(57)【要約】【課題】  簡単な構造で汚染を招くことなく継続的な観察が容易な小型培養観察装置を提供する。【解決手段】  培養槽２１と蓄積槽１２とは培養槽部材２０によって仕切られて一体に重ねられている。また、培養液は、入口側通路部６１および出口側通路部６２における培養液の温度差によって生じる対流により蓄積槽１２と培養槽２１との間を循環する。さらに、小型培養観察装置１０は、内部に蓄えられている培養液が外部と接触することなく蓄積槽１２と培養槽２１との間を循環する。したがって、小型かつ簡単な構成で培養液の汚染を防止しつつ培養液を循環させることができる。また、培養槽２１は、円柱状レンズ１３を通して下方から観察することができる。円柱状レンズ１３はコーティング層１４を有しており、外側から入射する光によって観察が妨げられない。【選択図】    図１
2005333912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液を蓄える蓄積槽と、前記蓄積槽の上方に設置されている培養槽と、前記蓄積槽と前記培養槽とを接続し前記培養液が流れる通路部とを備える小型培養観察装置であって、
前記蓄積槽、前記培養槽および前記通路部は閉回路を構成し、
前記蓄積槽の上壁を形成する第一部材に前記培養槽が設置されていることを特徴とする小型培養観察装置。
【請求項２】
前記第一部材は、前記蓄積槽とは反対側の面に、前記蓄積槽側へ窪んで形成されている前記培養槽と、前記培養槽に接続し前記通路部を構成する溝とを有することを特徴とする請求項１記載の小型培養装置。
【請求項３】
前記第一部材と概ね平行であって前記蓄積槽の底壁を形成する底部を有する第二部材と、
前記底壁と概ね垂直な前記蓄積槽の側壁を形成し、前記第一部材の周壁とともに前記通路部を形成する第三部材と、
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の小型培養観察装置。
【請求項４】
前記第一部材と前記第三部材との間に形成される前記通路部は、前記蓄積槽の上壁と概ね垂直であることを特徴とする請求項３記載の小型培養観察装置。
【請求項５】
前記通路部の一部を加熱または冷却する温度調整手段を備え、前記温度調整手段によって前記通路部の一部を加熱または冷却することで前記培養液の密度を変化させ前記培養液を前記蓄積槽と前記培養槽との間で循環させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の小型培養観察装置。
【請求項６】
前記温度調節手段は、前記培養槽の入口側において前記通路部を流れる前記培養液の温度を調節する入口側温度調節部と、前記培養槽の出口側において前記通路部を流れる前記培養液の温度を調節する出口側温度調節部とを有することを特徴とする請求項５記載の小型培養観察装置。
【請求項７】
前記入口側温度調節部と前記出口側温度調節部とは、個別に温度が設定されていることを特徴とする請求項６記載の小型培養観察装置。
【請求項８】
前記入口側温度調節部は、前記出口側温度調節部よりも調整温度が高く設定されていることを特徴とする請求項７記載の小型培養観察装置。
【請求項９】
前記温度調節手段は、ペルチェ素子を有することを特徴とする請求項５から８のいずれか一項記載の小型培養観察装置。
【請求項１０】
前記蓄積槽と前記培養槽との体積比は、１以上１５００００以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の小型培養観察装置。
【請求項１１】
前記蓄積槽の内部に設置され、一方の端部が前記培養槽の前記底部側において前記第一部材の前記第二部材側の面に接し、他方の端部が前記第二部材と一体または前記底部を貫いている透明な透明部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の小型培養観察装置。
【請求項１２】
前記透明部材は、側面に内部への光の入射を防止するコーティングを有することを特徴とする請求項１１記載の小型培養観察装置。
【請求項１３】
前記透明部材は、前記培養槽における発光を前記第二部材側の端部まで透過することを特徴とする請求項１１または１２記載の小型培養観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞や菌体を培養する小型培養観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細胞や菌体などの観察対象はシャーレや特殊な培養容器に培養液あるいは培地とともに収容され培養されている。培養容器で培養されている観察対象は、一般に例えばシャーレのように培養容器の上方の開口部から観察される。また、観察対象の上方からだけではなく底部を通して下方からも観察を行うために、透明な底部を備える培養容器が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１７３０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シャーレや培養容器で培養されている観察対象は、定期的に培地を交換する必要がある。培地の交換は、外部環境からの異物の侵入や細菌などによる汚染を招くおそれがある。そのため、培地の交換はクリーンベンチの内部で実施する必要があり、煩雑な処理を招く。
【０００５】
