專利名稱：用于細(xì)胞或組織培養(yǎng)的培養(yǎng)室、培養(yǎng)設(shè)備和液體供給方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于人類或動物的細(xì)胞或組織培養(yǎng)的培養(yǎng)室。特別地，本發(fā)明涉及使用培養(yǎng)液的培養(yǎng)室、使用培養(yǎng)室的培養(yǎng)設(shè)備和使用培養(yǎng)室的液體供給方法。
背景技術(shù)：
在培養(yǎng)人類或動物的細(xì)胞或組織時，使用培養(yǎng)液，還使用例如皮氏培養(yǎng)皿的容器，用于容納培養(yǎng)液和細(xì)胞或組織。通過使用它們，使得細(xì)胞或組織在容器內(nèi)的培養(yǎng)液中發(fā)光的技術(shù)是已知的。培養(yǎng)液是用于細(xì)胞或組織的培養(yǎng)基，且執(zhí)行營養(yǎng)物和空氣，例如氧氣的傳輸媒介的功能。在培養(yǎng)過程中，細(xì)胞或組織從培養(yǎng)液中吸收營養(yǎng)物、氧氣等。因此，為了通過為細(xì)胞或組織提供必要的營養(yǎng)物、清除廢物等而使細(xì)胞或組織保持處于新鮮狀態(tài)，則培養(yǎng)液交換是必不可少的。為交換培養(yǎng)液，例如使用了使得培養(yǎng)液通過回路從培養(yǎng)液源到容納細(xì)胞或組織的容器循環(huán)的系統(tǒng)。為防止有害的細(xì)菌對培養(yǎng)液和培養(yǎng)對象的污染，在像該系統(tǒng)的系統(tǒng)中例如使用了氣密性容器和封閉的系統(tǒng)回路。
與該培養(yǎng)液等的交換有關(guān)，有細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備(日本公開出版物No.2004-016194專利文件1)，它在與外界環(huán)境隔離的狀態(tài)下進(jìn)行培養(yǎng)容器內(nèi)培養(yǎng)基交換的同時執(zhí)行對細(xì)胞的培養(yǎng)，細(xì)胞和組織培養(yǎng)器件(日本公開出版物No.2003-061642專利文件2)，它為提供在封閉系統(tǒng)回路中的培養(yǎng)室供給培養(yǎng)液，以及細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備(日本公開出版物No.2004-147555專利文件3)，它灌注培養(yǎng)液和氧氣，等。
順便提到，在通過使用吸液管口抽吸細(xì)胞并將其移動到另一個培養(yǎng)容器，該細(xì)胞通過培養(yǎng)容器而與外界環(huán)境隔離，或從培養(yǎng)容器內(nèi)的培養(yǎng)基抽吸后通過注入新的培養(yǎng)基來移除培養(yǎng)基來執(zhí)行培養(yǎng)基交換的技術(shù)(專利文件1)中，擔(dān)心的是不必要的應(yīng)力會施加到培養(yǎng)中的細(xì)胞上。進(jìn)一步地，擔(dān)心的是因交換培養(yǎng)基而使得細(xì)胞丟失等。例如，如圖22所示，如果通過吸液管口206將培養(yǎng)液202注入到和培養(yǎng)液202共同容納在皮氏培養(yǎng)皿200中的培養(yǎng)對象204，被注入的培養(yǎng)液202產(chǎn)生壓力(a)和剪力(b)作用在培養(yǎng)對象204上。因此，擔(dān)心的是這些使得培養(yǎng)對象204承受應(yīng)力且也使得細(xì)胞從培養(yǎng)對象204外流(c)。
進(jìn)一步地，在使用封閉系統(tǒng)回路的培養(yǎng)(專利文件2)中，可以使用活塞驅(qū)動來執(zhí)行培養(yǎng)液的循環(huán)。然而，擔(dān)心的是該培養(yǎng)液的循環(huán)給與培養(yǎng)對象過分的物理刺激，且物理刺激將培養(yǎng)對象改變?yōu)榫哂胁荒茴A(yù)測特征的細(xì)胞或組織。例如，如圖23中所示，在培養(yǎng)液202通過管道210注入到提供在封閉回路的培養(yǎng)室208的例子中，在培養(yǎng)室208的入口附近產(chǎn)生了噴流且在培養(yǎng)室208內(nèi)的培養(yǎng)液202在培養(yǎng)室208出口附近加入并增加其流速。因此，擔(dān)心細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)212在入口附近受到由于噴流的壓力且細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)212在出口附近受到高速流而流出。進(jìn)一步地，還擔(dān)心根據(jù)施加在細(xì)胞或組織上的應(yīng)力，細(xì)胞或組織被變化為具有目的以外的特征的細(xì)胞或組織。
如此，因?yàn)榕囵B(yǎng)液的交換和培養(yǎng)液的供給對培養(yǎng)具有影響，要求交換和供給被謹(jǐn)慎的執(zhí)行，且執(zhí)行快速的交換處理。然而，關(guān)于類似問題，專利文件1到專利文件3沒有披露任何事情。進(jìn)一步地，這些文件沒有披露或建議解決這些問題的構(gòu)造。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是，解決上述問題且提供使用培養(yǎng)液的培養(yǎng)室，該培養(yǎng)室適于培養(yǎng)類似細(xì)胞和組織的培養(yǎng)對象，提供培養(yǎng)設(shè)備和培養(yǎng)液的液體供給方法。
