(57)【要約】【課題】長時間の培養実験等が強いられる場合に、研究者に与える負担軽減と、培養条件の調整と、雑菌の汚染の減少とを、容易かつ安価に可能にする培養装置を提供する。【解決手段】気体を送出して液体培地を攪拌する気体送出手段３と、培養槽２に培地を追加する液体培地追加手段４と、一定体積未満となるように液体培地を排出する液体培地排出手段５と、電磁波（赤外線）を用いる電磁波量判別センサー６と、電磁波量判別センサー６から出力される信号を、電磁波の量を示す受取値に変換して、その受取値および予め設定された値を比較した結果により、液体培地の追加を制御する液体培地追加制御手段７とを、培養装置に設けた。【選択図】  図１
2004305180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体培地を入れる培養槽を有し、目的の生物をその液体培地で培養する培養装置であって、
上記培養槽内の液体培地中に無菌化された気体を送出することによって、液体培地を攪拌する気体送出手段と、
無菌化された液体培地を培養槽に追加する液体培地追加手段と、
培養槽内における余剰の気体を排出する気体排出手段と、
一定体積以上となった液体培地を、一定体積未満となるように排出する液体培地排出手段と、
液体培地内に電磁波を放出する電磁波放出手段と、
上記電磁波放出手段により放出される電磁波の受け取り、および、受け取った電磁波の量を示す信号の出力を行い、培養している生物によって、電磁波の受け取りが妨害される位置に設置されている電磁波受取手段と、
電磁波受取手段から出力される信号を、電磁波受取手段が受け取った電磁波の量を示す受取値に変換するとともに、その受取値および予め設定された値を比較して、その比較の結果によって液体培地追加手段を制御する液体培地追加制御手段とを有することを特徴とする培養装置。
【請求項２】
上記電磁波放出手段は、電磁波として赤外線を放出することを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
気体排出手段が排出する気体と、液体培地排出手段が排出する液体培地とを受け取って、液体培地を収容する排出槽を有し、
上記排出槽は、受け取った気体と液体培地とを分離する分離手段と、
受け取った気体を排出槽外に排出する受取気体排出手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の培養装置。
【請求項４】
電磁波受取手段が出力する信号の値が変動しているとき、その値を平均化する平均化手段を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の培養装置。
【請求項５】
上記培養槽は、円筒形状の胴体部と曲面形状の底部とを有しており、
上記底部における内壁の近傍に、気体送出手段の気体送出口が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の培養装置。
【請求項６】
培養している生物の培養条件を調節する光源を有しており、
上記培養槽は、光を通す素材で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の培養装置。
【請求項７】
上記目的の生物として、生育に光を必要とする生物を培養することを特徴とする請求項６に記載の培養装置。
【請求項８】
上記気体送出手段は、酸素を含む気体を送出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の培養装置。
【請求項９】
上記気体送出手段は、窒素を送出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の培養装置。
【請求項１０】
上記目的の生物として、微生物を培養することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の培養装置。
【請求項１１】
培養槽内の液体培地を取得するための管であって、液体培地中に発生している気泡の取得を防止する屈曲構造を備えている液体培地取得管と、
その液体培地取得管を通じて、培養槽内から一定量の液体培地を取得するとともに、培養している生物を取得する培養生物取得手段とを有していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体培地中で生物（例えば微生物や培養細胞）を培養する培養装置であって、培養している生物の量（密度）の測定および生物の量を一定に保つといった操作を、長時間にわたって自動で行うことができる培養装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バイオ分野の研究を行う研究者にとって、生物（例えば微生物、培養細胞など）を、培養することは、必須の操作である。例えば、微生物を培養する場合、従来、固体培養および液体培養といった方法で培養が行われる。
【０００３】
上記方法のうち、液体培養においては、何らかの液体培地を用いて微生物を培養する。また、液体培養は、その培養形態により、静置培養と振盪培養とに分類される。振盪培養においては、その振盪（攪拌）の効率を高めるため、例えば、少量の液体培地を入れた三角フラスコと、往復振盪培養器または回転振盪培養器とを用いて培養する。また、最近では、ジャーファーメンターという装置を用いて、振盪培養が行われることもある。
【０００４】
【非特許文献１】
図解  微生物実験マニュアル（発行所：技報堂出版株式会社、発行日（１版１刷）：１９９２年９月２５日）
【０００５】
【非特許文献２】
図解  応用微生物の基礎知識（発行所：株式会社オーム社、発行日（１版１刷）：昭和５６年２月２５日）
【０００６】
【非特許文献３】
微生物学実験法（微生物研究法懇談会編、ｐ１７０〜１７６、発行所：講談社サイエンティフィク、発行日：１９７５年１２月１５日）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
生物の培養においては、生物の種類によって、培養に多くの時間を要するものがある。さらに、バイオ分野の研究者は、そのような長時間に及ぶ培養の実験と、培養している生物の成長を測定するまたはその成長を一定に保つといった実験とを強いられる場合も少なくない。
