WO2007105363A1 - 培養観察装置 - Google Patents

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WO2007105363A1
WO2007105363A1 PCT/JP2007/000171 JP2007000171W WO2007105363A1 WO 2007105363 A1 WO2007105363 A1 WO 2007105363A1 JP 2007000171 W JP2007000171 W JP 2007000171W WO 2007105363 A1 WO2007105363 A1 WO 2007105363A1
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WO
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observation
culture
chamber
sample
stage
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PCT/JP2007/000171
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Inventor
Kyoji Nakamura
Takayuki Uozumi
Original Assignee
Nikon Corporation
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/14—Incubators; Climatic chambers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material

Definitions

  • the present invention relates to a culture observation apparatus having an optical apparatus such as a microscope.
  • Patent Document 1 the microscope is placed in a shield case so that the environment in the culture chamber does not change, and the culture chamber and the microscope are separated so that the optical device is not damaged. It was.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 00 4 _ 1 8 6 7 5
  • an object of the present invention is to provide a culture observation apparatus with good response and excellent environmental resistance.
  • the culture observation apparatus of the present invention is in a boundary between a culture chamber, an observation chamber having an observation optical system for observing a sample cultured in the culture chamber, and the culture chamber and the observation chamber. And having a function as a wall surface for maintaining the environment of both chambers, And a moving stage that moves the sample in an orthogonal direction on an observation optical axis of the observation optical system.
  • the moving stage is characterized by being coupled to a telescopic connecting member that forms a boundary between the culture chamber and the observation chamber.
  • the connecting member is made of an elastic member having elasticity.
  • the connecting member includes a plate member that supports the moving stage, and a shielding liquid that is interposed between the moving stage and the plate member.
  • the elastic member is characterized in that it is made of rubber provided with a bendable / contractible in the entire circumferential direction.
  • the elastic member is characterized in that the cross section in the expansion / contraction direction is rectangular.
  • a driving means for driving the moving stage in the horizontal direction to move the observation point of the sample and an optical driving means for driving the observation optical system in the vertical direction to focus on the sample.
  • the moving stage is made of a transparent material
  • the fixed partition around the moving stage is made of a light shielding material
  • the connecting member is made of a low reflection and light shielding material.
  • the moving stage capable of placing the sample can be freely moved by being connected to the fixed partition wall with an elastic member while separating the culture chamber and the observation chamber, the response is good and the resistance is high.
  • a culture observation apparatus having excellent environmental properties is possible.
  • FIG. 1 is a front view of a culture observation apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view of the culture observation apparatus of the present invention.
  • FIG. 3 is a top view of the culture observation apparatus with an elastic member removed.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the shape of an elastic member.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the expansion and contraction of an elastic member.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the expansion and contraction of the elastic member.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the expansion and contraction of an elastic member.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of an elastic member.
  • FIG. 1 is a front view of a culture observation apparatus 10 0 1 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a top view.
  • the upper stage is a culture room 10 2
  • the lower stage is an observation room 10 5 including a personal computer 10 3 and a control device 10 4.
  • the base plate 1 0 6 force ⁇ packing 1 0 7 is used so that the humidity in the culture chamber 1 0 2 does not go to the observation chamber 1 0 5.
  • an outer door 1 1 3 for carrying the carrier 1 1 2 of FIG. 1 into the culture chamber 1 0 2 is attached to the outer door 1 0 9 of the culture chamber 1 0 2.
  • heat-resistant packings 1 14 are attached between the casing 10 8 and the outer door 10 9, and between the outer door 10 9 and the outer small door 1 13, respectively.
  • a glass door 1 15 is provided inside the outer door 10 9, and a glass door 1 1 6 is attached to a portion of the glass door 1 15 located at the outer small door 1 1 3.
  • a packing 1 1 7 for sealing is attached.
  • the culture chamber 1002 is completely sealed, so that the environment in the culture chamber 102 is not changed as much as possible.
  • the culture chamber 10 2 has a temperature of 37 ° C and humidity of 90%, and is maintained in a CO 2 atmosphere. Temperature control is performed inside the enclosure 10 8 8. It is done by passing through.
  • a plurality of holders 1 1 1 1 each holding a container 1 10 containing cells to start culturing are placed together on a carry 1 1 2 and placed outside the culture chamber 1 0 2.
  • the small door 1 1 3 and the glass small door 1 1 6 are opened and transferred to the delivery table 1 1 8.
  • the carry 1 1 2 serves as a case for carrying the holder 1 1 1.
  • the automatic transfer unit takes out the holder 1 1 1 on which the container 1 1 0 is placed from the carrier 1 1 2 carried into the delivery table 1 1 8, and puts it on the side wall in the culture chamber 1 0 2.
  • Storage stocker 1 1 9 Store.
  • the holder storage stocker 1 1 9 is composed of a carry 1 1 2 that can store a plurality of holders 1 1 1, and samples such as cells are placed in the holder storage stocker 1 1 9 and cultured.
  • the holder 1 1 1 contains the necessary culture solution.
  • the automatic transport unit includes three axes, ie, an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction, and a rotation direction drive unit.
  • the Y-axis carriage 1 2 2 is attached to the guide shaft 1 2 0 and the drive shaft 1 2 1, and the drive shaft 1 2 1 is attached.
  • Turn the motor 1 2 3 to move the Y-axis carriage 1 2 2.
  • Z-axis carriage 1 2 6 is attached to guide shaft 1 2 4 and drive shaft 1 2 4 on Y-axis carriage 1 2 2, and drive shaft 1 2 5 is rotated by motor 1 2 7 To move.
  • a lower X-axis carriage 1 2 9 with a rotating shaft (not shown), and by a rotating motor 1 2 8 the lower X-axis carriage 1 2 9 Can be rotated. That is, it can be turned to the delivery table 1 1 8 side or the holder storage stocker 1 1 9 side.
