JPWO2017141394A1 - 遠心分離可能な反応装置 - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、効果的に遠心分離による固液分離を行うことができ、しかも、反応容器の内部構造が簡単な遠心分離機兼用の反応装置を提供することである。本発明によって、上部が周縁部で開口する有底円筒状の反応容器と、該反応容器を内部に収容する略円筒状のハウジングと、該反応容器を軸線方向の軸を介して軸線回りに回転駆動させる駆動部と、を備えた、遠心分離機兼用の反応装置が提供され、反応容器で反応に供する内容液の反応を行った後、当該反応容器を軸線回りに回転駆動して遠心力により反応液の固液分離と反応容器上部開口端からの上清液の溢流とを行う。

Description

本発明は、反応装置に関する。特に本発明は、遠心分離処理が可能な反応装置に関する。本発明によれば、化学的、生化学的または生物学的な反応などを反応容器で行い、その後、この反応容器をローターとし、反応液を遠心分離して固液分離を行うことができる。本発明は、化学的な反応はもちろん、生化学反応、例えば、微生物、動植物細胞の培養、細胞の濃縮、灌流培養等に有効に用いられる。

一般に、化学反応としては、例えば、狭義の化学反応、生化学反応等が挙げられる。そして、例えば、前者の化学反応の工程では、反応後、結晶等を含む反応液を反応容器（反応釜）から遠心分離機に移送し、固液分離後、必要により遠心分離機内で洗浄され、結晶が回収されることが広く行われている。また、後者の生化学反応の工程では、微生物や動植物細胞の培養等で得られた培養液（反応液）を培養槽（反応容器）から遠心分離機に移送し、固液分離後、固形分及び／又は液分を回収することにより、細胞の濃縮や灌流培養などが広く行われている。

上記のような場合に用いられる遠心分離機としては、反応液をボトルやチューブに移してこれを遠心回転させるボトル遠心機やシャープレス型遠心分離機などの無孔壁遠心分離機が挙げられる。無孔壁遠心分離機は、円筒状の容器を回転し、円筒内壁に被処理液（反応液）中の比重の大きな成分の固体成分を沈積させるもので、連続的に被処理液を供給しながら連続遠心分離する使用法が一般的である。

従来、遠心分離機を兼用する培養装置が、例えば、特開平５−７６３４４号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１の装置では、培養終了後の細胞培養液を収容する培養槽（回転筒）を回転させてその内壁に細胞を遠心沈着させた後、回転を止めて上清を槽の底部に集め、上清抜き出し管でポンプにより槽外に引き抜き、次いで、内壁の上方から内壁に沈着の細胞に向けて液体培地を放射して細胞を液体培地に分散させ、灌流培養を行う灌流培養装置である。

特開平５−７６３４４号公報

特許文献１に記載された上記装置では、遠心分離後、回転筒の回転を停止すると、上清と共に細胞の一部も同時に底部に落下してしまい、このため、分離が不十分になって、かなりの細胞が上清と共に抜き出されるという不都合があった。

また、上記装置では、遠心分離時には、撹拌翼が培養液と接触しないように、撹拌翼を畳む必要があるとしていることから、培養槽の構造が複雑になってしまう上に、上清抜き出し配管が必要であるので、同様にして装置の構造が複雑になってしまう。一般に培養槽などの反応容器は、その内部構造が複雑になる程、洗浄性が悪くなり、従来の装置は、装置の構造が複雑で、微生物などによる汚染のリスクが高まってしまうという問題点がある。

さらに、従来の装置は、細胞を残して上清だけを排出し、これに新鮮な液体培地を供給して培地交換をする、所謂、灌流培養には必ずしも適していないものであった。

このような状況に鑑み、本発明の課題は、効果的に遠心分離による固液分離を行うことができ、しかも、反応容器の内部構造が簡単な遠心分離機兼用の反応装置を提供することである。

