JP2009296938A

JP2009296938A - 観察装置

Info

Publication number: JP2009296938A
Application number: JP2008154820A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Koshima; 隆治越馬
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】対象となる試料の視認性を高めた、培養試料観察装置の提供。
【解決手段】ヒータ６１は、培養容器３の蓋の表面温度を、培養容器３内の試料を培養していた環境の温度と同等になるように加熱し、照明部１２は、ヒータ６１の加熱によって、蓋の内側の結露又はくもりが防止されている培養容器３内の試料を照明し、撮像部１３は、照明部１２により照明された試料を撮像する。そして、パーソナルコンピュータ５１は、撮像部１３により撮像された試料の画像に基づいて、培養容器３内における試料の占有率を算出する。試料の観察を行う細胞マクロ観察装置に適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、観察装置に関し、特に、観察対象となる試料の視認性を高めることができるようにした観察装置に関する。

細胞培養は、たとえば３７℃、湿度９０％ＲＨ、ＣＯ₂が５％などのある一定の環境を維持できるインキュベータ内で行われる。

また、培養容器内における細胞の占有率を算出する観察装置は、実験室環境に設置して使用する。この実験室の環境温度は、たとえば２０〜２５℃である。湿度に関しては、環境のコントロールをしない限り、一般環境の湿度と同等であり、気象状況により左右される。

本出願人は、インキュベータを備えた顕微鏡において、内部の環境が一定に保たれるようにするものを先に提案している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１９８５６５号公報

インキュベータ環境は、温度３７℃、湿度９０％ＲＨ、ＣＯ₂が５％などであって、培養容器内における試料の占有率を算出する観察装置は、実験室環境、たとえば温度が２０〜２５℃、湿度は気象状況に左右されるため、場合によっては、培養容器周辺で結露又はくもりが発生する。このような、結露又はくもりが発生すると、本来観察を行いたい細胞を観察することができないという問題が発生する。

また、特許文献１では、インキュベータ内の配管やチャンバ壁の結露やくもりを防止できるものの、インキュベータから培養用の容器を取り出して、インキュベータ内と異なる環境にて観察する場合には、やはり結露又はくもりが発生してしまうため、かかる環境においても観察対象となる試料の視認性を向上させる要求が高まっている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、培養容器近傍の結露又はくもりを防ぐことにより、観察対象となる試料の視認性を高めることができるようにするものである。

本発明の観察装置は、培養容器内の試料を観察する観察装置において、培養容器の蓋の表面温度を、試料を培養していた環境の温度と同等になるように加熱する第１の加熱手段と、第１の加熱手段による加熱によって加熱される前記蓋側から照明光を照射し、培養容器内の試料を照明する照明手段と、照明手段により照明された試料を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された試料の画像に基づいて、培養容器内における試料の占有率を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、観察対象となる試料の視認性を高めることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明を適用した細胞観察システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。この細胞観察システムは、観察装置としての細胞マクロ観察装置１と、情報処理装置としてのＰＣユニット２から構成される。

なお、図１には、細胞観察システムの正面図の他、その上側に、正面図の矢印Ａ−Ａ方向から見た本体部１１の断面図が示されている。

細胞マクロ観察装置１は、細胞を培養している培養容器中における細胞密度（細胞の占有率）を、容器全体を撮影したマクロ画像から測定するものであり、容器内の広範囲における細胞密度を短時間で計測することが可能である。また、細胞マクロ観察装置１は、実験室環境（たとえば温度２０〜２５℃）に設置して使用されるものであり、一定の環境（たとえば３７℃、湿度９０％ＲＨ、ＣＯ₂が５％など）を維持できるインキュベータ内から取り出された培養容器内の試料を観察する。観察終了後、観察された培養容器は、インキュベータに戻される。

細胞マクロ観察装置１は、図１に示すように、主に、本体部１１、照明部１２、撮像部１３から構成される。本体部１１には、培養容器３を搬入するためのサンプル搬入、搬出用の開閉扉２１を有し、そこから培養容器３を搬入、搬出するため、像撮影の際には、本体部１１の暗箱内部には、外部から光が入り込まない構造となっている。

また、たとえば、ディッシュ、フラスコ、ウェルプレートなどの各種の培養容器３を撮影する場合、容器が正しい位置に配置されるように容器固定部２２にて固定する。本体部１１には、照明部１２及び撮像部１３が内蔵される。

照明部１２は、ストライプ照明部３１及びストライプ照明制御部３２から構成される。ストライプ照明部３１は、ストライプ照明制御部３２からの指示にしたがって、たとえばLCD（Liquid Crystal Display）を用いたバックライト照明により、容器固定部２２により固定された培養容器３全体を照明する。

