JP7356180B2

JP7356180B2 - 培養装置、担体支持装置、および培養対象の製造方法

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Publication number: JP7356180B2
Application number: JP2021514191A
Authority: JP
Inventors: 幹夫都筑; 万里岩越
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Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2023-10-04
Anticipated expiration: 2040-04-15
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Description

本発明は、培養装置、担体支持装置、および培養対象の製造方法に関する。

地球温暖化対策として、温暖化ガスの排出を可及的に抑える取り組み等が各国の産業界に強く求められている。クロレラ等の微細藻類や光合成細菌などの微生物は、ＣＯ_２を排出しないでエネルギー生産が可能な資源その他の産業上利用可能な資源として非常に有望視されており、商業レベルでの活用および効率的な製造に期待が寄せられている。

微細藻類をエネルギー資源その他の産業上の利用に供するためには、できるだけ低いコストで生産することが要求される。そして、微細藻類の培養システムとして、大規模なプールやタンクを用いて、微細藻類を水中で大量に培養するシステムが知られている。

例えば、特許文献１においては、光合成微細藻類と培養液の混合液を収容する培養槽（又は培養池）において、光合成微細藻類として、光を吸収し二酸化炭素を取り込み光合成を行うことで油を生成する光合成微細藻類を用い、油を生成した光合成微細藻類を、回収手段によって、浮上している状態で回収するようにし、その結果、培養した光合成微細藻類に同伴される培養液を大幅に低減する光合成微細藻類培養装置が開示されている。

特開２０１１－２３９７４６号公報

ところで、例えばプールやタンクを用いて培養対象を培養する場合において、培養の効率を向上させることが要求されている。
そこで、本発明は、培養の効率を向上させることが可能な培養装置などを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本明細書に開示される技術は、培養液が表面および／または内部を流下する担体と、当該担体に培養液を供給する供給部とを備える培養装置であって、前記担体は、上下方向に沿う向きに配置される複数の第１繊維と、上下方向と交差する向きに配置される複数の第２繊維とを有し、前記第２繊維に沿う向きの培養液の拡散速度は、前記担体が当該第２繊維が上下方向に沿う向きに配置される場合における、前記第１繊維に沿う向きの培養液の拡散速度よりも速い培養装置である。

ここで、前記第１繊維および前記第２繊維は各々湾曲部を有し、当該第１繊維の湾曲部は、当該第２繊維の湾曲部よりも数が多いとよい。
また、前記第１繊維および前記第２繊維は各々湾曲部を有し、当該第１繊維の湾曲部は、当該第２繊維の湾曲部よりも曲率半径が小さいとよい。
また、前記担体は、前記複数の第１繊維および前記複数の第２繊維により形成される繊維層を積層して構成されるとよい。
また、前記第１繊維および前記第２繊維は、前記担体に照射される光の少なくとも一部を透過可能であるとよい。
また、前記担体は、前記培養装置において吊り下げて設けられ、前記第１繊維に沿う向きの方が前記第２繊維に沿う向きよりも伸びやすいとよい。

他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、培養液が表面および／または内部を流下する担体と、当該担体に培養液を供給する供給部とを備える培養装置であって、前記担体は、上下方向に沿う向きに配置される複数の第１繊維と、上下方向と交差する向きに配置される複数の第２繊維とを有し、前記担体は、前記培養装置において吊り下げて設けられ、前記第１繊維に沿う向きの方が前記第２繊維に沿う向きよりも伸びやすい培養装置である。

他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、担体の表面および／または内部を培養液が流下するステップと、前記担体に培養液を供給するステップとを有し、前記担体は、上下方向に沿う向きに配置される複数の第１繊維と、上下方向と交差する向きに配置される複数の第２繊維とを有し、前記第２繊維に沿う向きの培養液の拡散速度は、前記担体が当該第２繊維が上下方向に沿う向きに配置される場合における、前記第１繊維に沿う向きの培養液の拡散速度よりも速い培養対象の製造方法である。

本明細書に開示される技術によれば、培養の効率を向上させることが可能な培養装置などを提供することができる。

本実施の形態に係る培養システムを示す概略構成図である。担体の斜視図である。担体ユニットの概略構成図である。図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図４の領域Ｖにおける拡大図である。（ａ）乃至（ｄ）は、実験１乃至４の条件を説明する図である。実験１乃至４における収穫量を示すテーブルである。培養システムにおける微生物の製造方法動作を説明するフローチャートである。本実施の形態における変形例を説明する図である。本実施の形態における変形例を説明する図である。本実施の形態における変形例を説明する図である。（ａ）および（ｂ）は、他の実施の形態における担体の概略構成図である。縦糸および横糸の差異を説明する図である。（ａ）乃至（ｃ）は、担体の滴下試験について説明をする図である。（ａ）乃至（ｃ）は、担体の引張試験について説明をする図である。培養システムにおける殺菌処理を説明するフローチャートである。綿布担体上でのクロレラ・ケスレリ１１ｈの増殖曲線を示すグラフである。

以下、本発明の微生物培養システムの一実施形態について図面を参照して説明する。
＜培養システム１＞
図１は、本実施の形態に係る培養システム１を示す概略構成図である。
まず、図１を参照して、本実施の形態が適用される培養システム１の概略構成を説明する。

図１に示すように、培養装置の一例である培養システム１は、微生物を含む培養液が供給される担体ユニット１０と、微生物を培養する培養ユニット３０と、微生物を含む培養液を循環させる培養液循環ユニット５０と、担体ユニット１０にガスを供給するガス供給ユニット６０と、担体ユニット１０に光を照射する担体照射ユニット７０と、培養ユニット３０に光を照射する培養照射ユニット８０と、各構成部材を制御する制御ユニット９０とを有する。

なお、以下の説明においては、図１に示す培養システム１の上下方向を、単に上下方向ということがある。また、培養システム１の幅方向を、単に幅方向ということがある。また、培養システム１における上下方向および幅方向と交差する方向を、単に奥行方向ということがある。

図１に示すように、担体ユニット１０は、微生物を含む培養液が供給される担体１２と、担体１２の外周を覆うカバー１５と、担体１２およびカバー１５を支持する支持体１７とを有する。図示の例においては、カバー１５に収容された担体１２が、奥行方向に複数（２つ）並べて設けられている。収容体の一例であるカバー１５内においては、微生物を含む培養液が担体１２に沿って流れ落ちるとともに、光が照射されかつ炭酸ガスが供給される。担体ユニット１０の詳細については後述する。

培養部の一例である培養ユニット３０は、培養液が貯留されるとともに微生物が培養される培養槽３１と、培養槽３１内の培養液を攪拌する攪拌器３５と、培養した微生物をろ過するろ過器３７とを有する。

培養槽３１は、上下方向上側が開放されている容器である。この培養槽３１においては、貯留する培養液が外気と接触可能である。すなわち、培養槽３１は、外気を内部に取り込む開口を有する構成である。また、培養槽３１は、培養照射ユニット８０が照射する光に対して透明な樹脂やガラスなどで形成される。すなわち、培養槽３１の側面は、培養液に向かう光を通過させる通過領域として機能する。

攪拌部の一例である攪拌器３５は、培養槽３１内に設けられた不図示の回転子を回転させることにより、培養槽３１内の培養液を攪拌する。ここで、攪拌器３５は、培養槽３１内の培養液をかき混ぜることが可能であれば、回転子を用いる構成に限定されない。例えば、培養槽３１内に炭酸ガスなどの気体や、培養液などの液体を供給することで培養液を攪拌してもよい。また、例えば超音波などにより、培養槽３１を振動させることで培養液を攪拌してもよい。

