JP2015232508A - Sensor for measuring in medium for cell culture and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞培養の培地中で測定を行なうセンサに係り、特に、測定に適切な流速が必要なセンサおよびこのようなセンサを用いた測定方法に関する。 The present invention relates to a sensor that performs measurement in a cell culture medium, and more particularly, to a sensor that requires a flow rate appropriate for measurement and a measurement method using such a sensor.
医薬製造等における細胞培養工程においては、培地中の溶存酸素濃度、ｐＨ、栄養成分濃度、培地温度等を、細胞の育成に最適な条件に維持することが重要である。細胞培養における培地の環境制御について、溶存酸素濃度を例に図１２を参照して説明する。 In the cell culturing step in pharmaceutical production or the like, it is important to maintain the dissolved oxygen concentration, pH, nutrient component concentration, medium temperature, etc. in the medium under optimal conditions for cell growth. The environmental control of the medium in cell culture will be described with reference to FIG. 12 taking dissolved oxygen concentration as an example.
図１２において、培養容器５００中に液体の培地５１０が収容されている。培地５１０の溶存酸素濃度は、溶存酸素センサ５２０、制御部５３０、酸素供給源からの酸素流入量を調節する電磁弁５４０からなる制御ループによって制御されている。 In FIG. 12, a liquid medium 510 is accommodated in a culture vessel 500. The dissolved oxygen concentration of the culture medium 510 is controlled by a control loop including a dissolved oxygen sensor 520, a control unit 530, and an electromagnetic valve 540 that adjusts an oxygen inflow amount from an oxygen supply source.
電磁弁５４０の培地側出口にはスパージャ５５０が設置されており、培地５１０を曝気している。この際、培養容器５００内の培地５１０の酸素濃度分布を均一にするために、撹拌翼５６０等が用いられている。撹拌翼５６０は、モータ５７０により所定の回転速度で回転し、培地５１０を撹拌するようになっている。 A sparger 550 is installed at the medium side outlet of the electromagnetic valve 540 to aerate the medium 510. At this time, in order to make the oxygen concentration distribution of the medium 510 in the culture vessel 500 uniform, a stirring blade 560 or the like is used. The stirring blade 560 is rotated at a predetermined rotational speed by a motor 570 to stir the culture medium 510.
溶存酸素センサ５２０としては、電極式、試薬利用方式、光学式等いくつかの方式が実用化されているが、一般に、電極式の溶存酸素センサ５２０が広く使用されている。電極式の溶存酸素センサ５２０は、電解液中に配置された２つの電極間に電圧をかけると酸素量に応じた電流が流れることを利用して溶存酸素濃度を測定するものであり、ポーラログラフ式とガルバニ電池式の２方式が知られている。 As the dissolved oxygen sensor 520, several methods such as an electrode type, a reagent using method, and an optical method have been put into practical use. In general, an electrode type dissolved oxygen sensor 520 is widely used. The electrode-type dissolved oxygen sensor 520 measures the dissolved oxygen concentration by utilizing the fact that a current corresponding to the amount of oxygen flows when a voltage is applied between two electrodes arranged in the electrolyte. And two types of galvanic cell type are known.
図１３は、ポーラログラフ式溶存酸素センサ５２０の概要を示す図である。ポーラログラフ式溶存酸素センサ５２０は、センサ内の電解液５１１中に配置された作用電極５２１と対極５２２との間に電池５２３により電位差を与え、流れる電流を電流計５２４で測定する構造となっている。 FIG. 13 is a diagram showing an outline of the polarographic dissolved oxygen sensor 520. The polarographic dissolved oxygen sensor 520 has a structure in which a potential difference is applied by a battery 523 between a working electrode 521 and a counter electrode 522 disposed in an electrolyte solution 511 in the sensor, and a flowing current is measured by an ammeter 524. .
一般に、作用電極５２１はＰｔまたはＡｕが用いられ、対極５２２はＡｇ−ＡｇＣｌが用いられ、電解液５１１はＫＣｌまたはＫＯＨが用いられる。このとき、酸素透過性の高いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を用いた隔膜５２５を用いて、培地５１０と電解液５１１とを隔てている。 In general, Pt or Au is used for the working electrode 521, Ag-AgCl is used for the counter electrode 522, and KCl or KOH is used for the electrolyte solution 511. At this time, the culture medium 510 and the electrolyte solution 511 are separated by using a diaphragm 525 using polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like having high oxygen permeability.
作用電極５２１と対極５２２とにおいては、培地５１０に接液する隔膜５２５を透過した酸素により、以下の電気化学反応式に示す酸化還元反応が起きる。 In the working electrode 521 and the counter electrode 522, an oxidation-reduction reaction represented by the following electrochemical reaction equation occurs due to oxygen permeating through the diaphragm 525 in contact with the culture medium 510.
