JP5570913B2 - Biological cell culture container and culture apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、生体細胞を培養するための培養容器及び当該培養容器を搭載する培養装置に関する。   The present invention relates to a culture vessel for culturing living cells and a culture apparatus equipped with the culture vessel.

生体細胞の培養では、目的生産物の生産性向上のために安価にかつ安全に培養することが望まれている。従来の手法では、ステンレス材で作られた培養槽を使用するもので、培養槽内部を殺菌するための蒸気供給装置や、内部を洗浄するための洗浄手段等の多種類の付帯設備が必須であり、必然的に製品コスト増加を招いた。製造コスト低減に有効な培養手法としてシングルユース容器類を使用する方法がある。培養槽や培地用タンクなどの容器類をシングルユース化することによってこれらを滅菌するための滅菌システムや洗浄を行うための洗浄システムが不要となり、生産コストの低減が期待される。また、生産対象物を変更する際にも前生産物残留による汚染の恐れがなく、安全性の向上も図ることができる。特許文献1には、壁体が変形可能である装置を備えたバイオリアクタに関する記載がある。特許文献2には、培養バッグ内の細胞の画像から培養状況を判定して制御する手段を備えた培養装置が記載されている。特許文献3には、培養バッグの培養液を撹拌するための振盪装置が記載されている。特許文献4には、バイオリアクタに接続されている液移送配管にセンサを配置した使い捨てバイオリアクタが記載されている。特許文献5には、通気スパージャと泡制御手段と折り畳み可能な袋体容器と袋体を収容する支持体とからなるバイオリアクタが記載されている。   In the culture of living cells, it is desired to cultivate cheaply and safely in order to improve the productivity of the target product. The conventional method uses a culture tank made of stainless steel, and a variety of incidental facilities such as a steam supply device for sterilizing the inside of the culture tank and a cleaning means for cleaning the inside are essential. There was inevitably an increase in product costs. There is a method of using single-use containers as an effective culture technique for reducing the manufacturing cost. By making containers such as a culture tank and a medium tank into a single use, a sterilization system for sterilizing them and a cleaning system for performing cleaning are unnecessary, and production costs are expected to be reduced. Also, when changing the production object, there is no fear of contamination due to the previous product residue, and safety can be improved. Patent Document 1 describes a bioreactor including a device whose wall body is deformable. Patent Document 2 describes a culture apparatus provided with a means for determining and controlling a culture state from an image of cells in a culture bag. Patent Document 3 describes a shaking device for stirring a culture solution in a culture bag. Patent Document 4 describes a disposable bioreactor in which a sensor is arranged in a liquid transfer pipe connected to the bioreactor. Patent Document 5 describes a bioreactor including a ventilation sparger, a foam control means, a foldable bag container, and a support body that accommodates the bag body.

これら従来の手法は、旧来より使用されてきた血液バッグや点滴液用バッグ等の技術を応用し、バイオリアクタとして使用するのに不可欠な機能を付加する方法で開発されてきたものである。このため、シングルユースのバイオリアクタの多用はコストの低減には大きく寄与しているものの、反面、使用開始前の準備や使用終了後の撤去等に運転員の作業量が増加する結果をもたらしている。すなわち、シングルユースのバイオリアクタについては使い勝手や培養の制御について更なる改良が必要である。   These conventional techniques have been developed by applying techniques such as blood bags and infusion solution bags that have been used in the past to add functions essential for use as bioreactors. For this reason, the heavy use of single-use bioreactors has greatly contributed to cost reduction, but on the other hand, it has resulted in an increase in the workload of operators for preparations before use and removal after use. Yes. That is, for a single-use bioreactor, further improvement in usability and culture control is necessary.

特に、生体細胞の培養プロセスにおいて、培地中の溶存酸素濃度や培地のpHをモニタリングする必要がある。しかしながら、上述したシングルユースのバイオリアクタについては、培地中の溶存酸素濃度やpH測定を高精度に行う手段の開発、培地中の溶存酸素濃度やpHを測定するための機器等を取り付け手段の開発が十分になされているとは言えない。   In particular, in the living cell culture process, it is necessary to monitor the dissolved oxygen concentration in the medium and the pH of the medium. However, for the single-use bioreactor described above, development of means for measuring dissolved oxygen concentration and pH in the medium with high accuracy, and development of means for attaching equipment for measuring dissolved oxygen concentration and pH in the medium, etc. Is not done enough.

特表2004-535826公報Special Table 2004-535826 WO07-052716公報WO07-052716 WO07-052718公報WO07-052718 特表2009-536520公報Special table 2009-536520 特表2009-539408公報Special table 2009-539408

そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、培養液中の溶存酸素濃度や溶存二酸化炭素濃度及びpHといった条件を高感度に検出することができる培養容器および培養装置を提供することを目的とする。   Then, in view of the above-mentioned situation, the present invention aims to provide a culture vessel and a culture apparatus that can detect conditions such as dissolved oxygen concentration, dissolved carbon dioxide concentration and pH in a culture solution with high sensitivity. .

(1)容器本体部と、上記容器本体部の内部に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液を撹拌する撹拌手段と、上記容器本体部の内壁に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する検出素子とを備え、上記検出素子は、上記撹拌手段が培養液を撹拌することで生じた培養液流が上記容器本体の内壁に衝突する位置に配設されたことを特徴とする培養容器。
(2)上記検出素子は、上記本体部の内壁であって上記撹拌手段に対向する位置に配設されたことを特徴とする(1)記載の培養容器。
(3)上記容器本体部は、少なくとも上記検出素子が配設された部分が光学的に透明であることを特徴とする(1)記載の培養容器。
(4)上記容器本体部は、内部の気体を排気した状態で折り畳みを可能にする部材によって構成されていることを特徴とする(1)記載の培養容器。
(5)上記容器本体部の上面に配設された剛性天板を更に備えることを特徴とする(1)記載の培養容器。
(6)上記撹拌部材は、鞘部材と当該鞘部材の外周に配設された撹拌翼とを備え、上記鞘部材の内部に挿入された棒状部材の回転に伴って、これら鞘部材と撹拌翼とが回転することを特徴とする(1)記載の培養容器。
(7)上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、上記剛性天板及び上記容器本体部を貫通して取り付けられた円筒部材とを更に備え、上記鞘部材の一方端部が上記円筒部材に取り付けられたことを特徴とする(6)記載の培養容器。
(8)上記撹拌手段は、回転軸と当該回転軸の外周面に配設された撹拌翼とから構成され、上記回転軸の基端部に配設された磁性カップリング部材により上記回転軸が回転可能であることを特徴とする(1)記載の培養容器。
(9)上記回転軸は、少なくとも一対の摺動部材により支持されていることを特徴とする(8)記載の培養容器。
(10)上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、当該剛性天板に配設され、容器本体部の使用状態における形状に沿った支持部材とを備えることを特徴とする(1)記載の培養容器。
(11)上記(1)乃至(10)いずれかに記載の培養容器と、上記培養容器の撹拌手段に接続され、回転力を伝達する攪拌機駆動モータと、上記培養容器の検出素子と上記培養容器の容器本体部を介して対向する位置に配設された受光/発光部と、上記受光/発光部と接続され、上記培養容器の検出素子から生じた蛍光に基づいて培養液中の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する測定機器と備える培養装置。
(12)上記測定機器は、位置決め自在に移動可能となるよう位置決め機構に配設されていることを特徴とする(11)記載の培養装置。
(13)上記測定機器にて測定した培養器の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHに基づいて、酸素含有ガス又は二酸化炭素の上記培養容器に対する供給量及びガス分圧若しくは上記撹拌手段による培養液の撹拌条件を調節する制御装置を更に含むことを特徴とする(11)記載の培養装置。
(1) A container main body, an agitating means that is disposed inside the container main body and stirs the culture solution stuck to the container main body, and an inner wall of the container main body. And a detection element for measuring the dissolved oxygen concentration or dissolved carbon dioxide concentration or pH of the culture solution embedded in the culture solution, and the detection element has a flow of the culture solution generated by the stirring means stirring the culture solution. A culture vessel characterized by being disposed at a position where it collides with the inner wall of the vessel body.
(2) The culture container according to (1), wherein the detection element is disposed at a position on the inner wall of the main body portion and facing the stirring means.
(3) The culture container according to (1), wherein the container main body is optically transparent at least at a portion where the detection element is disposed.
(4) The culture container according to (1), wherein the container main body is configured by a member that can be folded in a state in which an internal gas is exhausted.
(5) The culture container according to (1), further comprising a rigid top plate disposed on the upper surface of the container body.
(6) The stirring member includes a sheath member and a stirring blade disposed on the outer periphery of the sheath member, and the sheath member and the stirring blade according to the rotation of the rod-shaped member inserted into the sheath member. And the culture vessel according to (1), wherein
(7) It further comprises a rigid top plate disposed on the upper surface of the container main body, and a cylindrical member attached through the rigid top plate and the container main body, and one end of the sheath member is The culture vessel according to (6), which is attached to the cylindrical member.
(8) The stirring means includes a rotating shaft and a stirring blade disposed on an outer peripheral surface of the rotating shaft, and the rotating shaft is supported by a magnetic coupling member disposed at a base end portion of the rotating shaft. The culture vessel according to (1), which is rotatable.
(9) The culture vessel according to (8), wherein the rotating shaft is supported by at least a pair of sliding members.
(10) A rigid top plate disposed on the upper surface of the container main body, and a support member disposed on the rigid top plate and having a shape in a use state of the container main body ( 1) The culture vessel as described.
(11) The culture container according to any one of (1) to (10), a stirrer driving motor connected to the stirring means of the culture container and transmitting rotational force, a detection element of the culture container, and the culture container A light-receiving / light-emitting part disposed at a position facing through the container main body part, and a dissolved oxygen concentration in the culture solution based on fluorescence generated from the detection element of the culture container connected to the light-receiving / light-emitting part Or a culture device equipped with a measuring device for measuring dissolved carbon dioxide concentration or pH.
(12) The culture apparatus according to (11), wherein the measuring device is disposed in a positioning mechanism so as to be freely movable.
(13) Based on the dissolved oxygen concentration or dissolved carbon dioxide concentration or pH of the incubator measured by the measuring device, the supply amount of oxygen-containing gas or carbon dioxide to the culture vessel and the gas partial pressure or culture by the stirring means The culture apparatus according to (11), further comprising a control device for adjusting the liquid stirring conditions.