關(guān)于本發(fā)明的解決上述問題的構(gòu)造，通過列舉每個技術(shù)方面來給出解釋。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一技術(shù)方面是通過使用培養(yǎng)液來培養(yǎng)培養(yǎng)對象的培養(yǎng)室。培養(yǎng)室的構(gòu)造具有培養(yǎng)空間部分，該培養(yǎng)空間部分容納培養(yǎng)對象和培養(yǎng)液；導(dǎo)入部分，該導(dǎo)入部分導(dǎo)入培養(yǎng)液到培養(yǎng)空間部分中；排出部分，該排出部分將培養(yǎng)液從培養(yǎng)空間部分中排出；和流動安排部分。流動安排部分形成在培養(yǎng)空間部分的導(dǎo)入部分側(cè)。流動安排部分導(dǎo)致了通過從培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面朝著與連接導(dǎo)入部分和排出部分的假象線相交的方向擴(kuò)散而到從導(dǎo)入部分導(dǎo)入到培養(yǎng)空間部分的培養(yǎng)液的液體流，該液體流到達(dá)排出部分。
通過像這樣的構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了柯恩達(dá)效應(yīng)，其導(dǎo)致向從培養(yǎng)空間部分的導(dǎo)入部分流向排出部分的培養(yǎng)液的溫和的流動，且可以快速地執(zhí)行在培養(yǎng)空間部分中培養(yǎng)液的交換。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，前述的培養(yǎng)室還可以構(gòu)造為使得培養(yǎng)室具有排出流安排部分。排出流安排部分形成在培養(yǎng)空間部分的排出部分側(cè)，且引導(dǎo)從培養(yǎng)空間部分內(nèi)壁表面導(dǎo)引的培養(yǎng)液到排出部分。通過像這樣的構(gòu)造，可以使得培養(yǎng)液從培養(yǎng)空間部分安靜地排出到排出部分。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，前述的培養(yǎng)室還可以構(gòu)造為使得培養(yǎng)空間部分包括形成了曲面的第一內(nèi)壁表面和形成了平面的第二內(nèi)壁表面，該平面形成在與第一內(nèi)壁表面相交的方向上。通過第二內(nèi)壁表面，導(dǎo)致了到培養(yǎng)液的平行流且促進(jìn)了柯恩達(dá)效應(yīng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，前述的培養(yǎng)室還可以構(gòu)造為使得培養(yǎng)室具有支撐部分，該支撐部分從流動安排部分橋接到排出部分側(cè)。通過像這樣的構(gòu)造，培養(yǎng)對象通過支撐部分被支撐為漂浮狀態(tài)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，前述的培養(yǎng)室還可以構(gòu)造為使得導(dǎo)入部分在通過培養(yǎng)液的通道直徑處設(shè)置為小于排出部分。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，前述的培養(yǎng)室還可以構(gòu)造為使得在第一內(nèi)壁表面中途部分提供突出部分。通過像這樣的構(gòu)造，可以使培養(yǎng)對象與內(nèi)壁表面不緊密接觸而培養(yǎng)培養(yǎng)對象。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二技術(shù)方面是使用前述的培養(yǎng)室的培養(yǎng)設(shè)備，和其中提供有前述培養(yǎng)室并培養(yǎng)培養(yǎng)對象的構(gòu)造。根據(jù)像這樣的構(gòu)造，可以通過安靜地流動來交換在培養(yǎng)室內(nèi)部的培養(yǎng)液。因此，可以執(zhí)行穩(wěn)定的培養(yǎng)而不因培養(yǎng)液流動到培養(yǎng)對象導(dǎo)致過度的刺激和/或應(yīng)力。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第三技術(shù)方面是培養(yǎng)培養(yǎng)對象的培養(yǎng)液的液體供給方法。該液體供給方法是這樣的構(gòu)造包括導(dǎo)入培養(yǎng)液，該培養(yǎng)液以與其導(dǎo)入方向相交的方向被導(dǎo)入到容納培養(yǎng)對象的培養(yǎng)空間部分，還包括形成液流，該液流使得培養(yǎng)液從培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面擴(kuò)散且使得培養(yǎng)液排出。通過像這樣的構(gòu)造，導(dǎo)致了到培養(yǎng)液的安靜的流動且因此實(shí)現(xiàn)了柯恩達(dá)效應(yīng)。
本發(fā)明的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)如下
(1)可執(zhí)行培養(yǎng)液的溫和的交換且培養(yǎng)液交換的液體供給的實(shí)現(xiàn)不給出對培養(yǎng)對象不需要的應(yīng)力，例如壓力和剪力。
(2)通過注入小量的培養(yǎng)液可以執(zhí)行快速地培養(yǎng)液交換。
(3)可以防止培養(yǎng)對象，例如細(xì)胞和組織以及細(xì)胞外基質(zhì)的流出。
