JP5736455B2

JP5736455B2 - センサユニット、及びセンサユニットを用いた恒温装置

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Publication number: JP5736455B2
Application number: JP2013520539A
Authority: JP
Inventors: 誠司山下; 知典三和田
Original assignee: Rorze Corp
Current assignee: Rorze Corp
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: US20140120610A1; EP2692851B1; WO2012173076A3; US9464266B2; EP2692851A4; CN103597067B; WO2012173076A2; CN103597067A; JPWO2012173076A1; EP2692851A2; KR20140002006A; KR101498939B1

Description

本発明は、温度や湿度、酸素濃度、二酸化炭素濃度といった庫内雰囲気を一定に保つ装置に関するものである。

微生物や細胞などの培養や試験に用いられる試料を保管・培養する装置として、インキュベータが広く利用されている。インキュベータは、試料を収納する培養室に温度や湿度、ＣＯ_２濃度や酸素濃度といった環境条件を維持する手段を備えたものであり、特に培養を行う場合には、培養室内は温度３７℃で湿度９０％以上という高湿度状態に維持されている。このような特定の培養環境を維持するために、インキュベータは温湿度センサ、ＣＯ_２センサ、酸素濃度センサ等の雰囲気測定手段が庫内に配置され、これら雰囲気測定手段が検出したデータから庫内を特定の環境に維持する制御装置を備えている。

こういったインキュベータは、空気中の雑菌や、培養を行った細胞や微生物が培養室内に残留していると、次に培養をする際、培地に雑菌が混入することでコンタミネーションと呼ばれる汚染が発生し、培養中の細胞や微生物に悪影響を及ぼしてしまう。そこで、培養を開始する前には、目的以外の菌を殺菌除去する滅菌と呼ばれる作業が必要となる。

従来のインキュベータでは、紫外線を照射する滅菌方法や、庫内を１３０℃以上の高温環境に維持して雑菌を死滅させる乾熱滅菌と呼ばれる滅菌方法により滅菌が行われていた。しかし、十分な滅菌ができない、滅菌終了から次の培養開始までに長時間を要するといった問題から、近年、過酸化水素ガスやオゾンガスといった滅菌ガスを培養室内に充満させて滅菌処理を行うガス滅菌方法が普及し、ガス滅菌機能を備えたインキュベータが用いられるようになってきた。

特開２００４−２６７０６４号公報

ガス滅菌方法は培養室内に滅菌ガスを流入させ、滅菌ガスの殺菌力によって雑菌を死滅させる滅菌方法であり、乾熱滅菌法では培養室内の加熱開始から培養可能な室内温度に戻るまで数時間が必要であった滅菌時間が、例えば、過酸化水素滅菌では約１時間程度の短期間で終了できるもので、培養終了から次の培養開始までの休止時間が飛躍的に短縮できる滅菌方法である。

しかしながら、ガス滅菌機能を備えたインキュベータにおいても、ガス滅菌を行うことで不具合を生じることが多い。特に、過酸化水素ガスやオゾンガスといった強い酸化性を有するガスの場合、培養室内や培養室に連通した流路に配置されている雰囲気測定手段の検出素子や金属製部品を腐食させてしまい、培養中の培養室内雰囲気を正確に検出できなくなってしまう。さらに、こういった各種雰囲気測定手段は高価なものであり、滅菌の度に交換が必要となると、大きなコスト増になってしまう。

本発明は、上記問題点に着目し、これを有効に解決すべく創出されたものである。

本発明の請求項１に記載のセンサユニットは、培養室と連通した内部空間が形成されたブロックと、前記培養室内の雰囲気を前記培養室から前記内部空間に吸引し、前記培養室に吐出す気流発生手段と、前記内部空間に吸引された雰囲気を測定する雰囲気測定手段と、
前記培養室と前記内部空間の間に配置されるフィルタと、前記フィルタを介して吸引された雰囲気を加熱するヒータとを備え、前記内部空間として設けられ、前記気流発生手段によって吸入された前記雰囲気が流通する吸入路と、前記内部空間として設けられ、吸入された前記雰囲気が前記気流発生手段によって前記培養室内に戻される吐出路とを有することを特徴とするものである。

上記構成のセンサユニットは、培養室の内部もしくは近傍の何処に配置することとしてもよい。また、一旦吸引した雰囲気を循環させた後、培養室内部に吐出して戻すこととするので、培養室内部の圧力を減少させることがない。また、気流発生手段としては、各種ポンプや軸流ファン、シロッコファン等が使用可能であるが、培養室内部の高湿度雰囲気を吸引するので、防湿処理を施したものを使用するのが好ましい。さらに、フィルタについても、湿気に対し耐性のある材質のものを使用するのが好ましい。

