サンプリング装置
【課題】培養槽内に雑菌が混入することを防止しつつ、サンプリング作業の手間を低減することができるサンプリング装置を提供する。
【解決手段】培養槽１にバルブ１３を介して接続された抜き出し配管１０と、抜き出し配管に接続された無菌空気導入装置１５及び無菌水導入装置１６と、抜き出し配管にバルブ１２を介して接続された導出配管２４と、バルブ１３，１２、無菌空気導入装置、及び無菌水導入装置を制御する制御装置３０とを備え、この制御装置によって、バルブ１３，１２を開いて導出配管を介して培養液を外部へ導出するサンプリング工程を行い、さらに、バルブ１２を閉じた以後に無菌空気導入装置を作動させて残留する培養液を培養槽に返送し、バルブ１３を閉じてバルブ１２を開いた以後に無菌水導入装置を作動させて残留する培養液を外部へ排出し、無菌空気導入装置を作動させて残留する無菌水を外部へ排出し、バルブ１２を閉じる配管洗浄工程を行う。
【解決手段】培養槽１にバルブ１３を介して接続された抜き出し配管１０と、抜き出し配管に接続された無菌空気導入装置１５及び無菌水導入装置１６と、抜き出し配管にバルブ１２を介して接続された導出配管２４と、バルブ１３，１２、無菌空気導入装置、及び無菌水導入装置を制御する制御装置３０とを備え、この制御装置によって、バルブ１３，１２を開いて導出配管を介して培養液を外部へ導出するサンプリング工程を行い、さらに、バルブ１２を閉じた以後に無菌空気導入装置を作動させて残留する培養液を培養槽に返送し、バルブ１３を閉じてバルブ１２を開いた以後に無菌水導入装置を作動させて残留する培養液を外部へ排出し、無菌空気導入装置を作動させて残留する無菌水を外部へ排出し、バルブ１２を閉じる配管洗浄工程を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体細胞を培養する培養槽から培養液を採取するサンプリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体細胞を培養する場合には、培養環境、すなわち培養槽内の溶存酸素濃度、pH、温度、撹拌速度等を培養細胞に最適な条件に維持する制御を行なう必要がある。また、生体細胞が生存発育のために必要な栄養成分を、培養の途中で補充することが行なわれる。培養の途中に生体細胞が要求する物質を溶解させた培地を補給する培養手法には、流加培養（Fed-Bach Culture）、連続培養（Continuous Culture）、及び灌流培養（Perfusion Culture）がある。
【０００３】
培養中に細胞の生育が順調に進んでいるか否かを判定する手段としては、培養槽内に設置したセンサにより溶存酸素濃度や溶存炭酸ガス濃度、pH等を検出する方法や、培養槽に設けたサンプリング弁を通じて培養槽内の培養液の一部を取り出し、その取り出した培養液を用いて生死細胞数密度やアンモニア濃度、乳酸濃度、グルコース濃度、グルタミン濃度などを分析する方法がある。
【０００４】
後者のように培養液の一部を取り出すサンプリング作業を行なうための一般的な装置としては、培養槽にサンプリング弁を設け、培養槽内の培養液を適宜取り出せるようにしたものがある。サンプリング作業を行なう場合には、作業者がサンプリング弁の開閉作業を行なうことにより、ビーカー等の容器に上記培養槽内の培養液の一部を移し替える。サンプリング作業は、培養作業中、所定時間間隔毎に複数回行なう。
【０００５】
ところで、このようなサンプリング作業によって培養槽内に雑菌が混入すると、培養槽内の生体細胞の成育が阻害されることがある。そのため、一般的な培養液サンプリング装置は、複数のバルブと配管を組合せて構成されており、蒸気あるいは火炎によって配管内を滅菌する手段を有している。この種の培養液サンプリング装置では、サンプリング毎に滅菌工程を行なうことに伴い煩雑な操作が必要になるため、サンプリングの頻度を多くすることが困難であり、サンプリングの際の作業者への負担も大きかった。
【０００６】
この点の改良を図ろうとした技術として、培養槽に通気するスパージャを培養液のサンプリングに兼用することでサンプリング装置の構成を簡素化し、そのスパージャと連なる配管内に蒸気を供給して配管内を滅菌しているものがある（特許文献１等参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２３００７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記技術のようにスパージャをサンプリングに利用すると、サンプリング後に蒸気で加熱した配管の冷却が完了しなければ、スパージャを介した通気を再開することができない。そのため、培養槽内への通気が停止する期間（３０分から１時間程度）が生じ、培養細胞を酸欠状態におくことになってしまう。
【０００９】
また、培養液への通気で生じる気泡径を小さくして通気ガス（主に酸素ガス）の溶解速度を高めるために、開口径が１０〜１００μｍ程度の微細孔を有する焼結体をスパージャとして用いることも多い。この場合、上記技術のようにサンプリングをスパージャと兼用して行うと、スパージャの微細孔に培養細胞（５〜２０μｍ程度）が詰まる場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、培養槽内に雑菌が混入することを防止しつつ、サンプリング作業の手間を低減することができるサンプリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、生体細胞を培養する培養槽から培養液を採取するサンプリング装置において、前記培養槽に第１開閉弁を介して接続された培養液抜き出し配管と、この培養液抜き出し配管に接続された無菌空気導入装置と、前記培養液抜き出し配管に接続された無菌水導入装置と、前記培養液抜き出し配管に第２開閉弁を介して接続され、前記培養槽からの培養液を外部へ導出する培養液導出配管と、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁、前記無菌空気導入装置、及び前記無菌水導入装置に操作信号を送信して、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の開閉、及び前記無菌空気導入装置と前記無菌水導入装置の作動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を開いて前記培養液導出配管を介して培養液を外部へ導出するサンプリング工程を行い、前記第２開閉弁を閉じた以後に前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌空気で前記培養槽に返送し、前記第１開閉弁を閉じて前記第２開閉弁を開いた以後に前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌水で外部へ排出し、前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を無菌空気で外部へ排出し、前記第２開閉弁を閉じる配管洗浄工程を行う。
【００１２】
このように構成したサンプリング装置によれば、前記制御装置が、自動的に、前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌空気を用いて速やかに培養槽内に返送し、かつ無菌水と無菌空気によって前記培養液抜き出し配管内を洗浄する。これにより、前記培養液抜き出し配管内を無菌状態に容易に保持することができるので、サンプリング作業時に雑菌が混入することを防止でき、従来と比較してサンプリング作業に伴う作業者の負担を低減することができる。
【００１３】
（２）上記（１）は、好ましくは、さらに、前記培養液抜き出し配管を加熱し、前記制御装置から操作信号が送信される加熱装置を備え、前記制御装置は、前記配管洗浄工程の後に、前記加熱装置を作動させる配管加熱工程を行うものとする。
【００１４】
（３）上記（２）の前記加熱装置は、好ましくは、前記培養液抜き出し配管を加熱する温度を１００℃から３００℃の範囲で任意に設定可能であるものとする。
【００１５】
（４）上記（２）は、好ましくは、さらに、前記培養液抜き出し配管を冷却し、前記制御装置から操作信号が送信される冷却装置を備え、前記制御装置は、前記配管加熱工程の後に、前記冷却装置を作動させる配管冷却工程を行うものとする。
【００１６】
（５）上記（１）は、好ましくは、さらに、前記培養液抜き出し配管及び前記培養液導出配管に取り付けられ、ヒータを内蔵するステンレス製基板を備えるものとする。