(4)在培養(yǎng)液中去除氣泡容易，且可以通過培養(yǎng)液的流量來生成不同的液流。
當(dāng)前述和其它的本發(fā)明的目的、特征和附帶的優(yōu)點(diǎn)將通過如下的描述和附圖得到更好的理解時，它們會被意識到，其中各圖為圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的培養(yǎng)室的透視圖；圖2是示出了培養(yǎng)室的分解透視圖；圖3是示出了阻塞板的透視圖；圖4是示出了培養(yǎng)室內(nèi)部的圖；圖5是圖4中沿V-V線的截面視圖；圖6是示出了主體部分的部分的透視圖，其中導(dǎo)入口的部分被切掉；圖7是示出了主體部分的部分的截面視圖，其中導(dǎo)入口的部分被切掉；圖8是示出了主體部分的部分的透視圖，圖中為從培養(yǎng)空間部分觀察排出口的部分的情況；圖9是示出了主體部分的部分的透視圖，其中排出口的部分被切掉；圖10是示出了其中放置有培養(yǎng)對象的培養(yǎng)室的平面圖；圖11是圖10中沿XI-XI線的截面視圖；圖12是示出了在導(dǎo)入口的部分的培養(yǎng)液流的圖；圖13是示出了在培養(yǎng)空間部分的培養(yǎng)液流的圖；圖14是示出了在排出口的部分的培養(yǎng)液流的圖；圖15A和圖15B是示出了在培養(yǎng)空間部分的培養(yǎng)液流的圖；圖16是示出了培養(yǎng)液交換狀態(tài)的圖；圖17是示出了培養(yǎng)液交換狀態(tài)的圖；
圖18是示出了培養(yǎng)液交換狀態(tài)的圖；圖19是示出了培養(yǎng)液交換狀態(tài)的圖；圖20是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的培養(yǎng)設(shè)備的圖；圖21是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的培養(yǎng)室的圖；圖22是示出了傳統(tǒng)的培養(yǎng)液交換的圖；以及圖23是示出了傳統(tǒng)的培養(yǎng)液交換的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例通過參考圖1、圖2、圖3、圖4和圖5進(jìn)行解釋。圖1是示出了培養(yǎng)室的透視圖，圖2是示出了培養(yǎng)室的分解透視圖，圖3是示出了一個阻塞板的透視圖，圖4是示出在阻塞板被移開狀態(tài)下的培養(yǎng)室的圖，以及圖5是圖4中沿V-V線的截面視圖。
培養(yǎng)室2具有由圓柱體構(gòu)成的主體部分4，且還具有第一和第二阻塞板6和8，它們阻塞了主體部分4。通過這些阻塞板，培養(yǎng)室2構(gòu)成圓柱形的培養(yǎng)空間部分10。也就是說，該培養(yǎng)空間部分10由第一內(nèi)壁表面11和內(nèi)壁表面13、15構(gòu)成，第一內(nèi)壁表面11包括由主體部分4構(gòu)成的環(huán)形形狀的曲面，內(nèi)壁表面13和15則作為第二內(nèi)壁表面，構(gòu)成了流動安排部分。內(nèi)壁表面13(圖3)形成了阻塞板6的平面，內(nèi)壁表面15形成了阻塞板8的平面。培養(yǎng)對象12(圖10)，例如活體的細(xì)胞和組織，以及培養(yǎng)液14容納在該培養(yǎng)空間部分10中。主體部分4和阻塞板6和8例如由不銹鋼或玻璃構(gòu)成。例如，主體部分4和阻塞板6和8如下統(tǒng)一為一體。使得螺栓18穿過多個形成在主體部分4和阻塞板6上的通孔16，且這些螺栓18旋入到形成在阻塞板8的側(cè)面的螺紋孔20中。因此，主體部分4和阻塞板6和8全體固定，使得主體部分4夾在阻塞板6和8之間，且培養(yǎng)空間部分10通過形成在主體部分4內(nèi)的內(nèi)壁表面11和阻塞板6和8的內(nèi)壁表面13和15而形成。在主體部分4的阻塞板6和8的每個的接觸表面部分形成環(huán)繞培養(yǎng)空間部分10的槽部分22和24(圖5)。在這些槽部分22和24中，O型環(huán)26和28被定位且分別夾在主體部分4與阻塞板6和8之間部分。因此培養(yǎng)空間部分10被密封。
在主體部分4中，導(dǎo)入口30形成為導(dǎo)入部分，它導(dǎo)入培養(yǎng)液14到培養(yǎng)空間部分10中，且排出口32形成為排出部分，它從培養(yǎng)空間部分10中排出培養(yǎng)液14。該導(dǎo)入口30和排出口32以培養(yǎng)空間部分10為中心相互相對，且還形成在與培養(yǎng)空間部分10的中心方向成直角的方向上。導(dǎo)入口30和排出口32連接有用于培養(yǎng)液14的循環(huán)管34，提供了密封那些連接的部分的O型環(huán)36和38。
在主體部分4的培養(yǎng)空間部分10中，作為安排培養(yǎng)液14的液體流動的流動安排部分，垂直壁40形成在導(dǎo)入口30的開口部分側(cè)處，且還形成了小空間部分44，它被垂直壁40和培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面11所圍繞。進(jìn)一步地，在小空間部分44和阻塞板6和8的內(nèi)壁表面13和15之間的部分形成了縫隙部分46和48(圖5)。也就是說，小空間部分44與培養(yǎng)空間部分10通過縫隙部分46和48連通，且從導(dǎo)入口30導(dǎo)入的培養(yǎng)液14通過縫隙部分46和48被從小空間部分44引導(dǎo)到培養(yǎng)空間部分10內(nèi)部。
