JPH03195488A

JPH03195488A - 生物細胞の通気培養方法及び通気ガス噴出装置及び通気培養装置

Info

Publication number: JPH03195488A
Application number: JP1332968A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ishida; 昌彦石田; Ryoichi Haga; 良一芳賀; Nobuko Nishimura; 信子西村; Harumi Matsuzaki; 松崎　晴美; Fumio Maruhashi; 丸橋　文雄; Takamori Nakano; 中野　隆盛
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1991-08-27
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH0773492B2

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、生物細胞の通気培養方法及び該方法の実施に
用いられる通気ガス噴出装置と培養装置に関するもので
ある。

（従来の技術）生物細胞の培養により医薬品等の多数の有用物資を工業
的に生産することが行われて来ており、特に近年インタ
ーフェロン等によって代表される生理活性物質の生産を
目的とする動物細胞の培養が活発に行われつつある。

現在、この種の培養に於ては、細胞、細胞集塊、組織等
それ自体、若しくはこれらを担体に担持した形態にて有
する粒子を培養液中に懸濁して行う懸濁培養方式と、細
胞を固定床に担持させ、培養液を移動させる培養方式と
が知られており、前者は、スケールアップが比較的容易
であることから、主流になっている。

生産効率の高い培養を行うためには、培養中に経時的に
変化する細胞濃度を適切に調節し、また生理活性の変化
に対応して過不足なく培養液中に於ける溶存酸素濃度或
いは溶存炭酸ガス濃度を調節することが必要である。

また、生物細胞の培養に於ては、生物培養の多くは、機
械的に脆弱であるため、酸素含有ガス或いは炭酸ガスの
如き通気ガスの供給と同時に、細胞を破壊しない流速で
培養液を混合流動させることも満足されなければならな
い。

生物細胞を培養するための代表的な方法或いは装置には
次に示す如き文献に示されたものが知られている。

特開昭６３−８４４９４号公報、特開昭６４−８６８６
７号公報、アクタ・ビオテクノロギカ。

２　（１）　ｐ３　（１９８２年）３１頁〜４１頁（Ａ
ｃｔａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａ　（１）　ｐ３
１−４１　（１９８２））　、化学雑誌、２１巻、Ｎｏ
、７．２１頁（昭和５８年）、トレンズ・イン・バイオ
テクノロジー３巻、Ｎｏ、７゜１６２頁〜１６６頁（Ｔ
ｒｅｎｄｓ　ｉｎ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ３　（
７）　ｐ１６２−１６６　（１９８５）　）　、バイオ
テクノロジー・アンド・バイオエンジニアリング、ＸＩ
Ｘ、１５０３頁〜１５２２頁（Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ　ａｎｄ　Ｂｉ。

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　ＸＩＸ、　ｐ１５０３−１
５２２　（１９７７）　）　、特開昭６２−２２９１９
２号公報。

上述の如き文献に示されてるものに於ては、培養槽内に
て培養液中に酸素含有ガス、炭酸ガスの如き通気ガスを
供給する通気ガス噴出手段としのて、謂ゆるスパージャ
は、ノズル孔径（散気用細孔径）が固定で、これが変化
しないものであり、培養液に於ける通気ガスの溶存ガス
濃度は、専ら通気ガスの通気量の調節により行われてい
るか、或いはノズル孔径が互いに異なった複数個のスパ
ージャの使い分けにより行われている。

（発明が解決しようとする課題）ノズル孔径が固定で、これが変化しない型式のスパージ
ャを使用した培養に於ては、通気ガスの溶解度と培養液
の流動速度の両方を満足できる範囲が比較的狭く限定さ
れ、このことにより要求される領域をカバーすることが
不可能になる場合がある。

