JP2020014387A - インキュベータの陽圧制御方法及びこの方法を利用した培養作業システム - Google Patents

Abstract

【課題】培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、且つ、培養室の内部の無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法を提供する。【解決手段】インキュベータは、培養室と温調手段と加湿手段とを有している。培養室は、給気口と排気口とを備え、給気口は外部環境の空気を培養室の内部に供給する給気手段を備えている。給気口の開口面積が排気口の開口面積より大きいことにより、給気手段が具備する給気ファンの駆動により培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高い所定の静圧に維持できる。加湿手段による加湿等によって培養室内の空気圧が変動した際には、給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が変化して培養室の内部の陽圧状態が所定の静圧に維持される。【選択図】図３

Description

本発明は、インキュベータに関するものであり、特に移動式のインキュベータにおいて培養に適した温度・湿度を適正に制御しつつ、培養室の内部の無菌状態と陽圧状態を安定に維持することのできるインキュベータの陽圧制御方法に関するものである。また、本発明は、インキュベータの陽圧制御方法を利用した培養作業システムに関するものである。

近年の再生医療分野の発展に伴い、インキュベータを使用して細胞を培養することが広く行われている。細胞の培養には、それぞれの細胞に適した培養環境を整備する必要があり、インキュベータ内部の温度条件、湿度条件、或いは必要により炭酸ガス濃度、窒素ガス濃度などを調整することが行われている。

インキュベータ内部の温度条件を調整するには、一般にインキュベータの室内、扉、棚板などの壁部に温水ヒータ或いは電気ヒータなどを内蔵して、壁面からの輻射熱による室内温度調整が行われている。また、インキュベータ内部の湿度条件を調整するには、一般にインキュベータの内部に加湿皿を設けて水を貯留し、この貯留水の自然蒸発によって室内湿度調整が行われている。一方、インキュベータ内部の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度を調整するには、一般に炭酸ガス濃度センサや窒素ガス濃度センサ、及び、炭酸ガスボンベや窒素ガスボンベからの供給経路を備えて炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の調整が行われている。また、これらに加え室内ファンによる空気の撹拌を併用して均一化を図る場合もある。

しかし、壁面からの輻射熱や空気の撹拌による室内温度調整と室内湿度調整では室内の温度・湿度が不均一になりやすい。特に、インキュベータの内部は湿度が高いので、温度・湿度が不均一な場合には部分的な結露が生じやすいという問題があった。

そこで、下記特許文献１のインキュベータにおいては、室内ヒータ、扉ヒータ、ステージヒータのオンオフによる一般的な温度調整を行い、内部の湿度が上昇し結露が生じやすくなった場合に加湿皿の露出される水面の面積を微調整して湿度調整の精度を向上することが提案されている。

一方、これまでのインキュベータでは、ＧＭＰ（Ｇｏｏｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒａｃｔｉｃｅ）に即したグレードＡ（厚生労働省・無菌医薬品製造指針）を保証することができなかった。その理由は、内部をグレードＡに滅菌しても、これを維持するために空気圧を外部環境よりも高く維持することができなかったからである。更に、インキュベータの内部の貯留水の蒸発に伴い外部から水を供給するが、その場合に外部から供給された水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすという問題があった。

そこで、下記特許文献２のインキュベータにおいては、インキュベータの外部から加湿皿への給水経路上にフィルタを設けることが提案されている。一方、本発明者らは、下記特許文献３において、外部から高温滅菌された水蒸気を供給すると共に、給気装置と排気装置を制御して培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持できるインキュベータを提案した。

特開２００８−００５７５９号公報 特開２０１１−１６０６７２号公報 特願２０１７−０９６３９８号

ところで、上記特許文献１のインキュベータにおいては、結露の発生は軽減できるが室内の温度・湿度が不均一になりやすいという問題があった。また、上記特許文献２のインキュベータにおいては、加湿皿に貯留された水の無菌化は確保できるが、この場合にも室内の温度・湿度が不均一になりやすいという問題があった。更に、上記特許文献１及び上記特許文献２においては、いずれも培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持できるものではなかった。

これらに対して、上記特許文献３のインキュベータにおいては、外部から供給される水蒸気の無菌化を確保できると共に、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高くできるという点で優れている。このインキュベータにおいては、圧力センサと連動したマイクロコンピュータによって給気装置と排気装置とを制御するものである。

