JP2017077208A - インキュベータ - Google Patents

Abstract

【課題】培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、筐体の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供する。また、被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温できるインキュベータを提供する。更に、内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、加湿容器から蒸発する水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供する。
【解決手段】断熱扉と断熱壁からなる筐体と、その内部に区画された培養室と、培養室内と筐体内の空気を循環させる循環手段と、筐体内の空気を加温する加温手段と、筐体内の空気を加湿する加湿手段とを有する。循環手段は、筐体内の空気を培養室に供給する循環ファンと、空気を濾過するフィルタと、空気を整流する整流部材とを備える。これにより、培養室に供給される空気は、その内部を略水平に流れる一方向流を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インキュベータに関するものであり、特に培養に適した温度・湿度を適正に制御し、且つ、培養室の内部の無菌環境を高度に維持できるインキュベータに関するものである。

近年の再生医療分野の発展に伴い、インキュベータを使用して細胞を培養することが広く行われている。細胞の培養には、それぞれの細胞に適した培養環境を整備する必要があり、インキュベータ内部の温度条件、湿度条件、或いは必要によりＣＯ_２ガス濃度、Ｎ_２ガス濃度などを調整することが行われている。

インキュベータ内部の温度条件を調整するには、一般にインキュベータの室内、扉、棚板などの壁部に温水ヒータ或いは電気ヒータなどを内蔵して、壁面からの輻射熱による室内温度調整が行われている。また、インキュベータ内部の湿度条件を調整するには、一般にインキュベータの内部に加湿皿を設けて水を貯留し、この貯留水の自然蒸発によって室内湿度調整が行われている。一方、インキュベータ内部のＣＯ_２ガス濃度やＮ_２ガス濃度を調整するには、一般にＣＯ_２ガス濃度センサやＮ_２ガス濃度センサ、及び、ＣＯ_２ガスボンベやＮ_２ガスボンベからの供給経路を備えてＣＯ_２ガス濃度やＮ_２ガス濃度の調整が行われている。また、これらに加え室内ファンによる空気の撹拌を併用して均一化を図る場合もある。

しかし、壁面からの輻射熱や空気の撹拌による室内温度調整と室内湿度調整では室内の温度・湿度が不均一になりやすい。特に、インキュベータの内部は湿度が高いので、温度・湿度が不均一な場合には部分的な結露が生じやすいという問題があった。また、輻射熱と室内空気の撹拌だけでは培養液の入ったシャーレの内部を所定の温度に昇温するのに長い時間がかかるという問題があった。

一方、これまでのインキュベータでは、ＧＭＰ（Ｇｏｏｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒａｃｔｉｃｅ）に即したグレードＡ（厚生労働省・無菌医薬品製造指針）を保証することができなかった。また、内部をグレードＡに滅菌しても、これを維持するために空気圧を外部環境よりも高く維持することができなかった。更に、インキュベータの内部の貯留水の蒸発に伴い外部から水を供給するが、その場合に外部から供給された水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすという問題があった。

そこで、下記特許文献１のインキュベータにおいては、室内ヒータ、扉ヒータ、ステージヒータのオンオフによる一般的な温度調整を行い、内部の湿度が上昇し結露が生じやすくなった場合に加湿皿の露出される水面の面積を微調整して湿度調整の精度を向上することが提案されている。また、下記特許文献２のインキュベータにおいては、インキュベータの外部から加湿皿への給水経路上にフィルタを設けることが提案されている。

特開２００８−００５７５９号公報 特開２０１１−１６０６７２号公報

ところで、上記特許文献１のインキュベータにおいては、結露の発生は軽減できるが室内の温度・湿度が不均一になりやすいという問題があった。また、依然として被培養物の入ったシャーレの内部を所定の温度に昇温するのに長い時間がかかるという問題があった。また、上記特許文献２のインキュベータにおいては、加湿皿に貯留された水の無菌化は確保できるが、この場合にも室内の温度・湿度が不均一になりやすいという問題があった。また、依然として被培養物の入ったシャーレの内部を所定の温度に昇温するのに長い時間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、上記の諸問題に対処して、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、筐体の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供することを目的とする。また、本発明は、被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温できるインキュベータを提供することを目的とする。更に、本発明は、内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、加湿容器から蒸発する水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供することを目的とする。

上記課題の解決にあたり、本発明者らは、鋭意研究の結果、ヒータ加熱された空気を培養室の内部に一方向流（いわゆる層流）として供給することにより、従来の輻射熱及び撹拌による温度制御に比べ均一性と昇温の短時間化ができることを見出した。また、本発明者らは、鋭意研究の結果、加湿容器の表面をバクテリアバリア性の透湿性シートで被覆することにより、外部から供給される水による培養室の内部の無菌環境への悪影響を防止できることを見出して本発明の完成に至った。

即ち、本発明に係るインキュベータ（１００）は、請求項１の記載によれば、
断熱扉（１０ａ）と断熱壁（１０ｂ〜１０ｆ）からなる筐体（１０）と、
前記筐体の内部に区画された培養室（２０）と、
前記培養室の内部に前記筐体の内部の空気を循環させる循環手段（３０）と、
前記筐体の内部の空気を加温するためのヒータ（４１ａ、４１ｂ）を具備した加温手段（４０）と、
前記筐体の内部の空気を加湿するための水を貯留する加湿容器（５１）を具備した加湿手段（５０）とを有し、
前記循環手段は、前記筐体の内部の空気を前記培養室に供給する循環ファン（３１）と、当該循環ファンから供給される空気を濾過するフィルタ（３２）と、当該フィルタを通過した空気を整流する整流部材（３３）とを備え、
前記循環ファン、フィルタ及び整流部材を介して前記培養室に供給される空気は、当該培養室の内部を略水平に流れる一方向流（ＡＦ１）の空気を形成することを特徴とする。

