JPH08108061A

JPH08108061A - 混合ガスの成分調整方法およびこの混合ガスを用いた培養液の供給方法

Info

Publication number: JPH08108061A
Application number: JP24754694A
Authority: JP
Inventors: Junichi Mori; 順一森
Original assignee: Suzuki Shokan Co Ltd
Current assignee: Suzuki Shokan Co Ltd
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】混合ガスの各ガス成分を容易にかつ高精度に
調整することができる混合ガスの成分調整方法を提供す
ること。【構成】第１のガス（空気）を定圧バルブ56を介して
混合部41に供給するとともに、第２のガス（酸素ガス、
二酸化炭素ガス）を定流量コントロールバルブ65，75を
介して混合部41に供給して混合ガスを形成する。この混
合ガスの圧力を前記定圧バルブ56で制御しながら、定流
量コントロールバルブ65で酸素、二酸化炭素ガスの流量
を調整すると、混合ガスの圧力が一定に維持されるため
（混合ガスの流量も一定とされる）、空気の流量は自動
的に調整され、混合ガスのガス成分の調整が容易にかつ
高精度に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、混合ガスの成分調整方
法およびこの混合ガスを用いた培養液の供給方法に係
り、半導体製造工程や培養液供給工程等のガス成分を正
確に調整した混合ガスを使用する際等に利用できる。

【０００２】

【背景技術】細胞などを培養する培養器に培養液を供給
する場合、従来は主にシリコンチューブ等の外皮表面を
ローラ等でしごいてチューブ内部の培養液を順次送り出
して供給するローラポンプが用いられていたが、チュー
ブが劣化してバーストする前にチューブを交換しなけれ
ばならず、長期間（例えば２〜６カ月以上）の連続運転
には利用できず、また、培養液の送り方向が一方向しか
できず、培養器において培養液の上流側と下流側とで培
養条件が異なり、効率的な培養が行えないという問題が
あった。

【０００３】このため、本出願人は、培養器を挟んで２
つのタンクを配置し、一方のタンクに培養液を収納して
ガス圧を加えることで、培養液を長期間連続してかつ送
り方向を切り替えられる方法として、特開昭６３−１９
２３７４号公報に示す培養液供給方法を既に出願してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、培養液のｐ
Ｈ（水素イオン濃度）やＤＯ（溶存酸素濃度）は、細胞
の種類や数に応じて適宜調整する必要があるが、前記ガ
スにより培養液を供給する場合には、ガスの成分が培養
液に溶存するため、タンク内に供給する混合ガスの成分
を調整することでｐＨ、ＤＯを調整していた。例えば、
空気、酸素、二酸化炭素の各ガス源からのガス圧あるい
はガス流量を調整して混合することで混合ガスの成分を
調整し、この調整した混合ガスをタンク内に供給して培
養液のｐＨ、ＤＯを調整していた。

【０００５】しかしながら、各ガスのガス圧を調整する
だけでは、ガス成分を高精度に制御することは難しく、
混合ガスの各ガス成分がどの程度の割合で混合されてい
るかを検出することができず、しかも培養液の流量はガ
ス圧力に依存するため、ガス圧を調整すると培養液の流
量まで変化してしまうという問題があった。一方、各ガ
ス流量をそれぞれ調整することによってガス成分を高精
度に調整することも可能であるが、それぞれ個別にガス
流量を調整しなければならないために操作が煩雑とな
り、しかもガスの流路や培養液流路で何らかの閉塞が生
じた場合、流量調整手段のみ設けられていると、系内の
圧力が上昇してしまい、その圧力によって系が破壊され
る危険性もあった。さらに、培養液の圧送用ガス源とし
て定流量ガスで培養液を駆動した場合、培養器に培養液
を連続して流すためにガスの送り方向を切り替えて動作
させると、培養液タンクが大きい場合やガス流量が小さ
い場合には、培養液を圧送可能な所定ガス圧にタンク内
を上昇させるまで、つまり培養液の送り方向の切り替え
に時間が掛かり、培養液の供給動作が円滑に行われない
問題もあった。

【０００６】このように混合ガスを安全で、すばやく、
容易にかつ高精度に混合したいという要望は、培養液の
供給用混合ガスに限らず、半導体集積回路の製造工程等
で用いられる各種の混合ガスにおいても生じている。

