JP2011235224A - 被プロセス材および微小気泡を混相流としてプロセスを行う装置 - Google Patents
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Abstract
従来型Taylor渦リアクタの不均一撹拌の問題、目詰まりの問題の解決、および、被プロセス材供給、プロセス後材排出の効率化を実現する。
【解決手段】
内筒回転レートを繰り返し変える制御にて、泡(気体)と他の液体または固体の被プロセス前材とが穏和な撹拌混合状態となり所望のプロセス効率が向上する。そして、第一第二フィルタがそれぞれ逆洗される新規な周期的ダブル逆洗構成で目詰まり発生が回避される。さらに、軸方向に電気化学反応ゾーンを組合せ、電気化学プロセスを兼ねる構成も可能とした。また、回転対称体の径が回転対称軸方向に漸次単調減少または漸次単調増加している構成で被プロセス材供給、プロセス後材排出を効率化した。
【選択図】 図13
Description
2 1の内壁と間隙4を保ちつつ同軸回転する内包円筒体、またはこれを包含する内包回転対称体
3 2の回転手段
4 1の内壁と2の側外壁との間隙
7 スリップリングおよびブラシ(回転摺動しつつ電気的接触を保つ手段)
Add 流動体の付加供給源
C1 間隙4の一部に被プロセス材を供給する手段
C2 間隙4の他部から被プロセス材を抽出する手段
D1 微小気泡を含有した気・液混相の流動体を吐出供給する手段
D1A 微小気泡を含有した気・液混相の流動体を間隙に吐出供給する2つの吐出供給手段のうち「A」位置にあるもの
D1B 微小気泡を含有した気・液混相の流動体を間隙に吐出供給する2つの吐出供給手段のうち「B」位置にあるもの
D2 流動体を吸引排出する手段
D2A 間隙から流動体を吸引排出する2つの吸引排出手段のうち「A」位置にあるもの
D2B 間隙から流動体を吸引排出する2つの吸引排出手段のうち「B」位置にあるもの
E1 固定中空外筒1の内側面に配設された凹曲面状電極
E2 回転する内筒2の外側面に配設された凸曲面状電極
E10 E1に電気的に接続された外部端子
E20 E2に電気的に接続された外部端子
Exg 循環配管の連動切替え手段 切替え動作中に回転数を下げる?または上げる
FA 第一のフィルタ(「A」位置にある)
FB 第二のフィルタ(「B」位置にある)
H 流動体保持容器
HA 第一の流動体保持室(「A」位置にある)
HB 第二の流動体保持室(「B」位置にある)
M 微小気泡の発生手段
M4 気体吸引手段
M11 渦流ポンプの内蔵インペラ
MR 液体貯留槽
ROT 固定中空外筒および同軸回転する内筒との共通の軸と、水平面ないしは鉛直線とのなす角度を、自在に変化させる手段。たとえば回転機構。
rpm1 混相流中の微小気泡を、間隙に生じる環状または螺旋状のTaylor渦中心に誘導する早い回転レートであって、レイノルズ数で1800より大きい「渦核バブル回転レート」。
rpm2 混相流中の微小気泡を、内包円筒体の(回転遠心力で)外側壁近傍に誘導する遅い回転レートであって、レイノルズ数で1200より小さい「壁バブル回転レート」。
S 分離対象細胞群
T
特定の属性を有する細胞
TX 特定の属性を付与する細胞操作
U T以外のSに属する細胞
X1 特定の属性を有する細胞(T)に微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡と親和性を有する物質を産生させる操作をする工程
X2 分離対象細胞群(S)と微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡とを液相中で混合する工程
XX 微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡と親和性を有する物質(たとえば細胞膜蛋白質)を産生させる細胞操作(たとえば細胞膜蛋白質を発現させる遺伝子の注入)
図3は、図2の現象の実験写真で、非特許文献2のFig.2、Fig.3を転載した。
被プロセス材が流動体であり、微小気泡の発生手段(M)をさらに具備するとともに、該微小気泡発生手段(M)で発生した微小気泡を含有した気・液混相の流動体を、前記被プロセス材を供給する手段(C1)の部位に混入して被プロセス材と微小気泡からなる気・液または固・気・液の混相流動体となす混合供給手段を具備して、前記間隙で被プロセス材および微小気泡を気・液または固・気・液の混相流としてプロセスを行う装置、すなわち、微小気泡を利用したTaylor渦リアクタであって、
