(57)【要約】【課題】多種多様な培養容器でも培地を安定して監視可能にする。【解決手段】培養容器３内の培養液に照明光を照射する照明光源１５および集光レンズ１７と、複数の微小な反射要素１９ａが配列されたアレイを有し、照明光源１５および集光レンズ１７との間に培養容器３を挟んで配置され、培養容器３内の培養液を透過した照明光を反射する再帰性反射部材１９と、再帰性反射部材１９によって反射された後に培養容器３内の培養液を透過した照明光の強度を検出する光検出器２５とを備える光学測定ユニット７と、光学測定ユニット７を制御することによって、照明光の強度の検出を所定のタイミングで繰り返し行い、照明光の強度の経時変化に基づいて培養液の状態を判定する制御部９とを備える培地モニタリング装置１である。【選択図】図１
2020150815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の培地に照明光を照射する照明部と、
複数の微小な反射要素が配列されたアレイを有し、前記照明部との間に前記容器を挟んで配置され、前記容器内の前記培地を透過した前記照明光を反射する再帰性反射部材と、
該再帰性反射部材によって反射された後に前記容器内の前記培地を透過した前記照明光の強度を検出する光検出部とを備える光学測定ユニットと、
該光学測定ユニットを制御することによって前記照明光の強度の検出を所定のタイミングで繰り返し行い、前記照明光の強度の経時変化に基づいて前記培地の状態を判定する制御部とを備える培地モニタリング装置。
【請求項２】
使用者に情報を通知する通知部を備え、
前記制御部が、前記通知部によって培地交換のタイミングを前記使用者に通知する請求項１に記載の培地モニタリング装置。
【請求項３】
前記容器に前記培地を供給する培地供給部と、
前記容器から前記培地を排出する培地排出部とを備え、
前記制御部が、前記光検出部によって検出される前記照明光の強度の経時変化に基づいて培地交換が必要なタイミングになったと判定した場合に、前記培地排出部によって前記容器から前記培地の一部を排出し、かつ、前記培地供給部によって前記容器に新たな前記培地を供給する請求項１または請求項２に記載の培地モニタリング装置。
【請求項４】
前記容器内の前記培地を撹拌する撹拌器を備え、
前記制御部が、前記光検出部によって前記照明光の強度を検出させる際に、前記撹拌器による前記培地の撹拌速度を低下させる請求項１から請求項３のいずれかに記載の培地モニタリング装置。
【請求項５】
前記光学測定ユニットが、前記照明光が照射された前記培地中に浮遊する細胞の画像を前記光検出部に結像させる検出光学系を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の培地モニタリング装置。
【請求項６】
前記光学測定ユニットが、前記細胞の位相差画像を生成する位相差光学系を備える請求項５に記載の培地モニタリング装置。
【請求項７】
前記容器内の前記培地を撹拌する撹拌器を備え、
前記制御部が、前記光検出部によって、前記照明光の強度の検出と前記細胞の画像の取得とを繰り返し行い、前記照明光の強度を検出する場合は前記撹拌器による前記培地の撹拌速度を低下させ、前記細胞の画像を取得する場合は前記撹拌器によって前記培地の撹拌速度を低下せずに前記培地を撹拌させる請求項５または請求項６に記載の培地モニタリング装置。
【請求項８】
前記照明部が、単一の波長の前記照明光を発する単色光源を備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の培地モニタリング装置。
【請求項９】
前記単色光源が、白色光源と、該白色光源から発せられた光から単一の波長のみを抽出するバンドパスフィルタとを備える請求項８に記載の培地モニタリング装置。
【請求項１０】
前記単色光源がＬＥＤ光源である請求項８に記載の培地モニタリング装置。
【請求項１１】
前記照明部が、前記照明光として波長が異なる複数の単色光を発する単色光源を備え、
前記制御部が、前記光検出部によって検出される前記培地を透過した各波長の光強度の経時変化に基づいて前記培地の状態を判定する請求項１から請求項７のいずれかに記載の培地モニタリング装置。
【請求項１２】
前記単色光源が、白色光源と、該白色光源から発せられる光の経路上に挿脱可能に設けられ、前記白色光源からの光から互いに異なる単一の波長のみを抽出する複数のバンドパスフィルタとを備える請求項１１に記載の培地モニタリング装置。
【請求項１３】
前記単色光源が、波長が異なる複数のＬＥＤ光源である請求項１１に記載の培地モニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培地モニタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ｉＰＳ細胞をはじめとする培養細胞を使用した再生医療分野において、培養のスケールアップが望まれている。細胞の培養方法には、フラスコおよびシャーレ等の小型の容器内において細胞を培養する接着培養と、バイオリアクタ等の大型の容器内において細胞を培養する浮遊培養がある。細胞を大量に培養するには、培養効率が細胞の接着面積に左右されない浮遊培養の方が接着培養よりも優位であることから、接着培養に代わって浮遊培養が採用されつつある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術は、容器内の浮遊細胞の培養状況を把握するために、容器内の細胞の画像を取得している。
【０００３】
細胞の培養においては、細胞を長期にわたって培養すると培地が劣化してしまう。そのため、培地の劣化度を定期的に確認し、培地の劣化が進行した場合は培地交換を行う必要がある（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の技術は、細胞を培養中の培地の光学的な透過率を定期的に測定することによって、培地の状態を判定し、培地交換のタイミングを特定している。
【０００４】
一般に、浮遊培養用のバイオリアクタは円筒形であり、バイオリアクタ内には培養液を撹拌させるための複数の撹拌羽根が設けられた撹拌器が挿入される。そのため、特許文献２に記載の吸光度測定系をバイオリアクタに適用するには、撹拌器を避けて、バイオリアクタの中心軸に交差する方向から照明光の照射および検出を行うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１４０００６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／１０４６９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、バイオリアクタにおいて、使用する容器の形状、サイズおよび材質は多種多様であり、ビニール等の使い捨て容器も存在する。培地の透過率を測定する場合は、容器に入射する照明光および容器から射出される照明光が容器の表面において屈折するが、容器の形状、材質、配置に伴う予測不能な屈折が生じ、透過率測定用の検出器まで照明光を導けない場合がある。特に、容器がビニール製の場合は、培養液の撹拌等によって容器の表面が微妙に変化しただけでも照明光の屈折状況が大きく変化する可能性がある。この場合、透過率の変化が、培地自身の変化によるものなのか、それとも容器の表面形状の変化によるものなのかの切り分けができないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、多種多様な培養容器でも培地を安定して監視可能な培地モニタリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、容器内の培地に照明光を照射する照明部と、複数の微小な反射要素が配列されたアレイを有し、前記照明部との間に前記容器を挟んで配置され、前記容器内の前記培地を透過した前記照明光を反射する再帰性反射部材と、該再帰性反射部材によって反射された後に前記容器内の前記培地を透過した前記照明光の強度を検出する光検出部とを備える光学測定ユニットと、該光学測定ユニットを制御することによって前記照明光の強度の検出を所定のタイミングで繰り返し行い、前記照明光の強度の経時変化に基づいて前記培地の状態を判定する制御部とを備える培地モニタリング装置である。
