JPH01112977A - 傾斜したらせん羽根車を用いた培養装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、動植物の細胞や菌などの微生物を培養するた
めの装置に関し、細胞等を損傷させることなく、少ない
動力で効率的に細胞等に酸素供給すると共に１培養液を
攪拌することができる培養装置に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

動植物の細胞や菌などの微生物を浮遊培養法で培養する
ためＫは、培養液を介して細胞等に酸素を供給すると共
に、培養液と細胞等を混合攪拌して代謝生産物の物質移
動を促進する必要がある。

従来は、例えば第３図に示すような培養装置を設け、散
気＃ｆｔ１から気泡すを培養液を中に放出すると共に、
攪拌機２によって該培養液りを攪拌・混合していた。な
お、図中、３は培養槽（容器）、４は撹拌機２の攪拌効
果を高めるために内壁面に突設された邪魔板、ｇは散気
管ｌへ送シ込む空気である。

しかしながら、上記従来の装置では、攪拌機の回転によ
って細胞等が破損し易く、培養効率が低いという欠点が
あった。特に装置を大型化した場合、同じ回転数であっ
ても攪拌羽根先端の速度は大きくなるから、細胞等を破
損する確率も高くなり、好ましくない。また、培養４１
！！３へ外部の空気を圧入するため、外部空気の雑菌が
培養槽内に混入しないように除菌フィルタの使用が不可
欠である。しかし、除菌フィルタは極めて微細な間隙を
有する多孔体であるので、その過大な流動抵抗と培養液
の水圧に打ち勝って大量の空気を通過させるには、多大
の動力が必要となり、また、攪拌のための羽根車にも別
途動力が必四であるという問題点があった。

また、第４図に示すように、培養槽３の下方よシ空気ｇ
を送り込んで槽内で気泡すを発生させ、該気泡すだけに
よって培養液ｔを流動攪拌させるようにした培養装置で
は、培養が進んで培養液りの粘度が大きくなると、十分
な攪拌効果を得ることができ・ず、空気を圧送するため
の動力は更に過大になるという問題点があった。

そこで本出願人は、上記問題点に対処するために、先に
特願昭６２−２４８０７５号の傾斜したらせん羽根車を
用いた培養装置を出願した。このものは、箒５図に示す
ように、培養槽１１の内部に、両端を開放した円筒１５
を傾斜して設け、該円筒１５の下方開放端１５ｂを培養
液を中に浸漬し、上方開放端１５ａを培養液面Ｗの上方
に位置させるとともに、該円筒内部に全長に互ってらせ
ん状の羽根１４を設け、該らせん状羽根１４及び璧すれ
ば円筒１５をゆつくシと回転させるととＫよシ、培養液
を円筒１５の下方から上方へ移送し、円筒上方開放端１
５ａから該培養液を液１ｆｒＷＫ落下させるようにし、
これにより培養液上方のｃｆ！素含有気体ａを培養液を
中に巻き込んで培養液中に酸素を供給すると共に、矢印
ｄのように移動する間に培養液と細胞等とを攪拌混合す
るようにしたものである。なお図中、１２け回転軸、１
３は軸受、１６は蓋、１７はシール部材であシ、またｔ
１〜ｔ５は、円筒１５内でらせん状羽根１４と円筒内面
とによって囲まれた領域で自由表面を有する各区分液で
、運転時、アルキメデスポンプと呼ばれるポンプ原理に
よって順次上昇（湯液）される状態を示している。

しかしながら、上記のものにも次のような問題点があっ
た。（＋）培養槽１１に対して斜めに羽根１４等を設け
ているため、培養槽全体が大きくなシ、羽根車によって
単位時間に循環する流量の割に培養液全体の積が大きく
、効率の良い攪拌を行なうことができない。また（１）
培！１！槽１１は雑菌の混入を防止するために逐次殺菌
する必要があるが、培養槽が必要以上に大きいため、殺
菌作業かやシにくい。更Ｋ　（ｌｉｌ）最適な羽根の傾
斜角を調節可能とすることが構造上困難である。

