(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する円筒形ロータの外側輪郭表面と静止する円筒形ステータの内側輪郭表面との間に形成される円弧状の混合チャンバ内において、第１の水性材料と第２の酸素ガス材料とを混合して出力混合物を生成する方法によって製造された、出力混合物であって、該円弧状の混合チャンバは第１の端部を第２の端部の反対側に有しており、該混合チャンバの該第１の端部は、第１のチャンバに接続されており、該ロータは、該ステータ内において回転軸の周りを回転し、該方法は、
該第１の水性材料を該円弧状の混合チャンバの該第１の端部に導入する前に、該第１の水性材料を該第１のチャンバに導入することであって、第１の内部ポンプが該第１のチャンバ内に収容され、該第１の内部ポンプが、該第１のチャンバ内において該第１の材料に実質的に回転軸の周りの周方向の流れを付与するように構成される、ことと、
該第２の酸素ガス材料を、複数の貫通孔を有する回転ロータの中空部に導入することであって、該複数の貫通孔のそれぞれは該中空部から該ロータの該外側輪郭表面に延びる、ことと、
該第２の酸素ガス材料を、該回転ロータの該中空部から該複数の貫通孔を通過して該混合チャンバに流すことと、
該第１の水性材料を、該第１のチャンバから該混合チャンバに流すことと、
該ロータを該ステータに対して回転させることによって該第１の水性材料と該第２の酸素ガス材料とをともに該混合チャンバ内において混合することであって、該ロータが、該混合チャンバ内において該第１の水性材料および該第２の酸素ガス材料に混合の周方向の速度を付与するのに適している、ことと
を含む、出力混合物。
【請求項２】
前記第１の水性材料が生理食塩水である、請求項１に記載の出力混合物。
【請求項３】
前記方法において、前記第２の酸素ガス材料を導入することが、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０ｐｐｍ、少なくとも４０ｐｐｍ、少なくとも５０ｐｐｍ、または少なくとも６０ｐｐｍの酸素を該材料に溶解させるのに適した条件下で、前記混合の容積において流れる前記第１の水性材料に酸素（Ｏ２）を導入することを含み、前記出力の流体が、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０ｐ
ｐｍ、少なくとも４０ｐｐｍ、少なくとも５０ｐｐｍ、または少なくとも６０ｐｐｍの酸素の量で存在する溶存酸素を含む生理食塩水である、請求項１および２のいずれか１項に記載の出力混合物。
【請求項４】
前記方法において、前記酸素が、１００ミリ秒未満、２００ミリ秒未満、３００ミリ秒未満、または４００ミリ秒未満で前記材料に注入される、請求項３に記載の出力混合物。
【請求項５】
前記方法において、前記混合容積内を流れる前記材料の滞留時間は、０．０６秒超、または０．１秒超である、請求項４に記載の出力混合物。
【請求項６】
前記方法において、前記容積に対する表面積の比が、少なくとも１２、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、または少なくとも５０である、請求項５に記載の出力混合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、米国仮特許出願第６０／８６２，９０４号（２００６年１０月２５日出願）、同第６０／８６２，９５５号（２００６年１０月２５日出願）、および同第６０／９８２，３８７号（２００７年１０月２４日出願）の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、混合装置に向けられており、さらに詳しくは、回転するロータと固定のステータとの間などを含む、表面の間において２つ以上の材料を混合する混合装置に向けられている。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の記述）
図１は、１つ以上のガス状または液状の材料（「注入材料」）を別のガス状または液状の材料（「ホスト材料」）へと拡散させ、あるいは乳化させるための従来技術の装置１０について、参照によってその全体が本明細書に援用される特許文献１から再現した一部分のブロック図および部分断面図を提示している。装置１０は、ステータ３０およびロータ１２を収容するように構成された筐体を備えている。ステータ３０が、ロータ１２を取り囲んでいる。筒状のチャネル３２が、ロータ１２とステータ３０との間に画定されている。概して円筒形のロータ１２が、約７．５００インチの直径および約６．０００インチの長さを有しており、約０．８という直径に対する長さの比をもたらしている。
【０００４】
ロータ１２は、両端において概して閉じられている中空円筒を含んでいる。ロータ１２の第１および第２の端部のそれぞれと、筐体３４の一部分との間に、ギャップが存在している。モータ１８によって駆動される回転シャフト１４が、ロータ１２の第２の端部に接続されている。ロータ１２の第１の端部は、導入口１６に接続されている。第１の注入材料が、導入口１６を通り、ロータ１２の内部へと通過する。第１の注入材料は、ロータ１２の内部から、ロータ１２に形成された複数の開口２２を通って、チャネル３２へと通過する。
【０００５】
ステータ３０も、外周の周りに形成された開口２２を有している。導入口３６が、第２の注入材料を、ステータ３０と筐体３４との間の領域３５に通す。第２の注入材料は、領域３５を出て、開口２２を通ってチャネル３２へと通過する。
【０００６】
外部のポンプ（図示されていない）が、ホスト材料をただ１つの導入ポート３７に送るために使用される。ホスト材料は、ただ１つの導入ポート３７を通ってチャネル３２を通過し、チャネル３２において、開口２２を通ってチャネル３２に入る第１および第２の注入材料に出会う。ホスト材料が開口２２を通過することがないように、注入材料を、それらの供給源において加圧してもよい。
【０００７】
導入ポート３７は、環状の導入チャネル３２のうちの比較的小さな部分（＜約５％）にのみ沿って位置するように構成および配置されており、チャネル３２の一部分へと向かう軸方向の流れをホスト材料に付与するために、ロータ１２の回転軸に実質的に平行である。
【０００８】
あいにく、筒状のチャネル３２に進入する前に、ホスト材料は、軸方向の流れの方向以外の屈曲した方向（例えば、軸方向の流れに実質的に直交する方向など）に移動し、そして、ロータ１２の第１の端部と筐体３４との間に形成されるギャップへと移動して、このギャップの間を移動しなければならない（すなわち、ロータ１２の端部と筐体３４との間の、導入口１６に隣接するロータの第１の端部の一部分を移動する）。この軸方向でなくて直角な流れ、ならびにロータ１２の第１の端部と筐体３４との間のギャップにおけるホスト材料の存在が、望ましくない不必要な摩擦を引き起こす。さらに、ホスト材料の一部が、ロータの第１の端部と筐体との間で渦を巻く渦流に捕らえられる可能性がある。さらには、装置１０において、ホスト材料は、筒状のチャネル３２の環状の導入口の任意の態様へと進入するために、少なくとも２つの直角を通り抜けなければならない。
【０００９】
ただ１つの排出口４０が、筐体３４に形成されている。組み合わされたホスト材料および注入材料が、排出口４０を経由してチャネル３２を出る。排出口４０は、やはり筒状のチャネル３２の環状の出口のうちの限られた部分（＜約５％）のみに沿って位置しており、この筒状のチャネル３２の環状の出口のうちの限られた部分から離れて排出口４０へと入る組み合わされた材料の軸方向の流れをもたらし、あるいはそのような流れを可能にするために、ロータ１２の回転軸に実質的に平行である。流体を排出口４０を通して汲み出すために、外部のポンプ４２が使用される。
【００１０】
あいにく、チャネル３２を出る前に、流出する材料のかなりの部分が、軸方向の流れの方向以外の屈曲した方向（例えば、軸方向の流れに実質的に直交する方向など）に移動しなければならず、そして、ロータ１２の第２の端部と筐体３４との間に形成されるギャップへと移動し、このギャップの間を移動しなければならない（すなわち、ロータ１２の端部と筐体３４との間で、シャフト１４に隣接するロータの第２の端部の一部分を移動する）。上述のように、この軸方向でない直角な流れ、ならびにロータ１２の端部（この場合には、第２の端部）と筐体３４との間の別のギャップにおけるホスト材料の存在が、望ましくない不必要なさらなる摩擦を引き起こす。さらに、ホスト材料の一部が、ロータの第２の端部と筐体との間で渦を巻く渦流に捕らえられる可能性がある。さらには、装置１０において、流出する組み合わせ後の材料のかなりの部分が、筒状のチャネル３２の環状の出口から排出口４０に出て行くために、少なくとも２つの直角を通り抜けなければならない。
【００１１】
当業者にとって明らかであるとおり、導入ポート３７は、ホスト材料に軸方向の流れのみを付与する。ロータ２１のみが、ホスト材料に周方向の流れを付与する。さらに、排出口４０は、流出する材料に軸方向の流れのみを付与または提供する。さらに、周方向の流れの速度ベクトルは、筒状のチャネル３２の環状の導入口３７に進入後においてのみ、材料に付与され、その後、材料が排出口４０へと進入するときに、周方向の流れのベクトルを低下させ、あるいは除去するはずである。したがって、材料がチャネル３２を軸方向に通過するときに、材料に対して漸進的な周方向の加速度が必要であり、材料がチャネル３２から出るとき、周方向の減速度が必要である。これらの態様が、導入ポート３７から排出口４０へと材料がとる屈曲した経路と相俟って、経路に実体摩擦および流体抵抗を引き起こし、これに付随して、導入ポート３７と排出口４０との間の圧力差が大きくなり（例えば、６０ガロン／分の流量において、２６ｐｓｉ）、これらの要因が複合して、とりわけシステムの全体としての効率を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６，３８６，７５１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の材料と第２の材料とを混合して出力混合物を生成するための混合装置。この装置は、第１の材料を収容する第１のチャンバを、ロータとステータとの間に画定される混合チャンバに接続して備えている。ロータが、ステータ内に配置され、ステータ内において回転軸の周りを回転する。第１のチャンバは、第１の材料を第１のチャンバから混合チャンバに送るように構成された内部ポンプを収容している。このポンプを、第１の材料が混合チャンバに進入する前に、第１の材料に周方向の速度を付与するように構成することができる。ロータおよびステータのうちの少なくとも１つが、複数の貫通孔を有しており、これら複数の貫通孔を通過して、第２の材料が混合チャンバへと供給される。選択的に、第２のチャンバが、混合チャンバに接続される。第２のチャンバが、出力材料を混合チャンバから第２のチャンバへと運ぶように構成された内部ポンプを収容することができる。
【００１４】
特定の態様は、動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を含んでおり、該流体または溶液中の酸素が、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素の量で存在している組成物を提供する。特定の実施形態において、前記動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液は、動電学的に修飾または帯電させられた酸素の種を含んでいる。特定の態様において、前記動電学的に修飾または帯電させられた酸素の種は、少なくとも０．５ｐｐｍ、少なくとも１ｐｐｍ、少なくとも３ｐｐｍ、少なくとも５ｐｐｍ、少なくとも７ｐｐｍ、少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも１５ｐｐｍ、または少なくとも２０ｐｐｍの量で存在している。特定の実施形態においては、前記動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液が、酸素分子によって安定化された溶媒和電子を含んでいる。特定の態様において、前記溶媒和電子は、少なくとも０．０１ｐｐｍ、少なくとも０．１ｐｐｍ、少なくとも０．５ｐｐｍ、少なくとも１ｐｐｍ、少なくとも３ｐｐｍ、少なくとも５ｐｐｍ、少なくとも７ｐｐｍ、少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも１５ｐｐｍ、または少なくとも２０ｐｐｍの量で存在している。特定の実施形態においては、前記流体または溶液が、西洋わさびペルオキシダーゼ酵素（ＨＲＰ）の存在下でのピロガロールのプルプロガリンへの酸化を促進し、そのような促進が、圧力ポットまたは微細気泡で生成されて同等の溶存酸素レベルを有している対照の水性流体または溶液によって可能にされる量を超える量であり、前記動電学的な酸素富化された水性流体または溶液には、過酸化水素が全く存在していないか、あるいは０．１ｐｐｍ未満の過酸化水素しか存在していない。特定の態様において、ピロガロールのプルプロガリンへの酸化の促進は、開放容器において少なくとも３時間にわたって持続し、あるいは閉じられた気密容器において少なくとも２ヵ月にわたって持続する。
【００１５】
さらなる態様は、動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を含んでいる組成物であって、前記流体または溶液が、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素を含んでおり、前記流体または溶液が、西洋わさびペルオキシダーゼ酵素（ＨＲＰ）の存在下でのピロガロールのプルプロガリンへの酸化を促進し、そのような促進が、圧力ポットまたは微細気泡で生成されて同等の溶存酸素レベルを有している対照の水性流体または溶液によって可能にされる量を超える量であり、前記動電学的な酸素富化された水性流体または溶液に、過酸化水素が全く存在していないか、あるいは０．１ｐｐｍ未満の過酸化水素しか存在していない組成物を提供する。特定の実施形態においては、ピロガロールのプルプロガリンへの酸化の促進が、開放容器において少なくとも３時間にわたって持続し、あるいは閉じられた気密容器において少なくとも２ヵ月にわたって持続する。特定の態様において、前記酸素化済みの水性流体または溶液は、酸素分子によって安定化された溶媒和電子を含んでいる。特定の実施形態においては、前記溶媒和電子が、少なくとも０．０１ｐｐｍ、少なくとも０．１ｐｐｍ、少なくとも０．５ｐｐｍ、少なくとも１ｐｐｍ、少なくとも３ｐｐｍ、少なくとも５ｐｐｍ、少なくとも７ｐｐｍ、少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも１５ｐｐｍ、または少なくとも２０ｐｐｍの量で存在している。
【００１６】
さらなる態様は、動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、間に混合容積を画定する互いに運動する２つの離間した表面の間に、流体材料の流れを、前記混合容積において該混合容積を通過して流れる前記流体材料の１回の通過の滞留時間が０．０６秒超、または０．１秒超であるように供給するステップ、および前記混合容積内を流れている流体材料に、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素を該材料に溶解させるために適した条件のもとで、酸素（Ｏ２）を導入し、該流体または溶液を動電学的に変化させるステップ、を含んでいる方法を提供する。特定の態様においては、前記酸素が、１００ミリ秒未満、２００ミリ秒未満、３００ミリ秒未満、あるいは４００ミリ秒未満で前記材料に注入される。特定の実施形態においては、前記容積に対する表面積の比が、少なくとも１２、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、または少なくとも５０である。
【００１７】
またさらなる態様は、動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、間に混合容積を画定する２つの離間した表面の間に、流体材料の流れを供給するステップ、および前記混合容積内を流れている材料に、１００ミリ秒未満、２００ミリ秒未満、３００ミリ秒未満、あるいは４００ミリ秒未満で、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素を該材料に注入するために適した条件のもとで、酸素を導入するステップ、を含んでいる方法を提供する。特定の態様においては、前記混合容積内を流れる前記材料の滞留時間が、０．０６秒超、または０．１秒超である。特定の実施形態においては、前記容積に対する表面積の比が、少なくとも１２、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、または少なくとも５０である。
【００１８】
さらなる実施形態は、動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、第１の材料と第２の材料とを混合することによって出力混合物を生成するための混合装置を使用することを含んでおり、該装置は、第１の材料の供給源から第１の材料を受け取るように構成されている第１のチャンバ；ステータ；回転軸を有しており、前記ステータの内側に配置され、前記ステータの内側で前記回転軸の周りを回転するように構成されているロータ；前記ロータと前記ステータとの間に画定され、前記第１のチャンバと連通しており、前記第１のチャンバから前記第１の材料を受け取るように構成されている混合チャンバ；前記混合チャンバと連通し、該混合チャンバから出力材料を受け取るように構成されている第２のチャンバ；および前記第１のチャンバの内部に収容され、前記第１の材料を前記第１のチャンバから前記混合チャンバへと送るように構成されている第１の内部ポンプ；を備えており、前記ロータおよびステータの少なくとも一方が、複数の貫通孔を有しており、第２の材料が、前記ロータおよびステータの前記一方に形成された前記複数の貫通孔を介して前記混合チャンバへと供給される方法を提供する。特定の態様においては、前記第１の内部ポンプが、前記第１の材料が前記混合チャンバへと進入する前に、該第１の材料に周方向の速度を付与するように構成される。
【００１９】
さらなる実施形態は、動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、第１の材料と第２の材料とを混合することによって出力混合物を生成するための混合装置を使用することを含んでおり、該装置が、ステータ；回転軸を有しており、前記ステータの内側に配置されており、前記ステータの内側で前記回転軸の周りを回転するように構成されているロータ；前記ロータと前記ステータとの間に画定され、第１の材料が通過して進入する開いた第１の端部と、出力材料が通過して出る開いた第２の端部とを有している混合チャンバ；前記混合チャンバの前記開いた第１の端部の少なくとも大部分と連通している第１のチャンバ；および前記混合チャンバの前記開いた第２の端部と連通している第２のチャンバ；を備えており、第２の材料が、前記ロータおよび前記ステータの少なくとも一方を通過して前記混合チャンバに進入する方法を提供する。
【００２０】
さらなる態様は、上述の方法のいずれかに従って製造された動電学的に変化させた酸素化済みの水性流体または溶液を提供する。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
第１の材料と第２の材料とを混合することによって出力混合物を生成する混合装置であって、
該第１の材料の供給源から該第１の材料を受け取るように構成される第１のチャンバと、
ステータと、
回転軸を有するロータであって、該ロータは、該ステータ内に配置され、かつ、該ステータ内において該回転軸の周りを回転するように構成され、該ロータおよび該ステータのうちの少なくとも１つは、複数の貫通孔を有する、ロータと、
該ロータと該ステータとの間に画定される混合チャンバであって、該混合チャンバは、該第１のチャンバと連通し、かつ、該第１のチャンバから該第１の材料を受け取るように構成され、該第２の材料は、該ロータおよび該ステータのうちの少なくとも１つに形成される複数の貫通孔を経由して該混合チャンバに提供される、混合チャンバと、
該第１のチャンバ内に収容される第１の内部ポンプであって、該第１の材料を該第１のチャンバから該混合チャンバに送るように構成される、第１の内部ポンプと
を備える、混合装置。
（項目２）
前記第１の内部ポンプは、前記第１の材料が前記混合チャンバに進入する前に、該第１の材料に周方向の速度を付与するように構成される、項目１に記載の混合装置。
（項目３）
前記ロータが、前記混合チャンバ内において第１の材料および第２の材料に混合の周方向の速度を付与し、前記第１の内部ポンプによって該第１の材料に付与される該周方向の速度は、該ロータによって付与される該混合の周方向の速度に近い、項目２に記載の混合装置。
（項目４）
前記ロータに接続され、前記回転軸に沿って前記第１のチャンバを貫いて延びる駆動シャフトをさらに備えており、該駆動シャフトは、該回転軸の周りに該ロータを回転させるように構成され、かつ、前記第１の内部ポンプを駆動するように構成される、項目１に記載の混合装置。
（項目５）
前記ロータは、前記駆動シャフトが延びる中空部を画定する側壁を有しており、該側壁は、該中空部と前記混合チャンバとの間に連通をもたらす複数の開口を有し、該駆動シャフトは、該駆動シャフトの該中空部への第１の開口と、第２の開口とを有する内部チャネルを備え、該混合装置は、第２の材料の供給源をさらに備え、該供給源は、前記チャネルの前記第２の開口に接続され、かつ、該第２の材料を該チャネル、該ロータの該中空部、および該ロータの側壁の該複数の開口を通って、該混合チャンバに供給するように構成される、項目４に記載の混合装置。
（項目６）
前記ステータは、複数の貫通孔を備えており、前記混合装置は、
入力ポートを備える筐体であって、該ステータを内部に収容する、筐体と、
該筐体と該ステータとの間に画定されるチャネルであって、該入力ポートは該チャネルと連通し、該ステータの該複数の貫通孔は、前記混合チャンバと該チャネルの間に連通を提供する、チャネルと、
該入力ポートに接続される第３の材料の供給源であって、該第３の材料を、該入力ポート、該チャネル、および該ステータの該複数の貫通孔を通って混合チャンバに供給するように構成される、第３の材料の供給源と
をさらに備える、項目１に記載の混合装置。
（項目７）
前記混合チャンバと連通し、かつ、該混合チャンバから前記出力材料を受け取るように構成される第２のチャンバと、
該第２のチャンバ内に収容される第２の内部ポンプであって、該出力材料を該混合チャンバから該第２のチャンバに運ぶように構成される、第２の内部ポンプと
をさらに備える、項目１に記載の混合装置。
（項目８）
前記混合チャンバと連通し、かつ、該混合チャンバから前記出力材料を受け取るように構成される第２のチャンバと、
前記ロータに接続され、かつ、前記回転軸に沿って前記第１のチャンバ、該ロータ、および該第２のチャンバを通過して延びる駆動シャフトと、
該第２のチャンバ内に収容される第２の内部ポンプであって、該第２の内部ポンプは、該出力材料を該混合チャンバから該第２のチャンバに運ぶように構成され、該駆動シャフトは、該回転軸の周りに該ロータを回転させるように構成され、かつ、該第２の内部ポンプを駆動するように構成される、第２の内部ポンプと
をさらに備える、項目１に記載の混合装置。
（項目９）
前記混合チャンバと連通し、かつ、該混合チャンバから前記出力材料を受け取るように構成される第２のチャンバと、
該第２のチャンバ内に収容される第２の内部ポンプであって、該第２の内部ポンプは、該出力材料を該混合チャンバから該第２のチャンバに運ぶように構成され、かつ、該出力材料が該混合チャンバに進入した後に、該出力材料に周方向の速度を付与するように構成される、第２の内部ポンプと
をさらに備える、項目１に記載の混合装置。
（項目１０）
前記ロータおよび前記ステータの両者は、前記回転軸に沿って整列した長手方向軸を有する実質的に円筒形の形状を有しており、前記混合チャンバは、約０．０２インチから約０．０８インチまでの厚さを有するリング状の断面形状を有する、項目１に記載の混合装置。
（項目１１）
前記ロータは、前記回転軸の周りを接線方向成分を有する回転方向に回転し、前記第１のチャンバは、前記第１の材料の供給源から該第１の材料を受け取るように構成される入力ポートを備えており、該入力ポートは、該第１の材料を、該回転方向の該接線方向成分に実質的に等しい方向に移動する該第１のチャンバに、導入するように構成される、項目１に記載の混合装置。
（項目１２）
前記第１のチャンバは、前記第１の材料を偏向させ、前記回転方向に流れるように導くように構成される内部形状を有する、項目１１に記載の混合装置。
（項目１３）
前記混合チャンバと連通し、かつ、該混合チャンバから前記出力材料を受け取るように構成される第２のチャンバをさらに備えており、該第２のチャンバは、該出力材料が通過して前記混合装置から出る出力ポートを備えており、該入力ポートは、該出力材料が、前記回転方向の前記接線方向成分に実質的に等しい方向に移動する該第２のチャンバを出ることができるように構成される、項目１１に記載の混合装置。
（項目１４）
前記第２のチャンバは、前記出力材料を偏向させ、かつ、前記回転方向に流れるように導くように構成される内部形状を有する、項目１３に記載の混合装置。
（項目１５）
第１の材料と第２の材料とを混合することによって出力混合物を生成するための混合装置であって、
ステータと、
回転軸を有するロータであって、該ステータ内に配置され、かつ、該ステータ内において該回転軸の周りを回転するように構成される、ロータと、
該ロータと該ステータとの間に画定される混合チャンバであって、該混合チャンバは、第１の材料が通過して進入する開いた第１の端部と、出力材料が通過して出る開いた第２の端部とを有し、該第２の材料は、該ロータおよび該ステータのうちの少なくとも１つを通過して該混合チャンバに進入する、混合チャンバと、
該混合チャンバの該開いた第１の端部の少なくとも大部分と連通する第１のチャンバと、
該混合チャンバの該開いた第２の端部と連通する第２のチャンバと
を備える、混合装置。
（項目１６）
項目１５に記載の混合装置によって生成される出力混合物。
（項目１７）
前記第２のチャンバが、前記混合チャンバの前記開いた第２の端部の少なくとも大部分と連通する、項目１５に記載の混合装置。
（項目１８）
前記第１のチャンバ内に収容される第１の内部ポンプであって、該第１の内部ポンプは、前記第１の材料を該第１のチャンバから前記混合チャンバの前記開いた第１の端部に送るように構成され、かつ、該第１の材料が該混合チャンバの該開いた第１の端部に進入する前に、該第１の材料に周方向の速度を付与するように構成される、第１の内部ポンプをさらに備える、項目１５に記載の混合装置。
（項目１９）
前記第２のチャンバ内に収容される第２の内部ポンプであって、該第２の内部ポンプは、前記出力材料を前記混合チャンバの前記開いた第２の端部から該第２のチャンバに運ぶように構成され、かつ、前記第２の材料が該混合チャンバを出た後において、該第２の材料に周方向の速度を付与するように構成される、第２の内部ポンプをさらに備える、項目１８に記載の混合装置。
（項目２０）
