JP2744418B2 - バイオリアクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発酵槽または培養槽等
のバイオリアクタ、特にラジアルフロー式充填層型バイ
オリアクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、バイオテクノロジの進展に伴っ
て、発酵や動植物細胞の培養等を行なうバイオリアクタ
（生物反応槽）の開発が多岐にわたってきている。

【０００３】このバイオリアクタには、大別して、細
胞、酵素、酵母または微生物等（以下これらを総称して
生体触媒という）が固定化された担体が液状培地中に浮
遊状態に保たれる流動層型のバイオリアクタと、塔また
はカラム等の培養槽内に生体触媒が固定化された担体を
充填してこの培養槽に液状培地を循環させる固定層型の
バイオリアクタとがある。

【０００４】さらに、この固定層型バイオリアクタに
は、ホローファイバ等のいわゆる中空糸を担体として用
いた中空糸型のバイオリアクタと、泡ガラス等の粒状担
体，セラミックス多孔体等の三次元網目状担体，ハニカ
ム状担体または多層平板担体を用いた充填層型のバイオ
リアクタとに区分される。

【０００５】従来、この充填層型バイオリアクタについ
ては、特公平４ー３９９９０号公報に記載されているよ
うな、ラジアルフロー式充填槽型バイオリアクタが提案
されている。

【０００６】このラジアルフロー式充填槽型バイオリア
クタ１は、図１０および１１に示されるように、円筒形
のタンク２内に円筒形のメッシュフィルタ３が同軸状に
配置され、このメッシュフィルタ３の内側にそれぞれタ
ンク２の軸方向に沿って延びるように複数本の酸素補給
用パイプ４が配置され、さらにこれら酸素補給用パイプ
４の内側にそれぞれタンク２の軸方向に沿って延びるよ
うに複数の培地回収用パイプ５が配置されている。

【０００７】さらに、メッシュフィルタ３の内側には酵
素や細胞等が固定化された担体が充填され、この担体に
酸素溶存の液状培地を供給するための培地供給用ノズル
７が、タンク２とメッシュフィルタ３との間に形成され
る円管状の間隙部６内にそのノズルの先端が位置するよ
うに配置され、この培地供給用ノズル７から間隙部６内
に流入されメッシュフィルタ３を通りさらにタンク２内
に充填された担体の間を通過した液状培地が、培地回収
用パイプ５から回収されるようになっている。

【０００８】上記ラジアルフロー式充填槽型バイオリア
クタ１は、タンク２とメッシュフィルタ３との間の間隙
部６に供給された液状培地が、メッシュフィルタ３を通
過した後、タンク２の径方向内側に向かって生体触媒が
固定された担体の間を流れ、酸素を必要とする場合に
は、この間に酸素補給用パイプ４から酸素の補給を受け
ながら生体触媒に酸素と栄養分を供給して細胞に組織培
養等を行う。そして、使用済み液状培地は、生体触媒反
応により生成される有用物質や細胞の新陳代謝による老
廃物等とともに培地回収用パイプ５から回収される。

【０００９】この従来のラジアルフロー式充填槽型バイ
オリアクタ１は、液状培地がタンク２の径方向内側に向
かって流れるようになっているので、タンク２の径方向
において、液状培地が流れる際に固定相（生体触媒を固
定化した担体の相）と接触する時間および距離を短くす
ることが出来るとともにほぼ一定に保つことが可能とな
り、タンク２内における栄養分濃度および溶存酸素濃度
の変化を最小源に押えることが出来、出口までに必要な
酸素を始めとする各種栄養源が枯渇することを防ぐこと
が出来る。また、液状培地が流れる断面積を広くとるこ
とが出来るために、線速度を低く抑えることが出来、細
胞を高い剪断力にさらすことなく必要な栄養源を充分量
細胞に供給することが可能になる。その結果として、有
用物質を効率良く生産することが出来るという長所を有
している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、培地供
給用ノズル７から間隙６内に流入された液状培地の圧力
は、培地供給用ノズル７から噴出された後、間隙６内を
タンク２の軸方向に沿って図１０の左方向に流れるにし
たがって低下してゆく。

【００１１】このため、上述したラジアルフロー式充填
槽型バイオリアクタ１は、図１０において、培地供給用
ノズル７の先端開口部に近い間隙部６の内部圧力が高
く、ノズル７の先端開口部から遠い左側部分の内部圧力
が右側部分に比べて低くなり、タンク２の軸方向におい
て均一にならない。このため、タンク２内における半径
方向への液状培地の流れを均一にすることが出来ない。

【００１２】従って、液状培地の移動相における流速が
軸方向、すなわち図１０においてタンク２の左側にゆく
にしたがって低くなり、右側ほど高くなることになる。
これにより、タンク２の左側の生体触媒には必要な酸素
および栄養源が供給されなくなり、酸素または栄養源が
枯渇し、生体触媒の代謝活性が低くなって生体触媒が有
効に機能しないという問題を生じる。

