特表 2025-502620 埋め込み電極アレイプレート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-28

(54)【発明の名称】埋め込み電極アレイプレート

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20250121BHJP

   G01N 33/483 20060101ALI20250121BHJP

【ＦＩ】

G01N27/00 Z

G01N33/483 E

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024533966

(86)(22)【出願日】2022-12-07

(85)【翻訳文提出日】2024-07-18

(86)【国際出願番号】 US2022081088

(87)【国際公開番号】W WO2023108001

(87)【国際公開日】2023-06-15

(31)【優先権主張番号】63/286,959

(32)【優先日】2021-12-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ブルートゥース

(71)【出願人】

【識別番号】520195970

【氏名又は名称】アクソシム， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100102978

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 初志

(74)【代理人】

【識別番号】100205707

【弁理士】

【氏名又は名称】小寺 秀紀

(74)【代理人】

【識別番号】100160923

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 裕孝

(74)【代理人】

【識別番号】100119507

【弁理士】

【氏名又は名称】刑部 俊

(74)【代理人】

【識別番号】100142929

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100148699

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 利光

(74)【代理人】

【識別番号】100188433

【弁理士】

【氏名又は名称】梅村 幸輔

(74)【代理人】

【識別番号】100128048

【弁理士】

【氏名又は名称】新見 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100129506

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 智彦

(74)【代理人】

【識別番号】100114340

【弁理士】

【氏名又は名称】大関 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100214396

【弁理士】

【氏名又は名称】塩田 真紀

(74)【代理人】

【識別番号】100121072

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 和弥

(74)【代理人】

【識別番号】100221741

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 直子

(74)【代理人】

【識別番号】100114926

【弁理士】

【氏名又は名称】枝松 義恵

(72)【発明者】

【氏名】カーリー ジェイ． ローリー

(72)【発明者】

【氏名】ラウントリー コーリー

【テーマコード（参考）】

2G045

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G045AA24

2G045CB01

2G045FA34

2G045JA07

2G060AA15

2G060AD06

2G060AF15

2G060HC13

2G060KA09

(57)【要約】

細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイ（ＥＥＡ）を備えている装置は、埋め込み電極アレイ；インターフェースプリント回路基板；応答信号を受信してデータチャネルにサンプリングするために、刺激信号と、インターフェースプリント回路基板内のデータチャネルとを設定するための、試験コントローラ；ならびに処理及び記憶のためにデータセットを受信するためのデータコレクタを含む。埋め込み電極アレイは、組織細胞サンプルを収容するための電極パッドを各々が有する、組織培養ウェル；組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を受信しかつ組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を生成するためのコネクタピンを有する、信号コネクタ；ならびにコネクタピンのうちの１つを電極パッドに接続するための、ＥＥＡプリント回路基板内に埋め込まれた回路配線を含む。インターフェースプリント回路基板は、刺激信号として使用されるソースからの信号を受信するための信号コネクタと、増幅器－デジタイザ回路とを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置であって、前記装置が、
埋め込み電極アレイであって、
組織細胞サンプルを収容するための複数の電極パッドを各々が有する複数の組織培養ウェルと、
前記複数の組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を受信しかつ前記組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を生成するための複数のコネクタピンを有する、１つ以上の信号コネクタと、
ＥＥＡプリント回路基板内に埋め込まれた複数の回路配線であって、前記複数の回路配線の各々が、前記複数のコネクタピンのうちの１つを各組織培養ウェル内の電極パッドに接続する、前記複数の回路配線と
を備える、前記埋め込み電極アレイ；
インターフェースプリント回路基板であって、
取り付けられた埋め込み電極アレイ内の複数の組織培養ウェルへの前記１つ以上の刺激信号として使用するための試験信号を受信するための、１つ以上の信号コネクタと、
前記取り付けられた埋め込み電極アレイ内の前記複数の組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を送信しかつ前記組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を受信するための複数のコネクタピンを有する、１つ以上のインターフェース信号コネクタと、
複数のデータチャネルに編成された応答信号のうちの１つ以上を受信しかつ前記複数のデータチャネルの各々に対するデータセットとして送信するために前記応答信号をデジタル化するように各々が構成された、複数の増幅器－デジタイザ回路と
を備える、前記インターフェースプリント回路基板；
応答信号を受信して前記複数のデータチャネルにサンプリングするために、前記１つ以上の刺激信号と、前記インターフェースプリント回路基板内の前記複数のデータチャネルとを設定する、試験コントローラ；ならびに
処理及び記憶のために複数のデータチャネルに対するデータセットを受信する、データコレクタ
を備える、前記装置。

【請求項2】

前記複数の組織培養ウェルの各々が、
細胞を培養して前記組織細胞サンプルにする、細胞チャネル層と、
Ｃｉｒｌｅｘチャネルの２つの端部の各々に配置された、一対の組織培養ウェルと、
Ｃｉｒｌｅｘチャネルにわたって配置された、前記複数の電極パッドのうちの８つの電極パッドと、
前記組織培養ウェルの対の各々の中の、前記複数の電極パッドのうちの単一の電極パッドと
を備える、請求項１に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項3】

前記複数の回路配線を画定するための、前記ＥＥＡプリント回路基板内の一対の埋め込み銅層と、
前記埋め込み銅層の対の間のベースポリイミド層と、
前記２つの銅層のうちの一方の表面にある、上部ポリイミド層と、
前記２つの銅層のうちの一方の表面にある、底部ポリイミド層と
を更に備える、請求項２に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項4】

軟質金電気めっき層を更に備える、請求項３に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項5】

前記組織培養ウェルの各々が、前記細胞チャネル層及び前記組織培養ウェル内の前記複数の電極を露出させている前記上部ポリイミド層内にある、請求項４に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項6】

前記試験信号が、外部関数発生器から受信される、請求項１に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項7】

前記複数のデータチャネルの各々に対する前記データセットが、前記組織培養ウェルの一部からの前記データセットに対応するデータセットのグループにおいて、前記複数の増幅器－デジタイザ回路によって生成される、請求項１に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項8】

前記複数の増幅器－デジタイザ回路の各々が、１６個のデータチャネルを生成するために、前記１つ以上の応答信号のうちの１６個を受信する、請求項７に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項9】

前記インターフェースプリント回路基板が、１２８個のデータチャネルの２つのグループに編成された２５６個のデータチャネルを生成するために、１６個の増幅器－デジタイザ回路を備える、請求項８に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項10】

複数の組織培養ウェルであって、前記複数の組織培養ウェルの各々が、組織細胞サンプルに電気的に接触するための複数の電極パッドを有する、前記複数の組織培養ウェルと、
前記複数の組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を受信しかつ前記組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を生成するための複数のコネクタピンを有する、１つ以上の信号コネクタと、
前記埋め込み電極アレイ内に埋め込まれた複数の回路配線であって、前記複数の回路配線の各々が、前記複数のコネクタピンのうちの１つを電極パッドに接続する、前記複数の回路配線と
を備える、埋め込み電極アレイ。

【請求項11】

前記複数の組織培養ウェルの各々が、
細胞を培養して前記組織細胞サンプルにする、細胞チャネル層と、
前記細胞チャネル層の２つの端部の各々に配置された、一対の組織培養ウェルと、
前記細胞チャネル層にわたって配置された、前記複数の電極パッドのうちの９個の電極パッドと、
前記組織培養ウェルの対の各々の中の、前記複数の電極パッドのうちの単一の電極パッドと
を備える、請求項１０に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項12】

前記複数の回路配線を画定するための、前記ＥＥＡプリント回路基板内の一対の埋め込み銅層と、
前記埋め込み銅層の対の間のベースポリイミド層と、
前記２つの銅層のうちの一方の表面にある、上部ポリイミド層と、
前記２つの銅層のうちの一方の表面にある、底部ポリイミド層と
を更に備える、請求項１１に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項13】

前記上部ポリイミド層と前記２つの銅層のうちの１つとの間に軟質金電気めっき層を更に備える、請求項１２に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項14】

前記組織培養ウェルの各々が、前記細胞チャネル層及び前記組織培養ウェル内の前記複数の電極を露出させている前記上部ポリイミド層内にある、請求項１３に記載の埋め込み電極アレイ。

【請求項15】

取り付けられた埋め込み電極アレイ内の複数の組織培養ウェルへの前記１つ以上の刺激信号として使用するための試験信号を受信するための、１つ以上の信号コネクタと、
前記取り付けられた埋め込み電極アレイ内の前記複数の組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を送信しかつ前記組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を受信するための複数のコネクタピンを有する、１つ以上のインターフェース信号コネクタと、
複数のデータチャネルに編成された応答信号のうちの１つ以上を受信しかつ前記複数のデータチャネルの各々に対するデータセットとして送信するために前記応答信号をデジタル化するように各々が構成された、複数の増幅器－デジタイザ回路と
を備える、インターフェースプリント回路基板。

【請求項16】

前記試験信号が、外部関数発生器から受信される、請求項１５に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項17】

前記複数のデータチャネルの各々に対する前記データセットが、前記組織培養ウェルの一部からの前記データセットに対応するデータセットのグループにおいて、前記複数の増幅器－デジタイザ回路によって生成される、請求項１５に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項18】

前記複数の増幅器－デジタイザ回路の各々が、１６個のデータチャネルを生成するために、前記１つ以上の応答信号のうちの１６個を受信する、請求項１７に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項19】

１２８個のデータチャネルの２つのグループに編成された２５６個のデータチャネルを生成するために、１６個の増幅器－デジタイザ回路を備える、請求項１８に記載のインターフェースプリント回路基板。

【請求項20】

前記２つのグループのうちの１つの１２８個のデータチャネルを一度に外部データコレクタに接続するデジタルスイッチを更に備える、請求項１８に記載のインターフェースプリント回路基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に引用される全ての特許、特許出願、及び刊行物は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。本明細書に記載され特許請求される本発明の日付時点での当業者に既知の最新技術をより完全に記載するために、これらの刊行物の開示は、参照により本出願に組み込まれる。

