JP2016001997A - Clinostat - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a clinostat for undifferentiation-maintaining culture and differentiation-promoting culture.SOLUTION: A clinostat 100 has: a rotating x rotary shaft 2 which has a hollow having an axial center in x direction; an x rotor 1 attached to the x rotary shaft 22; a rotating y rotary shaft 4 which is attached to the x rotor 1 and has an axial center in a y direction; a y rotor 3 which is attached to the y rotary shaft 4 and houses culture vessels 30; a rotary main shaft which is arranged in the hollow of the x rotary shaft 2 and rotated by a rotational driving device 22; and a rotation transmitting mechanism which transmits torque of the rotary main shaft to the y rotary shaft. A clutch between the rotary main shaft and the x rotary shaft 2 disconnects transmission of the torque of the rotary main shaft to the x rotary shaft 2 by changing a rotation direction of the rotary main shaft or increasing rotational speed. A control device 200 switches an operation mode of undifferentiation-maintaining culture or an operation mode of differentiation-promoting culture by controlling the rotation of the rotational driving device 22.

Description

本発明は、細胞の培養に用いられるクリノスタットに関する。 The present invention relates to a clinostat used for cell culture.

再生医学においては、細胞を未分化のまま培養して増殖させ、適切な分化誘導をして生体への移植を行う。
多能性幹細胞は、無重力の状態において培養することで、分化を抑えた状態で増殖可能であることが知られている(未分化維持培養)。また、骨や軟骨などに分化させる場合、地球の重力加速度よりも大きい過重力において適当な培地と共に培養すると分化が促進されることも知られている(分化促進培養)。地上において、このような培養を行うために、無重力状態で多能性幹細胞を培養する重力分散型培養装置や、過重力状態で多能性幹細胞を培養する過重遠心培養装置が用いられる。
In regenerative medicine, cells are cultured and grown in an undifferentiated state, and appropriate differentiation is induced for transplantation into a living body.
It is known that pluripotent stem cells can be proliferated in a state in which differentiation is suppressed by culturing in a weightless state (undifferentiated maintenance culture). It is also known that when differentiation into bone, cartilage, etc., differentiation is promoted by culturing with an appropriate medium in hypergravity greater than the Earth's gravitational acceleration (differentiation promotion culture). In order to perform such culturing on the ground, a gravity dispersion type culture apparatus that cultures pluripotent stem cells in a weightless state or an over-centrifugation culture apparatus that cultures pluripotent stem cells in a hypergravity state is used.

例えば、特許文献1には、本体に取り付けられたモータにより外側フレームを回転し、外側フレームに取り付けられたモータによりさらに内側フレームを回転させて、内側フレームに同体に接続された培養容器を回転させる技術が開示されている。多能性幹細胞の分化を押さえて培養する場合には2軸回転させ、一方、分化を誘導する場合には、内側フレームの回転を止めた状態で外側フレームを回転させる1軸回転を行う。これにより、未分化維持培養と分化促進培養とを1つの装置により実現している。
また、特許文献2には、回転枠にモータを取り付けることによるモータ故障を回避するために、モータの固定枠に取り付けられたモータにより、2軸回転を実現して未分化維持培養を行うクリノスタットが開示されている。
For example, in Patent Document 1, an outer frame is rotated by a motor attached to a main body, an inner frame is further rotated by a motor attached to the outer frame, and a culture vessel connected to the inner frame is rotated. Technology is disclosed. When culturing while suppressing differentiation of pluripotent stem cells, it is rotated in two axes. On the other hand, when differentiation is induced, uniaxial rotation is performed in which the outer frame is rotated while the rotation of the inner frame is stopped. Thereby, undifferentiated maintenance culture and differentiation promotion culture are realized by one apparatus.
Patent Document 2 discloses a clinostat that performs biaxial rotation and performs undifferentiated maintenance culture with a motor attached to a fixed frame of the motor in order to avoid motor failure caused by attaching the motor to the rotating frame. Is disclosed.