作用電極：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−
対 極 ：４Ｃｌ−＋４Ａｇ＋→４ＡｇＣｌ＋４ｅ−
この反応の際に流れる電流は酸素の量に比例し、隔膜５２５を透過する酸素の量は培地５１０中の酸素の分圧に比例するため、電流計５２４の測定結果に基づいて培地５１０の溶存酸素濃度を求めることができる。
Working electrode: O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH −
Counter electrode: 4Cl − + 4Ag + → 4AgCl + 4e −
The current flowing during this reaction is proportional to the amount of oxygen, and the amount of oxygen that permeates the diaphragm 525 is proportional to the partial pressure of oxygen in the culture medium 510. The oxygen concentration can be determined.
なお、ガルバニ電池式溶存酸素センサは、作用電極５２１と対極５２２の材質と電解液５１１を、電池が構成される組み合わせとすることで、独立した電池５２３を不要としたものである。例えば、作用電極５２１はＡｇが用いられ、対極５２２はＰｂが用いられ、電解液５１１はＫＯＨが用いられる。その他の構成や測定原理については、ポーラログラフ式溶存酸素センサ５２０と同様である。 Note that the galvanic cell type dissolved oxygen sensor eliminates the need for the independent battery 523 by combining the material of the working electrode 521 and the counter electrode 522 and the electrolyte solution 511 into a battery. For example, Ag is used for the working electrode 521, Pb is used for the counter electrode 522, and KOH is used for the electrolytic solution 511. Other configurations and measurement principles are the same as those of the polarographic dissolved oxygen sensor 520.
上記の電気化学反応式が示すように、電極式の溶存酸素センサ５２０では、溶存酸素濃度の測定に際し、作用電極５２１において酸素が消費され、局所的に酸素濃度が減少していく。このため、電極式溶存酸素センサ５２０付近の培地５１０が停滞した状態だと、酸素の供給が滞って作用電極５２１で上記の電気化学反応が起こらなくなり、培地５１０の溶存酸素測定が継続できなくなってしまう。 As shown in the above electrochemical reaction formula, in the electrode-type dissolved oxygen sensor 520, oxygen is consumed at the working electrode 521 when the dissolved oxygen concentration is measured, and the oxygen concentration is locally reduced. For this reason, if the culture medium 510 in the vicinity of the electrode-type dissolved oxygen sensor 520 is in a stagnant state, the supply of oxygen is delayed and the above-described electrochemical reaction does not occur at the working electrode 521, and the measurement of dissolved oxygen in the culture medium 510 cannot be continued. End up.
このような事態を防ぐために、電極式溶存酸素センサ５２０では、一般に、隔膜５２５付近の培地５１０に２０ｃｍ／ｓｅｃ以上の流速を与えることが必要であるとされている。 In order to prevent such a situation, the electrode-type dissolved oxygen sensor 520 is generally required to give a flow rate of 20 cm / sec or more to the medium 510 in the vicinity of the diaphragm 525.
従来、この測定に必要な流速は、撹拌翼５６０の回転による培地５１０の流れで確保するようにしている。しかしながら、撹拌翼５６０の大きさや効率、培養容器５００の大きさ等は様々であるため、撹拌に最適な撹拌翼５６０の回転速度と、測定に適した流速を得るための撹拌翼５６０の回転速度とは必ずしも一致しない。 Conventionally, the flow rate necessary for this measurement is ensured by the flow of the medium 510 by the rotation of the stirring blade 560. However, since the size and efficiency of the stirring blade 560 and the size of the culture vessel 500 vary, the rotational speed of the stirring blade 560 that is optimal for stirring and the rotational speed of the stirring blade 560 for obtaining a flow rate suitable for measurement. Does not necessarily match.
例えば、測定に必要な流速を確実に確保するために撹拌翼５６０の回転速度をむやみに上げると、培地５１０中の細胞に過剰なストレスを与えてしまい、細胞の生存に悪影響を与えかねない。一方で、細胞にストレスを与えないような回転速度で撹拌翼５６０を回転させると、測定に必要な流速が確保できず、測定不能になったり測定精度が低下するおそれがある。 For example, if the rotational speed of the stirring blade 560 is increased excessively in order to ensure the flow rate necessary for the measurement, excessive stress is applied to the cells in the medium 510, which may adversely affect the survival of the cells. On the other hand, if the stirring blade 560 is rotated at a rotation speed that does not give stress to the cells, the flow rate necessary for the measurement cannot be secured, and measurement may become impossible or the measurement accuracy may be reduced.
そこで、本発明は、細胞培養の培地中で測定に適切な流速が必要なセンサにおいて、細胞に過剰なストレスを与えることなく、測定に必要な流速を確保できるようにすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to ensure a flow rate necessary for measurement without applying excessive stress to cells in a sensor that requires an appropriate flow rate for measurement in a cell culture medium.