在培養(yǎng)空間部分10，作為支撐培養(yǎng)對象12的支撐部分，提供了一對形成為V形的支撐條50和52，它在小空間部分44的垂直壁40和相對于垂直壁40的壁表面部分之間橋接。這些支撐條50和52提供在從培養(yǎng)空間部分10的深度方向的中心部分位移到阻塞板8側(cè)的位置，且形成平行于阻塞板6和8的表面。作為相對于這些支撐條50和52的支撐部分，一對垂直壁54和56提供在阻塞板6上。間隙部分58(圖5)形成在支撐條50和52與垂直壁54和56之間，且培養(yǎng)對象12放置在間隙部分58中。進(jìn)一步地，在圍繞間隙部分58的培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面11上，人字形突出部分60和61面對面形成，使得培養(yǎng)對象12不與內(nèi)壁表面11緊密接觸。
培養(yǎng)室2的導(dǎo)入口30的構(gòu)造通過參考圖6和圖7解釋。圖6是示出了導(dǎo)入口30和其鄰近的被切掉的部分的透視圖，而圖7是示出了導(dǎo)入口30的鄰近部分和阻塞板的截面視圖。
導(dǎo)入口30是形成在主體部分4上的通孔，其方向與培養(yǎng)空間部分10正交。導(dǎo)入口30在主體部分4的外壁表面?zhèn)染哂写笾睆娇撞糠?4，和在其內(nèi)壁表面?zhèn)染哂袔в行〉闹睆降目诳撞糠?6。大直徑孔部分64和口孔部分66之間的中間部分具有階梯形不同的直徑。與此一起，形成有其上提供有O型環(huán)36的中間孔部分68和錐形孔部分70。
進(jìn)一步地，形成了小空間部分44的垂直壁40的高度設(shè)定為略微小于培養(yǎng)空間部分10的高度，且形成縫隙部分46和48以引導(dǎo)培養(yǎng)液14從小空間部分44到培養(yǎng)空間部分10。
培養(yǎng)室2的排出口32側(cè)的構(gòu)造參考圖8和圖9解釋。圖8是示出了排出口的部分的圖，圖中為從培養(yǎng)空間部分側(cè)觀察的情況，圖9是示出了排出口截面的透視圖。
在排出口32圍繞部分中，形成有作為排出流安排部分的格形垂直壁72，它們在排出口32的中央部分相互交叉。垂直壁72由垂直壁部分74和垂直壁部分76構(gòu)成，垂直壁部分74形成在平行于支撐條50和52的方向上，垂直壁部分76與垂直壁部分74以直角相會合。垂直壁部分76的一個端面78與支撐條50和52(圖5)形成在同一個面上。進(jìn)一步地，在垂直壁72的與排出口32相對的部分上，形成包括曲面的凹口部分80，用于擴(kuò)展排出口32的入口部分。
進(jìn)一步地，排出口32是形成在主體部分4上的通孔，其方向與培養(yǎng)空間部分10正交。排出口32在主體部分4的外壁表面?zhèn)染哂写笾睆娇撞糠?2，和在主體部分4的內(nèi)壁表面?zhèn)染哂行≈睆降目撞糠?4。大直徑孔部分82和小直徑孔部分84的中間部分具有階梯形不同的直徑。與此一起，形成有其上提供有O型環(huán)38的中間孔部分86和錐形孔部分88。
進(jìn)一步地，如圖10(培養(yǎng)室2示出為處于阻塞板6被移開的狀態(tài)下)和圖11(沿圖10中XI-XI線的截面視圖)所示，在培養(yǎng)室2的培養(yǎng)空間部分10中，培養(yǎng)對象12安排在被突出部分60和62、支撐條50和52以及垂直壁54和56所圍繞的空間部分，而不與內(nèi)壁表面11、13和15緊密接觸，且保持為維持在漂浮狀態(tài)。
隨后，參考圖12、圖13和圖14解釋液體供給方法和培養(yǎng)室2內(nèi)的培養(yǎng)液14的流動。圖12是示出了從導(dǎo)入口和小空間部分到達(dá)培養(yǎng)空間部分的培養(yǎng)液的流動的圖，圖13是示出了在培養(yǎng)空間部分內(nèi)的培養(yǎng)液的流動的圖，圖14是示出了從培養(yǎng)空間部分到達(dá)排出口的培養(yǎng)液的流動的圖。
如在圖12中所示，從導(dǎo)入口30被導(dǎo)入培養(yǎng)空間部分10的培養(yǎng)液14的流速變得較快，其原因是開口直徑從大直徑孔部分64向口孔部分66變窄，且該培養(yǎng)液14到達(dá)小空間部分44。因存在于口孔部分66前方部分的垂直壁40，培養(yǎng)液14的流速減小，且被引導(dǎo)到縫隙部分46和48側(cè)。因此，出現(xiàn)來自縫隙部分46和48沿內(nèi)壁表面13和15的流動，且該流動沿培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面11運(yùn)動。
如圖13中所示，在培養(yǎng)空間部分10中，培養(yǎng)液14通過柯恩達(dá)效應(yīng)沿內(nèi)壁表面13和15移動。沿內(nèi)壁表面13和15移動的培養(yǎng)液14逐漸地?cái)U(kuò)散到培養(yǎng)空間部分10內(nèi)的培養(yǎng)液14中，且在培養(yǎng)空間部分10內(nèi)的培養(yǎng)液14中混合，同時逐漸地減小速度。
然后培養(yǎng)空間部分10中的培養(yǎng)液14向排出口32流動。如圖14所示，因?yàn)楦裥未怪北?2存在于排出口32附近，培養(yǎng)液14被從在其正交部分形成為小的排出口32排出。
培養(yǎng)液14的流速小于臨界雷諾數(shù)，且流速非常慢。因此，通過流入物給出的培養(yǎng)液14維持層流狀態(tài)流動。與此一起，通過流入物給出的培養(yǎng)液14逐漸地?cái)U(kuò)散到已經(jīng)填充的培養(yǎng)液14中且混合到那里現(xiàn)存的培養(yǎng)液14中。然后，與通過流入物給出的培養(yǎng)液14等量的培養(yǎng)液14從培養(yǎng)空間部分10排出。
