JPH0240317B2 - Keishashitarasenhanegurumaomochiitabaiyosochi - Google Patents

Keishashitarasenhanegurumaomochiitabaiyosochi

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JPH0240317B2
JPH0240317B2 JP24807587A JP24807587A JPH0240317B2 JP H0240317 B2 JPH0240317 B2 JP H0240317B2 JP 24807587 A JP24807587 A JP 24807587A JP 24807587 A JP24807587 A JP 24807587A JP H0240317 B2 JPH0240317 B2 JP H0240317B2
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JP
Japan
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cylinder
culture
culture solution
blade
oxygen
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JPH0191768A (ja
Inventor
Masanori Aoki
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Ebara Research Co Ltd
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Ebara Research Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02Stirrer or mobile mixing elements
    • C12M27/06Stirrer or mobile mixing elements with horizontal or inclined stirrer shaft or axis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/16Screw conveyor

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、動植物の細胞や菌などの微生物を培
養するための装置に関し、細胞等が雑菌におかさ
れることなく、少ない動力で細胞等に酸素供給す
ると共に、培養液を撹拌して代謝生産物の物質移
動を促進する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〕
動植物の細胞や菌などの微生物を浮遊培養法で
培養するためには、培養液を介して細胞等に酸素
を供給すると共に、培養液と細胞等を混合撹拌し
て代謝生産物の物質移動を促進する必要がある。
従来は、例えば第7図に示すような培養装置を
設け、散気管1から気泡bを培養液l中に放出す
ると共に、撹拌機2によつて該培養液lを撹拌・
混合していた。なお、図中、3は培養槽(容器)、
4は撹拌機2の撹拌効果を高めるために内壁面に
突設された邪魔板、gは散気管1へ送り込む空気
である。
しかしながら、上記従来の装置では、撹拌機の
回転によつて細胞等が破損し易く、培養効率が低
いという欠点があつた。特に装置を大型化した場
合、同じ回転数であつても撹拌羽根先端の速度は
大きくなるから、細胞等を破損する確率も高くな
り、好ましくない。
また、第8図に示すように、培養槽3の下方よ
り空気gを送り込んで槽内で気泡bを発生させ、
該気泡bだけによつて培養液lを流動撹拌させる
ようにした培養装置では、培養が進んで培養液l
の粘度が大きくなると、十分な撹拌効果を得るこ
とができず、空気を圧送するための動力は更に過
大になるという問題点があつた。
また、本出願人が先に出願した特願昭62−
84901号(特開昭63−251077号)の軸流羽根車を
用いた培養装置では、培養液を揚液するために軸
流羽根車を比較的速く回転させる必要があり、細
胞の種類によつては羽根車によつて細胞が破壊さ
れる恐れがあつた。
本発明は、動植物の細胞や菌を効率良く培養液
で撹拌しながら酸素を供給するとともに、細胞等
を損傷させない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、らせん状の羽根と該羽
根の外周に設けられ両端を開放した円筒とを、培
養槽内に傾斜して設け、該羽根と円筒の両下方端
を培養液中に浸漬し、両上方端を培養液上方の酸
素含有気体中に位置させ、上記らせん状の羽根及
び要すれば円筒を共にゆつくりと回転させること
により培養液を揚液して円筒の上方端から培養液
面上に落下させるようにし、これにより酸素含有
気体を培養液中に巻き込んで培養液に酸素を供給
すると共に培養液と細胞等を撹拌するようにした
ことを特徴としている。
〔作用〕
本発明は上記のように構成されているので、培
養槽内に培養液を、らせん状羽根とその外周に設
けられた円筒の両下方端を没する位置まで入れる
と、該培養液は、上記円筒内において円筒外とほ
ぼ同一レベルに達し、該円筒内で、培養液はらせ
ん状羽根と円筒内面とによつて囲まれた領域で自
由表面を有する。
次いで、この状態でらせん状羽根を回転させる
と、上記のようにらせん状羽根と傾斜された円筒
内面とによつて区分され自由表面をもつた各培養
液は、自由表面を保つたまま順次、傾斜された円
筒の底面に沿つて上昇する。
上記のような作用は、いわゆるアルキメデスポ
ンプと呼ばれるポンプの原理によるものである。
この際、培養液が、円筒内面とらせん状羽根周
