JP4638255B2 - Cell culture device, instrument and system - Google Patents

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Description

本発明は、生物の細胞を外部環境を維持しながら培養する細胞培養装置、器具及びそのシステムに関するものである。   The present invention relates to a cell culture apparatus, an instrument, and a system for culturing living cells while maintaining an external environment.

従来の細胞培養手法では、細胞培養装置として、例えば各シャーレに培養液を貯留させ、インキュベータ内で一定時間37℃に維持して細胞の増殖を行なうのが一般的である。そして、増殖した細胞をシート状に剥離する場合には、増殖した細胞がシャーレ底面に一様に接着した時点で酵素を用いてシャーレ底面より剥離して回収を行なっていた。   In the conventional cell culture technique, as a cell culture device, for example, a culture solution is generally stored in each petri dish, and is maintained at 37 ° C. for a certain period of time in an incubator for cell proliferation. When the grown cells are peeled off in the form of a sheet, the cells are peeled off and collected from the bottom of the petri dish using an enzyme when the grown cells are uniformly attached to the bottom of the petri dish.

また、シャーレ底面に一様に接着した細胞をシート状に剥離して回収する手段として、温度により親水性と疎水性が可逆的に切り替わるポリマをシャーレ底面に形成して用いる方法が知られている。この方法によれば、培養温度37℃においては疎水性を示すポリマ表面上の細胞が増殖及び接着し、その後30℃以下にすることにより前記ポリマ表面が親水性に変化するため、細胞が遊離して回収が可能となる。
特開2004−236547
In addition, as a means for separating and collecting cells uniformly adhered to the petri dish bottom surface in a sheet form, a method of forming and using a polymer that reversibly switches hydrophilicity and hydrophobicity depending on temperature on the petri dish bottom surface is known. . According to this method, cells on the polymer surface exhibiting hydrophobicity grow and adhere at a culture temperature of 37 ° C., and then the polymer surface changes to hydrophilic when the temperature is lowered to 30 ° C. or lower. Can be recovered.
JP2004-236547

しかしながら、複数の細胞種をシャーレ底面の同一面内で培養増殖させる場合においては、上記温度により親水性と疎水性が切り替わるポリマで細胞が接着する箇所と接着できない領域とを設けることが必要となる。その場合は、前記ポリマの親水性と疎水性が切り替わる温度が異なる材料を用いて、ある温度でシャーレ底面に親水性と疎水性の両領域が生まれるように設定しておく方法が取られていた。このため、任意の領域を設定するのが煩雑になり、また細胞培養中もしくは細胞増殖後に領域を設定することは困難であった。   However, in the case where a plurality of cell types are cultured and grown in the same plane on the petri dish bottom surface, it is necessary to provide a region where cells adhere and a region where the cells cannot adhere with a polymer whose hydrophilicity and hydrophobicity are switched by the above temperature. . In that case, a method was adopted in which materials having different temperatures at which the hydrophilicity and hydrophobicity of the polymer were switched were set so that both hydrophilic and hydrophobic regions were created on the petri dish bottom surface at a certain temperature. . For this reason, it becomes complicated to set an arbitrary area, and it is difficult to set an area during cell culture or after cell growth.

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、任意パターンで異なる種類の細胞を同一シート上に育成することが可能な細胞培養装置、器具及びそのシステムを提供する。又、任意箇所の細胞シートを剥離して回収することも可能な細胞培養装置、器具及びそのシステムを提供する。   In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a cell culture device, an instrument, and a system thereof that can grow different types of cells in an arbitrary pattern on the same sheet. Also provided are a cell culture apparatus, instrument and system capable of peeling and collecting a cell sheet at an arbitrary location.

かかる課題を解決するために、本発明の細胞培養器具は、生物の細胞を培養する細胞培養器具であって、少なくとも1枚の平板に配置されて前記平板の表面温度を制御するための少なくとも1つのヒータと、前記ヒータと対をなす温度計測手段と、前記温度計測手段により検出された温度により前記ヒータの温度を自立的に制御する制御回路との接続端子と、前記平板の裏面を冷却する冷却手段と、前記ヒータ及び温度計測手段の上面に形成された、温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層と、前記表面温度制御手段及び薄膜状ポリマを含む領域に細胞培養液を貯留させる貯留手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve this problem, the cell culture instrument of the present invention is a cell culture instrument for culturing biological cells, and is arranged on at least one flat plate to control the surface temperature of the flat plate. Two heaters, temperature measuring means paired with the heater, a connection terminal of a control circuit that autonomously controls the temperature of the heater based on the temperature detected by the temperature measuring means, and a back surface of the flat plate are cooled The cell culture medium is applied to the cooling means, a thin film polymer layer formed on the upper surface of the heater and the temperature measurement means, which switches between hydrophilicity and hydrophobicity according to temperature, and a region containing the surface temperature control means and the thin film polymer. And storing means for storing.

ここで、前記貯留手段の領域は、前記ヒータの存在しない領域を含む。また、前記ヒータは、前記貯留手段の領域内にうず巻き状に配置される。また、前記ヒータは、前記貯留手段の領域内に碁盤目状に配置される。また、前記ヒータは、半導体プロセス技術を用いてパターン化されている。また、前記温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層は、イソプロピル・アクリルアミドを含む。また、前記表面温度制御手段と薄膜状ポリマ層との間に、前記薄膜状ポリマ層の形成を促進するための第2のポリマ層を更に備える。また、前記第2のポリマ層は溶融塗布により形成されたポリスチレンを含む。   Here, the area | region of the said storage means contains the area | region where the said heater does not exist. Further, the heater is arranged in a spiral shape in the area of the storage means. The heaters are arranged in a grid pattern in the area of the storage means. The heater is patterned using semiconductor process technology. The thin film polymer layer whose hydrophilicity and hydrophobicity are switched depending on the temperature contains isopropyl acrylamide. Further, a second polymer layer for promoting the formation of the thin film polymer layer is further provided between the surface temperature control means and the thin film polymer layer. The second polymer layer includes polystyrene formed by melt coating.