一方、再生医療分野における細胞培養システムは、被培養物の前処理などの操作を行うアイソレーターと、このアイソレーターに接続して処理された被培養物を収容する複数のインキュベータとから構成されている。被培養物を収容したインキュベータは、アイソレーターから切り離され培養ステーションまで移動して所定時間の培養が行われる。

このような移動式のインキュベータは、配電線などを接続することなく最小限の充電池等で稼働可能な設備を有することが好ましい。従って、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持するためには、大掛かりな給気装置と排気装置との組み合わせではなく、より簡単な機構による制御が望まれている。

そこで、本発明は、上記の諸問題に対処して、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、且つ、培養室の内部をグレードＡに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法及びこの方法を利用した培養作業システムを提供することを目的とする。

上記課題の解決にあたり、本発明者らは、鋭意研究の結果、給気口と排気口の開口面積及び給気ファンを組み合わせることにより、培養室の内部の静圧変動に対して給気ファンの風量が変動することを利用することにより本発明の完成に至った。

即ち、本発明に係るインキュベータの陽圧制御方法は、請求項１の記載によれば、
給気口（２４）と排気口（２５）とを備えた培養室（２２）と、当該培養室の内部の空気の温度を調節する温調手段と、前記培養室の内部の空気を加湿する加湿手段（５０）とを有するインキュベータ（２０）において、
前記給気口は、外部環境の空気を前記培養室の内部に供給する給気手段（３０）を備え、当該給気手段は、給気ファン（３２）とこれを駆動する蓄電池とを備え、
前記給気口の開口面積が前記排気口の開口面積より大きいことにより、前記給気ファンの駆動により培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高い所定の静圧に維持するようにして、
前記加湿手段による培養室内への加湿等によって当該培養室内の空気圧が上昇した際には、前記給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が減少して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持される一方、
培養室内の空気圧が下降した際には、前記給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が増加して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持されることを特徴とする。

また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載のインキュベータの陽圧制御方法であって、
前記培養室内の空気圧の変動は、前記加湿手段による培養室内への加湿等だけではなく、当該培養室内の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の変動に対処した調整によるものであることを特徴とする。

また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１又は２に記載のインキュベータの陽圧制御方法であって、
前記加湿手段は、圧縮ガスを発生する圧縮ガス発生手段と、水を供給する水供給手段と、前記圧縮空気と前記水とを混合した混合気液を調整する混合気液調整器と、当該混合気液を気化させて水蒸気を発生する気化器（５１）とを備え、
前記気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく前記循環手段が循環させる空気中に直接供給されることを特徴とする。

また、本発明に係る培養作業システムは、請求項４の記載によれば、
無菌状態を維持できるアイソレーター（１０）と、当該アイソレーターに接続可能で無菌状態を維持できると共に搬送可能な複数のインキュベータ（２０、２０ａ〜２０ｈ）とを備え、
前記アイソレーターの内部で培養に必要な操作を行って被培養物を準備し、当該アイソレーターに接続された前記インキュベータの内部に前記被培養物を収容し、当該インキュベータを前記アイソレーターから切り離し、切り離したインキュベータを前記アイソレーターから離れた位置にある培養ステーション（１１０）まで搬送し、当該培養ステーションにおいて複数のインキュベータを保管して前記被培養物の培養を行うものであって、
前記複数のインキュベータは、前記培養ステーションへの移動段階及び／又は培養段階において請求項１〜３のいずれか１つに記載のインキュベータの陽圧制御方法で制御されることを特徴とする。

上記構成によれば、本発明に係るインキュベータの陽圧制御方法に使用するインキュベータは、培養室と温調手段と加湿手段とを有している。培養室は、給気口と排気口とを備えている。温調手段は、培養室の内部の空気の温度を調節する。加湿手段は、培養室の内部の空気を加湿する。給気口は、外部環境の空気を培養室の内部に供給する給気手段を備えている。この給気手段は、給気ファンとこれを駆動する蓄電池とを備えている。

このようなインキュベータにおいて、給気口の開口面積が排気口の開口面積より大きいことにより、給気ファンの駆動により培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高い（陽圧状態）所定の静圧に維持することができる。このように培養室の内部の空気圧が所定の静圧に維持された状態で、培養室内の空気圧が変動することがある。

