(57)【要約】【課題】  チップ先端と液体との接触を検出する。また、ピペット装置にチップが適正に装着されているかどうかを検出する。【解決手段】  給排ロボットを、電動ピペット１０ａ、１０ｂにおいてチップ１４が装着される口金１０ｉ（先端部）に振動を入力する振動発生装置２２と、口金１０ｉの振動の様子を測定する振動測定装置２３とを有し、口金１０ｉの振動の様子に基づいてチップ１４の先端が容器内の液体に接触しているかどうかの検出、及びチップ１４の装着状態の検出を行う構成とする。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養容器内部の検体の培養処理に用いられて、この培養処理の過程でピペット装置による前記培養容器や他の容器からの液体の吸出しを行う培養処理装置であって、
前記ピペット装置は、装置本体と、
該装置本体の先端部に設けられる吸い口と、
該吸い口または前記先端部に振動を入力する振動発生装置と、
前記吸い口または前記先端部の振動の様子を測定する振動測定装置とを有している培養処理装置。
【請求項２】
前記振動発生装置が、前記吸い口に振動を入力する発振子となる圧電素子を有しており、
前記振動測定装置は、前記圧電素子の電気的挙動に基づいて前記吸い口または前記先端部の振動の様子を測定する構成とされている請求項１記載の培養処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の培養処理装置を備える自動培養装置。
【請求項４】
ピペット装置の装置本体の先端部に設けられる吸い口と容器内の液体の液面との接触を検出する接触検出方法であって、
前記吸い口または前記先端部に振動を付与し、
該吸い口または前記先端部の振動の様子を測定しながら前記吸い口を前記液面に相対的に近接させてゆき、
前記吸い口または前記先端部の振動の様子に有意な変動が生じたことをもって前記吸い口と前記液面とが接触したとみなす接触検出方法。
【請求項５】
装置本体の先端部にチップを装着して該チップを吸い口として利用するピペット装置の前記先端部に、前記チップが適正に装着されているかどうかを検出するチップ装着状態検出方法であって、
前記先端部に振動を付与して該先端部の振動の様子を測定し、
該先端部の振動の様子が基準範囲内にある場合には前記チップが適正に装着されているとみなし、前記基準範囲外にある場合には前記チップが装着されていないかまたは装着が適正でないとみなすチップ装着状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、培養処理装置、自動培養装置、接触検出方法、およびチップ装着状態検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動培養装置としては、複数の培養容器を収納可能な固定式の収納棚と、水平・昇降・回転移動可能な搬送手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この自動培養装置は、培養室内に配置された収納棚に、鉛直方向に並ぶ複数の小部屋を備え、各小部屋の中に培養容器を１つずつ収容して培養を行い、培養途中あるいは培養終了時に搬送手段を作動させて、小部屋から１つずつ培養容器を取り出し、あるいは、小部屋へ培養容器を収容するよう構成されている。
【特許文献１】特開２００２−２６２８５６号公報（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この自動培養装置では、培養処理の過程で、電動ピペット等のピペット装置を用いて培養容器内の液体（検体の懸濁液）の移し替えが行われる。しかし、ピペット装置によって培養容器内の液体を吸出す際に、ピペット装置の吸い口となるチップが必要以上に液体に浸ってしまうと、チップを液体から引き上げた際に、チップにおいて液体に浸っていた部分に付着していた液体がチップ先端に集まって液滴を形成してしまうことが考えられる。
【０００４】
このようにチップ先端に液滴が形成されると、ピペット装置の移動の際などにこの液滴が落下または飛散して自動培養装置の底面に付着することが考えられる。そして、底面に付着した液滴は乾燥することにより粉塵となって浮遊することが考えられる。この場合において、１種類の検体のみを取り扱う場合は問題ではないが、多数の検体を取り扱う場合においては、各検体の培養処理ごとに自動培養装置の底面を清掃しなければ、自動培養装置内に舞い上がった粉塵が他の検体を収容する容器内に混入する不都合が考えられる。
このため、ピペット装置によって培養容器内の液体を吸出す際に、チップを必要以上に液体に浸らせないようにすることが求められている。
【０００５】
また、自動培養装置では、ピペット装置は使用の都度チップを新しいチップと交換する。この交換作業は自動的に行われるのであるが、ごく稀に、ピペット装置にチップを適正に装着できない場合がある。この状態のまま自動培養装置の動作を継続させると、次回のチップ交換作業を行うまでの間、ピペット装置による処理が適切に行われなくなってしまうことが考えられる。このため、ピペット装置にチップが適正に装着されていない場合には、速やかにチップの再装着を行うことができるよう、ピペット装置にチップが適正に装着されているかどうかを検出することが求められている。
【０００６】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、チップと液体との接触を検出することができる培養処理装置、自動培養装置、接触検出方法、およびピペット装置にチップが適正に装着されているかどうかを検出することができるチップ装着状態検出方法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】
【０００７】
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。
本発明は、培養容器内部の検体の培養処理に用いられて、この培養処理の過程でピペット装置による前記培養容器や他の容器からの液体の吸出しを行う培養処理装置であって、前記ピペット装置は、装置本体と、該装置本体の先端部に設けられる吸い口と、該吸い口または前記先端部に振動を入力する振動発生装置と、前記吸い口または前記先端部の振動の様子を測定する振動測定装置とを有している培養処理装置を提供する。
【０００８】
このように構成される培養処理装置では、振動発生装置によってピペット装置の吸い口または装置本体の先端部が振動させられるようになっており、吸い口または装置本体の先端部の振動の様子は、振動測定装置によって測定されるようになっている。なお、吸い口や先端部の振動モードには、自由端である先端を振り子状に振動させる振り子モード、吸い口の軸線方向に沿って往復する縦振動モード、吸い口の軸線回りに正逆回転方向に揺動するねじれモード等がある。
【０００９】
ここで、吸い口は、空中にある状態では先端が自由端となるのに対して、先端が容器内の液体に接触している状態では先端が液体の抵抗によって緩やかに拘束される。すなわち、吸い口が空中にある状態と液体に接触している状態とでは、吸い口および装置本体の先端部の振動の様子（共振周波数）が異なる。
【００１０】
本発明に係る培養処理装置は、このことを利用して、吸い口と容器内の液体との接触を検出することができる。具体的には、振動測定装置による吸い口または装置本体の先端部の振動の様子の測定情報を監視しながら装置本体と容器とを相対的に近接させてゆき、この振動の様子に有意な変動が生じたことをもって、吸い口と容器内の液体とが接触したとみなすことができる。
ここで、上記した吸い口と液体との接触の検出作業は、例えば作業者が行ってもよく、また接触検知装置等によって自動的に行われるようにしてもよい。
【００１１】
このように、本発明に係る培養処理装置では、ピペット装置による容器内の液体の吸出しの際に、吸い口と液体とが接触したことを容易かつ高精度に検知することができる。
そして、この培養処理装置では、このように吸い口と液体との接触の検知が可能であるので、吸い口が液体と接触した時点以降の装置本体と容器との相対的な移動量を適正に制御することで、吸い口が液体に浸かる量を最小限にして、吸い口への液滴の付着を効果的に防止することができる。
【００１２】
さらに、この培養処理装置では、装置本体と容器との相対的な移動を開始した時点からチップと容器内の液体とが接触する時点までの装置本体と容器との相対的な移動量の情報に基づいて、容器内の液面の位置を検出することができる。
【００１３】
ここで、この培養処理装置では、ピペット装置として、吸い口が装置本体の先端部に着脱可能にして設けられるチップによって構成されているものを用いてもよい。
