(57)【要約】【課題】ｐＨセンサの出力が安定しない期間、必要とされる精度で培養液のｐＨを制御することが可能なｐＨセンサのコンディショニング方法、培養装置、及び、培養制御装置を提供する。【解決手段】本実施の形態に係る培養工程は、培養装置１のセッティングを行う工程（ステップＳ１００）と、ｐＨセンサ４０のコンディショニングを行う工程（ステップＳ２００）と、実培養工程（ステップＳ３００）とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液の溶存酸素の測定値に基づいて前記培養液への二酸化炭素の供給量を調整しながら、前記培養液にｐＨセンサを浸して前記ｐＨセンサをコンディショニングする工程、
を含むｐＨセンサのコンディショニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のｐＨセンサのコンディショニング方法において、
前記培養液に空気を供給しながら、前記ｐＨセンサをコンディショニングするｐＨセンサのコンディショニング方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のｐＨセンサのコンディショニング方法において、
前記培養液を温調しながら、前記ｐＨセンサをコンディショニングするｐＨセンサのコンディショニング方法。
【請求項４】
培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素センサと、
前記培養液に二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガス供給手段と、
前記二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御する制御手段と、
を含み、
前記制御手段は、前記溶存酸素センサの測定値に基づいて、前記二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御するように構成されている培養装置。
【請求項５】
培養装置の動作を制御する培養制御装置であって、
培養液の溶存酸素濃度情報に基づいて、前記培養液へ二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御する培養制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ｐＨセンサのコンディショニング方法、培養装置、及び、培養制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  培養液を利用して細胞や微生物などを培養する技術において、培養液のｐＨを制御しながら培養工程を行う技術が知られている。例えば特許文献１には、培養槽内のｐＨをｐＨ計により計測し、予め設定されているｐＨ設定値と該計測値との差をなくすように、ｐＨ調整剤を投入する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２２４９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  液体のｐＨを計測する方法には種々の手法があり、目的に応じて最適な手法が適用される。培養分野においては、培養対象物への影響を最小限にとどめ、かつ、連続的な計測が可能になることが好ましいことから、隔膜式のｐＨセンサ（ｐＨ電極）や、蛍光色素を利用したｐＨセンサが利用される。
ところで、これらのｐＨセンサは、一般的に、出力を安定させるために一定期間（数時間から数日程度）培養液に浸す処理（コンディショニング）が行われる。コンディショニング中はｐＨセンサの出力が不安定となるが、その期間中も、培養液のｐＨを一定の範囲に調整することが好ましい。【０００５】  本発明の目的の一つは、ｐＨセンサの出力が安定しない期間、必要とされる精度で培養液のｐＨを制御することが可能なｐＨセンサのコンディショニング方法、培養装置、及び、培養制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  （１）本発明に係るｐＨセンサのコンディショニング方法は、
培養液の溶存酸素の測定値に基づいて前記培養液への二酸化炭素の供給量を調整しながら、前記培養液にｐＨセンサを浸して前記ｐＨセンサをコンディショニングする工程、
