CN1530434A - Co2培养器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可以对位于培养空间处的CO2气体浓度实施高精度控制，而且可以相应于培养空间处CO2气体浓度产生的急剧变化，迅速采取对应操作的CO2培养器。这种CO2培养器可以具有对位于培养空间S内部处的CO2气体浓度实施检测的CO2气体浓度传感器(6)，对CO2气体浓度实施设定的控制面板(12)，向培养空间S的内部处实施CO2气体供给的CO2气体用高压储气瓶(10)和电磁开闭阀门(9)，以及对电磁开闭阀门(9)实施控制用的CO2气体控制装置(11)。

Description

CO2培养器
技术领域
本发明涉及可以对由血液、被检测体等取样获得的细胞的温度、湿度、环境氛围实施控制，以实现细胞培养用的CO2培养器。
背景技术
随着近年来生物、再生医疗等相关技术领域的发展，越来越多地需要使用培养器实施细胞的培养作业。为了能够促进细胞的培养过程，需要配备出适用于各种各样细胞的培养空间，所以近年来一直在研究开发可以对培养空间内部实施温度控制、湿度控制、环境氛围控制的培养器。
对于需要在作为培养条件的CO2(二氧化碳)气体浓度要求非常严格的条件下实施细胞培养的场合，除了可以实施温度控制和湿度控制，而且还可以对位于培养空间内部处的CO2气体浓度实施控制的CO2培养器已经问世(如果举例来说，可以参见专利文献1和专利文献2)
【专利文献1】
日本特开平9-23877号公报
【专利文献2】
日本特开2000-93156号公报
然而，在这类在先技术中的CO2培养器中，当通过自动或手动方式对门型部件实施开闭操作时，CO2会由CO2培养器的腔室内部泄露至外部，进而会使位于腔室内部处的CO2气体浓度产生变化。而且，当为了取出或放入培养细胞，而屡次实施门型部件的开闭操作时，在位于腔室内部处的CO2气体浓度回复至预定浓度之前，位于腔室内部处的CO2气体浓度会发生变化。因此，存在有细胞培养空间的状态不稳定，可能会对细胞繁育产生不良影响等问题。
因此，在先技术中的CO2培养器中，针对该CO2气体浓度变化的情况，还在腔室内部处设置了CO2气体浓度传感器，以便实施诸如通过该传感器的输出，当CO2气体浓度低于设定值的场合，打开CO2气体供给用的开闭阀门，当达到设定值时，关闭阀门等的控制操作。
然而，如上所述的这种在先技术使用的CO2气体浓度传感器，存在有浓度检测性能比较低，检测出的浓度精度不足，而且实施检测所需要的时间比较长等的问题。而且，对于可以降低气体消耗量的气密型构成形式，一旦气体过量将需要相当长的时间才可以恢复至预定值。因此，需要减少气体的注入量，而这将进一步延长灰复所需要的时间。由于如上所述的这种控制方式所使用的传感器性能不良，所以不论怎样依据这种CO2气体浓度传感器的输出来实施CO2气体供给用开闭阀门的控制操作，均具有出现有相对于预先设定的CO2气体浓度，实际的CO2气体浓度处于过量或不足状态的问题。
因此，存在有难以实现严格的CO2气体浓度控制，从而难以配备出良好的细胞培养空间的问题。
发明内容
本发明就是解决上述在先技术中的问题用的发明，本发明的目的就是提供一种可以对培养空间处的CO2气体浓度实施高精度控制，而且可以相应于培养空间处CO2气体浓度产生的急剧变化，迅速采取对应操作的CO2培养器。
本发明的第1方面所提供的一种对收装在位于腔室内部的培养空间处的培养物实施培养用的CO2培养器，可以具有对培养空间内部处的CO2气体浓度实施检测的CO2气体浓度检测机构；对培养空间内部处的CO2气体浓度实施设定的CO2气体浓度设定机构；向培养空间内部处供给CO2气体用的CO2气体供给机构；以及对CO2气体供给机构实施控制用的控制机构，其特征在于该控制机构根据CO2气体浓度检测机构和CO2气体浓度设定机构，依据培养空间内部处的CO2气体浓度与CO2气体浓度设定值间的偏差，实施比例运算、或比例和积分运算、或比例、积分和微分运算，计算出每单位时间内的向培养空间的CO2气体供给时间和停止时间，进而依据该计算出的供给时间和停止时间，由CO2气体供给机构向培养空间实施CO2气体的供给操作。
