JP5845840B2

JP5845840B2 - 機能性フィルムを移送するための負圧吸着ヘッドとそれを用いた細胞培養容器の製造方法

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Publication number: JP5845840B2
Application number: JP2011251946A
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Inventors: 正敏黒田; 清水　雄二; 雄二清水; 政彦長谷
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Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-11-17
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Description

本発明は、機能性フィルムを細胞培養容器へ移送するための負圧吸着ヘッドとそれを用いた細胞培養容器の製造方法に関する。

表面に細胞培養される親水性ポリマー（温度応答性ポリマー)の層を被覆した細胞培養支持体（シャーレなどの細胞培養容器）が特許文献１に記載されている。この細胞培養支持体を用いることにより、温度を変化させるだけで培養・増殖後の細胞を破壊することなく細胞支持体から容易に剥離して回収することができる。しかし、特許文献１に記載のように、シャーレなどの細胞培養容器に、別個にバッチ処理により表面処理をして機能性化合物層を設けることは、多くの手間を必要としており、作業性の観点からはなお改善する余地がある。

特開平２−２１１８６５号公報

そのための改善された手法として、機能性化合物層の多数個を帯状の剥離フィルム上に配列した原反を予め作っておき、ラベリングの手法を使って、原反から機能性化合物層を連続的に剥離させるとともに、各剥離した機能性化合物層を、従来からシート材などの搬送手段として用いられている負圧吸着ヘッドを用いて、細胞培養容器まで移送した後、負圧の開放と負圧吸着ヘッドからの排気を行い、機能性化合物層を細胞培養容器の底部に配置する手法が考えられる。

細胞培養容器の底面に機能性フィルムを配置して細胞の培養・増殖を行う場合、細胞培養容器の底面と機能性フィルムの裏面との間に気泡が存在しない状態で、両者が密着していることが求められる。本発明者らは従来から用いられている負圧吸着ヘッドを用い、負圧吸着ヘッドの吸着面に機能性フィルムを吸着した状態で細胞培養容器の上まで移送し、そこで負圧の開放と排気を行って機能性フィルムを細胞培養容器の底面に落下させる処理を多く行っているが、多くの場合、落下した機能性フィルムと細胞培養容器の底面との間に気泡が存在してしまうのを避けることができなかった。気泡が存在する場合、高温高圧水蒸気によるオートクレーブ処理を行って気泡を除去することが必要であり、余分な作業が必要となることに加え、機能性フィルムの種類によっては、特に親水性ポリマーを備えた機能性フィルムの場合には、オートクレーブ処理により機能性フィルムが損傷する恐れもある。

また、原反から剥離した機能性化合物層は負圧吸着ヘッドの吸着面に対して適切な位置からずれて送出される場合があるが、従来から用いられている負圧吸着ヘッドを用いて原反から剥離した機能性化合物層を負圧吸着ヘッドの吸着面に負圧吸着させる場合、その位置ずれの修正を行うことができず、機能性化合物層が負圧吸着ヘッドの吸着面の適正な位置に配置されない可能性がある。このように機能性化合物層が負圧吸着ヘッドの吸着面の適正な位置に配置されないと、負圧吸着ヘッドの負圧の開放と負圧吸着ヘッドからの排気を行い、機能性化合物層を細胞培養容器の底部に配置する際、機能性化合物層を細胞培養容器の底部の適正な位置に配置することができず、細胞の培養や増殖を精緻に行うことができない恐れもある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、機能性フィルムを負圧吸着ヘッドを用いて初期位置から細胞培養容器へ移送するときに、機能性フィルムと細胞培養容器の底面との間に気泡が存在しない状態で、機能性フィルムを細胞培養容器の底面に落下させることを可能とするとともに、機能性フィルムを細胞培養容器の底面の適正な位置に落下させることを可能とした負圧吸着ヘッドを提供することを第１の課題とする。また、その負圧吸着ヘッドを用いて機能性フィルムを細胞培養容器の底面に移送し、機能性フィルムを細胞培養容器に配置する細胞培養容器の製造方法を提供することを第２の課題とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく多くの実験を行うことにより、従来知られた負圧吸着ヘッドでは、図１１（ａ）に示すように、その吸着面１には同じ孔径である複数の負圧吸着孔２が等しい密度で分布しており、負圧の解除後にそこから排気したときに、機能性フィルムの全面にわたって各負圧吸着孔２からほぼ等しい排気圧および等しい量の空気が作用することとなり、結果として、機能性フィルム３は、図１１（ｂ）に示すように、細胞培養容器４の底面５とほぼ平行な姿勢を保った状態で容器４の底面５に向けて落下することとなり、空気の逃げ道が制限されることから、図１１（ｃ）に示すように、両者の間に気泡６が残ってしまうことを知見した。

