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CN106367342A - 细胞培养装置 - Google Patents

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CN106367342A
CN106367342A CN201610577281.6A CN201610577281A CN106367342A CN 106367342 A CN106367342 A CN 106367342A CN 201610577281 A CN201610577281 A CN 201610577281A CN 106367342 A CN106367342 A CN 106367342A
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南达哉
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Abstract

本发明的细胞培养装置(100)包括：培养基保持部件(3)，其保持细胞培养用的培养基(A)；培养袋(2)，其具有供给口(2a)和排出口(2b)；培养基供给部件(4)，其连接培养基保持部件(3)和供给口(2a)，并从培养基保持部件(3)向培养袋(2)供给培养基(A)；负压供给部件(6)，其用于向排出口(2a)供给负压；以及废液保持部件(5)，其保持来自排出口(2b)的培养基(A)。

Description

细胞培养装置
技术领域
本发明涉及一种能够自动更换培养袋(细胞培养袋)内的培养基的细胞培养装置。
背景技术
近年来，伴随着干细胞研究、再生医疗的发展，要求大量调制临床用途的细胞。在临床用途的细胞的调制中要求适合于严格标准的环境下的操作。因此，当操作者进入操作空间内时，更换上一次性工作服等花费了大量的工夫与成本。另外，操作者进行的操作工序成为培养系统被污染的机会。因而，要求尽可能地减少操作者进入操作空间内进行操作的次数，对于可能的操作，要求不是通过人工而是自动来进行。
在培养细胞时需要定期更换培养基(细胞培养液)，但是培养基更换伴随有培养系统的污染(contamination)的风险，期望的是，尽可能地不通过人工而是能够自动地进行。作为自动更换培养基的系统，公知有利用输送机器人使培养容器在培养器与培养基更换机器人之间移动的系统(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－262856号公报
发明内容
发明要解决的问题
在临床用途的细胞的调制中设定了严格的标准，需要尽可能地排除培养系统被污染的风险，因此使培养基更换的过程自动化是有利的。但是，在像专利文献1那样的自动培养基更换系统中，为了采用输送机器人等，系统变得非常复杂，引起系统错误的风险升高。另外，由于使培养容器自培养器出入，因此对培养容器内的细胞带来了由温度变化引起的应激。若为了避免该情况而将系统设置在培养器内，则由于培养器内的多湿的环境而存在有机械或电结构物引起故障的风险。因而，优选的是，培养器内的系统结构物为尽可能简单的结构。
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种能够简单地自动更换细胞培养空间中的培养袋(细胞培养袋)内的培养基、并且通过将装置设为简单的结构而能够减轻系统故障的产生风险的细胞培养装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案。
本发明的一技术方案是一种细胞培养装置，其中，该细胞培养装置包括：培养基保持部件，其保持用于培养细胞的培养基；培养袋，其具有供给所述培养基的供给口和用于从内部排出培养基的排出口；培养基供给部件，其连接所述培养基保持部件和所述培养袋的所述供给口，并将从所述培养基保持部件排出的培养基向培养袋供给；负压供给部件，其用于向所述培养袋的所述排出口供给负压；以及废液保持部件，其保持来自所述培养袋的所述排出口的培养基。
