JP6471853B2

JP6471853B2 - インキュベータ

Info

Publication number: JP6471853B2
Application number: JP2015012362A
Authority: JP
Inventors: 西村　哲也; 哲也西村; 正臣塩谷; 克紀橋本
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: TWI683899B; US9803168B2; ES2843694T3; EP3048164B1; EP3048164A1; TW201643238A; JP2016136856A; US20160215252A1

Description

本発明はインキュベータに関し、より詳しくは、培養室の外部に設けられた供給装置から培養室内に水蒸気を供給して加湿するようにしたインキュベータに関する。

従来、細胞等の培養物を培養する培養室を備えて、培養室内の湿度を一定の範囲に維持して培養室内で培養物を培養するようにしたインキュベータは公知である（例えば特許文献１）。
従来のインキュベータにおいては、培養室内に加湿用の水を貯留するためのトレイを配置するとともに、上記培養室内のトレイに加湿用の水を供給する給水用の配管を設けてあり、培養室外に設置された給水部から配管を介してトレイ内に水を供給して貯留させ、それを気化させることで培養室内の湿度を維持するようになっている。

特許第５５８７６２９号公報

ところで、インキュベータは、培養室内の培養物が雑菌等で汚染されるのを防止するために培養室内を無菌状態にする必要がある。そのため、上記従来のインキュベータにおいては、培養室内のトレイ、配管、加湿手段、センサ及び供給される水等についてそれぞれ無菌対応や除染対応をする必要があった。そのため、従来のインキュベータにおいては、培養室内のそれぞれの機器について無菌対応や除染対応する必要があり、構成が複雑になるという欠点があった。

前述した事情に鑑み、本発明は、無菌状態が維持されて培養物を培養する培養室と、培養室の外部の非無菌環境に設けられて、貯溜した水を水蒸気にして開口部から培養室内に供給する供給装置と、供給装置から培養室への水蒸気の流通経路に設けられたエアフィルタとを備え、
上記供給装置によって発生させた水蒸気を上記開口部に取り付けられた上記エアフィルタに通過させてから上記培養室内に供給し、該培養室内を加湿するようにしたものである。

このような構成によれば、培養室の外部で発生させた水蒸気をエアフィルタを介して培養室内に供給しているので、培養室内にトレイ、加湿手段、水位センサ等を設ける必要が無く、従来と比較して簡略な構成の培養室を提供でき、メンテナンス作業を軽減可能なインキュベータを提供できる。
また、培養室内の無菌性を維持しつつ培養室内をより好適な状態で加湿することができる。

本発明の一実施例を示す構成図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１において１は細胞等の培養物を培養するためのインキュベータであり、このインキュベータ１の隣接位置には無菌作業室としてのアイソレータ２が配置されている。
本実施例のインキュベータ１は、培養物を付着させた複数の容器３を保管して各容器３内の培養物を培養する培養室４と、培養室４の外部に設けられて培養室４内に水蒸気を供給する供給装置５と、培養室４内とその他の所要箇所を除染するとともに培養室４内の圧力等の環境を調整する除染装置６と、培養室４内に炭酸ガス（ＣＯ_２）及び窒素ガス（Ｎ_２）を供給するガス供給装置７とを備えている。

培養室４は密封可能な筐体からなり、アイソレータ２側となる壁面４Ａに開口部４Ｂが形成されており、この開口部４Ｂは、昇降機構によって昇降されるシャッタ１１によって開閉されるようになっている。開口部４Ｂは、管状の接続部１２を介してアイソレータ２内と気密を保持して接続されている。シャッタ１１が開放されると接続部１２を介してアイソレータ２内部と培養室４内とが連通し、シャッタ１１が閉鎖されると開口部４Ｂが気密を保持して閉鎖されて、培養室４とアイソレータ２との連通が阻止されるようになっている。

