JP2006122019A - 培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】培養装置における培養室のコンタミネーションの予測・検知を行い、培養作業の安全性の確保と信頼性の向上ならびに作業の効率化をはかること。
【解決手段】培養室２内にカビ・浮遊菌検知手段１４と制御手段１５と、出力部として表示・警報手段１６を備え、カビ・浮遊菌検知手段１４によりカビや浮遊菌を検知した場合、速やかに表示・警報手段により研究者へ異常を伝達することができるのでコンタミネーションの予防ができる培養装置が提供できるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、庫内の温度・湿度・雰囲気ならびに培養液のＰＨを一定に保つ等して培養環境を制御し、細菌、細胞等を培養する培養装置に関するものである。

近年のバイオ、再生医療関連の分野の発達に伴い、培養装置を使用して細胞を培養する作業が増加傾向にある。一般に、細胞の培養を促進するためには、それぞれの細胞に適した培養空間を整備する必要があり、培養空間内の温度制御、湿度制御、雰囲気制御を行なう培養装置が開発されている。

特に、培養条件としてＣＯ_２（炭酸ガス・二酸化炭素）ガス濃度の厳格な濃度条件を要求する細胞培養を行なう場合には、温度制御及び湿度制御に加えて、培養空間内のＣＯ_２ガス濃度を制御するものとしてＣＯ_２インキュベータが用いられている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開平９−２３８７７号公報 特開２００４−１１３１５３号公報

しかしながら、従来の培養装置は、自動または手動により扉が開閉されると、それに伴う扉周辺の空気の乱れから乱流が生じ、これによって培養装置の庫内と外気が接し、混合してその一部が前記培養装置の庫内に触れるものであった。したがって、前記混合空気の庫内への接触により、細菌や微生物、ウィルス、カビなどの庫内への侵入が考えられ、もし、侵入した場合、培養空間にコンタミネーションが発生し、培養空間の安全性が低下して細胞の培養に悪影響を及ぼすという問題がある。

これに対し、従来の培養装置では、コンタミネーション防止として、ＨＥＰＡフィルタによる除去、ＵＶランプなどによる殺菌、もしくは、環境内部材の特殊素材の利用などで対応している。

しかし、前記コンタミネーションが起きた場合には、それを研究者が視覚的に検知するまでは検知、通報の手段は無く、従来の培養装置においては、コンタミネーションの予防、予知、早期発見に対して、問題があった。

特に、培養空間内にカビが発生した場合は、エタノールなどで消毒、殺菌したとしても培養空間の全てを完全に殺菌することは困難で、動物細胞、特に再生医療などで用いられるヒト細胞・組織の培養に対して、その安全性が著しく低下し、場合によっては、製品を処分し、買い替える場合もある。

そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、培養空間にカビもしくは浮遊菌の有無、もしくは個数（量）を検知し、検知すれば直ちに制御手段に伝達して、制御手段により演算した後、研究者への通知が必要と判断した場合、表示、警報することによって研究者へ迅速にコンタミネーションの発生もしくは可能性を伝達し、コンタミネーションに対しての早期安全対応が図れる信頼性の高い培養装置を提供するものである。

上記従来の課題を解決するために本発明の培養装置は、培養空間内にカビの胞子、カビ、浮遊菌などの有無もしくは、個数（量）を把握できるようにし、その把握結果に基づいて制御手段で演算・記憶・処理を行い、その結果に応じて信号を出力し、研究者へ表示もしくは警報するものである。

これにより、培養空間内のコンタミネーションの原因因子を目視なしで常時、あるいは定期的に、もしくは任意に把握することが可能となり、コンタミネーションを防止できるより安全かつ信頼性の高い培養空間、培養装置が得られる。

