JP2010099011A - 細胞培養装置、細胞培養方法 - Google Patents

Abstract

【課題】継代操作において、新しい培養容器に分配播種された細胞が培養容器内で均一に分散するように培養容器を動揺させることができる細胞培養装置を提供する。
【解決手段】培養容器１２の底面を撮影し、その撮影した画像から細胞のバラツキ状態を表すバラツキ方向θおよびバラツキ度ωを認定し、その認定したバラツキ状態に応じて培養容器１２を動揺させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、細胞の培養を自動化できる細胞培養装置に関し、特に継代操作が可能な細胞培養装置、および継代操作が可能な細胞培養装置を用いた細胞培養方法に関する。

細胞を培養するには、一般的には、培養容器内の古い培地を新しい培地に交換する培地交換操作や、培養容器内で増殖した細胞を他の培養容器へ分配播種する継代操作といった煩雑な操作が必要であり、従来は、熟練した作業者が手作業で行っていた。そのため、従来の細胞培養は、時間がかかり、また容易には実施することができなかった。そこで、近年、細胞培養を自動化できる細胞培養装置が開発されてきている（例えば特許文献１や特許文献２を参照。）。

一方、培養容器内の培地に播種された細胞が均一に分散していない状態で培養を行うと、細胞が密集している領域では細胞の増殖量が少なく、細胞が少ない領域では細胞が死滅するため、細胞が所定の増殖状態とならない。所定の増殖状態とは、培養容器内で増殖した細胞が、例えば培養容器の底面の６０％から８０％程度の面積まで所定の時間で増殖した状態になっていることや、目的とする形態（例えば、コロニー内の細胞が中央に密集しており、周囲は散在している形態や、コロニー内の細胞が密集している形態等）になっていることをいう。そこで、従来の手作業による継代操作においては、分配された細胞を含む細胞懸濁液を新しい培養容器内に注入した後に、作業者が、経験と勘を頼りに、目視により確認した培養容器内の細胞のバラツキ（偏り）状態に応じて、細胞が均一に分散するように培養容器を動揺させていた。

しかしながら、従来の細胞培養装置には、細胞が均一に分散するように培養容器内の細胞懸濁液を攪拌する構成を備えたものはなく、継代操作において、新しい培養容器内に播種された細胞がばらついた状態であっても、その培養容器内の細胞を均一に分散させることができなかった。
特開２００４−０１６１９４号公報 特開２００５−２１８４１３号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、培養容器内で増殖した細胞を他の培養容器へ分配播種する継代操作において、分配された細胞を含む細胞懸濁液が新しい培養容器内に注入された後に、細胞が均一に分散するように培養容器を動揺させて細胞懸濁液を攪拌することが可能な細胞培養装置、およびこの細胞培養装置を用いた細胞培養方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の細胞培養装置は、第１の培養容器内の培地に培養されている細胞を他の第２の培養容器へ分配播種する継代操作が可能な細胞培養装置であって、前記第１の培養容器から採取された細胞を含む細胞懸濁液が注入された前記第２の培養容器を撮影する撮像手段と、前記第２の培養容器を動揺させて前記細胞懸濁液を攪拌する攪拌手段と、前記撮像手段で撮影された画像に基づき決定された細胞を均一に分散させるための攪拌動作で前記第２の培養容器が動揺するように前記攪拌手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２記載の細胞培養装置は、請求項１記載の細胞培養装置であって、前記制御手段は、前記撮像手段で撮影された画像から、前記第２の培養容器内に細胞が均一に分散しているか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明の請求項３記載の細胞培養装置は、請求項１もしくは２のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記制御手段は、前記撮像手段が撮影した画像から、前記第２の培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定することを特徴とする。

また、本発明の請求項４記載の細胞培養装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記制御手段は、細胞のバラツキ状態を基に、複数種類の攪拌動作のうちから少なくとも１つの攪拌動作を選定することを特徴とする。

また、本発明の請求項５記載の細胞培養装置は、請求項１ないし４のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記制御手段は、細胞のバラツキ状態を基に、攪拌動作の仕様を決定することを特徴とする。

また、本発明の請求項６記載の細胞培養装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記攪拌手段は、前記第２の培養容器を往復運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項７記載の細胞培養装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記攪拌手段は、前記第２の培養容器を８の字運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項８記載の細胞培養装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記攪拌手段は、前記第２の培養容器の縁を垂直方向にウェーブ運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項９記載の細胞培養装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記攪拌手段は、前記第２の培養容器を偏心円運動または略偏心円運動させつつ、その偏心円運動または略偏心円運動よりも大きな半径で円運動または略円運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項１０記載の細胞培養装置は、請求項１ないし９のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記攪拌手段として、当該細胞培養装置の内部空間において培養容器を搬送する搬送手段を用いることを特徴とする。

また、本発明の請求項１１記載の細胞培養装置は、請求項１ないし９のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記攪拌手段として、当該細胞培養装置の内部空間において培養容器を保持するテーブルを用いることを特徴とする。

また、本発明の請求項１２記載の細胞培養装置は、請求項１ないし１１のいずれかに記載の細胞培養装置であって、前記撮像手段は、培養容器が載置される観察ステージの下方から培養容器を撮影することを特徴とする。

また、本発明の請求項１３記載の細胞培養方法は、第１の培養容器内の培地に培養されている細胞を他の第２の培養容器へ分配播種する細胞培養方法であって、第１の培養容器から採取された細胞を含む細胞懸濁液を第２の培養容器へ注入する注入工程と、前記第２の培養容器内の細胞を撮像手段で撮影して前記第２の培養容器内の細胞のバラツキ状態を観察しバラツキ状態の良否を判定する観察判定工程と、前記観察判定工程で否と判定された場合に、撮影された画像に基づき決定された細胞を均一に分散させるための攪拌動作で前記第２の培養容器を動揺させる攪拌工程と、前記観察判定工程で良と判定された場合に、前記第２の培養容器内の細胞を培養する培養工程と、を具備し、前記観察判定工程で否と判定された場合、前記観察判定工程で良と判定されるまで、前記観察判定工程と前記攪拌工程を繰り返すことを特徴とする。

また、本発明の請求項１４記載の細胞培養方法は、請求項１３記載の細胞培養方法であって、前記攪拌工程において、前記第２の培養容器内の細胞懸濁液が渦巻き状に回転するように前記第２の培養容器を動揺させて、前記第２の培養容器の略中央に細胞を集めた後、前記第２の培養容器を所定の方向に均等に動揺させて、前記第２の培養容器の略中央に集められた細胞を均等に分散させることを特徴とする。

本発明の好ましい形態によれば、培養容器内で増殖した細胞を他の培養容器へ分配播種する継代操作において、分配された細胞を含む細胞懸濁液が新しい培養容器内に注入された後に、細胞が均一に分散するように培養容器を動揺させて細胞懸濁液を攪拌することができる。よって、細胞が均一に分散していないために細胞が所定の増殖状態とならないという問題を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を交えて説明する。図１は、本発明の実施の形態における細胞培養装置の外観の一例を示す斜視図である。本実施の形態では、図１に示すように、複数台の作業ユニット２を連接させた構成の細胞培養装置１を例に説明を行う。これら複数台の作業ユニット２には、培養容器内の古い培地を新しい培地に交換する培地交換操作や、培養容器内で増殖した細胞を他の培養容器へ分配播種する継代操作といった細胞培養に係る各作業工程に用いる設備が分散されて装備されている。

図２は、作業ユニットの外観の一例を示す斜視図である。図２に示すように、作業ユニット２の筐体の側壁には開口部３が形成されている。連接された複数台の作業ユニット２それぞれの内部空間は、各作業ユニット２の側壁に形成されている開口部３により互いに連通される。また、作業ユニット２の側壁には、開口部３を開閉する遮断扉４が設けられており、遮断扉４を閉じると、作業ユニット２の内部空間が密閉される構造となっている。