このようなピペット装置では、装置本体の先端部にチップが適正に装着されている状態と適正に装着されていない状態とでは、先端部の振動の様子が異なる。例えば、先端部にチップが装着されていない場合には、先端部にチップが適正に装着されている場合に比べて先端部の共振周波数が高くなる。
【００１４】
本発明に係る培養処理装置では、振動発生装置を、先端部に振動を入力する構成とし、振動測定装置を、先端部の振動の様子を測定する構成として、先端部の振動の様子を測定することで、上記の原理を利用して、チップが先端部に適正に装着されているかどうかを検出することができる。
【００１５】
すなわち、振動測定装置によって得られた吸い口の振動の様子とチップが適正に装着されている場合の振動の様子とがほぼ等しい場合（例えば吸い口の振動の周波数が基準範囲内にある場合）にはチップが適切に装着されているとみなすことができ、それ以外の場合（例えば吸い口の振動の周波数が基準範囲外にある場合）には、チップが適正に装着されていないとみなすことができ、ピペット装置の装置本体の先端部にチップが適正に装着されているかどうかを容易かつ高精度に検出することができる。
ここで、上記したチップの検出作業は、例えば作業者が行ってもよく、またチップ検知装置によって自動的に行われるようにしてもよい。
【００１６】
また、この培養処理装置においては、前記振動発生装置が、前記吸い口に振動を入力する発振子となる圧電素子を有しており、前記振動測定装置は、前記圧電素子の電気的挙動に基づいて前記吸い口または前記先端部の振動の様子を測定する構成とされていてもよい。
【００１７】
このように構成される培養処理装置では、吸い口または先端部に入力される振動が電気的に直接制御されるとともに、吸い口または先端部の振動の情報が直接電気信号として得られるので、吸い口に付与する振動の制御および吸い口の振動の検出を容易かつ高精度に行うことができ、吸い口と液面との接触の検知やチップの検出を容易かつ高精度に行うことができる。
また、一つの圧電素子を、振動発生装置の発振子と振動測定装置の振動センサとに利用しているので、発振子としての圧電素子と振動センサとしての圧電素子とを別個に設けた場合に比べて部品点数が少なくて済み、製造コストが低い。
【００１８】
また、上記培養処理装置を備える自動培養装置によれば、吸い口と容器内の液体との接触を検知することができるので、吸い口への液体の付着を最小限に抑えつつ培養処理を自動的に行うことができる。そして、この自動培養装置によれば、ピペット装置の装置本体にチップが装着されているかどうかを検知することができる。したがって、チップが適正に装着されていない場合にもこれを検知して速やかにチップの再装着を行うことができ、自動培養処理を円滑に進めることができる。
【００１９】
また、本発明は、ピペット装置の装置本体の先端部に設けられる吸い口と容器内の液体の液面との接触を検出する接触検出方法であって、前記吸い口または前記先端部に振動を付与し、該吸い口または前記先端部の振動の様子を測定しながら前記吸い口を前記液面に相対的に近接させてゆき、前記吸い口または前記先端部の振動の様子に有意な変動が生じたことをもって前記吸い口と前記液面とが接触したとみなす接触検出方法を提供する。
【００２０】
この接触検出方法では、ピペット装置の吸い口が空中にある状態と液体に接触している状態とでは吸い口および装置本体の先端部の振動の様子が異なることを利用して、吸い口と容器内の液体とが接触しているかどうかの検出を行うので、吸い口と液面との接触を容易かつ高精度に検出することができる。
【００２１】
また、本発明は、装置本体の先端部にチップを装着して該チップを吸い口として利用するピペット装置の前記先端部に、前記チップが適正に装着されているかどうかを検出するチップ装着状態検出方法であって、前記先端部に振動を付与して該先端部の振動の様子を測定し、該先端部の振動の様子が基準範囲内にある場合には前記チップが適正に装着されているとみなし、前記基準範囲外にある場合には前記チップが装着されていないかまたは装着が適正でないとみなすチップ装着状態検出方法を提供する。
【００２２】
このチップ装着状態検出方法では、ピペット装置の装置本体の先端部にチップが適正に装着されている状態と適正に装着されていない状態とでは先端部の振動の様子が異なることを利用して、ピペット装置の装置本体にチップが適正に装着されているかどうかの検出を行うので、装置本体にチップが適正に装着されているかどうかを容易かつ高精度に検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る培養処理装置、自動培養装置、および接触検出方法によれば、チップと液体の液面との接触を容易かつ高精度に検出することができ、チップへの液滴の付着を防止することができるという効果を奏する。
また、本発明に係るチップ装着状態検出方法によれば、ピペット装置の装置本体の先端部にチップが適正に装着されているかどうかを容易かつ高精度に検出することができるという効果を奏する。したがって、チップが適正に装着されていない場合にもこれを検知して速やかにチップの再装着を行うことができ、自動培養処理を円滑に進めることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
この発明の一実施形態に係る培養処理装置および自動培養装置について、図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態に係る自動培養装置１は、図１に示されるように、外部から観察可能な透明な壁材により密閉され、シャッタ２を介して相互に連絡する第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを備えている。
【００２５】
第１空間Ｓ１の両側空間Ｓ１１，Ｓ１３には、培養容器３を収容する培養室４が２個ずつ計４個配置され、中央空間Ｓ１２には、培養容器３を移動するための搬送ロボット（搬送機構）５が備えられている。中央空間Ｓ１２の上部には、中央空間Ｓ１２内の空気を浄化するために清浄な下降空気流を送る空気清浄部６が設けられている。
４個の培養室４は、それぞれ中央空間Ｓ１２に向けて扉４ａを配置することにより、横に並んだ２個ずつが相互に扉４ａを対向させて、間隔をあけて配置されている。
【００２６】
前記各培養室４は、図２および図３に示されるように、一側面に開口部４ｂを有し、該開口部４ｂを開閉可能な扉４ａを備えている。開口部４ｂに向かって左右の側壁には、対応する高さ位置に複数のレール状のトレイ保持部材４ｃが設けられており、左右対となる各トレイ保持部材４ｃに掛け渡すようにして、トレイ７を上下方向に複数段収容できるようになっている。各培養室４内は、所定の培養条件、例えば、温度３７±０．５℃、湿度１００％およびＣＯ２濃度５％等に維持されている。なお、トレイ保持部材４ｃはレール状に限定されず、トレイ７を出し入れ可能に支持することができれば任意の形態でよい。
【００２７】
各トレイ７には、複数個、例えば、１０個の培養容器３を並べて載置できるようになっている。各培養容器３は、図４に示されるように、容器本体３ａと、該容器本体３ａの上面に設けられた蓋体３ｂとからなり、容器本体３ａの左右の側面には、後述する第２空間内のハンドにより引っかけられる突起３ｃが設けられている。
【００２８】
各培養室４の下方には、図１に示されるように、未使用の培養容器３をトレイ７に搭載した状態で複数収容するストッカ８が配置されている。ストッカ８は、前記培養室４の扉とは反対側の第１空間Ｓ１の外部に向かう側面に開閉可能なドアを有している。該ドアは、ストッカ８の一側面全体を開放する大きさに形成されている。
【００２９】
前記搬送ロボット５は、４個の培養室４の間隔位置のほぼ中央に配置されている。該搬送ロボット５は、水平回転可能な第１アーム５ａと、該第１アーム５ａの先端に鉛直軸回りに回転可能に連結された第２アーム５ｂと、該第２アーム５ｂの先端に鉛直軸回りに回転可能に取り付けられ、それ自身は駆動部、伝導機構などの培養室内の環境を劣化させる機構を持たないハンド５ｃと、これら第１アーム５ａ、第２アーム５ｂおよびハンド５ｃを昇降可能な昇降機構５ｄとを備えている。これにより、搬送ロボット５は、４個の培養室４内の全てのトレイ７にアクセスするとともに、前記シャッタ２を跨いで第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間に配置されたコンベア９上にトレイ７を引き渡すことができる水平方向の動作範囲を有している。
【００３０】
