(57)【要約】  【課題】  培養時のコンタミネーション及び容器間のクロスコンタミネーションのリスクを低減できるようにする。  【解決手段】  培養器本懐は、水平な面に沿って細胞が培養するように構成されている。この培養器本体の開口部を塞ぎ、培養器本体手段の周縁部に少なくとも２つのポート部を備えた蓋部材が設けられる。この蓋部材に設けられたポート部の１つには培養器本体の内側底面部にその先端部が接するように突出した管部材が設けられる。培養器本体内の液体を管部材を通して吸引する。また、管部材がない方を相対的に上昇させることによって、培養器本体内の液体を吸引し易くする。【選択図】  図１７
2006141328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な面に沿って培養される物が外部から観察可能に構成された透明な培養器本体と、
前記培養器本体の開口部を塞ぎ、前記培養器本体手段の周縁部に培養細胞の注入と回収を行う少なくとも２つのポート部を備えた蓋部材と、
前記ポート部の１つには前記培養器本体の内側底面部にその先端部が接するように突出した管部材とを備え、
上記培養細胞の注入と回収の状態を外部から観察可能としたことを特徴とする培養器。
【請求項２】
請求項１に記載された培養器の前記管部材がある方に対して、前記管部材がない方を相対的に上昇させ、前記管部材から前記培養器内部の液体を吸引可能としたことを特徴とする培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタミネーションのリスクを低減できる培養用の容器（培養器）を備えた培養器及び培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】ＵＳＰ５，９８５，６５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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、通常、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翳して菌が混入しないよう注意を払いながら、ピペツタをシャーレとその蓋のすきまに、かつピペツ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、頻繁にかつ日常的に行われ、非常に熟練した作業者が行うのが常であった。
【０００５】
このように培養作業は、煩雑である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。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、上述のようなクリーンな環境を生成する技術は、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ケを保障することは極めて難しい。
【０００６】
このように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保障できないという大きな課題があった。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。以上のように培養作業は、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、培養時のコンタミネーション及び容器間のクロスコンタミネーションのリスクを低減することのできる培養器及び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】
本発明の培養器の第１の特徴は、水平な面に沿って培養される物が外部から観察可能に構成された透明な培養器本体と、前記培養器本体の開口部を塞ぎ、前記培養器本体手段の周縁部に培養細胞の注入と回収を行う少なくとも２つのポート部を備えた蓋部材と、前記ポート部の１つには前記培養器本体の内側底面部にその先端部が接するように突出した管部材とを備え、上記培養細胞の注入と回収の状態を外部から観察可能としたことにある。
これは、培養器本体内の液体を管部材を通して吸引するようにしたものである。これにより、培養器の蓋部材を開けずに内部の培地や細胞を排出することが可能となる。
【０００９】
本発明の培養装置の第１の特徴は、前記第１の特徴に記載された培養器の前記管部材がある方に対して、前記管部材がない方を相対的に上昇させ、前記管部材から前記培養器内部の液体を吸引可能としたことにある。
これは、管部材がない方を相対的に上昇させることによって、培養器本体内の液体を吸引し易くしたものである。これにより、培養器の蓋部材を開けずに内部の培地や細胞を排出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、培養時のコンタミネーション及び容器間のクロスコンタミネーションのリスクを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用してなる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培養装置の基本構成を示すブロック図である。
【００１２】
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。
【００１３】
図２は、本発明を適用してなる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、透明な非毒性の材質、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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（目の大きさが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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、ピペッターアーム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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図４は、図２の培養装置の制御ブロック図の詳細を示し、複数の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。
【００２９】
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培養装置１２７及びこれ以外の複数の培養装置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培養装置の台数は特に限定しない。複数の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。
【００３０】
制御監視装置１３０の機能は、図５において説明する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、時分割で各培養装置の動作を確認し、細胞各培養装置が異常をおこした場合に、当該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。
【００３１】
図５は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、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。
【００３２】
ステップＳ５１：「スタート」
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。
【００３３】
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。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。なお、この実施の形態では後述するポンプ１０１も同様であるが、液料を図る手段を設けずに、ポンプの動作時間において液料を決定している。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。すなわち、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の細胞数カウントと同じでよい。その時必要であれば、ステップＳ５６とす５７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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。  
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、ピペターアーム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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、ステップＳ６２，ステップＳ６３，ステップＳ６４，ステップＳ６６をステップＳ５６とステップＳ５７との間に入れるとよい。
【００５８】
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。
【００５９】
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スケッチ図である。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。
【００６０】
図７は、上述の実施の形態に係る培養装置の培養器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、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。
【００６１】
図８は、上述の実施の形態に係る培養装置の培養器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。
【００６２】
図８の培養器１６７，１６８，１６９を用いた培養装置の動作は、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。
【００６３】
図９は、図８の培養器を用いた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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
図１０は、上述の実施の形態に係る培養装置の培養器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。
【００６９】
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、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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、図２において、液面検出手段３３ｂは、光又は超音波を用いた培養器３８の液面高さを検出するものである。ポンプやピンチ弁が動作不良を起こした場合、液面高さが設定値から逸脱するがこのような場合、外部に警報を出すようになっている。
【００７２】
図１４は、本発明を適用してなる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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、液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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、図２にて説明したように、液面検出手段３３ｂは、光又は超音波を用いた培養器１４０の液面高さを検出するものである。ポンプやピンチ弁が動作不良を起こした場合、液面高さが設定値から逸脱するがこのような場合、外部に警報を出すようになっている。
【００８６】
図１８は、図１４の培養装置の保温箱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１８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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
図１９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の培養装置の場合にも同様の位置関係にあるものとする。
【００９３】
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。
【００９４】
図２０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。
【００９５】
図２０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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
図２０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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
カメラ・培養器駆動装置３１４は、図２０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２０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。
【０１０５】
このように図２０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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
図２１は、ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。図２１（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２１（ａ）のような一方向走査をする場合には、図２０に示すようにカメラ側をＸＹに動かす構成と図２２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。
【０１０８】
図２１（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２０の構成で走査することができる。図２２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２０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２２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２１（ｂ）のような撮影を行うことができる。
【０１０９】