また、培養されている観察対象を経時的に観察する場合、培養容器を覆う大型の顕微鏡保温箱のような観察装置が必要となる。このような観察装置では、ｐＨの調節および温度調節など観察装置の内部の環境を継続的に調整する必要がある。そのため、装置が大掛かりかつ複雑になるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、簡単な構造で汚染を招くことなく継続的な観察が容易な小型培養観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の小型培養観察装置は、培養液を蓄える蓄積槽と、前記蓄積槽の上方に設置されている培養槽と、前記蓄積槽と前記培養槽とを接続し前記培養液が流れる通路部とを備える小型培養観察装置であって、前記蓄積槽、前記培養槽および前記通路部は閉回路を構成し、前記蓄積槽の上壁を形成する第一部材に前記培養槽が設置されていることを特徴とする。培養槽は蓄積槽の上壁を形成する第一部材に設置されている。そのため、培養槽と蓄積槽とは積み重ねて配置されている。また、蓄積槽と培養槽とは通路部で接続されている。そのため、蓄積部に蓄えられている培養液は、通路部を経由して外部と接触することなく培養槽へ供給される。蓄積槽に十分な培養液を蓄えておくことにより、培養槽には継続的に培養液が供給される。したがって、簡単な構造で汚染を招くことがなく、容易に継続的な観察をすることができる。
【０００８】
また、本発明の小型培養装置では、前記第一部材は、前記蓄積槽とは反対側の面に、前記蓄積槽側へ窪んで形成されている前記培養槽と、前記培養槽に接続し前記通路部を構成する溝とを有する。そのため、蓄積槽の上壁を形成する第一部材と一体に蓄積槽および通路部を構成する溝が形成される。したがって、構造を簡単にすることができる。
【０００９】
さらに、小型培養観察装置は、前記第一部材と概ね平行であって前記蓄積槽の底壁を形成する底部を有する第二部材と、前記底壁と概ね垂直な前記蓄積槽の側壁を形成し、前記第一部材の周壁とともに前記通路部を形成する第三部材と、を備える。そのため、蓄積槽は第一部材、第二部材および第三部材により形成される。また、通路部は、第一部材の周壁と第三部材とにより形成される。したがって、構造を簡単にすることができる。
【００１０】
さらに、小型培養観察装置では、前記第一部材と前記第三部材との間に形成される前記通路部は、前記蓄積槽の上壁と概ね垂直である。通路部は、第一部材および第二部材と垂直に蓄積槽と培養槽とを接続している。そのため、通路部の全長は短縮される。したがって、構造を簡単にし、さらに小型化することができる。
【００１１】
さらに、小型培養観察装置は、前記通路部の一部を加熱または冷却する温度調整手段を備え、前記温度調整手段によって前記通路部の一部を加熱または冷却することで前記培養液の密度を変化させ前記培養液を前記蓄積槽と前記培養槽との間で循環させる。通路部の一部において培養液を加熱または冷却すると、加熱または冷却された培養液の密度は変化する。そのため、培養液には密度の差による流れが生じる。これにより、培養液は、密度の変化によって蓄積槽と培養槽との間を循環する。その結果、培養槽には蓄積槽に蓄えられている培養液が供給される。また、培養液の温度変化にともなう密度差により培養液が循環する。したがって、簡単な構造で汚染を招くことなく、容易に継続的な観察をすることができる。
【００１２】
さらに、小型培養観察装置では、前記温度調節手段は、前記培養槽の入口側において前記通路部を流れる前記培養液の温度を調節する入口側温度調節部と、前記培養槽の出口側において前記通路部を流れる前記培養液の温度を調節する出口側温度調節部とを有する。培養槽は蓄積槽の上方に設置されている。そのため、例えば培養槽の入口側で培養液の温度を高め、培養槽の出口側で培養液の温度を低めることにより、培養液は密度に差が生じ対流する。これにより、培養液は蓄積槽から培養槽へ循環する。したがって、簡単な構造で汚染を招くことなく、容易に継続的な観察をすることができる。
【００１３】
さらに、小型培養観察装置では、前記入口側温度調節部と前記出口側温度調節部とは、個別に温度が設定されている。そのため、培養槽の入口側と出口側とはそれぞれ異なる温度となる。そのため、培養液は密度に差が生じ対流する。したがって、簡単な構造で汚染を招くことなく、容易に継続的な観察をすることができる。
【００１４】
さらに、小型培養装置では、前記入口側温度調節部は、前記出口側温度調節部よりも調整温度が高く設定されている。培養槽の入口側の温度を高め、培養槽の出口側の温度を低めることにより、培養槽には蓄積槽から新たな培養液が供給されるとともに、培養槽から蓄積槽へ不要な培養液が排出される。したがって、簡単な構造で汚染を招くことなく、容易に継続的な観察をすることができる。
【００１５】
さらに、小型培養観察装置では、前記温度調節手段は、ペルチェ素子を有する。ペルチェ素子は、小型で精密な温度の調節が可能である。そのため、温度調節手段の構造の複雑化を招くことはない。したがって、構造を簡単にすることができるとともに、培養液の温度を精密に調節することができる。
【００１６】
さらに、小型培養観察装置では、前記蓄積槽と前記培養槽との体積比は、１以上１５００００以下である。そのため、培養槽に比較して蓄積槽の容積は十分に大きくなる。これにより、蓄積槽には十分な量の培養液が蓄えられる。その結果、培養槽には、培養液の循環にともなって新鮮な培養液が供給される。したがって、簡単な構造で汚染を招くことなく、容易に継続的な観察をすることができる。
