JP6764221B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、培養用の可撓性バッグを備えた攪拌装置に関する。

生化学工業、医薬工業等の分野においては、浮遊細胞の培養や細胞を利用した有用物質の産生を培養液の攪拌を行いながら行う攪拌槽が用いられることが多い。攪拌槽には、通常、攪拌子が設置され、各種の細胞と共に培養液が満たされる。培養液に、空気や酸素等を通気しながら攪拌子を回転運動させることによって、培養液に水平方向の旋回流を生じさせて、細胞に対する栄養素や酸素等の効率的な供給が行われる。

細胞の増殖効率や有用物質の生産性は、細胞に対する栄養素や酸素等の供給効率、すなわち、培養液の攪拌状態によって大きく左右される傾向がある。そのため、攪拌槽の内部には、一般に、バッフル（邪魔板）が設けられる。バッフルは、通常、攪拌子の回転運動によって生じる旋回流の一部を遮るように攪拌槽内に垂設される。旋回流の一部がバッフルに遮られることによって上下循環流に変換され、培養液中に上下方向の流れが生じることにより培養液の攪拌効率が高められる。

ところで、近年では、攪拌槽の洗浄や滅菌に関わる工数や経費等を削減したり、異物の混入による培養液の汚染を回避したりする観点から、シングルユースの可撓性バッグが攪拌槽として利用されるようになっている。可撓性バッグは、可撓性を有する樹脂材料によって形成されているため、使用時には、剛性を有する支持部材に支持されて容器形状が保持される。可撓性バッグは、剛性に乏しく、また、内部の滅菌を行うための機構を備えていないことから、攪拌子の設置方式が制約されるものとなっている。

可撓性バッグにおいて培養液の攪拌を行う攪拌装置としては、磁力駆動型の攪拌子（マグネットスターラ）を可撓性バッグの底部に設置する形態や、モータシャフト連結型の攪拌子を可撓性バッグに挿入する形態等が知られている。磁力駆動型の形態では、モータシャフト連結型の形態とは異なり、可撓性バッグとシャフトとの接続部に高コストの軸封機構を設ける必要が無いという利点を有している。一方、モータシャフト連結型の形態によると、磁力駆動型の形態とは異なり、攪拌子の設置位置が可撓性バッグの底部に限られないため、培養液の液深が深い場合においても好適に用いられる。

可撓性バッグにおいて培養液の攪拌を行う攪拌装置においても、培養液の攪拌効率を高める観点からは、バッフルを設置することが望まれている。例えば、特許文献１は、可撓性バッグ、シャフト、インペラー及びベアリングを備える攪拌タンク反応器システムについて開示している。特許文献１には、可撓性バッグの外側にハウジングが備えられ、可撓性バッグはハウジングに備えられる複数のバッフルの周りで折り畳まれることについて記載されている（段落００２２等参照）。

特表２００７−５３４３３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような攪拌装置では、可撓性バッグの内部において培養液を上下方向に効率的に循環させることは困難である。可撓性バッグの外側に備えられるバッフルによって可撓性バッグを賦形したとしても、攪拌子の回転運動による旋回流の流速が、可撓性バッグの壁部内面近傍において十分に維持されないためである。すなわち、特許文献１に記載されるような攪拌装置では、バッフルを備えているにも関わらず、培養液の上下循環流を効率的に発生させることができず、良好な攪拌効率を達成するのには適していない。

また、可撓性バッグは十分な剛性を有していないため、可撓性バッグにおいて培養液の攪拌を行う攪拌装置では、バッフルの設置位置や設置方法に留意しなければならない。加えて、近年では、動物細胞等の培養に対応した攪拌装置の要求が高まっている。動物細胞等の大型の細胞の培養を行う場合には、攪拌によって細胞が損傷されるのを防止する観点から攪拌速度を緩速にする必要がある。したがって、このような場合には、低攪拌速度で良好な攪拌効率が実現されることが求められる。また、可撓性バッグにおいて培養液の攪拌を行う攪拌装置では、磁力駆動型の攪拌子が利用されることが少なくない。磁力駆動型の形態では、攪拌子の設置位置が可撓性バッグの底部に制約されるため、上下循環流をより効率的に発生させることが望まれる。

そこで、本発明は、可撓性バッグに封入されている液体に低攪拌速度においても効率的に上下循環流を発生させることが可能な攪拌装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係る攪拌装置は、可撓性を有し、内部に液体が封入された可撓性バッグと、前記可撓性バッグの内部に配置され、前記液体に旋回流を生じさせる攪拌子と、前記可撓性バッグの頂部から垂下し、前記液体の旋回流を遮るように設けられる流動遮断部とを備え、前記流動遮断部は、前記可撓性バッグと一体に設けられ、前記可撓性バッグの外部に向けて開口した中空構造を有し、前記流動遮断部の内部には、剛性を有する内部支持体が挿入されており、前記内部支持体の上端は、剛性を有する支持部材によって固定されており、前記流動遮断部の下端は、前記液体の液面よりも下方、且つ、前記可撓性バッグの底部よりも上方に位置するように設けられており、内部に前記液体が封入された前記可撓性バッグの底部内面から前記流動遮断部の下端までの高さ（Ｈ）と、内部に前記液体が封入された前記可撓性バッグの底部内面から前記液体の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）が、０．４以上０．７以下であり、前記可撓性バッグの壁部内面から前記流動遮断部までの距離（ｄ）と、前記可撓性バッグの内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）が、０を超え０．０８以下であることを特徴とする。

本発明によれば、可撓性バッグに封入されている液体に低攪拌速度においても効率的に上下循環流を発生させることが可能な攪拌装置を提供することができる。具体的には、１００ｒｐｍ程度の低攪拌速度においても攪拌効率を良好にすることができるため、攪拌による細胞への損傷の発生を防止することが可能である。また、攪拌槽内に設置される攪拌子の設置位置による影響を強く受けることなく、良好な攪拌効率を実現することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の全体構成を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は、バッフルの固定方法を示す断面図、（ｂ）は、バッフルの作用を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。 本発明の第７実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第８実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図、（ｂ）は、本発明の第８実施形態に係る攪拌装置に備えられるバッフルの斜視図である。 可撓性バッグの壁部内面からバッフルまでの距離と上下循環流の流速体積積分値との関係を解析した結果を示す図である。 可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さと上下循環流の流速体積積分値との関係を示す図である。 本発明の実施例に係る攪拌装置における上下循環流の流速体積積分値の効果を示す図である。 バッフルの設置数と上下循環流の流速体積積分値との関係を示す図である。 （ａ）は、矩形型の可撓性バッグを設置した攪拌装置の要部構成を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 矩形型の可撓性バッグにおける可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さと上下循環流の流速体積積分値との関係を示す図である。

［第１実施形態］
はじめに、本発明の第１実施形態に係る攪拌装置について説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の全体構成を示す断面図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１と、攪拌翼（攪拌子）２と、計測装置３と、制御装置４と、バッフル（流動遮断部）５と、天板６と、ポート８と、シャフト９と、攪拌モータ１０と、ガス調節装置１１と、スパージャ１２と、温度調節用ヒータ１３と、支持部材１４と、架台１５と、液中通気用ガス供給管１６と、気相通気用ガス供給管１７と、培養液排出管１８と、排気管１９と、排気フィルタ２０と、ガス調節弁２１と、シーリング部材２２と、センサ２３と、バッフル支持体（内部支持体）２４と、支持部材２５とを備えている。

