JP7176024B2 - 細胞培養分析装置およびこれを用いた細胞培養分析方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態に係る細胞培養分析装置1について、添付図面を用いて説明する。
図1は、細胞培養分析装置1の構成を示す。
細胞培養分析装置1は、培養容器に入れられた培地(液体)内にセンサ43の一部(検出電極)を浸漬させた状態で電気化学的に培地に含まれる特定の成分の濃度を検出する装置であって、分析ユニット2と、空気圧供給部としての駆動部3と、分析ユニット2と駆動部3とを制御する制御ユニット4とを備えている。制御ユニット4、分析ユニット2、および駆動部3は、電気ケーブル5によって接続されている。駆動部3と分析ユニット2とは、配管チューブ6によって接続されている。
培養インキュベータ7内には、細胞培養分析装置1の分析ユニット2が配置される。そして、電気ケーブル5によって分析ユニット2と接続された制御ユニット4と、配管チューブ6によって分析ユニット2と接続された駆動部3とは、培養インキュベータ7外に配置される。
図3(a)および図3(b)は、駆動部3の構成を示す。
図4は、駆動部3に含まれる多方切り替え弁11の構成を示す。
多方切り替え弁11は、分析ユニット2に対する送気系の弁として、添加剤添加部A用の弁14と、添加剤添加部B用の弁15と、攪拌部材用の弁16と、を有している。
多方切り替え弁11は、回転部18の回転を制御して周方向における回転流路19の位置を決定し、所定の弁とシリンジ9とを流路接続し、空気圧を供給するように制御される。
分析ユニット2は、培養インキュベータ内に複数台設置できるように、横方向は短く、高さ方向は低く、奥方向に縦長になるように設計されている。これは、一般的な培養インキュベータの培養空間が奥方向に長く、高さ方向に低い形状をしているので、これに合った形状をしている。
アダプタユニット20は、図6に示すように、トップユニット21とボトムユニット22との間に形成された前面開口23からスライド移動させて取り付けられる。その結果、分析ユニット2の高さを抑えることが可能となる。
図7(a)に示すアダプタユニット20のトップユニット21には、図7(b)に示す基板ユニット28が内包されている。
図8は、センサユニット27上に配置される基板ユニット28の分解斜視図を示す。基板ユニット28は、図8に示すように、センサユニット27に面する下方から、配管基板部29、基板ベース30、基板31の順に配置されている。
接続部32は、基板31から下方に向かって複数配置されており、基板ベース30に配置された接点貫通孔30aを通って、配管基板部29を貫通し、下方のセンサユニット27において対応する位置にそれぞれ配置された複数のセンサ43に対して電気的に接続される。
図9は、基板ユニット28と各配管チューブ33,34,35,36との接続状態を示す。
具体的には、基板ユニット28には、基板ユニット28に対する送気系の配管チューブとして、添加剤添加部A用の配管チューブ33と、添加剤添加部B用の配管チューブ34とが設けられている。
なお、攪拌部材用の配管チューブ35は、送気、吸気の双方向の弁として、基板ユニット28に設けられている。
図10は、空気圧供給部として用いられる吸気ポートの構成を示す。
より具体的には、配管基板部29の下方底面に、空気取り入れ口(吸気ポート)37が設けられている。そして、空気取り入れ口(吸気ポート)37は、配管基板部29内の貫通孔38を通って、上方の配管チューブ接続部39と連結された配管チューブ36を介して駆動部3の多方切り替え弁11に接続される。
すなわち、本実施形態においては、培地容器を収納する培養インキュベータ7内の空気、つまり、管理された空気が、添加剤容器(添加剤A容器85、添加剤B容器86)および攪拌部材81への空気圧力として活用される。これにより、培養容器内における細胞培養に対するコンタミネーションの発生を防止することができる。
また、配管チューブ36は、ナフィオンチューブ等の湿度透過性材料を用いて形成されている。よって、培養インキュベータ7内の水分が、駆動部3に流入することを防止して、駆動部3における結露の発生を防止することができる。
添加剤添加部A用の配管チューブ33は、配管基板部29に接続される。本実施形態での培養容器(ウェルプレート25)は、24個のウェル80を含んでいる。このため、添加剤添加部A用の配管は、24個に並列分岐して、所定のウェル80の上方に配管の出口開口が配置される。
同様に、攪拌部材用の配管チューブ35は、配管基板部29に接続される。そして、攪拌部材用の配管は、24個に並列分岐して、所定のウェル80の上方に配管の出口開口が配置される。
図12は、アダプタユニット20の構成を示す。
本実施形態において、ウェルプレート25は、4×6の24個のウェル80を有している。アダプタトップ26は、ウェルプレート25の高さを調整するために設けられており、ウェルプレート25の高さに応じて、異なるアダプタトップ26が使用される。これは、アダプタトップ26の上にセンサユニット27が載置された際に、センサユニット27とウェルプレート25との高さ関係を調整するためである。
アダプタトップ26上に配置されたセンサユニット27は、その下面側に設けられた4本の脚部(支持体)40が、下方のアダプタトップ26の貫通孔41を通って、培養容器設置部としてのアダプタボトム24に設けられた位置決め穴42内に挿入される。
ここで、センサユニット27を支持する支持体としては、センサユニット27に設けられた脚部40に限定されるものではない。例えば、支持体としては、アダプタボトム24に対してセンサユニット27を下方から支持する支持体であれば、アダプタボトム24側に設けられた支持体であってもよい。
