加压循环培养装置及加压循环培养系统的制作方法

专利名称：加压循环培养装置及加压循环培养系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在生物体的细胞及组织的培养中使用的培养技术，例如涉及在细胞及组织的培养研究及治疗用组织等的培养中使用、对被培养物循环供给的培养液的送液、能够进行对使用该培养液的被培养物的加压刺激的加压循环培养装置及加压循环培养系统。
背景技术：
生物体的细胞及组织的培养、以及培养对应于生物体的部位的细胞及组织的技术已实用化并被广泛采用。关于在这样的培养中使用的培养装置，已知使培养液循环、使用该培养液对被培养物进行加压的技术(例如，专利文献1)。已知有将多个送液缸与培养柱连接而构成多对培养系统、用1个培养装置驱动多个送液缸的技术(例如，专利文献2)。专利文献1 特开2001 - 238663号公报， 专利文献2 特开2003 — 125755号公报。但是，在被培养物的培养中，需要培养液的循环供给和物理刺激。培养液的供给是用来相对于被培养物供给新鲜的培养液的送液。物理刺激是通过培养液的加压。这样的送液是使培养液流动，加压通过提高封入的培养液的压力来实现。这样的送液和加压尽管对象是培养液，也必须以分别完全不同的形态来实现。即，以往是以分别的机构及部位进行， 有机构变复杂的问题。此外，被培养物很少是单一的，而要求将多个被培养物同时培养、比较培养的推移及被培养物的成长过程。在这样的情况下，需要设置多个培养装置、在相同条件下同时培养，但在并设了不同的培养装置的情况下，有在相同条件的设定上费时费力的问题。

发明内容
所以，本发明的加压循环培养装置的目的是使将对被培养物供给的培养液进行加压使其及循环的机构简单化。此外，本发明的加压循环培养系统的目的是使多个被培养物的同时培养变得容
易ο为了达到上述目的，本发明的加压循环培养装置具备收容部、压力传递部、和培养液循环路。上述收容部是积存培养液、并且收容被培养物的机构。上述压力传递部与上述收容部连通，是使外部压力向上述培养液传递的机构。上述培养液循环路经由上述压力传递部连接在上述收容部上，是使上述培养液通过上述压力传递部循环到上述收容部中的机构。在该加压循环培养装置中，具备这样的结构，使外部压力经由上述压力传递部作用在上述培养液上，能够进行相对于处于上述收容部中的上述被培养物的加压、和上述收容部的上述培养液的循环。此外，为了达到上述目的，本发明的加压循环培养系统构成具备已述的加压循环培养装置的上述收容部、上述压力传递部、和上述培养液循环路的多个培养单元，具备产生相对于该培养单元的上述压力传递部施加的外部压力的加压驱动部。在这样的加压循环培养系统中，使由上述加压驱动部产生的上述外部压力经由上述压力传递部作用在上述培养液上，能够进行相对于处于各培养单元的上述收容部中的上述被培养物的加压、和上述收容部的上述培养液的循环。根据本发明的加压循环培养装置，能够得到以下的效果。(1)能够用简单化的机构实现对被培养物供给的培养液的加压和循环，能够实现构造的简单化及使用的容易化，能够降低装置成本。(2)能够作为多个收容部同时设置，能够经由培养液进行相对于多个被培养物的共通的加压动作，并且培养液相对于被培养物的循环能够按照每个收容部进行。此外，根据本发明的加压循环培养系统，除了上述效果以外，还能够连接多个收容部、经由培养液进行相对于多个被培养物的共通的加压动作，培养液相对于被培养物的循环能够按照每个收容部进行，能够供作被培养物的许多培养及其生产、以及实验性的比较培养。并且，本发明的其他目的、特征及优点通过参照附图及各实施方式会而更加清楚。


图1是表示有关第1实施方式的加压循环培养装置的一例的图； 图2是表示有关第2实施方式的加压循环培养装置的一例的图3是表示恒温箱的贯通部的一例的图； 图4是表示培养部的一例的图5是表示培养部主体与截止阀驱动部及接头部的分离的图6是表示压力发生器部的一例的图7是表示控制部的一例的图8是表示主程序的处理次序的流程图9是表示压力的0调整的处理次序的流程图10是表示压力的0调整动作的图11是表示加压运转的处理次序的流程图12是表示加压运转动作的图13是表示加压运转动作的图14是表示送液处理的处理次序的流程图15是表示送液动作的图16是表示送液动作的图17是表示与加压运转时的活塞的往复动作对应的压力及液量的图； 图18是表示与送液运转时的活塞的往复动作对应的压力及液量的图； 图19是表示有关第3实施方式的加压循环培养装置的一例的图； 图20是表示有关第4实施方式的加压循环培养系统的一例的图； 图21是表示送液处理的处理次序的流程图； 图22是表示活塞的往复动作的处理次序的流程图；图23是表示有关第5实施方式的加压循环培养系统的一例的图； 图M是表示设置在恒温箱的贯通部中的密封部的一例的图。附图标记说明
2A、2B、2C 加压循环培养装置，4 培养部，6 培养部主体，7 培养腔室部(收容部)，8 压力传递部，9 压力发生器部，10AU0B 加压配管，12 恒温箱，14 培养液，16 压力传递部，18 截止阀驱动部，30、30A、30B、30C 培养回路，34 加压介质，72、72A、72B、72C 截止阀部，94 压力传递空间部(培养液积存部)，108 加压介质空间部(外部压力作用部)，132 加压驱动部，200A、200B 加压循环培养系统。
具体实施例方式〔第1实施方式〕