可撓性バッグ１は、合成樹脂製であり、可撓性を有する略透明な容器となっている。可撓性バッグ１は、使用前には折り畳まれて偏平の状態である。一方、図１に示すように、使用時には内部に培養液（液体）７や気体が封入されることによって所定の容器形状となる。具体的には、本実施形態に係る可撓性バッグ１の横断面形状は、略円形状とされ、略円柱状の胴部と底部とを有する容器形状となる。

可撓性バッグ１の胴部周り及び底部は、剛性を有する支持部材１４に支持されている。支持部材１４は、底部と壁部とを有する筺体状に設けられており、架台１５に固定されている。可撓性バッグ１は、支持部材１４の底部に載置されると共に、支持部材１４の壁部によって胴部を支持されることにより容器形状を保って起立するようになっている。

可撓性バッグ１には、可撓性バッグ１の内部と外部とを連通する複数の管部が設けられており、これらの管部に各種の配管類が接続されるようになっている。例えば、図１に示すように、液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７が、可撓性バッグ１に設けられた管部に接続される。液中通気用ガス供給管１６の先端には、微細気泡を発生するスパージャ１２が取着されており、スパージャ１２は、可撓性バッグ１内の底部側の液相に配されている。また、気相通気用ガス供給管１７の先端は、可撓性バッグ１内の頂部側の気相に配されている。一方、液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７の基端側には、ガス調節装置１１が接続されている。

液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７は、空気、酸素、窒素、二酸化炭素等の各種ガスを、可撓性バッグ１の内部に封入されている培養液（図において符号７で示すことがある。）や、培養液上の気相に無菌的に供給するために用いられる。ガス調節装置１１は、図１に破線で示すように、信号線を介して制御装置４に接続されており、液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７を通じたガスの供給量が、制御装置４による制御の下でガス調節装置１１によって調節されるようになっている。

可撓性バッグ１には、頂部に排気管１９が設けられており、底部に培養液排出管１８が設けられている。排気管１９の先端は、可撓性バッグ１内の気相に配されている。一方、排気管１９の基端は、排気フィルタ２０を介してガス調節弁２１に接続されている。ガス調節弁２１は、図１に破線で示すように、信号線を介して制御装置４に接続されており、ガス調節弁２１の開閉が制御装置４によって制御されるようになっている。排気フィルタ２０によって飛沫が除去されたガスがガス調節弁２１を通じて排気されることによって、可撓性バッグ１の内圧が維持されるようになっている。また、培養液排出管１８は、バルブを介して可撓性バッグ１に接続されており、培養液を可撓性バッグ１の外部に排出し得るようになっている。

可撓性バッグ１には、液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７と同様にして、培養液の供給を行うための配管、細胞の播種を行うための配管、培養液のサンプリングを行うための配管、ｐＨ調整剤の供給を行うための配管、培養液の交換を行うための配管等の不図示の配管類が接続される。

液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７等の各種の配管類や、可撓性バッグ１に設けられている管部は、シリコーンゴムやその他の合成樹脂等によって形成されており、可撓性を有している。これらの配管類は、あらかじめ滅菌処理された後に使用され、一度使用された後に廃棄されるディスポーザブル型の部品となっている。また、可撓性バッグ１に設けられている管部は、使用前には管端が封止されており、使用時には各種の配管類と管部との接続が無菌的に行われる。

温度調節用ヒータ１３は、可撓性バッグ１に封入される培養液を加温するために備えられており、可撓性バッグ１の下部周りに設置されている。温度調節用ヒータ１３は、図１に破線で示すように、信号線を介して制御装置４に接続されており、温度調節用ヒータ１３による培養液の加温が制御装置４によって制御されるようになっている。

センサ２３は、可撓性バッグ１と支持部材１４とを連通するポート８に挿着されている。なお、センサ２３は、図１においては１基が設置されているが、通常、ｐＨ計、温度計、溶存酸素計、二酸化炭素濃度計等の複数が設置される。センサ２３としては、各種の計測に電気化学的な原理を利用する電極型センサや、光学的な原理を利用するオプティカルセンサ等が一般的である。ポート８は、センサ２３が支持部材１４の外側から挿着される際に可撓性バッグ１の内部の無菌性や液密性を保つ部材である。

センサ２３は、図１に破線で示すように、信号線を介して計測装置３に接続されており、計測装置３は、信号線を介して制御装置４に接続されている。計測装置３は、センサ２３から計測信号を受信すると、計測された情報を制御装置４に送信する。そして、制御装置４は、それらの情報に基いてガス調節装置１１、温度調節用ヒータ１３、ガス調節弁２１等の制御を行い、可撓性バッグ１に封入されている培養液の温度や、酸素濃度等の条件を適切な範囲に管理する。

攪拌翼（攪拌子）２は、培養液の攪拌を行い、培養液に水平方向の旋回流（回転流）を生じさせる。可撓性バッグ１の頂部には、剛性を有する天板６が接合されており、天板６には貫通孔が設けられている。そして、天板６の貫通孔には、可撓性バッグ１を無菌的に軸封するシーリング部材２２を介してシャフト９が挿通されている。攪拌翼２は、そのシャフト９の先端側に固定された状態で可撓性バッグ１の内部に備えられている。一方、シャフト９の基端側には、攪拌モータ１０が連結されている。攪拌モータ１０により攪拌翼２の回転運動を駆動することで、培養液に旋回流を生じさせることができるようになっている。

攪拌翼２は、図１においては、シャフト９に２基が固定されているが、１基が固定された形態であってもよいし、３基以上が固定された形態であってもよい。また、攪拌翼２の翼形状や枚数は、適宜のものとすることが可能である。さらに、攪拌翼２は、図１に示すように可撓性バッグ１の頂部の上方に設置される攪拌モータ１０によって駆動される形態に代えて、可撓性バッグ１の底部側に挿通されるシャフトに連結され、可撓性バッグ１の底部の下方に設置される攪拌モータによって駆動される形態としてもよい。また、攪拌翼２は、シャフト等に固定すること無く、磁力駆動型の形態としてもよい。

図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図、図２（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。また、図３（ａ）は、バッフルの固定方法を示す断面図、図３（ｂ）は、バッフルの作用を示す斜視図である。
図２においては、攪拌装置１００に備えられる可撓性バッグ１、攪拌翼２、バッフル５、バッフル支持体２４等の要部を示し、その他の構成は省略している。図２における、寸法Ｈは、可撓性バッグ１の底部内面からバッフル５の下端までの高さ、寸法Ｌは、可撓性バッグ１の底部内面から培養液の液面までの高さ、寸法ｄは、バッフル５と可撓性バッグ１の壁部内面との間の距離、寸法Ｄは、可撓性バッグ１の内径である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、バッフル（流動遮断部）５は、可撓性バッグ１の頂部から内部側に向けて垂下し、培養液の旋回流（図２（ｂ）において矢印で示す。）の一部を遮るように設けられている。詳細には、バッフル５の下端は、可撓性バッグ１に封入されている培養液の液面よりも下方に位置するように設けられている。また、バッフル５は、培養液の旋回流の流れに対向して抵抗を及ぼす横断面形状に設けられている。なお、バッフル５の横断面形状は、図２（ｂ）においては、矩形状とされているが、正方形状、円形状、楕円形状等の適宜の形状に設けることが可能である。バッフル５の幅や厚さの寸法は、特に制限されるものではなく、一般的なバッフルにおいてと同様に、例えば、培養槽の幅（可撓性バッグ１の内径）の０．１倍程度の幅や、１ｍｍ程度以上の厚さ等として設けることができる。