本実施形態のセンサ43は、図13(a)および図13(b)に示すように、電極パッド52~55が配置された上部を除いて、略L字形状の本体部43aを有している。そして、センサ43は、略L字状の本体部43aの縦辺上部に、使用時に折り曲げられる折り曲げ部44を有している。
これにより、略L字形状の部分(横辺部分45および縦辺部分46)を、電極パッド52~55が配置された上部に対して折り曲げる際に形成される折り目が、縦辺部分46が電極パッド52~55が配置された上部に接続された部分に限定されることなく、縦辺部分46の長手方向において移動させることができる。
本実施形態では、センサ43を略L字形状とし、その横辺部分45を培養容器の各ウェル80内に置いて水平状態に保持することで、培養容器内の培養状態を検出する。
また、センサ43の下方の横辺部分45には、培養容器内の培養状態を検出する検出電極47~50が設けられている。
なお、センサ43の形状は、略L字形状に限定したものでは無く、例えば、略I字形状、略逆T字形状等であってもよい。また、センサ43の感度を向上させるためには、センサ43の横辺部分の水平方向の寸法(幅)がより広く取られていることが好ましい。
また、参照極49の表面には、銀層(銀層と塩化銀層の少なくとも一方)が設けられている。また、第1・第2作用極47,50の表面には、酵素とメディエータ等から形成される試薬層が設けられている。そして、それらの検出電極部分は、保護膜51によって覆われている。
例えば、培地のグルコース成分の濃度を検出する場合、第1作用極47の表面に固定化された試薬層には、酵素(例えば、GOx)、レドックスメディエータが含まれる。
このグルコースの検出原理は、保護膜51を通して培地から透過してきたグルコースが試薬層の酵素(例えば、GOx)との酵素反応で酸化され、グルコノラクトンとなり、同時に試薬層のレドックスメディエータが還元されて還元体となる。この還元体が酸化体に戻る際に発生する電子を電流値として測定することで、培地のグルコース濃度を測定することができる。
酵素およびメディエータは、架橋されて電極に固定されている。そのため、試薬層は、高分子化されて分子量が大きくなる。よって、グルコースは保護膜51を透過する一方で、酵素およびメディエータが保護膜51から流出することを防止することができる(より詳細には、国際公開第2019/146788号参照)。
第2作用極50には、例えば、乳酸を検出するための試薬が固定化される。
基材としては、例えば、樹脂材料であるPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムが用いられる。
まず、樹脂材料であるPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上面に、スパッタリングにより金の電極層が形成される。次に、電極層が、センサ43に合わせて略L字状に描画される。つまり、レーザによって電極層を蒸散させ、これにより、略L字状の電極層を形成する。
そして、この略L字状の電極層が、第1作用極47、対極48、参照極49、第2作用極50用に分割された後、電極部分がマスクされた状態で、レジスト膜56が設けられる。その後、参照極49の表面に、銀層(銀層と塩化銀層の少なくとも一方)が設けられ、また、第1作用極47、第2作用極50の表面に、試薬層が設けられる。
図14は、センサユニット27の分解斜視図を示す。
センサユニット27は、下方より、ボトムプレート57、ミドルプレート58、トッププレート59、ガスケットシート(基板)60が、この順に積層されている。
そして、ポート(添加剤供給部材)61の上部は、トッププレート59の上面に固定されるとともに、トッププレート59とミドルプレート58とボトムプレート57とを貫通し、下部はボトムプレート57の下方に配置される。
図15(a)に示すように、まず、ボトムプレート57に、複数(4×6個)のセンサ43が載置される。複数のセンサ43は、センサ43の長手方向の長さを十分に長く取るために、方形状のボトムプレート57の対角線に並行して載置される。
次に、図15(c)に示すように、ミドルプレート58が、ボトムプレート57の対角線に並行した方向にスライド移動して、ボトムプレート57とミドルプレート58を固定する。このとき、センサ43がボトムプレート57とミドルプレート58との間に挟み込まれることで、センサ43が固定化保持される。
図16(a)は、ボトムプレート57に、複数のセンサ43を載置した状態を示しており、図15(a)をより具体的に示した図である。図16(b)は、図16(a)のA部分の拡大図である。
ボトムプレート57上には、図16(b)に示すように、センサ43の接続端子部62を四方から囲い固定する位置決め部67が設けられている。そして、ボトムプレート57上には、ミドルプレート58と嵌合し、ミドルプレート58とボトムプレート57とを上下方向に固定する少なくとも1つの固定部63が設けられている。
図17(a)は、ボトムプレート57上に載置された複数のセンサ43の上にミドルプレート58を被せた状態であって、図15(b)をより具体的に示した図である。図17(b)は、図17(a)のB部分の拡大図である。
図18(a)は、ミドルプレート58をボトムプレート57に対して、ボトムプレート57の対角線に略平行な方向にスライド移動させて、ボトムプレート57に対してミドルプレート58を固定した状態であって、図15(c)をより具体的に示した図である。図18(b)は、図18(a)のC部分の拡大図である。
