JP2020054313A - 撹拌培養装置 - Google Patents

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【課題】培養容器内の内容物を良好に撹拌できると共に、該培養容器内の培地のみを連続して該培養容器外に抜出できる撹拌培養装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の撹拌培養装置は、培養物と培地とが容れられる培養容器と、前記培養容器内の内容物を撹拌する撹拌手段と、前記培養容器に設けた開口部と、該開口物を塞ぐろ過膜と、前記開口部に連通した、前記培養容器の外面に設けた培地抜出室と、前記撹拌手段を利用した目詰まり防止手段とよりなることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、培養容器内に容れられた、例えば、細胞などの培養物と培養液等からなる内容物を良好に撹拌できると共に、該培養容器内の培地のみを連続して該培養容器外に抜出できる培養装置に関する。
培養容器内で、例えば、動植物の細胞や菌体等の培養物を高密度で培養するためには、該培養物を培養液等の培地内で培養を行いながら、フレッシュな培地と老廃物を含む培地との交換が必要となる。
従来の培養装置においては、例えば、図５に示すよう、培養容器ａに、培地供給管ｂと培地排出管ｃとを設けると共に、該培地排出管ｃの下端に、前記培養容器ａ内の内容物中、培養物は通過せず、培地のみを通過するろ過膜ｄ（フィルタ）を設け、例えば、上下動撹拌手段ｅにより、前記培養容器ａ内を撹拌しながら、培養物を培養した後、前記培地排出管ｃを吸引ポンプ等により吸引し、前記ろ過膜ｄを介して、前記培養容器ａ中の老廃物を含む培地のみを、前記培養容器ａ外に抜出し、また、前記培地供給管ｂからフレッシュな培地を前記培養容器ａ内に供給するようにして、培地の交換を行っていた。
特開平８−１７２９５６号公開公報
しかしながら、前記従来の培養装置においては、培地を吸引によりろ過しているので、培養物がろ過膜に吸い込まれ、詰まりが発生し、定期的に、培地の吸引を停止して、逆洗を行う必要があり、連続した培地の抜出ができないという問題点があった。
本発明は、吸引により培地をろ過せず、撹拌装置を利用して、ろ過膜の目詰まりを解消し、連続して、培地に抜出できる培養装置を提供できるようにしたものである。
前記の目的を達成すべく、本発明の撹拌培養装置は、培養物と培地とが容れられる培養容器と、前記培養容器内の内容物を撹拌する撹拌手段と、前記培養容器に設けた開口部と、該開口物を塞ぐろ過膜と、前記開口部に連通した、前記培養容器の外面に設けた培地抜出室と、前記撹拌手段を利用した目詰まり防止手段とよりなることを特徴とする。
また、前記目詰まり防止手段は、前記撹拌手段を、往復動する撹拌翼を有する往復動撹拌手段より構成し、前記ろ過膜により塞がれる開口部を、前記培養容器の、前記撹拌翼の翼面に対向する壁に設けたことを特徴とする。
また、前記目詰まり防止手段は、前記撹拌手段を、往復動又は回転する駆動軸を有する撹拌手段より構成し、前記ろ過膜により塞がれる開口部を、前記培養容器の、前記駆動軸に直交する側の壁に設けたことを特徴とする。
また、撹拌培養装置は、培養物と培地とが容れられる培養容器と、該培養容器内に設けた、上下動する撹拌翼を有する上下動撹拌手段と、前記培養容器の底部に設けた開口部と、該開口物を塞ぐろ過膜と、前記開口部に連通した、前記培養容器の外面に設けた培地抜出室とよりなることを特徴とする。
また、撹拌培養装置は、培養物と培地とが容れられる培養容器と、該培養容器内に設けた、上下動する撹拌軸を有する上下動撹拌手段と、前記培養容器の側壁に設けた開口部と、該開口物を塞ぐろ過膜と、前記開口部に連通した、前記培養容器の外面に設けた培地抜出室とよりなることを特徴とする。
本発明によれば、培養容器内の内容物を良好に撹拌できると共に、該培養容器内の培地のみを連続して該培養容器外に抜出できるようになる。