特開2003-9852号公報JP2003-9852 特許第4974283号公報Japanese Patent No.4974283

特許文献1の技術においては、外側フレーム、内側フレームそれぞれにモータを配置し、さらに内側フレームを回転させるモータは、外側フレームに取り付けられているため、外側フレームの回転半径が大きく、外形の寸法も大きくなる。通常、細胞培養は温度、湿度、二酸化炭素濃度を適切な条件に維持したインキュベータの中で行われる。各研究機関で使用されているインキュベータのサイズは、160〜170Lクラスが一般的である。特許文献1の装置を160〜170Lクラスのインキュベータに入れると、インキュベータ内の空間をほぼ占有してしまい、空いたスペースでディッシュなどを用いて細胞培養をすることができにくかった。
特許文献2の技術は、2軸回転の装置であるため、重力分散型培養専用であり、1軸回転をさせることができない。従って、過重遠心培養ができない。また、露出状態にある円板の弾性体を介して回転力を内側の回転体に伝達させるため、長期間使用すると摩耗し回転不良を引き起こす。
In the technique of Patent Document 1, a motor is arranged on each of the outer frame and the inner frame, and the motor that rotates the inner frame is attached to the outer frame. growing. Usually, cell culture is performed in an incubator in which temperature, humidity, and carbon dioxide concentration are maintained at appropriate conditions. The size of the incubator used in each research institution is generally 160 to 170 L class. When the apparatus of Patent Document 1 was placed in a 160-170 L class incubator, the space in the incubator was almost occupied, and it was difficult to culture cells using a dish or the like in the vacant space.
Since the technique of Patent Document 2 is a biaxial rotating device, it is dedicated to gravity dispersion type culture and cannot be rotated in a single axis. Therefore, over-centrifugation culture cannot be performed. In addition, since the rotational force is transmitted to the inner rotating body through the elastic body of the exposed disc, it is worn out for a long period of time and causes rotation failure.

本発明はクリノスタットを小型化して、クリノスタットが設置されるべきインキュベータ内を有効に利用できるようにし、かつ、未分化維持培養と分化促進培養を1台のクリノスタットで行うことを目的とする。 The purpose of the present invention is to reduce the size of the clinostat so that the inside of the incubator where the clinostat should be installed can be used effectively, and to perform undifferentiation maintenance culture and differentiation promotion culture with a single clinostat. .

本発明は、x方向の軸心を有するx回転軸と、前記x回転軸に取り付けられたx回転体と、前記x回転体に取り付けられ、x方向とは異なる方向のy方向の軸心を有するy回転軸と、前記y回転軸に取り付けられ、培養容器を収容するy回転体と、前記回転駆動装置により回転される回転主軸と、前記回転主軸の回転力を前記y回転軸に伝達する回転伝達機構と、前記回転主軸と前記x回転軸との間で回転力を伝達するクラッチであって、前記回転主軸の回転方向の変更、若しくは回転速度の増加により、前記回転主軸の回転力が前記x回転軸へ伝達するのを切断するクラッチと、未分化維持培養の運転モード若しくは分化促進培養の運転モードを、前記回転駆動装置の回転を制御することにより切り替える制御装置とを有することを特徴とする。 The present invention provides an x-rotating shaft having an x-direction axis, an x-rotating body attached to the x-rotating axis, an y-direction axis that is attached to the x-rotating body and is different from the x direction. A y-rotating shaft, a y-rotating body that is attached to the y-rotating shaft and accommodates a culture vessel, a rotating main shaft that is rotated by the rotation driving device, and a rotational force of the rotating main shaft is transmitted to the y-rotating shaft. A clutch that transmits a rotational force between the rotation transmission mechanism and the rotation main shaft and the x rotation shaft, and the rotation force of the rotation main shaft is changed by changing the rotation direction of the rotation main shaft or increasing the rotation speed. A clutch that disconnects transmission to the x-rotation axis; and a control device that switches between an operation mode of undifferentiated maintenance culture or an operation mode of differentiation promotion culture by controlling the rotation of the rotation drive device. When That.

回転を制御するだけで、1台の回転駆動装置で、未分化維持培養(x回転体とy回転体を回転させる)と分化促進培養(x回転体を停止させたままy回転体を回転させる)ができ、かつ、回転駆動装置が1台となるため、クリノスタットの小型化が可能となり、クリノスタットがインキュベータ内を占有する容積が小さくなる。そのため、空いた空間で他の培養が可能となる。 Just by controlling rotation, undifferentiated maintenance culture (rotating the x-rotator and y-rotator) and differentiation-promoting culture (rotating the y-rotator while the x-rotator is stopped) are performed with a single rotation drive device. ) And a single rotary drive unit, the size of the clinostat can be reduced, and the volume occupied by the clinostat in the incubator is reduced. Therefore, other cultures can be performed in the empty space.

インキュベータに格納されたクリノスタットを示す図である。It is a figure which shows the clinostat stored in the incubator. クリノスタットの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a clinostat. クラッチを示す図である。It is a figure which shows a clutch. 他のクラッチの例を示す図である。It is a figure which shows the example of another clutch.