前記第１のチャンバは、外部ポンプに接続される入力ポートを備えており、該外部ポンプは、前記第１の流体を該第１のチャンバに送るように構成され、該入力ポートは、前記第１の材料を、実質的に前記回転軸の接線方向に移動する該第１のチャンバに導くように配置され、該第１のチャンバは、実質的に該回転軸の接線方向に移動する該第１の材料を、該回転軸の周りの周方向の流れへと偏向させるように構成される内部形状を有する、項目１５に記載の混合装置。
（項目２１）
バイオリアクタを、項目１および１５のいずれか１項に記載の混合装置、または項目１および１５のいずれか１項に記載の混合装置を使用してもたらされるガス富化流体との組み合わせにおいて備える、バイオリアクタシステム。
（項目２２）
２つの輪郭表面の間に形成される円弧状の混合チャンバ内において、第１の材料と第２の材料とを混合して出力混合物を生成する方法であって、該円弧状の混合チャンバは第１の端部を第２の端部の反対側に有しており、該方法は、
該第１の材料を、該円弧状の混合チャンバの実質的に接線方向である第１の成分と、該第２の端部に向かう方向の第２の成分とを有する流れの方向に、該円弧状の混合チャンバの該第１の端部へと導入することと、
該第２の材料を、該円弧状の混合チャンバの該第１の端部と該円弧状の混合チャンバの該第２の端部との間の、該２つの輪郭表面のうちの少なくとも１つを通って該円弧状の混合チャンバへと導入することと
を含む、方法。
（項目２３）
前記混合チャンバの前記第１の端部は、第１のチャンバに接続されており、前記方法は、
前記第１の材料を、前記円弧状の混合チャンバの前記第１の端部へと導く前に、該第１の材料を該第１のチャンバに導入し、該第１のチャンバにおいて該第１の材料に周方向の流れを付与すること
をさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記混合チャンバの前記第１の端部は、第１のチャンバに接続されており、該混合チャンバは、回転する円筒形ロータの外側輪郭表面と静止する円筒形ステータの内側輪郭表面との間に形成され、該ロータは、該ステータ内において回転軸の周りを回転し、該方法は、
前記第１の材料を前記円弧状の混合チャンバの前記第１の端部に導入する前に、該第１の材料を該第１のチャンバに導入し、かつ、該第１のチャンバ内において該第１の材料に実質的に回転軸の周りの周方向の流れを付与することと、
該第２の材料を、複数の貫通孔を有する回転ロータの中空部に導入することであって、該複数の貫通孔のそれぞれは該中空部から該ロータの該外側輪郭表面に延びる、ことと、
該第２の材料を、該回転ロータの該中空部から該複数の貫通孔を通過して該混合チャンバに流すことと、
該第１の材料を、該第１のチャンバから該混合チャンバに流すことと、
該ロータを該ステータに対して回転させることであって、それにより該第１の材料と該第２の材料とを該混合チャンバ内において混合する、ことと
をさらに含む、項目２２に記載の方法。
（項目２５）
動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を含む組成物であって、該流体または溶液中の酸素は、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素の量で存在する、組成物。
（項目２６）
前記動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液は、動電学的に修飾または帯電させられた酸素の種を含んでいる、項目２５に記載の組成物。
（項目２７）
前記動電学的に修飾または帯電させられた酸素の種は、少なくとも０．５ｐｐｍ、少なくとも１ｐｐｍ、少なくとも３ｐｐｍ、少なくとも５ｐｐｍ、少なくとも７ｐｐｍ、少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも１５ｐｐｍ、または少なくとも２０ｐｐｍの量で存在する、項目２６に記載の組成物。
（項目２８）
前記動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液は、分子酸素によって安定化された溶媒和電子を含む、項目２５に記載の組成物。
（項目２９）
前記溶媒和電子は、少なくとも０．０１ｐｐｍ、少なくとも０．１ｐｐｍ、少なくとも０．５ｐｐｍ、少なくとも１ｐｐｍ、少なくとも３ｐｐｍ、少なくとも５ｐｐｍ、少なくとも７ｐｐｍ、少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも１５ｐｐｍ、または少なくとも２０ｐｐｍの量で存在する、項目２８に記載の組成物。
（項目３０）
前記流体または溶液は、西洋わさびペルオキシダーゼ酵素（ＨＲＰ）の存在下でピロガロールのプルプロガリンへの酸化を促進し、そのような促進は、対照の圧力ポットまたは微細気泡によって生成されて同等の溶存酸素レベルを有する水性流体または溶液によって可能にされる量を超える量であり、該動電学的な酸素富化水性流体または溶液には、過酸化水素が全く存在しないか、または０．１ｐｐｍ未満の過酸化水素しか存在しない、項目２５〜２９のいずれか１項に記載の組成物。
（項目３１）
ピロガロールのプルプロガリンへの酸化の促進が、開放容器において少なくとも３時間にわたって持続するか、または閉じられた気密容器において少なくとも２ヵ月にわたって持続する、項目３０に記載の組成物。
（項目３２）
動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を含む組成物であって、該流体または溶液は、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素を含んでおり、該流体または溶液は、西洋わさびペルオキシダーゼ酵素（ＨＲＰ）の存在下でピロガロールのプルプロガリンへの酸化を促進し、そのような促進は、対照の圧力ポットまたは微細気泡によって生成されて同等の溶存酸素レベルを有する水性流体または溶液によって可能にされる量を超える量であり、該動電学的な酸素富化水性流体または溶液には、過酸化水素が全く存在しないか、または０．１ｐｐｍ未満の過酸化水素しか存在しない、組成物。
（項目３３）
ピロガロールのプルプロガリンへの酸化の促進は、開放容器において少なくとも３時間にわたって持続するか、または閉じられた気密容器において少なくとも２ヵ月にわたって持続する、項目３２に記載の組成物。
（項目３４）
前記酸素化済みの水性流体または溶液は、分子酸素によって安定化された溶媒和電子を含む、項目３２または３３のいずれか１項に記載の組成物。
（項目３５）
前記溶媒和電子は、少なくとも０．０１ｐｐｍ、少なくとも０．１ｐｐｍ、少なくとも０．５ｐｐｍ、少なくとも１ｐｐｍ、少なくとも３ｐｐｍ、少なくとも５ｐｐｍ、少なくとも７ｐｐｍ、少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも１５ｐｐｍ、または少なくとも２０ｐｐｍの量で存在する、項目３４に記載の組成物。
（項目３６）
動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、
相対的な運動をし、かつ間に混合容積を画定する２つの離間した表面の間に、流体材料の流れを提供することであって、該混合容積の中を、または該混合容積を通過して流れる該流体材料の１回の通過の滞留時間は、０．０６秒超、または０．１秒超である、ことと、
該混合容積内を流れる該流体材料に酸素（Ｏ２）を導入することであって、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素を該材料に溶解させるために適した条件の下で行われ、該流体または溶液を動電学的に変化させる、ことと
を含む、方法。
（項目３７）
前記酸素は、１００ミリ秒未満、２００ミリ秒未満、３００ミリ秒未満、または４００ミリ秒未満で前記材料に注入される、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
項目３６および３７のいずれか１項に従って製造された動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液。
（項目３９）
動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、
間に混合容積を画定する２つの離間した表面の間に、流体材料の流れを供給することと、
該混合容積内を流れる材料に酸素を導入することであって、１００ミリ秒未満、２００ミリ秒未満、３００ミリ秒未満、あるいは４００ミリ秒未満で、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、あるいは少なくとも６０ｐｐｍの酸素を該材料に注入することに適した条件の下で行われる、ことと
を含む、方法。
（項目４０）
前記混合容積内を流れる前記材料の滞留時間は、０．０６秒超、または０．１秒超である、項目３９に記載の方法。
（項目４１）
前記容積に対する表面積の比が、少なくとも１２、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、または少なくとも５０である、項目３７、３８、３９、および４０のうちのいずれか１項に記載の方法。
（項目４２）
項目３９および４０のいずれか１項に従って製造された動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液。
（項目４３）
動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、第１の材料と第２の材料とを混合することによって出力混合物を生成するための混合装置を使用することを含み、該装置は、
第１の材料の供給源から該第１の材料を受け取るように構成される第１のチャンバと、
ステータと、
回転軸を有するロータであって、該ロータは、該ステータ内に配置され、かつ、該ステータ内において該回転軸の周りを回転するように構成され、該ロータおよび該ステータのうちの少なくとも１つは、複数の貫通孔を有する、ロータと、
該ロータと該ステータとの間に画定される混合チャンバであって、該混合チャンバは、該第１のチャンバと連通し、かつ、該第１のチャンバから該第１の材料を受け取るように構成され、該第２の材料は、該ロータおよび該ステータのうちの１つに形成される該複数の貫通孔を経由して、該混合チャンバに提供される、混合チャンバと、
該混合チャンバと連通し、かつ、該混合チャンバから該出力材料を受け取るように構成される第２のチャンバと、
該第１のチャンバ内に収容され、該第１の材料を該第１のチャンバから該混合チャンバに送るように構成される第１の内部ポンプと
を備える、方法。
（項目４４）
動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液を生成する方法であって、
第１の材料と第２の材料とを混合することによって出力混合物を生成するための混合装置を使用することを含み、該装置は、
ステータと、
回転軸を有するロータであって、該ロータは、該ステータ内に配置され、かつ該ステータ内において該回転軸の周りを回転するように構成される、ロータと、
該ロータと該ステータとの間に画定される混合チャンバであって、該混合チャンバは、該第１の材料が通過して進入する開いた第１の端部と、出力材料が通過して出る開いた第２の端部とを有し、該第２の材料は、該ロータおよび該ステータのうちの少なくとも１つを通過して該混合チャンバに進入する、混合チャンバと、
該混合チャンバの該開いた第１の端部の少なくとも大部分と連通する第１のチャンバと、
該混合チャンバの該開いた第２の端部と連通する第２のチャンバと
を備える、方法。
（項目４５）
前記第１の内部ポンプは、前記第１の材料が前記混合チャンバに進入する前に、該第１の材料に周方向の速度を付与するように構成される、項目４４に記載の方法。
（項目４６）
項目４３〜４５のいずれか１項に従って製造された動電学的に変化させられた酸素化済みの水性流体または溶液。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、従来技術の混合装置の部分断面部分ブロック図である。
【図２】図２は、混合装置の典型的な実施形態のブロック図である。
【図３】図３は、第１の材料を図２の混合装置へと届けるための典型的なシステムの図である。
【図４】図４は、図２の混合装置の上部の一部分の部分断面図である。
【図５】図５は、図２の混合装置の第１の側部の一部分の断面図である。
【図６】図６は、図２の混合装置の第２の側部の一部分の断面図である。
【図７】図７は、図５の第１の側部と図６の第２の側部との間に位置する図２の混合装置の側部の一部分の断面図である。
【図８】図８は、図２の混合装置のロータおよびステータの斜視図である。
【図９】図９は、図２の混合装置の第１のチャンバの内側の斜視図である。
【図１０】図１０は、ポンプ４１０の別の実施形態を備えている図２の混合装置の第１のチャンバの内側の一部分の断面図である。
【図１１】図１１は、図２の混合装置の第２のチャンバの内側の斜視図である。
【図１２】図１２は、混合装置の別の実施形態の側部の一部分の断面図である。
【図１３】図１３は、混合装置の別の実施形態において使用するための筐体の中央部の別の実施形態の斜視図である。
【図１４】図１４は、混合装置の別の実施形態において使用するための軸受筐体の別の実施形態の一部分の断面図である。
【図１５】図１５は、回転軸に直角な平面によって得た図２の混合装置の混合チャンバの断面図であり、ロータの貫通孔がステータの開口に接近（しかしながら、整列はしていない）するときにキャビテーション気泡によって引き起こされる回転の流れのパターンを示している。
【図１６】図１６は、回転軸に直角な平面によって得た図２の混合装置の混合チャンバの断面図であり、ロータの貫通孔がステータの開口に整列するときにキャビテーション気泡によって引き起こされる回転の流れのパターンを示している。
【図１７】図１７は、回転軸に直角な平面によって得た図２の混合装置の混合チャンバの断面図であり、それまでステータの開口に整列していたロータの貫通孔がもはやステータの開口に整列しないときにキャビテーション気泡によって引き起こされる回転の流れのパターンを示している。
【図１８】図１８は、ロータの別の実施形態の側面図である。
【図１９】図１９は、ロータの回転軸に直角な平面によって得た一部分の拡大断面図であり、ロータに形成される貫通孔およびステータに形成される貫通孔の別の形態を示している。
【図２０】図２０は、ロータの回転軸を通過しかつロータの回転軸に沿って広がる平面によって得た一部分の拡大断面図であり、ロータに形成される貫通孔およびステータに形成される貫通孔の形態を示している。
【図２１】図２１は、ロータの回転軸を通過しかつロータの回転軸に沿って広がる平面によって得た一部分の拡大断面図であり、ロータに形成される貫通孔およびステータに形成される貫通孔の別のずらされた形態を示している。
【図２２】図２２は、ロータの貫通孔および／またはステータの開口を構成するために使用することができる形状を示している。
【図２３】図２３は、ロータの貫通孔および／またはステータの開口を構成するために使用することができる形状を示している。
【図２４】図２４は、ロータの貫通孔および／またはステータの開口を構成するために使用することができる形状を示している。
【図２５】図２５は、ロータの貫通孔および／またはステータの開口を構成するために使用することができる形状を示している。
【図２６】図２６は、表面の付近に形成される電気二重層（「ＥＤＬ」）の図である。
【図２７】図２７は、混合チャンバの内部のモデルの斜視図である。
【図２８】図２８は、図２７のモデルの断面図である。
【図２９】図２９は、実験設備の図である。
【図３０】図３０は、図２の混合装置において酸素で処理され、それぞれ華氏６５°でキャップされた５００ｍｌの薄肉プラスチック瓶および１０００ｍｌのガラス瓶に保存された水の溶存酸素レベルを示している。
【図３１】図３１は、図２の混合装置において酸素で処理され、どちらも華氏３９°で冷蔵された５００ｍｌの薄肉プラスチック瓶および１０００ｍｌのガラス瓶に保存された水の溶存酸素レベルを示している。
【図３２】図３２は、図２の混合装置において酸素で処理され、華氏５５°の平均温度を有する３２オンスのＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）瓶に保存されたＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）の溶存酸素レベルを示している。
【図３３】図３３は、図２の混合装置において酸素で処理された５００ｍｌのブラウン平衡塩溶液の溶存酸素の保持を示している。
【図３４】図３４は、図２の混合装置を使用したさらなる実験を示しており、図２の混合装置において窒素で水を処理することによって水から酸素がスパージされる。
【図３５】図３５標準温度および圧力での図２の混合装置による水からの酸素のスパージを示している。
【図３６】図３６は、ナノケージの図である。
【図３７】図３７は、図２の混合装置によって酸素で処理された水サンプルが生じさせるレイリー散乱効果を示している。
【図３８】図３８〜４１は、本発明の酸素富化流体が、ピロガロールによる西洋わさびペルオキシダーゼとの反応性について試験で陽性を示す一方で、圧力ポットおよび微細気泡の水サンプルが、はるかに低い反応性である旨を示している。
【図３９】図３８〜４１は、本発明の酸素富化流体が、ピロガロールによる西洋わさびペルオキシダーゼとの反応性について試験で陽性を示す一方で、圧力ポットおよび微細気泡の水サンプルが、はるかに低い反応性である旨を示している。
【図４０】図３８〜４１は、本発明の酸素富化流体が、ピロガロールによる西洋わさびペルオキシダーゼとの反応性について試験で陽性を示す一方で、圧力ポットおよび微細気泡の水サンプルが、はるかに低い反応性である旨を示している。
【図４１】図３８〜４１は、本発明の酸素富化流体が、ピロガロールによる西洋わさびペルオキシダーゼとの反応性について試験で陽性を示す一方で、圧力ポットおよび微細気泡の水サンプルが、はるかに低い反応性である旨を示している。
【図４２】図４２は、本明細書に記載のピロガロール／ＨＲＰアッセイを示しており、別のガス（アルゴンおよび窒素）を豊富にした本発明の流体が同じようには反応しなかったことから、西洋わさびペルオキシダーゼの存在下でのピロガロールとの反応に、酸素が必要であることが示されている。
【図４３】図４３は、過酸化水素の陽性対照が強い反応性を示す一方で、試験した他の流体のいずれもグルタチオンと反応しなかった旨を示している。
【図４４】図４４は、Ｔ７  ＤＮＡが、対照（脱イオン水）中で摂氏約５０度で確認できる変化を示すのに対し、本発明の酸素富化流体中のＤＮＡは、摂氏約６０度まで無傷のままである旨を示している。
【図４５Ａ】図４５Ａおよび４５Ｂは、バイオリアクタシステム３３００ａの典型的な実施形態の図式的表示を示している。
【図４５Ｂ】図４５Ａおよび４５Ｂは、バイオリアクタシステム３３００ａの典型的な実施形態の図式的表示を示している。
【図４６】図４６は、図４５Ａおよび４５Ｂのバイオリアクタシステム３３００ａの典型的な実施形態の詳細な一部分を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（概要）
図２は、混合装置１００の構成要素のうちのいくつか、ならびにこの装置への／この装置内の／この装置からの流れを示すブロック図を提示している。混合装置１００は、２つ以上の入力材料を組み合わせて出力材料１０２を形成し、出力材料１０２を、混合装置１００から貯蔵容器１０４へと受け取ることができる。混合装置１００は、２つ以上の入力材料を新規な方法で攪拌して、新規な特性を有する出力材料１０２を生成する。出力材料１０２として、入力材料のうちの１つの残りの入力材料のうちの少なくとも１つへの懸濁液（例えば、乳濁液）だけでなく、入力材料の新規な組み合わせ（例えば、静電的な組み合わせ）、入力材料間の化学反応からもたらされる化合物、新規な静電特性を有する組み合わせ、およびこれらの組み合わせを挙げることができる。
【００２３】
入力材料は、第１の材料の供給源１１２によって提供される第１の材料１１０、第２の材料の供給源１２２によって提供される第２の材料１２０、および選択的に第３の材料の供給源１３２によって提供される第３の材料１３０を含むことができる。第１の材料１１０として、水、生理食塩水、化学懸濁液、極性液体、無極性液体、コロイド懸濁液、細胞生育培地、などといった液体を挙げることができる。いくつかの実施形態においては、第１の材料１１０が、混合装置１００へと戻される出力材料１０２を含んでもよい。第２の材料１２０は、酸素、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、オゾン、硫黄ガス、亜酸化窒素、一酸化窒素、アルゴン、ヘリウム、臭素、およびこれらの組み合わせ、などのガスで構成でき、あるいはこれらのガスを含むことができる。好ましい実施形態においては、ガスが酸素であり、あるいは酸素を含んでいる。選択的な第３の材料１３０は、液体またはガスを含むことができる。いくつかの実施形態においては、第３の材料１３０が、混合装置１００へと戻される（例えば、ポンプ２１０、２２０、または２３０のうちの１つ以上へと戻され、さらに／またはチャンバ３１０および／または３３０へと戻される）出力材料１０２であっても、あるいはそのような出力材料１０２を含んでもよい。
【００２４】
選択的に、第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０を、それぞれ外部のポンプ２１０、外部のポンプ２２０、および外部のポンプ２３０によって混合装置１００へと送り込むことができる。あるいは、第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０のうちの１つ以上を、それぞれ圧力下で供給源１１２、供給源１２２、および供給源１３２に貯蔵し、圧力によって混合装置１００へと押し出してもよい。本発明は、第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０をそれぞれの供給源１１２、供給源１２２、および供給源１３２から混合装置１００に移動させるために使用される方法によって限定されるわけではない。
【００２５】
混合装置１００は、混合チャンバ３３０の側方に位置する第１のチャンバ３１０および第２のチャンバ３２０を備えている。３つのチャンバ３１０、３２０、および３３０は、互いに接続されて連続的な容積を形成している。
【００２６】
第１の材料１１０が、第１のチャンバ３１０へと運ばれ、第１のチャンバ３１０から混合チャンバ３３０へと流入する。第１のチャンバ３１０内の第１の材料１１０を、内部のポンプ４１０によって第１のチャンバ３１０へと送ることができる。第２の材料１２０が、混合チャンバ３３０へと運ばれる。選択的に、第３の材料１３０を、混合チャンバ３３０へと運ぶことができる。混合チャンバ３３０内の材料が、混合チャンバ３３０内で混合され、出力材料１０２が形成される。次いで、出力材料１０２は、第２のチャンバ３２０へと流れ、第２のチャンバ３２０から混合装置１００を出る。混合チャンバ３３０内の出力材料１０２を、内部のポンプ４２０によって第２のチャンバ３２０へと送ることができる。選択的に、第２のチャンバ３２０内の出力材料１０２を、外部のポンプ４３０（例えば、単独あるいは内部のポンプ４１０および／または４２０との組み合わせ）によって第２のチャンバ３２０から貯蔵容器１０４へと送ることができる。
【００２７】
特定の態様においては、共通の駆動シャフト５００が、内部のポンプ４１０および内部のポンプ４２０の両方を駆動する。駆動シャフト５００は、混合チャンバ３３０を通過し、混合チャンバ３３０に第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０を混合するために使用される回転力を提供する。駆動シャフト５００は、駆動シャフト５００に接続されたモータ５１０によって駆動される。
【００２８】
図３は、第１の材料１１０を混合装置１００へと供給し、出力材料１０２を混合装置１００から取り出すためのシステム５１２を提示している。システム５１２においては、出力材料１０２の貯蔵容器１０４および第１の材料１１０の供給源１１２が、結合されている。外部のポンプ２１０が、ホースおよびパイプなどといった流体管５１４によって、一体の貯蔵容器１０４／供給源１１２に接続されている。外部のポンプ２１０が、一体の貯蔵容器１０４／供給源１１２から一体の第１の材料１１０／出力材料１０２を、流体管５１４を通って、外部のポンプ２１０を混合装置１００に接続している流体管５１６へと送る。出力材料１０２は、流体管５１８を通って混合装置１００を出る。流体管５１８は、一体の貯蔵容器１０４／供給源１１２に接続されており、混合装置１００を出る出力材料１０２を一体の貯蔵容器１０４／供給源１１２へと運ぶ。流体管５１８は、混合装置１００内の動作圧力または背圧を確立するバルブ５１９を含んでいる。
【００２９】
図２、４〜１０、および１１を参照し、混合装置１００の実施形態の種々の構成要素のさらに詳しい説明を提示する。混合装置１００は、規模の拡大縮小が可能である。したがって、種々の構成要素に関して提示される寸法は、装置の一実施形態を構築するために使用することが可能であり、あるいは選択されるサイズの混合装置を構築するために拡大縮小が可能である。
【００３０】
図４に目を向けると、混合装置１００は、第１のチャンバ３１０、混合チャンバ３３０、および第２のチャンバ３２０のそれぞれを収容する筐体５２０を備えている。上述のように、混合装置１００は、装置の動作時に回転する駆動シャフト５００を備えている。したがって、混合装置１００は、振動その他の運動を呈する可能性がある。選択的に、混合装置１００を、混合装置１００を実質的に静止した位置に保つために、床などの表面へと取り付けることができるベース１０６に接続することができる。
【００３１】
筐体５２０を、２つ以上の筐体部分から組み立てることができる。例として、筐体５２０は、第１の機械式密閉筐体５２４および第２の機械式密閉筐体５２６が側方に位置する中央部５２２を含むことができる。軸受筐体５３０を、第１の機械式密閉筐体５２４に中央部５２２の反対側で接続することができる。軸受筐体５３２を、第２の機械式密閉筐体５２６に中央部５２２の反対側で接続することができる。選択的に、筐体部分５５０を、軸受筐体５３０に接続することができる。
【００３２】
軸受筐体５３０および５３２のそれぞれは、軸受アセンブリ５４０を収容することができる（図５および６を参照）。軸受アセンブリ５４０は、ペンシルベニア州ＫｕｌｐｓｖｉｌｌｅのＳＫＦ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ，（ウェブサイトは、ｗｗｗ．ｓｋｆ．ｃｏｍ）が製造している型番「２０２ＳＺＺＳＴ」など、この技術分野において知られている任意の適切な軸受アセンブリを備えることができる。
【００３３】
隣接する筐体部分の間に、シールを設けることができる。例えば、Ｏリング５６０（図５を参照）を、筐体部分５５０と軸受筐体５３０との間に配置することができ、Ｏリング５６２（図５を参照）を、第１の機械式密閉筐体５２４と中央部５２２との間に配置することができ、Ｏリング５６４（図６を参照）を、第２の機械式密閉筐体５２６と中央部５２２との間に配置することができる。
【００３４】
（混合チャンバ３３０）
