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JPH0773492B2 - Aeration culture method of biological cells, aeration gas ejection device and aeration culture device - Google Patents
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JPH0773492B2 - Aeration culture method of biological cells, aeration gas ejection device and aeration culture device - Google Patents

Aeration culture method of biological cells, aeration gas ejection device and aeration culture device

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JPH0773492B2
JPH0773492B2 JP1332968A JP33296889A JPH0773492B2 JP H0773492 B2 JPH0773492 B2 JP H0773492B2 JP 1332968 A JP1332968 A JP 1332968A JP 33296889 A JP33296889 A JP 33296889A JP H0773492 B2 JPH0773492 B2 JP H0773492B2
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gas
culture
diameter
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良一 芳賀
信子 西村
晴美 松崎
文雄 丸橋
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、生物細胞の通気培養方法及び該方法の実施に
用いられる通気ガス噴出装置と培養装置に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for aeration culture of biological cells, and an aeration gas ejection device and a culture device used for carrying out the method.

(従来の技術) 生物細胞の培養により医薬品等の多数の有用物資を工業
的に生産することが行われて来ており、特に近年インタ
ーフェロン等によって代表される生理活性物質の生産を
目的とする動物細胞の培養が活発に行われつつある。
(Prior Art) A large number of useful substances such as pharmaceuticals have been industrially produced by culturing biological cells, and in particular, animals aiming at production of physiologically active substances represented by interferon and the like in recent years. Cell culture is being actively carried out.

現在、この種の培養に於ては、細胞、細胞集塊、組織等
それ自体、若しくはこれらを担体に担持した形態にて有
する粒子を培養液中に懸濁して行う懸濁培養方式と、細
胞を固定床に担持させ、培養液を移動させる培養方式と
が知られており、前者は、スケールアップが比較的容易
であることから、主流になっている。
Currently, in this type of culture, cells, cell clumps, tissues, etc. themselves, or a suspension culture method in which particles having these in the form of being supported on a carrier are suspended in a culture solution, and cells are used. Is known as a culture system in which the culture medium is carried on a fixed bed and the culture solution is moved. The former is the mainstream because it is relatively easy to scale up.

生産効率の高い培養を行うためには、培養中に経時的に
変化する細胞濃度を適切に調節し、また生理活性の変化
に対応して過不足なく培養液中に於ける溶存酸素濃度或
いは溶存炭酸ガス濃度を調節することが必要である。
In order to perform culture with high production efficiency, the concentration of cells that changes over time during culture should be appropriately adjusted, and the dissolved oxygen concentration or dissolved concentration in the culture medium should be adjusted to suit the changes in physiological activity. It is necessary to adjust the carbon dioxide concentration.

また、生物細胞の培養に於ては、生物培養の多くは、機
械的に脆弱であるため、酸素含有ガス或いは炭酸ガスの
如き通気ガスの供給と同時に、細胞を破壊しない流速で
培養液を混合流動させることも満足されなければならな
い。
In addition, in culturing biological cells, most of the biological culture is mechanically fragile, so at the same time as supplying the aeration gas such as oxygen-containing gas or carbon dioxide gas, the culture solution is mixed at a flow rate that does not destroy the cells. Flowing must also be satisfied.

生物細胞を培養するための代表的な方法或いは装置には
次に示す如き文献に示されたものが知られている。
As typical methods or devices for culturing biological cells, those shown in the following documents are known.

特開昭63−84494号公報、特開昭64−86867号公報、アク
タ・ビオテクノロギカ,2(1)p3(1982年)31頁〜41頁
(Acta Biotechnologica(1)p31−41(1982))、化
学雑誌,21巻,No.7,21頁(昭和58年)、トレンズ・イン
・バイオテクノロジー3巻,No.7,162頁〜166頁(Trends
in Biotechnology 3(7)p162−166(1985))、バイ
オテクノロジー・アンド・バイオエンジニアリング,XI
X,1503頁〜1522頁(Biotechnology and Bioengineerin
g,XIX,p1503−1522(1977))、特開昭62−229192号公
報。
JP-A-63-84494, JP-A-64-86867, Acta Biotechnologica, 2 (1) p3 (1982), pages 31-41 (Acta Biotechnologica (1) p31-41 (1982)), Chemistry Magazine, Volume 21, No. 7, 21 (Showa 58), Torrens in Biotechnology Volume 3, No. 7, 162-166 (Trends
in Biotechnology 3 (7) p162-166 (1985)), Biotechnology & Bioengineering, XI
X, pp. 1503-1522 (Biotechnology and Bioengineerin
g, XIX, p1503-1522 (1977)), JP-A-62-229192.

上述の如き文献に示されているものに於ては、培養槽内
にて培養液中に酸素含有ガス、炭酸ガスの如き通気ガス
を供給する通気ガス噴出手段としのて、謂ゆるスパージ
ャは、ノズル孔径(散気用細孔径)が固定で、これが変
化しないのであり、培養液に於ける通気ガスの溶存ガス
濃度は、専ら通気ガスの通気量の調節により行われてい
るか、或いはノズル孔径が互いに異なった複数個のスパ
ージャの使い分けにより行われている。
In what is shown in the literature as described above, a so-called loose sparger as an aeration gas jetting means for supplying an aeration gas such as oxygen-containing gas and carbon dioxide gas into the culture solution in the culture tank, The nozzle hole diameter (pore diameter for air diffusion) is fixed and does not change. Therefore, the dissolved gas concentration of the aeration gas in the culture solution is mainly adjusted by adjusting the aeration amount of the aeration gas, or the nozzle hole diameter is This is done by properly using a plurality of different spargers.

(発明が解決しようとする課題) ノズル孔径が固定で、これが変化しない型式のスパージ
ャを使用した培養に於ては、通気ガスの溶解度と培養液
の流動速度の両方を満足できる範囲が比較的狭く限定さ
れ、このことにより要求される領域をカバーすることが
不可能になる場合がある。
(Problems to be solved by the invention) In the culture using a sparger in which the nozzle hole diameter is fixed and does not change, the range in which both the aeration gas solubility and the culture solution flow rate can be satisfied is relatively narrow. Limited, this may make it impossible to cover the required area.

更にその理由を詳しく説明すれば、通気ガスの溶解速度
はこれの通気量の増加に従い増加することと、同一通気
量であってもノズル孔径を小さくすることによって通気
ガスの泡径を小さくするほど気液接触面積が増大するこ
とにより通気ガスの溶解速度が増大することは既に公知
である。通気ガスの通気量は、細胞の培養に影響を与
え、これが少な過ぎると、培養液の流動が小さいため細
胞が培養槽底部に沈積し、これによって溶存酵素や栄養
成分の吸収、老廃成分の拡散が低減され、細胞が失活す
る。これに対し通気量が多き過ぎると、脆弱な細胞が培
養液流動による剪断により破損を受ける。即ち、通気ガ
スの通気量には自ずと各種細胞に固有の特性及び装置の
構造から決まる適正値が存在する。
Explaining the reason further in detail, the dissolution rate of the ventilation gas increases with the increase of the ventilation amount, and even if the ventilation amount is the same, the bubble diameter of the ventilation gas is reduced by decreasing the nozzle hole diameter. It is already known that the dissolution rate of aeration gas is increased by increasing the gas-liquid contact area. The amount of aeration gas affects the culture of cells, and if it is too small, the flow of the culture solution is so small that the cells are deposited at the bottom of the culture tank, which absorbs dissolved enzymes and nutrients and diffuses waste components. Is reduced and cells are inactivated. On the other hand, if the amount of aeration is too large, fragile cells will be damaged by shearing due to the flow of the culture solution. That is, the ventilation amount of the ventilation gas naturally has an appropriate value determined by the characteristics peculiar to various cells and the structure of the device.

一方、培養中に細胞は増殖による細胞濃度の変化や細胞
の生理活性の変化に対応して酸素要求量を変化するか
ら、培養方法及び培養装置としては、通気ガスの通気量
と通気ガス溶解速度の制御による酵素供給速度の調節可
能域が広いものが望まれる。
On the other hand, during culture, cells change their oxygen demand in response to changes in cell concentration due to proliferation and changes in physiological activity of cells. It is desirable to have a wide adjustable range of the enzyme supply rate by controlling the.