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様であるセンサは、細胞培養の培地中で測定を行なうセンサであって、測定の際に前記培地と接する接液部と、前記接液部が外周部分に露出したケースと、測定結果を外部に出力する通信部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記ケースを前記培地中で回転または移動させるための移動機構を備えるようにしてもよい。
また、前記接液部近傍において、測定対象物質が消費されるものであってもよい。
また、前記移動機構は、磁石または強磁性体とすることができる。
あるいは、前記移動機構は、浮力を調整する機構であってもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である測定方法は、測定の際に細胞培養の培地と接する接液部と、前記接液部が外周部分に露出したケースと、前記ケースを前記培地中で回転または移動させるための移動機構と、測定結果を外部に出力する通信部とを備えたセンサを、前記培地中を回転または移動させながら、前記培地における測定を行なうことを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様である測定方法は、測定の際に細胞培養の培地と接する接液部と、前記接液部が外周部分に露出したケースと、前記ケースを前記培地中で上下方向に移動させるための浮力調整機構と、測定結果を外部に出力する通信部とを備えたセンサを、前記培地中を上下移動させることで、前記培地における測定値の垂直方向の分布を取得することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the sensor according to the first aspect of the present invention is a sensor that performs measurement in a cell culture medium, and is in contact with the medium during measurement, and the liquid contact part And a communication unit that outputs measurement results to the outside.
Here, you may make it provide the moving mechanism for rotating or moving the said case in the said culture medium.
Further, the measurement target substance may be consumed in the vicinity of the liquid contact portion.
The moving mechanism can be a magnet or a ferromagnetic material.
Alternatively, the moving mechanism may be a mechanism that adjusts buoyancy.
In order to solve the above problems, a measurement method according to a second aspect of the present invention includes a wetted part in contact with a cell culture medium at the time of measurement, a case where the wetted part is exposed to an outer peripheral part, and the case Measuring in the medium while rotating or moving in the medium, a sensor having a moving mechanism for rotating or moving the medium in the medium and a communication unit that outputs measurement results to the outside. And
In order to solve the above problems, a measurement method according to a third aspect of the present invention includes a wetted part in contact with a cell culture medium at the time of measurement, a case where the wetted part is exposed to an outer peripheral part, and the case By vertically moving the sensor in the culture medium, a sensor having a buoyancy adjustment mechanism for moving the sensor up and down in the culture medium and a communication unit that outputs a measurement result to the outside is obtained. It is characterized by acquiring a distribution of directions.
本発明によれば、細胞培養の培地中で測定に適切な流速が必要なセンサにおいて、細胞に過剰なストレスを与えることなく、測定に必要な流速を確保できるようになる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the sensor which requires the flow rate suitable for a measurement in the culture medium of a cell culture, it becomes possible to ensure the flow rate required for a measurement, without giving an excessive stress to a cell here.
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明のセンサを主として電極式の溶存酸素センサに適用した場合について説明するが、本発明のセンサは、電極式溶存酸素センサに限られず、細胞培養の培地中で測定に適切な流速が必要なセンサ全般に用いることができる。なお、流速は、センサと培地との相対速度であり、測定に適切な流速が必要であるとは、所定の流速が得られないと測定不能になる場合に加え、流速により測定精度や測定感度が変化する場合も含む概念である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the case where the sensor of the present invention is mainly applied to an electrode-type dissolved oxygen sensor will be described. However, the sensor of the present invention is not limited to an electrode-type dissolved oxygen sensor, and is suitable for measurement in a medium for cell culture. It can be used for all sensors that require a high flow rate. Note that the flow rate is the relative speed between the sensor and the medium, and that an appropriate flow rate is required for measurement. In addition to the case where measurement cannot be performed unless a predetermined flow rate is obtained, measurement accuracy and measurement sensitivity depend on the flow rate. It is a concept that includes the case where changes occur.
図１は、本実施形態に係る溶存酸素センサ１００の測定態様を説明する図である。本図において、培養容器２００中に液体の培地２１０が収容されている。培地２１０の溶存酸素濃度は、溶存酸素センサ１００、溶存酸素センサと通信を行なう通信部２２０、制御部２３０、酸素供給源からの酸素流入量を調節する電磁弁２４０からなる制御ループによって制御されている。 FIG. 1 is a diagram illustrating a measurement mode of the dissolved oxygen sensor 100 according to the present embodiment. In this figure, a liquid medium 210 is accommodated in a culture vessel 200. The dissolved oxygen concentration of the culture medium 210 is controlled by a control loop including the dissolved oxygen sensor 100, a communication unit 220 that communicates with the dissolved oxygen sensor, a control unit 230, and an electromagnetic valve 240 that adjusts an oxygen inflow amount from an oxygen supply source. Yes.
電磁弁２４０の培地側出口にはスパージャ２５０が設置されており、培地２１０を曝気している。この際、培養容器２００内の培地２１０の酸素濃度分布を均一にするために、撹拌翼２６０等が用いられている。撹拌翼２６０は、モータ２７０により所定の回転速度で回転し、培地２１０を撹拌するようになっている。ただし、後述するように、撹拌翼２６０は省略することもできる。 A sparger 250 is installed at the medium side outlet of the electromagnetic valve 240 to aerate the medium 210. At this time, in order to make the oxygen concentration distribution of the culture medium 210 in the culture vessel 200 uniform, a stirring blade 260 and the like are used. The stirring blade 260 is rotated at a predetermined rotational speed by a motor 270 to stir the culture medium 210. However, as will be described later, the stirring blade 260 may be omitted.