第1实施方式是使收容被培养物的收容部与压力传递部连通、使相对于压力传递部的外部压力传递给培养液的结构。关于该第1实施方式参照图1。图1是表示有关第1实施方式的加压循环培养装置的一例的图。该加压循环培养装置2A是本发明的加压循环培养装置的一例，作为功能部而具备培养部4、培养部主体6、培养腔室部7、压力传递部8、压力发生器部9、加压配管10A、 10B、和恒温箱12。培养部4是与培养液14 (图2)的供给一起、将由压力发生器部9生成的压力向培养腔室部7传递的培养机构，具备可拆装的培养部主体6，培养部主体6具备培养腔室部7、 和压力传递部8的培养液侧压力传递部8A。培养腔室部7是收容被培养物的收容部的一例，作为由生物体的细胞及组织构成的被培养物，例如收容细胞或由细胞和连接体构成的三维结构体等、进行细胞分化、增殖、 细胞外基质的产生等的机构，能够如箭头13表示那样在压力传递部8上拆装。在该实施方式中，培养腔室部7与培养部4 一起设置在恒温箱12中。压力传递部8具备已述的培养液侧压力传递部8A和加压介质侧压力传递部8B，例如将由压力发生器部9生成的压力通过加压介质侧压力传递部8B从培养液侧压力传递部 8A传递给培养腔室部7。加压介质侧压力传递部8B与进行培养腔室部7的开闭的截止阀驱动部18 —起通过连结部20连结。压力发生器部9是产生相对于培养腔室部7的压力、及用于培养液14 (图2)的循环的压力的压力发生源、压力发生机构的一例，将其压力向加压配管10AU0B输出。加压配管10AU0B是压力传递管的一例，加压配管10AU0B只要使用具备耐压性、 耐热性、柔性的软管就可以，例如由耐压软管构成。将在压力发生器部9中生成的压力通过加压配管10AU0B施加在压力传递部8上。恒温箱12是培养库的一例，具有与外界隔断的密闭性。在该恒温箱12中具备用来使加压配管10AU0B贯通的贯通部22。贯通部22具备将恒温箱12的内外封闭的密封部。 在该实施方式中，由两根加压配管10AU0B构成，是将从压力发生器部9通过加压配管IOA 施加在压力传递部8上的压力用加压配管IOB送回到压力发生器部9中的结构，但也可以代替这样的结构而由单一的加压配管10构成。
具备这样的结构，将由压力发生器部9生成的压力从加压配管10AU0B向压力传递部8施加，从该压力传递部8向处于培养腔室部7中的被培养物施加。此外，培养液受到施加在压力传递部8上的压力，能够循环到培养腔室部7中。〔第2实施方式〕
第2实施方式公开了将有关第1实施方式的已述的功能部具体化的结构例。关于该第2实施方式参照图2。图2是表示有关第2实施方式的加压循环培养装置的一例的图。在图2中，对于与图1相同的部分赋予相同的附图标记。在该加压循环培养装置2B中，作为由收容被培养物62 (图4)的培养腔室部7、作为培养液循环路的一例的培养液配管24A、24B、培养液积存部沈构成的封闭系统的培养回路30的培养单元而具备培养部4。在此情况下，培养部主体6也构成能够拆装的单元。培养回路30被培养液14充满，培养腔室部7与压力传递部8连接，设置在恒温箱12内。通过压力传递部8与压力发生器9由加压配管(例如耐压软管)10A、IOB连接而形成加压回路 52，该加压回路52被加压介质(水等)34充满。加压配管IOB例如经由端口部156连接在加压介质侧压力传递部8B上。加压水堵塞阀36设置在压力发生器部9 一侧，但也可以设置在恒温箱12 —侧、做成不使加压介质34向压力发生器部9返回的结构。培养回路30、截止阀驱动部18和压力传递部8设置在恒温箱12内，加压配管10A、 IOB和截止阀驱动用配线32贯通恒温箱12的贯通部22。该贯通部22进行密封处理，使恒温箱12的氮、碳酸气体的消耗成为最小限度。所以，在培养部4上经由培养液配管24A、24B连接有培养液积存部沈，从该培养液积存部沈经由培养液配管24A注入培养液14。培养部主体6连结在培养液排出部观上， 循环到培养部主体6中的培养液14从培养液排出部观经由培养液配管24B回到培养液积存部沈中。这样，作为使培养液14循环而培养培养部主体6内的被培养物的回路而构成培养回路30。在此情况下，也可以做成使在培养部主体6中循环的培养液14不向培养液积存部沈返回而向培养液积存部沈以外排出的结构。在截止阀驱动部18上连接着截止阀驱动用配线32，该截止阀驱动用配线32经由贯通部22被导出到恒温箱12的外部，连接在压力发生器部9 一侧。截止阀驱动部18是将截止阀在加压时向“闭”驱动、在培养液14的循环时向“开”驱动的驱动机构。为了使驱动机构的发热成为最小限度，优选的是设为在不通电时为“闭”的常闭。在该实施方式中，在压力发生器部9中内置有截止阀驱动部18的控制机构。恒温箱12构成实现适合于被培养物的培养的最优环境的最优环境室，设定为最优的氧浓度、碳酸气体浓度、温度及湿度。压力发生器部9使用加压水等的加压介质34将产生的压力经由加压配管10AU0B 作用在压力传递部8上。所以，在压力发生器部9上连接着加压水堵塞阀36、38。这些加压水堵塞阀36、38是配置在加压介质34的注入口和排出口，将注入的加压介质34封闭的机构。使用作为将加压水堵塞阀36、38打开、经由鲁尔连接器42等连接到软管40上的吸引机构的注射器44，将容器46内的加压介质34经由软管48导入到压力发生器部9中、再导入到加压配管10AU0B中。箭头50表示将加压介质34吸入时的注射器44的活塞的移动方向。所以，由压力发生器部9、加压配管10AU0B及压力传递部8构成加压回路52。这部分是不需要无菌性的部分。