按照采用象这样构成的第1方面所述的发明，可以通过如上所述控制机构实施的控制操作，预先避免CO2气体浓度的过量和不足现象出现，从而可以对CO2气体浓度实施高精度的控制。
而且通过上述方式，即使对于由于门型部件实施开闭等操作，而使培养空间内部处的CO2气体浓度产生显著变化的场合，也可以按照与变化后的培养空间处的CO2气体浓度相对应的方式，迅速向培养空间处供给CO2气体，从而可以提供出一种稳定的培养空间。
在如第1方面所述的发明基础上，第2方面所述的发明的CO2培养器的特征在于CO2气体浓度检测机构由利用红外线的CO2传感器构成。
按照第2方面所述的发明，还可以在如第1方面所述的发明基础上，使CO2气体浓度检测机构由利用红外线的CO2传感器构成，所以可以更迅速，且更准确地对培养空间处的CO2气体浓度实施检测。
在如第1或第2方面所述的发明基础上，第3方面所述的发明的CO2培养器的特征在于设置有若干个培养空间；控制机构对某一培养空间内部处的气体实施选择，利用CO2气体浓度检测机构对所选择出的气体的CO2气体浓度实施检测，并且依据该检测出的CO2气体浓度，控制向各培养空间供给CO2气体的操作。
按照第3方面所述的发明，还可以在如第1或第2方面所述的发明基础上，进一步设置有若干个培养空间；通过控制机构对某一培养空间内部处的气体实施选择，利用CO2气体浓度检测机构对所选择出的气体的CO2气体浓度实施检测，并且依据该检测出的CO2气体浓度，控制向各培养空间供给CO2气体的操作，从而可以对各培养空间处的CO2气体浓度实施相应的控制。
而且，由于CO2气体浓度检测机构和控制机构可以使用共用的组件，对各培养空间内部处的CO2气体浓度实施控制，所以和采用若干台CO2培养器对不同培养空间处的CO2气体浓度实施控制的场合相比，还可以预先避免由于CO2气体浓度检测机构和控制机构间的误差所产生的、位于培养空间处的CO2气体浓度间的偏差。
在如第3方面所述的发明基础上，第4方面所述的的发明的CO2培养器的特征在于控制机构可以对由各培养空间处检测出的CO2气体浓度实施显示。
按照第4方面所述的发明，还可以在如第3方面所述的发明基础上，进一步使空制机构可以对由各培养空间处检测出的CO2气体浓度实施显示，所以可以通过肉眼容易地对各培养空间内部处的CO2气体浓度实施确认，从而可以进一步提高其使用方便性。
附图的简要说明
图1为表示通过空气流动方式给出的、根据本发明构造的一种CO2培养器的示意性组成图。
图2为表示作为另一实施例的、通过空气流动方式给出的CO2培养器的示意性组成图。
附图中的参考标号的含义为：
S、S1、S2培养空间
1、20CO2培养器
2、22主体
3空气搅拌用送风机
4、4A、4B测定用空气取样管
5泵
6CO2气体浓度传感器
7、7A、7B测定用空气返回管
8、8A、8B CO2气体供给管
9、9A、9B电磁开闭阀门
10CO2气体用高压储气瓶
11、25CO2气体控制装置
23、24三通阀门
实施发明用的最佳实施形式
下面参考附图，对根据本发明的实施形式进行详细说明。图1为表示通过空气流动方式给出的、根据本发明构造的CO2培养器1的示意性构成图。如果举例来说，根据本发明构造的这种CO2培养器1，可以由在一面处形成有开口(图中未示出)的隔热性箱体形成的主体2构成，该主体2的内部处(腔室内)形成为培养空间S。而且，在主体2处还设置有可以通过自由开闭方式闭塞住所述开口用的、图中未示出的门型部件。
在该主体2内还设置有对位于培养空间S之内的空气实施搅拌、以使空气状态均匀用的空气搅拌用送风机3。而且，该空气搅拌用送风机3可以通过送风机用电动机3A实施动作，该送风机用电动机3A可以由图中标出的控制装置实施控制。
