JP5459817B2 - 多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置 - Google Patents

Description

本願発明は、再生医療や研究用途等で使用する自動細胞培養装置に関する。

近年、人体の皮膚、軟骨、血管、臓器等の細胞、組織等を取り出して、体外で培養した後、同一人又は他人の治療に使用するという再生医療が発達し、一部は実用化され始めている。

このような再生医療等における細胞の培養としては、培養容器内に栄養分が添加された液体培地を供給し、その液体培地に細胞を播種して所定の培養条件の下、培養器であるインキュベータ内で培養させている。この際、定期的に使用済み培地の排出、新しい培地の供給等の培地交換作業を行ったり、継代操作を行っている。このような作業は一般的に作業者が手作業で行っているが、作業に多くの時間と労力を要している。しかも、作業者の介在によるコンタミネーション（汚染）防止のための対策に多くの費用を要している。そのため、ロボットを使用した装置の開発も考えられている。

この種の従来技術として、直交型の搬送ロボットによって多段のインキュベータから培養容器を取り出し、取り出した培養容器をコンベアで所定位置に搬送し、培養容器の蓋を専用の蓋取りロボットで取り外した後、コンベアで所定位置まで搬送して培養容器内の培地の排出と供給とを専用機械で行うようにした自動培地交換装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、この特許文献１には、ロボットをコンピュータ制御することにより、液体の培地の交換時には、容器を傾斜させた後、ピペットで古い培地を吸引し、新しい培地を供給する作業を、専用機械により実現させる自動培地交換方法も示されている。
特開２００２−２６２８５６号公報（第５−７頁、図１，２）

しかしながら、前記特許文献１記載の自動培地交換装置は直交型であるため、多段のインキュベータから培養容器を取り出したり、その培養容器を培養操作部に搬送して蓋を取る作業、培地の排出、供給を行う交換作業等を行うために広い作業スペースが必要となる上、把持物の姿勢や方向を変化させることが不可能である。しかも多くのロボットを連携させながら一連の作業を行わなければならないため、複雑な制御が必要であると共に多くの時間を要してしまう。その上、複数のロボットにおいてコンタミネーション防止のための対策も必要となる。

ところで、細胞培養を行う細胞は培養容器の底面に付着して増殖し、底面が一杯になると増えなくなる。そのため、増えた細胞を複数の培養容器に分ける継代作業が必要となる。この継代時には、細胞剥離薬剤（例えば、トリプシン）を少量、容器内に供給（添加）し、培養容器底面に付着した細胞を剥離させる。しかし、この細胞剥離薬剤はタンパク質を溶かすので「細胞にとって有害」であるため、少量かつ短期間の使用が望ましい。そのため、例えば、この細胞の剥離作業を作業者が手作業で行う場合には、少量の薬剤を使用し、培養容器を２次元的に傾けることによって少量の薬剤を全体に行き渡らせることにより細胞全体を剥離させるような作業を行っている。

しかし、従来の直交型自動化装置では、このように培養容器を傾けながら少量の薬剤を全体に行き渡らせるような操作は実現困難であるため、薬剤を薄めて（又は同じ濃度のままで）多めに供給（例えば、水平状態で細胞全体が薬剤中に浸るような量の薬剤を供給）することにより、同様の効果を実現している。しかしながら、多くの薬剤を使用した場合には、細胞が破壊される可能性が高くなり、好ましくない。

一方、再生医療等の分野においては、ドナー不足や、自家細胞を用いることによる免疫拒絶から解放されることなどから、今後、様々な臨床科目の細胞培養や、大量の細胞培養が必要になると考えられている。

