JP2003530600A - リアクター用インサイチュ顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、リアクター、特にバイオリアクターのためにインサイチュ顕微鏡デバイスに関し、このリアクターは、リアクターの内側において試料ゾーンのための入口を有するリアクタ接続ポート内のディップチューブおよび、ディップチューブ内に共軸に配置された顕微鏡外側チューブとを備え、この顕微鏡外側チューブは、内側端において、レンズカバーガラスとその反対側にあるスライドガラス体との間にある試料ゾーンの方に、レンズによって向けられており、そして試料ゾーンの画像を撮影するためのカメラと外側で接続されており、レンズカバーガラスおよびスライドガラス体は、試料ゾーンを開閉することができるようにするために互いに対し可動である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の予め特徴付ける節の特徴を有する、例えば、バイオリア
クターなどのリアクター用のインサイチュ顕微鏡装置に関する。

【０００２】 このようなインサイチュ顕微鏡装置を用いる場合、操作続行中（ｄｕｒｉｎｇ
ｏｎｇｏｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）に、リアクターの内側にある材料の試
料に関して検査を行うことができ、例えば、培地内の特定細胞の濃度をモニタリ
ングすることができる。リアクター用のインサイチュ顕微鏡の基本原理は、特許
明細書ＤＥ ４０ ３２ ００２ Ｃ２に記載されている。

【０００３】 請求項１の予め特徴付ける節の特徴を有するインサイチュ顕微鏡装置は、例え
ば、Ｄｒ．Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈ Ｂｉｔｔｎｅｒ Ｈａｎｏｖｅｒ，１９９４の
論文「Ｉｎ−ｓｉｔｕ−Ｍｉｋｒｏｓｋｏｐｉｅ ：Ｅｉｎ ｎｅｕｅｓ Ｖｅ
ｒｆａｈｒｅｎ ｚｕｒ Ｏｎｌｉｎｅ−Ｂｅｓｔｉｍｍｕｎｇ ｄｅｒ Ｂｉ
ｏｍａｓｓｅ ｂｅｉ Ｋｕｌｔｉｖｉｅｒｕｎｇｓｐｒｏｚｅｓｓｅｎ」［Ｉ
ｎ−ｓｉｔｕ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ： ａ ｎｅｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏ
ｒ ｏｎｌｉｎｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ ｉｎ
ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ］に記載されている。

【０００４】 生物工学プロセスのモニタリングおよび制御は、例えば、化学および製薬産業
において、近ごろ大きな重要性を得ている。この例として、ヒトタンパク質（例
えば、インターロイキン（ＩＬ−２）、組織プラスミノーゲンアクチベーター（
ｔ−ＰＡ）、またはアンチトロンビン（ＡＴ−ＩＩＩ））の合成があるが、有機
合成の助成によりこの合成物を調製することは、達成することがもっぱら困難で
ある可能性があり、その結果、哺乳類細胞の培養の助成によりこれらのタンパク
質を製造することが好ましい。微生物（ここでは特に酵母）は、食品産業の製品
（例えば、ビール、ワイン、チーズ、またはパン）の製造にも用いられている。
さらなる製品または医薬品が、他の生体の培養によって製造されている。インサ
イチュ顕微鏡の場合では、そのようなプロセスをモニタリングおよび制御するた
めに、顕微鏡プローブがファーメンター（ｆｅｒｍｅｎｔｅｒ：発酵タンク）（
リアクター）の接続ポートに挿入される。この顕微鏡プローブにより、画像を培
養貯蔵部（ｃｕｌｔｕｒｅ ｓｔｏｃｋ）で直接的に撮影することが可能になる
。撮影される顕微鏡画像は、インサイチュ顕微鏡に接続されたＣＣＤカメラによ
って撮影され、そしてデジタル化される。デジタル化された顕微鏡画像の評価は
、標準コンピュータでの画像処理プログラムの補助を用いて行われる。細胞の大
きさおよびバイオマス（ｂｉｏｍａｓｓ：生物量）、細胞の大きさの分布（ｃｅ
ｌｌ−ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）、細胞濃度、細胞形態、および細
胞活力（ｃｅｌｌ ｖｉｔａｌｉｔｙ）についての情報は、インサイチュ顕微鏡
により得られた画像データ素材およびそれに施された分析を用いて得ることがで
きる。操作続行中に、得られた、リアクターに配置された系の状態についての情
報に基づいて、処理パラメータが、系の所望の発達を達成するように影響を受け
制御されることができる。