又、本発明の細胞培養装置は、生物の細胞を培養する細胞培養装置であって、少なくとも1枚の平板に配置されて前記平板の表面温度を制御する少なくとも1つの表面温度制御手段であって、少なくとも1つのヒータと、前記ヒータと対をなす温度計測手段と、前記温度計測手段により検出された温度により前記ヒータの温度を自立的に制御する制御回路とを有する表面温度制御手段と、前記平板の裏面を冷却する冷却手段と、前記表面温度制御手段を覆い、ガス交換が可能なチャンバとを備え、温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層を底面に形成した培養容器を乗せて細胞培養を行なうことを特徴とする。   The cell culturing apparatus of the present invention is a cell culturing apparatus for culturing biological cells, and is at least one surface temperature control means arranged on at least one flat plate to control the surface temperature of the flat plate. Surface temperature control means comprising at least one heater, temperature measurement means paired with the heater, and a control circuit for autonomously controlling the temperature of the heater based on the temperature detected by the temperature measurement means, A culture vessel comprising a cooling means for cooling the back surface of the flat plate, a chamber capable of gas exchange, covering the surface temperature control means, and having a thin film polymer layer on the bottom surface that switches between hydrophilicity and hydrophobicity depending on temperature. It is characterized in that cell culture is carried out.

ここで、前記培養容器の底面領域は、前記ヒータの存在しない領域を含む。また、前記ヒータは、前記培養容器の底面領域内にうず巻き状に配置される。また、前記ヒータは、前記培養容器の底面領域内に碁盤目状に配置される。また、前記ヒータは、半導体プロセス技術を用いてパターン化されている。また、前記温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層は、イソプロピル・アクリルアミドを含む。また、前記培養容器は、前記表面温度制御手段と薄膜状ポリマ層との間に、前記薄膜状ポリマ層の形成を促進するための第2のポリマ層を更に備える。また、前記第2のポリマ層は溶融塗布により形成されたポリスチレンを含む。   Here, the bottom region of the culture vessel includes a region where the heater does not exist. Further, the heater is arranged in a spiral shape in the bottom area of the culture vessel. The heaters are arranged in a grid pattern in the bottom area of the culture vessel. The heater is patterned using semiconductor process technology. The thin film polymer layer whose hydrophilicity and hydrophobicity are switched depending on the temperature contains isopropyl acrylamide. The culture vessel further includes a second polymer layer for promoting the formation of the thin film polymer layer between the surface temperature control means and the thin film polymer layer. The second polymer layer includes polystyrene formed by melt coating.

又、本発明の細胞培養システムは、生物の細胞培養を管理する細胞培養システムであって、生物の細胞を培養する細胞培養装置と該細胞培養装置をモニタ及び管理するコンピュータとを有し、前記細胞培養装置は、少なくとも1枚の平板に配置されて前記平板の表面温度を制御する少なくとも1つの表面温度制御手段であって、少なくとも1つのヒータと、前記ヒータと対をなす温度計測手段と、前記温度計測手段により検出された温度により前記ヒータの温度を自立的に制御する制御回路とを有する表面温度制御手段と、前記平板の裏面を冷却する冷却手段と、前記表面温度制御手段を覆い、ガス交換が可能なチャンバとを備え、温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層を底面に形成した培養容器を乗せて、前記コンピュータによるモニタ及び管理に従って細胞培養を行なうことを特徴とする。   The cell culture system of the present invention is a cell culture system for managing cell culture of organisms, comprising a cell culture device for culturing cells of organisms and a computer for monitoring and managing the cell culture device, The cell culture device is at least one surface temperature control means arranged on at least one flat plate to control the surface temperature of the flat plate, and includes at least one heater and a temperature measuring means paired with the heater, Covering the surface temperature control means having a control circuit for autonomously controlling the temperature of the heater by the temperature detected by the temperature measurement means, cooling means for cooling the back surface of the flat plate, and the surface temperature control means, A gas exchange chamber, and a culture vessel having a thin film polymer layer on its bottom surface, which switches between hydrophilicity and hydrophobicity depending on the temperature. And performing cell culture according to monitoring and management by chromatography data.

本発明により、任意パターンで異なる種類の細胞を同一シート上に育成することが可能な細胞培養装置、器具及びそのシステムを提供できる。又、任意箇所の細胞シートを剥離して回収することも可能な細胞培養装置、器具及びそのシステムを提供できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a cell culture device, an instrument, and a system thereof that can grow different types of cells in an arbitrary pattern on the same sheet. In addition, it is possible to provide a cell culture apparatus, instrument, and system thereof that can peel and collect a cell sheet at an arbitrary location.

以下、本発明の実施形態の細胞培養装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本実施形態は本発明の一例でありこれに限定されない。又、図における各部の寸法は本発明を限定するものではない。   Hereinafter, a cell culture device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is an example of the present invention and is not limited to this. Further, the dimensions of the respective parts in the drawings do not limit the present invention.

<本実施形態の細胞培養装置を含む細胞培養システムの構成例>
図1は、本実施形態の細胞培養システムの構成例を示す外観斜視図である。
<Configuration Example of Cell Culture System Including Cell Culture Device of Present Embodiment>
FIG. 1 is an external perspective view showing a configuration example of the cell culture system of the present embodiment.

図1で、100は本実施形態の細胞培養容器が設置される培養チャンバである。なお、培養チャンバ100を滅菌するため外部から遮断する滅菌蓋200を設けている。細胞培養時には、培養チャンバ100内は培養用ガス300で充満される。   In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a culture chamber in which the cell culture container of this embodiment is installed. In addition, in order to sterilize the culture chamber 100, the sterilization lid | cover 200 shut off from the outside is provided. During cell culture, the culture chamber 100 is filled with the culture gas 300.