本発明の培養装置は、培養空間のコンタミネーションの原因となるカビやカビの胞子、浮遊菌などを検知し、表示、警報する手段を備えたことにより、より信頼性の高い培養空間を備えた培養装置を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、培養室内を所定の培養環境に制御する制御装置を備えた培養装置において、前記制御装置を、前記培養室内のカビもしくは浮遊菌の有無もしくは量を検知する検知手段と、前記検知手段の検出結果出力により作動する作動手段より構成したものである。

かかる構成とすることにより、培養空間におけるコンタミネーションの原因となるカビやカビの胞子、浮遊菌の存在、あるいは繁殖の広がる可能性を事前に検知でき、そして、その培養空間の状態を表示もしくは警報手段により研究者へ報知することにより、コンタミネーション防止機能が向上し、培養環境に対してより高い信頼性を備えた培養装置を提供できる。

請求項２に記載の発明は、前記作動手段を、培養装置の運転を制御する運転制御手段としたものである。

これにより、検出結果によっては、即時培養装置の運転を停止して研究者へ報知し、あるいは、付属の滅菌装置を作動させるなどして、繁殖に伴う被害を最小限に止めることができる。

請求項３に記載の発明は、前記作動手段を、視覚、聴覚あるいは嗅覚の少なくとも一つで確認できる報知機能を備えた表示・警報手段としたものである。

かかる構成とすることにより、周辺の環境に応じた報知が可能となり、例えば暗室であれば光あるいは匂い、さらには音での報知が可能で、騒音の激しい煩雑な環境下では匂いで報知が可能である等、対応範囲が拡大するものである。

請求項４に記載の発明は、前記表示・警報手段を、ブザー等の音波発生手段、あるいは数値や文字・記号、色等が表現できる表示手段、さらに刺激臭を発生する匂い発生手段の少なくとも一つ、もしくはそれらのいくつかの組合せ手段としたものである。

かかる構成によっても、周辺の環境に応じた報知が可能となり、また、音波発生手段、表示手段、さらに匂い発生手段のいずれかの、もしくは全ての組合せで報知することにより、その報知効果は、一層期待できる。

請求項５に記載の発明は、前記表示・警報手段に、有線通信、あるいは無線通信を用いて培養装置から離れた端末機器部へ報知信号を出力する報知信号出力手段を設けたものである。

これにより、離れた個所においても、培養装置の危機状況が端末機器で表示、報知でき、研究者が離れた位置、あるいは遠隔地での作業状態であっても、培養装置の危機状況が確認できる。また、前記端末機器が記録機能を備えていれば、検出データを記録することができ、以降の培養作業に反映できる。

請求項６に記載の発明は、前記運転制御手段の制御信号を入力として、培養装置の運転状態を表示する表示手段へ出力する出力手段を設けたもので、培養装置の運転状況（例えば、運転中、緊急停止、あるいは付属機器の作動有無等）を表示することにより、制御装置とリンクした培養装置の状態を知ることができる。

請求項７に記載の発明は、前記制御装置に、前記培養室内へ炭酸ガスや窒素ガス等の気体を供給する供給手段を設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記炭酸ガス・窒素ガス・酸素ガスなどを供給および必要に応じてこれらを調節・制御することができ、再生医療などで取り扱われているヒト細胞や動物細胞等のように、より高い精度でコンタミネーションを防止する必要がある培養に対して、庫内環境を監視しているため、より安全な培養ができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における培養装置の概略構成断面図を示すものである。図２は、同実施の形態における培養装置の制御ブロック図である。

図１および図２において、培養装置１の培養室２は、箱体３とドア４に囲われた空間であり、前記箱体３は、外箱５と内箱６で構成されている。また、前記箱体３の開口縁もしくはドア４の内面には、前記培養室２の気密性を確保するためのパッキン４ａ、および前記ドア４の開閉を検出するドア開閉検知手段１７が設けられている。さらに、前記外箱５と内箱６との間には、断熱材５ａおよび後述する冷却手段１９、加熱手段２０等が配置されている。また、前記培養室２には、細胞を培養するためのシャーレ等の容器２９を載せるトレイ７、および、培養環境の乾燥を防止するために培養室２の底面に滅菌水を入れた水盤８、さらに、前記培養室２内の環境を均一化するために、培養室２内の空気を攪拌するファン（送風手段）９がそれぞれ配置されている。前記冷却手段１９あるいは加熱手段２０は、前記ファン９により形成される風回路内に配置されることが好ましい。