【０００５】 酵母での培養プロセスの観察のためのインサイチュ顕微鏡は、上述したＢｉｔ
ｔｎｅｒによる論文に記載されている。この顕微鏡は、リアクター接続ポートに
挿入されるディップチューブを有する。リアクターの内側にあるディップチュー
ブの端部セクションには入口が設けられ、この入口を通って培養培地が自由に流
れることができる。顕微鏡外側チューブは、ディップチューブ内で同軸上に配置
され、内端にあるそのレンズによって、このレンズのカバーガラスと対向位置に
あるスライドガラス体との間に画定される試料ゾーンに向けられている。対向端
に接続される、顕微鏡外側チューブは、試料ゾーンの画像を撮影するカメラを有
する。試料ゾーンが開いている場合、レンズカバーガラスおよび対向位置にある
スライドガラス体は、互いからいくらか距離を置かれており、培養培地はリアク
ターの内側からこのスペースを介して、自由に流れることができる。画像を撮影
するために、スライドガラス体を包囲するシールリングがレンズカバーガラスに
あたるようになるまで、レンズカバーガラス上にスライドガラス体を移動させる
ことにより試料ゾーンを閉じ、それによってスライドガラス体とレンズカバーガ
ラスとの間に画定された容積を有する試料ゾーンを形成する。公知の装置では、
試料ゾーンは、試料ゾーンの下にある照明ユニットによりスライドガラス体をレ
ンズに対し引くことによって閉じられる。この動きは、顕微鏡外側チューブと並
んだディップチューブの長手方向に走行し、かつ一端で照明ユニットのスライド
ガラス体に接続され、そして他端でディップチューブの外側の駆動装置に接続さ
れるプルロッド（ｐｕｌｌ ｒｏｄ：引棒）を介して達成される。さらにワイプ
装置を設け、このワイプ装置により、必要であれば、レンズカバーガラスが、ふ
き取ることにより清浄されることを意図する。培養が進行中である間、ガラスが
急速に汚れ、他の洗浄方法を全く行うことができないときに、このようなワイプ
装置が必要となり、そして培養プロセスを停止した後であっても、相当な労力を
はらい、そして顕微鏡がリアクターから完全に取り外された場合にのみ行うこと
ができる。このワイパは、機械力伝達手段を介して外部の駆動装置によっても駆
動される。

【０００６】 既知のインサイチュ顕微鏡装置は、種々の点において不都合である。例えば、
顕微鏡チューブと並んだ機械力伝達手段は、この機械力伝達手段が顕微鏡チュー
ブにとって利用可能なスペースを制限するので、ディップチューブを介して誘導
されなければならないという点が不都合である。さらに、このような機械力伝達
手段は、設計の点で高価であり、かつ事故が起こりやすい。

【０００７】 しかしながら、既知のインサイチュ顕微鏡装置の主要な欠点は、リアクターが
、ディップチューブを取り外すことによってまたは顕微鏡を取り出すことによっ
て開かれるのであれば、培養が汚染されるため、培養が進行中の間、顕微鏡にア
クセス可能ではないという点である。さらに、顕微鏡が横向きに設置されるので
あれば、リアクターを最初に空にしておかねばならないであろうし、このことは
、実用的な使用にとっては問題外である。

【０００８】 顕微鏡の取り外しが可能なことは、操作中の間の洗浄目的のためだけでなく、
作動する前の、１２０°Ｃ以上の温度を用いるようなリアクターシステムの殺菌
／オートクレーブ滅菌のためにも重要である。

【０００９】 インサイチュ顕微鏡の産業規模での用途の場合、剛性であり（ｒｏｂｕｓｔ）
、可撓性であり、かつ操作が容易な顕微鏡装置が必要とされる。

【００１０】 したがって、本発明の目的は、培養プロセスを阻害せねばならないことがなく
、あるいは汚染によりインサイチュ顕微鏡装置の感知部を危険にさらさねばなら
ないことがない、その感知部にいつでもアクセス可能である、インサイチュ顕微
鏡装置を作成することである。

【００１１】 予め特徴付ける節とともに請求項１を特徴付ける特徴は、この目的を達成する
よう機能する。本発明の有利な形態（ｖｅｒｓｉｏｎ）は、従属の請求項の中に
挙げられている。

【００１２】 本発明にしたがって、ディップチューブが、リアクター接続ポートの軸方向に
可動に誘導され、シール可能な開口を有するリンスチャンバがそのディップチュ
ーブに対し外側に接続され、この開口を通して洗浄剤を供給することができる。
このディップチューブは、該ディップチューブの入口がリンスチャンバと連通す
るまで、接続ポートに引き戻すことができる。ディップチューブがリンスチャン
バに引き戻される際にリンスチャンバから完全にシールされたリアクターの内部
スペースを保つために、シール手段がディップチューブに設けられる。このよう
にして、洗浄剤をリンスチャンバに供給することによってディップチューブをリ
ンスチャンバに引き戻した際に試料ゾーンを洗浄することができる。汚染の危険
性なく、培養が進行中に試料ゾーンもまた洗浄することができるように、リアク
ターの内部スペースは、リンスチャンバの内側から完全にシールされたままの状
態である。

【００１３】 さらに、顕微鏡外側チューブは、ディップチューブがリンスチャンバに引き戻
された際に、取り出すことができる。したがって、ディップチューブの内側に配
置される顕微鏡装置の全ての部品を取り除くことができ、そして必要であれば、
リアクターの内側に対する滅菌バリヤーを突破されることなく、交換されるか、
あるいは修繕することができる。それによって、顕微鏡の設計および取付け（ｆ
ｉｔｔｉｎｇ：フィッティング）、メンテナンス作業などの変更も、リアクター
内での培養進行が阻害されねばならないことなく、あるいは汚染の危険性なしに
、リアクターの操作続行中に行うことができる。それによって、操作続行中の処
理、作業信頼性、および可変性を、顕微鏡の構成部品を交換することにより圧倒
的に改善することができ、その結果、このインサイチュ顕微鏡装置は、その可撓
性および剛性ゆえに産業の用途に特によく適している。

【００１４】 有利な形態では、リアクターの内側に向いたディップチューブの端部には、ス
ライドガラス体を担持し、該スライドガラス体を介して試料ゾーンを照明するた
めに光源を有する照明ユニットが収容されている。

