JP2006158335A

JP2006158335A - 分注装置および培養処理装置

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Publication number: JP2006158335A
Application number: JP2004357149A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Hibino; 浩樹日比野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】培養容器内への液体の注入時に、ノズルから放出される液体の一部が飛沫となって培養容器外の空間に飛散することを防止する。
【解決手段】容器２３内に液体Ａを注入する分注口５ａと、該分注口５ａの近傍に設けられ、分注口５からの液体Ａの注入時に、分注口５ａの周囲の空気を吸引する吸引口６ａとを備える分注装置１を提供する。吸引口を介して分注口の周囲の空気が吸引されるので、分注口の先端で生じた飛沫は、吸引口を介して吸引されるので、飛沫の飛散が防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、分注装置および培養処理装置に関するものである。

従来、自動培養装置として、複数の培養容器を収納可能な固定式の収納棚と、水平・昇降・回転移動可能な搬送手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この自動培養装置は、培養室内に配置された収納棚に、鉛直方向に並ぶ複数の小部屋を備え、各小部屋の中に培養容器を１つずつ収容して培養を行い、培養途中あるいは培養終了時に搬送手段を作動させて、小部屋から１つずつ培養容器を取り出し、あるいは、小部屋へ培養容器を収容するよう構成されている。そして、培養室から取り出された培養容器に対しては、培養室の外部において蓋が開けられて内部に細胞懸濁液、培地あるいは薬液等が供給されるようになっている。
特開２００２−２６２８５６号公報（図１等）

培養容器内への細胞懸濁液、培地あるいは薬液等の注入は、培養容器の上方に配置したノズルから培地等の液体を培養容器に向けて放出することにより行われるが、この際に、ノズルから放出される液体の一部が、ノズルの先端において液体の主流から剥離して、微細な飛沫が発生し飛散することが考えられる。

ノズルから放出される液体が培地あるいは薬液である場合には、これらの液体の飛沫が飛散すると培養容器の周囲が汚れ、清掃が必要となるという不都合がある。また、ノズルから放出される液体が細胞を含む細胞懸濁液である場合には、外部の他の検体に混入してクロスコンタミネーション等の問題を生ずる不都合がある。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、培養容器内への液体の注入時に、液体の飛沫が培養容器外の空間に飛散することを防止することができる分注装置および培養処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、容器内に液体を注入する分注口と、該分注口の近傍に設けられ、分注口からの液体の注入時に、分注口の周囲の空気を吸引する吸引口とを備える分注装置を提供する。
本発明によれば、分注口から液体を放出して容器内に液体を注入する際に、吸引口を介して分注口の周囲の空気が吸引されるので、分注口から放出される液体の一部が、分注口の先端において剥離して生じた飛沫は、吸引口を介して吸引されることになる。したがって、発生した飛沫が容器の外部に飛散することが防止され、容器外部の汚染やクロスコンタミネーション等の問題の発生を回避することができる。

上記発明においては、前記吸引口が、前記分注口の周囲に円環状に配置されていることが好ましい。
このようにすることで、分注口の先端において発生した飛沫が、円環状に配置されたいずれかの吸引口から吸引される。したがって、液体の飛沫の飛散をさらに確実に抑制することができる。

また、上記発明においては、前記分注口と前記吸引口とが二重管状に形成されていることが好ましい。
このようにすることで、分注口の先端において発生した飛沫は、分注口の全周にわたって連続して形成されている吸引口のいずれかの位置において吸引される。したがって、吸引漏れをより低減して、液体の飛沫の容器外部への飛散をより確実に抑制することができる。

さらに、本発明は、容器に液体を注入する分注口と、該分注口の周囲に設けられ、分注口からの液体の注入時に、液体の注入方向に沿って液体を取り囲む気流を発生させる気体噴出口とを備え、分注口と気体噴射口とが二重管状に形成されている分注装置を提供する。
本発明によれば、分注口から液体を放出して容器内に液体を注入する際に、分注口の周囲に全周にわたって形成された気体噴射口により、液体の注入方向に沿って液体を取り囲む気流が発生させられるので、注入される液体の周囲にエアカーテンが形成される。したがって、分注口の先端において液体の一部が剥離して飛沫となっても、それがエアカーテンを越えて、その外側に出ることが防止され、容器の外部に飛散することがより確実に抑制されることになる。

また、本発明は、上記いずれかの分注装置を備え、培養容器の蓋を開けて、培養容器内の細胞に対し種々の処理を施す培養処理装置を提供する。
本発明によれば、培養容器の外部に液体の飛沫が飛散することが防止されるので、培養容器に対して清浄な雰囲気内で種々の処理を施すことができる。したがって、細胞を健全な状態に維持することができる。また、分注装置から放出される液体に細胞が含まれている場合には、細胞を含む液体の飛沫の飛散が防止されるので、他の検体を入れた培養容器の蓋が開けられる際にクロスコンタミネーションの発生を防止することができる。

本発明によれば、容器の外部への飛沫の飛散を防止しつつ液体を容器内に注入することができ、容器外部の雰囲気や周辺装置の汚染を防止することができるとともに、クロスコンタミネーションや感染等の不都合の発生をより確実に防止することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る分注装置１について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る分注装置１は、図１に示されるように、液体を供給する供給ノズル２と、吸引する吸引ノズル３と、これら供給ノズル２および吸引ノズル３に着脱可能に取り付けられるチップ４とを備えている。

供給ノズル２および吸引ノズル３は、それらの先端部を揃えて略平行に配置されている。
また、前記チップ４は、前記供給ノズル２の先端に接続され、液体を放出する第１の流路５と、前記吸引ノズル３に接続され、先端付近の雰囲気を吸引する第２の流路６とを備えている。これら第１の流路５の先端開口部（分注口）５ａと第２の流路６の先端開口部（吸引口）６ａとは、図２に示されるように、相互に隣接して配置されている。