面との間隙部より下方へ向かつて逆流するのを防
ぐために、円筒内にらせん状羽根を密嵌し両者を
一体にして回転するのが最も望ましく、静止され
た円筒内でらせん状羽根を回転させるときは、両
者の隙間を極力狭くする必要がある。
上記のようにして円筒の下方から上方へ移送さ
れた培養液は、円筒上方の開放端から培養槽の液
面下に落下するが、この際、培養槽の液面上に存
在する酸素含有気体を巻き込んで培養液中に落下
するので、該培養液に酸素が供給されると共に、
培養液と細胞等とが撹拌される。
上記のようにして落下した培養液は、培養槽内
を円筒下方の開放端の方へ移動し、培養槽内全体
の培養液も撹拌しながら再び円筒内へ流入し、上
記の作用を繰り返えす。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
第1図は、本発明の第1実施例を示す細胞等の
培養装置の縦断面図である。
図において、培養槽11内に回転軸12が傾斜
して軸受13,13によつて支持して設けられて
おり、該回転軸12には、らせん状の羽根14が
取付けられている。また、該羽根14の外側(外
周)には、ほぼその全長に亘つて、両端が開放さ
れた円筒15が隙間なく密に嵌装されており、こ
れらのらせん状羽根14と円筒15は一体となつ
て、回転軸12によつてゆつくりと回転されるよ
うになつている。
培養槽11は、上部が蓋16で密閉されてお
り、内部には細胞c等を含んだ培養液lが、上記
円筒15とらせん状羽根14の両者の下方端が液
面W以下に没す深さまで収容されている。なお、
図中、17は軸受13の内側に設けられたシール
である。
次に、作用について説明する。
回転軸12が停止状態にあるとき、培養液lは
円筒15の下方開放端15bから進入し、らせん
状羽根14と円筒15に囲まれた複数の空間l1
l3に区分されるが、何れも同一の液面(自由表
面)Wを保つている。
次いで回転軸12を駆動してらせん状羽根14
と外筒15とが一体になつてゆつくりと回転する
と、上記のようにらせん状羽根14によつて区分
された各培養液は、傾斜した円筒15の底面に沿
つて徐々に上方に移動され、停止時に最上位にあ
つた区分液l3は、自由表面を保つたまま、順次l4
l5…のように連続的に上方に移動し、やがて該円
筒15の上方開放端15aに至ると、該開放端1
5aから、培養槽11の液面W上方の酸素含有気
体a中に流出し、培養液l中に落下する。
落下に伴つて酸素含有気体aは培養液l中に巻
き込まれ、該培養液lに酸素を供給すると共に、
該培養液lと細胞c等とを撹拌混合する。また、
落下した培養液lは、円筒の下方開放端15bの
方へ矢印dに示すように移動し、培養槽11内全
体の培養液lも撹拌され、再び培養液lは円筒1
5内に流入する。
この実施例によれば、らせん羽根14と円筒1
5とは隙間なく嵌装され一体になつて回転される
ので、円筒15内で下方へ逆流することなく効率
よく揚液される。また原理的に羽根は極めてゆつ
くりした回転数で機能を発揮するので、羽根のた
めに軟弱な細胞等が損傷することはない。
また、傾斜した円筒15が回転することによ
り、該円筒15の下部の表面が培養液l中と酸素
含有気体a中とに交互に接するので、酸素供給効
果が促進される。
上記した実施例において、円筒15とらせん羽
根14とを一体にして回転させる構造について説
明したが、円筒15を固定しておき、らせん状羽
根14だけを回転できるようにしてもよい。その
ときは、円筒15と羽根14の隙間を極力狭くす
る必要がある。
また、らせん状羽根14の羽根面を回転軸12
に垂直に構成した構造について説明したが、羽根
面を軸に対して傾斜させ、より効率良く揚液する
ことも可能である。また、回転軸12にシール1
7を用いずに、マグネツトカツプリング等を用い
て雑菌の槽11内への混入をより完全に防止する
ことも可能である。
第2図は、本発明の第2実施例を示す培養装置
の要部平面図であり、第3図は同じく縦断面図で
ある。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21内に、二つの円筒
25,25内にそれぞれ設けた二つのらせん状羽
根24,24が、互いに逆方向に傾斜して平行に
配置され、回転軸22,22によつて別々に駆動
されるようになつている。また培養槽21の底面
21aは、第3図に示すように、らせん状羽根2
4,24を内蔵した二つの円筒25,25の下方
開放端25b,25bの近傍で、それぞれ21b
のように下方に彎曲されており、沈降性の細胞c
等がらせん状羽根24,24の下方端から流入し
易くなつている。なお、図中、26は、培養槽2
1内と外気とを連通させる通路に設けられたエア
フイルタ、27はセンサ類の挿入位置を示してい
る。
この実施例によれば、二つのらせん状羽根2
4,24を同時に回転させることにより、細胞c
等と培養液lとは矢印dに示すように培養槽21
内全体を移動し、撹拌される。
第4図は、本発明の第3実施例を示す培養装置
の縦断面図であつて、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、らせん状羽根34の中心部に
軸がなく、該らせん状羽根34は、該羽根34と
一体に回転するように嵌装された円筒35を、駆
動軸32の軸端に取付けられた駆動歯車32aと
円筒35の周面に形成された被動歯車35aとを
噛み合せて駆動することにより、回転されるよう
になつている。図中、33は槽11内に設けられ
た軸受、34aは軸孔であつて該軸孔34aは閉
じていてもよい。
第5図は、本発明の第4実施例を示す培養装置
の縦断面図であつて、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、円筒15の上方開放端15a
の更に上方位置において、回転軸12に、内方つ
まり円筒15側に向けて開口した椀形のガイド板
