JP2012090612A - マルチガスインキュベーター - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は庫内培養と庫内の密閉容器内培養の２種の作業を１台にて行うことができるマルチガスインキュベーターを新規に提供するものである。
【解決手段】 本発明は、透視ドア付きを含むマルチガスインキュベーターに培養ガスを供給する管路を二股に分岐して一方を庫内供給用の管路、他方を該庫内に収容する密閉形容器内供給用の管路にして、該二股部に設ける切替バルブにて該ガスを庫内供給と容器内供給のいずれかに切替供給するようにしたことを特徴とするマルチガスインキュベーターにある。
【選択図】図１

Description

本発明は動物系、植物系の細胞または組織等の試料の培養に適したＣＯ2環境、幹細胞，腫瘍等に有用な低酸素環境など、培養ガスを供給するガス環境を整えて恒温培養に適するようにしたマルチガスインキュベーターに関するものである。

従来のインキュベーターは、特開平５−２５２９４４号公報に記載されているようにインキュベーターの庫内を所定の培養ガス環境にして開放形の浅皿形などの培養皿を用いて試料を培養するようにしているが、インキュベーターの庫内を所定のガス濃度にて維持するには、実際の試料の培養に必要な培養ガス量に較べてはるかに大量を必要としており、さらにインキュベーターのドアの開閉の都度に庫内のガスの濃度が減少して乱れるために設定したガス環境に迅速に調整し直さなければならないという課題があった。

この課題を解決する手段として本願出願人は特願２００４−０８４４２２（特開２００５−２６９９２１号）にてインキュベーターの庫内に収容する三角フラスコ等の個別の密閉形培養容器内に所定の培養ガスを直接供給し、容器内のみを所定のガス環境にして培養するようにしたインキュベーターを提案した。

特開平５−２５２９４４号公報 特開２００５−２６９９２１号公報

しかしながら、培養すべき試料，培養の態様によっては三角フラスコなどより浅皿形などの培養皿の方が適する場合もあるため、庫内を所定のガス環境にするインキュベーターと庫内の培養容器内のみを所定のガス環境にするインキュベーターの２種を用意する必要があって、この２種のインキュベーターを用意することは費用が嵩み，また据え置きスペースを確保しなければならない課題のほか、作業負担が大きくなるという課題があった。

また庫内の密閉形培養容器内に培養ガスを供給する場合は、供給管路中の除菌と蒸発防止用を兼ねたフィルターの詰まりにより容器内の圧力が上がりすぎて容器の栓がはずれたり容器が破損したりするという課題があった。

インキュベーターは外気温の変化によって透視ドアに結露が生じて外から目視することができなくなることがあるという課題があった。

培養中の試料の溶存酸素量，ｐＨ値の測定において、庫内を設定値のガス環境とするときはドアの開閉によってガスが飛散して環境が乱れるという課題があり、個別の密閉形容器内のみをガス環境とするときも栓をはずすことで容器内のガス環境がくずれるという課題があった。

また庫内または密閉形容器内を低酸素環境下の培養においては、大気に窒素ガスを混入して酸素濃度を低くする低酸素環境を作る必要があり、その窒素ガスの供給源として、あらかじめ窒素ガスを充填したボンベと、特殊フィルターを用いて大気から窒素を抽出生成する窒素ガス発生器とがあり、ボンベに較べて窒素ガス発生器を用いた方が格段にコストを低減することができる。しかしながら窒素ガス発生器は窒素ガスの抽出生成能力が低いために所定の低酸素環境に至るまでの時間が著しく長くなるという課題があった。

本発明は、マルチガスインキュベーターに培養ガスを供給する管路を該インキュベーターの近くにおいて二股に分岐して一方を庫内供給用の管路とし、他方を密閉形容器内供給用の管路にして、切替バルブにて該培養ガスを庫内供給と容器内供給のいずれかに切替供給する。

