JP6416051B2 - 培養ユニット、及びそれを備えた培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、培養ユニット、及びそれを備えた培養装置に関する。

幹細胞やがん細胞といった細胞や微生物等の培養物の培養は、大気とは異なるガス環境下で行われる。具体的には、酸素濃度が、大気中の酸素濃度（約２１％）よりも低い酸素濃度（例えば５％）であるガス環境下で培養物の培養を行うと、増殖が促進される培養物があることが確認されている。これは、一般的に、低酸素培養と言われており、既に公知である。また、培養物は、培養液（培地）が入った培養容器に入れられており、培養物の培養を効率良く行うためには、培養液のｐＨ（水素イオン指数）を最適な値（ｐＨ７．２〜７．４）に保持することが好ましい。培養液のｐＨを最適な値に保持するためには、例えば、所定の二酸化炭素濃度（例えば５％）のガス環境下で培養物の培養を行うことが好ましい。

このようなガス環境下を実現させるための装置として、例えば特許文献１の培養装置が知られている。特許文献１の培養装置は、培養物が収容される培養庫（恒温槽）を備えている。培養庫は、その内部が一定の温度（例えば３７℃）及び湿度（例えば９８％ＲＨ）に保たれている。さらに、培養装置は、培養庫の外部に設置された窒素ガスボンベ及び二酸化炭素ガスボンベを備えている。そして、窒素ガスボンベから窒素ガスを培養庫内に導入することで、培養庫内の酸素濃度を、大気中の酸素濃度よりも低い酸素濃度に調節するとともに、二酸化炭素ガスボンベから二酸化炭素ガスを培養庫内に導入することで、培養庫内の二酸化炭素濃度を所定の二酸化炭素濃度に調節している。このようにして、培養庫の内部を大気とは異なるガス環境として、培養物の培養が行われている。

特開平５−７７号公報

ところで、培養物の培養は、異なる酸素濃度の条件を複数比較しながら行いたい場合がある。しかしながら、特許文献１の培養装置では、培養庫内の酸素濃度を、一種類の酸素濃度にしか調節できないため、一つの培養庫を用いて、異なる酸素濃度の条件を同時に複数比較しながら、培養物の培養を行うことができない。よって、異なる酸素濃度の条件を同時に複数比較しながら、培養物の培養を行うためには、内部の酸素濃度をそれぞれ異なる酸素濃度に調節した培養庫を複数用意する必要があり、設置スペースの制約やコスト面から困難な場合があった。

また、特許文献１の培養装置では、培養庫の内部を大気とは異なるガス環境とするために、培養庫の外部に窒素ガスボンベ及び二酸化炭素ガスボンベを設置する必要がある。しかし、培養庫の外部の設置スペースの制約上、培養庫の外部に必要となる設置スペースを減らすことが望まれている。さらには、窒素ガスボンベ及び二酸化炭素ガスボンベが恒温槽の外部に設置されていると、窒素ガスボンベ及び二酸化炭素ガスボンベと恒温槽とを繋ぐ配管や配線等の接続作業が煩雑である。

本発明の目的は、一つの恒温槽を用いて、異なる酸素濃度の条件を同時に複数比較しながら、培養物の培養を行うことができるとともに、恒温槽の外部に必要となる設置スペースを減らすことができ、さらには、恒温槽の外部の配管又は配線等の接続作業を軽減させることができる培養ユニット、及びそれを備えた培養装置を提供することにある。

上記課題を解決する培養ユニットは、内部のガスが所定の二酸化炭素濃度に調節された恒温槽内に配置される培養ユニットであって、培養物が入れられた培養容器を収容する密閉容器と、前記恒温槽内から前記密閉容器内に供給されるガスに含まれる酸素を吸着する脱酸素剤を収容する脱酸素剤容器と、前記密閉容器内のガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、前記酸素濃度検出部により検出された酸素濃度に基づいて、前記恒温槽内から前記密閉容器内に供給され得るガスの経路を切り換える制御装置と、を備え、前記恒温槽内のガスを、前記脱酸素剤を用いて酸素濃度を調節して前記密閉容器内に供給する。

上記培養ユニットにおいて、前記脱酸素剤容器を通過しつつ、前記恒温槽内のガスを前記密閉容器内に供給する第１供給経路と、前記脱酸素剤容器を迂回しつつ、前記恒温槽内のガスを前記密閉容器内に供給する第２供給経路と、前記脱酸素剤容器を迂回し、且つ前記酸素濃度検出部を通過しつつ、前記密閉容器内に供給され得るガスを循環させる第１循環経路と、前記脱酸素剤容器を通過しつつ、前記密閉容器内に供給され得るガスを循環させる第２循環経路と、前記密閉容器内のガスを前記恒温槽内へ排出する排出経路と、前記第１供給経路を開閉する第１制御弁と、前記排出経路を開閉する第２制御弁と、前記第１循環経路を開閉する第３制御弁と、前記第２供給経路を開閉する第４制御弁と、前記第２循環経路を開閉する第５制御弁と、を備え、前記制御装置は、前記酸素濃度検出部から検出された酸素濃度に基づいて前記第１制御弁、前記第２制御弁、前記第３制御弁、前記第４制御弁及び前記第５制御弁の駆動を制御することが好ましい。