培養室４内には、容器３を保管するための多数の棚１３ａを備えた３台の保管棚１３Ａ〜１３Ｃが設けられている。
保管棚１３Ａ〜１３Ｃは同一寸法で同一形状に形成されており、縦長で上下方向において等ピッチで所定数の棚１３ａを備えている。これらの保管棚１３Ａ〜１３Ｃは、容器３を出し入れする出し入れ口が設けられ、周囲を覆う側壁はなく各棚１３ａが露出した構成となっている。また、これらの保管棚１３Ａ〜１３Ｃは、同心円状に隣接させて扇状に配置されており、各棚１３ａへの容器３の出し入れは図示しないロボットハンドによって行われるようになっている。
培養室４内は、除染装置６によって除染されてからガス供給装置７によって炭酸ガスと窒素ガスが供給されるようになっており、培養室４内の窒素ガス、酸素ガス及び炭酸ガスの濃度は、容器３内の細胞の培養に好適な濃度に維持されるようになっている。また、外部雰囲気の流入を阻止するために除染装置６によって培養室４内は所定の圧力に調整されており、培養室４は外部よりも陽圧に維持されている。また、培養室４内の温度、湿度等も容器３内の細胞の培養に好適な値に維持されるようになっている。
このように培養室４内は無菌性が維持されるとともに培養に好適な環境に維持されており、培養物が付着した容器３を保管棚１３Ａ〜１３Ｃに所要時間保管することにより、各容器３内の培養物を培養できるようになっている。

ここでアイソレータ２からインキュベータ１への容器３の搬入作業と、培養完了後の容器３のインキュベータ１からアイソレータ２への搬出作業について説明する。
すなわち、アイソレータ２内部においては、図示しないロボットハンド又はオペレータの人手によって各容器３の培養物の継代や培地交換作業が行われるようになっている。アイソレータ２内部において、培養物の継代作業や培地交換作業を終えた容器３は上記接続部１２内へ運ばれて、そこに置かれるようになっている。
すると、培養室４側においては、昇降機構によってシャッタ１１を開放して、接続部１２内の容器３を図示しないロボットハンドにより保持してから培養室４内に搬入し、さらに保管棚１３Ａ〜１３Ｃ内の所要の棚１３ａに収容するようになっている。容器３が培養室４内に搬入されたらシャッタ１１が閉鎖されて、開口部４Ｂが密閉されるようになっている。なお、シャッタ１１の開放によって培養室４内の環境が変化しても、培養に好適な環境が維持されるように制御が行われるようになっている。
保管棚１３Ａ〜１３Ｃの棚１３ａに所要時間保管されて容器３内の培養物の培養が完了すると、培養が完了した各容器３は図示しないロボットハンドによって所要の棚１３ａから取り出され、昇降機構によってシャッタ１１が開放された開口部４Ｂから接続部１２に戻されるようになっている。

次にガス供給装置７及び除染装置６の構成について説明する。２種類のガスを培養室４内に供給するガス供給装置７は、窒素ガス（Ｎ_２）の供給源１７と、該供給源１７と培養室４とを連通させるパイプ２１を備えるとともに、炭酸ガス（ＣＯ_２）の供給源１８と、該供給源１８と培養室４とを連通させるパイプ２２とを備えている。
パイプ２１の途中には常閉の電磁開閉弁Ｖ１が設けられており、他方のパイプ２２にも常閉の電磁開閉弁Ｖ２が設けられている。各供給源１７，１８及び両電磁開閉弁Ｖ１、Ｖ２の作動は、図示しない制御装置によって制御されるようになっている。制御装置が電磁開閉弁Ｖ１を開放させるとともに供給源１７を作動させることで窒素ガスが培養室４に供給されるようになっている。また、制御装置が電磁弁Ｖ２を開放させるとともに供給源１８を作動させることで、培養室４に炭酸ガスが供給されるようになっている。
培養室４の天面４Ｃには、培養室４内の酸素ガス濃度を検出する酸素ガスセンサ２３が配置されるとともに、培養室４内の炭酸ガス（ＣＯ_２）の濃度を検出する炭酸ガスセンサ２４が配置されている。酸素ガスセンサ２３が検出した酸素ガス濃度及び炭酸ガスセンサ２４が検出した炭酸ガス濃度は制御装置に伝達されるようになっている。
また、培養室４の天面４Ｃにはパイプを介してヒーター２５が接続されており、このヒーター２５からパイプを介して培養室４内を加熱できるようになっている。また、培養室４内の温度を検出する温度センサ２６が設けられており、温度センサ２６によって検出された培養室４内の温度は制御装置に伝達されるようになっている。
さらに、培養室４の天面４Ｃには、培養室４内の圧力を検出する圧力センサ２７が設けられるとともに、培養室４内の湿度を検出する湿度センサ２８が設けられている。圧力センサ２７が検出した培養室４内の圧力と湿度センサ２８が検出した培養室４内の湿度は制御装置へ伝達されるようになっている。