また、図１に示されるように、供給ノズル２および吸引ノズル３には、それぞれ供給配管７と吸引配管８とが接続されている。供給配管７には、供給すべき液体Ａを貯留する貯留タンク９から液体Ａを汲み上げて供給ノズル２に送給する第１のポンプ１０が配置されている。また、吸引配管８には、吸引ノズル３の先端から吸引した飛沫Ｂを廃棄物タンク１１に導く第２のポンプ１２が配置されている。

これら第１のポンプ１０および第２のポンプ１２には、分注制御装置１３が接続されている。
分注制御装置１３は、第１のポンプ１０を制御して、所望のタイミングで貯留タンク９内の液体Ａを供給ノズル２に送給し、供給ノズル２の先端から放出させるようになっている。また、分注制御装置１３は、第１のポンプ１０を制御して供給ノズル２の先端から液体Ａを放出させるときに、第２のポンプ１２を制御して、吸引ノズル３の先端の雰囲気を吸引させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る分注装置１によれば、チップ４の先端の第１の流路５の先端開口部５ａから液体Ａが培養容器２３内に供給される際に、分注制御装置１３の作動により、これに隣接配置された第２の流路６の先端開口部６ａの周囲の雰囲気が吸引される。したがって、第１の流路５の先端開口部５ａから液体Ａが勢いよく放出される際に、先端においてその液体Ａの一部が剥離して飛沫Ｂとなっても、それが周囲に飛散することなく、第２の流路６の先端開口部６ａから第２の流路６内に吸引されることになる。また、培養容器２３や液体Ｃにおいて跳ね返った飛沫（図示せず）も吸引される。

その結果、液体Ａの飛沫Ｂによって培養容器２３の周囲が汚れて、清掃が必要となるという不都合の発生を未然に防止することができる。また、供給ノズル２から放出される液体Ａが細胞を含む細胞懸濁液である場合においても、その飛沫Ｂが外部の他の検体に混入してクロスコンタミネーション等の問題を生ずる不都合の発生も未然に防止することができる。
また、先端に取り付けるチップ４を使い捨て可能にしておくことにより、注入する液体Ａや培養容器２３内の検体を変更する度にチップ４を交換して常に清浄な状態で液体Ａの注入を行うことが可能となる。

なお、本実施形態に係る分注装置１においては、液体Ａの注入のみを行う場合について説明したが、これに加えて、培養容器２３内の液体Ｃを吸引する作業をも行わせることにしてもよい。この場合には、液体Ｃを注入する動作を行わせる際には、上述したように、分注制御装置１３の作動によって第２の流路６を介した吸引動作を同時に行い、吸引動作を行わせる際には、第２の流路６を介した吸引動作を停止して、第１の流路５を介した吸引動作のみを行うことにすればよい。

また、本実施形態においては、第１の流路５の先端開口部５ａに並べて第２の流路６の先端開口部６ａを配置したが、これに代えて、図３および図４に示されるように、第１の流路５の先端開口部５ａを全周にわたって円環状に取り囲むように第２の流路６を構成したチップ４′を採用してもよい。このように構成すれば、第１の流路５を介して液体Ａが放出される際に、第２の流路６を介して周囲の雰囲気を吸引することで、第１の流路５の先端開口部５ａにおいて発生した飛沫が全周にわたって第２の流路６の先端開口部６ａから吸引される。したがって、飛沫が飛散することをより確実に防止することができる。

また、このように構成する場合には、図３に示されるように、第２の流路６の先端開口部６ａを第１の流路５の先端開口部５ａより若干突出させておくことにより、さらに確実に飛沫を吸引して、周囲に飛散するのを抑制することができる。
また、飛沫を吸引する第２の流路６には、図５に示されるように、飛沫Ｂが吸引ノズル３に触れないようにするフィルタ１５を第２の流路６内に配置したチップ４″を採用してもよい。また、図６に示されるように、第１の流路５にフィルタ１５′を設け、さらに先端開口部５ｂを流路６の先端開口部６ａより突出させることにしてもよい。これにより、流路５で液体Ｃを吸引、排出する際に、気体を供給または排出するノズル２に液体Ｃを接触させずに済む。さらに、液体Ｃを吸引、排出する際に発生する飛沫Ｂを先端開口部６ａから吸引することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る分注装置１６について、図７を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明においては、上述した第１の実施形態に係る分注装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る分注装置１６は、図７に示されるように、液体Ａを供給する供給ノズル２と、清浄な空気Ｄを供給する給気ノズル１７と、これら供給ノズル２および給気ノズル１７に着脱可能に取り付けられるチップ１８とを備えている。
供給ノズル２および給気ノズル１７は、それらの先端部を揃えて略平行に配置されている。

また、前記チップ１８は、前記供給ノズル２の先端に接続され、液体Ａを放出する第１の流路５と、前記給気ノズル１７に接続され、第１の流路５の周囲に形成される円環状断面の第２の流路６とを備えている。
また、図７に示されるように、供給ノズル２および給気ノズル１７には、それぞれ供給配管７と給気配管１９とが接続されている。供給配管７には、供給すべき液体Ａを貯留する貯留タンク９から液体Ａを汲み上げて供給ノズル２に送給する第１のポンプ１０が配置されている。また、給気配管１９には、フィルタ１９Ａを介して清浄な空気Ｄを吸引し、給気ノズル３の先端から噴射させる第２のポンプ１２が配置されている。
なお、清浄な空気Ｄはクリーン度、クラス１００以下、望ましくは、クラス１０以下、さらに望ましくは、クラス１以下とするのがよい。

また、分注制御装置１３は、第１のポンプ１０を制御して供給ノズル２の先端から液体Ａを放出させるときに、第２のポンプ１２を制御して、給気ノズル１７の先端から清浄な空気流Ｄを噴射させるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る分注装置１６によれば、チップ１８の先端の第１の流路５の先端開口部５ａから液体Ａが培養容器２３内に供給される際に、分注制御装置１３の作動により、供給されている液体Ａの周囲に、液体Ａを取り囲む筒状に清浄な空気流Ｄが形成される。したがって、第１の流路５の先端開口部５ａから液体Ａが勢いよく放出される際に、先端においてその液体Ａの一部が剥離して飛沫Ｂとなっても、発生した飛沫Ｂは、その周囲に形成されている筒状の空気流Ｄに乗って下方に押し流され、培養容器２３内に導かれることになる。
また、培養容器２３や培地Ｃにおいて跳ね返った飛沫（図示略）も培養容器２３内に導かれることになる。

