(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】
(24)【登録日】2022-08-09
(45)【発行日】2022-08-18
(54)【発明の名称】細胞培養装置
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20220810BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 C
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2018107110
(22)【出願日】2018-06-04
(65)【公開番号】P2019208428
(43)【公開日】2019-12-12
【審査請求日】2021-05-26
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 第１７回 日本再生医療学会総会 開催日 平成３０年３月２３日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】阿部 公揮
(72)【発明者】
【氏名】田中 勲
(72)【発明者】
【氏名】柿本 隆志
(72)【発明者】
【氏名】猿田 正明
【審査官】天野 皓己
(56)【参考文献】
【文献】登録実用新案第３０３２６３９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】中国実用新案第２０７３９１４４２（ＣＮ，Ｕ）
【文献】日本建築学会大会学術講演梗概集（中国），2017年07月29日，P. 605-605
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ １／００ ー ３／１０
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
細胞が入れられた容器を本体内に保管して前記細胞を培養する細胞培養装置であって、前記本体内に設けられ四周に周壁が立設しているトレーと、
前記周壁の内側に配置されて、上面に前記容器が載置される保管プレートと、
前記周壁と前記保管プレートとの間に設けられて前記保管プレートに加わる水平方向の振動加速度を軽減させる水平加速度吸収部と、
を有し、
前記水平加速度吸収部は水平２軸で対向するように設けられ、水平方向に伸縮可能な２対の弾性体であって前記保管プレートを弾性的に保持することを特徴とする細胞培養装置。
【請求項2】
請求項１に記載の細胞培養装置において、前記トレーは摩擦材を介して前記保管プレートに載置されていることを特徴とする細胞培養装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の細胞培養装置おいて、前記弾性体は板バネであり、それぞれの前記板バネは一端が前記周壁に固定され、他端が前記保管プレートの各辺に対して非固定で弾性的に当接していることを特徴とする細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、細胞が入れられた容器を本体内に保管して細胞を培養する細胞培養装置に関する。
【背景技術】
【0002】
再生医療施設をはじめ、細胞を取り扱う施設ではインキュベータで培養容器を保管し細胞を培養している。ところで、地震発生時に培養容器に過大な振動加速度が加わると培地が培養容器の天面、側面や開口部近辺へ付着する現象が発生する。このような付着が発生すると細菌などによる汚染が発生する可能性がある。汚染が発生すると患者の治療に必要な細胞の準備に時間が掛かることになるだけではなく、汚染が大量に発生してしまうと細胞培養をはじめからやり直す必要がある。このような事態が発生すると、治療に対する影響が懸念され、確実で迅速に細胞培養を行うことが求められている。また、建物や部屋に免振設備が設けられていない場合は培養細胞に影響があるだけではなく、培養に必要な装置等も転倒してしまう事が報告されている。装置を耐震固定すれば装置の転倒は防止できるが、培養中の培養容器に振動加速度が直接かかることになる。
【0003】
