JP5954079B2 - 培養観察装置及び培養観察方法 - Google Patents

Description

本技術は、観察対象物を培養したまま観察することが可能な培養容器、当該培養容器を利用する培養観察装置及び培養観察方法に関する。

細胞等の観察対象物を生存させたまま観察する際に、観察対象物を培養しながらの観察を可能とする培養容器が利用される。培養容器は、観察対象物の培養に適した環境（以下、培養環境）を維持するため、温度、湿度やガス（ＣＯ_２等）分圧等を調節することが可能に構成されている。観察対象物は、ウェルプレート（複数のウェルが設けられたプレート）の各ウェルに収容され、ウェルプレートが培養容器に収容されることで培養環境に維持されるものが一般的である。

ここで、培養容器は、各ウェルの培養環境を可能な限り均一にできるものが望ましい。培養環境がウェルによって異なると、観察対象物の細胞等の成育速度等が異なり、観察に不適当となるためである。例えば、特許文献１には、ウェルプレートの底面に配置される「透明発熱プレート」を備える培養容器が開示されている。当該発熱プレートによって、ウェルプレートの底面が均一に加熱され、培養環境の均一化が可能とされている。

特開平１０−２８５７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような発熱プレートを利用した場合であっても、発熱プレート自体の発熱が温度ムラを生じ、培養環境の均一化は不十分となるおそれがある。特に、発熱プレートがウェルプレートの底面に配置されるため、観察のために発熱プレートは透明である必要があり、発熱体の構造も制約を受けると考えられる。

加えて、培養容器は、ウェルプレートの交換等のために頻繁に開放されることが多いが、培養容器が開放された際に培養環境を維持するためには、発熱プレートを高精度に制御する必要があり、発熱プレートの応答性等も問題となる。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、培養環境の維持に適した培養容器、培養観察装置及び培養観察方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る培養容器は、第１の透明部材と、第２の透明部材と、筐体部材と、封止部材とを具備する。
上記第１の透明部材は、設定温度に維持することが可能である。
上記第２の透明部材は、上記第１の透明部材に対向する。
上記筐体部材は、上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材が接合され、上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する。
上記封止部材は、上記第１の透明部材と上記筐体部材の間で、上記培養空間に注入される液体を封止する。

この構成によれば、培養空間への液体の注入が可能となり、培養空間を開放した際にも液体の高い熱伝導率及び高い熱容量によって培養環境（温度や湿度）の安定的な維持が可能となる。また、液体によって、第１の透明部材の温度ムラが緩和され、ウェルプレートにおけるウェルの位置に関わらず、培養環境を均一化することが可能である。

上記培養容器は、上記培養空間に注入された液体の液面を被覆する多孔質部材をさらに具備してもよい。

この構成によれば、多孔質部材によって培養空間に注入された液体の揺動を防止し、液体がウェルプレートのウェルに混入することを防止することが可能となる。一方で多孔質部材は、液体の蒸気を透過可能であるため、液体による培養環境の維持効果を得ることが可能である。

上記培養容器は、上記多孔質部材に接合され、上記培養空間に収容されたウェルプレートと上記多孔質部材の隙間を被覆する飛散防止部材をさらに具備していてもよい。

この構成によれば、多孔質部材とウェルプレートの隙間における液体の飛散を、飛散防止部材によって防止することが可能である。

上記第１の透明部材は、ウェルプレートが上記第１の透明部材に載置された場合に上記ウェルプレートとの間に隙間を形成する切り欠きが設けられている
培養容器。

この構成によれば、ウェルプレートを第１の透明部材に載置した後に、培養空間に液体を注入する場合において、液体がウェルプレートと第１の透明部材の間に浸入しやくすることが可能となる。

上記培養容器は、断熱性材料からなり、上記培養空間に収容されたウェルプレートを支持する支持部材をさらに具備してもよい。

この構成によれば、ウェルプレートが第１の透明部材に接触することを防止することが可能であり、第１の透明部材における温度ムラの影響を防止することが可能である。

上記第１の透明部材は、光透過性を有する透明板と、上記透明板上に上記透明板の部分領域毎に形成された電極対と、上記透明板上に形成され上記部分領域毎に上記電極対に接続された透明導電膜からなるものであってもよい。

この構成によれば、第１の透明部分の温度（発熱）を部分領域毎に制御することが可能であり、第１の透明部分における温度ムラの発生を防止することが可能である。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る培養観察装置は、培養容器と、照明光学系と、顕微鏡光学系とを具備する。
上記培養容器は、設定温度に維持することが可能な第１の透明部材と、上記第１の透明部材に対向する第２の透明部材と、上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材が接合され上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する筐体部材と、上記第１の透明部材と上記筐体部材の間で上記培養空間に注入される液体を封止する封止部材とを有する。
上記照明光学系は、上記培養容器に照明光を照射する。
上記顕微鏡光学系は、上記照明光学系から照射され、上記培養容器を透過した照明光から位相差像を生成する。

この構成によれば、上述した培養容器を利用して観察対象物の位相差像の観察が可能となる。

上記培養観察装置は、上記第１の透明部材に送風する送風機構をさらに具備しいてもよい。

この構成によれば、第１の透明部材に送風することによって、第１の透明部材における温度勾配を第１の透明部材の面方向から第１の透明部材の厚み方向に変更し、第１の透明部材の面方向における温度ムラを解消することが可能となる。また、培養容器上蓋閉時に同時に本構成で送風することでウェルプレート中の培地の温度上昇を抑えることが可能となる。

上記第１の透明部材は、赤外線吸収材料からなり、
上記照明光学系は、上記第２の透明部材に上記照明光と共に赤外線を照射してもよい。

この構成によれば、赤外線の照射により第２の透明部材を高い応答性をもって加熱することが可能となる。また、照明光学系のレンズ間距離を調整することで第２の透明部材上での照明光の強度分布が調整でき、温度分布の調整が可能となる。

上記照明光学系は、リング状スリットが形成された絞りリングと、上記リング状スリットの上記培養容器側であって上記リング状スリットの内周に配置された赤外線照射部とを有してもよい。

