(57)【要約】      （修正有）【課題】コンタミネーションのリスクを極力排除して培養操作を長期間に渡って自動で行なうことができる、細胞培養装置の提供。【解決手段】保温箱手段に配置された培養器手段を保温箱から取り出すことなく、薬品供給手段を用いて新たな薬品を培養器手段に供給し、廃液排出手段を用いて不要な廃液を培養器手段から排出し、培養状態の観察を保温箱手段内に培養器手段を収納した状態で行なうことができる、細胞培養装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養器底面に細胞を接着させて培養する略円形形状の培養器と、
前記培養器内での細胞の均一化、播種、または液体を培養器底面に行き渡らせるために前記培養器を回動させる駆動手段と、
未使用の薬品を入れたリザーブタンクと、
使用後の薬品を入れる廃液タンクとを備え、
前記培養器と前記リザーブタンクの間または前記培養器と前記廃液タンクの間のうち少なくとも一方の間を可撓性管部材で接続したことを特徴とする細胞培養装置。
【請求項２】
前記回動動作には往復回転動作を含み、前記回転動作の中心と前記培養容器の中心が一致しないことを特徴とする請求項１に記載の細胞培養装置。
【請求項３】
培養状態を観察する手段を有し、予め設定した培養標準条件から逸脱した培養状態を検出した場合に外部に異常を知らせる信号を発する制御監視装置と、該異常を起こした前記培養器を外部に認識せしめる表示手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の細胞培養装置。
【請求項４】
前記培養器の空気を循環させる空気循環手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項５】
前記培養器に挿入される前記空気の不純物を取り除くフィルタを備えたことを特徴とする請求項４記載の細胞培養装置。
【請求項６】
培地に漬けられて培養をする培養補助板を前記培養器の内部に少なくとも１枚有していることを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項７】
液体の落下の衝撃を和らげる傾斜部を前記培養器の内部に有していることを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項８】
培養細胞を観察する観察手段を備え、前記駆動手段は前記培養器内の細胞密度を勾配状態にさせ、前記観察手段は前記培養器の特定部分を観察することを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項９】
前記回動動作には往復回転動作を含み、細胞の注入中は該往復回転動作を継続することを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項１０】
前記培養器は多層構造化されていることを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項１１】
前記培養器の少なくとも片側面に複数の鏡を備えていることを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項１２】
前記培養器は磁性材を有し、前記培養器外部に磁石を有していることを特徴とする請求項１記載の細胞培養装置。
【請求項１３】
加工前細胞が入れられた容器から細胞を抽出する細胞抽出手段と、抽出された細胞を培養器に送液する第１の細胞送液手段と、培養器を回動する回動手段と、未使用薬品を収納したリザーブタンクと、前記培養器とリザーブタンクを接続する第１の管部材と、前記リザーブタンクから前記培養器に薬品を注入する薬品送液手段と、使用済み薬品を収納する廃液タンクと、該廃液タンクと前記培養器を接続する第２の管部材と、前記培養器から廃液タンクに廃液を送液する廃液送液手段と、前記培養器から培養加工後の細胞を容器に注入する加工後細胞送液手段とを備えることを特徴とする細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞を培養する細胞培養装置に係り、特に、数日から数ヶ月間にも及ぶ培養に伴う操作を自動的に行うことのできる細胞培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞培養は、培養器内の培地の交換や、細胞密度を適正にするための再播種などといった煩雑な継代プロセスが手作業により行われている。通常、これらの作業は、コンタミネーションなどの発生を回避するため、半導体製造分野で培われたクリーン環境生成技術により大気中の浮遊微粒子濃度を抑制した比較的清浄な雰囲気で注意深く行われる。しかし、この清浄な雰囲気でもコンタミネーションを回避するには十分ではなく、培養器として通常用いられる円形シャーレで細胞を培養する場合、培地交換の際にはシャーレの蓋を持ち上げるように上方にかざして菌が混入しないよう注意を払いながら、ピペッタをシャーレとその蓋のすきまに、かつピペッタがシャーレの縁など周囲のものに触れないようすばやく挿入するといったように煩雑で難しい作業を必要としていた。このような作業は、頻繁かつ日常的に行われ、通常非常に熟練した作業者が行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＵＳＰ５，９８５，６５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように培養作業は、煩雑にもかかわらず手作業で行われているのが現状であり、また、熟練作業を必要とするものであるため、容易に実施し難いものであった。
【０００５】
特に、近年、再生医療用の技術開発が盛んに行われているが、組織を構築するための幹細胞の培養などといった場合、培養した細胞は被検者に移植されるので、培養中の異物混入（コンタミネーション）の可能性は０％を保証しなければならない。しかしながら、クリーン環境生成技術は、大気中の浮遊粒子濃度を抑制するものであって、様々な規格（日本工業規格など）によって、その濃度許容値に応じクラス分類されるが、その環境内には様々な電気や機械類の部品が配されるのが普通であり、実質的に微粒子の数０ヶを保障することは極めて難しい。細胞培養などに要求されるコンタミネーション回避のための要件は、細胞に混入する生きた菌の数を０ヶとすることであり、たとえ１ヶの微粒子であってもそれが菌であればコンタミネーションを引き起こす。このように、クリーン環境生成技術はリスク低減には有効ではあるが、コンタミネーション回避を確実化できないという課題があった。
【０００６】
また、複数の被検者細胞を距離的に近い、具体的には１つの部屋で培養を行うことは、クロスコンタミネーションの点でもリスクが高くなる。何らかの要因で被検者の細胞が菌類（例えばカビ）が混入してコンタミネーションをおこした場合、胞子が拡散し他の被検者細胞に伝染する可能性を捨て去ることは困難である。たとえば、ＵＳＰ５，９８５，６５３（特許文献１）では、播種の均一化のために揺動手段が備わった培養装置を開示するが、完全に閉鎖されてはいないため、コンタミネーションのリスクが残っていた。
以上のように細胞培養作業は、量産化と安全性の両立化の点で大きな課題を有していた。
【０００７】
この発明の目的は、数日から数ヶ月間にも及ぶ培養に伴う操作をコンタミネーションのリスクを極力排除して自動的に行うことのできる細胞培養装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の細胞培養装置の第１の特徴は、細胞を培養する培養器手段と、前記培養器手段を培養に適した状態に配置する保温箱手段と、前記培養器手段を前記保温箱手段内で回動させる駆動手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段に前記保温箱手段の外側から未使用の薬品を供給する薬品供給手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段から不要な廃液などを前記保温箱手段の外側に排出する廃液排出手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段の細胞培養の状態を前記保温箱手段の外側から観察できる培養状態観察手段とを備えたことにある。
このように保温箱手段に配置された培養器手段を保温箱から取り出すことなく、薬品供給手段を用いて新たな薬品を培養器手段に供給したり、廃液排出手段を用いて不要な廃液を培養器手段から排出したりすることができると共に培養状態の観察を保温箱手段内に培養器手段を収納した状態で行なうことができるので、培養中は培養器手段内に直接外気が混入することがなくなり、コンタミネーションのリスクは皆無となり、培養操作を長期間に渡って自動で行なうことが可能となる。
【０００９】
代表的には、本発明は以下の諸態様を有する。
【００１０】
（１）  細胞を培養する培養器手段と、前記培養器手段を培養に適した状態に配置し所定温度に保持する保温箱手段と、前記培養器手段を前記保温箱手段内で回動させる駆動手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段に前記保温箱手段の外側から未使用の薬品を供給する薬品供給手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段から不要な廃液を前記保温箱手段の外側に排出する廃液排出手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段の細胞培養の状態を前記保温箱手段の外側から観察する培養状態観察手段とを備えた、閉鎖系細胞培養装置。
【００１１】
（２）  前記培養器手段と前記薬品供給手段との間に、ポンプ、弁および可撓性管部材が設けられ、細胞を供給し培養し回収する、（１）の細胞培養装置。
【００１２】
（３）  前記培養器手段は、中央部が平滑（多少の凹凸を有していてもよい）で透明な非毒性の材料からなる容器である、（１）の細胞培養装置。
【００１３】
（４）  前記透明な非毒性の材料が、ポリスチレンまたはポリエチレンテレフタレートである、（３）の細胞培養装置。
【００１４】
（５）  前記培養状態観察手段がカメラを備えた、（１）の細胞培養装置。
【００１５】
（６）  前記カメラを前記培養器手段の全面にわたり走査させ、かつ、前記細胞培養器手段内のピントを光軸方向に設定可能なカメラ移動手段を備えた、（５）の細胞培養装置。
【００１６】
（７）  前記カメラの前記培養器手段上の撮影位置を記憶する記憶手段を備え、前記カメラ移動手段は前記記憶手段に記憶されたと同じ撮影位置の再現をする、（６）の細胞培養装置。
【００１７】
（８）  外部を閉塞部材にて封止された細管を備え、前記細管は細胞の供給口または回収口であり、細胞を収納する容器を備え、前記容器の上部には殺菌剤含浸部材が備えられ、前記細管は前記容器内に前記殺菌剤含浸部材を貫通後挿入される（１）、（２）、（５）のいずれかの細胞培養装置。
【００１８】
（９）  前記保温箱手段内に雰囲気を供給するガスボンベを備え、前記弁は前記ガスボンベのガス圧を駆動源として開閉されることを特徴とする（２）の細胞培養装置。
【００１９】
（１０）  前記ポンプの動作時間で薬品供給手段から前記培養器手段に供給される薬品の量を決定する薬品量決定手段を有する、（２）の細胞培養装置。
【００２０】
（１１）  前記廃液排出手段が、可撓性管部材、ポンプおよび廃液タンクからなり、そのいずれかにｐＨ測定部を備えた（１）の細胞培養装置。
【００２１】
（１２）  ｐＨ測定部が、ｐＨの変化により色が変化する物と、その物の色を読み取る受光素子を有することを特徴とする（１１）の細胞培養装置。
【００２２】
（１３）  細胞の培養手順として、細胞の供給、培養器手段の回動、薬液の供給、廃液および細胞供給回収のタイミングと内容を記憶して実行する制御手段を備えた、（２）の細胞培養装置。
【００２３】
（１４）  前記制御手段は前記細胞培養装置を複数稼動する場合に他の制御手段と培養情報を交換するインターフェイスを有する、（１３）の細胞培養装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、数日から数ヶ月間にも及ぶ培養に伴う操作をコンタミネーションのリスクを極力排除して自動的に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用してなる細胞培養装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用してなる細胞培養装置の機構部の詳細図であり、図１におけるシステムコントローラ１１を省いた実際の構成を示している。
【図３】図２の培養器３８の詳細構成を示す図である。
【図４】図２の細胞培養装置の制御ブロック図の詳細を示し、複数の細胞培養装置を接続してそれをプラント化した場合を示すブロック図である。
【図５】細胞培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ５５の「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」の動作の一例を示す図である。
【図７】上述の実施の形態に係る細胞培養装置の培養器３８の第１の変形例を示す図であり、図７（Ａ）は、上面から見て図を、図７（Ｂ）はその側面図を示す。
【図８】上述の実施の形態に係る細胞培養装置の培養器３８の第２の変形例を示す図である。
【図９】図８の培養器を用いた細胞培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】上述の実施の形態に係る細胞培養装置の培養器３８の第３の変形例を示す断面図である。
【図１１】細胞を均一に播種する手法の一例を示す図である。
【図１２】上述の実施の形態における培養器とチューブの接続方法の一例を示す図である。
【図１３】上述の実施の形態における培養装置の一部の滅菌法を示す図である。
【図１４】本発明を適用してなる細胞培養装置の別の実施の形態に係る機構部の詳細図を示す図である。
【図１５】図１４で使用される培養器の詳細を示す図である。
【図１６】培養器における第１ポート１４１、第２ポート１４２、第３ポート１４３の詳細を示す図である。
【図１７】図１５の一部断面を示す図であり、培養器内の培地を排出する場合を示す図である。
【図１８】図１４の保温箱の詳細構成を示す図であり、図１８（Ａ）は、保温箱の内部構造を分かり易く示したものであり、図１８（Ｂ）は保温箱の外観斜視図である。
【図１９】図１８（Ａ）の断熱構造の詳細を示すＳ−Ｓ面の断面を示す図である。
【図２０】図１４の細胞培養装置の保温箱１６の制御ブロックを示す図であり、図４の中から説明に必要な部分を抜き出し、他は省略して示したものである。
【図２１】ペーハー測定部の詳細構成を示す図であり、図１４の一部を拡大して示したものである。
【図２２】ペーハー測定部の詳細構成を示す図であり、ペーハー測定部のセンサ部の詳細構成を示す図である。
【図２３】容器２３０，２４０用の栓の概略構成を示す図であり、図２３（Ａ）は、その斜視図であり、図２３（Ｂ）は、その断面図である。
【図２４】容器２３０，２４０用の栓の概略構成を示す図であり、図２４（Ａ）は、外部閉塞部材を外した状態で示す上面図であり、図２４（Ｂ）は、容器用の栓の概略構成を示す底面図である。
【図２５】図２４の容器用の栓を備えた容器の一例を示す斜視図である。
【図２６】図２３〜２５の容器用の栓の変形例を示す断面図である。
【図２７】図２３〜２５の容器用の栓の別の変形例を示す断面図である。
【図２８】図２３〜２５の容器用の栓のさらに別の変形例を示す断面図である。
【図２９】容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う際の操作の概略を説明する図である。
【図３０】容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う際の操作の概略を説明する図である。
【図３１】カメラ撮影システムに概略構成を示すブロック図である。
【図３２】図１４の中におけるカメラ撮影システムに関係する部分を抽出して模式的に示す図である。
【図３３】ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。
【図３４】ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。
【図３５】ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。
【図３６】図３１の画像処理ユニット３１２の詳細を示す図である。
【図３７】画像処理ユニット１４が実行するコロニー判別の処理手順を示すフローチャート図である。
【図３８】細胞培養装置内の各構成手段の配置の概略を示す図である。
【図３９】任意の焦点で培養器１４０の画像を撮影する場合の画像処理ユニットの実行する細胞抽出処理の一例を示すフローチャート図である。
【図４０】カメラの移動距離と隣り合う画素値の差の総和との関係を示す図である。
【図４１】対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面に位置する場合の画像の一例を示す図である。
【図４２】対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも前側にある場合の画像の一例を示す図である。
【図４３】対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも後側にある場合の画像の一例を示す図である。
【図４４】図４２及び図４３の画像に対する差分・位置合わせ処理の結果、細胞数が最小で、かつ、その細胞の長さの合計が最大となる差分画像について、二値化処理を施した場合の画像を示す図である。
【図４５】カメラを所望の位置に移動することのできるカメラ位置調整機能を備えたカメラ撮影システムの概略を示す図である。
【図４６】図１４の保温箱１６０内の培養器１４０と、カメラ３１との関係を模式的に示す図である。
【図４７】撮影位置設定・表示の操作画面の一例を示す図である。
【図４８】モニタに表示される画像の表示例を示す図であり、画像処理ユニット３１２によって表示される図である。
【図４９】撮影位置設定・表示処理ソフトウェアの処理の一例を示すフローチャート図である。
【図５０】モノトーン／加算処理の詳細を示す図である。
【図５１】自動的にかつ長期的に高い信頼性で稼働させることのできる細胞培養装置の概略構成を示す図である。
【図５２】図５１の自動培養装置が実行する所定監視通信処理の一例を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を適用してなる細胞培養装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる細胞培養装置の基本構成を示すブロック図である。
【００２７】
培養器１は、細胞を培養する容器であり、ポンプ３及び可撓性管部材２を介して未使用の薬品が注入されたリザーブタンク４に接続されている。廃液タンク７は、使用済みの薬品を貯めるものであり、ポンプ６及び可撓性管部材５を介して培養器１に接続されている。駆動手段８は、培養器１を回動させるものである。カメラ９は、培養器１を透過した光源１０から発した光により、中の培養細胞を観察する。システムコントローラ１１は、ポンプ３、ポンプ６、駆動手段８、カメラ９、光源１０に接続され、これらポンプ３、ポンプ６、駆動手段８、カメラ９、光源１０を制御する。
【００２８】
図２は、本発明を適用してなる細胞培養装置の機構部の詳細図であり、図１におけるシステムコントローラ１１を省いた実際の構成を示している。培養器３８は、透明な非毒性の材料、好ましくはポリスチレンまたはポリエチレンテレフタレートで形成されていることが望ましい。培養器３８の本体１５の表面にはガス透過膜１６が貼ってある。培養器３８の表面は、細胞が付着しやすいように親水性を持つように改質されていると良い。培養器３８の略中央には薬品注入のためのチューブ接続部材１９を設けられ、培地１７などの薬品を培養器３８内部に流し込む働きをする。この時、傾斜部３８１が各種液体の落下の衝撃を和らげて培養細胞へのダメージを防いでいる。
【００２９】
培養器３８の底面には細胞が接着してそこで培養が行なわれる。チューブ接続部材１８は細胞の老廃物が溶出し、培地中の栄養素が少なくなった古い培地を排出する排出口である。培養器３８は、ロータ２２上に固定され、このロータ２２は下方にてカムフォロア２７にて矢印Ｅ方向に回転できるよう、例えば、円周方向３箇所で自在に支持される。さらに、ロータ２２の下方にはインターナルギア（図示せず）を形成し、このギアは、保温箱（フレーム）３０に固定した培養器駆動モータ２９の出力軸に勘合したピニオン２８と噛みあう。ケーブルドラム２５は、ロータ２２に設けられたピンチ弁２４の配線を巻く。巻き取りドラム２６は、ロータ２２が回転してもピンチ弁２４の配線を巻き取り、配線が緩むことにより、他の突起物に絡まないように自動的に配線を巻き取るようになっている。例えば、ばねを利用し定常的にケーブルに張力を与えることで実現できる。
【００３０】
供給チューブ２１は、培養器３８の略中央に設けられたチューブ接続部材１９に接続されている。ガイド部材３５は、供給チューブ２１をガイドするものである。この供給チューブ２１は、ガイド部材３５の上方に設けられたチューブ固定部材３６にてフレーム３０に固定され、このチューブ固定部材３６からチューブ接続部材１９までの間のチューブは、ガイド部材３５の内部を自由に動くようになっている。
【００３１】
培地タンク６７は未使用の培地を貯留し、緩衝液タンク６８は緩衝液を貯留し、細胞剥離剤タンク６９，７０，７１は細胞剥離剤を貯留している。各タンク６７，６８，６９，７０，７１は、断熱箱８０内に設けられている。ピンチ弁７２，１０５，７３，７４，７５は、各タンク６７，６８，６９，７０，７１からの送液を制御するものである。また、ピンチ弁６６は、後述する培養前細胞の注入を制御するものである。空気流入口７８，７９は、チューブ内の液溜まりを防止するために大気中の空気を導入するものであり、大気中の不純物を取り除くためのフィルタ（目の大きさは０．２μｍ以下が望ましい）を備えている。各タンク６７，６８，６９，７０，７１から取り出されるチューブは、前述した供給チューブ２１に接続され、しごきポンプ３７で送液できるようになっている。しごきポンプ３７は、ローラでチューブを挟み込み、そのローラを回転することによりチューブ内の液を送り出すポンプである。
【００３２】
