JPH07274938A - 細胞及び生体成分観察用温度制御装置 - Google Patents

細胞及び生体成分観察用温度制御装置

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JPH07274938A
JPH07274938A JP7580794A JP7580794A JPH07274938A JP H07274938 A JPH07274938 A JP H07274938A JP 7580794 A JP7580794 A JP 7580794A JP 7580794 A JP7580794 A JP 7580794A JP H07274938 A JPH07274938 A JP H07274938A
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JP
Japan
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temperature
plate
temperature control
cooling element
thermoelectric cooling
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JP7580794A
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English (en)
Inventor
Yuji Takamoto
雄治 高本
Toshihiko Ogiwara
利彦 荻原
Hiroshi Narita
博 成田
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Sapporo Breweries Ltd
Original Assignee
Sapporo Breweries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微生物等を培養するウェルに対する温度制御
を素早く、高い精度で行なう。 【構成】 ウェルを有するプレートと温度制御プレート
とから成り、前記温度制御プレートには、前記ウェルの
位置に対応して顕微鏡透過光用通路を設け、この通路の
周わりに上方から順に、温度センサー付き熱伝導板、熱
電冷却素子及び冷媒循環槽を配置し、前記温度センサー
の検知出力にもとづいて前記熱電冷却素子の温度制御及
び冷媒循環槽の冷媒の循環制御を行なう制御部を具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】微生物等の細胞及びその生体成分
を顕微鏡で観察するとともに所定の環境(周囲温度)で
細胞を培養出来るようにした細胞及び生体成分観察用試
料に適した温度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】微生物等の細胞を培養しつつ、その状態
を顕微鏡で観察する場合、スライドグラス上にサンプル
としての細胞を置き、カバーグラスを被せることによ
り、顕微鏡観察用の試料を作成し、この試料を培養器に
容れて所定の温度環境状態に置き、顕微鏡で観察する場
合には、培養器から試料を取り出して顕微鏡のホルダー
に設置して観察する。このような観察方法では、培養器
内の温度と観察場所での温度環境との差が大きい場合
や、観察に手間取ったりすると、その間の環境変化で細
胞の状態が変化してしまい、所定環境での正確な状態観
察ができない。特に、温度が変化した時の細胞の状態観
察は、事実上不可能である。
【0003】この欠点を解決するため、上記試料をケー
スに挿入し、このケースを顕微鏡のホルダーに取り付け
て観察できるようにするとともに、ケース内に所定温度
の温風を供給するようにしたり、ケース内でスライドガ
ラスの裏面にヒータ等の発熱手段を設けて対応してい
た。ところが、この方法では、環境を一定温度に保つこ
とについては問題ないが、所定の温度環境に素早く(温
度変化特性のオーバーシュート、リンギングが小さい)
到達させるように制御したり、精度良く微少温度だけ変
化させることは困難であった。さらに、温度を複雑にか
つ素早く変化させながら細胞の状態変化を観察すること
も不可能であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、細胞等の観
察用サンプルを保持するウェルに対して、所定の温度環
境に素早く到達するようにしたり、微少な温度変化を素
早く達成させることのできる温度制御を目標とするもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は,観察用サンプ
ルを保持する光透過プレートの裏面側に、顕微鏡透過光
用通路を設け、該通路の周りに光透過プレートの裏面か
ら下方に向って順に、熱電冷却素子及び該冷却素子の裏
側を冷却するための冷却器と、光透過プレート上の観察