第12図はノズル径が固定のスパージャを一基用いた場合
の通気速度と酸素供給速度との関係に於てそれらの調節
可能域を示しており、第13図は互いに異なったノズル孔
径を有するノズル孔径が固定のスパージャを二基用いた
場合の通気速度と酸素供給速度との関係に於てそれらの
調節可能域を示している。尚、通気速度は通気量に相当
し、酸素供給速度は通気ガス溶解度に相当する。
FIG. 12 shows the adjustable range of the aeration rate and the oxygen supply rate when a single sparger with a fixed nozzle diameter is used, and FIG. 13 shows different nozzle hole diameters. The adjustable range of the sparger with a fixed nozzle hole diameter is shown in the relationship between the aeration rate and the oxygen supply rate when two spargers are used. The aeration rate corresponds to the air flow rate, and the oxygen supply rate corresponds to the aeration gas solubility.

第12図或いは第13図に示されたグラフからも明らかな如
く、従来のものに於ては、細胞培養上、ガス溶解速度は
調節可能な通気量の範囲に対応して自ずと狭い範囲に限
定される。ノズル径が異なる二つのスパージャが用いら
れた場合には、一つのスパージャの場合に比してガス溶
解速度の調節可能域が拡大され、ノズル径が異なったス
パージャが数多く併設される程、その領域は拡大される
が、しかし培養槽の底部には、通常、ドラフトチューブ
等が配設されているため、槽内底部は狭く、複数個のス
パージャを槽内底部に設ける、特に3基以上を並設する
ことは、スペース的に困難である場合があり、またこれ
は、培養槽の有効容積を低減するばかりでなく、培養液
の流動を阻害する方向に作用し、培養特性を悪化する原
因にもなる。特に、ドラフトチューブは培養槽中に於け
る培養液の流動を大きくするために、その下端は可及的
に槽底部に接近して設けられることが好ましく、このこ
とと複数個のスパージャの併設は両立せず、ドラフトチ
ューブによる培養液の流動性の向上のためにその下端部
が槽内底部に接近して設けられれば、槽内底部に複数個
のスパージャを併設することは極めて困難になる。
As is clear from the graph shown in FIG. 12 or FIG. 13, in the conventional case, the gas lysis rate is naturally limited to a narrow range in the cell culture in accordance with the adjustable aeration rate range. To be done. When two spargers with different nozzle diameters are used, the adjustable range of the gas dissolution rate is expanded compared to the case of one sparger, and the more spargers with different nozzle diameters are installed, the more However, since a draft tube or the like is usually arranged at the bottom of the culture tank, the bottom of the tank is narrow, and a plurality of spargers are provided at the bottom of the tank, especially 3 or more units are arranged side by side. It may be difficult to install in space, and this not only reduces the effective volume of the culture tank, but also acts in the direction of impeding the flow of the culture solution, which may cause deterioration of the culture characteristics. Also becomes. In particular, the draft tube is preferably provided with its lower end as close as possible to the bottom of the tank in order to increase the flow of the culture solution in the culture tank. Incompatible, if the lower end of the draft tube is provided close to the inner bottom of the tank in order to improve the fluidity of the culture solution by the draft tube, it becomes extremely difficult to install a plurality of spargers on the inner bottom of the tank.

本発明者等は、上述の如き従来の培養方法及び培養装置
の欠点を改善し、培養中に経時的に変化する細胞濃度の
変化と細胞の生理活性の変化に対応して過不足なく酸素
等の通気ガスを培養液中に供給し、同時に細胞が損傷を
受けない通気量にて培養液を混合流動させる方法及び装
置を提案すべく鋭意検討を重ねた。
The present inventors have improved the drawbacks of the conventional culture method and culture device as described above, and have sufficient oxygen and the like in response to changes in cell concentration and changes in physiological activity of cells that change over time during culture. The present inventors have intensively studied to propose a method and an apparatus for supplying the aeration gas of (3) to the culture solution and at the same time mixing and flowing the culture solution with an aeration amount that does not damage the cells.

この結果、単基によってノズル孔径を変化し得る新規な
スパージャを創案し、これを用いて通気量の変化に優先
してノズル孔径を調節することにより通気ガスの泡径を
変化させて通気ガスの溶解度を調節することにより、上
述の如き課題を解決できることを見出した。
As a result, a new sparger that can change the nozzle hole diameter by a single group was created, and by using this, the bubble diameter of the ventilation gas is changed by changing the bubble diameter of the ventilation gas by adjusting the nozzle hole diameter in preference to the change of the ventilation amount. It has been found that the problems as described above can be solved by adjusting the solubility.

本発明は、上述の如き鋭意検討の結果、見出された事象
に基いて幅広い範囲に亘って通気ガスの溶解度を調節す
ることができる生物細胞の通気培養方法及びこの通気培
養方法の実施に使用される通気ガス噴出装置、更にこの
通気ガス噴出装置を用いた培養装置を提供することを目
的としている。
The present invention, as a result of earnest studies as described above, is used for carrying out the aeration culture method of biological cells capable of adjusting the solubility of aeration gas over a wide range on the basis of the event found, and the implementation of this aeration culture method. It is an object of the present invention to provide an aeration gas ejecting device, and a culture device using the aeration gas ejecting device.

(課題を解決するための手段) 上述の如き目的の一つは、本発明によれば、培養液中に
所定の通気ガスを通気して生物細胞の培養を行う通気培
養方法に於て、培養液中に通気ガスを供給する通気ガス
噴出手段のノズル孔径を変化させることにより培養液中
に於ける通気ガスの泡径を変化させて通気ガスの培養液
に対する溶解度を調節することを特徴とする生物細胞の
通気培養方法によって達成される。
(Means for Solving the Problems) One of the above-mentioned objects is, according to the present invention, in the aeration culture method of aerating a predetermined aeration gas in a culture medium to culture biological cells, It is characterized in that the bubble diameter of the aeration gas in the culture solution is changed by changing the nozzle hole diameter of the aeration gas jetting means for supplying the aeration gas into the solution to adjust the solubility of the aeration gas in the culture solution. This is achieved by the aeration culture method of biological cells.

上述の如き本発明による生物細胞の通気培養方法に於て
は、通気ガス噴出手段のノズル孔径の調節は通気ガスの
通気量及びガス組成の調節に優先して行われてよい。
In the aeration culture method for biological cells according to the present invention as described above, the adjustment of the nozzle hole diameter of the aeration gas ejection means may be performed prior to the adjustment of the aeration amount and gas composition of the aeration gas.

また、上述の如き本発明による生物細胞の通気培養方法
に於ては、生物細胞は動物細胞であり、通気ガスは酸素
含有ガスと炭酸ガスの何れか或いはその組合せであって
よい。
In the aeration culture method for biological cells according to the present invention as described above, the biological cells may be animal cells, and the aeration gas may be any of oxygen-containing gas and carbon dioxide gas, or a combination thereof.

また上述の如き本発明による生物細胞の通気培養方法に
於ては、ノズル孔径の変化は、ゴム状弾性材により構成
されたノズル構成部材の弾性変形により、或いは径の異
なる複数の孔を集合したノズルに於いて一部のノズル孔
を選択的に遮蔽することにより、或いは各ノズル孔の孔
径を部分的に遮蔽することにより行わればよい。
Further, in the aeration culture method for biological cells according to the present invention as described above, the change in the nozzle hole diameter is caused by the elastic deformation of the nozzle constituent member made of a rubber-like elastic material, or by collecting a plurality of holes having different diameters. This may be performed by selectively blocking some of the nozzle holes in the nozzle or partially blocking the hole diameter of each nozzle hole.