廃液チューブ２３は、培養器３８の底面に設けられたチューブ接続部材１８に接続され、ガイド部材９９によりフレーム３０外にガイドされる。このガイド部材９９の下部には、チューブ固定部材１００が設けられており、このチューブ固定部材１００によって廃液チューブ２３は固定され、かつこのチューブ固定部材１００とチューブ接続部材１８との間では廃液チューブ２３は、自由に動くようになっている。細胞の老廃物が溶出し、培地中の栄養素が少なくなることによって生成される古い培地は、しごきポンプ１０１により廃液チューブ２３を通って、廃液回収箱９８内の廃液タンク１０２に貯留される。ピンチ弁１０３は、廃液タンク１０２への送液を制御し、ピンチ弁１０４は、廃液をしごきポンプ１０１で廃液タンク１０２へ送液する際の送液状態を制御するものである。
【００３３】
シャッターモータ５０は、フレーム３０の右側面に設けられた開口部をシャッター５１で開閉するものであり、その回転軸にシャッター５１に接続されたワイヤが巻回されている。シャッターモータ５０の回転を制御することによりシャッター５１を矢印Ａ方向（図面上の上下方向）に移動できるようになっている。培養前細胞を貯留する容器５２は、ホルダー部６２に支持される。ホルダー６２は、送りねじを有したモータ６３によって矢印Ｂ方向（図面上の左右方向）に移動できるようになっている。容器５２の上面にはゴム材が設けられ、外気からカバーされている（図示略）。針５３は、細胞注入チューブ５６に接続され、ピペッタアーム５５に固定されている。ピペッタアーム５５は、軸５４に支持され、ピペッタ回転動モータ５７により矢印Ｄ１方向に回転できるようになっている。回転部材５８は、軸５４と共に回転する部材であり、ピペッタ上下動モータ５９とプーリ６０を備えている。ピペッタ上下動モータ５９の出力軸に固定されたプーリとプーリ６０はベルト６１により連結され、そのベルト６１の一部は軸５４と固定されている。
【００３４】
ピペッタ上下動モータ５９の駆動により、軸５４は上下動作するようになっている。ピンチ弁６６は、培養前細胞をしごきポンプ３７で送液する際、送液状態を制御するものである。なお、ピペッタアーム５５には針３９が固定されており、その一端にはエアーフィルター４０が設けられている。この針３９の機能は、容器５２が硬質のプラスチック材料で形成された場合において、内部が印圧になって細胞が吸引しにくくなるのを防止するものである。なお、培養前細胞は、しごきポンプ３７により吸引されると説明したが、針３９から容器５２に空気を圧送することによって送液するようにしてもよい。
【００３５】
シャッターモータ８１は、フレーム３０の左側面に設けられた開口部をシャッター８２で開閉するものであり、その回転軸にシャッター８２に接続されたワイヤが巻回されている。シャッターモータ８１の回転を制御することによりシャッター８２を矢印Ｆ方向（図面上の上下方向）に移動できるようになっている。培養後細胞を貯留する容器８４は、ホルダー部９３に支持される。ホルダー９３は、送りねじ９５を有したモータ９４によって矢印Ｇ方向（図面の左右方向）に移動できるようになっている。容器８４の上面にはゴム材が設けられ、外からカバーされている（図示略）。針８３は、細胞注入チューブ８４に接続され、ピペッタアーム８５に固定されている。ピペッタアーム８５は、軸８７に支持され、ピペッタ回転動モータ８８により矢印Ｄ２方向に回転できるようになっている。回転部材８９は、軸８７と共に回転する部材であり、ピペッタ上下動モータ９０とプーリ９１を備えている。ピペッタ上下動モータ９０の出力軸に固定されたプーリとプーリ９１はベルト９２により連結され、そのベルト９２の一部は軸８７と固定されている。
【００３６】
ピペッタ上下動モータ９０の駆動により、軸８７は上下動作するようになっている。ピンチ弁１０３は、培養後細胞をしごきポンプ１０１で送液する際、送液状態を制御するものである。なお、ピペッタアーム５５には針４１が固定されており、一端にはエアーフィルター４２が設けられている。この針４１の機能は、容器８４が硬質のプラスチック材料で形成された場合において、内部が陽圧になって細胞が吐出しにくくなるのを防止するものである。なお、培養後細胞は、しごきポンプ１０１により送液されると説明したが、培養器３８に空気を圧送することによって、送液するようにしてもよい。
【００３７】
光源３４は、フレーム３０の下側からフレーム３０内に光を供給するものであり、光の出射側にフィルター３３を備えている。ＣＣＤカメラ３１は、レンズを備えており、フレーム３０の上側に設けられた観察窓３２から培養器３８にて培養される細胞を観察したり、継代時のタイミングを判定したりするのに利用されるものである。光源３４は、画像の輝度ムラを防止するために複数のＬＥＤをフラットに配置したタイプのものが好ましいが、光量が十分であるならば１つのＬＥＤもしくはランプで構成してもよい。また、フィルター３３は、ＣＣＤカメラ３１に入射する光量を低減するためＮＤフィルター、及び細胞観察に適したコントラストを得るため適当なバンドパスフィルターから構成される。このフィルターは、ＣＣＤカメラ３１の前面に設けても良い。ＮＤフィルターは、ＣＣＤカメラ３１の前面に、またバンドパスフィルターは細胞に害を与える短波長光をカットするものの場合は光源３４の前面の方が好ましい。ヒータ１０８は、温度センサ１０６からの検知温度に基づいてフレーム３０の内部を一定の温度に保つものである。ファン６５は、フレーム３０内の空気を攪拌するものである。スタンド９６，９７は、この細胞培養装置全体を床面に立設させるものである。継ぎ手１０７は、二酸化炭素と窒素と酸素の割合を制御した混合気体を供給する際の不純物を除くためのフィルターを備えている。
【００３８】
培養器３８の上面に貼ったガス透過膜１６は、全面を覆うように図示したが、部分的に設けてもよい。なお、培地の蒸発を防止するため、フレーム３０内部の湿度を上げた方が良いのは言うまでもない。この場合、水を入れたトレーを内部に配置するのが容易かつ効果的である。培養器３８の前面をガス透過膜１６で覆わない場合には、継ぎ手１０７から供給される混合気体を直接培養器３８の内部に供給するようにしてもよいし、また培地などに溶け込ませても良い。
【００３９】
また、フレーム３０は、概ね全体を覆う形体としたが、培養器３８の周辺部分のみ覆う構造としても良い。すなわち、２組のピペッタはフレーム３０の一部として左右に設けられる場合について説明したが、フレーム３０とは別個に構成して、フレーム３０の外部に２組のピペッタを配置するようにしても良い。
【００４０】
図３は、図２の培養器３８の詳細構成を示す図である。図３（ａ）は図２の培養器３８を上面から見た平面図であり、図３（ｂ）はその側断面図である。図３（ａ）において、チューブ接続部材１９は、培養器３８の円中心から距離Ｌ１だけ離れた位置に回転中心付近に設けられている。古い培地を排出するチューブ接続部材１８や堰２０の位置と形状は、変形例１１２，１１３，１１４のようにしても良い。変形例１１２は、堰２０を省略したものであり、変形例１１３は、チューブ接続部材１８が培養器３８の側面に設けられているものであり、変形例１１４は、チューブ接続部材１８の開口部が培養器３８の底面に接するように設けられているものである。
【００４１】
変形例１１２，１１４は、培養器３８の回転に伴う遠心力によって、細胞がチューブ接続部材１８の開口部以外のくぼみ部分に凝集することがあるので、この点では変形例１１３が遠心力によって、細胞を培養器３８外に排出することができるので、より好ましい。なお、このチューブ接続部材１８の位置は、培養器３８のどこに配置してもよく、特に限定はしない。また、距離Ｌ１も特に限定されるものではない。但し、培養器３８の円中心と回転中心は、ずらした方が細胞の均一播種の点で好ましい。チューブ接続部材１８の位置を、たとえば培養器３８の円中心付近に配置することによっても細胞の凝集を避けることができる。
【００４２】
ここで回動とは、回転、偏心回転、平行移動、往復平行移動のうち少なくとも一つとこれらの組み合わせを含むものであり、特に細胞や液の攪拌や均一化に有用な動作のことである。例えば、培地や中和済み細胞剥離剤の培養器からの排出は、培養器を傾斜動作させても良い。また、培養器内の細胞の均一播種は、培養器を振動させてもよい。手作業による細胞培養では、培養器を８の字の軌跡を描かせるように動作させることで均一に播種することができる。このように回転動作が最もシンプルでかつ構成することも容易であるが、回転に限定する必要はなく、様々な並進動作、または回転と並進動作の組み合わせで対応してもよい。
【００４３】
図４は、図２の細胞培養装置の制御ブロック図の詳細を示し、複数の細胞培養装置を接続してそれをプラント化した場合を示すブロック図である。図２の細胞培養装置は、図４では大きなブロック１２７で示される。各ピンチ弁２４，６６，７２，７３，７４，７５，７６，７７，１０３，１０４、温度センサ１０６、ヒータ１０８、ファン６５、しごきポンプ３７，１０１、容器移動モータ９４，６３、培養器駆動モータ２９、ピペッタ上下動モータ５９、ピペッタ回転動モータ５７、ピペッタ上下動モータ９０、ピペッタ回転動モータ８８、シャッターモータ５０、８１などは、それぞれＩ／Ｏ  １２０を介してバス１２１に接続される。また、ＣＣＤカメラ３１は、画像取り込みボード２５０とＩ／Ｏ  １２０を介してバス１２１に接続される。バス１２１には、ＣＰＵ１２２、操作卓１２３、操作器１２６、メモリ１２４、コンピュータネットワークドライバ１２５が接続されている。
【００４４】
図４においては、コンピュータネットワークが外部に配設されており、このコンピュータネットワークに細胞培養装置１２７及びこれ以外の複数の細胞培養装置１２８，１２９が接続され、さらに、このコンピュータネットワークに接続された制御監視装置１３０によって、これら複数の細胞培養装置１２７，１２８、１２９がそれぞれの離れた所から監視され、制御されるようになっている。制御監視装置１３０は、汎用のパーソナルコンピュータで対応可能である。なお、コンピュータネットワークの場合は、双方向のデータ通信手段であれば特に限定しない。また、単に細胞培養装置の状態を離れた所から認識する目的ならば、片方向のデータ通信手段で良い。このコンピュータネットワークに接続する細胞培養装置の台数は特に限定しない。複数の細胞培養装置を利用する場合、データ通信手段により接続することにより、通常数週間もの長い時間を要す培養期間中、各細胞培養装置の状態を常に遠隔監視できるので、大規模な培養設備には好適である。
【００４５】
制御監視装置１３０の機能は、図５において説明する細胞培養装置の動作を逐次監視し、異常時には外部に信号を発する機能を備えたものであり、現時点では公知の技術であるため、その詳細な説明は省略するが、監視機能は各培養装置が担ってもよいし、制御監視装置１３０が請負ってもよい。例えば制御監視装置１３０は、時分割で各細胞培養装置の動作を確認し、細胞各細胞培養装置が異常をおこした場合に、当該細胞培養装置を外部に知らしめる方法がもっとも容易である。
【００４６】
図５は細胞培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下、図１〜図５を参照して、細胞培養装置の動作を説明する。なお、図４に示すＣＰＵ１２２、メモリ１２４、バス１２１は汎用コンピュータで用いられている技術であるので、以下それらＣＰＵ１２２、メモリ１２４、バス１２１の詳細動作は省略し、各アクチュエータの動作のみ説明する。
【００４７】
ステップＳ５１：「スタート」
細胞培養装置１２７の動作開始であり、操作者が操作卓１２３の操作器１２６のスタートスイッチを押すことによってスタートする処理である。また、前述した図４に示すように複数の細胞培養装置と制御監視装置がコンピュータネットワークに接続されている場合は、制御監視装置側でスタートスイッチを押すように構成してもよい。なお、この時点では既に培養器３８や、各タンク６７，６８，６９，７０，７１には薬品が培養装置１２７にセットされている。
【００４８】
ステップＳ５２：「培地注入」
ピンチ弁７２が開放され、しごきポンプ３７が動作して、培地タンク６７内の培地がチューブ２１を通って送液される。なお、後述するポンプ１０１も同様であるが、液量を計る手段を設けずにポンプの動作時間によって液量を決める。送液される培地は、矢印Ｊ１、矢印Ｊの経路を通り培養器３８に流れ込み、培養器３８で培地１７となる。予め設定された量の培地が注入されたら、しごきポンプ３７の動作を停止し、ピンチ弁７２は閉じる。ここでの培地量の設定値は予めメモリ１２４に記憶されている。
【００４９】
ステップＳ５３：「容器５２の投入」
操作者が操作器の該当するスイッチを操作すると、シャッターモータ５０が動作し、シャッター５１が矢印Ａ方向（上昇方向）にスライドする。シャッター５１が所定量上昇した後、容器移動モータ６３が動作し、ホルダーが矢印Ｂ方向（右方向）に移動する。この移動後、操作者は培養前細胞を入れた容器５２をホルダー６２に置く。その後、容器移動モータ６３は上記と逆方向に回転し、ホルダー６２は矢印Ｂ方向（左方向）に移動する。シャッターモータ５０が回転し、シャッター５１は矢印Ａ方向（下降方向）に移動して、閉じる。
【００５０】
ステップＳ５４：「ピペッタを駆動させ細胞を培養器３８に移送」
容器移動モータ６３が小刻みに正逆回転し、容器５２内の細胞を懸濁する。詳細は述べないが、ホルダー６２内部に容器５２を振動させるアクチュエータを備えても良い。この動作と前後して、ピペッタ回転動モータ５７が動作し、ピペッタアーム５５が回転する。次にピペッタ上下動モータ５９が動作し、ピペッタアーム５５が下降して、容器５２内に針５３が挿入する。ピンチ弁６６が開放し、しごきポンプ３７が動作する。これにより、容器５２内の培養前細胞は吸いだされ、細胞は矢印Ｊ２→Ｊ方向へチューブ５６を通って、送液され、チューブ２１を通り、培養器３８に注入される。この注入終了後、ピンチ弁６６は閉じ、またしごきポンプ３７は停止する。
【００５１】
ステップＳ５５：「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」
モータ２８が回転し、培養器３８に注入した細胞を均一化・播種のため懸濁する。細胞の均一化・播種は、過度の細胞密度は細胞の変質を招く恐れがあるため、細胞培養を効率高く行うために必要な処理である。なお、培養前細胞の注入が確認された後にモータ２８が回転を始めるのではなく、培養細胞が接着依存性細胞（固形物を認識してこの固形物に接着することにより培養する細胞）の場合、培養前細胞が培養器３８内部に注入されている最中に、モータ２８を回転させた方が良い。なお、ステップＳ５５の次にはステップＳ５６に進む場合とステップＳ５８にジャンプする場合がある。ここではステップＳ５８にジャンプする場合で説明する。
【００５２】
ステップＳ５８：「培養」
このステップでは、培養前細胞は培養に入ることになるが、培養中は、温度センサ１０６及びヒータ１０８によりフレーム３０内は培養に適した温度（３７℃前後）に制御されており、またファン６５によってフレーム３０内部の大気も攪拌されて、温度ムラがないようにしてある。
【００５３】
ステップＳ５６：「培地を排出」
このステップは、ステップＳ５８を実行する前に適宜に実行できるステップであり、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動作して、培養器３８内の培地１７がチューブ２３を通って、廃液タンク１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４は閉じる。
【００５４】
ステップＳ５７：「新しい培地を注入」
このステップも同様にステップ６を実行する前に適宜に実行できるステップであり、ピンチ弁７２が開放し、しごきポンプ３７を動作させ、培養器３８内に新しい培地が注入される。この培地の注入後、ピンチ弁７２は閉じ、しごきポンプ３７は停止する。
【００５５】
ステップＳ５９：「継代のタイミングか？」
上記培養中において、予め時間を決めておいてもよいし、操作卓にスイッチを設けて、術者が動作を指示するようにしてもよいが、次のように画像を利用すると細胞の品質安定化に寄与する。適宜に光源３４が発光し、ＣＣＤカメラ３１が培養器３８内で培養されている細胞の画像を取得する。培養初期段階の細胞は多くの箇所で密度が非常に低く、部分的に密な状態（コロニー）を形成する場合が多い。そのコロニーを培養器駆動モータ２８の動作によりＣＣＤカメラ３１が捉え、計測する。このコロニー部分の細胞がコンフルエントに到達していなければ、引き続き培養される。コンフルエントか否かの判断は後述するステップＳ６０の細胞数感度と同じである。その時必要であれば、ステップＳ５６とＳ５７の処理を行なってからステップＳ５８に進む。また、コンフルエントに到達していれば、継代のタイミングということになり、次のステップＳ６０に進む。
【００５６】
ステップＳ６０：「目標の細胞数か？」
ＣＣＤカメラ３１からの情報を元に細胞数をカウント又は演算する。その結果として、細胞数が予め操作者が設定した値に達していれば、ステップＳ６８に進み、目標細胞数に達していなければ、ステップＳ６１に進む。
【００５７】
ステップＳ６１：「培地を排出」
ステップＳ６１〜ステップＳ６７の処理は、細胞数が予め操作者が設定した値に達していなかった場合に実行される処理である。まず、このステップでは、ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動作して、培養器３８内の培地１７がチューブ２３を通って、廃液タンク１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４は閉じる。
【００５８】
ステップＳ６２：「培養器を緩衝液で洗浄」
ピンチ弁１０５が開放し、しごきポンプ３７が動作して、緩衝液タンク６８から緩衝液が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁１０５が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、培養器３８を回動させ緩衝液を培養器底面に行き渡らせる。その後、ピンチ弁２４が開放し、しごきポンプ１０１が動作して、廃液タンク１０２に培養器３８内の緩衝液を送液する。
【００５９】
ステップＳ６３：「細胞剥離剤を注入」
ピンチ弁７３が開放され、しごきポンプ３７が動作し、細胞剥離剤タンク６９から細胞剥離剤が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁７３が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、細胞剥離剤を培養器底面に行き渡らせる。
【００６０】
ステップＳ６４：「中和剤を注入」
ここでは中和剤を培地としている。上述の細胞剥離剤としては様々なものが利用されているが、ここでは培地には血清が含まれるものとして、この血清により中和される細胞剥離剤を想定している。従って、動作としては、上述のステップＳ５２と同様で、ピンチ弁７４を開放してタンク７０から中和剤が注入される。
【００６１】
ステップＳ６５：「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」
ステップＳ５５と同一の処理が行なわれる。すなわち、モータ２８が回転し、培養器３８に注入した細胞を均一化・播種のため懸濁する。そして、所定時間経過後すなわち細胞が接着した後に、次のステップＳ６６に進む。
【００６２】
ステップＳ６６：「中和された細胞剥離剤を排出」
ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４が閉じる。
【００６３】
ステップＳ６７：「新しい培地注入」
ステップＳ５２と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁７２が開放され、しごきポンプ３７が動作して、培地タンク６７内の培地がチューブ２１を通って送液される。送液される培地は、矢印Ｊ１、矢印Ｊの経路を通り培養器３８に流れ込み、培養器３８で培地１７となる。予め設定された量の培地が注入されたら、しごきポンプ３７の動作を停止し、ピンチ弁７２は閉じる。
【００６４】
ステップＳ６８〜ステップＳ７１の処理は、細胞数が予め操作者が設定した値に達していた場合に実行される処理であり、上述のステップＳ６１〜ステップＳ６４の処理と同じである。
【００６５】
ステップＳ６８：「培地を排出」
ステップＳ６１と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動作して、培養器３８内の培地１７がチューブ２３を通って、廃液タンク１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４は閉じる。
【００６６】
ステップＳ６９：「培養器を緩衝液で洗浄」
ステップＳ６２と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁１０５が開放し、しごきポンプ３７が動作して、緩衝液タンク６８から緩衝液が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁１０５が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、培養器３８を回動させ緩衝液を培養器底面に行き渡らせる。その後、ピンチ弁２４が開放し、しごきポンプ１０１が動作して、廃液タンク１０２に培養器３８内の緩衝液を送液する。
【００６７】
ステップＳ７０：「細胞剥離剤を注入」
ステップＳ６３と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁７３が開放され、しごきポンプ３７が動作し、細胞剥離剤タンク６９から細胞剥離剤が培養器３８に注入される。注入後、ピンチ弁７３が閉じ、しごきポンプ３７が停止する。培養器駆動モータ２８が回転し、細胞剥離剤を培養器底面に行き渡らせる。
【００６８】
ステップＳ７１：「中和剤を注入」
ステップＳ６４と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁７４を開放してタンク７０から中和剤が注入される。そして、所定時間経過後すなわち細胞が接着した後に、次のステップＳ７２に進む。
【００６９】
ステップＳ７２：「中和された細胞剥離剤を排出」
ステップ６６と同一の処理が行なわれる。すなわち、ピンチ弁２４とピンチ弁１０４が開放され、しごきポンプ１０１が動１０２に培地が送液（排出）される。送液（排出）完了後に、しごきポンプ１０１が停止し、ピンチ弁２４と、ピンチ弁１０４が閉じる。
