(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルユースバッグの内壁に、正弦波状に変調された励起光を照射すると酸素濃度に対応した位相角の燐光を発する溶存酸素センサチップを貼り付けて一体とした状態で滅菌処理される溶存酸素センサの校正方法において、
前記貼り付けられた溶存酸素センサチップとは同種で別の溶存酸素センサチップの滅菌処理前後における位相角の変化から前記溶存酸素センサチップの劣化係数を求め、
前記貼り付けられた溶存酸素センサチップの滅菌処理前の測定値を、前記劣化係数を用いて補正することを特徴とする溶存酸素センサの校正方法。
【請求項２】
前記劣化係数は同一の製造ロット毎に求めることを特徴とする請求項１記載の溶存酸素センサの校正方法。
【請求項３】
前記滅菌処理は、電磁波の照射により行われることを特徴とする請求項１記載の溶存酸素センサの校正方法。
【請求項４】
前記電磁波はγ線であることを特徴とする請求項３に記載の溶存酸素センサの校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶存酸素センサに関し、詳しくは、その校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
抗体医薬品製造などに用いられる動物細胞を培養液中で培養するのにあたり、シングルユースバッグが用いられている。そして、シングルユースバッグ内の培養液中の溶存酸素濃度を測定するために、溶存酸素センサが用いられている。
【０００３】
図４は、光学式溶存酸素センサの原理説明図である。溶存酸素センサ部または溶存酸素センサチップに正弦波状に変調された励起光を照射すると、酸素濃度に対応した位相角を持つ燐光が得られる。
【０００４】
式１は、Ａを定数とし、窒素中（酸素濃度０％）またはゼロ酸素水中における位相角をＰｎ、空気中（酸素濃度２０．９％）または大気飽和水中（２５℃のとき溶存酸素濃度８．１１ｍｇ／Ｌ）における位相角をＰａとしたとき、ある酸素濃度の気体中における位相角Ｐから、溶存酸素濃度ＤＯを求める近似式の一例である。
【０００５】
ＤＯ＝Ａ＊（Ｐ−Ｐａ）／（Ｐｎ−Ｐａ）    （１）
【０００６】
ここでは、式１のパラメータであるＰａとＰｎを測定することを校正という。実際には位相角と酸素濃度は直線的な関係ではないので多項式などで近似する必要があるが、直線近似を仮定する。また、気中で測定した位相角と液中で測定した位相角を等価なものとして扱い、気中の酸素濃度と液中の溶存酸素濃度を区別しない。
【０００７】
図５は、従来から用いられているプローブ型溶存酸素センサの一例を示す構成説明図である。図５において、溶存酸素センサプローブ（以下単にセンサプローブともいう）１は、図示しない高圧蒸気滅菌器によりオートクレーブ滅菌されている。
【０００８】
シングルユースバッグ２の側辺外部には内部に連通するようにコネクタ３が一体化されていて、シングルユースバッグ２の内部には一端が外部に突出した軸４を介して回転可能な撹拌器５が設けられている。
【０００９】
コネクタ３が一体化され内部に撹拌器５が設けられたシングルユースバッグ２は、たとえばγ線照射によりあらかじめ滅菌処理されたものをメーカーから購入できる。
【００１０】
ユーザーは、コネクタ３が一体化されて内部に撹拌器５が設けられγ線照射により滅菌処理されたシングルユースバッグ２をメーカーから購入することにより、目的に応じた所望の動物細胞などを、シングルユースバッグ２の内部に所定の適切な培養液６が注入された環境で培養できる。
【００１１】
図６は、シングルユースバッグの構成説明図である。図６（ａ）に示すように、たとえばポリエチレンなどの透明な材料で構成されたシングルユースバッグ２の内壁には、ディスク状の溶存酸素センサチップ７（以下単にセンサチップともいう）が貼り付けられている。
【００１２】
このセンサチップ７は、たとえば図６（ｂ）に示すように、光学系信号処理部８から励起光を照射することにより燐光を発生出力し、光学系信号処理部８はセンサチップ７から発生出力される燐光を受光検出して電気信号に変換する。
【００１３】
図７はセンサプローブの校正装置の従来例を示す構成説明図であり、図５と共通する部分には同一符号を付けている。図７において、校正用の窒素ガスのボンベ９はバルブ１０を介して端部が培養液内に開口されたパイプ１１に連結され、空気のボンベ１２もバルブ１３を介して共通のパイプ１１に連結されている。
【００１４】
図８はセンサチップ７の校正装置の一例を示す構成説明図であり、図５と共通する部分には同一符号を付けている。図８においても、校正用の窒素ガスのボンベ９はバルブ１０を介して端部が培養液内に開口されたパイプ１１に連結され、校正用の空気のボンベ１２もバルブ１３を介して共通のパイプ１１に連結されている。
