JP3581840B2 - 顕微鏡観察用培養装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は顕微鏡観察用培養装置に関し、特に顕微鏡にて細胞，組織，細菌，微生物等の生体系試料を長時間生存状態のまま観察および撮影するための顕微鏡観察用培養装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡にて観察対象である生体系試料（以下、単に試料という）を長時間生存状態のまま観察および撮影する場合、透明箱体でなるチャンバを用意し、その中に試料を入れたまま保温し、高湿度状態でＯ２（酸素）やＣＯ２（二酸化炭素）の濃度が常に一定に制御された環境を形成して、これを顕微鏡ステージに設置する必要がある。
【０００３】
図５は、従来の顕微鏡観察用培養装置の一例を示すシステム構成図である。この顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料Ｓを培養する試料容器Ｒを収納し顕微鏡ステージ１１５上に載置されるチャンバ１０１と、チャンバ１０１内に供給される大気，ＣＯ２ガスおよびＮ２（窒素）ガスを混合エア攪拌ファン１２１により混ぜ合せて混合エアとするガス混合室１０２と、ガス混合室１０２にバルブ１３１および１４１を介して接続されたＣＯ２ガスボンベ１０３およびＮ２ガスボンベ１０４と、大気をバルブ１６２および流量計１６１を通じて取り込んでガス混合室１０２に供給するエアポンプ１０６と、顕微鏡ステージ１１５に組み込まれたヒータ１０７と、逆流防止用の安全トラップ１１０を介してガス混合室１０２に接続され加湿用水を収容するバブラ１１１と、ガス混合室１０２に設けられたＣＯ２センサ１２２およびＯ２センサ１２３に接続されているとともにヒータ１０７およびその温度センサ（図示せず）に接続された制御器１０９と、培地容器１１６から培地を試料容器Ｒに補充するポンプ１１７とから、その主要部が構成されている。
【０００４】
このような従来の顕微鏡観察用培養装置では、ヒータ１０７により所定温度に制御された顕微鏡ステージ１１５の上に、試料Ｓを培養する試料容器Ｒを収納したチャンバ１０１を設置し、ガス混合室１０２で大気とＣＯ２ガスおよびＮ２ガスとを混合し、所定濃度に調整された混合エアを常時あるいは定期的にチャンバ１に供給する方式がとられていた。このため、混合エアは、チャンバ１０１等のすきまから垂れ流し状態となっていた。
【０００５】
また、チャンバ１０１内の湿度調整のために、チャンバ１０１に供給する混合エアをバブラ１１１により純水などの加湿用水の中を一度通すなどして加湿を行っていた。
【０００６】
さらに、ヒータ１０７による加熱によって試料Ｓから培地（水分）が蒸発するため、ポンプ１１７により培地容器１１６から培地を試料Ｓに適時補充していた。なお、試料Ｓに培地を補充すると、試料容器Ｒの培地の位置が変動してしまうため、試料Ｓの同じ場所を顕微鏡で観察し続けることができなくなるおそれがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の顕微鏡観察用培養装置では、前記混合エアの垂れ流している分の補充のために混合エアをチャンバに常時あるいは定期的に注入しているために、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガス等の各成分ガスの消費量が大きく、無駄が多いという問題点があった。
【０００８】
また、チャンバ内で混合エア中の各成分ガスの濃度が測定されておらず、チャンバ内の各成分ガスが正確に所定濃度になっているかどうかがわからないという問題点があった。
【０００９】
さらに、チャンバの底部をヒータで温めているため、試料近傍の温度がもっとも高くなり、均一の温度環境が得られないのみか、試料からの水分蒸発のため、長時間の実験では試料が乾燥して死んでしまう場合があるという問題点があった。
【００１０】
さらにまた、加湿に関して、加温調節しているのがチャンバのみであるため、加湿用のバブラを用い、チャンバ直前で加湿してもエアが加温されたチャンバに入ることにより気温が上昇して飽和水蒸気量が増加して結果的に湿度が下がってしまい、チャンバ内の湿度を十分に高くすることができないという問題点があった。
【００１１】
本発明の第１の目的は、従来、垂れ流しであった混合エアを、ガス混合室とチャンバ間で循環させるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、混合エア中の各成分ガスの濃度を測定制御し、混合エア中の各成分ガスの濃度を一定に保つことができるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の第３の目的は、直接加熱した混合エアを供給するようにして、試料の乾燥を防止できるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１４】
さらにまた、本発明の第４の目的は、チャンバ内に加湿装置を設けることにより、混合エアの湿度を十分に高くすることができるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、前記ガス混合室に電磁バルブを介して接続された二酸化炭素ガス供給源と、前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を設定するための二酸化炭素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を測定する二酸化炭素ガス濃度検出手段と、前記二酸化炭素ガス濃度検出手段により測定される二酸化炭素ガスの濃度を前記電磁バルブを開閉することによって前記二酸化炭素ガス濃度調節手段で設定された濃度に保つ濃度制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、前記ガス混合室に第１の電磁バルブを介して接続された酸素ガス供給源と、前記ガス混合室に第２の電磁バルブを介して接続された窒素ガス供給源と、前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を設定するための酸素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を測定する酸素ガス濃度検出手段と、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度以上であった場合に前記第１の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保ち、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度未満であった場合に前記第２の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保つ濃度制御手段とを有することを特徴とする。