上記培養ユニットにおいて、前記第１供給経路における前記脱酸素剤容器よりも前記ガスの流れ方向の上流には、前記脱酸素剤容器内の圧力が、前記恒温槽内の圧力に対して所定の圧力まで下がったときに開弁する逆止弁が設けられていることが好ましい。

上記培養ユニットにおいて、前記第１制御弁、前記第２制御弁、前記第３制御弁、前記第４制御弁、前記第５制御弁及び前記制御装置を駆動させるためにそれぞれに電力を供給するバッテリを備えたことが好ましい。

上記培養ユニットにおいて、前記制御装置を収納する制御ボックスを備え、前記制御ボックス内には、前記第１供給経路、前記第２供給経路、前記第１循環経路、前記第２循環経路、及び前記排出経路の一部を構成する内部配管が設けられており、前記密閉容器には、前記排出経路以外の経路の一部を少なくとも構成する供給側接続配管と、前記第１供給経路及び前記第２供給経路以外の経路の一部を少なくとも構成する排出側接続配管とが設けられており、前記供給側接続配管及び前記排出側接続配管は、前記内部配管に連通可能に前記制御ボックスに対して着脱自在に取り付けられていることが好ましい。

上記培養ユニットにおいて、前記供給側接続配管及び前記排出側接続配管には、滅菌フィルター及び閉止部材の少なくとも一方が設けられていることが好ましい。
上記培養ユニットにおいて、前記制御装置は操作装置によって遠隔操作されることが好ましい。

上記課題を解決する培養装置は、内部のガスが所定の二酸化炭素濃度に調節された恒温槽を備えた培養装置であって、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の培養ユニットを前記恒温槽内に配置した。

この発明によれば、一つの恒温槽を用いて、異なる酸素濃度の条件を同時に複数比較しながら、培養物の培養を行うことができるとともに、恒温槽の外部に必要となる設置スペースを減らすことができ、さらには、恒温槽の外部の配管又は配線等の接続作業を軽減させることができる。

実施形態における培養装置の全体構成を示す模式図。 培養装置の作用を説明するための模式図。 培養装置の作用を説明するための模式図。 培養装置の作用を説明するための模式図。 培養装置の作用を説明するための模式図。 培養装置を示す模式図。

以下、培養ユニット、及びそれを備えた培養装置を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。本実施形態の培養装置は、幹細胞やがん細胞といった細胞（以下、単に「培養物」と記載する）の培養を行うために用いられる。

図１に示すように、培養装置１０は、恒温槽１１と、恒温槽１１内に配置される培養ユニット２０とを備えている。恒温槽１１は、例えばヒータ等によって、その内部が一定の温度（例えば３７℃）に保たれている。また、恒温槽１１内のガスの酸素濃度は、大気中の酸素濃度（約２１％）と同じである。

培養装置１０は、恒温槽１１の外部に設置された二酸化炭素ガスボンベ１２を備えている。二酸化炭素ガスボンベ１２は、図示しない圧力調整器、制御弁が配置された導入配管１２ａを介して恒温槽１１内に連通している。そして、二酸化炭素ガスボンベ１２から導入配管１２ａを介した恒温槽１１内への二酸化炭素ガスの導入と、恒温槽１１に形成された図示しない排出孔を介した恒温槽１１の内部のガスの排出とが行われ、恒温槽１１の内部のガスが所定の二酸化炭素濃度（本実施形態では５％）に調節されている。恒温槽１１の内部のガスの二酸化炭素濃度は、図示しない二酸化炭素濃度検出センサによって検出される。

培養ユニット２０は、恒温槽１１内に収容される密閉容器２１を備えている。密閉容器２１内には、培養物２２ａが入れられた培養容器２２が複数収容されている。培養容器２２には、培養液（培地）が入っている。また、密閉容器２１内には、水が入れられた加湿皿２２ｂが収容されており、加湿皿２２ｂに入れられた水が蒸発することにより、密閉容器２１内は、一定の湿度（例えば９８％ＲＨ）に保たれている。

培養ユニット２０は、恒温槽１１内に収容される制御ボックス２３及び脱酸素剤容器２４を備えている。脱酸素剤容器２４内には、恒温槽１１内から密閉容器２１内に供給されるガスに含まれる酸素を吸着する脱酸素剤２４ａが収容されている。脱酸素剤２４ａは、例えば、鉄粉等の脱酸素組成物が通気性を有する包装材に収納されたものである。

