JP2018102228A - 観察装置 - Google Patents

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朗 松下
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晋太郎 高橋
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Ken Mizunaka
賢 水中
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Shinichi Takimoto
真一 瀧本
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Tadashi Hirata
唯史 平田
洋平 谷川
Yohei Tanigawa
洋平 谷川
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Abstract

【課題】適切な温度で培養された細胞を適切な温度状態を維持して観察する。【解決手段】細胞Ｓを収容した容器１７を載置可能、かつ、光を透過可能な透過窓４を上面に有する筐体３と、筐体３内に収容され、照明部７から発せられた照明光が照射された細胞Ｓから容器１７の底面および筐体３の透過窓４を透過して筐体３内に入射する観察光を撮影するカメラ部９と、筐体３内に収容され、細胞Ｓを加温する筐体内加温部５とを備える観察装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、観察装置に関するものである。
従来、インキュベータ内で培養されている細胞を観察する観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−０２１６２８号公報
一般的に、インキュベータは０．１℃のステップで温度設定できるが、インキュベータ内の実際の温度は０．５℃程度の空間的な温度分布が生じる。また、インキュベータは、内壁面の温度を測定することにより庫内の温度が管理されており、細胞自身の温度は管理されていない。そのため、特許文献１に記載の観察装置を用いてインキュベータ内の細胞を観察する場合は、その細胞が適切な温度で培養されていることを保障することが困難という問題がある。
また、インキュベータ内で培養された細胞を外に出して室温で観察する場合は、細胞をインキュベータから出した時点から細胞の温度が低下し始めるため、細胞に影響が及ぶ可能性がある。つまり、インキュベータ外で細胞を観察する場合も、その細胞が適切な温度で観察されていることを保障することが困難という問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、適切な温度で培養された細胞を適切な温度状態を維持して観察することができる観察装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、試料を収容した容器を載置可能かつ光を透過可能な透過窓を上面に有する筐体と、該筐体に収容され、照明光が照射された前記試料から前記透過窓を透過して前記筐体内に入射する観察光を撮影する撮像部と、前記筐体内に収容され、前記試料を加温する筐体内加温部とを備える観察装置である。
本態様によれば、筐体の上面の透過窓上に載置されている容器内の試料に照明光が照射されると、試料から透過窓を透過した観察光が筐体に入射され、筐体内の撮像部によって撮影される。この場合において、筐体内の加温部により試料を加温しておくことで、適切な温度で培養された試料を適切な温度状態を維持して観察することができる。
上記態様においては、前記筐体内加温部が、輻射熱を発生する抵抗体を備えることとしてもよい。
このように構成することで、抵抗体から発せられる輻射熱により、試料を万遍なく加温することができる。
上記態様においては、前記抵抗体が、前記筐体の前記透過窓に沿って配置された筐体内層状抵抗体であってもよい。
このように構成することで、容器の底面に対向するように配された筐体内層状抵抗体により、容器の全体に亘り試料を効率的に加温することができる。
上記態様においては、前記筐体内層状抵抗体が透明金属膜であってもよい。
このように構成することで、試料から透過窓を透過した観察光を透明金属膜を透過させて撮像部により撮影することができる。したがって、透明金属膜に観察光を通過させるための通過孔を設けなくて済む。透明金属膜はＩＴＯ膜であってもよい。
上記態様においては、前記筐体内加温部が、前記筐体の前記透過窓と前記筐体内層状抵抗体との間に配されて該筐体内層状抵抗体から発せられる前記輻射熱の輻射を均等にする筐体内輻射層を備えることとしてもよい。
このように構成することで、筐体内輻射層により、筐体内層状抵抗体からの輻射熱を試料に均等に伝達させて、試料をより万遍なく加温することができる。
上記態様においては、前記筐体内加温部が、前記筐体内層状抵抗体を挟んで前記筐体の前記透過窓とは反対側に配されて前記筐体内層状抵抗体から発せられる前記輻射熱を反射する筐体内反射層を備えることとしてもよい。
このように構成することで、筐体内反射層により、筐体内層状抵抗体から試料とは反対側に発せられた輻射熱も試料に伝達させて、試料をより効率的に加温することができる。
上記態様においては、前記試料の温度を測定する温度センサを備えることとしてもよい。
このように構成することで、温度センサにより、試料の温度変化を把握することができる。
上記態様においては、前記抵抗体の温度を測定する温度センサを備えることとしてもよい。
このように構成することで、試料の温度を直接測定しなくても試料の温度変化を把握することができる。試料の温度と抵抗体の温度との相関が高い場合に有効である。
