(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液の状態を計測する手段および得られた計測値を無線で送信する手段を振とう台に設け、固定部にその受信手段を設けると共に、固定部から振とう台に無線で電力を供給する手段として導電性ブラシとそれを摺動する導電性材料を備えることを特徴とする振とう培養機。
【請求項２】
培養液の状態を制御する手段を振とう台に設けたことを特徴とする請求項１に記載の振とう培養機。
【請求項３】
固定部に制御設定値設定手段を備え、振とう台にその設定値を受信する手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の振とう培養機。
【請求項４】
振とう台が水平にロータリー運動をするロータリー振とう培養機において、同期して同じ半径でロータリー運動する２本の垂直軸を有する導電性クランクを有し、前記垂直軸のひとつは固定部に他の垂直軸は振とう台に回転可能に固定され、これらの垂直軸にブラシを摺動させ、かつ固定部のブラシに電源を供給する電力供給機構を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の振とう培養機。
【請求項５】
培養容器に接触する温度計測手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の振とう培養機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載した振とう培養機によって培養容器内の温度、ｐＨ、溶存酸素のうちいずれか１項目以上を計測または制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細胞培養に用いる振とう培養機にかかわるものである。
【０００２】
【従来の技術】
振とう培養機は培地と培養したい細胞を入れたフラスコを振とう台の上にバネ状の固定具で固定し、振とう台駆動部で設定された振幅で振とう培養するために用いられている。上記フラスコは通常所望温度に保たれた恒温室中に設置されており、振とう台上のフラスコはすべて同じ温度で培養がおこなわれる。
【０００３】
培養条件の中で温度は非常に重要な因子であり、対象とする細胞の培養最適温度をみつけることが大切な仕事となっている。しかしながら従来の振とう培養機では恒温室中の全フラスコが同じ温度になるため、温度条件を変えた実験をするためには実験を温度条件の数だけ繰り返しおこなわなければならなかった。
【０００４】
これを解決する方法として、フラスコごとに異なる温度で培養できるような装置が既に提案されている。特願昭５９−２７２１２４「温度傾斜振とう培養槽」にはフラスコホルダーにヒーターと温度センサーを取り付けること、槽内を所望設定温度の中の最低温度に設定し各々のフラスコはヒーターで所望温度まで昇温して使用することが記載されている。また、公開実用昭５０−５８０９９「振とう培養機」にはサーモエレメントによる個別温調の思想がのべられている。
【０００５】
前記既出願の２件では電力供給および温度データー送信のためにケーブルを使用するとしているが、ケーブルの一端が振とう台に固定され、他端が固定部に固定されているためケーブルに繰り返し折り曲げの力が働くため断線しやすく、電力供給および温度データーの電送を長時間にわたり安定して行えないという欠点をもっている。またフラスコにｐＨや溶存酸素のセンサーを装着しケーブルを用いてこれらの信号を固定台に送信する手法があるが同様に振とうによってケーブルが断線しやすかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の欠点に鑑みて振とう台に設けた計測手段と固定部をケーブルで接続することなく計測値を固定部に送信すると共に、固定部からケーブルを使わずに振とう台に電力を供給すること、培養液の状態を制御すること等を可能にする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、これらの課題を解決すべく鋭意検討の結果、計測値を振とう台から固定部に無線で送信すると共に、固定部から振とう台に無線で電力を供給すること、振とう台に制御手段を設けること、該制御手段に固定部から設定値を無線で送信すること等によって上記課題を解決できること等を知見し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は振とう培養機であり、培養液の状態を計測する手段および得られた計測値を無線で送信する手段を振とう台に設け、固定部にその受信手段を設けると共に、固定部から振とう台に無線で電力を供給する手段として導電性ブラシとそれを摺動する導電性材料を備えることを特徴とする。
さらにその好適形態は、培養液の状態を制御する手段を振とう台に設けたことを特徴とする。
またさらにその好適形態は、固定部に制御設定値設定手段を備え、振とう台にその設定値を受信する手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
