JP7262042B2 - アダプタ、クローズドチャンバ、細胞培養装置及びアダプタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、容器内の流体の流れを簡易に制御することができるアダプタ、クローズドチャンバ、細胞培養装置及びアダプタの製造方法に関する。

近年における幹細胞を利用した再生医療としては、例えば、肝硬変や血液疾患、心筋梗塞の治療、血管の構築、骨や角膜の再生、移植用皮膚の確保、などが考えられている。再生医療では、培養皿内で幹細胞などから目的とする細胞や臓器を増殖させ、人に移植するようにしている。最近では、骨髄由来の幹細胞から血管新生を行い、狭心症、心筋梗塞などの治療に成功している。

ここで、従来の細胞培養装置は、培養皿内の培養液を定期的に入れ替えて培養細胞の増殖を行っていた。この細胞培養装置は、培養液の入れ替えに伴って細胞に大きな刺激が与えられ、また、細胞の代謝活動に伴って培養液中に老廃物が排出されることから、細胞にストレスや傷害を与えてしまうという問題があった。

そこで、特許文献１には、培養液の入れ替えを行わず、培養液の送液及び排液を行って細胞培養を行うものが開示されている。

実用新案登録第３１９６６７３号公報

しかしながら、培養液の入れ替えを行わずに培養液の送液及び排液を行う、かん流培養の場合、培養容器内の流れは、メニスカスや液嵩、さらには壁面抵抗の影響を受けて不均一になってしまう。ここで、細胞はせん断応力の強さに応じて遺伝子の発現量や接着面積が異なり、せん断応力の強さに応じて細胞の性質にバラツキが生じる可能性がある。このため、培養容器内の流れが不均一であると培養容器内において異なるせん断応力が発生し、生細胞培養の経時変化の再現性を得る上で問題となる。

そこで、特許文献１では、培養容器内にアダプタ（落し蓋）を嵌め込み、メニスカス及び液嵩の影響などを削除しているが、依然として培養容器内の流れは不均一である。

一方、細胞培養などの分野では、濃度分布による細胞の走化性や増殖速度などを観察したい場合がある。この場合、細胞容器内の培養液の単位時間あたりの濃度分布が所望の濃度分布をもつように流速制御できることが好ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容器内の流体の流れを簡易に制御することができるアダプタ、クローズドチャンバ、細胞培養装置及びアダプタの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるアダプタは、上部が開口した有底の筒体をなす容器皿に対して、前記筒体の内部断面形状に対応した断面形状を有し、前記容器皿の上部から前記容器皿内部に嵌め込まれて密閉空間を形成するためのアダプタであって、前記密閉空間は、前記アダプタの底面と、前記容器皿の底面及び側面との間に形成されて流体が流れる空間であり、前記流体を外部から注入する注入連通口と、前記注入連通口と対向する位置に配置され前記密閉空間から前記流体を外部に排出する排出連通口とが周縁に形成され、かつ、底面において前記注入連通口の出口開口から前記排出連通口に対して連続又は不連続な凹部又は凸部を形成した流速調整部を有した蓋本体部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記流速調整部は、前記注入連通口の出口開口から前記排出連通口に向けて所定の長さであることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記流速調整部は、複数形成されることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記流速調整部は、異なる長さ、幅、又は深さの凹部又は凸部の１以上の組み合わせであることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記流速調整部は、前記注入連通口から前記排出連通口に向けて、幅及び／又は深さが変化することを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記流速調整部は、底面において前記注入連通口の出口開口から前記筒体の側面に沿って所定長さ、両側に延在する線状凹部であることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記流速調整部は、底面において前記注入連通口の出口開口から前記排出連通口までの間に形成された線状凹部または線状凸部であることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記蓋本体部の上部外周縁には、前記筒体の上端部に掛かり合い、前記密閉空間の深さを規定するフランジが設けられていることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記容器皿及び前記アダプタは、円筒状であることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記蓋本体部は、弾性部材によって形成されるとともに、前記容器皿の内側側面に擦接する形状を有した有底の弾性筒体であり、前記弾性筒体内に圧入される剛性部材を有し、前記剛性部材による前記容器皿の内側側面への押圧によって前記蓋本体部を前記容器皿に固定することを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記注入連通口及び前記排出連通口に、それぞれ剛性の注入ノズル及び剛性の排出ノズルが圧入されることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記剛性部材は、剛性リングであることを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタは、上記の発明において、前記蓋本体部は、PDMS又はシリコンラバーであり、前記剛性部材は、アクリル樹脂であることを特徴とする。

