JPH11239474A - Biochemical reaction device and biochemical reaction method - Google Patents

Biochemical reaction device and biochemical reaction method

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JPH11239474A
JPH11239474A JP10337595A JP33759598A JPH11239474A JP H11239474 A JPH11239474 A JP H11239474A JP 10337595 A JP10337595 A JP 10337595A JP 33759598 A JP33759598 A JP 33759598A JP H11239474 A JPH11239474 A JP H11239474A
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JP
Japan
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reaction
active substance
fixing plate
reaction solution
physiologically active
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Pending
Application number
JP10337595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Ishikawa
陽一 石川
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Able Corp
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Able Corp
Japan Science and Technology Corp
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Publication date
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  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biochemical reaction device capable of culturing animal cells in a high density, and maintaining and growing a living body tissue by being equipped with a fixing plate for fixing a physiologically active substance, a housing and a specific rotary means. SOLUTION: This biochemical reaction device is equipped with a fixing plate 6 for fixing a physiologically active substance, a housing for housing a reaction liquid supplied to the physiologically active substance and the fixing plate 6, and a rotary means 5, 7, 9, 10 capable of generating a centrifugal force capable of excluding the reaction liquid in the vicinity of the physiologically active substance by rotating or oscillating the fixing plate 6. In this case, it is preferable to be equipped with a reaction liquid supplying means 12, 13, 14 in the vicinity of the rotary shaft of the fixing plate 6 and a variable mechanism capable of changing the speed and/or moving direction of the rotation or oscillation of the rotary means 5, 7, 9, 10, and that the fixing plate 6 is a porous material having continuous cells.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、生化学反応装置及
び生化学反応方法に係り、更に詳細には、生理活性物質
を固定した生化学反応、及び微生物、動物、植物等の細
胞や組織の培養や維持等に利用される生化学反応装置並
びに生化学反応方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biochemical reaction apparatus and a biochemical reaction method, and more particularly, to a biochemical reaction in which a physiologically active substance is immobilized, and a method for culturing cells and tissues of microorganisms, animals, plants, and the like. The present invention relates to a biochemical reaction device and a biochemical reaction method used for culturing, maintaining, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
固定床型生化学反応装置として、生理活性物質を固定し
た担体を充填した固定床を有する容器に反応液を供給
し、反応後、液を容器外に取り出すものが用いられてい
る。
2. Description of the Related Art
As a fixed-bed type biochemical reaction device, a device in which a reaction solution is supplied to a container having a fixed bed filled with a carrier on which a physiologically active substance is immobilized, and after the reaction, the solution is taken out of the container is used.

【0003】しかし、反応液を固定床の中において均一
に流す、即ち流速分布がない状態で、又は流速分布を小
さくして流すことは難しく、そのため担体の利用効率が
低いという欠点があった。流速分布を小さくすることが
難しいのは、固定床内部の反応液を下流に押し流す力
が、担体の詰まり状態に影響されて均一に加わらないた
めに生ずると考えられる。
[0003] However, it is difficult to flow the reaction solution uniformly in the fixed bed, that is, it is difficult to flow the reaction solution with no flow rate distribution or with a reduced flow rate distribution. It is considered that it is difficult to reduce the flow velocity distribution because the force for flowing the reaction solution inside the fixed bed to the downstream is not uniformly applied due to the clogged state of the carrier.

【0004】また、反応液が固定床の中を流れている間
に、溶存酸素や溶存炭酸ガスなどの溶存ガスが消費され
る反応系においては、固定床中に溶存ガスを供給するこ
とが難しいので、供給時における反応液中の溶存ガス分
のみを反応に関与させることができるに過ぎず、固定床
の流路を長く設定することができないという欠点もあっ
た。特に、固定床内で細胞を培養しようとすると、好気
性の培養では酸素が制限要素になることが多かった。
In a reaction system in which a dissolved gas such as dissolved oxygen or dissolved carbon dioxide is consumed while the reaction solution flows through the fixed bed, it is difficult to supply the dissolved gas into the fixed bed. Therefore, only the dissolved gas content in the reaction solution at the time of supply can be involved in the reaction, and there is also a disadvantage that the flow path of the fixed bed cannot be set long. Particularly, when trying to culture cells in a fixed bed, oxygen was often the limiting factor in aerobic culture.

【0005】一方、ガスの発生を伴う反応系において
も、固定床中にガスが溜まるので固定床を利用すること
が難しく、反応液の流速を高速にし過ぎると、生理活性
物質が下流へ移動し、ついには固定床から離脱すること
もあった。この典型的な例としては、動物細胞を担体に
固定しても、動物細胞が剥離し、移動してしまう現象が
ある。
On the other hand, even in a reaction system involving the generation of gas, it is difficult to use the fixed bed because the gas accumulates in the fixed bed. If the flow rate of the reaction solution is too high, the physiologically active substance moves downstream. Eventually, she detached from the fixed bed. As a typical example, there is a phenomenon that even if the animal cells are fixed to the carrier, the animal cells are detached and move.

【0006】その他の従来例としては、円板状回転体に
微生物を固定し、該回転体の一部又は全部を反応液に浸
漬するものがあり、排水処理などで用いられているが、
回転体の表面しか反応に与らないという欠点がある上、
回転体に固定した微生物に厚みがあっても、厚み方向に
は液が供給されず表面のみが反応するという欠点もあ
る。
As another conventional example, there is one in which microorganisms are fixed to a disk-shaped rotating body, and a part or all of the rotating body is immersed in a reaction solution.
In addition to the disadvantage that only the surface of the rotating body affects the reaction,
Even if the microorganism fixed to the rotating body has a thickness, there is also a disadvantage that the liquid is not supplied in the thickness direction and only the surface reacts.

【0007】また、上記従来例においては、回転体の表
面に反応液及び酸素を供給するために、生理活性物質を
固定した円板を液面に対して垂直に立て、その一部を培
地に浸漬して回転させており、例えば直径10cm程度
の円板を60rpm程度で回転させているが、遠心力を
利用するという発想はなく、周速度が小さいために遠心
力が小さく、このため、反応液は回転体の厚み方向へは
拡散で移動するに留まっていた。
Further, in the above-mentioned conventional example, in order to supply a reaction solution and oxygen to the surface of a rotating body, a disk on which a physiologically active substance is fixed is set upright to the liquid surface, and a part of the disk is placed in a culture medium. For example, a disk having a diameter of about 10 cm is rotated at about 60 rpm. However, there is no idea of using centrifugal force, and the centrifugal force is small because the peripheral speed is small. The liquid was only moved by diffusion in the thickness direction of the rotating body.

【0008】更に、生理活性物質を固定した担体を収納
した籠を反応液中に配置し、当該籠内に反応液を供給す
る手段を備えたものも用いられているが、籠の網の目を
担体より小さくする必要があるので、目詰まりの原因に
なったり、反応液の流速の制限因子になってしまうこと
がある。また、籠の内部の担体の様子が見えないこと、
及び担体を無菌的にサンプリングしにくいことも欠点と
して挙げられていた。
Further, there is also used a basket in which a carrier containing a physiologically active substance immobilized therein is disposed in a reaction solution and a means for supplying the reaction solution into the basket is used. Is required to be smaller than the carrier, which may cause clogging and may become a limiting factor of the flow rate of the reaction solution. Also, the appearance of the carrier inside the basket cannot be seen,
In addition, it has been pointed out that it is difficult to aseptically sample the carrier.

【0009】一方、動物細胞培養装置では、動物細胞の
担体を二重円筒状網体にはさまれた部分に収納し、外側
の円筒から内側の円筒に向かって、放射状に反応液を供
給する装置が実用化されているが、上述した籠を備えた
装置の場合と同様の欠点の他、細胞を播種する際に、上
記部分の全体に亘って均一に播種するのが難しいという
欠点もあった。これは網体又は籠に担体を収納している
ことが原因であると考えられる。
On the other hand, in an animal cell culture apparatus, a carrier for animal cells is accommodated in a portion sandwiched between double cylindrical meshes, and a reaction solution is supplied radially from an outer cylinder to an inner cylinder. Although the device has been put into practical use, in addition to the same drawbacks as in the case of the above-described device provided with a cage, there is also a drawback in that when seeding cells, it is difficult to seed cells uniformly over the entire portion. Was. This is considered to be due to the fact that the carrier is housed in the net or basket.

