特許 6333842 細胞培養装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6333842

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】細胞培養装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20180521BHJP

【ＦＩ】

   C12M1/00 C

【請求項の数】12

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2015-546319(P2015-546319)

(86)(22)【出願日】2014年9月2日

(86)【国際出願番号】JP2014073073

(87)【国際公開番号】WO2015068450

(87)【国際公開日】20150514

【審査請求日】2016年4月5日

(31)【優先権主張番号】特願2013-231257(P2013-231257)

(32)【優先日】2013年11月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】島瀬 明大

(72)【発明者】

【氏名】今井 一成

(72)【発明者】

【氏名】高田 英一郎

(72)【発明者】

【氏名】麻生 定光

【審査官】 濱田 光浩

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１４３３０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６０−０９３３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４８３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７４８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７７２５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１２Ｍ １／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

ＷＰＩＤＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の導入口と排出口とを持つ密閉系の培養容器が複数あり、前記複数の培養容器が並列に接続され、１つの閉鎖培養系が形成されている細胞培養装置であって、
前記複数の各培養容器に接続された複数の流路を切替える１つの流路切替え機構を有し、
前記流路切替え機構は、前記各培養容器に分岐して接続された各々の個別流路のうち、１つの個別流路の流路抵抗を、残りの個別流路の流路抵抗よりも小さくし、１つの流路切替え部材を前記閉鎖培養系内に配置し、前記流路切替え部材の向きおよび位置の少なくとも一方を変えることで、流路抵抗の小さな個別流路を形成し、
前記複数の流路は、１つの上流側共通流路から分岐し、前記各培養容器の導入口に接続され、
前記流路切替え部材は、少なくとも１つの接続用流路を有し、前記上流側共通流路と前記複数の流路との分岐部に配置され、
前記細胞培養装置は、前記複数の流路のうち所望の流路と前記上流側共通流路とを前記接続用流路を介して連通を可能とし、前記接続用流路を前記所望の流路と連通するように前記流路切替え部材を移動させる制御機構を有し、
前記複数の流路は、前記各培養容器の排出口から１つの下流側共通流路へ合流し、
前記上流側共通流路は、培地が収容された１つの供給バッグと接続し、
前記下流側共通流路は、使用後の培地を回収するための１つの回収バッグと接続する、
細胞培養装置。

【請求項2】

流体の導入口と排出口とを持つ密閉系の培養容器が複数あり、前記複数の培養容器が並列に接続され、１つの閉鎖培養系が形成されている細胞培養装置であって、
前記複数の各培養容器に接続された複数の流路を切替える１つの流路切替え機構を有し、
前記流路切替え機構は、前記各培養容器に分岐して接続された各々の個別流路のうち、１つの個別流路の流路抵抗を、残りの個別流路の流路抵抗よりも小さくし、１つの流路切替え部材を前記閉鎖培養系内に配置し、前記流路切替え部材の向きおよび位置の少なくとも一方を変えることで、流路抵抗の小さな個別流路を形成し、
前記複数の流路は、前記各培養容器の排出口から１つの下流側共通流路へ合流し、
前記流路切替え部材は、少なくとも１つの接続用流路を有し、前記下流側共通流路と前記複数の流路との合流部に配置され、
前記細胞培養装置は、合流前の複数の流路のうち所望の流路と前記下流側共通流路とを前記接続用流路を介して連通を可能とし、前記接続用流路を前記所望の流路と連通するように前記流路切替え部材を移動させる制御機構を有し、
前記複数の流路は、１つの上流側共通流路から分岐し、前記各培養容器の導入口に接続され、
前記上流側共通流路は、培地が収容された１つの供給バッグと接続し、
前記下流側共通流路は、使用後の培地を回収するための１つの回収バッグと接続する、
細胞培養装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材が配置される前記分岐部または前記合流部の空間は、前記流路切替え部材より大きい、細胞培養装置。

【請求項4】

請求項１または２記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材は、その一部または全体に弾性を備え、収縮させた状態で前記分岐部または前記合流部に配置される、細胞培養装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記接続用流路の構造は、管構造、溝構造、またはその両方である、細胞培養装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記制御機構は、前記流路切替え部材を回転駆動させ、前記接続用流路と前記所望の流路とを連通させる、細胞培養装置。

【請求項7】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記制御機構は、前記流路切替え部材を所定の一方向に往復運動させ、前記接続用流路と前記所望の流路とを連通させる、細胞培養装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材は、固定された第１の磁性体を有し、
前記制御機構は、第２の磁性体を備え、前記第２の磁性体を移動させることで、前記第１の磁性体を介して、前記流路切替え部材の移動を制御する、細胞培養装置。

【請求項9】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材が配置される前記分岐部または前記合流部の少なくとも一部に、変形可能な介在部分を備え、前記介在部分を介して前記流路切替え部材に力を伝達し、前記流路切替え部材の移動を制御する、細胞培養装置。

【請求項10】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材の一部は、前記閉鎖培養系の外部に露出し、その外部露出部分と前記閉鎖培養系の内部との境界に封止部材が設けられた、細胞培養装置。

【請求項11】

請求項１０記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材内の前記接続用流路の一端が、前記外部露出部分に出て共通流路を兼ねる、細胞培養装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材は、複数の接続用流路を持ち、複数の共通流路の切替えを行う、細胞培養装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、培養容器を用いて細胞を培養する細胞培養装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、細胞培養の作業は、限りなく除菌されたクリーンルームの中で、厳格な製造工程の下で、熟練された作業者の手作業により行われていた。そのため、細胞を大量に培養する場合、多大な人手コスト、設備コストを必要とし、産業化の大きな壁となっていた。

【0003】

手作業による一連の培養操作をロボットによって自動化し、人手コストを削減することは可能である。しかし、培養容器の蓋を開けて培地交換するなど、培養容器内部を開放する動作があるため、外部からの汚染のリスクが除外できない。そのため、ロボットを含めたシステム全体を大規模なクリーンルーム内に設置する必要があり、設備コストの大きな削減は難しい。

【0004】

そこで、培地の入った液体バッグや培養容器などを接続して１つの密閉した系を形成し（以下、閉鎖培養系と記述する）、この閉鎖培養系の内部で培地交換などを行うことで、細胞を培養するシステムが提案されている。例えば、特開２０１１−１４２８３７号公報（特許文献１）にその一例が記載されている。これにより、外部からの汚染のリスクが除外できるから、システム設置場所の清浄度は必要最低限に保てばよく、設備コストの大幅な削減が可能となる。

【0005】

また、例えば、特開２００９−１２５０２７号公報（特許文献２）では、複数の培養容器を持つ閉鎖培養系における、送液制御の方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１１−１４２８３７号公報

【特許文献2】特開２００９−１２５０２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般的に、細胞培養において収量を増やすには、培養面積を増やすことを考える。その際、大きさの異なる培養容器を何十種類、何百種類と用意し、収量に応じて培養容器を使い分けてもよいが、不経済である。そこで、限られた数種類の大きさの培養容器を用意し、その個数を変えることで収量を変えるのが経済的である。このように、同一細胞を、その収量を増やすため、同時に複数個の培養容器で培養することは、日常的に行われる。その際に重要なことは、これらの培養結果の品質のばらつきがないことである。そのためには、複数の培養容器間で、培地交換などの培養操作を均等に行うことが重要となる。このことは、複数の培養容器を持つ閉鎖培養系においても当てはまる。