【００１３】ここで、培地供給用ノズル７の先端開口部
から遠い間隙部６の左側部分の内部圧力を高めるために
培地供給用ノズル７から流出される液状培地の圧力を上
昇させると、タンク２内に供給される液状培地自体がダ
メージを受ける虞があるとともに、特に細胞膜を持たな
い動植物細胞の組織培養を行う場合等には、液状培地の
圧力から受ける剪断力によって細胞が損傷を受ける虞が
ある。

【００１４】本発明は、上記のような従来のラジアルフ
ロー式充填槽型バイオリアクタをスケールアップする際
に生じる問題点を解決するために為されたものである。
すなわち、本発明は、充填槽の径方向のみならず軸方向
においても、供給される液状培地の圧力を均一に保つこ
とが出来、半径方向の流速が軸方向において分布を持つ
ことがなく、従来よりもより均一に半径方向に液状培地
を供給することによって、栄養分濃度および溶存酸素濃
度の変化、有用物質の生産性等が充填槽内の軸方向にお
いても均一になるようにすることが出来るラジアルフロ
ー式充填槽型のバイオリアクタを提供することを目的と
する。

【００１５】さらに、本発明は、供給される液状培地の
圧力を充填槽内の軸方向において均一になるようにする
ために生体触媒や培地が損傷を受けることがなく、さら
にそのために、充填槽の構造が複雑になることがなく簡
易な構造のラジアルフロー式充填槽型のバイオリアクタ
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の発明は、円筒形のタンク内に円筒形のスクリー
ンフィルタが同軸状に収容され、このスクリーンフィル
タ内に生体触媒が固定される担体が充填され、タンクと
スクリーンフィルタとの間の間隙部分に外部の培地供給
装置から液状培地が導入され、この液状培地が間隙部分
からスクリーンフィルタを通過してスクリーンフィルタ
内に流入し、担体によって形成される層の部分を抜けた
後、タンクの一端部に設けられた排出部から排出される
ラジアルフロー式充填層型バイオリアクタにおいて、中
空状のパイプによってリング状に形成され、パイプの周
壁にパイプの内外を連通する複数個の培地噴出孔を有
し、培地供給装置に接続可能な複数個の培地導入管を備
え、この複数個の培地導入管が、前記タンクとスクリー
ンフィルタとの間の間隙部分内に、その中央部をスクリ
ーンフィルタによって貫通された状態で、リングの中心
軸がタンクと同軸になるように、かつ各培地導入管の間
が等間隔になるように配置されていて、培地供給装置に
接続された各培地導入管に培地供給装置から供給される
液状培地が、培地噴出孔からタンクとスクリーンフィル
タとの間の間隙部分内に噴出されることを特徴としてい
る。

【００１７】上記目的を達成するための第２の発明は、
第１の発明の構成に加えて、タンクとスクリーンフィル
タとの間の間隙部分に導入されスクリーンフィルタ内の
担体の層部分を通過した液状培地を排出する排出部が、
タンクの一端部を閉鎖する壁部の中央部に形成されてい
ることを特徴としている。

【００１８】上記目的を達成するための第３の発明は、
第１の発明の構成に加えて、タンクがその側壁部にタン
クの内外を連通するようにタンクの軸線方向に沿って等
間隔に形成された複数の孔を有し、培地導入管がリング
状部分に内部が連通されるように連続して形成された導
入部を有し、各培地導入管がその導入部をタンクの側壁
部に形成された孔からそれぞれ外方に突出した状態でタ
ンク内に固定されており、このタンクの側壁部から外方
に突出した導入部に培地供給装置が接続されることを特
徴としている。

【００１９】上記目的を達成するための第４の発明は、
第１の発明の構成に加えて、培地導入管の各培地噴出孔
が、培地導入管がタンクとスクリーンフィルタとの間の
間隙部分内に固定されている状態で、タンクの軸線方向
において培地導入管の両側に形成されていることを特徴
としている。

【００２０】上記目的を達成するための第５の発明は、
第１の発明の構成に加えて、培地導入管の各培地噴出孔
が、その軸線が、培地導入管がタンクとスクリーンフィ
ルタとの間の間隙部分内に固定されている状態で、タン
クの軸線と平行になるように形成されていることを特徴
としている。

【００２１】上記目的を達成するための第６の発明は、
第１の発明の構成に加えて、スクリーンフィルタ内にス
クリーンフィルタと同軸になるように配置され一端部が
液状培地の排出部に連通された培地回収用パイプをさら
に備え、この培地回収用パイプの外周部が液状培地の通
過は許容するが担体の通過は阻止するフィルタによって
形成されていることを特徴としている。

