイッチ４４６という）もしくはそれらのスイッチの一次元配列、及びコントローラ４５０を備えている。

【0033】

電極４４２は、培養物４２に近接した該培養物の上の位置において、下側チャンバー２２に沿って垂直方向に隔置された導電性プレート、または導電性ロッド、またはその他の導電構造体を備えている。いくつかの実施例では、いくつかの電極４４２は、培養物４２の表面の下に延在することができ、その場合、それらの電極は使用されないが、培養物４２の表面がより低いところにある他の状況でそれらの電極を使用することができる。

【0034】

１実施例では、培養物４２の表面に最も近い電極である電極４４２Ａは、培養物４２の表面４３から、１ｍｍ以下（公称上ないし名目上は５ｃｍ以下）の距離だけ離れている。電極４４２は、矢印４２９で示されている方向に、３ｃｍ以下の距離Ｄだけ、垂直方向に互いに隔置されている。１実施例では、電極４４２の垂直方向の間隔は一定である。別の実施例では、それらの電極４４２の間隔は、異なっている、すなわち、一定ではない。たとえば、１実施例では、培養物４２の表面４３により近い電極４４２の互いの間隔を、表面４３からより離れたところにある電極４４２に比べて、より小さくすることができる。

【0035】

スイッチ４４６は、電極４４２を選択的にオン／オフする、すなわち選択的に作動させることができるデバイスである（または、スイッチ４４６は該デバイスから構成される）。１実施例では、スイッチ４４６は、コントローラ４５０からの制御信号に応答して、電極４４２の各々を、電源または電荷源に選択的に接続する。１実施例では、スイッチ４４６の各々はトランジスタである（または、スイッチ４４６の各々はトランジスタから構成される）。

【0036】

コントローラ４５０は、処理ユニット（処理装置）と、該処理ユニットの動作を指示するための命令を含んでいる関連する非一時的なメモリ（記憶装置）を備えている。コントローラ４５０は、個々の電極４４２または電極４４２の選択されたサブセットすなわち一部を選択的に充電することによって、上側チャンバー２８内のセンサー３２へと異なる揮発性有機化合物４４を別様に輸送するために、スイッチ４４６を選択的に作動させるための制御信号を出力する。たとえば、いくつかの実施例では、培養物４２によって放出された揮発性有機化合物４４の拡散性（たとえば拡散率）は（揮発性有機化合物間で）異なりうるので、それらの揮発性有機化合物は、培養物４２の表面４３から異なる高さまで異なる速度で培養物４２から上昇する。コントローラ４５０は、培養物４２の表面４３から特定の高さにある特定のタイプの揮発性有機化合物をセンサー３２へと加速して輸送するための対象とするために、個々の電極４４２を選択的に充電することができる。

【0037】

たとえば、培養物４２によって生成されて対象とされた特定のタイプの揮発性有機化合物は、特定の時刻もしくは段階において電極４４２Ｃに近い高さまで拡散しえ、一方、培養物４２によって同時に生成された対象とされなかった揮発性有機化合物は、電極４４２Ａに近い高さまで拡散しうる。コントローラ４５０は、電極４４２Ａでも電極４４２Ｂでもなく、電極４４２Ｃを選択的に用いて該電極４４２Ｃを選択的に充電することによって、対象とされた揮発性有機化合物のセンサー３２への輸送を加速することができる一方で、センサー４４２Ａのすぐ近くにある揮発性有機化合物の本来の輸送は加速されず、したがって、該揮発性有機化合物は、下側チャンバー２２内に留まるか、または検出に間に合うようにセンサー３２へは輸送されない。

【0038】

図６Ａ及び図６Ｂは、検出システム２０の別の例示的な実施例である、揮発性有機化合物検出システム５２０を概略的に示している。システム５２０は、システム５２０が、輸送アクセラレータ４０の別の実施例である輸送アクセラレータ５４０を備えるものとして具体的に示されている点を除いて、システム２０と同様である。システム２０のコンポーネントまたは要素に対応するシステム５２０の残りのコンポーネントまたは要素には同じように番号が付されている。

【0039】

輸送アクセラレータ５４０は、電界を加えることによって、培養物４２によって生成された揮発性有機化合物の上側チャンバー２８及びセンサー３２への輸送（の速度）を加速する。図示の例では、輸送アクセラレータ５４０は、培養物４２の表面に配置された毛管（毛細管）の形態の電極をカウンター電極と組み合わせて利用して、検体または揮発性有機化合物を含む溶液の液滴を生成し、エレクトロスプレー現象によって、それらの揮発性有機化合物を上側チャンバー２８及びセンサー３２へと運ぶのを容易にする。輸送アクセラレータ５４０は、電極５４２、５４４及びコントローラ５５０を備えている。