【0002】

本特許開示は、著作権保護の対象となる、材料を含む。著作権所有者は、米国特許商標局の特許ファイル又は記録に表れているような特許文書又は特許開示をいかなる者がファクシミリ複製することにも異議はないが、それ以外では、あらゆる全ての著作権を留保する。

【0003】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１２月７日に出願された「ＥＭＢＥＤＤＥＤ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＡＲＲＡＹ」という名称の米国仮特許出願第６３／２８６，９５９号に基づいて優先権の利益を主張するものである。この出願全体は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0004】

発明の分野
本出願は、概して、生物学的試験デバイスを備えている装置に関し、より具体的には、細胞サンプルを試験することが可能な埋め込み電極アレイ（ＥＥＡ）を備えている装置に関する。

【背景技術】

【0005】

背景
種々の細胞型内での活性に対する薬理学的薬剤の適用の効果は、ほとんどの研究努力の一部である。試験されるこのような細胞活性の１つは、代表的な神経細胞のサンプルへの薬物導入の末梢神経毒性を含む。この試験は、試験環境において細胞サンプルを増殖させること、電極を細胞サンプル内の種々の位置に接続すること、細胞を電気的に刺激すること、及び感知電極において観察される応答を記録することを含む。

【0006】

現在の試験手順は、１つ以上の電気刺激に対する観察された応答の単一電極記録を取得することを利用する。刺激電極及び感知電極は、細胞サンプルに手動で挿入され、１つ以上の電気刺激が細胞サンプルに印加され、応答が感知電極で記録される。刺激電極及び感知電極は、１つ以上の電気刺激を生成する電子機器と、感知信号において観察された応答をデジタル的にサンプリングする記録電子機器とに電気的に結合される。記録されたデジタルサンプルデータは、後の分析のためにコンピューティングシステム内に記憶され得る。

【0007】

電極を細胞サンプルに手作業で挿入し、細胞刺激及び応答記録を行うことは、多くの欠陥を有する。各単一の記録は、技術者によって手作業で行われる。技術者は、細胞サンプル内の反復可能な位置への電極挿入を実行するように訓練されなければならず、これは訓練及び実行することが困難であり得る。試験プロセスにおいて実行されるステップは、迅速で反復可能な自動化された試験を生じさせず、試験結果のばらつきをもたらし、最終的に特定の試験から得られる結果に影響を与える可能性がある。この試験手順はまた、品質保証のためにサンプルのセットを使用し、薬理学的薬剤の適用からの細胞サンプルに対するより長期の効果を検出する試験の繰り返しを防げる。

【0008】

したがって、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置が必要とされている。本発明は、本明細書に開示される原理及び例示的な実施形態に従って、従来の解決策における制限及び欠陥に対処しようと試みる。

【発明の概要】

【0009】

概要
本発明によれば、上記及び他の問題は、本明細書に開示される原理及び例示的な実施形態に従って細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイ（ＥＥＡ）を有する装置を提供することによって解決される。

【0010】

一実施形態では、本発明は、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置である。本装置は、埋め込み電極アレイ；インターフェースプリント回路基板；応答信号を受信して複数のデータチャネルにサンプリングするために、１つ以上の刺激信号と、インターフェースプリント回路基板内の複数のデータチャネルとを設定するための、試験コントローラ；ならびに処理及び記憶のために複数のデータチャネルに対するデータセットを受信するためのデータコレクタ、を含む。埋め込み電極アレイは、組織細胞サンプルを収容するための複数の電極パッドを各々が有する、複数の組織培養ウェル；複数の組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を受信しかつ組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を生成するための複数のコネクタピンを有する、１つ以上の信号コネクタ；ならびにＥＥＡプリント回路基板内に埋め込まれた複数の回路配線を含み、複数の回路配線の各々は、複数のコネクタピンのうちの１つを各組織培養ウェル内の電極パッドに接続する。インターフェースプリント回路基板は、１つ以上の刺激信号として使用するための外部関数発生器からの信号を受信するための１つ以上の信号コネクタと、複数の増幅器－デジタイザ回路とを含む。増幅器－デジタイザ回路の各々は、複数のデータチャネルに編成された複数の応答信号のうちの１つ以上を受信し、複数のデータチャネルの各々に対するデータセットとして送信するために応答信号をデジタル化するように構成される。

【0011】

本発明の一態様では、複数の組織培養ウェルの各々は、細胞を組織細胞サンプルへと培養する細胞チャネル層と、細胞チャネル層の２つの端部の各々に配置された、一対の組織培養ウェルと、細胞チャネル層にわたって配置された複数の電極パッドのうちの８つの電極パッドと、一対の組織培養ウェルの各々の中の複数の電極パッドのうちの単一の電極パッドとを含む。

【0012】

本発明の別の態様では、埋め込み電極アレイは、複数の回路配線を画定するためのＥＥＡプリント回路基板内の一対の埋め込み銅層と、前記埋め込み銅層の対の間のベースポリイミド層と、２つの銅層のうちの一方の表面にある上部ポリイミド層と、２つの銅層のうちの一方の表面にある下部ポリイミド層とを更に含む。

【0013】

本発明の別の態様では、埋め込み電極アレイは更に、２つの銅層のうちの１つと上部ポリイミド層との間の軟質金電気めっき層中にある。

【0014】

本発明の別の態様では、組織培養ウェルの各々は、上部ポリイミド層内にあり、細胞チャネル層及び組織培養ウェル内の複数の電極を露出させる。

【0015】

本発明の別の態様では、試験信号は外部関数発生器から受信される。

【0016】

本発明の別の態様では、複数のデータチャネルの各々に対するデータセットは、組織培養ウェルの一部からのデータセットに対応するデータセットのグループにおいて、複数の増幅器－デジタイザ回路によって生成される。

【0017】

本発明の別の態様では、複数の増幅器－デジタイザ回路の各々は、１６個のデータチャネルを生成するために、１つ以上の応答信号のうちの１６個を受信する。

【0018】

本発明の別の態様では、インターフェースプリント回路基板は、１２８個のデータチャネルの２つのグループに編成された２５６個のデータチャネルを生成するために、１６個の増幅器－デジタイザ回路を備える。

【0019】

別の実施形態において、本発明は、組織細胞サンプルを収容するための複数の電極パッドを各々が有する複数の組織培養ウェルと、複数の組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を受信しかつ組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を生成するための複数のコネクタピンを有する、１つ以上の信号コネクタと、ＥＥＡプリント基板内に埋め込まれた複数の回路配線であって、複数の回路配線の各々が、複数のコネクタピンのうちの１つを各組織培養ウェル内の電極パッドに接続する、複数の回路配線と、を含む、埋め込み電極アレイである。

【0020】

別の実施形態では、本発明は、取り付けられた埋め込み電極アレイ内の複数の組織培養ウェルへの１つ以上の刺激信号として使用するための試験信号を受信する１つ以上の信号コネクタと、取り付けられた埋め込み電極アレイ内の複数の組織培養ウェルの各々に対する刺激信号を送信しかつ組織細胞サンプルの各々から複数の応答信号を受信する複数のコネクタピンを有する、１つ以上のインターフェース信号コネクタと、複数のデータチャネルに編成された応答信号の１つ以上を受信し、複数のデータチャネルの各々に対するデータセットとして送信するために応答信号をデジタル化するように各々構成された複数の増幅器－デジタイザ回路とを含むインターフェースプリント回路基板である。

【0021】

上記は、以下の本発明の詳細な説明がより良く理解され得るように、本発明の特徴及び技術的利点をかなり広く概説している。本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明の追加の特徴及び利点を以下に説明する。

【0022】

開示される概念及び特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実行するために他の構造を修正又は設計するための基礎として容易に利用され得ることが、当業者によって理解されよう。また、そのような等価な構成が、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の趣旨及び範囲から逸脱しないことも、当業者によって理解されよう。本発明の特徴であると考えられる新しい特徴は、その構成及び動作方法の両方に関して、更なる目的及び利点とともに、添付の図面に関連して考慮されるとき、以下の説明からより良く理解されるであろう。しかしながら、各図は、例示及び説明のみを目的として提供されており、本発明の限定の定義として意図されていないことが明確に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

ここで図面を参照するが、同様の参照番号は全体を通して対応する部分を表す。

【図1】本発明による、細胞サンプルを試験することができる手動記録態様を使用する細胞サンプル試験の例示的な実施形態を示す図である。

【図2】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置を示す図である。

【図3】本発明による、細胞サンプルを試験することができる複数の埋め込み電極アレイを備えるプリント回路基板の上に組み立てられた組織培養プレートを示す図である。

【図4A】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイへのコネクタの拡大図を示す図である。

【図4B】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイへのコネクタの拡大図を示す図である。

【図4C】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイへのコネクタの拡大図を示す図である。

【図5】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを複数のコネクタに結合する信号線を有するプリント回路基板を示す図である。

【図6】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置を示す図である。

【図7】本発明による、細胞サンプルを試験することができる複数の埋め込み電極アレイを備えるプリント回路基板を示す図である。

【図8】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイの拡大図を示す図である。

【図9】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを複数のコネクタに結合する信号線を有するプリント回路基板を示す図である。

【図10A】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置内の構成要素を示す図である。

【図10B】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置内の構成要素を示す図である。

【図11】本発明による、埋め込み電極アレイ１００内の複数の組織培養ウェルから収集されたデジタルチャネルデータの例示的なグラフ表示を示す図である。

【図12】本発明による、細胞サンプルを試験する埋め込み電極アレイ１００の複数の回路配線からデジタルチャネルデータを収集するための自動試験プロセスの例示的なグラフ表示を示す図である。

【図13A】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを結合する信号線を有するプリント回路基板から収集されたデジタルチャネルデータの処理されたセットの例示的な結果を示す図である。

【図13B】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを結合する信号線を有するプリント回路基板から収集されたデジタルチャネルデータの処理されたセットの例示的な結果を示す図である。

【図14】本発明による、試験コントローラの特定の実施形態に従って適合されたコンピュータシステムを示す図である。

【図15】本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイコントローラのソフトウェア構成要素のコンピューティングシステムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

詳細な説明
本出願は、概して、生物学的試験デバイスのための装置に関し、より具体的には、本発明に従って細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイ（ＥＥＡ）を備えている装置に関する。