【0008】

複数の培養容器で１つの閉鎖培養系を形成するには、培養容器を直列に接続する方法と、並列に接続する方法とが考えられる。

【0009】

直列に接続する方法の利点として、培地交換などの送液の制御が容易であることが挙げられる。分岐が無いため、液は順繰りではあるが各培養容器に確実に均等に行き渡る。しかし、直列接続の場合、上流から下流に下るにつれて液の質が劣化しやすいという課題がある。培養品質のばらつき最小化のためには、送液の量だけではなく、質の面での均等さも必要である。また、万一、上流で汚染が起きた場合、下流も全て汚染されるという課題もある。

【0010】

培養容器を並列に接続して、別々に送液するようにすれば、前記課題は解決できる。前述した特許文献２には、並列に接続した培養容器（セット）を、弁により切替えて送液する方法が記載されている。これにより、複数の培養容器に対する均質な送液が可能となるが、分岐毎に弁を持つことは、分岐の数を増した場合、そのまま弁の数が増え、コストの増加につながるという課題がある。

【0011】

そこで、本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その代表的な目的は、コストを抑えつつ、複数の培養容器間の均等・均質な送液を可能とする細胞培養装置を提供することにある。

【0012】

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0014】

すなわち、代表的な細胞培養装置は、流体の導入口と排出口とを持つ密閉系の培養容器が複数あり、前記複数の培養容器が並列に接続され、１つの閉鎖培養系が形成されている細胞培養装置である。前記細胞培養装置は、前記複数の各培養容器に接続された複数の流路を切替える１つの流路切替え機構を有する。

【0015】

より好ましくは、前記細胞培養装置において、前記流路切替え機構は、前記各培養容器に分岐して接続された各々の個別流路のうち、１つの個別流路の流路抵抗を、残りの個別流路の流路抵抗よりも小さくする。

【0016】

より好ましくは、前記細胞培養装置において、前記流路切替え機構は、１つの流路切替え部材を前記閉鎖培養系内に配置し、前記流路切替え部材の向きおよび位置の少なくとも一方を変えることで、流路抵抗の小さな個別流路を形成する。

【発明の効果】

【0017】

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

【0018】

すなわち、代表的な効果は、コストを抑えつつ、複数の培養容器間の均等・均質な送液を可能とする細胞培養装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態１における細胞培養装置の概要の一例を示す図である。

【図2】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構の構造の一例を示す図である。

【図3】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構の流路抵抗の一例を示す図である。

【図4】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図5】本発明の実施の形態１において、（ａ）〜（ｄ）は流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図6】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図7】本発明の実施の形態１において、（ａ）〜（ｄ）は流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図8】本発明の実施の形態１において、（ａ）〜（ｃ）は流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図9】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図10】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図11】本発明の実施の形態１において、流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図12】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え部材の切替え方法の一例を示す図である。

【図13】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え部材の切替え方法の変形例を示す図である。

【図14】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え部材の切替え方法の変形例を示す図である。

【図15】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え部材の切替え方法の変形例を示す図である。

【図16】本発明の実施の形態１において、（ａ）（ｂ）は流路切替え部材の切替え方法の変形例を示す図である。

【図17】本発明の実施の形態１において、細胞培養装置の概要の変形例を示す図である。

【図18】本発明の実施の形態２において、（ａ）〜（ｃ）は流路切替え機構の構造の一例および変形例を示す図である。

【図19】本発明の実施の形態２において、流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【図20】本発明の実施の形態３において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構を含めた一体型流路構成の一例を示す図である。

【図21】本発明の実施の形態３において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【図22】本発明の実施の形態３において、（ａ）〜（ｃ）は流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【図23】本発明の実施の形態３において、流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【図24】本発明の実施の形態３において、流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【図25】本発明の実施の形態３において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【図26】本発明の実施の形態３において、流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【図27】本発明の実施の形態３において、（ａ）（ｂ）は流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【図28】本発明の実施の形態４において、細胞培養装置を使用した細胞培養の概要の一例を示す図である。

【図29】本発明の実施の形態４において、（ａ）（ｂ）は細胞培養装置を使用した細胞培養における制御タイムチャートの一例を示す図である。

【図30】本発明の実施の形態４において、細胞培養装置を使用した細胞培養における制御タイムチャートの変形例を示す図である。

【図31】本発明の実施の形態４において、（ａ）（ｂ）は細胞培養装置を使用した細胞培養における送液の様子の一例を示す図である。

【図32】本発明の実施の形態４において、（ａ）（ｂ）は細胞培養装置を使用した細胞培養におけるカメラと培養容器の駆動制御の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

【0021】

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

【0022】

［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素の符号等を付して説明する。

【0023】

本実施の形態の代表的な細胞培養装置は、流体の導入口と排出口とを持つ密閉系の培養容器（培養容器１，３５，４１，４４）が複数あり、前記複数の培養容器が並列に接続され、１つの閉鎖培養系が形成されている細胞培養装置である。前記細胞培養装置は、前記複数の各培養容器に接続された複数の流路を切替える１つの流路切替え機構（流路切替え機構８，１９）を有する。

【0024】

より好ましくは、前記細胞培養装置において、前記流路切替え機構は、前記各培養容器に分岐して接続された各々の個別流路のうち、１つの個別流路の流路抵抗を、残りの個別流路の流路抵抗よりも小さくする。

【0025】

より好ましくは、前記細胞培養装置において、前記流路切替え機構は、１つの流路切替え部材（流路切替え部材９，１２，１３，２９，３７，３９）を前記閉鎖培養系内に配置し、前記流路切替え部材の向きおよび位置の少なくとも一方を変えることで、流路抵抗の小さな個別流路を形成する。

【0026】

以下、上述した実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、各実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0027】

また、各実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。

【0028】

［実施の形態１］
本実施の形態における細胞培養装置について、図１〜図１７を用いて説明する。本実施の形態における細胞培養装置は、密閉系の複数の培養容器が並列に接続され、１つの閉鎖培養系が形成されている細胞培養装置の例である。

【0029】

〈細胞培養装置〉
図１は、本実施の形態における細胞培養装置の概要の一例を示す図である。

【0030】

本実施の形態における細胞培養装置は、培養容器１と、培地などが収容された供給バッグ２と、使用後の培地などを回収する回収バッグ３と、流路切替え機構８とを有する。本細胞培養装置において、培養容器１と供給バッグ２と回収バッグ３とが、流路を介して接続されている。培養容器１は複数（図１では４個の例）あり、共通流路（上流側の共通流路４、下流側の共通流路７）から各培養容器１への分岐流路（上流側の分岐流路５、下流側の分岐流路６）で分岐されている。上流側の共通流路４から上流側の分岐流路５への分岐部分には、流路切替え機構８を持つ。このように、流路切替え機構８は、上流側の共通流路４と上流側の分岐流路５との分岐部に配置される。

【0031】

本実施の形態における細胞培養装置は、閉鎖培養系であるため、液体の駆動力は系の外から与える必要がある。その手段の一例として、弾性を有したチューブを外側からしごいて送液する、しごきポンプがある。しごきポンプを使用しての送液が可能となるように、共通流路の少なくとも一部は弾性を有するのがよい。しごきポンプの架設は、上流側の共通流路４でも、下流側の共通流路７でも構わない。また、上流側の共通流路４と下流側の共通流路７の両方でも構わない。

【0032】

図示しないしごきポンプの駆動により、供給バッグ２内の流体は、培養容器１に移送される。その際、流路切替え機構８の切替え動作によって、流体は培養容器１を変えながら移送される。それに押し出されるように、元々培養容器１に入っていた流体は、回収バッグ３に送られる。

【0033】

〈流路切替え機構〉
図２は、前述した流路切替え機構の構造の一例を示す図である。図２において、（ａ）は複数の培養容器を含めた流路切替え機構の立体図、（ｂ）は流路切替え機構の側断面図である。