【0040】

電極５４２、５４４は、それらの電極間に電界を生成すると、エレクトロスプレー現象にしたがって、培養物４２の表面を帯電した液滴に分解（ないし分割）する。図６Ｂは、例示的な一対の電極５４２、５４４及びエレクトロスプレー現象を示している。図６Ｂに示されているように、電極５４２は、培養物４２の表面４３を横切る、または該表面の下に、または該表面において、（図６Ａに示されているように）下側チャンバー２２内に配置された毛管（毛細管）または管を備えている。電極５４４は、電極５４２の垂直上方にあって開口５４６を有するプレート（たとえば平板）またはその他の構造体を備えている。電極５４２と５４４は、上側チャンバー２８及びセンサー３２に向って加速される帯電した液滴５４８を形成するために培養物４２の溶液を上方に引き上げる電界を形成するために協働する。

【0041】

１実施例では、電極５４４は上側チャンバー２８内に配置される。１実施例では、電極５４４はセンサー３２の上に配置される。他の実施例では、電極５４４を、電極５４２の垂直上方の、下側チャンバー２２内に配置することができる。

【0042】

コントローラ５５０は、処理ユニットと、該処理ユニットの動作を指示するための命令を含んでいる関連する非一時的なメモリ（記憶装置）を備えている。コントローラ５５０は、電極５４２と５４４の間に電界を形成するために、電極５４２、５４４の一方または両方に電荷を選択的に加える。１実施例では、電極５４２と５４４の間に形成される電界は、１０^５Ｖ／ｍと１０^７Ｖ／ｍの間の電界であり、公称上ないし名目上は１０^６Ｖ／ｍである。

【0043】

破線で示されているように、１実施例では、コントローラ５５０はまた、上記のコントローラ５０と同様に機能する。そのような実施例では、コントローラ５５０は、検出された揮発性有機化合物の特性もしくはパラメータ、及び／又は、揮発性有機化合物をセンサー３２によって検出するかまたは受け取る速度を示す信号をセンサー３２から受け取る。コントローラ５５０は、そのようなフィードバックに基づいて、センサー３２へと揮発性有機化合物４４を加速する割合（加速度）を増減して調節するために、電極５４２と５４４の間の電界のタイミング（たとえば電界を加えるタイミング）及び／又は該電界の強さ（電界強度）を調節することができる。システム５２０が複数の電極５４２及び／又は複数の電極５４４を備えている実施例では、コントローラ５５０は、電界を生成するために充電（ないし帯電）される電極５４２、５４４の数を調節することによって、揮発性有機化合物または検体が上側チャンバー２８及びセンサー３２に運ばれる速度で生成される帯電した液滴５４８の量を調節することができる。

【0044】

たとえば、コントローラ５５０は、センサー３２への揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の輸送速度が遅いことを検出したことに応答して、該揮発性有機化合物をセンサー３２に運ぶ速度を速くするために、電界の強さを強くし、及び／又は電界の持続時間を長くし、及び／又は電界の頻度（たとえば電界を加える頻度ないし周波数）を大きくし、及び／又は電界の数を増やすことができる。代替的には、所定の時間において、細胞自体によるＶＯＣ放出の速度が遅いときには、コントローラ５５０は、電界の強さを弱くし、及び／又は電界の持続時間を短くし、及び／又は電界の頻度を小さくして、輸送及び検出のための十分な量の揮発性有機化合物が存在するようになるまで、輸送の加速を遅らせることができる。

【0045】

図７は、システム２０並びにシステム２２０の例示的な実施例である、揮発性有機化合物検出システム６２０を概略的に示している。検出システム６２０は、該システム６２０が、輸送セレクタ２４０の特定の実施例である輸送セレクタ６４０を備えるものとして具体的に示されている点を除いて、検出システム２０及び２２０と同様である。輸送セレクタ６４０はまた、輸送アクセラレータ４０と同様の輸送アクセラレータとして機能する。システム２０及び２２０のコンポーネントまたは要素に対応するシステム６２０のコンポーネントまたは要素には同じように番号が付されている。

【0046】

図７に示されているように、システム６２０は、下側チャンバー２２及び上側チャンバー２８を備えており、ここで、下側チャンバー２２は培養物４２を含むことができる。システム６２０はさらに、複数のセンサー６３２Ａ、６３２Ｂ、及び６３２Ｃ（これらをまとめてセンサー６３２という）を備えている。センサー６３２の各々は、上記のセンサー３２に類似している。センサー３２と同様に、センサー６３２の各々は、揮発性有機化合物の１つの特性または複数の特性を検出することができる。センサー６３２は、上側チャンバー２８内の隔置された位置に配置されている。１実施例では、センサー６３２の各々が、揮発性有機化合物の異なるタイプの特性を検出することができるという点で、センサー６３２は互いに異なる。さらに別の実施例では、センサー６３２は、互いに類似しているが、検出解像度は異なる。センサー６３２は、上側チャンバー２８内に一次元配列として示されているが、これに代えて、センサー６３２を、センサー６３２の二次元配列もしくは格子状配列をなすように配置することができる。