ろ過器３７は、培養槽３１から、培養された微生物を培養液とともに受ける。そして、ろ過器３７は、培養液からろ過により微生物を分離することで微生物を回収する。なお、ろ過器３７によって微生物が分離された培養液、すなわちろ液は、廃棄されてもよいし、培養槽３１へ供給し、再び微生物の培養に利用してもよい。

供給部の一例である培養液循環ユニット５０は、担体ユニット１０に培養液を供給する第１配管５１と、担体ユニット１０から培養液を回収する第２配管５３と、培養槽３１から培養液を循環させる第３配管５７と、培養液を循環させる駆動源であるポンプ５９とを有する。培養液循環ユニット５０は、ポンプ５９によって培養槽３１から担体ユニット１０に微生物および培養液を供給し、担体ユニット１０から培養液とともに微生物を培養槽３１へと回収することを繰り返すことで、微生物および培養液を循環させる。なお、図示の培養ユニット３０は、担体ユニット１０の上下方向下側からずれた位置に配置されている。すなわち、培養ユニット３０は、担体ユニット１０とは異なる地点に設けられている。図示の例においては、第１配管５１、第２配管５３、および第３配管５７によって、異なる地点に設けられ互いに離間した担体ユニット１０および培養ユニット３０が互いに接続される。

ガス供給部の一例であるガス供給ユニット６０は、炭酸ガスを圧縮して収容するガスボンベ６１と、ガスボンベ６１から供給される炭酸ガスを担体ユニット１０に供給するガス配管６３とを有する。
照射部の一例である担体照射ユニット７０は、担体ユニット１０を挟んで奥行方向両側から担体ユニット１０に向けて光を照射する第１照射パネル７１および第２照射パネル７３を有する。図示の例においては、第１照射パネル７１および第２照射パネル７３は、担体ユニット１０に対向配置する略板状の形状である。第１照射パネル７１および第２照射パネル７３は、例えば、光源として蛍光灯、有機ＥＬまたはＬＥＤ等を配列しており、微生物の増殖に適した波長や光量の光を照射するように構成されている。第１照射パネル７１および第２照射パネル７３が照射する光の波長は、例えば３８０～７８０ｎｍの範囲である。また、第１照射パネル７１および第２照射パネル７３は、例えば赤色光のみで増殖が可能な微生物に対しては、赤色光のみを照射できるとよい。

他の照射部の一例である培養照射ユニット８０は、培養槽３１を挟んで奥行方向両側から担体ユニット１０に向けて光を照射する第１照射パネル８１および第２照射パネル８３を有する。この第１照射パネル８１および第２照射パネル８３は、第１照射パネル７１および第２照射パネル７３と同様に構成されている。さらに説明をすると、第１照射パネル８１および第２照射パネル８３は、例えば、光源として蛍光灯、有機ＥＬまたはＬＥＤ等を配列しており、微生物の増殖に適した波長や光量の光を照射するように構成されている。第１照射パネル８１および第２照射パネル８３が照射する光の波長は、例えば３８０～７８０ｎｍの範囲である。また、第１照射パネル８１および第２照射パネル８３は、例えば赤色光のみで増殖が可能な微生物に対しては、赤色光のみを照射できるとよい。図示の例においては、第１照射パネル８１および第２照射パネル８３は、担体ユニット１０に対向配置する略板状の形状であるが、培養槽３１に光を照射可能であれば、例えば上下方向上側からのみ照射するなど、構造は特に限定されない。

制御ユニット９０は、コンピュータなどにより構成され、培養システム１の構成部材を制御する。例えば、制御ユニット９０は、培養液循環ユニット５０の動作タイミングを制御する。

培養システム１においては、培養ユニット３０で微生物が培養される。そして、培養液循環ユニット５０によって微生物を含む培養液を循環させながら、担体ユニット１０で微生物および培養液への炭酸ガスの供給および光の照射が実行される。すなわち、担体ユニット１０において、微生物が光合成を行なうのに必要な炭酸ガスおよび光エネルギーが供給される。そして、微生物および培養液が再び培養ユニット３０へと導かれ、培養ユニット３０において微生物が培養される。また、培養ユニット３０においては、培養照射ユニット８０によって光が照射されることにより、微生物の培養が促進される。

なお、培養システム１においては、培養液が培養ユニット３０を通過するのに要する時間は、培養液が担体ユニット１０を通過するのに要する時間よりも長い。言い替えると、培養液が培養槽３１に貯留される時間は、培養液が担体１２を流れ落ちる時間よりも長い。また、ある時点において、培養槽３１に貯留される培養液の量は、カバー１５内に存在する培養液の量よりも多い。

ここで、培養対象とする微生物は例えば光合成細菌や光合成微細藻類等の光合成微生物である。なお、光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合においては、培養システム１が担体照射ユニット７０および培養照射ユニット８０を備えなくてもよい。
また、培養液としては、微細藻類を通常の方法により培養して、微生物の濃度を高めることが可能な培地の希釈液であれば、特に制限されない。培地としては、例えばＣＨＵ培地、ＪＭ培地、ＭＤＭ培地などの一般的な無機培地を用いることができる。さらに、培地としては、ガンボーグＢ５培地、ＢＧ１１培地、ＨＳＭ培地の各種培地の希釈液が好ましい。無機培地には、窒素源としてＣａ（ＮＯ_３）_２・４Ｈ_２ＯやＫＮＯ_３、ＮＨ_４Ｃｌが、その他の主要な栄養成分としてＫＨ_３ＰＯ_４やＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏなどが含まれる。また、培地には、微細藻類の生育に影響を与えない抗生物質等を添加してもよい。培地のｐＨは４～１０が好ましい。また、各種産業から排出される廃水等を利用してもよい。

＜担体ユニット１０＞
図２は、担体１２の斜視図である。
図３は、担体ユニット１０の概略構成図である。
次に、図１乃至図３を参照しながら、担体ユニット１０の詳細構成を説明する。
上記のように、担体ユニット１０は、担体１２と、カバー１５と、支持体１７とを有する。以下、各々の構成について説明をする。

まず、担体１２について説明をする。
図２に示すように、担体１２は、微生物を含む培養液が通過する板状部材である。図示の担体１２は、正面視略長方形の布部材である。より具体的には、担体１２は、可撓性を有する部材、より具体的にはポリエステルなどの樹脂繊維により構成されている。また、図示の担体１２は、第１照射パネル７１および第２照射パネル７３から照射される光の少なくとも一部を透過する糸状部材により形成される。なお、担体１２の材質は特に限定されるものではなく、綿、絹、毛、アクリル等を用いてもよい。

ここで、担体１２は、担体１２の長手方向に沿って配置される縦糸１２６と、担体１２の長手方向と交差する方向（幅方向）に沿って配置される複数の横糸１２７とを有する。縦糸１２６は、幅方向において予め定めた間隔で複数設けられている。また、横糸１２７は、長手方向において予め定めた間隔で複数設けられている。したがって、担体１２は、網目状に形成された網体として捉えることができる。この担体１２においては、複数の開口１２８が形成される。詳細は後述するが、開口１２８は、微生物が通過可能な寸法である。また、開口１２８は、担体１２の厚み方向において貫通する貫通孔として捉えることができる。また、縦糸１２６および横糸１２７の少なくとも一方は、複数の湾曲部を有する所謂ウェーブ状の繊維部材であってもよい。

ここで、担体１２は、担体ユニット１０においては長手方向の略中央で２つに折り曲げられて設けられている（図１参照）。担体１２の寸法は、特に限定されないが、より効率的に微生物を培養するために大きく形成される。例えば、担体１２は、展開した際の長手方向の長さが２．５ｍで、幅方向の長さが１ｍの布部材を用いて、縦寸法が約１．２５ｍになるように長手方向の略中央で折り曲げられる。担体の１ｍ^２当たりの微生物の搭載量を高めるために、担体１２の表面に凹凸や細孔を設けてもよい。なお、本明細書における「担体１ｍ^２当たりの微生物の搭載量」とは、担体表面を平滑な平面と仮定したときの表面積１ｍ^２当たりの微生物の搭載量を意味し、凹凸や細孔を形成したことによる表面積増加を加味した実際の表面積を意味するものではない。