400は、培養チャンバ100を支持する筐体内に配置される加熱手段制御装置(温度コントローラとも呼ぶ)であり、培養チャンバ100内の細胞培養容器下部のヒータを温度計測手段(サーミスタを含む)からの計測温度に基づいて、ヒータを目標温度に制御する。500は、培養チャンバ100内の細胞培養容器を冷却する冷却手段を制御する冷却手段制御装置であり、冷却手段はファンとヒートシンクを含むハードウエア的に固定されたものであっても、ヒータと関連して制御される構成であってもよい。冷却手段は、細胞培養容器下部のヒータの更に下部に配置される。   Reference numeral 400 denotes a heating means control device (also referred to as a temperature controller) disposed in a housing that supports the culture chamber 100. The heater at the lower part of the cell culture container in the culture chamber 100 is supplied from the temperature measurement means (including the thermistor). Based on the measured temperature, the heater is controlled to a target temperature. Reference numeral 500 denotes a cooling means controller for controlling a cooling means for cooling the cell culture container in the culture chamber 100. The cooling means is related to the heater even if it is fixed in hardware including a fan and a heat sink. It may be configured to be controlled as described above. The cooling means is disposed further below the heater below the cell culture container.

600は、本細胞培養装置を管理及びモニタする温度コントロール・モニタ用パソコンである。このパソコン600は汎用のコンピュータで良く、加熱手段制御装置400への温度制御のパラメータの入出力、設定、及び細胞培養の環境や履歴などを監視して、オペレータに報知する機能を果たす。   Reference numeral 600 denotes a temperature control / monitoring personal computer that manages and monitors the cell culture apparatus. The personal computer 600 may be a general-purpose computer, and functions to input and output temperature control parameters to the heating means control device 400, monitor the cell culture environment and history, and notify the operator.

<培養チャンバ及び冷却手段の構成例>
図2は、培養チャンバ及び冷却手段の構成例を示す2方向からの外観斜視図である。図2の(a)は、排熱用ファン130が見える角度から見た外観斜視図であり、図2の(b)は、排熱用ファン130の反対側に有る排熱用フィン150が見える角度から見た外観斜視図である。
<Configuration example of culture chamber and cooling means>
FIG. 2 is an external perspective view from two directions showing a configuration example of the culture chamber and the cooling means. FIG. 2A is an external perspective view seen from an angle at which the exhaust heat fan 130 can be seen, and FIG. 2B shows the exhaust heat fin 150 on the opposite side of the exhaust heat fan 130. It is the external appearance perspective view seen from the angle.

培養チャンバ100内には、シャーレ型の細胞培養容器120a、120b、…がある。細胞培養容器120の底面は共通の冷却手段110に接触している。かかる細胞培養容器120と冷却手段110との接触部には、ペルチェ素子とヒートシンク140が使用される。冷却手段110は、排熱用ファン130、排熱用フィン150から成る。   In the culture chamber 100, there are petri dish type cell culture containers 120a, 120b,. The bottom surface of the cell culture vessel 120 is in contact with the common cooling means 110. A Peltier element and a heat sink 140 are used at the contact portion between the cell culture container 120 and the cooling means 110. The cooling means 110 includes a heat exhaust fan 130 and a heat exhaust fin 150.

尚、図2には、細胞培養容器120が4つの例を示したが、かかる個数は限定されない。   FIG. 2 shows four examples of the cell culture container 120, but the number is not limited.

<細胞培養容器の模式的構成例とその製造例>
図3は、細胞培養容器120の切断面を模式的に示す図である。図3は、図2に図示した1つの細胞培養容器を図示している。
<Schematic configuration example of cell culture container and production example thereof>
FIG. 3 is a diagram schematically showing a cut surface of the cell culture container 120. FIG. 3 illustrates one cell culture vessel illustrated in FIG.

図3で、160はシリコンやガラスからなる基板である。かかる基板160の下面全体がが冷却手段110に接触している。121は基板130の表面に半導体プロセス技術でパターン形成されたヒータである(ヒータのパターン例については、以下に説明する)。尚、ヒータ材料としてはクロム(Cr)が好適である。121aはヒータ121を外部の加熱手段制御装置400に接続するための配線パターン及び入出力端子である。   In FIG. 3, reference numeral 160 denotes a substrate made of silicon or glass. The entire lower surface of the substrate 160 is in contact with the cooling means 110. A heater 121 is patterned on the surface of the substrate 130 by a semiconductor process technique (examples of heater patterns will be described below). Note that chromium (Cr) is suitable as the heater material. Reference numeral 121a denotes a wiring pattern and input / output terminals for connecting the heater 121 to the external heating means control device 400.

122は、ヒータ121を被覆してサーミスタ123と絶縁する絶縁層であり、例えば窒化ケイ素(Si34)などの層である。123は、絶縁層122を隔ててヒータ121の上部に形成されたサーミスタである。尚、サーミスタ材料としてはゲルマニウム(Ge)が好適である。123aはサーミスタ123を外部の加熱手段制御装置400に接続するための配線パターン及び入出力端子である。 Reference numeral 122 denotes an insulating layer that covers the heater 121 and is insulated from the thermistor 123, and is a layer of, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ). Reference numeral 123 denotes a thermistor formed on the heater 121 with the insulating layer 122 interposed therebetween. As the thermistor material, germanium (Ge) is suitable. Reference numeral 123 a denotes a wiring pattern and input / output terminals for connecting the thermistor 123 to the external heating means control device 400.

124は、温度により親水性/疎水性が切り替わるポリマ層125を好適に形成(重合)するために塗布されるポリマ層であるが、本実施形態に必須の層ではない。例えばポリスチレンが好ましい。かかるポリスチレンは溶融されて塗布され、ヒータパターン/サーミスタパターンを保護する耐水性の保護膜としても機能する。125は、温度により親水性/疎水性が切り替わるポリマ層であり、例えばイソプロピル・アクリルアミドである。尚、本実施形態では、温度の制御が局所的に可能であるので、親水性/疎水性が切り替わるポリマでさえあれば、異なる温度で切り替わる他の温度応答性のあるポリマを使用することが容易である。   A polymer layer 124 is applied in order to suitably form (polymerize) the polymer layer 125 whose hydrophilicity / hydrophobicity is switched depending on the temperature, but is not an essential layer in the present embodiment. For example, polystyrene is preferable. Such polystyrene is melted and applied, and also functions as a water-resistant protective film for protecting the heater pattern / thermistor pattern. Reference numeral 125 denotes a polymer layer whose hydrophilicity / hydrophobicity is switched depending on temperature, and is, for example, isopropyl acrylamide. In this embodiment, since the temperature can be controlled locally, it is easy to use other temperature-responsive polymers that switch at different temperatures as long as the polymer switches between hydrophilicity and hydrophobicity. It is.