そこで、本願発明は、培養容器の搬送操作や、培地交換操作等を、多関節型ロボットを使用することによって迅速に行うことができる自動細胞培養装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本願発明は、培養容器内の細胞を培養させる培養装置本体を設け、該培養装置本体内に、前記培養容器を収納するインキュベータと、該培養容器内の薬剤を吸引する薬剤吸引機と、前記培養容器の搬送、該培養容器の蓋の着脱および該培養容器内の薬剤吸引時に容器を傾斜させる機能を具備する多関節型ロボットを備えている。このように多関節型ロボットを使用して、培養容器の搬送、該培養容器の蓋の着脱、該培養容器内の薬剤吸引時の容器の傾斜、等を行わせることにより、１台のロボットによって細胞培養の作業を迅速に行うことができる。そして、前記多関節型ロボットは、ロボットアームの先端に設けられた、対向して近接又は離間する一対の把持アームを有し、各把持アームは、先端部分に設けられた矩形断面の矩形部と、当該矩形部の他方の矩形部と対向する内側に設けられた切り欠き円弧形状の容器把持部とを有している。なお、容器把持部の切り欠き円弧の径は、容器把持部で把持する円形培養容器よりも小径であることがよい。このような多関節型ロボットの一対の把持アームでは、容器把持部の切り欠き円弧の両端角部で培養容器の円形部と接触して、当該培養容器を把持することができるので、異なる径の円形培養容器を安定してハンドリングすることができる。さらに、前記多関節型ロボットの前記各把持アームは、前記矩形部の前記容器把持部よりも先端側で他方の矩形部と対向する内側に設けられた、上下方向に連続する切り欠き円弧形状の管把持部を有することが望ましい。なお、管把持部の切り欠き円弧の径は、管把持部で把持する管よりも小径であることがよい。このような多関節型ロボットの一対の把持アームでは、管把持部の切り欠き円弧の両端角部で管（遠心管やピペット等）の周囲と接触して当該管を把持することができるので、異なる径の管を安定してハンドリングすることができる。

また、この自動細胞培養装置において、前記培養装置本体内に、前記培養容器内に薬剤を供給する薬剤供給機を設け、前記多関節型ロボットに、該薬剤供給機で前記培養容器内へ少量の薬剤を供給する際に培養容器を傾斜させる機能を具備させれば、培養容器内への薬剤供給時に容器の底面を傾けて少量の薬剤を培養容器内の全体に行き渡らせることができる。

また、この自動細胞培養装置において、前記把持アームを近接又は離間させる駆動手段をエア駆動手段で構成すれば、培養容器の把持力を安定させることが容易にできる。

さらに、前記自動細胞培養装置において、前記培養容器の底面側から該培養容器内の細胞画像を取得する細胞画像取得装置を設け、該細胞画像取得装置に、前記取得画像から細胞が培養容器底面から剥離したことを画像認識する画像認識機能を具備させると共に、該画像認識を培養容器の複数箇所で確認する機能を具備させれば、培養容器から細胞が剥離したことを自動的に認識して継代等の細胞培養作業を進めることができる。

また、前記自動細胞培養装置において、前記培養装置本体に、前記薬剤吸引機と前記薬剤供給機とを配置する培養操作部を設け、該培養操作部を密閉扉で密閉可能に構成し、該培養操作部の内部をオートクレーブ滅菌する滅菌装置を設けて、オートクレーブ滅菌で汚染防止を図るようにしてもよい。

その上、この自動細胞培養装置において、前記多関節型ロボットの把持部先端に、対向して近接又は離間する把持アームを設け、該把持アームの先端部を矩形断面の矩形部に形成し、該矩形部の基部側に、径が漸増する円形断面のテーパ部を形成し、前記培養操作部の密閉扉に、該把持アームを挿入することが可能な挿入孔を設け、該挿入孔と把持アームとの間に、該挿入孔に把持アームを挿入した時に該把持アームの周囲をシールするシール機構を設ければ、把持アームの先端部分を培養操作部内でオートクレーブ滅菌することができる。

本願発明は、以上説明したような手段により、多くの自由度を備えた多関節型ロボットを使用して、培養容器の搬送だけでなく、培養操作にもロボットを使用することで、余分な専用機械を省き、低コスト化と、専用機械では難しい熟練作業者の作業の再現や、汚染に強くすることが可能となる。

以下、本願発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の自動細胞培養装置に設けた多関節型ロボットの一実施の形態を示す斜視図であり、図２は図１に示す多関節型ロボットの把持アームを示す図面で、(a) は平面図、(b) はII−II断面図である。図３は図２に示す把持アームの側面図であり、図４は同把持アームの正面図である。まず、これらの図面に基いて多関節型ロボットを説明する。