【００１７】
さらに、小型培養観察装置は、前記蓄積槽の内部に設置され、一方の端部が前記培養槽の前記底部側において前記第一部材の前記第二部材側の面に接し、他方の端部が前記第二部材と一体または前記底部を貫いている透明な透明部材をさらに備える。これにより、培養槽で培養される観察対象は、透明部材を通して培養槽の底部側から観察される。したがって、観察対象を精密に観察することができる。
【００１８】
さらに、小型培養観察装置では、前記透明部材は、側面に内部への光の入射を防止するコーティングを有する。これにより、透明部材を通して培養槽で培養される観察対象を発光によって観察する場合、透明部材に入射する光の影響を受けることはない。したがって、観察対象を精密に観察することができる。
【００１９】
さらに、小型培養観察装置では、前記培養槽における発光を前記第二部材側の端部まで透過する。これにより、培養槽は上方だけでなく第二部材側からも観察される。したがって、観察対象を精密に観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施例による小型培養観察装置を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例による小型培養観察装置１０を示す概略図であり、図２は小型培養観察装置１０を示す概略斜視図であり、図３は小型培養観察装置１０の分解斜視図である。小型培養観察装置１０は、図３に示すように主に第一部材としての培養槽部材２０と、第二部材としてのケーシング３０と、第三部材としての第一壁部材４０および第二壁部材５０と、カバー１１とを備えている。小型培養観察装置１０は、培養槽部材２０と、ケーシング３０と、第一壁部材４０と、第二壁部材５０と、カバー１１とから箱状に形成されている。
【００２１】
培養槽部材２０は、略四角形状の板状であり、ケーシング３０の上方に設置される。培養槽部材２０は、樹脂やガラスなどの透明な材料から形成されている。培養槽部材２０は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの樹脂、または屈折率の小さなガラスから形成するのが好ましい。培養槽部材２０は、ケーシング３０とは反対側の面にケーシング３０側に窪んでいる培養槽２１、溝２２および溝２３を有している。培養槽２１は、略円柱状に窪んで形成されている。培養槽２１は、例えば直径が２ｍｍから３ｍｍ程度であり、深さが２ｍｍから３ｍｍ程度である。溝２２および溝２３は、例えば幅が１ｍｍ程度であり、深さが２ｍｍ程度である。培養槽２１および溝２２、２３は、例えば機械加工あるいはエッチングなどにより形成されている。本実施例の場合、培養槽２１は、直径を３ｍｍ、深さを２ｍｍに設定している。したがって、培養槽２１の容積は、約１４ｍｍ３となる。
【００２２】
ケーシング３０は一体に成形されている底部３１および側部３２を有している。底部３１は、培養槽部材２０と概ね平行に配置されている。側部３２は、培養槽部材２０の一対の側辺に沿って底部３１から概ね垂直に接続している。ケーシング３０は、例えば樹脂、ガラスあるいは金属などから形成されている。ケーシング３０の側部３２において底部３１とは反対側の端面３２ａは、培養槽部材２０のケーシング３０側の端面２０ａと接している。ケーシング３０と培養槽部材２０とは、例えば接着剤により接着、あるいはボルトによるねじ止めなどにより固定されている。なお、ケーシング３０の底部３１と側部３２とは、別体に形成してもよい。
【００２３】
第一壁部材４０および第二壁部材５０は、それぞれ培養槽部材２０の両端部に設置されている。第一壁部材４０および第二壁部材５０は、それぞれ培養槽部材２０およびケーシング３０に接着剤による接着、あるいはボルトによるねじ止めなどにより固定されている。ケーシング３０に培養槽部材２０を設置すると、ケーシング３０の側部３２の両端部は開口した形状となる。この開口は、第一壁部材４０および第二壁部材５０を設置することにより塞がれる。これにより、図１（Ｂ）に示すように培養槽部材２０のケーシング３０側には、培養槽部材２０のケーシング３０側の端面２０ａと、ケーシング３０の底部３１および側部３２の内壁面と、第一壁部材４０の第二壁部材５０側の面と、第二壁部材５０の第一壁部材４０側の面とから囲まれた蓄積槽１２が形成される。
【００２４】
蓄積槽１２は、培養槽部材２０、ケーシング３０、第一壁部材４０および第二壁部材５０を組み付けることにより形成される。蓄積槽１２の上壁は、培養槽２１を有する培養槽部材２０によって形成される。蓄積槽１２の側壁は、第一壁部材４０および第二壁部材５０によって形成される。蓄積槽１２の底壁は、ケーシング３０の底部３１によって形成される。本実施例の場合、蓄積槽１２は、底壁の一辺が３５ｍｍの略正方形であり、深さが１０ｍｍに設定されている。したがって、蓄積槽１２の容積は１２２５０ｍｍ３となる。
【００２５】
培養槽２１と蓄積槽１２との容積の比は、１：１から１：１５００００程度であればよい。ここで、培養槽２１と蓄積槽１２との容積の比は、１：５から１：１００００程度であることが望ましく、１：１０から１：１０００程度であることがさらに望ましい。本実施例の場合、培養槽２１の容積は約１４ｍｍ３であり、蓄積槽１２の容積は１２２５０ｍｍ３である。そのため、培養槽２１と蓄積槽１２との容積の比は、約１：８７０である。
【００２６】
