JPH048798Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は培養液中に複数の多孔質物体を浮遊流
動させて、多孔質物体表層に細胞を付着させて培
養する細胞培養方法に適する流動層分離型反応器
に関する。

（従来の技術） 本出願人は特開昭60−214878号において新規な
細胞培養方法を提案した。この細胞培養方法は培
養液中に浮遊された複数の多孔質物体表層内で細
胞を培養するものであり、細胞の増殖が従来法に
比して極めて高効率に行われる。また、細胞の増
殖が行われても培養液中には細胞がほとんど増加
しないという特徴を有しており、ペニシリンなど
の代謝産物の生産を極めて能率よく行わしめる方
法としてバイオインダストリー分野から注目をあ
びている。この多孔質物体を用いた新規な細胞培
養方法を従来の通気攪拌型反応器を用いた場合に
は、多孔質物体表層内での細胞の付着増殖を行わ
しめることが困難であるため、上記発明に適合す
る新規な分離型反応器を実願昭61−44573号にお
いて提案した。この反応器は気泡塔型流動層反応
器で多孔質物体表層内での細胞付着増殖を効率よ
く行わしめると同時に培養液中に細胞を増殖させ
ることなく代謝産物を含有した培養液を細胞と分
離して引き抜き、かつ、多孔質物体中に残存する
培養液は多孔質物体をプランジヤーにて圧縮して
分離することができるという特徴ある機能を有し
ている。

（考案の解決しようとする問題点） 上記特開昭および実願昭記載の発明は新規な方
法であり、多孔質物体表層内で細胞を培養させ、
極めて効率よく細胞を増殖させることができ、か
つ、培養液と細胞とを反応器より分離することを
可能とした特徴を有するが、この特徴をさらに生
かすものとして多孔質物体の反応器内での浮遊流
動化状態をより効率よく行わしめるための通気流
動化方法、また、培養液または培養液と多孔質物
体の引抜き、充填の操作を繰り返すことによつて
連続して細胞培養を行い、代謝産物の半連続生産
を可能とする機能を有する反応器が提供されるこ
とが望まれる。

（考案の構成） 上記問題点は本考案の流動層分離型反応器、即
ち多孔質物体収容部とその上部のフリーボードと
から構成され、多孔質物体を流動するための気体
を注入し、かつ培養液を排出させる散気孔を有す
る円錐型散気装置としての底部を備える流動層分
離型反応器本体、および 前記多孔質物体を流動するための気体を注入す
る前記円錐型散気装置側部に、ノズル先端が前記
散気孔位置より上部で、かつ水平面より上向きに
設けられた旋回ノズルを備えて成る流動層分離型
反応器によつて解決される。

ここで多孔質物体とは、ウレタンフオームをは
じめとする合成高分子材料、複合高分子材料を発
泡させたもの、あるいは海綿をはじめとする天然
スポンジなどの多孔質物体、さらにポリエステル
をはじめとする合成繊維、綿をはじめとする天然
繊維などの糸状、レース状、布状、立毛状に加工
したものなどを含むものである。

（作用） 細胞増殖時および代謝産物生産時においては、
流動層分離型反応器本体の多孔質物体収容部に多
孔質物体と培養液とが充填され、この多孔質物体
は、流動層分離型反応器本体底部の円錐型散気装
置の散気孔から注入された気体によつて浮遊流動
されて培養液とともに上下に混合攪拌される。さ
らに、多孔質物体の充填量を多くした場合あるい
は増殖細胞が多く多孔質物体表層に付着した場
合、前記円錐型散気装置円錐部に設けられた旋回
ノズルから比較的大きな気泡を反応器の円周方向
に噴出させることにより、培養液と多孔質物体に
旋回流動を与えより均一化した場合攪拌を与える
ことができる。

多孔質物体を用いる培養方法においては、充填
多孔質物体の量を多くして反応器内の付着細胞量
を多くさせることが望まれるが、従来の多孔分散
板による微細気泡だけでは、多孔質物体の流動は
上昇流が反応器中心部で生じ、下降流が外周部で
生じるという上下混合攪拌が与えられ通気量の増
加に伴い大気泡が形成された流動化状態が不均一
となり悪化するという問題点があつた。この解決
方法として反応器本体底部に設けた旋回ノズルに
よつて気体を反応器の円周部方向に噴出すること
により、上下方向ではなく旋回流を生じさせるこ
とによつて流動化状態を均一とし培養液、多孔質
物体、気泡という三異相間の物質移動をより促進
させる攪拌混合を与えることができる。

好適な実施例においては、流動層分離型反応器
に注入された気体は蓋体に設けられた排気口から
排出される。培養液は多孔質物体収容部の周囲に
設けられた恒温ジヤケツトにより所定の温度に保
たれる。代謝産物収穫の際には円錐型散気装置の
中気管から分枝している排液管より代謝産物を含
んだ培養液だけを排出することができ、また、過
剰に細胞が多孔質物体に付着しすぎた場合とか、
目的産物が菌体内生産物の場合に多孔質物体に付
着増殖した細胞を多孔質物体と共に流動層分離型
反応器本体の底部の排出管から引き抜くことがで
きる。このように代謝産物を含んだ培養液あるい
は多孔質物体を逐次引き抜き、新しい培養液ある
いは多孔質物体を充填することによつて連続して
細胞培養を行い代謝産物の半連続生産を行うこと
ができる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を第１図および第２図を
参照しつつ説明する。