上述の如き目的の他の一つは、本発明によれば、生物細
胞の通気培養のために培養液中に通気ガスを供給する通
気ガス噴出装置に於て、通気ガス噴出用のノズルを構成
するゴム状弾性材製のノズル構成部材と、前記ノズル構
成部材を弾性変形させる弾性変形手段とを有しているこ
とを特徴とする通気ガス噴出装置、或いはノズル孔径が
互いに異なったノズルを複数個有するノズル構成部材
と、前記複数個のノズル孔のうちの所定のノズル径のノ
ズル孔を選択的に遮蔽する遮蔽手段とを有することを特
徴とする通気ガス噴出装置、或いは通気ガス噴出用のノ
ズルを構成するノズル構成部材と、前記ノズル孔を部分
的に遮蔽する遮蔽手段とを有することを特徴とする通気
ガス噴出装置によって達成される。
According to the present invention, another one of the above-mentioned objects is to construct a nozzle for jetting aeration gas in a device for jetting aeration gas for supplying aeration gas into a culture solution for aeration culture of biological cells. A rubber-like elastic nozzle forming member and elastic deformation means for elastically deforming the nozzle forming member, or a plurality of nozzles having different nozzle hole diameters. A vent gas ejecting apparatus, or a nozzle for ejecting a vent gas, comprising: a nozzle constituent member having the nozzle member; and a shielding means for selectively shielding a nozzle hole having a predetermined nozzle diameter among the plurality of nozzle holes. It is achieved by a vent gas ejecting device characterized in that it has a nozzle constituting member that constitutes the above and a shielding means for partially shielding the nozzle hole.

上述の如き目的の残りの一つは、本発明によれば、培養
槽と、前記培養槽中に設けられた可変ノズル孔径型スパ
ージャと、前記培養槽の培養液中に於ける溶存ガスの濃
度を検出する溶存ガス濃度検出手段と、前記溶存ガス濃
度検出手段により検出される溶存ガス濃度に基づいて前
記可変ノズル径型スパージャのノズル径を変化させる制
御装置とを有していることを特徴とする通気培養装置に
よって達成される。
According to the present invention, the other one of the above-mentioned objects is a culture tank, a variable nozzle hole type sparger provided in the culture tank, and a concentration of dissolved gas in a culture solution of the culture tank. And a controller for changing the nozzle diameter of the variable nozzle diameter type sparger based on the dissolved gas concentration detected by the dissolved gas concentration detecting means. It is achieved by the aeration culture device.

本発明による方式或いは装置に適用され得る生物細胞は
特に限定されず、これは動物細胞、植物細胞であってよ
く、これらの細胞は細胞が単独状態であっても集合状態
であってもよい。細胞が集合状態とは、細胞相互が付着
した集塊や組織を指し、また他の材料、例えばマイクロ
ビーズ、ハニカム、繊維等に細胞を付着させたもの、或
いは細胞を包括固定化したものも含む。
Biological cells applicable to the system or device according to the present invention are not particularly limited, and may be animal cells or plant cells, and these cells may be in a single state or an aggregated state. The aggregated state of cells refers to a clump or tissue in which cells are attached to each other, and also includes cells in which cells are attached to other materials such as microbeads, honeycombs, fibers, or cells in which cells are entrapped and immobilized. .

本発明による通気培養方法或いは装置に用いられる培地
は、液体培地であれば特に限定されず、供試細胞或いは
培養条件等に応じて適宜に選択されればよい。例えば、
炭素源としては、低分子から高分子に亘る糖類、有機
酸、アルコール等が用いられ、窒素源としては、アミノ
酸、ペプチド、無機窒素源等が用いられる。その他、細
胞の種類、培養条件に応じ血清、アルブミン、ビタミン
類、無機塩類、有機pH緩衝剤、抗性物質、増殖促進因
子、接着因子、分化因子等の成分が用いられる。
The medium used in the aeration culture method or device according to the present invention is not particularly limited as long as it is a liquid medium, and may be appropriately selected depending on the test cells or culture conditions. For example,
As the carbon source, sugars ranging from low to high molecular weights, organic acids, alcohols, etc. are used, and as the nitrogen source, amino acids, peptides, inorganic nitrogen sources, etc. are used. In addition, components such as serum, albumin, vitamins, inorganic salts, organic pH buffers, anti-substances, growth promoting factors, adhesion factors, and differentiation factors are used depending on the cell type and culture conditions.

本発明による方法或いは装置にて適用される培養方法
は、細胞或いは培養を含む粒状物を液中に懸垂状態にて
流動させて培養する方式でも、細胞を固定して液のみを
流動させる方式であってもよい。即ち、本発明による方
法及び装置は、液中に通気して気泡や液とを接触させる
ことにより細胞の生体反応やpH等の液性調節に必要なガ
ス成分を溶解させる方式の培養全般に用いることが可能
である。
The culturing method applied by the method or device according to the present invention can be a method of culturing cells or a granular material containing the culture in a liquid by suspending them in a liquid, or a method of fixing cells and flowing only the liquid. It may be. That is, the method and apparatus according to the present invention is used for general culture of a system in which a gas component necessary for adjusting liquid properties such as biological reaction of cells and pH is brought into contact with air bubbles or liquid by aeration in the liquid. It is possible.

通気する通気ガスは適宜選択使用されればよい。一般的
には、空気、酸素、炭酸ガスを単独又は空気、酸素、炭
酸ガス、窒素の何れかを混合して用いる。これらのガス
は培養期間中、ガス成分を固定しても変化させて用いて
もよい。これらの通気ガスは、通常、微生物フィルタ濾
過等により無菌処理したものが用いられる。
The aeration gas to be aerated may be appropriately selected and used. Generally, air, oxygen, and carbon dioxide gas are used alone, or one of air, oxygen, carbon dioxide gas, and nitrogen is mixed and used. These gases may be used by fixing or changing the gas components during the culture period. As these aeration gases, those that have been sterilized by filtration with a microbial filter or the like are usually used.

使用する培養槽は液中通気方式のものであればよく、特
に限定されない。例えば、ドラフトチューブ或いは整流
板を有するものであってよい。培養槽の形状も円筒に限
定されず、角状、板状であってもよい。また、培養液の
撹拌のために撹拌手段が付設された培養槽であってもよ
い。
The culture tank to be used is not particularly limited as long as it is a submerged aeration system. For example, it may have a draft tube or a current plate. The shape of the culture tank is not limited to a cylinder, and may be a square shape or a plate shape. Further, it may be a culture tank provided with a stirring means for stirring the culture solution.

ゴム状弾性材製のノズル構成部材の弾性変形によりノズ
ル径を変化させる場合に於ては、これを弾性変形させる
ための外力はノズル構成部材の水平方向、例えば外側方
や中心部から、或いは垂直方向から、或いはこれらと或
る角度を有する方向から作用させてもよい。ノズル構成
部材を構成するゴム状弾性材は、目的とする培養条件に
適するよう、例えばスチーム殺菌を要する場合には耐熱
性を備え、長期間使用する場合には耐水性を有し、弾性
疲労に耐える材質のものが適宜選択されればよい。この
ノズル構成部材を構成するゴム状弾性材としては、例え
ば合成ブタジエンゴム、シリコンゴム等が適当である。
When the nozzle diameter is changed by elastically deforming the nozzle constituent member made of rubber-like elastic material, the external force for elastically deforming this is the horizontal direction of the nozzle constituent member, for example, from the outside or the center, or vertically. It may be operated from the direction or from a direction having an angle with them. The rubber-like elastic material constituting the nozzle constituent member has heat resistance, for example, when steam sterilization is required, has water resistance when used for a long time, and is suitable for elastic fatigue, so as to be suitable for intended culture conditions. A material that can endure may be appropriately selected. As the rubber-like elastic material forming the nozzle constituent member, for example, synthetic butadiene rubber, silicon rubber or the like is suitable.

またゴム状弾性材製のノズル構成部材にその弾性変形の
ための外力付与は、ノズル構成部材の周りに形成された
圧力室に流体圧を供給することにより流体圧式に行われ
ても、或いは永久磁石と電磁石とを用いて電磁力により
行われてもよい。
Further, the external force for elastically deforming the nozzle component made of a rubber-like elastic material may be fluid-pressured by supplying fluid pressure to a pressure chamber formed around the nozzle component, or permanently. It may be performed by an electromagnetic force using a magnet and an electromagnet.