【0034】

流路切替え機構８は、流路切替え部材９と、それを格納する格納室１０から成る。この格納室１０には、上流側の共通流路４と共に、複数（図２では４つの例）の上流側の分岐流路５が繋合されている。全繋合流路を塞げば、この格納室１０は密閉された空間を成す。流路切替え部材９は、格納室１０内にあって、内部に１つの接続用流路１１を持つ。この接続用流路１１は、流路切替え部材９の向きを変えることで、複数ある上流側の分岐流路５のうちの１つと相対することができ、このとき、上流側の共通流路４から任意の上流側の分岐流路５まで、流路切替え部材９を介して１つの流路となる。

【0035】

図２では、流路切替え部材９が円柱形をしている。円柱形の上面中心から下に延びる穴が、円柱形の側穴と交わり、流路切替え部材９に１つの流路を成す。格納室１０は、この円柱形の部材が納まるように円筒形状をしている。この中心軸上の、流路切替え部材９の上面穴にあたる位置に、上流側の共通流路４が繋合されている。また、格納室１０の側面の、流路切替え部材９の側穴にあたる高さに複数の上流側の分岐流路５が、繋合されている。流路切替え部材９を中心軸回りに回転させることで、接続用流路１１を任意の上流側の分岐流路５に相対させることができる。このようにして、流路切替え機構８は、閉じた系の内部で流路切替えを行っている。

【0036】

なお、図２において、上下は逆であってもよい。

【0037】

複数の培養容器１が並列に接続され、切替えてこれらに送液する閉鎖培養系において、たとえ所望しない分岐に液の一部が流出したとしても、それは元々流すつもりのものであるから、培養品質に影響するわけではない。そのため、各培養容器１への均質な送液という目的からすると、送液を所望しない分岐を、必ずしも完全に閉塞するのではなく、送液を所望する分岐との間で流路抵抗に差をつけ、流れにくくすればよい。

【0038】

そこで、流路切替え部材９の大きさは、格納室１０よりわずかに小さく、隙間を持って格納室１０に入る大きさとするとよい。流路切替え部材９と格納室１０との間に成すわずかな隙間から、所望しない分岐へ送液が流出しうるが、たとえ流出したとしても、前述のように品質上問題とならない。また、実際には、細胞の定着性の観点から、送液速度を上げることはあまり好ましくなく、送液圧力を大きくかけないから、ある程度、流路抵抗が大きければ、流出はほとんど起きない。

【0039】

本実施の形態の流路切替え機構８を模式的に描くと、図３のようになる。図３は、流路切替え機構の流路抵抗の一例を示す図である。図３において、（ａ）は流路切替え機構の流路抵抗の模式図、（ｂ）は等価回路図である。２つに分岐する流路において、分岐後の流路抵抗をｒ１、ｒ２とし（ここで、分岐後の流路抵抗は均等であることが望ましいから、ｒ１≒ｒ２）、流路切替え部材９にある接続用流路１１の流路抵抗をｒ、流路切替え部材９と格納室１０に成すわずかな隙間からできる経路の流路抵抗をＲとする。

【0040】

（ｒ１＋ｒ）＜＜（ｒ２＋Ｒ） ・・・ 式１
式１の関係であれば、Ｒ側にほとんど流れることはない。ｒ１およびｒ２はＲに比して十分小さいものとし、流路切替え機構８において、ｒ＜＜Ｒとなれば、上記の式１を満たす。

【0041】

本実施の形態の流路切替え機構８による流路切替え方法により、以下の効果がある。

【0042】

まず、流路切替え機構８の製造コストを下げることが可能である。所望外の分岐への送液流出をなくす、あるいは限りなく抑えるようにするためには、流路切替え部材９と格納室１０の嵌合に高い寸法精度が要求される。場合によっては機械加工を必要とし、極めて高コストとなる。流路切替え機構８を含めた本実施の形態における閉鎖培養系は、培養毎に滅菌処理して再利用してもよいが、コンタミネーションのリスクを下げるため、培養毎に使い捨てるのがよい。よって、製造コストは極めて重要となる。本実施の形態のように、多少の送液流出が許容できる場合は、嵌合寸法を緩くすることができる。一般的な成型品の成形寸法精度レベルでよいとなれば、大幅なコスト低減になる。

【0043】

もう１つの効果は、流路切替え部材９の向きを切替えるための力を、多く必要としない点である。本実施の形態の流路切替え方法では、流路切替え部材９と格納室１０は隙間嵌合であり、互いに強く接触していない。そのため、流路切替え部材９の向きを変えるのに大きな力を必要としない。これにより、流路切替え部材９を切替えるための機構・構造も簡単なものにできる。

【0044】

以下において、図４〜図１１に基づいて、流路切替え機構の構造の変形例について順に説明する。図４〜図１１はそれぞれ、流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【0045】

流路切替え機構において、所望外の送液流出は、培養品質には問題なくとも無駄にはなるため、可能な限り、流路切替え部材９と格納室１０の嵌合寸法をきつくすることが望ましい。あるいは、ヤング率の小さな材料を利用し、流路切替え部材９の大きさを、格納室１０より大きくしてもよい。図４（ａ）にその一例を示す。図４（ａ）において、流路切替え部材１２はゴムでできており、格納室１０の大きさに合わせて収縮、密着した状態で格納されている。所望外の分岐流路はゴムにより封止されるから、所望外の流出は発生しない。

【0046】

流路切替え部材１２が格納室１０に強く接触していると、流路切替え部材１２の向きを変えるのに大きな力を必要とするため、それを小さくする工夫があるとよい。例えば、摺動面の摩擦を減らすため、できるだけ接触面を少なくするとよい。テフロンのように、潤滑性の高い材料を使用することもよい。

【0047】

小ヤング率材料は、流路切替え部材と格納室の、どちらの側に適用してもよいし、両方でもよい。あるいは、部材全体ではなく一部に適用してもよい。図４（ｂ）にその一例を示す。図４（ｂ）において、流路切替え部材１３は、一般構造用材料の内側部材１３ａに、ゴム１３ｂがコーティングされており、ゴム１３ｂの部分で格納室１０と密着し、所望外の流出を抑制する。

【0048】

流路切替え部材９に形成する接続用流路は、管構造に限らず、溝のようなものでもよい。図５にその一例を示す。図５において、（ａ）は溝構造の接続用流路を持つ流路切替え部材の上面図、（ｂ）は格納部も含めた側断面図である。円柱形の流路切替え部材９の上面に中心近傍を含めて溝１４が形成されており、この部分が接続用流路となる。このような形状とすることで、流路切替え機構の縮小化が図れる。また、図５（ｃ）（ｄ）のように、流路切替え部材９の溝構造は、全体を切り欠くような溝１５であってもよい。図５において、（ｃ）は全体を切り欠いた溝を接続用流路として持つ流路切替え部材の上面図、（ｄ）は格納部も含めた側断面図である。

【0049】

また、繋合する分岐流路５は、格納室１０の側面ではなく、図６（ａ）のように下面に設けたり、また、図６（ｂ）のように共通流路４と同一面に設けたりすることも可能である。

【0050】

流路切替え部材の接続用流路は、送液するときに流路抵抗の小さい経路が１つできればよいのであって、本数は１本に限らず、複数本であってもよい。図７にその一例を示す。図７においては、３本の分岐流路５ａ，５ｂ，５ｃが流路切替え機構の格納室１０に繋合されている。例えば、図７（ａ）（ｂ）のように、３本の分岐流路５ａ，５ｂ，５ｃが格納室１０に１２０°間隔で繋合されている場合、接続用流路１１が１本だと、隣の分岐流路に切替えるのに１２０°、任意の位置から所望の分岐流路に相対させるのに最大１８０°の回転が必要である。一方、図７（ｃ）（ｄ）のように、接続用流路を分岐させて２本持てば（接続用流路１１ａ，１１ｂ）、隣の分岐流路に切り替えるのに６０°、任意の位置から所望の分岐流路に相対させるのに最大９０°の回転で可能である。このように、接続用流路１１ａ，１１ｂを複数持つことで、流路切替えに必要な回転移動量を少なくできる効果がある。

