JP6467735B2 - 培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置 - Google Patents

Description

本発明は、培養容器内に容れられた、例えば、生産物を含む培養上清と細胞などとからなる内容物を良好に撹拌できると共に、該培養容器内の培地のみを連続して該培養容器外に抜出できる撹拌培養装置に関する。

培養容器内で、例えば、動植物の細胞や菌体等の培養物を高密度で培養するためには、該培養物を培養液等の培地内で培養を行いながら、フレッシュな培地と老廃物を含む培地との交換が必要となる。

この培養容器内の老廃物を含む培地の培養容器外への抜出は、従来においては、例えば、特許文献１に示すように、培養容器に、排出管と、該培養容器内を加圧するポンプとを設けると共に、該排出管に、前記培養容器内の内容物中、培養物は通過せず、培地のみを通過するろ過膜（フィルタ）を設けた培養装置を用いて、前記ポンプにより前記培養容器内を大気圧以上に加圧し、その圧力により、前記培養容器内の内容物を前記排出管に導入すると共に、前記ろ過膜により前記内容物中の培地のみを該培養容器外に抜出するようにしている。

特開平８−１７２９５６号公開公報

しかしながら、前記従来の培養装置においては、ろ過膜に培養物の詰まりが発生してしまうので、連続した培地の抜出ができないという問題点があった。

本発明はこれらの問題点を解消すると共に、培養容器内を良好に撹拌できる培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置を提供できるようにしたものである。

前記の目的を達成すべく、本願の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置は、培養物と培地とが容れられる培養容器と、該培養容器内で撹拌翼を固定した、該培養容器外に延出し、軸方向に往復動する駆動軸と、該駆動軸内に形成し、培地を抜出するパイプ孔と、前記パイプ孔を塞ぐ、培養物は通過せず、培地のみを通過させるろ過膜と、前記駆動軸の往復動に応じて、前記パイプ孔を介して培地の抜出を制御する培地抜出制御手段とを具備する。

本発明によれば、培養容器内の内容物を良好に撹拌できると共に、該培養容器内の培地のみを連続して該培養容器外に抜出できるようになる。

本発明の実施例１の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置の縦断面図である。 本発明の実施例２の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置の縦断面図である。 本発明の実施例３の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置の縦断面図である。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

本発明の実施例１を図１によって説明する。

１は、本発明の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置を示し、２は、該撹拌養装置１の培養容器であり、該培養容器２には、例えば、動植物の細胞や菌体等の培養物と、培養液等の培地とが容れられている。

３は、駆動軸であり、該駆動軸３は、前記培養容器２の頂面部２ａの中央の開口部４を貫通して、前記培養容器２内に挿入されている。

また、該駆動軸３は、前記開口部４に設けられた駆動軸シール部又はスラスト軸受部などの支持部５により、上下動可能に支持されて、該駆動軸３の上端部において、前記頂面部２ａの上方に設けた往復駆動装置（図示せず）に連結し、該往復駆動装置の駆動により上下動するようにした。

また、前記駆動軸３は、その中心部において軸方向に全長に渡りパイプ孔３ａが形成され、該パイプ孔３ａは該駆動軸３の上端部において閉塞すると共に、該上端部側部に設けた抜出口６に連通し、これらパイプ孔３ａと抜出口６を介して、前記培養容器２内から外に培地を抜出できるようにした。

また、前記抜出口６には、培地の抜出を制御する培地抜出制御手段（図示せず）を設け、該培地抜出制御手段としては、例えば、吸引のためのポンプ装置部と、培地を逆流させるための逆流機構部と、開閉弁と、前記往復駆動装置からの信号により、該ポンプ装置部・逆流機構部・開閉弁等を制御する制御装置部とより構成する。そして、該培地抜出制御手段により、前記駆動軸３の往復動に応じて、前記抜出口６を吸引するなどして、前記培養容器２内の培地を抜出する、又は、該培地を抜出するのを停止する、又は、更に、前記抜出口６に陽圧をかけるなどして、前記パイプ孔３ａ内ｂの抜き出した培地を逆流させるなど、各種の培地の抜出の制御を行うようにする。