前記コンベア９は、搬送ロボット５のハンド５ｃの幅寸法より大きな間隔をあけて左右に配置された２本の無端ベルト９ａを備え、これら無端ベルト９ａに掛け渡してトレイ７を載置できるようになっている。また、搬送ロボット５は、培養室４内の全てのトレイ７にアクセスするとともに、前記ストッカ８内の少なくとも最上段のトレイ７にアクセスできる垂直方向の動作範囲を有している。
なお、ベルト９ａは無端ベルトに限られない。
【００３１】
前記ハンド５ｃは、トレイ７を載置可能に水平方向に延びる平坦な形状に形成されており、培養室４に収容されているトレイ７間の隙間に挿入可能な厚さ寸法に形成されている。そして、ハンド５ｃは、トレイ７間の隙間に挿入された状態から上昇させられることにより、２本の腕によってトレイ７を下方から押し上げてトレイ保持部材４ｃから取り上げるとともに、トレイ７を安定して保持できるようになっている。
【００３２】
前記第２空間Ｓ２には、図１に示されるように、培養処理装置３０が構成されている。この培養処理装置３０は、例えば、医療機関等で患者から採取された骨髄液を導入され、供給された骨髄液から間葉系幹細胞を多く含む細胞を抽出する検体抽出装置を備えている。検体抽出装置は、導入された骨髄液５０を貯留する容器５２（図９参照、例えば、そのまま遠心分離できるような遠沈管）内に溶血剤を注入する溶血剤注入装置５４と、溶血剤が注入された骨髄液を攪拌する体液攪拌装置（図示せず）と、攪拌された骨髄液から間葉系幹細胞を多く含む細胞を分離する遠心分離機１１とを備えている。
【００３３】
溶血剤注入装置５４は、溶血剤、例えば、０．１７モル濃度の塩化アンモニウム溶液を貯留する溶血剤タンクと、該溶血剤タンクから必要量の溶血剤を放出させるバルブとを備えている。バルブはポンプに置き換えてもよい。また、遠心分離機１１は、後述するように培地から細胞を分離するための遠心分離機１１と共通である。
【００３４】
培養処理装置３０は、図１に示されるように、シャッタ２が開かれた状態で第１空間Ｓ１からコンベア９によって搬送されてきたトレイ７上の培養容器３に対し、上記検体抽出装置において抽出された細胞を供給し、あるいは培地を供給、回収する給排ロボット（検体供給装置、ピペット装置）１０と、培養容器３内の培地から細胞を分離する遠心分離機１１と、血清や試薬等の種々の液体を分注するための電動ピペット１２を備えた水平回転および昇降移動可能な４台の分注ロボット１３と、これら給排ロボット１０および分注ロボット１３の電動ピペット１２先端に取り付ける使い捨て可能なチップ１４を複数収容していて給排ロボット１０および分注ロボット１３の動作範囲内に提供可能な３台のチップ供給装置１５と、使用済みのチップ１４を廃棄回収するチップ回収部３１と、血清や試薬等の種々の液体を複数の容器に貯留する試薬等供給装置１６と、培養容器３内における細胞の様子を観察可能な顕微鏡１７と、各試薬および培地交換等により廃棄される廃液をそれぞれ貯留する複数の貯留タンク１８と、前記コンベア９と各ロボット１０，１３との間で培養容器３を受け渡し可能とするように培養容器３を移動させる水平移動機構１９と、該水平移動機構１９のスライダ２０に取り付けられ、受け取った培養容器３を載置する載置台２１とを備えている。
なお、第２空間Ｓ２にも、該第２空間Ｓ２内の空気を浄化するために清浄な下降気流を形成する空気清浄機３２が設けられている。
【００３５】
前記第２空間Ｓ２に構成された培養処理装置３０は、その高さ方向の中間位置に配され第２空間Ｓ２内を上部空間Ｓ２１と下部空間Ｓ２２とに上下に区画する第１の区画壁３３と、該第１の区画壁３３により形成された下部空間Ｓ２２内をさらに上下に区画する第２の区画壁３４とにより、上下方向に並ぶ３つの空間Ｓ２１，Ｓ２２１，Ｓ２２２に区画されている。第１の区画壁３３は、前記コンベア９の高さに配置され、その上方の上部空間Ｓ２１内に、載置台２１、給排ロボット１０、分注ロボット１３のアーム１３ａ、顕微鏡１７のＸＹテーブル１７ａ以上の機構部等を配置している。これらの装置は、培養容器３の移動に必要な装置、および培養容器３の上部開口からアクセスすることが必要な装置だからである。なお、試薬等供給装置１６の上面も第１の区画壁３３の上面に露出しているが、これはチップ１４の挿入口１６ｃを上部空間Ｓ２１に開口させるためである。
【００３６】
また、第１の区画壁３３には、載置台２１を上部空間Ｓ２１において移動させるために、載置台２１を下部空間Ｓ２１内の水平移動機構１９に連結するための長孔３５、第１の区画壁３３の下方の空間Ｓ２２１に配置されたチップ供給装置１５からチップ１４を取り出すための貫通孔３６、使用済みのチップ１４を廃棄するための廃棄口３７が貫通形成されている。さらに、第１の区画壁３３には、その側壁３０ａ，３０ｂに沿って、上下に貫通する通気口３８が設けられている（斜線部）。
【００３７】
第１の区画壁３３と第２の区画壁３４との間の空間Ｓ２２１には、図６に示されるように、分注ロボット１３の本体部分、チップ供給装置１５、試薬等供給装置１６、顕微鏡１７のＸＹテーブル１７ａ以下の部分、水平移動機構１９および、チップ回収部３１の廃棄口３７と廃棄容器３９とを接続するダクト４０が備えられている。前記ダクト４０は、図７に示されるように、例えば、その上端にフランジ部４０ａを備える構造とされ、第１の区画壁３３の下部に設けたフック４４に引っかけることで、第１の区画壁３３と第２の区画壁３４との間に着脱可能に設ければよい。第２の区画壁３４の側壁３０ａ，３０ｂ近傍には、該側壁３０ａ，３０ｂに沿って、上下に貫通する通気口４３が設けられている（斜線部）。
【００３８】
さらに、第２の区画壁３４の下方の空間Ｓ２２２には、図８に示されるように、遠心分離機１１、貯留タンク１８、廃棄容器３９、および排気ファン４１が配置されている。排気ファン４１の出口にはＨＥＰＡフィルタのようなフィルタ４２が設けられ、排気される空気を清浄にするようになっている。
【００３９】
前記給排ロボット１０は、水平多関節型ロボットであって、例えば、図１に示す例では、２種類の電動ピペット１０ａ，１０ｂを備えるヘッド１０ｃと、水平旋回可能な２つのアーム１０ｄ，１０ｅと、アーム１０ｅの先端に設けられヘッド１０ｃを昇降させる昇降機構１０ｆとを備えている。電動ピペット１０ａは、貯留タンク１８からダクト１０ｇを介して導かれた培地を供給するようになっている。電動ピペット１０ｂは、培養容器３内あるいは遠心容器内の不要な培地を吸引し、ダクト１０ｇを介して他の貯留タンク１８へ廃液として排出するようになっている。
【００４０】
また、給排ロボット１０は、電動ピペット１０ａによって、遠心分離機１１により分離された細胞と培地との混合液を吸引し、載置台２１上に搭載された培養容器３内に上部開口から供給するようになっている。
【００４１】
一旦使用された使用済みのチップ１４は、チップ回収部３１において取り外され回収されるようになっている。したがって、給排ロボット１０は、載置台２１、チップ供給装置１５、チップ回収部３１および遠心分離機１１からの細胞供給装置（図示略）等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。
【００４２】
ここで、チップ１４は、チューブ状の部材であって、図５に示されるように、その一端側を電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２のピペット本体１０ｈ（装置本体）に保持されてこれら電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２の吸い口および液体の一時貯留部として利用される。
【００４３】
チップ１４は、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２に保持される一端側に拡径部１４ａが設けられており、拡径部１４ａも含めて一端側から他端側（先端側）に向かうにつれて次第に縮径されたテーパー形状とされている。チップ１４は、拡径部１４ａが構成する取付口に、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２の先端部が挿入状態にして嵌合されることで、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２に装着されるようになっている。
【００４４】
電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２は、それぞれのピペット本体１０ｈの先端部に、先端に向かうにつれて次第に縮径されたテーパー状をなす口金１０ｉが設けられており、この口金１０ｉをチップ１４の取付口に挿入して嵌合させることで、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２にチップ１４が装着されるようになっている。
【００４５】