また、前記培養装置１の外部には、再生医療・体外受精などの分野で使われるヒト細胞や動物細胞などの培養を行なう場合に、前記培養室２内へ充填する二酸化炭素や酸素、窒素等を封入したガスボンベ１０が配置され、このガスボンベ１０は、配管１０ａを介して前記培養室２内と連通している。そして、前記配管１０ａには、ガスの供給制御、および前記培養室２内におけるガス濃度を調整・制御するための圧力調整用のレギュレータ（図示せず）および電磁弁１３が設けられている。

前記培養室２内の環境制御は、培養室２内にあるガス濃度検知手段１２により、培養室２内のガス濃度を検出し、その濃度低下が検出されると電磁弁１３を開閉制御し、前記培養室２の空質環境を調整する。また、前記培養室２内には、その室内の温度を検出するサーミスタ等の温度検出手段１１が設けられており、この温度検知手段１１の検出温度により、ヒータなどの加熱手段２０やペルチェ効果を利用した冷却手段１９等を制御して培養室２内の温度環境を調節する。このように、培養室２全体として培養目的にあった最適な環境を作り出している。前記加熱手段２０および冷却手段１９は、いずれも周知の構成でよいため、詳細な説明は省略する。

さらに、前記培養室２内には、カビ・浮遊菌検知手段１４が設けられており、前述のコンタミネーションの原因となるカビ・カビの胞子や浮遊菌の有無を検知する。

前記ガス濃度検知手段１２、温度検出手段１１、カビ・浮遊菌検知手段１４は、ファン９により形成される気流と触れる位置に配置され、検出もれが少なくなるよう配慮している。

また、前記培養装置１には、前記ガス濃度検知手段１２、温度検出手段１１、カビ・浮遊菌検知手段１４からの信号を入力信号とする制御手段１５が設けられており、この制御手段１５は、マイクロコンピュータを含む回路構成であり、この制御手段１５によって前記各検出手段からの信号を演算、記憶し、出力処理を行なう。また、前記制御手段１５からの出力部として、表示・警報手段１６が前記ドア４の前面設けられている。これにより、前記制御手段１５の処理内容が表示され、結果として、前記培養室２内の環境の変化を近くにいる研究者に知らせることができる。

さらに、前記表示・警報手段１６は、前記制御手段１５と回路的に繋がった音波発生手段２１、表示手段２２、匂い発生手段２３および該表示・警報手段１６の動作信号を無線出力する報知出力手段２４を具備している。前記報知出力手段２４の無線出力は、離れた位置にある端末機器２５が受信し、この端末機器２５で前記報知出力手段２４の内容が表示され、前記培養装置１の状況が把握できる。この把握内容は、必要に応じてメモリに記憶させ、データとして継続記録・表示させる機能を付加させても良い。

また、前記制御手段１５には、前記培養装置１の運転を制御する運転制御手段２６が接続されており、この運転制御手段２６は、運転内容を表示する運転表示手段２７と、前記ファン９、あるいは滅菌手段３０等の運転を制御する出力手段２８にそれぞれ前記制御手段１５からの信号に基づく制御内容の信号を出力する。これら運転制御手段２６、運転表示手段２７、出力手段２８の信号伝達手段は、有線、無線いずれでもよい。そして、前記運転表示手段２７は、前記ドア４の前面に設けられ、前記運転制御手段２６からの信号内容に基づく運転内容を表示する。また、前記出力手段２８は、前記運転制御手段２６からの信号内容に基づき、ファン９等の各電装機器の運転を制御し、制御手段１５による運転停止信号を前記運転制御手段２６を介して入力した場合は、培養装置１の運転を停止する。