溶存酸素センサ１００は、樹脂等のケースに覆われており、電極式溶存酸素センサ部１２０（図２参照）の接液部位である隔膜が露出したセンサ開口部１０１と、通信部２２０と無線通信を行なうセンサ通信部１０２とを備えている。センサ開口部１０１は、ケースの外周部に形成されている。センサ通信部１０２は、外部に露出していなくてもよい。 The dissolved oxygen sensor 100 is covered with a case of resin or the like, and has a sensor opening 101 in which a diaphragm which is a liquid contact part of the electrode-type dissolved oxygen sensor unit 120 (see FIG. 2) is exposed, and a communication unit 220 and wireless communication. And a sensor communication unit 102 for performing the above. The sensor opening 101 is formed on the outer periphery of the case. The sensor communication unit 102 may not be exposed to the outside.
溶存酸素センサ１００は、培地２１０内で沈む程度の比重である。ケースは底の中央が膨らんだ形状をしており、例えば、卵形や球形、扁平球形等とすることができる。この底の膨らんだ部分が培養容器２００の底に接して、接した部分が軸となって円滑に回転できるようになっている。また、溶存酸素センサ１００の内部に従動用磁石１１０が配置されている（図２参照）。 The dissolved oxygen sensor 100 has a specific gravity enough to sink in the culture medium 210. The case has a shape in which the center of the bottom swells, and may be, for example, an egg shape, a spherical shape, a flat spherical shape, or the like. The swelled portion of the bottom is in contact with the bottom of the culture vessel 200, and the contacted portion can rotate smoothly around the axis. Further, a follower magnet 110 is arranged inside the dissolved oxygen sensor 100 (see FIG. 2).
培養容器２００の下部には、モータ２９０により回転する回転子２８０が配置される。回転子２８０上面には、駆動用磁石２８１が回転軸以外の２箇所に取り付けられている。このため、回転子２８０が回転すると、駆動用磁石２８１と従動用磁石１１０との引き合う力により溶存酸素センサ１００が回転する。なお、駆動用磁石２８１と従動用磁石１１０の一方を鉄等の強磁性体に換えてもよい。また、磁石は永久磁石、電磁石のどちらでもよく、個数は任意である。 A rotor 280 that is rotated by a motor 290 is disposed below the culture vessel 200. On the upper surface of the rotor 280, driving magnets 281 are attached at two locations other than the rotating shaft. For this reason, when the rotor 280 rotates, the dissolved oxygen sensor 100 rotates due to the attractive force of the driving magnet 281 and the driven magnet 110. One of the driving magnet 281 and the driven magnet 110 may be replaced with a ferromagnetic material such as iron. The magnet may be a permanent magnet or an electromagnet, and the number is arbitrary.
図２は、溶存酸素センサ１００の内部構造を示す図である。本図に示すように溶存酸素センサ１００は、センサ通信部１０２と、２つの従動用磁石１１０と、センサ開口部１０１に隔膜が露出した電極式溶存酸素センサ部１２０と、信号処理部１３０と、電池１４０とを備えている。２つの従動用磁石１１０は、回転軸を挟んで、回転子２８０の駆動用磁石２８１に対応した間隔で配置する。 FIG. 2 is a diagram showing the internal structure of the dissolved oxygen sensor 100. As shown in the figure, the dissolved oxygen sensor 100 includes a sensor communication unit 102, two driven magnets 110, an electrode-type dissolved oxygen sensor unit 120 with a diaphragm exposed in the sensor opening 101, a signal processing unit 130, A battery 140. The two driven magnets 110 are arranged at an interval corresponding to the driving magnet 281 of the rotor 280 across the rotation axis.
電極式溶存酸素センサ部１２０は、ポーラログラフ式、ガルバニ電池式のいずれであってもよい。ポーラログラフ式の場合は、電池１４０の電圧を電極における酸化還元反応に利用することができる。 The electrode type dissolved oxygen sensor unit 120 may be either a polarographic type or a galvanic cell type. In the case of the polarographic type, the voltage of the battery 140 can be used for the oxidation-reduction reaction at the electrode.
センサ通信部１０２と通信部２２０との通信は、非接触の無線方式が好ましく、赤外線、電波、音波等のいずれであってもよい。有線方式であってもよいが、無線通信とすることで通信経路の滅菌処理が不要になる。 The communication between the sensor communication unit 102 and the communication unit 220 is preferably a non-contact wireless method, and may be any of infrared rays, radio waves, sound waves, and the like. A wired system may be used, but wireless communication eliminates the need for sterilization of the communication path.
