JP2019187309A - 安全キャビネット - Google Patents

Abstract

【課題】作業空間が汚染されたことを容易に判断でき、また除染されたことを容易に確認できる安全キャビネットを提供する。【解決手段】作業空間の前面に前面板と作業開口を有し、前記作業空間に上方から清浄空気を供給する安全キャビネットであって、前記作業空間に、励起光源と、前記励起光源からの励起光の照射により発生した蛍光を観察する撮像手段と、を備えるものである。【選択図】図４

Description

本発明は、再生医療や病原体等の研究などに使用する安全キャビネットに関する。

細胞の培養を行う再生医療などで細胞等を取り扱う場合には、安全キャビネットが使用される。

安全キャビネットの一例として、特許文献１には、作業空間の上部に吹き出し用ＨＥＰＡフィルタを設けるとともに、作業空間の前部に開閉可能な前面シャッターを、後部壁に後側吸込み部を、下方前方に前側吸込み部を設け、吹き出し用ＨＥＰＡフィルタから一様に作業空間に空気を供給し、作業空間の底面を形成する作業台の前側吸込み部と後側吸込み部から空気を吸い込むことにより、一様に空気が上から下に下降し清浄にする安全キャビネット、が開示されている。

特開２０１７−７８５２７号公報

特許文献１に開示された安全キャビネットを用いれば、作業空間内で細胞等を取り扱うことで、細胞等が汚染されることを防止し、かつ、細胞等が作業空間内から作業者側に漏洩することを防止することが可能である。安全キャビネットを用いる作業では、作業終了時或いは作業開始時に作業空間内を清掃、消毒（除染）する。しかし、空中浮揚のカビ、細菌などの混入があり、それらによるコンタミネーション（汚染）が少なくない。安全キャビネット内が清浄状態にあるのか、隅などにカビや細菌が付着していないのかを知って清掃することにより、再現性のある培養を行うことができる。

本発明は、作業空間が汚染されたことを容易に判断でき、また除染されたことを容易に確認できる安全キャビネットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明の「安全キャビネット」の一例を挙げるならば、
作業空間の前面に前面板と作業開口を有し、前記作業空間に上方から清浄空気を供給する安全キャビネットであって、前記作業空間に、励起光源と、前記励起光源からの励起光の照射により発生した蛍光を観察する撮像手段と、を備えるものである。

本発明によれば、安全キャビネットの作業空間が汚染されたことを容易に判断でき、また除染されたことを容易に確認することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１の安全キャビネットを示す外観正面図の例である。 実施例１の安全キャビネットを示す側面断面図の例である。 図２の安全キャビネットの動作時の空気の流れを示す図である。 実施例１の安全キャビネットの作業空間を示す図である。 実施例１の励起光と蛍光の関係を示す図である。 細胞に励起光を当てた状況を示す図である。 実施例１の安全キャビネットの電気系を示すブロック図である。 実施例２の励起光源とカメラの配置関係を示す図である。 実施例３の安全キャビネットを示す図である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

図１に、安全キャビネットの概略正面図を示す。また、図２に、図１のＡ−Ａ’断面を右方より見た安全キャビネットの概略側面図を示す。

安全キャビネット１００の筐体１０１の中央域に開口が設けられ、その奥に作業空間１０４が設けられている。作業空間１０４の前面側には、開口の上部を塞ぐように前面板１０２が設けられ、その下側には作業開口１０３が設けられ、作業者は作業開口１０３から作業空間１０４に手を入れて、作業を行う。前面板１０２は、ガラス等の透明な材料で形成されており、作業者は前面板を通して作業を目視することができる。

作業空間１０４の底面には略平坦な作業ステージ１０５が設けられ、作業者は作業ステージ上で作業を行う。作業ステージ１０５の前方側であって、作業開口１０３の近くには、下方に通じる吸気口１０７が設けられている。吸気口１０７は、例えば作業開口１０３に沿って筐体の左右方向に延びるスリットで形成されている。作業空間１０４の背面側には、吸気口１０７から筐体の上部に通じる背面流路１０８が設けられている。

