JP5469827B2

JP5469827B2 - 培養装置

Info

Publication number: JP5469827B2
Application number: JP2008181903A
Authority: JP
Inventors: 靖寛菊地; 裕一玉置; 真司杉本
Original assignee: Panasonic Healthcare Co Ltd
Current assignee: PHC Corp
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: JP2010017150A

Description

本発明は、培養装置に関する。

培養装置では、培養室内の温度や二酸化炭素（ＣＯ₂）や酸素（Ｏ₂）等のガス濃度を一定に維持し、培養室内部を無菌状態にして細胞や微生物等の培養物を培養することが行われる。このような培養装置では、培養室内のガス濃度をセンサで検出し、ガス濃度が一定に維持されるよう、培養室内へのガスの供給が制御される。一般的に、培養室内のガス濃度を検出する際には、培養室内の空気を主体とする雰囲気ガス（以下、単にガスと言う。）を培養装置の外部に繋がる配管に吸引し、吸引されたガスの濃度をセンサで検出した上で培養室内に戻すことが行われる。そして、ガスを培養室内から配管に吸引し、再度培養室に戻すために、ポンプやファン等の吸引装置が用いられている（例えば、特許文献１）。
特開２００７−２５９７１５号公報

このように、吸引装置を用いることにより、培養室内のガスを強制的に配管に導くことができるとともに、配管内におけるガスの流速をセンサでの検出に適した速度に制御することができる。しかしながら、吸引装置が必要となる分、コストや消費電力が上昇するとともに、吸引装置が故障した場合にはガス濃度を正確に検出できず、培養室内のガス濃度を一定に維持することが難しくなってしまう。
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、吸引装置を用いることなく培養室内のガスの濃度を検出することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る培養装置は、培養物を培養するための培養室を形成する内箱と、前記内箱を覆う外箱と、前記内箱内に配設され、前記培養室内で前記内箱内に設けられた風路を介して前記培養室内のガスを循環させるファンと、前記内箱内の前記風路の一部を構成する壁を貫通する第１の貫通穴と、前記壁を貫通し、前記ファンにより前記風路内を循環される前記ガスの流速が前記第１の貫通穴の周囲における前記ガスの流速よりも遅い位置に配設された第２の貫通穴と、前記培養室内の前記ガスを流通可能に、前記第１及び前記第２の貫通穴を前記内箱の外部において接続し、前記第１の貫通穴の周囲における前記ガスの流速と前記第２の貫通穴の周囲における前記ガスの流速との差によって生じる気圧差のみにより、前記第２の貫通穴の周囲のガスを前記第１の貫通穴の方向へと流通させる接続管と、前記接続管を流れる前記ガスの濃度を非接触で検出するセンサと、前記接続管の前記内箱の外部に突出している部分を前記培養室内より高い温度に加熱する加熱装置と、を備える。

吸引装置を用いることなく培養室内のガスの濃度を検出することができる。

図１は、本発明の一実施形態である培養装置を側面から見た断面図である。培養装置１０は、外箱１２及び内箱１４を備えている。外箱１２の内側には断熱材１６が設けられており、さらに内側に空間１８を介して内箱１４が設けられている。内箱１４の前面には、内箱１４の開口部を開閉自在に閉塞する透明の内扉２０が設けられ、さらに外側に外扉２２が設けられ、外扉２２の内側には断熱材２４が設けられている。

そして、内扉２０によって密閉される内箱１４内の空間が培養室２６となっている。培養室２６内には多数の通風穴を有する棚２８が設けられており、外扉２２及び内扉２０が開けられた状態で、培養物の入った容器が棚２８に載置される。そして、棚２８に載置された培養物は、外扉２２及び内扉２０が閉じられた状態で、培養室２６内で培養されることになる。なお、培養中、外扉２２のみを開き、内扉２０は閉じたままの状態で、培養室２６内を観察することができる。