【0010】本発明は、上述した従来技術における種々
の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、固定された生理活性物質全体に反応液を適切に
供給し、更に、溶存ガスも供給可能な装置及び方法を提
供することにある。また特に、動物細胞の培養におい
て、細胞濃度を高めた場合や、生体組織のように細胞が
密な場合には、各細胞に基質、反応液及び溶存酸素を供
給することが難しいが、本発明は、これを克服して、高
密度の動物細胞の培養や生体組織の維持・増殖を可能に
するものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned various problems in the prior art, and it is an object of the present invention to appropriately supply a reaction solution to the entire immobilized physiologically active substance and further dissolve the reaction solution. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method capable of supplying a gas. Particularly, in the case of culturing animal cells, it is difficult to supply a substrate, a reaction solution and dissolved oxygen to each cell when the cell concentration is increased or when cells are dense as in a living tissue. Overcomes this problem and enables the cultivation of high-density animal cells and the maintenance and growth of living tissues.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意検討した結果、生理活性物質を固定して
回転させ、反応液を遠心力で固定板の外方に移動させる
ことによって生理活性物質近傍の反応液を排除し、この
ように反応液を排除しながら又は排除した後に、新鮮な
反応液を供給することにより、また、回転速度や回転方
向を変化させることにより、生理活性物質、特に生体組
織の内部に含まれる反応液に負荷される力を調整して外
部に排出させ、そこへ新鮮な反応液を供給することなど
によって、上記課題が解決されることを見出し、本発明
を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that a physiologically active substance is fixed and rotated, and a reaction solution is moved to the outside of a fixing plate by centrifugal force. The reaction solution in the vicinity of the physiologically active substance is eliminated by supplying a fresh reaction solution while or after eliminating the reaction solution, and by changing the rotation speed and the rotation direction, Active substance, particularly adjusting the force applied to the reaction solution contained in the living tissue, and discharging the reaction solution to the outside, and finding that the above-mentioned problem can be solved by supplying a fresh reaction solution thereto, The present invention has been completed.

【0012】即ち、本発明の生化学反応装置は、生理活
性物質が固定される固定板と、この生理活性物質に供給
される反応液及び上記固定板を収容するハウジングと、
上記固定板を回動ないしは首振り運動させて上記生理活
性物質近傍の反応液を排除し得る遠心力を生じさせる回
動手段と、を備えることを特徴とする。
That is, the biochemical reaction device of the present invention comprises a fixing plate on which a physiologically active substance is fixed, a housing for accommodating a reaction solution supplied to the physiologically active substance and the fixing plate,
A rotating means for rotating or swinging the fixing plate to generate a centrifugal force capable of removing a reaction solution near the physiologically active substance.

【0013】また、本発明の生化学反応装置の好適形態
は、上記固定板の回転軸近傍に上記反応液を供給する反
応液供給手段を備えることを特徴とする。更に、本発明
の生化学反応装置の好適形態は、上記回動手段の回動な
いし首振り運動の速度及び/又は運動方向を周期的に変
更できる可変機構を備えることを特徴とする。
Further, a preferred embodiment of the biochemical reaction apparatus according to the present invention is characterized in that a reaction liquid supply means for supplying the reaction liquid is provided near the rotation axis of the fixed plate. Further, a preferred embodiment of the biochemical reaction device of the present invention is characterized in that the biochemical reaction device is provided with a variable mechanism capable of periodically changing the speed and / or the direction of the turning or swinging movement of the turning means.

【0014】また、本発明の生化学反応装置の他の好適
形態は、上記固定板が、連続気泡を有する多孔質体であ
ることを特徴とする。更に、他の好適形態は、上記多孔
質の固定板が、他の円板の上面に固定されていることを
特徴とする。また、他の好適形態は、上記生理活性物質
又は多孔質固定板と接触する通液性のスペーサを更に付
加して成ることを特徴とする。更にまた、他の好適形態
は、上記多孔質固定板は、上面及び外壁部が気相に露出
した状態で上記反応液に浸漬されていることを特徴とす
る。
Further, another preferred embodiment of the biochemical reaction apparatus of the present invention is characterized in that the fixing plate is a porous body having open cells. Further, another preferred embodiment is characterized in that the porous fixing plate is fixed to an upper surface of another disk. Further, another preferred embodiment is characterized in that a liquid-permeable spacer that is in contact with the physiologically active substance or the porous fixing plate is further added. Still another preferred embodiment is characterized in that the porous fixing plate is immersed in the reaction solution with the upper surface and the outer wall exposed to the gas phase.

【0015】更にまた、本発明の生化学反応装置の更に
他の好適形態は、上記固定板に固定された生理活性物質
が、その一部を気相に露出した状態で上記反応液に浸漬
されていることを特徴とする。また、他の好適形態は、
上記ハウジングの内側底面縁部に、反応液集液樋を有す
ることを特徴とし、この場合、この反応液集液樋は、上
記ハウジング外に設けた反応液調整槽を介して上記反応
液供給手段と連通していることが好ましい。更に、他の
好適形態は、上記固定板の水平面に対する設置角度が可
変であることを特徴とする。また、他の好適形態は、上
記生理活性物質が生体組織であり、上記反応液が培養液
であることを特徴とする。
Still another preferred embodiment of the biochemical reaction apparatus of the present invention is that a physiologically active substance fixed on the fixing plate is immersed in the reaction solution with a part thereof exposed to the gas phase. It is characterized by having. Also, another preferred form is
A reaction liquid collecting gutter is provided on an inner bottom surface edge of the housing. In this case, the reaction liquid collecting gutter is connected to the reaction liquid supply means via a reaction liquid adjusting tank provided outside the housing. Preferably it is in communication with Further, another preferred embodiment is characterized in that an installation angle of the fixed plate with respect to a horizontal plane is variable. In another preferred embodiment, the physiologically active substance is a living tissue, and the reaction solution is a culture solution.

【0016】本発明の生化学反応方法は、生理活性物質
を固定した固定板を回動ないしは首振り運動させて遠心
力を生じさせ、これにより、上記生理活性物質近傍の反
応液を排除し、上記生理活性物質に反応液を供給するこ
とを特徴とする。
In the biochemical reaction method of the present invention, the fixing plate on which the physiologically active substance is fixed is rotated or swung to generate a centrifugal force, thereby eliminating the reaction liquid near the physiologically active substance. The method is characterized in that a reaction liquid is supplied to the physiologically active substance.

【0017】また、本発明の生化学反応方法の好適形態
は、上記固定板の回転数、上記反応液の供給速度及び/
又は抜取速度、上記反応液の量のうちの少なくとも1つ
を調整して、上記固定板に固定された生理活性物質が、
その一部を気相に露出した状態で上記反応液に浸漬され
るようにすることを特徴とする。
In a preferred embodiment of the biochemical reaction method of the present invention, the rotation speed of the fixed plate, the supply speed of the reaction solution, and / or
Or the withdrawal speed, by adjusting at least one of the amount of the reaction solution, the physiologically active substance fixed to the fixing plate,
It is characterized in that a part thereof is immersed in the reaction solution in a state of being exposed to the gas phase.

【0018】[0018]

【作用】本発明においては、生理活性物質を固定板に固
定し、これを回動ないしは首振り運動させて、生理活性
物質に含まれていたりその近傍に存在する反応液を遠心
力により固定板の外方へ排出し、固定板に再び新鮮な反
応液を供給することにした。よって、かかる新鮮な反応
液が生理活性物質に十分に供給され、生理活性物質が比
較的厚いものであっても、その厚み方向へも反応液が十
分に供給される。
In the present invention, a physiologically active substance is fixed to a fixing plate, and this is rotated or swung to move a reaction solution contained in or near the physiologically active substance by centrifugal force. And the fresh reaction solution was supplied to the fixed plate again. Therefore, such a fresh reaction liquid is sufficiently supplied to the physiologically active substance, and even when the physiologically active substance is relatively thick, the reaction liquid is sufficiently supplied also in the thickness direction.

【0019】また、本発明においては、上記固定板を回
動等させる回動手段の回動ないしは首振り運動の速度や
運動方向を変更することが可能であり、かかる速度変化
などにより当該運動の加速度を変化させて、生理活性物
質の近傍や内部の反応液に加わる力を変化させることも
できる。これにより、生理活性物質、特に生体組織の近
傍や内部に含まれている反応液を生体組織外の新鮮な反
応液と交換することができる。即ち、生体組織近傍や内
部の反応液は加速度変化によって外部に排出されるが、
この排出によって生じた生体組織近傍や内部の空所に
は、外部の新鮮な反応液が容易に供給される。なお、か
かる供給は反応液を外部に排出してから、又は外部に排
出するのと同時に行われる。
Further, in the present invention, it is possible to change the speed or direction of the turning or swinging motion of the turning means for turning the fixed plate or the like. By changing the acceleration, the force applied to the reaction solution near or inside the physiologically active substance can also be changed. Thereby, the physiologically active substance, in particular, the reaction solution contained near or inside the living tissue can be exchanged for a fresh reaction solution outside the living tissue. That is, the reaction liquid near or inside the living tissue is discharged to the outside due to a change in acceleration,
An external fresh reaction solution is easily supplied to the vicinity of or inside the living tissue generated by this discharge. Note that the supply is performed after the reaction liquid is discharged to the outside or at the same time when the reaction liquid is discharged to the outside.

