攪拌装置
【課題】試料と溶液とをより均一に攪拌し、培養された試料又は洗浄された試料を連続して安定的に得る攪拌装置を提供する。
【解決手段】攪拌装置１は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置され振動源３に接続された軸部４と、軸部４の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根５と、ケーシング２の内周面から突出し、流通路を複数の攪拌室７に仕切る仕切り板６と、攪拌羽根５を包囲するように取り付けられ、攪拌室７を内部攪拌室８と外部攪拌室９とに区分し、試料の攪拌により発生した廃棄物を通過させる濾過部材１０と、溶液を流通させる溶液供給管１１と、溶液供給管１１と連結し、溶液を内部攪拌室８に供給する溶液供給口１２と、濾過部材１０を通過した廃棄物を含む排液を外部攪拌室９から排出する排液排出口１３と、を備える。
【解決手段】攪拌装置１は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置され振動源３に接続された軸部４と、軸部４の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根５と、ケーシング２の内周面から突出し、流通路を複数の攪拌室７に仕切る仕切り板６と、攪拌羽根５を包囲するように取り付けられ、攪拌室７を内部攪拌室８と外部攪拌室９とに区分し、試料の攪拌により発生した廃棄物を通過させる濾過部材１０と、溶液を流通させる溶液供給管１１と、溶液供給管１１と連結し、溶液を内部攪拌室８に供給する溶液供給口１２と、濾過部材１０を通過した廃棄物を含む排液を外部攪拌室９から排出する排液排出口１３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は攪拌装置に係り、特に、試料に溶液を供給しつ、攪拌羽根を用いて試料と溶液とを攪拌し、試料の攪拌により発生した廃棄物を排出する攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多細胞生物の細胞や組織の一部、或いは微生物を人工的な環境下で増殖させる方法として培養が採用されている。すなわち、培養により、タンパク質や核酸、その他の特定細胞や組織を大量に抽出したり、菌類、藻類、原生動物、細菌類等の微生物を大量に発生させたりすることが可能となる。なお、本発明に係る培養の対象となる試料は、上記の細胞や組織、又は微生物に限らず、培養により増殖される全てのものを含む。
【０００３】
この培養には、可溶性栄養源を含む液体中で増殖させる液体培養という増殖様態を採る場合がある。例えば、血液等の細胞や組織、乳酸、有機酸、核酸、酵素等の微生物を増殖させる場合である。この液体培養には、衝撃に対して脆弱な細胞を増殖させる場合に用いられる静置培養、振とう培養、攪拌培養などがある。
【０００４】
振とう培養とは、０．５Ｈｚ〜数Ｈｚ程度の頻度で培養容器を振動させ増殖速度を向上させる方法である。特許文献１に、振とう培養に関する例を示す。ここでは、細胞や組織等の試料の恒温振とうによる培養方法とその装置が開示されている。このように、振とう培養では、培養すべき細胞や組織等を培地中に注入した三角フラスコ等の容器に入れ、この容器を振とう機の振とう台上に載上して振動を加えるものである。その他、タッパーやシャーレ等の容器において少ない液量で振とうさせるシーソー振とう培養、遠沈管等を転倒攪拌する変動形揺動による振とう培養等がある。
【０００５】
また、攪拌培養とは、攪拌子又はスクリュー等の翼の回転により細胞や微生物等の試料と培地とを混合させる方法である。この混合により細胞や微生物等の試料を培地成分に接触させ、攪拌しない静置培養法と比較して増殖速度を上げることができる。さらに、液体培地を強制的に攪拌して深い液内で行う培養を特に液体深部培養といい、例えば微生物たんぱく質の生産などに用いられている。
【０００６】
この液体深部培養においては、培養槽内に各種の攪拌翼を設置し、この攪拌翼を回転軸に取り付けて回転させ、培養槽内の液体培地に下記の旋回流を発生させて混合する方法が一般的である。図１２に、一般的な培養槽及び培養槽内に設けられた攪拌翼の例を示す。図１２（ａ）の培養槽３０には、攪拌軸３４に取り付けられた櫂型翼３１を、図１２（ｂ）には、図１２（ａ）のＥ−Ｅ断面を示す。この櫂型翼３１は培養槽３０内に水平回転流３５を発生させる。図１２（ｃ）の培養槽３０には、攪拌軸３４に取り付けられたプロペラ型翼３２を、図１２（ｄ）には、図１２（ｃ）のＦ−Ｆ断面を示す。このプロペラ型翼３２は水平回転流３５に加えて半径方向の流れである放射流３６も発生させる。
【０００７】
また、液体培養には、その培地添加のタイミングによる分類として、回分培養、半回分培養、連続培養がある。回分培養とは、いわゆるバッチ処理方法であり、１回ごとに新たな培地を用意して培養を行う方法である。また、半回分培養とは、培養中に培地自体や倍地中の特定の成分を添加する培養方法である。さらに、連続培養とは、一定の速度で培養器に培地を供給し、同時に同量の培養液を排出させる培養方法である。この連続培養は、他の培養方法と比較して培養環境を一定に保ちやすく、生産性が安定するという特徴を有する。例えば微生物たんぱく質の生産に用いられる攪拌翼を用いた攪拌培養は、上記の培養法のうち回分培養により行われるのが一般的である。
【０００８】
さらに、培養には、所望の細胞や組織或いは微生物を、血液などの多細胞生物の一部から、又は自然界から採取された土壌や水などから分離させ適切な培地により培養して増殖させる粗培養がある。この場合には、培養の前段階として細胞や組織或いは微生物に付着した付着物を分離させる工程が行われる。また、混合物から純物質を物理的或いは化学的に分離する、例えば、細胞の場合には、細胞の塊から所望の単細胞を分離する単離といわれる工程が行われる。また、この単離とは、例えば、微粉末を含む紛体を液体中で洗浄して分離する場合など、多細胞生物の細胞や組織の一部、或いは微生物以外の物質を分離する場合も含まれる。なお、本発明に係る試料の洗浄には、この粗培養や細胞などの単離が含まれ、さらに一般の物質を対象とした洗浄も含まれる。
【０００９】
一方、特許文献２には、攪拌混合装置および殺菌装置および洗浄装置が開示されている。ここでは、紛体を短時間で均一に溶解又は加熱溶融させ、加熱により流動性を向上させ攪拌混合装置、及び短時間で殺菌又は減菌が可能な殺菌装置、及び短時間で洗浄可能な洗浄装置が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２６９９２１号公報
【特許文献２】特開２００５−５８９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した振とう培養では、容器全体を振動させるため、容器内の液体培地の流動が均一ではなく部分的なむらが発生する。また、試料と液体培地とは、同じように流動するため混合効果が低い。また、振とう培養は、三角フラスコ等の容器を用いる回分培養であり、試料への溶液の供給と試料から排出される廃棄物の処理とを連続して安定的に行うことは難しい。
【００１２】
また、上述した攪拌培養では、攪拌翼の回転により試料と液体培地との混合効果は得られるが、培地の粘度が高い場合には、回転軸や培養槽の周囲に混合が不十分な部分が発生し、混合効果にむらが生じる。一方、培地の粘度が低い場合には、攪拌翼を回転させると培養槽内の培地全体が、水平回転流等の旋回流を起こし攪拌力が低下する。また、攪拌翼の回転により発生するせん断力で試料を損傷する虞がある。さらに、上述した攪拌培養は一般的に回分培養により行われ、試料への溶液の供給と試料から排出される廃棄物の処理とを連続して安定的に行うことは難しい。
【００１３】