隨后，參考圖15A、圖15B、圖16、圖17、圖18和圖19中所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果解釋培養(yǎng)室2內(nèi)的培養(yǎng)液14的交換功能。圖15A和圖15B是培養(yǎng)空間部分中培養(yǎng)液的總體流動的圖。圖16是以時間次序示出了對應(yīng)于圖15A中培養(yǎng)液交換的事態(tài)的圖。圖17是示出了對應(yīng)于圖15A的培養(yǎng)空間部分的每個部分內(nèi)培養(yǎng)液交換變化的圖。圖18以時間次序示出了對應(yīng)于圖15B中培養(yǎng)液交換的事態(tài)的圖。圖19是示出了對應(yīng)于圖15B的培養(yǎng)空間部分的每個部分內(nèi)培養(yǎng)液交換變化的圖。
在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)室2的主體部分4的內(nèi)徑設(shè)定為36mm，主體部分4的深度設(shè)定為15mm，培養(yǎng)對象12放置在主體部分4內(nèi)。在此情況下，培養(yǎng)空間部分10的體積大約為15ml。在培養(yǎng)室2內(nèi)，培養(yǎng)對象12處于其漂浮在培養(yǎng)液14中的狀態(tài)，培養(yǎng)液14填充在培養(yǎng)空間部分10內(nèi)。培養(yǎng)液14的流動如前所述。試圖在2.5小時內(nèi)在培養(yǎng)空間部分10內(nèi)加入15ml的培養(yǎng)液14，該量等于培養(yǎng)室2的培養(yǎng)空間部分10的體積，必需的流量為100ul/min。
當(dāng)培養(yǎng)液14的流速緩慢(當(dāng)每單位時間的流量小)時，在改變培養(yǎng)液14的流速的情況下，如圖15A所示(培養(yǎng)液14的流動在圖5中所示的截面中)，形成了沿阻塞板6和8的內(nèi)壁表面13和15側(cè)的層流。也就是說，注入到導(dǎo)入口30的培養(yǎng)液14到達(dá)培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面13和15。然后，培養(yǎng)液14流動使得薄膜因柯恩達(dá)效應(yīng)沿內(nèi)壁表面漂流，但是培養(yǎng)液14不直接流入到中央部分。因?yàn)槔字Z數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界雷諾數(shù)，在很慢的流速的流量中，層流得以維持。因此，甚至當(dāng)碰撞到內(nèi)壁表面時，流動也不被擾亂，且培養(yǎng)液14沿內(nèi)壁表面流動，因?yàn)榱黧w具有沿壁流動的特征。因?yàn)榕囵B(yǎng)液14為層流，摩擦阻力大。因此，培養(yǎng)液14漂流使得粘住內(nèi)壁表面，且其流速損失。然后，新的培養(yǎng)液14逐漸地?cái)U(kuò)散到已經(jīng)填充的培養(yǎng)液14中，且培養(yǎng)液14從培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面?zhèn)瘸囵B(yǎng)對象12側(cè)逐漸地轉(zhuǎn)移到新鮮的培養(yǎng)液14中。
進(jìn)一步地，如果培養(yǎng)液14的流量增加，例如在設(shè)定流量為1000ul/min的情況下，培養(yǎng)液14成為如圖15B所示的流動。也就是說，導(dǎo)入到小空間部分44的培養(yǎng)液14通過作為通道的縫隙部分46和48流動。此時，隨著流量增加，培養(yǎng)液14成為從縫隙部分46和48散布的流動。因此，轉(zhuǎn)向垂直壁40的流動也出現(xiàn)，且也出現(xiàn)在垂直壁40和培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面13和15之間散開的流動。即使流速為1000ul/min，雷諾數(shù)也小，例如在20的量級。流動不被擾亂，因?yàn)榱鲃邮菍恿?，且流體的流管在直徑上很大地放大。因?yàn)榱鞴芙孛婷娣e迅速放大，因連續(xù)性原理流速進(jìn)一步地降低。因此其流速損失且新導(dǎo)入的培養(yǎng)液14積聚在底部側(cè)。
解釋相應(yīng)于圖15A和圖15B中所示的流速的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在圖15A的情況中，如圖16和圖17所示，培養(yǎng)液14的擴(kuò)散從培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面?zhèn)戎饾u發(fā)生，且當(dāng)前培養(yǎng)液14轉(zhuǎn)移到中央部分。圖17示出了關(guān)于培養(yǎng)空間部分10的四個點(diǎn)的培養(yǎng)液14交換的轉(zhuǎn)變，即點(diǎn)A(排出口32的部分)、點(diǎn)B(阻塞板6側(cè)的壁表面)、點(diǎn)C(阻塞板8側(cè)的壁表面)和點(diǎn)D(導(dǎo)入口30部分)。進(jìn)一步地，圖18和圖19示出了相應(yīng)于圖15B的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在該情況下，培養(yǎng)液14從培養(yǎng)空間部分10的下部側(cè)移動到新培養(yǎng)液14中，培養(yǎng)液14的新部分和舊部分形成了層來流動，且舊培養(yǎng)液14被排出使得它從排出口32被推出。因此在一倍半的流的量導(dǎo)入到培養(yǎng)空間部分10中時，培養(yǎng)液14幾乎被新的培養(yǎng)液14所交換。
