KR20180131956A - 반응 용기, 그것을 사용한 물질 제조 시스템 및 제조 방법 - Google Patents

반응 용기, 그것을 사용한 물질 제조 시스템 및 제조 방법 Download PDF

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KR20180131956A
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stirring
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도시미츠 노구치
다쿠야 감바야시
신이치 다니구치
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가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 반응 용기 내의 물질의 성분이나 상태 등을, 그 자리에서 연속적으로 측정하거나 관찰하거나 하는 것을 가능하게 하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 물질을 수용하는 용기와, 상기 물질을 교반하는 교반 장치와, 상기 물질이 상기 용기의 밖에서 유통하는 바이패스를 구비하며, 상기 바이패스의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이, 상기 교반 장치에 의해 교반했을 때에 상기 물질이 상기 바이패스를 유통하는 위치에 있어서, 상기 용기에 접속되어 있다.

Description

반응 용기, 그것을 사용한 물질 제조 시스템 및 제조 방법{REACTION VESSEL, MANUFACTURING SYSTEM OF SUBSTANCE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 반응 용기, 그것을 사용한 물질 제조 시스템 및 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 용기 내의 물질의 성분 농도나 상태, 형태 등을 측정 또는 관찰할 필요가 있는 제조 공정에 있어서는, 스포이트나 주사기, 튜브 등을 사용하여 용기로부터 물질을 추출해서 측정이나 관찰을 행하고 있다.
또한, 선행 기술예로서, 교반조에 바이패스와 순환용 펌프를 마련하고, 바이패스를 경유해서 계측부에 시료를 송부하고, 시료의 상태를 분석 장치로 계측하고, 시료를 교반조로 되돌리고 있는 장치가, 일본국 특개 2009-294002호 공보(특허문헌 1)에 기재되어 있다. 이 특허문헌 1에는,「미량 물질을 포함하는 용액을 균일하게 교반하는 동시에 용액 중의 특정한 반응을 진행시키는 히터 부착 스터러와, 용액의 유입구, 유출구와 함께 상기 유입구 및 유출구의 사이에 용액의 저류부를 갖고서 용액의 균일성을 유지할 수 있는 동시에 X선원으로부터 방사한 입사 X선을 저류부 내의 용액에 조사하기 위한 수광창을 갖는 측정셀과, X선을 조사한 용액이 방사하는 형광 X선을 수광창을 통해 수광함으로써 용액 중의 미량 물질을 그 자리에서 검출할 수 있는 7소자 SDD와, 히터 부착 스터러와 측정셀 사이를 연통하는 유로와, 유로의 도중에 개재되어서 히터 부착 스터러와 측정셀 사이에서 용액을 순환시키는 송액 펌프를 구비한다.」(요약)고 기재되어 있다.
일본국 특개 2009-294002호 공보
종래와 같이, 스포이트나 주사기 등을 사용한 물질의 추출에서는, 연속 측정이 곤란하다. 또한, 용기의 덮개를 열어서 물질을 추출하면, 기체가 외부로 방출되거나 공기가 내부에 혼입하거나 하는 것에 의한 용기 내의 성분 변화의 가능성이나, 외부로부터의 먼지나 세균류의 혼입 오염의 리스크가 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재되는 장치에서는, 샘플링을 위한 바이패스에 순환용 펌프가 필요하다. 이 경우, 구조가 복잡해지는 것 이외에, 순환용 펌프와 같은 기계적 가동부의 고장 리스크도 생긴다.
본 발명의 목적은, 반응 용기 내의 물질의 성분이나 상태 등을, 그 자리에서 연속적으로 측정하거나 관찰하거나 하는 것을 가능하게 하는 반응 용기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한, 대표적인 본 발명의 반응 용기의 일례를 들면, 물질을 수용하는 용기와, 상기 물질을 교반하는 교반 장치와, 상기 물질이 상기 용기의 밖에서 유통(流通)하는 바이패스를 구비하며, 상기 바이패스의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이, 상기 교반 장치에 의해 교반했을 때에 상기 물질이 상기 바이패스를 유통하는 위치에 있어서, 상기 용기에 접속되어 있는 것이다.
또, 본 발명의 반응 용기는, 화학 물질의 제조에 사용하는 반응 용기나 생화학 물질의 배양에 사용하는 배양 용기 등을 포함하는 것이다.
본 발명에 의하면, 반응 용기 내의 물질의 성분이나 상태 등을, 그 자리에서 연속적으로 측정하거나 관찰하거나 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의, 교반 장치와 바이패스를 구비한 반응 용기의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 용기에 접속하는 바이패스의 단부의 위치를 설명하는 도면.
도 3은 용기에 접속하는 바이패스의 단부의 위치와, 바이패스 내에 유입하는 물질의 유속의 관계를 계산으로 어림잡은 결과를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명을 기초로 시작(試作)한 용기에서 실험한 결과로부터 얻어진, 바이패스 내를 유통하는 물의 유속과 용기 내의 교반 회전수의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 계산 결과로부터 얻어진, 용기가 직경 1m의 원기둥체일 경우의 바이패스 내를 유통하는 물의 유속과 용기 내의 교반 회전수의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 용기에 접속하는 바이패스의 형상의 변형예를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 반응 용기의 바이패스를 광학 분석 장치에 넣어서 분석하는 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예 2의 반응 용기의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시예 3의 반응 용기의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예 4의 반응 용기의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 실시예 5의 반응 용기의 일례를 나타내는 도면.
