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JP7108295B2 - Positive pressure control method for incubator and culture work system using this method - Google Patents
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Positive pressure control method for incubator and culture work system using this method Download PDF

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Description

本発明は、インキュベータに関するものであり、特に移動式のインキュベータにおいて培養に適した温度・湿度を適正に制御しつつ、培養室の内部の無菌状態と陽圧状態を安定に維持することのできるインキュベータの陽圧制御方法に関するものである。また、本発明は、インキュベータの陽圧制御方法を利用した培養作業システムに関するものである。 The present invention relates to an incubator, particularly a mobile incubator that can appropriately control the temperature and humidity suitable for culturing, while stably maintaining a sterile state and a positive pressure state inside the culture chamber. of the positive pressure control method. The present invention also relates to a culture work system using a positive pressure control method for an incubator.

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、或いは必要により炭酸ガス濃度、窒素ガス濃度などを調整することが行われている。 With recent developments in the field of regenerative medicine, culturing cells using an incubator is widely practiced. For cell culture, it is necessary to prepare a culture environment suitable for each cell, and the temperature and humidity conditions inside the incubator, or if necessary, carbon dioxide gas concentration, nitrogen gas concentration, etc. are adjusted. .

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炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度を調整するには、一般に炭酸ガス濃度センサや窒素ガス濃度センサ、及び、炭酸ガスボンベや窒素ガスボンベからの供給経路を備えて炭酸ガス濃度や窒素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。 In order to adjust the temperature conditions inside the incubator, generally, a hot water heater or an electric heater is built in the room of the incubator, the door, the wall such as the shelf plate, and the room temperature is adjusted by the radiant heat from the wall surface. In addition, in order to adjust the humidity condition inside the incubator, generally a humidifying tray is provided inside the incubator to store water, and the room humidity is adjusted by natural evaporation of the stored water. On the other hand, in order to adjust the carbon dioxide gas concentration and nitrogen gas concentration inside the incubator, generally, a carbon dioxide gas concentration sensor, a nitrogen gas concentration sensor, and a supply route from the carbon dioxide gas cylinder or nitrogen gas cylinder are provided. is being adjusted. Moreover, in addition to these, there are cases where air is stirred by an indoor fan in combination to achieve uniformity.

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。 However, indoor temperature and humidity control by radiant heat from walls and air agitation tends to cause uneven temperature and humidity in the room. In particular, since the humidity inside the incubator is high, when the temperature and humidity are not uniform, there is a problem that dew condensation is likely to occur partially.

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。 Therefore, in the incubator of Patent Document 1 below, general temperature adjustment is performed by turning on and off the indoor heater, the door heater, and the stage heater, and when the internal humidity rises and condensation tends to occur, the humidifying tray is exposed. It has been proposed to fine-tune the area of the water surface to improve the accuracy of humidity regulation.

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。その理由は、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からである。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。 On the other hand, conventional incubators could not guarantee grade A (Ministry of Health, Labor and Welfare, aseptic drug manufacturing guidelines) in line with GMP (Good Manufacturing Practice). This is because the air pressure could not be maintained higher than the external environment to maintain grade A sterilization on the inside. Furthermore, water is supplied from the outside as the water stored inside the incubator evaporates.

そこで、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。一方、本発明者らは、下記特許文献3において、外部から高温滅菌された水蒸気を供給すると共に、給気装置と排気装置を制御して培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持できるインキュベータを提案した。 Therefore, in the incubator of Patent Document 2 below, it is proposed to provide a filter on the water supply path from the outside of the incubator to the humidifying tray. On the other hand, in Patent Document 3, the inventors of the present invention can supply high-temperature sterilized steam from the outside and control the air supply device and the exhaust device to maintain the air pressure inside the culture chamber higher than the external environment. Suggested an incubator.

特開2008-005759号公報JP 2008-005759 A 特開2011-160672号公報JP 2011-160672 A 特願2017-096398号Japanese Patent Application No. 2017-096398

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、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。更に、上記特許文献1及び上記特許文献2においては、いずれも培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持できるものではなかった。 By the way, in the incubator of Patent Document 1, although the occurrence of dew condensation can be reduced, there is a problem that the temperature and humidity in the room tend to be non-uniform. Further, in the incubator of Patent Document 2, although sterilization of the water stored in the humidifying tray can be ensured, there is also the problem that the temperature and humidity in the room tend to be non-uniform. Furthermore, neither of the patent documents 1 and 2 described above can maintain the air pressure inside the culture chamber higher than the external environment.

これらに対して、上記特許文献3のインキュベータにおいては、外部から供給される水蒸気の無菌化を確保できると共に、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高くできるという点で優れている。このインキュベータにおいては、圧力センサと連動したマイクロコンピュータによって給気装置と排気装置とを制御するものである。 On the other hand, the incubator of Patent Document 3 is superior in that the water vapor supplied from the outside can be sterilized and the air pressure inside the culture chamber can be made higher than the external environment. In this incubator, a microcomputer linked with a pressure sensor controls an air supply device and an exhaust device.

一方、再生医療分野における細胞培養システムは、被培養物の前処理などの操作を行うアイソレーターと、このアイソレーターに接続して処理された被培養物を収容する複数のインキュベータとから構成されている。被培養物を収容したインキュベータは、アイソレーターから切り離され培養ステーションまで移動して所定時間の培養が行われる。 On the other hand, a cell culture system in the field of regenerative medicine consists of an isolator that performs operations such as pretreatment of the cultured material, and a plurality of incubators that are connected to this isolator and accommodate the treated cultured material. The incubator containing the object to be cultured is separated from the isolator, moved to the culture station, and cultured for a predetermined time.

このような移動式のインキュベータは、配電線などを接続することなく最小限の充電池等で稼働可能な設備を有することが好ましい。従って、培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高く維持するためには、大掛かりな給気装置と排気装置との組み合わせではなく、より簡単な機構による制御が望まれている。 Such a mobile incubator preferably has facilities that can operate with a minimal amount of rechargeable batteries or the like without connecting power lines or the like. Therefore, in order to maintain the air pressure inside the culture chamber higher than that of the external environment, it is desired to control by a simpler mechanism instead of a large-scale combination of an air supply device and an exhaust device.

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、且つ、培養室の内部をグレードAに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法及びこの方法を利用した培養作業システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention addresses the above-mentioned problems, can maintain uniform temperature and humidity inside the culture chamber, and even when the inside of the culture chamber is sterilized to grade A, this sterile environment To provide a positive pressure control method for an incubator capable of always maintaining the internal air pressure higher than the external environment by a simple mechanism and a culture work system using this method.

上記課題の解決にあたり、本発明者らは、鋭意研究の結果、給気口と排気口の開口面積及び給気ファンを組み合わせることにより、培養室の内部の静圧変動に対して給気ファンの風量が変動することを利用することにより本発明の完成に至った。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention, as a result of intensive research, found that by combining the opening areas of the air supply port and the air exhaust port and the air supply fan, the air supply fan can respond to the static pressure fluctuation inside the culture chamber. The present invention was completed by utilizing the fact that the air volume fluctuates.