本願の目的は、かかる課題を解決し、試料と溶液とをより均一に攪拌し、培養された試料又は洗浄された試料を連続して安定的に得る攪拌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る攪拌装置は、試料が含まれた溶液が流通する流通路をその内部に有するケーシングと、ケーシング内に配置され振動源に接続された軸部と、軸部の回りに取り付けられ、軸部の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根と、ケーシングの内周面から突出し、流通路を複数の攪拌室に仕切る仕切り板と、攪拌羽根を包囲するように取り付けられ、攪拌室を内部攪拌室と外部攪拌室とに区分し、試料の攪拌により発生した廃棄物を通過させる濾過部材と、溶液を流通させる溶液供給管と、溶液供給管と連結し、溶液を内部攪拌室に供給する溶液供給口と、濾過部材を通過した廃棄物を含む排液を外部攪拌室から排出する排液排出口と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る攪拌装置は、溶液には、試料の培養に用いられる培養液が含まれ、試料の攪拌により発生した廃棄物を排液排出口から排出させることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る攪拌装置は、溶液には、付着物が付着した試料の洗浄に用いられる洗浄液が含まれ、試料の攪拌により分離した付着物を廃棄物として排液排出口から排出させることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る攪拌装置は、試料を排出させる試料排出口を備え、溶液供給口と排液排出口と濾過部材とが、複数の攪拌室にそれぞれ設けられ、仕切り板は流体が流通する開口を有し、複数の攪拌室を通過した試料を試料排出口から排出させることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る攪拌装置は、溶液供給管が、外部から仕切り板を貫通して溶液を内部攪拌室に供給することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る攪拌装置は、排液を流通させて排液排出口と連結する排液排出管を備え、排液排出管が、仕切り板を貫通して排液を外部攪拌室から排出することが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る攪拌装置は、攪拌濾過部材が、軸部との間に開口を有する仕切り板を介してケーシングの内周面と接続し、ケーシングの内部には、流通路を攪拌濾過部材と仕切り板とにより仕切られた複数の攪拌室が設けられることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明に係る攪拌装置は、軸部が複数の軸に分割され、隣接する軸の端部同士が、バネ及びダンパを介して接続され、軸の振動数をそれぞれ変化させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成により、本発明に係る攪拌装置は、攪拌室に試料が含まれた溶液を供給する溶液供給口と、廃棄物を含む排液を排出する排液排出口とを有し、試料への溶液の供給と試料から排出される廃棄物の排出とを安定的に連続処理することが可能となる。また、試料は、軸部の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根により、後述する周期的に反転する流れが溶液内に発生し、攪拌室内でのより均一な攪拌による混合効果が発生する。
【００２３】
以上のように、本発明に係る攪拌装置によれば、試料と溶液とを効果的に攪拌し、培養された試料又は洗浄された試料を連続して安定的に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、図面を用いて本発明に係る攪拌装置につき、詳細に説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
まず、本攪拌装置１の構成について説明する。図１に、攪拌装置１の第１の実施形態の概略構成を示す。また、図２に、図１のＡ−Ａ断面を示す。本実施形態の攪拌装置１は、ケーシング２、軸部４、攪拌羽根５、仕切り板６、濾過部材１０、溶液供給管１１、溶液供給口１２、及び排液排出口１３から構成される。また、攪拌装置１には、軸部４と接続し、軸部４をその軸方向に振動させる振動源３が設けられる。また、攪拌装置１には、試料を攪拌室７内に供給する試料供給口１７及び試料を攪拌室７から排出させる試料排出口１６が設けられる。
【００２６】
ケーシング２は、その内部に細胞や微生物等の試料が含まれた溶液が流通する流通路２２を有する。本実施形態では、この流通路２２は、仕切り板６により複数の攪拌室７に分割される。図１では、この流通路２２は４つの攪拌室７及び１つの試料排出室２３から構成されるが、この攪拌室７の数は４つに限らず任意の数で良い。また、試料排出室２３は設けられず、最外部の攪拌室７に試料排出口１６が設けられ、そこから試料が排出されても良い。仕切り板６は、ケーシング２の内面から突出して設けられる。また、仕切り板６は、図２に示すように、内部に開口部２１を有する環状の板であり、ケーシング２の内部の軸部４との間には隙間がある。軸部４は、この仕切り板６の開口部２１内を貫通する。また、軸部４はケーシング２の内部にシール材１８でシールされて挿入される。攪拌室７は、図２に示すように円形に取り付けられた濾過部材１０により、内部攪拌室８と外部攪拌室９とに区分される。この濾過部材１０が、攪拌羽根５を包囲するように取り付けられ、攪拌羽根５は内部攪拌室８の内部に納められる。なお、攪拌羽根５は、図１では各攪拌室７に２枚ずつ配置されるが、その枚数はこれに限らない。
【００２７】
この濾過部材１０にはフィルタが貼られる。濾過部材１０は、後述するように、試料を通過させず、廃棄物を通過させる役割を有する。従って、このフィルタの網目は、その役割に適した大きさのものが選択されるが、試料及び廃棄物のスケールによりミクロレベルの粗さの網目（ファインメッシュ）が選択されても良い。また、フィルタは、例えば、ステンレス製、セラミック製から成るが、これに限らず高分子（ナノフィルタ膜）等であっても良い。このフィルタにより、攪拌羽根５による攪拌により培養される試料は、この濾過部材１０で堰き止められ、攪拌室７を順次移動して試料排出室２３へと向かい、試料の攪拌により発生した廃棄物、例えば、試料の老廃物は、この濾過部材１０を通過して外部に排出される。また、付着物が付着した試料は、この濾過部材１０で堰き止められ、攪拌室７を順次移動して試料排出室２３へと向かい、試料から分離された付着物はこの濾過部材１０を通過して外部に排出される。
【００２８】
本実施形態では、溶液供給管１１、溶液供給口１２及び排液排出口１３は、攪拌室７ごとに設けられる。図３に、溶液供給管１１及び溶液供給口１２につき、図１の一部分を拡大した断面で示す。溶液供給管１１は、仕切り板６の板厚内に埋め込まれ、ケーシング２の外部とケーシング２の内部の内部攪拌室８とを連通する。また、溶液供給管１１のケーシング２の内部側には溶液供給口１２が設けられ、内部攪拌室８と流通する。また、図１に示すように、排液排出口１３はケーシング２を貫通して設けられ、ケーシング２の内部の外部攪拌室９とケーシング２の外部とを連通する。図４に、排液の排出についての他の実施例を示す。この実施例では、排液排出管１４は、仕切り板６の板厚内に埋め込まれ、ケーシング２の内部の外部攪拌室９とケーシング２の外部とを連通する。また、排液排出管１４のケーシング２の内部側には排液吸引口２０が設けられ、排液は排液吸引口２０から吸引されて排液排出口１９から排出される。本実施形態では、図２に示すように、これら溶液供給管１１、溶液供給口１２及び排液排出口１３，１９は、攪拌室７ごとに各々１箇所に設けられるが、その個数はこれに限らず２箇所以上であっても良い。
【００２９】
このように、攪拌装置１は、各攪拌室７に培養液を含む溶液を供給する手段と廃棄物を含む排液を排出する手段とを備える。これらの手段により、試料への溶液の供給と試料から発生する排液の排出とを連続処理する連続培養が可能となる。また、粗培養や単離の場合においても、付着物が付着した細胞の塊や微粉末を含む紛体が、洗浄液を含む溶液を供給する手段と付着物を含む排液を排出する手段により、試料への溶液の供給と試料から発生する排液の排出とを連続処理する連続処理が可能となる。
【００３０】
培養される試料とは、例えば、血液等の細胞や組織、乳酸、有機酸、核酸、酵素等の微生物であるが、これらの細胞や組織、又は微生物に限らず、培養により増殖される全てのものを含む。また、この試料が含まれた溶液とは、これらの試料を培養するために必要な培養液である。これらの試料は、攪拌装置１のケーシング２の内部で供給される培養液により細胞を構成する物質を合成し、それを組み立てることにより新たな細胞を作り出し増殖する。従って、培養液には、この試料の増殖に必要な栄養源が含まれる。栄養源としては、例えば炭水化物類、油類、有機酸類といった炭素源、尿素などの窒素源、無機塩類などが挙げられる。また、細胞の増殖は環境因子の影響を受ける。環境因子には温度、圧力、光線、ｐＨ、浸透圧、溶存酸素などがある。連続培養では、これらの環境因子を常に適切な状態に維持することができ、安定的な培養が可能となる。
【００３１】