図1において、本実施例によるクリノスタット100は、固定フレーム23、回転駆動装置22、x回転体1、及び培養容器30を収容するy回転体3を有している。培養容器30には、細胞と培地とが封入される。クリノスタット100は、温度、湿度、二酸化炭素濃度を適切な条件に維持可能なインキュベータ200の内部に設置され、インキュベータ200の外側にクリノスタット100を制御する制御装置300を配置している。回転駆動装置22はステップモータであり、回転数の制御が制御装置300により可能である。制御装置300は、後述するように、未分化維持培養の運転モードと、分化促進培養の運転モードを、回転駆動装置22の回転を制御することにより切り替える。 In FIG. 1, a clinostat 100 according to this embodiment has a fixed frame 23, a rotation drive device 22, an x-rotator 1, and a y-rotator 3 that accommodates a culture vessel 30. Cells and a medium are enclosed in the culture container 30. The clinostat 100 is installed inside an incubator 200 that can maintain temperature, humidity, and carbon dioxide concentration under appropriate conditions, and a control device 300 that controls the clinostat 100 is disposed outside the incubator 200. The rotation drive device 22 is a step motor, and the number of rotations can be controlled by the control device 300. As will be described later, the control device 300 switches between the operation mode of undifferentiated maintenance culture and the operation mode of differentiation promotion culture by controlling the rotation of the rotation drive device 22.

x回転体1は図中x方向の軸心を有するx回転軸2により回転可能であり、y回転体3はx回転体1内においてx軸と異なる方向のy方向の軸心を有するy回転軸4により回転可能である。よってy回転体3は、x回転軸2、y回転軸4により回転するので、クリノスタット100は2軸回転を実現可能となっている。尚、31は、培養容器30をy回転体3に収容したときに、培養容器30の脱落を防止するストッパである。 The x-rotating body 1 can be rotated by an x-rotating shaft 2 having an axis in the x direction in the figure, and the y-rotating body 3 has a y-rotation having an axis in the y-direction in a direction different from the x-axis in the x-rotating body 1. The shaft 4 can be rotated. Therefore, since the y-rotating body 3 is rotated by the x-rotating shaft 2 and the y-rotating shaft 4, the clinostat 100 can realize biaxial rotation. Reference numeral 31 denotes a stopper that prevents the culture vessel 30 from dropping off when the culture vessel 30 is accommodated in the y-rotator 3.

図2は、クリノスタット100の断面を示す側面図である。x回転体1は、x回転軸2に取り付けられており、x回転軸2は、x回転軸支持軸受13を介して固定フレーム23に取り付けられている。y回転体3は、x回転軸2と平行ではないx回転軸2に取り付けられており、y回転軸4は、y回転軸支持軸受20を介してx回転体1に取り付けられている。本実施例では、x回転軸2とy回転軸4とは交差している。 FIG. 2 is a side view showing a cross section of the clinostat 100. The x rotary body 1 is attached to the x rotary shaft 2, and the x rotary shaft 2 is attached to the fixed frame 23 via the x rotary shaft support bearing 13. The y rotating body 3 is attached to the x rotating shaft 2 that is not parallel to the x rotating shaft 2, and the y rotating shaft 4 is attached to the x rotating body 1 via the y rotating shaft support bearing 20. In the present embodiment, the x rotation axis 2 and the y rotation axis 4 intersect each other.

一方、回転主軸19は、固定フレーム23に固定されている回転駆動装置22により回転される。x回転軸2は中空となっており、回転主軸19と同心同軸である。一方、回転主軸19はx回転軸2内において、軸受21により支持されており、x回転軸2とは独立して回転できるようになっている。 On the other hand, the rotation main shaft 19 is rotated by a rotation driving device 22 fixed to the fixed frame 23. The x rotation shaft 2 is hollow and is coaxial with the rotation main shaft 19. On the other hand, the rotation main shaft 19 is supported by a bearing 21 in the x rotation shaft 2 and can rotate independently of the x rotation shaft 2.

回転主軸19からy回転軸4までの回転伝達は、x回転体1上において、傘歯車14a、14b、伝達軸15a、プーリー16、18、タイミングベルトからなる回転力伝達機構40によりなされる。y回転軸4から上流に向けて説明すると、y回転軸4へは傘歯車14a、14bを介して回転力が伝達されている。傘歯車14bは、軸受15bに支持された伝達軸15aに取り付けられている。伝達軸15aはプーリー16が取り付けられている。プーリー16とプーリー18の間には、タイミングベルト17がかけ回されている。プーリー18は、回転主軸19に取り付けられており、 Rotational transmission from the rotation main shaft 19 to the y rotation shaft 4 is performed on the x rotator 1 by a rotational force transmission mechanism 40 including bevel gears 14a and 14b, a transmission shaft 15a, pulleys 16 and 18, and a timing belt. Describing upstream from the y rotation shaft 4, the rotational force is transmitted to the y rotation shaft 4 via the bevel gears 14 a and 14 b. The bevel gear 14b is attached to the transmission shaft 15a supported by the bearing 15b. A pulley 16 is attached to the transmission shaft 15a. A timing belt 17 is wound around the pulley 16 and the pulley 18. The pulley 18 is attached to the rotary main shaft 19.

