TW202227608A

TW202227608A - 氣體穿透性容器、使用有該容器之培養裝置及培養系統

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Publication number: TW202227608A
Application number: TW110140795A
Authority: TW
Inventors: 四谷昌人; 黑田充
Original assignee: 日商潤工社股份有限公司
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2022-07-16
Also published as: JP2022075570A; US20240002765A1; EP4242289A1; JPWO2022097582A1; WO2022097582A1

Abstract

本發明係關於一種氣體穿透性容器，例如係關於一種適合使用於培養嗜氧微生物或動植物細胞之氣體穿透性容器。本發明之課題在於提供一種具有優異氣體穿透性之容器，並且提供使用有該容器之培養裝置及培養系統。該課題可藉由本發明之氣體穿透性容器來解決，該氣體穿透性容器之特徵在於係儲備液體而使用之容器，且至少在該容器使用水蒸發量的比為約1.1以上的膜材。

Description

氣體穿透性容器、使用有該容器之培養裝置及培養系統

本發明係關於一種氣體穿透性之容器。譬如，本發明係關於適合培養嗜氧微生物或動植物細胞的容器，並且關於使用有該容器之培養裝置及培養系統。

使用有液體培養基之微生物或細胞的培養，在研究階段中一直係在實驗室使用如培養皿或培養瓶之小型容器來少量進行培養。然而，近年來，伴隨著使用CHO細胞等來製造抗體或功能性蛋白質之生物醫藥品、使用iPS細胞等之再生醫療、免疫療法等的發展，要求在短期內大量培養細胞或微生物。作為大量培養該等之方法，已提出以下：將空氣與培養液一併封入袋狀培養袋中，一邊藉由振盪來攪拌培養液一邊進行培養的振盪方式(專利文獻1)；或是將培養基與微生物或細胞放入不鏽鋼槽等大型容器中來進行培養的方法(專利文獻2)。

關於嗜氧微生物或動植物細胞，已知若其在培養液中之存在密度變高，氧消耗量會增加，培養液之溶氧濃度會降低且增殖速度變慢。為了一次大量地培養嗜氧微生物或動植物細胞，必須使充分之氧溶解到培養液中，將氧供給至微生物或細胞。因此，正在研討以下諸等方法：使用有氣體穿透性之培養袋等培養容器的方法(專利文獻3)；及，使經使用氧吸收裝置而供給氧氣的疏水性溶劑分散於培養槽之培養液中，來使氧從疏水性溶劑往培養液移動以供給氧的方法，該氧吸收裝置係利用有高氧穿透性膜之裝置(專利文獻4)。

然而，以往之方法難以對培養液整體供給充分之氧，該等方法無法獲得足以高密度且高效率地培養嗜氧微生物或動植物細胞之溶氧濃度。先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2019-107036號公報專利文獻2：日本專利特開2011-83263號公報專利文獻3：日本專利特開2012-239401號公報專利文獻4：日本專利特開1999-187868號公報

發明欲解決之課題有鑑於如上述之以往問題，本發明之課題在於提供一種具優異氣體穿透性之容器，且另一課題在於提供使用有該容器之培養裝置及培養系統。

用以解決課題之手段有鑑於上述課題而進行研討之結果，完成了本發明。具體而言，上述課題可藉由一種氣體穿透性容器來解決，該氣體穿透性容器之特徵在於係儲備液體而使用之容器，且至少在該容器使用水蒸發量的比為約1.1以上的膜材。又，關於前述氣體穿透性容器，前述氣體穿透性容器之每單位接液面積之水蒸發量宜為約0.01~約1.0kg/(m ²・h)。

又，在本發明之氣體穿透性容器中，前述膜材宜使用選自聚烯烴及氟樹脂中之至少任一者來形成，另外，前述膜材亦可係至少使用聚四氟乙烯來形成者。

又，本發明係關於一種培養系統，特徵在於使用前述氣體穿透性容器。此外，前述培養系統宜進一步具備：感測器，用以偵測前述氣體穿透性容器內之液體量；及，液體供給裝置，用以將液體供給至前述氣體穿透性容器內。又，前述培養系統亦可為進一步具備溫度調節裝置者，該溫度調節裝置係用以調整前述氣體穿透性容器內之液體溫度。又，本發明係關於一種培養方法，其使用前述培養系統一邊調整前述氣體穿透性容器內之液體量一邊進行培養。

又，上述課題可藉由一種培養裝置來解決，該培養裝置之特徵在於：該培養裝置具備：氣體穿透性容器；外壁，係覆蓋該氣體穿透性容器之至少一部分者；及，氣體連通機構，用以將氣體送入該氣體穿透性容器與該外壁之間；並且，該氣體穿透性容器係儲備液體而使用之容器，且至少在該容器使用水蒸發量的比為約1.1以上的膜材。又，關於前述氣體穿透性容器，前述氣體穿透性容器之每單位接液面積之水蒸發量宜為約0.01~約1.0kg/(m ²・h)。

又，在本發明培養裝置所具備之氣體穿透性容器中，前述膜材宜使用選自聚烯烴及氟樹脂中之至少任一者來形成，另外，前述膜材亦可係至少使用聚四氟乙烯來形成者。

又，本發明係關於一種培養系統，特徵在於使用前述培養裝置。此外，前述培養系統宜進一步具備：感測器，用以偵測前述培養裝置所具備之前述氣體穿透性容器內之液體量；及，液體供給裝置，用以將液體供給至前述氣體穿透性容器內。又，前述培養系統亦可為進一步具備溫度調節裝置者，該溫度調節裝置係用以調整前述氣體穿透性容器內之液體溫度。又，本發明係關於一種培養方法，其使用前述培養系統一邊調整前述氣體穿透性容器內之液體量一邊進行培養。