在压力发生器部9上，设置有将输入信息及输出信息在视觉上显示的显示部M。贯通部22例如图3所示，设置有将恒温箱12的主体侧与门侧分隔的门衬56，在该门衬56上设有加压配管10A、IOB的贯通部58A、58B，和将截止阀驱动用配线32贯通的贯通部58C等。贯通部58A、58B、58C只要形成在设在门衬56上的贯通部密封体上就可以。接着，关于培养部4参照图4。图4是表示培养部的一例的图。在图4中，对于与图1及图2相同的部分赋予相同的附图标记。在该培养部4中具备培养部主体6，该培养部主体6例如由不锈钢等不呈现生物体毒性的耐腐食性材料形成。在该培养部主体6中具备培养腔室部7和压力传递部8。培养部主体6是能够被传递压力的耐压容器，安装着密封盖88、压力传递膜104、 截止阀部72的阀部82，具备作为培养液积存部沈的培养液袋、由硅管等的培养液配管 24A、24B构成的培养液14的培养回路30，构成密闭的封闭系统培养回路。在培养腔室部7中形成有收容被培养物62的收容空间部64，该收容空间部64是圆筒形。在该收容空间部64中，沿直径方向形成有通路部66、68，通路部66连通到压力传递部8，并且通路部68连通在培养液配管24B上。培养腔室部7和密闭盖88通过密封件 89密封。收容空间部64作为被培养物62而收容细胞或由细胞和连接体构成的三维结构体等，是进行细胞分化、增殖、细胞外基质的产生等的部分。在培养时，将培养腔室部7设置到调节了温度、氧浓度、碳酸气体浓度等的环境的恒温箱12或恒温槽中。在培养变温动物的细胞时等，也有不使用恒温箱12的情况。在通路部68 —侧具备止回阀70及截止阀部72。止回阀70构成将从作为收容部的培养腔室7的收容空间部64排出的培养液14的循环封闭而阻止倒流的第2阀。止回阀 70设置在培养腔室7的下游侧的培养液出口处，由球阀74和弹簧76构成。在球阀74上作用着处于压缩状态的弹簧76的复原力，为了使培养液14流到通路部68中，需要胜过弹簧 76的推压力的液压。该止回阀70也可以不一定设置。截止阀部72具备通到通路部68的阀室78、突出到该阀室78中的圆锥台状的阀座部80、和由抵接在该阀座部80上的由弹性体构成的阀部82。在该阀部82上安装着截止阀驱动部18具备的柱塞84。截止阀驱动部18受到电信号而使柱塞84进退，将阀座部80和阀部82开闭。在阀室78的培养液排出部观上连接着培养液配管MB，当截止阀部72打开时，培养液14能够从阀室78向培养液配管24B —侧流出。在培养腔室部7上设置有可开闭的密封盖88，维持培养回路30的密封状态。此外，在该培养腔室部7的底面部形成有观察窗90，该观察窗90由透明部件封闭。观察窗90 是用来在加压中或将加压暂时中断而观察内部的细胞等的状态的小窗，由石英、人工蓝宝石等能够充分承受压力、变形较小、透明而不给显微镜观察带来不良影响的材料构成。在该观察窗90上例如设置有显微镜接眼透镜92，能够从外部监视被培养物62的状况。密封盖 88是将收容空间部64关闭的盖，为了显微镜观察而优选的是由能够向培养腔室部7导光的透明的部件构成。此外，在压力传递部8中形成有积存培养液14、将压力向培养液14传递的作为培养液积存部的压力传递空间部94，该压力传递空间部94是扁平的筒形。在该压力传递空间部94中，在直径方向上形成有已述的通路部66和通路部96。该通路部96具备止回阀98，连接着培养液配管24A。该止回阀98构成将培养液14的循环封闭、阻止培养液14从压力传递空间部94向培养液配管24A倒流的第1阀，安装在压力传递部8的上游侧的培养液入口处，由球阀100和弹簧102构成。在球阀100上作用着处于压缩状态的弹簧102的复原力，为了使培养液14流到通路部96中，需要胜过弹簧102的推压力的液压。在该压力传递部8上设置有将压力传递空间部94关闭的压力传递膜104，并且在该压力传递膜104与接头部106之间形成有加压介质空间部108。该加压介质空间部108 是使压力从恒温箱12的外部经由压力传递介质作用的外部压力作用部的一例。压力传递膜104是将外部压力向培养液14传递的压力传递膜的一例，是将培养腔室部7及压力传递空间部94密闭、将来自压力发生器部9的压力向收容空间部64传递的功能部。该压力传递膜104只要使用较薄的弹性体的膜、或塑料膜等就可以。该压力传递膜104如果是柔软到在安装状态下能够忽视张力的程度的状态，则压力几乎不变化地传递给压力传递空间部 94。由压力传递膜104分隔的压力传递空间部94的压力向收容空间部64传递。即使有因压力差而发生张力那样的情况，也只要设定成能够在培养程序中忽视就可以。接头部106是将由压力发生器部9生成的压力向培养腔室部7传递的机构，可相对于培养部主体6拆装。压力传递空间部94和加压介质空间部108经由压力传递膜104 相接。接头部106是将加压介质空间部108堵塞的堵塞机构，并且是使来自加压配管10A、 IOB的压力作用在压力传递膜104上的机构。该接头部106与培养腔室部7嵌合，将由压力发生器部9生成的压力向培养腔室部7传递。在此情况下，加压配管10A、IOB只要使用内径5 (mm)以下左右的有柔性的耐压软管就可以。如果使管变细，则空气不会在中途停止， 并且耐压性提高。在接头部106的端口部110、112上连接着加压配管10A、10B。在该接头部106上，形成有插入到加压介质空间部108中的插入部114，在该插入部114上设有用来维持与加压介质空间部108的气密性的密封体116。该密封体116保持接头部106与压力传递部8的连接部的气密性而能够进行压力传递。加压介质空间部108是当嵌合压力传递部8时出现的空间部。该部分被加压介质 34充满。为了尽量减少空气的残留，使间隙为最小限度(4〔mm〕以下)，容易将空气赶出，使得空气不会残留。该部分的压力通过压力传递膜104传递给压力传递空间部94。该部分由于内部与培养液14及细胞组织相接，所以要求无菌性。在这样的结构的培养部4中，如图5所示，可以根据需要而使培养部主体6与接头部106及截止阀驱动部18分离或合体。