【0051】

回転により切替える流路切替え部材の場合、接続用流路を、その一端が回転の中心軸にかかるように持つと都合がよい。共通流路を回転中心軸上に配置すれば、流路切替え部材の回転が任意でも、必ず共通流路と接続用流路が相対するからである。

【0052】

一方、接続用流路の一端が、わざと回転中心軸にかからないような流路切替え部材であってもよい。図８にその一例を示す。図８（ａ）は、流路切替え部材９の接続用流路１１が、回転中心軸から偏心した位置にある。共通流路４もそれと同じ偏心位置にあるが、そのままだと流路切替え部材９の回転角度によっては連通し得ない。そこで、流路切替え部材９に、環状の溝１６を持たせ、この溝１６を通じて、分岐流路５まで連通させる。図８（ｂ）は、流路切替え部材９の上面図である。環状の溝１６は、流路切替え部材９側ではなく、図８（ｃ）のように、格納室１０側に持たせてもよい。

【0053】

このような構造とすることで、以下の効果が得られる。

【0054】

接続用流路の一端が回転中心軸にかかるようにした場合、接続用流路の本数は最大でも、円柱の上面と下面に関わる、２本のみである。しかし、回転中心軸にかからなくてもよければ、理論上無数の接続用流路を持つことができる。

【0055】

複数の接続用流路を持てると、１つの流路切替え部材９で、複数の共通流路の流路切替えが可能になる。図９にその一例を示す。図９は、１つの流路切替え部材で、２つの共通流路に対して流路切替えを行う例である。図９（ａ）において、流路切替え部材９には２つの接続用流路１１ｐ，１１ｑがあり、それぞれ環状の溝１６ｐ，１６ｑを持つ。格納室１０には、共通流路４ｐと４ｑが接続され、それぞれ、５ｐ１または５ｐ２、５ｑ１または５ｑ２の分岐流路に切替えることができる。２系統の液が混合しないよう、図９（ｂ）のように、２つの環状の溝の間にもう１つ環状の溝１７を設け、Ｏリング１８で仕切ってもよい。

【0056】

このような流路切替え部材を持つことで、図１０（ａ）のように、２つの流路切替え機構８ａ，８ｂを、図１０（ｂ）のように１つの流路切替え機構１９にまとめることができる。

【0057】

図１１は、図８（ｃ）の環状の溝の代替であって、格納室に入る前で共通流路を分岐している。この場合、格納室１０に繋合されるのは全て分岐流路５となるが、格納室１０に繋合される部分、つまり４ａ，４ｂまでを共通流路とみなせば、これまでと同様に考えることができる。

【0058】

〈流路切替え部材の切替え方法〉
次に、流路切替え部材の向きの切替え方法について説明する。以下において、図１２〜図１６に基づいて、流路切替え部材の切替え方法の一例、変形例について順に説明する。図１２は、流路切替え部材の切替え方法の一例を示す図である。さらに、図１３〜図１６はそれぞれ、流路切替え部材の切替え方法の変形例を示す図である。

【0059】

流路切替え部材は、閉じた系の内部にあるから、その切替えのために直接触れることはできず、工夫が必要である。切り替える方法の１つとして、遠隔作用力の利用がある。利用できる遠隔作用力の例として、磁力と重力がある。

【0060】

図１２は、磁力を利用した流路切替え部材の切替え方法である。流路切替え部材は、磁性材料でできているか、あるいは磁性材料が埋め込まれている。格納室の外に磁界発生手段があり、磁界を変化させることで、切替え部材の向きを変える。図１２（ａ）において、流路切替え部材９には磁性体である磁石２０が埋め込まれており、格納室１０の壁越しに別の磁石２１を当て、後者を回転させることで、流路切替え部材９の向きを変える。保持力の大きい磁石を用いると、より向きは定まりやすい。図１２（ｂ）のように、円環状の磁石２２を回転させてもよい。この構造だと、吸引力の向きから、流路切替え部材９と格納室１０の間にほとんど摩擦が発生せず、小さな力での切替えが可能である。

【0061】

磁界発生手段として、電磁石でもよい。

【0062】

重力利用の場合は、力の向きが１方向で不変なので、磁力利用に比べて切替えは困難であるが、重心を偏心させた切替え部材を利用し、格納室側を回転させることで、流路を切り替えることは可能である。

【0063】

次に、流路切替え部材を間接的に掴んで切替える方法を説明する。図１３にその一例を示す。図１３（ａ）において、格納室１０の一部が開口し、その開口部を塞ぐように、封止部材として弾性もしくは可撓性の膜２３が接着されている。膜２３で塞がれているため、閉鎖系は維持されるが、膜２３は変形可能なため、膜２３を介して流路切替え部材９を掴み、外力を伝達することができる。

【0064】

流路切替え部材９には、掴みやすくする工夫があるとよい。例えば、図１３（ａ）のように、流路切替え部材９の一部に凹部構造２４を持ち、これに合う凸部構造を持つ外力伝達機構２５で、膜２３を介して流路切替え部材９を掴む。

【0065】

掴みやすくするために、図１３（ｂ）のように、流路切替え部材９の一部を格納室１０から突出させてもよい。突出部分を含め、膜２３で覆うことによって、閉鎖系は維持される。外力伝達機構２６は、流路切替え部材９の突出部分を膜２３を介して掴み、回転して離す機能を持つ。

【0066】

膜２３は、弾性または可撓性を備えているが、可変量に限界があるため、膜２３を掴んだまま必要以上に回転させない工夫が必要である。例えば、一度で回転させるのではなく、回転量を分割し、掴み替えを繰り返す方法がある。掴み替えで膜を離す時に、弾性により膜の変形が戻り、あるいは、撓みを戻すようにすることで、繰り返しの回転操作が可能となる。前述した図７のように、流路切替え部材に複数の接続用流路を持ち、切替え時の回転量を減らす工夫と組み合わせることも有効である。

【0067】

図１４のように、流路切替え部材９の一部を閉鎖系の外部に露出させ、その露出部分９ａを直接掴んで切り替えるのもよい。露出部分９ａと閉鎖系内部の境界には、何らかのシール手段を備え、閉鎖系を維持する。図１４（ａ）は、格納室１０と流路切替え部材９の双方に、弾性または可撓性の膜２７を接着し、シールしている。図１４（ｂ）のように、Ｏリング２８や、オイルシールを利用したシール方法もある。

【0068】

流路切替え部材９は、その接続用流路が閉鎖系の内部にあればよいのであって、必ずしも格納室１０内に収まっていなければならないわけではない。図１５（ａ）のように、格納室と言える構造がなかったり、図１５（ｂ）のように、流路切替え部材９がそのまま格納室の構造を備えていたりしてもよい。図１５（ａ）は、上面と下面に接続用流路の開口を持つ流路切替え部材９であって、側面にあたる位置が開放状態にあるが、弾性または可撓性の膜２７で塞がれている。これにより、閉鎖系は維持される。図１５（ｂ）は、共通流路４と分岐流路５が同一面にあって、流路切替え部材９は、この部分を覆い被せるような形状をしている。閉鎖系が崩れないようにシール手段を備えており、この図１５（ｂ）ではＯリング２８を使用している。