また、本発明は、請求項２の記載によれば、請求項１に記載のインキュベータであって、
給気手段（１２）及び排気手段（１３）を有して、前記筐体の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持できることを特徴とする。

また、本発明は、請求項３の記載によれば、請求項１又は２に記載のインキュベータであって、
前記整流部材は、１枚又は２枚以上の多孔性シート（３３ｂ）を具備し、前記フィルタの前記培養室側の面に平行に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、請求項４の記載によれば、請求項３に記載のインキュベータであって、
前記多孔性シートは、表裏を連通する無数の細孔を有するスクリーン紗（３３ｂ）であることを特徴とする。

また、本発明は、請求項５の記載によれば、請求項３に記載のインキュベータであって、
前記整流部材は、前記多孔性シートの前記培養室側の面に、表裏を連通する複数の細溝を並行に設けたスリット板（３３ｃ）を具備していることを特徴とする。

また、本発明は、請求項６の記載によれば、請求項５に記載のインキュベータであって、
前記多孔性シートは、表裏を連通する無数の細孔を有するスクリーン紗（３３ｂ）であることを特徴とする。

また、本発明は、請求項７の記載によれば、請求項１〜６のいずれか１つに記載のインキュベータであって、
前記加湿手段は、前記加湿容器内の貯留水の量を検知する貯留水センサ（５２）と、前記加湿容器内の貯留水が不足した場合に前記筐体の外部から水を供給する給水手段（５３）とを具備していることを特徴とする。

また、本発明は、請求項８の記載によれば、請求項７に記載のインキュベータであって、
前記加湿容器は、その内部の貯留水の水面（Ｗ）を前記培養室の外部であって、且つ、前記筐体の内部に露出する開口面を有し、
前記開口面の上方に当該開口面に沿って、前記培養室の内部を流れる一方向流とは別の他の気流（ＡＦ２）が一方向に流れることを特徴とする。

また、本発明は、請求項９の記載によれば、請求項８に記載のインキュベータであって、
前記加湿容器は、その開口面にバクテリアバリア性を有する透湿性シート（５１ｂ）が固着されていることを特徴とする。

また、本発明は、請求項１０の記載によれば、請求項９に記載のインキュベータであって、
前記加湿容器は、前記透湿性シートの上部に前記他の気流の流れる方向を前記透湿性シートの表面に誘導する１枚又は２枚以上のバッフル板（５１ｃ）を具備していることを特徴とする。

また、本発明は、請求項１１の記載によれば、請求項９又は１０に記載のインキュベータであって、
前記透湿性シートは、フラッシュスパン製造工程にて積層された高密度ポリエチレン極細繊維からなる不織布であることを特徴とする。

上記請求項１の構成によれば、本発明に係るインキュベータは、筐体と培養室と循環手段と加温手段と加湿手段とを有している。筐体は、断熱扉と断熱壁からなる。培養室は、筐体の内部に区画されている。循環手段は、培養室の内部に筐体の内部の空気を循環させる。加温手段は、ヒータを具備して筐体の内部の空気を加温する。加湿手段は、水を貯留する加湿容器を具備して筐体の内部の空気を加湿する。また、循環手段は、循環ファンとフィルタと整流部材とを備えている。循環ファンは、筐体の内部の空気を培養室に供給する。フィルタは、循環ファンから供給される空気を濾過する。整流部材は、フィルタを通過した空気を整流する。このようにして、循環ファン、フィルタ及び整流部材を介して培養室に供給される空気は、当該培養室の内部を略水平に流れる一方向流（いわゆる層流）の空気を形成する。

これらのことから、筐体の内部の空気は、循環ファンの稼働により筐体の内部とその内部に区画された培養室の内部を循環する。この循環の際に、筐体の内部の空気は加温手段が具備するヒータによって所定温度に加熱され、また、加湿容器内に貯留された水で加湿される。この加熱され加湿された空気が、循環ファンの稼働によりフィルタ及び整流部材を介して培養室の内部を略水平に一方向流として流れる。このことにより、培養室に載置された培養物を充填したシャーレに設定温度・設定湿度の空気が常時供給される。よって、上記請求項１の構成によれば、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、筐体の内部に結露が生じることがない。また、培養室の内部には温度・湿度が均一な空気が一方向流として流れているので、輻射熱や空気の撹拌による昇温と異なり被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温することができる。

また、上記請求項２の構成によれば、本発明に係るインキュベータは、給気手段及び排気手段を有している。給気手段は、外部環境の空気を筐体の内部に供給する。一方、排気手段は、筐体の内部の空気を外部環境に排気する。これらの給気手段及び排気手段の作用により、筐体の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持することができる。このことにより、筐体の内部が外部環境から汚染されることがなく無菌・無塵環境を高度に維持することができる。

また、上記請求項３の構成によれば、本発明に係るインキュベータの整流部材は、１枚又は２枚以上の多孔性シートを具備している。この整流部材は、フィルタの培養室側の面に平行に設けられている。このことにより、培養室の内部を流れる空気は、より均質な一方向流として流れることとなる。よって、上記請求項３の構成によれば、上記請求項１又は２と同様の効果をより具体的に発揮することができる。

また、上記請求項４の構成によれば、本発明に係るインキュベータは、整流部材の多孔性シートとして、表裏を連通する無数の細孔を有するスクリーン紗を採用する。このことにより、培養室の内部を流れる空気は、より均質な一方向流として流れることとなる。よって、上記請求項４の構成によれば、上記請求項３と同様の効果をより一層、具体的に発揮することができる。

