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      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

      文檔序號(hào):440897閱讀:234來源:國知局
      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(dòng)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(dòng)物的細(xì)胞或組織時(shí),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(shí)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(dòng)到另一個(gè)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(huì)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(dòng)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(gè)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(dòng)安排部分。流動(dòng)安排部分形成在培養(yǎng)空間部分的導(dǎo)入部分側(cè)。流動(dòng)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(dòng),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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí),它們會(huì)被意識(shí)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(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)的流動(dòng)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(huì)合。垂直壁部分76的一個(gè)端面78與支撐條50和52(圖5)形成在同一個(gè)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(dòng)。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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng),且該流動(dòng)沿培養(yǎng)空間部分10的內(nèi)壁表面11運(yùn)動(dòng)。
      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(dòng)。沿內(nèi)壁表面13和15移動(dòng)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(shí)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(dòng)。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(dòng)。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(dòng)的圖。圖16是以時(shí)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(gè)部分內(nèi)培養(yǎng)液交換變化的圖。圖18以時(shí)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(gè)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(dòng)如前所述。試圖在2.5小時(shí)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(shí)間的流量小)時(shí),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(dòng)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(dòng)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(shí),流動(dòng)也不被擾亂,且培養(yǎng)液14沿內(nèi)壁表面流動(dòng),因?yàn)榱黧w具有沿壁流動(dòng)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(dòng)。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(dòng)。此時(shí),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(dòng)。因此,轉(zhuǎn)向垂直壁40的流動(dòng)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(dòng)。即使流速為1000ul/min,雷諾數(shù)也小,例如在20的量級(jí)。流動(dòng)不被擾亂,因?yàn)榱鲃?dòng)是層流,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(gè)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(dòng)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(dòng),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(shí),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(dòng)。在流體控制器件中,流體以分叉成Y形的兩個(gè)方向中的任一個(gè)的方向流動(dòng),且如果在Y形前的點(diǎn)給予流動(dòng)一些動(dòng)作,則流動(dòng)在另一個(gè)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(dòng),或發(fā)生層流模式,它被改變?yōu)樵谕ㄟ^多個(gè)壁表面形成的流管中擴(kuò)散的流動(dòng)。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?。也就是說,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(gè)部分,如果它們中的一個(gè)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(shí)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(dòng)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(dòng)。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(dòng)。
      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(chǔ)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(dòng)器114,該促動(dòng)器通過電信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)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(dòng)器116,該促動(dòng)器通過電信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)動(dòng)力??刂茊卧?18連接到這些促動(dòng)器114和116上。控制單元118由個(gè)人電腦等構(gòu)成,且具有CPU(中央處理器),以及ROM(只讀存儲(chǔ)器)和RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)作為存儲(chǔ)裝置。在ROM內(nèi)存儲(chǔ)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(dòng)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(dòng)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(dòng),且被擴(kuò)散以快速地交換。與此一起,在其交換時(shí),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(dòng)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(dòng)以固定的時(shí)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(gè),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(dòng)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(dòng)安排部分,所述的流動(dòng)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(dòng)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(dòng)安排部分,所述的流動(dòng)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(dòng)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(dòng)安排部分(垂直壁、小空間部分)。流動(dòng)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(dòng)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(hào)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(huì)社
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