JP4597244B2

JP4597244B2 - インキュベータ

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Publication number: JP4597244B2
Application number: JP2009058429A
Authority: JP
Inventors: 宏山本; 康彦横井; 三木夫北條; 大亮衛藤; 綾子満田; 晶彦山田; 明阪口; 雅樹原田; 弘樹毒島; 裕一玉置
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP2009118862A

Description

本発明は、所定の環境条件に調整されたチャンバーの内部にてマイクロプレート等の培養容器の試料を培養するインキュベータに関するものである。

従来、各種の微生物や細胞を培養するために、図２９に示す如きインキュベータ(９)が用いられている。該インキュベータ(９)は、開閉扉(92)によって開口(90)を開閉することが可能なチャンバー(91)の内部に、複数段の棚(93)を設け、各棚(93)に複数のマイクロプレート(31)を収容することが可能となっている。チャンバー(91)には、チャンバー(91)内の温度、湿度、ＣＯ₂濃度等の環境条件を調整するための環境調整装置(図示省略)が設けられており、適切な環境条件を設定することによって、マイクロプレート(31)上の試料の培養が行なわれる。

この様なインキュベータ(９)においては、培養中の試料の状態を確認するために、チャンバー(91)からマイクロプレート(31)を取り出して、顕微鏡などによる試料の観察や分析が行なわれるが、その際にチャンバー(91)の開閉扉(92)を開く必要があるため、これによってチャンバー(11)内の環境条件が大きく変化する問題があった。

そこで、チャンバーに開設したマイクロプレート挿入口とチャンバー内の各マイクロプレート収容部との間で、マイクロプレートの搬送を可能として、各マイクロプレート収容部に対するマイクロプレートの出し入れを自動化したインキュベータが提案されている(例えば特許文献１参照)。

該インキュベータによれば、チャンバーに小さなマイクロプレート挿入口を開設すればよいので、マイクロプレートの出し入れ時にチャンバー内の環境条件が大きく変化することはない。

又、チャンバーの内部にカメラや光学系からなる顕微観察装置を配備し、該顕微観察装置によってチャンバー内でのマイクロプレートの観察を可能としたインキュベータが提案されている(特許文献２〜４参照)。

該インキュベータによれば、チャンバーの開閉扉を開くことなくチャンバー内のマイクロプレートを観察することが出来るので、チャンバー内の環境条件が変化することはない。
特開平１１−８９５５９号公報特表２００２−５３８４７７号公報特開２００３−９３０４１号公報特開２００３−２１６２８号公報

しかしながら、チャンバー内でのマイクロプレートの搬送を自動化した従来のインキュベータにおいては、培養中の試料を観察するために、その試料が注入されているマイクロプレートをマイクロプレート収容棚から取り出して、マイクロプレート挿入口まで搬送し、更にマイクロプレート挿入口から外部に排出する必要があり、更に観察の終了後は、マイクロプレートをチャンバー内に搬入し、チャンバー内を搬送して、マイクロプレートを元のマイクロプレート収容部に戻す必要があるため、試料の観察のために時間がかかるばかりでなく、その度にマイクロプレート挿入口が開かれるので、チャンバー内の環境が変化する問題があった。

一方、チャンバー内にマイクロプレートの顕微観察装置を配備したインキュベータにおいては、チャンバー内の環境が変化することはないが、チャンバー内が高湿度となるため、顕微観察装置を構成するカメラやレンズ等の光学系が湿気によってダメージを受ける問題があった。

本発明の目的は、チャンバー内に培養容器の顕微観察装置を配備したインキュベータにおいて、顕微観察装置を構成するカメラやレンズ等の光学系及び顕微観察装置を駆動する駆動装置が湿気によってダメージを受けることがなく、且つ、メンテナンス性が向上したインキュベータを提供することである。

本発明は、所定の環境条件に調整されたチャンバー内部にて、培養容器上の試料を培養するインキュベータにおいて、このチャンバー内部には、複数の培養容器を収容する培養容器収容棚と、培養容器収容棚を水平に配列して保持する収容棚ホルダーと、培養容器を搬送して、培養容器収容棚に収容されている任意の培養容器を出し入れすることが可能な培養容器搬送手段と、培養容器上の試料を顕微観察するための顕微観察装置と該顕微観察装置を移動させるための駆動装置を密封構造のシールドケースの内部に収容すると共に、このシールドケースには培養容器上の試料を顕微観察装置が顕微観察するための観察窓が設けられている顕微観察手段と、を備え、顕微観察手段は、１或いは複数の培養容器収容棚に代えて収容棚ホルダーに設置可能な外形を有するものであり、培養容器搬送手段は、培養容器収容棚に収容されている所望の培養容器を顕微観察手段の観察窓の対向位置に移動させ、この培養容器上の試料を顕微観察するようにして、上記課題を解決するものである。

前記チャンバー内部へ培養容器を挿入するための培養容器挿入口を備え、この培養容器挿入口と前記培養容器収容棚との間を、前記培養容器搬送手段が培養容器を搬送するようにしても良い。