本発明のセンサユニットを用いることにより、ＣＯ_２センサや酸素濃度センサといった雰囲気測定手段が配置されるブロックには、フィルタにより雑菌の進入が阻まれるので、雰囲気測定手段を清浄な状態に維持することが可能となる。従って滅菌のために過酸化水素ガスやオゾンガスといった酸化性の強いガスに、雰囲気測定手段を晒して滅菌しなくてもよい。
一方、培養室内とブロック内部空間とがフィルタを挟んで分離されるため、気流発生手段によりフィルタの前後において圧力差が生じることになる。この圧力差のために、培養室内からブロック内部空間に吸引された雰囲気に急に減圧が生じ、温度が下落する。この吸引された雰囲気は高湿度状態であるために、この温度変化によって結露が起こることになるが、本発明においては、ブロック内部空間はヒータにより加熱されており、結露が雰囲気測定手段に付着したり、雰囲気測定手段が測定すべき湿度に影響を与えたりすることを回避できる。

図１はセンサユニットを備えたインキュベータの断面図である。図２はセンサユニットを示した模式図である。図３はセンサユニットにおける第１の実施例を示した分解図である。図４はセンサユニットにおける第１の実施例を示した断面図である。図５はセンサユニットにおける第２の実施例を示した断面図である。図６はセンサユニットが備えるダクトを示した図である。図７はセンサユニットにおける第３の実施例を示した断面図である。図８はセンサユニットにおける第４の実施例を示した断面図である。

以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明していく。図１は本発明の一実施形態であるセンサユニット１００を搭載したインキュベータ１の断面図である。インキュベータ１は、培養室２と、内扉３と、試料を載せる試料棚４と、ＣＯ_２やＮ_２といった培養中に培養室２内部に供給されるガスの供給パイプ５と、雰囲気測定手段１９とを備え、内部雰囲気を吸入し吐出するセンサユニット１００と、滅菌の際に過酸化水素ガスやオゾンガスといった滅菌のためのガスを培養室２内に供給する供給口７と、供給したガスを吸引する吸引口８とを備えている。培養室２は、アルミニウムやステンレスといった熱伝導性や耐蝕性に優れた部材からなる壁２ａにより形成された、前面に開口を有する略直方体をしていて、その開口部分には壁２ａにヒンジを介して開閉可能に取り付けられた内扉３が設けられている。内扉３は、培養室２の開口をパッキン１０を介して閉じると、培養室２内部が気密になるように構成されている。

培養室２の壁２ａの外側には、鉄等の金属板材を折曲げやプレス加工により形成された、前面に開口を有する外箱１１が、培養室２と同方向に開口を向けて、培養室２を収納するように配置されている。外箱１１の開口部周縁端部は培養室２に向けて折り曲げ加工が施されている。この外箱１１の開口にはヒンジを介して開閉可能に取り付けられた外扉９が設けられている。外扉９は外箱１１の開口をパッキン１２を介して閉じると、外箱１１内部が気密になるように構成されている。

培養室２の壁２ａには銅やアルミニウムといった熱伝導性の高い金属の板材が密着固定されていて、更にその外側には電熱ヒータ１３が直接密着固定されている。さらに、これら壁２ａに取り付けられた部材を全て取り囲むように断熱材１４が設けられている。この電熱ヒータ１３によって培養室２の壁２ａを直接加熱することで、培養室２内部を所定の温度に調節できるようになっている。なお、上記のように培養室２の壁２ａと電熱ヒータ１３の間に、銅やアルミニウムといった熱伝導性の高い金属を均熱板１５として培養室２の外側壁面に配置して、この均熱板１５を介して培養室２の壁面を加熱する構造とすることで、小さい面積の電熱ヒータ１３でも、培養室２の壁２ａ全体を均一な温度に加熱することができる。さらに、本実施例では、電熱ヒータ１３により壁２ａを直接的に加熱する所謂ダイレクトヒート方式としているが、例えば、加熱した空気を循環させるチューブを壁２ａに配置して内部を過熱するエアジャケット方式や、ウオータージャケット方式とすることも十分可能である。

外扉９は外箱１１と同様の部材により形成された箱状のもので、その培養室２の開口に面する側にはアルミニウム材で形成された内側パネル１６が取り付けられている。外箱１１は内部に断熱材１４が配置されていて、内側パネル１６の外箱１１側に配置された電熱ヒータ１３の熱が外扉９から外部に漏れることを防止している。外扉９の、外箱１１開口部分に対向する周縁部にはパッキン１２が配設されていて、外扉９を閉鎖した際にこのパッキン１２が外箱１１の開口部周縁に形成された鍔状の折り曲げ部分に当接することで開口部分を密閉できる構造となっている。

培養室２の内部には培養や試験を行う試料を載置する試料棚４が複数上下方向に所定の間隔をおいて配置されている。培養室２の床面には、培養室２内部を加湿するための蒸留水を入れる水トレー１７が配置されていて、床面外側に備えられた電熱ヒータ１３の熱により加熱され所定の湿度に培養室２内部を維持することができる。

培養室２には、外部から純度９９％以上のＣＯ_２ガスを供給するＣＯ_２ガス供給パイプ５ａと、純度９９％以上のＮ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給パイプ５ｂとが備えられていて、不図示のガス供給手段から培養室２内に各供給パイプ５ａ、５ｂを介してガスが供給される。ＣＯ_２ガス供給パイプ５ａ及びＮ_２ガス供給パイプ５ｂには、それぞれ電磁駆動式の開閉弁６ａ、６ｂが備えられていて、不図示のインキュベータ制御手段からの信号入力によって開閉弁の開閉動作が制御される。なお、ガスの供給手段は、各種ガスの発生装置をインキュベータ１とは別に設けることとしてもよいし、発生装置をインキュベータ１内部に備えることとしてもよく、さらに、各種ガスを充填したボンベをインキュベータ１外部に設置しておくこととしてもよい。