また、上記請求項５の構成によれば、本発明に係るインキュベータの整流部材は、多孔性シートに加えスリット板を具備している。このスリット板には、表裏を連通する複数の細溝が並行に設けられている。また、このスリット板は、多孔性シートの培養室側の面に設けられている。このことにより、培養室の内部を流れる空気は、より均質な一方向流として流れることとなる。よって、上記請求項５の構成によれば、上記請求項３と同様の効果をより具体的に発揮することができる。

また、上記請求項６の構成によれば、本発明に係るインキュベータは、整流部材の多孔性シートとして、表裏を連通する無数の細孔を有するスクリーン紗を採用する。このことにより、培養室の内部を流れる空気は、より均質な一方向流として流れることとなる。よって、上記請求項６の構成によれば、上記請求項５と同様の効果をより一層、具体的に発揮することができる。

また、上記請求項７の構成によれば、加湿手段は、加湿容器内の貯留水の量を検知する貯留水センサと、貯留水が不足した場合に筐体の外部から水を供給する給水手段とを具備している。このことにより、加湿容器に貯留される水の量を一定に維持することができ、筐体の内部を均一に加湿することができる。よって、上記請求項７の構成によれば、上記請求項１〜６と同様の効果をより一層発揮することができる。

また、上記請求項８の構成によれば、加湿容器は、その内部の貯留水の水面を露出する開口面を有している。この開口面は、培養室の外部であって、且つ、筐体の内部に露出する。更に、この開口面の上方には、当該開口面に沿って、培養室の内部を流れる一方向流とは別の他の気流が一方向に流れている。このことにより、加湿容器から蒸発する水の量がより安定する。よって、上記請求項８の構成によれば、上記請求項７と同様の効果をより一層発揮することができる。

また、上記請求項９の構成によれば、加湿容器は、その開口面にバクテリアバリア性を有する透湿性シートが固着されている。このことにより、加湿容器から蒸発する水により筐体の内部及び培養室の内部がバクテリア等により汚染されることがない。よって、上記請求項９の構成によれば、上記請求項８と同様の効果を発揮すると共に、加湿容器から蒸発する水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことがない。

また、上記請求項１０の構成によれば、加湿容器は、透湿性シートの上部に１枚又は２枚以上のバッフル板（５１ｃ）を具備している。このバッフル板は、他の気流の流れる方向を透湿性シートの表面に誘導する。このことにより、他の気流の空気が透湿性シートを介して加湿容器の内部に流入し、加湿容器の内部に貯留された水の蒸発を促進すると共に、水蒸気を伴って筐体内に戻り筐体内の加湿を促進することができる。

また、上記請求項１１の構成によれば、加湿容器は、透湿性シートとしてフラッシュスパン製造工程にて積層された高密度ポリエチレン極細繊維からなる不織布を採用する。このことにより、加湿容器から蒸発する水の無菌性が確実なものとなる。よって、上記請求項１１の構成によれば、上記請求項９又は１０と同様の効果をより具体的に発揮することができる。

このように、本発明においては、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、筐体の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供することができる。また、本発明においては、被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温できるインキュベータを提供することができる。更に、本発明においては、内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、加湿容器から蒸発する水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明に係るインキュベータの一実施形態の内部を側面から見た断面図である。 図１に示すインキュベータの内部を上面から見た断面図である。 図１に示すインキュベータの内部を正面から見た断面図である。 図１に示すインキュベータにおいて、整流部材の他の構成を示す部分断面図である。 図１に示すインキュベータが有する加湿容器を示す斜視図である。 図４の加湿容器から水が蒸発する様子を示す概念図である。 図４の加湿容器の他の構成を示す概念図である。

以下、本発明に係るインキュベータの一実施形態を図面に従って説明する。図１は、本発明に係るインキュベータの一実施形態の内部を側面から見た断面図である。また、図２は、このインキュベータの内部を上面から見た断面図であり、図３は、内部を正面から見た断面図である。図１〜３において、インキュベータ１００は、外壁を形成する筐体１０、その内部に区画された培養室２０、空気を循環する循環手段３０、空気を加熱する加温手段４０、及び、空気を加湿する加湿手段５０から構成されている。

筐体１０は、その外壁と内壁をステンレス製金属板で覆われ、外壁と内壁の間には断熱材が充填されて断熱壁となっている。また、筐体１０の正面壁部は、開閉可能な断熱扉１０ａとなっているが、閉鎖時には外部環境とは気密的に遮蔽され内部の無菌環境を維持することができる。また、筐体１０の上面壁部１０ｂには、筐体１０の内部の熱を放熱する２つのヒートシンク１１ａ、１１ｂが設置されている。

筐体１０の上面壁部１０ｂ及び底面壁部１０ｃには、筐体１０の内部の空気圧を調整するための給気手段１２及び排気手段１３が設けられている。筐体１０の上面壁部１０ｂに設けられた給気手段１２は、給気管１２ａとその管路に設けられた電磁弁１２ｂ、ディスクフィルタ１２ｃ及び給気ファン１２ｄとからなり、必要により筐体１０の外部の空気を筐体１０の内部に供給する。

一方、筐体１０の底面壁部１０ｃに設けられた排気手段１３は、排気管１３ａとその管路に設けられた電磁弁１３ｂ及びディスクフィルタ１３ｃとからなり、必要により筐体１０の内部の空気を筐体１０の外部に排気する。なお、本実施形態においては、給気手段１２及び排気手段１３を通じて、筐体１０の内部を除染する際の除染ガスの給排気及びエアレーションを行うことができる。なお、筐体１０の底面壁部１０ｃには、加湿手段５０の給水手段が設けられているが、これについては後述する。