次に、カバー１５について説明をする。
図１に示すように、カバー１５は、可撓性を有するシート部材の長手方向の中央を折り曲げて形成されている。カバー１５は、担体照射ユニット７０から照射する光を透過する材質により構成される。カバー１５は、例えば塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ＰＥＴ等の合成樹脂により構成される。

ここで、カバー１５は、内部に担体１２を収容できる偏平な袋状に形成されている。さらに説明をすると、カバー１５は、一部を除き内部を密閉可能に形成されている。具体的には、図３に示すカバー１５は、培養液を導出する導出口１５４、培養液を導入する導入口１５６、炭酸ガスを導入するガス口１５７を有する。

ここで、導出口１５４は、カバー１５における上下方向下側の端部である下端部１５２に設けられる。この導出口１５４は、第２配管５３が着脱できるようになっている。導入口１５６は、カバー１５における上下方向上側に設けられる。この導入口１５６は、後述するカバー支持体１７１の端部が貫通する。また、ガス口１５７は、カバー１５における上下方向中央部に設けられる。このガス口１５７は、後述するガス供給管１７７の端部が貫通する。

次に、支持体１７について説明をする。
図３に示すように、支持部の一例である支持体１７は、カバー１５を支持するカバー支持体１７１と、担体１２を支持する担体支持体１７３と、炭酸ガスを供給するガス供給管１７７と、カバー支持体１７１、担体支持体１７３、およびガス供給管１７７を支持する枠体１７９とを有する。なお、支持体１７は、例えばアルミニウムなど微生物の培養を妨げない材質で形成される。

カバー支持体１７１は、幅方向に延びる円筒状の部材である。このカバー支持体１７１は、カバー１５が掛けられる。また、カバー支持体１７１は、幅方向において予め定めた間隔で培養液排出孔１７５が形成されている。図示の例においては、カバー支持体１７１における上下方向下側の面に、培養液排出孔１７５が形成されている。この培養液排出孔１７５は、カバー支持体１７１内部から培養液を排出する。また、カバー支持体１７１は、一方の端部が導入口１５６から突出し、第１配管５１に接続される。カバー支持体１７１の他方の端部は、不図示の配管に接続されている。この配管は、担体１２に供給されなかった培養液を培養槽３１へと案内する。

担体支持体１７３は、幅方向に延びる円柱状の部材である。この担体支持体１７３は、カバー支持体１７１よりも上下方向下側で、カバー支持体１７１に吊るされて設けられている。この担体支持体１７３は、折り曲げられた担体１２が掛けられる部分である。なお、図示の例における担体支持体１７３は、カバー支持体１７１よりも奥行方向における寸法（外径）が小さい（後述する図４参照）。

ガス供給管１７７は、幅方向に延びる円筒状の部材である。このガス供給管１７７の外周にはガス排出孔１７８が複数形成されている。供給口の一例であるガス排出孔１７８は、上下方向両側および幅方向両側などに向けて開口している。ガス排出孔１７８は、ガス供給管１７７内部から炭酸ガスを排出する。また、ガス供給管１７７の端部は、ガス口１５７から突出し、ガス配管６３に接続される。なお、図示の例におけるガス供給管１７７は、担体支持体１７３よりも奥行方向における寸法（外径）が小さい（後述する図４参照）。なお、培養システム１の担体１２以外の部分は、担体支持装置として捉えることができる。

＜担体ユニット１０における配置＞
図４は、図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。
図５は図４の領域Ｖにおける拡大図である。
次に、図３乃至図５を参照しながら、担体ユニット１０における担体１２の周辺の構造について説明する。

図４に示すように、カバー１５は、カバー支持体１７１に掛けられて配置される。このカバー１５は、連続部の一例である曲げ部１５５を挟んで位置する第１部１５１と第２部１５３とを有する。第１部１５１と第２部１５３は、各々上下方向に沿って起立して設けられる。

また、担体１２は、担体支持体１７３に掛けられて配置される。この担体１２は、折り曲げられ湾曲した部分である曲げ部１２５を挟んで、平板部の一例である第１部１２１と第２部１２３とを有する形状である。第１部１２１および第２部１２３は、各々上下方向に沿って起立して設けられる。ここで、第１部１２１および第２部１２３は、互いに離間して配置される。また、第１部１２１および第２部１２３は、カバー１５から離間して配置される。なお、第１部１２１および第２部１２３は、第１対向部および第２対向部の一例である。

ここで、担体１２の曲げ部１２５の上下方向上側にカバー支持体１７１の培養液排出孔１７５が位置する。すなわち、他の供給口の一例である培養液排出孔１７５は、曲げ部１２５に向けて開口する。また、担体１２の第１部１２１と第２部１２３との間には、ガス供給管１７７が配置される。このガス供給管１７７のガス排出孔１７８は、第１部１２１と第２部１２３によって挟まれる空間内に向けて開口する。

さて、図４に示すように、培養液排出孔１７５から排出される培養液は、担体１２の曲げ部１２５に供給される（図中矢印Ａ１参照）。この曲げ部１２５に供給された培養液は、第１部１２１および第２部１２３に分岐して流れ落ちる（図中矢印Ａ３およびＡ５参照）。

また、ガス排出孔１７８から排出される炭酸ガスは、担体１２の第１部１２１および第２部１２３によって挟まれる空間内に供給される（図中矢印Ｂ１乃至Ｂ４参照）。このとき、炭酸ガスは、一部が上下方向に流れ（図中矢印Ｂ１およびＢ２参照）、一部は奥行方向、すなわち第１部１２１と第２部１２３に向けて流れる（図中矢印Ｂ３およびＢ４参照）。

ここで、図５を参照しながら、担体１２における培養液などの流れについて詳細に説明をする。
担体１２の第１部１２１の表面および／または内部においては、培養液が上下方向上側から下側へと流れる（図中矢印Ａ７参照）。

また、炭酸ガスは、奥行方向に沿って第１部１２１を通過する（図中矢印Ｂ５参照）。この炭酸ガスの流れは、培養液の流れ（図中矢印Ａ７参照）と交差する向きである。また、炭酸ガスは、上下方向下側から上側へと流れる（図中矢印Ｂ６参照）。この炭酸ガスの流れは、培養液とは反対の向き、すなわち培養液と対向する向きである。このように、炭酸ガスが、培養液と交差する向き、および培養液と反対の向きに流れることにより、培養液に供給される炭酸ガスの量が増加し得る。

第２照射パネル７３（図１参照）から照射された光は、奥行方向に沿って第１部１２１を通過する（図中矢印Ｃ１参照）。この光の進行方向は、培養液と交差する向きである。このことにより、培養液に含まれる微生物が受ける光量が増加し得る。

ここで、微生物は、培養液とともに、上下方向上側から下側に向けて流下する。すなわち、培養液流下開始の初期段階においては、微生物は、縦糸１２６に沿って落下する。ここで、縦糸１２６に沿って落下する微生物は、横糸１２７にぶつかると流れる向きが変わる（図中矢印Ａ１１、Ａ１３、Ａ１５、Ａ１７）。すなわち、微生物は、奥行方向において揺動しながら落下する。さらに説明をすると、微生物は、担体１２の開口１２８を通過しながら落下する。このことにより、微生物がガスと接触する時間が長くなり、結果として微生物におけるガス交換効率が高まる。なお、図示の例においては、横糸１２７は、ウェーブ状に成型されており、各横糸１２７は奥行方向において互いにずれた配置となる。このことにより、微生物の奥行方向における揺動がより促進される。以上により、担体上での微生物の増殖が促進される。