図１に示すように、多関節型ロボット１には、固定部２の上部で軸ａの周りの水平面内で旋回可能なベース部３と、このベース部３の上部で軸ｂの周りの垂直面内で傾倒可能な第１アーム部４と、この第１アーム部４の先端側で軸ｃの周りの垂直面内で傾倒可能な第２アーム部５と、この第２アーム部５の先端で軸ｄの周りで回動可能な第２アーム先端部５ａ（図示するＵ字状先端部）と、この第２アーム先端部５ａの先端側で軸ｅの周りの垂直面内で傾倒可能なハンド部６とが設けられている。また、このハンド部６は、軸ｆの周りで回動可能に構成されており、その先端には、把持アーム７が設けられている。この把持アーム７は、対向するアーム部材１１が近接又は離間するように構成されている。

このような多関節型ロボット１を使用すれば、図１に前記軸に対応した矢印Ａ〜Ｆと矢印Ｇで示すように、ベース部３の旋回（矢印Ａ）、第１アーム部４の傾倒（矢印Ｂ）、第２アーム部５の傾倒（矢印Ｃ）、アーム先端部５ａの回動（矢印Ｄ）、ハンド部６の傾倒（矢印Ｅ）と回動（矢印Ｆ）、把持アーム７の幅調整（矢印Ｇ）、の「７」自由度（位置決めに対しては６自由度）で、様々な作業を１台で行うことができる。この多関節型ロボット１としては、図示するような自由度を備えていれば、他の構成であってもよい。

図２〜４に示すように、前記把持アーム７は、ハンド部６に固定される支持部材８と、この支持部材８の前部に設けられたリニアガイド９と、このリニアガイド９に沿ってスライドするスライド部材１０と、このスライド部材１０に固定されたアーム部材１１とから構成されている。これにより、支持部材８は、ハンド部６の前端部分の回転によって回転可能に構成され、アーム部材１１が固定されたスライド部材１０が、支持部材８の前部に設けられたリニアガイド９に沿って、近接又は離間（図２に示す状態では二点鎖線で示すように上下方向）するように構成されている。

前記アーム部材１１は、先端部に矩形断面で所定長さの矩形部１２が形成され、この矩形部１２の基部に、径が漸増する円形断面のテーパ部１３が形成され、このテーパ部１３の基部側に所定径の円形断面で所定長さの円形部１４が形成されている。この円形部１４がスライド部材１０のスライド方向と直交するように固定されている。

そして、前記矩形部１２に、培養容器１５（ディッシュ）等を挟んで把持するための把持部１６が形成されている。この把持部１６は、培養容器１５を挟むための容器把持部１７と、遠心管１８やピペット等を挟むための管把持部１９とから構成されている。

容器把持部１７は、図２(a),(b) に図示するように、対向する矩形部１２の内側上部を円弧状に一部切り欠くことにより形成されている。この容器把持部１７の切り欠き円弧は、培養容器１５を挟んだ時に両端角部で培養容器１５と二点接触して支持する円弧で形成されている。つまり、培養容器１５の外径よりも小径の円弧で形成されている。

また、この容器把持部１７は、図示するように内側上部のみを切り欠くことにより、この切り欠き部の下部に残った部分で培養容器１５の下面、又は蓋１５ａ（図７）の上面を支持することができるようにしている。なお、図２では矩形部１２の内側上部を切り欠いているが、この把持アーム７は回動可能に構成されているので、１８０度回動した時には内側下部が切り欠かれた状態となる。

さらに、前記管把持部１９は、図示するように、対向する矩形部１２の内側の上下方向に連なって形成されており、遠心管１８やピペット等を挟んだ時に両端角部で二点接触して支持するような円弧で形成されている。つまり、遠心管１８やピペット等の外径よりも小径の円弧で形成されている。

図５は図１に示す多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置の一部を示す平面図であり、図６は同自動細胞培養装置の縦断面図である。これらの図に基いて、前記多関節型ロボット１を備えた自動細胞培養装置の一例を説明する。