【０００７】また、培養液に混合ガスを溶存させてその
ｐＨやＤＯを調整する場合、従来の培養液が収納された
容器に混合ガスを供給する方法では、設定された温度下
での培養液中の各ガス成分の溶存量（例えば溶存酸素
量）は、混合ガスの各ガス成分の分圧（例えば酸素圧）
によって、またその溶存速度は容器内における混合ガス
と培養液との接触表面積によってほぼ決定される。この
ため、例えば、培養器内で細胞が増殖した事により、溶
存酸素量の消費が増加した場合には、酸素分圧か接触表
面積を増加させなければならなかった。

【０００８】しかしながら、酸素分圧を極端に上げるこ
とは、安全性の観点からも、また過剰酸素による悪影響
や培養液の変質等も生じるために限度があった。一方、
容器内の接触表面積を増やすには、容器自体を変更しな
ければならず、また設備の設置スペースの制限などから
容器を大きくして表面積を増加させることにも限度があ
る。このため、容器内の接触表面積を変更せず、また各
ガス（例えば酸素）分圧を増加させなくても、溶存ガス
量（例えば溶存酸素量）を制御できる培養液の供給方法
が求められていた。

【０００９】本発明の第１の目的は、混合ガスの圧力を
変化させずに、各ガス成分を容易にかつ高精度に調整す
ることができる混合ガスの成分調整方法を提供すること
にある。また、本発明の第２の目的は、培養液をガスを
用いて供給する際に、培養液の供給を安全にかつすばや
く制御できるとともに、ｐＨやＤＯを容易にかつ高精度
に調整することができる培養液の供給方法を提供するこ
とにある。さらに、本発明の第３の目的は、培養液をガ
スを用いて供給する際に、ガス分圧や容器内の接触表面
積を変えることなくガスの培養液内への溶存量を制御で
きる培養液の供給方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の混合ガスの成分
調整方法は、前記第１の目的を達成するものであり、第
１のガスを圧力制御手段を介して供給し、前記圧力制御
手段の後流側に第２のガスを定流量制御手段を介して供
給し、前記圧力制御手段で第１および第２のガスの混合
ガスの圧力を制御するとともに、定流量制御手段で第２
のガスの流量を制御して第１のガスおよび第２のガスか
らなる混合ガスの各ガス成分量を調整することを特徴と
するものである。

【００１１】この際、前記圧力制御手段としては例えば
定圧バルブなどが用いられ、定流量制御手段としては定
流量コントロールバルブなどが用いられる。

【００１２】一方、本発明の培養液の供給方法は、前記
第２の目的を達成するものであり、第１のガスを圧力制
御手段を介して供給し、前記圧力制御手段の後流側に第
２のガスを定流量制御手段を介して供給し、前記圧力制
御手段で第１および第２のガスの混合ガスの圧力を制御
するとともに、定流量制御手段で第２のガスの流量を制
御して第１のガスおよび第２のガスからなる混合ガスの
各ガス成分量を調整し、この混合ガスを培養液が収納さ
れた容器に供給してその圧力で前記培養液を培養器に供
給することを特徴とするものである。

【００１３】この際、前記第３の目的を達成するため
に、前記容器と培養器との間にガス交換膜により仕切ら
れた二室を有するガス交換手段を設け、このガス交換手
段の一方の室を介して前記容器から供給される培養液を
前記培養器に供給するとともに、ガス交換手段の他方の
室にガス成分が調整された混合ガスを供給してもよい。
この混合ガスは、培養液の圧送用の混合ガスの一部ある
いは全部を用いてもよいし、圧送用とは別の混合ガスを
用いてもよい。

【００１４】なお、以上の各発明において、第２のガス
は、１種類に限らず、複数種類設けてもよい。例えば、
第１のガスとして空気を用いた際に、第２のガスとして
酸素ガスと二酸化炭素ガス、さらには窒素ガスなどの複
数のガスを各々定流量制御手段を介して供給してもよ
い。

【００１５】

【作用】本発明の混合ガスの成分調整方法においては、
圧力制御手段で所定圧に設定された第１のガスに、定流
量制御手段で所定流量に設定された第２のガスを混合す
る。ここで、第１および第２の混合部における混合ガス
の圧力も前記圧力制御手段で所定圧に常時設定されてい
るため、内部構成が変わらない限り、混合ガスの全流量
も常時一定となる。従って、第２のガス流量を定流量制
御手段で調整して変化させると、その変化分に応じて第
１のガス流量も自動的に調整され、混合ガスの成分量が
第２のガス流量を制御するだけで容易に調整される。ま
た、混合ガスのガス圧（圧力制御手段における設定値）
から混合ガスの流量が求められ、この流量から第２のガ
スの流量（定流量制御手段における設定値）を除けば第
１のガスの流量が求められるので、各設定値から各ガス
の成分量が高精度に求められ、各ガス成分の割合も高精
度に設定される。