【００７０】
ステップＳ７３：「ピペッタを駆動させ細胞を容器に移送」
ピペッタ回転動モータ８８が動作し、ピペッタアーム８５を回転させる。次にピペッタ上下動モータ９０が動作し、ピペッタアーム８５が下降して、容器８４内に針８３が挿入される。ピンチ弁２４，１０３が開放し、しごきポンプ１０１が動作する。これにより、培養器３８内の培養後細胞は吸いだされ、細胞は矢印Ｐ１方向にチューブ２３を通って、送液（移送）される。そして、チューブ８６を通り、細胞保管容器８４に注入される。
【００７１】
ステップＳ７４：「細胞保管容器を装置外に搬出」
シャッターモータ８１が動作し、シャッター８２が上昇する。所定量上昇後、容器移動モータ９４が動作し、ホルダーが矢印Ｇ方向に移動する。これによって、操作者は培養された細胞が入った細胞保管容器８４を取得できる。
【００７２】
ステップＳ７５：「終了」
操作者は培養前と比較し、コンタミネーションのない純粋な培養細胞が入った容器８４を取得することができる。
なお、上記ステップＳ５３にて、容器５２に入れた培養前細胞が骨髄液に含まれる細胞である場合、目的とする細胞以外の不要な細胞（血液関係の細胞）を取り除くために以下のステップをステップＳ５６とステップＳ５７の間に入れると良い。
ステップＳ６２  →ステップＳ６３→ステップＳ６４→ステップＳ６６
【００７３】
図６は、図５のステップＳ５５の「培養器をシャッフリングし、均一化・播種」の動作の一例を示す図である。培養器３８は、この図６（ａ）に示すように正逆回転を繰り返す。例えば、正方向１回、逆方向１回、最後の正方向１回の停止時にはゆっくりと停止させるようにする。すなわち、最初の加速時間と減速時間（ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５）を短くすることにより、培養器３８の培地１７は激しく波打ち、懸濁状態になる。さらに、最後の動作の減速時間（ｔ６）を長く取ることにより、培地はその慣性により円周方向に流れを継続しながら、その速度を落とし、やがて停止する。これにより細胞は均等に播かれるようになる。なお、最後の減速時間（ｔ６）をＳ字曲線にしても良い。
【００７４】
図６（ｂ）は細胞の播種状態を示すシミュレーション結果の概略図である。色の濃い中心付近の箇所（内周部Ｓ２）は、最後の動作（減速時間ｔ６）にて、流れの接線速度が低いので比較的細胞が凝集している様子が示され、外周部Ｓ１は、細胞が薄く播かれている様子が示されている。なお、正逆回転の繰り返し数、回転速度、角加速度（ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６）は、特に限定せず、条件によって培養器３８の前面にわたり、均等に細胞を播くこともできる。しかし、例えば、上述のように中心付近に細胞を凝集する動作を故意に実現することで、その部分のみ画像観察することによりコンフルエントのタイミング判定には都合がよくなることもある。すなわち、培養器３８の全面にわたり観察する必要がなくなり、また過度に培養することで細胞の品質を損なうことがなくなる。また、密度に応じて増殖しやすくなる細胞種を培養する場合において、このような密度制御は好適である。
【００７５】
図７は、上述の実施の形態に係る細胞培養装置の培養器３８の第１の変形例を示す図であり、図７（Ａ）は、上面から見て図を、図７（Ｂ）はその側面図を示す。例えば、４つの培養器１７０ａ〜１７０ｄをロータ２２に回転中心が４つの培養器１７０ａ〜１７０ｄの中心となるように乗せる。この図の培養器１７０ａ〜１７０ｄは、概ね同一の円柱形状に形成されており、各培養器１７０ａ〜１７０ｄのチューブ接続部材１７４ａ〜１７４ｄはチューブ１７１によって接続されている。なお、図７（Ｂ）では、培養器１７０ａ，１７０ｃを省略してある。このチューブ１７１は、図２のチューブ２１と同一機能を果たすものである。チューブ接続部材１７５ａ〜１７５ｄは、古い培地を排出するものである。ここでは、培養器１７０ａ〜１７４ｄは４ヶとしたが、特に４ヶに限定せず、２ヶ，３ヶ，６ヶと自由に選択してもよい。また、培養器を重ねて配置しても良い。この図７のように培養器を複数に分けることにより、培養面積を自由に変更できる。これにより、細胞が接着系の細胞（例えば間葉系幹細胞）では、培養可能な細胞数は面積と比例関係にある場合が多く、細胞培養における細胞数の調整が可能となる。なお、動作は図５の処理フローと同一であり、矢印Ｍの様にシャッフリングすることにより、培養器１７０ａ〜１７４ｄ内の培地は矢印Ｑの方向に最終的に流れることになって、培養器１７０ａ〜１７４ｄ内の細胞は均一に播かれることになる。
【００７６】
図８は、上述の実施の形態に係る細胞培養装置の培養器３８の第２の変形例を示す図である。細胞は培養時、その細胞種によって異なるが、概ねコロニー状に増える。従って、コンフルエントになったら、より広い面積の、比較的清浄な面に播種、つまり継代することが必要である。図８（Ａ）に示す培養器１６７，１６８，１６９は、このような特性が顕著な場合の細胞培養に適用して好適な培養器の一例である。培養器１６７は、概ね円形のシャーレ構造をしており、その上面には図２の供給チューブ２１と同じ機能の供給チューブ１８２が接続される。培養器１６８は、培養器１６７とほぼ同じ外囲器構造をしているが、内部に培養補助板１８９が１枚設けられている。培養器１６９は、培養器１６７とほぼ同じ外囲器構造をしているが、内部に培養補助板１９１，１９２が２枚設けられている。この培養器１６９の底面には廃液チューブ１８５が接続される。各々の培養器１６７，１６８，１６９は接続チューブ１８３，１８４でそれぞれ接続され、その途中に設けられたピンチ弁１８６，１８７，１８８によって送液が制御される。こられの培養器１６７，１６８，１６９とピンチ弁１８６，１８７，１８８とが、図２に示すロータ２２に固定される。図８（Ｂ）は、各培養器１６７，１６８，１６９の回転中心軸との位置関係を示す図であり、図に示すように回転中心軸Ｔより大幅にずらしてもよく、矢印Ｒにて示す方向にシャッフリングすることにより培養器１６７，１６８，１６９内の細胞は均一に播かれることになる。
【００７７】
図８の培養器１６７，１６８，１６９を用いた細胞培養装置の動作は、前述までの培養器と大きな差異はないが、培養器が３ヶとなり、またピンチ弁が２ヶ増えている。
【００７８】
図９は、図８の培養器を用いた細胞培養装置の動作を説明するためのフローチャートである。図８の培養器を用いた動作は、図５と動作が似ているので図５との相違点について説明する。図９において、図５と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略する。
【００７９】
図５にて説明した動作は、継代時に培地を排出（ステップＳ６１）、培養器を緩衝液で洗浄（ステップＳ６２）、細胞剥離剤を注入（ステップＳ６３）、中和剤を注入（ステップＳ６４）、培養器をシャッフリングし、均一化・播種（ステップＳ６５）、中和された細胞剥離剤を排出（ステップＳ６６）、新しい培地を注入（ステップＳ６７）であった。すなわち、継代時には新しい培養器に移し変えることなく、コロニー状に増えた細胞をその場所で培養器をシャッフリングすることにより均等に播種し、再度目標の細胞になるまで培養するというものであった。これに対して、図８の培養器ではステップＳ６４の後に、ステップＳ９０の「下段の培養器に播種」という処理を実行している。
【００８０】
すなわち、培養器１６７でコンフルエントになると、その下の培養器１６８に細胞を送液により移し変える。そして、この培養器１６８でコンフルエントになると、その下の培養器１６９に細胞を送液により移し変える。各々の培養器に注入する培地量は、継代毎に培地量を多くし、培養補助板での培養ができるようにする。すなわち、初回の培養において培地量は、培養器１６７において培養器本体１８０の底面のみ培養する量とする。１回の継代後の培養は、培養器１６８において培養補助板１８９が漬かる程度の培地量とする。これにより、細胞は培養器本体１８０と、培養補助板１８９の両方で培養できるようになる。２回の継代後の培養は、培養器１９７において培養補助板１９０と培養補助板１９１が漬かる程度の培地量とする。これにより、細胞は培養器本体１８０と、培養補助板１９０と、培養補助板１９１の３枚で培養できるようになる。培養補助板が漬かる量とすることで、培養器１６８は培養器１６７に対して約２倍、培養器１６９は培養器１６７に対して約３倍となる。
【００８１】
次に、ピンチ弁の動作を説明する。
（１）初回の培養：培地、緩衝液、細胞剥離剤、中和剤を排出する時にピンチ弁１８６，１８７，１８８を開放する。
（２）継代１回後の培養：培地、緩衝液、細胞剥離剤、中和剤を注入する時にピンチ弁１８６を開放する。また、培地、緩衝液、細胞剥離剤、中和剤を排出する時にはピンチ弁１８７，１８８を開閉する。
（３）継代２回後の培養：培地、緩衝液、細胞剥離剤、中和剤を注入する時にピンチ弁１８６，１８７を開放する。また、培地、緩衝液、細胞剥離剤、中和剤を排出する時にはピンチ弁１８８を開閉する。
【００８２】
上述の実施の形態においては、培養器の個数、各培養器の形や大きさなどは限定されるものでなくなく、楕円や矩形としてもよく、各々の大きさを変えてもよい。また、培養補助板の枚数も１枚や２枚に限定されるものではない。図８の実施の形態においては、培養器は全体的に小型化でき、しいては装置の小型化を実現することが可能である。なお、図８においては、複数の鏡２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５が各培養器１６７〜１６９間に配置されている。これらの鏡は光源２８１から出射した光をＣＣＤカメラ２８０で受けるためのものである。光源２８１の直前にはフィルター２８６が設けられている。ＣＣＤカメラ２８０、光源２８１、フィルター２８６は、ユニット２８８のように一体化されており、図示を省略してある駆動機構（例えば、モータと送りねじで構成）により矢印Ｖ方向に移動することができるようになっている。このユニット２８８を矢印Ｖ方向に移動することによって、培養器が多層構造となっていても、ＣＣＤカメラ２８０と鏡２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５を利用し、横から培養器１６７〜１６９の観察ができるようになっている。これらの鏡２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５は、図において横方向（Ｘ軸方向）に移動して、培養器内を走査可能としてもよい。
【００８３】
図１０は、上述の実施の形態に係る細胞培養装置の培養器３８の第３の変形例を示す断面図である。図１０の培養器が図８の培養器と異なる点は、継代時に新しい培養器に移し変えることなく、図２に示す培養器３８と同様に扱えるようにした点である。構造的には、概ね円形のシャーレ構造をしており、上面には図２の供給チューブ２１と同じ機能の供給チューブ１９７が接続されている。培養器本体１９５には蓋１９９が被され、その内部には培養補助板２０１，２０２が２枚設けられている。動作の概要は、図８と同じであるが、継代毎に培地量を多くし、培養補助板での培養ができるようにしてある。すなわち、初回の培養において培地量は、培養器本体１９５の底面のみである。１回の継代後の培養は、培養補助板２０１が漬かる程度の培地量とする。これにより、細胞は培養器本体１９５と、培養補助板２０１の両方で培養できるようになる。２回の継代後の培養は、培養補助板２０２が漬かる程度の培地量とする。これにより、細胞は培養器本体１９５と、培養補助板２０１と、培養補助板２０２の３枚で培養できるようになる。これによって、図２の培養器３８と比べて、図８と同様に小型化を実現できる。以上の説明において、培養器の個数や各培養器の形や大きさなどは限定されるものではなく、楕円や矩形としてもよく、各々の大きさを種々変えてもよい。また、培養補助板の枚数も２枚に限定されるものではない。図１０に示す実施の形態によれば、培養器を全体的に一層小型化でき、しいては装置の小型化を実現することができる。
【００８４】
図１１は、細胞を均一に播種する手法の一例を示す図である。この手法は、上述の実施の形態の培養器に適用することによって好適な効果を生むものである。図１１（Ａ）において、培養器本体３００には、培養器本体の蓋３０１が設けられ、その上面側に供給用チューブ接続部材３０２が設けられ、下面側に磁石３０７，３０８，３０９，３１０が設けられている。傾斜部３８１は、供給用チューブ接続部材３０２から供給される液体の落下の衝撃を和らげて細胞へのダメージを防ぐものである。これら磁石３０７，３０８，３０９，３１０は、図２においてフレーム３０に固定される。球状部材３０３，３０４，３０５，３０６は、培養器本体３００（図２の培養器３８と同一）の中に入れられるものであり、球状磁性材の表面に細胞に対して無毒性の高分子プラスチック、セラミック、チタンなどがコーティングされたものである。培養器３００が回転するとそれに伴い球状部材３０３，３０４，３０５，３０６も培養器本体３００内を転がり、内部の培地を攪拌するようになり、細胞の均一播種が可能になる。図１１（Ｂ）は、培養器本体３１２に培養器本体の蓋３１３が設けられ、その上面側に供給用チューブ接続部材３１４が設けられ、下面側に棒状部材３１５が設けられている。棒状部材３１５は、培養器本体３００（図２の培養器３８と同一）の中に入れられるものであり、棒状の磁性材の表面に細胞に対して無毒性の高分子プラスチック、セラミック、チタンなどがコーティングされたものである。図１１（Ｂ）の棒状部材３１５を用いた場合も、図１１（Ｂ）と同様の効果を奏する。
【００８５】
図１２は、上述の実施の形態における培養器とチューブの接続方法の一例を示す図である。図２では培養器、チューブ、リザーバタンクなどは予め接続されているものとして説明したが、ここでは途中で切断されたチューブを供給用チューブ接続部材に接続して培養している。培養器３２５（図２の培養器３８と同一）には供給チューブ３２０と廃液チューブ３２６が接続されている。それぞれのチューブ３２０，３２６の切断部には、例えばゴムのような柔軟材からなる栓３２１，３２７が挿入されている。実際に培養に入る前に、針３２２，３２８を有した供給チューブ３２３と廃液チューブ３２９を接続する。なお、針３２２，３２８を刺す前に栓３２１，３２７をアルコールなどで滅菌するとよい。このようにすることにより、長いチューブが接続された培養器を装置にセットする際にチューブの取り回しが楽になり、操作性が上がる。なお、培養前細胞を注入する際、シリンジ３２４を使えば、直接培養器３２５に細胞を入れることができる。また、途中で切断された供給チューブ３２３と廃液チューブ３２９を培養器３２５に予め接続せずに、直接ゴム栓３２１，３２７をチューブ接続部材に取り付けても良い。
【００８６】
図１３は、上述の実施の形態における培養装置の一部の滅菌法を示す図である。この滅菌法では、培養器３８と各タンク７１，７０，６９，６８，６７，１０２とがそれぞれチューブによって接続され、そのままの状態で滅菌バッグに矢印Ｓに示すように丸ごと封入され、ガンマ線などからの滅菌に供するようになっている。滅菌バッグ３４０は、外気との接触を防ぐ材質で作られたものであり、一般に利用されているもので良い。このように細胞に触れるものは全て滅菌することにより、培養中はチューブを外さなくてすむことから、コンタミネーションのリスクは皆無となる。
なお、前記図２において４００は、光または超音波を用いた培養器３８内の液面高さを検出する液面検出手段である。ポンプやピンチ弁が動作不良を起こした場合、液面高さが設定位置から逸脱するが、このような場合外部に警報を出す。
【００８７】
図１４は、本発明を適用してなる細胞培養装置の別の実施の形態に係る機構部の詳細図を示す図である。この細胞培養装置は、基本的には図２のものと同じ構成をしている。従って、図１４において、図２と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は簡略化する。
【００８８】
培養器１４０は、図２の培養器３８と同様に底面には細胞が接着してそこで培養が行なわれる。培養器１４０は、培養器本体と蓋部材とからなる。培養器１４０は、培養中の細胞について顕微鏡などで観察できることが必要であることから透明な材質が好ましく、また毒性のないものである必要がある。これらのことから材質としては、ポリスチレン（ＰＳ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）材が好ましい。この蓋部材には、薬品注入及び排出のための３つの第１ポート１４１、第２ポート１４２、第３ポート１４３が設けられている。
【００８９】
第１ポート１４１は、培地などの薬品や培養後の細胞の排出用ポートである。第１ポート１４２には廃液チューブ１４１ｂが接続され、培地を排出するためのしごきポンプ１４４，１４５が配され、培地を排出できるように構成されている。第２ポート１４２は、培地などの薬品や培養前の細胞を供給するためのポートである。この第２ポート１４２には供給チューブ１４２ｂが接続され、第１ポート１４１と同様にしごきポンプ１４６，１４７が配されている。第３ポート１４３は、培養器１４０内部への大気吸入用ポートであり、その外側にはチューブ１４３ａを介してエアーフィルター１４３ｂが接続されている。この第３ポート１４３は、培養器１４０内部への空気吸入ポートであり、この目的を実現するものであれば、特にポートを備えなくてもよい。図１４の細胞培養装置では、培養器１４０を保持する保持リング１４８の底面側にフック１４９を引っかけ、それをレバー１５０及びチルトモータ１５１で持ち上げることによって、培養器１４０全体を傾斜するようにしている。
【００９０】
培養器１４０は、保温箱（インキュベータ）１６０内のロータ１５３に固定された保持リング１４８に保持されており、このロータ１５３は、保温箱１６０の上部に設けられた培養器駆動モータ２９ａの出力軸に連結され、矢印Ｅ方向に回転駆動されるように構成されている。図１４は、ロータ１５３が時計回り（左方向）に旋回して保持リング１４８及び培養器１４０が保温箱１６０の左側に移動した状態を示す。従って、この状態からロータ１５３は半時計回り（右方向）に旋回することによって、保持リング１４８及び培養器１４０は図面上の手前を通過して保温箱１６０の右側に移動することになる。保温箱１６０は、従来のように２重箱構造をとらずに、また気密をほとんど考慮しなくて済む簡易な方法で構成されたものである。この保温箱１６０の詳細構成について後述する。
【００９１】
供給チューブ１４２ｂの一端は、培養器１４０の外周付近に設けられた第２ポート１４２に接続されている。この供給チューブ１４２ｂは、保温箱１６０内部のロータ１５３上方に設けられ、ロータ１５３の旋回に応じて内部を自由に動くようになっている。供給チューブ１４２ｂの他端は、加温バッグ１７０に接続されている。加温バッグ１７０は、供給チューブ１４２ｂを通過する媒体の温度を４度から約２０度に加温するものであり、背面に加温用ヒータ１７１を備えている。
なお、加温バッグ１７０は、媒体の温度を上げることができれば、その形状は限定されない。チューブをスパイラル状に巻いたものでもよい。この加温バッグ１７０を媒体が通過する時には、ポンプ１４６、１４７、ピンチ弁１４７aを制御し、媒体を一時滞留させる。
【００９２】
培地タンク６７は、未使用の培地を貯留し、緩衝液タンク６８は緩衝液を貯留し、細胞剥離剤タンク６９，７０，７１は細胞剥離剤を貯留している。なお、図１５では細胞剥離剤タンク６９のみを示し、細胞剥離剤タンク７０，７１の図示を省略してある。各タンク６７，６８，６９，７０，７１は、断熱箱８０内に設けられている。断熱箱８０の側面には、ペルチェ素子１０９を介して外部に放熱ヒートシンク１１０が、内部に吸熱ヒートシンク１１１がそれぞれ設けられていて、熱交換が行なわれ、一定温度に保持されている。ピンチ弁７２，１０５，７３，７４，７５は、各タンク６７，６８，６９，７０，７１から供給チューブ１４２ｃへの送液を制御するものである。各タンク６７，６８，６９，７０，７１から取り出されるチューブは、供給チューブ１４２ｃに接続され、しごきポンプ１４６，１４７で送液できるようになっている。しごきポンプ１４６，１４７は、ローラでチューブを挟み込み、そのローラを回転することによりチューブ内の液を送り出すポンプである。しごきポンプ１４６，１４７のすぐ後には送液調整用のピンチ弁１４６ａ，１４７ａが設けられている。
なお、ポンプ１４４，１４５が送る液量を計る手段を設けず、これらポンプの動作時間によって液量を決める。
【００９３】
ピンチ弁６６ａ，６６ｂは、供給チューブ１４２ｂへの培養前細胞の注入を制御するものであり、補助供給チューブ１４２ｄに２個設けられている。２個のピンチ弁６６ａ，６６ｂを並べて設けてあるのは、細胞注入後に補助供給チューブ１４２ｄを介して外気などが流入するのを防止するためである。
【００９４】
供給チューブ１４２ｃの一端は、加温バッグ１７０に接続され、他端はピンチ弁１７２を介して保温箱１６０内に挿入され、その端部にエアーフィルター１７３が設けられている。このエアーフィルター１７３、供給チューブ１４２ｃ、加温バッグ１７０、供給チューブ１４２ｂ、第３ポート１４３、チューブ１４３ａ、エアーフィルター１４３ｂによって空気循環経路が形成されている。すなわち、しごきポンプ１４６，１４７が回転して、供給チューブ１４２ｂ，１４２ｃ内のエアーを送出することによって、培養器１４０内のエアーを循環させるようになっている。
【００９５】
廃液チューブ１４１ｂの一端は、培養器１４０の外周付近に設けられた第１ポート１４１に接続されている。この廃液チューブ１４１ｂは、保温箱１６０内部のロータ１５３上方に設けられ、ロータ１５３の旋回に応じて内部を自由に動くようになっている。廃液チューブ１４１ｂは、途中で二股に分岐され、それぞれの経路を介して廃液タンク１０２又は培養後細胞を貯留する容器８４に送液されるようになっている。すなわち、廃液チューブ１４１ｂの分岐した一方は、ピンチ弁１７６、ペーハー測定部１７７、しごきポンプ１４５、ピンチ弁１７８を介して廃液タンク１０２に接続され、他方はピンチ弁１７４、しごきポンプ１４４を介して廃液タンク１０２又はピンチ弁１７４、しごきポンプ１４４、ピンチ弁１７５を介して容器８４に接続されている。
【００９６】
細胞の老廃物が溶出し、培地中の栄養素が少なくなることによって生成される古い培地は、しごきポンプ１４４により廃液チューブ１４１ｂを通って、廃液回収箱内の廃液タンク１０２に貯留される。一方、廃液のペーハーを測定するために、古い培地は、しごきポンプ１４５により廃液チューブ１４１ｂを通って、ペーハー測定部１７７を通過して、同じく廃液タンク１０２に送液される。