この構成によれば、ウェルプレートに向けて照明光を遮ることなく赤外線を照射することが可能となる。

設定温度に維持することが可能な第１の透明部材と、上記第１の透明部材に対向する第２の透明部材と、上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材が接合され上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する筐体部材と、上記第１の透明部材と上記筐体部材の間で上記培養空間に注入される液体を封止する封止部材とを有する培養容器を準備し、
上記培養空間に観察対象物が収容されたウェルプレートを収容し、
上記培養空間に液体を注入し、
上記培養空間を上記観察対象物の培養環境に維持する
培養観察方法。

この方法によれば、培養環境を安定的に維持しながらの観察対象物の観察が可能となる。

以上のように、本技術によれば、培養環境の維持に適した培養容器、培養観察装置及び培養観察方法を提供することが可能である。

第１の実施形態に係る培養観察装置の模式図である。 第１の実施形態に係る培養容器の模式図である。 同培養容器の第１透明部材の模式図である。 同培養容器に収容されるウェルプレートの模式図である。 同培養容器の使用時の形態を示す模式図である。 比較例に係る培養容器に設けられた各ヒーターと観察対象物の温度の変化を示すグラフである。 第１の実施形態に係る培養容器の液体の水位と観察対象物の温度低下量を示す表である。 第２の実施形態に係る培養容器の模式図である。 第３の実施形態に係る培養容器の模式図である。 第４の実施形態に係る培養容器の模式図である。 第４の実施形態に係る培養容器の模式図である。 第５の実施形態に係る培養容器の模式図である。 第６の実施形態に係る培養容器の模式図である。 第７の実施形態に係る培養観察装置の模式図である。 同培養観察装置の第１透明部材における温度分布を示す模式図である。 第８の実施形態に係る培養観察装置の模式図である。 同培養観察装置における絞りリングに対する赤外線照射部の配置を示す模式図である。 第９の実施形態に係る培養観察装置の制御部の機能的構成を湿す模式図である。 同培養観察装置における、蓋部分の開放の前後における測定温度を示すグラフである。 同培養観察装置における、蓋部分の開放の前後における測定温度を示すグラフである。 同培養観察装置における、蓋部分の開放の前後における測定温度を示すグラフである。 実施例に係る温度センサを設置したウェルとそのウェルに設けられた温度センサを示す模式図である。 実施例に係る液体の水位を示す模式図である。 実施例に係る測定値を示す表である。 実施例に係る測定値を示す表である。 実施例に係る測定値を示すグラフである。

（第１の実施形態）
本技術の第１の実施形態に係る培養観察装置及び培養容器について説明する。

［培養観察装置の構成］
図１は、本実施形態に係る培養観察装置１の模式図である。同図に示すように、培養観察装置１は、照明光源１１、光ファイバ１２、照明光学系１３、ステージ１４、顕微鏡光学系１５、撮像素子１６及び制御部１７を有する。ステージ１４には、観察対象物（細胞等）を収容した培養容器２０が載置されている。培養観察装置１は、観察対象物（細胞等）の位相差像の撮像が可能な位相差顕微鏡であるものとすることができる。

照明光源１１は、ハロゲンランプ等の任意の光源を利用することができる。照明光源１１は、制御部１７によって発光タイミング等の制御を受けるものとすることも可能である。光ファイバ１２は、照明光源１１から照射された照明光を照明光学系１３に伝達する。光ファイバ１２も任意のものを利用することができる。

照明光学系１３は、光ファイバ１２から伝達された照明光を、位相差像の生成に適した均一照明光に調整する。照明光学系１３は、第１レンズ１３１、第２レンズ１３２、リング絞り１３３及びコンデンサレンズ１３４を有するものとすることができる。第１レンズ１３1及び第２レンズ１３２は、照明光学系に一般に必要とされるフィールドレンズ等である。リング絞り１３３は、詳細は後述するが、リング状のスリットが設けられた板状の部材であり、第１レンズ１３１及び第２レンズ１３２を通過した照明光を絞る。コンデンサレンズ１３４は、レンズ絞り１３３を通過した照明光を観察対象物に集光するレンズである。

ステージ１４は、培養容器２０を支持し、培養容器２０の位置を調整する。ステージ１４はモータ等によって、垂直方向（光学軸に沿った方向）及び水平方向（光学軸に垂直な方向）に移動可能なものが好適である。ステージ１４は、制御部１７によって駆動が制御され、培養容器２０を移動させるものとすることができる。

顕微鏡光学系１５は、照明光学系１３から照射され、培養容器２０（に収容された観察対象物）を透過した光から位相差像を結像させる。顕微鏡光学系１５は、図示しない対物レンズ、位相差板及び結像レンズ等を備えるものとすることができる。

撮像素子１６は、顕微鏡光学系１５によって結像された観察対象物の位相差像を撮像する。撮像素子１６はＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであるものとすることができる。撮像素子１６の出力は、制御部１７に供給されるものとすることができる。

制御部１７は、情報処理装置等であり、ステージ１４やその他の構成に制御信号を供給し、観察対象物の撮像を制御すると共に、撮像素子１６の出力から位相差像を生成する。また、制御部１７は、詳細は後述するが、培養容器２０の環境（温度等）を取得し、その環境を制御するものとすることも可能である。

培養観察装置１は以上のような構成を有する。なお上述した培養観察装置１の構成は一例であり、これと異なる構成とすることも可能である。例えば、撮像素子１６の替わりに人間が肉眼で観察対象物を観察するための接眼レンズ等が設けられていてもよい。

［培養容器の構成］
上述した培養観察装置１において利用することが可能な培養容器２０について説明する。図２は、培養容器２０の模式図である。培養容器２０は、内部にウェルプレート３０を収容可能に構成されている。図２（ａ）はウェルプレート３０が収容された培養容器２０を示し、図２（ｂ）はウェルプレート３０と培養容器２０を別々に示す。

図２に示すように、培養容器２０は、筐体部材２１、第１透明部材２３、第２透明部材２２、封止リング２４及び防水部材２５を有する。筐体部材２１、第１透明部材２３及び第２透明部材２２によって空間（培養空間とする）が形成されている。