すなわち、照明部１２は、試料を下部から照射するように設置されており、これにより、撮像部１３は、照明部１２により照射された試料の透過光の像を撮像することができる。また、照明部１２は、明部と暗部との繰り返しからなる面光源で試料を照明するように、一定の間隔で縞状に光を通す範囲と、光を遮る範囲とが並んだスリット板を通して試料を照明する。これにより、照明部１２は、試料に直接光が照射される範囲と、光が遮断された範囲とからなるストライプ状の光（ストライプ光）を照射する。このとき、照明部１２における明部と暗部との間隔は、撮像部１３により取得される画像上で直接光が照射された範囲に相当する白い領域と、光が遮断された範囲に相当する黒い領域（暗視野領域）とが形成されるように設計されている。

照明部１２はまた、ストライプ光の照射方向に対して垂直に移動可能に設置されており、試料に対してストライプ光の照射位置をずらすことができる。たとえば、試料上で直接光が照射されている範囲に対して、照明部１２を移動させて直接光を遮断することができる。なお、照明部１２によるストライブ光の照射、及び、照明部１２の移動は、ストライプ照明制御部３２によって制御される。

なお、本実施の形態においては、照明部１２の照明方式として、ストライプ照明を例にして説明するが、他の照明方式を採用することも可能である。

撮像部１３は、カメラ部４１及び投影光学系４２にて構成され、培養容器３全体を上方から撮影可能である。具体的には、カメラ部４１は、たとえば、撮像素子にCCDを有するCCDカメラであって、試料の上部から培養容器３内全体が撮影可能に設置されている。また、投影光学系４２は、試料から出射した光を捉え、カメラ部４１の撮像素子の撮像面に結像させる。そして、撮像部１３によって撮像された画像データは、ＰＣユニット２に供給される。

ＰＣユニット２は、パーソナルコンピュータ５１と、ディスプレイ５２から構成される。パーソナルコンピュータ５１は、撮像部１３から供給される画像データに対し、所定の画像処理を施したり、取得した画像データを保存したりする。たとえば、パーソナルコンピュータ５１は、撮像部１３から供給される画像データを処理して、培養容器３内における細胞の占有率を算出する。すなわち、ここでは、培養容器３の底面全体を覆う培地の全面積に対する細胞の占有率が求められる。

なお、本出願人は、たとえば、特開２００７−３０６８８９号公報などにおいて、ストライプ照明を用いて、培養容器内における試料の占有率を算出する方法について先に提案している。

また、パーソナルコンピュータ５１は、観察時には、それらの細胞マクロ観察装置１から送られてくる画像データに対応する画像を、ディスプレイ５２に表示させる。

また、図１に示すように、容器固定部２２に置かれた培養容器３は、容器支持部２３により支持される。この容器支持部２３は、培養容器３内の試料が観察できるように、石英ガラスや樹脂などの透明の部材からなる。また、培養容器３の上面にも、培養容器３内の試料が観察可能となるように、石英ガラスなどの部材からなる透明板２４が開閉可能に設置される。すなわち、培養容器３を容器固定部２２に置く場合には、この透明板２４を上げてから培養容器３を載置し、観察を開始する前までには、その上げていた透明板２４を下ろしておく必要がある。

透明板２４にはまた、培養容器３の蓋の内側の結露又はくもりを防止するために、その蓋の表面温度をインキュベータ内の温度と同等に加熱するためのヒータ６１が設置されている。より具体的には、図１の矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図で示すように、培養容器３の上面に設けられた透明板２４にヒータ６１が設置されており、このヒータ６１によって培養容器３を上方から加熱する。

ここで、特に、培養容器３の蓋の内側の結露又はくもりを防止する理由であるが、図２に示すような、容器部３Ａに蓋部３Ｂを被せて使用する培養容器３をインキュベータから細胞マクロ観察装置１に運ぶ場合、培養容器３の外部又は外側表面の温度が、培養容器３内の温度よりも低くなることで、培養容器３内の水蒸気などが過飽和に達して結露又はくもりといった現象が生じる。つまり、たとえば温度３７℃の環境を維持するインキュベータ内に置かれていた培養容器３が室温にさらされて冷やされると、その容器内の水蒸気が結露してしまう。このような場合には、図２に示すように、培養容器３において、蓋部３Ｂの内側には、図中のハッチングを施した領域で示す結露ｋが生じることになる。