上記の技術課題について鋭意検討した結果、反応容器で内溶液の反応を行った後、駆動部によって反応容器を回転させ、その遠心力により反応液の固液分離とその上清液の反応容器からの溢流とを行わせることによって、遠心分離装置と反応装置の機能を兼ね備えた装置を得ることができた。具体的には、本発明は、下記の態様を包含するものである。
（１） 上部が周縁部で開口している有底円筒状の反応容器と、該反応容器を内部に収容する略円筒状のハウジングと、該ハウジングの外側に配置された、該反応容器を軸線方向の軸を介して軸線回りに回転駆動させる駆動部と、を備えた、遠心分離機兼用の反応装置であって、該反応容器で反応に供する内容液の反応を行った後、該反応容器を軸線回りに回転駆動して遠心力により反応液の固液分離とその上清液の該反応容器上部開口端からの溢流とを行う、前記反応装置。
（２） 前記ハウジングが、その上部に前記反応容器に前記内容液を供給する供給管と、その側面の下部に前記周縁部から溢流する前記上清液を該ハウジングの外側へ排出する排出管と、を備える、（１）に記載の反応装置
（３） 前記反応容器が、上部開口端の周縁部に内側方向のリム部を備える、（１）又は（２）に記載の反応装置。
（４） 前記駆動部が、磁力によって駆動する、（１）〜（３）のいずれかに記載の反応装置。
（５） 前記反応容器が、前記ハウジング内の底部の略中央部からの立ち上がりの支柱軸に回転自在に取り付けられている、（１）〜（４）のいずれかに記載の反応装置。
（６） 前記反応容器が、該反応容器の外側の底部に水平に配置された永久磁石と、該永久磁石に対向する位置で前記ハウジングの外側の底部近傍に水平に配置された該永久磁石と異極の駆動用永久磁石と、該駆動用永久磁石に駆動回転軸を介して連結している前記駆動部と、によって回転駆動する、（５）に記載の反応装置。
（７） 回転軸の一端が該反応容器の外側の底部の中心に連結され、該回転軸の他端が前記ハウジングの底部の軸受を介して前記駆動部に回転自在に連結されている、（１）〜（３）のいずれかに記載の反応装置。
（８） 回転軸の一端が前記反応容器の外側の底部の中心に連結され、該回転軸の他端が前記ハウジングの内側の底部の軸受に回転自在に連結されている、（１）〜（４）のいずれかに記載の反応装置。
（９） 前記反応容器が、前記回転軸に対し水平に配置された永久磁石と、該永久磁石に対向する位置で該ハウジングの外側の底部近傍に水平に配置された該永久磁石と異極の駆動用永久磁石と、該駆動用永久磁石に駆動回転軸を介して連結している前記駆動部と、によって回転駆動する、（８）に記載の反応装置。
（１０） 回転軸の一端が前記ハウジングの上部の蓋を貫通させて外側に配置された前記駆動部に連結され、該回転軸の他端が該反応容器内の底部の中心に垂下して回転自在に連結されている、（１）〜（３）のいずれかに記載の反応装置。
（１１） 前記反応装置は撹拌装置を具備する装置であって、該撹拌装置が、前記ハウジング上部の蓋に配置の翼用駆動部と、これに連結し回転する前記反応容器の内部に垂設の撹拌用回転軸と、この下部近傍に取り付けられた撹拌翼と、を備える、（１）〜（９）のいずれかに記載の反応装置。
（１２） 前記反応装置が撹拌装置を具備し、該撹拌装置が、前記ハウジング上部の蓋の軸受を介して前記反応容器の内部に垂設する撹拌用回転軸と、この下部近傍に取り付けられた撹拌翼と、を備え、該撹拌翼は、該撹拌翼に水平に配置された翼用永久磁石と、該翼用永久磁石に対向する位置で前記ハウジングの外側の底部近傍の回転体に水平に配置された該翼用永久磁石と異極の翼駆動用永久磁石と、回転伝達手段を介して該回転体を回転させる翼用駆動部と、によって回転駆動し、該回転体は、前記反応容器の外側の底部と前記駆動部とに連結する駆動回転軸に回転可能に取り付けられている、（７）に記載の反応装置。
（１３） 液流邪魔部材が、前記ハウジング上部の蓋から前記反応容器の内部の内容液中にその一部を没するようにして垂設する部材であり、該反応容器が前記駆動部により軸線回りに回転駆動することにより、該内容液が撹拌される、（１）〜（１０）のいずれかに記載の反応装置。
（１４） 前記ハウジングが、各種センサー、バッフル板、液体供給管、気体供給管、排気管、熱交換パイプの少なくとも一つを備える、（１）〜（１３）のいずれかに記載の反応装置。
（１５） 前記ハウジングの外側にヒーター及び／又はクーラーをさらに備える、（１）〜（１４）のいずれかに記載の反応装置。

本発明によれば、遠心分離による固液分離を効果的に行うことができ、しかも、反応容器の内部構造が簡単な遠心分離機兼用の反応装置が提供される。

また、従来の装置では、上清液を培養槽の底部から抜き出すために培養槽の回転を一旦止めると、上清液と共に細胞の一部も同時に底部に落下してしまい、このため、分離が不十分になって、かなりの細胞が上清液と共に抜き出されてしまうところ、本発明の遠心分離機兼用の反応装置では、反応液（培養液）を収容する反応容器(培養槽)を回転駆動させて遠心力により反応液の固液分離と反応容器の上部からの上清液の溢流、排出とを行うものであることから、上記の欠点を解消して、固形物の上清液への混入を防止しつつ効果的に固液分離をすることができる。

図１Ａは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図である。図１Ａは、反応容器上部の開口端の周縁部にリム部を有しない態様を示す模式図である。 図１Ｂは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図である。図１Ｂは、反応容器上部の開口端の周縁部に内側方向のリム部を有する態様を示す模式図である。 図２Ａは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図であり、反応容器を駆動する部分が図示されている。 図２Ｂは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図であり、反応容器を駆動する部分が図示されている。 図２Ｃは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図であり、反応容器を駆動する部分が図示されている。 図２Ｄは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図であり、反応容器を駆動する部分が図示されている。 図３Ａは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図であり、内容液を撹拌する態様が図示されている。 図３Ｂは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図であり、内容液を撹拌する態様が図示されている。 図３Ｃは、本発明の反応装置の一実施態様を示す模式図であり、内容液を撹拌する態様が図示されている。 図４Ａは、本発明の反応装置の一実施態様を示す上面図である。 図４Ｂは、本発明の反応装置の一実施態様を示す縦断面図である。