＜光合成微生物の製造＞
本発明の微生物培養システムを用いた光合成微生物の製造について、以下詳述する。本発明の微生物培養システムの利点としては、オープンポンドでの培養と比較して増殖後の細胞の回収が容易であること、及び、光合成生物に適用した場合には、担体に付着あるいは滞留している細胞量が多くなっても増殖速度が保たれることにある。実施例２の結果を示す図１７は、クロレラ細胞の布（本発明の担体１２に対応）上での増殖曲線である。左図（ａ）は縦軸の微生物量を対数目盛で表し、右図（ｂ）は線形目盛で表したものである。左図での直線部は指数的な増殖（対数増殖期）を表し、右図の直線部は直線増殖期を表す。したがって、本発明の微生物培養システムを用いた光合成微生物の製造における担体１２上でも、はじめ対数増殖、その後、直線増殖となってほぼ飽和に近づきながら緩やかな増殖となり、基本的には、液体培地中での懸濁培養と類似の増殖曲線をとる。しかし、本発明の微生物培養システムを用いた光合成微生物の製造では、担体１２上に付着あるいは滞留している細胞は、ほとんど移動しないため、その表面に位置する細胞が光を受光し続ける。そのため、光を受け続ける表層の細胞群と担体１２との間にあって表層細胞群の陰に位置する内部細胞群との異なる環境の細胞群からなる。すなわち、表層の細胞群の細胞は、対数増殖の増殖能力を保持する細胞である。この点は、細胞濃度が高くなり直線増殖期に移行した液体培養中の細胞と異なる。オープンポンドでの培養では、攪拌により、細胞が照射光を直接受ける位置と他の細胞の陰になる位置とに移動が繰り返され、細胞数の増加に伴い全細胞の増殖能力が一様に抑制されるからである。よって、本発明の微生物培養システムを用いた光合成微生物の製造においては、倍加時間の遅い光合成微生物でも、担体１２への付着量を高めることにより、より高い生産量が確保できる特徴をもつ。

以上に説明したとおり、本発明の微生物培養システムを光合成微生物に適用することにより、担体１２に付着した細胞量を多くした場合であっても、表層の細胞群の細胞は、対数増殖の増殖能力を保持することができる。したがって、１日間に期待する生産量（乾燥重量ｇＤＷ）をＰ（ｇＤＷ／ｍ^２）、対数増殖時における細胞の１日間の増殖能力（単位期間あたりの倍率で表す）をμ倍としたときの１日の最初の細胞量Ｃ_０（ｇＤＷ／ｍ^２）は、Ｐ≦Ｃ_０×（μ－１）だから、以下の式（１）
Ｃ_０ ≧ Ｐ／（μ－１）・・・（１）
により設定することができる（μは比増殖速度として、時に時間あたりで表される）。本発明においては、Ｐが例えば５ｇ／ｍ^２以上、６ｇ／ｍ^２以上、７ｇ／ｍ^２以上、８ｇ／ｍ^２以上、９ｇ／ｍ^２以上、１０ｇ／ｍ^２以上、１５ｇ／ｍ^２以上、２０ｇ／ｍ^２以上になるように、最初の細胞量Ｃ_０を設定することができる。Ｐの上限は特に限定されないが、担体１２の表層の細胞に対する十分な光量を確保するため、３００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、１００ｇ／ｍ^２以下がより好ましく、５０ｇ／ｍ^２以下がさらに好ましい。また、１日当たりの回収可能細胞量は、以下の式（２）
［回収可能細胞量（ｇＤＷ／ｍ^２・日）］＝［固相表面細胞量（ｇＤＷ／ｍ^２）］×（２^{（２４／倍加時間）}－１）・・・（２）
（式中、「固相表面細胞量」は、担体１２上の光が十分当たる細胞量である）
により設定することができる。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
図６（ａ）乃至（ｄ）は、実験１乃至４の条件を説明する図である。
図７は、実験１乃至４における収穫量を示すテーブルである。

図１に示すような培養システム１を用いてスピルリナを培養した。担体１２は、ナイロン製のメッシュ素材、所謂ナイロンタオル(ライフレックス社製)を用いた。担体１２の寸法は幅１８ｃｍ、長さ１００ｃｍとした。この担体１２は、２つ折りで吊るしたものを２枚用いて測定を行った。また、カバー１５は、厚さ０．４５ｍｍの塩化ビニールシートを２枚用い、各々担体１２を収容させた。カバー支持体１７１は、アクリル製であり、寸法が厚さ３ｍｍ、呼び径１６であるものを２本用いた。カバー支持体１７１の培養液排出孔１７５は、直径０．９ｍｍであり、カバー支持体１７１の長手方向に沿って、２ｃｍおきに９か所設けた。

第１照射パネル７１、第２照射パネル７３、第１照射パネル８１および第２照射パネル８３は、赤色ＬＥＤ（イフェクト社製）を用いて光を照射した。光の強さは担体１２の端で５０μｍｏｌ/ｍ^２/ｓｅｃ、担体１２の中央で２０μｍｏｌ/ｍ^２/ｓｅｃとした。

ポンプ５９は、エーハイム水陸両用ポンプ１０４８を用いた。
第１配管５１、第２配管５３、第３配管５７は、シリコン製ホース（１０×１３ｍｍ）を用いた。ここで、Ｙ字コネクター(アズワン、１－７３７７－１８)を用いることにより、第１配管５１において２本のカバー支持体１７１へ分岐する流路を確保した。
培養槽３１は、ポリプロピレン製であり、寸法は、幅３０ｃｍ、奥行１５ｃｍ、高さ３０ｃｍとした。培養液は、表１に示す通りである。

図６（ａ）乃至（ｄ）に示すように、担体ユニット１０および培養ユニット３０に対する光の照射条件を変化させながら、実験１乃至実験４を行った。具体的には、担体ユニット１０および培養ユニット３０の各々に対して、光を照射する場合と、光が照射されないよう遮光する場合とを切り替えた。さらに説明をすると、担体ユニット１０の遮光は、担体ユニット１０のカバー１５をアルミ箔で覆うことにより行った。付言すると、担体ユニット１０を遮光することで、担体ユニット１０の担体１２に光が到達しなくなる。また、培養ユニット３０の遮光は、培養ユニット３０の培養槽３１をアルミ箔で覆うことにより行った。付言すると、培養ユニット３０を遮光することで、培養ユニット３０の培養槽３１の内部に光が到達しなくなる。

図６（ａ）に示すように、実験１においては、担体ユニット１０および培養ユニット３０の両者を遮光した。図６（ｂ）に示すように、実験２においては、担体ユニット１０には光を照射し、培養ユニット３０を遮光した。図６（ｃ）に示すように、実験３においては、担体ユニット１０を遮光し、培養ユニット３０には光を照射した。図６（ｄ）に示すように、実験４においては、担体ユニット１０および培養ユニット３０の両者に光を照射した。

実験１乃至実験４の各々における培養養開始時には、各担体１２にスピルリナを１ｇ均等に乗せ（２枚合計で２ｇ）た後、カバー１５内に収容した。培養槽３１には培養液を５Ｌ入れポンプ５９で循環させた。培養中は、培養槽３１内の培養液の温度が３０℃となるように室温を調整した。この条件で１２日間培養を行った結果、担体１２（２枚）および培養槽３１内のスピルリナを回収、すなわち収穫して重量を測定した。

図７に示すように、実験１においては、スピルリナの収穫量が２．３３ｇであった。同様に、実験２では収穫量が１０．１５ｇであり、実験３では収穫量が４．１６ｇであり、実験４では収穫量が１１．７３ｇであった。このことから、担体ユニット１０および培養ユニット３０の両者に光を照射した実験４では、担体ユニット１０のみに光を照射した実験２や、培養ユニット３０のみに光を照射した実験３と比較して、収穫量が増加することが確認された。