【0069】

図１６のように、一部を閉鎖系の外部に露出させた流路切替え部材９の、その外部露出部分から、接続用流路の一端を出してもよい。接続用流路は共通流路を兼ねることになり、そのまま供給バッグと接続できる。図１６（ａ）は、共通流路を兼ねた接続用流路１１を流路切替え部材９の回転中心軸に位置させている。また、図１６（ｂ）のような構造とすることで、共通流路を兼ねた接続用流路１１を流路切替え部材９の回転中心軸に位置させる必要が無くなるから、理論上無数の接続用流路を持てる利点もある。

【0070】

〈細胞培養装置の変形例〉
図１７は、本実施の形態における細胞培養装置の概要の変形例を示す図である。

【0071】

本実施の形態における細胞培養装置において、流路切替え機構８は、図１７のように、下流に配置してもよい。この場合には、下流側の分岐流路６から下流側の共通流路７への合流部分に、流路切替え機構８を持つ。このように、流路切替え機構８は、下流側の分岐流路６と下流側の共通流路７との合流部に配置される。

【0072】

この流路切替え機構８は、構造上、流路切替え部材と格納室の隙間に液が入り得て、これはデッドボリュームとなる。これは上流にあると無駄となるが、排液側である下流であれば無駄とならない。また、下流に配置することで、流路切替え機構８を構成する部材の、材料に対する制限が緩和される利点もある。流路切替え機構８を上流に配置する場合は、液はこれを通過して培養容器１に流れるから、構成部材の材料は培養に影響を及ぼさないことが必須であるが、排液側である下流であれば、その限りではない。

【0073】

〈実施の形態１の効果〉
以上説明したように、本実施の形態における細胞培養装置によれば、複数の各培養容器１に接続された複数の流路を切替える１つの流路切替え機構８を有することで、代表的には、コストを抑えつつ、複数の培養容器１間の均等・均質な送液が可能となる。この結果、培養容器１間の培養品質の均質化が図れる。また、複数の培養容器１で同時に細胞培養できるようになるので、培養容器１の個数を増やして収量を上げることが可能となる。また、目標収量に合わせて培養容器１の個数を変更することなどもできるので、細胞培養に柔軟な対応が可能となる。その他の効果は、本実施の形態において説明した通りである。

【0074】

さらに、その他の効果として、例えば、培養物が複数得られることから、そのうち１つを、移植用とは別に検査用に供することが可能となる。染色検査などの侵襲的な検査方法の場合、いわゆる破壊検査になってしまうため、検査後にそれを移植用に供することができない。本実施の形態のように同時に複数培養すれば、移植前にそのうち１つを検査用に取出し、品質に問題がないことを確認してから、残りを移植用に使用する、といった使い方が可能となる。

【0075】

［実施の形態２］
本実施の形態における細胞培養装置について、図１８〜図１９を用いて説明する。図１８は、流路切替え機構の構造の一例および変形例を示す図である。さらに、図１９は、流路切替え機構の構造の変形例を示す図である。

【0076】

流路切替え部材は、前述した実施の形態１のような回転運動に限らず、直線運動、ねじ運動のような往復運動でも構わない。本実施の形態では、往復運動する流路切替え部材の例を述べる。本実施の形態では、前述した実施の形態１と異なる点を主に説明する。

【0077】

図１８（ａ）において、流路切替え部材２９は格納室３０の中にあって、内部に１本の貫通穴３１を接続用流路として持つ。格納室３０には、分岐流路５の上流と下流が対で繋合されており、流路切替え部材２９が左右に動けるだけの空間がある。流路切替え部材２９の位置を変えることで、いずれか１本の分岐流路５を選択する。

【0078】

図１８（ｂ）のように、接続用流路を貫通穴３１と溝３２を組合せた形状とし、格納室３０に直接、共通流路４を繋合してもよい。また図１８（ｃ）のように、格納室３０側に溝３３を持たせてもよい。

【0079】

図１９のように、格納室３０内での流路切替え部材２９の左右の移動を円滑に行えるようにするため、左右方向に、接続用流路と交差しない貫通穴３４があってもよい。

【0080】

回転運動する流路切替え部材は、向きを変えるだけで切替えができ、流路切替え部材の動作域は変わらないから、格納室を小さくできる。ただし、共通流路、分岐流路、接続用流路を、三次元的に配置することが必要となる。一方、本実施の形態のような往復運動式であれば、これらを二次元的に配置することが可能であるから、もし流路切替え機構を薄く実現したい場合には後者が適している。

【0081】

なお、接続用流路の形状や本数、流路切替え部材の切替え方法などは、往復運動式であっても、回転運動式と同様に考えることができる。

【0082】

以上説明したように、本実施の形態における細胞培養装置によれば、前述した実施の形態１と同様の効果に加えて、以下のような異なる効果を得ることができる。例えば、代表的には、直線運動、ねじ運動のような往復運動する流路切替え部材２９を有することで、これらを二次元的に配置することができるので、流路切替え機構を薄型化することが可能となる。その他の効果は、本実施の形態において説明した通りである。

【0083】

［実施の形態３］
本実施の形態における細胞培養装置について、図２０〜図２７を用いて説明する。図２０は、流路切替え機構を含めた一体型流路構成の一例を示す図である。さらに、図２１〜図２７はそれぞれ、流路切替え機構を含めた一体型流路構成の変形例を示す図である。

【0084】

本実施の形態では、流路切替え機構を含めた一体型流路構成の例について説明する。本実施の形態でも、前述した実施の形態１および２と異なる点を主に説明する。

【0085】

複数の培養容器を並列で接続する場合、その数だけ分岐が必要になり、流路本数が増えて複雑になる。個別の流路を１本１本接続していては、大きな手間となるだけではなく、誤配管のリスクもある。そこで、これらの流路を纏めて一体型の部材（集積流路部材）にするのがよい。図２０にその一例を示す。

【0086】

図２０（ａ）は、培養容器と集積流路部材を、流路切替え部材も含めて組合せた状態での立体図、図２０（ｂ）はその側断面図である。流路切替え部材は、下流側に配置してある例である。図２０のような、培養容器と、流路切替え部材を内包した集積流路部材と、を有する構成を、ここでは培養容器セットと呼ぶ。

【0087】

培養容器３５は、培養面３５ａ、流入流路３５ｂ、排出流路３５ｃを持つ。集積流路部材３６は、流入口３６ａ、上流側共通流路３６ｂ、上流側分岐流路３６ｃ、下流側分岐流路３６ｄ、流路切替え部材の格納室３６ｅ、下流側共通流路３６ｆ、排出口３６ｇを持つ。また、培養容器３５と集積流路部材３６は、互いに接続が可能なように、それぞれ接続口３５ｄ、ポート３６ｈを持つ。培養容器３５に接続口３５ｄは１つで、集積流路部材３６は複数の容器が接続できるよう複数のポート３６ｈを持つ。また、格納室３６ｅの内部に流路切替え部材３７を持つ。

【0088】

培養容器３５の接続口３５ｄには流入流路と排出流路が繋がり、集積流路部材３６のポート３６ｈには、上下の分岐流路が繋がっている。集積流路部材３６と培養容器３５を接続したとき、上流側分岐流路３６ｃと培養容器３５の流入流路３５ｂ、下流側分岐流路３６ｄと培養容器３５の排出流路３５ｃが、それぞれ相対するようになっている。望ましくは、接続口３５ｄ、ポート３６ｈは、それぞれ１つの面を有し、その面にそれぞれ前出の流路が繋がっていることで、面同士を合わせることで、流路同士が相対する。こうすることで、集積流路部材３６に対して、一方向から培養容器３５の着脱が行えるため、着脱が容易になる。接続口３５ｄ、ポート３６ｈは、位置決めや封止目的のために、複数の面を持ってもよいが、それぞれの面の法線のなす角が１８０°を超えないようにすべきである。そうすれば、面の配置にもよるが、複数面を持ったとしても一方向からの着脱が可能となる。