【００１５】 有利な形態では、顕微鏡外側チューブは、その一部が顕微鏡ハウジングチュー
ブに収容され、顕微鏡ハウジングチューブは、試料材料のための入口以外、リア
クターの内側に向いた端で閉じられ、かつ後部から試料ゾーンを取り囲んでおり
、そしてここで、照明ユニットは、顕微鏡ハウジングチューブの内側にある端部
に配置される。顕微鏡外側チューブは、有利には、顕微鏡ハウジングチューブの
軸方向に可動的に収容され、そして顕微鏡外側チューブの外側にある端部上で作
動する駆動装置が設けられる。顕微鏡外側チューブは、駆動装置により顕微鏡ハ
ウジングチューブに相対して移動することができ、したがって、この駆動装置に
よって制御される顕微鏡外側チューブを前方に押すことおよび引き戻すことによ
って、顕微鏡外側チューブにあるレンズカバーガラスと照明ユニットのスライド
ガラス体との間の試料ゾーンの開閉ができるようになる。代替的に、照明ユニッ
トを動かすことによって試料ゾーンを開閉することができるようにするために、
顕微鏡ハウジングチューブの内端に、顕微鏡ハウジングチューブの軸方向に可動
に収容された照明ユニットに作動する駆動装置を設けることができる。特に有利
には、ステップモータまたは調整直流モータを駆動装置として用い、それによっ
て、試料ゾーンの非常に詳細な設定を達成することができる。

【００１６】 代替的な形態では、照明ユニットおよび顕微鏡外側チューブは、共通の顕微鏡
ハウジングチューブ内に上記のようには収容されない２つの別個のユニットを形
成し、照明ユニットは、ディップチューブの内端に配置され、顕微鏡外側チュー
ブは、ディップチューブ内で軸方向にまっすぐ可動に収容され、したがって、上
記の形態における顕微鏡ハウジングチューブは不要となる。さらに、制御された
方法でディップチューブに相対して顕微鏡外側チューブを移動させるようにする
ために、したがって、顕微鏡外側チューブを前方に押し、引き戻すことによって
、顕微鏡外側チューブにあるレンズカバーガラスと照明ユニットのスライドガラ
ス体との間で試料ゾーンを開閉できるようにするために、リアクターの外側にあ
る、顕微鏡外側チューブの端部で作動する駆動装置が設けられる。

【００１７】 すべての形態では、制御された方法で、長手方向に顕微鏡チューブを移動させ
ることができるようにするために、したがって、焦点合わせのために試料ゾーン
に相対して顕微鏡チューブに対してレンズを設定することができるようにするた
めに、顕微鏡チューブを顕微鏡外側チューブ内に可動に収容すること、および駆
動手段を設けることができる。

【００１８】 先に記載された形態の場合、駆動伝達はディップチューブを介して誘導される
必要がないので、可能な限り、ディップチューブにおいて利用可能な横断面を利
用することができる。さらに、間に試料ゾーンを形成する、互いに相対したスラ
イドガラス体およびレンズカバーガラスの位置を、駆動装置によって制御された
方法で非常に正確に設定することができる。

【００１９】 駆動伝達をディップチューブを介して誘導する必要がないので、ディップチュ
ーブの断面積を十分に利用できるという事実は、中に顕微鏡外側チューブが導入
される、比較的小さな内径を有するディップチューブもまた、使用され得ること
を意味する。このようにして、用いられるプローブの外径が制限されている、従
来の規格化された交換可能なプローブシステムのディップチューブもまた用いる
こともできる。

【００２０】 ディップチューブがリンスチャンバに引き戻される場合、洗浄剤（例えば過熱
蒸気）を、リンスチャンバのシール可能な開口を通って供給することができ、こ
のようにして、洗浄剤がディップチューブの入口を介して試料ゾーンに入り、試
料ゾーンを洗浄するようになっている。ディップチューブの入口がリンスチャン
バと連通するまで、ディップチューブを引き戻す（ｐｕｌｌ ｂａｃｋ）場合、
リアクターの内側が完全にシールされ（ｓｅａｌｅｄ ｏｆｆ）、ディップチュ
ーブの入口がリンスチャンバの内側にあるため、リアクターの内側ともはや連通
しない。この状況では、顕微鏡外側チューブまたは顕微鏡ハウジングチューブを
ディップチューブから取り出すことができる。そのため、顕微鏡のすべての基本
部品は、アクセス可能となり、修繕されるか、または構成部品を交換することに
よって変更することができる。例えば試料ゾーンの別の幾何学的画定を得るよう
にするためにスライドガラス体を交換するという理由で、構成部品を交換するこ
とによって顕微鏡の特性を変えるという直前に述べた実現可能性が、試料ゾーン
に適用されることもできる。

【００２１】 互いに相対して顕微鏡外側チューブまたは照明ユニットを移動することにより
試料ゾーンを設定するために駆動装置が設けられる場合、試料ゾーンの正確な画
定は、このような精密に制御可能な駆動装置により実現可能である。モータ制御
により、試料ゾーンの可変構造（すなわち、試料ゾーンの高さ）が可変アプロー
チ法により選択されることが可能になる。試料ゾーンの可変構造の補足的または
代替的なオプションを、以下に記載するスライドガラス体の特定の形態によって
提供する。