なお、前記培地抜出手段において、開閉弁を省略して、ポンプ装置部の作動・停止のみで、培地を抜出する、又は、培地の抜出するのを停止する、又は、培地の逆流させるなどの培地の抜出の制御をするようにしてもよい。

または、前記培地抜出制御手段において、逆流機構部を省略して、培地を抜出する、又は、培地の抜出するのを停止するのみの制御をするようにしてもよい。

または、該逆流機構部を省略した場合においても、前記開閉弁を開放し、前記駆動軸３の往復動に伴う負圧を利用して、前記培地が自然に逆流するようにするなどして、前記培地抜出制御手段により、培地を抜出する、又は、培地の抜出するのを停止する、又は、培地を逆流させるなどの培地の抜出の制御をするようにしてもよい。

７は、ろ過膜（フィルター）であり、該ろ過膜７は、前記駆動軸３のパイプ孔３ａの下端開口を塞ぐように該駆動軸３の下端に取り付けられている。また、該ろ過膜７は、前記培養容器２内の内容物中の培養物を通過せず、培地のみを通過できる多孔性の膜であり、例えば、フッ素樹脂やセルロースアセテート等の材料からなるメンブレンフィルターがある。

なお、前記ろ過膜７は、前記パイプ孔３ａの下端に設ける代わりに、前記パイプ孔３ａ内に設けてもよい。

８は、撹拌翼であり、該撹拌翼８は、前記培養容器２内の駆動軸３の、例えば、下端に設けられると共に、中心部に前記駆動軸３のパイプ孔３ａに連通する貫通孔８ａが形成されている。

なお、前記撹拌翼８は、前記駆動軸３に１段、又は２段以上設けられ、また、該駆動軸３に該撹拌翼８を固定する位置は、下端ではなく、中段であっても良く、特に制限はない。

また、該撹拌翼８は、例えば、円形、楕円形、長円形、矩形、十字型、そして、円錐型など３次元形状も含めて様々な形状がある。また、該撹拌翼の一部又は全部を、任意の場所で傾斜させた折り曲げ構造としてもよい。

以上のように、前記撹拌翼８には、様々な形状や構造のものが含まれ、本実施例の撹拌翼８においては、該撹拌翼８の翼面を前記撹拌軸３の軸方向に対して垂直になるよう固定しているが、該撹拌翼８の翼面の全部又は一部が任意の方向を向くように、垂直面に対して角度をつけて、前記撹拌軸３に固定したり、また、該撹拌翼８の全部又は一部を該撹拌軸３の軸周りに角度をつけて（即ち、撹拌軸３から外方に放射状に延びる線に対して軸周り方向に傾斜させて）、前記撹拌軸３に固定したものも含む。

次に、本発明の培養装置の作動及びその効果について説明する。

本発明の撹拌培養装置１においては、前記駆動軸３を、前記往復駆動装置により往復動させることにより、前記撹拌翼８が上下方向に往復動して、前記培養容器２内の内容物（被撹拌物）を良好に撹拌することができる。なお、前記培養容器２内の培地を抜出しない時には、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記ポンプ装置を停止すると共に、開閉弁を閉口する。

前記培養容器２内の培地を抜出する場合には、前記駆動軸３の上下の往復動の際、前記駆動軸３が下降する時には、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記開閉弁を開口すると共に、前記ポンプ装置部を作動させて、前記抜出口６を介して、前記培養容器２内の内容物を前記ろ過膜７側に吸引する。そして、前記ろ過膜７により、前記内容物中の培地のみを通過させて、前記パイプ孔３ａ内に導入し、前記抜出口６を介して、該培地を前記培養容器２外に抜出するようにする。