根据本技术方案，能够利用简单的结构来更换培养袋的培养基。
也可以是，在上述技术方案中，所述培养基供给部件具有用于调整向培养袋供给培养基的速度的供给速度调整部件。据此，能够任意改变培养基向培养袋的供给速度。通过将培养基的供给速度调整得比培养基的排出速度慢，从而能够提高培养袋内的培养基的更换效率。
也可以是，在上述技术方案中，所述培养袋的所述排出口的口径大于所述供给口的口径。据此，能够使培养基向培养袋的供给速度比培养基自培养袋的排出速度慢，能够提高培养袋内的培养基的更换效率。
也可以是，在上述技术方案中，该细胞培养装置还包括：培养基保存部件，其将培养基维持为适合保存的温度并向所述培养基保持部件供给培养基；以及液量传感器，其用于检测所述培养基保持部件内的培养基的量，当从所述培养基保存部件供给到所述培养基保持部件的培养基的量达到预定的量时，所述液量传感器检测到该情况，使所述负压供给部件进行工作。据此，利用简单的结构，能够以期望的周期断续地供给及排出培养基。
也可以是，在上述技术方案中，该细胞培养装置还包括：培养基保存部件，其将培养基维持为适合保存的温度并向所述培养基保持部件供给培养基；以及液量传感器，其用于检测所述培养基保持部件内的培养基的量，当从所述培养基保存部件供给到所述培养基保持部件的培养基的量达到预定的量时，所述液量传感器检测到该情况，使所述负压供给部件和所述供给速度调整部件进行工作。据此，利用简单的结构，能够以期望的周期断续地供给及排出培养基。
也可以是，在上述技术方案中，来自所述培养袋的所述排出口的培养基在所述废液保持部件内的空间内滴下。据此，能够防止培养基的逆流，能够防止培养袋内被污染(引起污染)。
发明的效果
根据本发明，能够利用简单的系统结构来更换培养袋的培养基，因此能够减轻系统错误的风险，能够避免由于错误给培养条件带来影响的风险。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的细胞培养装置的概略结构的说明图。
图2是表示本发明的负压供给部件的例子的概略结构的说明图。
图3是表示本发明的第2实施方式的细胞培养装置的概略结构的说明图。
图4A是表示本发明的供给速度调整部件的例子的概略结构的说明图。
图4B是表示本发明的供给速度调整部件的其他例的概略结构的说明图。
图4C是表示本发明的供给速度调整部件的其他例的概略结构的说明图。
图4D是表示本发明的供给速度调整部件的其他例的概略结构的说明图。
图5是表示本发明的第3实施方式的细胞培养装置的概略结构的说明图。
图6是表示本发明的第3实施方式的细胞培养装置的变形例的概略结构的说明图。
图7是表示本发明的各个实施方式的变形例的概略结构的说明图。
图8是表示本发明的各个实施方式的变形例的概略结构的说明图。
图9是表示在能够本发明中使用的培养袋的概略结构的说明图。
附图标记说明
1培养器；2、91培养袋；2a、93供给口；2b、94排出口；3培养基保持部件；4培养基供给部件；5废液保持部件；6负压供给部件；10、33供给速度调整部件；31培养基保存部件；32液量传感器；100、200、300细胞培养装置。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照附图说明本发明的第1实施方式的细胞培养装置。
本实施方式的细胞培养装置100是图1所示的结构的装置，是用于对设置在培养器内的培养袋(细胞培养袋)2内的培养基A进行更换的装置。
细胞培养装置100包括收纳细胞和培养基A并培养细胞的培养袋2、培养基保持部件3、用于从培养基保持部件3向培养袋2供给培养基A的培养基供给部件4以及用于从培养袋2内排出培养基A的培养基排出部件5、6。
培养基保持部件3例如由箱型的容器构成，配置在培养器1的内部，并用于在内部保持培养基(细胞培养液)A。培养基A的温度维持为培养器1的内部的温度(例如37℃)。
在培养基保持部件3中被加热到适合于细胞培养的培养器1的内部的温度(例如37℃)的培养基A在培养器1内经由培养基供给部件4向培养袋2供给。培养基保持部件3具有用于向培养基供给部件4排出培养基A的排出口3a。排出口3a的设置场所优选为能够将内部的培养基A完全排出的场所、即培养基保持部件3的底面或侧面的下部。