即ち、本発明に係るインキュベータの陽圧制御方法は、請求項1の記載によれば、
給気口(24)と排気口(25)とを備えた培養室(22)と、当該培養室の内部の空気の温度を調節する温調手段と、前記培養室の内部の空気を加湿する加湿手段(50)とを有するインキュベータ(20)において、
前記給気口は、外部環境の空気を前記培養室の内部に供給する給気手段(30)を備え、当該給気手段は、給気ファン(32)とこれを駆動する蓄電池とを備え、
前記給気口の開口面積が前記排気口の開口面積より大きいことにより、前記給気ファンのファンモーターが有する風量-静圧曲線に沿った自律的作動により培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高い所定の静圧に維持することができ
前記加湿手段による培養室内への加湿によって当該培養室内の空気圧が上昇した際には、前記風量-静圧曲線に沿って前記給気ファンの風量が減少して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持される一方、
前記加湿手段による培養室内への加湿が停止して培養室内の空気圧が下降した際には、前記風量-静圧曲線に沿って前記給気ファンの風量が増加して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持されることを特徴とする。
That is, according to the description of claim 1, the positive pressure control method for an incubator according to the present invention is as follows:
A culture chamber (22) having an air supply port (24) and an exhaust port (25), temperature control means for adjusting the temperature of the air inside the culture chamber, and humidifying the air inside the culture chamber. In an incubator (20) comprising humidifying means (50),
The air supply port includes an air supply means (30) for supplying air from the external environment to the interior of the culture chamber, and the air supply means includes an air supply fan (32) and a storage battery for driving the air supply fan (32),
Since the opening area of the air supply port is larger than the opening area of the exhaust port, the fan motor of the air supply fan autonomously operates along the air volume-static pressure curve to reduce the air pressure inside the culture chamber from that of the external environment. can be maintained at a high predetermined static pressure,
When the air pressure in the culture chamber rises due to the humidification of the culture chamber by the humidifying means, the air volume of the air supply fan decreases along the air volume-static pressure curve, resulting in a positive pressure state inside the culture chamber. is maintained at the predetermined static pressure,
When the humidification of the culture chamber by the humidifying means is stopped and the air pressure in the culture chamber decreases, the air volume of the air supply fan increases along the air volume-static pressure curve, and the air volume inside the culture chamber increases. The pressure state is maintained at the predetermined static pressure.

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の陽圧制御方法であって、
前記培養室内の空気圧の変動は、前記加湿手段による培養室内への加湿又は停止に加え、当該培養室内の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の変動に対処した調整によるものであることを特徴とする。
Further, according to the description of claim 2, the present invention provides a positive pressure control method for an incubator according to claim 1,
Fluctuations in the air pressure in the culture chamber are characterized by adjustment in response to variations in carbon dioxide concentration and nitrogen gas concentration in the culture chamber, in addition to humidification or suspension of humidification in the culture chamber by the humidifying means.

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の陽圧制御方法であって、
前記加湿手段は、圧縮ガスを発生する圧縮ガス発生手段と、水を供給する水供給手段と、前記圧縮空気と前記水とを混合した混合気液を調整する混合気液調整器と、当該混合気液を気化させて水蒸気を発生するための発熱体を具備した気化器とを備え、
前記気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく滅菌された状態で前記循環手段が循環させる空気中に直接供給されることを特徴とする。
Further, according to the description of claim 3, the present invention provides a positive pressure control method for an incubator according to claim 1 or 2,
The humidifying means includes compressed gas generating means for generating compressed gas, water supply means for supplying water, a mixed gas/liquid regulator for adjusting a mixed gas/liquid mixture of the compressed air and the water, and a vaporizer equipped with a heating element for vaporizing gas-liquid to generate water vapor,
The vapor generated by the vaporizer is directly supplied to the air circulated by the circulation means in a sterilized state without passing through an air filter.

また、本発明に係る培養作業システムは、請求項4の記載によれば、
無菌状態を維持できるアイソレーター(10)と、当該アイソレーターに接続可能で無菌状態を維持できると共に搬送可能な複数のインキュベータ(20、20a~20h)とを備え、
前記アイソレーターの内部で培養に必要な操作を行って被培養物を準備し、当該アイソレーターに接続された前記インキュベータの内部に前記被培養物を収容し、当該インキュベータを前記アイソレーターから切り離し、切り離したインキュベータを前記アイソレーターから離れた位置にある培養ステーション(110)まで搬送し、当該培養ステーションにおいて複数のインキュベータを保管して前記被培養物の培養を行うものであって、
前記複数のインキュベータは、前記培養ステーションへの移動段階及び/又は培養段階において請求項1~3のいずれか1つに記載のインキュベータの陽圧制御方法で制御されることを特徴とする。
In addition, according to the description of claim 4, the culture work system according to the present invention is:
An isolator (10) capable of maintaining a sterile state, and a plurality of incubators (20, 20a to 20h) connectable to the isolator and capable of maintaining a sterile state and transportable,
An operation necessary for culture is performed inside the isolator to prepare an object to be cultured, the object to be cultured is accommodated inside the incubator connected to the isolator, the incubator is separated from the isolator, and the separated incubator is transported to a culture station (110) located away from the isolator, and a plurality of incubators are stored at the culture station to culture the culture object,
The plurality of incubators are controlled by the positive pressure control method for an incubator according to any one of claims 1 to 3 in the moving stage to the culture station and/or the culturing stage.

上記構成によれば、本発明に係るインキュベータの陽圧制御方法に使用するインキュベータは、培養室と温調手段と加湿手段とを有している。培養室は、給気口と排気口とを備えている。温調手段は、培養室の内部の空気の温度を調節する。加湿手段は、培養室の内部の空気を加湿する。給気口は、外部環境の空気を培養室の内部に供給する給気手段を備えている。この給気手段は、給気ファンとこれを駆動する蓄電池とを備えている。 According to the above configuration, the incubator used in the positive pressure control method for an incubator according to the present invention has the incubation chamber, the temperature control means, and the humidification means. The culture chamber has an air supply port and an air exhaust port. The temperature control means controls the temperature of the air inside the culture chamber. The humidifying means humidifies the air inside the culture chamber. The air inlet has air supply means for supplying air from the external environment to the interior of the culture chamber. The air supply means includes an air supply fan and a storage battery for driving the air supply fan.

このようなインキュベータにおいて、給気口の開口面積が排気口の開口面積より大きいことにより、給気ファンのファンモーターが有する風量-静圧曲線に沿った自律的作動により培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高い(陽圧状態)所定の静圧に維持することができる。このように培養室の内部の空気圧が所定の静圧に維持された状態で、培養室内の空気圧が変動することがある。 In such an incubator, the opening area of the air supply port is larger than the opening area of the exhaust port, so that the air pressure inside the culture chamber is adjusted by autonomous operation along the air volume-static pressure curve of the fan motor of the air supply fan. A predetermined static pressure higher than the external environment (positive pressure state) can be maintained. While the air pressure inside the culture chamber is maintained at a predetermined static pressure in this way, the air pressure inside the culture chamber may fluctuate.