培養槽２１と蓄積槽１２との容積の比が小さくなると、蓄積槽１２には培養槽２１へ供給可能な培養液を十分に蓄えることができない。一方、培養槽２１と蓄積槽１２との容積の比が大きくなると、蓄積槽１２には培養槽２１へ供給されない必要以上の培養液が蓄えられる。そのため、上記のような容積比であることが望ましい。
【００２７】
第一壁部材４０は、図１および図３に示すように第二壁部材５０側に第二壁部材５０とは反対側へ窪んでいる溝４１を有している。これにより、第一壁部材４０を培養槽部材２０およびケーシング３０に固定したとき、培養槽部材２０と第一壁部材４０との間には培養槽部材２０の板厚方向へ伸びる空間が形成される。培養槽部材２０と第一壁部材４０との間に形成される空間は、培養槽部材２０の溝２２と接続している。この空間と培養槽部材２０の溝２２とから、蓄積槽１２と培養槽２１とを接続する入口側通路部６１が形成される。
【００２８】
同様に、第二壁部材５０は、第一壁部材４０側に第一壁部材４０とは反対側へ窪んでいる溝５１を有している。これにより、第二壁部材５０を培養槽部材２０およびケーシング３０に固定したとき、培養槽部材２０と第二壁部材５０との間には培養槽部材２０の板厚方向へ伸びる空間が形成される。培養槽部材２０と第二壁部材５０との間に形成される空間は、培養槽部材２０の溝２３と接続している。この空間と、培養槽部材２０の溝２３とから、蓄積槽１２と培養槽２１とを接続する出口側通路部６２が形成される。
【００２９】
入口側通路部６１と出口側通路部６２とは、通路部を構成している。第一壁部材４０の溝４１および第二壁部材５０の溝５１は、いずれも培養槽部材２０の板厚方向に伸びている。これにより、入口側通路部６１および出口側通路部６２は、いずれも培養槽部材２０の蓄積槽１２側の端面２０ａすなわち蓄積槽１２の上壁と概ね垂直になる。
【００３０】
カバー１１は、培養槽部材２０のケーシング３０とは反対側の面２０ｂに設置されている。カバー１１は、培養槽部材２０と脱着可能に取り付けられている。カバー１１は、透明な樹脂などにより形成されている。なお、カバー１１は、樹脂に限らず、ガラスや金属で形成してもよい。また、カバー１１は、培養槽部材２０に取り付けたとき、培養槽２１に対応する部分が透明であれば、その他の部分が不透明であってもよい。さらに、培養槽２１を下方からのみ観察する場合、カバー１１は全体が不透明であってもよい。
【００３１】
具体的には、カバー１１の培養槽部材２０側の面１１ａと、培養槽部材２０のカバー１１側の面２０ｂとが接するように配置されている。これにより、培養槽２１、蓄積槽１２、入口側通路部６１および出口側通路部６２により閉回路が構成され、培養液の汚染を防止することができる。さらにこの配置は、カバー１１が密着するように配置することもできる。このように、培養槽部材２０にカバー１１を取り付けることにより、培養槽２１、溝２２および溝２３はカバー１１により密閉される。これにより、小型培養観察装置１０の培養槽２１、蓄積槽１２、入口側通路部６１および出口側通路部６２は、少なくとも内外への水分の移動がおきないように遮断される。なお、必要に応じて、酸素、二酸化炭素などの気体の出入りが必要な場合、気体が通過する程度に密着度を下げてカバー１１を設置してもよい。同様に、カバー１１自体をシリコンフィルムなどのガス透過性のある素材としてもよいし、あるいはカバー１１に気体のみ通過するようなバルブを設けてもよい。
【００３２】
小型培養観察装置１０は、図１に示すように透明部材としての円柱状レンズ１３を備えている。円柱状レンズ１３は、ケーシング３０の底部３１の例えば中央部に設置されている。円柱状レンズ１３は、透明なガラスや樹脂などにより円柱状に形成されている。円柱状レンズ１３は、屈折率を近づけて観察を容易にするために培養槽部材２０と同一の材料で形成することが望ましい。円柱状レンズ１３は、外径が培養槽２１の内径と概ね同一である。なお、円柱状レンズ１３は、ケーシング３０と同一の材料によりケーシング３０と一体に成形してもよい。
【００３３】
円柱状レンズ１３は、軸方向の一方の端部が培養槽２１のケーシング３０側において培養槽部材２０の端面２０ａに接している。また、円柱状レンズ１３は、軸方向の他方の端部がケーシング３０の底部３１を貫いている。培養槽２１を形成する培養槽部材２０は透明である。そのため、培養槽２１は円柱状レンズ１３を通してケーシング３０の底部３１から観察可能となる。円柱状レンズ１３の培養槽部材２０側の端部は、例えば接着剤などにより培養槽部材２０の端面２０ａに接着し固定してもよい。この場合、円柱状レンズ１３と培養槽部材２０とを同一の材料で形成するとともに、円柱状レンズ１３および培養槽部材２０に近似する屈折率の接着剤を用いることが望ましい。培養槽部材２０、円柱状レンズ１３および接着剤の屈折率を近似させることにより、接着剤によって視界が遮られず、培養槽２１の観察が容易になる。
【００３４】
円柱状レンズ１３は、円周面状の外周壁にコーティング層１４を有している。また、コーティング層１４は、円柱状レンズ１３を通して培養槽２１内部への光の入射を防止する。コーティング層１４は、例えば金属の薄膜やめっきまたは濃色の塗料で形成することにより円柱状レンズ１３の外部から内部への光の入射を防止する。また、コーティング層１４は、例えば金属の薄膜やめっきで形成することにより、内部の光を反射する鏡面加工としてもよい。本実施例の場合、円柱状レンズ１３は、Ｐｔからなるコーティング層１４、または黒色塗料によるコーティング層１４を有している。
【００３５】