(作用) 上述の如く、本発明による生物組織の培養方法に於て
は、スパージャの如き通気ガス噴出手段のノズル径の変
化によって溶存ガス濃度が調節される。
(Operation) As described above, in the method for culturing biological tissue according to the present invention, the dissolved gas concentration is adjusted by changing the nozzle diameter of the aeration gas jetting means such as the sparger.

また本発明による通気ガス噴出装置に於ては、ノズルの
ノズル径が変化することにより、これにより噴出される
通気ガスの泡径が一基のスパージャによって幅広い範囲
に亘って変化するようになる。
Further, in the vent gas ejecting apparatus according to the present invention, since the nozzle diameter of the nozzle changes, the bubble diameter of the vent gas ejected thereby changes over a wide range by one sparger.

(実施例) 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。
(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明による生物細胞の通気培養装置の一つの
実施例を示している。第1図に於て、1は円筒状の培養
槽を、2は培養槽の底部に配置されたスパージャを、3
はドラフトチューブを、4は恒温水ジャケットを、5は
培養槽上部に設けられた消泡ネットを、7は溶存酸素セ
ンサを、8は液流速センサを各々示している。
FIG. 1 shows one embodiment of the aeration culture apparatus for biological cells according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a cylindrical culture tank, 2 is a sparger located at the bottom of the culture tank, 3
Is a draft tube, 4 is a constant temperature water jacket, 5 is a defoaming net provided on the upper part of the culture tank, 7 is a dissolved oxygen sensor, and 8 is a liquid flow rate sensor.

培養槽1内には液体培地移送配管9によって液体培地貯
槽10より液体培地が供給され、培養槽1内の培養液は培
養液移送配管11によって培養液貯槽12へ送り出されるよ
うになっている。
The liquid culture medium is supplied from the liquid culture medium storage tank 10 into the culture tank 1 through the liquid culture medium transfer pipe 9, and the culture solution in the culture tank 1 is sent out to the culture solution storage tank 12 through the culture solution transfer pipe 11.

スパージャ2は第2図乃至第4図に示されている如く、
流体圧によりノズル孔径を変化する可変ノズル孔径型の
スパージャであり、これには、通気ガス移送配管13によ
って酸素ガスボンベ15の酸素ガスと炭酸ガスボンベ16の
炭酸ガスと炭酸ガスボンベ17の炭酸ガスとエアコンプレ
ッサ14の空気とが所定の混合比をもって通気量調節装置
18により、その通気量を調節されつつ供給されるように
なっており、またノズル孔径調節用流体圧としてノズル
孔径調節用流体圧供給配管19によってエアコンプレッサ
14よりの空気圧がノズル孔径調節装置20によりその流量
を調節されつつ供給されるようになっている。
The sparger 2 is, as shown in FIGS. 2 to 4,
It is a variable nozzle hole diameter type sparger that changes the nozzle hole diameter according to the fluid pressure. Ventilation control device with a predetermined mixing ratio with 14 air
The air flow rate is adjusted by 18 so that the air is supplied, and the air pressure is adjusted by the nozzle hole diameter adjusting fluid pressure supply pipe 19 as the nozzle hole diameter adjusting fluid pressure.
The air pressure from 14 is supplied while the flow rate is adjusted by the nozzle hole diameter adjusting device 20.

尚、第2図に於て、21は各々ガスフィルタを示してい
る。
In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a gas filter.

次に第2図乃至第4図を用いて本発明による通気ガス噴
出装置の一つの実施例について説明する。
Next, one embodiment of the vent gas ejection device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

これらの図に於て、30はステンレス鋼の如き剛体により
形成されたほぼ円筒状のノズルケーシングを示してお
り、ノズルケーシング30内には円盤状のノズル構成部材
32が同心状に配置されている。ノズル構成部材32は、そ
の全体をシリコンゴムの如きゴム状弾性材により構成さ
れ、上面に開口した複数個のノズル(散気用細孔)34を
有している。ノズル34の全ては、集合室35を経て通気ガ
ス取入口36に連通し、これより酸素含有ガスの如き通気
ガスを供給されるようになっている。
In these figures, reference numeral 30 denotes a substantially cylindrical nozzle casing formed of a rigid body such as stainless steel, and a disk-shaped nozzle component member is provided in the nozzle casing 30.
32 are arranged concentrically. The nozzle constituting member 32 is entirely made of a rubber-like elastic material such as silicon rubber, and has a plurality of nozzles (air diffuser pores) 34 opened on the upper surface. All of the nozzles 34 communicate with a ventilation gas inlet 36 through a collecting chamber 35, and a ventilation gas such as an oxygen-containing gas is supplied from this.

ノズルケーシング30の内周部とノズル構成部材32の外周
部との間には円環状空間38が存在しており、円環状空間
38にはゴム状弾性部材により構成された袋体40により円
環状の加圧室42が設けられている。加圧室42は、ノズル
孔径調節用空気圧出入口44に連通し、これより空気圧を
選択的に与えられるようになっている。
An annular space 38 exists between the inner peripheral portion of the nozzle casing 30 and the outer peripheral portion of the nozzle component member 32, and the annular space
A ring-shaped pressurizing chamber 42 is provided at 38 by a bag body 40 made of a rubber-like elastic member. The pressurizing chamber 42 communicates with the nozzle hole diameter adjusting air pressure inlet / outlet 44 so that the air pressure can be selectively applied thereto.

袋体40は加圧室42に与えられる空気圧に応じて膨張し、
この膨張によりゴム状弾性材製のノズル構成部材32をそ
の外周面より周方向に均一に縮径方向に加圧するように
なっている。この縮径方向の加圧により、ノズル構成部
材32は縮径方向に収縮すべく弾性変形し、これに応じて
ノズル34のノズル孔径が減少するようになる。
The bag body 40 expands according to the air pressure applied to the pressurizing chamber 42,
By this expansion, the nozzle component member 32 made of rubber-like elastic material is uniformly pressed in the circumferential direction from the outer peripheral surface thereof in the radial direction. By the pressurization in the diameter reducing direction, the nozzle constituent member 32 is elastically deformed so as to contract in the diameter reducing direction, and accordingly, the nozzle hole diameter of the nozzle 34 is reduced.

これとは反対に加圧室42の空気圧が低減することに応じ
て袋体40が収縮し、これに応じてノズル構成部材32が自
身の弾性力により復元膨張し、この膨張に応じてノズル
34のノズル孔径が増大するようになる。
In contrast to this, the bag body 40 contracts in response to a decrease in the air pressure of the pressurizing chamber 42, and in response thereto, the nozzle constituent member 32 is restored and expanded by its own elastic force, and in response to this expansion, the nozzle
The nozzle hole diameter of 34 increases.

従って、加圧室42に供給する空気圧が増減制御されるこ
とにより、ノズル33のノズル孔径が連続的に変化するよ
うになる。
Therefore, the nozzle hole diameter of the nozzle 33 is continuously changed by increasing / decreasing the air pressure supplied to the pressurizing chamber 42.

上述の如きスパージャのノズル34のノズル孔径の調節
は、第1図に示された実施例に於ける溶存酸素濃度セン
サ7により検出される培養槽1内の培養液に於ける溶存
酸素濃度に応じてこの溶存酸素濃度が設定域内になるよ
うに通気量制御に優先して行われる。
The adjustment of the nozzle hole diameter of the sparger nozzle 34 as described above depends on the dissolved oxygen concentration in the culture solution in the culture tank 1 detected by the dissolved oxygen concentration sensor 7 in the embodiment shown in FIG. The ventilation is controlled with priority so that the dissolved oxygen concentration of the lever is within the set range.