在一个方面，主体2与测定用空气取样管4相连接，以便和培养空间S内部连通，该测定用空气取样管4还与通过泵5对培养空间S内部的CO2气体浓度实施检测的、作为CO2气体浓度检测机构的CO2气体浓度传感器6相连接。而且，使用在体实施例中的CO2气体浓度传感器6为利用红外线的CO2传感器。
这种利用红外线的CO2传感器，是一种可以依据CO2气体会对4.3微米(μm)的波长实施吸收的原理计算出CO2气体浓度的传感器，因此可以对波长的吸收程度实施检测，将该检测数据换算为电信号，进而计算出CO2气体浓度。这种CO2传感器(CO2气体浓度传感器6)，还与如后所述的CO2气体控制装置11相连接。
在这种CO2气体浓度传感器6上的一个端部处，连接着按照与主体2的培养空间S内部相互连通的方式设置着的测定用空气返回管7。采用这种构成方式，可以通过对泵5实施驱动的方式，将通过测定用空气取样管4由培养空间S内部获取至CO2气体浓度传感器6处的空气，通过测定用空气返回管7返回传送至培养空间S的内部处。
在另一方面，主体2还与CO2气体供给管8相连接，以便和培养空间S内部连通，该CO2气体供给管8通过作为CO2气体拱给机构的电磁开闭阀门9，与CO2气体用高压储气瓶10相连接。在CO2气体用高压储气瓶10中，封装有纯度为95％以上的CO2气体。
在这里，对所述CO2气体控制装置11进行说明。所述CO2气体浓度传感器6和控制面板12，连接在这种CO2气体控制装置11的输入侧处，所述电磁开闭阀门9连接在该CO2气体控制装置11的输出侧处。
控制面板12配置有对培养空间S内部处的CO2气体浓度实施设定用的CO2气体浓度设定机构，如果举例来说，该控制面板12可以配置在主体2的前面处。而且，在控制面板12处还设置有对实际检测出的、位于培养空间S内部处的CO2气体深度和所设定的CO2气体农度实施显示用的显示部12A。
CO2气体控制装置11是一种可以利用CO2气体浓度传感器6和控制面板12，对作为CO2气体供给机构的电磁开闭阀门9实施控制的装置，而且在其内部处还设置有PID(比例、积分、微分)运算处理部11A。这种PID运算处理部11A可以依据通过CO2气体浓度传感器6检测出的、位于培养空间S内部处的CO2气体浓度，与通过控制面板12根据需要任意设定的CO2气体浓度设定值间的偏差e，实施比例运算(P)、积分运算(I)、微分运算(D)。换句话说就是，PID运算处理部11A可以依据通过CO2气体浓度传感器6检测出的CO2气体浓度与CO2气体浓度设定值间的偏差e，实施对沿着可以使其减少的方向上的控制量实施运算的比例动作，对沿着可以减少该偏差e积分值方向上的控制量实施运算的积分动作，对沿着可以减少该偏差变化斜率(微分值)方向上的控制量实施运算的微分动作，并且对这些空制量实施叠加运算，进而由控制量计算出电磁开闭阀门9在每单位时间(诸如一定周期(比如说3秒等))内的CO2气体供给时间和停止时间。
而且，CO2气体控制装置11可以依据通过所述PID控制计算出的CO2气体供给时间和停止时间，对作为CO2气体供给机构的电磁开闭阀门9实施控制，进而对由CO2气体用高压储气瓶10供给至培养空间S处的CO2气体实施控制。在本实施例中，是使用检测出的CO2气体浓度与设定出的CO2气体浓度设定值间的偏差，进行比例、积分、微分等运算处理操作，进而计算出CO2气体的供给时间和停止时间的，然而除此以外，还可以仅通过依据所述偏差实施比例运算，或是仅实施比例和积分运算的方式，计算出CO2气体的供给时间和停止时间。
下面通过上述的方案，对本发明的CO2培养器1的动作方式进行说明。首先，使用者操作控制面板12，对位于培养空间S处的CO2气体浓度实施设定。在这里，位于培养空间S内部处的一部分空气，可以通过泵5的动作吸入至测定用空气取样管4之内，进而取样排出至CO2气体浓度传感器6之内。随后，实施测定所使用过的这些空气，可通过测定用空气返回管7返回至培养空间S处。