도 12는 광학 분석 장치를 위한 구성을 갖는, 반응 용기의 바이패스 부분의 복수의 예를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예 6의, 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 실시예 6의, 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템의 다른 예를 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 실시예 7의, 반응 용기를 사용한 물질 제조 방법의 일례를 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 원칙적으로 동일한 부호를 부여하고, 그 반복 설명은 생략한다. 설명 상의 방향으로서, X, Y, Z축을 구비하는 직교좌표계를 사용한다. X, Y는 수평면을 구성하는 방향으로 하고, Z는 연직 방향으로 한다.
[실시예 1]
도 1∼도 7을 사용하여, 본 발명의 실시예 1의, 교반 장치와 바이패스를 구비한 반응 용기에 대해 설명한다.
도 1은, 실시예 1의 교반 장치와 바이패스를 구비한 반응 용기(100)의 구성의 일례를 나타내고 있다.
반응 용기(100)는, 물질(10)을 수용하는 용기(11)와, 물질(10)을 교반하는 교반 날개(121)를 가진 교반 장치(12)와, 물질(10)을 용기(11)의 밖에서 유통시키는 바이패스(13)로 구성되어 있다. 바이패스(13)의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝은, 교반 장치(12)에 의해 교반했을 때에 물질이 바이패스를 유통하는 위치에 있어서, 용기(11)에 접속되어 있다.
교반 장치(12)는 거의 연직 방향의 회전축을 구비하고 있으며, 교반 장치(12)와 교반 날개(121)에 의해, 물질(10)은 수평 방향으로 회전 교반된다. 그에 따라, 바이패스(13)의 내부를 물질(10)이 유통한다. 또, 교반의 회전 방향을 도 1과 반대로 해도 되며, 그 경우에는 도 1에 나타낸 흐름의 방향은 반대로 된다. 또한, 회전 방향을 시간마다 반전시켜도 된다. 또한, 교반 장치는, 교반 날개가 아니라, 자기적인 힘을 이용하는 교반자(攪拌子) 혹은 회전자(回轉子)와 회전 장치에 의해 회전 교반해도 된다. 혹은, 물질이 수평 방향으로 회전 교반하는 것이라면, 그 밖의 방법을 이용해도 된다. 물질을 수평 방향으로 회전 교반하기 위해, 용기는 원기둥체, 원뿔체 등과 같이, 용기의 수평 단면이 원형 또는 타원형을 갖는 것이 바람직하다.
용기(11)와 바이패스(13)의 재료는, 동일한 재료여도 서로 다른 재료여도 된다. 재료로서는, 글래스, 스테인레스강, 고분자 수지 등을 사용할 수 있다. 사용하는 재료는, 고온이나 저온에 대한 내성, 내압성, 기계적 강도, 내약품성, 멸균 방법에 대한 내성 등이 높은 것과, 가스나 물, 약품에 대한 흡수성 등이 낮은 것이 바람직하다. 용기(11)와 바이패스(13)는 일체형의 구조여도 되고, 분할해서 떼어내거나 재장착이 가능한 구조여도 된다. 일체형의 구조의 경우에는, 일체로 성형해도 되고, 용접이나 접착 등에 의해서 장착해도 된다. 분할해서 떼어내거나 재장착이 가능한 구조의 경우에는, 플랜지와 O링이나 개스킷을 조합시키거나, 나사조임식으로 해도 된다.
도 2는, 용기(11)에 접속하는 바이패스(13)의 단부의 위치의 예를 나타내고 있다. 단, 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 도 2에서는 물질과 교반 장치 및 교반 날개의 도시를 생략하고 있다. 여기서는, 일례로서, 용기(11)가 원기둥체(반경을 R이라 함)인 경우를 설명한다.
도 2의 (d)에 나타나 있는 바와 같이, 바이패스(13)의 한쪽 끝을 P라고 하고, 다른 쪽 끝을 S라고 했을 때, 바이패스(13)의 한쪽 끝 P와 다른 쪽 끝 S를 포함하는 용기(11)의 수평 단면에, 회전 교반의 중심을 원점 O로 한 XY 좌표를 둔다. 용기(11)의 내벽면 상의 내주원의 한 지점에서, X축 상의 것을 R이라고 한다. 선분 OP와 X축(선분 OR)이 이루는 각도를 θ라고 하고, θ는 점 P가 점 R과 겹쳐질 때를 0°로 하고, 점 P가 Y축을 향하는 방향으로 증가하여, 점 P가 Y축과 겹쳤을 때(그 점을 점 Q라고 함)의 90°까지의 값을 취하는 것으로 한다. 여기서, 바이패스의 단부의 위치를 나타내기 위해서, x를 점 P의 X좌표라고 하면, x=R·cosθ가 된다. x는 0 내지 R까지 사이의 값을 취한다. 바이패스(13)의 단부의 위치와 바이패스(13)의 형상은, x=0일 때 도 2의 (a)가 되고, x=R일 때 도 2의 (c)가 된다. x=0과 x=R 사이의 상태의 일례가 도 2의 (b)이다.