【0025】

本発明の様々な実施形態は、本明細書に添付される上述の図面を参照して詳細に説明され、同様の参照番号は、いくつかの図を通して同様の部品及びアセンブリを表す。しかしながら、これらの図面は、本明細書に説明される装置の選択された実施形態及び要素のみを図示し、したがって、本明細書に説明されるような装置の範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の同等に有効な実施形態及び用途を認め得ることに留意されたい。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。更に、本明細書に記載される任意の例は、限定することを意図するものではなく、特許請求される発明の多くの可能な実施形態のうちのいくつかを単に記載するものである。

【0026】

本発明の実施形態を説明する際に、以下の用語が使用される。単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その（the）」は、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、複数の指示対象を含む。本明細書で使用される場合、複数の項目、構造要素、組成要素、及び／又は材料は、便宜上、共通のリストに提示され得る。しかしながら、これらのリストは、リストの各メンバーが別個の固有のメンバーとして個々に識別されるかのように解釈されるべきである。したがって、そのようなリストの個々のメンバーは、それと反対の指示がない限り、共通のグループにおけるそれらの提示のみに基づいて、同じリストの任意の他のメンバーの事実上の同等物として解釈されるべきではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことが意図される。

【0027】

「含む」、「含んでいる」、「包含する」、及び「包含している」という用語は、述べられた特徴、ステップ、又は構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、ステップ、又は構成要素の存在又は追加を排除しないことが更に理解されるであろう。いくつかの代替の実装形態では、記載された機能及び動作は、図に記載された順序とは異なる順序で行われ得ることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つの図は、実際には、関連する機能及び動作に応じて、実質的に同時に実行されてもよく、又は時には逆の順序で実行されてもよい。

【0028】

「個人」及び「ユーザ」という用語は、本発明に従って細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置を使用するエンティティ、例えば、人間を指す。本明細書における「ユーザ」という用語は、１人以上のユーザを指す。

【0029】

「埋め込み電極アレイ」及び「ＥＥＡプリント回路基板」という用語は、組織細胞サンプルを刺激信号源及び信号記録回路に電気的に結合するアレイプレートのプリント回路基板内に埋め込まれた電極を使用して組織細胞サンプルを試験するための１つ以上の培養ウェルを有する装置を指す。細胞サンプルは、組織培養ウェルから外側に延在するプリント回路基板内の細胞チャネル層内で増殖される。１つ以上の電極は、組織細胞サンプルを刺激信号源に電気的に結合する規定された間隔で細胞チャネル層内の細胞サンプルに露出される。信号記録回路は、組織培養ウェル内の組織細胞サンプルに電気的に結合される。好ましい実施形態では、細胞チャネル層は、Ｃｉｒｌｅｘチャネルを生成するためにＣｉｒｌｅｘ材料から構築されてもよい。「埋め込み電極アレイ」及び「ＥＥＡプリント回路基板」という用語は、互換的に使用され得る。

【0030】

「発明」又は「本発明」という用語は、「埋め込み電極アレイプレート」というタイトルの特許出願を介して出願されている発明を指す。本発明という用語は、ＥＥＡプレートと互換的に使用され得る。

【0031】

「プリント回路基板」という用語は、制御された方法で電子部品を互いに接続するために電気及び電子工学で使用される媒体を指す。それは、導電層及び絶縁層の積層サンドイッチ構造の形態をとり、導電層の各々は、非導電性基板のシート層の上及び／又は間に積層された銅の１つ以上のシート層からエッチングされた、平坦な表面上の配線に類似したトレース、平面、及び他の特徴のアートワークパターンで設計される。電気部品は、部品の端子を受け入れるように設計された形状の外側層上の導電性パッドに、一般にはんだ付けによって固定されて、電気的に接続するとともに機械的に固定することができる。別個の製造プロセスは、層間の相互接続を可能にするめっきスルーホールを追加することができる。

【0032】

「電極」という用語は、回路の非金属部分、例えば組織細胞サンプルと接触するために使用される導電体を指す。

【0033】

「組織細胞サンプル」という用語は、組織培養ウェル内で培養され、複数の電極と接触する組織培養ウェル内のＣｉｒｌｅｘチャネルにわたって培養された神経細胞を指す。

【0034】

用語「組織培養ウェル」は、試験される組織細胞サンプルを受容するためのプリント回路基板内の窪んだ空洞をいう。組織細胞サンプルは、Ｃｉｒｌｅｘチャネルに沿って培養され、組織培養ウェル内に配置された信号記録電極から規定された距離だけ外側に延在する。

【0035】

「Ｃｉｒｌｅｘチャネル」という用語は、試験される組織細胞サンプルを成長させるためのプリント回路基板内の陥凹空洞又は細胞チャネル層を指す。組織細胞サンプルは、Ｃｉｒｌｅｘチャネルに沿って、組織培養ウェル内に配置された信号記録電極から規定の距離にわたって延在する。１つ以上の刺激信号電極は、組織培養ウェル内に位置する信号記録電極から規定された距離に配置される。Ｃｉｒｃｌｅｘチャネル及び細胞チャネル層という用語は、互換的に使用され得る。

【0036】

「刺激信号」という用語は、組織培養ウェル内の複数の電極のうちの１つを介して組織細胞サンプルに印加される電気信号を指す。

【0037】

「応答信号」という用語は、組織細胞サンプルへの刺激信号の印加に応答して組織培養ウェル内の１つ以上の電極で観察及びサンプリングされた電気信号を指す。

【0038】

「Ｉｎｔａｎ ＲＨＳ増幅器チップ」という用語は、複数の独立した刺激装置／増幅器チャネルを有する完全な双方向電気生理学インターフェースを備える、カリフォルニア州ロサンゼルスのＩｎｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造された集積回路を指す。各チャネルは、構成可能な低雑音生体電位増幅器と、細胞外微小電極のための刺激パルスを生成することができるプログラム可能な定電流刺激装置とを統合する。

【0039】

「末梢神経毒性」という用語は、毒性物質への曝露によって引き起こされる中毒性神経障害又は神経損傷を指す。末梢神経毒性は、末梢神経障害の一形態であり、脳及び脊髄から離れた神経への損傷である。末梢神経障害は、腕及び手又は脚及び足の神経に生じる。

【0040】

「振幅分布」という用語は、組織神経細胞にわたる様々な距離で組織神経細胞に印加される一連の刺激信号から生成される記録された信号値の数学的分布を指す。数学的分布は、組織細胞サンプルにわたる既知の距離で記録された信号の測定された振幅によって記録された信号値を編成する。

【0041】

「速度分布」という用語は、組織神経細胞にわたる様々な距離で組織神経細胞に印加される一連の刺激信号から生成される記録された信号値の数学的分布を指す。数学的分布は、組織細胞サンプルにわたる既知の距離における記録された信号の計算された信号速度によって記録された信号値を編成する。刺激信号の印加位置から特定の距離で測定される記録信号値の到達時間値を測定することにより、特定の距離を記録信号の到達時間で割ったものとして測定速度を計算することができる。

【0042】

一方、本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語や単語は、一般的な意味及び辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が最善の説明のために用語を適切に定義することができるという原理に基づいて、本発明の技術的側面に対応する意味及び概念に基づいて解釈されなければならない。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面は、本発明の好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的側面をすべて代弁するものではなく、本出願時点においてこれらに代替できる多様な同等物及び変形例があり得ることを理解されたい。

【0043】

概して、本開示は、本発明による細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイ（ＥＥＡ）を備えている装置に関する。本発明をより良く理解するために、図１は、本発明による細胞サンプルを試験する装置を使用する細胞サンプル試験の例示的な実施形態を示す。細胞サンプル試験装置１００は、外側細胞制限層内を走る内側細胞許容チャネル１０５内で培養された組織細胞サンプル１０１を含む。内側細胞許容チャネル１０５及び外側細胞制限層１０６は、ヒドロゲル又はポリスチレン若しくは環状オレフィンコポリマーのようなプラスチックのいずれかで作製され得る。信号記録電極１０３は、印加された刺激信号に対する組織細胞サンプル１０１内で観察された応答を記録するために、組織培養ウェル１０４内に配置される。１つ以上の刺激電極１０２が、信号記録電極１０３から既知の距離でＣｉｒｌｅｘチャネル２０５内に配置されて、印加された刺激信号を組織細胞サンプル１０１に導入し、信号記録電極１０３による組織細胞サンプル１０１内の応答信号の観察を可能にする。組織細胞サンプル１０１への刺激信号の印加は、１つ以上の刺激電極１０２の各々で繰り返されて、Ｃｉｒｌｅｘチャネル２０５に沿って一定間隔のセットで応答を得て、組織細胞サンプル１０１を通る刺激信号の伝達を測定することができる。

【0044】

組織細胞サンプル１０１の類似の試験に対する既存のアプローチは、刺激電極１０２及び信号記録電極１０３を、内部細胞許容チャネル１０５内で増殖した組織細胞サンプル１０１に挿入するが、本発明は、組織細胞サンプル１０１からの電極の挿入及び除去による位置及び距離の誤差を導入することなく、外部細胞制限層１０６内の刺激電極１０２及び信号記録電極１０３を使用して、試験が繰り返し行われることを可能にする。

【0045】

内細胞許容チャネル１０５内での組織細胞サンプル１０１の増殖を含むこのような試験の例は、ＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０５００６１号（２０１５年９月１４日出願、名称「ＮＥＵＲＡＬ ＭＩＣＲＯＰＨＹＳＩＯＬＯＧＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」）、及びＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０６３８６１号（２０１８年１２月４日出願、名称「ＣＥＬＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＵＳＩＮＧ ＳＰＨＥＲＯＩＤＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ ＡＮＤ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」）に詳細に開示されている。これらの出願は、同一出願人によるものであり、参照によりあたかもその全体が本明細書に記載されているかのように組み込まれる。

