培養装置とは
培養装置とは、動物、昆虫の細胞や、大腸菌やその他のバクテリアまたは植物などの培養を行うための装置です。
これらの生物や細胞が育成しやすい環境 (温度・湿度など) をコントロールし一定に保つことができます。バクテリアなどのために振とう培養できるものを特にバイオシェーカーと呼びます。
また、哺乳類細胞の培養において培地のpHをバッファするために二酸化炭素を導入できるものをCO2インキュベータと呼びます。
培養装置の使用用途
培養装置の主な使用用途は、温度や湿度をコントロールし動物細胞や微生物を育成するためです。また、培養装置は生命科学や生物学をはじめとする多くの分野で頻繁に使用されています。大腸菌を培養する場合は、タンパク質を大腸菌内で発現させる為に培養することが多いです。
使用温度は、一般的に生理条件である37℃ですが、使用目的に応じて低温から高温(+4℃から+70℃) まで使用することが可能です。
培養装置の原理
培養装置の機能コントロールは実験によって異なりますが、適切な温度条件に調節することはどの実験でも共通して重要です。温度コントロールは、気体を用いた気相と液体を用いた液相のどちらかで行われます。両者とも壁面を通して加温と冷却を行うことが可能です。
気相で行う場合は温度コントロールがしやすく、柔軟に温度調節できますが、周囲温度の影響を受けて温度変化しやすいです。一方、液相では温度コントロールしにくい反面、保温・保冷性に優れています。
生物学系の分野では、装置内に使用する溶液が培養しているサンプルに混入してしまう恐れがあるため、気相で培養することが多いです。
培養装置の種類
1. バイオシェーカー
バイオシェーカーとは、液体培地と空気を混ぜるために必要な「振とう」ができる培養装置のことを指します。「振とう」には左右と回転振とうがあり、試験管や丸底フラスコ培養では左右、バッフル付き三角フラスコでは回転振とうで培養します。
生物学系の研究室では、三角フラスコを用いて培養培養することが多く、バッフルが付いている三角フラスコは、培地と空気がよく混ざりやすいので生育時間の改善することができます。
2. CO2インキュベータ
CO2インキュベータとは、CO2供給と湿度をコントロールできる培養装置のことを指します。培地のpHを一定に保つために5%前後のCO2中で培養を行います。また、急激なpH変化を防ぐために一般的に炭酸水素ナトリウムなどのpH緩衝剤が使用されています。
湿度のコントロールは、装置内に滅菌水を張ったトレイを設置し自然蒸発によって90～95％の湿度に保ちします。哺乳類の細胞を培養する際、接着細胞と浮遊細胞によって培養方法が異なります。接着細胞を培養する場合インキュベータ内に細胞の入ったプレートを静置するだけで細胞が増えていきますが、浮遊細胞の場合は、装置内にスターラーを設置し、スターラー上で常に培地内を攪拌しながら培養する必要があります。
培養装置のその他情報
1. 菌培養装置
菌培養装置とは、培養装置内を38℃に保つことができるバイメタルサーモ式サーモスタットが搭載されています。主に食品加工業者が使用し、微生物 (大腸菌やサルモネラ菌等) を培養し、増殖検査を行うために用いられる装置です。試薬によって変化した微生物の色を蛍光ランプで識別することができるのが特徴です。
生物分野の研究や医学分野の検査などでは、細菌や菌類 (カビ、酵母など) を培養するために、微生物培養装置と呼ばれる培養装置を使用します。
2. 細胞培養装置
細胞培養装置とは、一般的にヒト由来の哺乳類細胞を培養するために使用されています。主な実験目的は、細胞観察や細胞内で発現させたタンパク質の利用です。
実験の際に細胞が剥れないように古い培地を吸引除去して新しい培地を添加する培地交換という作業や、増殖した細胞を複数の培養容器に、所定のサイズ・密度で均一に播種する継代培養という作業が数日ごとに発生します。
研究者や技術者にとって、これらの作業を習得・学習するのに多くの時間を要したり、定期的な培地交換等は、大きな負担になっています。そこで近年では、継代や培地交換を自動でコントロールできる「自動細胞培養装置」が様々なメーカーで開発されています。 この装置により、質の高い細胞を安定にかつ一定量確保できます。
3. 培養装置の英語表記
培養装置は、日本のメーカーやラボではインキュベータ (incubator) と呼ばれることが多いです。しかし、インキュベータは、本来鳥類や爬虫類の卵のための孵卵器の意味を持ちます。温度を一定に保つ装置から派生して、incubatorは培養装置の意味も持つようになりました。論文等で培養装置をincubatorと表記することは間違いです。各装置の英語表記は以下の通りです。
- 培養装置: culture apparatus
- 微生物培養装置: bacterial culture apparatus
- 嫌気培養装置: anaerobic culture apparatus
参考文献
https://www.yamato-net.co.jp/qa/detail/5/
https://www.thermofisher.com/blog/learning-at-the-bench/cell-culture-environment/
https://www.healthcare.nikon.com/ja/ss/cell-image-lab/glossary/incubator.html
https://www.meti.go.jp/policy/consumer/seian/denan/kaishaku/taishou_hitaishou/20060929/kinbaiyousouchi.pdf
https://www.thermofisher.com/jp/ja/home/references/gibco-cell-culture-basics/cell-culture-equipment.html
https://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1903/28/news027.html
https://www.panasonic.com/jp/company/ppe/saibobaiyo.html