すなわち、飛沫Ｂが発生しても、それが、培養容器２３の外部に飛散することが防止される。したがって、液体Ａの飛沫Ｂによって培養容器２３の周囲が汚れて、清掃が必要となるという不都合の発生を未然に防止でき、また、供給ノズル２から放出される液体Ａが細胞を含む細胞懸濁液である場合においても、その飛沫Ｂが外部の他の検体に混入してクロスコンタミネーション等の問題を生ずる不都合の発生も未然に防止することができる。

次に、上記分注装置を使用する本発明の一実施形態に係る培養処理装置２０について、図８〜図１４を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る培養処理装置２０は、図８に示される自動培養装置２１に適用する。
この自動培養装置２１は、図８に示されるように、シャッタ２２を介して相互に連絡する第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを備えている。

第１空間Ｓ１の両側空間Ｓ１１，Ｓ１３には、培養容器２３を収容する培養室２４が２個ずつ計４個配置され、中央空間Ｓ１２には、培養容器２３を移動するための搬送ロボット２５が備えられている。中央空間Ｓ１２の上部には、中央空間Ｓ１２内の空気を浄化するために清浄な下降空気流を送る空気清浄部２６が設けられている。
４個の培養室２４は、それぞれ中央空間Ｓ１２に向けて扉２４ａを配置することにより、横に並んだ２個ずつが相互に扉２４ａを対向させて、間隔をあけて配置されている。

前記各培養室２４は、図９および図１０に示されるように、一側面に開口部２４ｂを有し、該開口部２４ｂを開閉可能な扉２４ａを備えている。開口部２４ｂに向かって左右の側壁には、対応する高さ位置に複数のレール状のトレイ保持部材２４ｃが設けられており、左右対となる各トレイ保持部材２４ｃに掛け渡すようにして、トレイ２７を上下方向に複数段収容できるようになっている。なお、トレイ保持部材２４ｃはレール状に限定されず、トレイ２７を出し入れ可能に支持することができれば任意の形態でよい。また、各培養室２４内は、所定の培養条件、例えば、温度３７±０．５℃、湿度１００％およびＣＯ_２濃度５％等に維持されている。

各トレイ２７には、複数個、例えば、１０個の培養容器２３を並べて載置できるようになっている。各培養容器２３は、図１１に示されるように、容器本体２３ａと、該容器本体２３ａの上面に設けられた蓋体２３ｂとからなり、容器本体２３ａの左右の側面には、後述する第２空間内のハンドにより引っかけられる突起２３ｃが設けられている。

各培養室２４の下方には、図８に示されるように、未使用の培養容器２３をトレイ２７に搭載した状態で複数収容するストッカ２８が配置されている。
前記搬送ロボット２５は、４個の培養室２４の間隔位置のほぼ中央に配置されている。該搬送ロボット２５は、水平回転可能な第１アーム２５ａと、該第１アーム２５ａの先端に鉛直軸回りに回転可能に連結された第２アーム２５ｂと、該第２アーム２５ｂの先端に鉛直軸回りに回転可能に取り付けられ、それ自身は駆動部、伝導機構などの培養室内の環境を劣化させる機構を持たないハンド２５ｃと、これら第１アーム２５ａ、第２アーム２５ｂおよびハンド２５ｃを昇降可能な昇降機構２５ｄとを備えている。これにより、搬送ロボット２５は、４個の培養室２４内の全てのトレイ２７にアクセスするとともに、前記シャッタ２２を跨いで第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間に配置されたコンベア２９上にトレイ２７を引き渡すことができる水平方向の動作範囲を有している。

前記コンベア２９は、搬送ロボット２５のハンド２５ｃの幅寸法より大きな間隔をあけて左右に配置された２本の無端ベルト２９ａを備え、これら無端ベルト２９ａに掛け渡してトレイ２７を載置できるようになっている。また、搬送ロボット２５は、培養室２４内の全てのトレイ２７にアクセスするとともに、前記ストッカ２８内の少なくとも最上段のトレイ２７に対応する位置に設けられた導入口（図示略）にアクセスできる垂直方向の動作範囲を有している。
なお、ベルト２９ａは無端ベルトに限られない。

前記ハンド２５ｃは、トレイ２７を載置可能に水平方向に延びる平坦な形状に形成されており、培養室２４に収容されているトレイ２７間の隙間に挿入可能な厚さ寸法に形成されている。そして、ハンド２５ｃは、トレイ２７間の隙間に挿入された状態から上昇させられることにより、２本の腕によってトレイ２７を下方から押し上げてトレイ保持部材２４ｃから取り上げるとともに、トレイ２７を安定して保持できるようになっている。

前記第２空間Ｓ２には、図８、図１２および図１３に示されるように、培養処理装置２０が構成されている。
培養処理装置２０は、検体導入部６５、ハンドリングロボット６６，給排ロボット（分注装置）３０、遠心分離器３１、分注ロボット（分注装置）３３、チップ供給装置３５、チップ回収部５１、試薬等供給装置３６、顕微鏡３７、貯留タンク３８、水平移動機構３９および載置台４１を備えている。

検体導入部６５は、例えば、医療機関等で患者から採取された骨髄液を導入され、供給された骨髄液から間葉系幹細胞を多く含む検体を集める部分であって、提供された骨髄液にＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）等を供給して攪拌し、攪拌された骨髄液から間葉系幹細胞を多く含む検体を分離するようになっている。
ハンドリングロボット６６は、例えば、搬送ロボット２５と同様の水平多関節ロボットであって、先端に設けたハンドを移動させてトレイ２７に載置されている培養容器２３を載置台４１上移載するようになっている。