【００２２】上記目的を達成するための第７の発明は、
第１の発明の構成に加えて、排出部に液状培地中の溶存
酸素を検出する溶存酸素検出部材が取付けられているこ
とを特徴としている。

【００２３】

【作用】上記第１の発明によるバイオリアクタは、各培
地導入管に培地供給ポンプおよび培地調整槽等からなる
外部の培地供給装置が接続されて使用される。そして、
タンク内に液状培地が充満され、細胞、酵素、酵母また
は微生物等の生体触媒がスクリーンフィルタ内に充填さ
れた担体に固定された後、培地供給装置から培地導入管
に供給されて担体に固定された細胞の培養等が行われ
る。

【００２４】培地供給装置から各培地導入管に導入され
た液状培地は、リング部分に形成された各培地噴出孔か
らタンクとスクリーンフィルタとの間の間隙部分内に噴
出される。この液状培地は、タンクとスクリーンフィル
タとの間の間隙部分内に等間隔に配置された複数の培地
導入管から間隙部分内に噴出されるので、間隙部分内の
内部圧力がタンクの軸方向に沿ってほぼ均一に保たれ
る。

【００２５】この間隙部分内の液状培地は、その間隙部
分内の内部圧力によってスクリーンフィルタを通過し、
このスクリーンフィルタ内に充填された担体の層内を径
方向に沿ってタンクの中心部に流れる。

【００２６】この担体の層を抜けてタンクの中心部に集
まった液状培地は、新たに供給されてくる液状培地によ
ってタンクの外周部から径方向内向きに作用する圧力に
より、タンクの中心部においてほぼ円筒状の流れとなっ
て排出部に向い、この排出部からタンクの外部に排出さ
れる。

【００２７】上記第２の発明によるバイオリアクタは、
第１の発明において説明したように、間隙部分内の均一
な内部圧力によってタンクの中心部に流れ、新たに供給
されてくる液状培地によってタンクの外周部から径方向
内向きに作用する圧力によりタンクの中心部においてほ
ぼ円筒状の流れとなった液状培地は、この液状培地を排
出する排出部がタンクの一端部を閉鎖する壁部の中央部
に形成されていることにより、その流れ方向を変えるこ
となくスムースにタンクの外部に排出される。

【００２８】上記第３の発明によるバイオリアクタは、
スクリーンフィルタ等が取り外され一端部が開口された
タンクに、培地導入管が開口側端部からタンク内に挿入
され、導入部がタンクの側壁部に形成された孔に一番奥
側から挿通されてその先端部がタンクの外方に突出され
る。この状態で、培地導入管の導入部がパッキン等でタ
ンクに固定される。

【００２９】上記のような作業が繰り返され、タンク内
に培地導入管が順次挿入されて、それぞれの培地導入管
がその導入部をタンクの各孔に挿通された状態でタンク
内に固定される。

【００３０】そして、このタンクの側壁部から外方に突
出された培地導入管の導入部に培地供給装置が接続され
ることにより、タンク内に液状培地が導入される。上記
第４の発明によるバイオリアクタは、培地供給装置から
各培地導入管に導入された液状培地が、タンクの軸線方
向において培地導入管の両側に形成された各培地噴出孔
からタンクの軸方向において両方向に噴出される。

【００３１】上記第５の発明によるバイオリアクタは、
培地供給装置から各培地導入管に導入された液状培地
が、各培地噴出孔からタンクとスクリーンフィルタとの
間の間隙部分内にタンクの軸線と平行な方向に噴出さ
れ、これにより、培養液噴出孔から噴出される液状培地
が間隙部分内に均等に広がる。

【００３２】上記第６の発明によるバイオリアクタは、
担体の間を通ってタンクの中心部に集まった使用済み液
状培地等が、このタンクの中心部にかかる圧力がタンク
の軸方向および円周方向において均一であるためにタン
クと同軸の円筒状の流れになって排出部の方向に流れ、
スクリーンフィルタの中心部にタンクと同軸状に配置さ
れた培地回収用パイプ内に、担体と分離されて流れ込
む。そして、この培地回収用パイプによって、タンクの
中心部の円筒状部分には担体が充填されないため排出部
に向かう液状培地の流れに対して抵抗が少なくなること
により、液状培地の排出がよりスムースに行われる。

【００３３】上記第７の発明によるバイオリアクタは、
排出部に取り付けられた溶存酸素検出部材によって、タ
ンク内から排出される使用済みの液状培地の溶存酸素濃
度が検出され、使用済みの液状培地がタンクに循環され
て使用される場合に、この溶存酸素検出部材の検出値に
基づいてタンクから排出された液状培地への酸素の補給
量の決定が行われる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施するための最良の形態
を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００３５】図１および２は、本発明の第１の実施例を
示している。この図１において、バイオリアクタ１０
は、一端側（図面右側）が閉鎖され他端側が開放された
中空円筒形のタンク１１と、このタンク１１の内部にタ
ンク１１と同軸状に収容されたスクリーンフィルタ１２
と、このスクリーンフィルタ１２の外周面とタンク１１
の内周面との間に配置された複数本（この実施例におい
ては４本）の培地導入管１３と、タンク１１の開口側端
部（図面の左側端部）に固定された天板１４とを備えて
いる。