在这时，CO2气体浓度传感器6利用红外线对4.3微米(μm)的波长处的光吸收度实施测定，并计算出CO2气体浓度。CO2气体控制装置11依据所述计算出的CO2气体浓度，和按照如上所述方式设定的CO2气体浓度设定值，实施如上所述的PID运算处理。而且，依据该PID运算处理计算出每单位时间内的CO2气体的供给时间和停止时间，并且依据该供给时间和停止时间对电磁开闭阀门9实施控制。随后，通过CO2气体供给管8由CO2气体用高压储气瓶10处向培养空间S供给入CO2气体。在所述的3秒时间内的(供给时间+停止时间)，如果供给时间的比例比较高则增加CO2的供给量，如果比较低则降低其供给量，从而可以按照对每3秒实施运算的方式，进行精细的控制。
如果采用这种方式，可以在对CO2气体浓度实施控制的过程中，预先避免CO2气体的过量和不足现象出现，从而可以对位于培养空间S内部处的CO2气体浓度实施高精度的控制。因此，即使对于由于所述门型部件实施开闭等操作，而使培养空间S内部处的CO2气体浓度产生显著变化的场合，仍可以按照与变化后的培养空间S处的CO2气体浓度相对应的方式，迅速向培养空间S处供给CO2气体，从而可以提供出一种稳定的培养空间S。
特别是在本实施例中，对培养空间S内部处的CO2气体浓度实施检测用的CO2气体浓度传感器6，采用的是利用红外线实施检测的CO2传感器，所以可以更迅速且更准确地对位于培养空间S处的CO2气体浓度实施检测。
下面参考图2，对本发明的其他实施例进行说明。图2为表示通过空气流动方式给出的、作为本发明另一实施例的CO2培养器20的示意性组成图。标有与图1相同的标号的部件具有同样，或相同的技术效果。
如果举例来说，作为本实施例的CO2培养器20可以与上述实施例相类似，由在一面处形成有开口(图中未示出)的隔热性箱体形成的主体22构成。在该主体22的内部处(腔室内)还形成有间隔壁21，进而形成有由该间隔壁21分割开的培养空间S1和培养空间S2。而且，在主体22处还设置有可以通过自由开闭方式分别闭塞住各培养空间S1和培养空间S2的开口的、图中未示出的门型部件。
在一个方面，主体22与测定用空气取样管4A、4B相连接，以便和各培养空间S1和培养空间S2的内部对应连通，这两个测定用空气取样管4A、4B通过三通阀门23与测定用空气取样管4相连接。该测定用空气取样管4还与可以通过泵5对培养空间S1或培养空间S2内部的CO2气体浓度实施检测的、作为CO2气体浓度检测机构的CO2气体浓度传感器6相连接。而且，使用在本实施例中的CO2气体浓度传感器6为利用红外线的CO2传感器。这种CO2气体浓度传感器6还与如后所述的CO2气体控制装置25相连接。
在这种CO2气体浓度传感器6处连接着测定用空气返回管7，在该测定用空气返回管7上的另一端部处，还通过三通阀门24与分别和培养空间S1、培养空间S2连通着的测定用空气返回管7A、7B相连接。采用这种构成方式，可以通过对泵5实施驱动的方式，将从培养空间S1或培养空间S2有选择性地获取到测定用空气取样管4内部处的空气，通过CO2气体浓度传感器6和测定用空气返回管7返回传送至原来的培养空间S1或培养空间S2的内部处。
在另一方面，主体22还与分别CO2气体供给管8A、8B相连接，以便和培养空间S1和培养空间S2的内部连通，这两个CO2气体供给管8A、8B分别通过作为CO2气体供给机构的电磁开闭阀门9A、9B，与CO2气体用高压储气瓶10相连接。
在这里，对所述CO2气体控制装置25进行说明。所述CO2气体浓度传感器6和控制面板12，连接在这种CO2气体控制装置25的输入侧处，所述三通阀门23、24和所述电磁开闭阀门9A、9B连接在该CO2气体控制装置11的输出侧处。
控制面板12与上述实施例相类似，是一种可以对培养空间S1和培养空间S2内部处的CO2气体浓度实施设定用的CO2气体浓度设定机构，如果举例来说，该控制面板12可以配置在主体2的前面处。而且在控制面板12处，还可以设置有对实际检测出的、位于培养空间S1和培养空间S2内部处的CO2气体浓度和设定的CO2气体浓度实施显示用的显示部12A、12B。