また、前記駆動軸３が上昇する時には、即ち、前記ろ過膜７の前記培養容器２内の内容物に面する外表面７ａ側の前記撹拌翼８の下面８ｃが、前記培養容器２内及び前記下面８ｃの逆側の上面８ｄに対して負圧（前記培養容器内が大気圧であれば、それより小さい圧力、又は前記培養容器内が所望の圧力であれば、それより小さい圧力。以下同じ。）になる方向に前記駆動軸３を移動する時には、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記開閉弁を閉口して、前記培養容器２内の培地を抜出するのを停止する。なお、更に、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記逆流機構部により、前記パイプ孔３ａ内の抜き出した培地を僅かならが逆流させるようにしてもよい。

これにより、前記駆動軸３の下降時に、前記ろ過膜７の外表面７ａに培養物が付着しても、前記駆動軸３の上昇時に、前記ろ過膜７の外表面７ａが、前記培養容器２内及び前記ろ過膜７の前記パイプ孔３ａ内の下流側に面する内表面７ｂに対しても負圧となるため、前記ろ過膜７の外表面７ａに付着した培養物が離れ、目詰まりが抑制されるようになる。

また、培地を抜出するのを停止し、更に、前記パイプ孔３ａ内の抜き出した培地を僅かながら逆流させるようにすれば、更に、前記ろ過膜７の外表面７ａに付着した培養物が離れ、目詰まりが抑制されるようになる。

従って、前記培地抜出制御手段により、培地の抜出を制御して、前記駆動軸３の下降時に、前記培養容器２内の培地を抜出し、前記駆動軸３の上昇時に、前記ろ過膜７の目詰まりを抑制するので、前記駆動軸３の往復動により、培地の抜き出しと目詰まりの抑制とを繰り返し制御することで、連続して培地の抜出をすることができるようになる。

なお、前記実施例においては、駆動軸３を垂設し、上下方向に駆動軸３を移動する例を示したが、駆動軸３を横設し、横方向に移動するなど、駆動軸３を任意の方向に向け、該任意の方向に往復移動するようにしてもよい。そして、前記駆動軸３が一方の側に移動する時に、培地を抜出し、負圧になる他方の側に移動する時に、培地を抜出するのを停止、或いは、培地を僅かならが逆流させるようにするなど、前記培地抜出制御手段により培地の抜出を制御するようにしてもよい。

また、常に、前記駆動軸３が負圧となる他方の側に移動する時に、前記培地抜出制御手段により、培地を抜出するのを停止、若しくは逆流させる必要はなく、前記駆動軸の往復動において、培地を抜出するようにして、所望の時間経過後又は所望の回数の往復動後の駆動軸３が他方の側に移動する時に、前記培地抜出制御手段により、培地を抜出するのを停止する、若しくは逆流させるようにしてもよい。

図２は、本発明の実施例２の撹拌培養装置９を示す。該撹拌培養装置９は、実施例１の撹拌培養装置１において、貫通孔８ａを有する撹拌翼８を用いる代わりに、貫通孔を有しない撹拌翼１０を用いる。また、ろ過膜７を該撹拌培養装置１のパイプ孔３ａの下端又はパイプ孔３ａ内に設ける代わりに、前記撹拌翼１０の上面に形成した凹部１０ａに、前記パイプ孔３ａに連通する貫通孔１１ａを有する、所望の厚さのろ過膜１１を嵌合して設けて、上面側に該ろ過膜１１を有する前記撹拌翼１０を前記駆動軸３の下端に固定する。そして、前記ろ過膜１１の貫通孔１１ａの内周面（内表面）１１ｃを前記パイプ孔３ａに臨むようにし、前記駆動軸３のパイプ孔３ａを前記ろ過膜１１の貫通孔１１ａの内周面１１ｃと前記撹拌翼１０とで塞ぐようにした。