本発明に係るインキュベータにおいては、顕微観察装置がシールドケース内に収容されているので、顕微観察装置を構成するカメラやレンズ等の光学系が湿気によってダメージを受けることはない。また、駆動装置がシールドケース内に収容されているので、この駆動装置から発せられる微細な塵がマイクロプレートに悪影響を及ぼすことはない。そして、顕微観察装置がシールドケースごと取り外すことができるので、メンテナンス性が向上する。

本発明に係るインキュベータの外観を示す斜視図である。チャンバーからスタッカーを引き出した状態を示す斜視図である。チャンバーの斜視図である。インキュベータユニットの斜視図である高さの異なる２種類のマイクロプレートと段数の異なる２種類のスタッカーを表わす斜視図である。マイクロプレート搬送装置の斜視図である。マイクロプレート搬送装置の側面図である。マイクロプレート搬送装置に配備される３つのモータの位置を示す平面図である。Ｘ軸搬送部の側面図である。Ｘ軸搬送部の動作を表わす斜視図である。Ｙ軸搬送部、Ｚ軸搬送部及びＸ軸搬送部の動力伝達経路を表わす斜視図である。マイクロプレート搬入機構の斜視図である。マイクロプレート搬入機構の側面図である。マイクロプレート搬入機構の動作を表わす斜視図である。Ｙ軸モータユニットの分解斜視図である。チャンバーにカメラが配備されている構成を表わす図である。本発明に係るインキュベータの制御ブロックを表わす図である。本発明に係るインキュベータにおけるマイクロプレート搬送装置の動作方向を表わす正面図である。同上の側面図である。吹き出し口から吹き出されるガスの流れを説明する正面図である。同上の側面図である。本発明に係るインキュベータの試料分析手続きを表わすフローチャートである。カメラ駆動機構によるカメラの駆動方向を説明する図である。画像処理のプロセスを説明する図である。インキュベータユニットに顕微観察ユニットを組み込んだ状態を示す斜視図である。顕微観察ユニットの構成を示す斜視図である。顕微観察ユニットを分析装置に接続した状態を示す斜視図である。他のインキュベータの構成例を示す斜視図である。従来のインキュベータの斜視図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
全体構成
図１及び図２に示す如く、本発明に係るインキュベータ(１)は、前面に開口(10)が形成されると共に該開口(10)を開閉扉(12)によって開閉することが可能なチャンバー(11)を具え、該チャンバー(11)の内部には、インキュベータユニット(２)が収容されると共に、該チャンバー(11)の側壁に開設したマイクロプレート挿入口(13)には、マイクロプレート搬入機構(４)が接続されている。

チャンバー(11)には、図３に示す如く奥部に、チャンバー内の温度、湿度及びＣＯ₂濃度を調整するための環境調整装置(６)が配備されており、チャンバー(11)の奥方の壁面には、環境調整装置(６)から得られる環境調整のためのガスをチャンバー内の中央空間へ向けて吹き出すためのファンを具えた吹き出し口(62)が開設されている。

チャンバー(11)の内壁には、環境調整装置(６)のセンサー部を構成する温度計(63)、ＣＯ₂計(64)及び湿度計(65)が取り付けられている。又、チャンバー(11)の天井壁には、カメラ(７)が設置されている。

チャンバー(11)の側壁には、マイクロプレート挿入口(13)を開閉するためのシャッター機構(14)が配備されると共に、マイクロプレート挿入口(13)に空気流のカーテンを形成するためのエアーカーテン機構(16)が配備されている。

又、チャンバー(11)には、マイクロプレート挿入口(13)を通過するマイクロプレートに付けられているバーコードを読み取るためのバーコードセンサー(151)が、マイクロプレート挿入口(13)へ向けて取り付けられている。

インキュベータユニット(２)は、図４に示す如く、ベース(21)上に、マイクロプレートの搬送テーブル(50)を具えたマイクロプレート搬送装置(５)を設置すると共に、該マイクロプレート搬送装置(５)の両側に左右一対のスタッカーホルダー(23)(23)を配備して構成されており、各スタッカーホルダー(23)には、マイクロプレートを収容するための複数のスタッカー(３)が、前後方向に配列されて保持されている。

図２に示す如く開閉扉(12)を開いた状態で、引出し台(22)を開口(10)から引き出すことによって、該引出し台(22)上の複数のスタッカー(３)を開口(10)の外側へ脱出させることが可能であり、更に各スタッカー(３)をスタッカーホルダー(23)から引き抜くことが可能である。

これによって、スタッカー(３)を容易に交換することが出来、使用後のスタッカー(３)を洗浄することが可能である。

スタッカー(３)は、図５(ａ)(ｂ)に示す如く複数の試料注入凹部(31a)が形成されたマイクロプレート(31)を複数段に収容するものであって、マイクロプレート(31)を水平姿勢で受け止めるための一対の受け止め片(32)(32)が、複数段に突設されている。