  • X-axis carriage bottom 1 2 9 Guide rail 1 3 9
  • Upper X-axis carriage top 1 3 0 is mounted on the side rack 1 3 2 with motor 1 3 3 pinion 1 3 4 It can be driven to move the X-axis carriage upper part 130 in the vertical direction.
  • an arm 1 35 is attached to the tip of the upper part of the X-axis carriage base 1 30.
  • the arm 1 3 5 is placed under the flange of the holder 1 1 1 to support the holder 1 1 1 so that the holder 1 1 1 carrying the container 1 1 0 can be transported.
  • the user opens the outer small door 1 1 3 and the glass small door 1 1 6 and puts the container 1 1 0 on the holder 1 1 1 and stacks it on the carry 1 1 2 and carries the culture 1 1 2 together with the culture chamber 1 0 Place on the transfer table 1 1 8 in 2 and close the outer door 1 1 3 and the glass door 1 1 6.
  • the automatic transfer unit is operated to transfer the Y-axis transfer table 1 2 2 to the transfer table 1
  • the upper part of the X-axis carriage 1 30 is rotated in the direction of the holder storage stocker 1 1 9.
  • the Z-axis carriage 1 2 6 is moved in the Z-axis direction to the height of the target carry 1 1 2 of the holder storage stocker 1 1 9. This height is such that the bottom of the holder 1 1 1 is slightly wider than the shelf position of the intended carry 1 1 2.
  • the X-axis carriage upper part 1 30 is moved to the holder storage stocker 1 19 side in the X-axis direction, and the holder 1 1 1 is inserted into the target carry 1 1 2.
  • the holder 1 1 1 is inserted into the target carry 1 1 2
  • the bottom of the holder 1 1 1 is the target carry 1 1 Lower Z-axis carriage 1 2 6 until it touches 2 shelf.
  • the collar between the arm 1 3 5 and the holder 1 1 1 is separated, the upper part of the X-axis carrier 1 3 0 is retracted away from the holder storage stocker 1 1 9 and the holder 1 1 1 is carried into the holder storage stocker 1 1 9 1 1 Finish storage.
  • an observation support base 1 3 7 is fixed to a base plate 1 06 as an observation optical system in an observation room 1 0 5, and an optical component is placed on the observation support base 1 3 7 to mount a microscope. Composed.
  • the objective lens 1 3 8 of the microscope is switched by a guide rail 1 4 0 on the objective support 1 3 9, and the objective support 1 3 9 is provided with an upper and lower mechanism for adjusting the focus.
  • a plurality of intermediate magnification 14 1 power ⁇ are mounted on an electric turret so that they can be switched electrically.
  • a fluorescent lighting unit 1 4 2 is installed under the electric turret.
  • a CCD support base 1 4 3 incorporating an optical member such as a lens and a reflector is attached to the observation support base 1 3 7 below the fluorescent illumination unit 1 4 2, and a CCD camera 1 4 4 is focused.
  • Under the observation room 1 0 5 is a control that stores a personal computer 1 0 3 that processes the observation image taken by the CCD camera 1 4 4 and equipment and power supply for maintaining the environment of the culture room 1 0 2 Device 1 0 4 is installed.
  • a part of the base plate 10 06 between the culture chamber 10 0 2 and the observation chamber 1 0 5 has a hole for observation with the microscope in the observation chamber 1 0 5, and the periphery of the hole In A stage support base 14 5 integrated with the base plate 10 6 and the packing 10 7 is attached.
  • stage plate 1 4 9, an X stage 1 4 6 and a Y stage 1 4 7 are installed on the stage support 1 4 5.
  • Each stage component is made of aluminum to reduce weight.
  • the stage support 1 4 5, stage plate 1 4 9, X stage 1 4 6 and Y stage 1 4 7 also have holes for observation with a microscope.
  • a transparent transparent glass stage plate 1 3 6 is attached to the part to be an observation stand, and airtightness is maintained.
  • the heating wire on the transparent glass stage plate 1 36 is for warming the observation stand and preventing condensation in the high humidity culture chamber 10 2.
  • an elastic member 1 48 is attached between the Y stage 1 4 7 and the stage support 1 4 5 as a connecting member for connecting them, and the culture chamber 1 0 2 and the observation chamber 1 0 5 The atmosphere is completely separated.
  • the column 1 5 6 is integrated with a part of the stage support base 1 4 5, and the illumination unit is attached.
  • FIG. 3 is a plan view seen from above when the elastic member 14 8 of FIG. 2 is removed.
  • the stage plate 1 4 9 attached to the stage support 1 4 5
  • the X stage 1 4 6 is placed on the two guide rails 1 5 0 on the stage plate 1 4 9 ing.
  • the X stage 1 4 6 is driven by the motor 1 5 2 with the pinion 1 5 1 on the stage plate 1 4 9 rotating to drive the rack 1 5 3 on the side of the X stage 1 4 6
  • Y stage 1 4 7 is attached to two guide rails 1 5 4 and drive shaft 1 5 5 on X stage 1 4 6, motor 1 5 6 rotates drive shaft 1 5 5, and Y stage 1 4 Move 7 in the Y-axis direction.
  • a holder 11 1 1 carried by an automatic transport unit is located, and can be observed with an objective lens 1 3 8 of a microscope.
  • the illumination from the top during observation is the base plate 1 0 6 and the column 1 5 6 LED 1 57 is attached to the part that is fixed and sealed with the light, and the light emitted from LED 1 5 7 passes through the rectangular aperture 1 58, the phase ring 1 59, and the illumination objective 1 60 on the holder 1 1 1 1 Illuminate the cells in container 1 1 0.
  • FIG. 4 is an enlarged view around the elastic member 148 in FIG. FIG. 4 (a) is a cross-sectional view in the X-axis direction taken along the cut surface A in the top view of FIG. 4 (b).
