JPH02119772A - Cell culturing device - Google Patents

Cell culturing device

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JPH02119772A
JPH02119772A JP27423488A JP27423488A JPH02119772A JP H02119772 A JPH02119772 A JP H02119772A JP 27423488 A JP27423488 A JP 27423488A JP 27423488 A JP27423488 A JP 27423488A JP H02119772 A JPH02119772 A JP H02119772A
Authority
JP
Japan
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culture
culture solution
density
sensor
amount
Prior art date
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Pending
Application number
JP27423488A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Hamazaki
勇二 濱崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02119772A publication Critical patent/JPH02119772A/en
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To optimize culturing condition from small amount of culture solution and cell and culture in a large amount by measuring cell density with density sensor and automatically varying amount of culture solution, amount of medium changing and concentration of dissolved oxygen from cell density and growing rate. CONSTITUTION:Density of culture solution is automatically measured by density sensor 70 and growing rate is calculated in growing rate-calculating part 72 as variation of the density sensor 70 in control part. Increment of culture solution is decided in deciding part 74 of increment of culture solution from output of the density sensor 70 and the growing rate and driving of actuator 76 is controlled, then amount of medium changing is decided in deciding part 78 of amount of medium changing, thus driving of medium changing pump 80 is controlled. For output of the density sensor 70 larger than a fixed value, concentration of dissolved oxygen is increased by deciding part 82 of concentration of dissolved oxygen through gas control system 84.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は細胞を培養する装置に関し、特に温度、p +
−[、溶存酸素濃度(Do)を適正に保ち、栄養分供給
と老廃物除去のために培養液を自動的に交換する細胞培
養装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an apparatus for culturing cells, and in particular to temperature, p +
- [Relates to a cell culture device that maintains an appropriate dissolved oxygen concentration (Do) and automatically exchanges a culture solution for supplying nutrients and removing waste products.

このような細胞培養装置は、例えば細胞を高密度に培養
する高密度細胞培養装置として利用される。
Such a cell culture device is used, for example, as a high-density cell culture device for culturing cells at high density.

(従来の技術) 高密度細胞培養装置では細胞を含み培養槽に収容された
培養液の上面にガスが供給されて接触する。培養液には
p Hセンサ、溶存酸素濃度センサ及び温度センサが浸
され、液面レベルを検出するレベルセンサが設けられて
おり、p Hセンサの検出信号によって培養液上面への
C02ガス供給量が制御され、溶存酸素濃度センサの検
出信号によって培養液上面への02ガス供給量が制御さ
れ、温度センサの検出信号によって培養液を加熱するヒ
ータへの通電が制御され、培養液の一部が取り出された
ときレベルセンサの検出信号によって新鮮培地ポンプが
作動して新鮮培地が培養槽に供給されて培養槽内の培養
液量が一定に保たれる。
(Prior Art) In a high-density cell culture device, a gas is supplied and brought into contact with the upper surface of a culture solution containing cells and housed in a culture tank. A pH sensor, a dissolved oxygen concentration sensor, and a temperature sensor are immersed in the culture solution, and a level sensor is provided to detect the liquid level.The amount of CO2 gas supplied to the top of the culture solution is determined by the detection signal of the pH sensor. The amount of 02 gas supplied to the top of the culture medium is controlled by the detection signal of the dissolved oxygen concentration sensor, and the energization to the heater that heats the culture medium is controlled by the detection signal of the temperature sensor, and a portion of the culture medium is taken out. When the fresh medium pump is activated by the detection signal of the level sensor, fresh medium is supplied to the culture tank, and the amount of culture solution in the culture tank is kept constant.

培養の進行に伴なって細胞密度が増加してくる。As the culture progresses, the cell density increases.

細胞密度の増加に伴なう環境条件の設定は、人間が培養
液の一部を系外に取り出し、細胞密度を測定して環境条
件の変更を行なっている。
To set the environmental conditions as the cell density increases, humans remove a portion of the culture solution from the system, measure the cell density, and change the environmental conditions.