【０００８】
上記のような実験を従来の培養装置で行う場合、研究者は培養槽から離れることができず、研究者にとって負担となるという問題点がある。
【０００９】
また、ジャーファーメンターは、攪拌において、プロペラなどの回転体を用いるため、装置の構造が複雑となる。このように構造が複雑となると、培養槽の周辺は煩雑になり、培養条件（例えば培養時の光の条件を調整する場合など）の調整が難しくなるという問題点がある。さらに、ジャーファーメンターは、回転体などを用いるといった構造上の理由により、雑菌の汚染が発生するという問題点がある。この雑菌の汚染は、特に、長時間に及ぶ培養において発生する。また、ジャーファーメンターは、構造の複雑さから、価格が高価となるという問題点もある。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、長時間に及ぶ培養の実験と、培養している生物の成長を測定するまたはその成長を一定に保つといった実験とを強いられる場合において、研究者に与える負担を軽減することができ、培養条件の調整が容易であり、雑菌の汚染を減少することができ、しかも容易かつ安価に構成することができる培養装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の培養装置は、上記課題を解決するために、液体培地を入れる培養槽を有し、目的の生物をその液体培地で培養する培養装置であって、上記培養槽内の液体培地中に無菌化された気体を送出することによって、液体培地を攪拌する気体送出手段と、無菌化された液体培地を培養槽に追加する液体培地追加手段と、培養槽内における余剰の気体を排出する気体排出手段と、一定体積以上となった液体培地を、一定体積未満となるように排出する液体培地排出手段と、液体培地内に電磁波を放出する電磁波放出手段と、上記電磁波放出手段により放出される電磁波の受け取り、および、受け取った電磁波の量を示す信号の出力を行い、培養している生物によって、電磁波の受け取りが妨害される位置に設置されている電磁波受取手段と、電磁波受取手段から出力される信号を、電磁波受取手段が受け取った電磁波の量を示す受取値に変換するとともに、その受取値および予め設定された値を比較して、その比較の結果によって液体培地追加手段を制御する液体培地追加制御手段とを有することを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、液体培地追加手段と液体培地排出手段とによって、液体培地の状態（例えば液体培地の体積）を調整することができる。そして、電磁波放出手段と電磁波受取手段と液体培地追加制御手段とを用いれば、電磁波受取手段が受け取った電磁波の量を示す受取値を得ることができるため、培養している生物の成長を測定することができる。さらに、その受取値に応じて、液体培地の状態の調整を行い、生物の成長を一定に保つことができる。これら一連の操作は各手段が自動で行うため、長時間に及ぶ培養の実験と、生物の成長の測定またはその成長を保つといった実験とから生じる研究者への負担を軽減することができる。
【００１３】
さらに、上記構成によれば、無菌化された気体によって液体培地を攪拌する。このような攪拌を行うと、プロペラなどの回転体を用意する必要がなくなる。つまり、気体を運搬する機器、例えば気体運搬用のチューブおよびポンプと、気体を無菌化する手段とを用意すればよく、培養槽の周りに一定の空間を設けることができる。そのような一定の空間は、培養条件の調整（例えば光条件の調整など）を容易にする。さらに、プロペラなどの回転体を用いずに気体で液体培地を攪拌する。そのため、回転体を設ける上で必要な隙間などを減少させることができ、培養槽に雑菌が侵入する経路を減少させることができる。
【００１４】
また、通過する気体を無菌化する物（例えばメンブランフィルターなどの除菌用フィルター）とポンプとを気体送出手段として、金属（例えばステンレス製）および耐熱性樹脂といった滅菌処理が容易な素材でできている配管等を気体排出手段として、市販されているセンサー（例えば光電センサー）などを電磁波放出手段および電磁波受取手段として、メーターリレーなどを液体培地追加制御手段として用いれば、従来のジャーファーメンターと比べて、容易かつ安価に上記培養装置を製造することができる。
【００１５】
その結果、長時間に及ぶ培養の実験と、培養している生物の成長を測定するまたはその成長を一定に保つといった実験とを強いられる場合において、研究者に与える負担を軽減することができ、培養条件の調整が容易であり、雑菌の汚染を減少することができ、しかも容易かつ安価に構成することができる培養装置を提供することができる。
【００１６】
なお、本発明の培養装置における上記「目的の生物」とは、特に限定されるものではなく、動物であっても、植物であってもよい。また、上記「目的の生物」とは、原核生物であっても真核生物であってもよい。さらに、上記「目的の生物」とは、もちろん微生物も含むものとする。
【００１７】
さらに、本発明の培養装置における上記「目的の生物」は、培養細胞を含むものとする。ここで言う培養細胞とは、培養可能な細胞を広く指すものとする。そして、ここで言う培養可能な細胞は、原核細胞であっても、真核細胞であってもよい。もちろん、培養可能な細胞は、動物細胞であっても、植物細胞であってもよい。さらに、培養可能な細胞は、組織細胞であっても、遊離細胞（遊走子、配偶子（胞子・精子・卵子）、血球など）であってもよい。
【００１８】
なお、液体培地追加制御手段にデータ記録用の機器を接続し、電磁波受取手段が受け取った電磁波の量を示す受取値を上記データ記録用の機器で連続的に記録して、その記録内容と検量線とを利用すれば、培養している生物の量を連続的に記録することができる。しかも、検量線を求めれば、液体培地の採取をすることなく、培養している生物の量を連続的に記録することができる。なお、ここで言う「培養している生物の量」としては、例えば、培養している生物の密度（一定量の液体培地中に含まれる生物の個体数）が挙げられる。また、検量線とは、いくつかのサンプルを実際に取得して、培養している生物の量と受取値との関係を示すものである。