【０００９】
本態様によれば、光学測定ユニットにおいて、照明部によって容器内の培地に照明光が照射されると、培地を透過した照明光が容器を挟んで照明部とは反対側に配置されている再帰性反射部材によって反射され、再帰性反射部材によって反射された照明光が容器内の培地を再度透過した後に検出光学系によって検出される。そして、制御部により、この光学測定ユニットが制御されることによって所定のタイミングで繰り返し検出される容器内の培地を透過した照明光の強度の経時変化に基づいて、容器内の培地の状態が判定される。
【００１０】
この場合において、再帰性反射部材は、複数の微小な反射要素が配列されたアレイによって構成されていることにより、入射した照明光を入射方向と全く同一の方向に反射する。すなわち、容器の材質、形状、大きさ等に関わらず、容器内の培地を透過した照明光を再帰性反射部材によって入射光路と同一の光路を逆方向に戻すことができる。これにより、容器内の培地を透過した照明光の強度を光検出部によって確実に検出することができる。したがって、制御部によって判定される培地の状態に基づいて、多種多様な培養容器でも培地を安定して監視することができる。
【００１１】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、使用者に情報を通知する通知部を備え、前記制御部が、前記通知部によって培地交換のタイミングを前記使用者に通知することとしてもよい。
容器の材質、形状、大きさ等に関わらず、制御部によって培地の状態が正確に判定されるので、その制御部から通知部を経由して使用者に適切なタイミングで培地交換を促すことができる。
【００１２】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記容器に前記培地を供給する培地供給部と、前記容器から前記培地を排出する培地排出部とを備え、前記制御部が、前記光検出部によって検出される前記照明光の強度の経時変化に基づいて培地交換が必要なタイミングになったと判定した場合に、前記培地排出部によって前記容器から前記培地の一部を排出し、かつ、前記培地供給部によって前記容器に新たな前記培地を供給することとしてもよい。
【００１３】
培地排出部によって容器内の培地の一部を排出させる一方、培地供給部によって容器に新たな培地を供給することにより、容器内の培地を交換することができる。また、光検出部によって検出される照明光の強度の経時変化に基づき、制御部によって容器内の培地が劣化したか否か、すなわち、培地交換のタイミングか否かが分かる。したがって、制御部によって、照明光の強度の経時変化に基づいて培地供給部および培地排出部を制御することにより、使用者の手間をかけずに正確なタイミングで培地交換を行うことができる。
【００１４】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記容器内の前記培地を撹拌する撹拌器を備え、前記制御部が、前記光検出部によって前記照明光の強度を検出させる際に、前記撹拌器による前記培地の撹拌速度を低下させることとしてもよい。
【００１５】
容器に培地とともに収容される細胞は、撹拌器によって培地を撹拌すると培地中を浮遊し、撹拌器による培地の撹拌速度を低下すると重力によって培地中の下方に移動する。制御部が、光検出部による照明光の強度の検出時に、撹拌器による培地の撹拌速度を低下させることによって、光学測定ユニットによる照明光の経路上に存在する浮遊細胞を減少させ、浮遊細胞による照明光の散乱の影響を抑制することができる。したがって、培地の透過率をより正確に測定することができる。
【００１６】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記光学測定ユニットが、前記照明光が照射された前記培地中に浮遊する細胞の画像を前記光検出部に結像させる検出光学系を備えることとしてもよい。
この構成によって、検出光学系によって光検出部に結像される画像に基づいて、培地中に浮遊する細胞を観察することができる。
【００１７】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記光学測定ユニットが、前記細胞の位相差画像を生成する位相差光学系を備えることとしてもよい。
この構成によって、位相差光学系によって、培地中の細胞の高解像でコントラストが高い画像を取得できる。
【００１８】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記容器内の前記培地を撹拌する撹拌器を備え、前記制御部が、前記光検出部によって、前記照明光の強度の検出と前記細胞の画像の取得とを繰り返し行い、前記照明光の強度を検出する場合は前記撹拌器による前記培地の撹拌速度を低下させ、前記細胞の画像を取得する場合は前記撹拌器によって前記培地の撹拌速度を低下せずに前記培地を撹拌させることとしてもよい。
【００１９】
この構成によって、光検出部による照明光の強度の検出時には、撹拌器による培地の撹拌速度を低下させることによって、光学測定ユニットによる照明光の経路上に存在する浮遊細胞を減少させて、浮遊細胞による照明光の散乱の影響を抑制する。これにより、培地の透過率の測定の精度を向上することができる。一方、光検出部によって培地中の細胞の画像を取得する際には、撹拌器による培地の撹拌によって培地中に細胞を浮遊させ、浮遊状態の細胞の画像を取得することができる。
【００２０】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記照明部が、単一の波長を発する単色光源を備えることとしてもよい。
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記単色光源が、白色光源と、該白色光源から発せられた光から単一の波長のみを抽出するバンドパスフィルタとを備えることとしてもよい。
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記単色光源がＬＥＤ光源であってもよい。
【００２１】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記照明部が、前記照明光として波長が異なる複数の単色光を発する単色光源を備え、前記制御部が、前記光検出部によって検出される前記培地を透過した各波長の光強度の経時変化に基づいて前記培地の状態を判定することとしてもよい。
この構成によって、複数の波長により、培地を透過する複数の波長の強度の経時変化に基づき、培地の状態の判定精度を向上することができる。
【００２２】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記単色光源が、白色光源と、該白色光源から発せられる光の経路上に挿脱可能に設けられ、前記白色光源からの光から互いに異なる単一の波長のみを抽出する複数のバンドパスフィルタとを備えることとしてもよい。
この構成によって、バンドパスフィルタを交換するだけで所望の波長の光を照射することができ、装置の汎用性および作業者による操作性を向上することができる。
【００２３】
上記態様に係る培地モニタリング装置は、前記単色光源が、波長が異なる複数のＬＥＤ光源であってもよい。