作業ユニット２の前壁には、作業ユニット２の内部に装備されている設備のメンテナンス等ができるように開口部（図示せず）が形成さており、その開口部を開閉する遮断扉５が設けられている。

作業ユニット２の天井部には、作業ユニット２の内部空間に充填される気体を清浄化する清浄化手段としてのＨＥＰＡフィルタ６が設けられており、清浄化された空気が作業ユニット２の内部空間に供給される構成となっている。

作業ユニット２の内部には、隣接する作業ユニット間で培養容器等を搬送したり、作業ユニットの内部空間において培養容器等を搬送するための搬送手段が設けられている。本実施の形態では、図３（ａ）の縦断面図並びに図３（ｂ）の横断面図に示すように、作業ユニットの内部空間において培養容器等（図３には、代表して丸型培養容器を示している。）を搬送する搬送ロボットを設けるとともに、開口部３の近傍にコンベア７を設ける場合について説明する。

コンベア７は、隣接する作業ユニットのコンベア７と協働して、隣接する作業ユニット間で培養容器等を搬送する。搬送ロボットは、培養容器等を把持する把持部８を有する。また、把持部８をＸ−Ｙ−Ｚ方向へ移動させるＸ−Ｙ−Ｚ移動機構を有する。図３には、把持部８をＸ軸方向へ移動させるためのＸ軸レール９、把持部８をＹ軸方向へ移動させるためのＹ軸レール１０を示している。

図４に搬送ロボットの把持部８側の斜視図を示す。本実施の形態では、図４に示すように、把持部８は、２本のアーム部８ａを離したり近づけたりすることで培養容器等を把持する構成となっている（図４には、代表して丸型培養容器１２を把持している状態を示している。）。また、把持部８を支持するリスト部１１は、把持部８を３軸動作させる構成となっている。なお、リスト部１１のリスト軸は３軸に限定されるものではなく、少なくとも、把持部８が把持する培養容器等をＺ軸を中心に回動させることが可能な軸と、把持部８が把持する培養容器等を揺動させることが可能な軸を有すればよい。

このように構成された搬送ロボットは、コンベア７上の培養容器等を作業エリア１３へ搬送したり、培養容器等を作業エリア１３からコンベア７上へ搬送したりする。また、作業ユニット内での作業が多岐にわたる場合には、各作業エリア間で培養容器等を搬送する。

本実施の形態では、以上説明した作業ユニット２が複数台連接されてなる細胞培養装置１の一端に配置された作業ユニット２の開口部３を介して、細胞培養装置１の外部から内部へ、細胞が培養された培養容器を搬入し、細胞培養装置１の内部で細胞を継代播種する場合について説明する。

図５は、本発明の実施の形態における細胞培養装置の制御ブロックの一例を示すブロック図である。図５に示すように、作業ユニット２は制御部１４を備える。制御部１４は、作業ユニット２が装備する設備の動作を制御する。また、細胞培養装置１は、各作業ユニットの制御部１４に接続し、細胞培養装置１全体の動作を管理・制御する上位制御部１５を備える。すなわち、上位制御部１５は、細胞培養装置１の現在の状況を把握して、各作業ユニットの制御部１４へ指令を送る。各作業ユニットの制御部１４は、上位制御部１５からの指令に基づき、作業ユニット２が装備する設備の動作を制御する。各作業ユニットの制御部１４と上位制御部１５は図５に示すように有線で接続してもよいが、無線で接続する構成としてもよい。

続いて、複数台の作業ユニットへ分散させる設備の一例について説明する。ここでは、搬入搬出ユニットＡ、細胞観察ユニットＢ、細胞処理ユニットＣ、細胞分配ユニットＤ、細胞培養ユニットＥがこの順に連接されている場合を例に説明する。なお、無論、本発明は、この構成に限定されるものではない。また、ここでは、培養容器として、丸型培養容器（ディッシュ）１２を用いる場合について説明する。図６（ａ）に蓋を被せた状態の培養容器１２を、図６（ｂ）に蓋を外した状態の培養容器１２を示す。

まず、細胞培養装置１の一端に配置される搬入搬出ユニットＡについて説明する。搬入搬出ユニットＡは、細胞が培養された培養容器の細胞培養装置１の外部から内部への搬入および細胞培養装置１の内部から外部への搬出のための作業ユニットであり、搬入搬出ユニットＡの内部には、上記した搬送ロボット等からなる搬送手段のみが設けられている。つまり、この搬出搬入ユニットＡの搬送ロボットは、一方の開口部３近傍に設けたコンベア７上の培養容器等を把持し、その把持した培養容器等を他方の開口部３近傍に設けたコンベア７上へ載置する。この搬入搬出ユニットＡは、コンタミネーションの防止の促進を図るために設けられている。

続いて、細胞観察ユニットＢについて説明する。図７は、細胞観察ユニットＢの構成の一例を説明するための説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。細胞観察ユニットＢは、培養容器内や試料容器内の細胞を観察するためのユニットであり、撮影モジュールや、培養容器等を細胞培養装置の外部へ排出するための排出機構（図示せず）等が装備されている。本実施の形態では、細胞観察ユニットＢにおいて、細胞が所定の増殖状態か否かの判定処理、細胞が培養容器の底面から剥離しているか否かの判定処理、培養容器内に細胞懸濁液が残存しているか否かの判定処理、一定量の細胞懸濁液中の細胞数をカウントする処理、培養容器内に細胞が均一に播種されているか否か（培養容器内に細胞が均一に分散しているか否か）の判定処理、培養容器内の細胞のバラツキ状態を認定する処理、培養容器の振り方を決定する処理等を実施する。

細胞観察ユニットＢに装備された観察ステージ１６は、培養容器等（図７には、代表して培養容器１２を示している。）を下側から観察できるように、少なくとも培養容器等を載置する領域１６ａが透明な部材で構成されている。なお、培養容器等を下側から観察するために、培養容器を載置する領域や試料容器を載置する領域に切り抜き部を形成してもよい。但し、この場合、培養容器や試料容器が落ちないように切り抜き部を形成する必要がある。

細胞観察ユニットＢに装備された撮影モジュール（撮像手段）は、図７に示すように、顕微鏡１７ａと撮像素子１７ｂを備えた顕微鏡付きカメラと、顕微鏡付きカメラを保持するカメラ保持部１８を有する。図示しないが、撮影モジュールは、カメラ保持部１８を昇降させる昇降部を有する。昇降部は、観察ステージ１６上に培養容器等が載置されると、観察ステージ１６の下方に待機している顕微鏡付きカメラを昇降させて焦点合わせを行う。

また、図示しないが、顕微鏡付きカメラは細胞観察ユニットＢの制御部１４に接続しており、細胞観察ユニットＢの制御部１４は、顕微鏡付きカメラで撮影された画像を画像処理して、細胞が所定の増殖状態か否かの判定処理等を実行し、その判定結果等の情報を上位制御部１５へ送る。

続いて、細胞観察ユニットＢの制御部１４において、培養容器１２内に細胞が均一に播種されているか否かの判定（細胞のバラツキ状態の良否の判定）を行う場合の処理方法の一例の概略を説明する。なお、無論、培養容器１２内に細胞が均一に播種されているか否かの判定処理は、以下で説明する方法に限定されるものではない。

細胞観察ユニットＢの制御部１４は、例えば図８に示すように、顕微鏡付きカメラで撮影された培養容器１２の底面の画像を画像処理して、直交する２本のラインで培養容器１２の底面を４等分した各分割エリアＡ〜Ｄの細胞数をカウントし、各分割エリアＡ〜Ｄの細胞数が所定の範囲内に収まれば、培養容器１２内に細胞が均一に播種されていると判断し、そうでなければ均一に播種されていないと判断する。または、分割エリアの細胞数の平均値を算出して、各分割エリアＡ〜Ｄの細胞数の平均値からのずれ量（例えば、平均値との差または比）を算出し、その算出した各ずれ量が所定の範囲内に収まるか否かにより、培養容器１２内に細胞が均一に播種されているか否かを判定してもよいし、標準偏差値を算出して、その算出した標準偏差値が所定値以下であるか否かにより、培養容器１２内に細胞が均一に播種されているか否かを判定してもよい。なお、培養容器１２の底面を４等分する場合に限るものではなく、培養容器の底面を一定面積で区切った各区画の細胞数をカウントすればよい。

