JPS6384483A - 培養装置 - Google Patents

培養装置

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JPS6384483A
JPS6384483A JP61229783A JP22978386A JPS6384483A JP S6384483 A JPS6384483 A JP S6384483A JP 61229783 A JP61229783 A JP 61229783A JP 22978386 A JP22978386 A JP 22978386A JP S6384483 A JPS6384483 A JP S6384483A
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gas chamber
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thin film
chamber
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JP61229783A
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Masanori Aoki
正則 青木
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Ebara Research Co Ltd
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Ebara Research Co Ltd
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    • 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
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/24Gas permeable parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • B01F23/23Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
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    • B01F23/2312Diffusers
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F31/31Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms comprising a receptacle to only a part of which the shaking, oscillating, or vibrating movement is imparted using receptacles with deformable parts, e.g. membranes, to which a motion is imparted
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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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〕 本発明は酵母、クロレラ、植物カルスなどの微生物や細
胞を培養するための装置に関し、特に、軟弱な微生物等
を破壊することなく攪拌しながら、酸素を供給すること
ができる培養装置に関するものである。
〔従来の技術〕及σ〔発明が解決しようとする問題点〕
微生物等を培養するためには、培養液を介して微生物等
に酸素を供給すると共に、培養液と微生物等とを混合し
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24から気泡すを培養液β中に放出すると共に、攪
拌機23でこの培養液を攪拌・混合している。
しかしながら、上記従来の装置では、攪拌機23の羽根
によって微生物等が破壊され、好ましくない場合がある
。エゼクタ、ジェットポンプなどを用いた攪拌装置にお