  • the elastic member 148 is installed between the Y stage 147 and the stage support base 145, and can expand and contract in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the oblique direction.
  • the connection location on the fixed side of the elastic member 148 is not limited to the stage support base 145, but may be any place that can be sealed at a portion fixed to the casing 108.
  • the connecting position on the moving side is not limited to the Y stage 147 but may be any place that can be sealed by a movable part such as the transparent glass stage plate 136.
  • FIG. 5 shows the state when the Y stage 147 and the transparent glass stage plate 136 move to the left side in the X-axis direction.
  • FIG. 5 (a) is a cross-sectional view in the X-axis direction taken along the cut surface B of FIG. 5 (b).
  • the left elastic member 1 48 contracts to a state where the deflection is applied, and conversely the right elastic member 1 48 expands to a state where the deflection is extended.
  • the transparent glass stage plate 136 integrated with the Y stage 147 can be moved to the left while completely separating the culture chamber 102 and the observation chamber 105.
  • the objective lens 138 has moved relatively to the right side, and the microscope objective lens 138 can be observed in alignment with the right side of the sample.
  • FIG. 6 shows a state when the Y stage 147 and the transparent glass stage plate 136 are moved to the right in the X-axis direction.
  • FIG. 6 (a) is a cross-sectional view in the X-axis direction when cut along the cutting plane C in FIG. 6 (b). Contrary to the state of FIG. 5 (a), the right elastic member 148 contracts to a state where the deflection is applied, and conversely the left elastic member 148 expands to a state where the deflection is extended.
  • culture chamber 1 While completely separating 0 2 and observation room 1 0 5, move the transparent glass stage plate 1 3 6 integrated with the Y stage 1 4 7 to the right, and move the objective lens 1 3 8 of the microscope to the sample. Can be observed along the left side.
  • FIG. 7 (a) shows the state of the elastic member 1 4 8 when the Y stage 1 4 7 and the transparent glass stage plate 1 3 6 are moved upward in the Y-axis direction, and the upper elastic member 1 4 8 contracts to a state where the deflection is applied, and conversely the lower elastic member 1 4 8 expands to a state where the deflection is extended.
  • the transparent glass stage plate 1 3 6 integrated with the Y stage 1 4 7 is moved upward while completely separating the culture chamber 1 0 2 and the observation chamber 1 0 5 from the microscope.
  • the objective lens 1 3 8 can be observed by aligning it with the lower side of the sample.
  • Fig. 7 (b) shows the state of the elastic member 14 8 when the Y stage 14 7 and the glass heater are moved diagonally downward to the right.
  • the elastic member 1 4 8 contracts to a state where the deflection is applied, and conversely, the elastic member 1 4 8 on the upper side, the left side and the upper left side expands to a state where the deflection is extended.
  • the transparent glass stage plate 1 3 6 integrated with the Y stage 1 4 7 is moved diagonally downward to the right while completely separating the culture chamber 10 2 and the observation chamber 1 0 5. Then, the objective lens 1 3 8 of the microscope can be observed by aligning it with the diagonally upper left side of the sample.
  • the elastic member 1 4 8 can expand and contract freely in the entire circumferential direction in accordance with the movement of the X stage 1 4 6 and the Y stage 1 4 7. It is necessary to use a strong and soft material such as rubber. On the other hand, a material that does not affect the culture of cells is required, and for example, 2-tolu rubber having a low gas permeability is preferable.
  • the elastic member 14 8 is made of a material having a low reflectivity and a light shielding function, and the light is diffusely reflected by the illumination light at the time of observing the sample or transmitted to the observation room 10 5. There is nothing.
  • the elastic member 1 4 8 needs to bend efficiently by the expansion and contraction of the drive stroke of the X and Y stages. Accordingly, the elastic member 1 4 8 is required to have a bellows-shaped cross section in the expansion / contraction direction.
  • Elastic member in Fig. 1 4 The outer shape of 8 is the same shape as the rectangular shape of the transparent glass stage plate 1 3 6. However, when the transparent glass stage plate 1 3 6 is moved in the XY direction, the elastic member 1 4 8 has four corners. In order not to give a burden, for example, the outer shape can be made circular or elliptical.
  • FIG. 8 (a) is a view showing a state of a cross section in the expansion / contraction direction of the elastic member 14 8 of the first embodiment, and the cross section is rectangular.
  • the bellows shape used in photography equipment such as a camera is a triangular mountain shape like the elastic member 3 48 shown in Fig. 8 (c), but when it is stretched in the stretching direction, The stroke is shorter than the rectangular shape, and the load on the drive motor is increased because the load during expansion becomes heavier.
  • a rectangular shape as shown in Fig. 8 (a) is preferable.
  • the corners of the rectangular shape may be arcuate.
  • the culture observation apparatus 100 1 includes a fixed partition made up of the base plate 106, the stage support base 14 45, and the like, and the Y stage connected by the elastic member 14 8.
  • Observation chamber 1 0 5 side where culture chamber 1 0 2 and observation chamber 1 0 5 are completely separated by moving partition (moving stage) consisting of 1 4 7 and transparent glass stage plate 1 3 6 etc.
  • moving partition moving partition
  • the drive parts such as the XY stage are installed, it is not exposed to the high humidity environment of the culture chamber 102.
  • a stainless steel (martensite system) is generally used for the guide rail that affects the stage accuracy.
  • the observation room is used in the culture room 100.
  • the fixed partition wall and the movable partition wall are connected by the elastic member 14 8, but instead of the elastic member 1 48, the fixed partition wall and the movable partition wall are overlapped. Then, the environment of the culture room and the observation room can be separated by sliding a part of the both sides and injecting a shielding liquid such as oil into the sliding part.