【００１６】本発明の培養液の供給方法においては、前
記混合ガスの成分調整方法によってガス成分と圧力とが
高精度に設定された混合ガスを培養液が収納された容器
に供給しているので、その圧力で培養液が培養器に供給
される。この際、培養液のｐＨやＤＯは培養液に溶解す
る混合ガスの成分割合によって調整され、この混合ガス
の成分割合は第２のガスの流量を定流量制御手段で比例
的に制御することで容易にかつ高精度に調整可能である
ため、ｐＨやＤＯが高精度に設定された培養液が供給さ
れる。

【００１７】この際、前記容器と培養器との間にガス交
換膜により仕切られた二室を有するガス交換手段を設
け、このガス交換手段の一方の室を介して前記容器から
供給される培養液を前記培養器に供給するとともに、ガ
ス交換手段の他方の室にガス成分が調整された混合ガス
を供給すれば、このガス交換手段を設けた分だけガス交
換面積が増加し、各ガス成分の分圧や容器における接触
表面積を変更することなく各ガス成分の培養液内の溶存
量の制御が可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１には、本発明の混合ガスの成分調整方法およ
び培養液の供給方法を適用した第１実施例である培養装
置１の概略構成図が示されている。培養装置１は、培養
器１０と、培養液供給部２０と、混合ガス供給部４０と
を備えて構成されている。

【００１９】培養器１０は、ホロファイバー式の培養器
１０であり、培養液供給部２０から供給される培養液が
通る流通路１１Ａと、細胞の培養が行われる培養室１１
Ｂと、流通路１１Ａおよび培養室１１Ｂを仕切る所定の
分画分子量の仕切膜１１Ｃとを備えている。培養室１１
Ｂには、三方弁１２を介して培養物タンク１３が連結さ
れ、このタンク１３から培養室１１Ｂに培養物を供給し
たり、培養された生産物をタンク１３内に収納したりで
きるように構成されている。

【００２０】培養液供給部２０は、培養液を培養器１０
に供給し、かつ培養器１０から戻ってきた培養液を回収
するための培養液供給兼回収用の第１タンク２１および
第２タンク２２と、このタンク２１，２２と培養液１０
とを結ぶ配管２３，２４とを備えている。配管２３，２
４の途中には、分岐配管２３Ａ，２４Ａが接続され、切
替弁２５により流路が切替可能に構成されている。

【００２１】分岐配管２３Ａには、培養液補給用タンク
２６が供給ポンプ２７を介して接続され、分岐配管２４
Ａには、劣化するなどして排出される培養液を受けるド
レン用タンク２８が三方弁２９を介して接続されてい
る。これらの各タンク２６，２８には、タンク２６，２
８内を大気圧に維持するために使用するポート３０がフ
ィルタ３１を介してそれぞれ接続されている。

【００２２】なお、シリコンチューブ製の配管２３，２
４には、それぞれｐＨセンサ３２、ＤＯセンサ３３が取
り付けられている。また、第１および第２タンク２１，
２２内には、液面計３４がそれぞれ配置されている。そ
して、各タンク２１，２２には、それぞれフィルタ３５
を介して混合ガス供給部４０が接続されている。

【００２３】混合ガス供給部４０は、空気（第１のガ
ス）を供給する空気供給部５０と、酸素ガス（第２のガ
ス）を供給する酸素供給部６０と、二酸化炭素ガス（他
の第２ガス）を供給する二酸化炭素供給部７０と、各供
給部５０，６０，７０からの各ガスを混合する混合部４
１とを備えている。混合部４１は、途中で二股に分岐さ
れた配管４２、三方弁４３，４４および前記フィルタ３
５を介して各タンク２１，２２に接続されている。

【００２４】空気供給部５０は、大気開放された空気取
入口５１から第１フィルタ５２、コンプレッサ５３、第
２フィルタ５４、除湿装置５５、圧力制御手段である定
圧バルブ５６、空気流量を測定する流量計５７が順次直
列に接続されて構成されている。除湿装置５５は、培養
器１０と同様のホロファイバーを用いたものであり、仕
切膜５５Ａで仕切られた内側の室内に大気からの空気を
流入させ、その水分を仕切膜５５Ａの外側の空間に除去
することで湿度を下げるものである。なお、除湿装置５
５で除湿された空気の一部をバルブ５５Ｂを介して前記
ホロファイバーの外側の空間に戻すことで、仕切膜５５
Ａ内外の空気の湿度差を大きくして水分がより効果的に
外側に除去されるように構成されている。