例えば、加湿手段による培養室内への加湿等によって培養室内の空気圧が上昇する。この場合には、給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が減少して培養室の内部に供給される空気の量が減少する。このことにより、培養室内の空気圧が減少して陽圧状態が所定の静圧に維持される。一方、別な要因により培養室内の空気圧が下降する。この場合には、給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が増加して培養室の内部に供給される空気の量が増加する。このことにより、培養室内の空気圧が増加して陽圧状態が所定の静圧に維持される。

よって、上記構成によれば、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、且つ、培養室の内部をグレードＡに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法を提供することができる。

また、上記構成によれば、培養室内の空気圧の変動は、加湿手段による培養室内への加湿等だけではなく、当該培養室内の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の変動によることもある。この場合においても、上述と同様に給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が変化することにより対処することができる。

また、上記構成によれば、加湿手段は、圧縮ガス発生手段と水供給手段と混合気液調整器と気化器とを備えている。混合気液調整器は、圧縮ガス発生手段が発生した圧縮ガスと水供給手段が供給した水とを混合して混合気液を発生させる。気化器は、発生した混合気液を気化させて水蒸気を発生する。このようにして、気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく循環手段が循環させる空気中に直接供給される。

このような加湿手段によれば、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることがない。また、気化器が発生した水蒸気により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことがない。一方、このような加湿手段が培養室の内部に供給する水蒸気は、圧縮ガスと気化した水の混合ガスであり培養室の内部の静圧を変動させることとなる。このような場合においても、上記構成によれば、培養室内の陽圧状態を所定の静圧に維持することができる。

また、上記構成によれば、本発明に係る培養作業システムは、アイソレーターと複数のインキュベータとを備えている。アイソレーターは、無菌状態を維持できる。複数のインキュベータは、アイソレーターに接続可能で無菌状態を維持できると共に、アイソレーターから切り離して培養ステーションへの搬送が可能である。なお、これらのインキュベータは、培養ステーションへの移動段階及び培養段階の両方において、或いは、移動段階又は培養段階において上記構成に係るインキュベータの陽圧制御方法で制御される。

この培養作業システムは、次のように操作される。まず、アイソレーターの内部で培養に必要な操作を行って被培養物を準備する。次に、アイソレーターに接続されたインキュベータの内部に被培養物を収容する。次に、インキュベータをアイソレーターから切り離す。次に、切り離したインキュベータをアイソレーターから離れた位置にある培養ステーションまで搬送する。次に、培養ステーションにおいて複数のインキュベータを保管して被培養物の培養を行う。

よって、上記構成によれば、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、且つ、培養室の内部をグレードＡに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法を利用した培養作業システムを提供することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明に係る培養作業システムの一実施形態の全体構成を示す平面図である。 図１の培養作業システムに使用するインキュベータの構成を示す概略側面図である。 図２のインキュベータに使用するファンモーターの風量−静圧曲線である。 図２の加湿装置が具備する気化器の１実施形態を示す断面図である。

以下、本発明に係るインキュベータの陽圧制御方法及び培養作業システムを実施形態により説明する。図１は、本発明に係る培養作業システムの一実施形態の全体構成を示す平面図である。図１において、クリーンルーム１００の内部（図示左側）には、アイソレーター１０が設置され、これにインキュベータ２０が接続されている。クリーンルーム１００の室内、アイソレーター１０の内部（チャンバー内）、及び、インキュベータ２０の内部（培養室内）は、事前に滅菌操作による無菌状態を確保している。特に、アイソレーター１０のチャンバー内、及び、インキュベータ２０の培養室内は、ＧＭＰに即したグレードＡに滅菌されている。

また、クリーンルーム１００の内部のアイソレーター１０から離れた位置（図示右側）には、複数のインキュベータを保管する培養ステーション１１０が設けられている。この培養ステーション１１０には、被培養物を収容した複数のインキュベータ２０ａ〜２０ｈが保管されている。図１においてアイソレーター１０に接続されているインキュベータ２０は、被培養物を収容作業が完了すれば、アイソレーター１０から切り離して培養ステーションまで搬送されて保管される（図示破線矢印）。

このような構成において、クリーンルーム１００の内部にいる作業者（図示せず）が、アイソレーター１０の外部から作業用グローブを介して培養に必要な操作を行い、細胞を培養する培養液をシャーレなどに充填している。培養液を充填したシャーレは、アイソレーター１０の内部からインキュベータ２０の内部に収容される。