さらに、前記冷却手段１９には、ペルチェ冷却手段等の周知のシステムが用いられ、また、前記加熱手段２０には、ヒータ等の周知のシステムが用いられている。そして、これらは、前記培養室２内の温度を検出する温度検知手段１１からの検出温度に基づき、温度調節手段１８が動作することによってその通電が制御され、前記培養室２内の温度を所定の温度に維持する。この温度調節動作については、一般的に行われている周知の制御内容である。

以上のように構成された培養装置について、以下動作、作用を説明する。

通常、培養装置１は、培養室２内のトレイ７上に、細胞等の培養物を入れたシャーレ等の容器２９を戴置し、その培養物の対象内容によって培養室２内を冷却あるいは保温し、その環境を維持するべく、制御手段１５に記憶されたプログラムに沿って温度調節手段１８を動作させ、冷却手段１９あるいは加熱手段２０の運転を制御する。特に、保温時においては、水盤８に入れられた滅菌水の蒸発を利用して保湿も行う。また、必要に応じて前記制御手段１５によって前記電磁弁１３を開閉制御し、ガスボンベ１０のガスを、前記培養室２内へ充填、補充するように制御される。

そして、前記水盤８の水の補給、あるいは培養物のメンテナンス等の場合に、ドア４を開放し、培養液の入替え、容器２９の交換、あるいは滅菌水の補充、交換等の所定の作業を行い、ドア４を閉じ、以下、所定の期間上述の作業を繰り返し行い、培養物の培養を行う。

ここで、前述の如く培養液の入替え、培養容器２９の交換、加湿のための水盤８内の滅菌水交換等でドア４を開放すると、前記ドア４の開放に伴って気流が発生し、培養室２内の空気と培養装置１周辺の空気が混合し、このとき、前記培養装置１周辺の空気に浮遊しているカビ（胞子）、あるいは雑菌が培養室２内に侵入する。前記カビ、あるいは雑菌の培養室２内への侵入は、前記空気の混合に限らず、培養容器２９へのカビ（胞子）、細菌の付着によっても発生する。

そして、前記ドア４が閉じられ、前記培養室２内へコンタミネーションの原因となるカビの胞子やカビ、浮遊菌、細菌が侵入すると、これらは前記培養室２内に設けられたファン９の気流によって、もしくは自然対流によって培養室２内を浮遊する。

ここで、前記培養室２内を浮遊するカビあるいは菌は、カビ・浮遊菌検知手段１４によりその存在が確認できる。

すなわち、前記カビ・浮遊菌検知手段１４によりカビ・浮遊菌等が検知されると、直ちにその信号が前記制御手段１５に送信される。そして、前記制御手段１５から運転制御手段２６に信号が出力され、予め決められた滅菌運転を行う。この滅菌運転は、前記検知出力があってから一定時間行われるもので、その間に滅菌処理が確認されれば、すなわち前記カビ・浮遊菌検知手段１４による浮遊菌の検出がなくなれば停止する。前記滅菌運転は、具体的には、前記運転制御手段２６からの信号によって出力手段２８が培養庫内の滅菌手段３０を駆動する。この滅菌手段３０は、例えばＨＥＰＡフィルタやＵＶランプ等、あるいはこれらの組み合わせで構成され、所定の時間作動する。また、この状態は、前記運転制御手段２６より運転表示手段２７へも出力され、ここで「滅菌運転中」であることが表示される。

そして、前記滅菌運転時間内で滅菌できなかった場合、制御手段１５から表示・警報手段１６に信号を送信する。前記信号を受けた表示・警報手段１６は、報知信号出力手段２４へ出力すると共に、ブザー等の音波発生手段２１、ランプ、その他発光体からなる表示手段２２、刺激臭あるいは通常に無い匂い等を封入したボンベを備える匂い発生手段２３の少なくとも一つを作動させる。なお、必要に応じて前記滅菌運転は、継続して行えばよい。