培養ユニット２０は、恒温槽１１内のガスを脱酸素剤容器２４に供給する供給配管３１を備えている。また、制御ボックス２３には、第１供給口２３ａが形成されている。そして、培養ユニット２０は、脱酸素剤容器２４内と第１供給口２３ａとを接続する接続配管３２を備えている。また、制御ボックス２３には、第１排出口２３ｂが形成されている。そして、制御ボックス２３内には、第１供給口２３ａと第１排出口２３ｂとを繋ぐ第１内部配管２３１が設けられている。また、制御ボックス２３には、第２供給口２３ｃ及び第２排出口２３ｄが形成されている。そして、制御ボックス２３内には、第２供給口２３ｃと第２排出口２３ｄとを繋ぐ第２内部配管２３２が設けられている。

密閉容器２１には、第１排出口２３ｂと密閉容器２１内とを接続する供給側接続配管３４が設けられている。供給側接続配管３４は、第１排出口２３ｂを介して第１内部配管２３１に連通可能に制御ボックス２３に対して着脱自在に取り付けられている。また、密閉容器２１には、密閉容器２１内と第２供給口２３ｃとを接続する排出側接続配管３５が設けられている。排出側接続配管３５は、第２供給口２３ｃを介して第２内部配管２３２に連通可能に制御ボックス２３に対して着脱自在に取り付けられている。

制御ボックス２３内には、一端が第２内部配管２３２の途中に接続され、且つ他端が第１内部配管２３１の途中に接続される第３内部配管２３３が設けられている。さらに、制御ボックス２３には、第３排出口２３ｅが形成されている。そして、制御ボックス２３内には、一端が第２内部配管２３２における第３内部配管２３３が接続された位置よりも第２排出口２３ｄ寄りに接続され、且つ他端が第３排出口２３ｅに接続される第４内部配管２３４が設けられている。また、培養ユニット２０は、第３排出口２３ｅと脱酸素剤容器２４内とを接続する接続配管３６を備えている。

制御ボックス２３には、恒温槽１１内のガスが供給される第３供給口２３ｆが形成されている。また、制御ボックス２３内には、一端が第３供給口２３ｆに接続され、且つ他端が第１内部配管２３１の途中に接続される第５内部配管２３５が設けられている。

第１内部配管２３１における第３内部配管２３３及び第５内部配管２３５が接続された位置よりも第１供給口２３ａ寄りには、第１制御弁４１が設けられている。また、第２内部配管２３２における第４内部配管２３４が接続された位置には、第２制御弁４２が設けられている。さらに、第３内部配管２３３には、第３制御弁４３が設けられている。また、第５内部配管２３５には、第４制御弁４４が設けられている。

第１制御弁４１は、第１内部配管２３１における第３内部配管２３３及び第５内部配管２３５が接続された位置よりも第１供給口２３ａ寄りで第１内部配管２３１を開放する開弁状態と、第１内部配管２３１を閉鎖する閉弁状態に切換可能になっている。

第２制御弁４２は、第２内部配管２３２における第４内部配管２３４が接続された位置から第２排出口２３ｄへのガスの流れを許容するとともに、第２内部配管２３２から第４内部配管２３４へのガスの流れを遮断する第１切換位置に切換可能になっている。また、第２制御弁４２は、第２内部配管２３２から第４内部配管２３４へのガスの流れを許容するとともに、第２内部配管２３２における第４内部配管２３４が接続された位置から第２排出口２３ｄへのガスの流れを遮断する第２切換位置に切換可能になっている。

第３制御弁４３は、第３内部配管２３３を開放する開弁状態と、第３内部配管２３３を閉鎖する閉弁状態とに切換可能になっている。さらに、第４制御弁４４は、第５内部配管２３５を開放する開弁状態と、第５内部配管２３５を閉鎖する閉弁状態とに切換可能になっている。

第１内部配管２３１における第３内部配管２３３及び第５内部配管２３５が接続された位置よりも第１排出口２３ｂ寄りには、第１ポンプ５１が設けられている。また、第２内部配管２３２における第３内部配管２３３が接続された位置よりも第２供給口２３ｃ寄りには、第２ポンプ５２が設けられている。さらに、第２内部配管２３２における第２ポンプ５２が設けられた位置よりも第２供給口２３ｃ寄りには、密閉容器２１内のガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出部としての酸素濃度検出センサ５３が設けられている。

供給配管３１における脱酸素剤容器２４（脱酸素剤２４ａ）よりもガスの流れ方向の上流には、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して所定の圧力まで下がったときに開弁する逆止弁３１ａが設けられている。また、供給側接続配管３４には、滅菌フィルター３４ａ及び閉止部材としての閉止クリップ３４ｂが設けられている。滅菌フィルター３４ａは、菌等を捕捉する。閉止クリップ３４ｂは、供給側接続配管３４のガスの流れを遮断可能になっている。また、排出側接続配管３５には、滅菌フィルター３５ａ及び閉止クリップ３５ｂが設けられている。滅菌フィルター３５ａは、菌等を捕捉する。閉止クリップ３５ｂは、排出側接続配管３５のガスの流れを遮断可能になっている。接続配管３６には、逆止弁３６ａが設けられている。逆止弁３６ａは、第３排出口２３ｅから接続配管３６を介して脱酸素剤容器２４に向けて流れるガスの流れを許容するとともに、脱酸素剤容器２４から接続配管３６を介して第３排出口２３ｅに逆流するガスの流れを規制する。