【0020】更に、かかる運動速度や運動方向の変更に
より、生理活性物質内部おける反応液の流れの大きさ及
び方向を変更することができるので、反応液を生理活性
物質内部に均一に供給することが可能である。なお、こ
のような反応液の排出・供給、及び流速と流れ方向の変
更は、低速運動−高速運動の相互間のみならず、運動状
態−静止状態の相互間、及び右旋運動−左旋運動の相互
間などのような運動方向が逆の運動相互間においても、
行うことができる。
Further, by changing the movement speed and the movement direction, the size and direction of the flow of the reaction solution inside the physiologically active substance can be changed, so that the reaction solution can be uniformly supplied into the physiologically active substance. Is possible. The discharge / supply of the reaction solution and the change of the flow rate and the flow direction are performed not only between the low-speed motion and the high-speed motion, but also between the motion state and the stationary state, and between the right-hand motion and the left-hand motion. Even between movements with opposite movement directions, such as between each other,
It can be carried out.

【0021】また、本発明においては、上記運動加速度
を適切に小さくし又はゼロとすることにより、生理活性
物質と内部に含まれる反応液との相対速度を小さくし又
はゼロとすることができる。よって、従来の培養におい
ては、植物細胞や動物細胞が培養液流に連続的に曝され
て剪断力を受け続け、当該細胞が損傷を被ることがあっ
たが、本発明では、かかる損傷を回避することができ
る。
Further, in the present invention, the relative velocity between the physiologically active substance and the reaction solution contained therein can be reduced or set to zero by appropriately reducing or setting the kinetic acceleration to zero. Therefore, in the conventional culture, plant cells and animal cells were continuously exposed to the culture solution stream and continued to receive a shearing force, and the cells were sometimes damaged. In the present invention, such damage was avoided. can do.

【0022】また、固定板の形状を円板状又はドーナツ
状とすれば、回動等を円滑に行うことができる。更に、
固定板を連続気泡を有する多孔質体から形成して多孔質
担体としてもよく、この場合、生理活性物質をかかる多
孔質担体の内部に担持しても、反応液は十分に供給され
る。また、多孔質担体がドーナツ状の場合には、固定板
の中央部に供給される反応液が、ドーナツ状多孔質担体
の内周壁部からも担体内部に供給されるので、いっそう
良好な反応液供給を行うことができる。更に、かかる多
孔質の固定板を、適当な剛性を有する他の円板の上面に
固定することも可能であり、これによって、多孔質固定
板を構造的に補強することができる。更にまた、生理活
性物質や多孔質固定板と接触する通液性のスペーサを更
に付加すれば、生理化性物質に反応液を供給し易くな
る。
Further, if the shape of the fixing plate is a disk shape or a donut shape, rotation and the like can be performed smoothly. Furthermore,
The fixing plate may be formed of a porous body having open cells to form a porous carrier. In this case, even if a physiologically active substance is carried inside the porous carrier, the reaction solution is sufficiently supplied. Further, when the porous carrier is in the form of a donut, the reaction liquid supplied to the central portion of the fixed plate is also supplied to the inside of the carrier from the inner peripheral wall of the donut-shaped porous carrier. Supply can be made. Further, such a porous fixing plate can be fixed to the upper surface of another disk having appropriate rigidity, whereby the porous fixing plate can be structurally reinforced. Furthermore, if a liquid-permeable spacer that comes into contact with the physiologically active substance or the porous fixing plate is further added, the reaction liquid can be easily supplied to the physiologically active substance.

【0023】また、本発明においては、上記固定板に固
定された生理活性物質の一部を気相に曝した状態で反応
液に浸漬して、生化学反応を実施することができ、この
ように生理活性物質の一部を気相に接触させておけば、
反応液中に全没して配置した場合に比し、生理活性物質
内の反応液流速を増大することができ、反応液をいっそ
う排出し易くなるとともに、露出している生理活性物質
の一部から各種ガスを吸収させ又は放出させることがで
きる。なお、固定板が多孔質であり、生理活性物質がこ
の多孔質固定板の内部に担持されている場合、多孔質固
定板を上面と外壁部が気相に露出した状態で反応液に浸
漬して、生化学反応を行うことができ、かかる構成によ
って、多孔質固定板内を流れる反応液の流速を増大でき
る。また、上述のような生理活性物質の一部及び/又は
多孔質固定板の上面と外壁部の気相への露出は、固定板
の回転数、反応液の供給速度及び/又は抜取速度、反応
液の使用量のうちの少なくとも1つを調整することによ
り、行うことができる。
In the present invention, a part of the physiologically active substance fixed on the fixing plate can be immersed in a reaction solution in a state of being exposed to a gas phase to carry out a biochemical reaction. If some of the physiologically active substances are brought into contact with the gas phase,
The flow rate of the reaction solution in the physiologically active substance can be increased as compared with the case where the reaction liquid is completely immersed in the reaction liquid, and the reaction liquid can be more easily discharged, and a part of the exposed physiologically active substance can be obtained. Various gases can be absorbed or released from. When the fixing plate is porous and a physiologically active substance is supported inside the porous fixing plate, the porous fixing plate is immersed in the reaction solution with the upper surface and the outer wall exposed to the gas phase. Thus, a biochemical reaction can be performed, and with such a configuration, the flow rate of the reaction solution flowing in the porous fixed plate can be increased. In addition, the exposure of a part of the physiologically active substance and / or the upper surface and the outer wall of the porous fixing plate to the gas phase as described above depends on the rotation speed of the fixing plate, the supply and / or withdrawal speed of the reaction solution, and the reaction rate. The adjustment can be performed by adjusting at least one of the usage amounts of the liquid.

【0024】更に、本発明においては、反応液及び固定
板を収容するハウジングの内側底面縁部に、反応液集液
樋を設けることが可能であり、固定板の回動等により外
方に放出された反応液は、この反応液集液樋に集められ
るが、ここから反応液を適当に抜き取り、ハウジング外
に付加した反応液調整槽に送り、成分を調整した後にハ
ウジング内に戻せば、少量の反応液であっても生理活性
物質に効率的且つ連続的に供給することができる。
Further, in the present invention, it is possible to provide a reaction liquid collecting gutter on the inner bottom edge of the housing for accommodating the reaction liquid and the fixing plate, and discharge the liquid outward by rotating the fixing plate. The reaction solution thus collected is collected in the reaction solution collection gutter. The reaction solution is appropriately extracted from the reaction solution collection tube, sent to a reaction solution adjustment tank added outside the housing, and after adjusting the components, returned into the housing. Can be efficiently and continuously supplied to the physiologically active substance.

【0025】また、上記固定板の水平面に対する設置角
度を可変とすることが可能であり、かかる構成により、
生理活性物質を固定化するのに便利であるとともに、上
記集液樋を流れる反応液の流速を容易に調整することが
できる。更にまた、生理活性物質、特に各種細胞を播種
する際やその培養の初期には、固定板を水平に保持して
回転させず、その後に細胞が生育して細胞濃度が高くな
り、反応液の供給が不足し出したら、固定板を回転さ
せ、細胞に反応液を十分に供給させる、という培養手法
を採ることもできる。
Further, it is possible to change the installation angle of the fixed plate with respect to the horizontal plane.
This is convenient for immobilizing the physiologically active substance, and can easily adjust the flow rate of the reaction solution flowing through the collecting trough. Furthermore, when seeding a physiologically active substance, in particular, various cells, and at the beginning of the culture, the fixing plate is kept horizontal and not rotated, and thereafter the cells grow and the cell concentration increases, and the If the supply becomes insufficient, a culturing method of rotating the fixing plate to sufficiently supply the reaction solution to the cells may be employed.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照しな
がら若干の好適実施形態により詳細に説明する。本発明
においては、生理活性物質、即ち酵素や補酵素等の生物
に由来する活性物質、又は微生物、植物及び動物細胞等
の生細胞又は生体組織等の生理活性を有する物質を、上
記固定板に固定して用いる。なお、かかる生理活性物質
が生体組織のようにある程度の広さを有する場合には、
固定板に面を接して固定(展着)してもよく、また、固
定板が連続気泡を有する多孔質の場合には、その内部や
表面に全体に分散固定してもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with some preferred embodiments with reference to the drawings. In the present invention, a physiologically active substance, that is, an active substance derived from an organism such as an enzyme or a coenzyme, or a substance having a physiological activity such as a living cell or a living tissue such as a microorganism, a plant or an animal cell, is added to the fixed plate. Use fixed. In addition, when such a physiologically active substance has a certain size like a living tissue,
The fixed plate may be fixed (spread) in contact with the surface, or when the fixed plate is porous having open cells, it may be dispersed and fixed to the entire inside or surface thereof.