筐体１０の背面壁部１０ｄには、筐体１０の内部に細胞の培養に必要なＣＯ_２ガスを供給するためのＣＯ_２ガス供給手段１４が設けられている。ＣＯ_２ガス供給手段１４は、供給管１４ａとその管路に設けられた電磁弁１４ｂ及びＣＯ_２ガスボンベ（図示せず）とからなり、必要により筐体１０の内部にＣＯ_２ガスを供給する。また、筐体１０の右側面壁部１０ｅには、筐体１０の内部の温度、湿度、ＣＯ_２ガス濃度を検知する温度センサ１５ａ、湿度センサ１５ｂ及びＣＯ_２ガス濃度センサ１５ｃが設けられている。これらのセンサの作用については後述する。

培養室２０は、筐体１０の内部空間の一部を区画して構成されており、筐体１０の内部空間のうち培養室２０以外の部分は、上部空間１６、下部空間１７及び正面空間１８及び背面空間１９を構成する（図１参照）。具体的には、培養室２０は、筐体１０の右側面壁部１０ｅと左側面壁部１０ｆの間に設けられた上部隔壁２１と下部隔壁２２により、筐体１０の内部空間の上下方向中央部に区画されている（図３参照）。

このことにより、筐体１０の内部空間のうち培養室２０の上部側（上部隔壁２１と上面壁部１０ｂとの間）が上部空間１６を構成する。また、筐体１０の内部空間のうち培養室２０の下部側（下部隔壁２２と底面壁部１０ｃとの間）が下部空間１７を構成する。また、筐体１０の内部空間のうち培養室２０の正面側（上下部隔壁２１、２２の正面側端部２１ａ、２２ａと断熱扉１０ａとの間）が正面空間１８を構成する。また、筐体１０の内部空間のうち培養室２０の背面側（上下部隔壁２１、２２の背面側端部２１ｂ、２２ｂと背面壁部１０ｄとの間）が背面空間１９を構成する。

このような内部空間の構成において、培養室２０と筐体１０の上部空間１６とは、上部隔壁２１によって隔てられている。また、培養室２０と筐体１０の下部空間１７とは、下部隔壁２２によって隔てられている。また、培養室２０と筐体１０の正面空間１８とは、隔壁がなく解放されている。一方、培養室２０と筐体１０の背面空間１９とは、循環手段３０（後述する）によって隔てられている。なお、これらの空間を流れる空気の流れについては後述する。

また、培養室２０の内部空間には、水平に設置された３枚の棚板２３、２４、２５によって上下３段の空間に隔てられている（図１及び図３参照）。これらの棚板２３、２４、２５の上面には、それぞれ、細胞を培養する培養液を充填したシャーレＳが各段に９個ずつ載置されている。

循環手段３０は、上述のように、培養室２０と筐体１０の背面空間１９とを隔てるように、培養室２０の背面側に設けられている（図１及び図２参照）。この循環手段３０は、筐体１０と培養室２０との間で空気を循環するものであって、循環ファン３１とＨＥＰＡフィルタ３２と整流部材３３とを備えている。

循環ファン３１は、筐体１０の背面空間１９のＨＥＰＡフィルタ３２の後方（背面空間１９側）にＨＥＰＡフィルタ３２と平行に設けられ、この循環ファン３１の作用により筐体１０の背面空間１９の空気がＨＥＰＡフィルタ３２を介して培養室２０の内部に水平方向に流れるように構成されている。なお、循環ファン３１の種類については特に限定するものではなく、均一な風力を有するものであればよい。

ＨＥＰＡフィルタ３２は、循環ファン３１の前方（培養室２０側）にあって、培養室２０の背面部と筐体１０の背面空間１９とを隔てるようにフィルタ面を略垂直方向に向けて設けられ、このＨＥＰＡフィルタ３２を通過した空気が培養室２０の内部に水平方向に流れるように構成されている。本実施形態においては、ＨＥＰＡフィルタ３２は、筐体１０の内部の空気を更に清浄にするだけでなく、培養室２０の内部に流れる空気を均一化する。なお、このＨＥＰＡフィルタ３０に代えてＵＬＰＡフィルタなどを採用するようにしてもよい。

整流板３３は、多孔性シートからなり培養室２０の背面部にあるＨＥＰＡフィルタ３２の前方（培養室２０側）にＨＥＰＡフィルタ３２と平行に全面に亘って設けられている。このことにより、ＨＥＰＡフィルタ３２から培養室２０の内部に供給される空気は、整流板３３の整流作用により培養室２０の内部空間を水平方向に流れる一方向流（いわゆる層流）の空気を形成する。なお、本実施形態においては、この整流板３３は、ステンレス製金属からなる矩形状の枠体３３ａと、この枠体の左右両面を覆うように枠体に貼付された２枚のスクリーン紗３３ｂから構成されている。

２枚のスクリーン紗３３ｂは、一般に合成繊維長繊維からなる織物であって、この織物の経糸と緯糸の間隙によって表裏を連通する無数の細孔が形成されている。このことにより、整流板３３を通過する空気は、これらの無数の細孔によってその流れを整えられ、培養室２０の内部空間を水平方向に向かう安定した一方向流の空気を形成する。

このスクリーン紗３３ｂを形成する合成繊維長繊維は、線径が３０〜２００μｍであることが好ましく、目開きが３０〜２００μｍであることが好ましい。また、スクリーン紗３３ｂの素材は、どのようなものであってもよいが、本実施形態においては、ポリエチレン紗を使用した。