【００１９】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記電磁波放出手段は、電磁波として赤外線を放出することを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、電磁波放出手段および電磁波受取手段として、例えば、赤外線量を判別するセンサーなどを用いて、液体培地の量の制御と、培養している生物の量の計算とを行うことができる。
【００２１】
その結果、上記効果に加えて、電磁波放出手段と電磁波受取手段とを有する培養装置を、さらに容易かつ安価に準備することができるとともに、培養している生物の量の正確な計算をすることができる。特に、この構成は、赤外線の有する性質上、培養している微生物の量（微生物の密度）を計算するのに好ましい。さらに、培養している微生物の量を求めるために、液体培地の一部を採取する必要がなくなる。
【００２２】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、気体排出手段が排出する気体と、液体培地排出手段が排出する液体培地とを受け取って、液体培地を収容する排出槽を有し、上記排出槽は、受け取った気体と液体培地とを分離する分離手段と、受け取った気体を排出槽外に排出する受取気体排出手段とを備えていることを特徴としている。
【００２３】
上記構成によれば、培養槽から排出された気体は排出槽外に排出して、培養槽から排出された液体培地は排出槽に収容することができる。
【００２４】
その結果、上記構成に加えて、例えば、安易に廃棄できない生物（例えば微生物など）を培養している場合、培養槽から排出された液体培地に含まれる生物をまず排出槽に入れることができる。そして、排出槽内の生物を廃棄可能な状態とした後に、排出槽内の物を廃棄することができる。例えば、微生物を培養する場合には、培養槽から排出されて排出槽内にある液体培地を、オートクレーブで加熱加圧処理（滅菌処理）をした後に、廃棄することができる。
【００２５】
なお、上記排出槽は、例えば、綿栓などを施した容器とその容器内の空間に末端がある配管とを用いて、容易に構成することができる。この構成によれば、受け取った液体培地は、重力に従って容器の底に落下する。一方、受け取った気体は容器内の空間に分散し、その容器内の余剰の気体は、綿栓を介して容器外に排出される。
【００２６】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、電磁波受取手段が出力する信号の値が変動しているとき、その値を平均化する平均化手段を有していることを特徴としている。
【００２７】
上記構成によれば、例えば液体培地の攪拌によって、電磁波受取手段から出力される信号の値が変動しているとき、その出力を平均化手段によって平均化することができる。具体的には、電磁波受取手段から出力される信号（電磁波の量を示す信号）を電気信号（例えば電圧または電流）として出力するといった場合において、液体培地が強く攪拌されているとき、その電気信号の値（電圧または電流の値）は、その攪拌の影響により上下に変動する可能性がある。この変動する出力を、平均化手段によって平均化する。
【００２８】
その結果、上記効果に加えて、液体培地を強く攪拌していても、液体培地の量の正確な制御と、培養している生物の量の正確な把握とが可能となる。
【００２９】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記培養槽は、円筒形状の胴体部と曲面形状の底部とを有しており、上記底部における内壁の近傍に、気体送出手段の気体送出口が設けられていることを特徴としている。
【００３０】
上記構成によれば、培養槽の底部は曲面形状を有しており、気体送出手段の気体送出口は、その底部における内壁の近傍に設けられている。
【００３１】
その結果、培養している生物が培養槽の底部に滞留するのを防止しつつ、液体培地を効率よく攪拌することができる。さらに、例えば透明な素材で培養槽を作製すれば、培養条件（例えば光の条件など）の調整を容易に行うことができる。
【００３２】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、培養している生物の培養条件を調節する光源を有しており、上記培養槽は、光を通す素材で構成されていることを特徴としている。
【００３３】
上記構成によれば、光を通す素材で構成されている培養槽と光源とを有しており、培養槽の外に設けられた光源から光を発して、培養槽内の生物の培養条件（光についての条件）を調節することができる。なお、ここで言う「光を通す素材」としては、例えば、ガラス、透明な高分子素材などが挙げられる。
【００３４】
その結果、上記効果に加えて、生育に光を必要とする生物および微生物の培養に適した培養装置を提供することができる。特に、紅色細菌、緑色細菌、ハロバクテリウムといった光合成細菌、さらには好気性光合成細菌、シアノバクテリアといった生物の培養を容易にする培養装置を、上記構成によって提供することができる。
【００３５】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記目的の生物として、生育に光を必要とする生物を培養することを特徴としている。
【００３６】
上記構成によれば、生育に光を必要とする生物を培養する。なお、ここで言う生育に光を必要とする生物としては、例えば、光合成独立栄養生物、緑色植物、藻類、紅色硫黄細菌、緑色硫黄細菌、光合成細菌、シアノバクテリア、植物細胞などが挙げられる。このような生物についての培養は、その特殊な培養条件により、研究者にとっては負担となっていた。
【００３７】
その結果、上記効果に加えて、生育に光を必要とする生物の培養を容易にするとともに、今まで研究者に負担となっていた、それら生物の培養に伴う負担を軽減することができる。
【００３８】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記気体送出手段は、酸素を含む気体を送出することを特徴としている。
【００３９】
上記構成によれば、酸素を含む気体を無菌化し、その無菌化された気体によって液体培地を攪拌する。なお、ここで言う「酸素を含む気体」としては、例えば空気などが挙げられる。
