(57)【要約】【課題】インキュベータの容量を抑えることができるようにする。【解決手段】インキュベータ部１１は、試料を入れた培養容器を内部に格納して、細胞を培養するのに適した細胞培養環境で試料を培養し、多関節ロボット２１は、インキュベータ部１１の内部で培養容器を搬送する。多関節ロボット２１を構成する機構のうち、ロボットアーム部２１ｂを駆動するロボット本体部２１ａは、インキュベータ部１１の外部に設置され、培養容器の搬送を行うロボットアーム部２１ｂは、インキュベータ部１１の側壁１１ｂの開口部１１ｄから内部空間１１ａに通され、ロボット本体部２１ａとは側壁１１ｂにより分離されるように配置される。本発明はインキュベータ内で細胞を培養して顕微鏡で観察を行う培養観察装置に適用できる。【選択図】図１
2009136233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を入れた培養容器を内部に格納して、所定の環境条件で前記試料を培養する培養手段と、
前記培養容器の搬送を行う搬送部および前記搬送部を駆動する駆動部から構成され、前記培養容器を搬送する搬送手段と
を備え、
前記駆動部は、前記培養手段の外部に設置され、
前記搬送部は、前記培養手段の側壁の開口部から前記培養手段の内部に通され、前記駆動部とは前記側壁により分離されて配置される
ことを特徴とする培養装置。
【請求項２】
観察光学系を介して前記培養容器に入れられた前記試料を観察する観察手段をさらに備え、
前記搬送手段は、前記培養容器を収納している収納部から前記培養容器を搬送し、搬送している前記培養容器を支持した状態で前記試料を前記観察手段に観察させる
ことを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
前記開口部は、前記培養手段の扉に対し、奥壁と、左右の壁のそれぞれに設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項４】
各壁に設けられる前記開口部は、その大きさが全て統一されている
ことを特徴とする請求項３に記載の培養装置。
【請求項５】
前記搬送部は、各壁に設けられた前記開口部のうちのいずれか１つの開口部から前記培養手段の内部に通される
ことを特徴とする請求項４に記載の培養装置。
【請求項６】
前記開口部は、前記搬送部を弾性体で覆い被せている
ことを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項７】
前記駆動部は、前記搬送手段における前記搬送部を駆動するために必要となる全ての電気系を内部に収納する
ことを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、培養装置に関し、特に、インキュベータの容量を抑えることができるようにした培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インキュベータ内で細胞を培養して顕微鏡で観察する装置が普及しつつある。
【０００３】
かかる装置では、まとめて培地交換や継代等を行おうとすると、装置自体が大きくなってしまう点と、１つにまとめるには個々の技術がそれぞれに渡り専門的になってしまう点において問題がある。そこで工程別に開発された各装置に搬送ロボットがアクセスを行い、試料が入れられた培養容器を搬送する方法が一般的に採用されている。
【０００４】
このような培養装置としては、例えば特許文献１が知られている。この培養装置においては、内部に設けられた搬送ロボットは、培養室内の全てのトレイに対してアクセス可能であり、それらのトレイにアクセスして搬送を行う。
【特許文献１】特開２００５−２８７４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１を含む従来技術のように、インキュベータ内に搬送ロボットごと収納する方法を採用した場合、搬送ロボットの駆動源（モータ等）による発熱の問題やインキュベータの容量が大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
