JP2015073447A - 培養装置入り細胞培養プレート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】培養装置101は、弾性体からなり、細胞1を付着させた状態で細胞1を培養するための足場部材2と、足場部材2を弾性変形させるためのポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータ3とを備える。
【選択図】図1
Description
たとえば特開2009−159925号公報(特許文献1)には、細胞伸展刺激負荷デバイスと称する装置が記載されている。この装置は、細胞観察用チャンバーに設けられた細胞載置用孔において細胞を培養するものである。回転可能に取り付けられた伸展用アームの動きによって、細胞は左右に等しく引き伸ばされる。この際、顕微鏡のピントがずれることはほとんどないとされている。
たとえばMIT Technology Reviewに掲載された"Building an Organ on a Chip"(非特許文献1)には、ハーバード大学での研究成果が紹介されており、ヒトの肺細胞を培養した例、ヒトの小腸細胞を培養した例が示されている。
MEMS技術を用いて培養部を小型化したとしても、周辺にポンプなどを多数使用するなどの必要があり、装置全体として大がかりになる。
(構成)
図1を参照して、本発明に基づく実施の形態1における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置101が容器6内で用いられる様子を図1に示す。培養装置101は、弾性体からなり、細胞1を付着させた状態で細胞1を培養するための足場部材2と、足場部材2を弾性変形させるためのポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータ3とを備える。
本実施の形態における培養装置101では、ポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータ3が用いられている。熱駆動アクチュエータ3は、静電式ではなく熱駆動式であるので、たとえ液中であっても、電気を正常に使用することができる。熱駆動アクチュエータ3はポリマー製であるので、シリコーン製の場合に比べて同じ温度変化でも大きな変位を得ることができる。
(構成)
図2〜図4を参照して、本発明に基づく実施の形態2における培養装置について説明する。この培養装置は、全体としては実施の形態1で説明したものと同様である。この培養装置が備える複数の熱駆動アクチュエータ3のうちの1つについて、平面図を図2に示す。
本実施の形態では、複数の熱駆動アクチュエータ3の各々が、固定部と、梁部と、可動部とを備えており、梁部の熱膨張によって可動部が変位することによって足場部材を弾性変形させることができるので、梁部にジュール熱を発生させることで足場部材を弾性変形させることができ、培養中の細胞に対して容易に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
(構成)
図5を参照して、本発明に基づく実施の形態3における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置103が容器6内で用いられる様子を図5に示す。
本実施の形態では、可動部32を介して足場部材2iに加わる弾性変形が立体的な形状の変化として細胞1に伝わるので、培養中の細胞に対して容易に所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。足場部材2iの細胞1を付着させるべき表面は立体的に延在するので、細胞1を立体的な所望の形状に沿って成長させることができる。
(構成)
図7を参照して、本発明に基づく実施の形態4における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置105が容器6内で用いられる様子を図7に示す。
本実施の形態では、熱駆動アクチュエータの配置自体が立体的であるが、このようにすれば、より自由度が高くなり、培養中の細胞に対して所望の伸展または圧縮の刺激を与えることができる。
図8を参照して、本発明に基づく実施の形態5における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置106は、図8に示すように、足場部材2jを備え、平面的に見て、足場部材2jを取り囲むように周囲に複数の熱駆動アクチュエータ3を備えている。足場部材2jは外形が球状となっており、多孔質となっている。図8においてはベースは図示省略されている。実際には、複数の熱駆動アクチュエータ3はベースに固定されている。
図9を参照して、本発明に基づく実施の形態6における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置107は、足場部材2jを弾性変形させるための圧電部材8a,8bをさらに備える。以下に、より詳しく述べる。