更にその理由を詳しく説明すれば、通気ガスの溶解速度
はこれの通気量の増加に従い増加することと、同一通気
量であってもノズル孔径を小さくすることによって通気
ガスの泡径を小さくするほど気液接触面積が増大するこ
とにより通気ガスの溶解速度が増大することは既に公知
である。通気ガスの通気量は、細胞の培養に影響を与え
、これが少な過ぎると、培養液の流動が小さいため細胞
が培養槽底部に沈積し、これによって溶存酸素や栄養成
分の吸収、老廃成分の拡散が低減され、細胞が失活する
。これに対し通気量が多き過ぎると、脆弱な細胞が培養
液流動による剪断により破損を受ける。即ち、通気ガス
の通気量には自ずと各種細胞に固有の特性及び装置の構
造から決まる適正値が存在する。

一方、培養中に細胞は増殖による細胞濃度の変化や細胞
の生理活性の変化に対応して酸素要求量を変化するから
、培養方法及び培養装置としては、通気ガスの通気量と
通気ガス溶解速度の制御による酸素供給速度の調節可能
域が広いものが望まれる。

第１２図はノズル径が固定のスパージャを一基用いた場
合の通気速度と酸素供給速度との関係に於てそれらの調
節可能域を示しており、第１３図は互いに異なったノズ
ル孔径を有するノズル孔径が固定のスパージャを二基用
いた場合の通気速度と酸素供給速度との関係に於てそれ
らの調節可能域を示している。尚、通気速度は通気量に
相当し、酸素供給速度は通気ガス溶解度に相当する。

第１２図或いは第１３図に示されたグラフからも明らか
な如く、従来のものに於ては、細胞培養上、ガス溶解速
度は調節可能な通気量の範囲に対応して自ずと狭い範囲
に限定される。ノズル径が異なる二つのスパージャが用
いられた場合には、一つのスパージャの場合に比してガ
ス溶解速度の調節可能域が拡大され、ノズル径が異なっ
たスパージャが数多く併設される程、その領域は拡大さ
れるが、しかし培養槽の底部には、通常、ドラフトチュ
ーブ等が配設されているため、槽内底部は狭く、複数個
のスパージャを槽内底部に設ける、特に３基以上を並設
することは、スペース的に困難である場合があり、また
これは、培養槽の有効容積を低減するばかりでなく、培
養液の流動を阻害する方向に作用し、培養特性を悪化す
る原因にもなる。特に、ドラフトチューブは培養槽中に
於ける培養液の流動を大きくするために、その下端は可
及的に槽底部に接近して設けられることが好ましく、こ
のことと複数個のスパージャの併設は両立せず、ドラフ
トチューブによる培養液の流動性の向上のためにその下
端部が槽内底部に接近して設けられれば、槽内底部に複
数個のスパージャを併設することは極めて困難になる。

本発明者等は、上述の如き従来の培養方法及び培養装置
の欠点を改善し、培養中に経時的に変化する細胞濃度の
変化と細胞の生理活性の変化に対応して過不足なく酸素
等の通気ガスを培養液中に供給し、同時に細胞が損傷を
受けない通気量にて培養液を混合流動させる方法及び装
置を提案すべく鋭意検討を重ねた。

この結果、単基によってノズル孔径を変化し得る新規な
スパージャを創案し、これを用いて通気量の変化に優先
してノズル孔径を調節することにより通気ガスの泡径を
変化させて通気ガスの溶解度を調節することにより、上
述の如き課題を解決できることを見出した。

本発明は、上述の如き鋭意検討の結果、見出された事象
に基いて幅広い範囲に亘って通気ガスの溶解度を調節す
ることができる生物細胞の通気培養方法及びこの通気培
養方法の実施に使用される通気ガス噴出装置、更にこの
通気ガス噴出装置を用いた培養装置を提供することを目
的としている。

（課題を解決するための手段）上述の如き目的の一つは、本発明によれば、培養液中に
所定の通気ガスを通気して生物細胞の培養を行う通気培
養方法に於て、培養液中に通気ガスを供給する通気ガス
噴出手段のノズル孔径を変化させることにより培養液中
に於ける通気ガスの泡径を変化させて通気ガスの培養液
に対する溶解度を調節することを特徴とする生物細胞の
通気培養方法によって達成される。

上述の如き本発明による生物細胞の通気培養方法に於て
は、通気ガス噴出手段のノズル孔径の調節は通気ガスの
通気量及びガス組成の調節に優先して行われてよい。

また、上述の如き本発明による生物細胞の通気培養方法
に於ては、生物細胞は動物細胞であり、通気ガスは酸素
含有ガスと炭酸ガスの何れか或いはその組合せであって
よい。