(発明が解決しようとする課題) 細胞を培養する上で成長率と環境条件の間には密接な関
係があり、環境条件の設定を誤まると以降の細胞の成長
に悪影響がある。
(Problems to be Solved by the Invention) There is a close relationship between growth rate and environmental conditions when culturing cells, and incorrect setting of environmental conditions will have a negative impact on subsequent cell growth.

環境条件の因子としては温度、pH1溶存酸素濃度、培
地交換量、スターラ回転数、培養液量などがある。人間
が細胞密度を測定しながらこれらの条件を最適化してい
くことは面倒な作業である。
Factors of environmental conditions include temperature, pH1 dissolved oxygen concentration, amount of medium exchanged, stirrer rotation speed, amount of culture solution, etc. It is a tedious task for humans to optimize these conditions while measuring cell density.

本発明はこのような環境条件の変更を自動的に行なうこ
とを目的とするものである。
The present invention aims to automatically change such environmental conditions.

(課題を解決するための手段) 第1図と第3図を参照して本発明を説明する。(Means for solving problems) The present invention will be explained with reference to FIGS. 1 and 3.

本発明の細胞培養装置では、培養槽2に収容された培養
液4の上面にガスが供給されて接触し、培養液4には溶
存酸素濃度センサ12が浸され、溶存酸素濃度センサ1
2の検出信号によって制御部42を介して培養液4の」
−面へのガス供給を制御するガス制御系84と、培養液
4の一部が取り出されたときレベルセンサ14の検出信
号によって制御部42を介して培地交換ポンプ80(5
0゜54)が作動して新鮮培地を培養槽2に供給するレ
ベル制御系と、培養液に光を照射しその吸収から細胞密
度を測定する光学的な密度センサ70と、制御部42の
指示によって液面レベル設定値を変えるアクチュエータ
76をもつレベルセンサ】4とを備えている。制御部4
2は前記各機能の他に、密度センサ70の出力の変化量
として成長率を算出する成長率算出部72と、密度セン
サ70の出力と成長率とから培養液増加量を決定し、ア
クチュエータ76の駆動を制御する培養液増加量決定部
74−と、密度センサ70の出力と成長率とから培地交
換量を決定し、培地交換ポンプ80 (50゜54)の
駆動を制御する培地交換量決定部78と、密度センサ7
0の出力が所定の値以上になると、ガス制御系84を経
て溶存酸素濃度を増加させる溶存酸素濃度決定部82と
を備えている。
In the cell culture apparatus of the present invention, gas is supplied to and contacts the upper surface of the culture solution 4 housed in the culture tank 2, and the dissolved oxygen concentration sensor 12 is immersed in the culture solution 4.
of the culture solution 4 via the control unit 42 according to the detection signal of 2.
- A gas control system 84 that controls gas supply to the surface, and a culture medium exchange pump 80 (5
0° 54) operates to supply fresh culture medium to the culture tank 2, an optical density sensor 70 that irradiates the culture medium with light and measures cell density from its absorption, and instructions from the control unit 42. [4] having an actuator 76 that changes the set value of the liquid level according to the level sensor 76. Control unit 4
In addition to the above-mentioned functions, 2 includes a growth rate calculation unit 72 that calculates the growth rate as the amount of change in the output of the density sensor 70, and an actuator 76 that determines the amount of increase in the culture medium from the output of the density sensor 70 and the growth rate. and a culture medium exchange amount determining unit 74-, which controls the drive of the culture medium exchange pump 80 (50° 54), which determines the culture medium exchange amount from the output of the density sensor 70 and the growth rate, and controls the drive of the culture medium exchange pump 80 (50° 54). part 78 and density sensor 7
The dissolved oxygen concentration determination unit 82 increases the dissolved oxygen concentration via the gas control system 84 when the output of zero becomes equal to or greater than a predetermined value.

(作用) 第2図は無血清培地を用いた高密度連続培養実験の結果
を表わしている。縦軸は生細胞密度、横軸は培養時間で
ある。
(Effect) Figure 2 shows the results of a high-density continuous culture experiment using a serum-free medium. The vertical axis is viable cell density, and the horizontal axis is culture time.