【００１５】
図９は、センサプローブの滅菌と校正の手順の流れを説明するフローチャートである。はじめに、γ線の照射により滅菌されたシングルユースバッグをメーカーから購入する（ステップＳ１）。
【００１６】
次に、センサプローブを前述のように高圧蒸気滅菌器によりオートクレーブ滅菌する（ステップＳ２）。
【００１７】
シングルユースバッグ２に無菌コネクタを介して内部に連通するようにセンサプローブを挿入する（ステップＳ３）。
【００１８】
続いて、培養液に滅菌済の空気よりなる校正用ガスを吹き込み、飽和状態にする（ステップＳ４）。
【００１９】
そして、空気の飽和状態における位相角Ｐａを測定する（ステップＳ５）。
【００２０】
その後、培養液に滅菌済の窒素よりなる校正用ガスを吹き込み、酸素を除去する（ステップＳ６）。
【００２１】
酸素ゼロ状態における位相角Ｐｎを測定する（ステップＳ７）。
【００２２】
これらの流れに沿ってそれぞれのパラメータを測定することにより、溶存酸素濃度ＤＯを求めるための次式のような近似式を得ることかできる（ステップＳ８）。
ＤＯ＝Ａ＊（Ｐ−Ｐｎ５０）／（Ｐｎ−Ｐａ）
【００２３】
ただし、センサプローブに対してγ線照射による滅菌処理を行っていない場合には、このような近似式を得る対象としない。
【００２４】
図１０は、センサチップの滅菌と校正の手順の流れを説明するフローチャートである。はじめに、シングルユースバッグのメーカーにおいて、シングルユースバッグにセンサチップを貼り付ける（ステップＳ１）。
【００２５】
さらにメーカーは、センサチップが貼り付けられたシングルユースバッグにγ線を照射して滅菌する（ステップＳ２）。
【００２６】
ユーザーは、メーカーから、センサチップが貼り付けられてγ線の照射により滅菌されたシングルユースバッグを購入する。
【００２７】
続いてユーザーは、培養液に校正用ガスとして滅菌済空気を吹き込み、飽和状態にする（ステップＳ３）。
【００２８】
そして、空気の飽和状態における位相角Ｐａを測定する（ステップＳ４）。
【００２９】
その後、培養液に滅菌済の窒素よりなる校正用ガスを吹き込み、酸素を除去する（ステップＳ５）。
【００３０】
酸素ゼロ状態における位相角Ｐｎを測定する（ステップＳ６）。
【００３１】
これらの流れに沿ってそれぞれのパラメータを測定することにより、前述のような近似式を得ることができる。
【００３２】
図１１は、γ線照射によるセンサチップの位相角変動特性例図である。図１１から明らかなように、γ線照射量の増加に伴って、ゼロ酸素水中の位相角Ｐｎは６０度強から６０度弱に低下し、大気飽和水中の位相角Ｐａは１５度前後から５度前後に低下している。
【００３３】
このように、光学式のセンサチップはγ線照射による滅菌処理の前後で測定値が変動することが、滅菌後に校正を行う理由である。
【００３４】
特許文献１には、自動的に洗浄・校正を行うことができる溶存酸素センサについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】特開平６−２４２０５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
図５に示すプローブ型溶存酸素センサの場合は、センサプローブ１を滅菌後にシングルユースバック２へ挿入することが可能であった。このため挿入前にセンサプローブ１単体で校正を行なうことが可能であった。しかし図６に示すセンサチップ型の場合はシングルユースバック２の内壁にセンサチップが貼り付けられてしまうため、センサチップとシングルユースバック２を個別に滅菌することは困難である。従って従来の技術では、γ線滅菌の前後でセンサチップの校正値が変動するため、滅菌後の使用前に校正を行うことにより、滅菌が校正値に及ぼす影響を取り除いている。
【００３７】
しかしながら図９や図１０に示すような手順を実行する場合には、培養液を空気で飽和するために必要な時間と、窒素で飽和するために必要な時間としては、どちらもそれぞれ数時間が必要である。
【００３８】
これらの手順を実行することで確実な校正値を得られるというメリットはあるが、校正のために培養液をシングルユースバッグに充填した状態で数時間保つ必要があるため、その間は製造装置がこれら培養液の飽和処理のためにのみ限定的に使用されることになり、製造装置の有効利用という観点では問題がある。