회전 교반의 각속도를 ω라고 하고, 용기(11) 내의 물질(10)이 이 각속도 ω로 원운동하는 것으로 가정했을 때, 점 R에 있어서의 내주원 접선 방향의 물질(10)의 속도는 R·ω(이것을 V0라 함)가 된다. 각도 θ일 때의 점 P에 있어서의, 바이패스(13) 내에 유입하는 물질의 속도 v는, v=V0·cosθ=R·ω·cosθ=ω·x가 된다.
도 3은, 용기에 접속하는 바이패스의 단부의 위치와 바이패스 내에 유입하는 물질의 유속과의 관계를, 계산으로 어림잡은 결과를 나타내고 있다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, x의 값이 0에서 R로 변화될 때, 바이패스(13) 내에 유입하는 물질(10)의 속도 v의 값은 0에서 R·ω로 변화되며, x=R일 때 최대값 R·ω를 취한다.
이상의 것으로부터, 용기(11)에, 바이패스(13)의 한쪽 끝 및 다른 쪽 끝을 접속할 때, 바이패스(13)에 유입하는 물질(10)의 속도를 최대로 하기 위해서는, 도 2의 (c)와 같이, 용기(11)의 내벽면 상의 내주원의 접선의 방향으로, 바이패스(13)의 한쪽 끝 및 다른 쪽 끝을 향하게 해서 장착하는 것이 바람직하다.
도 4는, 본 실시예를 기초로 시작(試作)한 용기로 실험한 결과로부터 얻어진, 바이패스 내를 유통하는 물의 유속과 용기 내의 교반 회전수의 관계를 나타내고 있다.
시작한 용기(11)는, 도 1에 나타낸 구성과 유사한 것이다. 용기(11)는 메탈크릴 수지로 만든 원기둥체이며, 외경 70mm, 내경 60mm, 높이 150mm의 것을 사용하였다. 또한, 물질(10)에는 물을 사용하였다. 단, 교반 날개가 아니라, 자기적인 힘을 이용하는 교반자와 회전 장치에 의해 회전 교반했다. 교반자의 형상은 직경 30mm 원판 형상이다. 회전 장치에는 회전수가 디지털 표시되는 것을 사용하고, 용기(11) 내에서 교반하는 물질(10)이 물일 경우에는, 이 표시 값이 용기 내의 물질의 회전수에 상당하는 것으로 가정하였다.
바이패스(13)에는, 글래스관과 연질 염화비닐 튜브를 연결시킨 것을 사용하였다. 용기(11)와 바이패스(13)의 접속부에는 연질 염화비닐 튜브를 사용하였다. 글래스관의 내경은 5mm, 길이는 110mm로 하였다. 연질 염화비닐 튜브의 내경은 3mm이며, 바이패스 부분의 전체 길이는 약 340mm이다. 바이패스(13) 내를 유통하는 물의 유속은, 바이패스(13) 내의 글래스관 부분을 통과하는 기포(氣泡)의 단위 시간당의 이동 거리로부터 산출하였다. 산출에 사용한 기포의 체적은 약 200μL이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 바이패스(13) 내를 유통하는 물의 유속과 용기(11) 내의 교반 회전수의 사이에는, 거의 직선 관계가 얻어졌다. 또, 교반 회전수가 250rpm 이하에서는 유속이 0으로 되어 있지만, 이것은 바이패스(13) 내를 유통하는 물의 유속이 작으면, 기포와 글래스관의 마찰저항이나 기포의 글래스 내벽에의 부착력의 영향이 커져서 기포가 움직이지 않게 되었기 때문으로 생각되며, 바이패스(13) 내의 물이 완전히 정지한 것은 아니다.
다음으로, 용기(11)를 스케일업했을 경우에, 바이패스(13) 내를 유통하는 물의 유속을 어림잡았다. 도 4에서 나타낸 시작 용기에 의한 실험 결과와, 그 때의 회전 교반에 의한 원운동에 있어서의 용기(11)의 내벽면 상의 내주원의 접선 방향의 속도를 이용하여, 실용적인 크기의 용기의 일례로서, 용기(11)가 직경 1m의 원기둥체일 경우의 바이패스(13) 내를 유통하는 물의 유속을 계산하였다. 교반 회전수와 용기(11)의 내경으로부터, 각 회전수의 원운동에 있어서의 용기(11)의 내벽면 상의 내주원의 접선 방향의 속도를 산출하였다. 원기둥체의 직경만이 커지고, 그 밖의 바이패스(13)의 구성이나 내경 등은 도 4의 실험과 동일한 것으로 하여, 물리적인 파라미터나 특성 등은 도 4의 실험과 변함이 없는 것으로 가정하였다. 즉, 바이패스(13) 내를 유통하는 물의 유속과 용기(11) 내의 교반 회전수의 사이에는 도 4의 비례 관계가 있어, 용기의 직경을 바꾸어도 그 관계는 변함이 없는 것으로 가정하였다.
도 5는, 상기의 계산 결과로부터 얻어진, 용기(11)가 직경 1m의 원기둥체일 경우의 바이패스(13) 내를 유통하는 물의 유속과 용기(11) 내의 교반 회전수의 관계를 나타낸 것이다. 상기의 가정이 성립되는 범위에서는, 용기를 스케일업했을 경우에, 도 5와 같은 상관 관계가 성립되는 것으로 어림잡았다.
도 6은, 본 발명의 반응 용기의 바이패스 형상의 다른 예를 나타내고 있다. 단, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 도 6에서는 물질의 도시를 생략하고 있다.