小型培養観察装置１０は、図１に示すように温度調節手段としての温度調節装置を備えている。温度調節装置は、温度制御部７０、入口側温度調節部７１および出口側温度調節部７２を有している。入口側温度調節部７１は、第一壁部材４０に設置されている。入口側温度調節部７１は、入口側通路部６１を流れる培養液の温度を調節する。また、出口側温度調節部７２は、第二壁部材５０に設置されている。出口側温度調節部７２は、出口側通路部６２を流れる培養液の温度を調節する。
【００３６】
入口側温度調節部７１および出口側温度調節部７２は、温度制御部７０により温度が制御される。入口側温度調節部７１および出口側温度調節部７２は、それぞれ図示しないペルチェ素子を有している。ペルチェ素子は電流の方向によって発熱または吸熱する。このペルチェ素子は、入口側通路部６１または出口側通路部６２に限らず、通路部上であれば設けることができ、例えば溝２２、２３に設けてもよい。この場合、カバー１１の上にペルチェ素子を配置することができる。また、温度調節装置は、入口側通路部６１の温度を検出する温度センサ７３と、出口側通路部６２の温度を検出する温度センサ７４とを有している。温度制御部７０は、温度センサ７３および温度センサ７４で検出された培養液の温度に基づき入口側温度調節部７１または出口側温度調節部７２に供給する電流の方向および大きさを調節する。これにより、入口側通路部６１および出口側通路部６２を流れる培養液の温度はそれぞれ温度制御部７０により調節される。本実施例の場合、温度制御部７０は、入口側温度調節部７１および出口側温度調節部７２のペルチェ素子を個別に制御している。
【００３７】
なお、個別にペルチェ素子を小型培養観察装置１０に直接配置するのではなく、一または複数のペルチェ素子を熱的に並列もしくは直列に配置してもよい。この場合、一方の発熱側と入口側温度調節部７１とを例えばヒートパイプなどの熱伝導体で接合し、他方の吸熱側と出口側温度調節部７２とを熱伝導体で接合し、入口側通路部６１と出口側通路部６２とを同時に制御する構成としてもよい。単一のペルチェ素子の吸熱および発熱を、熱伝導体を介して入口側温度調節部７１または出口側温度調節部７２に伝達し、入口側通路部６１および出口側通路部６２の温度を制御する構成としてもよい。また、本実施例では、入口側温度調節部７１および出口側温度調節部７２がペルチェ素子を有する構成としたが、本発明には例えばヒートポンプや電熱線など公知の温度調節手段を適用してもよい。
【００３８】
次に、上述の小型培養観察装置１０の作動原理について説明する。
小型培養観察装置１０は、培養液の温度を調整することにより、蓄積槽１２から培養槽２１へ培養液を循環させる。培養液は、定期的または継続的に蓄積槽１２から培養槽２１へ循環する。培養液を循環させるとき、温度制御部７０は入口側温度調節部７１により入口側通路部６１の培養液を所定の期間加熱する。また、温度制御部７０は、出口側温度調節部７２により出口側通路部６２の培養液を所定の期間冷却する。このとき、温度制御部７０は、入口側通路部６１を出口側通路部６２よりも高い温度に調節する。そのため、入口側通路部６１の培養液と出口側通路部６２の培養液との間には、温度差が生じるとともに、密度差が生じる。その結果、培養液には対流が生じ、培養液は温度の高い入口側通路部６１から培養槽２１を経由して温度の低い出口側通路部６２へ流れる。また、入口側通路部６１および出口側通路部６２は、培養槽部材２０の端面２０ａに対し垂直に形成されている。そのため、加熱または冷却により培養液に与えられたエネルギーは効率的に対流運動に変換される。これにより、培養液は蓄積槽１２から培養槽２１へ循環する。
【００３９】
上記の構成による本実施例の場合、培養槽２１の容積は約１４ｍｍ３であり、蓄積槽１２の容積は１２２５０ｍｍ３である。そうすると、蓄積槽１２の培養液は、次の式から培養槽２１へ約８７０回供給することができる。
１２２５０÷１４≒８７０
これにより、培養液を１日に１回循環させると、培養液を交換することなく約８７０日間観察を継続することができる。また、培養液を３日に１回循環させると、培養液を交換することなく約２６００日観察を継続することができる。すなわち、本実施例の小型培養観察装置１０では、蓄積槽１２に培養液を一回注入することにより、培養液の交換をすることなく容易に長期間観察を継続することができる。
【００４０】
また、培養液が蓄積槽１２から培養槽２１へ循環する条件は次のように推定することができる。ある温度での培養液の密度をρ、加熱または冷却された培養液の密度をρ１とする。ここで、培養液の体積をＶ、重力加速度をｇとすると、加熱または冷却された培養液に加わる浮力はρＶｇとなる。一方、加熱または冷却された培養液に加わる重力はρ１Ｖｇとなる。したがって、加熱または冷却された培養液に加わる力Ｆは、
Ｆ＝（ρ−ρ１）Ｖｇ    式（１）
となる。式（１）を運動方程式Ｆ＝ｍａに代入すると、
（ρ−ρ１）Ｖｇ＝ρ１×Ｖ×ａ    式（２）
となる。したがって、
ａ＝（ρ−ρ１）ｇ／ρ１    式（３）
となる。培養液の移動速度ｖはｖ＝ａｔであるので、式（３）から、
ｖ＝（ρ−ρ１）ｇｔ／ρ１    式（４）
となる。上記の式（４）に基づいて培養槽２１における培養液の温度と加熱または冷却される培養液の温度とから培養液の移動速度を推算すると、表１に示す通りである。
【００４１】
【表１】
2005333912.tif 000003
【００４２】