【００３９】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、シングルユースバッグに溶存酸素のセンサチップを貼付して一体とした状態で滅菌する方式において、従来行われていた滅菌後または培養前の校正手順を不要とすることで製造装置の有効利用を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
シングルユースバッグの内壁に、正弦波状に変調された励起光を照射すると酸素濃度に対応した位相角の燐光を発する溶存酸素センサチップを貼り付けて一体とした状態で滅菌処理される溶存酸素センサの校正方法において、
前記貼り付けられた溶存酸素センサチップとは同種で別の溶存酸素センサチップの滅菌処理前後における位相角の変化から前記溶存酸素センサチップの劣化係数を求め、
前記貼り付けられた溶存酸素センサチップの測定値滅菌処理前の測定値を、前記劣化係数を用いて補正されることを特徴とする。
【００４１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の溶存酸素センサの校正方法において、
前記劣化係数は同一の製造ロット毎に求めることを特徴とする。
【００４２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の溶存酸素センサの校正方法において、
前記滅菌処理は、電磁波の照射により行われることを特徴とする。
【００４３】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の溶存酸素センサの校正方法において、
前記電磁波はγ線であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４４】
これらにより、従来の溶存酸素センサで必要とされていた滅菌後または培養前の校正手順を不要にでき、同一の製造装置による生産効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図である。
【図２】本発明に基づく具体的な電源部の構成例を示す説明図である。
【図３】図２の送受信シーケンス動作の流れを説明する動作説明図である。
【図４】光学式溶存酸素センサの原理説明図である。
【図５】従来から用いられているプローブ型溶存酸素センサの一例を示す構成説明図である。
【図６】シングルユースバッグの構成説明図である。
【図７】センサプローブの校正装置の従来例を示す構成説明図である。
【図８】センサチップの校正装置の一例を示す構成説明図である。
【図９】センサプローブの滅菌と校正の手順の流れを説明するフローチャートである。
【図１０】センサチップの滅菌と校正の手順の流れを説明するフローチャートである。
【図１１】γ線照射によるセンサチップの位相角変動特性例図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、図８と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図８の異なる点は、光学系信号処理部８には劣化係数格納部８１が設けられていることである。
【００４７】
図２は、図１に示したセンサチップ７の滅菌と校正の手順の流れを説明するフローチャートである。なお、以下の手順におけるγ線の照射は、γ線の照射設備を備えているシングルユースバッグのメーカーで行うものとして説明するが、シングルユースバッグのユーザーがメーカーと同様なγ線の照射設備を備えている場合にはγ線の照射もユーザーが行うようにしてもよい。
【００４８】
メーカーは、シングルユースバッグにセンサチップを貼り付ける（ステップＳ１）。
【００４９】
続いて、センサチップが貼り付けられたシングルユースバッグを校正用ガスとしての空気で満たす（ステップＳ２）。
【００５０】
この状態で、空気中における位相角ＰａＯを測定する（ステップＳ３）。
【００５１】
次に、シングルユースバッグを校正用ガスとしての窒素で満たす（ステップＳ４）。
【００５２】
ゼロ酸素状態における位相角ＰｎＯを測定する（ステップＳ５）。
【００５３】
その後、シングルユースバッグ全体にγ線を照射する（ステップＳ６）。
【００５４】
所定の演算式に基づき、校正の演算を行う（ステップＳ７）。
【００５５】
溶存酸素濃度ＤＯは、位相角の測定値Ｐから前述の式１で求める。実際には直線的な関係ではないことから多項式などで近似する必要があるが、ここでは直線近似とする。気体中で測定した位相角と液中で測定した位相角をここでは等価として扱い、区別しない。
【００５６】
前述と同様に、Ａを温度が２５℃のときの飽和溶存酸素濃度を表す定数（Ａ＝８．１１ｍｇ／Ｌ）とする。
【００５７】