CO2气体控制装置25与如上所述的实施例中的CO2气体控制装置11相类似，可以在其内部处设置有PD运算处理部25A，从而可以利用对某一选择出的培养空间S1或培养空间S2内部处的气体中的CO2气体浓度实施检测的CO2气体浓度传感器6，以及作为CO2气体浓度设定机构的控制面板12，对作为CO2气体供给机构的电磁开闭阀门9A、9B实施控制。而且，PID运算处理部25A可以具有与上述实施例中的PID运算处理部11A相类似的构成形式。
下面通过上述的方案，对本发明的CO2培养器20的动作方式进行说明。首先，使用者操作控制面板12，对位于培养空间S1和/或培养空间S2处的CO2气体浓度实施设定。CO2气体浓度控制装置25可以选择培养空间S1或培养空间S2中的某一个，并且按照可以对所选择出的培养空间S1或培养空间S2中的空气实施取样的方式，打开三通阀门23和24，对另一个实施闭锁。
随后，位于所选择出的培养空间S1或培养空间S2内部处的一部分空气，可以通过泵5的动作而吸入至测定用空气取样管4之内，进而取样排至CO2气体浓度传感器6之内。然后，实施测定所使用过的这些空气，可以通过测定用空气返回管7返回至原来的培养空间S1或培养空间S2处。
此时，CO2气体浓度传感器6可以与上述实施例相类似，通过红外线对4.3微米(μm)的波长处的光吸收度实施测定，并计算出CO2气体浓度。CO2气体控制装置25依据计算出的CO2气体浓度和预先设定的CO2气体浓度设定值，按照与上述实施例相类似的方式实施PID控制操作，由此计算出每单位时间内的CO2气体的供给时间和停止时间，并且依据该供给时间和停止时间，对与选择出的培养空间S1或培养空间S2相对应的电磁开闭阀门9A、9B实施控制。而且，通过CO2气体供给管8A、8B由CO2气体用高压储气瓶10处向培养空间S1或培养空间S2供给入CO2气体。
通过该方案，可以在对各培养空间S1和培养空间S2的CO2气体浓度实施控制的过程中，预先避免CO2气体的过量和不足现象出现，从而可以对位于培养空间S1和培养空间S2内部处的CO2气体浓度实施高精度的控制。因此，即使对于由于所述门型部件实施开闭等操作，而使培养空间S1和培养空间S2内部处的CO2气体浓度产生显著变化的场合，仍可以按照与位于变化后的培养空间S1和培养空间S2处的CO2气体浓度相对应的方式，迅速向培养空间S1和培养空间S2处供给CO2气体，从而可以提供出稳定的培养空间S1和培养空间S2。
而且，按照本实施例提供的方式形成有若干个培养空间的CO2培养器20，是使用共用的泵5、CO2气体浓度传感器6、CO2气体控制装置25，对各培养空间S1和培养空间S2内部处的CO2气体浓度实施控制的，所以可以在一台CO2培养器20中形成若干种类的培养空间。
特别是对于所述的场合，可以使用共用的CO2气体浓度传感器6和CO2气体控制装置25对CO2气体浓度实施控制，所以和采用若干台CO2培养器对各培养空间S1、培养空间S2处的CO2气体浓度实施控制的场合相比，还可以预先避免由于CO2气体浓度检测机构和控制机构间的误差所产生的、位于培养空间处的CO2气体浓度间的偏差。
使用在所述实施例中的控制面板12，还设置有对由各培养空间S1和培养空间S2检测出的CO2气体浓度实施显示用的显示部12A、12B，所以可以通过肉眼容易地对各培养空间S1和培养空间S2内部处的CO2气体浓度实施确认，从而可以进一步提高其使用方便性。
而且，使用在所述各实施例中的CO2培养器1、20，仅以对位于如上所述的培养空间S、S1、S2内部处的CO2气体浓度实施控制的场合为例进行说明的，然而本发明并不仅限于此，还可以用于诸如培养空间S、S1、S2内部处的温度控制和湿度控制等的、对实施细胞培养所需要的环境实施的各种控制操作。
发明效果
