JPH0761254B2 - 細胞培養用ファーメンター - Google Patents

細胞培養用ファーメンター

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JPH0761254B2
JPH0761254B2 JP63295876A JP29587688A JPH0761254B2 JP H0761254 B2 JPH0761254 B2 JP H0761254B2 JP 63295876 A JP63295876 A JP 63295876A JP 29587688 A JP29587688 A JP 29587688A JP H0761254 B2 JPH0761254 B2 JP H0761254B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、培養細胞を懸濁状態に維持するための攪拌
器、およびその攪拌軸から離心的に配置され、微細に分
配された形の酸素を懸濁液中に供給するための曝気装置
を内部に有する容器からなるフアーメンター、とくに微
粒子担体上での細胞培養のためのフアーメンターに関す
る。
通常、細胞に際しては、細胞を微粒子担体上に付着さ
せ、これをフアーメンター内の液体に懸濁させる。酸
素、通常は空気が、培養細胞の成育を助けるために供給
される。
初期には、空気は単にフアーメンターの底部に単純に導
入されていた。しかしながら、空気の気泡の生成は発泡
を招き、したがつて最上部の微粒子担体に付着した細胞
の破壊を生じる。
培養細胞の破壊を未然に防ぐ努力から、受動的酸素濃縮
が試みられた。すなわち、フアーメンターの容器を円錐
型に作り、室内空気と接触する懸濁液表面を増大させ
た。しかしながら、培養過程における酸素の取り込みは
満足できるものではなかつた。
酸素濃縮を別の容器で行う、または酸素はスクリーンを
通して懸濁液中に注入する等の初期の努力は、必ずしも
要求された結果を達成し得るものではなかつた。
後者の改良に出発し、シリンダー状のスクリーンのケー
ジをフアーメンター容器の中央に装置し、バツフアープ
レートを軸方向に振動するシヤフト上に設け、ケージ内
に円錐状の複数個の通路を形成させることが行われた。
円錐状の通路は各プレート毎にたがいに反対方向に設
け、プレートの振動が隣接の円錐状通路との間にポンプ
の動きを生じるようにする。シヤフトを通つてケージ内
に導入された酸素は生じた剪断流のためにきわめて微細
に分配され、ほとんどが溶解する。初期に培養過程で認
められた発泡は防止される。しかしながら、懸濁液への
酸素の取り込みは依然として低すぎる。また、フアーメ
ンター中に配置する攪拌器は、下方から駆動しなければ
ならない。すなわち、シヤフトは容器の底部を貫通させ
て設ける必要から、密閉の問題を生じる。さらに特定す
れば攪拌器の羽根の中央と容器の底部の間の微粒子担体
のバツクアツプが培養細胞の破壊を招くことになる。
最後に、DE3 504 748 C2号には、上述したような種類の
フアーメンター、すなわち通気装置がフイルターと、直
接懸濁液内に入る多孔性排出口を有する通気管の形にな
つたフアーメンターが開示されている。多孔性の排出口
は容器壁と攪拌器の外側の軌道の間、その軌道に比較的
接近して配置される。実際には、この方法による懸濁液
への酸素の直接導入は、細胞がカプセル封入されている
場合にのみ可能である。したがつて、半透過性の透析膜
を有し、その内部に細胞を配置した球状のカプセルが既
知のフアーメンター中に使用されている。カプセルに封
入された細胞の取扱いに際しては、攪拌器は、直接懸濁
液中に導入された気泡が破壊され、酸素が懸濁液中に均
一に混合するような高速度で運転する必要がある。DE3
504 748号に開示されたフアーメンターでは、通気装置
は攪拌器の外側に離心的に配置されているが、その理由
は単に、容器の中央に攪拌器が配置されていてそこには
余地がなかつたからにすぎない。
本発明の目的は、単純な構成手段を用い、きわめて敏感
な培養細胞でも集約的に生育させることができるフアー
メンターを提供することにある。
本発明によれば、上述したような種類のフアーメンター
において、曝気装置が容器の縁部に近く配置され、中央
シャフトを通して酸素が供給されるのに適合した中空体
の形状のスクリーンを有するスクリーン曝気装置となつ
ている。
本発明のフアーメンターにおいては、酸素含有気体は曝
気装置によつて、すなわち間接的に懸濁液に供給され
る。スクリーンによつて形成された中空体内には培養細
胞は存在せず、したがつて発泡の危険はない。１個また
は２個以上の各曝気装置を容器の縁部に近くに離心的に
配置することにより、懸濁液への酸素の吸入は驚くべき
高さに上昇する。曝気装置が配置された場所では、攪拌
器によつて回転された懸濁液が高流速状態にあるので、
酸素に富んだ液体は直ぐに各中空体スクリーンから洗い
出され、懸濁液の残部と混合する。この特徴が、スクリ
ーン内に生じるきわめて急速な酸素飽和、その結果、ス
クリーンへの酸素の供給の増加は酸素の取り込みの増加
を生じないという従来のスクリーン曝気装置にみられる
問題は解決する。したがつて、本発明は、スクリーンを
経由する間接的な酸素の取り込みを増加させるために、
容器の縁部に向かつて攪拌を増大する懸濁液の運動速度
を利用し、この特徴により、培養細胞の感受性のため攪
