WO2015174356A1 - 培養観察装置 - Google Patents

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WO2015174356A1
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culture
culture vessel
light source
observation apparatus
imaging unit
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河野 芳弘
木村 博之
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Olympus Corp
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    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/44Receiver circuitry for the reception of television signals according to analogue transmission standards

Definitions

  • the present invention relates to a culture observation apparatus.
  • Patent Document 1 For cell culture, each time a cell becomes confluent, a step of taking out the culture container from the incubator, peeling the cell from the culture container, seeding in a new culture container, and culturing is repeated (for example, Patent Document 1). reference.).
  • This operation must be performed by the observer checking the cells in the culture container in the incubator once or twice a day, which is very troublesome.
  • This invention is made
  • the present invention provides the following means.
  • a light source unit that irradiates illumination light into the culture vessel from the side surface of the transparent culture vessel, and an image obtained by photographing scattered light from the inside of the culture vessel of the illumination light emitted from the light source unit
  • a culture observation apparatus including an imaging unit to be acquired and a transmission unit that transmits an image acquired by the imaging unit to the outside is provided.
  • the illumination light emitted from the light source unit enters the culture container from the side surface of the transparent culture container in which the cells are cultured, so that the illumination light is scattered in the cells, and the scattered light Is ejected to the outside from the culture container, and the culture state of the cells inside the culture container can be detected by taking an image with the imaging unit and acquiring the image. Then, since the transmission unit transmits the acquired image to the outside, for example, by receiving the image transmitted outside the incubator containing the culture container, the lid of the incubator is opened and the culture container is taken out. The culture state of the cells inside the culture container can be confirmed without any trouble. Thereby, the troublesomeness at the time of cell culture can be reduced.
  • the said light source part may irradiate illumination light along the optical axis in the range of +/- 30 degrees with respect to a horizontal direction.
  • the illumination light from a light source part turns into dark field illumination or oblique illumination, and can shade the cell currently cultured in the culture container.
  • a three-dimensional image of the cell is acquired in the imaging unit, and it becomes possible to observe the culture state of the cell more clearly.
  • the said light source part may make illumination light inject into the height position between the bottom face of the said culture container, and the liquid level of the culture solution stored in this culture container.
  • the said imaging part may image
  • the cells cultured in the culture vessel are cells that grow by adhering to the bottom surface of the culture vessel, the cells are observed from the position with the least obstacles only through the bottom surface of the culture vessel. can do.
  • droplets may be condensed on the upper surface of the culture vessel due to evaporation of the culture solution, the droplets are an obstacle to observation, but such inconvenience is not observed by observation through the bottom surface of the culture vessel. Absent.
  • the said imaging part has a condensing lens arrange
  • an imaging device having an imaging surface arranged to be inclined in the direction.
  • the imaging unit includes a microlens array including a plurality of microlenses arranged along the bottom surface of the culture container, and a side opposite to the bottom surface of the culture container across the microlens array.
  • the imaging device may be provided. By doing in this way, the image of a cell can be imaged on an image sensor with a microlens, and a clear image can be acquired.
  • the focal length of the microlens can be set sufficiently small, and the apparatus can be configured compactly by suppressing the height dimension.
  • the said culture container is arrange
  • the said imaging part is arrange
  • the moving mechanism which moves the said imaging part to an up-down direction is provided. It may be. By doing so, it is possible to monitor the culture state by photographing the scattered light transmitted from the bottom of the culture vessel to be observed by moving the imaging unit in the vertical direction by operating the moving mechanism.
  • a plurality of culture containers arranged in a stacked state are accommodated in an incubator and a large amount of cells are cultured at a time, the culture state of the cells in each culture container can be efficiently monitored.
  • the plurality of culture vessels are arranged in a stacked state
  • the imaging unit has an optical axis along the stacking direction of the culture vessels and is disposed above or below the culture vessel. May be provided, and an imaging device that captures the scattered light from the specimen placed at the focal position of the observation optical system.
  • the said light source part is arrange
  • a light source control unit that selectively emits light may be provided.
  • the culture observation apparatus 1 includes a base 2 on which a culture vessel C containing cells A to be cultured together with a culture solution B is mounted, and a light source unit provided on the base 2. 3, an imaging unit 4, a transmission unit 5, and a control unit 6.
  • the culture vessel C is, for example, a cell culture flask and is made of an optically transparent material.
  • the base 2 is provided with a mounting surface 2a made of an optically transparent material for closely contacting the lower surface of the culture vessel C, and an upright surface from the mounting surface 2a. And an abutting surface 2b for bringing one side surface of the mounted culture vessel C into close contact. Since the inside of the incubator is humid, the base 2 has a waterproof structure.
  • the light source unit 3 includes a plurality of LED light sources 3a arranged on the abutting surface 2b, arranged at a predetermined interval from the mounting surface 2a, and arranged in a direction parallel to the mounting surface 2a.
  • the predetermined interval from the mounting surface 2a is the same as or slightly larger than the distance from the bottom surface of the culture vessel C to be mounted to the bottom surface inside the culture vessel C, and the culture solution B expected to be stored in the culture vessel C. It is set to be smaller than the distance to the liquid level.
  • the optical axis 3b of the illumination light emitted from each LED light source 3a is set to be substantially parallel to the mounting surface 2a.
  • the imaging unit 4 includes a condenser lens 4a disposed below the mounting surface 2a inside the base 2, and an imaging element 4b that captures the light collected by the condenser lens 4a and acquires an image.
  • the condenser lens 4a is disposed so that the optical axis 4c is inclined with respect to the mounting surface 2a, and the optical axis 4c intersects the mounting surface 2a and the bottom surface of the culture vessel C mounted on the mounting surface 2a. Yes.
  • the image sensor 4b is also disposed on the opposite side of the mounting surface 2a with the condenser lens 4a interposed therebetween, and is disposed on the optical axis 4c of the condenser lens 4a.
  • the imaging element 4 b has an imaging surface that is inclined with respect to the optical axis 4 c of the condenser lens 4 a in a direction opposite to the inclination direction of the mounting surface 2 a.