搬送ロボットの駆動源の発熱やインキュベータの容量が大きくなると、内部空間の熱効率が低下するとともに、高温多湿となる内部空間での搬送ロボットの環境性能の維持が困難になるという問題が出てくる。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、インキュベータの容量を抑えることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の培養装置は、試料を入れた培養容器を内部に格納して、所定の環境条件で前記試料を培養する培養手段と、前記培養容器の搬送を行う搬送部および前記搬送部を駆動する駆動部から構成され、前記培養容器を搬送する搬送手段とを備え、前記駆動部は、前記培養手段の外部に設置され、前記搬送部は、前記培養手段の側壁の開口部から前記培養手段の内部に通され、前記駆動部とは前記側壁により分離されて配置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、インキュベータの容量を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明を適用した培養観察装置の全体構成を示す正面図である。
【００１２】
図１の例では、溶液ハンドリングを有する培養観察装置１は、インキュベータ部１１と、その下側に配置される架台部１２から構成される。図１において、インキュベータ部１１は、説明の都合上、多関節ロボット２１の全体を確認できるように表現しているが、後述する他の図を参照することで明らかなように、実際には正面は扉で密閉され、その内部空間では細胞を培養するのに適した環境（以下、細胞培養環境と称する）が維持されるように制御される。
【００１３】
例えば、インキュベータ部１１の内部には、ペルチェ素子が用いられる温度調節装置等からなる温度制御機構、霧を噴出する噴霧装置等からなる湿度制御機構、外部の二酸化炭素ボンベに接続されるガス導入部等からなるガス制御機構、内部空間の細胞培養環境を検出する環境センサ等（いずれも図示せず）が設けられている。また、インキュベータ部１１の内側は断熱材で覆われている。これにより、インキュベータ部１１の内部空間１１ａは、細胞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ことで、例えば温度３７℃、湿度９０％、二酸化炭素濃度５％等に維持される。
【００１４】
インキュベータ部１１が載せられた架台部１２の内部には、図１に示すように、培養観察装置１の各部を制御するコントロールボックス１３やパーソナルコンピュータ１４等が収納される。
【００１５】
インキュベータ部１１の側壁１１ｂから延びる支持台１１ｃには、多関節ロボット２１の駆動部が内蔵されたロボット本体部２１ａが固定される。ロボット本体部２１ａは、ロボットアーム部２１ｂを駆動する。多関節ロボット２１は、例えばユーザによる入力部（図示せず）への操作に応じたコントロールボックス１３の制御に基づいて各種の動作を行う。
【００１６】
ここで、図２を参照して、多関節ロボット２１の詳細な構成について説明する。
【００１７】
図２に示すように、多関節ロボット２１において、ロボット本体部２１ａは、モータＭ１乃至Ｍ４を有しており、それらのモータのそれぞれが駆動することで、タイミングベルトＢ１乃至Ｂ４を介してロボットアーム部２１ｂの各関節が曲げられる。すなわち、ロボットアーム部２１ｂにおいて、関節部Ｊ１は、モータＭ１を駆動源とするタイミングベルトＢ１の駆動により、垂直方向に回動される。同様に、関節部Ｊ２乃至Ｊ４のそれぞれは、モータＭ２乃至Ｍ４を駆動源とするタイミングベルトＢ２乃至Ｂ４のそれぞれの駆動により、それぞれ個別に垂直または水平方向に回動される。これにより、ロボット本体部２１ａは、ロボットアーム部２１ｂを駆動し、インキュベータ部１１の内部空間１１ａに格納されている細胞等を入れた培養容器を搬送させる。
【００１８】
かかる培養容器は、例えば、図３に示すような状態でインキュベータ部１１の内部に載置される。図３は、インキュベータ部１１の扉を開放した状態での内部空間１１ａの状態を示している。なお、図３において、多関節ロボット２１のロボットアーム部２１ｂは、後述する図４乃至図６からも明らかなように、ストッカ４１ａおよび４１ｂ、並びにキャリー４２の後方に配置される。
【００１９】
図３に示すように、ストッカ４１ａおよび４１ｂには、１つ以上の培養容器５１がホルダ５２ごと収容されている（図３の例では共に６つのホルダ５２を収容している）。また、ストッカ４１ａとストッカ４１ｂとの間に配置される、ホルダ５２を複数収納して持ち運ぶケースとしての役割を果たすキャリー４２には、複数の培養容器５１がホルダ５２ごと収容されている（図３の例では３つのホルダ５２を収容している）。
【００２０】