また上述の如き本発明による生物細胞の通気培養方法に
於ては、ノズル孔径の変化は、ゴム状弾性材により構成
されたノズル構成部材の弾性変形により、或いは径の異
なる複数の孔を集合したノズルに於いて一部のノズル孔
を選択的に遮蔽することにより、或いは各ノズル孔の孔
径を部分的に遮蔽することにより行われればよい。

上述の如き目的の他の一つは、本発明によれば、生物細
胞の通気培養のために培養液中に通気ガスを供給する通
気ガス噴出装置に於て、通気ガス噴出用のノズルを構成
するゴム状弾性材製のノズル構成部材と、前記ノズル構
成部材を弾性変形させる弾性変形手段とを有しているこ
とを特徴とする通気ガス噴出装置、或いはノズル孔径が
互いに異なったノズルを複数個有するノズル構成部材と
、前記複数個のノズル孔のうちの所定のノズル径のノズ
ル孔を選択的に遮蔽する遮蔽手段とを有することを特徴
とする通気ガス噴出装置、或いは通気ガス噴出用のノズ
ルを構成するノズル構成部材と、前記ノズル孔を部分的
に遮蔽する遮蔽手段とを有することを特徴とする通気ガ
ス噴出装置によって達成される。

上述の如き目的の残りの一つは、本発明によれば、培養
槽と、前記培養槽中に設けられた可変ノズル孔径型スパ
ージャと、前記培養槽の培養液中に於ける溶存ガスの濃
度を検出する溶存ガス濃度検出手段と、前記溶存ガス濃
度検出手段により検出される溶存ガス濃度に基いて前記
可変ノズル径型スパージャのノズル径を変化させる制御
装置とを有していることを特徴とする通気培養装置によ
って達成される。

本発明による方法或いは装置に適用され得る生物細胞は
特に限定されず、これは動物細胞、植物細胞、微生物細
胞であってよく、これらの細胞は細胞が単独状態であっ
ても集合状態であってもよい。細胞が集合状態とは、細
胞相互が付着した集塊や組織を指し、また他の材料、例
えばマイクロビーズ、ハニカム、繊維等に細胞を付着さ
せたもの、或いは細胞を包括固定化したものも含む。

本発明による通気培養方法或いは装置に用いられる培地
は、液体培地であれば特に限定されず、供試細胞或いは
培養条件等に応じて適宜に選択されればよい。例えば、
炭素源としては、低分子から高分子に亘るＩＪ！類、有
機酸、アルコール等が用いられ、窒素源としては、アミ
ノ酸、ペプチド、無機窒素源等が用いられる。その他、
細胞の種類、培養条件に応じ血清、アルブミン、ビタミ
ン類、無機塩類、有機ｐＨ￥！！衝剤、抗性物質、増殖
促進因子、接着因子、分化因子等の成分が用いられる。

本発明による方法或いは装置にて適用される培養方法は
、細胞或いは培養を含む粒状物を液中に懸垂状態にて流
動させて培養する方式でも、細胞を固定して液のみを流
動させる方式であってもよい。即ち、本発明による方法
及び装置は、液中に通気して気泡と液とを接触させるこ
とにより細胞の生体反応やｐＨ等の液性調部に必要なガ
ス成分を溶解させる方式の培養全般に用いることが可能
である。

通気する通気ガスは適宜選択使用されればよい。

−船釣には、空気、酸素、炭酸ガスを単独又は空気、酸
素、炭酸ガス、窒素の何れかを混合して用いる。これら
のガスは培養期間中、ガス成分を固定しても変化させて
用いてもよい。これらの通気ガスは、通常、微生物フィ
ルタ濾過等により無菌処理したものが用いられる。

使用する培養槽は液中通気方式のものであればよく、特
に限定されない。例えば、ドラフトチューブ或いは整流
板を有するものであってよい。培養槽の形状も円筒に限
定されず、角状、板状であってもよい、また、培養液の
撹拌のために撹拌手段が付設された培養槽であってもよ
い。