ここで、結露やくもりを防止するためには、培養容器３の外部又は外側表面の温度を培養容器３内の温度と同等以上にすればよい。そこで、本実施の形態においては、培養容器３の上面に設けられた透明板２４に設置されたヒータ６１によって、培養容器３の蓋部３Ｂを上方からインキュベータ内の温度と同等に加熱することで、その蓋部３Ｂの外部又は外側表面の温度を培養容器３内の温度と同等以上にして、蓋部３Ｂの内側の結露又はくもりを防止している。

なお、蓋部３Ｂは、容器部３Ａを完全密閉するものではないため、ある程度の時間が経過すると、蓋部３Ｂに発生した結露はとれるが、通常、細胞マクロ観察装置１では、インキュベータから取り出した培養容器３を直ちに観察することが多いため、そのような状況下において、本実施の形態の構成を採用すると、特に有効な効果が得られることになる。

また、培養容器３においては、たとえば、培地が容器部３Ａの底面の一部にだけ盛られる場合など、培地が底面の全体に形成されないこともある。この場合には、上記の原理によって、その培地が形成されていない場所にも結露又はくもりが生じる可能性があるため、容器支持部２３にも、透明板２４と同様に、容器部３Ａの底面の内側の結露又はくもりを防止するために、容器部３Ａの底面の近傍を加熱するためのヒータ６２が設置される。これにより、培養容器３を下方から加熱し、容器部３Ａの底面の内側の結露又はくもりを防止できる。

培養容器３の表面温度をインキュベータ内の温度と同等に加熱するためのヒータ６１及びヒータ６２の加熱制御は、温度コントローラ５３により行われる。すなわち、温度コントローラ５３は、パーソナルコンピュータ５１からの指示にしたがって、ヒータ６１又はヒータ６２から発せられる熱により、培養容器３の表面温度がインキュベータ内の温度と同等になるよう制御する。

次に、図３を参照して、本発明を適用した細胞観察システムの他の構成例について説明する。

なお、図３では、図１と同様の箇所には、同一の符号が付してあり、同様の機能を有する部分に関しては、その説明は繰り返しになるので省略する。

図３の細胞観察システムにおいては、インキュベータ内部温度と同等の温風を出すファン７１によって、培養容器３を加熱するので、図１を参照して説明した、ヒータ６１及びヒータ６２の代わりに、ファン７１が培養容器３の上面付近に設置されている。また、図３の矢印Ａ−Ａ方向から見た本体部１１の断面図に示すように、このファン７１からの温風によって、容器固定部２２に置かれた培養容器３の蓋部３Ｂが加熱され、蓋部３Ｂの内側の結露又はくもりが防止される。

ファン７１の加熱制御は、温度コントローラ５３により行われる。すなわち、温度コントローラ５３は、パーソナルコンピュータ５１からの指示にしたがって、ファン７１から出力される温風により、培養容器３の表面温度がインキュベータ内の温度と同等になるよう制御する。

なお、培養容器３を下方から加熱できる位置に、ファン７１を設置して、容器部３Ａの底面を加熱することで、容器部３Ａの底面の内側の結露又はくもりを防止するようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、インキュベータから培養容器３を取り出してインキュベータ環境内と異なる環境にて観察する場合であっても、ヒータ６１及びヒータ６２やファン７１などの加熱器によって、培養容器３の蓋部３Ｂの表面温度を、試料を培養していたインキュベータ内の環境の温度と同等になるよう加熱することで、蓋部３Ｂの内側の結露又はくもりを防止することができる。これにより、観察対象となる試料の視認性を高めることができるため、観察したい細胞等の試料を確実に観察できる。

次に、図４を参照して、本発明を適用した細胞観察システムのさらに他の構成例について説明する。

なお、図４では、図１と同様の箇所には、同一の符号が付してあり、同様の機能を有する部分に関しては、その説明は繰り返しになるので省略する。

図４の細胞観察システムにおいては、本体部１１内部の照明部１２に培養容器３を収納する密閉可能な培養容器収納部８１が設置される。この培養容器収納部８１には、培養容器３を出し入れ可能にする開閉蓋８１Ａが設けられている。また、培養容器収納部８１の下面と上面は、図１と同様にして、観察ができるように石英ガラスなどの部材からなる容器支持部２３と透明板２４から構成される。

この密閉された培養容器収納部８１の空間内部の温度は、温度コントローラ５３により制御される。すななわ、温度コントローラ５３は、パーソナルコンピュータ５１からの指示にしたがって、培養容器収納部８１の空間内部の温度を、培養容器３が保存されていたインキュベータ４の環境（たとえば温度３７℃、湿度９０％ＲＨ、ＣＯ₂が５％など）と同一の温度になるようにする。