【0046】

図２は、本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置を示す図である。Ｃｉｒｌｅｘチャネル２０５のいずれかの端部に配置された一対の組織培養ウェル１０４ａ～１０４ｂを有する単一の組織培養ウェル２００が示されている。複数の刺激電極２１２～２１９がＣｉｒｌｅｘチャネル２０５の中に示され、信号記録電極２０３、２２０が組織培養ウェル１０４ａ～１０４ｂの各々内に示されている。Ｃｉｒｌｅｘチャネル２０５内に露出された複数の刺激電極２１２～２１９の各々は、ＰＣＢ ２０６内の回路配線２２２～２２９の対応するセットの端部に位置する。同様に、信号記録電極２０３、２２０の両方は、対応する回路配線２２１、２３０の端部に配置される。

【0047】

組織細胞サンプル１０１は、組織培養ウェル２０４ａ～２０４ｂのうちの１つの中に配置され、刺激電極２１２～２１９及び信号記録電極２１１、２２０の各々に接触しながら、Ｃｉｒｌｅｘチャネル２０５の長さに及ぶように培養される。回路配線２２１～２３０のセットは、図９～１０を参照して以下に説明される刺激信号源及び１つ以上の信号記録回路に電気的に結合される。図１０に示される自動試験システム１０００は、埋め込み電極アレイ１００に接続されて、組織細胞サンプル１０１に印加される刺激信号を自動的に生成し、一方、応答信号は、信号記録電極２１１、２２０を介して受信及び取得される。

【0048】

一対の基準電圧電極２０１～２０２は、組織培養ウェル２０４ａ～２０４ｂの各々に隣接して配置される。これらの電極２０１～２０２は、ここでは組織培養ウェル２００に電圧又は電流を印加して、試験前に組織細胞サンプル１０１のより速い成長を刺激することができる。これらの電極２０１～２０２は、ノイズを低減するために、ＥＥＡプレートの接地への外部ＢＮＣコネクタ（インキュベータ及び建物接地に接続される）に接続される。

【0049】

図３は、本発明に従って細胞サンプルを試験することができる複数の埋め込み電極アレイを備えるプリント回路基板（ＰＣＢ）を示す。単一の組織培養ウェル２００は、図３及び５に示されるように、単一のＰＣＢ １０６上で複数回複製されてもよい。図２に示される組織培養ウェル２００内の各電極２１１～２２０を、ＰＣＢアレイ５００に取り付けられたコネクタ５６１～５６５のセットに接続する回路配線２２２～２２９のセットが図５に示される。回路配線２２２～２２９のセットのこの配置は、複製された組織培養ウェル５０１～５０４、５１１～５１４、５２１～５２４、５３１～５３４、５４１～５４４、及び５５１～５５４の各々について繰り返される。コネクタ５６１～５６５上の各ピンは、自動試験システム１０００内で別々に制御することができる。

【0050】

図４ａ～図４ｃは、本発明による、自動試験システム１０００を作成するために、複数の埋め込み電極アレイ１００を、対応する刺激信号源及び図９に示す１つ以上の信号記録回路に接続することを示す。ＰＣＢアレイ５００は、刺激信号源及び１つ以上の信号記録回路ＰＣＢ基板９００を含む、その対応するインターフェースＰＣＢ ９００に電気的に結合される。

【0051】

図４ａ～図４ｂは、コネクタ５６１～５６５を介したＰＣＢ基板の結合を示す。図４ａは、コネクタ４１２から取り外された接続ケーブル４１１との接続を示し、図４ｂは、コネクタ４１２に挿入された接続ケーブル４１１を示す。この構成は、ＰＣＢアレイ５００上のコネクタ５６１～５６５の各々について繰り返されてもよい。複数の接続ケーブル４１１は、図４ｃに示されるようにコネクタ５６１～５６５に取り付けられ得る単一のコネクタに組み合わされ得る。

【0052】

ＰＣＢアレイ５００は、各組織培養ウェル２００内の信号記録電極１０３の各々から応答信号をサンプリングし得る、図９～１０に示されるインターフェースＰＣＢ ９００に渡された回路配線２２１～２３０のセットの端部に電極を有する複数の組織培養ウェル２００を含む。インターフェースＰＣＢ ９００はまた、刺激電極２１２～２１９を介して組織細胞サンプル１０１に印加される刺激源を含む。インターフェースＰＣＢ ９００は、ＰＣＢアレイ５００の各組織培養ウェル２００内の組織細胞サンプル１０１に対して行われる試験をプログラム的に定義することをサポートする試験コンピューティングシステム１００１によって制御される。

【0053】

図９及び図１０ａ～図１０ｂの自動試験システム１０００は、複製された組織培養ウェル５０１～５０４、５１１～５１４、５２１～５２４、５３１～５３４、５４１～５４４、及び５５１～５５４のサブセットに対して、例えば、複製された組織培養ウェル５０１～５０４の列において、一度に試験を行うことができる。典型的な試験は、ＰＣＢアレイ９００の上半分及び下半分を別々に試験する。例えば、試験１はウェル（５０１、５０２、５１１、５１２、５２１、５２２、５３１、５３２、５４１、５４２、５５１、５５２）に対して行われ、試験２は残りのウェルに対して行われる。回路配線２２２～２２９のセットは、図６～図８を参照して以下に開示されるように、ＰＣＢアレイ５００内にあるように製造され、刺激電極２１２～２１９及び信号記録電極２１１、２２０は、組織細胞サンプル１０１に対する銅の影響を排除するために、軟質金（Ａｕ）層を用いて完成される。

【0054】

上記の例は、電極２１１～２２０の複数の可能な配置及び使用のうちの１つを説明している。電極２１１～２２０はすべて刺激及び記録が可能である。典型的なセッションは、刺激のために１つの電極（例えば、２１５）を選択する一方で、他の電極２１１～２２０の全てを記録する。

【0055】

組織培養ウェル２００の数及び配置は、実行される任意の試験の要件によって必要に応じて変更されてもよく、ＰＣＢアレイ５００のサイズ、コネクタ５６１～５６５の数及び配置、並びに自動試験システム１０００によって支持されるチャネルの数に関する製造関連の考慮事項によって制限されてもよい。各組織培養ウェル２００からのＰＣＢアレイ５００上の回路配線２２２～２２９のセットは、支持されるチャネルの数によって必要とされ得るように、ＰＣＢアレイ５００内の任意の数の層に配置され得る。

【0056】

図６は、本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置を示す図である。埋め込み電極アレイ５００の分解図６００は、アクリルウェル層６０１、ＰＳＡ（感圧接着剤）ウェル層６０２、Ｃｉｒｌｅｘチャネル層６０３、ＰＳＡチャネル層６０４、及びＰＣＢ層６０５を含む。

【0057】

アクリルウェル層６０１は、ＰＣＢアレイ５００上の複数の組織培養ウェル２００の各々に対して分離された培地リザーバを形成する。このアクリルウェル層６０１は、ＣＯ_２レーザを使用してレーザカットされ、所望のパターンを生成する。他の実施形態では、埋め込み電極アレイ５００はまた、ポリカーボネート材料から作られた射出成形されたアレイボードを含んでもよい。

【0058】

ＰＳＡウェル層６０２は、ウェル層６０１をチャネル層６０３及びＰＣＢ層６０５に結合して、各組織培養ウェル２００のための培地リザーバを形成する接着剤である。このＰＳＡウェル層６０２は、厚さ８１μｍのＡｄｈｅｓｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社の感圧接着剤である。ＰＳＡウェル層６０２は、ＣＯ_２レーザを使用してレーザカットされ、所望のパターンを生成する。

【0059】

Ｃｉｒｌｅｘチャネル層６０３は、電極２１１～２２０にわたる軸索成長を誘導する細胞制限鋳型を形成する。Ｃｉｒｌｅｘチャネル層６０３は、公称厚さ５００μｍのＣｉｒｌｅｘと呼ばれるタイプのポリイミドである。Ｃｉｒｌｅｘは、カリフォルニア州バレンシアのＦｒａｌｏｃｋ社によって製造され、ＵＶレーザを使用してレーザカットされ、組織培養ウェル２００内に所望のパターンのチャネルを生成できる。

【0060】

ＰＳＡチャネル層６０４は、チャネル層をＰＣＢ層６０５に結合して、電極にわたる軸索成長を誘導する細胞制限モールドを形成する接着剤である。この接着材料は、厚さ８１μｍのＡｄｈｅｓｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社の感圧接着剤である。それは、所望のパターンを作り出すためにＵＶレーザを使用してレーザカットされる。

【0061】

ＰＣＢ層６０５は、実際の埋め込み電極アレイを含むＰＣＢアレイ５００の可撓性ＰＣＢ材料に対応する。これは、ポリイミド、銅上に電気めっきされた軟質金、及び接着層の複数の層からなる複合デバイスである。このＰＣＢ層は、以下で説明する図８を参照して詳細に説明される。

【0062】

上記層６０１～６０５の各々は、完成した層が単一の埋め込み電極アレイ１００に接合された状態で別々に製造される。層が単一のデバイスに接合されると、コネクタ５６１～５６５は、埋め込み電極アレイ１００全体が自動試験システム１０００に接続される前に、適所に挿入され、はんだ付けされてもよい。

【0063】

ＰＣＢアレイ５００の複数の組織培養ウェル２００は、これらの層の各々における開口部、空洞、及びチャネルをカットすることによって作成される。上記の層６０１～６０５が互いに結合されると、電極２１１～２２０は、これらの層の各々における開口部、空洞、及びチャネルが適切に整列されると、組織培養ウェル２００内に露出される。各組織培養ウェル２００内のＣｉｒｌｅｘチャネル２０５及び組織培養ウェル１０４もまた、整列されたときに任意の所与の層の上の各開口部として露出され、組織細胞サンプル１０１を試験する際に使用するために、組織培養ウェル１０４、Ｃｉｒｌｅｘチャネル１０５、及び電極２１１～２２０へのアクセスを可能にするように構成される。