尚、図示の如く高さの異なる複数種類のマイクロプレート(31)が存在するため、受け止め片(32)の配列ピッチが異なる複数種類のスタッカー(３)が用意されている。

図１に示す如く、チャンバー(11)内にインキュベータユニット(２)が収容された状態で、マイクロプレート搬送装置(５)は、チャンバー(11)内の空間の中央部に位置し、その両側の空間にそれぞれ複数のスタッカー(３)が配列されることになる。

尚、インキュベータユニット(２)の下方には、チャンバー(11)内の空気に湿気を与えるための貯水パン(60)が配置されている。

本発明のインキュベータ(１)においては、図１に示す如く、チャンバー(11)内のマイクロプレート搬送装置(５)の両側に、それぞれ複数のスタッカー(３)が左右対称的に配備されているので、マイクロプレート搬送装置の片側にのみマイクロプレート収容棚が設置されていた従来のインキュベータに比べて、チャンバー(11)内には数多くのスタッカー(３)を設置することが出来、これによって収容可能なマイクロプレート(31)の枚数が増加する。

マイクロプレート搬送装置(５)
マイクロプレート搬送装置(５)は、図６及び図７に示す如く、ベース(51)上に４本の支柱(52)〜(52)を介して上板(53)を支持してなる枠体を具え、該枠体には、搬送テーブル(50)を左右方向、即ちＸ軸方向に駆動するためのＸ軸搬送部(54)と、搬送テーブル(50)を前後方向、即ちＹ軸方向に駆動するためのＹ軸搬送部(55)と、搬送テーブル(50)を上下方向、即ちＺ軸方向に駆動するためのＺ軸搬送部(56)とが配備されている。

ベース(51)には、図８に示す如く、前記Ｘ軸搬送部(54)を駆動するＸ軸モータユニット(57)と、前記Ｙ軸搬送部(55)を駆動するＹ軸モータユニット(58)と、前記Ｚ軸搬送部(56)を駆動するＺ軸モータユニット(59)とが取り付けられている。Ｘ軸モータユニット(57)は、モータケース(572)内にＸ軸モータ(571)を収容して構成され、Ｙ軸モータユニット(58)は、モータケース(582)内にＹ軸モータ(581)を収容して構成され、Ｚ軸モータユニット(59)は、モータケース(592)内にＺ軸モータ(591)を収容して構成されている。

尚、Ｘ軸モータ(571)、Ｙ軸モータ(581)及びＺ軸モータ(591)はそれぞれ、ステッピングモータによって構成されている。

Ｙ軸搬送部(55)
図６に示す如く、ベース(51)上には、Ｙ軸方向に伸びる２本の下ガイドレール(554)(554)が設置され、両下ガイドレール(554)(554)には、下スライド板(556)が摺動可能に係合している。又、上板(53)上には、Ｙ軸方向に伸びる１本の上ガイドレール(555)が設置され、該上ガイドレール(555)には、上スライド板(557)が摺動可能に係合している。そして、下スライド板(556)と上スライド板(557)は垂直桿(558)によって互いに連結され、Ｙ軸方向に往復移動可能な往復移動体を構成している。

ベース(51)上には、下ガイドレール(554)に沿ってステンレス鋼製のＹ軸駆動ラダーチェーン(552)が張設されると共に、上板(53)上には、上ガイドレール(555)に沿ってステンレス鋼製のＹ軸駆動ラダーチェーン(553)が張設されている。そして、下方のＹ軸駆動ラダーチェーン(552)の一端には下スライド板(556)が連結され、上方のＹ軸駆動ラダーチェーン(553)の一端には上スライド板(557)が連結されている。

又、ベース(51)と上板(53)には、Ｙ軸モータユニット(58)によって駆動されるＹ軸駆動シャフト(551)が垂直に架設されており、該Ｙ軸駆動シャフト(551)の回転によって、Ｙ軸駆動ラダーチェーン(552)とＹ軸駆動ラダーチェーン(553)が駆動される。

この結果、下スライド板(556)及び上スライド板(557)が下ガイドレール(554)(554)及び上ガイドレール(555)に沿ってＹ軸方向に往復移動し、これに伴って垂直桿(558)がＹ軸方向に往復移動することになる。

図９に示す如く、垂直桿(558)には、Ｚ軸方向に伸びるガイドレール(563)が取り付けられており、該ガイドレール(563)にＺ軸スライダー(564)が摺動可能に係合している。そして、該Ｚ軸スライダー(564)によって昇降板(542)が支持され、該昇降板(542)上に搬送テーブル(50)が設置されている。

斯くして、搬送テーブル(50)をＹ軸方向に駆動するＹ軸搬送部(55)が構成される。図１１(ａ)はＹ軸搬送部(55)の動力伝達経路を表わしたものであって、Ｙ軸モータ(581)の回転がＹ軸駆動ラダーチェーン(552)(553)に伝えられて、下スライド板(556)及び上スライド板(557)がＹ軸方向に往復移動し、これに伴って昇降板(542)がＹ軸方向に往復移動する。この結果、搬送テーブル(50)がＹ軸方向に往復移動するのである。