また、培養ガスの密閉形容器内供給用の管路においては、フィルターの詰まりによる不測の事態をさけるために、該管路に容器内のガス量を一定に維持するためにガス流量を測定するフローセンサと該フローセンサの測定値の信号を受けて供給ガスの流量を大小に自動操作する比例制御電磁弁を設けて一定に保つようにし、さらに容器内のガス量が一定値を超えたときに警報を発する警報器を設けて知らせるようにする。

透視ドアの外面に外気温センサを取付けた付きの自動制御ドアヒータを設け、外気温の測定信号により透視ドアを外気と庫内の温度の中間温に自動調節して透視ドアの結露を防止するようにする。

マルチガスインキュベーターの庫内の内壁面に光通信コネクターを設け、庫外の光学式の非接触型のＤＯ／ｐＨ計（溶存酸素およびｐＨ値計）と接続して光ファイバーを通じて庫内の酸素およびｐＨ測定用蛍光色素を励起し、その発光を測定できるようにする。ドアを開閉することなしに、または庫内の密閉形容器を開放することなしに培養中の試料の溶存酸素量およびｐＨ値などを外部から確認することができるようにする。

供給する培養ガスを窒素ガスにして庫内または庫内の密閉形培養容器内を低酸素環境とする培養においてはそれぞれに窒素ガスを供給する。該窒素ガスの供給源は窒素ガス入りのボンベと大気から継続して生成することができる窒素ガス発生器の２つから、切替バルブにていずれかに切替えて窒素ガスを供給するようにする。

本発明は培養ガスをインキュベーター庫内の供給と、庫内の密閉形容器に直接供給のいずれかに切替供給を可能にしたので、培養条件に適した２種のインキュベーターの機能をひとつのインキュベーターにて、場所をとらずに作業負担を軽減してすすめることができるという効果を生ずる。

容器内供給用の管路にフローセンサと比例制御電磁弁およびガス流量の超過を警報する警報器を設けたので、ガス圧力の上がりすぎによる密閉形容器の栓がはずれたり容器が損傷したりする事故を防止することができるという効果を生ずる。

透視ドアに透明ガラス窓の温度を所定値に自動調節する自動制御ドアヒータを設けて、透視ドアの結露を防止するようにしたので、外部から観察を続けることができるという効果を生ずる。

インキュベーターの庫内に光通信コネクターを設け、該コネクターと接続する試料の溶存酸素量およびｐＨ値を非接触にて測定する非接触型のＤＯ／ｐＨ計を庫外に設けて外部の表示部にて確認できるようにしたので、庫内または密閉形容器内にて培養中の試料の各値を外部測定することができるという効果を生ずる。

窒素ガスを用いて低酸素環境を作る際の窒素ガスの供給源をボンベと窒素ガス発生器のいずれかに切替可能にしたので、低酸素環境を迅速に整え得て且つその維持を低廉化することができるという効果を生ずる。

第１実施例の構成を示す正面図 同、（ａ）は庫内供給時の正面図、（ｂ）は密閉形容器内供給時の正面図 密閉容器内供給管路にフローセンサと比例制御電磁弁および警報器を設けた第２実施例を示す正面図 透視ドアに外気温センサ付きの自動制御ドアヒータを設けた第３実施例を示す正面図 庫内に設けた光通信コネクターに接続する非接触型のＤＯ／ｐＨ計および表示部を庫外に設けた第４実施例を示す正面図 窒素ガスの供給により低酸素環境とする時に窒素ガスの供給をボンベと窒素ガス発生器のいずれかにて切替供給されるようにした第５実施例を示す正面図