【0089】

培養容器３５の培養面３５ａにおける液の入口３５ｅと出口３５ｆは、送液が全面に行き渡るように、培養面３５ａを挟んで正対するように配置するのがよい。一方、集積流路部材３６との接続容易化のためには、前述の通り、流入流路３５ｂと排出流路３５ｃが接続口３５ｄの一つの面に繋がるのがよいから、培養容器３５内の流路の配置には工夫が必要である。例えば、図２１（ａ）のように、円形の培養面３５ａの接線方向に平行な２本の流入流路３５ｂ、排出流路３５ｃを引き出して接続口３５ｄに繋げるようにしてもよい。あるいは、図２１（ｂ）のように、法線方向に引き出した流入流路３５ｂ、排出流路３５ｃの、いずれかを折り返して接続口３５ｄに繋げるようにしてもよい（図２１（ｂ）は排出流路３５ｃを折り返した例である）。

【0090】

培養容器３５の装着において、簡単に装着できるように、スナップフィット構造を利用し、一方向に押込み、はめ込んで固定できるようにしてもよい。図２２にその構造の一例を示す。図２２（ａ）（ｂ）は、集積流路部材３６に凸構造３６ｐ、培養容器３５側に凹構造３５ｐを持つ。図２２（ｃ）のように、培養容器３５側に凸構造３５ｑ、集積流路部材３６に凹構造３６ｑを持させてもよい。

【0091】

集積流路部材３６のポート３６ｈと培養容器３５の接続口３５ｄの間は、図２２（ａ）（ｃ）のようなパッキン３８ｐや、図２２（ｂ）のようなテーパ３５ｒ，３６ｒによるシールで漏れないような工夫がなされている。

【0092】

集積流路部材３６のポート３６ｈおよび培養容器３５の接続口３５ｄの形状は、非対称にして、上下逆に取り付かないようにするのもよい。

【0093】

これらのような形状とすることで、集積流路部材３６の各ポート３６ｈに培養容器３５を接続し、集積流路部材３６の流入口３６ａ、排出口３６ｇに、それぞれ供給バッグ、回収バッグを接続するだけで閉鎖培養系が出来上がる。この結果、手間はかからず、培養容器３５との誤配管も起き得ない。また、上下の共通流路と分岐流路を一体にまとめたので、コストも下げることができる。

【0094】

なお、流路切替え部材３７の内包方法として、図２３のように、集積流路部材を分割部材３６ｓと３６ｔに２分割し、流路切替え部材３７の挿入後、２分割した分割部材３６ｓと３６ｔを例えば超音波溶着で接合させる方法がある。

【0095】

図２４は、閉鎖系の外部から、流路切替え部材に直接外力を伝達できるように、その一部を閉鎖系の外に露出させた例である。集積流路部材３８は、流入口３８ａ、上流側共通流路３８ｂ、上流側分岐流路３８ｃ、下流側分岐流路３８ｄ、流路切替え部材の格納室３８ｅ、ポート３８ｈを持つ。格納室３８ｅは開口しており、流路切替え部材３９が挿入される。弾性または可撓性の膜４０が、集積流路部材３８と流路切替え部材３９のそれぞれに接合され、これにより閉鎖系は維持される。閉鎖系維持の手段として、Ｏリングやオイルシールを使用したシール手段でもよい。流路切替え部材３９は、接続用流路３９ａを持つが、この一端は閉鎖系外に排出口３９ｂとして出ている。この接続用流路３９ａは、下流側共通流路を兼ねていることになる。流路切替え部材３９の排出口３９ｂに供給バッグを接続すればよい。それ以外に関しては、流路切替え部材を内包した例と同様にすればよい。

【0096】

なお、流路切替えは、流路切替え部材３９と集積流路部材３８内の所望の分岐流路の、相対関係が合わせられればよいのであって、駆動対象は必ずしも流路切替え部材とは限らない。流路切替え部材を固定して、集積流路部材側を駆動してもよい。

【0097】

図２５（ａ）のように、接続口の形・大きさを変えず、培養面の大きさのみを変えた培養容器を用意してもよい。培養容器３５と培養容器４１は、培養面の大きさは異なるが、接続口の形状・大きさは同じにしてある。そのため、培養容器が変わっても、集積流路部材はそのまま使用できる。このように、培養面の異なる培養容器３５，４１を混在させてもよい。

【0098】

また、接続口の形状に合わせた栓４２があってもよい。栓４２は、液を封止する機能だけを持たせればよいので、安価に製造できる。集積流路部材に、必要な個数の培養容器を接続し、余ったポートは栓４２をすればよい。

【0099】

図２５（ｂ）は、集積流路部材３６に、培養面の大きさの異なる培養容器３５，４１と栓４２を接続した状態を示す。目的の培養に合わせ、フレキシブルな対応が可能となる。

【0100】

培養容器は取り外しも可能である。検査用に取り外す用途が考えられる。取り外した後、栓をしてもよいし、取り外しする際に、集積流路部材側と培養容器側がそれぞれ閉塞し、無菌的に分離できる仕掛けがあるとよい。

【0101】

培養容器や集積流路部材、流路切替え部材は、樹脂モールド品であることが価格の面から好ましい。材料として、一般的な培養容器に使用される材料である、ポリスチレンやポリプロピレン、ポリカーボネートなどがよい。

【0102】

図２６は、流路切替え部材が往復運動する場合の集積流路部材の例である。流路切替え部材は下流側に配置してある。集積流路部材４３は、大きく上流部４３ａと下流部４３ｂに分かれ、これらが一体となった構造をしている。集積流路部材４３は、流入口４３ｃ、上流側共通流路４３ｄ、上流側分岐流路４３ｅ、下流側分岐流路４３ｆ、流路切替え部材の格納室４３ｇ、下流側共通流路４３ｈ、排出口４３ｉを持つ。培養容器３５との接続部は、上流側分岐流路４３ｅ、下流側分岐流路４３ｆが同一方向に開口部を持つ、ポート４３ｊを備えており、一方向からの着脱が可能となっている。また、格納室４３ｇの内部に往復運動型の流路切替え部材を持つ。

【0103】

図２７（ａ）のように、集積流路部材は、上流側集積流路部材４５と下流側集積流路部材４６を分け、別々の部材としてもよい。図２７（ｂ）のように、培養容器４４は、培養面４４ａに対し、流入流路４４ｂと排出流路４４ｃが正対して引き出され、２箇所の接続口４４ｄ，４４ｅを持つ構造とし、上流側集積流路部材４５と下流側集積流路部材４６とで、挟むようにして接続する。

【0104】

図２７のような構造は、接続口が１箇所の培養容器より接続は困難になり、また、一般的に部材を分けることはコスト高に繋がるが、全体構造を薄くしたい場合などに効果がある。

【0105】

以上説明したように、本実施の形態における細胞培養装置によれば、前述した実施の形態１と同様の効果に加えて、以下のような異なる効果を得ることができる。例えば、代表的には、培養容器と、流路切替え部材を内包した集積流路部材と、を有する培養容器セットにより、複数の培養容器を並列で接続する場合に、手間がかからず、培養容器との誤配管も起きないようにすることができる。その他の効果は、本実施の形態において説明した通りである。