도 1에서는, 바이패스(13)의 절곡 부분이 직각으로 되어 있었지만, 도 6의 (a)와 같이, 절곡 부분의 물질(10)의 흐름을 좋게 하기 위해서 원호 형상으로 해도 된다. 또한, 바이패스(13)에 유입하는 물질의 속도를 최대로 하기 위해서는, 용기(11)의 내벽면 상의 내주원의 접선의 방향으로, 바이패스의 한쪽 끝 및 다른 쪽 끝을 향해서 장착하는 것이 바람직하므로, 그것을 고려하여, 도 6의 (b), (c), (d), (e)와 같이 해도 된다.
도 6의 (b)에서는, 바이패스(13)의 한쪽 끝 및 다른 쪽 끝의 용기(11)에의 접속 위치를 근접시킴으로써, 도 1이나 도 6의 (a)보다 바이패스(13)의 길이를 짧게 할 수 있다. 도 6의 (c)에서는, 바이패스(13)의 전체를 원호 형상으로 함으로써, 각진 절곡이 없으므로, 물질(10)의 흐름을 보다 스무스하게 할 수 있다. 도 6의 (d)에서는, 바이패스(13)를 대략 사각형 형상으로 하여, 사각형의 한 변에 용기와의 접속 위치를 마련하였기 때문에, 바이패스(13)의 단부의 용기(11)에의 접속 위치를 서로 근접시킬 수 있다. 바이패스(13)를 복수개 배치할 경우에, 바이패스끼리가 서로 간섭하기 어려워져, 배치하기 쉬워진다. 도 6의 (e)에서는, 바이패스(13) 전체를 타원형으로 함으로써, 도 6의 (d)보다 바이패스(13)의 길이를 짧게 할 수 있어, 물질(10)의 흐름을 보다 스무스하게 할 수 있다. 또한, 바이패스(13)를 구부린 모양은 도 6의 (e)에 나타낸 타원에 한정되지 않으며, 원형이어도 된다.
또, 교반의 회전 방향을 도 6과 반대로 해도 되며, 그 경우는 도 6에 나타낸 흐름의 방향은 반대가 된다. 또한, 바이패스(13) 내를 유통하는 물질(10)의 유속이 최대가 아니어도 될 경우에는, 바이패스(13)를 도 2의 (b)와 같이, 내주원의 접선의 방향으로부터 기울어지게 해서, 용기(11)에 접속하게 해도 된다.
또한, 용기(11)나 바이패스(13)의 설치 관계상, 또는, 바이패스(13)를 사용한 측정 혹은 관찰 관계상, 필요하면, 본 발명에 도시한 것보다, 바이패스(13)의 길이를 길게 하거나, 곡선 형상으로 둘러치거나, 바이패스(13)의 형상을 변화시키거나 해도 된다.
도 7에, 본 실시예의 반응 용기를 사용하여, 광학 분석 장치로 분석하는 구성의 일례를 나타낸다.
광학 분석 장치(60)는 반응 용기(100)와는 독립된 장치이다. 광학 분석하기 위해서, 반응 용기(100)를 광학 분석 장치(60)의 장소에 반송하여, 바이패스(13)가 광학 분석 장치(60)의 분석 챔버(601) 안에 들어가도록, 배치한다. 바이패스(13)의 분석 영역을 광학 분석 장치(60)의 광원(602)과 수광부(603) 사이에 세트하고, 광을 바이패스(13)의 분석 영역에 조사하여, 광학 분석을 행한다. 차광을 위해, 분석 챔버(601) 안에 반응 용기(100) 전체를 넣도록 해도 된다.
또한, 광학 분석 장치(60)는 가반성(可搬性)이 있는 핸디형의 것이어도 되고, 그것을 바이패스(13)의 분석 영역에 접근시키거나 갖다 대거나 해도 된다.
또, 도 7에서는, 반응 용기로서 도 6의 (d)의 것을 기재하고 있지만, 도 1이나 도 6의 그 밖의 반응 용기를 사용해도 된다.
본 실시예에 의하면, 이하와 같은 효과가 있다.
반응 용기 내의 물질의 성분이나 상태 등을, 그 자리에서 연속해서 측정하거나 관찰하거나 할 수 있다.
샘플링이나 분석을 위해서, 반응 용기를 개방하거나, 샘플링 용구를 출납할 필요가 없기 때문에, 기체의 외부 방출이나 공기의 혼입에 의한 반응 용기 내의 성분 변화를 방지할 수 있고, 외부로부터의 먼지나 세균의 혼입 오염을 방지할 수 있다.
반응 용기에 샘플링용의 펌프나 실린더, 바이패스의 순환용 펌프 등의 기계적 가동부를 마련할 필요가 없기 때문에, 구조를 간이하게 할 수 있고, 고장 리스크를 낮출 수 있다.
[실시예 2]
도 8에, 본 발명의 실시예 2의 반응 용기의 일례를 나타내고 있다. 단, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 도 8에서는 물질의 도시를 생략하고 있다.
도 1에서는, 교반 날개(121)는 수평 방향으로 회전하고, 바이패스(13)의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 수평으로 배치되어, 바이패스(13)의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이 용기(11)에 수평해지도록, 용기(11)에 접속되어 있다.