培養ユニット２０は、酸素濃度検出センサ５３から検出された酸素濃度に基づいて第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御する制御装置６０を備えている。制御装置６０は、制御ボックス２３内に収納されている。また、制御装置６０は、密閉容器２１内の酸素濃度や、恒温槽１１内の温度及び圧力等の情報を表示する液晶表示部６０ａを有している。なお、恒温槽１１内には、図示しない温度センサ及び圧力センサが設けられており、恒温槽１１内の温度及び圧力は、温度センサ及び圧力センサによって検出される。また、制御装置６０には、制御装置６０を操作するために用いられる操作ボタン６０ｂが複数設けられている。

さらに、培養ユニット２０は、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３、第４制御弁４４、制御装置６０、第１ポンプ５１、第２ポンプ５２、及び酸素濃度検出センサ５３等を駆動させるためにそれぞれに電力を供給するバッテリ６１を備えている。バッテリ６１は、制御ボックス２３内に収納されている。また、培養装置１０は、制御装置６０を恒温槽１１外から遠隔操作する操作装置６２を備えている。よって、本実施形態において、制御装置６０は、操作装置６２によって遠隔操作ができ、内部動作状況のモニタリングや動作ログの取得等のデータ通信を行い、その情報から培養が確実に行われたことを確認することができる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図２に示すように、まず、上記構成の培養装置１０の初期動作として、密閉容器２１内のガスの入れ替えが行われる。具体的には、制御装置６０は、第１制御弁４１が開弁状態となるとともに、第２制御弁４２が第１切換位置に切り換えられ、第３制御弁４３が閉弁状態となるとともに、第４制御弁４４が閉弁状態となるように、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御する。これにより、供給配管３１から、脱酸素剤容器２４内、接続配管３２、第１供給口２３ａ、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ、供給側接続配管３４、密閉容器２１内、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ及び第２内部配管２３２を介して第２排出口２３ｄに至る流通経路が形成される。なお、制御装置６０の操作は、操作ボタン６０ｂを用いて行ってもよいし、操作装置６２を用いて恒温槽１１外から遠隔操作してもよい。

そして、第１ポンプ５１及び第２ポンプ５２の駆動によって、恒温槽１１内のガスが、逆止弁３１ａを押し退けて、供給配管３１、脱酸素剤容器２４内、接続配管３２、第１供給口２３ａ、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４を介して密閉容器２１内に供給される。よって、供給配管３１、脱酸素剤容器２４内、接続配管３２、第１供給口２３ａ、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４は、恒温槽１１内のガスを、脱酸素剤容器２４を通過させつつ、密閉容器２１内に供給する第１供給経路７１を構成している。第１供給経路７１は、第１制御弁４１が開弁状態となることで開放されるとともに、第１制御弁４１が閉弁状態となることで閉鎖される。よって、第１制御弁４１は、第１供給経路７１を開閉する。

ここで、恒温槽１１の内部のガスの二酸化炭素濃度は５％に調節されていることから、恒温槽１１内から第１供給経路７１を介して密閉容器２１内にガスが供給されることで、密閉容器２１内のガスの二酸化炭素濃度が５％になる。さらに、恒温槽１１内から第１供給経路７１を介して密閉容器２１内に供給されるガスは、脱酸素剤容器２４内を通過する際に、脱酸素剤２４ａによって酸素が吸着されることにより、恒温槽１１内のガスの酸素濃度よりも低い酸素濃度になっている。そして、第１供給経路７１からガスが供給される前に密閉容器２１内に存在していたガスは、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ、第２内部配管２３２及び第２排出口２３ｄを介して恒温槽１１内へ排出される。よって、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ、第２内部配管２３２及び第２排出口２３ｄは、密閉容器２１内のガスを恒温槽１１内へ排出する排出経路７２を構成している。排出経路７２は、第２制御弁４２が第１切換位置に切り換えられることで開放されるとともに、第２制御弁４２が第２切換位置に切り換えられることで閉鎖される。よって、第２制御弁４２は、排出経路７２を開閉する。

このようにして、密閉容器２１内のガスの入れ替えが行われる。そして、恒温槽１１内から第１供給経路７１を介して密閉容器２１内にガスが供給されることで、密閉容器２１内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に近づく。すると、逆止弁３１ａが閉弁し、第１ポンプ５１及び第２ポンプ５２を停止させ、第１制御弁４１を閉弁状態とするとともに第２制御弁４２を第２切換位置にして、密閉容器２１内のガスの入れ替えが完了する。