另外，止回阀70，98由于是用来防止培养液14的倒流的机构，所以既可以使用例如能够防止倒流的电磁阀，也可以使用所谓的单向阀，也可以同时使用。在培养时，用培养液出口侧的截止阀驱动部18将截止阀部72开闭。接着，关于压力发生器部9参照图6。图6是表示压力发生器部的一例的图。在图 6中，对于与图1、图2、图4相同的部分赋予相同的附图标记。压力发生器部9是用来根据设定的压力值及培养液的循环量进行动作的驱动源。 在该压力发生器部9中具备加压装置118和控制部120。在加压装置118中，作为压力容器而设置有压力缸122，该压力缸122收容加压介质34，保持通过活塞1 的动作发生的压力，向压力传递部8传递该压力。在该压力缸122上形成有端口部124、126，具备活塞128。 活塞1 将作为压力容器的压力缸122的加压介质34压缩，将压力缸122加压或减压，在培养液14的循环时也起到泵的作用。加压介质34只要是水、油等流体就可以。在端口部1 上连接着加压配管10A，在端口部1 上连接着软管40。加压配管10AU0B是用来将压力缸122内的压力向培养腔室部7传递的配管，是有耐压性且柔软的管，是用来充满加压介质34的管。在活塞1 上经由弹簧130连结着加压驱动部132。加压驱动部132是使活塞 128进退的驱动机构，从控制部120接受控制输出，产生使活塞128向压力缸122的加压方向移动的驱动力、和使活塞128向压力缸122的减压方向移动的驱动力。弹簧130相对于加压方向的驱动力被压缩而产生抵抗力，在减压方向的驱动力作用下压缩被解除。即，弹簧130被压缩时的抵抗力经由活塞1 而作为压力传递给压力缸 122内的加压介质。箭头m表示弹簧130的压缩量，箭头η表示活塞128的移动量。加压驱动部132具备步进马达等驱动装置，使弹簧130压缩。通过具备弹簧130，马达等的动作范围扩大，容易控制压力，精度也提高。也可以代替该弹簧130而使用能够进行输出调节的伺服马达等进行加压驱动部132的输出调节，调节活塞128的推压力。关于该弹簧130，由于其压缩量与压缩力、即传递给流体的压力成比例，所以容易控制压力。在以血压水平的较低的压力进行加压循环培养的情况下，将在尺寸上有互换性的最大测量压力较低的压力传感器和在尺寸上有互换性的弹簧常数较小的弹簧成组更换。 例如将满刻度为1〔MPa〕的压力传感器134变更为100〔kPa〕的传感器，将弹簧变更为弹簧常数为1/10的弹簧。在此情况下，只要使显示值的读值设为1/10就可以(例如，0. 5 (MPa) 的显示改读为50〔kPa〕)。或者，也可以从输入部142输入正在使用低压用零件的情况、通过对应于此的运算程序显示正确的压力显示。也可以使用能够进行转矩调节的伺服马达， 做成将弹簧省去的结构。在压力缸122上设置有已述的压力传感器134，将其检测压力值传递给控制部 120。压力传感器134感应压力缸122内的压力。在静止流体中，由于在连续的地方的哪里压力都相等，所以压力缸122的压力与培养腔室部7内的压力相等，通过压力缸122的压力计测，能够不与培养液14接触而间接地得知培养腔室部7内的压力。压力传感器134只要根据施加的压力选择就可以。在相邻于压力缸122的位置处设置有加压配管部135，在该加压配管部135的一个端口部136连接着加压配管10B，在另一个端口部138连接着软管40。控制部120从驱动电源140供电，并且从输入部142输入(动作)设定值，产生已述的加压驱动部132的控制输出，并且产生相对于截止阀驱动部18A、18B、18C的控制输出。 即，控制部120是按照设定输入一边感应压力一边控制运转的机构。设想在该实施方式的压力发生器部9中并列设置多个培养部4的情况，能够产生相对于多个截止阀驱动部18A、 18BU8C的控制输出。该控制部120中从输入部142施加设定输入，此外，能够得到相对于显示部M的显示输出。从输入部142输入例如压力的强度、压力的周期、培养液的循环量等设定信息。在显示部M上显示输入值及加压动作中的压力值等输入输出信息。控制部120例如图7所示，具备CPU (Central Processing Unit )144、输入输出部(1/0)146、存储部148、和计时器部149。CPU144通过OS (Operating System)及培养程序的执行，进行用于培养处理的各种功能部的控制及数据的读取及读出。1/0146用于来自输入部142的输入数据的取入、及相对于显示部M的显示数据的输出等。存储部148是程序及数据等的记录介质，具备程序存储部150、数据存储部152、 和RAM (Random 一 Access Memory) 154。程序存储部150由记录介质构成，在该程序存储部150中，除了 OS以外，还保存有培养程序、加压循环培养控制程序等的固件及各种应用软件。RAMlM用于程序处理。此外，计时器部149是计时机构的一例，在加压动作中的经过时间的计测、及用来计算每单位时间的加压动作的时间计测等中使用。接着，关于培养处理参照图8。图8是表示主程序的处理次序的流程图。在该培养处理的主程序中，如图8所示，通过电源的接通执行初始设定(步骤 S11)。该初始设定进行控制部120的1/0146的初始化及各种初始值的设置等。如果初始设定完成，则进行有无动作设定的判断(步骤S12)。在该动作设定中，判断有无由输入部142进行动作设定的模式的选择，在进行动作设定的情况下(步骤S12的 “是”)，能够进行各种设定的变更(步骤S13)。在能够设定或变更的项目中，包括最高压力 (Pmax)、最高压力持续时间(Pmax时间)、最低压力(Riiin)、最低压力持续时间(Riiin时间)、 加压运转时的Pmax和Rnin的重复次数(加压运转内循环数)、加压运转和送液动作的重复次数(加压、送液循环数)、送液量的设定等。