培養液を充填したシャーレを収容したインキュベータ２０は、アイソレーター１０から切り離され、クリーンルーム１００の内部にいる作業者（図示せず）によって培養ステーション１１０まで搬送される。この搬送の間も、インキュベータ２０の内部の陽圧状態は維持される。次に、培養ステーション１１０まで搬送された複数のインキュベータ２０ａ〜２０ｈは、培養ステーション１１０において保管され、内部に収容されているシャーレ内の細胞が培養される。この培養の間も、インキュベータ２０の内部の陽圧状態は維持される。なお、本実施形態においても、アイソレーター１０から培養ステーション１１０に搬送後のインキュベータ２０に配電線や給排気管など、必要な設備を装着するようにしてもよい。

次に、本発明に使用するインキュベータの構成について説明する。上述のように、アイソレーター１０のチャンバー内、及び、インキュベータ２０の培養室内は、ＧＭＰに即したグレードＡに滅菌されている。従って、グレードＡの状態を維持するためにアイソレーター１０及びインキュベータ２０の内部の空気圧は、クリーンルーム１００の空気圧（これを外部環境とする）よりも高い空気圧（陽圧状態）に維持することが好ましい。

アイソレーター１０のチャンバー内を陽圧状態に維持することは、通常の方法で行われる。すなわち、圧力センサと連動したマイクロコンピュータによって給気装置と排気装置とを制御することにより容易に行うことができる。一方、インキュベータ２０の培養室内に対しては、アイソレーター１０と同様の設備を設けることにより陽圧状態を維持することもできる。しかし、移動式のインキュベータにおいては、配電線などを接続することなく最小限の充電池などで稼働可能な設備とすることが好ましい。

図２は、上記培養作業システムに使用するインキュベータの構成を示す概略側面図である。図２において、インキュベータ２０は、床面上に載置されるキャスター２１ａ付きの架台２１と、この架台２１の上に乗載される培養室２２と、この培養室２２の内部の空気の温度を調節する温調装置（図示せず）と、培養室２２の内部の空気を加湿する加湿装置５０と、培養室２２の内部の炭酸ガス濃度を調整する炭酸ガス濃度制御装置６０と、培養室２２の内部の窒素ガス濃度を調整する窒素ガス濃度制御装置７０と、培養室２２の内部の空気を循環させる循環装置（図示せず）により構成されている。また、これらの装置には、培養室２２の内部の圧力、温度、湿度、炭酸ガス濃度、窒素ガス濃度などを検知する各種センサが設けられている（いずれも図示せず）。なお、炭酸ガス濃度制御装置６０、窒素ガス濃度制御装置７０、循環装置などは、必要により設置するようにしてもよい。

培養室２２は、その外壁と内壁をステンレス製金属板で覆われ、外壁と内壁の間には断熱材が充填されて断熱壁となっている。なお、断熱壁の内部に培養室２２の内部を加温するヒータ（温調装置の一部）を内蔵するようにしてもよい。また、培養室２２の正面壁部２２ａ（図示左面）には、アイソレーター１０と気密的に接続して内部を連通するための接続扉２３が設けられている。なお、接続扉２３の構造は、アイソレーター１０との気密的な接続が可能であれば特に限定するものではない。

また、培養室２２の上面壁部２２ｂには、培養室２２の内部に空気を供給する給気口２４が開口し、この給気口２４には給気装置３０が接続されている。給気装置３０には、給気ダクト３１が接続され、その管路にファンモーター３２及びＨＥＰＡフィルタ３３が設けられている。一方、培養室２２の下面壁部２２ｃには、培養室２２の内部の空気を排気する排気口２５が開口し、この排気口２５には排気ダクト４１が接続されている。なお、本実施形態においては、給気口２４の開口面積が排気口２５の開口面積よりも大きく設計されている（理由は後述する）。