電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２には、ピペット本体１０ｈから口金１０ｉの下端まで通じる流通路（図示せず）が設けられており、これら電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２は、流通路を通じてチップ１４内の雰囲気を吸出すことによってチップ１４の先端からチップ１４内に液体を吸い込み、流通路を通じてチップ１４内に気体を供給することでチップ１４内の液体をチップ１４の先端から吐出させる構成とされている。
【００４６】
給排ロボット１０は、電動ピペット１０ａ、１０ｂの口金１０ｉに振動を入力する振動発生装置２２と、口金１０ｉの振動の様子を測定する振動測定装置２３とを有している。
振動発生装置２２は、電動ピペット１０ａ，１０ｂのピペット本体１０ｈと口金１０ｉの間に介装される圧電素子２４と、圧電素子２４の両電極間に交流電圧を印加する電源装置２５とを有している。
【００４７】
圧電素子２４は、図５に示されるように、略水平面上で口金１０ｉの軸線を挟んで対称にして配置される平面視略円弧状の一対の圧電体２４ａ，２４ｂと、これら圧電体２４ａ，２４ｂの上端面間にまたがって設けられる電極２４ｃと、これら圧電体２４ａ，２４ｂの下端面間にまたがって設けられる電極２４ｄとを有している。ここで、電極２４ｃは圧電素子２４とピペット本体１０ｈとの接続部を構成しており、電極２４ｄは圧電素子２４と口金１０ｉとの接続部を構成している。また、図５（ｂ）に示されるように、電極２４ｃ，２４ｄにはそれぞれ口金１０ｉの軸線が通る位置に開口部Ｈが設けられている。圧電素子２４には、この開口部Ｈおよび圧電体２４ａ、２４ｂ間を通じて図示せぬ配管が上下に挿通されており、この配管によって前記流通路の一部が構成されている。
【００４８】
圧電体２４ａ，２４ｂは、それぞれその分極の向きを略鉛直方向に向けた状態にして配置されており、かつ互いの分極の向きは逆向きとされている。これにより、電極２４ｃ，２４ｄ間に電圧が加えられると、圧電体２４ａ，２４ｂのうちの一方は略鉛直方向に伸張し、他方は略鉛直方向に収縮することとなり、圧電素子２４を介してピペット本体１０ｈに支持されている口金１０ｉが、ピペット本体１０ｈに対して傾斜させられる。また、電極２４ｃ、２４ｄ間に加える電圧の向きを逆向きにすると、口金１０ｉは逆方向に傾斜させられる。そして、電極２４ｃ，２４ｄ間に交流電圧を印加することで、口金１０ｉが下端を左右に振動させる状態（振り子モード）で振動させられる。
【００４９】
振動測定装置２３は、圧電素子２４の電気的挙動、例えば、圧電素子２４の電極２４ｃ，２４ｄ間に加わる電圧の大きさ、または電源装置２５から圧電素子２４への電圧供給回路上を流れる電流の大きさに基づいて口金１０ｉの振動を検出する構成とされている。
【００５０】
図５に示す例では、振動測定装置２３は、圧電素子２４の電極２４ｃ，２４ｄ間に生じる電圧を測定する電圧計２６と、この電圧計２６の測定値から周波数成分を抽出する分析装置２７と、電源装置２５の動作を制御して圧電素子２４に入力する交流電圧の周波数を制御するとともに分析装置２７の分析結果に基づいて給排ロボット１０の動作を制御する制御装置（図示せず）とを有している。
ここで、分析装置２７としては、例えば、ＦＦＴアナライザ等が用いられる。
【００５１】
前記遠心分離機１１は、体液攪拌装置により混合された骨髄液と溶血剤との混合液を貯留した容器を受け取って低速回転させることにより、骨髄液内に含有されている間葉系幹細胞等の白血球をその他の体液から分離して沈下させるようになっている。また、遠心分離機１１は、給排ロボット１０から供給された細胞入り培地を低速回転させることにより培地内に浮遊していた比重の重い細胞を培地から分離して沈下させるようになっている。
【００５２】
前記分注ロボット１３は、それぞれ、先端にチップ１４を着脱可能に取り付ける電動ピペット１２を備えた水平回転可能なアーム１３ａと、該アーム１３ａを昇降させる昇降機構１３ｂとを備えている。分注ロボット１３は、水平移動機構１９によって搬送されて来た培養容器３内へ、培地や種々の試薬を供給するようになっている。したがって、分注ロボット１３は、水平移動機構１９上の載置台２１、チップ供給装置１５、チップ回収部３１および試薬等供給装置１６等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。
【００５３】
前記チップ供給装置１５は、上方に開口した容器１５ａ内に、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２への取付口を上向きにして複数のチップ１４を配列状態に収容しており、給排ロボット１０や分注ロボット１３が、新たなチップ１４を必要とするときに、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２を上方から挿入するだけで、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２の先端にチップ１４を取り付けるように構成されている。容器１５ａは、給排ロボット１０や分注ロボット１３による電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２の移動方向に対して交差する方向に往復移動させられるように移動機構１５ｂに取り付けられている。また、分注ロボット１３にチップ１４を供給するチップ供給装置１５には、移動機構１５ｂによる移動方向とは直交する方向に容器１５ａを移動させる他の移動機構１５ｃが備えられている。これにより、容器１５ａ内の全てのチップ１４に対して電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２がアクセスすることができるようになっている。
【００５４】
前記チップ回収部３１は、廃棄容器３９の入口に、チップ１４を把持する把持装置（図示略）を備えていて、給排ロボット１０や分注ロボット１３において使用されたチップ１４が把持装置に挿入されると、これを把持するようになっている。そして、この状態で給排ロボット１０や分注ロボット１３が電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２を移動させることにより、電動ピペット１０ａ，１０ｂ，１２先端から使用済みチップ１４が取り外され、廃棄容器３９内にダクト４０を介して回収されるようになっている。廃棄容器３９は、空間Ｓ２２２内に着脱可能に配置されており、必要に応じて交換可能となっている。
前記ダクト４０および廃棄容器３９の交換時には、培養処理装置３０の側壁３０ａ，３０ｂに設けられた図示しないドアを開くことにより、培養処理装置３０の外部からアクセスすることとすればよい。
【００５５】
前記試薬等供給装置１６は、例えば、図６に示されるように、円筒状のケーシング内部に、水平回転可能なテーブル１６ａを収容し、該テーブル１６ａ上に、扇型の底面形状を有する筒状の試薬等容器１６ｂを周方向に複数配列して搭載している。ケーシング内部は一定の温度に保冷されている。各試薬等容器１６ｂには、種々の試薬等が貯留されている。例えば、細胞を培養するために必要な培地を構成するＭＥＭ(Minimal Essential Medium：最小必須培地)、ＤＭＥＭ（Dulbecco's Modified Eagle Medium）、ＦＢＳ（Fetal Bovine Serum：ウシ胎児血清）やヒト血清のような血清、培養容器３内の細胞を剥離させるトリプシンのような蛋白質分解酵素や、培養に際して細胞を成長させるサイトカインのような成長因子、細胞を分化させるデキサメタゾンのような分化誘導因子、ペニシリン系抗生物質のような抗生剤、エストロゲン等のホルモン剤や、ビタミン等の栄養剤が貯留されている。
【００５６】
試薬等供給装置１６のケーシングの上面には、分注ロボット１３が電動ピペット１２先端のチップ１４を挿入する挿入口１６ｃが設けられている。この挿入口１６ｃは、前記分注ロボット１３の動作範囲内に配置されている。また、各試薬等容器１６ｂは、その上面に、前記挿入口１６ｃに一致する位置に配置される開口部（図示略）を備えている。これにより、テーブル１６ａを回転させて試薬等容器１６ｂの開口部をケーシングの挿入口１６ｃの鉛直下方に配置することで、分注ロボット１３が、電動ピペット１２先端のチップ１４を上方から試薬等容器１６ｂ内へ挿入して、内部に貯留されている試薬等を吸引することができるようになっている。試薬等供給装置１６を２台設けているのは、検体に共通のトリプシンのような薬液と、検体に固有の血清のような液体とを分離して取り扱うようにしているためである。
【００５７】