給排ロボット３０は、シャッタ２２が開かれた状態で第１空間Ｓ１からコンベア２９によって搬送されてきたトレイ２７上の培養容器２３に対し、上記検体導入部６５において集められた検体を供給し、あるいは、培地を供給、回収するようになっている。

また、給排ロボット３０は、水平多関節型ロボットであって、例えば、図８に示す例では、２種類の電動ピペット３０ａ，３０ｂを備えるヘッド３０ｃと、水平旋回可能な２つのアーム３０ｄ，３０ｅと、アーム３０ｅの先端に設けられヘッド３０ｃを昇降させる昇降機構３０ｆとを備えている。電動ピペット３０ａは、上述した供給ノズル２と吸引ノズル３または給気ノズル１７とを備え、貯留タンク３８からダクト３０ｇを介して導かれた培地を供給し、あるいはピペッティング動作を行うようになっている。電動ピペット３０ｂは、培養容器２３内あるいは遠心容器内の不要な培地を吸引し、ダクト３０ｇを介して他の貯留タンク３８へ廃液として排出するようになっている。

電動ピペット３０ａによるピペッティング動作は、電動ピペット３０ａの先端に後述するチップ供給装置３５から供給されたチップ４（またはチップ４′，４″，１８）を装着して、細胞と培地との混合液に対し、吸引および放出を１０回〜２０回繰り返す。これにより、混合液を均一に攪拌するようになっている。
また、給排ロボット３０は、ピペッティング動作の後に、電動ピペット３０ａによって、遠心分離機３１により分離された細胞と培地との混合液を吸引し、載置台４１上に搭載された培養容器２３内に上部開口から供給するようになっている。

一旦使用された使用済みのチップ４は、チップ回収部５１において取り外され回収されるようになっている。したがって、給排ロボット１０は、載置台４１、チップ供給装置３５、チップ回収部５１および遠心分離機３１からの細胞供給装置（図示略）等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。

前記遠心分離機３１は、ピペッティングにより混合された細胞懸濁液を貯留した遠心容器を受け取って低速回転させることにより、骨髄液内に含有されている間葉系幹細胞等の白血球をその他の体液から分離して沈下させるようになっている。また、遠心分離機３１は、給排ロボット３０から供給された細胞入り培地を低速回転させることにより培地内に浮遊していた比重の重い細胞を培地から分離して沈下させるようになっている。

分注ロボット３３は、血清や試薬等の種々の液体を分注するための電動ピペット３２を備えた水平回転および昇降移動可能なロボットであって、第２空間Ｓ２内に４台設置されている。電動ピペット３２も上述した供給ノズル２と吸引ノズル３または給気ノズル１７とを備えている。

これら分注ロボット３３は、それぞれ、先端にチップ４を着脱可能に取り付ける電動ピペット３２を備えた水平回転可能なアーム３３ａと、該アーム３３ａを昇降させる昇降機構３３ｂとを備えている。分注ロボット３３は、水平移動機構３９によって搬送されて来た培養容器２３内へ、培地や種々の試薬を供給するようになっている。したがって、分注ロボット３３は、水平移動機構３９上の載置台４１、チップ供給装置３５、チップ回収部５１および試薬等供給装置３６等の種々の装置をその動作範囲内に配置している。

これら給排ロボット３０および分注ロボット３３は、後述するチップ供給装置３５により供給されたチップ４を電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２の先端に取り付けるようになっている。
前記チップ供給装置３５は、これら給排ロボット３０の電動ピペット３０ａ，３０ｂおよび分注ロボット３３の電動ピペット３２先端に取り付ける使い捨て可能なチップ４を複数収容していて給排ロボット３０および分注ロボット３３の動作範囲内に提供するようになっている。

すなわち、チップ供給装置３５は、上方に開口した容器３５ａ内に、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２への取付口を上向きにして複数のチップ４を配列状態に収容している。そして、給排ロボット３０や分注ロボット３３が、新たなチップ４を必要とするときに、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２を上方から挿入するだけで、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２の先端にチップ４を取り付けることができるように構成されている。

容器３５ａは、給排ロボット３０や分注ロボット３３による電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２の移動方向に対して交差する方向に往復移動させられるように移動機構３５ｂに取り付けられている。また、分注ロボット３３にチップ４を供給するチップ供給装置３５には、移動機構３５ｂによる移動方向とは直交する方向に容器３５ａを移動させる他の移動機構３５ｃが備えられている。これにより、容器３５ａ内の全てのチップ４に対して電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２がアクセスすることができるようになっている。

前記チップ回収部５１は、使用済みのチップ４を廃棄回収するようになっている。このチップ回収部５１は、廃棄容器５９の入口に、チップ４を把持する把持装置（図示略）を備えていて、給排ロボット３０や分注ロボット３３において使用されたチップ４が把持装置に挿入されると、これを把持するようになっている。そして、この状態で給排ロボット３０や分注ロボット３３が電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２を移動させることにより、電動ピペット３０ａ，３０ｂ，３２先端から使用済みチップ４が取り外され、廃棄容器５９内にダクト６０を介して回収されるようになっている。廃棄容器５９は、空間Ｓ２２２内に着脱可能に配置されており、必要に応じて交換可能となっている。
前記ダクト６０および廃棄容器５９の交換時には、培養処理装置２０の側壁５０ａ，５０ｂに設けられた図示しないドアを開くことにより、培養処理装置２０の外部からアクセスすることとすればよい。