【００３６】タンク１１は耐熱ガラス製で、図３に示す
ように、中空円筒状本体の側壁面の軸方向に沿った４箇
所に等間隔に導入孔１１Ａが形成されている。この導入
孔１１Ａは、それぞれタンク１１の内外を連通してお
り、かつその軸線がタンク１１の径方向に沿って延びる
ように形成されている。また、タンク１１の開口側端部
の外周面に外フランジ１１Ｂが一体的に形成されてい
る。

【００３７】図１において、タンク１１の開口部の前面
側には第１固定フランジ１５が配置されており、タンク
１１の外周部には第２固定フランジ１６が外嵌されてい
る。そして、第１固定フランジ１５と第２固定フランジ
１６とがねじ１７によって互いに固定され、第２固定フ
ランジ１６の内周部に形成された内フランジ１６Ａがタ
ンク１１の外フランジ１１Ｂに係合して第１固定フラン
ジ１５との間でタンク１１の外フランジ１１Ｂを挟み込
むことによって、第１固定フランジ１５および第２固定
フランジ１６がタンク１１に対して固定されている。

【００３８】天板１４は、タンク１１の開口部を閉鎖す
るためのフランジ部１４Ａと、後述するように、タンク
１１内に導入された液状培地，生産された有用物質およ
び老廃物等を排出するための排出パイプ部１４Ｂとから
構成されている。この天板１４は、そのフランジ部１４
Ａの外周部が蝶ねじ１８によって第２固定フランジ１６
に固定されることによりタンク１１の開口側端部に取り
付けられている。

【００３９】スクリーンフィルタ１２は、図４に示され
るように、一対のフランジシール板１２Ａと１２Ｂ間に
複数の支持棒１２Ｃが同一円周面内において軸方向に延
びるように等間隔に介装されて円筒体が形成され、その
外周面にワイヤ１２Ｄが一定の間隔でスパイラル状に巻
回されることによって構成されるワイヤメッシュのスク
リーンである。

【００４０】このワイヤメッシュのスクリーンフィルタ
１２は、ワイヤ１２Ｄの間隔を調整してメッシュサイズ
を決めることにより、ワイヤ１２Ｄ間を通過することの
出来る粒子の大きさを設定することができる。通常、ワ
イヤ１２Ｄ間の間隔は、液状培地とともに生体触媒は通
過させるが、後述するように、スクリーンフィルタ１２
内に充填される担体（粒状担体等）は通過させないよう
な大きさに設定される。

【００４１】なお、スクリーンフィルタ１２としては、
上記のワイヤメッシュフィルタの他に、例えばパンチン
グメタル等の金網状のメッシュフィルタが使用できる。
また、このスクリーンフィルタ１２の直径は、タンク１
１の直径および担体の充填量等から適宜設定される。

【００４２】スクリーンフィルタ１２は、そのフランジ
シール板１２Ａが天板１４の内壁面に形成された環状凹
部１４ａに嵌合されフランジシール板１２Ｂがタンク１
１の閉鎖側端部（図１の右側端部）の内壁面にＯリング
２０を介して当接され、天板１４とタンク１１の閉鎖側
端部の内壁面との間に挟持されることによって、タンク
１１内に同軸状に固定されている。

【００４３】スクリーンフィルタ１２のフランジシール
板１２Ａと天板１４の内壁面との間はＯリング１９によ
って、またフランジシール板１２Ｂとタンク１１の閉鎖
側端部の内壁面との間はＯリング２０によって、それぞ
れシールされている。このＯリング１９および２０を移
動不能に支持するために、フランジシール板１２Ａの外
周面に環状溝１２ａが、またフランジシール板１２Ｂの
外壁面に環状溝１２ｂが形成され、これら環状溝１２ａ
および環状溝１２ｂにそれぞれＯリング１９およびＯリ
ング２０が嵌合されている。

【００４４】従って、タンク１１の内部がスクリーンフ
ィルタ１２によって径方向において二分割され、後述す
るように、間隙Ｓ内に導入される培地は必ずスクリーン
フィルタ１２のメッシュを通ってタンク１１の中心方向
に流れるようになっている。

【００４５】培地導入管１３は、図５および６に示すよ
うに、中空状のパイプによってリング状に形成された本
体部１３Ａと、この本体部１３Ａの一端に連続するよう
に一体的に形成された直線部（導入部）１３Ｂとから構
成されている。本体部１３Ａの他端１３ａは閉鎖されて
いる。この培地導入管１３の外径ｄ１はタンク１１の内
径よりも小さく、内径ｄ２はスクリーンフィルタ１２の
外径よりも大きくなるように形成されている。