図示するように、多関節型ロボット１が設けられた培養装置本体２０には、インキュベータ２１と、培養操作部２２とが設けられている。インキュベータ２１には、複数の培養容器１５を収納した状態で密閉できるように密閉扉２３が設けられている。培養操作部２２には、ターンテーブル２４と、ピペット装置２５と、ピペットチップ置き場２６と、遠心管ハンドリング装置２７とが備えられている。このピペット装置２５が薬剤吸引機と薬剤供給機を兼ねており、培養容器１５内の培地（薬剤）を排出する培地排出機と、培養容器１５内に培地（薬剤）を供給する培地供給機と、培養容器１５内に細胞剥離薬剤（薬剤）を供給する薬剤供給機の機能を備えている。

なお、この培養操作部２２の側部（図の下側）には、前記遠心管ハンドリング装置２７によって遠心管１８内に移された細胞等から、細胞と薬剤等の液体とを分離する遠心分離器２８が設けられている。

さらに、この実施形態では、この培養操作部２２を密閉する密閉扉２９が設けられており、この密閉扉２９を閉じれば培養操作部２２を密閉できるように構成されている。この密閉扉２９を閉じることにより、培養操作部２２の内部のみをオートクレーブ滅菌できるように構成されている。このオートクレーブ滅菌は、図示しない滅菌装置から供給される高圧蒸気によって行われる。

以上のように構成された多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置３０による主な操作を以下に説明する。

図７(a),(b) は、本願発明の自動細胞培養装置における多関節型ロボットによる操作の一例を示す斜視図である。この操作は、培養容器の蓋の着脱操作である。図７(a) に示すように操作場所に培養容器１５を置いた状態で、多関節型ロボット１の把持アーム７に設けたアーム部材１１の容器把持部１７を下向きにして蓋１５ａを把持し、ハンド部６の動作制御によって培養容器１５の蓋１５ａの着脱を行う。

このように、多関節型ロボット１を使用することで、ロボット１の把持アーム７で搬送した培養容器１５を培養操作部２２内に置いた後、同じ把持アーム７を使って蓋１５ａを取ることにより、専用機械を使用せずに蓋取り作業を実現できる。

図８は、本願発明の自動細胞培養装置における多関節型ロボットによる操作の他の例を示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は側面視の縦断面した模式図である。この操作は、培地交換時の容器の傾斜操作である。培養容器１５から使用済み培地３１を吸引して排出する場合、使い終わった使用済み培地３１等は、できる限り吸引して排出する必要があるため、図８(b) に示すように、培養容器１５を傾斜させた角部から吸引するようにしている。

この場合、図８(a) に示すように、多関節型ロボット１の把持アーム７に設けたアーム部材１１の容器把持部１７で培養容器１５を把持し、ハンド部６の動作制御によって培養容器１５を所定の角度で傾斜させ、図８(b) に示すように、培地排出機（２５）のピペット（吸引機）の先端に設けたピペットチップ３２を培養容器１５の下部角部に位置させて吸引すれば、使用済み培地３１や薬剤等をできる限り排出することができる。

図９は、本願発明の自動細胞培養装置における多関節型ロボットによる操作の更に他の例を示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は側面視の一部断面図である。この操作は、剥離薬剤供給時の培養容器の２次元的な傾斜操作である。

培養容器１５内で培養した細胞の継代（培養容器１５内で増えた細胞を複数の培養容器に分ける）作業時には、剥離薬剤３３（通常は消化酵素であるトリプシンが使用される）を少量使用し、培養容器１５の底面に付着した細胞３４を剥離させる。しかし、この剥離薬剤３３は、培養中の細胞にとって有害であるため、可能な限り少量かつ短時間で処理を行う必要がある。少量の剥離薬剤を短時間で培養容器１５の全体に行き渡らせるためには、培養容器１５を２次元的に傾斜させる操作が不可欠である。

この実施形態の場合、このように培養容器１５を２次元的に傾斜させる操作（図示するように、培養容器１５の周囲を傾斜させるような操作）を多関節型ロボット１のハンド部６に行わせることにより、作業者と同様の傾け方が可能となり、薬剤使用量を少量にできる。