拌器はきわめて低速で運転しなければならないにもかか
わらず、本発明の目的が達成された。
多数の円錐形の通路を有するバツフルプレートは、スク
リーン内の振動シャフトに順次上方に配置されるのが便
利である。そしてシヤフトは振動装置に接続され、酸素
の供給のために中空になつている。この工程により、発
泡することなく、酸素のきわめて集中的な導入が保証さ
れる。
スクリーンの孔径は約100μｍとする。
大きなフアーメンターの場合には、２個または３個以上
の曝気装置が容器内縁部の周囲に配置することができ
る。
密閉の問題を除去するため、攪拌器の駆動シヤフトは容
器内に下向きに配置するのが有利である。
酸素分圧の連続的モニタリングを行うために、懸濁液の
酸素分圧を測定するセンサーを容器内に配置する。
センサーは曝気装置の酸素輸送を制御する制御設備に接
続されることができるので、これにより酸素の取り込み
の正確な制御が可能になる。
多数の曝気装置を配備した場合には、それを適宜停止さ
せることにより、酸素の取り込みの簡単な形での制御も
可能である。
要するに、測定された酸素分圧に応じて曝気装置のスイ
ツチが開閉するようにすれば制御が実現できる。
本発明の態様を、以下に、図面を参照しながら説明す
る。
第１図は、本発明によるフアーメンターの一態様の縦断
面図を図解的に示した図である。
第２図は、第１図のフアーメンターを矢印IIの方向から
みた図である。
第３図は、第１図のフアーメンターのIIIの細部を示し
た図である。
第１図は容器２を有するフアーメンターで、容器２の上
部は閉じられている。培養細胞は微粒子担体３上にあつ
て、容器２内の液体４中に懸濁されている。この態様に
おける微粒子担体はプラスチツクペレツトである。
フアーメンター１には、羽根６、駆動シヤフト７および
モーター８を有する攪拌器５が装備されている。駆動シ
ヤフト７は攪拌軸に一致し、攪拌器５によつて生じた旋
回流が攪拌軸の周囲を回転する。
第１図に示した本態様のフアーメンター１はまた、４個
の曝気装置９を有している。
第２図と合わせてみるととくに明瞭なように、曝気装置
９は攪拌軸（駆動シヤフト７）から離心的に配置されて
いる。曝気装置９は容器２の縁部に近接して配置され
る。
第１図と第３図に合わせてみるととくに明瞭なように、
曝気装置９はスクリーン曝気装置である。この目的で、
曝気装置９にはシリンダー状の中空体を形成するスクリ
ーン10が設けられ、その内部には順次上方に多数のバツ
フルプレート11が配置される。プレート11は、スクリー
ン10の軸に配置された振動シヤフト12によつて相互に連
結される。シヤフト12の上端は振動装置13に装着され、
これによつてシヤフト12には軸方向の高振動数の振動が
付与される。シヤフト12はこれらの振動をプレート11に
伝達する。
第３図から明らかなように、各プレート11は多数の円錐
形の通路14,15を有し、隣接した通路14,15はたがいに反
対方向に、すなわち通路14は上に狭くなつていて隣接し
た通路15は下に狭くなるように配置されている。
シヤフト12の内部は中空で、底部で開口している。曝気
装置９で液体中に混合される酸素は矢印で示されたよう
にシヤフト12の内部を通つて、シヤフト12の底部端から
流出する。生成する気泡はプレート11によつて微細に分
配される。複雑にならないように、空気バルブや空気運
搬手段は示していない。
本態様のスクリーン10の孔径は約100μｍである。
懸濁液の酸素分圧を測定するためのセサンー16が容器２
内に配置される。振動装置13、モーター８およびセンサ
ー16は、制御ライン17,17′,17″……、18および19によ
つて制御設備20に接続される。この制御設備は、モータ
ー８、装置13、およびシヤフト12を通して空気を導入す
るための空気バルブ（図には示していない）のスイツチ
の開閉に適用される。また、作動中の多数の曝気装置を
センサー16で測定した酸素分圧に依存して制御すること
もできる。
本発明の方法の一態様について、以下に、以上述べたフ
アーメンターを参照しながら詳細に説明する。
微粒子担体３上に存在する培養細胞を含む液体４を容器
２に入れる。攪拌器５を始動し、羽根６が時計と逆方向
に回転して微粒子担体３を液体４中に懸濁状態に維持さ
せる（第２図参照）。旋回流が攪拌器５の攪拌軸（駆動
シヤフト７）の周囲に生じる。この旋回流の流動像は第
２図に示した。自明のように、容器の縁部近くの流速は
容器の中央部よりはるかに大きく、中央部の流速は無視
できる。フアーメンター１内の懸濁液を曝気するために
は、曝気装置９を用い、上述の旋回流の流速が最高の領
域に酸素を導入する。
所望の酸素分圧に応じて、１個または２個以上の曝気装
置９を始動し、懸濁液中に酸素を導入する。空気バルブ
（図には示していない）を開けて空気、すなわち酸素を
シヤフト12内を通して、スクリーン10の下部に流す。プ
レート11は振動装置13によつて上下に往復運動させる。
スクリーン10の内部には液体４は存在するが微粒子担体
３は入つてこない。したがつて、スクリーン10内には強
力な剪断流を発生させても、微粒子担体３上の培養細胞
が破壊されることはない。この強力な剪断流はプレート
11の高振動数での往復運動と円錐形通路14,15によつて
生じるポンプの働きをする流れとで産生される。したが
つて、曝気装置９に達した空気は、満足できる分配状態
