JP3549949B2 - Low oxygen incubator - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
微生物または動植物の細胞の培養器の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
微生物の培養,動植物の細胞の培養はその対象物に合わせて温度、培養室のガス濃度及び組成,培養液,培地pH等さまざまの要因によりその成育が影響され変わってくる。
特に培地と培地pHと培養室内のO2 濃度とCO2 濃度が重要である。
CO2 濃度は培地のpHを一定に保つ上から重要であり、O2 は微生物の好気性,嫌気性の性質上から、また細胞の種類によりその濃度管理は重要である。今まで培養室を恒温に保ち、温度変化が少なくなるよう温湯を壁面内に入れる構造のものがあり、また培地は重曹を含む緩衝液を用いてそのpHが変わりにくいようにCO2 の濃度を高めている。また、別のものではCO2 導入口,N2 導入口を設けてCO2 ボンベ又はN2 ボンベのガスを減圧弁にて減圧して配管にて接続して導入している。そして該培養室内のO2 濃度,CO2 濃度を測定し、指定の値よりずれると当該配管より手動又は自動的にこれらのガスを導入しながら該培養室内のガス濃度を一定に保つようにして培養実験を続けている。しかし培養には長時間を要し、その間、ボンベのガス切れ等により各ガスの濃度等に変化があるとせっかくの実験が失敗することが多々発生している。
【0003】
N2 とCO2 の消費量は各々の設定濃度により異なるが一般的にN2 の方が多い。そして実験をする人はボンベの残量に気をつけながら無くなれば重いボンベの交換作業を行わなければならない等の余分な苦労がある。
また、実験の過程で扉を開いて一時的に培養物を観察する場合はその扉の開と同時にまわりの空気が流れ込み、O2 濃度が21%に上がり、CO2 濃度は0.03%まで下がる。扉の閉とともに大量のN2 ,CO2 を流入させ、短時間に元の環境に戻し、被培養物に与える影響を最小限にする必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
研究者の労力を最小にすべく大気中にあるN2 を自動的に集めて供給し、O2 濃度を自動的に一定にする(但し、21%以下とする)ようにし、N2 ボンベの交換を不用にする。しかし、CO2 は自然に大量に存在するものではないので、別に生成したガスを持ってくる必要があるためCO2 ボンベは別に付加する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
壁面に温湯ジャケット2と前面に扉3を有する気密の培養室であって該培養室にはN2 及びCO2 を導入する導入口と一定封止圧を有する逆止弁25を設けた大気放出口と室内ガス濃度を検出するO2 センサー及び/又はCO2 センサーと扉の開閉状態を検出する開閉センサーを有し、このO2 濃度及び/又はCO2 濃度と開閉信号は電気信号に変換されて制御部29に伝えられる。
該培養室のCO2 導入口は自動弁V3 19を介してCO2 供給源(ボンベ)から調圧弁を用いて調圧したCO2 が供給されるよう配管接続され、N2 導入口には自動弁V2 20を介してN2 供給源が配管接続される。N2 供給源は空気中のN2 を自動的に濃縮するN2 濃縮器とN2 の貯留タンクであって、N2 透過膜により濃縮する膜式のものとカーボンモレキュラーシーブス(CMS)の活性炭分子篩を用いたPSA方式の濃縮器(公知の技術)がある。これ等の濃縮器により濃縮されたN2 は自動弁V1 21を介してN2 の貯留タンク23に接続され、これに貯留した後、配管にて該培養室のN2 供給口に自動弁V2 20を介して接続される。N2 の貯留タンク23には圧力センサー18が設置されているのでガスの圧力が測定され、この圧力信号は電気信号に変換され制御部29に伝えられる。N2 濃縮器は貯留タンクの圧力が一定値PL まで低下したとき該制御部29よりコンプレッサーを起動してN2 濃度が一定濃度に達した後又は一定時間経過後に自動弁V1 を開いて貯留タンクにガスを供給する。そして貯留タンクの圧力が一定値PH まで上昇したとき停止する。N2 の貯留タンクから培養室にN2 ガスを供給する自動弁V2 20は該培養室のO2 濃度が、一定値以上になった信号により制御部が開閉して制御し、O2 濃度を目標の一定値に保つように構成したものである。すなわち自動弁V2 20が開になるときは該培養室のO2 濃度が一定値以上になったときであり、同じく閉になるときは当該濃度が設定値に達したときである。
【0006】