本発明は、動植物の細胞や菌を効率良く培養液で攪拌し
ながら酸素を供給すると共に、細胞等を損傷させず、し
かも培養槽全体を小型化できる培養装置を提供すること
を技術的課題としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記した従来技術め問題点及び技術的課題を
解決するために、らせん状の羽根と該羽根の外周に設け
られ両端を開放した円筒とを、培養槽の側壁つまり円筒
と対向している培養槽壁面と平行に設け、上記培養槽を
羽根及び円筒と共忙鉛直方向く対し傾斜させて支持し、
該培養槽を傾斜させた状態で、上記羽根と円筒の両下方
端の少くとも一部を培養液中Ｋｆｊ＆潰させると共に上
方端を培養液上方の酸素含有気体中に位置させ、この状
態で少くとも上記らせん状の羽根と及び安すれば上記円
筒とを回転させることによシ培誉液を揚液して円筒の上
方端から培養液面上に落下させるようにしたことを特徴
としている。

なお、実施に当っては、上記培養槽の傾斜角度を可変に
するのが望ましい。

〔作　用〕

本発明は上記のように構成されているので、鉛直方向に
対して傾斜して支持された培養槽内に、培養液を、らせ
ん状羽根とその外周に設けられだ円筒の両下方端を少く
ともその半分程度が培養液面中に没する位置まで入れる
と、該培養液は、上記円筒内において円筒外とほぼ同一
レベルに達し、該円筒内で、培養液はらせん状羽根と円
筒内面とによって囲まれた領域で自由表面を有する。

次いで、この状態でらせん状羽根を回転させると、上記
のようＫらせん状羽根と傾斜された円筒内面とによって
区分され自由表面をもった各培養液は、自由表面を保っ
たまま順次、傾斜された円筒の底面ＫＧって上昇する。

上記のような作用は、いわゆるアルキメデスポンプと呼
ばれるポンプの原理によるものである。

この際、培養液が、円筒内面とらせん状羽根局面との間
隙部よシ下方へ向かって逆流するのを防ぐために、円筒
内にらせん状羽根を密嵌し両者を一体にして回転するの
が最も望ましく、静止された円筒内でらせん状羽根を回
転させるときは、両者の隙間を極力狭くする必要がある
。

上記のようＫして円筒の下方から上方へ移送された培養
液は、円筒上方の開放端から培−ａ檜の液面下に落下す
るが、との際、培養槽の液面上に存在する酸素含有気体
を巻き込んで培養液中に落下するので、該培養液Ｋｔｖ
＆素が供給されると共ｅこ、培養液と細胞等とが攪拌さ
れる。

上記のようにして落下した培養液は、培養槽内を円筒下
方の開放端の方へ移動し、培養槽内全体の培養液も攪拌
しながら再び円筒内へ流入し、上記の作用を繰シ返す。

上記のようく、らせん状羽根と円筒の雨下端面は、少く
ともその半分程度が培養液面中に没していればよく、ま
た、円筒の上端から落下する培養液の落下点付近には、
培養液面がなくてはならない。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の第１実施例に示す培養装置の縦断面
図であって、図中、第５図に記載した符号と同一の符号
は同一ないし同類のものを示すものとする。

図において、培養槽２１内に、軸受２３に支持された回
転軸２２と、該回転Ｐｈ２２に取付けられたらせん状羽
根２４と、該羽根２４の外側（外周）にほぼその全長に
互って隙間なく密に嵌装された両端が開放された円筒２
５とが、培養槽２１の上記円筒２５と対向している側壁
２１ａと平行に設けられており、これらのらせん状羽根
２４と円筒２５は一体となって回転軸２２によってゆつ
くシと回転されるようＫなっている。

上記培養槽２１ば、−側（図で右側）が蓋２６で密閉さ
れており、且つ鉛直方向に対して傾斜角度を変化させる
ようにしたグリップ２８を介して、スタンド２９に固定
して支持されている。

また、上記回転軸２２は、らせん状羽根２４が軸回によ
る汚染を防止するために、マグネットカップリング３０
を介して、図示しないモータによって駆動されるパワー
ケーブル３１に連結されるようＫなっている。

上記マグネットカップリング３０ば、パワーケーブル３
１に接続され内面にマグネツ）　Ｍｌ　を取付けた椀形
駆動部材３０ａの内側に、ステンレス等の非磁性材料で
構成された隔壁部材３０ｂを介して、外周にマグネツ）
　Ｍ２を取付けた被動部材３０ｃを配置して構成されて
おシ、両マグネツ）　Ｍ１＋　Ｍ２の相互の磁気作用に
よって駆動及び被動両部材３０ａと３０ｃとが磁気的に
結合されて動力（トルク）を伝達するよう釦なっている
。なお、図中、２７はシール部材、３２はセンサ類挿入
位置である。