洗浄される試料とは、培養される前段階の細胞や組織、微生物、或いは純物質を物理的或いは化学的に分離する場合の混合物が含まれる。また、洗浄される試料には、単離される細胞の塊が含まれ、微粉末を分離する紛体も含まれる。溶液に含まれる洗浄液とは、こういった単離や分離を促進するものを総称する。勿論、洗浄液には細胞や組織、微生物などの生物の場合には、培養に用いられる培養液も含まれる。
【００３２】
次に、図１を用いて本攪拌装置１の１の培養方法について説明する。試料を含んだ溶液は、まず試料供給口１７から供給される。この溶液は、仕切り板６の内側の開口部２１を通じて試料供給口１７側の攪拌室７から試料排出口１６側の攪拌室７へと順次移動していく。試料の供給が完了すると、軸部４に接続された攪拌羽根５が振動源３により軸方向に振動する。一方、各攪拌室７の溶液供給管１１からは培養液が供給され、溶液供給口１２から内部攪拌室８へと注入される。この軸方向の振動により、溶液内の試料と注入された培養液に含まれる栄養源とが混合される。この混合される際に、溶液には攪拌羽根５により乱流が発生し、内部攪拌室８全体にわたり、後述するほぼ均一な混合が行われる。試料は、この混合により培養液に含まれる栄養源等を摂取し増殖する。そして、試料は成長に伴い排泄物を排出する。また、この排泄物は溶液中の培養に不要なものとともに廃棄物として、内部攪拌室８から濾過部材１０を通過して外部攪拌室９へと移動する。一方、試料自体は濾過部材１０を通過できないため内部攪拌室８内に留まる。この廃棄物を含む溶液は排液として外部攪拌室９に連通する排液排出口１３から排出される。
【００３３】
この攪拌羽根５が軸方向に振動する攪拌方法は、攪拌羽根５が往復運動を行い、その運動方向が連続して反転することに特徴がある。すなわち、試料を含む溶液は、攪拌羽根５の往復運動により「折りたたみ」と「引き伸ばし」とを繰り返し、局所的な混合が促進される。この混合は、さらにケーシング２内部の流通路２２が仕切り板６で仕切られることでより効果が発揮され、攪拌室７の内部においてより均一な攪拌による混合効果が発生する。また、この攪拌方法は、細胞や組織或いは微生物にとってより損傷の危険性の少ない好ましい攪拌方法である。すなわち、流体に水平回転流等の旋回流を起こす従来の攪拌方法では、攪拌翼の回転により発生するせん断力が試料を損傷する虞がある。また、試料は旋回流ともなって移動させられストレスが発生する。一方、本攪拌方法の「折りたたみ」及び「引き伸ばし」は、試料に対する圧力の変化であり、せん断力と比較して損傷の危険性は少ない。また試料は局所的な圧力の変化であり、旋回流と比較して試料の移動はより少なくストレスが少ない。
【００３４】
本実施形態では、試料を含んだ溶液を試料供給口１７から加圧しながら供給する。従って、試料は、この圧力により時間の経過と共に試料排出口１６側へと移動してゆく。そして、一定期間の経過後に、試料排出室２３へと移動し、資料排出口１６から排出される。このように、本実施形態の攪拌装置１によれば、試料は、各攪拌室７を移動しながら、その都度、培養液の供給と廃棄物の排出とを受けて増殖を重ね、試料を連続して安定的に培養することが可能である。また、増殖した試料を順次取り出すことが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態の攪拌装置１は、試料の洗浄に用いることができる。すなわち、採取された試料には付着物が付着している場合があり、洗浄液が含まれる溶液により上述した要領で攪拌羽根５により攪拌する。攪拌羽根５の軸方向の振動により、溶液内の試料と注入された洗浄液とが混合される。この混合される際に、溶液には攪拌羽根５により乱流が発生し、内部攪拌室８全体にわたってほぼ均一に混合が行われる。この混合により試料に付着した付着物が分離される。そして、この付着物は廃棄物として、内部攪拌室８から濾過部材１０を通過して外部攪拌室９へと移動する。一方、試料自体は濾過部材１０を通過できないため内部攪拌室８内に留まる。この付着物は排液として外部攪拌室９に連通する排液排出口１３から排出される。この洗浄液の供給と廃棄物の排出とを攪拌室７ごとに行い攪拌することで、試料からの付着物の分離を連続して安定的に行うことが可能となる。
【００３６】
本実施形態では、試料を含んだ溶液を試料供給口１７から加圧しながら供給する。従って、付着物が付着した試料は、この圧力により時間の経過と共に試料排出口１６側へと移動してゆく。その間に付着物は次第に分離され、一定期間の経過後に試料排出室２３へと移動し、試料排出口１６から排出される。このように、本実施形態の攪拌装置１によれば、試料から付着物を連続的に分離させることが可能であり、付着物が分離された試料を順次取り出すことが可能となる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５に、攪拌装置の第２の実施形態の概略構成を示す。また、図６に、図１のＢ−Ｂ断面を示す。本実施形態の攪拌装置１００は、攪拌室７がそれぞれ独立して試料の攪拌を行う構成である。すなわち、仕切り板２６は、軸部４とシール材２４により接続され、攪拌室７相互は溶液が流通しない。また、図１に示す、試料供給口１７、試料排出室２３及び試料排出口１６は設けられない。なお、上記第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
本実施形態では、試料の供給及び排出は、溶液供給管１１を通じて溶液供給口１２から行われる。すなわち、溶液供給口１２からの試料を含んだ溶液の供給が完了した後、溶液供給口１２から溶液を連続して供給して試料を増殖させる。試料の増殖が所定の程度になると、溶液供給口１２から試料を含んだ溶液を吸引して溶液供給管１１を通じてケーシング２の外部に排出する。
【００３９】
このように、本実施形態では、複数の攪拌室７が独立して試料の培養又は洗浄を行い、それぞれが同一の軸部４により攪拌される。これにより、攪拌室７には、異なる種類の試料を供給することができ、それらを同時に培養又は洗浄することが可能となる。また、洗浄して付着物を分離した後に培養する試料の場合には、洗浄の工程と培養の工程とを１つの攪拌装置１００により連続して安定的に行うことが可能となる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図７に、攪拌装置の第３の実施形態の概略構成を示す。また、図８に図７のＣ−Ｃ断面を示す。本実施形態の攪拌装置２００は、第１の実施形態の攪拌装置１に攪拌濾過部材１５が付加されたものである。攪拌濾過部材１５は、円環状の仕切り板６の内部の開口部２１に設けられる円環状の部材であり、外側が仕切り板６に固定され、内側が軸部４に固定される。なお、上記第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
この攪拌濾過部材１５は、それが取り付けられる仕切り板６とともに攪拌室７を仕切る要素となる。従って、仕切り板６と協働して攪拌室７での攪拌羽根５の攪拌による混合効果を上げる。また、攪拌濾過部材１５の内側は、軸部４と接続されるために、軸部４の軸方向の振動にともない軸方向に振動する。一方、攪拌濾過部材１５の外側は仕切り板６により固定されているため振動しない。これにより、攪拌濾過部材１５は、その両側の攪拌室７の内部の溶液に攪拌羽根５とは異なる振動による乱流を発生させる。
【００４２】
この攪拌濾過部材１５にはフィルタが貼られる。攪拌濾過部材１５は、試料を通過させ役割を有する。従って、このフィルタの網目は、その役割に適した大きさのものが選択されるが、試料及び廃棄物のスケールによりミクロレベルの粗さの網目（ファインメッシュ）が選択されても良い。また、フィルタは、例えば、ステンレス製、セラミック製から成るが、これに限らず高分子（ナノフィルタ膜）等であっても良い。
【００４３】
本実施形態は、例えば結合した細胞の塊を攪拌羽根５及び攪拌濾過部材１５により単離させて抽出する場合にも用いられる。すなわち、攪拌濾過部材１５のフィルタの網目の粗さを、細胞の塊は通過させず単離された細胞を通過させるように調節する。また、試料は、この振動する攪拌濾過部材１５に接触することで結合力が弱まるか、或いは結合力が切れて単離が促進される。
【００４４】
また、この攪拌濾過部材１５の網目の粗さを、試料供給口１７側を粗くし、試料排出口１６側を細かくすることができる。これにより、試料供給口１７から加圧された細胞の塊は内部攪拌室８で分離され、より小さな塊となったものから試料排出口１６側へと移動し、試料排出口１６から排出される。
【００４５】
また、この攪拌濾過部材１５は、上述したように、試料を通過させる役割を有するが、フィルタ自身が振動することで、試料や廃棄物のフィルタの網目への目詰まりが起きにくいという特徴を有する。
【００４６】
（第４の実施形態）