第5図は上述の如き溶存酸素濃度制御の制御プロセスの
一例を示している。第5図に示されたフローチャートに
於いては、溶存酸素濃度センサ7によって溶存酸素濃度
の検出が行われ、溶存酸素濃度が設定域内にあるか否か
の判別が行われる。溶存酸素濃度が設定域以外である時
はスパージャのノズル孔径調節制御が実施される。この
ノズル孔径調節は、溶存酸素濃度が設定域より大きい時
には加圧室42に供給する空気圧を低減してノズル孔径を
大きくすることが行われ、これに対し溶存酸素濃度が設
定域より小さい時には加圧室42に供給する空気圧を増大
してノズル孔径を小さくすることが行われる。
FIG. 5 shows an example of the control process for controlling the dissolved oxygen concentration as described above. In the flowchart shown in FIG. 5, the dissolved oxygen concentration sensor 7 detects the dissolved oxygen concentration, and it is determined whether or not the dissolved oxygen concentration is within the set range. When the dissolved oxygen concentration is outside the set range, the sparger nozzle hole diameter adjustment control is performed. This adjustment of the nozzle hole diameter is performed when the dissolved oxygen concentration is higher than the set range so that the air pressure supplied to the pressurizing chamber 42 is reduced to increase the nozzle hole size, whereas when the dissolved oxygen concentration is smaller than the set range, it is added. The air pressure supplied to the pressure chamber 42 is increased to reduce the nozzle hole diameter.

そしてこの実施例に於ては、スパージャのノズル孔径調
節では溶存酸素濃度が設定域内に調節され得ない場合
は、二次制御手段としてスパージャより培養槽1内に供
給する通気ガスの通気量を調節することが行われる。
In this embodiment, when the dissolved oxygen concentration cannot be adjusted within the set range by adjusting the nozzle hole diameter of the sparger, the amount of aeration gas supplied from the sparger into the culture tank 1 is adjusted as a secondary control means. Is done.

第6図はスパージャの各ノズル孔径に対する通気速度と
酸素供給速度との関係を示している。このグラフから、
通気速度が一定であってもノズル孔径の変化によって酸
素濃度供給速度がノズル孔径の変化幅に応じた変化幅を
もって変化し、これの調節可能域が広いことが理解され
よう。
FIG. 6 shows the relationship between the aeration rate and the oxygen supply rate for each nozzle hole diameter of the sparger. From this graph,
It will be understood that even if the aeration rate is constant, the oxygen concentration supply rate changes with a change width according to the change width of the nozzle hole diameter due to the change of the nozzle hole diameter, and it is understood that the adjustable range of this is wide.

上述の実施例に於ては、加圧室42はノズル構成部材32と
は別体のゴム状弾性部材製の袋体40により構成されてい
るが、これは第7図に示されている如く、ノズル構成部
材32の外周部にこれと一体に形成されていてもよい。
In the above-described embodiment, the pressurizing chamber 42 is constituted by the bag body 40 made of a rubber-like elastic member which is separate from the nozzle constituting member 32. This is as shown in FIG. It may be formed integrally with the outer peripheral portion of the nozzle constituting member 32.

ゴム状弾性部材製のノズル構成部材32の弾性変形は、流
体圧に代えて電磁力により行われるように構成されてい
てもよく、この場合実施例は第8図に示されてる。尚、
第8図に於て、第2図乃至第4図に対応する部分は第2
図乃至第4図に付した符号と同一の符号により示されて
いる。かかる実施例に於ては、ノズル構成部材32の外周
縁部付傍に複数個の永久磁石46が埋設され、ノズルケー
シング30側には永久磁石46の各々に対向する位置に電磁
石48が固定配置されている。
The elastic deformation of the nozzle-constituting member 32 made of a rubber-like elastic member may be performed by electromagnetic force instead of fluid pressure, in which case an embodiment is shown in FIG. still,
In FIG. 8, the portion corresponding to FIGS. 2 to 4 is the second portion.
It is designated by the same reference numeral as the reference numerals given in FIGS. In this embodiment, a plurality of permanent magnets 46 are embedded near the outer peripheral edge of the nozzle constituent member 32, and electromagnets 48 are fixedly arranged at positions facing the permanent magnets 46 on the nozzle casing 30 side. Has been done.

この実施例に於ては、電磁石48の電磁力により永久磁石
46が磁気的に吸引或いは反発することによってノズル構
成部材32が拡径方向或いは縮径方向に弾性変形し、この
弾性変形に応じてノズル34のノズル孔径が変化するよう
になる。
In this embodiment, the electromagnetic force of the electromagnet 48 causes permanent magnets.
The nozzle component member 32 is elastically deformed in the radial expansion direction or the radial contraction direction by the magnetic attraction or repulsion of 46, and the nozzle hole diameter of the nozzle 34 is changed in accordance with this elastic deformation.

第9図は本発明による通気ガス噴出装置の他の一つの実
施例を示している。尚、第9図に於ても第2図乃至第4
図に対応する部分は第2図乃至第4図に付した符号と同
一の符号により示されている。かかる実施例に於ては、
ノズルケーシング30は逆円錐状のノズル構成部材受入孔
31を有し、ノズル構成部材32は、ゴム状弾性材によりノ
ズル受入孔31に整合する逆円錐状に構成され、受入孔31
内に挿入されている。ノズル構成部材32の下端部にはこ
れを軸線方向に引張するためのベローズ式引張装置50が
設けられており、この引張装置50の流体圧出入口52にノ
ズル径調節用空気圧が供給されるようになっている。
FIG. 9 shows another embodiment of the ventilation gas ejection device according to the present invention. Incidentally, in FIG. 9 as well, FIG.
Portions corresponding to the drawings are denoted by the same reference numerals as those given in FIGS. 2 to 4. In such an embodiment,
The nozzle casing 30 is an inverted conical nozzle component member receiving hole.
The nozzle component member 32 has an inverted conical shape that is aligned with the nozzle receiving hole 31 by a rubber-like elastic material.
Has been inserted inside. A bellows type tension device 50 for pulling the nozzle component member 32 in the axial direction is provided at the lower end portion of the nozzle component member 32, and a nozzle diameter adjusting air pressure is supplied to a fluid pressure inlet / outlet 52 of the tension device 50. Has become.

この実施例に於ては、引張装置50に与えられる流体圧に
よってノズル構成部材32が図にて下方に引張されること
により、ノズル構成部材32はノズルケーシング30のノズ
ル受入孔31に案内されて縮径変形し、これによってノズ
ル34のノズル孔径を減少する。これとは反対に引張装置
50に与えられる空気圧の低減によって引張装置50が復元
伸張することに伴いノズル構成部材32は、引張を低減或
いは解除されて自身の弾性力により復元拡径し、ノズル
34のノズル孔径を増大するようになる。
In this embodiment, the nozzle component 32 is guided to the nozzle receiving hole 31 of the nozzle casing 30 by pulling the nozzle component 32 downward in the drawing by the fluid pressure applied to the tension device 50. The diameter of the nozzle 34 is reduced and the diameter of the nozzle hole of the nozzle 34 is reduced. On the contrary, the tension device
As the tension device 50 restores and expands due to the reduction of the air pressure applied to the nozzle 50, the nozzle component member 32 reduces or releases the tension and restores and expands its diameter by its own elastic force.
Increase the nozzle hole diameter of 34.