用いた細胞はNAT−30(ヒト・リンパ系細胞)、基
本培地は(RPM I −1640)+DME+(F−
12)、成長因子などはインスリン、トランスフェリン
、エタノールアミン、セレン、リポタンパク質、血清ア
ルブミンである。設定条件は、pHが7.2、温度が3
7℃、攪拌は60rpmであり、溶存酸素濃度が図のt
a、tb期間では5.0ppm、、tc期間ではそれよ
りも高濃度である。培養液交換率はL1i養槽の培養液
最大容量を1.0Qとすると、期間taでは0、期間t
b、tcでは2.OQ7日とした。
The cells used were NAT-30 (human lymphoid cells), and the basic medium was (RPMI-1640) + DME + (F-
12) Growth factors include insulin, transferrin, ethanolamine, selenium, lipoproteins, and serum albumin. The setting conditions are pH 7.2 and temperature 3.
The temperature was 7°C, the stirring was 60 rpm, and the dissolved oxygen concentration was t in the figure.
The concentration is 5.0 ppm in periods a and tb, and higher than that in period tc. Assuming that the maximum capacity of the culture solution in the L1i tank is 1.0Q, the culture solution exchange rate is 0 in period ta and 0 in period t.
2 for b and tc. OQ was 7 days.

第2図の実線で示される結果は実験者の判断で手動制御
したものであるが、環境条件設定がうまく行なわれた場
合である。
The results shown by the solid line in FIG. 2 were obtained through manual control based on the judgment of the experimenter, and were obtained when the environmental conditions were properly set.

もし、培地に細胞を植え込んで密度の低い状態(期間t
a)jこおいて、培地の交換を行なえば、破線Aで示さ
るように細胞が死んで減少していく。
If cells are seeded in the medium and the density is low (period t
a)j If the medium is replaced at this point, the cells will die and decrease as shown by the broken line A.

また、対数増殖期(期間tbとtcで生細胞密度が飽和
するまで)において培養液の交換を行なわなければ、破
線Bで示されるようにやはり細胞が死んでいく。
Furthermore, if the culture medium is not replaced during the logarithmic growth phase (until the viable cell density is saturated during periods tb and tc), the cells will still die as shown by the broken line B.

また、生細胞密度が高密度になる期間tcにおいて、溶
存酸素濃度を増加させなければ、破線Cで示されるよう
に生細胞密度が十分高くならずに飽和状態となってしま
う。
Furthermore, if the dissolved oxygen concentration is not increased during the period tc when the living cell density becomes high, the living cell density will not be sufficiently high and will reach a saturated state, as shown by the broken line C.

そこで、本発明では密度センサ70によって細胞密度を
自動的に測定し、細胞密度と成長率とから第2図に実線
で示されるような細胞密度の増加登仙るように制御を自
動的に行なわせる。
Therefore, in the present invention, the cell density is automatically measured by the density sensor 70, and control is automatically performed based on the cell density and growth rate so that the cell density increases as shown by the solid line in FIG. .

そのため、制御部42には第2図に示されるような実験
結果に基づくデータを知識データベースとして与え、細
胞密度が実線で示されるような結果になるように、糸l
it胞密度と成長率とから18養液風、培地交換量及び
溶存酸素a度を自動的に設定させる。
Therefore, the control unit 42 is given data based on the experimental results as shown in FIG.
18 Nutrient solution air, medium exchange amount, and dissolved oxygen degree are automatically set based on the cell density and growth rate.

培養液量の増加は、1g養液増加量決定部74かJ′:
)の信号によってレベルセンサ14のアクチユエータ7
Gが駆動されることによって実現される。レベルセンサ
14が現在の1f(養液4の液面より」−がるど、その
4−がった泣訴まてhtf地交換ポンプ80によって1
合養液4が増加させられる。
The increase in the amount of culture solution is determined by the 1g nutrient solution increase amount determining section 74 or J':
) actuator 7 of the level sensor 14
This is realized by driving G. When the level sensor 14 is at the current level of 1f (below the liquid level of the nutrient solution 4), the level sensor 14 is detected by the htf ground exchange pump 80.
Nutrient solution 4 is increased.

培地交換量を変更するときは、培地交換旦決定部78か
らの信号により、培地交換ポンプ80か駆動される。
When changing the amount of medium exchange, the medium exchange pump 80 is driven by a signal from the medium exchange date determination section 78.

