JPH0195769A - 高濃度培養装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、動植物の細胞組織、微生物などを浮遊培養す
るための装置に関し、培養液中の老廃物を除き新鮮な培
養液を添付して高濃度培養を行なうことができるように
した培養装置に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

従来、高い濃度の細胞等を得るためには、培養して得た
細胞を無菌的に遠心分離等により分離、集収し、新鮮な
培養液に再浮遊して培養するか、又は、種々のフィルタ
ーにより細胞等を分離する方法が行われていた。

ところが、上記の方法は、何れも繁雑で雑菌に汚染され
る危険が高く、圧力によシ細胞等が死滅する等の問題点
があった。

また、第９図に示すように、培養槽１底部に開口部を有
する細胞沈澱管を兼ねた培養液排出管２を設けると共に
、新鮮培地添加用導管３を設け、比重差を利用して、沈
降性の細胞を上記沈＃管内で沈澱させ、培養液だけを排
出させて、新鮮な培養液上交換することによシ、高濃度
培養を可能にした浮遊細胞の高濃度培養装置が既に提案
されている（特開昭５９−８２０８３号公報参照）。な
お、図中、４は回転シャフト、５は回転子、６はサンプ
リング管、７は空気入口、８は空気出口である。

ところがこのものでは、沈降性の細胞等を対象としてい
るので、培養槽１の底部付近には多くの細胞等が堆積し
がちであシ、細胞沈澱管兼培養液排出管２の開口部を培
養槽１の底部に設けたのでは、沈澱していた細胞等は培
養液排出管２内へ流入し易い。また、細胞沈澱管２内の
細胞は沈降するが、下方の開口部が培養槽底部に近いた
め、細胞が開口部付近に堆積してしまい、測胞沈＃管兼
培養液排出管としての機能が阻害されるという問題点が
あった。

本発明は、培養槽底部付近に堆積し勝ちな沈降性の細胞
等が排出管内に混入することを防止して効率よく高濃度
の培養を行えるようにした培養装置を提供することを技
術的課題としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記した従来技術の問題点及び技術的課題を
解決するために、培養槽の内部に、培養液を、細胞等の
沈降速度より小さな上昇速度で上方向又は斜め上方向に
排出するための比較的流路断面積の大きな排出管を設け
、該排出管の下方開口部を、培養槽底面から離して培養
液面付近の培養液中に位置させ、必要に応じて該排出管
の下方開口部から少し離れた鉛直方向下方位置に防波体
を設け、また、排出管から排出する老廃物を含む培養液
とほぼ等量の新鮮な培養液を培養槽内に注入するための
注入管を設けたことを特徴としてｂる。

〔作　用〕

本発明は上記のように構成されているので、比較的流路
断面積の大きな排出管から、細胞等の沈降速度より４ｈ
さな上昇速度で培養液を少量ずつ上方に排出すれば、該
排出管に混入した沈降性の細胞等は下方へ沈降し、培養
槽の外部に細胞等が流出することはない。そのために１
排出管内の培養液の上方向の流速が細胞等の沈降速度よ
りも小さくなるように、排出管の流路断面積と培養液排
出量が設定される。

また、排出管の下方開口部が培養槽底部から上方に離れ
ているので、該槽底部付近に堆積し勝ちな沈降性の細胞
等が排出管内に混入することが、極力防止される。

他方、通常、培養槽内の培養液と細胞は培養液の上下流
動によシ混合攪拌されるが、そのよＩ）な上下方向の培
養液の流動が直接Ｈト出管内に影響を及ぼし、細胞等の
沈降が阻害される恐れもある。

この問題を軽減するために、排出口の下方開口部だけを
細くすることも考え得るが、この場合、次のような弊害
がある。即ち（１）細胞等が縮小部に堆積して詰まり易
くなる。（Ｉり縮小部での流速が速くなるので、細胞が
排出管内に侵入し易り０上部の拡大部で細胞が沈降する
としても、排出管内は酸素が不足しており、攪拌も十分
行き届かないので、細胞にとって良い環境でない。

