(57)【要約】【課題】  簡素な構成のインキュベータを提供する。【解決手段】  培養容器２０を収容可能な収容手段１２,１３と、培養容器を支持して搬送すると共に、収容手段に対して培養容器を出し入れする搬送手段１４と、培養容器を搬送手段に支持させた状態で、観察光学系を介して該培養容器内の試料を観察する観察手段１５とを備える。搬送手段１４は、観察手段による試料の観察時に、培養容器を移動して試料の各部を観察光学系の光軸上に位置決めする。【選択図】      図４
2007209256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養容器を収容可能な収容手段と、
前記培養容器を支持して搬送すると共に、前記収容手段に対して前記培養容器を出し入れする搬送手段と、
前記培養容器を前記搬送手段に支持させた状態で、観察光学系を介して該培養容器内の試料を観察する観察手段とを備え、
前記搬送手段は、前記観察手段による試料の観察時に、前記培養容器を移動して前記試料の各部を前記観察光学系の光軸上に位置決めする
ことを特徴とするインキュベータ。
【請求項２】
請求項１に記載のインキュベータにおいて、
前記搬送手段は、前記観察手段による前記試料の観察前に、前記培養容器を少なくとも前記光軸と平行な方向に搬送して、前記試料が前記観察手段の合焦面近傍に到達すると、前記培養容器の前記平行な方向への搬送を停止し、
前記観察手段は、前記培養容器の前記平行な方向への搬送が停止された後、前記試料の像を形成する結像光学系の一部を前記平行な方向に動かして前記試料の焦点調節を行う
ことを特徴とするインキュベータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のインキュベータにおいて、
前記収容手段と前記搬送手段とは、前記試料の培養環境を維持する筐体の中に設置され、
前記観察手段は、前記筐体の外に設置され、
前記筐体には、前記観察手段と対向する部分に観察用の透明な窓部が設けられ、
前記筐体の前記窓部の近傍は、前記観察手段による前記試料の観察時に前記搬送手段が前記培養容器を搬送するスペースとなっている
ことを特徴とするインキュベータ。
【請求項４】
請求項３に記載のインキュベータにおいて、
前記筐体には、目視観察用の透明な窓部が設けられる
ことを特徴とするインキュベータ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のインキュベータにおいて、
前記窓部は、ヒータガラスからなる
ことを特徴とするインキュベータ。
【請求項６】
請求項３から請求項５の何れか１項に記載のインキュベータにおいて、
前記筐体には、外側に向けて突出した突出部が設けられ、該突出部に前記窓部と前記スペースとが設けられる
ことを特徴とするインキュベータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の培養を行うインキュベータに関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞などの試料を培養する装置としてインキュベータが知られている（例えば特許文献１を参照）。また、インキュベータの筐体内に顕微観察装置を設け、この顕微観察装置によって培養中の試料の状態を観察することも提案されている。このようなインキュベータでは、観察のために試料を筐体外に取り出す必要がなく、試料の観察を筐体内で（つまり安定した培養環境を保ちながら）行うことができる。
【０００３】
さらに、上記のインキュベータでは、試料を観察する前、筐体内の搬送系によって試料の培養容器を搬送し、顕微観察装置の試料台に培養容器を載置する。そして、試料台上の培養容器内の試料を観察する際には、搬送系とは別に設けた観察用のステージによって、顕微観察装置の光学系やカメラなどを微細に動かし、顕微観察装置の光軸上に試料の各部を位置決めする。
【特許文献１】特開２００４−１８０６７５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、上記のインキュベータは、培養容器の搬送系とは別に観察用のステージを備えるため、複雑な構成となっていた。