加えて、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、前記ガス混合室に第１の電磁バルブを介して接続された二酸化炭素ガス供給源と、前記ガス混合室に第２の電磁バルブを介して接続された酸素ガス供給源と、前記ガス混合室に第３の電磁バルブを介して接続された窒素ガス供給源と、前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を設定するための二酸化炭素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を設定するための酸素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を測定する二酸化炭素ガス濃度検出手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を測定する酸素ガス濃度検出手段と、前記二酸化炭素ガス濃度検出手段により測定される二酸化炭素ガスの濃度を前記第１の電磁バルブを開閉することによって前記二酸化炭素ガス濃度調節手段で設定された二酸化炭素ガスの濃度に保つとともに、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度以上であった場合に前記第２の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保ち、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度未満であった場合に前記第３の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保つ濃度制御手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、前記混合エアを加熱する加熱手段と、前記混合エアの温度を設定するための温度調節手段と、前記混合エアの温度を測定する温度検出手段と、前記温度検出手段により測定される温度を前記加熱手段を制御して前記温度調節手段により設定された温度に保つ温度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、前記混合エアを加湿する加湿手段と、前記混合エアの湿度を設定するための湿度調節手段と、前記混合エアの湿度を測定する湿度検出手段と、前記湿度検出手段により測定される湿度を前記加湿手段を制御して前記湿度調節手段により設定された湿度に保つ湿度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（１） 第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。本実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料Ｓを培養する試料容器Ｒを収納し顕微鏡ステージ１５上に載置されるチャンバ１と、チャンバ１内に供給される各成分ガスを混ぜ合わせて混合エアとするガス混合室２と、ガス混合室２とチャンバ１間を接続する往管路２ａおよび復管路２ｂと、ガス混合室２にＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１を介して接続されたＣＯ２ガスボンベ３，Ｎ２ガスボンベ４およびその他のガスボンベ５と、ガス混合室２内の混合エアをチャンバ１に供給するエアポンプ６と、混合エアを加熱するヒータ７と、混合エア中の不純物を取り除くエアフィルタ８と、顕微鏡観察用培養装置全体を制御する制御器９とから、その主要部が構成されている。さらに、本装置は、入出力装置９１に接続され、各条件の設定および監視が可能となっている。
【００２２】
チャンバ１は、ガラス，プラスチック等の透明箱体で半気密的に形成され、試料Ｓを培養するシャーレ等の試料容器Ｒを収納するとともに、加湿器１１，温度センサ１２，湿度センサ１３および気圧計１４を備えている。
【００２３】
加湿器１１は、チャンバ１内の湿度を通常７０％以上にするために、たとえば超音波発生器により蒸留水のミストを飛ばすタイプのものなどが使用され、制御器９に制御可能に接続されている。
【００２４】
温度センサ１２は、白金薄膜抵抗体，サーミスタ，熱電対等を用いて温度を測定するセンサであり、制御器９に接続されている。
【００２５】
湿度センサ１３は、高分子膜，セラミックス，電解質等を用いて湿度を測定するセンサであり、制御器９に接続されている。
【００２６】
気圧計１４は、静電容量の変化等を利用して気圧を計測するものであり、制御器９に接続されている。
【００２７】
ガス混合室２は、ＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１を介してＣＯ２ガスボンベ３，Ｎ２ガスボンベ４およびその他のガスボンベ５に接続されているとともに、往管路２ａおよび復管路２ｂを通じてチャンバ１に接続されている。また、ガス混合室２は、混合エア攪拌ファン２１を備えている。ガス混合室２は、混合ガスの循環経路中でもっとも温度が低くなる部分である復管路２ｂ近辺で冷却され過飽和のために生じる復管路２ｂ内側の露滴を除去するための集滴装置としても働く。チャンバ１は、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３を備えており、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３は制御器９に接続されている。
【００２８】
その他のガスボンベ５のガスとしては、実験に応じていろいろ使用されるが、もっとも多いのはＯ２ガスである。その場合は、チャンバ１内のＯ２濃度を大気濃度以上にする実験である。
【００２９】
エアポンプ６は、電動式の送風ポンプでなり、往管路２ａ中に配置され、ガス混合室２からチャンバ１へ向けて混合エアを送り出す。エアポンプ６は、制御器９に接続され、制御器９から制御可能になっている。なお、エアポンプ６は、復管路２ｂ中にもチャンバ１からガス混合室２へ向けて混合エアを還流させるように対向して複数配置することもできる。
【００３０】
ヒータ７は、たとえば、ニッケルクロム合金等を加熱体とするシリコンラバーヒータでなり、往管路２ａ中に配置され、混合エアを直接加熱する。ヒータ７は、ガス混合室２内の露滴を乾燥させる乾燥装置としても働く。
【００３１】
エアフィルタ８は、雑菌やごみを通さないために、アルミナ等の金属酸化物を焼結させた多孔質材料，スポンジ，ろ紙等の適切なものが使用され、往管路２ａ中の、チャンバ１の手前に配置される。
【００３２】
制御器９は、マイクロコンピュータ（図示せず）を含む電気制御装置であり、温度センサ１２，湿度センサ１３，気圧計１４，ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３の出力信号を入力し、エアポンプ６，ヒータ７，加湿器１１，ＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１の制御信号を出力する。また、制御器９は、モニタ，キーボード等からなる入出力装置９１に接続されていて、温度センサ１２，湿度センサ１３，気圧計１４，ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３の出力信号を観察したり、エアポンプ６，ヒータ７，加湿器１１，ＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１の制御条件を設定したりすることができるようになっている。