本発明は、上記の知見に基づくものであり、本発明による負圧吸着ヘッドは、機能性フィルムを複数の負圧吸着孔を備えた吸着面に負圧吸着して細胞培養容器へ移送した後、負圧を開放して機能性フィルムを細胞培養容器へ落下させるのに用いる負圧吸着ヘッドであって、前記複数の負圧吸着孔のそれぞれに接続された複数の通気路と、前記複数の通気路を流れる気体の流量を調整するために各通気路に設けられた流量調整弁と、前記流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明による負圧吸着ヘッドを用いて前記初期位置で機能性フィルムを吸着する際には、複数の負圧吸着孔のそれぞれに接続された複数の通気路と、複数の通気路を流れる気体の流量を調整するために各通気路に設けられた流量調整弁とを備え、制御部にて各流量調整弁の開度を制御して各通気路を流れる気体の流量を調整することで、機能性フィルムが吸着面に対してずれた位置に送出される場合であっても、吸着面の各負圧吸着孔における吸着力を調整することができ、吸着面に対する機能性フィルムの位置ずれを修正して該機能性フィルムを吸着面の適正な位置に配置することができる。

また、本発明による負圧吸着ヘッドを用いて機能性フィルムを初期位置から細胞培養容器へ移送し、細胞培養容器上で機能性フィルムを負圧吸着ヘッドから分離する際には、負圧を開放するが、それと同時に負圧吸着ヘッドの各負圧吸着孔から排気を行うことが好ましい。このとき、制御部にて各流量調整弁の開度を制御して各通気路を流れる気体の流量を調整し、各負圧吸着孔から排気される気体の排気量や排気圧を調整することで、気体の排気量や排気圧が吸着面全面で等しくなくなり、たとえば一部の領域でより多くの気体が排気されることとなる。そして、より多くの気体が排気される領域では、機能性フィルムが他の部分と比較してより早くかつより速い落下速度で、吸着面から細胞培養容器へ向けて落下する。

結果として、機能性フィルムは下に凸の曲面を形成した状態で細胞培養容器の底面に向けて落下することとなり、機能性フィルムの全体は時間差をもって細胞培養容器の底面に次第に着地していく。その過程で、機能性フィルムの裏面と細胞培養容器の底面との間に存在する空気は、順次連続して外側に向けて排出されるので、間に気泡がない状態で機能性フィルムの全体が細胞培養容器の底面に配置されるようになる。

なお、機能性フィルムを負圧吸着ヘッドから分離する際に、通気路を通って各負圧吸着孔から排気される気体としては、例えば空気や窒素を用いることができる。

本発明による負圧吸着ヘッドにおいて、制御部は流量調整弁の開度をそれぞれ別個に制御してもよい。好ましい形態では、前記吸着面は、前記負圧吸着孔から排気される気体の排気量が異なる複数の領域を有しており、前記制御部は、前記領域毎に前記流量調整弁の開度を制御する。このように気体の排気量が異なる領域毎に流量調整弁の開度を制御することにより、制御部による流量調整弁の制御を簡素化することができる。

また、本発明による負圧吸着ヘッドの好ましい形態では、前記複数の通気路は前記領域毎に集合路に接続されており、前記流量調整弁は前記集合路に設けられている。このように領域毎の通気路を束ねて集合路とし、その集合路に流量調整弁を配設し、制御部にてその流量調整弁の開度を制御して領域毎に通気路を流れる気体の流量を調整することで、流量調整弁の基数を抑制することができ、負圧吸着ヘッドの構成を簡素化して製造コストの高騰を抑制することができる。

本発明において、負圧吸着ヘッドの吸着面の平面視での形状は、特に限定されないが、好ましくは、移送する機能性フィルムを収容する細胞培養容器の底面形状と一致した形状である。また、他の領域と比較して多くの気体が排気される領域を吸着面のどの位置に形成するかも特に制限はなく、実際の機能性フィルムが持つ物理的な物性値と細胞培養容器の底面形状とを考慮して実験的に最適位置を設定すればよい。一般的には、吸着面の中央部か一端部である。

本発明は、さらに、上記したいずれかの負圧吸着ヘッドを用いた細胞培養容器の製造方法であって、機能性フィルムを前記負圧吸着ヘッドの吸着面に負圧吸着し、該機能性フィルムを細胞培養容器上へ移送した後、負圧を開放して該機能性フィルムを前記細胞培養容器へ落下させ、該機能性フィルムを該細胞培養容器に配置することを特徴とする細胞培養容器の製造方法を開示している。

本発明による負圧吸着ヘッドを用いることにより、機能性フィルムの裏面と細胞培養容器の底面との間に気泡の発生を抑えた状態で、機能性フィルムを細胞培養容器の底面の適正な位置に配置することが可能となる。

本発明による負圧吸着ヘッドによって移送される機能性フィルムの一例を説明する模式図。多数個の機能性フィルムを帯状の剥離フィルムに仮接着した原反を説明する模式図。本発明による負圧吸着ヘッドを備えた細胞培養容器の製造装置の一例を説明する模式図。本発明による負圧吸着ヘッドの一例を説明する図であって、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその下面図。本発明による負圧吸着ヘッドの他例を説明する図であって、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその下面図。本発明による負圧吸着ヘッドを用いた場合での機能性フィルムの落下状態を説明する図。機能性フィルムを配置した細胞培養容器の例であるフラスコ型細胞培養容器を示す図。図７に示すフラスコ型細胞培養容器の製造手順を示す図。図７に示すフラスコ型細胞培養容器の他の製造手順を示す図。本発明による負圧吸着ヘッドを用いた場合での機能性フィルムの落下状態を説明する他の図。従来の負圧吸着ヘッドを用いた場合での培養シートの落下状態を説明する図。