なお、前記ろ過膜１１の上面が、前記培養容器２の内容物に面する前記ろ過膜１１の外表面１１ｂを形成した。

この実施例２の撹拌培養装置９において、前記培養容器２内の培地を抜出する場合には、前記駆動軸３の上下の往復動の際、駆動軸３が上昇する時には、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記開閉弁を開口すると共に、前記ポンプ装置部を作動させて、前記抜出口６を介して、前記培養容器２内の内容物を前記ろ過膜１１側に吸引する。そして、前記ろ過膜１１により、前記内容物中の培地のみを通過させて、前記パイプ孔３ａ内に導入し、前記抜出口６を介して、該培地を前記培養容器２外に抜出するようにする。

また、前記駆動軸３が下降する時には、即ち、前記ろ過膜１１の前記培養容器２内の内容物に面する外表面１１ｂ側の前記撹拌翼１０の上面１０ｂが、前記培養容器２内及び前記上面１０ｂの逆側の下面１０ｃに対して負圧になる方向に前記駆動軸３を移動する時には、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記開閉弁を閉口して、前記培養容器２内の培地を抜出するのを停止する。なお、前記第１実施例と同様に、更に、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記逆流機構部により、前記パイプ孔３ａ内の抜き出した培地を僅かならが逆流させるようにしてもよい。

これにより、前記駆動軸３の上昇時に、前記ろ過膜１１の外表面１１ｂに培養物が付着しても、前記駆動軸３の下降時に、前記ろ過膜１１の外表面１１ｂが、前記培養容器２内及び前記ろ過膜１１の前記パイプ孔３ａ内の下流側に面する内周面１１ｃに対しても負圧となるため、前記ろ過膜１１の外表面１１ｂに付着した培養物が離れ、目詰まりが抑制されるようになる。

また、前記実施例１と同様に、培地を抜出するのを停止し、更に、パイプ孔３ａ内の抜き出した培地を僅かながら逆流させるようにすれば、更に、前記ろ過膜１１の外表面１１ａに付着した培養物が離れ、目詰まりが抑制されるようになる。

従って、前記駆動軸３の上昇時に、前記培養容器２内の培地を抜出し、前記駆動軸３の下降時に、前記ろ過膜１１の目詰まりを抑制するので、前記駆動軸３の往復動により、培地の抜き出しと目詰まりの抑制とを繰り返し制御することで、連続して培地の抜出をすることができるようになる。

図３は、本発明の実施例３の撹拌培養装置１２を示す。該撹拌培養装置１２は、実施例１の撹拌培養装置１において、ろ過膜７をパイプ孔３ａの下端又はパイプ孔３ａ内に設ける代わりに、前記撹拌翼８の下面に形成した凹部８ｂに、前記撹拌翼８の貫通孔８ａに連通する貫通孔１３ａを有する、所望の厚さのろ過膜１３を嵌合して設けると共に、前記ろ過膜１３の下面の中央部に前記貫通孔１３ａを塞ぐ蓋部１４を設ける。そして、前記ろ過膜１３の貫通孔１３ａの内周面（内表面）１３ｃを前記パイプ孔３ａに臨むようにし、前記駆動軸３のパイプ孔３ａを前記ろ過膜１３の貫通孔１３ａの内周面１３ｃと前記蓋部１４で塞ぐようにした。

なお、前記ろ過膜１３の下面が、前記培養容器２の内容物に面する前記ろ過膜１３の外表面１３ｂを形成した。

この実施例３の撹拌培養装置１１において、前記培養容器２内の培地を抜出する場合には、前記駆動軸３上下の往復動の際、駆動軸３が下降する時には、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記開閉弁を開口すると共に、前記ポンプ装置部を作動させて、前記抜出口６を介して、前記培養容器２内の内容物を前記ろ過膜１３側に吸引する。そして、前記ろ過膜１３により、前記内容物中の培地のみを通過させて、前記パイプ孔３ａ内に導入し、前記抜出口６を介して、該培地を前記培養容器２外に抜出するようにする。