また、本発明にかかるクローズドチャンバは、上部が開口した有底の筒体をなす容器皿と、前記容器皿に対応した、上記の発明のいずれか一つに記載のアダプタと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる細胞培養装置は、上記の発明に記載のクローズドチャンバ内の密閉空間に培養細胞を配置し、前記培養細胞の増殖あるいは維持に必要な液体を供給するとともに前記クローズドチャンバ内の前記液体を排出して前記培養細胞を連続して培養する細胞培養装置であって、前記密閉空間に供給する前記液体を蓄えるリザーバタンクと、前記密閉空間から排出された前記液体を蓄える廃液タンクと、前記リザーバタンク内の前記液体を前記密閉空間に供給するポンプと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる細胞培養装置は、上記の発明において、前記ポンプと前記クローズドチャンバとの間に、気泡除去機構を設けたことを特徴とする。

また、本発明にかかるアダプタの製造方法は、上部が開口した有底の筒体をなす容器皿に対して、前記筒体の内部断面形状に対応した断面形状を有し、前記容器皿の上部から前記容器皿内部に嵌め込まれて密閉空間を形成するためのアダプタの製造方法であって、前記容器皿の内部形状に対応する外部形状を有した製造用容器皿の半径よりも大きく、かつ深い金型形成用容器皿の底部上面に前記製造用容器皿の底面の大きさに対応する両面テープを貼り付けるとともに、前記製造用容器皿の底面に、流体を外部から注入する注入連通口の出口開口から前記注入連通口と対向する位置に配置され前記密閉空間から前記流体を外部に排出する排出連通口に対して連続又は不連続な凹部又は凸部を形成する流速調整部を生成するための流速調整部形成部材を貼り付け、その後、前記製造用容器皿の底面を前記両面テープ上に貼り付ける貼り付け工程と、前記製造用容器皿と前記金型形成用容器皿との間に、金型形成用樹脂を前記製造用容器皿の深さまで注入して硬化させる金型形成工程と、前記流速調整部形成部材を前記両面テープ上に残したまま前記製造用容器皿を取り除き、前記金型形成用樹脂に囲まれた前記流速調整部形成部材上に、アダプタ形成用樹脂を所定深さ注入して硬化させて前記アダプタの底部を形成する底部形成工程と、前記アダプタの底部中央上に円筒部材を配置し、前記円筒部材と前記金型形成用樹脂との間に、さらに前記アダプタ形成用樹脂を前記金型形成用容器皿の深さまで注入して硬化した後、前記円筒部材、及び前記金型形成用樹脂が形成された前記金型形成用容器皿を取り除いてアダプタ本体を生成するアダプタ本体生成工程と、前記アダプタ本体に前記注入連通口及び前記排出連通口を形成して前記アダプタを生成するアダプタ生成工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、蓋本体部の底面において底面において注入連通口の出口開口から排出連通口に対して連続又は不連続な凹部又は凸部を形成した流速調整部を有しているので、容器内の流体の流れを簡易に制御することができる。

図１は、本発明の実施の形態であるアダプタを含む細胞培養装置の概要構成を示す図である。 図２は、図１に示したアダプタのＡ－Ａ線断面図である。 図３は、図３に示したアダプタのＢ－Ｂ線断面図である。 図４は、図１に示したアダプタを含む培養容器の分解断面図である。 図５は、密閉空間内の培養細胞の状態を示す説明図である。 図６は、図１に示したアダプタの構成を示す平面図である。 図７は、変形例１であるアダプタの構成を示す平面図である。 図８は、図６及び図７におけるＣ－Ｃ線におけるＹ方向への線流速分布を示す図である。 図９は、図６及び図７におけるＤ－Ｄ線におけるＹ方向の線流速分布を示す図である。 図１０は、図６に示したアダプタの中央の位置の濃度に対する壁面の位置の濃度の比（交換比率）の時間変化を示す図である。 図１１は、アダプタの製造工程を示す工程図である。 図１２は、変形例２であるアダプタの構成を示す平面図である。 図１３は、変形例３であるアダプタの構成を示す平面図である。 図１４は、変形例４であるアダプタの平面図である。 図１５は、図１４に示したアダプタのＥ－Ｅ線断面図である。 図１６は、変形例５であるアダプタの平面図である。 図１７は、図１６に示したアダプタのＤ－Ｄ線断面図である。 図１８は、図１４及び図１６におけるＣ－Ｃ線におけるＹ方向への線流速分布を示す図である。 図１９は、図１４及び図１６におけるＤ－Ｄ線におけるＹ方向の線流速分布を示す図である。 図２０は、変形例６のアダプタのＤ－Ｄ線断面図である。 図２１は、変形例７のアダプタのＤ－Ｄ線断面図である。 図２２は、変形例７のアダプタのＥ－Ｅ線断面図である。 図２３は、変形例８のアダプタのＥ－Ｅ線断面図である。 図２４は、変形例１０のアダプタの平面図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態であるアダプタ１１を含む細胞培養装置１００の概要構成を示す図である。図２は、図１に示したアダプタ１１のＡ－Ａ線断面図である。また、図３は、図３に示したアダプタ１１のＢ－Ｂ線断面図である。さらに、図４は、図１に示したアダプタ１１含む培養容器１０の分解断面図である。