溶存酸素濃度を増加させるときは、溶存酸素濃度決定部
82からの信号によりガス制御系84が制御されて培養
液4の4−面と接する雰囲気中の酸素圧か高められる。
When increasing the dissolved oxygen concentration, the gas control system 84 is controlled by a signal from the dissolved oxygen concentration determination section 82, and the oxygen pressure in the atmosphere in contact with the 4th side of the culture solution 4 is increased.

(実施例) 第3図は一実施例を表わす。(Example) FIG. 3 represents one embodiment.

2は培養槽であり、培養液4が収容さ唱、でいる。2 is a culture tank in which a culture solution 4 is stored.

If(養液4には細胞か含まれている。培養槽2の」−
部は蓋6によって密閉され、lt′γf養液4の−L部
空間で培養液4とガスとが接触する。
If (Nutrient solution 4 contains cells. Culture tank 2) -
The section is sealed with a lid 6, and the culture solution 4 and the gas come into contact in the -L section space of the lt'γf nutrient solution 4.

蓋6を経て温度センサ8、p Hセンサ10、溶存酸素
濃度センサ12が培養液4に浸されている。
A temperature sensor 8, a pH sensor 10, and a dissolved oxygen concentration sensor 12 are immersed in the culture solution 4 through the lid 6.

蓋6にはまた、培養液4の上部空間にガスを供給する供
給管16とカスを排出する月に出管18とが設けられて
いる。
The lid 6 is also provided with a supply pipe 16 for supplying gas to the upper space of the culture solution 4 and an outlet pipe 18 for discharging waste.

培養液4の液面レベルを検出するために培養槽2の外側
にレベルセンサ14が設けられている。
A level sensor 14 is provided outside the culture tank 2 to detect the level of the culture solution 4 .

ガス供給管]6には02、C○〜及びN=  (又は空
気)かそれぞれレキュレータ22−1〜22−3、電磁
弁24−1〜24〜3及び逆止弁261〜26−3を経
て供給される。28はフィルタ、40は安全弁である。
Gas supply pipe] 6 is supplied with 02, C○~ and N= (or air) through reculators 22-1~22-3, solenoid valves 24-1~24~3 and check valves 261~26-3, respectively. Supplied. 28 is a filter, and 40 is a safety valve.

排出管18には排気ノズル30、逆井弁32、オリフィ
ス34及び電磁弁36が接続されている。38は排気管
に設けられた圧力計である。
An exhaust nozzle 30, a reverse well valve 32, an orifice 34, and a solenoid valve 36 are connected to the exhaust pipe 18. 38 is a pressure gauge provided in the exhaust pipe.

02を供給するための電磁弁24−1は、溶存酸素濃度
センサ】2の検出信号により、制御部42によって溶存
酸素濃度が設定値になるように開閉が制御される。CO
:=を供給する電磁弁242はp Hセンサ10の検出
信号により、制御部42によってPHが設定値になるよ
うに開閉が制御される。N3を供給するための電磁ブ1
24−3は培養槽2内の02及びCO?分圧を低くする
ため、また培養槽2内の02.COCガスを置換するた
めに用いられるものであり、p +−(センサ10と溶
存酸素濃度センサ12の検出信号に従って制御部42に
よって開閉制御される。
The opening and closing of the electromagnetic valve 24-1 for supplying 02 is controlled by the control unit 42 in response to a detection signal from the dissolved oxygen concentration sensor 2 so that the dissolved oxygen concentration reaches a set value. C.O.
The opening and closing of the electromagnetic valve 242 that supplies := is controlled by the control unit 42 based on the detection signal of the pH sensor 10 so that the pH becomes the set value. Electromagnetic valve 1 for supplying N3
24-3 is 02 and CO? in culture tank 2. In order to lower the partial pressure, the 02. It is used to replace COC gas, and is controlled to open and close by the control unit 42 according to detection signals from the p+-(sensor 10 and the dissolved oxygen concentration sensor 12).

溶存酸素濃度センサ12と電磁弁24−1.24−3に
よってガス制御系を構成し、p I−1センサ10と電
磁弁24−2.24−3によってp l−1制御系を構
成し、でいる。
The dissolved oxygen concentration sensor 12 and the solenoid valve 24-1.24-3 constitute a gas control system, the pI-1 sensor 10 and the solenoid valve 24-2.24-3 constitute a pI-1 control system, I'm here.