さらに回転主軸19の回転は、歯車5を介して歯車6に伝達されるようになっている。歯車6は、x回転軸駆動補助軸10を中心に軸受12に支持されて回転するようになっている。クラッチ9は、歯車6とx回転軸駆動補助軸10との間に設けられており、歯車6の回転をx回転軸駆動補助軸10に伝達し、或いは抑止する。x回転軸駆動補助軸10には、歯車7が取り付けられており、x回転軸2に取り付けられた歯車8に回転を伝達する。x回転軸駆動補助軸10は、x回転軸駆動補助軸支持軸受11を介して固定フレーム23に取り付けられている。すなわち、クラッチ9は、回転主軸19の回転をx回転軸2に伝達するか否かを切り替えている。 Further, the rotation of the rotation main shaft 19 is transmitted to the gear 6 via the gear 5. The gear 6 is supported by a bearing 12 around the x-rotating shaft drive auxiliary shaft 10 and rotates. The clutch 9 is provided between the gear 6 and the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10, and transmits or inhibits the rotation of the gear 6 to the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10. A gear 7 is attached to the x rotation shaft drive auxiliary shaft 10, and the rotation is transmitted to the gear 8 attached to the x rotation shaft 2. The x rotary shaft drive auxiliary shaft 10 is attached to the fixed frame 23 via the x rotary shaft drive auxiliary shaft support bearing 11. That is, the clutch 9 switches whether or not to transmit the rotation of the rotation main shaft 19 to the x rotation shaft 2.

図3は、クラッチ9を説明する図である。クラッチ9は、一方の方向のみに回転を伝達するラチェット機構若しくは、ワンウェイクラッチであって、本実施例においては、回転板24、ストッパ26、支点ピン28およびスプリング29を有している。 FIG. 3 is a diagram illustrating the clutch 9. The clutch 9 is a ratchet mechanism that transmits rotation only in one direction or a one-way clutch. In this embodiment, the clutch 9 includes a rotating plate 24, a stopper 26, a fulcrum pin 28, and a spring 29.

回転板24はガンギ車状の形をしており、外周には引っ掛かり部25が数カ所設けられている。回転板24はx回転軸駆動補助軸10に固定されており、回転板24が回転すると、x回転軸駆動補助軸10も一緒に回転する。 The rotating plate 24 has an escape wheel shape, and several catching portions 25 are provided on the outer periphery. The rotating plate 24 is fixed to the x-rotating shaft drive auxiliary shaft 10, and when the rotating plate 24 rotates, the x-rotating shaft drive auxiliary shaft 10 also rotates together.

ストッパ26は、歯車6と支点ピン28で連結されており、ストッパ26は支点ピン28を中心に回転可能となっている。スプリング29は歯車6とストッパ26の間に取り付けられており、ストッパ26は、スプリング29によって、常に回転板24に押し付けられる方向に力を受けている。歯車6が回転すると、ストッパ26、支点ピン28およびスプリング29も一緒に回転する。 The stopper 26 is connected to the gear 6 by a fulcrum pin 28, and the stopper 26 can rotate around the fulcrum pin 28. The spring 29 is attached between the gear 6 and the stopper 26, and the stopper 26 receives a force in a direction in which the spring 29 is always pressed against the rotating plate 24. When the gear 6 rotates, the stopper 26, the fulcrum pin 28, and the spring 29 also rotate together.

次に、クラッチ9の動作について説明する。
歯車6が図面上で反時計方向に回転すると、歯車6とともにストッパ26、支点ピン28およびスプリング29は反時計方向に回転する。その際、ストッパ26の先端にある引っ掛かり部27は、スプリング29の力で回転板24に押し付けられながら回転する。回転を続けると、ストッパ26の先端にある引っ掛かり部27は、回転板24側の引っ掛かり部25に接触する。さらに回転を続けると、歯車6の回転力がストッパ26を介して回転板24およびx回転軸駆動補助軸10に伝わり、回転板24およびx回転軸駆動補助軸10は反時計方向に回転する。
Next, the operation of the clutch 9 will be described.
When the gear 6 rotates counterclockwise on the drawing, the stopper 26, the fulcrum pin 28, and the spring 29 together with the gear 6 rotate counterclockwise. At that time, the catch portion 27 at the tip of the stopper 26 rotates while being pressed against the rotating plate 24 by the force of the spring 29. As the rotation continues, the catching portion 27 at the tip of the stopper 26 comes into contact with the catching portion 25 on the rotating plate 24 side. When the rotation is further continued, the rotational force of the gear 6 is transmitted to the rotary plate 24 and the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10 via the stopper 26, and the rotary plate 24 and the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10 rotate counterclockwise.