また、前記駆動軸３が上昇する時には、即ち、ろ過膜の前記培養容器２内の内容物に面する外表面１３ｂ側の前記撹拌翼８の下面８ｃが、前記培養容器２内及び前記下面８ｃの逆側の上面８ｄに対して負圧になる方向に前記駆動軸３を移動する時には、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記開閉弁を閉口して、前記培養容器２内の培地を抜出するのを停止する。なお、前記実施例１と同様に、更に、前記培地抜出制御手段により、例えば、前記逆流機構部により、前記パイプ孔３ａ内の抜き出した培地を僅かならが逆流させるようにしてもよい。

これにより、前記駆動軸３の下降時に、前記ろ過膜１３の外表面１３ｂに培養物が付着しても、前記駆動軸３の上昇時に、前記ろ過膜１３の外表面１３ｂが、前記培養容器２内及び前記ろ過膜１３の前記パイプ孔３ａの下流側に面する内周面１３ｃに対しても負圧となるため、前記ろ過膜１３の外周面１３ｂに付着した培養物が離れ、目詰まりが抑制されるようになる。

また、前記実施例１と同様に、培地を抜出するのを停止し、更に、パイプ孔３ａ内の抜き出した培地を僅かながら逆流させるようにすれば、更に、前記ろ過膜１３の外表面１３ａに付着した培養物が離れ、目詰まりが抑制されるようになる。

従って、前記駆動軸３の下降時に、前記培養容器２内の培地を抜出し、前記駆動軸３の上昇時に、前記ろ過膜１３の目詰まりを抑制するので、前記駆動軸３の往復動により、培地の抜き出しと目詰まりの抑制とを繰り返し制御することで、連続して培地の抜出をすることができるようになる。

本発明の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置は、医療品関係、食品関係等における培養装置に利用される。

１ 撹拌培養装置
２ 培養容器
２ａ 頂面部
３ 駆動軸
３ａ パイプ孔
４ 開口部
５ 支持部
６ 抜出口
７ ろ過膜
７ａ 外表面
７ｂ 内表面
８ 撹拌翼
８ａ 貫通孔
８ｂ 凹部
８ｃ 下面
８ｄ 上面
９ 撹拌培養装置
１０ 撹拌翼
１０ａ 凹部
１０ｂ 上面
１０ｃ 下面
１１ ろ過膜
１１ａ 貫通孔
１１ｂ 外表面
１１ｃ 内周面
１２ 撹拌培養装置
１３ ろ過膜
１３ａ 貫通孔
１３ｂ 外表面
１３ｃ 内周面
１４ 蓋部

Claims (5)

1. 培養物と培地とが容れられる培養容器と、
   該培養容器内で撹拌翼を固定した、該培養容器外に延出し、軸方向に往復動する駆動軸と、
   該駆動軸内に形成し、培地を抜出するパイプ孔と、
   前記パイプ孔を塞ぐ、培養物は通過せず、培地のみを通過させるろ過膜と、
   前記駆動軸の往復動に応じて、前記パイプ孔を介して培地の抜出を制御する培地抜出制御手段とを具備する培地抜出機構を有した往復動撹拌培養装置。
2. 前記パイプ孔の培養容器内側の開口を、前記駆動軸の端面に設けると共に、
   前記ろ過膜を、前記パイプ孔内又はパイプ孔の端面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置。
3. 前記ろ過膜を、前記撹拌翼の一方の面又は他方の面に設けると共に、該ろ過膜を前記パイプ孔内に臨ませた請求項１に記載の培地抜出機能を有した往復動撹拌培養装置。
4. 前記培地抜出制御手段は、前記培養容器内の培地を抜出する際、
   前記培養容器内の内容物に面する前記ろ過膜の外側面側の前記撹拌翼の翼面が負圧になる方向に前記駆動軸が移動する時は、前記培養容器内の培地を抜出するのを停止する手段であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の培地抜出機構を有した往復動撹拌培養装置。
5. 前記培地抜出制御手段は、前記撹拌翼の翼面が負圧になる方向に前記駆動軸を移動する時に、更に、前記パイプ孔内の培地を逆流させる手段であることを特徴とする請求項４に記載の培地抜出機構を有した往復動撹拌培養装置。

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