【００３３】
図２を参照すると、制御器９によるＣＯ２濃度の制御処理は、タイマ判定ステップＡ０１と、ＣＯ２濃度測定ステップＡ０２と、ＣＯ２用電磁バルブ開ステップＡ０３とからなる。
【００３４】
図３を参照すると、制御器９によるＯ２濃度の制御処理は、タイマ判定ステップＢ０１と、Ｏ２濃度測定ステップＢ０２と、Ｎ２用電磁バルブ開ステップＢ０３とからなる。
【００３５】
次に、このように構成された第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置の動作について説明する。
【００３６】
なお、ここでは、試料Ｓの生体の嫌気性の観察実験のために、混合エアのＯ２濃度を減らす実験を例にとって説明する。また、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスのみを使用し、その他のガスは使用しないものとする。
【００３７】
顕微鏡観察用培養装置の立ち上げ時に、入出力装置９１から制御器９に、混合エアの温度，湿度および気圧が設定されるとともに、混合エアのＣＯ２濃度設定値Ｄ１（図２参照）およびＯ２濃度設定値Ｄ２（図３参照）が設定される。標準では、ＣＯ２濃度設定値Ｄ１は０〜１０％に、Ｏ２濃度設定値Ｄ２は０％〜大気濃度（最大で３０％未満）に設定される。
【００３８】
初期状態では、チャンバ１およびガス混合室２には元々大気が充満しており、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３の出力信号が、ＣＯ２濃度がほぼ０％、Ｏ２濃度がほぼ２１％程度となっているので、制御器９は、電磁バルブ３１および４１を開にしてＣＯ２ガスおよびＮ２ガスをガス混合室２に導入する。ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスのガス混合室２への導入に伴って、ガス混合室２およびチャンバ１に元々あった大気の大部分は復管路２ｂの途中に設けたドレインバルブ５３を介して放出され、混合エアと交換される。また、その一部分は、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスと混ざり合いながらチャンバ１の窓等のすきまを通じて次第に外部へ排出される。なお、実際のＯ２濃度ｄ２を一定に保つために、Ｎ２ガスをガス混合室２に導入しているのは、嫌気性の実験のために、Ｏ２濃度を減らす実験だからである。エア交換後にも混合エアは若干のもれのために補充を必要とするが、大部分が還流されるため、いわゆるたれ流しの状態ではなく、わずかの量の補充で事足りる。
【００３９】
ガス混合室２内では、混合エア攪拌ファン２１が回転して、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスの各成分ガスが均一に混ざり合うように混合エアを攪拌する。チャンバ１内のＣＯ２濃度およびＯ２濃度は、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３により常時あるいは定期的に測定され、制御器９に入力される。
【００４０】
制御器９は、タイマ（図示せず）によって所定のＣＯ２濃度調整間隔Ｔ１（たとえば、１０秒）が経過する毎に（ステップＡ０１）、ＣＯ２センサ２２によりチャンバ１内の混合エア中の実際のＣＯ２濃度ｄ１を測定し（ステップＡ０２）、ＣＯ２濃度設定値Ｄ１とＣＯ２濃度ｄ１との差分Δ１に比例した時間τ１だけＣＯ２用電磁バルブ３１を開にして（ステップＡ０３）、混合エア中のＣＯ２濃度ｄ１をＣＯ２濃度設定値Ｄ１に保つ。
【００４１】
同様に、制御器９は、タイマ（図示せず）によって所定のＯ２濃度調整間隔Ｔ２（たとえば、１０秒）が経過する毎に（ステップＢ０１）、Ｏ２センサ２３によりチャンバ１内の混合エア中のＯ２濃度ｄ２を測定し（ステップＢ０２）、Ｏ２濃度設定値Ｄ２とＯ２濃度ｄ２との差分Δ２に比例した時間τ２だけＮ２用電磁バルブ４１を開にして（ステップＢ０３）、混合エア中のＯ２濃度ｄ２をＯ２濃度設定値Ｄ２に保つ。
【００４２】
また、エアポンプ６の運転により、ガス混合室２内の混合エアは往管路２ａを通じてチャンバ１へ向けて送り出される。
【００４３】
チャンバ１では、温度センサ１２，湿度センサ１３および気圧計１４が、チャンバ１内の混合エアの温度，湿度および気圧を測定し、制御器９に入力している。
【００４４】
制御器９は、温度センサ１２の出力信号に応じて、チャンバ１内の温度が所定範囲となるように、往管路２ａ途中のヒータ７により混合エアを直接加熱する。
【００４５】
ヒータ７で加熱された混合エアは、エアフィルタ８により不純物を取り除かれてチャンバ１内に送り込まれる。
【００４６】
往管路２ａを通じてチャンバ１内に混合エアが送り込まれると、すでにチャンバ１内にあった混合エアは、復管路２ｂを通じてガス混合室２に還流される。
【００４７】
また、制御器９は、湿度センサ１３の出力信号に応じて、チャンバ１内の混合エアの湿度が所定範囲となるように、加湿器１１を駆動する。
【００４８】
ところで、混合エアの循環経路中では、ガス混合室２の温度がもっとも低くなるため、その部分に加湿した混合エア中の水蒸気が結露することになるが、エアポンプ６によりその水分が混合エアと一緒に吸い出され、ヒータ７に送り込まれることにより、すべて再蒸発されるので、内部の湿度が保たれやすくなる。
【００４９】
このようにして、ガス混合室２とチャンバ１間で混合エアが循環されるとともに、チャンバ１内の混合エア中のＣＯ２濃度ｄ１およびＯ２濃度ｄ２が一定に保たれる。また、混合エアが所定の気圧，温度および湿度に保たれる。
【００５０】
なお、上記第１の実施の形態では、嫌気性のためにＯ２濃度を減らす実験を例に用いて説明したが、研究用のための特殊な用途では大気濃度よりも高いＯ２濃度ｄ２で使用することがあり、たとえば過酸素雰囲気実験ではＯ２濃度ｄ２が７０％以上の状態での実験もある。このような実験の場合には、その他のガスボンベ５としてＯ２ガスボンベを接続し、その他のガス用電磁バルブ５１をＯ２濃度ｄ２に応じたその他のガス用電磁バルブ開時間だけ開にして、混合エア中のＯ２濃度ｄ２を高濃度に保つようにすることができる。
【００５１】
また、上記第１の実施の形態では、制御器９から制御可能な加湿器１１をチャンバ１内に設置して加湿器１１により混合エアを加湿するようにしたが、加湿器１１の代わりに、単に水を張った水槽をチャンバ１内に置くだけにしてもよい。このようにしても、所定の温度気圧環境下での加湿であるために、加湿効果に問題が起こることはほとんどない。
【００５２】
（２） 第２の実施の形態