以上のように、多関節型ロボット１を備えた自動細胞培養装置３０により、多関節型ロボット１を培養容器１５の搬送のみでなく、培養容器１５の蓋１５ａの着脱、培地吸引時の培養容器１５の傾斜、剥離薬剤供給時の培養容器１５の２次元的な傾斜等、培養操作の様々な操作に使用することで、余分な専用機械が省かれ、自動細胞培養装置３０を簡略化して自動細胞培養装置３０の低コスト化が実現できると共に、装置がシンプルになるので、汚染が起こる可能性のある箇所を減らしてコンタミネーション（汚染）に強くすることが可能となる。しかも、専用機械では難しい熟練作業者の作業の再現が可能になると共に、操作を複数の機械で連携させる必要がなくなるので、動作制御をシンプルにすることができる。

さらに、細胞の継代時には、薬剤の使用量を少量にでき、薬剤の過剰使用による細胞死、および細胞活性の低下を防ぐことができる。

この継代時には、培養容器１５から剥離された細胞が遠心管１８に移され、この遠心管１８が遠心分離器２８の所定位置に搬送される、この遠心管１８の搬送は、多関節型ロボット１の把持アーム７に形成された管把持部１９によって遠心管１８を安定して把持した状態で行われる。

このようにして遠心分離器２８に搬送された遠心管１８内の細胞は、遠心分離によって薬剤等の液体と分離される。この分離された上部の液体は捨てられ、下部の細胞は新たに培地が供給された培養容器１５へと分けて移される。この作業は、培養操作部２２内で行われる。

ところで、前記したように薬剤を供給して細胞が培養容器１５から離れたことを自動的に認識するための手段としては、薬剤供給からの経過時間で認識する方法も考えられるが、細胞のドナーの年齢や培養環境など多くの理由により、最適な経過時間はその都度変化する。このため、単一の経過時間のみでは最適な剥離状態を実現することは不可能である。

そこで、この培養容器１５から細胞が離れたことを確認する方法を以下に説明する。図１０Ａ(a) 〜(c) は、本願発明の自動細胞培養装置における細胞分離確認方法の一例を示す前半部の模式図であり、図１０Ｂ(a) 〜(c) は、本願発明の自動細胞培養装置における細胞分離確認方法の一例を示す後半部の模式図である。

まず、前記したように培養容器１５から細胞を剥がす場合、培養容器１５内に剥離薬剤３３（例えば、トリプシン）を供給する〔図１０Ａ(a) 〕。そして、培養容器１５を多関節型ロボット１のハンド部６に設けた把持アーム７によって把持し、供給した剥離薬剤３３が培養容器１５の全体に行き渡るように２次元的な傾斜動作を行う〔図１０Ａ(b) 〕。このように、剥離薬剤３３は培養中の細胞にとっても有害であるため、可能な限り少量で可能な限り短時間で処理することが望ましいので、作業者が培養容器１５全体に剥離薬剤３３を行き渡らせるように行っている操作を、多関節型ロボット１に行わせている。

この時、剥離薬剤３３の効果によって次第に培養細胞は培養容器１５の底から剥がれてくるが、剥離薬剤３３の供給（添加）から剥離までの時間は事前に実験を行うことによって確認しておき、その時間よりも短く、かつ培養容器全体に剥離薬剤３３が行き渡るだけの時間だけ２次元的な傾斜を多関節型ロボット１に行わせる。

その後、培養容器１５を所定位置に置き、培養容器１５の蓋１５ａをロボットの把持アーム７で把持して培養容器１５の上部に被せて閉じる〔図１０Ａ(c) 〕。この蓋１５ａで培養容器１５の上部を閉じる操作は、前記２次元的な傾斜動作〔図１０Ａ(b) 〕を行う前に行ってもよい。

この状態で、蓋１５ａが閉じられた培養容器１５の下部からカメラ３５等を備えた観察装置３６で細胞３４の状態を確認する〔図１０Ｂ(a) 〕。なお、カメラ３５等を備えた観察装置３６が離れた位置に設けられていても、その位置までロボットのハンド部６を位置制御することにより、培養容器１５を迅速に搬送することができる。

