(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な培養容器の側面から培養容器内に照明光を照射して細胞の影を形成する光源部と、
該光源部から照射された照明光の培養容器内部からの散乱光を撮影して画像を取得する撮像部と、
該撮像部により取得された画像を外部に送信する送信部とを備え、
前記撮像部が、
前記培養容器の底面の一方向の略全長にわたって少なくとも一列に配列された複数のセンサを備えるセンサアレイ、または多数の画素を一列に配列してなるラインセンサと、
前記センサまたは前記画素の配列方向に交差しかつ前記底面に沿う方向に、前記センサアレイまたは前記ラインセンサと、前記培養容器とを相対的に移動させる移動機構と、
を備える培養観察装置。
【請求項２】
前記光源部が、水平方向に対して±３０°の範囲内の光軸に沿って照明光を照射する請求項１に記載の培養観察装置。
【請求項３】
前記光源部が、前記培養容器の底面と、該培養容器内に貯留されている培養液の液面との間の高さ位置に照明光を入射させる請求項１または請求項２に記載の培養観察装置。
【請求項４】
前記センサが、前記培養容器の底面に対向して配置されるマイクロレンズと、該マイクロレンズを挟んで前記培養容器の底面とは反対側に配置される撮像素子とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の培養観察装置。
【請求項５】
前記移動機構が、前記光源部を、前記センサアレイまたは前記ラインセンサと共に前記培養容器に対して相対的に移動させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の培養観察装置。
【請求項６】
前記光源部、前記撮像部、および前記送信部が配置されたベースを備え、
該ベースが、前記培養容器の下面を密着させる光学的に透明な材質からなる搭載面と、該搭載面から直立して設けられ該搭載面に搭載した前記培養容器の一側面を密着させる突当面とを備え、
前記光源部が、前記突当面に配置されている請求項３から請求項５のいずれかに記載の培養観察装置。
【請求項７】
前記ベースが防水構造である請求項６に記載の培養観察装置。
【請求項８】
タイマーを備え、該タイマーの計時結果に応じて定期的に前記光源部、前記撮像部、および前記送信部を作動させる制御部を備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の培養観察装置。
【請求項９】
指令信号を受信する受信部と、
該受信部に接続され、前記受信部が受信した前記指令信号に応じて前記光源部、前記撮像部、および前記送信部を作動させる制御部とを備える請求項１から請求項７のいずれかに記載の培養観察装置。
【請求項１０】
前記光源部が前記培養容器の両側面から照明光を入射させる請求項１から請求項９のいずれかに記載の培養観察装置。
【請求項１１】
インキュベータ内に配置される請求項１から請求項１０のいずれかに記載の培養観察装置と、
インキュベータ外に配置され、前記培養観察装置の送信部から送られてくる画像を受信する受信部とを備える培養観察システム。
【請求項１２】
前記受信部により受信された画像に基づいて細胞の培養状態を判定する判定部を備える請求項１１に記載の培養観察システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養観察装置および培養観察システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、細胞の培養においては、細胞がコンフルエントになる都度にインキュベータから培養容器を取り出して、培養容器から細胞を剥がし、新たな培養容器に播種して培養する工程が繰り返される。しかしながら、この作業は、観察者が１日１〜２回インキュベータ内の培養容器内の細胞を確認することにより行われなければならず、非常に煩わしいという問題がある。
【０００３】