次に、除染装置６は、除染媒体である過酸化水素ガス（Ｈ_２Ｏ_２）の供給源３１と、この供給源３１と培養室４内とを接続する一対の供給パイプ３２及び排出パイプ３３と、前述したパイプ２１、２２と供給源３１とを接続して各パイプ２１，２２内を除染するための除染用パイプ３４と、無菌エア供給源４０とを備えている。
供給パイプ３２には常閉の電磁開閉弁Ｖ３が設けられており、排出パイプ３３にも常閉の電磁開閉弁Ｖ４が設けられている。
また、除染用パイプ３４の下流側は２つに分岐されて、一方の分岐部がパイプ２１に接続され、他方の分岐部がパイプ２２に接続されており、それら各分岐部に常閉の電磁開閉弁Ｖ５，Ｖ６が設けられている。これらの電磁開閉弁Ｖ３〜Ｖ６の作動は制御装置によって制御され、所要時に開放されるようになっている。
上記シャッタ１１が閉鎖された状態で、制御装置が電磁開閉弁Ｖ３を開放させるとともに供給源３１を作動させることにより、供給パイプ３２を介して過酸化水素ガスが培養室４内に供給される。供給パイプ３２は、無菌エア供給源４０から培養室４に無菌エアを供給するための供給パイプを兼ねており、この後、制御装置によって電磁開閉弁Ｖ３が所要時間開放されるとともに無菌エア供給源４０も所要時間作動されると、培養室４内に無菌エアが供給されてエアレーションが行われる。その後、電磁開閉弁Ｖ４を開放して排出パイプ３３を介して培養室４内の過酸化水素ガスを含む空気が培養室４の外部へ排出されるようになっている。これにより、培養室４内が過酸化水素ガスによって除染されるようになっている。また、培養室４を除染する際には、電磁開閉弁Ｖ５、Ｖ６が開放されて供給源３１からの過酸化水素ガスが流通して、パイプ２１、２２の内部が除染されるようになっている。

培養室４におけるアイソレータ２と反対側の壁面４Ｄには、培養室４内の圧力を低下させるためのパイプ３５の一端が接続されており、該パイプ３５の途中にフィルタ３６及び常閉の電磁開閉弁Ｖ７が設けられている。電磁開閉弁Ｖ７は制御装置によって作動を制御されるようになっており、所要時に制御装置によって電磁開閉弁Ｖ７を開放させることにより、上昇した培養室４内の圧力を低下させることができる。制御装置は、圧力センサ２７によって検出された培養室４内の圧力を認識した上で、電磁開閉弁Ｖ７を所要時に開放させることで培養室４内の圧力を所定値以上の陽圧に維持するようになっている。

