用語集
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英字
インキュベーター
庫内容量165Lのインキュベーター
庫内容量30Lのインキュベーター
細胞培養中のインキュベーター
定義
生体を構成している細胞や組織などを生体外で培養するために必要な温度、湿度、ガス濃度を一定に保つ装置。細胞や組織が成長するための「人工的な環境」を再現する役割を持つ。
解説
培養細胞は外部環境の変化に非常に敏感であり、わずかな温度・pH変動や乾燥でも生存率や増殖速度、細胞が持つ機能が変化する。インキュベーターは、これらの条件を安定化させることで、実験の再現性と信頼性を確保する。細胞培養用では、一般的に37℃前後の温度と約5％のCO₂濃度に設定されることが多い。
補足
装置内部の清浄度を維持することが重要で、定期的な清掃やフィルター・加湿水などの交換を怠ると、コンタミネーションのリスクが高まり、細胞培養に深刻な影響を及ぼす恐れがある。
構造としては二重構造となっており、内側部分（チャンバー）の壁と外側の壁の間に水層があるものをウォータージャケット式と呼び、内側（チャンバー）の外部にヒーターを直接設置しているものはダイレクトヒート式と呼ばれる。内側部分（チャンバー）の壁と外側の壁の間に空気の層があるエアジャケット式というものも存在する。
Tフラスコやディッシュなどを置く庫内（チャンバー）は培地の蒸発を防ぐため加湿するモデルが多いものの、培養の形式（培地にミネラルオイルを重層など）によっては加湿を必要としないドライタイプのモデルも存在する。
近年では温度、湿度、ガス濃度をリアルタイム監視し、データを記録できる他、培養中の細胞のモニタリングが可能なモデルも普及している。
培地の蒸発を防ぐために加湿
されます。
培地にミネラルオイルを重層
すると蒸発が抑制されます。
培地にミネラルオイルを重層
すると加湿は不要です。
庫内は37.0℃でほぼ
一定です。
ウォータージャケット式の概念図
ダイレクトヒート式の概念図
前面のディスプレイに培養状況
を表示可能なモデル。
専用のモニタリング装置で培養状況
を確認。
庫内から取り出すことなく
観察・細胞数解析。
関連用語
細胞培養／オートクレーブ／乾熱滅菌／チャンバー／ディッシュ／Tフラスコ
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インキュベーターとは？
インキュベーターの進化と歴史
インキュベーターは何故必要なのか
インキュベーターの種類 − 導入編 –
細胞培養
生体を構成している細胞を生体外で育てる技術を細胞培養と言います。
定義
生体を構成している細胞や組織などを生体外で人工的に増殖、維持する技術。温度やガス濃度が調整された環境下に置かれた培地（培養液）の中でおこなわれる。
生体を構成している細胞を無菌的に回収します。
栄養成分が含まれる培地の中で細胞が育ちます。
インキュベーターは培養に適した環境を維持します。
解説
細胞培養には「初代培養」と「継代培養」があり、前者は生体から直接分離した細胞を用いる方法、後者は既に培養されている細胞株を増やし続ける方法を指す。温度、二酸化炭素・酸素濃度、湿度などの環境条件を最適化することで、細胞は生体内に近い状態で機能を維持できる。研究、医療、バイオテクノロジー産業など幅広い分野で利用される。
補足
細胞培養では無菌環境の維持が不可欠で、コンタミネーション対策としてクリーンベンチや滅菌器具を使用する。細胞株ごとに必要な培地成分や環境条件が異なるため、培養計画時には目的に応じた条件設定が求められる。
細胞回収などの作業はクリーン
ベンチ内でおこないます。
細胞培養作業には慎重さが
求められます。
培養している細胞は顕微鏡などで
観察します。
関連用語
インキュベーター／クリーンベンチ／ディッシュ／Tフラスコ／ウェルプレート
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細胞培養とは？
細胞培養における温度管理の重要性
温度と細胞培養の関係
ウェルプレート
96の凹みを持った2枚の96ウェルプレート
各ウェルに細胞を培養することが可能です。
専用の分注器を使うことで効率よく作業できます。
定義