【００２２】 これに関して、スライドガラス体が、平坦な外部領域（ａ ｌｅｖｅｌ ｅｘ
ｔｅｒｎａｌ ａｒｅａ）を備えたサファイアガラスプレートを有することが特
に好ましく、このプレートの周縁上には、所定の厚さを有する環状リムが形成さ
れており、この環状リムは、試料ゾーンを閉じるためにスライドガラス体が環状
リムにあたるまでレンズカバーガラスがスライドガラス体に対し移動させられる
場合に、スペーサとして機能する。種々の厚さを有する環状リムを備えたスライ
ドガラス体を準備完了状態に保つことにより、試料ゾーンの高さを、選択された
スライドガラス体を用いることによって変えることができる。環状リムは、例え
ば、サファイアガラスプレートに凹部を有する形に研磨することによって形成さ
れるか、または環状材料層を加えることによって生成され得る。

【００２３】 環状スペーサの代わりに、複数の別個のスペーサ体、例えば、両側で開いてい
る溝形状凹部を間に形成する２つの長方形スペーサも、サファイアガラスプレー
ト上に形成することができる。複数の別個のスペーサを、スライドガラス体上の
互いに一定の距離を置かれたところに設ける形態では、細胞が試料ゾーン中を連
続的に流れることができるようにするために、試料ゾーンが周囲培地の反対側で
開いており、それゆえ、顕微鏡により記録された画像が連続的に変化する。した
がって、高い測定周波数が画像シーケンスの撮影により達成され得るが、これは
、試料ゾーンを各画像について開閉する必要がなく、むしろ、試料ゾーン内の培
地の完全な交換が、ある所定の間隔でのみ試料ゾーンを開くことによって達成さ
れるべきものであるからである。試料ゾーンのこの形態は、試料を試料ゾーン内
で固定に保つようにすることに限り機能する、全ての側面で閉じられた試料ゾー
ンとは著しく異なっている。これとは反対であるのが、ここで提案された変形形
態での場合である。照明のために高い光強度のＬＥＤを使用する場合、カメラの
露光時間は、細胞が動いていても鮮明に表現されるように短くすることができる
。

【００２４】 本発明によるインサイチュ顕微鏡装置は、有限レンズまたは無限レンズを用い
て操作することができる。

【００２５】 さらに、既述した、光透過明視野顕微鏡法の操作方法のほかに、インサイチュ
顕微鏡装置は、直接光の暗視野顕微鏡法または直接光の明視野顕微鏡法のために
試料ゾーンの下で照明ユニットを使用することもできる。

【００２６】 本発明を、図面の実施形態を参照して以下において説明する。

【００２７】 図１および図２の断面で概略的に示されたインサイチュ顕微鏡装置の形態は、
リアクターの壁（図示せず）に固定して接続されているリアクター接続ポート６
内に挿入されるディップチューブ２を有する。図２では、図を簡潔にするために
、リアクター接続ポート６が背にしているリンスチャンバ７は図示していない。
図１の上図に示した位置では、リアクターの内側の培地がインサイチュ顕微鏡装
置の試料ゾーン中を、入口４を介して流れることができるようにするために、入
口４を有するディップチューブ２がリアクターの内側にある。リアクター接続ポ
ート６に対し外側に、シールを有するその外端がディップチューブ２の外面に架
かっているリンスチャンバ７が接続されている。ディップチューブ２は、図１の
下図に示すように、入口４がリンスチャンバ７と連通するまで、リアクター接続
ポート６を介して引き戻すことができる。この位置では、リアクター接続ポート
の内壁にあたっている、円周の外周に及んでいるシール９は、リアクターの内側
を完全にシールして、ディップチューブの入口４とリアクターの内側との間にも
はや接続がないようにする。洗浄剤、例えば過熱蒸気を、試料ゾーンを洗浄する
ためにリンスチャンバ７のシール可能開口８を介して供給することができる。

【００２８】 顕微鏡ハウジングチューブ２０は、ディップチューブ内で可動に収容される。
図１の下図に示した位置では、顕微鏡ハウジングチューブは、ディップチューブ
から取り外され、その結果、中に配置された顕微鏡のすべての部品を、構成部品
のメンテナンスあるいは交換のために取り扱うことができる。同時に、リアクタ
ーの内側は、接続ポート６内のディップチューブ２によって完全にシールされ、
その結果、リアクターの内側は汚染されることがなく、培養プロセスを続行する
ことができる。

【００２９】 図２に示すように、顕微鏡ハウジングチューブ２０内には、中に可動に収容さ
れる顕微鏡外側チューブ１０が配置される。顕微鏡ハウジングチューブ２０はま
た、ディップチューブの入口４と連通する入口を有し、その結果、リアクターの
内側にある培地が試料ゾーン１２中を流れることができる。

【００３０】 リアクターの外側には、顕微鏡ハウジングチューブ２０に相対して顕微鏡外側
チューブ１０を移動させるために、顕微鏡ハウジングチューブ２０と顕微鏡外側
チューブ１０との間に駆動を与える駆動装置３０（例えばステップモータ）が設
けられる。顕微鏡外側チューブ１０の可動性により、この形態では、試料ゾーン
の開閉に用いられる移動が実現され、試料ゾーンは、作動中にディップチューブ
の下方セクションに固定されて配置されるスライドガラス体と、可動な顕微鏡外
側チューブ１０の端部に配置されたレンズカバーガラスとの間に規定される。試
料ゾーンを開閉するように顕微鏡外側チューブ１０を移動させるために、顕微鏡
外側チューブ１０の可動ハウジング、および駆動装置３０の備えにより、顕微鏡
ハウジングチューブ２０の断面積が顕微鏡外側チューブ１０に対し十分に利用さ
れ得るが、これは、試料ゾーンの前部セクションへのいかなる機械的な駆動伝達
も必要とされないからである。

