JP4457670B2 - 顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡に関する。

従来、分析装置内において生細胞のアツセイおよびスクリーニングを行う際、生細胞の周囲環境を一定に保つために（例えば温度３７℃、湿度９０％、炭酸ガス濃度５％）インキュベータ装置が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−９３０４０号公報

しかしながら、特許文献１の開示例では、培養液のＰＨを一定に保つために炭酸ガス濃度を調整しようとして炭酸ガスボンベから炭酸ガスを培養ケースに導入した際、炭酸ガスボンベ中の炭酸ガスがほぼ１００％の乾燥状態で蓄積されているために培養ケース内の湿度が急激に変化し、湿度制御が不安定になるという虞がある。

本発明は上記問題を鑑みて行われたものであり、乾燥した気体を導入しても湿度制御を安定して行える顕微鏡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、温度と湿度と気体の濃度とが調整された調整気体を供給する調整容器と、前記調整容器に配置され、水を霧化させる霧化装置と、上部に開放面を有し、底部に試料を保持する試料チャンバーと、前記試料チャンバーを移動させるＸＹ移動ステージと、前記試料チャンバー及び前記ＸＹ移動ステージと、顕微鏡の対物レンズを収納し、下壁部に前記顕微鏡の光学系の一部が挿通された測定用チャンバーとを有し、前記試料チャンバーの上部と前記測定用チャンバーの上壁部が間隙を有して近接して配置され、前記測定用チャンバーの上壁面を通して、前記試料チャンバーに前記調整気体が導入されることを特徴とする顕微鏡を提供する。

また、本発明にかかる顕微鏡では、前記気体は、前記調整容器の水の中に供給されることが好ましい。

また、本発明にかかる顕微鏡では、前記気体は、二酸化炭素または窒素または酸素の単一気体、または前記３つの単一気体の少なくとも２つの混合気体であることが好ましい。

また、本発明にかかる顕微鏡では、前記霧化装置は、超音波素子からなることが好ましい。

前記測定用チャンバーは、除湿装置を収納し、前記除湿装置で生じた水は、前記調整装置に排出することが好ましい。

本発明によれば、乾燥した気体を導入しても湿度制御を安定して行える顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるインキュベータ装置とこれを用いた顕微鏡の概略構成図である。図２は、図１のインキュベータ装置の制御系を模式的に示した図である。

図１、図２において、生細胞を一定環境下に保持する第１チャンバー１と、第１チャンバー１と生細胞を分析する顕微鏡３の光学系の一部を囲む第２チャンバー５と、第１チャンバー１と第２チャンバー５に温度、湿度、および炭酸ガス濃度が調整された調整気体を供給する環境制御装置７とを有し、全体を筐体９でカバーし、本発明の実施の形態にかかるインキュベータ装置が構成されている。

第１チャンバー１は、略直方体状の箱からなり、底部１ａには生細胞を入れたウエルプレート１１を保持する保持部１ｂが設けられている。底部１ａの中央部には、生細胞を顕微鏡３で分析する際に用いる開口部１ｃが設けられている。開口部１ｃはウエルプレート１１で塞がれるように形成されており、第１チャンバー１に供給される調整気体の流出が防止される。

第１チャンバー１の上部は開口部１ｄを有し、第１チャンバー１の上部端面１ｅは、第２チャンバー５の上部壁５ａの第１チャンバー１側との間に僅かな隙間が形成されるように配置され第１チャンバー１に供給される調整気体の流出を少なくしている。

第１チャンバー１内の温度と湿度は第１チャンバー１内に配置された温度、湿度センサー１５で検出され温度制御手段５０および湿度制御手段６０により温度、湿度の制御がそれぞれ行われる。

生細胞を入れたウエルプレート１１が載置された第１チャンバー１は顕微鏡３の電動ＸＹステージ１３に設置され、ＸＹ平面内（顕微鏡光軸に垂直な面内）を移動することによってウエルプレート１１内の生細胞を分析することが出来る。電動ＸＹステージの制御はパソコン（ＰＣ）８０内の不図示の制御部で制御される。

第２チャンバー５は、第１チャンバー１と電動ＸＹステージ１３と顕微鏡３の光学系の一部を覆い、供給される調整気体の流出が殆どない箱形状に形成されている。第２チャンバー５の上部壁５ａの外側には、生細胞を観察する際の照明光を与える透過照明装置１７が配置され第２チャンバー５の開口部１９ａを介して生細胞に照明光が照射される。