上記態様においては、前記筐体の前記透過窓上に載置された前記容器の周囲に密閉空間を形成可能な蓋部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、蓋部により容器の周囲に密閉空間が形成されることによって、試料の温度が外部に逃げるのを抑制することができる。
上記態様においては、前記密閉空間に配され、前記試料を加温する蓋内加温部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、筐体内加温部による加温と合わせて、蓋内加温部により試料をより効率的に加温することができる。
上記態様においては、前記蓋内加温部が、前記容器の上方に前記筐体の前記透過窓に沿って配置され輻射熱を発生する蓋内層状抵抗体を備えることとしてもよい。
このように構成することで、容器の底面に対向するように配された蓋内層状抵抗体により、容器の全体に亘り試料を効率的に加温することができる。
上記態様においては、前記蓋内加温部が、前記容器と前記蓋内層状抵抗体との間に配されて該蓋内層状抵抗体から発せられる前記輻射熱の輻射を均等にする蓋内輻射層を備えることとしてもよい。
このように構成することで、蓋内輻射層により、蓋内層状抵抗体からの輻射熱を均等に伝達させて、試料をより万遍なく加温することができる。
上記態様においては、前記蓋内加温部が、前記容器の上方に配されて前記容器に向けて輻射熱を反射可能な蓋内反射層を備えることとしてもよい。
このように構成することで、蓋内反射層により、容器の上方に伝達された輻射熱を反射して試料に照射し、試料をより効率的に加温することができる。
上記態様においては、前記温度センサが、前記容器に収容されている培地の温度を測定するサーマルカメラであってもよい。
試料の温度と培地の温度は相関が高いので、このように構成することで、サーマルカメラによって試料の温度をよりほぼ直接的に測定することができ、試料のより正確な温度変化を把握することができる。
上記態様においては、前記筐体内加温部が、１４５０ｎｍ±５０ｎｍまたは１９４０ｎｍ±５０ｎｍの赤外光を発生する筐体内赤外光発生部を備えることとしてもよい。
１４５０ｎｍおよび１９４０ｎｍは水の吸収波長なので、このように構成することで、試料が水の培地に浸漬されている場合に、筐体内赤外光発生部から発せられる赤外光により、培地を介して試料を効率的に加温することができる。
上記態様においては、前記筐体の前記透過窓上に載置された前記容器の周囲に密閉空間を形成可能な蓋部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、蓋部により容器の周囲に密閉空間が形成されることによって、試料の温度が外部に逃げるのを抑制することができる。
上記態様においては、前記密閉空間に配され、光を吸収する光吸収部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、密閉空間内の迷光を遮断し、試料が水の培地に浸漬されている場合に、培地の温度のムラと容器の曇りを低減することができる。
上記態様においては、前記密閉空間に配され、１４５０ｎｍ±５０ｎｍまたは１９４０ｎｍ±５０ｎｍの赤外光を前記試料に照射する蓋内赤外光照射部を備えることとしてもよい。
このように構成することで、試料が水の培地に浸漬されている場合に、筐体内赤外光発生部とともに、蓋内赤外光照射部により照射される赤外光により、培地を介して試料を効率的に加温することができる。
上記態様においては、前記容器の上方に配されて前記筐体内赤外光発生部から発せられる前記赤外光を反射する蓋内反射層を備えることとしてもよい。
このように構成することで、蓋内反射層により、容器を通過した筐体内赤外光発生部からの赤外光を反射して再び試料に照射し、試料をより効率的に加温することができる。
本発明に係る観察装置によれば、適切な温度で培養された細胞を適切な温度状態を維持して観察することができるという効果を奏する。
（ａ）は本発明の第１実施形態に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る観察装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態の第１変形例に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態の第２変形例に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態の第３変形例に係る観察装置を蓋部を外した状態で上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図であり、（ｄ）は（ｂ）の観察装置を蓋を開けた状態で側方から見た側面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態の第４変形例に係る観察装置を蓋部を外した状態で上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図であり、（ｄ）は（ｂ）の観察装置を蓋を開けた状態で側方から見た側面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態の第５変形例に係る観察装置を蓋部を外した状態で上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図であり、（ｄ）は（ｂ）の観察装置を蓋を開けた状態で側方から見た側面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