図３に示すように、続いて、密閉容器２１内の酸素濃度のモニタリングが行われる。具体的には、制御装置６０は、第１制御弁４１が閉弁状態となるとともに、第２制御弁４２が第２切換位置に切り換えられ、第３制御弁４３が開弁状態となるとともに、第４制御弁４４が閉弁状態となるように、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御する。

すると、第１ポンプ５１及び第２ポンプ５２の駆動によって、密閉容器２１内のガスが、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ、第２内部配管２３２、第３内部配管２３３、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４を循環する。よって、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ、第２内部配管２３２、第３内部配管２３３、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４は、脱酸素剤容器２４を迂回し、且つ酸素濃度検出センサ５３を通過しつつ、密閉容器２１内に供給され得るガスを循環させる第１循環経路７３を構成している。第１循環経路７３は、第３制御弁４３が開弁状態となることで開放されるとともに、第３制御弁４３が閉弁状態となることで閉鎖される。よって、第３制御弁４３は、第１循環経路７３を開閉する。

そして、第１循環経路７３を循環するガスの酸素濃度を酸素濃度検出センサ５３により検出することで、密閉容器２１内のガスの酸素濃度が検出される。このようにして、密閉容器２１内の酸素濃度のモニタリングが行われる。このとき、脱酸素剤容器２４から接続配管３６を介して第３排出口２３ｅにガスが逆流することが逆止弁３６ａによって規制されている。

図４に示すように、酸素濃度検出センサ５３により検出された酸素濃度が、予め設定された所望の酸素濃度（本実施形態では５％）よりも高かった場合、制御装置６０は、第１制御弁４１が開弁状態となるとともに、第２制御弁４２が第２切換位置に切り換えられ、第３制御弁４３が閉弁状態となるとともに、第４制御弁４４が閉弁状態となるように、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御する。

すると、第１ポンプ５１及び第２ポンプ５２の駆動によって、密閉容器２１内のガスが、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ、第２内部配管２３２、第４内部配管２３４、第３排出口２３ｅ、接続配管３６、脱酸素剤容器２４内、接続配管３２、第１供給口２３ａ、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４を循環する。よって、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ、第２内部配管２３２、第４内部配管２３４、第３排出口２３ｅ、接続配管３６、脱酸素剤容器２４内、接続配管３２、第１供給口２３ａ、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４は、脱酸素剤容器２４を通過しつつ、密閉容器２１内に供給され得るガスを循環させる第２循環経路７４を構成している。第２循環経路７４は、第１制御弁４１が開弁状態となり、且つ第２制御弁４２が第２切換位置に切り換えられることで開放されるとともに、第２制御弁４２が第１切換位置に切り換えられることで閉鎖される。よって、本実施形態の第１制御弁４１及び第２制御弁４２は、第２循環経路７４を開閉する第５制御弁としても機能する。

第２循環経路７４を循環するガスは、脱酸素剤容器２４内を通過する際に、脱酸素剤２４ａによって酸素が吸着されることにより酸素濃度が低下するため、予め設定された所望の酸素濃度よりも高かった酸素濃度が、予め設定された所望の酸素濃度に近づく。また、脱酸素剤２４ａによって酸素が吸着されると、第２循環経路７４を循環するガスの圧力が低下し、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して下がっていく。そして、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して所定の圧力まで下がったときに、逆止弁３１ａが開弁する。すると、恒温槽１１内のガスが、供給配管３１、脱酸素剤容器２４内、接続配管３２、第１供給口２３ａ、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４を介して密閉容器２１内に供給される。これにより、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に近づき、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して所定の圧力にまで下がった状態が解消される。

図５に示すように、一方、酸素濃度検出センサ５３により検出された酸素濃度が、予め設定された所望の酸素濃度よりも低かった場合、制御装置６０は、第１制御弁４１が閉弁状態となるとともに、第２制御弁４２が第１切換位置に切り換えられ、第３制御弁４３が閉弁状態となるとともに、第４制御弁４４が開弁状態となるように、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御する。

すると、第１ポンプ５１及び第２ポンプ５２の駆動によって、恒温槽１１内のガスが、第３供給口２３ｆ、第５内部配管２３５、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４を介して密閉容器２１内に供給される。これにより、予め設定された所望の酸素濃度よりも低かった酸素濃度が、予め設定された所望の酸素濃度に近づく。よって、第３供給口２３ｆ、第５内部配管２３５、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４は、脱酸素剤容器２４を迂回しつつ、恒温槽１１内のガスを密閉容器２１内に供給する第２供給経路７５を構成している。第２供給経路７５は、第４制御弁４４が開弁状態となることで開放されるとともに、第４制御弁４４が閉弁状態となることで閉鎖される。よって、第４制御弁４４は、第２供給経路７５を開閉する。

そして、第１供給経路７１からガスが供給される前に密閉容器２１内に存在していたガスは、排出側接続配管３５、第２供給口２３ｃ、第２内部配管２３２及び第２排出口２３ｄを介して恒温槽１１内へ排出される。