複数の小さな凹み（ウェル）が規則的に配置された培養容器。主にポリスチレンなどのプラスチック製であり細胞培養用としては6, 12, 24, 48, 96, 384, 1536ウェルなど、実験規模や用途に応じて多様な規格が存在する。
解説
1枚のプレート上で複数条件の培養（培地成分や投与薬物の濃度を変えるなど）や反応を同時におこなうことができるため、再現性を保ちながら効率的にデータを取得できる。ウェルの底は透明となっていることが多く、明視野観察ばかりでなく位相差観察や微分干渉観察、蛍光観察に適した形状になっている。
補足
用途に応じて以下のようなバリエーションが存在する。
接着細胞には表面処理（プラズマやコロナ放電などによる親水性処理）やコラーゲン・フィブロネクチンなどでコーティングされたタイプなどがある。このほか温度によって表面の親水度が変化する特殊コーティングされた物も存在する。
底面形状は平たいもの以外に、U底や二重底（ウェルに多孔性の底を持つカップを設置するなどして二重にする）などがあり、前者は細胞を凝集させてスフェロイドを作製する際などに用いられ、後者は上にあるカップの底を通過してくる浸潤現象を評価する計測などに用いられる。
測定用としては透明なものも使用されるが、黒色（蛍光強度測定に有利）や白色（発光強度測定に有利）などの有色プレートも使用される。
スフェロイド形成用のU字底ウェル
高解像度画像取得用の特殊底面を持つプレート
二重底とすることで細胞の運動能力を評価可能
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インキュベーターの進化と歴史
湿度の低下による培地の蒸発
オートクレーブ
オートクレーブはいわゆる圧力釜です。
内部は密閉される構造となっています。
高温高圧蒸気を作るために水を規定量加えてください。
定義
高温高圧の飽和水蒸気を用いて器具や培地などの溶液中に存在する微生物などを滅菌する方法。一般的には約0.2MPa（2気圧）下での121℃で15〜20分の条件で運転することで、細菌や真菌などの微生物ばかりでなく、耐性の高い芽胞も含めて死滅させることができる。
解説
オートクレーブによる滅菌は、湿熱滅菌の代表的な手法である（湿熱滅菌と対をなす方法として乾熱滅菌がある）。
加圧鍋のような密閉容器内で水由来の蒸気圧を高めることにより水の沸点を上昇させ、100℃を超える高温の飽和水蒸気で満たされた環境を作り出す。
飽和水蒸気が培地ボトルや容器などの滅菌対象の表面に接触すると、水蒸気（気体）は瞬時に水（液体）へ凝縮するが、その際に水蒸気が持っていたエネルギー（潜熱）が滅菌対象へ効率よく伝達され、短時間で対象物全体を高温状態とすることができる。
水溶液中に存在するタンパク質や DNA・RNA といった生体高分子は、高温により立体構造を不可逆的に変化させられ、周囲の水分子による加水分解反応を受けることで本来の機能を失い、最終的に微生物は不活化される。
この時、液体を収めているボトル内は非常に高温となるため、フタを緩めるなどして対象物の突沸が起こらないように対処しておく必要がある。
高温高圧の蒸気で様々な微生物を滅菌することができます。
補足
高温に耐えられないプラスチック製品（ポリスチレンやポリエチレンなど）や加水分解や熱分解を受けやすい化学物質を含む溶液（炭酸水素ナトリウムやグルタミンなどの各種アミノ酸やビタミン、血清など）はオートクレーブにかけられない。
また使用後は装置内部が高温高圧のため、常圧にまで減圧され、十分に冷却されるのを待ってから取り出す必要がある。
なおオートクレーブ（高圧蒸気法）の具体的な温度・時間については第十六改正日本薬局方の「参考情報 > 微生物殺滅法 > 2.滅菌法 > 2.1. 加熱法 > (i)高圧蒸気法」に収載されている*1が、現在では手順を遵守するよりも、SAL（無菌性保証水準）≦10-6の達成（微生物の生き残る確率が100万分の1）が重要となり、BI（生物学的指標）を使用した確認が求められるようになったため、第十七改正日本薬局方からは時間や温度に関する記述がない。
なお、オートクレーブをおこなうとアルミホイルの輝きがなくなる場合があるが、処置済かどうかを確認するためには高温高圧により色が変わるインジケーターテープの使用を推奨する。
オートクレーブ前の加湿水。
アルミホイルに光沢がある。
オートクレーブ前（右）と後（左）の比較。