歯車6が図面上で時計方向に回転すると、歯車6とともにストッパ26、支点ピン28およびスプリング29は時計方向に回転する。その際、ストッパ26の先端にある引っ掛かり部27は、スプリング29の力で回転板24に押し付けられながら回転する。回転を続けると、ストッパ26は回転板24によって、支点ピン28を中心に歯車6側に回転させるような力を受ける。ストッパ26は、スプリング29を押し縮めながら歯車6側に回転するため、回転板24側の引っ掛かり部25とストッパ26側の引っ掛かり部27は引っ掛かることはない。よって、歯車6が時計方向に回転を続けても、回転板24およびx回転軸駆動補助軸10は回転しない。 When the gear 6 rotates clockwise in the drawing, the stopper 26, the fulcrum pin 28, and the spring 29 rotate clockwise together with the gear 6. At that time, the catch portion 27 at the tip of the stopper 26 rotates while being pressed against the rotating plate 24 by the force of the spring 29. When the rotation continues, the stopper 26 receives a force by the rotating plate 24 to rotate the fulcrum pin 28 toward the gear 6 side. Since the stopper 26 rotates to the gear 6 side while pushing and shrinking the spring 29, the catching portion 25 on the rotating plate 24 side and the catching portion 27 on the stopper 26 side are not caught. Therefore, even if the gear 6 continues to rotate in the clockwise direction, the rotating plate 24 and the x rotating shaft drive auxiliary shaft 10 do not rotate.

未分化維持培養の運転モードを行う場合は、培養容器30をy回転体3に搭載した後、制御装置300により回転駆動装置22を歯車6が図2の図面で反時計方向に回転する方向に運転する。回転駆動装置22の回転は、回転主軸19、プーリー18、タイミングベルト17、プーリー16、伝達軸15b、傘歯車14a、14bによってy回転軸4およびy回転体3に伝えられ、y回転軸4およびy回転体3は回転する。 When the operation mode of undifferentiated maintenance culture is performed, after the culture vessel 30 is mounted on the y-rotator 3, the control device 300 causes the rotation drive device 22 to rotate in the direction in which the gear 6 rotates counterclockwise in the drawing of FIG. drive. The rotation of the rotation driving device 22 is transmitted to the y rotating shaft 4 and the y rotating body 3 by the rotating main shaft 19, the pulley 18, the timing belt 17, the pulley 16, the transmission shaft 15b, and the bevel gears 14a and 14b. The y-rotator 3 rotates.

また、回転駆動装置22の回転は、回転主軸19に取り付けられた歯車5を介して歯車6に伝えられる。歯車6が図面上で反時計方向に回転すると、歯車6とともにストッパ26、支点ピン28およびスプリング29は反時計方向に回転する。その際、ストッパ26の先端にある引っ掛かり部27は、スプリング29の力で回転板24に押し付けられながら回転する。回転を続けると、ストッパ26の先端にある引っ掛かり部27は、回転板24側の引っ掛かり部25に接触する。さらに回転を続けると、歯車6の回転力がストッパ26を介して回転板24およびx回転軸駆動補助軸10伝わり、回転板24およびx回転軸駆動補助軸10は反時計方向に回転する。x回転軸駆動補助軸10が回転すると、歯車7および歯車8を介してx回転軸2およびx回転体1が回転する。 The rotation of the rotary drive device 22 is transmitted to the gear 6 via the gear 5 attached to the rotation main shaft 19. When the gear 6 rotates counterclockwise on the drawing, the stopper 26, the fulcrum pin 28, and the spring 29 together with the gear 6 rotate counterclockwise. At that time, the catch portion 27 at the tip of the stopper 26 rotates while being pressed against the rotating plate 24 by the force of the spring 29. As the rotation continues, the catching portion 27 at the tip of the stopper 26 comes into contact with the catching portion 25 on the rotating plate 24 side. When the rotation is further continued, the rotational force of the gear 6 is transmitted to the rotary plate 24 and the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10 via the stopper 26, and the rotary plate 24 and the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10 rotate counterclockwise. When the x rotation axis drive auxiliary shaft 10 rotates, the x rotation shaft 2 and the x rotating body 1 rotate via the gear 7 and the gear 8.

培養容器30は、任意の姿勢で回転され、培養容器30に作用する重力加速度は、培養容器30の全方向に作用する。一定の時間が経過すると、培養容器30に作用している重力加速度は、培養容器30の全方向に均一に作用することになり、重力加速度の時間平均値は、培養容器30の全方向に対して0となる。よって、未分化維持培養では、宇宙環境に近い模擬微小重力環境を得ることができる。このような模擬微小重力環境下で細胞培養を行うと、細胞は未分化を維持したまま培養することができる。 The culture container 30 is rotated in an arbitrary posture, and the gravitational acceleration acting on the culture container 30 acts in all directions of the culture container 30. After a certain period of time, the gravitational acceleration acting on the culture vessel 30 acts uniformly in all directions of the culture vessel 30, and the time average value of the gravitational acceleration is relative to all directions of the culture vessel 30. 0. Therefore, in the undifferentiated maintenance culture, a simulated microgravity environment close to the space environment can be obtained. When cell culture is performed in such a simulated microgravity environment, cells can be cultured while maintaining undifferentiation.