【0027】(実施形態1)図1に、本発明の生化学反
応装置の一実施形態を示す。同図において、この生化学
反応装置1の反応液槽2は、有底円筒状に形成されてお
り、その内部には反応液が収容されている。この反応液
槽2の中央部には、軸受3が設けられており、後述する
軸4を支持している。なお、反応液としては、例えば、
生理活性物質が生細胞の場合には、培養液が用いられ
る。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows an embodiment of the biochemical reaction apparatus of the present invention. In FIG. 1, a reaction solution tank 2 of this biochemical reaction device 1 is formed in a bottomed cylindrical shape, and a reaction solution is accommodated therein. A bearing 3 is provided at the center of the reaction solution tank 2 and supports a shaft 4 described later. In addition, as a reaction liquid, for example,
When the physiologically active substance is a living cell, a culture solution is used.

【0028】円板5は、セラミックスで形成された多孔
質円板であって、底面中央部に軸4を備え、この軸4は
上記軸受3によって支持されている。そして、この円板
5の上面には、固定板の一例であって、ドーナツ状に形
成され、連続気泡を有する多孔質担体6が固定されてい
る。
The disk 5 is a porous disk made of ceramics and has a shaft 4 at the center of the bottom surface. The shaft 4 is supported by the bearing 3. On the upper surface of the disk 5, a porous carrier 6, which is an example of a fixed plate and has a donut shape and has open cells, is fixed.

【0029】多孔質担体6は、生理活性物質を固定する
機能と、反応液を通過させる機能を有すれば、素材や形
態は限定されるものではなく、例えば、セラミックス、
ガラス、金属、セルロース、プラスチックス、ゼラチ
ン、ゼオライトやシリカゲルに代表される無機化合物等
やこれらを組み合わせたもの、更にこれらを基材として
コラーゲンや各種のイオン交換機能を有する成分を結合
させたもの等を使用できる。
The material and form of the porous carrier 6 are not limited as long as it has a function of immobilizing a physiologically active substance and a function of passing a reaction solution.
Inorganic compounds such as glass, metal, cellulose, plastics, gelatin, zeolite and silica gel and the like, and combinations thereof. Further, those using these as a base material and binding collagen and components having various ion exchange functions, etc. Can be used.

【0030】また、多孔質担体6としては、担体の素材
そのものが連続気泡を有する多孔質体であってもよい
し、複数の担体が集合することにより連続気泡を有する
多孔質担体6を形成してもよい。例えば、連続気泡を有
するウレタンのように、素材自身が多孔質であってもよ
いし、焼結したガラス球のように孔を有しない複数の担
体が集合することにより、連続気泡を有する多孔質担体
6を形成してもよい。
As the porous carrier 6, the carrier material itself may be a porous body having open cells, or a plurality of carriers may be aggregated to form the porous carrier 6 having open cells. You may. For example, the material itself may be porous, such as urethane having open cells, or a plurality of carriers having no pores, such as sintered glass spheres, may be aggregated to form a porous material having open cells. The carrier 6 may be formed.

【0031】なお、生理活性物質として、接着性を有す
る細胞や組織を用いる場合には、上記多孔質担体6が接
着の足場になることが望ましい場合があり、これによっ
て多孔質担体6の内部において細胞や組織が増殖するこ
とができる。
When an adhesive cell or tissue is used as the physiologically active substance, it may be desirable that the porous carrier 6 serves as a scaffold for adhesion. Cells and tissues can proliferate.

【0032】図1において、円板5の下面には、円板状
の磁石7が固定されている。また、反応液槽2の底面を
挟んで磁石7に対向する位置には、円板8に固定された
円板状の駆動用磁石9が配置されており、この駆動用磁
石9はモーター10によって回転可能に構成されてい
る。
In FIG. 1, a disk-shaped magnet 7 is fixed to the lower surface of the disk 5. A disk-shaped drive magnet 9 fixed to a disk 8 is disposed at a position facing the magnet 7 with the bottom surface of the reaction solution tank 2 interposed therebetween. It is configured to be rotatable.

【0033】反応液槽2の蓋11には、反応液抜き取り
ノズル12及び液供給ノズル13が密封貫通して固定さ
れており、各々の末端は反応液中及び円板5の中央部上
方に位置する。
A reaction liquid extraction nozzle 12 and a liquid supply nozzle 13 are hermetically sealed and fixed to the lid 11 of the reaction liquid tank 2, and each end is located in the reaction liquid and above the center of the disk 5. I do.

【0034】更に、反応液を抜き取り、円板5の中央部
に供給するためのポンプ14が、反応液抜き取りノズル
12と液供給ノズル13との間に配置されている。
Further, a pump 14 for extracting the reaction liquid and supplying it to the center of the disk 5 is disposed between the reaction liquid extraction nozzle 12 and the liquid supply nozzle 13.

【0035】なお、本実施形態においては、円板5を軸
受3によって支持された軸4を介して回転させている
が、円板5の外周付近の下面に接触させた図示しないコ
ロを回転させて円板を回転させる構成等種々の機構を利
用することができる。
In the present embodiment, the disk 5 is rotated via the shaft 4 supported by the bearing 3, but the roller (not shown) which is brought into contact with the lower surface near the outer periphery of the disk 5 is rotated. Various mechanisms can be used, such as a configuration in which the disc is rotated.

【0036】次に、上記構成を有する生化学反応装置1
の動作について説明する。まず、モーター10によっ
て、円板8に固定された駆動用磁石9を回転させ、これ
によって、反応液槽2の内部に位置する円板5を回転さ
せると、反応液槽2の中の反応液は、円板5及び多孔質
担体6の外周方向へ移動し、多孔質担体6の中央部の反
応液15が排除される。
Next, the biochemical reaction apparatus 1 having the above configuration
Will be described. First, the driving magnet 9 fixed to the disk 8 is rotated by the motor 10, whereby the disk 5 positioned inside the reaction liquid tank 2 is rotated. Moves toward the outer periphery of the disk 5 and the porous carrier 6, and the reaction solution 15 at the center of the porous carrier 6 is eliminated.

【0037】次に、ポンプ14を駆動して、円板5及び
多孔質担体6の外周方向へ移動した反応液を円板5の中
央部へ戻すと、反応液を循環使用することができる。こ
こで、ポンプ14による反応液の還流量、円板5の回転
数及び多孔質担体6を適宜選定すれば、浸漬に関与す
る、換言すれば多孔質担体6に含まれる反応液の量を調
整することができ、これにより、多孔質担体6の上面と
外周壁部を気相に接触させたまま、他の部分を反応液に
浸漬させておくことができる。
Next, when the pump 14 is driven to return the reaction solution moved in the outer peripheral direction of the disk 5 and the porous carrier 6 to the center of the disk 5, the reaction solution can be circulated. Here, if the amount of reflux of the reaction solution by the pump 14, the rotation speed of the disk 5, and the porous carrier 6 are appropriately selected, the amount of the reaction solution involved in the immersion, in other words, the amount of the reaction solution contained in the porous carrier 6 is adjusted. This allows the other portion to be immersed in the reaction liquid while keeping the upper surface of the porous carrier 6 and the outer peripheral wall in contact with the gas phase.

【0038】その結果、溶存気体が反応に関与する場合
には、気相のガス組成を調節することによって多孔質担
体6の上面の反応液を介して溶存気体を反応液に供給す
ることができる。また反応中に気体が発生すると、気体
は容易に気相に拡散するので、反応液の供給を阻害する
ことはない。ここで、ポンプ14を用いた還流システム
は必ずしも必要ではなく、遠心力によって多孔質担体6
の内部の液を外周方向へ振り出した後、回転を緩やかに
するか又は停止して、反応液を再び含浸させてもよい。
As a result, when the dissolved gas participates in the reaction, the dissolved gas can be supplied to the reaction solution via the reaction solution on the upper surface of the porous carrier 6 by adjusting the gas composition of the gas phase. . In addition, when gas is generated during the reaction, the gas easily diffuses into the gas phase, so that the supply of the reaction solution is not hindered. Here, the reflux system using the pump 14 is not always necessary, and the porous carrier 6 is not centrifuged by centrifugal force.
After the liquid inside the container is spun in the outer peripheral direction, the rotation may be slowed or stopped, and the reaction liquid may be impregnated again.