細胞培養工程においては、無菌環境の維持が重要である。従来は、図１２に示したように、溶存酸素センサ５２０が培養容器５００に形成された貫通孔に取り付けられているが、この貫通孔による培地５１０の漏洩や、雑菌の侵入に対して細心の注意を払う必要があった。 In the cell culture process, maintaining a sterile environment is important. Conventionally, as shown in FIG. 12, a dissolved oxygen sensor 520 is attached to a through-hole formed in the culture vessel 500. However, the leakage of the medium 510 through this through-hole and the invasion of germs are meticulous. It was necessary to pay attention.
これに対して、本実施形態の溶存酸素センサ１００では、非接触の無線方式を用いることで、溶存酸素センサ１００と外部との接触経路がなくなり、従来注意しなければならなかった溶存酸素センサ取り付け箇所からの培地の漏洩や雑菌侵入のおそれが排除される。この観点から、通信部２２０は、培地容器２００外に配置することが望ましい。 On the other hand, in the dissolved oxygen sensor 100 of the present embodiment, the contact route between the dissolved oxygen sensor 100 and the outside is eliminated by using a non-contact wireless method, and the dissolved oxygen sensor attachment that has conventionally been required to be taken care of. The possibility of leakage of culture medium and invasion of bacteria from the location is eliminated. From this point of view, it is desirable that the communication unit 220 be disposed outside the medium container 200.
信号処理部１３０は、電極式溶存酸素センサ部１２０の測定結果を符号化して、センサ通信部１０２を介して通信部２２０に送信する。測定の際には、センサ通信部１０２を介して通信部２２０から測定開始指示を受け付けるようにしてもよい。電池１４０は、信号処理部１３０、センサ通信部１０２の動作電源として用いられる。 The signal processing unit 130 encodes the measurement result of the electrode type dissolved oxygen sensor unit 120 and transmits the result to the communication unit 220 via the sensor communication unit 102. At the time of measurement, a measurement start instruction may be received from the communication unit 220 via the sensor communication unit 102. The battery 140 is used as an operation power source for the signal processing unit 130 and the sensor communication unit 102.
このように、本実施形態の溶存酸素センサ１００は、自身が回転するため、撹拌翼２６０の撹拌速度と独立させて測定に最適な流速を確保することができる。このため、細胞に過剰なストレスを与えることなく、測定に必要な流速を確保できるようになる。 Thus, since the dissolved oxygen sensor 100 of this embodiment itself rotates, it can ensure the optimal flow rate for measurement independently of the stirring speed of the stirring blade 260. For this reason, the flow rate required for the measurement can be secured without applying excessive stress to the cells.
このとき、電極式溶存酸素センサ部１２０は、溶存酸素センサ１００の外周部に配置されているため、培地２１０に対する大きな速度が得やすくなっている。なお、外周部の配置したセンサ開口部１０１の向きは、回転方向の向きであっても、反対の向きであっても、外周方向の向きであってもよく、電極式溶存酸素センサ部１２０や培地２１０の特性等に応じて設計することができる。 At this time, since the electrode-type dissolved oxygen sensor unit 120 is disposed on the outer peripheral portion of the dissolved oxygen sensor 100, it is easy to obtain a large speed with respect to the culture medium 210. Note that the direction of the sensor opening 101 arranged on the outer peripheral portion may be the rotational direction, the opposite direction, or the outer peripheral direction. It can be designed according to the characteristics of the medium 210.
溶存酸素センサ１００は、撹拌翼２６０の撹拌方向と同じ方向に回転させることで培地２１０の撹拌の補助として利用することができる。あるいは、撹拌翼２６０の撹拌方向と反対方向に回転させることで、培地２１０に対する速度をより大きくするようにしてもよい。 The dissolved oxygen sensor 100 can be used as an aid for stirring the culture medium 210 by rotating in the same direction as the stirring direction of the stirring blade 260. Alternatively, the speed with respect to the culture medium 210 may be increased by rotating the stirring blade 260 in the direction opposite to the stirring direction.
また、溶存酸素センサ１００は、自身が回転して得られる流れにより、気泡や細胞の代謝物などの汚れの隔膜への付着も防止できるようになっている。これにより、気泡や汚れが隔膜の酸素透過率に悪影響を及ぼしてセンサ感度が低下することを防いでいる。 Further, the dissolved oxygen sensor 100 can prevent adhesion of dirt such as bubbles and cellular metabolites to the diaphragm by the flow obtained by rotating itself. This prevents bubbles and dirt from adversely affecting the oxygen permeability of the diaphragm and lowering the sensor sensitivity.
