JPH0191768A - 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〕 本発明は鳴動植物の細胞や菌などの微生物を培饗するｔ
めの装置に関し、細胞等が雑ｍｖｃおかされることなく
・少ない動力で細胞等に酸素供給すると共に、培養液を
攪拌して代謝生産物の物質移動を促進することができる
ようにし九培養装置に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

動植物の細胞や１などの微生物を浮遊培養法で培養する
乏めには、培養液を介して細胞等に酸素を供給すると共
に・培養液と細胞等を部付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）Ｉｐ７図に
示すような培養装置を設け・散気管ｌ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ｔ
を攪拌・混合していた・なお１図中％３は培養槽（容器
）％４は攪拌機２の攪拌効果を高める九めに内壁面に突
設されｔ邪魔板、ｇは散気管ｌへ送り込む空気である。

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
あつ九・特に装置を大型化し九場合、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・ ｔｆ！−１８図に示すように、培養槽３の下方より空気
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ｔ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、空気を圧送する友め
の動力は更に過大になるという問題点があった。

また、本出願人が先に出頭した特願昭６２−８４９０１
号の軸流羽根車を用いｔ培養装置では、培養液を揚液す
るｔめに軸流羽根車を比較的速く回転させる必要があり
・細胞の種類によっては羽根車によって細胞が破壊され
る恐れがあった一 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ともに、細胞等を損傷させない
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、上記し九従来技術の問題点及び技術的課題を
解決するｔめに、らせん状の羽根と該羽根の外周に設け
られ両側を開放した円筒とを、培養槽内に傾斜して設け
、該羽根と円筒の両下方端を培養液中に浸漬し、両上方
端を培養液上方の酸素含有気体中に位置させ、上記らせ
ん状の羽根及び要すれば円筒を共にゆっくりと回転させ
ることＫ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、これにより酸素含有気体を
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
養液と細胞等を攪拌するようにしたことを特徴としてい
る。

〔作用〕

本発明は上記のようだ構成されでいるので、培養槽内圧
培養液を、らせん状羽根とその外周に設けられ定日筒の
両下方端を没する位置まで入れると％該培養液は１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Ｋよって囲ま
れ九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
のようにらせん状羽根と傾斜され定日筒内面とによって
区分さｎ自由表面をもった各培養液は、自由表面を保′
〕たまま順次、傾斜された円筒の底面に沿って上昇する
。

上記のような作用は１いわゆるアルキメデス−ソッと呼
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周面との間
隙部より下方へ向かっで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
。

上記のようにして円筒の下方から上方へ移送され九培養
液は、円筒上方の開放端から培養槽の液面下に落下する
が、この際、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、該培養液に酸素が
供給されると共に、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九培養液は〜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、上記の作用を操り返兄す
。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する０矛１図は
、本発明の才１実施例を示す細胞等の培養装置の縦断面
図である・ 図において、培養槽ｌｌ内に回転軸１２が傾斜して軸受
１３，１３によって支持して設けられており、該回転軸
１２には、らせん状の羽根１４が取付けられている。ま
た、該羽根１４の外側（外周）には・はぼその全長に亘
って・両側が開放され定日筒１５が隙間なく密に嵌装さ
れており、これらのらせん状羽根１４と円筒１５は一体
となって、回転軸１２によってゆっくりと回転されるよ
うになっている。

培養槽１１は、上部が蓋１６で密閉されており、内部に
は細胞Ｃ等を含んだ培養液りが・上記円筒１５とらせん
状羽根１４の両者の下方端が液面Ｗ以下に没す深さまで
収容されている。なお、図中、１７は軸受１３の内側に
設けられたシールである。

次に、作用について説明ｆる＠ 回転軸１２が停止状急にあるとき、培養液ｔは円筒１５
の下方開放端ｔｓｂから進入し・らせん状羽根１４と円
筒１５に囲まれｔ複数の空間ｔ１〜ｔ、　　Ｋ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。

次いで回転軸１２を駆動してらせん状羽根１４と外筒１
５とが一体になっでゆつく抄と回転すると、上記のよう
Ｋらせん状羽根１４によって区分されｔ各Ｊｌｌ養液は
、傾斜し定日筒１５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り、は１自由表面を
保ったまま、顆状１４　、ｔ５−−一のように連続的に
上方に移動し、やがて該円筒１５の上方開放端１５＆に
至ると１該開放端１５＆から、培養槽１１の液面Ｗ上方
の酸素含有気体ａ中に流出し、培養液り中に落下する。