以下、本発明を実施の形態に基づき説明する。図１は、本発明による負圧吸着ヘッドによって移送される機能性フィルムの一例を説明する模式的に示す断面図である。なお、本発明において、対象となる機能性フィルムは、可撓性を有しており、かつ表面に細胞培養に適した所望の機能が付与された、粘着剤層を備えたフィルムであれば特に限定されない。好ましい実施形態では、図１に示す機能性フィルム１０のように、フィルム基材層１１の一方の面に機能性化合物層１２が積層され、他方の面に粘着剤層１３が積層されている。なお、図１において、１４は後記する帯状をなす剥離フィルムである。

＜フィルム基材層１１＞
限定されないが、フィルム基材層１１は、一方の表面に前記機能性化合物層１２を形成することが可能な材料を含むものであればよく、材料の種類は特に限定されない。典型的には、フィルム基材層１１の材料として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ナイロン（Ｎｙ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、アクリル等が挙げられる。

フィルム基材層１１の、機能性化合物層１２が形成される側の表面は、易接着処理された表面であることができる。「易接着処理」とは、例えば、ポリエステル、アクリル酸エステル、ポリウレタン、ポリエチレンイミン、シランカップリング剤、ペルフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）等の易接着剤による処理を指す。

フィルム基材層１１の厚さ（フィルム基材層１１が基材の層に加えて易接着層を備える場合は、易接着層を含むフィルム基材層の全体の厚さを指す）は、特に制限は無いが可撓性を付与する厚さであることが好ましく、例えば５μｍ〜４００μｍ、好ましくは５０μｍ〜２５０μｍである。

＜機能性化合物層１２＞
機能性化合物層１２を構成する機能性化合物としては、有機化合物または無機化合物が挙げられ、より好ましくは、所定の刺激によって細胞接着性から細胞非接着性へと変化することが可能な表面を有する刺激応答性ポリマーや、１つ以上のエチレングリコール単位（ＣＨ_２−ＣＨ_２−Ｏ）からなるエチレングリコール鎖等の親水性化合物が挙げられる。

機能性化合物層の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内とするのがよく、なかでも１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。

以下「刺激応答性ポリマー層」および「親水性化合物層」の好適な実施形態について説明する。

＜刺激応答性ポリマー層＞
機能性有機化合物層は、刺激応答性ポリマー層であることが特に好ましい。刺激応答性ポリマー層とは、所定の刺激によって表面の細胞の接着度合いが変化するポリマーを含む層である。刺激応答性ポリマーとしては、温度応答性ポリマー、ｐＨ応答性ポリマー、イオン応答性ポリマー、光応答性ポリマーなどを挙げることができる。なかでも温度応答性ポリマーが、刺激の付与が容易であることから好ましい。

温度応答性ポリマーとして、例えば、細胞を培養する温度では細胞接着性を示し、作製した細胞シートの剥離する時の温度では細胞非接着性を示すものを用いるとよい。例えば、温度応答性ポリマーは、臨界溶解温度未満の温度では周囲の水に対する親和性が向上し、ポリマーが水を取り込んで膨潤して表面に細胞を接着し難くする性質（細胞非接着性）を示し、同温度以上の温度ではポリマーから水が脱離することでポリマーが収縮して表面に細胞を接着しやすくする性質（細胞接着性）を示すものを用いるとよい。このような臨界溶解温度は、下限臨界溶解温度Ｔと呼ばれる。下限臨界溶解温度Ｔが０℃〜８０℃、さらに好ましくは０℃〜５０℃である温度応答性ポリマーを用いるとよい。下限臨界溶解温度Ｔが０℃〜８０℃であると、細胞を安定的に培養できるからである。

好適な温度応答性ポリマーとしては、アクリル系ポリマーまたはメタクリル系ポリマーが挙げられる。具体的に好適な温度応答性ポリマーとしては、例えばポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド(Ｔ＝３２℃)、ポリ−Ｎ−ｎ−プロピルアクリルアミド(Ｔ＝２１℃)、ポリ−Ｎ−ｎ−プロピルメタクリルアミド(Ｔ＝３２℃)、ポリ−Ｎ−エトキシエチルアクリルアミド(Ｔ＝約３５℃)、ポリ−Ｎ−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド(Ｔ＝約２８℃)、ポリ−Ｎ−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド（Ｔ＝約３５℃）、およびポリ−Ｎ,Ｎ−ジエチルアクリルアミド(Ｔ＝３２℃)等が挙げられる。

ｐＨ応答性ポリマーおよびイオン応答性ポリマーは作製しようとする細胞シートに適したものを適宜選択することができる。

刺激応答性ポリマー層は、重合して目的の刺激応答性ポリマーを形成するモノマーと、該モノマーを溶解しうる有機溶媒とを含む塗布用組成物を調製し、これを慣用の塗布方法に従って、フィルム基材の表面に塗布して塗膜を形成し、次に、該塗膜に放射線照射等の適当な手段により塗膜中のモノマーを重合してポリマーを形成するとともに、フィルム基材の表面とポリマーとの間にグラフト化反応を生じさせることにより形成することができる。

＜親水性化合物層＞
機能性有機化合物層の他の実施形態として、１つ以上のエチレングリコール単位からなるエチレングリコール鎖（複数のエチレングリコール単位からなるエチレングリコール鎖は、「ポリエチレングリコール鎖」ということができる）等の親水性化合物の層が挙げられる。

