JPH04299974A - 光を必要とする被培養物の培養装置 - 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】本発明は光を必要とする被培養物
の培養装置に係り、特に培養中の被培養物に効率的に、
かつ、均一に光を照射するのに好適な培養装置に関する
。

【従来の技術】植物の光合成を自然界よりも高速度で行
ない、菌体、藻類等を培養するに際し、一般的に用いら
れる光源としては、太陽光、蛍光灯、ハロゲンランプ、
水銀灯等が利用した培養装置が使用乃至提案されている
。図８〜図９はこのような光を必要とする被培養物の培
養装置の従来例を示している。図８（Ａ）は光を透過す
る材質からなる培養槽３１の周囲を支持部３３に設置さ
れた蛍光灯、ハロゲンランプ、水銀灯等からなる光供給
部３２により覆う構造となっており、培養槽３１と光供
給部３２が完全に分離している。図８（Ｂ）は、培養槽
３４内に光源（図示せず）で得られた光を集光した後、
伝送するための光ファイバ３５の端面を配置させ、この
端面から培養液３６に対して光を照射するようになって
いる。図９は培養槽３７の中心部を貫通する保護筒３８
を設け、この保護筒３８内に交流電源４０に接続された
蛍光灯４１を嵌挿し、蛍光灯４１から保護筒３８を透過
させて保護筒３８外部の培養槽３７内の培養液３９に光
を照射している。

【発明が解決しようとする課題】図８（Ａ）に示すよう
な培養装置の場合、培養槽３１内の被培養物に対する光
の照射時間の調整は可能であるが、被培養物に対して効
率的に、かつ、均一に光を照射することが困難であり、
また、培養槽３１は光を透過する材質で構成する必要が
あり、大型の培養装置には実用上の問題がある。また、
図８（Ｂ）に示すような培養装置においては、培養液３
６全体に光を照射するためには、光ファイバ３５の束の
径を培養槽３４に相当する程度の大きさにする必要があ
る。しかし、光ファイバ３５は加工が困難であり、また
、大容量化によるコスト高となり、しかも、光ファイバ
３５の発光部に付着した被培養物の除去作業が困難なた
め、連続的な培養操作が困難となる。さらに、図９に示
すような培養装置の場合、蛍光灯４１による均一化され
た照射が困難であり、蛍光灯４１の強度が弱い点から、
保護筒３８を必要とする結果、培養槽３７に構造上の制
約が生じる。本発明の目的は、上記した従来技術の課題
を解決し、培養槽の構造上の制約を生じることなく、大
型の培養装置に対しても適用することができ、しかも培
養中の被培養物に対して効率的に、かつ、均一に光を照
射して安定な被培養物の培養を行なうことができる光を
必要とする被培養物の培養装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、培養槽内に、光源部からの光を反射
する層と拡散する層とを少なくとも備えた筒状体からな
り、その軸方向に対する光の減衰を減少させて筒体外側
に照射される光を均一化した発光筒体を配置し、培養槽
内の被培養物に発光筒体を介して光を照射するようにし
た構造としたものである。また、発光筒体を培養槽に対
して移動自在に設置し、培養槽内の培養液内に挿入され
る発光筒体の長さを調整可能とした構造とする。さらに
、光源部と発光筒体との間に特定波長域の光を選択的に
透過するフィルタを配置し、かつ、発光筒体の培養槽側
端部を閉鎖し発光筒体の内部に液体又は気体を導入し、
発光筒体内の液体又は気体を排出して発光筒体による培
養槽内の液温度を調整する手段を設けた構造とする。ま
た、培養槽内に撹拌羽根を有する回転軸を設け、これら
の撹拌羽根及び回転軸の少なくとも一部を発光筒体で構
成し、さらに発光筒体に複数の細孔を形成し、発光筒体
内部に気体を供給し、細孔から気体を排出させる手段を
設けたものである。