そのため、排出管入日付近の流速をなるべく遅くして細
胞の排出管への侵入を入口で防止すべきであシ、該排出
管は、流路断面積を比較的大きく保ったまま下方へ開口
し、該開口部の下方に培養槽中の培養液の上下方向の流
動を阻止する防波体を設けることにより、排出管内の細
胞等の沈降が阻害されるようにするのが望ましい。この
場合、排出管と防波体との間隙は、水平方向にほぼ全周
に亘って開いているので、培養液の上下方向の運動量が
直接排出管内に及ぶことは少ない。また、該間隙におけ
る流路断面積は排出管の流路断面積と同等以上にして、
ここでの培養液の流速が早くなったり、細胞等が詰った
りすることを防止する。

なお、該防波体の上面を傾斜させることにより、排出管
内で沈降した細胞等は、防波鉢土に堆積することなく、
再び培養槽内の培養液中へと戻る。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例←を蒼ｎ→を図面と共に説明する
。

第１図は、本発明の第１実施例を示す高濃度培養装置の
要部縦断面説明図である。

図において、上部が閉鎖された培養槽１１の上蓋を貫通
して、比較的流路断面積の大きな排出管１２が、その下
方開口部１２ａを液面Ｗ近くの培養液を中に没するよう
にして、上下動できるように設けられておシ、該排出管
１２の上方開口部から、槽内の培養液ｔを、少量ずつ流
量を制御しながら、連続的又は間歇的に導管１２ｂを介
してポンプ等で排出している。

一方、同じく培養槽１１の上蓋を貫通して、注入管１３
がその下方開口部１３ａを液面Ｗの上方に位置するよう
にして設けられておシ、新鮮な培養液が、該注入管１３
の注入口１３ａから、その流量を制御しながら連続的又
は間歇的に、培養液面Ｗ上に落下されるようになってお
シ、この落下に伴って、培養槽１１上部の酸素含有気体
ａが培貢液を中に巻き込まれて培養液ｔに酸素を供給し
ている。

また、培養槽１１の底部近くＫは、回転軸１４によって
駆動される攪拌羽根１５が設けられている。なお、図中
、Ｃは培養液を中に含まれる細胞である。

上記のように構成されているので、流路断面積の大きな
排出管１２から、細胞等の沈降速度より小さな上昇速度
になるように制御された排出量で、培養液ｔを少量ずつ
、上方に排出すれば、該排出管１２に混入した沈降性の
細胞等は下方へ沈降し、培養Ｎ１１の外部に細胞等が流
出することはない。

また、注入管１３からは、新鮮な培養液が槽１１内に流
量を制御しながら補充されており、また該新鮮な培養液
が液面Ｗ上に落下されるのに伴って、酸素含有気体ａを
巻き込んで酸素が補給される。

一方、細胞や微生物を大量培養するうえで、培養液中の
細胞等の濃度を高めることは非常に有効であるが、場合
によっては細胞等の濃度が高すぎると、却って細胞等の
増殖が思わしくないこともある。このような場合、排出
する培養液よりも注入する培養液の量を増やすことによ
り、細胞等の濃度を最適値の範囲に制御することができ
る。細胞等の濃度が低過ぎて好ましくない場合には、逆
に注入する培養液よりも排出する培養液の量を多くして
濃度を高めればよい。ところが、上記のような濃度制御
を行なうと、培養液面が上下に移動するので、排出管の
開口部の位置もそれに合せて上下に移動させる必要があ
る。

上記のような場合、この実施例では、排出管１２を上下
方向に移動してその下方開口部１２ａの位置が調節され
るようになっている。

この実施例によれば、排出管１２の下方開口部１２ａが
培養液中の上方に位置しているので、＠１１底面近くに
堆積しがちな沈降性の細胞は排出管１２内に混入しにく
い。また、攪拌羽根１５の上方に排出管１２を位置させ
ることができるので、従来例（第９図）と比較して檜１
１を小型化することができると共に、排出管１２の存在
のために槽底部付近の攪拌が阻害される恐れもない。

また、排出管１２は上下動できるようになっているので
、濃度制御に伴う培養液面Ｗの変化にも対応できるばか
シでなく、濃度制御による培養液面Ｗの移動がない場合
でも、排出管１２の開口部１２ａの位置が上下方向に可
動であるので、培養状況に応じた最適位置に該開口部１
２ａを設定できて好都合である。

第２図は、本発明の第２実施例を示す縦断面説明図であ
って、本出願人が先に出願した特願昭６２−１７７２５
５号の培養装置に本発明を実施したものであり、図中、
第１図に記載した符号と同一の符号は同一ないし同類部
分を示すものとする。