この観察装置３６が細胞画像取得装置を兼ねており、培養容器１５の底面側から培養容器１５内の細胞画像を取得する機能を備えている。しかも、この細胞画像取得装置は、所得画像から細胞の単位面積当りの数を計算する機能と、その結果に基づき継代培養の必要性を判断する機能と、継代培養の際に細胞が培養容器底面から剥離したことを画像認識する画像認識機能とを具備している。これらの機能を具備させることにより、自動化が容易に可能となるようにしている。観察装置３６には、パーソナルコンピュータ等も備えられている。図示する上側の画像は細胞３４が培養容器１５に張り付いた状態を示しており、下側の画像は細胞３４が培養容器１５から剥がれた状態を示している。

この細胞３４が剥がれたことを確認する方法としては、次の方法が考えられる。一般的な細胞の大きさは１０〜３０μｍ程度であるため、観察のためには顕微鏡やマクロレンズ等が必要になる。このような高倍率の光学装置は焦点深度が浅いため、細胞３４が培養容器１５の底面から剥がれると位置のずれとともにピントが合わなくなる。このように細胞３４が見え難くなることによって、細胞３４が培養容器１５の底面から剥離したと判断する方法がある。また、他の方法として、接着時には細長い形状をしていた細胞３４が剥離後には円形に近くなるという細胞形状の変化による検知方法（細長い→丸い、への細胞形状変化の画像認識）、培養容器１５を動かした際の細胞３４の移動量が極端に大きくなることを観察する方法（細胞移動量の増大検知）によって、培養容器１５の底面から剥離したと判断する方法もある。図１０Ｂ(a) に示す下の画像は、細長い細胞が円形に近い細胞３４に形状変化して、ピントが合わなくなった状態を示している。

このようにして培養容器１５の１ヶ所で細胞３４の剥離が確認できれば、培養容器１５を多関節型ロボット１で移動させて、他の場所でも同様に剥離しているかどうかを確認する〔図１０Ｂ(b)〕。また、細胞３４が剥離しているかどうかの確認は、カメラ３５を培養容器１５の底面の範囲内で移動させて、他の場所で確認するようにしてもよい〔図１０Ｂ(c)〕。このように、細胞画像所得装置に培養容器１５の複数箇所で画像認識して確認する機能を具備させれば、より精度の高い剥離確認ができる。

そして、培養容器１５の全体で細胞３４の剥離が確認できれば、剥離薬剤の効果を止めるための剥離停止薬剤３７（通常は、血清入り培地、又はトリプシンインヒビター）を添加する〔図１０Ｂ(d)〕。

このような細胞分離確認方法によれば、培養容器１５の底面から細胞３４が剥離したか否かを自動的に判断することができる。しかも、細胞３４が剥離薬剤３３にさらされる時間を可能な限り短時間とすることができるので、培養細胞死や細胞活性化の低下を招くことなく培養容器１５の底面から細胞３４を剥がすことができる。

ところで、この種の細胞培養装置では、異なった細胞（他人の細胞等）を培養する場合には滅菌処理を行ってコンタミネーションの防止を図る必要がある。特に、前記培養操作部２２の内部においては、完全な滅菌処理が必要となるので、前記したように、この培養操作部２２に密閉扉２９を設け、この密閉扉２９で培養操作部２２を密閉した状態で培養操作部２２のみをオートクレーブ滅菌できるように構成されている。また、このようにコンタミネーション防止のために滅菌する場合、培養容器１５や遠心管１８等を直接操作する把持アーム７の滅菌処理も重要である。そこで、この実施形態では、把持アーム７の先端の容器等を把持する部分も培養操作部２２内で前記オートクレーブ滅菌によって完全な滅菌処理が行えるようにしている。

前記したように、前記多関節型ロボット１では、ハンド部６に設けた把持アーム７の先端側矩形部１２は培養容器１５等を挟むために矩形断面で形成し、把持アーム７の基部側を所定径の円形断面としている。しかも、この矩形段面部と円形段面部との間を、テーパ状に径が漸増する円形断面のテーパ部１３としている。