次に図７を参照すると、混合チャンバ３３０が、第１の機械式密閉筐体５２４と第２の機械式密閉筐体５２６との間の筐体５２０の中央部５２２の内側に配置されている。混合チャンバ３３０は、混合装置１００の２つの構成要素、すなわちロータ６００とステータ７００との間に形成されている。ロータ６００は、概して中空の内側部分６１０を画定する内表面６０５と、外表面６０６とを備えている側壁６０４を有することができる。側壁６０４は、約０．２０インチ〜約０．７５インチの厚さであってよい。いくつかの実施形態においては、側壁６０４が、約０．２５インチの厚さである。しかしながら、混合装置１００は、特定の用途に適するように拡大縮小が可能であるため、上記提示の値よりも厚い側壁６０４または薄い側壁６０４を有する装置の実施形態も、本発明の教示の範囲に包含される。側壁６０４は、第１の端部６１２および第２の端部６１４、ならびに第１の端部６１２と第２の端部６１４との間に形成された複数の貫通孔６０８を含んでいる。選択的に、側壁６０４の外表面６０６が、開口、突起、肌理、などといった別の特徴を備えてもよい。第１の端部６１２は、カラー６１８を収容するように構成された軽減部６１６を有しており、第２の端部６１４は、カラー６２２を収容するように構成された軽減部６２０を有している。
【００３５】
ロータ６００は、ステータ７００の内側に配置されている。ステータ７００は、ロータ６００が配置される概して中空の内側部分７１０を画定する内表面７０５を備えている側壁７０４を有している。側壁７０４は、約０．１インチ〜約０．３インチの厚さであってよい。いくつかの実施形態においては、側壁６０４が、約１．５インチの厚さである。ステータ７００は、実質的に静止した位置において、筐体５２０に回転せぬように接続されることができる。あるいは、ステータ７００を、筐体５２０と一体に形成してもよい。側壁７０４が、第１の端部７１２および第２の端部７１４を有している。選択的に、複数の開口７０８が、第１の端部７１２と第２の端部７１４との間においてステータ７００の側壁７０４に形成される。選択的に、側壁７０４の内表面７０５が、貫通孔、突起、肌理、などといった他の特徴を備えてもよい。
【００３６】
ロータ６００が、回転軸「α」を中心にして、図９の矢印「Ｃ３」によって示されている方向に、静止のステータ７００に対して回転する。ロータ６００およびステータ７００のそれぞれは、概して円筒形の形状であってよく、長手軸を有することができる。ロータ６００は、外径「Ｄ１」を有しており、ステータ７００は、内径「Ｄ２」を有することができる。直径「Ｄ１」は、例えば約０．５インチ〜約２４インチの範囲であってよい。いくつかの実施形態においては、直径「Ｄ１」は、約３．０４インチである。いくつかの実施形態においては、直径「Ｄ１」は、約１．７インチである。直径「Ｄ２」は、直径「Ｄ１」よりも大きいが、約０．５６インチ〜約２４．２５インチの範囲であってよい。いくつかの実施形態においては、直径「Ｄ２」は、約４インチである。したがって、混合チャンバ３３０は、約０．０２インチから約０．１２５インチの厚さ（すなわち、直径「Ｄ２」と直径「Ｄ１」との間の差）のリング状の断面形状を有することができる。特定の実施形態においては、混合チャンバ３３０は、約０．０２５インチの厚さである。従来技術の装置１０（図１を参照）のロータ１２とステータ３４との間のチャネル３２は、約０．０９インチの厚さのリング状の断面形状を有している。したがって、特定の実施形態において、混合チャンバ３３０の厚さは、従来技術の装置１０のチャネル３２の約３分の１よりも小さい。
【００３７】
ロータ６００の長手軸を、ロータ６００の回転軸「α」に整列させることができる。ロータ６００の長手軸を、ステータ７００の長手軸に整列させることができる。ロータ６００は、回転軸「α」に沿って約３インチ〜約６インチの長さを有することができる。いくつかの実施形態においては、ロータ６００が、回転軸「α」に沿って約５インチの長さを有することができる。ステータ７００は、回転軸「α」に沿って約３インチ〜約６インチの長さを有することができる。いくつかの実施形態においては、ステータ７００が、回転軸「α」に沿って約５インチの長さを有することができる。
【００３８】
ロータ６００およびステータ７００が、概して円筒形の形状の有するものとして描かれているが、別の形状も使用可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。例えば、ロータ６００およびステータ７００が、円錐形、球形、任意の形状、などであってよい。さらに、ロータ６００およびステータ７００が、同一の形状である必要はない。例えば、ロータ６００が円筒形であって、ステータ７００が角胴形であっても、あるいはこの反対であってもよい。
【００３９】
図４〜７に示されているステータ７００の開口７０８および貫通孔６０８は、概して円柱形の形状である。貫通孔６０８の直径は、約０．１インチ〜約０．６２５インチの範囲であってよい。開口７０８の直径は、約０．１インチ〜約０．６２５インチの範囲であってよい。ステータ７００の開口７０８の１つ以上が、他の開口７０８の直径とは異なる直径を有してもよい。例えば、開口７０８の直径が、ステータ７００の第１の端部７１２からステータ７００の第２の端部７１４へと大きくなっていてもよく、開口７０８の直径が、ステータ７００の第１の端部７１２からステータ７００の第２の端部７１４へと小さくなっていてもよく、あるいは開口７０８の直径が、ステータ７００において別の態様で様々であってよい。ロータ６００の貫通孔６０８の１つ以上が、残りの貫通孔６０８の直径と異なる直径を有してもよい。例えば、貫通孔６０８の直径が、ロータ６００の第１の端部６１２からロータ６００の第２の端部６１４へと大きくなっていてもよく、貫通孔６０８の直径が、ロータ６００の第１の端部６１２からロータ６００の第２の端部６１４へと小さくなっていてもよく、あるいは貫通孔６０８の直径が、ロータ６００において別の態様で様々であってよい。
【００４０】
別の実施形態を参照して後述されるとおり、開口７０８および貫通孔６０８は、概して円柱形以外の形状を有してもよく、そのような実施形態も、本発明の技術的範囲に包含される。例えば、貫通孔６０８が、狭い部位、円弧状の部位、先細りの部位、などを含んでもよい。図７を参照すると、貫通孔６０８のそれぞれが、外側部分６０８Ａ、より狭い部分６０８Ｂ、および外側部分６０８Ａとより狭い部分６０８Ｂとの間の移行をもたらしている先細りの部分６０８Ｃを含んでいる。同様に、開口７０８も、狭い部位、円弧状の部位、先細りの部位、などを含むことができる。
【００４１】
図８が、ステータ７００の開口７０８およびロータ６００の貫通孔６０８の適切な配置について、これに限定されるわけではない一例を提示している。ステータ７００の開口７０８を、回転軸「α」に実質的に直角である、実質的に平行な横列「ＳＬＡＴ−１」〜「ＳＬＡＴ−６」に配置することができる。また、ステータ７００の開口７０８を、回転軸「α」に実質的に平行である、実質的に平行な縦列「ＳＬＯＮＧ−１」〜「ＳＬＯＮＧ−７」に配置することができる。換言すると、ステータ７００の開口７０８を、直交する列からなる格子状のパターン（すなわち、横列が縦列に対して実質的に直角）であって、縦列「ＳＬＯＮＧ−１」〜「ＳＬＯＮＧ−７」を回転軸「α」に実質的に平行に有している格子状のパターンに配置することができる。
【００４２】
ステータ７００の開口７０８と同様に、ロータ６００の貫通孔６０８を、回転軸「α」に実質的に直角である、実質的に平行な横列「ＲＬＡＴ−１」〜「ＲＬＡＴ−６」に配置することができる。しかしながら、ロータ６００の貫通孔６０８を、直交する列からなる格子状のパターンに配置する代わりに、螺旋状の経路に沿って長手方向に延びる実質的に平行な列「ＲＬＯＮＧ−１」〜「ＲＬＯＮＧ−７」に配置することができる。あるいは、ロータ６００の貫通孔６０８を、回転軸「α」に関して平行以外の或る角度で長手方向に延びる実質的に平行な列「ＲＬＯＮＧ−１」〜「ＲＬＯＮＧ−７」に配置してもよい。
【００４３】
ステータ７００の開口７０８およびロータ６００の貫通孔６０８を、ロータ６００がステータ７００の内側に配置されたときに、横列「ＳＬＡＴ−１」〜「ＳＬＡＴ−６」がそれぞれ横列「ＲＬＡＴ−１」〜「ＲＬＡＴ−６」に少なくとも部分的に整列するように、構成することができる。この態様で、ロータ６００がステータ７００の内側で回転するときに、貫通孔６０８が開口７０８のそばを通過する。
【００４４】
それぞれの横列「ＲＬＡＴ−１」〜「ＲＬＡＴ−６」における貫通孔６０８の横方向の間隔は、その横列のすべての貫通孔６０８が同時に、ステータ７００の横列「ＳＬＡＴ−１」〜「ＳＬＡＴ−６」のうちの対応する１つの開口７０８に、少なくとも部分的に整列するような間隔である。縦方向に延びる列「ＲＬＯＮＧ−１」〜「ＲＬＯＮＧ−６」を、縦方向に延びるそれぞれの列の最初の横列「ＲＬＡＴ−１」の貫通孔６０８が、最後の横列「ＲＬＡＴ−６」の貫通孔６０８がステータ７００の対応する最後の横列「ＳＬＡＴ−６」の開口７０８に部分的に整列し始めるよりも前に、対応する横列「ＳＬＡＴ−１」の開口７０８を完全に通過するように構成することができる。
【００４５】
図８では、６つの横列および６つの縦方向に延びる列がロータ６００に関して図示され、６つの横列および７つの縦方向に延びる列がステータ７００に関して図示されているが、本発明の教示から離れることなく、ロータ６００および／またはステータ７００に関して、別の数の横列および／または縦列を使用できることは、当業者にとって明らかである。
【００４６】
対応する横列の間で、一度に一致するのが１組の開口だけであることを保証するために、ステータ７００のそれぞれの横列「ＳＬＡＴ−１」〜「ＳＬＡＴ−６」の開口７０８の数を、所定の数（例えば、１つ、２つ、など）だけ、ロータ６００の対応するそれぞれの横列「ＲＬＡＴ−１」〜「ＲＬＡＴ−６」の貫通孔６０８の数と相違させることができる。したがって、例えば、横列「ＲＬＡＴ−１」が、ロータ６００の外周の周りに等間隔で配置された２０個の貫通孔６０８を有する場合に、横列「ＳＬＡＴ−１」が、ステータ７００の外周の周りに等間隔で配置された２０個の開口７０８を有することができる。
【００４７】
図７に戻ると、混合チャンバ３３０が、開いた第１の端部３３２および開いた第２の端部３３４を有している。ロータ６００の側壁６０４に形成された貫通孔６０８が、ロータ６００の内側部分６１０を混合チャンバ３３０に接続している。
【００４８】
ロータ６００は、ロータ６００の回転軸「α」に整列した駆動シャフト５００によって、ステータ７００の内側で回転させられる。駆動シャフト５００を、ロータ６００の第１の端部６１２および第２の端部６１４に接続でき、ロータ６００の中空の内側部分６１０を貫いて延ばすことができる。換言すると、駆動シャフト５００の一部分７２０が、ロータ６００の中空の内側部分６１０に配置される。
【００４９】
カラー６１８が、中空の内側部分６１０に配置される駆動シャフト５００の一部分７２１を受け入れるように構成され、カラー６２２が、中空の内側部分６１０に配置される駆動シャフト５００の一部分７２２を受け入れるように構成される。
【００５０】
部分７２１は、約０．５インチ〜約２．５インチの範囲であってよい外径「Ｄ３」を有している。いくつかの実施形態においては、外径「Ｄ３」が、約０．６２５インチである。部分７２２は、直径「Ｄ３」と実質的に同様であってよい外径「Ｄ４」を有しているが、これは必須ではない。直径「Ｄ４」は、約０．３７５インチ〜約２．５インチの範囲であってよい。
【００５１】
ロータ６００を、カラー６１８およびカラー６２２のそれぞれによって、駆動シャフト５００の部分７２１および部分７２２に回転しないように取り付けることができる。例として、カラー６１８および６２２のそれぞれを、それぞれ軽減部６１６および６２０の内側に設置することができる。次いで、一体となったロータ６００／カラー６１８および６２２を、加熱して膨脹させることができる。次に、駆動シャフト５００が、カラー６１８および６２２を貫いて挿入され、このアセンブリが冷却される。冷却時の収縮によって、カラー６１８および６２２が、それぞれ駆動シャフト５００の部位７２２Ａおよび７２２Ｂの周囲に締まり、駆動シャフト５００がロータ６００に対して回転することがないように充分にきつく駆動シャフト５００を把持する。カラー６１８が、部分７２１および軽減部６１６のどちらに対しても回転せずに、駆動シャフト５００の回転をロータ６００の第１の端部６１２に伝える。カラー６２２が、部分７２２および軽減部６２０のどちらに対しても回転せずに、駆動シャフト５００の回転をロータ６００の第２の端部６１４に伝える。駆動シャフト５００とロータ６００とが、単一のユニットとして共に回転する。
【００５２】
駆動シャフト５００は、第１の端部７２４（図５を参照）および第２の端部７２６（図６を参照）を有することができる。第１の端部７２４は、約０．５インチ〜約１．７５インチの直径「Ｄ５」を有することができる。特定の実施形態においては、直径「Ｄ５」は、約１．２５インチであってよい。第２の端部７２６は、実質的に直径「Ｄ５」と同様の直径「Ｄ６」を有することができる。
【００５３】
第２の材料１２０を、回転する駆動シャフト５００の第１の端部７２４および第２の端部７２６の一方を通って混合チャンバ３３０へと運ぶことができる。駆動シャフト５００の第１の端部７２４および第２の端部７２６の他方を、モータ５１０に接続することができる。図５および６に示した実施形態においては、第２の材料１２０が、駆動シャフト５００の第１の端部７２４を通って混合チャンバ３３０へと運ばれ、駆動シャフト５００の第２の端部７２６は、モータ５１０に接続されている。
【００５４】
図５に目を向けると、駆動シャフト５００に、第１の端部７２４からロータ６００の内側部分６１０に位置する部分７２０へと延びるチャネル７２８を形成することができる。チャネル７２８は、第１の端部７２４に形成された開口７３０を有している。混合装置１００が動作しているとき、第２の材料１２０が、開口７３０を通ってチャネル７２８へと導入される。
【００５５】
バルブ７３２を、駆動シャフト５００の第１の端部７２４に位置するチャネル７２８の部位の内側に配置することができる。バルブ７３２は、チャネル７２８を通っての中空の内側部分６１０の内部からの第２の材料１２０の逆方向の流れ、および／またはチャネル７２８へと入る第２の材料１２０の順方向の流れを、制限または制御することができる。バルブ７３２は、逆止弁など、この技術分野において知られている任意のバルブを含むことができる。適切な逆止弁として、ワシントン州Ｂｏｔｈｅｌｌに事務所を有するＬｅｅ
Ｃｏｍｐａｎｙ  ＵＳＡ（ウェブサイトは、ｗｗｗ．ｔｈｅｌｅｅｃｏ．ｃｏｍ）が製造している部品番号「ＣＫＦＡ１８７６２０５Ａ」のフリー・フロー・フォワード逆止弁が挙げられる。
【００５６】
駆動シャフト５００は、チャネル７２８をロータ６００の内側部分６１０に接続する開口７４０を、ロータ６００の内側部分６１０に位置させて備えることができる。図５にはただ１つの開口７４０が示されているが、チャネル７２８をロータ６００の内側部分６１０に接続するために、複数の開口を使用してもよいことは、当業者にとって明らかである。
【００５７】
図２を参照すると、選択的に、外部のポンプ２２０が、第２の材料１２０を混合装置１００に送ることができる。ポンプ２２０として、この技術分野において知られている任意の適切なポンプを挙げることができる。これらに限定されるわけではないが、ポンプ２２０として、ダイアフラムポンプ、化学ポンプ、蠕動ポンプ、重力送りポンプ、ピストンポンプ、歯車ポンプ、および上述の任意のポンプの組み合わせ、など、この技術分野において知られている任意の適切なポンプを挙げることができる。第２の材料１２０がガスである場合には、このガスを加圧し、供給源１２２からガスを放出することによって、駆動シャフト５００の第１の端部７２４に形成された開口７３０へと押し込むことができる。
【００５８】
ポンプ２２０および供給源１２２は、バルブ７３２によってチャネル７２８に接続される。チャネル７２８内へと運ばれた第２の材料１２０は、開口７４０を通ってロータ６００の内側部分６１０へとチャネル７２８を出る。次いで、第２の材料１２０は、ロータ６００の側壁６０８に形成された貫通孔６０８を通って、ロータ６００の内側部分６１０を出る。
【００５９】
図５を参照すると、混合装置１００は、駆動シャフト５００の第１の端部７２４に接続されたシールアセンブリ７５０を備えることができる。シールアセンブリ７５０は、筐体５２０に画定されたチャンバ７５２内に保持されている。チャンバ７５２は、第１の端部７５４を、第２の端部７５６からチャンバの向こう側に離れた状態で有している。さらにチャンバ７５２は、チャンバ７５２へのアクセスを提供する導入ポート７５８および排出口７５９を備えている。チャンバ７５２は、筐体部分５５０および軸受筐体５３０によって画定されることができる。第１の端部７５４を、筐体部分５５０に形成でき、第２の端部７５６を、軸受筐体５３０に隣接させることができる。導入ポート７５８を、軸受筐体５３０に形成でき、排出口７５９を、筐体部分５５０に形成することができる。
【００６０】
シールアセンブリ７５０は、第１の固定シール７６０を、筐体部分５５０および軸受筐体５３０内のチャンバ７５２の第１の端部７５４に設置して備えている。第１の固定シール７６０は、駆動シャフト５００の第１の端部７２４の部位７６２の周囲に広がっている。さらに、シールアセンブリ７５０は、第２の固定シール７６６を、軸受筐体５３０内のチャンバ７５２の第２の端部７５６に設置して備えている。第２の固定シール７６６は、駆動シャフト５００の第１の端部７２４の部位７６８の周囲に広がっている。
【００６１】
シールアセンブリ７５０は、部位７６２と部位７６８との間の駆動シャフト５００の第１の端部７２４に、回転しないように接続された回転アセンブリ７７０を含んでいる。回転アセンブリ７７０は、駆動シャフトと共に１つのユニットとして回転する。回転アセンブリ７７０は、第１のシール７７２を第２のシール７７４の反対側に備えている。付勢部材７７６（例えば、ばね）が、第１のシール７７２と第２のシール７７４との間に位置している。付勢部材７７６が、第１のシール７７２を第１の固定シール７６０に向かって付勢し、第２のシール７７４を第２の固定シール７６６に向かって付勢する。
【００６２】
冷却潤滑剤が、チャンバ７５２および回転アセンブリ７７０の周囲に供給される。潤滑剤は、導入ポート７５８を通ってチャンバ７５２に進入し、排出口７５９を通ってチャンバ７５２から出る。潤滑剤は、軸受筐体５３０に収容された軸受アセンブリ５４０を潤滑することができる。チャンバ５７０を、軸受筐体５３０と機械式密閉筐体５２４との間に配置することができる。さらに、軸受筐体５３０は、潤滑剤を送ることができるチャンバ５７０に接続された第２の導入ポート７５９を備えることができる。チャンバ５７０に送り込まれる潤滑剤は、軸受アセンブリ５４０を潤滑することができる。シールアセンブリ７５０は、ロータ６００の回転によって引き起こされる、装置のこの部分における摩擦力を、著しくではないかも知れないが、有意に減少させることができ、シール７７０の寿命を伸ばすことができる。シールは、炭化ケイ素を使用して構成された表面を含むことができる。
【００６３】
図９を参照すると、ロータ６００が回転軸「α」を中心にして矢印「Ｃ１」によって示されている方向に回転するとき、ロータ６００は、第２の材料１２０を混合チャンバ３３０へと排出する。排出される第２の材料１２０の泡、液滴、粒子、などが、ロータ６００から出るが、この排出される第２の材料１２０の泡、液滴、粒子、などに、ロータ６００によって周方向の速度（矢印「Ｃ３」によって示されている方向）が付与される。第２の材料１２０を、ポンプ２２０（図２を参照）、回転するロータ６００の遠心力、第１の材料１１０に対する第２の材料１２０の浮力、およびこれらの組み合わせによって、混合チャンバ３３０から押し出すことができる。
【００６４】
（モータ５１０）
図６に戻ると、駆動シャフト５００の第２の端部７２６を、継手９００によってモータ５１０の回転スピンドル７８０に接続することができる。スピンドル７８０は、約０．２５インチ〜約２．５インチの直径「Ｄ７」を有するほぼ円形の断面形状を有することができる。特定の実施形態においては、直径「Ｄ７」が、約０．２５インチ〜約１．５インチであってよい。図６に示した実施形態においては、駆動シャフト５００の第１の端部７２４の直径「Ｄ５」は、直径「Ｄ７」およびスピンドル７８０に実質的に等しいが、直径「Ｄ５」および直径「Ｄ７」の一方が他方よりも大きい実施形態も、本発明の範囲に包含される。
【００６５】
図４も参照すると、継手９００を覆い、あるいは遮蔽することが望ましいかも知れない。図４および６に示した実施形態においては、駆動部ガード９１０が、継手９００を覆っている。駆動部ガード９１０は、湾曲部９１４の側方に１対の実質的に直線状の部位９１５および９１６を位置させてなる概してＵ字形であってよい。駆動部ガード９１０の実質的に直線状の部位９１５および９１６のそれぞれの遠位端が、フランジ９１８および９１９をそれぞれ有することができる。駆動部ガード９１０を、フランジ９１８および９１９のそれぞれによって、ベース１０６に固定することができる。
【００６６】
モータ５１０を、支持部材９２０によってベース１０６上に支持することができる。支持部材９２０を、スピンドル７８０の付近においてモータ５１０に接続することができる。図示の実施形態において、支持部材９２０は、スピンドル７８０が通過する貫通孔を備えている。支持部材９２０を、支持部材９２０を１本以上のボルト９４０によってモータ５１０に固定するなど、この技術分野において知られている任意の方法を使用して、モータ５１０に接続することができる。
【００６７】
継手９００は、ステータ７００の内側でロータ６００を回転させるために充分な量のトルクをスピンドル７８０から駆動シャフト５００へと伝達することに適した任意の継手を含むことができる。図４および６に示した実施形態においては、継手９００は、ベローズ継手である。ベローズ継手は、スピンドル７８０と駆動シャフト５００との整列がずれている場合に、有益でありうる。さらに、ベローズ継手は、駆動シャフト５００に加わる軸方向の力を吸収して、スピンドル７８０に伝わることがないようにする上で、役立つことができる。適切なベローズ継手として、マサチューセッツ州ＭａｒｌｂｏｒｏｕｇｈのＲｕｌａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（ウェブサイトは、ｗｗｗ．ｒｕｌａｎｄ．ｃｏｍ）が製造する「ＢＣ３２−８−８−Ａ」型が挙げられる。
【００６８】
モータ５１０は、毎分約０．１回転（「ｒｐｍ」）から約７２００ｒｐｍまででロータ６００を回転させることができる。モータ５１０として、本発明の教示に従ってステータ７００の内側においてロータ６００を回転させるために適した任意のモータを挙げることができる。これに限定されるわけではないが、適切なモータとして、２３０／４６０ボルトおよび毎分３４５０（「ｒｐｍ」）で動作する半馬力の電動モータを挙げることができる。適切なモータとして、ウィスコンシン州ＧｒａｆｔｏｎのＬＥＥＳＯＮ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ウェブサイトは、ｗｗｗ．ｌｅｅｓｏｎ．ｃｏｍ）が製造する「Ｃ４Ｔ３４ＮＣ４Ｃ」型が挙げられる。
【００６９】
（第１のチャンバ３１０）
図４および７に目を向けると、第１のチャンバ３２０が、第１の機械式密閉筐体５２４とロータ６００、およびステータ７００のそれぞれの第１の端部６１２および７１２との間で、筐体５２０の中央部５２２の内側に配置されている。第１のチャンバ３１０は、環状であってよく、実質的に円形の断面形状を有することができる。第１のチャンバ３１０および混合チャンバ３３０が、連続的な容積を形成している。駆動シャフト５００の一部分１０２０が、第１のチャンバ３１０を貫いて延びている。
【００７０】
図４から最もよく見て取ることができるように、第１のチャンバ３１０は、第１の材料１１０が混合装置１００に通過して入る導入ポート１０１０を有している。第１の材料１１０を、外部のポンプ２１０（図２を参照）によって第１のチャンバ３１０の中へと送ることができる。外部のポンプ２１０は、第１のチャンバ３１０への供給のために充分な速度で第１の材料１１０を送るために、この技術分野において知られている任意のポンプを含むことができる。
【００７１】
導入ポート１０１０は、回転軸「α」に対して実質的に直角に向けられている。したがって、第１の材料１１０は、第１のチャンバ３１０を貫いて延びている駆動シャフト５００の部分１０２０の接線方向の速度を有しつつ、第１のチャンバ３１０に進入する。この第１のチャンバ３１０へと進入する第１の材料１１０の流れの接線方向が、矢印「Ｔ１」によって示されている。図４および７に示した実施形態においては、導入ポート１０１０を、回転軸「α」からずらすことができる。当業者にとって明らかであるとおり、駆動シャフト５００の回転の方向（図９において矢印「Ｃ１」によって示されている）は、接線方向の成分を有している。導入ポート１０１０は、第１の材料１１０が、駆動シャフト５００の回転の方向の接線方向の成分と実質的に同じ方向に移動しつつ、第１のチャンバ３１０へと進入するように、配置されている。
【００７２】
第１の材料１１０は、第１のチャンバ３１０に入り、駆動シャフト５００の部分１０２０の周囲で、第１のチャンバ３１０の内面によって向きを変える。第１のチャンバ３１０が実質的に円形の断面形状を有している実施形態においては、第１のチャンバ３１０の内面が、駆動シャフト５００の部分１０２０を中心とする実質的に円形の経路（図９において、矢印「Ｃ２」によって示されている）へと第１の材料１１０を偏向させることができる。そのような実施形態においては、第１の材料１１０の接線方向の速度が、第１の材料１１０を、この接線方向の速度によって少なくとも部分的に決定される周方向の速度にて回転軸「α」を中心にして移動させる。
【００７３】
ひとたび第１のチャンバ３１０に入ると、第１の材料１１０を、第１のチャンバ３１０の内部に位置するポンプ４１０によって、第１のチャンバ３１０から混合チャンバ３３０へと送ることができる。外部のポンプ２１０（図２を参照）を備える実施形態においては、この外部のポンプ２１０を、ポンプ４１０が第１の材料１１０を第１のチャンバ３１０から送り出す速度に比べ、少なくとも同じ速さで第１の材料１１０を第１のチャンバ３１０へと送り込むように構成することができる。
【００７４】
第１のチャンバ３１０は、混合チャンバ３３０の開いた第１の端部３３２と連通しており、第１のチャンバ３１０内の第１の材料１１０が、混合チャンバ３３０の開いた第１の端部３３２へと自由に流入できる。この態様で、第１の材料１１０が、混合チャンバ３３０と第１のチャンバ３１０との間で、いかなる角またはカーブも通過することがない。図示の実施形態においては、第１のチャンバ３１０が、混合チャンバ３３０の開いた第１の端部３３２の全体と連通している。第１のチャンバ３１０を、第１の材料１１０によって完全に満たすことができる。
【００７５】
ポンプ４１０は、第１のチャンバ３１０を貫いて延びている駆動シャフト５００の部分１０２０によって駆動される。ポンプ４１０は、静止の筐体（すなわち、筐体５２０）によって画定されるチャンバ（すなわち、第１のチャンバ３１０）の内側に回転するポンプ部材２０２２を収容して有しているこの技術分野において知られている任意のポンプを含むことができる。適切なポンプの例として、これらに限られるわけではないが、プログレッシブ・キャビティ・ポンプなどの容積形ポンプ、シングル・スクリュ・ポンプ（例えば、アルキメデスのスクリュ・ポンプ）、などが挙げられる。
【００７６】