  • the image is formed on the imaging surface at a position Q2 away from. Therefore, the light from the bottom surface of the culture vessel C mounted on the mounting surface 2a disposed to be inclined with respect to the optical axis 4c of the condenser lens 4a is imaged on the imaging surface of the imaging device 4b over a wide range. Can be done.
  • the transmission unit 5 is configured to transmit an image acquired by the imaging element 4b to the outside wirelessly.
  • the control part 6 is provided with the timer which is not shown in figure, for example, and operates the light source part 3, the imaging part 4, and the transmission part 5 regularly.
  • the culture observation apparatus 1 configured as described above will be described below.
  • the lower surface of the culture container C containing the cells A and the culture solution B to be cultured is mounted on the mounting surface 2a of the base 2.
  • the base 2 is mounted so that one side faces the abutting surface 2 b of the base 2.
  • the culture observation apparatus 1 on which the culture vessel C is mounted is housed in an incubator (not shown), and is placed so that the mounting surface 2a is horizontal, whereby the temperature and humidity in the incubator are controlled.
  • culture cultivation of the cell A in the culture container C is started.
  • the timer in the control unit 6 is activated to start timing.
  • the control unit 6 operates the light source unit 3 to turn on the LED light source 3a according to a schedule set in advance according to the time measurement result of the timer, and causes the imaging device 4b to perform photographing.
  • the LED light source 3a is provided on the abutting surface 2b that abuts the side surface of the culture vessel C, and makes illumination light enter the culture vessel C from the side surface of the culture vessel C in the direction of the optical axis 3b along the bottom surface of the culture vessel C. Thereby, like the oblique illumination or the dark field illumination, the cell A that adheres and grows on the bottom surface of the culture vessel C is illuminated from the side, and a shadow of the cell A is formed.
  • the condensing lens 4a is arranged with the optical axis 4c inclined with respect to the mounting surface 2a, the optical axis 4c is centered on the optical axis 4c. Scattered light from the range D extending long in the tilt direction is imaged on the image sensor 4b.
  • the image sensor 4b since the image sensor 4b is disposed to be inclined in the direction opposite to the mounting surface 2a, the bottom of the culture vessel C is far from the condenser lens 4a as shown in FIG. Scattered light from the portion arranged at the position P1 is imaged on the image sensor 4b arranged at the position Q1 close to the condenser lens 4a and from the portion arranged at the position P2 close to the condenser lens 4a. Is imaged on the image sensor 4b disposed at the position Q2 far from the condenser lens 4a.
  • an image of the bottom surface of the culture vessel C that is in focus over a wide range is formed on the image sensor 4b, and an image over a wide range of the bottom surface of the culture vessel C can be acquired.
  • the optical axis 4c of the condenser lens 4a is inclined with respect to the bottom surface of the culture vessel C, the thickness dimension of the space below the mounting surface 2a in which the condenser lens 4a and the imaging device 4b are accommodated is suppressed.
  • a long distance along the optical axis 4c between the condenser lens 4a and the mounting surface 2a can be secured, and the bottom surface of the culture vessel C in a wide range can be photographed at a low magnification.
  • the LED light source 3a is turned off each time.
  • the temperature rise of the apparatus can be suppressed and the influence of heat on the cells can be reduced.
  • the image acquired by the image sensor 4 b is sent from the control unit 6 to the transmission unit 5 and transmitted to the outside by the transmission unit 5. Therefore, by receiving the image transmitted from the transmission unit 5 outside the incubator and displaying it on the monitor, the culture vessel C is taken out from the incubator and observed, and further, the incubator door is opened. In addition, the culture state of the cells A in the culture vessel C can be confirmed outside the incubator. That is, there is an advantage that the troublesome confirmation work at the time of cultured cells can be greatly reduced. Further, since it is not necessary to take the culture container C out of the incubator, environmental changes (changes in temperature, pH, etc.) for the cells can be eliminated.
  • the light source unit 3 makes the illumination light incident in parallel to the bottom surface of the culture vessel C to which the cells A are adhered, the cells cultured in the culture vessel C A can be shaded. Thereby, the three-dimensional image of the cell A is acquired in the imaging unit 4, and the culture state of the cell A can be observed more clearly.
  • the light source unit 3 makes illumination light incident between the bottom surface of the culture vessel C and the liquid surface of the culture solution B, the illumination light does not have to pass through the liquid surface of the culture solution B or the bottom surface of the culture vessel C.
  • the scattering of illumination light can be suppressed and the culture medium B can be propagated farther, and illumination can be performed over a wide range.
  • the imaging unit 4 captures the scattered light transmitted through the bottom surface of the culture container C among the scattered light in the cells A being cultured, the culture container C can be used when cultured in a high-temperature and high-humidity environment. A clear image can be obtained without being affected by water droplets formed by condensation on the upper surface.
  • the LED light source 3a is used as the light source unit 3 since the LED light source 3a is used as the light source unit 3, there are advantages that heat generation can be suppressed, influence on cells can be reduced, and power consumption can be suppressed.
  • the optical axis 4c of the condenser lens 4a may be bent by one or more mirrors 4d.
  • the distance between the condenser lens 4a and the mounting surface 2a is secured long while the thickness dimension of the base 2 is further reduced, and the bottom surface of the culture container C in a wide range is photographed at a low magnification.
  • the illumination light from the light source unit 3 is incident in the culture vessel C in the horizontal direction along the optical axis 3b parallel to the bottom surface.
  • the present invention is not limited to this. Instead, it may be incident at an angle of ⁇ 30 ° or less with respect to the horizontal direction. Even if such an angle is adopted, a shadow similar to that of dark field illumination or oblique illumination can be formed on the cell A, and a three-dimensional image can be taken.
  • the optical axis 4c of the condenser lens 4a is inclined with respect to the bottom surface of the culture vessel C to acquire an image of the bottom surface of the culture vessel C over a wide range.
  • a partial image of the bottom surface may be acquired by making the optical axis 4c of the condenser lens 4a orthogonal to the bottom surface.
  • the culture state may be estimated from the image of this partial region.