第１内部配管２３１、第２内部配管２３２、第３内部配管２３３、第４内部配管２３４、及び第５内部配管２３５は、第１供給経路７１、第２供給経路７５、第１循環経路７３、第２循環経路７４、及び排出経路７２の一部を構成するために、制御ボックス２３内に設けられた内部配管である。また、供給側接続配管３４は、排出経路７２以外の経路の一部を少なくとも構成し、排出側接続配管３５は、第１供給経路７１及び第２供給経路７５以外の経路の一部を少なくとも構成している。

上記構成の培養装置１０を用いれば、密閉容器２１内のガスの酸素濃度が、大気中の酸素濃度よりも低い酸素濃度であり、密閉容器２１内のガスの二酸化炭素濃度が５％であるガス環境下で培養物２２ａの培養が行われる。酸素濃度が大気中の酸素濃度よりも低い酸素濃度であるガス環境下で培養物２２ａの培養が行われることで、培養物２２ａの増殖が促進される。また、二酸化炭素濃度が５％であるガス環境下で培養物２２ａの培養が行われることで、培養液のｐＨ（水素イオン指数）が最適な値（ｐＨ７．２〜７．４）に保持され、培養物２２ａの培養が効率良く行われる。

図６に示すように、上記構成の培養ユニット２０を恒温槽１１内に複数配置する。各培養ユニット２０では、密閉容器２１内のガスの酸素濃度が、それぞれ異なる酸素濃度となるように、制御装置６０が第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御するようになっている。これによれば、各培養ユニット２０を一つの恒温槽１１内に配置することで、一つの恒温槽１１を用いて、異なる酸素濃度の条件を同時に複数比較しながら、培養物２２ａの培養が行われる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）制御装置６０は、酸素濃度検出センサ５３により検出された酸素濃度に基づいて第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御することにより、恒温槽１１内から密閉容器２１内に供給され得るガスの経路を切り換える。密閉容器２１内に供給されるガスは、脱酸素剤容器２４を通過する際に、脱酸素剤２４ａに酸素が吸着されることにより、恒温槽１１内のガスの酸素濃度よりも低い酸素濃度になる。したがって、培養ユニット２０は、恒温槽１１内のガスを、脱酸素剤２４ａを用いて単独で酸素濃度を調節して密閉容器２１内に供給する。そして、上記構成の培養ユニット２０を恒温槽１１内に複数配置する。各培養ユニット２０では、密閉容器２１内のガスの酸素濃度が、それぞれ異なる酸素濃度となるように、制御装置６０が第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御する。このように、各培養ユニット２０を一つの恒温槽１１内に配置することで、一つの恒温槽１１を用いて、異なる酸素濃度の条件を同時に複数比較しながら、培養物２２ａの培養を行うことができる。また、従来技術のように、酸素濃度を調節するために、窒素ガスボンベを恒温槽１１の外部に設置する必要が無いため、恒温槽１１の外部に必要となる設置スペースを減らすことができ、さらには、恒温槽１１の外部の配管又は配線等の接続作業を低減させることができる。

（２）培養ユニット２０は、第１供給経路７１を開閉する第１制御弁４１と、排出経路７２を開閉する第２制御弁４２と、第１循環経路７３を開閉する第３制御弁４３と、第２供給経路７５を開閉する第４制御弁４４とを備えている。また、第１制御弁４１及び第２制御弁４２は、第２循環経路７４を開閉する第５制御弁としても機能する。そして、制御装置６０は、酸素濃度検出センサ５３から検出された酸素濃度に基づいて第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４の駆動を制御する。このような構成は、恒温槽１１内のガスを、脱酸素剤２４ａを用いて酸素濃度を調節して密閉容器２１内に供給する上で好適な構成である。

（３）第１供給経路７１における脱酸素剤２４ａよりもガスの流れ方向の上流には、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して所定の圧力まで下がったときに開弁する逆止弁３１ａが設けられている。第２循環経路７４をガスが循環している際に、脱酸素剤２４ａによって酸素が吸着されると、第２循環経路７４を循環するガスの圧力が低下し、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して下がっていく。そして、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して所定の圧力まで下がったときに、逆止弁３１ａが開弁する。すると、恒温槽１１内のガスが、供給配管３１、脱酸素剤容器２４内、接続配管３２、第１供給口２３ａ、第１内部配管２３１、第１排出口２３ｂ及び供給側接続配管３４を介して密閉容器２１内に供給される。これにより、脱酸素剤容器２４内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に近づき、密閉容器２１内の圧力が、恒温槽１１内の圧力に対して所定の圧力にまで下がった状態が解消される。その結果、密閉容器２１内の圧力が下がり過ぎて、培養物２２ａの培養に悪影響を及ぼしてしまうことを回避することができる。