本発明に係る培養容器においては、内部に取り付けられた検出素子の汚れを防止し、長期間の培養であっても測定精度の低下を防止することができる。したがって、本発明に係る培養容器によれば、生体細胞を所望の条件下で効率良く培養することができる。   In the culture container according to the present invention, it is possible to prevent the detection element attached inside from being contaminated, and to prevent a decrease in measurement accuracy even during long-term culture. Therefore, according to the culture container which concerns on this invention, a biological cell can be cultured efficiently on desired conditions.

また、同様に、本発明に係る培養装置は、上記培養容器を搭載するため、培養容器の内部に取り付けられた検出素子の汚れを防止し、測定精度を低下させることなく長期間にわたって生体細胞を培養することができる。   Similarly, since the culture apparatus according to the present invention is equipped with the culture container, it prevents contamination of the detection element attached to the inside of the culture container, and allows living cells to be collected over a long period of time without reducing measurement accuracy. It can be cultured.

本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the culture container to which this invention is applied, and a culture apparatus carrying this. 本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置における撹拌機構の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the stirring mechanism in the culture container to which this invention is applied, and the culture apparatus carrying this. 本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に一例として使用できる回転軸の横断面図である。It is a cross-sectional view of the rotating shaft which can be used as an example to the culture container to which this invention is applied, and the culture apparatus carrying this. 本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。It is a cross-sectional view of a rotating shaft that can be used as another example in a culture vessel to which the present invention is applied and a culture apparatus equipped with the same. 本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。It is a cross-sectional view of a rotating shaft that can be used as another example in a culture vessel to which the present invention is applied and a culture apparatus equipped with the same. 本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。It is a cross-sectional view of a rotating shaft that can be used as another example in a culture vessel to which the present invention is applied and a culture apparatus equipped with the same. 本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。It is a cross-sectional view of a rotating shaft that can be used as another example in a culture vessel to which the present invention is applied and a culture apparatus equipped with the same. 本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the culture container to which this invention is applied, and the culture apparatus carrying this.

以下、本発明に係る培養容器及び培養装置について図面を参照して、詳細に説明する。
本発明に係る培養容器は、内部に張り込まれた培養液を撹拌しながら各種の生体細胞を培養するものである。特に、培養容器は、医薬品等の主原料となる物質を生産する細胞の培養に適用することができる。本発明において、生産対象の物質としては、例えば抗体や酵素等のタンパク質、低分子化合物、高分子化合物等の生理活性物質およびウイルスを挙げることができる。また、培養対象の細胞としては、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母、真菌及び藻類等を挙げることができる。特に、抗体や酵素等のタンパク質を生産する動物細胞を培養対象とすることが好ましい。
Hereinafter, a culture container and a culture apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The culture container according to the present invention is for culturing various living cells while stirring the culture solution stuck inside. In particular, the culture container can be applied to culture of cells that produce substances that are main raw materials such as pharmaceuticals. In the present invention, examples of substances to be produced include proteins such as antibodies and enzymes, physiologically active substances such as low molecular compounds and high molecular compounds, and viruses. Examples of cells to be cultured include animal cells, plant cells, insect cells, bacteria, yeasts, fungi and algae. In particular, animal cells that produce proteins such as antibodies and enzymes are preferably cultured.

本発明に係る培養容器は、例えば、図1に示すように、生体細胞を培養するための各種機構を備えた培養装置に搭載されるかたちで提供される。ここで、図1に示す培養装置において、培養容器1は、所謂、使い捨てタイプ(ディスポーザブル・タイプ)であることが好ましい。なお、使い捨てタイプの培養容器とは、通常、1回の使用(培養プロセス)で破棄するものを意味するが、2回以上の培養プロセスに使用する場合も含む意味である。すなわち、使い捨てタイプの培養容器とは、使用回数に限定されず、異なる培養容器に交換可能であることと同義である。   For example, as shown in FIG. 1, the culture container according to the present invention is provided in the form of being mounted on a culture apparatus having various mechanisms for culturing living cells. Here, in the culture apparatus shown in FIG. 1, the culture container 1 is preferably a so-called disposable type (disposable type). In addition, although a disposable type culture container usually means what is discarded after one use (cultivation process), it also includes a case where it is used for two or more culture processes. That is, the disposable culture container is not limited to the number of times of use, and is synonymous with being able to be replaced with a different culture container.

本例において、培養容器1は、透明な合成樹脂フィルムで構成された容器本体部を備えている。容器本体部は、例えば、使用形態において直径560mm、培養液張り込み高さ550mm、培養容積100Lの円筒状とすることができる。なお、培養容器1は、内部に滅菌された気体を充填することで使用形態とすることができる。また、培養容器1は、使用前は容器本体部の内部の気体がほぼ抜かれて折りたたまれた状態とすることができる。すなわち、培養容器1は、容器本体部の内部の気体をほぼ抜かれた状態とすることで嵩を低くできるため、保管や輸送に好適な形状となる。   In this example, the culture container 1 includes a container main body portion made of a transparent synthetic resin film. For example, the container main body portion can be formed in a cylindrical shape having a diameter of 560 mm, a culture solution embedding height of 550 mm, and a culture volume of 100 L. In addition, the culture container 1 can be made into a use form by filling the inside with the sterilized gas. Moreover, the culture container 1 can be made into the state which the gas inside the container main-body part was substantially extracted and folded before use. That is, since the culture container 1 can be reduced in volume by making the gas inside the container main body portion almost exhausted, it has a shape suitable for storage and transportation.

より具体的に、培養容器1は、図2に示すように、容器本体部の内部に鞘部材31と、鞘部材31の長さ方向における所定の位置に取り付けられた撹拌翼2a及び2bと、容器本体部の内壁にであって回転翼2bと対向する位置に取り付けられた検出素子3fと、容器本体部の外部上面に取り付けられた剛性天板6と、剛性天板6に取り付けられた支持部材5と、剛性天板6に取り付けられた回転シール部材33と、回転シール部材33に挿入され、鞘部材の上端部を取り付けた円筒部材32とから構成されている。   More specifically, as shown in FIG. 2, the culture container 1 includes a sheath member 31 inside the container main body, and stirring blades 2 a and 2 b attached at predetermined positions in the length direction of the sheath member 31. A detection element 3f attached to the inner wall of the container main body at a position facing the rotor 2b, a rigid top 6 attached to the outer upper surface of the container main body, and a support attached to the rigid top 6 It is comprised from the member 5, the rotation seal member 33 attached to the rigid top plate 6, and the cylindrical member 32 which was inserted in the rotation seal member 33 and to which the upper end part of the sheath member was attached.

検出素子3fは、例えば、培養液7に含まれる溶存酸素濃度又は培養液7中の溶存二酸化炭素濃度又は培養液7のpHに依存して異なる強度の蛍光を生じる蛍光体と、当該蛍光体を覆い水分と光を遮断し、分子状の酸素を透過する機能を有する膜状部材等とを備えている。このような検出素子3fとしては、培養液7に含まれる溶存酸素濃度を検出するものとして、タイテック株式会社製の商品名:SP-PSt3-NAU-D5、SP-PSt3-YAU-D5、SP-PSt6-NAU-D5及びSP-PSt6-YAU-D5を使用することができ、培養液7の溶存二酸化炭素濃度を検出するものとして、タイテック株式会社製の商品名: SP-CD1-D5-rMy-USを使用することができ、培養液7のpHを検出するものとして、タイテック株式会社製の商品名: SP-HP5-D5を使用することができる。   The detection element 3f includes, for example, a phosphor that generates fluorescence having different intensities depending on the dissolved oxygen concentration contained in the culture solution 7, the dissolved carbon dioxide concentration in the culture solution 7, or the pH of the culture solution 7, and the phosphor. And a film-like member having a function of blocking moisture and light and transmitting molecular oxygen. As such a detection element 3f, the product names of SP-PSt3-NAU-D5, SP-PSt3-YAU-D5, SP- manufactured by Taitec Co., Ltd. are used to detect the dissolved oxygen concentration contained in the culture solution 7. PSt6-NAU-D5 and SP-PSt6-YAU-D5 can be used, and the product name manufactured by Taitec Co., Ltd .: SP-CD1-D5-rMy- US can be used, and the product name: SP-HP5-D5 manufactured by Taitec Co., Ltd. can be used to detect the pH of the culture solution 7.