本発明は、遠心分離処理が可能な反応装置に関する。本発明によれば、化学的、生化学的または生物学的な反応などを反応容器で行い、その後、この反応容器をローターとし反応液を遠心分離処理して固液分離を行うことができる。特に本発明の反応装置によれば、反応液の固液分離をした上に、上清液を系外に排出することができるので、遠心分離処理した後に上清液を別途除去する従来の装置と比較して格段に便利である。

本発明の反応装置は、化学的な反応はもちろん、生化学的や生物的な反応などを含む広義の化学反応に好適に適用することができる。特に本発明の反応装置は、遠心分離を行うことができるため、反応後の反応液をそのまま遠心分離処理で固液分離することが可能であり、しかも、遠心分離処理によって分離された上清液をより高い遠心力で系外に排出することもできる。

また、本発明の反応装置は、特に生化学反応に好適に適用でき、中でも特に生物細胞（特に動物細胞）の灌流培養に好適に適用できる。

遠心分離に供する培養液は特に制限されないが、浮遊性細胞、ｉＰＳ細胞のように凝集塊を作って増殖する細胞、浮遊可能な担体に固定された細胞等で浮遊培養して得られたものが好適である。

本発明の反応装置を化学的な反応に適用する場合、例えば、化学反応によって固体が生成する反応を行うと、遠心分離処理機能によって固液分離をそのまま実施することができるため大変好ましい。具体的には、例えば、結晶の生成を伴う反応を反応容器で行い、遠心分離処理によって結晶の回収を行うことなどができる。

本発明の反応装置を生化学的または生物的な反応に適用する場合、例えば、微生物や生物細胞の培養を反応容器で行い、その後の遠心分離処理によって培養液の固液分離を行うことなどができる。遠心分離処理によって固液分離することができれば、反応容器内で分離された固体の微生物や細胞を繰り返し培養することにより、微生物や細胞の濃縮、灌流培養などを容易に行うことができるし、液体を回収して有用成分の採取や回収を効率的に行うことが可能である。

本発明の反応装置では、好ましい一使用態様において、灌流培養を実施することができる。例えば、動物細胞を培養する場合、培養槽内に動物細胞を捕捉（残留）した状態で、栄養成分を含む新たな液体培地と、老廃成分を含む液体培地（廃液）とを交換する、いわゆる灌流培養が行われるが、一般的に、灌流培養で細胞の増殖を維持するには、脆弱な細胞を機械的に損傷させず、生理的条件下で、かつ、微生物（雑菌）フリーで、例えば、１ヶ月以上等の長期間、細胞分離と液体培地の交換が繰り返して行われる。本発明の反応装置を用いれば、反応後の反応液を遠心分離機に移送する必要がないため、灌流培養後の培養液をそのまま本発明の反応装置において固液分離と上清液の溢流による系外への排出が可能になる。

また、本発明の反応装置の一使用態様として、例えば、生化学的な反応において、反応容器内で沈降性の結晶が生成する場合には、遠心分離処理で回転速度を調整して反応容器内壁面に結晶を沈降させ、上清液として微生物を含む反応液をハウジング内に取り出し、そして、該微生物を含む反応液を回収して再び反応に利用すること等もできる。

本発明の反応装置において細胞を用いた反応を実施する場合、用いる細胞は、生物細胞であれば特に制限されず、植物細胞や動物細胞を使用することができる。例えば、動物細胞としては、各種の多能性幹細胞、例えば、胚性幹細胞（ＥＳ細胞）や人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）、ハイブリドーマ、がん細胞、リンパ球細胞などを適宜使用することができる。細胞の培養時には、常法により、培養物の培養に適した条件で培養すればよいが、後述するように、本発明の反応装置は、反応容器内の条件を容易に調整することができるため、細胞の培養なども好適に実施することができる。

本発明の反応装置は、上述したように、遠心分離機兼用の反応装置であるが、本発明の反応装置は、上部が周縁部で開口する有底円筒状の反応容器と、該反応容器を内部に収容する略円筒状のハウジングと、該ハウジングの外側に配置された、該反応容器を軸線方向の軸を介して軸線回りに回転駆動させる駆動部と、を備える。

本発明の反応装置においては、反応容器において反応が行われた後、駆動部によって反応容器が回転して遠心分離処理が行われる。そして、反応容器の回転数をさらに上げることで、反応容器上部の開口端の周縁部から溢流する反応液の上清液がハウジングによって受容される。

本発明の反応装置において、反応容器への内溶液の供給は、ハウジングの上部の蓋を外し、適宜の方法、例えば、容器で注ぐ、ポンプで注入する等の方法で行ってもよい。

また、ハウジング内に溢流した上清液は、適宜の方法、例えば、吸引ポンプで吸引回収する方法等で行ってもよい。

本発明の反応装置は、一つの態様において、ハウジングの上部（上部の蓋（天板）又は上部の側面（側壁））に前記反応容器に前記内容液を供給する供給管と、ハウジングの下部の側面又は底面に反応容器上部の開口端の周縁部から溢流する反応液の上清液を前記ハウジングの外側へ排出する排出管と、を備えることができる。