落下に伴って酸素含有気体龜は培養液を中に巻き込まれ
１誼培養液Ｌ／Ｃ酸素を供給すると共に、該培養液りと
細胞Ｃ等とを攪拌混合する・まｔ−落下しｔ培養液ｔは
、円筒の下方開放端１５ｂの方へ矢印ｄに示すように移
動し１培養槽１１内全体の培養液ｔも攪拌され、再び培
養液りは円筒１５内に流入するり この実施例によれば、らせん羽根１４と円筒１５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１５
内で下方へ逆流することなく効率よく揚液される６ま九
原理的に羽根は極めてゆっくりしｔ回転数で機能を発揮
するので、羽根の九めに軟弱な細胞等が損傷することは
ないＯまｔ、傾斜し友円筒１５が回転することにより、
該円筒１５の下部の表面が培養液り中と酸素含有気体ａ
中とに交互に接するので・酸素供給効果が促進される・ 上記しｔ実施例において、円筒１５とらせん羽根１４と
を一体にしで回転させる構造についで説明し九が・円筒
１５を固定しておき、らせん状羽根１４だけを回転でき
るようＫしでもよいＱそのときは、円筒１５と羽根１４
の隙間を極力狭くする必要がある＠ ｉｔ、らせん状羽根１４０羽根面を回転軸１２ＫＩＩｌ
直に構成し九構造について説明したが、羽根面を軸に対
して傾斜させ、より効率良く揚液することも可能である
。また、回転軸１２にシール１７を用いずに、マグネッ
トカップリング等ヲ用いて雑菌の槽１１内への混入をよ
り完全に防止すること一可能である。

、？２図は１本発明の矛２実施例を示す培養装置の要部
平面図であ一す１．？３図は同じく縦断面図である。図
中、矛１図に記載しｔ符号と同一の符号は同一ないし同
類部分を示すものとする口この実施例では１培養槽２１
内に・二つの円筒２５％２５内にそれぞれ設は九二つの
らせん状羽根２４．２４が、互いに逆方向に傾斜して平
行に配置され、回転軸２２１″２２によって別々に駆動
されるよう忙なっている・ま九培養槽２１の底面２１＆
は％矛３図に示すように１らせん状羽根２４％２４を内
蔵しｔ二つの円筒２５％２５の下方開放端２５ｂ、２５
ｂの近傍で１それぞれ２１ｂのように下方に彎曲されて
おｏ１沈降性の細胞Ｃ等がらせん状羽根２４．２４の下
方端から流入し易くなっている。なお、図中、２６は、
培養槽２１内と外気とを連通させる通路に設けられたエ
アフィルタ％２７はセンサ類の挿入位置を示シテいる。

この実施例によれば、二つのらせん状羽根２４嘱２４を
同時に回転させることにより・細胞Ｃ等と培養液ｔとは
矢印ｄに示すように培養槽２１内全体を移動し、攪拌さ
れる０ 、？４図は、本発明の才３実施例を示す培養装置の縦断
面図であって、図中、矛１図に記載しｔ符号と同一の符
号は同一ないし同類部分を示すものとする。

この実施例では・らせん状羽根３４の中心部に軸がなく
１該らせん状羽根３４は、該羽根３４と一体に回転する
ように嵌装され定円筒３５を１駆動軸３２の軸端に取付
けられｔ駆動歯車３２１Ｌと円筒３５０局面だ形成され
ｔ被動歯車３５ａとを噛み合せて駆動することにより、
回転゛されるようになっている口図中、３３は槽１１内
に設けられた軸受、３４ａＶｉ軸孔であって該軸孔３４
＆は閉じていてもよい・ 才５図は・本発明の矛４実施例を示す培養装置の縦断面
図であって、図中、才１図に記載した符号と同一の符号
は同一ないし同類部分を示すものとする。

この実施例では、円筒１５の上方開放端１５ｍの更に上
方位置において、回転軸１２に、内方つまり円筒１５側
に向けで開口した椀形のガイド板４１が取付けられてお
り、上記円筒１５の上方開放端１５ａから液面Ｗに向か
って流出する流れの方向を制御するようＫ　ｆｘってい
る。

また、円筒１５の上方開放端１５ａの周縁部にも、外方
に鍔状に突出したリング状のガイド板４２が取付けられ
ており、更に、円筒１５の上方開放端１５ｍよりやや下
方の底部に、窓（開口）４３が穿設されている。