また、細胞接触面に透明導電膜を配置した培養リアクタが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この培養リアクタによれば、インキュベータ内において培養中の細胞の電気的な活動を観察することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の培養リアクタの透明導電膜により検出される細胞の電気的な活動では培養容器の底面に広がって成長する細胞の数や接着面積を観察することはできない。したがって、細胞がコンフルエントになったか否かを判定することはできない。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、細胞培養時の確認作業の煩わしさを低減することができる培養観察装置および培養観察システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、透明な培養容器の側面から培養容器内に照明光を照射して細胞の影を形成する光源部と、該光源部から照射された照明光の培養容器内部からの散乱光を撮影して画像を取得する撮像部と、該撮像部により取得された画像を外部に送信する送信部とを備え、前記撮像部が、前記培養容器の底面の一方向の略全長にわたって少なくとも一列に配列された複数のセンサを備えるセンサアレイ、または多数の画素を一列に配列してなるラインセンサと、前記センサまたは前記画素の配列方向に交差しかつ前記底面に沿う方向に、前記センサアレイまたは前記ラインセンサと、前記培養容器とを相対的に移動させる移動機構と、を備える培養観察装置を提供する。
【０００７】
本態様によれば、光源部から発せられた照明光が、細胞を培養している透明な培養容器の側面から培養容器内に入射されることにより、照明光が細胞において散乱され、その散乱光が培養容器の底面から外部に射出されるので、撮像部により撮影して画像を取得することにより培養容器内部における細胞の培養状態を検出することができる。
【０００８】
すなわち、培養容器の底面の一方向の略全長にわたって少なくとも一列に配列された複数のセンサを備えるセンサアレイと培養容器とを、移動機構の作動によってセンサの配列方向に交差しかつ底面に沿う方向に相対移動させることにより、簡易に培養容器の底面のほぼ全体の画像を取得することができる。そして、取得された画像を送信部が外部に送信するので、例えば、培養容器を収容しているインキュベータの外部において送信されてきた画像を受信することにより、インキュベータの蓋をあけて培養容器を取り出すことなく、培養容器内部の細胞の培養状態を確認することができる。これにより、細胞培養時の煩わしさを低減することができる。
【０００９】
上記態様においては、前記光源部が、水平方向に対して±３０°の範囲内の光軸に沿って照明光を照射してもよい。
このようにすることで、光源部からの照明光は暗視野照明あるいは斜照明となり、培養容器内において培養されている細胞に影をつけることができる。これにより、撮像部には細胞の立体的な画像が取得され、細胞の培養状態をより明確に観察することが可能となる。
【００１０】
また、上記態様においては、前記光源部が、前記培養容器の底面と、該培養容器内に貯留されている培養液の液面との間の高さ位置に照明光を入射させてもよい。
このようにすることで、照明光の入射に際して、照明光が培養液の液面や培養容器の底面を通過しないので、培養容器のより広い範囲に照明光を行き渡らせることができる。
【００１１】
また、上記態様においては、前記センサが、前記培養容器の底面に対向して配置されるマイクロレンズと、該マイクロレンズを挟んで前記培養容器の底面とは反対側に配置される撮像素子とを備えていてもよい。
このようにすることで、マイクロレンズによって細胞の像を撮像素子に結像させ、鮮明な画像を取得することができる。マイクロレンズの焦点距離は十分に小さく設定でき、高さ方向の寸法を抑えて装置をコンパクトに構成することができる。
【００１２】
また、上記態様においては、前記移動機構が、前記センサアレイおよび前記光源部と、前記培養容器とを前記センサの配列方向に交差しかつ前記底面に沿う方向に相対的に移動させてもよい。
このようにすることで、培養容器の側面から照明光を入射させる光源部と、細胞において散乱され培養容器の底面から外部に射出された散乱光を撮影する撮像部とが常に一定の位置関係に維持されるので、常に適性な照明下で撮影を行うことができる。また、撮像部による撮影に必要な照明を少ない光源部によって確保することができる。