筐体部材２１は、第１透明部材２３及び第２透明部材２２とともに培養空間を形成する。
筐体部材２１の形状は特に限定されず、円筒形状や直方体形状であるものとすることができる。筐体部材２１の材質も特に限定されないが、合成樹脂等からなるものとすることができる。

筐体部材２１は、蓋部分２１１と本体部分２１２からなるものとすることができ、蓋部分２１１が本体部分２１２に対して開閉することにより、ウェルプレート３０の交換が可能に構成されている。蓋部分２１１と本体部分２１２は、例えばヒンジ（図示せず）によって開閉可能に構成されているものとすることができる。蓋部分２１１には、第２透明部材２２を嵌め込むための開口が設けられ、本体部分２１２には第１透明部材２３を嵌め込むための開口が設けられている。

また、蓋部分２１１には、ガス供給孔２１３とガス排出孔２１４が設けられている。ガス供給孔２１３は図示しないガス源（ガスボンベ等）に接続され、培養空間に所定のガス（例えば二酸化炭素）を供給可能に構成されている。ガス排出孔２１４は、培養空間内の気体を排出可能に構成されている。ガス供給孔２１３とガス排出孔２１４は、不使用時には閉塞可能に構成されている。

第１透明部材２３は、本体部分２１２の開口に嵌め込まれ、培養空間の底面を形成する。第１透明部材２３は、培養空間に収容されたウェルプレート３０が載置される部材である。第１透明部材２３は、光透過性を有する材料、例えばガラスや合成樹脂からなるものとすることができる。第１透明部材２３は、ウェルプレート３０（に収容された観察対象物）を透過した照明光を顕微鏡光学系１５に到達させるため、ウェルプレート３０の大部分又は全部と対向する大きさのものが好適である。

また、第１透明部材２３は、所定温度に維持することが可能なヒーターとすることができる。図３は、第１透明部材２３を示す模式図である。同図に示すように、第１透明部材２３は、光透過性を有する透明板２３１に、透明導電膜２３２が形成された構成とすることができる。透明導電膜２３２は、電極２３３に接続され、電極２３３からの電力供給を受けて発熱する。なお、第１透明部材２３はこのような構成に限られず、光透過性を有し、かつ発熱することが可能な構成であればよいが、第１透明部材２３の面内において均一に（ムラなく）加発熱することができるものが好適である。

第２透明部材２２は、蓋部分２１１の開口に嵌め込まれ、第１透明部材２３に対向する。第２透明部材２２は、光透過性を有する材料、例えばガラスや合成樹脂からなるものとすることができる。第２透明部材２２は、照明光学系１３から照射された照明光をウェルプレート３０（に収容された観察対象物）に到達させるため、ウェルプレート３０の大部分又は全部と対向する大きさのものが好適である。第２透明部材２２は、第１透明部材２３と同様に所定温度に維持することが可能なヒーターとすることが可能である。

封止リング２４は、筐体部材２１の蓋部分２１１と本体部分２１２の間に配置され、両者の間で培養空間を封止する。封止リング２４は、ゴム等の弾性材料からなる環状の部材とすることが可能である。

防水部材２５は、第１透明部材２３と本体部分２１２の間で液体（後述）の漏洩を防止し、培養空間への液体の注入を可能とする。防水部材２５は、第１透明部材２３を本体部分２１２に嵌め込んだ後に、第１透明部材２３と本体部分２１２の継ぎ目に塗布された合成樹脂とすることができる。また、防水部材２５はこの他にも第１透明部材２３と本体部分２１２の間で液体の漏洩を防止できる構成とすることが可能である。

［ウェルプレートについて］
培養空間に収容されるウェルプレート３０について説明する。ウェルプレート３０は、市販のウェルプレートを利用することが可能である。図４は、ウェルプレート３０を示す模式図である。図４（ａ）はウェルプレート３０の斜視図であり、図４（ｂ）はウェルプレート３０の断面図である。同図に示すように、ウェルプレート３０は、２次元的に配列された複数のウェル３１を有する。各ウェル３１は、同一の孔径及び深さを有し、各ウェル３１に観察対象物（細胞等）を収容可能に構成されている。また、各ウェル３１には、観察対象物と共に細胞の培養液等を収容することも可能である。

ウェルプレート３０において、ウェル３１の外周には、スカート３２が設けられている。
スカート３２は、各ウェル３１の深さよりも長く（高く）、即ち、ウェルプレート３０の載置面から各ウェル３１の底面が離間するように形成されている。

また、スカート３２が設けられていないウェルプレートも存在する。図４（ｃ）はスカート３２が設けられていないウェルプレート３０を示す模式図である。この場合、各ウェル３１の底面が、ウェルプレート３０の載置面に当接する。

本実施形態においては、スカート３２を有するウェルプレートとスカート３２を有しないウェルプレートのいずれであってもウェルプレート３０として利用することが可能である。ウェルプレート３０は、培養容器２０に収容されることにより、第１透明部材２３上に載置される。したがって、スカート３２が設けられたウェルプレート３０の場合、ウェル３１の底面と第１透明部材２３は離間し、スカート３２が設けられていないウェルプレート３０の場合には、ウェル３１の底面は第１透明部材２３に当接する。

［培養容器の使用形態］
上述の構成を有する培養容器２０の使用形態について説明する。図５は、使用時の培養容器２０を示す模式図である。

同図に示すように、培養容器２０の培養空間には、ウェルプレート３０と共に液体Ｌが収容されている。また、ウェルプレート３０の各ウェル３１には観察対象物Ｓ（細胞を含む培地等）が収容されている。液体Ｌは、熱伝導率の高い液体、例えば水が好適であり、特に気泡の発生を防止するため、脱気装置で脱気体した蒸留水が好適である。液体Ｌの量は同図に示すように、ウェルプレート３０の各ウェル３１の周囲を満たす程度が好適であり、詳細は後述する。