發明效果本發明之氣體穿透性容器可具有前所未有之優異氣體穿透性。並且，藉由使用有本發明氣體穿透性容器之培養裝置及培養系統，可於培養液中高密度地培養嗜氧微生物或動植物細胞。

用以實施發明之形態以下，詳細說明本發明之氣體穿透性容器、使用有該容器之培養裝置及培養系統的實施形態。

圖1係顯示在使用本發明氣體穿透性容器時之一例的圖。圖1之裝置100係具備有氣體穿透性容器110、與底部之支撐板或支柱的縱型裝置之例。本發明之氣體穿透性容器可應用於例如容量100mL左右的開發模型尺寸至用以大量培養之容量2000L左右的廠房尺寸。其有如圖1之縱型形態，也可為盤狀或信封狀之形狀等橫型之形態。從防止因使用中之內部壓力等造成液體洩漏的觀點來看，本發明之氣體穿透性容器的耐水壓宜為300kPa以上，較佳為350kPa以上。

本發明氣體穿透性容器可提高氣體穿透性容器內之液體中的溶氧濃度，在嗜氧微生物或動植物細胞之培養用途等方面，其適合作為一例。在本發明之氣體穿透性容器中，宜使用水蒸發量的比成為約1.1以上的膜材。膜材之水蒸發量的比較佳為約1.1~約5.0，更佳為約1.1~約4.0，約1.1~約3.5更佳。水蒸發量的比可想成是氧氣從氣體穿透性容器外往氣體穿透性容器內之液體移動之容易度的基準，將高水蒸發量的比之膜材使用於接液部分之至少一部分的氣體穿透性容器可將液體中之溶氧濃度保持得較高。

作為培養容器之供氧能力的指標，常使用容積氧傳遞係數(volumetric oxygen transfer coefficient)k _La。k _La係表示氣相的氧往液相移動之速度的參數，可透過實驗來求算。容積氧傳遞係數k _La係將液膜質傳係數(liquid side mass transfer coefficient)k _L[m・h ^-1]乘以每單位容積的氣液接觸面積a[m ^-1]之值。在此，針對使用於本發明氣體穿透性容器之膜材，確認液膜質傳係數k _L與水蒸發量的相關關係。針對使用於本發明氣體穿透性容器之膜材，測定在膜材未與水接觸之狀態下的液膜質傳係數k _L(k _L(DRY))、在膜材與水接觸之狀態下的液膜質傳係數k _L(k _L(WET))、在膜材未與水接觸之狀態下的水蒸發量(WE(DRY))及在膜材與水接觸之狀態下的水蒸發量(WE(WET))。測定結果顯示如下。 k _L(DRY)：0.065m/h、k _L(WET)：0.142m/h、k _L(WET)/k _L(DRY)：2.2 WE(DRY)：0.21kg/(m ²・h)、WE(WET)：0.44kg/(m ²・h)、WE(WET)/WE(DRY)：2.1 從上述結果顯示k _L(WET)/k _L(DRY)與WE(WET)/WE(DRY)為幾乎相同之值，可知水蒸發量與液膜質傳係數k _L有某程度的相關關係。自此之後，將WE(WET)/WE(DRY)稱為「水蒸發量的比」。

本發明之氣體穿透性容器使用水蒸發量的比越大的膜材，可將容積氧傳遞係數k _La增得越大。例如，若測定以往使用之玻璃製培養容器的容積氧傳遞係數k _La，該容積氧傳遞係數k _La為約0.72/h，相對於此，在本發明之氣體穿透性容器之一例中已成功將k _La設為約2.0/h以上。從上述關於水蒸發量與液膜質傳係數k _L的實驗結果，可認為該水蒸發量的比係與在微觀地觀察時透過膜材而形成之氣液界面的面積大小相關。關於氣液界面之面積大小，作為一例係可藉膜材表面之結構(例如表面輪廓曲線要素之平均長度RSm等)來調整。

作為調整表面結構後的膜材，可使用例如具有多孔質結構之膜材(以下稱為多孔質結構之膜材)。作為多孔質結構之膜材，可使用經延伸而多孔質化之聚四氟乙烯(PTFE)或高密度聚乙烯等之片材。在氣體穿透性容器之膜材使用多孔質結構之片材的情況下，亦可積層多孔質結構之片材與實心結構之片材來當作膜材。在將所積層之片材當作膜材來使用時，宜於接液側之面配置多孔質結構之片材，且多孔質結構之片材份量的厚度佔膜材厚度的5%以上較佳。當僅利用多孔質結構之片材構成氣體穿透性容器之膜材時，基於防止液體從氣體穿透性容器洩漏的觀點，利用疏水性材料來構成較佳。而且，也可使用對多孔質結構之片材施行表面處理等而賦予疏水性之物。又，在僅利用多孔質結構之片材構成氣體穿透性容器之膜材時，氣體穿透性容器或氣體穿透性容器之膜材的耐水壓宜為300kPa以上，較佳為350kPa以上。又，在實施耐水壓試驗之前氣體穿透性容器之膜材的起泡點、與在實施耐水壓試驗之後氣體穿透性容器之膜材的起泡點方面，較佳為起泡點之變化率在約15%以內。耐水壓試驗係對氣體穿透性容器之壁或構成氣體穿透性容器之膜材持續施加水壓，加壓至漏出水為止並測定該壓力的試驗。在氣體穿透性容器之膜材僅由多孔質結構之片材構成時，膜材內存在有形成孔之薄膜或微細之纖維狀等容易變形之部分，其多孔質結構容易因高壓而變形，然而，起泡點之變化率被抑制在約15%以內係表示膜材之多孔質結構的變形被抑制得較小。