さらにその好適形態は、振とう台が水平にロータリー運動をするロータリー振とう培養機において、同期して同じ半径でロータリー運動する２本の垂直軸を有する導電性クランクを設け、それらの垂直軸のひとつは固定部に他の垂直軸は振とう台に回転可能に固定され、それらの垂直軸にブラシを摺動させ、かつ固定部のブラシに電源を供給する電力供給機構を備えたことを特徴とする。
【００１１】
さらにその好適形態は、培養容器に接触する温度計測手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明は培養容器内の液の状態を計測または制御する方法にも関し、上記本発明の振とう培養機によって培養容器内の温度、ｐＨまたは溶存酸素のうちいずれか一項目以上を計測または制御する方法である。
【００１３】
【作用】
本発明によって、培養容器内の状態の計測値をケーブルを使うことなく固定部に送信する事が出来ると共に、固定部から振とう台に無線で電力を供給する手段を設けることによって電力を継続的に送ることでき、計測または制御を長期にわたって連続的に安定した状態で行うことが出来る。固定部ではそのデータを表示したり演算に使用することが出来る。固定部に備えた設定器によって設定した制御設定値や制御信号を振とう台に送信し、振とう台に設けた制御手段で培養容器内の状態を制御することが出来る。
【００１４】
無線で電力を供給する手段としては、振とう台又は固定部に導電性ブラシまたはそれと摺動する導電材料を備え、両者を接触させれば容易に電力を供給できる。
【００１５】
またロータリー振とう培養機において、回転運動をロータリー運動に変えるいわゆるクランクとおなじ半径で同期して回転する導電材からなるクランクを設け、その一方の垂直軸を振とう台に、他の垂直軸を固定部に回転可能に固定し、固定部からブラシを介して電力を供給し振とう台に取りつけたブラシから電力を受けることによって振とう台に設けたヒーター、制御器などに電力を供給することが出来る。
【００１６】
培養容器に接触する温度計測手段を備えることによって培養液に温度センサーを直接接触させなくても培養液の温度を計測または制御できる。それによってセンサーの扱いが容易になると共に培養容器に温度センサーを取り付ける手間が省けること、培養容器を殺菌する際センサーを取り付けなくてもよい利点も生ずる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を例示する。本発明において無線とは線材、リード線、ケーブルなどの可撓性の電気伝導材で構成された連続電導体を使用しないという概念である。無線による伝達によって従来連続伝導体の切断によって生じた伝導不良などのトラブルは回避できる。
【００１８】
振とう台上に固定したフラスコに装着したセンサーによって計測された培養液の温度、ｐＨ、溶存酸素などの信号は振とう台に固定したそれぞれのアンプで信号変換されさらにＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換され、振とう台に設置された送・受信機によって予め定められたプロトコルに従って、民生用に認可されている帯域の電波あるいは光波を用いて送信される。
【００１９】
振とう台上の送信器から発信された電波あるいは光は、固定部に設置された送・受信器にはいり、信号変換処理されて固定部の温度、ｐＨ、溶存酸素などの表示器に表示され、さらにそれらのデーターは必要に応じてパソコンなどにデーターファイル作成のために送られる。
【００２０】
固定部の温度設定器に入力された設定温度データーは、送・受信器に入りプロトコルに従って電波あるいは光によって振とう台に送信される。振とう台に設けた送・受信器で受け取ったデーターにもとずき、各々のフラスコ毎に温度調節がおこなわれる。
【００２１】
固定部に銅等の導電性材料の板２枚が固定部と電気的に絶縁した状態で固定され、振とう台に導電性のグラファイト等からなるブラシがホルダーに入れた物が２個固定され、ブラシ先端が銅板にスプリングなどによって押し付けられる状態になっていると、固定部に取りつけた２枚の板に電圧を印加させることにより、運転中の振とう台に電力が供給されるようになる。固定部に取りつける導電性材料としては銅の他に真鋳、アルミ、グラファイト、銅または銀とグラファイトの粉末成型体などを用いることができる。また、ブラシの材質もグラファイトに限定するものではなく、銅あるいは銀とグラファイトとの粉末成型体などを用いることができる。
【００２２】
固定部に導電性のグラファイトなどからなるブラシがホルダーに入れられて固定されており、振とう台に銅等の導電性材料の板２枚が取り付けてある。この場合も上記と同様に運転中の振とう台に電力を供給することができる。
【００２３】