また、パーソナルコンピュータ５１によって、培養容器３が保存されていたインキュベータ４の内部温度をモニタし、その温度情報を温度コントローラ５３に伝達することで、温度コントローラ５３は、細胞マクロ観察装置１内の培養容器３を設置する密閉された培養容器収納部８１内の温度をインキュベータ４内の温度と同等にすることができる。

さらに、細胞マクロ観察装置１の周辺に、ＣＯ₂コントローラと、ＣＯ₂ボンベ（いずれも図示せず）を設置して、それらを細胞マクロ観察装置１と接続し、培養容器収納部８１の内部空間を、インキュベータ４内の環境と同等のＣＯ₂濃度、たとえば５％に保つようにしてもよい。ＣＯ₂濃度は、図示せぬＣＯ₂コントローラにより制御される。このＣＯ₂濃度の制御は、上記の温度制御と同時に行うことができる。

また、細胞マクロ観察装置１の周辺に、加湿装置と、湿度コントローラ（いずれも図示せず）を設置して、それらを細胞マクロ観察装置１と接続し、培養容器収納部８１の内部空間を、インキュベータ４内の環境と同等の湿度、たとえば９０％に保つようにしてもよい。湿度は、図示せぬ湿度コントローラにより制御される。この湿度の制御は、上記の温度制御やＣＯ₂濃度の制御と同時に行うことができる。

さらに、細胞マクロ観察装置１の周辺に、Ｎ₂ボンベとＮ₂コントローラ（いずれも図示せず）を配置して、それらを細胞マクロ観察装置１と接続し、培養容器収納部８１の内部空間を、インキュベータ４内の環境と同等のＯ₂濃度、たとえば５％に保つ。Ｏ₂濃度は、図示せぬＮ₂コントローラにより制御される。なお、このＯ₂濃度制御は、上記の温度、湿度制御やＣＯ₂濃度の制御と同時に行うことができる。この場合、Ｏ₂とＣＯ₂の濃度をあらかじめミックスさせたミックスガスを使用してもよい。

以上のように、培養容器収納部８１の内部空間が、培養容器３が保管されていたインキュベータ４内と同等又はそれに近い環境になるように、温度、湿度制御や、ＣＯ₂、Ｏ₂濃度制御を行うことで、細胞にダメージを与えるのを防止できる。

なお、ここに、システムとは、複数の処理装置や処理部により構成される装置全体を表わすものである。換言すると、図１，３，４で示した細胞観察システムは、１つの観察装置であると捉えることもできる。すなわち、図１，３，４の細胞観察システムは、細胞マクロ観察装置１に対応する一処理部としての細胞マクロ観察部と、ＰＣユニット２に対応する制御部からなる１つの観察装置であるとも言える。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明を適用した細胞観察システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。培養容器における結露の場所の例を示す図である。本発明を適用した細胞観察システムの一実施の形態の他の構成を示すブロック図である。本発明を適用した細胞観察システムの一実施の形態の他の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１細胞マクロ観察装置，２ＰＣユニット，３培養容器，３Ａ容器部，３Ｂ蓋部，４インキュベータ，１１本体部，１２照明部，１３撮像部，２１開閉扉，２２容器固定部，２３容器支持部，２４透明板，３１ストライプ照明部，３２ストライプ照明制御部，４１カメラ部，４２投影光学系，５１パーソナルコンピュータ，５２ディスプレイ，５３温度コントローラ，６１ヒータ，６２ヒータ，７１ファン，８１培養容器収納部，８１Ａ開閉蓋

Claims

培養容器内の試料を観察する観察装置において、
前記培養容器の蓋の表面温度を、前記試料を培養していた環境の温度と同等になるように加熱する第１の加熱手段と、
前記第１の加熱手段によって加熱される前記蓋側から照明光を照射し、前記培養容器内の前記試料を照明する照明手段と、
前記照明手段により照明された前記試料を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された前記試料の画像に基づいて、前記培養容器内における前記試料の占有率を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする観察装置。
前記培養容器の底面の表面温度を、前記試料を培養していた環境の温度と同等になるように加熱する第２の加熱手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載された観察装置。
前記第１の加熱手段は、ヒータであり、
前記ヒータは、前記培養容器の上側面に設けられる透明な部材に設置される
ことを特徴とする請求項１に記載された観察装置。
前記第１の加熱手段は、温風を出力するファンであり、
前記ファンは、前記培養容器の近傍を、前記試料を培養していた環境の温度と同等になるように加熱することで、前記培養容器の蓋の内側の結露又はくもりを防止する
ことを特徴とする請求項１に記載された観察装置。