支持部材5は、培養容器1内部にガスを充填して使用可能な形状となったときに、培養容器1の外面形状に沿った形状の板状部材である。なお、支持部材5及び剛性天板6は、内部の気体がほぼ抜かれて折りたたまれた状態の培養容器1に対して、梱包作業、輸送作業、開包作業及び展開作業の際に損傷することが無いように外力を吸収して保護する機能を果たす。   The support member 5 is a plate-like member having a shape along the outer surface shape of the culture vessel 1 when the culture vessel 1 is filled with a gas and becomes usable. In addition, the support member 5 and the rigid top plate 6 may be damaged during the packing operation, the transport operation, the unpacking operation, and the unfolding operation with respect to the culture container 1 in a state where the internal gas is almost exhausted and folded. It functions to absorb and protect external forces.

回転シール部材33は、培養容器1の上面を貫通するように剛性天板6の略中央部に取り付けられている。回転シール部材33は、内部に挿入された円筒部材32を回転可能で且つ気密に保持している。すなわち、円筒部材32は、回転シール部材33の内径とほぼ同径の外径寸法を有している。また、鞘部材31は、培養容器1内部に臨む円筒部材32の端部に気密に取り付けられている。さらに、鞘部材31の端部は封止されている。   The rotary seal member 33 is attached to a substantially central portion of the rigid top 6 so as to penetrate the upper surface of the culture vessel 1. The rotary seal member 33 holds the cylindrical member 32 inserted therein in a rotatable and airtight manner. That is, the cylindrical member 32 has an outer diameter that is substantially the same as the inner diameter of the rotary seal member 33. Moreover, the sheath member 31 is airtightly attached to the end of the cylindrical member 32 facing the inside of the culture vessel 1. Further, the end of the sheath member 31 is sealed.

図1に示した培養装置は、上記のように構成された培養容器1を搭載する機構を有している。すなわち、培養装置は、培養容器1の底面を支持する底面支持カバー16bと、培養容器1の側面を支持する側面支持カバー16sと、培養容器1の側面を支持するとともに開閉可能に取り付けた側面開閉支持カバー16dとを備えている。なお、側面支持カバー16sの内面には、図示しないが、培養容器1の支持部材5を嵌合するための凹溝が高さ方法に形成されている。すなわち、底面支持カバー16b、側面支持カバー16s及び側面開閉支持カバー16dで形成される空間部に培養容器1を収容する際に、培養容器1の支持部材5を側面支持カバー16sの内面に形成された凹溝と嵌合させる。なお、培養装置は、これら底面支持カバー16b、側面支持カバー16s及び側面開閉支持カバー16dを固定する架台19を備えている。   The culture apparatus shown in FIG. 1 has a mechanism for mounting the culture container 1 configured as described above. That is, the culture apparatus includes a bottom surface support cover 16b that supports the bottom surface of the culture vessel 1, a side surface support cover 16s that supports the side surface of the culture vessel 1, and a side surface opening / closing device that supports the side surface of the culture vessel 1 and that can be opened and closed. And a support cover 16d. Although not shown, a concave groove for fitting the support member 5 of the culture vessel 1 is formed on the inner surface of the side support cover 16s in the height method. That is, when the culture vessel 1 is accommodated in the space formed by the bottom support cover 16b, the side support cover 16s, and the side opening / closing support cover 16d, the support member 5 of the culture vessel 1 is formed on the inner surface of the side support cover 16s. Fit into the recessed groove. The culture apparatus includes a gantry 19 for fixing the bottom surface support cover 16b, the side surface support cover 16s, and the side surface opening / closing support cover 16d.

また、図1に示した培養装置は、上記のように構成された培養容器1を搭載した状態で、培養容器1内に張り込まれた培養液7にて生体細胞を培養するための各種機構を備えている。すなわち、培養装置は、培養容器1に配設された検出素子3fと対向する位置に取り付けられた受光/発光部3sと、受光/発光部3sに接続された溶存酸素濃度測定器3と、溶存酸素濃度測定器3からの信号を入力する制御装置4とを備えている。受光/発光部3sは、培養容器1の内部に配設された検出素子3fに相対向するような位置に取り付けられる。なお、図1には、培養液7の溶存酸素濃度を測定するための溶存酸素濃度測定器3のみを示したが、培養装置は、培養液の溶存二酸化炭素濃度を測定するための溶存二酸化炭素濃度測定器(図示せず)及び培養液のpHを測定するためのpH測定器(図示せず)を有している。ここで、受光/発光部3sとしては、上記の検出素子3fの蛍光体に対する励起光を照射でき、且つ、当該蛍光体からの蛍光を受光できるものであれば特に限定されない。受光/発光部3sとしては、例えば、タイテック株式会社製の商品名:POF-L2.5-1SMA及びPOF-L2.5-2SMAを使用することができる。また、溶存酸素濃度測定器3としては、受光/発光部3sで受光した蛍光を測定するものであれば特に限定されない。溶存酸素濃度測定器3としては、例えば、タイテック株式会社製の商品名:Fibox3を使用することができる。また、図示しない溶存二酸化炭素濃度測定器としてはタイテック株式会社製の商品名:pCO2- miniを、pH測定器としては、タイテック株式会社製の商品名:pH-1 miniを使用することができる。   Further, the culture apparatus shown in FIG. 1 has various mechanisms for culturing living cells in the culture solution 7 stuck in the culture container 1 in a state where the culture container 1 configured as described above is mounted. It has. That is, the culture apparatus includes a light receiving / light emitting unit 3s attached to a position facing the detection element 3f disposed in the culture vessel 1, a dissolved oxygen concentration measuring device 3 connected to the light receiving / light emitting unit 3s, And a control device 4 for inputting a signal from the oxygen concentration measuring device 3. The light receiving / emitting unit 3s is attached at a position facing the detection element 3f disposed inside the culture vessel 1. FIG. 1 shows only the dissolved oxygen concentration measuring device 3 for measuring the dissolved oxygen concentration of the culture solution 7, but the culture apparatus is a dissolved carbon dioxide for measuring the dissolved carbon dioxide concentration of the culture solution. It has a concentration measuring device (not shown) and a pH measuring device (not shown) for measuring the pH of the culture solution. Here, the light receiving / light emitting unit 3s is not particularly limited as long as it can irradiate excitation light to the phosphor of the detection element 3f and can receive fluorescence from the phosphor. As the light receiving / emitting section 3s, for example, trade names: POF-L2.5-1SMA and POF-L2.5-2SMA manufactured by Taitec Corporation can be used. Further, the dissolved oxygen concentration measuring device 3 is not particularly limited as long as it measures the fluorescence received by the light receiving / emitting section 3s. As the dissolved oxygen concentration measuring device 3, for example, trade name: Fibox3 manufactured by Taitec Corporation can be used. Further, as a dissolved carbon dioxide concentration measuring device (not shown), a product name: pCO2-mini manufactured by Taitec Co., Ltd., and a product name: pH-1 mini manufactured by Taitec Co., Ltd. can be used as a pH measuring device.

培養容器1を取り付けた状態で、培養容器1の検出素子3fが側面支持カバー16sに覆われる位置となる場合、側面支持カバー16sは、受光/発光部3sを内容に臨ませるための開口部を有することとなる。受光/発光部3sは、この開口部に取り付けられることで、培養容器1の検出素子3fに相対向することができる。また、受光/発光部3sは、培養容器1に対して相対的に自在に位置決めできるような位置決め機構により配設されていることが好ましい。位置決め機構としては、側面支持カバー16sの外周に沿って周方向及び/又は高さ方法に自在にスライドできるスライド機構を採用することができる。このスライド機構により受光/発光部3sを自在に位置決めする場合、側面支持カバー16sに形成される開口部は、受光/発光部3sを自在に位置決めするに足る大きさとする。   When the detection element 3f of the culture vessel 1 is in a position covered with the side support cover 16s with the culture vessel 1 attached, the side support cover 16s has an opening for allowing the light receiving / light emitting unit 3s to face the contents. Will have. The light receiving / light emitting unit 3s can be opposed to the detection element 3f of the culture vessel 1 by being attached to the opening. Moreover, it is preferable that the light receiving / light emitting unit 3 s is disposed by a positioning mechanism that can be relatively freely positioned with respect to the culture vessel 1. As the positioning mechanism, a slide mechanism that can freely slide in the circumferential direction and / or the height method along the outer periphery of the side support cover 16s can be employed. When the light receiving / light emitting unit 3s is freely positioned by the slide mechanism, the opening formed in the side support cover 16s is large enough to freely position the light receiving / light emitting unit 3s.