本実施の形態では、細胞観察ユニットＢの制御部１４が、顕微鏡付きカメラで撮影された培養容器１２の底面の画像から、培養容器１２内に細胞が均一に播種されているか否かを判定する場合について説明するが、上位制御部１５が、撮影された画像から、細胞が均一に播種されているか否かを判定してもよいし、操作者が、撮影された画像から、培養容器１２内に細胞が均一に播種されているか否かを判定して、その判定した情報を細胞観察ユニットＢの制御部１４または上位制御部１５に入力する構成としてもよい。

細胞観察ユニットＢの制御部１４は、培養容器１２内に細胞が均一に播種されていない場合、顕微鏡付きカメラで撮影された培養容器１２の底面の画像から、培養容器１２内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する処理を実施する。以下、細胞のバラツキ状態を認定する処理の一例として、細胞数が多い領域（または少ない領域）を指す方向を表すバラツキ方向と、細胞数が多い領域と少ない領域の細胞数の差ないし比を表すバラツキ度を認定する処理の概略を説明する。なお、無論、バラツキ方向とバラツキ度を認定する処理は、以下で説明する方法に限定されるものではない。また、細胞のバラツキ状態を、バラツキ方向とバラツキ度以外の尺度で表してもよい。

本実施の形態では、培養容器の底面を４等分する２本のラインのうちの一方を基準ラインとして、その基準ラインからの角度θでバラツキ方向を表すものとする。ここでは図８に示す分割エリアＡ、Ｂの境界ラインを通るラインを基準ラインとする。また、バラツキ度は、バラツキ方向のラインに直交するラインによって培養容器１２の底面を２分割して、細胞数が多い領域の細胞数Ｅ１と細胞数が少ない領域の細胞数Ｅ２の比で表すものとする。ここでは「バラツキ度ω＝Ｔ（Ｅ１／Ｅ２）」を算出する。なお、Ｔは補正係数であり、実験によって求める。

例えば図９（ａ）に示すように、分割エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち分割エリアＡおよびＢの細胞数が多く、且つ分割エリアＡおよびＢの細胞数が同数の場合には、分割エリアＡと分割エリアＢの境界ラインを通るラインの方向をバラツキ方向として認定する。つまり、「θ＝０度」と認定する。そして、図９（ｂ）に示すように、バラツキ方向のラインに直交するラインによって培養容器１２の底面を２分割し、それらの領域の細胞数Ｅ１、Ｅ２の比からバラツキ度ωを求める。例えば、「Ｅ１＝２００」、「Ｅ２＝１００」の場合、「Ｔ＝２」とすると「ω＝４度」となる。同じ「θ＝０度」でも、例えば「Ｅ１＝４００」、「Ｅ２＝１００」の場合、「Ｔ＝２」とすると「ω＝８度」となる。なお、「θ＝０度」のときには、バラツキ方向のラインに直交するラインは、分割エリアＢと分割エリアＣの境界ラインと一致するので、既にカウントされている各分割エリアの細胞数を用いて細胞数Ｅ１、Ｅ２を求める。

また例えば、図１０（ａ）に示すように、分割エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち分割エリアＡの細胞数が多い場合には、分割エリアＡを２分割するラインの方向をバラツキ方向として認定する。つまり、「θ＝−４５度」と認定する。そして、図１０（ｂ）に示すように、バラツキ方向のラインに直交するラインによって培養容器１２の底面を２分割し、それらの領域の細胞数Ｅ１、Ｅ２の比からバラツキ度ωを求める。例えば、「Ｅ１＝３００」、「Ｅ２＝１００」の場合、「Ｔ＝２」とすると「ω＝６度」となる。なお、このように、バラツキ方向のラインに直交するラインが隣接する分割エリアの境界ラインに一致しないときには、細胞数Ｅ１、Ｅ２は培養容器１２の底面の画像を画像処理して求める。

また例えば、図１１（ａ）に示すように、分割エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち分割エリアＡおよびＢの細胞数が多く、且つ分割エリアＡの細胞数の方が分割エリアＢの細胞数よりも多い場合には、分割エリアＡと分割エリアＢの境界ラインを通るラインを基準に、培養容器１２の底面の中心を軸として、細胞が最も多い分割エリアＡ側へラインを回転させて、分割エリアＡ１、分割エリアＤおよび分割エリアＣ２の合計細胞数と、分割エリアＡ２、分割エリアＢおよび分割エリアＣ１の合計細胞数とが同数となるライン（培養容器１２の底面を２分割したときの各領域の細胞数が同数となるライン）を検出し、そのラインの方向をバラツキ方向として認定する。このとき、培養容器１２の底面の画像を画像処理して、分割エリアＡ１、分割エリアＤおよび分割エリアＣ２の合計細胞数と、分割エリアＡ２、分割エリアＢおよび分割エリアＣ１の合計細胞数をカウントする。図１１（ａ）には、「θ＝−１０度」となる場合を示している。そして、図１１（ｂ）に示すように、バラツキ方向のラインに直交するラインによって培養容器１２の底面を２分割し、それらの領域の細胞数Ｅ１、Ｅ２の比からバラツキ度ωを求める。例えば、「Ｅ１＝２００」、「Ｅ２＝８０」の場合、「Ｔ＝２」とすると「ω＝５度」となる。なお、細胞数Ｅ１、Ｅ２は培養容器１２の底面の画像を画像処理して求める。

また例えば、図１２（ａ）に示すように、分割エリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち分割エリアＢの細胞数が少ない場合には、分割エリアＢを２分割するラインの方向をバラツキ方向として認定する。つまり、「θ＝４５度」と認定する。そして、図１２（ｂ）に示すように、バラツキ方向のラインに直交するラインによって培養容器１２の底面を２分割し、それらの領域の細胞数Ｅ１、Ｅ２の比からバラツキ度ωを求める。例えば、「Ｅ１＝３００」、「Ｅ２＝２００」の場合、「Ｔ＝２」とすると「ω＝３度」となる。

本実施の形態では、細胞観察ユニットＢの制御部１４が、顕微鏡付きカメラで撮影された培養容器１２の底面の画像から、細胞のバラツキ状態を認定する場合について説明するが、上位制御部１５が、撮影された画像から、細胞のバラツキ状態を認定してもよいし、操作者が、撮影された画像から、細胞のバラツキ状態（バラツキ方向θとバラツキ度ω）を認定して、その認定した情報を細胞観察ユニットＢの制御部１４または上位制御部１５に入力する構成としてもよい。

細胞観察ユニットＢの制御部１４は、バラツキ方向θとバラツキ度ωが認定されると、そのバラツキ方向θとバラツキ度ωを基に、細胞を均一に分散させるための培養容器１２の振り方を決定し、その決定した振り方で培養容器１２が動揺するように搬送ロボットの動作を制御して、培養容器１２内の細胞懸濁液を攪拌する。このように、本実施の形態では、攪拌手段として搬送ロボットを用いる。以下、培養容器１２の振り方を決定する処理の一例について説明する。なお、無論、培養容器１２の振り方を決定する処理は、以下で説明する方法に限定されるものではない。

例えば、図１３に示すように、培養容器１２の縁が垂直方向にウェーブ運動するように培養容器１２を左右に傾ける攪拌動作で、培養容器１２内の細胞懸濁液を攪拌して細胞を均一に分散させる場合、バラツキ方向に直交する方向のラインを軸として、細胞が多い領域Ｅ１から少ない領域Ｅ２へ細胞が移動するように左右の傾き角度に差をつけて（δ１＞δ２）培養容器１２を左右に傾ける。この場合、細胞観察ユニットＢの制御部１４は攪拌動作の仕様として、左右の傾き角度の差や加速度をバラツキ度ωから決定する。