エチレングリコール鎖の末端は水酸基により封鎖された形態であってもよいし、エチレングリコール鎖の末端に生体関連物質等の他の物質が共有結合により連結された形態であってもよい。

末端が水酸基により封鎖されたエチレングリコール鎖を含む層は、細胞が接着し難い親水性の表面を提供することができる。

エチレングリコール鎖の末端に共有結合されうる生体関連物質としては、抗原、抗体、DNA、RNA、ペプチド、ホルモン、酵素、サイトカイン、糖鎖、脂質、補酵素、酵素阻害剤、細胞、その他の機能を有するタンパク質が含まれる。更に、このような生体関連物質と親和性を有する低分子化合物、および高分子化合物も生体関連物質の範囲に含まれる。

エチレングリコール鎖等の親水性化合物の層を、樹脂製のフィルム基材層の表面に固定化するためには、予め、フィルム基材層の表面に、物理的に吸着可能であって、エチレングリコール鎖の末端の水酸基と反応して共有結合を形成可能な官能基を側鎖に含むポリシロキサンを含むプライマー層を設ける。ポリシロキサンの側鎖上の官能基としては、グリシジル基またはエポキシ基が好ましい。プライマー層は、フィルム基材層の表面に、所望の側鎖を有するシラノール化合物を適用し、該表面上で縮合重合してポリシロキサンに変換することにより形成することができる。

次いで、プライマー層の官能基と、エチレングリコールまたはエチレングリコール単位が２以上繰り返されたポリエチレングリコールの水酸基とを反応させて共有結合を形成し、エチレングリコール鎖を固定化する。このとき、触媒量の濃硫酸を含むエチレングリコールまたはポリエチレングリコールをプライマー層に接触させる。

末端が水酸基により封鎖されたエチレングリコール鎖を含む層はこのようにして形成される。

更に、必要に応じて、エチレングリコール鎖の一端に、他の物質との共有結合を形成することが可能な、少なくとも１つの官能基を直接的または間接的に連結させる。官能基の導入方法は特に限定されない。

＜粘着剤層１３＞
粘着剤層１３を構成する粘着剤としてはポリエステル樹脂、アクリル酸エステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレンイミン樹脂、シランカップリング剤、ペルフルオロオクタンスルホン酸（ＰＦＯＳ）等を挙げることができ、なかでもアクリル酸エステル樹脂、ポリウレタン樹脂等を好ましく用いることができる。

粘着剤層の厚さは特に限定されないが、１０μｍ〜３００μｍであることが好ましく、２０μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。

図１に示す層構造の機能性フィルム１０は、任意の方法で作ることができるが、本実施の形態では、次のようにして作られる。すなわち、帯状をなす剥離フィルム１４の全面に前記粘着剤層１３を塗布し、その上に、同じ幅であるやはり帯状のフィルム基材層１１と機能性化合物層１２を積層する。それにより、図示するように、剥離フィルム１４と粘着剤層１３とフィルム基材層１１と機能性化合物層１２の層の４層構造からなる、長尺物２０（図２参照）が形成される。なお、剥離フィルム１４には、必要な強度や柔軟性を有する限り特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂からなるフィルムまたはそれらの発泡フィルムに、シリコーン系剥離剤等の剥離剤で剥離処理したものを挙げることができる。

長尺物２０の前記剥離フィルム１４とは反対の面から、得ようとする機能性フィルム１０の外郭形状を持つ型枠（不図示）を、剥離フィルム１４の表面にまで達するように押下する。それにより、機能性化合物層１２とフィルム基材層１１と粘着剤層１３には、機能性フィルム１０の外郭形状をなす切り込み線２１が形成される。その型押し作業を所定の間隔をおいて連続的に長尺物２０に対して行うことにより、図２に示すような、複数個の切り込み線２１の入った長尺物２０が得られる。

機能性フィルム１０の平面視での形状には制限はなく任意の形状を取ることができ、それに応じた型枠が用いられる。図２に示した例では、図７に示すような先狭まり状とされた細胞培養容器５０Ａの底面５１Ａに配置することを予定する機能性フィルム１０を得ようとするものであり、切り込み線２１は、細胞培養容器５０Ａの底面５１Ａの内周輪郭の形状とほぼ同じ形状とされている。

前記長尺物２０は、機能性フィルム１０側が内側となるようにしてロール状に巻き込まれて原反２２（図３参照）とされ、保管される。

図３は、前記原反２２から機能性フィルム１０を分離し、分離後の機能性フィルム１０を細胞培養容器５０の底面５１に移し替える装置の一例を示している。図示の移し替え装置３０は、従来知られた３次元ロボットアーム（不図示）に取り付けられたエアーシリンダ３１を備え、該エアーシリンダ３１の下方先端に、図４に一例を示すような本発明による負圧吸着ヘッド４０が着脱自在に装着されている。エアーシリンダ３１は、３次元ロボットアームの制御装置（不図示）により、吸着面４１の面方向であるＸ−Ｙ軸方向および垂直方向であるＺ軸方向に移動自在とされている。