図１～図４に示すように、細胞培養装置１００は、密閉空間Ｅ１が形成されるクローズドチャンバとしての培養容器１０、リザーバタンク３０及び廃液タンク３３を有する。培養容器１０は密閉空間Ｅ１を形成し、この密閉空間Ｅ１内に培養細胞２０が配置される。リザーバタンク３０は、培養細胞２０の増殖あるいは維持に必要な流体である液体Ｓを、配管ＬＡを介して密閉空間Ｅ１に供給する。配管ＬＡ上には、リザーバタンク３０側から順次、ポンプ３１及び気泡除去機構３２が配置される。ポンプ３１は、例えば、ペリスタルティックポンプであり、リザーバタンク３０内の微小流量の液体Ｓを密閉空間Ｅ１内に送る。気泡除去機構３２は、ポンプ３１の圧送によって生じる可能性のある気泡を除去する。この気泡の除去は、例えばＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Di-Fluoride）膜が用いられる。廃液タンク３３には、配管ＬＢを介して、密閉空間Ｅ１から排出された液体Ｓが蓄えられる。

＜培養容器の構成＞
培養容器１０は、上部が開口した有底の筒体をなす容器皿１と、容器皿１に対して、容器皿１の筒体の内部断面形状に対応した断面形状を有し、容器皿１の上部から容器皿１の内部に嵌め込まれて密閉空間Ｅ１を形成するためのアダプタ１１とを有する。容器皿１及びアダプタ１１は、有底の円筒体である。密閉空間Ｅ１は、アダプタ１１の底面と、容器皿１の底面及び側面との間に形成される。密閉空間Ｅ１内には、培養細胞２０が配置される。密閉空間Ｅ１内は、培養細胞２０の増殖あるいは維持に必要な液体Ｓが満たされた状態で、かん流する。

アダプタ１１は、蓋本体部２、注入ノズル３ａ、排出ノズル３ｂ及び剛性部材４を有する。蓋本体部２は、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）を含むシリコンラバーなどの弾性部材で形成される。蓋本体部２は、かん流すべき液体Ｓを外部（配管ＬＡ）から密閉空間Ｅ１内に注入する注入連通口２ａと、注入連通口２ａと対向する位置に配置され密閉空間Ｅ１から液体Ｓを外部（配管ＬＢ）に排出する排出連通口２ｂとが周縁に形成される。

また、蓋本体部２の底面には、図２及び図３に示すように、注入連通口２ａの出口開口から容器皿１の側面に沿って所定長さ、両側に延在する溝である流速調整部２１，２２が形成される。なお、溝である流速調整部２１，２２は、後述するように、蓋本体部２の底面において注入連通口２ａの出口開口から排出連通口２ｂに対して連続又は不連続な凹部又は凸部の一例である。

注入ノズル３ａ、排出ノズル３ｂ及び剛性部材４は、例えば、アクリル樹脂などの剛性材料によって形成される。図１及び図４に示すように、注入ノズル３ａ及び排出ノズル３ｂは、それぞれ注入連通口２ａ及び排出連通口２ｂに圧入される。これにより、注入ノズル３ａに対する配管ＬＡの取り付け、及び排出ノズル３ｂに対する配管ＬＢの取り付けが容易かつ確実に行うことができる。

剛性部材４は、図１及び図４に示すように、剛性リングであり、蓋本体部２が容器皿１に圧入された状態で、蓋本体部２の内部空間２ｄに嵌め込まれる。図４に示すように、剛性部材４の径ｄ１は、内部空間２ｄの径ｄ２よりも大きく、剛性部材４が内部空間２ｄに嵌め込まれると、剛性部材４による容器皿１の内側側面への押圧によって蓋本体部２が容器皿１に固定される。なお、剛性部材４は、剛性リング内に補強部材を設けてもよい。