【００１７】
（６）上記（１）から（５）いずれかは、好ましくは、さらに、前記制御装置から操作信号が送信される三方弁を介して前記培養液導出配管に接続され、培養液を外部に排出する培養液排出配管を備えており、前記制御装置は、前記配管洗浄工程において、前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を外部へ排出するとき、及び前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を外部へ排出するときに、前記三方弁によって前記培養液導出配管と前記培養液排出配管を連通し、前記培養液排出配管を介して培養液または無菌水を外部へ排出するものとする。
【００１８】
（７）上記（６）は、好ましくは、前記培養液導出配管は、培養液の成分を分析する分析装置と接続されているものとする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、培養槽内に雑菌が混入することを自動的に防止できるので、サンプリング作業の手間を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る生体細胞培養装置の概略図である。
【００２２】
この図に示す培養装置は、培養槽１と、サンプリング装置２と、分析装置３を備えている。
【００２３】
培養槽１は、医薬品等の主原料となる物質を生産する生体細胞を培養するものである。この細胞が生産する物質としては、例えば、抗体や酵素などのタンパク質、低分子化合物や高分子化合物等の生理活性物質がある。また、培養対象の細胞としては、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母、真菌及び藻類などが挙げられるが、抗体や酵素などのタンパク質を生産する動物細胞を培養対象とすることが好ましい。
【００２４】
培養槽１は、攪拌機７と、散気装置８と、計測器４を備えている。図１中の培養槽１は断面で表されている。
【００２５】
攪拌機７は、培養槽１内に張られた培養液５を攪拌して均一に混合するもので、駆動モータ６によって駆動される。
【００２６】
散気装置８は、培養液５に対して液中から酸素含有ガスを供給するもので、培養槽１の底部に取り付けられている。散気装置８には酸素含有ガスが流通する配管２１ｂが接続されており、この配管２１ｂには通気制御装置９ｂが設けられている。通気制御装置９ｂは、酸素含有ガスの濃度（酸素濃度、pH等）と流量を個別制御するものである。本実施の形態では、酸素含有ガスとして空気を一定量で通気しており、これに培養液５のpHに応じた量の炭酸ガスを混合した。また、炭酸ガス濃度の制御は、pHを制御量とし、炭酸ガス流量を操作因子とする比例制御を行っている。
【００２７】
また、培養槽１の上部には、酸素含有ガスが流通する配管２１ａが接続されている。配管２１ａは、培養液５に対して液面から酸素含有ガスを供給するものである。また、配管２１ａには、通気制御装置９ａが設けられている。通気制御装置９ａは、通気制御装置９ｂと同様に、酸素含有ガスの濃度と流量を個別制御するものである。生体細胞の培養に必要な酸素は、配管２１ａ，２１ｂを介して、培養液５の液面と液中からそれぞれ供給されている。
【００２８】
計測器４は、培養液５の溶存酸素濃度、溶存炭酸ガス濃度、pH、及び温度等を検出するものである。計測器４が検出した検出値は培養液５の性状の計測に利用される。なお、図１中では、簡略化のため計測器４は１つのみ示したが、検出項目ごと又は制御項目ごとに計測器４が設けられているものとする。
【００２９】
また、培養槽１には、上記の配管２１ａ，２１ｂの他に、排気配管２２と、培養液抜き出し配管１０（後述）が接続されている。排気配管２２は、散気装置８及び配管２１ａから供給されたガスを培養槽１の外部へ排気するもので、培養槽１の上部に取り付けられている。
【００３０】
サンプリング装置２は、培養槽１から培養液５を自動的に採取するものであり、培養液抜き出し配管１０と、無菌空気導入装置１５と、無菌水導入装置１６と、培養液導出配管２４と、培養液排出配管１７と、加熱冷却装置１１と、制御装置３０を備えている。
【００３１】
培養液抜き出し配管（以下、適宜抜き出し配管）１０は、培養槽１から抜き出した培養液５が流通するもので、バルブ１３（第１開閉弁）を介して培養槽１に接続されている。バルブ１３（第１開閉弁）は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ１３によって開閉される。
【００３２】
抜き出し配管１０において、培養槽１が接続された側と反対側の端部は２股に分岐されている。その分岐した配管１０の一方の端部にはバルブ２５を介して無菌空気導入装置１５が接続されており、他方にはバルブ２６を介して無菌水導入装置１６が接続されている。
【００３３】
無菌空気導入装置１５は、サンプリング装置２を構成する配管内に無菌空気を導入するもので、無菌水導入装置１６は、サンプリング装置２を構成する配管内に無菌水を導入するものである。バルブ２５，２６は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ２５，Ｓ２６によって開閉される。すなわち、無菌空気導入装置１５及び無菌水導入装置１６からの無菌空気及び無菌水の供給は、操作信号Ｓ２５，Ｓ２６によって制御されている。
【００３４】
培養液導出配管（以下、適宜導出配管）２４は、抜き出し配管１０中の培養液をサンプリングするために外部へ導出するものであり、抜き出し配管１０におけるバルブ１３とバルブ２５，２６の間の位置にバルブ１２（第２開閉弁）を介して接続されている。バルブ１２（第２開閉弁）は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ１２によって開閉される。本実施の形態の導出配管２４は、分析装置３と接続されており、抜き出し配管１０内の培養液を分析装置３に供給している。
【００３５】
培養液排出配管（以下、適宜排出配管）１７は、抜き出し配管１０及び導出配管２４内の培養液を外部に排出するためのもので、三方弁１４を介して培養液導出配管２４と接続されている。
【００３６】
三方弁１４は、抜き出し配管１０内の液体の流出先を切り換えるもので、導出配管２４においてバルブ１２と分析装置３の間の位置に取り付けられている。三方弁１４は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ１４によって抜き出し配管１０が接続する配管が切り換えられる。なお、本実施の形態では、抜き出し配管１０に導出配管２４を接続し、その導出配管２４に排出配管１７を接続する構成を採用したが、抜き出し配管１０に対してバルブを介して導出配管２４と排出配管１７を個別に接続する構成を採用しても良い。また、導出配管２４に分析装置３を常時接続しない場合には、導出配管２４を排出配管として兼用しても良い。
【００３７】
加熱冷却装置１１は、抜き出し配管１０を加熱冷却するもので、抜き出し配管１０の外周に取り付けられている。サンプリングが終了して次回のサンプリングが開始するまでの間に、加熱冷却装置１１でサンプリング装置２を加熱すると、抜き出し配管１０の温度が高温に維持されるのでサンプリング装置２の滅菌性を高めることができる。本実施の形態における加熱冷却装置１１は、一般的な乾熱滅菌に用いられる２００℃付近に加熱温度を設定することが好ましいが、１００℃から３００℃の間で任意に設定可能とすることがさらに好ましい。また、加熱冷却装置１１の加熱時間は、次回のサンプリングまでの間に３０分から３時間程度の間で任意に設定できるようにすることが好ましい。このように加熱温度や加熱時間を任意設定できるように構成すると、サンプリング装置２の大きさや培養液の特性（例えば、培養細胞の種類）等に適した加熱を実施することができる。なお、本実施の形態では、サンプリング装置２の加熱と冷却の両方を行う加熱冷却装置１１を利用しているが、サンプリング装置２の滅菌性を向上させるためには加熱機能を具備するもの（即ち、加熱装置）を利用すれば足りる。この場合には、例えば、無菌空気導入装置１５による無菌空気を利用すれば、サンプリング装置２の冷却に要する時間を早めることができる。また、加熱機能を有する装置と冷却機能を有する装置を別々に取り付けても勿論良い
制御装置３０は、バルブ１２，１３，２５，２６、及び三方弁１４を操作して培養液のサンプリングを自動的に行うものである。制御装置３０は、定められた順番に即して、バルブ１２に対して操作信号Ｓ１２を、バルブ１３に対して操作信号Ｓ１３を、バルブ２５に対して操作信号Ｓ２５を、バルブ２６に対して操作信号Ｓ２６を、三方弁１４に対して操作信号Ｓ１４を送信する。