アルミホイルの光沢が無くなりテープが変色する。
関連資料
*1：第十六改正日本薬局方: 独立行政法人 医薬品医療機器総合機構
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インキュベーターとは？
乾熱滅菌
高温に耐えられる素材は乾熱滅菌が可能です。
インキュベーターの部品などは乾熱滅菌可能*1です。
乾熱滅菌は180℃でおこなわれることが多いです。
定義
高温の乾燥した空気を用いて器具や器材を滅菌する方法。一般的に160〜180℃、1~2時間の条件で行われる。
乾熱滅菌機能を持つインキュベーターも存在します。
乾熱滅菌中は庫内に物を置かないようにしてください。
解説
乾熱滅菌はガラス器具や金属器具など、高温に耐えられ、水分を嫌う素材を持つものへの滅菌に適している。
滅菌のメカニズムは、微生物のタンパク質の乾燥下における酸化変性や細胞構造の破壊によるものである。また滅菌対象への熱を伝達するものは空気となるため、対象物への伝熱速度は非常に遅い（湿熱の場合は、水蒸気が水となる際の潜熱によって一気に高温となる）。
水中での変性を主とする湿熱滅菌（オートクレーブ）と比べると、同等の滅菌効果を得るためには、より高温または長時間を要する。その一方で、水分を使用しないことから錆や腐食を起こしにくいという利点がある。
補足
滅菌後は器具が非常に高温になっているため、冷却時間を確保してから使用する必要がある。
またプラスチック製品やゴム製品は耐熱性が低く、変形や劣化を生じるため不適である。
非常に高温となるため滅菌対象が限定的になるものの、250℃といった高温ではエンドトキシン（パイロジェン）の除去にも適用させることができる*2。
関連資料
*1：インキュベーターを構成する部品の素材によっては乾熱滅菌不可のものもございますので、ご注意ください。
*2：米国食品医薬品局内Bacterial Endotoxins/Pyrogens内に歴史的な背景と共に記載。
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インキュベーターとは？
チャンバー
内扉の中がチャンバーです。
チャンバー内で細胞を培養します。
チャンバーの一例
ドライタイプのチャンバー
定義
インキュベーター内部の培養空間を指す用語。単に「庫内」と呼ばれることもある。
温度、湿度、CO₂・O₂濃度などを制御し、細胞や組織が生育できる安定した環境を提供できる構造を持つ。
解説
細胞培養用のインキュベーターの多くは二重壁構造となっており、外壁と内壁の間に空気相や加温相などを設けることで外部環境からの影響を断っている。この構造によりチャンバー内の断熱性や温度均一性が高められており、さらにドア開閉時や室温の変動があったとしても、庫内温度の急激な変化が避けられるため、安定した培養環境（特に温度）を維持することが可能である。
チャンバー内部には機種によって温度センサー、加湿水槽、CO₂・N₂（O₂）ガス供給口やサンプリングポート（内部ガスの取出しに使用）、加湿水バットなどが配置され、空間全体の環境が均一に保たれるよう設計されている。
チャンバー内部の気流の違いにより、自然対流式（温度差やガス供給口からのガス気流）と強制対流式（ファンによる循環）に分別することができる。
補足
チャンバー内部は常に清潔に保つ必要がある。壁面や棚板に結露やカビが発生するとコンタミネーションの原因になるため、定期的な清掃、紫外線殺菌機能や乾熱滅菌機能の活用が推奨される。
また、ドアの開閉はチャンバー内環境を乱すため、必要最小限にとどめることが理想。頻繁な開閉は温度変動や結露の原因となり、細胞にストレスを与える可能性がある。
「チャンバー」という言葉は、古くは薪などによる燃焼熱を用いて鶏の卵を孵化させるための部屋を指す言葉であったが、現在では熱以外にガス濃度や湿度などの環境を維持して細胞を培養する部分を指すようになった。
鶏卵孵化装置（施設）のイメージ図*1
卵を孵化させる部屋がチャンバーと呼ばれていました。*2
関連資料
*1：Egyptian Egg-oven（“Egyptian Egg-oven.” The Penny Magazine, Vol. II, No. 87, August 10, 1833）.Public Domain（米国著作権法に基づく）Wikimedia Commons.