また、培養室２には、滅菌の際、不図示の過酸化水素発生装置から送られて来た過酸化水素ガスを培養室２内部に供給するための供給口７と、培養室２内部の空気を外部に排気するための吸引口８が備えられている。供給口７と吸引口８とはそれぞれ不図示の過酸化水素発生装置に、パイプ７ａ、８ａを介して連通されていて、それぞれのパイプ７ａ、８ａには電磁駆動式の開閉弁７ｂ、８ｂが配設されている。この開閉弁７ｂ、８ｂは、不図示のインキュベータ制御手段からの信号入力によって開閉動作が制御される。なお、供給口７は、滅菌中は過酸化水素ガスを培養室２に供給するが、滅菌終了後は培養室２内部に溜まった過酸化水素ガスをより早く培養室２から排出するために、高機能フィルタによって不純物が濾過された清浄空気を供給することとしてもよい。

さらに、培養室２には熱電対や側温抵抗体からなる温度センサ１８が配置されていて、インキュベータ制御手段は温度センサ１８からの電気信号に基づいて電熱ヒータ１３の出力を制御することで培養室２内の温度を所望の値に調整している。培養室２内部に備えられる温度センサ１８は、ステンレスでできたシースと呼ばれる金属保護管により温度検出部が気密に保護されたもので、高温やガス雰囲気中での長時間の使用にも耐えうるものとなっている。また、培養室２の壁２ａ周囲に備えられた電熱ヒータ１３にも個別に温度を測定する熱電対が備えられていて、インキュベータ制御部は各熱電ヒータ１３を個別に温度制御することで、培養室２内部の温度ムラを無くし、均一な温度環境とすることが可能となる。さらに、例えば、前述の水トレー１７を加熱する熱電ヒータ１３を周囲の熱電ヒータ１３よりも高い設定温度にすることで、培養室２内の湿度を短い時間で上昇させることも可能となる。なお、培養室２内部の環境をより均等なものとするために、培養室２内部の空気を攪拌するファンを設けることも可能であるが、この場合、過酸化水素ガスによる滅菌を行うことを考慮して、ファンの可動部分にはシールを設けることとし、ファン内部の電気部品を過酸化水素ガスから保護する構造とするのが望ましい。

さらに、インキュベータ１には、培養室２内の温度や湿度、ＣＯ_２濃度や酸素濃度といった培養室２内部の雰囲気を測定するための雰囲気測定手段１９として、ＣＯ_２センサと酸素濃度センサを備えている。ＣＯ_２センサと酸素濃度センサはインキュベータ制御部と電気的に接続されていて、インキュベータ制御部はＣＯ_２センサからの電気信号に基づいてＣＯ_２供給パイプ５ａの開閉弁６ａの動作を制御し、酸素濃度センサからの電気信号に基づいてＮ_２供給パイプ５ｂの開閉弁６ｂの動作を制御し、培養室２内部の環境を所定のＣＯ_２濃度及び酸素濃度に調整する。なお、培養室２内部の酸素濃度の調整にＮ_２（窒素）ガスを使用するのは、窒素が大気の約７０％を有すること、不活性ガスであり安定状態のガスである点が挙げられ、この窒素ガスを供給することで培養室２内部を低酸素状態に維持することができるからである。なお、本実施例では、雰囲気測定手段１９としてＣＯ_２センサと酸素濃度センサを備えることとしているが、例えば低酸素環境での培養を行わないものの場合、Ｎ２供給パイプ５ｂや開閉弁６ｂ、酸素濃度センサを備える必要はない。

ここで、ＣＯ_２センサや酸素濃度センサといった雰囲気測定手段１９は、検出部分を培養室２内部に配置され、培養室２内部の雰囲気を検出素子により測定するものであるが、これら検出素子や電子部品及び配線部材は過酸化水素ガス雰囲気や高湿度雰囲気に長時間晒されていると、酸化や腐食によって正確な測定ができなくなってしまい、最悪の場合、培養中止という事態を引き起こしてしまう。

そこで、本発明では、培養室２とは別に形成されたブロック内に内部空間を設け、この中に雰囲気測定手段１９と気流発生手段２０を配置し、この気流発生手段２０によって培養室２内部の空気を吸入・吐出するように気流を発生させ、その気流の流路に雰囲気測定手段１９の検出部３２を配置することで、培養室２内部の雰囲気を測定することとしている。また、培養室２と内部空間とは、培養室２の壁２ａに形成された開口部分にて、フィルタ２３を介して連通することとしている（図２参照）。以下に、本実施例について詳しく説明していく。