このようにO2 濃度が上昇すると自動弁V2 20が開となりN2 が充填され、これによりO2 濃度が低下する。しかし該培養室の内部圧力が上昇しないよう作動圧力が約0.1kgf/cm2 ・Gの逆止弁を付設した大気放出口より余剰のガスは大気に放出される。またCO2 濃度が低下したときはその信号により制御部はCO2 供給源のひとつであるボンベよりCO2 ガスを自動弁V3 19を開として導入する。CO2 センサーの信号によりCO2 が設定値に達すると制御部29により自動弁V3 19は閉となりCO2 の導入が止められる。制御部には該培養室内のCO2 濃度及びO2 濃度を目標値に設定する設定器及び温度を目標値に設定する設定器が設けられている。しかし温度については、本発明の主要課題でないので省略する。この自動弁V3 ,V2 の制御は、制御部29が設定器で設定される目標値になるようO2 センサー及び/又はCO2 センサーの検出信号を監視しながら該自動弁V3 ,V2 の開閉制御を行うが、目標値と検出信号の差が大きいときは開の状態を連続するが、ある基準値以内に近づくと弁を一定時間間隔で開閉を繰り返しながら目標値になるよう制御する。
【0007】
【実施例】
図1に本発明の好適な1実施例のフロー図を示す。
壁面内に温湯ジャケット2と前面に扉3を有する気密の培養室1がある、扉3はヒンジ4で開閉できる。その開閉状態が開閉センサー5のボタン6を押圧するか否かで検出し、その信号を信号線7により制御部29に伝える。また該培養室1にはN2 及びCO2 を導入する導管27と28を有し、培養室の内圧が高くなりすぎないよう一定封止圧を有する逆止弁25を付設し導管26により大気放出口が設けられている。
該培養室1内の雰囲気ガス濃度、特にO2 及びCO2 濃度の検出を行うO2 センサー9,CO2 センサー9′を有する。この濃度信号は電気信号に変換されて制御部29に伝えられる。
【0008】
CO2 を導入する導管28には自動弁V3 19を介してCO2 ボンベ22が接続され高圧を調圧弁を用いて低圧に調圧されたCO2 が供給される。N2 導入管27には自動弁V2 20を介してN2 供給源が配管接続される。N2 供給源は空気中のN2 を自動的に濃縮するPSA式のN2 濃縮器24(濃縮されたN2 はアルゴンを含んだ濃度で99.9〜99.99%の濃度まで濃縮することが出来る)とN2 の貯留タンク23であり、N2 濃縮器24により濃縮生成されたN2 ガスを自動弁V1 21を介して、N2 の貯留タンク23に接続し貯留した後、自動弁V2 20を介してN2 の導管27にて培養室1にN2 が導入できるよう接続する。N2 濃縮器は圧縮空気供給部と濃縮部を持っており、濃縮器が起動されると、まず圧縮空気供給部により大気が取り込まれて圧縮されて窒素濃縮部に送り込まれ窒素ガスが濃縮されるが装置が起動されて所定の高濃度に達するまで一定の時間が必要であり、起動当初は低い濃度である。特にPSA式濃縮器の場合は数分を要する。このため初期の低濃度の窒素ガスをN2 の貯留タンク23に送り込まないようN2 濃度が濃縮器起動後一定時間を経た後、自動弁V1 21を開にするよう制御部29が制御している。またN2 濃縮器は膜式もPSA式も供給空気量に対して、取出ガスの量を増やすと濃度は低下することが判っている。培養室の濃度を一定に保つためには、N2 濃縮器から得られる窒素ガスの濃度を目標濃度以上の高濃度(これを酸素濃度でいえば低濃度)にしなければいけない。前述のN2 濃縮器の起動初期の濃縮ガスは一定時間を経て高濃度に達した後に自動弁V1 21を開けることにより達成されるが我々はこればかりでなく、自動弁V1 21を開にした時、低圧になっているN2 の貯留タンクにN2 濃縮器より、一時に大量にN2 が流入することにより、濃縮ガスの一時的な低濃度化が発生し、培養室の濃度を乱すことが判った。このためN2 濃縮器とN2 の貯留タンクの間に流量制限手段30を付設し、両者間の圧力差に変化が生じても一定の流量しか流れない定流量弁かあるいは前記の両者間に圧力差が生じたときでもN2 濃縮器から供給するガスの濃度が目標濃度で得られる所定の流量しか流れない流量制限手段(オリフィス等)を入れることが重要であることを見出した。この流量制限手段30をN2 濃縮器24とN2 の貯留タンク23を接続する配管経路中に設ける。
【0009】