【0064】

図７は、本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイの例示的な組織培養ウェル内の電極パッドのセットを示す。各端部に組織培養ウェル７０２ａ～７０２ｂを有するＣｉｒｌｅｘチャネル７０１が示されている。電極パッド７０３ａ～７０３ｂ、７０４ａ～７０４ｆは、各組織培養ウェル２００内に上向きに延在する各回路配線２２２～２２９の端部であり、組織培養ウェル７０２ａ～７０２ｂ及びＣｉｒｌｅｘチャネル７０１内に配置されて示されている。Ｃｉｒｌｅｘチャネル７０１内の各電極パッド７０４ａ～７０４ｆは、直径が５０μｍであり、その長さに及ぶ軸に沿って中心に置かれている。Ｃｉｒｌｅｘチャネル７０１自体は、幅２００μｍの組織培養ウェルである。７００μｍの直径を有する組織培養ウェル７０２ａ～７０２ｂは各々、その中心にやはり５０μｍの直径を有する電極パッド７０３ａ～７０３ｂを有する。

【0065】

組織培養ウェル７０１ａ～７０１ｂ間の距離は９ｍｍであり、Ｃｉｒｌｅｘチャネル７０１内の電極パッド７０４ａ～７０４ｆの各隣接対間の距離は１ｍｍである。ＰＣＢアレイ内の組織培養ウェル７０２ａ～７０２ｂ内の各電極パッド７０３ａ～７０３ｂ間の距離は５００μｍである。これらの距離は全て、各電極パッドの中心から測定される。

【0066】

これらの電極パッド７０３ａ～７０３ｂ、７０４ａ～７０４ｆの位置及び間隔は、製造中に制御されて、２つの電極パッドの任意の対の間の距離が既知であり、埋め込み電極アレイ１００のすべての組織培養ウェル２００において一貫していることを確実にする。試験に使用される場合、刺激信号は、これらの電極パッド７０４ａ～７０４ｆのうちの１つに印加され、応答信号は、組織培養ウェル２００内の他の電極パッドの全てにおいて観察される。刺激信号内で発生する事象、例えば、方形波の１つの極値から方形波の別の極値への電圧変化は、刺激信号内で識別され得る。各応答信号内で観察される応答は、刺激信号を組織細胞サンプル１０１に導入する電極と、特定の応答信号に対応する電極７０４ａ～７０４ｆとの間の距離に応じて、刺激信号における事象発生に対して異なる時点で発生し得る。応答信号の各々における応答の発生におけるこの観察された遅延及びそれらの互いの間の距離は、組織細胞サンプル１０１に沿った刺激信号の観察された速度を計算するために使用され得る。電極パッド７０３ａ～７０３ｂ、７０４ａ～７０４ｆの位置及びサイズの公差は、時間及び速度値の任意の測定において可能な精度を制約する。これらの距離、時間、及び速度の値、並びに応答信号において観察される対応する振幅値は、組織培養ウェル２００内の組織細胞サンプル１０１に適用される薬理学的材料の存在の有無の両方で、組織細胞サンプル１０１内の電気的活性に関連する種々のメトリックを計算するために使用され得る。

【0067】

図８は、本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイの拡大図を示す図である。ＰＣＢアレイ５００は、図８に示されるような多層基板８００を使用して構築されてもよい。組織培養ウェル２００の断面図が、多層ボード８００の最上層内に示されている。多層基板８００は、底部ポリイミドカバー層８０１、第１の接着カバー層８０２、底部銅層８０３、ポリイミドベース層４０５、上部銅層８０５、第２の接着カバー層８０６、上部ポリイミドカバー層８０７、及び軟質金電気めっき層８１０を含む。代替の実施形態では、ＥＮＩＧ（無電解ニッケル浸漬金）層が使用されてもよい。

【0068】

底部ポリイミドカバー層８０１は、ＰＣＢアレイ５００の底部側に配置された合成材料層であり、試験に使用されている間、その内部材料をＰＣＢアレイ５００の環境から封じ込める。ポリイミド材料は、１２．５μｍの厚さを有するポリイミドモノマーのストリングから作製された織物又は材料である。好ましい実施形態において、ポリイミド材料は、ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社（デラウェア州ウィルミントン）によって製造されるＤｕＰｏｎｔ Ｐｙｒａｌｕｘ ＡＰカバーレイ及びＤｕｐｏｎｔ Ｐｙｒａｌｕｘ ＬＦカバーレイに対応する。他の類似のポリイミド材料も利用することができる。

【0069】

第１の接着カバー層８０２は、底部ポリイミドカバー層８０１を底部銅層８０３に結合する。第１の接着カバー層８０２は、好ましい実施形態では１２．５μｍの厚さを有する。接着剤カバー層８０２は、ＤｕＰｏｎｔカバーレイの一部であり、「独自のＢステージ変性アクリル接着剤」として機能する。より一般的なクラスは、Ｂステージアクリル接着剤である。

【0070】

底部銅層８０３は、回路配線２２１～２３０のセットが画定される２つの銅層のうちの第１の銅層である。回路配線２２１～２３０の各々は、組織培養ウェル２００内の電極２１１～２２０の１つからコネクタ５６１～５６５内の接続ピンまでの銅の分離した層である。回路配線２２２～２２９は、ポリイミドベース層４０５に沿って互いに絶縁され、１つの回路配線から別の回路配線への電気的干渉を低減又は排除するように構成される。一セットの回路配線２２１～２３０が存在しない場所では、例えば、一対の回路配線の間で、第１の接着カバー層８０２がポリイミドベース層４０５まで上方に延在する。各銅層は、約１７．５μｍの厚さである０．５ｏｚの銅から作製され得る。

【0071】

ポリイミドベース層４０５は、底部銅層８０３及び上部銅層８０５を互いに電気的に絶縁するためにＰＣＢアレイ５００内に配置された合成材料層である。ポリイミドベース層４０５はまた、ＰＣＢアレイ５００に剛性及び構造を提供して、その使用及びその中で増殖及び試験される組織細胞サンプル１０１を支持する。

【0072】

上部銅層８０５は、回路配線２２１～２３０のセットが画定される２つの銅層のうちの第２の銅層である。回路配線２２１～２３０の各々は、組織培養ウェル２００内の電極２１１～２２０の１つからコネクタ５６１～５６５内の接続ピンまでの銅の分離した層である。回路配線２２２～２２９は、ポリイミドベース層４０５に沿って互いに絶縁され、１つの回路配線から別の回路配線への電気的干渉を低減又は排除するように構成される。回路配線２２２～２２９の全ては、一緒に接続され得る底部銅層８０３又は上部銅層８０５のいずれかの上に画定され、銅層はビアの使用を通して完成され、追加の銅が２つの層を接続するスルーホール内にめっきされる。しかしながら、全ての電極が上部銅層上に配置されるので、電極自体はビアではない。当業者であれば、回路配線２２２～２２９のセットが、別個のポリイミドベース層によって分離される３つ以上の銅層上に画定され得ることを理解する。底部銅層８０３と同様に、上部銅層８０５は、約１７．５μｍ厚の０．５ｏｚの銅で作られてもよい。

【0073】

第２の接着カバー層８０６は、上部ポリイミドカバー層８０７を上部銅層８０５に結合する。第２の接着カバー層８０６は、好ましい実施形態では１２．５μｍの厚さを有する。接着剤はＤｕＰｏｎｔカバーレイの一部として提供される。これは、独自のＢステージ変性アクリル接着剤である。より一般的なクラスに属する類似の接着剤、例えば、Ｂステージアクリル接着剤も使用することができる。上部銅層８０５は、図２に示され上述されたように、Ｃｉｒｌｅｘチャネル２０５に沿って組織培養ウェル２００内に延在する。回路配線２２１～２３０のセットが存在しない場所では、一対の回路配線の間で、例えば、第２の接着カバー層８０６がポリイミドベース層４０５まで下方に延在する。

【0074】

上部ポリイミドカバー層８０７は、ＰＣＢアレイ５００の上側に配置された合成材料層であり、試験に使用されている間、その内部材料をＰＣＢアレイ５００の環境から封じ込める。ポリイミド材料は、上述した底部ポリイミドカバー層と同様に、１２．５μｍの厚さを有するポリイミドモノマーのストリングから作られたファブリック材料である。各組織培養ウェル２００は、各組織培養ウェル２００の特定の位置での切除に対応する。上部ポリイミドカバー層８０７及び第２の接着カバー層８０６を通る切除は、組織培養ウェル２００内の電極２１１～２２０を露出させる。

【0075】

軟質金電気めっき層８１０は、上部銅層８０５に電気めっきされる表面めっきである。ＥＮＩＧ層８１０は、組織培養ウェル２００内で組織細胞サンプル１０１及び電極２１１～２２０の電気パッドを形成する任意の支持材料に曝露されて、電極２１１～２１２を腐食及び他の異常から保護する。ＥＮＩＧ層８１０は、約１μｍの公称厚さを有するが、他の厚さが利用されてもよい。

【0076】

図９は、本発明による、複数のコネクタに対して細胞サンプルを試験することができるプリント回路基板を示す。上述したように、自動試験システム１０００は、ＰＣＢアレイ５００及びインターフェースＰＣＢ ９００を利用して、試験動作を実行し、観察された刺激に対する応答に関連するデータを記録する。インターフェースＰＣＢ ９００は、ＰＣＢアレイ５００に電気的に結合され、インターフェースＰＣＢ ９００の構成要素が刺激信号を提供し、対応する応答を観察することを可能にする。試験動作の全シーケンスは、図１０を参照して以下に説明するように、試験コントローラ１００１の制御下で実行される。刺激信号に対する観察された応答に関連付けられたデータは、図１０ａ～図１０ｂを参照して以下に説明されるように、データコレクタ１０１０内に収集及び記憶される。

【0077】

インターフェースＰＣＢ ９００の例示的なレイアウトは、刺激信号源と、組織細胞サンプル１０１内で観察される信号のための１つ以上の信号記録回路とを含む。インターフェースＰＣＢ ９００は、複数の機能信号トグルスイッチアイソレータ９０１と、基準電極トグルスイッチ９０２と、関数発生器接地トグルスイッチ９０３と、３位置トグルスイッチ９０４と、デジタルマルチプレクサ制御コネクタ９０５と、関数発生器コネクタ９０６と、電源コネクタ９０７と、コントローラコネクタ９０８と、複数の増幅器／ＡＤデジタイザ回路９１５ａ～９１５ｎのうちの対応する１つに各々接続するように構成された複数の基準電極ジャンパコネクタ９０９ａ～９０９ｎと、接続性チェックインジケータ９１０とを含む。これらのトグルスイッチ及びジャンパ信号コネクタの各々は、ＰＣＢアレイ５００の組織培養ウェル２００内の組織細胞サンプル１０１の検査を実行するように自動検査システム１０００を構成するために使用される。