そして、γ線照射前の窒素中(ゼロ酸素水)での位相角をＰｎ０、空気中(大気飽和水中)での位相角をＰａ０、５０ｋＧｙ照射後の窒素中(ゼロ酸素水)での位相角をＰｎ５０、空気中(大気飽和水中)での位相角をＰａ５０、空気中(大気飽和水中)での劣化係数をＢａ、窒素中(ゼロ酸素水)での劣化係数をＢｎとする。
【００５８】
劣化係数を求める。
別途用意した劣化係数測定用のセンサでγ線照射前の位相角Ｐｎ０とＰａ０を測定した後、γ線照射後の位相角Ｐｎ５０とＰａ５０を測定し、劣化係数ＢｎとＢａをあらかじめ計算しておく。ここでは、この劣化係数測定用のセンサは、シングルユースバッグをγ線滅菌する際に、同時にγ線滅菌するものとする。
【００５９】
γ線照射後の近似式用の位相角を求める。
先に求めた劣化係数ＢａとＢｎを使用して、
Ｐｎ５０＝Ｐｎ０＊Ｂｎ
Ｐａ５０＝Ｐａ０＊Ｂａ
を得る。
【００６０】
式２は、γ線で滅菌したセンサプローブまたはセンサチップを用いて液体中で測定した位相角Ｐから、溶存酸素濃度ＤＯを求める近似式の一例である。前述の式１と同様に実際には位相角と酸素濃度は直線的な関係ではないので多項式などで近似する必要があるが、ここでは直線近似を仮定する。
【００６１】
ＤＯ＝Ａ＊（Ｐ−Ｐａ５０）／（Ｐｎ５０−Ｐａ５０）｝    （２）
【００６２】
図３は、図１１の位相角変動特性例図における位相角の校正値を数表化したものである。図３の校正値を上記の式２に代入して、γ線照射後に測定した位相角Ｐが２６度のときの溶存酸素濃度ＤＯを計算すると以下のようになる。
【００６３】
ＤＯ＝８．１１×（２６−４）／（５８−４）＝３．３０ｍｇ／Ｌ
【００６４】
本発明によれば、図９に示したセンサプローブの滅菌と校正の手順の内、近似式のパラメータを測定する必要がないことから、測定に時間のかかるステップＳ３〜Ｓ６が不要になって作業時間を大幅短縮でき、従来に比べて製造装置の有効利用を図ることができる。
【００６５】
なお、劣化係数を求めるための劣化係数測定用センサとして、培養槽で実際に使用するセンサチップと同一の製造ロットから作成したものを使用することにより、センサのロットの違いが劣化係数に及ぼす影響を低減できる。
【００６６】
また、別のセンサチップを用いて気中で測定した校正値と劣化係数および液中で測定した校正値と劣化係数を用いて校正式で補正することにより、培養液中での測定値の不確かさを低減できる。
【００６７】
また、図１１に示すγ線照射量による位相角の変動を、複数のセンサチップで複数回のγ線照射を行って測定して代表値を求めた場合の標準偏差が小さいときは、シングルユースバッグのγ線滅菌と同時に劣化係数測定用センサチップもγ線滅菌して前後の測定を行うことを省略し、代表値を使用して劣化係数を求めてもよい。
【００６８】
また、他の要因による劣化が位相角の変化として現れる場合は、劣化要因の前後における測定値を使用して劣化係数を求め、補正を行ってもよい。
【００６９】
また、強力なγ線照射または多数回の照射で飽和状態になりそれ以上特性が変化しなくなったセンサを用いることで、安定した補正係数が得られる。
【００７０】
さらに、滅菌方法は実施例として説明したγ線の照射に限るものではなく、電磁波を用いた類似の方法であるβ線でも構わない。劣化係数を求めることができるならば、オートクレーブ滅菌のような加熱による滅菌方法や、エチレンオキサイドガスを用いた化学作用による滅菌方法でもよい。
【００７１】
以上説明したように、本発明によれば、従来の溶存酸素センサで必要とされていた滅菌後または培養前の校正手順が不要になるので、製造装置の有効利用時間を従来よりも大幅に拡大できる溶存酸素センサが実現でき、同一の製造装置による生産効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００７２】
２  シングルユースバッグ
４  軸
５  撹拌器
６  培養液
７  センサチップ
８  光学系信号処理部
８１  劣化係数格納部
９  校正用ガス（窒素）
１０、１３  バルブ
１１  パイプ
１２  校正用ガス（空気）
【図１】
0006731172.tif 000002
【図２】
0006731172.tif 000003
【図３】
0006731172.tif 000004
【図４】
0006731172.tif 000005
【図５】
0006731172.tif 000006
【図６】
0006731172.tif 000007
【図７】
0006731172.tif 000008
【図８】
0006731172.tif 000009
【図９】
0006731172.tif 000010
【図１０】
0006731172.tif 000011
【図１１】
0006731172.tif 000012