図10〜図12を参照して、本発明に基づく実施の形態7における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置108の平面図を図10に示す。本実施の形態における培養装置108は、中央に配置された足場部材2jを90°間隔で4方から取り囲むように4つの熱駆動アクチュエータ3が配置されている。各熱駆動アクチュエータ3は、固定部31と可動部32と梁部33とを備える。図10においてはベースは図示省略されている。実際には、複数の熱駆動アクチュエータ3はベースに固定されている。図10に示した足場部材2jの近傍の拡大平面図を図11に示す。足場部材2jの近傍の拡大側面図を図12に示す。足場部材2jの近傍の斜視図を図13に示す。
図16を参照して、本発明に基づく実施の形態8における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置109を図16に示す。培養装置109は、中央に配置されたシート状の足場部材2kを備える。足場部材2kはポリマー製の多孔質の部材である。足場部材2kは平面的に見て十字形状となっている。足場部材2kを90°間隔で4方から取り囲むように4つの熱駆動アクチュエータ3が配置されている。各熱駆動アクチュエータ3は、固定部31と可動部32と梁部33とを備える。可動部32は、足場部材2kの平面的に見て突出している部分にそれぞれ下側から接続されている。
図17を参照して、本発明に基づく実施の形態9における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置110を図17に示す。培養装置110は、中央に配置されたシャーレ形状の足場部材2nを備える。足場部材2nの内部には培地4が収容されている。培地4は液体であってもよい。足場部材2nはたとえばシリコーンゴム製である。足場部材2nの内側の底面には細胞の成長に好都合な所望の微細加工がされていてもよい。
図18を参照して、本発明に基づく実施の形態10における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置121の平面図を図18に示す。培養装置121は、複数の熱駆動アクチュエータ3yを備える。図18に示した例では熱駆動アクチュエータ3yの数は4つであるが、実際には4つに限らない。熱駆動アクチュエータ3yは、固定部41と直動部42と回転梁部43と当接部44とを備える。固定部41はベース(図示省略)に対して固定されている。直動部42は、詳細には図3および図4に示した構造を有する。図18においては、直動部42はロッド部421と固定部422とを含むものとして簡略化して表示されている。固定部422はベース(図示省略)に対して固定されており、ロッド部421が梁部(図示省略)の熱膨張により前進できるようになっている。回転梁部43は、固定部41から回動可能なように延在する。直動部42のロッド部421は、前進したときに回転梁部43を押して回動させるように配置されている。回転梁部43の先端には梁状の当接部44が接続されている。当接部44は回転梁部43に対して少なくとも若干角度回転可能となっている。当接部44の回転梁部43とは反対側の先端は足場部材2jに接続されている。当接部44はいずれも足場部材2jの中心を通らない直線上に配置されている。直動部42のロッド部421が前進または後退することにより回転梁部43が回動し、当接部43は矢印95の方向に変位することとなる。こうして、足場部材2jにはねじる向きの力が作用する。1つの足場部材2jに対して、複数の当接部44が図18に示すようにそれぞれ接続されているので、足場部材2jをいずれの向きにねじることも可能である。
図19〜図20を参照して、本発明に基づく実施の形態11における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置122を図19に示す。培養装置122の斜視図を図20に示す。培養装置122は、中央に配置された足場部材2jを取り囲むように複数の熱駆動アクチュエータ3を備える。足場部材2jは球状の多孔質の部材である。熱駆動アクチュエータ3は、固定部31と可動部32と梁部33とを備える。
図21を参照して、本発明に基づく実施の形態12における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置123を図21に示す。培養装置123は、実施の形態3で説明した培養装置103と類似しており、立方体形状の足場部材2iを中央に備える。培養装置123は、培養装置103に比べて、足場部材2iに対して可動部32が接続する高さが一定ではなく、複数ある可動部32のうち少なくとも一部の可動部32は異なる高さで接続しているという点で異なる。