【0078】

複数の機能信号トグルスイッチ９０１は、組織培養ウェル２００内の２つの基準電極２０１～２０２のうちの１つに電圧を印加するための基準電圧源の選択を可能にする。複数の機能信号トグルスイッチ９０１は、これらの基準電圧源が、各々４つのウェルの６つのグループに別々の条件を適用することを可能にする。もちろん、必要に応じて、異なる数の複数の機能信号トグルスイッチ９０１及び各トグルスイッチに対する組織培養ウェル２００の異なるグループ分けを使用してもよい。

【0079】

基準電極トグルスイッチ９０２は、各組織培養ウェル２００内の基準電極への増幅器基準電圧として使用される共通接地への接続の選択を可能にする。各組織培養ウェル２００内の基準電極へのトグルスイッチ９０２の設定は、電極２１１～２２０上で観察される応答信号内のノイズを排除する。

【0080】

関数発生器接地トグルスイッチ９０３は、関数発生器の接地信号を、埋め込み電極アレイ１００又は各組織培養ウェル２００内の基準電極２０１～２０２内の共通接地に選択する。好ましい実施形態では、関数発生器接地トグルスイッチ９０３は、試験時に共通接地を選択するように設定される。

【0081】

３位置トグルスイッチ９０４は、受信され、処理され、後の使用のために記憶されるデータソースとして使用するための２セットのデータチャネルのうちの１つを選択するマルチプレクサ制御信号のソースを選択する。埋め込み電極アレイ１００は、電極２１１～２２０上で受信された応答信号を、２セットのデータチャネルを有するデータチャネルに編成する。デジタルマルチプレクサ制御コネクタ９０５を介して受信される制御信号は、２つのセットのうちのどちらが記憶のためにアクティブに接続されているかを選択する。３位置トグルスイッチ９０４は、このソースを、第１のセットのデータチャネル、第２のセットのデータチャネル、及びデジタルマルチプレクサ制御コネクタ９０５を介して埋め込み電極アレイ１００によって受信された制御信号で指定されたセットのデータチャネルから選択する。異なる数のセットのデータチャネルへの組織培養ウェル２００の編成は、埋め込み電極アレイ１００に提供される符号化された選択値とともに使用されて、２セットを超えるデータチャネルからアクティブなセットのデータチャネルを選択してもよい。

【0082】

デジタルマルチプレクサ制御コネクタ９０５は、好ましい実施形態ではＢＮＣタイプのコネクタであり、受信され、処理され、後で使用するために記憶されるデータソースとして使用するデータチャネルの選択を制御する。埋め込み電極アレイ１００は、電極２１１～２２０上で受信された応答信号を、２セットのデータチャネルを有するデータチャネルに編成する。デジタルマルチプレクサ制御コネクタ９０５を介して受信される制御信号は、２セットのうちのどちらが記憶のためにアクティブに接続されているかを選択する。異なる数のセットのデータチャネルへの組織培養ウェル２００の編成は、埋め込み電極アレイ１００に提供される符号化された選択値とともに使用されて、２セットを超えるデータチャネルからアクティブなセットのデータチャネルを選択してもよい。

【0083】

関数発生器コネクタ９０６は、刺激信号として組織細胞サンプル１０１に印加される信号を提供するために外部関数発生器の接続を可能にする、好ましい実施形態におけるＢＮＣ型コネクタである。電圧振幅、周波数、及び信号サイクル間の時間を含む刺激信号の特性は、外部関数発生器によって定義される。この外部信号は、関数発生器コネクタ９０６を介して受信され、各組織培養ウェル２００内の信号記録電極１０３のうちの１つを使用して組織細胞サンプル１０１に印加される。

【0084】

電源コネクタ９０７は、好ましい実施形態ではサブＤ型コネクタであり、電子機器に供給されてその動作を可能にする外部電源から電力を受け取る。電源コネクタ９０７は、本明細書に別様に開示されるように、電子機器への電力として使用され得る１つ以上の電圧レベル、及び埋め込み電極アレイ１００内で使用される１つ以上の基準電圧のための接続を含んでもよい。代替の実施形態では、電源コネクタ９０７は、埋め込み電極アレイ１００内で必要とされる必要な電源電圧及び基準電圧を生成するために変圧器ベースの電源に供給されるＡＣ電圧を受け入れることができる。

【0085】

コントローラコネクタ９０８は、以下の図１０を参照して開示される外部試験コントローラ１００１に埋め込み電極アレイ１００を接続する、好ましい実施形態におけるＳＰＩコネクタである。

【0086】

複数の増幅器／ＡＤデジタイザ回路９１５ａ～９１５ｎは、複数の基準電極ジャンパコネクタ９０９ａ～９０９ｎを使用して動作状態に構成される。複数の基準電極ジャンパコネクタ９０９ａ～９０９ｎの各々は、増幅器／ＡＤデジタイザ回路９１５ａ～９１５ｎのうちの対応する１つに電気的に結合される。

【0087】

接続性チェックインジケータ９１０は、ＰＣＢアレイ５００及びインターフェースＰＣＢ ９００が互いに適切に接続されているかどうかを試験するように設計されたボタン及びＬＥＤに対応する。ユーザがボタンを押し、システムは、接地信号が適切に接続されていることを確認するためにチェックする。適切に接続されると、ＬＥＤライトが点灯する。

【0088】

図１０ａ～図１０ｂは、本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを備えている装置内の構成要素を示す図である。図１０ａは、埋め込み電極アレイ１００を利用する自動試験システム１０００のブロック図を示す。図１０ｂは、増幅器／ＡＤデジタイザ回路１００３のブロック図を示す。自動試験システム１０００は、埋め込み電極アレイ１００、インターフェースＰＣＢ ９００、試験コントローラ１００１、及びデータコレクタ１０１０を含む。埋め込み電極アレイ１００は、本明細書に開示される１つの埋め込み電極アレイＰＣＢ ５００である。

【0089】

インターフェースＰＣＢ ９００は、図１０ｂを参照して以下に説明されるように、１セットのＥＥＡコネクタ１００２、複数の増幅器／ＡＤデジタイザ集積回路（ＩＣ）１００３、データチャネルマルチプレクサ１００４、及び制御論理回路１０１１を含む。

【0090】

データチャネルマルチプレクサ１００４は、選択されたデータチャネルからのデータ収集を可能にするアクティブな２セットのデータチャネルのうちの１つを選択する。埋め込み電極アレイ１００は、電極２１１～２２０上で受信された応答信号を、２セットのデータチャネルを有するデータチャネルに編成する。データチャネルマルチプレクサ１００４に提供されるデジタルマルチプレクサ制御コネクタ９０５を介して受信される制御信号は、２セットのうちのどちらが記憶のためにアクティブに接続されているかを選択する。異なる数のセットのデータチャネルへの組織培養ウェル２００の編成は、埋め込み電極アレイ１００に提供される符号化された選択値とともに使用されて、２セットを超えるデータチャネルからアクティブなセットのデータチャネルを選択してもよい。

【0091】

制御論理回路１０１１は、インターフェースＰＣＢ ９００及び埋め込み電極アレイ１００内の様々な電子構成要素を制御する信号を生成するために使用される試験コントローラ１００１から制御入力信号のセットを受信する。制御入力信号は、図９を参照して上述した様々なコネクタを使用して、インターフェースＰＣＢ ９００によって受信され得る。制御論理回路１０１１は、増幅器／ＤＡデジタイザ回路１００３及びデータチャネルマルチプレクサ１００５の動作を制御する信号を生成する。

【0092】

試験コントローラ１００１は、自動化された組織細胞サンプル１０１試験プロセスを実施するための動作を実行するプログラム可能なコンピューティングデバイスである。試験コントローラ１００１は、埋め込み電極アレイ１００の組織培養ウェル２００内の１つ以上の刺激電極１０２上への刺激信号の生成を起動し、刺激信号を受信する組織培養ウェル２００と関連付けられたデータチャネルからデジタルデータセットを検索及び記憶するように、インターフェースＰＣＢ ９００に命令することによって、自動試験プロセスを実装する。試験コントローラ１００１は、交互の刺激信号を使用して、交互の組織培養ウェル２００に対してこれらの動作を繰り返してもよい。

【0093】

組織細胞サンプル１０１は、自動試験プロセスで使用される各組織培養ウェル２００のＣｉｒｌｅｘチャネル２０５内で培養されなければならない。次いで、埋め込み電極アレイ１００は、自動化された試験プロセスが開始される前に、適切な環境内に保管されている組織培養ウェル２００内の埋め込み電極アレイ１００を用いて、本明細書に別様に開示されるように動作するように構成され得る。試験コントローラ１００１は、各組織細胞サンプル１０１からの応答信号データが利用可能な刺激信号のうちの１つを使用して収集されるまで、上記一連の動作を繰り返してもよい。自動化された試験プロセスは、Ｃｉｒｌｅｘチャネル２０５内での必要な培養が完了してベースラインデータセットを生成した後に、組織細胞サンプル１０１を使用して実行され得る。１つ以上の化学及び／又は薬理学的材料が、１つ以上の組織細胞サンプル１０１に適用されてもよく、自動化された試験プロセスは、組織細胞サンプル１０１内で観察される応答に対する薬理学的材料の効果を表す時系列のデータを得るために、薬理学的材料の適用後に異なる期間で繰り返されてもよい。自動化された試験プロセスは、これらの試験プロセスにおいて異なる量又は濃度の薬理学的材料を使用して適用される様々な薬理学的材料を使用して、特定の薬理学的材料及び類似の薬理学的材料のセットを使用する試験のより大きなセットの一部として広範囲の変数を調査することができる。

