JP2018164864A - 懸濁液の濃縮システム - Google Patents

Abstract

【課題】処理能力を向上させた懸濁液の濃縮システムを提供すること。【解決手段】懸濁液の濃縮システム１は、中空糸膜モジュール４，５で懸濁液から濾液を分離するものであって、懸濁液を貯留する容器２と、容器２から流出した懸濁液を中空糸膜モジュール４，５に流入させる第１経路３と、中空糸膜モジュール４，５から流出した懸濁液を容器２に流入させる第２経路６と、第１経路３上に設けられ、懸濁液に動力を付与する第１ポンプ７と、第１経路３における第１ポンプ７の下流で分流した懸濁液を容器２に流入させる第３経路８と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、懸濁液の濃縮システムに関する。より具体的には、微生物細胞や動物細胞等を培養した懸濁液の濃縮に好適な懸濁液の濃縮システムに関する。

従来、微生物細胞や動物細胞等を培養した懸濁液の濃縮には、タンジェンシャルフロー・フィルトレーション（ＴＦＦ）の技術が利用されている。ＴＦＦは、懸濁液の流れを透過膜と平行にする技術であり、透過膜の目詰まりを最小限に抑えて透過膜による高い濾過速度を可能にする。

特許文献１及び特許文献２には、懸濁液を貯留した容器とＴＦＦの技術を利用した中空糸膜モジュールとの間で懸濁液を循環させることで、中空糸膜モジュールで濾液を分離して懸濁液を濃縮するシステムが開示されている。

特開２０１４−２１０８１４号公報 特開２０１６−１１６４６５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されているシステムは、数リットル程度の少量の懸濁液を濃縮するものであり、処理能力に限界がある。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、処理能力を向上させた懸濁液の濃縮システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、濾過膜モジュールを用いて懸濁液から濾液を分離する懸濁液の濃縮システムであって、懸濁液を貯留する容器と、前記容器から流出した懸濁液を前記濾過膜モジュールに流入させる第１経路と、前記濾過膜モジュールから流出した懸濁液を前記容器に流入させる第２経路と、前記第１経路上に設けられ、懸濁液に動力を付与するポンプと、前記第１経路における前記ポンプの下流側で分流した懸濁液を前記容器に流入させる第３経路と、を備える懸濁液の濃縮システムに関する。

また、前記容器は、該容器の下面における略中央に設けられ、前記第１経路に懸濁液を流出させる流出口と、該容器の下面における前記流出口の周囲に水平方向外側に向けて設けられ、前記第３経路から懸濁液を流入させる複数の流入口と、を有していることが好ましい。

本発明によれば、処理能力を向上させた懸濁液の濃縮システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る懸濁液の濃縮システムの概略図である。 容器の底面を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、図１及び図２により、本発明の実施形態に係る懸濁液の濃縮システム１の構成について説明する。図１は、懸濁液の濃縮システム１の概略図である。図２は、容器２の底面を示す平面図である。

図１に示す懸濁液の濃縮システム１は、動物細胞等の細胞を培養した懸濁液等の濃縮に利用される。具体的に、懸濁液の濃縮システム１は、容器２と、第１経路３と、濾過膜モジュールとしての中空糸膜モジュール４，５と、第２経路６と、第１ポンプ（ポンプ）７と、第３経路８と、第４経路９と、第２ポンプ１０と、圧力計１１，１２，１３，１４と、流量計１５と、重量計１６と、ＧＯＴ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）パネル１７と、制御装置（図示せず）を備えている。

容器２は、懸濁液を貯留する。容器２の容積は、懸濁液の処理量等に応じて決定されるものであり、例えば数十リットルから数千リットル程度である。この容器２には、第１経路３の上流端、第２経路６の下流端、第３経路８の下流端、及び第４経路９の下流端が接続されている。

図２に示すように、容器２の下面は、流出口２０と、複数の流入口２１と、を有している。流出口２０は、容器２の下面における略中央に設けられ、この流出口２０には、第１経路３（図１参照）の上流端が接続されている。流出口２０は、容器２に貯留されている懸濁液を第１経路３に流出させる。複数の流入口２１は、容器２の下面における流出口２０の周囲に水平方向外側に向けて設けられ、これら複数の流入口２１には、第１経路３（図１参照）の下流端が接続されている。これら複数の流入口２１は、第１経路３から容器２に懸濁液を流入させる。

図１に戻って説明する。第１経路３は、上流端が容器２の下面に接続されていると共に、途中の分岐点で二つに分岐して、二つの下流端のそれぞれが中空糸膜モジュール４，５の上流端に接続されている。この第１経路３は、容器２から流出した懸濁液を流通させて中空糸膜モジュール４，５に流入させる。また、第１経路３の二つに分岐する分岐点よりも上流側には、第１ポンプ７が設けられていると共に第１ポンプ７の下流側に第３経路８の上流端が接続されている。