前記内包円筒体を回転する手段に、前記混相流中の微小気泡を、内包円筒体の(回転遠心力で)外側壁近傍に誘導する遅い回転レート(壁バブル回転レート)と、前記混相流中の微小気泡を、間隙に生じる環状または螺旋状のTaylor渦中心に誘導する早い回転レート(渦核バブル回転レート)とを、周期的に繰り返す指令を出す回転レート制御手段を兼備したプロセス装置である。
すなわち、微小気泡の発生手段(M)による微小気泡を含有した気・液混相の流動体を前記間隙に供給する2つの供給端(D1A、D1B)と、前記間隙から流動体を排出する2つの排出端(D2A、D2B)とを具備して、[ 該排出端(D2A、D2B)から排出した流動体を前記微小気泡の発生手段(M)に帰還する管路を具備することで2組の循環系をなし、かつまた、 ]前記一方の供給端(D1A)と一方の排出端(D2A)とが、第一の流動体保持室(HA)と第一のフィルタ(FA)を介して間隙と結合配設され、前記他方の供給端(D1B)と他方の排出端(D2B)とが、第二の流動体保持室(HB)と第二のフィルタ(FB)を介して間隙と結合配設されており、かかる供給端(D1A)・排出端(D2B)による流路系と、供給端(D1B)・排出端(D2A)による流路系とを交互に作動させることで、第一のフィルタ(FA)と、第二のフィルタ(FB)を交互に逆洗して目詰まり解消できる流路系である。
こうすることで吸引フィルタに流動体中の微生物など固体が引き込まれにくくなるので好適である。すなわち、図13(a)ではFA、図13(b)ではFBに至る流れが逆接線方向の鈍角で舵を切る引き込み流れになるので固体成分の引き込みは少ない。仮に引き込まれて目詰まりしても、次の逆洗切替で接線方向に剥離され吐出される。
被プロセス材が流動体であり、微小気泡の発生手段(M)をさらに具備して、該微小気泡発生手段(M)で発生した微小気泡を含有した気・液混相の流動体を、前記被プロセス材を供給する手段(C1)の部位に混入して被プロセス材を気・液または固・気・液の混相流動体となす混合供給手段を具備して、前記間隙で被プロセス材および微小気泡を気・液または固・気・液の混相流としてプロセスを行う装置であって、 (微小気泡を利用したTaylor渦リアクタであって)
前記被プロセス材を供給する手段(C1)または前記被プロセス材を抽出する手段(C2)のいずれかが配設されている部位の、前記中空回転対称体の内径が回転対称軸方向に漸次単調減少または漸次単調増加している、または、前記被プロセス材を供給する手段(C1)または前記被プロセス材を抽出する手段(C2)のいずれかが配設されている部位の、前記内包回転対称体の外径が回転対称軸方向に漸次単調減少または漸次単調増加しているものであって、かつまた、
前記内包回転対称体を回転する手段に、前記混相流中の微小気泡を、内包回転対称体の(回転遠心力で)外側壁近傍に誘導する遅い回転レート(壁バブル回転レート)と、前記混相流中の微小気泡を、間隙に生じる環状または螺旋状のTaylor渦中心に誘導する早い回転レート(渦核バブル回転レート)とを、周期的に繰り返す指令を出す回転レート制御手段を兼備したプロセス装置である。
供給する手段(C1)の部位での供給および混合と、抽出する手段(C2)での抽出が第四発明の漸次単調減少(増加)の形態で円滑になされるという効果がある。
図16は、図15を往路の流動とした場合の復路逆流動を示す模式図である。
以上の本発明の説明において、プロセスとは、任意の処理であって、たとえば「MNバブル」の供給で発生するラジカルによる殺菌や有機物等の分解洗浄するためのプロセスで、本発明がかかるプロセス実行のための装置ある態様が好適である。
「XX」は「TX」を標識するマーカであって、「XX」は微小気泡と親和性を有する物質(たとえば細胞膜蛋白質)を産生させる細胞操作因子で、「TX」と同時発現する。
(A)微小気泡との接合に起因する比重差によって特定の属性を有する細胞(T)を分離対象細胞群(S)の中から液相中で分離する手段。
(B)微小気泡との接合に起因する電気的特性差によって特定の属性を有する細胞(T)を分離対象細胞群(S)の中から液相中で分離する手段。
2 1の内壁と間隙4を保ちつつ同軸回転する内包円筒体、またはこれを包含する内包回転対称体
3 2の回転手段
4 1の内壁と2の側外壁との間隙