また、培養装置は、図2に示すように、培養容器1を取り付けた状態で鞘部材31に挿入する棒状部材34と、棒状部材34に回転力を伝達するカップリング35と、カップリング35を介して棒状部材34を回転駆動する撹拌機駆動モータ11とを備えている。なお、鞘部材31、円筒部材32及び棒状部材34をまとめて、図1においては回転軸10として図示している。また、攪拌機駆動モータ11は、制御装置4に接続され、駆動制御される。   As shown in FIG. 2, the culture apparatus includes a rod-shaped member 34 that is inserted into the sheath member 31 with the culture vessel 1 attached, a coupling 35 that transmits rotational force to the rod-shaped member 34, and a coupling 35. And a stirrer drive motor 11 that rotationally drives the rod-like member 34 via the shaft. In addition, the sheath member 31, the cylindrical member 32, and the rod-shaped member 34 are collectively shown as the rotating shaft 10 in FIG. The stirrer drive motor 11 is connected to the control device 4 and is driven and controlled.

さらに、図1に示した培養装置は、培養容器1に対して酸素含有ガスを供給する第1ガス調節装置12、培養容器1に対して二酸化炭素を供給する第2ガス調節装置13、培養容器1内部にガスを供給又は内部のガスを排出する第3ガス調節装置14を備えている。第1ガス調節装置12、第2ガス調節装置13及び第3ガス調節装置14は、それぞれ中途部にガス用フィルタ20を配設した第1ガス流路管21、第2ガス流路管22及び第3ガス流路管23を介して培養容器1と接続されている。培養容器1には、図示しないが、第1ガス流路管21、第2ガス流路管22及び第3ガス流路管23を気密に接続するための接続機構を有している。第1ガス流路管21は、先端部に気泡を発生させるための散気手段17が接続されている。散気手段としては特に限定するものではなく、公知のリングスパージャ、プラスチック多孔質材、金属多孔質材、無機多孔質材のいずれかまたはこれらを組み合わせで用いる。また、発生させる気泡の大きさは培養を目的とする生体の細胞によって適宜選択する。第2ガス流路管22及び第3ガス流路管23は、培養容器1に接続された状態で、共に先端部が培養液7の上方空間部に位置している。また、これら第1ガス調節装置12、第2ガス調節装置13及び第3ガス調節装置14は、制御装置4と接続されている。よって制御装置4は、第1ガス調節装置12、第2ガス調節装置13及び第3ガス調節装置14からのガス供給のタイミング及び供給量などを制御することができる。   1 includes a first gas regulator 12 that supplies an oxygen-containing gas to the culture vessel 1, a second gas regulator 13 that supplies carbon dioxide to the culture vessel 1, and a culture vessel. 1 is provided with a third gas regulator 14 for supplying gas to the inside or discharging the gas inside. The first gas regulating device 12, the second gas regulating device 13, and the third gas regulating device 14 are respectively composed of a first gas passage tube 21, a second gas passage tube 22, and a gas filter 20 disposed in the middle. The culture vessel 1 is connected via a third gas flow path tube 23. Although not shown, the culture vessel 1 has a connection mechanism for hermetically connecting the first gas flow channel pipe 21, the second gas flow channel pipe 22, and the third gas flow channel pipe 23. The first gas channel tube 21 is connected to the air diffuser 17 for generating bubbles at the tip. The air diffusion means is not particularly limited, and any of known ring spargers, plastic porous materials, metal porous materials, inorganic porous materials, or a combination thereof is used. In addition, the size of the bubbles to be generated is appropriately selected according to the cells of the living body intended for culture. The second gas flow channel tube 22 and the third gas flow channel tube 23 are both connected to the culture vessel 1, and their tips are located in the upper space of the culture solution 7. Further, the first gas regulator 12, the second gas regulator 13, and the third gas regulator 14 are connected to the controller 4. Therefore, the control device 4 can control the timing and amount of gas supply from the first gas adjustment device 12, the second gas adjustment device 13, and the third gas adjustment device 14.

さらにまた、培養装置は、図示しない培養液タンクと接続された液体供給管24を備えている。液体供給管24の先端部は、培養容器1の内部に位置している。培養液7は、培養液タンクから液体供給管24を介して培養容器1内に張り込まれる。   Furthermore, the culture apparatus includes a liquid supply pipe 24 connected to a culture medium tank (not shown). The tip of the liquid supply tube 24 is located inside the culture vessel 1. The culture solution 7 is put into the culture vessel 1 from the culture solution tank via the liquid supply pipe 24.

さらにまた、培養装置は、図示しないタンクと接続された培養液排出管25を備えている。培養液排出管25は、培養容器1の底面部に取り付けられる。培養容器1に張り込まれた培養液7は、培養液排出管25を介して図示しないタンクへと排出されることとなる。   Furthermore, the culture apparatus includes a culture solution discharge pipe 25 connected to a tank (not shown). The culture solution discharge tube 25 is attached to the bottom surface of the culture vessel 1. The culture solution 7 stuck to the culture vessel 1 is discharged to a tank (not shown) through the culture solution discharge pipe 25.

さらにまた、培養装置は、制御装置4と接続された温度調節手段15を有している。温度調節手段としては、特に限定されないが、例えば、培養液7を加熱する電気ヒータを使用することができる。なお、温度制御手段15は、例えば、側面支持カバー16sの外側に配設されている。温度制御手段15から供給される熱は側面支持カバー16sを介して培養容器1内の培養液7に伝達される。また、温度制御手段15は、あらかじめ設定した温度を超えることがないよう過熱防止制御系を備えることが好ましい。過熱防止制御系により所定の温度以上に加熱することが防止されるため、熱によって培養容器1を損傷することを防止することができる。   Furthermore, the culture device has a temperature adjusting means 15 connected to the control device 4. Although it does not specifically limit as a temperature control means, For example, the electric heater which heats the culture solution 7 can be used. The temperature control means 15 is disposed outside the side surface support cover 16s, for example. The heat supplied from the temperature control means 15 is transmitted to the culture solution 7 in the culture vessel 1 through the side support cover 16s. Moreover, it is preferable that the temperature control means 15 is provided with an overheat prevention control system so as not to exceed a preset temperature. Since the overheating prevention control system prevents heating to a predetermined temperature or higher, it is possible to prevent the culture vessel 1 from being damaged by heat.

以上のように構成された培養装置について、培養容器1を取り付ける動作について説明する。先ず、培養容器1を取り付けるには、培養容器1の支持部材5を、側面支持カバー16sの内面に形成されている凹溝と嵌合させる。次に、培養装置1の上方に露出した円筒部材32から鞘部材31の下端部まで棒状部材34を挿入するとともに、円筒部材32の上端部にカップリング35を固定する(図2参照)。このとき、撹拌機駆動モータ11は、取り付け位置を自在に変更できる取り付け座(図示なし)によって架台19に固定されており、この取り付け座を調節することでカップリング35に取り付けられる。これにより、攪拌機駆動モータ11の重量及び回転に伴う振動は、この取り付け座により支えることができる。すなわち、攪拌機駆動モータ11の重量及び回転に伴う振動から培養容器1を解放することができる。その後、側面開閉支持カバー16dを閉めて固定する。   The operation | movement which attaches the culture container 1 is demonstrated about the culture apparatus comprised as mentioned above. First, in order to attach the culture vessel 1, the support member 5 of the culture vessel 1 is fitted to the concave groove formed on the inner surface of the side support cover 16s. Next, the rod-shaped member 34 is inserted from the cylindrical member 32 exposed above the culture apparatus 1 to the lower end portion of the sheath member 31, and the coupling 35 is fixed to the upper end portion of the cylindrical member 32 (see FIG. 2). At this time, the agitator drive motor 11 is fixed to the mount 19 by an attachment seat (not shown) whose attachment position can be freely changed, and is attached to the coupling 35 by adjusting the attachment seat. Thereby, the vibration accompanying the weight and rotation of the stirrer drive motor 11 can be supported by this mounting seat. That is, the culture vessel 1 can be released from the vibration accompanying the weight and rotation of the stirrer drive motor 11. Thereafter, the side opening / closing support cover 16d is closed and fixed.

次に、第1ガス流路管21、第2ガス流路管22、第3ガス流路管23、液体供給管24及び培養液排出管25を培養容器1に連結する。この状態で、第3ガス調節装置14から滅菌された気体が第3ガス流路管23を介して培養容器1内に充填される。これにより培養容器1は、折りたたまれた状態から使用可能な状態へと展開される。このように展開され使用可能な状態となった培養容器1は、下方の端部が封止されている鞘部材31、鞘部材31を取り付けてなる回転シール部材33等の構成によって内部の気密性が保持されている。   Next, the first gas channel tube 21, the second gas channel tube 22, the third gas channel tube 23, the liquid supply tube 24 and the culture solution discharge tube 25 are connected to the culture vessel 1. In this state, the sterilized gas from the third gas regulating device 14 is filled into the culture vessel 1 through the third gas flow channel pipe 23. As a result, the culture vessel 1 is expanded from the folded state to the usable state. The culture vessel 1 that has been deployed and is ready for use in this manner has an internal airtightness due to the configuration of the sheath member 31 whose lower end is sealed, the rotary seal member 33 to which the sheath member 31 is attached, and the like. Is held.

また、上述したように培養容器1を折りたたまれた状態から使用可能な状態に展開されるとき、培養容器1の天井に相当する部分に剛性部材からなる剛性天板6を気密的に設置し、更に剛性天板6に固定される支持部材5を設けているため、撹拌翼等の突起物によって傷をつくことの無いよう、十分に配慮されている。   In addition, when the culture vessel 1 is expanded from the folded state to the usable state as described above, the rigid top plate 6 made of a rigid member is airtightly installed on the portion corresponding to the ceiling of the culture vessel 1, Furthermore, since the support member 5 fixed to the rigid top plate 6 is provided, sufficient consideration is given so as not to damage the projections such as the stirring blades.