【0047】

輸送セレクタ６４０は、どのような（ないしどの）揮発性有機化合物４４を個々のセンサー６３２に運ぶかを制御する装置（デバイス）を備えている。輸送セレクタ６４０は、該下側チャンバーと上側チャンバー２８の間に温度勾配を形成することによって上側チャンバー２８及びセンサー３２への揮発性有機化合物４４の輸送（の速度）を加速する。図示の例では、輸送セレクタ６４０は、培養物４２及びセンサー３２に近接した温度制御要素を備えている。図示の例では、輸送セレクタ６４０は、ヒーター６４２及び冷却装置６４４Ａ、６４４Ｂ、６４４Ｃ（これらをまとめて冷却装置６４４という）を備えている。

【0048】

ヒーター６４２は、熱を生成して培養物４２または培養物４２の上の下側チャンバー２２内の空間に該熱を加えるために、下側チャンバー２２内にあるかまたは下側チャンバー２２に隣接する加熱装置（加熱デバイス）を備えている。図示の例では、ヒーター６４２は培養物４２の下に配置されている。他の実施例では、ヒーター６４２を、培養物４２の表面４３の側部または該表面４３の下または上のチャンバー２２に沿って（または、該表面４３の下または上のチャンバー２２の側面に沿って）配置することができる。１実施例では、ヒーター６４２は電気抵抗ヒーターである（または、ヒーター６４２は電気抵抗ヒーターを含む）。

【0049】

冷却装置６４４は、熱を除去するかまたは周囲の領域を冷却する装置（デバイス）を備えている。そのような冷却装置６４４の１例は、ペルチェクーラー（Peltier cooler）である。別の実施例では、該領域から熱を除去することによって該領域を冷却するために、冷却液を分配器で輸送することができる。図示の例では、センサー６３２の各々は、関連する冷却装置６４４を有しており、これによって、個々のセンサー６３２の周囲の領域の選択的な冷却を容易にしている。１実施例では、それぞれの冷却装置６４４は、関連するセンサー６３２を取り巻くかまたは囲むリングまたはその他の構造体を備えている。

【0050】

コントローラ６５０は、処理ユニット（処理装置）と、該処理ユニットの動作を指示するための命令を含んでいる関連する非一時的なメモリ（記憶装置）を備えている。コントローラ６５０は、ヒーター６４２と冷却装置６４４の間に温度勾配を生成するために、ヒーター６４２及び冷却装置６４４を選択的に制御する。１実施例では、ヒーター６４２と作動させられた冷却装置６４４の間に形成された温度勾配は、１０Ｋ／ｍと１０００Ｋ／ｍの間であり、公称上ないし名目上は１００Ｋ／ｍである。１実施例では、培養物４２は３７℃の温度まで加熱され、一方、作動させられたセンサー６３２の領域または該センサー６３２の周辺の領域は３２℃の温度まで冷却される。該温度勾配は、培養物４２から上側チャンバー２８及びセンサー６３２に向かって培養物４２の上を流れる浮揚性の気体流を生成する。そのような浮揚性の流れは、センサー６３２に向かって揮発性有機化合物を伴って移動して、該揮発性有機化合物の輸送を加速する。センサー３２自体の表面が存在する実施例では、揮発性有機化合物４４は、該センサー表面上で凝縮することができ、これは、揮発性有機化合物の該センサー表面への物理吸着及び化学吸着を促進する。該温度勾配はさらに、熱泳動（熱拡散）、すなわち、温度と共に拡散係数が変化することに起因する該勾配中の粒子または分子の移動を引き起こす。そのような熱泳動はまた、揮発性有機化合物を該センサー表面に運ぶ。かかる加速メカニズムは、センサー６３２への検体または揮発性有機化合物の輸送を強化して、システム６２０の動作を速くする。

