JP2019037182A - 微生物培養システム - Google Patents
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Abstract
Description
さらにこのユニットを上下に積層することで、床面積当たりで従来手法の100倍の培養量確保も期待できる。
量のみならず、現状では国内外の生産地が太陽光の豊富な地域に限られている立地制約を克服し、極地や地下さらには宇宙空間でも培養可能になる。
そこで、本発明は、担体の交換及び担体の設置部品のメンテナンスが容易で、微生物の培養効率も高められる微生物培養システムを提供する。
すなわち本発明は、
(1)微生物を付着させ気相中に配置される担体の上から培養液を供給する培養液供給部と、前記担体から流出した前記微生物を含む培養液を貯留する流出液タンクとを備えた微生物培養システムであって、前記担体とハウジングとを有し、前記ハウジング内に前記担体及び前記培養液供給部を具備し、前記ハウジングに前記担体から滴下する培養液を排出させる排出口が形成され、前記ハウジング内で前記担体に付着させた微生物を培養可能なカセットと、前記カセットを着脱自在に装着させる設置部と、前記設置部に装着された前記カセットの前記培養液供給部に培養液を送る培養液の供給用配管と、前記排出口から排出された培養液を貯留する前記流出液タンクとが設けられた装置本体とを備えている微生物培養システムに関し、また、
(2)前記装置本体に、光照射部が設けられている(1)に記載の微生物培養システム、
(3)前記装置本体には、前記ハウジング内に二酸化炭素を供給するCO2供給口が形成されている(1)又は(2)に記載の微生物培養システム、
(4)前記ハウジングには、前記担体で培養された微生物を剥離させて流下させるシャワー部が設けられている(1)又は(2)に記載の微生物培養システム、
(5)天面部、底面部及び前記担体を配する側面部を有し内部空間が形成された箱状体で、少なくとも前記側面部に気体及び/又は液体を前記担体に向けて放出可能な孔又は網目が形成され、気体及び/又は液体を前記内部空間に給排する給排口が形成され、前記担体を前記孔又は網目を覆う部分に着脱させ得る気体/液体放出槽を備え、前記気体/液体放出槽が前記ハウジング内に設置されている(1)から(4)のいずれか一に記載の微生物培養システム、
(6)前記気体/液体放出槽の少なくとも前記側面部が微生物を付着して培養可能な前記担体を兼ねている(5)に記載の微生物培養システム、
(7)前記装置本体には、前記気体/液体放出槽内の空気を吸引する吸引部が設けられている(5)又は(6)に記載の微生物培養システム、
(8)前記担体及び前記気体/液体放出槽が前記ハウジング内に着脱自在なカートリッジを構成している(5)から(7)のいずれか一に記載の微生物培養システム、
(9)1以上の前記ハウジングが前記装置本体に着脱不能に一体的に形成されて設置部を形成し、前記設置部に対して前記カートリッジが着脱自在である請求項8に記載の微生物培養システム、
(10)前記装置本体には、前記担体の表面に微生物を噴霧する噴霧部が設けられている請求項9に記載の微生物培養システム、
(11)微生物が、微細藻類である(1)〜(10)のいずれか一に記載の微生物培養システム、
に関する。
図1は、装置本体3から2つのカセット2を取り出した状態を示した斜視図であり、図2は、装置本体3に4つのカセット2をセットした状態を、説明の便宜上、一つのカセット2の内部を透視して示した斜視図である。
図3に示すように、担体固定部材5は、矩形の天面部5a、底面部5b、及び天面部5aの四辺と底面部5bの四辺との間に亘って延在する側面部5c,5c,5d,5dにより偏平な直方体の箱状(箱状体)に形成されている。
側面部5c,5c,5d,5dの少なくとも一部(本実施形態では、担体固定部材5を偏平形状にしている互いに対向する側面部5c,5c)は、担体6を配する第1の網部材10により形成されている。
第1の網部材10を備えた側面部5c,5cと、天面部5a、底面部5b及び側面部5d,5dとは、隙間なく密着し、側面部5cの網目のみから気体及び/又は液体を放出するようになっている。
第1の網部材10には、不図示の固定具が設けられ、第1の網部材10全体を覆うように担体6を配置可能になっている。
網目の大きさは、0.5mm〜10mmのものを用いることができ、1mm〜5mmが好ましい。
また、側面部5cには、第1の網部材10に代えて細かい多数の孔が形成された平板部材が用いられていてもよい。この場合、孔の形状は、特に限定されないが、例えば側面部5cの厚さ方向に一定の径寸法の円形に形成されてもよい。なお、孔は、側面部5cの裏面から表面に向けて徐々に拡径するテーパ状に形成されていてもよい。
これにより、配管12から気体及び/又は液体を導入して第1の網部材10の網目から担体6に向かって気体及び/又は液体を放出できるようになっている。このように、担体固定部材5は、全体として気体/液体放出槽を構成している。