【００４６】さらに、図６に特に示されるように、この
培地導入管１３の本体部１３Ａの側部の複数箇所（図の
実施例では８ヵ所）には、それぞれの箇所に一対ずつの
培地噴出孔１３Ｃが形成されている。

【００４７】この培地導入管１３は、図１から分るよう
に、その本体部１３Ａが、タンク１１とスクリーンフィ
ルタ１２との間に形成された間隙Ｓにタンク１１の軸方
向に沿ってそれぞれ互いに平行になるように配置されて
いる。したがって、この各培地導入管１３の本体部１３
Ａの内側にスクリーンフィルタ１２が挿通された状態に
なっている。このとき、本体部１３Ａに形成された培地
噴出孔１３Ｃは、それぞれの孔の軸線がタンク１１の軸
線と平行な方向に向いている。

【００４８】各培地導入管１３の直線部１３Ｂは、それ
ぞれタンク１１の導入孔１１Ａに嵌合されたパッキン２
２を貫通して、タンク１１の内側から外側に引き出され
た状態で固定されている。このパッキン２１はキャップ
２１によって脱落不能に固定されており、培地導入管１
３の直線部１３Ｂとタンク１１の導入孔１１Ａとの間
は、液状培地が漏れないように密閉されている。

【００４９】天板１４のフランジ部１４Ａの外周部に
は、この天板１４がタンク１１に取り付けられている状
態で内端部がタンク１１とスクリーンフィルタ１２間の
間隙Ｓ内に開口し外端部がタンク１１の外側に開口する
ように、天板１４の軸線と平行に配置されたガス抜き用
のパイプ２３が取り付けられている（図１を参照）。

【００５０】天板１４の排出パイプ部１４Ｂの外周壁部
には、チューブ継手２４が螺合されて固定されており、
タンク１１内の液状培地，産生された有用物質および老
廃物等が排出パイプ部１４Ｂ内を通ってこのチューブ継
手２４から排出されるようになっている。

【００５１】さらに、この排出パイプ部１４Ｂの先端開
口部には、ＤＯセンサ２５が取り付けられていて、キャ
ップ２６により抜け落ち不能に固定されている。スクリ
ーンフィルタ１２の内側には、酵素や培養する細胞等が
固定化された担体（図示せず）が充填されている。

【００５２】なお、図１と図２において、チューブ継手
２４とガス抜き用パイプ２３の取付け位置が９０度異な
っているが、これは理解を容易にするために、図１にお
いてガス抜き用パイプ２３の取付け位置を本来の取付け
位置よりも９０度ずらせて記載されているものである。

【００５３】上記バイオリアクタ１０は、以下に述べる
ような順序で組み立てられる。すなわち、図７に示され
るように、スクリーンフィルタ１２，天板１４，パッキ
ン２１およびキャップ２２が取り外され、軸線が水平向
きにかつ導入孔１１Ａが下向きにされたタンク１１に、
培地導入管１３が開口側端部からタンク１１内に水平向
きに挿入され、二点鎖線によって示されるように徐々に
起立され、直線部１３Ｂがタンク１１の一番奥（図面右
側）の導入孔１１Ａに内側から挿通されて、その先端部
が導入孔１１Ａから外側に突出される。

【００５４】この状態で、培地導入管１３の直線部１３
Ｂにパッキン２１が外嵌され、このパッキン２１が導入
孔１１Ａに嵌合されるとともにキャップ２２によってタ
ンク１１に固定される。これにより、培地導入管１３が
タンク１１内において直立した状態で固定される。この
とき、培地導入管１３は、リング形状の本体部１３Ａの
中心軸がタンク１１の中心軸と一致するように固定され
る。

【００５５】上記のような作業が繰り返され、タンク１
１内に培地導入管１３が順次挿入されて、それぞれの培
地導入管１３がその直線部１３Ｂが各導入孔１１Ａに挿
通された状態でタンク１１内に固定される。

【００５６】次に、スクリーンフィルタ１２がタンク１
１内に挿入され、タンク１１内に配設された各培地導入
管１３のリング状の本体部１３Ａの内側に挿通される。
このスクリーンフィルタ１２内に担体（図示せず）が充
填された後、天板１４がタンク１１の開口側端部に取り
付けられ、スクリーンフィルタ１２が、この天板１４と
タンク１１の閉鎖側端部の内壁面との間で挟持されるこ
とによって、タンク１１に対して同軸状に固定される。

【００５７】以上のようにして、バイオリアクタ１０の
組立てが完了する。バイオリアクタ１０の使用の際に
は、タンク１１の導入孔１１Ａから外方に突出している
各培地導入管１３の直線部１３Ｂの先端に図示しない培
地循環ポンプを介して培地調整槽が接続され、天板１４
の排出パイプ部１４Ｂに取り付けられたチューブ継手２
４に上記培地調整槽が接続される。