バッフル５の下端は、図２（ａ）に示すように、可撓性バッグ１の底部よりも上方に位置するように設けられている。すなわち、バッフル５は、可撓性バッグ１の底部内面から離隔して設けられており、可撓性バッグ１の底部内面からバッフル５の下端までの高さの区間においては、培養液の旋回流に対して抵抗が及ぼされ難い状態となっている。そのため、図３（ａ）に示すように、バッフル５の下端よりも下方では、攪拌翼２の回転運動によって発生する水平方向の旋回流（図３（ａ）において矢印で示す。）が、流速を保って流れることになる。そして、バッフル５の下端よりも上方では、旋回流の一部がバッフル５に遮られることによって上下循環流（図３（ａ）において白矢印で示す。）に変換される。バッフル５の下端よりも下方において、旋回流の流速が高速に保たれているため、バッフル５に遮られることによって強い上下循環流が発生し、培養液の攪拌効率が高められるようになっている。

バッフル５は、可撓性バッグ１の底部内面からバッフル５の下端までの高さ（Ｈ）と、可撓性バッグ１の底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）が、０を超え０．８以下となるように設けられることが好ましく、０．４以上０．７以下となるように設けられることがより好ましい。比の値（Ｈ／Ｌ）が０．８以下であれば、旋回流を上下循環流に変換するバッフル５の作用が有効に発揮されるため、培養液の攪拌効率を良好に高めることができる。比の値（Ｈ／Ｌ）が、０．４以上０．７以下の範囲では、上下循環流の発生量が増すため、培養液の攪拌効率がより良好となる。

バッフル５は、可撓性バッグ１の壁部内面から離隔して設けられることが好ましい。可撓性バッグ１の径方向におけるバッフル５の外側端と可撓性バッグ１の壁部内面との間に空隙を設けることによって、バッフル５の下端よりも上方においても、可撓性バッグ１の壁部内面に沿って培養液の旋回流を発生させることができる。そのため、旋回流の流速を一層高速に保つことが可能となり、より高速の旋回流がバッフル５に遮られることによって強い上下循環流が発生するようになる。

バッフル５は、可撓性バッグ１の壁部内面からバッフル５の外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグ１の内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）が、０を超え０．０８以下となるように設けられることが好ましく、０．０１以上０．０３以下となるように設けられることがより好ましい。比の値（ｄ／Ｄ）が０．０８以下であれば、旋回流を上下循環流に変換するバッフル５の作用が有効に発揮されるため、培養液の攪拌効率を良好に高めることができる。比の値（ｄ／Ｄ）が、０．０１以上０．０３以下の範囲では、上下循環流の発生量が増すため、培養液の攪拌効率がより良好となる。

図１、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１と一体に設けられたバッフル５を備えている。バッフル５は、可撓性を有し、可撓性バッグ１の外部に向けて開口した中空構造を有する凸形状を形成している。そして、可撓性バッグ１の内部には、剛性を有する支持部材２４が挿入されている。

バッフル５は、可撓性バッグ１と同様に合成樹脂によって形成されている。具体的には、バッフル５は、可撓性バッグ１と同種の合成樹脂で形成してもよいし、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い合成樹脂で形成してもよい。また、可撓性バッグ１よりも厚さを持って形成してもよい。バッフル５は、図２においては、可撓性バッグ１の頂部に継ぎ目無く形成されているが、溶着等で接合することによって一体に設けることも可能である。

バッフル支持体（内部支持体）２４は、バッフル５や可撓性バッグ１よりも剛性が高い材料によって形成されている。また、バッフル支持体２４は、バッフル５の頂部に凹設される中空構造の形状に略一致するように設けられている。なお、図１、図２（ａ）及び（ｂ）においては、バッフル支持体２４は、合成樹脂によって形成されているが、アルミ、ステンレス等の金属製や、ガラス製等としてもよい。バッフル支持体２４がバッフル５の内部に緩挿されることによって、可撓性を有する合成樹脂で形成されているバッフル５の形状が保たれ、攪拌による旋回流に対して抗し得るようになる。なお、バッフル支持体２４は、上端側に取り付けられる支持部材２５を介して架台１５に固定される（図１参照）。支持部材２５は、あらかじめバッフル支持体２４と一体に設けられるものであってもよいし、バッフル支持体２４の固定の際に取り付けられるものであってもよい。

可撓性バッグ１は、例えば、以下の手順にしたがって攪拌装置１００に設置される。可撓性バッグ１は、攪拌装置１に設置される以前には、通常、液体や気体が封入されてなく内部が略無菌の状態であり、折り畳まれて保管されている。攪拌装置１００への設置に際しては、はじめに、可撓性バッグ１を架台１５に固定されている支持部材１４の底部に載置する。このとき、可撓性バッグ１の支持を補助するために、支持部材１４と共に他の支持部材を使用してもよい。例えば、架台１５にホイスト、クレーン等を設置し、可撓性バッグ１を吊り下げて載置する方式等を採ることも可能である。

支持部材１４の底部に載置された可撓性バッグ１には、液中通気用ガス供給管１６や、気相通気用ガス供給管１７を接続する。すなわち、可撓性バッグ１にあらかじめアセンブリされており、無菌的に封止されている管部に、液中通気用ガス供給管１６や、気相通気用ガス供給管１７を接続する。配管を無菌的に接続する方法としては、無菌接続型のコネクタによる方法、溶着接続による方法等の各種の方法を利用することができる。無菌接続型のコネクタは、一般に、管端がフィルタやシールで密閉された構造となっている。無菌接続型のコネクタによる場合、フィルタやシールで密閉されたコネクタ同士を開放空間で接続し、接続後にフィルタやシールを除去することによって無菌的に配管類の接続が行われる。また、溶着接続による場合、管端同士を閉鎖空間で溶着することが可能な専用機器を使用して無菌的に配管類の接続が行われる。

続いて、可撓性バッグ１には、液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７を通じて無菌的に空気を注入する。空気の注入量は、可撓性バッグ１が自立し得る程度の量であればよい。そして、空気が注入され、ある程度自立している可撓性バッグ１の側面を、支持部材１４の壁部に固定する。このとき、各種のセンサ２３やポート８についての位置合わせを行っておく。

続いて、可撓性バッグ１には、攪拌モータ１０を取り付ける。攪拌モータ１０は、シーリング部材２２によって支持させる形態としてもよいし、比較的高い耐荷重を有する架台１５によって支持させる形態としてもよい。可撓性バッグ１には、攪拌モータ１０を取り付けた後、再び無菌的に空気を注入する。再度空気を注入することによって、可撓性バッグ１は、使用時においてと略同等の容器形状となる。また、可撓性バッグ１には、培養液の供給を行うための配管をはじめとするその他の配管類を接続する。その他の配管類についても、液中通気用ガス供給管１６や気相通気用ガス供給管１７と同様にして、配管を無菌的に接続する各種の方法を利用して接続を行う。

本実施形態に係る攪拌装置１００においては、可撓性バッグ１を支持部材１４に固定させた後に、バッフル５の固定を行う。図３（ｂ）に示すように、バッフル５の基端側は、可撓性バッグ１の頂部に連なり、バッフル５の中空構造の内部については、可撓性バッグ１の外部に向けて開口した構造となっている。バッフル５の固定にあたっては、この開口からバッフル５の内部にバッフル支持体２４を挿入する。そして、挿入されたバッフル支持体２４を、可撓性バッグ１の外部に突出している基端側で支持部材２５に支持させて、架台１５に固定された状態にする（図１参照）。

続いて、可撓性バッグ１のポート８にセンサ２３を挿着する。一般に、培養液に直接的に接触する状態で使用される電極型センサについては、ポート８への挿着にあたって、あらかじめ滅菌処理しておく。滅菌処理としては、蒸気滅菌や加熱滅菌等の適宜の処理方法を利用することができる。但し、通常のセンサに代えて、あらかじめ滅菌処理され、無菌的に包装されているシングルユースのセンサを利用することも可能である。