【００４０】
その結果、酸素を必要とする生物、好気的な生物（特に好気的な微生物）の培養に適した培養装置を提供することができる。具体的には、単細胞の好気的生物や、大腸菌、酵母、クラミドモナスといった生物学的に重要な生物の培養に好適な培養装置を提供することができる。
【００４１】
なお、上記の例で示した無菌化された空気の送出では、培養している生物の種類または量により、酸素の供給量が不足することが予想される。そのような場合には、空気よりも酸素を多く含有する気体を、液体培地に送出してもよい。もちろん、酸素自体を液体培地に送出してもよい。
【００４２】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記気体送出手段は、窒素を送出することを特徴としている。
【００４３】
上記構成によれば、窒素を無菌化し、その無菌化された窒素によって液体培地を攪拌する。
【００４４】
その結果、酸素を必要としない生物や嫌気的な生物（特に嫌気的な微生物）を培養するのに好適な培養装置を提供することができる。
【００４５】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記目的の生物として、微生物を培養することを特徴としている。
【００４６】
上記構成によれば、本発明の培養装置によって微生物を培養する。なお、ここで言う微生物とは、微小であって、肉眼では観察できないような生物を広く含むものとする。もちろん、上記目的の生物に該当する微生物とは、単細胞生物であっても、多細胞性の生物であってもよい。具体的に言えば、上記目的の生物に該当する微生物は、すべての原核生物（細菌、藍色細菌、古細菌など）と、真核生物（糸状菌、酵母、変形菌、担子菌、単細胞性の藻類および原生動物など）と、多細胞性の藻類と、ウイルスとを含んでいるものとする。
【００４７】
その結果、大容量の培養槽を選択することにより、大量の微生物の培養を容易に行うことができる。特に、今まで振盪培養によって行われていた微生物の培養を、本発明の培養装置によって、大量にかつ容易に行うことができる。もちろん、特定のＤＮＡを増やすために、そのＤＮＡを有する大腸菌を培養するのに、本発明の培養装置を用いてもよい。
【００４８】
なお、本発明の培養装置は、液体培地の攪拌を伴うため、振盪培養によって培養することが好ましい微生物を培養するのに適している。しかし、本発明の培養装置は、そのような微生物の培養に限定されない。例えば、上記に記載したように、気体送出手段が窒素を送出する構成とすれば、嫌気的な微生物の培養も可能となる。
【００４９】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、培養槽内の液体培地を取得するための管であって、液体培地中に発生している気泡の取得を防止する屈曲構造を備えている液体培地取得管と、その液体培地取得管を通じて、培養槽内から一定量の液体培地を取得するとともに、培養している生物を取得する培養生物取得手段とを有していることを特徴としている。
【００５０】
上記構成によれば、液体培地中に発生している気泡の取得を防止するための屈曲構造を備えた液体培地取得管と、培養槽内から一定量の液体培地を取得するとともに、培養している生物を取得する培養生物取得手段とを有している。
【００５１】
その結果、上記効果に加えて、正確な量の液体培地の取得と、培養槽内において培養されている生物の量をさらに正確に把握することとが可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５３】
図１に、本実施の形態の培養装置を示す。本実施の形態の培養装置１は、培養槽２と、気体送出手段３と、液体培地追加手段４と、液体培地排出手段５と、電磁波量判別センサー６（電磁波放出手段および電磁波受取手段）と、液体培地追加制御手段７とを有している。
【００５４】
本実施の形態の培養装置１は、さらに、培養している生物の培養条件を調節する光源１４と、液体培地取得管１２と、培養生物取得手段１３とを有している。
【００５５】
培養装置１は、培養槽２内の液体培地で目的の生物を培養する。ここで言う「目的の生物」とは、特に限定されるものではなく、動物であっても、植物であってもよい。もちろん、「目的の生物」とは、原核生物であっても真核生物であってもよい。さらに、上記「目的の生物」とは、微生物であっても、培養細胞であってもよい。
【００５６】
培養槽２は、図１に示すように、その内部に液体培地を収容し、その液体培地中で目的の生物を培養するための槽である。目的の生物を培養するためには、雑菌などが培養槽２内に混入しないようにしなければならない。そのため、培養槽２に接続されている配管を経由して、培養槽２外から培養槽２内に、および、培養槽２内から培養槽２外に、気体および液体培地が移動するように構成されている。つまり、培養中においては、図１に示されているように、培養槽２に接続されている配管以外を経由して、培養槽２内におよび培養槽２外に、気体および液体培地などを意図的に移動させることはない。
【００５７】
本実施の形態の培養槽２は、光を通す素材で構成されている。この培養槽２と光源１４とにより、培養槽２内で培養する生物の培養条件、特に光についての条件を調節することができる。よって、本実施の形態の培養装置１は、生育に光を必要とする生物および微生物の培養に適している。
【００５８】
また、培養槽２は、図１に示すように、円筒形状の胴体部と曲面形状の底部とを有している。培養槽２の底部は、曲面（例えば球面の一部またはそれに類似する曲面）のみで構成されることが好ましい。換言すれば、培養槽２の底部において平らな部分がない形状とすることが好ましい。培養槽２の底部に平らな部分、特に地平面と水平な平らな部分があれば、その部分に生物が滞留する可能性が高くなるからである。もちろん、このような曲面形状には、気体による液体培地の攪拌を、円滑に進行させる機能もある。
【００５９】