＜培養対象＞
上記のように培養システム１が培養する培養対象は、クロレラやシネコキスティス、スピルリナのような運動性のないあるいは乏しい光合成微生物だけでなく、鞭毛で水中を運動するプランクトン性のユーグレナやクラミドモナス、プレウロクリシスも含まれる。言い替えると、培養システム１の培養対象となる微生物は、きわめて多様である。培養システム１の培養対象となる主な微生物群としては、例えば以下のＡ類、Ｂ類、Ｃ類が挙げられる。

まず、Ａ類として、原核生物である真正細菌と古細菌を挙げることができる。
真正細菌には、酸素非発生型の光合成細菌や酸素発生型光合成を行うシアノバクテリア、有機物質を利用する通性嫌気性発酵性細菌と非発酵性細菌、さらに無機栄養細菌、放線菌およびコリネバクテリウム、有胞子細菌を挙げることができる。光合成細菌には、ロドバクター、ロドスピリルム、クロロビウム、クロロフレクサスが挙げられる。シアノバクテリアにはシネココッカス、シネコキスティス、スピルリナ、アルスロスピラ、ノストック、アナベナ、オシラトリア、リングビア、イシクラゲ、スイゼンジノリが挙げられる。通性嫌気性発酵性細菌として大腸菌、乳酸菌が挙げられる。非発酵性細菌としてシュードモナスが挙げられる。無機栄養細菌として水素細菌が挙げられる。放線菌としてストレプトマイセスが、有胞子細菌として枯草菌が挙げられる。古細菌は好熱菌や高度好塩菌が挙げられる。好熱菌としてサーモコッカスが、高度好塩菌としてハロバクテリウムが挙げられる。その他に、グルタミン酸生産菌、リジン生産菌、セルロース生産菌などが挙げられる。

次に、Ｂ類として、真核光合成微生物である微細藻類を挙げることができる。
微細藻類には、緑藻、トレボキシア藻、紅藻、珪藻、ハプト藻、真正眼点藻、ユーグレナ、褐虫藻が挙げられる。
緑藻にはクロレラ、セネデスムス、クラミドモナス、ボトリオコッカス、ヘマトコッカス、ナンノクロリス、シュードコリシスティスが、トレボキシア藻としてパラクロレラやココミクサが挙げられる。紅藻としてシアニディオシゾン、シアニディウム、ガルディエリア、ポルフィリディウムが、珪藻としてニッチア、フェオダクティルム、キートケロス、タラシオシラ、スケレトネマ、フィツリフェラが挙げられる。ハプト藻として、プレウロクリシス、ゲフィロカプサ、エミリアニア、イソクリシス、パブロバが挙げられる。真正眼点藻としてナンノクロロプシス、ユーグレナとしてユーグレナが挙げられる。さらに、サンゴの共生藻である褐虫藻としてはシンビオディニウムが挙げられる。

次にＣ類として、非光合成真核生物である菌類を挙げることができる。
菌類には酵母菌とコウジカビが挙げられる。また、担子菌類の菌糸培養は培養対象となる。さらに、水生変形菌類（現在は原生生物）のラビリンチュラも適用できる。ラビリンチュラとしては、オーランチオキトリウムを挙げられる。

なお、微生物ではないが、多細胞性海藻のうち、緑藻であるアオサやアオノリ、紅藻であるアサクサノリ、アマノリ、スサビノリ、イワノリ、その他の食用ノリも培養対象となる。さらに、緑色植物であるコケ類も培養対象となる。また、共生生物である地衣類も培養対象となる。
なお、微細藻類は、シアノバクテリアを含むものとして捉えることができる。

＜微生物の製造方法＞
図８は、培養システム１における微生物の製造方法動作を説明するフローチャートである。
上記のような培養システム１において実行される微生物を培養する方法は、微生物の製造方法として捉えることができる。以下、図８を参照しながら、培養システム１において実行される微生物の製造方法を説明する。

まず、担体ユニット１０の担体１２においては、担体照射ユニット７０によって担体１２へ光が照射される（Ｓ８０１）。また、担体１２においては、ガス供給ユニット６０によって担体へ炭酸ガスが供給される（Ｓ８０２）。

そして、培養ユニット３０の培養槽３１においては、培養照射ユニット８０によって、微生物を含む培養液へ光が照射される（Ｓ８０３）。また、培養ユニット３０の培養槽３１においては、攪拌器３５によって、培養液が攪拌される（Ｓ８０４）。

そして、制御ユニット９０によって、予め定められた培養槽３１の微生物を収穫するタイミングであるかが判断される（Ｓ８０５）。微生物を収穫するタイミングである場合（Ｓ８０５でＹＥＳ）、ろ過器３７によって培養液から微生物がろ過されることで、微生物が収穫される（Ｓ８０６）。一方、微生物を収穫するタイミングでない場合（Ｓ８０５でＮＯ）、培養液循環ユニット５０によって、微生物および培養液が担体ユニット１０へ送られることで、微生物および培養液が循環する（Ｓ８０７）。

＜変形例＞
図９乃至図１１は、本実施の形態における変形例を説明する図である。
次に、図９乃至図１１を参照しながら、本実施の形態における変形例を説明する。なお、以下の説明においては、上記実施の形態で説明した構成と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。

上記の実施の形態においては、担体ユニット１０を通過した培養液を、第２配管５３を介して培養ユニット３０へと回収することを説明したが、担体ユニット１０を通過した培養液が培養槽３１へ回収される態様であれば、構成は特に限定されない。

例えば、図９に示す培養システム１０１のように、担体ユニット１０の上下方向下側に培養ユニット３００が設けられてもよい。この培養ユニット３００は、担体ユニット１０から排出され落下する培養液および微生物を受ける培養槽３１０を有する。この培養槽３１０は略円筒状の容器である。培養槽３１０の外周には、培養照射ユニット８０の照射体８５が複数並べて配置されている。担体ユニット１０から落下した培養液は、培養槽３１０によって貯留されるとともに、照射体８５からの光が照射されることにより、培養槽３１０内において微生物が培養される。

上記の実施の形態においては、培養ユニット３０に対して培養照射ユニット８０が光を照射することを説明したが、培養ユニット３０に光が照射される態様であれば、構成は特に限定されない。例えば、図１０に示す培養システム１０３のように、培養ユニット３５０が、屋外に設けられてもよい。すなわち、培養槽３５１が太陽光を受ける構成とし、培養照射ユニット８０を備えない構成であってもよい。また、図示とは異なり、太陽光を受ける構成としたうえで、さらに培養照射ユニット８０を備える構成であってもよい。

ここで、本実施の形態および変形例とは異なる微生物の培養方式の１つとして、回遊池方式（ポンド式）が知られている。この回遊池方式においては、太陽光が届く範囲（水深３０ｃｍ程度）までしか深さ方向に広げられないため、水平方向に広大な用地を取得する必要がある。一方で、培養システム１０３においては、担体ユニット１０において微生物および培養液に光が照射されることから、培養槽３５１の水深を太陽光が届く範囲よりも深くすることが可能である。なお、図示の例の培養槽３５１は、一部を地下に埋没させることにより、培養槽３５１の深さ方向の寸法を確保している。また、図示の培養槽３５１は、貯留する培養液の液面における最大幅が、貯留する培養液の最大深さよりも大きい寸法で形成されている。

付言すると、上記培養システム１０３は、担体ユニット１０における担持体方式による微生物の培養と、培養ユニット３０５における回遊池方式による微生物の培養とを組み合わせたハイブリッド式の微生物の培養システムとして捉えることができる。さらに説明をすると、担持体方式と、回遊池以外の微生物の培養方式とを組み合わせたハイブリッド式の微生物の培養システムであってもよい。例えば、担体ユニット１０における担持体方式による微生物の培養と、所謂タンク方式による微生物の培養とを組み合わせたハイブリッド式の微生物の培養システムであってもよい。