前記顕微鏡１７は、培養工程の途中、あるいは、培地交換の際に、培養容器３内の細胞の様子や増殖の程度を観察したり、細胞数を計数したりする場合等に使用されるようになっている。顕微鏡１７のＸＹステージ１７ａや作動距離調整、倍率の変更等は全て遠隔操作により行うことができるように構成されている。第２空間Ｓ２の外方に向けて接眼レンズを配置しておくことにより、自動培養装置１の外部から培養容器３内の細胞の状態を観察できるようにしてもよい。
【００５８】
前記貯留タンク１８は、例えば、全ての検体に共通して使用できるＭＥＭやＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）等を貯留しておき、必要に応じて試薬等供給装置１６内の試薬等容器１６ｂ内に供給するようになっている。また、貯留タンク１８には、廃液タンクとして、培地交換の際に排出される廃培地等を貯留するものもある。
【００５９】
前記水平移動機構１９は、直線移動機構により水平方向に移動可能なスライダ２０を備えている。スライダ２０上には前記載置台２１が搭載されており、載置台２１に搭載された培養容器３を、コンベア９から分注ロボット１３の動作範囲まで移動させることができるようになっている。
【００６０】
前記載置台２１は、コンベア９上のトレイ７内から移載された培養容器３を搭載して保持する保持機構（図示略）を備えている。また、該培養容器３に振動を付与する加振装置（図示略）を備えていてもよい。加振装置は、例えば、培養容器３を所定の角度範囲で往復揺動させる装置の他、超音波振動を加える装置や、水平方向の振動を加える装置を採用してもよい。
本実施形態に係る自動培養装置１の各種装置には、前記した図示しない制御装置が接続されている。制御装置は、各工程の順序や動作タイミング等を制御するとともに、動作履歴等を記録保存するようになっている。
【００６１】
このように構成された本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る自動培養装置１を用いて、間葉系幹細胞を培養するには、まず、患者から採取された骨髄液５０を容器５２に入れた状態で培養処理装置３０内に導入し、検体抽出装置に供給する。この工程は作業者が行ってもよく、図示しないハンドリングロボットにより行ってもよい。
【００６２】
検体抽出装置においては、検体抽出工程が行われる。すなわち、検体抽出装置に導入された骨髄液５０に対して、溶血剤注入装置５４の作動により、骨髄液５０が貯留されている容器５２内に溶血剤が注入される。溶血剤の注入量は、例えば、骨髄液５０を１ｍｌに対して１２ｍｌ程度でよい。次いで、体液攪拌装置によって骨髄液５０と溶血剤とを均一に混合し、この状態で、例えば、３〜７ｍｉｎ程度放置することにより溶血処理を行う。
【００６３】
溶血処理により、比重の大きな赤血球の細胞膜が破壊され、容器５２内の赤血球が除去されることになる。
その後、ハンドリングロボット等の作動により、容器５２が遠心分離機１１に投入される。そして、遠心分離機１１が、例えば、８００〜１３００Ｇで３〜５ｍｉｎ間作動させられることにより、図９（ａ）に示されるように、骨髄液５０内の比重の重い間葉系幹細胞を含む細胞５８が沈降した状態に集められる。
【００６４】
この状態で、再度ハンドリングロボット５７の作動により、容器５２が遠心分離機１１外に取り出される。そして、給排ロボット１０およびチップ供給装置１５の作動により、電動ピペット１０ｂ先端に未使用のチップ１４が取り付けられる。
すなわち、チップ供給装置１５は移動機構１５ｂを作動させることにより、未使用のチップ１４を給排ロボット１０の動作範囲内に配する。すると、給排ロボット１０は、昇降機構１０ｆを作動させることにより、ヘッド１０ｃを下降させて、第１の区画壁３３下方のチップ供給装置１５から未使用のチップ１４を受け取り、電動ピペット１０ｂの先端に取り付ける。ここで、このように電動ピペット１０ｂへのチップ１４の装着作業を行った後は、電動ピペット１０ｂの口金１０ｉにチップ１４が適正に装着されているかどうかの検出を行い、チップ１４が適正に装着されている場合には次の工程に移行し、チップ１４が適正に装着されていない場合には、電動ピペット１０ｂへのチップ１４の再装着を行う。
【００６５】
この状態で、図９（ｂ）に示されるように、給排ロボット１０を作動させて電動ピペット１０ｂのチップ１４の先端を容器５２内に挿入して吸引する。これにより、図９（ｃ）に示されるように、容器５２内の上澄み液５９が除去され、赤血球を含まない間葉系幹細胞を多く含む細胞５８が容器５２内に残される。ここで、この吸引工程では、チップ１４と容器５２内の液体との接触の検知が行われるとともに、この情報に基づいて制御装置による昇降機構１０ｃの制御が行われて、チップ１４を液体に浸す量が最小限に抑えられている。
【００６６】
次に、容器５２内に残った検体は、給排ロボット１０により、培養容器３に投入される。投入に先立って、コンベア９の作動により、トレイ７に載せた１０個の空の培養容器３が、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に差し出されている。トレイ７上の培養容器３の内の２個の培養容器３が、図示しない移載装置の作動により、載置台２１上に載置される。そして、図示しない蓋体開閉装置の作動により、載置台２１上の培養容器３の蓋体３ｂが開けられる。
【００６７】
この状態で、給排ロボット１０を作動させて、電動ピペット１０ａから容器５２内に、貯留タンク１８に貯留されているＤＭＥＭやＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）等の培地構成液６０を、所定量供給する。
具体的には、給排ロボット１０は、電動ピペット１０ａの先端にチップ供給装置１５から供給されたチップ１４を装着した状態で、アーム１０ｄ，１０ｅによって検体抽出装置の骨髄液を貯留する容器５２の上方まで搬送されて、昇降機構１０ｆによってチップ１４の先端（下端）を容器内に挿入されて、この状態で容器５２内に培地構成液６０の供給を行う。ここで、このように電動ピペット１０ａへのチップ１４の装着作業を行った後は、電動ピペット１０ａの口金１０ｉにチップ１４が適正に装着されているかどうかの検出を行い、チップ１４が適正に装着されている場合には次の工程に移行し、チップ１４が適正に装着されていない場合には、電動ピペット１０ａへのチップ１４の再装着を行う。
次いで、体液攪拌装置等によって容器５２内の骨髄液５０と溶血剤とを均一に混合する。これにより、赤血球を含まず、間葉系幹細胞を多く含む細胞５８と培地構成液６０とが均一に混合された細胞懸濁液６１が構成されることになる。
【００６８】
このようにして製造された細胞懸濁液６１は、図９（ｄ）に示されるように、電動ピペット１０ａを作動させることにより、チップ１４内に吸引される。ここで、この吸引工程においても、チップ１４と容器５２内の液体５９，６１との接触の検知が行われるとともに、この情報に基づいて制御装置による昇降機構１０ｃの制御が行われて、チップ１４を液体５９，６１に浸す量が最小限に抑えられている。
吸引された細胞懸濁液６１は、チップ１４内に保持された状態で、給排ロボット１０を作動させることにより、電動ピペット１０ａごと載置台２１上の培養容器３の上方まで搬送されて、培養容器３内に上部開口から投入される。
【００６９】
この場合において、本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１によれば、検体抽出装置によって骨髄液５０内から赤血球が除去された状態の検体が抽出される。したがって、細胞懸濁液６１内に浮遊している間葉系幹細胞は、静置されて沈降させられる際に、その沈降を赤血球に阻害されることがなく、培養容器３の底面に容易に付着して成長を開始することになる。すなわち、迅速かつ効率的に増殖させられるので、早期に必要な細胞数に達することができる。
本実施形態においては、骨髄液の入った容器に溶血剤を加えることとしたが、投入した骨髄液を予め溶血剤入りの容器に分注し、その後体液攪拌装置により両液を混合する処理を行ってもよいことは言うまでもない。
【００７０】
以下、前記した給排ロボット１０の動作について具体的に説明する。
電動ピペット１０ａ，１０ｂによる液体５９，６１の吸出しにあたって、電動ピペット１０ａ，１０ｂが容器５２の上方まで搬送された後、制御装置は、振動発生装置２２を動作させて口金１０ｉを振動させ、さらに振動測定装置２３によって口金１０ｉの振動の様子を測定する。口金１０ｉにはチップ１４が装着されているので、このように口金１０ｉを振動させることで、口金１０ｉとチップ１４とが一体に振動する。
【００７１】