例えば、加湿手段による培養室内への加湿等によって培養室内の空気圧が上昇する。この場合には、給気ファンのファンモーターが有する風量-静圧曲線に沿って風量が減少して培養室の内部に供給される空気の量が減少する。このことにより、培養室内の空気圧が減少して陽圧状態が所定の静圧に維持される。一方、別な要因により培養室内の空気圧が下降する。この場合には、給気ファンのファンモーターが有する風量-静圧曲線に沿って風量が増加して培養室の内部に供給される空気の量が増加する。このことにより、培養室内の空気圧が増加して陽圧状態が所定の静圧に維持される。 For example, the air pressure in the culture chamber rises due to humidification of the culture chamber by the humidifying means. In this case, the air volume decreases along the air volume-static pressure curve of the fan motor of the air supply fan, and the amount of air supplied to the culture chamber decreases. As a result, the air pressure in the culture chamber is reduced and the positive pressure state is maintained at a predetermined static pressure. On the other hand, the air pressure inside the culture chamber drops due to another factor. In this case, the air volume increases along the air volume-static pressure curve of the fan motor of the air supply fan, and the volume of air supplied to the culture chamber increases. As a result, the air pressure in the culture chamber increases and the positive pressure state is maintained at a predetermined static pressure.

よって、上記構成によれば、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、且つ、培養室の内部をグレードAに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法を提供することができる。 Therefore, according to the above configuration, the temperature and humidity inside the culture chamber can be maintained uniform, and even when the inside of the culture chamber is sterilized to grade A, it is possible to easily maintain this sterile environment. It is possible to provide a positive pressure control method for an incubator that can always maintain the internal air pressure higher than the external environment by such a mechanism.

また、上記構成によれば、培養室内の空気圧の変動は、加湿手段による培養室内への加湿又は停止に加え、当該培養室内の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の変動によることもある。この場合においても、上述と同様に給気ファンのファンモーターが有する風量-静圧曲線に沿って風量が変化することにより対処することができる。 Further, according to the above configuration, fluctuations in the air pressure in the culture chamber may be caused by changes in the concentration of carbon dioxide gas or nitrogen gas in the culture chamber, in addition to the humidification or suspension of humidification of the chamber by the humidifying means. Even in this case, it can be dealt with by changing the air volume along the air volume-static pressure curve of the fan motor of the air supply fan in the same manner as described above.

また、上記構成によれば、加湿手段は、圧縮ガス発生手段と水供給手段と混合気液調整器と気化器とを備えている。混合気液調整器は、圧縮ガス発生手段が発生した圧縮ガスと水供給手段が供給した水とを混合して混合気液を発生させる。気化器は、発熱体を具備して発生した混合気液を気化させて水蒸気を発生する。このようにして、気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく滅菌された状態で循環手段が循環させる空気中に直接供給される。
Further, according to the above configuration, the humidifying means includes the compressed gas generating means, the water supplying means, the mixed gas-liquid regulator, and the vaporizer. The gas-liquid mixture adjuster mixes the compressed gas generated by the compressed gas generating means and the water supplied by the water supply means to generate a gas-liquid mixture. The vaporizer has a heating element and vaporizes the generated gas-liquid mixture to generate steam. In this way, the water vapor generated in the vaporizer is supplied directly into the air circulated by the circulation means without passing through an air filter and in a sterile state .

このような加湿手段によれば、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、培養室の内部に結露が生じることがない。また、気化器が発生した水蒸気により内部の無菌環境に悪影響を及ぼすことがない。一方、このような加湿手段が培養室の内部に供給する水蒸気は、圧縮ガスと気化した水の混合ガスであり培養室の内部の静圧を変動させることとなる。このような場合においても、上記構成によれば、培養室内の陽圧状態を所定の静圧に維持することができる。 According to such a humidifying means, the temperature and humidity inside the culture chamber can be kept uniform, and dew condensation does not occur inside the culture chamber. Also, the steam generated by the vaporizer does not adversely affect the sterile environment inside. On the other hand, the water vapor supplied to the inside of the culture chamber by such a humidifying means is a mixed gas of compressed gas and vaporized water, and changes the static pressure inside the culture chamber. Even in such a case, according to the above configuration, the positive pressure state in the culture chamber can be maintained at a predetermined static pressure.

また、上記構成によれば、本発明に係る培養作業システムは、アイソレーターと複数のインキュベータとを備えている。アイソレーターは、無菌状態を維持できる。複数のインキュベータは、アイソレーターに接続可能で無菌状態を維持できると共に、アイソレーターから切り離して培養ステーションへの搬送が可能である。なお、これらのインキュベータは、培養ステーションへの移動段階及び培養段階の両方において、或いは、移動段階又は培養段階において上記構成に係るインキュベータの陽圧制御方法で制御される。 Moreover, according to the above configuration, the culture work system according to the present invention includes an isolator and a plurality of incubators. The isolator can be kept sterile. A plurality of incubators can be connected to the isolator to maintain a sterile state, and can be separated from the isolator and transported to the culture station. These incubators are controlled by the positive pressure control method for the incubators according to the above configuration during both the transfer stage to the culture station and the culture stage, or during the transfer stage or the culture stage.

この培養作業システムは、次のように操作される。まず、アイソレーターの内部で培養に必要な操作を行って被培養物を準備する。次に、アイソレーターに接続されたインキュベータの内部に被培養物を収容する。次に、インキュベータをアイソレーターから切り離す。次に、切り離したインキュベータをアイソレーターから離れた位置にある培養ステーションまで搬送する。次に、培養ステーションにおいて複数のインキュベータを保管して被培養物の培養を行う。 This culture work system is operated as follows. First, an object to be cultured is prepared by performing necessary operations for culture inside the isolator. Next, the object to be cultured is placed inside an incubator connected to an isolator. Then disconnect the incubator from the isolator. Next, the separated incubator is transported to a culture station located away from the isolator. Next, a culture station stores a plurality of incubators and cultures the object to be cultured.

よって、上記構成によれば、培養室の内部の温度・湿度を均一に維持することができ、且つ、培養室の内部をグレードAに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法を利用した培養作業システムを提供することができる。 Therefore, according to the above configuration, the temperature and humidity inside the culture chamber can be maintained uniform, and even when the inside of the culture chamber is sterilized to grade A, it is possible to easily maintain this sterile environment. It is possible to provide a culture work system that utilizes a positive pressure control method for an incubator that can always maintain the internal air pressure higher than the external environment by such a mechanism.

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。 It should be noted that the reference numerals in parentheses of the respective means above indicate the correspondence with specific means described in the embodiments to be described later.