  • the control unit 6 includes a timer and periodically operates the light source unit 3 and the like. Instead, a receiving unit (not shown) is connected to the control unit 6. Then, a command signal from the outside of the incubator may be received, and the control unit 6 may drive the light source unit 3 and the like according to the command signal. By doing in this way, the operator can turn on and off the light source unit 3 and shoot by remote control at an arbitrary timing. Transmission and reception of image signals and command signals may be performed wirelessly or may be performed by wire.
  • a culture observation apparatus 10 according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the culture observation apparatus 1 according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.
  • the culture observation apparatus 10 is different from the culture observation apparatus 1 according to the first embodiment in the imaging unit 11.
  • the imaging unit 11 includes a microlens array 12 including a plurality of microlenses 12a arranged on a plane substantially parallel to the mounting surface 2a below the mounting surface 2a. And an image pickup device 4b arranged further below the microlens array 12.
  • the microlens 12a of the microlens array 12 is arranged corresponding to each pixel of the image sensor 4b.
  • the focal length of each microlens 12a is set to be larger than the thickness dimension obtained by adding the thickness dimension of the transparent member constituting the mounting surface 2a and the thickness dimension of the bottom surface of the culture vessel C mounted on the mounting surface 2a.
  • an image of the cell A can be projected onto the imaging surface of the imaging element 4b. It has become. Note that it is not always necessary for the image sensor 4b to capture an image of the entire bottom surface of the culture vessel C. An image is acquired for an arbitrary partial region such as a central portion where there is a high probability that the cell A exists, and the acquired image Based on the above, the culture state may be estimated.
  • a culture observation apparatus 20 according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • portions having the same configuration as those of the culture observation apparatus 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the culture observation apparatus 20 is a culture observation apparatus 20 used when a plurality of culture containers C are arranged in a stacked state and accommodated in an incubator as shown in FIGS. 6 and 7.
  • a base 2 positioned with respect to the culture vessel C, a movable part 21 provided so as to be movable in the vertical direction with respect to the base 2, and a moving mechanism 22 for moving the movable part 21 relative to the base 2. It has.
  • the base 2 includes, for example, a mounting surface 2a that closely contacts the lower surface of the lowest culture vessel C among the plurality of stacked culture vessels C, and an abutment surface 2b that abuts the side surface of the culture vessel C.
  • the mounting surface 2a of the base 2 and a part of the side surface 2c below the mounting surface 2 are made of an optically transparent material, and scattered light from the bottom surface of the culture vessel C mounted on the mounting surface 2a is converted into the mounting surface 2a and the side surface 2c. It can be observed from outside.
  • the movable unit 21 supports the light source unit 3 that generates illumination light and the imaging unit 4 in a relatively positioned state.
  • the light source unit 3 is an LED light source 3a similar to that of the first embodiment, and is disposed so as to face the side surface of the culture vessel C.
  • the light source unit 3 transmits the side surface of the culture vessel C and substantially emits illumination light inside the culture vessel C. Irradiates horizontally.
  • the imaging unit 4 also captures the condensing lens 4a with the optical axis 4c inclined with respect to the bottom surface of the culture vessel C and the scattered light collected by the condensing lens 4a.
  • the image pickup device 4b is arranged so as to be inclined in the direction opposite to the bottom surface of the culture vessel C with respect to the optical axis 4c of the condenser lens 4a.
  • the imaging unit 4 is at a height position between the bottom surface of one of the culture vessels C and the liquid level of the culture solution B stored in the culture vessel C when the LED light source 3a constituting the light source unit 3 is located. When arranged, it is arranged obliquely below the culture vessel C irradiated with illumination light from the LED light source 3a, and is arranged at a position for photographing the cells A cultured in the culture vessel C. Yes.
  • the moving mechanism 22 includes, for example, a ball screw 22a, a motor 22b that rotates the ball screw 22a around an axis, a nut 22c that is fixed to the movable portion 21 and meshes with the ball screw 22a, and a guide that supports the movable portion 21 so as to be movable up and down.
  • the thing provided with the rail 22d etc. can be employ
  • the control unit 6 is periodically driven by a timer. When driven, the control unit 6 repeatedly performs illumination light irradiation from the light source unit 3, photographing by the imaging unit 4, and raising / lowering operation of the movable unit 21 by the moving mechanism 22. The culture state of the cells A cultured in each culture container C is photographed.
  • the moving unit 22 is moved up and down intermittently by the thickness of the culture vessel C by the moving mechanism 22.
  • the control unit 6 operates the light source unit 3 and the imaging unit 4 photographs the bottom surface of the culture vessel C in which the illumination light is incident. After the photographing, as shown in FIG. 7, all the culture containers in the stacked state are moved up and down by moving the moving mechanism 22 and the operations of the light source unit 3 and the imaging unit 4 are repeated.
  • the culture state of cell A in C can be observed sequentially. Therefore, there is an advantage that the culture state of the cells A in each culture vessel C can be observed outside the incubator even when a large number of culture vessels C are accommodated in the incubator and cultured.
  • the image pickup device 4b is tilted with respect to the optical axis 4c of the condenser lens 4a so as to acquire an in-focus image over a wide range.
  • a microlens array including a plurality of microlenses (not shown) having different focal lengths may be employed. According to this, even if the image pickup element 4b is arranged orthogonal to the optical axis of the microlens array, it is possible to acquire a focused image over a wide range.
  • a culture observation apparatus 30 according to a fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the same reference numerals are given to portions having the same configuration as the culture observation apparatus 1 according to the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.
  • the culture observation apparatus 30 includes a light source unit 31 in which a plurality of LED light sources 3a are arranged at intervals in the vertical direction on the abutting unit 2b, and
  • the culture observation apparatus 1 according to the first embodiment is different from the culture observation apparatus 1 according to the first embodiment in that the imaging unit 32 is provided above the culture container C arranged in a stacked state.
  • the vertical spacing of the LED light source 3a of the light source unit 31 in the present embodiment matches the height dimension of the culture vessel C.
  • the lowermost LED light source 3a is provided between the mounting surface 2a of the base 2 on which the culture vessel C is mounted and the liquid level of the culture solution B stored in the lowermost culture vessel C. It is arrange
  • the imaging unit 32 includes a condensing lens 32a arranged with the optical axis 32c directed in the vertical direction, and an image sensor 32b that photographs the light collected by the condensing lens 32a.