【００９７】
ペーハー測定部１７７は、廃液のペーハーを測定する前に、保温箱１６０内に設けられた校正液タンク１６１，１６２に貯留されている校正液をピンチ弁１６３，１６４を通過させることによってペーハーを基準値に校正し、その後に廃液を通過させてペーハー測定するものである。このペーハー測定部１７７の詳細については後述する。
【００９８】
培養前細胞を貯留する容器２３０は、モータ２３１の回転軸に対して偏心して設けられたホルダー２３２に支持されている。モータ２３１が回転することによって、容器２３０内の培養前細胞は十分に懸濁される。容器２３０の上面にはゴム材からなるキャップ２３３が設けられ、外気からカバーされている。キャップ２３３の内部にはアルコール消毒液が染み込んだ不織布２３４が設けられており、キャップ全体を覆うようにカバー２３５が設けられている。針２３６は、キャップ２３３及び不織布２３４を介して容器２３０内の管部材２３８に接続され、図示していないアームに固定されており、矢印Ｄ１方向に直線移動できるようになっている。針２３７は、容器２３０内に大気を供給するものであり、その端部にエアーフィルター２３９を備えている。この針２３７の機能は、容器２３０が硬質のプラスチック材料で形成された場合において、内部が陰圧になって細胞が吸引しにくくなるのを防止するものである。なお、培養前細胞は、しごきポンプ１４７により吸引されるが、この針２３７から容器２３０内に空気を圧送することによって送液するようにしてもよい。この培養前細胞を貯留する容器２３０及び針２３６，２３７の詳細構成については後述する。
【００９９】
培養後細胞を貯留する容器２４０は、図示していないホルダーに支持されている。容器２４０の上面にはゴム材からなるキャップ２４１が設けられ、外気からカバーされている。キャップ２４１の内部にはアルコール消毒液の染み込まれた不織布２４４が設けられており、キャップ全体を覆うようにカバー２４５が設けられている。針２４６は、キャップ２４１及び不織布２４４を介して容器２４０内の侵入し、培養後細胞を送液可能になっている。針２４６は、図示していないアームに固定されており、矢印Ｇ１方向に直線移動できるようになっている。針２４７は、容器２４０内の空気を排出するものであり、その端部にエアーフィルター２４９を備えている。この針２４７の機能は、容器２４０が硬質のプラスチック材料で形成された場合において、内部が陰圧になって細胞を吸引しにくくなるのを防止するものである。なお、培養後細胞は、しごきポンプ１４４により吸引されるが、この針２４７から容器２４０内の空気を排出することによって送液するようにしてもよいし、保温箱１６０内に空気を圧送することによって、送液するようにしてもよい。この培養後細胞を貯留する容器２４０及び針２４６，２４７の詳細構成については後述する。
【０１００】
光源３４ａは、保温箱１６０の上側から保温箱１６０内に光を照射するものであり、光の出射側にフィルターなどを備えている。ＣＣＤカメラ３１ａは、レンズを備えており、保温箱１６０の下側に設けられた観察窓３２ａから培養器１４０にて培養される細胞を観察したり、継代時のタイミングを判定したりするのに利用されるものである。光源３４ａは、画像の輝度ムラを防止するために複数のＬＥＤをフラットに配置したタイプのものが好ましいが、光量が十分であるならば１つのＬＥＤもしくはランプで構成してもよい。また、光源３４ａに配置されるフィルターとしては、ＣＣＤカメラ３１ａに入射する光量を低減するためＮＤフィルター、及び細胞観察に適したコントラストを得るため適当なバンドパスフィルターから構成される。このフィルターは、ＣＣＤカメラ３１ａの前面に設けても良い。ＮＤフィルターは、ＣＣＤカメラ３１ａの前面に、またバンドパスフィルターは細胞に害を与える短波長光をカットするものの場合は光源３４ａの前面の方が好ましい。光源３４ａ及びＣＣＤカメラ３１ａは、図１４の紙面に対して垂直な方向に移動可能に設けられている。すなわち、光源３４ａ及びＣＣＤカメラ３１ａは、図に対して垂直方向に延びたレール３４ｂ，３１ｂに対してローラ３４ｃ，３４ｄ，３１ｃ，３１ｄを介して移動可能に設けられている。これによって、旋回移動する培養器１４０と垂直方向に移動する光源３４ａ及びＣＣＤカメラ３１ａによって、培養器１４０の所望の場所を観察可能な構成となっている。
【０１０１】
ヒータ２０１〜２０４は、保温箱１６０内に設けられた温度センサ１０６からの検知温度に基づいて保温箱１６０の内部を一定の温度に保つものである。なお、この実施の形態では、ヒータ２０１〜２０４には、熱拡散用の放熱板２０５，２０６が保温箱１６０の側面に沿って設けられている。ファン６５は、保温箱１６０内の空気を攪拌するものである。継ぎ手１０７は、二酸化炭素と窒素と酸素の割合を制御した混合気体を供給する際の不純物を除くためのフィルターを備えている。二酸化炭素センサ２０５は、保温箱１６０内の二酸化炭素を検出し、一定に保持するためのものであり、二酸化炭素ボンベ２１０からレギュレータ２１１及び電磁弁２１２を介して所定量の二酸化炭素を保温箱１６０内に供給できるようにしてある。なお、この実施の形態では、二酸化炭素ボンベ２１０からレギュレータを介して送出される二酸化炭素ガスを用いて多連型電磁弁２１３を制御して、チューブの各所に設けられたピンチ弁を制御するようにしている。
【０１０２】
図１５は、図１４で使用される培養器の詳細を示す図である。培養器１４０は、培養器本体１４０ａと、蓋部材１４０ｂとからなる。この蓋部材１４０ｂには、薬品注入及び排出のための３つの第１ポート１４１、第２ポート１４２及び第３ポート１４３が設けられており、それぞれのポートに廃液チューブ１４１ｂ、供給チューブ１４２ｂ及びチューブ１４３ａが接続されている。
【０１０３】
図１６は、培養器における第１ポート１４１、第２ポート１４２、第３ポート１４３の詳細を示す図である。なお、図示を明確にするため断面図のように明示しているが、正確な位置関係は後述する図１７に示すようになっている。第１ポート１４１は、培地などの薬品や培養後の細胞の排出用ポートである。この第１ポート１４１には、培養器１４０内部に突出するよう管部材１４１ａが設けられる。この管部材１４１ａは、その先端部が培養器本体１４０ａの底面に触れても培地１４０ｃを吸引できるよう斜めにカットしてある。
【０１０４】
第１ポート１４２の外側には廃液チューブ１４１ｂが接続され、培地を排出するためのしごきポンプ１４４，１４５が配され、培地１４０ｃを排出できるように構成されている。第２ポート１４２は、培地１４０ｃなどの薬品や培養前の細胞を供給するためのポートである。この第２ポート１４２の外側には供給チューブ１４２ｂが接続され、第１ポート１４１と同様にしごきポンプ１４６，１４７が配されている。
【０１０５】
第３ポート１４３は、培養器１４０内部への大気吸入用ポートであり、その外側にはチューブ１４３ａを介してエアーフィルター１４３ｂが接続されている。このエアーフィルター１４３ｂは、微粒子や菌などが培養器１４０内部へ侵入するのを防止する役目を負い、０．５μｍ程度の孔径を有したフィルターが内封されて構成されたものである。この孔径は、菌の侵入を完全にシャットアウトするならば０．２μｍが望ましい。なお、チューブ１４３ａの先端にエアーフィルター１４３ｂと同様のフィルターを接続し、しごきポンプにより空気を培養器１４０内部に送るようにしてもよい。この場合、培養器１４０内部に積極的に空気を送ることができる。
【０１０６】
なお、この第３ポート１４３は、培養器１４０内部への空気吸入ポートであり、この目的を実現するものであれば、特にポートを備えなくてもよい。例えば蓋部材の一部を切り欠き、ガス透過膜を貼り付けてもよい。また、培養器１４０内部に板材を備え、底面積を増加させる構造を取ることもできる。このようにすることにより、底面に接着し単一層で増殖する接着（足場）依存性細胞の場合、増殖させる細胞数を増やすことが可能になる。
【０１０７】
図１７は、図１５の一部断面を示す図であり、培養器内の培地を排出する場合を示す図である。培養器１４０内部に突出する管部材１４１ａがある方に対して、管部材１４１ａがない方を相対的に上昇させ、水平面に対して角度θ゜だけ傾斜させ、管部材１４１ａから培養器１４０内部の培地１４０ｃなどの液体を吸引することにより、培養器１４０の蓋部材１４０ｂを開けずに内部の培地１４０ｃや細胞１４０ｄを排出することが可能になる。管部材１４１ａがある方に対して、管部材２０がない方を相対的に上昇させる機構は特に限定しないが、図１４の細胞培養装置では、培養器１４０を保持する保持リング１４８の底面側であって、管部材１４１ａが存在しない方の保持リング１４８にフック１４９を引っかけ、それをレバー１５０及びチルトモータ１５１で持ち上げることによって、培養器１４０全体を傾斜するようにしている。すなわち、管部材１４１ａがある方に支点軸を設け、管部材１４１ａがない方を引き上げるような傾動動作機構によって実現してもよいし、手作業で行なうようにしても良い。
なお、前記図２において説明したように、４００は、光または超音波を用いた培養器１４０内の液面高さを検出する液面検出手段である。ポンプやピンチ弁が動作不良を起こした場合、液面高さが設定位置から逸脱するが、このような場合外部に警報を出す。
【０１０８】
図１８は、図１４の保温箱の詳細構成を示す図であり、図１８（Ａ）は、保温箱の内部構造を分かり易く示したものであり、図１８（Ｂ）は保温箱の外観斜視図である。図１９は、図１８（Ａ）の断熱構造の詳細を示すＳ−Ｓ面の断面を示す図である。この保温箱１６０は、細胞培養用恒温槽であり、内部に培養器１４０を備える。培養器１４０は、培養器駆動モータ２９ａの出力軸に連結されたロータ１５３に取り付けられており、ロータ１５３の旋回動作に応じて保温箱１６０内を矢印Ａ１−Ａ２のように旋回する。保温箱１６０は、外箱となる筐体１６０ａと、その内側に所定の空間を持って配置された内箱１６０ｂとからなる。筐体１６０ａ及び内箱１６０ｂの材質は、ステンレスやＡＢＳなどのプラスチックが好ましい。
【０１０９】
外箱１６０ａと内箱１６０ｂとの間には、第１の断熱材１６０ｃと第２の断熱材１６０ｄが設けられている。第１の断熱材１６０ｃとしては、発砲ウレタンなどの比較的断熱性能の優れたものが好ましい。ただ、後述するように第２の断熱材１６０ｄより外側への伝熱量より、内側への伝熱量を大きくするために、発砲ウレタンであっても軟質系のものがより好ましく、かつ第２の断熱材１６０ｄよりも薄く形成するのが良い。熱拡散板１６０ｅ，１６０ｆは、内箱１６０ｂの左右側面部を覆うような概ねコの字形状をしている。すなわち、保温箱１６０の上下には光源３４ａやＣＣＤカメラ３１が設けられ、培養器１４０の観察を行なう必要があるので、観察に必要な部分については熱拡散板１６０ｅ，１６０ｆを設けないようにしてある。
【０１１０】
熱拡散板１６０ｅ，１６０ｆの材質は、熱伝導率の高いアルミニウムや黄銅板などで構成される。この熱拡散板１６０ｅ，１６０ｆは、第１の断熱材１６０ｃの左右側面を覆うように両面テープなどで接着される。さらに、この熱拡散板１６０ｅ，１６０ｆの底面側及び側面側にはパネル型ヒータ１６０ｇ〜１６０ｊが同じく両面テープなどで接着されている。第２の断熱材１６０ｄを伝達して外部に漏れる熱量は、保温箱外部の漏れロスとなる。従って、第２の断熱材１６０ｄは、できるだけ断熱性能を高めることが肝要であり、具体的には硬質系の発砲ウレタンや真空断熱材、例えば発砲ウレタンなどをアルミニウムパックに入れ、このパック内部を真空にし、板状にしたものなどを用いることが好ましい。この保温箱１６０には、図１８（Ｂ）に示すように同様の断熱構造をした扉１６０ｋが蝶番１６０ｍによって矢印１６０ｎのように開閉自在に支持されている。
【０１１１】
図２０は、図１４の細胞培養装置の保温箱１６の制御ブロックを示す図であり、図４の中から説明に必要な部分を抜き出し、他は省略して示したものである。図２０において、図４と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略する。この制御ブロックにおいて、操作卓２２は、動作スイッチや温度設定スイッチなどを備えている。制御部１１には、ヒータ１６０ｇ〜１６０ｊと、培養器駆動モータ２９ａと、温度センサ１０６が接続されている。温度センサ１０６は、熱伝対などの公知技術を用いた温度センサでよい。
【０１１２】
この制御ブロックの動作を説明する。操作者は操作卓２２の動作スイッチや温度設定スイッチを操作すると、制御部１１は温度センサ１０６の温度データを取り込み、設定温度と比較して、その差に応じた電力をヒータ１６０ｇ〜１６０ｊに与える。温度データの取り込みや設定温度との比較は適時行い、保温箱１６０内部の温度が設定温度と等しいか、もしくはそれより大きくなった場合、ヒータ１６０ｇ〜１６０ｊに与える電力を下げる。一方、温度が上昇したヒータ１６０ｇ〜１６０ｊの熱量は、熱拡散板１６０ｅ，１６０ｆを伝わり、保温箱１６０の内部を暖めるが、第１の断熱材１６０ｃよりも第２の断熱材１６０ｄの方が伝熱量が小さいので、ヒータ１６０ｇ〜１６０ｊの熱量の多くは保温箱１６０の内部を加温することに寄与する。なお、培養器駆動モータ２９ａは、培養器１４０内部の細胞を均等に播くために回転動作をするためのものである。
【０１１３】
この実施の形態によれば、従来の２重箱構造をとらずに、また気密をほとんど考慮しなくて済む簡易な方法や構成で保温箱を構成できる。また、第１の断熱材１６０ｃを伝わる熱量は、第２の断熱材１６０ｄを伝わる熱量よりも小であるようにすることにより、加温のためのエネルギーを抑制できる。また、熱拡散板１６０ｅ，１６０ｆは、培養器１４０の培養面と垂直方向の重なる面には、切り欠きを形成することにより、培養器への直接的な輻射熱を抑えることができ、保温箱のみならず培養器内部の温度をより一定化することができる。
【０１１４】
図２１及び図２２は、ペーハー測定部の詳細構成を示す図であり、図２１は、図１４の一部を拡大して示したものであり、図２２は、ペーハー測定部のセンサ部の詳細構成を示す図である。通常、ペーハー（ｐＨ）計測は、ｐＨ指示薬（フェノールレッド）を含む細胞培養液の色の変化を目視にて判断したり、目視判断を自動で行なう裝置（特開昭６２−１１５２９７号公報に記載されたもの）などが存在しているが、細胞培養に関係の無いｐＨ指示薬を細胞培養液中に入れることは、細胞培養に影響を与えるため好ましくなく、また精度の点でも劣っていた。また、ｐＨ電極を細胞培養液中に浸漬させてその電位差計測を行なう方法もあるが、ｐＨ電極が十分に滅菌されていないと、雑菌等のコンタミネーションを起こす可能性があり、好ましくなかった。そこで、この実施の形態では、培養器から廃液タンクまでの流路の途中にフィルム状のｐＨセンサ膜を用いたｐＨ測定部１７７を設け、培養器１４０からの廃液を利用してｐＨ計測を行なうようにした。
【０１１５】
図２２に示すように、ペーハー測定部１７７は、約５７０［ｎｍ］の波長の光を出射する発光素子（ＬＥＤ）１７７ａと、約７７０［ｎｍ］の波長の光を出射する発光素子１７７ｂと、これらの各発光素子１７７ａ，１７７ｂからの光であって、ｐＨセンサ膜１７７ｄを透過及び反射した光を受光する光検出器１７７ｃを備えている。
この実施の形態では、ｐＨセンサ膜１７７ｄとして反射式指示薬色素フィルムＦＲ−ＰＲ型（フェノールレッド）を使用する。このｐＨセンサ膜１７７ｄは、ｐＨに応じて変色するため、その透過光及び反射光を分光計測することによりｐＨを求めることができる、いわゆるフィルム状の光学式化学センサである。
【０１１６】
このｐＨセンサ膜１７７ｄは、廃液チューブ１４１ｂから分岐された廃液チューブ１４１ｃと、廃液タンク１０２に接続された廃液チューブ１４１ｄとの間の透過部材からなるセンサホルダ１７７ｅに設けられている。廃液チューブ１４１ｃからの廃液は、ｐＨセンサ膜１７７ｄの保持されたセンサホルダ１７７ｅ内を通過して廃液チューブ１４１ｄに送液される。このときにｐＨセンサ膜１７７ｄは、廃液に浸漬される。廃液に浸漬されたｐＨセンサ膜１７７ｄからの透過光及び反射光を光検出器１７７ｃで受光して、その吸光スペクトル変化を測定して、ｐＨを計測する。
【０１１７】
ペーハー測定部１７７でｐＨを計測する前に、ｐＨセンサ膜１７７ｄの校正を行なう必要がある。保温箱１６０内に設けられた校正液タンク１６１，１６２には、校正液が貯留されているので、しごきポンプ１４５によって校正液タンク１６１，１６２内の校正液を廃液タンク１０２に送液する。これによって、校正液はピンチ弁１６３，１６４を通過し、ペーハー測定部１７７を通過するので、ｐＨセンサ膜１７７ｄは校正液によってペーハー基準値に校正される。校正後に廃液を通過させてペーハーを測定する。
【０１１８】
ペーハーの算出は以下説明するｐＨ値算出アルゴリズムに従って行なわれる。まず、最初のステップでは、以下の演算式（１）に基づいて、ＰＤ暗電流、アンプやＡＤＣのオフセット補正を行なう。
Ｉ＝Ｉｒａｗ−Ｉｄ・・・（１）
ここで、Ｉｄは光遮断時のベースライン信号、Ｉｒａｗは計測生データであり、Ｉ，Ｉｒａｗは共に波長λの関数である。ここでの波長は、λ１＝５７０ｎｍ，λ２＝７７０ｎｍとする。
【０１１９】
次のステップでは、以下の演算式（２），（３）に基づいて、相対透過率Ｔ及び生の相対吸光度Ａｒａｗを算出する。
Ｔ＝Ｉ／Ｉ２・・・（２）
Ａｒａｗ＝−ｌｏｇＴ＝ｌｏｇ（Ｉ２／Ｉ）・・・（３）
ここで、Ｉ２は、ｐＨ校正液２（ｐＨ２）のＩ値である。従って、相対透過率Ｔ及び相対吸光度Ａｒａｗλの関数となる。
【０１２０】
次のステップでは、ベースライン波長２における吸光補正を行なう。気泡混入などにより、相対吸光度Ａｒａｗが波長λに対して非依存的に変動するので、これを補正するために、演算式（４）に基づいて、オフピーク波長（λ２＝７８０ｎｍ）の値をピーク波長（λ１＝５７０ｎｍ）の値から減算して正味の吸光度Ａを算出する。
Ａ＝Ａｒａｗ（λ１）−Ａｒａｗ（λ２）・・・（４）
【０１２１】
次のステップでは、応答曲線の直線近似を行なう。ｐＨが測定範囲付近では、センサの相対吸光度Ａ（ベースライン補正）はｐＨにほぼ比例するので、直線近似することができる。そこで、演算式（５）〜（７）に基づいて直線近似を行なう。ｐＨは以下の演算式（５）のようになる。
ｐＨ＝Ｓ・Ａ＋ｂ・・・（５）
ここで、Ｓは感度を示す。
ここで、ｐＨ校正液２のｐＨ値はｐＨ２なので、以下の演算式（６）になる。
ｐＨ２＝ｂ・・・（６）
また、ｐＨ校正液２の時は、演算式（４）の結果は「０」となるので、
Ａ＝Ａｒａｗ（λ１）＝Ａｒａｗ（λ２）＝０
ｐＨ＝Ｓ・Ａ＋ｐＨ２・・・（７）
となる。
【０１２２】
次のステップでは、以下の演算式（８）に基づいて校正（感度Ｓの算出）を行なう。
ｐＨ１＝Ｓ・Ａ１＋ｐＨ２・・・（８）
Ａ１は、ｐＨ標準液１（ｐＨ１）のＡ値である。なお、ｐＨ１＜ｐＨ２ならＡ１は負値となる。従って、感度Ｓは、以下の演算式（９）のようになる。
Ｓ＝（ｐＨ１−ｐＨ２）／Ａ１・・・（９）
【０１２３】
次のステップで、未知試料のｐＨ計測は以下の演算式（１０）によって求めることができる。
ｐＨ＝Ａ・（ｐＨ１−ｐＨ２）／Ａ１＋ｐＨ２・・・（１０）
ここで、Ａは未知試料の相対吸光度である。なお、ｐＨ１＜ｐＨ２ならＡは負値となる。
【０１２４】
以下、実際の測定手順について説明する。
まず、標準液１，２のｐＨ値をｐＨ１，ｐＨ２とする。
このときの、ダークカレントＩｄを計測する。
ｐＨ校正液２の場合の計測電流値Ｉ２ｒａｗ（λ１）、Ｉ２ｒａｗ（λ２）を前記演算式（１）に代入すると、次のようになる。
Ｉ２（λ１）＝Ｉ２ｒａｗ（λ１）−Ｉｄ
Ｉ２（λ２）＝Ｉ２ｒａｗ（λ２）−Ｉｄ
【０１２５】
同じく、ｐＨ校正液１の場合のＩ１ｒａｗ（λ１）、Ｉ１ｒａｗ（λ２）を前記演算式（１）に代入すると、次のようになる。
Ｉ１（λ１）＝Ｉ１ｒａｗ（λ１）−Ｉｄ
Ｉ１（λ２）＝Ｉ１ｒａｗ（λ２）−Ｉｄ
【０１２６】
ｐＨ校正液１の場合の生の相対吸光度は、前記演算式（３）に従って次のようになる。
Ａ１ｒａｗ（λ１）＝ｌｏｇ（Ｉ２（λ１）／Ｉ１（λ１））
Ａ１ｒａｗ（λ２）＝ｌｏｇ（Ｉ２（λ２）／Ｉ１（λ２））
ｐＨ校正液１の場合の正味の吸光度Ａは前記演算式（４）に従って、次のようになる。
Ａ１＝Ａ１ｒａｗ（λ１）−Ａ１ｒａｗ（λ２）
【０１２７】
前記演算式（６），（９）に従って検量線導出を行なう。
ｂ＝ｐＨ２
Ｓ＝（ｐＨ１−ｐＨ２）／Ａ１
【０１２８】
未知試料について、Ｉｒａｗ（λ１）、Ｉｒａｗ（λ２）の計測を行い、前述と同様の手順により正味の吸光度Ａを求める。
【０１２９】
前記演算式（７），（８），（９）に従ってｐＨを導出すると、次のようになる。
ｐＨ＝Ａ・Ｓ＋ｂ＝Ａ・（ｐＨ１−ｐＨ２）／Ａ１＋ｐＨ２
【０１３０】
このペーハー測定部は廃液を利用しているため、培養装置内の細胞とｐＨセンサが接触することもなく、また、校正液も廃液流路に流すため、培養器へ注入することも無い。従って、細胞とセンサ、校正液の直接接触を回避することができ、滅菌処理問題が起こることも無い。また、ｐＨ計測部を培養装置内に設けずに、廃液流路の途中に設けているので、装置の機構構造も小型簡略化することができる。
なお、図２１に示したペーハー測定部１７７を設けることには限定されない。すなわち、細胞培養液の色の変化を見るようにしてもよい。この場合、前述のＣＣＤカメラ３１をカラーカメラとし、演算してもよい。なお、チューブ１４１ｃ、ピンチ弁１７６、１６３、１６４、ポンプ１４５、チューブ１４１ｄ、校正液タンク１６１、１６２が不要となるのは言うまでもない。
【０１３１】
細胞培養などでは、滅菌された容器内からの培養する細胞のサンプリングといったような滅菌した容器からの細胞懸濁液などの液の抽出、また、培養液を入れた容器への培養する細胞の播種や培養液への薬剤の注入などといったような滅菌した容器への液の注入などの操作が行なわれる。このような滅菌した容器からの液の抽出や滅菌した容器への液の注入といった操作では、コンタミネーションの発生を抑制する必要がある。
【０１３２】
例えば、滅菌した容器からの液を抽出し、その液を別の滅菌した容器に注入するといったような、物理的に一体でない滅菌した容器間で細胞懸濁液や薬剤などの液を移動させる操作などにおいてコンタミネーションの発生を抑制するため、クリーンベンチ内などの操作環境の清浄度の向上や作業者からの汚染の抑制などが実施されている。さらに、滅菌された容器が、クリーンベンチ内などの清浄化された環境外、つまり、微生物などの汚染物が浮遊している一般環境に置かれていた場合、クリーンベンチ内などでアルコールを噴霧して容器の外面を殺菌し、容器の栓の部分を拭いて過剰なアルコールを除くといった容器の殺菌操作を行った後、栓を外して液の抽出や注入の操作を行うことで、コンタミネーションを抑制している。
【０１３３】