이에 대하여 도 8에서는, 바이패스(13)의 한쪽 끝이, 바이패스(13)의 다른 쪽 끝보다 높게 배치되어 있다. 바이패스(13) 내에 들어간 기포가 바이패스(13) 내에 체류하지 않고 용기(11) 내로 흘러 나오는 것이 바람직하다. 그 때문에, 용기(11) 내로부터 바이패스(13) 내로 유입되는 부분을 바이패스(13)의 입구, 바이패스(13) 내로부터 용기(11) 내로 유출되는 부분을 바이패스(13)의 출구라고 정의했을 때, 바이패스(13)의 입구에 해당하는 바이패스(13)의 단부보다, 바이패스(13)의 출구에 해당하는 바이패스(13)의 단부의 쪽이 높아지도록 배치한다.
본 실시예에 의하면, 바이패스의 일단을 타단보다 높게 배치함으로써, 바이패스 유로에 침입한 기포의 체류를 방지할 수 있다.
[실시예 3]
도 9에, 본 발명의 실시예 3의 반응 용기의 일례를 나타내고 있다. 단, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 도 9에서는 물질의 도시를 생략하고 있다.
도 9에서는, 용기(11)의 둘레 상에서, 2개의 바이패스(13)가 마주보도록 2개의 바이패스(13)를 배치하고 있다. 바이패스(13)를 용기(11)에 복수개 배치함으로써, 한쪽을 바이패스의 예비품으로 하거나, 각각의 바이패스로 측정이나 관찰을 복수 실시할 수 있다. 또, 복수의 바이패스(13)는, 동일한 형상이어도, 서로 다른 형상이어도 된다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같은 2개뿐만 아니라, 3개 이상 배치해도 된다.
본 실시예에 의하면, 바이패스를 복수개 마련함으로써, 기능이 서로 다른 복수의 분석 장치를 설치하거나, 하나의 바이패스가 사용 불능으로 되었을 때에 다른 바이패스로 대용하거나 할 수 있다.
[실시예 4]
도 10에, 본 발명의 실시예 4의 반응 용기의 일례를 나타내고 있다. 단, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 도 10에서는 물질과 교반 장치 및 교반 날개의 도시를 생략하고 있다.
실시예 4는, 바이패스(13)를 용기(11)의 깊이 방향(혹은 높이 방향)으로 복수개 배치한 것이다. 바이패스의 형상은, 전부 동일해도 되고, 서로 달라도 된다. 바이패스의 위치는, 깊이 방향(혹은 높이 방향)으로 등간격이어도 되고, 다른 간격이어도 된다. 또한 실시예 3의 도 9와 같은, 바이패스를 용기의 둘레 방향으로 복수개 마련하는 배치를, 도 10과 같이 용기(11)의 깊이 방향(혹은 높이 방향)으로 복수개 배치해도 된다. 혹은, 실시예 2의 도 8과 같이, 바이패스(13)의 한쪽 끝을 바이패스(13)의 다른 쪽 끝보다 높게 하는 배치를, 도 10과 같이 용기(11)의 깊이 방향(혹은 높이 방향)으로 복수개 배치해도 된다. 각각의 바이패스(13)로 측정이나 관찰을 실시함으로써, 용기(11) 내에 있어서의 깊이 방향(혹은 높이 방향)의 물질(10)의 분포를 조사할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 바이패스를 복수개 마련함으로써, 위치에 따른 농도 분포 등을 측정할 수 있다.
[실시예 5]
도 11에, 본 발명의 실시예 5의 반응 용기의 일례를 나타내고 있다. 단, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 도 11에서는 물질과 교반 장치 및 교반 날개의 도시를 생략하고 있다.
실시예 5는, 반응 용기(100)에 광학 분석 장치(14)를 장착하여 일체화한 것이다. 도 11에 나타나 있는 바와 같이, 광학 분석 장치(14)는 용기(11)의 바이패스(13)에 장착되어, 반응 용기와 일체화되어 있다. 광학 분석 장치(14)에서는, 바이패스(13)에 투명부(142)를 마련하고, 투명부에 광이 조사되도록 광원(141)과 수광부(143)를 장착하여서, 광학 분석을 행한다. 투명부(142)란, 광원(141)에서 나오는 광 및 수광부(143)에서 측정하고자 하는 광에 대하여 투과성을 갖는 것이다. 광학 분석 장치(14)에는 적외, 근적외, 가시광, 자외, 형광 혹은 X선 등을 사용하는 분광 분석 장치가 포함된다. 바이패스 부분의 재료는, 각각의 광에 대하여 투과성을 갖는 광학 분석 장치에 적합한 것으로 한다. 예를 들면, 광원(141)과 수광부(143) 사이의 투명부(142)에는, 석영 글래스 등을 사용한다.
또한, 용기(11) 내로부터 바이패스(13) 내로 유입하는 부분을 바이패스(13)의 입구라고 했을 때, 도면에 나타나 있는 바와 같이, 광학 분석 장치(14)를 바이패스(13)의 입구 부근에 마련함으로써, 용기(11) 내의 상태에 따라 가까운 물질의 상태를 측정할 수 있다. 하나의 바이패스(13)에 하나의 광학 분석 장치(14)를 마련해도 되고, 하나의 바이패스(13)에 복수의 광학 분석 장치(14)를 마련해도 된다. 바이패스(13)를 복수개 배치해 두고, 복수의 광학 분석 장치(14)를, 하나의 바이패스(13)에 하나씩 마련해도 되고, 여러개 마련해도 된다.