上記Ｙ軸搬送部(55)においては、下スライド板(556)、上スライド板(557)及び垂直桿(558)からなる往復移動体が、下スライド板(556)及び上スライド板(557)を下ガイドレール(554)(554)及び上ガイドレール(555)によってガイドされているので、搬送テーブル(50)を安定した姿勢でＹ軸方向へ移動させることが出来る。

Ｚ軸搬送部(56)
図８に示す如く、ベース(51)には、Ｚ軸モータユニット(59)によって駆動されるＺ軸駆動シャフト(561)が、Ｙ軸方向に設置されている。又、図６に示す如く、下スライド板(556)と上スライド板(557)の間にはステンレス鋼製のＺ軸駆動ラダーチェーン(562)が張設されており、該Ｚ軸駆動ラダーチェーン(562)の一端に、昇降板(542)が連結されている。該Ｚ軸駆動ラダーチェーン(562)には、Ｚ軸駆動シャフト(561)の回転が伝えられる。

斯くして、搬送テーブル(50)をＺ軸方向に駆動するＺ軸搬送部(56)が構成される。図１１(ｂ)は、Ｚ軸搬送部(56)の動力伝達経路を表わしたものであって、Ｚ軸モータ(591)によってＺ軸駆動シャフト(561)が駆動され、これによってＺ軸駆動ラダーチェーン(562)が駆動されると、昇降板(542)がＺ軸方向に往復移動する。この結果、搬送テーブル(50)がＺ軸方向に往復移動するのである。

Ｘ軸搬送部(54)
図９に示す如く、Ｚ軸スライダー(564)に突設された昇降板(542)上には、下段スライダー(549a)が、Ｘ軸方向の往復移動が可能に設置され、該下段スライダー(549a)の上面に中間スライド板(543)が固定されている。該中間スライド板(543)上には、上段スライダー(549b)が、Ｘ軸方向の往復移動が可能に設置され、該上段スライダー(549b)の上面に搬送テーブル(50)が固定されている。

図８に示す如く、ベース(51)には、Ｙ軸方向に伸びる水平Ｘ軸駆動シャフト(541)が設置されており、該水平Ｘ軸駆動シャフト(541)の端部に、Ｘ軸モータユニット(57)の回転が伝えられる。

又、図７に示す如く、下スライド板(556)と上スライド板(557)の間には、Ｚ軸方向に伸びる垂直Ｘ軸駆動シャフト(540)が架設されており、該垂直Ｘ軸駆動シャフト(540)の下端部に、水平Ｘ軸駆動シャフト(541)の回転が伝えられる。

図９に示す如く、垂直Ｘ軸駆動シャフト(540)には、第１のピニオン(544)が相対回転不能且つ軸方向の摺動が可能に係合する一方、中間スライド板(543)上には第１のラック(545)が配備され、第１のピニオン(544)と第１のラック(545)とが互いに噛合している。

又、中間スライド板(543)上には第２のピニオン(546)が配備される一方、昇降板(542)上には第２のラック(547)が配備され、第２のピニオン(546)と第２のラック(547)とが互いに噛合している。

斯くして、搬送テーブル(50)をＸ軸方向に駆動するＸ軸搬送部(54)が構成される。図１１(ｃ)は、Ｘ軸搬送部(54)の動力伝達経路を表わしたものであって、Ｘ軸モータ(571)の回転が、水平Ｘ軸駆動シャフト(541)及び垂直Ｘ軸駆動シャフト(540)を介して、ピニオン(544)に伝わり、該ピニオン(544)の回転によって搬送テーブル(50)がＸ軸方向に駆動される。

上記Ｘ軸搬送部(54)においては、図１０(ａ)(ｂ)に示す如く、垂直Ｘ軸駆動シャフト(540)の正逆の回転によって、昇降板(542)上の搬送テーブル(50)が、昇降板(542)と重なる位置を基準位置として、図１０(ａ)に示す如く左方の移動端まで移動して、左方のスタッカーの内部へ侵入し、或いは図１０(ａ)(ｂ)に示す如く右方の移動端まで移動して、右方のスタッカーの内部まで侵入することになる。

マイクロプレート搬入機構(４)
図１２〜図１４に示す如く、マイクロプレート搬入機構(４)は、往復搬送部(41)と、該往復搬送部(41)を駆動するモータユニット(42)とから構成される。

往復搬送部(41)においては、ベース(43)上に、Ｘ軸方向に伸びるガイドレール(44a)が形成されて、該ガイドレール(44a)に上段スライダー(40a)が摺動可能に係合し、該上段スライダー(40a)の上面に中間スライド板(48)が固定されている。該中間スライド板(48)上には、Ｘ軸方向に伸びるガイドレール(44b)が形成されて、該ガイドレール(44b)に下段スライダー(40b)が摺動可能に係合し、該下段スライダー(40b)の上面にマイクロプレート設置台(410)が固定されている。