態の第６変形例に係る観察装置を蓋部を外した状態で上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図であり、（ｄ）は（ｂ）の観察装置を蓋を開けた状態で側方から見た側面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る観察装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る観察装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の第１変形例に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の第２変形例に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の第３変形例に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る観察装置を上方から見た上面図であり、（ｂ）は（ａ）の観察装置を側方から見た側面図であり、（ｃ）は（ｂ）の観察装置を鉛直方向に切断した断面図である。 本発明の第４実施形態に係る観察装置の構成を示すブロック図である。
〔第１実施形態〕
本実施形態に係る観察装置について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置１は、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、筐体３と、筐体３内に収容された筐体内加温部５としての筐体内層状抵抗体（抵抗体）１９、照明部７、カメラ部（撮像部）９および温度センサ１１とを備えている。
また、この観察装置１は、図２に示されるように、カメラ部９により取得された画像等を表示する表示部１３と、照明部７、カメラ部９、温度センサ１１、表示部１３および筐体内層状抵抗体１９を制御する制御部１５とを備えている。
筐体３は、例えば、照明部７およびカメラ部９が載置される底面３ａと、底面３ａから立ち上がる外壁３ｂと、外壁３ｂを挟んで底面３ａと平行に配される上面３ｃとにより囲われる直方体形状を有している。
筐体３の上面３ｃは、細胞（試料）Ｓを収容した容器１７を載置可能な透過窓４を有している。
透過窓４は、例えば、照明部７およびカメラ部９の上方に略水平に配された硬質で滑らかなガラス板であり、光を透過させることができるようになっている。また、透過窓４は、カメラ部９の光軸方向における容器１７とカメラ部９との距離を一定に保つとともに、透過窓４の表面に沿って容器１７を移動させたり容器１７を一定の位置に維持したりすることができるようになっている。
容器１７は、例えば、天板１７ａを有する細胞培養フラスコであり、全体的に光学的に透明な樹脂により構成されている。容器１７には、細胞Ｓが培地Ｗ等の水溶液に浸漬されて収容されている。
筐体内加温部５は、外部から供給される電気を熱に換えて輻射熱を発生する前記筐体内層状抵抗体１９を備えている。
筐体内層状抵抗体１９は、筐体３の透過窓４に近接して、かつ、透過窓４との間に間隔を空けて、透過窓４に沿って配置されている。この筐体内層状抵抗体１９は、例えば、炭素抵抗または金属皮膜抵抗であり、輻射熱を発生することにより、透過窓４上に載置されている容器１７内の細胞Ｓを加温するようになっている。
また、この筐体内層状抵抗体１９は、矩形状に形成されており、周囲を囲う外壁３ｂとの間には隙間が設けられている。これにより、筐体内層状抵抗体１９の熱抵抗を向上することができる。また、筐体内層状抵抗体１９は、照明部７およびカメラ部９の光軸上に開口する開口部（通過孔）１９ａを有している。
照明部７は、カメラ部９の光軸に対して交差する方向に位置をずらして、筐体３の透過窓４に対向して配置されている。この照明部７は、上方に向かって照明光を射出して筐体内層状抵抗体１９の開口部１９ａを介して透過窓４および容器１７の底面を下から上に向かって透過させた後、細胞Ｓに対して下方から照明光を照射したり、容器１７の天板１７ａにおいて照明光を反射させて細胞Ｓに対して斜め上方から照明光を照射させたりすることができるようになっている。
カメラ部９は、筐体３の透過窓４に対向して配置されている。このカメラ部９は、照明部７からの照明光が下方から細胞Ｓに照射されることにより細胞Ｓにおいて反射されて容器１７の底面および透過窓４を上から下に透過する反射光や、照明部７からの照明光が容器１７の天板１７ａを介して上方から細胞Ｓに照射されることにより細胞Ｓを透過して容器１７の底面および透過窓４を上から下に透過する透過光など、細胞Ｓからの観察光を筐体内層状抵抗体１９の開口部１９ａを介して撮影することができるようになっている。
温度センサ１１は、筐体内層状抵抗体１９の透過窓４側の表面上に配置されている。この温度センサ１１は、筐体内層状抵抗体１９の温度を測定し、温度の高低を電気信号の強弱に変換して制御部１５に送るようになっている。
表示部１３は、カメラ部９により取得された画像の他、例えば、カメラ部９による撮影の指示情報、細胞Ｓの目標の温度と実際の温度、これら目標の温度と実際の温度の差分等を表示するようになっている。
制御部１５は、制御プログラムの実行により、カメラ部９による細胞Ｓの撮影を制御したり、カメラ部９により取得された画像を保存したりするようになっている。また、制御部１５は、カメラ部９の利得と露光時間を設定したり、照明部７による点灯の条件を設定したりするようになっている。
さらに、制御部１５は、制御プログラムの実行により、温度センサ１１により測定される筐体内層状抵抗体１９の温度と目標温度との差分を検出し、筐体内層状抵抗体１９の実際の温度が目標温度よりも低い場合は筐体内層状抵抗体１９に通電し、目標温度よりも高い場合は筐体内層状抵抗体１９への通電を停止するようになっている。