本発明の目的は、簡素な構成のインキュベータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のインキュベータは、培養容器を収容可能な収容手段と、前記培養容器を支持して搬送すると共に、前記収容手段に対して前記培養容器を出し入れする搬送手段と、前記培養容器を前記搬送手段に支持させた状態で、観察光学系を介して該培養容器内の試料を観察する観察手段とを備え、前記搬送手段は、前記観察手段による試料の観察時に、前記培養容器を移動して前記試料の各部を前記観察光学系の光軸上に位置決めするものである。
【０００６】
また、前記搬送手段は、前記観察手段による前記試料の観察前に、前記培養容器を少なくとも前記光軸と平行な方向に搬送して、前記試料が前記観察手段の合焦面近傍に到達すると、前記培養容器の前記平行な方向への搬送を停止し、前記観察手段は、前記培養容器の前記平行な方向への搬送が停止された後、前記試料の像を形成する結像光学系の一部を前記平行な方向に動かして前記試料の焦点調節を行うことが好ましい。
【０００７】
また、前記収容手段と前記搬送手段とは、前記試料の培養環境を維持する筐体の中に設置され、前記観察手段は、前記筐体の外に設置され、前記筐体には、前記観察手段と対向する部分に観察用の透明な窓部が設けられ、前記筐体の前記窓部の近傍は、前記観察手段による前記試料の観察時に前記搬送手段が前記培養容器を搬送するスペースとなっていることが好ましい。
【０００８】
また、前記筐体には、目視観察用の透明な窓部が設けられることが好ましい。
また、前記窓部は、ヒータガラスからなることが好ましい。
また、前記筐体には、外側に向けて突出した突出部が設けられ、該突出部に前記窓部と前記スペースとが設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のインキュベータによれば、その構成を簡素化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態のインキュベータ１０は、図１,図２に示す通り、筐体１１と、ストッカー １２,１３と、自動搬送ユニット１４と、顕微鏡ユニット１５とで構成される。このうち、ストッカー１２,１３および自動搬送ユニット１４は筐体１１の中に、顕微鏡ユニット１５は筐体１１の外（側方）に設置される。また、筐体１１の下方には筐体１６が設置され、その中に制御ボックス１７やパソコン１８などが設置される。
【００１１】
細胞などの試料(不図示)の培養は、筐体１１の中で行われる。筐体１１の中は、試料の培養中、試料の培養環境を維持するために密封され、例えば空気を循環させることにより一定の温度に保たれる。また、筐体１１の側面には、外側に向けて突出した突出部１９が設けられる。突出部１９の中のスペースも、試料の培養環境に応じた一定の温度に保たれる。筐体１１は、例えばステンレス材からなる。細胞などの試料は、培養容器２０に注入された状態でホルダ２１に載置されている。
【００１２】
ストッカー１２,１３には、１つ以上の培養容器２０をホルダ２１ごと収容可能である。個々のホルダ２１に対応させてストッカー１２,１３の各段を構成してもよいし、複数のホルダ２１を一括するキャリーの大きさに合わせてストッカー１２,１３の各段を構成してもよい。また、ストッカー１２,１３は、筐体１１の中の側壁に沿って設置されている。
【００１３】
自動搬送ユニット１４は、ホルダ２１を支持して搬送すると共に、ストッカー１２,１３に対してホルダ２１を出し入れする機構である。なお、試料の培養を開始する前、個々のホルダ２１は、筐体１１の外に設置された不図示の自動搬入機構によって、筐体１１の中の自動搬送ユニット１４に受け渡され、ストッカー１２,１３の各段に収容される。
ここで、自動搬送ユニット１４の概略構成を説明する。
【００１４】
ステージベース３１には、Ｙ軸用のガイド軸３２と駆動軸３３を介してＹステージ３４が取り付けられる。Ｙステージ３４は、モータ３５の回転によってＹ軸方向に移動する。なお、ステージベース３１は筐体１１に対して固定されている。
Ｙステージ３４には、Ｘ軸用のガイド軸３６と駆動軸３７を介してＸステージ３８が取り付けられる。Ｘステージ３８は、モータ３９の回転によってＸ軸方向に移動する。
【００１５】
Ｘステージ３８には、Ｚ軸用のガイド軸４０と駆動軸４１を介してＺステージ４２が取り付けられる。Ｚステージ４２は、モータ４３の回転によってＺ軸方向に移動する。
Ｚステージ４２には、回転軸４４を介して回転ステージ４５が取り付けられる。回転軸４４は、Ｚ軸に平行である。回転ステージ４５は、不図示のモータの回転により、ＸＹ面内で回転する。回転ステージ４５を１８０度回転させると、図２から図３の状態となる。