【0051】

コントローラ６５０はさらに、異なるそれぞれのセンサー６３２が揮発性有機化合物または検体を受け取る速度にバイアスをかけるすなわち該速度に影響を与えることができる。１実施例では、コントローラ６５０は、異なるセンサー６３２の各々とヒーター６４２との間に異なる（それぞれの）温度勾配を形成するために、冷却装置６４４の各々を独立に制御する。１実施例では、コントローラ６５０は、冷却装置６４４のうちの１つを作動させる一方で、残りの冷却装置をオフのままにしまたは作動した状態のままとすることができる。そうすることで、コントローラ６５０は、作動している冷却装置６４４の近くの特定のセンサー６３２への揮発性有機化合物の輸送を加速することができ、これによって、作動している冷却装置６４４の近くのセンサーが検体または揮発性有機化合物を受け取る速度を、他のセンサー６３２に比べて速くすることができる。他の実施例では、コントローラ６５０は、（互いに）異なる冷却装置６４４を２つの異なる冷却状態で作動させ、これによって、異なるセンサー６３２に対して、異なる揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の輸送速度または加速度が確立されるように、ヒーター６４２と（互いに）異なる冷却装置６４４との間に異なる温度勾配が形成されるようにすることができる。

【0052】

１実施例では、コントローラ６５０は、センサー６３２が、揮発性有機化合物を時間と共に順次に（または連続的に）検出するようにする制御信号を生成することができる。揮発性有機化合物が、時間とともに順次に（または連続的に）、異なるセンサー６３２へと加速されるように、冷却装置６４４を順次に（または連続的に）作動させることができる。たとえば、（互いに）異なるセンサー６３２が、（互いに）異なる揮発性有機化合物を検出するように特別に構成されるか、または、（互いに）異なる検出解像度または検出感度を提供するように特別に構成される点で、センサー６３２は互いに異なりうる。かかる実施例では、コントローラ６５０は、培養増殖の初期の段階中に冷却装置６４４Ａを先ず作動させ、これによって、初期に生成されたＶＯＣの大部分が、（初期に生成されたそれらのＶＯＣを検出するためにより好適に構成もしくは装備された）センサー６３２Ａに運ばれるようにすることができる。コントローラ６５０は、それより後の培養増殖の段階中に、冷却装置６４４Ａの作動を停止させ及び冷却装置６４４Ｂを作動させ、これによって、より後で生成されたＶＯＣの大部分または該ＶＯＣの大きな割合が、（より後で生成されたＶＯＣを検出するためにより好適に構成もしくは装備された）センサー６３２Ｂに運ばれるようにすることができる。

【0053】

図８は、システム２２０の例示的な実施例である、揮発性有機化合物検出システム７２０を概略的に示している。システム７２０は、下側チャンバー２２、上側チャンバー２８、センサー３２、及びガス（気体）透過性膜７２９を備えている。ガス透過性膜７２９は、下側チャンバー２２と上側チャンバー２８の間に延在している。ガス透過性膜７２９は、いくつかの対象とされた揮発性有機化合物４４を上側チャンバー２８及びセンサー３２に選択的に移動させることができるようにする一方で、他の対象とされていない揮発性有機化合物４４’を阻止する。膜７２９は、個々の区域（またはセンサー）が、ＶＯＣの複合混合物中の対象とされた検体だけを検出して定量化することができるように、該複合混合物の使用を容易にする。透過性膜７２９はさらに、いくつかの揮発性有機化合物がセンサー３２に到達するのを遅らせ、これによって、揮発性有機化合物の放出（ないし解放）の時間履歴の読み取りを容易にする。膜７２９は、いくつかの揮発性有機化合物４４’を妨害または阻止することによって、単一の検体のテキスト（text）をより単純なスペクトルにするのを容易にする。その結果、元の混合物中の揮発性有機化合物４４の一部分の定量化が、該混合物の畳み込まれたスペクトル（convolved spectrum）から個々のスペクトルをデコンボリューション（deconvolving）することによって単純化される。透過性膜７２９の材料の例には、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene）、ポリカーボネート（polycarbonate）、ナイロン（nylon）、ポリアセテート（polyacetate）、酢酸セルロース（cellulose acetate）、ポリエステル（polyester）、ポリプロピレン（polypropylene）、ポリエーテルスルホン（polyethersulfone）、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile）、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidenefluoride）、ガラス繊維（glass fiber）、及び混合セルロースエステル（mixed cellulose ester）が含まれる（ただし、これらには限定されない）。

【0054】

図９は、上記のシステム２２０の別の実施例である、揮発性有機化合物検出システム８２０を概略的に示している。システム８２０は、システム８２０が、透過性膜７２９によって運ばれるかまたは浸透させられる反応要素８３０をさらに含んでいる点を除いてシステム７２０と同様である。システム７２０のコンポーネントまたは要素に対応するシステム８２０の残りのコンポーネントまたは要素には同じように番号が付されている。