になる。気泡は著しく細かく切断され空気は液体４に溶
解する。このようにして溶解した空気は、曝気装置９の
外側に、比較的高流速で配置されている懸濁液と急速に
混合する。
したがつて、常に最適な酸素灌流が達成される。
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一態様のフアーメンターの縦断面図
であり、第２図は第１図のフアーメンターの横断図であ
り、第３図は第１図のフアーメンターの部分拡大図であ
る。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】培養細胞を懸濁状態に維持するための攪拌
    器およびその攪拌軸から離心的に配置され、微細に分配
    された酸素を懸濁液中に供給するための曝気装置を有す
    る容器からなるファーメンター、とくに微粒子担体上で
    の細胞培養のためのファーメンターにおいて、曝気装置
    （９）は懸濁液が高流速状態にある容器（２）の縁部に
    近く配置され、中央シャフト（12）を通して酸素が供給
    されるのに適合した中空体の形状のスクリーン（10）を
    有するスクリーン曝気装置であることを特徴とするファ
    ーメンター。
  2. 【請求項２】多数の円錐状通路（14,15）を有するバッ
    フルプレート（11）複数個がスクリーン（10）内、振動
    シャフト（12）に順次上方に設置され、振動シャフト
    （12）は振動装置（13）に接続され、酸素供給のために
    中空とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項のフ
    ァーメンター。
  3. 【請求項３】スクリーン（10）の孔径は約100μｍとす
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
    のいずれかのファーメンター。
  4. 【請求項４】２個または３個以上の曝気装置（９）を容
    器内縁部の周囲に配置することを特徴とする特許請求の
    範囲第１項から第３項までのいずれかのファーメンタ
    ー。
  5. 【請求項５】攪拌器（５）の駆動シャフト（７）は容器
    （２）内に下向きに配置することを特徴とする特許請求
    の範囲第１項から第４項までのいずれかのファーメンタ
    ー。
  6. 【請求項６】懸濁液の酸素分圧を測定するためのセンサ
    ー（16）を容器（２）内に配置することを特徴とする特
    許請求の範囲第１項から第５項までのいずれかのファー
    メンター。
  7. 【請求項７】センサー（16）は、曝気装置（９）の酸素
    輸送を制御するための制御設備（20）に接続されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項まで
    のいずれかのファーメンター。
  8. 【請求項８】多数の曝気装置（９）を配置し、適宜停止
    させることができることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項から第７項までのいずれかのファーメンター。
  9. 【請求項９】曝気装置（９）は酸素分圧の測定値に依存
    して始動または停止することができることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項から第８項までのいずれかのファ
    ーメンター。
JP63295876A 1987-11-23 1988-11-22 細胞培養用ファーメンター Expired - Lifetime JPH0761254B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3739650.1 1987-11-23
DE3739650A DE3739650C1 (de) 1987-11-23 1987-11-23 Fermenter zum Zuechten von Zellkulturen

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Publication Number Publication Date
JPH01168272A JPH01168272A (ja) 1989-07-03
JPH0761254B2 true JPH0761254B2 (ja) 1995-07-05

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JP63295876A Expired - Lifetime JPH0761254B2 (ja) 1987-11-23 1988-11-22 細胞培養用ファーメンター

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EP (1) EP0317811B1 (ja)
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CA (1) CA1301691C (ja)
DE (2) DE3739650C1 (ja)
DK (1) DK174748B1 (ja)
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