なお、培養槽２の全体の形状は、気体送出手段３から送出される気体によって、液体培地の全体が攪拌されるような形状とすることが好ましい。そのような形状の１つに、図１に示すような幅方向よりも高さ方向の寸法のほうが大きい形状（いわゆる縦長の形状）がある。気体を培養槽２内の液体培地に放出すると、その気体の気泡は、液体培地内を上昇する。このような形状とすれば、気体送出手段３の気体送出口の位置と液体培地の量とによって、液体培地中における気泡の上昇時間を長くすることが可能となる。さらに、発生する気泡は、液体培地全体に影響を与える（全体を攪拌する）こととなる。特に、気体送出手段３の気体送出口が図１に示すように１つであって、その１つの気体送出口から放出される気体によって液体培地全体を攪拌しようとする場合は、上記のような縦長の形状が好ましい。
【００６０】
気体送出手段３は、培養槽２内の液体培地中に、無菌化された気体を送出することによって、液体培地を攪拌する。本実施の形態における気体送出手段３は、気体輸送ポンプ２０と、気体無菌化手段２１と、気体送出用配管２２とを有している。なお、本実施の形態においては、無菌化された空気を、培養槽２内に送出している。もちろん、培養槽２内に無菌化された窒素を供給したい場合は、気体輸送ポンプ２０に窒素供給ボンベを接続しても、気体輸送ポンプ２０の代わりに窒素供給ボンベを接続してもよい。
【００６１】
なお、培養槽２内の液体中において、その液体中で沈殿する物を攪拌によって分散させて、その攪拌を止めたときに、攪拌された物が沈殿しはじめるような部位の近傍に、気体送出用配管２２の気体送出口を配置することが好ましい。このような部位に気体送出口を配置すれば、効率よく液体培地を攪拌することができるとともに、培養している生物の滞留を防ぐことができる。ここで言う「攪拌された物が沈殿しはじめるような部位」としては、例えば、培養槽２を設置したときに、培養槽２の底部の曲面における最も低い位置に該当する部位などが挙げられる。
【００６２】
本実施の形態の液体培地追加手段４は、追加用液体培地保存容器２３と、液体培地追加用ポンプ２４と、液体培地追加用配管２５とを備えている。そして、液体培地追加手段４は、無菌化された液体培地を、培養槽２に追加する。追加用液体培地保存容器２３には、予め無菌化された液体培地が入っている。そして、無菌化された液体培地は、液体培地追加用ポンプ２４によって、液体培地追加用配管２５を介して、培養槽２に追加される。そして、追加用液体培地保存容器２３では、その内部に雑菌などが侵入しないように栓がされている。この栓としては、例えば綿栓などが挙げられる。
【００６３】
液体培地排出手段５は、液体培地が一定体積以上となったとき、一定体積未満となるように液体培地を排出する。本実施の形態において、液体培地排出手段５は、図１にあるように、排出槽８と排出用配管９と受取気体排出手段（綿栓１０）とを有している。受取気体排出手段としては、例えば綿栓のような、無菌的に気体を通過させる物を用いることができる。そして、液体培地の体積の調節は、培養槽２内における、排出用配管９の先端の位置によって決定される。
【００６４】
排出槽８は、気体排出手段が排出する気体と、液体培地排出手段が排出する液体培地とを受け取って、液体培地を収容する。そして、排出槽８は、受け取った気体と液体培地とを分離する分離手段と、受け取った気体を排出槽外に排出する受取気体排出手段（綿栓１０）とを備えている。本実施の形態において、排出槽８の分離手段は、排出用配管９および排出槽８を用いて、気体と液体培地とを分離する。
【００６５】
排出用配管９は、培養槽２と排出槽８とを接続しており、その排出用配管９の先端は、排出槽８の内部と培養槽２の内部とに設けられている。この排出用配管９を介して、液体培地および気体が排出される。このように排出用配管９を介して液体培地および気体が排出されるのは、培養槽２に接続されている配管以外の部分は密閉され、その状態で気体送出手段３から培養槽２に気体が送出されて、培養槽２内外の圧力（気圧）差に応じて、液体培地と気体とが移動するからである。なお、培養槽２に気体排出手段が設けられて、培養槽２内外の圧力（気圧）差が生じない場合は、液体培地と気体とを排出用配管９を介して移動させるために、培養槽２と排出槽８との間にポンプ等を設けてもよい。
【００６６】
綿栓１０は、排出槽８の内側から外側に、および、排出槽８の外側から内側に、生物（特に微生物）が移動するのを防いでいる。また、排出槽８には、綿栓１０以外に気体が通過できる場所は設けられていないので、排出槽８の内外に圧力（気圧）の差が発生したとき、綿栓１０を介して気体が移動する。
【００６７】
本実施の形態において、気体排出手段は、液体培地排出手段と一体化されており、それら気体および液体培地の排出は、以下のようになされる。本実施の形態では、微生物などが混入しないように閉じられた状態となっている培養槽２に、気体送出手段３から培養槽２に気体が送出される。そのため、培養槽２内の圧力と排出槽８内の圧力との圧力差に応じて、培養槽２内の排出用配管９の先端にある気体および液体培地は、排出用配管９を介して排出槽８内に排出される。
【００６８】
排出槽８内に排出された液体培地は、重力に従い落下して、排出槽８に収容される。一方、排出槽８内に排出された気体は、排出槽８の内外における圧力（気圧）の差に応じて、綿栓１０を介して排出槽８の外部に排出される。このように、排出槽８の分離手段は、液体培地と気体とを分離する。つまり、本実施の形態の培養装置１において、液体培地排出手段５は、培養槽内における余剰の気体を排出する気体排出手段としても機能している。
【００６９】
電磁波量判別センサー６は、電磁波放出部（電磁波放出手段）と電磁波受取部（電磁波受取手段）とを備えている。電磁波放出部は、液体培地内に電磁波を放出する部である。電磁波受取部は、電磁波放出手段により放出される電磁波の受け取りと、受け取った電磁波の量を示す信号の出力とを行う。また、電磁波受取部は、培養している生物によって、電磁波の受け取りが妨害される位置に設置されている。なお、ここで言う、「受け取った電磁波の量を示す信号の出力」は、下記（Ａ）・（Ｂ）のどちらでもよい。
（Ａ）電磁波放出部から放出された電磁波の量に対して、受け取った電磁波の量の割合を、信号（例えば電気信号）に変換して出力する。
（Ｂ）電磁波放出部から放出される電磁波の量とは関係なく、単に、電磁波放出部から放出されるものと同種（同じ波長）の電磁波を受け取って、その受け取り量を、信号（例えば電気信号）に変換して出力する。