図２１（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２３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。
【０１１０】
図２１（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２３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。
【０１１１】
図２１（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。
【０１１２】
図２４は、図１９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。
【０１１３】
図２５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。
【０１１４】
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２１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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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について説明する。この場合は、図２５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。
【０１２５】
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２１（ａ）から図２１（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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
このカメラ撮影システムの基本構成は、図２４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。
【０１３５】
図２６は、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。
【０１３６】
図２７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。
【０１３７】
［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。
【０１３８】
［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。
【０１３９】
図２８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２８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２９及び図３０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２９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３０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３１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。
【０１４０】
［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。
【０１４１】
［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。
【０１４２】
［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。
【０１４３】
［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３２は、図３０及び図３１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３２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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
図３３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、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。
【０１４７】
図３３の画像処理ユニット３１２の詳細構成は、図２４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３３の画像処理ユニット３１２の場合、図２４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。
【０１４８】
図３４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３４では、培養器１４０が図２２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。
【０１４９】
図３５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。
【０１５０】
図３６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。
【０１５１】
図３７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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
ステップＳ４９１では、図３５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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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３５に示すように培養器４７１上に表示する。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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３５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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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２４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３３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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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３５の培養器４７１上に表示されるようになる。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
ステップＳ４９Ｇでは、図３６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。
【０１６９】
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２４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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
ステップＳ４９Ｋでは、図３６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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
図３８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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
上述の実施の形態では、現在のカメラの位置を示す印あるいは移動したい位置を示す印が表示されている培養器上の位置を保存している。保存された情報はいつでも読み出すことができ、位置情報を読み出した後、移動命令を発行することにより、保存された位置へ正確に移動することができる。また、操作端末上に表示されている培養器の図の背景を用途に応じて選択できる機能を備えている。例えば、培養器内の位置が細胞観察上重要である場合は、背景がグリッドであると撮影位置が決定しやすく、細胞の粗密が重要である場合にはコロニー分布図を表示しながらの方が撮影位置を決定しやすい。さらに、操作端末上の培養器図上に過去に画像が保存された印を表示する。この印を選択すると、その位置での画像が表示される。操作者がこの印を選択せずに撮影された画像を表示した場合には、培養器の図の上に表示画像を示す印を点滅あるいは反転表示する。また、異なる時刻に撮影された画像を保存し、読み出す際には異なる色のモノトーン画像に変換し、変換した画像を加算処理して表示する。各々の画像の透過度を任意に設定することにより、異なる時刻の画像を比較することができる。
【０１８５】
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培養装置が種々提案されている。これらの培養装置は、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、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。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明を適用してなる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の培養装置の制御ブロック図の詳細を示し、複数の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】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１９】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２０】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２１】ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。
【図２２】ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。
【図２３】ＣＣＤカメラの走査の様子を示す図である。
【図２４】図１９の画像処理ユニット３１２の詳細を示す図である。
【図２５】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２６】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２７】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２８】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２９】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３０】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３１】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３２】図３０及び図３１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３３】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３４】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３５】撮影位置設定・表示の操作画面の一例を示す図である。
【図３６】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３７】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３８】モノトーン／加算処理の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【０１８７】
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…ピペッターアーム
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…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】
2006141328.tif 000003
【図２】
2006141328.tif 000004
【図３】
2006141328.tif 000005
【図４】
2006141328.tif 000006
【図５】
2006141328.tif 000007
【図６】
2006141328.tif 000008
【図７】
2006141328.tif 000009
【図８】
2006141328.tif 000010
【図９】
2006141328.tif 000011
【図１０】
2006141328.tif 000012
【図１１】
2006141328.tif 000013
【図１２】
2006141328.tif 000014
【図１３】
2006141328.tif 000015
【図１４】
2006141328.tif 000016
【図１５】
2006141328.tif 000017
【図１６】
2006141328.tif 000018
【図１７】
2006141328.tif 000019
【図１８】
2006141328.tif 000020
【図１９】
2006141328.tif 000021
【図２０】
2006141328.tif 000022
【図２１】
2006141328.tif 000023
【図２２】
2006141328.tif 000024
【図２３】
2006141328.tif 000025
【図２４】
2006141328.tif 000026
【図２５】
2006141328.tif 000027
【図２６】
2006141328.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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