【００５８】そして、タンク１１内に液状培地が充満さ
れ、細胞、酵素、酵母または微生物等の生体触媒がスク
リーンフィルタ１２内に充填された担体に固定された
後、培地循環ポンプの駆動によってバイオリアクタ１０
と培地調整槽との間で液状培地が循環されることによ
り、細胞の培養等が行われる。

【００５９】培地調整槽内の液状培地は、培地循環ポン
プによって各培地導入管１３内にそれぞれの直線部１３
Ｂから導入される。この培地導入管１３に供給された液
状培地は直線部１３Ｂからリング状の本体部１３Ａに導
かれ、この本体部１３Ａに形成された各培地噴出孔１３
Ｃからタンク１１とスクリーンフィルタ１２との間の間
隙Ｓ内に噴出される。

【００６０】この液状培地は、図１に矢印によって示さ
れるように、各培地導入管１３の本体部１３Ａの両側に
おいてタンク１１の軸方向と平行に間隙Ｓ内に噴出され
る。従って、間隙Ｓ内には、この間隙Ｓ内の等間隔位置
からそれぞれ液状培地が噴出されることになるので、間
隙Ｓ内の圧力がタンク１１の軸方向に沿ってほぼ均一に
なる。

【００６１】タンク１１の軸方向に沿って圧力がほぼ均
一に維持された間隙Ｓ内の液状培地は、その間隙Ｓ内の
内部圧力によってスクリーンフィルタ１２を通過し、こ
のスクリーンフィルタ１２内に充填された担体の間を通
り径方向に沿ってタンク１１の中心部に流れる。

【００６２】この担体の間を抜けてタンク１１の中心部
に集まった液状培地は、新たに供給されてくる液状培地
によってタンク１１の外周部から径方向内向きに作用す
る圧力により、タンク１１の中心部においてほぼ円筒状
の流れとなって排出パイプ部１４Ｂの方向（図１の左方
向）に流れる。そして、この液状培地は、排出パイプ部
１４Ｂ内からチューブ継手２４を通って培地調整槽に戻
される。

【００６３】このように、タンク１１内に供給された液
状培地は、スクリーンフィルタ１２の外周全面に亘って
ほぼ均一に維持された圧力によって径方向に沿ってタン
ク１１の中心部に向かって流れてゆく。

【００６４】従って、液状培地が排出パイプ部１４Ｂに
ショートパスすることはなく、液状培地と生体触媒が固
定化された担体の固定相との接触距離がタンク１１内の
軸方向のどの位置においてもほぼ一定に保たれるので、
液状培地の栄養分濃度や溶存酸素濃度、および有用物質
生産率等がタンク１１内のどの位置においても均一にな
る。

【００６５】ガス抜き用のパイプ２３は、間隙Ｓ内に供
給される液状培地に混じって流入するガスを抜き取るた
めのパイプであり、ポンプ等を用いて培地調整槽に戻さ
れる。また、ＤＯセンサ２５は、タンク１１内から排出
される液状培地の溶存酸素濃度（ＤＯ）を検出するため
のものであり、このＤＯセンサ２５の検出値に基づい
て、培地調整槽に戻された液状培地への酸素の補給量が
決定される。

【００６６】上記バイオリアクタ１０が適用可能な生体
触媒は、動植物細胞，酵母および微生物等、種々の生体
触媒が挙げられる。また、生体触媒を固定化する担体
は、生体親和性に優れた公知の種々の担体材料を用いる
ことができ、また担体の形状は粒状、三次元網目状また
は多層平板形状等の公知のいずれの形状も使用すること
が出来る。

【００６７】図８は、本発明の第２の実施例を示してい
る。この第２の実施例のバイオリアクタ１００は、上述
した第１の実施例におけるバイオリアクタ１０の構成に
加えて、タンク１１の中心部に培地回収用パイプ３０が
取り付けられているものである。他の部分の構造は、第
１の実施例のバイオリアクタ１０と同じであり、第１の
実施例のものと同一の部分については同一の符号が付し
てある。

【００６８】培地回収用パイプ３０は、バイオリアクタ
中で生産された生産物、使用済培地および老廃物等を回
収するためのものであり、図９に示されるように、中空
円筒形状の支持パイプ３０Ａと外周部に外ねじ３０ａが
形成された端部支持部材３０Ｂとの間に挟まれた状態
で、多孔性の中空円筒形焼結メタルフィルタ３０Ｃが一
体成型されているものである。

【００６９】この培地回収用パイプ３０は、スクリーン
フィルタ１２’の中心位置にタンク１１およびスクリー
ンフィルタ１２’と同軸になるように配置され、端部支
持部材３０Ｂの外ねじ３０ａがスクリーンフィルタ１
２’のフランジシール板１２’Ｂの中心部に形成された
ねじ孔１２’ａに螺合され、支持パイプ３０Ａが天板１
４の排出パイプ部１４Ｂ内に嵌合されることによって固
定されている。