ベース(43)には、モータケース内にステッピングモータを内蔵してなる搬入用モータユニット(42)が取り付けられている。

又、ベース(43)には、モータユニット(42)によって同時に駆動される第１及び第２のピニオン(45)(47)が取り付けられる一方、中間スライド板(48)には第１のラック(49)が取り付けられ、第１のピニオン(45)と第１のラック(49)とが互いに噛合可能に対向すると共に、第２のピニオン(47)と第１のラック(49)とが互いに噛合している。又、中間スライド板(48)には、第３のピニオン(412)が取り付けられる一方、ベース(43)には、第２のラック(411)が取り付けられ、第３のピニオン(412)と第２のラック(411)とが互いに噛合している。更に、中間スライド板(48)には第４のピニオン(413)が取り付けられる一方、マイクロプレート設置台(410)の裏面には第３のラック(414)が取り付けられ、第４のピニオン(413)と第３のラック(414)とが互いに噛合している。

従って、図１２に示す状態から、搬入用モータユニット(42)によって第１及び第２のピニオン(45)(47)が時計方向に回転駆動されると、中間スライド板(48)がＸ軸方向に駆動されると同時に、該中間スライド板(48)上のマイクロプレート設置台(410)がＸ軸方向に駆動されて、図１４に示す如く、マイクロプレート設置台(410)はベース(43)から大きく突出することになる。

又、図１４に示す状態から、搬入用モータユニット(42)によって第１及び第２のピニオン(45)(47)が反時計方向に回転駆動されると、マイクロプレート設置台(410)は図１２に示す如く元の位置に戻ることになる。

本発明のインキュベータ(１)においては、上述の如くマイクロプレート搬入機構(４)及びマイクロプレート搬送装置(５)の動力伝達機構として、ステンレス鋼製のラダーチェーンを採用しているので、チャンバー(11)内の湿気によって動力伝達機構が酸化腐食することはない。

モータユニット構造
上述の如く、Ｘ軸モータユニット(57)、Ｙ軸モータユニット(58)、Ｚ軸モータユニット(59)及び搬入用モータユニット(42)はそれぞれ、モータケース内にモータを内蔵して構成されており、更に具体的には、図１５にＹ軸モータユニット(58)についての構造例を示す様に、モータの結露を防止するための構成が採用されている。

即ち、Ｙ軸モータユニット(58)においては、図１５に示す如くケース本体(583)と蓋体(584)からモータケース(582)が構成されており、該モータケース(582)の内部が気密化されている。該モータケース(582)の内部にはＹ軸モータ(581)が収容され、該モータの出力軸(586)は、モータケース(582)に取り付けられた滑り軸受け(585)を気密状態で貫通し、モータケース(582)から出力軸(586)の先端部を突出させている。

モータケース(582)の蓋体(584)には、モータケース(582)内に空気を導入するための空気導入ホース(588)と、モータケース(582)内の空気を排出するための空気排出ホース(589)とが接続され、これによってモータケース(582)内の空気を循環させている。又、モータケース(582)の蓋体(584)には、Ｙ軸モータ(581)に電力と制御信号を供給するためのケーブル(587)が接続されている。

上記モータユニット構造によれば、モータケース(582)内が気密化されると共に、モータケース(582)内の空気を循環させているので、モータユニット(58)の周囲の温度が低下したとしても、モータケース(582)内で結露が生じることはない。

Ｘ軸モータユニット(57)、Ｚ軸モータユニット(59)及び搬入用モータユニット(42)についても、Ｙ軸モータユニット(58)と同じ構造が採用されて、結露が防止されている。

顕微観察系
更に、本発明に係るインキュベータ(１)においては、図１６に示す如くチャンバー(11)の天井壁にカメラ(７)が設置され、該カメラ(７)は、所定のスタッカー(３)の最上段に設けられた撮影用マイクロプレート収容部に向けられて、該撮影用マイクロプレート収容部に収容されたマイクロプレートの撮影が可能となっている。

カメラ(７)は、カメラ駆動機構(71)によってＸ軸方向及びＹ軸方向の駆動が可能である。カメラ(７)及びカメラ駆動機構(71)は、分析装置(72)と接続されており、該分析装置(72)によってカメラ(７)の移動が制御されると共に、カメラ(７)から得られる画像データに対して、試料分析のための画像処理と演算処理が施される。

カメラ(７)によるマイクロプレート(31)の撮影に際しては、マイクロプレート搬送装置(５)によって、撮影の対象となるマイクロプレート(31)を前記撮影用マイクロプレート収容部まで搬送する。

そして、カメラ駆動機構(71)によってカメラ(７)をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動しつつ、マイクロプレート(31)上の試料を撮影し、その画像を分析装置(72)に供給する。

制御系
図１７は、上記本発明のインキュベータ(１)における制御系の構成を表わしている。

マイクロプレート搬入機構(４)及びマイクロプレート搬送装置(５)は、モータ制御部(181)、搬送機構制御部(182)及びテーブル記憶部(183)からなる駆動制御装置(18)に接続されて、マイクロプレートの搬入出、並びにチャンバー内での搬送が制御されている。

又、環境調整装置(６)は、センサー部となる温度計(63)、ＣＯ₂計(64)及び湿度計(65)と、該センサー部による検出値に基づいて動作すべき温度調整部(66)及びＣＯ₂調整部(67)を具え、データ処理部(68)及び環境制御部(69)からなる環境調整回路(61)によって動作が制御されている。