制御装置は、この状態で昇降機構１０ｆの動作を制御して電動ピペット１０ａ，１０ｂを下降させる。制御装置は、振動測定装置２３の測定結果に基づいてチップ１４と液面とが接触したかどうかを監視しており、チップ１４の先端が液面に接触したことが検出されるまで電動ピペット１０ａ，１０ｂを下降させる。すなわち、制御装置は、チップ１４の先端と液面との接触を検知する接触検知装置を構成している。
【００７２】
そして、チップ１４先端が液面に接触したことが検知された場合には、制御装置は、接触が検知された時点から電動ピペット１０ａ，１０ｂをさらにわずかに下降させて、チップ１４の先端を液体５９，６１にごくわずかに浸す。
以降は、液体５９，６１が吸引されることによる液面の下降に追従して電動ピペット１０ａ，１０ｂが下降するように、昇降機構１０ｆを動作させる。なお、液面の下降速度は、液体５９，６１が貯留されている容器５２の形状と、電動ピペット１０ａ，１０ｂによる液体５９，６１の吸引速度から求められる。
【００７３】
以下、制御装置によるチップ１４と液体５９，６１との接触の検知の原理について、図５（ａ）を用いて説明する。
チップ１４と液体５９，６１との接触の検知を行うにあたって、制御装置は、振動発生装置２２の電源装置２５を動作させて圧電素子２４に交流電圧を印加し、圧電素子２４を駆動する。これにより、電動ピペット１０ａ，１０ｂの口金１０ｉに前記電圧と同じ周波数の振動が入力されるので、口金１０ｉにチップ１４が適正に装着されている場合には、口金１０ｉはチップ１４と一体にして振り子モードで振動する。
【００７４】
このとき、制御装置は、電源装置２５に、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１を含む周波数帯域Ｂのホワイトノイズを出力させるか、またはこの周波数帯域Ｂ内を順次掃引するようにパルス信号を出力させて、圧電素子２４を駆動する。これにより、口金１０ｉには、圧電素子２４から周波数帯域Ｂの振動が同時または順次加えられる。
【００７５】
ここで、圧電素子２４の振動の周波数が口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１に近いほど、圧電素子２４の負荷が少なくなってそのインピーダンスが小さくなる。
振動測定装置２３は、このことを利用して、周波数帯域Ｂ内で圧電素子２４のインピーダンスが最小となる周波数を求めて、この情報に基づいて口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１を検出する。
【００７６】
具体的には、振動測定装置２３は、電極２４ｃ，２４ｄ間の電位差を電圧計２６によって測定し、電圧計２６の出力（測定値の情報を含む電気信号）を分析装置２７によって分析してその周波数成分及び各周波数成分に対応する出力の大きさの情報を取り出す。そして、制御装置によって、分析装置２７が取り出した周波数成分のうち最も出力が小さくなる周波数（すなわち圧電素子２４のインピーダンスが最小となる周波数）を特定する。このようにして求められた周波数が、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１である。
【００７７】
ここで、チップ１４は、空中にある状態では先端が自由端となるのに対して、先端が容器内の液体に接触している状態では先端が液体の抵抗によって緩やかに拘束される。すなわち、チップ１４が空中にある状態と液体に接触している状態とでは、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の振動の様子（共振周波数ｆ１）が異なる。
チップ１４が空中にある状態での口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数をｆａｉｒとし、チップ１４先端が液体に接触している状態での口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数をｆｗａｔとすると、ｆａｉｒ＜ｆｗａｔとなる。
【００７８】
制御装置は、このことを利用して、チップ１４と容器５２内の液体５９，６１との接触を検出する。具体的には、制御装置は、振動測定装置２３による口金１０ｉの振動の様子の測定情報を監視しながら電動ピペット１０ａ，１０ｂと容器５２とを相対的に近接させてゆき、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１がｆｗａｔを含む第一基準範囲Ｂ１外になったことをもってチップ１４と容器５２内の液体とが接触したとみなす。
【００７９】
ここで、制御装置を、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１がｆｗａｔを含む第二基準範囲Ｂ２内（第一基準範囲Ｂ１よりも高周波数の所定の範囲）になったことをもってチップ１４と容器５２内の液体とが接触したとみなす構成とすれば、チップ１４と液体５９，６１との接触の検出をより確実に行うことができる。
【００８０】
このように、この自動培養装置１では、電動ピペット１０ａ，１０ｂによる容器５２内の液体５９，６１の吸出しの際に、チップ１４の先端と液体５９，６１とが接触したことを容易かつ高精度に検知することができ、チップ１４への液滴Ｄの付着を防止することができるという効果を奏する。
したがって、給排ロボット１０の移動の際などに液滴Ｄの落下や飛散が生じにくく、多数の検体を取り扱う場合においても、各検体の培養処理ごとに自動培養装置１の底面を清掃する必要がなくなり、不要な手間を省くことができるという利点がある。
【００８１】
そして、この自動培養装置１では、このようにチップ１４先端と液体５９，６１との接触の検知が可能であるので、チップ１４が液体５９，６１と接触した時点以降のピペット本体１０ｈと容器５２との相対的な移動量を適正に制御することで、チップ１４が液体５９，６１に浸かる量を最小限にして、チップ１４への液滴の付着を効果的に防止することができる。
【００８２】
さらに、この自動培養装置１では、ピペット本体１０ｈと容器５２との相対的な移動を開始した時点からチップ１４と容器５２内の液体５９，６１とが接触する時点までのピペット本体１０ｈと容器５２との相対的な移動量の情報に基づいて、容器５２内の液面の位置を検出することができる。
【００８３】
ここで、口金１０ｉにチップ１４が適正に装着されている状態と適正に装着されていない状態とでは、口金１０ｉの振動の様子が異なる。例えば、口金１０ｉにチップ１４が装着されていない場合の口金１０ｉの共振周波数をｆ０とすると、ｆａｉｒ＜ｆｗａｔ＜ｆ０となる。
【００８４】
このことを利用して、チップ１４が口金１０ｉに適正に装着されているかどうかを検出することができる。具体的には、口金１０ｉへのチップ取り付け作業直後（電動ピペット１０ａ，１０ｂを容器５２に近接させていない状態）で振動発生装置２２を作動させて、口金１０ｉの共振周波数がｆａｉｒを含む第一基準範囲Ｂ１内になった場合にはチップ１４が適正に装着されているとみなすことができ、それ以外の場合にはチップ１４の装着が適正でないとみなすことができる。特に、口金１０ｉの共振周波数がｆ０を含む第三基準範囲Ｂ３内（第一、第二基準範囲Ｂ１，Ｂ２よりも高周波数の所定範囲）にある場合には、口金１０ｉにチップ１４が装着されていないとみなすことができる。
【００８５】
このように、この自動培養装置１では、電動ピペット１０ａ，１０ｂの口金１０ｉにチップ１４が適正に装着されているかどうかを容易かつ高精度に検出することができるので、チップ１４が適正に装着されていない場合にもこれを検知して速やかにチップ１４の再装着を行うことができ、自動培養処理を円滑に進めることができる。
【００８６】
以上述べたようにして細胞懸濁液６１を培養容器３内に投入し終わると、給排ロボット１０は、第１の区画壁３３に形成された廃棄口３７にチップ１４を挿入して取り外し、チップ回収部３１に回収させる。廃棄口３７において取り外されたチップ１４は、ダクト４０を介して、最下位の空間Ｓ２２２に配置されている廃棄容器内に投入される。
【００８７】
次に、細胞懸濁液６１が投入された培養容器３は、水平移動機構１９を作動させることにより、載置台２１ごと水平移動させられ、各分注ロボット１３の動作範囲内に配置される。分注ロボット１３は、チップ供給装置１５から受け取った未使用のチップ１４を先端に取り付けた電動ピペット１２を作動させることにより、試薬等供給装置１６の試薬等容器１６ｂ内からＤＭＥＭや血清、あるいは各種試薬を適量吸引した後に、培養容器３の上方まで搬送して培養容器３内に注入する。血清や各試薬の吸引は、各試薬等の吸引ごとにチップ供給装置１５から未使用のチップ１４に交換して行われる。これにより、培養容器３内においては、適正な培地内に間葉系幹細胞が混合された状態で存在することになる。なお、培地内において間葉系幹細胞を均一に分布させるために、載置台２１を作動させて、培養容器３ごと加振することにしてもよい。