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。本実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置は、混合ガスが危険性ガス等を含み大気中に排出不可能な場合を考慮して気密系として構成されたものであり、図１に示した第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置に対して、ガス排出用の電磁バルブ２４，エアポンプ２５および排気タンク２６がこの順にガス混合室２に連結されて構成されている。気密系である以上、チャンバ１の窓等にすきまがないように構成されることはいうまでもない。また、その他のガスボンベ５は、上記危険性ガス等を貯蔵するものとなる。なお、特に言及しない部分については、第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置と同様に構成されているので、対応する部分には同一符号を付してそれらの詳しい説明は省略する。
【００５３】
このように構成された第２の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置では、気圧計１４によりチャンバ１内の気圧を常時あるいは定期的に測定し、チャンバ１内の気圧が所定範囲より高い場合には、電磁バルブ２４を開き、エアポンプ２５を駆動して、ガス混合室２内の混合エアを排気タンク２６に排出することによって、チャンバ１内の気圧を所定範囲内に調整する。ガス混合室２，往管路２ａおよびチャンバ１に元々存在する大気等と混合ガスとの初期エア交換の場合には、切換バルブ５２を切り換えて排気を行い、迅速なエア交換を可能とする。
【００５４】
また、チャンバ１内の気圧が所定範囲内であったとしても、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３により常時あるいは定期的に測定される混合エア中の各成分ガスの濃度が所定範囲外であれば、一旦、電磁バルブ２４を開き、エアポンプ２５を駆動して、ガス混合室２内の混合エアを排気タンク２６に排出し、しかる後に電磁バルブ３１，４１および５１を開閉して、混合エア中の各成分ガスの濃度を所定範囲内に保つ。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の顕微鏡観察用培養装置によれば、混合エアを循環させ、混合エアを垂れ流しにしないようにしたので、混合エアに含まれる各成分ガスの消費が少なくて済むという効果がある。
【００５６】
また、混合エア中の各成分ガスの濃度を常時または定期的に測定し、チャンバ内で消費された分だけの成分ガスを補充するようにしたので、混合エア中の各成分ガスの濃度を効率的かつ経済的に一定に保つことができるという効果がある。
【００５７】
さらに、混合エアの温度を測定し、混合エア自体を温度制御するようにしたので、チャンバ内全体の温度管理が可能となり、安定した温度管理環境が築けるとともに、試料だけが高い温度になることがないため、試料の乾燥を未然に防止することができるという効果がある。
【００５８】
さらにまた、混合エアの湿度を測定し、加湿器によりチャンバ内で混合エアを加湿するようにしたので、湿度を所定温度での飽和水蒸気濃度まで容易に高くすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。
【図２】図１中の制御器によるＣＯ２濃度の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】図１中の制御器によるＯ２濃度の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。
【図５】従来の顕微鏡観察用培養装置の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ ガス混合室
２ａ 往管路
２ｂ 復管路
３ ＣＯ２ガスボンベ
４ Ｎ２ガスボンベ
５ その他のガスボンベ
６ エアポンプ
７ ヒータ
８ エアフィルタ
９ 制御器
１１ 加湿器
１２ 温度センサ
１３ 湿度センサ
１４ 気圧計
２１ 混合エア攪拌ファン
２２ ＣＯ２センサ
２３ Ｏ２センサ
２４ 電磁バルブ
２５ エアポンプ
２６ 排気タンク
３１ ＣＯ２用電磁バルブ
４１ Ｎ２用電磁バルブ
５１ その他のガス用電磁バルブ
５２ 切換バルブ
５３ ドレインバルブ
９１ 入出力装置
【発明の属する技術分野】
本発明は顕微鏡観察用培養装置に関し、特に顕微鏡にて細胞，組織，細菌，微生物等の生体系試料を長時間生存状態のまま観察および撮影するための顕微鏡観察用培養装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡にて観察対象である生体系試料（以下、単に試料という）を長時間生存状態のまま観察および撮影する場合、透明箱体でなるチャンバを用意し、その中に試料を入れたまま保温し、高湿度状態でＯ２（酸素）やＣＯ２（二酸化炭素）の濃度が常に一定に制御された環境を形成して、これを顕微鏡ステージに設置する必要がある。
【０００３】
図５は、従来の顕微鏡観察用培養装置の一例を示すシステム構成図である。この顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料Ｓを培養する試料容器Ｒを収納し顕微鏡ステージ１１５上に載置されるチャンバ１０１と、チャンバ１０１内に供給される大気，ＣＯ２ガスおよびＮ２（窒素）ガスを混合エア攪拌ファン１２１により混ぜ合せて混合エアとするガス混合室１０２と、ガス混合室１０２にバルブ１３１および１４１を介して接続されたＣＯ２ガスボンベ１０３およびＮ２ガスボンベ１０４と、大気をバルブ１６２および流量計１６１を通じて取り込んでガス混合室１０２に供給するエアポンプ１０６と、顕微鏡ステージ１１５に組み込まれたヒータ１０７と、逆流防止用の安全トラップ１１０を介してガス混合室１０２に接続され加湿用水を収容するバブラ１１１と、ガス混合室１０２に設けられたＣＯ２センサ１２２およびＯ２センサ１２３に接続されているとともにヒータ１０７およびその温度センサ（図示せず）に接続された制御器１０９と、培地容器１１６から培地を試料容器Ｒに補充するポンプ１１７とから、その主要部が構成されている。
【０００４】
このような従来の顕微鏡観察用培養装置では、ヒータ１０７により所定温度に制御された顕微鏡ステージ１１５の上に、試料Ｓを培養する試料容器Ｒを収納したチャンバ１０１を設置し、ガス混合室１０２で大気とＣＯ２ガスおよびＮ２ガスとを混合し、所定濃度に調整された混合エアを常時あるいは定期的にチャンバ１に供給する方式がとられていた。このため、混合エアは、チャンバ１０１等のすきまから垂れ流し状態となっていた。
【０００５】
また、チャンバ１０１内の湿度調整のために、チャンバ１０１に供給する混合エアをバブラ１１１により純水などの加湿用水の中を一度通すなどして加湿を行っていた。
【０００６】
さらに、ヒータ１０７による加熱によって試料Ｓから培地（水分）が蒸発するため、ポンプ１１７により培地容器１１６から培地を試料Ｓに適時補充していた。なお、試料Ｓに培地を補充すると、試料容器Ｒの培地の位置が変動してしまうため、試料Ｓの同じ場所を顕微鏡で観察し続けることができなくなるおそれがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の顕微鏡観察用培養装置では、前記混合エアの垂れ流している分の補充のために混合エアをチャンバに常時あるいは定期的に注入しているために、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガス等の各成分ガスの消費量が大きく、無駄が多いという問題点があった。