を含む。【０００７】  この発明によると、ｐＨセンサのコンディショニング中に、溶存酸素の測定値に基づいて、培養液への二酸化炭素ガスの供給量を制御する。これにより、ｐＨセンサのコンディショニング中に、培養液のｐＨを一定の範囲内に制御することが可能になる。【０００８】  （２）このｐＨセンサのコンディショニング方法において、
前記培養液に空気を供給しながら、前記ｐＨセンサをコンディショニングしてもよい。【０００９】  （３）このｐＨセンサのコンディショニング方法において。
前記培養液を温調しながら、前記ｐＨセンサをコンディショニングしてもよい。【００１０】  （４）本発明に係る培養装置は、
培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素センサと、
前記培養液に二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガス供給手段と、
前記二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御する制御手段と、
を含み、
前記制御手段は、前記溶存酸素センサの測定値に基づいて、前記二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御するように構成されている。【００１１】  この発明によると、培養液の溶存酸素センサの測定値に基づいて、二酸化炭素の供給量が調整される。そのため、ｐＨセンサのコンディショニング中など、ｐＨセンサで培養液のｐＨを正確に測定することが難しい場合でも、培養液のｐＨを所定の範囲内に調整することが可能になる。【００１２】  （５）本発明に係る培養制御装置は、
培養装置の動作を制御する培養制御装置であって、
培養液の溶存酸素濃度情報に基づいて、前記培養液へ二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御する。【００１３】  この発明によると、培養液の溶存酸素センサの測定値に基づいて、二酸化炭素の供給量が調整される。そのため、ｐＨセンサのコンディショニング中など、ｐＨセンサで培養液のｐＨを正確に測定することが難しい場合でも、培養液のｐＨを所定の範囲内に調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係る培養装置について説明するための図。
【図２】本実施の形態に係る培養工程について説明するための図。
【図３】本実施の形態に係る培養工程について説明するための図。
【図４】本実施の形態に係る培養工程について説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  以下、本発明を適用した実施の形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。すなわち、以下の実施の形態で説明するすべての構成が本発明にとって必須であるとは限らない。また、本発明は、以下の内容を自由に組み合わせたものを含む。
【００１６】  （１）培養装置１の構成
はじめに、図１を参照して、本発明を適用することが可能な培養装置１の構成について説明する。
培養装置１は、培養槽１０を有する。培養槽１０は培養液Ｍ及び培養対象物を保持する部材で、培養対象物は培養槽１０内で培養される。培養槽１０は、培養液及び培養対象物に対して毒性を有しない材料で構成されることが好ましく、例えばポリカーボネートにより構成することができる。
培養槽１０は凸部１２を有する。凸部１２は、培養槽１０の底面から突出する部材で、後述する撹拌羽根１４を支持する役割を果たす。
培養槽１０は、撹拌羽根１４を有する。撹拌羽根１４は軸１６を有し、軸１６が凸部１２の上面に設けられた凹部に挿入されている。これにより、撹拌羽根１４は、軸１６を中心に回転することが可能になる。撹拌羽根１４は、磁石１８を有する。磁石１８によって、撹拌羽根１４が回転駆動される。
培養槽１０は、蓋体２０を有する。蓋体２０は、培養槽１０の上端をふさぐ部材である。蓋体２０により、培養槽１０内からの培養液Ｍの蒸発や、培養液Ｍへの異物の混入などを防止することができる。