培養槽2の下部にはヒータ44が設けらオtている。温
度センサ8の検出信号によって、制御部42により、温
度が一定になるようにヒータ44の通電が制御される。
A heater 44 is provided at the bottom of the culture tank 2. Based on the detection signal from the temperature sensor 8, the control unit 42 controls the energization of the heater 44 so that the temperature is constant.

培養液4は潅流ポンプ46によって培養槽2とタロスフ
ローフィルタ48の間を循環させられる。
The culture solution 4 is circulated between the culture tank 2 and the Talosflow filter 48 by a perfusion pump 46.

タロスフローフィルタ48はセラミック製の円筒状フィ
ルタであり、細胞を含む培養液はフィルタ48の内部を
通過する。培養液の一部はフィルタ48外に濾過されて
排出される。濾過された培養液はスパン1−メディウム
ポンプ50によって培養装置の系外に取り出される。5
2は取り出されたスペントメディウムである。培養槽4
には新鮮培地ポンプ54によって系外の新M培地56が
供給される。潅流ポンプ46、スペントメディウムポン
プ50及び新鮮培地ポンプ54は制御部42によって制
御される。
The Talos flow filter 48 is a cylindrical filter made of ceramic, and the culture solution containing cells passes through the inside of the filter 48. A portion of the culture solution is filtered out of the filter 48 and discharged. The filtered culture solution is taken out of the culture apparatus by the span 1 medium pump 50. 5
2 is the spent medium taken out. Culture tank 4
A fresh M medium 56 from outside the system is supplied by a fresh medium pump 54. The perfusion pump 46 , the spent medium pump 50 and the fresh medium pump 54 are controlled by the controller 42 .

レベルセンサ14が培養液4の液面レベルL検出してお
り、クロスフローフィルタ48を経て培養液が排出され
ると培養槽内の培養液4の液面レベルが下がるので、制
御部42はレベルセンサ14の検出信号によって新鮮培
地ポンプ54を作動させ、培養槽2に新鮮培地56を供
給して培養液4の液面レベルがレベルセンサ14の位置
になるように制御する。
The level sensor 14 detects the level L of the culture solution 4, and when the culture solution is discharged through the cross-flow filter 48, the level of the culture solution 4 in the culture tank decreases. A fresh culture medium pump 54 is operated in response to a detection signal from the sensor 14, and a fresh culture medium 56 is supplied to the culture tank 2 to control the liquid level of the culture solution 4 to be at the position of the level sensor 14.

レベルセンサ14、制御部42、潅流ポンプ46、スペ
ントメディウムポンプ50及び新鮮培地ポンプ54はレ
ベル制御系を構成している。
The level sensor 14, the control unit 42, the perfusion pump 46, the spent medium pump 50, and the fresh medium pump 54 constitute a level control system.

培養液4中にはスタータ58が設けられ、培養槽2の下
部にはマグネット62が設けられている。
A starter 58 is provided in the culture solution 4, and a magnet 62 is provided at the bottom of the culture tank 2.

スタータモータ60を介してマグネット62を回転させ
ることによりスタータ58を作動させる。
The starter 58 is activated by rotating the magnet 62 via the starter motor 60.

スタータモータ60も制御部42によって制御される。Starter motor 60 is also controlled by control section 42 .

64は制御部42の表示部であり、温度、pH1溶存酸
素濃度などを表示する。66は制御部42に温度などの
設定値を設定する設定部である。
64 is a display section of the control section 42, which displays temperature, pH1 dissolved oxygen concentration, etc. Reference numeral 66 denotes a setting section for setting set values such as temperature in the control section 42.

潅流ポンプ46とクロスフローフィルタ48を含む流路
には第4図に示される光学的密度センサ70が設けられ
ている。
The flow path including perfusion pump 46 and crossflow filter 48 is provided with an optical density sensor 70 shown in FIG.

