(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扉を有する気密の培養室にN2導入口とCO2導入口と培養室内ガス濃度を検出するO2センサーCO2センサーを有し、検出された濃度信号は電気信号により制御部に伝えられ、N2導入口には自動弁V2を介してN2供給源が、CO2導入口には自動弁V3を介してCO2供給源が配管接続され、該O2センサーとCO2センサーの信号により制御部より自動弁V2,自動弁V3を開閉してN2、CO2を導入して培養室内ガス濃度を目標の一定濃度に保つようにする低酸素培養器において、N2供給源は空気中のN2を自動的に濃縮するN2濃縮器と貯留タンクとで構成し、N2濃縮器で濃縮したN2を自動弁V1を介して該貯留タンクに接続して貯留し、該貯留タンクには圧力センサーが設置され、貯留したN2圧力を測定し、制御部に伝え、該制御部により該貯留タンク圧力が一定値PLまで低下したときN2濃縮器を起動し、N2を濃縮し一定時間経過後に自動弁V1を開にしてN2を貯留タンクに供給し、貯留タンク圧力が一定値Pmまで上昇したときに自動弁V1を閉にしてN2濃縮器を停止して該N2供給源のN2とすることを特徴とする低酸素培養器。
【請求項２】
N2貯留タンクにN2を吸着するゼオライトを充填してあることを特徴とする請求項1記載の低酸素培養器。
【請求項３】
扉の開閉状態を検出する開閉センサーを設け、N2濃縮器の起動をN2貯留タンクの一定圧PLまで低下した場合に加えて、扉の開閉を検出して起動を行い、N2濃縮を開始するように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項2記載の低酸素培養器。
【請求項４】
扉の開閉を検出してN2濃縮器を起動した場合は自動弁V1をN2濃縮起動後直ちに開にするよう制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の低酸素培養器。
【請求項５】
N2濃縮器とN2貯留タンクへの接続管路上に流量制限手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項4記載の低酸素培養器。
【請求項６】
N2濃縮器とN2貯留タンクへの接続管路上に定流量弁を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項5記載の低酸素培養器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
微生物または動植物の細胞の培養器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微生物の培養，動植物の細胞の培養はその対象物に合わせて温度、培養室のガス濃度及び組成，培養液，培地ｐＨ等さまざまの要因によりその成育が影響され変わってくる。
特に培地と培地ｐＨと培養室内のＯ２  濃度とＣＯ２  濃度が重要である。
ＣＯ２  濃度は培地のｐＨを一定に保つ上から重要であり、Ｏ２  は微生物の好気性，嫌気性の性質上から、また細胞の種類によりその濃度管理は重要である。今まで培養室を恒温に保ち、温度変化が少なくなるよう温湯を壁面内に入れる構造のものがあり、また培地は重曹を含む緩衝液を用いてそのｐＨが変わりにくいようにＣＯ２  の濃度を高めている。また、別のものではＣＯ２  導入口，Ｎ２  導入口を設けてＣＯ２  ボンベ又はＮ２  ボンベのガスを減圧弁にて減圧して配管にて接続して導入している。そして該培養室内のＯ２  濃度，ＣＯ２  濃度を測定し、指定の値よりずれると当該配管より手動又は自動的にこれらのガスを導入しながら該培養室内のガス濃度を一定に保つようにして培養実験を続けている。しかし培養には長時間を要し、その間、ボンベのガス切れ等により各ガスの濃度等に変化があるとせっかくの実験が失敗することが多々発生している。
【０００３】
Ｎ２  とＣＯ２  の消費量は各々の設定濃度により異なるが一般的にＮ２  の方が多い。そして実験をする人はボンベの残量に気をつけながら無くなれば重いボンベの交換作業を行わなければならない等の余分な苦労がある。