【００７０】
なお、電磁波量判別センサー６が用いる電磁波としては、例えば、赤外線などが挙げられるが特に限定されるものではない。もちろん、培養している生物の量の測定に好ましいという観点、電磁波量判別センサー６として入手しやすいという観点等から、電磁波量判別センサー６が用いる電磁波を選択すればよい。
【００７１】
また、電磁波量判別センサー６の電磁波放出部および電磁波受取部を、図２に示すような構成としてもよい。つまり、培養槽２を挟む（培養している生物を挟む）ように、電磁波放出部と電磁波受取部とを設けてもよい。
【００７２】
さらに、図３に示すように、電磁波量判別センサー６は、電磁波放出部と電磁波受取部とが接近した位置に設けられていてもよい。このような電磁波量判別センサー６を用いる場合は、電磁波を反射する反射板を有する構成とする。そして、培養槽２を挟む（培養している生物を挟む）ように、電磁波放出部および電磁波受取部が一体化された電磁波量判別センサー６と反射板とを配置する。
【００７３】
なお、本実施の形態では、図３に示す構成とした。図２の構成と比べて、図３の構成は、各部の配置が容易である。さらに、電磁波量判別センサー６として、赤外線の放出および受け取りを行う赤外線センサーを用いている。この赤外線センサーは、受け取った電磁波（赤外線）の量を、電流または電圧に変換して出力する。また、赤外線センサーを用いると、反射板として白色の紙（例えば白色濾紙）を用いることができる。
【００７４】
液体培地追加制御手段７は、電磁波量判別センサー６（電磁波受取手段）から出力される信号を、電磁波量判別センサー６（電磁波受取手段）が受け取った電磁波の量を示す受取値に変換する。さらに、液体培地追加制御手段７は、その受取値と予め設定された値とを比較して、その比較の結果によって液体培地追加手段４を制御する。具体的に言えば、液体培地追加制御手段７は、液体培地追加手段４の液体培地追加用ポンプ２４を制御することによって、培養槽２に追加する液体培地の量を制御している。また、図１にあるように、液体培地追加制御手段７は、値または文字を表示する表示部２８と、上記比較に用いられる設定値などを入力する入力部２９とを備えている。
【００７５】
従来、例えば大腸菌などの微生物を培養して、その微生物の増殖を測定する場合、液体培地からその培地の一部を試料として取り出して、菌数を測定することが必要であった。また、この菌数の測定には、例えば下記（ｉ）または（ｉｉ）の作業が必要であった。
（ｉ）分光光度計を用いた濁度測定により、菌数を計算する。
（ｉｉ）取り出した試料の一部を固体培地に広げて培養し、生成するコロニーの数を数えて、菌数を計算する。
【００７６】
一方、本実施の形態の培養装置１では、培養槽２の外部壁面に取り付けられた電磁波量判別センサー６と、それに接続されている液体培地追加手段とを用いて、電磁波量判別センサー６（電磁波受取手段）が受け取った電磁波の量を示す受取値を得れば、生物の量（生物の密度）を計算することができる。つまり、受取値と検量線とを利用すれば、生物の量（密度）を計算するときに、液体培地からの試料の取り出しが不要である。このように液体培地からの試料の取り出しが不要であるということは、取り出しの操作という面倒さから研究者を解放するという利点がある。さらに、上記受取値を連続的に記録する装置を備えれば、生物を培養しながら、その生物の成長を連続的に測定できるという利点もある。このように、受取値を連続的に記録しておけば、その記録前または記録後に検量線を求めて、生物の量を記録した連続的なデータを得ることができる。
【００７７】
さらに、従来、分光光度計というやや高価な機器を用いて、生物（微生物）の量を測定していた。一方、本発明では、電磁波量判別センサー６を用いる。例えば、電磁波量判別センサー６として赤外線センサーを用いれば、極めて簡単かつ安価に、生物の量を測定する機器を準備することができる。
【００７８】
なお、上記液体培地追加用ポンプ２４としては、外気に接触せずに液を輸送でき、滅菌が容易なポンプを用いることが好ましい。このようなポンプとしては、例えばペリスタル型ポンプなどが挙げられる。また、微量の液体培地を加えたい場合は、アミノ酸分析用微量定量ポンプなどを用いてもよい。なお、使用できるポンプに制約がある場合には、上記液体培地追加用ポンプ２４と培養槽２との間に滅菌用のフィルターを取り付けて、そのフィルターで滅菌した液体培地を培養槽２に追加するという構成としてもよい。
【００７９】
また、本実施の形態においては、液体培地追加制御手段７と電磁波量判別センサー６との間に、平均化回路１１（平均化手段）が接続されている。平均化回路１１は、電磁波量判別センサー６（電磁波受取手段）から出力される信号の値が変動しているとき、その値を平均化する。よって、電磁波量判別センサー６からの出力値が液体培地の攪拌により上下に変動する場合でも、平均化回路１１によって出力値を平均化することができる。このような出力値の平均化により、液体培地の正確な制御と生物量の正確な計算とが可能となる。
【００８０】
液体培地取得管１２は、図１に記載されているように、先端部が屈曲している。このような屈曲構造により、液体培地中に発生している気泡の取得を防止することができる。
【００８１】
培養生物取得手段１３は、液体培地取得管１２を通じて、培養槽２内から一定量の液体培地を取得する。また、培養生物取得手段１３は、その取得とともに、培養している生物を取得する。本実施の形態では、培養生物取得手段１３をポンプで構成している。また、培養生物取得手段１３の前後には、取得した生物をサンプリングするサンプル取得口１５が設けられる。例えば、図１では、培養生物取得手段１３における培養槽２側の配管をＴ字型にしてサンプル取得口１５を設けている。これによって、培養した生物を適宜サンプリングすることができる。もちろん、サンプル取得口１５の構成はこれに限定されるものではない。
【００８２】
さらに、培養生物取得手段１３には、測定機器２６とコンピュータ２７（図中「ＰＣ」）とが接続されている。コンピュータ２７は、測定機器２６と培養生物取得手段１３とを制御して、液体培地の取得を制御することができる。例えば、一定時間毎に液体培地を取得して、取得した液体培地を測定機器で分析し、その結果をコンピュータ２７に蓄積することもできる。測定機器２６としては、例えば濁度計を用いることができる。