中空糸膜モジュール４，５は、鉛直方向に立てた状態で並列に設けられている。中空糸膜モジュール４，５の上流端には第１経路３の下流端が接続され、中空糸膜モジュール４，５の下流端には第２経路６の上流端が接続されている。中空糸膜モジュール４，５は、第１経路３から流入した懸濁液から濾液を分離し、濾液を分離した後の懸濁液を第２経路６に流出させる。中空糸膜モジュール４，５で懸濁液から分離した濾液は、排出経路ＥＸから排出される。排出経路ＥＸから排出される濾液は、濾液収容バッグ等に収容され、利用又は廃棄される。

第２経路６は、二つの上流端のそれぞれが中空糸膜モジュール４，５の下流端に接続されていると共に、途中の合流点で一つに合流して、一つの下流端が容器２の天面に接続されている。この第２経路６は、中空糸膜モジュール４，５から流出した懸濁液を流通させて容器２に流入させる。

第１ポンプ７は、第１経路３上における途中の分岐点よりも上流側に設けられ、第１経路３、及び第１経路３から分岐する第３経路８を流通する懸濁液に動力を付与する。この第１ポンプ７には、密閉性を保つためにダイヤフラムポンプ等を用いることができる。第１ポンプ７の能力は、懸濁液の処理量等に応じて決定されるものであり、例えば毎分数十リットルから毎分百リットル程度である。

第３経路８は、上流端が第１経路３における第１ポンプ７の下流側に接続されていると共に、下流端が容器２の下面に接続されている分岐経路である。この第３経路８は、第１経路３における第１ポンプ７の下流側で分流した懸濁液を流通させて容器２に流入させる。

第４経路９は、上流端がバッファの供給口ＢＵに接続されていると共に、下流端が容器２の天面に接続されている。この第４経路９は、供給口ＢＵから供給されたバッファを流通させて容器２に流入させる。また、第４経路９の途中には、第２ポンプ１０が設けられている。

第２ポンプ１０は、第４経路９上に設けられ、第４経路９を通流するバッファに動力を付与する。この第２ポンプ１０としては、密閉性を保つためにダイヤフラムポンプ等を用いることができる。第２ポンプ１０の能力は、懸濁液の処理量等に応じて決定されるものであり、例えば毎分数リットル程度である。

圧力計１１〜１４は、第１経路３における中空糸膜モジュール４，５の上流側、及び第２経路６における中空糸膜モジュール４，５下流側にそれぞれ設けられている。これらの圧力計１１〜１４は、第１経路３及び第２経路６を流通する懸濁液の圧力を検知して、検知結果を信号にして制御装置に向けて送信する。

流量計１５は、第１経路３における途中の分岐点よりも上流側で、かつ第３経路８の上流端が接続されている点よりも下流側に設けられている。この流量計１５は、第１経路３を流通する懸濁液の流量を検知して、検知結果を信号にして制御装置に向けて送信する。

重量計１６は、容器２の下方に設けられている。この重量計１６は、容器２に貯留されている懸濁液の重量を検知して、検知結果を信号にして制御装置に向けて送信する。

図示しない制御装置は、所要のソフトウエアがインストールされたものであり、懸濁液の濃縮システム１の全体を制御する。この制御装置は、圧力計１１〜１４及び流量計１５が送信した信号に基づいて第１ポンプ７の動作を決定し、決定した動作を信号にして第１ポンプ７に向けて送信することで、第１ポンプ７の動作を制御する。また、制御装置は、重量計１６が送信した信号に基づいて第２ポンプ１０の動作を決定し、決定した動作を信号にして第２ポンプ１０に向けて送信することで、第２ポンプ１０の動作を制御する。

ＧＯＴパネル１７は、懸濁液の濃縮システム１の動作状況を表示する。具体的には、ＧＯＴパネル１７は、圧力計１１〜１４により検知される圧力値、第１ポンプ７、第２ポンプ１０の出力、流量計１５により検知される流量値、及び重量計１６により検知される重量等を表示する。