カメラ(７)及びカメラ駆動機構(71)は、カメラ駆動制御部(73)、画像処理部(74)及び細胞カウント部(75)から構成される分析装置(72)に接続され、カメラ駆動制御部(73)によってカメラ(７)の駆動が制御されると共に、画像処理部(74)によって、カメラ(７)から得られる画像データに必要な画像処理が施され、更に細胞カウント部(75)によって、マイクロプレート上の試料の細胞数がカウントされる。

駆動制御装置(18)、環境調整回路(61)及びカメラ駆動制御部(73)には、表示部(171)及び操作部(172)からなる操作パネル(17)が接続されており、操作部(172)の操作によって各種の動作指令を与えることが出来ると共に、動作状態を表示部(171)によってモニターすることが出来る。

更に、駆動制御装置(18)には、各マイクロプレート(31)に付けられたバーコードを読み取るための第１のバーコードリーダ(15)が接続されると共に、各スタッカーに付けられたバーコードを読み取るための第２のバーコードリーダ(19)が接続されている。第１のバーコードリーダ(15)は、前述の如くマイクロプレート挿入口(13)に取り付けられたバーコードセンサー(151)にバーコード処理部(152)を接続して構成される。又、第２のバーコードリーダ(19)は、バーコードセンサー(191)とバーコード処理部(192)をユニット化したものであって、手に保持してスタッカー(３)のバーコードを読み取ることが出来る。

インキュベータ(１)の動作
上記本発明のインキュベータ(１)においては、図１８及び図１９に示す如く、チャンバー(11)内に複数のスタッカー(３)を設置した状態で、マイクロプレート搬送装置(５)の動作によって、搬送テーブル(50)をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させることにより、任意のスタッカー(３)の任意のマイクロプレート収容部に対して、マイクロプレートの出し入れが行なわれる。

例えば、ある１つのマイクロプレート収容部にマイクロプレートを収容する場合、先ずマイクロプレート搬入機構(４)によってチャンバー(11)内に該マイクロプレートを搬入する。この際、図１４に示す様に、マイクロプレート搬入機構(４)を動作させて、マイクロプレート設置台(410)をチャンバー(11)のマイクロプレート挿入口(13)から外側に突出せしめる(図１参照)。

そして、該マイクロプレート設置台(410)上にマイクロプレート(31)を載置した後、図１２に示す様に、マイクロプレート搬入機構(４)を動作させて、マイクロプレート設置台(410)をチャンバー(11)内に移動させる。

又、マイクロプレート搬送装置(５)のＹ軸搬送部(55)及びＺ軸搬送部(56)を動作させて、搬送テーブル(50)をマイクロプレート挿入口(13)との対向位置まで移動させ、更にＸ軸搬送部(54)をマイクロプレート挿入口(13)側へ動作させて、基準位置の搬送テーブル(50)を、マイクロプレート搬入機構(４)のマイクロプレート設置台(410)とマイクロプレート(31)の間へ移動させる。

その後、Ｚ軸搬送部(56)の動作によって搬送テーブル(50)を僅かに上昇させ、搬送テーブル(50)上にマイクロプレート(31)を搭載した後、Ｘ軸搬送部(54)の動作によって、搬送テーブル(50)を基準位置に復帰させる。

続いて、マイクロプレート搬送装置(５)のＹ軸搬送部(55)及びＺ軸搬送部(56)を動作させて、搬送テーブル(50)を所定のスタッカー(３)の所定のマイクロプレート収容部との対向位置まで移動させた後、Ｘ軸搬送部(54)を動作させて、搬送テーブル(50)を基準位置から該マイクロプレート収容部の内部まで移動させる。その後、Ｚ軸搬送部(56)の動作によって搬送テーブル(50)を僅かに降下させ、搬送テーブル(50)上のマイクロプレート(31)を該マイクロプレート収容部に引き渡した後、Ｘ軸搬送部(54)の動作によって、搬送テーブル(50)を基準位置まで復帰させる。

チャンバー(11)内のある１つのスタッカー(３)の、ある１つのマイクロプレート収容部に収容されているマイクロプレート(31)を、チャンバー(11)の外側に排出する場合は、上記の搬入、搬送動作と逆の動作が実行される。

即ち、マイクロプレート搬送装置(５)のＹ軸搬送部(55)及びＺ軸搬送部(56)の動作によって、搬送テーブル(50)を所定のマイクロプレート収容部との対向位置まで移動させ、その後、所定のマイクロプレート収容部がその左側に位置するか、或いは右側に位置するかに応じて、Ｘ軸搬送部(54)を左方若しくは右方に動作させて、搬送テーブル(50)を該マイクロプレート収容部の内部へ移動させて、搬送テーブル(50)上にマイクロプレート(31)を搭載する。

その後、マイクロプレート搬送装置(５)の動作によって、搬送テーブル(50)上のマイクロプレート(31)をチャンバー(11)のマイクロプレート挿入口(13)まで搬送した後、搬送テーブル(50)上のマイクロプレート(31)をマイクロプレート搬入機構(４)のマイクロプレート設置台(410)に引き渡し、該マイクロプレート搬入機構(４)の動作によって、マイクロプレート設置台(410)上のマイクロプレート(31)をチャンバー(11)から排出するのである。