表１に示すように、培養槽２１における培養液の温度と加熱または冷却される培養液の温度とが等しいとき、培養液の移動速度は０となる。また、速度が正の値のとき、加熱された培養液は重力に対し浮力が大きくなり上昇することを示す。一方、速度が負の値のとき、冷却された重力に対し浮力が小さくなり降下することを示す。
【００４３】
表１に示す関係から、培養槽２１における培養液の温度を３６℃から３８℃に維持する場合、入口側通路部６１における培養液の温度は３８℃から４０℃であればよく、出口側通路部６２における培養液の温度は３４℃から３６℃であれば培養液は循環する。入口側通路部６１において入口側温度調節部７１により培養液を３８℃から４０℃に加熱し、出口側通路部６２において出口側温度調節部７２により培養液を３４℃から３６℃に冷却すると、培養槽２１の培養液は観察対象の培養に適した３６℃から３８℃に維持される。なお、温度条件は、観察対象に応じて任意に調整可能であり、上記の範囲に限るものではない。
【００４４】
本実施例の場合、第一壁部材４０の溝４１および第二壁部材５０の溝５１は、第一壁部材４０および第二壁部材５０を培養槽部材２０に取り付けることにより、断面積が１ｍｍ×０．２ｍｍとなる。培養槽２１における培養液の温度を３７℃、入口側通路部６１で加熱される培養液の温度を３８℃、出口側通路部６２で冷却される培養液の温度を３６℃とする。このとき、表１から単位時間あたりに入口側通路部６１を構成する溝４１または出口側通路部６２を構成する溝５１を通過する培養液の流量は、１×０．２×３．５＝０．７ｍｍ３／ｓとなる。上述のように蓄積槽１２の容積は１２２５０ｍｍ３であるので、蓄積槽１２に蓄えられているすべての培養液が循環するには、次の式により約５時間を要すると考えられる。
１２２５０÷（０．７×６０×６０）≒５
【００４５】
また、培養槽２１における培養液の温度を３７℃、入口側通路部６１で加熱される培養液の温度を３７．１℃、出口側通路部６２で冷却される培養液の温度を３６．９℃とすると、循環速度は上記の例の１／１０程度に低下すると考えられる。したがって、蓄積槽１２に蓄えられているすべての培養液が循環するには、約５０時間を要すると考えられる。
【００４６】
以上のように、培養槽２１の入口側と出口側において常に温度差を生じさせると、蓄積槽１２に蓄えられている培養液は連続的に循環する。その結果、数時間から数十時間で循環が完了することになる。培養槽２１において観察対象を培養する場合、培養液を連続的に循環させる必要はない。すなわち、培養液は数日に一回程度断続的に循環させればよい。また、この際の循環は数秒から数十秒程度でよい。これにより、培養液の交換をすることなく、長期間の培養をすることができる。
【００４７】
次に、本実施例による小型培養観察装置１０の観察方法について説明する。
培養槽２１には観察対象が収容される。観察対象は、例えば菌体、組織あるいは細胞などである。培養液は、観察対象に応じて所定の成分が所定の割合で配合されている。また、培養液には、培養液のｐＨを測定するための指示薬などが含まれる。観察対象を培養する場合、小型培養観察装置１０は例えばインキュベータなどに格納され一定の温度に維持されている。
【００４８】
小型培養観察装置１０で培養されている観察対象を観察する場合、小型培養観察装置１０はインキュベータから取り出される。取り出された小型培養観察装置１０は、例えば拡大鏡や顕微鏡などの図示しない観察装置で観察される。培養槽２１で培養されている観察対象は、カバー１１を通して小型培養観察装置１０の上方だけでなく、円柱状レンズ１３を通して小型培養観察装置１０の下方からも観察される。培養槽部材２０の上方を覆うカバー１１は少なくとも培養槽２１に対応する部分を透明にすることにより、培養槽２１の観察対象はカバー１１を通して観察される。
【００４９】
培養槽２１を形成する培養槽部材２０は、培養槽２１とは反対側の面が円柱状レンズ１３と接している。円柱状レンズ１３は透明であるため、培養槽２１の観察対象は円柱状レンズ１３の培養槽部材２０とは反対側の端部から観察される。円柱状レンズ１３は外周壁にコーティング層１４を有している。そのため、円柱状レンズ１３の周囲からは円柱状レンズ１３の内部に光が入射しない。これにより、培養槽２１は円柱状レンズ１３を通して詳細に観察される。特に、培養槽２１の観察対象を培養液の色の変化あるいは発光などにより観察する場合、円柱状レンズ１３の周囲からの光の入射、および円柱状レンズ１３からの光の漏れを防止することにより、培養液の色または観察対象の発光を詳細に観察することができる。
【００５０】
次に、上記構成の小型培養観察装置１０を適用した複数の実験例について説明する。
（第１実験例）
第１実験例では、観察対象としてラットまたはヒトの皮下脂肪細胞（東洋紡績株式会社製）を適用する。培養液としては、前駆脂肪細胞増殖培地（東洋紡績株式会社製）を適用する。前駆脂肪細胞増殖培地は液体の培養液である。ケーシング３０、第一壁部材４０および第二壁部材５０から組み立てられ、円柱状レンズ１３が設置された空間にはピペットなどにより培養液が注入される。ある程度培養液が注入されると、ケーシング３０の上方に培養槽部材２０が設置される。その後、培養槽２１などが培養液で満たされるまで、例えばマイクロピペットなどにより培養液を滴下する。
【００５１】