一方、図１１(a)〜(c) の、本願発明の自動細胞培養装置に設けた多関節型ロボットの把持アームの滅菌処理部を示す断面図のように、前記培養操作部２２を密閉する密閉扉２９には、把持アーム７のアーム部材１１の先端を挿入できる円形断面の挿入孔３８が設けられている。この挿入孔３８は、アーム部材１１の円形部１４の外径よりも大径で形成され、挿入孔３８の内部には、円形部１４の外径よりも僅かに小径のＯリング等のシール部材３９が設けられている。この部分が把持アームの周囲をシールするシール機構である。

このようにシール部材３９を設けた挿入孔３８を密閉扉２９に設けることにより、図１１(a) に示すように、挿入孔３８にアーム部材１１の先端部（矩形部１２）を挿入し、図１１(b) に示すように、テーパ部１３がシール部材３９に当接するとアーム部材１１の軸心が挿入孔３８の軸心と合致するように調芯されながら挿入される。この時、アーム部材１１を近接又は離間させるための駆動手段を圧縮性流体を使用したエア駆動とすることにより、アーム部材１１のテーパ部１３が挿入孔３８に沿って調芯されながら挿入される時の変位を吸収できるので、挿入動作を安定して行わせることができる。

そして、図１１(c) に示すように、更に挿入すると円形部１４の外周がシール部材３９に接した状態で挿入され、挿入孔３８の周囲が密閉された状態でアーム部材１１が挿入される。これにより、アーム部材１１の先端部分が密閉扉２９で閉鎖された培養操作部２２内に位置した状態となる。

また、図１２(a)〜(c) に示す本願発明の自動細胞培養装置に設けた多関節型ロボットの把持アームの滅菌処理部を示す他の例の断面図のように、前記培養操作部２２を密閉する密閉扉２９にアーム部材１１のテーパ部１３と形状が合うテーパ状の挿入孔４０を設けることにより（図１２(a) ）、この挿入孔４０にアーム部材１１の先端部を挿入し（図１２(b) ）、さらにアーム部材１１のテーパ部１３をテーパ状の挿入孔４０に沿って調芯させながら挿入することにより、テーパ部１３がテーパ状の挿入孔４０と密接した状態でアーム部材１１を挿入することができる（図１２(c) ）。この部分が把持アームの周囲をシールするシール機構である。これにより、アーム部材１１の先端部分が密閉扉２９で閉鎖された培養操作部２２内に位置した状態となる。

そして、これら図１１，１２に示すようにアーム部材１１の先端部分を密閉扉２９で閉鎖された培養操作部２２内に位置させた状態で培養操作部２２の内部をオートクレーブ滅菌処理すれば、ターンテーブル２４やピペット装置２５等の培養操作部２２内に設置された全ての機器の滅菌処理と共にアーム部材１１の培養容器１５を把持する容器把持部１７や遠心管１８を把持する管把持部１９をオートクレーブ滅菌によって完全な滅菌処理を行うことができる。したがって、培養容器１５等に接するアーム部材１１によるコンタミネーションを安定して防止することができる。

なお、前記実施の形態における各構成を任意に組合わせることは可能であり、使用条件等に応じて適宜組合わせてもよく、前記実施の形態に限定されるものではない。

また、前述した実施の形態は一例を示しており、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。

本願発明に係る自動細胞培養装置は、細胞を培養させる作業を機械的に効率良く行い、大量の細胞を培養させる分野において好適である。

本願発明の自動細胞培養装置に設けた多関節型ロボットの一実施の形態を示す斜視図である。 図１に示す多関節型ロボットの把持アームを示す図面で、(a) は平面図、(b) はII−II断面図である。 図２に示す把持アームの側面図である。 図２に示す把持アームの正面図である。 図１に示す多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置の一部を示す平面図である。 図５に示す自動細胞培養装置の縦断面図である。 (a),(b) は、本願発明の自動細胞培養装置における多関節型ロボットによる操作の一例を示す斜視図である。 本願発明の自動細胞培養装置における多関節型ロボットによる操作の他の例を示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は側面視の縦断面した模式図である。 本願発明の自動細胞培養装置における多関節型ロボットによる操作の更に他の例を示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は側面視の一部断面図である。 (a)〜(c) は、本願発明の自動細胞培養装置における細胞分離確認方法の一例を示す前半部の模式図である。 (a)〜(d) は、本願発明の自動細胞培養装置における細胞分離確認方法の一例を示す後半部の模式図である。 (a)〜(c) は、本願発明の自動細胞培養装置に設けた多関節型ロボットの把持アームの滅菌処理部を示す断面図である。 (a)〜(c) は、本願発明の自動細胞培養装置に設けた多関節型ロボットの把持アームの滅菌処理部を示す他の例の断面図である。