【0055】

反応要素８３０は、膜７２９を通過する揮発性有機化合物４４を異なる化学状態または異なる化合物（ないし混合物）に変える触媒または反応化学種を含む。１実施例では、反応要素８３０は、培養物４２の細胞によって生成された揮発性有機化合物４４を検体または他の揮発性有機化合物に変えるが、これらは、これらの前駆体よりもセンサー３２によって良好に検出可能である。いくつかの実施例では、反応要素８３０は、揮発性有機化合物の混合物から対象とされていない種または干渉種を除去して、該混合物中の関心のあるすなわち対象とする検体の検出をより容易にするために使用される。そのような反応要素８３０は、システム８２０の感度及び選択能力を向上させることができる。膜７２９に浸透することができるかまたは膜７２９によってサポートすることができる反応要素の例には、（たとえば一般的な水素化用の）パラジウム（palladium）、（たとえばアミン水素化用の）白金（platinum）、（たとえば完全に置換されたオレフィン水素化用の）イリジウム（iridium）が含まれる（ただしこれらには限定されない）。たとえば、それらは、粒子、ナノ粒子、または、それらの化合物のキレート原子（chelated atom）を含むことができる。

【0056】

図１０は、上記のシステム２２０の別の例示的な実施例である、揮発性有機化合物検出システム９２０を概略的に示している。システム９２０は、システム９２０が、輸送セレクタ２４０の特定の実施例である輸送セレクタ９４０を備えるものとして具体的に示されている点を除いてシステム２２０と同様である。輸送セレクタ９４０は、下側チャンバー２２と上側チャンバー２８の間にわたる半透過性膜９２９を備えている。図示の例では、膜９２９はさらに、上記の反応要素８３０を備えている。他の実施例では、反応要素８３０を省くことができる。

【0057】

膜９２９は、下側チャンバー２２の上面上にわたって変化する厚さを有している。図示の例では、膜９２９の厚さは、センサー２３２の下において、下側チャンバー２２及び培養物４２の端から端までにわたって、徐々に変化し、またはランプ状に変化し、またはスロープ状に（たとえば一定の勾配で）変化する。他の実施例では、膜９２９の厚さは、センサー２３２の下において、下側チャンバー２２及び培養物４２の端から端までにわたって階段状に変化するものであってもよい。膜９２９の厚さが変わることによって、膜９２９を上向きに通る揮発性有機化合物４４の輸送も変わることになる。この結果、（互いに）異なるセンサー２３２は、ある時間にわたって（互いに）異なる速度（ないし早さ）で揮発性有機化合物４４を受け取る。センサー２３２の配列にわたる厚さの勾配は、膜９２９のより薄い領域に近接しているセンサー（今の例ではセンサー２３２Ａ）が、膜９２９のより厚い領域に隣接しているセンサー（今の例ではセンサー２３２Ｄ）よりもずっと早く揮発性有機化合物を受け取るという結果をもたらすことができる。その結果、システム９２０のセンサー２３２からの信号を用いて、揮発性有機化合物の生成または放出の履歴をある期間にわたって追跡することができる。

【0058】

図１１は、システム２２０の別の例示的な実施例である、揮発性有機化合物検出システム１０２０を概略的に示している。システム１０２０は、システム１０２０が、輸送セレクタ２４０の特定の実施例である輸送セレクタ１０４０を備えるものとして具体的に示されている点を除いて、システム２２０と同様である。システム２２０のコンポーネントまたは要素に対応するシステム１０２０のコンポーネントまたは要素には同様に番号が付されている。

【0059】

輸送セレクタ１０４０は、仕切り１０２８、及び、ガス透過性膜１０２９Ａ、１０２９Ｂ、１０２９Ｃ、及び１０２９Ｄ（これらをまとめて膜１０２９という）を備えている。仕切り１０２８は、上側チャンバー２８内において連続的に配置されたセンサー２３２の間を延びる仕切壁を備えている。仕切り１０２８は、上側チャンバー２８を、サブチャンバー、すなわち、センサー２３２Ａ、２３２Ｂ、２３２Ｃ、及び２３２Ｄをそれぞれ収容する区画１０３１Ａ、１０３１Ｂ、１０３１Ｃ、及び１０３１Ｄにそれぞれ区画化する。１実施例では、仕切り１０２８は、区画１０３１のうちの１つの区画内のＶＯＣが区画１０３１のうちのそれとは異なる区画へと流れるのを阻止ないし抑制するためにガス不透過性である。いくつかの実施例では、仕切り１０２８は、ガス選択性透過膜であり（または、仕切り１０２８はガス選択性透過膜を含み）、これによって、所定のガスが仕切り１０２８を通過できるようにしている。仕切り１０２８によって区画１０３１を形成することによって、複数の診断分析が容易になり、１分析当たりの診断コストが安くなる。

【0060】

膜１０２９の各々は上記の膜７２９に類似している。膜１０２９の各々は、関連する区画１０３１または区画１０３１の関連するサブセットすなわちグループに位置合わせされている。図示の例では、区画１０３１の各々は、関連する（互いに）異なる膜１０２９を有している。他の実施例では、該区画のサブセットは、同じ膜１０２９を共有することができる。