本発明に係る培養作業システムの一実施形態の全体構成を示す平面図である。1 is a plan view showing the overall configuration of an embodiment of a culture work system according to the present invention; FIG. 図1の培養作業システムに使用するインキュベータの構成を示す概略側面図である。FIG. 2 is a schematic side view showing the configuration of an incubator used in the culture work system of FIG. 1; 図2のインキュベータに使用するファンモーターの風量-静圧曲線である。3 is an air volume-static pressure curve of a fan motor used in the incubator of FIG. 2. FIG. 図2の加湿装置が具備する気化器の1実施形態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a vaporizer included in the humidifying device of FIG. 2;

以下、本発明に係るインキュベータの陽圧制御方法及び培養作業システムを実施形態により説明する。図1は、本発明に係る培養作業システムの一実施形態の全体構成を示す平面図である。図1において、クリーンルーム100の内部(図示左側)には、アイソレーター10が設置され、これにインキュベータ20が接続されている。クリーンルーム100の室内、アイソレーター10の内部(チャンバー内)、及び、インキュベータ20の内部(培養室内)は、事前に滅菌操作による無菌状態を確保している。特に、アイソレーター10のチャンバー内、及び、インキュベータ20の培養室内は、GMPに即したグレードAに滅菌されている。 A positive pressure control method for an incubator and a culture work system according to the present invention will be described below by way of embodiments. FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of one embodiment of a culture work system according to the present invention. In FIG. 1, an isolator 10 is installed inside a clean room 100 (on the left side in the figure), and an incubator 20 is connected thereto. The inside of the clean room 100, the inside of the isolator 10 (inside the chamber), and the inside of the incubator 20 (inside the culture room) are sterilized in advance to ensure a sterile state. In particular, the inside of the chamber of the isolator 10 and the inside of the culture room of the incubator 20 are sterilized to grade A conforming to GMP.

また、クリーンルーム100の内部のアイソレーター10から離れた位置(図示右側)には、複数のインキュベータを保管する培養ステーション110が設けられている。この培養ステーション110には、被培養物を収容した複数のインキュベータ20a~20hが保管されている。図1においてアイソレーター10に接続されているインキュベータ20は、被培養物を収容作業が完了すれば、アイソレーター10から切り離して培養ステーションまで搬送されて保管される(図示破線矢印)。 In addition, a culture station 110 that stores a plurality of incubators is provided inside the clean room 100 at a position away from the isolator 10 (on the right side in the figure). This culture station 110 stores a plurality of incubators 20a to 20h containing culture objects. The incubator 20 connected to the isolator 10 in FIG. 1 is separated from the isolator 10 and transported to the culture station for storage (broken line arrow in the figure) when the operation of accommodating the culture material is completed.

このような構成において、クリーンルーム100の内部にいる作業者(図示せず)が、アイソレーター10の外部から作業用グローブを介して培養に必要な操作を行い、細胞を培養する培養液をシャーレなどに充填している。培養液を充填したシャーレは、アイソレーター10の内部からインキュベータ20の内部に収容される。 In such a configuration, an operator (not shown) inside the clean room 100 performs operations necessary for culturing from the outside of the isolator 10 through working gloves, and a culture solution for culturing cells is poured into a Petri dish or the like. filling. A petri dish filled with a culture solution is accommodated inside the incubator 20 from inside the isolator 10 .

培養液を充填したシャーレを収容したインキュベータ20は、アイソレーター10から切り離され、クリーンルーム100の内部にいる作業者(図示せず)によって培養ステーション110まで搬送される。この搬送の間も、インキュベータ20の内部の陽圧状態は維持される。次に、培養ステーション110まで搬送された複数のインキュベータ20a~20hは、培養ステーション110において保管され、内部に収容されているシャーレ内の細胞が培養される。この培養の間も、インキュベータ20の内部の陽圧状態は維持される。なお、本実施形態においても、アイソレーター10から培養ステーション110に搬送後のインキュベータ20に配電線や給排気管など、必要な設備を装着するようにしてもよい。 The incubator 20 containing petri dishes filled with the culture solution is separated from the isolator 10 and transported to the culture station 110 by an operator (not shown) inside the clean room 100 . The positive pressure state inside the incubator 20 is maintained during this transfer as well. Next, the plurality of incubators 20a to 20h transported to the culture station 110 are stored in the culture station 110, and the cells in the petri dishes housed therein are cultured. During this culture, the positive pressure state inside the incubator 20 is maintained. Also in this embodiment, the incubator 20 after being transported from the isolator 10 to the culture station 110 may be equipped with necessary equipment such as distribution lines and air supply/exhaust pipes.

次に、本発明に使用するインキュベータの構成について説明する。上述のように、アイソレーター10のチャンバー内、及び、インキュベータ20の培養室内は、GMPに即したグレードAに滅菌されている。従って、グレードAの状態を維持するためにアイソレーター10及びインキュベータ20の内部の空気圧は、クリーンルーム100の空気圧(これを外部環境とする)よりも高い空気圧(陽圧状態)に維持することが好ましい。 Next, the configuration of the incubator used in the present invention will be described. As described above, the inside of the chamber of the isolator 10 and the inside of the culture room of the incubator 20 are sterilized to grade A conforming to GMP. Therefore, in order to maintain the grade A state, the air pressure inside the isolator 10 and the incubator 20 is preferably maintained at a higher air pressure (positive pressure state) than the air pressure in the clean room 100 (which is defined as the external environment).

アイソレーター10のチャンバー内を陽圧状態に維持することは、通常の方法で行われる。すなわち、圧力センサと連動したマイクロコンピュータによって給気装置と排気装置とを制御することにより容易に行うことができる。一方、インキュベータ20の培養室内に対しては、アイソレーター10と同様の設備を設けることにより陽圧状態を維持することもできる。しかし、移動式のインキュベータにおいては、配電線などを接続することなく最小限の充電池などで稼働可能な設備とすることが好ましい。 Maintaining a positive pressure within the chamber of isolator 10 is done in a conventional manner. That is, it can be easily performed by controlling the air supply device and the exhaust device by means of a microcomputer interlocked with the pressure sensor. On the other hand, a positive pressure state can be maintained in the culture chamber of the incubator 20 by providing equipment similar to the isolator 10 . However, in a mobile incubator, it is preferable to use equipment that can operate with a minimal amount of rechargeable batteries without connecting power lines or the like.

図2は、上記培養作業システムに使用するインキュベータの構成を示す概略側面図である。図2において、インキュベータ20は、床面上に載置されるキャスター21a付きの架台21と、この架台21の上に乗載される培養室22と、この培養室22の内部の空気の温度を調節する温調装置(図示せず)と、培養室22の内部の空気を加湿する加湿装置50と、培養室22の内部の炭酸ガス濃度を調整する炭酸ガス濃度制御装置60と、培養室22の内部の窒素ガス濃度を調整する窒素ガス濃度制御装置70と、培養室22の内部の空気を循環させる循環装置(図示せず)により構成されている。また、これらの装置には、培養室22の内部の圧力、温度、湿度、炭酸ガス濃度、窒素ガス濃度などを検知する各種センサが設けられている(いずれも図示せず)。なお、炭酸ガス濃度制御装置60、窒素ガス濃度制御装置70、循環装置などは、必要により設置するようにしてもよい。 FIG. 2 is a schematic side view showing the configuration of an incubator used in the culture work system. In FIG. 2, an incubator 20 includes a pedestal 21 with casters 21a placed on the floor, a culture chamber 22 mounted on the pedestal 21, and an air temperature inside the culture chamber 22. A temperature control device (not shown) to adjust, a humidification device 50 to humidify the air inside the culture chamber 22, a carbon dioxide gas concentration control device 60 to adjust the carbon dioxide gas concentration inside the culture chamber 22, and the culture chamber 22. and a circulation device (not shown) for circulating the air inside the culture chamber 22 . These apparatuses are also provided with various sensors for detecting the pressure, temperature, humidity, carbon dioxide gas concentration, nitrogen gas concentration, etc. inside the culture chamber 22 (none of them are shown). The carbon dioxide gas concentration control device 60, the nitrogen gas concentration control device 70, the circulation device, etc. may be installed as necessary.