本発明の実施例１の撹拌培養装置の縦断面図である。 本発明の実施例２の撹拌培養装置の縦断面図である。 該撹拌装置の上下動撹拌のフローパターンを示す説明図である。 図３のＢ−Ｂ線裁断図である。 従来の撹拌培養装置の縦断面図である。
本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。
本発明の実施例１を図１によって説明する。
１は、本発明の培養装置を示し、２は、該培養装置１の培養容器であり、該培養容器２は、例えば、有底の円筒状に形成され、該培養容器２内には、例えば、動植物の細胞や菌体等の培養物と、培養液等の培地とが容れられている。
３は、前記培養容器２内の培養物と培地とからなる内容物を撹拌する、駆動軸方向に往復動する往復動撹拌装置を示す。
前記往復動撹拌装置３は、例えば、垂設された駆動軸４と、該駆動軸４を該駆動軸方向に、例えば上下方向に往復動させる往復動装置（図示せず）と、前記駆動軸４の下端に設けられた、例えば、長径と短径とより形成される撹拌翼、例えば、矩形状、又は、楕円形状の撹拌翼５とよりなり、該駆動軸４は、例えば、前記培養容器２の天井部２ａの中央の開口部６を貫通して、前記培養容器２内に挿入される。
７は、前記培養容器２の底部２ｂに設けられた開口部、８は、該開口部７を塞ぐように設けられた、前記培養容器２内の内容物中、培養物は通過せず、培地のみを通過するろ過膜（フィルタ）を示す。
なお、前記ろ過膜８により塞がれる開口部７は、前記撹拌翼５を平面視した時、前記底部２ｂへの投影部分内に形成されることが望ましい。
また、９は、前記開口部７に液密に連通した、前記培養容器２の底部２ｂの外面に設けられた培地抜出室を示し、前記培養容器２内の培地が前記ろ過膜８によりろ過されて、該培地抜出室９に浸入するようになる。
１０は、例えば、前記培地抜出室９の側壁の排出口９ａに設けられた培地排出管を示す。
なお、該培地排出管１０は、前記排出口９ａから、前記培養容器２の所望の高さまで上方に延びてから、逆Ｕ字状の折返し部１０ａを介して、下方に延びるように形成され、前記培養容器２内に、前記培地排出管１０の折返し部１０ａよりも高い位置まで培地を供給することにより、前記培地排出管１０の他端から培地を抜き出させるように形成される。
なお、１１は、前記培地排出管１０の折返し部１０ａの上端に連結した空気抜き管を示し、１２は、該管１１の端部に設けた弁を示す。
１３は、前記培地抜出室４外から前記培養容器２内に、例えば、フレッシュな培地を供給するための培地供給管を示す。
次に、本発明の培養装置の作動及びその効果について説明する。
例えば、前記培地供給管１３から、培養物と培地との内容物が、前記培養容器２内に供給され、例えば、前記培地排出管１０の折返し部１０ａよりも低い位置まで容れられる。
なお、培地が重力により、前記ろ過膜８を通過して、前記培地抜出室９内に浸入するが、前記培地排出管１０内の培地は、前記折返し部１０ａよりも低い位置に留まるので、外部に排出することはない。
なお、前記培地排出管１０の他端に弁を設け、該弁を閉じている場合には、前記折返し部１０ａよりも高い位置まで培地を供給するようにしてもよい。
そして、前記培養容器２内の内容物を、例えば、前記往復動撹拌装置３により、前記撹拌翼５を上下動して撹拌しながら、所望の時間、培養物を培養する。
なお、前記往復動撹拌装置３の撹拌翼５の往復動（振動）は、超振動撹拌のような高周波数による振動ではなく、例えば、５Ｈｚ以下、好ましくは、２Ｈｚ以下の撹拌翼５の上下動に基づく、低せん断作用により往復動させるようにする。
そして、フレッシュな培地と老廃物を含む培地とを培地交換をするために、前記培養容器２内の内容物を前記往復動撹拌装置３により撹拌しながら、又は、撹拌を停止した後、前記培地等供給管１３から、液面が前記折返し部１０ａよりも高くなるまで、培地を前記培養容器２内に供給する。
これにより、前記培養容器２内の内容物の液面と、前記培地抜出管１０の内容物の液面の高さが高くなるように、前記培養容器２内の培地が、前記ろ過膜８によりろ過されて、前記培地抜出管１０に浸入する。