なお、蓋本体部２の上部外周縁には、容器皿１の筒体の上端部に掛かり合い、密閉空間Ｅ１の深さを規定するフランジ２ｃが形成されている。

上記の注入ノズル３ａ及び排出ノズル３ｂは、蓋本体部２が容器皿１に圧入される前、あるいは蓋本体部２が容器皿１に圧入された後に、圧入によって装着される。

図５に示すように、上記の液体Ｓが密閉空間Ｅ１を、かん流することにより、密閉空間Ｅ１内に配置された培養細胞２０には、液体Ｓ内の栄養分や添加因子が供給されるとともに、老廃物や生理活性物質が排出され、廃液タンク３３内に廃液として回収される。

本実施の形態では、蓋本体部２の底面の固定によって密閉空間Ｅ１内のメニスカスが除去され、液嵩は一定となる。しかも、蓋本体部２の底面に設けられた溝である流速調整部２１，２２によって壁面抵抗が小さくなり、注入連通口２ａの出口開口から供給された液体Ｓは、排出連通口２ｂ側に向けて広がり、均一な流速で排出連通口２ｂ側に流れる。この結果、密閉空間Ｅ１内においてせん断応力の強さは均一となり、遺伝子の発現量や接着面積の異なりが小さくなり、培養細胞２０の性質にバラツキが生じにくくなる。これにより、培養細胞の経時変化の再現性を得ることができる。

なお、本実施の形態では、蓋本体部２が透明であり、その中央底面が薄く、しかも、剛性部材４もリング状であるため、密閉空間Ｅ１内の中央部分に配置された培養細胞２０の視認性が良く、経時変化観察が可能となる。

また、蓋本体部２をＰＤＭＳにより形成すると、ガス透過性が良く、特に酸素の透過性があるので、生きた培養細胞に対する酸素供給が可能になる。

＜流れの均一化制御＞
図６は、図１に示したアダプタ１１の構成を示す平面図である。また、図７は、変形例１であるアダプタ１１´の構成を示す平面図である。アダプタ１１は、注入連通口２ａの両側（＋Ｘ方向及び－Ｘ方向）からそれぞれ容器皿１、すなわち蓋本体部２の側面に沿って、蓋本体部２の中心に対して、それぞれ９０度、延在する流速調整部２１，２２が形成されている。流速調整部２１，２２は、断面が矩形であり、深さは０．５ｍｍである。なお、密閉空間Ｅ１の液嵩（深さ）は、１ｍｍである。また、アダプタ１１，１１´は、径が３５ｍｍの培養皿を容器皿１として対応付けたものである。

一方、アダプタ１１´は、流速調整部２１，２２の内側にさらに、それぞれ溝である流速調整部２３，２４を形成している。その他の構成はアダプタ１１と同じである。

図８は、図６及び図７におけるＣ－Ｃ線におけるＹ方向への線流速分布を示す図である。図８において、実線の曲線Ｌ１は流速調整部２１～２４を設けない場合の線流速分布を示し、粗い破線の曲線Ｌ２は図６に示した溝である流速調整部２１，２２を設けた場合の線流速分布を示し、細かい破線の曲線Ｌ３は図７に示した溝である流速調整部２１～２４を設けた場合の線流速分布を示している。また、図９は、図６及び図７におけるＤ－Ｄ線におけるＹ方向の線流速分布を示す図である。図９においても、実線の曲線Ｌ１１は流速調整部２１～２４を設けない場合の線流速分布を示し、粗い破線の曲線Ｌ１２は図６に示した溝である流速調整部２１，２２を設けた場合の線流速分布を示し、細かい破線の曲線Ｌ１３は図７に示した溝である流速調整部２１～２４を設けた場合の線流速分布を示している。

図８及び図９に示すように、流速調整部を設けない場合は、中央（Ｘ方向の「０」近傍）において線流速が大きくなっている。特に、図８では、流速調整部を設けない場合の中央での線流速は、流速調整部２１，２２又は流速調整部２１～１４を設けた場合の線流速に比べて、約２倍の線流速となっている。これに対して、流速調整部２１，２２又は流速調整部２１～１４を設けた場合の線流速は、中央部分において平坦な線流速分布となっている。また、４つの流速調整部２１～１４を設けた場合の線流速分布は、２つの流速調整部２１，２２を設けた場合の線流速分布に比べて、中央部分における線流速分布がさらに平坦化されている。したがって、流速調整部２１，２２又は流速調整部２１～１４を設けた場合、密閉空間Ｅ１内において、せん断応力の強さの違いが小さくなる。