ここで、本実施形態とは異なる整流板３３の他の構成について説明する。図４は、図１に示すインキュベータにおいて、整流板３３の他の構成を示す部分断面図である。図４において、整流板３３は、図１と同様に培養室２０の背面部にあるＨＥＰＡフィルタ３２の前方（培養室２０側）にＨＥＰＡフィルタ３２と平行に全面に亘って設けられている。なお、この整流板３３は、ステンレス製金属からなる矩形状の枠体３３ａと、この枠体の一方の面（ＨＥＰＡフィルタ３２側の面）を覆う１枚のスクリーン紗３３ｂと、枠体の他方の面（培養室２０側の面）を覆う１枚のスリット板３３ｃとから構成されている。

スリット板３３ｃには、表裏を連通する複数の細溝が並行に設けられている。図４において、ＨＥＰＡフィルタ３２から培養室２０の内部に供給される空気は、整流板３３の整流作用により培養室２０の内部空間を水平方向に流れる一方向流（いわゆる層流）の空気を形成する。具体的には、ＨＥＰＡフィルタ３２を通過した空気は、まず、スクリーン紗３３ｂを介して整流される。この整流された空気は、更にスリット板３３ｃを介して整流され、各スリットから培養室２０の内部空間に一方向流として流出する。

加温手段４０は、２本のヒータ４１ａ、４１ｂ、上述の温度センサ１５ａ、及び、制御装置（図示せず）により構成されている。２本のヒータ４１ａ、４１ｂは、温度センサ１５ａによる検知信号により制御装置内のマイクロコンピュータ（図示せず）による制御で設定温度を維持するように作動する。

２本のヒータ４１ａ、４１ｂは、筐体１０の背面空間１９に設けられている。ヒータ４１ａは、筐体１０の背面空間１９の上方で上部空間１６と交差する部分に設けられている。一方、ヒータ４１ｂは、筐体１０の背面空間１９の下方で下部空間１７と交差する部分に設けられている。これらのヒータ４１ａ、４１ｂは、筐体１０の内部の空気を加熱するものであって、その種類は特に限定するものではない。本実施形態においては、電気ヒータを採用し、中でもロッド状のシーズヒータを採用した。

加湿手段５０は、加湿容器５１、ロードセル５２、給水手段５３、上述の湿度センサ１５ｂ、及び、制御装置（図示せず）により構成されている。加湿容器５１は、筐体１０の下部空間１７に設けられ、筐体１０の底面壁部１０ｃに載置されたロードセル５２の上面に載置されている（図１及び図３参照）。ロードセル５２は、加湿容器５１及びその内部の貯留水の重量を検知する。湿度センサ１５ｂは、筐体１０の内部の湿度を検知してモニター（図示せず）に表示する。

給水手段５３は、給水源（図示せず）から筐体１０の底面壁部１０ｃを介して加湿容器５１に至る給水管５３ａとその管路に設けられた電磁弁５３ｂとからなる。この給水手段５３は、加湿容器５１内の貯留水が不足したことを検知したロードセル５２による検知信号により、制御装置内のマイクロコンピュータ（図示せず）による制御で電磁弁５３ｂを作動する。このことにより、加湿容器５１内の貯留水の量を一定に維持することができ、筐体１０や培養室２０の内部空間を均一に加湿することができる。

図５は、本実施形態に係るインキュベータ１００が有する加湿容器を示す斜視図である。図５において、加湿容器５１は、加湿容器本体５１ａと上面シール５１ｂとから構成されている。加湿容器本体５１ａは、ステンレス製金属板から成形された上面に開口面を有する直方体のトレイからなり、この開口面を覆うように上面枠部５１ｃに上面シール５１ｂが固着されている。本実施形態においては、この上面シール５１ｂとしてデユポン社のタイベック（登録商標）を採用する。このタイベックは、フラッシュスパン製造工程にて積層された高密度ポリエチレン極細繊維（平均直径４ミクロン）からなる不織布であって、透湿防水性に加えバクテリアバリア性を有している。

このことにより、加湿容器５１内の貯留水がその水面Ｗから蒸発する場合に、水蒸気はタイベックが有する微細孔を通して容易に通過することができる。一方、仮に外部から供給された加湿容器５１内の水がバクテリア等の微生物によって汚染された場合であっても、微生物はタイベックの微細孔を通過することができず、筐体１０や培養室２０の内部空間に当該微生物が侵入することがない。よって、筐体１０や培養室２０の無菌環境に悪影響を及ぼすことが防止できる。

なお、本実施形態においては、上述のように、筐体１０の内部にＣＯ_２ガスを供給するＣＯ_２ガス供給手段１４を有している。このＣＯ_２ガス供給手段１４は、細胞培養の条件として必要な場合にインキュベータに組込むようにすればよい。このＣＯ_２ガス供給手段１４は、筐体１０の内部のＣＯ_２ガスの濃度が設定値より低下したことを検知したＣＯ_２ガス濃度センサ１５ｃによる検知信号により、制御装置（図示せず）内のマイクロコンピュータ（図示せず）による制御で電磁弁１４ｂを作動する。このことにより、培養室２０の内部のＣＯ_２ガス濃度を一定に維持することができ、細胞の培養が順調に進行する。

ここで、上述のように構成した本実施形態に係るインキュベータ１００において、作動中における空気の流れ、及び、インキュベータ１００の作用を説明する。図１において、筐体１０の内部及びその内部に区画された培養室２０の内部は、無菌・無塵状態に維持されている。また、給気手段１２及び排気手段１３を作動させて筐体１０の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持している。このことにより、筐体１０の内部は、ＧＭＰに即したグレードＡを維持している。

また、培養室２０の内部の温度は、３７℃±０．５℃に維持されている。培養室２０の内部の湿度は、培養液の蒸発による浸透圧の変化をさけるために９５％ＲＨ以上に維持されている。そのために、加湿容器５１内の貯留水の量を一定に維持している。また、培養室２０の内部のＣＯ_２ガス濃度は、培養に最適な条件を確保するために必要な濃度に維持されている。