このように構成された観察装置１の作用について説明する。
本実施形態に係る観察装置１により細胞Ｓを観察するには、まず、制御部１５により、筐体内層状抵抗体１９に通電して輻射熱を発生させ、温度センサ１１により筐体内層状抵抗体１９の温度を測定する。そして、例えばインキュベータ（図示略）において容器１７に収容されて培養された細胞Ｓを容器１７ごと筐体３の透過窓４上に載置する。
ここで、容器１７が筐体３内の筐体内層状抵抗体１９と近接して配置されることにより、筐体内層状抵抗体１９から発せられる輻射熱により、容器１７内の細胞Ｓを万遍なく加温することができる。また、近接して配された筐体内層状抵抗体１９と容器１７は両者の温度の相関が高いので、温度センサ１１により測定される筐体内層状抵抗体１９自体の温度に基づいて、容器１７内の細胞Ｓの温度を間接的に測定することができる。
次いで、制御部１５により、制御プログラムが実行されて、温度センサ１１により測定される筐体内層状抵抗体１９の温度と目標温度との差分が検出される。そして、制御部１５により、筐体内層状抵抗体１９の実際の温度が目標温度よりも低い場合は筐体内層状抵抗体１９に通電され、目標温度よりも高い場合は筐体内層状抵抗体１９への通電が停止される。これにより、容器１７内の細胞Ｓを適切な温度状態に維持することができる。
続いて、筐体内層状抵抗体１９により容器１７内の細胞Ｓを加温した状態で、制御部１５により、カメラ部９を駆動するとともに照明部７から照明光を発生させる。照明部７から発せられた照明光は、筐体内層状抵抗体１９の開口部１９ａを介して筐体３の透過窓４および容器１７の底面を下から上に向かって透過した後、下方から細胞Ｓに照射されるとともに、容器１７の天板１７ａにおいて反射されて斜め上方から細胞Ｓに照射される。
照明光が下方から照射されることにより細胞Ｓにおいて反射された反射光および照明光が上方から照射されることにより細胞Ｓを透過した透過光など細胞Ｓからの観察光は、容器１７の底面および筐体３の透過窓４を上から下に向かって透過し、筐体内層状抵抗体１９の開口部１９ａを通過してカメラ部９により受光される。
この際、照明光は細胞Ｓの形状や屈折率によって屈折、散乱され、あるいは、細胞Ｓの反射率または透過率によって減光されることで、細胞Ｓの情報を載せた観察光となってカメラ部９により撮影される。カメラ部９により取得された細胞Ｓの画像は表示部１３に送られて表示される。
以上説明したように、本実施形態に係る観察装置１によれば、筐体３内の筐体内層状抵抗体１９により容器１７内の細胞Ｓを加温しながら、細胞Ｓを撮影して画像を取得することで、インキュベータにより適切な温度で培養された細胞Ｓを適切な温度状態を維持して観察することができる。
本実施形態においては、筐体内層状抵抗体１９の温度と容器１７の温度の相関が高いことにより、筐体内層状抵抗体１９自体の抵抗値に基づいて細胞Ｓの温度変化を間接的に把握することができる。したがって、例えば、温度センサ１１を設けずに、筐体内層状抵抗体１９自体の抵抗値に基づいて筐体内層状抵抗体１９の温度を調節することとしてもよいし、温度センサ１１による温度測定と筐体内層状抵抗体１９自体の抵抗値とを併用して筐体内層状抵抗体１９の温度を調節することとしてもよい。
本実施形態は以下のように変形することができる。
第１変形例としては、例えば、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、筐体内加温部５が、筐体内層状抵抗体１９から発せられる輻射熱の輻射を均等にする筐体内輻射層２１を備えることとしてもよい。
筐体内輻射層２１としては、熱の輻射率と伝導率が高い、例えば、艶無しの黒色に塗装されたアルミ板を採用することとしてもよい。また、筐体内輻射層２１は、筐体３の透過窓４と筐体内層状抵抗体１９との間に配置することとすればよい。また、筐体内輻射層２１は、筐体内層状抵抗体１９と同様に、照明部７およびカメラ部９の光軸上に開口する開口部を有することとすればよい。筐体内輻射層２１と透過窓４との間、および、筐体内輻射層２１と筐体内層状抵抗体１９との間は、それぞれ接触していてもよいし隙間を空けていてもよい。
本変形例によれば、筐体内輻射層２１により、筐体内層状抵抗体１９からの輻射熱を容器１７内の細胞Ｓに均等に伝達させて、細胞Ｓをより万遍なく加温することができる。なお、筐体内輻射層２１は、周囲を囲う外壁３ｂとの間に隙間を有することが望ましい。これにより、筐体内輻射層２１の熱抵抗を向上することができる。
また、本変形例においては、同図に示されるように、筐体内加温部５が、筐体内層状抵抗体１９から発せられる輻射熱を反射する筐体内反射層２３を備えることとしてもよい。
筐体内反射層２３としては、赤外光の反射率が高い、例えば、鏡面加工したアルミ板を採用することとしてもよい。また、筐体内反射層２３は、筐体内層状抵抗体１９を挟んで筐体３の透過窓４とは反対側に配置することとすればよい。また、筐体内反射層２３も、筐体内層状抵抗体１９と同様に、照明部７およびカメラ部９の光軸上に開口する開口部を有することとすればよい。
このようにすることで、筐体内層状抵抗体１９から細胞Ｓとは反対側に発せられた輻射熱を筐体内反射層２３により反射して細胞Ｓに伝達させ、細胞Ｓをより効率的に加温することができる。なお、筐体内反射層２３と筐体内層状抵抗体１９との間、および、筐体内反射層２３と周囲を囲う外壁３ｂとの間は、それぞれ隙間を有することが望ましい。これにより、筐体内反射層２３の熱抵抗を向上することができる。