第10図は本発明による通気ガス噴出装置のもう一つの実
施例を示している。第10図に示された実施例に於ては、
円筒体の一部分を除去された如き形状をなすノズルケー
シング60にノズル構成ドラム62がノズルケーシング60に
対し自身の中心軸線周りに回転可能に設けられている。
ノズル構成ドラム62はそのドラム外周面の全体に亘って
複数個のノズル64を有しており、このノズル64は一つの
母線に沿って配列されたものに於ては実質的に同一ノズ
ル径になっているが、各母線に沿って延在するノズル64
の各々のノズル径は互いに異なっており、ノズル64はド
ラムの周方向に見て互いに異なったノズル径を有してい
る。ノズル64は、ノズルケーシング60の開口部61より外
部に露呈しているもののみ開口状態を保ち、ノズルケー
シング60内に位置するノズル64はノズルケーシング60の
周壁面によって遮蔽されて実質的なガス噴出作用を行わ
ないようになっている。ノズル構成ドラム62は通気ガス
取入口を兼ねた中空軸66によってノズルケーシング60よ
り回転可能に支持され、この中空軸66の外周部には歯車
68が取付けられている。歯車68は、電動機70の駆動歯車
72と噛合し、電動機70によって回転駆動されるようにな
っている。
FIG. 10 shows another embodiment of the ventilation gas ejection device according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 10,
A nozzle-constituting drum 62 is provided in a nozzle casing 60 having a shape in which a part of a cylindrical body is removed so as to be rotatable with respect to the nozzle casing 60 about its own central axis.
The nozzle forming drum 62 has a plurality of nozzles 64 over the entire outer peripheral surface of the drum, and the nozzles 64 arranged along one generatrix have substantially the same nozzle diameter. Nozzles 64 extending along each busbar
The respective nozzle diameters are different from each other, and the nozzles 64 have different nozzle diameters when viewed in the circumferential direction of the drum. Only the nozzles 64 that are exposed to the outside from the opening 61 of the nozzle casing 60 maintain the open state, and the nozzles 64 located inside the nozzle casing 60 are shielded by the peripheral wall surface of the nozzle casing 60 and a substantial gas is ejected. It has no effect. The nozzle-constituting drum 62 is rotatably supported by the nozzle casing 60 by a hollow shaft 66 that also serves as a ventilation gas intake, and a gear is provided on the outer peripheral portion of the hollow shaft 66.
68 is installed. The gear 68 is a drive gear of the electric motor 70.
It engages with 72 and is rotated by an electric motor 70.

ノズル構成ドラム62が電動機70により回転駆動され、こ
れがノズルケーシング60の開口部61より外部に露呈する
部分がその周方向に変化することにより、外部に露呈す
るノズル64が変化し、これによってガス噴出に有効なノ
ズル64が切換わり、実際に通気ガスの噴出を行うノズル
64のノズル孔径が変化するようになる。
The nozzle-forming drum 62 is rotationally driven by the electric motor 70, and the portion exposed to the outside from the opening 61 of the nozzle casing 60 changes in the circumferential direction, so that the nozzle 64 exposed to the outside changes, which causes gas ejection. The effective nozzle 64 is switched to the nozzle that actually ejects the ventilation gas.
64 nozzle hole diameter will change.

また第11図は本発明による通気ガス噴出装置の他の一つ
の実施例を示している。この実施例に於ては、ノズル構
成部材80に比較的大きい径のノズル孔82が複数個設けら
れ、シャッタ板84に設けられたシャッタ孔86とノズル孔
82との整合度合によりノズル孔82が部分的に遮蔽され、
これによって有効ノズル孔径が変化するようになってい
る。
FIG. 11 shows another embodiment of the vent gas ejection device according to the present invention. In this embodiment, the nozzle constituent member 80 is provided with a plurality of nozzle holes 82 having a relatively large diameter, and the shutter holes 86 and the nozzle holes provided in the shutter plate 84 are provided.
The nozzle hole 82 is partially shielded by the degree of matching with 82,
As a result, the effective nozzle hole diameter is changed.

この場合、ノズル孔82は、シャッタ板84の移動方向に対
し同一幅を有していても、その幅が変化していてよも
く、この形状によってシャッタ板84の移動による有効ノ
ズル径の変化特性が任意に定められる。孔の形状は円形
に限定されず楕円形、三角形、四角形、多角形、帯状等
適宜選択される。
In this case, the nozzle holes 82 may have the same width with respect to the moving direction of the shutter plate 84, but the width thereof may change. Due to this shape, the effective nozzle diameter changes due to the movement of the shutter plate 84. The characteristics are set arbitrarily. The shape of the hole is not limited to a circle, and may be appropriately selected from an ellipse, a triangle, a quadrangle, a polygon, a band, and the like.

実施例1 第2図乃至第4図に示されている如きスパージャを第1
図に示されている如き培養装置に組込んで動物細胞の懸
濁培養を行った。
Embodiment 1 A sparger as shown in FIG. 2 to FIG.
Suspension culture of animal cells was carried out by incorporating it into a culture device as shown in the figure.

培養槽としては、槽内径が120mmで、内部に直径75mm、
長さ480mmのドラフトチューブを有し、張込み液量が5
リットルの円筒形のものを用い、槽内液位深さを600mm
とし、槽内温度は恒温水ジャケットにより37℃に調節し
た。
The culture tank has an inner diameter of 120 mm and a diameter of 75 mm inside.
It has a draft tube with a length of 480 mm and the amount of filling liquid is 5
Using a liter cylindrical type, the liquid level in the tank is 600 mm
The temperature inside the tank was adjusted to 37 ° C with a constant temperature water jacket.

供試細胞はラット肝癌細胞株JTC−1(Japan Tissue Cu
lture No1、日本組織培養学会保存)を用いた。種培養
はイーグルMEM培地を用い、偏平フラスコにて培養後、
ローラボトルで培養した。これの培養温度は37℃で行っ
た。この培養液を遠心分離して細胞を回収して接種用細
胞とした。
The test cells were rat liver cancer cell line JTC-1 (Japan Tissue Cu
lture No. 1, preserved by Japan Tissue Culture Society) was used. Seed culture using Eagle MEM medium, after culturing in a flat flask,
Cultured in roller bottles. The culture temperature was 37 ° C. This culture solution was centrifuged to collect the cells, which were used as cells for inoculation.

培養槽内にイーグルMEM培地を5リットル導入後、細胞
濃度が1×106cells/mlとなる様に上記接種細胞を接種
し、36〜38℃、pH6.8〜7.2で10日間培養した。通気ガス
酸素及び炭酸ガスを窒化したものを用いた。この通気ガ
スの組成は酸素30%、炭酸ガス5%、窒素65%である。
溶存酸素濃度の設定値(設定域)は2.0±0.1ppmとし
た。
After introducing 5 liters of Eagle MEM medium into the culture tank, the inoculated cells were inoculated so that the cell concentration became 1 × 10 6 cells / ml, and cultured at 36 to 38 ° C. and pH 6.8 to 7.2 for 10 days. A gas obtained by nitriding oxygen and carbon dioxide was used. The composition of this gas is 30% oxygen, 5% carbon dioxide and 65% nitrogen.
The set value (set range) of the dissolved oxygen concentration was 2.0 ± 0.1 ppm.

培養後2日目、6日目、10日目の各々の結果を第1表、
第2表、第3表に示した。
Table 1 shows the results on the 2nd, 6th and 10th days after the culture.
The results are shown in Tables 2 and 3.

第5図に示されている如きフローチャートに従って溶存
酸素濃度に応じてノズル孔のノズル孔径を通気量に優先
させて制御することにより、溶存酸素濃度は常時設定値
以内に保たれ、液流速も細胞の沈積や損傷の起こらない
好適域内に保たれ、これによって高い細胞濃度で且つ高
い生存率に達した。
By controlling the nozzle hole diameter of the nozzle holes in accordance with the dissolved oxygen concentration by giving priority to the aeration amount according to the flow chart shown in FIG. 5, the dissolved oxygen concentration is always kept within the set value, and the liquid flow velocity is also the cell flow rate. The cells were kept within a suitable range where no sedimentation or damage occurred, which resulted in a high cell concentration and a high survival rate.

一方、同仕様装置により同一バッチの種細胞を用いてス
パージャのノズル孔径を固定して通気量のみの変化によ
り溶存酸素濃度を制御した比較例1、2の結果を第1表
乃至第3表に付記した。
On the other hand, Tables 1 to 3 show the results of Comparative Examples 1 and 2 in which the nozzle diameter of the sparger was fixed by using the same batch of seed cells by the same specification device and the dissolved oxygen concentration was controlled only by changing the air flow rate. I added it.