この構成によって、点灯させるＬＥＤを切り替えるだけの簡易な操作で済み、照明光の経路に配置するバンドパスフィルタを切り替える等の手間を不要にすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、多種多様な培養容器でも培地を安定して監視することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る培地モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図２】図１の培地モニタリング装置の構成を説明する概略構成図である。
【図３】図１の培地モニタリング装置の再帰性反射部材の構成例である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る培地モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図５】図４の培地モニタリング装置の構成を説明する概略構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態の変形例に係る培地モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る培地モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る培地モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図９】図８の培地モニタリング装置の構成を説明する概略構成図である。
【図１０】本発明の第４実施形態の変形例に係る培地モニタリング装置を上方から見た概略構成図である。
【図１１】図１０の培地モニタリング装置の構成を説明する概略構成図である。
【図１２】各実施形態の第３変形例に係る光源を示す平面図である。
【図１３】各実施形態の第４変形例に係る光源を示す平面図である。
【図１４】各実施形態の第５変形例に係る光源を示す平面図である。
【図１５】第５変形例のさらに変形例に係る光源を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る培地モニタリング装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る培地モニタリング装置１は、例えば、図１および図２に示すように、培養容器（容器）３内に細胞Ｓとともに収容されている培養液（培地）Ｗを撹拌する撹拌器５と、培養液Ｗを透過する光の強度を測定する光学測定ユニット７と、撹拌器５および光学測定ユニット７を制御したり、培養液Ｗの状態を判定したりする制御部９と、各種情報を表示する表示部１１と、使用者に情報を通知する警告発信部（通知部）１３とを備えている。
【００２７】
培養容器３は、例えば、細胞Ｓを浮遊培養するバイオリアクタ等の容器である。この培養容器３は、上面３ａが閉塞された有底円筒状の容器である。また、培養容器３は、光学的に透明な材質によって形成されており、光学測定ユニット７による照明光を透過させることができる。培養液Ｗには、培養液Ｗの状態を判定するためのフェノールレッド等が添加されている。
【００２８】
撹拌器５は、培養容器３の上面３ａを経由して培養容器３内に挿入されたシャフト５ａと、シャフト５ａに設けられた複数の撹拌羽根５ｂと、シャフト５ａを長手軸回りに回転させるモータ５ｃとを備えている。
【００２９】
光学測定ユニット７は、培養容器３内の培養液Ｗに照射する照明光を発生する照明光源（照明部）１５と、培養液Ｗを透過した照明光を照明光源１５に向けて戻す再帰性反射部材１９と、再帰性反射部材１９によって戻された照明光の経路を分岐するハーフミラー２１と、ハーフミラー２１によって分岐された照明光の強度を検出する光電子増倍管等の光検出器（光検出部）２５とを備えている。図１および図２において、符号１７は、照明光源１５から発せられた照明光を集光することによって培養液Ｗに照射する集光レンズ（照明部）を示し、符号２３は、ハーフミラー２１によって分岐された照明光を集光することによって光検出器２５に入射させる集光レンズを示している。
【００３０】
照明光源１５は、照明光として、例えば５６０ｎｍの単色光を発生するＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）である。この照明光源１５は、培養容器３の外側から培養容器３内の培養液Ｗに向けて照明光を照射する。
集光レンズ１７は、照明光源１５と培養容器３との間に配置される。
本実施形態では、照明光源１５および集光レンズ１７によって照明部を形成している。照明光源としてレーザ光源のように光源からコヒーレントな平行光が出射される光源を用いる場合は、集光レンズ１７を省略してもよい。
【００３１】
再帰性反射部材１９は、培養容器３の外部において、照明光源１５および集光レンズ１７に対して、培養容器３を深さ方向に交差する方向に挟んだ状態で、照明光源１５および集光レンズ１７に略対向して配置されている。これら照明光源１５、集光レンズ１７および再帰性反射部材１９は、培養容器３内を進む照明光が撹拌器５のシャフト５ａおよび撹拌羽根５ｂと干渉しない位置に配されている。
【００３２】
再帰性反射部材１９は、例えば、図１および図３に示すように、面Ｐに沿って多数の微小な反射要素１９ａが配列されたアレイを有している。面Ｐは、培養容器３を透過した照明光の光軸に交差する面である。面Ｐは、平面および曲面のいずれであってもよい。面Ｐは、例えば、図１に示されるように一定の曲率を有し一方向に湾曲する曲面であってもよいし、複数方向に湾曲する曲面であってもよい。
【００３３】
反射要素１９ａは、例えば、プリズムまたは球状のガラスビーズである。これら反射要素１９ａは、ベース部材１９ｂの表面との間に反射膜１９ｃを隔てて配置され、ベース部材１９ｂの表面に沿って配列されている。図中、符号１９ｄは剥離フィルムであり、符号１９ｅは、ベース部材１９ｂと剥離フィルム１９ｄとを接着させる接着剤である。
【００３４】
反射要素１９ａに入射した照明光は、反射膜１９ｃによって反射され、入射時とは逆向きに反射要素１９ａから射出される。反射要素１９ａは微小であるので、入射時と射出時との間で照明光の経路のシフトはほとんど生じない。したがって、再帰性反射部材１９によって反射された照明光は、再帰性反射部材１９に入射する照明光の経路と同一の経路に沿って戻る。すなわち、培養容器３の内部と再帰性反射部材１９との間で照明光は同一経路を往復する。
【００３５】
再帰性反射部材１９を配置する位置および角度は任意に設定することができる。再帰性反射部材１９は、例えば図示しないスタンドまたは壁等に貼り付けることとしてもよいし、培養容器３の側面に貼り付けることとしてもよい。再帰性反射部材１９の設置位置および設置角度は、照明光源１５から培養容器３を透過してきた照明光を受けることができる位置、距離および角度であればよい。
【００３６】
ハーフミラー２１は、照明光源１５および集光レンズ１７と培養容器３との間の照明光の経路上に配置されている。このハーフミラー２１は、再帰性反射部材１９側から培養容器３を再度透過した照明光を光検出器２５に向けて反射することにより、照明光を光検出器２５に導くことができる。
【００３７】
光検出器２５は、検出した照明光の強度に応じた検出信号を出力する。
制御部９は、例えば、ＰＣ（Personal  Computer）である。この制御部９は、例えば、インタフェース回路と、ハードディスクドライブ等の記憶部と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）とを備えている（いずれも図示略。）。
【００３８】
インタフェース回路は、撹拌器５および光学測定ユニット７を制御するための制御基板と、光検出器２５から出力される検出信号を受け取り、受け取った検出信号を光強度信号に変換する信号処理基板とを備えている（いずれも図示略）。
記憶部には、ＣＰＵが実行する各種プログラムが記憶されている。
【００３９】