第２変形例としては、例えば、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、筐体内加温部５が、筐体内層状抵抗体１９に代えて、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜等の透明金属膜２５を採用することとしてもよい。
透明金属膜２５は、例えば、透過窓４の内側表面上に配置されており、外部から供給される電気を変換して熱を発生することにより、透過窓４上に載置されている容器１７内の細胞Ｓを加温することができるようになっている。また、透明金属膜２５は、照明部７からの照明光を透過させるとともに、細胞Ｓからの反射光や透過光などの観察光を透過させるようになっている。なお、透明金属膜２５は、周囲を囲う外壁３ｂとの間に隙間を有することが好ましい。このようにすることで、透明金属膜２５の熱抵抗を向上することができる。
この場合、温度センサ１１は透明金属膜２５の照明部７およびカメラ部９側の表面上に配置して透明金属膜２５の温度を測定し、温度の高低を電気信号の強弱に変換して制御部１５に送ることとすればよい。透明金属膜２５が透過窓４上の容器１７と近接して配置されていることにより、これら透明金属膜２５の温度と容器１７の温度の相関が高いので、温度センサ１１により透明金属膜２５の温度を測定することで、容器１７内の細胞Ｓの温度変化を間接的に把握することができる。
また、制御部１５は、制御プログラムの実行により、温度センサ１１により測定される透明金属膜２５の温度と目標温度との差分を検出し、透明金属膜２５の実際の温度が目標温度よりも低い場合は透明金属膜２５に通電し、目標温度よりも高い場合は透明金属膜２５への通電を停止することとすればよい。
本変形例においては、透明金属膜２５の温度と容器１７の温度の相関が高いことにより、透明金属膜２５自体の抵抗値に基づいて細胞Ｓの温度変化を間接的に把握することができる。したがって、例えば、温度センサ１１を設けずに、透明金属膜２５自体の抵抗値に基づいて透明金属膜２５の温度を調節することとしてもよいし、温度センサ１１による温度測定と透明金属膜２５の抵抗値とを併用して筐体内層状抵抗体１９の温度を調節することとしてもよい。
本変形例によれば、細胞Ｓから筐体３の透過窓４を透過した観察光を透明金属膜２５を透過させてカメラ部９により撮影することができる。したがって、透明金属膜２５に観察光を通過させるための開口部（通過孔）を設けなくて済む。
本変形例においては、第１変形例のように、筐体内加温部５が筐体内反射層２３を備えることとしてもよい。
第３変形例としては、例えば、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、筐体３の透過窓４上に載置された容器１７の周囲に密閉空間２７を形成可能な開閉式の蓋部２９を備えることとしてもよい。
蓋部２９によって容器１７の周囲に密閉空間２７が形成されることにより、細胞Ｓの温度が外部に逃げるのを抑制することができる。
本変形例においては、第１変形例のように、筐体内加温部５が筐体内輻射層２１および筐体内反射層２３を備えることとしてもよい。
また、本変形例においては、図５（ｃ），（ｄ）に示されるように、筐体３内に設けられた筐体内加温部５に加えて、蓋部２９により形成される密閉空間２７に配されて、容器１７内の細胞Ｓを加温する蓋内加温部３１を備えることとしてもよい。
蓋内加温部３１は、筐体内層状抵抗体１９から密閉空間２７内に伝達された輻射熱および照明部７からの照明光を容器１７に向けて反射する蓋内反射層３３を備えることとしてもよい。この場合、蓋部２９における筐体３の透過窓４に対向する天板を蓋内反射層３３により構成することしてもよい。蓋内反射層３３としては、筐体内反射層２３と同様の構成を有するものを採用することとすればよい。
このようにすることで、筐体内層状抵抗体１９から密閉空間２７内に伝達された輻射熱を蓋内反射層３３により反射して、容器１７内の細胞Ｓに導くことができる。蓋内反射層３３により容器１７の上方からも加温することで、細胞Ｓの温度のムラと容器１７の曇りを低減することができる。なお、蓋内反射層３３は、蓋部２９の天板を構成せずに、蓋部２９の天板と容器１７との間に配置することとしてもよい。
本変形例においては、図５（ｃ）、（ｄ）に示されるように、密閉空間２７内に、Ｈ２Ｏ（液体の水）の入った容器（加湿用パッド）３０を置くこととしてもよい。このようにすることで、容器３０内のＨ２Ｏが蒸発して、密閉空間２７内が飽和水蒸気で満たされることにより、容器１７内の培地Ｗの蒸発量を減らすことができる。本実施形態の後述する第４変形例、第５変形例、第６変形例、第３実施形態の第１変形例、第２変形例および第３変形例においても、同様に容器３０を設けることとしてもよい。
第４変形例としては、図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、第３変形例の構成において、照明部７を筐体３の底面３ａ上ではなく、蓋部２９の蓋内反射層３３におけるカメラ部９の光軸上に筐体３側を向けて配置することとしてもよい。この場合、照明部７から発せられて容器１７内の細胞Ｓを透過し、さらに容器１７の底面および筐体３の透過窓４を透過した透過光をカメラ部９により撮影することとすればよい。
第５変形例としては、図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、第４変形例の構成に代えて、蓋部２９の蓋内反射層３３ではなく、蓋部２９の内側面に照明部７を配置することとしてもよい。この場合、照明部７から発せられて容器１７内の細胞Ｓを透過しまたは細胞Ｓにおいて反射され、さらに容器１７の底面および透過窓４を透過した透過光または反射光をカメラ部９により撮影することとすればよい。