ミドルプレート58は、図18(b)に示すように、ボトムプレート57の対角線に略平行な方向にスライド移動すると、ボトムプレート57とミドルプレート58とが固定される。この状態では、ボトムプレート57に設けられたスライドガイド突起64は、スライド孔68に沿って摺動し、ボトムプレート57の固定部63は、ミドルプレート58の被固定部69と嵌合している。
この結果、センサ43の接続端子部62は、ボトムプレート57とミドルプレート58との間に上下から挟まれて位置決めされた状態で固定される。
図19(a)は、ボトムプレート57に対してミドルプレート58を固定した状態の上面図を示す。図19(b)は、図19(a)のD-D’線断面図である。
このとき、ボトムプレート57の貫通孔65の開口縁には、センサ43の折り曲げ部44の下辺側を支える支持部70が設けられている。トッププレート59の支持部70に対向する部分には、センサ43の折り曲げ部44の上辺側を下方に押す押圧部71が設けられている。
支持部70は、図20(c)に示すように、上面に湾曲した面を含む上面湾曲部形状を有している。また、押圧部71は、図20(c)に示すように、下面に湾曲した面を含む下面湾曲部形状を有している。
よって、センサ43は、折り曲げ部44を中心にして図中一点鎖線に沿って折り曲げられることで、センサ43の横辺部分45(第1作用極47、対極48、参照極49、第2作用極50が存在する部分)は、下方において安定した状態で略水平方向に沿って配置される。
また、センサ43の折り曲げ部44の円弧部分のRが、ボトムプレート57とトッププレート59とによって規定され、折り曲げ部44に無理な応力がかからないため、クラックによるセンサ43の断線を防止することができる。
図21(a)は、ガスケットシート60の上面図を示す。
図21(b)は、図21(a)のポート入出力部72の拡大図を示す。ポート入出力部72は、添加剤添加部A添加口(上面開口部)73、添加剤添加部B添加口(上面開口部)74、攪拌部材空気吐出吸引口75を有している。また、ポート入出力部72は、センサ43の接続端子部62に接続するための貫通孔を有している。貫通孔は、図21(b)に示すように、4つ形成されており、それぞれ、第1作用極パッド用貫通孔76、対極パッド用貫通孔77、参照極パッド用貫通孔78、第2作用極パッド用貫通孔79として形成されている。
図21(a)および図21(b)で説明したように、ガスケットシート60の上面には、複数のポート入出力部72が配置されている。図22は、ガスケットシート60が上面に配置されたセンサユニット27の上面に、上方から基板ユニット28が組み込まれる前の状態を示す。
ここで、仮に、ガスケットシート60の上面が誤って添加剤で汚れた場合には、基板ユニット28をセンサユニット27に組み込んだ時に、基板ユニット28の下面を構成する配管基板部29の下面が添加剤で汚れてしまうおそれがある。
これにより、基板ユニット28の下面に添加剤が付着することを防止することで、添加剤の装填時に、ガスケットシート60の上面が添加剤によって汚れてしまうことを防止することができる。
基板31から下向きに延伸するように設けられた接続部32は、基板ユニット28の下面から突出しており、参照極パッド用貫通孔78、第2作用極パッド用貫通孔79を通じて、センサ43の接続端子部62の参照極パッド54、第2作用極パッド55と電気的に接続される。
図23は、センサユニット27の上面側に、上方から基板ユニット28が組み込まれた状態を示す。この状態においては、添加剤添加部A添加口73には、配管基板部29の所定の配管が連結される。添加剤添加部B添加口74、攪拌部材空気吐出吸引口75についても同様である。
この電気的な接続構造は、第1作用極パッド用貫通孔76、対極パッド用貫通孔77側も同様である。
ウェルプレート25は、図24に示すように、例えば、24個(縦4×横6)のウェル(容器)80を有している。そして、それぞれのウェル80には、細胞を培養するための液体状の培地(液体試料)が入れられている。
ウェル80は、例えば、直径15.1mmの略円筒状の容器であって、約7.0mm幅のセンサ43が挿入される。各ウェル80内に入れられる培地(液体試料)は、例えば、0.5~1.0mlである。
本実施形態では、ポート61は、攪拌部材81、添加剤添加部A82、添加剤添加部B83と、を有している。
添加剤添加部A82および添加剤添加部B83は、所定の添加剤を培地に添加して、その後の培養度合いをセンサ43で計測しながら推定し、最適な細胞培養方法を決定するために用いられる。
攪拌部材81は、添加剤を添加後に、ウェル80内の培地を攪拌し、添加剤を培地に均等に攪拌するために使用される。
図26(a)は、ポート61の上面図を示す。(b)は、図26(a)のF-F’線断面図を示す。
図26(b)に示すように、筒状の添加剤A容器85の下部は、その内径が下端に向かって小さくなるように形成されているとともに、その下端部には、開口部としての添加剤A吐出口85aが設けられている。
図27は、ポート61の添加剤A容器85の下端部に設けられた添加剤A吐出口85a近傍の拡大断面図を示す。
添加剤A容器85の下端部は、その外径が下端に向かって小さくなるように形成されている。このため、添加剤A容器85の下端部には、図27に示すように、下向きに細くなる略円錐状の傾斜面87が形成される。
図28(a)~図28(c)は、添加剤添加部A82の添加剤A容器85の下端部から添加剤が滴下される際の添加剤の様子を示す。