第２チャンバー５の上部壁５ａの照明光の光軸位置には、照明光を透過させるための開口部１９ａが形成されている。開口部１９ａの近傍にはシャッタ用ホイール１９が配置され、シャッタホイール駆動用モータ１９ｂによってシャッタ用ホイール１９を回転し、照明光を遮断する状態、照明光のみを透過する状態、開口部１９ａを開放する３つの状態を選択可能としている。透過照明装置１７からの透過照明光を透過する際には、透過照明用のガラス窓１９ｃが光路中に挿入され調整気体の流出を防止している。また、ウエルプレート１１に試薬等を分注するために開口１９ａを開放する際には、不図示の開口が配置される。それぞれの切替えはシャッタホイール駆動用モータ１９ｂにＰＣ８０から制御信号を与えることで行われる。

第２チャンバー５の下部壁５ｂの開口部には、顕微鏡３の光学系の一部が挿通されて配置され第２チャンバー５内部の調整気体が流出しないようにシールされている。

顕微鏡３のレボルバ３ａには複数の対物レンズが装着されている。光軸に配置された対物レンズ３ｂで集光された生細胞からの光は、フィルタ装置３ｃを通過し撮像装置３ｄで撮像され不図示のモニタに表示される。フィルタ装置３ｃは分析条件に応じて複数のフィルタの切替えが可能になっている。対物レンズやフィルタの切替えはＰＣ８０からの制御信号を不図示の駆動装置にそれぞれ与えて行われる。従って対物レンズやフィルタの切替えのために第２チャンバー５を開ける必要はない。

第２チャンバー５内は、第１チャンバー１と第２チャンバー５の上部壁５ａとの僅かな隙間から漏れる温度、湿度の高い調整気体による対物レンズの結露を防止するため、除湿装置２１によって除湿されている。除湿されて生じた水は配管２１ａを介して水槽８に排出されるように構成されている。

生細胞を入れてあるウエルプレート１１の交換は、第１チャンバー１の側壁に設けられた開口部に配置され、開口部を塞ぐ電動シャッタ１ｆと第２チャンバー５の側壁に第１チャンバー１の開口部に対応する位置に設けられた開口部の電動シャッタ５ｃとを開閉して、不図示の搬送装置によって行われる。この際、電動シャッタ１ｆ、５ｃはウエルプレート１１の交換に必要な時間だけ開閉するようにし第１チャンバー１内の環境の変動を小さくしている。

第２チャンバー５の上部壁５ａには、温度、湿度、および炭酸ガス濃度が調整された調整気体を第１チャンバー１に供給するための供給配管２３と、第１チャンバー１内の調整気体を排気するための排気配管２５、および第１チャンバー内の炭酸ガス濃度を検出するための炭酸ガス検出用配管２７がそれぞれ接続されている。

環境制御装置７は、湿度を与えるための水を貯蔵する水槽８を有している。水槽８にはリザーブタンク８ａが設けられており、液面センサー８ｃからの信号に基づき、水槽８内の水位を一定に保持する。水槽８の底部には、超音波霧化素子２９が配置され、超音波霧化素子２９によって霧を発生させて水槽８内を加湿している。

一般に、炭酸ガスボンベ中の炭酸ガスはボンベを腐食させないために１００％乾燥した炭酸ガスが封入されている。この乾燥した炭酸ガスを水槽８に導入する際、水槽８の容積が小さい場合、乾燥した炭酸ガスの影響で水槽８内の湿度変化が大きくなる虞がある。

本実施の形態では、加湿のために超音波霧化素子２９を用いると共に、乾燥した炭酸ガスが湿度へ与える影響を少なくするために、炭酸ガス供給配管４７の出口を、水槽８の水中に配置している。このようにすることにより、炭酸ガスを導入した際、炭酸ガス供給配管４７の出口から気泡を発生させ水槽８内を加湿することが出来、また、水中で炭酸ガスが加湿されるため乾燥炭酸ガスの導入による湿度に与える影響を最小限に抑えることが可能になる。なお、炭酸ガス供給配管４７の出口に、多孔質部材を設置してより多くの気泡を発生させても構わない。

なお、炭酸ガス以外に窒素ガスや酸素ガスなどの添加ガスを使用することも出来る。また、各ガスボンベは純ガス（例えば、１００％炭酸ガス）ボンベを用いても良いし、空気と所定混合比に調整したガスボンベ（例えば、５％炭酸ガス、９５％空気）を用いても良い。