【0061】

膜１０２９は、異なるＶＯＣ及び／又は複数のＶＯＣをそれらの各々に関連するセンサー２３２へと（互いに）異なる速度（または早さ）で運びまたは移動させるのを容易にする。図示の例では、膜１０２９Ａと膜１０２９Ｂの厚さは異なっている。１実施例では、膜１０２９Ａと１０２９Ｂは、（互いに）異なるガス透過特性を有する（互いに）異なる材料から形成される。図示の例では、膜１０２９Ａ及び１０２９Ｂは、反応要素８３０を浸透も移動もさせず、一方、膜１０２９Ｃ及び１０２９Ｄは、反応要素を移動または浸透させる。図示の例では、膜１０２９Ｃは、第１の反応要素８３０Ｃを浸透または移動させ、膜１０２９Ｄは、第１の反応要素８３０Ｃとは異なる第２の反応要素８３０Ｄを浸透または移動させる。この結果、センサー２３２の各々は、ＶＯＣを異なる速度（または早さ）で受け取り、または、（互いに）異なる反応要素８３０によって（互いに）別様に変更されたＶＯＣを受け取る。

【0062】

システム２２０に関して述べたように、１実施例では、センサー２３２を互いに異なるものとすることができる。そのような実施例では、（互いに異なる）それぞれのセンサー２３２を、他のセンサー２３２とは異なって、特定のタイプの検体または揮発性有機化合物を検出するようにカスタマイズすることができる。区画１０３１の各々は１つのセンサー２３２を備えるものとして図示されているが、他の実施例では、区画１０３１の各々は、複数のセンサーまたはセンサーの格子（または格子状配列）もしくは配列を含むことができ、いくつかの実施例では、複数のセンサー２３２を収容している個々の区画に関連付けられているかまたは該個々の区画の下にある膜は、システム９２０に関して上記した膜と同様に変化する厚さを有することができる。

【0063】

図１２は、システム２０及び２２０の別の例示的な実施例である、揮発性有機化合物検出システム１１２０を概略的に示している。上記の任意の揮発性有機化合物検出システムのコンポーネント（構成要素）に対応する揮発性有機化合物検出システム１１２０のコンポーネントには同じように番号が付されている。図１２に示されているように、システム１１２０は、上記の検出機能の多くを単一の検出システムにおいて組み合わせたシステムである（または、システム１１２０は、該組み合わせたシステムから構成される）。

【0064】

システム１１２０は、下側チャンバー２２、上側チャンバー２４、センサー２３２Ａ、２３２Ｂ、２３２Ｃ、２３２Ｄ、電極３４２Ａ、３４２Ｂ、３４２Ｃ、３４２Ｄ（これらをまとめて電極３４２という）、電極３４４Ａ、３４４Ｂ、３４４Ｃ、３４４Ｄ（これらをまとめて電極３４４という）、電極５４２Ａ、５４２Ｂ、５４２Ｃ、５４２Ｄ（これらをまとめて電極５４２という）、電極５４４Ａ、５４４Ｂ、５４４Ｃ、５４４Ｄ（これらをまとめて電極５４４という）、ヒーター６４２、冷却装置６４４Ａ、６４４Ｂ、６４４Ｃ、６４４Ｄ、仕切り１０２８、膜１０２９Ａ、１０２９Ｂ、１０２９Ｃ、１０２９Ｄ、ガス源１１５２、１１５４、１１５６、ポンプ１１５８、培地源１１６２、１１６４、１１６６、ポンプ１１６８、及びコントローラ１２５０を備えている。仕切り１０２８によって形成された区画１０３１Ａ、１０３１Ｂ、１０３１Ｃ、及び１０３１Ｄの各々が、電極３４２のうちの１つと電極３４４のうちの１つからなる一対の電極を収容している（含んでいる）点を除いて、電極３４２の各々はシステム３２０に関して上記した電極３４２と、電極３４４の各々はシステム３２０に関して上記した電極３４４とそれぞれ同様である。この結果、コントローラ１２５０は、それぞれの電極対を選択的かつ独立に作動させて、区画１０３１のうちの特定の区画内の特定のセンサー２３２への揮発性有機化合物の輸送を加速するための電界を選択的に形成するために、制御信号を選択的に出力することができる。１実施例では、システム４２０内の電極４４２に関して上記したように、電極３４２の各々は、培養物４２の表面４３から異なる高さへと延びる一連の個々の電極素子を備えている。そのような実施例では、コントローラ１２５０は、異なる拡散性（たとえば拡散率）または表面４３からの高さに基づいて、（互いに）異なる揮発性有機化合物の輸送を加速させるためにそれらの電極素子のうちの１つを選択的に充電する。