作為其他的調整表面結構後之膜材，可列舉以電紡法所製造的片材或以雷射進行加工等而形成有微細之孔的片材、或不織布等。該等可使用各種樹脂。

關於本發明之氣體穿透性容器，該容器之每單位接液面積之水蒸發量宜為約0.01~約1.0kg/(m ²・h)。較佳為約0.05~約0.8kg/(m ²・h)，更佳為約0.05~約0.5kg/(m ²・h)，最佳為約0.1~約0.5kg/(m ²・h)。在從系統外供給因蒸發而減少之液體時，該所供給之液體中溶解有充分的氧，因此在培養之表現上十分適合。惟，水蒸發量變得過大反而也會產生藉水之蒸發所致之弊病而不佳。

本發明之氣體穿透性容器宜使用膜材，該膜材係使用選自聚烯烴或氟樹脂中之至少任一者來形成者。作為聚烯烴，可舉例如低密度聚乙烯(LDPE)、直鏈狀低密度聚乙烯(LLDPE)、聚丙烯等。又，亦可使用聚胺甲酸酯(PUR)、聚苯乙烯(PS)、聚醯亞胺(PI)等。又，本發明之氣體穿透性容器宜使用熱塑性樹脂來形成。

又，本發明之氣體穿透性容器亦可使用至少使用有聚四氟乙烯(PTFE)之膜材來形成。作為用於膜材之PTFE，可為四氟乙烯(以下稱為「TFE」)之均聚物或者也可為包含TFE以外之少量單體的改質PTFE。

於本發明氣體穿透性容器之膜材所使用的樹脂中，亦可視需求包含有填料或其他樹脂。作為填料，可舉例如碳、氧化鋁等金屬氧化物及樹脂填料，作為其他樹脂，可舉例如熱塑性氟樹脂、聚苯乙烯、熱塑性聚醯亞胺、熱硬化性樹脂等。該等可使用1種或將複數種合併使用。

以下係舉在構成本發明氣體穿透性容器之膜材使用PTFE多孔質結構之片材的情況為例，說明本發明之氣體穿透性容器之製造方法。

本發明氣體穿透性容器之膜材所使用的PTFE多孔質結構之片材可藉由將PTFE之細粉末與助劑混合並成形成薄片狀之後，將該薄片狀之PTFE予以延伸來製成。例如可製作密度為0.25g/cm ³~1.5g/cm ³之多孔質結構之片材。

本發明氣體穿透性容器之膜材可為積層包含PTFE多孔質結構之片材的複數個片材而成者，亦可為除了PTFE多孔質結構之片材以外，包含有不同樹脂之多孔質結構之片材與實心結構的片材等者。此時，在膜材厚度之中，多孔質結構之片材份量宜佔5%以上，佔10%以上較佳。氣體穿透性容器之膜材厚度可以使作為容器之強度、耐水壓、水蒸發量成為較佳範圍之方式來設定。譬如，氣體穿透性容器之膜材厚度宜為0.01mm~3.0mm，且設為0.03mm~2.0mm較佳。

氣體穿透性容器例如在將積層複數個片材而成之物當作氣體穿透性容器之膜材來使用時，譬如可如以下方式進行而成形。將片材捲繞於圓筒狀心軸上，形成成為容器側面的積層體，再於其一端部貼合成為容器底部之圓形片材，而獲得燒杯狀積層體。若進一步於該燒杯狀積層體上安裝蓋子，即可獲得容器。若以所述方式成形，可獲得無接縫或溝等高低差的容器內面。所使用之圓筒狀心軸係配合要製作之容器大小來選擇即可，在利用此方法來製作容器時，心軸直徑使用例如50mm左右~1000mm左右者較容易處理而合適，作為一例，可舉直徑100mm且長度500mm之鋁製心軸，在此情況下可製作容量約3.5L的容器。作為於氣體穿透性容器之膜材使用有PTFE多孔質結構之片材之例，係於該心軸上捲繞所需次數之PTFE多孔質結構之片材來製作圓筒狀PTFE積層體，再於其一端部貼合成為容器底部之圓形片材，形成燒杯狀積層體，並在覆蓋心軸之狀態下，以溫度360℃以上加熱40分鐘以上進行燒成。在將燒成後之PTFE積層體冷卻並以使維持燒杯狀之方式從心軸取下之後，若安裝蓋子即可獲得容器。又，可在氣體穿透性容器之膜材中組合多孔質結構之片材、實心結構之片材(實心片材)及樹脂不同等的異種材料來使用。此時，亦可例如在將片材捲繞於心軸時，將各種片材配置於必要位置來加以積層。又，也可使用將片材積層並成形為圓筒狀積層體，切下其一部分且與其他片材貼合來形成容器，或是在將各種片材捲繞於心軸而製作圓筒狀積層體之後，將之切開而做成片狀，再組合該等來形成容器。