図３は本発明のセンサユニット１００の一実施例を構成する各部材を示した分解図であり、図４Ａは上面から見た断面図であり、図４Ｂは側面から見た断面図である。センサユニット１００の構成部材の一つである本体モジュール２２は、金属製であり表面にアルマイト処理を施した高い熱伝導性を有するアルミニウム製のブロックである。本体モジュール２２の培養室２の壁２ａに当接する面は平滑に加工されていて、この平滑に加工された面と壁２ａとの間にはパッキン２４が配置されている。パッキン２４は培養室２の壁２ａに形成された開口周縁よりも大きな形状を有する部材で、このパッキン２４により本体モジュール２２と培養室２の壁２ａとの間は気密に接触した状態となる。

本体モジュール２２は、一方の面から他方の面に貫通する２つの貫通穴が並列に形成されている。ここにおいて、一方の面は、培養室２の壁２ａに当接する面であって、２つの貫通穴の開口は本体モジュール２２のパッキン２４で外部から仕切られた範囲に設けられる。２つの貫通穴のそれぞれが吸入路２６と吐出路２７である。これらの吸入路２６と吐出路２７の培養室２に対向する面とは反対側の面（本体モジュール２２の他方の面）には、パッキンシート２５を介して気流発生手段２０であるポンプ２１が気密状態に固定されている。なお、本実施例で使用されるポンプ２１は、吸入口と排出口がポンプ２１本体上の一つの面に配置されていて、この吸入口と排出口のそれぞれ対応する位置に２つの貫通穴２６、２７は形成されている。貫通穴２６はポンプ２１の吸入口と連通していて、ポンプ２１の動作によって培養室２内部の空気をポンプ２１へと吸入させる吸入路２６となっている。貫通穴２７はポンプ２１の排出口と連通していて、ポンプ２１の動作によってポンプ２１内部へ吸入された空気を培養室２内へと吐出させる吐出路２７となっている。さらに、ポンプ２１の吸引口と吐出口にはそれぞれ逆止弁２８が設けられ、ポンプ２１により吸入・排出される流体の逆流を防止している。上記の構成により、本体モジュール２２に形成された吸入路２６と吐出路２７という２つの流路内に対して、培養室２内部の空気を気流発生手段２０（ポンプ２１）により吸引し、また培養室２内部へ吐出するというように一方向に流れるように流路を形成することができる。

本実施例に使用されるポンプ２１は、ポンプ２１本体内部の空間を仕切る隔膜２９を備え、その隔膜２９を膨張・収縮動作させることで内部の体積を変化させ、この体積の変化で外部の空気を吸入・吐出させる構造となっていて、この隔膜２９を膨張・収縮させる手段として、バイモルフ振動子３０を備えている。このバイモルフ振動子３０を隔膜２９に貼り付け、駆動電圧を印加することで一定の周波数でバイモルフ振動子３０と隔膜２９を屈曲・屈伸させ、この屈曲・屈伸動作によってポンプ２１内部の体積を変化させることで気流を発生させている。なお、吸入路２６と吐出路２７を流れる気流を発生させる手段としては、上記以外にも、例えば、隔膜２９の働きをするダイアフラムをモータの回転動作によって伸縮動作させるダイアフラムポンプといったポンプや、さらには、軸流ファンやシロッコファンといった送風機も使用可能である。ただし、吸入路２６や吐出路２７を流れる気流は、湿度９０％以上の高湿度のものとなるので、高湿度環境でも使用可能なものを選定するのが好ましい。上記構成により、本実施例のセンサユニット１００は、培養室２内部の空気を外部の空気と混合させることなく吸入・吐出することができる。

さらに、本体モジュール２２には、雰囲気測定手段１９を挿入するためのセンサホール３１が、吸入路２６に直交するように形成されている。センサホール３１は目的の雰囲気測定手段１９が挿入可能な形状と大きさを有していて、雰囲気測定手段１９の検出部３２が吸入路２６に突出するように形成されている。さらに、吸入路２６中を流通する気体がセンサユニット１００外部に流出、若しくは、外部の空気が吸入路２６内に流入するのを防止するために、雰囲気測定手段１９とセンサホール３１との隙間には、パッキンやＯリング３３といった密閉のための部材を配置するのが好ましい。
雰囲気測定手段１９を、吸入路２６とポンプ２１との間に設けたのは、培養室２に近い位置での測定をするためである。

さらに、本実施例のセンサユニット１００には、壁２ａに当接する面に吸入路２６、吐出路２７を覆うようにフィルタ２３が押さえ板３５を介して密着して取り付けられている。本実施例を構成するフィルタ２３は、ステンレス３１６鋼材からなる微小な繊維を加工・焼結したものを、適正な寸法に切断して使用しているが、焼結金属以外にも、例えば、ポリプロピレンやポリエステル、ポリオレフィン等の合成繊維から形成されたものでもよい。また、フィルタ２３の濾過精度は約１μｍで、コンタミネーションの原因となる殆どの雑菌やカビ、細胞はこのフィルタ２３を通過して、センサユニット１００内部へ流入することはできない。よって、仮に培養室２内部が汚染されていたとしても、ポンプ２１でセンサユニット１００内部に吸入された培養室２内の空気は、フィルタ２３によって濾過された高清浄な状態を維持される。さらに、ＣＯ_２や酸素、水蒸気といった分子は１μｍの濾過精度のフィルタ２３を貫流できるので、培養室２内部の雰囲気を精度よく検出することができる。なお、濾過精度０．１μｍ以下のフィルタ２３も使用可能であるが、フィルタ自体の圧損率も高くなるので、各種センサの検出可能な流量を確保するために、ポンプやファンといった気流発生手段２０の吐出圧力や流量に関する性能を十分検討する必要がある。