【００１７】  培養装置１は、溶存酸素センサ３０を有する。溶存酸素センサ３０は、培養液Ｍの溶存酸素濃度を測定する役割を果たす。溶存酸素センサ３０としては、培養に利用することが可能ないずれかのセンサを利用することができる。
本実施の形態では、溶存酸素センサ３０として、蛍光色素を利用したセンサを適用した例を示す。すなわち、溶存酸素センサ３０は、蛍光体３２を有する。蛍光体３２は、培養槽１０の内部に配置され、培養液Ｍと接触する。本実施の形態では、蛍光体３２は、培養槽１０の底面に取り付けられている。また、溶存酸素センサ３０は、受発光モジュール３４を有する。受発光モジュール３４は、受光素子及び発光素子によって実現することができる。発光素子は、蛍光体３２に向けて励起光を照射する役割を果たす。蛍光体３２は、励起光を受けて励起し、基底状態に戻る際に蛍光を発光する。受光素子は、蛍光体３２が発する蛍光を受光し、電気信号に変換する。
なお、蛍光体３２は、培養液Ｍの溶存酸素濃度に基づいて、発光する蛍光の性状が変化するように調整されている。そのため、受光素子で得られる励起光の情報と、発光素子から発光される励起光の情報とを利用することにより、培養液Ｍの溶存酸素濃度を計測することが可能になる。
本実施の形態では、溶存酸素センサ３０は、アンプ３６を有する。アンプ３６は、受発光モジュール３４の発光情報と、受発光モジュール３４からの励起光の情報とに基づいて必要な演算を行い、結果を制御部７０（詳細は後述）に送信する。これにより、制御部７０は、溶存酸素センサ３０の出力情報を取得し、これに基づいて培養装置１の動作を制御することが可能になる。
【００１８】  培養装置１は、ｐＨセンサ４０を有する。ｐＨセンサ４０は、培養液ＭのｐＨを測定する役割を果たす。ｐＨセンサ４０としては、培養に利用することが可能ないずれかのセンサを利用することができる。
本実施の形態では、ｐＨセンサ４０として、溶存酸素センサ３０と同様、蛍光色素を利用したセンサを適用した例を示す。すなわち、ｐＨセンサ４０は、培養槽１０の内部に配置され培養液Ｍと接触する蛍光体４２を有する。ｐＨセンサ４０は、また、受発光モジュール４４を有する。受発光モジュール４４は、蛍光体４２に向けて励起光を発光する発光素子と、蛍光体４２の蛍光を受光する受光素子とを有する。受光素子は、蛍光体４２の蛍光を受光して電気信号に変換する。
なお、蛍光体４２は、培養液ＭのｐＨに基づいて、発光する蛍光の性状が変化するように調整されている。そのため、受光素子で得られる励起光の情報と、発光素子から発光される励起光の情報とを利用することにより、培養液ＭのｐＨを計測することが可能になる。
本実施の形態では、ｐＨセンサ４０は、アンプ４６を有する。アンプ４６は、受発光モジュール４４の発光情報と、受発光モジュール４４からの励起光の情報とに基づいて必要な演算を行い、結果を制御部７０（詳細は後述）に送信する。これにより、制御部７０は、ｐＨセンサ４０の出力情報を取得し、これに基づいて培養装置１の動作を制御することが可能になる。
【００１９】  なお、特に図示しないが、培養装置１は、溶存酸素センサ３０及びｐＨセンサ４０以外の各種のセンサを有する構成とすることも可能である。培養装置１に適用可能なセンサとしては、培養液Ｍの溶存二酸化炭素濃度や、温度や濁度を計測するセンサを例示することができる。また、上記の通り、培養装置１では、溶存酸素センサ３０及びｐＨセンサ４０として、蛍光を利用したセンサを例示した。しかしながら本発明がこれに限られるものではなく、いわゆる隔膜式（電極式）のセンサを適用することも可能である。
【００２０】  培養装置１は、通気手段５０を有する。通気手段５０は、培養液Ｍ（培養槽１０）に無菌的に気体を供給する役割を果たす。通気手段５０は、例えば、培養液Ｍ内に、空気、酸素、二酸化炭素、窒素などの気体（これらの混合気体）を供給するように構成することができる。通気手段５０は、気体を、培養液Ｍ内に投入してバブリングしてもよく、培養槽１０に投入して液面を通じて培養液Ｍに気体を供給するように構成することも可能である。
本実施の形態では、通気手段５０は、ガス調整手段５２を有する。ガス調整手段５２は、ボンベなどから供給される気体を受けて、培養液Ｍに導入するガスの成分や量を調整する役割を果たす。そして、ガス調整手段５２で調整されたガスは、導入管５４を介して、培養液Ｍに導入される。すなわち、ガス調整手段５２に供給されたガスは、成分ごとに排出量が調整され、導入管５４を介して培養液Ｍに導入される。