なお、乾燥添加ガスの湿度への影響が問題とならない程水槽８の容積が充分大きい場合は、添加ガス配管の出口を水中に設けなくても良いが、本実施の形態で示したように水中に設けたほうがより湿度の制御が容易となる。

水槽８内の調整気体は、送風機３５で供給配管２３を通して第１チャンバー１に供給される。送風機３５の出口には温度、湿度センサー３３が配置されている。

第１チャンバー１内の温度と湿度を検出する温度、湿度センサー１５と調整気体を供給する供給配管２３に設けられている温度、湿度センサー３３とによって温度と湿度がそれぞれ検出され、温度は温度制御手段５０を介して水槽８中のペルチェ加熱冷却機３７により制御され、湿度は湿度制御手段６０を介して超音波霧化素子２９により制御され、第１チャンバー１内が所定の温度と湿度を維持するように調整されている。また、水槽８内の調整気体は攪拌用ファン３１で常時攪拌されている。

第１チャンバー１内に送られた調整気体は、送風機３５で作られる気圧差によって排気配管２５を通じて水槽８に戻される。これにより調整気体は水槽８と第１チャンバー１との間を循環する構成となっている。なお、調整気体は循環させず装置外に排出しても構わない。

炭酸ガス検出用配管２７に送気ポンプ４１で第１チャンバー１から吸入された調整気体は、炭酸ガス検出器３９で炭酸ガス濃度が検出され、送気ポンプ４１を介して水槽８に戻される。炭酸ガス検出器３９の検出信号に基づき、炭酸ガス濃度制御手段７０により炭酸ガスボンベ４２の制御弁４５が開閉され、炭酸ガス供給配管４７を通じて水槽８内に炭酸ガスが供給され、所定の炭酸ガス濃度に調整される。

このようにして、インキュベータ装置は、温度、湿度および炭酸ガス濃度が調整され第１チャンバー１内の生細胞周辺の環境条件を一定に維持することが出来る。

また、筐体９の内部は調整気体の温度とほほ同じ温度に維持されており、配管やチャンバー壁等で結露しないように構成している。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明の実施の形態にかかるインキュベータ装置とこれを用いた顕微鏡の概略構成図である。 図１のインキュベータ装置の制御系を模式的に示した図である。

符号の説明

１ 第１チャンバー
３ 顕微鏡
５ 第２チャンバー
７ 環境制御装置
８ 水槽
９ 筐体
１１ ウエルプレート
１３ ＸＹステージ
１５ 温度、湿度センサー
１７ 透過照明装置
１９ シャッタ用ホイール
２１ 除湿装置
２３ 供給配管
２５ 排気配管
２７ 炭酸ガス検出用配管
２９ 超音波霧化素子
３１ 攪拌用ファン
３３ 温度、湿度センサー
３５ 送風機
３７ ペルチェ加熱冷却機
３９ 炭酸ガス検出器
４１ 送気ポンプ
４３ 炭酸ガスボンベ
４５ 制御弁
４７ 炭酸ガス供給配管
５０ 温度制御手段
６０ 湿度制御手段
７０ 炭酸ガス濃度制御手段
８０ パソコン（ＰＣ）

Claims (5)

1. 温度と湿度と気体の濃度とが調整された調整気体を供給する調整容器と、
   前記調整容器に配置され、水を霧化させる霧化装置と、
   上部に開放面を有し、底部に試料を保持する試料チャンバーと、
   前記試料チャンバーを移動させるＸＹ移動ステージと、
   前記試料チャンバー及び前記ＸＹ移動ステージと、顕微鏡の対物レンズを収納し、下壁部に前記顕微鏡の光学系の一部が挿通された測定用チャンバーとを有し、
   前記試料チャンバーの上部と前記測定用チャンバーの上壁部が間隙を有して近接して配置され、
   前記測定用チャンバーの上壁面を通して、前記試料チャンバーに前記調整気体が導入されることを特徴とする顕微鏡。
2. 前記気体は、前記調整容器の水の中に供給されることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
3. 前記気体は、二酸化炭素または窒素または酸素の単一気体、または前記３つの単一気体の少なくとも２つの混合気体であることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
4. 前記霧化装置は、超音波素子からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の顕微鏡。
5. 前記測定用チャンバーは、除湿装置を収納し、前記除湿装置で生じた水は、前記調整装置に排出することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。

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