第６変形例としては、図８（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、第３変形例の構成において、蓋内加温部３１が、輻射熱を発生する蓋内層状抵抗体３５を備えることとしてもよい。
蓋内層状抵抗体３５は、筐体内層状抵抗体１９と同様の構成を有し、容器１７の上方（容器１７と蓋内反射層３３との間）に容器１７に近接して、かつ、容器１７との間に間隔をあけて、透過窓４に沿って配置することとすればよい。蓋内層状抵抗体３５とその周囲を囲う蓋部２９の側面との間には隙間を設けることが好ましい。これにより、蓋内層状抵抗体３５の熱抵抗を向上することができるようになっている。
本変形例によれば、筐体内加温部５による加温と合わせて、容器１７の底面に対向するように配された蓋内層状抵抗体３５により、容器１７の全体に亘り細胞Ｓを効率的に加温することができる。また、容器１７の上方に配された蓋内反射層３３により、蓋内層状抵抗体３５から容器１７とは反対側に発せられた輻射熱も細胞Ｓに伝達させて、細胞Ｓをより効率的に加温することができる。
本変形例においては、同図に示されるように、蓋内加温部３１が、蓋内層状抵抗体３５から発せられる輻射熱の輻射を均等にする蓋内輻射層３７を備えることとしてもよい。蓋内輻射層３７は、筐体内輻射層２１と同様の構成を有し、容器１７と蓋内層状抵抗体３５との間に配置することとすればよい。
このようにすることで、蓋内輻射層３７により、蓋内層状抵抗体３５からの輻射熱を均等に伝達させて、細胞Ｓをより万遍なく加温することができる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る観察装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置４１は、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）および図１０に示されるように、筐体３の透過窓４上に載置された容器１７の周囲に密閉空間２７を形成可能な開閉式の蓋部２９と、さらに、蓋部２９により形成される密閉空間２７内に外部からＣＯ２およびＨ２Ｏ（水蒸気）を供給する構成とを備える点で第１実施形態と相違している。
本実施形態の説明において、上述した第１実施形態に係る観察装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
観察装置４１は、密閉空間２７内にＣＯ２およびＨ２Ｏを供給する構成として、図９（ｃ）に示されるように、蓋部２９にガス供給口２９ａを有している。また、観察装置４１は、密閉空間２７内にＣＯ２およびＨ２Ｏを供給する構成として、図１０に示されるように、ＣＯ２を貯蔵するＣＯ２ボンベ等のＣＯ２貯蔵部（図示略）と、密閉空間２７内のＣＯ２濃度を計測するＣＯ２センサ４３と、ＣＯ２の供給量を変更可能なＣＯ２制御弁４５と、Ｈ２Ｏ（水蒸気）を発生するＨ２Ｏ発生部（図示略）と、密閉空間２７内の湿度を計測する湿度センサ４７と、Ｈ２Ｏの供給量を変更可能な湿度制御弁４９とを備えている。
ＣＯ２センサ４３は、計測した密閉空間２７内のＣＯ２濃度を制御部１５に送るようになっている。
湿度センサ４７は、計測した密閉空間２７内の湿度を制御部１５に送るようになっている。
制御部１５は、ＣＯ２センサ４３から送られてくるＣＯ２濃度と目標のＣＯ２値とを比較し、密閉空間２７内のＣＯ２濃度が目標のＣＯ２値になるよう、ＣＯ２制御弁４５によりＣＯ２の供給量を調整するようになっている。また、制御部１５は、湿度センサ４７から送られてくる湿度と目標の湿度とを比較し、密閉空間２７内の湿度が目標の湿度になるよう、湿度制御弁４９によりＨ２Ｏの供給量を調整するようになっている。
このように構成された観察装置４１によれば、密閉空間２７内にＣＯ２およびＨ２Ｏを供給する構成により、密閉空間２７内のＣＯ２濃度と湿度を管理することで、細胞Ｓを適度な環境で培養しながら観察することができる。
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る観察装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置５１は、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）および図１２に示されるように、筐体内加温部５が、筐体内層状抵抗体１９に代えて、容器１７内の培地に赤外光を照射する赤外光照射部（筐体内赤外光発生部）５３を備え、温度センサとして、温度センサ１１に代えて、容器１７に収容されている培地の温度を測定するサーマルカメラ部（サーマルカメラ）５５を備える点で第１実施形態および第２実施形態と相違している。
本実施形態の説明において、上述した第１実施形態に係る観察装置１および第２実施形態に係る観察装置４１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
赤外光照射部５３は、筐体３の底面３ａ上に、カメラ部９の光軸に対して交差する方向に位置をずらして配置されている。この赤外光照射部５３は、上方に向かって赤外光を射出して筐体３の透過窓４および容器１７の底面を下から上に向かって透過させた後、容器１７内の培地Ｗに下方から赤外光を照射するようになっている。
また、赤外光照射部５３は、１４５０ｎｍ±５０ｎｍまたは１９４０ｎｍ±５０ｎｍの赤外光を発生するようになっている。１４５０ｎｍおよび１９４０ｎｍは水の吸収波長なので、赤外光照射部５３から発せられる赤外光により、培地Ｗ等の水溶液を介して細胞Ｓを効率的に加温することができる。