【0106】

［実施の形態４］
本実施の形態における細胞培養装置について、図２８〜図３１を用いて説明する。図２８は、細胞培養装置を使用した細胞培養の概要の一例を示す図である。図２９は、細胞培養装置を使用した細胞培養における制御タイムチャートの一例を示す図であり、図３０はその変形例を示す図である。さらに、図３１は、細胞培養装置を使用した細胞培養における送液の様子の一例を示す図である。図３２は、細胞培養装置を使用した細胞培養におけるカメラと培養容器の駆動制御の一例を示す図である。

【0107】

本実施の形態では、前述したような閉鎖培養系の細胞培養装置を使用した細胞培養の例を述べる。本実施の形態でも、前述した実施の形態１〜３と異なる点を主に説明する。

【0108】

図２８において、複数の培養容器３５−１〜３５−４は、流路切替え部材３７を含む集積流路部材３６に接続され、一体となってインキュベータ４７内に設置される。インキュベータ４７内の環境は、培養の種類に合わせて設定される。例えば、温度３７度、湿度９５％、ＣＯ_２濃度５％といった環境設定がよく使用される。

【0109】

集積流路部材３６にはまた、上流側および下流側に共通流路４，７が接続され、さらにそれぞれ供給バッグ２−１，２−２、回収バッグ３が接続され、閉鎖培養系を成している。

【0110】

図２８のように、供給バッグ２−１，２−２は複数あってもよく、それぞれ共通流路４に接続される。例えば、細胞播種用の細胞懸濁液と、培地交換用の培地は、別々に分けられていた方がよく、別々の供給バッグに用意され、共通流路へと接続されている。

【0111】

これらの供給バッグ２−１，２−２は、切替え弁４８により、送液選択ができるようになっている。この切替え手段は、流れを望まない箇所の流路は完全遮断したいから、これまで述べてきた手段とは別の切替え手段であるべきである。例えば、各流路にピンチ弁を設ける方法があるが、本発明では特に述べない。供給バッグ２−１，２−２は、内容物の品質保持のため、保冷庫４９に保管するとよい。

【0112】

回収バッグ３は、排液であれば、設置場所は特に問わないが、培養期間中の劣化を遅らせるために、これも保冷庫に設置しても構わない。また、図示しないが、複数の回収バッグを接続し、複数の供給バッグの送液切替えと同様、切替え弁で回収物を分離してもよい。

【0113】

送液駆動源として、ポンプ機構であるしごきポンプ５０が共通流路４に設置される。共通流路４は、例えばシリコンゴムでできており、その弾性により、共通流路４をしごいて送液することが可能である。

【0114】

流路切替え部材３７の切替えには、制御機構である流路切替え部材駆動機構５１があり、例えばステッピングモータやサーボモータを利用した機構であって、流路切替え部材３７の向き、位置を変えることができる。

【0115】

以上のような細胞培養装置の構成において、切替え弁４８、しごきポンプ５０、流路切替え部材駆動機構５１を、制御部５２にて制御することで、所望の送液が実現される。

【0116】

次に、細胞を播種、すなわち培養容器に細胞懸濁液を送液する際の制御について説明する。この制御タイムチャートの一例を図２９（ａ）に示す。

【0117】

流路切替え部材駆動機構５１により、流路切替え部材３７を所望の培養容器（例えば３５−１）へ向ける。切替え弁４８は細胞懸濁液の入った供給バッグ（例えば２−１）を選択（ＯＮ）し、この状態でしごきポンプ５０を駆動（ＯＮ）すると、所望の培養容器３５−１への送液が開始される。この状態で一定時間送液し、培養容器３５−１が細胞懸濁液で満たされたら、流路切替え部材３７を駆動し、別の培養容器（例えば３５−２）へ送液を開始する。これを繰り返すことで、複数設置された培養容器３５−１〜３５−４の全てに播種することが可能である。この図２９では培養容器が４個の例である。なお、送液時間は、一定の時間で送ってもよいし、あるいは、培養容器が液で一杯になったことを検知する何らかのセンサをつけて、送液時間を制御してもよい。

【0118】

図２９（ｂ）は、培地交換用に培地を送液する際の制御タイムチャートである。培地交換は、細胞播種後、培養期間中に、一定期間ごとに実施される。送液種として、切替え弁４８により培地が選択（ＯＮ）されているが、その他の動きは細胞播種とほぼ同じである。

【0119】

本閉鎖培養系では、先に入っているものを後から入れるもので押し出すのだが、押し出すものとしては必ずしも液体である必要はない。細胞懸濁液や培地の入った供給バッグの他に、滅菌された気体が入った供給バッグを接続し、先に入っている細胞懸濁液や培地を、この気体で押し出してもよい。

【0120】

培養容器の上流側にある液体は、次の送液時に使用することはできるが、保冷庫外に置かれた状態だと劣化が早まるため、できるだけ、この分を少なくするのが望ましい。必要な液量を送り、その後ろから気体で押し出すように送り、液はできるだけ保冷庫内、すなわち供給バッグ内に留めておくと、液の劣化も少なく、無駄もなく送液することが可能となる。図３０は、必要な液量の培地を送液した後、気体で押し出す際の制御タイムチャートである。

【0121】

気体の入った供給バッグの代わりに、ＨＥＰＡフィルタ経由で外気を取り込んでもよい。ＨＥＰＡフィルタの径を小さくすることで、実質的に閉鎖系とみなせる。

【0122】

保冷庫から送られた液体は冷やされているので、培養容器に入る前に、培養に影響が出ない温度まで、加温してから培養容器に送液するのがよい。加熱用に専用の熱源を持ってもよいが、インキュベータ内の環境の熱を利用するのが経済的である。インキュベータに入ってから培養容器までの共通流路を長くとって、静置加温するのがよい。長い共通流路に代わる、容積型のタンク類を設置してもよい。静置加温後、培養容器に送液する前に何らかの攪拌手段を備えてもよい。

【0123】

培養容器の培養面は流入口、排出口に比べて大きいので、空の培養容器から送液する際、空気が残りやすい。培養容器内の空気が残らず抜けるように、培養容器を傾けながら送液するとよい。図３１（ａ）に培養容器３５−１，３５−３（３５−２，３５−４）を傾けて送液する様子を示す。培養容器を上に傾けながら送液することで、重力により液は下から埋まるように送られるから、空気を残さずに送り出すことができる。また、培養容器の液体を抜くときは、図３１（ｂ）のように、培養容器３５−１，３５−３（３５−２，３５−４）を下に傾けながら気体を送ると、培養容器に液を残さずに抜き取ることができる。

【0124】

本実施の形態に記載の培養容器３５−１〜３５−４は、集積流路部材３６と一体なので、集積流路部材３６ごと傾ければよい。そのための傾斜機構５３も、制御部５２によって同時に制御されるとよい（前述した図２８に図示）。

【0125】

また、前述した図２８に示すように、インキュベータ４７内にはカメラ５４が備えられ、培養容器内の培養の様子を観察することができる。観察結果により、何らかの差異が認められれば、アラームを出したり、その内容により制御内容を変えたりすることができる。カメラ５４にはカメラ駆動機構５５が付き、これも制御部５２で制御される。

【0126】

本実施の形態では、培養容器を複数個持つが、その全てを観察できることが望ましい。そのためには、図３２（ａ）のように、カメラ５４は、焦点合わせ用のＺ方向の制御ができるだけではなく、ＸＹ方向の二次元にも移動できるようにしなければならない。ただ、カメラ５４と培養容器３５−１〜３５−４は、相対位置が変わればよいので、カメラ５４ではなく、培養容器３５−１〜３５−４側を動かす方法もある。その一例を図３２（ｂ）に示す。図３２（ｂ）のように、流路切替え部材駆動機構において、流路切替え部材３７を固定し、培養容器３５−１〜３５−４側を動かしてもよい。このようにすると、カメラ５４による観察系を高さ方向の制御（Ｚ制御）だけにすることが可能である。全面観察のためには、水平方向の一軸の制御（Ｘ制御）を追加してもよい。これでも、３軸制御よりは簡素であり、コストを下げることができる。