なお、上記の実施形態では、撹拌翼２６０を回転させることで培地２１０内の溶存酸素濃度を均一化させるようにしていたが、溶存酸素センサ１００を測定に必要な流速を確保できる程度の回転速度で回転させたときに、撹拌効果を十分に得られる流れを培地２１０に与えることができる場合には、図３に示すように、撹拌翼２６０を省くようにしてもよい。例えば、羽根部分を形成するなど、溶存酸素センサ１００のケースを、撹拌効果を高める形状としてもよい。 In the above-described embodiment, the dissolved oxygen concentration in the culture medium 210 is made uniform by rotating the stirring blade 260. However, the rotational speed at which the dissolved oxygen sensor 100 can secure a flow rate necessary for measurement. When the medium 210 can be supplied with a flow that can sufficiently obtain a stirring effect when rotated at, the stirring blade 260 may be omitted as shown in FIG. For example, the case of the dissolved oxygen sensor 100 such as forming a blade portion may be shaped to enhance the stirring effect.
図４に示すように、溶存酸素センサ１００には、複数のセンサを搭載することができる。本図の例では、電極式溶存酸素センサ部１２０に加え、グルコース濃度センサ部１２１を搭載している。この場合、例えば、センサの接液部位毎にセンサ開口部１０１を形成するようにする。 As shown in FIG. 4, a plurality of sensors can be mounted on the dissolved oxygen sensor 100. In the example of this figure, in addition to the electrode type dissolved oxygen sensor part 120, the glucose concentration sensor part 121 is mounted. In this case, for example, the sensor opening 101 is formed for each liquid contact portion of the sensor.
グルコース濃度センサ部１２１は、例えば、隔膜内面に塗布された酵素により発生した過酸化水素を電極での電気分解の際に流れる電流で検出する構成とすることができるが、測定精度が流速の影響を受けるため、電極式溶存酸素センサ部１２０と同様に、本発明を効果的に適用することができる。 The glucose concentration sensor unit 121 can be configured to detect, for example, hydrogen peroxide generated by an enzyme applied to the inner surface of the diaphragm using a current flowing during electrolysis at the electrode, but the measurement accuracy is influenced by the flow rate. Therefore, the present invention can be effectively applied similarly to the electrode type dissolved oxygen sensor unit 120.
また、グルコース濃度センサに限られず、培地２１０中のアンモニア濃度、グルタミン濃度、乳酸濃度、ｐＨ、二酸化炭素濃度等を測定するセンサを搭載するようにしてもよい。 Further, the sensor is not limited to the glucose concentration sensor, and a sensor for measuring ammonia concentration, glutamine concentration, lactic acid concentration, pH, carbon dioxide concentration, etc. in the medium 210 may be mounted.
ところで、上記の実施形態では、溶存酸素センサ１００に対して水平方向の速度を与えるようにしていたが、図５に示すように垂直方向の速度を与えるようにしてもよい。 In the above embodiment, the horizontal velocity is applied to the dissolved oxygen sensor 100. However, the vertical velocity may be applied as shown in FIG.
この場合、センサ開口部１５１、センサ通信部１５２を有する溶存酸素センサ１５０内に従動用磁石１５３を備えさせる。そして、上下方向に伸びたタイミングベルト３１０に駆動用磁石３１１を取り付けて、培養容器２００の側面に配置する。この状態で、タイミングベルト３１０を回転させて駆動用磁石３１１を上下方向に移動させると、溶存酸素センサ１５０が培養容器２００内で上下方向に移動することになる。 In this case, the driven magnet 153 is provided in the dissolved oxygen sensor 150 having the sensor opening 151 and the sensor communication unit 152. Then, the driving magnet 311 is attached to the timing belt 310 extending in the vertical direction and disposed on the side surface of the culture vessel 200. In this state, when the timing belt 310 is rotated and the drive magnet 311 is moved in the vertical direction, the dissolved oxygen sensor 150 is moved in the vertical direction in the culture vessel 200.
この上下方向の移動により、溶存酸素センサ１５０は、撹拌翼２６０の撹拌速度と独立して測定に最適な流速を確保することができる。このため、細胞に過剰なストレスを与えることなく、測定に必要な流速を確保できるようになる。この場合、溶存酸素センサ１５０に培地２１０の上下方向の撹拌動作を行なわせてもよい。細胞の生命活動によって二酸化炭素やアンモニアが培地２１０中に排出されるが、ガスの最大溶解度は圧力に比例するため、これらのガス濃度は底面で高くなる。また、これらのガスは水素イオン濃度にも影響するため、溶存酸素センサ１５０による上下方向の撹拌動作は、培地２１０の濃度分布の均一化にも有効である。 By this vertical movement, the dissolved oxygen sensor 150 can ensure an optimum flow rate for measurement independently of the stirring speed of the stirring blade 260. For this reason, the flow rate required for the measurement can be secured without applying excessive stress to the cells. In this case, the dissolved oxygen sensor 150 may be caused to perform a stirring operation in the vertical direction of the culture medium 210. Carbon dioxide and ammonia are discharged into the culture medium 210 due to the vital activity of the cells, but since the maximum solubility of the gas is proportional to the pressure, the concentration of these gases increases at the bottom. Since these gases also affect the hydrogen ion concentration, the vertical stirring operation by the dissolved oxygen sensor 150 is also effective in making the concentration distribution of the culture medium 210 uniform.