ゴム状弾性材製のノズル構成部材の弾性変形によりノズ
ル径を変化させる場合に於ては、これを弾性変形させる
ための外力はノズル構成部材の水平方向、例えば外側方
や中心部から、或いは垂直方向から、或いはこれらと成
る角度を有する方向から作用させてもよい。ノズル構成
部材を構成するゴム状弾性材は、目的とする培養条件に
適するよう、例えばスチーム殺菌を要する場合には耐熱
性を備え、長期間使用する場合には耐水性を有し、弾性
疲労に耐える材質のものが適宜選択されればよい。この
ノズル構成部材を構成するゴム状弾性材としては、例え
ば合成ブタジェンゴム、シリコンゴム等が適当である。

またゴム状弾性材製のノズル構成部材にその弾性変形の
ための外力付与は、ノズル構成部材の周りに形成された
圧力室に流体圧を供給することにより流体圧式に行われ
ても、或いは永久磁石と電磁石とを用いて電磁力により
行われてもよい。

（作用）上述の如く、本発明による生物組織の培養方法に於ては
、スパージャの如き通気ガス噴出手段のノズル径の変化
によって溶存ガス濃度が調節される。

また本発明による通気ガス噴出装置に於ては、ノズルの
ノズル径が変化することにより、これより噴出される通
気ガスの泡径が一基のスパージャによって幅広い範囲に
亘って変化するようになる。

（実施例）以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明による生物細胞の通気培養装置の一つの
実施例を示している。第１図に於て、１は円筒状の培養
槽を、２は培養槽の底部に配置されたスパージャを、３
はドラフトチューブを、４は恒温水ジャケットを、５は
培養槽上部に設けられた消泡ネットを、７は溶存酸素セ
ンサを、８は液流速センサを各々示している。

培養槽１内には液体培地移送配管９によって液体培地貯
槽１０より液体培地が供給され、培養槽１内の培養液は
培養液移送配管１１によって培養液貯槽１２へ送り出さ
れるようになっている。

スパージャ２は第２図乃至第４図に示されている如く、
流体圧によりノズル孔径を変化する可変ノズル孔径型の
スパージャであり、これには、通気ガス移送配管１３に
よって酸素ガスボンベ１５の酸素ガスと炭酸ガスボンベ
１６の炭酸ガスと炭酸ガスボンベ１７の炭酸ガスとニア
コンプレッサ１４の空気とが所定の混合比をもって通気
量調節装置１８により、その通気量を調節されつつ供給
されるようになっており、またノズル孔径調節用流体圧
としてノズル孔径調節用流体圧供給配管１９によってニ
アコンプレッサ１４よりの空気圧がノズル孔径調節装置
２０によりその流量を調節されつつ供給されるようにな
っている。

尚、第２図に於て、２１は各々ガスフィルタを示してい
る。

次に第２図乃至第４図を用いて本発明による通気ガス噴
出装置の一つの実施例について説明する。

これらの図に於て、３０はステンレン鋼の如き剛体によ
り形成されたほぼ円筒状のノズルケーシングを示してお
り、ノズルケーシング３０内には円盤状のノズル構成部
材３２が同心状に配置されている。ノズル構成部材３２
は、その全体をシリコンゴムの如きゴム状弾性材により
構成され、上面に開口した複数個のノズル（散気用細孔
）３４を有している。ノズル３４の全ては、集合室３５
を経て通気ガス取入口３６に連通し、これより酸素含有
ガスの如き通気ガスを供給されるようになっている。

ノズルケーシング３０の内周部とノズル構成部材３２の
外周部との間には円環状空間３８が存在しており、円環
状空間３８にはゴム状弾性部材により構成された袋体４
０により円環状の加圧室４２が設けられている。加圧室
４２は、ノズル孔径調節用空気圧出入口４４に連通し、
これより空気圧を選択的に与えられるようになっている
。