図７および９に示されているポンプ４１０は、一般にシングル・スクリュ・ポンプと称される。この実施形態において、ポンプ部材２０２２は、駆動シャフト５００の部分１０２０の周囲に配置されたカラー部２０３０を含んでいる。カラー部２０３０は、駆動シャフト５００の部分１０２０と一緒に１つのユニットとして回転する。カラー部２０３０は、１つ以上の流体移動部材２０４０を含んでいる。図７および９に示した実施形態においては、カラー部２０３０が、螺旋の経路に沿ってカラー部２０３０に外接する螺旋形を有するただ１つの流体移動部材２０４０を含んでいる。
【００７７】
図９を参照すると、第１のチャンバ３１０の内側が図示されている。ポンプ４１０が、第１のチャンバ３１０内の第１の材料１１０に、混合チャンバ３３０の開いた第１の端部３３２へと向かう軸方向の流れ（矢印「Ａ１」および矢印「Ａ２」によって示されている）を付与する。ポンプ４１０によって付与される第１の材料１１０の軸方向の流れは、従来技術の装置１０（図１を参照）の外部のポンプによって得ることができる圧力を超えることができる圧力を有している。
【００７８】
さらに、ポンプ４１０を、混合チャンバ３３０の開いた第１の端部３３２に向かって移動する第１の材料１１０に周方向の流れ（矢印「Ｃ２」によって示されている）を付与するように構成することができる。混合チャンバ３３０への進入前の第１の材料１１０に付与される周方向の流れは、第１の材料１１０を、すでに初期の周方向の速度で所望の方向に移動している状態で、混合チャンバ３３０に進入させる。図１に示した従来技術の装置１０では、第１の材料１１０は、周方向の速度を持たずに従来技術の装置１０のチャネル３２に進入する。したがって、従来技術の装置１０のロータ１２は、自身単独で第１の材料１１０へと周方向の流れを付与しなければならない。第１の材料１１０が軸方向に移動しているため、従来技術の装置１０においては、第１の材料１１０が、第１の材料１１０が混合装置１００の混合チャンバ３３０を横切る場合よりも遅い周方向の速度で、ロータ１２およびステータ３０の間に形成されるチャネル３２の少なくとも一部分を横切る。換言すると、第１の材料１１０の軸方向の速度が従来技術の装置１０および混合装置１００の両者において同じである場合、第１の材料１１０が混合チャンバ３３０の軸方向の長さを横切り終えるまでに完了させることができる回転軸「α」を中心にする回転が、チャネル３２の軸方向の長さを横切り終えるまでに完了させることができる回転よりも多い。この追加の回転により、第１の材料１１０（および、一体となった第１の材料１１０および第２の材料）が、ステータ７００の有効内表面７０６（図７を参照）の大幅に広い部分へと曝される。
【００７９】
外部のポンプ２１０（図２を参照）を含んでいる実施形態においては、外部のポンプ２１０が本発明の教示による導入ポート１０１０の向きとの組み合わせにおいて付与する周方向の速度が、それだけで、回転軸「α」を中心とする第１の材料１１０（および、一体となった第１の材料１１０および第２の材料１２０）の回転を増加させるために充分であるかも知れない。さらに、いくつかの実施形態においては、ポンプ２１０によって付与される周方向の速度およびポンプ４１０によって付与される周方向の速度が組み合わさって、回転軸「α」を中心とする第１の材料１１０（および、一体となった第１の材料１１０および第２の材料１２０）の充分な回転数を達成する。当業者であれば理解できるとおり、第１のチャンバ３１０の断面形状など、他の構造的要素も、ポンプ２１０、ポンプ４１０、およびこれらの組み合わせによって付与される周方向の速度に貢献できる。
【００８０】
図１０に示した別の実施形態においては、ポンプ４１０が、混合チャンバ３３０の開いた第１の端部３３２に向かって移動する第１の材料１１０に周方向の流れを付与するように構成された１枚以上の羽根２０４２を備えることができる。
【００８１】
（第２のチャンバ３２０）
次に、図４および７に目を向けると、第２のチャンバ３２０が、第２の機械式密閉筐体５２６とロータ６００およびステータ７００のそれぞれの第２の端部６１４および７１４との間で、筐体５２０の中央部５２２の内側に配置されている。第２のチャンバ３２０は、実質的に第１のチャンバ３１０と同様であってよい。しかしながら、第２のチャンバ３２０は、導入ポート１０１０の代わりに、排出口３０１０を備えることができる。駆動シャフト５００の一部分３０２０が、第２のチャンバ３２０を貫いて延びている。
【００８２】
第２のチャンバ３２０および混合チャンバ３３０が、連続的な容積を形成している。さらに、第１のチャンバ３１０、混合チャンバ３３０、および第２のチャンバ３２０が、連続的な容積を形成している。第１の材料１１０が、混合装置１００を通って、第１のチャンバ３１０から混合チャンバ３３０へと流れ、最終的に第２のチャンバ３２０へと流れる。混合チャンバ３３０にあるとき、第１の材料１１０が第２の材料１２０に混ぜ合わせられ、出力材料１０２が形成される。出力材料１０２は、排出口３０１０を通って混合装置１００から出る。選択的に、出力材料１０２を導入ポート１０１０へと戻し、追加の量の第２の材料１２０、第３の材料１３０、およびこれらの組み合わせと混合してもよい。
【００８３】
排出口３０１０は、回転軸「α」に対して実質的に直角に向けられ、第１のチャンバ３１０に形成される導入ポート１０１０と反対に位置することができる。出力材料１０２は、ロータ６００によって付与された周方向の速度（図９において矢印「Ｃ３」によって示されている方向）を有して混合チャンバ３３０から第２のチャンバ３２０へと進入する。周方向の速度は、第２のチャンバ３２０を貫いて延びている駆動シャフト５００の部分３０２０の接線方向である。図４、６、および７に示した実施形態においては、排出口３０１０を、回転軸「α」からずらすことができる。排出口３０１０は、駆動シャフト５００の回転と実質的に同じ方向（図９において矢印「Ｃ１」によって示されている）に移動しつつ第２のチャンバ３２０に進入する出力材料１０２が、排出口３０１０に向かって移動しているように配置される。
【００８４】
出力材料１０２は、第２のチャンバ３２０に進入し、駆動シャフト５００の部分３０２０の周囲で、第２のチャンバ３２０の内面によって向きを変える。第２のチャンバ３２０が実質的に円形の断面形状を有している実施形態においては、第２のチャンバ３２０の内面が、駆動シャフト５００の部分３０２０を中心とする実質的に円形の経路へと出力材料１０２を偏向させることができる。
【００８５】
図２を参照すると、選択的に、出力材料１０２を、外部のポンプ４３０によって第２のチャンバ３２０の内部から送り出すことができる。外部のポンプ４３０は、混合装置１００の処理能力を制限することがない充分な速度で出力材料１０２を送るために、この技術分野において知られている任意のポンプを含むことができる。そのような実施形態においては、外部のポンプ４３０が、出力材料１０２を第２のチャンバ３２０から出すときに、出力材料１０２の少なくとも一部へと接線方向（図４および１１において矢印「Ｔ２」によって示されている方向）の速度を導入することができる。出力材料１０２の一部の接線方向の速度が、出力材料１０２を、この接線方向の速度によって少なくとも部分的に決定される周方向の速度において、回転軸「α」の周りを移動させる。
【００８６】
（ポンプ４２０）
図６および７に目を向けると、第２のチャンバ３２０の内部に位置するポンプ４２０が、出力材料１０２を、第２のチャンバ３２０から排出口３０１０へと送ることができ、さらには／あるいは混合チャンバ３３０から第２のチャンバ３２０へと送ることができる。外部のポンプ４３０を備える実施形態においては、この外部のポンプ４３０を、ポンプ４２０が出力材料１０２を排出口３０１０へと送る速度に比べ、少なくとも同じ速さで出力材料１０２を第２のチャンバ３２０から送るように構成することができる。
【００８７】
第２のチャンバ３２０は、混合チャンバ３３０の開いた第２の端部３３４と連通しており、混合チャンバ３３０内の出力材料１０２が、開いた第２の端部３３４から第２のチャンバ３２０へと自由に流入できる。この態様で、出力材料１０２が、混合チャンバ３３０と第２のチャンバ３２０との間で、いかなる角またはカーブも通過することがない。図示の実施形態においては、第２のチャンバ３２０が、混合チャンバ３３０の開いた第２の端部３３４の全体と連通している。第２のチャンバ３２０を、出力材料１０２によって完全に満たすことができる。
【００８８】
ポンプ４２０は、第２のチャンバ３２０を貫いて延びている駆動シャフト５００の部分３０２０によって駆動される。ポンプ４２０は、ポンプ４１０と実質的に同一であってよい。ポンプ４１０としての使用に適するとして上述した任意のポンプを、ポンプ４２０に使用することができる。ポンプ４１０が、第１の材料１１０を混合チャンバ３３０へと送る一方で、ポンプ４２０は、出力材料１０２を混合チャンバ３３０から送り出す。したがって、ポンプ４１０およびポンプ４２０の両者を、同じ方向に作動するように向けることができる。
【００８９】
当業者であれば理解できるとおり、第１の材料１１０は、出力材料１０２とは異なるであろう。例えば、第１の材料１１０および出力材料１０２の一方が、他方よりも粘性に富むかも知れない。したがって、ポンプ４１０は、ポンプ４２０と相違してもよい。ポンプ４１０を、第１の材料１１０の特性に適合するように構成でき、ポンプ４２０を、出力材料１０２の特性に適合するように構成できる。
【００９０】
図６および７に示されているポンプ４２０は、一般にシングル・スクリュ・ポンプと称される。この実施形態において、ポンプ部材４０２２は、駆動シャフト５００の部分３０２０の周囲に配置されたカラー部４０３０を含んでいる。カラー部４０３０は、駆動シャフト５００の部分３０２０と一緒に１つのユニットとして回転する。カラー部４０３０は、１つ以上の流体移動部材４０４０を含んでいる。カラー部４０３０が、螺旋の経路に沿ってカラー部４０３０に外接する螺旋形を有するただ１つの流体移動部材４０４０を含んでいる。
【００９１】
図１１を参照すると、第２のチャンバ３２０の内側が図示されている。ポンプ４２０が、第２のチャンバ３２０内の出力材料１０２に、混合チャンバ３３０の開いた第２の端部３３４から離れる軸方向の流れ（矢印「Ａ３」および矢印「Ａ４」によって示されている）を付与する。
【００９２】
ポンプ４２０を、混合チャンバ３３０の開いた第２の端部３３４から離れるように移動する出力材料１０２に周方向の流れ（矢印「Ｃ４」によって示されている）を付与するように構成することができる。出力材料１０２に付与される周方向の流れは、ロータ６００によって必要とされる仕事の量を少なくするうえで役立つことができる。さらに、周方向の流れは、出力材料１０２を排出口３０１０に向かって導く。
【００９３】
別の実施形態においては、ポンプ４２０が、図１０に示したポンプ４１０と実質的に同じ構成を有することができる。そのような実施形態においては、１枚以上の羽根２０４２が、混合チャンバ３３０の開いた第２の端部３３４から遠ざかるように移動する出力材料１０２に、周方向の流れを付与するように構成される。
【００９４】
当業者にとって明らかであるとおり、混合装置１００の種々のパラメータを、種々の混合特性を得るために変更することができる。変更可能なパラメータの例として、貫通孔６０８のサイズ、貫通孔６０８の形状、貫通孔６０８の配置、貫通孔６０８の数、開口７０８のサイズ、開口７０８の形状、開口７０８の配置、開口７０８の数、ロータ６００の形状、ステータ７００の形状、混合チャンバ３３０の幅、混合チャンバ３３０の長さ、駆動シャフト５００の回転速度、内部のポンプ４１０によって付与される軸方向の速度、内部のポンプ４１０によって付与される周方向の速度、内部のポンプ４２０によって付与される軸方向の速度、内部のポンプ４２０によって付与される周方向の速度、ロータ６００の外表面６０６に形成される乱れ（例えば、肌理、突起、凹所、開口、など）の形態、ステータ７００の内表面７０６に形成される乱れ（例えば、肌理、突起、凹所、開口、など）の形態、などが挙げられる。
【００９５】
（別の実施形態）
図１２を参照すると、混合装置５０００が図示されている。混合装置５０００は、混合装置１００の別の実施形態である。ここで、混合装置５０００の構成要素であって、混合装置１００の対応する構成要素に実質的に類似する構成要素を指すために、同一の参照番号が使用されている。混合装置１００の構成要素と相違している混合装置５０００の構成要素のみを、説明することにする。
【００９６】
混合装置５０００は、ロータ６００およびステータ５７００を収容するための筐体５５００を備えている。ステータ５７００を、その第１の端部５７１２および第２の端部５７１４によって、筐体５５００へと回転せぬように接続することができる。チャンバ５８００が、筐体５５００と、第１の端部５７１２および第２の端部５７１４が側方に位置しているステータ５７００の一部分５８２０との間に画定されている。筐体５５００が、チャンバ５８００へのアクセスを提供する導入ポート５８３０を備えている。導入ポート５８３０を、回転軸「α」に対して実質的に直角に向けることができるが、これは必須ではない。
【００９７】
ステータ５７００は、チャンバ５８００と混合チャンバ３３０（ロータ６００とステータ５７００との間に画定される）とを接続する複数の貫通孔５７０８を備えている。外部のポンプ２３０を、第３の材料１３０（第２の材料１２０と同一であってよい）を導入ポート５８３０を介してチャンバ５８００へと送り込むために使用することができる。チャンバ５８００へと送り込まれた第３の材料１３０は、ステータ５７００に形成された貫通孔５７０８を介して混合チャンバ３３０に進入できる。第３の材料１３０を、ポンプ２３０、第１の材料１１０に対する第３の材料１３０の浮力、およびこれらの組み合わせによって、チャネル５８００から押し出すことができる。ロータ６００が回転するとき、第３の材料１３０も、チャネル５８００から混合チャンバ３３０へと引き込まれる。第３の材料１３０は、ロータ６００によって周方向の速度が付与された泡、液滴、粒子、などとして、混合チャンバ３３０に進入することができる。
【００９８】
（別の実施形態）
混合装置１００の別の実施形態を、図１３に示した中央部５９００および図１４に示した軸受筐体５９２０を使用して構築することができる。図１３は、内側にステータ７００（図７を参照）を有している中央部５９００を示している。ここで、中央部５９００に関する構成要素であって、混合装置１００の対応する構成要素に実質的に類似する構成要素を示すために、同一の参照番号が使用されている。中央部５２２の構成要素と相違する中央部５９００の構成要素のみを、説明することにする。中央部５９００およびステータ７００は、どちらも金属（例えば、ステンレス鋼）などの導電性材料から作られている。導入ポート１０１０および排出口３０１０は、どちらもプラスチック（例えば、ＰＥＴ、テフロン（登録商標）、ナイロン、ＰＶＣ、ポリカーボネート、ＡＢＳ、デルリン、ポリサルフォン、など）などの非導電性材料から作られている。
【００９９】
電気接点５９１０が、中央部５９００へと組み合わせられ、中央部５９００へと電荷を届けるように構成されている。中央部５９００は、電気接点５９１０へと加えられた電荷をステータ７００へと導く。さらなる実施形態においては、中央部５９００を、非導電性材料から構成することができる。そのような実施形態においては、電気接点５９１０が、中央部５９００を通過してステータ７００へとつながることができる。電気接点５９１０によってステータ７００へと加えられる電荷が、混合チャンバ３３０内の酸化還元または他の化学反応の促進に役立つことができる。
【０１００】
選択的に、絶縁（図示されていない）を、中央部５９００を周囲から電気的に絶縁すべく中央部５９００の周囲に配置することができる。さらに、絶縁を、中央部５９００と中央部５９００の側方に位置する第１および第２のメカニカルシール５２４および５２６との間に使用して、中央部５９００を混合装置の他の構成要素から電気的に絶縁することができる。
【０１０１】
次に、図１４に目を向け、軸受筐体５９２０を説明する。軸受筐体５９２０は、駆動シャフト５００の部分７２６の周囲に周状に配置されている。電気接点５９２２が、軸受筐体５９２０に接続されている。回転ブラシ接点５９２４が、駆動シャフト５００と電気接点５９２２との間の電気的な接続をもたらしている。
【０１０２】
この実施形態において、駆動シャフト５００およびロータ６００は、どちらも金属（例えば、ステンレス鋼）などの導電性材料から作られている。軸受筐体５９２０を、導電性または非導電性の材料から構成することができる。電気接点５９２２および回転ブラシ接点５９２４によって、駆動シャフト５００へと電荷が加えられる。電荷は、駆動シャフト５００によってロータ６００へと導かれる。
【０１０３】
図１３に示した中央部５９００および図１４に示した軸受筐体５９２０を使用して構成された混合装置１００のこの別の実施形態を、少なくとも２つの態様で動作させることができる。第１に、電気接点５９１０および５９２２を、ステータ７００およびロータ６００のそれぞれに電荷を供給しないように設定することができる。換言すると、電気接点５９１０および５９２２のいずれも、電流源、電圧源などに接続されない。
【０１０４】
あるいは、電気接点５９１０および５９２２を、ステータ７００およびロータ６００のそれぞれに電荷を供給するように設定することができる。例えば、電気接点５９１０および５９２２を、電気接点５９１０と５９２２との間に安定または一定の電圧を供給するＤＣ電圧源（図示されていない）に接続することができる。ＤＣ電圧源の負の端子を、電気接点５９１０および５９２２のどちらかに接続でき、ＤＣ電圧源の正の端子を、電気接点５９１０および５９２２の他方に接続できる。電気接点５９１０と５９２２との間に供給される電圧は、約０．０００１ボルト〜約１０００ボルトの範囲であってよい。特定の実施形態においては、この電圧が、約１．８ボルト〜約２．７ボルトの範囲であってよい。別の例として、約１％〜約９９％のデューティサイクルを有するパルス状のＤＣ電圧を、使用してもよい。
【０１０５】
混合装置の運転方法の上述の例は、電気接点５９１０と５９２２との間にＤＣ電圧を印加しているが、当業者にとって明らかであるとおり、様々な形状および大きさを有する対称なＡＣ電圧または非対称なＡＣ電圧を、電気接点５９１０と５９２２との間に印加することができ、そのような実施形態も、本発明の範囲に包含される。
【０１０６】
（混合チャンバ３３０内での混合）
上述のように、従来技術の装置１０（図１に示されている）においては、第１の材料１１０が、ロータ１２とステータ３０との間のチャネル３２へと、チャネル３２の開いた第２の端部の一部分にのみ沿って位置しているただ１つの限られた入力ポート３７を介して進入している。同様に、出力材料１０２は、チャネル３２の開いた第１の端部の一部分にのみ沿って位置しているただ１つの限られた出力ポート４０を介して、チャネル３２から出ている。この構成が、望ましくない不必要な摩擦を生じさせている。これらただ１つの限られた入力ポート３７およびただ１つの限られた出力ポート４０を、チャンバ３１０および３２０でそれぞれ置き換えることによって、摩擦を低減した。さらに、第１の材料１１０が、混合チャンバ３３０に入る前に角を通過することがなく、混合チャンバ３３０を出る前に角を通過することがない。さらに、チャンバ３１０および３２０が、チャネル３２に入る前およびチャネル３２を出た後の材料の周方向の速度をもたらす。
【０１０７】
したがって、混合装置１００における圧力低下が、大幅に低減されている。図２、４〜９、および１１に示した実施形態においては、入力ポート１０１０と出力ポート３０１０との間の圧力低下は、混合装置１００を毎分約６０ガロンの出力材料１０２を生み出すように構成した場合に、わずかに約１２ｐｓｉである。これは、毎分約６０ガロンの出力材料を生み出す場合に、少なくとも２６ｐｓｉであった図１に示した従来技術の装置１０に対する改善である。換言すると、混合装置１００における圧力低下は、従来技術の装置１０が直面する圧力低下の半分よりも少ない。
【０１０８】
さらなる態様によれば、駆動シャフト５００によって駆動されるポンプ４１０および４２０を備えることで、従来技術において用いられている外部のポンプに比べて、材料の混合において大幅に効率的であって、必要とするエネルギーが少ない構成がもたらされる。
【０１０９】
（マイクロキャビテーション）
混合装置１００の動作時に、入力材料は、第１の材料１１０（例えば、流体）および第２の材料１２０（例えば、ガス）を含むことができる。第１の材料１１０および第２の材料１２０が、ロータ６００とステータ７００との間に形成される混合チャンバ３３０内で混合される。ステータ７００の内側でロータ６００が回転することで、混合チャンバ３３０内で第１の材料１１０および第２の材料１２０が攪拌される。ロータ６００に形成された貫通孔６０８および／またはステータ７００に形成された開口７０８が、混合チャンバ３３０内の第１の材料１１０および第２の材料１２０の流れに乱流を付与する。
【０１１０】
理論に拘束されるわけではないが、第２の材料１２０の第１の材料１１０への拡散の効率および持続は、一部にはマイクロキャビテーションによって生じると考えられ、これを図１５〜１７に関して説明する。材料が滑らかな表面上を流れるときは、常に、移動する流体と静止している表面との間の表面張力ゆえに、かなりの層流が、静止またはきわめてゆっくりと移動する薄い境界層を伴って確立される。貫通孔６０８および選択的に開口７０８が、この層流を乱し、第１の材料１１０の局所的な圧縮および減圧を生じさせ得る。減圧サイクルにおける圧力が充分に低い場合、ボイド（キャビテーション気泡）が材料に形成される。キャビテーション気泡は、局所的な低圧の領域が図１５に示されるようにホスト材料および注入材料を引き寄せるため、竜巻のような環流パターン５９９０を生み出す。キャビテーション気泡が崩壊するときに、きわめて高い圧力が生じる。２つの整列した開口（例えば、開口７０８のうちの１つと、貫通孔６０８のうちの１つ）が互いを通り過ぎるとき、振動（衝撃波）が生じ、大きなエネルギーを生成する。キャビテーションおよび振動に関連するエネルギーが、第１の材料１１０および第２の材料１２０を、おそらくは分子レベルできわめて高い程度にまで混合させる。
【０１１１】
ロータ６００の接線方向の速度、および１回転につき互いを通過する開口の数が、混合装置１００の周波数を決定付けることができる。混合装置１００を超音波の周波数範囲において動作させると、多くの用途において有益であり得ることが、明らかになっている。混合装置１００を超音波領域の周波数で動作させることで、流体分子の結合角をシフトさせるべく最大の振動衝撃波がもたらされ、結合角のシフトによって、流体分子が、通常であれば保持することができないさらなる量の第２の材料１２０を運ぶことができるようになると考えられる。混合装置１００が拡散装置として使用される場合、混合装置１００の動作周波数が、拡散の度合いを左右し、第２の材料１２０（注入材料）の第１の材料１１０（ホスト材料）中でのはるかに長い持続をもたらすようにみえる。
【０１１２】
次に、図１８を参照すると、ロータ６００の別の実施形態であるロータ６０００が提示されている。混合チャンバ３３０内で第１の材料１１０に生じるキャビテーションを、混合チャンバ３３０の長さに沿って異なる周波数で生じるように構成することができる。キャビテーションの周波数を、ロータ６００の長さに沿った貫通孔６６０８の数および／または配置を変えることによって、変化させることができる。貫通孔６６０８のそれぞれは、貫通孔６０８（上述）と実質的に同様であってよい。
【０１１３】
これに限定されるわけではない例として、ロータ６０００を、３つの別個の典型的なセクション６１００、６２００、および６３００に分割することができる。貫通孔６６０８の密度が、セクション６１００からセクション６２００へと増加しており、セクション６１００の穴の数は、セクション６２００の穴の数よりも多い。さらに、貫通孔６６０８の密度は、セクション６２００からセクション６３００へと増加しており、セクション６２００の穴の数は、セクション６３００の穴の数よりも多い。セクション６１００、６２００、および６３００のそれぞれが、形成されている貫通孔６６０８の数の相違のために、それらの特定の領域において異なる周波数で振動を生じさせる。
【０１１４】
ロータ６０００を、所望の数の貫通孔６６０８を特定の領域に適切に配置して製造することで、混合チャンバ３３０における振動について、所望の周波数を定めることができる。同様に、キャビテーションの所望の周波数を、所望の数の開口７０８を内側でロータ６００が回転するステータ７００上の特定の領域に適切に配置することによって、定めることができる。さらに、混合チャンバ３３０における振動の所望の（１つ以上の）周波数を、ステータ７００に形成される開口７０８の特定の数および配置ならびにロータ６００に形成される貫通孔６０８の特定の数および配置の両者を、選択することによって達成することができる。
【０１１５】
図１９〜２１は、ステータ７００に形成される開口７０８およびロータ６００に形成される貫通孔６０８について、生成されるキャビテーションに関して様々な結果を達成するように構成された種々の構成配置の選択肢を示している。図１９は、ロータ６００の回転軸「α」を通って引かれるいかなる線（例えば、線７０１０）とも平行でない軸７０００に沿って、開口７０８および貫通孔６０８が整列している構成を示している。換言すると、ロータ６００が円筒形である場合、軸７０００が、ロータ６００の中心を通過しない。その結果、混合チャンバ３３０内の第１の材料１１０が、開口７０８および貫通孔６０８によって生成される圧縮および減圧に対して直角を向かない。代わりに、圧縮および減圧が、混合チャンバ３３０内の第１の材料１１０の周方向の流れ（図９の矢印「Ｃ３」の方向）に平行な成分を少なくとも有する力のベクトルを有する。
【０１１６】
開口７０８および貫通孔６０８の互いの整列も、混合チャンバ３３０におけるキャビテーションの生成に影響を及ぼすことができる。図２０が、開口７０８が混合チャンバ３３０の全体にわたって貫通孔６０８に一致している実施形態を示している。この実施形態において、ロータ６００が回転すると、ロータの貫通孔６０８がステータ７００の開口７０８に真っ直ぐに整列する。互いに真っ直ぐに整列しているとき、開口７０８および貫通孔６０８によって生成される圧縮および減圧の力は、互いに真っ直ぐに整列する。
【０１１７】
図２１に示した実施形態においては、開口７０８および貫通孔６０８が、回転軸「α」に沿って或るオフセット量「Ｘ」だけずらされている。これに限定されるわけではないが、例として、オフセット量「Ｘ」を、開口７０８のサイズの関数として決定することができる。例えば、オフセット量「Ｘ」は、開口７０８の直径の半分にほぼ等しくてよい。あるいは、オフセット量「Ｘ」を、貫通孔６０８のサイズの関数として決定することができる。例えば、オフセット量「Ｘ」は、貫通孔６０８の直径の半分にほぼ等しくてよい。特徴（例えば、凹所、突起、など）が、貫通孔６０８および開口７０８に代え、あるいは貫通孔６０８および開口７０８に加えて、ロータ６００またはステータ７００に備えられる場合には、オフセット量「Ｘ」を、そのような特徴のサイズの関数として決定することができる。この態様で、ステータ７００の開口７０８およびロータ６００の貫通孔６０８によって引き起こされる圧縮および減圧の力が、わずかにずれて衝突し、混合チャンバ３３０内に追加の回転およびねじりの力を生じさせる。これらの追加の力が、混合チャンバ３３０における第２の材料１２０の第１の材料１１０への混合（例えば、拡散作用）を増大させる。