この実施例では、培養槽１１内の培養液ｔを攪拌する手
段として、通気性のない可撓性の薄膜２４が培養槽１１
の液面Ｗの下方に張設され、該薄膜２４の下方に形成さ
れた流体室２５に導管２６を経て流体を圧入及び吸引し
、その流体圧力により該流体室２５の容積を変化させて
培養液ｔを攪拌させるようになっている。

また、排出管１２の下方開口部１２ａの下方に、培養液
ｔの上下方向の流動が該排出管１２内に及ぶのを防止す
るために、防波体２７が設けられておシ、該防波体２７
の上面２７ａは円錐状となっていて、該上面２７ａＫ細
胞等が堆積するのを防止している。上記排出管１２と防
波体２７との間隙は、細胞等が詰まら々い程度の大きさ
に形成することが必要である。

なお、上記防波体２７は球状等でもよく、また排出管１
２と一緒に上下動できるようになっている。なお、この
実施例では、培養液面Ｗの位置が、薄膜２４による攪拌
作用によって上下し、該液面Ｗの最下位置は一点鎖線で
示した位置Ｗ′である。

この実施例によれば、可撓性薄膜２４によって形成され
た流体室２５の膨張・収縮を緩慢に繰シ返えすことによ
り、培養液ｔは極めて強い剪断応力を与えることなく、
緩やかに攪拌され、微生物等は損傷されない。

また、防波体２７が排出管１２の下方開口部の下方に設
けられているので、培養槽１１中の培養液ｔの上下方向
の流動が排出管１２内に及ばず、該排出管１２内での細
胞等の下方への沈降作用に影響を与えない。

第３図及び第４図は、本発明の第３実施例を示す要部平
面図及び縦断面図であって、図中、第１図に記載した符
号と同一の符号は同一ないし同類部分を示すものとする
。

この実施例では、培養槽３１内に、両端を開放した二つ
の円筒３４．３４内釦それぞれ設けられた二つのらせん
状羽根３５．３５が、両下方端３４ｂ。

３４ｂを培養液を中に浸漬し、両上方端３４ａ、３４ａ
を培養液上方の酸素含有気体ａ中に位置させ、互いに逆
方向に傾斜して平行に配置され、回転軸３６゜３６によ
って別々に駆動されるようになっている。

また培養槽３１の底面には、第４図に示すように、らせ
ん状羽根３５．３５を内蔵した二つの円筒３４゜３４０
下方開放端３４ｂ、３４ｂの近傍でそれぞれ下方に彎曲
した彎曲部３７ａ　＋　３７ａを有しており、沈降性の
細胞Ｃ等がらせん状羽根３５．３５の下方端から流入し
易くなっておシ、また、上記両前曲部３７ａ。

３７ａの中間部には、排出管１２の下方開口部１２ａに
対向するように、上方へ突出した横線３７ｂを具えた傾
斜した防波体３７が形成されている。なお、図中、３８
はエアフィルタ、３９は軸受、３９ａはシールである。

そしてこの実施例では、傾斜した槽底面の一部を上記の
ように防波体３７として用いているが、排出管１２の開
口部１２ａは培養液面Ｗ中に位置している。

この実施例によれば、らせん状羽根３５と円筒３４とを
隙間なくできれば一体にして回転させることにより、ら
せん状羽根３５は極めてゆっくりした回転数で揚液機能
を発揮するので、該羽根３５のために軟弱な細胞等が損
傷なく攪拌され、また二つの逆方向に傾斜したらせん状
羽根を同時に回転させることによシ、細胞等と培養液ｔ
とは培養槽内全体を２Ｎ矢印のように移動して攪拌され
る。

第５図は、本発明の第４実施例を示す縦断面説明図であ
って、図中、第１図に記載した符号と同一の符号は同一
ないし同類部分を示すものとする。

この実施例では、防波体４７が、排出管４２の下方開口
部４７ａの一側を斜めに延長するようにして、該排出管
と一体化して上下動可能に構成されており、該防波体４
７によって側方開口部４７ａが形成されている。該側方
開口部４７ａの開口面積は、排出管４２の流路断面積と
同程度以上とし、そこでの流速の増大や細胞による閉塞
を防止することが好ましい。