培养基供给部件4具有连结培养基保持部件3的排出口3a和培养袋2的供给口2a的管等管状构件。在使用多个培养袋2的情况下，来自培养基保持部件3的排出口3a的管状构件4a在分支部4c分支为多个管状构件4b，多个管状构件4b分别与不同的培养袋2的供给口2a相连接。
培养袋2具有与培养基供给部件4的管状构件4b相连接的供给口2a和用于向培养袋2外排出培养基A的排出口2b。供给口2a与排出口2b的设置位置是任意的，但是为了提高培养基的更换效率，优选的是，供给口2a与排出口2b相互尽可能地隔开距离进行设置。
优选的是，排出口2b的口径(或截面面积)大于供给口2a的口径(或截面面积)。通过如此设置，会比供给新的培养基A快地排出培养袋2内的旧的培养基A，能够提高培养基A的更换效率。
培养袋2是粘接细胞用的培养袋，优选的是，为了使细胞易于粘接而被实施了表面加工。
培养袋2内的培养基A利用培养基排出部件从排出口2b排出。培养基排出部件包括废液保持部件5和负压供给部件6。
废液保持部件5例如由配置于培养袋2的下方的箱型的容器构成。废液保持部件5具有与自培养袋2的排出口2b延伸的管等管状构件相连接的废液供给口5a和用于向废液保持部件5外排出培养基A的废液排出口5b。废液供给口5a以在铅垂方向上位于比积存于废液保持部件5内的培养基A的液面靠上侧的位置的方式设置在废液保持部件5的上面，从废液供给口5a供给来的培养基A在废液保持部件5内的空间中滴下，并从废液排出口5b排出。这样，培养基A在废液保持部件5内的空间中滴下，因此能够防止培养基A的逆流，能够防止培养袋2内被污染(引起污染)。优选的是，废液排出口5b以位于比培养基A的液面靠下侧的位置的方式设置在废液保持部件5的底面或侧面的下部。
废液排出口5b连接于负压供给部件6。
作为负压供给部件6，能够例示如图2所示的、具有泵61、废液容器62以及与该废液容器62的内部相连通的抽吸口63的部件。在该例子中，泵61所产生的负压经由废液容器62向抽吸口63传递。通过将负压供给部件6的抽吸口63与废液保持部件5的废液排出口5b相连接并将废液保持部件5内设为负压，将培养袋2的排出口2b设为负压，从而能够从培养袋2朝向废液容器62抽吸培养基A。
作为负压供给部件6的泵，也可以使用蠕动泵等送液泵。在该情况下，也可以将送液泵设置于构成抽吸口63的管状构件。
接着，关于使用本实施方式的细胞培养装置100更换培养基A的步骤，说明一例。
本装置的使用者首先准备放入有培养基A和细胞(粘接细胞)的培养袋2，在培养器1内将培养袋2的供给口2a连接于培养基供给部件4的管状构件4b，将培养袋2的排出口2b经由管状构件5c连接于废液保持部件5的废液供给口5a。
在需要更换培养基A时，使用者首先使负压供给部件6工作，将废液保持部件5内设为负压。据此，培养袋2内的培养基A经由管状构件5c被抽吸到废液保持部件5内。同时培养袋2内也成为负压，培养基保持部件3内的培养基A经由培养基供给部件4被供给到培养袋2内。
使用者在排出了适量的培养袋2内的培养基A的阶段使负压供给部件6停止工作。据此，废液保持部件5内的负压被解除，培养基A自培养袋2内的排出停止。另外，若培养袋2内的压力恢复为常压，则培养基A向培养袋2内的供给也停止。
在本实施方式中，也可以具有远程操作负压供给部件6的控制部。通过如此设置，使用者能够一边利用例如未图示的监视系统进行远程监视，一边在期望的时刻更换培养基A。
另外，也可以是，根据预先设定的程序，控制部自动控制负压供给部件6。
(第2实施方式)
接着，以下参照附图说明本发明的第2实施方式的细胞培养装置。本实施方式的细胞培养装置200是图3所示的结构的装置，在培养基供给部件4的管状构件上具有供给速度调整部件10这一点与第1实施方式不同。除此以外与第1实施方式相同。
供给速度调整部件10配置于培养基供给部件4的管状构件(管等)，对管状构件施加径向的外力使其变形，通过减小管状构件内腔的截面积来限制溶液的流量而抑制流速。另一方面，若解除外力，则在管状构件的弹性力的作用下，管状构件恢复为原来的状态，能够提高流速。这样，供给速度调整部件10利用针对管状构件的外力的强弱来调整向管状构件内流动的溶液的流速。