用サンプル保持部近傍の温度を測定する温度センサーと
を配置し、前記温度センサーの検知出力に基づいて前記
熱電冷却素子の温度制御及び冷却器の冷却能力制御を行
なう制御部を具備することを特徴とする。
【0006】また、本発明は、ウェルを有するプレート
と温度制御プレートとを合体して成り、前記温度制御プ
レートには、前記ウェルの位置に対応して、顕微鏡透過
光用通路を設け、該通路の周わりに上方から順に、温度
センサー付き熱伝導板、熱電冷却素子及び冷媒循環槽を
配置し、前記温度センサーの検知出力にもとづいて前記
熱電冷却素子の温度制御及び冷媒循環槽の冷媒の循環制
御を行なう制御部を具備することを特徴とする。
【0007】
【作用】ペルチェ効果を有する熱電冷却素子の一面から
の熱は(または熱伝導体を介して)ウェルの下部に熱伝
導され、熱電冷却素子の他面の熱は冷媒循環槽を流れる
冷媒によって放熱される。熱電冷却素子は、流れる電流
の向き及び電流値を変えることによってウェル側の面を
加熱又は冷却のいずれにも精密制御することができるの
で、ウェル内の細胞等の温度環境を任意の一定値に維持
することが容易にできる。またウェル毎に温度環境を異
ならせることも容易である。
【0008】
【実施例】次に、本発明について図1を参照して説明す
る。
【0009】図1は、本発明の第1実施例の縦断面図で
ある。
【0010】図1において、1はスライドグラス、2は
観察すべき細胞等を収容する凹所、3はカバーグラス
で、これらで試料が構成される。11は、試料を保持す
る試料保持箱で、凹所2の下方位置に顕微鏡透過光通路
4が設けられ、さらにこの光通路4を中心にしてスライ
ドグラス1の裏面に接して下方に順に、熱伝導のよい銅
板5、ペルチェ効果を有する熱電冷却素子6及び冷却器
(冷媒循環槽)7が設けられている。又、温度センサー
8がカバーグラス3上のウェル2に近い位置に設けら
れ、蓋9の裏面に取り付けたスポンジ10の弾力によっ
て、閉蓋時に圧接されて固定される。この場合、熱伝導
板7は必須の構成でない。これを用いたのは、熱電冷却
素子として、本実施例ではスライドグラスより小さいサ
イズのものを使用したため、直接試料を加熱(もしくは
冷却)しても、素早くしかも均一な温度設定ができなく
なる可能性があるため、熱伝導率の高い素材を介入させ
ている。冷却器に関しては、水道水を循環させるような
簡易的なものでもよい。ペルチェ素子の場合、裏面の温
度をベースにして温度設定が出来る。従って、温度設定
範囲を広く取る場合には、上記冷却器によってペルチェ
素子の裏面をより低温にすれば良い。なお、本実施例で
は、試料保持箱と冷却器とを別体としているが、試料保
持箱に冷却器をも収納した構造にすると、一体構造とな
って取扱い易くなる。
【0011】図2は、本発明の第2実施例の縦断面図で
ある。
【0012】図2において、21は、円筒状の有底孔
(ウェル)22が複数、並設された板状の透明プラスチ
ックから成るマイクロプレートである。ウェル22は、
例えば15mm径の円筒状をして4×6個等が形成されて
いる。23は温度制御プレートで、その周辺端部には、
マイクロプレート21の周辺端部の嵌合部と嵌合する嵌
合部を有し、また、マイクロプレート21と制御プレー
ト23とが嵌合してセルを構成している。温度制御プレ
ート23には、各ウェル底面の中央部に位置してそれぞ
れ、顕微鏡透過光用通路24が設けられ、この通路24
を中心にして上方から順に、温度センサ26を上面に取
付けた熱伝導の良い銅板25、その下に熱電冷却素子2
7が設けられ、また冷媒循環槽28が形成されている。
各熱電冷却素子27は、直流電源32(図3)より給電
される。また各冷媒循環槽28は、各熱電冷却素子の一
面を冷却するためにアルミ製などから成り、連結管29
を介して連結され、さらに外部の冷媒循環装置33(図
3)に接続されている。
【0013】なお、本実施例では、銅板25に温度セン
サを設置する部分を設けているが、先にも述べたとおり
銅板25は必須要件ではないので、例えばウェル底部裏
面に設置スペースを確保してもよい。
【0014】各実施例の動作について説明する。
【0015】図3は、各実施例の温度制御の構成を示す
ブロック図である。概略を説明すると、温度センサー
(熱電対)8、26からの温度測定値は所定周期でコン
トローラ(MPU)30に取り込まれ、コントローラで
は目標値(設定温度値)と取り込まれた測定値とを比較
して、その差分(制御偏差)に比例する制御量を求め、
熱電冷却素子6、27に印加する直流電源32の電流を
調整したり、或いは冷媒循環装置33の動作を制御する
ことにより、速やかに設定温度に達するように制御した
り設定温度からのズレを速やかに補正するように制御す
る。
【0016】具体的には、精密な温度制御で知られてい
るPID温度制御が最適である。PID制御とは、基本
的には上述の制御偏差に比例する制御量を求める比例動
作に、さらに制御偏差の時間積分値を演算し、制御量を
補正する積分動作と、制御偏差の時間的変化に対応して