【００１６】
回転ステージ４５には、不図示のラックとピニオンとを介してミニステージ４６が取り付けられる。ミニステージ４６は、自動搬送ユニット１４の最上部に設けられたステージであり、モータ４７の回転によって小ストロークでＸ軸方向に移動する。
ミニステージ４６には、その先端にアーム部４８（図２には点線で図示）が着脱可能に取り付けられる。アーム部４８には、ホルダ２１のツバ部が載置される。アーム部４８は、ホルダ２１の搬送や設置の際の受け渡し部材として使用される。
【００１７】
上記の自動搬送ユニット１４では、アーム部４８に支持されたホルダ２１を、Ｙ軸,Ｘ軸,Ｚ軸方向に移動させることができ、またＺ軸を中心として１８０回転させることもでき、さらにＸ軸方向に小ストロークで移動させる（送り出す）こともできる。なお、回転ステージ４５によってホルダ２１を回転させる場合は、ミニステージ４６を回転ステージ４５側に縮めて回転半径を小さくすることが好ましい。
【００１８】
ホルダ２１をストッカー１２から出し入れする際、自動搬送ユニット１４では、回転ステージ４５を図３のように１８０度回転させ、アーム部４８をＹ軸,Ｘ軸,Ｚ軸方向に移動させる。また、ホルダ２１をストッカー１３から出し入れする際には、回転ステージ４５を回転させずに（図２の状態）、アーム部４８をＹ軸,Ｘ軸,Ｚ軸方向に移動させる。
さらに、自動搬送ユニット１４は、Ｘ軸用のガイド軸３６と駆動軸３７が、筐体１１の突出部１９の近傍まで延在されている。このため、Ｘステージ３８からミニステージ４６までの可動部を突出部１９の近傍に移動させることで（図４,図５の状態）、アーム部４８に支持されたホルダ２１を突出部１９の中のスペースに搬送することができる。このような搬送は、顕微鏡ユニット１５によって培養中の試料の状態を観察するときに行われる。
【００１９】
顕微鏡ユニット１５は、筐体１１の外（側方）に設置され、突出部１９を挟んで上下に分かれて設置される。顕微鏡ユニット１５の上側は照明系５Ａであり、下側は観察系５Ｂである。突出部１９の中のスペースにホルダ２１が搬送されたとき、ホルダ２１上の培養容器２０内の試料は、顕微鏡ユニット１５の照明系５Ａ,観察系５Ｂの光軸上に配置されたことになる。
【００２０】
なお、筐体１１の突出部１９には、図１に示す通り、照明系５Ａと対向する上側の部分に観察用の透明な窓部５１が設けられ、観察系５Ｂと対向する下側の部分に同様の透明な窓部５２が設けられる。また、窓部５１の近傍には目視観察用の透明な窓部５３（図２）も設けられる。これらの窓部５１〜５３は、ガラスヒータからなり、そこでの結露を防止できるようになっている。ガラスヒータとは、シート状のヒータをガラス板に貼り付けたものである。
【００２１】
窓部５１〜５３の近傍のスペース（本実施形態では突出部１９の中のスペース）は、顕微鏡ユニット１５による試料の観察時に、自動搬送ユニット１４がホルダ２１を搬送するスペースとなっている。そして、顕微鏡ユニット１５は、自動搬送ユニット１４のアーム部４８にホルダ２１を支持させた状態で、培養容器２０内の試料の観察を行う。図６を参照して顕微鏡ユニット１５の照明系５Ａ,観察系５Ｂについて説明する。
【００２２】
照明系５Ａでは、ＬＥＤなどの光源６１からの光が、矩形絞り６２と位相リング６３とコンデンサレンズ６４とを介した後、筐体１１の突出部１９の窓部５１に入射する。そして、窓部５１を通過した光は、突出部１９の中のスペースに搬送されたホルダ２１の培養容器２０内の試料に照明光として入射する。そして、照明系５Ａからの光によって照明された試料は、その培養状態に応じて光を発生する。試料から透過方向に発生した光は、突出部１９の窓部５２を通過した後、観察系５Ｂに導かれる。
【００２３】
観察系５Ｂでは、試料から透過方向に発生した光が、対物レンズ６５と中間変倍レンズ６６と蛍光照明ユニット６７とＣＣＤ支持台６８の内蔵レンズ８Ａとを介した後、ＣＣＤカメラ６９に入射する。このとき、ＣＣＤカメラ６９の撮像面には、結像光学系(６５,６６,８Ａ)による試料の像が形成される。
また、観察系５Ｂには、対物レンズ６５を光軸と平行な方向（以下「Ｚ方向」）に移動させる上下機構７１が設けられる。上下機構７１によって対物レンズ６５を上下動させることで、試料の焦点調節（ピント調整）を行うことができる。さらに、対物レンズ６５の周辺には異なる倍率の対物レンズ７２,７３（図２参照）が配置され、ガイドレール７４（図６参照）によって切り替え可能となっている。また、中間変倍レンズ６６も複数用意され、電動ターレットによって切り替え可能となっている。