このように、容器が一般環境に置かれていた場合、コンタミネーションの発生を抑制するうえで容器の殺菌操作を行うことが必要であるが、アルコールを噴霧して容器の外面を殺菌し、容器の栓の部分を拭いて過剰なアルコールを除くといった後、容器の栓を外して液の抽出や注入を行うといった一連の操作を、できるだけ迅速に行うこともコンタミネーションの発生を抑制するうえで必要になってくる。しかし、これら一連の操作は繁雑なものであり、これら一連の操作を迅速に行うためには熟練を必要とする。
【０１３４】
さらに、このような一般環境に置かれた容器の殺菌操作を行い、滅菌した容器からの液の抽出や滅菌した容器への液の注入行うといった一連の操作は、例えば再生医療に用いる細胞の増殖などのための細胞培養など、産業的な細胞の生産における細胞培養でも行われる。このため、このような産業的な細胞の生産における細胞培養などにおいて熟練した技術者が必要になることは、細胞培養のコストの増大を招く一つの要因となるため望ましくない。これらのことから、熟練した技術者でなくても、一般環境に置かれた容器からの液の抽出や容器への液の注入をコンタミネーションの発生を抑制しながら行えるようにするため、容器の外面の殺菌や容器の栓を開けるといった操作なしにコンタミネーションの発生を抑制する技術、つまり、容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う際の操作を簡素化しながらコンタミネーションの発生を抑制できる技術が必要とされている。
【０１３５】
そこで、この実施の形態では、容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う際の操作を簡素化しながらコンタミネーションの発生を抑制することのできる構成として、培養前細胞を貯留する容器２３０及び針２３６，２３７と、培養後細胞を貯留する容器２４０及び針２４６，２４７を採用している。以下、図２３〜図３０を用いてこの構成について説明する。
【０１３６】
図２３及び図２４は、容器２３０，２４０用の栓の概略構成を示す図であり、図２３（Ａ）は、その斜視図であり、図２３（Ｂ）は、その断面図であり、図２４（Ａ）は、外部閉塞部材を外した状態で示す上面図であり、図２４（Ｂ）は、容器用の栓の概略構成を示す底面図である。図２５は、この容器用の栓を備えた容器の一例を示す斜視図である。
【０１３７】
容器用の栓（キャップ）２３３は、図２３及び図２４に示すように、ゴムや合成樹脂などの樹脂製であり、一方の端面から他方の端面にかけて貫通する断面円形の通路２３３ａ〜２３３ｄが設けられた略円筒状に形成されている。各通路２３３ａ〜２３３ｄの大きさはそれぞれ異なっている。栓２３３の通路２３３ａ〜２３３ｄは、この栓２３３を取り付けた容器２３０，２４０内への液の注入及び容器２３０，２４０内からの液の抽出の少なくとも一方を行う中空針２３６，２３７，２４６，２４７などの管体または細管を挿通するための通路となる。通路２３３ａは、栓２３３の一方の端面側に形成された入口部となる。通路２３３ｂは、この入口部に接続され、この入口部よりも直径が大きい収容室となり、この収容室２３３ｂに殺菌剤含浸部材（不織布）２３４，２４４が収容される。通路２３３ｃは、この収容室２３３ｂの底となる仕切板２３３ｅの中央部に形成された貫通穴となる。通路２３３ｄは、栓２３３の他方の端面側に設けられ、仕切板２３３ｅの貫通穴２３３ｃを介して収容室２３３ｂと連通する出口部となる。
【０１３８】
この実施の形態では、栓２３３の通路２３３ｄの出口部は、図２５に示すように、栓２３３を容器２３０，２４０に気密に密着させた状態で取り付けるための役目も果たし、出口部２３３ｄの内径は、円筒状の容器２３０，２４０の外径と同じ大きさに形成されている。ただし、栓２３３の容器への取り付けかたが異なる場合、出口部２３３ｄを栓２３３の容器への取り付けに利用しない場合などは、出口部２３３ｄの内径は適宜設定でき、また、出口部２３３ｄを設けない構成にすることもできる。また、栓２３３の仕切板２３３ｅの中央部に形成された貫通穴２３３ｃは、中空針２３６，２３７，２４６，２４７などの管体または細管を挿通可能な径で形成されている。
【０１３９】
栓２３３の入口部２３３ａが設けられている側の端面には、図１４、図２３〜図２５に示すように、その端面を覆うように気密性を有するフィルムまたは膜からなる外部閉塞部材２３５，２４５が取り付けられている。外部閉塞部材２３５，２４５は、例えば、アルミ箔と合成樹脂製のフィルムなどをラミネートしたラミネートフィルム、柔軟性と弾性を有するゴムやシリコン、エラトマ樹脂などの樹脂製の膜など、殺菌剤の蒸発を抑制することができる様々な材料で形成することができる。また、外部閉塞部材２３５，２４５としてラミネートフィルムなどを用いた場合には、栓２３３を備えた容器２３０，２４０を使用するときに、栓２３３の入口部２３３ａ側の端面から剥離する。
【０１４０】
一方、外部閉塞部材２３５，２４５として樹脂製の膜などを用いた場合には、中空針２３６，２３７，２４６，２４７などの管体または細管を外部閉塞部材２３５，２４５に穿刺して用いる。穿刺した中空針２３６，２３７，２４６，２４７などの管体または細管を外部閉塞部材２３５，２４５から抜いても、外部閉塞部材２３５，２４５が柔軟性と弾性を有する樹脂製であれば、中空針２３６，２３７，２４６，２４７などの管体または細管によって外部閉塞部材２３５，２４５に形成された穴はほとんど閉じた状態となる。なお、外部閉塞部材２３５，２４５を樹脂製とする場合には、通路２３３ａ〜２３３ｄなどの栓２３３の他の部分と一体に形成することもできる。この場合、外部閉塞部材２３５，２４５は、通路２３３ａ〜２３３ｄの入口部に対応する部分にのみ形成される。
【０１４１】
この実施の形態では、栓２３３の通路２３３ｂすなわち収容室に収容され、円盤状になった殺菌剤含浸部材２３４，２４４は、仕切板２３３ｅによって通路２３３ｂ内に保持されている。殺菌剤含浸部材２３４，２４４は、中空針２３６，２３７，２４６，２４７などの管体または細管を穿刺して挿通させることが可能であり、例えば、不織布または酒精綿などにより形成されている。酒精綿で殺菌剤含浸部材２３４，２４４を形成した場合には、アルコールが含浸されていることになるが、殺菌剤になれば、アルコールの他、逆性石鹸などの殺菌作用を有する薬剤を不織布などに含浸させて殺菌剤含浸部材２３４，２４４を形成することができる。さらに、殺菌剤含浸部材２３４，２４４は、殺菌剤をゲル状にすること、例えば、アルコールゲルなどでも形成できる。アルコールゲルなどで殺菌剤含浸部材２３４，２４４を形成すれば、殺菌剤含浸部材２３４，２４４の殺菌剤が殺菌剤含浸部材２３４，２４４から流出し、この栓２３３を備えた容器内に進入し、容器の内容物に影響するのを抑制できる。
【０１４２】
この実施の形態に係る栓２３３は、多重蓋様の構造になっており、容器２３０，２４０のような内部を滅菌した状態で使用する適宜の容器の液の出し入れを行う開口部に取り付けられる。栓２３３は、図２５に例示した容器２３０，２４０のような形状に限らず、様々な形状の容器に適用でき、また、様々な用途の容器に適用できる。例えば、滅菌された薬剤を収容した薬剤容器、培養液を収容した培養器、細胞懸濁液から細胞を遠心分離により回収するための遠沈管、また、管状の容器、直方体状の容器、輸液バックのようなフレキシブル容器など、栓２３３は、滅菌して使用する様々な形状と用途の容器に適用できる。
【０１４３】
ここで、例えば、栓２３３を備えた容器２３０，２４０が、細胞懸濁液から細胞を遠心分離により回収するための遠沈管であったとすると、容器２３０，２４０は、内部は滅菌され細胞懸濁液が収容された状態になっているが、遠心分離を行うためにクリーンベンチから出され、一般環境に設置された遠心機にかけられることによって、一般環境に置かれた状態となり、外面が汚染された可能性がある状態となる。このような容器２３０，２４０から液を抽出したり、容器２３０，２４０内に液を注入したりするとき、作業者は、アルコール噴霧などによる容器２３０，２４０の外面の殺菌操作を行うことなく、液の抽出または液の注入用のシリンジなどに取り付けた中空針などの管体または細管を、図２５に示す波線の矢印のように、栓２３３の通路２３３ａ〜２３３ｄに挿通させる。このとき、栓２３３の通路２３３ａ〜２３３ｄの入口部から挿入された管体または細管は、殺菌剤含浸部材２４４に穿刺されて殺菌剤含浸部材２４４を貫通し、仕切板２３３ｅの貫通穴２３３ｃを通って容器２３０，２４０の内部に入ることになる。
【０１４４】
したがって、クリーンベンチ内などの清浄環境から一般環境に出されたために外側が汚染されている可能性がある容器２３０，２４０の影響で、管体または細管の外面が汚染された可能性があったとしても、中空針などの管体または細管を栓２３３に挿通するとき、殺菌剤含浸部材２４４に管体または細管が穿刺されることによって、殺菌剤含浸部材２４４に含浸されている殺菌剤によって管体または細管の外面を殺菌することができる。したがって、作業者は一般環境に置かれた容器２３０，２４０にアルコールを噴霧する容器外面の殺菌操作や、栓の周囲のアルコールを拭き取って栓を開けるといった操作を行うことなく、管体または細管を栓に挿通させるだけでコンタミネーションの発生を抑制しながら、容器２３０，２４０からの液の抽出や容器２３０，２４０への液の注入を行うことができる。
【０１４５】
このようにこの実施の形態に係る容器用の栓や容器であれば、容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う際の操作を簡素化しながらコンタミネーションの発生を抑制できる。さらに、容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う際の操作を簡素化しながらコンタミネーションの発生を抑制できることにより、熟練した技術者が容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う必要がなくなる。また、熟練した技術者による操作が必要なくなることから、例えば再生医療に用いる細胞の増殖などのための細胞培養など、産業的な細胞の生産における細胞培養のコストを低減できる。加えて、従来のように、栓部分の滅菌のための蒸気を供給するための設備や配管が必要ないため、栓や容器の使用に対する制限を低減でき、また、栓などの構造を簡素化できる。
【０１４６】
一般環境に置かれた容器をアルコールの噴霧などにより殺菌する、容器の栓を外すなどといった操作は、自動的に容器や注入動作などを行う液取扱装置には馴染まず、手作業によって行われることになる。手作業による操作は、作業者自身による汚染の持ち込みや作業者のケアレスミスによるコンタミネーションの発生を招く可能性がある。
【０１４７】
これに対して、この実施の形態に係る容器用の栓や容器であれば、一般環境に置かれた容器をアルコールの噴霧などにより殺菌する、容器の栓を外すなどといった操作を行う必要がないため、液取扱装置などを用いた容器からの液の抽出や容器への液の注入の自動化が可能となる。そして、自動化が可能になることにより、作業者自身による汚染の持ち込みや作業者のケアレスミスによるコンタミネーションの発生などを防ぐことができる。
【０１４８】
さらに、本実施形態の容器用の栓や容器では、栓２３３の通路２３３ａ〜２３３ｄの入口部側の端面が、管体または細管を穿刺可能であるか、または、取り外し可能で、通路２３３ａを気密に密閉可能な外部閉塞部材２３５，２４５で閉塞されている。このため、殺菌剤がアルコールなどであっても、殺菌剤の殺菌剤含浸部材２３４，２４４からの蒸発を抑制できる。加えて、外部閉塞部材２３５，２４５が殺菌剤含浸部材２３４，２４４に含浸された殺菌剤の蒸発を防ぐため、例えば容器内に試薬を注入した後、この容器内から細胞などの試料のサンプリングを行うといった操作を行う場合でも、殺菌剤含浸部材の殺菌効果が持続する時間を長くでき、また、容器の栓を開ける必要もない。このため、作業者は、容器内へ液を注入し、さらに、容器内からサンプリングつまり液の抽出を行うといった一連の操作を、時間的余裕を持って行うことができる。したがって、作業者に対し、できるだけ速やかにこのような一連の無菌操作を行うといった高度なスキルを求める必要がなくなる。
【０１４９】
図２６は、図２３〜２５の容器用の栓の変形例を示す断面図である。図２６において、図２３〜図２５と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略し、相違する構成や特徴部などについて説明する。
【０１５０】
図２６の容器用の栓２３３１が図２３〜図２５の栓２３３と相違する点は、栓の通路に収容した殺菌剤含浸部材と殺菌剤含浸部材を通路内に保持する仕切板との間に通路を閉塞する内部閉塞部材が設けられている点である。すなわち、この実施の形態に係る容器用の栓２３３１は、入口部２３３ａ、収容室２３３ｂ、仕切板２３３ｅの中央部に形成された貫通穴２３３ｃ、そして出口部２３３ｄなどからなる通路の形状などは図２３〜図２５の栓２３３と同じである。しかし、収容室２３３ｂを画成する壁の内面のうち、収容室２３３ｂの底面となる仕切板２３３ｅの面及び収容室２３３ｂの側面となる面を覆うように膜状の内部閉塞部材２３３ｆが設けられている。そして、殺菌剤含浸部材２３４，２４４は、内部閉塞部材２３３ｆで覆われた状態で収容室２３３ｂ内に収容されている。言い換えれば、内部閉塞部材２３３ｆは、殺菌剤含浸部材２３４，２４４と、収容室２３３ｂの底面となる仕切板２３３ｅの面や収容室２３３ｂの側面となる面との間に挟まれた状態で設置された器状の部材である。
【０１５１】
図２６の内部閉塞部材２３３ｆは、柔軟性と弾性を有する樹脂製、例えば注射薬などの容器の栓などで使用されるエラトマ樹脂やシリコン、天然ゴムなどの樹脂製の膜で構成され、貫通穴２３３ｃの収容室２３３ｂ側の開口を密閉すると共に、穿刺した中空針などの管体または細管を抜いた後でもそれに形成された穴はほとんど閉じた状態となるものである。さらに、内部閉塞部材２３３ｆは、器状に形成されていることで内側に液体を保持できるようになっている。また、殺菌剤含浸部材２３４，２４４を貫通してきた中空針などの管体または細管の外面に付着した殺菌剤を払拭することもできる。
【０１５２】
内部閉塞部材２３３ｆの中央部、つまり、仕切板２３３ｅに形成された貫通穴２３３ｃに対応する部分は、収容室２３３ｂ内側に向けて先端に向かうに連れて細くなる円錐台状に突出しており、この円錐台状に突出した部分が中空針などの管体または細管が穿刺されて貫通する貫通部２３３ｇとなる。円錐台状の貫通部２３３ｇ内は、中空針などの管体または細管を穿刺して貫通させ易いように、貫通穴２３３ｃに連続した中空状態を形成するようになっている。なお、この殺菌剤含浸部材２３４，２４４は、器状の内部閉塞部材２３３ｆ内に収容された状態で収容室２３３ｂ内に設置されている。また、この殺菌剤含浸部材２３４，２４４は、内部閉塞部材２３３ｆの貫通部２３３ｇに対応する部分が凹んだ状態となっている。
【０１５３】
このような栓２３３１は、収容室２３３ｂつまり殺菌剤含浸部材２３４，２４４側に突出した貫通部２３３ｇを有する器状の内部閉塞部材２３３ｆを備えており、さらに、その内部閉塞部材２３３ｆ内に殺菌剤含浸部材２３４，２４４を備えている。そして、中空針などの管体または細管を穿刺する貫通部２３３ｇが内部閉塞部材２３３ｆの他の部分よりも高くなるように段差を有し、他の部分よりも表面積が狭い貫通部２３３ｇの頂点部分に中空針などの管体または細管が穿刺される。このため、殺菌剤含浸部材２３４，２４４からの過剰な殺菌剤が流出したり、殺菌剤含浸部材２３４，２４４に中空針などの管体または細管を穿刺するときの管体または細管による加圧で殺菌剤含浸部材２３４，２４４から殺菌剤が流出したりしても、流出した殺菌剤は、内部閉塞部材２３３ｆの貫通部２３３ｇ周囲の器状の部分に溜まる。したがって、殺菌剤含浸部材２３４，２４４から殺菌剤が流出したとしても、流出した殺菌剤が貫通穴２３３ｃを介して容器内へ流入し、容器の内容物に影響を与えるのを抑制することができる。
【０１５４】
さらに、殺菌剤含浸部材２３４，２４４から殺菌剤が流出したとしても、流出した殺菌剤が貫通穴２３３ｃを介して容器内へ流入し難いため、中空針などの管体または細管を穿刺して容器からの液の抽出や容器内への液の注入といった操作を行うときに、殺菌剤含浸部材５から殺菌剤が流出しないよう、また、流出した殺菌剤が貫通穴２３３ｃを介して容器内へ流入しないよう注意しながら操作を行う必要がなくなり、このような操作を容易にすることができる。また、この実施の形態では、内部閉塞部材２３３ｆは、全体を柔軟性と弾性を有する樹脂で形成したが、少なくとも図示していない中空針などの管体または細管が挿通される部分のみを柔軟性と弾性を有する樹脂製とした構成などにすることもできる。
【０１５５】
図２７は、図２３〜２５の容器用の栓の別の変形例を示す断面図である。図２７において、図２３〜図２５と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略し、相違する構成や特徴部などについて説明する。
【０１５６】
図２７の容器用の栓２３３２が図２３〜図２５の栓２３３と相違する点は、栓の通路に収容した殺菌剤含浸部材と殺菌剤含浸部材を通路内に保持する仕切板との間に通路を閉塞する内部閉塞部材が設けられており、さらに、内部閉塞部材と殺菌剤含浸部材の形状が異なる点である。すなわち、この実施の形態に係る栓２３３２は、収容室２３３ｂ側の仕切板２３３ｅを覆うように円形の膜状の内部閉塞部材２３３ｈと、収容室２３３ｂに収容された粒状の複数の殺菌剤含浸部材２３４ａ，２４４ａとを備えている。
【０１５７】
この実施の形態に係る内部閉塞部材２３３ｈは、柔軟性と弾性を有する樹脂製、例えば注射薬などの容器の栓などで使用されるエラトマ樹脂やシリコン、天然ゴムなどの樹脂製の円形の膜であり、貫通穴２３３ｃの収容室２３３ｂ側の開口を密閉すると共に、穿刺した中空針などの管体または細管を抜いても形成された穴はほとんど閉じた状態となるものである。また、この内部閉塞部材２３３ｈでは、仕切板２３３ｅ側の面の中央部つまり仕切板２３３ｅの貫通穴２３３ｃに対応する位置に、貫通穴２３３ｃに嵌合する突起２３３ｊが形成されている。この殺菌剤含浸部材２３４ａ，２４４ａは、吸水性を有する粒状の部材、例えばウレタンビーズなどで形成されており、殺菌剤が含浸されている。
【０１５８】
内部閉塞部材２３３ｈは、栓２３３２を備えた容器内への殺菌剤の流入を抑制すると共に、殺菌剤含浸部材２３４ａ，２４４ａの径が貫通穴２３３ｃの径よりも小さい場合には、殺菌剤含浸部材２３４ａ，２４４ａが貫通穴２３３ｃを介して容器内へ入るのを防いでいる。これにより、栓２３３２を備えた容器の内容物への殺菌剤の影響を抑制している。
【０１５９】
この実施の形態に係る栓２３３２では、殺菌剤含浸部材２３４ａ，２４４ａが粒状で収容室２３３ｂに複数収容された状態となっている。このため、中空針などの管体または細管を円盤状の殺菌剤含浸部材に穿刺する必要がなく、中空針などの管体または細管は、複数の殺菌剤含浸部材２３４ａ，２４４ａの間を殺菌剤含浸部材２３４ａ，２４４ａに外面が接触しながら栓２３３２に挿通されることになる。したがって、中空針などの管体または細管を円盤状の殺菌剤含浸部材に穿刺する場合に比べ、中空針などの管体または細管の栓への抜き差しを容易にできる。さらに、円盤状の殺菌剤含浸部材を中空針などの管体または細管を穿刺するときに加圧し難いため、中空針などの管体または細管を栓に挿通するときの殺菌剤含浸部材からの殺菌剤の流出を抑制できる。
【０１６０】
図２８は、図２３〜２５の容器用の栓のさらに別の変形例を示す断面図である。図２８において、図２３〜図２５と同じ構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明は省略し、相違する構成や特徴部などについて説明する。
【０１６１】
図２８の容器用の栓２３３３が図２５〜図２７のものと相違する点は、栓の通路の殺菌剤含浸部材よりも容器内側に、中空針などの管体または細管の外面に付着した液体を拭き取る拭き取り部材を設けたことにある。すなわち、この実施の形態に係る容器用の栓２３３３は、通路２３３ａ〜２３３ｄの出口部内に設置された円盤状の拭き取り部材２３３ｋを備えた点にある。拭き取り部材２３３ｋは、仕切板２３３ｅの殺菌剤含浸部材２３４，２４４が設置された側の面と反対側の面、つまり、容器内側の面に接した状態で設けられており、仕切板２３３ｅに形成されている貫通穴２３３ｃの出口側を塞いだ状態になっている。拭き取り部材２３３ｋは、中空針などの管体または細管を穿刺可能で、中空針などの管体または細管外面に付着した液体を拭き取ることができる材料、例えば発泡スチロール、綿、ウレタン、その他のフィルターまたはフィルター様の部材などで形成されている。
【０１６２】
この実施の形態の容器用の栓２３３３は、中空針などの管体または細管が殺菌剤含浸部材２３４，２４４に穿刺され貫通した後、拭き取り部材２３３ｋに穿刺されることによって、殺菌剤含浸部材２３４，２４４を貫通したときに中空針などの管体または細管の外面に付着したアルコールなどの殺菌剤を拭き取ることができる。したがって、殺菌剤含浸部材２３４，２４４を貫通した中空針などの管体または細管の外面に殺菌剤が付着することによって、容器内に殺菌剤が持ち込まれるのを抑制できるため、殺菌剤の容器の内容物への影響を低減できる。
【０１６３】
図２９及び図３０は、容器からの液の抽出や容器への液の注入を行う際の操作の概略を説明する図である。図２３の容器用の栓２３３を備えた容器２３０を用い、液の容器への注入及び液の容器からの抽出の少なくとも一方の機能、つまり、サンプリング装置及び分注装置の少なくとも一方の機能を果たす液取扱装置について説明する。この液取扱装置は、図１４の培養前細胞を貯留する容器２３０から培養前細胞を培養器１４０に送液したり、培養器１４０から容器２３０に培養後細胞を送液するものである。すなわち、液取扱装置は、例えば、培養器１４０からの細胞懸濁液のサンプリングや薬液の吸入といったような液の抽出、培養液が入った培養器１４０への細胞懸濁液の注入による細胞の播種や薬液の注入といったような液の注入など、サンプリング装置及び分注装置の少なくとも一方の機能を果たすものである。この実施の形態では、図２５に示すように栓２３３を備えた容器２３０を用いた場合を例示する。なお、図２６〜図２８に示した栓２３３１，２３３２，２３３３を備えた容器を用いることもできる。
【０１６４】