【0039】次に、上述した本実施形態の生化学反応装
置を、接着性動物細胞を培養する系に適用した例につい
て説明する。
Next, an example in which the above-described biochemical reaction device of the present embodiment is applied to a system for culturing adherent animal cells will be described.

【0040】まず、連続気泡を有する多孔質担体6とし
て、多孔質セルロースを円板状ガラス平板の上に張り付
け、更にガラス平板を円板5に固定し、反応液としての
培養液を多孔質担体6の上面が浸漬されるまで反応液槽
2に供給した。そして、多孔質担体6が静止した状態
で、その上面に種細胞をなるべく均一に播種し、一旦静
置して細胞が接着してから回転させて培養した。
First, as a porous carrier 6 having open cells, porous cellulose was stuck on a disk-shaped glass plate, and the glass plate was further fixed to the disk 5, and a culture solution as a reaction solution was added to the porous carrier. 6 was supplied to the reaction solution tank 2 until the upper surface was immersed. Then, in a state where the porous carrier 6 was stationary, seed cells were seeded as uniformly as possible on the upper surface of the porous carrier 6.

【0041】この際、回転数は、通常遠心力の影響がな
い程度、即ち多孔質担体内部の液の入れ換わりが生じな
いほど緩徐に回転し、担体内の培地を交換する場合のみ
高速回転するように制御した。ポンプ14は作動させ
ず、且つ必要に応じて培地を交換したところ、多孔質担
体6の体積あたりの細胞数が10/cm以上に高密
度化した。なお、この場合、気相に酸素を付加した空気
を用いると溶存酸素不足を補うことができる。
At this time, the number of rotations is usually such that there is no influence of the centrifugal force, that is, the rotation speed is so slow that the liquid inside the porous carrier is not replaced, and the rotation speed is high only when the medium in the carrier is replaced. Was controlled as follows. When the pump 14 was not operated and the medium was replaced as needed, the number of cells per volume of the porous carrier 6 was increased to 10 8 / cm 3 or more. In this case, if air in which oxygen is added to the gas phase is used, the lack of dissolved oxygen can be compensated.

【0042】また、本実施形態では、ポンプ14を用い
て反応液を多孔質担体6の中心部付近に供給したが、多
孔質担体6の中心部付近に反応液を供給する手段として
は、多孔質担体6に対向しその中央部に穴17を有する
円板16(図1において1点鎖線で示す。)を、その外
周が反応液に浸漬されるように、且つ多孔質担体6と接
しないように配置してもよい。この場合、反応液は陰圧
になった多孔質担体6の中心部付近に還流されるが、反
応液の漏れを防ぐため、蓋11は反応液槽2の密封状態
を保持することが望ましい。
In this embodiment, the reaction liquid is supplied to the vicinity of the center of the porous carrier 6 by using the pump 14. A disk 16 (indicated by a dashed line in FIG. 1) opposed to the porous carrier 6 and having a hole 17 at the center thereof is placed so that its outer periphery is immersed in the reaction solution and does not contact the porous carrier 6. May be arranged as follows. In this case, the reaction solution is refluxed to the vicinity of the center of the porous carrier 6 under negative pressure. In order to prevent the reaction solution from leaking, it is desirable that the lid 11 keeps the reaction solution tank 2 hermetically sealed.

【0043】(実施形態2)図2は、本発明の生化学反
応装置の他の実施形態を示す断面図である。同図におい
て、この生化学反応装置20のハウジング21は、有底
円筒形の皿状に形成されている。また、このハウジング
21の内側底面の最外周部(縁部)には、反応液集液樋
22が形成されている。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the biochemical reaction apparatus of the present invention. In FIG. 1, a housing 21 of the biochemical reaction device 20 is formed in a bottomed cylindrical dish shape. A reaction liquid collecting gutter 22 is formed at the outermost peripheral portion (edge) of the inner bottom surface of the housing 21.

【0044】ガラス円板23は、ハウジング21の内部
に収容され、その上面には、多孔質固定板の一例である
多孔質担体24としてのドーナツ状連続気泡ウレタンが
固定されている。そして、この円板23の中心部には、
円板23の底面に対して垂直に延びる回転軸25が固定
されており、この回転軸25はハウジング21の底面を
密封貫通している。
The glass disk 23 is housed inside the housing 21. On the upper surface thereof, a donut-shaped open-cell urethane as a porous carrier 24 which is an example of a porous fixing plate is fixed. And in the center of this disk 23,
A rotating shaft 25 extending perpendicularly to the bottom surface of the disk 23 is fixed, and the rotating shaft 25 passes through the bottom surface of the housing 21 in a sealed manner.

【0045】ハウジング21は透明なカバー26に覆わ
れ、このカバー26を反応液供給ノズル27が密封貫通
している。ハウジング21、円板23、カバー26等は
水平面に対して30度傾斜しており、反応液集液樋22
の最も低い位置22aには、集液ノズル28がハウジン
グ21を密封貫通して取り付けられている。
The housing 21 is covered with a transparent cover 26, through which a reaction liquid supply nozzle 27 hermetically penetrates. The housing 21, the disk 23, the cover 26, and the like are inclined by 30 degrees with respect to the horizontal plane,
At the lowest position 22a, a liquid collection nozzle 28 is attached so as to pass through the housing 21 in a sealed manner.

【0046】なお、ハウジング21外には、集液ノズル
28を介してポンプ29で抜き取られた反応液を貯蔵・
成分調整するため調整槽30が設けられており、反応液
の一部を反応液供給ノズル27を介して再び円板23の
中心部付近に還流するためポンプ31も設けられてい
る。
The reaction liquid extracted by a pump 29 through a liquid collecting nozzle 28 is stored outside the housing 21.
An adjustment tank 30 is provided for adjusting the components, and a pump 31 is also provided for returning a part of the reaction solution to the vicinity of the center of the disk 23 again via the reaction solution supply nozzle 27.

【0047】次に、上記構成を有する本実施形態の生化
学反応装置20の動作について説明する。まず、多孔質
担体24に生理活性物質の一例としての酵素を固定す
る。そして、回転軸25を図示しないモーターで回転さ
せると、円板23に固定されている多孔質担体24が回
転する。
Next, the operation of the biochemical reaction device 20 of the present embodiment having the above-described configuration will be described. First, an enzyme as an example of a physiologically active substance is immobilized on the porous carrier 24. When the rotating shaft 25 is rotated by a motor (not shown), the porous carrier 24 fixed to the disk 23 rotates.

【0048】そして、反応液を調整槽30からポンプ3
1で抜き取り、多孔質担体24の中心部に連続的に供給
すると、供給された反応液は多孔質担体24の内周部に
到達し、次いで、多孔質担体24の中を遠心力で外周方
向へ移動し、最終的には外縁部に放出される。
Then, the reaction solution is supplied from the adjusting tank 30 to the pump 3.
1 and continuously supplied to the central portion of the porous carrier 24, the supplied reaction solution reaches the inner peripheral portion of the porous carrier 24, and then flows through the porous carrier 24 in the outer peripheral direction by centrifugal force. And eventually released to the outer edge.

【0049】この反応液は、ハウジング21の内側底面
縁部に形成された、傾斜した反応液収液樋22を通って
最も低い部分22aに集まるので、集められた反応液を
ポンプ29で抜き取って調整槽30に戻し、ここで適切
なPHや成分調整を行うことができる。なお、上記反応
液集液樋22の傾斜は、この反応液集液樋22を製造す
る際の便宜を考慮して、水平から60度以下とするのが
好適である。
The reaction liquid collects at the lowest portion 22 a through the inclined reaction liquid collecting gutter 22 formed at the inner bottom edge of the housing 21, and the collected reaction liquid is drawn out by the pump 29. The pH is returned to the adjustment tank 30, and appropriate pH and component adjustment can be performed here. The inclination of the reaction liquid collecting trough 22 is preferably not more than 60 degrees from horizontal in consideration of the convenience in manufacturing the reaction liquid collecting trough 22.