【０００８】
また、チャンバ内で混合エア中の各成分ガスの濃度が測定されておらず、チャンバ内の各成分ガスが正確に所定濃度になっているかどうかがわからないという問題点があった。
【０００９】
さらに、チャンバの底部をヒータで温めているため、試料近傍の温度がもっとも高くなり、均一の温度環境が得られないのみか、試料からの水分蒸発のため、長時間の実験では試料が乾燥して死んでしまう場合があるという問題点があった。
【００１０】
さらにまた、加湿に関して、加温調節しているのがチャンバのみであるため、加湿用のバブラを用い、チャンバ直前で加湿してもエアが加温されたチャンバに入ることにより気温が上昇して飽和水蒸気量が増加して結果的に湿度が下がってしまい、チャンバ内の湿度を十分に高くすることができないという問題点があった。
【００１１】
本発明の第１の目的は、従来、垂れ流しであった混合エアを、ガス混合室とチャンバ間で循環させるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、混合エア中の各成分ガスの濃度を測定制御し、混合エア中の各成分ガスの濃度を一定に保つことができるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１３】
さらに、本発明の第３の目的は、直接加熱した混合エアを供給するようにして、試料の乾燥を防止できるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１４】
さらにまた、本発明の第４の目的は、チャンバ内に加湿装置を設けることにより、混合エアの湿度を十分に高くすることができるようにした顕微鏡観察用培養装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、前記ガス混合室に電磁バルブを介して接続された二酸化炭素ガス供給源と、前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を設定するための二酸化炭素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を測定する二酸化炭素ガス濃度検出手段と、前記二酸化炭素ガス濃度検出手段により測定される二酸化炭素ガスの濃度を前記電磁バルブを開閉することによって前記二酸化炭素ガス濃度調節手段で設定された濃度に保つ濃度制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、前記ガス混合室に第１の電磁バルブを介して接続された酸素ガス供給源と、前記ガス混合室に第２の電磁バルブを介して接続された窒素ガス供給源と、前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を設定するための酸素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を測定する酸素ガス濃度検出手段と、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度以上であった場合に前記第１の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保ち、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度未満であった場合に前記第２の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保つ濃度制御手段とを有することを特徴とする。
加えて、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、前記ガス混合室に第１の電磁バルブを介して接続された二酸化炭素ガス供給源と、前記ガス混合室に第２の電磁バルブを介して接続された酸素ガス供給源と、前記ガス混合室に第３の電磁バルブを介して接続された窒素ガス供給源と、前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を設定するための二酸化炭素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を設定するための酸素ガス濃度調節手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を測定する二酸化炭素ガス濃度検出手段と、前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を測定する酸素ガス濃度検出手段と、前記二酸化炭素ガス濃度検出手段により測定される二酸化炭素ガスの濃度を前記第１の電磁バルブを開閉することによって前記二酸化炭素ガス濃度調節手段で設定された二酸化炭素ガスの濃度に保つとともに、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度以上であった場合に前記第２の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保ち、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度未満であった場合に前記第３の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保つ濃度制御手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、前記混合エアを加熱する加熱手段と、前記混合エアの温度を設定するための温度調節手段と、前記混合エアの温度を測定する温度検出手段と、前記温度検出手段により測定される温度を前記加熱手段を制御して前記温度調節手段により設定された温度に保つ温度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明の顕微鏡観察用培養装置は、前記混合エアを加湿する加湿手段と、前記混合エアの湿度を設定するための湿度調節手段と、前記混合エアの湿度を測定する湿度検出手段と、前記湿度検出手段により測定される湿度を前記加湿手段を制御して前記湿度調節手段により設定された湿度に保つ湿度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（１） 第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。本実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置は、観察対象となる試料Ｓを培養する試料容器Ｒを収納し顕微鏡ステージ１５上に載置されるチャンバ１と、チャンバ１内に供給される各成分ガスを混ぜ合わせて混合エアとするガス混合室２と、ガス混合室２とチャンバ１間を接続する往管路２ａおよび復管路２ｂと、ガス混合室２にＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１を介して接続されたＣＯ２ガスボンベ３，Ｎ２ガスボンベ４およびその他のガスボンベ５と、ガス混合室２内の混合エアをチャンバ１に供給するエアポンプ６と、混合エアを加熱するヒータ７と、混合エア中の不純物を取り除くエアフィルタ８と、顕微鏡観察用培養装置全体を制御する制御器９とから、その主要部が構成されている。さらに、本装置は、入出力装置９１に接続され、各条件の設定および監視が可能となっている。