【００３８】
分析装置３は、サンプリングした培養液の生死細胞数密度、アンモニア濃度、乳酸濃度、グルコース濃度、グルタミン酸濃度等の分析を行うものである。なお、本実施の形態における抜き出し配管２４は分析装置３に直接接続されているが、抜き出し配管２４の開口部をバイアル容器に導入しても良い。また、この際、複数のバイアル容器に培養液を保存した後にまとめて分析しても良い。
【００３９】
なお、培養装置は、図１に示した設備の他にも、配管２１ａ，２１ｂの接続先であり空気、酸素、窒素、及び炭酸ガス等の供給源となるガス供給設備と、培養槽１及び周辺設備の滅菌を行うための蒸気供給設備と、温水冷水供給設備と、給排水設備等も具備している。
【００４０】
上記のように構成した培養装置において、培養を開始する前には、図示しない蒸気供給設備によって、培養槽１及び周辺の配管類の加熱作業を行う。このように加熱作業を行うと、培養装置の培養槽１や、サンプリング装置２、及びその周辺設備（配管等）の滅菌性を高めることができる。培養槽１で培養した培養液のサンプリングを行う際には、予め設定されたサンプリング時間の経過時、又は作業者によるサンプリング開始信号を制御装置３０に手動で入力することにより開始される。以下の説明では、サンプリングの開始時において、サンプリング装置２における全てのバルブ１２，１３，２５，２６は閉じられているものとする。
【００４１】
図２は、本実施の形態に係るサンプリングのフローチャートである。
【００４２】
（I）サンプリング工程
サンプリングが開始されると、制御装置３０は、バルブ１３を開く操作信号Ｓ１３ｏ、バルブ１２を開く操作信号Ｓ１２ｏ、及び三方弁１４において導出配管２４を排出配管１７に連通させる操作信号Ｓ１４ｄを、それぞれバルブ１３、バルブ１２、及び三方弁１４に送信する。これにより、培養槽１から、抜き出し配管１０、導出配管２４、排出配管１７を経て外部に至る流路が形成されるので、培養液の最初のサンプリング液は外部へ排出される。これにより抜き出し配管１０及び導出配管２４の内部を培養液で洗浄することができる（Ｓ１０１）。なお、このＳ１０１を省略し、次のＳ１０２から開始しても良い。
【００４３】
その後、制御装置３０は、三方弁１４において導出配管２４を分析装置３と接続させる操作信号Ｓ１４ｓを三方弁１４に送信し、導出配管２４が接続する流路を切り換える。これにより、抜き出し配管１０及び導出配管２４を通じて、培養液が分析装置３に導入される（Ｓ１０２）。分析装置３では、サンプリングした培養液中の生死細胞数密度のほか、アンモニア濃度、乳酸濃度、グルコース濃度、グルタミン濃度等の所要の成分分析を行なう。本実施の形態では、三方弁１４への操作信号Ｓ１４と連動して、分析装置３の計測動作が自動で開始される。しかし、もちろん、複数のバイアル容器に培養液を一旦保存し、これらをまとめて分析するように構成しても良い。
【００４４】
（II）配管洗浄工程
サンプリング工程で所定量の培養液サンプルを分析装置３に送液したら、バルブ１２を閉じる操作信号Ｓ１２ｃをバルブ１２に送信し、バルブ１２を閉じる。また、制御装置３０は、三方弁１４に操作信号Ｓ１４ｄを送信して導出配管２４が排出配管１７と接続されるように流路を切り換える。制御装置３０は、バルブ１２を閉じた以後に、バルブ２５を開く操作信号Ｓ２５ｏをバルブ２５に送信し、バルブ２５を開いて無菌空気導入装置１５を作動させる。これにより、密閉された抜き出し配管１０内に無菌空気が導入されるので、抜き出し配管１０内に残留する培養液が無菌空気で培養槽１に返送される（Ｓ１０３）。
【００４５】
このように培養液を培養槽１に返送した後、制御装置３０は、バルブ１３を閉じる操作信号Ｓ１３ｏをバルブ１３に送信してバルブ１３を閉じ、バルブ１２に操作信号Ｓ１２ｏを送信してバルブ１２を開く。この操作によって抜き出し配管１０と排出配管１７を連通させたら、制御装置３０は、バルブ２５を閉じる操作信号Ｓ２５ｃをバルブ２５に送信して無菌空気導入装置１５を停止させる（Ｓ１０４）。
【００４６】
無菌空気導入装置１５を停止させたら、制御装置３０は、バルブ２６を開く操作信号Ｓ２６ｏをバルブ２６に送信し、バルブ２６を開いて無菌水導入装置１６を作動させる。これにより、バルブ１２と三方弁１４を介して無菌水が導入されるので、抜き出し配管１０に残留する培養液は排出配管１７を通じて排出される（Ｓ１０５）。
【００４７】
また、制御装置３０は、バルブ２６を閉じる操作信号Ｓ２６ｃをバルブ２６に送信して無菌水導入装置１６を停止させた後（Ｓ１０６）、バルブ２５に操作信号Ｓ２５ｏを送信してバルブ２５を開いて無菌空気導入装置１５を再度作動させる。これにより、抜き出し配管１０内に無菌空気が導入されるので、配管１０内に残留する無菌水を排出配管１７を介して排出することができる（Ｓ１０７）。無菌水の排出が完了したら、操作信号Ｓ２５ｃを送信してバルブ２５を閉じ（Ｓ１０８）、操作信号Ｓ１２ｃを送信してバルブ１２を閉じる。これによりサンプリング装置１０は密閉される（Ｓ１０９）。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、抜き出し配管１０内に残留する液体を除去して配管１０を無菌状態に保持することができるので、次回のサンプリングまでこのままの状態で待機することができる。これによりサンプリング作業に伴う手間を低減することができる。
【００４９】
（III）滅菌工程
以上で配管洗浄工程は終了するが、本実施の形態のサンプリング装置は、加熱冷却装置１１を備えているため、サンプリング装置２の滅菌性を向上させるために下記の配管加熱工程を続けることが好ましい。すなわち、Ｓ１０９の終了後、次回のサンプリングまでの間に、加熱冷却装置１１を用いて、抜き出し配管１０を所定時間加熱することが好ましい（Ｓ１１０）。このように抜き出し配管１０を加熱すると、配管１０内が高温に保持されるので、滅菌性を向上させることができる。なお、上記したように、加熱温度は２００℃付近に設定することが好ましく、さらには、加熱時間は３０分から３時間程度の間で自由に設定できるようにすることが好ましい。
【００５０】
また、加熱した抜き出し配管１０を次回のサンプリングまでに冷却しておく必要があるので、上記の加熱工程が終了したら、加熱冷却装置１１を用いて、抜き出し配管１０を所定時間冷却することが好ましい（配管冷却工程）（Ｓ１１１）。このように抜き出し配管１０を冷却すれば、サンプリング間隔をさらに短縮することができる。
【００５１】
以上のように構成した本実施の形態に係るサンプリング装置２によれば、制御装置３０が自動的に、抜き出し配管１０内に残留する培養液を無菌空気を用いて速やかに培養槽１内に返送し、かつ無菌水と無菌空気によって抜き出し配管１０内を洗浄する。これにより、抜き出し配管１０内を無菌状態に容易に保持することができるので、サンプリング作業時に雑菌が混入することを防止でき、従来と比較してサンプリング作業に伴う作業者の負担を低減することができる。特に、上記で説明した例のように、導出配管２４に分析装置３を直接接続し、工程に応じて排出配管１７から不要な液体が外部に排出されるように構成すれば、サンプリングごとにバイアル容器を交換する手間がなくなるので、作業性は更に向上する。また、制御装置３０の設定を変更すれば、サンプリング間隔も従来と比較して自由に設定することができるので、種々のニーズに対しても柔軟に対応することができる。このように本実施の形態によれば、細胞の培養状態が運転状態によって影響を受け易い流加培養や連続培養において培養状態の監視と運転制御を自動化することができるので、長期間の連続培養を継続することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００５２】
また、上記のように、加熱冷却装置１１を抜き出し配管１０に取り付ければ、配管洗浄工程後に抜き出し配管１０を加熱することができるので、サンプリング装置２の滅菌性を更に向上させることができる。さらに、加熱冷却装置１１によって加熱後の抜き出し配管１０の冷却を行えば、自然冷却した場合と比較して冷却に要する時間を短縮できるので、サンプリング間隔を更に短くすることができる。なお、上記の説明では加熱冷却装置１１は抜き出し配管１０にのみ取り付けたが、導入配管２４等他の配管にも取り付ければ、さらに滅菌性を向上させることができる。
【００５３】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、配管及びバルブ等をステンレス製基板上で一体成形し、サンプリング装置の小型化を図った点にある。