  • the XY stage motor also eliminates the need for high-humidity measures, and can also block dust generated by sliding of the machine part. Furthermore, the section driven by the XY stage is made of a rectangular cross section in the direction of expansion and contraction of the elastic member 14 8 so that it is easily expanded and contracted and the load on the motor is small. In particular, unlike the conventional case, it is not necessary to move the entire heavy microscope, so that the culture observation apparatus 101 can be reduced in size and cost.
  • the moving partition and the transparent glass stage plate 1 3 6 are integrated, the working distance of the objective lens 1 3 8 of the microscope can be shortened, and a bright observation field with a large NA can be obtained.

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Abstract

　培養室と観察室を配備した従来の培養観察装置は、高湿度の培養室内に収納された顕微鏡やステージ駆動部など耐環境性の面で問題があった。また、これらの装置をシールドする場合は、装置全体が大きくなり、メンテナンスが難しく、装置コストが高くなるなどの課題があった。本発明は、培養室と、前記培養室で培養される試料を観察する観察光学系を有する観察室と、前記培養室と前記観察室とを分離する境界にあって、前記両室の環境を維持する壁面としての機能を有すると共に、前記試料を載置し、前記試料を前記観察光学系の観察光軸上に移動する移動ステージとを有する。これにより、レスポンス性が良く、耐環境性に優れた培養観察装置を実現することができる。

Description

明 細 書
培養観察装置
技術分野
[0001 ] 本発明は、 顕微鏡など光学装置を有する培養観察装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、 再生医療や創薬分野などで細胞を培養する研究開発が盛んに行われ 、 細胞を培養する培養装置 （インキュベータ） と、 細胞の様子を観察する顕 微鏡などの観察装置が使用されている。 従来、 培養装置で培養中の試料を観 察する際に、 試料が入ったホルダを、 一旦、 培養室から取り出して、 顕微鏡 の観察台に載せて観察後、 再び、 培養室に戻す作業が行われていた。
[0003] また、 特許文献 1では、 培養室内の環境が変化しないように、 顕微鏡をシ 一ルドケース内に入れて、 培養室と顕微鏡とを分離して、 光学装置がダメー ジを受けないようにしていた。
特許文献 1 ：特開 2 0 0 4 _ 1 8 0 6 7 5号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 特許文献 1の場合は、 顕微鏡ュニットを X Y Zの三次元方向に移動して、 観察部位に近づけるので、 ワーキングディスタンスを短くできるが、 顕微鏡 ユニット全体を X Y Zの三次元方向に駆動するための大きな駆動力を有する ステージ機構が必要になる。 このため、 試料の観察ポイントを移動する際に 、 素早い動作 （レスポンス） に課題がある。
上記課題に鑑み、 本発明の目的は、 レスポンス性が良く、 耐環境性に優れ た培養観察装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明の培養観察装置は、 培養室と、 前記培養室で培養される試料を観察 する観察光学系を有する観察室と、 前記培養室と前記観察室とを分離する境 界にあって、 前記両室の環境を維持する壁面としての機能を有すると共に、 前記試料を載置し、 前記試料を前記観察光学系の観察光軸上において直交方 向に移動する移動ステージとを有することを特徴とする。
[0006] 特に、 前記移動ステージは、 前記培養室と前記観察室との境界を形成する 伸縮自在の連結部材に結合されてなることを特徴とする。
さらに、 前記連結部材は、 弾性を有する弾性部材からなることを特徴とす る。
或いは、 前記連結部材は、 前記移動ステージを支持する板部材と、 前記移 動ステージと前記板部材との間に介在するシールド液とからなることを特徴 とする。
[0007] 特に、 前記弾性部材を全周方向に伸縮可能なたわみを設けたゴムで構成し たことを特徴とする。
さらに、 前記弾性部材の伸縮方向の断面を矩形形状にしたことを特徴とす る。
また、 前記移動ステージを水平方向に駆動し、 前記試料の観察ポイントを 移動する駆動手段と、 前記観察光学系を鉛直方向に駆動し、 前記試料にフォ 一カスする光学駆動手段とを有することを特徴とする。
[0008] 特に、 前記移動ステージは透明材料からなり、 前記移動ステージの周囲の 固定隔壁は遮光性材料からなることを特徴とする。
さらに、 前記連結部材は、 低反射かつ遮光性材料からなることを特徴とす る。
発明の効果