圖2係說明培養系統之一例的圖，該培養系統使用有本發明之氣體穿透性容器。圖2之例係在本發明之培養系統中，結構最簡單之培養系統的例子之一。本發明之氣體穿透性容器使用於微生物或細胞之培養時，可供給充分之氧並且可排出於培養中產生之二氧化碳等不需要的氣體性代謝物，可利用簡單結構之系統進行培養。例如，在圖2中，培養系統200具備：氣體穿透性容器210；保持氣體穿透性容器210之支撐器220；及，液體供給裝置240，偵測氣體穿透性容器210內之液體量且將液體供給至容器內。保持氣體穿透性容器210之支撐器220宜為不會阻礙水的蒸發、亦即氣體之穿透的結構，該支撐器220例如宜為具有金屬或硬質塑膠等之網格結構，且具有可限制氣體穿透性容器210因容器內之液體重量等而大幅變形的強度者。在此，本發明之氣體穿透性容器係指以下：可儲備液體來使用，在內部充滿液體之狀態下為內側表面與液體接觸且其相反之外側表面與氣體接觸之狀態，並且可以使液體不會洩漏之方式密閉之最小功能單位的容器。在圖2之例中，氣體穿透性容器210會在使用時將液體儲備於內部，構成氣體穿透性容器210之膜材的容器內側表面會與液體接觸。並且，該膜材之容器外側表面會與氣體(空氣)接觸。為了防止汙染，培養微生物或細胞中之容器內宜為與外部隔離的狀態。在本發明之培養系統中，為了使培養容器內之培養液濃度或液體量適當，宜具備：感測器，用以偵測容器內之液體量(未圖示)；及，液體供給裝置240，係可將液體供給至容器內來調節容器內之液體量者。用以偵測液體量之感測器，例如可在容器內配置浮式液面位移感測器，亦可使用以光學方式從容器外部偵測液面的感測器。會與感測器連動的液體供給裝置240，例如在感測器偵測到培養液中之水分蒸發等而液體量變化時，可對容器內補充培養液來調整因水分蒸發而濃縮之培養液的成分濃度。又，可視需求追加、去除所供給之培養液的成分，藉此調整容器內之培養液的成分。

圖3A~C係表示在本發明之培養系統中，調整氣體穿透性容器內之液體溫度的溫度調節裝置之一例的圖。在微生物或細胞之培養中，大多需要將培養液維持在固定溫度，在本發明之培養系統中，宜進一步具備用以調整氣體穿透性容器內之液體溫度的溫度調節裝置。使用圖3來說明使氣體穿透性容器內之液體溫度上升的方法之例。圖3A係將氣體穿透性容器310a配置在金屬網製的支撐器320a內，且透過藉加熱器(加熱板等)330a而被加溫之支撐器320a將氣體穿透性容器310a內的液體加溫者，該加熱器330a係配置於氣體穿透性容器310a之下。圖3B係將氣體穿透性容器310b配置於支撐器320b內，且在支撐器320b的外側係與支撐器320b隔著間隔而配置有恆溫槽340b。支撐器320b與340b之間係被空氣等之介質所充滿，藉由配置於恆溫槽340b之下的加熱器(加熱板等)330b加溫恆溫槽340b內的介質，進而將氣體穿透性容器310b內的液體加溫。圖3C係在上部開放的槽340c內配置有氣體穿透性容器310c，槽340c係藉由從溫風送風機330c吹送經調節溫度的空氣而加溫，進而將槽340c內的氣體穿透性容器310c內的液體加溫。

圖4係使用有培養裝置之培養系統的實施形態之一例，該培養裝置具備本發明之氣體穿透性容器。圖4係顯示在培養系統之中氣體穿透性容器周邊的圖，作為培養系統400具備：氣體穿透性容器410、與覆蓋氣體穿透性容器410周邊的外壁450。氣體穿透性容器410會在使用時將液體儲備於內部，構成氣體穿透性容器410之膜材的氣體穿透性容器內側之表面會與液體接觸。並且，該氣體穿透性容器之膜材的容器外側表面會與氣體(空氣)接觸。外壁450宜利用具某程度之障壁性的材料、例如實心結構之樹脂或金屬來構成。又，外壁450的一部分可為開口且該開口部連接有具備滅菌過濾器等之接頭460作為氣體連通機構的結構。氣體穿透性容器410與外壁450之間宜為可藉間隔件470等來確保固定間隔之結構。可透過具備滅菌過濾器等之接頭460，將氣體送入氣體穿透性容器410與外壁450之間的空間。藉由例如送入經調整溫度或濕度的氣體、或送入經調整氧等氣體成分之濃度的氣體，可將氣體穿透性容器之內部環境調整為固定。