最高压力(Pmax)是从压力发生器部9对培养腔室部7施加的最大压力，最高压力持续时间(Pmax时间)是其持续时间。最低压力(Rnin)是从压力发生器部9对培养腔室部 7施加的最小压力，最低压力持续时间(Riiin时间)是其持续时间。加压运转时的Pmax和 Pmin的重复次数(加压运转内循环数)表示加压运转时的压力变化的次数。加压运转和送液动作的重复次数(加压、送液循环数)表示每单位时间的次数。此外，送液量是循环到培养腔室部7中的培养液14的每1次的送液量。如果完成该动作设定，则回到步骤S12，再次进行动作设定的判断(步骤S12)。如果没有动作设定(步骤S12的“否”)，则判断运转开始的指示(步骤S14)。如果从输入部142 指示运转开始(步骤S14的“是”)，则进行压力的0调整(步骤S15)。在0调整的完成后，转移到加压运转(步骤S16)，进行送液动作(步骤S17)。交替地进行加压运转和送液动作，监视加压、送液循环是否结束(步骤S18)。此外，也可以在加压、 送液循环的中途进行压力的0调整。在该步骤S18中，判断加压、送液循环数是否达到了规定数，如果使加压运转和送液动作持续直到达到规定数，则在加压、送液循环数达到规定数的情况下(步骤S18的“是”)，回到步骤S12。加压、送液循环的结束也可以代替步骤S18而由使用者进行运转停止。接着，关于压力的0调整参照图9及图10。图9是表示压力的0调整的处理次序的流程图，图10是表示0调动作的图。该处理次序是主程序的步骤S15 (图8)的处理次序。在该处理次序中，如图10所示，在截止阀部72的开放状态下，将施加在被培养物62上的压力作为基准压力I^ref，将其设为I^ref =O0所以，将该截止阀部72开放(步骤S151 )，驱动加压驱动部132而使活塞1 作为规定位置而成为0调位置(步骤S152)。在该时点，也可以用注射器44将加压配管10A、 IOB中的加压介质34调整成压力传递膜104成为水平或大致水平。进行这样的调整，判断压力传感器Π4的值是否稳定(步骤S153)。如果压力传感器134的压力稳定(步骤S153的 “是”)，则将此时的压力传感器134的压力值作为基准压力Pref，设为I^ref =0而存储，将截止阀部72关闭(步骤S1M)，回到主程序中。接着，关于加压运转参照图11、图12及图13。图11是表示加压运转的处理次序的流程图，图12是表示最高压力的加压动作的图，图13是表示最低压力的加压动作的图。该处理次序是主程序的步骤S16 (图8)的处理次序。在该加压运转的处理次序中，如图12所示，将截止阀部72关闭(步骤S161)，作为压力传感器134的检测值的目标值而设置加压的最高压力(Pmax)(步骤S162)。通过加压运转的开始，由压力传感器134监视压力(步骤S163)。如果压力传感器 134的检测值比作为目标值的最高压力(Pmax)小(步骤S163的“是”)，则通过加压驱动部 132将活塞128向加压方向驱动(步骤S164)。如果压力传感器134的检测值不比目标值(Pmax)小(步骤S163的“否”)，则判断压力传感器134的检测值是否比目标值大(步骤S165)。如果压力传感器134的检测值比目标值大(步骤S165的“是”)，则通过加压驱动部132将活塞128向减压方向驱动(步骤S166)。 此外，如果压力传感器134的检测值不比目标值大(步骤S165的“否”)，则通过加压驱动部 132将活塞128的驱动停止(步骤S167)。监视最高压力持续时间(Pmax时间)的经过(步骤S168)，控制成压力传感器134的检测值维持为最高压力(Pmax)(步骤S169)。如果经过最高压力持续时间(Pmax时间)(步骤S168的“是”)，则对压力传感器134 的检测值的目标值设置加压的最低压力(Riiin)(步骤S169)。在该最低压力的设定后，通过压力传感器134监视该压力(步骤S170)。如图13所示，如果压力传感器134的检测值比作为目标值的最低压力(Rnin)小(步骤S170的“是”S)， 则通过加压驱动部132将活塞128向加压方向驱动(步骤S171)。如果压力传感器134的检测值不比目标值(Rnin)小(步骤S170的“否”)，则判断压力传感器134的检测值是否比目标值大(步骤S172)。如果压力传感器134的检测值比目标值大(步骤S172的“是”)，通过加压驱动部132将活塞128向减压方向驱动(步骤S173)。 此外，如果压力传感器134的检测值不比目标值大(步骤S172的“否”)，则通过加压驱动部 132将活塞128的驱动停止(步骤S174)。监视最低压力持续时间(Riiin时间)的经过(步骤S175)，控制成压力传感器134的检测值维持为最低压力(Riiin)(步骤S175)。监视加压动作是否达到规定次数(步骤S176)。即，重复加压动作直到成为加压运转时的Pmax和Rnin的重复次数(加压运转内循环数)，在达到规定次数(步骤S176的“是”) 后，将活塞128的位置移动到进行0调的位置(步骤S177)，结束该处理。另外，在该实施方式中，在加压及减压时监视每次压力值，但也可以连续地进行加压和减压、定期地进行压力的监视，此外，加压方法并不限定于上述实施方式的样式。接着，关于送液动作参照图14、图15及图16。图14是表示送液处理的处理次序的流程图，图15是表示培养液的压出状态的图，图16是表示培养液的吸入状态的图。该处理次序是主程序的步骤S17 (图8)的处理次序。该送液动作相对于进行送液的培养回路30在将截止阀部72打开的状态下通过由活塞1 的往复动作进行的加压及减压来实现培养液14的送液。S卩，活塞128的往复动作通过以活塞0调位置为基准仅压入规定量L、再次回到0调位置的控制来实现。由此，通过第1阀的开放状态及第2阀的封闭状态，将培养液14用外部压力吸入到收容部及压力传递部中。此外，通过第1阀的封闭状态及第2阀的开放状态，能够用外部压力使培养液14从收容部及压力传递部流出。