添加剤A容器85の上部から徐々に空気圧をかけていくと、図28(a)に示すように、添加剤A吐出口85aの開口付近まで、添加剤が押し出される。添加剤A吐出口85aから押し出された添加剤は、図28(b)に示すように、表面張力によって、徐々に大きな水滴となっていく。そして、滴下調整面88に沿って大きくなった水滴は、図28(c)に示すように、略水平な滴下調整面88に沿って外周まで膨らみ、水滴の重力が表面張力を上回ると添加剤A吐出口85aから滴下される。
すなわち、本実施形態においては、添加剤A容器85内に空気圧が付与されると、添加剤A容器85内に保持された添加剤が添加剤A吐出口85a側に移動する。そして、添加剤A吐出口85aの外周縁に設けられた滴下調整面88において、添加剤が表面張力で保持されて固まりとなり、その後、表面張力による保持力よりも添加剤の重量が大きくなると液滴として下方の培養容器(ウェル80)に滴下される。
つまり、本実施形態では、添加剤が培養容器(ウェル80)内に断続的に供給されるため、細胞に対して添加剤による急激なストレスが加わりにくくなることで、細胞培養分析が適切に行われる。
添加剤A吐出口85aの開口部分の外周縁には、上述した滴下調整面88が設けられている。そして、滴下調整面88の外周には、傾斜面87が設けられている。
滴下調整面88は、円環状に親水化処理されており、傾斜面87は、その表面が疎水化処理されている。
また、滴下調整面88は、図29に示すように、円環状の滴下調整面88の内周側(第1面)88aが親水化処理され、外周側(第2面)88bが疎水化処理されていてもよい。
次に、図30(a)~図31(b)を用いて、添加剤添加部の動作について説明する。
添加剤90は、図30(a)に示すように、ピベットチップ89を用いて、添加剤添加部A添加口73から添加剤A容器85内に予め装填される。
図30(b)は、添加剤90を装填後の状態を示す。
図30(c)は、添加剤装填時の添加剤A吐出口85aの拡大図を示す。
添加剤装填時において、添加剤A吐出口85aの開口部における添加剤の表面張力は、図30(c)に示すように、添加剤90に掛かる重力よりも大きいため、添加剤90は、添加剤A容器85内に保持される。
この状態においては、配管基板部29に内包された添加剤添加部A配管路91は、添加剤A容器85の添加剤添加部A添加口73に連結されている。そして、添加剤A容器85の添加剤添加部A添加口73に連結された配管基板部29内の添加剤添加部A配管路91から空気圧が与えられる。これにより、図31(b)に示すように、添加剤90がウェル80内に添加される。
次に、図32(a)~図32(c)を用いて攪拌部材81の構成と動作を説明する。
図32(a)は、攪拌部材81を含むポート61の上面図を示す。図32(b)は、図32(a)のG-G’線断面図を示す。図32(c)は、攪拌部材81の攪拌容器92の下端部に設けられた液体吐出吸引口93の拡大斜視図を示す。
図33(a)は、攪拌部材81の初期状態を示す。図33(b)は、攪拌部材81に、空気吐出吸引部95を連結した状態を示す。図33(c)は、空気吐出吸引部95が、空気を吐出する方向に作用した状態を示す。
攪拌部材81は、図33(a)に示すように、空気吐出吸引部95に連結される前の状態では、液体吐出吸引口93がウェル80の培地に浸漬されている。この状態では、液体吐出吸引口93から培地が攪拌容器92内に流入し、攪拌容器92内には、ウェル80の培地の液面L1とほぼ同じ高さまで培地が流入する。
この後、空気吐出吸引部95は、図33(c)に示すように、空気を吐出する方向に作用する。これにより、攪拌容器92内は正圧となるため、液体吐出吸引口93からウェル80内へ培地が吐出される。
本実施形態の細胞培養分析装置1は、上述したように、培地に浸漬される液体吐出吸引口93と、空気吐出吸引部95に接続される空気吐出吸引口94とを有する攪拌部材81を備えている。
つまり、本実施形態の細胞培養分析装置1では、空気吐出吸引部95において、攪拌部材81への空気の吐出・吸引を行うことで、培養容器(ウェル80)内の培地を攪拌部材81に吸引した後、吐出させることで培養容器(ウェル80)内の培地を攪拌する。
また、図32(b)に示すように、攪拌部材81の液体吐出吸引口93は、攪拌容器92の下方側面に設けられている。
これにより、攪拌容器92の下方側面から吐出された培地は、水平方向に押し出され、図34に示すように、培養容器(ウェル80)の内周面に沿って攪拌される。その結果、培養容器(ウェル80)内の培地に対流を発生させ、センサ43とウェル80の内周面との間の隙間まで攪拌を行うことができるため、より効果的に培地を攪拌することができる。
これにより、液体吐出吸引口93から吐出された培地は、培養容器(ウェル80)の内周面にぶつかり、内周面に沿って培養容器(ウェル80)内を循環していくことで、培養容器(ウェル80)内の培地全体を攪拌する。この結果、培地の攪拌を十分に行うことができる。
このように、2つの添加剤添加部(添加剤添加部A82、添加剤添加部B83)の開口部(添加剤A吐出口85a、添加剤B吐出口86a)から、攪拌部材81の液体吐出吸引口93までの距離がそれぞれ等しくなるよう配置したことで、培養容器(ウェル80)の内周面に対して、添加剤A吐出口85aと添加剤B吐出口86aの配置が、左右対称となる。
なお、液体吐出吸引口93は、図35(a)および図35(b)に示すように、樹脂等の材料を用いて成形される際の成形性を考慮して、開口の形状が設定されていてもよい。
具体的には、図35(a)および図35(b)に示すように、攪拌部材81の液体吐出吸引口93は、攪拌容器92の下方側面に、アンダーカットが不要になるように開口部分を設けている。すなわち、図35(b)に示す液体吐出吸引口93は、攪拌部材81の下端部の角部分に形成されている。