図２９及び図３０の液取扱装置は、栓２３３を備えた容器２３０は、台座２９１上の保持具２９２によって保持されている。容器２３０の栓２３３の上方には、液の容器２３０への注入及び液の容器２３０からの抽出の少なくとも一方を行なうための中空針などの管体または細管２９３が支持部材２９４によって支持されている。支持部材２９４は、駆動機構２９５を介して、駆動機構２９５による管体または細管２９３の上下方向の移動をガイドするガイド棒２９５に連結されている。ガイド棒２９５は、台座２９１から上方に向けて延在した状態で台座２９１に固定されている。管体または細管２９３は、チューブ２９６を介して、液の吸引及び排出の少なくとも一方を行なうためのポンプ２９７に接続されている。ここでの、管体または細管２９３が図１４の針２３６，２４６に、ポンプ２９７が図１４のしごきポンプ１４４，１４７に、チューブ２９６が図１４のチューブ１４２ｄ，１４１ｂにそれぞれ対応することになる。なお、図２９及び図３０では、図１４のモータ２３１については省略してある。
【０１６５】
チューブ１９６は、管体または細管２９３の一方の端部と支持部材２９４の下面に設けられた連結部２９４ａで連結されている。また、連結部２９４ａには、管体または細管２９３を覆う袋状の被覆部材２９８の開口部分が気密に取り付けられている。被覆部材２９８は、管体または細管２９３を穿刺可能な柔軟で弾性及び気密性を有する膜状の材料、例えばゴムやシリコン、エラトマ樹脂などで形成された袋状の部材である。
【０１６６】
この実施の形態に係る液取扱装置では、中空針などの管体または細管２９３を栓２３３に挿通させていないときは、図２９に示すように、中空針などの管体または細管２９３は、被覆部材２９８に内包されることによって、被覆部材２９８の外側の環境と気密に隔離された状態になっている。したがって、液取扱装置が、清浄環境つまりクリーンベンチの外など、外気に触れる一般環境下に置かれても、被覆部材２９８内に在る管体または細管２９３は外気から汚染されることはない。
【０１６７】
液の注入や抽出のために、中空針などの管体または細管２９３を栓２３３に挿通させて容器２３０内に挿入するときは、駆動機構２９５がガイド棒２９５に沿って下方に移動する。これにより、図２５に示すように、管体または細管２９３は、栓２３３の外部閉塞部材２３５、殺菌剤含浸部材２３４に順次穿刺され、容器２３０内に挿入される。このとき、管体または細管２９３は、図３０に示すように、被覆部材２９８の下端部分が栓２３３の外部閉塞部材２３５の外面に接触した状態で、被覆部材２９８と外部閉塞部材２３５とを穿刺し、栓２３３の通路２３３ａ〜２３３ｄ内に挿通されて行く。したがって、管体または細管２９３が容器２２３内に挿入されるときも、被覆部材２９８内は密閉状態が保たれており、管体または細管２９３の栓２３３の外側にある部分が外気に曝されることはなく、被覆部材２９８内に在る管体または細管２９３の部分の外気からの汚染は生じない。また、管体または細管２９３の栓２３３内に挿通されている部分も、上述したように汚染が生じることは無い。
【０１６８】
管体または細管２９３を容器２３０から抜くときは、駆動機構２９５がガイド棒２９４に沿って上方に移動する。これにより、管体または細管２９３は、図３０の状態から図２９に示すように、被覆部材２９８に内包された状態に戻る。また、被覆部材２９８は柔軟性かつ弾性を有しているため、管体または細管２９３が穿刺されたときに形成された穴は閉じられた状態となり、被覆部材２９８の密封性が維持される。したがって、管体または細管２９３を容器２３０から抜いた後も、管体または細管２９３が外気に触れることによる汚染は防止されることとなる。
【０１６９】
この実施の形態に係る液取扱装置では、図２３に示したような栓２３３を備えた容器を用い、さらに、中空針などの管体または細管２９３が、管体または細管２９３を穿刺可能な柔軟で弾性及び気密性を有する膜状の材料で形成された袋状の被覆部材２９８によって覆われているため、栓に挿通されていない状態の管体または細管の汚染も抑制できるため、コンタミネーションの発生をより確実に抑制できる。また、この液取扱装置は、図２９及び図３０の構成のものに限らず、管体または細管を被覆部材で被覆していれば様々な態様で実施することは可能であり、種々の変形例を包含するものである。さらに、容器用の栓２３３や容器２３０は、上述した実施の形態の構成の容器用の栓に限らず、管体または細管が挿通される通路が形成されており、この通路内に、管体または細管を穿刺可能で、殺菌剤を含浸した殺菌剤含浸部材が保持した構成の栓であれば様々な構成のものを適用するができることは言うまでもない。
【０１７０】
通常、図１及び図１４に示すようなピンチ弁を用いた細胞培養装置は、ピンチ弁を駆動するための圧力を細胞培養装置の外部に設置された空気圧縮装置（エアコンプレッサ）などから圧縮空気として取り込むか、又は細胞培養装置に内蔵された空気圧縮機を用いて動作させてていた。外部から圧縮空気を取り込む場合、空気圧縮装置から細胞培養装置までの配管が必要となり、通常は配管は壁、天井などに固定されるため細胞培養装置の設置場所が制限されたり、設置が不可能となったりして、好ましくなかった。また、細胞培養装置に内蔵された空気圧縮機を用いる方式では設置場所に制限はないが、発塵、振動、騒音などの問題があり、好ましくなかった。
【０１７１】
そこで、図１４の実施の形態では、二酸化炭素ボンベ２１０内のガスをチューブの各所に設けられたピンチ弁を駆動のための圧縮空気として使用している。二酸化炭素ボンベ２１０内のガスは、レギュレータ２１１及び多連型電磁弁２１３を介して、チューブの各所に設けられたピンチ弁に送出される。なお、二酸化炭素のガス圧力が低くなるとピンチ弁の駆動はできなくなるが、細胞培養時においては、二酸化炭素の使用は必須であるので、その可能性は少ない。また、ピンチ弁の二酸化炭素ガスの使用量は１回当たり０．５ｃｃ程度であるので、保温箱１６０内で使用される二酸化炭素ガスの量と比較してもかなり少ないものである。図１の実施の形態の場合も同様にしてピンチ弁を駆動している。
【０１７２】
図１及び図１４の細胞培養装置では、任意のタイミングで任意の時間だけピンチ弁を開閉制御することにより、必要な試薬を必要量、培養器１４０に注入したり、培地を廃液したりすることができる。二酸化炭素ホンベ２１０は、エアチューブ（図１４の点線で示した配管）を通して各ピンチ弁に二酸化炭素ガスを供給している。一方、二酸化炭素ボンベ２１０からはレギュレータ２１１及び電磁弁２１２を介して所定量の二酸化炭素が保温箱１６０内に供給されている。
【０１７３】
各ピンチ弁に供給される二酸化炭素ガスは、ピンチ弁駆動用のエアシリンダに圧縮空気として送出され、そこでピンチ弁の駆動に使用され、保温箱１６０に供給される二酸化炭素ガスは保温箱１６０内の二酸化炭素濃度を調整するのに用いられる。ピンチ弁駆動用のエアシリンダは、エアシリンダにかかる圧力が仕様を満たすならば、何個でも増設可能である。図１４では、二酸化炭素ボンベ２１０からの二酸化炭素ガスは、エアチューブでレギュレータ２１１に接続されているが、図示していないがこの間には、菌を取り除く滅菌フィルタ、水分を取り除くミストフィルタなどが設けられている。ピンチ弁駆動用のエアシリンダは、通常２本のチューブを持ち、一方に二酸化炭素ガスを供給することによりエアシリンダが動作し、ピンチ弁を閉じ、他方に二酸化炭素ガスを供給することによりエアシリンダが逆方向に動作し、ピンチ弁を開くように構成されている。このような二酸化炭素ガスの供給を切り替えるのが、多連型電磁弁２１３である。一方、保温箱１６０に供給する二酸化炭素ガスは、電磁弁２１２によって、その注入と遮断が制御されるようになっている。通常は二酸化炭素センサ２０５を用いて保温箱１６０内の二酸化炭素濃度を測定し、目標値よりも低い場合は、電磁弁２１２を開放し、高い場合は電磁弁２１２を閉じて、保温箱１６０内の二酸化炭素濃度を一定に保持している。なお、ここでは二酸化炭素ボンベを例に説明したが、非可燃性ガスであれば、同様にして使用できることは言うまでもない。
【０１７４】
通常、培養細胞中において、コロニーの有無またはその大きさを確認するには、細胞を染色して肉眼で確認したり、カメラで撮影した画像に対して画像処理を施すことによって確認していた。カメラを用いてコロニーを撮影する際は、たとえば、特開２００１−２７５６５９号公報に記載されているように、培養器全体が一時に撮影できるような広い画角を持った低倍率のレンズを使用していた。このように培養器全体を低倍率広画角のレンズを使ったカメラで撮影することによってコロニーの有無を迅速に確認していた。
【０１７５】
しかし、培養細胞中にコロニーが小さかったり、カメラの解像度が低い場合などには、コロニーを明瞭に描出できないことがあった。また、コロニーの有無とサイズを確認した後、任意のコロニー内の細胞を撮影するには、より高い倍率のレンズを別途用意しなければならなかった。このような場合に、低倍率のレンズで確認された位置精度の低い画像から目標位置を探し出して、高倍率レンズでの撮影のためカメラまたは培養器をその位置に移動するのは大変に手間のかかる作業であった。
【０１７６】
そこで、この実施の形態では、細胞を培養する際に、コロニーの有無とそのサイズ確認という作業と、コロニー内の細胞の培養経過の詳細な観察という作業とを同時に行なうことができ、さらに、作業間の切り替えをするにあたり、外部からのコンタミネーションを排除し、培養状態の観察にあたり、培養細胞へのダメージを極力排除することができるようなカメラ撮影システムを採用した。
【０１７７】
図３１は、カメラ撮影システムに概略構成を示すブロック図である。カメラ撮影システム３１０は、保温箱１６０内の培養器１４０を撮影するＣＣＤカメラ３１から得られる画像データに種々の処理を施して細胞などを確認できるように表示するものであり、コンバータ３１１、画像処理ユニット３１２、モータコントローラ３１３及びカメラ・培養器駆動装置３１４から構成される。培養器１４０とＣＣＤカメラ３１との位置関係は、図１４に示す通りであり、保温箱１６０の上側に設けられた光源３４ａからの光を保温箱１６０の下側に設けられた観察窓３２ａを介してＣＣＤカメラ３１ａで撮影する。図１の細胞培養装置の場合にも同様の位置関係にあるものとする。
【０１７８】
コンバータ３１１は、ＣＣＤカメラ３１で撮影された画像データを画像処理ユニット１４に転送するための電気信号に変換するものである。画像処理ユニット１４は、コンバータ３１１から入力された電気信号に種々の処理を加えて、細胞を視認し易い画像に変換する。モータコントローラ３１３は、画像処理された画像に基づいてＣＣＤカメラ３１と培養器１４０との相対的な位置関係を所望の関係に制御するものであり、カメラ・培養器駆動装置３１４は、ＣＣＤカメラ３１と培養器１２をその所望の関係となるように移動するものである。
【０１７９】
図３２は、図１４の中におけるカメラ撮影システムに関係する部分を抽出して模式的に示す図である。すなわち、この図は、ＣＣＤカメラ３１と培養器１４０との相対的な位置関係を制御する場合の最も典型的な制御機構を示す図である。保温箱１６０内に培養器１４０が固定的に存在する場合に、この培養器１４０に対してＣＣＤカメラ３１を移動させて、両者の相対的な位置関係を制御している。なお、図１に示すようにＣＣＤカメラ３１が固定的に設けられ、培養器１４０（又は内部の鏡）が移動するようにしてもよいし、図１４に示すように両者が同時に移動するようにしてもよい。
【０１８０】
図３２では、保温箱１６０の中にＣＣＤカメラ３１と、培養器１４０と、ＣＣＤカメラ３１の移動用ガイド３１５とが閉鎖的に内含される場合を図示している。これ以外に、培養器１４０内の細胞に光をあてる照明装置となる光源３４、カメラ・培養器駆動装置３１４によって駆動されるモーター２９ａ、画像信号を電気信号に変換するコンバータ３１１などを保温箱１６０の中に内含していてもよい。
【０１８１】
培養器１４０は、培養に通常使用されるフラスコや培養皿であってもよいし、特願２００２−１８０１２０号公報、特願２００３−０２７７１０号公報又は特願２００３−４２０５１０号公報のような構成のものであってもよい。
【０１８２】
ＣＣＤカメラ３１は光学的な撮像装置であれば、ＣＣＤでもよいしＣＭＯＳでもよいし、そのほか電気的、電子的、あるいは光学的な信号を取得できるものであれば何でもよい。ＣＣＤカメラ３１にはレンズ３１６が取り付け可能であり、レンズ３１６は交換式でもあるいは据付式でもよい。ＣＣＤカメラのレンズ交換マウントとして、例えば通称Ｃマウントと呼ばれるネジ式のマウントの他、バヨネット式のものも適用可能である。レンズ据付式であれば、カメラ内へのごみやほこりや湿気の混入をより避けることが可能で、撮影画像にこれらが映りこむ危険を減らすことができるとともに、これらが保温箱１６０内にもれてコンタミネーションを生じる危険も回避することができる。
【０１８３】
なお、レンズの交換は必須ではないために安価でコンタミ招来の危険性の少なく密封性の高いレンズ固定式のカメラが使用可能である。また、レンズ３１６は、比較的高い倍率で視野が広くないものを使用する。これ以降、倍率といえば、カメラの撮像素子サイズとレンズの焦点距離と撮影距離によって決まる撮影倍率のことをいうものとする。また、視野範囲も同様にカメラの撮像素子サイズとカメラの絞りないしはシャッター開口径とレンズの画角によって決まるものをいう。
【０１８４】
図３２では、照明装置は図示していないが、培養器を透明にしてその裏側から照射する透過光を撮影する方式やカメラ側から光を当てて反射光を撮影する方式などがある。透過光方式であれば、照明装置は培養器の下部に配置する。このとき必ずしも保温箱１６０内におく必要はなく、保温箱１６０の下部を光透過性のある構成とすれば、保温箱１６０の外側においてもよい。保温箱１６０の外においておけば、万が一の故障や玉切れなどの際に、コンタミネーションの危険を冒さずに修理交換できる。
【０１８５】
また、光源は、培養する細胞にとって有害な波長成分を有さないものがよい。例えば、紫外線は細胞のＤＮＡに損傷を与えたり、紫外線誘発アポトーシスを惹起し、結果的に細胞の癌化の原因となると言われている。したがって、通常の細胞を培養するときは、光源としてそのような成分を含むことは避けなければならない。
【０１８６】
また、赤外線は熱を生じるために細胞にとってストレスとなりうる。逆に、特定の波長の光が細胞を活性化することもあるので、積極的に光源の波長が培養に有利なものとなるよう制御することもできる。光源の波長やその成分比は、培養する細胞やその目的に合わせて変更できるようにしておくことが望ましい。具体的には、光源と培養器の間にフィルターを介在させることで上記のように細胞の培養に好ましくない紫外線成分を遮断させたり、単色性の強いＬＥＤなどの光源を複数用意しておき選択的にオンオフすることでも任意の波長成分を含んだ光源の作成が可能である。あるいは３波長蛍光管とフィルターを併用することでも波長の選択が可能である。
【０１８７】
また、反射光式の場合も、透過光式と同様に、光源は保温箱１６０内にあっても外にあってもよい。保温箱１６０内にあれば細胞との距離が短いため光源への供給電力が少なくて済む反面、光強度が強すぎて細胞にダメージを与えたり、光が十分拡散しないため画像に明度のむらを生じることもある。保温箱１６０の外にあれば、透過光式のところで説明したのと同じ理由でコンタミネーションの機会を減少できるとともに、光源の保守が容易となる反面、照明からの光がカメラによって遮られるために画像に明度のむらの生じることもある。このような場合には、保温箱内にレンズ周りを取り囲むようなリングライトを使用することもできる。あるいは、特に照明装置を設けずに保温箱外の部屋の照明で細胞を照らすことも可能である。この場合も、光源の波長についてはすでに透過光方式のところで説明したとおりである。
【０１８８】
なお、透過光の場合は光が細胞表面に回りこみにくいために、培養細胞の下にフィーダー細胞が存在するときなどは、細胞表面が確認しにくい場合が生じる。このような場合には、反射光方式を併用するとよい。照明装置は、波長だけでなくその光量や照射角度などを調整可能なものとすれば、撮影画像をより高画質にすることができる。
【０１８９】
カメラ・培養器駆動装置３１４は、図３２に示すように保温箱１６０内に配置されているものとして説明する。図３２では、ＣＣＤカメラ３１と、これを支えるスタンド３１７、このスタンド３１７を支えるためのベースとなる台車３１８がレール３１５上を直線移動するようになっている。台車３１８には動力伝達部３１９を介してモーター３２０ａが取り付けられている。このモーター３２０ａを駆動回転することで、動力伝達部３１９を経由して台車３１８を直線移動させることができる。
【０１９０】
このように図３２では、カメラ・培養器駆動装置３１４は、モーター３２０ａ、台車３１８９、およびレール３１５から構成されているが、図１４では、培養器駆動モータ２９ａ、レール３４ｂ，３１ｂ、ローラ３４ｃ，３４ｄ，３１ｃ，３１ｄなどで構成され、培養器１４０が旋回移動し、ＣＣＤカメラ３１が直線移動して、両者の相対的な位置関係を調節している。
【０１９１】
モーター３２０ａは、モーターコントローラ３１３からの指示を受けて、培養器１４０の表面との距離をほぼ一定に保ちながら、その表面を２次元的に走査するように駆動しいてる。そして、この走査と同時にＣＣＤカメラ３１で撮影することによって、培養器１４０の全面を画像化することができる。
【０１９２】
図３３は、ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。図３３（ａ）は、培養器１４０の形状が横長矩形であって、Ｙ方向を視野範囲３３１に収めることのできる倍率のレンズ３１６を用いた場合を示すものである。この場合には、Ｙ方向への走査は不要なので、Ｘ方向にだけ走査すればよい。このとき培養器とカメラの位置関係は相対的なものであればいいので、図３３（ａ）のような一方向走査をする場合には、図３２に示すようにカメラ側をＸＹに動かす構成と図３４に示すように培養器１４０側を動かす構成のいずれを採用してもよい。
【０１９３】
図３３（ｂ）は、培養器１４０が正方形に近くその面積が大きいためＸ方向の走査だけではＹ方向を視野範囲３３１に収められない場合を示す。この場合には、Ｘ方向及びＹ方向の両方に走査すればよい。この場合も、同様に培養器とカメラの位置関係は相対的なものであればいいので、図３２の構成で走査することができる。図３４の構成の場合には、カメラ・培養器駆動装置３１４によってカメラ３１を少なくともＹ方向に走査可能に構成する必要がある。例えば、図３２の場合、モータ３２０ａ、動力伝達部３１９及びレール３１５と同様のセットを台車３１８上に９０度回転させて載置すればＸ−Ｙ方向に走査が可能となる。また、図３４に示すように培養器を動かす構成の場合にも、同様に直交する２方向に走査可能な構成にすれば、図３３（ｂ）のような撮影を行うことができる。
【０１９４】
図３３（ｃ）に示すように、培養器１４０が図１又は図１４に示すように円形に近く、その半径を視野範囲３３１に収められる場合には、培養器１４０の中心を回転軸としてθ方向にのみ走査すればよい。この場合は、図５のような構成を利用することで走査可能となる。図３５では、培養器１４０は円形のものとし、スタンド３５０の先端にモーター３５１を取り付けて、モーター３５１を回転させることでカメラ３１を円形状に走査する。なお、カメラ３１でなく培養器１４０を円形状に移動可能としてもよい。
【０１９５】
図３３（ｄ）に示すように、培養器１４０が円形に近く、その半径を視野範囲３３１に収められない場合には、ｒ方向とθ方向の両方に走査すればよい。この場合も、図３５のような構成によって走査可能である。ただし、ｒ方向にも走査する必要があるために、カメラ３１がその上に搭載された別のモーター３５３によって回転アーム３５２上をスライド可能とすればよい。また、カメラ３１ではなく培養器１４０の方を移動可能としてもよい。
【０１９６】
図３３（ｅ）は、図１４の培養器１４０とカメラ３１との関係を示す図である。図に示すように、培養器１４０は、ロータ１５３を中心として、保温箱１６０内を矢印１４０ｓのように旋回する。一方、カメラ３１は、矢印３３１ａのようにレール３１ｂに沿って直線移動するので、両者の位置関係を適宜調整することによって、視野範囲３３１に培養器１４０を全て含めて走査することが可能である。
【０１９７】
図３６は、図３１の画像処理ユニット３１２の詳細を示す図である。画像処理ユニット３１２は、データバス３６１を介して演算処理を行うＣＰＵ３６２と、このＣＰＵ３６２が一時的に記憶領域として使用する主メモリ３６３と、画像データや位置情報を格納する外部記憶装置３６４と、モータコントローラ３１３と通信するための通信ポート３６５と、細胞抽出後の画像を表示するモニタ３６６と、ユーザの入力を受け付けるキーボード３６７とから構成される。この画像処理ユニット３１２は、ＣＣＤカメラ３１からの画像をコンバータ３１１を介して取り込み、種々の画像処理を行なう。
【０１９８】
図３７は、画像処理ユニット１４が実行するコロニー判別の処理手順を示すフローチャート図である。培養器１４０の大きさは予め外部記憶装置３６４に設定されている場合と、カメラ３１を用いて画像処理により検出する場合とがあるが、この実施の形態では予め設定されている場合で説明する。
【０１９９】
ステップＳ３７１では、培養器１４０を撮影するための走査位置情報である画像撮影位置リストを作成する。走査にあたっては培養器１４０全体を撮影するように決定してもよいし、培養器１４０の一部を撮影するように決定してもよい。画像位置リストは、例えば培養器１４０の培養に供する平面をＸ−Ｙ座標系とすると、その上の複数のＸ―Ｙ座標点の集合である。この画像撮影位置リストは、主メモリ３６３に格納され、その内容はモーターコントローラ３１３などによって随時参照可能となる。画像撮影位置リストは、図３３で説明したように、レンズの視野範囲（画角）と培養器１４０の大きさとによって決定されるものである。
【０２００】
ステップＳ３７２では、前のステップＳ３７１で作成された画像撮影位置リストに従って、ＣＰＵ３６２が移動命令を出す。ＣＰＵ３６２が出した移動命令は、データバス３６１、通信ポート３６５を経由してモーターコントローラ３６７に到達する。モーターコントローラ３１３は、カメラ・培養器駆動装置３１４を動作させて、画像撮影位置リストに記録された撮影位置でカメラ３１または培養器１４０を停止させる。
【０２０１】
ステップＳ３７３では、画像撮影位置リストに対応した目的位置に到達する度に、画像の撮影と多値化処理を行う。つまり、ＣＰＵ３６２により画像取り込み命令がカメラ３１に出される。カメラ３１は、画像データをコンバータ３１１にて電気的信号に変換した後、この信号をデータバス３６１経由で主メモリ３６３に転送する。ＣＰＵ３６２では、この信号をモニタ３６６に表示するための多値化処理を実行する。
【０２０２】
ステップＳ３７４では、主メモリ３６３に格納されている画像データに基づいてＣＰＵ３６２が濃淡情報を取得するためにヒストグラム算出処理を実行する。