サーマルカメラ部５５は、筐体３の底面３ａ上に、カメラ部９の光軸に対して交差する方向に位置をずらして、例えば赤外光照射部５３と並んで配置されている。このサーマルカメラ部５５は、赤外光照射部５３から赤外光が照射された容器１７内の培地Ｗにおいて発せられる熱エネルギーに基づき培地Ｗの温度を測定し、温度の高低を画素値の大小に変換して制御部１５に送るようになっている。
制御部１５は、制御プログラムの実行により、サーマルカメラ部５５により測定される培地Ｗの温度と目標温度との差分を検出し、培地Ｗの実際の温度が目標温度よりも低い場合は赤外光照射部５３から赤外光を射出させ、目標温度よりも高い場合は赤外光照射部５３からの赤外光の射出を停止するようになっている。また、制御部１５は、サーマルカメラ部５５による撮影時は赤外光照射部５３からの赤外光の射出を停止するようになっている。
このように構成された観察装置５１の作用について説明する。
本実施形態に係る観察装置５１により細胞Ｓを観察するには、まず、例えば容器１７に収容されてインキュベータ（図示略）において培養された細胞Ｓを容器１７ごと観察装置５１の透過窓４上に載置する。そして、制御部１５により、赤外光照射部５３から赤外光を射出させて容器１７内の培地Ｗに照射し、培地Ｗを加温する。また、制御部１５によりサーマルカメラ部５５を駆動し、サーマルカメラ部５５により培地Ｗの温度を測定する。
ここで、赤外光の照射により培地Ｗが加温されることで、その培地Ｗに浸漬されている細胞Ｓを効率的に加温することができる。また、培地Ｗとその培地Ｗに浸漬されている細胞Ｓは両者の温度の相関が非常に高いので、サーマルカメラ部５５により測定される培地Ｗの温度に基づいて、容器１７内の細胞Ｓの温度をほぼ直接的に測定することができる。
続いて、赤外光の照射により容器１７内の細胞Ｓを加温した状態で、照明部７から照明光を発生させて、細胞Ｓからの観察光をカメラ部９により撮影し、得られた画像を表示部１３に表示する。照明光の照射および観察光の撮影については第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。表示部１３にはサーマルカメラ部５５で撮影した温度分布の画像を表示することもできる。
以上説明したように、本実施形態に係る観察装置５１によれば、赤外光の照射により容器１７内の細胞Ｓを加温しながら、細胞Ｓを撮影して画像を取得することで、インキュベータにより適切な温度で培養された細胞Ｓを適切な温度状態を維持して観察することができる。この場合において、サーマルカメラ部５５によって細胞Ｓの温度をより直接的に測定し、細胞Ｓのより正確な温度変化を把握することができる。
本実施形態は、以下のように変形することができる。
第１変形例としては、例えば、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、筐体３の透過窓４上に載置された容器１７の周囲に密閉空間２７を形成可能な開閉式の蓋部２９と、蓋部２９により形成される密閉空間２７に配されて、光を吸収する光吸収部５７を備えることとしてもよい。
光吸収部５７としては、例えば、艶なしの黒色に塗装されたアルミ板を採用することとすればよい。また、光吸収部５７は、蓋部２９における透過窓４に対向する天板と容器１７との間に配置することとすればよい。なお、光吸収部５７とその周囲を囲う蓋部２９の側面との間には隙間を設けることが望ましい。これにより、筐体内輻射層２１の熱抵抗を向上することができる。
このようにすることで、光吸収部５７により、迷光を遮断するとともに、容器１７を通過した赤外光照射部５３から赤外光を一旦吸収した後、再び赤外光として輻射して容器１７の細胞Ｓに照射することができる。これにより、培地Ｗの温度のムラと容器１７の曇りを低減することができる。
第２変形例としては、例えば、図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、筐体３の透過窓４上に載置された容器１７の周囲に密閉空間２７を形成可能な開閉式の蓋部２９と、赤外光照射部５３から射出される赤外光および照明部７から射出される照明光を反射する蓋内反射層５９を備えることとしてもよい。
この場合、蓋部２９における透過窓４に対向する天板を蓋内反射層５９により構成することとしてもよい。蓋内反射層５９としては、赤外光の反射率が高い、例えば、鏡面加工したアルミ板を採用することとしてもよい。
このようにすることで、蓋内反射層５９により、赤外光照射部５３から容器１７を通過した赤外光を反射して再び培地Ｗに照射し、培地Ｗをより効率的に加温することができる。これにより、容器１７の上方からも反射により培地Ｗを加温し、温度のムラと容器１７の曇りを低減することができる。
第３変形例としては、図１５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示されるように、第１変形例の構成において、筐体３の底面３ａ上に配された赤外光照射部５３の他に、蓋部２９の天板に筐体３側を向けて配置された赤外光照射部（蓋内赤外光照射部）６１を備えることとしてもよい。
赤外光照射部６１は、透過窓４上に配された容器１７の培地Ｗに上方から赤外光を照射するようになっている。また、赤外光照射部６１は、赤外光照射部５３と同様に、１４５０ｎｍ±５０ｎｍまたは１９４０ｎｍ±５０ｎｍの赤外光を発生するようになっている。
このようにすることで、赤外光照射部５３，６１により、容器１７の培地Ｗに上方と下方の２方向から赤外光を照射し、赤外光照射部５３だけを用いる場合よりも効率的に細胞Ｓを加温することができる。