次に、作用について説明する。

培養槽２１がグリップ２８によって図示のように傾斜さ
れると、内部のらせん状態＆２４と円筒２５も一体にな
って傾斜される。

回転軸２２が停止状態にあるとき、培養液ｔは円［２５
の下方開放端２５ｂから進入し、らせん状羽根２４と円
筒２５に囲まれた複数の空間ｔ１〜ｔ３に区分されるが
、何れも同一の液面（自由表面）Ｗを保っている。　゛ 次いで、外部モータよシパワーケーブル３１とマグネッ
トカップリング３０を介して回転軸２２を、駆動し、ら
せん状羽根２４と外筒２５とが一体になってゆつ〈シと
回転すると、上記のようＫらせん状羽根２４によって区
分された各培養液は、傾斜した円筒２５の底面に沿って
徐々に上方に移動され、停止時に最上位にあった区分液
ｔｓｌｄ、自由表面を保ったまま、順次１４　＊　ｔ５
−−一のように連続的に上方に移動し、やがて該円筒２
５の上方開放端２５ａに至ると、該開放端２５ａから培
養槽２１の液面Ｗ上方の酸素含有気体ａ中に流出し、培
養液を中に落下する。

落下に伴って酸素含有気体ａは培養液を中に巻き込まれ
、該培養液ｔＫ酸素を供給すると共に１該培養液ｔと細
胞Ｃ等とを攪拌混合する。また、落下した培養液ｔは、
円筒の下方開放端２５ｂの方へ矢印ｄに示すように移動
し、培養槽２１内全体の培養液ｔも攪拌され、再び培養
液ｔ／ｆｉ円筒２５内に流入する。

この実施例によれば、らせん状羽根２４と円筒２５とは
隙間なく嵌装され一体になって回転されるので、円筒２
５内で下方へ逆流することなく効率良く揚液される。ま
た原理的に羽根は極めてゆつくりした回転数で機能を発
揮するので、羽根のために軟弱な細胞等が損傷すること
はなくまた、傾斜した円筒２５が回転することにより、
該円筒２５の下部の表面が培養液を中と酸素含有気体ａ
中とく交互に接するので、酸素供給効果が促進される。

また、らせん状羽根２４及び円筒２５等が培養槽２１と
共に任意の傾斜角度を保つことができるように構成され
ているので、培養液ｔの液面Ｗも、らせん状羽根２４に
対して任意の傾斜角度を持たせることができる。従って
、培養液の量や必要とする曝気量等によって最適な傾斜
角度で運転させることができる。

また、回転軸２２及びらせん状羽根２４は、隔Ｍｉ３０
ｂＫよって外気と遮断されたマグネットカップリング３
０を介して駆動されるようＫなっているので、培養［２
１は外気と速断され、従って雑菌による汚染を防止する
ことができる。ま九該回転軸２２は、外部のモータから
パワーケーブル３１を介して駆動されるようになってい
るので、外部モータとの相対位置変化を吸収することが
できる。

第２図は、本発明の第２実施例を示す培養装置の縦ｒＩ
Ｒ面図であって、図中、第１図に記載した符号と同一の
符号は同一ないし同類のものを示すものとする。

この実施例では、円筒２５の上方開放端２５ａと対向す
る蓋２６の内側に、内方つまシ円筒２５側に向けてガイ
ド板３５が取付けられておシ、円筒の上方開放端２５ａ
から液面Ｗに向かって流出する流れの方向を制御し、該
流出（落下〕する培養液をより深い液深をもつ位ｆｆ１
ｉＫまで到達させて、より多くの酸素含有気体ａを培養
液中に巻き込ませるようになっている。また、円筒２５
の上方開放端２５ａよ勺やや下方の底部に窓（開口）３
６が穿設されている。

この実施例によれば、ガイド板３５が円筒２５の上方開
放端２５ａと対向するようＫその下方に設けられている
ので、該円筒の上方開放端２５ａより流出落下した培養
液を、よ）深い液深をもつ培養槽２１の中央付近の位置
に！で到達させてより多くの酸素含有気体ａを培養液中
に巻き込ませることができる。

ま九、円筒２５の上端よりやや下方に窓３６が設けられ
ているので、培養液の一部を該窓３６から液面ＷＫ″落
下させ、より広い範囲で酸素含有気体ａを培９Ｎ液中に
巻き込ませることができる。