図９に、攪拌装置の第４の実施形態を示す。本実施形態の攪拌装置３００は、第１の実施形態の攪拌装置１の軸部４にダンパ２５及びバネ２６が取り付けられたものである。また、このダンパ２５及びバネ２６による構成は、図５に示す第２の実施形態、又は図７に示す第３の実施形態に組み込んでも良い。なお、上記第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
図１０に、軸部４の一部に取り付けられたダンパ２５及びバネ２６をそれぞれ記号により示す。このように、軸部４は、軸部４ａ及び軸部４ｂに離間して切り離され、それぞれの端部においてダンパ２５及びバネ２６を介して直列に接続される。このダンパ２５及びバネ２６により、その試料供給口１７側の軸部４ａの振動数を、その試料排出口１６側の軸部４ｂの振動数に対して低減された値とすることが可能となる。
【００４８】
図１１に、ダンパ２５及びバネ２６の１つの実施例を示す。ダンパ２５には例えば粘弾性材２７を用いた機構を用いた構成とし、バネ２６には、例えばスプリング２８を用いた構成とすることができる。この実施例では、軸部４ａには振動子２９が取り付けられ固定される。一方、軸部４ｂには、この振動子２９を包み込む凹部３７が軸部４ｂの内部に設けられる。この振動子２９は、本実施例では板状であるが、例えば棒状などの他の断面形状であっても良い。この振動子２９と凹部３７との隙間には粘弾性材２７が埋め込まれる。この粘弾性材２７は、接着などの手段により凹部３７の壁面に固定される。また、振動子２９が凹部３７の内部に埋め込まれる長さ（図１１中のＬ）は後述する粘弾性材２７によるエネルギ吸収量により決定される。さらに、軸部４ａと軸部４ｂとは、バネ２６の一種であるスプリング２８により接続される。このスプリング２８は、軸部４ａと軸部４ｂとの相対的な移動に対して弾性変形をし、復元力により元の間隔に戻す役割を有する。スプリング２８は、図１１では振動子２９の左右に２個配置されているが、その個数はこれに限らない。
【００４９】
この粘弾性材２７は、流体のような粘性とスプリングのような弾性とを併せ持った力学的挙動をする高分子材料である。図１１において、軸部４ｂが軸部４ａに対して矢印で示す方向に振動すると、振動子２９と軸部４ａとの間に設けられた粘弾性材２７はせん断力を受けてせん断変形する。粘弾性材２７は、このせん断変形により塑性化し、この非線形な挙動により運動エネルギを吸収して熱エネルギに変換する。従って、試料供給口１７側の軸部４ａの振動エネルギ（Ｅ0）は、この粘弾性材２７により一部熱エネルギ（δＥ）となる。このエネルギ吸収により、試料排出口１６側の軸部４ｂに伝達される振動エネルギ（Ｅｘ）は、Ｅｘ＝Ｅ0−δＥに減衰される。この減衰された振動エネルギにより、試料排出口１６側の軸部４ｂの振動数は、試料供給口１７側の軸部４ａの振動数より低減された値となる。
【００５０】
本実施形態のように軸部４を分割し、分割された軸部４ａ及び４ｂの端部にダンパ２５及びバネ２６を取り付けることで、複数の攪拌室７のうちその内部の攪拌羽根５の振動の振動数（或いは周期）を異ならせることが可能となる。これにより、初期の攪拌室７では比較的低い振動数による攪拌を行い、試料が移動した後の攪拌室７では比較的高い振動数による攪拌を行うことができる。また、振動源３の位置を試料供給口１７側に設置することで、初期の攪拌室７では比較的高い振動数による攪拌を行い、試料が移動した後の攪拌室７では比較的低い振動数による攪拌を行うことができる。また、図５に示す第２の実施形態の場合には、それぞれ独立した攪拌室７のうち、その内部の攪拌羽根５の振動数（或いは周期）を異ならせ、例えば、それぞれ要求される振動数が異なる攪拌及び洗浄を同時に行うことも可能となる。なお、図９では、ダンパ２５及びバネ２６を取り付ける位置は２箇所となっているが、この取付け位置及び個数は、上述した攪拌装置３００の使用方法により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る攪拌装置の第１の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】溶液供給管及び溶液供給口を示す図１の部分拡大断面図である。
【図４】排液の排出についての他の実施例を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明に係る攪拌装置の第２の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本発明に係る攪拌装置の第３の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】本発明に係る攪拌装置の第４の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第４の実施形態のダンパ及びバネを示す説明図である。
【図１１】図１０のダンパに粘弾性材を用い、バネにスプリングを用いた場合の断面図である。
【図１２】従来の培養槽及び培養槽内に設けられた攪拌翼の例を示す側面図及びその断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，１００，２００，３００ 攪拌装置、２ ケーシング、３ 振動源、４，４ａ，４ｂ 軸部、５ 攪拌羽根、６，２６ 仕切り板、７ 攪拌室、８ 内部攪拌室、９ 外部攪拌室、１０ 濾過部材、１１ 溶液供給管、１２ 溶液供給口、１３，１９ 排液排出口、１４ 排液排出管、１５ 攪拌濾過部材、１６ 試料排出口、１７ 試料供給口、１８、２４ シール材、２０ 排液吸引口、２１ 開口部、２２ 流通路、２３ 試料排出室、２５ ダンパ、２６ バネ、２７ 粘弾性材、２８ スプリング、２９ 振動子、３０ 培養槽、３１ 櫂型翼、３２ プロペラ型翼、３３ 平羽根タービン型翼、３４ 攪拌軸、３５ 水平回転流、３６ 放射流、３７ 凹部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は攪拌装置に係り、特に、試料に溶液を供給しつ、攪拌羽根を用いて試料と溶液とを攪拌し、試料の攪拌により発生した廃棄物を排出する攪拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多細胞生物の細胞や組織の一部、或いは微生物を人工的な環境下で増殖させる方法として培養が採用されている。すなわち、培養により、タンパク質や核酸、その他の特定細胞や組織を大量に抽出したり、菌類、藻類、原生動物、細菌類等の微生物を大量に発生させたりすることが可能となる。なお、本発明に係る培養の対象となる試料は、上記の細胞や組織、又は微生物に限らず、培養により増殖される全てのものを含む。
【０００３】
この培養には、可溶性栄養源を含む液体中で増殖させる液体培養という増殖様態を採る場合がある。例えば、血液等の細胞や組織、乳酸、有機酸、核酸、酵素等の微生物を増殖させる場合である。この液体培養には、衝撃に対して脆弱な細胞を増殖させる場合に用いられる静置培養、振とう培養、攪拌培養などがある。
【０００４】
振とう培養とは、０．５Ｈｚ〜数Ｈｚ程度の頻度で培養容器を振動させ増殖速度を向上させる方法である。特許文献１に、振とう培養に関する例を示す。ここでは、細胞や組織等の試料の恒温振とうによる培養方法とその装置が開示されている。このように、振とう培養では、培養すべき細胞や組織等を培地中に注入した三角フラスコ等の容器に入れ、この容器を振とう機の振とう台上に載上して振動を加えるものである。その他、タッパーやシャーレ等の容器において少ない液量で振とうさせるシーソー振とう培養、遠沈管等を転倒攪拌する変動形揺動による振とう培養等がある。
【０００５】
また、攪拌培養とは、攪拌子又はスクリュー等の翼の回転により細胞や微生物等の試料と培地とを混合させる方法である。この混合により細胞や微生物等の試料を培地成分に接触させ、攪拌しない静置培養法と比較して増殖速度を上げることができる。さらに、液体培地を強制的に攪拌して深い液内で行う培養を特に液体深部培養といい、例えば微生物たんぱく質の生産などに用いられている。
【０００６】
この液体深部培養においては、培養槽内に各種の攪拌翼を設置し、この攪拌翼を回転軸に取り付けて回転させ、培養槽内の液体培地に下記の旋回流を発生させて混合する方法が一般的である。図１２に、一般的な培養槽及び培養槽内に設けられた攪拌翼の例を示す。図１２（ａ）の培養槽３０には、攪拌軸３４に取り付けられた櫂型翼３１を、図１２（ｂ）には、図１２（ａ）のＥ−Ｅ断面を示す。この櫂型翼３１は培養槽３０内に水平回転流３５を発生させる。図１２（ｃ）の培養槽３０には、攪拌軸３４に取り付けられたプロペラ型翼３２を、図１２（ｄ）には、図１２（ｃ）のＦ−Ｆ断面を示す。このプロペラ型翼３２は水平回転流３５に加えて半径方向の流れである放射流３６も発生させる。