【作用】培養槽内に、光源部からの光を反射する層と拡
散する層とを少なくとも備えた筒状体からなり、その軸
方向に対する光の減衰を減少させて筒体外側に照射され
る光を均一化した発光筒体を配置することによって、発
光筒体が均一に発光し、培養槽内の培養液に対して均一
に光を照射できる。発光筒体を培養槽に対して移動自在
に設置して、培養槽内の培養液内に挿入される発光筒体
の長さを調整する構造によって、発光筒体は発光した状
態で培養液中に挿入し、または引き抜くことができる。 光源部と発光筒体との間を区画し、その間に特定波長域
の光を選択的に透過するフィルタを配置することによっ
て、発光筒体は発光部と光源部と区画され、光源部の熱
が発光部に影響する割合が少なくなり、かつ、光ファイ
バを用いることなく、太陽光を培養液、海水等の内部に
供給でき、したがって、大規模な培養装置が可能となる
。発光筒体の培養槽側端部を閉鎖し発光筒体の内部に液
体又は気体を導入し、発光筒体内の液体又は気体を排出
して発光筒体による培養槽内の液温度を調整することに
よって、培養液をその培養に最も適した温度に調整でき
、効率的、かつ安定した培養操作が可能となる。培養槽
内に撹拌羽根を有する回転軸を設け、これらの撹拌羽根
及び回転軸の少なくとも一部を発光筒体で構成すると、
培養液の撹拌と共に培養液に対して光を均一に照射でき
、効率的な培養が可能となり、装置が簡略化する。 発光筒体に複数の細孔を形成し、発光筒体内部に気体を
供給し、細孔から気体を排出させる手段によって、培養
液内に、例えば、培養に必要な二酸化炭素等のガスを供
給できる。