図３に示すように、エアーシリンダ３１の近傍には、水平方向またはわずかに下方に傾斜した方向に延在する案内台３２が位置しており、前記原反２２から巻き出される長尺物２０は、ガイドロール３３・・によって案内されることで、前記案内台３２の上面に沿って移動し、案内台３２の先端でＵターンした後、巻き取りロール３４によって巻き取られる。長尺物２０が案内台３２の先端でＵターンするときに、前記切り込み線２１によって区画された内側の領域は剥離フィルム１４から剥離し、案内台３２の上面の延長線方向に送り出される。すなわち、機能性化合物層１２とフィルム基材層１１と粘着剤層１３の３層構造からなる機能性フィルム１０が、粘着剤層１３側を下面側とした姿勢で連続的に剥離フィルム１４から剥離し、水平方向またはわずかに下方に傾斜した方向に送り出される。

移し替え装置３０は、さらに、細胞培養容器５０を水平姿勢に載置した状態で間欠的に移動と停止を繰り返すことのできる搬送コンベア３５を備えている。また、好ましくは、前記案内台３２の先端近傍であって送り出される機能性フィルム１０の下方位置には、機能性フィルム１０の横幅にほぼ等しい横幅を持つエアノズル４５が空気噴出方向を斜め上方に向けた姿勢で取り付けられる。エアノズル４５からの空気噴出を下方から受けることにより、剥離フィルム１４から剥離して送り出される機能性フィルム１０は、その後もほぼ水平な姿勢を維持することができる。なお、機能性フィルム１０に噴出する気体としては、空気の他、例えば窒素などの不活性ガスを適用することもできる。

前記負圧吸着ヘッド４０は、図４（ａ）の縦断面図に示すように、実質的に平坦面である吸着面４１と該吸着面４１の反対側の空気室４２とを有し、前記空気室４２は前記エアーシリンダ３１の空気路３６と接続している。そして、前記空気路３６は適宜の図示しない空気吸引および排気手段に接続している。また、前記吸着面４１には多数の負圧吸着孔４４が形成されており、複数の負圧吸着孔４４のそれぞれに空気路（通気路）３７が接続され、各空気路３７に電磁弁（流量調整弁）３８が設けられている。また、各電磁弁３８はそれぞれ制御線３９ａを介して制御部３９（図３参照）と接続されており、制御部３９の制御信号に基づいて電磁弁３８の開度を制御して各空気路３７を流れる空気の流量を調整できるようになっている。

また、図４（ｂ）に示すように、この例において、前記吸着面４１の形状は平面視で円形である。すなわち、この移し替え装置３０で用いる前記原反２２には、図２で示したものと異なり、前記吸着面４１とほぼ同じ大きさである円形の切り込み線２１が一定間隔で形成されており、円形の機能性フィルム１０が、前記したように、粘着剤層１３側を下面側とした姿勢で連続的に剥離フィルム１４から剥離して水平方向またはわずかに下方に傾斜した方向に送り出される。

不図示のロボットアームの制御装置は、送り出されてくる機能性フィルム１０を負圧吸着ヘッド４０によって負圧吸着することのできる位置に、前記エアーシリンダ３１を位置させる。そして、吸引手段によって空気室４２内の空気を吸引することで、吸着面４１に負圧を発生させ、それにより、機能性フィルム１０は吸着面４１に負圧吸引される。その際、送り出されてくる機能性フィルム１０の吸着面４１に対する位置を適宜の手段によって検知し、機能性フィルム１０が吸着面４１に対してずれた位置で送り出されている場合には、電磁弁３８の開度を制御して各空気路３７を流れる空気の流量を調整し、吸着面４１の負圧吸着孔４４における吸着力を調整して、機能性フィルム１０を吸着面４１の適切な位置へ誘導する。例えば、原反２２から剥離した機能性フィルム１０が吸着面４１に対して送出方向（図中、左方向）へずれた位置で送り出される場合には、吸着面４１の負圧吸着孔４４のうち負圧吸着孔４４ｅ、４４ｆに接続された空気路３７ｅ、３７ｆの電磁弁３８ｅ、３８ｆを閉弁し、負圧吸着孔４４ｊ、４４ｋに接続された空気路３７ｊ、３７ｋの電磁弁３８ｊ、３８ｋの開度を大きくし、機能性フィルム１０を送出方向と逆方向（図中、右方向）へ誘導して、機能性フィルム１０を吸着面４１の適切な位置へ配置する。

なお、送り出されてくる機能性フィルム１０の吸着面４１に対する位置を検知する手段としては、例えば赤外線センサや画像処理装置などを挙げることができる。例えば、負圧吸着ヘッド４０の下端部もしくは下端部近傍に赤外線センサを配置して送り出されてくる機能性フィルム１０の位置を検知し、その検知信号を制御部３９に送信して吸引時の電磁弁３８の開度を制御することができる。また、送り出されてくる機能性フィルム１０の位置や吸着面４１に負圧吸着された機能性フィルム１０の位置を画像処理装置によって検知し、その検知信号を制御部３９に送信して吸引時の電磁弁３８の開度を制御してもよい。

そして、機能性フィルム１０が吸着面４１に負圧吸引された状態で、制御装置はロボットアームを操作して、エアーシリンダ３１を前記搬送コンベア３５で搬送されてくる細胞培養容器５０の直上位置に移動させる。移動後、細胞培養容器５０の底面と機能性フィルム１０との距離が０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度となるまでエアーシリンダ３１を下降させ、下降位置で、負圧を開放すると同時に、排気手段を操作して空気室４２内に所定圧の空気を送り込む。この空気は吸着面４１に形成した各負圧吸着孔４４から吐出（排気）され、自重に加えて空気の吐出圧によって、機能性フィルム１０は細胞培養容器５０の底面に向けて落下する。