关于供给速度调整部件10向管状构件施加的外力的施加方法，在图4A～图4D中示出了例子。图4A示出了利用两张板状构件21夹着管状构件20的例子。图4B示出了利用多个球状(或圆柱状)构件22夹着贯穿于通孔23的管状构件20的例子。图4C示出了利用闸板状构件24夹着与通孔25相通的管状构件20的例子。图4D示出了贯穿有管状构件20的、使通孔26的内径变小而使管状构件变形的例子。除上述例子以外，也可以在供给速度调整部件10中采用能够施加外力使管状构件变形的任意机构。
使用者能够利用供给速度调整部件10来调整培养基A向培养袋2的供给速度(也能够将培养基供给速度设为零而停止供给)。通过使培养基A向培养袋2供给的速度比培养基A从培养袋2排出的速度慢，从而能够提高旧的培养基A与新的培养基A之间的更换效率。
使用本实施方式的细胞培养装置200更换培养基A的步骤与第1实施方式相同，在本实施方式中，使用者能够利用供给速度调整部件10来调整培养基A向培养袋2的供给速度。
在本实施方式中，也可以具有远程操作负压供给部件6和供给速度调整部件10的控制部。通过如此设置，使用者能够一边利用例如未图示的监视系统进行远程监视，一边在期望的时刻更换培养基A。
另外，也可以是，根据预先设定的程序，控制部自动控制负压供给部件6和供给速度调整部件10。
(第3实施方式)
接着，以下参照附图说明本发明的第3实施方式的细胞培养装置。本实施方式的细胞培养装置300是图5所示的结构的装置，在具有培养基保存部件31、且在培养基保持部件3内具有液量传感器32这一点上与第1实施方式不同。除此以外与第1实施方式相同。
培养基保存部件31具有培养基保存容器31a，并经由管等管状构件31c连接于培养基保持部件3的开口部(供给口3b)。在管状构件31c上设有蠕动泵等送液泵31d，能够利用送液泵31d将培养基保存容器31a内的培养基A供给到培养基保持部件3。培养基保存容器31a内的培养基A利用温度调节部件31b维持为适合于培养基的保存的温度(例如4℃)。温度调节部件31b例如是冷藏箱。
培养基保持部件3的供给口3b的设置位置是任意的，但是为了使供给来的培养基A在培养基保持部件3内的空间内滴下，优选的是位于培养基保持部件3的上面部。据此，能够防止培养基A的逆流，能够防止培养基保存容器31a内被污染(引起污染)。
液量传感器32是用于检测培养基保持部件3内的培养基A的量的传感器。液量传感器32在培养基保持部件3内的培养基A的量达到预定量时检测到该情况而向负压供给部件6发送信息，从而能够使负压供给部件6进行工作。也可以是，负压供给部件6在从开始工作经过了预定时间之后停止工作。或者，也可以是液量传感器32在培养基保持部件3内的培养基A的量减少至预定量时检测到该情况而向负压供给部件6发送信息，负压供给部件6响应于来自液量传感器32的信息而停止工作。信息从液量传感器32向负压供给部件6的传输可以是有线和无线中的任一种。
作为液量传感器32的例子，能够列举能够光学检测或电检测培养基保持部件3内的培养基A的液面的传感器。作为这种传感器，有对通过使培养基A与设置于预定位置的电极相接触而产生的通电进行检测的传感器、或者根据电容的变化对液面位置进行检测的传感器、或者根据来自液面的反射光光学检测液面位置的传感器、或者使超声波或电波向液面反射并检测反射时间的传感器。或者，液量传感器32也可以检测漂浮于培养基保持部件3内的培养基A的浮标的位置，或者检测培养基保持部件3的重量变化(压力变化)。
接着，关于使用本实施方式的细胞培养装置300更换培养基的步骤，说明一例。
本装置的使用者首先准备放入有培养基A和细胞(粘接细胞)的培养袋2，在培养器1内将培养袋2的供给口2a连接于培养基供给部件4的管状构件4b，将培养袋2的排出口2b经由管状构件5c连接于废液保持部件5的废液供给口5a。