【００２４】
上記構成の顕微鏡ユニット１５を用いて培養中の試料を観察する際、自動搬送ユニット１４は、ストッカー１２,１３からホルダ２１を取り出し、アーム部４８に支持した状態で筐体１１の突出部１９の中のスペースに搬送する（図４,図５参照）。このスペースも試料の培養環境に応じた一定の温度に保たれているため、培養中の試料にダメージを与えることなく、その観察を行える。
【００２５】
筐体１１の突出部１９の中でも自動搬送ユニット１４によってホルダ２１が搬送され、ホルダ２１上の培養容器２０内の試料の各部が、顕微鏡ユニット１５の光軸上に順に位置決めされる。したがって、安定した培養環境を保ちながら、ＣＣＤカメラ６９から例えばモニタ装置などに出力された画像に基づいて、試料の各部を観察することができ、試料の培養状態を確認することができる。
【００２６】
このように、本実施形態のインキュベータ１０では、自動搬送ユニット１４のアーム部４８にホルダ２１を支持させた状態で、ホルダ２１を搬送しながら試料の各部を観察する、つまり、自動搬送ユニット１４を利用して試料の各部を観察するため、自動搬送ユニット１４とは別に観察用のステージ（例えば観察系５Ｂの対物レンズ６５などを光軸と垂直な面内で動かす機構）を備える必要がない。
【００２７】
したがって、簡素な構成のインキュベータ１０を得ることができる。このようなインキュベータ１０は、再生医療や創薬分野などにおける試料の培養に好適である。なお、自動搬送ユニット１４のアーム部４８にホルダ２１を支持させた状態で、ホルダ２１のＸＹ方向の位置決め制御を行うため、アーム部４８とホルダ２１との接触面には、摩擦抵抗の大きい部材（例えばゴムなど）を貼り付けておくことが好ましい。
【００２８】
また、本実施形態のインキュベータ１０では、顕微鏡ユニット１５による試料の観察前に、次のような搬送制御およびＡＦ制御を行うことが好ましい。すなわち、ホルダ２１をストッカー１２,１３から取り出して少なくともＺ方向に搬送し、試料が顕微鏡ユニット１５の合焦面近傍に到達すると、ホルダ２１のＺ方向への搬送を停止して、その後、合焦面近傍のＸＹ面内に制限して搬送制御を行う。
【００２９】
一方、顕微鏡ユニット１５では、自動搬送ユニット１４によるホルダ２１のＺ方向への搬送が停止された後、観察系５Ｂの対物レンズ６５をＺ方向に動かして試料の焦点調節を行う。このようなＡＦ制御は、顕微鏡ユニット１５の光軸上に試料の各部を位置決めするごとに行うことが好ましい。
このような搬送制御およびＡＦ制御を行うことで、自動搬送ユニット１４によりホルダ２１をＺ方向に搬送して試料の焦点調節を行う場合（対物レンズ６５は固定）と比較して、より高精度に試料を顕微鏡ユニット１５の合焦面に位置決めすることができる。そして、試料の各部の観察を良好に行うことができる。
【００３０】
さらに、本実施形態のインキュベータ１０では、ストッカー１２,１３と自動搬送ユニット１４とを筐体１１の中に設置し、顕微鏡ユニット１５を筐体１１の外に設置して、筐体１１の窓部５１,５２を介して試料の各部を観察するため、培養中の試料にダメージを与えることなく、安定した培養環境を保ちながら、その観察を行うことができる。
また、筐体１１の中は試料の培養に適した高湿度の環境に保たれるため、その中に顕微鏡ユニット１５を設置すると、顕微鏡ユニット１５を構成する各光学部品などが湿気によってダメージを受ける可能性がある。しかし、本実施形態のインキュベータ１０では、顕微鏡ユニット１５を筐体１１の外に設置するため、各光学部品の湿気によるダメージ（例えば短寿命化）を確実に回避できる。加えて、顕微鏡ユニット１５の保守点検が容易になるという利点もある。
【００３１】
さらに、インキュベータ１０の筐体１１の中のスペースは限られており、このスペースにストッカー１２,１３と自動搬送ユニット１４と顕微鏡ユニット１５とを設置することには無理がある。その全てを筐体１１の中に設置すると筐体１１が大型化するため好ましくない。本実施形態のインキュベータ１０では、顕微鏡ユニット１５を筐体１１の外に設置するため、筐体１１の大型化を回避して、筐体１１の中の限られたスペースにストッカー１２,１３と自動搬送ユニット１４とを効率よく配置できる。
【００３２】