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る観察装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る観察装置６３は、図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）および図１７に示されるように、筐体３の透過窓４上に載置された容器１７の周囲に密閉空間２７を形成可能な開閉式の蓋部２９と、さらに、蓋部２９により形成される密閉空間２７内に外部からＣＯ２およびＨ２Ｏ（水蒸気）を供給する構成を備える点で第３実施形態と相違している。
本実施形態の説明において、上述した第２実施形態に係る観察装置４１および第３実施形態に係る観察装置５１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
観察装置６３は、密閉空間２７内にＣＯ２およびＨ２Ｏを供給する構成として、図１６（ｃ）に示されるように、蓋部２９にガス供給口２９ａを有している。また、観察装置６３は、密閉空間２７内にＣＯ２およびＨ２Ｏを供給する構成として、図１７に示されるように、ＣＯ２を貯蔵するＣＯ２ボンベ等のＣＯ２貯蔵部（図示略）と、ＣＯ２センサ４３と、ＣＯ２制御弁４５と、Ｈ２Ｏ（水蒸気）を発生するＨ２Ｏ発生部（図示略）と、湿度センサ４７と、湿度制御弁４９とを備えている。
このように構成された観察装置６３によれば、サーマルカメラ部５５により細胞Ｓの温度をより直接的に測定するとともに、密閉空間２７内にＣＯ２およびＨ２Ｏを供給する構成により密閉空間２７内のＣＯ２濃度と湿度を管理することで、細胞Ｓをより適度な環境で培養しながら観察することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
１，４１，５１，６３ 観察装置
３ 筐体
４ 透過窓
５ 筐体内加温部
９ カメラ部（撮像部）
１１ 温度センサ
１９ 筐体内層状抵抗体（抵抗体）
２１ 筐体内輻射層
２３ 筐体内反射層
２５ 透明金属膜
２９ 蓋部
３１ 蓋内加温部
３３ 蓋内反射層
３５ 蓋内層状抵抗体
３７ 蓋内輻射層
５３ 赤外光照射部（筐体内赤外光発生部）
５５ サーマルカメラ部（サーマルカメラ）
５７ 光吸収部
５９ 蓋内反射層
６１ 赤外光照射部（蓋内赤外光照射部）
Ｓ 細胞（試料）

Claims (20)

  1. 試料を収容した容器を載置可能かつ光を透過可能な透過窓を上面に有する筐体と、
    該筐体に収容され、照明光が照射された前記試料から前記透過窓を透過して前記筐体内に入射する観察光を撮影する撮像部と、
    前記筐体内に収容され、前記試料を加温する筐体内加温部とを備える観察装置。
  2. 前記筐体内加温部が、輻射熱を発生する抵抗体を備える請求項１に記載の観察装置。
  3. 前記抵抗体が、前記筐体の前記透過窓に沿って配置された筐体内層状抵抗体である請求項２に記載の観察装置。
  4. 前記筐体内層状抵抗体が透明金属膜である請求項３に記載の観察装置。
  5. 前記透明金属膜がＩＴＯ膜である請求項４に記載の観察装置。
  6. 前記筐体内加温部が、前記筐体の前記透過窓と前記筐体内層状抵抗体との間に配されて該筐体内層状抵抗体から発せられる前記輻射熱の輻射を均等にする筐体内輻射層を備える請求項３から請求項５のいずれかに記載の観察装置。
  7. 前記筐体内加温部が、前記筐体内層状抵抗体を挟んで前記筐体の前記透過窓とは反対側に配されて前記筐体内層状抵抗体から発せられる前記輻射熱を反射する筐体内反射層を備える請求項３から請求項６のいずれかに記載の観察装置。
  8. 前記試料の温度を測定する温度センサを備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の観察装置。
  9. 前記抵抗体の温度を測定する温度センサを備える請求項２から請求項７のいずれかに記載の観察装置。
  10. 前記筐体の前記透過窓上に載置された前記容器の周囲に密閉空間を形成可能な蓋部を備える請求項１から請求項９のいずれかに記載の観察装置。
  11. 前記密閉空間に配され、前記試料を加温する蓋内加温部を備える請求項１０に記載の観察装置。
  12. 前記蓋内加温部が、前記容器の上方に前記筐体の前記透過窓に沿って配置され輻射熱を発生する蓋内層状抵抗体を備える請求項１１に記載の観察装置。
  13. 前記蓋内加温部が、前記容器と前記蓋内層状抵抗体との間に配されて該蓋内層状抵抗体から発せられる前記輻射熱の輻射を均等にする蓋内輻射層を備える請求項１２に記載の観察装置。
  14. 前記蓋内加温部が、前記容器の上方に配されて前記容器に向けて輻射熱を反射可能な蓋内反射層を備える請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の観察装置。
  15. 前記温度センサが、前記容器に収容されている培地の温度を測定するサーマルカメラである請求項８に記載の観察装置。
  16. 前記筐体内加温部が、１４５０ｎｍ±５０ｎｍまたは１９４０ｎｍ±５０ｎｍの赤外光を発生する筐体内赤外光発生部を備える請求項１５に記載の観察装置。
  17. 前記筐体の前記透過窓上に載置された前記容器の周囲に密閉空間を形成可能な蓋部を備える請求項１６に記載の観察装置。
  18. 前記密閉空間に配され、光を吸収する光吸収部を備える請求項１７に記載の観察装置。
  19. 前記密閉空間に配され、１４５０ｎｍ±５０ｎｍまたは１９４０ｎｍ±５０ｎｍの赤外光を前記試料に照射する蓋内赤外光照射部を備える請求項１７または請求項１８に記載の観察装置。
  20. 前記容器の上方に配されて前記筐体内赤外光発生部から発せられる前記赤外光を反射する蓋内反射層を備える請求項１７に記載の観察装置。
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