なお、受光/発光部3sが上述した位置決め機構に配設されている場合には、上述したように培養容器1を取り付けた後、受光/発光部3sが培養容器1の検出素子3fと対向する位置となるように調節することができる。例えば、培養容器1が合成樹脂フィルム等で形成されている場合など、室温や湿度、充填するガス量等により、培養容器1が常に一定の形状及び/又は位置に展開されるとは限らない。すなわち、培養容器1の検出素子3fが常に一定の位置となるとは限らない。したがって、当該位置決め機構により受光/発光部3sの位置決めを行うことで、検出素子3fと受光/発光部3sとをより正確に対向させることができ、溶存酸素濃度やpHの測定不良を防止することができる。   When the light receiving / light emitting unit 3s is disposed in the positioning mechanism described above, the light receiving / light emitting unit 3s faces the detection element 3f of the culture container 1 after the culture vessel 1 is attached as described above. The position can be adjusted. For example, when the culture vessel 1 is formed of a synthetic resin film or the like, the culture vessel 1 is not always deployed in a certain shape and / or position depending on room temperature, humidity, gas amount to be filled, and the like. That is, the detection element 3f of the culture vessel 1 is not always at a fixed position. Therefore, by positioning the light receiving / light emitting portion 3s by the positioning mechanism, the detection element 3f and the light receiving / light emitting portion 3s can be more accurately opposed to each other, and measurement errors of dissolved oxygen concentration and pH can be prevented. Can do.

以上のように、培養容器1を取り付けた培養装置を用いて細胞培養を行うプロセスについて説明する。先ず、培養容器1に取り付けられた液体供給管24を介して所定の量の培養液7が気密性を保持した培養容器1内部に張り込まれる。このとき、培養液7の注入に伴って内圧が上昇するため、第3ガス流路管23を介して培養容器1内部に充填されたガスを排出する。また、培養液の張り込み作業中及び張り込み終了後、第3ガス調節装置14により培養容器1内部の圧力を大気圧よりも僅かに高くなるように調節する。これにより、培養容器1の形状を保持できるとともに、培養容器1内部への雑菌の侵入を防止することができる。   As described above, the process for culturing cells using the culture apparatus with the culture vessel 1 attached will be described. First, a predetermined amount of the culture solution 7 is stuck inside the culture vessel 1 that maintains airtightness through the liquid supply pipe 24 attached to the culture vessel 1. At this time, since the internal pressure increases with the injection of the culture solution 7, the gas filled in the culture vessel 1 is discharged via the third gas flow channel pipe 23. In addition, during and after the completion of the culture solution, the third gas regulator 14 adjusts the pressure inside the culture vessel 1 to be slightly higher than the atmospheric pressure. Thereby, while being able to hold | maintain the shape of the culture container 1, the penetration | invasion of the microbe to the inside of the culture container 1 can be prevented.

培養容器1内に培養液7が張り込まれると、培養液7に浸る部分の鞘部材31が圧力により棒状部材34に密着することとなる。これにより、棒状部材34の回転に伴って鞘部材31及び撹拌翼2a、2bが一体的に回転することができる。なお、棒状部材34の横断面形状は、特に限定されないが、非円形の形状であることが好ましい。棒状部材34の横断面形状が円形である場合には、棒状部材34に伴って回転する撹拌翼2a及び2bに負荷される抵抗によって、棒状部材34に密着した鞘部材31に皺やねじれが生じ、この部分から破損する虞がある。これに対して、棒状部材34の横断面形状を非円形とした場合には、培養液7の水圧によって棒状部材34の外周面に鞘部材31が密着する際に、棒状部材34の外周面に対して一部が比較的に強く密着することとなる。具体的には、棒状部材34の横断面における突出した部分に対しては、鞘部材31が強く密着することとなる。これにより、棒状部材34とともに鞘部材31が回転し、撹拌翼2a及び2bに抵抗が負荷されたとしても、この部分が引っかかりとなって鞘部材31に皺やねじれが生じないように作用し、鞘部材31の破損を防止することができる。   When the culture solution 7 is stuck in the culture vessel 1, the sheath member 31 of the portion immersed in the culture solution 7 is brought into close contact with the rod-shaped member 34 by pressure. Thereby, the sheath member 31 and the stirring blades 2a and 2b can rotate integrally with the rotation of the rod-shaped member 34. The cross-sectional shape of the rod-shaped member 34 is not particularly limited, but is preferably a non-circular shape. When the cross-sectional shape of the rod-shaped member 34 is circular, wrinkles and twists occur in the sheath member 31 that is in close contact with the rod-shaped member 34 due to the resistance applied to the stirring blades 2 a and 2 b that rotate with the rod-shaped member 34. There is a risk of damage from this part. On the other hand, when the cross-sectional shape of the rod-shaped member 34 is a non-circular shape, when the sheath member 31 comes into close contact with the outer circumferential surface of the rod-shaped member 34 due to the water pressure of the culture solution 7, On the other hand, a part will adhere relatively strongly. Specifically, the sheath member 31 is in close contact with the protruding portion in the cross section of the rod-shaped member 34. Thereby, even if the sheath member 31 is rotated together with the rod-shaped member 34, and resistance is loaded on the stirring blades 2a and 2b, this portion is caught so that the sheath member 31 does not wrinkle or twist, Breakage of the sheath member 31 can be prevented.

非円形の横断面形状としては、特に限定されないが、図3〜7に示すような形状を例示することができる。すなわち、図3に示すような少なくとも一辺を円弧とした略矩形形状、図4に示すような楕円形状、図5〜7に示すような円形の一部を円弧で切り欠いた形状を挙げることができる。棒状部材34の横断面をこれら図3〜7に示した形状とすれば、培養液7の水圧によって棒状部材34の外周面に鞘部材31が密着する際に、棒状部材34の外周面に対して一部が比較的に強く密着することが理解できる。したがって、棒状部材34の横断面をこれら図3〜7に示した形状とすることで、棒状部材34の回転によって鞘部材31が破損するような不都合を確実に回避することができる。   Although it does not specifically limit as a non-circular cross-sectional shape, A shape as shown to FIGS. 3-7 can be illustrated. That is, examples include a substantially rectangular shape having at least one side as an arc as shown in FIG. 3, an elliptical shape as shown in FIG. 4, and a shape in which a part of a circle as shown in FIGS. it can. If the cross section of the rod-shaped member 34 has the shape shown in FIGS. 3 to 7, when the sheath member 31 comes into close contact with the outer circumferential surface of the rod-shaped member 34 due to the water pressure of the culture solution 7, It can be understood that some of them adhere relatively strongly. Therefore, by setting the cross section of the rod-shaped member 34 to the shape shown in FIGS. 3 to 7, it is possible to reliably avoid the inconvenience that the sheath member 31 is damaged by the rotation of the rod-shaped member 34.

上述のように培養容器1に培養液7を張り込んだ後若しくは張り込むと同時に、例えば液体供給管24を介して生体細胞を培養液7に接種する。培養液7による細胞培養は、通常、所定の回転数で撹拌翼2a及び2を回転させながら行う。撹拌翼2a及び2bの回転数は、撹拌機駆動モータ11の回転を制御装置4によってコントロールすることによって調節される。撹拌機駆動モータ11の回転は回転軸10に伝達され、回転軸10に設けた撹拌翼2a及び2bを回転させることによって培養容器1内に張り込まれた培養液7を撹拌・混合する。培養液7中には、微細粒子である生体細胞が浮遊しており、細胞が沈積することの無いよう培養液7を流動させる。なお、培養する生体の細胞が足場依存性を有する場合には、増殖のための足場となるマイクロキャリアを使用する。足場依存性を有する生体の細胞はマイクロキャリアに接触することにより培養面に付着して増殖する。撹拌回転数が増加すると混合が強化され、酸素溶解量が増加するとともに生体の細胞の浮遊状況が改善される。   After or at the same time as the culture solution 7 is applied to the culture vessel 1 as described above, for example, biological cells are inoculated into the culture solution 7 via the liquid supply tube 24. Cell culture using the culture solution 7 is usually performed while rotating the stirring blades 2a and 2 at a predetermined rotational speed. The rotation speed of the stirring blades 2 a and 2 b is adjusted by controlling the rotation of the stirrer driving motor 11 by the control device 4. The rotation of the stirrer drive motor 11 is transmitted to the rotating shaft 10, and the culture solution 7 stuck in the culture vessel 1 is stirred and mixed by rotating the stirring blades 2 a and 2 b provided on the rotating shaft 10. Living cells that are fine particles are floating in the culture solution 7, and the culture solution 7 is caused to flow so that the cells do not deposit. In addition, when the cell of the living body to be cultured has anchorage dependency, a microcarrier that serves as a scaffold for proliferation is used. Living body cells having an anchorage dependency grow on the culture surface by contacting with the microcarriers. When the agitation speed is increased, mixing is strengthened, the amount of dissolved oxygen is increased, and the floating state of the cells in the living body is improved.