図36(a)は、攪拌処理および均一化処理を含む添加工程および測定工程を伴う分析方法のフローチャートを示す。図36(b)は、図36(a)に含まれる添加工程A,Bの処理のフローチャートを示す。図36(c)は、図36(a)に含まれる測定工程の処理の流れのフローチャートを示す。
まず、図36(a)に示すように、測定工程S11は、センサ43が培養容器(ウェル80)内に浸漬された状態で、培地の成分が測定された後、攪拌部材81によって攪拌が行われる。
次に、S12の添加工程Aが実施される。
S12の添加工程Aでは、添加剤添加部A82あるいは添加剤添加部B83によって、培養容器であるウェル80内に添加剤を添加した後、攪拌部材81によって培地が攪拌される。
以降、S11の測定工程と同様の処理が行われる測定工程のS13、S12の添加工程Aと同様の処理が行われる添加工程BのS14、S11,S13と同様の処理が行われる測定工程のS15が実施され、処理を終了する。
S12,S14で実施される添加工程A,Bでは、図36(b)に示すように、まず、S21において、添加剤が滴下され、S22において、吸引(攪拌)処理が行われ、S23において、吐出(攪拌)処理が行われる。なお、S22,S23の吸引処理および吐出処理は、N回繰り返される。
また、第1の攪拌工程時の攪拌時に、空気吐出吸引部95が生成する空気圧の絶対値は、第2の攪拌工程時の攪拌時に、空気吐出吸引部95が生成する空気圧の絶対値よりも大きい。
このように攪拌工程を、添加物添加時には強く攪拌し、測定時には添加時と比較して緩やかに攪拌を行うことで、より確実に攪拌が実施され、測定精度が向上する。
本実施形態の細胞培養分析装置1は、以上のように、添加剤添加部A82または添加剤添加部B83を用いて添加剤が培地に添加された後、攪拌部材81が第1の攪拌動作を行う。そして、センサ43が培地の成分を測定する際に、攪拌部材81が第2の攪拌動作を行う。
これにより、添加物添加時には強く攪拌し、測定時には、添加時と比較して緩やかに攪拌を行うことで、それぞれの処理に応じて適切な攪拌を行うことができるため、センサ43を用いた測定の測定精度が向上する。
これにより、培地の濃度分布が均一化され、測定精度はさらに向上する。
図37は、センサユニット27の上面に貼り付けられる封止シール96の分解斜視図を示す。
個々のポート入出力部72には、上述したように、添加剤添加部A添加口(上面開口部)73、添加剤添加部B添加口(上面開口部)74、攪拌部材空気吐出吸引口75、センサ43の接続端子部62に接続するための4つ貫通孔(第1作用極パッド用貫通孔76、対極パッド用貫通孔77、参照極パッド用貫通孔78、第2作用極パッド用貫通孔79)が配置される。
そして、本実施形態では、複数の開口に対して取り外し可能な状態で貼り付けられる封止シール96が設けられている。具体的には、封止シール96は、使用しないウェル80の上方に位置するポート入出力部72の開口を封止するために使用される。
すなわち、封止シール96は、図37に示すように、ボトムシール96aとトップシール96bとを重ねて貼り合わせて構成されている。
ボトムシール96aは、図38(b)に示すように、単一の全体剥離用タブ96aaと、複数の個別剥離用タブ96abと、切断部分96acと、ミシン目部分96adとを有している。
個別剥離用タブ96abは、ボトムシール96aを部分的に剥離する際に、使用者の指で捕まれる部分であって、略長方形のボトムシール96aの長辺から長手方向に交差する方向に沿って複数設けられている。
これにより、全体剥離用タブ96aaが指で摘ままれてボトムシール96aが剥がされる際には、ミシン目部分96adにおいて接続されているため、ボトムシール96aの全体を一気に剥がすことができる。
トップシール96bは、図38(c)に示すように、全体剥離用タブ96baと、個別剥離用タブ96bbと、切断部分96bcと、ミシン目部分96bdとを有している。
個別剥離用タブ96bbは、トップシール96bを部分的に剥離する際に、使用者の指で捕まれる部分であって、略長方形のボトムシール96aの長辺から長手方向に交差する方向に沿って複数設けられている。
これにより、図38(d)に示すボトムシール96aとトップシール96bとが貼り付けられた状態から、全体剥離用タブ96baが指で摘ままれてトップシール96bが剥がされる際には、ミシン目部分96bdにおいて接続されているため、トップシール96bの全体を一気に剥がすことができる。
ボトムシール96aとトップシール96bとがセンサユニット27の上面に貼り付けられた状態では、図38(d)に示すように、ボトムシール96aおよびトップシール96bのそれぞれの全体剥離用タブ96aa,96baが互いに重ならない位置に配置される。
ここで、本実施形態のセンサユニット27は、以上のように、上面にボトムシール96aとトップシール96bとが貼り付けられた状態で使用者に提供される。そして、使用者が、使用するウェル80の位置に対応して、使用したい列のボトムシール96aおよび/またはトップシール96bの一部または全部を剥がすことで、使用されないウェル80に対して不要な添加剤が添加されることを防止することができる。
これにより、封止シール96が、添加剤添加部A82,B83からずれた位置に設けられたシール貼り付け部97を介して、ガスケットシート60の上面に貼り付けられているため、封止シール96が、添加剤添加部A82,B83の上面に直接貼られる必要がない。よって、添加剤添加部A82,B83の上面に粘着剤を設ける必要がないため、粘着剤の混入を防止することができる。