[0009] 本発明では、 培養室と観察室とを分離しながら、 試料を載置できる移動ス 亍ージを固定隔壁に弾性部材で連結して自由に移動できるので、 レスポンス 性が良く、 耐環境性にも優れた培養観察装置が可能となる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1 ]本発明の培養観察装置の正面図である。
[図 2]本発明の培養観察装置の上面図である。
[図 3]弾性部材を外した状態の培養観察装置の上面図である。 [図 4]弾性部材の形状を説明するための説明図である。
[図 5]弾性部材の伸縮の様子を説明するための説明図である。
[図 6]弾性部材の伸縮の様子を説明するための説明図である。
[図 7]弾性部材の伸縮の様子を説明するための説明図である。
[図 8]弾性部材の断面形状を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0011 ] 以下、 図面を参照して本発明に係る培養観察装置について詳しく説明する
(第 1の実施形態）
図 1は本発明の第 1の実施形態に係る培養観察装置 1 0 1の正面図、 図 2 は上面図である。 本実施形態の培養観察装置 1 0 1は、 上段が培養室 1 0 2 、 下段がパソコン 1 0 3や制御装置 1 0 4を含む観察室 1 0 5になっている 。 培養室 1 0 2と観察室 1 0 5との間には、 培養室 1 0 2内の湿度が観察室 1 0 5に行かないように、 ベースプレート 1 0 6力《パッキン 1 0 7を介して 筐体 1 0 8に固定されている。
[0012] 図 2において、 培養室 1 0 2の外扉 1 0 9には、 図 1のキヤリー 1 1 2を 培養室 1 0 2内に搬入するための外小扉 1 1 3が取り付けられている。 また 、 筐体 1 0 8と外扉 1 0 9との間、 および外扉 1 0 9と外小扉 1 1 3との間 には、 防熱用のパッキン 1 1 4がそれぞれ取り付けられている。 さらに、 外 扉 1 0 9の内側にはガラス扉 1 1 5が設けられ、 ガラス扉 1 1 5の外小扉 1 1 3に位置する部分にはガラス小扉 1 1 6が取り付けられている。 ガラス扉 1 1 5の外周、 およびガラス小扉 1 1 6の外周には、 密封するためのパツキ ン 1 1 7が取り付けられている。
[0013] このように、 培養室 1 0 2を完全に密閉することで、 培養室 1 0 2内の環 境を極力変化させない構造になっている。
培養室 1 0 2内は、 温度が 3 7 °C， 湿度が 9 0 %で、 C O 2雰囲気の環境 に保たれており、 温度調整は、 筐体 1 0 8の内部に温度管理された空気を通 すことによって行われている。 [0014] 先ず、 図 1において、 培養を開始する細胞が入った容器 1 1 0を載せたホ ルダ 1 1 1は、 複数個まとめてキャリー 1 1 2に載せられ、 培養室 1 0 2の 外小扉 1 1 3とガラス小扉 1 1 6を開けて、 受け渡し台 1 1 8に搬入される 。 尚、 キャリー 1 1 2は、 ホルダ 1 1 1を持ち運ぶケースの役割を持ってい る。
次に、 自動搬送ユニットによって、 受け渡し台 1 1 8に搬入されたキヤリ 一 1 1 2から容器 1 1 0を載せたホルダ 1 1 1を取り出し、 培養室 1 0 2内 の側壁に並べられたホルダ収納ストッカー 1 1 9に格納する。 ここで、 ホル ダ収納ストッカー 1 1 9は、 ホルダ 1 1 1を複数個収納できるキャリー 1 1 2で構成されており、 細胞などの試料は、 このホルダ収納ストッカー 1 1 9 に置かれて培養される。 尚、 ホルダ 1 1 1には必要な培養液が入っている。
[0015] 自動搬送ユニットは、 X軸方向， Y軸方向および Z軸方向の 3軸と、 回転 方向の駆動部で構成される。 ベースプレート 1 0 6の上には、 Y軸方向の駆 動部があり、 ガイ ド軸 1 2 0および駆動軸 1 2 1に Y軸搬送台 1 2 2が取り 付けられ、 駆動軸 1 2 1をモータ 1 2 3で回して Y軸搬送台 1 2 2を移動さ せる。 Z軸方向は、 Y軸搬送台 1 2 2上のガイ ド軸 1 2 4および駆動軸 1 2 5に Z軸搬送台 1 2 6が取り付けられ、 駆動軸 1 2 5をモータ 1 2 7で回し て移動させる。
[0016] Z軸搬送台 1 2 6の上には回転軸 （図示せず） で X軸搬送台下部 1 2 9が 取り付けられ、 回転用モータ 1 2 8によって、 X軸搬送台下部 1 2 9を回転 させることができる。 つまり、 受け渡し台 1 1 8側やホルダ収納ストッカー 1 1 9側に旋回可能である。 X軸搬送台下部 1 2 9の上のガイ ドレール 1 3 1に載せられた X軸搬送台上部 1 3 0は、 側面に設けられたラック 1 3 2を モータ 1 3 3のピニオン 1 3 4で駆動して、 X軸搬送台上部 1 3 0を乂軸方 向に移動させることができる。
[0017] また、 X軸搬送台上部 1 3 0の先端部には、 アーム 1 3 5が取り付けられ ている。 アーム 1 3 5は、 ホルダ 1 1 1のツバ部分の下に入れてホルダ 1 1 1を支持し、 容器 1 1 0を載せたホルダ 1 1 1を搬送できるようになつてい る。
ここで、 培養する細胞が入った容器 1 1 0を培養室 1 0 2に搬入する場合 の一連の手順について説明する。 使用者は、 外小扉 1 1 3とガラス小扉 1 1 6を開けて、 容器 1 1 0をホルダ 1 1 1に載せてキャリー 1 1 2に積み、 キ ャリー 1 1 2ごと培養室 1 0 2内の受け渡し台 1 1 8に載せ、 外小扉 1 1 3 とガラス小扉 1 1 6を閉じる。
[0018] 次に、 自動搬送ユニットを操作して、 Y軸搬送台 1 2 2を、 受け渡し台 1