上記構成に加え、本発明のセンサユニット１００には本体モジュール２２を加熱するためのヒータ３６（電熱ヒータ）が備えられている。この電熱ヒータ３６は、培養室２内部の湿度９０％以上の空気がセンサユニット１００内に吸入された際、フィルタ自体の圧損率によりフィルタで吸引した雰囲気の圧力が低下して雰囲気温度が下がり、温度の低下からセンサユニット１００内部、とくにフィルタ出口の吸入路２６付近で結露してしまうのを防止するために設けられている。この目的のためには、吸入路２６側のフィルタ２３から気流発生手段２０（ポンプ２１）への間のブロック内部空間が、培養室２内部よりも負圧になることから、電熱ヒータ３６を配置して圧力低下に対応することが必須である。
培養室２内部から吸引した空気がセンサユニット１００内部で結露してしまうと、センサ検出部３２の素子に悪影響を起こし正確な検出ができなくなってしまう。さらに、空気中の水蒸気量が結露することで減少し、培養室２内の湿度が低下してしまう。実施例においては、本体モジュール２２に電熱ヒータ３６を貼り付けて、熱電導率の高い金属であるアルミニウム製の本体モジュール２２全体を加熱している。培養室内の温度は３７℃に制御されているため、電熱ヒータ３６は吸引した空気が結露しない程度の電流量で定常的に加熱を続けるだけで、特に制御は不要である。さらに、電熱ヒータ３６と本体モジュール２２の温度を測定する熱電対（図示せず）のを配置して温度制御してもよい。
一方、本体モジュール２２に電熱ヒータ３６を貼り付けた結果、本体モジュール２２全体が加熱されるため、気流発生手段２０（ポンプ２１）から吐出路２７への間の空間も加熱されることになる。加熱は、圧力低下に対応するためであれば、センサユニット１００内部のフィルタ出口付近を特に行えばよいが、その箇所のみでなく本体モジュール２２全体を加熱するのは、専ら本体モジュール２２からの放熱による温度低下による結露に対応するものである。
また、吸入路２６側のフィルタ２３による圧力低下による結露をヒータにより加熱して解消し、かつ吐出路２７に至るまで温度の低下が妨げられる構成であれば、雰囲気測定手段１９を、吸入路２６とポンプ２１との間に設けても、或いはポンプ２１と吐出路２７との間に設けてもよい。

電熱ヒータ３６と熱電対はインキュベータ制御部に電気的に接続されていて、所定の温度にセンサユニット１００を制御することが可能となる。ここで、培養室２から吸引した空気が結露しない程度の温度になるようにセンサユニット１００の温度を制御しておけば、正確な培養室２内部の雰囲気測定が可能となる。さらに、この熱電ヒータ３６によってフィルタ２３の結露を防止することもできる。フィルタ２３が結露してしまうと、結露した水分が障害になり十分な流量がセンサユニット１００内部に吸入されなくなり、結果的に正確な検出ができなくなる。また、センサユニット１００全体は断熱材（図示せず）で包むこととしている。

センサユニット１００は培養室２の壁２ａに固定される。固定方法は、センサユニット１００にタップ穴を設け培養室２内部からネジで固定する方法でもよいし、培養室２の壁２ａにスタッドやナットを溶接し培養室２の外側からねじやナットで固定する方法でもよい。ただし、培養室２内部の密閉度を考慮すると、培養室２の壁２ａに貫通穴を設けることなく、培養室２の壁２ａにスタッドやナットを溶接し、外側から固定する方法が好ましい。また、フィルタ３４と押さえ板３５を本体モジュール２２に固定する方法については、交換することを考慮するとネジ止めするのが好ましいが、ネジの頭に十字穴や六角穴のない、六角ネジを使用するのが好ましい。また、壁２ａのどこにセンサユニット１００を設置するかについては、特に制限はないが、測定するガスの比重や培養室２内部の気流の状態を測定し、適切な検出位置を決定するのが望ましい。

本実施例によって、培養室２内部に浮遊している雑菌や胞子といったコンタミネーションを引き起こす原因となるものは、フィルタ２３によってセンサユニット１００内部への流入は阻止されるので、センサユニット１００内部は常に清浄度を維持されることとなる。また、フィルタ２３によってセンサユニット１００内部への流入を阻止された雑菌や胞子は、過酸化水素ガス等の滅菌ガスによって死滅させることができるので、次の培養の際にコンタミネーションを引き起こすことはない。また、滅菌によって死滅した雑菌の死骸が新たな雑菌の温床となる虞がある場合は、滅菌の際、新品のフィルタ２３と交換しておけば、雑菌が繁殖する可能性は皆無となる。さらに、滅菌中はポンプ２１による培養室２内部空気の吸引を停止しておけば、滅菌ガスはセンサユニット１００内部まで浸入することは殆ど無い。