攪拌装置１の使用に際しては、可撓性バッグ１に接続される不図示の配管を通じて、可撓性バッグ１の内部に培養液を無菌的に注入する。次いで、制御装置４によって攪拌モータ１０を作動し、攪拌翼２の回転運動を駆動することによって培養液の攪拌を開始する。培養液の温度は、温度調節用ヒータ１３によって所定の温度域に調節し、溶存酸素濃度は、液中通気用ガス供給管１６を通じて空気、酸素等を供給したり、窒素を供給して脱酸素させたりすることによって所定の濃度域に調節する。また、培養液のｐＨは、気相通気用ガス供給管１７を通じて二酸化炭素を供給したり、可撓性バッグ１に接続される不図示の配管を通じてアルカリ性のｐＨ調整剤を供給したりすることにより行う。

可撓性バッグ１に封入され、温度、溶存酸素濃度、ｐＨ等が所定の条件に調節された培養液には、培養する所望の細胞を播種する。細胞の播種には、一般には、あらかじめ他の細胞培養器等において前培養された細胞が用いられる。例えば、前培養後の細胞懸濁液ないし培養液を、可撓性バッグ１に接続される不図示の配管を通じて培養液に注入する。

細胞の培養は、温度、溶存酸素濃度、ｐＨ等を所定の範囲に維持すると共に、攪拌翼２の作動によって培養液の攪拌を行いながら所定の期間行う。培養液の温度や溶存酸素濃度等は、センサ２３に接続される計測装置３によって監視され、制御装置４により調節制御される。また、二酸化炭素やｐＨ調整剤の供給についても、制御装置４によって制御が行われるようにすることが可能である。そして、培養終了後には、培養液を可撓性バッグ１から培養液排出管１８を通じて排出し、培養された細胞や、培養液中に産生された有用物質等を回収する。

攪拌装置１００は、例えば、細胞の培養、有用物質の生産等の用途に用いることができる。培養の対象となる細胞としては、チャイニーズハムスター卵巣細胞（ＣＨＯ細胞）、ベイビーハムスター腎臓細胞、マウス骨髄腫細胞をはじめとする動物細胞、大腸菌や酵母をはじめとする微生物細胞、植物細胞、昆虫細胞等の各種の細胞が挙げられる。また、有用物質としては、例えば、各種の生理活性物質、特に抗体医薬品や、その他の工業的有用性を有する機能物質等が挙げられる。生理活性物質としては、例えば、血栓溶解剤としての用途がある組織型プラスミノーゲン活性化因子、エリスロポエチン、インターフェロン等が挙げられる。抗体医薬品には、例えば、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、ヒト化抗体、ヒト抗体、その他の免疫グロブリン等が含まれる。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル（流動遮断部）５の下端が培養液（液体）７の液面よりも下方、且つ、可撓性バッグ１の底部よりも上方に位置するように設けられているため、バッフルが攪拌翼（攪拌子）２の作動によって発生する旋回流の流速を大きく妨げることが無く、低攪拌速度であっても旋回流の流速を一定程度以上に保つことができる。そのため、高速の旋回流がバッフル５によって上下循環流に変換されることになり、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。

攪拌装置１００において、動物細胞等の培養を行う場合には、攪拌によるせん断力によって細胞が損傷されるのを防止する観点から、攪拌翼２の回転速度を緩速とすることが好ましい。具体的には、５００ｒｐｍ以下とすることが好ましく、４００ｒｐｍ以下とすることがより好ましく、１００ｒｐｍ程度とすることも妨げられない。本実施形態に係る攪拌装置１００においては、攪拌翼２の回転速度を、例えば、１００ｒｐｍ程度に設定した場合においても、バッフルの設置位置を前記のとおり適切に設定することにより、効率的に上下循環流を発生させることが可能であるため、動物細胞等が損傷を受けたり死滅する事態が防止される点で有利である。

また、本実施形態に係る攪拌装置１００においては、バッフル５が、可撓性バッグ１と一体に可撓性を有して設けられている。そのため、可撓性バッグ１は、使用前には、折り畳まれた状態で取り扱うことが可能であり、利便性に優れたものとなる。また、可撓性バッグ１の内部の密封性や、無菌性を確保するのに適しており、あらかじめ滅菌処理した可撓性バッグ１を使用すれば、バッフル５の固定後に別途滅菌処理を施す必要が無くなるという利点がある。

また、本実施形態に係る攪拌装置１００においては、可撓性を有するバッフル５が、剛性を有するバッフル支持体２４によって支持される。そのため、可撓性バッグ１を攪拌装置１００に設置した際には、バッフル支持体２４を架台１５等に固定することによって、可撓性を有するバッフル５の設置位置や、支持部材１４に載置される可撓性バッグ１を確実に固定することが可能となる点で有利である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る攪拌装置について説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。
図４に示すように、第２実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１とは別体の剛性を有するバッフル（流動遮断部）５Ａを備えている。攪拌装置１００におけるその他の構成は、前記の第１実施形態においてと同様である。

バッフル５Ａは、可撓性バッグ１よりも剛性が高い材料によって形成されている。なお、バッフル５Ａは、図４においては、合成樹脂によって形成されているが、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い樹脂や、硬質の樹脂や、金属、ガラス等によって形成してもよい。バッフル５Ａは、可撓性バッグ１の外部から支持可能とするために、可撓性バッグ１の頂部を貫通するように設けられている。バッフル５Ａは、可撓性バッグ１の頂部に設けたポートに挿着する形態としてもよいし、可撓性バッグ１の頂部にあらかじめ溶着しておく形態としてもよい。バッフル５Ａの固定後に別途施す滅菌処理を簡略化する観点からは、あらかじめ溶着しておく形態が好ましい。

バッフル５Ａは、図４に示すように、可撓性バッグ１の外部に突出した基端側が支持部材２５によって支持される。そして、支持部材２５は、架台１５に固定される（図１参照）。バッフル５Ａは、このように固定されることによって、可撓性バッグ１の内部の所定位置に設置され、攪拌による旋回流を上下循環流に変換するように働く。なお、バッフル５Ａにおける可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）や、可撓性バッグ１の壁部内面からの距離（ｄ）や、幅及び厚さは、前記のバッフル５における寸法と同様に設定することができる。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル５Ａによって、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。また、バッフル５Ａは、高剛性を有しており、旋回流に抗する抵抗性を有しているため、高速の旋回流を確実に上下循環流に変換し得る点で有利である。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る攪拌装置について説明する。

図５は、本発明の第３実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。
図５に示すように、第３実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１とは別体の剛性を有するバッフル（流動遮断部）５Ｂを備えている。また、バッフルと独立して備えられる前記の天板６に代えて、バッフル５Ｂを固定可能な天板６Ｂを備えている。攪拌装置１００におけるその他の構成は、前記の第１実施形態においてと同様である。

バッフル５Ｂは、バッフル５Ａと同様に、可撓性バッグ１よりも剛性が高い材料によって形成されている。なお、バッフル５Ｂは、図５においては、合成樹脂によって形成されているが、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い樹脂や、硬質の樹脂や、金属、ガラス等によって形成してもよい。バッフル５Ｂは、可撓性バッグ１の内部にあらかじめ収納され、天板６Ｂの内面側に固定されている。なお、バッフル５Ｂにおける可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）や、可撓性バッグ１の壁部内面からの距離（ｄ）や、幅及び厚さは、前記のバッフル５における寸法と同様に設定することができる。