【０１１８】
次に、図２２〜２５を参照すると、開口７０８および貫通孔６０８の適切な断面形状について、これらに限定されるわけではない例が提示されている。開口７０８および／または貫通孔６０８の断面形状は、図２２に示されるような四角、図２３に示されるような円、などであってよい。
【０１１９】
開口７０８および／または貫通孔６０８の様々な断面形状を、ロータ６００がステータ７００の内側で回転するときの第１の材料１１０の流れを変えるために、使用することができる。例えば、図２４は、狭い部分７０２０を広い部分７０２２の反対側に有している涙滴形の断面形状を示している。貫通孔６０８がこの涙滴形状を有する場合、ロータ６００の回転時（概して矢印「Ｆ」によって示されている方向）に、混合チャンバ３３０内の第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０に加わる力が、材料が涙滴の広い部分７０２２から狭い部分７０２０へと通過するにつれて増加する。
【０１２０】
追加の回転力を、開口７０８および／または貫通孔６０８を図２５に示されるような渦巻き形態を備えて形成することによって、混合チャンバ３３０へと導入することができる。渦巻き形態を有する開口７０８および／または貫通孔６０８へと流入および流出する材料は、渦巻き形態によって引き起こされる回転力に直面する。図２２〜２５に示した例は、混合装置１００において使用することができるいくつかの実施形態について、これらに限られるわけではない例示を提供している。当業者であれば、開口７０８および／または貫通孔６０８を、混合チャンバ３３０内の材料の混合に適した様々な振動および攪拌力を達成するために、多数の態様に構成できるであろう。
【０１２１】
（二重層効果）
混合装置１００を、界面動電効果（後述）をさらに助ける複合混合をもたらす複合の動的乱流を伴う第１の材料１１０および第２の材料１２０の複合かつ非線形な流体力学的相互作用によって、出力材料１０２を生成するように構成することができる。これらの界面動電効果の結果を、出力材料１０２において、出力材料内で安定化された溶媒和電子の形態など、電荷の再分配および酸化還元反応として観察することができる。
【０１２２】
表面基のイオン化または解離ならびに／あるいは液体からのイオンの吸着は、液体に接触しているほとんどの固体表面を帯電させる。図２６を参照すると、電気二重層（「ＥＤＬ」）７１００が、液体７１２０に接触している典型的な表面７１１０の周囲に形成されている。ＥＤＬ７１００において、或る帯電のイオン７１２２（この場合には、負に帯電したイオン）が、表面７１２０へと吸着し、典型的にはＳｔｅｒｎ層と称される表面層７１２４を形成する。表面層７１２４が、逆の帯電かつ等しい大きさの対イオン７１２６（この場合には、正に帯電したイオン）を引き付け、これが表面層７１２４の下方に対イオン層７１２８を形成し、典型的には拡散層と称される。対イオン層７１２８は、表面層７１２４よりもより拡散して分布し、下方の多量の材料７１３０における両方のイオンの一様かつ等しい分布の上方に位置する。中性水のＯＨ−およびＨ＋イオンについて、Ｇｏｕｙ−Ｃｈａｐｍａｎモデルが、拡散対イオン層が水へと約１ミクロンにわたって広がることを示唆している。
【０１２３】
特定の態様によれば、上述の界面動電効果が、帯電した表面７１１０に隣接する液体７１２０の移動によって引き起こされる。液体７１２０（例えば、水、生理食塩水、など）において、表面層７１２４を形成している吸着イオン７１２２は、たとえ液体７１２０が移動している（例えば、矢印「Ｇ」によって示される方向に流れている）ときでも表面７１２０へと固定されているが、せん断面７１３２が、表面７１２０から離れて拡散対イオン層７１２８に存在している。したがって、液体７１２０が移動するとき、拡散対イオン７１２６の一部が、表面７１２０から運び去られる一方で、吸着したイオン７１２２は、表面７１２０にとどまる。これが、いわゆる「荷電電流」を生む。
【０１２４】
混合チャンバ３３０において、第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０に、ステータ７００の内表面７０５および／またはロータ６００の外表面６０６によって生成される電磁界、内表面７０５と外表面６０６との間の電圧、ならびに／あるいは第１の材料１１０に形成された少なくとも１つのＥＤＬによって引き起こされる界面動電効果（例えば、荷電電流）が加わる。少なくとも１つのＥＤＬは、ステータ７００の内表面７０５およびロータ６００の外表面６０６の少なくとも一方によって第１の材料１１０へと導入することができる。
【０１２５】
第１の材料１１０が混合チャンバ３３０を通って表面の乱れ（例えば、貫通孔６０８および開口７０８）に対して移動することで、混合チャンバ３３０内の第１の材料１１０にキャビテーションが生じ、これが第２の材料１２０を第１の材料１１０へと拡散させることができる。これらのキャビテーションが、第１の材料１１０および／または第２の材料１２０のステータ７００の内表面７０５に形成された電気二重層および／またはロータ６００の外表面６０６に形成された電気二重層との接触を増進できる。混合チャンバについて体積に対する表面の比が大きいこと、および混合チャンバにおける全材料の滞留時間が増すことに、平均の気泡サイズがより小さい（したがって、気泡の表面積が大幅に大きい）ことが組み合わさって、ＥＤＬの介在による効果が本発明の出力材料へと効果的に付与される。
【０１２６】
内表面７０５および外表面６０６が、ステンレス鋼などの金属材料から作られる実施形態においては、液体７１２０の移動および／または荷電電流が、内表面７０５および外表面６０６においてＨ２Ｏ、ＯＨ−、Ｈ＋、およびＯ２が関係する酸化還元反応を促進する。
【０１２７】
図２７を参照すると、理論に拘束されるわけではないが、内表面７０５と外表面６０６との間の混合チャンバ３３０の部位７１４０を、１対の平行なプレート７１４２および７１４４としてモデル化できると考えられる。第１の材料１１０が液体である場合、第１の材料１１０は、導入口「ＩＮ」を通って部位７１４０に進入し、排出口「ＯＵＴ」を通って部位７１４０を出る。導入口「ＩＮ」および排出口「ＯＵＴ」が、部位７１４０への流れおよび部位７１４０からの流れを制限する。
【０１２８】
図２８を参照すると、平行なプレート７１４２と７１４４との間の領域は、大きな表面積−体積の比を有している。したがって、対イオン層７１２８（および、対イオン７１２６）のかなりの部分が、第１の材料１１０がプレート７１４２と７１４４との間を移動するときに、移動することができる。移動する対イオン７１２６の数が、導入口「ＩＮ」によって部位７１４０への進入が許される数、および排出口「ＯＵＴ」によって部位７１４０からの流出が許される数を、超える可能性がある。部位７１４０への第１の材料１１０の供給および部位７１４０からの第１の材料１１０の除去をそれぞれ行う導入口「ＩＮ」および排出口「ＯＵＴ」は、平行なプレート７１４２および７１４４よりもはるかに小さい表面積（および、より小さな表面積−体積の比）を有しており、したがって部位７１４０へと進入する第１の材料１１０および部位７１４０を出る第１の材料１１０において移動している対イオン７１２６の割合を少なくする。したがって、部位７１４０への進入および流出は、荷電電流を局所的に増加させる。いずれかの表面上を流れる第１の材料１１０によって引き起こされるバックグラウンド荷電電流（矢印「ＢＳＣ」によって示されている）が、混合装置１００内に常に存在する一方で、プレート７１４２および７１４４が、部位７１４０において増加の「余分な」荷電電流（矢印「ＥＳＣ」によって示されている）を導入する。
【０１２９】
プレート７１４２および７１４４に第１の材料１１０の流れの方向と反対の導電性の戻り電流（矢印「ＲＣ」によって示されている）がないと、吸着しているイオン７１２２と同じ符号を有する余分な電荷７１４６が、導入口「ＩＮ」の付近に蓄積し、対イオン７１２６と同じ符号を有する余分な電荷７１４８が、排出口「ＯＵＴ」の付近に蓄積すると考えられる。このようにして蓄積される電荷７１４６および７１４８は、反対であって互いに引き合い、無制限に蓄積することはできないため、蓄積した電荷は、導電手段によって結合しようとする。プレート７１４２および７１４４が完璧に電気絶縁性である場合、蓄積した電荷７１４６および７１４８は、第１の材料１１０そのものを通ってのみ移動することができる。導電性の戻り電流（矢印「ＲＣ」によって示されている）が、部位７１４０における余分な荷電電流（矢印「ＥＳＣ」によって示されている）に実質的に等しい場合、正味の余分な荷電電流がゼロである定常状態が達成され、導入口「ＩＮ」の付近の余分な電荷７１４６と排出口「ＯＵＴ」の付近の余分な電荷７１４８との間の静電電位の差が、両者の間に定常状態の電荷の分離を生じさせる。
【０１３０】
電荷の分離の量、したがって導入口「ＩＮ」の付近の余分な電荷７１４６と排出口「ＯＵＴ」の付近の余分な電荷７１４８との間の静電電位の差は、イオン（すなわち、イオン７１２２および７１２６）の無い液体によって得ることができる流量に近似する液体の流量を生み出すべく対向する電界（電荷の分離によって生成される）に逆らって電荷を「押す」ためにポンプ（例えば、ロータ６００、内部のポンプ４１０、および／または外部のポンプ２１０）によって供給される単位電荷当たりの追加のエネルギーに依存する。プレート７１４２および７１４４が絶縁体である場合、静電電位の差は、ポンプ（例えば、ロータ６００、内部のポンプ４１０、および／または外部のポンプ２１０）が生成できるＥＭＦの直接の指標である。この場合、１対のリードを有する電圧計を使用し、一方のリードを導入口「ＩＮ」の付近の第１の材料１１０に配置し、他方のリードを排出口「ＯＵＴ」の付近の第１の材料１１０に配置することによって、静電電位の差を測定することができる。
【０１３１】
絶縁プレート７１４２および７１４４では、戻り電流は、第１の材料１１０を通過するイオンの伝導のみを含む点で、純粋にイオン電流（または、イオンの流れ）である。より導電性である経路を通過する他の導電機構が、導入口「ＩＮ」の付近の余分な電荷７１４６と排出口「ＯＵＴ」の付近の余分な電荷７１４８との間に存在する場合には、戻りの電流は、それらのより導電性である経路を使用することができる。例えば、導電性の金属プレート７１４２および７１４４が、より導電性である経路を提供できるが、それらのより導電性である経路は、電子電流のみを伝えて、イオン電流を伝えない。
【０１３２】
当業者であれば理解できるとおり、イオンが保持している電荷を金属中の１つ以上の電子に移し、あるいはこの反対を行うためには、１つ以上の酸化還元反応が、金属の表面において生じなければならず、反応生成物が生じる。第１の材料１１０が水（Ｈ２Ｏ）であって、第２の材料１２０が酸素（Ｏ２）であると仮定すると、負の電荷を導電プレート７１４２および７１４４に注入するであろう酸化還元反応の例として、これに限定されるわけではないが、以下の公知の半電池反応が挙げられる。
【０１３３】
Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→Ｏ３＋２Ｈ＋＋２ｅ−
やはり、第１の材料１１０が水（Ｈ２Ｏ）であって、第２の材料１２０が酸素（Ｏ２）であると仮定すると、負の電荷を導電プレート７１４２および７１４４から取り出すであろう酸化還元反応の例として、これに限定されるわけではないが、以下の公知の半電池反応が挙げられる。
【０１３４】
２Ｈ＋＋ｅ−→Ｈ２
導電性の金属プレート７１４２および７１４４の場合には、戻りの電流の大部分が、電子電流であると考えられる。なぜならば、（酸化還元反応が充分に高速であって、制約要因にならないならば）導電性のプレート７１４２および７１４４が、第１の材料１１０よりも導電性であるからである。導電性の金属プレート７１４２および７１４４においては、導入口「ＩＮ」と排出口「ＯＵＴ」との間に蓄積する電荷の分離がより小さく、両者の間に存在する静電電位がはるかに小さい。しかしながら、このことは、ＥＭＦがより小さいことを意味しない。
【０１３５】
上述のように、ＥＭＦは、電荷の分離によって生成される反対向きの電界に逆らって第１の材料１１０の流れを促進するために、ポンプがもたらす単位電荷当たりのエネルギーに関係する。静電電位がより小さいため、ポンプが第１の材料１１０を流すべく供給する単位電荷当たりのエネルギーが、より少なくてよい。しかしながら、上述の例の酸化還元反応は、必ずしも自然に生じるわけではなく、したがって、ポンプによってもたらすことができる仕事の入力を必要とするかも知れない。したがって、（より小さい静電電位の差に反映されない）ＥＭＦの一部を、酸化還元反応を駆動するために必要なエネルギーをもたらすために使用することができる。
【０１３６】
換言すると、絶縁性のプレート７１４２および７１４４において電荷の分離によって生成される反対向きの電界に逆らって押すために、ポンプによってもたらされる圧力差と同じ圧力差を、導電性のプレート７１４２および７１４４を通って電荷を「押す」目的ならびに酸化還元反応を駆動する目的の両者に使用することができる。
【０１３７】
図２９を参照すると、本発明の発明者が行った実験のための実験装置が提示されている。実験装置は、それぞれが脱イオン水７１５３を含んでいる１対の実質的に同一な５００ｍｌの標準的な三角フラスコ７１５０および７１５２を、間隔を空けて配置して備えている。ゴム栓７１５４を、それぞれのフラスコ７１５０および７１５２の開いた端部に挿入した。栓７１５４は、それぞれ中空チューブ７１５６、正電極７１５８、および負電極７１６０用である３つの通路を備えている。それぞれのフラスコ７１５０および７１５２に関して、空チューブ７１５６、正電極７１５８、および負電極７１６０のそれぞれは、すべてフラスコの外部から栓７１５４を貫き、フラスコ内の脱イオン水７１５３へと延びている。正電極７１５８および負電極７１６０は、ステンレス鋼から作られている。両方のフラスコ７１５０および７１５２の中空チューブ７１５６は、開いた端部７１６２を共通の酸素源７１６４に接続して有している。フラスコ７１５２に挿入された正電極７１５８および負電極７１６０は、それぞれＤＣ電源７１６８の正の端子および負の端子に接続されている。それぞれのフラスコにおいて、正確に同じスパージャーを使用した。
【０１３８】
酸素を、約１ＳＣＦＨ〜約１．３ＳＣＦＨ（組み合わせの流量）の流量（Ｆｅｅｄ）で中空チューブ７１５６を通って両方のフラスコ７１５０および７１５２へと流した。フラスコ７１５２へと挿入した正電極７１５８と負電極７１６０との間に約２．５５ボルトの電圧を印加した。この値は、すべての酸素の種に影響を及ぼすために充分な電気化学的電圧の値であると考えられるため、選択された。この電圧を、３〜４時間にわたって連続的に印加し、その間、供給源７１６４からの酸素を、それぞれのフラスコ７１５０および７１５２の脱イオン水７１５３へとバブリングした。
【０１３９】
ＨＲＰおよびピロガロールでのフラスコ７１５０内の脱イオン水７１５３の試験が、本明細書に記載の種々のロータ／ステータの実施形態にて生成される流体の特性に一致するＨＲＰ媒介のピロガロール反応活性を与えた。ＨＲＰの光学密度は、同等の酸素含有量の圧力ポットまたは微細気泡溶液に比べて約２０％高かった。この実験の結果は、混合チャンバ３３０内での混合が、酸化還元反応を含んでいることを示している。特定の態様によれば、本発明の混合チャンバは、本発明の出力溶液内の酸素豊富な水構造によって安定にされ、あるいはプロセスにおける電気的効果ゆえに存在する何らかの形態の酸素種によって安定にされた追加の電子を含んでいる出力材料をもたらす。
【０１４０】
さらに、両方のフラスコ７１５０および７１５２の脱イオン水７１５３を、オゾンおよび過酸化水素の両者について、過酸化水素について０．１ｐｐｍの感度を有し、オゾンについて０．６ｐｐｍの感度を有している業界標準の比色試験アンプルを使用して試験した。どちらの種についても、それらのアンプルの検出限界まで、陽性の徴候は存在しなかった。
【０１４１】
（滞留時間）
滞留時間は、第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０が、混合チャンバ３３０において費やす時間の長さである。混合チャンバ３３０の長さの混合チャンバ３３０の直径に対する比が、滞留時間に大きく影響しうる。この比が大きいほど、滞留時間は長くなる。背景技術のくだりで述べたように、従来技術の装置１０（図１を参照）のロータ１２は、約７．５００インチの直径および約６．０００インチの長さを有しており、約０．８という直径に対する長さの比をもたらしている。対照的に、特定の実施形態において、混合装置１００の混合チャンバ３３０の長さは、約５インチであり、ロータ６００の直径「Ｄ１」は、約１．６９インチであり、約２．９５という直径に対する長さの比をもたらしている。
【０１４２】
滞留時間は、第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０が、本明細書において説明した界面動電現象と相互作用できる時間の長さを表わしている。従来技術の装置１０が、毎分約６０ガロンの出力材料１０２を生成するように構成され、混合装置１００が、毎分約０．５ガロンの出力材料１０２を生成するように構成され、従来技術の装置１０（図１を参照）が、約０．０５秒という流体滞留時間を有する一方で、混合装置１００の実施形態は、約０．３５秒という大幅に長い（約７倍長い）滞留時間を有している。このより長い滞留時間が、第１の材料１１０、第２の材料１２０、および選択的な第３の材料１３０について、従来技術の装置１０において可能であるよりも約７倍も長く、互いの相互作用および混合チャンバ３３０内の表面６０６および７０５（図７を参照）との相互作用を可能にする。
【０１４３】
下記の表１を参照すると、上述の滞留時間が、最初に各装置について流量（単位は、ガロン／秒）を決定することによって計算されている。この場合、従来技術の装置１０が、毎分約６０ガロンの出力材料において動作するように構成されている一方で、混合装置１００は、毎分約０．５ガロンの出力材料という最適範囲を含むより広い範囲の流量にわたって動作するように構成されている。次いで、流量が、「ガロン／秒」の流量を１ガロンの立方インチ数（すなわち、２３１立方インチ）で乗算することによって、「立方インチ／秒」へと変換される。次いで、従来技術の装置１０のチャネル３２の容積（１２．８７６立方インチ）を、装置の流量（２３１立方インチ／秒）によって除算して、滞留時間（単位は、秒）が得られ、混合装置１００の混合チャンバ３３０の容積（０．６７３立方インチ）を、装置の流量（１．９２５立方インチ／秒）によって除算することによって、滞留時間（単位は、秒）が得られる。
【０１４４】
【表１】
0005608717.tif 000002
（注入の速度）
混合装置１００の特定の態様は、従来技術の装置１０（図１を参照）などの従来技術よりも向上した酸素注入速度を提供する。第１の材料１１０が水であって、第２の材料１２０が酸素である場合、この両者が、２０℃またはその付近で、ただ１回の通過（すなわち、図２の戻りブロックが「いいえ」に設定される）にて混合装置１００によって処理され、出力材料１０２が、約４３．８パーツ・パー・ミリオンという溶存酸素レベルを有する。特定の態様において、約４３．８ｐｐｍの溶存酸素を有する出力材料が、本発明の非加圧（非圧力ポット）法により、本発明の流れによって、約３５０ミリ秒で生成される。対照的に、第１の材料１１０（水）および第２の材料１２０（酸素）の両者が、従来技術の装置１０によって、２０℃またはその付近で、ただ１回の通過にて処理される場合、出力材料の溶存酸素レベルは、５６ミリ秒のただ１回の通過にてわずかに３５パーツ・パー・ミリオンにすぎない。
【０１４５】
（出力材料１０２）
第１の材料１１０が液体（例えば、真水、生理食塩水、ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）、など）であって、第２の材料１２０がガス（例えば、酸素、窒素、など）である場合、混合装置１００が、第２の材料１２０を第１の材料１１０に拡散させることができる。以下において、混合装置１００によって処理されることによってもたらされる出力材料１０２の１つ以上の特性を明らかにするために、出力材料１０２について行った分析の結果を検討する。
【０１４６】
第１の材料１１０が生理食塩水であって、第２の材料１２０が酸素ガスである場合、実験結果から、生理食塩水中に生成された酸素の泡の大部分が、０．１ミクロン以下のサイズであることが示されている。
【０１４７】
（溶存酸素レベルの低下）
次に、図３０を参照すると、混合装置１００において酸素豊富にされて、５００ｍｌの薄肉プラスチック瓶および１０００ｍｌのガラス瓶に少なくとも３６５日にわたって保存された水中のＤＯレベルが示されている。それぞれの瓶にキャップをし、華氏６５度で保存した。図に見ることができるとおり、酸素豊富にした流体のＤＯレベルが、少なくとも３６５日にわたってかなり一定のままである。
【０１４８】
図３１を参照すると、混合装置１００において酸素豊富にされて、５００ｍｌのプラスチック薄肉瓶および１０００ｍｌのガラス瓶に保存された水中のＤＯレベルが示されている。どちらの瓶も、華氏３９度で冷蔵した。やはり、酸素豊富にした流体のＤＯレベルが、少なくとも３６５日にわたって安定に保たれ、わずかしか低下していない。
【０１４９】
次に、図３２を参照すると、混合装置１００において酸素豊富にされて、３２オンスのＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）瓶に保存されたＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）中の溶存酸素レベルが示されており、キャップ付けにおける平均温度は華氏５５度である。その後に、ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）瓶を、キャップ付けと開封との間、華氏３８度で冷蔵した。実験の際に、別々のボトルをそれぞれ２０、６０、および９０日で開封し、内部に保存されているＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）のＤＯレベルを測定した。
【０１５０】
第１のグループのＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）瓶のＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）は、華氏約５６度で、混合装置１００において酸素で処理されている。瓶詰め時のＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）のＤＯレベルは、点８１０４によって示されるとおり、約５０ｐｐｍであった。第１のボトルをおよそ２０日で開き、ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）のＤＯレベルを割り出したところ、点８１０６によって示されるとおり約４７ｐｐｍであった。その後に、第２のボトルを６０日で開き、ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）のＤＯレベルを測定したところ、点８１０８によって示されるとおり約４４ｐｐｍであった。最後に、第３のボトルを９０日で開き、ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）のＤＯレベルを割り出したところ、点８１１０によって示されるとおり４０ｐｐｍをわずかに下回っていた。
【０１５１】
第２のグループのＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）瓶のＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）は、華氏約５２度で、混合装置１００において酸素で処理されている。このグループの瓶に保存されたＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）の初期のＤＯレベルは、点８１１２によって示されるとおり４５ｐｐｍであった。２０日目に開かれたボトルのＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）は、点８１１４によって示されるとおり、４５ｐｐｍよりも少しだけ低いＤＯレベルを有していた。ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）の第２の瓶を６０日目に開いたところ、内部のＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）は、４１ｐｐｍをわずかに超えるＤＯレベルを有していた。最後に、ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）の第３の瓶を９０日目に開いたところ、内部のＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）は、点８１１６によって示されるとおり約３９ｐｐｍのＤＯレベルを有していた。上述のように、プラスチックおよびガラス瓶での水の試験（図３１を参照）に関して、ＤＯレベルが９０日の期間にわたって比較的高いレベルを維持し、３２オンスのＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）瓶に保存された通常の（処理なしの）ＧＡＴＯＲＡＤＥ（登録商標）中に存在するレベルよりも大幅に高いままであることを、見て取ることができる。点８０１０が、蓋付きＰＥＴ瓶内の本発明の出力流体に対応するレベルである。
【０１５２】
図３３は、混合装置１００において酸素によって処理され、琥珀ガラス瓶において標準温度および圧力に保たれた５００ｍｌのブラウン平衡塩溶液のＤＯ保持を示している。処理前の溶液のＤＯレベルは、５ｐｐｍである。混合装置１００での処理後に、ＤＯレベルは、約４１ｐｐｍへと上昇した（点８２０２として示されている）。処理の１時間後に、ＤＯレベルは、点８２０４によって示されるとおり約４０ｐｐｍへと低下した。処理の２時間後に、ＤＯレベルは、点８２０６によって示されるとおり約３６ｐｐｍへと低下した。処理の３時間後に、ＤＯレベルは、点８２０８によって示されるとおり約３４ｐｐｍへと低下した。処理のおよそ４時間半後に、塩溶液のＤＯレベルは、３０ｐｐｍをわずかに超える値へと低下した。最後の測定を、処理の６時間後のわずかに前に行ったところ、ＤＯレベルは約２８ｐｐｍへと低下していた。このように、図３０〜３３に示した実験のそれぞれが、ＤＯレベルが長い期間にわたって比較的高いレベルに保たれることを示している。
【０１５３】
出力材料１０２を、人間が消費する可能性があるため、混合装置１００を構成するために使用される材料は、食品および／または薬品の製造に適していなければならない。これらに限定されるわけではない例として、筐体５２０、筐体５５２０、ロータ６００、ステータ７００、およびステータ５７００を、すべてステンレス鋼から製作することができる。
【０１５４】
（気泡サイズの測定）
混合装置１００によって流体内に拡散させたガスの気泡のサイズを割り出すために、実験を行った。実験を、気泡のサイズを直接的に測定するように実行したのではなく、流体内のガスの気泡の大部分の気泡サイズが０．１ミクロンよりも小さいことを確認する実験を行った。換言すると、気泡の大部分のサイズが包含される上側のサイズ閾値を、実験によって割り出した。