この状態において、循環ファン３１が作動すると、筐体１０の背面空間１９の空気が循環ファン３１から放出される。この循環ファン３１から放出された空気は、ＨＥＰＡフィルタ３２の前室空間３２ａで圧力が均一化されＨＥＰＡフィルタ３２に供給される（図１参照）。次に、ＨＥＰＡフィルタ３２を通過した空気は、整流板３３を介して培養室２０の内部空間を水平方向（図１の左から右）に向かう一方向流ＡＦ１（層流）の空気を形成する。なお、整流板３３を介して流れる一方向流ＡＦ１の空気の温度、湿度及びＣＯ_２ガス濃度は、正確に設定条件に維持されている。これら各条件の調節については後述する。

ここで、上述のように、筐体１０の内部は無菌・無塵状態に維持されている。しかし、更にＨＥＰＡフィルタ３２によって空気を正常化することにより、培養室２０の内部の無菌・無塵状態をより完全に確保することができる。例えば、何らかの事故により筐体１０の内部に微生物などの異物が混入した場合であっても、ＨＥＰＡフィルタ３２の作用により培養室２０の内部の無菌・無塵状態は確保される。

図１に筐体１０の内部及び培養室２０の内部を流れる空気の流れを矢印にて記述する。図１において、整流板３３を介して放出された空気は、２枚の上下隔壁２１、２２、及び、３枚の棚板２３、２４、２５によって区画された３つの室をそれぞれ水平方向（図１の左から右）に流れる。この空気の温度、湿度及び流速は一定に維持されている。また、区画された３つの室には、それぞれ、棚板の上に培養液を充填したシャーレＳが載置されている（本実施形態においては、各棚板に９個ずつ）。従って、各シャーレＳの表面には一定の温度、湿度及びＣＯ_２ガス濃度に調整された一方向流ＡＦ１の空気が一定の流速で流れている。更に、培養室２０の内部においては、一方向流ＡＦ１の空気の温度、湿度及びＣＯ_２ガス濃度を上述の温度センサ１５ａ、湿度センサ１５ｂ、及び、ＣＯ_２ガス濃度センサ１５ｃにより検知する。

ここで、シャーレＳは一般にガラス製であり、その熱還流率（Ｋ値）は小さくはない。しかし、従来のインキュベータで行われる輻射或いは撹拌による加熱では、シャーレＳの内部の培養液の温度を培養条件に昇温するのに非常に長い時間を要していた。これに対して、本実施形態においては、一定温度の一方向流ＡＦ１の空気が常時供給されており、シャーレＳへの熱量の供給が多くなる。従って、本実施形態においては、シャーレＳの見かけの熱還流率（Ｋ値）が更に大きくなり、シャーレＳの内部の培養液の温度を短時間で培養条件に昇温することができる。よって、本実施形態においては、被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温できるインキュベータを提供することができる。

次に、培養室２０の内部を流れた一方向流ＡＦ１の空気は、筐体１０の正面空間１８において、その流れる方向を変化させる。図１において、一方向流ＡＦ１の空気は、筐体１０の断熱扉１０ａによって進路を変更し、筐体１０の正面空間１８から上部空間１６及び下部空間１７の２方向に分かれて流れる。この場合には、層流状態から通常の流れに変化しているものと思われる。

次に、筐体１０の上部空間１６に流入した空気は、培養室２０の上部隔壁２１と筐体１０の上面壁部１０ｂとの間を培養室２０の内部とは逆向きの水平方向（図１の右から左）に流れる。これらの空気は、培養室２０の内部を流れる一方向流ＡＦ１の空気とは別の一方向に流れる他の気流ＡＦ２（必ずしも層流ではない）を形成する。この状態において、培養室２０の内部の温度が設定温度より高い場合（上述の温度センサ１５ａによる検知）には、上面壁部１０ｂに設けられた２つのヒートシンク１１ａ、１１ｂから外部に放熱する。

一方、筐体１０の下部空間１７に流入した空気は、培養室２０の下部隔壁２２と筐体１０の底面壁部１０ｃとの間を培養室２０の内部とは逆向きの水平方向（図１の右から左）に流れる。これらの空気は、培養室２０の内部を流れる一方向流ＡＦ１の空気とは別の一方向に流れる他の気流ＡＦ２（必ずしも層流ではない）を形成する。この状態において、他の気流ＡＦ２が加湿手段５０の加湿容器５１の上面を流れる。

図６は、加湿容器５１から水が蒸発する様子を示す概念図である。図６において、加湿容器本体５１ａ内の貯留水は、自然蒸発して水蒸気となり加湿容器５１の上面シール５１ｂを透過して放出される。本実施形態においては、他の気流ＡＦ２の流れが水蒸気の放出を促し、水蒸気の流れＶＦが他の気流ＡＦ２の流れに沿って筐体１０の内部に放出される。このことにより、筐体１０の内部及び培養室２０の内部の湿度が、９５％ＲＨ以上に維持される。

ここで、本実施形態とは異なる加湿容器５１の他の構成について説明する。図７は、加湿容器５１の他の構成を示す概念図である。図７において、加湿容器５１は、上面シール５１ｂの上部に４枚のバッフル板５１ｃを具備している。これらのバッフル板５１ｃは、上面シール５１ｂの上部において傾斜して平行に配設されている。各バッフル板５１ｃは、その上部を他の気流ＡＦ２の上流方向に、その下部を他の気流ＡＦ２の下流方向に向けて傾斜している。