貯留タンク23はN2 が該培養室の扉が開閉されたとき、急速に定状濃度に回復するよう大量のガスが短時間に供給できるようN2 濃縮器は小型であっても多くのN2 を貯留できるようN2 を吸着保持する能力を持つゼオライトを充填している。こうすることにより通常のタンクの容積で同じ圧力に対して3倍以上のN2 を貯留できる。但し、ゼオライトのN2 の吸着保持能力は水分により劣化するので水分を含まないN2 濃縮器により生成された含水率の低いガスと組み合わさないと良い結果が得られない。膜式の濃縮器もCMSによるPSA式濃縮器による濃縮窒素ガスも水分の少ない乾燥したガスが得られる。またN2 の貯留タンク23には圧力センサー18を付設して、ガスの圧力が測定され信号線17により制御部29に伝えられる。圧力は貯えられたガスの容量が少なくなると圧力が下がり、貯えられたガスの容量が多いと高い圧力を示す。該培養室内のO2 濃度が設定値より外れ高くなるとその信号により制御部29は自動弁V2 20を開とし、N2 を供給するのでタンク内のガスが消費される。PSA式のN2 濃縮器24は貯留タンク23の圧力が圧力センサー18により一定値PL まで低下したことを検出し、それを信号線17により制御部29に伝えると制御部29は信号線16によりN2 濃縮器24を起動する。
【0010】
また被培養物は、培養研究の過程で該培養室より取り出し、途中で研究観察を行ない、続いてまた収納して培養を続ける場合も度々ある。このようなとき扉を開にして取り出すと外気が倍容器内に入り、O2濃度、CO2濃度がコントロールされていた環境が崩れてしまうので、扉が閉じられた後、直ちに元の環境へ復帰させる必要がある。このため扉が開となり続いて閉となった状況を開閉センサー5により検出し、信号線7により制御部29に伝え、N2濃縮器24を起動し、自動弁 V1 を直に開にする。扉の開閉を行なった直後は大幅な濃度変化があるためN2を多く必要とするので、貯留タンク23内のガスの放出に続いてPSA式N2濃縮器からの生成供給が必要となるためである。O2濃度が一定値に低下した後、CO2ガスの濃度を高める方がO2濃度を下げるためN2ガスの供給を続けながらCO2の供給も同時に行う方法よりCO2消費量を少なくすることが出来る。但し、被培養物の性質と培養液のpHの変動等により許容される環境条件の乱れた状態の続く時間の長さは個々によって変わるのでN2とCO2の供給を同時に行われなければならないものもある。
【0011】
自動弁V1 21が閉となるときは、貯留タンクの圧力が一定値PH に上昇したときであり、自動弁V2 20が開になるときは該培養室内のO2 濃度が設定値以上になったときであり、同じく閉になるときは当該濃度が設定値に達したときである。このようにO2 センサー9やCO2 センサー9′により検出される該培養室1内のO2 濃度が上昇すると制御部29により自動弁V2 20が開となり、N2 が貯留タンク23より放出され、該培養室1内のO2 濃度が低下する。しかし該培養室1の内部圧が上昇しないよう逆止弁25を付設した導管26により、大気放出口より余剰ガスとして放出される。またCO2 濃度がO2 センサー9やCO2 センサー9′によって低下が検出されCO2 濃度を伝える信号線11により制御部29に伝えられると制御部29は信号線13により自動弁V3 19を開にしてCO2 ボンベ22のCO2 を該培養室1内に放出し、CO2 濃度の上昇を図る。O2 センサー9,CO2 センサー9′によりCO2 濃度が設定値に達することが検出されると制御部29は自動弁V3 19を閉としてCO2 の導入を止める。尚、制御部29には該培養室内のCO2 濃度及びO2 濃度を目標値に設定する設定器を持つ。また温湯ジャケット2の温度を制御部29より電線12によりヒーター8をオンオフしてコントロールして目標温度に設定するがその目標設定値にするための目標値を入力するための設定器の図示は同図中では省略している。
【0012】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、低酸素雰囲気の培養器のN2 の供給源として、大気中に約79%あるN2 を99%以上に濃縮したものが使用できるので、N2 ボンベ等有限の供給源のようにガス切れの配慮が不要となる。さらに見かけ上の体積は小型ながら、N2 を吸着する吸着剤を充填した貯留タンクに、外観容量の数倍のN2 を貯留することができるので、一時に大量のN2 を供給することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な1実施例のフロー図である。
【符号の説明】
1 培養器
2 温湯ジャケット
3 扉
4 ヒンジ
5 開閉センサー
6 ボタン
8 ヒータ
9 O2 センサー
9′ CO2 センサー
7,10,11,13,17 信号線
12 電線
18 圧力センサー
19 自動弁V3
20 自動弁V2
21 自動弁V1
22 CO2 ボンベ
23 貯留タンク
24 N2 濃縮器
25 逆止弁
26,27,28 導管
29 制御部
30 流量制限手段[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an improvement of an incubator for cells of microorganisms or animals and plants.