この場合、内容液の供給管は、その基部が固定されたハウジングの上部の蓋又は上部の側面から反応容器内に向けて設けられるが、遠心分離処理に際し、反応容器の回転を妨げない配置及び長さとされる。そして、この供給管は開閉弁やポンプ等の送液手段を介して反応容器で反応に供される内容液の供給源に連通している。

なお、必要により、供給管に、方向切替弁等を介して分離した固体を洗浄するための洗浄液の供給源を連通させ、また、供給管の先端を曲げ、洗浄時に供給管の曲げた先端口を反応容器の内壁方向に向ける等して該固体を洗浄するようにすることもできる。

また、ハウジングにおける排出管の配置位置は制限されないが、特に排出管をハウジングの下部（下部の側面又は底面）に設けることによって、溢流した上清液を自然と系外に排出することができるが、排出管にポンプ等を接続して強制排出してもよい。

反応容器及びハウジングの材質は、特に制限されず、金属、合成樹脂、ガラス等が用いられるが、反応時、遠心分離処理時等における内容液、反応液の状態を目視するために、反応容器の側面（側壁）やハウジングの側面、上部の蓋等に対して透明な材質、例えば、ポリカーボネート等が好適に用いられる。

反応容器の容量については、特に制限されないが、例えば、３０ｍＬ〜１０００Ｌとすることができる。

上清液の溢流
本発明の反応装置１における本発明の反応容器２は、有底円筒状で上部が周縁部で開口していて、遠心分離処理で固液分離した反応液の上清液が上部の開口端の周縁部からハウジング３内に溢流する（図１Ａ）。

また、本発明の反応容器２は、上部開口端の周縁部に内側方向のリム部２ｃを備えていてもよく、このような構成を採用することによって、遠心分離処理の際に遠心力を高めたり、溢流する反応液の上清液量を制御することが容易になる（図１Ｂ）。すなわち、図１Ａに示すようにリム部がないと、遠心分離処理の際に十分に固液分離ができていない状態で上清液が反応容器２の上部開口端の周縁部から溢流してしまうおそれがあるのに対して、図１Ｂに示すようにリム部２ｃが存在すると、駆動部の回転数（反応容器の回転数）を高めた遠心分離処理によって十分に固液分離した後、回転数をさらに上げて上清液を上部開口端（リム部２ｃの内側の開口端）の周縁部から溢流させることが容易になる。

ここで、本発明の前記反応容器の上部開口端にリム部を備える好ましい態様（図１Ｂ）において、反応容器内の反応液の容量（Ｌ_１）が、反応容器内のリム部での外縁（該反応容器の内面）と内縁との幅と反応容器の高さとで占める円環柱状部分の容量（Ｌ_２）よりも大きい（多い）とされる。このようにすることによって、遠心分離処理による固体分離の上清液を溢流させることが容易になる。換言すれば、本発明に係る反応容器と反応液量との関係は、Ｌ_２＜Ｌ_１となるが、Ｌ_２は下式のとおりである。

上記反応容器にリム部を備える態様において、反応容器のリム部の外縁に連結する側面の適宜の高さ位置に、水平方向のスリット（隙間）を適宜間隔で設けることにより、上清液を側面から溢流させることもできる。この場合には、スリットを反応容器の内側又は外側から適宜の覆い部材で塞いでリム部のない態様にしたりして、反応液の性状によって、リム部の有無の使い分けをすることができる。

反応容器の回転駆動
本発明の反応装置における反応容器は、反応容器を収容するハウジングとの関係において、その軸線方向の軸を介して軸線回りに回転自在に設定されれば、特に制限はない。

一つの態様において、本発明の反応容器２が、ハウジング３内の底部の略中央部からの立ち上がりの支柱軸３ｅに回転自在に取り付けることができる（図２Ａ）。

例えば、後記実施例のごとく、前記ハウジング３内の底部の略中央部からの立ち上がりの支柱軸３ｅを、該反応容器２内の底部の中央部から立ち上った、底部外側に開口する中空管部（円筒管部）に挿入すること等で、該中空管部の上端に設けた軸受を介して、反応容器２を軸線回りに回転自在に取り付けることができる。

そして、この場合の反応容器の回転駆動は、一つの態様において、反応容器２が、反応容器２の外側の底部に水平に配置された永久磁石と、該永久磁石２ｆ１、２ｆ２に対向する位置で前記ハウジング３の外側の底部近傍に水平に配置されたそれと異極の駆動用永久磁石４ｃ１、４ｃ２と、該駆動用永久磁石４ｃ１、４ｃ２に駆動回転軸を介して連結する前記駆動部４と、によって回転駆動する（図２Ａ）。図２Ａに示すような態様であると、ハウジング３の上部の蓋３ｂを取り外し、内部より反応容器２を取り外してハウジング３の外側に取り出すことができ、反応容器２の洗浄等の観点からより好適である。