  • the condensing lens 32a is a variable focus lens capable of switching the focal length.
  • the variable focus lens may be of a lens switching type, or may be a lens that can change the focal length by an applied voltage like a liquid lens.
  • the control part 6 selects the LED light source 3a which emits illumination light
  • the focus of the condensing lens 32a is made into the bottom face position of the culture container C with which the said LED light source 3a is opposingly arranged.
  • the condensing lens 32a is controlled to match.
  • reference numeral 2d denotes a wall surface made of an optically transparent material.
  • the illumination light is supplied from the LED light source 3a selected by the control unit 6 (the lowest in the example shown in FIG. 8) in the culture container C. Since the focal position of the condenser lens 32a is made to coincide with the bottom surface of the (lowest) culture vessel C corresponding to the LED light source 3a, the cells A cultured on the bottom surface of the culture vessel C Images can be acquired. After the acquisition of the image, the LED light source 3a that generates the illumination light is switched, and the focal position of the condenser lens 32a is changed to sequentially acquire the images of the cells A in the stacked culture container C. .
  • the imaging unit 32 arranged above the culture vessel C acquires images of the bottom surfaces of the plurality of culture vessels C from above, but instead of this, the imaging unit 32 is used. You may decide to arrange
  • a plurality of LED light sources 3a are arranged in the vertical direction to emit light according to the type of the culture container C.
  • the LED light source 3a to be selected may be selected.
  • a holding shelf unit 39 having a plurality of holding shelves 39a, 39b, and 39c can be provided. By doing in this way, a plurality of cell culture bags can be arranged in the vertical direction.
  • the holding shelf has a structure that does not hinder acquisition of an image by the imaging unit.
  • the holding shelf may be made of an optically transparent material, or may have a structure having an opening in the observation region. good.
  • a vibration means 40 for applying vibration to a culture vessel to be mounted can be provided.
  • the cell in a culture container is an adhesive cell
  • the process which peels off cells such as a trypsin process
  • the vibration means 40 may be controlled by the control unit.

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Abstract

 細胞培養時の確認作業の煩わしさを低減する。 細胞を培養している光学的に透明な培養容器(C)の側面から所定の角度範囲で培養容器(C)内に照明光を照射する光源部(3)と、該光源部(3)から照射された照明光が培養容器C内の細胞において散乱され、この散乱光の一部が培養容器(C)の底面を透過し、透過した散乱光を撮影して画像を取得する撮像部(4)と、該撮像部4により取得された画像を外部に送信する送信部(5)とを備える培養観察装置(1)を提供する。

Description

培養観察装置
 本発明は、培養観察装置に関するものである。
 従来、細胞の培養には、細胞がコンフルエントになる都度にインキュベータから培養容器を取り出して、培養容器から細胞を剥がし、新たな培養容器に播種して培養する工程が繰り返される(例えば、特許文献1参照。)。
特開平6-217989号公報
 しかしながら、この作業は、観察者が1日1~2回インキュベータ内の培養容器内の細胞を確認することにより行われなければならず、非常に煩わしい。
 本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、細胞培養時の確認作業の煩わしさを低減することができる培養観察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。