1 8のキャリー 1 1 2に積まれたホルダ 1 1 1の Y軸座標位置に合わせて移 動する。 次に、 Z軸搬送台 1 2 6を、 受け渡し台 1 1 8のキャリー 1 1 2に 積まれたホルダ 1 1 1の高さまで、 Z軸方向に移動する。 この高さは、 X軸 搬送台上部 1 3 0のアーム 1 3 5がホルダ 1 1 1のつばの下に少し隙間を空 けて入れられる位置である。 また、 X軸搬送台上部 1 3 0は受け渡し台 1 1 8の方向に回転済であるものとする。
[0019] この状態で、 X軸搬送台上部 1 3 0を X軸方向に移動し、 受け渡し台 1 1 8のキャリー 1 1 2に積まれたホルダ 1 1 1のつばの下にアーム 1 3 5を入 れる。 この状態で Z軸搬送台 1 2 6を僅かに上げてアーム 1 3 5でホルダ 1 1 1を少し持ち上げる。 アーム 1 3 5がホルダ 1 1 1を支持すると、 X軸搬 送台上部 1 3 0を受け渡し台 1 1 8から離れる方向に引っ込めて、 ホルダ 1 1 1を受け渡し台 1 1 8上のキャリー 1 1 2から完全に取り出す。
[0020] ホルダ 1 1 1を取り出すと、 X軸搬送台上部 1 3 0をホルダ収納ストッカ 一 1 1 9の方向に旋回させる。 次に、 Y軸搬送台 1 2 2を、 ホルダ収納スト ッカー 1 1 9の目的のキャリー 1 1 2の Y軸位置に合わせて移動する。 次に 、 Z軸搬送台 1 2 6を、 ホルダ収納ストッカー 1 1 9の目的のキャリー 1 1 2の高さまで、 Z軸方向に移動する。 この高さは、 ホルダ 1 1 1の底が目的 のキャリー 1 1 2の棚の位置より少し隙間が空く高さである。 この状態で、 X軸搬送台上部 1 3 0を X軸方向のホルダ収納ストッカー 1 1 9側に移動し 、 目的のキャリー 1 1 2の中にホルダ 1 1 1を揷入する。 ホルダ 1 1 1を目 的のキャリー 1 1 2に揷入すると、 ホルダ 1 1 1の底が目的のキャリー 1 1 2の棚に接するまで、 Z軸搬送台 1 2 6を下げる。 アーム 1 3 5とホルダ 1 1 1のつばが離れたら、 X軸搬送台上部 1 3 0をホルダ収納ストッカー 1 1 9から離れる方向に引っ込めて、 ホルダ 1 1 1をホルダ収納ストッカー 1 1 9のキャリー 1 1 2への収納を終える。
[0021 ] ここで、 ホルダ収納ストッカー 1 1 9で培養中の細胞を観察する場合に、 ホルダ収納ストッカー 1 1 9からホルダ 1 1 1を取り出して観察ステージで ある透明ガラスステージ板 1 3 6上にホルダ 1 1 1を移動する。 その際の自 動搬送ユニットの手順は、 受け渡し台 1 1 8からホルダ収納ストッカー 1 1 9にホルダ 1 1 1を収納する手順と同様なので省略する。 透明ガラスス亍ー ジ板 1 3 6の裏面には、 結露防止用の電熱線 （ヒータ） が貼り付けられてお り、 観察光軸中心の有効光束を遮らないように円環状に配置されている。
[0022] 次に、 培養観察装置 1 0 1の観察室 1 0 5について説明する。 図 1におい て、 観察室 1 0 5には、 観察光学系として、 ベースプレート 1 0 6に観察支 持台 1 3 7が固定され、 観察支持台 1 3 7には光学部品が配置されて顕微鏡 が構成される。 顕微鏡の対物レンズ 1 3 8は対物支持台 1 3 9の上のガイ ド レール 1 4 0でレンズの切替を行い、 対物支持台 1 3 9はピント調整用の上 下機構が設けられている。 また、 対物レンズ 1 3 8の後方には、 電動ターレ ッ卜に中間変倍 1 4 1力《複数本搭載され、 電動で切り替えられるようになつ ている。 また、 電動ターレツ卜の下には、 蛍光照明ュニット 1 4 2が取り付 けられている。
[0023] また、 蛍光照明ュニット 1 4 2の下の観察支持台 1 3 7には、 レンズや反 射鏡などの光学部材が組み込まれた C C D支持台 1 4 3が取り付けられ、 C C Dカメラ 1 4 4に結像するようになっている。 観察室 1 0 5の下には、 C C Dカメラ 1 4 4が撮影した観察画像を処理するパソコン 1 0 3や、 培養室 1 0 2の環境を維持するための装置や電源などが格納された制御装置 1 0 4 が設置されている。
[0024] また、 培養室 1 0 2と観察室 1 0 5との間のベースプレート 1 0 6の一部 には、 観察室 1 0 5の顕微鏡で観察するための穴があり、 その穴の周囲には 、 ベースプレート 1 0 6とパッキン 1 0 7を介して一体化されたステージ支 持台 1 4 5が取り付けられている。
さらに、 ステージ支持台 1 4 5の上には、 ステージプレート 1 4 9， Xス 亍ージ 1 4 6および Yステージ 1 4 7が設置されている。 各ステージ構成部 材としては、 軽量化のためにアルミ材が使用されている。 尚、 ステージ支持 台 1 4 5， ステージプレート 1 4 9， Xステージ 1 4 6および Yステージ 1 4 7にも顕微鏡で観察するための穴があり、 一番上の Yステージ 1 4 7の穴 の部分には観察台になる透明な透明ガラスステージ板 1 3 6が貼り付けられ 、 気密性を保持している。 尚、 透明ガラスステージ板 1 3 6の電熱線は、 観 察台を暖めて、 高湿度の培養室 1 0 2内で結露しないようにするためのもの である。 さらに、 Yステージ 1 4 7とステージ支持台 1 4 5との間には、 こ れらを連結する連結部材として弾性部材 1 4 8が取り付けられ、 培養室 1 0 2と観察室 1 0 5との雰囲気を完全に分離する構成になっている。 尚、 ステ ージ支持台 1 4 5の一部分に支柱 1 5 6が一体化され、 照明部が取り付けら れている。
