(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体部と、
上記容器本体部の内部に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液を撹拌する撹拌手段と、
上記容器本体部の内壁に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する検出素子とを備え、
上記撹拌手段は、鞘部材と当該鞘部材の外周に配設された複数段の撹拌翼とを備え、上記鞘部材の内部に挿入された棒状部材の回転に伴って、これら鞘部材と撹拌翼とが回転し、
上記棒状部材の横断面が非円形であり、
上記鞘部材が上記容器本体部に張り込まれた培養液の水圧によって上記棒状部材に密着することで、上記棒状部材の回転に伴って上記鞘部材及び上記撹拌翼が回転し、
上記検出素子は、上記撹拌手段が培養液を撹拌することで生じた培養液流が上記容器本体の内壁に作用する位置に配設されたことを特徴とする培養容器。
【請求項２】
上記検出素子は、上記容器本体部の内壁であって上記撹拌手段に対向する位置に配設されたことを特徴とする請求項１記載の培養容器。
【請求項３】
上記容器本体部は、少なくとも上記検出素子が配設された部分が光学的に透明であることを特徴とする請求項１記載の培養容器。
【請求項４】
上記容器本体部は、内部の気体を排気した状態で折り畳みを可能にする部材によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の培養容器。
【請求項５】
上記容器本体部の上面に配設された剛性天板を更に備えることを特徴とする請求項１記載の培養容器。
【請求項６】
上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、上記剛性天板及び上記容器本体部を貫通して取り付けられた円筒部材とを更に備え、上記鞘部材の一方端部が上記円筒部材に取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の培養容器。
【請求項７】
上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、当該剛性天板に配設され、容器本体部の使用状態における形状に沿った支持部材とを備えることを特徴とする請求項１記載の培養容器。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれか一項記載の培養容器と、
上記培養容器の撹拌手段に接続され、回転力を伝達する攪拌機駆動モータと、
上記培養容器の検出素子と上記培養容器の容器本体部を介して対向する位置に配設された受光/発光部と、
上記受光/発光部と接続され、上記培養容器の検出素子から生じた蛍光に基づいて培養液中の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する測定機器とを備える培養装置。
【請求項９】
上記測定機器は、位置決め自在に移動可能となるよう位置決め機構に配設されていることを特徴とする請求項８記載の培養装置。
【請求項１０】
上記測定機器にて測定した培養液中の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHに基づいて、酸素含有ガス又は二酸化炭素の上記培養容器に対する供給量及びガス分圧若しくは上記撹拌手段による培養液の撹拌条件を調節する制御装置を更に含むことを特徴とする請求項８記載の培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体細胞を培養するための培養容器及び当該培養容器を搭載する培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体細胞の培養では、目的生産物の生産性向上のために安価にかつ安全に培養することが望まれている。従来の手法では、ステンレス材で作られた培養槽を使用するもので、培養槽内部を殺菌するための蒸気供給装置や、内部を洗浄するための洗浄手段等の多種類の付帯設備が必須であり、必然的に製品コスト増加を招いた。製造コスト低減に有効な培養手法としてシングルユース容器類を使用する方法がある。培養槽や培地用タンクなどの容器類をシングルユース化することによってこれらを滅菌するための滅菌システムや洗浄を行うための洗浄システムが不要となり、生産コストの低減が期待される。また、生産対象物を変更する際にも前生産物残留による汚染の恐れがなく、安全性の向上も図ることができる。特許文献１には、壁体が変形可能である装置を備えたバイオリアクタに関する記載がある。特許文献２には、培養バッグ内の細胞の画像から培養状況を判定して制御する手段を備えた培養装置が記載されている。特許文献３には、培養バッグの培養液を撹拌するための振盪装置が記載されている。特許文献４には、バイオリアクタに接続されている液移送配管にセンサを配置した使い捨てバイオリアクタが記載されている。特許文献５には、通気スパージャと泡制御手段と折り畳み可能な袋体容器と袋体を収容する支持体とからなるバイオリアクタが記載されている。