天板６Ｂは、剛性を有する材料によって形成されている。天板６Ｂは、可撓性バッグ１の頂部と同様に横断面形状を円形状に設けてもよいし、中心軸に対して対称に設置されるバッフル５Ｂを固定可能なように、可撓性バッグ１の頂部の直径線上のみに設けてもよい。また、天板６Ｂは、支持部材２５を介して架台１５に固定してもよい（図１参照）。天板６Ｂを固定する形態によると、バッフル５Ｂと共に攪拌モータ１０の重量を支持させることができるため、攪拌装置１００の構造がより安定したものとなる。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル５Ｂによって、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。また、バッフル５Ｂは、剛性を有しており、旋回流に抗する抵抗性を有しているため、高速の旋回流を確実に上下循環流に変換し得る点で有利である。さらに、バッフル５Ｂは、使用前から可撓性バッグ１の内部に保持されることになるため、可撓性バッグ１の内部の密封性や、無菌性を確保するのに適しており、あらかじめ滅菌処理した可撓性バッグ１を使用すれば、バッフル５Ｂの固定後に別途滅菌処理を施す必要が無くなるという利点がある。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る攪拌装置について説明する。

図６は、本発明の第４実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。
図６に示すように、第４実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１とは別体の剛性を有するバッフル（流動遮断部）５Ｃと、磁性カップリング部材２４Ｃ１，２４Ｃ２とを備えている。磁性カップリング部材２４Ｃ１，２４Ｃ２は、可撓性バッグ１の内部に備えられる第１磁性部材２４Ｃ１と、可撓性バッグ１の外部に備えられる第２磁性部材２４Ｃ２とからなる。攪拌装置１００におけるその他の構成は、前記の第１実施形態においてと同様である。

バッフル５Ｃは、バッフル５Ａと同様に、可撓性バッグ１よりも剛性が高い材料によって形成されている。なお、バッフル５Ｃは、図６においては、合成樹脂によって形成されているが、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い樹脂や、硬質の樹脂や、金属、ガラス等によって形成してもよい。バッフル５Ｃの上端には、可撓性バッグ１の内部に収納される以前に、あらかじめ第１磁性部材２４Ｃ１が取着されている。また、可撓性バッグ１の頂部の外側には、第２磁性部材２４Ｃ２が配置されている。第１磁性部材２４Ｃ１と第２磁性部材２４Ｃ２とは、それぞれ磁性材料によって形成され、磁力により互いに引力を及ぼし合うことができる。

バッフル５Ｃは、取着されている第１磁性部材２４Ｃ１と第２磁性部材２４Ｃ２とが磁力で引き合う引力によって、可撓性バッグ１を挟んで固定されている。第２磁性部材２４Ｃ２は、支持部材２５を介して架台１５に固定してもよい（図１参照）。また、可撓性バッグ１の頂部におけるバッフル５Ｃの設置位置には、剛性を有する天板を配置し、この天板上に第２磁性部材２４Ｃ２と係合する凹部や凸部を設けてバッフル５Ｃの位置ずれを防止する形態としてもよい。なお、バッフル５Ｃにおける可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）や、可撓性バッグ１の壁部内面からの距離（ｄ）や、幅及び厚さは、前記のバッフル５における寸法と同様に設定することができる。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル５Ｃによって、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。また、バッフル５Ｃは、剛性を有しており、旋回流に抗する抵抗性を有しているため、高速の旋回流を確実に上下循環流に変換し得る点で有利である。さらに、バッフル５Ｃは、使用前から可撓性バッグ１の内部に保持されることになるため、可撓性バッグ１の内部の密封性や、無菌性を確保するのに適しており、あらかじめ滅菌処理した可撓性バッグ１を使用すれば、バッフル５Ｃの固定後に別途滅菌処理を施す必要が無くなるという利点がある。加えて、磁力を利用した固定によると、使用前には、バッフル５Ｃを可撓性バッグ１の内部の任意の位置においておくことができるため可撓性バッグ１が嵩張り難くなるし、バッフル５Ｃの設置位置を調整自在にすることも可能となる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る攪拌装置について説明する。

図７は、本発明の第５実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。
図７に示すように、第５実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１と一体の可撓性を有するバッフル（流動遮断部）５Ｄと、補強部材２６と、密封部材２７とを備えている。攪拌装置１００におけるその他の構成は、前記の第１実施形態においてと同様である。

バッフル５Ｄは、可撓性バッグ１の外部に向けて開口した中空構造の凸形状を有する形態となっている。バッフル５Ｄは、可撓性バッグ１と同様に合成樹脂によって可撓性を持って形成されている。具体的には、バッフル５は、可撓性バッグ１と同種の合成樹脂で形成してもよいし、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い合成樹脂で形成してもよい。また、可撓性バッグ１よりも厚さを持って形成してもよい。バッフル５Ｄの内部は、可撓性バッグ１の内部とは隔離されている一方で、可撓性バッグ１の外部に向けては開口した構造となっている。

バッフル５Ｄは、内部の空間に空気が封入され、開口が密封部材２７によって密閉されている。バッフル５Ｄは、使用前には偏平の状態であり、バッフル５Ｄの固定の際に空気が封入されることによって、空気圧によりバッフル形状とされる。なお、バッフル５Ｄにおける可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）や、可撓性バッグ１の壁部内面からの距離（ｄ）や、幅及び厚さは、前記のバッフル５における寸法と同様に設定することができる。

補強部材２６は、可撓性バッグ１よりも高い剛性を有しており、バッフル５Ｄと可撓性バッグ１の頂部との接合部の強度を補強している。補強部材２６は、可撓性バッグ１と同一の合成樹脂で厚さを持たせて形成してもよいし、可撓性バッグ１よりも剛性が高い合成樹脂で形成してもよい。また、硬質の樹脂等によってポートの形態として設けてもよい。補強部材２６が設けられることによって、培養液の攪拌によりバッフル５Ｄが圧力を受け、バッフル５Ｄと可撓性バッグ１の頂部との接合部に応力が集中したときに、バッフル５Ｄが破断に至る事態が防止されるようになっている。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル５Ｄによって、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。また、バッフル５Ｄは、可撓性を有しているため、内部に空気が封入されていない使用前には、折り畳まれた状態で取り扱うことが可能であり、利便性に優れたものとなる。また、可撓性バッグ１の内部の密封性や、無菌性を確保するのに適しており、あらかじめ滅菌処理した可撓性バッグ１を使用すれば、バッフル５Ｄの固定後に別途滅菌処理を施す必要が無くなるという利点がある。

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る攪拌装置について説明する。

図８は、本発明の第６実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。
図８に示すように、第６実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１の頂部から垂下し、可撓性バッグ１の底部に対して固定されたバッフル５Ｆを備えている。バッフル５Ｆは、詳細には、上部側に備えられる板状部（流動遮断部）５Ｆ１と、下部側に備えられる有孔部（連結部）５Ｆ２とによって構成されている。攪拌装置１００におけるその他の構成は、前記の第１実施形態においてと同様である。

バッフル５Ｆは、可撓性バッグ１と同様に合成樹脂によって可撓性を持って形成される。具体的には、バッフル５Ｆは、可撓性バッグ１と同種の合成樹脂で形成してもよいし、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い合成樹脂で形成してもよい。また、可撓性バッグ１よりも厚さを持って形成してもよい。バッフル５Ｆの板状部５Ｆ１（流動遮断部）は、可撓性バッグ１の頂部から垂下し、培養液の旋回流の流れを遮るように設けられている。一方、有孔部（連結部）５Ｆ２は、通液孔２８が設けられることによって培養液の旋回流を通流可能に板状部５Ｆ１の下端に連ねられている。なお、通液孔２８の形状は、矩形状、正方形状、円形状、楕円形状等の適宜の形状に設けることが可能である。また、通液孔２８は、適宜の個数で設けることが可能である。