将培养基保存部件31连接于培养基保持部件3的供给口3b，使送液泵31d工作而开始向培养基保持部件3供给培养基A。向培养基保持部件3供给的培养基A被加热到培养器1内的温度(适合于细胞培养的温度)。若培养基保持部件3内的培养基A达到预定量，则液量传感器32检测到该情况，通过向负压供给部件6发送信息，从而使负压供给部件6工作，将废液保持部件5内设为负压。在液量传感器32工作之前，负压供给部件6成为停止的状态。据此，培养袋2内的培养基A经由管状构件5c被抽吸到废液保持部件5内。同时，培养袋2内也成为负压，培养基保持部件3内的培养基A经由培养基供给部件4被供给到培养袋2内。
负压供给部件6在从工作开始经过了预定时间之后停止工作。据此，废液保持部件5内的负压被解除，培养基A自培养袋2内的排出停止。另外，若培养袋2内的压力恢复为常压，则培养基A向培养袋2内的供给也停止，培养基保持部件3内的培养基A的量开始增加。若培养基保持部件3内的培养基A达到预定量，则液量传感器32检测到该情况，重复上述步骤。
将本实施方式的变形例表示在图6中。
本变形例的细胞培养装置310是图6所示的结构的装置。细胞培养装置300还在培养基供给部件4的管状构件上具有供给速度调整部件33，根据利用液量传感器32检测的液量，能够利用供给速度调整部件33来调整培养基A向培养袋2的供给速度(也能够将培养基A的供给速度设为零而停止供给)。供给速度调整部件33例如与图4A～图4D所示的供给速度调整部件10相同地构成。
根据本变形例，若培养基保持部件3内的培养基A达到预定量，则液量传感器32检测到该情况而向负压供给部件6和供给速度调整部件33发送信息，从而使负压供给部件6和供给速度调整部件33工作，能够控制培养基A自培养袋2内的排出和培养基A向培养袋2内的供给。
接着，示出液量传感器32对负压供给部件6和供给速度调整部件33的控制的一例。
在液量传感器32工作之前，负压供给部件6是停止的状态，供给速度调整部件33成为停止了培养基A的供给的状态(关闭流路并将培养基A的供给速度设为零的状态)。若培养基保持部件3内的培养基A达到预定量，则液量传感器32检测到该情况而向负压供给部件6发送信息，从而使负压供给部件6工作，将废液保持部件5内设为负压。据此，培养袋2内的培养基A经由管状构件5c被抽吸到废液保持部件5内。
液量传感器32在向负压供给部件6发送信息之后隔开预定的时间间隔向供给速度调整部件33发送信息，将流路设为打开状态而开始供给培养基A。负压供给部件6和供给速度调整部件33在从液量传感器32收到信息开始经过了预定时间之后停止工作。若负压供给部件6和供给速度调整部件33停止工作，则培养基保持部件3内的培养基A的量开始增加。若培养基保持部件3内的培养基A达到预定量，则液量传感器32检测到该情况，重复上述步骤。
这样，通过使负压供给部件6和供给速度调整部件33的工作时刻错开，从而能够提高培养基A的更换效率。
在此，也可以是，取代液量传感器32隔开时间地向负压供给部件6和供给速度调整部件33发送信息，液量传感器32向负压供给部件6和供给速度调整部件33同时发送信息，供给速度调整部件33在从收到信息开始经过了预定时间之后工作。
优选的是，液量传感器32、负压供给部件6、供给速度调整部件33具有计时器。
也可以是，取代负压供给部件6和供给速度调整部件33在从开始工作经过了预定时间之后停止工作，在培养基保持部件3内的培养基A的量减少至预定量时，液量传感器32检测到该情况而向负压供给部件6和供给速度调整部件33发送信息，从而使负压供给部件6和供给速度调整部件33停止工作。
在本实施方式及变形例中，也可以是具有远程操作送液泵31d的控制部。通过如此设置，使用者一边利用例如未图示的监视系统进行远程监视，一边在期望的时刻更换培养基A。
另外，也可以是，根据预先设定的程序，控制部自动控制送液泵31d。
信息从液量传感器32向负压供给部件6和供给速度调整部件33的传输可以是有线和无线中的任一种。
根据本实施方式及变形例，通过调整培养基A从培养基保存部件31向培养基保持部件3的供给速度，从而能够以期望的周期进行培养袋内的培养基A的更换。
在上述各个实施方式中，培养基排出部件5、6也可以设置于培养器1的内外任一侧。