*2：Traverse section and perspective elevation of an Egyptian Egg-oven（1833年）The Penny Magazine, Vol. II, No. 87, August 10, 1833.Public Domain（米国著作権法に基づく）Wikimedia Commons.
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インキュベーターとは？
インキュベーターの種類 − 導入編 –
ディッシュ（シャーレ、ペトリ）
細胞はディッシュの中で培養されます。
ディッシュは様々な直径のものが使用されます。
35mm（中央下）・60mm（左）・100mm（右）
代表的な3種類のディッシュのサイズ比較
定義
円形の平底または浅い容器で、細胞を培養するために用いられる実験器具。シャーレ、ペトリとも呼ばれ、実体に細胞を置いて培養する「本体」に「フタ」を置いて使用する。
フタを被せて使用します。
ディッシュによっては持ち手が工夫されています。
特殊な底面形状のディッシュ
（器官培養用・センターウェル）
IVFでよく利用される4ウェルディッシュ
ウェル以外の箇所も緩くカーブし胚の回収に使用可能
解説
古くは磁器やステンレス、ガラスが素材とされていたが、現代では大量生産や品質安定性、簡便性や観察の容易さからポリスチレンなどのプラスチック製が一般的となっている。透明であるため顕微鏡観察に適しているが、観察方法（特に微分干渉観察や蛍光観察）によっては、プラスチック自体が蛍光を放出したり光の向きを変えることで観察に支障が出る場合があるため、観察面がガラス製となっているものも存在する。
細胞培養用のものは表面に特殊な処理がされており、細胞が付着、増殖しやすい状態になっている。サイズは35mm、60mm、100mm、150mmなど多様で、実験目的に応じて選択される。
大部分のディッシュは内部へのガス交換を目的として、フタの内側に突起が数か所設けられることが多い。これによりフタがわずかに浮いて隙間ができ、ディッシュの内外が通じた環境を作り出している。。
胚培養では培地をドロップ状に置く場合があります。
フタ内側はガス交換のため突起が設けられています。
補足
取り扱い時には無菌操作が必須。本体にフタが乗っているだけであるため、容器を傾けたり、フタだけを持とうとすると培地がこぼれる恐れがある。ビニルテープやパラフィルムなどでフタを完全に密閉するとガス交換が阻害されるため、注意が必要。
Tフラスコ
Tフラスコで培養中のiPS細胞
細胞培養に広く利用されるT75フラスコ
最小のT12.5（上）と最大のT175（下）の比較
定義
平底または傾斜底の培養容器で、キャップを取り付けて使用する。机に置いて上から見た時、形状が「T」の字をしていることから名付けられた。
解説
Tフラスコは、培養面積を示す数字が「T」の後に続く（T25、T75、T175など）。用途や目的の細胞数に応じて、適切なTフラスコを使用する。細胞はフラスコの底面（広い面）に接着して増殖する。フラスコの素材は透明なプラスチックやガラスであるため、顕微鏡観察や培養状態の確認が容易である。キャップの種類としては、通気性を確保するため微細な孔を持つフィルターを備えたキャップ（ベントキャップ）や密閉性を持たせることが可能なキャップ（プラグキャップ）などがある。プラグキャップを用いて細胞を培養する場合は、CO₂インキュベーター内での酸素供給やガス交換のために一部緩めた状態で使用する。
補足
Tフラスコの名前は、注ぎ口とフラスコ本体が成す形状が由来と考えられている。この培養容器は、最初は吹きガラスで作られており、吹き込み口の部分と本体がTの字を成していたことからTフラスコと呼ばれたと考えられている。
プラグキャップ（左）とベントキャップ（右）
Tフラスコを注ぎ口から見た図
初期のガラス製培養用フラスコの作製イメージ図
クリーンベンチ
代表的なクリーンベンチの外観
前面の扉から向こう側は無菌空間です。