【００２５】また、定圧バルブ５６は、自力制御式のダ
イヤフラム式バルブ等で構成されたものであり、空気供
給部５０から混合部４１、配管４２内等の圧力を所定圧
力に制御している。

【００２６】酸素供給部６０は、酸素ボンベ等の酸素ガ
スソース源６１からフィルタ６２、圧力制御用の定圧バ
ルブ６３、流量計６４、定流量制御手段である定流量コ
ントロールバルブ６５、保安用のストップバルブ６６を
順次直列に接続することで構成されている。

【００２７】同様に、二酸化炭素供給部７０は、二酸化
炭素ボンベ等の二酸化炭素ガスソース源７１からフィル
タ７２、圧力制御用の定圧バルブ７３、流量計７４、定
流量制御手段である定流量コントロールバルブ７５、保
安用のストップバルブ７６を順次直列に接続することで
構成されている。

【００２８】次に、このような構成の培養装置１を用い
た作用について説明する。まず、細胞培養に先立ち培養
液供給部２０の各タンク２１，２２，２６，２８、配管
２３，２４、フィルタ３１，３５などと培養器１０など
の培養液の流路となる部分に適切な温度（例えば１２０
℃）の蒸気で一定時間（例えば３０分）蒸気滅菌を行
う。

【００２９】そして、切替弁２５を操作して培養液補給
用タンク２６と第１タンク２１とを配管２３Ａ，２３を
介して連通し、供給ポンプ２７を介してタンク２６内の
培養液を第１タンク２１内に供給する。一方、培養器１
０の培養室１１Ｂ内には、例えば種細胞をタンク１３か
ら注入しておく。

【００３０】以上の準備作業が完了したら、混合ガス供
給部４０を作動させる。すなわち、空気供給部５０のコ
ンプレッサ５３を作動させて空気取入口５１から空気を
導入し、各フィルタ５２，５３で塵埃等の不純物を取り
除き、さらに除湿装置５５を通して水分を除去し、この
空気の圧力を定圧バルブ５６で所定値に制御して混合部
４１に供給する。

【００３１】一方、酸素および二酸化炭素は、培養細胞
の種類や数に応じて混合の有無や、混合割合が設定され
るが、仮に両方のガスを混合する場合、各ソース源６
１，７１からフィルタ６２，７２および定圧バルブ６
３，７３を通して各ガスを定流量コントロールバルブ６
５，７５に流し、このバルブ６５，７５で所定流量に制
御して混合部４１に供給する。

【００３２】なお、空気、酸素、二酸化炭素の各ガス流
量は、各流量計５７，６４，７４で測定される。また、
トラブルなどが生じた場合には、ストップバルブ６６，
７６を閉じて酸素や二酸化炭素の供給を停止する。

【００３３】混合部４１では、各供給部５０，６０，７
０からの空気、酸素、二酸化炭素が適宜混合される。こ
の際、混合部４１内の圧力は、酸素や二酸化炭素の流量
にかかわらず定圧バルブ５６で常に所定圧に設定されて
いる。このため、酸素、二酸化炭素の流量を定流量コン
トロールバルブ６５，７５で調整すると、前記圧力が一
定であるため、混合部４１における空気、酸素、二酸化
炭素の全流量が常に一定に維持される。従って、空気の
流量は、酸素、二酸化炭素の流量に応じて自動的に調整
される。

【００３４】この際、酸素、二酸化炭素の流量は、定流
量コントローラバルブ６５，７５の設定値や、流量計６
４，７４で直接測定することで検出され、空気流量も測
定した酸素および二酸化炭素の流量と、混合ガスの圧力
や流量計５７で直接測定した空気流量とで求めることが
できる。そして、各ガスの流量から例えば酸素成分の割
合なども求められ、混合ガスの成分割合が明らかにな
る。

【００３５】この混合ガスは、三方弁４３，４４で切り
替えられ、第１あるいは第２のいずれかのタンク２１，
２２に供給される。すなわち、第１タンク２１から培養
器１０を通して第２タンク２２に培養液を流す場合に
は、弁４３を操作して配管４２と第１タンク２１とを連
通させ、かつ弁４４を操作して第２タンク２２を大気に
開放し、タンク２１内に混合ガスを注入すれば、第１タ
ンク２１内が大気圧よりも大きくなり、第１タンク２１
内の培養液が培養器１０に向かって圧送される。