給気装置３０のファンモーター３２は、クリーンルーム１００の内部の空気をインキュベータ２０の培養室２２の内部に供給する。その際、供給される空気は、ＨＥＰＡフィルタ３３によって、更に清浄化される。ファンモーター３２の能力は、インキュベータ２０の培養室２２の内部の陽圧状態を維持するために、所定の最大風量と最大静圧を有するものを選定する。なお、ファンモーター３２の種類は、特に限定するものではなく、軸流ファンのプロペラファンや、遠心ファンのシロッコファン、ターボファンなど、いずれの形式であってもよい。なお、本実施形態においては、アイソレーター１０から培養ステーション１１０への移動段階及び培養段階の両方において、或いは、移動段階又は培養段階において、ファンモーター３２の駆動には配電線を使用せずインキュベータ２０が具備する蓄電池（図示せず）によるものとする。

なお、図２には記載していないが、給気ダクト３１と排気ダクト４１の管路には、それぞれ電磁弁や触媒層を設けるようにしてもよい。触媒層は、インキュベータ２０の培養室２２の内部を過酸化水素ガスなどで除染した後のエアレーションで、培養室２２の内部から放出される過酸化水素ガスなどを分解する際に活用する。

次に、このような構成のインキュベータ２０を使用して、その培養室２２の内部の陽圧制御方法について説明する。上述のように、培養室２２の給気口２４の開口面積（給気ダクト３１の管径に相当）が、排気口２５の開口面積（排気ダクト４１の管径に相当）よりも大きく設計されている。このような状態で、ファンモーター３２を駆動する。図３は、インキュベータ２２に使用するファンモーター３２の風量−静圧曲線である。

図３において、縦軸上のポイント４は、ファンモーター３２の最大静圧Ｐ４を表しており、このとき風量はゼロである。この状態においては、培養室２２の内部の陽圧によって、ファンモーター３２が回転しても給気が起こらない状態である。一方、横軸上のポイント５は、ファンモーター３２の最大風量Ｌ５を表しており、このとき静圧はゼロである。この状態においては、培養室２２の内部の空気圧はクリーンルーム１００の内部の空気圧と同じであり、ファンモーター３２が回転しても培養室２２の内部は陽圧とならない状態である。

本実施形態においては、インキュベータ２０の培養室２２の内部をクリーンルーム１００の内部に対して陽圧状態に維持する必要がある。グレードＡに滅菌された培養室２２の内部を陽圧状態にすることにより、グレードＡより低いクリーンルーム１００の内部の空気が培養室２２の内部に混入することを避けることができる。ここで、培養室２２の内部をどの程度の陽圧状態に維持するかは、特に限定するものではないが、例えば＋３０Ｐａを維持するようにしてもよい。

本実施形態においては、ファンモーター３２の駆動だけで陽圧状態を維持することができる。そこで、本実施形態においては、培養室２２の内部の構造と収容物の数（実装密度）、培養室２２の給気口２４の開口面積と排気口２５の開口面積、及び、目標とする陽圧状態を考慮することにより、ファンモーター３２の機種と性能、或いは設定出力を決定することができる。

図３において、ポイント１は、培養室２２の内部を陽圧状態に維持しており、静圧Ｐ１が目標とする陽圧（例えば、＋３０Ｐａ）であり、風量Ｌ１が給気口２４から培養室２２の内部に供給され、同量のＬ１が排気口２５から排気されている。この状態で、内部に変化がなければ、安定して陽圧状態が維持される。しかし、実際には培養室２２の内部で細胞が培養されており、湿度の変化、炭酸ガス濃度の変化、窒素ガス濃度の変化などが生じている。

そのうち、最も影響しているのが培養室２２の内部の湿度の変化と考えられる。加湿装置５０は、培養室２２の内部の湿度条件（培養条件）を安定に維持するために作動する。培養室２２の培養条件のうち温度条件と湿度条件を安定に維持することが重要である。例えば、温度条件は、３７±０．５℃に維持され、湿度条件は、相対湿度９５〜１００％ＲＨという高湿度状態の維持が必要である。そこで、湿度センサと連動したマイクロコンピュータによる制御で加湿装置５０から培養室２２の内部に水蒸気を供給する。

本発明においては、水蒸気の供給は特に限定するものではなく、無菌状態が維持できるのであれば、どのような方法であってもよい。例えば、従来から行われているように、インキュベータの内部に加湿皿を設けて水を貯留し、この貯留水の自然蒸発によって室内湿度調整を行うようにしてもよい。しかし、本実施形態においては、上述の特許文献３に提案するように、外部から供給される水蒸気の無菌化を確保できる加湿装置５０を採用する。この加湿装置５０は、圧縮空気と水とを混合した混合気液を気化させて水蒸気を発生して供給する（詳細は後述する）。