培養槽２１が培養液で満たされると、培養槽２１には観察対象であるラットまたはヒトの皮下脂肪細胞が播種される。皮下脂肪細胞は、約２０００セル程度播種する。皮下脂肪細胞の播種は、火炎により加熱殺菌した金属製治具を細胞が保管されている容器に入れ、治具の先端により少量の細胞を取り出す。取り出された細胞は、治具の先端を培養槽の内部に浸すことにより、培養槽２１に播種される。
【００５２】
皮下脂肪細胞の播種が完了すると、培養槽部材２０をカバー１１で覆う。これにより、小型培養観察装置１０が組み付けられるとともに、小型培養観察装置１０は外部から遮断される。小型培養観察装置１０の入口側通路部６１を加熱し、出口側通路部６２を冷却することにより、小型培養観察装置１０を駆動し、培養を開始する。温度制御部７０は、培養槽２１を３７℃に維持するように調節する。入口側温度調節部７１は入口側通路部６１の培養液を３８℃に加熱し、出口側温度調節部７２は出口側通路部６２の培養液を３６℃に冷却する。入口側温度調節部７１および出口側温度調節部７２は、１５０分ごとに１分間、培養液の加熱または冷却を実施する。これにより、培養液は循環し、培養槽２１の培養液は交換される。なお、培養液の循環を行わないとき、すなわち温度制御部７０による温度制御を行わないとき、小型培養観察装置１０は例えばインキュベータに格納し一定の温度に保持してもよい。
【００５３】
皮下脂肪細胞は上記の条件で７日間培養される。これにより、皮下脂肪細胞は過密状態まで増殖したコンフルエント状態に達する。
７日間培養された皮下脂肪細胞は、別の小型培養観察装置１０に移される。このとき、別の小型培養観察装置１０には、前駆脂肪細胞分化培地（東洋紡績株式会社製）が注入されている。小型培養観察装置１０の構成および培養条件は、前駆脂肪細胞増殖培地による培養と同一である。
【００５４】
前駆脂肪細胞増殖培地による培養開始から起算して２５日間、皮下脂肪細胞の培養を行う。そして、２５日経過後に、中性脂肪測定装置を用いて皮下脂肪細胞に含まれる中性脂肪の脂肪量を測定する。その結果、実験開始当日はほとんど脂肪の蓄積はない。これに対し、実験開始から数日を経過すると顕著な増加が見られ、２５日経過後には数日後の２倍量に増加する（２０００ｎｇ／Ｗ：３５ｍｍシャーレ換算）。
上述のように、小型培養観察装置１０は、皮下脂肪細胞の増殖に適用することができる。
【００５５】
（第２実験例）
第２実験例では、観察対象としてラットの髭毛乳頭細胞（東洋紡績株式会社製）を適用する。培養液としては、毛乳頭細胞増殖培地（東洋紡績株式会社製）を適用する。毛乳頭細胞増殖培地は液体の培養液である。ケーシング３０、第一壁部材４０、第二壁部材５０から組み立てられ、円柱状レンズ１３が設置された空間にはピペットなどにより培養液が注入される。ある程度培養液が注入されると、ケーシング３０の上方に培養槽部材２０が設置される。その後、培養槽２１などが培養液で満たされるまで、例えばマイクロピペットなどにより培養液を滴下する。
【００５６】
培養槽２１が培養液で満たされると、培養槽２１に観察対象である髭毛乳頭細胞が播種される。髭毛乳頭細胞は、約２０００セル程度播種する。髭毛乳頭細胞の播種は、火炎により加熱殺菌した金属製治具を細胞が保管されている容器に入れ、治具の先端により少量の細胞を取り出す。取り出された細胞は、治具の先端を培養槽の内部に浸すことにより、培養槽に播種される。
【００５７】
髭毛乳頭細胞の播種が完了すると、培養槽部材２０をカバー１１で覆う。これにより、小型培養観察装置１０が組み付けられるとともに、小型培養観察装置１０は外部から遮断される。小型培養観察装置１０の入口側通路部６１を加熱し、出口側通路部６２を冷却することにより、小型培養観察装置１０を駆動し、培養を開始する。温度制御部７０は、培養槽２１を３７℃に維持するように調節する。入口側温度調節部７１は入口側通路部６１の培養液を３７．５℃に加熱し、出口側温度調節部７２は出口側通路部６２の培養液を３６．５℃に冷却する。入口側温度調節部７１および出口側温度調節部７２は、５時間ごとに１分間、培養液の加熱または冷却を実施する。これにより、培養液は循環し、培養槽２１の培養液は交換される。なお、培養液の循環を行わないとき、すなわち温度制御部７０による温度制御を行わないとき、小型培養観察装置１０は例えばインキュベータに格納し一定の温度に保持してもよい。
【００５８】
髭毛乳頭細胞は、上記の条件で５日間培養される。そして、５日間経過後に、蓄積槽１２側から円柱状レンズ１３を通して培養槽２１の観察を行うことにより、培養槽２１の髭毛乳頭細胞は良好な培養増殖状態が観察される。また、ＷＳＴ−１セルカウンティングキット（同仁化学株式会社製）により培養槽の細胞数を測定すると、４０５ｎｍにおける吸光度が増加していることが明らかである。培養開始１日目の吸光度を２５とすると、培養開始から５日目の相対吸光度は３００となる。
以上のように第２実験例では、髭毛乳頭細胞は増殖していることがわかる。
【００５９】
（第３実験例）
第３実験例では、培養槽２１における発光を円柱状レンズ１３を通して観察可能であることを検証する。第３実験例では、観察対象として酵素発光キット（和光純薬工業株式会社製）を適用する。
【００６０】
小型培養観察装置１０を組み立て、あらかじめ色素により赤色に着色した蒸留水を注入する。蒸留水は、培養槽２１が蒸留水で満たされるまで注入する。ホタル酵素を含有するホタル乾燥品は乳鉢で十分にすりつぶされる。すりつぶされたホタル乾燥品には蒸留水８００μリットルが加えられ、さらにすりつぶされる。上記の手順により、観察対象は調製される。蒸留水を加えてすりつぶした観察対象は培養槽２１に入れられる。観察対象が入れられた培養槽２１には、４００μリットルのルシフェラーゼ酵素発光試薬が注入される。