さらに、他の実施例にも共通する特徴として、測定のために一旦吸入された培養室２内部の空気は、センサユニット１００内部の流路を通過した後、もとの培養室２内に戻されることとしている。このように、吸入した培養室２内部の空気を元に戻すことによって、培養室２内部圧力を低下させることがなくなるので、培養室２内の安定した雰囲気を維持するのが容易となる。

上記第一の実施例のように、培養室２と吸入路２６と吐出路２７との間をフィルタ２３によって仕切ることで、滅菌ガスの殆どの流通を防止することができるが、培養室２内を滅菌ガスの分子が拡散することによって、フィルタ２３を通過しセンサ（雰囲気測定手段）１９の検出部に付着してしまう場合がある。この拡散した分子の吸入路２６への流入を防止するために、第２の実施例におけるセンサユニット２００では、センサユニット１００のセンサ１９とフィルタ２３との間に逆止弁２８ａを備えることとしている（図５参照）。逆止弁２８ａは、吸入路２６のセンサ１９が配置されるセンサホール３１とフィルタ２３との間に、培養室２から吸入路２６に吸入される空気の流れは通過させるが吐出される空気の流れは止める方向に配置されている。

ここで、逆止弁２８ａには、クラッキング圧と呼ばれる、通過する流体が所定の圧力以上にならないと、たとえ正流であっても、弁体が流体を通過させない閾値となる圧力が設定されている。このクラッキング圧が滅菌ガスの拡散による圧力以上であり、且つポンプ２１が吸入できる圧力以下の逆止弁２８ａを配置することで、培養室２内部の空気を吸入することができ、且つ滅菌ガスの拡散によるセンサユニット２００内部への浸入を防止することができる。さらに、逆止弁２８ａを吸入路２６のセンサ１９が配置されるセンサホール３１とフィルタ２３との間に配置することで、センサユニット１００のポンプ２１内に備えていた吸入路２６側の逆止弁２８は不要となる。なお、分子の拡散により貫通穴２７から侵入してきた滅菌ガスは、ポンプ２１の吐出路２７側に備えられた逆止弁２８により浸入を阻止されるので、センサ１９の検出部まで達することはない。

また、本実施例のセンサユニット２００では、逆止弁２８ａに代えて、リリーフ弁や安全弁を配置することもできる。要するに、ポンプ２１で吸入される圧力と滅菌ガスの拡散により浸入してくる圧力の差を考慮して、滅菌ガスの拡散による圧力よりも、ポンプ２１により吸入される気体の圧力が高くなるようにポンプ２１の圧力を設定し、滅菌ガスの拡散による圧力では開かれず、ポンプ２１により吸入される気体の圧力よりも低い圧力で開かれるような弁体を配置することとすればよい。ただし、逆止弁２８ａ以外の弁体を使用する場合、ポンプ２１の吸入路２６側には逆止弁２８が必要となる。

また、上記実施例の場合、吸入路２６と吐出路２７が隣り合った位置に配置されている。この場合、吐出路２７から吐出された空気が、培養室２内部を循環することなく直接吸入路２６から吸入されてしまう現象が稀に発生する。この現象が発生すると、培養室２の一部分の雰囲気だけを測定し続けることとなり、培養室２全体の雰囲気を正確に測定したことにはならない。そこで、上記の実施例のセンサユニット１００に、吸入と吐出の空気の流れを規制するダクト３７を備えた押さえ板３８を取り付けることで、吐出された空気がそのまま吸入されるのを防止することもできる（図６参照）。このダクト３７を備えることによって、吸入と吐出の空気の流れが規制され、吐出された空気が直接吸入されることなく培養室２内部に広範囲に拡散させることができる。このダクト３７は、回転可能な構造とすることで、最適な吸入・吐出方向を調整することができる。

上記の第１、第２の実施例では、本体モジュール２２に吸入路２６と吐出路２７を形成したセンサユニット１００、２００を開示したが、次に、空気吸入のための吸入口と、吐出のための吐出口とを個別に配置する第３の実施例について詳細に説明していく。図７は本発明の第３の実施例を示した断面図である。この第３の実施例であるセンサユニット３００では、ＣＯ_２濃度や酸素濃度といった雰囲気測定手段１９を収納する測定モジュール３９と、フィルタ３４を備えた吸気口や吐出口を形成するフィルタモジュール４０とに分かれて配置され、測定モジュール３９と各フィルタモジュール４０とは継手を介してチューブによって連通されている。なお、測定モジュール３９とフィルタモジュール４０は、表面にアルマイト処理を施したアルミニウム製の部材により形成されたブロックである。

測定モジュール３９は、第１、第２の実施例と同様に、吸入路２６と吐出路２７が形成されている。この２つの貫通穴の、培養室２に対向する面とは反対側の面には、パッキンシート２５を介してポンプ２１が気密状態に固定されていて、雰囲気測定手段１９を挿入するためのセンサホール３１が、吸入路２６に直交するように形成されている。また、第１、第２の実施例と同様に測定モジュール３９を加熱するための電熱ヒータ３６と熱電対が備えられている。さらに、測定モジュール３９は、吸入路２６と吐出路２７の、ポンプ２１が配置される側とは反対側の開口部分に、継手４１が取り付けられるようにテーパー状のネジ穴が形成されていて、この２つのネジ穴には継手４１がそれぞれ取り付けられている。測定モジュール３９は不図示のブラケットを介してインキュベータ１内に固定されることとしている。さらに、測定モジュール３９は断熱材１４によって全体を包むように覆われている。