図３において、ポイント１で設定した陽圧状態（設定静圧Ｐ１）を維持しているときに、湿度センサが湿度の低下を検知する。これに対して、マイクロコンピュータで制御された加湿装置５０が作動して、水蒸気を発生して培養室２２の内部に供給する。この水蒸気は、圧縮空気と水蒸気の混合気体であって、培養室２２の内部の空気圧を若干であるが上昇させる。図３の風量−静圧曲線において、静圧がＰ１からＰ２に上昇する（ポイント２の状態）と、ファンモーター３２の風量がＬ１からＬ２に減少する。

このことにより、培養室２２の内部に供給される空気の量が減少し、培養室２２の内部の空気圧が下降する。その結果、培養室２２の内部の空気圧は、設定静圧Ｐ１に収束する。なお、培養室２２の内部の空気圧の上昇は、加湿装置５０の作動のみによるものではなく、炭酸ガス濃度制御装置６０による炭酸ガスの供給、又は、窒素ガス濃度制御装置７０による窒素ガスの供給によっても生じる。

一方、培養室２２の内部の空気圧が下降する場合もある。この場合には、図３の風量−静圧曲線において、静圧がＰ１からＰ３に下降する（ポイント３の状態）と、ファンモーター３２の風量がＬ１からＬ３に上昇する。このことにより、培養室２２の内部に供給される空気の量が増加し、培養室２２の内部の空気圧が上昇する。その結果、培養室２２の内部の空気圧は、設定静圧Ｐ１に収束する。

これまで説明したように、本実施形態においては、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、且つ、培養室の内部をグレードＡに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法及びこの方法を利用した培養作業システムを提供することができる。

ここで、本実施形態に係るインキュベータの陽圧制御方法が、より効果を得ることのできる加湿装置５０の構成について説明する。この加湿装置５０は、培養室２２の内部に極微量の水蒸気を供給することのできる特定の加湿機構を採用する。加湿装置５０は、圧縮ガス発生装置と水供給装置と混合気液調整器と気化器とから構成されている。混合気液調整器は、水供給装置から供給される水と圧縮ガス発生装置から供給される圧縮空気とを混合して霧化した混合気液（ミスト）を発生する。混合気液調整器の吐出部は、気化器に連接されて霧化した混合気液（ミスト）が気化器に供給される。気化器は、混合気液調整器から供給される霧化した混合気液（ミスト）を気化して水蒸気を発生する。

ここで、本実施形態において採用する気化器の構造について説明する。図４は、加湿装置が具備する気化器の１実施形態を示す断面図である。図４において、気化器５１は、一方の端部５１ａから他方の端部５１ｂに伸びる円筒状の外筒管５２と、その内部に外筒管５２の長手方向に平行に内蔵された発熱体５３とから構成されている。外筒管５２は、ステンレス製の円筒からなる。発熱体５３は、外筒管５２の長手方向に平行に伸びるヒータ５４を具備している。なお、外筒管５２の内周面と発熱体５３との間には、混合気液（ミスト）が通過する隙間が設けられている。

ヒータ５４は、シリコンゴムからなる接続端子５４ｂにより外筒管５２の一方の外周端部（気化器５１の一方の端部５１ａの側）に設置されており、電線５４ａから電力の供給を受けて発熱する。なお、高温となるヒータ５３は、その表面を石英ガラス５５で被覆されている。また、本実施形態においては、外筒管５２の内周面も石英ガラスで被覆されている。なお、ヒータ５４は、その構造を特に限定するものではなく、棒状ヒータであってもよくコイル状ヒータであってもよい。また、ヒータの表面や外筒管の内周面の石英ガラスによる被覆も必ずしも必要ではないが、本実施形態においては、発塵防止、熱効率の向上を図っている。

このような気化器５１においては、混合気液調整器（図示せず）から供給される霧化した混合気液（ミスト）は、気化器５１の一方の端部５１ａに開口する導入口５６ａから気化器５１の内部に導入される。気化器５１の内部に導入された混合気液（ミスト）は、発熱体５３で加熱されながら外筒管５２と発熱体５３との隙間を通過して気化器５１の他方の端部５１ｂに開口する放出口５６ｂの方に移動する。この間に混合気液中の水（液体）は、発熱体５３で加熱され気化して水蒸気（気体）となり放出口５６ｂから放出される。なお、放出口５６ｂの水蒸気の温度を温度センサで測りながら放出する水蒸気の温度を制御するようにしてもよい。