【００３１】 駆動装置３０は、顕微鏡ハウジングチューブ２０および顕微鏡外側チューブ１
０を互いに相対して移動させるようにするために、一方の側で顕微鏡ハウジング
チューブ２０のプッシャに係合し、他方の側で顕微鏡外側チューブ１０のプッシ
ャに係合する。試料ゾーンの大きさ、すなわち照明ユニットにあるスライドガラ
ス体と顕微鏡外側チューブ１０にあるレンズカバーガラスとの間の距離は、顕微
鏡ハウジングチューブ２０に相対した顕微鏡外側チューブ１０の位置によって規
定される。

【００３２】 駆動装置３０として、特定の状況での個々の要件に対し可変性が高い試料ゾー
ンを正確に適合させることができる可能性を広げるステップモータが用いられる
ことが好ましい。しかしながら、原理上、任意の駆動手段が駆動装置３０として
可能であり、したがって、たとえば空気圧式駆動手段または圧電モジュールを駆
動装置３０として使用することもできる。モータ制御は、可変方法（すなわち、
可変アプローチ法を介して選択される試料ゾーンの高さによる）で、試料ゾーン
を設定することが可能である。可変試料ゾーンを実現するさらなる可能性は、図
４と関連して以下にさらに記載するように、レンズカバーガラスからの距離を規
定する選択されたスペーサをスライドガラス体に提供することから成り立つ。

【００３３】 顕微鏡外側チューブ１０は、外端で、試料ゾーンの顕微鏡画像を記録するカメ
ラ３１（たとえばＣＣＤカメラ）に接続される。

【００３４】 図１および図２に示した形態は、顕微鏡ハウジングチューブ２０を引き戻すこ
とにより、ディップチューブが図１の下図に示した位置に引き戻された場合に、
リアクターの内側の無菌状態に悪影響を及ぼすことなく、顕微鏡全体をディップ
チューブから１つのユニットとして取り外すことができるという利点を有するが
、これは、リアクターの内側が、ディップチューブの内端とシール９、９’によ
って完全にシールされた状態を保持され続けるからである。

【００３５】 試料ゾーン１２に向いている端部に光源、必要な場合にはレンズ、およびスラ
イドガラス体を有する照明ユニットが、試料ゾーン１２の下の顕微鏡ハウジング
チューブに配置される（図２）。

【００３６】 図３は、さらなる形態の部分断面図を示し、顕微鏡外側チューブ１０のレンズ
端が中に挿入された状態のディップチューブ２のみがここでは示されており、図
を簡潔にするためにリアクター接続ポートおよびリンスチャンバは省略されてい
る。この形態には、顕微鏡ハウジングチューブはない。その代わり、照明ユニッ
トおよび顕微鏡外側チューブ１０は、ディップチューブ２に直に収容されている
。照明ユニットは、リアクターの内側にあるディップチューブの端部に配置され
、ディップチューブの基部で磁石１８により取り外し可能に保持される。照明ユ
ニットは、可動に収容された接触体（ｃｏｎｎｅｃｔ ｂｏｄｙ）を中に有し、
この接触体は磁石１８上に置かれている。可動接触体は、照明ユニットの内側の
スイッチ１９と接触している。スイッチ１９は、電源（例えば、蓄電池）に接続
され、スイッチが作動（ｔｒｉｇｇｅｒ）された場合に、その電源を、光源、好
ましくは発光ダイオード（ＬＥＤ）に接続する。光源の上にコンデンサ１７があ
り、このコンデンサ１７の上にサファイアプレートとして設計されたスライドガ
ラス体１６がある。

【００３７】 試料ゾーン１２が閉じられている場合、顕微鏡外側チューブ１０は、レンズカ
バーガラス１４がスライドガラス体１６上に設けられた地点と接触するまで、駆
動装置によって照明ユニットに向かって移動させられる。それによって、照明ユ
ニットが概してディップチューブの基部に向かって押されることにより、可動接
触体がスイッチ１９上で作動し、試料ゾーン１２が閉じている場合に光源が作動
される。試料ゾーン１２が閉じている場合にのみ、光源がスイッチを入れられる
ので、電力消費は最小限である。試料ゾーン１２が開いている場合（これは、他
の場合では、レンズカバーガラス１４とスライドガラス体１６との間で作用する
接着力、およびレンズカバーガラス１４とスライドガラス体１６によって囲まれ
た液体膜に起因して起こる）、照明ユニットがそれ自体ではディップチューブ２
の基部から取り外れないようにするために、固定器具（たとえば磁石）によって
ディップチューブ２の基部に照明ユニットを固定することが重要である。照明ユ
ニットは、試料ゾーンに向いた端部に凹部を設けて、凹部がディップチューブ２
の断面を完全に満たすわけではないようにする。これらの凹部の結果、照明ユニ
ットは、特定のツール（たとえばトング）により把持され、ディップチューブ２
がリアクター接続ポートおよびリンスチャンバにおいて引き戻し位置にある場合
にはディップチューブ２から取り外されることができ、顕微鏡外側チューブ１０
は、ディップチューブ２から取り出される。

【００３８】 本発明の結果、進行する培養プロセス中に、ディップチューブをリアクター接
続ポートに引き戻し、顕微鏡の構成部品を取り外すことが可能であり、それよっ
て、特に、試料ゾーンが、構成部品（たとえばスライドガラス体）を交換するこ
とによって変えられ得る。