【００８８】
そして、全ての処理を終えた培養容器３は水平移動機構１９の作動により、コンベア９の近傍まで移動させられ、そこで、再度、蓋体開閉装置および移載装置の作動により、蓋体３ｂにより上部開口を閉じられた状態で、トレイ７に戻される。
トレイ７上の全ての培養容器３に対して所定の処理が行われた後に、コンベア９を作動させることにより、トレイ７に載せられた培養容器３が第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１の中央空間Ｓ１２内に挿入される。
【００８９】
この状態で、搬送ロボット５を作動させることにより、ハンド５ｃによってトレイ７を持ち上げる。そして、トレイ７を収容する培養室４の前まで搬送したところで、当該培養室４の扉４ａを開き、搬送ロボット５によって、空いているトレイ保持部材４ｃ上にトレイ７を挿入する。そして、再度、扉４ａを閉じることにより、培養室４内の培養条件を一定に保持して細胞の培養が行われることになる。なお、細胞懸濁液６１の投入や、ＤＭＥＭ、血清、各種試薬の投入や吸引の順序は適宜変更してもよいのは言うまでもない。
【００９０】
また、培地交換や容器交換の際にも、上記と同様にして、培養室４外に配置されている搬送ロボット５の作動により、培養室４内の培養容器３がトレイ７ごと取り出され、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へ受け渡される。第２空間Ｓ２では、培養容器３内にトリプシンが注入されて、培養容器３内の細胞が剥離させられた状態で、給排ロボット１０の作動によって遠心分離機１１内に投入され、間葉系幹細胞等の必要なもののみが集められる。その他の処理工程は上記と同様である。
【００９１】
そして、複数回の培地交換や容器交換を介した所定期間にわたる培養工程を行うことにより、間葉系幹細胞が十分な細胞数まで増殖させられることになる。十分な細胞数に達したか否かは、給排ロボット１０の作動により、間葉系幹細胞が底面に付着した培養容器３を顕微鏡１７まで搬送することにより、観察あるいは測定され、細胞の増殖の程度が判断される。なお、トレイ７上には、同一検体の培養容器３が載置されていてもよいし、異なる検体の培養容器３が混在していてもよい。また、載置台２１上には同一検体の培養容器３が載置されてもよいし、異なる検体の培養容器３が混在していてもよい。
【００９２】
このようにして、本実施形態に係る自動培養装置１により、患者から採取した骨髄液５０から十分な細胞数の間葉系幹細胞を自動的に培養することが可能となる。なお、十分な間葉系幹細胞が得られた後には、培養容器３内にリン酸カルシウムのような生体組織補填材およびデキサメタゾンのような分化誘導因子を投入して、再度培養工程を継続することにより、生体の欠損部に補填可能な、生体組織補填体を製造することにしてもよい。
【００９３】
この場合において、本実施形態に係る自動培養装置１によれば、培養室４内に、培養容器３を取り出すための機構部が存在しない。すなわち、培養室４内には、トレイ７を載置した状態に支持するトレイ保持部材４ｃが設けられているのみであり、培養容器３を取り出すための機構部は全て培養室４外に配置された搬送ロボット５に集約されている。そして、搬送ロボット５は、トレイ７の出し入れ作業が行われた後には、培養室４の扉４ａの外側に完全に退避することができるようになっている。
【００９４】
したがって、扉４ａが閉じられた状態では、培養室４内に機構部が存在せず、機構部の作動によって発生するような塵埃の発生は全く存在しない。また、培養室４内は、温度３７±０．５℃、湿度１００％およびＣＯ２濃度５％等に維持されるが、機構部が存在しないために、このような環境下においても、腐食等の問題が生ずることがない。また、扉４ａが開かれた状態においても、培養室４内に挿入されるのは搬送ロボット５のハンド５ｃ先端のみであり、実質的に回転機構や摺動機構が培養室４内に入ることはない。その結果、培養室４内への塵埃の侵入が抑制され、培養室４内部の清浄度を高めることができる。
なお、培養室４は、ＣＯ２インキュベータ、マルチガスインキュベータ、インキュベータ、または保冷庫等のように、培養に利用されるものあるいはその組合せで構成されていてもよい。
【００９５】
また、本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１によれば、医療機関等において患者から採取された状態の骨髄液５０に何ら前処理を施すことなく培養処理装置３０に導入するだけで、早期に間葉系幹細胞を必要細胞数まで増殖させることができる。したがって、医療機関や作業者に特別な設備や作業を発生させることがないという利点がある。
【００９６】
さらに、本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１によれば、培養処理装置３０の第２空間Ｓ２内が、第１の区画壁３３により上部空間Ｓ２１と下部空間Ｓ２２とに区画されている。さらに、上部空間Ｓ２１には清浄な下降気流を発生させる空気清浄機３２が設けられている。そして、第１の区画壁３３には、その側壁３０ａ，３０ｂ近傍に通気口３８が設けられている。第１の区画壁３３には、通気口３８の他に種々の装置を貫通させるための貫通孔３６，３７等が形成されているが、通気口３８の流通断面積を他の貫通孔３６，３７等の流通断面積より十分に大きく確保しておくことにより、気流を通気口３８に通過させることが可能となる。
【００９７】
したがって、上部空間Ｓ２１内を下降してきた清浄な気流は、第１の区画壁３３の近くで側壁３０ａ，３０ｂの方向に向かい、通気口３８を介して下部空間Ｓ２２へと流通させられる。その結果、上部空間Ｓ２１内に浮遊していた塵埃を下方に向かって押し流してきた気流が、上部空間Ｓ２１の側壁３０ａ，３０ｂ近傍の角部に滞留することがなく、スムーズに下部空間Ｓ２２へ流通させられることになる。
【００９８】
さらに、本実施形態に係る培養処理装置３０および自動培養装置１によれば、蓋体３ｂを開かれた状態の培養容器３が移動させられる上部空間Ｓ２１には、培養容器３の移動に必要な載置台２１、顕微鏡１７のＸＹテーブル１７ａ、培養容器３の上部開口からアクセスすることが必要な給排ロボット１０、分注ロボット１３の電動ピペット１２、顕微鏡１７の光源部分等のみが配置され、その他の機構部は下部空間Ｓ２２に配置されている。したがって、上部空間Ｓ２１における塵埃の発生が最小限に抑えられ、培養容器３内への塵埃の混入の可能性が低減されることになる。
【００９９】
また、特に、塵埃を発生する可能性の高い装置、例えば、遠心分離機１１、廃棄容器３９、排気ファン４１等は、下部空間Ｓ２２の内、さらに第２の区画壁３４によって区画された最下位の空間Ｓ２２２内に配置されているので、そこで発生した塵埃が上部空間Ｓ２１に流入することはない。さらに、空間Ｓ２２２内の空気は排気ファン４１によって吸引され、ＨＥＰＡフィルタ４２によって塵埃を除去された後に培養処理装置３０の外部に放出される。したがって、上部空間Ｓ２１の清浄度は、極めて高い清浄度に維持されることになる。
【０１００】
また、第２の区画壁３４にも、側壁３０ａ，３０ｂに沿って通気口４３が設けられているので、上部空間Ｓ２１から流入した塵埃を含む気流が、空間Ｓ２２１内に広がることなく、スムーズに空間Ｓ２２２に向けて流通させられることになる。
【０１０１】
さらに、培地や細胞が付着した使用済みのチップ１４を収容した廃棄容器３９は、着脱可能であり、必要によりまたは定期的に交換することで、下部空間Ｓ２２の清浄度をも高い状態に回復することができる。さらに、廃棄容器３９への廃棄の際に使用済みのチップ１４を通過させるダクト４０も、必要によりまたは定期的に取り外して、交換あるいは清掃することで、清浄度の向上に寄与することができる。
【０１０２】
さらに、本実施形態に係る自動培養装置１は、搬送ロボット５の設置されている中央空間Ｓ１２の上部に、空気清浄部６を備えているので、搬送ロボット５の存在する中央空間Ｓ１２内も常に清浄度が維持されている。したがって、培養室４の扉４ａが開かれたときにも、培養室４内に塵埃が流入することを最小限に抑えることが可能となる。
したがって、本実施形態に係る自動培養装置１によれば、培養中の細胞が塵埃等によって汚染される可能性を低減し、健全な細胞を培養することができるという効果がある。
【０１０３】