［本実施形態の効果］
本実施形態に係る培養容器２０の効果について説明する。比較として、上記液体Ｌを培養空間内に注入しない培養容器（以下、培養容器αとする）を利用する。

培養容器αにおける培養環境の変化を次のようにして確認した。なお、培養容器αは、温度と湿度を維持可能な保温チャンバー（２５℃）に収容されていると共に、培養容器α内には温度と湿度を計測するセンサが設けられ、その出力に基づいて培養容器αやステージに設けられたヒーターがフィードバック制御されているものとする。

図６は、培養容器αを開放した際の、培養容器αに設けられた各ヒーター（透明部材）と観察対象物の温度の変化を示すグラフである。培養容器αの開放とは、本実施形態に係る培養容器２０でいえば蓋部分２１１を本体部分２１２に対して開放することを意味し、ウェルプレート３０の交換のための開放を想定している。

同図に示すように、培養容器αの培養空間が所定条件（温度３７℃）に維持されている際に、培養容器αが開放されると、培養空間の温度が低下する。このため、各ヒーターが培養環境を維持するために発熱量を増加させる。しかしながら、培養環境の変化（温度低下）にヒーターの加温が間に合わず、観察対象物の温度が一時的に１．５℃下降している。同様に培養容器αが閉塞されると、ヒーターの温度を瞬時に下げることができないため、観察対象物の温度が一時的に上昇している。

このように、比較例に係る培養容器αにおいては、各ヒーターをフィードバック制御したとしても培養環境の変化に追随させることができず、観察対象物が培養環境の変化の影響を受けるおそれがある。これにより、観察対象物である細胞等がダメージを受ければ、以降の観察に重大な影響が生じる。

これに対し、本実施形態に係る培養容器２０においては、培養空間への液体Ｌの注入により、培養環境の変化を抑制する。図７は、液体Ｌの水位とウェル３１に収容された観察対象物の温度低下量を示す表である。図７（ａ）はスカート３２（図４参照）が設けられたウェルプレート３０についての温度低下量、図７（ｂ）はスカート３２が設けられていないウェルプレート３０についての温度低下量を示す。なお、図７（ａ）に係るウェルプレート３０においてウェル３１の底面と第１透明部材２３の距離は７ｍｍであり、図７（ｂ）に係るウェルプレート３０においては０ｍｍ（当接）である。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、液体Ｌによって観察対象物の温度低下量が減少していることがわかる。また、ウェル３１の底面と第１透明部材２３の距離が短く、液体Ｌの水位が高いほど温度低下量が小さいことがわかる。これにより、培養環境の変化による観察対象物へのダメージが生じず、即ち、観察対象物を観察に適した状態に維持することが可能である。

このように、本実施形態に係る培養容器２０は、培養空間への液体Ｌの注入が可能に構成されており、培養空間に注入された液体Ｌの高い熱伝導率によって、培養容器αが開放された際の培養環境の変動を抑制することが可能である。

（第２の実施形態）
［培養容器の構成］
本技術の第２の実施形態に係る培養容器について説明する。培養観察装置については、第１の実施形態と同様とすることができる。図８は、本実施形態に係る培養容器４０を示す模式図である。

同図に示すように、本実施形態に係る培養容器４０は、第１の実施形態と同様の筐体部材２１、第２透明部材２２、第１透明部材２３、封止リング２４及び防水部材２５に加え、サイドヒーター４１を有する。培養空間には第１の実施形態と同様に液体Ｌが注入されている。

サイドヒーター４１は、培養空間にウェルプレート３０が収容された際にウェルプレート３０の周囲に環状に配置されるヒーターである。サイドヒーター４１は、リボンヒーターやラバーヒーターを利用することが可能である。サイドヒーター４１は、制御部１７（図１参照）によって所定温度（例えば３７℃）に設定される。

第１の実施形態においては、培養空間に液体Ｌを注入することにより、培養容器２０が開放された際の培養環境の変動を抑制された。本実施形態においてはさらに、ウェルプレート３０の面内における培養環境の均一化を実現することが可能である。

具体的には、ウェルプレート３０の各ウェル３１について、内周側（中央部分）のウェル３１の温度に比べ、外周側（周縁部分）のウェル３１の温度が低下する場合があり、これは、第１透明部材２３の発熱により熱が電極他端部に流れていくために発生する温度分布が直接ウェル３１に伝わっているためと考えられる。ここで、本実施形態においては、サイドヒーター４１によってウェルプレート３０の外周を加熱することにより、外周側のウェル３１の温度低下を防止し、内周側と外周側のウェル３１の温度差を抑制することが可能である（実施例参照）。また、本テストではウェルプレート３０と同程度の寸法の第１透明部材２３を使用したが第１透明部材２３の外径が大きく、そのうちの中央部の温度分布が平らなところの上にウェルプレート３０を配置する場合、ウェルプレート３０に第１透明部材２３の温度分布は影響しない。しかし、この時ウェル３１中の培地（観察対象物Ｓに含まれる）の気化の影響により外周部の温度が内周部に対して上がり、この影響が顕著に出る。ウェルプレート３０の周りに液体Ｌを注入することで液体Ｌの気化による湿度の影響によりウェルプレート３０の外周部、内周部の気化の程度をほぼ同程度とし、外周部と内周部の温度差を抑制することが可能となる（図２６参照）。

（第３の実施形態）
［培養容器の構成］
本技術の第３の実施形態に係る培養容器について説明する。培養観察装置については、第１の実施形態と同様とすることができる。図９は、本実施形態に係る培養容器５０を示す模式図である。

同図に示すように、本実施形態に係る培養容器５０は、第１の実施形態と同様の筐体部材２１、第２透明部材２２、第１透明部材２３、封止リング２４及び防水部材２５に加え、ウェルプレート支持部材５１を有する。培養空間には第１の実施形態と異なり液体Ｌは注入されていない。

ウェルプレート支持部材５１は、本体部分２１２に接合され、ウェルプレート３０を第１透明部材２３と離間させて支持することが可能に構成されている。ウェルプレート支持部材５１は、断熱性の高い材料からなるものとすることができる。