＜時間的な均一化＞
図１０は、図６に示したアダプタ１１の中央の位置Ｐ１の濃度ＣＰ１に対する壁面の位置Ｐ２の濃度ＣＰ２の比（交換比率）であるＣＰ２／ＣＰ１の時間変化を示す図である。交換比率とは、供給される液体Ｓとして、水にメチレンブルー溶液を注入して希釈した液体Ｓの濃度を観察したものである。すなわち、液体Ｓのメチレンブルーの色が薄まれば薄まるほど、密閉空間Ｅ１内の液体Ｓとの混合が良いことを示す。なお、このメチレンブルーの色の濃度は、カラー画像をもとに求めている。

図１０では、流速調整部２１，２２を設けたアダプタ１１の経時変化を実線で示し、溝を設けない落し蓋の経時変化を破線で示している。横軸は時間（ｈｏｕｒ）を示しており、１２時間の径時変化を示している。

図１０に示すように、流速調整部を設けない場合、交換比率ＣＰ２／ＣＰ１は、１に収束していないが、流速調整部２１，２２を設けた場合、１２時間後に交換比率ＣＰ２／ＣＰ１は、１に収束している。すなわち、アダプタ１１の中央の位置Ｐ１の濃度ＣＰ１と、壁面の位置Ｐ２の濃度ＣＰ２とは同じになり、Ｘ方向における濃度差がなくなっている。この結果、密閉空間Ｅ１内に配置された位置に関係なく、培養細胞２０の増殖等が均一に行われることになる。

なお、流路調整部を容器皿１の底に設ける場合、特殊で専用の容器皿（ディッシュ）を作製しなければならないが、本実施の形態では、容器皿１として汎用市販品をそのまま用い、アダプタ１１側に流路調整部を設けているので、汎用市販品のディッシュを繰り返し使用できるとともに、同一の汎用市販品のディッシュに対して所望の各種流路調整部を有したクローズドチャンバを簡易に得ることができる。

また、上記の実施の形態では、リング状の剛性部材４を用いて、側面を圧して密閉空間Ｅ１を確実に形成するようにしていたが、これに限らず、上部から蓋本体部２を押圧する部材を用いて密閉空間Ｅ１を形成するようにしてもよい。さらに、剛性部材４は、一例としてアクリル樹脂で形成していたが、これに限らず、金属等であってもよい。また、剛性部材４は、側面を圧することができればよく、蓋本体部２に取り付けた後、膨張する膨張部材であってもよい。この膨張部材は、熱、紫外線等の物理量を加えて膨張する材料であればよい。また、剛性部材４を用いず、蓋本体部２自体が膨張する部材であってもよい。

さらに、上記の実施の形態では、リザーバタンク３０と培養容器１０との間にポンプ３１を設け、リザーバタンク３０内の液体を培養容器１０側に圧送し、廃液タンク３３側に流すようにしていたが、これに限らず、培養容器１０と廃液タンク３３との間にポンプを設け、培養容器１０内の液体を吸引することによってリザーバタンク３０内の液体を培養容器１０内に導入するようにしてもよい。

＜アダプタの製造方法＞
ここで、アダプタ１１の簡易な製造方法について説明する。図１１は、アダプタ１１に対応するアダプタ５２の製造工程を示す工程図である。まず、図１１（ａ）に示すように、容器皿１の内部形状に対応する外部形状を有した製造用容器皿４１を用意する。また、製造用容器皿４１の半径よりも大きく、かつ深い金型形成用容器皿４２を用意する。製造用容器皿４１は、例えば、３５ｍｍ培養皿であり、金型形成用容器皿４２は、例えば６０ｍｍ培養皿である。

そして、金型形成用容器皿４２の底部上面に製造用容器皿４１の底面の大きさに対応する両面テープ４４を貼り付けるとともに、製造用容器皿４１の底面に、注入連通口２ａの出口開口から排出連通口２ｂに対して連続又は不連続な凹部又は凸部を形成する流速調整部を生成するための流速調整部形成部材４３を貼り付け、その後、製造用容器皿４１の底面を両面テープ４４上に貼り付ける（図１１（ａ））。

その後、製造用容器皿４１と金型形成用容器皿４２との間に、金型形成用樹脂Ｑ１を製造用容器皿４１の深さまで注入して硬化させ、金型形成用樹脂４５を形成する（図１１（ｂ））。なお、金型形成用樹脂Ｑ１は、例えばエポキシ樹脂である。

その後、流速調整部形成部材４３を両面テープ４４上に残したまま、製造用容器皿４１を取り除き、金型形成用樹脂４５に囲まれた流速調整部形成部材４３上に、アダプタ形成用樹脂Ｑ２を所定深さ注入して硬化させ、アダプタ５２の底部であるアダプタ形成用樹脂４６を形成する（図１１（ｃ））。なお、アダプタ形成用樹脂Ｑ２は、例えばＰＤＭＳである。