上記本発明のインキュベータ(１)においては、図２０及び図２１に示す如くチャンバー(11)の背部の壁面に、環境調整装置(６)からのガスの吹き出し口(62)が設けられて、マイクロプレート搬送装置(５)の設置空間へ向けられており、該吹き出し口(62)を中心として、左右にスタッカー(３)(３)が配備されているので、吹き出し口(62)から吹き出されたガスは、図中に矢印で示す様に、チャンバー(11)内の中央部から周囲に向けて均一に分散し、チャンバー(11)内を大きな偏りなく流れる。

この結果、チャンバー(11)内は、位置によって大きな差違のない均等な環境条件に保たれ、スタッカー(３)に収容されている各マイクロプレート(31)上の試料は所定の環境条件で培養されることになる。

又、チャンバー(11)のマイクロプレート挿入口(13)は、シャッター機構(14)によってマイクロプレート(31)の搬入出時にのみ開かれると共に、該マイクロプレート挿入口(13)には、エアーカーテン機構(16)から吹き出される空気流によってエアーカーテンが形成されるので、チャンバー(11)内の環境条件は一定に保たれる。

マイクロプレート上の試料の観察及び分析
図１６に示すカメラ(７)によってマイクロプレート(31)上の試料を観察し、その育成状態を分析する場合には、分析装置(72)によって図２２に示す手続きが実行される。

先ずステップＳ１にて、撮影すべきマイクロプレート(31)が指示されると共に、ステップＳ２にて、マイクロプレート(31)上の撮影すべき試料が指示されると、ステップＳ３では、マイクロプレート搬送装置(５)が該マイクロプレート(31)を撮影用マイクロプレート収容部へ搬送する。

続いてステップＳ４では、図２３の如くカメラ駆動機構(71)の駆動によってカメラ(７)をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて、カメラ(７)の光学軸をマイクロプレート(31)上の所定の試料注入凹部(31a)に合致せしめる。

その後、図２２のステップＳ５では、カメラ(７)によってマイクロプレート(31)上の試料を撮影し、ステップＳ６にて、撮影により得られた画像データを分析装置(72)へ転送する。

続いて、ステップＳ７では、分析装置(72)が前記画像データに対して所定の画像処理を実行し、ステップＳ８では、試料の細胞の数をカウントする。そしてステップＳ９にて、培養前の細胞個数と比較して培養率を算出し、ステップＳ１０にて、算出された培養率を表示部に表示し、メモリに保存する。

図２４は、カメラ(７)から得られる画像データに対する画像処理の一連のプロセスを表わしている。先ず、プロセスＰ１にて各細胞の輪郭を抽出し、プロセスＰ２では、前記輪郭に基づいて各細胞を分別し、プロセスＰ３では、前記分別結果に基づいて細胞の数をカウントする。最後に、細胞のカウント値を培養開始前のカウント値で除算することにより、培養率を算出する。

顕微観察系の他の構成例
本発明に係るインキュベータ(１)においては、図２５に示す如く、インキュベータユニット(２)を構成する２つのスタッカー(３)(３)に代えて、顕微観察ユニット(８)をスタッカーホルダー(23)に着脱可能に取り付けることが可能である。

該顕微観察ユニット(８)は、図２６に示す如く、ステンレス鋼製のシールドケース(80)内に顕微観察装置(8a)と駆動装置(8b)を配備すると共に、シールドケース(80)の上壁にはガラス板からなる観察窓(88)が設けられている。又、シールドケース(80)の上方位置には、観察窓(88)と対向させてマイクロプレート(31)を収容するためのマイクロプレート収容部(89)が設けられている。

顕微観察装置(8a)はカメラ(81)と光学系(82)から構成され、光学系(82)は長焦点型のレンズ等から構成されている。

駆動装置(8b)は、Ｙ軸モータ(851)を具えたＹ軸駆動機構(85)と、Ｘ軸モータ(861)を具えたＸ軸駆動機構(86)と、Ｚ軸モータ(871)を具えたＺ軸駆動機構(87)とから構成され、顕微観察装置(8a)をＸＹＺの３軸方向に移動させるものである。

顕微観察装置(8a)及び駆動装置(8b)から伸びる電力線や信号線からなる信号ケーブル(83)は、シールドケース(80)に取り付けられた防水コネクター(84)に接続され、該防水コネクター(84)を経て、図２７に示す如く分析装置(72)に繋がっている。

該インキュベータ(１)においては、図２７に示す如くスタッカー(３)に収容されているマイクロプレート(31)の顕微観察を行なう場合、マイクロプレート搬送装置(５)によって該マイクロプレート(31)をスタッカー(３)から取り出し、顕微観察ユニット(８)のマイクロプレート収容部(89)まで搬送して、所定位置に設置する。この状態で、駆動装置(8b)をＺ軸方向に動作させて、焦点合わせを行なう。その後、駆動装置(8b)をＸ軸方向及びＹ軸方向に動作させて、マイクロプレート(31)の顕微観察を行なう。