（４）培養ユニット２０は、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３、第４制御弁４４及び制御装置６０を駆動させるためにそれぞれに電力を供給するバッテリ６１を備えた。これによれば、例えば、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３、第４制御弁４４及び制御装置６０を駆動させるためにそれぞれに電力を供給する電源供給部を恒温槽１１の外部に設けた場合に、電源供給部からそれぞれに電力を供給するための配線を恒温槽１１の外部から恒温槽１１内へ配設する必要が無い。よって、恒温槽１１内に配線が多数存在する状態になってしまうことを回避することができ、恒温槽１１内のスペースを有効活用することができるとともに、培養ユニット２０における恒温槽１１内への設置や撤去が簡便となり、手軽に培養を行うことができる。

（５）供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５は、制御ボックス２３に対して着脱自在に取り付けられている。これによれば、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５を制御ボックス２３から取り外して、密閉容器２１のみを恒温槽１１内から取り出すことができる。

（６）供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５には、滅菌フィルター３４ａ，３５ａ及び閉止クリップ３４ｂ，３５ｂが設けられている。これによれば、培養液の交換時や培養物２２ａの検査時に、閉止クリップ３４ｂ，３５ｂによって、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５のガスの流れを遮断し、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５を制御ボックス２３から取り外して、密閉容器２１のみを恒温槽１１内から取り出すことができる。そして、密閉容器２１を恒温槽１１内から取り出したときに、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５を介して密閉容器２１内に菌が侵入してしまうことを滅菌フィルター３４ａ，３５ａによって抑制することができる。

（７）制御装置６０は操作装置６２によって遠隔操作される。これによれば、恒温槽１１内から培養ユニット２０を取り出すこと無く、恒温槽１１外から制御装置６０の操作を行うことができ、恒温槽１１内のガス環境を維持することができる。さらには、データ通信により培養状況を恒温槽１１の外部から検知することで培養条件を乱すことなく管理や記録を行うことができる。

（８）第１制御弁４１及び第２制御弁４２を、第２循環経路７４を開閉する第５制御弁としても機能させた。これによれば、第２循環経路７４を開閉する第５制御弁を別途設ける必要が無く、部品点数を削減することができる。

（９）脱酸素剤容器２４から接続配管３６を介して第３排出口２３ｅにガスが逆流することが逆止弁３６ａによって規制されている。これによれば、密閉容器２１内の酸素濃度のモニタリングが行われるときに、脱酸素剤容器２４から接続配管３６を介して第３排出口２３ｅにガスが逆流して、脱酸素剤２４ａによって酸素濃度が低下したガスが第１循環経路７３に流れ込んでしまうことを防止することができる。よって、密閉容器２１内の酸素濃度のモニタリングを精度良く行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・ 実施形態において、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５が、制御ボックス２３に対して着脱自在になっていなくてもよい。この場合、滅菌フィルター３４ａ，３５ａが設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。

・ 実施形態において、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５には、閉止クリップ３４ｂ，３５ｂが設けられておらず、滅菌フィルター３４ａ，３５ａのみが設けられている構成であってもよい。また、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５には、滅菌フィルター３４ａ，３５ａが設けられておらず、閉止クリップ３４ｂ，３５ｂのみが設けられている構成であってもよい。さらには、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５に、滅菌フィルター３４ａ，３５ａ及び閉止クリップ３４ｂ，３５ｂが設けられていなくてもよい。要は、供給側接続配管３４及び排出側接続配管３５には、滅菌フィルター３４ａ，３５ａ及び閉止クリップ３４ｂ，３５ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。

・ 実施形態において、閉止部材として、例えば逆止弁を用いてもよい。
・ 実施形態において、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３、第４制御弁４４、及び制御装置６０を駆動させるためにそれぞれに電力を供給する電源供給部が恒温槽１１の外部に設けられており、電源供給部からそれぞれに電力を供給するための配線を配設するようにしてもよい。

・ 実施形態において、逆止弁３６ａが設けられていなくてもよい。
・ 実施形態において、第２制御弁４２は、第２内部配管２３２における第４内部配管２３４が接続された位置よりも第２排出口２３ｄ寄りに設けられていてもよい。そして、第２制御弁４２は、第２内部配管２３２を開放する開弁状態と、第２内部配管２３２を閉鎖する閉弁状態とに切換可能になっていてもよい。要は、第２制御弁４２は、排出経路７２を開閉するものであればよい。なお、この場合、例えば、第１制御弁４１を、第２循環経路７４を開閉する第５制御弁としても機能させるために、第１供給経路７１における脱酸素剤２４ａよりもガスの流れ方向の下流に設ける必要がある。又は、第２循環経路７４に第５制御弁を別途設けてもよい。

・ 実施形態において、第１制御弁４１、第２制御弁４２、第３制御弁４３及び第４制御弁４４は、それぞれが他の制御弁の機能を兼ねた状態でガスの経路上に配設されていてもよい。要は、培養ユニット２０が、第１供給経路７１を開閉する第１制御弁と、排出経路７２を開閉する第２制御弁と、第１循環経路７３を開閉する第３制御弁と、第２供給経路７５を開閉する第４制御弁と、第２循環経路７４を開閉する第５制御弁として機能する制御弁を備えていればよい。