 本発明の一態様は、透明な培養容器の側面から培養容器内に照明光を照射する光源部と、該光源部から照射された照明光の培養容器内部からの散乱光を撮影して画像を取得する撮像部と、該撮像部により取得された画像を外部に送信する送信部とを備える培養観察装置を提供する。
 上記態様によれば、光源部から発せられた照明光が、細胞を培養している透明な培養容器の側面から培養容器内に入射されることにより、照明光が細胞において散乱され、その散乱光が培養容器から外部に射出されるので、撮像部により撮影して画像を取得することにより培養容器内部における細胞の培養状態を検出することができる。そして、取得された画像を送信部が外部に送信するので、例えば、培養容器を収容しているインキュベータの外部において送信されてきた画像を受信することにより、インキュベータの蓋をあけて培養容器を取り出すことなく、培養容器内部の細胞の培養状態を確認することができる。これにより、細胞培養時の煩わしさを低減することができる。
 上記態様においては、前記光源部が、水平方向に対して±30°の範囲内の光軸に沿って照明光を照射してもよい。
 このようにすることで、光源部からの照明光は暗視野照明あるいは斜照明となり、培養容器内において培養されている細胞に影をつけることができる。これにより、撮像部には細胞の立体的な画像が取得され、細胞の培養状態をより明確に観察することが可能となる。
 また、上記態様においては、前記光源部が、前記培養容器の底面と、該培養容器内に貯留されている培養液の液面との間の高さ位置に照明光を入射させてもよい。
 このようにすることで、照明光の入射に際して、照明光が培養液の液面や培養容器の底面を通過しないので、培養容器のより広い範囲に照明光を行き渡らせることができる。
 また、上記態様においては、前記撮像部が、前記培養容器内部から該培養容器の底面を透過した散乱光を撮影してもよい。
 このようにすることで、培養容器内において培養される細胞が培養容器の底面に接着して成長する細胞である場合に、培養容器の底面のみを介して最も障害物の少ない位置から細胞を観察することができる。また、培養容器の上面には培養液の蒸発により液滴が露結することがあるため、液滴が観察の障害となるが、培養容器の底面を介した観察によればそのような不都合はない。
 また、上記態様においては、前記撮像部が、前記培養容器の底面に対して光軸を傾斜させて配置された集光レンズと、該集光レンズの前記光軸に対して前記底面とは逆方向に傾斜して配置された撮像面を有する撮像素子とを備えていてもよい。
 このようにすることで、集光レンズと細胞との距離を長く確保するとともに、高さ方向の寸法を抑えることができ、光学系の低倍率化による観察範囲の拡大と、装置のコンパクト化とを図ることができる。
 また、上記態様においては、前記撮像部が、前記培養容器の底面に沿って複数配列されたマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイを挟んで前記培養容器の底面とは反対側に配置される撮像素子とを備えていてもよい。
 このようにすることで、マイクロレンズによって細胞の像を撮像素子に結像させ、鮮明な画像を取得することができる。マイクロレンズの焦点距離は十分に小さく設定でき、高さ方向の寸法を抑えて装置をコンパクトに構成することができる。
 また、上記態様においては、複数の前記培養容器が積み重ね状態に配置され、前記撮像部が、前記培養容器の側面よりも外方に配置され、前記撮像部を上下方向に移動させる移動機構を備えていてもよい。
 このようにすることで、移動機構の作動により撮像部を上下方向に移動させて観察したい培養容器内部から底面から透過した散乱光を撮像部により撮影し、培養状態を監視することができる。積み重ね状態に配置した複数の培養容器をインキュベータ内に収容して、一度に多量の細胞を培養する場合に、各培養容器内の細胞の培養状態を効率的に監視することができる。
 また、上記態様においては、複数の前記培養容器が積み重ね状態に配置され、前記撮像部が、前記培養容器の積み重ね方向に沿う光軸を有し前記培養容器の上方または下方に配置された焦点距離を調節可能な観察光学系と、該観察光学系の焦点位置に配置された標本からの散乱光を撮影する撮像素子とを備えていてもよい。
 このようにすることで、観察光学系の焦点距離を調節して観察したい培養容器内の細胞に焦点位置を一致させることにより、撮像素子によって鮮明な画像を取得することができる。積み重ね状態に配置した複数の培養容器をインキュベータ内に収容して、一度に多量の細胞を培養する場合に、各培養容器内の細胞の培養状態を効率的に監視することができる。
 また、上記態様においては、前記光源部が、各前記培養容器の側面に対向して配置され、前記撮像部の前記対物光学系の焦点位置に配置されている標本に対応する光源部から照明光を選択的に射出させる光源制御部を備えていてもよい。
 このようにすることで、観察光学系の焦点位置が一致している細胞に対してのみ照明光を照射して撮影することができ、他の培養容器への照明光の照射を行わないことによって取得される画像へのフレアの形成を防止して見やすい画像を取得することができる。
 本発明によれば、細胞培養時の確認作業の煩わしさを低減することができるという効果を奏する。
本発明の第1の実施形態に係る培養観察装置を示す縦断面図である。 図1の培養観察装置を示す斜視図である。 図1の培養観察装置の変形例を示す縦断面図である。 図1の培養観察装置の他の変形例を示す縦断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る培養観察装置を示す縦断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る培養観察装置を示す縦断面図である。 図6の培養観察装置の可動部を上昇させた状態を示す縦断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る培養観察装置を示す縦断面図である。 図1の培養観察装置の他の変形例を示す縦断面図である。 図6の培養観察装置の他の変形例を示す縦断面図である。 図1の培養観察装置の他の変形例を示す縦断面図である。
 本発明の第1の実施形態に係る培養観察装置1について、図面を参照して以下に説明する。
 本実施形態に係る培養観察装置1は、図1に示されるように、培養すべき細胞Aを培養液Bとともに収容した培養容器Cを搭載するベース2と、該ベース2に設けられた光源部3、撮像部4、送信部5および制御部6とを備えている。
 培養容器Cは、例えば、細胞培養用のフラスコであって、光学的に透明な材質からなっている。
 ベース2は、図1および図2に示されるように、培養容器Cの下面を密着させる光学的に透明な材質からなる搭載面2aと、該搭載面2aから直立して設けられ搭載面2aに搭載した培養容器Cの一側面を密着させる突当面2bとを備えている。インキュベータ内部は多湿状態となるので、ベース2は防水構造となっている。
 光源部3は、突当面2bに配置され、搭載面2aから所定の間隔をあけて、かつ、搭載面2aに平行な方向に複数配列されたLED光源3aを備えている。搭載面2aからの所定の間隔は、搭載する培養容器Cの下面から培養容器C内部の底面までの距離と同じか若干大きく、培養容器C内に貯留されることが予想される培養液Bの液面までの距離より小さくなるように設定されている。