分化促進培養の運転モードを行う場合は、培養容器30をy回転体3に搭載した後、図示しない制動機構でx回転体1は任意の位置に停止させたまま、制御装置300により回転駆動装置22を歯車6が図2の図面で時計方向に回転する方向に運転する。y回転軸4の軸心の方向は、水平に対して垂直でなくても良く、また垂直でも良い。回転駆動装置22の回転は、回転主軸19、プーリー18、タイミングベルト17、プーリー16、伝達軸15a、傘歯車14a、14bによってy回転軸4およびy回転体3に伝えられ、y回転軸4およびy回転体3が回転する。回転駆動装置22の回転数は、一定の回転数でも良いし、培養途中で変えても良い。 When performing the operation mode of differentiation promotion culture, after the culture vessel 30 is mounted on the y-rotator 3, the rotation device is driven by the control device 300 while the x-rotator 1 is stopped at an arbitrary position by a braking mechanism (not shown). 22 is operated in the direction in which the gear 6 rotates clockwise in the drawing of FIG. The direction of the axis of the y rotation shaft 4 may not be perpendicular to the horizontal, and may be perpendicular. The rotation of the rotation driving device 22 is transmitted to the y rotating shaft 4 and the y rotating body 3 by the rotating main shaft 19, the pulley 18, the timing belt 17, the pulley 16, the transmission shaft 15a, and the bevel gears 14a and 14b. The y rotator 3 rotates. The rotational speed of the rotary drive device 22 may be a constant rotational speed or may be changed during the culture.

また回転駆動装置22の回転は、回転主軸19に取り付けられた歯車5を介して歯車6に伝えられる。歯車6が図面上で時計方向に回転すると、歯車6とともにストッパ26、支点ピン28およびスプリング29は時計方向に回転する。その際、ストッパ26の先端にある引っ掛かり部27は、スプリング29の力で回転板24に押し付けられながら回転する。回転を続けると、ストッパ26は回転板24によって、支点ピン28を中心に歯車6側に回転させるような力を受ける。ストッパ26は、スプリング29を押し縮めながら歯車6側に回転するため、回転板24側の引っ掛かり部25とストッパ26側の引っ掛かり部27は引っ掛かることはない。よって、歯車6が時計方向に回転を続けても、回転板24およびx回転軸駆動補助軸10は回転しない。x回転軸駆動補助軸10が回転しないため、x回転軸駆動補助軸10、歯車7、歯車8、x回転軸2およびx回転体1も回転しない。 The rotation of the rotation drive device 22 is transmitted to the gear 6 via the gear 5 attached to the rotation main shaft 19. When the gear 6 rotates clockwise in the drawing, the stopper 26, the fulcrum pin 28, and the spring 29 rotate clockwise together with the gear 6. At that time, the catch portion 27 at the tip of the stopper 26 rotates while being pressed against the rotating plate 24 by the force of the spring 29. When the rotation continues, the stopper 26 receives a force by the rotating plate 24 to rotate the fulcrum pin 28 toward the gear 6 side. Since the stopper 26 rotates to the gear 6 side while pushing and shrinking the spring 29, the catching portion 25 on the rotating plate 24 side and the catching portion 27 on the stopper 26 side are not caught. Therefore, even if the gear 6 continues to rotate in the clockwise direction, the rotating plate 24 and the x rotating shaft drive auxiliary shaft 10 do not rotate. Since the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10 does not rotate, the x rotary shaft drive auxiliary shaft 10, the gear 7, the gear 8, the x rotary shaft 2, and the x rotary body 1 also do not rotate.

培養容器30はy回転軸4を中心に回転し、回転半径と、角速度の2乗に比例した遠心力が回転半径方向に作用する。培養容器には、この遠心力と重力加速度の合力が作用することになる。地球の重力加速度の3倍程度の合力を発生させるためには、y回転体3をおよそ100〜200回転/分程度で高速回転させる。 The culture vessel 30 rotates around the y rotation axis 4 and a centrifugal force proportional to the rotation radius and the square of the angular velocity acts in the rotation radius direction. The resultant force of centrifugal force and gravitational acceleration acts on the culture container. In order to generate a resultant force that is about three times the gravitational acceleration of the earth, the y-rotator 3 is rotated at a high speed of about 100 to 200 revolutions / minute.

本実施例によれば、制御装置300により回転駆動装置22の回転方向を変えるだけで、クリノスタット100を未分化維持培養用の装置にしたり、分化促進培養用の装置にしたりすることができるという効果がある。また、x回転体1とy回転体3の回転に対して、固定位置にある回転駆動装置22が1つで回転力を与えることができるので、クリノスタットの小型化が可能となり、クリノスタットがインキュベータ内を占有する容積を小さくできる。そのため、空いた空間で他の培養が可能となる。 According to the present embodiment, it is possible to make the clinostat 100 an undifferentiated maintenance culture device or a differentiation-promoting culture device simply by changing the rotation direction of the rotary drive device 22 by the control device 300. effective. In addition, the rotation of the x-rotating body 1 and the y-rotating body 3 can be applied with a single rotational driving device 22 at a fixed position, so that the clinostat can be reduced in size. The volume occupied in the incubator can be reduced. Therefore, other cultures can be performed in the empty space.