【００２２】
チャンバ１は、ガラス，プラスチック等の透明箱体で半気密的に形成され、試料Ｓを培養するシャーレ等の試料容器Ｒを収納するとともに、加湿器１１，温度センサ１２，湿度センサ１３および気圧計１４を備えている。
【００２３】
加湿器１１は、チャンバ１内の湿度を通常７０％以上にするために、たとえば超音波発生器により蒸留水のミストを飛ばすタイプのものなどが使用され、制御器９に制御可能に接続されている。
【００２４】
温度センサ１２は、白金薄膜抵抗体，サーミスタ，熱電対等を用いて温度を測定するセンサであり、制御器９に接続されている。
【００２５】
湿度センサ１３は、高分子膜，セラミックス，電解質等を用いて湿度を測定するセンサであり、制御器９に接続されている。
【００２６】
気圧計１４は、静電容量の変化等を利用して気圧を計測するものであり、制御器９に接続されている。
【００２７】
ガス混合室２は、ＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１を介してＣＯ２ガスボンベ３，Ｎ２ガスボンベ４およびその他のガスボンベ５に接続されているとともに、往管路２ａおよび復管路２ｂを通じてチャンバ１に接続されている。また、ガス混合室２は、混合エア攪拌ファン２１を備えている。ガス混合室２は、混合ガスの循環経路中でもっとも温度が低くなる部分である復管路２ｂ近辺で冷却され過飽和のために生じる復管路２ｂ内側の露滴を除去するための集滴装置としても働く。チャンバ１は、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３を備えており、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３は制御器９に接続されている。
【００２８】
その他のガスボンベ５のガスとしては、実験に応じていろいろ使用されるが、もっとも多いのはＯ２ガスである。その場合は、チャンバ１内のＯ２濃度を大気濃度以上にする実験である。
【００２９】
エアポンプ６は、電動式の送風ポンプでなり、往管路２ａ中に配置され、ガス混合室２からチャンバ１へ向けて混合エアを送り出す。エアポンプ６は、制御器９に接続され、制御器９から制御可能になっている。なお、エアポンプ６は、復管路２ｂ中にもチャンバ１からガス混合室２へ向けて混合エアを還流させるように対向して複数配置することもできる。
【００３０】
ヒータ７は、たとえば、ニッケルクロム合金等を加熱体とするシリコンラバーヒータでなり、往管路２ａ中に配置され、混合エアを直接加熱する。ヒータ７は、ガス混合室２内の露滴を乾燥させる乾燥装置としても働く。
【００３１】
エアフィルタ８は、雑菌やごみを通さないために、アルミナ等の金属酸化物を焼結させた多孔質材料，スポンジ，ろ紙等の適切なものが使用され、往管路２ａ中の、チャンバ１の手前に配置される。
【００３２】
制御器９は、マイクロコンピュータ（図示せず）を含む電気制御装置であり、温度センサ１２，湿度センサ１３，気圧計１４，ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３の出力信号を入力し、エアポンプ６，ヒータ７，加湿器１１，ＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１の制御信号を出力する。また、制御器９は、モニタ，キーボード等からなる入出力装置９１に接続されていて、温度センサ１２，湿度センサ１３，気圧計１４，ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３の出力信号を観察したり、エアポンプ６，ヒータ７，加湿器１１，ＣＯ２用電磁バルブ３１，Ｎ２用電磁バルブ４１およびその他のガス用電磁バルブ５１の制御条件を設定したりすることができるようになっている。
【００３３】
図２を参照すると、制御器９によるＣＯ２濃度の制御処理は、タイマ判定ステップＡ０１と、ＣＯ２濃度測定ステップＡ０２と、ＣＯ２用電磁バルブ開ステップＡ０３とからなる。
【００３４】
図３を参照すると、制御器９によるＯ２濃度の制御処理は、タイマ判定ステップＢ０１と、Ｏ２濃度測定ステップＢ０２と、Ｎ２用電磁バルブ開ステップＢ０３とからなる。
【００３５】
次に、このように構成された第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置の動作について説明する。
【００３６】
なお、ここでは、試料Ｓの生体の嫌気性の観察実験のために、混合エアのＯ２濃度を減らす実験を例にとって説明する。また、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスのみを使用し、その他のガスは使用しないものとする。
【００３７】
顕微鏡観察用培養装置の立ち上げ時に、入出力装置９１から制御器９に、混合エアの温度，湿度および気圧が設定されるとともに、混合エアのＣＯ２濃度設定値Ｄ１（図２参照）およびＯ２濃度設定値Ｄ２（図３参照）が設定される。標準では、ＣＯ２濃度設定値Ｄ１は０〜１０％に、Ｏ２濃度設定値Ｄ２は０％〜大気濃度（最大で３０％未満）に設定される。
【００３８】
初期状態では、チャンバ１およびガス混合室２には元々大気が充満しており、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３の出力信号が、ＣＯ２濃度がほぼ０％、Ｏ２濃度がほぼ２１％程度となっているので、制御器９は、電磁バルブ３１および４１を開にしてＣＯ２ガスおよびＮ２ガスをガス混合室２に導入する。ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスのガス混合室２への導入に伴って、ガス混合室２およびチャンバ１に元々あった大気の大部分は復管路２ｂの途中に設けたドレインバルブ５３を介して放出され、混合エアと交換される。また、その一部分は、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスと混ざり合いながらチャンバ１の窓等のすきまを通じて次第に外部へ排出される。なお、実際のＯ２濃度ｄ２を一定に保つために、Ｎ２ガスをガス混合室２に導入しているのは、嫌気性の実験のために、Ｏ２濃度を減らす実験だからである。エア交換後にも混合エアは若干のもれのために補充を必要とするが、大部分が還流されるため、いわゆるたれ流しの状態ではなく、わずかの量の補充で事足りる。
【００３９】