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１（Ａ）は本発明の第１実施例を示す培養装置
である。図１（Ａ）において、培養槽１の中心部に発光
筒体２が配置されており、この発光筒体２は、その先端
部（培養槽１側端部）が閉鎖されており、後端部は開口
されて人工光源部３とフィルタ６を介して接続されてい
る。フィルタ６は光の波長を変換または特定波長域の光
を選択的に供給するための作用を有している。フィルタ
６としては、ガラスフィルタ又は２ａ族−５ｂ族の化合
物、例えば、ＳｒＳ系化合物が好適である。フィルタに
ＳｒＳ系化合物を用いると、特定の励起波長のみが選択
的に異なった波長にシフトし、発光することによって、
発光する波長の光のエネルギーが増大するため、同一光
源を用いた場合、被培養物に必要な任意の波長のエネル
ギーを増大させることができる。また、ガラスフィルタ
の場合には、目的とする波長のみを透過させるが、ガラ
スフィルタは必要に応じて複数枚設置してもよい。発光
筒体２の材質は、発光筒体２を培養液や海水中等中に挿
入するので、疏水性のものがよく、蒸気処理によって変
性しないものが好適である。また、発光筒体２の内部で
気体、液体を注入するので、内部拡散材等の材質として
は、耐熱、耐圧性であることが望ましい。培養槽１内に
は培養液４が蓄えられ、培養液３内には被培養物５が分
散されている。図中、７は気・液供給系を示しており、
人工光源部３または発光筒体２に気体または液体を供給
または封入するようになっている。また、発光筒体２と
人工光源部３とは一体的となってスタンド８により上下
移動可能となっている。この移動機構によって、培養槽
１内に挿入される発光筒体２の長さが調節可能となって
いる。ここで、上記した液体としては、例えば、水等が
発光筒体２及び／又は人工光源部３の温度制御のために
使用され、上記した気体としては、空気等が発光筒体２
及び／又は人工光源部３の温度制御のために使用される
。このような培養装置においては、発光筒体２は全体が
ガラス製で構成されており、筒の片側が開口し、他方が
閉鎖されている。発光筒体２の内部には拡散反射材が被
覆されており、筒の開口している側に光源を取り付ける
ことによって筒体が均一に発光する。したがって、この
ような発光筒体２を用いると、培養液４内に発光した状
態で挿入または抜き出すことができるために、発光部に
付着した被培養物の洗浄が容易になる。図１（Ｂ）は本
発明の第２実施例を示す培養装置の側面及び上平面を示
す構成図である。この培養装置は、培養槽１の中心部に
配置された発光筒体２の上端部にフィルタ６が設置され
ており、このフィルタ６に光ファイバ９の長さ方向端部
が接続されている。この培養装置においては、太陽光を
集光し、光ファイバ９で伝送して発光筒体２の内部で発
光させるために、光ファイバ９の断面から直接発光させ
る場合と比べて発光面積が拡大し、培養効率が向上する
ことになる。図１（Ｂ）においては、発光筒体２と光フ
ァイバ９との間にフィルタ４を設置しているが、このフ
ィルタ９は必ずしも設けることはなく、被培養物に好適
な波長からなる光を照射する光源からなる場合には、光
ファイバ９を省略することができる。図２（Ａ）は本発
明の第３実施例を示す培養装置である。この培養装置は
、培養槽１の中心部に設置された攪拌羽根１０の軸部に
発光筒体２を用いたものである。この培養装置において
は、モ−タ−１１によって培養液４が攪拌されると共に
発光筒体２から放射状に光が均一に供給されるために培
養効果が高いものとなる。なお、発光筒体２は、培養槽
における培養液の量等の応じて撹拌羽根１０及びその軸
部の少なくとも１部を構成するものでもよい。第２図（
Ｂ）は、本発明の第４実施例を示す培養装置である。 この培養装置においては、培養槽１の中心部に設置され
た発光筒体２が昇降機１２によって発光筒体２の軸方向
に対し上下移動可能となっている。したがって、この装
置においては培養液４の中に挿入される発光筒体２の長
さを任意に選定することができるため、培養液４内の被
培養物への光の供給量を調節することによって増殖速度
を制御することができる。また培養槽１から培養液４を
抜き出すことなく、発光筒体２を培養液４から抜き出す
ことができるために発光筒体２に付着した被培養物の洗
浄が容易となる。図３、図４及び図５は本発明の第５実
施例を示す培養装置であり、図４は図３の内部詳細図、
図５は図４の平面図である。この培養装置は、培養槽１
の上部中心部に円筒状の開口部が形成されており、この
開口部に発光筒体２が挿入されパッキン１４を介在して
シ−ルキャップ１３が施されている。発光筒体２の上部
側には環状の発光筒体支持部１７が設けられ、この発光
筒体支持部１７には環状の合成樹脂製リング１８を介在
してボルト１９によって発光筒体２に固定されており、
発光筒体支持部１７にはガス注入孔１５ａを有するリン
グ１５が発光筒体２の内部空間部２ａに連通した状態で
設けられている。また発光筒体支持部１７には二本のガ
ス排出孔１６が穿設されている。人工光源部３には、図
４に示すように発光筒体支持部１７の上端面にはフィル
タ２１がフィルタ支持部２２に固定されており、その上
方にはランプ２３が半球状の反射板２４の内部に設置さ
れている。ランプ２３はケ−ブル２５を介し電圧調整器
等に接続されている。また、人工光源部３の側壁面には
ファン２０が設置されている。上記のような培養装置に
おいては、ガス注入口１５ａからノズル１５を介して発
光筒体２の内部空間部２ａにガスが注入され、このガス
は発光筒体先端部２ｃ面に到達し、ガス排出孔１６から
筒外部へ放出される。このように発光筒体２の内部空間
部２ａに供給するガスの温度、ガスの量等を制御するこ
とによって培養液４の液温を制御し、培養に適した温度
に調整することができる。また、発光筒体２の円周側面
部に形成された細孔２ｂを形成することによって発光筒
体２内部から培養液４内へガスを供給することができる
。この細孔２ｂから培養液内に供給されるガスとしては
、ＣＯ２　、空気＋ＣＯ２　、Ｎ２　、Ｎ２　＋空気等
が挙げられ、ＣＯ２　、空気＋ＣＯ２　等のガスを用い
る場合、培養液の温度制御と同時に被培養物の光合成反
応を促進する。また、ランプ２３から照射される光は半
球状の反射板２４を介して発光筒体２の軸方向に略均一
に光が照射され、この光は発光筒体２より培養液４へ均
一に照射される。更に図３に示すように発光筒体２を固
定する際に、合成樹脂製リング１８を介してボルト１９
により締めつけられており、発光筒体２の固定作業時に
おける発光筒体２の破損を防止できる。更にランプ１３
からの光照射によって人工光源部３を構成するケーシン
グ内の蓄熱を防止することができる。なお、図３におい
ては、ランプ２３を設けているが、ランプ２３の代わり
に光ファイバを設けることもできることは言うまでもな
い。図６は本発明における発光筒体の基本原理を示し、
発光筒体は基本的には光源部と発光部とからなっている
。光源部から照射された発光部内において図中矢印Ａで
示すようにパイプ内を反射しながらパイプの軸方向に沿
って進行する。図７は発光筒体の構造、材質及び機能を
示す説明図である。図７に示すように発光筒体２はその
内部側から順次エクストラクタ−２６、プリズムライト
ガイド２７、拡散シ−ト２８、拡散フィルム２９及びハ
ウジング３０を積層とした構造となっている。エクスト
ラクタ−１ａはポリエチレンシ−ト等から形成されてお
り、光源から取り入れた光を透過し、プリズムライトガ
イド２７に光を供給するために設けられる。プリズムラ
イトガイド２７はアクリル樹脂等から形成され、エクス
トラクタ−２６を透過した光線束をこの部分で反射させ
て方向を変えたり、複屈折を利用して光を分散させ、拡
散シ−ト２８に光を透過させるために設けられる。拡散
シ−ト２８は、ポリエチレンシ−ト等から形成され、プ
リズムライトガイド２７を透過した光線束を拡散（分散
）させ、外周部へ光を透過させるために設けられる。拡
散フィルム２９は、ポリエステルフィルム等から形成さ
れ、拡散シ−ト２９を透過した光線束をこの部分で拡散
（分散）させて外周部へ光を透過させるために設けられ
る。ハウジング３０は、内部の積層構造体を保護すると
共に光を外部へ透過させるために機能し、例えばアクリ
ル樹脂、ガラス等で構成される。上記のように発光筒体
２の光源より筒体内部に侵入した光（光線）は、筒体内
部で軸方向へ反射しながら進む光（図６のＡ）と、筒体
外部にでる光（図７のＢ及びＣ）に大別される。これら
の光路及び光量を考慮し、発光筒体１の全ての面から均
一に光が外部に照射されるように（１）軸方向に対して
内部積層部の材質の種類、厚さ、積層数などを変化させ
る，（２）軸方向に対して図７に示すプリズムライトガ
イド２７の形状、頂角、ピッチ数、プリズム角、プリズ
ム高さなどを変化させる。このような内部構造を任意に
変化させ、主として軸方向の光の減衰を防止している。 したがって、発光筒体２からの光は、その軸方向に対し
て均一に光が照射する。