【0050】上記構成を有する生化学反応装置20で
は、反応液は多孔質担体24の中を遠心力で外周方向へ
移動する。また、多孔質担体24の上面と外周壁部は気
相に接しているので、気相とガス交換が可能でガスの供
給が可能であるとともに、多孔質担体24の中で発生し
たガスも容易に多孔質担体24の上面等から排出するこ
とができる。
In the biochemical reactor 20 having the above configuration, the reaction solution moves in the porous carrier 24 in the outer circumferential direction by centrifugal force. Further, since the upper surface and the outer peripheral wall of the porous carrier 24 are in contact with the gaseous phase, gas exchange with the gaseous phase is possible, and gas can be supplied. Can be discharged from the upper surface of the porous carrier 24.

【0051】ここで、ポンプ31の反応液供給量は、反
応液が多孔質担体24の内部だけではなく上面をも流れ
るように調整すると好適なことがある。即ち、多孔質担
体24では外周部分ほど大きな遠心力が働くため、かか
る外周部分では内側からの反応液供給によっては十分な
反応液が供給されず、従って陰圧領域を生ずるので、上
面からも反応液が供給され得るからである。
Here, it is sometimes preferable to adjust the supply amount of the reaction liquid from the pump 31 so that the reaction liquid flows not only inside the porous carrier 24 but also on the upper surface. That is, since a larger centrifugal force acts on the porous carrier 24 toward the outer peripheral portion, a sufficient reaction liquid is not supplied at the outer peripheral portion by the supply of the reaction liquid from the inside, and a negative pressure region is generated. This is because a liquid can be supplied.

【0052】なお、上記実施例においては、多孔質担体
6、24をドーナツ状に形成したが、円板状又は円盤状
等に形成してもよい。また、多孔質担体の一部に穴を開
けたり、隙間を開けたドーナツ状同心円等により多孔質
担体に空隙を設けておくと、その空隙部には多孔質担体
の上面から流れ込んだ新鮮な反応液が供給できるので、
反応流路を短くできる長所も生ずる。これは反応によっ
て生ずる老廃物の影響を避けるのに都合がよい。
In the above embodiment, the porous carriers 6 and 24 are formed in a donut shape, but may be formed in a disk shape or a disk shape. Also, if a hole is provided in the porous carrier by making a hole in a part of the porous carrier, or a donut-shaped concentric circle with a gap, etc., a fresh reaction flowing from the upper surface of the porous carrier into the cavity is provided. Since liquid can be supplied,
There is also an advantage that the reaction channel can be shortened. This is convenient to avoid the effects of waste products caused by the reaction.

【0053】また、円板5、23は、セラミックスで形
成した多孔質円板に限定されるものではなく、孔を有し
ないガラス円板を使用してもよく、円板5、23として
通液性を有さないものを使用する方が、多孔質担体6、
24を構造的に補強することができ、反応液を供給する
際に便利である。
The discs 5 and 23 are not limited to porous discs formed of ceramics, but may be glass discs having no holes. It is better to use one having no properties,
24 can be reinforced structurally, which is convenient when supplying the reaction solution.

【0054】なお、上記2つの実施形態においては、連
続気泡を有する多孔質担体6に固定した生理活性物質に
反応液を供給する装置について説明したが、更に、必要
によっては反応に供する気体を反応液槽2又はハウジン
グ21内に供給できる構成、及びこの反応によって発生
した気体を除去する構成を付加することも可能である。
In the above two embodiments, the apparatus for supplying the reaction solution to the physiologically active substance fixed on the porous carrier 6 having open cells has been described. It is also possible to add a configuration that can be supplied into the liquid tank 2 or the housing 21 and a configuration that removes gas generated by this reaction.

【0055】また、肝臓等の組織では、複数種の細胞が
影響しあって機能していることが知られているが、複数
種の細胞を同時に培養して元の組織と同じ比率にするこ
とは難しいので、複数種の細胞を複数の多孔質担体に接
着してそれぞれ培養しておき、これを後に重ね合わせて
用いるとよい。
It is known that in a tissue such as a liver, a plurality of types of cells are affected and function, but it is necessary to culture a plurality of types of cells simultaneously to have the same ratio as the original tissue. Therefore, it is preferable to adhere a plurality of types of cells to a plurality of porous carriers and culture them, and to use them afterwards.

【0056】(実施形態3)図3は、本発明の生化学反
応装置の更に他の実施形態を示す概略断面図である。こ
の生化学反応装置においては、着脱可能な上蓋41を有
する有底円筒容器42に、培地(培養液)47と円板状
固定板43が収容されており、この固定板43の下面中
央部には回転軸44が取り付けられており、この軸44
は容器43の底面を密封貫通し、図示しない回転手段に
連結されている。
(Embodiment 3) FIG. 3 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the biochemical reaction apparatus of the present invention. In this biochemical reaction apparatus, a medium (culture solution) 47 and a disc-shaped fixing plate 43 are accommodated in a bottomed cylindrical container 42 having a detachable upper lid 41. Has a rotating shaft 44 attached thereto.
Is sealed through the bottom of the container 43 and is connected to rotating means (not shown).

【0057】また、上記円板状固定板43の上面には、
複数個の生体組織切片45が展着され、更に網46で該
上面に押圧されて固定されている。また、組織切片45
は大部分が培地47に浸漬されているが、その上面は気
相に露出していてもよい。なお、容器42の内側上縁部
には、中央部側に延在する円周状のひさし42aが設け
られている。また、培地47は、培地出口のズル48及
びポンプ49を介して反応液調整槽の一例である培地貯
槽50に送出され、ポンプ51及び培地入り口52を介
して容器42に還流可能な構成となっている。
Further, on the upper surface of the disk-shaped fixing plate 43,
A plurality of living tissue sections 45 are spread, and further pressed and fixed to the upper surface by a net 46. In addition, the tissue section 45
Is mostly immersed in the culture medium 47, but its upper surface may be exposed to the gas phase. A circumferential eave 42a extending toward the center is provided on the inner upper edge of the container 42. Further, the culture medium 47 is sent to a culture medium storage tank 50 as an example of a reaction liquid adjustment tank via a culture medium outlet chisel 48 and a pump 49, and can be returned to the container 42 via a pump 51 and a culture medium inlet 52. ing.

【0058】次に、本実施形態の生化学反応装置の動作
につき説明する。この生化学反応装置では、図示しない
モータ及びその制御装置によって回転軸44が自動的に
停止、低速回転及び高速回転を繰り返すように制御され
ている。従って、固定板43に固定されている生体組織
切片45、特に内部に含まれる培地47等の液体は、か
かる停止、低速回転及び高速回転に応じて外力を受ける
ことになる。本実施形態では、組織切片内部に含まれる
液体に実質的に遠心力が及ばず、かかる液体が組織内部
を固定板43の外周側、即ち半径方向に移動することな
く、そのままの位置に留まっている回転運動を「低速回
転」とし、組織に損傷を与えることなく、上記液体が固
定板43の半径方向に移動して組織内部から排出される
回転運動を「高速回転」として制御した。
Next, the operation of the biochemical reaction device of this embodiment will be described. In this biochemical reaction apparatus, the rotation shaft 44 is controlled by a motor (not shown) and its control device so as to automatically stop and repeat the low-speed rotation and the high-speed rotation. Therefore, the living tissue section 45 fixed to the fixing plate 43, particularly the liquid such as the culture medium 47 contained therein, receives an external force according to the stop, the low-speed rotation, and the high-speed rotation. In the present embodiment, substantially no centrifugal force is exerted on the liquid contained in the tissue section, and such liquid stays in the same position without moving inside the tissue on the outer peripheral side of the fixing plate 43, that is, in the radial direction. The rotating motion in which the liquid moves in the radial direction of the fixed plate 43 and is discharged from the inside of the tissue without damaging the tissue is controlled as "high-speed rotation".

【0059】上記回転制御において、培地47は高速回
転時に組織切片45から排出され、固定板43の半径方
向に移動し、更には容器42の内周壁部付近に放出され
る。この際、組織切片45内部には、放出された培地4
7の分だけ空所ができ、この空所には、回転を停止又は
低速回転した際、新鮮な培地が十分に供給されることに
なる。この場合、高速回転を続行し過ぎると、組織切片
45が遠心力と培地の流れに長時間曝されて損傷を受け
ることがあるので、培地47が組織切片45から排出さ
れたら、停止又は低速回転を実施し、組織切片45を保
護することが望ましい。低速回転時には、培地入口52
から供給される培地が組織切片45に均一に供給され
る。なお、上記ひさし42aは、上述のように放出され
た培地が容器42と上蓋41との間隙から漏出するのを
防止する。
In the rotation control, the culture medium 47 is discharged from the tissue section 45 during high-speed rotation, moves in the radial direction of the fixing plate 43, and is discharged to the vicinity of the inner peripheral wall of the container 42. At this time, the released medium 4 is contained in the tissue section 45.
There is a void for seven, and when the rotation is stopped or rotated at a low speed, a fresh medium is sufficiently supplied. In this case, if the high-speed rotation is continued too much, the tissue section 45 may be damaged due to long-term exposure to the centrifugal force and the flow of the culture medium. To protect the tissue section 45. During low-speed rotation, the medium inlet 52
Is uniformly supplied to the tissue section 45. The eaves 42a prevent the medium released as described above from leaking from the gap between the container 42 and the upper lid 41.