また、実験の過程で扉を開いて一時的に培養物を観察する場合はその扉の開と同時にまわりの空気が流れ込み、Ｏ２  濃度が２１％に上がり、ＣＯ２  濃度は０．０３％まで下がる。扉の閉とともに大量のＮ２  ，ＣＯ２  を流入させ、短時間に元の環境に戻し、被培養物に与える影響を最小限にする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
研究者の労力を最小にすべく大気中にあるＮ２  を自動的に集めて供給し、Ｏ２  濃度を自動的に一定にする（但し、２１％以下とする）ようにし、Ｎ２  ボンベの交換を不用にする。しかし、ＣＯ２  は自然に大量に存在するものではないので、別に生成したガスを持ってくる必要があるためＣＯ２  ボンベは別に付加する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
壁面に温湯ジャケット２と前面に扉３を有する気密の培養室であって該培養室にはＮ２  及びＣＯ２  を導入する導入口と一定封止圧を有する逆止弁２５を設けた大気放出口と室内ガス濃度を検出するＯ２  センサー及び／又はＣＯ２  センサーと扉の開閉状態を検出する開閉センサーを有し、このＯ２  濃度及び／又はＣＯ２  濃度と開閉信号は電気信号に変換されて制御部２９に伝えられる。
該培養室のＣＯ２  導入口は自動弁Ｖ３  １９を介してＣＯ２  供給源（ボンベ）から調圧弁を用いて調圧したＣＯ２  が供給されるよう配管接続され、Ｎ２  導入口には自動弁Ｖ２  ２０を介してＮ２  供給源が配管接続される。Ｎ２  供給源は空気中のＮ２  を自動的に濃縮するＮ２  濃縮器とＮ２  の貯留タンクであって、Ｎ２  透過膜により濃縮する膜式のものとカーボンモレキュラーシーブス（ＣＭＳ）の活性炭分子篩を用いたＰＳＡ方式の濃縮器（公知の技術）がある。これ等の濃縮器により濃縮されたＮ２  は自動弁Ｖ１  ２１を介してＮ２  の貯留タンク２３に接続され、これに貯留した後、配管にて該培養室のＮ２  供給口に自動弁Ｖ２  ２０を介して接続される。Ｎ２  の貯留タンク２３には圧力センサー１８が設置されているのでガスの圧力が測定され、この圧力信号は電気信号に変換され制御部２９に伝えられる。Ｎ２  濃縮器は貯留タンクの圧力が一定値ＰＬ  まで低下したとき該制御部２９よりコンプレッサーを起動してＮ２  濃度が一定濃度に達した後又は一定時間経過後に自動弁Ｖ１  を開いて貯留タンクにガスを供給する。そして貯留タンクの圧力が一定値ＰＨ  まで上昇したとき停止する。Ｎ２  の貯留タンクから培養室にＮ２  ガスを供給する自動弁Ｖ２  ２０は該培養室のＯ２  濃度が、一定値以上になった信号により制御部が開閉して制御し、Ｏ２  濃度を目標の一定値に保つように構成したものである。すなわち自動弁Ｖ２  ２０が開になるときは該培養室のＯ２  濃度が一定値以上になったときであり、同じく閉になるときは当該濃度が設定値に達したときである。
【０００６】
このようにＯ２  濃度が上昇すると自動弁Ｖ２  ２０が開となりＮ２  が充填され、これによりＯ２  濃度が低下する。しかし該培養室の内部圧力が上昇しないよう作動圧力が約０．１ｋｇｆ／ｃｍ２  ・Ｇの逆止弁を付設した大気放出口より余剰のガスは大気に放出される。またＣＯ２  濃度が低下したときはその信号により制御部はＣＯ２  供給源のひとつであるボンベよりＣＯ２  ガスを自動弁Ｖ３  １９を開として導入する。ＣＯ２  センサーの信号によりＣＯ２  が設定値に達すると制御部２９により自動弁Ｖ３  １９は閉となりＣＯ２  の導入が止められる。制御部には該培養室内のＣＯ２  濃度及びＯ２  濃度を目標値に設定する設定器及び温度を目標値に設定する設定器が設けられている。しかし温度については、本発明の主要課題でないので省略する。この自動弁Ｖ３  ，Ｖ２  の制御は、制御部２９が設定器で設定される目標値になるようＯ２  センサー及び／又はＣＯ２  センサーの検出信号を監視しながら該自動弁Ｖ３  ，Ｖ２  の開閉制御を行うが、目標値と検出信号の差が大きいときは開の状態を連続するが、ある基準値以内に近づくと弁を一定時間間隔で開閉を繰り返しながら目標値になるよう制御する。
【０００７】
【実施例】
図１に本発明の好適な１実施例のフロー図を示す。