培養室22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。なお、断熱壁の内部に培養室22の内部を加温するヒータ(温調装置の一部)を内蔵するようにしてもよい。また、培養室22の正面壁部22a(図示左面)には、アイソレーター10と気密的に接続して内部を連通するための接続扉23が設けられている。なお、接続扉23の構造は、アイソレーター10との気密的な接続が可能であれば特に限定するものではない。 The culture chamber 22 has an outer wall and an inner wall covered with a stainless metal plate, and a heat insulating material is filled between the outer wall and the inner wall to form a heat insulating wall. A heater (a part of the temperature control device) for heating the inside of the culture chamber 22 may be built in the heat insulating wall. A connection door 23 is provided on the front wall portion 22a (left side in the drawing) of the culture chamber 22 to airtightly connect with the isolator 10 and communicate with the inside. The structure of the connection door 23 is not particularly limited as long as airtight connection with the isolator 10 is possible.

また、培養室22の上面壁部22bには、培養室22の内部に空気を供給する給気口24が開口し、この給気口24には給気装置30が接続されている。給気装置30には、給気ダクト31が接続され、その管路にファンモーター32及びHEPAフィルタ33が設けられている。一方、培養室22の下面壁部22cには、培養室22の内部の空気を排気する排気口25が開口し、この排気口25には排気ダクト41が接続されている。なお、本実施形態においては、給気口24の開口面積が排気口25の開口面積よりも大きく設計されている(理由は後述する)。 An air supply port 24 for supplying air to the inside of the culture chamber 22 is opened in the upper wall portion 22b of the culture chamber 22, and an air supply device 30 is connected to the air supply port 24. As shown in FIG. An air supply duct 31 is connected to the air supply device 30, and a fan motor 32 and a HEPA filter 33 are provided in the conduit. On the other hand, an exhaust port 25 for exhausting the air inside the culture chamber 22 is opened in the bottom wall portion 22c of the culture chamber 22, and an exhaust duct 41 is connected to the exhaust port 25. As shown in FIG. In this embodiment, the opening area of the air supply port 24 is designed to be larger than the opening area of the exhaust port 25 (the reason will be described later).

給気装置30のファンモーター32は、クリーンルーム100の内部の空気をインキュベータ20の培養室22の内部に供給する。その際、供給される空気は、HEPAフィルタ33によって、更に清浄化される。ファンモーター32の能力は、インキュベータ20の培養室22の内部の陽圧状態を維持するために、所定の最大風量と最大静圧を有するものを選定する。なお、ファンモーター32の種類は、特に限定するものではなく、軸流ファンのプロペラファンや、遠心ファンのシロッコファン、ターボファンなど、いずれの形式であってもよい。なお、本実施形態においては、アイソレーター10から培養ステーション110への移動段階及び培養段階の両方において、或いは、移動段階又は培養段階において、ファンモーター32の駆動には配電線を使用せずインキュベータ20が具備する蓄電池(図示せず)によるものとする。 The fan motor 32 of the air supply device 30 supplies the air inside the clean room 100 to the culture room 22 of the incubator 20 . At that time, the supplied air is further cleaned by the HEPA filter 33 . The capacity of the fan motor 32 is selected to have a predetermined maximum air volume and maximum static pressure in order to maintain the positive pressure inside the culture chamber 22 of the incubator 20 . The type of the fan motor 32 is not particularly limited, and may be of any type such as a propeller fan that is an axial flow fan, a sirocco fan that is a centrifugal fan, a turbo fan, or the like. It should be noted that in this embodiment, the incubator 20 does not use a distribution line to drive the fan motor 32 during both the movement stage and the culture stage from the isolator 10 to the culture station 110, or during the movement stage or the culture stage. It is supposed to be based on a storage battery (not shown) provided.

なお、図2には記載していないが、給気ダクト31と排気ダクト41の管路には、それぞれ電磁弁や触媒層を設けるようにしてもよい。触媒層は、インキュベータ20の培養室22の内部を過酸化水素ガスなどで除染した後のエアレーションで、培養室22の内部から放出される過酸化水素ガスなどを分解する際に活用する。 Although not shown in FIG. 2, the pipelines of the air supply duct 31 and the exhaust duct 41 may be provided with electromagnetic valves and catalyst layers, respectively. The catalyst layer is used to decompose the hydrogen peroxide gas released from the culture chamber 22 during aeration after the interior of the culture chamber 22 of the incubator 20 is decontaminated with hydrogen peroxide gas.

次に、このような構成のインキュベータ20を使用して、その培養室22の内部の陽圧制御方法について説明する。上述のように、培養室22の給気口24の開口面積(給気ダクト31の管径に相当)が、排気口25の開口面積(排気ダクト41の管径に相当)よりも大きく設計されている。このような状態で、ファンモーター32を駆動する。図3は、インキュベータ22に使用するファンモーター32の風量-静圧曲線である。 Next, using the incubator 20 having such a configuration, a positive pressure control method inside the culture chamber 22 will be described. As described above, the opening area of the air supply port 24 of the culture chamber 22 (corresponding to the pipe diameter of the air supply duct 31) is designed to be larger than the opening area of the exhaust port 25 (corresponding to the pipe diameter of the exhaust duct 41). ing. In such a state, the fan motor 32 is driven. FIG. 3 is an air volume-static pressure curve of the fan motor 32 used in the incubator 22. FIG.

図3において、縦軸上のポイント4は、ファンモーター32の最大静圧P4を表しており、このとき風量はゼロである。この状態においては、培養室22の内部の陽圧によって、ファンモーター32が回転しても給気が起こらない状態である。一方、横軸上のポイント5は、ファンモーター32の最大風量L5を表しており、このとき静圧はゼロである。この状態においては、培養室22の内部の空気圧はクリーンルーム100の内部の空気圧と同じであり、ファンモーター32が回転しても培養室22の内部は陽圧とならない状態である。 In FIG. 3, point 4 on the vertical axis represents the maximum static pressure P4 of the fan motor 32, at which the air volume is zero. In this state, air is not supplied even if the fan motor 32 rotates due to the positive pressure inside the culture chamber 22 . On the other hand, point 5 on the horizontal axis represents the maximum air volume L5 of the fan motor 32, at which time the static pressure is zero. In this state, the air pressure inside the incubation chamber 22 is the same as the air pressure inside the clean room 100, and even if the fan motor 32 rotates, the inside of the incubation chamber 22 does not become a positive pressure.