また、本実施形態のインキュベータ１０では、筐体１１の突出部１９の窓部５１の近傍（観察光路から少し外れた箇所）に目視観察用の窓部５３（図２）を設けたので、自動搬送ユニット１４のアーム部４８に支持されたホルダ２１や、ホルダ２１上の培養容器２０などを、外部から目視で観察することができる。
さらに、本実施形態のインキュベータ１０では、筐体１１に突出部１９を設け、突出部１９の中のスペースにホルダ２１を搬送し、ホルダ２１の試料の各部を突出部１９の窓部５１,５２を介して観察するため、試料の顕微鏡観察を容易に行える。また、筐体１１の外に顕微鏡ユニット１５を設置する際に突出部１９を利用でき、その設置を容易に行える。
【００３３】
（変形例）
なお、上記した実施形態では、観察系５Ｂの対物レンズ６５をＺ方向に動かして試料の焦点調節を行ったが、本発明はこれに限定されない。その他、対物レンズ６５を固定し、自動搬送ユニット１４によりホルダ２１をＺ方向に搬送して、試料の焦点調節を行ってもよい。
【００３４】
さらに、上記した実施形態では、筐体１１の突出部１９に窓部５１〜５３を設けたが、本発明はこれに限定されない。ホルダ２１や培養容器２０などの目視観察を必要としない場合には、窓部５３を省略してもよい。また、不透明な突出部１９に透明な窓部５１〜５３を設ける構成に限らず、突出部１９を全体的に透明な部材で構成してもよい。
また、上記した実施形態では、筐体１１に突出部１９を設ける例で説明したが、本発明はこれに限定されない。突出部１９を設けない場合でも、筐体１１の所定の箇所（顕微鏡ユニット１５と対向する部分）に、上記と同様の透明な部材（窓部）を設け、窓部の近傍のスペースにホルダ２１を搬送すれば、この窓部を介して試料の各部を観察することができる。
【００３５】
さらに、上記した実施形態では、顕微鏡ユニット１５を筐体１１の外に設置したが、本発明はこれに限定されない。自動搬送ユニット１４などと同様に、顕微鏡ユニット１５も筐体１１の中に設置しても構わない。ただし、顕微鏡ユニット１５を密封構造の筐体内に収納した状態で筐体１１の中に設置して、周囲の環境（試料の培養環境）による各光学部品への悪影響を遮断することが好ましい。この場合、筐体１１の窓部は不要となる。
【００３６】
また、上記した実施形態では、自動搬送ユニット１４のアーム部４８にホルダ２１を支持させる際に、ホルダ２１のツバ部をアーム部４８に載置する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、ホルダ２１を側方から挟み込む方式で支持してもよいし、エアチャックやマグネットなどを用いてホルダ２１を完全に固定保持する方式でもよい。
さらに、自動搬送ユニット１４の構成は、上記例に限らず、手動観察も可能にするため、駆動操作機能を備えてもよい。例えば、パソコン１８のキーボードなどの入力操作に応じて、自動搬送ユニット１４のアーム部４８をＹ軸,Ｘ軸,Ｚ軸方向などに移動させたりすることが考えられる。また、自動搬送ユニット１４において、培養容器２０を保持するためのハンドリング機構を交換可能に装着してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】インキュベータ１０の全体構成を示す正面図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】自動搬送ユニット１４の回転テーブル４５が１８０度回転した状態を示す図である。
【図４】自動搬送ユニット１４によってホルダ２１が突出部１９の中のスペースに搬送された状態を示す正面図である。
【図５】図４の上面図である。
【図６】顕微鏡ユニット１５の照明部５Ａと観察部５Ｂの各構成を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０インキュベータ ; １１,１６筐体 ; １２,１３ストッカー ;
１４自動搬送ユニット ; １５顕微鏡ユニット ; １９突出部 ; ２０培養容器 ;
２１ホルダ ; ５１〜５３窓部
【図１】
2007209256.tif 000003
【図２】
2007209256.tif 000004
【図３】
2007209256.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007209256.tif 000007
【図６】
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