【００１３】
本発明の他の態様は、インキュベータ内に配置される請求項１から請求項５のいずれかに記載の培養観察装置と、インキュベータ外に配置され、前記培養観察装置の送信部から送られてくる画像を受信する受信部とを備える培養観察システムを提供する。
このようにすることで、インキュベータ内に培養容器を搭載した培養観察装置を収容し、定期的にまたは必要に応じて撮影された培養容器の底面の画像を送信部によりインキュベータ外部に送信し、インキュベータ外部において受信部により受信することによって、インキュベータの扉を開けることなく、インキュベータ内部における細胞の培養状態を観察することができる。
【００１４】
上記態様においては、前記受信部により受信された画像に基づいて細胞の培養状態を判定する判定部を備えていてもよい。
このようにすることで、判定部が画像に基づいて細胞の培養状態を判定し、細胞がコンフルエントであるか否かを簡易に判断することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、細胞培養時の確認作業の煩わしさを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る培養観察装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の培養観察装置を示す斜視図である。
【図３】図１の培養観察装置の変形例を示す横断面図である。
【図４】図１の培養観察装置の他の変形例を示す斜視図である。
【図５】図１の培養観察装置の他の変形例を示す斜視図である。
【図６】図１の培養観察装置の他の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る培養観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る培養観察装置１は、図１に示されるように、培養すべき細胞Ａを培養液Ｂとともに収容した培養容器Ｃを搭載するベース２と、該ベース２に設けられた光源部３、撮像部４、送信部５および制御部６とを備えている。
【００１８】
培養容器Ｃは、例えば、細胞培養用のフラスコであって、光学的に透明な材質からなっている。
ベース２は、図１および図２に示されるように、培養容器Ｃの下面を密着させる光学的に透明な材質からなる搭載面２ａと、該搭載面２ａから直立して設けられ搭載面２ａに搭載した培養容器Ｃの一側面を密着させる突当面２ｂとを備えている。インキュベータ内部は多湿状態となるので、ベース２は防水構造となっている。
【００１９】
光源部３は、突当面２ｂに配置され、搭載面２ａから所定の間隔をあけて、かつ、搭載面２ａに平行な方向に複数配列されたＬＥＤ光源３ａを備えている。搭載面２ａからの所定の間隔は、搭載する培養容器Ｃの下面から培養容器Ｃ内部の底面までの距離と同じか若干大きく、培養容器Ｃ内に貯留されることが予想される培養液Ｂの液面までの距離より小さくなるように設定されている。
また、各ＬＥＤ光源３ａから射出される照明光の光軸３ｂは、搭載面２ａに対して略平行となるように設定されている。
【００２０】
撮像部４は、ベース２内部の搭載面２ａの下方に配置されたセンサアレイ７と、該センサアレイ７を移動させる移動機構９とを備えている。センサアレイ７は、１列に配列された複数のセンサ８を備えている。各センサ８は、前記搭載面２ａの底面に対向して配置される集光レンズ８ａと、該集光レンズ８ａにより集光された光を撮影して画像を取得する撮像素子８ｂとを備えている。
【００２１】
センサアレイ７は、培養容器Ｃの底面の短辺と略同等の長さにわたって短辺に平行に配置されている。また、隣接する撮像素子８ｂによる撮影範囲は相互に接触しており、センサアレイ７を固定した状態で全てのセンサ８によって検出することにより、センサ８の配列方向に沿って培養容器Ｃの底面の短辺の略全長にわたって連続した１列の画像が取得されるようになっている。
【００２２】
移動機構９は、センサアレイ７を固定するスライダ９ａと、該スライダ９ａをセンサアレイ７におけるセンサ８の配列方向に直交し、かつ搭載面２ａに沿う方向に直線移動させる直動機構９ｂとを備えている。直動機構９ｂは、例えば、図示しないモータとボールねじとにより構成すればよい。