【００３６】なお、培養液には混合ガスが溶解するた
め、混合ガスの成分濃度によって培養液のｐＨ，ＤＯ等
も調整される。すなわち、酸素ガスの流量を増減するこ
とで、培養液の溶存酸素濃度も調整され、主に二酸化炭
素ガスの流量を増減することで、培養液のｐＨも調整さ
れる。

【００３７】この調整された培養液は、各センサ３２，
３３で溶存酸素量ＤＯ、水素イオン濃度ｐＨを確認され
た後、培養器１０の流通路１１Ａ内に流入される。そし
て、培養液は、仕切膜１１Ｃを通して培養室１１Ｂ内に
供給され、培養室１１Ｂ内の培養物（細胞）等に栄養分
や酸素を与える。そして、老廃物などが含まれた培養液
は再度流通路１１Ａ内に戻り、配管２４を通して第２タ
ンク２２内に回収される。

【００３８】そして、第２タンク２２の培養液が液面計
３４の測定で上限レベルに達したら、三方弁４３，４４
を切り替えて第２タンク２２に混合ガスを供給し、タン
ク２２内の培養液を配管２４を通して培養器１０に逆方
向から供給し、配管２３を通して第１タンク２１に回収
する。

【００３９】以上の第１タンク２１から第２タンク２２
への培養液の供給と、逆に第２タンク２２から第１タン
ク２１への培養液の供給を所定時間のサイクルで繰り返
した後、培養液内の老廃物が多くなり、培養液が劣化し
たら、配管２４途中の切替弁２５を操作して第２タンク
２２およびドレン用タンク２８を連通し、第２タンク２
２内に回収された培養液を配管２４、２４Ａを介してド
レン用タンク２８に回収して廃棄する。この培養液の交
換時期は、培養液の一部を切り替えバルブ（三方弁）２
９等を用いて取り出し、その成分（例えばグルコース）
を計測して決定される。

【００４０】そして、再度培養液補給用タンク２６から
第１タンク２１内に培養液を補充し、上記培養液の供給
工程を繰り返して細胞などの培養を行う。そして、培養
した細胞や生産物は三方弁１２を開いて培養室１１Ｂか
ら培養物タンク１３に回収する。

【００４１】このような本実施例によれば、培養液を圧
送するために用いられる混合ガスの基準となる空気（第
１のガス）の圧力を定圧バルブ５６で所定圧力に維持
し、このガスに混合する酸素や二酸化炭素（第２のガ
ス）の流量を定流量コントロールバルブ６５，７５で所
定流量に設定しているので、混合ガスの圧力を一定に保
持したまま、空気、酸素、二酸化炭素の各成分および分
圧を簡単にかつ高精度に設定できる。このため、複雑な
制御をしなくても、混合ガスの成分割合および分圧で調
整されるｐＨやＤＯを培養物に合わせて簡単にかつ高精
度に設定することができる。

【００４２】また、空気および混合ガスの圧力を定圧バ
ルブ５６で所定値に制御し、混合される酸素や二酸化炭
素は圧力を制御するのではなく、その流量を制御するよ
うにしたので、酸素や二酸化炭素の流量を調整するだけ
で、空気の流量を自動的に調整することができ、各ガス
の流量割合を容易にかつ高精度に調整することができ
る。さらに、定圧バルブ５６でガスおよび培養液の流路
は一定圧に維持されるため、仮に流路が閉塞されても系
内の圧力が上昇することがなく、系の破壊を防止できて
安全性を向上できる。

【００４３】また、三方弁４３，４４を切り替えて混合
ガスの供給先を第１タンク２１、第２タンク２２の一方
に切り替えるだけで、培養器１０中の培養液の流入方向
を切り替えることができるので、培養環境を培養室１１
Ｂの各場所で均一にすることができ、培養収率をより向
上させることができる。さらに、三方弁４３，４４を切
り替えて培養器１０への培養液流路方向を切り替える
と、定圧弁５６によって混合部４１、配管４２内は定圧
に保持されようとするため、大気圧とされていた切り替
え前のタンク２１，２２の一方には、大流量のガスが流
入して所定圧まですばやく上昇されて培養液の供給を開
始できる。このため、培養液の流路方向を迅速に切り替
えることができる。

【００４４】また、培養液を供給するにあたって、混合
ガスを用いているので、従来のローラポンプを用いた場
合のようにチューブが破損するおそれもなく、長期間に
わたって安定して、かつ脈打ち等も無くスムーズに培養
液を供給することができる。