又，圖5係使用有培養裝置之培養系統的實施形態之另一例，該培養裝置具備本發明之氣體穿透性容器。培養系統500具備：氣體穿透性容器510、與覆蓋氣體穿透性容器510周邊的外壁550。與圖4之例同樣地，氣體穿透性容器510會在使用時將液體儲備於內部，構成氣體穿透性容器510之膜材的氣體穿透性容器內側之表面會與液體接觸。並且，該氣體穿透性容器之膜材的容器外側表面會與氣體(空氣)接觸。外壁550宜利用具某程度之障壁性的材料、例如實心結構之樹脂或金屬來構成。又，外壁550之一部分可為開口且該開口部連接有具備滅菌過濾器等之接頭560作為氣體連通機構的結構。氣體穿透性容器510與外壁550之間宜為可藉間隔件570等來確保固定間隔之結構。可透過具備滅菌過濾器等之接頭560，將氣體送入氣體穿透性容器510與外壁550之間的空間。藉由例如送入經調整溫度或濕度的氣體、或送入經調整氧等氣體成分之濃度的氣體，可將氣體穿透性容器之內部環境調整為固定。又，在培養系統500中，可透過安裝於氣體穿透性容器510上的特殊接頭580來設置溫度感測器或偵測液體量之感測器、氧濃度感測器、pH感測器等之感測器類590，或者可透過特殊接頭580來供給培養液或必要成分。

圖6係舉上述圖4所示之培養系統為例，顯示覆蓋培養系統之容器周邊的外壁形態之另一例。在圖6之例中，作為培養系統600具備：氣體穿透性容器610、與覆蓋氣體穿透性容器610周邊的外壁650。外壁650宜利用具某程度之障壁性的材料、例如實心結構之樹脂或金屬來構成。又，亦可為在外壁650之一部分設置開口部並連接有具備滅菌過濾器等之接頭660作為氣體連通機構的結構。外壁650具有1處以上的朝向氣體穿透性容器610之方向的突起650a，藉由該突起650a形成為可在氣體穿透性容器610與外壁650之間確保固定間隔之結構。可透過具備滅菌過濾器等之接頭660，將氣體送入氣體穿透性容器610與外壁650之間的空間。藉由例如送入經調整溫度或濕度的氣體、或送入經調整氧等氣體成分之濃度的氣體，可將氣體穿透性容器之內部環境調整為固定。又，圖7係舉上述圖5所示之培養系統為例，顯示覆蓋培養系統之容器周邊的外壁形態之另一例。在圖7之例中，作為培養系統700具備：氣體穿透性容器710、與覆蓋氣體穿透性容器710周邊的外壁750。外壁750宜利用具某程度之障壁性的材料、例如實心結構之樹脂或金屬來構成。又，亦可為在外壁750之一部分設置開口部並連接有具備滅菌過濾器等之接頭760作為氣體連通機構的結構。外壁750具有1處以上的朝向氣體穿透性容器710之方向的突起750a，藉由該突起750a形成為可在氣體穿透性容器710與外壁750之間確保固定間隔之結構。可透過具備滅菌過濾器等之接頭760，將氣體送入氣體穿透性容器710與外壁750之間的空間。藉由例如送入經調整溫度或濕度的氣體、或送入經調整氧等氣體成分之濃度的氣體，可將氣體穿透性容器之內部環境調整為固定。又，在培養系統700中，可透過安裝於氣體穿透性容器710上的特殊接頭780來設置溫度感測器或偵測液體量之感測器、氧濃度感測器、pH感測器等之感測器類790，或者可透過特殊接頭780來供給培養液或必要成分。

一般以饋料批式培養(fed-batch culture)而言，在培養過程中會持續將包含營養成分之培養液添加到培養容器內，故培養容器內的培養液量會增大而在添加量上有極限。在使用有本發明氣體穿透性容器之培養系統中，由於可輕易地將氣體穿透性容器內不需要之水分及氣體成分往氣體穿透性容器外排出，因此可進行例如以下之饋料批式培養：從開始培養起將氣體穿透性容器內之液體量或營養成分之濃度等調節在固定範圍內直到培養結束，並且一邊排出不需要的氣體成分一邊進行培養。而且，可藉由併用液體供給裝置更有效地進行饋料批式培養，該液體供給裝置為可透過感測器偵測氣體穿透性容器內之液體量，並將液體供給至氣體穿透性容器內來調節氣體穿透性容器內之液體量的裝置。又，本發明之氣體穿透性容器亦適合使用於灌流培養(perfusion culture)，該灌流培養係會將培養容器內之培養液過濾及排出，一邊調節培養容器內之液體量一邊供給培養液或必要成分來進行培養者。