【０１５５】
このサイズ閾値またはサイズ限界を、混合装置１００にて流体およびガスを処理することによって形成した出力材料１０２を、０．２２のフィルタおよび０．１ミクロンのフィルタに通すことによって明らかにした。これらの試験の実行において、この場合には流体である或る量の第１の材料１１０およびこの場合にはガスである或る量の第２の材料１２０を、混合装置１００に通し、或る量の出力材料１０２（すなわち、ガスを拡散させてなる流体）を生成した。６０ミリリットルの出力材料１０２を、６０ｍｌのシリンジに流し込んだ。流体のＤＯレベルを、Ｗｉｎｋｌｅｒ滴定によって測定した。シリンジ内の流体を、０．２２ミクロンのフィルタを通して５０ｍｌのビーカーへと注入した。フィルタは、ＭｉｌｉｐｏｒのＭｉｌｌｅｘ  ＧＰ５０フィルタからなっていた。次いで、５０ｍｌのビーカー内の材料のＤＯレベルを測定した。実験を３回実行し、下記の表２に示す結果を得た。
【０１５６】
【表２】
0005608717.tif 000003
見て取ることができるとおり、シリンジ内で測定したＤＯレベルと５０ｍｌのビーカー内で測定したＤＯレベルとが、出力材料１０２を０．２２ミクロンのフィルタに通したにもかかわらず、大きくは変化していない。この実験は、出力材料１０２内の溶存ガスの気泡が、０．２２ミクロン以下であるということを意味している。そのようでないならば、０．２２ミクロンのフィルタに通された出力材料１０２のＤＯレベルに、はるかに大きな減少が存在するはずである。
【０１５７】
０．２２ミクロンのフィルタを０．１ミクロンのフィルタで置き換えて、第２の試験を実行した。この実験においては、混合装置１００において生理食塩水を酸素で処理し、出力材料１０２のサンプルを、フィルタ処理なしの状態で収集した。フィルタ処理なしのサンプルのＤＯレベルは、４４．７ｐｐｍであった。出力材料１０２を、０．１ミクロンのフィルタを使用してフィルタ処理し、２つのさらなるサンプルを収集した。第１のサンプルのＤＯレベルは、４３．４ｐｐｍであった。第２のサンプルのＤＯレベルは、４１．４ｐｐｍであった。次いで、フィルタを取り除き、最後のサンプルをフィルタ処理なしの出力材料１０２から得た。最後のサンプルは、４５．４ｐｐｍのＤＯレベルを有していた。これらの結果は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅの０．２２ミクロンのフィルタを使用して観察された結果に一致している。これらの結果から、０．１ミクロンのフィルタに通した出力材料１０２のＤＯレベルが、わずかにしか減少しておらず、処理後の生理食塩水中の気泡の大部分が０．１ミクロン以下のサイズであるということを示しているという結論が導かれる。
【０１５８】
この技術分野において理解されるとおり、（界面の）二重層（ＤＬ）は、液体内に配置された物体の表面に現れる。この物体は、例えば、固体表面（例えば、ロータおよびステータの表面）、固体粒子、気泡、液滴、または多孔質体の物体であってよい。混合装置１００において、気泡の表面が、界面動電二重層効果のために利用することができる混合チャンバ内に存在する全表面積のうちの大きな割合を呈する。したがって、本明細書のどこかで説明される表面積および保持時間の態様に加えて、ミキサ１００において生成される気泡のサイズが従来技術の装置１０に比べて小さいことも、本明細書に開示の全体的な界面動電効果および出力流体の特性に、少なくとも或る程度は貢献できる。具体的には、好ましい実施形態において、ミキサ１００によって示されるとおり、ガスのすべてが、ロータの開口を介して導入される（ステータの開口を通って導入されるガスがない）。ロータは、高速（例えば、３，４００ｒｐｍ）で回転しており、ロータの表面またはその付近に大きなせん断力を生成しているため、回転しているロータの表面の開口を介して導入され、それらに隣接している気泡の気泡サイズは、静止しているステータを介して導入され、静止しているステータの付近にある気泡の気泡サイズに比べ、大幅に小さく（２〜３倍小さく）なると予想される。このように、従来技術の装置１０の平均気泡サイズは、ガスの少なくとも半分が静止しているステータの開口から混合チャンバへと導入されるため、大幅に大きくなる可能性がある。球表面の表面積はｒ２によって変化するため、混合装置１００の界面動電効果の表面積のうちのそのような気泡の寄与分は、従来技術の拡散装置１０のそれに比べて大幅に大きくなりうる。
【０１５９】
したがって、理論に拘束されるわけではないが、混合装置１００の混合チャンバが、（ｉ）従来技術の装置１０に比べて大幅に大きい表面−容積の比（従来技術の装置１０が、１０．９という表面−容積の比を有する一方で、本ミキサ１００は、３９．４という表面−容積の比を有する）を、（ｉｉ）７倍も長い滞留時間とともに有するだけでなく、（ｉｉｉ）電流出力溶液の独自の特性が、混合装置１００における大幅に大きな気泡の表面積からの寄与を反映することができる。これらの際立つ態様は、本発明の混合装置１００の際立った特徴を反映しており、それぞれ本発明の出力材料／流体の独自の界面動電特性に寄与すると考えられる。
【０１６０】
（スパージング効果）
図３４および３５が、混合装置１００を通過する流体（例えば、第１の材料１１０）への混合装置１００のスパージング作用を示している。スパージングは、溶液に不活性ガスを「バブリング」することで、溶液から別の溶存ガスを除去することを指す。図３４および３５に示した例のそれぞれにおいて、第２の材料１２０は、窒素である。出力材料１０２中の溶存酸素のレベルを、様々な時点において測定した。図に見て取ることができるとおり、窒素ガスが、混合装置１００を通過する流体から酸素をスパージし、流体のＤＯレベルを或る時間期間にわたって減少させている。
【０１６１】
混合装置１００を使用して水を窒素によってスパージする別の実験の結果が、図３４に示されている。２組の実験を実行した。第１の実験は、１ＳＣＦＨ（標準立方フィート／時）というガス流量であり、第２の実験は、０．６ＳＣＦＨというガス流量である。流体の流量は、約０．５ｇａｌ／分とした。見て取ることができるとおり、処理の開始時、それぞれの実験のＤＯレベルは、およそ９ｐｐｍであった。わずか１分後に、ＤＯレベルは、５ｐｐｍをわずかに上回る値まで低下した。２分間で、ＤＯレベルはほぼ２．５ｐｐｍへと低下した。ＤＯレベルは、約６分で、ゼロ（０）をわずかに上回る最小レベルで横ばいになるように見受けられる。このように、窒素が、比較的素早く水から酸素をスパージする。
【０１６２】
図３５は、標準の温度および圧力の８ガロンのタンクの過酸化水素水のスパージングを示している。水中のＤＯの減少速度が、線８６０２によって示されている。見て取ることができるとおり、最初に、過酸化水素水は約４２ｐｐｍというＤＯレベルを有していた。混合装置１００による２分間の処理の後において、窒素が過酸化水素水をスパージすることで、ＤＯレベルが２０ｐｐｍをわずかに上回る値までに低下していた。６分間で、ＤＯレベルは、４０ｐｐｍ超からわずか６ｐｐｍまで低下した。過酸化水素水のＤＯレベルは、処理の開始から約１４分で、ゼロ（０）をわずかに上回る最小値に達した。このように、上述のスパージング実験は、過酸化水素水を混合装置１００でかなり短い時間だけ処理することによって、混合装置１００が水から酸素を素早くスパージして、酸素を窒素などの別のガスで置換できることを示している。換言すると、ＤＯの減少にもかかわらず、流体内の全ガス分圧がほぼ同じレベルのままであるため、窒素が流体内の酸素を置き換えている。
【０１６３】
これらの図は、水から酸素をスパージするために窒素を水へと拡散させることができる態様を示している。しかしながら、任意のガスを、任意の選択された流体から選択されたガスをスパージするために使用することができ、選択された流体から選択されたガスをスパージするために使用されるガスを、選択された流体へと拡散させるために使用することができる。例えば、ここに示した原理は、酸素を用いた水または他の流体からの窒素のスパージにも適用可能である。さらに、溶液中に溶存する任意のガスを、溶液からスパージされるガスに取って代わる別のガスを使用して、溶液からスパージすることができる。換言すると、スパージング用のガスと溶存ガスを含んでいる溶液とを、混合装置１００によって比較的短い時間だけ処理するだけで、溶存ガスを溶液から迅速かつ効率的に取り除くことができる。
【０１６４】
（分子の相互作用）
何人かの物理学者が、水の量子的性質を説明し始めている。これまでは、量子的性質は、１０−１０メートル未満の素粒子に属すると考えられる一方で、我々の日常生活の巨視的世界は、ニュートンの運動の法則に従って挙動する点で、古典的と称されている。巨視的な古典的世界と微視的な量子世界との間が、巨視と微視との間の区別がますます曖昧になっているメゾスコピック領域である。実際、物理学者らは、量子的性質を、ナノメートルからマイクロメートルの範囲の原子および分子の大きな集まりに発見しており、とくには分子が液相中に密に詰め込まれた場合に発見している。
【０１６５】
最近では、化学者らが、クラスタからの分子が希釈につれてサイズを増大させるという驚くべき発見を行っている。これらのクラスタは、数マイクロメートルの直径である。サイズの増大は、希釈につれて非線形に生じ、履歴に依存し、古典化学を無視した振る舞いである。実際、この現象について、未だ説明はない。量子的性質に依存する水の不思議さのさらに別の反映も、存在するであろう。
【０１６６】
１９９０年代の中頃に、量子物理学者であるｄｅｌ  Ｇｉｕｄｉｃｅ  ａｎｄ  ＰｒｅｐａｒａｔａおよびイタリアのＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｉｌａｎの他の同僚が、直径１００ナノメートルの量子コヒーレントドメインが、純水において生じうると論じた。彼らは、コヒーレントドメインの水分子の集団振動が、いかにして最終的に大域的な電磁界の変動に対して位相ロックされた状態になるかを示した。この態様で、長く続く安定な振動を、水中に維持することができる。
【０１６７】
メモリを水に保存できる１つの態様は、水中に溶存する１つ以上の物質（治療薬など）に特有の長く続くコヒーレントな振動を励起することによる。水分子と水中に溶存する物質の分子との間の相互作用が、水の集合構造を変化させ、これが発生する特有のコヒーレント振動を決定すると考えられる。これらの振動が、大域的な場と励起された分子との間の位相結合によって安定化されて維持される場合、たとえ溶存物質が希釈されたときでも、水は、希釈時の他の水に結実することができるコヒーレント振動を、依然として保持することができる。
【０１６８】
溶存物質がますます大きなクラスタを形成するという発見は、振動が同位相であるときに分子間の引き付けの共鳴を伝達でき、希釈液における凝集につながる水中のコヒーレントな場の存在と両立しうる。分子のクラスタのサイズが大きくなるにつれ、その電磁気的特徴も相応に増幅され、水によって保持されるコヒーレント振動を補強する。
【０１６９】
検出可能な水の何らかの物理的特性の変化を予想すべきである。残念ながら、そのようなコヒーレント振動を通常の分光法および核磁気共鳴法によって検出しようとするすべての試みは、あいまいな結果しかもたらしていない。これは、溶存分子のクラスタサイズが、分子の濃度にではなく、希釈の正確な履歴に依存するという発見に照らせば、驚くことではない。
【０１７０】
溶存分子のクラスタサイズの変動および水の詳細な微視的構造にもかかわらず、コヒーレント振動の特異性が依然として存在しうる。通常の検出法は、個々の分子または小さな集合体の微視的粒子の使用に依存するため、成功していない。代わりに、多数の分子におよぶ集合的な全体特性を検出する方法が必要である。いくつかの自明な自薦の可能性は、凝固点および沸点、粘度、密度、拡散性、および磁性の測定である。水の集合的な全体特性の変化を検出するための１つの可能性は、結晶化によるものである。結晶は、分子の巨視的集合から形成される。大域的特性に依存する他の測定と同様に、結晶は、他の方法では検出不能であった個々の分子の微妙な変化を簡単にする。
【０１７１】
図３６を参照すると、ナノスケールのケージ８７００を形成している簡単化されたプロトン化水クラスタを示している。プロトン化水クラスタは、典型的には、Ｈ＋（Ｈ２Ｏ）ｎの形態をとる。いくつかのプロトン化水クラスタは、イオン圏などにおいて自然に生じる。特定の理論に拘束されるわけではないが、特定の態様によれば、本発明の出力材料へと付与された酸素および安定化電子を含む構造など、他の種類の水クラスタまたは構造（クラスタ、ナノケージ、など）が可能である。酸素原子８７０４を、得られる構造８７００に捕まえることができる。半拘束ナノケージの化学が、酸素８７０４および／または安定化電子が長い時間期間にわたって溶存し続けることを可能にする。薬用化合物などの他の原子または分子を、徐放の目的のためにケージに入れることができる。溶液材料および溶存化合物の具体的な化学は、それらの材料の相互作用に依存して決まる。
【０１７２】
混合装置１００によって処理された流体が、クラスタ構造の文脈における流体の分析に矛盾しない種々の構造的特性を呈することが、実験によって示されている。
【０１７３】
（レイリー効果）
強力な光のビームが、固体または液体粒子あるいはきわめて大きな分子量の分子を含んでいる透明なガス状または液状媒体に通される場合、光が、入射の経路の方向から外れるように散乱される。散乱は、散乱媒体中の密度の変動（すなわち、粒子またはきわめて高分子量の分子の存在）から生じる干渉効果に起因する。２つの種類の光の散乱が存在する。第１の種類の散乱は、散乱光の波長が入射光の波長と相違し、ラマン散乱と呼ばれる。他方の種類の散乱では、散乱光が入射光と同じ波長を有しており、レイリー散乱と呼ばれる。レイリー散乱においては、散乱光の強度が、入射光の強度と減衰定数との積に比例し、減衰定数は、屈折率およびレイリー定数の関数である。レイリー定数は、散乱物質の分子量にいくらか関係する関数であり、したがって散乱光の強度の測定が、分子量についての値をもたらすことができる。この散乱現象が、いくつかの液体クロマトグラフィ検出器において使用されている。
【０１７４】
混合装置１００によって処理された水は、通常の未処理の水と比べたときに、検出可能な構造的相違を有することが実証されている。例えば、処理済みの水が、未処理の水において見られるよりも大きなレイリー散乱を有することが示されている。行った実験において、処理済みおよび未処理の水のサンプルを（それぞれを別個の瓶に封じることによって）用意し、（後に処理済みのサンプルおよび未処理のサンプルを識別するために）符号を付け、分析のために独立の試験所へと送った。試験後の完了後に初めて、符号を読解して、どちらのサンプルが混合装置１００によって処理されたものであるかを明らかにした。
【０１７５】
試験所においては、これら２つのサンプルを、６３３ナノメートルの波長を有するレーザービームに配置した。流体を、試験前に約１週間にわたってガラス瓶に封じておいた。処理済みのサンプルに関して、サンプルＢが、レーザ源に対する位置にかかわらず光を散乱させた。しかしながら、「サンプルＡ」は、そのようでなかった。瓶を開封してから２〜３時間後に、サンプルＢの散乱効果はなくなった。これらの結果は、水が、水に自身の特性を保持させ、時間とともに消滅するメモリを呈することを示唆している。また、これらの結果は、処理済みの水の構造が、未処理の流体の構造と光学的に相違することを示唆している。最後に、これらの結果は、この光学的効果が、ＤＯレベルに直接には関係していないことを示唆している。なぜならば、開始時のＤＯレベルは４５ｐｐｍであり、実験の終了時には、約３２ｐｐｍであったと推定されるからである。
【０１７６】
（溶媒和電子の生成）
さらなる証拠は、混合装置１００内で生じる混合が出力材料１０２内に溶媒和電子を生じさせていることを示している。この結論は、種々の処理済み溶液のＤＯレベルの測定に使用される溶存酸素プローブ効果に関して観察される様相からもたらされる。ポーラログラフィの溶存酸素プローブに関して見られる経験から、処理後の流体が電子捕捉効果を呈し、その結果、流体が溶媒和電子を含むと考えられる。
【０１７７】
溶存酸素（「ＤＯ」）のレベルを電気的に測定するために、２つの基本的な技法が存在する。ガルバニック測定法およびポーラログラフ測定である。どちらの技法においても、ＤＯレベルセンサが、どちらもセンサ本体内の電解質に浸漬される２つの電極、すなわち陽極および陰極を備えている。酸素透過膜が、陽極および陰極を試験対象の溶液から隔てている。陰極が、水素電極であって、陽極に対して負の電位を持つ。電解質溶液が、電極対を囲み、膜によって包まれている。酸素がないとき、陰極は、水素によって分極され、電流の流れに抵抗する。酸素が膜を通過するとき、陰極が消極され、電子が消費される。換言すると、酸素が膜を横切って拡散し、プローブの内部の成分と相互作用して、電流を生じさせる。陰極が、以下の式に従って、酸素を水酸基イオンへと電気化学的に還元する：
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４Ｅ−＝４ＯＨ−。
【０１７８】
混合装置１００によって処理した溶液のＤＯレベルの測定を試みるとき、溶存酸素メータが、メータが読み取ることができるよりも大きい読み取り値を実際に表示するオーバーフロー状態が、繰り返し経験される。別個独立の手段であるＷｉｎｋｌｅｒ滴定が、溶液について、プローブが示すよりもはるかに低いＤＯレベルであることを明らかにする。典型的には、最大の読み取り値が６０ｐｐｍであるＯｒｉｏｎ  ８６２などの装置において、メータが、数分間にわたって処理済みの水中に残された場合に、オーバーフローし、高い酸素レベルを表示する。
【０１７９】
オーバーロードは、流体内の溶存酸素によって引き起こされるのではないため、溶媒和電子が、オーバーロードを引き起こしているに違いないと考えられる。換言すると、溶媒和電子が、処理済みの水と共に膜を超える。これらの電子が、陽極へと引き寄せられ、観察される電流を生じさせる。これらの電子が、溶液内のケージまたはクラスタ機構に捕らえられるとも考えられる。
【０１８０】
（本発明のプロセスによって本発明の組成物に付与される水和（溶媒和）電子を含んでいる組成物）
本明細書に記載のとおりの特定の実施形態（「二重層」の項目を参照）においては、酸素分子が流体に拡散され、流体に付与された電荷（例えば、水和（溶媒和）電子）を安定させるべく機能することができる本明細書に開示の電気機械プロセスによって、ガス豊富な流体が生成される。理論または機構に拘束されるわけではないが、本発明の特定の実施形態は、第１の材料が本発明のミキサ装置において酸素と混合させられて一体となった出力材料をもたらすときに材料に加えられる電荷（例えば、水和（溶媒和）電子）を含んでいる酸素豊富な流体（出力材料）に関する。特定の態様によれば、これらの水和（溶媒和）電子（本明細書において、「溶媒和電子」とも称する）は、これらの水和（溶媒和）電子によって仲立ちされる検定可能な効果の持続によって証明されるとおり、本発明の溶液において安定化される。特定の実施形態は、水和（溶媒和）電子および／または水−電子構造、クラスタ、などに関係することができる（例えば、Ｌｅｅ  ａｎｄ  Ｌｅｅ、Ｂｕｌｌ．Ｋｏｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００３、ｖ．２４，６；８０２−８０４；２００３を参照）。
【０１８１】
新規なＨＲＰベースのアッセイ：西洋わさびペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）は、西洋わさびの根（Ａｍｏｒａｃｉａ  ｒｕｓｔｉｃａｎａ）から分離され、ペルオキシダーゼのフェロプロトポルフィリン基（ヘム基）に属する。ＨＲＰは、過酸化水素または他の水素供与体と容易に結合し、ピロガロール基質を酸化させる。さらに、この技術分野において理解されているとおり、ＨＲＰは、過酸化水素の不在においてインドール−３−酢酸の自動酸化分解を促進する（例えば、ここでの言及によって全体が本明細書に援用されるＨｅｍｅ  Ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅｓ、Ｈ．Ｂｒｉａｎ  Ｄｕｎｆｏｒｄ、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、１９９９、Ｃｈａｐｔｅｒ  ６、ｐａｇｅｓ  １１２−１２３（自動酸化が高効率な分岐鎖機構を含む旨を記載している）を参照）。ＨＲＰ反応を、比活性度がピロガロール単位に関して表現される酵素活性単位にて測定することができる。１ピロガロール単位は、ｐＨ６．０で２０℃において２０秒でピロガロールから１．０ｍｇのプルプロガリンを形成する。このプルプロガリン（２０秒）単位が、２５℃において毎分約１８μＭ単位に相当する。
【０１８２】
【化１】
0005608717.tif 000004
本発明の特定の態様によれば、酸素豊富な本発明の流体（出力材料）が、西洋わさびペルオキシダーゼの存在下でピロガロールと反応するために、本明細書において説明および開示されている。反応は、過酸化水素、超酸化物、または他の反応性の酸素の種が酸素豊富な本発明の流体において検出されていないため、ピロガロールの自動酸化に起因している可能性が最も高い。この反応の程度は、加圧酸素溶液（圧力ポット酸素溶液）のそれよりも高く、過酸化水素のそれよりも低い。
【０１８３】
具体的には、本出願の出願人が、過酸化水素が存在しない（０．１ｐｐｍの感度で何も検出されない）一方で、本発明のガス豊富な流体が、一貫して西洋わさびペルオキシダーゼ酵素（ＨＲＰ）の存在下でのピロガロールのプルプロガリンへの明らかな自動酸化の促進を特徴とすることができることを明らかにした。すなわち、出願人は、過酸化水素の非存在下でのインドール−３−酢酸の自動酸化分解のＨＲＰによる促進の場合と同様に、過酸化水素の非存在下でのピロガロールの自動酸化分解のＨＲＰによる促進を発見した。特定の態様によれば、この活性の存在およびレベルが、本発明の組成物を従来技術に照らして区別する特徴である。
【０１８４】
特定の実施形態において、本発明のガス豊富な流体は、ＨＲＰの存在および過酸化水素の不在のもとで、約０．５ｐｐｍの過酸化水素、約０．８ｐｐｍの過酸化水素、約１ｐｐｍの過酸化水素、約２ｐｐｍの過酸化水素、約３ｐｐｍの過酸化水素、約４ｐｐｍの過酸化水素、約５ｐｐｍの過酸化水素、約６ｐｐｍの過酸化水素、約７ｐｐｍの過酸化水素、約８ｐｐｍの過酸化水素、約９ｐｐｍの過酸化水素、約１０ｐｐｍの過酸化水素、約１１ｐｐｍの過酸化水素、約１２ｐｐｍの過酸化水素、約２０ｐｐｍの過酸化水素、約４０ｐｐｍの過酸化水素、約５０ｐｐｍの過酸化水素、あるいはこれらの間の任意の値、またはそれ以上と同等なピロガロール自動酸化速度を（本明細書において「定義」の項で画定される標準条件のもとで）促進する。
【０１８５】
西洋わさびペルオキシダーゼ酵素が、流体内の分子酸素との反応を促進することによって、ピロガロールの自動酸化を触媒することが知られている（Ｋｈａｊｅｈｐｏｕｒら、ＰＲＯＴＥＩＮＳ：Ｓｔｒｕｃｔ，Ｆｕｎｃｔ，Ｇｅｎｅｔ．５３：６５６−６６６（２００３））。また、酸素が、その構造がおそらくは内部への酸素のアクセス性を決定する西洋わさびペルオキシダーゼ酵素の疎水ポア領域（Ｐｈｅ６８とＰｈｅ１４２との間）を介して、酵素のヘムポケットに結合することも、知られている。機構に拘束されるわけではないが、たんぱく質の表面電荷が、たんぱく質の構造を左右することがたんぱく質の技術分野において知られているため、本発明によるガス豊富な流体に存在する溶媒和電子が、西洋わさびペルオキシダーゼの構造を酸素のアクセス性がより大になるように変えるべく機能することがありうる。その結果、西洋わさびペルオキシダーゼ酵素の人工のヘムポケットへと酸素のアクセス性が高くなることで、従来技術の酸素処理流体（圧力ポット、微細気泡）に比べて、ピロガロールとの反応性の向上が可能になると考えられる。あるいは、本発明の出力組成物の追加の電子または溶媒和電子は、西洋わさびペルオキシダーゼ酵素（ＨＲＰ）の存在下でのピロガロールのプルプロガリンへの明らかな自動酸化の促進を可能にするために、他の態様で機能することができる。
【０１８６】
いずれにせよ、特定の態様によれば、本発明の方法および装置を使用した出力材料の生成は、電荷の勾配をもたらす界面二重層、摩擦電気効果によって表面から離れるように電荷（例えば、電子）を引張る表面に対する材料の移動（材料の流れが、溶媒和電子の流れを生み出す）を伴うプロセスを含んでいる。さらに、機構に拘束されるわけではないが、さらなる態様によれば、二原子酸素の軌道構造が、流体材料（水）内の水素結合の構成に電荷のアンバランスを生み出し（例えば、２つの対ではない電子が水の水素結合に影響を及ぼす）、電子がアンバランスな状態で溶媒和および安定化される。
【０１８７】
本発明の豊富な酸素および二重層効果によって付与される溶媒和電子の組み合わせ、ならびに請求項に記載される装置の構成が、ＨＲＰの存在下でのピロガロールの自動酸化を促進し、これは、光学密度によって容易に監視および定量化できる本発明の出力材料組成物の特筆すべき特徴である。典型的には、本発明の酸素豊富な組成物は、同等の溶存酸素濃度を有する加圧（圧力ポット）または微細気泡の対照流体に比べ、標準的なアッセイにおいて約２０％も高い光学密度の読み取りをもたらすことを特徴とする。ＨＲＰが、自動酸化に追加の酸化能をもたらしていると思われる。
【０１８８】
（ピロガロール反応性試験）
一定の分量の本発明の酸素豊富な出力材料を、市販の西洋わさびペルオキシダーゼおよびピロガロール・アッセイ（Ｓｉｇｍａ）を使用することによって、ペルオキシダーゼ活性について試験した。要約すると、ピロガロール原液を、脱イオン水で準備した。ピロガロールは、基質（過酸化水素など）と反応してプルプロガリンおよび水をもたらすため、流体についての西洋わさびペルオキシダーゼ酵素のペルオキシダーゼ活性の指標である。西洋わさびペルオキシダーゼ、ピロガロール、および適切なリン酸カリウムバッファを含む試験流体を、他の流体と比較した。過酸化水素を、陽性対照として使用した。試験した他の流体が、所望の溶存酸素レベルに達するように１００ｐｓｉまで圧力ポットにおいて酸素化および加圧した水である（圧力ポット）一方で、別の流体を、開放ビーカーでエアーストーンによって酸素化した（微細気泡）。試験対象のすべての流体を室温に維持し、約５５ｐｐｍの溶存酸素レベルを（ＦＯＸＹプローブで）測定した。水サンプルを、酵素試薬を加えることによって試験した。連続的な分光光度法による速度の測定を、Ａ４２０ｎｍおよび室温（摂氏２５度）において行った。
【０１８９】
図３８〜４１に示されるとおり、本発明の酸素豊富な流体が、ピロガロールによって西洋わさびペルオキシダーゼとの反応性について陽性の試験結果を示したのに対し、圧力ポットおよび微細気泡の水サンプルは、はるかに少ない反応性であった。図４２に示されるとおり、他のガスを豊富にした本発明の流体が、同じ態様では反応していないことから、酸素が、西洋わさびペルオキシダーゼの存在下でのピロガロールとの反応に必要である。
【０１９０】
本明細書に記載のとおり、過酸化水素の存在について本発明の酸素豊富な流体のいくつかの化学試験を実行したが、それらの試験のいずれも、（０．１ｐｐｍという過酸化水素の感度で）陽性ではなかった。したがって、本出願の新規な酸素豊富流体は、過酸化水素の非存在下で、ペルオキシダーゼによって促進される自動酸化活性をもたらしている。
【０１９１】