なお、上記のガイド板３５を円錐板状に形成して回転軸
２２に設け、らせん状羽根２４と共に回転させるように
してもよい。また、円筒２５の上方開放端２５ａの外側
に、図示しない、４状のガイド板を設けるようにすれば
、培養液が上方開放端２５ａから円筒２５の外面に市っ
て流れるのを阻止することができる。

上記した第１．第２の一実施例において、円筒２５とら
せん状羽根２４とを一体にして回転させる構造について
説明したが、円筒２５を固定しておき、らせん状羽根２
４だけを回転させるようにしてもよい。そのときは、円
筒２５と羽根２４の４間を極力狭くする必要がある。

また、回転＠２２をマグネットカップリング３０を介し
て１べ動するようにした構造について説明したが、通常
のように軸封装置を介して貫通された回転軸によって、
駆動させるようにすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
奏される。

（１）　　らせん状の羽根と該羽根の外周に設けられた
円筒とを培養槽の側壁と平行に設け、培養槽を羽根及び
円筒と共に鉛直方向に対し傾斜させるようにしたことに
よシ、培養愕に対して傾斜してらせん状羽根等を設ける
ようにした本出願人の先頭に係るものに比べて、培養槽
全体を小型化するととができる。従って、効率のよい攪
拌を行なうことができ、また培養槽内の殺囚作業が容易
となる。

更にまた、培ｇ！倍の傾斜角度を変化させるようにすれ
ば、状況に応じてらせん状羽根の液面に対する傾斜角度
を調節して効率良く揚液させることが容易となる。

（Ｉｔ）　　培養槽を傾斜させた状態で、らせん状羽根
と円筒の両下方端を培養液中に凌貨させ、上方端を酸素
含有気体中に位置させるようにしたことにより、原理的
に羽根は極めてゆっくりした回転数で機能を発揮するの
で、羽根のために軟弱な細胞等を損傷することがない。

また、円筒下部の表面が培養液中と酸素含有気体中とに
交互に接するので、酸素の供給が促進される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１及び第２の各実施例を
示す培養装置の縦断面図、第３図及び第４図は従来例を
示す各説明図、第５図は本出願人の先願に係る培養装置
の縦断面図である。 ２１・・・培養槽、２１ａ・・・側壁、２２・・・回転
軸、２４・・・らせん状羽根、２５・・・円筒、２５ａ
・・・上方開放端、２５ｂ・・・下方開放端、２６・・
・蓋、２８・・・グリップ、２９・・・スタッド、３０
・・・マグネットカップリング、 ３１・・・パワーケーブル、３５・・・ガイド板、３６
・・・窓、　ａ・・・咳素含有気体、　ｂ・・・気泡、
Ｃ・・・細胞、　ｔ・・・培養液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、らせん状の羽根と該羽根の外周に設けられ両端を開
   放した円筒とを、培養槽の側壁と平行に設け、上記培養
   槽を羽根及び円筒と共に鉛直方向に対し傾斜させて支持
   し、該培養槽を傾斜させた状態で、上記羽根と円筒の両
   下方端の少くとも一部を培養液中に浸漬させると共に上
   方端を培養液上方の酸素含有気体中に位置させ、この状
   態で少くとも上記らせん状の羽根を回転させることによ
   り培養液を揚液して円筒の上方端から培養液面上に落下
   させるようにし、酸素含有気体を培養槽内の培養液中に
   巻き込んで培養液に酸素を供給すると共に培養液を撹拌
   するようにしたことを特徴とする傾斜したらせん羽根車
   を用いた培養装置。 ２、上記培養槽の傾斜角度が可変になつている特許請求
   の範囲第１項記載の傾斜したらせん羽根車を用いた培養
   装置。 ３、培養液が上記円筒の上方端から流出方向をガイド部
   材に案内制御されて培養液面上に落下するようになつて
   いる特許請求の範囲第１項記載の傾斜したらせん羽根車
   を用いた培養装置。 ４、上記円筒の上方開放端よりやや下方の底部に窓が設
   けられている特許請求の範囲第１項又は第３項記載の傾
   斜したらせん羽根車を用いた培養装置。 ５、上記円筒が上記らせん状の羽根と共に回転されるよ
   うになつている特許請求の範囲第１項ないし第４項の何
   れか１項記載の傾斜したらせん羽根車を用いた培養装置
   。