いても、液体の強い剪断応力によって微生物等が破壊さ
れるおそれがある。例えば、ある種の植物カルスなどの
ように極めて軟弱な細胞を培養する場合には、第8図に
示すような気泡による流動攪拌ですら好ましくない。
なお第7図、第8図においてgは空気などの酸素含有気
体、21は容器、22は撹拌機23の攪拌効果を高める
ための邪ま板を、それぞれ示している。
〔発明の目的〕
本発明は、上記問題点に鑑み、極めて軟弱で破壊され易
い微生物等に、強い力を与えずに攪拌しながら、酸素供
給することができる培養装面を提供することを目的とす
るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の培養装置は、少なくとも一部が通気性の薄膜か
らなり、その内圧と外圧との差に応じて膨張・収縮が可
能な気体室を形成し、該気体室の少なくとも一部を、培
養液が貯留された容器の培養液液面下に浸漬すると共に
、該気体室に、加圧状態の酸素含有気体の供給源に連な
る気体流入口及び気体流出口を配設し、該気体室への前
記酸素含有気体の供給と、該気体室からの気体排出とを
可能としたことを特徴とするものである。
本発明では、前記通気性の薄膜として例えば、オレフィ
ン系樹脂やシリコン系樹脂を主成分とした多孔体などが
適用できる。具体例として、シリコン系樹脂を主成分と
する原料を射出成形して得た多孔体では、球状のシリコ
ン樹脂が圧密状態に集合した形態を有しており、これら
球状の樹脂間に形成される間隙が通気孔として作用する
。いずれにしても素材としては、弾性に冨むものが好ま
しい、その理由は、前記気体室への加圧状態の酸素含有
気体の供給時(気体室の膨張時)、及び該気体室からの
気体排出時(気体室の収縮時)に、前記薄膜が気体室内
の圧力と、気体室外の圧力つまり培養液の液圧との差に
迅速・的確に順応して変形し、培養液に所望の撹拌力を
与えることができるからである。なお、薄膜の肉厚は、
通常1〜3nに設定される。
また、薄膜に形成する開孔部の孔径は、0.1μ−程度
に設定すること、及び薄膜全体に亘って孔径を均等にす
ることが好ましい、孔径が余り大であると酸素含有気体
の気泡が多量に培養液に供給され易くなる(培養液に吸
収され得ない程多量の気体を供給すると、それだけ気体
中の雑菌が培養液に接する可能性が高くなり、好ましく
ない。)うえ、気体室からの気体排出時に培養液が開孔
部を通って気体室に浸入するおそれがある。一方、孔径
が余り小さいと酸素ガスの培養液への供給量が不足する
心配がある。なお、薄膜を高弾性の素材で構成すること
により、前記開孔部の孔径が気体室の膨張時(このとき
、薄膜には膜面方向に張力が作用する)に拡大し、収縮
時に孔径が縮小するようにすると、極めて好都合である
前記気体室は、後記する実施例のように前記薄膜と、培
養液貯留用の容器の底板及び/又は側板とで形成するの
がよく、装置構造が簡単になる利点があるが、気体室全
体を薄膜で形成することもできる。後者の場合、気体室
は袋状に形成し、圧縮空気等の供給管と排出管を接続し
て使用すればよい、なお、気体室を複数形成してもよい
ことは勿論である。
本発明の培養装置の運転に当たっては、前記気体室の全
体を培養液中に浸漬するのが普通であるが、薄膜の一部
を大気に露出させておくこともできる。また、本発明で
は気体室の容積変化(この場合、その形状の変化を伴う
のが普通であるが、単にほぼ相似形に変化することもあ
る)により培養液を緩慢に撹拌すると共に、気体室の膨
張時に酸素含を気体を、できるだけ気泡状態にすること
なく薄膜の開孔部から直接培養液中に溶解させるために
前記気体室を設けたものであり、したがって、前記膨張
と酸素含有気体の溶解作用とのバランスをとるべく、膨
張時の気体室内の圧力を適切な値に設定することが大切
である。そのためには、圧縮空気等の供給管に圧力制御
弁を設けるのが好ましいが、前記のように薄膜の一部を
大気に露出させることで圧力調節を行うこともできる。
なお、加圧状態の酸素含有気体の供給源としては圧縮空
気用のコンプレッサが経済的であるが、所望により、酸
素ボンベなどの酸素供給源を適用することもできる。ま
た、気体室へ供給する気体の圧力は、培養液の液深に異
なるが通常、ゲージ圧0 、5 kg f / cat
以下に設定サレル。
また、気体室の気体流入口と気体流出口は別個に設けて
もよいし、これらを兼ねる開口部を一つ設けることもで
きる。後者の場合は、前記気体の供給と排気を交互に繰