内箱１４内の背面３０には、培養室２６内のガスを循環させるためのファン（シロッコファン）３２が設けられている。そして、ファン３２を駆動するためのモータ３３が空間１８内に設けられている。また、培養室２６内において、ファン３２及び背面３０の一部を覆うように壁板３４が設けられている。壁板３４には、ファン３２を覆う箇所の近傍に吸入口３６が設けられており、吸入口３６から吸入されたガスが流れるダクト３８（風路）が形成されている。つまり、培養室２６内のガスは、ファン３２の回転によって背面３０の上方の吸入口３６から吸い込まれ、ダクト３８内を上方から下方に流れて背面３０の下方から培養室２６に戻される。ダクト３８の下部から排出されたガスは、内箱１４の底面４０から天面４２に向かって棚２８の通風穴を通って流れ、再び吸入口３６から吸い込まれる。これにより、培養室２６内のガスが循環することになる。

外箱１２の背面４４から内箱１４内のダクト３８まで貫通し、培養室２６にＣＯ₂ガスを供給するための噴射口４８が設けられている。さらに、外箱１２の背面４４から内箱１４内のダクト３８まで貫通するように温度センサ５０が設けられている。この温度センサ５０によって培養室２６内の温度が検出され、培養室２６内が培養に適した温度となるよう、培養室２６内を加熱するヒータの制御が行われる。

内箱１４の背面３０における壁板３４で覆われた領域に、内箱１４の背面３０から外箱１２の背面４４まで貫通する貫通穴５２（第１の貫通穴）及び貫通穴５４（第２の貫通穴）が設けられている。貫通穴５２，５４には、外箱１２の背面４４側から、可撓性を有するチューブ５６（接続管）が、チューブ５６の外周が貫通穴５２，５４の内周に密着するように挿入されている。すなわち、培養室２６内のガスがチューブ５６内を流通可能な状態となっている。そして、チューブ５６の外箱１２の外部に突出した箇所には、チューブ５６内を流れるＣＯ₂ガスの濃度を検出する濃度センサ５８が設けられている。濃度センサ５８は、例えば赤外線式を用いることができる。赤外線式の場合、セラミックヒータを加熱することにより、ＣＯ₂ガスに吸収される４．３μｍ付近の赤外線を発生させてチューブ５６を流れるガスに照射し、ガスを通過した赤外線の光量を受光素子で検出することにより、ＣＯ₂ガスの濃度を測定することができる。なお、濃度センサ５８として、熱伝導式等、赤外線式以外の方式のものを用いることも可能である。

また、チューブ５６の外箱１２の外部に突出した部分は、ヒータ６０（加熱装置）によって覆われた閉空間６１に存している。培養室２６内は、例えば、温度は３７℃程度、湿度は９５％程度に維持されるが、閉空間６１の温度がそれより低いと、チューブ５６内が結露してしまうおそれがある。そのため、チューブ５６の外箱１２の外部に突出した部分が存する閉空間６１の内部が、ヒータ６０によって例えば４５℃程度に加熱・維持される。また、閉空間６１の内部の温度を一定とすることにより、濃度センサ５８の感度を一定にする効果もある。

その他、培養装置１０には、培養室２６内の湿度を検出するセンサが設けられており、内箱の底面４０に載置される水皿の加熱を制御することにより、培養室２６内の湿度が一定に維持される。