作業空間１０４の上側には吹き出し側ＦＦＵ(ファンフィルタユニット)１０９が設けられている。吹き出し側ＦＦＵ１０９はモータで回転するファンと、微粒子を除去するフィルタ、例えばＨＥＰＡフィルタ１０９Ａで構成されており、微粒子を除去した清浄な空気を作業空間１０４に吹き出す。筐体１０１の上部には、排気側ＦＦＵ(ファンフィルタユニット)１１０が設けられており、空気の一部をフィルタ、例えばＨＥＰＡフィルタ１１０Ａを通して、微粒子を除去して装置の外部へ排出する。

図３に、安全キャビネット動作時の空気の流れを矢印で示す。作業ステージ１０５の前面側の吸気口１０７から吸引された空気９０は、符号９１で示すように筐体の下部、背面流路１０８、筐体の上部を通って、吹き出し側ＦＦＵ１０９から作業空間１０４へ送風される。作業空間１０４には、吹き出し側ＦＦＵ１０９のＨＥＰＡフィルタ１０９Ａで微粒子が除去された清浄な空気が送風されることにより、作業空間１０４は清浄な状態に維持される。このとき、符号９２で示す作業空間１０４への空気の流れのみでは、作業空間内の空気が外部へ漏出する恐れがある。そのため、排出側ＦＦＵ１１０を設け、ＨＥＰＡフィルタ１１０Ａを通して空気の一部を外部へ放出する。これにより、作業空間内の圧力が低下し、外部から前面板１０２の下方の作業開口１０３を通して内部へ導入されようとする空気の流れ９４を生じる。この空気の流れ９４がそのまま作業空間へ流入すると作業空間の清浄度が低下してしまう。しかし、吹き出し側ＦＦＵ１０９から作業空間へ吹き出す空気の流れ９２の風量と、排出側ＦＦＵ１１０から外部へ排出する空気の流れ９３の風量を適切に制御することにより、作業開口１０３から流入する空気９４の全てと、作業空間へ送られた空気９２の大半を吸気口１０７から吸い込むことで、作業空間１０４へ吹き出す空気の流れ９２により、作業開口１０３からの空気９４の作業空間１０４への流入を阻止する大気の壁(エアバリア)が形成される。これにより、外部からの空気が作業空間１０４を汚染することがなく、かつ、内部の清浄化前の空気が外部へ漏出することがないという均衡状態を実現することができる。

これにより、作業者が作業開口１０３を通して作業空間１０４に手を入れて作業を行っても、清浄度の維持と汚染防止を実現することができる。

安全キャビネットを用いる作業では、作業終了時或いは作業開始時に作業空間内を清掃、消毒（除染）する。しかし、空中浮揚のカビ、細菌などの汚染物の混入があり、それらによる汚染が少なくない。安全キャビネット内が清浄状態にあるのか、隅などにカビや細菌などが付着していないのかを知って清掃することにより、再現性のある培養を行うことができる。

図４に、本実施例の特徴構成を示す。安全キャビネットの作業空間１０４内に励起光源２０と、カビ、細菌等から発生する蛍光を検出する撮像手段、例えばカメラ２１を設ける。励起光源２０は、紫外線ランプ、ＬＥＤ、レーザなどでよい。図において、符号２２はカメラに入射する光の波長を制限するバンドパスフィルタである。励起光源２０から、波長４２０ｎｍ以下の光、例えば紫外光を照射する。汚染物２４からは、カビ固有の蛍光、細菌固有の蛍光を発生する。発生した蛍光をカメラ２１で撮像して、汚染の有無や汚染除去の状況を確認する。

図５に、励起光と発生する蛍光の関係を示す。例えば、励起光３０として波長４２０ｎｍ以下の紫外光を照射する。符号３２は微生物から発生する蛍光を、符号３４は細菌から発生する蛍光を示す。図に示すように、カビや細菌は照射された光源の波長によって、種類別の蛍光を発生する。これにより、波長毎の蛍光の強度を検出することにより、汚染物が何であるかを判別することができる。波長毎の蛍光の強度を検出するには、バンドパスフィルタ２２を切り換えて透過する光の波長を変更すればよい。そして、汚染物が特定されると、それに適した除染方法、例えば特定された微生物が抗酸、抗アルカリ、抗アルコール等を考慮して適切な除染方法を選択することができる。