ウェルプレート支持部材５１によって、ウェルプレート３０が第１透明部材２３に当接しないため、第１透明部材２３からスカート３２への熱伝導のムラが防止される。これにより、ウェルプレート３０の内周側と外周側のウェル３１の温度差を抑制することが可能である。この場合は液体Ｌがないことから、顕微鏡光学系１５と観察対象物Ｓとの光学距離は問題にならない。

（第４の実施形態）
［培養容器の構成］
本技術の第４の実施形態に係る培養容器について説明する。培養観察装置については、第１の実施形態と同様とすることができる。図１０は、本実施形態に係る培養容器６０を示す模式図である。図１０（ａ）は培養容器６０の断面図であり、図１０（ｂ）は培養容器６０の一部の構成の平面図である。

同図に示すように、本実施形態に係る培養容器６０は、第１の実施形態と同様の筐体部材２１、第２透明部材２２、第１透明部材２３、封止リング２４及び防水部材２５に加え、多孔質部材６１を有する。培養空間には第１の実施形態と同様に液体Ｌが注入されている。

多孔質部材６１は、多孔質材料、例えば、調湿建材からなる部材であり、ウェルプレート３０の周囲において液体Ｌの液面に当接するように配置される。多孔質部材６１は本体部分２１２に接合されていてもよく、液体Ｌの液面に浮遊していてもよい。

また、多孔質部材６１には液体Ｌを注入するための注入孔６１１が設けられていてもよく、これにより、多孔質部材６１の配置後に注入孔６１１を用いて液体Ｌを注入することが可能となる。

多孔質部材６１によって、次のような効果が得られる。即ち、上述のように培養容器６０は、ステージ１４が駆動されることによって移動するが、この移動によって液体Ｌの液面が波立ち、ウェル３１に液体Ｌが混入することが考えられる。ここで、本実施形態においては多孔質部材６１によって液面Ｌが被覆されているため、液体Ｌがウェル３１に混入することを防止することが可能である。一方で、多孔質部材６１はその多孔質によって液体Ｌの蒸気を透過可能であるため、液体Ｌによる培養環境の変動を抑制する効果は妨げられない。

また、培養容器６０は、上記多孔質部材６１に加え、飛散防止部材を有していてもよい。図１１は、飛散防止部材６２を有する培養容器６０を示す模式図である。図１１（ａ）は培養容器６０の断面図であり、図１１（ｂ）は培養容器６０の一部の構成の平面図である。
同図に示すように飛散防止部材６２は、多孔質部材６１に接合され、ウェルプレート３０の周縁部を被覆するように配置されている。飛散防止部材６２は、柔軟性を有する材料、例えばゴムシートからなるものとすることが可能である。飛散防止部材６２によって、液体Ｌが多孔質部材６１とウェルプレート３０の間から飛散し、ウェル３１に混入することを防止することが可能である。

（第５の実施形態）
［培養容器の構成］
本技術の第５の実施形態に係る培養容器について説明する。培養観察装置については、第１の実施形態と同様とすることができる。図１２は、本実施形態に係る培養容器７０を示す模式図である。図１２（ａ）は培養容器７０の一部の構成の断面図であり、図１２（ｂ）は培養容器７０の一部の構成の平面図である。

本実施形態に係る培養容器７０は、第１の実施形態と同様の筐体部材２１、第２透明部材２２、封止リング２４及び防水部材２５を有する（図５参照）が、図１２に示すように第２透明部材７１の構成が異なる。第２透明部材７１は、切り欠き７１１を有する。

切り欠き７１１は、第２透明部材７１においてウェルプレート３０のスカート３２が当接する位置に形成されている。図においては、切り欠き７１１は４箇所に設けられているが、これに限られない。切り欠き７１１によって、ウェルプレート３０の設置後に液体Ｌを注入する場合であっても、液体Ｌを速やかにウェルプレート３０と第２透明部材７１の間に流入させることが可能となる。

（第６の実施形態）
［培養容器の構成］
本技術の第５の実施形態に係る培養容器について説明する。培養観察装置については、第１の実施形態と同様とすることができる。本実施形態に係る培養容器８０は、第１の実施形態と同様の筐体部材２１、第２透明部材２２、封止リング２４及び防水部材２５を有する（図５参照）が、第２透明部材の構成が異なる。図１３は、本実施形態に係る培養容器８０の第２透明部材８１の模式図である。

同図に示すように、第２透明部材８１は、第１の実施形態に係る第１透明部材２３（図３参照）とは異なり、光透過性を有する透明板８１１に、透明板８１１の部分領域（破線で示す）毎に透明導電膜８１２が形成された構成とすることができる。各部分領域に形成された透明導電膜８１２は、各部分領域毎に電極８１３の対に接続され、電極８１３からの電力供給を受けて発熱する。第２透明部材８１をこのような構成とすることにより、各部分領域毎に発熱温度を調整することが可能となり、第１透明部材２３の発熱温度の点からもウェルプレート３０における各ウェル３１の培養環境（温度）を均一化させることが可能である。特に、各部分領域毎に、又は各ウェル３１毎に温度センサ（図示せず）を設けることによって部分領域毎のフィードバック制御も可能となる。

（第７の実施形態）
［培養観察装置の構成］
本技術の第７の実施形態に係る培養観察装置について説明する。図１４は、本実施形態に係る培養観察装置９０の模式図である。同図に示すように培養観察装置９０は、第１の実施形態に係る培養観察装置１と同様に、照明光源１１、光ファイバ１２、照明光学系１３、ステージ１４、顕微鏡光学系１５、撮像素子１６及び制御部１７を有する。さらに、培養観察装置９０は、これらの構成に加え、送風機構９１を有する。なお、培養観察装置９０には、第１から第６の実施形態において示した各培養容器の何れもセットすることが可能であるが、ここでは第１の実施形態に係る培養容器２０を例にとって説明する。

図１４に示すように、送風機構９１は、顕微鏡光学系１５の周囲から培養容器２０の第１透明部材２３に送付する。送風機構９１は、ガスボンベ等のガス源に接続されたノズルであってもよく、ファンを備えた送風機構であってもよい。送風機構９１は、図１４に示すように、顕微鏡光学系１５を挟むように配置された２基とすることができるが、１基又はより多数が設けられてもよい。