另外，在负压供给部件6具有废液容器62的情况下，也可以不采用废液保持部件5，而使废液容器62具有废液保持部件5的功能。在该情况下，优选成为供给到废液容器62内的培养基A在废液容器62内的空间中滴下的结构。据此，能够防止培养基A的逆流，能够防止培养袋2内被污染(引起污染)。
在上述各个实施方式中，在使用多个培养袋2的情况下，示出了来自培养基保持部件3的排出口3a的管状构件4a在分支部4c分支为多个管状构件4b、且多个管状构件4b分别连接于不同的培养袋2的供给口2a的方式，但是例如如图7所示，也可以是培养基保持部件3具有多个排出口3a、且多个排出口3a分别经由管状构件连接于不同的培养袋2的供给口2a的方式。
另外，培养袋2也可以为一个。
也可以是，在上述各个实施方式中，负压供给部件6通过使泵61工作/停止来控制负压向培养袋2的排出口2b的供给。或者，如图8所示，也可以是，在连接废液保持部件5与负压供给部件6的管状构件上设置流路开闭闸门81，在使泵61工作的状态下，通过使管状构件的流路开闭来控制负压的供给。
作为流路开闭闸门81的例子，只要与供给速度调整部件10、33相同即可，能够例示图4A～图4D所示的方式。
也可以是，流路开闭闸门81被控制部远程控制。远程的控制可以是无线和有线中的任一种。
作为本发明的控制部，能够例示PC(个人计算机)。例如，PC具有CPU和存储器，通过使CPU执行存储于存储器中的控制程序，从而也可以实现作为控制部的功能。
作为能够在本发明中使用的培养袋，能够例示例如如图9所示的、在内部具有流路的培养袋91。通过如此形成流路，能够提高培养基A的更换效率。通过使培养袋的相对的面彼此局部粘接而在培养袋91内的空间中形成边界92，从而也可以形成流路。通过将作为培养袋91的开口部的供给口93和排出口94设置在流路上的相互离开的位置，从而能够提高培养基A的更换效率。排出口94的口径(或截面面积)也可以大于供给口93的口径(或截面面积)。
在本发明中，供给速度调整部件10、33也可以是蠕动泵等送液泵。

Claims (7)

1.一种细胞培养装置，其中，该细胞培养装置包括：
培养基保持部件，其保持用于培养细胞的培养基；
培养袋，其具有供给培养基的供给口和用于从内部排出培养基的排出口；
培养基供给部件，其与所述培养基保持部件和所述培养袋的所述供给口相连接，并将从所述培养基保持部件排出的培养基向所述培养袋供给；
负压供给部件，其用于向所述培养袋的所述排出口供给负压；以及
废液保持部件，其保持来自所述培养袋的所述排出口的培养基。
2.根据权利要求1所述的细胞培养装置，其中，
所述培养基供给部件具有用于调整向所述培养袋供给培养基的速度的供给速度调整部件。
3.根据权利要求1所述的细胞培养装置，其中，
该细胞培养装置还包括：
培养基保存部件，其将培养基维持为适合保存的温度并向所述培养基保持部件供给培养基；以及
液量传感器，其用于检测所述培养基保持部件内的培养基的量，
当从所述培养基保存部件供给到所述培养基保持部件的所述培养基的量达到预定的量时，所述液量传感器检测到该情况，使所述负压供给部件工作。
4.根据权利要求2所述的细胞培养装置，其中，
该细胞培养装置还包括：
培养基保存部件，其将培养基维持为适合保存的温度并向所述培养基保持部件供给培养基；以及
液量传感器，其用于检测所述培养基保持部件内的培养基的量，
当从所述培养基保存部件供给到所述培养基保持部件的所述培养基的量达到预定的量时，所述液量传感器检测到该情况，使所述负压供给部件和所述供给速度调整部件工作。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的细胞培养装置，其中，
所述培养袋的所述排出口的口径大于所述供给口的口径。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的细胞培养装置，其中，
来自所述培养袋的所述排出口的培养基在所述废液保持部件内的空间内滴下。
7.根据权利要求5所述的细胞培养装置，其中，
来自所述培养袋的所述排出口的培养基在所述废液保持部件内的空间内滴下。
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