在该处理次序中，如图14所示，将截止阀部72维持为开状态(步骤S181)，进行活塞128的往复动作。在该往复动作中，如图15所示，通过将活塞1 仅移动规定量L(步骤 S182)，将加压介质34压出，由此，截止阀部72打开的培养回路30的压力传递膜104如虚线所示那样向压力传递空间部94 一侧膨胀突出。培养液14仅从截止阀部72压出该突出量的容积。培养液14由于有作为第1阀的止回阀98，所以不会倒流。此外，如图16所示，如果使活塞1 回到0调位置(步骤S183)，则隆出到压力传递空间部94中的压力传递膜104如虚线所示那样回到原来的位置，培养液14仅从止回阀98 一侧进入到压力传递空间部94中该返回的容积。在此情况下，作为第2阀的止回阀70阻止培养液14的流出，但在没有设置止回阀70的情况下，只要将截止阀部72关闭就可以。重复活塞128的往复运动直到规定的送液结束，判断规定量的送液是否完成(步骤S184)，当规定量的送液完成时，结束该处理，回到主程序(图8)。另外，培养液14的送液量只要由输入部142任意地设定就可以，此外，也可以根据培养回路30而变化。接着，关于加压运转及送液运转参照图17及图18。图17是表示加压运转时的弹簧的伸缩及压力的图，图18是表示送液运转时的活塞的进退及压力的图。在加压运转时，如图17的A所示，活塞1 重复从0调位置前进到最高压力位置并仅维持规定时间、通过其时间经过而从最高压力位置后退到最低压力位置并仅维持规定时间、通过其时间经过而从最低压力位置朝向最高压力位置前进的进退移动。通过该活塞128 的进退，如图17的B所示，通过加压介质34对培养液14从0调位置或最低压力(Rnin)转移到最高压力(Pmax)而维持最高压力(Pmax)后，从最高压力(Pmax)下降到最低压力(Riiin)， 将最低压力(Pmin)仅维持规定时间，这样的最高压力和最低压力交替地作用。该压力变动通过培养液14相对于被培养物62作用。此时，液量发生对应于活塞128的移动量的变动。 另外，在图17中，TPmax是自从最低压力或0调位置向最高压力上升的时点起至持续最高压力的时间、从最高压力向最低压力切换的时点为止的时间，TPmin是自从最高压力向最低压力下降的时点起至持续最低压力的时间、从最低压力向最高压力上升的时点为止的时间。此外，在送液运转时，如图18的A所示，使活塞1 在规定量L的位置和0调位置之间交替重复地进退移动，相对于该活塞1 的进退，由于截止阀部72是打开的，所以如图 18的B所示，培养液14的压力基本上为0。相对于压力传递膜104相对于该活塞128的进退移动的前后运动，容积的变动产生培养液14的压出和吸入，在培养腔室部7中发生培养液14的送液。〔第3实施方式〕
第3实施方式公开了与上述实施方式不同的加压配管的结构。在第1及第2实施方式中，由多个加压配管10AU0B构成，但也可以由单一的加压配管IOA构成。该加压循环培养装置2C如图19所示，做成了用单一的加压配管IOA连结培养部 4与压力发生器部9、在连接着加压配管IOB的端口部156上经由已述的软管40连接注射器44、在软管40的中途部具备加压水堵塞阀36的结构。通过这样的结构，也能够与上述实施方式同样进行加压动作及送液动作。在图19 中，对于与图2相同的部分赋予相同的附图标记而省略其说明。〔第4实施方式〕第4实施方式同时设置多个加压循环培养装置，构成能够进行多培养的加压循环培养系统。关于该第4实施方式参照图20。图20是表示有关第4实施方式的加压循环培养系统的一例的图。在图20中，对于与图2相同的部分赋予相同的附图标记。在该加压循环培养系统200A中，作为加压循环培养装置，通过3组培养部4A、4B、 4C构成培养回路30A、30B、30C、并且相对于这些培养回路30A 30C用单一的压力发生器部9进行加压、送液。所以，做成使用配管160、162将培养部4A 4C串联、并且在串联的培养部4A — 侧连接加压配管10A、在培养部4C 一侧连接加压配管10B、用单一的压力发生器部9进行加压及送液的结构。在此情况下，相对于压力发生器部9的1台能够将多组培养腔室部7与压力传递部8连接。具有多组培养部的加压回路52由连接到压力发生器部9的供水部上的软管48、 加压水堵塞阀38、压力缸122、加压配管10A、串联连接的3个培养部4A 4C、加压配管10B、 压力发生器部9的排水部的加压水堵塞阀36、软管40形成。并且，各培养腔室部7形成分别独立的培养回路30A、30B、30C。各截止阀驱动用配线32连接到与压力发生器部9的3个各自的输出端子164相对应的截止阀驱动部18A、18B、18C (图6)上，只要分别进行截止阀部72A、72B、72C的开闭就可以。各培养回路30A 30C是独立的回路，所以能够按照培养回路30A 30C对细胞、培养液、连接体、成长因子等赋予差异而同时培养。此外，压力的强度及样式在3个回路中都能够施加相同的压力。在培养液14的循环动作中，为了避免在流到培养回路30A、30B、30C中的培养液量中发生不均勻，只要1个个回路流过就可以。也可以由控制部120进行各培养回路30A、30B、 30C的培养液14的流量设定，通过与其对应的控制，能够分别流过各培养回路30A、30B、30C