このように、本実施の形態においては、インキュベータ部１１の内部空間１１ａに設けられたホルダ受台４３ａおよび４３ｂに載ったストッカ４１ａおよび４１ｂのように、個々のホルダ５２に対応させてストッカの各段を構成してもよいし、ホルダ受台４３ｃに載ったキャリー４２のように、複数のホルダ５２を一括収納する構成としてもよい。
【００２１】
すなわち、インキュベータ部１１の内部空間１１ａにおいて、多関節ロボット２１は、ストッカ４１ａ等に収納されたホルダ５２を支持して搬送するとともに、ストッカ４１ａ等に対してホルダ５２を出し入れする。なお、多関節ロボット２１は、ホルダ５２を支持する際には、ホルダ５２のツバ部をロボットアーム部２１ｂに載置して搬送する。その際、ロボットアーム部２１ｂと、ホルダ５２との接触面には、摩擦抵抗の大きい部材（例えばゴム等）を貼り付けておくことが好ましい。
【００２２】
図１に戻り、インキュベータ部１１には、所定の大きさとなる開口部１１ｄが設けられており、ロボットアーム部２１ｂは、その開口部１１ｄを通じて、インキュベータ部１１の内部空間１１ａに配置される。また開口部１１ｄでは、弾性パッキン１１ｅにより、多関節ロボット２１およびインキュベータ部１１の製作誤差や取付誤差を吸収するようになされている。なお、弾性パッキン１１ｅは、側壁１１ｂに対して縦横に伸縮できるものが望ましく、インキュベータ部１１の内部空間１１ａの湿度が流出しないようにしている。言い換えれば、内部空間１１ａの細胞培養環境を維持するために、開口部１１ｄでは、ロボットアーム部２１ｂを弾性パッキン１１ｅ等の弾性体で覆い被せている。
【００２３】
かかる構成を有することで、多関節ロボット２１は、インキュベータ部１１の側壁１１ｂに対し、弾性パッキン１１ｅを境界にして、ロボット本体部２１ａと、ロボットアーム部２１ｂとに分けられている。これにより、インキュベータ部１１の内部空間１１ａの細胞培養環境下で動作するのは、多関節ロボット２１を構成する機構のうちのロボットアーム部２１ｂのみとなり、ロボット本体部２１ａは、インキュベータ部１１の外部に設置されることになる。
【００２４】
なお、ロボットアーム部２１ｂは、例えばOリングを使用する等して、その関節部の密封度を向上させることで環境性能の向上を図ることが可能となる。また、多関節ロボット２１において、電気系はインキュベータ部１１の外部に設置されたロボット本体部２１ａに集約されているので、湿度等の細胞培養環境の影響を受けることはない。
【００２５】
ところで、インキュベータ部１１の内部空間１１ａと空間的に繋がっている観察窓３１ｃは、顕微鏡ユニット３１による試料の観察時に、多関節ロボット２１がホルダ５２を搬送するスペースになっている。すなわち、顕微鏡ユニット３１は、多関節ロボット２１のロボットアーム部２１ｂにホルダ５２を支持させた状態で、培養容器５１内の試料の観察を行う。なお、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、その観察を行うことができる。また観察窓３１ｃはインキュベータ部１１の側壁の開口部に取り付けられ、パッキンにて密封されている。
【００２６】
顕微鏡ユニット３１は、大別すると、照明系３１ａと、観察系３１ｂから構成される。照明系３１ａにおいては、LED（Light Emitting Diode）等の光源からの光が、矩形絞り、位相リング、およびコンデンサレンズ等を介した後、観察窓３１ｃの窓部３２に入射する。そして、窓部３２を通過した光は、観察窓３１ｃの中のスペースに搬送されてきたホルダ５２の培養容器５１内の試料に照明光として入射する。そして、照明系３１ａ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、観察窓３１ｃの窓部３３を通過した後、観察系３１ｂに導かれる。
【００２７】
観察系３１ｂでは、試料から透過方向に発生した光が、対物レンズ、中間変倍レンズ、蛍光照明ユニット、およびCCD（Charge Coupled Device）カメラの内蔵レンズ等を介した後、CCDカメラに入射する。このとき、CCDカメラの撮像面には、結像光学系による試料の像が形成される。そして、このCCDカメラにより撮像された画像は、例えばモニタ装置（図示せず）等に表示される。
【００２８】
以上のようにして、培養観察装置１は構成される。
【００２９】
次に、図４乃至図６を参照して、インキュベータ部１１の内部空間１１ａにおける、多関節ロボット２１のロボットアーム部２１ｂの動作について説明する。