前記表示・警報手段１６から信号を受けた前記報知信号出力手段２４は、端末機器２５へその旨の信号を出力する。その信号を受けた端末機器２５は、自身が備えるディスプレイに、培養装置１が異常であることを表示する。さらに、必要に応じて、前記端末機器２５に前記音波発生手段２１等を付設し、警告音等を発生するようにしても良い。

ここで、前記音波発生手段２１は、ブザー、発振器等で聴覚を中心に警告を促す。さらに、前記表示手段２１は、ＬＥＤランプ等で視覚を中心に警告を促す。必要に応じて異なる複数の色を用いた点灯あるいは点滅表示とすることにより、その効果は一層期待できる。また、匂い発生手段は、バルブを開放してボンベから内部のガス（匂い）を放出することにより、嗅覚を中心に警告を促す。

このように、コンタミネーションの可能性があると、上記手段を講じて、また必要に応じて前記手段の組合せを講じてその異常状態を研究者に知らせることができ、コンタミネーション管理の容易化、あるいは信頼性向上が可能となる。特に、端末機器２５による警告の促しは、培養装置１から離れた場所で研究者が別作業を行う環境にある場合に有用である。また、前記聴覚を中心とした警告、視覚を中心とした警告、嗅覚を中心とした警告は、前記培養装置１を設置した場所の環境、あるいは研究者の作業環境等に応じて採用が可能で、例えば、暗室であれば、視覚、聴覚、嗅覚のいずれもが有用であり、騒音の激しい場所であれば、視覚、嗅覚が有用であり、広大な場所であれば聴覚が有用である。

なお、前記警告が所定時間連続して促され、その間にドア４が開閉操作されなかった場合は、運転制御手段２６によってファン９を停止し、カビ、浮遊菌の浮遊を抑制する。そのため、培養物への影響が抑制され、被害も少なくできる。また、ファン９のみならず、冷却手段１９、加熱手段２０の運転停止、あるいは培養装置１全体の運転停止を行うことにより、前記被害をさらに抑制できる。また、培養物の特性に応じて、低温にすることで培養速度が低下する培養物の場合であれば、前記冷却手段１９を駆動して培養室２を冷却し、培養速度を低下させる、もしくは培養細胞の培養が停止することにより、被害抑制が期待できる。これらの制御は、いずれも本発明を逸脱するものではない。

さらに、本実施の形態によれば、培養室２での培養を始める前にも、同様にカビや浮遊菌の有無確認が可能となる。

すなわち、培養前に培養室２内を殺菌したものの、ファン９の周囲、あるいは入り組んだ個所までの殺菌が行き届かなかった場合は、カビや菌が付着、浮遊している。また、長期あるいは長時間経過後に再使用する場合においても、その間にカビや菌が増殖していることも考えられる。

しかしながら、本実施の形態においては、培養物を入れない状態で前記培養装置１を、上述と同様に運転することにより、上述と同様にカビや菌の培養室２内での浮遊が確認でき、その状況に応じて滅菌運転、警告を促すことができる。したがって、培養を始める前に培養室２内の状況が確認でき、事前に滅菌手段３０を作動させる等の予防処置を講じることができる。

以上のように、本実施の形態では培養装置１に、カビ・浮遊菌検知手段１４と、制御手段１５と、表示・警報手段１６を備えたことにより、培養でもっとも重要なコンタミネーションに対する予防、予知、早期発見が可能となり、細胞培養に関してより信頼性の高い培養空間を提供することができる。

また、本実施の形態では、出力部である表示・警報手段１６について数値、文字、記号などが表示できる例えばデジタル表示手段や液晶表示などを用いれば、特に培養空間の状態をより複雑な情報として研究者に伝達することができ、さらに安全で信頼性の高い培養空間を提供することができる。