41が取付けられており、上記円筒15の上方開
放端15aから液面Wに向かつて流出する流れの
方向を制御するようになつている。
また、円筒15の上方開放端15aの周縁部に
も、外方に鍔状に突出したリング状のガイド板4
2が取付けられており、更に、円筒15の上方開
放端15aよりやや下方の底部に、窓(開口)4
3が穿設されている。
この実施例によれば、内方に開いた椀形のガイ
ド板41が円筒15の上方開放端15aより上方
位置に設けられているので、該円筒の上方開放端
15aより流出した培養液を、培養槽11の中央
付近に落下させることができ、それによつて効率
よく曝気、撹拌させることができる。
また、円筒15の上方開放端15aの外側に鍔
状のガイド板42が設けられているので、培養液
が円筒15の外面に沿つて流れることが阻止され
る。更に、円筒15の上端よりやや下方に窓43
が設けられているので、培養液が該窓43からも
落下し、より広い培養液の液面で曝気撹拌するこ
とができる。
第6図は、本発明の第5実施例を示す培養装置
の縦断面図であつて、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、円筒15の上方開放端15a
側において、平板状のガイド板51が、その上端
を円筒15の上方開放端15a近傍に位置させ、
下端を培養液l中に没するようにして、内側に傾
斜して設けられている。
この実施例によれば、運転時、円筒15の上方
開放端15aから流出した培養液は、ガイド板5
1に沿つて培養液lの液面W下に滑らかに流入す
る。そのため、液面Wへの落下に伴う培養液の跳
ね返りがなく、付近の培養槽壁面等に細胞c等が
付着することがない。また、ガイド板51に沿つ
て落下する流れに伴つて、液面上方の酸素含有気
体aも液面下に巻き込まれ、曝気、撹拌作用も上
記した他の実施例と同程度にあるが、特にこの実
施例では、培養液l中に発生する剪断応力がより
小さく、従つて細胞cが損傷する割合も小さい。
上記した第4実施例(第5図)及び第5実施例
(第6図)において、ガイド板41及び51を椀
形及び平板状にそれぞれ形成した構造について説
明したが、形状等についてはこれらに限らないこ
とは勿論である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、らせん
状羽根とその外周に設けられた円筒とを、培養槽
内に傾斜して設け、該羽根と円筒の両下方端を培
養液中に没し、面上方端を培養液上方の酸素含有
気体中に位置させ、上記らせん状の羽根を回転さ
せることにより培養液を揚液して円筒の上方開放
端から培養液面上に落下させるようにしたことに
より、原理的に羽根は極めてゆくつりした回転数
で機能を発揮するので羽根のために軟弱な細胞等
が損傷することはない。
また、傾斜した円筒を下部を培養液に没しなが
ら回転させるようにしたことにより、円筒下部の
表面が培養液中と酸素含有気体中とに交互に接す
るので、酸素の供給が促進される。
従つて、動植物の細胞や菌を効率良く培養液中
で撹拌しながら酸素を供給すると共に、細胞等を
損傷させない培養装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す縦断面図、
第2図及び第3図は本発明の第2実施例を示す培
養槽内の平面図及び縦断面図、第4図ないし第6
図は本発明の第3ないし第5の各実施例を示す縦
断面図、第7図及び第8図は従来例を示す各正面
断面図である。 11,21……培養槽、12,32……回転
軸、13,33……軸受、14,24,34……
らせん状羽根、15,25,35……円筒、15
a,25a,35a……上方開放端、15b,2
5b,35b……下方開放端、16……蓋、17
……シール、41,42,51……ガイド板、4
3……窓、a……酸素含有気体、b……気泡、c
……細胞。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 らせん状の羽根と該羽根の外周に設けられ両
    端を開放した円筒とを、培養槽内に傾斜して設
    け、該羽根と円筒の両下方端を培養液中に浸漬
    し、両上方端を培養液上方の酸素含有気体中に位
    置させ、上記らせん状の羽根を回転させることに
    より培養液を揚液して円筒の上方端から培養液面
    上に落下させるようにし、これにより酸素含有気
    体を培養液中に巻き込んで培養液に酸素を供給す
    ると共に培養液と細胞等を撹拌するようにしたこ
    とを特徴とする傾斜したらせん羽根車を用いた培
    養装置。 2 上記らせん状の羽根が軸を介して外部から回
    転されるようになつている特許請求の範囲第1項
    記載の傾斜したらせん羽根車を用いた培養装置。 3 上記らせん状の羽根が該羽根の外周に設けら
    れた円筒に密嵌され、一体となつて該円筒を介し
    て外部から回転されるようになつている特許請求
    の範囲第1項記載の傾斜したらせん羽根車を用い
    た培養装置。 4 上記らせん状の羽根と該羽根の外周に設けら
    れた円筒とが2台、互いに逆方向に傾斜して平行
    に培養槽内に配置されている特許請求の範囲第1
    項記載の傾斜したらせん羽根車を用いた培養装
    置。 5 上記培養液が円筒の上方端から流れの方向を
    ガイド部材に案内制御されて培養液面上に落下さ
    れるようになつている特許請求の範囲第1項記載
    の傾斜したらせん羽根車を用いた培養装置。 6 上記円筒の上方開放端よりやや下方の底部に
    窓が設けられている特許請求の範囲第1項又は第
    5項記載の傾斜したらせん羽根車を用いた培養装
    置。
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