該培養(yǎng)液14的流類似于用于控制流體的流體控制器件的流動。在流體控制器件中，流體以分叉成Y形的兩個方向中的任一個的方向流動，且如果在Y形前的點(diǎn)給予流動一些動作，則流動在另一個方向改變。理解的是，根據(jù)培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)部構(gòu)造，通過改變流量，發(fā)生沿特定壁表面的流動，或發(fā)生層流模式，它被改變?yōu)樵谕ㄟ^多個壁表面形成的流管中擴(kuò)散的流動。即使像這樣的層流模式發(fā)生，刺激和/或應(yīng)力不施加在被培養(yǎng)的培養(yǎng)對象12上，因?yàn)榱魉俚汀Ｒ簿褪钦f，通過實(shí)驗(yàn)確證不需要的應(yīng)力，如因常規(guī)培養(yǎng)所導(dǎo)致的剪應(yīng)力幾乎不發(fā)生。
進(jìn)一步地，排出口32側(cè)曾經(jīng)從大直徑減小到小直徑，且在大直徑前的部分具有格形垂直壁72。以此，流速的快速部分設(shè)計(jì)為不接近培養(yǎng)對象12。更甚者，因?yàn)榕懦隹?2被垂直壁72分為四個部分，如果它們中的一個被阻塞，則抽吸壓不變成強(qiáng)的狀態(tài)。因此，培養(yǎng)對象12等不被抽吸到排出口32側(cè)，且不流出培養(yǎng)空間部分10。也就是說，沒有導(dǎo)致循環(huán)流的事物，例如因從排出口32側(cè)流出的培養(yǎng)液14導(dǎo)致的漩渦。另外，可以使得混合到培養(yǎng)空間部分10的氣泡從大直徑的排出口32流出。
列舉了該實(shí)施例的特征，它們?nèi)缦隆?br>
(1)可以控制培養(yǎng)室2內(nèi)的培養(yǎng)液14的交換，且執(zhí)行為在交換培養(yǎng)液14時不給予培養(yǎng)對象12任何應(yīng)力。
(2)可以傾注培養(yǎng)液14，根據(jù)柯恩達(dá)效應(yīng)沿內(nèi)壁表面導(dǎo)入該培養(yǎng)液14且使其從那里擴(kuò)散。
(3)如后文中提到，培養(yǎng)室2適合于培養(yǎng)液14的循環(huán)，其中形成封閉回路以執(zhí)行穩(wěn)定的培養(yǎng)液14的交換，且使用能夠供給預(yù)定量的液體的泵。
(4)因?yàn)榕囵B(yǎng)對象12不暴露于流速大的噴流，可以執(zhí)行穩(wěn)定的培養(yǎng)。
(5)小空間部分44被預(yù)先設(shè)置，且培養(yǎng)液14通過作為噴出口的縫隙部分46和48漸漸地傾注到培養(yǎng)空間部分10內(nèi)。因此實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液14的交換。
(6)通過增加培養(yǎng)液14的流量，流管的直徑被放大，且流速通過擴(kuò)大直徑減小。以此，可以緩慢地從培養(yǎng)空間部分10的下部部分移動為新培養(yǎng)液14。
(7)在排出口32側(cè)，設(shè)定了大直徑的通道，且因此培養(yǎng)液14的流速減小。在此情況下，提供了格形垂直壁72，且因此培養(yǎng)對象12不暴露于快速收縮流附近的流動。還可以防止培養(yǎng)對象12外流。
(8)通過調(diào)節(jié)流速，可以選擇例如最適宜的層流的流動。
隨后，參考圖20解釋本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖20是示出了培養(yǎng)設(shè)備的圖。在圖20中，與圖1和圖11相同的部分以相同的參考數(shù)字指示。
培養(yǎng)設(shè)備100是通過使用前述的培養(yǎng)室2來培養(yǎng)培養(yǎng)對象12的構(gòu)造。培養(yǎng)室2整合在培養(yǎng)回路102中。在該培養(yǎng)回路102中，使用前述的循環(huán)管34，還提供了培養(yǎng)液袋104、氣體交換部分106、灌注泵108和背壓調(diào)節(jié)閥110。培養(yǎng)回路102建立在培養(yǎng)器112中。在培養(yǎng)液袋104中，存儲有包括培養(yǎng)必需的營養(yǎng)物、生長因子和抗生素的培養(yǎng)液14。氣體交換部分106是形成在循環(huán)管34內(nèi)的透氣功能部分，且執(zhí)行在培養(yǎng)器112的內(nèi)部空間和培養(yǎng)液14之間的氣體交換。
灌注泵108是液體供給裝置，它使得培養(yǎng)液14連續(xù)地或間歇地的循環(huán)，且還在培養(yǎng)器112外部具有促動器114，該促動器通過電信號產(chǎn)生驅(qū)動動力。進(jìn)一步地，背壓調(diào)節(jié)閥110是相應(yīng)于培養(yǎng)液14的供給調(diào)節(jié)培養(yǎng)室2的背壓的裝置，且還在培養(yǎng)器112外部具有促動器116，該促動器通過電信號產(chǎn)生驅(qū)動動力。控制單元118連接到這些促動器114和116上。控制單元118由個人電腦等構(gòu)成，且具有CPU(中央處理器)，以及ROM(只讀存儲器)和RAM(隨機(jī)存取存儲器)作為存儲裝置。在ROM內(nèi)存儲有培養(yǎng)控制程序。希望的控制模式被從控制單元118通過輸入到輸入單元120的設(shè)置輸入給到促動器114和116，且控制培養(yǎng)液14的循環(huán)形式。例如，通過輸入單元120選擇關(guān)于培養(yǎng)液14的流量、背壓調(diào)節(jié)閥等且通過控制單元118根據(jù)其指令實(shí)行培養(yǎng)操作。