り返せばよい。
〔発明の作用〕
次に、本発明装置の作用について説明すると、まず、前
記気体室に加圧された酸素含有気体を供給し、所定圧力
に上昇させる。これにより気体室内の圧力が培養液の液
圧より高くなるため、薄膜がふくらみ気体、室が膨張し
て培養液が緩やかに攪拌されると共に、薄膜の開孔部か
ら酸素含有気体が直接培養液中に溶解する。この場合、
多少の気泡が発止することもあるが、全く差支えない。
なお、前記膨張時の圧力は、薄膜の変形(膨張・収縮)
のし易さくこれは、主に薄膜の厚み、素材等により決ま
る)、開孔部の孔径、開孔面積等に対応して設定される
次に、前記気体の供給を止め、気体室内の気体を排出し
て気体室内の圧力を下げる。これにより培養液の圧力が
気体室内圧力より高くなるため、薄膜がへこんで気体室
が収縮し培養液は再び緩やかに攪拌される0以上のよう
な気体室の膨張・収縮を緩慢に繰り返せば、培養液は極
めて緩やかに攪拌され、微生物等は損傷することなく充
分な量の酸素の供給を受けることができる。
〔実施例〕
本発明の実施例を第1図に基づいて説明すると、この培
養装置では、円筒状の容器1に円盤状の薄膜2が、その
外縁を容器lの側板3の内面に密着して、かつ底板4の
内面に対面して設けられ、これら薄膜2、側板3及び底
板4により気体室が形成されている。側板3の底板4近
傍位置には、気体室5と連通ずる加圧状態の酸素含有気
体g(以下、気体と略記する)の流入口6と流出口9が
互いに対向して設けられている。この流入口6には電磁
弁7を有する気体gの供給管8が、流出口9には電磁弁
10を有する排出管11が、それぞれ接続されている。
供給管8は、流量制御弁及び圧力制御弁(図示せず)を
介してコンプレッサ(図示せず)に接続され、排出管1
1は流量制御弁(図示せず)を介して大気に開放されて
いる。さらに、電磁弁7及び10は制御装置(図示せず
)に連絡され、一方が開放のとき他方が閉鎖され、しか
も、それぞれの開放・閉鎖時間が所定値に保持されるよ
うになっている。また、供給管8の、前記圧力制御弁と
コンプレッサの中間には逃し弁(図示せず)が設けられ
ている。なお、気体室5内の圧力を測定するための圧力
計を適宜個所に設けるのがよく、これにより薄膜2に加
わる膨張圧力を適正値に設定するのが容易となる利点が
ある。
第1図において薄膜2は実線及び2点鎖線で示しである
が、前者は気体室5が膨張したときの、後者はこれが収
縮したときの状態をそれぞれ示している。
次に、第2図に示す実施例では、第1図例と同じ形状の
薄膜2が、その外縁を直方体の容器1の側板3に密着し
て、かつこの側板と対面状態に設けられ、したがって気
体室5は薄膜と側板3により形成されているが、薄膜2
の上端部は培養液lの液面上に突出している。
この実施例では、気体gの供給管8は排出管を兼ねてお
り、電磁式3方弁(図示せず)に接続され、この電磁弁
の他の流路のうち一方には、流量制御弁を備え大気と連
通ずる配管が接続され、他方は流量制御弁、圧力制御弁
及び逃し弁を有する配管を介してコンプレッサ(いずれ
も図示せず)と接続されている。
次に、第3図及び第4図に示す実施例では、容器1を円
筒状に形成すると共に、底板4の一部を下方に凸の円錐
状に形成し、さらに、この底板に対面させて薄膜2を設
けて気体室5を形成しである。この薄膜は、気体室膨張
時(I膜膨張時)に上方に凸の円錐状(第4図において
実線で示す)となり、気体室収縮時(a膜収縮時)に培
養液lの液圧により下方に凸の円錐状(第4図において
2点鎖線で示す)に変形するように構成したものである
さらに、第5図及び第6図に示す実施例は、容器1を円
筒状となし、底板4を下方に凸の半球状に形成すると共
に、これに対面させて薄膜2を設けたものである。この
薄膜は気体室の膨張時、収縮時にそれぞれ上方に凸の半
球状、下方に凸の半球状に変形できるようになっている
。なお、薄膜2は容器1の円筒部下端のフランジと底板
4上端のフランジとの間にボルト締めにより取り付けら
れている。
この実施例では第4図例と同しく流入口6は底板4に開
口されているが、該流入口及び供給管8は、気体gを気
体室5へその接線方向に供給できるように設けられてい
る。このように気体gを供給すると、これに旋回流を与
えることができるので薄膜2の膨張・収縮が円滑に行わ
れると共に、気体室内での酸素移動が促進され、培養液
lへの酸素供給量を増大させることができる利点がある