利用下述實施例更詳細說明本發明之氣體穿透性容器。下述實施例為用以例示發明者，本發明內容不受下述實施例限定。

實施例＜水蒸發量的比之計算＞本發明之水蒸發量的比係以下述式來定義。水蒸發量的比=WE(WET)/WE(DRY) WE(DRY)(kg/(m ²・h)：在膜材未與水接觸之狀態下的水蒸發量 WE(WET)(kg/(m ²・h)：在膜材與水接觸之狀態下的水蒸發量上述之水蒸發量係指在透濕杯中裝入水且以膜材封住透濕杯之窗口而加以密封之狀態下，透過膜材來測定透濕杯內部之水蒸發量者，測定係依據ASTM E96B法進行。WE(DRY)係在設成被膜材封住之透濕杯的窗口在上側之狀態下靜置於恆溫恆濕槽中來測定，WE(WET)係在設成被膜材封住之透濕杯的窗口在下側之狀態下靜置於恆溫恆濕槽中來測定。具體來說，如以下方式進行測定。從要測定之氣體穿透性容器之膜材將其一部分裁切成直徑70mm之圓形。當氣體穿透性容器採用複雜結構時，水蒸發量之測定係利用氣體穿透性容器當中氧穿透性最高的部分進行測定。於透濕杯內充填30g的水，並以裁切後之膜材之一部分封住透濕杯之窗口(直徑60mm)，靜置於穩定在溫度37℃、濕度50%RH下之恆溫恆濕槽中，每隔固定時間便將之取出，測定水之重量減少量。根據直到透濕杯內之水的重量從試驗前之水的重量減少10%為止的時間、此時之水之重量減少量、透濕杯之窗口面積(膜材朝向透濕杯之外部露出的面積)，算出上述水蒸發量kg/(m ²・h)。又，直到測定完畢為止係設為保持封住透濕杯之窗口的膜材不會接觸到異物之狀態。在有關該水蒸發量的比之上述測定中，若WE(WET)為約0.01kg/(m ²・h)以上，則容易正確算出水蒸發量的比。關於此點，WE(WET)宜為約0.02kg/(m ²・h)以上，更佳為約0.05kg/(m ²・h)以上，最佳為約0.1kg/(m ²・h)以上。另外，為了利用上述測定來正確算出該水蒸發量的比，係在測定條件方面加以琢磨使測定期間不超過例如3日。＜容積氧傳遞係數k _La之測定＞於安裝有攪拌葉片與電極式溶氧儀之容量3L的氣體穿透性容器中裝入1L的純水，並以旋轉數80rpm使攪拌葉片旋轉而攪拌前述容器內之純水。前述容器內之純水係以氮氣充分進行起泡，使水之溶氧濃度接近0mg/L。並且，在溶氧濃度穩定之後停止起泡，並連續進行溶氧濃度的測定直到水之溶氧濃度飽和為止。從溶氧濃度與時間之關係來計算容積氧傳遞係數k _La(h ^-1)。＜耐水壓試驗＞以使除了從用以將水注入容器之注入口以外不會有水進出之方式加以密封，然後將水注入容器內。在往容器之水的注入口前測定注水之水壓，並觀測會從容器滲出水之水壓。當由於容器為大型等的情形而無法在容器之狀態下進行測定時，係採取設想容器中耐水壓為最小之部位(在本發明容器之情況下，大多係氣體穿透性之膜材部分)的膜材，並依照以下順序來測定。將要測定之氣體穿透性容器之膜材的一部分裁切成直徑50mm之圓形，並與支撐板重疊。支撐板係使用具有不會因壓力而變形之強度者。在本測定中，作為支撐板800係使用於厚度2mm、直徑38mm之圓形不鏽鋼板中從中心均等地配置有61個直徑3mm之孔810者(參照圖8)。將所裁切之膜材的一部分與支撐板重疊，並以使支撐板成為上方之方式設置於圖9之測定保持器900上。從注水口910將水注入加壓室920來加壓。緩慢地升壓，讀取該水通過支撐板930所支撐的膜材940而在膜材940之上表面的2處以上作為水滴被確認或噴出後的壓力，定為膜材之耐水壓，並採用該壓力作為氣體穿透性容器之耐水壓，該氣體穿透性容器係將該膜材當作構成之一部分。＜測定容器之每單位接液面積之水蒸發量＞關於容器之每單位接液面積之水蒸發量，係依據所要測定之氣體穿透性容器的通常使用方法來測定。具體而言係如以下。 1)在容器中裝入水裝入純水至接近所要測定之氣體穿透性容器在通常使用方法下之上限。 2)將容器設置於特殊環境中藉該容器之通常使用方法將密閉之氣體穿透性容器設置於溫度37℃、濕度50%RH之環境中。 3)歷時變化之觀察關於容器內之水的重量，觀察直到從試驗前之水的重量減少10%為止的歷時變化，根據直到減少10%之時間點的從容器之水蒸發量計算每1小時之從密閉容器之水蒸發量。 4)計算容器之每單位接液面積之水蒸發量使用下式來計算容器之每單位接液面積之水蒸發量(kg/(m ²・h))。 (容器之每單位接液面積之水蒸發量)=(每1小時之從密閉容器之水蒸發量)/(在容器中裝入水之後，與水接觸之容器內面的面積) ＜起泡點測定＞在氣體穿透性容器之膜材中使用多孔質結構之片材的情況下，進行起泡點之測定。測定係依據JIS K3832來進行。從氣體穿透性容器之膜材將其一部分裁切成直徑50mm之圓形。當氣體穿透性容器係使用複數個結構不同之膜材所製成之容器時，起泡點之測定係利用在構成氣體穿透性容器的素材之中起泡點最小的部分來測定。所裁切之膜材的一部分係夾持在2片支撐板之間。支撐板係使用與在上述耐水壓之測定中使用的支撐板相同者。夾持在支撐板中的膜材會設置在圖10之測定保持器1000上。於支撐板1030與膜材1040之上部形成異丙醇(IPA)層1050，並從注入口1010將氮氣注入加壓室1020中進行加壓。緩慢地升壓，讀取氮氣通過膜材1040然後於膜材上表面之IPA層1050中作為連續氣泡出現時的壓力，定為膜材之起泡點bp。多孔質結構之片材之在實施耐水壓試驗前之起泡點bp1與在實施耐水壓試驗後之起泡點bp2的起泡點變化率Δbp可由以下式(1)求算。 Δbp=(｜bp1‐bp2｜)/bp1 式(1)