袋体４０は加圧室４２に与えられる空気圧に応じて膨張
し、この膨張によりゴム状弾性材製のノズル構成部材３
２をその外周面より周方向に均一に縮径方向に加圧する
ようになっている。この縮径方向の加圧により、ノズル
構成部材３２は縮径方向に収縮すべく弾性変形し、これ
に応じてノズル３４のノズル孔径が減少するようになる
。

これとは反対に加圧室４２の空気圧が低減することに応
じて袋体４０が収縮し、これに応じてノズル構成部材３
２が自身の弾性力により復元膨張し、この膨張に応じて
ノズル３４のノズル孔径が増大するようになる。

従って、加圧室４２に供給する空気圧が増減制御される
ことにより、ノズル３３のノズル孔径が連続的に変化す
るようになる。

上述の如きスパージャのノズル３４のノズル孔径の調節
は、第１図に示された実施例に於ける溶存酸素濃度セン
サ７により検出される培養槽ｌ内の培養液に於ける溶存
酸素濃度に応じてこの溶存酸素濃度が設定域内になるよ
うに通気量制御に優先して行われる。

第５図は上述の如き溶存酸素濃度制御の制御プロセスの
一例を示している。第５図に示されたフローチャートに
於ては、溶存酸素濃度センサ７によって溶存酸素濃度の
検出が行われ、溶存酸素濃度が設定域内にあるか否かの
判別が行われる。溶存酸素濃度が設定域以外である時は
スパージャのノズル孔径調節制御が実施される。このノ
ズル孔径調節は、溶存酸素濃度が設定域より大きい時に
は加圧室４２に供給する空気圧を低減してノズル孔径を
大きくすることが行われ、これに対し溶存酸素濃度が設
定域より小さい時には加圧室４２に供給する空気圧を増
大してノズル孔径を小さくすることが行われる。

そしてこの実施例に於ては、スパージャのノズル孔径調
節では溶存酸素濃度が設定域内に調節され得ない場合は
、二次制御手段としてスパージャより培養槽１内に供給
する通気ガスの通気量を調節することが行われる。

第６図はスパージャの各ノズル孔径に対する通気速度と
酸素供給速度との関係を示している。このグラフから、
通気速度が一定であってもノズル孔径の変化によって酸
素濃度供給速度がノズル孔径の変化幅に応じた変化幅を
もって変化し、これの調節可能域が広いことが理解され
よう。

上述の実施例に於ては、加圧室４２はノズル構成部材３
２とは別体のゴム状弾性部材製の袋体４０により構成さ
れているが、これは第７図に示されている如く、ノズル
構成部材３２の外周部にこれと一体に形成されていても
よい。

ゴム状弾性部材製のノズル構成部材３２０弾性変形は、
流体圧に代えて電磁力により行われるように構成されて
いてもよく、この場合の実施例は第８図に示されている
。尚、第８図に於て、第２図乃至第４図に対応する部分
は第２図乃至第４図に付した符号と同一の符号により示
されている。

かかる実施例に於ては、ノズル構成部材３２の外周縁部
近傍に複数個の永久磁石４６が埋設され、ノズルケーシ
ング３０側には永久磁石４６の各々に対向する位置に電
磁石４８が固定配置されている。

この実施例に於ては、電磁石４８の電磁力により永久磁
石４６が磁気的に吸引或いは反発することによってノズ
ル構成部材３２が拡径方向或いは縮径方向に弾性変形し
、この弾性変形に応じてノズル３４のノズル孔径が変化
するようになる。

第９図は本発明による通気ガス噴出装置の他の一つの実
施例を示している。尚、第９図に於ても第２図乃至第４
図に対応する部分は第２図乃至第４図に付した符号と同
一の符号により示されている。かかる実施例に於ては、
ノズルケーシング３０は逆円錐状のノズル構成部材受入
孔３１を有し、ノズル構成部材３２は、ゴム状弾性材に
よりノズル受入孔３１に整合する逆円錐状に構成され、
受入孔３１内に挿入されている。ノズル構成部材３２の
下端部にはこれを軸線方向に引張するためのベローズ式
引張装置５０が設けられており、この引張装置５０の流
体圧出入口５２にノズル径調節用空気圧が供給されるよ
うになっている。