【００２３】
送信部５は、撮像素子８ｂにより取得された画像を無線によって外部に送信するようになっている。
また、制御部６は、例えば、図示しないタイマーを備えており、定期的に光源部３、撮像部４および送信部５を作動させるようになっている。
【００２４】
このように構成された本実施形態に係る培養観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る培養観察装置１を用いて細胞Ａの培養状態を観察するには、培養すべき細胞Ａおよび培養液Ｂを収容した培養容器Ｃを、その下面がベース２の搭載面２ａに密着し、一側面がベース２の突当面２ｂに突き当たるようにベース２に搭載する。
【００２５】
この状態で、培養容器Ｃを搭載した培養観察装置１をインキュベータ（図示略）内に収容し、搭載面２ａが水平となるように配置することにより、インキュベータ内の温度および湿度が管理された環境下で培養容器Ｃ内の細胞Ａの培養が開始される。また、この時点で制御部６内のタイマーを作動させ、計時を開始しておく。
【００２６】
培養が開始されると、タイマーの計時結果に応じて予め設定されているスケジュールに従って、制御部６が光源部３を作動させ、ＬＥＤ光源３ａを点灯させるとともに、撮像素子８ｂによる撮影を行わせる。
ＬＥＤ光源３ａは培養容器Ｃの側面を突き当てる突当面２ｂに設けられ、培養容器Ｃの側面から培養容器Ｃ内に、培養容器Ｃの底面に沿う光軸３ｂの方向に照明光を入射させる。これにより、斜照明あるいは暗視野照明と同様にして、培養容器Ｃの底面に接着して成長している細胞Ａが側方から照明され、細胞Ａの影が形成される。
【００２７】
細胞Ａにおいて散乱した散乱光は、その一部が培養容器Ｃの底面およびベース２の搭載面２ａを透過してベース２内の集光レンズ８ａによって集光され、撮像素子８ｂにより撮影される。この場合に、本実施形態に係る培養観察装置１によれば、センサアレイ７が複数のセンサ８を一列に配列して構成されているので、各時点で１列のピントのあった画像が取得される。そして、制御部６が移動機構９を作動させて、センサアレイ７をセンサ８の配列方向に直交する方向に移動させながら撮像素子８ｂにより撮影させることにより、複数列の画像を取得することができる。撮像素子８ｂによる撮影間隔を十分に短く設定しておくことにより、搭載面２ａ上に配置されている培養容器Ｃの底面のほぼ全域にわたる画像を取得することができる。
【００２８】
培養容器Ｃの底面のほぼ全域にわたる画像が取得された後には、制御部６は、その都度、ＬＥＤ光源３ａを消灯する。このように光源部３等を間欠動作させることにより、装置の温度上昇を抑えて、細胞に対する熱の影響を低減することができる。
【００２９】
そして、撮像素子８ｂにより取得された画像は、制御部６から送信部５に送られ、送信部５によって外部に送信される。したがって、インキュベータの外部において送信部５から送信されてきた画像を受信し、モニタに表示することにより、インキュベータ内から培養容器Ｃを取り出して観察を行うことなく、さらには、インキュベータの扉を開けることなく、インキュベータの外部で培養容器Ｃ内の細胞Ａの培養状態を確認することができる。すなわち、培養細胞時の確認作業の煩わしさを大幅に低減することができるという利点がある。また、培養容器Ｃをインキュベータ外に出さなくて済むので、培養中の細胞に対する環境変化（温度、ｐＨ等の変化）をなくすことができる。
【００３０】
特に、本実施形態によれば、光源部３が、細胞Ａを接着させている培養容器Ｃの底面に対して平行に照明光を入射させているので、培養容器Ｃ内において培養されている細胞Ａに影をつけることができる。これにより、撮像部４には細胞Ａの立体的な画像が取得され、細胞Ａの培養状態をより明確に観察することができる。
【００３１】
また、光源部３が培養容器Ｃの底面と培養液Ｂの液面との間に照明光を入射させるので、照明光が培養液Ｂの液面や培養容器Ｃの底面を通過せずに済み、照明光の散乱を抑えて培養液Ｂ内をより遠くまで伝播させることができ、広い範囲にわたって照明することができる。
【００３２】