【００２１】  培養装置１は、特に図示しないが、その他、種々の機構を備えた構成とすることができる。培養装置１は、例えば、培地を供給する培地供給手段や、培養液Ｍをサンプリングするサンプリング手段をさらに有する構成とすることが可能である。
【００２２】  培養装置１は、駆動手段６０を有する。駆動手段６０は、撹拌羽根１４を駆動する役割を果たす。本実施の形態では、駆動手段６０は、磁石６２と、磁石６２を回転させるモータ６４とを有する。ここで、磁石６２は、撹拌羽根１４の磁石１８と対向し、お互いに引き合うように配置される。このことから、モータ６４によって磁石６２を回転させることにより、撹拌羽根１４を、凸部１２を中心に回転駆動させることが可能になる。
【００２３】  培養装置１は、制御手段７０を有する。制御手段７０は、培養装置１の動作を統括制御する役割を果たす。
制御手段７０は、例えば、ガス調整手段５２やモータ６４の動作を制御するように構成することができる。各種センサで得られる培養液Ｍの情報と、培養液Ｍの設定値情報とに基づいて、ガス調整手段５２やモータ６４の動作を制御することが可能である。これにより、培養液Ｍに溶け込むガスの成分や量が調整されることから、培養液Ｍの状態を設定値に近づけることができる。また、制御手段７０は、培養液Ｍの温度を調整するように構成することも可能である。
【００２４】  制御手段７０は、培養装置１の動作のモードを選択するように構成することが可能である。すなわち、後述するように、本実施の形態では、培養装置１は、実培養工程の前に、ｐＨセンサ４０をコンディショニングする工程を行う。そのため、ｐＨセンサ４０のコンディショニング工程を制御するコンディショニングモードと、実培養工程を制御する実培養モードとを切り替えることができるように構成することができる。そして、制御手段７０は、ｐＨセンサ４０のコンディショニング中に、溶存酸素センサ３０の測定値に基づいて、ガス供給手段５２（二酸化炭素ガス供給手段）の動作を制御するように構成することができる。
【００２５】  （２）培養工程
次に、培養装置１を利用した培養工程について説明する。図２〜図４は、培養装置１を利用した培養工程について説明するためのフローチャートである。
【００２６】  はじめに、図２を参照して、培養工程の概要を説明する。本実施の形態に係る培養工程は、培養装置１のセッティングを行う工程（ステップＳ１００）と、ｐＨセンサ４０のコンディショニングを行う工程（ステップＳ２００）と、実培養工程（ステップＳ３００）とを含む。以下、それぞれについて詳細に説明する。
【００２７】  図３は、培養装置１のセッティングを行う工程（ステップＳ１００）について説明するためのフローチャートである。
本工程は、培養装置１を準備する工程を含む（ステップＳ１１０）。本実施の形態では、培養槽１０に培養液を注入して蓋体２０をとりつけ、必要に応じてセンサなどを取り付けた後に、駆動手段６０に対して位置決めする。これにより、培養装置１がセッティングされ、駆動を開始することが可能になる。
本工程は、溶存酸素センサ３０の出力を確認する工程を含む（ステップＳ１２０）。具体的には、培養液Ｍを温調しながら撹拌するとともに、培養槽１０に空気を導入しながら、溶存酸素センサ３０の出力を確認する。
本工程は、ステップＳ１２０で測定された溶存酸素センサ３０の出力が、所定の条件をクリアしているか否かを判定する工程を含む（ステップＳ１３０）。すなわち、通常、培養槽１０に空気を導入すると、空気中の酸素が培養液Ｍに溶けて、培養液Ｍの溶存酸素濃度が一定の値に漸近していく。そのため、所定の期間内に溶存酸素センサ３０の出力が一定の値を示すようになれば（ステップＳ１３０でＹの場合）、その値を１００％飽和として溶存酸素センサ３０の校正を行う（ステップＳ１４０）。
しかしながら、所定の期間が経過しても溶存酸素センサ３０の出力が不安定な場合（ステップＳ１３０でＮとなり、ステップＳ１３２でＹの場合）、培養装置１に何らかの不具合が出ている可能性があるので、培養装置１をＮＧ判定して（ステップＳ１３４）本工程を終了する。
以上の工程により、培養装置１のセッティング（ステップＳ１００）が終了する。