【００６１】
ルシフェラーゼ発光試薬を培養槽２１に添加すると、培養槽２１の上方からは発光現象を観察することができる。一方、培養槽２１の下方すなわち円柱状レンズ１３を通して培養槽２１を観察すると、培養槽２１の発光を観察することができる。すなわち、培養槽２１における発光は、培養槽２１の上方からだけでなく円柱状レンズ１３を通して下方からも観察することができる。
【００６２】
以上のように、第３実験例では、円柱状レンズ１３を通して培養槽２１を下方から観察できる。これは、円柱状レンズ１３の外周壁にコーティング層１４を形成したためである。円柱状レンズ１３にコーティング層１４を形成することにより、円柱状レンズ１３には培養槽２１以外から光が入射することはない。これにより、培養槽２１におけるわずかな発光であっても、円柱状レンズ１３を通して培養槽２１の下方からの観察が可能となる。第３実験例で示した例に限らず、例えば着色された培養液を用いて発光細胞を培養する場合にも、培養槽２１の下方からの観察は有効である。
【００６３】
以上、説明したように本発明の一実施例による小型培養観察装置１０によると、培養槽２１と蓄積槽１２とは培養槽部材２０によって仕切られて一体に重ねられている。そのため、構造が簡単でありかつ小型である。また、培養液は、入口側通路部６１および出口側通路部６２における培養液の温度差によって生じる対流により蓄積槽１２と培養槽２１との間を循環する。さらに、小型培養観察装置１０は、内部に蓄えられている培養液が外部と接触することなく蓄積槽１２と培養槽２１との間を循環する。したがって、小型かつ簡単な構成で培養液の汚染を防止しつつ培養液を循環させることができる。
【００６４】
また、一実施例による小型培養観察装置１０では、培養槽２１の容積に比較して蓄積槽１２の容積が大きい。そのため、小型培養観察装置１０に注入した培養液は長期間交換する必要がない。また、培養液は、所定の期間ごとにわずかな期間加熱および冷却することにより、対流により蓄積槽１２から培養槽２１へ供給される。そのため、蓄積槽１２の培養液は培養槽２１へ長期間供給することができる。したがって、培養液の交換をすることなく、長期間の培養および観察を行うことができる。また、培養液の交換が不要であるので、培養液の交換時におけるコンタミネーションを防止することができる。さらに、培養槽２１には、常に新鮮な培養液を供給することができる。
【００６５】
さらに、一実施例による小型培養観察装置１０では、培養槽２１の下方に円柱状レンズ１３が設置されている。そのため、培養槽２１は、上方だけでなく下方からも観察される。したがって、培養槽２１で培養されている観察対象を詳細に観察することができる。また、円柱状レンズ１３は、外周壁に内部への光の入射を防止するコーティング層１４を有している。そのため、培養槽２１を下方から観察する際、周囲から入射する光によって観察が妨げられることはない。したがって、培養槽２１においてわずかな発光あるいは着色が生じる場合でも、培養槽２１の下方から詳細に観察することができる。
【００６６】
以上説明した本発明の一実施例では、培養槽部材に一つの培養槽を設置する例について説明した。しかし、培養槽部材には、二つ以上の培養槽を設置してもよい。この場合、二つ以上の培養槽にはそれぞれ入口側通路部および出口側通路部が接続する構成としてよく、二つ以上の培養槽にそれぞれ円柱状レンズが接続する構成とすることができる。
【００６７】
また、上記の実施例では、小型培養観察装置の培養槽部材およびケーシングの底部などを矩形状に形成する例について説明した。しかし、培養槽部材およびケーシングの底部などは、円形状または多角形状などに形成してもよく、矩形状に限るものではない。
さらに、上記の実施例では、培養液の加熱または冷却により生じる対流によって培養液を循環させる構成とした。しかし、例えば入口側通路部または出口側通路部のいずれか一方または両方にポンプを設置し、強制的に培養液を循環させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施例による小型培養観察装置を示す概略図であって、（Ａ）はシートを取り外した状態の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図２】本発明の一実施例による小型培養観察装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による小型培養観察装置を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  小型培養観察装置、１２  蓄積槽、１３  円柱状レンズ（透明部材）、１４  コーティング層、２０  培養槽部材（第一部材）、２１  培養槽、３０  ケーシング（第二部材）、３１  底部、４０  第一壁部材（第三部材）、５０  第二壁部材（第三部材）、６１  入口側通路部（通路部）、６２  出口側通路部（通路部）、７０  温度制御部（温度調整手段）、７１  入口側温度調節部（温度調整手段）、７２  出口側温度調節部（温度調整手段）、７３  温度センサ（温度調整手段）、７４  温度センサ（温度調整手段）
【図１】
2005333912.tif 000004
【図２】
2005333912.tif 000005
【図３】
2005333912.tif 000006