JPH0240315B2 - Keishashitarasenhanegurumaomochiitabaiyosochi - Google Patents

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、培養液が撹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、培養液と細胞等を混合撹拌し
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、散気管１から気泡ｂを培養液ｌ中に放出す
ると共に、撹拌機２によつて該培養液ｌを撹拌・
混合していた。なお、図中、３は培養槽（容器）、
４は撹拌機２の撹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１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、撹拌機の
回転によつ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た。特に装置を大型化した場
合、同じ回転数であつても撹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、培養槽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イルタの使用が不可欠であ
る。しかし、除菌フイルタは極めて微細な間隙を
有する多孔体であるので、その過大を流動抵抗と
培養液の水圧に打ち勝つ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、撹拌の
ための羽根車にも別途動力が必要であるという問
題点があつた。

また、第４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ｂを発生させ、
該気泡ｂだけによつて培養液ｌを流動撹拌させる
ようにした培養装置では、培養が進んで培養液ｌ
の粘度が大きくなると、十分な撹拌効果を得るこ
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つた。

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、
第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ｌ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亙つてらせん状の羽
根１４を設け、該らせん状羽根１４及び要すれば
円筒１５をゆつくりと回転させることにより、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１５ａから該培養液を液面Ｗに落下させ
るようにし、これにより培養液上方の酸素含有気
体ａを培養液ｌ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
養液と細胞等とを撹拌混合するようにしたもので
ある。なお図中、１２は回転軸、１３は軸受、１
６は蓋、１７はシール部材であり、またl₁〜l₅は、
円筒１５内でらせん状羽根１４と円筒内面とによ
つ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
プ原理によつて順次上昇（揚液）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
点があつた。(i)は培養槽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
り、羽根車によつて単位時間に循環する流量の割
に培養全体の量が大きく、効率の良い撹拌を行な
うことができない。また(ii)培養槽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、殺菌作業がやり
にくい。更に(iii)最適な羽根の傾斜角を調整可能と
することを構造上困難である。

本発明は、動植物の細胞や菌を効率良く培養液
で撹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、上記した従来技術の問題点及び技術
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と及び要すれ
ば上記円筒と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
ようにしたことを特徴としている。

なお、実施に当つては、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た
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
面とによつ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、上記のようにらせん状羽根と傾斜された円筒
内面とによつて区分され自由表面をもつた各培養
液は、自由表面を保つたまま順次、傾斜された円
筒の底面に沿つて上昇する。

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周
面との間隙部より下方へ向かつて逆流するのを防
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。

上記のように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撹拌される。

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
の培養液も撹拌しながら再び円筒内へ流入し、上
記の作用を繰り返す。

上記のように、らせん状羽根と円筒の両下端面
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
の縦断面図であつて、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、該回転軸２２に取付けられ
たらせん状羽根２４と、該羽根２４の外側（外
周）にほぼその全長に亙つて隙間なく密に嵌装さ
れた両端が開放された円筒２５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は一体となつて回転軸２２によつてゆつ
くりと回転されるようになつている。

上記培養槽２１は、一側（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ツプ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
雑菌による汚染を防止するために、マグネツトカ
ツプリング３０を介して、図示しないモータによ
つて駆動されるパワーケーブル３１に連結される
ようになつている。

上記マグネツトカツプリング３０は、パワーケ
ーブル３１に接続され内面にマグネツトM₁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、外周にマグネツトM₂を取付けた被動部材
３０ｃを配置して構成されており、両マグネツト
M₁，M₂の相互の磁気作用によつて駆動及び被動
両部材３０ａと３０ｃが磁気的に結合されて動力
（トルク）を伝達するようになつている。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がグリツプ２８によつて図示のよう
に傾斜されると、内部のらせん状羽根２４と円筒
２５も一体になつて傾斜される。

回転軸２２が停止状態にあるとき、培養液ｌは
円筒２５の下方開放端２５ｂかな進入し、らせん
状羽根２４と円筒２５に囲まれた複数の空間l₁〜
l₃に区分されるが、何れも同一の液面（自由表
面）Ｗを保つている。

次いで、外部モータよりパワーケーブル３１と
マグネツトカツプリング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
になつてゆつくりと回転すると、上記のようにら
せん状羽根２４によつて区分された各培養液は、
傾斜した円筒２５の底面に沿つて徐々に上方に移
動され、停止時に最上位にあつた区分液l₃は、自
由表面を保つたまま、順次l₄，l₅…のように連続
的に上方に移動し、やがて該円筒２５の上方開放
端２５ａに至ると、該開放端２５ａから培養槽２
１の液面Ｗ上方の酸素含有気体ａ中に流出し、培
養液ｌ中に落下する。

落下に伴つて酸素含有気体ａは培養液ｌ中に巻
き込まれ、該培養液ｌに酸素を供給すると共に、
該培養液ｌと細胞ｃ等とを撹拌混合する。また、
落下した培養液ｌ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ｌも撹拌され、再び培養液ｌは円筒２
５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とは隙間なく嵌挿され一体になつて回転され
るので、円筒２５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ｌ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。

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ｌ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。従つて、培養液の量や必
要とする曝気量等によつ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
壁３０ｂによつて外気と遮断されたマグネツトカ
ツプリング３０を介して駆動されるようになつて
いるので、培養槽２１は外気と遮断され、従つて
雑菌による汚染を防止することができる。また該
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つているので、
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
の縦断面図であつて、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、内方つまり円筒２５
側に向けてガイド板３５が取付けられており、円
筒の上方開放端２５ａから液面Ｗに向かつて流出
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置にまで到達させ
て、より多くの酸素含有気体ａを培養液中に巻き
込ませるようになつている。また、円筒２５の上
方開放端２５ａよりやや下方の底部に窓（開口）
３６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と対向するようにその下方に
設られているので、該円筒の上方開放端２５ａよ
り流出落下した培養液を、より深い液深をもつて
培養槽２１１の中央付近の位置にまで到達させて
より多くの酸素含有気体ａを培養液中に巻き込ま
せることができる。

また、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Ｗに落下させ、より広い範囲で酸素含有気
体ａを培養液中に巻き込ませることができる。

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、図示しない鍔状のガイ
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の外面に沿つて流れるのを阻
止することができる。

上記した第１、第２の両実施例において、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２４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
隙間を極力狭くする必要がある。

また、回転軸２２をマグネツトカツプリング３
０を介して駆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
た回転軸によつて駆動され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。

(i) 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り、培養槽に対して傾斜し
てらせん状羽根等を設けるようにした本出願人
の先願に係るものに比べて、培養槽全体を小型
化することができる。従つて、効率のよい撹拌
を行なうことができ、また培養槽内の殺菌作業
が容易となる。更にまた、培養槽の傾斜角度を
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。

(ii) 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浸漬させ、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、２
５ａ……上方開放端、２５ｂ……下方開放端、２
６……蓋、２８……グリツプ、２９……スタツ
ド、３０……マグネツトカツプリング、３１……
パワーケーブル、３５……ガイド板、３６……
窓、ａ……酸素含有気体、ｂ……気泡、ｃ……細
胞、ｌ……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。