なお、前記薄膜を設ける代わりに、いわゆるダイヤフラ
ム(隔離用の膜板)を使用した膨張・収縮体と、多孔質
の散気部材とを、別体として培養液中に浸漬し、前者に
より緩やかな攪拌を行うと共に、後者により酸素ガスの
溶解を行うようにすることもできる。
また、第1図例乃至第4図例においても、気体gを気体
室5へその接線方向に供給するのが好ましい。
次に、第1図例の運転要領と作用効果を説明すると、前
記制御装置をONL、コンプレッサを始動すれば所定の
タイムスケジュールによって電磁弁7,10が交互に開
閉し、供給管8を介して所定圧力、所定流量の圧縮空気
が気体室5に間欠的に供給される一方、排出管11を介
して気体室5内の気体が所定流量で間欠的に大気へ排出
される。
これにより薄膜2が膨張・収縮するが、このときの薄膜
2の変形により培養液lが攪拌され、膨張状態が維持さ
れている間に酸素ガスaが培養液l中に溶解する。この
場合、攪拌の強さは薄膜2の変形速度及び変形量の大小
により調節でき、前者は気体gの供給流量、排出流量を
変えることで調節が可能である。
一方、第2図例では前記it磁式3方弁の流路を所定の
タイムスケジュールによって切り替えることにより、上
記と同様の作用効果を得ることができる。第4図例、第
6図例の運転要領は第2図例と同じである。
〔発明の効果〕
本発明は、所定構成の薄膜により形成した気体室を培養
液中に浸漬配備すると共に、この気体室に対する加圧状
態の酸素含有気体の供給と排出を交互に繰り返して行な
い、前記薄膜の変形に基づく気体室の膨張、収縮時の容
積変化により培養液を攪拌するものであるから、該攪拌
を緩慢に行うことができるうえ、前記膨張時に酸素含有
気体を薄膜の開孔部を介して直接培養液中に溶解させる
ことができ、したがって、従来装置のような機械攪拌や
、激しい気泡発生による攪拌及び酸素供給に伴う微生物
の損傷が的確に排除され、しかも酸素含有気体の消費効
率も向上し、また装置構造も簡単で維持管理も前便に行
なうことができるなどの効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の正面断面図、第2図は別の実
施例の正面断面図、第3図は更に別の実施例の平面図、
第4図は第3図1−■線による断面図、第5図は更に別
の実施例の正面断面図、第6図は第5図n−n線による
断面図、第7図、第8図はそれぞれ相異なる従来例の正
面断面図であ1・・・容器、2・・・薄膜、3・・・側
板、4・・・底板、5・・・気体室、6・・・流入口、
7・・・電磁弁、8・・・供給管、9・・・流出口、1
0・・・電磁弁、11・・・排出管。 特許出願人  株式会社荏原総合研究所代理人 弁理士
  薬 師      稔代理人 弁理士  依 1)
  孝 次 部代理人 弁理士  高  木  正  
行4巧4反 9%体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも一部が通気性の薄膜からなり、その内
    圧と外圧との差に応じて膨脹・収縮が可能な気体室を形
    成し、該気体室の少なくとも一部を、培養液が貯留され
    た容器の培養液液面下に浸漬すると共に、該気体室に、
    加圧状態の酸素含有気体の供給源に連なる気体流入口及
    び気体流出口を配設し、該気体室への前記酸素含有気体
    の供給と、該気体室からの気体排出とを可能としたこと
    を特徴とする培養装置。
  2. (2)前記気体室は、前記通気性の薄膜を前記容器の内
    壁面に対面・固定して形成されている特許請求の範囲第
    1項記載の培養装置。
  3. (3)前記容器の底板を下方に凸の錐状または半球状に
    形成すると共に、前記通気性の薄膜を、前記酸素含有気
    体の供給により上方に凸の円錐状または半球状に膨張し
    、前記気体の排出により下方に凸の円錐状または半球状
    に収縮するように構成した特許請求の範囲第2項記載の
    培養装置。
  4. (4)前記気体流入口を、前記酸素含有気体が前記気体
    室へ接線方向に流入するように設けた特許請求の範囲第
    1項、第2項又は、第3項記載の培養装置。
  5. (5)前記通気性の薄膜を、合成樹脂により多孔質のも
    のに形成した特許請求の範囲第1項、第2項、第3項又
    は第4項記載の培養装置。
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