また別の態様において、本発明の反応容器２は、駆動回転軸の一端を該反応容器２の外側の底部の中心に連結し、その他端を前記ハウジング３の底部の軸受（ラジアル軸受）を介して前記駆動部４に連結して回転駆動する（図２Ｂ）。

さらに別の態様において、本発明の反応容器２は、反応容器２用の回転軸の一端を該反応容器２の外側の底部の中心に連結し、その他端を前記ハウジング３の内側の底部の軸受（スラスト軸受）に回転自在に連結し、前記回転軸に対し水平に配置された永久磁石２ｆ３、２ｆ４と、該永久磁石２ｆ３、２ｆ４に対向する位置で該ハウジング３の外側の底部近傍に水平に配置されたそれと異極の駆動用永久磁石４ｃ１、４ｃ２と、該駆動用永久磁石４ｃ１、４ｃ２に駆動回転軸を介して連結する前記駆動部４によって回転駆動する（図２Ｃ）。

さらにまた別の態様において、本発明の反応容器２が、ハウジング３の上部の蓋の外側に配置の駆動部４によって回転駆動する(図２Ｄ)。すなわち、反応容器２は、駆動回転軸の一端をハウジング３の上部の蓋を貫通させて外側に配置された駆動部４に、必要により軸受を介して連結し、その他端を該反応容器２内の底部の中心に垂下して連結することによって回転駆動する。

撹拌装置
好ましい態様において、本発明の反応装置は、撹拌装置を備えていてもよい。

一つの態様では、撹拌装置は、ハウジング３上部の蓋３ｂに配置の駆動部５ａと、これに連結し、必要により軸受を介して回転する前記反応容器２の内部に垂設の撹拌用回転軸５ｂ１と、この下部近傍に取り付けられた撹拌翼５ｃ１と、を備える（図３Ａ）。

なお、駆動部５ａのハウジング３上部の蓋３ｂでの配置は、通常、反応容器２の略中央部になるような位置とされるが、偏心させてもよい。

また別の態様において、本発明の反応装置１は、反応容器２の回転駆動が、図２Ｂに示すごとく、その一端が反応容器２の外側の底部に連結する駆動回転軸を介して前記駆動部４によってなされる場合であって、ハウジング３上部の蓋３ｂの軸受を介して前記反応容器２の内部に垂設する撹拌用回転軸５ｂ２と、この下部近傍に取り付けた撹拌翼５ｃ２と、を備える撹拌装置を有する（図３Ｂ）。そして、該撹拌翼５ｃ２は、該撹拌翼５ｃ２に水平に配置された翼用永久磁石５ｄ１、５ｄ２と、該翼用永久磁石５ｄ１、５ｄ２に対向する位置で前記ハウジング３の外側の底部近傍の回転体に水平に配置された該翼用永久磁石５ｄ１、５ｄ２と異極の翼駆動用永久磁石６ａ１、６ａ２と、該回転体を回転伝達手段、例えば、ベルト等を介して回転させる翼用駆動部（モーター）６と、によって回転駆動する（図３Ｂ）。

そして、この回転体は、反応容器２の外側の底部と駆動部４とを連結する駆動回転軸に回転可能に取り付けられている。

なお、この態様において、反応液の遠心分離処理の際には、反応容器２の回転駆動は、反応容器２外側の底部と駆動部４とに連結する駆動回転軸に回転可能に取り付けられた回転体が駆動回転軸の回転に対して自由であって回転することなく停止状態のままであることから、駆動回転軸を介して駆動部４によってなされることになる。

この態様によれば、翼用駆動部６としての重量のあるモーターをハウジング３の上部の蓋３ｂに載置するのを避けることができる。

さらに別の態様において、本発明の反応装置１は、液流邪魔部材７をハウジング３の上部の蓋３ｂから反応容器２の内部の内容液中にその一部を没するようにして垂設し、そして、反応容器２を内容液の撹拌に適する速度で軸線回りに回転駆動することにより、内容液を撹拌することもできる(図３Ｃ)。

液流邪魔部材７としては、例えば、各種センサー、バッフル板、棒状又は管状部材（例示：酸やアルカリなどのｐＨ調整液などを供給するための液体供給管、加温用や冷却用の熱交換パイプ）等が挙げられ、これらの少なくとも一つが用いられる。

なお、この場合の内容液の撹拌のための反応容器２の低速回転駆動と、遠心分離処理のための高速回転駆動とは、前記駆動部４を速度設定器等で、低速回転（例えば、５０ｒｐｍ等）、高速回転（例えば、１５００ｒｐｍ等）にそれぞれ切替えること等により行うことができる。

この態様によれば、単に液流邪魔部材７をハウジング３の上部の蓋３ｂから反応容器２内に垂設するのみで、反応容器２を低速で回転駆動させることにより内容液を撹拌することができ、好適である。