励起光の照射および蛍光の撮像時には、作業空間やその周囲を暗くするのが望ましい。例えば作業空間内に設けた図示しない照明を消したり減光したり、透明な前面板や作業開口を遮蔽すればよい。作業空間やその周囲を暗くすることにより、蛍光の検出感度を向上することができる。

また、励起光源２０からの励起光の照射は、安全キャビネットの動作状態、すなわちエアバリアが形成された状態で行うのが望ましい。安全キャビネットを動作状態とすることにより、高エネルギーの励起光によりオゾン等が発生した場合、安全キャビネットからの外部漏出を抑止することができる。

図６に、細胞に励起光を照射した状況を示す。細胞４０は、核３２、核を取り巻く原形質３３、原形質を取り巻く細胞膜４４から構成されている。励起光３０を照射することにより、核による蛍光Ａを、原形質による蛍光Ｂを、細胞膜による蛍光Ｃをそれぞれ発生する。

図において、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ核、原形質、細胞膜の増感試薬を示す。また、励起光により発生する蛍光強度が弱い場合は、特定微生物からの蛍光を増強させる増感試薬を噴霧してもよい。増感試薬は汚染物毎、例えば微生物と細菌毎に、或いは、細胞の部位、例えば核、原形質、細胞膜毎に選択することができる。増感試薬の噴霧は、作業空間１０４に増感試薬噴霧手段を設けることにより、行うことができる。

図７に、汚染検出の電気系のブロック構成図の一例を示す。カメラ２１で撮像した蛍光の画像は画像処理部５１へ入力される。画像処理部５１では、画像の各位置での蛍光の強度を検出する。蛍光の強度の検出は、波長毎に行っても良い。カメラから入力した画像、或いは、蛍光の強度の検出結果は、記憶部５２に記憶し、また、必要に応じて記憶部５２から読み出すことができる。判定部５３では、蛍光の強度の検出結果と予め設定した閾値とを比較し、閾値以上である場合は汚染物と判定する。波長毎の蛍光の強度の検出結果と予め設定した閾値とを比較することにより、汚染物の種類も判定することができる。表示部５４では、汚染物の有無を表示する。検出した蛍光の波長と画像から読み取る位置情報とを組み合わせて検出結果を記憶することで、作業空間を示すマップ上に、汚染物を表示するようにしても良い。また、汚染物の表示とともに、その後の対応指示、例えば清掃処理の再実施の指示を表示するようにしても良い。表示は、画像表示に限らず、音声で指示するようにしても良い。安全キャビネットにディスプレイを設ける場合は、そこに汚染物の判定結果とその後の対応指示を表示すれば良い。

安全キャビネットの清掃、除染後、所定時間間隔毎にカメラで作業空間を観察することで、カビや細菌等の発生、増殖状態を監視することができる。そして、カメラを、通信回線を介してサーバに接続することにより、汚染状況のデータを蓄積することができる。また、インターネットに接続することで、安全キャビネットから離れた場所から遠隔監視を行うことができる。

本実施例によれば、安全キャビネットの作業空間が汚染されたことを容易に判断でき、また確実に除染されたことを容易に確認することができる。

図８に、実施例２の安全キャビネットの一例を示す。実施例２は、作業空間１０４の略全体を観察するために、複数のカメラを設けたものである。

図に示すように、作業空間の天井の中央部に励起光源２０を配置する。そして、励起光源２０の両側にバンドパスフィルタ２２を備える２つのカメラ２１を配置する。カメラを複数とすることにより、広範囲の汚染物２４を観察することができる。カメラの受光範囲に応じて、更に多くのカメラを配置しても良い。また、励起光源２０も複数としても良い。

本実施例によれば、励起光源或いは撮像手段を複数配置したので、作業空間内の汚染物を広範囲に観察することができ、作業空間の汚染や除染の確認を確実に行うことができる。

図９に、実施例３の安全キャビネットの一例を示す。実施例３は、作業空間１０４の略全体を観察するために、励起光源とカメラをロボットアーム等の可動機構に搭載したものである。