在像這樣的構(gòu)造中，通過驅(qū)動灌注泵108使培養(yǎng)液14流經(jīng)培養(yǎng)回路102。通過在氣體交換部分106中執(zhí)行的吸收氣體，使得培養(yǎng)液14的氣體分壓幾乎等同于培養(yǎng)器112內(nèi)部的氣體分壓。也就是說，培養(yǎng)液14被調(diào)節(jié)為含有培養(yǎng)所需的氧氣和二氧化碳?xì)獾呐囵B(yǎng)液14。通過灌注泵將該培養(yǎng)液14供給到培養(yǎng)室2，作為培養(yǎng)對象12的細(xì)胞或組織被培養(yǎng)。培養(yǎng)對象12從培養(yǎng)液14中消耗營養(yǎng)物、氧氣等，而培養(yǎng)對象12分泌出的的分泌物混合到培養(yǎng)液14。培養(yǎng)室2的培養(yǎng)液14在其壓力下被背壓調(diào)節(jié)閥110調(diào)節(jié)并進(jìn)入培養(yǎng)液袋104。
在上述的培養(yǎng)設(shè)備100中，通過安裝前述的培養(yǎng)室2，由培養(yǎng)液袋104供給的培養(yǎng)液14因柯恩達(dá)效應(yīng)沿培養(yǎng)室2的內(nèi)壁表面流動，且被擴(kuò)散以快速地交換。與此一起，在其交換時，沒有事物給予培養(yǎng)對象12過度的刺激和/或應(yīng)力。因此，培養(yǎng)設(shè)備100為形成最適宜的培養(yǎng)環(huán)境作出了貢獻(xiàn)。
關(guān)于培養(yǎng)液14的循環(huán)，具有使得培養(yǎng)室2內(nèi)的培養(yǎng)液14通過由灌注泵108驅(qū)動連續(xù)向培養(yǎng)室2漸漸地供給新培養(yǎng)液14而逐漸地交換的方法。進(jìn)一步地，具有通過由灌注泵驅(qū)動以固定的時間間隔一次全部地供給(然而不是迅速的供給)培養(yǎng)液14而使得培養(yǎng)液14交換的方法。也可以使用這些方法中的任意一個，或者也可以組合使用這些方法。另外，通過將用過的培養(yǎng)液14經(jīng)過背壓調(diào)節(jié)閥排出到與培養(yǎng)液袋104不同袋，也可以總是將新鮮的培養(yǎng)液14供給到培養(yǎng)室2。
隨后，參考圖21解釋本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖21是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的培養(yǎng)室的圖。在圖21中，與圖11中那些相同的部分以相同的參考數(shù)字顯示。
對于該培養(yǎng)室2，提供有壓力接收板122以取代前述的阻塞板8。培養(yǎng)室2是給出了從外側(cè)經(jīng)過壓力接收板122到培養(yǎng)對象12的壓力的構(gòu)造。壓力接收板122例如可以通過PFA(四氟乙烯全氟烴基乙烯基醚)膜形成。進(jìn)一步地，為壓力接收板122提供有壓力單元124，且培養(yǎng)室2構(gòu)造為使得壓力單元124由前述的控制單元118控制。根據(jù)像這樣的構(gòu)造，可以通過來自壓力單元124的壓力給出希望的對培養(yǎng)對象12的刺激。
如上所述，本發(fā)明涉及使用培養(yǎng)液的培養(yǎng)室，且提高了培養(yǎng)液的交換功能。與此一起，沒有導(dǎo)致對培養(yǎng)對象的過度的刺激和/或應(yīng)力。因此本發(fā)明可以廣泛地應(yīng)用于培養(yǎng)人類或動物的細(xì)胞或組織。
雖然最好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的模式、目的、構(gòu)造和操作與效應(yīng)已經(jīng)如上詳細(xì)論述，本發(fā)明不限于此類實(shí)現(xiàn)發(fā)明的實(shí)施例，且當(dāng)然發(fā)明可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員基于權(quán)利要求書和發(fā)明具體實(shí)施方式
所披露的發(fā)明的要旨和精神進(jìn)行不同的變化或修改，且此類變化或修改和各種推測的結(jié)構(gòu)、修改例子等包括在發(fā)明的范圍內(nèi)，且說明書的描述和附圖不被限制性地理解。
權(quán)利要求
1.一種通過使用培養(yǎng)液來培養(yǎng)培養(yǎng)對象的培養(yǎng)室，其包括容納所述的培養(yǎng)對象和所述的培養(yǎng)液的培養(yǎng)空間部分；導(dǎo)入所述的培養(yǎng)液到所述的培養(yǎng)空間部分的導(dǎo)入部分；從所述的培養(yǎng)空間部分排出所述的培養(yǎng)液的排出部分；以及形成在所述的培養(yǎng)空間部分的所述的導(dǎo)入部分側(cè)的流動安排部分，所述的流動安排部分導(dǎo)致通過從所述的培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面向與連接所述的導(dǎo)入部分和所述的排出部分的假想線相交的方向擴(kuò)散而到從所述的導(dǎo)入部分導(dǎo)入到所述的培養(yǎng)空間部分的所述的培養(yǎng)液的液體流，該液體流到達(dá)所述的排出部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)室，具有形成在所述的培養(yǎng)空間部分的所述的排出部分側(cè)的排出流安排部分，所述的排出流安排部分引導(dǎo)