第4図の密度センサでは、流路を構成するシリコンゴム
チューブ86.87の間に透明ガラス製のセル89が設
けられ、培養液はセル89中を通過する。セル89を挟
んで一方からLED90によって光が照射され、セル8
9を透過した光はフォトダイオード91によって受光さ
れる。光を用い、懸濁液試料による光吸収から懸濁液の
密度を求めるセンサは、一般には濁度センサとして使用
されている。本実施例における密度センサは、そのよう
な濁度センサと同じ原理を使ったものである。
In the density sensor shown in FIG. 4, a cell 89 made of transparent glass is provided between silicone rubber tubes 86 and 87 constituting a flow path, and the culture solution passes through the cell 89. Light is emitted from one side of the cell 89 by the LED 90, and the cell 8
The light transmitted through the photodiode 91 is received by the photodiode 91. A sensor that uses light to determine the density of a suspension from light absorption by a suspension sample is generally used as a turbidity sensor. The density sensor in this embodiment uses the same principle as such a turbidity sensor.

第5図は細胞密度と密度センサ70の出力の関係を表わ
したものであり、1対1の関係がある。
FIG. 5 shows the relationship between the cell density and the output of the density sensor 70, and there is a one-to-one relationship.

レベルセンサ14は液面レベルの設定値を自動的に変え
ることのできるものであり、第6図にその一例を示す。
The level sensor 14 is capable of automatically changing the set value of the liquid level, and an example thereof is shown in FIG.

92はLED、93はフォトダイオードであり、培養槽
2を挟んで対向するように支持部材94により支持され
ている。支持部材94はガイド95によって上下方向に
移動可能に支持され、また支持部材94にはねじ96が
設けられ、そのねじ96にはパルスモータ98によって
回転する捧ねじ97が螺合している。
92 is an LED, and 93 is a photodiode, which are supported by a support member 94 so as to face each other with the culture tank 2 in between. The support member 94 is supported movably in the vertical direction by a guide 95, and a screw 96 is provided on the support member 94, and a dedicated screw 97 rotated by a pulse motor 98 is screwed into the screw 96.

支持部材94、ねじ96,97及びパルスモータ98は
レベルセンサ14のアクチュエータであり、パルスモー
タ98が作動することにより支持部材94が上下方向に
移動すると、その移動した位置が新たな液面レベル設定
値となり、培養液4の液面が培地交換ポンプ50.54
によって移動させられる。
The support member 94, screws 96, 97, and pulse motor 98 are actuators for the level sensor 14. When the support member 94 moves vertically due to the operation of the pulse motor 98, the moved position becomes the new liquid level setting. value, and the liquid level of culture medium 4 is 50.54 at the medium exchange pump.
moved by

この液面センサ14ではLED92から照射されてフォ
トダイオード93に入射する光の強度が、培養液4の液
面位置により変化することを利用している。液面がLE
D92から照射されてフォトダイオード93に入射する
光の光路よりも下にあれば受光される光強度が強く、液
面が上がって光路が液中を通ると屈折により光路が曲げ
られて光強度が弱くなる。
This liquid level sensor 14 utilizes the fact that the intensity of light emitted from the LED 92 and incident on the photodiode 93 changes depending on the liquid level position of the culture liquid 4. Liquid level is LE
If it is below the optical path of the light emitted from D92 and incident on the photodiode 93, the received light intensity will be strong, and when the liquid level rises and the optical path passes through the liquid, the optical path will be bent due to refraction and the light intensity will decrease. become weak.

第7図は本実施における制御部42と各種センサ及び駆
動部分との接続関係を示したものである。
FIG. 7 shows the connection relationship between the control section 42 and various sensors and drive parts in this embodiment.

制御部42はCP U 42 aと第2図に示されるよ
うな実験結果を環境条件設定のための設定値として利用
する知識データベース42bとから構成されている。知
識データベース42bには、すでに設定されている培養
条件にさらにデータを追加することができる。
The control unit 42 includes a CPU 42a and a knowledge database 42b that uses experimental results as shown in FIG. 2 as setting values for setting environmental conditions. Further data can be added to the knowledge database 42b to the culture conditions that have already been set.

次に、一実施例の動作を第8図により説明する。Next, the operation of one embodiment will be explained with reference to FIG.