[0002]
[Prior art]
The growth of microorganisms and the culture of animals and plants are influenced by various factors such as temperature, gas concentration and composition of the culture chamber, culture solution, medium pH, and the like, depending on the object, and the growth is changed.
Particularly, the medium, the medium pH, the O 2 concentration and the CO 2 concentration in the culture chamber are important.
The CO 2 concentration is important from the viewpoint of keeping the pH of the medium constant, and the concentration control of O 2 is important from the aerobic and anaerobic properties of microorganisms and the type of cells. Until now keeping the culture chamber in a constant temperature, there is a structure to take into hot water through the wall so that the temperature change is reduced, also the medium the concentration of CO 2 so that the pH is less likely change with a buffer containing sodium bicarbonate Is increasing. In another example, a CO 2 introduction port and an N 2 introduction port are provided, and the gas in the CO 2 cylinder or the N 2 cylinder is decompressed by a pressure reducing valve and connected by a pipe for introduction. Then, the concentration of O 2 and CO 2 in the culture chamber is measured, and when the concentration deviates from a specified value, the gas concentration in the culture chamber is maintained constant while introducing these gases manually or automatically from the pipe. Culture experiments are ongoing. However, culturing takes a long time, and during that time, if the concentration of each gas changes due to the exhaustion of the gas in the cylinder, etc., the experiment often fails.
[0003]
Although the consumption amounts of N 2 and CO 2 vary depending on the set concentrations, N 2 is generally larger. The experimenter has extra troubles, such as having to replace a heavy cylinder if the cylinder is lost while paying attention to the remaining amount.
When the culture is temporarily observed by opening the door in the course of the experiment, the surrounding air flows simultaneously with the opening of the door, the O 2 concentration rises to 21%, and the CO 2 concentration rises to 0.03%. Go down. When the door is closed, a large amount of N 2 and CO 2 needs to flow in, return to the original environment in a short time, and minimize the effect on the culture.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Effort researchers automatically collect supplied to N 2 in the atmosphere in order to minimize, O 2 concentration to automatically constant (provided that at most 21%) as the, the N 2 gas cylinder Eliminate exchanges. However, since CO 2 is not naturally present in a large amount, it is necessary to bring a separately generated gas, so a CO 2 cylinder is added separately.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
An airtight culture chamber having a
CO 2 inlet of the culture chamber is a pipe connected to the CO 2 pressure was adjusted using a pressure regulating valve from the CO 2 source (bomb) via the
[0006]
Thus the O 2 concentration when rises becomes automatic valve V 2 20 is opened N 2 is filled, thereby the O 2 concentration is reduced. However, surplus gas is discharged to the atmosphere from an air discharge port provided with a check valve having an operating pressure of about 0.1 kgf / cm 2 · G so that the internal pressure of the culture chamber does not increase. Also, when the CO 2 concentration is lowered to introduce CO 2 gas from the bomb control unit is one of the CO 2 source by the signal
[0007]
【Example】
FIG. 1 shows a flowchart of a preferred embodiment of the present invention.
There is an
The
[0008]
The conduit 28 for introducing a CO 2 CO 2 pressure regulated to a low pressure by using a pressure regulating valve the pressure is connected CO 2 cylinder 22 through an automatic valve V 3 19 is supplied. N 2 supply source is connected by piping via a
[0009]
When the
[0010]
In some cases, the culture is removed from the culture chamber during the course of the culture research, followed by research observation on the way, and then stored again to continue the culture. In such a case, if the door is opened and taken out, the outside air enters the double container, and the environment where the O2 concentration and CO2 concentration were controlled collapses, so immediately return to the original environment after the door is closed There is a need. For this reason, the situation where the door is opened and subsequently closed is detected by the open /
[0011]
When the
[0012]
【The invention's effect】
By carrying out the present invention, as a source of the incubator of N 2 in the low-oxygen atmosphere, since the N 2 with about 79% in the atmosphere can be used those concentrated above 99%, N 2 gas cylinder or the like finite There is no need to worry about running out of gas like a supply source. While more volume the apparent small, the storage tank filled with an adsorbent to adsorb N 2, since the multiple of N 2 appearance capacity can be stored, it is possible to supply a large amount of N 2 to a temporary I can do it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of a preferred embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
20 automatic valve V 2
21 Automatic valve V 1
22 CO 2 cylinder 23 Storage tank 24 N 2 concentrator 25 Check valve 26,27,28
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