図に示すように、作業空間の壁面や天井にロボットアーム（モータ内蔵により移動可能としたアーム）２５を取り付け、ロボットアーム２５の先端に励起光源２０およびバンドパスフィルタを備えるカメラ２１を取り付ける。そして、制御部によりロボットアームを移動させて励起光源２０およびカメラ２１の位置および向きを変えることにより、広範囲の汚染物２４を観察することができる。

本実施例によれば、ロボットアーム等の可動機構に励起光源および撮像手段を取り付けたので、作業空間内の汚染物を広範囲に観察することができ、作業空間の汚染や除染の確認を確実に行うことができる。また、作業ステージに近い位置で励起光の照射および発生する蛍光の観察を行うことができ、汚染物の検出感度を向上することができる。

２０ 励起光源
２１ カメラ
２２ バンドパスフィルタ
２４ 汚染物
２５ ロボットアーム
３０ 励起光
３２ 微生物による蛍光
３４ 細菌による蛍光
４０ 細胞
４２ 核
４３ 原形質
４４ 細胞膜
５１ 画像処理部
５２ 記憶部
５３ 判定部
５４ 表示部
１００ 安全キャビネット
１０１ 筐体
１０２ 前面板
１０３ 作業開口
１０４ 作業空間
１０５ 作業ステージ
１０７ 吸気口
１０８ 背面流路
１０９ 吹き出し側ＦＦＵ（ファンフィルタユニット）
１０９Ａ 吹き出し側ＨＥＰＡフィルタ
１１０ 排出側ＦＦＵ（ファンフィルタユニット）
１１０Ａ 排出側ＨＥＰＡフィルタ

Claims (17)

1. 作業空間の前面に前面板と作業開口を有し、前記作業空間に上方から清浄空気を供給する安全キャビネットであって、
   前記作業空間に、
   励起光源と、
   前記励起光源からの励起光の照射により発生した蛍光を観察する撮像手段と、
   を備える安全キャビネット。
2. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記励起光源は、波長４２０ｎｍ以下の波長の光を発生することを特徴とする安全キャビネット。
3. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記撮像手段は、バンドパスフィルタを備えるカメラであることを特徴とする安全キャビネット。
4. 請求項３に記載の安全キャビネットにおいて、
   透過波長の異なる複数のバンドパスフィルタを備え、波長毎に蛍光を検出可能であることを特徴とする安全キャビネット。
5. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   撮像した画像の各位置での蛍光の強度を検出する画像処理部と、
   蛍光の強度の検出結果と予め設定した閾値とを比較して汚染物を判定する判定部を備えることを特徴とする安全キャビネット。
6. 請求項５に記載の安全キャビネットにおいて、
   汚染物の判定結果を表示する表示部を備えることを特徴とする安全キャビネット。
7. 請求項６に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記表示部は、作業空間を示すマップ上に汚染物を表示することを特徴とする安全キャビネット。
8. 請求項６に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記表示部は、汚染物の判定結果とその後の対応指示を表示することを特徴とする安全キャビネット。
9. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
   前記撮像手段は、通信回線を介してサーバに接続されていることを特徴とする安全キャビネット。
10. 請求項９に記載の安全キャビネットにおいて、
    前記撮像手段は、インターネットに接続されていることを特徴とする安全キャビネット。
11. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
    増感試薬噴霧手段を備えることを特徴とする安全キャビネット。
12. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
    複数の前記励起光源および／または複数の前記撮像手段を備えることを特徴とする安全キャビネット。
13. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
    前記励起光源および前記撮像手段は、可動機構に取り付けられていることを特徴とする安全キャビネット。
14. 請求項１３に記載の安全キャビネットにおいて、
    前記可動機構は、前記励起光源および前記撮像手段の向きおよび位置を変更可能であることを特徴とする安全キャビネット。
15. 請求項１４に記載の安全キャビネットにおいて、
    前記可動機構は、ロボットアームであることを特徴とする安全キャビネット。
16. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
    安全キャビネットの動作状態において、前記励起光源は励起光を照射し、前記撮像手段は蛍光を観察することを特徴とする安全キャビネット。
17. 請求項１に記載の安全キャビネットにおいて、
    前記作業空間を暗くした状態において、前記励起光源は励起光を照射し、前記撮像手段は蛍光を観察することを特徴とする安全キャビネット。

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