また、細胞培養時の培養液7の温度は、温度調節手段15により予め規定された温度となるように調節される。さらに、細胞培養時には、第1ガス調節装置12より第1ガス流路管21及び散気手段17を介して酸素含有ガスが培養液7に供給される。また、細胞培養時には、第2ガス調節装置13より第2ガス流路管22を介して二酸化炭素が培養液7上方の空間部に供給される。このように、培養装置では、第1ガス調節装置12から供給される酸素含有ガスの通気ガス量と酸素分圧を増減することにより、培養液7中の溶存酸素濃度をコントロールする。また、培養装置では、第2ガス調節装置13から供給される二酸化炭素の通気ガス量と二酸化炭素分圧を増減することにより、培養液7中のpHをコントロールする。   Further, the temperature of the culture solution 7 at the time of cell culture is adjusted by the temperature adjusting means 15 so as to be a predetermined temperature. Further, at the time of cell culture, oxygen-containing gas is supplied to the culture solution 7 from the first gas regulator 12 through the first gas flow pipe 21 and the aeration means 17. Further, at the time of cell culture, carbon dioxide is supplied from the second gas regulating device 13 to the space above the culture solution 7 through the second gas passage tube 22. Thus, in the culture apparatus, the dissolved oxygen concentration in the culture solution 7 is controlled by increasing or decreasing the aeration gas amount and oxygen partial pressure of the oxygen-containing gas supplied from the first gas regulator 12. Further, in the culture apparatus, the pH in the culture solution 7 is controlled by increasing or decreasing the amount of carbon dioxide aeration gas and the partial pressure of carbon dioxide supplied from the second gas regulator 13.

特に、培養容器1を搭載した培養装置では、培養液7内の溶存酸素濃度を長期間に亘って高精度に検出することができる。溶存酸素濃度の測定方法を以下に説明するが、培養液7の溶存二酸化炭素濃度及びpHを測定する方法についても同様である。培養装置では、培養容器1を搭載した状態で、培養容器1の内壁面に取り付けられた検出素子3fと、受光/発光部3sとが相対向している。培養液7の溶存酸素濃度を測定する際には、受光/発光部3sの発光素子から発せられた所定の波長の励起光が、培養容器1壁面を透過し、検出素子3fに設けた蛍光体を照射する。検出素子3fの蛍光体は、励起光によって励起され、基底状態に戻る際に蛍光を発する。蛍光体から発せられる蛍光は、酸素の存在によって影響を受け、溶存酸素量が多いほど蛍光の減衰が大きくなる。検出素子3fから発せられた蛍光を受光/発光部3sで受光し、蛍光強度とその時間変化を溶存酸素濃度測定器3にて測定する。なお、受光/発光部3sから照射する励起光及び受光/発光部3sで受光する蛍光は、ともに培養容器1壁面を透過することとなる。このため、培養容器1は、少なくともこれら励起光及び蛍光が透過する領域が、これら励起光及び蛍光の波長領域については透明であることが好ましい。   In particular, in the culture apparatus equipped with the culture vessel 1, the dissolved oxygen concentration in the culture solution 7 can be detected with high accuracy over a long period of time. The method for measuring the dissolved oxygen concentration will be described below, but the same applies to the method for measuring the dissolved carbon dioxide concentration and pH of the culture solution 7. In the culture apparatus, the detection element 3f attached to the inner wall surface of the culture vessel 1 and the light receiving / emitting unit 3s face each other with the culture vessel 1 mounted. When measuring the dissolved oxygen concentration of the culture solution 7, the excitation light having a predetermined wavelength emitted from the light emitting element of the light receiving / emitting unit 3s is transmitted through the wall surface of the culture vessel 1 and is provided on the detection element 3f. Irradiate. The phosphor of the detection element 3f is excited by excitation light and emits fluorescence when returning to the ground state. The fluorescence emitted from the phosphor is affected by the presence of oxygen, and the attenuation of fluorescence increases as the amount of dissolved oxygen increases. The fluorescence emitted from the detection element 3f is received by the light receiving / emitting section 3s, and the fluorescence intensity and its change with time are measured by the dissolved oxygen concentration measuring device 3. The excitation light irradiated from the light receiving / light emitting unit 3s and the fluorescence received by the light receiving / light emitting unit 3s are both transmitted through the wall surface of the culture vessel 1. Therefore, in the culture vessel 1, it is preferable that at least the region through which the excitation light and fluorescence are transmitted is transparent with respect to the wavelength region of the excitation light and fluorescence.

溶存酸素濃度測定器3にて測定した溶存酸素濃度の測定値は、制御手段4に出力される。制御手段4は、例えば、入力した溶存酸素濃度の測定値に基づいて、培養液7の溶存酸素濃度が所望の値となるように制御することができる。具体的に制御手段4は、撹拌翼2a及び/又は2bの回転数を増減するよう攪拌機駆動モータ11を制御する方法、第1ガス調節装置12から供給する酸素含有ガスの通気ガス量及び/又は酸素分圧を調節するよう第1ガス調節装置12を制御する方法のいずれか又は両方により、溶存酸素濃度を所定の値となるように制御することができる。なお、第1ガス調節装置12による酸素含有ガスの制御においては、後述する溶存二酸化炭素濃度が所望の値以上となって溶存二酸化炭素濃度低下の制御がなされている場合には酸素含有ガスの通気ガス量の増減による方法が優先され、溶存二酸化炭素濃度が所望の値以下で溶存二酸化炭素濃度低下の制御がなされていない場合には酸素含有ガスの酸素分圧を調節する方法が優先される。   The measured value of the dissolved oxygen concentration measured by the dissolved oxygen concentration measuring device 3 is output to the control means 4. For example, the control means 4 can control the dissolved oxygen concentration of the culture solution 7 to a desired value based on the input measured value of the dissolved oxygen concentration. Specifically, the control means 4 includes a method for controlling the stirrer drive motor 11 so as to increase or decrease the rotation speed of the stirring blades 2a and / or 2b, an aeration gas amount of oxygen-containing gas supplied from the first gas regulator 12, and / or The dissolved oxygen concentration can be controlled to be a predetermined value by either or both of the methods of controlling the first gas regulator 12 so as to regulate the oxygen partial pressure. In the control of the oxygen-containing gas by the first gas control device 12, the oxygen-containing gas is ventilated when the dissolved carbon dioxide concentration, which will be described later, is equal to or higher than a desired value and the reduction of the dissolved carbon dioxide concentration is controlled. The method by increasing or decreasing the gas amount is prioritized, and when the dissolved carbon dioxide concentration is not more than a desired value and the reduction of the dissolved carbon dioxide concentration is not controlled, the method of adjusting the oxygen partial pressure of the oxygen-containing gas is prioritized.

溶存二酸化炭素濃度測定器(図示なし)にて測定した溶存二酸化炭素濃度の測定値は、制御手段4に出力される。制御手段4は、例えば、入力した溶存二酸化炭素濃度の測定値に基づいて、培養液7の溶存二酸化炭素濃度が所望の値以下となるように制御することができる。具体的に制御手段4は、溶存二酸化炭素濃度が所望の値を超えた場合には、撹拌翼2a及び/又は2bの回転数を増加するよう攪拌機駆動モータ11を制御する方法、第1ガス調節装置12から供給する酸素含有ガスの通気ガス量及び/又は酸素分圧を調節するよう第1ガス調節装置12を制御する方法のいずれか又は両方により、溶存溶存二酸化炭素濃度を所定の値となるように制御することができる。具体的には、溶存二酸化炭素濃度が所望の値を超えた場合に、撹拌翼2a及び/又は2bの回転数を増加する方法、供給する酸素含有ガスの通気ガス量を増加する方法、供給する酸素含有ガスの酸素分圧を低下する方法を適宜併用することによって、溶存溶存二酸化炭素濃度を所定の値となるように制御する。   The measured value of the dissolved carbon dioxide concentration measured by a dissolved carbon dioxide concentration measuring device (not shown) is output to the control means 4. For example, the control means 4 can control the dissolved carbon dioxide concentration of the culture solution 7 to be a desired value or less based on the input measurement value of the dissolved carbon dioxide concentration. Specifically, the control means 4 is a method for controlling the stirrer drive motor 11 to increase the rotation speed of the stirring blades 2a and / or 2b when the dissolved carbon dioxide concentration exceeds a desired value, the first gas adjustment The dissolved dissolved carbon dioxide concentration becomes a predetermined value by either or both of the methods of controlling the first gas control device 12 so as to adjust the gas flow rate and / or the oxygen partial pressure of the oxygen-containing gas supplied from the device 12. Can be controlled. Specifically, when the dissolved carbon dioxide concentration exceeds a desired value, a method for increasing the rotational speed of the stirring blades 2a and / or 2b, a method for increasing the amount of aeration gas of the oxygen-containing gas to be supplied, and a method for supplying The dissolved dissolved carbon dioxide concentration is controlled to be a predetermined value by appropriately using a method for reducing the oxygen partial pressure of the oxygen-containing gas.

pH測定器(図示なし)にて測定したpHの測定値は、制御手段4に出力される。制御手段4は、例えば、入力したpHの測定値に基づいて、培養液7のpHが所望の値となるように制御することができる。具体的に、制御手段4は、pHが所望の値を超えた場合には、第2ガス調節装置13から供給する二酸化炭素の通気ガス量を増加するよう第2ガス調節装置13を制御する。pHが所望の値より低下した場合には、第2ガス調節装置13から供給する二酸化炭素の通気ガス量を減少させるよう第2ガス調節装置13を制御し、二酸化炭素の通気ガス量が0となっても更にpHが低下しているようであればアルカリ性の中和剤を添加するよう中和剤添加装置(図示していない)を制御する。   The measured pH value measured by a pH meter (not shown) is output to the control means 4. For example, the control means 4 can control the pH of the culture solution 7 to a desired value based on the input measured value of pH. Specifically, when the pH exceeds a desired value, the control means 4 controls the second gas regulator 13 to increase the amount of carbon dioxide aeration gas supplied from the second gas regulator 13. When the pH is lower than a desired value, the second gas regulator 13 is controlled to reduce the amount of carbon dioxide aeration gas supplied from the second gas regulator 13 so that the carbon dioxide aeration gas amount is zero. Even if the pH is further lowered, the neutralizer addition device (not shown) is controlled so as to add an alkaline neutralizer.