・ 実施形態において、第１ポンプ５１及び第２ポンプ５２の少なくとも一方が設けられていればよく、例えば、第２ポンプ５２を設けなくてもよい。
・ 実施形態において、培養物２２ａは微生物であってもよい。

１０…培養装置、１１…恒温槽、２０…培養ユニット、２１…密閉容器、２２…培養容器、２２ａ…培養物、２３…制御ボックス、２４…脱酸素剤容器、２４ａ…脱酸素剤、３１ａ…逆止弁、３４…供給側接続配管、３４ａ，３５ａ…滅菌フィルター、３４ｂ，３５ｂ…閉止部材としての閉止クリップ、３５…排出側接続配管、４１…第５制御弁としても機能する第１制御弁、４２…第５制御弁としても機能する第２制御弁、４３…第３制御弁、４４…第４制御弁、５３…酸素濃度検出部としての酸素濃度検出センサ、６０…制御装置、６１…バッテリ、６２…操作装置、７１…第１供給経路、７２…排出経路、７３…第１循環経路、７４…第２循環経路、７５…第２供給経路。

Claims (8)

1. 内部のガスが所定の二酸化炭素濃度に調節された恒温槽内に配置される培養ユニットであって、
   恒温槽内に配置され、培養物が入れられた培養容器を収容する密閉容器と、前記恒温槽内のガスに含まれる酸素を吸着する脱酸素剤を収容する脱酸素剤容器と、前記密閉容器と前記脱酸素剤容器との間に接続配管を介して接続される制御ボックスと、を備え、
   前記制御ボックス内には、前記恒温槽内から前記密閉容器内に供給され得るガスの経路を構成する内部配管と、前記密閉容器内のガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出部と、前記酸素濃度検出部により検出された酸素濃度に基づいて、前記恒温槽内から前記密閉容器内に供給され得るガスの経路を切り換える制御装置と、が設けられており、
   前記恒温槽内のガスを、前記脱酸素剤を用いて酸素濃度を調節して前記密閉容器内に供給することを特徴とする培養ユニット。
2. 前記脱酸素剤容器を通過しつつ、前記恒温槽内のガスを前記密閉容器内に供給する第１供給経路と、
   前記脱酸素剤容器を迂回しつつ、前記恒温槽内のガスを前記密閉容器内に供給する第２供給経路と、
   前記脱酸素剤容器を迂回し、且つ前記酸素濃度検出部を通過しつつ、前記密閉容器内に供給され得るガスを循環させる第１循環経路と、
   前記脱酸素剤容器を通過しつつ、前記密閉容器内に供給され得るガスを循環させる第２循環経路と、
   前記密閉容器内のガスを前記恒温槽内へ排出する排出経路と、
   前記第１供給経路を開閉する第１制御弁と、
   前記排出経路を開閉する第２制御弁と、
   前記第１循環経路を開閉する第３制御弁と、
   前記第２供給経路を開閉する第４制御弁と、
   前記第２循環経路を開閉する第５制御弁と、を備え、
   前記制御装置は、前記酸素濃度検出部から検出された酸素濃度に基づいて前記第１制御弁、前記第２制御弁、前記第３制御弁、前記第４制御弁及び前記第５制御弁の駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載の培養ユニット。
3. 前記第１供給経路における前記脱酸素剤容器よりも前記ガスの流れ方向の上流には、前記脱酸素剤容器内の圧力が、前記恒温槽内の圧力に対して所定の圧力まで下がったときに開弁する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の培養ユニット。
4. 前記第１制御弁、前記第２制御弁、前記第３制御弁、前記第４制御弁、前記第５制御弁及び前記制御装置を駆動させるためにそれぞれに電力を供給するバッテリを備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の培養ユニット。
5. 前記制御ボックス内には、前記第１供給経路、前記第２供給経路、前記第１循環経路、前記第２循環経路、及び前記排出経路の一部を構成する内部配管が設けられており、
   前記密閉容器には、前記排出経路以外の経路の一部を少なくとも構成する供給側接続配管と、前記第１供給経路及び前記第２供給経路以外の経路の一部を少なくとも構成する排出側接続配管とが設けられており、
   前記供給側接続配管及び前記排出側接続配管は、前記内部配管に連通可能に前記制御ボックスに対して着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の培養ユニット。
6. 前記供給側接続配管及び前記排出側接続配管には、滅菌フィルター及び閉止部材の少なくとも一方が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の培養ユニット。
7. 前記制御装置は操作装置によって遠隔操作されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の培養ユニット。
8. 内部のガスが所定の二酸化炭素濃度に調節された恒温槽を備えた培養装置であって、
   請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の培養ユニットを前記恒温槽内に配置したことを特徴とする培養装置。