バッフル５Ｆの上端（板状部５Ｆ１の上端）及び下端（有孔部５Ｆ２の下端）は、可撓性バッグ１に対して溶着等により接合して一体化してもよいし、磁性カップリング部材（２４Ｃ１，２４Ｃ２）を用いて固定してもよい。すなわち、板状部５Ｆ１は、有孔部５Ｆ２を介して可撓性バッグ１の頂部と共に底部に対して固定される。板状部５Ｆ１が下端側においても固定されることによって、バッフル５Ｆが旋回流の流れに押されて容易に撓み、上下循環流の発生の効率が低下する事態が防止されるようになっている。このとき、バッフル５Ｆと可撓性バッグ１との接合部には、旋回流の流れによって応力が集中するため、可撓性バッグ１よりも剛性が高い補強部材（２６）を設置してもよい。なお、バッフル５Ｆにおける可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）や、可撓性バッグ１の壁部内面からの距離（ｄ）や、幅及び厚さは、前記のバッフル５における寸法と同様に設定することができる。但し、可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）は、可撓性バッグ１の底部内面から板状部５Ｆ１の下端、すなわち通液孔２８の最上端（図８に破線で示す。）までの高さとして定義される。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル５Ｆによって、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。また、バッフル５Ｆは、可撓性を有しているため、使用前には、折り畳まれた状態で取り扱うことが可能であり、利便性に優れたものとなる。また、可撓性バッグ１の内部の密封性や、無菌性を確保するのに適しており、あらかじめ滅菌処理した可撓性バッグ１を使用すれば、バッフル５Ｆの固定後に別途滅菌処理を施す必要が無くなるという利点がある。さらに、バッフル５Ｆは、可撓性バッグ１の底部に固定されているため、可撓性を有していながらも旋回流に抗する抵抗性が備えられ、高速の旋回流を確実に上下循環流に変換し得る点で有利である。

［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態に係る攪拌装置について説明する。

図９は、本発明の第７実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。
図９に示すように、第７実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１の頂部から垂下するバッフル（流動遮断部）５Ｇと、バッフル５Ｇを可撓性バッグ１の底部に対して固定する固定紐（連結部）２９とを備えている。攪拌装置１００におけるその他の構成は、前記の第１実施形態においてと同様である。

バッフル５Ｇは、可撓性バッグ１と同様に合成樹脂によって可撓性を持って形成される。具体的には、バッフル５Ｇは、可撓性バッグ１と同種の合成樹脂で形成してもよいし、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い合成樹脂で形成してもよい。また、可撓性バッグ１よりも厚さを持って形成してもよい。バッフル５Ｇの上端は、可撓性バッグ１に対して溶着等により接合して一体化してもよいし、磁性カップリング部材（２４Ｃ１，２４Ｃ２）を用いて固定してもよい。なお、バッフル５Ｇにおける可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）や、可撓性バッグ１の壁部内面からの距離（ｄ）や、幅及び厚さは、前記のバッフル５における寸法と同様に設定することができる。

固定紐２９は、培養液の旋回流を通流可能にバッフル５Ｇの下端に連ねられている。固定紐２９は、一端がバッフル５Ｇの下端、他端が可撓性バッグ１の底部にそれぞれ溶着されており、バッフル５Ｇの下端側を張力をもって固定している。固定紐２９は、適宜の材料によって形成することができるが、合成樹脂製とすることが好ましい。固定紐２９は、適宜の径及び本数で設けることが可能であるが、旋回流に対してバッフル５Ｇが撓み難くなるようにバッフル５Ｇあたり少なくとも２本以上設けることが好ましい。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル５Ｇによって、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。また、バッフル５Ｇや固定紐２９は、可撓性を有しているため、使用前には、折り畳まれた状態で取り扱うことが可能であり、利便性に優れたものとなる。また、可撓性バッグ１の内部の密封性や、無菌性を確保するのに適しており、あらかじめ滅菌処理した可撓性バッグ１を使用すれば、バッフル５Ｇの固定後に別途滅菌処理を施す必要が無くなるという利点がある。さらに、バッフル５Ｇは、可撓性バッグ１の底部に固定紐２９によって固定されているため、可撓性を有していながらも旋回流に抗する抵抗性が備えられると共に、バッフル５Ｇの下方側においては旋回流が遮られ難くなり、高速の旋回流を効率的に上下循環流に変換し得る点で有利である。

［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態に係る攪拌装置について説明する。

図１０（ａ）は、本発明の第８実施形態に係る攪拌装置の要部構成を示す断面図である。図１０（ｂ）は、本発明の第８実施形態に係る攪拌装置に備えられるバッフルの斜視図である。
図１０（ａ）に示すように、第８実施形態に係る攪拌装置１００は、可撓性バッグ１の頂部から垂下するバッフル（流動遮断部）５Ｈと、バッフル５Ｈを可撓性バッグ１の底部に対して固定する固定板（連結部）３０とを備えている。攪拌装置１００におけるその他の構成は、前記の第１実施形態においてと同様である。

バッフル５Ｈは、可撓性バッグ１と同様に合成樹脂によって可撓性を持って形成されている。具体的には、バッフル５Ｈは、可撓性バッグ１と同種の合成樹脂で形成してもよいし、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い合成樹脂で形成してもよい。また、可撓性バッグ１よりも厚さを持って形成してもよい。バッフル５Ｈの上端は、可撓性バッグ１に対して溶着等により接合して一体化してもよいし、磁性カップリング部材（２４Ｃ１，２４Ｃ２）を用いて固定してもよい。なお、バッフル５Ｈにおける可撓性バッグ１の底部内面からの高さ（Ｈ）や、可撓性バッグ１の壁部内面からの距離（ｄ）や、幅及び厚さは、前記のバッフル５における寸法と同様に設定することができる。

固定板３０は、バッフル５Ｈと同様に、可撓性バッグ１と同種の合成樹脂で形成してもよいし、折り畳み可能な可撓性を有しつつも可撓性バッグ１よりも剛性が高い合成樹脂で形成してもよい。固定板３０は、図１０（ｂ）に示すように、バッフル５Ｈに対して垂直に設置されることによって培養液の旋回流を通流可能にバッフル５Ｈの下端に連ねられている。バッフル５Ｈは、培養液の旋回流の流れ方向に対して垂直に配置されているため、培養液の旋回流を遮り、旋回流を上下循環流に変換する。これに対して、固定板３０は、旋回流の流れ方向に対して平行に備えられるため、旋回流の流速を大きく妨げることは無い。

バッフル５Ｈの上端及び固定板３０の下端は、可撓性バッグ１に対して溶着等により接合して一体化してもよいし、磁性カップリング部材（２４Ｃ１，２４Ｃ２）を用いて固定してもよい。また、バッフル５Ｈの下端と固定板３０の上端とは、溶着等により接合してもよいし、あらかじめ一体に成形してもよい。すなわち、バッフル５Ｈは、固定板３０を介して可撓性バッグ１の底部に対して固定される。