的流量。根据这样的结构，同时设置多个培养腔室部7、分别收容不同的被培养物62，既可以同时在多个条件下培养，也可以在在相同条件下培养，处理的主程序(图8)是已述那样的。接着，关于该加压循环培养系统200A的送液处理参照图21。图21是表示送液处理的处理次序的流程图。该处理次序如已述那样，是具备培养回路30A、30B、30C的情况下的处理次序。在多个培养回路30A、30B、30C的送液中，相对于各培养回路30A、30B、30C设定顺序而进行送液动作。作为送液的对象的培养回路30A、30B、30C的某1个在将作为其对象的截止阀部 72A、72B、72C的某个打开的状态下进行活塞128的往复动作，进行培养液14的送液。在此情况下，活塞128的往复动作通过以活塞128的0调位置为基准仅压入规定量L、再回到0 调位置的控制来实现。所以，在该处理次序中，如果设为以培养回路30A、30B、30C的顺序进行送液动作， 则将截止阀部72A打开、将其他截止阀部72B、72C关闭(步骤S201 )，进行活塞1 的往复动作(步骤S202)，接着，将截止阀部72B打开、将其他截止阀部72C、72A关闭(步骤S203)，进行活塞128的往复动作(步骤S204)，接着，将截止阀部72C打开、将其他截止阀部72A、72B 关闭(步骤S205)，进行活塞128的往复动作(步骤S206)，回到主程序(图8)。
在该处理次序中，在活塞128的往复动作中，如图22所示，如果将活塞1 仅移动规定量L (步骤S211)，则将加压介质34压出，截止阀部72A打开的培养回路30A的压力传递膜104相应地隆出到压力传递空间部94中。由此，将培养液14从截止阀部72A压出。止回阀98阻止培养液14的倒流。如果使活塞128回到0调位置(步骤S212)，则隆出到压力传递空间部94 一侧的压力传递膜104向原来的位置返回，培养液14相应地从止回阀98 — 侧向压力传递空间部94进入。由于在截止阀部72A—侧有止回阀70，所以不会流出。重复该往复运动直到规定的送液结束(步骤S213)，将规定量的培养液14送液。针对截止阀部72A说明了该活塞1 的往复动作产生的送液，但针对截止阀部72B 一侧的培养回路30B、截止阀部72C —侧的培养回路30C也是同样的。〔第5实施方式〕
第5实施方式公开了不同的加压配管的结构。在第4实施方式中，由多个加压配管10A、 IOB构成，但也可以由单一的加压配管IOA构成。在该加压循环培养系统200B中，如图23所示，与第3实施方式(图19)同样，也可以做成用单一的加压配管IOA连结培养部4与压力发生器部9、在连接着加压配管IOB的端口部156上经由已述的管40连接注射器44、在管40的中途部具备加压水堵塞阀36的结构。通过这样的结构也能够与上述实施方式同样进行加压动作及送液动作。在图23 中，对于与图2相同的部分赋予相同的附图标记而省略其说明。〔上述实施方式的特征事项及其他实施方式〕
(1)能够在保持培养部4的密闭性的同时、将培养部4与压力发生器部9分离。(2)通过截止阀部72 (72A、72B、72C)的开闭和压力发生器部9的加压动作，能够进行培养液14的相对于被培养物62的加压、和培养液14的送液。(3)培养部4及压力发生器部9的驱动控制能够在1处进行。(4)与以往的装置相比使构造简单化，所以容易处理，能够降低装置自身的成本。(5)能够进行多个培养部的连接，此外能够相对于各培养部进行相同的加压动作。(6)能够利用已有的恒温箱、进行温度、气体浓度等的环境设定。(7)在处理细胞等的实验中，即使使用相同的细胞，如果实验开始时间等不同，则有不能取得再现性的情况，在此情况下，也能够临时设定各种的条件而进行培养实验，也能够得到可靠性较高的结果。因而，能够减少实验次数，实现培养成本的降低。即，能够通过 1个培养系统同时进行比较实验及多个种类的细胞培养实验的比较等。(8)能够同时培养多个培养系统，在同时进行多个培养的情况下，必须维持无菌的部分仅是培养回路30就可以，能够与不需要无菌的加压回路52分离，并且是简单的构造。(9)压力传递空间部94与被培养物62的收容空间部64相邻，用有柔性的膜状的压力传递膜104分隔，在压力传递膜104的外侧连接着压力传递部，构成少量的加压介质空间部108，将它们设置在培养部主体6上，实现了构造的简单化。(10)形成封闭系统的密闭回路，安全性较高，培养时的周围环境不要求高度的清洁度。能够实现简单而高精度的培养。(11)也可以将培养部主体6取出到恒温箱12外而进行显微镜观察，也可以在恒温箱12内放入显微镜而远程观察。由于培养系统是封闭系统，所以培养液14的蒸发较少，如果不持续长期，即使不加湿也没有问题，所以不会给显微镜带来不良影响。(12)培养部主体6分别形成单独的培养回路30，与压力传递部8连结。压力传递膜104用有柔性的膜将加压介质34与培养液14隔绝，但由于压力几乎没有阻力地传递，所以压力的传递效率较好，压力损失较少。(13)能够由1台的压力发生器部9 (母机)进行多个培养部主体6 (子机)内的培养。能够通过截止阀部72的开闭切换加压及培养液循环，能够用1个装置兼具备加压和循环的两个功能。(14)通过将配管和配线穿通到恒温箱12的主体和门的接缝中，所以容易将培养部4设置到恒温箱12中。并且，在培养部4向恒温箱12设置时，由于贯通部22被密封，所以能够保持恒温箱12的气密性。(15)通过使用的弹簧130和压力传感器134能够选择压力的范围，能够容易地进行高、低的压力的切换。(16)通过将截止阀部72打开而将内部的压力向大气压开放，能够以该压力为基准而将压力传感器134校准。在此情况下，将压力传感器134的相对压力校准为“0” (大气压)。