7 スリップリングおよびブラシ(回転摺動しつつ電気的接触を保つ手段)
Add 流動体の付加供給源
C1 間隙4の一部に被プロセス材を供給する手段
C2 間隙4の他部から被プロセス材を抽出する手段
D1 微小気泡を含有した気・液混相の流動体を供給する手段
D1A 微小気泡を含有した気・液混相の流動体を間隙に供給する2つの供給端のうち「A」位置にあるもの
D1B 微小気泡を含有した気・液混相の流動体を間隙に供給する2つの供給端のうち「B」位置にあるもの
D2 流動体を排出する手段
D2A 間隙から流動体を排出する2つの排出端のうち「A」位置にあるもの
D2B 間隙から流動体を排出する2つの排出端のうち「B」位置にあるもの
E1 固定中空外筒1の内側面に配設された凹曲面状電極
E2 回転する内筒2の外側面に配設された凸曲面状電極
E10 E1に電気的に接続された外部端子
E20 E2に電気的に接続された外部端子
Exg 循環配管の連動切替え手段 切替え動作中に回転数を下げる、または、上げるとしてもよい。
FA 第一のフィルタ(「A」位置にある)
FB 第二のフィルタ(「B」位置にある)
H 流動体保持容器
HA 第一の流動体保持室(「A」位置にある)
HB 第二の流動体保持室(「B」位置にある)
M 微小気泡の発生手段
M4 気体吸引手段
M11 渦流ポンプの内蔵インペラ
MR 液体貯留槽
ROT 固定中空外筒および同軸回転する内筒との共通の軸と、水平面ないしは鉛直線とのなす角度を、自在に変化させる手段。たとえば回転機構。
rpm1 混相流中の微小気泡を、間隙に生じる環状または螺旋状のTaylor渦中心に誘導する早い回転レートであって、レイノルズ数で1800より大きい「渦核バブル回転レート」。
rpm2 混相流中の微小気泡を、内包円筒体の(回転遠心力で)外側壁近傍に誘導する遅い回転レートであって、レイノルズ数で1200より小さい「壁バブル回転レート」。
S 分離対象細胞群
T 特定の属性を有する細胞
TX 特定の属性を付与する細胞操作
U T以外のSに属する細胞
X1 特定の属性を有する細胞(T)に微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡と親和性を有する物質を産生させる操作をする工程
X2 分離対象細胞群(S)と微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡とを液相中で混合する工程
XX 微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡と親和性を有する物質(たとえば細胞膜蛋白質)を産生させる細胞操作(たとえば細胞膜蛋白質を発現させる遺伝子の注入)
Claims (8)
- 固定中空円筒体、
該中空円筒体と同じ回転対称軸をもち、前記中空円筒体に内包された内包円筒体、
該内包円筒体を前記中空円筒体の内壁と一定の間隙を保ちつつ回転対称軸まわりに回転させる手段、
前記間隙の一部に被プロセス材を供給する手段(C1)と、
該間隙の他部から被プロセス材を抽出する手段(C2)とを具備して該間隙に入れた被プロセス材にプロセスをなす装置であって、
被プロセス材が流動体であり、微小気泡の発生手段(M)をさらに具備するとともに、
該微小気泡発生手段(M)で発生した微小気泡を前記被プロセス材を供給する手段(C1)の部位に混入して被プロセス材を気・液または固・気・液の混相流動体となす混合供給手段を具備し、かつまた、
前記内包円筒体の回転手段の回転レートが、混相流中の微小気泡を、内包円筒体の(回転遠心力で)外側壁近傍に誘導する遅い回転レート(壁バブル回転レート)と、混相流中の微小気泡を、間隙に生じる環状または螺旋状のTaylor渦中心に誘導する早い回転レート(渦核バブル回転レート)とを、周期的に繰り返す回転レート制御手段を兼備したプロセス装置。
- 固定中空円筒体、
該中空円筒体と同じ回転対称軸をもち、前記中空円筒体に内包された内包円筒体、
該内包円筒体を前記中空円筒体の内壁と一定の間隙を保ちつつ回転対称軸まわりに回転させる手段、
前記間隙の一部に被プロセス材を供給する手段(C1)、および、
該間隙の他部から被プロセス材を抽出する手段(C2)、を具備して該間隙に入れた被プロセス材にプロセスをなす装置であって、
被プロセス材が流動体であり、微小気泡の発生手段(M)をさらに具備するとともに、