【００３０】
なお、図４乃至図６は、ロボットアーム部２１ｂの動作状況を分かり易くするために、培養観察装置１を上から見た場合の模式図（上面図）となっている。なお、ロボットアーム部２１ｂの先端には、必要に応じてホルダ５２を保持するためのアームが装着される。
【００３１】
まず、図４および図５を参照して、ストッカ４１ａ等に収納されたホルダ５２を、顕微鏡ユニット３１で観察できるように搬送するときの、ロボットアーム部２１ｂの動作について説明する。
【００３２】
顕微鏡ユニット３１を用いて培養中の試料を観察する場合、ロボットアーム部２１ｂは、図４に示すように、キャリー４２内のホルダ５２を取り出す。その後、図５に示すように、ロボットアーム部２１ｂは、取り出したキャリー４２のホルダ５２を支持した状態で、観察窓３１ｃの中のスペースに搬送する。
【００３３】
このように、ロボットアーム部２１ｂによって、観察窓３１ｃの中にホルダ５２が搬送され、ホルダ５２上の培養容器５１内の試料の各部が、顕微鏡ユニット３１の光軸上に順次位置決めされる。したがって、安定した培養環境を保ちながら、CCDカメラから例えばモニタ装置等に出力された画像に基づいて、試料の各部を観察し、試料の培養状態を確認することができる。
【００３４】
以上のように、顕微鏡ユニット３１を用いて培養中の試料を観察する場合において、多関節ロボット２１を構成する機構のうち、ロボットアーム部２１ｂによって、ホルダ５２を搬送する動作が行われ、ロボット本体部２１ａはインキュベータ部１１の外部に設置されているので、インキュベータ部１１内の多関節ロボット２１の占める割合を減らして、インキュベータ部１１の容量を抑えることが可能となる。また、電気系を内部に収納しているロボット本体部２１ａがインキュベータ部１１の外部にあるので、多関節ロボット２１の電気系が内部空間１１ａの細胞培養環境化から遮断されており、例えば多関節ロボット２１の湿気によるダメージ（例えば短寿命化）を回避できるため、その環境化の影響を受けて故障するのを未然に防ぐことができる。また、インキュベータ部１１の内部は、ロボット本体部２１ａのモータの発熱の影響を受けることなく、環境制御が容易となる。加えて、ロボット本体部２１ａの保守点検等のメンテナンスも容易になる。
【００３５】
次に、図４および図６を参照して、ストッカ４１ａ等に収納されたホルダ５２を、培地交換や継代行う装置、または培養容器５１を蓄えるストッカ等の他の装置（図示せず）にアクセスして搬送するときの、ロボットアーム部２１ｂの動作について説明する。
【００３６】
かかる他の装置にアクセスする場合には、図４に示すように、例えば、ラボオートメーション用開口部１１ｆ（以下、単に、開口部１１ｆという）を利用する。開口部１１ｆとしては、例えば自動扉を用いることが可能であるが、インキュベータ部１１の内部空間１１ａの湿度が漏れないように（細胞培養環境が維持されるように）ゴムパッキン等に圧力がかかる機能を有していることが望ましく、その一例として、図４乃至図６の例では、ゲートバルブ１７を用いている。つまり、開口部１１ｆは、例えば培地交換や継代のような別の装置とのアクセスを行う際に使用するものである。
【００３７】
ロボットアーム部２１ｂは、図４に示すように、キャリー４２を取り出し、図６に示すように、開口部１１ｆを通じて、その奥に設置されている、例えば培地交換や継代等を行う他の装置に搬送する。
【００３８】
このように、本実施の形態において、インキュベータ部１１は、正面の外扉１５以外の３つの側壁に同じ大きさの開口部が複数設けられている。これにより、例えば、ラボオートメーション化を考慮した培地交換や継代機能、培養容器を大量に保管したい場合等、それらの他の装置と、培養観察装置１とのアクセスを行う際の方向性に自由度を持たせ、インライン変更を容易にしている。
【００３９】
また、開口部１１ｆを介して他の装置にアクセスするため、培養容器５１がインキュベータ部１１の外部に運び出され、細胞が、温度３７℃等の細胞培養環境外にさららせることがないため、細胞への影響（環境変化による刺激）を抑制することが可能となる。
【００４０】
なお、図４乃至図６に示したように、インキュベータ部１１の正面の外扉１５には、ホルダ５２やキャリー４２等の搬入用の外小扉１５ａが付いている。外扉１５自体は、例えば装置内の清掃、容器交換、メンテナンス等の目的で開放される。
【００４１】