試薬等供給装置３６は、血清や試薬等の種々の液体を複数の容器に貯留している。
この試薬等供給装置３６は、例えば、図１３に示されるように、円筒状のケーシング内部に、水平回転可能なテーブル３６ａを収容し、該テーブル３６ａ上に、扇型の底面形状を有する筒状の試薬等容器３６ｂを周方向に複数配列して搭載している。ケーシング内部は一定の温度に保冷されている。各試薬等容器３６ｂには、種々の試薬等が貯留されている。例えば、細胞を培養するために必要な培地を構成するＭＥＭ(Minimal Essential
Medium：最小必須培地)、ＤＭＥＭ（Dulbecco's Modified
Eagle Medium）、ＦＢＳ（Fetal Bovine Serum：ウシ胎児血清）やヒト血清のような血清、培養容器２３内の細胞を剥離させるトリプシンのような蛋白質分解酵素や、培養に際して細胞を成長させるサイトカインのような成長因子、細胞を分化させるデキサメタゾンのような分化誘導因子、ペニシリン系抗生物質のような抗生剤、エストロゲン等のホルモン剤や、ビタミン等の栄養剤が貯留されている。

試薬等供給装置３６のケーシングの上面には、分注ロボット３３が電動ピペット３２先端のチップ４を挿入する挿入口３６ｃが設けられている。この挿入口３６ｃは、前記分注ロボット３３の動作範囲内に配置されている。また、各試薬等容器３６ｂは、その上面に、前記挿入口３６ｃに一致する位置に配置される開口部（図示略）を備えている。これにより、テーブル３６ａを回転させて試薬等容器３６ｂの開口部をケーシングの挿入口３６ｃの鉛直下方に配置することで、分注ロボット３３が、電動ピペット３２先端のチップ４を上方から試薬等容器３６ｂ内へ挿入して、内部に貯留されている試薬等を吸引することができるようになっている。試薬等供給装置３６を２台設けているのは、検体に共通のトリプシンのような薬液と、検体に固有の血清のような液体とを分離して取り扱うようにしているためである。

顕微鏡３７は、培養容器２３内における細胞の様子を観察できるようになっている。培養容器２３内の細胞の様子を観察する場合には、ハンドリングロボット６６を作動させて、載置台４１上に載置されている培養容器２３を顕微鏡３７に移載するようになっている。
顕微鏡３７は、培養工程の途中、あるいは、培地交換の際に、培養容器２３内の細胞の様子や増殖の程度を観察したり、細胞数を計数したりする場合等に使用されるようになっている。顕微鏡３７のＸＹステージ３７ａや作動距離調整、倍率の変更等は全て遠隔操作により行うことができるように構成されている。第２空間Ｓ２の外方に向けて接眼レンズを配置しておくことにより、自動培養装置２１の外部から培養容器２３内の細胞の状態を観察できるようにしてもよい。

貯留タンク３８は、各試薬および培地交換等により廃棄される廃液をそれぞれ貯留するように複数設けられている。水平移動機構３９は、前記コンベア２９と各ロボット３０，３３との間で培養容器２３を受け渡し可能とするように、培養容器２３を移動させるようになっている。前記載置台４１は、水平移動機構３９のスライダ４０に取り付けられ、受け取った培養容器２３を載置するように構成されている。

また、貯留タンク３８は、例えば、全ての検体に共通して使用できるＭＥＭやＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）等を貯留しておき、必要に応じて試薬等供給装置３６内の試薬等容器３６ｂ内に供給するようになっている。また、貯留タンク３８には、廃液タンクとして、培地交換の際に排出される廃培地等を貯留するものもある。
なお、第２空間Ｓ２にも、該第２空間Ｓ２内の空気を浄化するために清浄な下降気流を形成する空気清浄機５２が設けられている。

前記水平移動機構３９は、直線移動機構により水平方向に移動可能なスライダ４０を備えている。スライダ４０上には前記載置台４１が搭載されており、載置台４１に搭載された培養容器２３を、コンベア２９から分注ロボット３３の動作範囲まで移動させることができるようになっている。

前記載置台４１は、コンベア２９上のトレイ２７内から移載された培養容器２３を搭載して保持する保持機構（図示略）を備えている。また、該培養容器２３に振動を付与する加振装置（図示略）を備えていてもよい。加振装置は、例えば、培養容器２３を所定の角度範囲で往復揺動させる装置の他、超音波振動を加える装置や、水平方向の振動を加える装置を採用してもよい。
本実施形態に係る自動培養装置２１の各種装置には、図示しない制御装置が接続されている。制御装置は、各工程の順序や動作タイミング等を制御するとともに、動作履歴等を記録保存するようになっている。

前記第２空間Ｓ２に構成された培養処理装置２０は、その高さ方向の中間位置に配され第２空間Ｓ２内を上部空間Ｓ２１と下部空間Ｓ２２とに上下に区画する第１の区画壁５３と、該第１の区画壁５３により形成された下部空間Ｓ２２内をさらに上下に区画する第２の区隔壁５４とにより、上下方向に並ぶ３つの空間Ｓ２１，Ｓ２２１，Ｓ２２２に区画されている。

第１の区画壁５３は、前記コンベア２９の高さに配置され、その上方の上部空間Ｓ２１内に、載置台４１、給排ロボット３０、分注ロボット３３のアーム３３ａ、顕微鏡３７のＸＹテーブル３７ａ以上の機構部等を配置している。これらの装置は、培養容器２３の移動に必要な装置、および培養容器２３の上部開口からアクセスすることが必要な装置だからである。なお、試薬等供給装置３６の上面も第１の区画壁５３の上面に露出しているが、これはチップ４の挿入口３６ｃを上部空間Ｓ２１に開口させるためである。

また、第１の区画壁５３には、載置台４１を上部空間Ｓ２１において移動させるために、載置台４１を下部空間Ｓ２１内の水平移動機構３９に連結するための長孔５５、第１の区画壁５３の下方の空間Ｓ２２１に配置されたチップ供給装置３５からチップ４を取り出すための貫通孔５６、使用済みのチップ４を廃棄するための廃棄口５７が貫通形成されている。さらに、第１の区画壁５３には、その側壁５０ａ，５０ｂに沿って、上下に貫通する通気口５８が設けられている（斜線部）。