壁面内に温湯ジャケット２と前面に扉３を有する気密の培養室１がある、扉３はヒンジ４で開閉できる。その開閉状態が開閉センサー５のボタン６を押圧するか否かで検出し、その信号を信号線７により制御部２９に伝える。また該培養室１にはＮ２  及びＣＯ２  を導入する導管２７と２８を有し、培養室の内圧が高くなりすぎないよう一定封止圧を有する逆止弁２５を付設し導管２６により大気放出口が設けられている。
該培養室１内の雰囲気ガス濃度、特にＯ２  及びＣＯ２  濃度の検出を行うＯ２  センサー９，ＣＯ２  センサー９′を有する。この濃度信号は電気信号に変換されて制御部２９に伝えられる。
【０００８】
ＣＯ２  を導入する導管２８には自動弁Ｖ３  １９を介してＣＯ２  ボンベ２２が接続され高圧を調圧弁を用いて低圧に調圧されたＣＯ２  が供給される。Ｎ２  導入管２７には自動弁Ｖ２  ２０を介してＮ２  供給源が配管接続される。Ｎ２  供給源は空気中のＮ２  を自動的に濃縮するＰＳＡ式のＮ２  濃縮器２４（濃縮されたＮ２  はアルゴンを含んだ濃度で９９．９〜９９．９９％の濃度まで濃縮することが出来る）とＮ２  の貯留タンク２３であり、Ｎ２  濃縮器２４により濃縮生成されたＮ２  ガスを自動弁Ｖ１  ２１を介して、Ｎ２  の貯留タンク２３に接続し貯留した後、自動弁Ｖ２  ２０を介してＮ２  の導管２７にて培養室１にＮ２  が導入できるよう接続する。Ｎ２  濃縮器は圧縮空気供給部と濃縮部を持っており、濃縮器が起動されると、まず圧縮空気供給部により大気が取り込まれて圧縮されて窒素濃縮部に送り込まれ窒素ガスが濃縮されるが装置が起動されて所定の高濃度に達するまで一定の時間が必要であり、起動当初は低い濃度である。特にＰＳＡ式濃縮器の場合は数分を要する。このため初期の低濃度の窒素ガスをＮ２  の貯留タンク２３に送り込まないようＮ２  濃度が濃縮器起動後一定時間を経た後、自動弁Ｖ１  ２１を開にするよう制御部２９が制御している。またＮ２  濃縮器は膜式もＰＳＡ式も供給空気量に対して、取出ガスの量を増やすと濃度は低下することが判っている。培養室の濃度を一定に保つためには、Ｎ２  濃縮器から得られる窒素ガスの濃度を目標濃度以上の高濃度（これを酸素濃度でいえば低濃度）にしなければいけない。前述のＮ２  濃縮器の起動初期の濃縮ガスは一定時間を経て高濃度に達した後に自動弁Ｖ１  ２１を開けることにより達成されるが我々はこればかりでなく、自動弁Ｖ１  ２１を開にした時、低圧になっているＮ２  の貯留タンクにＮ２  濃縮器より、一時に大量にＮ２  が流入することにより、濃縮ガスの一時的な低濃度化が発生し、培養室の濃度を乱すことが判った。このためＮ２  濃縮器とＮ２  の貯留タンクの間に流量制限手段３０を付設し、両者間の圧力差に変化が生じても一定の流量しか流れない定流量弁かあるいは前記の両者間に圧力差が生じたときでもＮ２  濃縮器から供給するガスの濃度が目標濃度で得られる所定の流量しか流れない流量制限手段（オリフィス等）を入れることが重要であることを見出した。この流量制限手段３０をＮ２  濃縮器２４とＮ２  の貯留タンク２３を接続する配管経路中に設ける。
【０００９】
貯留タンク２３はＮ２  が該培養室の扉が開閉されたとき、急速に定状濃度に回復するよう大量のガスが短時間に供給できるようＮ２  濃縮器は小型であっても多くのＮ２  を貯留できるようＮ２  を吸着保持する能力を持つゼオライトを充填している。こうすることにより通常のタンクの容積で同じ圧力に対して３倍以上のＮ２  を貯留できる。但し、ゼオライトのＮ２  の吸着保持能力は水分により劣化するので水分を含まないＮ２  濃縮器により生成された含水率の低いガスと組み合わさないと良い結果が得られない。膜式の濃縮器もＣＭＳによるＰＳＡ式濃縮器による濃縮窒素ガスも水分の少ない乾燥したガスが得られる。またＮ２  の貯留タンク２３には圧力センサー１８を付設して、ガスの圧力が測定され信号線１７により制御部２９に伝えられる。圧力は貯えられたガスの容量が少なくなると圧力が下がり、貯えられたガスの容量が多いと高い圧力を示す。該培養室内のＯ２  濃度が設定値より外れ高くなるとその信号により制御部２９は自動弁Ｖ２  ２０を開とし、Ｎ２  を供給するのでタンク内のガスが消費される。ＰＳＡ式のＮ２  濃縮器２４は貯留タンク２３の圧力が圧力センサー１８により一定値ＰＬ  まで低下したことを検出し、それを信号線１７により制御部２９に伝えると制御部２９は信号線１６によりＮ２  濃縮器２４を起動する。