如果采用如上所述的本发明，可以使对收装在位于腔室内部的培养空间处的培养物实施培养用的CO2培养器，具有对培养空间内部处的CO2气体浓度实施检测的CO2气体浓度检测机构；对培养空间内部处的CO2气体浓度实施设定的CO2气体浓度设定机构；向培养空间内部处供给CO2气体用的CO2气体供给机构；以及对CO2气体供给机构实施控制用的控制机构；而且该控制机构基于CO2气体浓度检测机构和CO2气体浓度设定机构，依据培养空间内部处的CO2气体浓度与CO2气体浓度设定值间的偏差，实施比例运算、或比例和积分运算、或比例、积分和微分运算，计算出每单位时间内的向培养空间的CO2气体供给时间和停止时间，进而依据该计算出的供给时间和停止时间，由CO2气体供给机构向培养空间实施CO2气体的供给操作；所以可以预先避免CO2气体浓度的过量和不足现象出现，从而可以对CO2气体浓度实施高精度的控制。
通过该方案，即使对于由于门型部件实施开闭等操作，而使培养空间内部处的CO2气体浓度产生显著变化的场合，也可以按照与变化后的培养空间处的CO2气体浓度相对应的方式，迅速向培养空间处供给CO2气体，从而可以提供隐定的培养空间。
如果采用第2方面所述的发明，还可以在如第1方面所述的发明基础上，使CO2气体浓度检测机构由利用红外线的CO2传感器构成，所以可以更迅速且更准确地对培养空间处的CO2气体浓度实施检测。
如果采用第3方面所述的发明，还可以在如第1或第2方面所述的发明基础上，进一步设置有若干个培养空间；通过控制机构对某一培养空间内部处的气体实施选择，利用CO2气体浓度检测机构对所选择出的气体的CO2气体浓度实施检测，并且可以依据所检测出的CO2气体浓度，控制向各培养空间供给CO2气体的操作，从而可以对各培养空间处的CO2气体浓度实施相应的控制。
而且，由于CO2气体浓度检测机构和控制机构可以使用共用的组件，对各培养空间内部处的CO2气体浓度实施控制，所以和采用若干台CO2培养器对各培养空间处的CO2气体浓度实施控制的场合相比，还可以预先避免由于CO2气体浓度检测机构和控制机构间的误差所产生的、位于培养空间处的CO2气体浓度间的偏差。
如果采用第4方面所述的发明，还可以在如第3方面所述的发明基础上，进一步使控制机构可以对由各培养空间处检测出的CO2气体浓度实施显示，所以可以通过肉眼容易地对各培养空间内部处的CO2气体浓度实施确认，从而可以进一步提高其使用方便性。

Claims (4)

1.对收装在位于腔室内部的培养空间处的培养物实施培养用的CO2培养器，具有：
对所述培养空间内部处的CO2浓度实施检测的CO2气体浓度检测机构；
对所述培养空间内部处的CO2气体浓度实施设定的CO2气体浓度设定机构；
向所述培养空间内部处供给CO2气体用的CO2气体供给机构；
以及对所述CO2气体供给机构实施控制用的控制机构；
其特征在于所述控制机构根据所述CO2气体浓度检测机构和所述CO2气体浓度设定机构，依据所述培养空间内部处的CO2气体浓度与CO2气体浓度设定值间的偏差，实施比例运算、或比例和积分运算、或比例、积分和微分运算，计算出每单位时间内的向所述培养空间的CO2气体供给时间和停止时间，进而依据该计算出的供给时间和停止时间，由所述CO2气体供给机构向所述培养空间实施CO2气体的供给操作。
2.如权利要求1所述的CO2培养器，其特征在于所述CO2气体浓度检测机构由利用红外线的CO2传感器构成。
3.如权利要求1或2所述的CO2培养器，其特征在于设置有若干个培养空间；
所述控制机构对某一培养空间内部处的气体实施选择，利用所述CO2气体浓度检测机构对所选择出的气体的CO2气体浓度实施检测，并且依据该检测出的CO2气体浓度，控制向各培养空间供给CO2气体的操作。
4.如权利要求3所述的CO2培养器，其特征在于所述控制机构对由所述各培养空间处检测出的CO2气体浓度实施显示。
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