扉の隙間から手を差し込んで作業します。
定義
作業空間内の空気をHEPAフィルターで清浄化し、微生物やほこり（塵埃：じんあい）の混入を防ぐ作業台。
解説
細胞の播種や回収、培地交換や薬物添加といった作業は微生物やほこりによるコンタミネーションを防ぐため、無菌的におこなう必要がある（無菌操作）。クリーンベンチはこのような作業時に使用される。クリーンベンチ内の作業空間では、作業面に向かって均一な清浄空気の流れ（層流：ラミナーフロー）があり、外部空気の混入を防ぐ設計。清浄空気の流れ方で水平層流型と垂直層流型の2種類があり、用途に応じて選択される。細胞培養においては垂直層流型のクリーンベンチがよく使われており、清浄気流や吸気・排気の違いでさらに「垂直気流方式」と「循環方式」に区別される。クリーンベンチ内での操作時は、実験器具や培養容器などが空気の流れを乱さないように注意する必要がある。
垂直気流方式の概要図
循環方式の概要図
補足
安定した清浄環境を保つため、定期的なフィルター交換や、表面のアルコール消毒が推奨される。殺菌灯（UV）を有している場合は、紫外線によって器具（チップラックやマイクロピペッターなど）がダメージを受けることがあるので注意が必要。
なおクリーンベンチは無菌操作環境を提供するが、操作者の保護はできないため、病原性の高い微生物やウイルスといった病原体を扱う作業には安全キャビネット（BSC）が必要となる。定期的なフィルター交換と表面のアルコール消毒が推奨される。
殺菌灯の使用にはお気を付けください。
使用しないときは前面扉を閉じてください。
使用時の前面扉の開放高さにお気をつけください。
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細胞培養とは？
加湿バット
大部分の加湿バットは庫内底面に置かれています。
加湿水は滅菌した蒸留水などをお使いください。
加湿水の残量には注意してください。
定義
インキュベーター内に設置される浅い容器で、水を張ることで内部の湿度を高く保つために使われる。
解説
細胞培養では培地からの水分蒸発を抑え、浸透圧上昇やそれに伴う培地成分濃度の変化を最小限に留める必要がある。
培地の水分蒸発を抑えるためには、パラフィンやオイルなど水分子をほとんど通さず揮発しにくい液体を培地表面に重層することが挙げられる。しかし培地量やディッシュの枚数が多い場合は、個々の容器にオイルを重層するよりもインキュベーター内全体の湿度を高く保つことが合理的かつ実用的である。
インキュベーター内の湿度は、加湿バットに加湿水を設置することで維持される。加湿バットはインキュベーター底面に設置されることが多く、水の自然蒸発によって庫内空気を加湿する役割を担う。
使用する水は、カルシウムやマグネシウムといったミネラルの析出や、カビ・細菌といった微生物の繁殖を防ぐため、蒸留水または超純水を滅菌したものを用い、定期的に交換することが推奨される。
加湿水に防腐剤や抗菌剤を入れる場合もあるが、その際は培養している細胞や各種センサーなどに悪影響を及ぼさないものを選ぶ必要がある。
加湿バットは定期的に洗浄してください。
加湿バット内のモヤはカビである可能性が高いです。
白い浮遊物が確認されたらすぐに対処してください。
補足
加湿バットの加湿水が減ると庫内湿度が低下し、培養液が蒸発しやすくなる。その結果、培地の浸透圧上昇やpH変動が引き起こされ、細胞に悪影響を及ぼす可能性があるため、定期的な水量チェックが重要。
バットの清掃を怠るとバイオフィルムやカビの温床になり、インキュベーター全体のコンタミネーションリスクが高まるため、洗浄や交換が必須となる。
銀イオンを徐放する抗菌剤の一種
加湿水の微生物増殖を抑制
特殊な不織布が銀イオンを徐々に放出します。
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インキュベーターに湿度はなぜ必要なのか？ドライインキュベーターとの違いを徹底解説
湿度の低下による培地の蒸発