さらに、本実施の形態では、コンタミネーションの警告を、培養装置１の設置環境に応じて視覚、聴覚、嗅覚のいずれかに、もしくはその組合せによって促すため、特に研究者が培養装置１の近接にいれば培養装置を見なくても異常状態に気づくことができ、コンタミネーション早期発見の確率が高くなり、さらに信頼性の高い培養空間を提供することができる。

また、本実施の形態では、前記表示・警報手段１６の出力を、ネットワーク回線や電話回線などの有線通信手段あるいは無線通信手段を用いて、培養装置１から離れた端末機器２５にて前記コンタミネーションの警告を促すことができるため、特に研究者が培養装置１から離れた遠隔地にいても異常を直ちに認識できるため、すぐにコンタミネーション対策を講じることに繋がり、より信頼性の高い培養空間を提供することができる。

さらに、本実施の形態では、前記端末機器２５にコンタミネーションの警告記録等が記憶できるため、その情報を培養作業の改善等に利用できる。

なお、本実施の形態においては、培養室２内でのカビ・浮遊菌を検出した後、一定時間滅菌運転を行うようにしたが、滅菌運転と報知動作を同時に行う、あるいは報知動作のみを行い、滅菌運転を停止させる制御とすることも可能であり、さらに滅菌運転は、カビ・浮遊菌検知手段１４による検出量（個数）が所定量以上のときに行うように制御することも可能である。これらの制御は、いずれも本発明の技術的範囲を逸脱するものではない。

以上のように、本発明にかかる培養装置は、生物、化学などの理化学実験や再生医療などの基礎実験、臨床実験等に使用することができ、さらに家庭用としても発酵食品などの発酵に利用することができる。

本発明の実施の形態１における培養装置の概略構成断面図 同実施の形態における培養装置の制御ブロック図

符号の説明

１ 培養装置
２ 培養室
３ 箱体
４ ドア
５ 外箱
６ 内箱
７ トレイ
８ 水盤
９ ファン
１０ ガスボンベ
１１ 温度検知手段
１２ ガス濃度検知手段
１３ 電磁弁
１４ カビ・浮遊菌検知手段
１５ 制御手段
１６ 表示・警報手段
１７ ドア開閉検知手段
１８ 温度調節手段
１９ 冷却手段
２０ 加熱手段
２１ 音波発生手段
２２ 表示手段
２３ 匂い発生手段
２４ 報知出力手段
２５ 端末機器
２６ 運転制御手段
２７ 運転表示手段
２８ 出力手段
２９ 容器
３０ 滅菌手段

Claims (7)

1. 培養室内を所定の培養環境に制御する制御装置を備えた培養装置において、前記制御装置を、前記培養室内のカビもしくは浮遊菌の有無もしくは量を検知する検知手段と、前記検知手段の検出結果出力により作動する作動手段より構成した培養装置。
2. 前記作動手段を、培養装置の運転を制御する運転制御手段とした請求項１に記載の培養装置。
3. 前記作動手段を、視覚、聴覚あるいは嗅覚の少なくとも一つで確認できる報知機能を備えた表示・警報手段とした請求項１に記載の培養装置。
4. 前記表示・警報手段を、ブザー等の音波発生手段、あるいは数値や文字・記号、色等が表現できる表示手段、さらに刺激臭を発生する匂い発生手段の少なくとも一つ、もしくはそれらのいくつかの組合せ手段とした請求項３に記載の培養装置。
5. 前記表示・警報手段に、有線通信、あるいは無線通信を用いて培養装置から離れた端末機器部へ報知信号を出力する報知信号出力手段を設けた請求項３または４に記載の培養装置。
6. 前記運転制御手段の制御信号を入力として、培養装置の運転状態を表示する表示手段へ出力する出力手段を設けた請求項２に記載の培養装置。
7. 前記制御装置に、前記培養室内へ炭酸ガスや窒素ガス等の気体を供給する供給手段を設けた請求項１から６のいずれか一項に記載の培養装置。