実施例1と比較例1とに於ては、既に2日目及び6日目
で細胞濃度が1×106cells/mlに達している。比較例1
に於ては、酸素の溶解が1×106cells/ml以上の細胞濃
度に於ける溶存酸素の消費に追い付かなくなり、ノズル
径が大きいと、酸素濃度が高くなる10日目では通気量を
増大しても酸素供給が不足し、また液流速が細胞の破損
が起きる範囲に入るため実施例1に比して効果的な培養
ができなくなった。
In Example 1 and Comparative Example 1, the cell concentration reached 1 × 10 6 cells / ml on the second and sixth days. Comparative Example 1
, The oxygen dissolution cannot catch up with the consumption of dissolved oxygen at the cell concentration of 1 × 10 6 cells / ml or more, and if the nozzle diameter is large, the air flow rate increases on the 10th day when the oxygen concentration becomes high. Even so, the oxygen supply was insufficient, and the liquid flow rate was in the range where cell damage occurred, so that effective culture could not be performed as compared with Example 1.

一方、ノズル孔径を小さく固定した比較例2に於ては、
通気量を操作可能な下限値にしても培養初期(2日目)
にて細胞濃度が低い時点では溶存酸素が設定値である好
適値を外れること及び低通気量のため細胞が槽底部に沈
積し、細胞の死を招いた。
On the other hand, in Comparative Example 2 in which the nozzle hole diameter was fixed to be small,
Even when the aeration rate is at the lower limit that can be controlled, the initial stage of culture (2nd day)
At the time when the cell concentration was low, the dissolved oxygen deviated from the preferable value which was the set value and the low aeration amount caused the cells to deposit on the bottom of the tank, resulting in the death of the cells.

この結果より明らかな如く、本発明による如くノズル孔
径調節が通気量調節に優先して行われれば、従来のノズ
ル孔径固定式のものに比して優れた培養が行われること
が理解されよう。
As is clear from this result, if the nozzle hole diameter adjustment is performed prior to the air flow rate adjustment according to the present invention, it is understood that the culture is superior to the conventional fixed nozzle hole diameter type.

〔発明の効果〕 以上の説明から理解されるように、本発明による生物組
織の培養方法に於ては、スパージャの如き通気ガス噴出
手段のノズル孔径の変化によって溶存ガス濃度が調節さ
れるから、通気量変化によりこれが行われる場合に比し
て細胞の破壊を招くことなく、且つ液の混合流動に適し
た狭い通気速度域でも培養時に必要な広い範囲のガス溶
解速度に対応でき、広い領域範囲に亘って良好な通気培
養が行われるようになる。
[Effect of the invention] As can be understood from the above description, in the method for culturing biological tissue according to the present invention, since the dissolved gas concentration is adjusted by the change in the nozzle hole diameter of the aeration gas ejection means such as the sparger, Compared to the case where this is done by changing the aeration rate, it does not cause cell destruction, and it can support a wide range of gas dissolution rates necessary for culturing even in a narrow aeration rate range suitable for mixed flow of liquids. Good aeration culture can be performed over the entire period.