そのため、このような施設において、細胞を培養している建物や部屋に免振対策が取られる場合がある。細胞培養室に免震装置を設けることは、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００９－６５８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
細胞培養室に対して十分な能力の免震装置が設けられていれば地震発生時も培養容器に加わる振動加速度は抑えられると考えられる。しかしながら、建物や部屋に免震設備を設けることは大規模工事が必要でコスト高となり、さらに既設建築物に対して後付け的に免震設備を設けることは困難である。また、細胞培養装置自体を免震化することも考えられるが、細胞培養装置は温度管理装置やＣＯ２管理装置などが含まれていてやや重いため、免震装置はある程度大型化してしまう。さらに、培養を行う細胞培養室は狭いスペースであることも多く、スペースを取る地震対策技術の適用が難しい場合がある。さらにまた、何らかの振動対策を施したとしても細胞培養装置に加わる振動加速度を完全に０にすることは困難であるが、細胞培養装置に許容されるべき振動加速度のレベルは明らかになっていない。
【0006】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、培養容器の培地への影響がないレベルに振動加速度を抑えながら、省スペースで低コストの細胞培養装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる細胞培養装置は、細胞が入れられた容器を本体内に保管して前記細胞を培養する細胞培養装置であって、前記本体内に設けられて前記容器が載置される保管プレートと、前記本体と前記保管プレートとの間に設けられて前記保管プレートに加わる振動加速度を軽減させる加速度吸収部と、を有し、前記加速度吸収部は前記保管プレートに加わる振動加速度を水平方向で２００Ｇａｌ以下に抑えるように構成されていることを特徴とする。
【0008】
前記加速度吸収部は前記保管プレートに加わる振動加速度を垂直方向で３５０Ｇａｌ以下に抑えるように構成されていてもよい。
【0009】
前記加速度吸収部は、弾性体を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明にかかる細胞培養装置は、保管プレートに加わる振動加速度を軽減させる加速度吸収部を有し、保管プレートに加わる振動加速度を２００Ｇａｌ以下に抑えるように構成されており、培養容器の培地への影響がないレベルに振動加速度を抑えることができる。また、保管プレートに加わる振動加速度だけを吸収すればよいので、省スペースで低コストである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、本発明にかかる細胞培養装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下、３つの実施形態にかかる細胞培養装置１０ａ、１０ｂおよび１０ｃ（以下、代表的に細胞培養装置１０とも呼ぶ）を順に説明し、さらに細胞培養装置に求められる振動吸収能力について行った実験について説明する。
【0013】
図１に示すように、第１の実施形態にかかる細胞培養装置１０ａは、本体１２と、トレー１４と、トレー１４の上面に設けられて容器１６が載置される保管プレート１８と、保管プレート１８に加わる垂直方向の振動加速度を軽減させる複数の垂直加速度吸収部２０とを有する。さらに、細胞培養装置１０ａは、保管プレート１８に加わる水平方向の振動加速度を軽減させる水平加速度吸収部２２ａ～２２ｄ（図２参照）を有する。細胞培養装置１０ａは、細胞を培養するＣＯ２インキュベータであり、図示しない自動制御装置によって適度な温度およびＣＯ２濃度に保たれるように調整される。容器１６は培養する細胞、すなわち培地が入れられるもので、ディッシュ１６ａと、蓋１６ｂとを備える。保管プレート１８には複数の容器１６が載置可能である。複数の容器１６は重ねて載置してもよい。容器１６としては、例えばフラスコやビーカでもよい。図１では、本体１２内にトレー１４および保管プレート１８が一段だけ設けられているが複数段あってもよい。
【0014】