【0060】(実施形態4)図4は、本発明の生化学反
応装置の他の実施形態を示す概略断面図である。この生
化学反応装置において、ハウジング60内には、底部を
密封貫通した回転軸62に固定された複数の円板61a
及び61bが配置され、これら円板上には、液体が流れ
易い粗な素材(通液性素材)で形成されたドーナツ状の
スペーサ63a〜63dと、生理活性物質を固定したド
ーナツ状多孔質担体64a〜64dとを積み重ねた組が
複数組固定され、培養液67に浸漬されている。また、
ハウジング60には、反応液引き抜きノズル65及び反
応液供給ノズル66が設けられている。
(Embodiment 4) FIG. 4 is a schematic sectional view showing another embodiment of the biochemical reaction apparatus of the present invention. In this biochemical reaction apparatus, a plurality of disks 61a fixed to a rotating shaft 62 having a bottom portion hermetically sealed therein are provided in a housing 60.
And 61b, on which a donut-shaped spacer 63a-63d formed of a coarse material (liquid-permeable material) through which a liquid easily flows, and a donut-shaped porous carrier on which a physiologically active substance is fixed A plurality of sets in which the layers 64a to 64d are stacked are fixed and immersed in the culture solution 67. Also,
The housing 60 is provided with a reaction liquid drawing nozzle 65 and a reaction liquid supply nozzle 66.

【0061】次に、本実施形態の作用につき説明する。
多孔質担体64に生理活性物質を予め固定しておき、図
4に示したようにスペーサ63とともに重ねて円板61
上に配置すると、スペーサ63は多孔質担体64よりも
内部を液体が流れ易い素材で形成されているので、多孔
質担体の両面(上面及び下面)から反応液を供給し易く
なるという利点が生ずる。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
A physiologically active substance is fixed on the porous carrier 64 in advance, and as shown in FIG.
When disposed above, the spacer 63 is formed of a material through which liquid flows more easily than the inside of the porous carrier 64, so that there is an advantage that the reaction liquid is easily supplied from both surfaces (upper surface and lower surface) of the porous carrier. .

【0062】また、回転軸62を図示しないモータによ
って適切な遠心力を生ずる回転数で回転させると、反応
液はハウジング60の内周壁部に集まり、多孔質担体内
部の反応液も排出される。そして、その後、回転を停止
又は低速にすると、再び反応液を供給することができ
る。この際、スペーサ63が配置されていれば、多孔質
担体の両面から反応液が供給され得るので、多孔質担体
の密度が高くなっても反応液が迅速に内部まで供給さ
れ、この結果、多孔質担体を厚くすることができる。更
に、本実施形態のような構成を採用すれば、複数の多孔
質担体を1つのハウジングに容易に収容することが可能
になるので、複数種の生理活性物質から生ずる反応生成
物の生産や大量の反応を行うのに有効である。
When the rotating shaft 62 is rotated by a motor (not shown) at a speed at which an appropriate centrifugal force is generated, the reaction solution collects on the inner peripheral wall of the housing 60, and the reaction solution inside the porous carrier is also discharged. Then, when the rotation is stopped or set to a low speed, the reaction liquid can be supplied again. At this time, if the spacer 63 is arranged, the reaction solution can be supplied from both sides of the porous carrier. Therefore, even if the density of the porous carrier becomes high, the reaction solution is quickly supplied to the inside, and as a result, The quality carrier can be thickened. Furthermore, if the configuration as in the present embodiment is adopted, a plurality of porous carriers can be easily accommodated in one housing, so that production of a large amount of reaction products generated from a plurality of types of physiologically active substances, It is effective to carry out the reaction of

【0063】以上のように、本実施形態の生化学反応装
置によれば、生体組織を痛めることなくその内部に十分
に培地を供給できるので、生体組織の維持や増殖が可能
になる。また、特に高速回転時には、組織切片45は、
上面等が部分的に気相に露出するので、生体組織内にガ
スを吸収させたり、生体組織内のガスを排出させたりす
ることも可能である。なお、低速回転時又は停止時に
は、生体組織全体が培地に浸漬されていても支障のない
ことが多い。
As described above, according to the biochemical reaction device of the present embodiment, a sufficient amount of medium can be supplied to the inside of a living tissue without damaging the living tissue, so that the living tissue can be maintained and grown. Also, particularly at high speed rotation, the tissue section 45
Since the upper surface or the like is partially exposed to the gas phase, it is also possible to absorb gas into the living tissue or discharge gas from the living tissue. At the time of low-speed rotation or stop, there is often no problem even if the whole living tissue is immersed in the medium.

【0064】以上、本発明を好適実施形態により詳細に
説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の開示の範囲内において種々の変形が
可能である。例えば、上記実施形態においては、固定板
を回転運動させたが、生理活性物質に外力を負荷でき、
その大きさや方向を適宜変更できれば十分であり、例え
ば、回動、首振り、上下・左右等の往復又はこれらの組
合せに係る運動であっても適用可能である。なお、この
ような外力の変更は、種々の加速度機構を付加すること
によって実現できる。
As described above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present disclosure. For example, in the above embodiment, the fixed plate is rotated, but an external force can be applied to the physiologically active substance,
It is sufficient that the size and direction can be appropriately changed. For example, the present invention can be applied to a movement related to a rotation, a swing, a reciprocation such as up and down, left and right, or a combination thereof. In addition, such a change of the external force can be realized by adding various acceleration mechanisms.

【0065】また、多孔質の固定板を多孔質セラミック
スのような剛体で形成すれば、円板5及び23は省略で
きる。なお、この場合、「多孔質材」とは、孔内部で生
理活性物質、細胞及び組織が維持又は培養可能な素材を
意味し、多孔質セラミックス、多孔質セルロース、多孔
質プラスチックスやこれらを生理活性物質に適合する成
分で被覆又は修飾した素材等を例示できる。更に、生体
組織等の生理活性物質としては、酵素や抗体のような生
体由来の物質も対象となり、1種のみならず複数種を同
時に固定可能であり、この場合、円板状固定板上への設
置位置を適宜変更すれば、負荷される遠心力に差異を設
けることが可能であり、上述した培養液等の反応液の排
出・供給を複数種の生理活性物質間で満足させることも
可能である。換言すれば、1つの生理活性物質の反応生
成物を他の生理活性物質に供給することも可能である。
If the porous fixing plate is formed of a rigid body such as porous ceramics, the disks 5 and 23 can be omitted. In this case, the “porous material” means a material capable of maintaining or culturing a physiologically active substance, cells and tissues inside the pores, and includes porous ceramics, porous cellulose, porous plastics, and physiologically active substances. Materials coated or modified with components compatible with the active substance can be exemplified. Further, as biologically active substances such as biological tissues, substances derived from living organisms such as enzymes and antibodies can also be used, and not only one kind but also a plurality of kinds can be fixed at the same time. It is possible to provide a difference in the applied centrifugal force by appropriately changing the installation position of, and it is also possible to satisfy the discharge / supply of the reaction solution such as the culture solution described above between a plurality of types of physiologically active substances. It is. In other words, the reaction product of one physiologically active substance can be supplied to another physiologically active substance.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、生理活性物質を固定して回転させ、反応液を遠心力
で固定板の外方に移動させることによって生理活性物質
近傍の反応液を排除し、このように反応液を排除しなが
ら又は排除した後に、新鮮な反応液を供給することによ
り、また、回転速度や回転方向を変化させることによ
り、生理活性物質、特に生体組織の内部に含まれる反応
液に負荷される力を調整して外部に排出させ、そこへ新
鮮な反応液を供給することなどとしたため、固定された
生理活性物質全体に反応液を適切に供給し、更に、溶存
ガスも供給可能な生化学反応装置及び方法を提供するこ
とができる。また特に、動物細胞の培養において、細胞
濃度を高めたり、生体組織のように細胞が密な場合に
は、各細胞に基質、反応液及び溶存酸素を供給すること
が難しいが、本発明によれば、これを克服して、高密度
の動物細胞の培養や生体組織の維持・増殖が可能にな
る。
As described above, according to the present invention, the bioactive substance is fixed and rotated, and the reaction solution is moved to the outside of the fixing plate by centrifugal force, whereby the reaction near the bioactive substance is achieved. By excluding the liquid and thus excluding or excluding the reaction liquid, by supplying a fresh reaction liquid, and by changing the rotation speed and the rotation direction, the biologically active substance, particularly the biological tissue, is removed. Adjusting the force applied to the reaction solution contained therein and discharging it to the outside, and supplying a fresh reaction solution to it, etc., appropriately supply the reaction solution to the entire fixed physiologically active substance, Further, it is possible to provide a biochemical reaction apparatus and method capable of supplying a dissolved gas. Particularly, in the case of culturing animal cells, it is difficult to supply a substrate, a reaction solution and dissolved oxygen to each cell when the cell concentration is increased or the cells are dense as in a living tissue. If this can be overcome, high-density culturing of animal cells and maintenance / proliferation of living tissues can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の生化学反応装置の一実施形態を示す概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a biochemical reaction device of the present invention.