本発明は、マルチガスインキュベーターに培養ガスを供給する管路を該インキュベーターの近くにて二股に分岐して一方を庫内供給用の管路に、他方を庫内に収容する密閉形容器内供給用の管路とし、切替バルブにて庫内供給と容器内供給のいずれかに切替供給するようにし、また、培養ガスの密閉形容器内供給用の管路中にガス流量を測定するフローセンサと該フローセンサの測定値の信号を受けて供給ガスの流量を大小に自動操作する比例制御電磁弁を設けて容器内のガス量を一定に維持し、さらにガス量が一定値を超えたときに警報を発する警報器を設けて知らせるようにする。
また透視ドアの外面に外気温センサ付きの自動制御ドアヒータを取付け、外気温の測定信号により透視ドアを外気と庫内の温度の中間温に自動調節して透視ドアの結露を防止するようにし、マルチガスインキュベーターの庫内の内壁面に設けた光通信コネクターに接続する非接触型のＤＯ／ｐＨ計（溶存酸素およびｐＨ値計）とおよび表示部を庫外に設けて、ドアを開閉することなしに、または庫内の密閉形容器を開放することなしに培養中の試料の溶存酸素量およびｐＨ値を外部から確認することができるようにする。
また供給する培養ガスを窒素ガスにして庫内または庫内の密閉形培養容器内を低酸素環境とする際は、窒素ガスを充填したボンベと窒素ガス発生器のいずれかより切替供給して該環境を整えるようにする。

以下図面に基づいて実施例を説明する。
図１乃至図２は第１実施例を示すものであって、四角箱体形をしたマルチガスインキュベーター１は前面に透明ガラス窓２ａを備えた透視ドア２を有し、庫内に培養容器載置用の載置台３を備える。載置台３は振とう機構を備えた振とう台とすることもある。

マルチガスインキュベーター１にＣＯ₂ガス，Ｎ₂ガス等の培養ガスを供給する管路は庫の近くにおいて庫内に培養ガスを供給する庫内供給用の管路４ａと、庫内に収容する三角フラスコ等の塞栓により密閉することのできる１乃至複数個の培養容器に直接供給する培養容器内供給用の管路４ｂの二股に分岐して、その分岐部に三方式の切替バルブ５を設けて残りの一方はガス入りボンベ等の培養ガスの供給源６に接続している。７はガス濃度を設定値に自動調整するためのガスコントローラーである。培養容器内供給用の管路４ｂは、庫内の上方などに取付けた多分岐管８と多分岐管８より分岐するチューブ９を経て各培養容器内に培養ガスを供給するようにしている。

図２（ａ）に示すように載置台２に動物系または植物系の培養すべき細胞試料を培地中に注入した１乃至複数個の浅皿形の培養皿Ａを載せて、例えば大気に５％程度のＣＯ₂を混入して調整した培養ガス環境下において恒温培養するときは、切替バルブ５によりインキュベーター１の庫内供給用の管路４ａ側を開いて、ガスコントローラー７によって濃度を５％に自動調整したＣＯ₂ガスを庫内に供給して所定のガス環境を整え且つ維持して、培養すべき試料を恒温培養することとなる。

図２（ｂ）はＣＯ₂ガスの供給を培養容器内供給用の管路４ｂに切替えて、載置台３に載せた三角フラスコの培養容器Ｂ内のみにＣＯ₂ガスを供給する使用例を示すもので、培養すべき細胞試料を培地中に注入した複数個の三角フラスコＢは培養ガス供給用の入口筒１０と出口筒１１を並行して設けた密封栓１２にて密封し、入口筒１１に多分岐管８から延びたチューブ９端を接続して三角フラスコＢ内にＣＯ₂ガスを供給するのである。１３は入口筒１０と出口筒１１のそれぞれに交換自在において取付けた除菌と蒸発防止用を兼ねたフィルターである。出口筒１１に接続する排出用チューブ１４は多分岐管８を経由してまたは直接庫外に延びて三角フラスコＢ内の培養試料の発生した老廃物などを含む排気を培養容器内から排出するのである。
かくて試料は容器Ｂ内において恒温培養を続けることになる。

以上のようにして本発明のインキュベーター１は、切替バルブ５による二股管路の切替という簡単な操作によって１台で二役、すなわち培養ガスの庫内供給と個別の培養容器内への供給という使い分けができることになる。