【００３９】 図３では、スライドガラス体１６は、単に、サファイアガラスプレートとして
概略的に示されている。レンズカバーガラス１４と、平坦な外面と、スライドガ
ラス体１６の表面との間に形成される正確に規定された試料ゾーンについて、こ
の試料ゾーンが閉じている場合、スライドガラス体１６は、その外面に、レンズ
カバーガラス１４にあたるようになるスペーサを設けることができ、その結果、
規定された厚みの中間層が形成される。

【００４０】 かかるスペーサを実現するために、たとえば、環状構造をプレート状スライド
ガラス体上に取り付けることができ、このリング体は、生体適合性材料から形成
されるものとし、圧縮性がないものとする。

【００４１】 図４では、かかるリング体は参照符号３２を有する。所定の厚みを有するこの
ようなリング体３２は、たとえば、サファイアガラスプレート３３上に材料を蒸
着させることによって形成され得る。リング体３２は、凹部を有する形に研磨す
ることによって形成されることもできる。さらに、リング体は、純度の高い鋼箔
またはプラスチック箔から切り抜かれ、ガラスプレート上に取り付けることもで
きる。原理上、サファイアガラスプレート３３上にサファイアを蒸着することに
よってリングを形成することも可能である。すべての場合において、所定の厚み
を有するリング体３２を形成することができ、その結果、リング体３２の厚みに
よってスペーサとして決定される所定の高さの試料ゾーンが規定される。それに
よって、試料ゾーンの任意の高さを予め定めることができ、この高さは、比較的
容易に、（リング体を交換することによって）あるいはスライドガラス体を完全
に交換することによって変更され得る。

【００４２】 凹部を有する形に研磨することによって外側リング体を製造する方法は、蒸着
法よりも経済的ではあるが、あまり精確ではない。さらに、凹部を有する形に研
磨する間、画像の撮影を妨げる可能性のあるスクラッチが生じ得る。典型的な場
合では、深さ４０μｍの凹部が形成される。

【００４３】 スペーサとして外側リング体を有する規定された試料ゾーンの場合では、レン
ズカバーガラスがすっかり被さる（ｂｒｏｕｇｈｔ ｕｐ）場合、試料ゾーンの
容積は、周囲培養培地から完全に閉め出されるが、これは、レンズカバーガラス
がリング体にあたり、周縁で閉じられるからである。このようにして、培地は、
試料ゾーン内で固定に保たれる。

【００４４】 試料ゾーンの別の形態では、試料ゾーンは、図４の下図に示したような複数の
別個のスペーサ３４または３５によって規定され得る。たとえば、間をスライド
ガラス体３３の表面の上の、端部で開いている溝状ゾーンを囲む、２つの直線ス
ペーサ（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ ｓｐａｃｅｒ）３４を設けることができる。
このようにして、レンズカバーガラスが直線スペーサ３４にあたるようになる場
合、開いた試料ゾーンが形成される。培養培地の細胞が、この開いた試料ゾーン
中を流れることができる。したがって、試料ゾーンの内容物（ｃｏｎｔｅｎｔ）
の組成は絶えず変化する。同じことが、サファイアガラスプレート３３上のリン
グの周縁に配置されるが複数の切れ目（ｂｒｅａｋｓ）のある複数のスペーサ３
５を有する形態にあてはまり、その結果、試料ゾーンは同様に、開いているよう
に設計される。

【００４５】 開いた試料ゾーン内で画像シーケンスを撮影することにより、より高い測定周
波数を実現することができ、この測定周波数は、急速に成長する生体を測定する
場合に有意なものであり得る。逐次、画像ごとに試料ゾーンが開閉される必要が
なく、むしろ、特定の長い期間の後にのみ試料ゾーンの開閉によって試料ゾーン
の内容物の完全な交換が行われるため、より高い測定周波数が実現可能である。
試料ゾーンのこの形態は、試料ゾーン内で細胞を固定に保つようにすることに限
り機能する、先に述べた試料ゾーンとは明らかに違っている。開いた試料ゾーン
の場合、これとは反対のことが達成され、これにより、封鎖（ｂｌｏｃｋａｇｅ
）あるいは堆積を回避し、かつ見本試料を保証するために、試料ゾーンを通る一
定の流れを維持することが可能となる。高い光強度の光源を使用する場合、ＣＣ
Ｄカメラの露光時間を、細胞が動いていても鮮明に表現される程度に短くするこ
とができる。

【００４６】 本発明のすべての形態では、その前端部にレンズを担持している顕微鏡チュー
ブは、顕微鏡外側チューブ１０内に可動に収容され得、その結果、顕微鏡チュー
ブは、駆動手段によって、顕微鏡外側チューブ１０上のレンズカバーガラス１４
に相対して移動かつ設定され得、それによって、焦点合わせを可能にするように
する。顕微鏡チューブは、図２において参照符号３６を有する。