實施例1 準備PTFE多孔質結構之片材。使用直徑100mm且長度500mm之鋁製心軸，於該心軸上捲繞20次所準備之PTFE多孔質結構之片材，而形成圓筒狀積層體。於所得圓筒狀之PTFE多孔質結構之片材的積層體之一端部，貼合會成為容器底部的圓形之PTFE多孔質結構之片材，形成燒杯狀積層體。形成為燒杯狀之PTFE多孔質結構之片材的積層體係在覆蓋心軸之狀態下，在溫度360℃以上之烘箱中加熱60分鐘予以燒成。燒成後之燒杯狀PTFE積層體會直接在烘箱內進行冷卻直到餘溫散去，在從心軸取下之後，安裝氟樹脂製之蓋子而獲得本發明之氣體穿透性容器。關於所得之氣體穿透性容器，其側壁部分的厚度為約0.31mm，容量為約3.5L。針對所得之氣體穿透性容器，從氣體穿透性容器之側壁部分裁切膜材的試樣，並依據上述方法計算水蒸發量的比，結果為2.1。實施例2 準備與實施例1不同之PTFE多孔質結構之片材。與實施例1同樣地，於心軸上將PTFE多孔質結構之片材以使厚度成為約0.08mm之方式進行捲繞，然後貼合圓形之PTFE多孔質結構之片材而形成燒杯狀積層體。形成為燒杯狀之PTFE多孔質結構之片材的積層體係在覆蓋心軸之狀態下，在溫度370℃以上之烘箱中加熱40分鐘予以燒成。燒成後之燒杯狀PTFE積層體會直接在烘箱內進行冷卻直到餘溫散去，在從心軸取下之後，安裝氟樹脂製之蓋子而獲得本發明之氣體穿透性容器。針對所得之氣體穿透性容器，從氣體穿透性容器之側壁部分裁切膜材的試樣，並依據上述方法計算水蒸發量的比，結果為2.8。實施例3 準備與實施例1不同之PTFE多孔質結構之片材。與實施例1同樣地，於心軸上將PTFE多孔質結構之片材以使厚度成為約3.0mm之方式進行捲繞，然後貼合圓形之PTFE多孔質結構之片材並予以加熱，在從心軸取下之後，安裝氟樹脂製之蓋子而獲得本發明之氣體穿透性容器。針對所得之氣體穿透性容器，從氣體穿透性容器之側壁部分裁切膜材的試樣，並依據上述方法計算水蒸發量的比，結果為1.3。實施例4 準備高密度聚乙烯之不織布(杜邦公司製Tyvek 1073B)。與實施例1同樣地，於心軸上捲繞高密度聚乙烯之不織布，然後貼合圓形片材並予以加熱，在從心軸取下之後，安裝氟樹脂製之蓋子而獲得本發明之氣體穿透性容器。針對所得之氣體穿透性容器，從氣體穿透性容器之側壁部分裁切膜材的試樣，並依據上述方法計算水蒸發量的比，結果為1.4。實施例5 準備長邊為約360mm且短邊為約240mm之長方形之PFA實心結構之片材與PTFE多孔質結構之片材。並且準備直徑120mm且長度270mm之鋁製心軸。於該心軸上捲繞5次所準備之PTFE多孔質結構之片材，並於其上將所準備之PFA實心結構之片材以使片材之短邊與心軸之軸方向平行的方式予以重疊並且捲繞5次，形成圓筒狀積層體。於所得圓筒狀積層體的一端部貼合會成為容器底部的圓形之PTFE多孔質結構之片材，形成燒杯狀積層體。形成為燒杯狀之積層體係在覆蓋心軸之狀態下，在溫度360℃以上之烘箱中加熱60分鐘予以燒成。燒成後之燒杯狀積層體會直接在烘箱內進行冷卻直到餘溫散去，在從心軸取下之後，安裝氟樹脂製之蓋子而獲得本發明之氣體穿透性容器。針對所得之氣體穿透性容器，依據上述方法測定容器之每單位接液面積之水蒸發量，結果為0.09kg/(m ²・h)。實施例6 準備與實施例1不同之PTFE多孔質結構之片材。使用與實施例5同樣之心軸，於該心軸上捲繞10次PTFE多孔質結構之片材並予以加熱，在從心軸取下之後，以使成為四角形之方式切開而獲得1片積層體。於積層體安裝會成為注水口的接頭，並摺疊成一半。利用熱封機以使成為密閉形狀之方式將折疊後之積層體的四邊予以融著，獲得本發明之氣體穿透性容器。針對所得之氣體穿透性容器，依據上述方法測定容器之每單位接液面積之水蒸發量，結果為0.19kg/(m ²・h)。實施例7 準備長邊為約380mm且短邊為約240mm之長方形之PFA實心結構之片材與PTFE多孔質結構之片材。與實施例5同樣地，於心軸上捲繞5次所準備之PTFE多孔質結構之片材，並於其上將所準備之PFA實心結構之片材以使片材之短邊與心軸之軸方向平行的方式予以重疊並且捲繞5次，形成圓筒狀積層體。於所得圓筒狀積層體的一端部貼合會成為容器底部之圓形片材，形成燒杯狀積層體，該圓形片材係積層PTFE多孔質結構之片材與PFA實心結構之片材而成者。形成為燒杯狀之積層體係在覆蓋心軸之狀態下，在溫度360℃以上之烘箱中加熱60分鐘予以燒成。燒成後之燒杯狀積層體會直接在烘箱內進行冷卻直到餘溫散去，在從心軸取下之後，安裝氟樹脂製之蓋子而獲得本發明之氣體穿透性容器。針對所得之氣體穿透性容器，依據上述方法測定容器之每單位接液面積之水蒸發量，結果為0.05kg/(m ²・h)。比較例準備側壁部分之厚度為0.5mm之藉聚矽氧橡膠所形成的容器。從所準備之藉聚矽氧橡膠所形成的容器裁切膜材的試樣，並依據上述方法測定水蒸發量，結果WE(WET)為0.004kg/(m ²・h)。