上記除染用パイプ３４の途中から分岐させた分岐パイプ３４Ａの先端は、上記パイプ３５に接続されており、分岐パイプ３４Ａの途中に常閉の電磁開閉弁Ｖ８が設けられている。この電磁開閉弁Ｖ８の作動は制御装置によって制御されるようになっており、前述した培養室４内を除染する際には制御装置は電磁開閉弁Ｖ８も開放される。そのため、培養室４を除染する際には、供給源３１からの過酸化水素ガスがパイプ３５内を流通することで該パイプ３５内も過酸化水素ガスによって除染されるようになっている。
培養室４内における底面４Ｅの側には後に詳述する循環通路３７が形成されており、この循環通路３７内と培養室４の外部とにわたって外気パイプ３８が設けられている。培養室４の外部に位置する外気パイプ３８の途中には常閉の電磁開閉弁Ｖ９が設けられている。また、上記除染用パイプ３４の途中から分岐させた分岐パイプ３４Ｂの先端は、外気パイプ３８に接続されており、分岐パイプ３４Ｂの途中には常閉の電磁開閉弁Ｖ１０が設けられている。両電磁開閉弁Ｖ９、Ｖ１０の作動は制御装置によって制御されるようになっており、制御装置が所要時に電磁開閉弁Ｖ９を開放させると、外気パイプ３８を介して循環通路３７内に外気を導入できるようになっている。それにより、培養室４内の炭酸ガスと窒素ガスの濃度を低下させることができるようになっている。なお、外気パイプ３８の途中にはフィルタ４１を設けてあり、それによって塵埃等が循環通路３７へ導入されるのを阻止できるようになっている。
また、前述した培養室４内を除染する際には、制御装置は電磁開閉弁Ｖ１０も開放させるので、分岐パイプ３４Ｂを介して外気パイプ３８内に過酸化水素ガスが流通して、外気パイプ３８内も除染されるようになっている。

本実施例のガス供給装置７及び除染装置６は以上のように構成されており、シャッタ１１が閉鎖された状態で、制御装置により電磁開閉弁Ｖ３〜Ｖ６、Ｖ８、Ｖ１０、Ｖ１１が開放されるととともに供給源３１が作動されると、培養室４内が過酸化水素ガスにより除染される。また、それと同時に除染用パイプ３４とその分岐パイプ３４Ａ〜３４Ｂ内に過酸化水素ガスが流通することにより、パイプ２１，２２、３５及び外気パイプ３８の内部も除染されるようになっている。
また、除染作業の際には前述したようにして無菌エア供給源４０から供給パイプ３２を介して無菌エアが培養室４内に供給されて、培養室４内のエアレーションが行われる。
この除染作業の後に電磁開閉弁Ｖ３〜Ｖ６、Ｖ８、Ｖ１０、Ｖ１１が閉鎖される一方、制御装置により電磁開閉弁Ｖ１，Ｖ２が所要の時間だけ開放されてからそれらが閉鎖されるので、パイプ２１，２２を介して培養室４内に窒素ガス及び炭酸ガスが供給されるようになっている。制御装置は、酸素ガスセンサ２３を介して培養室４内の酸素ガス濃度を認識するとともに、炭酸ガスセンサ２４を介して培養室４内の炭酸ガスの濃度を認識している。そして、制御装置は、培養室４内の炭酸ガスと酸素ガスと窒素ガスの濃度が所要の濃度となるように、つまり、培養室４内で培養物を培養するのに好適な雰囲気となるように、電磁開閉弁Ｖ１、Ｖ２を制御して炭酸ガスと窒素ガスの供給量を制御するようになっている。
また、制御装置は、培養室４内の圧力を圧力センサ２７によって把握しており、培養室４内の圧力が所定値よりも高くなると、電磁開閉弁Ｖ３５を所要時間開放し、外部よりも陽圧を維持しながら所定圧力まで低下させるようになっている。
また、制御装置はヒーター２５によって培養室４内を所要の温度まで加熱するようになっており、制御装置は温度センサ２６が検出した培養室４内の温度を基にしてヒーター２５の作動を制御することで、培養室４内が所要の温度に維持されるようになっている。
さらに、培養室４内には、供給装置５によって発生させた水蒸気が供給されて加湿されるようになっており、制御装置は培養室４内の湿度を湿度センサ２８により把握している。そして、制御装置は、湿度センサ２８が検出した湿度を基にして、培養室４内の湿度が所定値よりも高い場合には、外気パイプ３８の電磁開閉弁Ｖ９を所要時間だけ開放させて外気を培養室４４内に供給できるようになっている。それにより、培養室４内を所要の湿度に維持できるようになっている。
以上のようにして、除染装置６によって培養室４内が無菌状態に維持されるとともに、ガス供給装置７、ヒーター２５によって培養室４内が好適な環境に維持されるようになっている。この状態において、前述したように図示しないロボットハンドによる保管棚１３Ａ〜１３Ｃの棚１３ａの容器３の出し入れ作業と、保管棚１３Ａ〜１３Ｃにおける容器３の保管及び保管されて培養が完了した容器３のアイソレータ２側への搬出作業が行われるようになっている。