そして、前記折返し部１０ａよりも高い位置まで、前記培養容器２内に培地が供給されると、培地が前記折返し部１０ａを通じて、外部に排出されるようになる。
そして、前記往復動撹拌装置３を駆動させて上下動させることにより、前記撹拌翼５が上方に移動する時には、前記ろ過膜８の上面には、図１の〇印で囲んだ部分Ａに、負圧が生じ、従って、前記ろ過膜８の上面にたまった培養物を上方に吸い上げるようになり、前記ろ過膜８が詰まるのを防ぐようになる。
なお、前記培地供給管１３に、培地供給制御手段（図示せず）を設け、該培地供給手段により、前記往復動撹拌装置３の撹拌翼５を、下方に移動する場合には、前記培養容器２内に培地を供給せず（又は、培地供給管の弁を閉じ、培地を抜き出さないようにし）、前記撹拌翼５を、上方に移動する場合には、前記培地供給管１３から、前記培養容器２内に培地を供給し、前記培地排出管１０から、培地を排出するようにし、これを繰り返すようにする。
培地のろ過は、培地の重力によりろ過されるもので、吸引によりろ過して、前記培地抜出室９内に浸入させるものではないので、培養物が、ろ過膜に吸い込まれることがなく、また、前記往復動撹拌装置３の撹拌翼５が上方に移動する時に生ずる負圧を利用して、前記ろ過膜８の上面の培養物を上方に吸い上げるので、ろ過膜８が目詰まりする事はない。
従って、目詰まりしないので、前記培養容器２内に培地を連続して供給することにより、逆洗等を必要とせず、連続して、培地の交換を行うことができるようになる。
なお、前記往復動撹拌装置３の撹拌翼５を上下動する以外に、例えば、前記撹拌軸４を横方向に横設して、横方向に往復動させるなど、駆動軸の軸方向に往復動するようにしてもよい。かかる場合、ろ過膜は、前記撹拌翼５の翼面に対向する培養容器２の壁に設けられるようになる。
本発明の実施例２においては、実施例１の撹拌培養装置において、実施例１における開口部７を、前記培養容器２の底部２ｂに設ける代わりに、図２に示すように、前記培養容器２の側壁２ｃに、例えば、周方向に、全周に渡って形成された開口部１４を設け、該開口部１４を前記ろ過膜８で塞ぐように設ける。
そして、前記培養容器２の側壁の外周面に、前記開口部１４に液密に連通した、例えば、前記側壁の外周面を筒状に覆う培地抜出室１５を設ける。
そして、前記培地抜出室１５の側壁に排出口１５ａを設け、該排出口１５ａに、培地抜出管１６を設けると共に、弁（図示せず）を設ける。
なお、前記培養容器２内の撹拌手段として、前記往復動撹拌装置３を設ける代わりに、前記撹拌容器２に垂設した駆動軸と、該駆動軸を軸方向周りに回転させる回転駆動装置と、該駆動軸の下端に設けた撹拌翼とよりなる回転撹拌装置（図示せず）を設けるようにしてもよい。
次に、本発明の培養装置の作動及びその効果について説明する。
本発明の第２の実施例においては、前記培地排出管１６の弁を閉じ、例えば、前記培地供給管１３から、培養物と培地との内容物が、所望量、前記培養容器２内に供給される。
なお、培地が前記ろ過膜８を通過して、前記培地抜出室１５内に浸入するが、前記培地排出管１６内の弁が閉じているので、培地は、外部に排出されない。
そして、前記培養容器２内の内容物を、例えば、前記往復動撹拌装置３により、前記撹拌翼５を上下動して撹拌しながら、所望の時間、培養物を培養する。
なお、前記往復動撹拌装置３の撹拌翼５の往復動（振動）は、超振動撹拌のような高周波数による振動ではなく、例えば、５Ｈｚ以下、好ましくは、２Ｈｚ以下の撹拌翼５の上下動に基づく、低せん断作用により往復動させるようにする。
そして、フレッシュな培地と老廃物を含む培地とを培地交換をするために、前記培養容器２内の内容物を、前記往復動撹拌装置３により撹拌しながら、又は、撹拌を停止した後、前記培地抜出管１６の弁を開くことにより、前記培養容器２内の培地が、前記ろ過膜８によりろ過されて、前記培地抜出室１５内に浸入し、前記培地抜出管１６を介して、外部に排出されるようになる。