この実施例によれば、内方に開いた椀形のガイド板４１
が円筒１５の上方開放端１５ｍより上方位置に設けらｎ
でいるので、該円筒の上方開放端１５＆より流出しｔ培
養液を、培養槽１１の中央付近に落下させることができ
、それＫよって効率よく曝気１攪拌させることができる
・ ま友・円筒１５の上方開放端１５ａの外側に鍔状のガイ
ド板４２が設けられているので１培養液が円筒１５の外
面に沿って流れることが阻止される。更に、円筒１５の
上端よりやや下方に窓４３が設けられているので、培養
液が該窓４３からも落下し、より広い培養液の液面で曝
気攪拌することができる。

、？６図は、本発明の牙５爽施例を示す培養装置の縦断
面図であって一図中牙１図に記載し九符号と同一の符号
は同一ないし同類部分を示すものとする。

この実施例では、円筒１５の上方開放端ｌｓａ側におい
て、平板状のガイド板５１が、その上端を円筒１５の上
方開放端１５＆近傍に位置させ１下端を培養液り中に没
するようにしで、内側に傾斜して設けられている。

この実施例によれば、運転時、円筒１５の上方開放端１
５ａから流出し九培養液は、ガイド板５１に旧って培養
液りの液面Ｗ下に滑らかに流入する・そのため、液面Ｗ
への落下に伴う培養液の跳ね返りがなく、付近の培養槽
壁面等圧細胞Ｃ等が付着することがない・また・ガイド
板５１に沿って落下する流れに伴って、液面上方の酸素
含有気体ａも液面下に巻き込まれ、曝気・攪拌作用も上
記した他の実″施例と同程度にあるが、特にこの実施例
では、培養液を中に発生する剪断応力がより小さく、従
って細胞Ｃが損傷する開会も小さいＯ上記しｔ才４実施
例（牙５図）及び牙５実施例（２６図）において、ガイ
ド板４１及び５１を椀形及び平板状にそれぞれ形成しｔ
構造について説明し九が１形状等についてはこれらに限
らないことは勿論である・ 〔発明の効果〕 以上説明し友ように、本発明によれば、らせん状羽根と
その外周に設けられた円筒とを１培養槽内に傾斜して設
は１該羽根と円筒の両下方端を培養液中に没し、面上刃
端を培養液上方の酸素含有気体中に位置させ、上記らせ
ん状の羽根ケ回転させることにより培養液を揚液して円
筒の上方開放姑から培養液面上に落下させるようにした
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が損傷
することはない・ ま之、傾斜した円筒を下部を培養液に没しながら回転さ
せるようにしたことにより、円筒下部の表面が培巷液中
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。

従って、動植物の細胞や菌を効率良く培養液中で攪拌し
ながら酸素を供給すると共に１細胞等を損傷させない培
養装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

牙１図は本発明の矛１実施例を示す縦断面図、矛２図及
び才３図は本発明の矛２実施例を示す培養槽内の平面図
及び縦断面図、牙４図ないし１６図は本発明の牙３ない
し牙５の各実施例を示す縦１３．３３・・・軸受、　　
　１４．２４．３４・・・らせん状羽根、　　１５％２
５，３５・・・円筒、　　　１５１１１２５１Ｌ％　３
５ａ−・・上方開放端、　　１５ｂ、２５ｂ、３５ｂ・
・・下方開放端、　　　１６・・・蓋。 １７・・・シール、　　　４１．４２．５１・・・ガイ
ド板。 ４３・・・窓、　　ト・・酸素含有気体、　　ｂ・・・
気泡。 Ｃ・・・細胞・ 第２図 ７、ｌＵ　　　　　　　（７

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側を開
   放した円筒とを、培養槽内に傾斜して設け、該羽根と円
   筒の両下方端を培養液中に浸漬し、両上方端を培養液上
   方の酸素含有気体中に位置させ、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、これにより酸素含
   有気体を培養液中に巻き込んで培養液に酸素を供給する
   と共に培養液と細胞等を攪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、上記らせん状の羽根が軸を介して外部から回転され
   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。 ３、上記らせん状の羽根が該羽根の外周に設けられた円
   筒に密嵌され、一体となつて該円筒を介して外部から回
   転され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、上記らせん状の羽根と該羽根の外周に設けられた円
   筒とが２台、互いに逆方向に傾斜して平行に培養槽内に
   配置され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。 ５、上記培養液が円筒の上方端から流れの方向をガイド
   部材に案内制御されて培養液面上に落下されるようにな
   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。 ６、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５項記載の傾
   斜したらせん羽根車を用いた培養装置。