その際、本実施形態では、上記するように、吸着面４１の多数の負圧吸着孔４４のそれぞれに空気路３７が接続され、各空気路３７に電磁弁３８が設けられており、制御部３９の制御信号に基づいて各電磁弁３８の開度を制御して各空気路３７を流れる空気の流量を調整できるようになっている。これにより、負圧吸着ヘッド４０の吸着面４１は、たとえば一部の領域でより多くの空気が排気されるようになり、より多くの空気が排気される領域では、機能性フィルム１０が他の部分と比較してより早くかつより速い落下速度で、吸着面４１から細胞培養容器５０へ向けて落下することとなる。

以下、それを具体的に説明すると、図４に示す例では、吸着面４１に形成された負圧吸着孔４４の孔径は略均一であるが、図４（ｂ）に示すような、円形の吸着面４１の直径をなす弦Ｌ１に沿った負圧吸着孔４４ａに接続された空気路３７ａの電磁弁３８ａの開度が大きくなっており、そこから左右対称に、所定距離だけ離れた前記弦Ｌ１に平行な弦Ｌ２、Ｌ７に沿った負圧吸着孔４４ｂ、４４ｇに接続された空気路３７ｂ、３７ｇの電磁弁３８ｂ、３８ｇの開度が相対的に小さくなっている。さらに、前記弦Ｌ２、Ｌ７から所定距離だけ離れた弦Ｌ２、Ｌ７に平行な弦Ｌ３、Ｌ８に沿った負圧吸着孔４４ｃ、４４ｈに接続された空気路３７ｃ、３７ｈの電磁弁３８ｃ、３８ｈの開度がさらに小さくなっている。さらに、前記弦Ｌ３、Ｌ８に平行でありそれぞれ所定距離だけ離れて位置する弦Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１に沿った負圧吸着孔４４ｄ、４４ｅ、４４ｆ、４４ｉ、４４ｊ、４４ｋに接続された空気路３７ｄ、３７ｅ、３７ｆ、３７ｉ、３７ｊ、３７ｋの電磁弁３８ｄ、３８ｅ、３８ｆ、３８ｉ、３８ｊ、３８ｋの開度は、前記弦Ｌ１から左右方向へ離れるに従ってさらに小さくなっている。

上記のような電磁弁３８の開度を有する負圧吸着ヘッド４０では、空気室４２から空気が所定圧で排気されると、吸着面４１における空気の排気量は面方向で均一とならずに、排気量に大小の分布が生じる。すなわち、電磁弁３８の開度の最も大きな空気路３７に接続された負圧吸着孔４４ａを備えた前記弦Ｌ１の領域では、他の領域と比較して空気の排出量は最も大きくなり、負圧吸着孔４４ｂ、４４ｇを備えた前記弦Ｌ２、Ｌ７の領域では、前記弦Ｌ１の領域と比較して空気の排出量はより小さいものとなり、負圧吸着孔４４ｃ、４４ｈを備えた前記弦Ｌ３、Ｌ８の領域では、前記弦Ｌ２、Ｌ７の領域と比較して空気の排出量はより小さいものとなり、さらに、前記弦Ｌ１から左右方向へ離れるに従って、その領域での空気の排気量は次第に小さいものとなる。

そのために、負圧吸着ヘッド４０から機能性フィルム１０が離脱するときに、機能性フィルム１０の全面が同時に離脱することはなく、わずかな時間差をもって離脱し、さらに離脱後の落下速度も部分的に異なってくる。図４に示す例では、弦Ｌ１の領域に対向する領域で最も早く離脱し、次に弦Ｌ２、Ｌ７に対向する領域、次に弦Ｌ３、Ｌ８に対向する領域・・・といった順に離脱する。また離脱後の落下速度も、弦Ｌ１の領域に対向するが最も速く、次に弦Ｌ２、Ｌ７に対向する領域、次に弦Ｌ３、Ｌ８に対向する領域といった順・・・といった順となる。

そのために、図６（ａ）に示すように、落下するときの機能性フィルム１０の姿勢は、幅方向の中央部１０ａが最も下位に位置する下に凸の湾曲した姿勢となる。その姿勢を維持した状態でさらに落下していき、図６（ｂ）に示すように、機能性フィルム１０の最も下位に位置する中央部１０ａが最初に細胞培養容器５０の底面５１に接触する。その後で、左右の領域が中央部１０ａから側縁領域に向かうようにして、順次、細胞培養容器５０の底面５１に接触していく。そのために、細胞培養容器５０の底面５１と機能性フィルム１０の裏面の間に存在している空気は、機能性フィルム１０の前記挙動にしたがって順次外側に排気されていき、結果として、空気溜まりが生じるのを効果的に回避される。図６（ｃ）は機能性フィルム１０の裏面、すなわち粘着剤層１３側の全面が細胞培養容器５０の底面５１に接触した状態を示しており、気泡が存在しない状態で、機能性フィルム１０は粘着剤層１３を介して細胞培養容器５０の底面５１に固定される。

なお、機能性フィルム１０を負圧吸着ヘッド４０の吸着面４１から分離する際に、空気路３６や空気室４２、空気路（通気路）３７を通って各負圧吸着孔４４から排気される気体としては、空気の他、例えば窒素などの不活性ガスを用いることもできる。