このことにより、加湿容器５１の上部を流れる他の気流ＡＦ２の一部は、傾斜したバッフル板５１ｃの作用により、上面シール５１ｂの表面に誘導される分岐気流ＡＦ３となる。次に、上面シール５１ｂの表面に誘導された分岐気流ＡＦ３の空気は、上面シール５１ｂを透過して加湿容器５１の内部に流入する。この流入した空気は、加湿容器本体５１ａ内の貯留水の蒸発を促進し、蒸発した水蒸気を伴い再度上面シール５１ｂを透過して他の気流ＡＦ２に合流する。このことにより、筐体１０や培養室２０の内部空間を均一に加湿することができる。

また、上述のように、加湿容器本体５１ａの開口面にはバクテリアバリア性の上面シール５１ｂが固着されている。従って、仮に貯留水の中に微生物などが混入した場合でも、この上面シール５１ｂを透過することができず、筐体１０の内部及び培養室２０の内部の無菌・無塵環境に影響を及ぼすことがない。本実施形態においては、上述のＨＥＰＡフィルタ３２に加え、この上面シール５１ｂにおいても無菌・無塵環境が維持され、二重三重の安全策が講じられている。よって、本実施形態においては、加湿容器から蒸発する水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供することができる。

なお、加湿容器５１内の貯留水が減少した場合には、上述のように、貯留水が不足したことを検知したロードセル５２による検知信号により制御装置内のマイクロコンピュータによる制御で一定の貯水量を維持するように電磁弁５３ｂが作動する。このことにより、加湿容器５１内の貯留水の量を一定に維持することができ、筐体１０や培養室２０の内部空間を均一に加湿することができる。

次に、筐体１０の上部空間１６及び下部空間１７を他の気流ＡＦ２となって流れた空気は、筐体１０の背面空間１９において、再度その流れる方向を変化させ合流する。図１において、筐体１０の上部空間１６を流れた他の気流ＡＦ２の空気は、筐体１０の背面壁部１０ｄによって進路を変更し、筐体１０の上部空間１６から背面空間１９に向けて流れる。この状態において、培養室２０の内部の温度が設定温度より低い場合（上述の温度センサ１５ａによる検知）には、筐体１０の背面空間１９の上方で上部空間１６と交差する部分に設けられたヒータ４１ａで空気を加熱する。具体的には、上述のように、ヒータ４１ａは、温度センサ１５ａによる検知信号により制御装置内のマイクロコンピュータによる制御で設定温度を維持するように作動する。

一方、筐体１０の下部空間１７を流れた他の気流ＡＦ２の空気は、筐体１０の背面壁部１０ｄによって進路を変更し、筐体１０の下部空間１７から背面空間１９に向けて流れる。この状態において、培養室２０の内部の温度が設定温度より低い場合（上述の温度センサ１５ａによる検知）には、筐体１０の背面空間１９の下方で下部空間１７と交差する部分に設けられたヒータ４１ｂで空気を加熱する。具体的には、上述のように、ヒータ４１ｂは、温度センサ１５ａによる検知信号により制御装置内のマイクロコンピュータによる制御で設定温度を維持するように作動する。

また、培養室２０の内部のＣＯ_２ガス濃度が設定値より低い場合（上述のＣＯ_２ガス濃度センサ１５ｃによる検知）には、筐体１０の背面壁部１０ｄに設けられたＣＯ_２ガス供給手段１４によりＣＯ_２ガスを筐体１０の内部に供給する。具体的には、上述のように、ＣＯ_２ガス供給手段１４は、ＣＯ_２ガス濃度センサ１５ｃによる検知信号により制御装置内のマイクロコンピュータによる制御で電磁弁１４ｂを作動し、培養室２０の内部のＣＯ_２ガス濃度を維持する。

このようにして、筐体１０の背面空間１９においては、空気の温度、湿度及びＣＯ_２ガス濃度が調整される。この調整され合流した空気は、上述のように、循環ファン３１の作動により、ＨＥＰＡフィルタ３２及び整流板３３を介して培養室２０の内部に供給され、培養室２０の内部空間を水平方向（図示左から右）に向かう一方向流ＡＦ１（層流）の空気を形成する。

このように、本実施形態においては、筐体１０の内部及び培養室２０の内部の全ての空間に、一方向流ＡＦ１或いは他の気流ＡＦ２の空気が常に一定の流速で流れており滞留することがない。よって、本実施形態においては、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、筐体の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供することができる。

これまで説明したように、本発明においては、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、筐体の内部に結露が生じることのないインキュベータを提供することができる。また、本発明においては、被培養物の入ったシャーレの内部を短時間で所定の温度に昇温できるインキュベータを提供することができる。更に、本発明においては、内部の空気圧を外部環境よりも高くして無菌環境を維持すると共に、加湿容器から蒸発する水により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことのないインキュベータを提供することができる。