126は、細胞培養に使用される培養液であり、かかる培養液126は細胞培養容器120を画分する囲い127内に貯留される。128は囲い127を固定するためのシリコーン樹脂であり、生体毒性を持たないものであれば良く、囲い127は、例えばポリスチレンが好適に使用される。ここで、囲い127は、例えば、ヒータ121及びサーミスタ123の配線パターンを作成した後に形成され、ポリマ層124及び/又は125は囲い127の作成後に形成される。   126 is a culture solution used for cell culture, and the culture solution 126 is stored in an enclosure 127 that fractionates the cell culture vessel 120. 128 is a silicone resin for fixing the enclosure 127 and may be any resin that does not have biotoxicity. For the enclosure 127, for example, polystyrene is preferably used. Here, the enclosure 127 is formed after the wiring patterns of the heater 121 and the thermistor 123 are created, for example, and the polymer layers 124 and / or 125 are formed after the enclosure 127 is created.

以上、細胞培養容器の模式的構成例とその製造例を示したが、かかる例はその一例であって、半導体プロセス技術でパターン形成することが重要であり、その材料及び製造方法は本例に限定されない。   In the above, a schematic configuration example of a cell culture container and a manufacturing example thereof have been shown. However, such an example is an example, and it is important to form a pattern by a semiconductor process technology, and a material and a manufacturing method thereof are described in this example. It is not limited.

<本実施形態のヒータ/サーミスタのパターン例>
以下に、本実施形態のヒータ/サーミスタのパターン例を示す、尚、パターン例は以下の例に限定されず、本発明の培養液温度の制御が可能なパターンであればよく、それらも本発明に含まれる。
<Pattern example of heater / thermistor of this embodiment>
Examples of the heater / thermistor pattern of the present embodiment are shown below. The pattern examples are not limited to the following examples, and any pattern can be used as long as the culture medium temperature of the present invention can be controlled. include.

(ヒータ/サーミスタのパターン例1)
図4に、本実施形態におけるヒータ/サーミスタのパターンの一例を示す。尚、以下の図面及び明細書の説明での参照番号は、ヒータ(サーミスタ)に対応していおり、いずれの要素もヒータが121,サーミスタが123で表わされている。。
(Example 1 of heater / thermistor pattern)
FIG. 4 shows an example of the heater / thermistor pattern in the present embodiment. Note that reference numerals in the following drawings and description correspond to heaters (thermistors), and each element is represented by heater 121 and thermistor 123. .

図4は、各細胞培養容器(シャーレ)120の全体を温める渦巻きパターンのヒータ/サーミスタ例を示す図である。例えば、図4は直径35mmのヒータの渦巻きパターン121−1とサーミスタ123−1であり、引き出し配線パターン121a−1(123a−1)を有している。図4の上部には、サーミスタ123−1部分の拡大図が示されている。尚、図4には、サーミスタ123−1がヒータの渦巻きパターン121−1の中央部に配置された例を示したが、この例に限定されず、サーミスタ123−1が分散配置されるもの、あるいは各ヒータと重なって多重配置されたものであってもよい。   FIG. 4 is a diagram showing an example of a spiral / heater thermistor that warms the entire cell culture container (petri dish) 120. For example, FIG. 4 shows a spiral pattern 121-1 and thermistor 123-1 of a heater having a diameter of 35 mm, and has a lead-out wiring pattern 121a-1 (123a-1). In the upper part of FIG. 4, an enlarged view of the thermistor 123-1 is shown. FIG. 4 shows an example in which the thermistor 123-1 is arranged at the center of the spiral pattern 121-1 of the heater. However, the present invention is not limited to this example, and the thermistors 123-1 are arranged in a distributed manner. Alternatively, it may be a multiple arrangement overlapping each heater.

この渦巻きパターンにおいては、各細胞培養容器(シャーレ)120の温度が全体として制御されるので、かかる細胞培養装置では各細胞培養容器(シャーレ)120単位に同じ種類の細胞が培養され、剥離・回収も一体である。尚、渦巻きパターン121−1を各細胞培養容器(シャーレ)120の部分(例えば中央)にのみ形成すると、部分のみの培養が可能となる。   In this spiral pattern, the temperature of each cell culture container (petri dish) 120 is controlled as a whole. Therefore, in such a cell culture device, the same type of cells are cultured in each cell culture container (petri dish) 120 unit, and detachment / recovery is performed. Is one. In addition, if the spiral pattern 121-1 is formed only on a part (for example, the center) of each cell culture container (petri dish) 120, only the part can be cultured.

(ヒータ/サーミスタのパターン例2)
図5に、本実施形態におけるヒータ/サーミスタのパターンの他例を示す。
(Example of heater / thermistor pattern 2)
FIG. 5 shows another example of the heater / thermistor pattern in this embodiment.

図5は、各細胞培養容器(シャーレ)120の内部にドットパターンでヒータ/サーミスタを形成し、各ヒータ/サーミスタを独立に制御可能とすることによって、各細胞培養容器(シャーレ)120内部を領域別に温度制御可能なヒータ/サーミスタ例を示す図である。例えば、図5は5×5ドットの0.5mm角ヒータ/サーミスタのパターンを示す。   FIG. 5 shows that each cell culture container (petri dish) 120 is formed as a region by forming a heater / thermistor in a dot pattern inside each cell culture container (petri dish) 120 and making each heater / thermistor controllable independently. It is a figure which shows the heater / thermistor example which can be temperature-controlled separately. For example, FIG. 5 shows a 5 × 5 dot 0.5 mm square heater / thermistor pattern.