図4は、クラッチ9をクラッチ90により置き換えた他の実施例を示している。
分化促進培養を行うには、重力加速度と遠心力とによる適当な合力を得るためにy回転体3を回転させる速度は決まってくるが、未分化維持培養により模擬微小重力環境を再現するには、早く回転させる必要はないことが出願人の実験で分かってきた。例えば、10回転/分以下の低速回転数でx回転体1とy回転体3とを回転させれば良く、回転速度の差は少なくとも1桁相違する。
FIG. 4 shows another embodiment in which the clutch 9 is replaced by a clutch 90.
In order to perform differentiation-promoting culture, the speed at which the y-rotator 3 is rotated in order to obtain an appropriate resultant force due to gravity acceleration and centrifugal force is determined, but in order to reproduce a simulated microgravity environment by undifferentiated maintenance culture Applicants' experiments have shown that there is no need to rotate quickly. For example, the x rotator 1 and the y rotator 3 may be rotated at a low speed of 10 revolutions / minute or less, and the difference in rotational speed is different by at least one digit.

クラッチ90は、このような回転数の差を利用して、歯車6の回転が遅いときには回転力をx回転軸駆動補助軸10に伝達し、歯車6の回転が早いときにはx回転軸駆動補助軸10への回転力の伝達を遮断する。クラッチ90は、x回転軸駆動補助軸10と同心に固定された円筒91、円筒91の側面に対向した制動片92、制動片92を歯車6から円筒91に案内する案内路93及び制動片92を円筒91の側面に押しつけるように付勢するバネ94とを有している。 The clutch 90 utilizes such a difference in the rotational speed to transmit the rotational force to the x-rotation shaft drive auxiliary shaft 10 when the rotation of the gear 6 is slow and to the x-rotation shaft drive auxiliary shaft when the rotation of the gear 6 is fast. The transmission of the rotational force to 10 is cut off. The clutch 90 includes a cylinder 91 concentrically fixed to the x-rotating shaft drive auxiliary shaft 10, a braking piece 92 facing the side surface of the cylinder 91, a guide path 93 that guides the braking piece 92 from the gear 6 to the cylinder 91, and a braking piece 92. And a spring 94 that urges the cylinder 91 to press against the side surface of the cylinder 91.

未分化維持培養を行う場合は、培養容器30をy回転体3に搭載した後、制御装置300により低い回転速度で回転駆動装置22を回転させる。制動片92は、バネ94に押しつけられた状態であり、円筒91と歯車6とは相対的に固定されるため、歯車6の回転はx回転軸駆動補助軸10へ伝達され、x回転体1とy回転体3とが回転する。 When undifferentiated maintenance culture is performed, after the culture vessel 30 is mounted on the y-rotator 3, the rotation driving device 22 is rotated by the control device 300 at a low rotation speed. Since the braking piece 92 is pressed against the spring 94 and the cylinder 91 and the gear 6 are relatively fixed, the rotation of the gear 6 is transmitted to the x-rotating shaft drive auxiliary shaft 10 and the x-rotating body 1. And the y-rotator 3 rotate.

分化促進培養を行う場合は、培養容器をy回転体3に搭載した後、制御装置300により回転駆動装置22を高速に回転させる。制動片92は、遠心力によりバネ94を押し縮め、制動片92は円筒91の側面との制動を保てなくなり、x回転体1には回転駆動装置22の回転力は伝達しなくなる。遠心力は角速度の2乗で関係するため、制御装置300に対して未分化維持培養の時の回転数に対して少なくとも1桁相違させて分化促進培養の回転数を設定しておけば、クラッチ90が所望のとおり作動することができる。y回転体3の回転によるジャイロ効果により、y回転体3のy回転軸4の軸方向は、ほぼ一定の方向に維持される。 When performing differentiation-promoting culture, after the culture vessel is mounted on the y-rotator 3, the rotation drive device 22 is rotated at high speed by the control device 300. The braking piece 92 pushes and contracts the spring 94 by centrifugal force, and the braking piece 92 cannot maintain braking with the side surface of the cylinder 91, and the rotational force of the rotary drive device 22 is not transmitted to the x-rotating body 1. Since the centrifugal force is related to the square of the angular velocity, if the rotation speed of the differentiation promoting culture is set to be different from the control apparatus 300 by at least one digit with respect to the rotation speed during the undifferentiated maintenance culture, the clutch 90 can operate as desired. Due to the gyro effect caused by the rotation of the y-rotating body 3, the axial direction of the y-rotating shaft 4 of the y-rotating body 3 is maintained in a substantially constant direction.