即使培养液积存部26的高度上下变动，即使压力传递膜104受到张力，也能够将作为大气压的培养腔室部7内控制为压力“0”。(17)只要做成每一定时间检查压力、在不能调节的情况下发出警报的结构就可以。(18)在使用多个培养回路30的情况下，送液只要按照每个回路依次进行就可以， 但也可以一次依次进行多个回路，也可以根据送液的次序而1个个回路进行送液。(19)在送液后，有培养液14的更换，所以只要在该时点也进行压力的校准，就能够始终以正确的压力进行加压实验。(20)培养腔室部7及培养回路30由于保持封闭系统而是安全的，只要仅在将被培养物62取出时为清洁环境就可以。(21)在上述实施方式中，在图3中对贯通部22进行了例示，但为了将门衬56的密封进一步强化，如图对所示，也可以做成设置密封部202、使加压配管10A、10B、截止阀驱动用配线32贯通到该密封部202中的结构。如以上所说明的那样，对本发明的最优选的实施方式等进行了说明，但本发明并不限定于上述记载，本领域的技术人员当然可以基于权利要求书中记载、或说明书中公开的发明的主旨而进行各种变形及变更，这样的变形及变更当然包含在本发明的范围中。本发明的加压循环培养装置及加压循环培养系统能够简单化的结构实现相对于被培养物的加压刺激和培养液的送液用，并且能够广泛地用在精度较高的培养实验及组织培养中，具有实用性。
权利要求
1.一种加压循环培养装置，其特征在于，具备收容部，积存培养液，并且收容被培养物；压力传递部，与上述收容部连通，使外部压力向上述培养液传递；以及培养液循环路，经由上述压力传递部连接在上述收容部上， 使上述培养液通过上述压力传递部循环到上述收容部中；使外部压力经由上述压力传递部作用在上述培养液上，能够进行相对于处于上述收容部中的上述被培养物的加压、和上述收容部的上述培养液的循环。
2.如权利要求1所述的加压循环培养装置，其特征在于，还具备经由加压回路连接在上述压力传递部上的压力发生源，将由该压力发生源产生的上述外部压力通过上述加压回路向上述压力传递部供给。
3.如权利要求1或2所述的加压循环培养装置，其特征在于，还具备第1阀，设置在上述培养液循环路上中，在上述压力传递部的上游侧将上述培养液的循环封闭；以及第2阀，设置在上述培养液循环路中，在上述收容部的下游侧将上述培养液的循环封闭；上述收容部的上述被培养物通过上述培养液承受作用在上述压力传递部上的外部压力；此外，上述收容部及上述压力传递部的上述培养液在上述第1阀的开放状态及上述第 2阀的封闭状态下因外部压力而被吸入上述收容部及上述压力传递部中，在上述第1阀的封闭状态及上述第2阀的开放状态下因外部压力而从上述收容部及上述压力传递部流出。
4.如权利要求1、2或3所述的加压循环培养装置，其特征在于，具备培养主体部，在该培养主体部中具备上述收容部和上述压力传递部。
5.如权利要求1、2或3所述的加压循环培养装置，其特征在于，上述压力传递部具备积存上述培养液的培养液积存部，和经由压力传递膜设置在该培养液积存部上、使外部压力作用的外部压力作用部，通过外部压力使上述压力传递膜进退， 对上述培养液传递外部压力。
6.一种加压循环培养系统，其特征在于，具备多个培养单元和加压驱动部，该培养单元具备收容部，积存培养液，并且收容被培养物；压力传递部，与上述收容部连通，使外部压力向上述培养液传递；以及培养液循环路，经由上述压力传递部连接在上述收容部上，使上述培养液通过上述压力传递部循环到上述收容部中，该加压驱动部产生对这些培养单元的上述压力传递部施加的外部压力；使上述加压驱动部产生的上述外部压力经由上述压力传递部作用在上述培养液上，能够进行相对于处于各培养单元的上述收容部中的上述被培养物的加压、和上述收容部的上述培养液的循环。
7.如权利要求6所述的加压循环培养系统，其特征在于，还具备第1阀，设置在上述培养液循环路中，在上述压力传递部的上游侧将上述培养液的循环封闭；以及第2阀，设置在上述培养液循环路中，在上述收容部的下游侧将上述培养液的循环封闭；上述收容部的上述被培养物通过上述培养液承受作用在上述压力传递部上的外部压力；此外，上述收容部及上述压力传递部的上述培养液在上述第1阀的开放状态及上述第2阀的封闭状态下因外部压力而被吸入上述收容部及上述压力传递部中，在上述第1阀的封闭状态及上述第2阀的开放状态下因外部压力而从上述收容部及上述压力传递部流出。
8.如权利要求6或7所述的加压循环培养系统，其特征在于，具备培养主体部，在该培养主体部中具备上述收容部和上述压力传递部。
9.如权利要求6、7或8所述的加压循环培养系统，其特征在于，上述压力传递部具备积存上述培养液的培养液积存部，和经由压力传递膜设置在该培养液积存部上、使外部压力作用的外部压力作用部，通过外部压力使上述压力传递膜进退， 对上述培养液传递外部压力。
全文摘要
一种具备收容部(培养腔室部(7))、压力传递部(8)、和培养液循环路(培养回路(30))的加压循环培养装置。收容部是积存培养液(14)并收容被培养物(62)的机构。压力传递部是与上述收容部连通、使外部压力向上述培养液传递的机构。培养液循环路经由上述压力传递部连接在上述收容部上，是使上述培养液通过上述压力传递部循环到上述收容部中的机构。具备这样的结构，使外部压力经由上述压力传递部作用在上述培养液上，能够进行相对于处于上述收容部中的上述被培养物的加压、和上述收容部的上述培养液的循环。
文档编号C12M3/00GK102575217SQ20108004397
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月9日
发明者佐藤光治, 木之内伊吹, 村田利己, 渡边节雄, 高井秀忠 申请人:目的株式会社