拡大図の121−2(123−2)が5×5ドットのヒータ/サーミスタであり、121a−2がヒータ121−2の引き出し配線及び入出力端子であり、123a−2がサーミスタ123−2の引き出し配線及び入出力端子である。   In the enlarged view, 121-2 (123-2) is a 5 × 5 dot heater / thermistor, 121a-2 is a lead-out wiring and input / output terminal of the heater 121-2, and 123a-2 is the thermistor 123-2. Lead wiring and input / output terminals.

ヒータ/サーミスタ部の拡大図から明らかなように、各ヒータ/サーミスタは独立に制御され、培養及び剥離・回収は各ヒータ/サーミスタの領域単位で制御ができる。すなわち、ヒータをONした領域のみで細胞が培養され、またヒータをOFFした領域のみの細胞が剥離・回収できる。   As is apparent from the enlarged view of the heater / thermistor section, each heater / thermistor is controlled independently, and culture, detachment, and recovery can be controlled for each heater / thermistor region. That is, cells can be cultured only in the area where the heater is turned on, and only cells in the area where the heater is turned off can be detached.

<細胞培養容器の具体的構成例>
図6は、本実施形態の細胞培養容器(シャーレ)の外観斜視図で、上述の図5のヒータ/サーミスタを用いた細胞培養容器(シャーレ)の一例である。
<Specific configuration example of cell culture vessel>
FIG. 6 is an external perspective view of the cell culture container (petri dish) of this embodiment, which is an example of the cell culture container (petri dish) using the heater / thermistor of FIG. 5 described above.

図6の参照番号は、図3及び図5の同じ番号と同様である。すなわち、121−2(123−2)は5×5ドットのヒータ/サーミスタ、121a−2(123a−2)は配線及び入出力端子、127は囲い、128はシリコーン樹脂である。尚、図6にはポリマ層や細胞培養液は図示していない。   The reference numbers in FIG. 6 are the same as the same numbers in FIGS. 3 and 5. That is, 121-2 (123-2) is a 5 × 5 dot heater / thermistor, 121a-2 (123a-2) is a wiring and input / output terminal, 127 is enclosed, and 128 is a silicone resin. In FIG. 6, the polymer layer and the cell culture solution are not shown.

<本実施形態の細胞培養システムの制御ブロック例>
図7は、本実施形態の細胞培養システムの制御ブロックの例を示す図である。尚、図7には、本実施形態に関連のある部分のみを示し、パソコン600のOSなどや温度コントローラ400の温度コントロール部などの既知で汎用的な要素は図示していない。
<Example of control block of cell culture system of this embodiment>
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a control block of the cell culture system of the present embodiment. FIG. 7 shows only parts related to the present embodiment, and does not show known and general-purpose elements such as the OS of the personal computer 600 and the temperature controller of the temperature controller 400.

(温度コントロール・モニタ用パソコン)
温度コントロール・モニタ用パソコン600は、演算制御用のCPU610、固定プログラム及びパラメータを格納するROM620、CPU610のプログラム実行時に一時記憶として使用されるRAM630、ディスクやCDなどの画部記憶部640を有する。
(Temperature control monitor PC)
The temperature control / monitor personal computer 600 includes a CPU 610 for operation control, a ROM 620 for storing fixed programs and parameters, a RAM 630 used as a temporary storage when the CPU 610 executes a program, and an image storage unit 640 such as a disk or CD.

本実施形態では、RAM630に、温度コントローラ400に設定する制御パラメータ631が記憶される。制御パラメータ631には、培養細胞種類631a、細胞培養容器の位置及び/又はヒータ番号631b、ヒータの入/断のフラグ631c、ヒータ領域の設定温度631d、サーミスタによる測定温度631e、ヒータ入力の設定時間631f、ヒータ入力の現在の経過時間631gが含まれる。各細胞培養容器又は各ヒータ毎に制御パラメータ631が設定される。かかる制御パラメータ631は、制御情報入出力モジュール642bが実行されて、表示部653に入力画面が表示されて、オペレータが入力画面に入力することで設定される。尚、測定温度631eは細胞培養中の環境履歴を保持するために必要で、環境履歴を要しない場合は読み込む必要はない。又、制御パラメータ631の設定を制御パラメータテーブル641に予め格納されたあるいは学習された内容に従って、オペレータが入力/選択するようにすると望ましい。   In the present embodiment, the RAM 630 stores a control parameter 631 that is set in the temperature controller 400. Control parameters 631 include cultured cell type 631a, cell culture container position and / or heater number 631b, heater on / off flag 631c, heater area set temperature 631d, thermistor measured temperature 631e, heater input set time 631f, the current elapsed time 631g of the heater input is included. A control parameter 631 is set for each cell culture container or each heater. The control parameter 631 is set when the control information input / output module 642b is executed, an input screen is displayed on the display unit 653, and an operator inputs the input screen. Note that the measurement temperature 631e is necessary for maintaining the environmental history during cell culture, and it is not necessary to read it if the environmental history is not required. Further, it is preferable that the operator inputs / selects the setting of the control parameter 631 in accordance with the contents stored or learned in advance in the control parameter table 641.

RAM630のプログラムロード領域632は、外部記憶部640に記憶される本実施形態の関わるアプリケーションプログラムをCPU610が実行するためにロードする領域である。   The program load area 632 of the RAM 630 is an area where the CPU 610 loads an application program related to the present embodiment stored in the external storage unit 640.

外部記憶部640には、標準の制御パラメータや設定された履歴などを記憶する制御パタメータテーブル641が記憶される。又、プログラム記憶領域642は、温度コントロール400を制御する温度コントロール制御モジュール642a、制御パラメータの入力あるいは現在の状況や履歴の出力を制御する制御情報入出力モジュール642b、本例ではオプショナルである冷却手段を制御する冷却手段制御モジュール642cや細胞培養の履歴を蓄積する培養履歴蓄積モジュール642dを有する。   The external storage unit 640 stores a control parameter table 641 that stores standard control parameters, a set history, and the like. The program storage area 642 includes a temperature control control module 642a for controlling the temperature control 400, a control information input / output module 642b for controlling the input of control parameters or the output of the current status and history, and an optional cooling means in this example. And a culture history storage module 642d for storing a history of cell culture.