第１の区画壁５３と第２の区画壁５４との間の空間Ｓ２２１には、図１２に示されるように、分注ロボット３３の本体部分、チップ供給装置３５、試薬等供給装置３６、顕微鏡３７のＸＹテーブル３７ａ以下の部分、水平移動機構３９および、チップ回収部５１の廃棄口５７と廃棄容器５９とを接続するダクト６０が備えられている。前記ダクト６０は、図１４に示されるように、例えば、その上端にフランジ部６０ａを備える構造とされ、第１の区画壁５３の下部に設けたフック６４に引っかけることで、第１の区画壁５３と第２の区画壁５４との間に着脱可能に設ければよい。第２の区画壁５４の側壁５０ａ，５０ｂ近傍には、該側壁５０ａ，５０ｂに沿って、上下に貫通する通気口６３が設けられている（斜線部）。

さらに、第２の区画壁５４の下方の空間Ｓ２２２には、図１３に示されるように、遠心分離機３１、貯留タンク３８、廃棄容器５９、および排気ファン６１が配置されている。排気ファン６１の出口にはＨＥＰＡフィルタのようなフィルタ６２が設けられ、排気される空気を清浄にするようになっている。

このように構成された本実施形態に係る培養処理装置２０および自動培養装置２１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る自動培養装置２１を用いて、骨髄間葉系幹細胞を培養するには、まず、患者から採取された骨髄液を遠心分離容器（図示略）に入れた状態で遠心分離機３１に投入する。この工程は、作業者が行ってもよく、また、給排ロボット３０に行わせてもよい。これにより、遠心分離機３１の作動により、骨髄液中から比重の重い骨髄細胞が集められる。

集められた骨髄細胞は、給排ロボット３０により、培養容器２３に投入される。このとき、コンベア２９の作動により、トレイ２７に載せた１０個の空の培養容器２３が、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に差し出されている。トレイ２７上の培養容器２３の内の２個の培養容器２３が、ハンドリングロボット６６によってトレイ２７上から載置台４１上に移載される。そして、図示しない蓋体開閉装置の作動により、載置台４１上の培養容器２３の蓋体２３ｂが開けられる。

チップ供給装置３５が移動機構３５ｂを作動させることにより、未使用のチップ４を給排ロボット３０の動作範囲内に配すると、給排ロボット３０は、昇降機構３０ｆを作動させることにより、ヘッド３０ｃを下降させて、第１の区画壁５３下方のチップ供給装置３５から未使用のチップ４を受け取り、電動ピペット３０ａの先端に取り付ける。

この状態で、給排ロボット３０を作動させて、電動ピペット３０ａ先端のチップ４を遠心分離機３１内に集められた骨髄細胞懸濁液に接触させる。そして、電動ピペット３０ａを作動させることにより、チップ４内に骨髄細胞を吸引する。吸引された骨髄細胞は給排ロボット３０を作動させることにより、上部開口から投入される。

この場合において、本実施形態に係る培養処理装置２０によれば、骨髄細胞の懸濁液を培養容器２３内に注入する際に、チップ４の第１の流路５に吸引した骨髄細胞懸濁液を放出する一方、第１の流路５に隣接配置されている第２の流路６によって吸引するので、第１の流路５から放出される際に、骨髄細胞懸濁液が飛沫となって放出されても、第２の流路６によって吸引されて、周囲に飛散することが防止されることになる。したがって、注入時に骨髄細胞懸濁液の飛沫が培養容器２３外部に飛散することが防止され、培養処理装置２０内の汚染やクロスコンタミネーションの発生を未然に防止することができる。

骨髄細胞を培養容器２３内に投入し終わると、給排ロボット３０は、チップ４を第１の区画壁５３に形成された廃棄口５７まで搬送して挿入することにより、取り外し、チップ回収部５１に回収させる。廃棄口５７において取り外されたチップ４は、ダクト６０を介して、最下位の空間Ｓ２２２に配置されている廃棄容器内に投入される。

この状態で、給排ロボット３０は、昇降機構３０ｆを作動させることにより、ヘッド３０ｃを下降させて、第１の区画壁５３下方のチップ供給装置３５から未使用のチップ４を受け取り、電動ピペット３０ｂの先端に取り付ける。そして、給排ロボット３０を作動させて、電動ピペット３０ｂ先端のチップ４を介して、貯留タンク３８に貯留されているＤＭＥＭやＰＢＳ（リン酸緩衝化食塩水）を培養容器２３内に供給する。

この場合においても、給排ロボット３０は、第１の流路５を介してＤＭＥＭやＰＢＳを培養容器２３内に供給する際に、その先端開口部５ａにおいて発生する飛沫を、第２の流路６の先端開口部６ａから吸引するので、勢いよく供給しても飛沫が培養容器２３外部に飛散することが防止される。
その後、上記と同様にして、チップ４が廃棄口５７に廃棄される。

次に、骨髄細胞が投入された培養容器２３は、水平移動機構３９を作動させることにより、載置台４１ごと水平移動させられ、各分注ロボット３３の動作範囲内に配置される。分注ロボット３３は、チップ供給装置３５から受け取った未使用のチップ４を先端に取り付けた電動ピペット３２を作動させることにより、試薬等供給装置３６の試薬等容器３６ｂ内からＤＭＥＭや血清、あるいは各種試薬を適量吸引した後に、培養容器２３の上方まで搬送して培養容器２３内に注入する。血清や各試薬の吸引は、各試薬等の吸引毎にチップ供給装置３５から未使用のチップ４に交換して行われる。これにより、培養容器２３内においては、適正な培地内に骨髄細胞が混合された状態で存在することになる。

この場合においても、血清や各試薬等の供給は、チップ４の第１の流路５に吸引した血清や試薬等を放出することにより行われるが、放出の際に、第２の流路６の先端開口部６ａから吸引することによって、供給により発生した飛沫が培養容器２３外部に飛散することが防止される。
なお、培地内において骨髄細胞を均一に分布させるために、載置台４１を作動させて、培養容器２３ごと加振することにしてもよい。