フィルタモジュール４０は、中央付近に貫通穴４２が形成されていて、培養室２壁面に接する面とは反対側の開口部分には、継手４１が取り付けられるようにテーパー状のネジ穴が形成されていて、このネジ穴には継手４１が取り付けられている。貫通穴４２の培養室２壁面側は、本実施例では継手４１が取り付けられるネジ穴に比べ、直径が大きくなるように形成されている。フィルタモジュール４０の培養室２壁面側には、貫通穴４２より若干大きな直径の窪みが貫通穴４２の全周にわたって形成されていて、この窪み部分に第１の実施例と同様の、ステンレス３１６鋼材からなる微小な繊維を加工・焼結したフィルタ３４が押さえ板３５を介してネジ留めされている。フィルタ３４は第１、第２の実施例に開示されたものと同様のものが使用されているが、例えば、ポリプロピレンやポリエステル、ポリオレフィン等の合成繊維から形成されるものでもよい。さらに、フィルタモジュール４０も測定モジュール３９と同様に、フィルタ３４通過後の雰囲気の圧力低下による結露に対応するため、電熱ヒータ３６と熱電対が備えられていてフィルタ３４とフィルタモジュール４０のブロック内部空間の結露を防止している。

フィルタモジュール４０は、培養室２の壁面に形成されたフィルタモジュール４０に対応する形状に開けられた開口部分に固定することとなっている。固定方法は、フィルタモジュール４０にタップ穴を設け培養室２内部からネジで固定する方法でもよいし、培養室２の外側壁面にスタッドやナットを溶接し培養室２の外側から、ねじやナットで固定する方法でもよい。さらに、フィルタモジュール４０と培養室２壁面との間には、パッキン２３が配置されていて、培養室２内部の空気が外部に漏れるのを防ぐと同時に、外部からの空気が、培養室２及びセンサユニット３００内部に流入するのを防いでいる。

本実施例のセンサユニット３００においては、吸入用と吐出用の２つのフィルタモジュール４０が培養室２の壁面に配置されていて、それぞれのフィルタモジュール４０と測定モジュール３９とは、各継手４１とチューブ４３を介して空気流通可能に接続されている。この構成により、培養室２内部の空気を吸入する側の吸入路２６と接続されているフィルタモジュール４０を通じて、培養室２内部の空気は、外部の空気と遮断された状態でセンサユニット３００内部に吸入され、吸入された空気を吐出する吐出路２７と接続されているフィルタモジュール４０を通じて、一端吸入された空気は、外部の空気と遮断された状態で培養室２内部へと戻されることとなる。

なお、継手４１はステンレス等の金属製のものを使用することで、培養室２内部を高温にして雑菌を死滅させる乾熱滅菌にも耐えることができる。さらに、チューブ４３についても金属製やフッ素樹脂やシリコン製のものとすることで、乾熱滅菌にも耐えることができる。さらに、チューブ４３の外周にシート状の電熱ヒータ３６と断熱材を巻きつけることで、チューブ４３内部での結露を防止することができるし、電熱ヒータ３６が必要ない場合は、断熱材を巻きつけるのみとしてもよい。ポンプ２１については、第１、第２の実施例と同様のものであるので、説明は省略する。

上記構成により、第１、第２の実施例と同様に滅菌ガスや高湿度雰囲気によるセンサの検出素子の腐食を防止することが可能となり、長期の培養や滅菌を繰り返し行った後でも安定した検出が可能となる。さらに、本実施例では各フィルタモジュール４０を所望の位置に個別に配置することができるので、吸入側と吐出側のフィルタモジュール４０を最も好ましい位置に配置することが可能となる。また、比較的高温に弱いポンプ２１とＣＯ_２センサや酸素濃度センサといった雰囲気測定手段１９を備える測定モジュール３９を培養室２から離れた位置に配置できるので、培養室２内部を高温雰囲気に維持する乾熱滅菌を行うことも可能となる。さらに、吸入側のフィルタモジュール４０を複数備えることとし、各フィルタモジュール４０からのチューブ４３を開閉弁により切り替え可能にしておけば、複数の異なる位置からの培養室２内部の雰囲気を順次測定することが可能となり、より正確な内部雰囲気の測定が可能となる。

さらに、本実施例も第１の実施例と同様に、過酸化水素ガス等の滅菌ガスの拡散による測定モジュール３９内への浸入を確実に阻止するための、測定モジュール３９の雰囲気測定手段１９とフィルタ２３との間に逆止弁２８ａを備えることが可能である。図８は逆止弁２８ａを備えた第４の実施例の断面図である。第４の実施例のセンサユニット４００では、吸入側のフィルタモジュール４０と測定モジュール３９を繋ぐチューブ４３に逆止弁２８ａを配置しているが、雰囲気測定手段１９を滅菌ガスから保護することが目的であるので、逆止弁２８ａやリリーフ弁は、雰囲気測定手段１９と吸入側のフィルタ２３との間であれば、どこに配置してもよい。この第４の実施例で、第２の実施例と同様に、ポンプ２１で吸入される圧力と滅菌ガスの拡散により浸入してくる圧力の差を利用して、選択的に測定モジュール３９内部への気体の流入を制御することができる。