カメラ(81)によって撮影された画像は分析装置(72)へ送信され、該分析装置(72)によって各種分析が行なわれる。

本発明に係るインキュベータ(１)によれば、上述の如くマイクロプレート(31)の搬送を自動的に行なうことが出来ると共に、チャンバー(11)内に多数のマイクロプレート(31)を収容することが可能であり、然もチャンバー(11)内を均一な環境条件に保つことが出来る。

又、本発明に係るインキュベータ(１)においては、チャンバー(11)内にインキュベータユニット(２)の駆動機構を構成する全てのモータ(571)(581)(591)(421)が収容されているので、これらのモータをチャンバー(11)の外部に配備した構成と比べて、チャンバー(11)の構成を簡易化すると共に、チャンバー(11)の気密性を高く保つことが出来る。然も、チャンバー(11)とインキュベータユニット(２)とが独立に構成されているので、例えばメンテナンスのためにマイクロプレート搬送装置(５)を分解することなくチャンバー(11)から容易に取り出すことが出来、これによって作業の効率化が図られると共に、インキュベータユニット(２)の構成に高い汎用性が得られる。

更に、本発明に係るインキュベータ(１)においては、チャンバー(11)内に、マイクロプレート(31)上の試料を撮影するためのカメラ(７)が設置されているので、マイクロプレート(31)をチャンバー(11)の外側に取り出すことなく、試料の観察及び分析が可能である。

従って、チャンバー(11)内の環境条件を一定に保つことが出来ると同時に、分析作業の効率化を図ることが出来る。

更に又、図２５〜図２７に示すインキュベータ(１)によれば、顕微観察装置(8a)がシールドケース(80)内に設置されており、該シールドケース(80)の内部は、マイクロプレート(31)が収容されている空間の高湿度の環境とは遮断されているので、顕微観察装置(8a)を構成するレンズなどが湿気によるダメージを受けることはない。

然も、駆動装置(8b)がシールドケース(80)内に収容されているので、該駆動装置(8b)から発せられる微細な塵がマイクロプレート(31)に悪影響を及ぼすことはない。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図２８に示す如くチャンバー(11)内に棚板(94)が設置されているに過ぎず、マイクロプレート搬送装置を具えていないインキュベータ(１′)においても、上述の顕微観察ユニット(８)を棚板(94)上に設置することによって、マイクロプレート(31)の顕微観察を可能とすると共に、顕微観察ユニット(８)を構成する顕微観察装置(8a)を湿気から保護することが出来る。又、培養容器としては、マイクロプレートに限らず、シャーレ等の容器であってもよい。

(１) インキュベータ
(11) チャンバー
(10) 開口
(12) 開閉扉
(13) マイクロプレート挿入口
(14) シャッター機構
(15) バーコードリーダ
(16) エアーカーテン機構
(２) インキュベータユニット
(22) 引出し台
(23) スタッカーホルダー
(３) スタッカー
(31) マイクロプレート
(４) マイクロプレート搬入機構
(41) 往復搬送部
(42) 搬入用モータユニット
(５) マイクロプレート搬送装置
(50) 搬送テーブル
(54) Ｘ軸搬送部
(55) Ｙ軸搬送部
(56) Ｚ軸搬送部
(57) Ｘ軸モータユニット
(58) Ｙ軸モータユニット
(59) Ｚ軸モータユニット
(６) 環境調整装置
(62) 吹き出し口
(７) カメラ
(71) カメラ駆動機構
(72) 分析装置
(８) 顕微観察ユニット
(8a) 顕微観察装置
(8b) 駆動装置
(81) カメラ
(82) 光学系

Claims

所定の環境条件に調整されたチャンバー内部にて、培養容器上の試料を培養するインキュベータにおいて、
このチャンバー内部には、
複数の培養容器を収容する培養容器収容棚と、
培養容器収容棚を水平に配列して保持する収容棚ホルダーと、
培養容器を搬送して、前記培養容器収容棚に収容されている任意の培養容器を出し入れすることが可能な培養容器搬送手段と、
培養容器上の試料を顕微観察するための顕微観察装置と該顕微観察装置を移動させるための駆動装置を密封構造のシールドケースの内部に収容すると共に、このシールドケースには培養容器上の試料を前記顕微観察装置が顕微観察するための観察窓が設けられている顕微観察手段と、を備え、
前記顕微観察手段は、１或いは複数の前記培養容器収容棚に代えて前記収容棚ホルダーに設置可能な外形を有するものであり、
前記培養容器搬送手段は、前記培養容器収容棚に収容されている所望の培養容器を前記顕微観察手段の観察窓の対向位置に移動させ、この培養容器上の試料を顕微観察するようにしたことを特徴とするインキュベータ。
前記チャンバー内部へ培養容器を挿入するための培養容器挿入口を備え、
この培養容器挿入口と前記培養容器収容棚との間を、前記培養容器搬送手段が培養容器を搬送するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のインキュベータ。