そして、全ての処理を終えた培養容器２３は水平移動機構３９の作動により、コンベア２９の近傍まで移動させられ、そこで、再度、蓋体開閉装置およびハンドリングロボット６６の作動により、蓋体２３ｂにより上部開口を閉じられた状態で、トレイ２７に戻される。
トレイ２７上の全ての培養容器２３に対して所定の処理が行われた後に、コンベア２９を作動させることにより、トレイ２７に載せられた培養容器２３が第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１の中央空間Ｓ１２内に挿入される。

この状態で、搬送ロボット２５を作動させることにより、ハンド２５ｃによってトレイ２７を持ち上げる。そして、トレイ２７を収容する培養室２４の前まで搬送したところで、当該培養室２４の扉２４ａを開き、搬送ロボット２５によって、空いているトレイ保持部材２４ｃ上にトレイ２７を挿入する。そして、再度、扉２４ａを閉じることにより、培養室２４内の培養条件を一定に保持して細胞の培養が行われることになる。なお、骨髄細胞投入や、ＤＭＥＭ、血清、各種試薬の投入や吸引の順序は適宜変更してもよいのは言うまでもない。

また、培地交換や容器交換の際にも、上記と同様にして、培養室２４外に配置されている搬送ロボット２５の作動により、培養室２４内の培養容器２３がトレイ２７ごと取り出され、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２へ受け渡される。第２空間Ｓ２では、培養容器２３内にトリプシンが注入されて、培養容器２３内の細胞が剥離させられた状態で、給排ロボット３０の作動によって遠心分離機３１内に投入され、間葉系幹細胞等の必要なもののみが集められる。その他の処理工程は上記と同様である。

そして、複数回の培地交換や容器交換を介した所定期間にわたる培養工程を行うことにより、間葉系幹細胞が十分な細胞数まで増殖させられることになる。十分な細胞数に達したか否かは、間葉系幹細胞が底面に付着した培養容器２３を顕微鏡３７まで搬送することにより、観察あるいは測定され、細胞の増殖の程度が判断される。なお、トレイ２７上には、同一検体の培養容器２３が載置されていてもよいし、異なる検体の培養容器２３が混在していてもよい。また、載置台４１上には同一検体の培養容器２３が載置されてもよいし、異なる検体の培養容器２３が混在していてもよい。
また、細胞の増殖の程度を自動的に判断して次の工程に移るのか、もう１サイクル培養工程を行うのかを自動判断するようにしてもよい。

このようにして、本実施形態に係る自動培養装置２１により、患者から採取した骨髄液から十分な細胞数の間葉系幹細胞を自動的に培養することが可能となる。なお、十分な間葉系幹細胞が得られた後には、培養容器２３内にリン酸カルシウムのような生体組織補填材およびデキサメタゾンのような分化誘導因子を投入して、再度培養工程を継続することにより、生体の欠損部に補填可能な、生体組織補填体を製造することにしてもよい。

この場合において、本実施形態に係る自動培養装置２１によれば、培養室２４内に、培養容器２３を取り出すための機構部が存在しない。すなわち、培養室２４内には、トレイ２７を載置した状態に支持するトレイ保持部材２４ｃが設けられているのみであり、培養容器２３を取り出すための機構部は全て培養室２４外に配置された搬送ロボット２５に集約されている。そして、搬送ロボット２５は、トレイ２７の出し入れ作業が行われた後には、培養室２４の扉２４ａの外側に完全に退避することができるようになっている。

したがって、扉２４ａが閉じられた状態では、培養室２４内に機構部が存在せず、機構部の作動によって発生するような塵埃の発生は全く存在しない。また、培養室２４内は、温度３７±０．５℃、湿度１００％およびＣＯ_２濃度５％等に維持されるが、機構部が存在しないために、このような環境下においても、腐食等の問題が生ずることがない。また、扉２４ａが開かれた状態においても、培養室２４内に挿入されるのは搬送ロボット２５のハンド２５ｃ先端のみであり、実質的に回転機構や摺動機構が培養室２４内に入ることはない。その結果、培養室２４内への塵埃の侵入が抑制され、培養室２４内部の清浄度を高めることができる。
なお、培養室２４は、ＣＯ_２インキュベータ、マルチガスインキュベータ、インキュベータ、または保冷庫等のように、培養に利用されるものあるいはその組合せで構成されていてもよい。

また、本実施形態に係る培養処理装置２０および自動培養装置２１によれば、培養処理装置２０の第２空間Ｓ２内が、第１の区画壁５３により上部空間Ｓ２１と下部空間Ｓ２２とに区画されている。さらに、上部空間Ｓ２１には清浄な下降気流を発生させる空気清浄機５２が設けられている。そして、第１の区画壁５３には、その側壁２０ａ，２０ｂ近傍に通気口５８が設けられている。第１の区画壁５３には、通気口５８の他に種々の装置を貫通させるための貫通孔５６，５７等が形成されているが、通気口５８の流通断面積を他の貫通孔５６，５７等の流通断面積より十分に大きく確保しておくことにより、気流を通気口５８に通過させることが可能となる。

したがって、上部空間Ｓ２１内を下降してきた清浄な気流は、第１の区画壁５３の近くで側壁２０ａ，２０ｂの方向に向かい、通気口５８を介して下部空間Ｓ２２へと流通させられる。その結果、上部空間Ｓ２１内に浮遊していた塵埃を下方に向かって押し流してきた気流が、上部空間Ｓ２１の側壁２０ａ，２０ｂ近傍の角部に滞留することがなく、スムーズに下部空間Ｓ２２へ流通させられることになる。

さらに、本実施形態に係る培養処理装置２０および自動培養装置２１によれば、蓋体を開かれた状態の培養容器２３が移動させられる上部空間Ｓ２１には、培養容器２３の移動に必要な載置台４１、顕微鏡３７のＸＹテーブル３７ａ、培養容器２３の上部開口からアクセスすることが必要な給排ロボット３０、分注ロボット３３の電動ピペット３２、顕微鏡３７の光源部分等のみが配置され、その他の機構部は下部空間Ｓ２２に配置されている。したがって、上部空間Ｓ２１における塵埃の発生が最小限に抑えられ、培養容器２３内への塵埃の混入の可能性が低減されることになる。