【００７０】この上記バイオリアクタ１００は、第１の
実施例のバイオリアクタ１０と同様に、各培地導入管１
３の培地噴出孔から間隙Ｓ内に噴出された液状培地がス
クリーンフィルタ１２’を通過して生体触媒が固定化さ
れた担体間をタンク１１の半径方向内側に向かって流れ
る。そして、この液状培地がタンク１１の中心部に到達
すると、培地回収用パイプ３０の焼結メタルフィルタ３
０Ｃを通過してパイプ３０内に集められる。

【００７１】培地回収用パイプ３０内に集められた使用
済み液状培地等は、この培地回収用パイプ３０内を通っ
て天板１４の排出パイプ部１４Ｂ内に導かれ、チューブ
継手２４から回収される。

【００７２】第１の実施例におけるバイオリアクタ１０
においても、担体の間を通ってタンク１１の中心部に集
まった使用済み液状培地等は、このタンク１１の中心部
にかかる圧力がタンク１１の軸方向および円周方向にお
いて均一であるために、前述したように、タンク１１と
同軸の円筒状の流れになって排出パイプ部１４Ｂの方向
に流れるが、上記第２の実施例におけるバイオリアクタ
１００は、使用済み液状培地等が集まるタンク１１の中
心部にタンク１１と同軸に配置された培地回収用パイプ
３０を備えていることによって、タンク１１の中心部の
円筒状部分には担体が充填されないため、排出パイプ部
１４Ｂに向かう液状培地等の流れに対して抵抗が少なく
なり、使用済み液状培地等の回収がよりスムースに行わ
れる。

【００７３】この培地回収用パイプ３０の焼結メタルフ
ィルタ３０Ｃの細孔径は、液状培地および生体触媒の通
過は許容するが、担体の通過は阻止するような範囲で設
定される。

【００７４】

【発明の効果】第１の発明によるバイオリアクタによれ
ば、タンク内に供給された液状培地がスクリーンフィル
タの外周全面に亘ってほぼ均一に維持され、この均一な
圧力によって径方向に沿ってタンクの中心部に向かって
流れてゆくので、液状培地が排出部にショートパスする
ことがなく、液状培地と生体触媒が固定された担体との
接触距離がタンク内の軸方向のどの位置においてもほぼ
一定に保たれるので、液状培地の栄養分濃度や溶存酸素
濃度、および有用物質生産率等をタンク内のどの位置に
おいても均一に保つことが出来る。

【００７５】第２の発明によるバイオリアクタによれ
ば、液状培地を排出する排出部がタンクの一端部を閉鎖
する壁部の中央部に形成されていることにより、液状培
地の流れ方向を変えることなくスムースに液状培地をタ
ンクの外部に排出することができる。

【００７６】第３の発明によれば、スクリーンフィルタ
等が取り外されたタンクに培地導入管を挿入し、導入部
をタンクの側壁部に形成された孔に一番奥側から挿通し
てその先端部をタンクの外方に突出させてパッキン等で
タンクに固定し、この作業を繰り返すことによってバイ
オリアクタを容易に組み立てることが出来るとともに、
このタンクの側壁部から外方に突出する培地導入管の導
入部に培地供給装置を接続することによって、タンク内
に液状培地を容易に導入することができる。

【００７７】第４の発明によるバイオリアクタによれ
ば、液状培地がタンクの軸線方向において培地導入管の
両側にそれぞれ形成された各培地噴出孔からタンクの軸
方向において両方向に噴出されるので、各培地導入管の
間の内部圧力をより均一に保つことが出来る。

【００７８】第５の発明によるバイオリアクタによれ
ば、液状培地が各培地噴出孔からタンクとスクリーンフ
ィルタとの間の間隙部分内にタンクの軸線と平行な方向
に噴出されるので、液状培地が間隙部分内に均等に広が
ることになり、これによって、タンクとスクリーンフィ
ルタとの間の間隙部分内の内部圧力がより均一に保たれ
る。

【００７９】上記第６の発明によるバイオリアクタによ
れば、スクリーンフィルタの中心部にタンクと同軸状に
配置された培地回収用パイプ内に液状培地が担体と分離
されて流れ込むので、排出部に向かう液状培地の流れに
対して抵抗が少なくなり、液状培地の排出をよりスムー
スに行うことができる。

【００８０】上記第７の発明によるバイオリアクタによ
れば、排出部に取り付けられた溶存酸素検出部材によっ
てタンク内から排出される使用済みの液状培地の溶存酸
素濃度を検出することが出来るので、使用済みの液状培
地をタンクに循環させて使用する場合に使用済み液状培
地への酸素の補給量を容易に決定することができる。