担体6の素材は、微生物が付着できるとともに、上方から供給された培養液を内部に浸透させつつ流下させることが可能なものであれば特に限定されず、例えば、綿ブロード、リント布等からなる薄膜や、多孔質状の薄板等の内部に空隙を有する部材からなるものが挙げられる。微生物の大きさが数ミクロンから10数ミクロンであることから、これらが付着し増殖しやすい微細な突起または菌体の数倍程度の直径の孔を有する材が望ましい。
なお、本明細書において、担体6の「保水量」は、下記の保水性試験で測定される値を意味する。
[2]十分な量の水道水を入れた容器にサンプルを入れ3分間放置し、サンプルに十分に水を含ませる。
[3]ピンセットを使ってサンプルを容器から取り出し、持ち上げた状態で5秒間水が垂れ落ちるのを待って水を切る。
[4]水を含んだサンプルの重量を測定した。この時点で水が垂れても、垂れた水を含めた重量を測定する。
[5][4]で測定した重量からサンプルの乾燥重量を引き、サンプル1cm2あたりに含まれる水の量を算出する。
測定は各サンプルにつき5回ずつ行い、平均値を「保水量(g/cm2)」とする。
培養液供給部7は、担体6の上方に位置するようにハウジング8の天板8aの下面に配されている。培養液供給部7の供給孔7hは、担体6に向けて、すなわち鉛直下方に向けられている。
なお、担体6が無撚糸のパイル地により形成されている場合には、担体6に微生物が強固に付着しやすく、微生物の育成が促進されるため、上記に示した以上の流速で培養液を供給することができる。
天板8aには、培養液の回収口15が設けられ、この回収口15に培養液の導出部7bが挿通されている。
後面板8eには、培養液の導入口16が設けられ、この導入口16に培養液の導入部7aが挿通されている。また、後面板8eには冷却エア供給口17が形成されている。
底板8bの気体又は液体の給排口18の前面板8d側には、担体6から流下した培養液をハウジング8の下方に排出する培養液排出口19が形成されている。
底板8bの給排口18よりも後面板8e側には、CO2供給口20が形成されている。CO2供給口20は、詳細を図示しないが、底板8bに溜まる培養液が流入しない構造になっている。
前面板8dには、適宜開口可能な排気口21が形成されている。
このように、カセット2は、ハウジング8の内部で微生物の培養及び回収の全ての工程を行うことができるようになっている。
内部空間S2は、一つのカセット2を装着可能な設置部S1を一以上(本実施形態では4つ)有している。
設置部S1は、カセット2が入る幅、高さ及び奥行きを有してカセット2の幅方向に配列するように設けられている。
外装体30には、設置部S1毎に以下の各種配管及び部材が設けられている。
気体又は液体の給排口18に対応する開口部には、担体固定部材5の内部に気体又は液体を給排する給排用配管32が取り付けられている。培養液排出口19に対応する開口部には、培養液排出口19から流出液タンク41に培養液を流す循環用配管31が取り付けられている。CO2供給口20に対応する開口部には、ハウジング8内にCO2を供給するCO2供給用配管33が取り付けられている。
CO2供給用配管33からの充填以外の方法によってハウジング8内にCO2を充填することも可能であるので、CO2供給用配管33は必須ではないが、具備していることが好ましい。
天面板30aの外側には、培養液の回収口15に連通する回収用配管36が設けられている。
光照射部38は、カセット2を設置部S1内に挿入する際のガイド部材になっていてもよい。
外装体30に設けられた循環用配管31及び培養液供給部7からの培養液を回収する回収用配管36は、それぞれ培養液を供給する液供給管37に接続され、培養液を循環できるようになっている。
具体的には、カセット2を装置本体3の設置部S1に挿入すると、培養液供給部7が液供給管37及び回収用配管36に接続し、給排口18に給排用配管32が嵌着し、培養液排出口19に循環用配管31が嵌着し、CO2供給口20にCO2供給用配管33が嵌着し、冷却エア供給口17が冷却エア用継手34に接続する。
装置本体3は、設置部S1ごとに微生物培養システムを駆動できる制御部を有しており、カセット2毎に微生物の培養を開始できるようになっている。
なお、微生物培養システム1Aを用いて光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合は、光照射部38はなくてもよい。
微生物培養システムを使用するには、予め微生物を付着させておいた担体6を担体固定部材5に固定したカセット2を、装置本体3の設置部S1に挿入して確実に装着する。
なお、担体6に微生物を付着させる方法としては、予め微生物を付着させておいた脱脂綿等を担体6の上においておく方法がある。微生物の付着は、担体6に直接滴下あるいは塗布してもよい。
この際、培養液供給部7から担体6の表面に培養液を吹き付け又は勢いよく流して、微生物の剥離を促進するとより効率的に微生物を流下させることができる。