図３は第２実施例で、培養容器内供給用の管路４ｂに設けた培養ガスの流量測定用のフローセンサ１５とフローセンサ１５の測定した信号を受けて、容器Ｂ内のガス量を一定に維持するために培養ガスの流量を大小に自動操作する比例制御電磁弁１６を設け、さらに培養ガスの流量が安全限界に近い一定値を越えたときに警報を発する警報器１７を設けたのである。

培養容器内に培養ガス中に出口側のフィルター１３の詰まりなどにて密閉された培養容器Ｂ内の圧力が上がりすぎて密閉栓１２がはずれたり容器が破損したりする事故のおそれがあるが、詰まったときも自動操作にてガス流量の安定が確保されることで破損等は防止され、なおガス圧が一定値を越えたときは警報器１７が警報を発して知らせて機器の停止，調整等を促すことで事故を未然に防止することができることになる。

図４は第３実施例で、インキュベーター１の前面の透視ドア２の外面に外気温をリアルタイムに測定する外気温センサ１８を取付け、透視ドア２内に外気温センサ１８の測定信号により透視ドア２の透明ガラス窓２ａの温度を高低に自動調節する自動制御ドアヒータ１９を設ける。

インキュベーター１の庫内温度は恒温に維持されるため、外気温との間で温度差がある場合、外気温が高いときは透明ガラス窓２ａの外側に、外気温が低いときは透明ガラス窓２ａの内側に結露が生じて、いずれの場合も透視ドア２の外から庫内が観察できない状況となる。そこで外気温を測定した外気温センサー１８の信号を受けた自動制御ドアヒータ１９が透視ドア２の透明ガラス窓２ａを内外の中間温度に調節することで結露の発生を防止して、透視ドア２を閉めたまま外から観察を続けることができるようにしたのである。

図５は第４実施例で、インキュベーター１の庫内の内壁面に光通信コネクター２０を設け、該コネクター２０を庫外に設けた光学式の非接触型のＤＯ／ｐＨ計２１と接続したのである。２１ａは表示部モニターである。

光学式の非接触型ＤＯ／ｐＨ計２１は、三角フラスコなどの透明な培養容器Ｂの中に溶存酸素量およびｐＨ濃度に反応して蛍光を発するセンサーチップを貼着してそのセンサーチップを光通信コネクター２０の光ファイバーにより励起し発光させて蛍光消失時間を測定するようにしたものであって、密閉された培養容器を開放することなく、つまり培養試料に接触することなくして溶存酸素量，ｐＨ濃度を外部から測定することができ、その測定値信号を表示部モニター２１ａに表示することによって透視ドア２の開閉は不要となる。庫外の表示部は専用モニターのほかパソコン接続にてモニタリングすることもできる。以上により培養試料にまったく影響を与えることなくして溶存酸素量およびｐＨ濃度を測定することができることとなる。

図６は第５実施例を示すものである。
幹細胞，腫瘍等の培養に有効な例えば１％酸素などの低酸素環境を作る場合は大気に窒素ガスを混入して酸素濃度を低くする。この窒素ガスの供給にはあらかじめ窒素を充填したボンベと窒素ガス発生器の双方を利用することができる。ボンベ入りの窒素ガスは一時に大量に供給することができるメリットがある反面コスト高で、培養途中で窒素ガスが切れたりするおそれがあり、またボンベの交換に手間がかかるという欠点がある。他方窒素ガス発生器は大気から特殊フィルターを通して窒素ガスを低コストで作り出すことができ、しかも連続して作り続けることができることで試料の長時間の培養中に供給を途切らせるおそれがないというメリットがあるが、窒素ガスの生成能力が低くて短時間に大量の窒素ガスを供給することができないという欠点がある。

そこでインキュベーター１の庫内または培養容器Ｂ内に窒素ガスを窒素入りボンベ２２と窒素ガス発生器２３のいずれかより切替供給されるようにしたのである。２４は切替バルブである。