【００２８】  図４は、ｐＨセンサ４０のコンディショニングを行う工程（ステップＳ２００）について説明するための図である。
本工程は、培養液Ｍの溶存酸素濃度を測定する工程を含む（ステップＳ２１０）。本実施の形態では、培養液Ｍを温調しながら撹拌するとともに、培養槽１０（培養液Ｍ）に空気を導入しながら、溶存酸素センサ３０によって培養液Ｍの溶存酸素濃度を測定することができる。そして、本工程は、培養液Ｍの溶存酸素濃度が所定の値よりも大きくなっているか否かを判定する工程を含む（ステップＳ２２０）。培養液Ｍの溶存酸素濃度が所定の値よりも大きい場合（ステップＳ２２０でＹの場合）、培養液Ｍに二酸化炭素を供給する（ステップＳ２３０）。培養液Ｍの溶存酸素濃度が所定の値よりも小さい場合（ステップＳ２２０でＮの場合）、培養液Ｍへの二酸化炭素の供給は行わない。すなわち、本実施の形態では、培養液Ｍの溶存酸素濃度に基づいて、培養液Ｍに供給される二酸化炭素の量が調整される。これを、所定の時間が経過するまで（ステップＳ２４０がＹになるまで）くり返し、本工程を終了する。これにより、ｐＨセンサ４０が培養液Ｍになじみ、ｐＨセンサ４０の出力が安定することから、培養液ＭのｐＨを正確に測定することが可能になる。
【００２９】  その後、培養装置１を利用して、実培養工程を行う（ステップＳ３００）。本工程では、必要に応じて培養液Ｍを交換し、ｐＨセンサ４０の校正を行ったうえで、培養槽１０に細胞などの培養対象物を播種し、培養対象物の培養を行う。本工程では、培養液Ｍを温調しながら撹拌するとともに、溶存酸素センサ３０及びｐＨセンサ４０の出力に応じて、培養液Ｍへの酸素及び二酸化炭素の供給量を調整する。これにより、培養液Ｍの状態を精密に制御することが可能になり、培養対象物の培養を適切に管理することが可能になる。
そして、培養液Ｍの状態を調整しながら、所定の期間培養対象物の培養を行うことで、培養プロセスが終了する。
【００３０】  ただし、変形例として、培養液Ｍに培養対象物を播種した状態で、培養装置１のセッティングや、ｐＨセンサ４０のコンディショニングを行うことも可能である。培養対象物の活性が低い状態であれば、培養液Ｍに培養対象物が含まれていても、培養液Ｍの溶存酸素濃度とｐＨが一定の相関関係を有するため、溶存酸素センサ３０を利用した培養液ＭのｐＨ制御が可能になる。
【００３１】  （３）作用効果
次いで、本実施の形態が奏する作用効果について説明する。
上記した通り、本実施の形態では、ｐＨセンサ４０のコンディショニング工程中、溶存酸素濃度に基づいて、培養液Ｍに供給される二酸化炭素の量が調整される。すなわち、培養液Ｍの溶存酸素濃度が所定の値となるように、培養液Ｍへの二酸化炭素の供給が制御される。これによると、ｐＨセンサ４０のコンディショニング中にも、培養液ＭのｐＨを所定の範囲に調整することが可能になる。
詳しくは、培養液ＭのｐＨは、二酸化炭素の供給量で調整することが可能であるが、ｐＨセンサ４０のコンディショニング中はｐＨセンサ４０の出力が安定しないため、ｐＨセンサ４０を利用して培養液ＭのｐＨを測定することは困難である。培養液ＭのｐＨは培養液中の二酸化炭素の量と相関があるため、培養液Ｍに供給される二酸化炭素の量に基づいて培養液ＭのｐＨを算出することは可能であるが、そのためには二酸化炭素の供給量を正確に管理することが必要で、大掛かりな設備が必要になる。
これに対して、本実施の形態によれば、培養液Ｍの溶存酸素濃度に基づいて、培養液Ｍに供給する二酸化炭素の供給量を制御することで、培養液ＭのｐＨを制御する。すなわち、培養液Ｍに空気を供給しながら二酸化炭素を供給すると、培養液Ｍ中の酸素が追い出され、溶存酸素濃度が低下する。逆に、二酸化炭素の供給を止めると、培養液Ｍ中の酸素が飽和濃度に近づくため、溶存酸素濃度が上昇する。すなわち、培養液Ｍの溶存酸素濃度は、培養液Ｍに供給される二酸化炭素の量と一定の相関を持つ。そのため、培養液Ｍの溶存酸素濃度が所定の値になるように、培養液Ｍへの二酸化炭素の供給を制御することにより、培養液ＭのｐＨを所定の値に調整することが可能になる。
すなわち、本実施の形態によると、二酸化炭素の供給量を精密に制御する機構を利用することなく、ｐＨセンサのコンディショニング中に培養液のｐＨを一定の幅に制御することが可能になり、コンディショニング中に培養液の変性などが起こることを防止することができる。