【０２０３】
ステップＳ３７５では、濃淡情報すなわちヒストグラムが最大となる画素値を撮影位置情報と共に外部記憶装置３６４に保存する。
【０２０４】
ステップＳ３７６では、画像撮影位置リストに記された撮影位置をすべて撮影し終えたか否かの判定、すなわち、全計測ポイントについて撮影が終了したか否かの判定を行い、撮影終了（ｙｅｓ）と判定された場合には次のステップＳ３７７に進み、そうでない場合にはステップＳ３７２にリターンする。
【０２０５】
ステップＳ３７７では、外部記憶装置３６４に格納されている位置情報と画素値を読み出し、主メモリ３６３にその位置情報に対応する画素値を格納し、モニタ３６６に表示可能な画像として準備する。
【０２０６】
ステップＳ３７８では、このようにして作成された濃淡画像を、予め経験的に求められ外部記憶装置３６４に格納されている閾値と比較することにより、二値化する。
【０２０７】
ステップＳ３７９では、前のステップＳ３７７で得られた二値化画像からコロニーの有無、すなわち大きさ、面積、周囲長を算出して終了する。
【０２０８】
以上のようにして、コロニーの大きさ、面積、周囲長が取得できるが、こうして確認したコロニーの詳細画像を確認する場合は、撮影データを外部記憶装置３６４などに画像撮影位置リスト内の走査位置情報や撮影位置の情報とともに記録しておき、該当する撮影位置を手がかりに撮影画像を呼び出すようにすればよい。上述したように、レンズは高い倍率のものを使用可能であるため、再度別のレンズを使用して撮りなおさなくても、撮影済みの画像から培養状態を評価可能である。これによって継代のタイミングなどの決定がより確実に短時間でコンタミのリスクなしに行えるようになる。
【０２０９】
次に培養器１４０の大きさをカメラ３１を用いて画像処理により検出する場合について説明する。この場合は、図３７のステップＳ３７１の画像撮影位置リストの作成の部分を次のように変形することによって実現可能である。すなわち、ステップＳ３７１の実行にあたり、設計の許す範囲内で、できるだけ広く培養器１４０を含む領域をスキャンする。こうして得られた画像から培養器１４０の大きさを求める。さらに、カメラの倍率や視野範囲の情報からＣＰＵ３６２にて画像撮影位置リストを作成する。この際、カメラ３１の撮影距離からレンズの倍率やカメラ３１の視野範囲の情報も認識可能である。
【０２１０】
従って、培養器１４０の大きさ及びレンズの倍率やカメラ３１の視野範囲の情報を全て撮影前に自動的に認識可能であり、画像撮影位置リストも全自動で設定可能となる。画像撮影位置リストを作成するにあたっては、ＣＰＵ３６２は、図３３（ａ）から図３３（ｄ）のように培養器１４０を網羅的に走査できる視野範囲３３１の経路を決定する。さらに同経路中撮影するタイミングも計算して、その地点を撮影位置とする。この経路は、培養物に極力ストレスを与えない観点から、ひとふで書きでトレースできるようなものが望ましい。こうして作成した撮影位置の集合を、Ｘ−Ｙ座標ないしはｒ−θ座標の集合として外部記憶装置３６４などに記憶する。これが画像撮影位置リストの作成方法である。なお、ステップＳ３７１の実行に当たってはステップ３７３で説明した照明を使用して撮影してもよい。
【０２１１】
このようにしてカメラ３１を用いて画像処理により撮影位置を特定しているために、異なるサイズの培養器に対してそのサイズを入力しなくても走査が可能となる。例えば、完全密閉の保温箱内で培養の前に培養器表面積を計測し忘れても、ステップ３７１の事前走査によって画像撮影位置リストを作成可能である。このためより作業者の負担が軽減できる。
【０２１２】
上述の実施の形態では、画像撮影位置リストに記載の撮影位置で撮影を行う場合について説明したが、走査の経路に沿ってカメラを随時移動させながら撮影位置でカメラを停止させることなく撮影を行う場合について説明する。
【０２１３】
撮影位置でカメラを停止させることなく撮影を行う場合には、カメラが移動していることによって画像のブレが心配される。この画像のブレは、シャッタースピードと走査速度によってその許容度が決まるものである。例えば、培養細胞の大きさが１００マイクロミリ程度、走査速度が１［ｍｍ］当り１秒、シャッタースピードが１／１０００秒ならば、一画像あたりの移動距離は１マイクロミリでり、この数値は培養細胞の大きさに対し無視できるブレとなる。このように培養対象の細胞の大きさに応じて、走査速度とシャッタースピードを変化させて連続撮影に最適なパラメータを決定する。
【０２１４】
コロニー判別のためには画像の濃淡を用いるため、コロニーの辺縁を明瞭に捉える必要はなく、また撮影は短時間で終了するため、撮影時にカメラ３１または培養器１４０が完全に静止している必要はない。連続撮影することでカメラ３１や培養器１４０の移動停止を繰り返す必要がなくなり培養器１４０に与える震動なども小さくすることができる。このように構成することで撮影時間を短縮可能であるとともに、特に培養器１４０を移動させて撮影する場合には、細胞に対するストレスを低減できるという長所もある。
【０２１５】
上述の実施の形態では、カメラの光学系は、単純光を用いて細胞表面における散乱光ないしは透過光を検出する方式で説明したが、これにこだわらず位相差方式の光学系を用いてもよい。
【０２１６】
通常、培養中に取得した画像データから細胞を抽出するには、画素値の分布をもとに閾値を算出し、その閾値以上あるいは閾値以下の画素を細胞として抽出していた。培地の色変化、光源の光量の変化、画像中心部と周辺部の明暗差、画像に含まれるノイズなどの影響を受けずに安定して細胞を抽出するためには、細胞抽出処理の前にノイズ除去、平滑化フィルタ、輪郭強調などのフィルタ処理が必須であった。画像データ内で明るさの変化をモニタし、特定のしきい値でトリガ信号を発生して、所定の遅延時間後に繰り返しカメラで撮像してその加算平均を求めるようにしたものがある。
【０２１７】
このようにフィルタ処理を行なうものは、細胞抽出処理前のフィルタ処理が細胞抽出精度に大きな影響を与えていた。このフィルタ処理によって、画像中心部と周辺部の明暗差、画像に含まれるノイズなどをある程度除去することができ、また、特許文献１に記載されたものも画像に含まれるノイズなどをある程度除去することができる。ところが、画像データによってはその効果が少なかったり、細胞の輪郭が不明瞭になる場合などがあった。
【０２１８】
そこで、培地の色変化、光量の変化、画像中心部と周辺部の明暗差、ノイズなどの影響を受けずに細胞部分のみを抽出することができるようにしたカメラ撮影システムについて説明する。
【０２１９】
このカメラ撮影システムの基本構成は、図３６に示したブロック図と同じであるが、この実施の形態では、ＣＣＤカメラ３１が、移動用ガイドに沿って上下に移動し、任意の焦点での培養器１４０の画像を撮影するように構成してある点が前述のものとは異なる。
【０２２０】
図３８は、細胞培養装置内の各構成手段の配置の概略を示す図である。図から明かなように、培養装置内の上面部に光源３８１が取り付けられている。この光源３８１の下側に培養器１４０が配置され、さらにこの培養器１４０の中央付近下側に対物レンズ３８２を備えたＣＣＤカメラ３１が配置されている。ＣＣＤカメラ３１は、カメラ・培養器駆動装置３１４によって、移動用ガイド３８３に沿った上下方向に移動制御され、任意の焦点での培養器１４０の画像を撮影することができるように構成されている。
【０２２１】
図３９は、任意の焦点で培養器１４０の画像を撮影する場合の画像処理ユニットの実行する細胞抽出処理の一例を示すフローチャート図である。
【０２２２】
［ステップＳ３９１］
このステップでは、モータコントローラ３１３に命令を出してＣＣＤカメラ３１を上下に移動させながら画像を撮影する画像取得処理を実行する。この画像取得処理によって取得された画像データは、コンバータ３１１を経由して外部記憶装置３６４に保存される。
【０２２３】
［ステップＳ３９２］
このステップでは、全ての画像を取り終えた後、画像選択処理を実行する。この画像選択処理では、細胞の辺縁が明瞭な画像を少なくとも２枚以上選択する。細胞の辺縁が明瞭な画像では不明瞭な画像に比べて画素値の変化が大きくなる。そこで隣り合う画素値の差の絶対値を算出し、それらの総和を求め主メモリ３６３に保持する。
【０２２４】
図４０は、カメラの移動距離と隣り合う画素値の差の総和との関係を示す図である。図４０では、２箇所のピークがあり、このピーク値を示す画像が細胞の辺縁が明瞭な画像となる。図４１及び図４２は、前述の２箇所のピークに相当する画像の一例を示す図である。図４１は、対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面に位置する場合の画像の一例を示す図であり、図４２は、対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも前側にある場合の画像の一例を示す図であり、図４３は、対物レンズ３８２の焦点位置が培養器１４０の底面よりも後側にある場合の画像の一例を示す図である。これらの図から明かなように、対物レンズ３８２の焦点位置が前後いずれか一方にずれている方が細胞の辺縁が明瞭な画像を取得することができる。
【０２２５】
［ステップＳ３９３］
このステップでは、前述の２箇所のピークに相当する２枚以上の画像が選択され、その位置が算出されたか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合は次のステップＳ３９４に進み、ｎｏの場合はステップＳ３９２にリターンする。
【０２２６】
［ステップＳ３９４］
このステップでは、２枚の画像のうち１枚をＸ，Ｙ方向に１ピクセルずつずらし差分を取り、その位置を合わせるための差分・位置合わせ処理を行なう。
【０２２７】
［ステップＳ３９５］
前のステップＳ３９４の差分・位置合わせ処理の結果、細胞数が最小で、かつ、その細胞の長さの合計が最大であるか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合は、その位置で２枚の画像の差分・位置合わせ処理を終了し、ステップＳ３９６に進み、ｎｏの場合は、ステップＳ３９４にリターンし、このステップＳ３９５の判定がｙｅｓとなるまで差分・位置合わせ処理を行なう。
【０２２８】
［ステップＳ３９６］
このステップでは、細胞の長さ、個数、形状などの解析を容易にするために画像の二値化処理を行なう。図４４は、図４２及び図４３の画像に対する差分・位置合わせ処理の結果、細胞数が最小で、かつ、その細胞の長さの合計が最大となる差分画像について、二値化処理を施した場合の画像を示す図である。図４４の画像に基づいて、細胞の長さ、個数、形状などの解析を容易に行なうことが可能となる。
【０２２９】
通常、撮影位置を指定するためには、カメラが目的の位置に達するまで目視で位置を確認しているし、カメラの現在の位置も同様に目視で確認している。そして、一度撮影した位置は、目視で定性的に確認している。一度撮影した画像と培養器上の位置関係は、操作者が細胞を撮影するたびに両者の対応表を作成して管理しなければならなかった。このような方法では、カメラを目的の場所に移動するのに煩雑な操作が必要であり、目的の位置に到達するまでに何度も試行錯誤する必要があった。現在の撮影位置を確認するために、保温箱の中の培養器を目視して確認する必要があったが、正確な位置を把握するのは困難であり、一度カメラを動かしてしまうと正確に同一位置に戻るのは困難である。撮影した画像は培養器内のどの位置で撮影したものか判別不能になり、ある一点の経時的な画像を表示するのも手動操作によるものであった。
【０２３０】
そこで、操作端末上に培養器を示す図を表示しておき、この図面上に現在のカメラの位置を示す印、移動したい位置を示す印、過去に画像が保存された印を表示し、移動開始命令の入力を受け付けるコントロール手段によって培養器の図面上であって、移動したい位置を指定して移動開始命令を発行することにより、目的の撮影位置にカメラを移動することができるような構成を採用した。移動終了後は移動したい位置を示す印は現在のカメラの位置を示す印に変化する。
【０２３１】
図４５は、カメラを所望の位置に移動することのできるカメラ位置調整機能を備えたカメラ撮影システムの概略を示す図である。図に示すように、カメラ撮影システム４５０は、細胞培養に最適な温度や二酸化炭素濃度を提供する保温箱１６０と、細胞を培養する培養器１４０と、細胞を撮影するための対物レンズ３８２と、この対物レンズ３８２のデータを電子化するＣＣＤカメラ３１と、このＣＣＤカメラ３１から得られる画像データを画像処理ユニット３１２に転送するためのコンバータ３１１と、ＣＣＤカメラ３１を移動するためのカメラ駆動装置３１４ａと、培養器１４０を移動するための培養器駆動装置３１４ｂと、カメラ駆動装置３１４ａと培養器駆動装置３１４ｂを制御するモータコントローラ３１３とから構成されている。
【０２３２】
図４５の画像処理ユニット３１２の詳細構成は、図３６に示したものとほとんど同じである。画像処理ユニット３１２は、データバス３６１を介して演算処理を行うＣＰＵ３６２と、このＣＰＵ３６２が一時的に記憶領域として使用する主メモリ３６３と、画像データや位置情報を格納する外部記憶装置３６４と、モータコントローラ３１３と通信するための通信ポート３６５と、細胞抽出後の画像を表示するモニタ３６６と、ユーザの入力を受け付けるキーボード３６７とから構成される。この画像処理ユニット３１２は、ＣＣＤカメラ３１からの画像をコンバータ３１１を介して取り込み、種々の画像処理を行なう。図４５の画像処理ユニット３１２の場合、図３６では図示していないが、ユーザの入力を受け付ける装置としてキーボード３６７の他にマウスが接続されているものとして説明する。
【０２３３】
図４６は、図１４の保温箱１６０内の培養器１４０と、カメラ３１との関係を模式的に示す図である。なお、図１４では、培養器１４０は、ロータ１５３を中心として、保温箱１６０内を旋回するように移動するが、図４６では、培養器１４０が図３４の場合と同様に、モータ３２０ａによって直線的に駆動されるものとして説明する。
【０２３４】
図４７は、撮影位置設定・表示の操作画面の一例を示す図である。この撮影位置設定・表示画面４７０には、培養器１４０を模した円形上の培養器４７１が示されており、この培養器４７１上に、カメラの現在位置を示すカメラ位置マーカー４７２と、カメラの移動位置を示す移動位置マーカー４７３と、既に保存された画像の位置を示す保存画像位置マーカー４７４〜４７６がそれぞれ示されている。さらに、この撮影位置設定・表示画面４７０には、培養器４７１の背景を選択する背景選択コントローラ４７７と、カメラを移動位置マーカー４７３に移動させるためのカメラ移動コントローラ４７８と、画像を表示する画像表示コントローラ４７９と、カメラの位置を保存する位置保存コントローラ４７Ａと、保存した位置を呼び出す位置呼び出しコントローラ４７Ｂと、処理を終了する終了コントローラ４７Ｃが表示されている。なお、保存画像位置マーカー４７４には選択・非選択の状態が存在し、後述する画像表示画面の表示画像判定に用いられる。
【０２３５】
図４８は、モニタに表示される画像の表示例を示す図であり、画像処理ユニット３１２によって表示される。この表示画像は、現在カメラの存在する位置の画像および保存された画像を表示する画像表示領域４８０と、この画像表示領域４８０に表示されている画像を保存する表示画像保存コントローラ４８１と、保存された画像を読み出す画像読み込みコントローラ４８２と、画像表示領域４８０に表示されている画像を変更する画像送りコントローラ４８３と、画像戻しコントローラ４８４と、画像表示領域４８０に表示されている画像と同一位置で異なる時刻に撮影された画像を比較する命令を発行する画像比較コントローラ４８５とを表示してなる。
【０２３６】
図４９は、撮影位置設定・表示処理ソフトウェアの処理の一例を示すフローチャート図である。以下、このフローチャートに従って、撮影位置設定・表示処理の動作を説明する。
【０２３７】
最初のステップＳ４９０では、画像処理ユニット３１２は入力待ちループにて操作者が何らかの入力を行なうのを監視している。
【０２３８】
ステップＳ４９１では、図４７に示される終了コントローラ４７Ｃからの入力を判定し、入力有り（ｙｅｓ）の場合は、処理を終了し、ステップＳ４９Ｍに進み、入力待ちループ処理を実行する。一方、入力無し（ｎｏ）の場合は、次のステップＳ４９２に進む。
【０２３９】
ステップＳ４９２では、カメラの現在を算出し、そのカメラ現在位置マーカー４７２を画像上に表示する。
【０２４０】
ステップＳ４９３では、背景選択コントローラ４７７によって背景が指定されているか否かの判定を行い、指定されている（ｙｅｓ）場合は、ステップＳ４９４に進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９５に進む。
【０２４１】
ステップＳ４９４では、背景選択コントローラ４７７によって背景が指定されているので、その指定された背景を表示する処理を実行する。この処理によって、培養器４７１上にグリッド及び細胞の密度分布画像が表示される。
【０２４２】
ステップＳ４９５では、既に保存された画像が存在する場合に、その画像の位置を示す保存画像位置マーカー４７４〜４７６を図４７に示すように培養器４７１上に表示する。
【０２４３】
ステップＳ４９６では、操作者が保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかを選択して、又は位置呼び出しコントローラ４７Ｂを用いて予め保存してある画像の保存位置の読み込みを行なっているか否かの判定を行い、読み出し中（ｙｅｓ）の場合はステップＳ４９７に進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９８に進む。
【０２４４】
ステップＳ４９７では、保存位置の読み込みを行なっているので、移動位置マーカー４７３を培養器４７１上に表示する移動位置表示処理を実行する。図４７に示すように既に移動位置マーカー４７３が培養器４７１上に表示されている場合には、保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかを移動位置マーカー４７３に変更する。この他にも操作者がマウスまたはキーボードを用いて移動位置マーカー４７３を設定した場合にも同様の処理を実行する。
【０２４５】
ステップＳ４９８では、カメラ移動コントローラ４７８によってカメラの移動命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合は、ステップＳ４９９に進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｃに進む。
【０２４６】
ステップＳ４９９では、カメラ移動コントローラ４７８によってカメラの移動命令が発行されたので、その移動命令に従ってカメラ移動処理を実行する。このカメラ移動処理では、図３６のＣＰＵ３６２が座標の変換を行い、通信ポート３６５を介してモータコントローラ３１３に指令を出し、図４５のカメラ駆動装置３１４ａ及び培養器駆動装置３１４ｂを駆動する。カメラが移動位置マーカー４７３で示される位置に移動するとその移動位置マーカー４７３はカメラ現在位置マーカー４７２に変化する。
【０２４７】
ステップＳ４９Ａでは、位置保存コントローラ４７Ａから現在位置の保存命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｂに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｃに進む。
【０２４８】
ステップＳ４９Ｂでは、位置保存コントローラ４７Ａから現在位置の保存命令が発行されたので、その保存命令に従って現在位置の保存処理を実行する。この保存処理によって保存された位置が新たな保存画像位置マーカーとして図４７の培養器４７１上に表示されるようになる。
【０２４９】
ステップＳ４９Ｃでは、画像表示コントローラ４７９から画像表示の命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｄに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｄに進む。
【０２５０】
ステップＳ４９Ｄでは、保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかが選択状態にあるか否かの判定を行い、選択状態にある（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｅに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｆに進む。
【０２５１】
ステップＳ４９Ｄでは、選択状態にある保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれかの位置で保存された画像を表示する選択位置画像表示処理を実行する。このときに、１つの保存画像位置マーカーに対して複数の画像が存在する場合は、画像送りコントローラ４８３と画像戻しコントローラ４８３を用いて、その位置における全ての画像を表示することができるようになっている。
【０２５２】
ステップＳ４９Ｅでは、保存画像位置マーカー４７４〜４７６のいずれも選択されずに画像表示コントローラ４７９からの画像表示命令が出された場合に対応するので、現在のカメラの位置の画像を表示する現在位置画像表示処理を実行して、ステップＳ４９Ｇに進む。
【０２５３】
ステップＳ４９Ｇでは、図４８の画像読み込みコントローラ４８２から画像読み込み命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｈに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｋに進む。
【０２５４】
ステップＳ４９Ｈでは、前のステップＳ４９Ｇで操作者が指定した画像を図３６の外部記憶装置３６４から主メモリ３６３に読み込んで、画像表示領域４８０に表示する画像読込み処理を実行して、ステップＳ４９Ｊに進む。
【０２５５】
ステップＳ４９Ｊでは、対応する位置の保存画像位置マーカー４７４〜４７６を選択状態にし、どの位置で画像が撮像されたかを、操作者に明示する画像位置表示更新処理を実行して、ステップＳ４９Ｋに進む。
【０２５６】
ステップＳ４９Ｋでは、図４８の画像比較コントローラ４８５から画像比較命令が発行されたか否かの判定を行い、発行された（ｙｅｓ）場合はステップＳ４９Ｌに進み、そうでない（ｎｏ）場合はステップＳ４９Ｍに進み、入力待ちループ処理を実行する。
【０２５７】