ガス混合室２内では、混合エア攪拌ファン２１が回転して、ＣＯ２ガスおよびＮ２ガスの各成分ガスが均一に混ざり合うように混合エアを攪拌する。チャンバ１内のＣＯ２濃度およびＯ２濃度は、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３により常時あるいは定期的に測定され、制御器９に入力される。
【００４０】
制御器９は、タイマ（図示せず）によって所定のＣＯ２濃度調整間隔Ｔ１（たとえば、１０秒）が経過する毎に（ステップＡ０１）、ＣＯ２センサ２２によりチャンバ１内の混合エア中の実際のＣＯ２濃度ｄ１を測定し（ステップＡ０２）、ＣＯ２濃度設定値Ｄ１とＣＯ２濃度ｄ１との差分Δ１に比例した時間τ１だけＣＯ２用電磁バルブ３１を開にして（ステップＡ０３）、混合エア中のＣＯ２濃度ｄ１をＣＯ２濃度設定値Ｄ１に保つ。
【００４１】
同様に、制御器９は、タイマ（図示せず）によって所定のＯ２濃度調整間隔Ｔ２（たとえば、１０秒）が経過する毎に（ステップＢ０１）、Ｏ２センサ２３によりチャンバ１内の混合エア中のＯ２濃度ｄ２を測定し（ステップＢ０２）、Ｏ２濃度設定値Ｄ２とＯ２濃度ｄ２との差分Δ２に比例した時間τ２だけＮ２用電磁バルブ４１を開にして（ステップＢ０３）、混合エア中のＯ２濃度ｄ２をＯ２濃度設定値Ｄ２に保つ。
【００４２】
また、エアポンプ６の運転により、ガス混合室２内の混合エアは往管路２ａを通じてチャンバ１へ向けて送り出される。
【００４３】
チャンバ１では、温度センサ１２，湿度センサ１３および気圧計１４が、チャンバ１内の混合エアの温度，湿度および気圧を測定し、制御器９に入力している。
【００４４】
制御器９は、温度センサ１２の出力信号に応じて、チャンバ１内の温度が所定範囲となるように、往管路２ａ途中のヒータ７により混合エアを直接加熱する。
【００４５】
ヒータ７で加熱された混合エアは、エアフィルタ８により不純物を取り除かれてチャンバ１内に送り込まれる。
【００４６】
往管路２ａを通じてチャンバ１内に混合エアが送り込まれると、すでにチャンバ１内にあった混合エアは、復管路２ｂを通じてガス混合室２に還流される。
【００４７】
また、制御器９は、湿度センサ１３の出力信号に応じて、チャンバ１内の混合エアの湿度が所定範囲となるように、加湿器１１を駆動する。
【００４８】
ところで、混合エアの循環経路中では、ガス混合室２の温度がもっとも低くなるため、その部分に加湿した混合エア中の水蒸気が結露することになるが、エアポンプ６によりその水分が混合エアと一緒に吸い出され、ヒータ７に送り込まれることにより、すべて再蒸発されるので、内部の湿度が保たれやすくなる。
【００４９】
このようにして、ガス混合室２とチャンバ１間で混合エアが循環されるとともに、チャンバ１内の混合エア中のＣＯ２濃度ｄ１およびＯ２濃度ｄ２が一定に保たれる。また、混合エアが所定の気圧，温度および湿度に保たれる。
【００５０】
なお、上記第１の実施の形態では、嫌気性のためにＯ２濃度を減らす実験を例に用いて説明したが、研究用のための特殊な用途では大気濃度よりも高いＯ２濃度ｄ２で使用することがあり、たとえば過酸素雰囲気実験ではＯ２濃度ｄ２が７０％以上の状態での実験もある。このような実験の場合には、その他のガスボンベ５としてＯ２ガスボンベを接続し、その他のガス用電磁バルブ５１をＯ２濃度ｄ２に応じたその他のガス用電磁バルブ開時間だけ開にして、混合エア中のＯ２濃度ｄ２を高濃度に保つようにすることができる。
【００５１】
また、上記第１の実施の形態では、制御器９から制御可能な加湿器１１をチャンバ１内に設置して加湿器１１により混合エアを加湿するようにしたが、加湿器１１の代わりに、単に水を張った水槽をチャンバ１内に置くだけにしてもよい。このようにしても、所定の温度気圧環境下での加湿であるために、加湿効果に問題が起こることはほとんどない。
【００５２】
（２） 第２の実施の形態
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。本実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置は、混合ガスが危険性ガス等を含み大気中に排出不可能な場合を考慮して気密系として構成されたものであり、図１に示した第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置に対して、ガス排出用の電磁バルブ２４，エアポンプ２５および排気タンク２６がこの順にガス混合室２に連結されて構成されている。気密系である以上、チャンバ１の窓等にすきまがないように構成されることはいうまでもない。また、その他のガスボンベ５は、上記危険性ガス等を貯蔵するものとなる。なお、特に言及しない部分については、第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置と同様に構成されているので、対応する部分には同一符号を付してそれらの詳しい説明は省略する。
【００５３】
このように構成された第２の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置では、気圧計１４によりチャンバ１内の気圧を常時あるいは定期的に測定し、チャンバ１内の気圧が所定範囲より高い場合には、電磁バルブ２４を開き、エアポンプ２５を駆動して、ガス混合室２内の混合エアを排気タンク２６に排出することによって、チャンバ１内の気圧を所定範囲内に調整する。ガス混合室２，往管路２ａおよびチャンバ１に元々存在する大気等と混合ガスとの初期エア交換の場合には、切換バルブ５２を切り換えて排気を行い、迅速なエア交換を可能とする。
【００５４】
また、チャンバ１内の気圧が所定範囲内であったとしても、ＣＯ２センサ２２およびＯ２センサ２３により常時あるいは定期的に測定される混合エア中の各成分ガスの濃度が所定範囲外であれば、一旦、電磁バルブ２４を開き、エアポンプ２５を駆動して、ガス混合室２内の混合エアを排気タンク２６に排出し、しかる後に電磁バルブ３１，４１および５１を開閉して、混合エア中の各成分ガスの濃度を所定範囲内に保つ。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の顕微鏡観察用培養装置によれば、混合エアを循環させ、混合エアを垂れ流しにしないようにしたので、混合エアに含まれる各成分ガスの消費が少なくて済むという効果がある。
【００５６】
また、混合エア中の各成分ガスの濃度を常時または定期的に測定し、チャンバ内で消費された分だけの成分ガスを補充するようにしたので、混合エア中の各成分ガスの濃度を効率的かつ経済的に一定に保つことができるという効果がある。
【００５７】
さらに、混合エアの温度を測定し、混合エア自体を温度制御するようにしたので、チャンバ内全体の温度管理が可能となり、安定した温度管理環境が築けるとともに、試料だけが高い温度になることがないため、試料の乾燥を未然に防止することができるという効果がある。
【００５８】
さらにまた、混合エアの湿度を測定し、加湿器によりチャンバ内で混合エアを加湿するようにしたので、湿度を所定温度での飽和水蒸気濃度まで容易に高くすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。