本実施形態においては、インキュベータ20の培養室22の内部をクリーンルーム100の内部に対して陽圧状態に維持する必要がある。グレードAに滅菌された培養室22の内部を陽圧状態にすることにより、グレードAより低いクリーンルーム100の内部の空気が培養室22の内部に混入することを避けることができる。ここで、培養室22の内部をどの程度の陽圧状態に維持するかは、特に限定するものではないが、例えば+30Paを維持するようにしてもよい。 In this embodiment, the inside of the culture room 22 of the incubator 20 must be maintained in a positive pressure state with respect to the inside of the clean room 100 . By making the inside of the culture room 22 sterilized to grade A into a positive pressure state, it is possible to prevent the air inside the clean room 100 lower than grade A from entering the culture room 22 . Here, the degree of positive pressure to be maintained inside the culture chamber 22 is not particularly limited, but +30 Pa may be maintained, for example.

本実施形態においては、ファンモーター32の駆動だけで陽圧状態を維持することができる。そこで、本実施形態においては、培養室22の内部の構造と収容物の数(実装密度)、培養室22の給気口24の開口面積と排気口25の開口面積、及び、目標とする陽圧状態を考慮することにより、ファンモーター32の機種と性能、或いは設定出力を決定することができる。 In this embodiment, the positive pressure state can be maintained only by driving the fan motor 32 . Therefore, in this embodiment, the internal structure of the culture chamber 22, the number of objects (packing density), the opening area of the air supply port 24 and the opening area of the exhaust port 25 of the culture chamber 22, and the target positive pressure state can be used to determine the model and performance of the fan motor 32, or the set output.

図3において、ポイント1は、培養室22の内部を陽圧状態に維持しており、静圧P1が目標とする陽圧(例えば、+30Pa)であり、風量L1が給気口24から培養室22の内部に供給され、同量のL1が排気口25から排気されている。この状態で、内部に変化がなければ、安定して陽圧状態が維持される。しかし、実際には培養室22の内部で細胞が培養されており、湿度の変化、炭酸ガス濃度の変化、窒素ガス濃度の変化などが生じている。 In FIG. 3, point 1 is that the inside of the culture chamber 22 is maintained in a positive pressure state, the static pressure P1 is a target positive pressure (for example, +30 Pa), and the air volume L1 is increased from the air supply port 24 to the culture chamber. 22 , and the same amount of L1 is exhausted from the exhaust port 25 . In this state, if there is no internal change, a stable positive pressure state is maintained. However, cells are actually cultured inside the culture chamber 22, and changes in humidity, carbon dioxide gas concentration, nitrogen gas concentration, and the like occur.

そのうち、最も影響しているのが培養室22の内部の湿度の変化と考えられる。加湿装置50は、培養室22の内部の湿度条件(培養条件)を安定に維持するために作動する。培養室22の培養条件のうち温度条件と湿度条件を安定に維持することが重要である。例えば、温度条件は、37±0.5℃に維持され、湿度条件は、相対湿度95~100%RHという高湿度状態の維持が必要である。そこで、湿度センサと連動したマイクロコンピュータによる制御で加湿装置50から培養室22の内部に水蒸気を供給する。 Of these, the change in humidity inside the incubation chamber 22 is considered to be the most influential. The humidifier 50 operates to stably maintain the humidity conditions (culture conditions) inside the culture chamber 22 . Of the culture conditions in the culture chamber 22, it is important to maintain the temperature and humidity conditions stably. For example, the temperature condition must be maintained at 37±0.5° C., and the humidity condition must be maintained at a relative humidity of 95 to 100% RH. Therefore, water vapor is supplied from the humidifier 50 to the inside of the incubation chamber 22 under the control of a microcomputer linked with a humidity sensor.

本発明においては、水蒸気の供給は特に限定するものではなく、無菌状態が維持できるのであれば、どのような方法であってもよい。例えば、従来から行われているように、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を行うようにしてもよい。しかし、本実施形態においては、上述の特許文献3に提案するように、外部から供給される水蒸気の無菌化を確保できる加湿装置50を採用する。この加湿装置50は、圧縮空気と水とを混合した混合気液を気化させて水蒸気を発生して供給する(詳細は後述する)。 In the present invention, the supply of steam is not particularly limited, and any method may be used as long as the sterile condition can be maintained. For example, as is conventionally practiced, a humidifying tray may be provided inside the incubator to retain water, and the room humidity may be adjusted by natural evaporation of the retained water. However, in this embodiment, as proposed in the above-mentioned Patent Document 3, a humidifying device 50 capable of ensuring sterilization of water vapor supplied from the outside is adopted. The humidifier 50 vaporizes a mixture of compressed air and water to generate and supply water vapor (details will be described later).

図3において、ポイント1で設定した陽圧状態(設定静圧P1)を維持しているときに、湿度センサが湿度の低下を検知する。これに対して、マイクロコンピュータで制御された加湿装置50が作動して、水蒸気を発生して培養室22の内部に供給する。この水蒸気は、圧縮空気と水蒸気の混合気体であって、培養室22の内部の空気圧を若干であるが上昇させる。図3の風量-静圧曲線において、静圧がP1からP2に上昇する(ポイント2の状態)と、ファンモーター32の風量がL1からL2に減少する。 In FIG. 3, when the positive pressure state (set static pressure P1) set at point 1 is maintained, the humidity sensor detects a decrease in humidity. In response to this, the humidifying device 50 controlled by the microcomputer operates to generate water vapor and supply it to the interior of the culture chamber 22 . This water vapor is a mixed gas of compressed air and water vapor, and slightly increases the air pressure inside the incubation chamber 22 . In the air volume-static pressure curve of FIG. 3, when the static pressure rises from P1 to P2 (state of point 2), the air volume of the fan motor 32 decreases from L1 to L2.

このことにより、培養室22の内部に供給される空気の量が減少し、培養室22の内部の空気圧が下降する。その結果、培養室22の内部の空気圧は、設定静圧P1に収束する。なお、培養室22の内部の空気圧の上昇は、加湿装置50の作動のみによるものではなく、炭酸ガス濃度制御装置60による炭酸ガスの供給、又は、窒素ガス濃度制御装置70による窒素ガスの供給によっても生じる。 As a result, the amount of air supplied to the inside of the culture chamber 22 is reduced, and the air pressure inside the culture chamber 22 is lowered. As a result, the air pressure inside the incubation chamber 22 converges to the set static pressure P1. The air pressure inside the culture chamber 22 is increased not only by the operation of the humidifier 50, but also by the supply of carbon dioxide by the carbon dioxide concentration control device 60 or the supply of nitrogen gas by the nitrogen gas concentration control device 70. also occur.

一方、培養室22の内部の空気圧が下降する場合もある。この場合には、図3の風量-静圧曲線において、静圧がP1からP3に下降する(ポイント3の状態)と、ファンモーター32の風量がL1からL3に上昇する。このことにより、培養室22の内部に供給される空気の量が増加し、培養室22の内部の空気圧が上昇する。その結果、培養室22の内部の空気圧は、設定静圧P1に収束する。 On the other hand, the air pressure inside the culture chamber 22 may drop. In this case, in the air volume-static pressure curve of FIG. 3, when the static pressure drops from P1 to P3 (state of point 3), the air volume of the fan motor 32 increases from L1 to L3. As a result, the amount of air supplied to the inside of the culture chamber 22 increases, and the air pressure inside the culture chamber 22 rises. As a result, the air pressure inside the incubation chamber 22 converges to the set static pressure P1.