また例えば、図１４に示すように、水平面上または略水平面上で、Ｓ字を描くように培養容器１２を移動させた後、逆Ｓ字を描くように培養容器１２を移動させてスタート位置に戻す攪拌動作で、つまり培養容器１２が８の字運動する攪拌動作で、培養容器１２内の細胞懸濁液を攪拌して細胞を均一に分散させる場合、Ｓ字の始端側および逆Ｓ字の終端側のカーブが、Ｓ字の終端側および逆Ｓ字の始端側のカーブよりも小さくなり、且つＳ字の始端側および逆Ｓ字の終端側のカーブを描く際の移動速度が、Ｓ字の終端側および逆Ｓ字の始端側のカーブを描く際の移動速度よりも速くなるように培養容器１２を移動させれば、Ｓ字の始端側から終端側へ向かう方向へ細胞が移動するので、細胞の多い領域Ｅ１がＳ字の始端側を常に向くようにしながら培養容器１２をＳ字状よび逆Ｓ字状に移動させれば、細胞が多い領域Ｅ１から少ない領域Ｅ２へ細胞を移動させることができる。この場合、細胞観察ユニットＢの制御部１４は攪拌動作の仕様として、カーブの大きさや移動速度、加速度をバラツキ度ωから決定する。なお、培養容器１２を傾けた状態で移動させてもよい。

また例えば、図１５に示すように、水平面上または略水平面上でバラツキ方向に沿って培養容器１２を往復運動させる攪拌動作で、培養容器１２内の細胞懸濁液を攪拌して細胞を均一に分散させる場合、細胞の多い領域Ｅ１が往路側を向くようにして、往路の移動速度Ｖ１を復路の移動速度Ｖ２よりも大きくすれば、復路の方向、つまり細胞が少ない領域Ｅ２へ細胞が移動する。この場合、細胞観察ユニットＢの制御部１４は攪拌動作の仕様として、移動速度や加速度をバラツキ度ωから決定する。

本実施の形態では、細胞観察ユニットＢの制御部１４が、バラツキ状態（バラツキ方向θとバラツキ度ω）を基に、培養容器１２の振り方を決定する場合について説明するが、上位制御部１５が、バラツキ状態（バラツキ方向θとバラツキ度ω）を基に、培養容器１２の振り方を決定してもよいし、操作者が、撮影された画像またはバラツキ状態（バラツキ方向θとバラツキ度ω）から培養容器１２の振り方を決定して、その決定した振り方の情報を細胞観察ユニットＢの制御部１４または上位制御部１５に入力する構成としてもよい。

続いて、細胞観察ユニットＢの搬送ロボットの動作について説明する。搬送ロボットは、培養容器内や試料容器内の細胞を観察する際に、隣接するユニットから搬入された培養容器等を把持部８により把持し、その把持した培養容器等を観察ステージ１６上に載置して、退避する。その後、細胞が所定の増殖状態か否かの判定処理等の作業が完了すると、細胞観察ステージ１６上の培養容器等を再び把持し、その把持した培養容器等を次ぎの作業を実施するユニットに近い側の開口部３の近傍に設けたコンベア７上に載置して、退避する。

また、細胞が均一に播種されていない場合、搬送ロボットは、細胞観察ステージ１６上の培養容器１２を把持し、決定された振り方（攪拌動作およびその仕様）で、少なくとも１回、培養容器１２を動揺させて、培養容器１２内の細胞懸濁液を攪拌した後、再度、培養容器１２を観察ステージ１６上に載置する。搬送ロボットは、細胞が均一に播種されるまで、培養容器１２内の細胞懸濁液を攪拌する動作を繰り返す。

なお、培養容器内の細胞懸濁液を攪拌させる手段は搬送ロボットに限定されるものではない。例えば、観察ステージ１６に培養容器を一時的に保持する機構を設けた上で、図１６に示すように、観察ステージ１６を水平面上で移動させるＸ−Ｙ移動機構１９を設け、観察ステージ１６をＸ−Ｙ移動機構１９によって動作させることにより、攪拌動作を実行してもよい。その他にも、例えば、観察ステージ１６を左右に傾ける機構を設け、観察ステージ１６を左右に傾けることにより、攪拌動作を実行してもよい。また、観察ステージ１６とは別個に攪拌用のステージを設けてもよい。

なお、本実施の形態では、細胞観察ユニットＢの制御部１４が、バラツキ状態を基に、予め決められた攪拌動作（所定の攪拌動作）の仕様を決定する場合について説明するが、複数種類の攪拌動作のうちからバラツキ状態を基に攪拌動作を選定し、その選定した攪拌動作の仕様を決定してもよい。

また、１種類の攪拌動作で培養容器を動揺させるのではなく、複数種類の攪拌動作で順次培養容器を動揺させてもよい。このように複数種類の攪拌動作を組み合わせる場合、バラツキ状態を基に、予め決められた複数種類の攪拌動作の順序を決め、それぞれの仕様を決定する。予め順序が決められているときには、それらの攪拌動作の仕様を決定する。または、バラツキ状態を基に、複数種類の攪拌動作を選定し、その選定した攪拌動作の順序を決め、それぞれの仕様を決定してもよい。

また、操作者が攪拌動作を決め、細胞観察ユニットＢの制御部１４が、その操作者が入力した攪拌動作の仕様を決定してもよいし、所定の攪拌動作または細胞観察ユニットＢの制御部１４により選定された攪拌動作に対する仕様の情報を操作者が入力する構成としてもよい。

また、培養容器１２内に細胞が均一に播種されているか否かの判定処理が実施されるごとに、攪拌動作を変更してもよい。この場合、攪拌動作の変更順序は、予め定めておいてもよい。

また、従来の手作業による継代操作においては、作業者が、経験と勘を頼りに培養容器を動揺させていた。そこで、作業者が経験で得た知識を基に、バラツキ状態（バラツキ方向θおよびバラツキ度ω）と攪拌動作および攪拌動作の仕様の関係をデータ化して、図示しない記憶部に予め記憶させておき、そのデータを用いて培養容器の振り方を決定してもよい。

ここでは、培養容器を左右に傾けて揺動させる攪拌動作、培養容器を８の字運動させる攪拌動作、および培養容器を往復運動させる攪拌動作について説明したが、攪拌動作はこれらに限定されるものではない。例えば図１７に示す攪拌動作を実行してもよい。すなわち、まず、水平面上または略水平面上で、培養容器１２を、一定の姿勢を保ったまま（Ｂ−１）→（Ｂ−２）→（Ｂ−３）→（Ｂ−４）のように一定の方向へ偏心円運動または略偏心円運動させつつ、その偏心円運動や略偏心円運動よりも大きい半径で、一定の方向へ円運動または略円運動させる（工程１〜２）。このとき、偏心円運動や略偏心円運動の周期よりも円運動や略円運動の周期を長くする。このように培養容器１２が動揺すると、培養容器１２内の細胞懸濁液が渦巻状に回転して、細胞が培養容器１２の略中央に集まる。その後、水平面上または略水平面上で、培養容器１２を一定の姿勢を保ったまま、前後左右等の所定の方向に均等に動揺させて、培養容器１２の中央に集まっていた細胞を均等に分散させる（工程３〜４）。この攪拌動作は、細胞の偏り方がランダムである場合に有効である。

なお、本実施の形態では、培養容器内に細胞が均一に播種されているか否かを判定する際や、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する際に、培養容器の底面の全範囲の細胞数をカウントしたが、例えば図１８に示すように、各分割エリアに設定した複数の観察領域の細胞数をカウントしてもよい。図１８には、培養容器１２の底面の円周に沿って所定間隔ごとに観察領域を設定することで、各分割エリアＡ〜Ｄに３つの観察領域を設定した例を示している。