【０００３】
これら従来の手法は、旧来より使用されてきた血液バッグや点滴液用バッグ等の技術を応用し、バイオリアクタとして使用するのに不可欠な機能を付加する方法で開発されてきたものである。このため、シングルユースのバイオリアクタの多用はコストの低減には大きく寄与しているものの、反面、使用開始前の準備や使用終了後の撤去等に運転員の作業量が増加する結果をもたらしている。すなわち、シングルユースのバイオリアクタについては使い勝手や培養の制御について更なる改良が必要である。
【０００４】
特に、生体細胞の培養プロセスにおいて、培地中の溶存酸素濃度や培地のpHをモニタリングする必要がある。しかしながら、上述したシングルユースのバイオリアクタについては、培地中の溶存酸素濃度やpH測定を高精度に行う手段の開発、培地中の溶存酸素濃度やpHを測定するための機器等を取り付け手段の開発が十分になされているとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表2004-535826公報
【特許文献２】ＷＯ07-052716公報
【特許文献３】ＷＯ07-052718公報
【特許文献４】特表2009-536520公報
【特許文献５】特表2009-539408公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、培養液中の溶存酸素濃度や溶存二酸化炭素濃度及びpHといった条件を高感度に検出することができる培養容器および培養装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）容器本体部と、上記容器本体部の内部に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液を撹拌する撹拌手段と、上記容器本体部の内壁に配設され、容器本体部に張り込まれた培養液の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する検出素子とを備え、上記検出素子は、上記撹拌手段が培養液を撹拌することで生じた培養液流が上記容器本体の内壁に衝突する位置に配設されたことを特徴とする培養容器。
（２）上記検出素子は、上記本体部の内壁であって上記撹拌手段に対向する位置に配設されたことを特徴とする（１）記載の培養容器。
（３）上記容器本体部は、少なくとも上記検出素子が配設された部分が光学的に透明であることを特徴とする（１）記載の培養容器。
（４）上記容器本体部は、内部の気体を排気した状態で折り畳みを可能にする部材によって構成されていることを特徴とする（１）記載の培養容器。
（５）上記容器本体部の上面に配設された剛性天板を更に備えることを特徴とする（１）記載の培養容器。
（６）上記撹拌部材は、鞘部材と当該鞘部材の外周に配設された撹拌翼とを備え、上記鞘部材の内部に挿入された棒状部材の回転に伴って、これら鞘部材と撹拌翼とが回転することを特徴とする（１）記載の培養容器。
（７）上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、上記剛性天板及び上記容器本体部を貫通して取り付けられた円筒部材とを更に備え、上記鞘部材の一方端部が上記円筒部材に取り付けられたことを特徴とする（６）記載の培養容器。
（８）上記撹拌手段は、回転軸と当該回転軸の外周面に配設された撹拌翼とから構成され、上記回転軸の基端部に配設された磁性カップリング部材により上記回転軸が回転可能であることを特徴とする（１）記載の培養容器。
（９）上記回転軸は、少なくとも一対の摺動部材により支持されていることを特徴とする（８）記載の培養容器。
（１０）上記容器本体部の上面に配設された剛性天板と、当該剛性天板に配設され、容器本体部の使用状態における形状に沿った支持部材とを備えることを特徴とする（１）記載の培養容器。
（１１）上記（１）乃至（１０）いずれかに記載の培養容器と、上記培養容器の撹拌手段に接続され、回転力を伝達する攪拌機駆動モータと、上記培養容器の検出素子と上記培養容器の容器本体部を介して対向する位置に配設された受光/発光部と、上記受光/発光部と接続され、上記培養容器の検出素子から生じた蛍光に基づいて培養液中の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHを測定する測定機器と備える培養装置。
（１２）上記測定機器は、位置決め自在に移動可能となるよう位置決め機構に配設されていることを特徴とする（１１）記載の培養装置。
（１３）上記測定機器にて測定した培養器の溶存酸素濃度又は溶存二酸化炭素濃度又はpHに基づいて、酸素含有ガス又は二酸化炭素の上記培養容器に対する供給量及びガス分圧若しくは上記撹拌手段による培養液の撹拌条件を調節する制御装置を更に含むことを特徴とする（１１）記載の培養装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る培養容器においては、内部に取り付けられた検出素子の汚れを防止し、長期間の培養であっても測定精度の低下を防止することができる。したがって、本発明に係る培養容器によれば、生体細胞を所望の条件下で効率良く培養することができる。