特定の実施形態において、本出願の出願人は、西洋わさびペルオキシダーゼ効果が、それを保存してなる瓶を開けた後も少なくとも７時間まで残ることを確認した。他の実施形態において、本出願の出願人は、西洋わさびペルオキシダーゼ効果が、閉鎖容器での１０５日間の保存後に、閉鎖容器を開けた後も残っていることを確認した。対照的に、他の実施形態において、本出願の出願人は、単に流体を加圧することによって作り出した同等の溶存酸素レベルを試験したときに、バックグラウンドのＨＲＰ効果の低下がすぐに生じ、４時間足らずで劇的に低下することを確認した。
【０１９２】
（グルタチオンペルオキシダーゼの検討）
本発明の酸素豊富な出力流体材料を、標準的なアッセイ（Ｓｉｇｍａ）を使用してグルタチオンペルオキシダーゼとの反応性を試験することによって、過酸化水素の存在について試験した。要約すると、グルタチオンペルオキシダーゼ酵素のカクテルを、脱イオン水および適切なバッファで構成した。水サンプルを、酵素試薬を加えることによって試験した。連続的な分光光度法による速度の測定を、Ａ３４０ｎｍおよび室温（摂氏２５度）において行った。試験したサンプルは、１．脱イオン水（陰性対照）、２．低濃度の本発明の酸素豊富流体、３．高濃度の本発明の酸素豊富流体、４．過酸化水素（陽性対照）である。図４３に示されるとおり、過酸化水素（陽性対照）が、強力な反応性を示した一方において、試験した他の流体はいずれも、グルタチオンペルオキシダーゼと反応することはなかった。
【０１９３】
（特異な核酸安定性）
本発明の特定の実施形態は、本発明の組成物のもう１つの特筆すべき特徴を提供する。具体的には、本出願の出願人は、対照流体と比べ、本発明の出力流体に関して核酸の特異な耐熱性が存在することを発見した。例えば、富化されていない脱イオン水に比べて本発明の酸素富化出力材料において測定されるときのＴ７プロモータープライマー５’−ｄ（ＴＡＡＴＡＣＧＡＣＴＣＡＣＴＡＴＡＧＧＧ）−３’（配列ＩＤ番号：１）である。水の温度が上昇するとき、ＤＮＡオリゴマー構造が、構造変化を実行する。図４４に示されているように、このオリゴについてこの技術分野において認識されている約４８℃の溶融温度に一致して、Ｔ７  ＤＮＡが、対照（脱イオン水）においては摂氏約５０度で変性し始めるのに対し、酸素豊富な本発明の流体中のＤＮＡは、摂氏約６０度まで変わらないままである。このように、溶媒和電子を含んでいる本発明の酸素富化流体は、対照流体と比べたときに、ＤＮＡにより高い耐熱性を与え、光学密度の測定によって容易に監視および定量化できる本発明の出力材料組成物のさらなる特筆すべき特徴を提供する。
【０１９４】
（本発明の混合装置を備えるバイオリアクタシステム）
ホスト細胞系においてたんぱく質、ポリペプチド、核酸、治療薬、および他の生成物などの目的の生成物を大量に生成することが、分子生物学における進歩に起因して可能である。例えば、組み換えたんぱく質は、ホスト細胞を対象のたんぱく質をコードしている核酸（例えば、ＤＮＡ）でトランスフェクトすることによって、ホスト細胞系において生成される。次に、ホスト細胞が、組み換えたんぱく質の発現を可能にする条件下で培養される。特定のホスト細胞系を、他の手段によっては生成が非現実的すぎると考えられる大量の組み換えたんぱく質を生成するために使用することができる。
【０１９５】
さらに、ホスト細胞あり、またはホスト細胞なしの酵素および／または反応発酵が、例えば食品および飲料の製造、廃水の処理、または環境の浄化に利用される。
【０１９６】
細胞培養プロセスまたは細胞発酵は、典型的には、組み換えたんぱく質を生成するために原核または真核ホスト細胞を使用する。発酵は、典型的には、発酵槽またはタンクバイオリアクタと呼ばれる物理的な容器（例えば、かくはん槽）において実行される。発酵プロセスそのものは、（１）不連続な作業（バッチプロセス）、（２）連続的な作業、または（３）半連続的な作業（流加プロセスなど）、あるいはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【０１９７】
医薬品（例えば、生物学的製剤）または他のターゲット生成物の大規模な製造の目的が、改良された製造プロセスおよびコストの削減をもたらすことにあるため、それらのターゲット生成物の生成のための改善されたバイオリアクタ設備、方法、および媒体について、ニーズが存在する。
【０１９８】
本明細書の開示は、これらに限定されるわけではないが、ガスを豊富に含む水、生理食塩水（例えば、標準生理食塩水）、および細胞培養液などの新規なガス富化流体を説明し、さらにそれらの応用プロセスにおいて使用するための新規な方法ならびに生物学および化学リアクタシステムなどを説明する。
【０１９９】
本明細書に開示される特定の実施形態は、たんぱく質などのターゲット生成物を生成するためのシステム、媒体、および方法に関する。
【０２００】
特定の実施形態において、ターゲット生成物とは、たんぱく質、ペプチド、ポリペプチド、核酸、炭水化物、ポリマー、ミセル、およびこれらの任意の混合物を指すことができる。
【０２０１】
ターゲット生成物は、典型的には、化学または生物学リアクタにおいてガス富化流体に組み合わせられるホスト細胞などのビークルによって生成される。リアクタは、連続供給、不連続供給、および／または半連続供給などの標準的なリアクタを含むことができる。さらに、リアクタは、細胞培養容器（プレート、フラスコ、またはタンク、など）、植物、動物、菌類、藻類、または他の生物を含むことができる。例えば、本発明のガス富化流体に組み合わせられる植物は、ターゲット生成物（例えば、天然に生じる植物、または遺伝子操作された植物）の生成において役立つビークルとして機能する植物細胞を含むことができる。
【０２０２】
特定の実施形態においては、ガス富化流体または溶液（媒体を含む）とともに利用されるビークルが、原核細胞または真核細胞を含むことができる。より具体的には、それらの生細胞として、細菌（例えば、大腸菌、サルモネラ菌、連鎖球菌、ブドウ球菌、ナイセリア、ノカルジア、マイコプラズマ、など）、菌類（例えば、酵母、かび、キノコ、など）、植物（タバコ、トウモロコシ、大豆、果物、または野菜、など）、動物（哺乳類、昆虫、など）、古細菌（藍藻類）、原生生物、ヒト胎児腎臓（ＨＥＫ）細胞、ヒーラ細胞、ハイブリドーマ細胞、メイディン−ダービー・イヌ腎臓（ＭＤＣＫ）細胞、幹細胞、細胞株（ＳＰ２／０およびＮＳＯを含む）、アフリカミドリザル腎臓（Ｖｅｒｏ）細胞、Ｓｐｏｄｏｐｔｅｒａ  ｆｒｕｇｉｐｅｒｄａ（ヨトウムシ）、Ｔｒｉｃｈｏｐｌｕｓｉａ  ｎｉ（ｃａｂｂａｇｅ  ｌｏｏｐｅｒ）、および他の細胞を挙げることができる。さらに、ウイルス（バクテリオファージ、バキュロウイルス、牛痘、および他のウイルス）を、本発明のバイオリアクタにおいて使用することができる。
【０２０３】
バイオリアクタは、エアーリフト・リアクタ、充填床リアクタ、繊維床リアクタ、膜リアクタ、２室リアクタ、攪拌槽リアクタ、中空ファイバリアクタ、あるいは浮遊培養または固定培養に対応するように設計された他のリアクタを含むことができる。
【０２０４】
組み換えまたはターゲットたんぱく質の製造の場合において、平衡バッチおよび／または供給媒体は、最適な細胞増殖および組み換えたんぱく質の発現を促さなければならない。媒体は、増殖に不可欠な栄養素のみを含んでいる場合に、「最小限」と称される。原核ホスト細胞において、最小限の媒体は、典型的には、炭素、窒素、リン、マグネシウム、ならびに微量の鉄およびカルシウムの源を含む（Ｇｕｎｓａｌｕｓ  ａｎｄ  Ｓｔａｎｔｅｒ、Ｔｈｅ  Ｂａｃｔｅｒｉａ、Ｖ．１、Ｃｈ．１、Ａｃａｄ．Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．、Ｎ．Ｙ．（１９６０））。最小限の媒体の大部分は、炭素源としてグルコースを使用し、窒素源としてアンモニアを使用し、リン源としてオルトリン酸塩（例えば、ＰＯ４）を使用する。媒体の成分を、ターゲットたんぱく質の生成を抑制することなく最適な増殖を促すために、特定の原核生物の成長に応じて変化させることができ、あるいは補うことができる（Ｔｈｏｍｐｓｏｎら、Ｂｉｏｔｅｃｈ．ａｎｄ  Ｂｉｏｅｎｇ．２７：８１８−８２４（１９８５））。これは、より低コストでのより高水準の生成を可能にする。
【０２０５】
媒体の化学的な組成に加え、他の要因も、細胞の増殖および／またはターゲットたんぱく質の生成に影響を及ぼし得る。そのような要因として、これらに限定されるわけではないが、ｐＨ、時間、培養温度、溶存している酸素または他のガスの量、ならびにそれら溶存ガスの分圧が挙げられる。発酵プロセスにおいて、媒体のｐＨが、典型的には、アンモニアの消費あるいは例えば酢酸および乳酸などといった特定の代謝産物の微生物による合成ゆえに、変化する。ｐＨの変化は、最適な細胞増殖にとって好ましくない可能性があるため、媒体を特定のｐＨに保つこと（すなわち、酸または塩基の添加）が必要とされ、あるいは所望されるかも知れない。ｐＨおよび他のプロセスパラメータを、手作業または自動装置によって監視することができる。
【０２０６】
（本発明のガス富化流体）
流体を他の流体で豊富にすることで、それら２つの流体の物理的および化学的特性に応じて、２つの流体の溶液または懸濁液をもたらすことができる。とくには、液体をガス（例えば、酸素）で豊富にすることは、治療処置を含む特定の用途にとって有益となりうる。本明細書において使用されるとき、「流体」は、本明細書に開示の任意の特定の実施形態のための液体、ガス、蒸気、液体および／またはガスの混合物、液体および／またはガスの溶液、あるいはこれらの任意の組み合わせを広く指すことができる。さらに、特定の実施形態において、「液体」は、純粋な液体を広く指すことができ、あるいはゲル、ゾル、乳濁液、流動体、コロイド、分散液、懸濁液、または混合物、ならびにこれらの任意の組み合わせを指すことができ、これらはいずれも、様々な粘度であってよい。
【０２０７】
特定の実施形態において、溶存ガスは、酸素を含んでいる。他の特定の実施形態においては、溶存ガスが、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、オゾン、硫黄ガス、亜酸化窒素、一酸化窒素、アルゴン、液化石油ガス、ヘリウム、天然ガス、などを含んでいる。
【０２０８】
本発明の実施形態の１つの特段の利点は、ガス富化流体の長期にわたる拡散ガス（とくには、酸素）のレベルに関し、これが細胞または化学リアクタにガスの長期にわたる生物学的利用能を可能にする。本発明のガス富化流体中のガスの長期にわたる生物学的利用能は、ターゲット生成物の生成の増加ならびに／あるいは酵素または他の化学反応の改善を可能にし、これらが、本発明のガス富化流体（酸素を送り込んだ媒体を含む）からの利益である。
【０２０９】
いくつかの場合には、細胞増殖および／または目的のターゲット生成物の生成を促進するために、生細胞をバイオリアクタまたは発酵チャンバにおいて増殖させることができる。一部の生細胞が、自身の生存および繁殖の維持および促進のために、ガスの混合物を必要とする一方で、細胞の増殖は、酸素などの特定のガスが高すぎる濃度で存在すると妨げられ、あるいは停止する可能性がある。
【０２１０】
例えば、チャイニーズハムスター卵巣（ＣＨＯ）細胞などの哺乳類の細胞は、増殖のために酸素を必要とする。しかしながら、酸素などのガスをバイオリアクタの流体へと拡散させるための技術分野の既存の技法は、哺乳類の細胞の培養に有害な影響を有している。例えば、拡散ガスの気泡が培地内で破裂または融合することが、ガス−液体の界面においてきわめて一般的であるが、そのような場合に、細胞が破壊され、あるいは生存できなくされる可能性がある。したがって、本発明は、通常の過程では生じ得なかったと考えられる進歩を呈している。なぜならば、この技術分野におけるこれまでの知見は、本明細書に開示のガス富化媒体の溶存ガスのレベル、とくには溶存酸素のレベルを、有害または不利と予想されると教えているからである。しかしながら、本明細書に記載のとおりのガス富化流体は、細胞増殖の増進（例えば、速度および／または数）、ターゲット生成物の産出（例えば、量）の増加、ターゲット生成物の生成速度の向上、ビークル細胞の生存能力の向上、ターゲット生成物の生成効率の向上、ターゲット生成物の精製の容易化、などで構成されるグループから選択される少なくとも１つの有益な利点を細胞培養に付与する。特定の実施形態において、これらの有益な利点のうちの１つ以上が、細胞そのものを傷つけることなく細胞培養へと伝えられる。
【０２１１】
他の実施形態においては、一般的な化学および／または酵素反応など、無細胞の反応が、本発明のガス富化流体および方法を利用することができる。そのような反応の例として、これらに限定されるわけではないが、廃水の処理、水の浄化（都市用水の処理、家庭用の飲料水浄化器、水泳プールまたは水槽の清掃、など）、牛乳の均質化、油の水素化、燃料のガス富化、などが挙げられる。
【０２１２】
さらなる実施形態において、ガス富化流体は、大気圧において少なくとも１０ｐｐｍ、少なくとも１５ｐｐｍ、少なくとも２０ｐｐｍ、少なくとも２５ｐｐｍ、少なくとも３０ｐｐｍ、少なくとも３５ｐｐｍ、少なくとも４０ｐｐｍ、少なくとも４５ｐｐｍ、少なくとも５０ｐｐｍ、少なくとも５５ｐｐｍ、少なくとも６０ｐｐｍ、少なくとも６５ｐｐｍ、少なくとも７０ｐｐｍ、少なくとも７５ｐｐｍ、少なくとも８０ｐｐｍ、少なくとも８５ｐｐｍ、少なくとも９０ｐｐｍ、少なくとも１００ｐｐｍ、あるいはこれらの間またはこれらより大きい任意の値の溶存ガス富化レベルを維持する。特定の場合には、ガス富化流体が、自身の豊富な溶存ガスレベル（すなわち、流体中に富化されたガスのレベル）を、大気圧の密封容器において、少なくとも１０日、少なくとも２０日、少なくとも３０日、少なくとも４０日、少なくとも５０日、少なくとも６０日、少なくとも７０日、少なくとも８０日、少なくとも９０日、少なくとも１００日、少なくとも１１０日、少なくとも１２０日、少なくとも１３０日、あるいはそれ以上、またはこれらの間の任意の値の期間にわたって維持する。
【０２１３】
一特定の実施形態においては、ホスト材料が、水または水蒸気を含んでいる。別の特定の実施形態においては、ホスト材料が、廃水、有毒物質、飲料水、牛乳、ジュース、ヨーグルト、ソフトドリンク（とくには、炭酸飲料）、エタノール、メタノール、ポリマー（プラスチックまたはゴム化合物など）、油（食用または食用でない）、乳濁液、懸濁液、水性担体、非水の担体、などといった他の流体（すなわち、ガスまたは液体）を含んでいる。
【０２１４】
特定の実施形態においては、複数のガスを、ホスト流体における富化またはホスト流体への注入に使用することができる。特定の実施形態においては、オゾンおよび／または酸素を、とくにはとりわけ本明細書において説明されるような音響化学技法とともに使用される場合に、複雑な構造体をより小さな部分構造体へと分解するために使用することができる。
【０２１５】
特定の実施形態においては、本発明のガス富化流体または他のホスト物質は、当該流体またはホスト物質において富化されたガスに、より類似する特性を有しており、あるいは当該流体（例えば、ガスまたは液体）またはホスト物質そのものにより近い特性を有することができる。
【０２１６】
特定の実施形態においては、ガス富化流体または溶液が、ガス富化培地を含んでいる。特定の実施形態においては、ガス富化培地が、酸素化または酸素富化培地を含んでいる。特定の実施形態においては、ガス富化流体またはガス富化ホスト物質が、流体またはホスト物質の種々の構成成分のフィルタ処理、分離、改質、または変性などによるさらなる処理を含んでもよい。
【０２１７】
（パッケージされたガス富化流体）
本明細書に開示の特定の実施形態は、本明細書に記載の方法を含む様々な方法によって製造することができる高い溶存または拡散ガス（とくには、酸素）のレベルを有しているガス富化流体に関する。特定の実施形態においては、ガス富化流体を、バイオマス製造設備において製造し、バイオリアクタシステムへと直接適用することができる。あるいは、ガス富化流体をパッケージし、別の場所での使用のために流通させることができる。ガス富化流体がパッケージされる場合には、そのようなパッケージは、ガラスまたはプラスチック容器、可撓ホイルまたはプラスチック袋、密封箱（特に、ろう箱）、などの無菌のパッケージを含むことができる。密封パッケージの場合には、ガス富化流体が、数日、数週間、または数ヵ月にわたって高い溶存または拡散ガスのレベルを維持することができる。特定の実施形態においては、密封容器（すなわち、ガス交換に対して少なくとも準不透過性であるキャップ、カバー、または他の閉包で囲まれている）が、少なくとも２週間、少なくとも４週間、少なくとも２ヵ月、少なくとも４ヵ月、少なくとも６ヵ月、少なくとも８ヵ月、少なくとも１０ヵ月、少なくとも１２ヵ月、あるいはこれらの間またはそれよりも長い任意の値の間、流体の拡散性を維持する。
【０２１８】
（生物学または化学リアクタにおけるガス富化流体）
図４５Ａおよび４５Ｂに示されているように、生物学または化学リアクタシステム３３００ａを、ターゲット生成物３３１８の製造を達成するために、従来からの大規模な細胞培養または化学的処理に使用することができる。ターゲット生成物３３１８として、これらに限定されるわけではないが、たんぱく質、抗体、合成ペプチド、活性医薬品、食品または飲料製品（ワイン、ビール、ソフトドリンク、フルーツまたは野菜ジュースなど）、植物製品（花、綿、タバコ、木材、紙、木材または紙パルプ、など）、エタノール、メタノール、塗料、フルーツまたは野菜あるいはゼリー、ジャム、ソース、ペースト、などのフルーツまたは野菜製品、チーズまたはチーズ製品、ナッツまたはナッツ製品（ピーナッツバター、アーモンドペースト、など）、肉および肉製品、穀物粉またはパン、シリアル、パスタ、などの製品、これらのいずれかのスラリーまたは混合物、ポリマー加工品（プラスチックおよび他のポリマーを含む）、石油製品、などを挙げることができる。
【０２１９】
特定の実施形態においては、槽状リアクタなどの容器リアクタが使用される場合に、ターゲット生成物が、とくには大腸菌細胞が利用される場合に、封入体内に位置する。ターゲット生成物を、例えば高圧ホモジナイザまたは他の技法を使用することによって封入体を処理することによって得ることができる。
【０２２０】
リアクタが生物学リアクタシステムである特定の実施形態においては、システム３３０６が、ターゲット生成物３３１８を生成するために、培養すべき培養細胞３３１０の供給源３３０８、培地３３０４の供給源３３０２、バイオリアクタ３３０６、および収穫／精製システム３３１６を含んでいる。培養細胞３３１０は、ターゲット生成物３３１８を構成するたんぱく質などを生成するように遺伝子的にあらかじめ画定されており、培地３３０４は、培養細胞３３１０の増殖のための栄養を提供する種類の無菌の培地を含むことができる。この特定の典型的な実施形態においては、無菌の培地３３０４が、供給源３３０２からリアクタ３３０６の内部チャンバ（「発酵チャンバ」とも称することができる）に導入される。供給源３３０８から、培養細胞３３１０が供給され、細胞３３１０および培地３３０４が、バイオリアクタ３３０６の発酵チャンバ内の培養液３３１２に混合される。
【０２２１】
リアクタシステム３３００ａにおいて利用される適切な基本培地３３０４を、培養細胞３３１０に最適な栄養および増殖を提供するように調製することができる。培地３３０４は、好ましくは流体（例えば、液体またはガス）培地であり、より好ましくは、全体としてのバイオリアクタシステム３３００ａの特性および目的、コスト、培養細胞３３１０から培養される細胞の種類、所望の生成パラメータ、リアクタ３３０６において使用される培養および培地管理プロセスの種類、下流の収穫および精製プロセス３３１６の種類、ならびにターゲット有効薬剤成分３３１８などといった特定の変数に基づいて選択される液体培地または固体−液体培地である。現在使用されている種々の細胞培地が、本発明による使用またはガス富化に適合できる。
【０２２２】
特定の実施形態においては、適切な基本培地３３０４として、これらに限られるわけではないが、血清添加培地、加水分解培地、化学合成培地、既知組成培地、無血清培地、ならびにこれらまたは他の培地の任意の組み合わせを挙げることができる。
【０２２３】
特定の実施形態においては、ガス富化培地を、トランスフェリン、アルブミン、フェチュイン、たんぱく質加水分解物、もしくは他の添加剤、保存料、栄養素、フィ螺旋断保護剤（Ｐｌｕｒｏｎｉｃ  Ｆ６８など）、あるいは活性または不活性な剤で補うことができる。
【０２２４】
さらに、培地を、培養液３３１２に懸濁しているのではなく、バイオリアクタ３３０６内の何らかの形式の支持体へと付着している細胞に合わせて、調製することができる。培地３３０４を使用するすべての実施形態において、培地３３０４は、培養細胞３３１０内の個々の細胞種の栄養の必要に合致するように調製され、典型的にはミネラル、塩、および糖を含んでいる。
【０２２５】
特定の実施形態においては、培地３３０４および／または培養液３３１２が、ガス（酸素など）を例えば培地、培養液、またはそれらの成分へと、少なくとも約８ｐｐｍ、少なくとも約１０ｐｐｍ、少なくとも約２０ｐｐｍ、少なくとも約２５ｐｐｍ、少なくとも約３０ｐｐｍ、少なくとも約３５ｐｐｍ、少なくとも約４０ｐｐｍ、少なくとも約５０ｐｐｍ、少なくとも約６０ｐｐｍ、少なくとも約７０ｐｐｍ、少なくとも約８０ｐｐｍ、少なくとも約９０ｐｐｍ、少なくとも約１００ｐｐｍ、あるいはこれらの間またはそれ以上の任意の値の濃度で溶存または拡散させるために、本明細書に開示の混合装置１００を使用してガス富化される。特定の実施形態においては、ガス富化培地および／または培養液が、約１６０ｐｐｍ未満を含んでいる。
【０２２６】
特定の実施形態においては、典型的な生物学または化学リアクタに、殺菌された原材料（栄養素、反応剤、など）が、空気または特定のガスならびに生物学リアクタのための細胞とともに投入される。発泡防止剤、ｐＨ制御剤、および／または他の剤など、他の剤も、混合物へと追加することができる。ターゲット生成物が、典型的には、細胞を分離および／または破壊して生成物を抽出し、生成物を濃縮し、さらに生成物の精製、乾燥、またはさらなる処理を行うことによって、回収される。
【０２２７】
多種多様なバイオリアクタシステムが、今日では使用されており、そのいずれかを、本発明のガス富化培地とともに使用することができる。例えば、エア−リフト・バイオリアクタが、バクテリア、酵母、および他の菌類において一般的に使用されており、流動床バイオリアクタが、固定されたバクテリア、酵母、および他の菌類、ならびに活性スラッジにおいて一般的に使用されており、マイクロキャリア・バイオリアクタが、固体粒子上に固定された哺乳類細胞において一般的に使用されており、表面組織プロパゲータが、哺乳類細胞、固体表面での組織の成長、および再生医療において一般的に使用されており、膜バイオリアクタ、中空繊維、および回転発酵槽が、バクテリア、酵母、哺乳類細胞、および植物細胞において典型的に使用されており、変形攪拌槽バイオリアクタが、固定されたバクテリア、酵母、および植物細胞において一般的に使用されており、変形充填床バイオリアクタが、固定されたバクテリア、酵母、および他の菌類において一般的に使用されており、タワーおよびループ・バイオリアクタが、バクテリアおよび酵母において一般的に使用されており、真空およびサイクロン・バイオリアクタが、バクテリア、酵母、および他の菌類において一般的に使用されており、光化学バイオリアクタが、光合成細菌、藻類、シアノバクテリア、植物細胞培養、および／またはＤＮＡ植物細胞において一般的に使用されている。
【０２２８】
バクテリア、酵母、植物細胞、哺乳類細胞、および真菌細胞などといった生細胞は、基質（糖、脂肪、およびたんぱく質など）の生物学的酸化における電子受容体として酸素分子を必要とするため、高度に酸素化された細胞培地が、生細胞にとって有益である。標準的な酸化還元反応においては、グルコースが酸化されて、二酸化炭素が作られる一方で、酸素が還元されて、水が作られる。分子酸素が、好気的代謝において基質から放出される電子のすべてを受け取る。したがって、増殖する細胞に生物学的に利用可能な最大量の酸素を提供するために、気泡（気相）から液相への酸素の移動が迅速に生じるように保証する必要がある。酸素が液相に蓄積していないとき、酸素移動の速度は、増殖する細胞による酸素摂取の速度と同じである。
【０２２９】
微生物の酸素需要量は、ＱＯ２の単位である標準的な式として確定される。ＱＯ２は、消費された酸素の質量を、バイオリアクタ内の乾燥バイオマス細胞の単位重量で除算し、時間を乗算したものである。対照的に、酸素の蓄積の速度は、気泡からの酸素供給の正味の速度から、細胞による酸素消費の速度を減算したものに等しい。
【０２３０】
バイオリアクタの種類の多さに加え、それぞれのバイオリアクタは、海洋型のプロペラ、平羽根タービン、ディスク平羽根タービン、湾曲羽根タービン、傾斜羽根タービン、パドル、およびシュラウド付きタービンなど、特定の種類のインペラーを利用することができる。インペラーまたはタービンは、バイオリアクタにおいて混合の渦パターンまたは一様な混合を生み出すことができる。
【０２３１】
特定の実施形態において、本発明のガス富化流体は、ガスの漸進的な放出が時間とともに生じるような、ガスの生物学的利用可能性の持続に関係する。この漸進的または「時限」の放出は、培養される細胞などのビークルにとって、とくにはガス富化流体から放出される流体が酸素を含んでいる場合に、有益である。すなわち、細胞３３１０による発酵または有機化合物の生化学的合成は、典型的には、培養液３３１２中の拡散または溶存ガスの濃度によって促進され、さらにはバイオリアクタ３３０６の発酵チャンバにおける温度制御および培地３３０４と培養細胞３３１０との混合によって促進される比較的高速な増殖期を含んでいる。特に典型的な実施形態が、図に示されているが、さらなる構成要素または槽を含むことができる。混合を、バイオリアクタ３３０６内で羽根などを回転させることによって促進でき、とりわけ後述されるように、配管３３３２、３３３８、または３３３４のいずれかから、新鮮な培地３３０４および／または培地３３０４の新鮮に再拡散された供給を再導入することによって促進できる。
【０２３２】
図４５Ａに示した１つのきわめて典型的な実施形態においては、培養細胞にガス（例えば、酸素）を導入するための培地および／または培養液の富化処理を、システムの様々な地点で行うことができる。例えば、培地のガス富化を、培地３３０４をシステム３３００ａへと導入する前に供給源３３０２において行うことができ、あるいは導入後に、１つ以上の位置「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「Ｅ」、またはこれらの組み合わせにおいて行うことができる。供給源３３０２において導入できるガス富化流体は、バイオリアクタの場所で富化され、あるいは別の場所で富化される。ガス富化流体が、別の場所で富化される場合には、それを適切な容器または配管にて供給源３３０２へと運ぶことができる。
【０２３３】
特定の実施形態において、図４５Ａの位置「Ａ」、「Ｂ」、および「Ｃ」のそれぞれは、バイオリアクタシステム３３００Ａにおけるガス富化拡散装置１の導入位置の選択肢を表わしている。導入が地点「Ａ」において生じる場合、培地がタンク３３０４から３３３２の３３３２Ａの上部を通って流れ、培地を、位置「Ａ」に位置するガス富化混合／拡散装置１００を通って導くことができ、溶存ガスを含んでいる培地３３０４が、混合／拡散装置１００から３３３２Ｂを通ってバイオリアクタ３３０６の発酵チャンバへと進む。
【０２３４】