次に、図面を参照して、懸濁液の濃縮システム１の動作について説明する。
図１に示す懸濁液の濃縮システム１は、第１ポンプ７の動作により、容器２に貯留されていた懸濁液は、第１経路３を流通すると共に、一部は第１経路３から分岐した第３経路８を流通する。第１経路３を流通した懸濁液は、中空糸膜モジュール４，５で濾液が分離されてから第２経路６を流通して容器２に戻され、第３経路８を流通した懸濁液は、そのまま容器２に戻される。
容器２から流出されて第１経路側（中空糸膜モジュール４，５側）に供給される懸濁液の量と、第３経路８を通じて容器２に循環させる懸濁液の量との割合は、例えば、第１経路３にオリフィス等の流量調整部材を配置することで、適宜設定できる。また、第１経路３に開度調整可能な流量調整弁を配置し、この流量調整弁の開度を調整することにより容器２から流出されて第１経路側（中空糸膜モジュール４，５側）に供給される懸濁液の量と、第３経路８を通じて容器２に循環させる懸濁液の量との割合を調整することもできる。

中空糸膜モジュール４，５で分離された濾液が排出経路ＥＸから排出されるので、容器２が貯留する懸濁液の量は次第に減少する。容器２に貯留されている懸濁液の量が所定量（例えば、当初の半分の量）まで減少したことを、重量計１６が検知したことを契機に、第２ポンプ１０を動作させて容器２にバッファを供給する。懸濁液の濃縮システム１では、濾液の排出とバッファの供給とを繰り返すことで、懸濁液を濃縮して精製する。

次に、図面を参照して、容器２内の懸濁液の流れについて説明する。
図１及び図２に示すように、容器２に貯留されている懸濁液は、容器２の下面における略中央に設けられている流出口２０から第１経路３に流出する。また、第３経路８を流通した懸濁液は、容器２の下面における流出口２０の周囲に水平方向外側に向けて設けられている複数の流入口２１から容器２内に、水平方向外側に向けた放射状に流入する。

これにより、容器２内における外側では懸濁液の上昇流が生じ、容器２における中央側では懸濁液の下降流が生じる。このような容器２内の懸濁液の流れによって、容器２内に留まっていた懸濁液と、中空糸膜モジュール４，５で濾液が分離された後の懸濁液と、が撹拌（混合）される。

本実施形態によれば、第１ポンプ７により容器２に貯留され流出口２０から流出させた懸濁液を、一部を第３経路８を通じて容器２の下面側から容器２に循環させると共に、その他を第１経路３に分岐させて中空糸膜モジュール４，５に供給して濾過した後、容器２に回収させられる。これにより、一台のポンプ（第１ポンプ７）により、中空糸膜モジュール４，５に懸濁液を供給できると共に、容器２に貯留された懸濁液を撹拌できる。よって、中空糸膜モジュール４，５で濾液の分離を行うことで懸濁液中の液性成分が減少した場合に容器２にバッファを供給しても、容器２においてバッファと懸濁液とを好適に撹拌させられるので、バッファを供給しながら数十リットルから数千リットルといった大量の懸濁液を好適に濃縮することができる。即ち、懸濁液の濃縮システムの処理能力を、従来と比較して向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、二本の中空糸膜モジュール４，５を並列に設けているが、これに限定されず、懸濁液の処理量等に応じて、一本の中空糸膜モジュールのみを設けたり、三本以上の中空糸膜モジュールを並列に設けたり、あるいは、複数本の中空糸モジュールを直列に設けたりしてもよい。

また、本実施形態では、濾過膜モジュールとして中空糸膜モジュール４，５を用いたが、これに限らない。即ち、濾過膜モジュールとして平膜モジュールを用いてもよい。

また、本実施形態では、本発明を、動物細胞を培養した懸濁液の濃縮に用いたが、これに限らない。即ち、本発明を、微生物細胞を培養した懸濁液の濃縮に用いてもよく、タンパク質を含む懸濁液の濃縮精製に用いてもよい。

１ 懸濁液の濃縮システム
２ 容器
３ 第１経路
４，５ 中空糸膜モジュール（濾過膜モジュール）
６ 第２経路
７ 第１ポンプ（ポンプ）
８ 第３経路
２０ 流出口
２１ 流入口

Claims (2)

1. 濾過膜モジュールを用いて懸濁液から濾液を分離する懸濁液の濃縮システムであって、
   懸濁液を貯留する容器と、
   前記容器から流出した懸濁液を前記濾過膜モジュールに流入させる第１経路と、
   前記濾過膜モジュールから流出した懸濁液を前記容器に流入させる第２経路と、
   前記第１経路上に設けられ、懸濁液に動力を付与するポンプと、
   前記第１経路における前記ポンプの下流側で分流した懸濁液を前記容器に流入させる第３経路と、を備える懸濁液の濃縮システム。
2. 前記容器は、
   該容器の下面における略中央に設けられ、前記第１経路に懸濁液を流出させる流出口と、
   該容器の下面における前記流出口の周囲に水平方向外側に向けて設けられ、前記第３経路から懸濁液を流入させる複数の流入口と、を有する請求項１に記載の懸濁液の濃縮システム。

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