その後、アダプタ５２の底部（アダプタ形成用樹脂４６）の中央上に円筒部材４７を配置する。この円筒部材４７は、例えばアルミニウム製の円柱である。なお、円筒部材４７の高さは、金型形成用容器皿４２よりも高い位置となる高さを有する。そして、円筒部材４７と金型形成用樹脂４５との間に、さらにアダプタ形成用樹脂Ｑ２を金型形成用容器皿４２の深さまで注入して硬化させ、アダプタ形成用樹脂４８を形成する（図１１（ｄ））。

その後、円筒部材４７、及び金型形成用樹脂４５が形成された金型形成用容器皿４２を取り除いてアダプタ本体であるアダプタ形成用樹脂４８を生成し、その後、生研トレパンなどを用いてアダプタ形成用樹脂４８の注入連通口２ａ及び排出連通口２ｂを形成し、アダプタ５２を生成する（図１１（ｅ））。

このアダプタの製造方法によれば、既製の培養皿を用いるのみで、アダプタ５２を簡易に製造することができる。

＜変形例２＞
上記の実施の形態及び変形例１では、容器皿１及びアダプタ１１，１１´が円筒状であったが、本変形例２では、図１２に示すように、長円筒状（オーバルトラック形状）としている。すなわち、本変形例２のアダプタ１１１では、２つの半円筒状の間に矩形部分を形成する壁面を設けた蓋本体部１０２を有する。本変形例２においても、蓋本体部１０２の底面に、注入連通口２ａの両側に溝の流速調整部２１，２２を設けている。

＜変形例３＞
上記の実施の形態及び変形例１では、容器皿１及びアダプタ１１，１１´が円筒状であったが、本変形例３のアダプタ２１１では、図１３に示すように、蓋本体部２０２を楕円筒状としている。本変形例３において、蓋本体部２０２の底面に、注入連通口２ａの両側に流速調整部２１，２２に対応する溝の流速調整部２２１，２２２を設けている。流速調整部２２１，２２２は、流速調整部２１，２２と異なり、円弧状とならず、楕円壁面に沿う形状となる。

なお、変形例２，３に限らず、蓋本体部の形状は、容器皿１に対応した任意の形状とすることができる。例えば、容器皿１が四角筒状であってもよい。この場合、溝は、壁面に沿わせてもよいし、円弧状であってもよいし、Ｘ方向に向かうにしたがって曲率半径を変化させるものであってもよい。

＜変形例４＞
図１４は、変形例４であるアダプタ３１１の平面図である。また、図１５は、図１４に示したアダプタ３１１のＥ－Ｅ線断面図である。図１４及び図１５に示すように、アダプタ３１１の流速調整部２５は、アダプタ３１１の中央の位置Ｐ１を通り、注入連通口２ａと排出連通口２ｂとの間に直線的に形成された溝である。これにより、Ｙ方向中央部の線流速をさらに速くすることができる。

＜変形例５＞
図１６は、変形例５であるアダプタ４１１の平面図である。また、図１７は、図１６に示したアダプタ４１１のＤ－Ｄ線断面図である。図１６及び図１７に示すように、アダプタ４１１の流速調整部２６は、アダプタ４１１の中央の位置Ｐ１を通り、注入連通口２ａと排出連通口２ｂとの間に直線的に形成された線状突起である。これにより、Ｙ方向中央部の線流速をさらに遅くすることができる。

図１８は、図１４及び図１６におけるＣ－Ｃ線におけるＹ方向への線流速分布を示す図である。また、図１９は、図１４及び図１６におけるＤ－Ｄ線におけるＹ方向の線流速分布を示す図である。図１８及び図１９に示すように、溝の流速調整部２５を設けた場合、中央の線流速がさらに速くなる流速分布を得ることができる（曲線Ｌ４，Ｌ１４）。また、図１８及び図１９に示すように、線状突起の流速調整部２６を設けた場合、中央の線流速を遅くする流速分布を得ることができる（曲線Ｌ５，Ｌ１５）。

＜変形例６＞
図２０は、変形例６のアダプタ５１１のＤ－Ｄ線断面図である。図２０に示すように、変形例６では、流速調整部２１，２２に加え、流速調整部２６を設けている。