また、本実施の形態によると、ｐＨセンサのコンディショニング中に、ｐＨセンサの出力の安定性を確認することが可能になる。すなわち、本実施の形態ではコンディショニング工程で所定の時間が経過して、ｐＨセンサのコンディショニングが進めば、ｐＨセンサ４０の出力は、溶存酸素センサ３０の出力と相関するようになる。逆に、コンディショニング工程で所定の時間が経過しても、溶存酸素センサ３０の出力とｐＨセンサ４０の出力が相関しない場合、ｐＨセンサ４０（培養装置１）に何らかの不具合が生じている可能性がある。このことから、本実施の形態によると、培養工程の前に機材の不調を検出することが可能になる。なお、この特性を利用すれば、ｐＨセンサ４０の出力と溶存酸素センサ３０の出力に一定の相関を持つことが確認された際に、ｐＨセンサのコンディショニングが終了したと判定することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】  １…培養装置、  １０…培養槽、  １２…凸部、  １４…撹拌羽根、  １８…磁石、  ２０…蓋体、  ３０…溶存酸素センサ、  ３２…蛍光体、  ３４…受発光モジュール、  ３６…アンプ、  ４０…ｐＨセンサ、  ４２…蛍光体、  ４４…受発光モジュール、  ４６…アンプ、  ５０…通気手段、  ５２…ガス調整手段、  ５４…導入管、  ６０…駆動手段、  ６２…磁石、  ６４…モータ、  ７０…制御手段、  Ｍ…培養液
【図１】
2019205419.tif 000003
【図２】
2019205419.tif 000004
【図３】
2019205419.tif 000005
【図４】
2019205419.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月28日(2019.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液の溶存酸素の測定値に基づいて前記培養液への二酸化炭素の供給量を調整しながら、前記培養液にｐＨセンサを浸して前記ｐＨセンサをコンディショニングする工程、
を含むｐＨセンサのコンディショニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のｐＨセンサのコンディショニング方法において、
前記培養液に空気を供給しながら、前記ｐＨセンサをコンディショニングするｐＨセンサのコンディショニング方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のｐＨセンサのコンディショニング方法において、
前記培養液を温調しながら、前記ｐＨセンサをコンディショニングするｐＨセンサのコンディショニング方法。
【請求項４】
培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素センサと、
前記培養液のｐＨを測定するｐＨセンサと、
前記培養液に二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガス供給手段と、
前記二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御する制御手段と、
を含み、
前記制御手段は、
前記ｐＨセンサを前記培養液に浸してコンディショニングする間、前記溶存酸素センサの測定値に基づいて、前記二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御するコンディショニングモードと、
前記コンディショニングモードの後に、前記ｐＨセンサの測定値に基づいて前記二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御する実培養モードと、
を切替えるように構成されている培養装置。
【請求項５】
培養装置の動作を制御する培養制御装置であって、
培養液のｐＨを測定するｐＨセンサを前記培養液に浸してコンディショニングする間、前記培養液の溶存酸素濃度情報に基づいて、前記培養液へ二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガス供給手段の動作を制御する培養制御装置。