そして、前記往復動撹拌装置３を駆動して、例えば、前記振動数の範囲において撹拌翼５を上下動させることにより、前記培養容器２内には、前記撹拌翼５の短径５ａ部分の外方に、図４のＤに示す如く、上下流強化領域が形成されて、図３に示す如く、大きな上下流とこれに伴う旋回流を伴う大還流を発生させることができるようになり、前記培養容器２内の側壁の内側面に沿う強い流れを形成させることができ、この流れにより、ろ過膜８に付着した培養物が流れ、目詰まりが解消するようになる。
そして、前記往復動撹拌装置３を駆動して撹拌翼５を上下動させることにより、前記培養容器２内には、前記培養容器２内の側壁の内側面に沿う流れが形成され、この流れにより、ろ過膜８に付着した培養物が流れ、目詰まりが解消するようになる。
なお、撹拌手段として、前記回転撹拌装置を用いた場合においても、前記同様に、前記培養容器２の側壁の内側面に沿う流れが形成され、この流れにより、ろ過膜８に付着した培養物が流れ、目詰まりが解消するようになる。
従って、目詰まりしないので、前記培養容器２内に培地を連続して供給することにより、逆洗等を必要とせず、連続して、培地の交換を行うことができるようになる。
なお、前記往復動動撹拌装置３により培養容器内を撹拌する場合、前記撹拌容器２の側壁の内側面に沿って流れるが生じる部分にのみろ過膜を設けるように、前記ろ過膜を塞ぐ開口部１４を、例えば、前記往復動撹拌装置３の撹拌翼５の短径５ａ側の、前記培養容器２の側壁のみに設けてもよい。
また、前記撹拌軸４を垂設し、該撹拌翼４を上下動、或いは、該撹拌軸４周りに回転させる以外に、前記駆動軸４を横方向に横設して、横方向に往復動させる、或いは、該駆動軸４の軸周りに回転させるようにしてもよく、この場合には、前記ろ過膜８は、前記駆動軸４に直交する側の、前記培養容器２の壁に設けるようにする。
本発明の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置は、医療品関係、食品関係等における培養装置に利用される。
１ 培養装置
２ 培養容器
２ａ 天井部
２ｂ 底部
２ｃ 側壁
３ 往復動撹拌装置
４ 駆動軸
５ 撹拌翼
５ａ 短径
６ 開口部
７ 開口部
８ ろ過膜
９ 培地抜出室
９ａ 排出口
１０ 培地抜出管
１０ａ 折返し部
１１ 空気抜き管
１２ 弁
１３ 培地供給管
１４ 開口部
１５ 培地抜出室
１５ａ 排出口
１６ 培地抜出管

Claims (5)

  1. 培養物と培地とが容れられる培養容器と、
    前記培養容器内の内容物を撹拌する撹拌手段と、
    前記培養容器に設けた開口部と、該開口物を塞ぐろ過膜と、
    前記開口部に連通した、前記培養容器の外面に設けた培地抜出室と、
    前記撹拌手段を利用した目詰まり防止手段とよりなることを特徴とする撹拌培養装置。
  2. 前記目詰まり防止手段は、
    前記撹拌手段を、往復動する撹拌翼を有する往復動撹拌手段より構成し、
    前記ろ過膜により塞がれる開口部を、前記培養容器の、前記撹拌翼の翼面に対向する壁に設けたことを特徴とする請求項１に記載の撹拌培養装置。
  3. 培養物と培地とが容れられる培養容器と、
    該培養容器内に設けた、上下動する撹拌翼を有する上下動撹拌手段と、
    前記培養容器の底部に設けた開口部と、
    該開口物を塞ぐろ過膜と、
    前記開口部に連通した、前記培養容器の外面に設けた培地抜出室とよりなることを特徴とする撹拌培養装置。
  4. 前記目詰まり防止手段は、
    前記撹拌手段を、往復動又は回転する駆動軸を有する撹拌手段より構成し、
    前記ろ過膜により塞がれる開口部を、前記培養容器の、前記駆動軸に直交する側の壁に設けたことを特徴とする請求項１に記載の撹拌培養装置。
  5. 培養物と培地とが容れられる培養容器と、
    該培養容器内に設けた、上下動する撹拌軸を有する上下動撹拌手段と、
    前記培養容器の側壁に設けた開口部と、
    該開口物を塞ぐろ過膜と、
    前記開口部に連通した、
    前記培養容器の外面に設けた培地抜出室とよりなることを特徴とする撹拌培養装置。
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