【００８３】
【実施例】
（実施例１：培養槽）
培養槽２の例を、図４に示す。培養槽２は、図４に示すように、円筒形状の胴体部と曲面形状の底部とを有している。培養槽２の寸法は、高さが約５００ｍｍ、幅が約１６０ｍｍである。上部には、配管を差し込むための口部を有しており、その口部の直径は、約３５ｍｍである。また、この培養槽２の容量は１．５リットルである。また、この培養槽２はガラス製であり、光を透過する。そして、図４に示すような形状（縦長形状）であるため、培養槽２内にほぼ均等に光が伝達される。よって、生育に光を必要とする生物の培養に好ましい。
（実施例２：電磁波量判別センサー）
電磁波量判別センサー６には、市販の光量判別センサー（赤外線量判別センサー）を使用した。具体的に言えば、電磁波量判別センサー６として、回帰反射形の光量判別センサー（アナログ光電センサー、オムロン株式会社製（Ｅ３ＳＡ））を用いた。また、反射板として、一定の反射率を示す白色濾紙（９ｃｍ径）を用いた。それら配置を、図５に示す。図５に示すように、培養槽２（培養槽２内の生物）を挟むように、電磁波量判別センサー６と白色濾紙とを設けた。
【００８４】
光量判別センサーは、図５に示すように、投光部（電磁波放出手段）と受光部（電磁波受取手段）とを有している。そして、光量判別センサー（受光部）は、液体培地追加制御手段７に、受光部が受け取った赤外線の量を示す電気信号を、電圧の値として出力する。
【００８５】
また、本実施例では、図５に示すように、培養槽２に向けて光を放つ光源１４の影響を防止するため、電磁波量判別センサー６の電磁波放出口および電磁波受取口に、赤外線フィルターを設置した。この赤外線フィルターは、培養用の可視光（例えば図１の光源１４からの可視光）を除くためのフィルターである。
（実施例３：液体培地追加制御手段）
図５に示す液体培地追加制御手段７には、メーターリレー（直流測定用デジタルスケーリングメーターリレー、シンキー社製、ＲＸ−２４５８／２４５８Ｆ）を用いた。図５に示すように、光量判別センサー（電磁波量判別センサー６）と白色濾紙（反射板）との間で往復する赤外線（電磁波）は、培養槽２内の生物（微生物）の密度に応じて吸収される。よって、光量判別センサーから出力される電圧は、培養槽２内の生物（微生物）の密度に応じて変化する。つまり、培養槽２内の生物の密度が上昇すれば、光量判別センサーの受光部が受ける光量は減少し、それに応じて電圧が変化する。この電圧の変化をメーターリレーで検出し、その変化に応じて、メーターリレーが液体培地追加用ポンプ２４を制御する。例えば、培養槽２内の生物の密度が一定以上であることを示す値をメーターリレーが得たとき、メーターリレーが液体培地追加用ポンプ２４を制御して、液体培地を培養槽に追加させることができる。
（実施例４：気体送出手段）
気体送出手段の気体輸送ポンプ２０には、ペリスタル型ポンプを使用した。気体無菌化手段２１には、市販の除菌フィルター（メンブランフィルター、ミリポア社製、孔径０．２２μｍ、フィルター直径２５ｍｍ）を用いた。また、雑菌の混入を完全に防止するため、除菌フィルターを２つ使用してもよい。
（実施例５：液体培地取得管）
液体培地取得管１２の例を、図６に示す。液体培地取得管１２は、図６に示すような屈曲構造を有している。その屈曲の角度は、図６に示すように、９０°以上とすることが好ましい。図６は、液体培地取得管１２の直管部に沿った直線と、取得管の先端部の接線とのなす角が、９０°以上であることを示している。このような屈曲構造により、液体培地中に発生している気泡の取得を防止することができる。また、液体培地取得管１２の内径は１．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。液体培地取得管１２の材質は、ステンレスとした。ステンレスとすれば、オートクレーブなどによる滅菌が容易となる。
（実施例６：平均化回路）
平均化回路としては、ローパスフィルターを用いた。この平均化回路は、コンデンサーなどを用いている回路であって、電磁波量判別センサー６からの電圧の値が上下に変動しているとき、その変動のゆらぎを吸収する。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の培養装置は、以上のように、液体培地を入れる培養槽を有し、目的の生物をその液体培地で培養する培養装置であって、上記培養槽内の液体培地中に無菌化された気体を送出することによって、液体培地を攪拌する気体送出手段と、無菌化された液体培地を培養槽に追加する液体培地追加手段と、培養槽内における余剰の気体を排出する気体排出手段と、一定体積以上となった液体培地を、一定体積未満となるように排出する液体培地排出手段と、液体培地内に電磁波を放出する電磁波放出手段と、上記電磁波放出手段により放出される電磁波の受け取り、および、受け取った電磁波の量を示す信号の出力を行い、培養している生物によって、電磁波の受け取りが妨害される位置に設置されている電磁波受取手段と、電磁波受取手段から出力される信号を、電磁波受取手段が受け取った電磁波の量を示す受取値に変換するとともに、その受取値および予め設定された値を比較して、その比較の結果によって液体培地追加手段を制御する液体培地追加制御手段とを有するという構成である。
【００８７】
それゆえ、長時間に及ぶ培養の実験と、培養している生物の成長を測定するまたはその成長を一定に保つといった実験とを強いられる場合において、研究者に与える負担を軽減することができ、培養条件の調整が容易であり、雑菌の汚染を減少することができ、しかも容易かつ安価に構成することができる培養装置を提供することができるという効果を奏する。
【００８８】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記電磁波放出手段は、電磁波として赤外線を放出するという構成である。
【００８９】
それゆえ、上記効果に加えて、電磁波放出手段と電磁波受取手段とを有する培養装置を、さらに容易かつ安価に準備することができるとともに、培養している生物の量の正確な計算をすることができるという効果を奏する。特に、培養している微生物の量（微生物の密度）を計算するのに好ましい構成である。