【００５４】
図３は本発明の第２の実施の形態に係るサンプリング装置の概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００５５】
この図に示すサンプリング装置２Aは、抜き出し配管１０Ａ、導出配管２４Ａ、バルブ１３Ａ及びバルブ１２Ａ等を含めて、ステンレス製の基板１８上に一体成形されている。抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａは、ステンレス基板１８内を通過するように設けられている。バルブ１３Ａ及びバルブ１２Ａは、耐熱性を有する小型のバルブであり、ステンレス基板１８上に取り付けられている。また、バルブ１３Ａ及びバルブ１２Ａには、制御装置３０から操作信号Ｓ１３及び操作信号Ｓ１２が送信されており、第１の実施の形態同様に開閉動作が制御されている。
【００５６】
ステンレス基板１８は、ヒータが内蔵されたステンレス製の板１９ａ，１９ｂを有している。板１９ａ，１９ｂは、抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａを所定の温度に加熱するもので、抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａと接触してこれらを挟み込むように取り付けられている。すなわち、板１９ａ，１９ｂは、第１の実施の形態における加熱冷却装置１１と同様、配管加熱工程の実施に利用される。なお、本実施の形態では、板１９ａ，１９ｂによって２面から配管１０Ａ等の加熱を行っているが、ステンレス基板１８の片面にヒータを設けるのみの構成としても良い。
【００５７】
本実施の形態における、抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａは、培養槽１内の培養液及び細胞が流通できるサイズと形状に成形されている。この条件を満たせば流路の形態は特に限定されないが、流路の径は、サンプリングする培養液量及び加熱温度に応じて、０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲で適宜選択することが好ましい。また、培養液に含まれる成分が加熱によって変性して流路が閉塞することを避ける観点からは、１ｍｍから５ｍｍの範囲に設定するのが更に好ましい。なお、図３中の流路断面は円形となっているが断面形状はこれに限られず、例えば、四角形状の流路であっても勿論良い。
【００５８】
このように構成されたサンプリング装置２Ａにおいて、制御装置３０によって前述した（I）サンプリング工程、（II）配管洗浄工程を実施すれば、第１の実施の形態同様に、サンプリング作業時に雑菌が混入することを自動的に防止できるので、サンプリング作業に伴う作業者の負担を低減することができる。
【００５９】
特に、本実施の形態は、板１９ａ，１９ｂを有しているステンレス基板１８によって、サンプリング装置の小型化を図っているため、配管加熱工程を実施する際の熱交換率が第１の実施の形態と比較して向上する。これにより、配管加熱工程に要する時間を短縮できるとともに、当該工程における熱効率を向上させることができる。
【００６０】
ところで、サンプリング装置を加熱する技術には、配管に蒸気を導入するものがあるが、蒸気を利用する場合には、蒸気を充分流通させるために配管のサイズをある程度確保する必要があり、配管及びバルブ等の小型化を図るには限界があった。また、このように配管及びバルブ等のサイズを確保する都合上、大型の培養槽（例えば、１００リットル以上のもの）に利用される傾向があった。これに対して、本実施の形態では、無菌水を使用して配管１０Ａ，２４Ａ内を洗浄するとともに、基板１８に取り付けられたヒータを利用して配管の滅菌を行うことにより、サンプリング装置２Ａの小型化を図っている。このように小型化したサンプリング装置２Ａによれば、蒸気を利用する場合と比較して小型の培養槽（例えば、１リットル〜数十リットル）にも適用することができるので、従来と比較して様々なニーズに柔軟に対応することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、基板１８に加熱手段（ヒータ）を取り付ける場合について説明したが、これに加えて、第１の実施の形態のように冷却手段を取り付けてサンプリング間隔の短縮を図っても良いことは言うまでもない。また、第１の実施の形態と同様に、導出配管２４Ａに三方弁を介して排出配管を取り付けて排水経路を別途確保する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生体細胞培養装置の概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るサンプリングのフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るサンプリング装置の概略図。
【符号の説明】
【００６３】
１ 培養槽
２ サンプリング装置
３ 分析装置
５ 培養液
１０ 培養液抜き出し配管
１１ 加熱冷却装置
１２ バルブ（第２開閉弁）
１３ バルブ（第１開閉弁）
１４ 三方弁
１５ 無菌空気導入装置
１６ 無菌水導入装置
１７ 培養液排出配管
１８ 基板
１９ 板
２４ 培養液導出配管
３０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体細胞を培養する培養槽から培養液を採取するサンプリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体細胞を培養する場合には、培養環境、すなわち培養槽内の溶存酸素濃度、pH、温度、撹拌速度等を培養細胞に最適な条件に維持する制御を行なう必要がある。また、生体細胞が生存発育のために必要な栄養成分を、培養の途中で補充することが行なわれる。培養の途中に生体細胞が要求する物質を溶解させた培地を補給する培養手法には、流加培養（Fed-Bach Culture）、連続培養（Continuous Culture）、及び灌流培養（Perfusion Culture）がある。
【０００３】
培養中に細胞の生育が順調に進んでいるか否かを判定する手段としては、培養槽内に設置したセンサにより溶存酸素濃度や溶存炭酸ガス濃度、pH等を検出する方法や、培養槽に設けたサンプリング弁を通じて培養槽内の培養液の一部を取り出し、その取り出した培養液を用いて生死細胞数密度やアンモニア濃度、乳酸濃度、グルコース濃度、グルタミン濃度などを分析する方法がある。
【０００４】
後者のように培養液の一部を取り出すサンプリング作業を行なうための一般的な装置としては、培養槽にサンプリング弁を設け、培養槽内の培養液を適宜取り出せるようにしたものがある。サンプリング作業を行なう場合には、作業者がサンプリング弁の開閉作業を行なうことにより、ビーカー等の容器に上記培養槽内の培養液の一部を移し替える。サンプリング作業は、培養作業中、所定時間間隔毎に複数回行なう。
【０００５】
ところで、このようなサンプリング作業によって培養槽内に雑菌が混入すると、培養槽内の生体細胞の成育が阻害されることがある。そのため、一般的な培養液サンプリング装置は、複数のバルブと配管を組合せて構成されており、蒸気あるいは火炎によって配管内を滅菌する手段を有している。この種の培養液サンプリング装置では、サンプリング毎に滅菌工程を行なうことに伴い煩雑な操作が必要になるため、サンプリングの頻度を多くすることが困難であり、サンプリングの際の作業者への負担も大きかった。
【０００６】
この点の改良を図ろうとした技術として、培養槽に通気するスパージャを培養液のサンプリングに兼用することでサンプリング装置の構成を簡素化し、そのスパージャと連なる配管内に蒸気を供給して配管内を滅菌しているものがある（特許文献１等参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２３００７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記技術のようにスパージャをサンプリングに利用すると、サンプリング後に蒸気で加熱した配管の冷却が完了しなければ、スパージャを介した通気を再開することができない。そのため、培養槽内への通気が停止する期間（３０分から１時間程度）が生じ、培養細胞を酸欠状態におくことになってしまう。
【０００９】