このとき、本発明に係る培養装置では、培養容器1に配設された検出素子3fが撹拌翼2bと対向するように位置しているため、撹拌翼2bの回転によって生じる円周方向の培養液7の流れが検出素子3fの表面に対して強く作用する。この培養液7の流れによって、検出素子3fの表面に対して種々の成分(生細胞、死滅細胞、細胞酸性物質及び培地成分等)が付着するのを防止することができる。特に、培養液7に含まれる生細胞が検出素子3fに付着すると、生細胞自信が酸素を消費するため、溶存酸素濃度を正確に測定することができない。特に、本発明に係る培養装置では、細胞を長期間に亘って培養する際であっても各種成分が検出素子3fに付着するのを常に防止することができるため、培養全期間に亘って正確に溶存酸素濃度を測定することができる。   At this time, in the culture apparatus according to the present invention, since the detection element 3f disposed in the culture vessel 1 is positioned so as to face the stirring blade 2b, the culture medium in the circumferential direction generated by the rotation of the stirring blade 2b. 7 flows strongly against the surface of the detection element 3f. The flow of the culture solution 7 can prevent various components (live cells, dead cells, cellular acidic substances, medium components, etc.) from adhering to the surface of the detection element 3f. In particular, when living cells contained in the culture solution 7 adhere to the detection element 3f, the living cell confidence consumes oxygen, so the dissolved oxygen concentration cannot be measured accurately. In particular, in the culture device according to the present invention, it is possible to always prevent various components from adhering to the detection element 3f even when cells are cultured for a long period of time. The dissolved oxygen concentration can be measured.

本発明において、培養容器1に配設された検出素子3fが撹拌翼2bと対向するように位置するとは、上述のように、撹拌翼2bの回転によって生じる培養液7の円周方向の流れが作用しうる位置を意味し、撹拌翼2bの高さ位置と検出素子3fの高さ位置とが厳密に一致することを意味するものではない。例えば、検出素子3fの高さ位置は、撹拌翼2bの高さ位置からずれていても、上述した培養液の流れが作用するのであれば、撹拌翼2bと対向する位置となる。   In the present invention, when the detection element 3f disposed in the culture vessel 1 is positioned so as to face the stirring blade 2b, the circumferential flow of the culture solution 7 generated by the rotation of the stirring blade 2b is as described above. It means a position where it can act, and does not mean that the height position of the stirring blade 2b and the height position of the detection element 3f are exactly the same. For example, even if the height position of the detection element 3f is deviated from the height position of the stirring blade 2b, the detection element 3f faces the stirring blade 2b as long as the above-described culture fluid flow acts.

以上のように、本発明に係る培養容器1を搭載した培養装置によれば、検出素子3f表面の汚れに起因する計測精度の低下を防止することにより長期の培養でも良好な培養制御をおこなえる。さらに、培養容器1外壁面を介して検出素子3fと対向する位置に受光/発光部3sを備える構成によって培養液7の溶存酸素濃度や溶存二酸化炭素濃度及びpHを測定できるため、光ファイバの使用によるコストアップや、光の減衰、迷光の侵入による感度低下を起こすことがなく、高感度計測を維持できる。これらの効果を有する培養容器1及び培養装置を提供することによって、培養を長期間継続でき、目的物質の生産性および生産物の安全性を向上できる。   As described above, according to the culture apparatus equipped with the culture vessel 1 according to the present invention, it is possible to perform good culture control even in long-term culture by preventing a decrease in measurement accuracy due to contamination on the surface of the detection element 3f. Furthermore, since the dissolved oxygen concentration, dissolved carbon dioxide concentration, and pH of the culture solution 7 can be measured by the configuration including the light receiving / emitting portion 3s at the position facing the detection element 3f through the outer wall surface of the culture vessel 1, the use of an optical fiber is possible. High-sensitivity measurement can be maintained without causing a cost increase due to, and a decrease in sensitivity due to light attenuation and stray light penetration. By providing the culture vessel 1 and the culture apparatus having these effects, the culture can be continued for a long period of time, and the productivity of the target substance and the safety of the product can be improved.

なお、上述した細胞培養が終了した後、培養液7を培養液排出管25より排出して図示しないタンクに収容することができる。なお、上述した細胞培養の最中、液体供給管24及び培養液排出管25は、微生物の侵入や内部溶液の漏えいを防止するため密封状態を維持する。   After the above-described cell culture is completed, the culture solution 7 can be discharged from the culture solution discharge pipe 25 and stored in a tank (not shown). During the above-described cell culture, the liquid supply tube 24 and the culture solution discharge tube 25 maintain a sealed state to prevent invasion of microorganisms and leakage of the internal solution.

なお、図1及び2に示した、培養容器1を搭載する培養装置は、図示していない構成を備えていても良いことは当然理解できる。培養容器1を搭載する培養装置は、例えば、サンプリングやpH調節用薬剤注入、培地交換のための複数の配管等を備えていても良い。また、培養容器1を搭載する培養装置は、培養容器1内の培養液7の一部に対して所望の試薬を添加する際に使用される液出し入れ用ノズルを備えていても良い。さらにまた、培養容器1を搭載する培養装置は、空気、酸素、窒素及び二酸化炭素等のガス供給設備、温水冷水供給設備並びに給排水設備を備えていても良い。   It should be understood that the culture apparatus equipped with the culture vessel 1 shown in FIGS. 1 and 2 may have a configuration not shown. The culture apparatus on which the culture vessel 1 is mounted may include, for example, a plurality of pipes for sampling, pH adjustment drug injection, medium exchange, and the like. In addition, the culture apparatus equipped with the culture vessel 1 may be provided with a liquid inlet / outlet nozzle used when a desired reagent is added to a part of the culture solution 7 in the culture vessel 1. Furthermore, the culture apparatus in which the culture vessel 1 is mounted may include a gas supply facility such as air, oxygen, nitrogen, and carbon dioxide, a hot / cold water supply facility, and a water supply / drainage facility.

一方、図1及び2に示した、培養容器1を搭載する培養装置では、培養容器1の鞘部材31に棒状部材34を挿入し、培養液7の水圧によって鞘部材31を棒状部材34に密着させた状態を形成し、棒状部材34と鞘部材31を一体的に回転駆動させていた。しかしながら、このような構成に限定されず、例えば図8に示すように、いわゆるマグネットカップリングを利用して培養容器1の回転軸10を回転駆動させるような構成であっても良い。   On the other hand, in the culture apparatus equipped with the culture vessel 1 shown in FIGS. 1 and 2, the rod member 34 is inserted into the sheath member 31 of the culture vessel 1, and the sheath member 31 is brought into close contact with the rod member 34 by the water pressure of the culture solution 7. Thus, the rod-shaped member 34 and the sheath member 31 are integrally driven to rotate. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, as illustrated in FIG. 8, a configuration in which the rotation shaft 10 of the culture vessel 1 is rotationally driven using a so-called magnet coupling may be used.

具体的に、図8に示すように、培養容器1は、撹拌翼2a及び2bが取り付けられた剛性を有する回転軸10と、回転軸10の一方端部側に連結された第1磁性カップリング部材40と、回転軸10の一方端部が挿入された第1摺動部材41と、剛性天板6に固定された攪拌機支持部材42と、攪拌機支持部材42に取り付けられた第2摺動部材43とを備えている。この培養容器1において、回転軸10は、所定の間隔をもって配置された第1摺動部材41及び第2摺動部材43に挿入されることで支持されている。すなわち、第1摺動部材41と回転軸10との接点が回転軸10の上部支点となり、第2摺動部材43と回転軸10との接点が回転軸10の下部支点となる。なお、第1摺動部材41は剛性天板6に固定され、第2摺動部材43は攪拌機支持部材42を介して剛性天板6に固定されている。   Specifically, as shown in FIG. 8, the culture vessel 1 includes a rigid rotating shaft 10 to which stirring blades 2 a and 2 b are attached, and a first magnetic coupling connected to one end side of the rotating shaft 10. A member 40; a first sliding member 41 into which one end of the rotating shaft 10 is inserted; an agitator support member 42 fixed to the rigid top plate 6; and a second sliding member attached to the agitator support member 42. 43. In the culture vessel 1, the rotating shaft 10 is supported by being inserted into the first sliding member 41 and the second sliding member 43 that are arranged at a predetermined interval. That is, the contact point between the first sliding member 41 and the rotary shaft 10 is an upper fulcrum of the rotary shaft 10, and the contact point between the second sliding member 43 and the rotary shaft 10 is a lower fulcrum of the rotary shaft 10. The first sliding member 41 is fixed to the rigid top plate 6, and the second sliding member 43 is fixed to the rigid top plate 6 via the stirrer support member 42.