温度コントロール・モニタ用パソコン600は、更に、入出力インタフェース650を有し、入力機器であるキーボード651、マウス652、出力機器である表示部653をインターフェースすると共に、温度コントローラ400、オプショナルに冷却手段制御装置500や他の周辺機器、例えば室温などを図る各種センサや培養用ガスを制御するなどの各種制御や、さらに細胞培養の経過を撮影するカメラなどがインターフェースされる。   The temperature control / monitor personal computer 600 further includes an input / output interface 650 for interfacing with a keyboard 651 and a mouse 652 as input devices and a display unit 653 as an output device, and with a temperature controller 400 and optionally controlling cooling means. The apparatus 500 and other peripheral devices, for example, various sensors for controlling the room temperature, various controls such as controlling the culture gas, and a camera for photographing the progress of cell culture are interfaced.

(温度コントローラ)
温度コントローラ400は、既存の温度制御、すなわちサーミスタからの測定温度に基づいてヒータを制御して設定された目標温度に制御する温度制御(かかる温度制御はハードウエアであってもソフトウエアであっても良い)を実現するために、温度コントロール・モニタ用パソコン600により設定された、あるいはサーミスタからの測定温度を記憶する制御パラメータの記憶部410を有する。尚、制御パラメータ410はハードウエア制御であればレジスタに、ソフトウエア制御であればメモリに記憶される。
(Temperature controller)
The temperature controller 400 is an existing temperature control, that is, a temperature control that controls a heater based on a measured temperature from a thermistor to a set target temperature (the temperature control is hardware or software). In other words, the control parameter storage unit 410 has a control parameter storage unit 410 configured to store the measured temperature set by the temperature control / monitor personal computer 600 or from the thermistor. The control parameter 410 is stored in a register if hardware control is performed, and is stored in a memory if software control is performed.

制御パラメータ410は、各ヒータ/サーミスタに対応して記憶されている。例えば、図2の細胞培養容器120aが図4の渦巻きパターンで、細胞培養容器120bがドットパターンである場合の例とする。   The control parameter 410 is stored corresponding to each heater / thermistor. For example, assume that the cell culture container 120a in FIG. 2 has the spiral pattern in FIG. 4 and the cell culture container 120b has a dot pattern.

細胞培養容器120aに対応して、培養容器(この場合はヒータと同じ)a411のパラメータとしては、培養容器aのヒータ121aに対するヒータ入/断フラグ411a、設定温度411b、培養容器aのサーミスタ123aからの測定温度411cを有する。   Corresponding to the cell culture vessel 120a, the parameters of the culture vessel (in this case, the same as the heater) a411 include the heater on / off flag 411a for the heater 121a of the culture vessel a, the set temperature 411b, and the thermistor 123a of the culture vessel a. Measurement temperature 411c.

細胞培養容器120bの5×5の1つのヒータb1(413)に対応して、パラメータとしては、培養容器bのヒータb1(121b1)に対するヒータ入/断フラグ413a、設定温度413b、培養容器bのサーミスタb1(123b1)からの測定温度413cを有する。細胞培養容器120bの5×5の1つのヒータb2(414)に対応して、パラメータとしては、培養容器bのヒータb2(121b2)に対するヒータ入/断フラグ414a、設定温度414b、培養容器bのサーミスタb2(123b2)からの測定温度414cを有する。   Corresponding to one 5 × 5 heater b1 (413) of the cell culture vessel 120b, parameters include a heater on / off flag 413a for the heater b1 (121b1) of the culture vessel b, a set temperature 413b, and a culture vessel b It has a measurement temperature 413c from the thermistor b1 (123b1). Corresponding to one 5 × 5 heater b2 (414) of the cell culture vessel 120b, parameters include a heater on / off flag 414a for the heater b2 (121b2) of the culture vessel b, a set temperature 414b, and a culture vessel b It has a measurement temperature 414c from the thermistor b2 (123b2).

(ヒータ/サーミスタ)
培養チャンバ100内には、細胞培養容器aには渦巻きパターンのヒータ121a、サーミスタ123aがあり、一方、細胞培養容器bには5×5ドットパターンのヒータb1、ヒータb2、…と、サーミスタb1、サーミスタb2、…があり、サーミスタの測定温度を温度コントローラ400に送り、温度コントローラ400によりヒータが制御される。
(Heater / Thermistor)
Within the culture chamber 100, the cell culture container a has a spiral heater 121a and the thermistor 123a, while the cell culture container b has a 5 × 5 dot pattern heater b1, heater b2,. There are thermistors b2,..., The measured temperature of the thermistor is sent to the temperature controller 400, and the heater is controlled by the temperature controller 400.

<本実施形態の温度コントロール・モニタ用パソコンの制御手順例>
図8は、本実施形態における温度コントロール・モニタ用パソコン600の制御手順例を示すフローチャートである。尚、かかる制御手順における各ステップの動作は、汎用のコンピュータで実現可能である。
<Control procedure example of temperature control / monitor personal computer of this embodiment>
FIG. 8 is a flowchart showing a control procedure example of the temperature control / monitoring personal computer 600 in the present embodiment. The operation of each step in the control procedure can be realized by a general-purpose computer.

まず、ステップS81で制御パラメータを入力する入力画面を表示部653に表示し、ステップS82でオペレータの入力を待つ。必要な入力がされ、オペレータがOKを入力するとステップS83に進んで、温度コントローラ400にステップS81で入力された制御パラメータから必要な制御パラメータを送信して設定する。   First, in step S81, an input screen for inputting a control parameter is displayed on the display unit 653, and an input from the operator is awaited in step S82. If necessary input is made and the operator inputs OK, the process proceeds to step S83, and the necessary control parameters are transmitted to the temperature controller 400 from the control parameters input in step S81 and set.