ＣＰＵは、記憶部に記憶されている各種プログラムを読み込み、以下の機能を実行する。すなわち、制御部９は、照明光源１５の点灯、撹拌器５のモータ５ｃの駆動、および、警告発信部１３による使用者への通知等を制御する。また、制御部９は、所定の時間間隔で、照明光源１５から培養容器３内の培養液Ｗに照明光を照射させるとともに、培養液Ｗを透過した照明光の強度を光検出器２５によって検出させる。そして、制御部９は、培養液Ｗを透過した照明光の強度の経時変化に基づいて培養液Ｗの状態を判定する。
【００４０】
例えば、制御部９は、細胞Ｓの培養を開始する前に培養液Ｗを透過させた照明光の初期の強度（所定の閾値）を記憶している。そして、制御部９は、細胞Ｓの培養中に培養液Ｗを透過させた照明光の強度を初期の強度と比較する。そして、制御部９は、照明光の強度が初期の強度よりも所定量以上低下した場合に、培地交換のタイミングであることを警告発信部１３によって使用者に通知する。
【００４１】
次に、本実施形態の培地モニタリング装置１の作用について説明する。
上記構成の培地モニタリング装置１によって細胞Ｓを培養しながら培養液Ｗの状態を監視する場合は、まず、制御部９によって撹拌器５が駆動されることにより培養容器３内の培養液Ｗが撹拌される。これにより、培養液Ｗ中において細胞Ｓが浮遊しながら培養される。
【００４２】
次いで、制御部９により、所定の時間間隔で、照明光源１５が点灯されることによって、培養容器３内の培養液Ｗに５６０ｎｍの照明光が照射される。培養液Ｗを透過した照明光は、再帰性反射部材１９によって反射され、再帰性反射部材１９への入射経路と同一の経路を通って培養容器３に向かって戻る。そして、照明光は、培養容器３内の培養液Ｗを再度透過した後、ハーフミラー２１によって反射されて光検出器２５に入射する。これにより、培養液Ｗを透過した照明光の強度が光検出器２５によって検出される。
【００４３】
制御部９によって照明光源１５および光検出器２５が制御されることにより、培養液Ｗを透過した照明光の強度の検出が所定の時間間隔で繰り返し行われ、照明光の強度の経時変化が監視される。そして、照明光の強度が初期の強度よりも所定量以上低下した場合に、制御部９により、警告発信部１３から培地交換のタイミングであることが使用者に通知される。
【００４４】
すなわち、光学測定ユニット７において、照明光源１５からの照明光が集光レンズ１７を経由して培養容器３内の培養液Ｗに照射されると、培養液Ｗを透過した照明光が培養容器３を挟んで照明光源１５および集光レンズ１７とは反対側に配置されている再帰性反射部材１９によって反射され、再帰性反射部材１９によって反射された照明光が培養容器３内の培養液Ｗを再度透過した後に光検出器２５によって検出される。そして、制御部９により、所定の時間間隔で繰り返し検出される照明光の強度の経時変化に基づいて、培養容器３内の培養液Ｗの状態が判定される。
【００４５】
この場合において、再帰性反射部材１９は、複数の微小な反射要素が配列されたアレイによって構成されていることにより、入射した照明光を入射方向と全く同一の方向に反射する。すなわち、培養容器３の材質、形状、大きさ等に関わらず、培養容器３内の培養液Ｗを透過した照明光を再帰性反射部材１９によって入射光路と同一の光路を逆方向に戻すことができる。これにより、培養液Ｗを透過した照明光の強度を光検出器２５によって確実に検出することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態に係る培地モニタリング装置１によれば、制御部９によって判定される培養液Ｗの状態に基づいて、多種多様な培養容器３でも培養液Ｗを安定して監視することができる。また、培養容器３の材質、形状、大きさ等に関わらず、制御部９によって、警告発信部１３を経由して使用者に適切なタイミングで培地交換を促すことができる。
【００４７】
本実施形態においては、所定の時間間隔で光検出部２５によって繰り返し検出される照明光の強度の値を直接用いることにより、培養液Ｗの状態を判定することとした。これに代えて、培養液Ｗを培養容器３に入れない状態で照明光の強度を予め測定しておき、培養容器３に培養液Ｗを入れた状態で所定の時間間隔で繰り返し検出される照明光の強度から培養液Ｗの吸光度を算出し、算出した吸光度の値を用いることにより、培養液Ｗの状態を判定してもよい。また、後述の変形例で記載したように、３波長の照明光の強度の経時変化を培養液Ｗの吸光度に変換し、さらに、吸光度から算出した培養液のｐＨ（ペーハー）を用いることにより、培養液Ｗの状態を判定してもよい。
【００４８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る培地モニタリング装置について説明する。
本実施形態に係る培地モニタリング装置３１は、例えば、図４および図５に示すように、培養容器３に培養液Ｗを供給する培地供給部３３と、培養容器３から培養液Ｗを排出する培地排出部４１とを備え、制御部９が培地供給部３３および培地排出部４１を制御する点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る培地モニタリング装置１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
培地供給部３３は、新しい培養液Ｗを保持している培地供給タンク３５と、培地供給タンク３５から培養容器３へ培養液Ｗを送るための流路を形成する培地供給管３７と、培地供給タンク３５内の培養液Ｗを培地供給管３７を経由させて培養容器３に送る培地供給ポンプ３９とを備えている。
【００５０】
培地供給管３７は、図５に示すように、培養容器３内において、照明光の経路を妨げず、かつ、撹拌羽根５ｂと干渉しない位置に挿入されている。また、培地供給管３７は、培養液Ｗを供給する供給口３７ａが、例えば、培養容器３内に収容されている培養液Ｗの液面付近に配置されていることが好ましい。
【００５１】
培地排出部４１は、培養容器３から排出された培養液Ｗを回収する培地排出タンク４３と、培養容器３から培地排出タンク４３へ培養液Ｗを送るための流路を形成する培地排出管４５と、培養容器３内の培養液Ｗを培地排出管４５を経由させて培地排出タンク４３に送る培地排出ポンプ４７とを備えている。
【００５２】
培地排出管４５は、図５に示すように、培養容器３内において、照明光の経路を妨げず、かつ、撹拌羽根５ｂと干渉しない位置に挿入されている。また、培地排出管４５は、培養液Ｗを吸い出す吸出口４５ａが、例えば、培養容器３内に収容されている培養液Ｗの深さの中間付近に配置されていることが好ましい。
【００５３】
培地排出ポンプ４７は、例えば、培養液Ｗ中の細胞Ｓを吸い出さない程度の速度、例えば、培養液Ｗを撹拌することなく吸い出す速度で、培養容器３内の培養液Ｗを排出することができる。
【００５４】
制御部９は、培地供給ポンプ３９の駆動を制御することによって、培地供給タンク３５から培養容器３への培養液Ｗの供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。また、制御部９は、培地排出ポンプ４７の駆動を制御することによって、培養容器３から培地排出タンク４３への培養液Ｗの排出のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。
【００５５】
また、本実施形態においては、制御部９は、光検出器２５によって検出される照明光の強度が初期の強度よりも所定量以上低下した場合に、培地交換が必要になったと判定する。制御部９は、培地交換が必要になったと判定すると、まず、撹拌器５のモータ５ｃの駆動を停止し、培養液Ｗの撹拌を停止する。次いで、制御部９は、培地排出ポンプ４７を駆動することよって培養容器３から培養液Ｗの一部を培地排出管４５を経由させて培地排出タンク４３へ排出し、さらに、培地供給ポンプ３９を駆動することによって培地供給タンク３５から培地供給管３７を経由させて培養容器３に新たな培養液Ｗを供給する。