上記した撹拌装置の各態様において、遠心分離処理時には、通常反応容器の回転速度を徐々に上げて遠心力で反応液を反応容器内の側面方向に移動させることから、撹拌翼や液流邪魔部材の下部の位置については、遠心分離処理時に反応液に接しない範囲に配置されていればよい。

また、本発明の反応装置は、反応の条件や環境を維持・管理する手段を備えていてもよい。このような反応条件などの維持・管理手段は、例えば、ハウジングの上部の蓋を貫通して必要により気密的に、また、必要により着脱自在に取り付けられる。

このような手段としては、例えば、上記の各種センサー（溶存酸素濃度、ｐＨ、温度）、バッフル板、液体供給管、熱交換パイプ等の他、気体供給管（スパージャー）、排気管等の少なくとも一つが好適に用いられる。その他、必要により、サンプリング等のためのセプタムを設けても良い。

また別の態様において、本発明の反応装置は、温度などの反応条件を調整するために、ハウジングの外側などにヒーター及び／又はクーラーなどの温度調整手段を設けてもよい。

なお、本発明の反応装置において、反応容器及びハウジングを適宜分解、組立てができるように構成することにより、取り扱い、洗浄等が容易になり、好ましい。例えば、反応容器では底部を、ハウジングでは、上部、底部を螺合等により着脱自在にすることができる。

本発明の反応装置を用いて、内容液の反応及び反応液の遠心分離処理等の方法については特に制限はない。

反応容器を用いる反応方法は、例えば、反応容器内に内容液をその供給源に連通する供給管で供給し、必要な反応条件下で、所望により反応容器を低速で回転させつつ反応を行わせる。なお、内容液への添加物がある場合には、ハウジング上部の投入口より適宜投入すればよい。

反応後における反応液の遠心分離処理等の方法は、遠心力により反応液の固液分離と反応容器上部の開口端の周縁部からの上清液の溢流とがなされるように操作すればよく、そして、その条件は適宜調整すればよい。例えば、反応容器の回転数を徐々に上げて反応液が反応容器の上部開口端の周縁部から溢流しない回転数で固液分離をし、その後、回転数をさらに上げて分離した上清液を該周縁部から溢流させる等すればよい。

より具体的なには、ハウジング内に溢流した上清液の濁度から、固形分が反応容器から出ないように反応容器の回転数を調節することも有効である。

また、対象とする反応液について、あらかじめ反応容器の回転数と固液分離状態、上清液の溢流状態との関係を求めておき、これに基づいて遠心分離処理等の操作を行うようにすることもできる。

反応容器の回転数は、当然ながら、反応液の性状に応じて適宜調節、設定すればよいが、固液分離、上清液の溢流時の回転数については、反応容器上部の開口端にリム部（内鍔部）を設けない場合（図１Ａ）では、例えば、５００〜１５００ｒｐｍ等とすることができる。また、図１Ｂに示したような、反応容器上部の開口端の周縁部の内側方向にリム部（内鍔部）を設けた場合では、上清液は当該リム部の内側周縁部から溢流するが、この場合は、反応容器の回転数は、図１Ａのときよりも高速とすることができ、固液分離もより効果的になる。その回転数は、反応液の性状にもよるが、例えば、５００〜３０００ｒｐｍ等とすることができる。

そして、このようにして反応容器上部の開口端の周縁部から溢流した上清液は、ハウジングの底部に貯めたり、下部に設けた排出管によりハウジングの外側に排出することができる。

以下に本発明の具体的な実施例を示しつつ本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものでない。

図４は本発明の反応装置の一実施態様を示す図であり、図４Ａはその上面図、図４Ｂはその縦断面図である。

同図において、本発明の反応装置１１は、遠心分離機を兼用するものであって、上部が周縁部で開口する有底円筒状の反応容器１２と、反応容器１２を内部に収容する略円筒状のハウジング１３と、ハウジング１３の外側の底部近傍に配置された、反応容器１２を軸線方向の軸を介して軸線回りに回転駆動させる駆動部（モーター）１４とを備えている。

本実施例において、反応容器１２は、第１円筒部材（側面）１２ａがその下端で第１底部材１２ｂにＯリングを介して水密的に螺合して形成されている。

そして、反応容器１２の上部開口端の周縁部には、内側方向のリム部（内鍔部）１２ｃを固着して備えている。

また、反応容器１２内の第１底部材１２ｂの中央部には、後記するハウジング１３底部からの立ち上がりの支柱軸１３ｅを挿入するための、底部外側に開口する中空管部（円筒管部）１２ｄが第１底部材から一体的形成で立ち上っていて、その上端に支柱軸１３ｅの軸受１２ｅを取り付けている。

さらに、第１底部材１２ｂ（反応容器１２外側の底部）には、永久磁石１２ｆ１、１２ｆ２を内蔵している。

反応容器１２を収容するハウジング１３は、第２円筒部材（側面）１３ａの上端に上部に蓋（天板）１３ｂがＯリングを介して水密的に袋ナット１３ｃで螺合して形成され、その下端に第２底部材１３ｄがＯリングを介して水密的に螺合して形成されている。