【０００７】
また、液体培養には、その培地添加のタイミングによる分類として、回分培養、半回分培養、連続培養がある。回分培養とは、いわゆるバッチ処理方法であり、１回ごとに新たな培地を用意して培養を行う方法である。また、半回分培養とは、培養中に培地自体や倍地中の特定の成分を添加する培養方法である。さらに、連続培養とは、一定の速度で培養器に培地を供給し、同時に同量の培養液を排出させる培養方法である。この連続培養は、他の培養方法と比較して培養環境を一定に保ちやすく、生産性が安定するという特徴を有する。例えば微生物たんぱく質の生産に用いられる攪拌翼を用いた攪拌培養は、上記の培養法のうち回分培養により行われるのが一般的である。
【０００８】
さらに、培養には、所望の細胞や組織或いは微生物を、血液などの多細胞生物の一部から、又は自然界から採取された土壌や水などから分離させ適切な培地により培養して増殖させる粗培養がある。この場合には、培養の前段階として細胞や組織或いは微生物に付着した付着物を分離させる工程が行われる。また、混合物から純物質を物理的或いは化学的に分離する、例えば、細胞の場合には、細胞の塊から所望の単細胞を分離する単離といわれる工程が行われる。また、この単離とは、例えば、微粉末を含む紛体を液体中で洗浄して分離する場合など、多細胞生物の細胞や組織の一部、或いは微生物以外の物質を分離する場合も含まれる。なお、本発明に係る試料の洗浄には、この粗培養や細胞などの単離が含まれ、さらに一般の物質を対象とした洗浄も含まれる。
【０００９】
一方、特許文献２には、攪拌混合装置および殺菌装置および洗浄装置が開示されている。ここでは、紛体を短時間で均一に溶解又は加熱溶融させ、加熱により流動性を向上させ攪拌混合装置、及び短時間で殺菌又は減菌が可能な殺菌装置、及び短時間で洗浄可能な洗浄装置が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２６９９２１号公報
【特許文献２】特開２００５−５８９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した振とう培養では、容器全体を振動させるため、容器内の液体培地の流動が均一ではなく部分的なむらが発生する。また、試料と液体培地とは、同じように流動するため混合効果が低い。また、振とう培養は、三角フラスコ等の容器を用いる回分培養であり、試料への溶液の供給と試料から排出される廃棄物の処理とを連続して安定的に行うことは難しい。
【００１２】
また、上述した攪拌培養では、攪拌翼の回転により試料と液体培地との混合効果は得られるが、培地の粘度が高い場合には、回転軸や培養槽の周囲に混合が不十分な部分が発生し、混合効果にむらが生じる。一方、培地の粘度が低い場合には、攪拌翼を回転させると培養槽内の培地全体が、水平回転流等の旋回流を起こし攪拌力が低下する。また、攪拌翼の回転により発生するせん断力で試料を損傷する虞がある。さらに、上述した攪拌培養は一般的に回分培養により行われ、試料への溶液の供給と試料から排出される廃棄物の処理とを連続して安定的に行うことは難しい。
【００１３】
本願の目的は、かかる課題を解決し、試料と溶液とをより均一に攪拌し、培養された試料又は洗浄された試料を連続して安定的に得る攪拌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る攪拌装置は、試料が含まれた溶液が流通する流通路をその内部に有するケーシングと、ケーシング内に配置され振動源に接続された軸部と、軸部の回りに取り付けられ、軸部の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根と、ケーシングの内周面から突出し、流通路を複数の攪拌室に仕切る仕切り板と、攪拌羽根を包囲するように取り付けられ、攪拌室を内部攪拌室と外部攪拌室とに区分し、試料の攪拌により発生した廃棄物を通過させる濾過部材と、溶液を流通させる溶液供給管と、溶液供給管と連結し、溶液を内部攪拌室に供給する溶液供給口と、濾過部材を通過した廃棄物を含む排液を外部攪拌室から排出する排液排出口と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る攪拌装置は、溶液には、試料の培養に用いられる培養液が含まれ、試料の攪拌により発生した廃棄物を排液排出口から排出させることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る攪拌装置は、溶液には、付着物が付着した試料の洗浄に用いられる洗浄液が含まれ、試料の攪拌により分離した付着物を廃棄物として排液排出口から排出させることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る攪拌装置は、試料を排出させる試料排出口を備え、溶液供給口と排液排出口と濾過部材とが、複数の攪拌室にそれぞれ設けられ、仕切り板は流体が流通する開口を有し、複数の攪拌室を通過した試料を試料排出口から排出させることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る攪拌装置は、溶液供給管が、外部から仕切り板を貫通して溶液を内部攪拌室に供給することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る攪拌装置は、排液を流通させて排液排出口と連結する排液排出管を備え、排液排出管が、仕切り板を貫通して排液を外部攪拌室から排出することが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る攪拌装置は、攪拌濾過部材が、軸部との間に開口を有する仕切り板を介してケーシングの内周面と接続し、ケーシングの内部には、流通路を攪拌濾過部材と仕切り板とにより仕切られた複数の攪拌室が設けられることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明に係る攪拌装置は、軸部が複数の軸に分割され、隣接する軸の端部同士が、バネ及びダンパを介して接続され、軸の振動数をそれぞれ変化させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成により、本発明に係る攪拌装置は、攪拌室に試料が含まれた溶液を供給する溶液供給口と、廃棄物を含む排液を排出する排液排出口とを有し、試料への溶液の供給と試料から排出される廃棄物の排出とを安定的に連続処理することが可能となる。また、試料は、軸部の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根により、後述する周期的に反転する流れが溶液内に発生し、攪拌室内でのより均一な攪拌による混合効果が発生する。
【００２３】
以上のように、本発明に係る攪拌装置によれば、試料と溶液とを効果的に攪拌し、培養された試料又は洗浄された試料を連続して安定的に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、図面を用いて本発明に係る攪拌装置につき、詳細に説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
まず、本攪拌装置１の構成について説明する。図１に、攪拌装置１の第１の実施形態の概略構成を示す。また、図２に、図１のＡ−Ａ断面を示す。本実施形態の攪拌装置１は、ケーシング２、軸部４、攪拌羽根５、仕切り板６、濾過部材１０、溶液供給管１１、溶液供給口１２、及び排液排出口１３から構成される。また、攪拌装置１には、軸部４と接続し、軸部４をその軸方向に振動させる振動源３が設けられる。また、攪拌装置１には、試料を攪拌室７内に供給する試料供給口１７及び試料を攪拌室７から排出させる試料排出口１６が設けられる。
【００２６】
ケーシング２は、その内部に細胞や微生物等の試料が含まれた溶液が流通する流通路２２を有する。本実施形態では、この流通路２２は、仕切り板６により複数の攪拌室７に分割される。図１では、この流通路２２は４つの攪拌室７及び１つの試料排出室２３から構成されるが、この攪拌室７の数は４つに限らず任意の数で良い。また、試料排出室２３は設けられず、最外部の攪拌室７に試料排出口１６が設けられ、そこから試料が排出されても良い。仕切り板６は、ケーシング２の内面から突出して設けられる。また、仕切り板６は、図２に示すように、内部に開口部２１を有する環状の板であり、ケーシング２の内部の軸部４との間には隙間がある。軸部４は、この仕切り板６の開口部２１内を貫通する。また、軸部４はケーシング２の内部にシール材１８でシールされて挿入される。攪拌室７は、図２に示すように円形に取り付けられた濾過部材１０により、内部攪拌室８と外部攪拌室９とに区分される。この濾過部材１０が、攪拌羽根５を包囲するように取り付けられ、攪拌羽根５は内部攪拌室８の内部に納められる。なお、攪拌羽根５は、図１では各攪拌室７に２枚ずつ配置されるが、その枚数はこれに限らない。