図５は、本発明による負圧吸着ヘッド４０の他例を示している。ここでは、負圧吸着孔４４ｂ、４４ｃに接続された空気路３７ｂ、３７ｃ、負圧吸着孔４４ｄ、４４ｅ、４４ｆに接続された空気路３７ｄ、３７ｅ、３７ｆ、負圧吸着孔４４ｇ、４４ｈに接続された空気路３７ｇ、３７ｈ、負圧吸着孔４４ｉ、４４ｊ、４４ｋに接続された空気路３７ｉ、３７ｊ、３７ｋがそれぞれ集合路３７Ａｂ、３７Ａｄ、３７Ａｇ、３７Ａｉに接続されており、それぞれの前記集合路３７Ａｂ、３７Ａｄ、３７Ａｇ、３７Ａｉに電磁弁３８Ａｂ、３８Ａｄ、３８Ａｇ、３８Ａｉが設けられている。なお、負圧吸着孔４４ａに接続された空気路３７ａには、図４に示す例と同様に電磁弁３８ａが設けられている。このように複数の空気路３７を集合路３７Ａに接続し、電磁弁３８Ａｂ、３８Ａｄ、３８Ａｇ、３８Ａｉの開度を弦Ｌ１（図５（ｂ）参照）から左右方向へ離れるに従って小さくして、空気室４２から空気を所定圧で排気すると、電磁弁３８の開度の最も大きな空気路３７に接続された負圧吸着孔４４ａを備えた前記弦Ｌ１の領域では、他の領域と比較して空気の排出量は最も大きくなり、負圧吸着孔４４ｂ、４４ｃ、４４ｇ、４４ｈを備えた前記弦Ｌ２、Ｌ３、Ｌ７、Ｌ８の領域では、前記弦Ｌ１の領域と比較して空気の排出量はより小さいものとなり、負圧吸着孔４４ｄ〜４４ｆ、４４ｉ〜４４ｋを備えた弦Ｌ４〜Ｌ６、Ｌ９〜Ｌ１１の領域では、前記弦Ｌ２、Ｌ３、Ｌ７、Ｌ８の領域と比較して空気の排出量はより小さいものとなる。

したがって、図４で示す例と同様、落下時の機能性フィルム１０に前記した下に凸の曲面の形状を形成するとともに、電磁弁３８の基数を抑制し、制御部３９による電磁弁３８の制御を簡素化することができる。

なお、負圧吸着孔４４の孔径や基数、その形状は適宜選択することができる。図示しないが、例えば吸着面４１の中央付近の領域の孔径を大きくしたり、孔の基数を多く設けることができ、さらに他の例として、負圧吸着孔４４を平行な複数個のスリットによって形成することもできる。

また、図５で示す例では、機能性フィルム１０の送出方向において空気路を束ねて形成する形態としたが、機能性フィルム１０の送出方向と直交する方向において空気路を束ねて形成することもできる。

前記したように、負圧吸着ヘッド４０における吸着面４１の形状は、上記した円形に限らず、吸着した機能性フィルム１０を移送する細胞培養容器５０の底面５１の形状に依存して定められる。細胞培養容器５０は、図６に示したような、上方が開放した皿状または碗状の形状の容器に加えて、図７に示すようなフラスコ型の容器５０Ａも例として挙げられる。

フラスコ型細胞培養容器５０Ａは、図７（ａ）に示すように、容器部１００と蓋１１０を備える。容器部１００は、底面５１Ａと、底面５１Ａの周縁に立設された側壁部１０２と、側壁部１０２の上端部に接合された、底面５１Ａに対向配置される天面部１０３とを少なくとも備える。底面５１Ａは矩形状の平板の一方端側が狭くなった形状であり、該狭くされた先端に対応する前記側壁部１０２の部分には通孔１０４が穿設されている。そして、通孔１０４の周縁から容器部１００の外側に延びる首部１０５を備え、そこに蓋１１０が着脱可能に装着される。容器部１００と蓋１１０とを組み合わせることによりフラスコ型の細胞培養容器５０Ａが形成される。

図７（ｂ）は、図７（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面を示し、図７（ｃ）はｃ−ｃ線に沿う断面を示す。容器部１００の、底面５１Ａ、側壁部１０２および天面部１０３に包囲される内部空間には、細胞および培地を収容するための内室１３０が形成されている。内室１３０に面する底面５１Ａの一部分には、前記した機能性フィルム１０が固定されている。

フラスコ型細胞培養容器５０Ａのように、機能性フィルム１０が固定される面が開放されておらず閉鎖された容器内に位置している場合には、機能性フィルム１０を固定することが可能な形状の部材に機能性フィルム１０を固定し、フィルム固定後の部材を他の部材と組み合わせて目的とする細胞培養容器を完成させればよい。

例えば、図８に示すように、底面５１Ａと側壁部１０２を備え、底面５１Ａの機能性フィルム１０の固定面と反対の側が開放された第１部材２０１と、該開放した面に前記天面部１０３に対応する第２部材２０２を接合することにより容器部１００を形成する。このとき、第２部材２０２を接合の前に、第１部材２０１の底面５１Ａの内側面に、前記した手法により機能性フィルム１０が固定される。第１部材２０１と第２部材２０２の接合は、細胞培養の目的に応じて、必要な場合は培養液が漏出しないように、適宜の手法により液密に接合される。