さて、上記の実施の形態においては、担体１２を用いた担体ユニット１０において、微生物および培養液に光の照射および炭酸ガスの供給を実行したが、微生物および培養液に対して光の照射および炭酸ガスの供給が実行される態様であれば、構成は特に限定されない。

例えば、図１１に示す培養システム１０５のように、培養液を貯留し、かつ光の照射および炭酸ガスの供給を実行するタンク１１０を備える構成であってもよい。このタンク１１０内においては、発光源である照射パネル７５と、炭酸ガスを供給するガス供給部６５とが設けられている。担体ユニット１０において光の照射および炭酸ガスの供給を受けた微生物および培養液はタンク１１０へと導かれる。そして、このタンク１１０において、微生物が培養される。なお、図示の例においては、タンク１１０にガス供給部６５が設けられることを説明したが、タンク１１０にガス供給部６５が設けられない構成であってもよい。

さて、上記の実施の形態においては、担体ユニット１０のカバー１５が担体１２ごとに設けられることを説明したが、これに限定されない。例えば、１つのカバー１５内に複数の担体１２が設けられる構成であってもよい。付言すると、担体１２ごとにカバー１５が設けられることにより、担体１２の各々に供給される炭酸ガスの制御が容易となる。また、培養システム１は、担体ユニット１０にカバー１５が設けられない構成であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、担体１２が２つに折り曲げられ、曲げ部１２５が支持体１７に掛けられることを説明したが、これに限定されない。例えば、担体１２を平板状に吊るして設けてもよい。また、担体１２を円筒状や角筒状など平板以外の形状で構成してもよい。

また、上記の実施の形態においては、担体１２が繊維により形成される布部材であることを説明したが、材質や形状はこれに限定されない。例えば、担体１２は、微生物が通過可能な寸法の貫通孔が複数形成された板状部材であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、培養ユニット３０に光を照射することを説明したが、光を照射しない態様であってもよい。さらに説明をすると、例えば、培養槽３１の上部を開放せずに、培養槽３１全体が地中や屋内などに設けられ、かつ担体照射ユニット７０や太陽光からの光を受けない態様であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、カバー支持体１７１が曲げ部１２５に培養液を供給したが、担体１２に培養液を供給することができれば、これに限定されない。例えば、カバー支持体１７１とは別体として構成され培養液を噴霧する噴霧部（不図示）が、第１部１２１および第２部１２３の各々と対向する位置に設けられ、この噴霧部を介して担体１２に培養液を供給してもよい。

また、上記の実施の形態においては、ガス供給管１７７が第１部１２１および第２部１２３の間に設けられることを説明したが、担体１２に対して炭酸ガスが供給されれば、これに限定されない。例えば、ガス供給管１７７が第１部１２１および第２部１２３の各々と対向する位置に設けられ、炭酸ガスを吹き付けるような構成であってもよい。また、上記の説明とは異なり、担体１２に対して炭酸ガスを供給しない構成であってもよい。

＜他の実施の形態＞
図１２（ａ）および（ｂ）は、他の実施の形態における担体１２０の概略構成図である。具体的には、図１２（ａ）は担体１２０の奥行方向における断面を示す図であり、図１２（ｂ）は担体１２０を構成する縦糸１２６０および横糸１２７０の構造を示す図である。
図１３は、縦糸１２６０および横糸１２７０の差異を説明する図である。

次に、図１２および図１３を参照しながら、他の実施の形態における担体１２０の詳細構成について説明をする。なお、以下の説明においては、上記実施の形態および変形例などで説明した構成と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。

図１２（ａ）に示すように、担体１２０は、布状の部材である層部材１２９０を積層することにより構成されている。各層部材１２９０の表面および／または内部においては、培養液が上下方向上側から下側へと流れる（図中矢印Ａ７参照）。また、炭酸ガスは、奥行方向に沿って各層部材１２９０を通過する（図中矢印Ｂ５参照）。ここで、層部材１２９０同士の間には空間が形成されている。このことにより、培養液に供給される炭酸ガスの量が増加し得る。なお、層部材１２９０は、繊維層の一例である。

また、図１２（ｂ）に示すように、担体１２０（層部材１２９０）は、縦糸１２６０および横糸１２７０により構成される。縦糸１２６０および横糸１２７０は、ナイロンなどの樹脂繊維である。また、縦糸１２６０および横糸１２７０は、担体照射ユニット７０（図１参照）から照射される光の少なくとも一部を透過可能な糸状部材により形成される。このことにより、担体照射ユニット７０の光が、各層部材１２９０に到達することが可能となる。また、縦糸１２６０および横糸１２７０の間には、開口１２８０が形成される。この開口１２８０を通過することによっても、担体照射ユニット７０の光が各層部材１２９０に到達することが可能となる。また、炭酸ガスが、開口１２８０を通過することが可能となる。このことにより、積層して設けられる層部材１２９０の各々に、炭酸ガスが供給され得る。

ここで、図１２（ｂ）に示すように、第１繊維の一例である縦糸１２６０は、複数（図示の例では７本）の縦繊維１２６１を撚ることによって形成されている。また、第２繊維の一例である横糸１２７０は、複数（図示の例では７本）の横繊維１２７１を撚ることによって形成されている。すなわち、図示の縦糸１２６０と横糸１２７０において、各々構成する繊維（縦繊維１２６１および横繊維１２７１）の数は同一である。また、縦繊維１２６１および横繊維１２７１の直径は略同一である。ここで略同一とは、各々の直径が一致するだけでなく、各々の直径の差が３０％以内であることを含む。

一方で、縦糸１２６０および横糸１２７０は、互いに形状が異なる。具体的には、縦糸１２６０および横糸１２７０は、各々の湾曲形状および撚りの状態が異なる。さらに説明をすると、図１３に示すように、縦糸１２６０は、横糸１２７０と比較して、各々の単位長さ当たりの湾曲する部分（図１２（ｂ）における湾曲部Ｒ１および湾曲部Ｒ３参照）の数が多い。また、縦糸１２６０は、横糸１２７０と比較して、湾曲する部分の曲率半径が小さい。言い換えると、縦糸１２６０は、横糸１２７０と比較して、湾曲がよりきつくなるように形成されている。

また、図１３に示すように、縦糸１２６０は、横糸１２７０と比較して、各々の長手方向と交差する方向に広がる幅（広がり幅、図１２（ｂ）における幅Ｓ１および幅Ｓ３参照）が大きい。また、縦糸１２６０は、横糸１２７０と比較して、撚りが強い。言い替えると、縦糸１２６０は、横糸１２７０よりも繊維の密度が高くなるように撚られている。したがって、縦糸１２６０は、横糸１２７０と比較して、単位面積当たりに含まれる繊維の本数が多い。

上記のように、縦糸１２６０を横糸１２７０と異なる構成とすることにより、担体１２０を上下方向上側から下側に向けて流下する培養液が、幅方向に広がることを促進する。そして、培養液が幅方向に広がることにより、培養液が担体１２０を流下する時間が長くなり、培養液に供給される炭酸ガスの量が増加し得る。また、培養液に含まれる微生物が受ける光の量が増加し得る。その結果、培養システム１（図１参照）において微生物がより培養されやすくなる。

＜滴下試験＞
図１４（ａ）乃至（ｃ）は、担体１２０の滴下試験について説明をする図である。具体的には、図１４（ａ）は縦方向試験の結果を示す図であり、図１４（ｂ）は横方向試験の結果を示す図であり、図１４（ｃ）は担体１２０の配置と拡散の関係を示す図である。なお、図１４（ａ）および（ｂ）においては、横糸１２７０の記載は省略している。