図２は、培養装置１０の外箱１２の背面４４の一部を示す図である。外箱１２の背面４４には、貫通穴５２，５４に挿入されたチューブ５６が突出している。濃度センサ５８は、チューブ５６内のＣＯ₂濃度を検出可能に配設されている。なお、貫通穴５２，５４の間を接続するチューブ５６は、濃度センサ５８内を貫通する１本のチューブとすることもできるし、貫通穴５２と濃度センサ５８とを繋ぐチューブと貫通穴５４と濃度センサ５８とを繋ぐチューブの２本により構成することもできる。ＣＯ₂ガスが充填されたガスボンベは、配管６４の接続口６６に接続される。配管６４は培養室２６の噴射口４８と接続されており、接続口６６に供給されるＣＯ₂ガスは、フィルタ６８、バルブ７０を介して培養室２６へと供給される。制御装置７２は、培養装置１０の温度やガス濃度の制御を行うものであり、マイコン等を含んで構成されている。例えば、制御装置７２は、濃度センサ５８の検出結果に基づいてバルブ７０の開閉を制御することにより、培養室２６内へのＣＯ₂ガスの供給量を調整する。

図３は、培養装置１０の外扉２２及び内扉２０を開いた状態の正面図である。前述したように、ファン３２が回転すると、壁板３４に設けられた吸入口３６から培養室２６内のガスが吸入される。そして、吸入されたガスは、ファン３２の外周全周から吐出されるが、壁板３４で上方及び左右側方が囲われているため、結果、ダクト３８内のガスをかきまぜながらダクト３８内を上方から下方に向かって流れ、ダクト３８の下部から培養室２６内に排出され、循環する。ここで、貫通穴５４は、ダクト３８内のガスの流通方向において、貫通穴５２よりも下流に設けられている。ダクト３８内を流れるガスの流速は、ファン３２から離れるに連れて低下していくため、貫通穴５２近傍の流速の方が貫通穴５４近傍の流速よりもやや速い状態となる。ガスの気圧は流速が速くなるに連れて低くなるため、貫通穴５２近傍の方が貫通穴５４の近傍よりも気圧が低くなる。この気圧差により、貫通穴５４近傍のガスが、チューブ５６を介して貫通穴５２の方向へと流れる。つまり、培養装置１０では、ポンプ等の吸引装置を用いることなく培養室２６内のガスをチューブ５６に流通させ、ＣＯ₂ガスの濃度を検出することができる。

また、ダクト３８内において、噴射口４８は、貫通穴５２，５４よりも、ダクト３８内のガスの流通方向の上流に配設されている。また、噴射口４８は、ファン３２と貫通穴５２，５４とを結ぶ位置から背面３０に向かって左側にずれた位置に、背面３０に向かって左側にＣＯ₂ガスを噴射するように配設されている。つまり、培養室２６内を循環するガスの流通方向とは異なる向きに、噴射口４８からＣＯ₂ガスが噴射される。噴射口４８から噴射されたＣＯ₂ガスは、ファン３２の気流によって吸入口３６から吸入されたガスと混ざりながらダクト３８内の上方から下方に流れ、培養室２６に供給される。そして、噴射口４８がファン３２に近い位置に配設されているため、噴射口４８から噴射されるＣＯ₂ガスが攪拌されやすく、培養室２６内のＣＯ₂ガスの濃度を調整する際の応答性を良くすることができる。また、噴射口４８からＣＯ₂ガスが噴射される向きがダクト３８内のガスの流通方向とは異なっているため、噴射口４８から噴射された高濃度のＣＯ₂ガスが貫通穴５２，５４の近傍に直接的に流れ込むことが抑制され、培養室２６内のＣＯ₂ガスの濃度の検出精度を向上させることができる。

図４及び図５は、外扉２２及び内扉２０を開閉した場合のＣＯ₂ガス濃度の推移の例を示す実験結果である。図４の実線で示されたグラフは、培養室２６内のＣＯ₂ガス濃度が約５％に維持されている状態から、外扉２２及び内扉２０を３０秒間開けた後に閉めた場合のＣＯ₂ガス濃度の推移を示している。また、図５の実線で示されたグラフは、外扉２２及び内扉２０の開放時間を６０秒としたものである。なお、図４及び図５の破線で示されたグラフは、貫通穴５２から培養室２６内のガスを吸引して貫通穴５４に戻すポンプを備える以外は培養装置１０と同一の構成とした場合における、ＣＯ₂ガス濃度の推移を示している。