細胞を植え込み(ステップS1)、溶存酸素濃度、pH
1温度及び攪拌数を所定の値になるように設定する。密
度りを測定しくステップS2)、密度りの変化率から成
長率Rを算出する(ステップS3)。
Plant cells (step S1), dissolve oxygen concentration, pH
1. Set the temperature and stirring number to predetermined values. The density is measured (step S2), and the growth rate R is calculated from the rate of change in the density (step S3).

密度りを知識データベースにより設定された第1の密度
D+  (例えばI X 10Gセル/ m Q )と
比較する(ステップS4)。密度りがD1以下の間は培
地を交換せず(ステップS5)、かつ、培養液の増加も
させない(ステップS6)。
The density is compared with a first density D+ (for example, I.times.10G cells/m.sub.Q) set by the knowledge database (step S4). While the density is below D1, the culture medium is not replaced (step S5), and the culture solution is not increased (step S6).

培養を続けていると、やがて密度D ) D lとなる
(ステップS4)。密度りが設定された第2の密度D2
  (例えばI X 107セル/ m Q )以下で
ある間は溶存酸素濃度を一定のままとしくステップS8
)、成長率Rが50%を越えていれば培地交換量を1日
当り500 m QとしくステップS10.5ll)、
培養液増加量を1目当り全培養液量の115とする(ス
テップ512)。ただし、培養槽に収容できる培養液の
最大容量を500mQとする。
As the culture continues, the density eventually reaches D1) (Step S4). Second density D2 where density is set
(For example, IX 107 cells/mQ) or less, the dissolved oxygen concentration remains constant, and step S8
), if the growth rate R exceeds 50%, set the medium exchange amount to 500 mQ per day (step S10.5ll),
The increase in the amount of culture solution is set to 115, which is the total amount of culture solution per eye (step 512). However, the maximum capacity of the culture solution that can be stored in the culture tank is 500 mQ.

さらに培養を続けて密度l〕が第2の密度設定値1つ2
を越えると、そのときから溶存酸素濃度を増加させる(
ステップS7.S9)。溶存酸素濃度の増加には、培養
槽内の培養液上部の圧力を0.5kg/cm”増加させ
る。成長率Rが50%を越えている間は交換量を500
 rn Q /日、増加量を1日当り全培養液量の11
5として(ステップSIO,Sl 1,512)、培養
を続ける。
After further culturing, the density 1] is increased to the second density setting value of 1 and 2.
, the dissolved oxygen concentration increases from that point onwards (
Step S7. S9). To increase the dissolved oxygen concentration, increase the pressure at the top of the culture medium in the culture tank by 0.5 kg/cm. While the growth rate R exceeds 50%, increase the exchange rate by 500 kg/cm.
rn Q /day, increase the amount by 11 of the total culture volume per day
5 (step SIO, Sl 1,512), and continue culturing.

やがて、細胞密度が飽和状態に近づいてくると、成長率
が50%以下になってくる。その後は培養液量を増加さ
せることなく、培地交換量を1000 m Q /日と
する(ステップsto、SI3.S6)。以後はこの条
件で培養を続ける。
Eventually, as the cell density approaches saturation, the growth rate becomes less than 50%. Thereafter, the amount of culture medium is replaced at 1000 m Q /day without increasing the amount of culture solution (step sto, SI3.S6). From then on, culture is continued under these conditions.