 また、各LED光源3aから射出される照明光の光軸3bは、搭載面2aに対して略平行となるように設定されている。
 撮像部4は、ベース2内部の搭載面2aの下方に配置された集光レンズ4aと、該集光レンズ4aにより集光された光を撮影して画像を取得する撮像素子4bとを備えている。
 集光レンズ4aは、搭載面2aに対して光軸4cを傾斜させ、該光軸4cが搭載面2aおよび搭載面2aに搭載されている培養容器C内の底面に交差するように配置されている。
 撮像素子4bも、集光レンズ4aを挟んで搭載面2aとは反対側に配置されるとともに、集光レンズ4aの光軸4c上に配置されている。撮像素子4bは、図1に示されるように、集光レンズ4aの光軸4cに対して搭載面2aの傾斜方向とは逆方向に傾斜する撮像面を有している。これにより、集光レンズ4aから離れた位置P1からの光は集光レンズ4aに近い位置Q1の撮像面に結像される一方、集光レンズ4aに近い位置P2からの光は集光レンズ4aから離れた位置Q2の撮像面に結像される。したがって、集光レンズ4aの光軸4cに対して傾斜して配置されている搭載面2aに搭載された培養容器Cの底面からの光を広い範囲にわたって撮像素子4bの撮像面に結像させることができるようになっている。
 送信部5は、撮像素子4bにより取得された画像を無線によって外部に送信するようになっている。
 また、制御部6は、例えば、図示しないタイマーを備えており、定期的に光源部3、撮像部4および送信部5を作動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培養観察装置1の作用について以下に説明する。
 本実施形態に係る培養観察装置1を用いて細胞Aの培養状態を観察するには、培養すべき細胞Aおよび培養液Bを収容した培養容器Cを、その下面がベース2の搭載面2aに密着し、一側面がベース2の突当面2bに突き当たるようにベース2に搭載する。
 この状態で、培養容器Cを搭載した培養観察装置1をインキュベータ(図示略)内に収容し、搭載面2aが水平となるように配置することにより、インキュベータ内の温度および湿度が管理された環境下で培養容器C内の細胞Aの培養が開始される。また、この時点で制御部6内のタイマーを作動させ、計時を開始しておく。
 培養が開始されると、タイマーの計時結果に応じて予め設定されているスケジュールに従って、制御部6が光源部3を作動させ、LED光源3aを点灯させるとともに、撮像素子4bによる撮影を行わせる。
 LED光源3aは培養容器Cの側面を突き当てる突当面2bに設けられ、培養容器Cの側面から培養容器C内に、培養容器Cの底面に沿う光軸3bの方向に照明光を入射させる。これにより、斜照明あるいは暗視野照明と同様にして、培養容器Cの底面に接着して成長している細胞Aが側方から照明され、細胞Aの影が形成される。
 細胞Aにおいて散乱した散乱光は、その一部が培養容器Cの底面およびベース2の搭載面2aを透過してベース2内の集光レンズ4aによって集光され、撮像素子4bにより撮影される。この場合に、本実施形態に係る培養観察装置1によれば、集光レンズ4aが搭載面2aに対して光軸4cを傾斜させて配置されているので、光軸4cを中心として光軸4cの傾斜方向に長く延びる範囲Dからの散乱光が撮像素子4bに結像させられる。
 本実施形態においては、撮像素子4bが、搭載面2aとは反対方向に傾斜して配置されているので、図1に示されるように、培養容器Cの底面のうち、集光レンズ4aから遠い位置P1に配置されている部分からの散乱光は、集光レンズ4aに近い位置Q1に配置されている撮像素子4bに結像され、集光レンズ4aから近い位置P2に配置されている部分からの散乱光は、集光レンズ4aから遠い位置Q2に配置されている撮像素子4bに結像される。
 その結果、撮像素子4bには広い範囲にわたってピントのあった培養容器Cの底面の像が結像され、培養容器Cの底面の広範囲にわたる画像を取得することができる。また、集光レンズ4aの光軸4cを培養容器Cの底面に対して傾斜させているので、集光レンズ4aおよび撮像素子4bの収容される搭載面2a下方の空間の厚さ寸法を抑えながら、集光レンズ4aと搭載面2aとの光軸4cに沿う距離を長く確保し、低倍率で広い範囲の培養容器Cの底面を撮影することができるという利点がある。
 画像が取得された後には、その都度、LED光源3aを消灯する。このように光源部3等を間欠動作させることにより、装置の温度上昇を抑えて、細胞に対する熱の影響を低減することができる。
 そして、撮像素子4bにより取得された画像は、制御部6から送信部5に送られ、送信部5によって外部に送信される。したがって、インキュベータの外部において送信部5から送信されてきた画像を受信し、モニタに表示することにより、インキュベータ内から培養容器Cを取り出して観察を行うことなく、さらには、インキュベータの扉を開けることなく、インキュベータの外部で培養容器C内の細胞Aの培養状態を確認することができる。すなわち、培養細胞時の確認作業の煩わしさを大幅に低減することができるという利点がある。また、培養容器Cをインキュベータ外に出さなくて済むので、細胞に対する環境変化(温度、pH等の変化)をなくすことができる。
 特に、本実施形態によれば、光源部3が、細胞Aを接着させている培養容器Cの底面に対して平行に照明光を入射させているので、培養容器C内において培養されている細胞Aに影をつけることができる。これにより、撮像部4には細胞Aの立体的な画像が取得され、細胞Aの培養状態をより明確に観察することができる。
 また、光源部3が培養容器Cの底面と培養液Bの液面との間に照明光を入射させるので、照明光が培養液Bの液面や培養容器Cの底面を通過せずに済み、照明光の散乱を抑えて培養液B内をより遠くまで伝播させることができ、広い範囲にわたって照明することができる。
 また、撮像部4が、培養されている細胞Aにおける散乱光の内、培養容器Cの底面を透過した散乱光を撮影するので、高温多湿の環境下で培養されている場合に培養容器Cの上面に露結により形成される水滴の影響を受けることなく鮮明な画像を取得することができる。
 また、本実施形態においては、光源部3としてLED光源3aを用いているので、発熱を抑えて、細胞への影響を少なくし、電力消費も抑えることができるという利点がある。
 なお、本実施形態においては、図3に示されるように、集光レンズ4aの光軸4cを1以上のミラー4dによって折り曲げることにしてもよい。このようにすることで、ベース2の厚さ寸法をさらに薄く抑えながら、集光レンズ4aと搭載面2aとの距離を長く確保し、低倍率で広い範囲の培養容器Cの底面を撮影することができるという利点がある。ベース2の厚さ寸法を薄くすることで、インキュベータ内へ収容する際のスペースを低減することができ、多くの培養容器Cを一度にインキュベータ内に収容したい場合に効果的である。
 また、本実施形態においては、光源部3からの照明光が、底面と平行な光軸3bに沿って水平方向に培養容器C内に入射されることとしたが、これに限定されるものではなく、水平方向に対して±30°以下の角度をなして入射されることにしてもよい。このような角度を採用しても、細胞Aに対して暗視野照明あるいは斜照明と同様の影を形成することができ、立体的な像を撮影することができる。