図９に示す実施形態では、底面５１Ａに対応する第１部材３０１と、首部１０５を備えた側壁部１０２に対応する第２部材３０２と、天面部１０３に対応する第３部材３０３とを接合することにより容器部１００を形成する。この態様では、前記第１部材３０１の、底面５１Ａの内側面に対応する部分に、前記した手法により機能性フィルム１０が固定される。

なお、図７〜図９に示した底面５１Ａの形状を持つフラスコ型の細胞培養容器５０Ａに対して、機能性フィルム１０を移送する場合には、図２に示したような、一方端側が狭くなった形状をなす切り込み線２１の入った長尺物２０を用いるとともに、負圧吸着ヘッド４０における吸着面４１の形状もそれに応じた形状とされる。

このような形状の場合に、底面５０Ａの一方端側、図７〜図９に示す細胞培養容器５０Ａの場合には、底面５１Ａの前記首部１０５とは反対側の端部側の領域５４に、落下する機能性フィルム１０の一端側が最も速く接触できるようになる位置に、前記空気の排気量が多い領域を形成することが望ましい場合がある。図示しないが、図２に示した切り込み線２１の形状に沿った吸着面４１の形状を持つ負圧吸着ヘッド４０の場合には、図２に斜線で示した領域１５に空気の排気量が多い領域が形成されるように、制御部３９によって電磁弁３８の開度を設定することとなる。

それにより、図１０（ａ）に示すように、機能性フィルム１０は細胞培養容器５０Ａの底面５１Ａの一端側から、順次、容器底面に接触していくようになり、気泡が入り込むのを確実に回避することが可能となる。また、図１０（ｂ）に示すように、細胞培養容器５０Ａの底面５１Ａが、水平部５５と上方への傾斜部５６を持つような場合にも、水平部５５の傾斜部５６とは反対側の端部領域に、落下する機能性フィルム１０の一端側が最も速く接触できるようになる位置に空気の排気量が多い領域を形成することにより、気泡のない状態での機能性フィルム１０の配置が可能となる。

本発明において、各細胞培養容器を構成する材料は特に限定されず、細胞培養において一般的に用いられる材料を用いることができる。例えば、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂等の樹脂材料、表面親水化処理を施した上記の少なくとも１種を含む樹脂材料、およびガラスや石英等の無機材料であることができるが、好ましくは樹脂材料である。樹脂材料としては、ポリスチレン樹脂又はポリエチレンテレフタレート樹脂であることが好ましい。

１０…機能性フィルム、
１１…フィルム基材層、
１２…機能性化合物層、
１３…粘着剤層、
１４…帯状をなす剥離フィルム、
２０…４層構造からなる長尺物、
２１…機能性フィルムの外郭形状をなす切り込み線、
２２…ロール状の原反、
３０…移し替え装置、
３１…エアーシリンダ、
３２…案内台、
３３…ガイドロール、
３４…巻き取りロール、
３５…細胞培養容器の搬送コンベア、
３６…エアーシリンダの空気路、
３７（３７ａ〜３７ｋ）…負圧吸着ヘッドの空気路（通気路）、
３７Ａ…集合路、
３８（３８ａ〜３８ｋ）…電磁弁（流量調整弁）、
３９…制御部、
３９ａ…制御線、
４０…負圧吸着ヘッド、
４１…吸着面、
４２…空気室、
４４（４４ａ〜４４ｋ）…負圧吸着孔、
４５…エアノズル、
５０、５０Ａ…細胞培養容器、
５１、５１Ａ…細胞培養容器の底面、
Ｌ１〜Ｌ１１…円形の吸着面での弦。

Claims

機能性フィルムを複数の負圧吸着孔を備えた吸着面に負圧吸着して細胞培養容器へ移送した後、負圧を開放して機能性フィルムを細胞培養容器へ落下させるのに用いる負圧吸着ヘッドであって、
前記複数の負圧吸着孔のそれぞれに接続された複数の通気路と、
前記複数の通気路を流れる気体の流量を調整するために各通気路に設けられた流量調整弁と、
前記流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記機能性フィルムを前記吸着面に負圧吸着する際に、前記吸着面に対する前記機能性フィルムの位置ずれを修正するように前記流量調整弁の開度を制御する、及び／又は、負圧を開放して前記機能性フィルムを前記細胞培養容器へ落下させる際に、前記吸着面の中央部の領域で他の領域と比較して多くの気体が排気されるように前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする負圧吸着ヘッド。
前記吸着面は、前記負圧吸着孔から排気される気体の排気量が異なる複数の領域を有しており、前記制御部は、前記領域毎に前記流量調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項１に記載の負圧吸着ヘッド。
前記複数の通気路は前記領域毎に集合路に接続されており、前記流量調整弁は前記集合路に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の負圧吸着ヘッド。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の負圧吸着ヘッドを用いた細胞培養容器の製造方法であって、機能性フィルムを前記負圧吸着ヘッドの吸着面に負圧吸着し、該機能性フィルムを細胞培養容器上へ移送した後、負圧を開放して該機能性フィルムを前記細胞培養容器へ落下させ、該機能性フィルムを該細胞培養容器に配置することを特徴とする細胞培養容器の製造方法。