＜変形例７＞
図２１は、変形例７のアダプタ６１１のＤ－Ｄ線断面図である。図２１に示すように、変形例６では、流速調整部２１，２２に加え、流速調整部２５に対応する流速調整部２５´を設けている。この流速調整部２５´は、流速調整部２５の幅よりも大きく形成されている。これにより、中央の線流速をさらに大きくすることができる。なお、図２１に示すように、流速調整部の凹部又は凸部は、アダプタの底部の基準面ＳＳに対する相対的な関係であればよく、図２１では、線状突起３５を設けることによって、溝である流速調整部２１，２２，２５´を形成している。

＜変形例８＞
図２２は、変形例７のアダプタ７１１のＥ－Ｅ線断面図である。図２２に示すように、変形例８では、流速調整部２５の溝の深さをＹ方向に向かって浅くしている。このように流速調整部の長手方向に対して深さや高さを変化させるようにしてもよい。これにより、Ｙ方向の線流速分布を制御することができる。

＜変形例９＞
図２３は、変形例８のアダプタ８１１のＥ－Ｅ線断面図である。図２３に示すように、変形例９の流速調整部２５ｂでは、流速調整部２５の溝がＹ方向に対して連続的に形成されるのではなく、不連続に形成されている。このような不連続な凹部又は凸部の形成によっても、流速調整を行うことができる。

＜変形例１０＞
図２４は、変形例１０のアダプタ９１１の平面図である。図２４に示すように、変形例１０の流速調整部２１´，２２´は、流速調整部２１，２２に対応する位置に配置されるが、注入連通口２ａから離隔するに従って溝幅を広くするようにしている。このように、流速調整部の長手方向（延在方向）に対して、凹部又は凸部の幅を変化させても、流速調整を行うことができる。

また、上記の実施の形態及び変形例１～１０では、流速調整部の断面形状はいずれも矩形であるとして説明したが、これに限らず、Ｖ字溝やＵ字溝などの任意の形状であってもよい。

さらに、流速調整部の幅は、注入連通口２ａの出口開口の径と同じにしていたが、これに限らず、幅を太くしても良いし、細くしてもよい。

さらに、上記の実施の形態及び変形例１では、３５ｍｍディッシュの容器皿１を例に挙げて説明したが、本実施の形態は、これに限らず、各種の容器皿に適用できる。例えば、６０ｍｍディッシュ、１００ｍｍディッシュ、さらには９６ウェルプレートなどの各ウェルに対しても適用できる。

また、上記の実施の形態及び変形例１～１０では、いずれも細胞培養装置１００に用いるアダプタを有するクローズドチャンバとして説明したが、このクローズドチャンバの大きさは任意であり、例えば、有機物の反応状態の観察等にも用いることができる。

なお、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、上述した実施の形態または変形例の各構成要素は適宜組み合わせが可能である。

１ 容器皿
２，１０２，２０２ 蓋本体部
２ａ 注入連通口
２ｂ 排出連通口
２ｃ フランジ
２ｄ 内部空間
３ａ 注入ノズル
３ｂ 排出ノズル
４ 剛性部材
１０ 培養容器
１１，１１´，５２，１１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６１１，７１１，８１１，９１１ アダプタ
２０ 培養細胞
２１～２６，２１´，２２´，２５´，２２１，２２２ 流速調整部
３０ リザーバタンク
３１ ポンプ
３２ 気泡除去機構
３３ 廃液タンク
３５ 線状突起
４１ 製造用容器皿
４２ 金型形成用容器皿
４３ 流速調整部形成部材
４４ 両面テープ
４５ 金型形成用樹脂
４６，４８ アダプタ形成用樹脂
４７ 円筒部材
１００ 細胞培養装置
ＣＰ１，ＣＰ２ 濃度
ｄ１，ｄ２ 径
Ｅ１ 密閉空間
ＬＡ，ＬＢ 配管
Ｐ１，Ｐ２ 位置
Ｓ 液体

Claims (14)