【図2】本発明の生化学反応装置の他の実施形態を示す
概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the biochemical reaction device of the present invention.

【図3】本発明の生化学反応装置の更に他の実施形態を
示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the biochemical reaction device of the present invention.

【図4】本発明の生化学反応装置の他の実施形態を示す
概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing another embodiment of the biochemical reaction device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 生化学反応装置 2 反応液槽 3 軸受 4 軸 5 円板 6 多孔質担体 7 磁石 8 円板 10 モーター 11 蓋 12 反応液抜き取りノズル 13 液供給ノズル 14 ポンプ 15 反応液 16 円板 17 穴 20 生化学反応装置 21 ハウジング 22 反応液集液樋 23 円板 24 多孔質担体 27 反応液供給ノズル 29 ポンプ 30 調整槽 31 ポンプ 41 上蓋 42 有底円筒容器 42a ひさし 43 円板状固定板 44 回転軸 45 生体組織切片 46 網 47 培地 48 培地出口 49 ポンプ 50 培地貯槽 51 ポンプ 52 培地入口 60 ハウジング 62 回転軸 63 スペーサ 64 多孔質担体 65 反応液引き抜きノズル 66 反応液供給ノズル 67 反応液 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biochemical reaction apparatus 2 Reaction liquid tank 3 Bearing 4 shaft 5 Disk 6 Porous carrier 7 Magnet 8 Disk 10 Motor 11 Lid 12 Reaction liquid extraction nozzle 13 Liquid supply nozzle 14 Pump 15 Reaction liquid 16 Disk 17 Hole 20 Raw Chemical reaction device 21 Housing 22 Reaction liquid collecting gutter 23 Disk 24 Porous carrier 27 Reaction liquid supply nozzle 29 Pump 30 Adjustment tank 31 Pump 41 Top lid 42 Bottomed cylindrical container 42a Eaves 43 Disk-shaped fixing plate 44 Rotating shaft 45 Living body Tissue section 46 Mesh 47 Medium 48 Medium outlet 49 Pump 50 Medium storage tank 51 Pump 52 Medium inlet 60 Housing 62 Rotary shaft 63 Spacer 64 Porous carrier 65 Reaction liquid extraction nozzle 66 Reaction liquid supply nozzle 67 Reaction liquid

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 生理活性物質が固定される固定板と、こ
の生理活性物質に供給される反応液及び上記固定板を収
容するハウジングと、上記固定板を回動ないしは首振り
運動させて上記生理活性物質近傍の反応液を排除し得る
遠心力を生じさせる回動手段と、を備えることを特徴と
する生化学反応装置。
1. A fixing plate to which a physiologically active substance is fixed, a housing for accommodating a reaction solution supplied to the physiologically active substance and the fixing plate, and a pivoting or swinging movement of the fixing plate for the physiological A biochemical reaction device comprising: a rotating means for generating a centrifugal force capable of removing a reaction solution near an active substance.
【請求項2】 上記固定板の回転軸近傍に上記反応液を
供給する反応液供給手段を備えることを特徴とする請求
項1記載の生化学反応装置。
2. The biochemical reaction apparatus according to claim 1, further comprising a reaction liquid supply means for supplying the reaction liquid near a rotation axis of the fixed plate.
【請求項3】 上記回動手段の回動ないし首振り運動の
速度及び/又は運動方向を周期的に変更できる可変機構
を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の生化学
反応装置。
3. The biochemical reaction device according to claim 1, further comprising a variable mechanism capable of periodically changing a speed and / or a direction of the turning or swinging movement of the turning means.
【請求項4】 上記固定板が、連続気泡を有する多孔質
体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つ
の項に記載の生化学反応装置。
4. The biochemical reaction apparatus according to claim 1, wherein the fixing plate is a porous body having open cells.
【請求項5】 上記多孔質の固定板が、他の円板の上面
に固定されていることを特徴とする請求項4記載の生化
学反応装置。
5. The biochemical reaction device according to claim 4, wherein said porous fixing plate is fixed on an upper surface of another disk.
【請求項6】 上記生理活性物質又は多孔質固定板と接
触する通液性のスペーサを更に付加して成ることを特徴
とする請求項4又は5記載の生化学反応装置。
6. The biochemical reaction device according to claim 4, further comprising a liquid-permeable spacer that contacts the physiologically active substance or the porous fixing plate.
【請求項7】 上記多孔質固定板は、上面及び外壁部が
気相に露出した状態で上記反応液に浸漬されていること
を特徴とする請求項4〜6のいずれか1つの項に記載の
生化学反応装置。
7. The porous fixing plate according to claim 4, wherein the porous fixing plate is immersed in the reaction solution in a state where an upper surface and an outer wall portion are exposed to a gas phase. Biochemical reactor.
【請求項8】 上記固定板に固定された生理活性物質
が、その一部を気相に露出した状態で上記反応液に浸漬
されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1
つの項に記載の生化学反応装置。
8. The method according to claim 1, wherein the physiologically active substance fixed on the fixing plate is immersed in the reaction solution with a part thereof exposed to a gas phase.
Biochemical reactor according to one of the paragraphs.
【請求項9】 上記ハウジングの内側底面縁部に、反応
液集液樋を有することを特徴とする請求項1〜8のいず
れか1つの項に記載の生化学反応装置。
9. The biochemical reaction apparatus according to claim 1, further comprising a reaction liquid collecting gutter at an inner bottom edge of the housing.
【請求項10】 上記反応液集液樋が、上記ハウジング
外に設けた反応液調整槽を介して上記反応液供給手段と
連通していることを特徴とする請求項9記載の生化学反
応装置。
10. The biochemical reaction apparatus according to claim 9, wherein the reaction liquid collecting gutter communicates with the reaction liquid supply means via a reaction liquid adjustment tank provided outside the housing. .
【請求項11】 上記固定板の水平面に対する設置角度
が可変であることを特徴とする請求項1〜10のいずれ
か1つの項に記載の生化学反応装置。
11. The biochemical reaction apparatus according to claim 1, wherein an installation angle of the fixed plate with respect to a horizontal plane is variable.
【請求項12】 上記生理活性物質が生体組織であり、
上記反応液が培養液であることを特徴とする請求項1〜
11のいずれか1つの項に記載の生化学反応装置。
12. The biologically active substance is a living tissue,
The reaction solution is a culture solution.
Item 12. The biochemical reaction device according to any one of items 11.
【請求項13】 生理活性物質を固定した固定板を回動
ないしは首振り運動させて遠心力を生じさせ、これによ
り、上記生理活性物質近傍の反応液を排除し、上記生理
活性物質に反応液を供給することを特徴とする生化学反
応方法。
13. A centrifugal force is generated by rotating or oscillating a fixing plate on which a physiologically active substance is fixed, whereby a reaction solution near the physiologically active substance is eliminated, and a reaction liquid is added to the physiologically active substance. A biochemical reaction method, characterized in that:
【請求項14】 上記固定板の回転数、上記反応液の供
給速度及び/又は抜取速度、上記反応液の使用量のうち
の少なくとも1つを調整して、上記固定板に固定された
生理活性物質が、その一部を気相に露出した状態で上記
反応液に浸漬されるようにすることを特徴とする請求項
13記載の生化学反応方法。
14. The physiological activity fixed to the fixed plate by adjusting at least one of the rotation speed of the fixed plate, the supply speed and / or the withdrawal speed of the reaction solution, and the usage amount of the reaction solution. 14. The biochemical reaction method according to claim 13, wherein the substance is immersed in the reaction solution with a part thereof being exposed to a gas phase.
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