送風機構９１によって、第１透明部材２３に送風することにより、第１透明部材２３の発熱温度を均一化させることが可能となる。図１５は、第１透明部材２３における温度分布を示す模式図である。図１５（ａ）は送風機構９１による送風がなされていないときの温度分布を、図１５（ｂ）は送風機構９１による送風がなされているときの温度分布をそれぞれ示す。

図１５（ａ）に示すように、送風機構９１が設けられない場合、第１透明部材２３においては、第１透明部材２３の中央部と周縁部において温度差が生じている。これは、第１透明部材２３の面方向（厚みに垂直方向）に沿って熱が流れるためである。ここで、図１５（ｂ）に示すように、送風機構９１によって第１透明部材２３への送風がなされた場合、第１透明部材２３の中央部と周縁部の温度差が減少している。これは、送風がなされたことによって第１透明部材２３の下面（培養容器外側）が冷却され、熱の流れる方向が厚み方向になったためと考えられる。

このように、本実施形態に係る培養観察装置９０においては、第１透明部材２３の発熱温度を均一化することが可能であり、即ちウェルプレート３０の各ウェル３１の培養環境を均一化することが可能である。

（第８の実施形態）
［培養観察装置の構成］
本技術の第８の実施形態に係る培養観察装置について説明する。図１６は、本実施形態に係る培養観察装置１００の模式図である。同図に示すように培養観察装置１００は、第１の実施形態に係る培養観察装置１と同様に、照明光源１１、光ファイバ１２、ステージ１４、顕微鏡光学系１５、撮像素子１６及び制御部１７を有するが、照明光学系の構成が異なる。また、培養観察装置１００はさらに、赤外光源１０２及び光ファイバ１０３を有する。なお、培養観察装置９０には、第１から第６の実施形態において示した各培養容器の何れもセットすることが可能であるが、ここでは第１の実施形態に係る培養容器２０を例にとって説明する。

赤外光源１０２は、赤外線を発生する光源であり、ハロゲンランプ等の任意の光源を利用することができる。光ファイバ１０３は、赤外光源１０２から照射された赤外線を照明光学系１０４に伝達する。

照明光学系１０４は、第１レンズ１０４１、第２レンズ１０４２、リング絞り１０４３、赤外線照射部１０４４及びコンデンサレンズ１０４５を有するものとすることができる。第１レンズ１０４１、第２レンズ１０４２、リング絞り１０４３及びコンデンサレンズ１０４５は、第１の実施形態と同様に、照明光源１１において生成され、光ファイバ１２によって伝達された照明光を観察対象物に照射するための光学系である。

赤外線照射部１０４４は、光ファイバ１０３に接続され、光ファイバ１０３から伝達された赤外線を培養容器２０の第２透明部材２２に照射するための光学系である。赤外線照射部１０４４は、カレイドスコープやフライアレイレンズから構成されるものとすることができる。

赤外線照射部１０４４は、絞りリング１０４３と所定の位置関係を持って配置されるものとすることができる。図１７は、絞りリング１０４３に対する赤外線照射部１０４４の配置を示す模式図である。同図に示すように、赤外線照射部１０４４は、絞りリング１０４３の観察対象物（培養容器２０）側において、絞りリング１０４３のスリットの内周側に配置されるものとすることができる。

このような構成によって、照明光学系１０４からは、位相差撮像用の照明光と共に赤外線が培養容器２０に対して照射される。赤外線照射部１０４４とリング絞り１０４３を上記の位置関係とすることにより、図１６に示す照明光Ａ１と赤外線Ａ２のそれぞれの光軸を同一とすることが可能である。

ここで、培養容器２０の第２透明部材２２（図５参照）を、赤外線吸収性を有する材料からなるものとすることにより、赤外線照射部１０４４から照射される赤外線によって、第２透明部材２２を発熱させることが可能となる。これにより、培養容器２０が開放された際に、第１透明部材２３に加え、第２透明部材２２からも培養空間を加熱することが可能となり、培養環境の維持が容易となる。さらに、照明光学系１０４のレンズ間距離を調整することで第２透明部材２２上での照明光の強度分布が調整でき、温度分布の調整が可能となる。

また、本実施形態に係る培養観察装置１００においては、第７の実施形態と同様に第１透明部材２３に送風する送風機構を設けてもよい。送風機構によって、第１透明部材２３の発熱温度を均一化させ、培養環境の均一化が可能である。

（第９の実施形態）
［培養観察装置の構成］
本技術の第９の実施形態に係る培養観察装置について説明する。本実施形態に係る培養観察装置１１０は、次のような構成を有する制御部１１０１を備える。培養観察装置１１０は、制御部１１０１以外の構成は第１の実施形態に係る培養観察装置１（図１参照）と同様の構成とすることができる。なお、培養観察装置１１０には、第１から第６の実施形態において示した各培養容器の何れもセットすることが可能であるが、ここでは第１の実施形態に係る培養容器２０を例にとって説明する。

図１８は、制御部１１０１の機能的構成を示す模式図である。同図に示すように、制御部１１０１は、ヒーター電源１１０２、切り替え部１１０３、第１温調器１１０４、第２温調器１１０５、計数部１１０６、クロック信号生成部１１０７、上蓋開閉スイッチ１１０８、パワーオン／オフ時間設定部１１０９を有する。また、培養容器２０には、ウェル３１の温度を測定する温度センサ１１１０が設けられているものとする。なお、第２温調器１１０５は、第１温調器１１０４に設けられたボリューム調整つまみであってもよい。

図１９乃至図２１は、上蓋（蓋部分２１１）の開放の前後における温度センサ１１１０の測定温度を示すグラフである。図１９は、培養容器２０に液体Ｌが注入されていないときの上蓋の開放に伴なう温度変化を示す。このときの温度低下量は２．５℃であった。これは第１透明部材２３の第１温調器１１０４のＰＩＤ（Proportinal/Integral/Differential)制御の応答Differentialを最大（最速）に設定しても培地気化による温度低下に追いつかないためである。