このような本実施形態に係る攪拌装置１００によれば、バッフル５Ｈによって、可撓性バッグ１の内部に効率的に上下循環流を発生させることが可能である。また、バッフル５Ｈは、可撓性を有しているため、使用前には、例えば、バッフル５Ｈと固定板３０との接合部において折り畳まれた状態で取り扱うことが可能であり、利便性に優れたものとなる。また、可撓性バッグ１の内部の密封性や、無菌性を確保するのに適しており、あらかじめ滅菌処理した可撓性バッグ１を使用すれば、バッフル５Ｈの固定後に別途滅菌処理を施す必要が無くなるという利点がある。さらに、バッフル５Ｈは、可撓性バッグ１の底部に固定板３０によって固定されているため、可撓性を有していながらも旋回流に抗する抵抗性が備えられると共に、バッフル５Ｈの下方においては旋回流が遮られ難くなり、高速の旋回流を確実に上下循環流に変換し得る点で有利である。加えて、可撓性バッグ１の径方向における固定板３０の外側では、固定板３０の設置位置を調節することにより旋回流の流速を高速化させることも可能となる。

以上、本発明の実施形態に係る攪拌装置の例を説明したが、本発明はこれらの具体的な形態に限定されるものではない。例えば、前記の実施形態のそれぞれにおける構成を相互に組み合わせて攪拌装置を構成することが可能である。バッフルは、上部側が、液体の旋回流を遮るように設けられ、下部側が、液体の旋回流の通流を遮らないように設けられていれば、所定の攪拌速度における旋回流で、相対的に強い上下循環流を発生せしめることが可能である。

また、可撓性バッグ１の容器形状は、円筒型に制限されるものではなく、矩形型、多角形型等においても攪拌効率を向上させることができる。なお、角形の可撓性バッグ１における内径（Ｄ）は、バッフルの設置位置を通る幅寸法を意味する。また、バッフルの設置数は、２以上の適宜の数とすることができる。特に、２体のバッフルを可撓性バッグ１の中心に対して対称に配置する形態は、バッフルの接合部周りに生じ易い応力集中部位が少なく抑えられるため、良好な攪拌効率と可撓性バッグ１の構造安定性との両立に適している。可撓性バッグ１については、数Ｌから数千Ｌ程度の範囲の適宜のスケールに設けて適用することが可能である。

以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１として、円筒型の可撓性バッグを設置した攪拌装置において、バッフルの設置位置が液体の攪拌効率に与える影響の評価を行った。

液体の攪拌効率は、可撓性バッグに封入した液体の内部循環効率を汎用流体解析プログラム「ＦＬＵＥＮＴ」を使用して有限体積法により解析した。この有限体積法では、可撓性バッグの内部の空間を微小なコントロールボリュームに分割し、各コントロールボリュームについて、流速、粘度、乱れの運動エネルギ等を求めた。液体の攪拌効率は、可撓性バッグの内部における上向流及び下向流を合わせた流速の体積積分値を指標として評価した。上下循環流は、攪拌子の回転運動による水平方向の旋回流がバッフルによって変換されて、可撓性バッグの内部の上下方向に循環する流れである。

攪拌装置は、図１に示す形態とした。可撓性バッグ１は、容量４Ｌの円筒型の容器とした。可撓性バッグ１の内径（Ｄ）は、１５０ｍｍである。また、可撓性バッグ１の底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）は、２３０ｍｍである。また、バッフル５は、厚さ２ｍｍ、幅１２ｍｍの平板状とし、可撓性バッグ１の中心軸に対称に二枚を設置した。また、撹拌翼２は、フラットパドル型を１基のみ設置した。撹拌翼２の設置位置は、可撓性バッグ１の中心、設置高さは、可撓性バッグ１の底部内面から２５ｍｍである。培養液の攪拌における攪拌翼の回転速度は１００ｒｐｍに設定した。

はじめに、可撓性バッグ１の壁部内面からバッフル５の外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグ１の内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）を変えて上下循環流の流速体積積分値を解析した。このとき、可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さ（Ｈ）と、可撓性バッグの底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）については、０（バッフルの下端が可撓性バッグの底部内面に接地した状態）とした。

図１１は、可撓性バッグの壁部内面からバッフルまでの距離と上下循環流の流速体積積分値との関係を解析した結果を示す図である。
図１１では、ｄ／Ｄ＝０における流速体積積分値に対する相対値を示している。図１１に示すように、バッフルと可撓性バッグの壁部内面との間の距離が増すと、上下循環流の流速体積積分値は増大し、ｄ／Ｄ＝０．０２付近で最大となっている。そして、さらにバッフルと可撓性バッグの壁部内面との間の距離が増すと、上下循環流の流速体積積分値は次第に減少し、ｄ／Ｄ＝０．０８でｄ／Ｄ＝０における流速体積積分値と同等となっている。

したがって、可撓性バッグ１の壁部内面からバッフル５の外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグの内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）は、０を超え０．０８以下となるように設けることが好ましいといえる。特に、比の値（ｄ／Ｄ）が、０．０１以上０．０３以下の範囲では、高い流速体積積分値が実現されており、攪拌効率を高めるのに好適であるといえる。

次に、可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さ（Ｈ）と、可撓性バッグの底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）を変えて上下循環流の流速体積積分値を解析した。このとき、可撓性バッグ１の壁部内面からバッフル５の外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグ１の内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）については、０．０４とした。

図１２は、可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さと上下循環流の流速体積積分値との関係を示す図である。
図１２では、Ｈ／Ｌ＝１における流速体積積分値に対する相対値を示している。図１２に示すように、可撓性バッグの底部内面からのバッフルの下端までの高さが増すと、上下循環流の流速体積積分値は増大し、Ｈ／Ｌ＝０．５付近で最大となっている。そして、さらに可撓性バッグの底部内面からのバッフルの下端までの高さが増すと、上下循環流の流速体積積分値は次第に減少している。このような傾向は、撹拌翼の設置高さを可撓性バッグの底部内面から１０ｍｍに設定した場合においても同様となることが確認可能である。すなわち、撹拌翼の設置高さを可撓性バッグの底部内面から１０ｍｍに設定した場合においても、上下循環流の流速体積積分値は、Ｈ／Ｌ＝０．５付近で最大となることが確認される。特に、Ｈ／Ｌ＝０．８付近以下においては、流速体積積分値が、Ｈ／Ｌ＝０（バッフルの下端が可撓性バッグの底部内面に接地した状態）における流速体積積分値を上回るものとなっている。

したがって、可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さ（Ｈ）と、可撓性バッグの底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）は、０を超え０．８以下となるように設けることが好ましいといえる。特に、比の値（Ｈ／Ｌ）が、０．４以上０．７以下の範囲では、高い流速体積積分値が実現されており、攪拌効率を高めるのに好適であるといえる。

図１３は、本発明の実施例に係る攪拌装置における上下循環流の流速体積積分値の効果を示す図である。
図１３では、実施例に係る攪拌装置における上下循環流の流速体積積分値の効果を、比較例に対する相対値で示している。比較例１は、バッフルを設置していない攪拌装置、すなわち、距離の比の値（ｄ／Ｄ）を０、高さの比の値（Ｈ／Ｌ）を１．０に設定した攪拌装置である。また、比較例２は、バッフルを可撓性バッグの底部内面及び壁部内面に密接させて設置した攪拌装置、すなわち、距離の比の値（ｄ／Ｄ）を０、高さの比の値（Ｈ／Ｌ）を０に設定した攪拌装置である。これに対して、実施例は、距離の比の値（ｄ／Ｄ）を０．０４、高さの比の値（Ｈ／Ｌ）を０．５に設定した攪拌装置である。

図１３に示すように、バッフルを可撓性バッグの底部内面及び壁部内面に密接させて設置した攪拌装置（比較例２）は、バッフルを設置していない攪拌装置（比較例１）に対して、上下循環流の流速体積積分値が１６％の増加を示している。これに対して、バッフルを可撓性バッグの底部内面及び壁部内面から離隔して設置した攪拌装置（実施例）は、上下循環流の流速体積積分値が４１％の増加を示している。したがって、強い上下循環流を発生させて攪拌効率を高める観点からは、バッフルの設置位置は、可撓性バッグの底部内面及び壁部内面から離隔させることが好ましいといえる。