一方、この培養容器1を取り付ける培養装置は、攪拌機駆動モータ11と、攪拌機駆動モータ11の駆動軸46の端部に取り付けられた第2磁性カップリング部材44と、第2磁性カップリング部材44を固定する取り付けガイド45とを備えている。   On the other hand, the culture apparatus to which the culture vessel 1 is attached includes a stirrer drive motor 11, a second magnetic coupling member 44 attached to the end of the drive shaft 46 of the stirrer drive motor 11, and a second magnetic coupling member 44. An attachment guide 45 to be fixed is provided.

このように構成された培養装置では、第1磁性カップリング部材40と第2磁性カップリング部材44との間の磁力により、攪拌機駆動モータ11の駆動軸46の回転が、回転軸10に伝達されることとなる。これにより、図1及び2に示した培養装置と同様に、図8に示した構成の培養装置であっても、培養液7内で撹拌翼2a及び2bを回転させることができる。   In the culture device configured as described above, the rotation of the drive shaft 46 of the stirrer drive motor 11 is transmitted to the rotary shaft 10 by the magnetic force between the first magnetic coupling member 40 and the second magnetic coupling member 44. The Rukoto. Thereby, similarly to the culture apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the stirring blades 2 a and 2 b can be rotated in the culture solution 7 even in the culture apparatus having the configuration shown in FIG. 8.

特に図8に示した培養装置では、剛性天板6にメカニカルシールのための貫通口を設ける必要がなくなり、培養容器1の気密性をより高めることができる。このため、特に図8に示した培養装置では、微生物汚染の可能性をより低下させることができ、製品の安全性向上が図れる。さらに、図8に示した培養装置では、培養容器の着脱をより簡便に行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。   In particular, in the culture apparatus shown in FIG. 8, it is not necessary to provide a through hole for mechanical sealing in the rigid top plate 6, and the airtightness of the culture vessel 1 can be further increased. Therefore, in particular, in the culture apparatus shown in FIG. 8, the possibility of microbial contamination can be further reduced, and the safety of the product can be improved. Furthermore, in the culture apparatus shown in FIG. 8, the culture vessel can be attached and detached more easily, and the working efficiency can be improved.

1…培養容器、2a、2b…撹拌翼、3f…検出素子、3s…受光/発光部、3…溶存酸素濃度計測器、4…制御装置、5…支持部材、6…剛性天板、10…回転軸、11…攪拌機駆動モータ、12…第1ガス調節装置、13…第2ガス調節装置、14…第3ガス調節装置、16…支持カバー、19…架台、21…第1ガス流路管、22…第2ガス流路管、23…第3ガス流路管、24…液体供給管、25…培養液排出管、31…鞘部材、32…円筒部材、34…棒状部材、40…第1磁性カップリング部材、44…第2磁性カップリング部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Culture container, 2a, 2b ... Stirring blade, 3f ... Detection element, 3s ... Light-receiving / light emission part, 3 ... Dissolved oxygen concentration measuring device, 4 ... Control apparatus, 5 ... Support member, 6 ... Rigid top plate, 10 ... Rotating shaft, 11 ... Stirrer drive motor, 12 ... First gas regulator, 13 ... Second gas regulator, 14 ... Third gas regulator, 16 ... Support cover, 19 ... Base, 21 ... First gas channel tube 22 ... second gas channel tube, 23 ... third gas channel tube, 24 ... liquid supply tube, 25 ... culture medium discharge tube, 31 ... sheath member, 32 ... cylindrical member, 34 ... bar-like member, 40 ... first 1 magnetic coupling member, 44 ... 2nd magnetic coupling member

Claims (10)

容器本体部と、
上記容器本体部の内部に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液を撹拌する撹拌手段と、
上記容器本体部の内壁に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する検出素子とを備え、
上記撹拌手段は、鞘部材と当該鞘部材の外周に配設された複数段の撹拌翼とを備え、上記鞘部材の内部に挿入された棒状部材の回転に伴って、これら鞘部材と撹拌翼とが回転し、
上記棒状部材の横断面が非円形であり、
上記鞘部材が上記容器本体部に張り込まれた培養液の水圧によって上記棒状部材に密着することで、上記棒状部材の回転に伴って上記鞘部材及び上記撹拌翼が回転し、
上記検出素子は、上記撹拌手段が培養液を撹拌することで生じた培養液流が上記容器本体の内壁に作用する位置に配設されたことを特徴とする培養容器。
A container body,
An agitation means for agitating the culture solution disposed in the container body part and stuck to the container body part;
A detector for measuring the dissolved oxygen concentration or dissolved carbon dioxide concentration or pH of the culture solution disposed on the inner wall of the container main body and stretched on the container main body;
The stirring means includes a sheath member and a plurality of stirrer blades disposed on the outer periphery of the sheath member, and the sheath member and the stirring blade are rotated along with the rotation of the rod-shaped member inserted into the sheath member. And rotate,
The rod-shaped member has a non-circular cross section,
The sheath member and the stirring blade are rotated with the rotation of the rod-shaped member by closely contacting the rod-shaped member by the water pressure of the culture solution stuck to the container main body portion,
The culture container, wherein the detection element is disposed at a position where a culture fluid flow generated by the stirring means stirring the culture fluid acts on the inner wall of the container body.
上記検出素子は、上記容器本体部の内壁であって上記撹拌手段に対向する位置に配設されたことを特徴とする請求項1記載の培養容器。   2. The culture container according to claim 1, wherein the detection element is disposed at a position on the inner wall of the container main body and facing the stirring means. 上記容器本体部は、少なくとも上記検出素子が配設された部分が光学的に透明であることを特徴とする請求項1記載の培養容器。   2. The culture container according to claim 1, wherein at least a portion where the detection element is disposed is optically transparent in the container main body. 上記容器本体部は、内部の気体を排気した状態で折り畳みを可能にする部材によって構成されていることを特徴とする請求項1記載の培養容器。   2. The culture container according to claim 1, wherein the container main body is constituted by a member that can be folded in a state in which an internal gas is exhausted. 上記容器本体部の上面に配設された剛性天板を更に備えることを特徴とする請求項1記載の培養容器。   The culture vessel according to claim 1, further comprising a rigid top plate disposed on the upper surface of the vessel main body. 上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、上記剛性天板及び上記容器本体部を貫通して取り付けられた円筒部材とを更に備え、上記鞘部材の一方端部が上記円筒部材に取り付けられたことを特徴とする請求項1記載の培養容器。   A rigid top plate disposed on the upper surface of the container main body, and a cylindrical member attached through the rigid top plate and the container main body, wherein one end of the sheath member is the cylindrical member The culture container according to claim 1, wherein the culture container is attached to the culture container. 上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、当該剛性天板に配設され、容器本体部の使用状態における形状に沿った支持部材とを備えることを特徴とする請求項1記載の培養容器。   2. A rigid top plate disposed on an upper surface of the container main body, and a support member disposed on the rigid top plate and having a shape in a use state of the container main body. Culture vessels. 請求項1乃至7いずれか一項記載の培養容器と、
上記培養容器の撹拌手段に接続され、回転力を伝達する攪拌機駆動モータと、
上記培養容器の検出素子と上記培養容器の容器本体部を介して対向する位置に配設された受光/発光部と、
上記受光/発光部と接続され、上記培養容器の検出素子から生じた蛍光に基づいて培養液中の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する測定機器とを備える培養装置。
A culture vessel according to any one of claims 1 to 7;
An agitator drive motor connected to the agitation means of the culture vessel and transmitting rotational force;
A light receiving / emitting section disposed at a position facing the detection element of the culture container and the container main body of the culture container;
A culture apparatus comprising: a measuring device connected to the light receiving / emitting unit and measuring a dissolved oxygen concentration or a dissolved carbon dioxide concentration or pH in a culture solution based on fluorescence generated from a detection element of the culture vessel.
上記測定機器は、位置決め自在に移動可能となるよう位置決め機構に配設されていることを特徴とする請求項8記載の培養装置。   9. The culture apparatus according to claim 8, wherein the measuring device is disposed in a positioning mechanism so as to be movable in a positionable manner. 上記測定機器にて測定した培養液中の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHに基づいて、酸素含有ガス又は二酸化炭素の上記培養容器に対する供給量及びガス分圧若しくは上記撹拌手段による培養液の撹拌条件を調節する制御装置を更に含むことを特徴とする請求項8記載の培養装置。   Based on the dissolved oxygen concentration or dissolved carbon dioxide concentration or pH in the culture solution measured with the measuring device, the supply amount and gas partial pressure of the oxygen-containing gas or carbon dioxide to the culture vessel or the culture solution by the stirring means 9. The culture apparatus according to claim 8, further comprising a control device for adjusting the stirring conditions.
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