また、撮像部４が、培養されている細胞Ａにおける散乱光の内、培養容器Ｃの底面を透過した散乱光を撮影するので、高温多湿の環境下で培養されている場合に培養容器Ｃの上面に露結により形成される水滴の影響を受けることなく鮮明な画像を取得することができる。
また、本実施形態においては、光源部３としてＬＥＤ光源３ａを用いているので、発熱を抑えて、細胞への影響を少なくし、電力消費も抑えることができるという利点がある。
【００３３】
なお、本実施形態においては、光源部３からの照明光が、底面と平行な光軸３ｂに沿って水平方向に培養容器Ｃ内に入射されることとしたが、これに限定されるものではなく、水平方向に対して±３０°以下の角度をなして入射されることにしてもよい。このような角度を採用しても、細胞Ａに対して暗視野照明あるいは斜照明と同様の影を形成することができ、立体的な像を撮影することができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、制御部６がタイマーを備えていて定期的に光源部３等を作動させることとしたが、これに代えて、制御部６に受信部（図示略）が接続されていて、インキュベータ外部からの指令信号を受信し、該指令信号に応じて制御部６が光源部３等を駆動することにしてもよい。このようにすることで、操作者が任意のタイミングで、光源部３のオンオフや撮影を遠隔操作によって行うことができる。
画像信号や指令信号の送受信は、無線で行ってもよいし、有線で行ってもよい。
【００３５】
また、本実施形態においては、培養容器Ｃに設けられた培養液Ｂや細胞Ａを出し入れする開口部とは反対側の側面（底面の短辺側の側面）をベース２の突当面２ｂに突き当てるとともに、光源部３を突当面２ｂに設けることとしたが、底面の長辺側の側面に沿って光源部３を配置してもよい。
【００３６】
また、本実施形態においては、センサアレイ７を培養容器Ｃの底面の短辺に沿う方向に配置して、底面の長辺に沿う方向に移動させることとしたので、センサアレイ７に必要とされるセンサ８の数を抑え、コストを低減することができる。これに代えて、センサアレイ７を培養容器Ｃの底面の長辺に沿う方向に配置して、底面の短辺に沿う方向に移動させることにしてもよい。このようにすることで、センサアレイ７に必要とされるセンサ８の数は多くなるが、移動機構９による移動距離は短くて済み、短時間で底面のほぼ全域の画像を取得することができるという利点がある。
【００３７】
また、本実施形態においては、隣接するセンサ８が隙間なく画像取得可能な場合について説明したが、隣接するセンサ８により取得可能な撮影範囲が間隔を空けて配置されていてもよい。この場合には、移動機構９としてセンサアレイ７の配列方向にもセンサアレイ７を移動可能な構成を採用し、撮影範囲の隙間を埋めるようにセンサアレイ７を移動させて、ラスタスキャン方式に撮影することにすればよい。これにより、各センサ８による撮影範囲を限定して撮影倍率を高くすることができるという利点がある。
【００３８】
また、本実施形態においては光源部３を固定することとしたが、これに代えて、図３に示されるように、光源部３をセンサアレイ７に固定し、移動機構９によってセンサアレイ７とともに移動させることにしてもよい。図３に示す例では、光源部３は、搭載面２ａと一体に形成された光学的に透明な突当面２ｂによって密閉されたベース２内に移動可能に配置され、突当面２ｂを介して培養容器Ｃ内に照明光を入射させるようになっている。光源部３は、図３に示されるように培養容器Ｃの一側面側のみから照明光を入射させてもよいし、両側から入射させることにしてもよい。
【００３９】
また、集光レンズ８ａと撮像素子８ｂとからなるセンサ８を複数配列してなるセンサアレイ７に代えて、多数の画素を一列に配列してなるラインセンサを採用してもよい。
また、ベース２内においてセンサアレイ７を移動させることに代えて、センサアレイ７および光源部３を固定し、培養容器Ｃを移動させてもよい。例えば、図４に示されるように、センサアレイ７の上方において、モータ１０によって水平回転可能に設けられたターンテーブル１１上に１以上の培養容器Ｃを配置して、ターンテーブル１１を回転させることにより、センサアレイ７に対して培養容器Ｃを移動させ、培養容器Ｃの底面のほぼ全体の画像を取得することにしてもよい。