なお、この発明は、上記実施形態に示した構成に限定されるものではない。すなわち、培養室４の形状や数、搬送ロボット５、給排ロボット１０および分注ロボット１３の形態や数、各種装置の形態や数等は、何ら限定されることなく、適用条件に合わせて任意に設定することができる。
【０１０４】
また、上記実施の形態では、振動検出装置２３が、電圧計２６によって圧電素子２４の電極２４ｃ，２４ｄ間に生じる電圧を測定し、この情報に基づいて口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１を求める例を示したが、これに限られることなく、他の手法によって口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１を求める構成を採用してもよい。
【０１０５】
例えば、図１０に示すように、振動検出装置２３に、電圧計２６の代わりに、電源装置２５から圧電素子２４に供給される電流を測定する電流計７１を設けて、この電流計７１の出力（測定値の情報を含む電気信号）を分析装置２７によって分析してその周波数成分及び各周波数成分に対応する出力の大きさの情報を取り出す構成としてもよい。
この場合には、電源装置２５に前記した掃引動作を行わせた際に、分析装置２７が取り出した周波数成分のうち最も出力が大きくなる周波数（すなわち圧電素子２４のインピーダンスが最小となる周波数）が、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１である。
【０１０６】
また、振動発生装置２２の電源装置２５にホワイトノイズを出力させたり周波数帯域Ｂ内を順次掃引させる代わりに、電源装置２５に、前記共振周波数ｆａｉｒ，ｆｗａｔ，ｆ０のそれぞれの周波数のパルス信号を順次出力させるか、またはこれらパルス信号を合成したパルス信号を出力させて、分析装置２７によって電圧計２６または電流計７１が受信した圧電素子２４の電極２４ｃ，２４ｄ間の電圧波形または電流波形から共振周波数ｆａｉｒ，ｆｗａｔ，ｆ０の成分をそれぞれ抽出するようにしてもよい。この場合には、分析装置２７によって抽出された各共振周波数成分の出力の大きさに基づいて、現在の電動ピペット１０ａの状況を検出することができる。
【０１０７】
具体的には、各共振周波数成分の出力のうちｆａｉｒ成分の出力が最も大きい場合にはチップ１４は空中にあるとみなすことができ、各共振周波数成分の出力のうちｆｗａｔ成分の出力が最も大きい場合にはチップ１４は液体５９，６１に接触しているとみなすことができ、各共振周波数成分の出力のうちｆ０成分の出力が最も大きい場合には電動ピペット１０ａにチップ１４が装着されていないとみなすことができる。
【０１０８】
また、上記実施の形態では、自動培養装置１を、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の共振周波数ｆ１が、第一基準周波数域Ｂ１内にあるかどうかに基づいてチップ１４と容器５２内の液体５９，６１との接触を検知する構成とした例を示したが、これに限られることなく、単純に、口金１０ｉおよびチップ１４からなる系の振動の様子（共振周波数以外の要素も含む）が変動したことをもって、チップ１４と容器５２内の液体５９，６１とが接触したとみなすようにしてもよい。
【０１０９】
また、上記実施形態では、振動発生装置２２を、口金１０ｉに振り子モードの振動を生じさせる構成とした例を示したが、これに限られることなく、振動発生装置２２は、口金１０ｉに他の振動モードを生じさせる構成としてもよい。
【０１１０】
例えば、図１１に示すように、振動発生装置２２において、圧電素子２４の代わりに圧電素子７２を設けてもよい。圧電素子７２は、圧電素子２４において、圧電体２４ａ，２４ｂの代わりにその分極の向きが口金１０ｉの軸線方向に略平行にして単一の層状の圧電体２４ｅを設けたものであって、電極２４ｃ，２４ｄに交流電圧を入力することで、口金１０ｉの軸線方向に伸縮するものである。
この構成を採用することで、口金１０ｉにその軸線方向の振動（縦振動モード）を生じさせることができる。
【０１１１】
また、例えば図１２に示すように、ピペット本体１０ｈと口金１０ｉとの接続部に、互いに対向しかつそれぞれ口金１０ｉの軸線に略平行な面Ｆ１，Ｆ２を一対以上設けて、これら対向する面Ｆ１，Ｆ２間に、口金１０ｉの軸線に略平行な面上でこの軸線を挟んで対称にして配置される平面視略円弧状の一対の圧電体８１ａ，８１ｂと、これら圧電体８１ａ，８１ｂと面Ｆ１との間に設けられる電極８１ｃと、これら圧電体８１ａ，８１ｂと面Ｆ２との間に設けられる８１ｄとを有する圧電素子８１を設けてもよい。
【０１１２】
圧電体８１ａと圧電体１８ｂとは、それぞれ分極方向を面Ｆ１，Ｆ２の面に略直交する向きに向けられており、かつ互いの分極の向きを逆向きにして設けられており、電極８１ｃ，８１ｄ間に電圧を入力すると圧電体８１ａと圧電体８１ｂとのうちの一方が伸張し他方が収縮して、口金１０ｉをその軸線回りの一方向に所定角度回転させることができる。そして、電極８１ｃ，８１ｄ間に交流電圧を入力することで、口金１０ｉにその軸線回りの正逆回転方向に揺動する振動（ねじれモード）を生じさせることができる。
【０１１３】
また、上記実施形態では、給排ロボット１０にのみ、振動発生装置２２、振動測定装置２３を設けた例を示したが、この構成を分注ロボット１３にも設けて、電動ピペット１２による試薬等容器１６ｂ内の液体の吸出しの際におけるチップ１４と液面との接触の検知およびチップ１４の装着状態の検出を行う構成としてもよい。
【０１１４】
また、成長因子としては、サイトカインの他に、例えば、濃縮血小板、ＢＭＰ、ＥＧＦ、ＦＧＦ、ＴＧＦ−β、ＩＧＦ、ＰＤＧＦ、ＶＥＧＦ、ＨＧＦやこれらを複合させたもの等の成長に寄与する物質を採用することにしてもよい。また、抗生剤としては、ペニシリン系抗生物質の他、セフェム系、マクロライド系、テトラサイクリン系、ホスホマイシン系、アミノグリコシド系、ニューキノロン系等任意の抗生物質を採用することができる。
なお、本発明に係る自動培養装置は、骨髄の間葉系幹細胞の培養に限定されるものではない。生体の種々の組織から採取された細胞や、樹立された細胞ラインを培養してもよい。
【０１１５】
また、生体組織補填材としては、リン酸カルシウムに代えて、生体組織に親和性のある材料であれば任意のものでよく、生体吸収性の材料であればさらに好ましい。特に、生体適合性を有する多孔性のセラミックスや、コラーゲン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ヒアルロン酸、またはこれらの組合せを用いてもよい。また、チタンの様な金属であってもよい。また、生体組織補填材は、顆粒状でもブロック状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】この発明の一実施形態に係る自動培養装置を示す斜視図である。
【図２】図１の自動培養装置の第１空間を概略的に示す縦断面図である。
【図３】図１の自動培養装置の第１空間を概略的に示す平面図である。
【図４】図１の自動培養装置において用いられる培養容器の一例を示す斜視図である。
【図５】図１の自動培養装置の給排ロボット１０を模式的に説明する図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図６】図１の自動培養装置の培養処理装置の第１の区画壁を除去して第２の区画壁上の装置を示す斜視図である。
【図７】図１の自動培養装置の培養処理装置の第１および第２の区画壁を除去して最下位の空間内に設置された装置を示す斜視図である。
【図８】図１の自動培養装置の培養処理装置の廃棄容器に接続するダクトの取付構造例を示す縦断面図である。
【図９】図１の自動培養装置による検体抽出工程の一部（後半）を説明する図である。
【図１０】図１の自動培養装置の他の形態例を模式的に示す正面図である。
【図１１】図１の自動培養装置の他の形態例を模式的に示す正面図である。
【図１２】図１の自動培養装置の他の形態例を模式的に示す平断面図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  自動培養装置
３  培養容器
１０  給排ロボット（ピペット装置）
１０ｈ  ピペット本体（装置本体）
１４  チップ（吸い口）
２２  振動発生装置
２３  振動測定装置
２４，７２，８１  圧電素子
２７  口金（先端部）
３０  培養処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005341811.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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