【００５６】
次に、本実施形態の培地モニタリング装置３１の作用について説明する。
上記構成の培地モニタリング装置３１によって細胞Ｓを培養中の培養液Ｗの状態を監視する場合は、第１実施形態と同様に、制御部９によって光学測定ユニット７が制御されることにより、所定の時間間隔で、培養液Ｗを透過した照明光の強度の検出が繰り返し行われ、検出された照明光の強度の経時変化に基づいて培養液Ｗの状態が判定される。
【００５７】
光検出器２５によって検出される照明光の強度が初期の強度よりも所定量以上低下すると、制御部９によって、まず、撹拌器５のモータ５ｃの駆動が停止され、培養液Ｗの撹拌が停止する。そして、制御部９によって培地排出ポンプ４７が駆動されることにより、培養容器３内の培養液Ｗの約半分の量が排出され、排出された培養液Ｗが培地排出タンク４３によって回収される。
【００５８】
次いで、制御部９によって培地供給ポンプ３９が駆動されることにより、培地供給タンク３５から培養容器３に新しい培養液Ｗが補給される。これにより、培養容器３内の培養液Ｗが交換される。
【００５９】
培養液Ｗの交換後は、制御部９によって、再度、所定の時間間隔で、培養液Ｗに照明光が照射されるとともに、培養液Ｗを透過した照明光の強度が測定されることによって、培養液Ｗの状態の監視が継続される。
【００６０】
すなわち、培地排出部４１によって培養容器３内の培養液Ｗの一部を排出させる一方、培地供給部３３によって培養容器３に新たな培養液Ｗを供給することにより、培養容器３内の培養液Ｗを交換することができる。また、光検出器２５によって検出される照明光の強度の経時変化に基づき、制御部９によって培養容器３内の培養液Ｗが劣化したか否か、すなわち、培地交換のタイミングか否かが分かる。
【００６１】
したがって、本実施形態に係る培地モニタリング装置３１によれば、制御部９によって、照明光の強度の経時変化に基づいて培地供給部３３および培地排出部４１を制御することにより、使用者の手間をかけずに正確なタイミングで培地交換を行うことができる。
【００６２】
また、培地交換時は培養液Ｗの撹拌を停止しておくことにより、培養液Ｗ中の細胞Ｓが重力によって培養容器３の下部に移動する。培地排出管４５の吸出口４５ａが培養容器３内の培養液Ｗの深さの中間付近に配置されていることにより、培地排出部４１によって排出される培養液Ｗと一緒に培養液Ｗ中の細胞Ｓが排出されてしまうのを抑制することができる。
【００６３】
本実施形態は以下の構成に変形することができる。
本実施形態においては、培地供給管３７の供給口３７ａを培養容器３内の培養液Ｗの液面付近に配置することとしたが、これに代えて、例えば、図６に示すように、培地供給管３７を培養容器３内の下部まで延ばし、供給口３７ａを培養容器３の底面３ｂ付近に配置することとしてもよい。
【００６４】
この場合、培地供給管３７の供給口３７ａが、培養容器３の底面３ｂ近傍において、上面３ａに向かって折り返す上向きのＵ字状に形成されていることが望ましい。また、培地排出管４５の吸出口４５ａは、培養液Ｗの液面よりも若干低い位置に配置することが好ましい。
【００６５】
制御部９は、培地交換時は、撹拌器５のモータ５ｃの駆動を停止し、培養液Ｗの撹拌を停止する。また、制御部９は、培地排出部４１の培地排出ポンプ４７および培地供給部３３の培地供給ポンプ３９を制御することによって、培養容器３からの培養液Ｗの排出と培養容器３への培養液Ｗの供給とを同時に行う。
【００６６】
交換が必要な劣化した培養液Ｗは新しい培養液Ｗに比べて比重が軽いので、培養容器３内の上部が劣化した培養液Ｗで、培養容器３内の下部が新しい培養液Ｗに分かれる。また、培地交換時は、培養液Ｗの撹拌を停止することにより、培養液Ｗ中の細胞Ｓが重力によって培養容器３内の下部に移動する。
【００６７】
したがって、本変形例に係る培地モニタリング装置３１によれば、培地排出管４５の吸出口４５ａを培養液Ｗの液面近くに配置することによって、培養液Ｗと一緒に細胞Ｓが排出されてしまうリスクを低減することができる。また、培養液Ｗの排出と供給とを同時に行うことによって、培地交換にかかる時間を短縮することができる。
【００６８】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る培地モニタリング装置について説明する。
本実施形態に係る培地モニタリング装置５１は、例えば、図７に示すように、細胞Ｓの位相差画像を生成するために培養液Ｗ中に浮遊する細胞Ｓを照明する照明光学系６１と、照明光が照射された培養液Ｗ中に浮遊する細胞Ｓの位相差画像を光検出部上に結像させる検出光学系６３とからなる位相差光学系６５を備える点で第１実施形態および第２実施形態と異なる。培地モニタリング装置５１は、制御部９、表示部１１および警告発信部１３を備えているが、図７においては、制御部９、表示部１１および警告発信部１３の図示を省略している。
以下、第１実施形態および第２実施形態に係る培地モニタリング装置１，３１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
本実施形態においては、照明光源として、ＬＥＤ等の照明光源１５に代えて、例えば、ハロゲン光源等の白色光源５３を採用する。また、白色光源５３から発せられた光を平行光に変換するレンズ５５と、レンズ５５によって平行光に変換された光から特定の波長を切り出すバンドパスフィルタ５７とを採用する。バンドパスフィルタ５７は、照明光の経路に挿脱可能に設けられている。
【００７０】
また、本実施形態では、光学測定ユニット７が、培養容器３の側方に配置される対物レンズ５９と、白色光源５３からの照明光を対物レンズ５９を経由させて培養容器３の外側から培養容器３の内部へ照射する照明光学系６１と、再帰性反射部材１９と、検出光学系６３とを備えている。
【００７１】
また、本実施形態においては、光検出部として、光電子増倍管等の光検出器２５に代えて、例えば、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子６７を採用する。撮像素子６７は、検出光学系６３によって結ばれた像を撮像し、細胞Ｓの位相差画像を取得する。
【００７２】
対物レンズ５９は、光軸が略水平方向に配置され、培養容器３に向けられて配置されている。対物レンズ５９は、焦点面Ｆが培養容器３の内部に配置される。
照明光学系６１は、レンズ５５と、対物レンズ５９と、円環状の開口であるリングスリット６９ａを有する絞り６９と、リレー光学系７１と、ハーフミラー７３とを備えている。すなわち、対物レンズ５９は照明光学系６１の一部として機能する。
【００７３】
絞り６９のリングスリット６９ａは、対物レンズ５９の瞳位置と光学的に共役な位置に配置されている。レンズ５５によって平行光に変換された照明光は、絞り６９においてリングスリット６９ａのみを通過する。絞り６９の位置は、絞り６９に入射する照明光の光軸に直交する方向に調整可能である。
リレー光学系７１は、リングスリット６９ａを通過した照明光をリレーする。このリレー光学系７１は、例えば、一対の凸レンズから構成される。
【００７４】
ハーフミラー７３は、白色光源５３からリレー光学系７１によってリレーされてきた照明光の一部、例えば、ハーフミラー７３に入射した照明光の約５０％を対物レンズ５９に向けて反射する一方、対物レンズ５９側から入射する照明光の一部、例えば、ハーフミラー７３に入射した照明光の約５０％を透過させる。
【００７５】
ハーフミラー７３によって反射された照明光は、対物レンズ５９の光軸に沿って対物レンズ５９に入射し、対物レンズ５９から培養容器３へ向かって射出される。すなわち、対物レンズ５９は、照明光学系６１の一部としても機能する。対物レンズ５９から射出された照明光は、培養容器３の側壁を透過した後、培養容器３の内部を略水平方向に横断し、培養容器３の側壁を再び透過した後、培養容器３の外部へ射出される。絞り６９の位置を調整することによって、対物レンズ５９から培養容器３に入射する照明光の位置を照明光の光軸に交差する方向に変更することができる。