また、培養液への通気で生じる気泡径を小さくして通気ガス（主に酸素ガス）の溶解速度を高めるために、開口径が１０〜１００μｍ程度の微細孔を有する焼結体をスパージャとして用いることも多い。この場合、上記技術のようにサンプリングをスパージャと兼用して行うと、スパージャの微細孔に培養細胞（５〜２０μｍ程度）が詰まる場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、培養槽内に雑菌が混入することを防止しつつ、サンプリング作業の手間を低減することができるサンプリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、生体細胞を培養する培養槽から培養液を採取するサンプリング装置において、前記培養槽に第１開閉弁を介して接続された培養液抜き出し配管と、この培養液抜き出し配管に接続された無菌空気導入装置と、前記培養液抜き出し配管に接続された無菌水導入装置と、前記培養液抜き出し配管に第２開閉弁を介して接続され、前記培養槽からの培養液を外部へ導出する培養液導出配管と、前記第１開閉弁、前記第２開閉弁、前記無菌空気導入装置、及び前記無菌水導入装置に操作信号を送信して、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の開閉、及び前記無菌空気導入装置と前記無菌水導入装置の作動を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を開いて前記培養液導出配管を介して培養液を外部へ導出するサンプリング工程を行い、前記第２開閉弁を閉じた以後に前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌空気で前記培養槽に返送し、前記第１開閉弁を閉じて前記第２開閉弁を開いた以後に前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌水で外部へ排出し、前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を無菌空気で外部へ排出し、前記第２開閉弁を閉じる配管洗浄工程を行う。
【００１２】
このように構成したサンプリング装置によれば、前記制御装置が、自動的に、前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌空気を用いて速やかに培養槽内に返送し、かつ無菌水と無菌空気によって前記培養液抜き出し配管内を洗浄する。これにより、前記培養液抜き出し配管内を無菌状態に容易に保持することができるので、サンプリング作業時に雑菌が混入することを防止でき、従来と比較してサンプリング作業に伴う作業者の負担を低減することができる。
【００１３】
（２）上記（１）は、好ましくは、さらに、前記培養液抜き出し配管を加熱し、前記制御装置から操作信号が送信される加熱装置を備え、前記制御装置は、前記配管洗浄工程の後に、前記加熱装置を作動させる配管加熱工程を行うものとする。
【００１４】
（３）上記（２）の前記加熱装置は、好ましくは、前記培養液抜き出し配管を加熱する温度を１００℃から３００℃の範囲で任意に設定可能であるものとする。
【００１５】
（４）上記（２）は、好ましくは、さらに、前記培養液抜き出し配管を冷却し、前記制御装置から操作信号が送信される冷却装置を備え、前記制御装置は、前記配管加熱工程の後に、前記冷却装置を作動させる配管冷却工程を行うものとする。
【００１６】
（５）上記（１）は、好ましくは、さらに、前記培養液抜き出し配管及び前記培養液導出配管に取り付けられ、ヒータを内蔵するステンレス製基板を備えるものとする。
【００１７】
（６）上記（１）から（５）いずれかは、好ましくは、さらに、前記制御装置から操作信号が送信される三方弁を介して前記培養液導出配管に接続され、培養液を外部に排出する培養液排出配管を備えており、前記制御装置は、前記配管洗浄工程において、前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を外部へ排出するとき、及び前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を外部へ排出するときに、前記三方弁によって前記培養液導出配管と前記培養液排出配管を連通し、前記培養液排出配管を介して培養液または無菌水を外部へ排出するものとする。
【００１８】
（７）上記（６）は、好ましくは、前記培養液導出配管は、培養液の成分を分析する分析装置と接続されているものとする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、培養槽内に雑菌が混入することを自動的に防止できるので、サンプリング作業の手間を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る生体細胞培養装置の概略図である。
【００２２】
この図に示す培養装置は、培養槽１と、サンプリング装置２と、分析装置３を備えている。
【００２３】
培養槽１は、医薬品等の主原料となる物質を生産する生体細胞を培養するものである。この細胞が生産する物質としては、例えば、抗体や酵素などのタンパク質、低分子化合物や高分子化合物等の生理活性物質がある。また、培養対象の細胞としては、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母、真菌及び藻類などが挙げられるが、抗体や酵素などのタンパク質を生産する動物細胞を培養対象とすることが好ましい。
【００２４】
培養槽１は、攪拌機７と、散気装置８と、計測器４を備えている。図１中の培養槽１は断面で表されている。
【００２５】
攪拌機７は、培養槽１内に張られた培養液５を攪拌して均一に混合するもので、駆動モータ６によって駆動される。
【００２６】
散気装置８は、培養液５に対して液中から酸素含有ガスを供給するもので、培養槽１の底部に取り付けられている。散気装置８には酸素含有ガスが流通する配管２１ｂが接続されており、この配管２１ｂには通気制御装置９ｂが設けられている。通気制御装置９ｂは、酸素含有ガスの濃度（酸素濃度、pH等）と流量を個別制御するものである。本実施の形態では、酸素含有ガスとして空気を一定量で通気しており、これに培養液５のpHに応じた量の炭酸ガスを混合した。また、炭酸ガス濃度の制御は、pHを制御量とし、炭酸ガス流量を操作因子とする比例制御を行っている。
【００２７】
また、培養槽１の上部には、酸素含有ガスが流通する配管２１ａが接続されている。配管２１ａは、培養液５に対して液面から酸素含有ガスを供給するものである。また、配管２１ａには、通気制御装置９ａが設けられている。通気制御装置９ａは、通気制御装置９ｂと同様に、酸素含有ガスの濃度と流量を個別制御するものである。生体細胞の培養に必要な酸素は、配管２１ａ，２１ｂを介して、培養液５の液面と液中からそれぞれ供給されている。
【００２８】
計測器４は、培養液５の溶存酸素濃度、溶存炭酸ガス濃度、pH、及び温度等を検出するものである。計測器４が検出した検出値は培養液５の性状の計測に利用される。なお、図１中では、簡略化のため計測器４は１つのみ示したが、検出項目ごと又は制御項目ごとに計測器４が設けられているものとする。
【００２９】
また、培養槽１には、上記の配管２１ａ，２１ｂの他に、排気配管２２と、培養液抜き出し配管１０（後述）が接続されている。排気配管２２は、散気装置８及び配管２１ａから供給されたガスを培養槽１の外部へ排気するもので、培養槽１の上部に取り付けられている。
【００３０】
サンプリング装置２は、培養槽１から培養液５を自動的に採取するものであり、培養液抜き出し配管１０と、無菌空気導入装置１５と、無菌水導入装置１６と、培養液導出配管２４と、培養液排出配管１７と、加熱冷却装置１１と、制御装置３０を備えている。
【００３１】
培養液抜き出し配管（以下、適宜抜き出し配管）１０は、培養槽１から抜き出した培養液５が流通するもので、バルブ１３（第１開閉弁）を介して培養槽１に接続されている。バルブ１３（第１開閉弁）は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ１３によって開閉される。
【００３２】
抜き出し配管１０において、培養槽１が接続された側と反対側の端部は２股に分岐されている。その分岐した配管１０の一方の端部にはバルブ２５を介して無菌空気導入装置１５が接続されており、他方にはバルブ２６を介して無菌水導入装置１６が接続されている。
【００３３】