これまで説明したように、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、且つ、培養室の内部をグレードAに滅菌した場合でも、この無菌環境を維持するために、簡単な機構により内部の空気圧を外部環境よりも常に高く維持することができるインキュベータの陽圧制御方法及びこの方法を利用した培養作業システムを提供することができる。 As described above, in this embodiment, the temperature and humidity inside the culture chamber can be kept uniform, and even when the inside of the culture chamber is sterilized to Grade A, this sterile environment can be maintained. In order to do so, it is possible to provide a positive pressure control method for an incubator that can always maintain the internal air pressure higher than the external environment with a simple mechanism, and a culture work system using this method.

ここで、本実施形態に係るインキュベータの陽圧制御方法が、より効果を得ることのできる加湿装置50の構成について説明する。この加湿装置50は、培養室22の内部に極微量の水蒸気を供給することのできる特定の加湿機構を採用する。加湿装置50は、圧縮ガス発生装置と水供給装置と混合気液調整器と気化器とから構成されている。混合気液調整器は、水供給装置から供給される水と圧縮ガス発生装置から供給される圧縮空気とを混合して霧化した混合気液(ミスト)を発生する。混合気液調整器の吐出部は、気化器に連接されて霧化した混合気液(ミスト)が気化器に供給される。気化器は、混合気液調整器から供給される霧化した混合気液(ミスト)を気化して水蒸気を発生する。 Here, the configuration of the humidifier 50 with which the positive pressure control method for the incubator according to the present embodiment can obtain more effects will be described. This humidifier 50 employs a specific humidification mechanism capable of supplying a very small amount of water vapor to the interior of the culture chamber 22 . The humidifier 50 is composed of a compressed gas generator, a water supply device, a mixed gas-liquid regulator, and a vaporizer. The gas/liquid mixture adjuster mixes water supplied from the water supply device and compressed air supplied from the compressed gas generation device to generate an atomized gas/liquid mixture (mist). A discharge part of the gas-liquid mixture adjuster is connected to the vaporizer to supply atomized gas-liquid mixture (mist) to the vaporizer. The vaporizer vaporizes the atomized gas-liquid mixture (mist) supplied from the gas-liquid mixture regulator to generate water vapor.

ここで、本実施形態において採用する気化器の構造について説明する。図4は、加湿装置が具備する気化器の1実施形態を示す断面図である。図4において、気化器51は、一方の端部51aから他方の端部51bに伸びる円筒状の外筒管52と、その内部に外筒管52の長手方向に平行に内蔵された発熱体53とから構成されている。外筒管52は、ステンレス製の円筒からなる。発熱体53は、外筒管52の長手方向に平行に伸びるヒータ54を具備している。なお、外筒管52の内周面と発熱体53との間には、混合気液(ミスト)が通過する隙間が設けられている。 Here, the structure of the vaporizer employed in this embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing one embodiment of a vaporizer included in the humidifying device. In FIG. 4, the vaporizer 51 includes a cylindrical outer tube 52 extending from one end 51a to the other end 51b, and a heating element 53 incorporated therein in parallel with the longitudinal direction of the outer tube 52. It consists of The outer cylindrical tube 52 is made of stainless steel. The heating element 53 has a heater 54 extending parallel to the longitudinal direction of the outer tube 52 . Between the inner peripheral surface of the outer cylindrical tube 52 and the heating element 53, a gap is provided through which the air-fuel mixture (mist) passes.

ヒータ54は、シリコンゴムからなる接続端子54bにより外筒管52の一方の外周端部(気化器51の一方の端部51aの側)に設置されており、電線54aから電力の供給を受けて発熱する。なお、高温となるヒータ53は、その表面を石英ガラス55で被覆されている。また、本実施形態においては、外筒管52の内周面も石英ガラスで被覆されている。なお、ヒータ54は、その構造を特に限定するものではなく、棒状ヒータであってもよくコイル状ヒータであってもよい。また、ヒータの表面や外筒管の内周面の石英ガラスによる被覆も必ずしも必要ではないが、本実施形態においては、発塵防止、熱効率の向上を図っている。 The heater 54 is installed at one outer peripheral end of the outer cylindrical tube 52 (on the one end 51a side of the evaporator 51) with a connection terminal 54b made of silicone rubber, and receives power from an electric wire 54a. Fever. The surface of the heater 53 that reaches a high temperature is covered with quartz glass 55 . Further, in this embodiment, the inner peripheral surface of the outer cylindrical tube 52 is also coated with quartz glass. The heater 54 is not particularly limited in its structure, and may be a rod-shaped heater or a coil-shaped heater. In addition, the surface of the heater and the inner peripheral surface of the outer cylindrical tube are not necessarily required to be coated with quartz glass, but in the present embodiment, dust generation is prevented and thermal efficiency is improved.

このような気化器51においては、混合気液調整器(図示せず)から供給される霧化した混合気液(ミスト)は、気化器51の一方の端部51aに開口する導入口56aから気化器51の内部に導入される。気化器51の内部に導入された混合気液(ミスト)は、発熱体53で加熱されながら外筒管52と発熱体53との隙間を通過して気化器51の他方の端部51bに開口する放出口56bの方に移動する。この間に混合気液中の水(液体)は、発熱体53で加熱され気化して水蒸気(気体)となり放出口56bから放出される。なお、放出口56bの水蒸気の温度を温度センサで測りながら放出する水蒸気の温度を制御するようにしてもよい。 In such a vaporizer 51, an atomized gas-liquid mixture (mist) supplied from a gas-liquid mixture adjuster (not shown) is introduced from an inlet 56a opening at one end 51a of the vaporizer 51. It is introduced inside the vaporizer 51 . The gas-liquid mixture (mist) introduced into the vaporizer 51 is heated by the heat generating element 53 and passes through the gap between the outer tube 52 and the heat generating element 53 to open at the other end 51b of the vaporizer 51. move toward the exit port 56b. During this time, the water (liquid) in the mixed gas liquid is heated by the heating element 53 and vaporized into water vapor (gas), which is discharged from the discharge port 56b. It should be noted that the temperature of the discharged steam may be controlled while measuring the temperature of the steam at the outlet 56b with a temperature sensor.

このような構成の気化器51を採用することにより、例えば、1g/hr.~60g/hr.の範囲内という微量の給水量に対しても熱効率の点から有効であり、培養室22の内部の湿度の変動幅を最小限にすることができる。このことにより、本実施形態においては、給気装置と排気装置をマイクロコンピュータで制御することなく、ファンモーター32の風量-静圧曲線で制御することができる。 By adopting the vaporizer 51 having such a configuration, for example, 1 g/hr. ~60g/hr. From the viewpoint of thermal efficiency, it is effective even for a very small amount of water supply, which is within the range of . As a result, in the present embodiment, the air supply device and the exhaust device can be controlled by the air volume-static pressure curve of the fan motor 32 without being controlled by a microcomputer.