【００７６】
再帰性反射部材１９は、対物レンズ５９との間に培養容器３を略水平方向に挟んで配置されている。
対物レンズ５９および再帰性反射部材１９は、対物レンズ５９と再帰性反射部材１９との間の照明光の経路に撹拌器５のシャフト５ａおよび撹拌羽根５ｂが干渉しない位置に配置される。
【００７７】
検出光学系６３は、対物レンズ５９と、対物レンズ５９の瞳位置に配置された位相膜７５と、対物レンズ５９側からハーフミラー２１を透過した照明光を撮像素子６７上に結像させる結像レンズ７７とを備えている。すなわち、対物レンズ５９は、検出光学系６３の一部としても機能する。
【００７８】
位相膜７５は、照明光学系６１のリングスリット６９ａの形状に対応する形状、すなわち円環状を有する。また、位相膜７５は、位相膜７５を透過する照明光の位相をシフトさせる。この位相膜７５は、照明光学系６１のリングスリット６９ａと共役な位置に配置されている。位相膜７５は、対物レンズ５９の瞳位置と光学的に共役な位置に配置されていてもよい。
【００７９】
制御部９は、撹拌器５の駆動、白色光源５３の点灯、撮像素子６７による照明光の強度の測定、および、警告発信部１３による培地交換の通知に加えて、バンドパスフィルタ５７の挿脱を制御する。
【００８０】
次に、本実施形態に係る培地モニタリング装置５１の作用について説明する。
まず、上記構成の培地モニタリング装置５１によって細胞Ｓを位相差観察する場合は、制御部９によって、照明光の経路からバンドパスフィルタ５７が脱離され、この状態で、白色光源５３から照明光が発せられる。白色光源５３から発せられた照明光は、照明光学系６１から対物レンズ５９を経由して培養容器３内の培養液Ｗに照射される。
【００８１】
培養液Ｗに照射された照明光は、培養液Ｗを透過した後、再帰性反射部材１９によって反射される。そして、照明光は、培養容器３内の培養液Ｗを逆向きに透過した後、対物レンズ５９によって集光される。したがって、培養容器３内において培養液Ｗ中に浮遊する細胞Ｓは、対物レンズ５９による落射照明と再帰性反射部材１９による透過照明の２種類の照明法によって照明される。
【００８２】
培養容器３内を２回透過する間に、照明光の一部（信号光）は、培養液Ｗ中に浮遊する透明な細胞Ｓを透過し、屈折する。培養容器３内の培養液Ｗを２回透過した後、照明光は、対物レンズ５９およびハーフミラー７３を透過し、結像レンズ７７によって撮像素子６７上に結像される。
【００８３】
ここで、対物レンズ５９内には、リングスリット６９ａと光学的に共役な位置に位相膜７５が配置されている。培養容器３内で細胞Ｓを透過した照明光（屈折光）は、対物レンズ５９内で位相膜７５とは異なる位置を通過し、対物レンズ５９から射出される。一方、培養容器３内で細胞Ｓを透過しなかった照明光（直進光）は、対物レンズ５９内で位相膜７５を透過することによって位相にシフトが与えられ、対物レンズ５９から射出される。したがって、撮像素子６７上には、屈折光と直進光との干渉による明暗がついた細胞Ｓの光学像が形成される。これにより、撮像素子６７によって細胞Ｓの位相差画像が取得される。
【００８４】
この場合において、再帰性反射部材１９は、上述したように、多数の微小な反射要素１９ａによって入射時と同一経路に沿って照明光を反射する。したがって、再帰性反射部材１９から培養容器３内に入射した照明光は、再帰性反射部材１９と培養容器３の内部との間に存在する培養容器３の側壁の形状に関わらず、培養容器３内の細胞Ｓを同一方向から同一角度で照明する。
【００８５】
例えば、培養容器３の側壁が曲率または凹凸を有する場合、培養容器３の側壁は照明光に対してレンズ効果を発揮する。ただし、培養容器３の側壁を照明光が同一経路に沿って往復することによって、レンズ効果はキャンセルされる。すなわち、再帰性反射部材１９から培養容器３内に入射する照明光の向きおよび角度は、再帰性反射部材１９と培養容器３の内部との間の側壁の影響を受けない。
【００８６】
したがって、培養容器３が柔軟な材質からなり培養容器３の側壁が継時的に変形したとしても、あるいは、培養容器３を形状およびサイズが異なる他の培養容器３に交換したとしても、再帰性反射部材１９からの照明光によって培養容器３内の細胞Ｓを安定的に照明することができる。
【００８７】
対物レンズ５９と培養容器３の内部との間の培養容器３の側壁が平坦である場合は、対物レンズ５９から培養容器３内に入射した照明光は、対物レンズ５９の光軸に沿って進む。すなわち、同軸落射照明が実現される。
【００８８】
一方、対物レンズ５９と培養容器３の内部との間の培養容器３の側壁が曲率または凹凸を有する場合は、対物レンズ５９から培養容器３内に入射する照明光の光軸が、培養容器３の側壁のレンズ効果によって対物レンズ５９の光軸に対して傾く。その結果、再帰性反射部材１９から対物レンズ５９に戻った照明光（直進光）の位置が、位相膜７５の位置から光軸に交差する方向にずれることがある。この場合には、絞り６９の位置調整によって、照明光学系６１から培養容器３に照射される照明光の位置を調整することにより、再帰性反射部材１９から対物レンズ５９に戻る照明光（直進光）が位相膜７５を透過する。
【００８９】
次に、本実施形態に係る培地モニタリング装置５１によって培養液Ｗの状態を監視する場合は、制御部９によって、照明光の経路にバンドパスフィルタ５７が挿入され、この状態で、白色光源５３から照明光が発せられて培養容器３内の培養液Ｗに照明光が照射される。
【００９０】
そして、培養容器３内の培養液Ｗを往復で透過した照明光の強度が撮像素子６７によって測定され、制御部９によって撮像素子６７の複数の画素の出力の和が用いられて照明光の強度の経時変化が監視される。そして、照明光の強度が初期の強度よりも所定量以上低下した場合に、制御部９によって警告発信部１３を経由して使用者に培地交換が促される。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態に係る培地モニタリング装置５１によれば、照明光学系６１と検出光学系６３とからなる位相差光学系６５によって、培養液Ｗ中の細胞Ｓの高解像でコントラストが高い画像を取得できる。また、バンドパスフィルタ５７の挿脱、撹拌羽根５ｂの駆動、白色光源５３および撮像素子６７の駆動、および、照明光の強度の測定を制御部９によって連動して制御することにより、位相差観察、および、培養液Ｗの状態の監視を全自動で行うことができる。
【００９２】
本実施形態は以下の構成に変形することができる。
例えば、本実施形態に第２実施形態の構成、すなわち、培地供給部３３および培地排出部４１を設け、制御部９によって培地供給部３３および培地排出部４１を制御する構成を適用することとしてもよい。
【００９３】
また、例えば、本実施形態に第２実施形態の変形例に係る構成、すなわち、培地供給管３７の供給口３７ａを培養容器３の底面３ｂ付近に配置するとともに、培地排出管４５の吸出口４５ａを培養液Ｗの液面近くに配置し、制御部９によって、培地排出部４１による培養液Ｗの排出と培地供給部３３による培養液Ｗの供給とを同時に行う構成を適用することとしてもよい。
【００９４】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の参考例としての第４実施形態に係る培地モニタリング装置について説明する。
本実施形態に係る培地モニタリング装置８１は、例えば、図８および図９に示すように、再帰性反射部材１９を備えず、再帰性反射部材１９が配置されていた位置に光検出器２５を配置する点で第１実施形態〜第３実施形態と異なる。
以下、第１実施形態〜第３実施形態に係る培地モニタリング装置１，３１，５１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００９５】