このように、各分割エリアＡ〜Ｄに複数の観察領域を設定した場合、各分割エリアＡ〜Ｄの細胞数として各分割エリアＡ〜Ｄの観察領域の合計細胞数を用いて、培養容器内に細胞が均一に播種されているか否かを判定する。

また、バラツキ方向を認定する処理においては、各観察領域の細胞数を用いて、細胞数が多い領域（または少ない領域）を指す方向を認定する。例えば図１９（ａ）に示すように、分割エリアＡの観察範囲Ａ３から分割エリアＢの観察範囲Ｂ２にわたって細胞数が少ない場合には、観察範囲Ｂ１と観察範囲Ｂ１に対向する観察範囲Ｄ１とを結ぶラインの方向をバラツキ方向として認定し、また図１９（ｂ）に示すように、分割エリアＢの観察範囲Ｂ３から分割エリアＤの観察範囲Ｄ２にわたって細胞数が少ない場合、観察範囲Ｃ２と観察範囲Ｃ２に対向する観察範囲Ａ２とを結ぶライン、または観察範囲Ｃ３と観察範囲Ｃ３に対向する観察範囲Ａ３とを結ぶラインの方向をバラツキ方向として認定してもよい。

またバラツキ度を認定する処理においては、バラツキ方向のラインに直交するラインによって培養容器１２の底面を２分割して、それぞれの領域に含まれる観察範囲の合計細胞数の比を算出すればよい。

また、分割エリアＡ〜Ｄそれぞれの観察領域の合計細胞数が所定の範囲内であっても、図１９（ｃ）に示すように細胞がランダムにばらついているときには、細胞が均一に播種されていないと判断してもよい。この場合には、バラツキ方向を変化させながら培養容器を動揺させればよい。

続いて、細胞処理ユニットＣについて説明する。図２０は、細胞処理ユニットＣの構成の一例を説明するための説明図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。単層培養の継代操作を行う場合、培養容器の底面から細胞を剥離したり、細胞同士の接着を切る必要がある。細胞処理ユニットＣは、培養容器の底面から細胞を剥離したり、細胞同士の接着を切るための細胞剥離液を培養容器に注入するためのユニットであり、培地吸引モジュール２０、細胞洗浄液注入モジュール２１、細胞洗浄液吸引モジュール２２、細胞剥離液注入モジュール２３が装備されている。

培地吸引モジュール２０は、ピペット２０ａが培養容器内に差し込まれた状態で、培養容器内の古い培地（ＦＢＳ）を吸引除去する作業を実施する。細胞洗浄液注入モジュール２１は、ピペット２１ａが培養容器内に差し込まれた状態で、細胞洗浄液（例えばＰＢＳ）を培養容器内に注入する作業を実施する。細胞洗浄液吸引モジュール２２は、ピペット２２ａが培養容器内に差し込まれた状態で、培養容器内から細胞洗浄液を吸引除去する作業を実施する。細胞剥離液注入モジュール２３は、ピペット２３ａが培養容器内に差し込まれた状態で、培養容器内へ細胞剥離液（例えばトリプシン）を注入する作業を実施する。

この細胞処理ユニットＣの搬送ロボットは、培養容器の底面から細胞を剥離したり、細胞同士の接着を切る際に、隣接するユニットから搬入された培養容器１２の蓋を把持して、その把持した蓋を図示しない蓋載置台上に載置した後、蓋を外した培養容器１２を把持して、その把持した培養容器１２を、培地吸引モジュール２０の作業エリア、細胞洗浄液注入モジュール２１の作業エリア、細胞洗浄液吸引モジュール２２の作業エリア、細胞剥離液注入モジュール２３の作業エリアへこの順に搬送する。そして、細胞剥離液注入作業が完了すると、次ぎの作業を実施するユニットに近い側の開口部３の近傍に設けたコンベア７上に培養容器１２を載置し、蓋載置台上の蓋を把持して、その把持した蓋をコンベア７上の培養容器１２に被せた後、退避する。

続いて、細胞分配ユニットＤについて説明する。図２１は、細胞分配ユニットＤの構成の一例を説明するための縦断面図であり、細胞分配ユニットＤの一部を示している。細胞分配ユニットＤは、培養容器の底面から剥離した細胞を所定数ずつ他の培養容器へ分配播種するためのユニットであり、培地注入モジュール２４、ピペッティングモジュール２５、遠沈管ストック部２６、遠沈管蓋開閉モジュール２８、遠心分離モジュール２９、上清液吸引モジュール３０、試料採取モジュール、培養容器ストック部３７、細胞分配モジュール３８等が装備されている。また、図示しないが、細胞分配ユニットＤには、培養容器等を細胞培養装置の外部へ排出するための排出機構が装備されている。

培地注入モジュール２４は、ピペット２４ａが培養容器や遠沈管内に差し込まれた状態で、培養容器や遠沈管内へ培地を注入する作業を実施する。

ピペッティングモジュール２５は、駒込ピペット２５ａが培養容器や遠沈管内に差し込まれた状態で、培養容器や遠沈管内の細胞懸濁液を駒込ピペット２５ａに吸入する作業や、駒込ピペット２５ａ内の細胞懸濁液を培養容器や遠沈管へ吐出する作業、遠沈管内の細胞懸濁液の定量的な吸入および吐出を繰り返して遠沈管内の細胞懸濁液を攪拌する作業を実施する。

遠沈管ストック部２６は、複数本の遠沈管２７を立てた状態でストックする台であり、遠沈管ストック部２６には、継代操作前に複数本の空の遠沈管２７がストックされる。

遠沈管蓋開閉モジュール２８は遠沈管の蓋を開閉する作業を実施する。遠沈管蓋開閉モジュール２８は、例えば、遠沈管の蓋を狭持する狭持部と、狭持部を回動および昇降させる駆動機構を有し、遠沈管の蓋を狭持している狭持部を駆動機構により回動および上昇させて遠沈管の蓋を開け、また遠沈管の蓋を狭持している狭持部を駆動機構により回動および下降させて遠沈管の蓋を閉める構成としてもよい。図２２に、搬送ロボットの把持部８により把持されている遠沈管２７の蓋２７ａを、遠沈管蓋開閉モジュール２８の狭持部２８ａが狭持している状態の一例を示す。

遠心分離モジュール２９は、セットされた蓋付きの遠沈管を回転して、遠心力により細胞懸濁液から細胞を分離する作業を実施する。この遠心分離モジュール２９の遠心分離作業により、遠沈管の底部に細胞塊を形成する。

上清液吸引モジュール３０は、ピペット３０ａが遠沈管内に差し込まれた状態で、遠心分離作業後の遠沈管から上清液を吸引除去する作業を実施する。

試料採取モジュールは、遠沈管内の細胞懸濁液のうちの一定量を駒込ピペットに吸入して、その吸入した駒込ピペット内の細胞懸濁液を試料容器へ吐出する作業や、試料容器内の細胞懸濁液を駒込ピペットに吸入して、その吸入した駒込ピペット内の細胞懸濁液を遠沈管へ吐出する作業を実施する。

試料採取モジュールは、駒込ピペット３１と、駒込ピペット３１を保持する駒込ピペット保持部３２を横方向（Ｘ方向）へ移動させるピペット移動機構（図示せず）と、試料容器３４を把持する把持部３３を有する。図示しないピペット移動機構は、遠沈管内の細胞懸濁液の吸入等を実施する作業エリアと、試料容器への細胞懸濁液の吐出等を実施する作業エリアとの間で、駒込ピペット保持部３２を搬送する機構である。また、把持部３３は、例えば４本のアーム３３ａで、試料容器３４の両端部を縦方向に把持する構成等にすればよい。

図２３に試料採取モジュールの構成の一例を示す。図２３に示すように、図示しないピペット移動機構は、搬送ロボットに把持されている遠沈管２７の上方、および試料採取モジュールの把持部３３に把持されている試料容器３４の上方へ駒込ピペット３１を移動させる。