また、インキュベータ部１１と外扉１５、および、外扉１５と外小扉１５ａとの間には、防熱用のパッキン１５ｂ、１５ｃがそれぞれ取り付けてある。外扉１５を開けると、その内側にはガラス扉１６が設けられるとともに、その扉の外周には密封のためのゴムパッキン１６ｂが取り付けてある。また、ガラス扉１６には、ガラス小扉１６ａが開閉可能に取り付けられ、パッキン１６ｃにより密封され、装置内の温度を極力変化させないようにしている。これにより、培養液が入った培養容器５１は、ホルダ５２に載せられ、外扉１５および外小扉１５ａを介して、ホルダ受台４３ａ乃至４３ｃのいずれかに置かれる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態においては、培養容器５１を各工程間で細胞培養環境外に出すことなく、各工程間における培養容器５１の受け渡しをインキュベータ部１１の内部空間１１ａで行ない、かつ、インキュベータ部１１のスペースを小さくするために、多関節ロボット２１を構成する機構のうち、ロボット本体部２１ａをインキュベータ部１１の外部に取り出している。
【００４３】
これにより、インキュベータ部１１の容量を抑えることが可能となる。また、インキュベータ部１１の容量が小さくなるので、内部空間１１ａの熱効率が向上するとともに、CO2の消費を削減することが可能となる。また、ロボット本体部２１ａをインキュベータ部１１の外部に取り出したことにより、メンテナンス効率の向上が図れる。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、顕微鏡ユニット３１を、インキュベータ部１１の外に設置したが、それに限らず、例えば、顕微鏡ユニット３１をインキュベータ部１１の内部に設置してもよい。但し、その場合、顕微鏡ユニット３１を密封構造の筐体内に収納した状態でインキュベータ部１１の中に設置して、周囲の環境（細胞培養環境）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、観察窓３１ｃは不要となる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、ロボットアーム部２１ｂにホルダ５２を支持する際に、ホルダ５２のツバ部をロボットアーム部２１ｂに載置する例により説明したが、それに限らず、その他、例えば、ホルダ５２を側方から挟み込む方式で支持してもよいし、マグネットやエアチャック等を用いてホルダ５２を完全に固定保持する方式等であってもよい。
【００４６】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用した培養観察装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】多関節ロボットの詳細な構成を示す図である。
【図３】インキュベータ部の扉を開放した状態における内部空間の様子を示す図である。
【図４】培養観察装置の上面図である。
【図５】培養観察装置の上面図である。
【図６】培養観察装置の上面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  培養観察装置，  １１  インキュベータ部，  １１ａ  内部空間，  １１ｂ  側壁，  １１ｃ  支持台，  １１ｄ  開口部，  １１ｅ  弾性パッキン，  １１ｆ  開口部，  １２  架台部，  １３  コントロールボックス，  １４  パーソナルコンピュータ，  １５  外扉，  １５ａ  外小扉，  １５ｂおよび１５ｃ  パッキン，  １６  ガラス扉，  １６ａ  ガラス小扉，  １６ｂおよび１６ｃ  パッキン，  １７  ゲートバルブ，  ２１  多関節ロボット，  ２１ａ  ロボット本体部，  ２１ｂ  ロボットアーム部，  ３１  顕微鏡ユニット，  ３１ａ  照明系，  ３１ｂ  観察系，  ３１ｃ  観察窓，  ４１ａおよび４１ｂ  ストッカ，  ４２  キャリー，  ４３ａ乃至４３ｃ  ホルダ受台，  ５１  培養容器，  ５２  ホルダ，  Ｍ１乃至Ｍ４  モータ，  Ｂ１乃至Ｂ４  タイミングベルト，  Ｊ１乃至Ｊ４  関節部
【図１】
2009136233.tif 000003
【図２】
2009136233.tif 000004
【図３】
2009136233.tif 000005
【図４】
2009136233.tif 000006
【図５】
2009136233.tif 000007
【図６】
2009136233.tif 000008