【００４７】 上記した照明ユニットの場合、インサイチュ顕微鏡装置は、光透過明視野顕微
鏡法のために用いられる。代替的に、直接光暗視野顕微鏡法を容易にする照明を
提供することができる。かかる照明は、たとえば、外側光源のディップチューブ
の外側にあることによって実現され得、その光源からの光は、ライトガイドに結
合され、顕微鏡外側チューブ内でレンズの端に対し内側に誘導され、レンズを包
囲する取付リングを介して誘導される。ライトガイドの光放射端面は、放射され
た光がスライドガラス体上に傾斜して送られるように取付リングにおいて整列さ
れ、その結果、暗視野顕微鏡法の場合に必要であるように、直接光または反射光
ではなく、測定対象物により散乱された光のみがレンズに入射する。代替的に、
ライトガイドの光放射端面は、直接光の明視野照明法に必要であるように、現れ
る光が視野を均一に照明するように、その放射角度を設定され得る。さらに、単
色光源および遮断フィルタをカメラの前部に設けることによって、直接光でのエ
ピフロレッセンス（ｅｐｉ−ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）照明も達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、リアクター内の作動位置（上図）と、下方の図では顕微鏡ハウジング
チューブがディップチューブから取り外されている、リアクター接続ポート内の
ディップチューブの引き戻し位置（下図）でのインサイチュ顕微鏡装置の部分断
面図を示す。

【図２】 図２は、顕微鏡外側チューブが顕微鏡ハウジングチューブ内に配置されて示さ
れている、図１による形態の部分断面図を示す。

【図３】 図３は、照明ユニットの部分拡大図を含む、インサイチュ顕微鏡の代替形態の
断面図を示す。

【図４】 図４は、スライドガラス体の種々の形態を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ヨリス， クラウス ドイツ国 41061 モンヒェングラットバ ッハ， ビスマルクシュトラーセ 103 (72)発明者 シャパー， ヨルク ドイツ国 30449 ハノーファー， ドラ イクロイツェンシュトラーセ 13 Ｆターム(参考） 2H052 AC05 AC06 AC07 AC18 AC26 AC31 AC32 AC33 AD05 AD25 AD29 AD37 AE02 AE06 AF01