ロータリー振とう機においては、モーターの回転運動をクランクを介して振とう台に伝えることにより、振とう台がロータリー運動する。クランクは振とう台と平行な板とその板の表と裏に１本ずつ垂直に距離をおいて取り付けられたシャフトから構成されている。このクランクと同じ形状の銅あるいは真鋳などの導電性材料からなる、導電クランクが設けられている。導電クランクの一方のシャフトは振とう台面まで到達しており、他方のシャフトは固定部の上面まで到達しており、それぞれベアリングを介して振とう台および固定部に固定されている。このような導電クランクが少なくとも２本設けらいれてる。モーター回転軸についている駆動クランクによって振とう台がロータリー運動する時にこれらの導電クランクもスムースに回転するように位置決めされている。電気的な絶縁をとるために、導電クランクのシャフトとベアリングとの間、あるいはベアリングと固定する台の間に絶縁体を介在させてある。
【００２４】
振とう台に導電性ブラシのホルダーが取り付けてあり、導電クランクの振とう台側の垂直部に押し当てられるようになっている。また、固定部に同様に導電性ブラシのホルダーが取り付けてあり、導電クランクの固定部側の垂直部に押し当てられるようになっている。ブラシのホルダーは、振とう台あるいは固定部に取りつける際、電気的に絶縁されている。
【００２５】
固定部側の２本の導電性ブラシの間に直流または交流の電圧が印加されることによって、振とう台が振とう運動をしている時に導電性ブラシと導電クランクによって振とう台上に電力が供給される。
【００２６】
導電クランクと導電ブラシを接触させるには、導電クランクの振とう架台に垂直なシャフトの曲面に垂直に導電ブラシを押し当てる方法、導電クランクの振とう台に垂直なシャフトの端面に導電ブラシを押しつける方法などがある。また、導電ブラシの数も、ひとつに限らず複数個でも良い。
【００２７】
また、無線による電力伝達の他の方法をあげれば、振とう台に鉄心入りコイルを固定し、これを固定部に固定した磁石の磁界中に位置するようにセットしておくことにより、振とう台の運転にともなって、鉄心入りコイルの両端に電圧が発生し、振とう台上の機器に電力を供給することができる。
【００２８】
あるいは、振とう台に鉄心入りコイルを固定し、これを固定部に固定した鉄心入り電磁石に対向させ、この鉄心入り電磁石に交流電力を供給することによって振とう台に固定された鉄心入りコイルに発生する電力によって、振とう台上のヒーター等に電力供給することができる。
【００２９】
【実施例】
つぎに、本発明による振とう培養機及び培養液の計測または制御方法について具的に説明する。
（実施例１）
本発明に係わる振とう台上のフラスコホルダーの断面図を図１に、センサー信号伝達システム図を図２に示す。振とう台１上のフラスコホルダー２に固定されたフラスコ３の底面が接するシリコンラバーヒーター４の一部に白金測温抵抗体などの温度センサー５が埋め込まれて配置されている。フラスコ内培養液の状態を計測するための溶存酸素センサー、ｐＨセンサー等５０は、例えば図１に示すような枝付きフラスコの枝５１の部分にシリコン栓５２等を用いて取り付け使用される。ヒーターおよび温度センサーは振とう台上に設置した温度調節器６のそれぞれのポートに、温度計測以外のセンサーは、センサーアンプ７に接続される。
【００３０】
図２はセンサー信号伝達システム図を示し、振とう台上の各フラスコのデーター計測部と固定部に設置する制御・表示器との関係を示す。
振とう台上の各フラスコの温度及びその他のセンサーデーターは振とう台上に設置された温度調節器及びセンサーアンプ７で変換されセンサー信号発信器８によって電波または光によって、振とう機の固定部に取り付けられたセンサー信号受信器９に送られる。受け取った無線信号は変換器を経由してセンサー計測値表示器１０に送られ、各フラスコのセンサー計測値が表示される。また、必要に応じてコンピューターに送られ、各種センサーデーターの収録が行われる。また、振とう機の固定部に取り付けられた温度設定器１１で設定された温度データーは設定温度発信器１２によって、振とう台上に設置された設定温度受信器１３に送信される。受信した設定温度は温度調節器６に送られ、演算結果にもとずいてヒーター４の制御が行われる。
【００３１】
（実施例２）
図３はロータリー振とう培養機の電源供給部側面図を示す。
振とう架台に電力供給するための構造を図３に示す。
ロータリー駆動直径より大きい導電材板  １４、２枚は固定部１５の上に電気絶縁体１６を介して離間して取り付けられており、交流電源または直流電源ラインをこの２枚の銅板に接続する。一方、振とう台１下面にブラシホルダー１７が銅板中心間距離だけ離して、導電性ブラシ１８の先端が振とう機運転中にいつも接触が保たれる場所に取り付けられている。ブラシと振とう台に取り付けた振とう台を貫通するターミナル１９とはリード線２０でつながれており、振とう台上に交流または直流電力が供給されるようになる。
【００３２】
（実施例３）
レシプロ駆動振とう培養機の場合は、固定部に長さが振幅距離より長い銅あるいは真鍮のような電導性の良い板材が離間して電気絶縁体を介して取り付けられ、交流または直流電源ラインがこの２枚の板に接続される。一方、振とう台下面に導電性ブラシのホルダーが、ブラシの先端が振とう機運転中にいつもこの２枚の板に接触するような位置に取り付けられている。ブラシと振とう台に取り付けた絶縁ターミナルとがリード線でつながれており、振とう台上に交流または直流電力が供給される。