【００４５】次に、本発明の第２実施例について図２を
参照して説明する。なお、本実施例において、前記第１
実施例と同一または相当構成部分には同一符号を付し、
説明を省略または簡略する。図２に示すように、本実施
例では、培養器１０、混合ガス供給部４０は、前記第１
実施例とまったく同一であり、培養液供給部２０に本実
施例の特徴であるガス交換手段８０を追加した点が第１
実施例と異なるものである。なお、本実施例では、配管
２４にはｐＨセンサ３２、ＤＯセンサ３３を設置してい
ない。

【００４６】ガス交換手段８０は、配管２３に配置され
たホロファイバー８１と、混合ガスを供給する配管４２
の三方弁４３およびフィルタ３５間から分岐されてホロ
ファイバー８１に接続されたガス分岐配管８２Ａ，８２
Ｂと、各配管８２Ａ，８２Ｂおよび配管４２の三方弁４
３、フィルタ３５間に配置されたバルブ８３Ａ，８３
Ｂ，８３Ｃとで構成されている。

【００４７】ホロファイバー８１は、ガス交換膜８１Ｃ
で仕切られた２室（培養液流路８１Ａおよび混合ガス流
路８１Ｂ）を備えており、培養液流路８１Ａに配管２３
を連結して培養液を流通させ、混合ガス流路８１Ｂに配
管８２Ａ，８２Ｂを連結して混合ガスが流通されるよう
に構成されている。また、各配管８２Ａ，８２Ｂは、配
管２３と同様にシリコンチューブによって形成されてお
り、バルブ８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃはチューブを挟むク
リップ等で構成されて、各チューブをつぶして開口面積
を可変することでガスの流量を調整できるように構成さ
れている。なお、本実施例においては、各バルブ８３Ａ
〜８３Ｃは、互いに連動されて予め設定された関係で各
配管４２Ａ，８２Ａ，８２Ｂを開閉するようにされてい
る。なお、三方弁４３と各バルブ８３Ａ，８３Ｃとの間
にも、フィルター３５が配置され、ホロファイバー８１
に供給される混合ガス内に雑菌等が混入し、培養液が汚
染されることを防止している。

【００４８】このような本実施例においては、バルブ８
３Ａ，８３Ｂを全閉し、バルブ８３Ｃを全開として混合
ガス供給部４０から第１タンク２１に混合ガスを供給す
ると、前記第１実施例と同じ構成となってタンク２１内
の培養液が配管２３を通して培養器１０に供給される。

【００４９】一方、バルブ８３Ｃを全閉とし、バルブ８
３Ａ，８３Ｂを全開とすれば、ガス供給部４０からのガ
スは、ホロファイバー８１の混合ガス流路８１Ｂを通し
てタンク２１に供給され、その圧力でタンク２１内の培
養液が培養器１０に供給される。この際、ホロファイバ
ー８１では、培養液流路８１Ａを流れる培養液に混合ガ
ス流路８１Ｂからガス交換膜８１Ｃを通してガスがとけ
込む。ここで、通常、ホロファイバー８１は、数千本の
中空管が束ねられて構成されており、小形のものでも数
千平方センチメートルもの表面積を有しているため、タ
ンク２１内の接触表面積に比べて非常に大きな面積でガ
ス交換が行われ、培養液中の溶存酸素量などの溶存速度
も増加される。さらに、ガス交換膜８１Ｃの膜材料を適
宜選定することによって、選択的に酸素ガスを透過させ
て酸素分圧をあげることもでき、溶存酸素量も増加させ
ることができる。

【００５０】また、各バルブ８３Ａ〜８３Ｃの開度を調
整してホロファイバー８１に流れるガス流量を制御すれ
ば、培養液中の溶存酸素量等の溶存速度を自由に調整す
ることもできる。

【００５１】このような本実施例によれば、前記第１実
施例で得られる効果に加えて、ガス交換手段８０を設け
たので、タンク２１内のみでガス交換を行う場合に比べ
て、ガス交換面積を著しく大きくでき、ガス分圧を上げ
なくても培養液中の溶存ガス量を維持あるいは増加する
ことができる。また、この際の溶存ガス量は、各バルブ
８３Ａ〜８３Ｃの開度を調整することで容易に変化させ
ることができる。このため、特に培養初期の細胞数が少
ない場合には、バルブ８３Ｃを通してタンク２１内のみ
でガス交換を行って例えば溶存酸素量を少なくし、細胞
の増加に伴いバルブ８３Ａ〜８３Ｃの開度を調整するこ
とで徐々に溶存酸素量を増加させることができ、最適な
培養条件を常に維持することができる。