この実施例に於ては、引張装置５０に与えられる流体圧
によってノズル構成部材３２が図にて下方に引張される
ことにより、ノズル構成部材３２はノズルケーシング３
０のノズル受入孔３１に案内されて縮径変形し、これに
よってノズル３４のノズル孔径を減少する。これとは反
対に引張装置５０に与えられる空気圧の低減によって引
張装置５０が復元伸長することに伴いノズル構成部材３
２は、引張を低減或いは解除されて自身の弾性力により
復元拡径し、ノズル３４のノズル孔径を増大するように
なる。

第１０図は本発明による通気ガス噴出装置のもう一つの
実施例を示している。第１０図に示された実施例に於て
は、円筒体の一部分を除去された如き形状をなすノズル
ケーシング６０にノズル構成ドラム６２がノズルケーシ
ング６０に対し自身の中心軸線周りに回転可能に設けら
れている。ノズル構成ドラム６２はそのドラム外周面の
全体に亘って複数個のノズル６４を有しており、このノ
ズル６４は一つの母線に沿って配列されたものに於ては
実質的に同一ノズル径になっているが、各母線に沿って
延在するノズル６４の各々のノズル径は互いに異なって
おり、ノズル６４はドラムの周方向に見て互いに異なっ
たノズル径を有している。ノズル６４は、ノズルケーシ
ング６０の開口部６１より外部に露呈しているもののみ
開口状態を保ち、ノズルケーシング６０内に位置するノ
ズル６４はノズルケーシング６０の周壁面によって遮蔽
されて実質的なガス噴出作用を行わないようになってい
る。ノズル構成ドラム６２は通気ガス取入口を兼ねた中
空軸６６によってノズルケーシング６０より回転可能に
支持され、この中空軸６６の外周部には歯車６８が取付
けられている。歯車６８は、電動機７０の駆動歯車７２
と噛合し、電動機７０によって回転駆動されるようにな
っている。

ノズル構成ドラム６２が電動機７０により回転駆動され
、これがノズルケーシング６０の開口部６１より外部に
露呈する部分がその周方向に変化することにより、外部
に露呈するノズル６４が変化し、これによってガス噴出
に有効なノズル６４が切換わり、実際に通気ガスの噴出
を行うノズル６４のノズル孔径が変化するようになる。

また第１１図は本発明による通気ガス噴出装置の他の一
つの実施例を示している。この実施例に於ては、ノズル
構成部材８０に比較的大きい径のノズル孔８２が複数個
設けられ、シャツタ板８４に設けられたシャッタ孔８６
とノズル孔８２との整合度合によりノズル孔８２が部分
的に遮蔽され、これによって有効ノズル孔径が変化する
ようになっている。

この場合、ノズル孔８２は、シャツタ板８４の移動方向
に対し同一幅を有していても、その幅が変化していても
よく、この形状によってシャツタ板８４の移動による有
効ノズル径の変化特性が任意に定められる。孔の形状は
円形に限定されず楕円形、三角形、四角形、多角形、帯
状等適宜選択される。

実ｍユ第２図乃至第４図に示されている如きスパージャを第１
図に示されている如き培養装置に組込んで動物細胞の懸
濁培養を行った。

培養槽としては、槽内径が１２０ＩＩＩＩ１１で、内部
に直径７５ＩｌｌＩｌ、長さ４８０ｓ＋ｓのドラフトチ
ューブを有し、張込み液量が５リツトルの円筒形のもの
を用い、槽内液位深さを６００ｍｍとし、槽内温度は恒
温水ジャケットにより３７°Ｃに調節した。

供試細胞はラット肝癌細胞株Ｊ　Ｔ　Ｃ−１（Ｊａｐａ
ｎＴｉｓｓｕｅ　Ｃｕ１ｔｕｒｅ　Ｎｏｌ　、日本組織
培養学会保存）を用いた。種培養はイーグルＭＥＭ培地
を用い、偏平フラスコにて培養後、ローラボトルで培養
した。これの培養温度は３７°Ｃで行った。この培養液
を遠心分離して細胞を回収して接種用細胞とした。