さらに、本実施例では、フィルタモジュール４０と測定モジュール３９が離間した位置に配置されている構造から、雰囲気測定手段１９と吸入側のフィルタ２３との間に開閉弁を配置することが容易に可能である。この開閉弁は滅菌ガスに対し耐性のある部材で構成されたものを使用する。この開閉弁を培養時には開けておけば、培養室２内部の雰囲気を吸引し検出することが可能となり、滅菌時には閉じておけば、滅菌ガスの測定モジュール３９への浸入を防止することが可能となる。この開閉弁は手動により操作してもよいし、電気的に開閉することとしてもよい。さらに、吸入側のみならず、吐出側の流路にもこの開閉弁を配置することも十分可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれに制限されるものではない。インキュベータ１以外にも、例えば、アイソレータ、自動細胞培養装置、恒温器や各種細胞検査装置等においても本発明を適用することはでき、本実施例と同等の効果を奏することは十分可能であり、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明のものである。

１００センサユニット（第１の実施例）
２００センサユニット（第２の実施例）
３００センサユニット（第３の実施例）
４００センサユニット（第４の実施例）
１インキュベータ
２培養室
２ａ培養室壁
３内扉
４棚
５ａＣＯ_２供給パイプ
５ｂＮ_２供給パイプ
６ａＣＯ_２供給開閉弁
６ｂＮ_２供給開閉弁
７供給口
７ａパイプ
７ｂ開閉弁
８吸引口
８ａパイプ
８ｂ開閉弁
９外扉
１０パッキン
１１外箱
１２パッキン
１３電熱ヒータ
１４断熱材
１５均熱板
１６内側パネル
１７水トレー
１８温度センサ
１９雰囲気測定手段
２０気流発生手段
２１ポンプ
２２本体モジュール
２３フィルタ
２４パッキン
２５シートパッキン
２６吸入路
２７吐出路
２８逆止弁
２８ａ逆止弁
２９隔膜
３０バイモルフ振動子
３１センサホール
３２検出部
３３Ｏリング
３４フィルタ
３５押さえ板
３６電熱ヒータ
３７ダクト
３８押さえ板
３９測定モジュール
４０フィルタモジュール
４１継手
４２貫通穴
４３チューブ

Claims

培養室と連通した内部空間が形成されたブロックと、
前記培養室内の雰囲気を前記培養室から前記内部空間に吸引し、
前記培養室に吐出す気流発生手段と、
前記内部空間に吸引された雰囲気を測定する雰囲気測定手段と、
前記培養室と前記内部空間の間に配置されるフィルタと、
前記フィルタを介して吸引された雰囲気を加熱するヒータとを備え、
前記内部空間として設けられ、前記気流発生手段によって吸入された前記雰囲気が流通する吸入路と、
前記内部空間として設けられ、吸入された前記雰囲気が前記気流発生手段によって前記培養室内に戻される吐出路とを有することを特徴とする、センサユニット。
前記気流発生手段は吸込口と吐出口を有するポンプであり、
前記吸入路が前記ポンプの吸込口に接続され、
前記吐出路が前記ポンプの吐出口に接続されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のセンサユニット。
前記雰囲気測定手段は前記吸入路中に配置されていることを特徴とする、請求項１若しくは２に記載のセンサユニット。
前記フィルタは、焼結金属からなることを特徴とする、請求項１に記載のセンサユニット。
前記ヒータは、前記吸入路中の雰囲気を加熱することを特徴とする、請求項１に記載のセンサユニット。
前記吸入路側に設けられる前記フィルタと前記雰囲気検出手段との間には、前記ポンプが吸引できる圧力以下のクラッキング圧を有する逆止弁が備えられていることを特徴とする、請求項２に記載のセンサユニット。
前記ブロックは金属製であって、一方面から他方面に貫通する２つの貫通穴を並列して有し、貫通穴の一つが吸入路であり、他の貫通穴が吐出路であって、前記ヒータは金属製の前記ブロックを加熱するものであることを特徴とする、請求項１に記載のセンサユニット。
培養室と、
前記培養室と連通した内部空間が形成されたブロックと、
前記培養室内の雰囲気を前記培養室から前記内部空間に吸引し、
前記培養室に吐出す気流発生手段と、
前記ブロックの内部空間の雰囲気を測定する雰囲気測定手段と、
前記培養室と前記内部空間の間に配置されるフィルタと、
前記フィルタを介して吸引された雰囲気を加熱するヒータとを備え、
前記ブロックには、
前記内部空間として設けられ、前記気流発生手段によって吸入された前記雰囲気が流通する吸入路と、
前記内部空間として設けられ、吸入された前記雰囲気が前記気流発生手段によって前記培養室内に戻される吐出路と
を有する
ことを特徴とする恒温装置。