また、溶存酸素センサ１５０が上下に移動することで、培地２１０内の垂直方向の溶存酸素濃度分布を測定することができるようになる。この場合、溶存酸素濃度分布に応じて溶存酸素センサ１５０の上下方向の移動速度を変化させるようにしてもよい。具体的には、溶存酸素濃度分布の垂直方向の偏りが大きい場合には、溶存酸素センサ１５０の上下方向の移動速度を速めて、撹拌効果を高めるようにする。 Moreover, the dissolved oxygen concentration distribution in the vertical direction in the culture medium 210 can be measured by moving the dissolved oxygen sensor 150 up and down. In this case, the moving speed of the dissolved oxygen sensor 150 in the vertical direction may be changed according to the dissolved oxygen concentration distribution. Specifically, when the vertical deviation of the dissolved oxygen concentration distribution is large, the moving speed of the dissolved oxygen sensor 150 in the vertical direction is increased to enhance the stirring effect.
なお、溶存酸素センサ内部に上下移動機能を備えさせ、タイミングベルト３１０を省くようにしてもよい。この場合、例えば、図６に示すように、浮力調整機構１６６を溶存酸素センサ１６０内に備えさせるようにする。センサ開口部１６１、電極式溶存酸素センサ部１６２、センサ通信部１６３、電池１６５については、上述の溶存酸素センサ１００と同様とすることができる。 The dissolved oxygen sensor may be provided with a vertical movement function, and the timing belt 310 may be omitted. In this case, for example, as shown in FIG. 6, a buoyancy adjustment mechanism 166 is provided in the dissolved oxygen sensor 160. The sensor opening 161, the electrode-type dissolved oxygen sensor unit 162, the sensor communication unit 163, and the battery 165 can be the same as the above-described dissolved oxygen sensor 100.
浮力調整機構１６６は、例えば、圧電素子を利用して容積を変化させる構成とすることができる。浮力の調整は信号処理部１６４からの指示に基づいて行なうようにする。 The buoyancy adjusting mechanism 166 can be configured to change the volume using, for example, a piezoelectric element. The buoyancy is adjusted based on an instruction from the signal processing unit 164.
このような溶存酸素センサ１６０を用いることで、図７に示すように、外部からの操作を行なうことなく、溶存酸素センサ１６０を上下方向に移動させることができる。この場合も溶存酸素センサ１６０に上下方向の撹拌動作を行なわせてもよい。また、溶存酸素センサ１６０に垂直方向の溶存酸素濃度分布を測定させてもよい。 By using such a dissolved oxygen sensor 160, as shown in FIG. 7, the dissolved oxygen sensor 160 can be moved in the vertical direction without any external operation. Also in this case, the dissolved oxygen sensor 160 may perform a stirring operation in the vertical direction. Alternatively, the dissolved oxygen sensor 160 may measure the dissolved oxygen concentration distribution in the vertical direction.
さらに、図８に示すように浮力調整機構１６６を備えた溶存酸素センサ１６０に従動用磁石１６７を備えさせるようにしてもよい。この場合、培養容器２００の下部に配置された回転子２８０の回転により、溶存酸素センサ１６０は水平方向の移動を行ない、浮力調整機構１６６により上下方向の移動を行なうことができるようになる。ここで、浮力調整機構１６６は、磁石の引き合う力に打ち勝つ程度の浮力を発生させるものとする。 Further, as shown in FIG. 8, a driven magnet 167 may be provided that includes a dissolved oxygen sensor 160 that includes a buoyancy adjustment mechanism 166. In this case, the dissolved oxygen sensor 160 moves in the horizontal direction by the rotation of the rotor 280 disposed at the lower part of the culture vessel 200, and the buoyancy adjusting mechanism 166 can move in the vertical direction. Here, it is assumed that the buoyancy adjustment mechanism 166 generates buoyancy that overcomes the attractive force of the magnet.
図９に示すように、このような溶存酸素センサ１６０を培養容器２００に複数個投入してもよい。例えば、通常は培養容器２００の底部で水平方向の回転移動を行ない、所定の間隔で上下方向に移動するという制御を溶存酸素センサ１６０に行なわせたり、培養容器２００の底部で水平方向の回転移動を行なう溶存酸素センサ１６０と上下方向に移動する溶存酸素センサ１６０とを用いて役割を分担させるようにしてもよい。 As shown in FIG. 9, a plurality of such dissolved oxygen sensors 160 may be put into the culture vessel 200. For example, the dissolved oxygen sensor 160 is normally controlled to rotate horizontally at the bottom of the culture vessel 200 and move up and down at predetermined intervals, or horizontally rotated at the bottom of the culture vessel 200. The role may be shared using the dissolved oxygen sensor 160 that performs the above and the dissolved oxygen sensor 160 that moves in the vertical direction.