そこで従来の温調機構から図１８に示すロジックで行った結果を図２０に示す。ここでは上蓋開放時以外は第１温調器１１０４のＰＩＤ制御で行い、閉めたときには第２温調器１１０５の応答の速いオン／オフ制御に切り替える。

しかし、そのままだと図２０に示すように制御温度に達するまでパワーオンし、そこで入熱が終わっても余熱のため温度が上がり続けてしまう。そこでパワーオンしてから一定時間でヒーター電源１１０２をパワーオフして制御した結果を図２１に示す。これにより温度低下量は１℃程度に改善する（上蓋を開閉しない状態では第１温調器１１０４のＰＩＤ制御で問題ないため、温度安定後第１温調器１１０４に切り替える）。ここでは第２温調器１１０５は温調器としたが、ヒータ電源１１０２の「出力調整手段」としても本機能は損なわない。

上蓋閉後は温度が上昇するので別のパワーオフ時間（図１７中（２））を設ける。さらに、温度上昇量を減らしたい場合は第２透明部材２２のヒーター電源１１０２も同時に切っても良い。これらの制御時間はクロック信号生成部１１０７によって生成されたクロック信号と計数部１１０６による計数によって行う。

また上蓋開閉による信号は上蓋開閉スイッチ１１０８を電気スイッチを備えたものに置き換えればよい。クロック信号生成部１１０７は例えば水晶発振器、計数部１１０６はカウンタ回路等でよい。第１温調器１１０４と第２温調器１１０５の切り替えは切り替え部１１０３を用いて行う。これには例えば通常のリレー回路や、マルチプレクサなどを用いてもよい。

以上のように、本実施形態においては、制御部１１０１がＰＩＤ制御とオン／オフ制御を切り替えて、第１透明部材２３の加熱温度を制御することにより、蓋部分２１１を開放したときの培養環境の変化を低減することが可能である。

上記各実施形態についての実施例を説明する。なお、下記測定においては、ウェルプレート３０の特定のウェル３１に温度センサを設置してウェル３１内に注入された水（培地の代替）の温度を測定した。図２２に、温度センサを設置したウェル３１とそのウェルに設けられた温度センサに対応する番号を示す。また、図２３に示すように、ウェル３１の底面と第１透明部材２３の距離を距離Ｂ１とし、液体Ｌの水位（第１透明部材２３からの）を水位Ｂ２とする。

図２４及び図２５は、各条件において測定された温度センサ（図２２参照）の測定値を示す表であり、図２６は多孔質部材を配置した場合の温度センサの測定値を示すグラフである。測定１、２、３から分かるように温度ムラに関しては距離Ｂ１が短いほど良いことがわかる。また測定結果１ではウェルプレート外周部の温度が低い。これは第１透明部材２３の温度分布を直接反映している傾向があり、サイドヒーター４１（第２の実施形態参照）の設置により測定結果１−（１）に示すように内周部に対する外周部の温度低下を抑制可能である。

これに対して測定２、３では第１透明部材２３の温度分布を間接的に見るようになるがウェルプレート内周部に対してウェルプレート外周部の温度が高い。これは液体Ｌが注入されていない測定４、５の場合でも同じであり、理由は後述する。測定４、５の場合は温度ムラは比較的少ないものの温度低下量が大きい（測定４で１．５℃、測定５で２．５℃程度）。一方スカート３２（図３参照）があるウェルプレート３０を用いた場合に、図９に示すようにウェルプレート支持部材５１でスカート３２をかさ上げした場合の温度測定結果を図２５に示す。

測定６では温度ムラに方向依存性があるのに対して測定７では温度ムラが良化している。これはスカート３２の第１透明部材２３への接触による熱伝導のムラによるためでウェルプレート支持部材５１により温度ムラの改善が確認された。その為、直接液体Ｌを入れた測定８の場合、温度ムラが悪化している。

スカート３２をかさ上げした状態で液体Ｌを入れた場合、顕微鏡光学系１５と観察対象物間の光学距離が伸びすぎ、光学収差が問題となるため、測定９、１０でサイドヒーター４１を使用した。測定１０でサイドヒーター４１が３７℃のときに温度ムラが良化した。

測定２、３、４、５でウェルプレート３０で外周部の温度が高いのは、周囲環境湿度の気化によるもので、図１０に示すような多孔質部材６１（第４の実施形態参照）に液体Ｌを含有、飽和させたものをウェルプレート３０の外周に設置することで図２６に示すようにウェルプレート３０の外周部の温度が内周部の温度に一致することが確認されている（ここでは培地の代わりに環境温度と同じ水を代用している）。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。

（１）
設定温度に維持することが可能な第１の透明部材と、
上記第１の透明部材に対向する第２の透明部材と、
上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材が接合され、上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する筐体部材と、
上記第１の透明部材と上記筐体部材の間で、上記培養空間に注入される液体を封止する封止部材と
を具備する培養容器。

（２）
上記（１）に記載の培養容器であって、
上記培養空間に注入された液体の液面を被覆する多孔質部材
をさらに具備する培養容器。

（３）
上記（１）又は（２）に記載の培養容器であって、
上記多孔質部材に接合され、上記培養空間に収容されたウェルプレートと上記多孔質部材の隙間を被覆する飛散防止部材
をさらに具備する培養容器。

（４）
上記（１）から（３）のいずれか一つに記載の培養容器であって、
上記第１の透明部材は、ウェルプレートが上記第１の透明部材に載置された場合に上記ウェルプレートとの間に隙間を形成する切り欠きが設けられている
培養容器。

（５）
上記（１）から（４）のいずれか一つに記載の培養容器であって、
断熱性材料からなり、上記培養空間に収容されたウェルプレートを支持する支持部材
をさらに具備する培養容器。

（６）
上記（１）から（５）のいずれか一つに記載の培養容器であって、
上記第１の透明部材は、光透過性を有する透明板と、上記透明板上に上記透明板の部分領域毎に形成された電極対と、上記透明板上に形成され上記部分領域毎に上記電極対に接続された透明導電膜からなる
培養容器。