【００５２】さらに、ガス交換手段８０として、ホロフ
ァイバー８１を用いているので、小形であってもガス交
換面積を非常に大きくできるので、省スペース化が図
れ、かつガス交換率も向上させることができる。また、
混合ガス流量を増加させた場合には、その増加に伴って
培養液の流量も増加するために溶存ガス量も増加させる
必要があるが、従来のタンク１内だけでガス交換を行う
場合には、ガス交換面積の制限によりある一定以上にガ
ス流量を増加させても溶存ガス量を増加させることはで
きないが、本実施例のようにガス交換手段８０を別に設
ければ、ホロファイバー８１により十分なガス交換面積
が得られ、さらに混合ガス流量の増加とともに、バルブ
８３Ａ〜８３Ｃの開度を変更しない限り、ホロファイバ
ー８１内を流れるガス流量も増加させることができ、培
養液の流量増加に対応して溶存ガス流量も増加すること
ができる。従って、溶存ガス量は、混合ガス流量の調整
によって自動的に制御されるため、管理が容易でかつ確
実に溶存ガス量を調整することができる。

【００５３】さらに、本実施例では、センサ３２，３３
を配管２３のみに設けてタンク２１から培養器１０に培
養液を供給する場合と、タンク２２から培養器１０を通
してタンク２１に液を戻す場合とで同じセンサ３２，３
３でｐＨ，ＤＯを検査しているので、各センサ３２，３
３固別の測定誤差の影響を排除して培養器１０の前後で
の培養液の状態を高精度に測定することができる。

【００５４】以上、本発明について好適な実施例をあげ
て説明したが、本発明は前記実施例に限らず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の
変更が可能である。例えば、ガス交換手段８０として
は、前記第２実施例の例に限らず、例えば、第３図に示
すように、バルブ８３Ａ〜８３Ｃを設けずに、混合ガス
供給部４０からの混合ガスを全量ホロファイバー８１を
通してタンク２１に供給するようにしてもよい。但し、
前記第２実施例のほうが、バルブ８３Ａ〜８３Ｃによっ
てガス流量を制御でき、培養液内の溶存ガス量の調整が
容易な点で好ましい。

【００５５】また、図４に示すように、配管２３側だけ
でなく、配管２４側にもガス交換手段８０を設けてもよ
い。通常、混合ガスの各タンク２１，２２への供給先の
切替は数分サイクルで行われるため、タンク２１から培
養液を供給する場合のみにガス交換を行っても、細胞に
酸素等を十分に供給することができるが、この交換サイ
クルが長時間の場合には、一方のみでは十分な供給がで
きないこともあり、このような場合には図４に示すよう
に各配管２３，２４にガス交換手段８０を設ければよ
い。なお、図４の各ガス交換手段８０に、前記第２実施
例と同様のバルブ８３Ａ〜８３Ｃを設けて溶存ガス量を
調整できるように構成してもよい。

【００５６】さらに、図２〜４に示す実施例では、タン
ク２１，２２に供給する混合ガス供給部４０からの混合
ガスをガス交換手段８０のホロファイバー８１にも供給
していたが、図５に示すように、ホロファイバー８１に
供給する混合ガスを混合ガス供給部４０とは別のガス供
給装置８５を用いて供給してもよい。但し、前記実施例
のように、混合ガス供給部４０からの混合ガスをホロフ
ァイバー８１にも供給するようにしたほうが、部品や装
置点数が少なくなって低コストで提供できるとともに、
ガス供給源が同一なので混合ガスの自動制御を行えると
いう利点がある。

【００５７】また、前記実施例では、空気、酸素、二酸
化炭素の各供給部５０，６０，７０にそれぞれ流量計５
７，６４，７４を配置していたが、これらの流量計５
７，６４，７４は流量の監視に用いているものであり、
流量自体は定流量コントロールバルブ６５，７５で調整
しているため、流量計５７，６４，７４は必ずしも設け
る必要はない。

【００５８】さらに、混合するガスは前記実施例の空
気、酸素、二酸化炭素に限らず、窒素等を加えてもよ
く、培養物に応じて適宜設定すればよい。さらに、混合
するガスの種類も、前記実施例のように３種類の場合に
限らず、２種類あるいは４種類以上であってもよい。こ
の際には、比較的流量が大きいガスを第１ガスとして圧
力制御を行い、その他のガスを第２ガスとして流量制御
すればよい。要するに、本発明において、第２ガスと
は、第１ガスに混合されるすべてのガスを示し、必ずし
も１種類のガスのみを示すものではない。