ステップS84では、温度コントローラ400からの細胞培養開始の状況を確認して、OKであれば(例えば、細胞培養装置がレディー:電源や回路動作、培養チャンバや滅菌蓋のセット、培養用ガスの状態など)、細胞培養のモニタを開始する。   In step S84, the status of cell culture start from the temperature controller 400 is confirmed, and if it is OK (for example, the cell culture device is ready: power supply, circuit operation, culture chamber, sterilization lid set, culture gas status, etc. Etc.), start monitoring cell culture.

ステップS85では温度コントローラ400から培養履歴情報(温度履歴、カメラが設置されていれば増殖状態など)を取得し、ステップS86で培養状況を蓄積し表示する。尚、培養履歴情報と共に、イベントの発生(装置の故障や増殖状態の異常など)もステップS85で監視し、ステップS86で警報や警告メッセージの表示なども行なう。ステップS87では、細胞培養の終了を判断し、終了でなければステップS85に戻ってステップS85乃至S87を繰り返す。   In step S85, culture history information (temperature history, growth state if a camera is installed, etc.) is acquired from the temperature controller 400, and the culture state is accumulated and displayed in step S86. In addition to the culture history information, the occurrence of an event (device failure, abnormal growth state, etc.) is monitored in step S85, and an alarm or warning message is displayed in step S86. In step S87, the end of the cell culture is determined. If not, the process returns to step S85 and steps S85 to S87 are repeated.

尚、本実施形態において、細胞培養容器単位あるいは容器内の部分領域単位で、細胞の剥離・回収を行なう場合は、培養用ガスを止めて培養チャンバを開ける。その時は温度コントロール・モニタ用パソコン600から剥離・回収を行なう細胞培養容器又は容器内の部分領域のヒータを断にして、温度が30℃以下になったことを確認してから行なうが、温度コントローラ400は他の細胞培養容器又は容器内の部分領域の温度制御は継続する。かかる操作も上記イベントに含まれ、操作終了後は細胞培養装置のレディーが再確認される。   In this embodiment, when detaching and collecting cells in units of cell culture containers or in partial areas in the containers, the culture gas is stopped and the culture chamber is opened. At that time, turn off the cell culture container to be peeled and collected from the temperature control / monitor personal computer 600 or the heater in the partial area in the container, and confirm that the temperature has become 30 ° C. or less. In 400, temperature control of another cell culture container or a partial region in the container is continued. Such an operation is also included in the event, and after the operation is completed, the ready of the cell culture apparatus is reconfirmed.

本実施形態の細胞培養システムの構成例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the structural example of the cell culture system of this embodiment. 培養チャンバ及び冷却手段の構成例を示す2方向からの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view from 2 directions which shows the structural example of a culture chamber and a cooling means. 細胞培養容器120の切断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows the cut surface of the cell culture container 120 typically. 本実施形態におけるヒータ/サーミスタのパターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the pattern of the heater / thermistor in this embodiment. 本実施形態におけるヒータ/サーミスタのパターンの他例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the pattern of the heater / thermistor in this embodiment. 本実施形態の細胞培養容器(シャーレ)の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the cell culture container (petri dish) of this embodiment. 本実施形態の細胞培養システムの制御ブロックの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the control block of the cell culture system of this embodiment. 本実施形態における温度コントロール・モニタ用パソコンの制御手順例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a control procedure of the personal computer for temperature control and monitoring in this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100 培養チャンバ
110 冷却手段
120 細胞培養容器
121 ヒータ・パターン
121a ヒータ用配線及び入出力端子・パターン
122 絶縁層
123 サーミスタ・パターン
123a サーミスタ用配線及び入出力端子・パターン
124 ポリスチレン層
125 イソプロピル・アクリルアミド層
126 細胞培養液
127 囲い
128 シリコーン樹脂
130 排熱用ファン
140 ペルチェ素子とヒートシンク
150 排熱用フィン
160 基板(シリコンまたはガラス)
200 滅菌蓋
300 培養用ガス
400 加熱手段制御装置
500 冷却手段制御装置
600 温度コントローラ・ミニタ用パソコン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Culture chamber 110 Cooling means 120 Cell culture container 121 Heater pattern 121a Heater wiring and input / output terminal / pattern 122 Insulating layer 123 Thermistor pattern 123a Thermistor wiring and input / output terminal / pattern 124 Polystyrene layer 125 Isopropyl acrylamide layer 126 Cell culture fluid 127 Enclosure 128 Silicone resin 130 Heat exhaust fan 140 Peltier element and heat sink 150 Heat exhaust fin 160 Substrate (silicon or glass)
200 Sterilization lid 300 Cultivation gas 400 Heating means control device 500 Cooling means control device 600 PC for temperature controller / minita

Claims (17)