しかして、本実施例は、前述した構成を前提として培養室４の外部に配置された供給装置５で水蒸気を発生させて、該水蒸気を培養室４内に供給することにより培養室４内を加湿するようにしたことが特徴である。
本実施例の供給装置５は、培養室４の底面４Ｅに外部の下方側から気密を保持して連結された供給室５Ａと、この供給室５Ａ内に設置されて水を貯溜するバット４２と、供給室５Ａ内に配置されるとともにバット４２内の水に振動子が挿入された超音波霧化装置４３とを備えている。供給室５Ａの側壁には気密を保持して給水パイプ４４の先端部を貫通させてあり、該給水パイプ４４の先端部は上記バット４２内に位置させている。給水パイプ４４の途中には電磁開閉弁Ｖ１２が設けられており、電磁開閉弁Ｖ１２は制御装置によって作動を制御されるようになっている。制御装置が電磁開閉弁Ｖ１２を所要時間開放させると、図示しない給水源から給水パイプ４４を介してバット４２内に水が供給されるようになっている。

培養室４の底面４Ｅは供給室５Ａの天面を兼ねており、この天面の所要位置に開口部５Ｂが形成されている。この開口部５ＢにＨＥＰＡフィルタ４５が取り付けられている。バット４２内の水は、超音波霧化装置４３によって霧化されて連続的に水蒸気が発生するようになっており、このように供給室５Ａ内で発生した水蒸気は、開口部５ＢのＨＥＰＥフィルタ４５を通過してから培養室４内の循環通路３７に供給されるようになっている。
本実施例においては、培養室４の外部に設けられた供給室５Ａ内で水蒸気を発生させて、その水蒸気を開口部５ＢのＨＥＰＡフィルタ４５を通過させてから培養室４内の循環通路３７内に供給するようになっている。

次に培養室４内の循環通路３７について説明すると、培養室４の底面４Ｅの略全域と前後する壁面４Ａ、４Ｄの下部を覆って仕切り板４６が設けられており、この仕切り板４６における底面４Ｅの間及び壁面４Ａ、４Ｄとの間に形成される空間部が循環通路３７となっている。
両壁面４Ａ，４Ｄと対向する箇所の仕切り板４６の上方側には多数の貫通孔が穿設されており、壁面４Ａ側となる仕切り板４６の多数の貫通孔によって吹き出し口３７Ａが構成されており、他方、壁面４Ｄ側となる仕切り板４６の多数の貫通孔によって吸い込み口３７Ｂが構成されている。
底面４Ｅを兼ねた循環通路３７の水平部分には、上記ＨＥＰＡフィルタ４５よりも吹き出し口３７Ａ側の位置に空気循環用のファン４７が設けられており、さらにファン４７よりもさらに吹き出し口３７Ａに近い循環通路３７内に第２のＨＥＰＡフィルタ４８が設けられている。
また、第１のＨＥＰＡフィルタ４５の位置よりも吸い込み口３７Ｂ側となる循環通路３７内に調圧プレート４９が設けられている。調圧プレート４９には複数の貫通孔が形成されており、循環通路３７内を流通する空気は調圧プレート４９の貫通孔を流通することで流通抵抗が掛かるようになっている。