該微小気泡の発生手段(M)による微小気泡を含有した気・液混相の流動体を前記間隙に吐出供給する2つの吐出供給手段(D1A、D1B)と、前記間隙から流動体を吸引排出する2つの吸引排出手段(D2A、D2B)とを具備して、
前記一方の吐出供給手段(D1A)と一方の吸引排出手段(D2A)とが、第一の流動体保持室(HA)と第一のフィルタ(FA)を介して間隙と結合配設され、
前記他方の吐出供給手段(D1B)と他方の吸引排出手段(D2B)とが、第二の流動体保持室(HB)と第二のフィルタ(FB)を介して間隙と結合配設されており、かかる吐出供給手段(D1A)・吸引排出手段(D2B)による流路系と、吐出供給手段(D1B)・吸引排出手段(D2A)による流路系とを交互に作動させることで、第一のフィルタ(FA)と、第二のフィルタ(FB)を交互に逆洗して目詰まり解消できる特徴をもったプロセス装置。
- 請求項1または請求項2のプロセス装置において、
固定中空円筒体の内側面に一方の電極と、
該一方の電極に前記間隙を介し対向する前記内包円筒体の外側面に他方の電極と、
かかる一方および他方の電極それぞれに電気的に接続された外部端子と、
該外部端子間に直流また交流電圧を印加する手段とをさらに具備したプロセス装置。
- 中空回転対称体と、
該中空回転対称体と同じ回転対称軸をもち、前記中空回転対称体に内包された内包回転対称体と、
該内包回転対称体を回転対称軸を軸芯として前記中空回転対称体の内側面と環状(アニュラー状)の間隙を介しつつ回転させる手段と、
前記間隙の一部に被プロセス材を供給する手段(C1)と、
該間隙の他部から被プロセス材を抽出する手段(C2)とを具備して該間隙に入れた被プロセス材にプロセスをなす装置であって、
被プロセス材が流動体であり、微小気泡の発生手段(M)をさらに具備して、該微小気泡発生手段(M)で発生した微小気泡を前記被プロセス材を供給する手段(C1)の部位に混入して被プロセス材を気・液または固・気・液の混相流動体となす混合供給手段を兼備するとともに、
前記被プロセス材を供給する手段(C1)または前記被プロセス材を抽出する手段(C2)のいずれかが配設されている部位の、前記中空回転対称体の内径が回転対称軸方向にて漸次単調減少または漸次単調増加している、または、
前記被プロセス材を供給する手段(C1)または前記被プロセス材を抽出する手段(C2)のいずれかが配設されている部位の、前記内包回転対称体の外径が回転対称軸方向にて漸次単調減少または漸次単調増加しているプロセス装置。
- 請求項4のプロセス装置において、
前記内包回転対称体の回転手段の回転レートが、混相流中の微小気泡を、内包回転対称体の(回転遠心力で)外側壁近傍に誘導する遅い回転レート(壁バブル回転レート)と、混相流中の微小気泡を間隙に生じる環状または螺旋状のTaylor渦中心に誘導する早い回転レート(渦核バブル回転レート)とを、周期的に繰り返す回転レート制御手段をさらに兼備したプロセス装置。
- 請求項4または請求項5のプロセス装置において、
固定中空回転対称体の内側面に一方の電極、
該一方の電極に前記間隙を介し対向する前記内包回転対称体の外側面に他方の電極、
かかる一方および他方の電極それぞれに電気的に接続された外部端子、および、
該外部端子間に直流また交流電圧を印加する手段をさらに具備したプロセス装置。
- 分離対象細胞群(S)の中から特定の属性を有する細胞(T)を液相中で分離する細胞分離方法であって、少なくとも以下の(1)(2)(3)工程を有する方法。
(1)特定の属性を有する細胞(T)に微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡と親和性を有する物質を産生させる操作をする工程。
(2)分離対象細胞群(S)と微小気泡発生手段(M)で発生する微小気泡とを液相中で混合する工程。
(3)微小気泡との接合に起因する比重差または電気的特性差によって特定の属性を有する細胞(T)を分離対象細胞群(S)の中から液相中で分離する工程。
- 以下の(A)または(B)の手段を具備した請求項7記載の細胞分離方法によるセルソータ。
(A)微小気泡との接合に起因する比重差によって特定の属性を有する細胞(T)を分離対象細胞群(S)の中から液相中で分離する手段。
(B)微小気泡との接合に起因する電気的特性差によって特定の属性を有する細胞(T)を分離対象細胞群(S)の中から液相中で分離する手段。
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