【0094】

データコレクタ１０１０は、埋め込み電極アレイ１００の各組織培養ウェル２００内の組織細胞サンプル１０１に印加される刺激信号を生成するデジタル電気生理学的試験装置である。データコレクタ１０１０はまた、埋め込み電極アレイ１００を使用して実行される試験によって生成される時間ベースの応答信号のデジタルデータセットを収集し、記憶する。好ましい実施形態では、データコレクタ１０１０は、市販のモジュール式電気生理学データ取得システム、例えば、カリフォルニア州ロサンゼルスのＩｎｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社によるＩｎｔａｎ Ｓｔｉｍ／記録システムであってもよい。モジュール式電気生理学データ取得システムはまた、任意の同等の市販のシステムによって提供されてもよい。

【0095】

図１０ｂは、増幅器／ＡＤデジタイザ回路１００３のブロック図を示す。インターフェースＰＣＢ ９００は、図１０ｂを参照して以下に説明されるように、１セットのＥＥＡコネクタ１００２、複数の増幅器／ＡＤデジタイザ集積回路（ＩＣ）１００３、データチャネルマルチプレクサ１００４、及び制御論理回路１０１１を含む。

【0096】

ＥＥＡコネクタ１００２のセットは、データケーブル１０２１を使用して、インターフェースＰＣＢ ９００と埋め込み電極アレイ１００との間で電気信号が渡されることを可能にする。このデータケーブルは、埋め込み電極アレイ１００のコネクタ５６１～５６５上の各ピンをＥＥＡコネクタ１００２のセット上のピンに電気的に結合して、電源電圧、基準電圧、及び接地信号、並びに１つ以上の刺激信号を渡す。

【0097】

増幅器／ＤＡデジタイザＩＣ １００３は、図１０ｂのブロック図の形で、複数の信号増幅器１０５１ａ～ｎ、アナログスイッチ１０５２、デジタル－ｏ－アナログ回路１０５３、及びデータコレクタインターフェース１０５４を含む。好ましい実施形態では、複数の増幅器／ＤＡデジタイザＩＣ １００３の各々は、カリフォルニア州ロサンゼルスのＩｎｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社によって製造されたＩｎｔａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＲＨＳ２１１６デジタル電気生理学刺激装置／増幅器集積回路を備える。Ｉｎｔａｎ ＲＨＳ２１１６は、埋め込み電極アレイ１００内の１セットの信号記録電極１０３から受信した１６個の入力信号を処理して、１６個の別個のデータチャネルに関連するデジタルデータを生成する。

【0098】

信号記録電極１０３の１つからの各信号は、信号増幅器１０５１ａ～１０５１ｎの１つによって受信及び増幅され、アナログスイッチ１０５２上の１６個の信号入力の１つに入力される。アナログスイッチ１０５２は、１６個の信号入力の各々を一度に１つずつ周期的に選択して、デジタル－アナログ回路１０５３に渡す。デジタル－アナログ回路１０５３は、渡された入力信号の各々をサンプリングして、データコレクタインターフェース１０５４を介して出力される１６個のデータチャネルのうちの対応する１つの中の信号のデジタル表現を生成する。

【0099】

デジタル－アナログ回路ＩＣ １０５３は、入力信号のデジタル表現の生成において基準電圧を使用することもできる１６ビットＤＡデジタイザである。デジタル－アナログ回路１０５３は、典型的には、１６個の入力信号の各々を繰り返し循環して、増幅器／ＤＡデジタイザ回路１００３内の１６個のデータチャネルの各々に対するデータを生成する。増幅器／ＤＡデジタイザ回路１００３は、１６個のデータチャネルを生成するための１６個の信号入力を含み、インターフェースＰＣＢ ９００は、埋め込み電極アレイ１００が埋め込み電極アレイ１００内の組織培養ウェル２００から２５６個のデータチャネルを提供することを可能にする１６個の増幅器／ＤＡデジタイザ回路ＩＣ １００３を含む。組織培養ウェル２００、増幅器／ＤＡデジタイザ回路ＩＣ １００３、及びインターフェースＰＣＢ ９００のデータチャネルの数、並びにデータチャネルのグループの特定の編成は、例示目的のみのために本明細書に記載される。埋め込み電極アレイ１００は、本明細書に添付される特許請求の範囲の限定を除いて、これらの項目の各々の任意の数に限定されるべきではない。

【0100】

図１１は、本発明による、細胞サンプルを試験する埋め込み電極アレイ１００の複数の回路配線２２２～２２９から収集されたデジタルチャネルデータの例示的なグラフ表示を示す。図１１は、１つの組織培養ウェル２００内の複数の電極２１１～２２０から観察されたデータセット１１０１ａ～１１０１ｆを示す。この例では、刺激信号が電極５ １１０２ｅに印加され、応答信号が電極１～５、６ １１０２ａ～１１０２ｄ、１１０２ｆ上で観察される。応答信号は、信号の比較を可能にする増幅器／ＤＡデジタイザＩＣ １００３によって実行される同じサンプリングサイクル内で取得される。様々な観察されたデータセット１１０１ａ～１１０１ｆ内で見られる応答は、刺激信号の位置からの特定の電極１１０２ａ～１１０２ｆの状況として、観察されたデータセット１１０１ａ～１１０１ｆ内で観察された同様の応答における時間差を示し得る。

【0101】

図２に関して上述したように、各特定の電極１１０２ａ～１１０２ｆの位置及び互いに対するその距離は既知であり、埋め込み電極アレイ１００内のすべての組織培養ウェル２００にわたって一貫している。したがって、刺激信号に対する応答の速度は、２つの特定の電極１１０２ａ～１１０２ｆ上で観察される刺激信号に対する応答と、これらの特定の２つの電極１１０２ａ～１１０２ｆ間の既知の距離との間の時間差を使用して計算することができる。加えて、速度は、観察された応答の速度が２つの電極１１０２ａ～１１０２ｆの間の距離の増加の結果として変化するかどうかを判定するために、同様の様式で２つの電極の各対について計算されてもよい。

【0102】

観察されたデータセット１１０１ａ～１１０１ｆ並びに対応する電極の対応する振幅及び位置を使用して、多くの異なる試験調査を作成することができる。観察されたデータセット１１０１ａ～１１０１ｆがデータコレクタ１０１０内に保持されるので、これらの調査は、後日、データセットを使用して生成され得る。

【0103】

図１２は、本発明による、細胞サンプルを試験する埋め込み電極アレイ１００の複数の回路配線２２２～２２９からデジタルチャネルデータを収集するための自動試験プロセスの例示的なグラフ表示を示す。この例では、異なる刺激信号１２０２が異なる電極１２０１に印加されて、組織培養ウェル２００内の残りの電極のうちの１つ以上における応答を観察する。複数のウェルが同時に刺激されてもよいが、各組織培養ウェル２００内部の刺激は完全に連続して行われる。例えば、典型的な試験は、ＰＣＢアレイ５００の上半分における１２個の組織培養ウェル２００を刺激することを含む。１２個全ての組織培養ウェル２００に対する第１の刺激は、６回の試行のための電極６単独での低電流（１μＡ）刺激である。次いで、電流は、６回の試行にわたって５μＡまで増加され、６４～８０μＡの最大電流が電極６に印加されるまで、以下同様である。次に、刺激位置は電極５にシフトし、このプロセスが繰り返される。この一連の動作は、典型的には電極２～６に対して行われるが、組織培養ウェル２００内部の１０個の電極全てに対して行うことができる。図１２に示す圧力グラフは、刺激電流を増加させる理由を説明するために設計されたものであり、これは、タッチ試験における圧力を増加させることと同様である。

【0104】

図１３ａ～図１３ｂは、本発明による、細胞サンプルを試験することができる埋め込み電極アレイを結合する信号線を有するプリント回路基板から収集されたデジタルチャネルデータの処理されたセットの例示的な結果を示す図である。１３００における信号は、時間領域における処理されたデータを示し、１３２０は、ノイズレベルの記録と共に速度領域における同じ信号を示す。速度分布及び振幅分布は、１３２０において信号に対してピーク検出を実行して、ノイズレベル（赤色）より６標準偏差高い任意のピークを検出することによって得られる。各ピークについて、速度及び振幅、例えば、示されたｙ高さが抽出され、分布について照合される。他の測定基準に関して、最大速度投影は、所与の電流レベルで各ウェル内の応答の全てから１３２０のような信号を取ることによって計算され、例えば、ウェルＡ１内の１０個の電極は、４８μＡで５つの位置で刺激され、４５個の固有の応答を与え、刺激電極を除く位置ごとに９個の応答を与える。これらの４５個の応答は速度領域内にあり、互いに重ね合わせることができる。４５個の応答全てにわたる最大値を計算して、最大応答を示す信号、最大速度投影を得る。異なる速度領域の曲線下面積をとり、異なる電流値にわたってＭＶＰを比較することによって、これから異なるメトリックを抽出することができる。

【0105】

図１４は、本発明による、試験コントローラの特定の実施形態に従って適合されたコンピュータシステム１４００を示す。中央処理装置（「ＣＰＵ」）１４０２は、システムバス１４０４に結合される。ＣＰＵ１４０２は、汎用ＣＰＵ又はマイクロプロセッサ、グラフィックス処理ユニット（「ＧＰＵ」）、及び／又はマイクロコントローラであり得る。本実施形態は、ＣＰＵ１４０２が、直接的であろうと間接的であろうと、本明細書で説明される動作をサポートする限り、ＣＰＵ１４０２のアーキテクチャによって制限されない。ＣＰＵ１４０２は、本実施形態による様々な論理命令を実行することができる。

【0106】

コンピュータシステム１４００はまた、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１４０８を含んでもよく、これは同期ＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、又は同期ダイナミックＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）などであってもよい。コンピュータシステム１４００は、ＲＡＭ１４０８を利用して、ソフトウェアアプリケーションによって使用される様々なデータ構造を記憶することができる。コンピュータシステム１４００はまた、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、光記憶装置などであってもよいリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１４０６を含んでもよい。ＲＯＭは、コンピュータシステム１４００をブートするための構成情報を記憶することができる。ＲＡＭ１４０８及びＲＯＭ１４０６は、ユーザデータ及びシステムデータを保持し、ＲＡＭ１４０８及びＲＯＭ１４０６の両方は、ランダムアクセスされ得る。