培養槽内にイーグルＭＥＭ培地を５リツトル導入後、細
胞濃度がＩ　Ｘ　１０　ｈｃｅｌｌｓ　／ｍｌとなる様
に上記接種細胞を接種し、３６〜３８℃、ｐＨ６８〜７
．２でｌＯ日間培養した。°通気ガスは酸素及び炭酸ガ
スを窒化したものを用いた。この通気ガスの組成は酸素
３０％、炭酸ガス５％、窒素６５％である。溶存酸素濃
度の設定値（設定域）は２．０±Ｏ，ｌｐｐｍとした。

培養後２日目、６日目、１００日目各々の結果を第１表
、第２表、第３表に示した。

第５図に示されている如きフローチャートに従って溶存
酸素濃度に応じてノズル孔のノズル孔径を通気量に優先
させて制御することにより、溶存酸素濃度は常時設定値
以内に保たれ、液流速も細胞の沈積や損傷の起こらない
好適域内に保たれ、これによって高い細胞濃度で且つ高
い生存率に達した。

一方、同仕様装置により同一バッチの種細胞を用いてス
パージャのノズル孔径を固定して通気量のみの変化によ
り溶存酸素濃度を制御した比較例１．２の結果を第１表
乃至第３表に付記した。

実施例１と比較例１とに於ては、既に２日目及び６日目
で細胞濃度がＩ　Ｘ　１０６ｃｅｌｌｓ　／ｍｌに達し
ている。比較例１に於ては、酸素の溶解が１×１０　ｂ
ｃｅｌｌｓ　７ｍ１以上の細胞濃度に於ける溶存酸素の
消費に追い付かなくなり、ノズル径が大きいと、酸素濃
度が高くなる１０日目では通気量を増大しても酸素供給
が不足し、また液流速が細胞の破損が起きる範囲に入る
ため実施例１に比して効果的な培養ができなくなった。

一方、ノズル孔径を小さく固定した比較例２に於ては、
通気量を操作可能な下限値にしても培養初期（２日目）
にて細胞濃度が低い時点では溶存酸素が設定値である好
適値を外れること及び低通気量のため細胞が槽底部に沈
積し、細胞の死を招いた。

この結果より明らかな如く、本発明による如くノズル孔
径調節が通気量調節に優先して行われれば、従来のノズ
ル孔径固定式のものに比して優れた培養が行われること
が理解されよう。

第１表〈培養開始後２日目での状況〉第３表く培養開始後１０日目での状況〉〔発明の効果〕以上の説明から理解されるように、本発明による生物組
織の培養方法に於ては、スパージャの如き通気ガス噴出
手段のノズル孔径の変化によって溶存ガス濃度が調節さ
れるから、通気量変化によりこれが行われる場合に比し
て細胞の破壊を招くことなく、且つ液の混合流動に適し
た狭い通気速度域でも培養時に必要な広い範囲のガス溶
解速度に対応でき、広い領域範囲に亘って良好な通気培
養が行われるようになる。