次に、図１４（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら、担体１２０を用いた滴下試験について説明をする。この滴下試験においては、担体１２０を設置する向きを変更しながら、担体１２０に水を滴下させ、担体１２０における水の広がりを確認する試験行った。なお、この滴下試験においては、担体１２０における水の広がりを観察しやすくするため、水として墨汁液（普及品ぼくてき、呉竹製）を用いた。

具体的には、図１４（ａ）に示すように縦糸１２６０が上下方向に沿う向きに担体１２０を配置した縦方向試験と、図１４（ｂ）に示すように縦糸１２６０が上下方向と交差する向きに担体１２０を配置した横方向試験とを行った。なお、図１４（ａ）に示すように縦糸１２６０が上下方向に沿う配置（縦方向配置）は、培養システム１（図１参照）において担体１２０が設置される向きである。また、図１４（ｂ）に示すように縦糸１２６０が上下方向と交差する配置（横方向配置）は、培養システム１において担体１２０が設置される向きとは異なる向きである。

また、滴下試験の試験条件は以下のとおりである。まず、容器（不図示）内の水に浸した担体１２０を気中に持ち上げ、支持機構（不図示）に吊り下げ、担体１２０を上下方向に設置した。そして、１５秒間が経過した後、マイクロピペットを用いて、担体１２０に１００μＬの墨汁液を付着させた。そして、付着から３０秒が経過した後、担体１２０における墨汁液の広がりを確認した。なお、担体１２０としては、ナイロンタオル(ライフレックス社製)を用いた。また、上記図１２（ａ）とは異なり、担体１２０は単層で構成されているものを用いた。

この滴下試験においては、縦方向試験と横方向試験とで墨汁液の広がりに差異が確認された。具体的には、図１４（ｂ）に示す横方向試験においては、拡散領域１３７が上下方向下側へスパイク状に広がる突起部Ｓｐが観察されたが、図１４（ａ）に示す縦方向試験では観察されなかった。

また、図１４（ａ）に示す縦方向試験における墨汁液の拡散領域１３６は、図１４（ｂ）に示す横方向試験における墨汁液の拡散領域１３７と比較して、水平方向の長さがより長くなることが確認された。具体的には、付着から３０秒が経過した際の拡散領域１３６の水平方向最大幅Ｗ１１は６．３ｃｍであり、拡散領域１３７の水平方向最大幅Ｗ１２は、４．８ｃｍであった。このことから、縦方向配置（図１４（ａ）参照）は、横方向配置（図１４（ｂ）参照）よりも図１４（ａ）に示すように縦糸１２６０が上下方向に沿う向きに担体１２０を配置したほうが、図１４（ｂ）に示すように縦糸１２６０が上下方向にと交差する向きに担体１２０を配置したときよりも、水平方向への水の拡散がより促進される。さらに説明をすると、図１４（ｃ）に示すように、縦方向配置（図１４（ａ）参照）は、横方向配置（図１４（ｂ）参照）よりも水の拡散が速い。

ここで、拡散領域１３６の縦横比は最大位置で１．２であり、拡散領域１３７の縦横比は最大位置で０．７であり、面積は約１６７,１７１ｃｍ^２となった。付言すると、１００μＬを面積で割ると水の平均的厚さが求められ、仮に１００ｃｍ^２とした場合は、水厚さ１０μｍとなる。また、上記滴下試験の後、支持機構に吊り下げていた担体１２０を水平にしたところ、拡散領域１３６、１３７はさらに広がった。これは、水厚さを保持できず、広がったためとも考えられる。このときの水厚さは平均６μｍと算出される。

上記のように、担体１２０の網目構造は、培養液の通水において、縦方向配置（図１４（ａ）参照）は、横方向配置（図１４（ｂ）参照）よりも水平方向の水の拡散が速い。したがって、培養システム１（図１参照）において担体１２０を搭載する向きとしては、図１４（ａ）に示す縦方向配置のほうが、微生物が担体１２０により滞留しやすい。その結果、培養システム１（図１参照）において微生物がより培養されやすくなる。

＜引張試験＞
図１５（ａ）乃至（ｃ）は、担体１２０の引張試験について説明をする図である。具体的には、図１５（ａ）は縦方向試験片を示す図であり、図１５（ｂ）は横方向試験片を示す図であり、図１５（ｃ）は引張試験の結果を示す図である。なお、図１５（ａ）および（ｂ）においては、横糸１２７０の記載は省略している。

次に、図１５（ａ）乃至（ｃ）を参照しながら、担体１２０を用いた引張試験について説明をする。この引張試験においては、担体１２０の一部を切り取ることにより形成された縦方向試験片および横方向試験片を用いた。図１５（ａ）に示すように、縦方向試験片は、縦糸１２６０に沿う方向（以下、縦方向ということがある。）を長手方向とする試験片である。また、図１５（ｂ）に示すように、横方向試験片は、縦糸１２６０と交差する方向（以下、横方向ということがある。）を長手方向とする試験片である。縦方向試験片および横方向試験片は、長さ（図中Ｌ１０参照）を１０ｃｍ、および幅（図中Ｗ１０参照）を３ｃｍとした。なお、担体１２０としては、ナイロンタオル(ライフレックス社製)を用いた。また、上記図１２（ａ）とは異なり、担体１２０は単層で構成されているものを用いた。

また、引張試験においては、５ｋＮロードセルおよび１ｋＮ引張試験冶具を装着した卓上形精密万能試験機ＡＧＳ－Ｊ（島津製作所製）を用いた。測定条件は、室温下で、治具間距離１００ｍｍ、速度５０ｍｍ/ｍｉｎとした。

図１５（ｃ）に示すように、縦方向試験片は、横方向試験片と比較して、伸び率および破壊強度がともに大きいことが確認された。ここで、縦方向試験片および横方向試験片の伸び率の差は、上記のように、縦糸１２６０および横糸１２７０の形状が互いに異なるためと考えることができる。具体的に説明をすると、縦方向試験片のように縦糸１２６０に沿う方向に伸ばす場合は、主に縦糸１２６０が伸ばされる。一方で、横方向試験片のように縦糸１２６０と交差する方向、すなわち横糸１２７０に沿う方向に伸ばす場合は、主に横糸１２７０が伸ばされる。そして、縦糸１２６０の方が、横糸１２７０と比較して湾曲部が多い形状である。このことにより、縦糸１２６０が伸ばされる縦方向試験片の方が、横糸１２７０が伸ばされる横方向試験片と比較して、伸び率が大きくなると考えることもできる。

ここで、上記のように培養システム１（図１参照）においては、縦糸１２６０が上下方向に沿う向きに担体１２０が吊り下げられて設けられる。すなわち、より伸びやすい縦糸１２６０が上下方向に沿って配置される。ここで、縦糸１２６０がより伸びやすく構成されることにより、吊り下げられて設けられる担体１２０の上下方向上側の部分は、下側の部分と比較して、より伸びた状態となる。したがって、吊り下げられて設けられる担体１２０の上下方向上側の部分は、下側の部分と比較して、開口１２８０（図１２（ｂ）参照）が大きくなる。このことにともない、例えば担体１２０の上側の部分において、培養液に供給される炭酸ガスを増加させ得る。

付言すると、担体１２０においては、上下方向上側から下側に向けて流れる培養液に対して、炭酸ガスが供給される。そのため、担体１２０の上側を通過している培養液は、下側を通過している培養液よりも含有する炭酸ガスが少ない。そこで、培養液が含有する炭酸ガスが少ない領域である担体１２０の上側の部分において、開口１２８０を大きくすることによって、担体１２０における炭酸ガスの供給効率を向上させ得る。