【発明の効果】以上のように本発明によれば、（１）被
培養物の増殖速度が向上し、被培養物によるＣＯ２　固
定化の光利用率が向上する，（２）培養槽を光が透過し
ない材質で構成することができるので、材質上の制約が
なく大型の培養槽とすることができ、かつ、その内部に
均一に光を照射することができる，（３）光源部と発光
部との間にフィルタを設置することによって、被培養物
に特定波長域の光を可変的に供給することができる，（
４）光ファイバにより光を伝送し、その端面で発光させ
る従来例と比較し、発光面積が増大すると共に被培養物
の剥離作業が容易である、（５）回転軸及び撹拌羽根の
いずれかを発光筒体で構成すると、発光部が回転しつつ
、発光するために、均一な発光操作と同時に被培養物の
付着を防止することができる、（６）光源部と発光部と
を分離する構造とすることによって、培養液の昇温を未
然に防止することができる，（７）発光筒体を培養液か
ら出し入れ可能とすると、発光部に付着する被培養物の
剥離、洗浄が容易となる，（８）発光筒体は蛍光灯に比
較して、培養液の発熱防止、照度の調整が容易である，
（９）発光筒体内部に気体又は液体を供給可能な構造と
することによって、培養液温度の調整ができ、発光筒体
内部から培養液内に気体に供給することによって、培養
に必要な気体を供給でき、培養効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の第１実施例を示す培養装置の
概略的構成図、（Ｂ）は本発明の培養装置の第２実施例
を示す概略的構成図である。