【００１０】
また被培養物は、培養研究の過程で該培養室より取り出し、途中で研究観察を行ない、続いてまた収納して培養を続ける場合も度々ある。このようなとき扉を開にして取り出すと外気が倍容器内に入り、O2濃度、CO2濃度がコントロールされていた環境が崩れてしまうので、扉が閉じられた後、直ちに元の環境へ復帰させる必要がある。このため扉が開となり続いて閉となった状況を開閉センサー5により検出し、信号線7により制御部29に伝え、N2濃縮器24を起動し、自動弁V1を直に開にする。扉の開閉を行なった直後は大幅な濃度変化があるためN2を多く必要とするので、貯留タンク23内のガスの放出に続いてPSA式N2濃縮器からの生成供給が必要となるためである。O2濃度が一定値に低下した後、CO2ガスの濃度を高める方がO2濃度を下げるためN2ガスの供給を続けながらCO2の供給も同時に行う方法よりCO2消費量を少なくすることが出来る。但し、被培養物の性質と培養液のpHの変動等により許容される環境条件の乱れた状態の続く時間の長さは個々によって変わるのでN2とCO2の供給を同時に行われなければならないものもある。
【００１１】
自動弁Ｖ１  ２１が閉となるときは、貯留タンクの圧力が一定値ＰＨ  に上昇したときであり、自動弁Ｖ２  ２０が開になるときは該培養室内のＯ２  濃度が設定値以上になったときであり、同じく閉になるときは当該濃度が設定値に達したときである。このようにＯ２  センサー９やＣＯ２  センサー９′により検出される該培養室１内のＯ２  濃度が上昇すると制御部２９により自動弁Ｖ２  ２０が開となり、Ｎ２  が貯留タンク２３より放出され、該培養室１内のＯ２  濃度が低下する。しかし該培養室１の内部圧が上昇しないよう逆止弁２５を付設した導管２６により、大気放出口より余剰ガスとして放出される。またＣＯ２  濃度がＯ２  センサー９やＣＯ２  センサー９′によって低下が検出されＣＯ２  濃度を伝える信号線１１により制御部２９に伝えられると制御部２９は信号線１３により自動弁Ｖ３  １９を開にしてＣＯ２  ボンベ２２のＣＯ２  を該培養室１内に放出し、ＣＯ２  濃度の上昇を図る。Ｏ２  センサー９，ＣＯ２  センサー９′によりＣＯ２  濃度が設定値に達することが検出されると制御部２９は自動弁Ｖ３  １９を閉としてＣＯ２  の導入を止める。尚、制御部２９には該培養室内のＣＯ２  濃度及びＯ２  濃度を目標値に設定する設定器を持つ。また温湯ジャケット２の温度を制御部２９より電線１２によりヒーター８をオンオフしてコントロールして目標温度に設定するがその目標設定値にするための目標値を入力するための設定器の図示は同図中では省略している。
【００１２】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、低酸素雰囲気の培養器のＮ２  の供給源として、大気中に約７９％あるＮ２  を９９％以上に濃縮したものが使用できるので、Ｎ２  ボンベ等有限の供給源のようにガス切れの配慮が不要となる。さらに見かけ上の体積は小型ながら、Ｎ２  を吸着する吸着剤を充填した貯留タンクに、外観容量の数倍のＮ２  を貯留することができるので、一時に大量のＮ２  を供給することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な１実施例のフロー図である。
【符号の説明】
１    培養器
２    温湯ジャケット
３    扉
４    ヒンジ
５    開閉センサー
６    ボタン
８    ヒータ
９    Ｏ２  センサー
９′  ＣＯ２  センサー
７，１０，１１，１３，１７  信号線
１２  電線
１８  圧力センサー
１９  自動弁Ｖ３  
２０  自動弁Ｖ２  
２１  自動弁Ｖ１  
２２  ＣＯ２  ボンベ
２３  貯留タンク
２４  Ｎ２  濃縮器
２５  逆止弁
２６，２７，２８  導管
２９  制御部
３０  流量制限手段
【図１】
0003549949.tif 000002