【００２７】
この濾過部材１０にはフィルタが貼られる。濾過部材１０は、後述するように、試料を通過させず、廃棄物を通過させる役割を有する。従って、このフィルタの網目は、その役割に適した大きさのものが選択されるが、試料及び廃棄物のスケールによりミクロレベルの粗さの網目（ファインメッシュ）が選択されても良い。また、フィルタは、例えば、ステンレス製、セラミック製から成るが、これに限らず高分子（ナノフィルタ膜）等であっても良い。このフィルタにより、攪拌羽根５による攪拌により培養される試料は、この濾過部材１０で堰き止められ、攪拌室７を順次移動して試料排出室２３へと向かい、試料の攪拌により発生した廃棄物、例えば、試料の老廃物は、この濾過部材１０を通過して外部に排出される。また、付着物が付着した試料は、この濾過部材１０で堰き止められ、攪拌室７を順次移動して試料排出室２３へと向かい、試料から分離された付着物はこの濾過部材１０を通過して外部に排出される。
【００２８】
本実施形態では、溶液供給管１１、溶液供給口１２及び排液排出口１３は、攪拌室７ごとに設けられる。図３に、溶液供給管１１及び溶液供給口１２につき、図１の一部分を拡大した断面で示す。溶液供給管１１は、仕切り板６の板厚内に埋め込まれ、ケーシング２の外部とケーシング２の内部の内部攪拌室８とを連通する。また、溶液供給管１１のケーシング２の内部側には溶液供給口１２が設けられ、内部攪拌室８と流通する。また、図１に示すように、排液排出口１３はケーシング２を貫通して設けられ、ケーシング２の内部の外部攪拌室９とケーシング２の外部とを連通する。図４に、排液の排出についての他の実施例を示す。この実施例では、排液排出管１４は、仕切り板６の板厚内に埋め込まれ、ケーシング２の内部の外部攪拌室９とケーシング２の外部とを連通する。また、排液排出管１４のケーシング２の内部側には排液吸引口２０が設けられ、排液は排液吸引口２０から吸引されて排液排出口１９から排出される。本実施形態では、図２に示すように、これら溶液供給管１１、溶液供給口１２及び排液排出口１３，１９は、攪拌室７ごとに各々１箇所に設けられるが、その個数はこれに限らず２箇所以上であっても良い。
【００２９】
このように、攪拌装置１は、各攪拌室７に培養液を含む溶液を供給する手段と廃棄物を含む排液を排出する手段とを備える。これらの手段により、試料への溶液の供給と試料から発生する排液の排出とを連続処理する連続培養が可能となる。また、粗培養や単離の場合においても、付着物が付着した細胞の塊や微粉末を含む紛体が、洗浄液を含む溶液を供給する手段と付着物を含む排液を排出する手段により、試料への溶液の供給と試料から発生する排液の排出とを連続処理する連続処理が可能となる。
【００３０】
培養される試料とは、例えば、血液等の細胞や組織、乳酸、有機酸、核酸、酵素等の微生物であるが、これらの細胞や組織、又は微生物に限らず、培養により増殖される全てのものを含む。また、この試料が含まれた溶液とは、これらの試料を培養するために必要な培養液である。これらの試料は、攪拌装置１のケーシング２の内部で供給される培養液により細胞を構成する物質を合成し、それを組み立てることにより新たな細胞を作り出し増殖する。従って、培養液には、この試料の増殖に必要な栄養源が含まれる。栄養源としては、例えば炭水化物類、油類、有機酸類といった炭素源、尿素などの窒素源、無機塩類などが挙げられる。また、細胞の増殖は環境因子の影響を受ける。環境因子には温度、圧力、光線、ｐＨ、浸透圧、溶存酸素などがある。連続培養では、これらの環境因子を常に適切な状態に維持することができ、安定的な培養が可能となる。
【００３１】
洗浄される試料とは、培養される前段階の細胞や組織、微生物、或いは純物質を物理的或いは化学的に分離する場合の混合物が含まれる。また、洗浄される試料には、単離される細胞の塊が含まれ、微粉末を分離する紛体も含まれる。溶液に含まれる洗浄液とは、こういった単離や分離を促進するものを総称する。勿論、洗浄液には細胞や組織、微生物などの生物の場合には、培養に用いられる培養液も含まれる。
【００３２】
次に、図１を用いて本攪拌装置１の１の培養方法について説明する。試料を含んだ溶液は、まず試料供給口１７から供給される。この溶液は、仕切り板６の内側の開口部２１を通じて試料供給口１７側の攪拌室７から試料排出口１６側の攪拌室７へと順次移動していく。試料の供給が完了すると、軸部４に接続された攪拌羽根５が振動源３により軸方向に振動する。一方、各攪拌室７の溶液供給管１１からは培養液が供給され、溶液供給口１２から内部攪拌室８へと注入される。この軸方向の振動により、溶液内の試料と注入された培養液に含まれる栄養源とが混合される。この混合される際に、溶液には攪拌羽根５により乱流が発生し、内部攪拌室８全体にわたり、後述するほぼ均一な混合が行われる。試料は、この混合により培養液に含まれる栄養源等を摂取し増殖する。そして、試料は成長に伴い排泄物を排出する。また、この排泄物は溶液中の培養に不要なものとともに廃棄物として、内部攪拌室８から濾過部材１０を通過して外部攪拌室９へと移動する。一方、試料自体は濾過部材１０を通過できないため内部攪拌室８内に留まる。この廃棄物を含む溶液は排液として外部攪拌室９に連通する排液排出口１３から排出される。
【００３３】
この攪拌羽根５が軸方向に振動する攪拌方法は、攪拌羽根５が往復運動を行い、その運動方向が連続して反転することに特徴がある。すなわち、試料を含む溶液は、攪拌羽根５の往復運動により「折りたたみ」と「引き伸ばし」とを繰り返し、局所的な混合が促進される。この混合は、さらにケーシング２内部の流通路２２が仕切り板６で仕切られることでより効果が発揮され、攪拌室７の内部においてより均一な攪拌による混合効果が発生する。また、この攪拌方法は、細胞や組織或いは微生物にとってより損傷の危険性の少ない好ましい攪拌方法である。すなわち、流体に水平回転流等の旋回流を起こす従来の攪拌方法では、攪拌翼の回転により発生するせん断力が試料を損傷する虞がある。また、試料は旋回流ともなって移動させられストレスが発生する。一方、本攪拌方法の「折りたたみ」及び「引き伸ばし」は、試料に対する圧力の変化であり、せん断力と比較して損傷の危険性は少ない。また試料は局所的な圧力の変化であり、旋回流と比較して試料の移動はより少なくストレスが少ない。
【００３４】
本実施形態では、試料を含んだ溶液を試料供給口１７から加圧しながら供給する。従って、試料は、この圧力により時間の経過と共に試料排出口１６側へと移動してゆく。そして、一定期間の経過後に、試料排出室２３へと移動し、資料排出口１６から排出される。このように、本実施形態の攪拌装置１によれば、試料は、各攪拌室７を移動しながら、その都度、培養液の供給と廃棄物の排出とを受けて増殖を重ね、試料を連続して安定的に培養することが可能である。また、増殖した試料を順次取り出すことが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態の攪拌装置１は、試料の洗浄に用いることができる。すなわち、採取された試料には付着物が付着している場合があり、洗浄液が含まれる溶液により上述した要領で攪拌羽根５により攪拌する。攪拌羽根５の軸方向の振動により、溶液内の試料と注入された洗浄液とが混合される。この混合される際に、溶液には攪拌羽根５により乱流が発生し、内部攪拌室８全体にわたってほぼ均一に混合が行われる。この混合により試料に付着した付着物が分離される。そして、この付着物は廃棄物として、内部攪拌室８から濾過部材１０を通過して外部攪拌室９へと移動する。一方、試料自体は濾過部材１０を通過できないため内部攪拌室８内に留まる。この付着物は排液として外部攪拌室９に連通する排液排出口１３から排出される。この洗浄液の供給と廃棄物の排出とを攪拌室７ごとに行い攪拌することで、試料からの付着物の分離を連続して安定的に行うことが可能となる。
【００３６】