【0065】

電極５４２及び５４４は、電極５４２及び５４４が、独立して制御可能なまたは独立して作動可能なサブセットもしくは対（ペア）にグループ化されている点を除いて、システム５２０に関して上記した電極５４２及び５４４と同様である。該サブセットまたは対は、他のサブセットまたは対とは独立に作動可能である。その結果、コントローラ１２５０は、特定の区画１０３１内に収容されている個々のセンサー２３２への揮発性有機化合物の輸送を選択的に加速させるために、電極対を選択的かつ独立に作動させることができる。たとえば、コントローラ１２５０は、センサー２３２Ａへの揮発性有機化合物の輸送を加速させるために電極５４２Ａ及び５４４Ａを選択的に作動させるが、残りの電極５４２及び５４４には充電しないようにすることができる。別の実施例では、コントローラ１２５０は、電極５４２、５４４の異なる対において異なる強さの電界を生成して、エレクトロスプレー液滴が形成される速さを変え、及び、検体または揮発性有機化合物をそれぞれの区画１０３１内のそれぞれのセンサー２３２に送る速度を変えるために、別様に電荷を加える（すなわち別様に充電する）ことができる。

【0066】

ヒーター６４２及び冷却装置６４４は、システム６２０に関して上記したのと同様のやり方でコントローラ１２５０によって制御される。同様に、膜１０２９は、システム１０２０に関して上記したように、揮発性有機化合物をそれぞれの区画１０３１に選択的に送り、及び／又は、反応要素８３０Ｃ及び８３０Ｄを使って、送られている揮発性有機化合物の化学的性質を変える。１実施例では、システム１１２０は、システム１１２０を動作させることができる複数の利用可能なモードのうちの１つを選択するための選択権（ないし選択肢）をユーザーに提供する。たとえば、ユーザーは、（Ａ）電極３４２、３４４、及び／又は（Ｂ）電極５４２、５４４、及び／又は（Ｃ）ヒーター６４２、冷却装置６４４などの１つまたは複数の差別化及び加速メカニズムを用いて、揮発性有機化合物または検体の輸送（の速度）を異なるセンサーへと加速させること及び該輸送（の速度）を異ならせることを選択することができる。

【0067】

ガス源１１５２、１１５４、１１５６は、培養物４２の上のガス雰囲気用の種々のソース（源）を含む。ガス源１１５２、１１５４、１１５６の各々は、コントローラ１２５０の制御下にある弁（バルブ）を備えている。ポンプ１１５８は、選択された１つまたは複数のガスをガス源１１５２、１１５４、１１５６から培養物４２の上の体積部すなわち空間（該空間が上側チャンバー２８内の空間であっても、下側チャンバー２２内の培養物４２の上の空間であっても）へとくみ出すための装置である（または、ポンプ１１５８は該装置を備えている）。コントローラ１２５０は、選択されたガスの混合物を出力するための制御信号を出力する。コントローラ１２５０は、それらのガスまたはガスの混合物を培養物４２の表面４３の上の空間に供給する速度を制御するために、ポンプ１１５８を制御するための制御信号を出力する。

【0068】

コントローラ１２５０は、所定の細胞のタイプ（種類）の増殖（ないし成長）を促進または抑制する雰囲気を生成するために、及び／又は、雰囲気圧力（周囲の圧力）を下げて揮発性有機化合物の質量分率を大きくし、及び／又は、培養物４２によって放出された揮発性有機化合物と反応してセンサー２３２によってより良好に検出されることができる検体を生成する（他のＶＯＣなどの）反応物を導入するために、ガスの混合及びガスの供給速度を制御することができる。１実施例では、コントローラ１２５０は、培養物４４２の細胞が増殖（ないし成長）する雰囲気中の二酸化炭素及び酸素の割合を制御することによって所定のタイプ（種類）の細胞の増殖（ないし成長）を促進または抑制するために、システム１１２０に供給されるガスを制御する。コントローラ１２５０は、所定のセルによる揮発性有機化合物の増殖（ないし成長）及び生成を高めかつその他のセルによる揮発性有機化合物の増殖（ないし成長）及び生成を低下させるために、該雰囲気の内容物を調節することができる。１実施例では、該雰囲気の内容物の関数としての細胞の揮発性有機化合物のシグネチャ（たとえば特徴）の変化を、コントローラ１２５０によって評価基準として用いて細胞を識別することができる。いくつかの実施例では、コントローラ１２５０は、雰囲気圧力を下げることによって、揮発性有機化合物の有効濃度をより高くして、揮発性有機化合物のセンサー２３２のサービスへの結合率を大きし、これによって感度が高くなるようにすることができる。コントローラ１２５０によるガス混合物への反応性化合物の導入は、センサー２３２に対してより強い信号を生成して感度を高める他の化合物を生成するために使用される。