【図２】図１中の制御器によるＣＯ２濃度の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】図１中の制御器によるＯ２濃度の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る顕微鏡観察用培養装置を示すシステム構成図である。
【図５】従来の顕微鏡観察用培養装置の一例を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ ガス混合室
２ａ 往管路
２ｂ 復管路
３ ＣＯ２ガスボンベ
４ Ｎ２ガスボンベ
５ その他のガスボンベ
６ エアポンプ
７ ヒータ
８ エアフィルタ
９ 制御器
１１ 加湿器
１２ 温度センサ
１３ 湿度センサ
１４ 気圧計
２１ 混合エア攪拌ファン
２２ ＣＯ２センサ
２３ Ｏ２センサ
２４ 電磁バルブ
２５ エアポンプ
２６ 排気タンク
３１ ＣＯ２用電磁バルブ
４１ Ｎ２用電磁バルブ
５１ その他のガス用電磁バルブ
５２ 切換バルブ
５３ ドレインバルブ
９１ 入出力装置
Claims (5)
- 観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、
前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、
前記ガス混合室に電磁バルブを介して接続された二酸化炭素ガス供給源と、
前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、
前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、
前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を設定するための二酸化炭素ガス濃度調節手段と、
前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を測定する二酸化炭素ガス濃度検出手段と、
前記二酸化炭素ガス濃度検出手段により測定される二酸化炭素ガスの濃度を前記電磁バルブを開閉することによって前記二酸化炭素ガス濃度調節手段で設定された濃度に保つ濃度制御手段と
を有することを特徴とする顕微鏡観察用培養装置。 - 観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、
前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、
前記ガス混合室に第１の電磁バルブを介して接続された酸素ガス供給源と、
前記ガス混合室に第２の電磁バルブを介して接続された窒素ガス供給源と、
前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、
前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、
前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を設定するための酸素ガス濃度調節手段と、
前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を測定する酸素ガス濃度検出手段と、
前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度以上であった場合に前記第１の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保ち、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度未満であった場合に前記第２の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保つ濃度制御手段と
を有することを特徴とする顕微鏡観察用培養装置。 - 観察対象となる試料を収納し顕微鏡ステージ上に載置されるチャンバと、
前記チャンバ内に供給される混合エアを混合するガス混合室と、
前記ガス混合室に第１の電磁バルブを介して接続された二酸化炭素ガス供給源と、
前記ガス混合室に第２の電磁バルブを介して接続された酸素ガス供給源と、
前記ガス混合室に第３の電磁バルブを介して接続された窒素ガス供給源と、
前記ガス混合室と前記チャンバ間を接続する往管路および復管路と、
前記ガス混合室内の混合エアを前記往管路を通じて前記チャンバに供給し、前記チャンバ内の混合エアを前記復管路を通じて前記ガス混合室に還流させるエア循環手段と、
前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を設定するための二酸化炭素ガス濃度調節手段と、
前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を設定するための酸素ガス濃度調節手段と、
前記チャンバ内の二酸化炭素ガスの濃度を測定する二酸化炭素ガス濃度検出手段と、
前記チャンバ内の酸素ガスの濃度を測定する酸素ガス濃度検出手段と、
前記二酸化炭素ガス濃度検出手段により測定される二酸化炭素ガスの濃度を前記第１の電磁バルブを開閉することによって前記二酸化炭素ガス濃度調節手段で設定された二酸化炭素ガスの濃度に保つとともに、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度以上であった場合に前記第２の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段 により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保ち、前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度が大気濃度未満であった場合に前記第３の電磁バルブを開閉して前記酸素ガス濃度検出手段により測定される酸素ガスの濃度を前記酸素ガス濃度調節手段で設定された酸素ガスの濃度に保つ濃度制御手段と
を有することを特徴とする顕微鏡観察用培養装置。 - 前記顕微鏡観察用培養装置が、前記混合エアを加熱する加熱手段と、前記混合エアの温度を設定するための温度調節手段と、前記混合エアの温度を測定する温度検出手段と、前記温度検出手段により測定される温度を前記加熱手段を制御して前記温度調節手段により設定された温度に保つ温度制御手段とを備えることを特徴とする請求項１ないしは請求項３のいずれかに記載の顕微鏡観察用培養装置。
- 前記顕微鏡観察用培養装置が、前記混合エアを加湿する加湿手段と、前記混合エアの湿度を設定するための湿度調節手段と、前記混合エアの湿度を測定する湿度検出手段と、前記湿度検出手段により測定される湿度を前記加湿手段を制御して前記湿度調節手段により設定された湿度に保つ湿度制御手段とを備えることを特徴とする請求項１ないしは請求項３のいずれかに記載の顕微鏡観察用培養装置。
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