本実施形態では、試料を含んだ溶液を試料供給口１７から加圧しながら供給する。従って、付着物が付着した試料は、この圧力により時間の経過と共に試料排出口１６側へと移動してゆく。その間に付着物は次第に分離され、一定期間の経過後に試料排出室２３へと移動し、試料排出口１６から排出される。このように、本実施形態の攪拌装置１によれば、試料から付着物を連続的に分離させることが可能であり、付着物が分離された試料を順次取り出すことが可能となる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５に、攪拌装置の第２の実施形態の概略構成を示す。また、図６に、図１のＢ−Ｂ断面を示す。本実施形態の攪拌装置１００は、攪拌室７がそれぞれ独立して試料の攪拌を行う構成である。すなわち、仕切り板２６は、軸部４とシール材２４により接続され、攪拌室７相互は溶液が流通しない。また、図１に示す、試料供給口１７、試料排出室２３及び試料排出口１６は設けられない。なお、上記第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
本実施形態では、試料の供給及び排出は、溶液供給管１１を通じて溶液供給口１２から行われる。すなわち、溶液供給口１２からの試料を含んだ溶液の供給が完了した後、溶液供給口１２から溶液を連続して供給して試料を増殖させる。試料の増殖が所定の程度になると、溶液供給口１２から試料を含んだ溶液を吸引して溶液供給管１１を通じてケーシング２の外部に排出する。
【００３９】
このように、本実施形態では、複数の攪拌室７が独立して試料の培養又は洗浄を行い、それぞれが同一の軸部４により攪拌される。これにより、攪拌室７には、異なる種類の試料を供給することができ、それらを同時に培養又は洗浄することが可能となる。また、洗浄して付着物を分離した後に培養する試料の場合には、洗浄の工程と培養の工程とを１つの攪拌装置１００により連続して安定的に行うことが可能となる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図７に、攪拌装置の第３の実施形態の概略構成を示す。また、図８に図７のＣ−Ｃ断面を示す。本実施形態の攪拌装置２００は、第１の実施形態の攪拌装置１に攪拌濾過部材１５が付加されたものである。攪拌濾過部材１５は、円環状の仕切り板６の内部の開口部２１に設けられる円環状の部材であり、外側が仕切り板６に固定され、内側が軸部４に固定される。なお、上記第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４１】
この攪拌濾過部材１５は、それが取り付けられる仕切り板６とともに攪拌室７を仕切る要素となる。従って、仕切り板６と協働して攪拌室７での攪拌羽根５の攪拌による混合効果を上げる。また、攪拌濾過部材１５の内側は、軸部４と接続されるために、軸部４の軸方向の振動にともない軸方向に振動する。一方、攪拌濾過部材１５の外側は仕切り板６により固定されているため振動しない。これにより、攪拌濾過部材１５は、その両側の攪拌室７の内部の溶液に攪拌羽根５とは異なる振動による乱流を発生させる。
【００４２】
この攪拌濾過部材１５にはフィルタが貼られる。攪拌濾過部材１５は、試料を通過させ役割を有する。従って、このフィルタの網目は、その役割に適した大きさのものが選択されるが、試料及び廃棄物のスケールによりミクロレベルの粗さの網目（ファインメッシュ）が選択されても良い。また、フィルタは、例えば、ステンレス製、セラミック製から成るが、これに限らず高分子（ナノフィルタ膜）等であっても良い。
【００４３】
本実施形態は、例えば結合した細胞の塊を攪拌羽根５及び攪拌濾過部材１５により単離させて抽出する場合にも用いられる。すなわち、攪拌濾過部材１５のフィルタの網目の粗さを、細胞の塊は通過させず単離された細胞を通過させるように調節する。また、試料は、この振動する攪拌濾過部材１５に接触することで結合力が弱まるか、或いは結合力が切れて単離が促進される。
【００４４】
また、この攪拌濾過部材１５の網目の粗さを、試料供給口１７側を粗くし、試料排出口１６側を細かくすることができる。これにより、試料供給口１７から加圧された細胞の塊は内部攪拌室８で分離され、より小さな塊となったものから試料排出口１６側へと移動し、試料排出口１６から排出される。
【００４５】
また、この攪拌濾過部材１５は、上述したように、試料を通過させる役割を有するが、フィルタ自身が振動することで、試料や廃棄物のフィルタの網目への目詰まりが起きにくいという特徴を有する。
【００４６】
（第４の実施形態）
図９に、攪拌装置の第４の実施形態を示す。本実施形態の攪拌装置３００は、第１の実施形態の攪拌装置１の軸部４にダンパ２５及びバネ２６が取り付けられたものである。また、このダンパ２５及びバネ２６による構成は、図５に示す第２の実施形態、又は図７に示す第３の実施形態に組み込んでも良い。なお、上記第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
図１０に、軸部４の一部に取り付けられたダンパ２５及びバネ２６をそれぞれ記号により示す。このように、軸部４は、軸部４ａ及び軸部４ｂに離間して切り離され、それぞれの端部においてダンパ２５及びバネ２６を介して直列に接続される。このダンパ２５及びバネ２６により、その試料供給口１７側の軸部４ａの振動数を、その試料排出口１６側の軸部４ｂの振動数に対して低減された値とすることが可能となる。
【００４８】
図１１に、ダンパ２５及びバネ２６の１つの実施例を示す。ダンパ２５には例えば粘弾性材２７を用いた機構を用いた構成とし、バネ２６には、例えばスプリング２８を用いた構成とすることができる。この実施例では、軸部４ａには振動子２９が取り付けられ固定される。一方、軸部４ｂには、この振動子２９を包み込む凹部３７が軸部４ｂの内部に設けられる。この振動子２９は、本実施例では板状であるが、例えば棒状などの他の断面形状であっても良い。この振動子２９と凹部３７との隙間には粘弾性材２７が埋め込まれる。この粘弾性材２７は、接着などの手段により凹部３７の壁面に固定される。また、振動子２９が凹部３７の内部に埋め込まれる長さ（図１１中のＬ）は後述する粘弾性材２７によるエネルギ吸収量により決定される。さらに、軸部４ａと軸部４ｂとは、バネ２６の一種であるスプリング２８により接続される。このスプリング２８は、軸部４ａと軸部４ｂとの相対的な移動に対して弾性変形をし、復元力により元の間隔に戻す役割を有する。スプリング２８は、図１１では振動子２９の左右に２個配置されているが、その個数はこれに限らない。
【００４９】
この粘弾性材２７は、流体のような粘性とスプリングのような弾性とを併せ持った力学的挙動をする高分子材料である。図１１において、軸部４ｂが軸部４ａに対して矢印で示す方向に振動すると、振動子２９と軸部４ａとの間に設けられた粘弾性材２７はせん断力を受けてせん断変形する。粘弾性材２７は、このせん断変形により塑性化し、この非線形な挙動により運動エネルギを吸収して熱エネルギに変換する。従って、試料供給口１７側の軸部４ａの振動エネルギ（Ｅ0）は、この粘弾性材２７により一部熱エネルギ（δＥ）となる。このエネルギ吸収により、試料排出口１６側の軸部４ｂに伝達される振動エネルギ（Ｅｘ）は、Ｅｘ＝Ｅ0−δＥに減衰される。この減衰された振動エネルギにより、試料排出口１６側の軸部４ｂの振動数は、試料供給口１７側の軸部４ａの振動数より低減された値となる。
【００５０】
本実施形態のように軸部４を分割し、分割された軸部４ａ及び４ｂの端部にダンパ２５及びバネ２６を取り付けることで、複数の攪拌室７のうちその内部の攪拌羽根５の振動の振動数（或いは周期）を異ならせることが可能となる。これにより、初期の攪拌室７では比較的低い振動数による攪拌を行い、試料が移動した後の攪拌室７では比較的高い振動数による攪拌を行うことができる。また、振動源３の位置を試料供給口１７側に設置することで、初期の攪拌室７では比較的高い振動数による攪拌を行い、試料が移動した後の攪拌室７では比較的低い振動数による攪拌を行うことができる。また、図５に示す第２の実施形態の場合には、それぞれ独立した攪拌室７のうち、その内部の攪拌羽根５の振動数（或いは周期）を異ならせ、例えば、それぞれ要求される振動数が異なる攪拌及び洗浄を同時に行うことも可能となる。なお、図９では、ダンパ２５及びバネ２６を取り付ける位置は２箇所となっているが、この取付け位置及び個数は、上述した攪拌装置３００の使用方法により決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る攪拌装置の第１の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】溶液供給管及び溶液供給口を示す図１の部分拡大断面図である。
【図４】排液の排出についての他の実施例を示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明に係る攪拌装置の第２の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本発明に係る攪拌装置の第３の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】本発明に係る攪拌装置の第４の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第４の実施形態のダンパ及びバネを示す説明図である。