【００８１】そして、各発明によるバイオリアクタは、
酵母や微生物を生体触媒とする発酵槽として、また細胞
の組織培養によりインタフェロン，ウロキナーゼまたは
モノクローナル抗体等といった有用物質を産生するため
の培養槽として、さらには動物組織の生体外培養を行う
組織培養槽として、利用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側断面図である。

【図２】同実施例の端面図である。

【図３】同実施例におけるタンクの形状を示す側断面図
である。

【図４】同実施例におけるスクリーンフィルタを上半分
を断面して示す側面図である。

【図５】同実施例における培地導入管を示す正面図であ
る。

【図６】図５のVI−VI線における断面図である。

【図７】同実施例において培地導入管の取付け方法を示
すための説明図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す側断面図である。

【図９】同実施例における培地回収用パイプを上半分を
断面して示す側面図である。

【図１０】従来のラジアルフロー式充填層型バイオリア
クタを示す側断面図である。

【図１１】図１０のXI−XI線における断面図である。

【符号の説明】

１０，１００…バイオリアクタ １１ …タンク １１Ａ…導入孔 １２ …スクリーンフィルタ １３ …培地導入管 １３Ａ…本体部 １３Ｂ…直線部 １３Ｃ…培養液噴出孔 １４ …天板 １４Ｂ…排出パイプ部 ２１ …パッキン ２２ …キャップ ２３ …ガス抜き用パイプ ２５ …ＤＯセンサ ３０ …培地回収用パイプ ３０Ｃ…焼結メタルフィルタ Ｓ …間隙

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形のタンク内に円筒形のスクリーン
   フィルタが同軸状に収容され、このスクリーンフィルタ
   内に生体触媒が固定化される担体が充填され、タンクと
   スクリーンフィルタとの間の間隙部分に外部の培地供給
   装置から液状培地が導入され、この液状培地が間隙部分
   からスクリーンフィルタを通過してスクリーンフィルタ
   内に流入し、担体によって形成される層の部分を抜けた
   後、タンクの一端部に設けられた排出部から排出される
   ラジアルフロー式充填層型のバイオリアクタにおいて、 中空状のパイプによってリング状に形成され、パイプの
   周壁にパイプの内外を連通する複数個の培地噴出孔を有
   し、前記培地供給装置に接続可能な複数個の培地導入管
   を備え、 この複数個の培地導入管が、前記タンクとスクリーンフ
   ィルタとの間の間隙部分内に、その中央部をスクリーン
   フィルタによって貫通された状態で、リングの中心軸が
   タンクと同軸になるように、かつ各培地導入管の間が等
   間隔になるように配置されていて、 培地供給装置に接続された各培地導入管に培地供給装置
   から供給される液状培地が、培地噴出孔からタンクとス
   クリーンフィルタとの間の間隙部分内に噴出されること
   を特徴とするバイオリアクタ。
2. 【請求項２】 前記間隙部分に導入されてスクリーンフ
   ィルタ内の担体の層部分を通過した液状培地を排出する
   排出部が、タンクの一端部を閉鎖する壁部の中央部に形
   成されている請求項１に記載のバイオリアクタ。
3. 【請求項３】 前記タンクがその側壁部にタンクの内外
   を連通するようにタンクの軸線方向に沿って等間隔に形
   成された複数の孔を有し、前記培地導入管がリング状部
   分に内部が連通されるように連続して形成された導入部
   を有し、各培地導入管がその導入部をタンクの側壁部に
   形成された孔からそれぞれ外方に突出した状態でタンク
   内に固定されており、このタンクの側壁部から外方に突
   出した導入部に培地供給装置が接続される請求項１に記
   載のバイオリアクタ。
4. 【請求項４】 前記培地導入管の各培地噴出孔が、培地
   導入管がタンクとスクリーンフィルタとの間の間隙部分
   内に固定されている状態で、タンクの軸線方向において
   培地導入管の両側に形成されている請求項１に記載のバ
   イオリアクタ。
5. 【請求項５】 前記培地導入管の各培地噴出孔が、その
   軸線が、培地導入管がタンクとスクリーンフィルタとの
   間の間隙部分内に固定されている状態で、タンクの軸線
   と平行になるように形成されている請求項１に記載のバ
   イオリアクタ。
6. 【請求項６】 前記スクリーンフィルタ内にスクリーン
   フィルタと同軸になるように配置され一端部が液状培地
   の排出部に連通された培地回収用パイプをさらに備え、
   この培地回収用パイプの外周部が液状培地の通過は許容
   するが担体の通過は阻止するフィルタによって形成され
   ている請求項１に記載のバイオリアクタ。
7. 【請求項７】 前記排出部に液状培地中の溶存酸素を検
   出する溶存酸素検出部材が取付けられている請求項１に
   記載のバイオリアクタ。