また本発明による通気ガス噴出装置に於ては、ノズルの
ノズル孔径が変化することにより、これより噴出される
通気ガスの泡径が一基のスパージャによって幅広い範囲
に亘って変化するようになり、培養槽内に於ける設置の
問題を生じることがない。
Further, in the vent gas ejecting apparatus according to the present invention, the nozzle hole diameter of the nozzle is changed, the bubble diameter of the vent gas ejected from the nozzle is changed over a wide range by one sparger, There is no problem of installation in the culture tank.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による生物細胞の通気培養装置の一つの
実施例を示す概略構成図、第2図は本発明による通気ガ
ス噴出装置の一つの実施例を示す斜視図、第3図は第2
図に示された通気ガス噴出装置の縦断面図、第4図は第
3図の平面図、第5図は本発明による通気ガス噴出装置
が用いられて行われる溶存酸素濃度制御要領を示すフロ
ーチャート、第6図はスパージャのノズル径の変化に伴
う通気速度と酸素供給速度との関係に於て酸素供給速度
を調節できる領域を示すグラフ、第7図は本発明による
通気ガス噴出装置の他の実施例を示す縦断面図、第8図
乃至第11図は各々本発明による通気ガス噴出装置の他の
実施例を示す斜視図、第12図はノズル孔径が変化しない
スパージャが用いられた場合の通気速度と酸素供給速度
との関係に於て酸素供給速度を調節できる領域を示すグ
ラフ、第13図はノズル孔径が互いに異なるスパージャが
二基設けられた場合に於ける通気速度と酸素供給速度と
の関係に於て酸素供給速度を調節できる領域を示すグラ
フである。 1……培養槽、2……スパージャ 19……エアーコンプレッサ 20……ノズル径調節装置 30……ノズルケーシング 32……ノズル構成部材 34……ノズル、40……袋体 42……加圧室、46……永久磁石 48……電磁石、60……ノズルケーシング 62……ノズル構成ドラム 64……ノズル、80……ノズル構成部材 82……ノズル、84……シャッタ板 86……シャッタ孔
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of an aeration culture device for biological cells according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of an aeration gas ejection device according to the present invention, and FIG. Two
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the ventilation gas injection device shown in FIG. 4, FIG. 4 is a plan view of FIG. 3, and FIG. 5 is a flow chart showing a dissolved oxygen concentration control procedure performed by using the ventilation gas injection device according to the present invention. FIG. 6 is a graph showing a region where the oxygen supply rate can be adjusted in the relationship between the air supply rate and the oxygen supply rate according to the change in the nozzle diameter of the sparger, and FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment, FIG. 8 to FIG. 11 are perspective views showing another embodiment of the ventilation gas ejection device according to the present invention, and FIG. 12 is a case where a sparger whose nozzle hole diameter does not change is used. A graph showing a region where the oxygen supply rate can be adjusted in the relationship between the aeration rate and the oxygen supply rate, and FIG. 13 shows the aeration rate and the oxygen supply rate when two spargers having different nozzle hole diameters are provided. In relation to It is a graph showing a region with adjustable speed. 1 ... Culture tank, 2 ... Sparger 19 ... Air compressor 20 ... Nozzle diameter adjusting device 30 ... Nozzle casing 32 ... Nozzle component 34 ... Nozzle, 40 ... Bag 42 ... Pressurization chamber, 46 …… Permanent magnet 48 …… Electromagnet, 60 …… Nozzle casing 62 …… Nozzle component drum 64 …… Nozzle, 80 …… Nozzle component member 82 …… Nozzle, 84 …… Shutter plate 86 …… Shutter hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松崎 晴美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 丸橋 文雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 中野 隆盛 山口県下松市東豊井794番地 株式会社日 立製作所笠戸工場内 (56)参考文献 特開 昭64−86867(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Harumi Matsuzaki, Inventor Harumi 4026, Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Institute, Ltd. (72) Fumio Maruhashi, 4026, Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Takamori Nakano 794, Higashitoyoi, Shimomatsu City, Yamaguchi Prefecture Inside the Kasado Plant, Hiritsu Seisakusho Co., Ltd. (56) Reference JP-A 64-86867 (JP, A)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】培養槽内の培養液中に所定の通気ガスを通
気して生物細胞の培養を行う通気培養方法に於て、培養
槽内に複数のノズル孔を持つ通気ガス噴出手段を一基の
み配置し、通気ガスの培養液に対する溶解度を調節する
に際して、当該通気ガス噴出手段のノズル孔の孔径を連
続的に変化させることにより培養液中に於ける通気ガス
の泡径を連続的に変化させて通気ガスの培養液に対する
溶解度を調節することを特徴とする生物細胞の通気培養
方法。
1. An aeration culture method for culturing biological cells by aerating a predetermined aeration gas into a culture solution in a culture tank, comprising one aeration gas ejecting means having a plurality of nozzle holes in the culture tank. When only the base is placed and the solubility of the aeration gas in the culture solution is adjusted, the bubble diameter of the aeration gas in the culture solution is continuously changed by continuously changing the hole diameter of the nozzle hole of the aeration gas ejection means. A method for aeration culture of biological cells, which comprises varying the solubility of aeration gas in a culture solution.
【請求項2】請求項1に記載の生物細胞の通気培養方法
に於て、通気ガス噴出手段のノズル孔径の調節は通気ガ
スの通気量及びガス組成の調節に優先して行うことを特
徴とする通気培養方法。
2. The aeration culture method for biological cells according to claim 1, wherein the adjustment of the nozzle hole diameter of the aeration gas ejection means is performed prior to the adjustment of the aeration amount and gas composition of the aeration gas. Aeration culture method.
【請求項3】請求項1又は2に記載の生物細胞の通気培
養方法に於て、生物細胞が動物細胞であり、通気ガスが
酸素含有ガスと炭酸ガスの何れか或いは組合せであるこ
とを特徴とする通気培養方法。
3. The aeration culture method for biological cells according to claim 1 or 2, wherein the biological cells are animal cells and the aeration gas is any of oxygen-containing gas and carbon dioxide gas or a combination thereof. Aeration culture method.
【請求項4】請求項1乃至3の何れかに記載の生物細胞
の通気培養方法に於て、ゴム状弾性材により構成された
ノズル構成部材の弾性変形によりノズル孔径を連続的に
変化させ、これにより噴出する通気ガスの泡径を調節す
ることを特徴とする通気培養方法。
4. The aeration culture method for biological cells according to any one of claims 1 to 3, wherein the nozzle hole diameter is continuously changed by elastic deformation of the nozzle component member made of a rubber-like elastic material, The aeration culture method is characterized in that the bubble diameter of the aeration gas ejected by this is adjusted.
【請求項5】請求項1乃至3の何れかに記載の生物細胞
の通気培養方法に於て、径の異なる複数の孔を集合した
ノズルに於いて一部のノズル孔を選択的に遮蔽すること
により通気ガス噴出のために有効なノズル径を連続的に
変化させ、これにより噴出する通気ガスの泡径を調節す
ることを特徴とする通気培養方法。
5. The method for aeration culture of biological cells according to any one of claims 1 to 3, wherein some nozzle holes are selectively shielded in a nozzle in which a plurality of holes having different diameters are assembled. Thus, the aeration culture method is characterized in that the effective nozzle diameter for ejecting the aeration gas is continuously changed, and thereby the bubble diameter of the aeration gas ejected is adjusted.
【請求項6】請求項1乃至3の何れかに記載の生物細胞
の通気培養方法に於て、通気ガス噴出用のノズルの各孔
を部分的に遮蔽することによりこれの有効ノズル径を連
続的に変化させ、これにより噴出する通気ガスの泡径を
調節することを特徴とする通気培養方法。
6. The method for aeration culture of biological cells according to any one of claims 1 to 3, wherein the effective nozzle diameter is continuous by partially blocking each hole of the nozzle for ejecting aeration gas. The aeration culture method is characterized in that the bubble diameter of the aeration gas ejected is adjusted by changing the bubble diameter.
【請求項7】生物細胞の通気培養のために培養液中に通
気ガスを供給する培養槽内に配置される通気ガス噴出装
置であって、通気ガス噴出用のノズルを構成するゴム状
弾性材製のノズル構成部材と、通気ガス噴出用のノズル
の孔径を連続的に変化させるべく前記ノズル構成部材を
弾性変形させる弾性変形手段とを有していることを特徴
とする通気ガス噴出装置。
7. An aeration gas ejecting device arranged in a culture tank for supplying aeration gas into a culture solution for aeration culture of biological cells, the rubber-like elastic material constituting a nozzle for aeration gas ejection. A vent gas ejecting apparatus comprising: a nozzle constituent member made of elastic material, and elastic deformation means for elastically deforming the nozzle constituent member so as to continuously change the hole diameter of the nozzle for ejecting the vent gas.
【請求項8】請求項7に記載の通気ガス噴出装置であっ
て、当該弾性変形手段は流体圧の供給により前記ノズル
構成部材を弾性変形させる手段であることを特徴とする
通気ガス噴出装置。
8. The vent gas ejection apparatus according to claim 7, wherein the elastic deformation means is means for elastically deforming the nozzle constituent member by supplying fluid pressure.
【請求項9】請求項7に記載の通気ガス噴出装置であっ
て、当該弾性変形手段は電磁力による永久磁石の磁気的
吸引又は反発により前記ノズル構成部材を弾性変形させ
る手段であることを特徴とする通気ガス噴出装置。
9. The vent gas ejecting apparatus according to claim 7, wherein the elastic deformation means is means for elastically deforming the nozzle component member by magnetic attraction or repulsion of a permanent magnet by electromagnetic force. A ventilation gas injection device.
【請求項10】生物細胞の通気培養のために培養液中に
通気ガスを供給する培養槽内に配置される通気ガス噴出
装置であって、ノズル孔径が互いに異なった孔集合部分
を複数個有するドラム状のノズル構成部材と、該ノズル
状のノズル構成部材に外嵌されて前記複数個の孔集合部
分のうちの所定のノズル径の孔集合部分を選択的に遮蔽
することのできる遮蔽部材としてのケーシングと、該ノ
ズル構成部材とケーシングとを相対回転させる駆動手
段、とを有しており、該ノズル構成部材とケーシングと
の相対回転により有効ノズル径を連続的に変化させて噴
出する通気ガスの泡径を調節することを特徴とする通気
ガス噴出装置。
10. An aeration gas jetting device arranged in a culture tank for supplying aeration gas into a culture solution for aeration culture of biological cells, comprising a plurality of hole assembly portions having different nozzle hole diameters. A drum-shaped nozzle constituent member and a shielding member which is fitted onto the nozzle-shaped nozzle constituent member and can selectively shield a hole assembly portion having a predetermined nozzle diameter of the plurality of hole assembly portions. And a drive means for relatively rotating the nozzle constituent member and the casing, and the effective gas diameter is continuously changed by the relative rotation between the nozzle constituent member and the casing, and the ventilation gas is ejected. A vent gas ejector characterized by adjusting the bubble diameter of the.
【請求項11】生物細胞の通気培養のために培養液中に
通気ガスを供給する培養槽内に配置される通気ガス噴出
装置であって、通気ガス噴出用のノズル孔が複数個設け
られたノズル構成部材と、前記ノズル孔に整合するシャ
ッタ孔を持ちかつ前記ノズル構成部材をスライド可能な
遮蔽部材とを有しており、該ノズル構成部材と遮蔽部材
とを相対移動することにより、ノズル孔とシャッタ孔と
の整合度合いを変化させてノズル孔を部分的に遮蔽可能
とし、それにより有効ノズル径を連続的に変化させて噴
出する通気ガスの泡径を調節することを特徴とする通気
ガス噴出装置。
11. An aeration gas ejecting device arranged in a culture tank for supplying aeration gas into a culture solution for aeration culture of biological cells, comprising a plurality of nozzle holes for aeration gas ejection. A nozzle component member and a shield member having a shutter hole aligned with the nozzle hole and capable of sliding the nozzle component member, and the nozzle component member and the shield member are moved relative to each other to form the nozzle hole. Vent gas characterized in that the nozzle hole can be partially shielded by changing the degree of alignment between the shutter gas and the shutter hole, thereby continuously changing the effective nozzle diameter and adjusting the bubble diameter of the vented gas. Ejection device.
【請求項12】培養槽と、前記培養槽中に設けられた請
求項7〜11いずれか記載の可変ノズル径型通気ガス噴出
装置と、前記培養槽の培養液中に於ける溶存ガスの濃度
を検出する溶存ガス濃度検出手段と、前記溶存ガス濃度
検出手段により検出される溶存ガス濃度に基いて前記可
変ノズル孔径型通気ガス噴出装置のノズル孔径を変化さ
せる制御装置とを有していることを特徴とする通気培養
装置。
12. A culture tank, a variable nozzle diameter type ventilation gas jetting device according to claim 7, which is provided in the culture tank, and a concentration of dissolved gas in a culture solution of the culture tank. And a controller for changing the nozzle hole diameter of the variable nozzle hole diameter type vent gas ejector based on the dissolved gas concentration detected by the dissolved gas concentration detector. Aeration culture device characterized by.
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