【0069】

培地源１１６２、１１６４、１１６６は、（互いに）異なる培地の内容物または溶液用の（互いに）異なるソース（源）を含む。培地源１１６２、１１６４、１１６６の各々は、コントローラ１２５０の制御下にある弁（バルブ）を備えている。ポンプ１１６８は、選択された液体培地または固形培地を培地源１１６２、１１６４、１１６６から培養物４２へとくみ出すための装置である（または、ポンプ１１６８は該装置を備えている）。コントローラ１２５０は、選択された培地の混合物を出力するための制御信号を出力する。コントローラ１２５０は、それらの培地を培養物４２に供給する速度を制御するためにポンプ１１６８を制御するための制御信号を出力する。

【0070】

コントローラ１２５０は、培地の混合物、及び該混合物をポンプ１１６８によって培養物４２に供給する速度を制御して、培養物４２（該培養物４２内で細胞が増殖（ないし成長）し、かつ該培養物４２によって揮発性有機化合物が生成される）を正確に制御するための制御信号を出力する。１実施例では、コントローラ１２５０は、自動的で生産性が高い細胞培養を容易にするために、培養物４２を（時間及び／又は濃度の点で）正確に制御する。いくつかの実施例では、コントローラ１２５０は、培養物４２内の細胞による揮発性有機化合物の代謝及び生成を変えるために薬剤を導入する。いくつかの実施例では、培地の内容物の関数としての細胞ＶＯＣシグネチャを、コントローラ１２５０によって別の評価基準として用いることによって、細胞を識別することができる。さらに別の実施例では、コントローラ１２５０は、細胞によって生成された代謝産物と反応して該代謝産物の揮発性を高め、及び／又はセンサーの応答性を高める反応物を（培地源１１６２、１１６４、１１６６のうちの１つから）導入することができる。

【0071】

１実施例では、コントローラ１２５０は、センサー２３２の各々からの信号をフィードバックとして利用して、システム１１２０による揮発性有機化合物の加速及び差別化の動作パラメータを調節可能に制御する。たとえば、コントローラ１２５０は、センサー２３２からの信号すなわちフィードバックに基づいて、異なる電極対である、電極対３４２、３４４と電極対５４２、５４４によって提供される電界を調節する制御信号を出力する。コントローラ１２５０は、かかるフィードバックに基づいて、ヒーター６４２の動作設定及び／又は個々の冷却装置６４４の動作設定を調節する制御信号を出力することができる。コントローラ１２５０は、センサー２３２からのフィードバックに基づいて、ガス源１１５２、１１５４、１１５６の弁を選択的に開閉することによって、培養物４２の上のガス雰囲気を調節することができ、及び／又は、ポンプ１１５８が動作する速さを調節することができる（または、コントローラ１２５０は、センサー２３２からのフィードバックに基づいて、ガス源１１５２、１１５４、１１５６の弁を選択的に開閉し及び／又はポンプ１１５８が動作する速さを調節することによって、培養物４２の上のガス雰囲気を調節することができる）。同様に、コントローラ１２５０は、センサー２３２からのフィードバックに基づいて、ガス源１１６２、１１６４、１１６６の弁を選択的に開閉することによって、培養物４２の培地を調節することができ、及び／又は、ポンプ１１６８が動作する速さを調節することができる（または、コントローラ１２５０は、センサー２３２からのフィードバックに基づいて、ガス源１１６２、１１６４、１１６６の弁を選択的に開閉し及び／又はポンプ１１６８が動作する速さを調節することによって、培養物４２の培地を調節することができる）。

【0072】

本開示を例示的な実施例に関して説明したが、当業者には、本発明の主題の思想及び範囲から逸脱することなく形態及び細部を変更できることが理解されよう。たとえば、それぞれの異なる例示的な実施例は、１以上の利益をもたらす１以上の特徴を含むものとして説明されている場合があるが、説明した例示的な実施例または他の代替の実施例において、説明した特徴を互いと交換することまたは互いに組み合わせることができることも意図されている。本開示の技術は比較的複雑であるため、本技術における変更を全て予測できるというわけではない。例示的な実施例に関して説明され、及び特許請求の範囲に記載されている本開示は、可能な限り広義であることが明白に意図されている。たとえば、特に断りのない限り、１つの特定の要素を記述している請求項は、複数の該特定の要素も含んでいる。請求項における「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、異なる要素を単に区別しており、特に断りのない限り、本開示における要素の特定の順番もしくは特定の番号付けに具体的に関連付けられているわけではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】