[0025] 次に、 Xステージ 1 4 6および Yステージ 1 4 7の構成について説明する 。 図 3は、 図 2の弾性部材 1 4 8を取り外した時の上から見た平面図である 。 一番下には、 ステージ支持台 1 4 5に取り付けられたステージプレート 1 4 9があり、 ステージプレート 1 4 9上の 2つのガイ ドレール 1 5 0の上に は、 Xステージ 1 4 6が載っている。 Xステージ 1 4 6は、 ステージプレー ト 1 4 9上のピニオン 1 5 1が取り付けられたモータ 1 5 2が回転し、 Xス 亍ージ 1 4 6の側面のラック 1 5 3を駆動して、 Xステージ 1 4 6を X軸方 向に移動させる。 Yステージ 1 4 7は、 Xステージ 1 4 6上の 2つのガイ ド レール 1 5 4と駆動軸 1 5 5に取り付けられ、 モータ 1 5 6が駆動軸 1 5 5 を回転させて、 Yステージ 1 4 7を Y軸方向に移動させる。
[0026] 透明ガラスステージ板 1 3 6の上には、 自動搬送ュニッ卜によって運ばれ てきたホルダ 1 1 1が位置し、 顕微鏡の対物レンズ 1 3 8で観察することが できる。 観察の際の上部からの照明は、 ベースプレート 1 0 6に支柱 1 5 6 で固定されて密閉された部分に、 LED 1 57が取り付けられ、 LED 1 5 7から出た光は、 矩形絞り 1 58， 位相リング 1 59および照明対物 1 60 を通ってホルダ 1 1 1上の容器 1 1 0の中の細胞を照明する。
[0027] ここで、 本発明に係る培養観察装置 1 01の構成要素である弾性部材 1 4 8について、 詳しく説明する。 図 4は、 図 1の弾性部材 1 48周辺を拡大し た図である。 図 4 (a) は、 図 4 (b) の上面図の切断面 Aで切り取った時 の X軸方向の断面図である。 弾性部材 1 48は、 Yステージ 1 47とス亍ー ジ支持台 1 45との間に設置されており、 X軸方向， Y軸方向および斜め方 向に伸縮することができる。 ここで、 弾性部材 1 48の固定側の接続場所は ステージ支持台 1 45でなくても、 筐体 1 08に固定されている部分で密閉 可能なところであれば構わない。 同様に、 移動側の接続場所は、 Yステージ 1 47でなくても、 透明ガラスステージ板 1 36など可動する部分で密閉可 能なところであれば構わない。
[0028] 次に、 弾性部材 1 48が伸縮した時の様子について説明する。 図 5は、 Y ステージ 1 47および透明ガラスステージ板 1 36が X軸方向の左側に移動 した時の様子を示している。 図 5 (a) は、 図 5 (b) の切断面 Bで切り取 つた時の X軸方向の断面図である。 左側の弾性部材 1 48はたわみが寄せら れた状態に収縮し、 逆に右側の弾性部材 1 48はたわみが伸ばされた状態に 拡張する。 このように、 培養室 1 02と観察室 1 05とを完全に分離しなが ら、 Yステージ 1 47と一体化された透明ガラスステージ板 1 36を左側へ 移動することができる。 その結果、 相対的に対物レンズ 1 38は右側に移動 したことになり、 顕微鏡の対物レンズ 1 38を試料の右側に合わせて観察す ることができる。
[0029] 図 6は、 Yステージ 1 47および透明ガラスステージ板 1 36が X軸方向 の右側に移動した時の様子を示している。 図 6 (a) は、 図 6 (b) の切断 面 Cで切り取った時の X軸方向の断面図である。 図 5 (a) の状態とは逆に 、 右側の弾性部材 1 48はたわみが寄せられた状態に収縮し、 逆に左側の弾 性部材 1 48はたわみが伸ばされた状態に拡張する。 このように、 培養室 1 0 2と観察室 1 0 5とを完全に分離しながら、 Yステージ 1 4 7と一体化さ れた透明ガラスステージ板 1 3 6を右側へ移動して、 顕微鏡の対物レンズ 1 3 8を試料の左側に合わせて観察することができる。
[0030] 図 7 ( a ) は、 Yステージ 1 4 7および透明ガラスステージ板 1 3 6が Y 軸方向上側に移動した場合の弾性部材 1 4 8の様子を示しており、 上側の弾 性部材 1 4 8はたわみが寄せられた状態に収縮し、 逆に下側の弾性部材 1 4 8はたわみが伸ばされた状態に拡張する。 この場合も同様に、 培養室 1 0 2 と観察室 1 0 5とを完全に分離しながら、 Yステージ 1 4 7と一体化された 透明ガラスステージ板 1 3 6を上側へ移動して、 顕微鏡の対物レンズ 1 3 8 を試料の下側に合わせて観察することができる。
[0031 ] 図 7 ( b ) は、 Yステージ 1 4 7およびガラスヒータが右斜め下側に移動 した場合の弾性部材 1 4 8の様子を示しており、 下側， 右側および右斜め下 側の弾性部材 1 4 8はたわみが寄せられた状態に収縮し、 逆に上側， 左側お よび左斜め上側の弾性部材 1 4 8はたわみが伸ばされた状態に拡張する。 こ の場合も同様に、 培養室 1 0 2と観察室 1 0 5とを完全に分離しながら、 Y ステージ 1 4 7と一体化された透明ガラスステージ板 1 3 6を右斜め下方向 に移動して、 顕微鏡の対物レンズ 1 3 8を試料の左斜め上側に合わせて観察 することができる。
[0032] 弾性部材 1 4 8は、 図 6および図 7で説明したように、 Xステージ 1 4 6 や Yステージ 1 4 7の動きに合わせて、 平面上を全周方向に自在に伸縮する ので、 ゴムなど丈夫で柔らかい材料を使用する必要がある。 一方で、 細胞の 培養に影響を与えない材料が要求されると共に、 例えば、 ガス透過性が低い 二トルゴムなどが好ましい。 また、 弾性部材 1 4 8は、 低反射性で且つ遮光 性機能を有する材料からなっており、 試料観察時の照明光によつて光が乱反 射したり、 観察室 1 0 5へ透過することがない。