図４５Ｂを参照すると、タンク３３０２からの培地３３０４を、配管３３３２Ａを通ってポンプ３４１０に導き、次いでガス富化拡散装置１００のホスト材料入力部へと導くことができる。ポンプ３４１０は、好ましくは可変速ポンプであって、圧力センサ３４１５によって検出される圧力の読み取りに部分的にもとづいてコントローラ３３９０によって制御することができる。特定の実施形態は、圧力検出器として手動ゲージを使用し、そこから作業者が、ポンプ３４１０の速度ならびにシステム３３００ａまたは３３００ｂの他の構成要素を手動で調節することができるが、コントローラ３３９０は、好ましくはセンサ３４１５から電気信号を受信することにより、ポンプ３４１０の速度を自動的に調節する。本明細書におけるさらなる説明から明らかになるとおり、ポンプ３４１０の速度は、コントローラ３３９０内のアルゴリズムにももとづくことができ、そのようなアルゴリズムは、システム３４００の他の構成要素（バルブ３４２０、３４２１およびセンサ３４２５など）の状態に部分的に依存して決まる。
【０２３５】
あるいは、ガス富化混合／拡散装置１００を、位置「Ｂ」に配置してもよく、培地３３０４が媒体３３１０と一緒に処理される。この特定の場合には、細胞３３１０および培地３３０４が、従来からの混合ノズルを使用して流れへと混合され、次いで混合／拡散装置１００へと導入され、混合／拡散装置１００において、有益なガスが培地３３０４および細胞３３１０からなる混合液へと注入される。次いで、得られたガス富化培地が、バイオリアクタ３３０６の発酵槽へと導かれる。
【０２３６】
図４５Ａに示されるように、細胞３３１０を、培地３３０４に組み合わせることができ、発酵および／またはターゲット生成物の生成の後で、バイオリアクタ３３０６の内容物を、配管３３３６を通って収穫／精製段階へと導くことができる。精製後に、ターゲット生成物は、配管３３３９を通ってターゲット生成物タンク３３１８へと導かれる。
【０２３７】
図４５Ｂを参照すると、特定の実施形態においては、ガス富化混合／拡散装置１００が、培地３３０４の流れを配管３４２６からのガスの流れに組み合わせる。好ましくは、培地３３０４に組み合わせられるべきガスが、酸素タンク３４５０から流れ、コントローラ３３９０によって制御されるバルブ３４２０によって計量される。
【０２３８】
特定の実施形態においては、ガス富化混合／拡散装置１００が、リアクタ３３０６によって直接的に発酵槽へと配管３３３２ｂによって導かれる。あるいは、ガス富化流体を、配管３３３２ｂを通って別の混合へと導くことができる。
【０２３９】
図４５Ａを参照すると、バイオリアクタシステム３３００ａは、バイオリアクタ３３０６からの培養液の処理を開始する追加のシステム（かん流システムなど）３３１４を含むことができる。かん流プロセス３３１４においては、培地３３０４が、培養細胞３３１０へと栄養を与えるために培養液３３１２へと連続的に追加され、次いでこれが、培養液３３１２の全体へと混ぜ合わせられる。同時に、細胞または他の廃棄物を、典型的には新たな培地３３０４の追加と同じ速度で、培養液３３１２から連続的に取り除くことができる。本明細書においてすでに示したように、ガス富化を、位置「Ｄ」または「Ｅ」あるいは位置「Ｄ」および「Ｅ」の両方で行ってもよい。
【０２４０】
かん流システムによれば、細胞の廃棄物および残骸ならびにターゲット生成物を、バイオリアクタ３３０６の細胞を保持しつつ、取り除くことができる。したがって、かん流システムは、廃棄物の蓄積および栄養素の変動を少なくし、より高い細胞密度および生産性を可能にする。バイオリアクタ内の細胞の保持は、遠心分離、内部または外部のスピンフィルタ、中空ファイバモジュール、クロスフローろ過、深層ろ過、これらの任意の組み合わせ、または他の方法など、様々な方法で達成することができる。他の実施形態においては、廃棄物の蓄積を、グルタミン合成酵素発現系の使用によって制限することができる。
【０２４１】
図４６を参照すると、とくに典型的な実施形態は、図示のとおりに複数のガス供給源３５０２および３５０４を使用し、培養液３３１２へと拡散されるガスの性質を、バイオリアクタ３３０６内での発酵の段階に応じて変化させることができる。したがって、好ましい実施形態においては、細胞培地が、発酵の増殖段階において酸素富化される。続いて、とくには好気性から嫌気性へと変化するプロセスにおいて、発酵プロセスの別の段階を促進するために、二酸化炭素、亜酸化窒素、または他のガスでの置換を行うことができる。
【０２４２】
バイオリアクタは、エアーリフト・リアクタ、充填床リアクタ、繊維床リアクタ、膜リアクタ、２室リアクタ、攪拌槽リアクタ、中空ファイバリアクタ、あるいは浮遊または固定の細胞培養に対応するように設計された他のリアクタを含むことができる。
【０２４３】
一特定の実施形態においては、バイオリアクタ３３０６が、熱交換および冷却の能力、センサ、コントローラ、ならびに／あるいは発酵チャンバ内の環境状態を監視および制御するための制御システムを備えている連続攪拌槽リアクタである。監視および制御される状態として、ガス（例えば、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、一酸化窒素、硫黄ガス、一酸化炭素、水素、アルゴン、ヘリウム）、流量、温度、ｐＨ、溶存酸素レベル、攪拌速度、循環速度、などを挙げることができる。さらに、バイオリアクタ３３０６は、ユニットの組み立てまたは分解を必要とせずに清掃および／または殺菌できるその場洗浄（ＣＩＰ：Ｃｌｅａｎｉｎｇ−ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）またはその場殺菌（ＳＩＰ：Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）システムをさらに備えることができる。
【０２４４】
一特定の実施形態において、バイオリアクタ３３０６は、培地３３０４を発酵システムに連続的に追加しつつ、これに釣り合うように、ターゲット生成物の抽出のために培養液３３１２を回収または収穫する連続発酵サイクルを実行する。
【０２４５】
別の実施形態においては、バイオリアクタ３３０６が、バッチ発酵サイクル、流加回分発酵サイクル、またはガス富化流体による流加回分発酵サイクルを実行することができる。典型的には、すべての反応剤が同時に投入されるバッチ発酵サイクルは、小規模の作業、または高価な生成物の製造、あるいは連続作業への変換が困難でありうるプロセスに使用される。典型的なプロセスにおいては、培養液の発酵が、完了までの所定の時間にわたって、さらなる培地の追加を伴わずに行われる。濃度が時間とともに変化するが、典型的には、任意の一つの特定の時点においては一様である。攪拌が、別々のフィードラインを混合するように機能し、さらには熱伝達を向上させるように機能する。
【０２４６】
バッチ発酵においては、典型的には、各バッチの総質量が固定され、各バッチが閉じた系であり、培地のすべての反応剤について、反応または滞留時間が同じである。バッチの排出後に、発酵チャンバが清掃され、別のバッチサイクルのための培地３３０４において再開される。所望の生成物を収穫された培養液３３１２の他の成分から分離および精製することは、ターゲット生成物に応じて、リフォールディング、親和性の変更、イオン交換精製、疎水的相互作用の変更、ゲルろ過クロマトグラフィ、限外ろ過、および／または透析ろ過、などといったさらなる処理を含むことができる。
【０２４７】
流加回分発酵においては、一般的には、培地３３０４のうちの最初の一部分が発酵チャンバへと加えられ、次いで培養細胞３３０４が接種される。培地３３０４を、発酵サイクルの残りの部分において、測定された速度で追加することができる。細胞集団および培養液３３１２が、一般的には、サイクルの終わりにおいてのみ収穫される。
【０２４８】
ターゲット生成物の収穫および精製（ステップ３３１６）の後に、（典型的には、ひとたび培養細胞３３１０がバイオリアクタ３３０６内でピーク細胞増殖密度を達成すると）精製された生成物３３１８（いくつかの場合には、医薬品または有効医薬品成分、すなわちＡＰＩ）が得られる。次いで、精製された生成物を所望のとおり処理し、選択的に、医薬品製造プラントまたは他の施設への移動のために、無菌の梱包プロセス３３２２において適切な容器にパッケージすることができる。次いで、精製された生成物を、疾病の予防、処置、および／または診断などといった任意の所望の目的に使用することができる。
【０２４９】
（リアクタとしての植物および動物）
さらに、リアクタは、植物または動物生成物あるいは組み換え生成物の生成に使用される植物または動物を含むことができる。特定の実施形態において、植物または動物ターゲット生成物は、天然に生じる生成物（例えば、食物に結実する作物または肉、あるいは綿花などの織物関連の生成物、など）であってよく、あるいはターゲット生成物は、遺伝子操作された生成物（例えば、ヒト成長ホルモンまたはインスリンなどの治療薬、あるいは他の生物学的に有効なたんぱく質およびポリペプチド）であってよい。遺伝子操作または組み替えされた生成物を、遺伝子組み換えまたは遺伝子操作の植物、動物、およびこれらの組み合わせによって生成することができる。
【０２５０】
（水産養殖）
魚（例えば、ティラピア）を、食用の水産養殖において成長させることができ、ターゲット生成物の生成のための遺伝子組み換えビークルとして成長させることができる。最適なティラピアの成長のための好ましい温度範囲は、８２〜８６°Ｆである。成長は、６８°Ｆを下回る温度で大きく衰え、典型的には５０°Ｆ未満で死に至る。また、約５４°Ｆを下回る温度において、ティラピアの免疫耐性が衰え、バクテリア、菌類、および寄生生物による感染を容易に受ける。
【０２５１】
２０年前、ナイジェリアの水産養殖の研究者が、池水の溶存酸素濃度をティラピアの成長速度に相関付けようと試みた。ＵＮ  ＦＡＯの報告：高い溶存酸素レベル（約７．０ｐｐｍ）、中程度のＤＯ（約３．５ｐｐｍ）、および低いＤＯレベル（２ｐｐｍ未満）で若いティラピアの成長速度を調べることによって、研究を行った。成長速度を、魚の重量を測定することによって割り出した。研究の終わりにおける最終的な重量の増加は、高ＤＯレベルの魚について１９グラム、中程度のＤＯの魚について５グラム、低ＤＯレベルの魚について１．５ｇであった。これは、ＤＯレベルに関係して成長速度が７４％および９２％も低下することを表わしている。したがって、ＤＯレベルが下がると、給餌および排泄物産出も少なくなる。低ＤＯレベルの水のティラピアが、生存に必要な周囲の酸素にアクセスするために水面を割ることが観察された。
【０２５２】
本発明のガス富化流体は、水中の高い溶存酸素レベルが長い時間期間にわたって維持される酸素化された真水の供給をさらに含んでいる。特定の態様によれば、水産養殖の背景において本発明の拡散装置を使用することで、３５ｐｐｍを超える溶存酸素レベルを、１０３°Ｆの水において水生生物に大きなストレスを加えることなく記録することができる。
【０２５３】
（植物の成長）
動物の成長の他に、本発明のガス富化流体を、植物の成長および発達に利用することができる。ガス（酸素など）が、成長のためのエネルギーの放出ならびに水およびミネラルの摂取を可能にする植物の根呼吸に必要である。植物の成長が、根領域に高いガス（例えば、酸素および／または窒素）レベルを保つことによって促進されることが、広くかつ明白に証明されている。この点に関し、植物の根系へのガスの送達の増加が、根の活動の促進による収穫の向上の可能性を提供する。同様に、遺伝子組み換え植物の成長の実施形態においては、植物へのガス送達の増加が、ターゲット生成物（治療薬または生物医薬品など）の生成の向上をもたらすことができる。
【０２５４】
水耕作物が、根領域を濡らす栄養溶液の直接的なガス富化（酸素化）を介して、本発明のガス富化拡散装置から大きな利益を受けることができる生産についての１つの典型的な系を呈する。水耕作物は、典型的には、限られた量の成長培地または根領域において生産され、したがって根領域のガス（例えば、酸素）の不断の交換を必要とする。レタス、ほうれん草、トマト、およびキュウリなどの水耕作物が、ガス富化栄養溶液に直接的かつ大きく応答することが、すでに実証されている。これらの応答のいくつかは、植物の成長の向上、根体積の増加、植物の収量の増加、およびより高品質な生産物である。このように、水耕システムは、本発明のガス富化流体から利益を受けることができる。
【０２５５】
他の水耕作物も、根領域のガス富化に対して同様の応答を有している。しかしながら、暖かい温度においては、作物の生産は、根領域におけるガス（酸素など）の必要が増すために、低下した。したがって、富化は、根細胞のガス不足の防止、ならびに好ましい成長条件に満たない条件下での成長の促進に有効である。
【０２５６】
典型的には、高い光レベルに起因する高密度および高速な発達（ならびに、高い根領域の温度）において成長することができる熱帯作物は、より穏やかな温度条件で成長する作物に比べ、何倍も多くのガスを必要とする。したがって、園芸生産の多数の系においてガス富化が必要になる。きわめて限られた国土からの収入および食物のための集約的な園芸作物の生産に大きく依存する人口密度の高い国々は、この技術から大きな利益を受けるであろう。
【０２５７】
土壌ベースの作付け系も、本発明のガス富化溶液から利益を受けることができる。多数の作物が、滴り、しずく、または畦間かんがいによる供給を受け、ガス豊富なかんがい用水または滴下施肥溶液の使用から、大きな利益を受けることができる可能性がある。そのような作物として、これらに限られるわけではないが、野菜（トマト、レタス、ハーブ、うりなどのサラダ作物）、切り花、装飾花、芝、ブドウ園、果樹園、および長期の植林が挙げられる。酸素などのガスが、植物の健康および成長に直接作用できるが、根領域のガス（例えば、酸素）の生物学的利用可能性を高めることによって間接的に作用することもでき、さらには土壌の微生物の生存を促進することによって植物の健康を改善することもできる。
【０２５８】
土壌の微生物の生存に関して、微生物の集団が、土壌および有機系におけるミネラルの変換、および植物の疾病の抑制による全体としての植物の健康のために、必須である。これらの微生物は、作物の生産にとって有益であって必須であることも多いが、その集団もガス（例えば、酸素）を必要とし、植物の根細胞のためのガスと競合する可能性がある。したがって、微生物の繁殖を可能にするために植物の根へとガス（例えば、酸素）を供給することは、有機的に成長する作物および標準的な成長条件の両者にとって不可欠である。有機系の成長培地／土壌にガスを高速で供給することは、植物が使用できる栄養素の有機肥料変換およびミネラル化の速度を速め、高収益の有機作物の健康および生産性を高めることができると考えられる。
【０２５９】
さらに、作物の成長のために利用できる国土は、限られた資源および不適切な土壌の多数の国々において難題を呈している。
【０２６０】
水耕作物に加えて、本明細書に開示した技法は、種子発芽、種子栽培、細胞移植物の生成、切断からの増殖、芽の生成、家畜飼料の生産、土壌ベースの作付け、芝生産業、観賞植物、および薬用植物に適用可能である。
【０２６１】
（ガス富化流体を製造するためのシステム）
ここに示されるように、典型的な酸素化システムは、ポンプによって吸い上げられて、配管または他の導管を通って循環させられ、その後に混合／拡散装置へと送達される流体の供給源またはリザーバを備えている。混合／拡散装置は、本明細書においてすでに記載および説明された実施形態を含む種々の実施形態のいずれかであってよい。これらの拡散装置は、流体およびガスの混合に望ましい所望のキャビテーションおよび振動を生成するために筐体内でディスクまたはプレートを回転させる同軸的な円筒形または円錐台形のステータおよびロータ部品を有している拡散装置、Ｍａｚｚｉｅ拡散装置、またはインペラーを使用して、例えばガス状の酸素を流体へと導入することによって、流体中に存在する溶存ガス（例えば、酸素）の量を大きく増加させる。流体の多くは、水性または水ベースであるが、本発明がそれらに限られないことに注意すべきである。
【０２６２】
拡散装置は、ポンプによる流体の供給を受け、これを例えば供給源からのガス状の酸素と混合し、酸素化された（または、他のガス富化された）液体をリザーバへと戻す。拡散装置は、これらに限定されるわけではないが、マイクロ膜、Ｍａｚｚｉｅインジェクタ、微細気泡、渦形成、電気分子活性化、または他の方法など、拡散を達成するために考えられるいくつかの実施形態のうちのいずれかを採用することができる。酸素の供給源は、加圧酸素ガスのボンベであってよく、あるいは空気または他の化学成分から酸素ガスを生成するためのシステムであってよい。拡散装置によって生成された酸素化流体は、リザーバへと戻され、溶存ガス量をさらに増加させるために、再びポンプおよび／または拡散装置へと循環させてもよい。あるいは、流体を、酸素化流体の排出口を用いて取り出してもよい。排出口を通って取り出された酸素化流体を、すぐに様々な用途に使用しても、あるいは後の使用のためにパッケージしてもよい。
【０２６３】
パッケージングの工程は、ガス富化（例えば、酸素化）流体をプラスチック、金属、ガラス、または他の適切な材料で形成された様々な瓶、袋、または他の容器に入れることができる。本発明に従って生成されたガス富化または酸素化流体は、大気条件のもとで比較的長い保管寿命を有しているが、ガス富化流体を気密に封じるパッケージングを使用することによって、保管寿命をさらに延ばすことができる。この態様で、保存中に流体から出ようとする溶存酸素が、ガス富化流体の上方に圧力ヘッドを形成し、溶存酸素または他のガスが流体から出て大気へと戻ることがないようにするうえで役に立つ。本発明の一つの好ましい実施形態においては、ガス富化流体が気密容器にパッケージされ、空き空間が、容器の密封に先立って、１気圧よりも高い圧力で、富化に使用したガスで満たされる。パッケージングの工程を、酸素化溶液を保持する瓶、バッグ、袋、または他の適切な容器を製造するために使用することができる。
【０２６４】
ここに開示したシステムおよび／または方法によれば、酸素または他のガスを、最小の受動的な損失とともに、高い濃度で、安定的に溶存させることができる。これらのシステムおよび／または方法を、幅広く様々なガスを高い比率で幅広く様々な流体中に溶存させるために、効果的に使用することができる。例えば、あくまでも例として、一般的には約７〜９ｐｐｍ（パーツ・パー・ミリオン）の溶存酸素レベルを有する室温における脱イオン水が、ここに開示したシステムおよび／または方法を使用して、約８〜７０ｐｐｍの範囲の溶存酸素レベルを達成できる。特に、典型的な実施形態によれば、酸素化水または生理食塩水を、約３０〜６０ｐｐｍの溶存酸素レベルにおいて生成することができる。
【０２６５】
（チャイニーズハムスター卵巣細胞の培養）
チャイニーズハムスター卵巣（ＣＨＯ）細胞は、特に完全な生物学的機能の発現のために変換後修飾を必要とする組み換えたんぱく質の発現および生成に頻繁に使用される哺乳類細胞である。
【０２６６】
特定の態様によれば、ＣＨＯ細胞の様々な特性を、ガス富化拡散装置１００または装置１００によって生成されたガス富化培地をＣＨＯバイオリアクタへと取り入れることによって、改善することができる。
【０２６７】
特定の態様によれば、ＣＨＯ細胞の培養において、形質転換ＣＨＯ細胞の長期の成長のために、細胞株特有の無血清培地（例えば、ＳＡＦＣ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．からの）など、本発明のガス富化流体または培地を使用することが可能である。さらなる態様によれば、ＣＨＯ細胞が、流体（培地を含む）のガス富化処理においてガス富化拡散装置を通されることによって害されることがない。
【０２６８】
インラインバイオリアクタでのＣＨＯ細胞の生存を測定する試験を実行した。要約すると、２ＬのＣＨＯ培地および１０６以上の密度のＣＨＯ細胞を含むインラインバイオリアクタを使用した。バイオリアクタ（ガス富化拡散装置を含んでいる）を、約１０分間にわたって動作させ、２５ｍＬのサンプルを取り出した。細胞を、０．４％のトリパンブルーで染色し、細胞の生存を血球計で評価した。この指標によれば、ＣＨＯ細胞が、流体（培地を含む）のガス富化処理においてガス富化拡散装置を通されることによって大きく害されることがなかった。
【０２６９】
以上説明した実施形態は、様々な他の構成要素に収容され、あるいは様々な他の構成要素に接続される様々な構成要素を例示している。そのように例示された構成が、あくまで例示にすぎず、実際に、同じ機能を達成する他の多数の構成が実現可能であることを、理解すべきである。概念的な意味で、同じ機能を達成するための構成要素の任意の配置構成が、所望の機能が達成されるように効果的に「組み合わせ」られる。すなわち、特定の機能を達成するために本明細書において組み合わされる任意の２つの構成要素を、構成および中間要素であるにかかわらず、所望の機能を達成するように互いに「関連付けされている」と見ることができる。同様に、そのように組み合わされた任意の２つの構成要素を、所望の機能を達成するために互いに「作用可能に接続」または「作用可能に連結」されていると見ることもできる。
【０２７０】
本発明の特定の実施形態を図示および説明したが、本明細書の教示に基づいて、本発明および本発明の幅広い態様から離れることなく変更および変形が可能であり、したがって、そのような変更および変形のすべてが、本発明の真の技術的思想および技術的範囲に含まれるものとして、添付の特許請求の範囲に包含されることは、当業者にとって明らかである。さらに、本発明が、添付の特許請求の範囲によってのみ確定されることを、理解すべきである。一般に、本明細書において使用され、とくには添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の主文）において使用される用語が、通常は「排他的でない」用語として意図されていることを、当業者であれば理解できるであろう（例えば、用語「・・・を含んでいる（ｉｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「・・・を含んでいるが、それ（それら）に限られない」と解釈すべきであり、用語「・・・を有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも・・・を有する」と解釈すべきであり、用語「・・・を含む（ｉｃｌｕｄｅｓ）」は、「・・・を含むが、それ（それら）に限られない」と解釈すべきであり、以下同様である）。また、請求項に記載される言及物について、特定の数であることが意図される場合には、そのような意図が請求項に明示的に記載され、そのような記載がない場合には、そのような意図が存在しないことを、当業者であれば理解できるであろう。例えば、理解の助けとして、以下に添付される特許請求の範囲は、請求項の言及物を紹介するために、「少なくとも１つの・・・（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」または「１つ以上の・・・（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」などといった導入句の使用を含むかも知れない。しかしながら、そのような句を使用せず、請求項の言及物を不定冠詞「ａ」または「ａｎ」によって紹介したからといって、そのような請求項の言及物の紹介を含んでいる特定の請求項を、そのような言及物を１つだけしか含まない発明に限られると解釈してはならない。これは、「１つ以上の・・・」または「少なくとも１つの・・・」という導入句と、「ａ」または「ａｎ」などといった不定冠詞とが、同じ請求項に含まれている場合にも当てはまる（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、典型的には「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味すると解釈されなければならない）。同じことが、請求項の言及物を紹介するために使用される定冠詞の使用についても当てはまる。さらに、請求項に導入された言及物について、たとえ特定の数が明示的に記載されていても、そのような記載を、記載の数以上を意味すると典型的には解釈すべきであることを、当業者であれば理解できるであろう（例えば、単に他の修飾句を含まずに「２つの・・・」と記載されている場合、典型的には、「少なくとも２つの・・・」または「２つ以上の・・・」という意味である）。
【０２７１】
したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲以外の何物にも限定されない。
【図１】
0005608717.tif 000005
【図２】
0005608717.tif 000006
【図３】
0005608717.tif 000007
【図４】
0005608717.tif 000008
【図５】
0005608717.tif 000009
【図６】
0005608717.tif 000010
【図７】
0005608717.tif 000011
【図８】
0005608717.tif 000012
【図９】
0005608717.tif 000013
【図１０】
0005608717.tif 000014
【図１１】
0005608717.tif 000015
【図１２】
0005608717.tif 000016
【図１３】
0005608717.tif 000017
【図１４】
0005608717.tif 000018
【図１５】
0005608717.tif 000019
【図１６】
0005608717.tif 000020
【図１７】
0005608717.tif 000021
【図１８】
0005608717.tif 000022
【図１９】
0005608717.tif 000023
【図２０】
0005608717.tif 000024
【図２１】
0005608717.tif 000025
【図２２】
0005608717.tif 000026
【図２３】
0005608717.tif 000027
【図２４】
0005608717.tif 000028
【図２５】
0005608717.tif 000029
【図２６】
0005608717.tif 000030
【図２７】
0005608717.tif 000031
【図２８】
0005608717.tif 000032
【図２９】
0005608717.tif 000033
【図３０】
0005608717.tif 000034
【図３１】
0005608717.tif 000035
【図３２】
0005608717.tif 000036
【図３３】
0005608717.tif 000037
【図３４】
0005608717.tif 000038
【図３５】
0005608717.tif 000039
【図３６】
0005608717.tif 000040
【図３７】
0005608717.tif 000041
【図３８】
0005608717.tif 000042
【図３９】
0005608717.tif 000043
【図４０】
0005608717.tif 000044
【図４１】
0005608717.tif 000045
【図４２】
0005608717.tif 000046
【図４３】
0005608717.tif 000047
【図４４】
0005608717.tif 000048
【図４５Ａ】
0005608717.tif 000049
【図４５Ｂ】
0005608717.tif 000050
【図４６】
0005608717.tif 000051
【配列表】
0005608717000001.app