도 12에, 광학 분석 장치를 위한 구성을 갖는, 반응 용기의 바이패스 부분의 복수의 예를 나타내고 있다. 또, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 바이패스와 용기의 접속 부분은 도시를 생략하고 있다.
도 12의 (a)는, 바이패스(13) 부분이 전부 투명하게 되어 있다. 재료로서는, 글래스나 고분자 수지 등을 사용한다. 고분자 수지로서는, 폴리스티렌 수지, 메탈크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합체 수지, 시클로올레핀폴리머 수지, 이들과 혹은 다른 모노머(monomer)류와의 공중합체 등이 있다. 광학 분석 장치의 광원이 X선일 경우에는, 얇은 알루미늄이나, 폴리에틸렌 수지, 불소 수지 등이어도 된다. 어느 것이나, 용기(11)에 수용하는 물질에 용해되거나, 물질을 흡수하거나, 부식 열화하지 않는 것이 바람직하다. 또한 사용하는 온도에 대하여, 연화되거나 용융되거나 하지 않도록 온도 내성이 있는 것이 바람직하다.
도 12의 (b)는, 바이패스(13) 부분에 다른 재료를 조합하고 있다. 특히, 광원(141)과 수광부(143) 사이의 재료(A144)를, 그 이외의 부분의 재료(B145)와는 다른 재료로 한다. 서로 다른 재료끼리를 압착, 용착, 접착 등 여러가지의 방법으로 연결시킬 수 있다.
도 12의 (c)는, 광원(141)과 수광부(143) 사이를 투명부(142)로 하고, 그 이외의 부분을 차광부(146)로 차광하는 것이다. 차광부(146)에서는, 바이패스(13)의 재료 자체로 차광해도 되고, 바이패스(13)의 외부 혹은 내부에 차광할 수 있는 재료를 별도로 부착해도 된다. 차광부의 예로서는, 바이패스 부분을 스테인레스로 해도 되고, 바이패스의 외부를, 스테인레스나 알루미늄, 흑화 처리한 철강이나 알루미늄, 검은 종이나 천으로 피복해도 된다.
도 12의 (d)는, 바이패스(13)의 투명부(142)에, 광원(141)과 수광부(143)로 이루어지는 광학 분석 장치(14)와, 현미경과 같은 광학 관찰 장치(15)를 장착하고 있다. 광원(141)과 수광부(143)로 구성되는 광학 분석 장치(14)가 아니라, 현미경과 같은 광학 관찰 장치(15)만이어도 된다. 현미경과 같은 광학 관찰 장치(15)는, 카메라나 촬영 소자로 해도 되고, 거기에 적절한 광원을 조합시켜도 된다. 물질이 액체일 경우, 액체중의 미립자나 세포 등의 고형분의 계수(計數), 형상 관찰, 사진 촬영 등을 할 수 있다. 또한, 현미경과 같은 광학 관찰 장치(15)를 부착하지 않고, 광원(141)과 수광부(143)로 구성되는 광학 분석 장치(14)를 2개 부착해도 된다.
본 실시예에 의하면, 반응 용기에 광학 분석 장치를 장착해서 일체화되어 있으므로, 측정할 때마다, 반응 용기를 광학 분석 장치에 배치할 필요가 없이, 단시간에 측정을 행할 수 있다.
[실시예 6]
도 13에, 실시예 6의, 본 발명의 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템의 일례에서, 교반 날개를 사용했을 경우를 나타내고 있다.
반응 용기(100)는 실시예 5의 도 11에 나타낸 것이며, 용기(11)에는, 물질(10)을 교반하는 교반 장치(12) 및 교반 날개(121)와, 물질(10)을 용기(11)의 밖에서 유통하는 바이패스(13)가 구비되어 있다. 바이패스(13)에는, 광학 분석 장치(14) 혹은 광학 관찰 장치(15)(미도시)가 구비되어 있다.
본 실시예의, 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템은, 상기의 반응 용기(100)와, 물질 공급부(161), 가스 도입 또는 추출부(171), 물질 추출부(162), 가스 도입부(172)를 구비하고 있다. 물질 공급부(161), 가스 도입 또는 추출부(171), 물질 추출부(162), 가스 도입부(172)는, 각각 배관(181)과 밸브(182)로 구성되어 있다.
반응 용기(100)의 외주(外周)에는, 항온조(191)가 구비되어 있고, 온도 조절 장치(192)에 연결되어 있다. 또한, 용기(11)에는 각종 센서(201)가 부착되어 있다. 이들 센서에 의해, 용기(11) 내의 온도, 압력, 가스 농도, 물질(10)의 성분 농도, pH, 비중, 색, 탁도, 도전율 등을 측정한다. 예를 들면, 물질(10)이 기체와 액체일 경우에는, 기체 내와 액체 내의 양쪽의 온도, 가스 농도, 물질(10)의 성분 농도 등을 측정한다.
상기의 교반 장치(12), 밸브(182), 온도 조절 장치(192)는, 제어 장치(30)에 연결되어 있다. 또한 센서(201), 광학 분석 장치(14) 혹은 광학 관찰 장치(15)는 측정 장치(40)에 연결되어 있다.