このとき、使用者に提供される状態では、各開口部分は、電極パッド部98:OPEN、添加剤添加部A82:CLOSE、添加剤添加部B83:CLOSE、攪拌部材81:CLOSEとなっている。
このとき、トップシール96bを剥離した後の各開口部分は、電極パッド部98:OPEN、添加剤添加部A82:OPEN、添加剤添加部B83:CLOSE、攪拌部材81:OPENとなっている。
このとき、ボトムシール96aを剥離した後の各開口部分は、電極パッド部98:OPEN、添加剤添加部A82:OPEN、添加剤添加部B83:OPEN、攪拌部材81:OPENとなっている。
本実施形態では、この2つのシール96a,96bの一部または全部を、使用する培養容器の位置に合わせて選択的に剥がすことで、使用しない培養容器(ウェル80)の上面に対応する基板部分の開口部を封止シール96によって封止することができる。よって、使用者の利便性を向上させることができる。
利用シーン1では、図40に示すように、ポートA,Bともに使用しない場合、すなわち、添加剤を添加せずに培地の測定を実施する場合には、封止シール96を剥離させることなく、使用者に提供されたままの状態で使用される。
利用シーン3では、図40に示すように、ポートAの全列を使用し、ポートBを使用しない場合には、トップシール96bの全体剥離用タブ96baを剥離させることで、ポートAの全列の開口がOPENの状態で使用される。
利用シーン5では、図40に示すように、ポートA,Bの全列を使用する場合には、ボトムシール96aの全体剥離用タブ96aaを剥離させることで、ボトムシール96aの上面に貼り付けられたトップシール96bごと剥離させて、ポートA,Bの全列の開口がOPENの状態で使用される。
すなわち、封止シール96を用いて使用しないウェル80の上方の攪拌部材空気吐出吸引口75を封止することで、使用される攪拌部材81に対してだけ適切な空気圧を印加することができる。
この場合、使用される攪拌部材81の上面に対応する封止シール96を取り除く作業によって、細胞培養分析を実行することができるため、作業性を向上させることができる。
以下、本発明の他の実施形態に係る細胞培養分析装置について、添付図面を用いて説明する。
なお、その他の構成について、同様の構成・機能を有する部材については、同じ符号を付しその説明を省略する。
図41(a)および図41(b)に示すように、攪拌部材181は、攪拌容器192の下方に設けられ培地に浸漬される液体吐出吸引口193と、攪拌容器192の上面に形成された空気吐出吸引口194とを有している。
そして、攪拌部材181が上述した空気吐出吸引部95(図33(b)参照)に接続されると、空気吐出吸引部95が、空気を吸引する方向に作用することで、攪拌容器192内を負圧とし、液体吐出吸引口193からウェル80内の培地が吸い上げられ、攪拌容器192内の培地の液面は、ウェル80の培地の液面L1よりも高くなる。
さらに、本実施形態では、図42(a)に示す攪拌容器192の下方側面に設けられた液体吐出吸引口193は、ウェル80の側壁に向かって培地を吐出したり吸引したりする。
傾斜面192aは、攪拌容器192の底面近くの内壁面の一部であって、液体吐出吸引口193に対向する位置に配置されており、液体吐出吸引口193に向かって下方傾斜していくように形成されている。
これにより、攪拌容器192の底面に、水平面192bを残した状態で傾斜面192aが設けられるため、ウェル80の内側壁に向かう方向に培地の流れを生じさせることができる。
以下、本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養分析装置について、添付図面を用いて説明する。
本実施形態の細胞培養分析装置では、図43(a)に示すように、上記実施の形態1で説明した図32(a)~図32(c)等に示す攪拌部材81の代わりに、図43(a)および図43(b)に示す攪拌部材281を含むポート(添加剤供給部材)261を用いている点で、上記実施の形態1とは異なっている。
なお、その他の構成について、同様の構成・機能を有する部材については、同じ符号を付しその説明を省略する。
本実施形態では、攪拌部材281が、図43(a)および図43(b)に示すように、液体吐出吸引口として、異なる向きに培地を吐出する3つの開口(液体吐出吸引口293a,293b,293c)を備えている。
これにより、液体吐出吸引口293aから吐出された培地は、ウェル80の内側壁面にぶつかり、内周面に沿ってウェル80内を循環していくことで、ウェル80内の培地全体を攪拌することができるため、培地の攪拌を十分に行うことができる。
吐出吸引口293cは、図43(b)に示すように、添加剤B吐出口86aに向かって開口するように形成されており、添加剤Bが吐出される位置に対して、吸引した培地を吐出する。
さらに、上記実施の形態1および2と同様に、攪拌容器292の下端部の形状では、成形時にアンダーカットが不要となるため、製造工程が簡素化され、より安価にポート261を製造することができる。
以下、本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養分析装置について、添付図面を用いて説明する。
本実施形態の細胞培養分析装置では、図44(a)に示すように、上記実施の形態1で説明した図32(a)~図32(c)等に示す攪拌部材81の代わりに、図44(a)および図44(b)に示す攪拌部材381を含むポート(添加剤供給部材)361を用いている点で、上記実施の形態1とは異なっている。
図44(a)は、攪拌部材381を含むポート361をウェル80内に入れられた培地に浸漬させた状態を示す側断面図を示す。図44(b)は、図44(a)に示す状態から、ポート361を引き上げた状態を示す側断面図を示す。