図２４に試料容器の一例を示す。試料容器３４は、基台３５と、基台３５に形成された凹部３５ａと、凹部３５ａを開閉するスライド自在なスライド部材３６を有する。基台３５は、細胞観察ユニットＢにおいて凹部３５ａ内の細胞の観察が可能なように、凹部３５ａの底面部分が透明な部材で構成されている。スライド部材３６には被把持部３６ａが接合している。搬送ロボットの把持部は、試料採取モジュールの把持部３３に把持されている試料容器３４のスライド部材の被把持部３６ａを把持して、スライド部材３６をスライドさせる。

培養容器ストック部３７は、複数個の蓋付きの培養容器１２を積み重ねた状態でストックする台であり、培養容器ストック部３７には、継代操作前に複数個の空の培養容器１２がストックされる。

細胞分配モジュール３８は、駒込ピペット３８ａが遠沈管内に差し込まれた状態で、遠沈管内の細胞懸濁液を駒込ピペット３８ａに吸入する作業や、駒込ピペット３８ａが培養容器内に差し込まれた状態で、駒込ピペット３８ａ内の細胞懸濁液のうちの所定量を培養容器へ吐出する作業を実施する。さらに、細胞分配モジュール３８は、駒込ピペット３８ａが遠沈管内に差し込まれた状態で、遠沈管内の細胞懸濁液の定量的な吸入および吐出を繰り返して遠沈管内の細胞懸濁液を攪拌する作業を実施する。

続いて、培養容器（第１の培養容器）内の培地に培養されている細胞を他の培養容器（第２の培養容器）へ分配播種する際における細胞分配ユニットＤの搬送ロボットの動作について説明する。

搬送ロボットは、隣接するユニットから搬入された培養容器（第１の培養容器）１２の蓋を把持して、その把持した蓋を図示しない蓋載置台上に載置した後、蓋を外した培養容器１２を把持して、その把持した培養容器１２を、培地注入モジュール２４の作業エリアへ搬送する。

培地注入モジュール２４により培養容器１２内に培地が注入されると、搬送ロボットは、その培地が注入された培養容器１２をピペッティングモジュール２５の作業エリアへ搬送し、ピペッティングモジュール２５により培養容器１２内の細胞懸濁液が駒込ピペット２５ａに吸入されると、次ぎの作業を実施する細胞観察ユニットＢに近い側の開口部３の近傍に設けたコンベア７上に培養容器１２を載置した後、蓋載置台に載置した蓋を把持し、その把持した蓋をコンベア７上の培養容器１２に被せて、退避する。培養容器１２は、細胞観察ユニットＢへ搬送され、細胞観察ユニットＢにおいて、培養容器１２内に細胞懸濁液が残存しないと判断されると、細胞観察ユニットＢの排出機構へ搬送される。

次に、搬送ロボットは、遠沈管ストック部２６にストックされている遠沈管２７を把持し、その把持した遠沈管２７を遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ搬送する。遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が外されると、搬送ロボットは、その蓋が外された遠沈管２７をピペッティングモジュール２５の作業エリアへ搬送し、ピペッティングモジュール２５により、培養容器１２から吸入した駒込ピペット２５ａ内の細胞懸濁液が遠沈管２７へ吐出されると、遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ遠沈管２７を搬送する。そして、遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が閉められると、搬送ロボットは、その蓋付きの遠沈管２７を遠心分離モジュール２９にセットして、退避する。

次に、搬送ロボットは、遠心分離作業後、遠心分離モジュール２９にセットされている蓋付きの遠沈管２７を把持し、その把持した遠沈管２７を遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ搬送する。遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が外されると、搬送ロボットは、その蓋が外された遠沈管２７を上清液吸引モジュール３０の作業エリアへ搬送し、上清液吸引モジュール３０により遠沈管２７内の上清液が吸引除去されると、培地注入モジュール２４の作業エリアへ遠沈管２７を搬送する。

次に、搬送ロボットは、培地注入モジュール２４により遠沈管２７内に培地が注入されると、その培地が注入された遠沈管２７をピペッティングモジュール２５の作業エリアへ搬送し、ピペッティングモジュール２５により遠沈管２７内の細胞懸濁液が攪拌されると、試料採取モジュールの作業エリアへ遠沈管２７を搬送する。

次に、搬送ロボットは、試料採取モジュールにより遠沈管２７内の細胞懸濁液のうちの一定量が駒込ピペット３１に吸入されると、遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ遠沈管２７を搬送し、遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が閉められると、その蓋付きの遠沈管２７を遠沈管ストック部２６に立てる。

次に、搬送ロボットは、図示しない試料容器ストック部にストックされている試料容器３４を把持し、その把持した試料容器３４を試料採取モジュールの把持部３３に渡す。次に、搬送ロボットは、試料採取モジュールの把持部３３に把持されている試料容器３４のスライド部材３６をスライドさせて凹部３５ａを開ける。次に、搬送ロボットは、試料採取モジュールにより、遠沈管２７から吸入した駒込ピペット３１内の細胞懸濁液が試料容器３４の凹部３５ａへ吐出されると、試料容器３４のスライド部材３６をスライドさせて凹部３５ａを閉じる。

次に、搬送ロボットは、試料採取モジュールの把持部３３に把持されている試料容器３４を把持し、試料採取モジュールの把持部３３が試料容器３４を解放すると、その把持した試料容器３４を、次ぎの作業を実施する細胞観察ユニットＢに近い側の開口部３の近傍に設けたコンベア７上に載置して、退避する。試料容器３４は、細胞観察ユニットＢへ搬送され、細胞監察ユニットＢにおいて細胞懸濁液中の細胞数がカウントされた後、再度、細胞分配ユニットＤへ搬送される。また、細胞観察ユニットＢにおいてカウントされた細胞数の情報は上位制御部１５に送られる。上位制御部１５は、その細胞数に基づき、所定数の細胞ずつ分配されるように、細胞懸濁液を分配する量を決定する。そして、その決定した分配量の情報を、細胞分配ユニットＤの制御部１４へ送る。

次に、搬送ロボットは、搬入された試料容器３４を把持して、その把持した試料容器３４を試料採取モジュールの把持部３３に渡す。次に、搬送ロボットは、試料採取モジュールの把持部３３に把持されている試料容器３４のスライド部材３６をスライドさせて凹部３５ａを開ける。次に、搬送ロボットは、試料採取モジュールにより試料容器３４の凹部３５ａ内の細胞懸濁液が駒込ピペット３１に吸入されると、試料容器３４のスライド部材３６をスライドさせて凹部３５ａを閉じる。次に、搬送ロボットは、試料採取モジュールの把持部３３に把持されている試料容器３４を把持し、試料採取モジュールの把持部３３が試料容器３４を解放すると、その把持した試料容器３４を排出機構へ搬送する。

次に、搬送ロボットは、遠沈管ストック部２６にストックした、細胞懸濁液が入っている遠沈管２７を把持し、その把持した遠沈管２７を遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ搬送する。遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が外されると、搬送ロボットは、その蓋が外された遠沈管２７を試料採取モジュールの作業エリアへ搬送し、試料採取モジュールにより、試料容器３４から回収された駒込ピペット３１内の細胞懸濁液が遠沈管２７へ吐出されると、ピペッティングモジュール２５の作業エリアへ遠沈管２７を搬送する。

次に、搬送ロボットは、ピペッティングモジュール２５により遠沈管２７内の細胞懸濁液が駒込ピペット２５ａに吸入されると、遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ遠沈管２７を搬送する。遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が閉められると、搬送ロボットは、その蓋が閉められた遠沈管２７を排出機構へ搬送する。

次に、搬送ロボットは、ピペッティングモジュール２５の駒込ピペット２５ａに吸入した細胞懸濁液中の細胞が所定数ずつ空の培養容器１２に播種されるように、以下の動作を繰り返す。