측정 장치(40)는, 퍼스널컴퓨터와 같은 해석 장치(50)에 연결되어 있으며, 측정 데이터나 관찰 데이터를 해석 장치(50)에 보내거나, 측정이나 관찰을 위한 제어 지령을 해석 장치(50)로부터 받거나 하고 있다. 해석 장치(50)는 제어 장치(30)에도 연결되어 있으며, 프로그램이나 해석한 결과에 의거하여 제어의 지령을 보내고 있다. 제어 장치(30)는, 해석 장치(50)로부터의 제어 지시를 받아서, 교반 장치(12)나 각종 밸브(182), 온도 조절 장치(192) 등의 제어를 행한다.
이상의 장치나 부품류는 하나만이 아니라, 복수 부착되어 있어도 된다. 또한, 여기에 예로 든 것 이외에도, 화학 물질의 제조나 생화학의 배양 등에 필요한 장치나 부품류를 추가할 수 있다. 광이 필요한 경우에는, 광조사용의 광원 등도 존재한다. 용기 외주에 항온조를 부착하는 것이 아니라, 용기 내에 전열 히터나, 수증기 혹은 냉매 등을 통과시킨 배관을 넣어서 온도 제어할 경우도 있다.
도 14는, 본 발명의 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템의 다른 예에서, 교반자를 사용했을 경우를 나타내고 있다. 도 13에 나타낸 교반 장치(12) 및 교반 날개(121) 대신에, 여기서는 자기적인 힘을 사용하는 회전 장치(122)와 교반자(123)가 부착되어 있다. 회전 장치(122)에서 발생하는 회전 자장에 의해, 자성체의 교반자(123)를 회전시킨다. 회전 장치(122)는 제어 장치(30)에 연결되어 있다. 그 이외는 도 12와 마찬가지이다.
또, 도 13 및 도 14의 예에서는, 광학 분석 장치(14)가 반응 용기(100)와 일체로 구성되어 있지만, 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 광학 분석 장치(14)와 반응 용기(100)를 별체로 구성하고, 반응 용기를 장착했을 때에 조합되도록 해도 된다.
본 실시예의 물질 제조 시스템에 의하면, 반응 용기 내의 물질의 성분이나 상태 등을, 그 자리에서 연속적으로 측정하거나 관찰하면서, 물질을 제조할 수 있다.
[실시예 7]
도 15에, 실시예 7의, 본 발명의 반응 용기를 사용한 물질 제조 방법의 흐름도의 일례를 나타내고 있다.
본 실시예에서는, 반응 용기에 구비한 바이패스부에서 반응 용기 내의 물질을 측정 혹은 관찰하고, 그 결과를 해석하고, 해석 결과를 기초로, 반응 용기에 장착한 각종 장치를 제어하면서 물질을 제조하는 것이 특징이다. 여기서는 물질이 액체일 경우를 설명한다.
도 15에 나타나 있는 바와 같이, 스텝 51에서, 먼저 반응 용기에 물질을 투입한다. 투입하는 물질로서는, 화학 반응으로 제조하는 화학 물질일 경우이면, 원재료나 촉매, 용매 등이다. 배양으로 제조하는 생화학 물질일 경우이면, 세포 혹은 균류와 영양분을 포함하는 배지 등이다.
계속해서 스텝 53에서, 물질을 교반한다. 교반에 전후해서, 온도나 압력 등을 조정하거나, 다른 물질을 공급해도 된다. 해석 장치로부터의 지시에 따라, 스텝 54에서, 센서에 의한 측정과, 스텝 55에서, 바이패스부에 있어서의 용기 내의 물질의 측정 또는 관찰을 실시한다.
센서에 의한 측정에서는, 반응 용기 내의 온도, 압력, 가스 농도, 물질의 성분 농도, pH, 비중, 색, 탁도, 도전율 등을 측정한다.
한편, 바이패스부에 있어서의 반응 용기 내의 물질의 측정 또는 관찰에서는, 광학 분석 장치를 사용하여, 물질의 동정(同定)이나 물질의 성분 농도 측정 등을 실시한다. 혹은, 광학 관찰 장치를 사용하여, 액체중의 미립자나 세포 등의 고형분의 계수, 형상 관찰, 사진 촬영 등을 실시한다.
스텝 56에서, 측정 및 관찰의 결과를 해석 장치에 의해서 해석하고, 스텝 57에서, 해석 결과 혹은 프로그램에 의거한 제어를 제어 장치에 의해서 실시한다. 이에 따라, 반응 혹은 배양이 적절해지도록, 온도, 압력, 교반 회전수, 가스 농도나 물질의 성분 농도 등을 조정한다.
그 후에, 또 교반을 계속하고, 해석 장치로부터의 지시에 따른 측정 및 관찰을 반복한다. 교반은 연속적이어도 단속적이어도 되고, 회전수나 회전 방향을 바꾸어도 된다. 측정중 및 관찰중에 교반을 계속하고 있어도 되고, 정지해도 된다.
해석 장치에 의한 해석 결과에 의거하여, 용기로부터의 물질의 일부 추출은 하지 않고 그대로 반응이나 배양을 계속하거나, 스텝 58에 나타나 있는 바와 같이, 용기로부터 물질의 일부를 추출해도 된다.
스텝 59에서는, 반응이나 배양을 완료 혹은 중지하고 물질을 전부 추출한다.