從所述的培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面導(dǎo)引來的所述的培養(yǎng)液到所述的排出部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)室，其中所述的培養(yǎng)空間部分包括形成曲面的第一內(nèi)壁表面和形成平面的第二內(nèi)壁表面，該平面形成在與所述第一內(nèi)壁表面相交的方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)室，具有從所述的流動安排部分橋接到所述的排出部分側(cè)的支撐部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的培養(yǎng)室，其中所述的導(dǎo)入部分在傳送所述培養(yǎng)液的通道的直徑設(shè)定為小于所述排出部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的培養(yǎng)室，其中突出部分提供在所述的第一內(nèi)壁表面的中間部分。
7.一種具有使用培養(yǎng)液培養(yǎng)培養(yǎng)對象的培養(yǎng)室的培養(yǎng)設(shè)備，所述的培養(yǎng)設(shè)備培養(yǎng)所述的培養(yǎng)對象，該培養(yǎng)設(shè)備包括所述的培養(yǎng)室，其具有容納所述的培養(yǎng)對象和所述的培養(yǎng)液的培養(yǎng)空間部分；導(dǎo)入所述的培養(yǎng)液到所述的培養(yǎng)空間部分的導(dǎo)入部分；從所述的培養(yǎng)空間部分排出所述的培養(yǎng)液的排出部分；以及形成在所述的培養(yǎng)空間部分的所述的導(dǎo)入部分側(cè)的流動安排部分，所述的流動安排部分導(dǎo)致通過從所述的培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面向與連接所述的導(dǎo)入部分和所述的排出部分的假想線相交的方向擴(kuò)散而到從所述的導(dǎo)入部分導(dǎo)入到所述的培養(yǎng)空間部分的所述的培養(yǎng)液的液體流，該液體流到達(dá)所述的排出部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的培養(yǎng)設(shè)備，其中所述的培養(yǎng)室具有形成在所述的培養(yǎng)空間部分的所述的排出部分側(cè)的排出流安排部分，所述的排出流安排部分引導(dǎo)從所述的培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面導(dǎo)引來的所述的培養(yǎng)液到所述的排出部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的培養(yǎng)設(shè)備，其中所述的培養(yǎng)空間部分包括形成曲面的第一內(nèi)壁表面和形成平面的第二內(nèi)壁表面，該平面形成在與所述第一內(nèi)壁表面相交的方向上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的培養(yǎng)設(shè)備，其中所述的培養(yǎng)室具有從所述的流動安排部分橋接到所述的排出部分側(cè)的支撐部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的培養(yǎng)設(shè)備，其中所述的導(dǎo)入部分在傳送所述培養(yǎng)液的通道的直徑設(shè)定為小于所述排出部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的培養(yǎng)設(shè)備，其中所述的培養(yǎng)室具有提供在所述的第一內(nèi)壁表面的中間部分的突出部分。
13.一種通過使用培養(yǎng)液培養(yǎng)培養(yǎng)對象的培養(yǎng)室的液體供給方法，其包括在與培養(yǎng)液的導(dǎo)入方向相交的方向上引導(dǎo)被導(dǎo)入到容納所述的培養(yǎng)對象的培養(yǎng)空間部分的所述的培養(yǎng)液；以及形成使得所述的培養(yǎng)液從所述的培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面擴(kuò)散且使得所述培養(yǎng)液排出的液流。
全文摘要
使用培養(yǎng)液培養(yǎng)培養(yǎng)對象的培養(yǎng)室，具有容納培養(yǎng)對象和培養(yǎng)液的培養(yǎng)空間部分、導(dǎo)入培養(yǎng)液到培養(yǎng)空間部分的導(dǎo)入部分(導(dǎo)入口)、從培養(yǎng)空間部分排出培養(yǎng)液的排出部分(排出口)和流動安排部分(垂直壁、小空間部分)。流動安排部分形成在培養(yǎng)空間部分的導(dǎo)入部分側(cè)，且流動安排部分導(dǎo)致通過從培養(yǎng)空間部分的內(nèi)壁表面向與連接導(dǎo)入部分和排出部分的假想線相交的方向擴(kuò)散而到從導(dǎo)入部分導(dǎo)入到培養(yǎng)空間部分的培養(yǎng)液的液體流，該液體流到達(dá)排出部分。
文檔編號C12M3/00GK1900265SQ20061000411
公開日2007年1月24日 申請日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者渡邊節(jié)雄, 增田好伸, 稻垣修司 申請人:高木產(chǎn)業(yè)株式會社