＜殺菌処理＞
図１６は、培養システム１における殺菌処理を説明するフローチャートである。
次に、培養システム１における殺菌処理について説明をする。
上記においては説明を省略したが、培養システム１を稼働させることにともない、例えば培養システム１に異物が混入することがある。そして、この異物が、カビなどの菌類であると、培養システム１内において増殖し、微生物の収穫量を低減させることがある。

そこで、培養システム１において、混入した菌類などを殺菌する処理を施してもよい。例えば、培養システム１が、混入した菌類を殺菌する殺菌部（不図示）を有する構成としても良い。この殺菌部は、過酸化水素水などの所謂殺菌水を培養システム１内に供給する殺菌水供給機能と、予め定めた温度の気体を培養システム１内に供給し殺菌水を乾燥させる乾燥機能とを有する。そして、この殺菌部を用いながら、予め定めたタイミング(例えば７日ごと）において培養システム１を殺菌する処理を施す。このことにより、微生物の収穫量が低減することが抑制される。なお、ここでの殺菌とは、培養システム１内に混入した菌類の全てを殺すことだけではなく、培養システム１内に混入した菌類の数を低減すること、あるいは菌類の増殖を抑制することを含む。

以下、図１および図１６を参照しながら、培養システム１における殺菌部を用いた殺菌処理の例を、具体的に説明する。なお、初期状態においては、ポンプ５９が稼働し、培養液が循環しているものとする。

まず、制御ユニット９０によって、予め定めた殺菌タイミングであるかが判断される（Ｓ１６０１）。殺菌タイミングである場合、ポンプ５９が停止する（Ｓ１６０２）。このことにともない培養システム１における培養液の循環が停止する。

次に、ポンプ５９は、停止前の培養液の流量よりも大きな流量で、再び培養液を循環させる（Ｓ１６０３）。この流量を増して流れる培養液が、担体１２０に付着した微生物を担体１２０から引き剥がす。そして、ポンプ５９が予め定めたタイミングで再び停止する（Ｓ１６０４）。そして、培養液によって担体１２０から引き剥がされた微生物は、ろ過器３７によってろ過されることで収穫される（Ｓ１６０５）。

次に、殺菌部によって、培養システム１内に殺菌水が供給される（Ｓ１６０６）。このことにともない培養システム１内に混入した菌類が殺菌される。そして、殺菌部によって、培養システム１内に予め定めた温度の気体が供給されることにより、殺菌水が乾燥する（Ｓ１６０７）。

さて、上記の殺菌処理を実行する殺菌タイミングは、菌類の成長速度に応じて定められてもよいし、微生物を収穫するタイミングに応じて定めてもよい。ここで、カビの胞子は、一般的に約７日で成長することが知られている。したがって、前回の殺菌タイミングから７日後に殺菌処理を施すと、前回の殺菌においてカビの胞子が残存していた場合においても、カビを確実に殺菌することが可能となる。

＜変形例＞
上記の説明においては、縦糸１２６０および横糸１２７０の湾曲形状などを異ならせることで、水平方向への水の拡散を促進することや、各々の伸びやすさを異ならせることを説明したが、これに限定されない。例えば、縦糸１２６０および横糸１２７０の材質や、剛性、直径、表面処理などを異ならせることにより、水平方向への水の拡散を促進することや、各々の伸びやすさを異ならせてもよい。

また、担体１２０は、縦糸１２６０および横糸１２７０を有するものであれば、構成は特に限定されない。付言すると、担体１２０は、例えば織物として捉えることもできるし、網目体として捉えることもできる。

また、上記の説明においては、担体照射ユニット７０および培養照射ユニット８０を設けることを説明したが、培養システム１に担体照射ユニット７０および培養照射ユニット８０を設けず、担体１２０などが太陽光を受けることによって微生物が培養されてもよい。

さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

本実施例では、本発明の微生物培養システムが、光合成微生物の製造に好適に用いることができることを示すため、担体に搭載した緑藻の培養曲線を作成した。
綿布からなる担体に、１ｍ^２当たり乾燥重量１ｇになるよう緑藻クロレラ・ケスレリ１１ｈ（これまではＩＡＭＣ－５３１と呼ばれ、現在はパラクロレラ・ケスレリＮＩＥＳ－２１６０に名称が変更された）を搭載した。かかる担体を０．２ｘガンボーグＢ５培地（日本製薬株式会社製）中に上下方向に広がるように配置した。ＬＥＤ電球（植物培養用ＩＳＬＭ型３０ｃｍサイズ、シーシーエス株式会社製）を用いて光量子束密度を１１０μｍｏｌ光量子・ｍ^－２・ｓｅｃ^－１に設定した連続光を照射し、０．２ｘガンボーグＢ５培地を１０００ｍＬ／ｈの速度で上から供給しながら３０℃で培養を行った。

結果を図１７に示す。図１７（ａ）に示されるように縦軸を対数軸とした場合には、担体に搭載した緑藻の培養においても液体培地中での懸濁培養と同様の培養曲線が得られるが、図１７（ｂ）に示されるように縦軸を線形軸とした場合には、細胞量が等量ずつ増加していることがわかった。この結果は、担体上での培養においては、表層の緑藻は常に十分な光を得ることができ、対数増殖の増殖能力を保持していることを示唆している。この結果より、担体表面に十分な光量を供給できる限り、連続的に光合成微生物を製造できることが示され、本発明の微生物培養システムが、光合成微生物の製造に好適に用いることができることが明らかになった。

１…培養システム、１０…担体ユニット、１２…担体、１５…カバー、３０…培養ユニット、３１…培養槽、７０…担体照射ユニット、８０…培養照射ユニット、１２０…担体、１２６０…縦糸、１２７０…横糸

Claims

培養液が表面および／または内部を流下する担体と、当該担体に培養液を供給する供給部とを備える培養装置であって、
前記担体は、前記担体の長手方向が上下方向に沿う向きに配置され、上下方向に沿う向きに配置される複数の第１繊維と、上下方向と交差する向きに配置される複数の第２繊維とを有し、
前記第２繊維に沿う向きの培養液の拡散速度は、前記担体が当該第２繊維が上下方向に沿う向きに配置される場合における、前記第１繊維に沿う向きの培養液の拡散速度よりも速い
培養装置。
前記第１繊維および前記第２繊維は各々湾曲部を有し、当該第１繊維の湾曲部は、当該第２繊維の湾曲部よりも数が多い
請求項１記載の培養装置。
前記第１繊維および前記第２繊維は各々湾曲部を有し、当該第１繊維の湾曲部は、当該第２繊維の湾曲部よりも曲率半径が小さい
請求項１または２記載の培養装置。
前記担体は、前記複数の第１繊維および前記複数の第２繊維により形成される繊維層を積層して構成される
請求項１乃至３のいずれか１項記載の培養装置。
前記第１繊維および前記第２繊維は、前記担体に照射される光の少なくとも一部を透過可能である
請求項１乃至４のいずれか１項記載の培養装置。
前記担体は、前記培養装置において吊り下げて設けられ、前記第１繊維に沿う向きの方が前記第２繊維に沿う向きよりも伸びやすく、
前記第１繊維および前記第２繊維に囲まれた領域である開口が複数形成され、
前記担体における上下方向上側の前記開口は上下方向下側の前記開口よりも大きい
請求項１乃至５のいずれか１項記載の培養装置。
担体の表面および／または内部を培養液が流下するステップと、
前記担体に培養液を供給するステップと
を有し、
前記担体は、前記担体の長手方向が上下方向に沿う向きに配置され、上下方向に沿う向きに配置される複数の第１繊維と、上下方向と交差する向きに配置される複数の第２繊維とを有し、
前記第２繊維に沿う向きの培養液の拡散速度は、前記担体が当該第２繊維が上下方向に沿う向きに配置される場合における、前記第１繊維に沿う向きの培養液の拡散速度よりも速い
培養対象の製造方法。