次に、バッフルの設置数を変えて上下循環流の流速体積積分値を解析した。バッフルの設置数は、０基、２基、４基、８基のそれぞれに設定し、複数枚のバッフルについては可撓性バッグの周方向に沿って均等に設置した。このとき、可撓性バッグの壁部内面からバッフルの外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグの内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）については、０．０４とした。また、可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さ（Ｈ）と、可撓性バッグの底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）については、０．５とした。

図１４は、バッフルの設置数と上下循環流の流速体積積分値との関係を示す図である。
図１４に示すように、バッフルの設置数が２基の攪拌装置は、バッフルの設置数が０基の攪拌装置と比較して、上下循環流の流速体積積分値が４０％程度の増加を示している。これに対して、バッフルの設置数が４基以上となっても、上下循環流の流速体積積分値の大きな増加は認められないことが示されている。したがって、強い上下循環流を発生させて攪拌効率を高める観点からは、バッフルの設置数は、２基あれば足りるといえる。特に、可撓性バッグの剛性が乏しいためにバッフルの設置が制約を受けることから、バッフルの設置数は２基が好適であるといえる。

［実施例２］
実施例２として、矩形型の可撓性バッグを設置した攪拌装置において、バッフルの設置位置が液体の攪拌効率に与える影響の評価を行った。なお、液体の攪拌効率は、実施例１と同様に、可撓性バッグに封入した液体の内部循環効率を汎用流体解析プログラム「ＦＬＵＥＮＴ」を使用して有限体積法により解析した。

図１５（ａ）は、矩形型の可撓性バッグを設置した攪拌装置の要部構成を示す断面図である。図１５（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
図１５（ａ）及び（ｂ）に示す可撓性バッグ１Ａは、容量４Ｌの矩形型の容器とした。可撓性バッグ１Ａの幅（Ｘ）は、１４０ｍｍ、奥行（Ｙ）は、１４０ｍｍの正方形状である。また、可撓性バッグ１Ａの底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）は、２００ｍｍである。また、バッフル５は、厚さ２ｍｍ、幅１２ｍｍの平板状とし、可撓性バッグ１Ａの辺の二等分線上に中心軸に対称に二枚を設置した。また、撹拌翼２は、実施例１と同様に、フラットパドル型とした。撹拌翼２の設置位置は、可撓性バッグ１Ａの中心、設置高さは、可撓性バッグ１Ａの底部内面から２５ｍｍである。培養液の攪拌における攪拌翼の回転速度は１００ｒｐｍに設定した。

可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さ（Ｈ）と、可撓性バッグの底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）を変えて上下循環流の体積積分値を解析した。このとき、可撓性バッグ１の壁部内面からバッフル５の外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグ１の幅（Ｘ）との比の値（ｄ／Ｘ）については、０（バッフルが可撓性バッグの壁部内面に接地した状態）とした。

図１６は、矩形型の可撓性バッグにおける可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さと上下循環流の流速体積積分値との関係を示す図である。
図１６では、Ｈ／Ｌ＝１における流速体積積分値に対する相対値を示している。図１６に示すように、可撓性バッグの底部内面からのバッフルの下端までの高さが増すと、上下循環流の流速体積積分値は増大し、Ｈ／Ｌ＝０．７付近で最大となっている。そして、さらに可撓性バッグの底部内面からのバッフルの下端までの高さが増すと、上下循環流の流速体積積分値は減少している。特に、Ｈ／Ｌ＝０．９から０．８付近以下においては、流速体積積分値が、Ｈ／Ｌ＝０（バッフルの下端が可撓性バッグの底部内面に接地した状態）における流速体積積分値を上回るものとなっている。

したがって、矩形型の可撓性バッグにおいても、可撓性バッグの底部内面からバッフルの下端までの高さ（Ｈ）と、可撓性バッグの底部内面から培養液の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）は、０を超え０．８以下となるように設けることが好ましいといえる。特に、比の値（Ｈ／Ｌ）が、０．４以上０．７以下の範囲では、高い流速体積積分値が実現されており、攪拌効率を高めるのに好適であるといえる。

また、矩形型の可撓性バッグにおいて、可撓性バッグの壁部内面からバッフルの外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグの幅（Ｘ）との比の値（ｄ／Ｘ）を変えて上下循環流の体積積分値を解析したところ、可撓性バッグの壁部内面からバッフルの外側端までの距離（ｄ）が増すと、上下循環流の流速体積積分値は増大し、ｄ／Ｘ＝０．０３で最大となることが認められた。なお、本明細書において、可撓性バッグの幅（Ｘ）は、バッフルの設置位置に関し、可撓性バッグの内径（Ｄ）と同様の意義を有する。

したがって、矩形型の可撓性バッグにおいても、可撓性バッグ１の壁部内面からバッフル５の外側端までの距離（ｄ）と、可撓性バッグの幅（Ｘ）との比の値（ｄ／Ｘ）は、０を超え０．０８以下となるように設けることが好ましいといえる。特に、比の値（ｄ／Ｘ）が、０．０１以上０．０３以下の範囲では、高い流速体積積分値が実現されるため、攪拌効率を高めるのに好適であるといえる。

１ 可撓性バッグ
２ 攪拌翼（攪拌子）
３ 計測装置
４ 制御装置
５ バッフル（流動遮断部）
６ 天板
７ 培養液
８ ポート
９ シャフト
１０ 攪拌モータ
１１ ガス調節装置
１２ スパージャ
１３ 温度調節用ヒータ
１４ 支持部材
１５ 架台
１６ 液中通気用ガス供給管
１７ 気相通気用ガス供給管
１８ 培養液排出管
１９ 排気管
２０ 排気フィルタ
２１ ガス調節弁
２２ シーリング部材
２３ センサ
２４ バッフル支持体（内部支持体）
２５ 支持部材
２６ 補強部材
２７ 密封部材
２８ 通液孔
２９ 固定紐（連結部）
３０ 固定板（連結部）
１００ 攪拌装置

Claims (2)

1. 可撓性を有し、内部に液体が封入された可撓性バッグと、
   前記可撓性バッグの内部に配置され、前記液体に旋回流を生じさせる攪拌子と、
   前記可撓性バッグの頂部から垂下し、前記液体の旋回流を遮るように設けられる流動遮断部とを備え、
   前記流動遮断部は、前記可撓性バッグと一体に設けられ、前記可撓性バッグの外部に向けて開口した中空構造を有し、
   前記流動遮断部の内部には、剛性を有する内部支持体が挿入されており、
   前記内部支持体の上端は、剛性を有する支持部材によって固定されており、
   前記流動遮断部の下端は、前記液体の液面よりも下方、且つ、前記可撓性バッグの底部よりも上方に位置するように設けられており、
   内部に前記液体が封入された前記可撓性バッグの底部内面から前記流動遮断部の下端までの高さ（Ｈ）と、内部に前記液体が封入された前記可撓性バッグの底部内面から前記液体の液面までの高さ（Ｌ）との比の値（Ｈ／Ｌ）が、０．４以上０．７以下であり、
   前記可撓性バッグの壁部内面から前記流動遮断部までの距離（ｄ）と、前記可撓性バッグの内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）が、０を超え０．０８以下であることを特徴とする攪拌装置。
2. 前記可撓性バッグの壁部内面から前記流動遮断部までの距離（ｄ）と、前記可撓性バッグの内径（Ｄ）との比の値（ｄ／Ｄ）が、０．０１以上０．０３以下であることを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。

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