また、培養槽１１内の培養液ｔへ酸素を供給するために
、槽外の気体源に連通された散気管４８が、槽１１の底
部に浸漬して設置されている。

この実施例によれば、防波体４７が排出管４２の一部を
延長するようべして一体に構成されているので、構造が
簡単となる。

第６図は、本発明の第５実施例を示す要部説明図である
。

この実施例では、排出管１２中での細胞の沈降を促進す
るために、該排出管１２内に平板５０が複数枚鉛直方向
に対して傾斜して設けられている。

この実施例によれば、細胞Ｃの懸濁している培養液ｔが
、排出管１２内を徐々に上昇して行く過程で、図示のよ
うに、細胞Ｃは平板５０の上側に堆積して堆＠層５０ａ
を形成し、逆に下側には、細胞のない清澄層５０ｂを形
成する。そして重力の作用により、培養液（ＷＡ濁液〕
と比較して密度の高い堆積／１＃５０ａは下方へ落ち、
密度の低い清澄層５０ｂは上方へ浮上する。

上記のような作用により、傾斜した平板５０は、細胞の
沈降を促進させる効果がある。なお、平板５０は多少彎
曲してｂても良す。

第７図は、本発明の第６笑施例を示す要部縦断面説明図
であって、図中、第１図に記載した符号と同一の符号は
同一ないし同類部分を示すものとする。

この実施例では、上記第５実施例（第６図）において排
出管１２内に傾斜板５ｏを設けるようにした代シに、排
出管６２全体が傾斜して設けられている。

この実施例によっても、第５実施例と同様の効果が奏さ
れる。

第８図は、第６実施例を変形した第７実施例を示す要部
断面説明図である。この実施例では、排出管６２が培養
槽１１の側壁から斜めに挿入されておシ、下端開口部が
培養液４面Ｗに没している。

また、上記挿入床さが可変となっている。

上記した第１．第２．第３及び第４の各実施例において
、排出管１２を１本設けた構造について説明したが、２
本以上設けてもよいことは勿論であり、また、これらの
排出管１２を鉛直方向に対して傾斜させてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、培養液面近くの
培養液中に開口部を有する排出管から、培養液を細胞等
の沈降速度よりも小さな上昇速度で上方向に排出すると
同時に、新鮮な培養液を注入管と培養槽に注入しつつ培
養を行なうようにし、排出管の下方部の流路断面積を上
方部の流路断面積よりも小さくならないようにしたこと
によシ、培養槽底部付近に堆積しがちな沈降性の細胞等
が排出管内に混入するのを防止でき、効率良く高濃度の
培養を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１及び第２の両実施例を
示す縦断面説明図、第３図及び第４図は本発明の第３実
施例の要部平面図及び縦断面図、第５図ないし第８図は
本発明の第４ないし第７の各実施例を示す要部説明図、
第９図は従来例の説明図である。 １１．３１・・・培養槽、　　１２．４２．６２・・・
排出管、１２ａ、４２ａ・・・下方開口部、　　１３・
・・注入管、１５・・・攪拌羽根、　　２４・・・薄膜
、２５・・・流体室、２７、３７．４７・・・防波体、
　　３４・・・円筒、３５・・・らせん状羽根、　４８
・・・散気管、５０・・・平板、　　ａ・・・酸素含有
気体、　Ｃ・・・気泡、ｔ・・・培養液、　Ｗ・・・液
面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細胞等の沈降速度よりも小さい上昇速度で培養液を
   上方向に排出させるようにした細胞の沈澱管を兼ねた培
   養液排出管と、新鮮な培養液を注入する注入管とを備え
   た高濃度培養装置において、上記排出管の下方部の流路
   断面積を上方部の流路断面積よりも小さくないようにし
   、該排出管の下端開口部を培養液面近くの培養液中に設
   けたことを特徴とする高濃度培養装置。 ２、上記排出管の下方部が比較的大きな流路断面積を有
   し、且つその内部に、細胞等の沈降を促進する傾斜板が
   設けられている特許請求の範囲第１項記載の高濃度培養
   装置。 ３、上記排出管の一部が鉛直方向に対して傾斜されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の高濃度培養装置。 ４、上記排出管の開口部の下方に、傾斜した上面を有す
   る防波体が設けられている特許請求の範囲第１項記載の
   高濃度培養装置。 ５、上記排出管の開口部及び要すれば上記防波体の位置
   が上下方向に可動になつている特許請求の範囲第１項又
   は第４項記載の高濃度培養装置。