1. 上部が開口した有底の筒体をなす容器皿に対して、前記筒体の内部断面形状に対応した断面形状を有し、前記容器皿の上部から前記容器皿内部に嵌め込まれて密閉空間を形成するためのアダプタであって、
   前記密閉空間は、前記アダプタの底面と、前記容器皿の底面及び側面との間に形成されて流体が流れる空間であり、
   前記流体を外部から注入する注入連通口と、前記注入連通口と対向する位置に配置され前記密閉空間から前記流体を外部に排出する排出連通口とが周縁に形成され、かつ、底面において前記注入連通口の出口開口から前記排出連通口に対して連続又は不連続な凹部及び／又は凸部を形成した流速調整部を有した蓋本体部を備え、
   前記流速調整部の連続又は不連続な凹部は、底面において前記注入連通口の出口開口から前記筒体の側面に沿って所定長さ、両側に延在する線状凹部であり、
   前記流速調整部の連続又は不連続な凸部は、底面において前記蓋本体部の中央を通り、前記注入連通口と前記排出連通口との間を直線的に形成された線状凸部であることを特徴とするアダプタ。
2. 前記流速調整部は、複数形成されることを特徴とする請求項１に記載のアダプタ。
3. 前記流速調整部は、異なる長さ、幅、又は深さの凹部及び／又は凸部の１以上の組み合わせであることを特徴とする請求項２に記載のアダプタ。
4. 前記流速調整部は、前記注入連通口から前記排出連通口に向けて、幅及び／又は深さが変化することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のアダプタ。
5. 前記蓋本体部の上部外周縁には、前記筒体の上端部に掛かり合い、前記密閉空間の深さを規定するフランジが設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のアダプタ。
6. 前記容器皿及び前記アダプタは、円筒状であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のアダプタ。
7. 前記蓋本体部は、弾性部材によって形成されるとともに、前記容器皿の内側側面に擦接する形状を有した有底の弾性筒体であり、
   前記弾性筒体内に圧入される剛性部材を有し、
   前記剛性部材による前記容器皿の内側側面への押圧によって前記蓋本体部を前記容器皿に固定することを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のアダプタ。
8. 前記注入連通口及び前記排出連通口に、それぞれ剛性の注入ノズル及び剛性の排出ノズルが圧入されることを特徴とする請求項７に記載のアダプタ。
9. 前記剛性部材は、剛性リングであることを特徴とする請求項７又は８に記載のアダプタ。
10. 前記蓋本体部は、PDMS又はシリコンラバーであり、
    前記剛性部材は、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項７～９のいずれか一つに記載のアダプタ。
11. 上部が開口した有底の筒体をなす容器皿と、
    前記容器皿に対応した、請求項１～１０のいずれか一つに記載のアダプタと、
    を備えたことを特徴とするクローズドチャンバ。
12. 請求項１１に記載のクローズドチャンバ内の密閉空間に培養細胞を配置し、前記培養細胞の増殖あるいは維持に必要な液体を供給するとともに前記クローズドチャンバ内の前記液体を排出して前記培養細胞を連続して培養する細胞培養装置であって、
    前記密閉空間に供給する前記液体を蓄えるリザーバタンクと、
    前記密閉空間から排出された前記液体を蓄える廃液タンクと、
    前記リザーバタンク内の前記液体を前記密閉空間に供給するポンプと、
    を備えたことを特徴とする細胞培養装置。
13. 前記ポンプと前記クローズドチャンバとの間に、気泡除去機構を設けたことを特徴とする請求項１２に記載の細胞培養装置。
14. 上部が開口した有底の筒体をなす容器皿に対して、前記筒体の内部断面形状に対応した断面形状を有し、前記容器皿の上部から前記容器皿内部に嵌め込まれて密閉空間を形成するためのアダプタの製造方法であって、
    前記容器皿の内部形状に対応する外部形状を有した製造用容器皿の半径よりも大きく、かつ深い金型形成用容器皿の底部上面に前記製造用容器皿の底面の大きさに対応する両面テープを貼り付けるとともに、前記製造用容器皿の底面に、流体を外部から注入する注入連通口の出口開口から前記注入連通口と対向する位置に配置され前記密閉空間から前記流体を外部に排出する排出連通口に対して連続又は不連続な凹部又は凸部を形成する流速調整部を生成するための流速調整部形成部材を貼り付け、その後、前記製造用容器皿の底面を前記両面テープ上に貼り付ける貼り付け工程と、
    前記製造用容器皿と前記金型形成用容器皿との間に、金型形成用樹脂を前記製造用容器皿の深さまで注入して硬化させる金型形成工程と、
    前記流速調整部形成部材を前記両面テープ上に残したまま前記製造用容器皿を取り除き、前記金型形成用樹脂に囲まれた前記流速調整部形成部材上に、アダプタ形成用樹脂を所定深さ注入して硬化させて前記アダプタの底部を形成する底部形成工程と、
    前記アダプタの底部中央上に円筒部材を配置し、前記円筒部材と前記金型形成用樹脂との間に、さらに前記アダプタ形成用樹脂を前記金型形成用容器皿の深さまで注入して硬化した後、前記円筒部材、及び前記金型形成用樹脂が形成された前記金型形成用容器皿を取り除いてアダプタ本体を生成するアダプタ本体生成工程と、
    前記アダプタ本体に前記注入連通口及び前記排出連通口を形成して前記アダプタを生成するアダプタ生成工程と、
    を含むことを特徴とするアダプタの製造方法。

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