ステップＳ４９Ｌでは、異なる色のモノトーン画像を作成し、各々の画像に設定された透過度により重み付けを行った後、加算処理を行い、その結果を示す画面を表示するモノトーン／加算処理を実行して、ステップＳ４９Ｍに進み、入力待ちループ処理を実行する。
【０２５８】
ステップＳ４９Ｍでは、ステップＳ４９０と同様に画像処理ユニット３１２によって入力待ちループ処理を行い、操作者が何らかの入力を行なうのを監視する。
【０２５９】
図５０は、モノトーン／加算処理の詳細を示す図である。このモノトーン／加算処理における画像データは、１画素あたりＲＧＢの３成分を持つものである。まず最初のステップＳ５００では、入力がカラー画像か、グレースケール画像かのカラー画像判定を行い、ｙｅｓの場合はステップＳ５０１に進み、ｎｏの場合は次のステップＳ５０２に進む。
【０２６０】
ステップＳ５０１では、入力がカラー画像なので、そのカラー画像を白黒画像に変換するグレースケール変換処理を行い、ステップＳ５０２に進む。
【０２６１】
ステップＳ５０２では、処理対象が画像表示領域４８０に表示されている画像か否か、すなわち現在表示中画像であるか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合はステップＳ５０３に進み、ｎｏの場合はステップＳ５０５に進む。
【０２６２】
ステップＳ５０３では、画像データが持つＲＧＢ成分のうち、Ｒ成分に白黒変換した後の画素値を代入（コピー）し、他のＧ成分及びＢ成分には０を代入するというＲ成分代入処理を実行する。この時点で画像はＲ成分の濃淡として表現される。
【０２６３】
ステップＳ５０４では、現在表示中の画像と比較対象画像の合成比、つまり現在表示中の画像に重み付けを行う透過度演算処理を行い、ステップＳ５０５に進む。
【０２６４】
ステップＳ５０５では、処理対象が比較対象画像か否かの判定を行い、ｙｅｓの場合はステップＳ５０６に進み、ｎｏの場合はステップＳ５０８に進む。
【０２６５】
ステップＳ５０６では、ステップＳ５０３と同様に比較対象画像に対して、ＲＢＧ成分の中でＧ成分に白黒変換後の画像の画素値を代入し、他のＲ成分及びＢ成分には０を代入するというＧ成分代入処理を実行する。この時点で比較対象となる画像はＧ成分の濃淡として表現される。
【０２６６】
ステップＳ５０７では、ステップＳ５０４と同様に現在表示中の画像と比較対象画像の合成比、つまり比較対象画像に重み付けを行う透過度演算処理を行い、ステップＳ５０８に進む。
【０２６７】
ここで、ステップＳ５０４とステップＳ５０７の透過度演算処理の場合、ステップＳ５０４の処理における透過度が高いと比較対象画像が強調され、ステップＳ５０７の処理における透過度が高いと現在表示中の画像が強調して表示されることになる。
【０２６８】
ステップＳ５０８では、ステップＳ５０４及びステップＳ５０７の透過度演算処理の結果画像を加算処理する。ここで、ステップＳ５０４の透過度演算処理後の画像はＲ成分だけを持ち、ステップＳ５０７の透過度演算処理後の画像はＧ成分のみを持つので、ステップＳ５０８の加算処理後は、両者の画像データの重複画素部分はＲＧ成分を持つ画像となり、両者で重複していない画素はＲ成分、またはＧ成分のみの画素値をもつこととなる。このようにして、モノトーン／加算処理により、色成分で２つの画像の相違点を表現することができる。
【０２６９】
細胞培養は、培養器内の培地の交換や、継代培養のための他の培養器への再播種などといった煩雑な作業が手作業で行われているのが現状であり、また、熟練した作業者を必要とするものであるため、容易に実施しがたいものである。そのために、細胞の培養を自動的に行わせる細胞培養装置が種々提案されている。これらの細胞培養装置は、ほとんどが電気的に制御され、基本的にはＣＰＵで実現されるものであり、プログラマブルであるため、カスタマイズしやすく、信頼性の高いものである。しかしながら、細胞の培養は通常数週間と長期にわたり、その間、細胞培養装置は連続稼動状態にしなければならない。一般に広く使われているＣＰＵやメモリからなる制御装置いわゆるパーソナルコンピュータ等を応用することが可能であるが、これらの制御装置は、細胞を自動的にかつ長期的に増殖させる装置として信頼性を確保するには不十分であった。そこで、自動培養装置を自動的にかつ長期的に高い信頼性で稼働させることができるような構成を採用した。
【０２７０】
図５１は、自動的にかつ長期的に高い信頼性で稼働させることのできる細胞培養装置の概略構成を示す図である。自動培養装置５１１は、装置制御手段５１２、ユーザインターフェース手段５１３、培養スケジュール管理手段５１４及びＵＰＳ（無停電電源）５１５から構成される。ＵＰＳ５１５は、培養スケジュール管理手段５１４に接続されている。自動培養装置５１１に電源が入ると、培養スケジュール管理手段５１４と装置制御手段５１２との間、及び培養スケジュール管理手段５１４とユーザインターフェース手段５１３との間で、所定間隔で通信を行い、お互いを監視する。なお、この所定間隔は、一定の時間間隔でもいいし、可変可能な時間でもよく、定期的に通信を行うという意味である。
【０２７１】
図５２は、図５１の自動培養装置が実行する所定監視通信処理の一例を示すフローチャート図である。以下、培養スケジュール管理手段５１４と装置制御手段５１２との間における監視通信について図５２のフローチャートに従って説明する。
【０２７２】
まず、監視通信の開始によって、ステップＳ５２０では、培養スケジュール管理手段５１４から装置制御手段５１２に対して応答要求信号が送信される。ステップＳ５２１では、培養スケジュール管理手段５１４は、所定間隔で装置制御手段５１２からの応答確認信号を受信したか否かの判定を行い、受信した（ｙｅｓ）場合は、装置制御手段５１２は、培養スケジュール管理手段５１４からの応答確認信号を受信すると、培養スケジュール管理手段５１４へ応答確認信号を送る。培養スケジュール管理手段５１４は、装置制御手段５１２からの応答確認信号を受け取る事によって、培養スケジュール管理手段５１４から装置制御手段５１２に対する監視通信を終了し、リターンする。一方、応答確認信号を受信しなかった（ｎｏ）場合は、次のステップＳ５２２に進む。
【０２７３】
ステップＳ５２２では、培養スケジュール管理手段５１４が装置制御手段５１２に対して応答要求信号を送信した回数が所定値ａ以下であるか否かの判定を行い、応答要求信号送信回数が所定値ａ以下（ｙｅｓ）の場合にはステップＳ５２０にリターンし、応答要求信号を再送する。一方、応答要求信号送信回数が所定値ａよりも多い場合には、次のステップＳ５２３に進む。
【０２７４】
ステップＳ５２３では、応答確認信号を受信できなかった場合に行われる処理である。この処理は、装置制御手段５１２に不具合が発生し、培養スケジュール手段５１４が所定間隔で装置制御手段５１２からの応答確認信号が受け取れなかった場合や培養スケジュール管理手段５１４が装置制御手段５１２に対して数回（可変設定可）の応答要求信号を送信するが、それでも装置制御手段５１２からの応答確認信号を受信できなかった場合に実行される処理であり、培養スケジュール管理手段５１４から装置制御手段５１２に対して再起動命令を送信し、ソフト的に装置制御手段５１２の再起動を行う。
【０２７５】
ステップＳ５２４では、装置制御手段５１２の再起動に要する時間（可変設定可）を経過し、かつ、装置制御手段５１２からの応答要求信号を培養スケジュール管理手段５１４が受信したか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合は、正常に装置制御手段５１２が再起動したと認識し、ステップＳ５２９にジャンプする。ステップＳ５２９では、装置制御手段５１２に培養スケジュールデータを送信して、監視通信処理を終了し、リターンする。
【０２７６】
一方、培養スケジュール管理手段５１４から装置制御手段５１２に再起動命令を送信しても、装置制御手段５１２から培養スケジュール管理手段５１４に対して応答要求信号が来なかった場合は、正常に装置制御手段５１２が再起動しなかったと判断し、ステップＳ５２５に進む。
【０２７７】
ステップＳ５２５では、培養スケジュール管理手段５１４が装置制御手段５１２に対して再起動命令信号を送信した回数が所定値ｂ以下であるか否かの判定を行い、再起動命令信号送信回数が所定値ｂ以下（ｙｅｓ）の場合にはステップＳ５２３にリターンし、再起動命令信号を再送する。一方、再起動命令信号送信回数が所定値ｂよりも多い場合には、次のステップＳ５２６に進む。
【０２７８】
ステップＳ５２６では、培養スケジュール管理手段５１４が装置制御手段５１２に、再起動命令をｂ回送信したが、それでも、装置制御手段５１２から培養スケジヱール管理手段５１４に対して応答要求信号が来ない場合に該当するので、この場合には、培養スケジュール管理手段５１４が、装置制御手段５１２の電源を強制的にオフ（ＯＦＦ）し、オン（ＯＮ）するという処理、すなわち、強制再起動処理を行う。
【０２７９】
ステップＳ５２７では、培養スケジュール管理手段５１４が、装置制御手段５１２の再起動に要する時間（可変設定可）を経過し、かつ、装置制御手段５１２からの応答要求信号を培養スケジュール管理手段５１４が受信したか否かの判定を行い、ｙｅｓの場合は、正常に装置制御手段５１２が再起動したと認識し、ステップＳ５２９にジャンプする。ステップＳ５２９では、装置制御手段５１２に培養スケジュールデータを送信して、監視通信処理を終了し、リターンする。
【０２８０】
一方、培養スケジュール管理手段５１４から装置制御手段５１２に対して電源のオン・オフによる再起動を実行しても、装置制御手段５１２から培養スケジュール管理手段５１４に対して応答要求信号が来なかった場合は、正常に装置制御手段５１２が再起動しなかったと判断し、ステップＳ５２８に進む。
【０２８１】
ステップＳ５２８では、培養スケジュール管理手段５１４が装置制御手段５１２に対して電源のオン・オフによる強制再起動を実行した回数が所定値ｃ以下であるか否かの判定を行い、強制再起動回数が所定値ｃ以下（ｙｅｓ）の場合にはステップＳ５２６にリターンし、強制再起動を再度実行する。一方、強制再起動回数が所定値ｃよりも多い場合には、次のステップＳ５２Ａに進む。
【０２８２】
ステップＳ５２Ａでは、培養スケジュール管理手段５１４が装置制御手段５１２に対して、電源のオン・オフによる強制再起動をｃ回実行したが、それでも、装置制御手段５１２から培養スケジヱール管理手段５１４に対して応答要求信号が来ない場合に該当するので、この場合には、ユーザに対してシステムの異常が発生したことを報告する。この報告は、ブザーやモニタ上にその旨を表示することによって行なう。
【０２８３】
なお、装置制御手段５１２から培養スケジュール管理手段５１４に対しての監視通信は、前述と逆の方法で行う。また、ユーザインターフェース手段５１３と培養スケジュール管理手段５１４との間での監視通信も同じ方法で行う。もし、電源が遮断された場合、培養スケジュール管理手段５１４はＵＰＳ（無停電電源）５１５が接続されているため、電源復旧時に装置制御手段５１２とユーザインターフェース手段５１３へ培養スケジュールデータを送信する。
【０２８４】
このように、培養スケジュールを有し、かつ、双方向通信手段を備えた複数ユニット（装置制御手段５１２、ユーザインターフェース手段５１３、培養スケジュール管理手段５１４）がそれぞれ培養期間中に、複数のユニット間で通信を行い、相対するユニットの異常を検出する異常検出処理を行なうことにより、複数ユニットのいずれかが障害により異常状態になっても、自動培養装置の異常を外部に知らしめることが可能になる。さらに、複数のユニットのいずれかが異常状態を検出した場合、他の正常状態のユニットから培養スケジュールデータをロードすることにより、異常状態になったユニットを正常状態に戻すことが自動で実現でき、また、複数ユニットのいずれかが無停電電源手段に接続されていため、電源が遮断されても、複数ユニットのいずれかは動作しているので、電源復旧時に無停電電源手段が接続されたユニットを中心として自動培養装置全体の動作を復旧することができ、自動培養装置の信頼性がより向上する。
【０２８５】
以上述べてきたように、代表的には、本発明によれば、細胞を培養する培養器手段と、前記培養器手段を培養に適した状態に配置し所定温度に保持する保温箱手段と、前記培養器手段を前記保温箱手段内で回動させる駆動手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段に前記保温箱手段の外側から未使用の薬品を供給する薬品供給手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段から不要な廃液を前記保温箱手段の外側に排出する廃液排出手段と、前記保温箱手段内の前記培養器手段の細胞培養の状態を前記保温箱手段の外側から観察する培養状態観察手段とを備えた、閉鎖系細胞培養装置が提供される。
【０２８６】
細胞培養装置は、前記培養器手段と前記薬品供給手段との間に、ポンプ、弁および可撓性管部材が設けられ、細胞を供給し培養し回収することが好ましい。
【０２８７】
前記培養器手段は、中央部が平滑で透明な非毒性の材料からなる容器であることが好ましいが、前記中央部は多少の凹凸を有していてもよい。
【０２８８】
前記透明な非毒性の材料は、ポリスチレンまたはポリエチレンテレフタレートであることが好ましい。
【０２８９】
細胞培養装置は、前記培養状態観察手段がカメラを備えることが好ましい。
【０２９０】
細胞培養装置は、前記カメラを前記培養器手段の全面にわたり走査させ、かつ、前記細胞培養器手段内のピントを光軸方向に設定可能なカメラ移動手段を備えることが好ましい。
【０２９１】
細胞培養装置は、前記カメラの前記培養器手段上の撮影位置を記憶する記憶手段を備え、前記カメラ移動手段は前記記憶手段に記憶されたと同じ撮影位置の再現をすることが好ましい。
【０２９２】
細胞培養装置は、外部を閉塞部材にて封止された細管を備え、前記細管は細胞の供給口または回収口であり、細胞を収納する容器を備え、前記容器の上部には殺菌剤含浸部材が備えられ、前記細管は前記容器内に前記殺菌剤含浸部材を貫通後挿入されることが好ましい。
【０２９３】
細胞培養装置は、前記保温箱手段内に雰囲気を供給するガスボンベを備え、前記弁は前記ガスボンベのガス圧を駆動源として開閉されることが好ましい。
【０２９４】
細胞培養装置は、前記ポンプの動作時間で薬品供給手段から前記培養器手段に供給される薬品の量を決定する薬品量決定手段を有することが好ましい。
【０２９５】
前記廃液排出手段が、可撓性管部材、ポンプおよび廃液タンクからなり、そのいずれかにｐＨ測定部を備えることが好ましい。
【０２９６】
ｐＨ測定部が、ｐＨの変化により色が変化する物と、その物の色を読み取る受光素子を有することが好ましい。
【０２９７】
細胞培養装置は、細胞の培養手順として、細胞の供給、培養器手段の回動、薬液の供給、廃液および細胞供給回収のタイミングと内容を記憶して実行する制御手段を備えることが好ましい。
【０２９８】
前記制御手段は前記細胞培養装置を複数稼動する場合に他の制御手段と培養情報を交換するインターフェイスを有することが好ましい。
【符号の説明】
【０２９９】
１  培養器
２  可撓性管部材
３  ポンプ
４  リザーブタンク
５  可撓性管部材
６  ポンプ
７  廃液タンク
８  駆動手段
９  カメラ
１０  光源
１１  システムコントローラ
１５  本体
１６  ガス透過膜
１７  培地
１８  チューブ接続部材
１９  チューブ接続部材
２０  堰
２１  供給チューブ
２２  ロータ
２３  廃液チューブ
２４  ピンチ弁
２５  ケーブルドラム
２６  巻き取りドラム
２７  カムフォロア
２８  ピニオン
２９  培養器駆動モータ
３０  保温箱（フレーム）
３１  ＣＣＤカメラ
３２  観察窓
３３  フィルター
３４  光源
３５  ガイド部材
３６  チューブ固定部材
３７  しごきポンプ
３８  培養器
３８１  傾斜部
３９  針
４０  エアーフィルター
４１  針
４２  エアーフィルター
５０  シャッターモータ
５１  シャッター
５２  培養前細胞を貯留する容器
５３  針
５６  細胞注入チューブ
５５  ピペッタアーム
５４  軸
５７  ピペッタ回転動モータ
５８  回転部材
５９  ピペッタ上下動モータ
６０  プーリ
６２  ホルダー部
６１  ベルト
６３  モータ
６５  ファン
６６ａ，６６ｂ  ピンチ弁
６７  培地タンク
６８  緩衝液タンク
６９，７０，７１  細胞剥離剤タンク
７２，１０５，７３，７４，７５  ピンチ弁
７８，７９  空気流入口
８０  断熱箱
８１  シャッターモータ
８２  シャッター
８３  針
８４  培養後細胞を貯留する容器
８５  ピペッタアーム
８７  軸
８８  ピペッタ回転動モータ
８９  回転部材
９０  ピペッタ上下動モータ
９１  プーリ
９２  ベルト
９３  ホルダー部
９４  モータ
９５  送りねじ
９６，９７  スタンド
９８  廃液回収箱
９９  ガイド部材
１００  チューブ固定部材
１０１  しごきポンプ
１０２  廃液タンク
１０３  ピンチ弁
１０４  ピンチ弁
１０６  温度センサ
１０７  継ぎ手
１０８  ヒータ
１２０  Ｉ／Ｏ
１２１  バス
１２２  ＣＰＵ
１２３  操作卓
１２４  メモリ
１２５  コンピュータネットワークドライバ
１２６  操作器
１２７，１２８，１２９  細胞培養装置
１３０  制御監視装置
１６７，１６８，１６９  培養器
１７０ａ〜１７０ｄ  培養器
１７１  チューブ
１７４ａ〜１７４ｄ  チューブ接続部材
１７５ａ〜１７５ｄ  チューブ接続部材
１８２  供給チューブ
１８３，１８４  接続チューブ
１８５  廃液チューブ
１８６，１８７，１８８  ピンチ弁
１９１，１９２  培養補助板
１９５  培養器本体
１９７  供給チューブ
１９９  蓋
２０１，２０２  培養補助板
２５０  画像取り込みボード
２７８，２７９，２８２，２８３，２８４，２８５  鏡
２８０  ＣＣＤカメラ
２８１  光源
２８６  フィルター
２８８  ユニット
３００  培養器本体
３０１  蓋
３０２  供給用チューブ接続部材
３０７，３０８，３０９，３１０  磁石
３０３，３０４，３０５，３０６  球状部材
３１４  供給用チューブ接続部材
３１５  棒状部材
３２０  供給チューブ
３２１，３２７  栓
３２２，３２８  針
３２３  供給チューブ
３２４  シリンジ
３２５  培養器
３２６  廃液チューブ
３２９  廃液チューブ
３８１  傾斜部
１４０  培養器
１４１  第１ポート
１４２  第２ポート
１４３  第３ポート
１４１ｂ  廃液チューブ
１４４，１４５  しごきポンプ
１４２ｂ  供給チューブ
１４２ｃ  供給チューブ
１４２ｄ  補助供給チューブ
１４６，１４７  しごきポンプ
１４６ａ，１４７ａ  ピンチ弁
１４３ａ  チューブ
１４３ｂ  エアーフィルター
１４８  保持リング
１４９  フック
１５０  レバー
１５１  チルトモータ
１５３  ロータ
１６０  保温箱（インキュベータ）
１７０  加温バッグ
１７２  ピンチ弁
１７３  エアーフィルター
１７７  ペーハー測定部
２９ａ  培養器駆動モータ
１０９  ペルチェ素子
１１０  放熱ヒートシンク
１１１  吸熱ヒートシンク
２０１〜２０４  ヒータ
２０５，２０６  放熱板
２０５  二酸化炭素センサ
【図１】
2010268813.tif 000002
【図２】
2010268813.tif 000003
【図３】
2010268813.tif 000004
【図４】
2010268813.tif 000005
【図５】
2010268813.tif 000006
【図６】
2010268813.tif 000007
【図７】
2010268813.tif 000008
【図８】
2010268813.tif 000009
【図９】
2010268813.tif 000010
【図１０】
2010268813.tif 000011
【図１１】
2010268813.tif 000012
【図１２】
2010268813.tif 000013
【図１３】
2010268813.tif 000014
【図１４】
2010268813.tif 000015
【図１５】
2010268813.tif 000016
【図１６】
2010268813.tif 000017
【図１７】
2010268813.tif 000018
【図１８】
2010268813.tif 000019
【図１９】
2010268813.tif 000020
【図２０】
2010268813.tif 000021
【図２１】
2010268813.tif 000022
【図２２】
2010268813.tif 000023
【図２３】
2010268813.tif 000024
【図２４】
2010268813.tif 000025
【図２５】
2010268813.tif 000026
【図２６】
2010268813.tif 000027
【図２７】
2010268813.tif 000028
【図２８】
2010268813.tif 000029
【図２９】
2010268813.tif 000030
【図３０】
2010268813.tif 000031
【図３１】
2010268813.tif 000032
【図３２】
2010268813.tif 000033
【図３３】
2010268813.tif 000034
【図３４】
2010268813.tif 000035
【図３５】
2010268813.tif 000036
【図３６】
2010268813.tif 000037
【図３７】
2010268813.tif 000038
【図３８】
2010268813.tif 000039
【図３９】
2010268813.tif 000040
【図４０】
2010268813.tif 000041
【図４１】
2010268813.tif 000042
【図４２】
2010268813.tif 000043
【図４３】
2010268813.tif 000044
【図４４】
2010268813.tif 000045
【図４５】
2010268813.tif 000046
【図４６】
2010268813.tif 000047
【図４７】
2010268813.tif 000048
【図４８】
2010268813.tif 000049
【図４９】
2010268813.tif 000050
【図５０】
2010268813.tif 000051
【図５１】
2010268813.tif 000052
【図５２】
2010268813.tif 000053