制御装置によってファン４７が作動されると、吸い込み口３７Ｂから循環通路３７内に空気が吸入されてから調圧プレート４９を通過し、さらにＨＥＰＡフィルタ４５の上部を経由してファン４７とＨＥＰＡフィルタ４８を通過して、最後に吹き出し口３７Ａから吹き出されるようになっている。つまり、培養室４内の空気は、循環通路３７を介して矢印方向に循環されるようになっており、それに伴ってＨＥＰＡフィルタ４５を通過して循環通路３７内に供給された水蒸気が培養室４内に供給されるようになっている。
本実施例においては、循環通路３７内のファン４７と吹き出し口３７Ａとの間の領域の圧力Ｐ１と、培養室４の中央部の圧力Ｐ２と、循環通路３７内の吸い込み口３７Ｂと調圧プレート４９との間の領域の圧力Ｐ３と、調圧プレート４９とファン４７との間の領域の圧力Ｐ４と、供給室５Ａ内の圧力Ｐ５との関係を次のような関係となるように調整している。つまり、調圧プレート４９とファン４７との作用により、圧力Ｐ１が最大で、圧力Ｐ２は圧力Ｐ１よりも小さく、圧力Ｐ３は圧力Ｐ２より小さく、圧力Ｐ４は圧力Ｐ３よりも小さな圧力となるように、培養室４内の圧力を調整するようにしている。そのため、培養室４内の空気は循環通路３７を介して矢印方向に循環される。その際には、循環通路３７内のＨＥＰＡフィルタ４８によって塵埃が除去されるようになっている。また、圧力Ｐ４は供給室５Ａ内の圧力Ｐ５に対して負圧となっており、供給室５Ａで発生した水蒸気が循環通路３７内に効果的に供給されるようになっている。

以上のように本実施例においては、培養室４の外部に供給装置５を設けてあり、供給室５Ａ内で発生させた水蒸気を開口部５ＢのＨＥＰＡフィルタ４５を通過させて培養室４の循環通路３７に供給し、それにより、培養室４内を加湿するようになっている。そのため、従来と比較すると培養室４内部の構成を簡略化することができ、その他の除染対応のための設備を簡略化することができる。そのため、従来と比較して簡略な構成の培養室４を提供することができ、メンテナンス作業を軽減可能なインキュベータ１を提供できる。また、培養室４内の無菌性を維持しつつ培養室４内をより好適な状態で加湿することができる。
さらに、培養室４内の保管棚１３Ａ〜１３Ｃは、保管棚自体が回転するようになっていた従来のインキュベータと比較して、本実施例の保管棚１３Ａ〜１３Ｃは、容器３内の培養物のストレスを軽減させることが可能である。
なお、上記実施例においては、加湿手段として超音波霧化装置４３を用いているが、加湿手段としてヒータ等を用いたものであっても良い。

１‥インキュベータ３‥容器
４‥培養室５‥供給装置
３７‥循環通路４２‥バット
４３‥超音波霧化装置（加湿手段）４５‥ＨＥＰＡフィルタ

Claims

無菌状態が維持されて培養物を培養する培養室と、培養室の外部の非無菌環境に設けられて、貯溜した水を水蒸気にして開口部から培養室内に供給する供給装置と、供給装置から培養室への水蒸気の流通経路に設けられたエアフィルタとを備え、
上記供給装置によって発生させた水蒸気を上記開口部に取り付けられた上記エアフィルタに通過させてから上記培養室内に供給し、該培養室内を加湿することを特徴とするインキュベータ。
上記供給装置は、水を貯溜する貯溜部と、該貯溜部の水を水蒸気にするための加湿手段とを備えており、また、上記培養室内に該培養室内の空気を一定方向に循環させるための循環通路が設けられ、上記エアフィルタを通過した水蒸気は上記循環通路に供給されるようになっており、さらに、循環通路内のエアフィルタを通過した水蒸気が供給される領域の圧力は、供給装置内の圧力より低くなるように調整されていることを特徴とする請求項１に記載のインキュベータ。
上記加湿手段は、水を霧化する超音波霧化装置であることを特徴とする請求項２に記載のインキュベータ。