上記実施例においては、回転主軸19の回転をy回転軸1に伝達するために、傘歯車14a、14b、プーリー16,18、タイミングベルト17による回転力伝達機構40を用いているが、これ以外の周知の伝達要素を組み合わせた回転力伝達機構を用いても良い。例えば、タイミングベルト17の代わりに歯車を用いて回転主軸19の回転を伝達軸15aへ伝達しても良く、また、傘歯車14a、14bの代わりに冠歯車やねじ歯車を用いても良い。または、回転主軸19とy回転軸4の間をフレキシブルシャフトでつないでも良い。また、x回転体1の内側で、y回転体2を回転させたが、逆でも良い。 In the above embodiment, the rotational force transmission mechanism 40 using the bevel gears 14a and 14b, the pulleys 16 and 18, and the timing belt 17 is used to transmit the rotation of the rotation main shaft 19 to the y rotation shaft 1. You may use the rotational force transmission mechanism which combined these known transmission elements. For example, the rotation of the rotary main shaft 19 may be transmitted to the transmission shaft 15a using a gear instead of the timing belt 17, and a crown gear or a screw gear may be used instead of the bevel gears 14a and 14b. Alternatively, the rotation main shaft 19 and the y rotation shaft 4 may be connected by a flexible shaft. Moreover, although the y rotary body 2 was rotated inside the x rotary body 1, the reverse may be sufficient.

1:x回転体
2:x回転軸
3:y回転体
4:y回転軸
5−8:歯車
9,90:クラッチ
10:x回転軸駆動補助軸
11−13,20,21:.軸受
14a、14b:傘歯車
15a:伝達軸
16,18:プーリー
17:タイミングベルト
19:回転主軸
22:回転駆動装置
23:固定フレーム
24:回転板
25,27:引っ掛かり部
26:ストッパ
28:支点ピン
29:スプリング
30:培養容器
40:回転力伝達機構
91:円筒
92:制動片
93:案内路
94:バネ
100:クリノスタット
200:インキュベータ
300:制御装置

1: x rotating body 2: x rotating shaft 3: y rotating body 4: y rotating shaft 5-8: gear 9, 90: clutch 10: x rotating shaft drive auxiliary shaft 11-13, 20, 21: bearing 14a, 14b: Bevel gear 15a: Transmission shaft 16, 18: Pulley 17: Timing belt 19: Rotating main shaft
22: Rotation drive device 23: Fixed frame 24: Rotating plate 25, 27: Hook 26: Stopper 28: Support pin 29: Spring 30: Culture vessel 40: Rotating force transmission mechanism 91: Cylinder 92: Braking piece 93: Guide path 94: Spring 100: Clinostat 200: Incubator 300: Control device

Claims (3)

回転駆動装置と、
x方向の軸心を有するx回転軸と、
前記x回転軸に取り付けられたx回転体と、
前記x回転体に取り付けられ、x方向とは異なる方向のy方向の軸心を有するy回転軸と、
前記y回転軸に取り付けられ、培養容器を収容するy回転体と、
前記回転駆動装置により回転される回転主軸と、
前記回転主軸の回転力を前記y回転軸に伝達する回転伝達機構と、
前記回転主軸と前記x回転軸との間で回転力を伝達するクラッチであって、前記回転主軸の回転方向の変更、若しくは回転速度の増加により、前記回転主軸の回転力が前記x回転軸へ伝達するのを切断するクラッチと、
未分化維持培養の運転モード若しくは分化促進培養の運転モードを、前記回転駆動装置の回転を制御することにより切り替える制御装置とを有することを特徴とするクリノスタット。
A rotary drive device;
an x rotation axis having an axis in the x direction;
An x-rotating body attached to the x-rotating shaft;
A y rotation axis attached to the x rotation body and having an axis in the y direction in a direction different from the x direction;
A y-rotator which is attached to the y-rotating shaft and accommodates a culture vessel;
A rotation spindle rotated by the rotation drive device;
A rotation transmission mechanism for transmitting the rotational force of the rotation main shaft to the y rotation shaft;
The clutch transmits a rotational force between the rotation main shaft and the x rotation shaft, and the rotation force of the rotation main shaft is transferred to the x rotation shaft by changing the rotation direction of the rotation main shaft or increasing the rotation speed. A clutch that cuts off transmission,
A clinostat comprising: a control device that switches an operation mode of undifferentiated maintenance culture or an operation mode of differentiation promotion culture by controlling rotation of the rotation drive device.
請求項1に記載のクリノスタットにおいて、前記クラッチはワンウェイクラッチ若しくは、ラチェット機構であることを特徴とするクリノスタット。
2. The clinostat according to claim 1, wherein the clutch is a one-way clutch or a ratchet mechanism.
請求項1に記載のクリノスタットにおいて、
前記x回転軸は軸心にx方向の中空を有し、
前記回転主軸は、前記x回転軸の中空内に同心に配置されていることを特徴とするクリノスタット。


The clinostat according to claim 1,
The x-rotating shaft has a hollow in the x direction at the axis;
The clinostat is characterized in that the rotation main shaft is disposed concentrically in the hollow of the x rotation shaft.


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