図４及び図５のグラフに示されるように、外扉２２及び内扉２０が開けられると、培養室２６内のＣＯ₂ガス濃度が低下するので、外扉２２及び内扉２０が閉じられると、制御装置７２は、濃度センサ５８の検出値に基づいてバルブ７０を開閉制御し、培養室２６内のＣＯ₂ガス濃度を約５％に復帰させる。これらのグラフからわかるように、外扉２２及び内扉２０が閉じられてからＣＯ₂ガス濃度が約５％まで復帰する時間は、ポンプを備えない本実施形態の培養装置１０においても、ポンプを備える構成とほぼ同等となっている。この実験結果からも、培養装置１０はポンプ等の吸引装置を備えないものの、濃度センサ５８での検出に適した速度でチューブ５６内をガスが流れており、ＣＯ₂ガス濃度を精度良く検出できていることがわかる。

なお、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、本実施形態では、ダクト３８が内箱１４の背面３０側に設けられているが、側面側に設けられても良い。また、ファン３２を内箱１４の天面４２に配設し、貫通穴５２，５４を内箱１４の背面３０または側面に設けることとしてもよい。さらに、貫通穴５２，５４を内箱１４の天面に設けても良い。また、培養装置１０では、貫通穴５２，５４が、ファン３２から見て同一直線上に配設されているが、流速が異なる位置であれば同一直線上でなくてもよい。さらに、貫通穴５２，５４が内箱１４における同一の面ではなく、異なる面に設けられてもよい。また、貫通穴５２，５４に接続されるチューブを、外箱１２の外部に突出させずに、外箱１２と内箱１４の間の空間１８内に配設することとしてもよい。また、培養室２６内のガスを循環させることが可能であり、貫通穴５２，５４の周囲の流速を異ならせることが可能であれば、壁板３４を設けない構成としてもよい。

本発明の一実施形態である培養装置の断面図である。培養装置の外箱の背面の一部を示す図である。培養装置の外扉及び内扉を開いた状態の正面図である。外扉及び内扉を３０秒開けた場合のＣＯ₂ガス濃度の推移の一例を示す実験結果である。外扉及び内扉を６０秒開けた場合のＣＯ₂ガス濃度の推移の一例を示す実験結果である。

符号の説明

１０培養装置
１２外箱
１４内箱
２６培養室
３２ファン
３４壁板
３８ダクト
５２，５４貫通穴
５６チューブ
５８濃度センサ

Claims

培養物を培養するための培養室を形成する内箱と、
前記内箱を覆う外箱と、
前記内箱内に配設され、前記培養室内で前記内箱内に設けられた風路を介して前記培養室内のガスを循環させるファンと、
前記内箱内の前記風路の一部を構成する壁を貫通する第１の貫通穴と、
前記壁を貫通し、前記ファンにより前記風路内を循環される前記ガスの流速が前記第１の貫通穴の周囲における前記ガスの流速よりも遅い位置に配設された第２の貫通穴と、
前記培養室内の前記ガスを流通可能に、前記第１及び前記第２の貫通穴を前記内箱の外部において接続し、前記第１の貫通穴の周囲における前記ガスの流速と前記第２の貫通穴の周囲における前記ガスの流速との差によって生じる気圧差のみにより、前記第２の貫通穴の周囲のガスを前記第１の貫通穴の方向へと流通させる接続管と、
前記接続管を流れる前記ガスの濃度を非接触で検出するセンサと、
前記接続管の前記内箱の外部に突出している部分を前記培養室内より高い温度に加熱する加熱装置と、
を備えることを特徴とする培養装置。
請求項１に記載の培養装置であって、
前記センサは、前記ガスに吸収される赤外線を発生させて前記接続管を流れる前記ガスに照射し、前記ガスを通過した赤外線の光量を受光素子で検出することにより、前記ガスの濃度を測定すること、
を特徴とする培養装置。