[0033] また、 弾性部材 1 4 8は、 Xおよび Yステージの駆動ストロークの伸縮に よって、 効率良く 「たわみ」 を取る必要がある。 従って、 弾性部材 1 4 8の 伸縮方向の断面は、 蛇腹形状であることが求められる。 図 7の弾性部材 1 4 8の外側形状は、 透明ガラスステージ板 1 3 6の矩形形状と同様の形状であ つたが、 透明ガラスステージ板 1 3 6を X Y方向に移動させた場合に弾性部 材 1 4 8の四隅に負担を与えないよう、 例えば外形形状を円形形状にしたり 、 または楕円形状にしたりすることができる。
[0034] 次に、 弾性部材 1 4 8の蛇腹形状について図 8を用いて説明する。 図 8 ( a ) は第 1の実施形態の弾性部材 1 4 8の伸縮方向の断面の様子を示した図 で、 断面は矩形形状になっている。 一般に、 カメラなどの撮影機器で使用さ れている蛇腹形状は、 図 8 ( c ) に示した弾性部材 3 4 8のように三角山の 形状になっているが、 伸張方向に引き延ばした時のストロークが矩形形状よ りも短くなり、 伸張時の負荷が重くなつて、 駆動モータに負荷が掛かる。 伸 縮時のたわみ量を確保するために、 図 8 ( a ) に示したような矩形形状にす るのが好ましい。 また、 図 8 ( b ) に示した弾性部材 2 4 8のように、 矩形 形状の角の部分を円弧状にしても構わない。
[0035] このように、 本実施形態に係る培養観察装置 1 0 1は、 ベースプレート 1 0 6やステージ支持台 1 4 5などから成る固定隔壁と、 弾性部材 1 4 8で連 結された Yステージ 1 4 7および透明ガラスステージ板 1 3 6などからなる 移動隔壁 （移動ステージ） とによって、 培養室 1 0 2と観察室 1 0 5とが完 全に分離された観察室 1 0 5側に観察用の X Yステージなどの駆動部分を配 置しているので、 培養室 1 0 2の高湿度の環境下にさらされることがない。 特に、 観察用のステージでは、 ステージ精度を左右するガイ ドレールにステ ンレス （マルテンサイ ト系） が使用されるのが一般的で、 従来のように、 培 養室 1 0 2の中に観察用の X Yステージが置かれている場合は、 培養室 1 0 2の高湿度の環境下で、 鯖を防止することは難しかったが、 本実施形態では 、 培養室 1 0 2から遮断されているので、 細胞の培養に影響を与えるため、 従来、 使用できなかった潤滑油の使用も可能となり、 鯖などの発生を防止す ることができる。
[0036] また、 本実施形態では、 固定隔壁と移動隔壁とを弾性部材 1 4 8で連結し たが、 弾性部材 1 4 8に代えて、 固定隔壁と移動隔壁とを重ね合わせるよう にして、 両隔の一部が摺動し、 摺動部分にオイルなどのシールド液を注入す ることで、 培養室と観察室との環境を分離できる。
また、 X Yステージのモータも、 高湿度対策が不要となり、 機械部分の摺 動によって発生する塵も遮断することもできる。 さらに、 X Yステージで駆 動する部分は、 弾性部材 1 4 8の伸縮方向の断面形状を矩形形状にしたので 、 伸縮し易く、 モータへの負荷も少ない。 特に、 従来のように、 重い顕微鏡 全体を動かす必要がないので、 培養観察装置 1 0 1の小型化やローコスト化 が可能となる。
さらに、 移動隔壁と透明ガラスステージ板 1 3 6を一体化したので、 顕微 鏡の対物レンズ 1 3 8のワーキングディスタンスを短くすることができ、 N Aの大きな明るい観察視野が得られる。

Claims

請求の範囲
[1 ] 培養室と、
前記培養室で培養される試料を観察する観察光学系を有する観察室と、 前記培養室と前記観察室とを分離する境界にあって、 前記両室の環境を維 持する壁面としての機能を有すると共に、 前記試料を載置し、 前記試料を前 記観察光学系の観察光軸上において直交方向に移動する移動ステージとを有 することを特徴とする培養観察装置。
[2] 前記移動ステージは、 前記培養室と前記観察室との境界を形成する伸縮自 在の連結部材に結合されてなることを特徴とする請求項 1に記載の培養観察 装置。
[3] 前記連結部材は、 弾性を有する弾性部材からなることを特徴とする請求項
1または 2に記載の培養観察装置。
[4] 前記連結部材は、 前記移動ステージを支持する板部材と、 前記移動ステー ジと前記板部材との間に介在するシールド液とからなることを特徴とする請 求項 1に記載の培養観察装置。
[5] 前記連結部材は、 弾性を有する弾性部材からなり、
前記弾性部材を全周方向に伸縮可能なたわみを設けたゴムで構成したこと を特徴とする請求項 3に記載の培養観察装置。
[6] 前記連結部材は、 弾性を有する弾性部材からなり、
前記弾性部材の伸縮方向の断面を矩形形状にしたことを特徴とする請求項
5に記載の培養観察装置。
[7] 前記移動ステージを水平方向に駆動し、 前記試料の観察ポイントを移動す る駆動手段と、 前記観察光学系を鉛直方向に駆動し、 前記試料にフォーカス する光学駆動手段とを有することを特徴とする請求項 1に記載の培養観察装 置。
[8] 前記移動ステージの前記駆動手段を前記観察室側に配置したことを特徴と する請求項 7に記載の培養観察装置。
[9] 前記移動ステージは透明材料からなり、 前記移動ステージの周囲の固定隔 壁は遮光性材料からなることを特徴とする請求項 1に記載の培養観察装置。
[10] 前記連結部材は、 低反射かつ遮光性材料からなることを特徴とする請求項
2に記載の培養観察装置。
[1 1 ] 試料を所定の環境条件下で培養する培養室と、
前記培養室に隣接して配置され、 前記培養室で培養される試料を観察する 観察光学系を有する観察室と、
前記培養室と前記観察室との間にあって、 前記両室を分離しかつ前記両室 の環境を維持する機能を有し、 前記試料を載置し、 前記試料を前記観察光学 系の観察光軸上に移動する移動ステージとを有することを特徴とする培養観 察装置。
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