また、ハウジング１３の上部の蓋１３ｂには、例えば、反応液の供給源（不図示）に連通する供給管Ｓ１、温度センサー挿入用のさや管Ｓ２、排気管Ｓ３等が必要により水密的に、あるいは着脱自在に取り付けられている。

なお、ハウジング１３の上部の蓋１３ｂから内容液中に垂下するさや管Ｓ２は、反応時に反応容器１２を撹拌に適した回転速度で回転させることにより、液流邪魔物体として機能して撹拌効果を奏することができる。

また、ハウジング１３の上部の蓋１３ｂには、図４Ａに示すように、各種センサーＳ４、Ｓ５、ｐＨ調整用の酸、アルカリ等の液体供給管Ｓ６、通気撹拌用の気体供給管Ｓ７、サンプリング口Ｓ８等を適宜設けることができる。

さらに、ハウジング１３内の第２底部材１３ｄの略中央部からは、その基部を第２底部材に接着剤等で水密的に固定した支柱軸１３ｅが立ち上がっていて、この支柱軸１３ｅが反応容器１２の中空管部１２ｄの中空部に挿入され、支柱軸１３ｅの先端と軸受１２ｅとによって、反応容器１２が回転自在に、かつ、取り外し自在に支承されている。

なお、反応容器１２の中空管部１２ｄの下端内面と、ハウジング１３の支柱軸１３ｅとの摺動部には、滑り軸受（メタル）が設けられていて、反応容器１２の回転駆動が円滑に行われる。

さらにまた、ハウジング１３内の底部には、上清液を外側に排出する排出管１３ｆを有している。

ハウジング１３の外側の底部近傍には、支持台Ｐを介して、反応容器１２を回転駆動する駆動部（モーター）１４が備えられていて、これに連結する駆動回転軸１４ａに水平に取付けた回転盤１４ｂ上に永久磁石１２ｆ１、１２ｆ２に対向する位置で、これと異極の駆動用永久磁石１４ｃ１、１４ｃ２が配置されている。

なお、駆動部１４は、速度設定器等を用いて、内容液の撹拌のための反応容器１２の低速回転、遠心分離処理のための高速回転等に切り替えることができる。

このようにして構成された本発明の反応装置１１において、反応に供する内容液が供給管Ｓ１より反応容器１２内に投入され、適宜の条件下で反応を行ない、そして、反応終了後、引き続き遠心分離処理を行って固液分離をし、収容容器の回転数をさらに上げて分離された上清液を反応容器１２の上部開口端のリム部１２ｃの周縁部から溢流させ、必要に応じて、上清液は排出管１３ｆより、ハウジング１３の外側に排出されることになる。

本発明の反応装置によれば、反応液を遠心分離処理で固液分離して得た上清液を固体の混入、流出を防止しつつ反応容器の上部開口端の周縁部から溢流させることができることから、特に、微生物や動植物の細胞の濃縮、灌流培養等に有効である。

なお、反応容器１２、ハウジング１３の材料については、特に制限されないが、反応容器１２の第１円筒部材１２ａ、リム部１２ｃでは、例えば、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等が、第１底部材１２ｂでは、例えば、ステンレス鋼等が、軸受１２ｅでは、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が好適に用いられる。

また、ハウジング１３の第２円筒部材１３ａ、上部の蓋１３ｂでは、例えば、ＰＣ等が、第２底部材１３ｄ、支柱軸１３ｅでは、例えば、ステンレス鋼等が好適に用いられる。

さらに、反応容器１２の第１円筒部材１２ａ、ハウジング１３の第２円筒部材１３ａ、上部の蓋１３ｂ等にＰＣ等の透明な材料を用いれば、反応時や遠心分離処理時等の反応液等の状況を目視で確認することができ、好適である。

そしてまた、本発明の反応装置を微生物、動植物の培養等に適用する場合には、蒸気加熱滅菌等を考慮して、耐熱性の材料を用いるのが好ましい。

ここで、図４の反応装置１１を用いて実際に試験したところ、良好な結果が得られた。すなわち、先ず、反応容器１２に反応液としての市販品の赤に着色した擬似細胞（固体、比重は動物細胞と同じ）と水との懸濁液を反応容器１２の高さの１／３になるまで投入した。次いで、駆動部１４によって反応容器１２を１０００ｒｐｍで２０秒間回転させた。その結果、遠心力により上記擬似細胞が壁面に堆積して完全な固液分離（分離した固体は、壁面の下方ほど厚く、上方ほど薄い層を形成）がなされた。続いて、反応容器１２の回転数を１５００ｒｐｍに更に上げることにより、上清液が上部開口端のリム部１２ｃの周縁部から溢流してハウジング１３内の反応容器１２の外側に流出された。

