JPH0773492B2

JPH0773492B2 - 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: JPH0773492B2
Application number: JP1332968A
Authority: JP
Inventors: 昌彦石田; 良一芳賀; 信子西村; 晴美松崎; 文雄丸橋; 隆盛中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH03195488A

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64−86867号公報、アク
タ・ビオテクノロギカ,2（１）p3（1982年）31頁〜41頁
（Acta Biotechnologica（１）p31−41（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（Trends
in Biotechnology 3（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（Biotechnology and Bioengineerin
g,XIX,p1503−1522（1977））、特開昭62−229192号公
報。

上述の如き文献に示されているものに於ては、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、これによって溶存酵素や栄養
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酵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づいて前
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。

本発明による方式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糖類、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緩衝剤、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や液とを接触させる
ことにより細胞の生体反応やpH等の液性調節に必要なガ
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。一般的
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、或いはこれらと或
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
ば合成ブタジエンゴム、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、これにより噴出される
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の炭酸ガスとエアコンプレ
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によってエアコンプレッサ
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はステンレス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40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32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32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１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
於いては、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32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32の弾性変形は、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、この場合実施例は第８図に示されてる。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
縁部付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30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
伸張することに伴いノズル構成部材32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、シャッタ板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、シャッタ板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よも
く、この形状によってシャッタ板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。

実施例１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120mmで、内部に直径75mm、
長さ480mmのドラフトチューブを有し、張込み液量が５
リッ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℃に調節し
た。

供試細胞はラット肝癌細胞株JTC−１（Japan Tissue Cu
lture No1、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℃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リットル導入後、細胞
濃度が１×10⁶cells/mlとなる様に上記接種細胞を接種
し、36〜38℃、pH6.8〜7.2で10日間培養した。通気ガス
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±0.1ppmとし
た。

培養後２日目、６日目、10日目の各々の結果を第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１×10⁶cells/mlに達している。比較例１
に於ては、酸素の溶解が１×10⁶cells/ml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。

〔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調節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 30……ノズルケーシング 32……ノズル構成部材 34……ノズル、40……袋体 42……加圧室、46……永久磁石 48……電磁石、60……ノズルケーシング 62……ノズル構成ドラム 64……ノズル、80……ノズル構成部材 82……ノズル、84……シャッタ板 86……シャッタ孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松崎晴美茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者丸橋文雄茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者中野隆盛山口県下松市東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (56)参考文献特開昭64−86867（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】培養槽内の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
槽内に複数のノズル孔を持つ通気ガス噴出手段を一基の
み配置し、通気ガスの培養液に対する溶解度を調節する
に際して、当該通気ガス噴出手段のノズル孔の孔径を連
続的に変化させることにより培養液中に於ける通気ガス
の泡径を連続的に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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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連続的に
変化させ、これに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。
【請求項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連続的に
変化させ、これに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。
【請求項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
を部分的に遮蔽することによりこれの有効ノズル径を連
続的に変化させ、これに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。
【請求項７】生物細胞の通気培養のために培養液中に通
気ガスを供給する培養槽内に配置される通気ガス噴出装
置であって、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、通気ガス噴出用のノズル
の孔径を連続的に変化させるべく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。
【請求項８】請求項７に記載の通気ガス噴出装置であっ
て、当該弾性変形手段は流体圧の供給により前記ノズル
構成部材を弾性変形させる手段であることを特徴とする
通気ガス噴出装置。
【請求項９】請求項７に記載の通気ガス噴出装置であっ
て、当該弾性変形手段は電磁力による永久磁石の磁気的
吸引又は反発により前記ノズル構成部材を弾性変形させ
る手段であることを特徴とする通気ガス噴出装置。
【請求項１０】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培養槽内に配置される通気ガス噴出
装置であって、ノズル孔径が互いに異なった孔集合部分
を複数個有するドラム状のノズル構成部材と、該ノズル
状のノズル構成部材に外嵌されて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
することのできる遮蔽部材としてのケーシングと、該ノ
ズル構成部材とケーシングとを相対回転させる駆動手
段、とを有しており、該ノズル構成部材とケーシングと
の相対回転により有効ノズル径を連続的に変化させて噴
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
ガス噴出装置。
【請求項１１】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培養槽内に配置される通気ガス噴出
装置であって、通気ガス噴出用のノズル孔が複数個設け
られたノズル構成部材と、前記ノズル孔に整合するシャ
ッタ孔を持ちかつ前記ノズル構成部材をスライド可能な
遮蔽部材とを有しており、該ノズル構成部材と遮蔽部材
とを相対移動することにより、ノズル孔とシャッタ孔と
の整合度合いを変化させてノズル孔を部分的に遮蔽可能
とし、それにより有効ノズル径を連続的に変化させて噴
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
ガス噴出装置。
【請求項１２】培養槽と、前記培養槽中に設けられた請
求項７〜11いずれか記載の可変ノズル径型通気ガス噴出
装置と、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
変ノズル孔径型通気ガス噴出装置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。