また、特に、塵埃を発生する可能性の高い装置、例えば、遠心分離機３１、廃棄容器５９、排気ファン６１等は、下部空間Ｓ２２の内、さらに第２の区画壁５４によって区画された最下位の空間Ｓ２２２内に配置されているので、そこで発生した塵埃が上部空間Ｓ２１に流入することはない。さらに、空間Ｓ２２２内の空気は排気ファン６１によって吸引され、ＨＥＰＡフィルタ６２によって塵埃を除去された後に培養処理装置２０の外部に放出される。したがって、上部空間Ｓ２１の清浄度は、極めて高い清浄度に維持されることになる。

また、第２の区画壁５４にも、側壁２０ａ，２０ｂに沿って通気口６３が設けられているので、上部空間Ｓ２１から流入した塵埃を含む気流が、空間Ｓ２２１内に広がることなく、スムーズに空間Ｓ２２２に向けて流通させられることになる。

さらに、培地や細胞が付着した使用済みのチップ３４を収容した廃棄容器５９は、着脱可能であり、必要によりまたは定期的に交換することで、下部空間Ｓ２２の清浄度をも高い状態に回復することができる。さらに、廃棄容器５９への廃棄の際に使用済みのチップ３４を通過させるダクト６０も、必要によりまたは定期的に取り外して、交換あるいは清掃することで、清浄度の向上に寄与することができる。

さらに、本実施形態に係る自動培養装置２１は、搬送ロボット２５の設置されている中央空間Ｓ１２の上部に、空気清浄部２６を備えているので、搬送ロボット２５の存在する中央空間Ｓ１２内も常に清浄度が維持されている。したがって、培養室２４の扉２４ａが開かれたときにも、培養室２４内に塵埃が流入することを最小限に抑えることが可能となる。
したがって、本実施形態に係る自動培養装置２１によれば、培養中の細胞が塵埃等によって汚染される可能性を低減し、健全な細胞を培養することができるという効果がある。

なお、この発明は、上記実施形態に示した構成に限定されるものではない。すなわち、培養室２４の形状や数、搬送ロボット２５、給排ロボット３０および分注ロボット３３の形態や数、各種装置の形態や数等は、何ら限定されることなく、適用条件に合わせて任意に設定することができる。

また、成長因子としては、サイトカインの他に、例えば、濃縮血小板、ＢＭＰ、ＥＧＦ、ＦＧＦ、ＴＧＦ−β、ＩＧＦ、ＰＤＧＦ、ＶＥＧＦ、ＨＧＦやこれらを複合させたもの等の成長に寄与する物質を採用することにしてもよい。また、抗生剤としては、ペニシリン系抗生物質の他、セフェム系、マクロライド系、テトラサイクリン系、ホスホマイシン系、アミノグリコシド系、ニューキノロン系等任意の抗生物質を採用することができる。
なお、本発明に係る自動培養装置は、骨髄の間葉系幹細胞の培養に限定されるものではない。生体の種々の組織から採取された細胞や、樹立された細胞ラインを培養してもよい。

また、生体組織補填材としては、リン酸カルシウムに代えて、生体組織に親和性のある材料であれば任意のものでよく、生体吸収性の材料であればさらに好ましい。特に、生体適合性を有する多孔性のセラミックスや、コラーゲン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ヒアルロン酸、またはこれらの組合せを用いてもよい。また、チタンの様な金属であってもよい。また、生体組織補填材は、顆粒状でもブロック状でもよい。

本発明の第１の実施形態に係る分注装置を説明する全体構成図である。図１の分注装置に取り付けるチップの先端部の形状を示す平面図である。図１の分注装置の第１の変形例を示すチップ部分の縦断面図である。図３の分注装置に取り付けるチップの先端部の形状を示す平面図である。図１の分注装置の第２の変形例を示すチップ部分の縦断面図である。図１の分注装置の他の変形例を示すチップ部分の縦断面図である。本発明の第２の実施形態に係る分注装置を説明する全体構成図である。本発明の一実施形態に係る培養処理装置およびこれを適用する自動培養装置を示す斜視図である。図８の自動培養装置の第１空間を概略的に示す縦断面図である。図８の自動培養装置の第１空間を概略的に示す平面図である。図８の自動培養装置において用いられる培養容器の一例を示す斜視図である。図８の自動培養装置の培養処理装置の第１の区画壁を除去して第２の区画壁上の装置を示す斜視図である。図８の自動培養装置の培養処理装置の第１および第２の区画壁を除去して最下位の空間内に設置された装置を示す斜視図である。図８の自動培養装置の培養処理装置の廃棄容器に接続するダクトの取付構造例を示す縦断面図である。

符号の説明

Ａ液体
Ｄ空気流（気流）
１，１６分注装置
５ａ先端開口部（分注口）
６ａ先端開口部（吸引口、気体噴出口）
２０培養処理装置
２３培養容器（容器）
２３ａ蓋体（蓋）

Claims

容器内に液体を注入する分注口と、該分注口の近傍に設けられ、分注口からの液体の注入時に、分注口の周囲の空気を吸引する吸引口とを備える分注装置。
前記吸引口が、前記分注口の周囲に円環状に配置されている請求項１に記載の分注装置。
前記分注口と前記吸引口とが二重管状に形成されている請求項２に記載の分注装置。
容器に液体を注入する分注口と、該分注口の周囲に設けられ、分注口からの液体の注入時に、液体の注入方向に沿って液体を取り囲む気流を発生させる気体噴出口とを備え、分注口と気体噴射口とが二重管状に形成されている分注装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の分注装置を備え、培養容器の蓋を開けて、培養容器内の細胞に対し種々の処理を施す培養処理装置。