垂直加速度吸収部２０は、トレー１４を介して本体１２と保管プレート１８との間に設けられている。垂直加速度吸収部２０は、トレー１４の四方に設けられており、それぞれトレー１４を固定する把持部２０ａと、把持部２０ａを上下から挟み込む一対のスプリング（弾性体）２０ｂと、一対のスプリング２０ｂを保持するブラケット２０ｃとを有する。ブラケット２０ｃは本体１２の内面に固定されている。なお、図１では４つの垂直加速度吸収部２０のうち２つを示している。
【0015】
図２に示すように、トレー１４および保管プレート１８は矩形であって、保管プレート１８はトレー１４よりもやや小さい。保管プレート１８は４つの水平加速度吸収部２２ａ、２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ（以下、代表的に水平加速度吸収部２２とも呼ぶ）によって弾性的に支持されている。トレー１４には周壁１４ａが立設しいる。
【0016】
水平加速度吸収部２２は保管プレート１８の端面と周壁１４ａとの間に介挿されている。すなわち、水平加速度吸収部２２は、トレー１４を介して本体１２と保管プレート１８との間に設けられている。水平加速度吸収部２２は、それぞれ平面視で１／４の楕円弧形状の板バネである。水平加速度吸収部２２ａ～２２ｄは、一端がトレー１４の内面に固定され、他端が保管プレート１８の各辺に対して非固定で弾性的に当接している。水平加速度吸収部２２によれば保管プレート１８は水平の縦・横・回転に対して弾性的に保持される。図２（ｂ）に示すように、保管プレート１８の下面には摩擦材１８ａが貼られており、トレー１４との間に適度な摩擦を生じさせ減衰作用を奏する。水平加速度吸収部２２ａ～２２ｄは、十分に柔軟性がある場合には仮想線で示すように、トレー１４の４隅を支持するように設けてもよい。
【0017】
このように構成される細胞培養装置１０ａでは、保管プレート１８は水平方向が水平加速度吸収部２２によって弾性的に保持され、垂直方向が垂直加速度吸収部２０によって保持されており、地震発生時に大きな振動加速度が加わったとしても、各方向の振動加速度は弾性的に吸収される。そして、水平加速度吸収部２２および垂直加速度吸収部２０の弾性率等を適切に設定することにより保管プレート１８に加わる振動加速度を、容器１６の培地へ影響のない程度に軽減させることができる。すなわち、保管プレート１８の動きが抑制され、培地が蓋１６ｂやディッシュ１６ａの側面や開口部近辺へ付着することを防止できる。
【0018】
細胞培養装置１０ａでは、本体１２が振動しても軽量な保管プレート１８の振動を抑制するだけで足りるため、建物や部屋を免震化することと比較して構成が簡単であり廉価である。水平加速度吸収部２２および垂直加速度吸収部２０はコンパクトであることから、これらを収容する本体１２は比較的小型のもので足り、狭い細胞培養室にも設置可能である。もちろん、細胞培養装置１０ａは既存の細胞培養室に設置可能である。
【0019】
細胞培養装置１０ａでは、本体１２、垂直加速度吸収部２０、水平加速度吸収部２２、トレー１４および保管プレート１８はそれぞれ着脱可能な構成にしておくとよい。後述する細胞培養装置１０ｂ，１０ｃにおいても対応する要素について同様である。
【0020】
次に、図３に示すように、第２の実施形態にかかる細胞培養装置１０ｂは水平加速度吸収部２４を有する。細胞培養装置１０ｂが備える本体１２、垂直加速度吸収部２０、トレー１４および保管プレート１８は上記の細胞培養装置１０ａと同じであり、詳細な説明を省略する。
【0021】
水平加速度吸収部２４は上記の水平加速度吸収部２２に相当するものであり、保管プレート１８の四辺とトレー１４の周壁１４ａとの間に介挿されており、それぞれ両端が保管プレート１８および周壁１４ａに固定されている。水平加速度吸収部２２はコイルスプリングである。このような水平加速度吸収部２２によって、保管プレート１８は水平方向が弾性的に保持される。
【0022】
次に、図４に示すように、第３の実施形態にかかる細胞培養装置１０ｃは水平加速度吸収部２４と垂直加速度吸収部２６とを有する。細胞培養装置１０ｃが備える本体１２、トレー１４および保管プレート１８は上記の細胞培養装置１０ａと同じであり、詳細な説明を省略する。
【0023】