無菌空気導入装置１５は、サンプリング装置２を構成する配管内に無菌空気を導入するもので、無菌水導入装置１６は、サンプリング装置２を構成する配管内に無菌水を導入するものである。バルブ２５，２６は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ２５，Ｓ２６によって開閉される。すなわち、無菌空気導入装置１５及び無菌水導入装置１６からの無菌空気及び無菌水の供給は、操作信号Ｓ２５，Ｓ２６によって制御されている。
【００３４】
培養液導出配管（以下、適宜導出配管）２４は、抜き出し配管１０中の培養液をサンプリングするために外部へ導出するものであり、抜き出し配管１０におけるバルブ１３とバルブ２５，２６の間の位置にバルブ１２（第２開閉弁）を介して接続されている。バルブ１２（第２開閉弁）は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ１２によって開閉される。本実施の形態の導出配管２４は、分析装置３と接続されており、抜き出し配管１０内の培養液を分析装置３に供給している。
【００３５】
培養液排出配管（以下、適宜排出配管）１７は、抜き出し配管１０及び導出配管２４内の培養液を外部に排出するためのもので、三方弁１４を介して培養液導出配管２４と接続されている。
【００３６】
三方弁１４は、抜き出し配管１０内の液体の流出先を切り換えるもので、導出配管２４においてバルブ１２と分析装置３の間の位置に取り付けられている。三方弁１４は、制御装置３０と接続されており、制御装置３０からの操作信号Ｓ１４によって抜き出し配管１０が接続する配管が切り換えられる。なお、本実施の形態では、抜き出し配管１０に導出配管２４を接続し、その導出配管２４に排出配管１７を接続する構成を採用したが、抜き出し配管１０に対してバルブを介して導出配管２４と排出配管１７を個別に接続する構成を採用しても良い。また、導出配管２４に分析装置３を常時接続しない場合には、導出配管２４を排出配管として兼用しても良い。
【００３７】
加熱冷却装置１１は、抜き出し配管１０を加熱冷却するもので、抜き出し配管１０の外周に取り付けられている。サンプリングが終了して次回のサンプリングが開始するまでの間に、加熱冷却装置１１でサンプリング装置２を加熱すると、抜き出し配管１０の温度が高温に維持されるのでサンプリング装置２の滅菌性を高めることができる。本実施の形態における加熱冷却装置１１は、一般的な乾熱滅菌に用いられる２００℃付近に加熱温度を設定することが好ましいが、１００℃から３００℃の間で任意に設定可能とすることがさらに好ましい。また、加熱冷却装置１１の加熱時間は、次回のサンプリングまでの間に３０分から３時間程度の間で任意に設定できるようにすることが好ましい。このように加熱温度や加熱時間を任意設定できるように構成すると、サンプリング装置２の大きさや培養液の特性（例えば、培養細胞の種類）等に適した加熱を実施することができる。なお、本実施の形態では、サンプリング装置２の加熱と冷却の両方を行う加熱冷却装置１１を利用しているが、サンプリング装置２の滅菌性を向上させるためには加熱機能を具備するもの（即ち、加熱装置）を利用すれば足りる。この場合には、例えば、無菌空気導入装置１５による無菌空気を利用すれば、サンプリング装置２の冷却に要する時間を早めることができる。また、加熱機能を有する装置と冷却機能を有する装置を別々に取り付けても勿論良い
制御装置３０は、バルブ１２，１３，２５，２６、及び三方弁１４を操作して培養液のサンプリングを自動的に行うものである。制御装置３０は、定められた順番に即して、バルブ１２に対して操作信号Ｓ１２を、バルブ１３に対して操作信号Ｓ１３を、バルブ２５に対して操作信号Ｓ２５を、バルブ２６に対して操作信号Ｓ２６を、三方弁１４に対して操作信号Ｓ１４を送信する。
【００３８】
分析装置３は、サンプリングした培養液の生死細胞数密度、アンモニア濃度、乳酸濃度、グルコース濃度、グルタミン酸濃度等の分析を行うものである。なお、本実施の形態における抜き出し配管２４は分析装置３に直接接続されているが、抜き出し配管２４の開口部をバイアル容器に導入しても良い。また、この際、複数のバイアル容器に培養液を保存した後にまとめて分析しても良い。
【００３９】
なお、培養装置は、図１に示した設備の他にも、配管２１ａ，２１ｂの接続先であり空気、酸素、窒素、及び炭酸ガス等の供給源となるガス供給設備と、培養槽１及び周辺設備の滅菌を行うための蒸気供給設備と、温水冷水供給設備と、給排水設備等も具備している。
【００４０】
上記のように構成した培養装置において、培養を開始する前には、図示しない蒸気供給設備によって、培養槽１及び周辺の配管類の加熱作業を行う。このように加熱作業を行うと、培養装置の培養槽１や、サンプリング装置２、及びその周辺設備（配管等）の滅菌性を高めることができる。培養槽１で培養した培養液のサンプリングを行う際には、予め設定されたサンプリング時間の経過時、又は作業者によるサンプリング開始信号を制御装置３０に手動で入力することにより開始される。以下の説明では、サンプリングの開始時において、サンプリング装置２における全てのバルブ１２，１３，２５，２６は閉じられているものとする。
【００４１】
図２は、本実施の形態に係るサンプリングのフローチャートである。
【００４２】
（I）サンプリング工程
サンプリングが開始されると、制御装置３０は、バルブ１３を開く操作信号Ｓ１３ｏ、バルブ１２を開く操作信号Ｓ１２ｏ、及び三方弁１４において導出配管２４を排出配管１７に連通させる操作信号Ｓ１４ｄを、それぞれバルブ１３、バルブ１２、及び三方弁１４に送信する。これにより、培養槽１から、抜き出し配管１０、導出配管２４、排出配管１７を経て外部に至る流路が形成されるので、培養液の最初のサンプリング液は外部へ排出される。これにより抜き出し配管１０及び導出配管２４の内部を培養液で洗浄することができる（Ｓ１０１）。なお、このＳ１０１を省略し、次のＳ１０２から開始しても良い。
【００４３】
その後、制御装置３０は、三方弁１４において導出配管２４を分析装置３と接続させる操作信号Ｓ１４ｓを三方弁１４に送信し、導出配管２４が接続する流路を切り換える。これにより、抜き出し配管１０及び導出配管２４を通じて、培養液が分析装置３に導入される（Ｓ１０２）。分析装置３では、サンプリングした培養液中の生死細胞数密度のほか、アンモニア濃度、乳酸濃度、グルコース濃度、グルタミン濃度等の所要の成分分析を行なう。本実施の形態では、三方弁１４への操作信号Ｓ１４と連動して、分析装置３の計測動作が自動で開始される。しかし、もちろん、複数のバイアル容器に培養液を一旦保存し、これらをまとめて分析するように構成しても良い。
【００４４】
（II）配管洗浄工程
サンプリング工程で所定量の培養液サンプルを分析装置３に送液したら、バルブ１２を閉じる操作信号Ｓ１２ｃをバルブ１２に送信し、バルブ１２を閉じる。また、制御装置３０は、三方弁１４に操作信号Ｓ１４ｄを送信して導出配管２４が排出配管１７と接続されるように流路を切り換える。制御装置３０は、バルブ１２を閉じた以後に、バルブ２５を開く操作信号Ｓ２５ｏをバルブ２５に送信し、バルブ２５を開いて無菌空気導入装置１５を作動させる。これにより、密閉された抜き出し配管１０内に無菌空気が導入されるので、抜き出し配管１０内に残留する培養液が無菌空気で培養槽１に返送される（Ｓ１０３）。
【００４５】
このように培養液を培養槽１に返送した後、制御装置３０は、バルブ１３を閉じる操作信号Ｓ１３ｏをバルブ１３に送信してバルブ１３を閉じ、バルブ１２に操作信号Ｓ１２ｏを送信してバルブ１２を開く。この操作によって抜き出し配管１０と排出配管１７を連通させたら、制御装置３０は、バルブ２５を閉じる操作信号Ｓ２５ｃをバルブ２５に送信して無菌空気導入装置１５を停止させる（Ｓ１０４）。
【００４６】
無菌空気導入装置１５を停止させたら、制御装置３０は、バルブ２６を開く操作信号Ｓ２６ｏをバルブ２６に送信し、バルブ２６を開いて無菌水導入装置１６を作動させる。これにより、バルブ１２と三方弁１４を介して無菌水が導入されるので、抜き出し配管１０に残留する培養液は排出配管１７を通じて排出される（Ｓ１０５）。
【００４７】
また、制御装置３０は、バルブ２６を閉じる操作信号Ｓ２６ｃをバルブ２６に送信して無菌水導入装置１６を停止させた後（Ｓ１０６）、バルブ２５に操作信号Ｓ２５ｏを送信してバルブ２５を開いて無菌空気導入装置１５を再度作動させる。これにより、抜き出し配管１０内に無菌空気が導入されるので、配管１０内に残留する無菌水を排出配管１７を介して排出することができる（Ｓ１０７）。無菌水の排出が完了したら、操作信号Ｓ２５ｃを送信してバルブ２５を閉じ（Ｓ１０８）、操作信号Ｓ１２ｃを送信してバルブ１２を閉じる。これによりサンプリング装置１０は密閉される（Ｓ１０９）。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、抜き出し配管１０内に残留する液体を除去して配管１０を無菌状態に保持することができるので、次回のサンプリングまでこのままの状態で待機することができる。これによりサンプリング作業に伴う手間を低減することができる。