 また、本実施形態においては、集光レンズ4aの光軸4cを培養容器Cの底面に対して傾斜させて広範囲にわたる培養容器Cの底面の画像を取得することとしたが、これに代えて、図4に示されるように、集光レンズ4aの光軸4cを底面に直交させて、底面の部分的な画像を取得することにしてもよい。この場合には、底面全体あるいは底面の比較的広い部分を撮影する場合と比較して培養状態の判定の確実性は低下するが、この部分領域の画像から培養状態を推定することとしてもよい。
 また、本実施形態においては、制御部6がタイマーを備えていて定期的に光源部3等を作動させることとしたが、これに代えて、制御部6に受信部(図示略)が接続されていて、インキュベータ外部からの指令信号を受信し、該指令信号に応じて制御部6が光源部3等を駆動することにしてもよい。このようにすることで、操作者が任意のタイミングで、光源部3のオンオフや撮影を遠隔操作によって行うことができる。
 画像信号や指令信号の送受信は、無線で行ってもよいし、有線で行ってもよい。
 次に、本発明の第2の実施形態に係る培養観察装置10について、図面を参照して以下に説明する。
 本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る培養観察装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
 本実施形態に係る培養観察装置10は、撮像部11において第1の実施形態に係る培養観察装置1と相違している。
 本実施形態において撮像部11は、図5に示されるように、搭載面2aの下方に、搭載面2aと略平行な平面上に配列された複数のマイクロレンズ12aを備えるマイクロレンズアレイ12と、該マイクロレンズアレイ12のさらに下方に配置された撮像素子4bとを備えている。マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズ12aは、撮像素子4bの1画素毎に対応して配置されている。
 各マイクロレンズ12aの焦点距離は、搭載面2aを構成する透明部材の厚さ寸法と搭載面2aに搭載された培養容器Cの底面の厚さ寸法とを加えた厚さ寸法より大きく設定されており、培養容器Cの底面に接着している細胞Aに焦点位置を合わせて搭載面2aの下方に配置されることで、細胞Aの像を撮像素子4bの撮像面に投影することができるようになっている。
 なお、撮像素子4bが培養容器Cの底面全体の画像を撮影することは必ずしも必要ではなく、細胞Aの存在する確率の高い中央部分等、任意の部分領域について画像を取得し、取得された画像に基づいて、培養状態を推定することにしてもよい。
 次に、本発明の第3の実施形態に係る培養観察装置20について、図面を参照して以下に説明する。
 本実施形態の説明においては、上述した第1の実施形態に係る培養観察装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
 本実施形態に係る培養観察装置20は、図6および図7に示されるように、複数の培養容器Cを積み重ね状態に配置してインキュベータ内に収容する場合に使用される培養観察装置20であって、培養容器Cに対して位置決めされるベース2と、該ベース2に対して上下方向に移動可能に設けられた可動部21と、ベース2に対して可動部21を移動させる移動機構22とを備えている。
 ベース2は、例えば、積み重ね状態の複数の培養容器Cの内の最下位の培養容器Cの下面を密着させる搭載面2aと、培養容器Cの側面を突き当てる突当面2bとを備えている。
 ベース2の搭載面2aおよびその下方の一部の側面2cは、光学的に透明な材質からなり、搭載面2aに搭載した培養容器Cの底面からの散乱光を、搭載面2aおよび側面2cを介して外部から観察することができるようになっている。
 可動部21は、照明光を発生する光源部3と撮像部4とを相対的に位置決めされた状態に支持している。
 光源部3は、第1の実施形態と同様のLED光源3aであり、培養容器Cの側面に対向配置されており、培養容器Cの側面を透過させて培養容器Cの内部に照明光を略水平方向に照射するようになっている。
 撮像部4も、第1の実施形態と同様に、培養容器Cの底面に対して光軸4cを傾斜させた集光レンズ4aと、該集光レンズ4aによって集光された散乱光を撮影する撮像素子4bとを備え、撮像素子4bが集光レンズ4aの光軸4cに対して培養容器Cの底面とは逆方向に傾斜して配置されている。撮像部4は、光源部3を構成しているLED光源3aがいずれかの培養容器Cの底面と、その培養容器Cに貯留されている培養液Bの液面との間の高さ位置に配置されたときには、LED光源3aにより照明光が照射されている培養容器Cの斜め下方に配置されて、当該培養容器Cにおいて培養されている細胞Aを撮影する位置に配置されるようになっている。
 これにより、培養容器Cの底面に接着している細胞Aにおける散乱光の内、培養容器Cの底面およびその下方の培養容器Cの上面および側面または、培養容器Cの底面およびベース2の搭載面2aおよび側面2cを透過した散乱光を集光レンズ4aによって集光し撮像素子4bによって撮影することができるようになっている。
 移動機構22は、例えば、ボールネジ22aと、該ボールネジ22aを軸線回りに回転させるモータ22bと、可動部21に固定されボールねじ22aと噛み合うナット22cと、可動部21を上下移動可能に支持するガイドレール22dとを備えているもの等を採用することができる。
 制御部6は、タイマーによって定期的に駆動されるとともに、駆動されたときには、光源部3からの照明光の照射および撮像部4による撮影と、移動機構22による可動部21の昇降動作とを繰り返し行って、各培養容器C内において培養されている細胞Aの培養状態を撮影するようになっている。
 移動機構22による可動部21の昇降動作は、培養容器Cの厚さ分だけ断続的に行われ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観察装置20によれば、制御部6が光源部3を作動させて、内部に照明光が入射された培養容器Cの底面を撮像部4により撮影させ、撮影終了後には、図7に示されるように、移動機構22の作動により可動部21を昇降させて、光源部3および撮像部4の作動を繰り返すことにより、積み重ね状態の全ての培養容器C内の細胞Aの培養状態を順次観察することができる。したがって、一度に多数の培養容器Cをインキュベータに収容して培養する際にも各培養容器C内の細胞Aの培養状態をインキュベータの外部において観察することができるという利点がある。
 なお、上記各実施形態においては、集光レンズ4aの光軸4cに対して撮像素子4bを傾斜させることにより、広い範囲にわたってピントの合った画像を取得することとしたが、単一の集光レンズ4aの代わりに、焦点距離の異なる複数のマイクロレンズ(図示略)を備えたマイクロレンズアレイを採用してもよい。これによれば、マイクロレンズアレイの光軸に直交して撮像素子4bを配置しても、広い範囲にわたってピントの合った画像を取得することができる。
 次に、本発明の第4の実施形態に係る培養観察装置30について、図面を参照して以下に説明する。
 本実施形態の説明において、上述した第1の実施形態に係る培養観察装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