生物の細胞を培養する細胞培養器具であって、
少なくとも1枚の平板に配置されて前記平板の表面温度を制御するための少なくとも1つのヒータと、
前記ヒータと対をなす温度計測手段と、
前記温度計測手段により検出された温度により前記ヒータの温度を自立的に制御する制御回路との接続端子と、
前記平板の裏面を冷却する冷却手段と、
前記ヒータ及び温度計測手段の上面に形成された、温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層と、
前記表面温度制御手段及び薄膜状ポリマを含む領域に細胞培養液を貯留させる貯留手段とを備えることを特徴とする細胞培養器具。
A cell culture device for culturing cells of a living organism,
At least one heater disposed on at least one flat plate to control the surface temperature of the flat plate;
Temperature measuring means paired with the heater;
A connection terminal with a control circuit that autonomously controls the temperature of the heater based on the temperature detected by the temperature measuring means;
Cooling means for cooling the back surface of the flat plate;
A thin film polymer layer formed on the upper surface of the heater and the temperature measuring means, wherein hydrophilicity and hydrophobicity are switched depending on temperature,
A cell culture device comprising: a storage means for storing a cell culture solution in a region containing the surface temperature control means and the thin film polymer.
前記貯留手段の領域は、前記ヒータの存在しない領域を含むことを特徴とする請求項1記載の細胞培養器具。   2. The cell culture instrument according to claim 1, wherein the region of the storage means includes a region where the heater is not present. 前記ヒータは、前記貯留手段の領域内にうず巻き状に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載の細胞培養器具。   The cell culture instrument according to claim 1 or 2, wherein the heater is arranged in a spiral shape in the region of the storage means. 前記ヒータは、前記貯留手段の領域内に碁盤目状に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載の細胞培養器具。   The cell culture instrument according to claim 1 or 2, wherein the heater is arranged in a grid pattern in the area of the storage means. 前記ヒータは、半導体プロセス技術を用いてパターン化されていることを特徴とする請求項3又は4記載の細胞培養器具。   The cell heater according to claim 3 or 4, wherein the heater is patterned using a semiconductor process technology. 前記温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層は、イソプロピル・アクリルアミドを含むことを特徴とする請求項1記載の細胞培養器具。   The cell culture device according to claim 1, wherein the thin film polymer layer whose hydrophilicity and hydrophobicity are switched depending on the temperature contains isopropyl acrylamide. 前記表面温度制御手段と薄膜状ポリマ層との間に、前記薄膜状ポリマ層の形成を促進するための第2のポリマ層を更に備えることを特徴とする請求項1記載の細胞培養器具。   The cell culture instrument according to claim 1, further comprising a second polymer layer for promoting the formation of the thin film polymer layer between the surface temperature control means and the thin film polymer layer. 前記第2のポリマ層は溶融塗布により形成されたポリスチレンを含むことを特徴とする請求項7記載の細胞培養器具。   The cell culture device according to claim 7, wherein the second polymer layer includes polystyrene formed by melt coating. 生物の細胞を培養する細胞培養装置であって、
少なくとも1枚の平板に配置されて前記平板の表面温度を制御する少なくとも1つの表面温度制御手段であって、少なくとも1つのヒータと、前記ヒータと対をなす温度計測手段と、前記温度計測手段により検出された温度により前記ヒータの温度を自立的に制御する制御回路とを有する表面温度制御手段と、
前記平板の裏面を冷却する冷却手段と、
前記表面温度制御手段を覆い、ガス交換が可能なチャンバとを備え、
温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層を底面に形成した培養容器を乗せて細胞培養を行なうことを特徴とする細胞培養装置。
A cell culture device for culturing cells of a living organism,
At least one surface temperature control means arranged on at least one flat plate to control the surface temperature of the flat plate, comprising at least one heater, a temperature measuring means paired with the heater, and the temperature measuring means. A surface temperature control means having a control circuit for autonomously controlling the temperature of the heater according to the detected temperature;
Cooling means for cooling the back surface of the flat plate;
A chamber covering the surface temperature control means and capable of gas exchange;
A cell culture apparatus for carrying out cell culture by placing a culture vessel having a thin film polymer layer on its bottom surface, which switches between hydrophilicity and hydrophobicity depending on temperature.
前記培養容器の底面領域は、前記ヒータの存在しない領域を含むことを特徴とする請求項9記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 9, wherein a bottom region of the culture vessel includes a region where the heater is not present. 前記ヒータは、前記培養容器の底面領域内にうず巻き状に配置されることを特徴とする請求項9又は10記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 9 or 10, wherein the heater is spirally arranged in a bottom area of the culture vessel. 前記ヒータは、前記培養容器の底面領域内に碁盤目状に配置されることを特徴とする請求項9又は10記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 9 or 10, wherein the heaters are arranged in a grid pattern in a bottom region of the culture vessel. 前記ヒータは、半導体プロセス技術を用いてパターン化されていることを特徴とする請求項11又は12記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 11 or 12, wherein the heater is patterned using a semiconductor process technology. 前記温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層は、イソプロピル・アクリルアミドを含むことを特徴とする請求項9記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 9, wherein the thin film polymer layer whose hydrophilicity and hydrophobicity are switched depending on the temperature contains isopropyl acrylamide. 前記培養容器は、前記表面温度制御手段と薄膜状ポリマ層との間に、前記薄膜状ポリマ層の形成を促進するための第2のポリマ層を更に備えることを特徴とする請求項9記載の細胞培養装置。   The said culture container is further provided with the 2nd polymer layer for accelerating formation of the said thin film polymer layer between the said surface temperature control means and a thin film polymer layer. Cell culture device. 前記第2のポリマ層は溶融塗布により形成されたポリスチレンを含むことを特徴とする請求項15記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 15, wherein the second polymer layer includes polystyrene formed by melt coating. 生物の細胞培養を管理する細胞培養システムであって、
生物の細胞を培養する細胞培養装置と該細胞培養装置をモニタ及び管理するコンピュータとを有し、
前記細胞培養装置は、
少なくとも1枚の平板に配置されて前記平板の表面温度を制御する少なくとも1つの表面温度制御手段であって、少なくとも1つのヒータと、前記ヒータと対をなす温度計測手段と、前記温度計測手段により検出された温度により前記ヒータの温度を自立的に制御する制御回路とを有する表面温度制御手段と、
前記平板の裏面を冷却する冷却手段と、
前記表面温度制御手段を覆い、ガス交換が可能なチャンバとを備え、
温度によって親水性と疎水性とが切り替わる薄膜状ポリマ層を底面に形成した培養容器を乗せて、前記コンピュータによるモニタ及び管理に従って細胞培養を行なうことを特徴とする細胞培養システム。
A cell culture system for managing cell culture of organisms,
A cell culture device for culturing living cells and a computer for monitoring and managing the cell culture device;
The cell culture device comprises:
At least one surface temperature control means arranged on at least one flat plate to control the surface temperature of the flat plate, comprising at least one heater, a temperature measuring means paired with the heater, and the temperature measuring means. A surface temperature control means having a control circuit for autonomously controlling the temperature of the heater according to the detected temperature;
Cooling means for cooling the back surface of the flat plate;
A chamber covering the surface temperature control means and capable of gas exchange;
A cell culture system characterized in that a cell culture is carried out in accordance with monitoring and management by the computer, with a culture vessel on which a thin film polymer layer whose hydrophilicity and hydrophobicity are switched depending on temperature is formed.
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