流出液タンク41内に溜められた上清液は、ポンプにより汲み上げられ、不図示の循環流路を経由して培養液供給部7に再供給され、担体6に繰り返し放出される。
また、分裂成長速度に応じて、定着している微細藻の表層を流下させることで下層部の光合成が活性化され、分裂増殖が始まる。
以上の動作を繰り返すことにより、微生物を連続的に培養しつつ、培養された微生物を収穫する。
微生物培養システム1Bは、微生物培養システム1Aにおけるカセット2のハウジング8が装置本体3に固定され又は一体成形され、外装体30がハウジング8を兼用している。装置本体3に着脱自在に設けられるのは、担体固定部材5及び担体6であり、これらがカセット2に代わるカートリッジ40を構成している点で、微生物培養システム1Bは、微生物培養システム1Aと相違している。
図6に示すように、カートリッジ40は、担体固定部材5と、担体6とを備えている。
担体固定部材5の一方の側面部5dには、取っ手Tが間隔を空けて2つ設けられており、底面部5bに脚部を兼用する被ガイド部材43が設けられている。
外装体30の材質は特に限定されず、ガラス、アクリル、ポリスチレン、塩化ビニル等の透明なもの又は金属板等が挙げられる。
なお、流出液タンク41から抽出される微生物を高濃度に含む培養液を受ける不図示の収穫容器は、設置部S1ごとに設けられていても、複数の設置部S1に共通に設けられていてもよい。
図7又は図8に示すように、設置部S1には、少なくとも、培養液供給部7、流出液タンク41及び担体固定部材5に気体及び/又は液体を供給する配管12と給排用配管32とを接続する接続継手32aが配備されている。
給排用配管32には、不図示の開閉弁が取り付けられており、担体固定部材5の内部空間S3内に気体を送入しない場合には閉弁し、気体を送入する場合にのみ開弁できるようになっている。また給排用配管32は、不図示のコンプレッサに接続されており、所望の圧力で担体固定部材5内に気体を送入できるようになっている。
担体固定部材5から担体6に送り込む気体としては、1〜10%程度のCO2を含有する混合空気であるとよい。
担体6から流出した微生物を含む培養液は、流出液タンク41内において微生物を高濃度に含む沈殿と、微生物を殆ど含まない上清である培養液とに分離される。流出液タンク41内で分離された上清は、微生物を含んでいてもよい。
また、流出液タンク41で分離された培養液(上清液)は、ポンプを有する不図示の循環流路によって回収され再度担体6に供給される。
また、図7及び図8に示すように、本実施形態の設置部S1の上部には、必須ではないが、担体6で培養された微生物を流下させるシャワー部46が設けられている。シャワー部46の液体の噴射部分は、担体6の幅方向全体に水等を噴射できるようになっている。
また、本実施形態の設置部S1には、必須ではないが、担体6に微生物を吹き付ける噴霧部47が設けられている。噴霧部47は側面を上下又は左右(本実施形態では上下)に移動して担体6の全体に微生物を噴霧できるようになっている。
本発明の微生物培養システム1Bの使用を開始するには、担体6を担体固定部材5の両側面部5c,5cに固定する。
図6に示すように、担体6を配したカートリッジ40は、取っ手Tを持って設置部S1内に収容する。この際、カートリッジ40の底面部5bに設けられた被ガイド部材43を図7に示すように設置部S1の底面板30bに設けられたガイドレール42に嵌合させ、設置部S1内へと摺動させる。接続継手32aに配管12が嵌合したところでカートリッジ40が設置部S1内に完全に収まり、培養液供給部7の真下に担体6の上端部が位置し、担体6の下端部が流出液タンク41の上に位置する。
この際、図7及び図8に示すシャワー部46から水又は培養液などの液体を担体6の表面に給液して、微生物の剥離を促進するとなお効率的に微生物を流下させることができる。
一方、流出液タンク41内に溜められた微生物の一部を含む培養液の上清液は、ポンプにより汲み上げられ、不図示の循環流路を経由して培養液供給部7に再供給され、担体6に繰り返し放出される。
また、分裂成長速度に応じて、定着している微細藻の表層を流下させることで下層部の光合成が活性化され、分裂増殖が始まる。
以上の動作を繰り返すことにより、微生物を連続的に培養しつつ、培養された微生物が収穫される。
したがって、微生物培養システム1Bは、カートリッジ40を極めて容易に着脱することができるという効果を奏する。また、微生物培養システムは、稼働停止時間を短時間に抑えて装置の稼働率を高めることができるという効果を奏する。
また、微生物培養システム1Bは、微生物の噴霧部47を有しているため、カートリッジ40を設置部S1内に設置したまま必要な微生物の付着を行うことができるという効果を奏する。
その他、微生物培養システム1Bは、微生物培養システム1Aと共通する構成に関して共通の作用、機能及び効果を奏する。
また、微生物培養システム1A,1Bは、側面部5cを担体6として兼用していてもよい。