径小部394は、図44(a)等に示すように、攪拌容器392の径小部394よりも上方の部分よりも内径が小さいため、同じ長さであれば容積が小さくなる。そして、径小部394は、ウェル80内の培地に浸漬された姿勢において、液体吐出吸引口393の位置から培地の液面L1よりも高い位置まで設けられている。
以下、本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養分析装置について、添付図面を用いて説明する。
本実施形態の細胞培養分析装置では、図45(a)等に示すように、上記実施の形態4で説明した攪拌部材381の径小部の上端部に、略円環状のリブ395が追加で設けられている点で、上記実施の形態4とは異なっている。
なお、その他の構成について、同様の構成・機能を有する部材については、同じ符号を付しその説明を省略する。
これにより、例えば、毛細管現象等によって径小部394内を上昇してくる培地を、リブ395によってせき止めることで、図45(b)に示すように、攪拌工程が終了後の残留培地394aの量を一定以下に低減することができる。
以下、本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養分析装置について、添付図面を用いて説明する。
本実施形態の細胞培養分析装置では、上記実施の形態4,5で説明した径小部394と、上記実施の形態5で説明したリブ395と、上記実施の形態2で説明した傾斜面192aに対向配置された液体吐出吸引口193とを組み合わせて構成されている。
液体吐出吸引口193は、径小部394の先端部に形成されており、上記実施の形態2で説明したように、ウェル80の側壁に向かって培地を吐出したり吸引したりする。
また、攪拌容器392は、その内面に、液体吐出吸引口193に対向する部分に設けられ液体吐出吸引口193に向かって下方傾斜していくように形成された傾斜面192aと、傾斜面192aと液体吐出吸引口193との間に設けられた水平面192bとを有している。
これにより、液体吐出吸引口193に対向する部分に傾斜面192aを設けたことで、液体吐出吸引口193に対向する角の部分に気泡が発生してしまうことを抑制することができる。よって、液体吐出吸引口193から気泡が吐き出されることを回避して、コンタミの原因となる飛沫の発生を抑制することができるため、ウェル80底面の接着細胞に対して気泡が直接当たることはなく細胞へ悪影響が及ぶことを抑制することができる。
径小部394は、図47(a)に示すように、攪拌容器392の径小部394よりも上方の部分よりも内径が小さいため、同じ長さであれば容積が小さくなる。そして、径小部394は、ウェル80内の培地に浸漬された姿勢において、液体吐出吸引口393の位置から培地の液面L1よりも高い位置まで設けられている。
さらに、リブ395は、図47(a)に示すように、径小部394の上端部、すなわち、攪拌容器392における径小部394とそれ以外の径大部とを連結する傾斜面の部分に設けられている。そして、リブ395は、攪拌容器392の内周面から径方向内側に向かって突出するように形成されている。
2 分析ユニット
3 駆動部
3a 筐体
4 制御ユニット
5 電気ケーブル
6 配管チューブ
7 培養インキュベータ
8 扉
9 シリンジ
10 プランジャ
11 多方切り替え弁
12 モータ
13 モータ
14,15,16,17 弁
18 回転部
19 回転流路
20 アダプタユニット
21 トップユニット
22 ボトムユニット
23 前面開口
24 アダプタボトム
25 ウェルプレート
26 アダプタトップ
27 センサユニット
28 基板ユニット
29 配管基板部
30 基板ベース
30a 接点貫通孔
31 基板
32 接続部
33,34,35,36 配管チューブ
37 空気取り入れ口(吸気ポート)
38 貫通孔
39 配管チューブ接続部
40 脚部(支持体)
41 貫通孔
42 位置決め穴
43 センサ
43a 本体部
44 折り曲げ部
45 横辺部分
46 縦辺部分
47 第1作用極
48 対極
49 参照極
50 第2作用極
51 保護膜
52 第1作用極パッド
53 対極パッド
54 参照極パッド
55 第2作用極パッド
56 レジスト膜
57 ボトムプレート
58 ミドルプレート
59 トッププレート
60 ガスケットシート(基板)
61 ポート(添加剤供給部材)
62 接続端子部
63 固定部
64 スライドガイド突起
65 貫通孔
66 検出電極
67 位置決め部
68 スライド孔
69 被固定部
70 支持部
71 押圧部
72 ポート入出力部
73 添加剤添加部A添加口(上面開口部)
73a 凹部
73b 添加口
74 添加剤添加部B添加口(上面開口部)
75 攪拌部材空気吐出吸引口
76 第1作用極パッド用貫通孔
77 対極パッド用貫通孔
78 参照極パッド用貫通孔
79 第2作用極パッド用貫通孔
80 ウェル(培養容器)
81 攪拌部材
82 添加剤添加部A
83 添加剤添加部B
85 添加剤A容器(添加剤容器)
85a 添加剤A吐出口(開口部)
86 添加剤B容器(添加剤容器)
86a 添加剤B吐出口(開口部)
87 傾斜面
88 滴下調整面
88a 内周側(第1面)
88b 外周側(第2面)
89 ピベットチップ
90 添加剤
91 添加剤添加部A配管路
92 攪拌容器
93 液体吐出吸引口
94 空気吐出吸引口
95 空気吐出吸引部
96 封止シール
96a ボトムシール
96aa 全体剥離用タブ
96ab 個別剥離用タブ
96ac 切断部分
96ad ミシン目部分