すなわち、搬送ロボットは、まず遠沈管ストック部２６にストックされている空の遠沈管２７を把持し、その把持した遠沈管２７を遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ搬送する。遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が外されると、搬送ロボットは、その蓋が外された遠沈管２７をピペッティングモジュール２５の作業エリアへ搬送し、ピペッティングモジュール２５により、駒込ピペット２５ａから所定数の細胞を含む量の細胞懸濁液が遠沈管２７へ吐出されると、培地注入モジュール２４の作業エリアへ遠沈管２７を搬送する。

次に、搬送ロボットは、培地注入モジュール２４により遠沈管２７内に培地が注入されると、その培地が注入された遠沈管２７を細胞分配モジュール３８の作業エリアへ搬送し、細胞分配モジュール３８により遠沈管２７内の細胞懸濁液が攪拌され、その攪拌された細胞懸濁液が駒込ピペット３８ａに吸入されると、遠沈管蓋開閉モジュール２８の作業エリアへ遠沈管２７を搬送する。遠沈管蓋開閉モジュール２８により遠沈管２７の蓋が閉められると、搬送ロボットは、その蓋が閉められた遠沈管２７を排出機構へ搬送する。

次に、搬送ロボットは、培養容器ストック部３７にストックされている培養容器（第２の培養容器）１２の蓋を把持し、その把持した蓋を図示しない蓋載置台に載置した後、蓋が外された培養容器１２を把持し、その把持した培養容器１２を細胞分配モジュール３８の作業エリアへ搬送する。細胞分配モジュール３８により駒込ピペット３８ａ内の細胞懸濁液が培養容器１２へ吐出されると、搬送ロボットは、その細胞懸濁液が吐出された培養容器１２を細胞観察ユニットＢに近い側の開口部３近傍に設けたコンベア７上に載置した後、蓋載置台に載置した蓋を把持して、その把持した蓋をコンベア７上の培養容器１２に被せる。そして、搬送ロボットは、遠沈管ストック部２６にストックされている空の遠沈管２７を把持するために、遠沈管ストック部２６へ移動する。一方、培養容器１２は細胞観察ユニットＢへ搬送される。そして、細胞観察ユニットＢにおいて、培養容器１２内に細胞が均一に播種されていると判断されると、培養容器１２は細胞培養ユニットＥへ搬送される。細胞が均一に播種されていないと判断された場合には、細胞観察ユニットＢは、細胞が均一に分散するように培養容器１２を動揺させる。

続いて、細胞培養ユニットＥについて説明する。図２５は、細胞培養ユニットＥの構成の一例を説明するための縦断面図である。細胞培養ユニットＥには、培養容器に播種されている細胞を所定の環境で培養する細胞培養モジュール（培養室）４０が装備されている。

図２６は細胞培養モジュール４０の一例を説明するための図である。図２６に示すように、細胞培養モジュール４０の筐体には、培養容器１２を搬入および搬出するための開口部４１が形成されている。また、開口部４１を開閉する遮断扉４２が設けられており、遮断扉４２を閉じると、細胞培養モジュール４０の内部空間が密閉される構造となっている。また、遮断扉４２は、開口部４１から培養容器１２を搬入および搬出するときに開閉する。このように細胞培養モジュール４０を密閉可能とすることで、培養環境の維持を図ることができる。

また、細胞培養モジュール４０は、複数個の培養容器１２が載置される載置台４３と、この載置台４３を開口部４１から搬入および搬出する機構（図示せず）を備える。すなわち、載置台４３は、細胞培養モジュール４０の内部へ培養容器１２を搬入するとき、および細胞培養モジュール４０の内部から培養容器１２を搬出するときに、開口部４１から搬入および搬出される。

細胞培養ユニットＥの搬送ロボットは、他のユニットから搬入された培養容器１２を把持部８により把持し、その把持した培養容器１２を、細胞培養モジュール４０から突出している載置台４３上に載置して、退避する。載置台４３は、搬送ロボットにより培養容器１２が載置されると、細胞培養モジュール４０の内部へ移動する。載置台４３が細胞培養モジュール４０の内部へ移動すると、遮断扉４２は閉じる。

また、搬送ロボットは、細胞培養モジュール４０から突出した載置台４３上の培養容器１２を把持し、その把持した培養容器１２を次ぎの作業を実施するユニットに近い側の開口部３の近傍に設けたコンベア７上に載置して、退避する。載置台４３は、搬送ロボットにより培養容器１２が搬送されると、細胞培養モジュール４０の内部へ移動する。載置台４３が細胞培養モジュール４０の内部へ移動すると、遮断扉４２は閉じる。

以上説明した搬入搬出ユニットＡ、細胞観察ユニットＢ、細胞処理ユニットＣ、細胞分配ユニットＤ、細胞培養ユニットＥを連接することにより、単層培養の継代操作を実施することができる。

続いて、培養容器（第２の培養容器）を動揺させて、培養容器内に分配播種された細胞を均一に分散させる動作の一例について、図２７を用いて説明する。細胞が所定の増殖状態となった培養容器（第１の培養容器）から採取された所定数の細胞を含む細胞懸濁液が注入された培養容器（第２の培養容器）が細胞観察ユニットＢへ搬送されると、細胞観察ユニットＢは、培養容器の底面を下側から撮影することで培養容器内の細胞を撮影し、その撮影した画像を画像処理することで培養容器内の細胞のバラツキ状態を観察して、培養容器内に細胞が均一に播種されているか否か（バラツキ状態の良否）を判定する（ステップＳ１）。

ステップＳ１における判定処理の結果、バラツキ状態が非と判定された場合、つまり細胞が均一に播種されていない場合（ステップＳ１のＮｏ）、細胞観察ユニットＢは、撮影された画像に基づき決定された細胞を均一に分散させるための攪拌動作で培養容器を動揺させる。具体的には、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態（バラツキ方向θとバラツキ度ω）を認定し（ステップＳ２）、その認定したバラツキ状態を基に培養容器の振り方を決定して（ステップＳ３）、その決定した振り方で培養容器が動揺するように搬送ロボットの動作を制御して培養容器内の細胞懸濁液を攪拌した後（ステップＳ４）、培養容器内に細胞が均一に播種されているか否かを再び判定する（ステップＳ１）。

ステップＳ１における判定処理の結果、バラツキ状態が良と判定された場合、つまり細胞が均一に播種されている場合には（ステップＳ１のＹｅｓ）、培養容器は細胞培養ユニットＥへ搬送され、培養室に保管されて、培養容器内の細胞の培養が行われる（ステップＳ５）。このように、細胞が均一に分散するまで、ステップＳ１〜ステップＳ４を繰り返す。

以上のように、本実施の形態によれば、培養容器内で増殖した細胞を他の培養容器へ分配播種する継代操作において、分配された細胞を含む細胞懸濁液が新しい培養容器内に注入された後に、細胞が均一に分散するように培養容器を動揺させて細胞懸濁液を攪拌することができる。よって、細胞が均一に分散していないために細胞が所定の増殖状態とならないという問題を回避することができる。

なお、本実施の形態では、攪拌手段として搬送ロボットを用いる場合について説明したが、攪拌手段は搬送ロボットに限定されるものではない。例えば、培養容器を攪拌動作させることが可能なステージを設けてもよいし、観察ステージにより培養容器を攪拌動作させる構成としてもよい。

また、本発明は、設備が分散されて装備された複数台の作業ユニットを連接させて構成した細胞培養装置に限定されるものではなく、１つの筐体内に全ての設備を装備させた細胞培養装置にも適用することができる。

本発明にかかる細胞培養装置および細胞培養方法は、培養容器内で増殖した細胞を他の培養容器へ分配播種する継代操作において、分配された細胞を含む細胞懸濁液が新しい培養容器内に注入された後に、細胞が均一に分散するように培養容器を動揺させて細胞懸濁液を攪拌することができる。よって、細胞が均一に分散していないために細胞が所定の増殖状態とならないという問題を回避することができ、細胞の培養を自動化できる細胞培養装置に有用である。