【図２】（Ａ）は本発明の培養装置の第３実施例を示す
概略的構成図、（Ｂ）は本発明の培養装置の第４実施例
を示し装置の操作状態をそれぞれ示す説明図である。

【図３】本発明の培養装置の第５実施例を示す概略的構
成図である。

【図４】図３における人工光源部の内部詳細図である。

【図５】図４の底面図である。

【図６】発光筒体の基本原理を示す説明図である。

【図７】発光筒体の構造、材質及び機能を示すための説
明図である。

【図８】（Ａ）は従来の培養装置を示す説明図、（Ｂ）
は従来の培養装置を示す概略的構成図である。

【図９】従来の培養装置を示す概略的構成図である。

【符号の説明】

１　　培養槽 ２　　発光筒体 ３　　人工光源部 ４　　培養液 ５　　被培養物 ６　　フィルタ ７　　気・液供給系 ８　　スタンド ９　　光ファイバ １０　　攪拌羽根 １１　　モ−タ− １２　　昇降機 １３　　シ−ルキャップ １４　　パッキン １５　　ノズル １６　　ガス排出孔 １７　　発光筒体支持部 １８　　合成樹脂製リング １９　　ボルト ２０　　ファン ２１　　フィルタ ２２　　フィルタ支持部 ２３　　ランプ ２４　　反射板 ２５　　ケ−ブル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　培養槽内に、光源部からの光を反射す
   る層と拡散する層とを少なくとも備えた筒状体からなり
   、その軸方向に対する光の減衰を減少させて筒体外側に
   照射される光を均一化した発光筒体を配置し、前記培養
   槽内の被培養物に前記発光筒体を介して光を照射するよ
   うにしたことを特徴とする光を必要とする被培養物の培
   養装置。
2. 【請求項２】　　前記発光筒体が、培養槽に対して移動
   自在に設置されて培養槽内の培養液内に挿入される発光
   筒体の長さを調整可能としたことを特徴とする請求項１
   の光を必要とする被培養物の培養装置。
3. 【請求項３】　　前記光源部と前記発光筒体との間に特
   定波長域の光を選択的に透過するフィルタを配置したこ
   とを特徴とする請求項１の光を必要とする被培養物の培
   養装置。
4. 【請求項４】　　前記発光筒体の培養槽側端部が閉鎖さ
   れていると共に発光筒体の内部に液体又は気体を導入し
   、発光筒体内の液体又は気体を排出して前記発光筒体に
   よる培養槽内の液温度を調整する手段を設けたことを特
   徴とする請求項１の光を必要とする被培養物の培養装置
   【請求項４】　　前記培養槽内に撹拌羽根を有する回転
   軸が設けられ、これらの撹拌羽根及び回転軸の少なくと
   も一部が前記発光筒体で構成されていることを特徴とす
   る請求項１の光を必要とする被培養物の培養装置。
5. 【請求項５】　　前記発光筒体に複数の細孔が形成され
   ると共に前記発光筒体内部に気体を供給する手段を設け
   たことを特徴とする請求項４の光を必要とする被培養物
   の培養装置。