(発明の効果) 本発明では密度センサによって培養液の密度を自動的に
測定し、測定した密度と、密度の変化量である成長率と
から培地交換量、培養液増加量及び溶存酸素濃度を自動
的に変化させるように制御したので、少址の培養液及び
細胞数からスター1〜して大量培養を行なう培養過程を
自動化することができる。
(Effect of the invention) In the present invention, the density of the culture solution is automatically measured using a density sensor, and the amount of culture medium exchanged, the amount of increase in the culture solution, and the dissolved oxygen concentration are determined from the measured density and the growth rate, which is the amount of change in density. Since it is controlled to change automatically, it is possible to automate the culture process in which a small amount of culture solution and cell number is used for starting from star 1 to mass culture.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の制御部に関係する部分を示すブロック
図、第2図は培養実験の結果を示す図、第3図は一実施
例を示す構成図、第4図は密度センサを示す概略正面図
、第5図は細胞密度と密度センサ出力の関係を示す図、
第6図はレベルセンサの一例を示す概略斜視図、第7図
は一実施例の制御部と各センサ及び駆動部の接続関係を
示すブロック図、第8図は一実施例の動作を示すフロー
チャー1〜図である。 2  ・培養槽、4・ ・培養液、12・・・・・溶存
酸素濃度センサ、14  レベルセンサ、42・制御部
、70 ・・密度センサ、72  ・成長率算出部、7
4  培養液増加量決定部、7G・・・・レベルセンサ
アクチュエータ、78  培地交換量=15 決定部、80 ・・・培地交換ポンプ、84交換系。 ガス 特許出願人 株式会社島津製作所 代理人 弁理士 野【」繁Δ1:
Figure 1 is a block diagram showing parts related to the control unit of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the results of culture experiments, Figure 3 is a configuration diagram showing one embodiment, and Figure 4 is a density sensor. Schematic front view, Figure 5 is a diagram showing the relationship between cell density and density sensor output,
FIG. 6 is a schematic perspective view showing an example of a level sensor, FIG. 7 is a block diagram showing the connection relationship between the control section, each sensor, and the drive section of one embodiment, and FIG. 8 is a flowchart showing the operation of one embodiment. Char 1 is a diagram. 2 - Culture tank, 4 - Culture solution, 12... Dissolved oxygen concentration sensor, 14 Level sensor, 42 - Control unit, 70 - Density sensor, 72 - Growth rate calculation unit, 7
4 Culture fluid increase amount determining section, 7G... Level sensor actuator, 78 Medium exchange amount = 15 Determining section, 80... Medium exchange pump, 84 Exchange system. Gas patent applicant Shimadzu Corporation Representative Patent attorney No [” ShigeruΔ1:

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)細胞を含み培養槽に収容された培養液の上面にガ
スが供給されて接触し、培養液には溶存酸素濃度センサ
が浸され、溶存酸素濃度センサの検出信号によって制御
部を介して培養液上面へのガス供給を制御するガス制御
系と、培養液の一部が取り出されたときレベルセンサの
検出信号によって制御部を介して培地交換ポンプを作動
させて新鮮培地を培養槽に供給するレベル制御系と、培
養液に光を照射しその吸収から細胞密度を測定する光学
的な密度センサと、制御部の指示によって液面レベル設
定値を変えるアクチュエータをもつレベルセンサとが備
えられており、前記制御部は前記各機能部の他に、前記
密度センサ出力の変化量として成長率を算出する成長率
算出部と、前記密度センサ出力と成長率とから培養液増
加量を決定し、前記アクチュエータの駆動を制御する培
養液増加量決定部と、前記密度センサ出力と成長率とか
ら培地交換量を決定し、前記培地交換ポンプの駆動を制
御する培地交換量決定部と、前記密度センサ出力が所定
の値以上になると、ガス制御系を経て溶存酸素濃度を増
加させる溶存酸素濃度決定部とを備えている細胞培養装
置。
(1) Gas is supplied to the top surface of the culture solution containing cells and housed in a culture tank, and a dissolved oxygen concentration sensor is immersed in the culture solution. A gas control system controls gas supply to the top of the culture solution, and when a portion of the culture solution is taken out, a detection signal from the level sensor activates the culture medium exchange pump via the control unit to supply fresh culture medium to the culture tank. An optical density sensor that irradiates the culture solution with light and measures the cell density from its absorption, and a level sensor that has an actuator that changes the set value of the liquid level according to instructions from the control unit. In addition to each of the functional units, the control unit includes a growth rate calculation unit that calculates the growth rate as the amount of change in the output of the density sensor, and a growth rate calculation unit that determines the amount of increase in the culture solution from the output of the density sensor and the growth rate, a culture solution increase amount determining section that controls driving of the actuator; a culture medium exchange amount determining section that determines a medium exchange amount from the output of the density sensor and the growth rate and controls driving of the medium exchange pump; and the density sensor. A cell culture device comprising: a dissolved oxygen concentration determination unit that increases the dissolved oxygen concentration via a gas control system when the output exceeds a predetermined value.
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