針對實施例1與實施例2之容器，進行容器之每單位接液面積之水蒸發量、耐水壓、耐水壓試驗前後之起泡點的測定，結果如表1。可知實施例1與實施例2之氣體穿透性容器不僅水的蒸發效率優異，作為容器之強度、耐久性亦優異。 [表1]

以上，已說明本發明之氣體穿透性容器、及使用有該容器之培養裝置及培養系統，惟本發明不受此限，可在不脫離發明主旨之範圍內適當變更。

產業上之可利用性本發明之氣體穿透性容器具有優異的氣體穿透性。例如，若使用本發明之氣體穿透性容器，可將容器內之液體中的溶氧濃度維持得較高，且同時可使培養液內之二氧化碳等的氣體性代謝物適度排出，因此可利用簡單結構來構成培養系統。藉由進一步組合本發明之氣體穿透性容器與起泡等各種供氧方式，可在嗜氧微生物或動植物細胞之培養中獲得更高的效果。又，透過併用偵測容器內之液體量的感測器與可調節液體量之液體供給裝置，將可一邊調節培養液之液體量一邊進行培養。

100:裝置 110,210,310a,310b,310c,410,510,610,710:氣體穿透性容器 200,400,500,600,700:培養系統 220,320a,320b:支撐器 240:液體供給裝置 330a,330b:加熱器 330c:溫風送風機 340b:恆溫槽 340c:槽 450,550,650,750:外壁 460,560,660,760:接頭 470,570:間隔件 580,780:特殊接頭 590,790:感測器類 650a,750a:突起 800,930,1030:支撐板 810:孔 900,1000:測定保持器 910:注水口 920,1020:加壓室 940,1040:膜材 1010:注入口 1050:異丙醇(IPA)層

圖1係顯示在使用本發明氣體穿透性容器時之一例的圖。圖2係培養系統之一例，該培養系統使用有本發明之氣體穿透性容器。圖3係說明本發明培養系統之溫度調節裝置之一例的圖。圖4係顯示本發明培養系統之實施形態之一例的圖。圖5係顯示本發明培養系統之實施形態之一例的圖。圖6係顯示本發明培養系統之實施形態之一例的圖。圖7係顯示本發明培養系統之實施形態之一例的圖。圖8係支撐板的圖，該支撐板係用以支撐在測定耐水壓時之膜材者。圖9係測定耐水壓之測定保持器的示意圖。圖10係測定起泡點之測定保持器的示意圖。

200:培養系統

210:氣體穿透性容器

220:支撐器

240:液體供給裝置

Claims

一種氣體穿透性容器，特徵在於係儲備液體而使用之容器，且至少在該容器使用水蒸發量的比為約1.1以上的膜材。
如請求項1之氣體穿透性容器，其中前述氣體穿透性容器之每單位接液面積之水蒸發量為約0.01~約1.0kg/(m ²・h)。
如請求項1之氣體穿透性容器，其中前述膜材係使用選自聚烯烴及氟樹脂中之至少任一者來形成。
如請求項1之氣體穿透性容器，其中前述膜材至少使用聚四氟乙烯來形成。
一種培養系統，特徵在於使用如請求項1至4中任一項之氣體穿透性容器。
如請求項5之培養系統，其具備：感測器，其偵測前述氣體穿透性容器內之液體量；液體供給裝置，其將液體供給至前述氣體穿透性容器內；及溫度調節裝置，其調整前述氣體穿透性容器內之液體溫度；並且，該培養系統係一邊調整前述氣體穿透性容器內之液體量一邊進行培養。
一種培養裝置，特徵在於：該培養裝置具備：氣體穿透性容器；外壁，其覆蓋該氣體穿透性容器之至少一部分；及氣體連通機構，其將氣體送入該氣體穿透性容器與該外壁之間；並且，該氣體穿透性容器係儲備液體而使用之容器，且至少在該容器使用水蒸發量的比為約1.1以上的膜材。
如請求項7之培養裝置，其中前述氣體穿透性容器之每單位接液面積之水蒸發量為約0.01~約1.0kg/(m ²・h)。
如請求項7之培養裝置，其中前述膜材係使用選自聚烯烴及氟樹脂中之至少任一者來形成。
如請求項7之培養裝置，其中前述膜材至少使用聚四氟乙烯來形成。
一種培養系統，特徵在於使用如請求項7至10中任一項之培養裝置。
如請求項11之培養系統，其具備：感測器，其偵測前述培養裝置所具備之前述氣體穿透性容器內之液體量；液體供給裝置，其將液體供給至前述氣體穿透性容器內；及溫度調節裝置，其調整前述氣體穿透性容器內之液體溫度；並且，該培養系統係一邊調整前述氣體穿透性容器內之液體量一邊進行培養。