水平加速度吸収部２４は上記の細胞培養装置１０ｂにおけるものと同じである。垂直加速度吸収部２６は上記の垂直加速度吸収部２０に相当するものであり、保管プレート１８の下面とトレー１４の上面との間に介挿されており、それぞれ両端が保管プレート１８およびトレー１４に固定されている。垂直加速度吸収部２６はコイルスプリングであり、保管プレート１８の四隅近傍および中央部の合計５か所に設けられている。このような垂直加速度吸収部２６によって、保管プレート１８は垂直方向が弾性的に保持される。細胞培養装置１０ｃでは、水平加速度吸収部２４および垂直加速度吸収部２６がトレー１４と保管プレート１８との間に設けられており、本体１２とは独立的な構成であることから汎用性が高い。
【0024】
上記の細胞培養装置１０における水平加速度吸収部２２，２４および垂直加速度吸収部２０，２６は、板バネやコイルスプリングなどの弾性体によって振動加速度を吸収するが、弾性体としては例えばゴム、スポンジ、バルーン、ゲルを用いてもよい。このような弾性体は、想定される地震に基づいて特性を設定するとよく、例えば荷重とたわみとの関係が非線形であるものを用いてもよい。また、地域により想定される最大震度の違いや、保管される容器１６の個数や重量に応じて弾性体の初期圧縮量を調整する装置を設けてもよいし、弾性体の個数を増減可能なようにしてもよい。摩擦材１８ａ以外にも適当なダンパーを設けてもよい。振動加速度を吸収する手段としては、弾性体に限らず、アクティブ制振としてもよい。
【0025】
次に、細胞培養装置１０に求められる振動吸収能力について本願発明者が行った実験について説明する。実験ではキャビン内に細胞培養装置１０に相当するインキュベータを設置し、インキュベータ内には培地を入れた直径１０ｃｍのディッシュを３段重ねて載置した。そしてキャビンに対して地震時の揺れを与え、その際のインキュベータ内のディッシュが受ける影響について調べた。加振時にはインキュベータ表面の水平２軸のＸ，Ｙ方向と垂直のＺ方向の加速度を測定した。保管プレート１８に対する振動加速度を吸収する手段としては、便宜上、既存の免震装置を用いた。実験は免震装置のある建物内とない建物内の２通りで行い比較した。免震装置としては複合式免震床を用いた。免震装置のない建物は耐震構造とした。
【0026】
この実験の結果を図５に示す。図５において欄５１は加振条件であり、欄５２は免震装置のある建物内での結果であり、欄５３は免震装置のない耐震構造の建物内での結果である。欄５１において「ＥＬ」および「エルセントロ地震」と表記しているのは１９４０年５月１８日に米国のエル・セントロで発生した地震の振動を再現した加振条件であり、「ＫＯＢＥ」および「兵庫県南部地震」と表記しているのは１９９５年１月１７日に兵庫県南部で発生した地震の振動を再現した加振条件である。また「Ｘ」は水平１軸加振、「Ｘ＋Ｙ」は水平２軸加振、「Ｘ＋Ｙ＋Ｚ」は水平２軸および垂直の３軸加振を示す。さらに「５０％」および「１００％」は対象地震に対する加速度の印加割合を示す。
【0027】
欄５２および欄５３における「インキュベータへの最大加速度」の欄では、加速度センサで計測されたインキュベータの実際の加速度をＸ方向，Ｙ方向およびＺ方向に分けて示している。単位はＧａｌ（１Ｇａｌ＝１ｃｍ／ｓｅｃ２）である。なお、振動を加えていない軸方向について加速度が必ずしも０とならないのは、加振軸による影響のためである。
【0028】
加振後、目視によりディッシュの移動、培地の内壁への付着および飛散状態を評価した。この評価結果を欄５２および欄５３における「評価」の欄に示す。このうち「位置ズレ」の欄はディッシュの移動、「付着」の欄は培地の内壁への付着の評価を示す。評価基準として、「位置ズレ」に関しては「○」はディッシュの移動がない状態であり、「△」は上段のディッシュのみが移動した状態であり、「×」は３段のディッシュが全体的に移動した状態であり、「××」は蓋が外れたり荷崩れが発生した状態である。なお、この実験では「△」に相当する結果はなかった。また「付着」に関しては「○」は培地の内壁への付着がない状態であり、「×」は付着が発生した状態である。
【0029】
欄５３で示される「免震なし」の実験では、全ての加振条件でディッシュの移動が認められ、また多くの場合で培地の内壁への付着が認められた。一方、欄５２で示される「免震あり」の実験では、「ＫＯＢＥ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ １００％」以外の加振条件でディッシュの移動は認められず、またすべての加振条件で培地の内壁への付着は認められなかった。