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リアクター用インサイチュ顕微鏡装置であって、リアクター
   接続ポートに挿入可能であり、試料ゾーンのために、リアクターの内側に向いた
   端部セクションに入口を有するディップチューブと、該ディップチューブ内に共
   軸に配置された顕微鏡外側チューブとを備え、該顕微鏡外側チューブは、該ディ
   ップチューブ内で、内端において、レンズカバーガラスとその反対側にあるスラ
   イドガラス体との間にある該試料ゾーンの方に、レンズによって向けられており
   、対向端において、該ディップチューブの外側にある、該試料ゾーンの画像を撮
   影するためのカメラが接続されており、該レンズカバーガラスと該スライドガラ
   ス体は、該試料ゾーンを開閉することができるようにするために互いに対し可動
   であり、 そこを通って洗浄剤を供給することができるシール可能な開口（８）を有する
   リンスチャンバ（７）が外側で該リアクター接続ポート（６）に接続され、該デ
   ィップチューブ（２）は、該リアクター接続ポート（６）内で軸方向に可動であ
   り、該試料ゾーンを洗浄することができるようにするために、該入口（４）が該
   リンスチャンバ（７）と連通するまで引き戻され得ることができ、シール手段（
   ９、９’）は、該ディップチューブが該リンスチャンバ（７）に引き戻される場
   合にリアクターの内部スペースを該リンスチャンバから完全にシールされた状態
   に保つようにするために、該ディップチューブに設けられることを特徴とする、
   リアクター用インサイチュ顕微鏡装置。
2. 【請求項２】 前記リアクターの内側に向いた前記ディップチューブの端部
   には、前記スライドガラス体を担持し、該スライドガラス体を介して前記試料ゾ
   ーンを照明するために光源を有する照明ユニットがあることを特徴とする、請求
   項１に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
3. 【請求項３】 前記ディップチューブ（２）内に、前記顕微鏡外側チューブ
   （１０）を収容する顕微鏡ハウジングチューブ（２０）が配置され、該顕微鏡ハ
   ウジングチューブ（２０）は、試料物質のための入口以外、前記リアクターの内
   側に向いた端部で閉じられ、後部から前記試料ゾーンを取り囲み、前記照明ユニ
   ットは、該顕微鏡ハウジングチューブ（２０）の内側にある端部に配置されるこ
   とを特徴とする、請求項２に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
4. 【請求項４】 前記顕微鏡外側チューブ（１０）は、前記顕微鏡ハウジング
   チューブ（２０）内で軸方向に可動に収容され、前記リアクターの外側にある、
   該顕微鏡外側チューブ（１０）の端部上で作動する駆動装置（３０）が設けられ
   て、該顕微鏡ハウジングチューブ（２０）に対して該顕微鏡外側チューブ（１０
   ）を移動させ、その結果、前記試料ゾーン（１２）は、該顕微鏡外側チューブ（
   １０）を前方に押すことおよび引き戻すことによって前記照明ユニットの前記レ
   ンズカバーガラス（１４）と前記スライドガラス体（１６）との間で開閉され得
   ることを特徴とする、請求項３に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
5. 【請求項５】 前記照明ユニットは、前記顕微鏡ハウジングチューブ（２０
   ）内で軸方向に可動に収容され、該照明ユニットの下に、該顕微鏡ハウジングチ
   ューブ（２０）内に駆動装置が設けられ、その結果、該照明ユニットを動かすこ
   とによって前記レンズカバーガラス（１４）と前記スライドガラス体（１６）と
   の間で前記試料ゾーン（１２）を開閉することができることを特徴とする、請求
   項３に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
6. 【請求項６】 前記照明ユニットは、個別ユニットとして、前記ディップチ
   ューブ（２）の基部に取り外し可能に取り付けられ、前記顕微鏡外側チューブ（
   １０）は、該ディップチューブ（２）内でまっすぐ軸方向に可動に収容され、該
   ディップチューブ（２）に対して該顕微鏡外側チューブ（１０）を移動させるよ
   うにするために、リアクターの外側にある、該顕微鏡外側チューブ（１０）の端
   部上で作動する駆動装置（３０）が設けられ、その結果、前記試料ゾーン（１２
   ）は、該顕微鏡外側チューブ（１０）を前方に押すことおよび引き戻すことによ
   って該照明ユニットの前記レンズカバーガラス（１４）と前記スライドガラス体
   （１６）との間で開閉され得ることを特徴とする、請求項２に記載のインサイチ
   ュ顕微鏡装置。
7. 【請求項７】 前記駆動装置（３０）は、ステップモータまたは調節された
   直流モータであることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のイン
   サイチュ顕微鏡装置。
8. 【請求項８】 前記照明ユニットを前記ディップチューブ（２）の基部に取
   り外し可能に保つ磁石を設けることを特徴とする、請求項６に記載のインサイチ
   ュ顕微鏡装置。
9. 【請求項９】 前記照明ユニットは、前記試料ゾーンを閉じた場合に、該照
   明ユニットの蓄電池との接続により光をつけるようにするために、該照明ユニッ
   トに対し前記顕微鏡外側チューブを移動させることにより作動されるように配置
   されるプッシュボタン（１９）を有することを特徴とする、請求項８に記載のイ
   ンサイチュ顕微鏡装置。
10. 【請求項１０】 前記照明ユニットは、前記スライドガラス体（１６）の端
    部では、前記ディップチューブ（２）の断面積を完全に満たすわけではなく、そ
    の結果、該照明ユニットは、該ディップチューブ（２）から該照明ユニットを取
    り外すようにするためにツールによって上から把持され得ることを特徴とする、
    請求項６〜９のいずれか一項に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
11. 【請求項１１】 顕微鏡チューブは、前記顕微鏡外側チューブ（１０）内に
    可動に収容され、駆動手段は、焦点を合わせるために前記試料ゾーンに相対して
    該顕微鏡チューブに対して前記レンズを設定できるように、制御された方法で長
    手方向に該顕微鏡チューブを移動させるために設けられることを特徴とする、請
    求項１〜１０のいずれか一項に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
12. 【請求項１２】 前記スライドガラス体（１６）は、所定の厚さを有する環
    状リム（３２）が周縁に形成される平坦な外面を備えたサファイアガラスプレー
    ト（３３）を有し、該環状リム（３２）は、前記試料ゾーンを閉じるようにする
    ために、該スライドガラス体（１６）が該環状リム（３２）にあたるまで前記レ
    ンズカバーガラス（１４）が該スライドガラス体（１６）に対して移動させられ
    る場合にスペーサとして機能することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか
    一項に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
13. 【請求項１３】 前記環状リムは、サファイアガラスプレートに凹部を有す
    る形に研磨することによって形成されることを特徴とする、請求項１２に記載の
    インサイチュ顕微鏡装置。
14. 【請求項１４】 前記環状リム（３２）は、環状材料層を適用することによ
    り形成されることを特徴とする、請求項１２に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
15. 【請求項１５】 前記スライドガラス体（１６）は、同じ所定の厚さを有す
    る複数のスペーサ（３４、３５）が形成される平坦な外部領域を備えたサファイ
    アガラスプレート（３３）を有し、該複数のスペーサは、前記試料ゾーンを閉じ
    るために、前記スライドガラス体（１６）が前記スペーサにあたるまで前記レン
    ズカバーガラス（１４）が該スライドガラス体（１６）に対して移動させられる
    場合にスペーサとして機能することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一
    項に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
16. 【請求項１６】 前記スライドガラス体（１６）は、両側で開いている溝状
    凹部を間に形成する２つのスペーサ（３４）を外面に有することを特徴とする、
    請求項１５に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
17. 【請求項１７】 前記照明ユニットは、光源として発光ダイオードを備える
    ことを特徴とする、請求項２〜１６のいずれか一項に記載のインサイチュ顕微鏡
    装置。
18. 【請求項１８】 直接光の暗視野顕微鏡法のための顕微鏡を操作するために
    、前記ディップチューブの外側に配置された外部光源ならびにライトガイドを設
    け、該ライトガイドは、直接光または反射光ではなく、前記試料ゾーン内の測定
    対象物により散乱された光のみがレンズに入射するようにして、現れる光を前記
    スライドガラス体の表面上に送るようにするために、該光源から光を受け取り、
    該光を、レンズを包囲し光放射端面が突出している取付リングに誘導するように
    配置されることを特徴とする、請求項１に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
19. 【請求項１９】 直接光の明視野顕微鏡法のための顕微鏡を操作するために
    、前記ディップチューブの外側に配置された外部光源ならびにライトガイドを設
    け、該ライトガイドは、前記光源から光を受け取り、該光を、レンズを包囲し光
    放射端面が突出している取付リングに誘導するように配置され、放射角度は、直
    接光の明視野照明法に必要なように、現れた光が視野を均一に照明するように選
    択されることを特徴とする、請求項１に記載のインサイチュ顕微鏡装置。
20. 【請求項２０】 直接光でエピフロレッセンス照明を可能にするために、単
    色光源が用いられ、ブロックフィルターが前記カメラの前部に配置されることを
    特徴とする、請求項１９に記載のインサイチュ顕微鏡装置。