また本発明による通気ガス噴出装置に於ては、ノズルの
ノズル孔径が変化することにより、これより噴出される
通気ガスの泡径が一基のスパージャによって幅広い範囲
に亘って変化するようになり、培養槽内に於ける設置の
問題を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による生物細胞の通気培養装置の一つの
実施例を示す概略構成図、第２図は本発明による通気ガ
ス噴出装置の一つの実施例を示す斜視図、第３図は第２
図に示された通気ガス噴出装置の縦断面図、第４図は第
３図の平面図、第５図は本発明による通気ガス噴出装置
が用いられて行われる溶存酸素濃度制御要領を示すフロ
ーチャート、第６図はスパージャのノズル径の変化に伴
う通気速度と酸素供給速度との関係に於て酸素供給速度
を調節できる領域を示すグラフ、第７図は本発明による
通気ガス噴出装置の他の実施例を示す縦断面図、第８図
乃至第１１図は各々本発明による通気ガス噴出装置の他
の実施例を示す斜視図、第１２図はノズル孔径が変化し
ないスパージャが用いられた場合の通気速度と酸素供給
速度との関係に於て酸素供給速度をｔＰ４　ｆｉｆｆで
きる領域を示すグラフ、第１３図はノズル孔径が互いに
異なるスパージャが二基設けられた場合に於ける通気速
度と酸素供給速度との関係に於て酸素供給速度を調節で
きる領域を示すグラフである。１・・・培養槽　　　　２・・・スパージャ１９・・・
エアーコンプレッサ２０・・・ノズル径調節装置０２４２８２４２６・・・ノズルケーシング・・・ノズル構成部材・・・ノズル　　　４０・・・袋体・・・加圧室　　　４６・・・永久磁石・・・電磁石　
　　６０・・・ノズルケーシング・・・ノズル構成ドラ
ム・・・ノズル　　　８０・・・ノズル構成部材・・・ノ
ズル　　　８４・・・シャツタ板・・・シャッタ孔第２図３４第５図第６図通気速度第７図第８図第９図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）培養液中に所定の通気ガスを通気して生物細胞の
培養を行う通気培養方法に於て、培養液中に通気ガスを
供給する通気ガス噴出手段のノズルの孔径を変化させる
ことにより培養液中に於ける通気ガスの泡径を変化させ
て通気ガスの培養液に対する溶解度を調節することを特
徴とする生物細胞の通気培養方法。
（２）請求項１に記載の生物細胞の通気培養方法に於て
、通気ガス噴出手段のノズル孔径の調節は通気ガスの通
気量及びガス組成の調節に優先して行うことを特徴とす
る通気培養方法。
（３）請求項１又は２に記載の生物細胞の通気培養方法
に於て、生物細胞が動物細胞であり、通気ガスが酸素含
有ガスと炭酸ガスの何れか或いは組合せであることを特
徴とする通気培養方法。
（４）請求項１乃至３の何れかに記載の生物細胞の通気
培養方法に於て、ゴム状弾性材により構成されたノズル
構成部材の弾性変形によりノズル孔径を変化させ、これ
より噴出する通気ガスの泡径を調節することを特徴とす
る通気培養方法。
（５）請求項１乃至３の何れかに記載の生物細胞の通気
培養方法に於て、径の異なる複数の孔を集合したノズル
に於いて一部のノズル孔を選択的に遮蔽することにより
通気ガス噴出のために有効なノズル径を変化させ、これ
より噴出する通気ガスの泡径を調節することを特徴とす
る通気培養方法。
（６）請求項１乃至３の何れかに記載の生物細胞の通気
培養方法に於て、通気ガス噴出用のノズルの各孔の孔径
を部分的に遮蔽することによりこれの有効ノズル径を変
化させ、これより噴出する通気ガスの泡径を調節するこ
とを特徴とする通気培養方法。
（７）生物細胞の通気培養のために培養液中に通気ガス
を供給する通気ガス噴出装置に於て、通気ガス噴出用の
ノズルを構成するゴム状弾性材製のノズル構成部材と、
前記ノズル構成部材を弾性変形させる弾性変形手段とを
有していることを特徴とする通気ガス噴出装置。
（８）生物細胞の通気培養のために培養液中に通気ガス
を供給する通気ガス噴出装置に於て、ノズル孔径が互い
に異なった孔集合部分を複数個有するノズル構成部材と
、前記複数個の孔集合部分のうちの所定のノズル径の孔
集合部分を選択的に遮蔽する遮蔽手段とを有することを
特徴とする通気ガス噴出装置。
（９）生物細胞の通気培養のために培養液中に通気ガス
を供給する通気ガス噴出装置に於て、通気ガス噴出用の
ノズルを構成するノズル構成部材と、前記ノズル孔を部
分的に遮蔽する遮蔽手段とを有することを特徴とする通
気ガス噴出装置。
（１０）培養槽と、前記培養槽中に設けられた可変ノズ
ル径型スパージャと、前記培養槽の培養液中に於ける溶
存ガスの濃度を検出する溶存ガス濃度検出手段と、前記
溶存ガス濃度検出手段により検出される溶存ガス濃度に
基いて前記可変ノズル孔径型スパージャのノズル孔径を
変化させる制御装置とを有していることを特徴とする通
気培養装置。