担体6を兼用する側面部5cが以上のように形成された微生物培養システム1は、網目内において微生物が増殖可能となり、筐体状に形成された担体固定部材5の内部空間S3に気体を送入することで、網目を形成する面に増殖した微生物を担体固定部材5から分離させ流下可能となる。
また、担体固定部材5としては、個別の設置部S1に収容可能である限り、直方体形上のものに限らず、上面視多角形その他円筒形状の中空の筒状であってもよい。
本実施形態の担体固定部材60は、内部から気体又は液体を放出可能な第1及び第2の実施形態の気体/液体放出槽5を用いずに、担体6を保持する機能をメインとした部材を用いている点で、第1又は第2の実施形態と異なっている。また、担体6の表面をハウジング8の側板8cに対して角度をなすように斜め上方に向けて配している点で第1及び第2の実施形態と異なっている。
光照射部38は、ハウジング8の側板8cの近傍であって、担体6の上方を向く表面に正対し得る位置、すなわち光照射部38からの光が担体6の上方を向く表面の少なくとも一部に垂直に照射され得る位置に配置されている。
カセット2bは、カセット2aと略同様に形成されているが、担体固定部材60、担体6及び培養液供給部7の位置が、カセット2a,2bの正面視で、カセット2aの担体6と左右対称になるように配されている。
また、隣り合うカセット2a,2bの担体6,6間に光照射部38を設置することでいずれの担体6にも正対させつつ効率よく光を照射することができるという効果を奏する。なお、光照射部38は、1つの担体6に1つだけ設けた例を示したが、複数設置してもかまわない。
2・・・カセット
5・・・担体固定部材(気体/液体放出槽)
5a・・・天面部
5b・・・底面部
5c・・・側面部
6・・・担体
7・・・培養液供給部
8・・・ハウジング
19・・・培養液排出口
20・・・CO2供給口
38・・・光照射部
40・・・カートリッジ
41・・・流出液タンク
46・・・シャワー部
47・・・噴霧部
S3・・・内部空間
Claims (11)
- 微生物を付着させ気相中に配置される担体の上から培養液を供給する培養液供給部と、前記担体から流出した前記微生物を含む培養液を貯留する流出液タンクとを備えた微生物培養システムであって、
前記担体とハウジングとを有し、前記ハウジング内に前記担体及び前記培養液供給部を具備し、前記ハウジングに前記担体から滴下する培養液を排出させる排出口が形成され、前記ハウジング内で前記担体に付着させた微生物を培養可能なカセットと、
前記カセットを着脱自在に装着させる設置部と、前記設置部に装着された前記カセットの前記培養液供給部に培養液を送る培養液の供給用配管と、前記排出口から排出された培養液を貯留する前記流出液タンクとが設けられた装置本体とを備えている微生物培養システム。 - 前記装置本体に、光照射部が設けられている請求項1に記載の微生物培養システム。
- 前記装置本体には、前記ハウジング内に二酸化炭素を供給するCO2供給口が形成されている請求項1又は2に記載の微生物培養システム。
- 前記ハウジングには、前記担体で培養された微生物を剥離させて流下させるシャワー部が設けられている請求項1又は2に記載の微生物培養システム。
- 天面部、底面部及び前記担体を配する側面部を有し内部空間が形成された箱状体で、少なくとも前記側面部に気体及び/又は液体を前記担体に向けて放出可能な孔又は網目が形成され、気体及び/又は液体を前記内部空間に給排する給排口が形成され、前記担体を前記孔又は網目を覆う部分に着脱させ得る気体/液体放出槽を備え、前記気体/液体放出槽が前記ハウジング内に設置されている請求項1から4のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
- 前記気体/液体放出槽の少なくとも前記側面部が微生物を付着して培養可能な前記担体を兼ねている請求項5に記載の微生物培養システム。
- 前記装置本体には、前記気体/液体放出槽内の空気を吸引する吸引部が設けられている請求項5又は6に記載の微生物培養システム。
- 前記担体及び前記気体/液体放出槽が前記ハウジング内に着脱自在なカートリッジを構成している請求項5から7のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
- 1以上の前記ハウジングが前記装置本体に着脱不能に一体的に形成されて設置部を形成し、
前記設置部に対して前記カートリッジが着脱自在である請求項8に記載の微生物培養システム。 - 前記装置本体には、前記担体の表面に微生物を噴霧する噴霧部が設けられている請求項9に記載の微生物培養システム。
- 微生物が、微細藻類である請求項1〜10のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
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