【００９０】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、気体排出手段が排出する気体と、液体培地排出手段が排出する液体培地とを受け取って、液体培地を収容する排出槽を有し、上記排出槽は、受け取った気体と液体培地とを分離する分離手段と、受け取った気体を排出槽外に排出する受取気体排出手段とを備えているという構成である。
【００９１】
それゆえ、上記構成に加えて、例えば、安易に廃棄できない生物（例えば微生物など）を培養している場合、培養槽から排出された液体培地に含まれる生物をまず排出槽に入れて、排出槽内の生物を廃棄可能な状態とした後に、排出槽内の物を廃棄することができるという効果を奏する。
【００９２】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、電磁波受取手段が出力する信号の値が変動しているとき、その値を平均化する平均化手段を有しているという構成である。
【００９３】
それゆえ、上記効果に加えて、液体培地を強く攪拌していても、液体培地の量の正確な制御と、培養している生物の量の正確な把握とが可能となるという効果を奏する。
【００９４】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記培養槽は、円筒形状の胴体部と曲面形状の底部とを有しており、上記底部における内壁の近傍に、気体送出手段の気体送出口が設けられているという構成である。
【００９５】
それゆえ、培養している生物が培養槽の底部に滞留するのを防止しつつ、液体培地を効率よく攪拌することができるという効果を奏する。
【００９６】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、培養している生物の培養条件を調節する光源を有しており、上記培養槽は、光を通す素材で構成されているという構成である。
【００９７】
それゆえ、上記効果に加えて、生育に光を必要とする生物および微生物の培養に適した培養装置を提供することができるという効果を奏する。
【００９８】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記目的の生物として、生育に光を必要とする生物を培養するという構成である。
【００９９】
それゆえ、上記効果に加えて、生育に光を必要とする生物の培養を容易にするとともに、今まで研究者に負担となっていた、それら生物の培養に伴う負担を軽減することができるという効果を奏する。
【０１００】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記気体送出手段は、酸素を含む気体を送出するという構成である。
【０１０１】
それゆえ、酸素を必要とする生物、好気的な生物（特に好気的な微生物）、例えば、単細胞の好気的生物、大腸菌、酵母、クラミドモナスといった、生物学的に重要な生物の培養に好適な培養装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０２】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記気体送出手段は、窒素を送出するという構成である。
【０１０３】
その結果、酸素を必要としない生物や嫌気的な生物（特に嫌気的な微生物）を培養するのに好適な培養装置を提供することができるという効果を奏する。
【０１０４】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、上記目的の生物として、微生物を培養するという構成である。
【０１０５】
それゆえ、例えば大容量の培養槽を選択することにより、大量の微生物の培養を容易に行うことができるという効果を奏する。特に、今まで振盪培養によって行われていた微生物の培養を、本発明の培養装置によって、大量にかつ容易に行うことができるという効果を奏する。
【０１０６】
また、本発明の培養装置は、上記構成に加えて、培養槽内の液体培地を取得するための管であって、液体培地中に発生している気泡の取得を防止する屈曲構造を備えている液体培地取得管と、その液体培地取得管を通じて、培養槽内から一定量の液体培地を取得するとともに、培養している生物を取得する培養生物取得手段とを有しているという構成である。
【０１０７】
それゆえ、上記効果に加えて、正確な量の液体培地の取得と、培養槽内において培養されている生物の量をさらに正確に把握することとが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における培養装置の実施の一形態を示す模式図である。
【図２】本発明における、電磁波放出部（電磁波放出手段）と電磁波受取部（電磁波受取手段）との配置例を示した模式図である。
【図３】本発明における、電磁波放出部（電磁波放出手段）と電磁波受取部（電磁波受取手段）との他の配置例を示した模式図である。
【図４】本発明における培養槽の形状の一例を示す模式図である。
【図５】本発明における、電磁波量判別センサー、白色濾紙（反射板）、培養槽、赤外線フィルターなどの配置例を示す模式図である。
【図６】本発明における液体培地取得管の形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１  培養装置
２  培養槽
３  気体送出手段
４  液体培地追加手段
５  液体培地排出手段
６  電磁波量判別センサー
７  液体培地追加制御手段
８  排出槽
１０  綿栓
１１  平均化回路
１３  培養生物取得手段
１４  光源
１５  サンプル取得口
【図１】
2004305180.tif 000003
【図２】
2004305180.tif 000004
【図３】
2004305180.tif 000005
【図４】
2004305180.tif 000006
【図５】
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【図６】
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