【００５９】また、前記実施例では、混合ガスのガス圧
のみで培養液を供給していたが、タンク２１，２２の
内、混合ガスが供給されていない側のタンクを吸引して
負圧として各タンク２１，２２間の差圧を大きくして培
養液を供給してもよい。

【００６０】また、培養液供給部２０の具体的な構成
は、前記実施例に限定されない。例えば、前記実施例で
は、培養器１０に両方向から培養液を流すために２つの
タンク２１，２２を設けていたが、一方向のみでよい場
合にはタンクを１つだけ配置し、各配管２３（または２
４）をタンクに連結して培養液を流し、配管２４（また
は２３）から排出してもよい。また、タンクを２個以上
設けて循環流路を形成してもよい。要するに、混合ガス
のガス圧力で培養液を培養器１０に供給できる構成であ
ればよい。

【００６１】さらに、混合ガス供給部４０の構成も前記
実施例に限定されず、第１ガスおよび混合ガスのガス圧
を所定値に制御する圧力制御手段と、この第１ガスに混
合される第２ガスの流量を制御する流量制御手段とを備
えていればよく、各圧力制御手段および流量制御手段も
前記実施例に限らず、公知の各種制御手段が利用でき
る。

【００６２】また、本発明の混合ガス供給部４０は、前
記実施例のように培養装置１に用いられる場合に限ら
ず、半導体製造装置等の混合ガスを利用する各種装置、
設備等に利用できる。

【００６３】

【発明の効果】本発明の第１発明である混合ガスの成分
調整方法によれば、混合ガスの各ガス成分を安全に、容
易にかつ高精度に調整することができるという効果があ
る。また、本発明の第２発明である培養液の供給方法に
よれば、培養液をガスを用いて供給する際に、培養液の
ｐＨやＤＯを容易にかつ高精度に調整することができる
という効果がある。さらに、本発明の第３発明の培養液
の供給方法によれば、第２発明で得られる効果に加え
て、培養液をガスを用いて供給する際に、ガス分圧や容
器内の接触表面積を変えることなくガスの培養液内への
溶存速度や溶存量を向上させることができるという効果
もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の培養装置を示すブロック
図である。

【図２】本発明の第２実施例の培養装置を示すブロック
図である。

【図３】本発明のガス交換手段の変形例の要部を示すブ
ロック図である。

【図４】本発明のガス交換手段の他の変形例の要部を示
すブロック図である。

【図５】本発明のガス交換手段のその他変形例の要部を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１培養装置１０培養器２０培養液供給部２１第１タンク２２第２タンク３２ｐＨセンサ３３ＤＯセンサ４０混合ガス供給部４１混合部５０空気供給部５６圧力制御手段である定圧バルブ６０酸素供給部６５定流量制御手段である定流量コントロールバルブ７０二酸化炭素供給部７５定流量制御手段である定流量コントロールバルブ８０ガス交換手段８１ホロファイバー８１Ａ培養液流路８１Ｂ混合ガス流路８１Ｃガス交換膜８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のガスを圧力制御手段を介して供給
するとともに、前記圧力制御手段の後流側に第２のガス
を定流量制御手段を介して供給し、前記圧力制御手段で
第１および第２のガスの混合ガスの圧力を制御するとと
もに、前記定流量制御手段で第２のガスの流量を制御し
て第１のガスおよび第２のガスからなる混合ガスの各ガ
ス成分量を調整することを特徴とする混合ガスの成分調
整方法。
【請求項２】請求項１に記載の混合ガスの成分調整方
法において、前記圧力制御手段は定圧バルブにより構成
され、定流量制御手段は定流量コントロールバルブによ
り構成されていることを特徴とする混合ガスの成分調整
方法。
【請求項３】第１のガスを圧力制御手段を介して供給
するとともに、前記圧力制御手段の後流側に第２のガス
を定流量制御手段を介して供給し、前記圧力制御手段で
第１および第２のガスの混合ガスの圧力を制御するとと
もに、前記定流量制御手段で第２のガスの流量を制御し
て第１のガスおよび第２のガスからなる混合ガスの各ガ
ス成分量を調整し、この混合ガスを培養液が収納された
容器に供給してその圧力で前記培養液を培養器に供給す
ることを特徴とする培養液の供給方法。
【請求項４】請求項３に記載の培養液の供給方法にお
いて、前記容器と培養器との間にガス交換膜により仕切
られた二室を有するガス交換手段を設け、このガス交換
手段の一方の室を介して前記容器から供給される培養液
を前記培養器に供給するとともに、ガス交換手段の他方
の室にガス成分が調整された混合ガスを供給することを
特徴とする培養液の供給方法。