【００４９】
（III）滅菌工程
以上で配管洗浄工程は終了するが、本実施の形態のサンプリング装置は、加熱冷却装置１１を備えているため、サンプリング装置２の滅菌性を向上させるために下記の配管加熱工程を続けることが好ましい。すなわち、Ｓ１０９の終了後、次回のサンプリングまでの間に、加熱冷却装置１１を用いて、抜き出し配管１０を所定時間加熱することが好ましい（Ｓ１１０）。このように抜き出し配管１０を加熱すると、配管１０内が高温に保持されるので、滅菌性を向上させることができる。なお、上記したように、加熱温度は２００℃付近に設定することが好ましく、さらには、加熱時間は３０分から３時間程度の間で自由に設定できるようにすることが好ましい。
【００５０】
また、加熱した抜き出し配管１０を次回のサンプリングまでに冷却しておく必要があるので、上記の加熱工程が終了したら、加熱冷却装置１１を用いて、抜き出し配管１０を所定時間冷却することが好ましい（配管冷却工程）（Ｓ１１１）。このように抜き出し配管１０を冷却すれば、サンプリング間隔をさらに短縮することができる。
【００５１】
以上のように構成した本実施の形態に係るサンプリング装置２によれば、制御装置３０が自動的に、抜き出し配管１０内に残留する培養液を無菌空気を用いて速やかに培養槽１内に返送し、かつ無菌水と無菌空気によって抜き出し配管１０内を洗浄する。これにより、抜き出し配管１０内を無菌状態に容易に保持することができるので、サンプリング作業時に雑菌が混入することを防止でき、従来と比較してサンプリング作業に伴う作業者の負担を低減することができる。特に、上記で説明した例のように、導出配管２４に分析装置３を直接接続し、工程に応じて排出配管１７から不要な液体が外部に排出されるように構成すれば、サンプリングごとにバイアル容器を交換する手間がなくなるので、作業性は更に向上する。また、制御装置３０の設定を変更すれば、サンプリング間隔も従来と比較して自由に設定することができるので、種々のニーズに対しても柔軟に対応することができる。このように本実施の形態によれば、細胞の培養状態が運転状態によって影響を受け易い流加培養や連続培養において培養状態の監視と運転制御を自動化することができるので、長期間の連続培養を継続することができ、生産性の向上を図ることができる。
【００５２】
また、上記のように、加熱冷却装置１１を抜き出し配管１０に取り付ければ、配管洗浄工程後に抜き出し配管１０を加熱することができるので、サンプリング装置２の滅菌性を更に向上させることができる。さらに、加熱冷却装置１１によって加熱後の抜き出し配管１０の冷却を行えば、自然冷却した場合と比較して冷却に要する時間を短縮できるので、サンプリング間隔を更に短くすることができる。なお、上記の説明では加熱冷却装置１１は抜き出し配管１０にのみ取り付けたが、導入配管２４等他の配管にも取り付ければ、さらに滅菌性を向上させることができる。
【００５３】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、配管及びバルブ等をステンレス製基板上で一体成形し、サンプリング装置の小型化を図った点にある。
【００５４】
図３は本発明の第２の実施の形態に係るサンプリング装置の概略図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する。
【００５５】
この図に示すサンプリング装置２Aは、抜き出し配管１０Ａ、導出配管２４Ａ、バルブ１３Ａ及びバルブ１２Ａ等を含めて、ステンレス製の基板１８上に一体成形されている。抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａは、ステンレス基板１８内を通過するように設けられている。バルブ１３Ａ及びバルブ１２Ａは、耐熱性を有する小型のバルブであり、ステンレス基板１８上に取り付けられている。また、バルブ１３Ａ及びバルブ１２Ａには、制御装置３０から操作信号Ｓ１３及び操作信号Ｓ１２が送信されており、第１の実施の形態同様に開閉動作が制御されている。
【００５６】
ステンレス基板１８は、ヒータが内蔵されたステンレス製の板１９ａ，１９ｂを有している。板１９ａ，１９ｂは、抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａを所定の温度に加熱するもので、抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａと接触してこれらを挟み込むように取り付けられている。すなわち、板１９ａ，１９ｂは、第１の実施の形態における加熱冷却装置１１と同様、配管加熱工程の実施に利用される。なお、本実施の形態では、板１９ａ，１９ｂによって２面から配管１０Ａ等の加熱を行っているが、ステンレス基板１８の片面にヒータを設けるのみの構成としても良い。
【００５７】
本実施の形態における、抜き出し配管１０Ａ及び導出配管２４Ａは、培養槽１内の培養液及び細胞が流通できるサイズと形状に成形されている。この条件を満たせば流路の形態は特に限定されないが、流路の径は、サンプリングする培養液量及び加熱温度に応じて、０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲で適宜選択することが好ましい。また、培養液に含まれる成分が加熱によって変性して流路が閉塞することを避ける観点からは、１ｍｍから５ｍｍの範囲に設定するのが更に好ましい。なお、図３中の流路断面は円形となっているが断面形状はこれに限られず、例えば、四角形状の流路であっても勿論良い。
【００５８】
このように構成されたサンプリング装置２Ａにおいて、制御装置３０によって前述した（I）サンプリング工程、（II）配管洗浄工程を実施すれば、第１の実施の形態同様に、サンプリング作業時に雑菌が混入することを自動的に防止できるので、サンプリング作業に伴う作業者の負担を低減することができる。
【００５９】
特に、本実施の形態は、板１９ａ，１９ｂを有しているステンレス基板１８によって、サンプリング装置の小型化を図っているため、配管加熱工程を実施する際の熱交換率が第１の実施の形態と比較して向上する。これにより、配管加熱工程に要する時間を短縮できるとともに、当該工程における熱効率を向上させることができる。
【００６０】
ところで、サンプリング装置を加熱する技術には、配管に蒸気を導入するものがあるが、蒸気を利用する場合には、蒸気を充分流通させるために配管のサイズをある程度確保する必要があり、配管及びバルブ等の小型化を図るには限界があった。また、このように配管及びバルブ等のサイズを確保する都合上、大型の培養槽（例えば、１００リットル以上のもの）に利用される傾向があった。これに対して、本実施の形態では、無菌水を使用して配管１０Ａ，２４Ａ内を洗浄するとともに、基板１８に取り付けられたヒータを利用して配管の滅菌を行うことにより、サンプリング装置２Ａの小型化を図っている。このように小型化したサンプリング装置２Ａによれば、蒸気を利用する場合と比較して小型の培養槽（例えば、１リットル〜数十リットル）にも適用することができるので、従来と比較して様々なニーズに柔軟に対応することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、基板１８に加熱手段（ヒータ）を取り付ける場合について説明したが、これに加えて、第１の実施の形態のように冷却手段を取り付けてサンプリング間隔の短縮を図っても良いことは言うまでもない。また、第１の実施の形態と同様に、導出配管２４Ａに三方弁を介して排出配管を取り付けて排水経路を別途確保する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る生体細胞培養装置の概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るサンプリングのフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るサンプリング装置の概略図。
【符号の説明】
【００６３】
１ 培養槽
２ サンプリング装置
３ 分析装置