（７）
設定温度に維持することが可能な第１の透明部材と、上記第１の透明部材に対向する第２の透明部材と、上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材が接合され上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する筐体部材と、上記第１の透明部材と上記筐体部材の間で上記培養空間に注入される液体を封止する封止部材とを有する培養容器と、
上記培養容器に照明光を照射する照明光学系と、
上記照明光学系から照射され、上記培養容器を透過した照明光から位相差像を生成する顕微鏡光学系と
を具備する培養観察装置。

（８）
上記（７）に記載の培養観察装置であって、
上記第１の透明部材に送風する送風機構
をさらに具備する培養観察装置。

（９）
上記（７）又は（８）に記載の培養観察装置であって、
上記第１の透明部材は、赤外線吸収材料からなり、
上記照明光学系は、上記第２の透明部材に上記照明光と共に赤外線を照射する
培養観察装置。

（１０）
上記（７）から（９）のいずれか一つに記載の培養観察装置であって、
上記照明光学系は、リング状スリットが形成された絞りリングと、上記リング状スリットの上記培養容器側であって上記リング状スリットの内周に配置された赤外線照射部とを有する
培養観察装置。

（１１）
設定温度に維持することが可能な第１の透明部材と、上記第１の透明部材に対向する第２の透明部材と、上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材が接合され上記第１の透明部材及び上記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する筐体部材と、上記第１の透明部材と上記筐体部材の間で上記培養空間に注入される液体を封止する封止部材とを有する培養容器を準備し、
上記培養空間に観察対象物が収容されたウェルプレートを収容し、
上記培養空間に液体を注入し、
上記培養空間を上記観察対象物の培養環境に維持する
培養観察方法。

１、９０、１００、１１０…培養観察装置
２０、４０、５０、６０、７０、８０…培養容器
２１…筐体部材
２２…第２透明部材
２３…第１透明部材
２５…防水部材
３０…ウェルプレート

Claims (10)

1. 設定温度に維持することが可能な第１の透明部材と、前記第１の透明部材に対向する第２の透明部材と、前記第１の透明部材及び前記第２の透明部材が接合され、前記第１の透明部材及び前記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する筐体部材と、前記第１の透明部材と前記筐体部材の間で、前記培養空間に注入される液体を封止する封止部材とを有する培養容器と、
   ＰＩＤ制御によって前記第１の透明部材の温度を調整する第１の温度調整器と、
   オン／オフ制御によって前記第１の透明部材の温度を調整する第２の温度調整器と、
   前記第１の温度調整器と前記第２の温度調整器を制御する制御部であって、前記培養空間が閉塞されている間は前記第１の温度調整器に前記第１の透明部材の温度を調整させ、前記培養空間が解放されると一定時間にわたって前記第２の温度調整器に前記第１の透明部材の温度を調整させた後、前記第１の温度調整器に前記第１の透明部材の温度を調整させる制御部と
   を具備する培養観察装置。
2. 請求項１に記載の培養観察装置であって、
   前記培養容器は、前記培養空間に注入された液体の液面を被覆する多孔質部材をさらに具備する
   培養観察装置。
3. 請求項２に記載の培養観察装置であって、
   前記培養容器は、前記多孔質部材に接合され、前記培養空間に収容されたウェルプレートと前記多孔質部材の隙間を被覆する飛散防止部材をさらに具備する
   培養観察装置。
4. 請求項１から３のうちいずれか一つに記載の培養観察装置であって、
   前記第１の透明部材は、ウェルプレートが前記第１の透明部材に載置された場合に前記ウェルプレートとの間に隙間を形成する切り欠きが設けられている
   培養観察装置。
5. 請求項１から４のうちいずれか一つに記載の培養観察装置であって、
   前記培養容器は、断熱性材料からなり、前記培養空間に収容されたウェルプレートを支持する支持部材をさらに具備する
   培養観察装置。
6. 請求項１から５のうちいずれか一つに記載の培養観察装置であって、
   前記第１の透明部材は、光透過性を有する透明板と、前記透明板上に前記透明板の部分領域毎に形成された電極対と、前記透明板上に形成され前記部分領域毎に前記電極対に接続された透明導電膜からなる
   培養観察装置。
7. 請求項１に記載の培養観察装置であって
   前記第１の透明部材に送風する送風機構
   をさらに具備する培養観察装置。
8. 請求項１に記載の培養観察装置であって、
   前記第１の透明部材は、赤外線吸収材料からなり、
   前記培養容器に照明光を照射する照明光学系は、前記第２の透明部材に前記照明光と共に赤外線を照射する
   培養観察装置
9. 請求項８に記載の培養観察装置であって、
   前記照明光学系は、リング状スリットが形成された絞りリングと、前記リング状スリットの前記培養容器側であって前記リング状スリットの内周に配置された赤外線照射部とを有する
   培養観察装置。
10. 設定温度に維持することが可能な第１の透明部材と、前記第１の透明部材に対向する第２の透明部材と、前記第１の透明部材及び前記第２の透明部材が接合され前記第１の透明部材及び前記第２の透明部材と共にウェルプレートを収容可能な培養空間を形成する筐体部材と、前記第１の透明部材と前記筐体部材の間で前記培養空間に注入される液体を封止する封止部材とを有する培養容器と、
    ＰＩＤ制御によって前記第１の透明部材の温度を調整する第１の温度調整器と、
    オン／オフ制御によって前記第１の透明部材の温度を調整する第２の温度調整器と
    を備える培養観察装置を準備し、
    前記培養空間に観察対象物が収容されたウェルプレートを収容し、
    前記培養空間に液体を注入し、
    前記培養空間が閉塞されている間は前記第１の温度調整器に前記第１の透明部材の温度を調整させ、前記培養空間が解放されると一定時間にわたって前記第２の温度調整器に前記第１の透明部材の温度を調整させた後、前記第１の温度調整器に前記第１の透明部材の温度を調整させることによって前記培養空間を前記観察対象物の培養環境に維持する
    培養観察方法。