第１図は本考案の流動層分離型反応器の好まし
い実施例の側面図であり、第２図は流動層分離型
反応器本体下方に設けられた円錐型散気装置の断
面図である。

流動層分離型反応器本体１は多孔質物体が入れ
られる多孔質物体収容部１ａとこの上方にあつて
反応時に発生した泡沫層が位置することになるフ
リーボード１ｂと本体下方に位置する円錐型散気
装置２からなる底部１ｃを有する中空円筒状のも
のである。円錐型散気装置２は円錐開口角度αが
30°〜90°、望ましくは60°であるコーン状の形をな
し、その下部には多孔質物体を流動させるための
微細気泡を発生させる散気孔２ａが設けられ気体
ならびに培養液の流通を阻害することなく多孔質
物体を支持し、散気孔２ａの外部に設けられた蓄
気室２ｂ、これに接続され気体を注入する注気管
２ｃおよび代謝産物を含む培養液を排出する排液
管２ｄが設けられている。さらに円錐型散気装置
２の円錐部には旋回ノズル３を底部１ｃの水平面
に対する角度βが0°〜45°、望ましくは30°に、か
つ、円錐接線との角度γが0°〜30°の範囲で、旋
回ノズル３の先端が円錐型散気装置２の散気孔２
ａの位置より上部になるように設け、旋回ノズル
３を支持する環状通気管３ａ、気体を注入するた
めの注気管３ｂが設けられている。この旋回ノズ
ル３から気体を流動層分離型反応器１の円周部に
噴出させることにより、多孔質物体および培養液
に旋回流動を生じさせ流動化状態を均一としより
好ましい攪拌混合を与えることができる。底部１
ｃには代謝産物を含んだ培養液および増殖した細
胞が付着した多孔質物体を引き抜くための排出管
４ａ、排出弁４ｂが設けられ、また、新しい培養
液または多孔質物体を充填するための注入口５が
フリーボード１ｂ上部に設けられ、共に無菌的に
操作される。この引き抜きと注入操作を繰り返す
ことによつて、連続して細胞培養を行い代謝産物
の半連続生産を行うことができる。多孔質物体収
容部１ａの周囲には恒温ジヤケツト６が設けられ
ており、下方の入り口６ａから上方の出口６ｂへ
恒温水を流すことにより培養液が一定の温度に保
持されて最適の温度で反応が促進されるようにな
つている。恒温ジヤケツト６を貫通して枝状のセ
ンサーノズル７ａ，７ｂが多孔質物体収容部１ａ
から延ばされており、それぞれPHセンサー８、溶
存酸素濃度センサー（DOセンサー）９が設けら
れ培養液の状態がモニターされる。流動層分離型
反応器本体１の上部には蓋体１０が設けられる
が、この蓋体１０には注気管２ｃ，３ｂから注入
された気体を排出する排気管１１、植菌ノズル１
５、多孔質物体投入および流動層分離型反応器本
体内部洗浄用マンホール１６、圧力計１７が設け
られている。PHセンサー８の計測に従つて酸、ア
ルカリを培養液に注入するための酸、アルカリ供
給管１２，１３および消泡剤供給管１４がフリー
ボード１ｂの上部に設けられている。これらの供
給管１２，１３，１４は蓋体１０に設けられても
よい。注気管２ｃ，３ｂから注入される気体は多
孔質物体を流動させ、かつ、酸素を供給する必要
がある場合には注気管３ｂの通気量を一定とし多
孔質物体を流動化させ、溶存酸素濃度センサー９
の計測値に従つて注気管２ｃに酸素濃度または通
気量が制御された空気を注入して培養液中の溶存
酸素濃度レベルを制御することができるが、基質
として例えばメタン、水素などの気体あるいはそ
れらの混合気体であつてもよい。

（考案の効果） 本考案の流動層分離型反応器は多孔質物体を用
いて細胞を培養する細胞培養方法に適合するもの
であり、特に、多孔質物体の流動化状態を良好に
し細胞の増殖、代謝産物の生産を能率よく行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の流動層分離型反応器の好ま
しい実施例の側面図、第２図は第１図のａ−ａ断
面図である。 １……流動層分離型反応器、１ａ……多孔質物
体収容部、１ｂ……フリーボード，１ｃ……底
部、２……円錐型散気装置、２ａ……散気孔、２
ｂ……蓄気室、２ｃ……注気管、２ｄ……排液
管、２ｅ……排液弁、３……旋回ノズル、３ａ…
…環状通気管、３ｂ……注気管、４……排出管、
４ａ……排出弁、５……注入口、６……恒温ジヤ
ケツト、７ａ，ｂ……センサーノズル、８，９…
…センサー（PH、DO、etc.）、１０……蓋体、１
１……排気管、１２，１３，１４……供給管、１
５……植菌ノズル、１６……マンホール、１７…
…圧力計。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 多孔質物体収容部とその上部のフリーボード
   とから構成され、多孔質物体を流動させるため
   の気体を注入し、かつ培養液を排出させる散気
   孔を有する円錐型散気装置としての低部を備え
   る流動層分離型反応器本体、 および 前記円錐型散気装置側部に、ノズル先端が前
   記散気孔位置より上部で、かつ水平面より上向
   きに設けられた旋回ノズルを備えて成る流動層
   分離型反応器。 (2) 前記円錐型散気装置の円錐開口角度が30°〜
   90°の範囲であることを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第(1)項記載の流動層分離型反応
   器。 (3) 前記旋回ノズルの傾きが水平面に対し0°〜
   45°、円錐状側部の接線に対し0°〜30°の範囲で
   あることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第(1)項または第(2)項記載の流動層分離型反応
   器。