図22を参照して、本発明に基づく実施の形態13における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置124を図22に示す。培養装置124は、球状の足場部材2jを中央に備え、足場部材2jを挟んで互いに対向するように2つのスナップ機構10を備える。スナップ機構10は足場部材2jに接続されたロッド11を備える。スナップ機構10の各々の周辺には、ロッド11が足場部材2jを押圧するようにスナップ機構10を変形させるための熱駆動アクチュエータ51と、ロッド11が足場部材2jを引っ張るようにスナップ機構10を変形させるための熱駆動アクチュエータ52とが配置されている。熱駆動アクチュエータ51は回転梁部53を押して回動させるように配置されている。回転梁部53はスナップ機構10を足場部材2jの側に押し込む役割を果たす。熱駆動アクチュエータ52は回転梁部54を押して回動させるように配置されている。回転梁部54はスナップ機構10を足場部材2jから遠ざかる側に引き出す役割を果たす。
図23を参照して、本発明に基づく実施の形態14における培養装置について説明する。本実施の形態における培養装置125を図23に示す。培養装置125は、中央に配置された足場部材2rを取り囲むように複数の熱駆動アクチュエータ3を備える。熱駆動アクチュエータ3の固定部31はベース5に固定されている。熱駆動アクチュエータ3は可動部32の先端に当接部34rを備える。足場部材2rは繊維状である。各熱駆動アクチュエータ3の詳細は、実施の形態7などで説明したのと同様である。
図24を参照して、本発明に基づく実施の形態15における培養装置入り細胞培養プレートについて説明する。この培養装置入り細胞培養プレート251は、公知の細胞培養プレート200を用いたものである。細胞培養プレート200は市販されている一般的な形状のものであり、マトリックス状に配列された複数のウェルを有する。これらのウェルのうちの1つであるウェル200aに、実施の形態1〜13のいずれかで説明した培養装置201を収容し、近隣の他のウェル200bに制御基板および電源を含む制御ユニット202を収容したものである。培養装置201と制御ユニット202とは配線203によって接続されている。配線203はウェル200a,200bにまたがるように設けられている。図24に示すように、培養装置201を収容するウェル200aと、制御ユニット202を収容するウェル200bとの対を、複数対設けて1つの細胞培養プレート200内に配置してもよい。
図27を参照して、本発明に基づく実施の形態16における培養装置入り細胞培養プレートについて説明する。この培養装置入り細胞培養プレート252は、一般的な細胞培養プレート200の各ウェルの中に培養装置201を収容し、制御基板および電源を含む制御ユニット205は細胞培養プレート200の下側に配置したものである。本実施の形態では、制御ユニット205は、ウェル内に収める必要はないので、大きなサイズであってもよい。各ウェルの上方には小型カメラ204が配置されている。制御ユニット205から各培養装置201へはワイヤレス給電が行なわれている。したがって、培養装置201は各ウェル内に収まった状態のまま駆動することができる。培養装置201は各ウェル内で培地に浸っていてもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
Claims (12)
- 弾性体からなり、細胞を付着させた状態で前記細胞を培養するための足場部材と、
前記足場部材を弾性変形させるためのポリマー製の複数の熱駆動アクチュエータとを備える、培養装置。 - 前記複数の熱駆動アクチュエータの各々は、
固定部と、
前記固定部から延在し、電流が流れることによって熱膨張する梁部と、
前記梁部によって支持され、前記梁部の熱膨張によって変位する可動部とを備え、
前記可動部は、前記梁部の熱膨張によって前記可動部が変位したときに前記足場部材を弾性変形させることが可能なように、前記足場部材に接している、請求項1に記載の培養装置。 - 前記足場部材の前記細胞を付着させるべき表面は立体的に延在する、請求項1または2に記載の培養装置。
- 前記足場部材は網目構造である、請求項1から3のいずれかに記載の培養装置。
- 前記足場部材は多孔質である、請求項1から3のいずれかに記載の培養装置。
- 前記足場部材は繊維状である、請求項1から3のいずれかに記載の培養装置。
- 前記足場部材は生分解性材料または生体吸収性材料で形成されている、請求項1から6のいずれかに記載の培養装置。
- 前記複数の熱駆動アクチュエータは、前記足場部材に対してそれぞれ異なる軸方向で力を伝達するように配置されている、請求項1から7のいずれかに記載の培養装置。
- 前記複数の熱駆動アクチュエータの少なくともいずれかは、前記足場部材が剪断変形またはねじり変形をするように配置されている、請求項1から7のいずれかに記載の培養装置。
- 前記複数の熱駆動アクチュエータの少なくともいずれかは、表面が絶縁体で被覆されている、請求項1から9のいずれかに記載の培養装置。
- 前記足場部材を弾性変形させるための圧電部材をさらに備える、請求項1から10のいずれかに記載の培養装置。
- 細胞を培養するための凹部を有し、請求項1から11のいずれかに記載の培養装置を前記凹部の内部に備える、培養装置入り細胞培養プレート。
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