低酸素環境の培養を開始するときは、切替バルブ２４によりボンベ２２側を開けて大量の窒素ガスを供給することで短時間にて一気に酸素濃度を下げて所定の低酸素ガス環境とし、その後は窒素ガス発生器２３側の発生する窒素ガスの供給に切替えて低酸素環境を維持するようにするのである。なお両者の切替はインキュベーター１の庫内または管路に設ける濃度測定器（図示してない）の測定値信号を受けて作動するように自動化することもできる。

以上により、所定の低酸素環境を素早く整えて維持するに際してコスト高のボンベ２２入り窒素ガスの消費を節約し、少量の窒素ガス供給にて足り得る長時間の環境維持は窒素ガス発生器２３にて行うことで低酸素環境培養のコストを低減することができ、しかもガス切れの不安が生じないこととなる。

本発明のマルチガスインキュベーターは培養ガスの庫内供給と庫内の密閉形容器内供給に切替ることで、双方の培養作業を１台にて可能とし、密閉形容器の栓がはずれたり容器が破損させたりすることなくして安全で、透視ドアの結露を防止し、培養試料に影響を与えることなしに溶存酸素量／ｐＨ値を測定し得、さらに窒素ガスによる培養環境を迅速且つ低廉にて形成し得ることで広く利用されるものである。

１はマルチガスインキュベーター
２は透視ドア
２ａは透明ガラス窓
３は載置台（振とう台）
４ａは庫内供給用の管路
４ｂは培養容器内供給用の管路
５は三方式の切替バルブ
６はガスの供給源
７はガスコントローラー
８は多分岐管
９はチューブ
１０は入口筒
１１は出口筒
１２は密封栓
１３は除菌と蒸発防止用を兼ねたフィルター
１４は排出用チューブ
１５はフローセンサ
１６は比例制御電磁弁
１７は警報器
１８は外気温センサー
１９は自動制御ドアヒータ
２０は光通信コネクター
２１は非接触型のＤＯ／ｐＨ計
２１ａは表示部モニター
２２は窒素入りボンベ
２３は窒素ガス発生器
２４は切替バルブ
Ａは浅皿形の培養皿
Ｂは三角フラスコなどの密閉形容器

Claims (5)

1. 透視ドア付きを含むマルチガスインキュベーターに培養ガスを供給する管路を二股に分岐して一方を庫内供給用の管路、他方を該庫内に収容する密閉形容器内供給用の管路にして、該二股部に設ける切替バルブにて該ガスを庫内供給と容器内供給のいずれかに切替供給するようにしたことを特徴とするマルチガスインキュベーター。
2. 容器内供給の管路に培養ガスの流量測定用のフローセンサと該フローセンサの測定値の信号を受けて容器内のガス量の増減に応じて培養ガスの流量を大小に自動操作する比例制御電磁弁を設け、さらに容器内の培養ガス量が一定値を超過したときに警報を発する警報器を設ける請求項１に記載のマルチガスインキュベーター。
3. マルチガスインキュベーターの透視ドアに外気温センサ付きの自動制御ドアヒータを取付け、該外気温センサの外気温測定信号により該自動制御ドアヒータによって透視ドアを庫内と外気の温度の中間に自動調節して結露の発生を防止する請求項１または２に記載のマルチガスインキュベーター。
4. マルチガスインキュベーター庫内の内壁面に光通信コネクターを設け、該コネクターを庫外に設けた光学式の非接触型のＤＯ／ｐＨ計と接続することにより、ドアを開閉することなしに、または庫内の培養容器を開放することなしに試料の溶存酸素量およびｐＨ値を測定可能にする請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチガスインキュベーター。
5. 供給する培養ガスを窒素ガスにして庫内または庫内の密閉形培養容器内を低酸素環境とする培養において、該窒素ガスの供給源を窒素充填のボンベと、窒素ガス発生器の２つにして該ボンベまたは窒素ガス発生器のいずれかより切替供給する請求項１乃至４のいずれかに記載のマルチガスインキュベーター。

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