また、気化器51においては、混合気液が発熱体53で加熱されて高温の水蒸気となる。本実施形態においては、水蒸気の滅菌状態を確実に担保するために、気化器51で発生する水蒸気の温度を100℃或いは更に高温に制御する。このことにより、気化器51で発生した水蒸気は、滅菌されておりエアフィルタを通過することなく培養室22の内部に直接供給することができる。よって、グレードAの無菌環境を維持している培養室22の内部の無菌環境が維持される。 Further, in the vaporizer 51, the gas-liquid mixture is heated by the heating element 53 to become high-temperature steam. In this embodiment, the temperature of the steam generated by the vaporizer 51 is controlled to 100° C. or even higher in order to ensure the sterilization of the steam. As a result, the steam generated by the vaporizer 51 is sterilized and can be directly supplied to the culture chamber 22 without passing through an air filter. Thus, a sterile environment inside the culture chamber 22 that maintains a grade A sterile environment is maintained.

10…アイソレーター、20、20a~20h…インキュベータ、
21…架台、21a…キャスター、
22…培養室、22a…正面壁部、22b…上面壁部、22c…下面壁部、
23…接続扉、24…給気口、25…排気口、
30…給気装置、31…給気ダクト、41…排気ダクト、
32…ファンモーター、33…HEPAフィルタ、
50…加湿装置、51…気化器、51a、51b…端部、52…外筒管、
53…発熱体、54…ヒータ、54a…電線、54b…接続端子、
55…石英ガラス、56a…導入口、56b…放出口、
60…炭酸ガス濃度制御装置、70…窒素ガス濃度制御装置、
100…クリーンルーム、110…培養ステーション。
10... isolator, 20, 20a to 20h... incubator,
21... Mounting frame, 21a... Caster,
22... Culture chamber, 22a... Front wall part, 22b... Upper wall part, 22c... Lower wall part,
23... Connection door, 24... Air supply port, 25... Exhaust port,
30... Air supply device, 31... Air supply duct, 41... Exhaust duct,
32... fan motor, 33... HEPA filter,
50 Humidifier 51 Vaporizer 51a, 51b End 52 Outer tube
53 Heating element 54 Heater 54a Electric wire 54b Connection terminal
55... Quartz glass, 56a... Inlet, 56b... Outlet,
60... Carbon dioxide gas concentration control device, 70... Nitrogen gas concentration control device,
100... Clean room, 110... Culture station.

Claims (4)

給気口と排気口とを備えた培養室と、当該培養室の内部の空気の温度を調節する温調手段と、前記培養室の内部の空気を加湿する加湿手段とを有するインキュベータにおいて、
前記給気口は、外部環境の空気を前記培養室の内部に供給する給気手段を備え、当該給気手段は、給気ファンとこれを駆動する蓄電池とを備え、
前記給気口の開口面積が前記排気口の開口面積より大きいことにより、前記給気ファンのファンモーターが有する風量-静圧曲線に沿った自律的作動により培養室の内部の空気圧を外部環境よりも高い所定の静圧に維持することができ
前記加湿手段による培養室内への加湿によって当該培養室内の空気圧が上昇した際には、前記風量-静圧曲線に沿って前記給気ファンの風量が減少して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持される一方、
前記加湿手段による培養室内への加湿が停止して 培養室内の空気圧が下降した際には、前記風量-静圧曲線に沿って前記給気ファンの風量が増加して前記培養室の内部の陽圧状態が前記所定の静圧に維持されることを特徴とするインキュベータの陽圧制御方法。
An incubator having a culture chamber having an air supply port and an exhaust port, temperature control means for adjusting the temperature of the air inside the culture chamber, and humidification means for humidifying the air inside the culture chamber,
The air supply port includes air supply means for supplying air from the external environment to the interior of the culture chamber, and the air supply means includes an air supply fan and a storage battery for driving the air supply fan,
Since the opening area of the air supply port is larger than the opening area of the exhaust port, the air supply fanAutonomous operation along the air volume-static pressure curve of the fan motormaintains the air pressure inside the culture chamber at a predetermined static pressure that is higher than the external environmentIt is possible,
When the air pressure in the culture chamber rises due to the humidification of the culture chamber by the humidification means, along the air volume-static pressure curveof the air supply fanWhile the positive pressure state inside the culture chamber is maintained at the predetermined static pressure by reducing the air volume,
Humidification of the culture chamber by the humidification means stops When the air pressure in the culture chamber drops, along the air volume-static pressure curveof the air supply fanA positive pressure control method for an incubator, wherein the positive pressure state inside the culture chamber is maintained at the predetermined static pressure by increasing air volume.
前記培養室内の空気圧の変動は、前記加湿手段による培養室内への加湿又は停止に加え、当該培養室内の炭酸ガス濃度や窒素ガス濃度の変動に対処した調整によるものであることを特徴とする請求項1に記載のインキュベータの陽圧制御方法。 A change in the air pressure in the culture chamber is caused by adjustment corresponding to a change in carbon dioxide gas concentration or nitrogen gas concentration in the culture chamber, in addition to humidification or suspension of humidification in the culture chamber by the humidifying means. Item 1. A positive pressure control method for an incubator according to item 1. 前記加湿手段は、圧縮ガスを発生する圧縮ガス発生手段と、水を供給する水供給手段と、前記圧縮空気と前記水とを混合した混合気液を調整する混合気液調整器と、当該混合気液を気化させて水蒸気を発生するための発熱体を具備した気化器とを備え、
前記気化器で発生した水蒸気は、エアフィルタを通過することなく滅菌された状態で前記循環手段が循環させる空気中に直接供給され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の陽圧制御方法。
The humidifying means includes compressed gas generating means for generating compressed gas, water supply means for supplying water, a mixed gas/liquid regulator for adjusting a mixed gas/liquid mixture of the compressed air and the water, and a vaporizer equipped with a heating element for vaporizing gas-liquid to generate water vapor,
3. The positive of the incubator according to claim 1 or 2, wherein the steam generated by the vaporizer is directly supplied to the air circulated by the circulation means in a sterilized state without passing through an air filter. pressure control method.
無菌状態を維持できるアイソレーターと、当該アイソレーターに接続可能で無菌状態を維持できると共に搬送可能な複数のインキュベータとを備え、
前記アイソレーターの内部で培養に必要な操作を行って被培養物を準備し、当該アイソレーターに接続された前記インキュベータの内部に前記被培養物を収容し、当該インキュベータを前記アイソレーターから切り離し、切り離したインキュベータを前記アイソレーターから離れた位置にある培養ステーションまで搬送し、当該培養ステーションにおいて複数のインキュベータを保管して前記被培養物の培養を行うものであって、
前記複数のインキュベータは、前記培養ステーションへの移動段階及び/又は培養段階において請求項1~3のいずれか1つに記載のインキュベータの陽圧制御方法で制御されることを特徴とする培養作業システム。
An isolator capable of maintaining a sterile state, and a plurality of incubators connectable to the isolator and capable of maintaining a sterile state and transportable,
An operation necessary for culture is performed inside the isolator to prepare an object to be cultured, the object to be cultured is accommodated inside the incubator connected to the isolator, the incubator is separated from the isolator, and the separated incubator is transported to a culture station located away from the isolator, and a plurality of incubators are stored at the culture station to culture the culture object,
A culture work system characterized in that the plurality of incubators are controlled by the positive pressure control method for an incubator according to any one of claims 1 to 3 in the step of moving to the culture station and/or in the step of culturing. .
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