照明光源１５および光検出器２５は、いずれも培養容器３の外部において、培養容器３を深さ方向に交差する方向に挟んだ状態で互いに略対向して配置されている。
光検出器２５は、培養液Ｗに照射された照明光が培養液Ｗを透過することによって培養容器３の外部に射出された透過光（照明光）の強度を検出する。
【００９６】
本実施形態においては、照明光源１５から培養容器３内の培養液Ｗを透過した照明光を培養液Ｗに再び戻すことなく光検出器２５によって検出する。また、培養液Ｗを透過させた照明光の強度を測定する場合は、制御部９によって撹拌羽根５ｂを停止することにより、培養液Ｗ中の細胞Ｓが重力によって光学測定ユニット７の光路よりも下方に移動するのを待ってから行う。
【００９７】
本実施形態に係る培地モニタリング装置８１によれば、浮遊細胞Ｓが照明光の経路よりも下方に移動してから照明光の強度を測定することによって、培養液Ｗにおける浮遊細胞Ｓの密度が照明光の強度の測定値に影響するのを防止することができる。また、再帰性反射部材１９が不要になることによって、構成が簡易かつ安価となる。
【００９８】
本実施形態は以下の構成に変形することができる。
例えば、図１０および図１１に示すように、本実施形態の構成に第２実施形態の構成、すなわち、培地供給部３３および培地排出部４１を設け、制御部９によって培地供給部３３および培地排出部４１を制御する構成を適用することとしてもよい。
この構成によって、再帰性反射部材１９を採用しない分だけ、構成が簡易かつ安価になる。
【００９９】
また、例えば、本実施形態に第２実施形態の変形例に係る構成、すなわち、培地供給管３７の供給口３７ａを培養容器３の底面３ｂ付近に配置するとともに、培地排出管４５の吸出口４５ａを培養液Ｗの液面近くに配置し、制御部９によって、培地排出部４１による培養液Ｗの排出と培地供給部３３による培養液Ｗの供給とを同時に行う構成を適用することとしてもよい。
【０１００】
また、上記各実施形態は、以下の構成に変形することができる。
第１変形例としては、第１実施形態〜第３実施形態において、培地交換時だけでなく、例えば、培養液Ｗを透過させた照明光の強度を測定する場合も、制御部９によって、撹拌羽根５ｂを止め、培養液Ｗ中の細胞Ｓが、重力によって光学測定ユニット７の光路よりも下方に移動するのを待ってから行うこととしてもよい。
【０１０１】
この構成によって、培養液Ｗを透過する照明光の光路に浮遊細胞Ｓが存在しないので、細胞Ｓによる散乱の影響を排除でき、培養液Ｗを透過させた照明光の強度をより正確に測定することができる。
【０１０２】
本変形例および第４実施形態においては、培養液Ｗの撹拌を停止することとしたが、培養液Ｗ中の細胞Ｓを重力によって光学測定ユニット７の光路よりも下方に移動させることができればよく、撹拌羽根５ｂを必ずしも完全に停止させる必要はない。培養液Ｗ中の細胞Ｓを重力によって光学測定ユニット７の光路よりも下方に移動させることができるのであれば、例えば、撹拌羽根５ｂの回転速度を遅くすることによって、培養液Ｗの撹拌速度を低下させるだけでもよい。
【０１０３】
第２変形例としては、第１実施形態〜第４実施形態において、例えば、制御部９と光学測定ユニット７を分離させず、制御部９の一部または全部を光学測定ユニット７内に含めることとしてもよい。例えば、照明光源１５および光検出器２５等を収容する筐体内に制御部９を収容することとしてもよい。
【０１０４】
第３変形例としては、第１実施形態、第２実施形態および第４実施形態において、例えば、図１２に示すように、照明光源として、ＬＥＤ等の照明光源１５に代えて、ハロゲン光源等の白色光源５３を採用し、さらに、白色光源５３から発せられた光を平行光に変換するレンズ５５と、レンズ５５によって平行光に変換された光から特定の波長を切り出すバンドパスフィルタ５７とを採用することとしてもよい。
【０１０５】
この場合、照明光の光強度を測定する場合は、白色光源５３を点灯させるか、図示しないシャッタを開閉することによって、白色光源５３から発せられた照明光を培養液Ｗに照射させることとしてもよい。
【０１０６】
本変形例によれば、ハロゲン光源およびバンドパスフィルタは安価であるので、コストの削減を図ることができる。また、白色光源５３およびバンドパスフィルタ５７の構成は、波長選択の自由度が高いので、様々な培養液Ｗに適用することができる。
【０１０７】
第４変形例としては、第１実施形態〜第３実施形態において、例えば、図１３に示すように、ハーフミラー２１の向きを９０°回転可能にすることとしてもよい。そして、ハーフミラー２１を９０°回転させることによって、照明光源１５からの照明光をハーフミラー２１によって培養容器３に向けて透過させる場合と、照明光源１５からの照明光をハーフミラー２１によって光検出器２５に向けて反射させる場合とを切り換えることとしてもよい。
【０１０８】
この場合、まず、ハーフミラー２１を図１３において実線で示す角度に配置することによって、照明光源１５からの照明光をハーフミラー２１によって光検出器２５に入射させ、培養液Ｗを通さない照明光の光強度を光検出器２５によって測定しておく。
【０１０９】
次いで、ハーフミラー２１を図１３において破線で示す角度に切り換えることによって、照明光源１５からの照明光を培養容器３内の培養液Ｗに向けて透過させる。そして、再帰性反射部材１９によって折り返されて培養液Ｗを再度透過して戻る照明光をハーフミラー２１によって光検出器２５に入射させ、培養液Ｗを透過させた照明光の光強度を光検出器２５によって測定する。
【０１１０】
そして、培養液Ｗを透過した照明光の強度の経時変化に基づいて培養液Ｗの状態を判定する際に、培養液Ｗを通さない照明光の強度によって、照明光源１５の出力の変動の影響を補正することとしてもよい。これにより、照明光源１５の出力が変動した場合であっても、培養液Ｗの状態を正しく評価することができる。
【０１１１】
第５変形例としては、第１実施形態〜第４実施形態において、培養液Ｗの劣化を色変化によって測定することとしてもよい。
本変形例においては、例えば、図１４に示すように、照明光源としてハロゲン光源等の白色光源５３を採用する。また、透過波長が異なる３つのバンドパスフィルタ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃと、これら３つのバンドパスフィルタ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃを択一的に照明光の経路上に配置するターレット等の切替機構８３とを集光レンズ１７とハーフミラー２１との間に配置する。さらに、培養液Ｗとして、０．００１％フェノールレッドおよび１０％牛胎児血清を含むダルベッコＭＥＭを採用する。
【０１１２】
バンドパスフィルタ５７Ａは、例えば、中心波長が４４１ｎｍでバンド幅すなわち透過波長幅が１０ｎｍのフィルタ（ＢＰ４４１）である。バンドパスフィルタ５７Ｂは、例えば、中心波長が５７８ｎｍで透過波長幅が１０ｎｍのフィルタ（ＢＰ５７８）である。バンドパスフィルタ５７Ｃは、例えば、中心波長が６３４ｎｍで透過波長幅が１０ｎｍのフィルタ（ＢＰ６３４）である。
【０１１３】
この場合、最初に、細胞Ｓおよび培養液Ｗの両方を収容していない培養容器３を通過させた照明光の強度をバンドパスフィルタ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ毎に光検出器２５によって測定する。この場合のバンドパスフィルタ５７Ａを用いたときの照明光の強度をＩ０＿４４１、バンドパスフィルタ５７Ｂを用いたときの照明光の強度をＩ０＿５７８、バンドパスフィルタ５７Ｃを用いたときの照明光の強度をＩ０＿６３４とする。
【０１１４】