96b トップシール
96ba 全体剥離用タブ
96bb 個別剥離用タブ
96bc 切断部分
96bd ミシン目部分
97 シール貼り付け部
98 電極パッド部
161 ポート(添加剤供給部材)
175 攪拌部材空気吐出吸引口
181 攪拌部材
192 攪拌容器
192a 傾斜面
192b 水平面
193 液体吐出吸引口
194 空気吐出吸引口
261 ポート(添加剤供給部材)
281 攪拌部材
292 攪拌容器
293a,293b,293c 液体吐出吸引口
361 ポート(添加剤供給部材)
381 攪拌部材
392 攪拌容器
393 液体吐出吸引口
394 小径部
394a 残留培地
395 リブ
L1 液面
Claims (19)
- 培養容器に入れられた培地に含まれる特定の成分を検出して細胞培養分析を行う細胞培養分析装置であって、
前記培地に浸漬された状態で使用されるとともに前記培地内において前記培地を吐出または吸引する液体吐出吸引口と、前記液体吐出吸引口から前記培地を吐出または吸引させるために空気を吐出または吸引する空気吐出吸引口とを有する攪拌部材と、
前記攪拌部材の前記空気吐出吸引口に連結されており、前記空気吐出吸引口から吐出または吸引される空気を吐出または吸引する空気吐出吸引部と、
を備え、
前記攪拌部材の前記空気吐出吸引口は、前記空気吐出吸引部に連結され、前記空気吐出吸引部からの空気圧によって、前記液体吐出吸引口から前記培地を吸引または吐出することで前記培養容器内の培地に対流を発生させて攪拌動作が行われる、
細胞培養分析装置。 - 前記攪拌部材は、使用状態において、下方に前記液体吐出吸引口、上方に前記空気吐出吸引口を含む攪拌容器を有している、
請求項1に記載の細胞培養分析装置。 - 前記攪拌部材の前記液体吐出吸引口は、前記攪拌容器の下方側面に設けられている、
請求項2に記載の細胞培養分析装置。 - 前記攪拌容器は、前記液体吐出吸引口に対向する内面に、前記液体吐出吸引口に向かって下方傾斜するように形成された傾斜面を有している、
請求項3に記載の細胞培養分析装置。 - 前記攪拌容器は、前記傾斜面と前記液体吐出吸引口との間に、使用時の姿勢において水平方向に沿って配置される水平面を有している、
請求項4に記載の細胞培養分析装置。 - 前記攪拌部材の攪拌容器は、下方側面において、互いに異なる方向に向かって前記培地を吸引または吐出する複数の液体吐出吸引口を有している、
請求項1から5のいずれか1項に記載の細胞培養分析装置。 - 前記複数の液体吐出吸引口の内の少なくとも1つは、前記培養容器の内側壁面に向かって前記培地を吸引または吐出するように配置されている、
請求項6に記載の細胞培養分析装置。 - 前記複数の液体吐出吸引口の内の少なくとも1つは、前記培地に添加される添加剤が吐出される位置に向かって前記培地を吸引または吐出するように配置されている、
請求項6または7に記載の細胞培養分析装置。 - 前記攪拌部材の攪拌容器は、前記培地に浸漬される下方部分に、上方部分よりも内径が小さい径小部を有している、
請求項1から8のいずれか1項に記載の細胞培養分析装置。 - 前記径小部は、前記培養容器内の前記培地に浸漬された姿勢において、前記液体吐出吸引口の位置から前記培地の液面よりも高い位置まで設けられている、
請求項9に記載の細胞培養分析装置。 - 前記攪拌容器は、前記径小部の上端部分に、径方向内側に向かって突出するように形成された円環状のリブを有している、
請求項10に記載の細胞培養分析装置。 - 前記培養容器の内底面は、円形であって、
前記攪拌部材の前記液体吐出吸引口は、前記培養容器内の中心から離間した位置に設けられている、
請求項1から11のいずれか1つに記載の細胞培養分析装置。 - 前記攪拌部材の前記液体吐出吸引口は、前記培養容器の内周面に向けて開口している、
請求項1から12のいずれか1つに記載の細胞培養分析装置。 - 前記培養容器内の前記培地に浸漬されるセンサと、
前記培地に添加剤を供給する添加剤供給部材と、
をさらに備えた、
請求項1から13のいずれか1つに記載の細胞培養分析装置。 - 前記培地に添加剤を供給する複数の添加剤供給部材を、さらに備え、
前記添加剤供給部材は、前記培養容器内に添加剤を供給する複数の開口部を有し、
前記攪拌部材の前記液体吐出吸引口と、前記添加剤供給部材の複数の前記開口部との距離は、それぞれ等しい、
請求項1から14のいずれか1つに記載の細胞培養分析装置。 - 前記空気吐出吸引部は、前記攪拌部材の前記空気吐出吸引口に連結された空気を送る配管と、前記配管に接続された駆動部と、を有している、
請求項1から15のいずれか1つに記載の細胞培養分析装置。 - 前記空気吐出吸引部は、前記培養容器を収納する培養インキュベータ内の空気を吸引する空気取り入れ口を有している、
請求項1から16のいずれか1つに記載の細胞培養分析装置。 - 請求項14に記載の細胞培養分析装置において実施される細胞培養分析方法であって、
前記添加剤供給部材が添加剤を培地に供給した後に、前記攪拌部材を用いて行われる第1の攪拌動作と、
前記センサが培地の成分を測定する場合に前記攪拌部材を用いて行われる第2の攪拌動作と、
を備え、
前記第1の攪拌動作時の前記空気吐出吸引部からの吐出または吸気に伴うそれぞれの空気圧は、前記第2の攪拌動作時の前記空気吐出吸引部からの吐出または吸気に伴うそれぞれの空気圧よりも大きい、
細胞培養分析方法。 - 前記センサは、前記第2の攪拌動作が停止した状態で、前記培地の成分を測定する、
請求項18に記載の細胞培養分析方法。
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