 本実施形態に係る培養観察装置30は、図8に示されるように、突当部2bに上下方向に間隔をあけて複数段のLED光源3aを配置した光源部31を備えている点、および、積み重ね状態に配置される培養容器Cの上方に配置された撮像部32を備える点において第1の実施形態に係る培養観察装置1と相違している。
 本実施形態における光源部31のLED光源3aの上下方向の間隔は、培養容器Cの高さ寸法と一致している。最下段のLED光源3aは、第1の実施形態と同様に、培養容器Cを搭載するベース2の搭載面2aと最下段の培養容器C内に貯留される培養液Bの液面との間の高さから培養容器C内に照明光を入射させることができる位置に配置されている。したがって、全てのLED光源3aは、対応する培養容器Cの底面と培養液Bの液面との間の高さから培養容器C内に照明光を入射させることができるようになっている。
 撮像部32は、鉛直方向に光軸32cを向けて配置された集光レンズ32aと、該集光レンズ32aにより集光された光を撮影する撮像素子32bとを備えている。集光レンズ32aは、焦点距離を切り替え可能な可変フォーカスレンズである。可変フォーカスレンズは、レンズを切り替える方式のものでもよいし、液体レンズのように印加電圧によって焦点距離を変更できるものであってもよい。
 また、本実施形態においては、制御部6が、照明光を射出させるLED光源3aを選択したときには、当該LED光源3aが対向配置されている培養容器Cの底面位置に集光レンズ32aの焦点を一致させるように集光レンズ32aを制御するようになっている。
 図中、符号2dは光学的に透明な材質からなる壁面である。
 このように構成された本実施形態に係る培養観察装置30によれば、制御部6により選択されたいずれか(図8に示す例では最下位)のLED光源3aから照明光を培養容器C内に入射させたときには、当該LED光源3aに対応する(最下位の)培養容器Cの底面に集光レンズ32aの焦点位置が一致させられるので、当該培養容器Cの底面において培養されている細胞Aの画像を取得することができる。画像の取得後は、照明光を発生させるLED光源3aを切り替えるとともに、集光レンズ32aの焦点位置を変更することにより、積み重ね状態の培養容器C内の細胞Aの画像を順次取得することができる。
 この場合に、撮影が行われる培養容器Cに対応するLED光源3aのみを作動させ、他のLED光源3aからは照明光を発しないので、他のLED光源3aからの照明光がフレアとなって画像に写り込むことを防止し、鮮明な画像を取得することができる。
 なお、本実施形態においては、培養容器Cの上方に配置された撮像部32によって、上方から複数の培養容器Cの底面の画像を取得することとしたが、これに代えて、撮像部32を搭載面2aの下方に配置し、焦点距離を切り替えて、下方から複数の培養容器Cの底面の画像を撮影することにしてもよい。また、積み重ね数が多い場合には、焦点距離が長いほど画像が不鮮明となるので、上方および下方の両方に撮像部32を配置して、焦点距離を短縮することにしてもよい。
 また、培養容器Cの種類によっては、下面から底面までの距離が異なるので、図9に示されるように、LED光源3aを上下方向に複数段配置して、培養容器Cの種類に合わせて発光させるLED光源3aを選択することにしてもよい。
 上記した第3の実施形態または第4の実施形態に係る培養観察装置のように、複数の培養容器を積み重ねた状態に配置する態様において、培養容器として、細胞培養バッグを用いる場合には、例えば、図10に示されるように、複数の保持棚39a,39b,39cを有する保持棚ユニット39を設けることができる。このようにすることで、複数の細胞培養バッグを鉛直方向に配置することができる。ここで、保持棚は、撮像部による画像の取得を妨げない構造をしており、例えば、光学的に透明な材質からできていても良いし、観察領域に開口部を有する構造であっても良い。
 上記した各実施例に係る培養観察装置において、図11に示されるように、搭載される培養容器に振動を与えるための振動手段40を設けることができる。このようにすることで、培養容器内の細胞が接着性の細胞である場合、トリプシン処理等の細胞を剥がす処理を行う際に、振動手段40により培養容器に振動を与えることによって細胞を剥がし易くすることができ、併せて細胞が剥がれたか否かを観察することができる。振動手段40は、制御部により制御されていても良い。
 B 培養液
 C 培養容器
 1,10,20,30 培養観察装置
 3 光源部
 3b 光軸
 4,11,32 撮像部
 4a 集光レンズ
 4b 撮像素子
 4c 光軸
 5 送信部
 6 制御部(光源制御部)
 12 マイクロレンズアレイ
 12a マイクロレンズ
 22 移動機構
 32a 集光レンズ(観察光学系)
 

Claims (9)

  1.  透明な培養容器の側面から培養容器内に照明光を照射する光源部と、
     該光源部から照射された照明光の培養容器内部からの散乱光を撮影して画像を取得する撮像部と、
     該撮像部により取得された画像を外部に送信する送信部とを備える培養観察装置。
  2.  前記光源部が、水平方向に対して±30°の範囲内の光軸に沿って照明光を照射する請求項1に記載の培養観察装置。
  3.  前記光源部が、前記培養容器の底面と、該培養容器内に貯留されている培養液の液面との間の高さ位置に照明光を入射させる請求項1または請求項2に記載の培養観察装置。
  4.  前記撮像部が、前記培養容器内部から該培養容器の底面を透過した散乱光を撮影する請求項1から請求項3のいずれかに記載の培養観察装置。
  5.  前記撮像部が、前記培養容器の底面に対して光軸を傾斜させて配置された集光レンズと、該集光レンズの前記光軸に対して前記底面とは逆方向に傾斜して配置された撮像面を有する撮像素子とを備える請求項4に記載の培養観察装置。
  6.  前記撮像部が、前記培養容器の底面に沿って複数配列されたマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイを挟んで前記培養容器の底面とは反対側に配置される撮像素子とを備える請求項4に記載の培養観察装置。
  7.  複数の前記培養容器が積み重ね状態に配置され、
     前記撮像部が、前記培養容器の側面よりも外方に配置され、
     前記撮像部を上下方向に移動させる移動機構を備える請求項5に記載の培養観察装置。
  8.  複数の前記培養容器が積み重ね状態に配置され、
     前記撮像部が、前記培養容器の積み重ね方向に沿う光軸を有し前記培養容器の上方または下方に配置された焦点距離を調節可能な観察光学系と、該観察光学系の焦点位置に配置された標本からの散乱光を撮影する撮像素子とを備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の培養観察装置。
  9.  前記光源部が、各前記培養容器の側面に対向して配置され、
     前記撮像部の前記対物光学系の焦点位置に配置されている標本に対応する光源部から照明光を選択的に射出させる光源制御部を備える請求項8に記載の培養観察装置。
     
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