次に、ｐＨが既知の培養液Ｗを収容した培養容器３を通過させた照明光の強度をバンドパスフィルタ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ毎に光検出器２５によって測定する。この場合のバンドパスフィルタ５７Ａを用いたときの照明光の強度をＩ４４１、バンドパスフィルタ５７Ｂを用いたときの照明光の強度をＩ５７８、バンドパスフィルタ５７Ｃを用いたときの照明光の強度をＩ６３４とする。
【０１１５】
この場合、培養液Ｗにおける波長毎の吸光度（Ａ４４１、Ａ５７８、Ａ６３４）は以下の式によって表される。
Ａ４４１＝−ｌｏｇ（Ｉ４４１／Ｉ０＿４４１)
Ａ５７８＝−ｌｏｇ（Ｉ５７８／Ｉ０＿５７８)
Ａ６３４＝−ｌｏｇ（Ｉ６３４／Ｉ０＿６３４)
【０１１６】
培養液Ｗの複数のｐＨについて上記測定を行い、培養液Ｗにおける波長毎の吸光度とｐＨの関係式を求める。例えば、以下の式が求まる。
ｐＨ＝ｌｏｇ｛（Ａ４４１−Ａ６３４）／（Ａ５７８−Ａ６３４）｝＊１．１９＋７．８６
１．１９はｌｏｇ｛（Ａ４４１−Ａ６３４）／（Ａ５７８−Ａ６３４）｝対ｐＨのプロットを行ったときの直線の傾きを示し、７．８６はその直線の切片を示している。
以上が本変形例における培養液Ｗの経時変化を測定する本測定前に行う段取りである。
【０１１７】
次いで、各バンドパスフィルタ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃを切り換えて培養液Ｗの吸光度を測定し、測定した波長毎の吸光度と、段取りによって求めた吸光度とｐＨの関係式とから、培養液ＷのｐＨの経時変化を求める。
本変形例によれば、複数の波長の照明光の強度の経時変化から培養液ＷのｐＨ値を求めることによって培養液Ｗの劣化を判断するので、培養液Ｗの劣化の測定精度を向上することができる。
【０１１８】
上記第５変形例は、以下の構成に変形することができる。
例えば、図１５に示すように、照明光源として、異なる波長の照明光を発する複数のＬＥＤ光源（単色光源）１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを採用することとしてもよい。図１５に示す例では、ＬＥＤ光源１５Ａが４４１ｎｍの単色光を発し、ＬＥＤ光源１５Ｂが５７８ｎｍの単色光を発し、ＬＥＤ光源１５Ｃが６３４ｎｍの単色光を発するものとする。
【０１１９】
この場合、集光レンズ１７、バンドパスフィルタ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃおよび切替機構８３に代えて、各ＬＥＤ光源１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃからの照明光を集光する集光レンズ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃと、集光レンズ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃによって集光された照明光を反射または透過することによって、これらの光路を合成するミラー８５およびダイクロイックミラー８７Ａ，８７Ｂとを採用することとすればよい。
【０１２０】
本変形例によれば、上記第５変形例のようにバンドパスフィルタ５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃを切り換えることに代えて、各ＬＥＤ光源１５Ａ，１５Ｂ，１５ＣのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるだけで、測定波長の切り換えを行うことができる。
【０１２１】
第６変形例としては、第１実施形態〜第４実施形態において、例えば、光学測定ユニット７および培養容器３を含む培地モニタリング装置１，３１，５１，８１全体を暗所に配置した状態で、培養液Ｗの状態を監視することとしてもよい。
この構成によって、照明器具の光、モニタの光および外光の影響を受けずに正確に、培養液Ｗを透過させた照明光の強度を測定することができる。
【０１２２】
また、上記各実施形態においては、容器として、光学的に透明な材質によって形成された有底円筒状の培養容器３を例示して説明したが、培養容器は、袋状、球状または箱状等、任意の形状のものを採用することができる。例えば、使い捨て可能な袋状の培養容器を採用することとしてもよい。また、培養容器は、硬質またはビニール等の軟質等、任意の材質のものを採用することができる。また、培養容器３は、全体が透明である必要はなく、培養容器３が照明光を透過させる透明部を部分的に有するものであってもよい。
【０１２３】
以上、上記各実施形態によれば、培養液ＷにｐＨセンサを直接挿入することなく非接触で培養液Ｗの状態を測定でき、培養系の汚染のリスクを低減することもできる。
なお、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。また、培地供給部３３および培地排出部４１と警告発信部１３とを併用し、制御部９の制御によって培地交換を自動で行う場合であっても、培地交換のタイミングであることを使用者に通知することとしてもよい。
【０１２４】
第４実施形態により、以下の付記項に係る培地モニタリング装置が導かれる。
（付記項１）
容器内の培地に照明光を照射する照明部と、
該照明部との間に前記容器を挟んで配置され、前記容器内の前記培地を透過した前記照明光の強度を検出する光検出部とを備える光学測定ユニットと、
前記容器内の前記培地を撹拌する撹拌器と、
前記光学測定ユニットを制御することによって前記照明光の強度の検出を所定のタイミングで繰り返し行うとともに、前記撹拌器を制御することによって前記照明光の強度の検出を行う場合は前記培地の撹拌を停止し、前記照明光の強度の経時変化に基づいて前記培地の状態を判定する制御部とを備える培地モニタリング装置。
【０１２５】
（付記項２）
前記容器に前記培地を供給する培地供給部と、
前記容器から前記培地を排出する培地排出部とを備え、
前記制御部が、前記光検出部によって検出される前記照明光の強度の経時変化に基づいて培地交換が必要なタイミングになったと判定した場合に、前記培地排出部によって前記容器から前記培地の一部を排出し、かつ、前記培地供給部によって前記容器に新たな前記培地を供給する付記項１に記載の培地モニタリング装置。
【符号の説明】
【０１２６】
１，３１，５１      培地モニタリング装置
５                  撹拌器
７                  光学測定ユニット
９                  制御部
１３                警告発信部（通知部）
１５                照明光源（照明部、単色光源）
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ      ＬＥＤ光源（単色光源）
１７                集光レンズ（照明部）
１９                再帰性反射部材
２５                光検出器（光検出部）
３３                培地供給部
４１                培地排出部
５３                白色光源
５７，５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ      バンドパスフィルタ
６１                照明光学系
６３                検出光学系
６５                位相差光学系
６７                撮像素子（光検出部）
Ｓ                  細胞
Ｗ                  培養液（培地）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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