本発明の実施の形態における細胞培養装置の一例を示す斜視図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の作業ユニットの一例を示す斜視図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の搬送手段の一例を説明するための縦断面図および横断面図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の搬送ロボットの一例を示す斜視図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の制御ブロックの一例を示すブロック図 本発明の実施の形態における細胞培養装置に用いる培養容器の一例を示す斜視図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の細胞観察ユニットＢの構成の一例を説明するための縦断面図および横断面図 本発明の実施の形態における、培養容器内に細胞が均一に播種されているか否かを判定する処理の一例を説明するための図 本発明の実施の形態における、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する処理の一例を説明するための図 本発明の実施の形態における、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する処理の一例を説明するための図 本発明の実施の形態における、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する処理の一例を説明するための図 本発明の実施の形態における、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する処理の一例を説明するための図 本発明の実施の形態における培養容器の攪拌動作の一例を説明するための図 本発明の実施の形態における培養容器の攪拌動作の他例を説明するための図 本発明の実施の形態における培養容器の攪拌動作の他例を説明するための図 本発明の実施の形態における培養容器内の細胞懸濁液を攪拌させる手段の他例を説明するための図 本発明の実施の形態における培養容器の攪拌動作の他例を説明するための図 本発明の実施の形態における、培養容器内に細胞が均一に播種されているか否かを判定する処理と、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する処理の他例を説明するための図 本発明の実施の形態における、培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定する処理の他例を説明するための図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の細胞処理ユニットＣの構成の一例を説明するための縦断面図および横断面図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の細胞分配ユニットＤの構成の一例を説明するための縦断面図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の遠沈管蓋開閉モジュールの一例を説明するための図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の試料採取モジュールの一例を説明するための図 本発明の実施の形態における細胞培養装置に用いる試料容器の一例を説明するための斜視図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の細胞培養ユニットＥの構成の一例を説明するための縦断面図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の細胞培養モジュールの一例を説明するための図 本発明の実施の形態における細胞培養装置の培養容器内に播種された細胞を均一に分散させる際の動作の一例を示すフロー図

符号の説明

１ 細胞培養装置
２ 作業ユニット
３ 作業ユニットの開口部
４ 作業ユニットの遮断扉
５ 作業ユニットの前壁に設けた遮断扉
６ ＨＥＰＡフィルタ
７ コンベア
８ 搬送ロボットの把持部
８ａ 搬送ロボットの把持部のアーム部
９ 搬送ロボットのＸ軸レール
１０ 搬送ロボットのＹ軸レール
１１ 搬送ロボットのリスト部
１２ 培養容器
１３ 作業エリア
１４ 作業ユニットの制御部
１５ 細胞培養装置の上位制御部
１６ 観察ステージ
１６ａ 観察ステージの載置領域
１７ａ 顕微鏡付きカメラの顕微鏡
１７ｂ 顕微鏡付きカメラの撮像素子
１８ 撮影モジュールのカメラ保持部
１９ 観察ステージのＸ−Ｙ移動機構
２０ 培地吸引モジュール
２０ａ 培地吸引モジュールのピペット
２１ 細胞洗浄液注入モジュール
２１ａ 細胞洗浄液注入モジュールのピペット
２２ 細胞洗浄液吸引モジュール
２２ａ 細胞洗浄液吸引モジュールのピペット
２３ 細胞剥離液注入モジュール
２３ａ 細胞剥離液注入モジュールのピペット
２４ 培地注入モジュール
２４ａ 培地注入モジュールのピペット
２５ ピペッティングモジュール
２５ａ ピペッティングモジュールの駒込ピペット
２６ 遠沈管ストック部
２７ 遠沈管
２７ａ 遠沈管の蓋
２８ 遠沈管蓋開閉モジュール
２８ａ 遠沈管蓋開閉モジュールの狭持部
２９ 遠心分離モジュール
３０ 上清液吸引モジュール
３０ａ 上清液吸引モジュールのピペット
３１ 試料採取モジュールの駒込ピペット
３２ 試料採取モジュールの駒込ピペット保持部
３３ 試料採取モジュールの把持部
３３ａ 試料採取モジュールの把持部のアーム
３４ 試料容器
３５ 試料容器の基台
３５ａ 基台の凹部
３６ 試料容器のスライド部材
３６ａ スライド部材の被把持部
３７ 培養容器ストック部
３８ 細胞分配モジュール
３８ａ 細胞分配モジュールの駒込ピペット
４０ 細胞培養モジュール
４１ 細胞培養モジュールの開口部
４２ 細胞培養モジュールの遮断扉
４３ 細胞培養モジュールの載置台

Claims (14)

1. 第１の培養容器内の培地に培養されている細胞を他の第２の培養容器へ分配播種する継代操作が可能な細胞培養装置であって、
   前記第１の培養容器から採取された細胞を含む細胞懸濁液が注入された前記第２の培養容器を撮影する撮像手段と、
   前記第２の培養容器を動揺させて前記細胞懸濁液を攪拌する攪拌手段と、
   前記撮像手段で撮影された画像に基づき決定された細胞を均一に分散させるための攪拌動作で前記第２の培養容器が動揺するように前記攪拌手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする細胞培養装置。
2. 前記制御手段は、前記撮像手段で撮影された画像から、前記第２の培養容器内に細胞が均一に分散しているか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
3. 前記制御手段は、前記撮像手段が撮影した画像から、前記第２の培養容器内に分散している細胞のバラツキ状態を認定することを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の細胞培養装置。
4. 前記制御手段は、細胞のバラツキ状態を基に、複数種類の攪拌動作のうちから少なくとも１つの攪拌動作を選定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の細胞培養装置。
5. 前記制御手段は、細胞のバラツキ状態を基に、攪拌動作の仕様を決定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の細胞培養装置。
6. 前記攪拌手段は、前記第２の培養容器を往復運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置。
7. 前記攪拌手段は、前記第２の培養容器を８の字運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置。
8. 前記攪拌手段は、前記第２の培養容器の縁を垂直方向にウェーブ運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置。
9. 前記攪拌手段は、前記第２の培養容器を偏心円運動または略偏心円運動させつつ、その偏心円運動または略偏心円運動よりも大きな半径で円運動または略円運動させる攪拌動作を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の細胞培養装置。
10. 前記攪拌手段として、当該細胞培養装置の内部空間において培養容器を搬送する搬送手段を用いることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の細胞培養装置。
11. 前記攪拌手段として、当該細胞培養装置の内部空間において培養容器を保持するテーブルを用いることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の細胞培養装置。
12. 前記撮像手段は、培養容器が載置される観察ステージの下方から培養容器を撮影することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の細胞培養装置。
13. 第１の培養容器内の培地に培養されている細胞を他の第２の培養容器へ分配播種する細胞培養方法であって、
    第１の培養容器から採取された細胞を含む細胞懸濁液を第２の培養容器へ注入する注入工程と、
    前記第２の培養容器内の細胞を撮像手段で撮影して前記第２の培養容器内の細胞のバラツキ状態を観察しバラツキ状態の良否を判定する観察判定工程と、
    前記観察判定工程で否と判定された場合に、撮影された画像に基づき決定された細胞を均一に分散させるための攪拌動作で前記第２の培養容器を動揺させる攪拌工程と、
    前記観察判定工程で良と判定された場合に、前記第２の培養容器内の細胞を培養する培養工程と、
    を具備し、前記観察判定工程で否と判定された場合、前記観察判定工程で良と判定されるまで、前記観察判定工程と前記攪拌工程を繰り返すことを特徴とする細胞培養方法。
14. 前記攪拌工程において、前記第２の培養容器内の細胞懸濁液が渦巻き状に回転するように前記第２の培養容器を動揺させて、前記第２の培養容器の略中央に細胞を集めた後、前記第２の培養容器を所定の方向に均等に動揺させて、前記第２の培養容器の略中央に集められた細胞を均等に分散させることを特徴とする請求項１３記載の細胞培養方法。

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