１、１１ 反応装置
２、１２ 反応容器
１２ａ 第１円筒部材
１２ｂ 第１底部材
１２ｃ リム部
１２ｄ 中空管部（円筒管部）
１２ｅ 軸受
２ｆ１、２ｆ２、２ｆ３、２ｆ４、１２ｆ１、１２ｆ２ 永久磁石
３、１３ ハウジング
１３ａ 第２円筒部材
３ｂ、１３ｂ 上部の蓋
１３ｃ 袋ナット
１３ｄ 第２底部材
１３ｅ 支柱軸
１３ｆ 排出管
Ｓ１ 供給管
Ｓ２ さや管
Ｓ３ 排気管
４、１４ 駆動部
４ｃ１、４ｃ２、１４ｃ１、１４ｃ２ 駆動用永久磁石
５ａ 翼用駆動部
５ｂ１、５ｂ２ 撹拌用回転軸
５ｃ１、５ｃ２ 撹拌翼
５ｄ１、５ｄ２ 翼用永久磁石
６ａ１、６ａ２ 翼駆動用永久磁石
７ 液流邪魔部材

Claims (15)

1. 上部が周縁部で開口している有底円筒状の反応容器と、
   該反応容器を内部に収容する略円筒状のハウジングと、
   該ハウジングの外側に配置された、該反応容器を軸線方向の軸を介して軸線回りに回転駆動させる駆動部と、
   を備えた、遠心分離機兼用の反応装置であって、
   該反応容器で反応に供する内容液の反応を行った後、該反応容器を軸線回りに回転駆動して遠心力により反応液の固液分離とその上清液の該反応容器上部開口端からの溢流とを行う、前記反応装置。
2. 前記ハウジングが、その上部に前記反応容器に前記内容液を供給する供給管と、その側面の下部に前記周縁部から溢流する前記上清液を該ハウジングの外側へ排出する排出管と、を備える、請求項１に記載の反応装置
3. 前記反応容器が、上部開口端の周縁部に内側方向のリム部を備える、請求項１又は２に記載の反応装置。
4. 前記駆動部が、磁力によって駆動する、請求項１〜３のいずれかに記載の反応装置。
5. 前記反応容器が、前記ハウジング内の底部の略中央部からの立ち上がりの支柱軸に回転自在に取り付けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の反応装置。
6. 前記反応容器が、該反応容器の外側の底部に水平に配置された永久磁石と、該永久磁石に対向する位置で前記ハウジングの外側の底部近傍に水平に配置された該永久磁石と異極の駆動用永久磁石と、該駆動用永久磁石に駆動回転軸を介して連結している前記駆動部と、によって回転駆動する、請求項５に記載の反応装置。
7. 回転軸の一端が該反応容器の外側の底部の中心に連結され、該回転軸の他端が前記ハウジングの底部の軸受を介して前記駆動部に回転自在に連結されている、請求項１〜３のいずれかに記載の反応装置。
8. 回転軸の一端が前記反応容器の外側の底部の中心に連結され、該回転軸の他端が前記ハウジングの内側の底部の軸受に回転自在に連結されている、請求項１〜４のいずれかに記載の反応装置。
9. 前記反応容器が、前記回転軸に対し水平に配置された永久磁石と、該永久磁石に対向する位置で該ハウジングの外側の底部近傍に水平に配置された該永久磁石と異極の駆動用永久磁石と、該駆動用永久磁石に駆動回転軸を介して連結している前記駆動部と、によって回転駆動する、請求項８に記載の反応装置。
10. 回転軸の一端が前記ハウジングの上部の蓋を貫通させて外側に配置された前記駆動部に連結され、該回転軸の他端が該反応容器内の底部の中心に垂下して回転自在に連結されている、請求項１〜３のいずれかに記載の反応装置。
11. 前記反応装置は撹拌装置を具備する装置であって、
    該撹拌装置が、前記ハウジング上部の蓋に配置の翼用駆動部と、これに連結し回転する前記反応容器の内部に垂設の撹拌用回転軸と、この下部近傍に取り付けられた撹拌翼と、を備える、請求項１〜９のいずれかに記載の反応装置。
12. 前記反応装置が撹拌装置を具備し、該撹拌装置が、前記ハウジング上部の蓋の軸受を介して前記反応容器の内部に垂設する撹拌用回転軸と、この下部近傍に取り付けられた撹拌翼と、を備え、
    該撹拌翼は、該撹拌翼に水平に配置された翼用永久磁石と、該翼用永久磁石に対向する位置で前記ハウジングの外側の底部近傍の回転体に水平に配置された該翼用永久磁石と異極の翼駆動用永久磁石と、回転伝達手段を介して該回転体を回転させる翼用駆動部と、によって回転駆動し、
    該回転体は、前記反応容器の外側の底部と前記駆動部とに連結する駆動回転軸に回転可能に取り付けられている、請求項７に記載の反応装置。
13. 液流邪魔部材が、前記ハウジング上部の蓋から前記反応容器の内部の内容液中にその一部を没するようにして垂設する部材であり、
    該反応容器が前記駆動部により軸線回りに回転駆動することにより、該内容液が撹拌される、請求項１〜１０のいずれかに記載の反応装置。
14. 前記ハウジングが、各種センサー、バッフル板、液体供給管、気体供給管、排気管、熱交換パイプの少なくとも一つを備える、請求項１〜１３のいずれかに記載の反応装置。
15. 前記ハウジングの外側にヒーター及び／又はクーラーをさらに備える、請求項１〜１４のいずれかに記載の反応装置。
    

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