【0030】
「ＫＯＢＥ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ １００％」について「免震なし」と「免震あり」で比較すると、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の最大加速度は、前者ではそれぞれ６１６．２１Ｇａｌ、２９４０．５５Ｇａｌ、６２８．３２Ｇａｌであり、後者ではそれぞれ２０３．３６Ｇａｌ、１５６．７２Ｇａｌ、３４８．２８Ｇａｌであった。また、この時のインキュベータ内のディッシュやフラスコの状態は、前者では激しく移動して、培地の飛散も観察され、細胞への悪影響が推定された。一方、後者では加振前後で顕著な違いは観察されなかった。
【0031】
さらに、「ＫＯＢＥ Ｘ＋Ｙ １００％」の場合と「ＫＯＢＥ Ｘ＋Ｙ＋Ｚ １００％」で比較すると、両者は水平方向のＸの加速度が約２００Ｇａｌ、Ｙの加速度が約１５０Ｇａｌと同程度であり、Ｚ方向の加速度だけが前者がほぼ０、後者が約３５０Ｇａｌと異なっている。そして、前者ではディッシュの移動がなく、後者では移動している。また、前者および後者とも培地の付着は発生していない。ディッシュが多少移動しても培地付着が起こっていないため、コンタミネーションは発生しにくいと考えられ、少なくとも水平方向に２００Ｇａｌ以下、垂直方向に３５０Ｇａｌ以下であれば、コンタミネーションリスクを低減できるといえる。
【0032】
したがって、細胞培養装置１０では、水平加速度吸収部２２，２４の振動吸収能力として、保管プレート１８に加わる振動加速度を水平方向で２００Ｇａｌ以下に抑えるように構成されているとよく、また垂直加速度吸収部２０，２６の振動吸収能力として、保管プレート１８に加わる振動加速度を垂直方向で３５０Ｇａｌ以下に抑えるように構成されているとよい。さらに、設計上統一的に、水平方向および垂直方向で２００Ｇａｌ以下に抑えるように構成してもよい。これにより、細胞培養装置１０は十分な振動吸収能力を備え、地震の振動を受けても細胞が入れられた容器が過度に揺れたり移動することを防止し、コンタミネーションが発生することがなくなる。
【0033】
また、各加振条件で「Ｘ＋Ｙ」と「Ｘ＋Ｙ＋Ｚ」とを比較するとそれぞれ評価にほとんど差がないことが分かる。つまり、Ｚ軸の振動の影響は少なく、Ｘ，Ｙ軸方向の加速度抑制は効果が顕著であるといえる。したがって、垂直成分の振動吸収については積極的に行わずとも、水平方向の振動を２００Ｇａｌ以下に抑制することで相当な効果が得られると考えられる。
【0034】
さらに、想定される地震としては細胞培養装置１０が設置される地域で予想されている最大震度を基準にするとよい。例えば、日本国では最大震度が７と予想されており、具体的には周期１秒の波が同じ振幅で数秒間続くとするとＸ，Ｙ，Ｚの３軸成分合成値で６００Ｇａｌ、周期０．１秒の波では２７００Ｇａｌと予想される。したがって、これらの数値を基準最大加速度とし、この地震動に対して水平２００Ｇａｌ，垂直３５０Ｇａｌという制限値以内に抑えられるように水平加速度吸収部２２，２４および垂直加速度吸収部２０，２６を選定、または調整するとよい。また、設置地域ごとの予想震度、地層、地盤に合わせて基準最大加速度を設定してもよい。
【0035】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【0036】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 細胞培養装置
１２ 本体
１４ トレー
１６ 容器
１６ａ ディッシュ
１６ｂ 蓋
１８ 保管プレート
１８ａ 摩擦材
２２，２４ 水平加速度吸収部
２０，２６ 垂直加速度吸収部
１２ 本体
１４ トレー
１６ 容器
１６ａ ディッシュ
１６ｂ 蓋
１８ 保管プレート
１８ａ 摩擦材
２２，２４ 水平加速度吸収部
２０，２６ 垂直加速度吸収部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】