符号の説明

１…多関節型ロボット
２…固定部
３…ベース部
４…第１アーム部
５…第２アーム部
５…第２アーム部
５ａ…第２アーム先端部
６…ハンド部
７…把持アーム
８…支持部材
９…リニアガイド
１０…スライド部材
１１…アーム部材
１２…矩形部
１３…テーパ部
１４…円形部
１５…培養容器
１６…把持部
１７…容器把持部
１８…遠心管
１９…管把持部
２０…培養装置本体
２１…インキュベータ
２２…培養操作部
２３…密閉扉
２４…ターンテーブル
２５…ピペット装置
２６…ピペットチップ置き場
２７…遠心管ハンドリング装置
２８…遠心分離器
２９…密閉扉
３０…自動細胞培養装置
３１…培地
３２…ピペットチップ
３３…剥離薬剤
３４…細胞
３５…カメラ
３６…観察装置
３７…剥離停止薬剤
３８…挿入孔
３９…シール部材
４０…挿入孔
ａ〜ｆ…軸
Ａ〜Ｇ…矢印

Claims (6)

1. 培養装置本体内に、培養容器を収納するインキュベータと、該培養容器内の薬剤を吸引する薬剤吸引機と、前記培養容器の搬送、該培養容器の蓋の着脱および該培養容器内の薬剤吸引時に容器を傾斜させる機能を具備する多関節型ロボットとを備え、
   前記多関節型ロボットは、アームの先端に設けられた、対向して近接又は離間する一対の把持アームと、前記一対の把持アームを近接又は離間させるエア駆動手段とを有し、
   各把持アームは、先端部分に設けられた矩形断面の矩形部と、当該矩形部の他方の矩形部と対向する内側に設けられた切り欠き円弧形状の容器把持部とを有し、
   前記切り欠き円弧は、前記培養容器の外径よりも小径である、多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置。
2. 前記培養装置本体内に、前記培養容器内に薬剤を供給する薬剤供給機を設け、前記多関節型ロボットに、該薬剤供給機で前記培養容器内へ少量の薬剤を供給する際に前記培養容器を傾斜させる機能を具備させた、請求項１記載の多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置。
3. 前記培養容器の底面側から該培養容器内の細胞画像を取得する細胞画像取得装置を設け、該細胞画像取得装置に、前記取得画像から細胞が培養容器底面から剥離したことを画像認識する画像認識機能を具備させると共に、該画像認識を培養容器の複数箇所で確認する機能を具備させた、請求項２記載の多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置。
4. 前記培養装置本体に、前記薬剤吸引機と前記薬剤供給機とを配置する培養操作部を設け、該培養操作部を密閉扉で密閉可能に構成し、該培養操作部の内部をオートクレーブ滅菌する滅菌装置を設けた、請求項１又は請求項２記載の多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置。
5. 前記把持アームの前記矩形部の基部側に、径が漸増する円形断面のテーパ部を形成し、前記培養操作部の密閉扉に、該把持アームを挿入することが可能な挿入孔を設け、該挿入孔と把持アームとの間に、該挿入孔に把持アームを挿入した時に該把持アームの周囲をシールするシール機構を設けた請求項４記載の多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置。
6. 前記多関節型ロボットの前記各把持アームは、前記矩形部の前記容器把持部よりも先端側で他方の矩形部と対向する内側に設けられた、上下方向に連続する切り欠き円弧形状の管把持部を有する、請求項１〜５のいずれか一項記載の多関節型ロボットを備えた自動細胞培養装置。

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