【図１１】図１０のダンパに粘弾性材を用い、バネにスプリングを用いた場合の断面図である。
【図１２】従来の培養槽及び培養槽内に設けられた攪拌翼の例を示す側面図及びその断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１，１００，２００，３００ 攪拌装置、２ ケーシング、３ 振動源、４，４ａ，４ｂ 軸部、５ 攪拌羽根、６，２６ 仕切り板、７ 攪拌室、８ 内部攪拌室、９ 外部攪拌室、１０ 濾過部材、１１ 溶液供給管、１２ 溶液供給口、１３，１９ 排液排出口、１４ 排液排出管、１５ 攪拌濾過部材、１６ 試料排出口、１７ 試料供給口、１８、２４ シール材、２０ 排液吸引口、２１ 開口部、２２ 流通路、２３ 試料排出室、２５ ダンパ、２６ バネ、２７ 粘弾性材、２８ スプリング、２９ 振動子、３０ 培養槽、３１ 櫂型翼、３２ プロペラ型翼、３３ 平羽根タービン型翼、３４ 攪拌軸、３５ 水平回転流、３６ 放射流、３７ 凹部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が含まれた溶液が流通する流通路をその内部に有するケーシングと、
ケーシング内に配置され振動源に接続された軸部と、
軸部の回りに取り付けられ、軸部の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根と、
ケーシングの内周面から突出し、流通路を複数の攪拌室に仕切る仕切り板と、
攪拌羽根を包囲するように取り付けられ、攪拌室を内部攪拌室と外部攪拌室とに区分し、試料の攪拌により発生した廃棄物を通過させる濾過部材と、
溶液を流通させる溶液供給管と、
溶液供給管と連結し、溶液を内部攪拌室に供給する溶液供給口と、
濾過部材を通過した廃棄物を含む排液を外部攪拌室から排出する排液排出口と、
を備えることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の攪拌装置において、溶液には、試料の培養に用いられる培養液が含まれ、試料の攪拌により発生した廃棄物を排液排出口から排出させることを特徴とする攪拌装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の攪拌装置において、溶液には、付着物が付着した試料の洗浄に用いられる洗浄液が含まれ、試料の攪拌により分離した付着物を廃棄物として排液排出口から排出させることを特徴とする攪拌装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の攪拌装置において、試料を排出させる試料排出口を備え、溶液供給口と排液排出口と濾過部材とは、複数の攪拌室にそれぞれ設けられ、仕切り板は流体が流通する開口を有し、複数の攪拌室を通過した試料を試料排出口から排出させることを特徴とする攪拌装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の攪拌装置において、溶液供給管は、外部から仕切り板を貫通して溶液を内部攪拌室に供給することを特徴とする攪拌装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の攪拌装置において、排液を流通させて排液排出口と連結する排液排出管を備え、排液排出管は、仕切り板を貫通して排液を外部攪拌室から排出することを特徴とする攪拌装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１に記載の攪拌装置において、フィルタからなり、周辺部はケーシングの内周面と接続し、中央部は軸部に固定され、軸部の振動によりその軸方向に振動する攪拌濾過部材を備えることを特徴とする攪拌装置。
【請求項８】
請求項７に記載の攪拌装置において、攪拌濾過部材は、軸部との間に開口を有する仕切り板を介してケーシングの内周面と接続し、ケーシングの内部には、流通路を攪拌濾過部材と仕切り板とにより仕切られた複数の攪拌室が設けられることを特徴とする攪拌装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１に記載の攪拌装置において、軸部は複数の軸に分割され、隣接する軸の端部同士は、バネ及びダンパを介して接続され、軸の振動数をそれぞれ変化させることを特徴とする攪拌装置。
【請求項１】
試料が含まれた溶液が流通する流通路をその内部に有するケーシングと、
ケーシング内に配置され振動源に接続された軸部と、
軸部の回りに取り付けられ、軸部の振動によりその軸方向に振動して試料を攪拌させる攪拌羽根と、
ケーシングの内周面から突出し、流通路を複数の攪拌室に仕切る仕切り板と、
攪拌羽根を包囲するように取り付けられ、攪拌室を内部攪拌室と外部攪拌室とに区分し、試料の攪拌により発生した廃棄物を通過させる濾過部材と、
溶液を流通させる溶液供給管と、
溶液供給管と連結し、溶液を内部攪拌室に供給する溶液供給口と、
濾過部材を通過した廃棄物を含む排液を外部攪拌室から排出する排液排出口と、
を備えることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の攪拌装置において、溶液には、試料の培養に用いられる培養液が含まれ、試料の攪拌により発生した廃棄物を排液排出口から排出させることを特徴とする攪拌装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の攪拌装置において、溶液には、付着物が付着した試料の洗浄に用いられる洗浄液が含まれ、試料の攪拌により分離した付着物を廃棄物として排液排出口から排出させることを特徴とする攪拌装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の攪拌装置において、試料を排出させる試料排出口を備え、溶液供給口と排液排出口と濾過部材とは、複数の攪拌室にそれぞれ設けられ、仕切り板は流体が流通する開口を有し、複数の攪拌室を通過した試料を試料排出口から排出させることを特徴とする攪拌装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１に記載の攪拌装置において、溶液供給管は、外部から仕切り板を貫通して溶液を内部攪拌室に供給することを特徴とする攪拌装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の攪拌装置において、排液を流通させて排液排出口と連結する排液排出管を備え、排液排出管は、仕切り板を貫通して排液を外部攪拌室から排出することを特徴とする攪拌装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１に記載の攪拌装置において、フィルタからなり、周辺部はケーシングの内周面と接続し、中央部は軸部に固定され、軸部の振動によりその軸方向に振動する攪拌濾過部材を備えることを特徴とする攪拌装置。
【請求項８】
請求項７に記載の攪拌装置において、攪拌濾過部材は、軸部との間に開口を有する仕切り板を介してケーシングの内周面と接続し、ケーシングの内部には、流通路を攪拌濾過部材と仕切り板とにより仕切られた複数の攪拌室が設けられることを特徴とする攪拌装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１に記載の攪拌装置において、軸部は複数の軸に分割され、隣接する軸の端部同士は、バネ及びダンパを介して接続され、軸の振動数をそれぞれ変化させることを特徴とする攪拌装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２３７１２２（Ｐ２００８−２３７１２２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８３１５０（Ｐ２００７−８３１５０）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００２５１２１１）冷化工業株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００２５１２１１）冷化工業株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
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