５ 培養液
１０ 培養液抜き出し配管
１１ 加熱冷却装置
１２ バルブ（第２開閉弁）
１３ バルブ（第１開閉弁）
１４ 三方弁
１５ 無菌空気導入装置
１６ 無菌水導入装置
１７ 培養液排出配管
１８ 基板
１９ 板
２４ 培養液導出配管
３０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体細胞を培養する培養槽から培養液を採取するサンプリング装置において、
前記培養槽に第１開閉弁を介して接続された培養液抜き出し配管と、
この培養液抜き出し配管に接続された無菌空気導入装置と、
前記培養液抜き出し配管に接続された無菌水導入装置と、
前記培養液抜き出し配管に第２開閉弁を介して接続され、前記培養槽からの培養液を外部へ導出する培養液導出配管と、
前記第１開閉弁、前記第２開閉弁、前記無菌空気導入装置、及び前記無菌水導入装置に操作信号を送信して、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の開閉、及び前記無菌空気導入装置と前記無菌水導入装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を開いて前記培養液導出配管を介して培養液を外部へ導出するサンプリング工程を行い、
前記第２開閉弁を閉じた以後に前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌空気で前記培養槽に返送し、前記第１開閉弁を閉じて前記第２開閉弁を開いた以後に前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌水で外部へ排出し、前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を無菌空気で外部へ排出し、前記第２開閉弁を閉じる配管洗浄工程を行うことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項２】
請求項１記載のサンプリング装置は、
さらに、前記培養液抜き出し配管を加熱し、前記制御装置から操作信号が送信される加熱装置を備え、
前記制御装置は、前記配管洗浄工程の後に、前記加熱装置を作動させる配管加熱工程を行うことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項３】
請求項２記載のサンプリング装置において、
前記加熱装置は、前記培養液抜き出し配管を加熱する温度を１００℃から３００℃の範囲で任意に設定可能であることを特徴とするサンプリング装置。
【請求項４】
請求項２記載のサンプリング装置は、
さらに、前記培養液抜き出し配管を冷却し、前記制御装置から操作信号が送信される冷却装置を備え、
前記制御装置は、前記配管加熱工程の後に、前記冷却装置を作動させる配管冷却工程を行うことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項５】
請求項１記載のサンプリング装置は、
さらに、前記培養液抜き出し配管及び前記培養液導出配管に取り付けられ、ヒータを内蔵するステンレス製基板を備えることを特徴とするサンプリング装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載のサンプリング装置は、
さらに、前記制御装置から操作信号が送信される三方弁を介して前記培養液導出配管に接続され、培養液を外部に排出する培養液排出配管を備えており、
前記制御装置は、前記配管洗浄工程において、前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を外部へ排出するとき、及び前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を外部へ排出するときに、前記三方弁によって前記培養液導出配管と前記培養液排出配管を連通し、前記培養液排出配管を介して培養液または無菌水を外部へ排出することを特徴とするサンプリング装置。
【請求項７】
請求項６記載のサンプリング装置において、
前記培養液導出配管は、培養液の成分を分析する分析装置と接続されていることを特徴とするサンプリング装置。
【請求項１】
生体細胞を培養する培養槽から培養液を採取するサンプリング装置において、
前記培養槽に第１開閉弁を介して接続された培養液抜き出し配管と、
この培養液抜き出し配管に接続された無菌空気導入装置と、
前記培養液抜き出し配管に接続された無菌水導入装置と、
前記培養液抜き出し配管に第２開閉弁を介して接続され、前記培養槽からの培養液を外部へ導出する培養液導出配管と、
前記第１開閉弁、前記第２開閉弁、前記無菌空気導入装置、及び前記無菌水導入装置に操作信号を送信して、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁の開閉、及び前記無菌空気導入装置と前記無菌水導入装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第１開閉弁と前記第２開閉弁を開いて前記培養液導出配管を介して培養液を外部へ導出するサンプリング工程を行い、
前記第２開閉弁を閉じた以後に前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌空気で前記培養槽に返送し、前記第１開閉弁を閉じて前記第２開閉弁を開いた以後に前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を無菌水で外部へ排出し、前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を無菌空気で外部へ排出し、前記第２開閉弁を閉じる配管洗浄工程を行うことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項２】
請求項１記載のサンプリング装置は、
さらに、前記培養液抜き出し配管を加熱し、前記制御装置から操作信号が送信される加熱装置を備え、
前記制御装置は、前記配管洗浄工程の後に、前記加熱装置を作動させる配管加熱工程を行うことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項３】
請求項２記載のサンプリング装置において、
前記加熱装置は、前記培養液抜き出し配管を加熱する温度を１００℃から３００℃の範囲で任意に設定可能であることを特徴とするサンプリング装置。
【請求項４】
請求項２記載のサンプリング装置は、
さらに、前記培養液抜き出し配管を冷却し、前記制御装置から操作信号が送信される冷却装置を備え、
前記制御装置は、前記配管加熱工程の後に、前記冷却装置を作動させる配管冷却工程を行うことを特徴とするサンプリング装置。
【請求項５】
請求項１記載のサンプリング装置は、
さらに、前記培養液抜き出し配管及び前記培養液導出配管に取り付けられ、ヒータを内蔵するステンレス製基板を備えることを特徴とするサンプリング装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載のサンプリング装置は、
さらに、前記制御装置から操作信号が送信される三方弁を介して前記培養液導出配管に接続され、培養液を外部に排出する培養液排出配管を備えており、
前記制御装置は、前記配管洗浄工程において、前記無菌水導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する培養液を外部へ排出するとき、及び前記無菌空気導入装置を作動させて前記培養液抜き出し配管内に残留する無菌水を外部へ排出するときに、前記三方弁によって前記培養液導出配管と前記培養液排出配管を連通し、前記培養液排出配管を介して培養液または無菌水を外部へ排出することを特徴とするサンプリング装置。
【請求項７】
請求項６記載のサンプリング装置において、
前記培養液導出配管は、培養液の成分を分析する分析装置と接続されていることを特徴とするサンプリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１８０５９４（Ｐ２００９−１８０５９４Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９２８６（Ｐ２００８−１９２８６）
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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