ターンテーブル１１に代えて、直動するテーブルを採用してもよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、培養容器Ｃを搭載面２ａに搭載して、培養容器Ｃとともにインキュベータ１２内に収容する構成の培養観察装置１を例示したが、これに代えて、図５および図６に示されるように、インキュベータ１２の内部に備えられる棚板１３として上記構成を備えた培養観察装置１を配置してもよい。図においてインキュベータ１２は、内部構造を見やすくするために内容積部分のみを実線で示している。
【００４１】
例えば、図５に示されるように、複数（図５では３個）の培養容器Ｃを搭載可能な棚板１３として、図２のように、搭載面２ａの上方に固定された光源部３を有し、搭載面２ａの下方で直線移動可能なセンサアレイ７を有するものを採用してもよい。図５において棚板１３は３段設けられている。光源部３は培養容器Ｃの底面の短辺より若干大きな間隔を空けて搭載面２ａの上方に固定されており、間に挿入された培養容器Ｃに対して側面から照明光を入射させるようになっている。
【００４２】
各棚板１３内に収容されているセンサアレイ７は、棚板１３上の３個の培養容器Ｃを順次走査するように直線移動して、各培養容器Ｃの底面の画像を取得するようになっている。このとき、センサアレイ７が下方に配置されている培養容器Ｃに対してのみ照明光を照射するように光源部３を制御してもよい。また、培養容器Ｃが搭載されていない部分については光源部３の作動および／またはセンサアレイ７の作動を停止するようにしてもよい。
【００４３】
また、例えば、図６に示されるように、複数（図６では３個）の培養容器Ｃを搭載可能な棚板１３として、図３のように、培養容器Ｃの底面の長辺側の側面を突き当てる突当面２ｂの内部から照明光を照射する光源部３と、搭載面２ａの下方において画像を取得するセンサアレイ７とを直線移動可能に収容したものを採用してもよい。インキュベータ１２の奥側に配置された突当面２ｂに側面を突き当てるようにして複数の培養容器Ｃを配置することにより、センサアレイ７および光源部３の移動に従って、照明光の照射と底面の撮影とを順次行うことができる。
【００４４】
棚板１３の数および、１つの棚板１３に搭載可能な培養容器Ｃの数は任意の数を採用してもよい。
光源部３は、図６に示されるように培養容器Ｃの一側面側のみから照明光を入射させてもよいし、両側から入射させることにしてもよい。
また、例えば、図５および図６に示されるようなインキュベータ１２内の棚板１３が直線移動可能なセンサアレイ７を備えた態様において、可動式支柱（図示略）等を用いて棚板１３を傾けることにより、重力によってセンサアレイ７を移動させてもよい。
【００４５】
また、本実施形態においては、培養容器Ｃとともにインキュベータ１２内に収容される培養観察装置１について説明したが、インキュベータ１２外に配置されて送信部５から送信されてくる画像を受信する受信部を備える培養観察システムに適用することが好ましい。また、インキュベータ１２外部には、受信部により受信された画像を表示するモニタ、受信部により受信された画像を処理する画像処理部、あるいは、画像処理された画像に基づいて細胞の培養状態、例えば、細胞数や接着面積あるいはコンフルエントか否かを判定する判定部を備えていてもよい。このような培養観察システムによれば、インキュベータ１２を開閉することなく簡易に培養状態を判断することができるという利点がある。
【符号の説明】
【００４６】
Ｂ  培養液
Ｃ  培養容器
１  培養観察装置
３  光源部
４  撮像部
５  送信部
７  センサアレイ
８  センサ
８ａ  集光レンズ
８ｂ  撮像素子
９  移動機構
１０  モータ（移動機構）
１１  ターンテーブル（移動機構）
１２  インキュベータ
【図１】
0006470008.tif 000002
【図２】
0006470008.tif 000003
【図３】
0006470008.tif 000004
【図４】
0006470008.tif 000005
【図５】
0006470008.tif 000006
【図６】
0006470008.tif 000007