【0107】

コンピュータシステム１４００はまた、入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ１４１０、通信アダプタ１４１４、ユーザインターフェースアダプタ１４１６、及びディスプレイアダプタ１４２２を含んでもよい。Ｉ／Ｏアダプタ１４１０及び／又はユーザインターフェースアダプタ１４１６は、特定の実施形態において、ユーザがコンピュータシステム１４００と相互作用することを可能にし得る。更なる実施形態では、ディスプレイアダプタ１４２２は、ソフトウェア又はウェブベースのアプリケーションに関連付けられたグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を、モニタ又はタッチスクリーンなどのディスプレイデバイス１４２４上に表示することができる。

【0108】

Ｉ／Ｏアダプタ１４１０は、ハードドライブ、ソリッドステート記憶デバイス、フラッシュドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブ、フラッシュドライブ、及びテープドライブのうちの１つ以上など、１つ以上の記憶デバイス１４１２をコンピュータシステム１４００に結合することができる。一実施形態によれば、データストレージ１４１２は、Ｉ／Ｏアダプタ１４１０へのネットワーク接続を介してコンピュータシステム１４００に結合された別個のサーバであってもよい。通信アダプタ１４１４は、コンピュータシステム１４００を、ＬＡＮ、ＷＡＮ、及び／又はインターネットのうちの１つ以上であり得るネットワークに結合するように適合され得る。通信アダプタ１４１４はまた、コンピュータシステム１４００を、全地球測位システム（ＧＰＳ）又はブルートゥースネットワークなどの他のネットワークに結合するように適合されてもよい。ユーザインターフェースアダプタ１４１６は、キーボード１４２０、ポインティングデバイス１４１８、及び／又はタッチスクリーン（図示せず）などのユーザ入力デバイスをコンピュータシステム１４００に結合する。キーボード１４２０は、タッチパネル上に表示されるオンスクリーンキーボードであってもよい。カメラ、マイクロフォン、ビデオカメラ、加速度計、コンパス、及び／又はジャイロスコープなどの追加のデバイス（図示せず）が、ユーザインターフェースアダプタ１４１６に結合されてもよい。ディスプレイアダプタ１４２２は、ＣＰＵ８０２によって駆動され、ディスプレイデバイス１４２４上の表示を制御することができる。デバイス１４０２～１４２２のいずれかは、物理的及び／又は論理的であり得る。

【0109】

本開示の適用は、コンピュータシステム１４００のアーキテクチャに限定されない。むしろ、コンピュータシステム１４００は、試験コントローラ１００１及びデータコレクタ１０１０の機能を実行するように適合され得るコンピューティングデバイスの１つのタイプの例として提供される。例えば、限定はしないが、携帯情報端末（ＰＤＡ）、タブレットコンピュータ、スマートフォン、コンピュータゲームコンソール、及びマルチプロセッササーバを含む、任意の適切なプロセッサベースのデバイスが利用され得る。更に、本開示の装置は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路、状態機械デジタル論理ベースの回路、又は他の回路上に実装されてもよい。

【0110】

本明細書で説明する実施形態は、コンピュータによって実行される論理演算として実装される。本発明のこれらの様々な実施形態の論理動作は、（１）コンピューティングシステム上で実行されるコンピュータ実装ステップ若しくはプログラムモジュールのシーケンスとして、及び／又は（２）コンピューティングシステム内の相互接続されたマシンモジュール若しくはハードウェアロジックとして実装される。実装は、本発明を実装するコンピューティングシステムの性能要件に依存する選択の問題である。したがって、本明細書で説明する本発明の実施形態を構成する論理動作は、動作、ステップ、又はモジュールと様々に呼ぶことができる。したがって、当業者は、説明される実施形態による一連の論理動作を実行することが可能な任意の数の適切な電子デバイス及び同様の構造を利用することができる。例えば、コンピュータシステム１４００は、複数のユーザ及び／又はアプリケーションによるアクセスのために仮想化されてもよい。

【0111】

図１５は、本発明による、細胞試料を試験することができる埋め込み電極アレイコントローラのソフトウェア構成要素のコンピューティングシステムを示す。埋め込み電極アレイコントローラ１５００は、刺激生成構成要素を起動し、刺激に対する任意の観察された応答のデジタル表現を記録するためのソフトウェア構成要素のセットを含む。ソフトウェアコンポーネントのセットは、試験コントローラコンポーネント１５０１と、試験サンプルシーケンサ１５０２と、信号増幅器制御インターフェース１５０３と、データ受信機インターフェース１５０４と、ユーザディスプレイ１５１４及び入力デバイス１５１４に結合されたユーザインターフェース１５０１と、ローカルメモリ記憶デバイス１５１２に結合された記憶インターフェース１５０６と、を含む。

【0112】

試験コントローラコンポーネント１５０１は、ユーザインターフェースコンポーネント１５０５を介してユーザから自動試験手順コマンドを受信する。試験コントローラコンポーネント１５０１はまた、ＰＣＢアレイ５００及びインターフェースＰＣＢ ９００内の電子機器から装置ステータス表示データを受信する。試験コントローラコンポーネント１５０１は、処理コンポーネント１５０２～１５０６の残りのセットと相互作用して、必要に応じて自動試験プロセスを実装するのに必要な一連の動作を実行する。試験コントローラコンポーネント１５０１はまた、自動試験プロセスの動作が進行するにつれて、ユーザがユーザインターフェースコンポーネント１５０５を介してディスプレイデバイス１５１３上で見るための試験ステータス及び試験結果データを生成し得る。

【0113】

試験サンプルシーケンサ１５０２は、埋め込み電極アレイ１００内の組織培養ウェル２００が試験動作を実行するように構成するための制御信号を生成する。信号増幅器制御インターフェース１５０３を有する試験サンプルシーケンサ１５０２は、埋め込み電極アレイ１００の各組織培養ウェル２００内の電極２１１～２２０のうちの１つに印加される刺激信号の特性を定義する。試験サンプルシーケンサ１５０２は、特定の試験操作のために使用中の各組織培養ウェル２００についてこの構成を繰り返してもよい。試験サンプルシーケンサ１５０２は、埋め込み電極アレイ１００のすべての組織培養ウェル２００に対して、刺激信号の印加及びデータコレクタ１０１０によるすべての応答信号の記録を一度に開始する。試験サンプルシーケンサ１５０２は、刺激信号の印加及びすべての応答信号の記録を終了し、これらの設定を再構成し、試験手順動作を繰り返すことができる。試験サンプルシーケンサ１５０２は、試験コントローラコンポーネント１５０１のコントローラの下で必要とされるだけの数の試験手順動作を実行することができる。

【0114】

試験コントローラ１００１は、組織培養ウェル２００内の組織細胞サンプル１０１に印加される各刺激信号を構成することができる付属装置と通信する。信号増幅器制御インターフェース１５０３は、試験コントローラ１００１が、埋め込み電極アレイ１００の各組織培養ウェル２００内の各電極２１１～２２０に割り当てられた振幅、周波数、及び事象間の遅延などの刺激信号の任意の特性を変更することを可能にする。試験サンプルシーケンサ１５０２と協働する信号増幅器制御インターフェース１５０３は、組織細胞サンプル１０１をその電極２１１～２２０のうちの１つで刺激するように各組織培養ウェル２００を構成することができる。信号増幅器制御インターフェース１５０３は、データフォーマッティング、コンピュータ間通信、暗号化処理、及び刺激信号を生成し各信号を電極２１１～２２０にアドレス指定する構成要素と通信するために試験コントローラ１００１によって必要とされるすべての同様の動作を実行する。

【0115】

データ受信機インターフェース１５０４試験コントローラ１００１は、データコレクタ１０１０及びインターフェースＰＣＢ９００と通信する。データ受信機インターフェース１５０４は、データフォーマッティング、コンピュータ間通信、暗号化処理、及びすべての接続されたデバイスと通信するために試験コントローラ１０１によって必要とされるすべての同様の動作を実行する。

【0116】

ユーザディスプレイ１５１４及び入力装置１５１４に結合されたユーザインターフェース１５０１は、自動試験プロセスを開始、監視、制御及び終了するのに必要なメッセージ及びデータをユーザに提供するための入出力処理を提供する。このユーザインターフェース１５０１はまた、必要に応じてこれらのタスクを実行するように試験コントローラ１００１に命令するために、ユーザからコマンドを受け入れる。ユーザディスプレイ１５１３は、モニタ、ＬＥＤフラットスクリーン、又はデータをユーザに表示するように構成された同様のデバイスなど、任意のコンピュータディスプレイデバイスであり得る。入力デバイス１５１４は、マウス、トラックパッド、及びトラックボールなどのポインティングデバイス、並びにユーザがデータ及びコマンドを試験コントローラ１００１に入力することを可能にするように構成されたキーボードなどの入力デバイスを含むことができる。

【0117】

ローカルメモリストレージデバイス１５１２に結合されたストレージインターフェース１５０６は、試験コントローラ１００１のためのすべてのデータストレージ動作を処理する。これらの動作には、ローカルメモリ記憶装置１５１２へのデータの書き込み、ローカルメモリ記憶装置１５０１からのデータの削除、ローカルメモリ記憶装置１５１２からのデータの検索及び取り出し、及び必要なときに効率的な検索を維持するためのローカルメモリ記憶装置１５１２のインデックス付けが含まれる。

【0118】

特徴の特定の組み合わせが本出願に記載されているが、これらの組み合わせは、本発明の開示を限定することを意図するものではない。実際、これらの特徴の多くは、本出願に具体的に記載されていない方法で組み合わされてもよい。言い換えれば、本出願で言及された特徴のいずれも、所望の動作に必要な機能を可能にするために、任意の１つ以上の組み合わせでこの新しい発明に含めることができる。

【0119】

本出願で使用される要素、動作、又は指導は、そのように明示的に説明されない限り、本発明にとって重要又は不可欠であると解釈されるべきではない。更に、「に基づいて」という句は、明示的に別段の定めがない限り、「に少なくとも部分的に基づいて」を意味することが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】