【0127】

以上説明したように、本実施の形態における細胞培養装置によれば、前述した実施の形態１と同様の効果に加えて、以下のような異なる効果を得ることができる。例えば、代表的には、細胞培養装置を使用した細胞培養において、送液選択や内容物の品質保持、さらに所望の送液を実現することができる。その他の効果は、本実施の形態において説明した通りである。

【0128】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0129】

［付記］
本発明は、特許請求の範囲に記載の細胞培養装置の他、例えば、培養容器セットなどに関して、以下のような特徴を有するものである。

【0130】

（１）特許請求の範囲（例えば請求項４乃至１２のいずれか１項）に記載の細胞培養装置で使用される培養容器セットであって、
接続口を持つ、複数の培養容器と、
前記複数の各培養容器を着脱可能な複数のポートを有する集積流路部材と、
を有し、
前記集積流路部材は、
上流側および下流側の共通流路、および、各々から分岐し、前記複数のポートにつながる、複数の分岐流路を持ち、
前記共通流路と前記分岐流路との分岐部または合流部に、内部に接続用流路を有し、前記複数の分岐流路のうち所望の流路と前記接続用流路との連通を移動により可能とする流路切替え部材を内包している、培養容器セット。

【0131】

（２）特許請求の範囲（例えば請求項１３または１４）に記載の細胞培養装置で使用される培養容器セットであって、
接続口を持つ、複数の培養容器と、
前記複数の各培養容器を着脱可能な複数のポートを有する集積流路部材と、
を有し、
前記集積流路部材は、
上流側または下流側の共通流路およびそこから分岐し、前記複数のポートにつながる、複数の分岐流路を持ち、
前記複数のポートからのびる、下流側または上流側の分岐流路を持ち、
一部が閉鎖培養系の外部に露出し、その境界に封止部を設け、内部に共通流路機能を持つ接続用流路を有し、前記下流側または上流側の複数の分岐流路のうち所望の流路と前記接続用流路との連通を移動により可能とする流路切替え部材を内包している、培養容器セット。

【0132】

（３）前記（１）または（２）に記載の培養容器セットにおいて、
前記各培養容器は１つの接続口を有し、一方向からの着脱が可能である、培養容器セット。

【0133】

（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の培養容器セットにおいて、
前記培養容器は、前記接続口の大きさのみ同じで、培養面の大きさが異なる、培養容器セット。

【0134】

（５）前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の培養容器セットにおいて、
前記接続口の大きさのみ同じである栓を有する、培養容器セット。

【0135】

（６）前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の培養容器セットにおいて、
前記培養容器、前記集積流路部材、および、前記流路切替え部材は、樹脂成型品である、培養容器セット。

【0136】

（７）特許請求の範囲（例えば請求項４乃至１５のいずれか１項）に記載の細胞培養装置において、
接続された培養容器の種類により、送液量を制御するポンプ機構を有する、細胞培養装置。

【0137】

（８）特許請求の範囲（例えば請求項４乃至１５のいずれか１項）に記載の細胞培養装置において、
前記培養容器を含む培養容器セットを傾ける傾斜機構を有する、細胞培養装置。

【0138】

（９）特許請求の範囲（例えば請求項４乃至１５のいずれか１項）に記載の細胞培養装置において、
前記流路切替え部材を固定し、前記培養容器側を駆動する駆動機構を有する、細胞培養装置。

【0139】

（１０）特許請求の範囲（例えば請求項４乃至１５のいずれか１項）に記載の細胞培養装置において、
水平方向一軸、高さ方向一軸の二軸制御のカメラ駆動機構を有する、細胞培養装置。

【0140】

（１１）接続口を持つ、複数の培養容器と、
前記複数の各培養容器を着脱可能な複数のポート、および、上流側および下流側の共通流路、および、各々から分岐し、前記複数のポートにつながる、複数の分岐流路、を有する集積流路部材と、
を有し、
前記各培養容器は、
１つの接続口を有し、一方向からの着脱が可能である、培養容器セット。

【0141】

（１２）前記（１１）記載の培養容器セットにおいて、
前記培養容器は、前記接続口の大きさのみ同じで、培養面の大きさが異なる、培養容器セット。

【0142】

（１３）前記（１１）記載の培養容器セットにおいて、
前記接続口の大きさのみ同じである栓を有する、培養容器セット。

【0143】

（１４）前記（１１）記載の培養容器セットにおいて、
前記培養容器、前記集積流路部材、および、前記流路切替え部材は、樹脂成型品である、培養容器セット。

【符号の説明】

【0144】

１…培養容器
２…供給バッグ
３…回収バッグ
４，４ａ，４ｂ，４ｐ，４ｑ…共通流路（上流側）
５，５ａ，５ｂ，５ｃ…分岐流路（上流側）
６…分岐流路（下流側）
７…共通流路（下流側）
８，８ａ，８ｂ…流路切替え機構
９…流路切替え部材
９ａ…露出部分
１０…格納室
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｐ，１１ｑ…接続用流路
１２…流路切替え部材
１３…流路切替え部材
１３ａ…内側部材
１３ｂ…ゴム
１４…溝
１５…溝
１６，１６ｐ，１６ｑ…溝
１７…溝
１８…Ｏリング
１９…流路切替え機構
２０…磁石
２１…磁石
２２…磁石
２３…膜
２４…凹部構造
２５…外力伝達機構
２６…外力伝達機構
２７…膜
２８…Ｏリング
２９…流路切替え部材
３０…格納室
３１…貫通穴
３２…溝
３３…溝
３４…貫通穴
３５…培養容器
３５ａ…培養面
３５ｂ…流入流路
３５ｃ…排出流路
３５ｄ…接続口
３５ｅ…入口
３５ｆ…出口
３５ｐ…凹構造
３５ｑ…凸構造
３５ｒ…テーパ
３６…集積流路部材
３６ａ…流入口
３６ｂ…上流側共通流路
３６ｃ…上流側分岐流路
３６ｄ…下流側分岐流路
３６ｅ…格納室
３６ｆ…下流側共通流路
３６ｇ…排出口
３６ｈ…ポート
３６ｐ…凸構造
３６ｑ…凹構造
３６ｒ…テーパ
３６ｓ，３６ｔ…分割部材
３７…流路切替え部材
３８…集積流路部材
３８ａ…流入口
３８ｂ…上流側共通流路
３８ｃ…上流側分岐流路
３８ｄ…下流側分岐流路
３８ｅ…格納室
３８ｈ…ポート
３８ｐ…パッキン
３９…流路切替え部材
３９ａ…接続用流路
３９ｂ…排出口
４０…膜
４１…培養容器
４２…栓
４３…集積流路部材
４３ａ…上流部
４３ｂ…下流部
４３ｃ…流入口
４３ｄ…上流側共通流路
４３ｅ…上流側分岐流路
４３ｆ…下流側分岐流路
４３ｇ…格納室
４３ｈ…下流側共通流路
４３ｉ…排出口
４３ｊ…ポート
４４…培養容器
４４ａ…培養面
４４ｂ…流入流路
４４ｃ…排出流路
４４ｄ…接続口
４４ｅ…接続口
４５…上流側集積流路部材
４６…下流側集積流路部材
４７…インキュベータ
４８…切替え弁
４９…保冷庫
５０…しごきポンプ
５１…流路切替え部材駆動機構
５２…制御部
５３…傾斜機構
５４…カメラ
５５…カメラ駆動機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】