なお、浮力調整機構を外部から調整し、上下移動の精度をより高めるようにしてもよい。この場合、例えば、図１０に示すように、チューブ１７８が接続された浮力調整機構１７６を溶存酸素センサ１７０内に備えさせるようにする。センサ開口部１７１、電極式溶存酸素センサ部１７２、センサ通信部１７３、信号処理部１７４、電池１７５については上述の溶存酸素センサ１００と同様とすることができる。 Note that the buoyancy adjustment mechanism may be adjusted from the outside to further increase the vertical movement accuracy. In this case, for example, as shown in FIG. 10, a buoyancy adjustment mechanism 176 to which a tube 178 is connected is provided in the dissolved oxygen sensor 170. The sensor opening 171, the electrode-type dissolved oxygen sensor unit 172, the sensor communication unit 173, the signal processing unit 174, and the battery 175 can be the same as the above-described dissolved oxygen sensor 100.
浮力調整機構１７６は、例えば、チューブ１７８を介して入出力される空気により容積を変化させる構成とすることができる。 For example, the buoyancy adjustment mechanism 176 can be configured to change the volume by air input / output via the tube 178.
このような溶存酸素センサ１７０を用いることで、図１１に示すように、浮力制御部３４０が、チューブ１７８に接続された通気バルブ３２０と排気バルブ３３０とを制御することにより、溶存酸素センサ１７０を上下方向に移動させることができる。この場合も溶存酸素センサ１７０に上下方向の撹拌動作を行なわせてもよい。また、溶存酸素センサ１７０に垂直方向の溶存酸素濃度分布を測定させてもよい。 By using such a dissolved oxygen sensor 170, the buoyancy control unit 340 controls the vent valve 320 and the exhaust valve 330 connected to the tube 178, as shown in FIG. It can be moved up and down. Also in this case, the dissolved oxygen sensor 170 may be caused to perform a stirring operation in the vertical direction. Alternatively, the dissolved oxygen sensor 170 may measure the dissolved oxygen concentration distribution in the vertical direction.
１００…溶存酸素センサ、１０１…センサ開口部、１０２…センサ通信部、１１０…従動用磁石、１２０…電極式溶存酸素センサ部、１２１…グルコース濃度センサ部、１３０…信号処理部、１４０…電池、１５０…溶存酸素センサ、１５１…センサ開口部、１５２…センサ通信部、１５３…従動用磁石、１６０…溶存酸素センサ、１６１…センサ開口部、１６２…電極式溶存酸素センサ部、１６３…センサ通信部、１６４…信号処理部、１６５…電池、１６６…浮力調整機構、１６７…従動用磁石、１７０…溶存酸素センサ、１７１…センサ開口部、１７２…電極式溶存酸素センサ部、１７３…センサ通信部、１７４…信号処理部、１７５…電池、１７６…浮力調整機構、１７８…チューブ、２００…培養容器、２１０…培地、２２０…通信部、２３０…制御部、２４０…電磁弁、２５０…スパージャ、２６０…撹拌翼、２７０…モータ、２８０…回転子、２８１…駆動用磁石、２９０…モータ、３１０…タイミングベルト、３１１…駆動用磁石、３２０…通気バルブ、３３０…排気バルブ、３４０…浮力制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Dissolved oxygen sensor, 101 ... Sensor opening part, 102 ... Sensor communication part, 110 ... Follower magnet, 120 ... Electrode type dissolved oxygen sensor part, 121 ... Glucose concentration sensor part, 130 ... Signal processing part, 140 ... Battery, DESCRIPTION OF SYMBOLS 150 ... Dissolved oxygen sensor, 151 ... Sensor opening part, 152 ... Sensor communication part, 153 ... Follower magnet, 160 ... Dissolved oxygen sensor, 161 ... Sensor opening part, 162 ... Electrode type dissolved oxygen sensor part, 163 ... Sensor communication part DESCRIPTION OF SYMBOLS 164 ... Signal processing part, 165 ... Battery, 166 ... Buoyancy adjustment mechanism, 167 ... Follower magnet, 170 ... Dissolved oxygen sensor, 171 ... Sensor opening part, 172 ... Electrode type dissolved oxygen sensor part, 173 ... Sensor communication part, 174 ... Signal processing unit, 175 ... Battery, 176 ... Buoyancy adjustment mechanism, 178 ... Tube, 200 ... Culture vessel, 210 ... Medium, 220 ... Communication 230, control unit, 240 ... solenoid valve, 250 ... sparger, 260 ... stirring blade, 270 ... motor, 280 ... rotor, 281 ... driving magnet, 290 ... motor, 310 ... timing belt, 311 ... driving magnet 320 ... Ventilation valve, 330 ... Exhaust valve, 340 ... Buoyancy control unit
Claims (7)
測定の際に前記培地と接する接液部と、
前記接液部が外周部分に露出したケースと、
測定結果を外部に出力する通信部と、を備えたことを特徴とするセンサ。 A sensor for measuring in a cell culture medium,
A wetted part in contact with the medium during measurement;
A case where the liquid contact portion is exposed on the outer peripheral portion;
And a communication unit that outputs measurement results to the outside.
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