또, 도중에 용기로부터 물질의 일부를 추출하거나 용기에 물질을 공급하면서 연속 처리로 해도 되고, 소정의 반응이나 배양을 완료하고 나서 추출하는 배치(batch) 처리로 해도 된다. 상기에 의해, 화학 물질이나 생화학 물질 등의 물질 제조 방법을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기한 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능함은 물론이다.
예를 들면, 상기한 각 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 임의의 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 대체하는 것이 가능하며, 또한 임의의 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다. 예를 들면 본 실시예에서는, 반응 용기에 넣는 물질에는, 기체 상태, 액체 상태 혹은 유동성을 갖는 고체 상태의 것으로, 화학품이나 의약품, 식품의 원재료 등 여러가지의 것이 있을 수 있다. 또한, 투명한 액체뿐만 아니라, 미립자를 포함하는 현탁액이나 유적(油滴)을 포함하는 유탁액 등에도 적용 가능하다. 또한, 용기나 바이패스, 교반 날개나 교반자의 형상이나 사이즈도 변경 가능하다.
본 발명의 반응 용기는, 화학 물질의 제조에 사용하는 반응 용기나 바이오 의약품 등의 생화학 물질의 배양에 사용하는 배양 용기 등, 각종의 물질 제조에 사용할 수 있다.
10…물질, 11…용기, 12…교반 장치, 121…교반 날개, 122…자기적인 힘을 사용하는 회전 장치, 123…교반자, 13…바이패스, 14…광학 분석 장치, 141…광원, 142…바이패스의 투명부, 143…수광부, 144…재료A, 145…재료B, 146…차광부, 15…광학 관찰 장치, 100…반응 용기, 161…물질 공급부, 162…물질 추출부, 171…가스 도입 또는 추출부, 172…가스 도입부, 181…배관, 182…밸브, 191…항온조, 192…온도 조절 장치, 201…각종 센서, 30…제어 장치, 40…측정 장치, 50…해석 장치, 60…광학 분석 장치, 601…분석 챔버, 602…광원, 603…수광부

Claims (14)

  1. 물질을 수용하는 용기와,
    상기 물질을 교반(攪拌)하는 교반 장치와,
    상기 물질이 상기 용기의 밖에서 유통(流通)하는 바이패스를 구비하며,
    상기 바이패스의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이, 상기 교반 장치에 의해 교반했을 때에 상기 물질이 상기 바이패스를 유통하는 위치에 있어서, 상기 용기에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스에는, 광학 분석 또는 광학 관찰하는 영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스의 한쪽 끝 및 다른 쪽 끝이, 상기 용기의 내벽면 상의 내주원(內周圓)의 접선의 방향을 향해서 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반 장치는 수평 방향으로 회전하는 것이며,
    상기 바이패스의 한쪽 끝과, 상기 바이패스의 다른 쪽 끝이 수평으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반 장치는 수평 방향으로 회전하는 것이며,
    상기 물질의 출구인 바이패스의 다른 쪽 끝이, 상기 물질의 입구인 바이패스의 한쪽 끝보다 높게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스를 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 바이패스가, 상기 용기의 높이 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 바이패스가, 상기 용기의 둘레 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이패스의 광학 분석 또는 광학 관찰하는 영역에, 광학 분석 장치 또는 광학 관찰 장치가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기.
  10. 반응 용기와 광학 분석 또는 광학 관찰을 행하는 장치를 구비하는 물질 제조 시스템으로서,
    상기 반응 용기는,
    물질을 수용하는 용기와,
    상기 물질을 교반하는 교반 장치와,
    상기 물질이 상기 용기의 밖에서 유통하는 바이패스를 구비하며,
    상기 바이패스의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이, 상기 교반 장치에 의해 교반했을 때에 상기 물질이 상기 바이패스를 유통하는 위치에 있어서, 상기 용기에 접속되어 있고,
    상기 반응 용기의 바이패스가, 상기 광학 분석 또는 광학 관찰을 행하는 장치로 광학 분석 또는 광학 관찰 가능한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응 용기의 상기 바이패스에는 광학 분석 또는 광학 관찰하는 영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응 용기는, 화학 물질의 제조에 사용하는 반응 용기인 것을 특징으로 하는 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응 용기는, 생화학 물질의 배양에 사용하는 배양 용기인 것을 특징으로 하는 반응 용기를 사용한 물질 제조 시스템.
  14. 반응 용기와 광학 분석 또는 광학 관찰을 행하는 장치를 구비하는 제조 시스템의 물질 제조 방법으로서,
    상기 반응 용기는,
    물질을 수용하는 용기와,
    상기 물질을 교반하는 교반 장치와,
    상기 물질이 상기 용기의 밖에서 유통하는 바이패스를 구비하며,
    상기 바이패스의 한쪽 끝과 다른 쪽 끝이, 상기 교반 장치에 의해 교반했을 때에 상기 물질이 상기 바이패스를 유통하는 위치에 있어서, 상기 용기에 접속되어 있고,
    상기 교반 장치에 의해 회전 교반해서 상기 바이패스에 상기 물질을 유통시키는 스텝과,
    광학 분석 또는 광학 관찰을 행하는 장치에 의해, 상기 반응 용기의 바이패스의 상기 물질을 분석 또는 관찰하는 스텝과,
    상기 분석 또는 관찰한 결과에 의거하여 제조 시스템을 제어하는 스텝
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 반응 용기를 사용한 물질 제조 방법.
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