制御量を速やかに修正を行なう微分動作とを組合せたも
のである。
【0017】図4は、本発明の各実施例の温度制御手順
を示すフローチャートである。
【0018】初期設定は、図3の操作部31より、コン
トローラ30に対して目標値(設定温度値)、PID定
数の設定等を行なう(ステップ1)。次に、インターバ
ルタイムを起動させて制御ルーチンに入る(ステップ
2)。先ず、コントローラが温度センサー8、26の測
定値を取り込み(ステップ3)、PIDの演算を行ない
(ステップ4)、その演算結果にもとづいて、熱電冷却
素子6、27、冷媒循環装置33を制御する(ステップ
5)。このルーチンが一巡するのは約0.7秒程度であ
る。
【0019】いま、コントローラ30からの指令によっ
てペルチェ効果を有する熱電冷却素子6、27に電流が
流されると、熱電冷却素子6、27の上面の熱は熱伝導
体5、25を介してウェル2、22の下部に熱伝導さ
れ、ウェル内の細胞等に熱が伝えられる。一方、熱電冷
却素子6、27の下面の熱は、冷媒循環槽7、28を循
環して流れる冷媒によって放熱される。また、熱電冷却
素子に流す電流の向き及び電流値を変えることによっ
て、熱電冷却素子の上面の温度を加熱又は冷却のいずれ
にも精密に制御することができる。
【0020】そこで、ウェル2、22内の細胞等を一定
温度に維持すること及び一定の速度で温度を上下させる
ことは、前述の温度センサ8、26の測定値をもとに、
PID制御によって熱電冷却素子に電流を流すことで精
度よく制御を行なうことができる。その際に、熱電冷却
素子の下面側に冷媒循環槽を設け、放熱を実行すること
で熱電冷却素子を効率よく作動せしめることができる。
【0021】また、第2実施例では、各ウェルに対応し
て各熱電冷却素子が設けられているので、各熱電冷却素
子に流れる電流の向き及び電流値をそれぞれ異ならせる
ことによって、ウェル毎に異なる温度条件を維持するこ
とも可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、微生物等を培養するウ
ェルに熱電冷却素子より成る温度制御手段を設けること
によって、ウェル内の試料の温度環境を素早く精度よく
制御することができ、エネルギー消費も少なくてすむの
で経済的である。また、ウェル毎に温度環境を異ならせ
ることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の縦断面図。
【図2】本発明の第2実施例の縦断面図。
【図3】本発明実施例の温度制御の構成を示すブロック
図。
【図4】本発明実施例の温度制御手順を示すフローチャ
ート。
【符号の説明】
1 スライドグラス 2 ウェル(凹所) 3 カバ−グラス 4 顕微鏡透過光通路 5 銅板(熱伝導板) 6 熱電冷却素子 7 冷却器 8 温度センサー 9 蓋 10 スポンジ 11 試料保持箱 21 マイクロプレート 22 ウェル 23 温度制御プレート 24 顕微鏡透過光用通路 25 熱伝導板(銅板) 26 温度センサー 27 熱電冷却素子(ペルチェ素子) 28 冷媒循環槽 29 連結管 30 コントローラ(MPU) 31 操作部 32 直流電源 33 冷媒循環装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 観察用サンプルを保持する光透過プレー
    トの裏面側に、顕微鏡透過光用通路を設け、該通路の周
    りに光透過プレートの裏面から下方に向って順に、熱電
    冷却素子及び該冷却素子の裏側を冷却するための冷却器
    と、光透過プレート上の観察用サンプル保持部近傍の温
    度を測定する温度センサーとを配置し、前記温度センサ
    ーの検知出力に基づいて前記熱電冷却素子の温度制御及
    び冷却器の冷却能力制御を行なう制御部を具備すること
    を特徴とする細胞及び生体成分観察用温度制御装置。
  2. 【請求項2】 ウェルを有するプレートと温度制御プレ
    ートとを合体して成り、前記温度制御プレートには、前
    記ウェルの位置に対応して、顕微鏡透過光用通路を設
    け、該通路の周わりに上方から順に、温度センサー、熱
    電冷却素子及び冷媒循環槽を配置し、前記温度センサー
    の検知出力にもとづいて前記熱電冷却素子の温度制御及
    び冷媒循環槽の冷媒の循環制御を行なう制御部を具備す
    ることを特徴とする細胞及び生体成分観察用温度制御装
    置。
  3. 【請求項3】 ウェルを有するプレートと温度制御プレ
    ートとが着脱自在であることを特徴とする請求項2記載
    の細胞及び生体成分観察用温度制御装置。
JP7580794A 1994-04-14 1994-04-14 細胞及び生体成分観察用温度制御装置 Pending JPH07274938A (ja)

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