【００３３】
（実施例４）
図４は、ロータリー振とう培養機の他の例の電源供給部側面図を示す。
ロータリー駆動振とう培養機の場合は、モーター２１によって駆動される振とうクランク２２と回転中心距離が等しい形状の導電クランク２３が２本設けられており、導電シャフト２４はすべて振とう台に垂直にベアリング２５を介して固定部と振とう台に取り付けられている。固定部と振とう台に導電性ブラシ２６のホルダー２７が、導電性ブラシ２６の先端が導電クランク２３のシャフト２４に直角に押し当てられるように固定されている。固定部上の２本の導電クランクに接している導電性ブラシが交流または直流電源に接続されており、振とう台に交流または直流電力が供給されるようになる。本実施例では、導電クランクのシャフト２４は固定部または振とう台に対して回転運動している。従って、実施例２に示した方法よりブラシの移動距離が少なくブラシ及びその摺動部の寿命の長期化が図れる。
【００３４】
（参考例１）図５に参考例として、磁気結合による電力伝達を用いた振とう台への電力供給のシステム図を示す。
固定部に固定された電磁石２８の磁場の中に、鉄心入り電磁石２９が位置するように振とう台に固定されている。鉄心入り電磁石２９のコイルの両端は、振とう台上の端子台３０に接続されている。電磁石２８のコイルに直流電流を流し、振とう機を運転状態にすると、鉄心入り電磁石２９のコイルの両端には振とう機の振とう回転数と等しい周波数の交流電圧が発生し、振とう台に電力が供給される。
【００３５】
（参考例２）図６に他の参考例として、振とう台１上に固定した鉄心入り電磁石２９と向かい合わせの位置の固定部上に別の電磁石３１を固定した電力供給のシステム図を示す。
固定部に固定された鉄心入り電磁石３１に交流電流が印加されると、このコイルに向かい合っている振とう台に固定されたコイル２９に同じ周波数の交流電圧が発生する。このコイルの両端は振とう台の上に設置された端子台に配線されており、振とう台上に交流電力が供給されることになる。
【００３６】
参考例１または参考例２で示した方法で供給された交流電力は、電圧変動が大きく、このままでは使用しにくい。これを改善するために、直流に整流し、蓄電池に充電し、さらにＤＣ／ＤＣコンバーターで変換して使用する。このようにすることによって、電圧が安定した良好な電源として使用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載するような効果を奏する。
本発明による振とう培養機によれば、振とう台上への長時間にわたる安定した電力供給が可能になるため振とう台上の各々のフラスコの温度を自由に設定し、一度の培養実験で培養成績に及ぼす温度の影響を精密に検証することができるようになる。また、１台の振とう培養機によって好適温度の異なる菌または微生物の培養実験を長時間にわたり行うこともできる。培養中に固定部から設定温度を変更することも可能である。また、培養中の各フラスコの温度データーを長時間にわたり確実にデーター収録部に送ることができるようになるため、正確なデーター解析が可能になる。無論、ｐＨや溶存酸素濃度でも同様である。
【００３８】
また、一般に振とうフラスコが収納される恒温室は空気で温度調節するため、恒温室内の温度分布が大きく従ってフラスコ内の培養液の温度も分布が大きい。従来、個別のフラスコ温度を管理できなかったが、本発明によって正確に温度を測定できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振とうフラスコホルダーの断面図である。
【図２】本発明のセンサー信号伝達システムである。
【図３】本発明のロータリー振とう機の電源供給部側面図である。
【図４】本発明のロータリー振とう機の他の例の電源供給部側面図である。
【図５】参考例の電力供給のシステム図である。
【図６】他の参考例の電力供給のシステム図である。
【符号の説明】
１．振とう台
２．フラスコホルダー
３．フラスコ
４．シリコンラバーヒーター
５．温度センサー
６．温度調節器
７．センサーアンプ
８．センサー信号発信器
９．センサー信号受信器
１０．センサー計測値表示器
１１．温度設定器
１２．設定温度発信器
１３．設定温度受信器
１４．導電材板
１５．固定部
１６．電気絶縁体
１７．ブラシホルダー
１８．導電性ブラシ
１９．絶縁貫通ターミナル
２０．リード線
２１．駆動モーター
２２．振とうクランク
２３．導電クランク
２４．シャフト
２５．ベアリング
２６．導電性ブラシ
２７．ホルダー
２８．固定台に固定された電磁石
２９．振とう台に固定された電磁石
３０．端子台
５０．センサー
５１．枝付きフラスコの枝
５２．シリコン栓
【図１】
0004457331.tif 000002
【図２】
0004457331.tif 000003
【図３】
0004457331.tif 000004
【図４】
0004457331.tif 000005
【図５】
0004457331.tif 000006
【図６】
0004457331.tif 000007