このような構成の気化器５１を採用することにより、例えば、１ｇ／ｈｒ．〜６０ｇ／ｈｒ．の範囲内という微量の給水量に対しても熱効率の点から有効であり、培養室２２の内部の湿度の変動幅を最小限にすることができる。このことにより、本実施形態においては、給気装置と排気装置をマイクロコンピュータで制御することなく、ファンモーター３２の風量−静圧曲線で制御することができる。

また、気化器５１においては、混合気液が発熱体５３で加熱されて高温の水蒸気となる。本実施形態においては、水蒸気の滅菌状態を確実に担保するために、気化器５１で発生する水蒸気の温度を１００℃或いは更に高温に制御する。このことにより、気化器５１で発生した水蒸気は、滅菌されておりエアフィルタを通過することなく培養室２２の内部に直接供給することができる。よって、グレードＡの無菌環境を維持している培養室２２の内部の無菌環境が維持される。

１０…アイソレーター、２０、２０ａ〜２０ｈ…インキュベータ、
２１…架台、２１ａ…キャスター、
２２…培養室、２２ａ…正面壁部、２２ｂ…上面壁部、２２ｃ…下面壁部、
２３…接続扉、２４…給気口、２５…排気口、
３０…給気装置、３１…給気ダクト、４１…排気ダクト、
３２…ファンモーター、３３…ＨＥＰＡフィルタ、
５０…加湿装置、５１…気化器、５１ａ、５１ｂ…端部、５２…外筒管、
５３…発熱体、５４…ヒータ、５４ａ…電線、５４ｂ…接続端子、
５５…石英ガラス、５６ａ…導入口、５６ｂ…放出口、
６０…炭酸ガス濃度制御装置、７０…窒素ガス濃度制御装置、
１００…クリーンルーム、１１０…培養ステーション。

Claims (4)

1. 給気口と排気口とを備えた培養室と、当該培養室の内部の空気の温度を調節する温調手段と、前記培養室の内部の空気を加湿する加湿手段とを有するインキュベータにおいて、
   前記給気口は、外部環境の空気を前記培養室の内部に供給する給気手段を備え、当該給気手段は、給気ファンとこれを駆動する蓄電池とを備え、
   前記給気口の開口面積が前記排気口の開口面積より大きいことにより、前記給気ファンの駆動により培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高い所定の静圧に維持するようにして、
   前記加湿手段による培養室内への加湿等によって当該培養室内の空気圧が上昇した際には、前記給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が減少して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持される一方、
   培養室内の空気圧が下降した際には、前記給気ファンの風量−静圧曲線に沿って風量が増加して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持されることを特徴とするインキュベータの陽圧制御方法。
2. 前記培養室内の空気圧の変動は、前記加湿手段による培養室内への加湿等だけではなく、当該培養室内の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の変動に対処した調整によるものであることを特徴とする請求項１に記載のインキュベータの陽圧制御方法。
3. 前記加湿手段は、圧縮ガスを発生する圧縮ガス発生手段と、水を供給する水供給手段と、前記圧縮空気と前記水とを混合した混合気液を調整する混合気液調整器と、当該混合気液を気化させて水蒸気を発生する気化器とを備え、
   前記気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく前記循環手段が循環させる空気中に直接供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載のインキュベータの陽圧制御方法。
4. 無菌状態を維持できるアイソレーターと、当該アイソレーターに接続可能で無菌状態を維持できると共に搬送可能な複数のインキュベータとを備え、
   前記アイソレーターの内部で培養に必要な操作を行って被培養物を準備し、当該アイソレーターに接続された前記インキュベータの内部に前記被培養物を収容し、当該インキュベータを前記アイソレーターから切り離し、切り離したインキュベータを前記アイソレーターから離れた位置にある培養ステーションまで搬送し、当該培養ステーションにおいて複数のインキュベータを保管して前記被培養物の培養を行うものであって、
   前記複数のインキュベータは、前記培養ステーションへの移動段階及び／又は培養段階において請求項１〜３のいずれか１つに記載のインキュベータの陽圧制御方法で制御されることを特徴とする培養作業システム。