なお、本発明の実施にあたり、上記各実施形態に限らず、次のような種々の変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態においては、給気手段、排気手段、ＣＯ_２ガス供給手段、及び、給水手段の位置をそれぞれ所定の位置に特定するものであるが、これに限るものではなく、筐体内の他の位置に設けるようにしてもよい。
（２）上記実施形態においては、温度センサ、湿度センサ、及び、ＣＯ_２ガス濃度センサの位置を培養室の中段に設けるものであるが、これに限るものではなく、培養室の他の位置或いは筐体内の他の位置に設けるようにしてもよい。
（３）上記実施形態においては、空気を加熱するヒータを筐体の背面空間に上下２本設けるものであるが、これに限るものではなく、１本或いは３本以上としてもよく、或いは、筐体内の他の位置に設けるようにしてもよい。
（４）上記実施形態においては、培養室の棚段を３段設けるものであるが、これに限るものではなく、２段以下或いは４段以上設けるようにしてもよい。
（５）上記実施形態においては、ＣＯ_２ガス供給手段を設けて培養室の内部のＣＯ_２ガス濃度を調整するものであるが、これに限るものではなく、培養条件によってはＣＯ_２ガス供給手段を設けなくてもよい。
（６）上記実施形態においては、ＣＯ_２ガス供給手段を設けて培養室の内部のＣＯ_２ガス濃度を調整するものであるが、これに限るものではなく、培養条件によってはＣＯ_２ガス供給手段に加えて、或いは、ＣＯ_２ガス供給手段に代えてＮ_２ガス供給手段を設けて培養室の内部のＮ_２ガス濃度を調整するものであってもよい。
（７）上記実施形態においては、整流板の多孔性シートとして２枚のスクリーン紗を使用するが、これに限るものではなく、スクリーン紗を１枚としてもよく、或いは、スクリーン紗に代えて連通孔を有する多孔性セラミック板などを使用するようにしてもよい。
（８）上記実施形態においては、加湿手段の貯留水センサとしてロードセルを使用し、加湿容器及び貯留水の重量を検知するものであるが、これに限るものではなく、加湿容器中の水面の位置を検知する水面センサを使用するようにしてもよい。
（９）上記実施形態においては、加湿容器の上面シールとしてフラッシュスパン製造工程にて積層された高密度ポリエチレン極細繊維からなる不織布（タイベック）を使用するものであるが、これに限るものではなく、透湿性とバクテリアバリア性を有する他の素材、例えば、微細孔を有する多孔性セラミック板などを使用するようにしてもよい。

１００…インキュベータ、
１０…筐体、１０ａ…断熱扉、１０ｂ〜１０ｆ…壁部、１１ａ、１１ｂ…ヒートシンク、
１２…給気手段、１３…排気手段、１４…ＣＯ_２ガス供給手段、
１５ａ…温度センサ、１５ｂ…湿度センサ、１５ｃ…ＣＯ_２ガス濃度センサ、
１６…上部空間、１７…下部空間、１８…正面空間、１９…背面空間、
２０…培養室、２１…上部隔壁、２２…下部隔壁、２３、２４、２５…棚板、
３０…循環手段、３１…循環ファン、３２…ＨＥＰＡフィルタ、３３…整流部材、
３３ａ…枠体、３３ｂ…スクリーン紗、３３ｃ…スリット板、
４０…加温手段、４１ａ、４１ｂ…ヒータ、
５０…加湿手段、５１…加湿容器、５１ａ…加湿容器本体、５１ｂ…上面シール、
５１ｃ…バッフル板、５２…ロードセル、５３…給水手段、
１２ａ、１３ａ、１４ａ、５３ａ…配管、１２ｂ，１３ｂ、１４ｂ、５３ｂ…電磁弁、
１２ｃ，１３ｃ…ディスクフィルタ、１２ｄ…給気ファン、
ＡＦ１…一方向流、ＡＦ２…他の気流、ＡＦ３…分岐気流、ＶＦ…水蒸気の流れ、
Ｓ…シャーレ、Ｗ…水面。

Claims (11)

1. 断熱扉と断熱壁からなる筐体と、
   前記筐体の内部に区画された培養室と、
   前記培養室の内部に前記筐体の内部の空気を循環させる循環手段と、
   前記筐体の内部の空気を加温するためのヒータを具備した加温手段と、
   前記筐体の内部の空気を加湿するための水を貯留する加湿容器を具備した加湿手段とを有し、
   前記循環手段は、前記筐体の内部の空気を前記培養室に供給する循環ファンと、当該循環ファンから供給される空気を濾過するフィルタと、当該フィルタを通過した空気を整流する整流部材とを備え、
   前記循環ファン、フィルタ及び整流部材を介して前記培養室に供給される空気は、当該培養室の内部を略水平に流れる一方向流の空気を形成することを特徴とするインキュベータ。
2. 給気手段及び排気手段を有して、前記筐体の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持できることを特徴とする請求項１に記載のインキュベータ。
3. 前記整流部材は、１枚又は２枚以上の多孔性シートを具備し、前記フィルタの前記培養室側の面に平行に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインキュベータ。
4. 前記多孔性シートは、表裏を連通する無数の細孔を有するスクリーン紗であることを特徴とする請求項３に記載のインキュベータ。
5. 前記整流部材は、前記多孔性シートの前記培養室側の面に、表裏を連通する複数の細溝を並行に設けたスリット板を具備していることを特徴とする請求項３に記載のインキュベータ。
6. 前記多孔性シートは、表裏を連通する無数の細孔を有するスクリーン紗であることを特徴とする請求項５に記載のインキュベータ。
7. 前記加湿手段は、前記加湿容器内の貯留水の量を検知する貯留水センサと、前記加湿容器内の貯留水が不足した場合に前記筐体の外部から水を供給する給水手段とを具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のインキュベータ。
8. 前記加湿容器は、その内部の貯留水の水面を前記培養室の外部であって、且つ、前記筐体の内部に露出する開口面を有し、
   前記開口面の上方に当該開口面に沿って、前記培養室の内部を流れる一方向流とは別の他の気流が一方向に流れることを特徴とする請求項７に記載のインキュベータ。
9. 前記加湿容器は、前記開口面にバクテリアバリア性を有する透湿性シートが固着されていることを特徴とする請求項８に記載のインキュベータ。
10. 前記加湿容器は、前記透湿性シートの上部に前記他の気流の流れる方向を前記透湿性シートの表面に誘導する１枚又は２枚以上のバッフル板を具備していることを特徴とする請求項９に記載のインキュベータ。
11. 前記透湿性シートは、フラッシュスパン製造工程にて積層された高密度ポリエチレン極細繊維からなる不織布であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のインキュベータ。