【０００９】
また、同様に、本発明に係る培養装置は、上記培養容器を搭載するため、培養容器の内部に取り付けられた検出素子の汚れを防止し、測定精度を低下させることなく長期間にわたって生体細胞を培養することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置における撹拌機構の概要構成図である。
【図３】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に一例として使用できる回転軸の横断面図である。
【図４】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。
【図５】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。
【図６】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。
【図７】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置に他の例として使用できる回転軸の横断面図である。
【図８】本発明を適用した培養容器及びこれを搭載した培養装置の他の例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る培養容器及び培養装置について図面を参照して、詳細に説明する。
本発明に係る培養容器は、内部に張り込まれた培養液を撹拌しながら各種の生体細胞を培養するものである。特に、培養容器は、医薬品等の主原料となる物質を生産する細胞の培養に適用することができる。本発明において、生産対象の物質としては、例えば抗体や酵素等のタンパク質、低分子化合物、高分子化合物等の生理活性物質およびウイルスを挙げることができる。また、培養対象の細胞としては、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母、真菌及び藻類等を挙げることができる。特に、抗体や酵素等のタンパク質を生産する動物細胞を培養対象とすることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る培養容器は、例えば、図１に示すように、生体細胞を培養するための各種機構を備えた培養装置に搭載されるかたちで提供される。ここで、図１に示す培養装置において、培養容器１は、所謂、使い捨てタイプ（ディスポーザブル・タイプ）であることが好ましい。なお、使い捨てタイプの培養容器とは、通常、１回の使用（培養プロセス）で破棄するものを意味するが、２回以上の培養プロセスに使用する場合も含む意味である。すなわち、使い捨てタイプの培養容器とは、使用回数に限定されず、異なる培養容器に交換可能であることと同義である。
【００１３】
本例において、培養容器１は、透明な合成樹脂フィルムで構成された容器本体部を備えている。容器本体部は、例えば、使用形態において直径560ｍｍ、培養液張り込み高さ550ｍｍ、培養容積100Ｌの円筒状とすることができる。なお、培養容器１は、内部に滅菌された気体を充填することで使用形態とすることができる。また、培養容器１は、使用前は容器本体部の内部の気体がほぼ抜かれて折りたたまれた状態とすることができる。すなわち、培養容器１は、容器本体部の内部の気体をほぼ抜かれた状態とすることで嵩を低くできるため、保管や輸送に好適な形状となる。
【００１４】
より具体的に、培養容器１は、図２に示すように、容器本体部の内部に鞘部材３１と、鞘部材３１の長さ方向における所定の位置に取り付けられた撹拌翼２ａ及び２ｂと、容器本体部の内壁にであって回転翼２ｂと対向する位置に取り付けられた検出素子３ｆと、容器本体部の外部上面に取り付けられた剛性天板６と、剛性天板６に取り付けられた支持部材５と、剛性天板６に取り付けられた回転シール部材３３と、回転シール部材３３に挿入され、鞘部材の上端部を取り付けた円筒部材３２とから構成されている。
【００１５】
検出素子３ｆは、例えば、培養液７に含まれる溶存酸素濃度又は培養液７中の溶存二酸化炭素濃度又は培養液７のpHに依存して異なる強度の蛍光を生じる蛍光体と、当該蛍光体を覆い水分と光を遮断し、分子状の酸素を透過する機能を有する膜状部材等とを備えている。このような検出素子３ｆとしては、培養液７に含まれる溶存酸素濃度を検出するものとして、タイテック株式会社製の商品名：SP-PSt3-NAU-D5、SP-PSt3-YAU-D5、SP-PSt6-NAU-D5及びSP-PSt6-YAU-D5を使用することができ、培養液７の溶存二酸化炭素濃度を検出するものとして、タイテック株式会社製の商品名： SP-CD1-D5-rMy-USを使用することができ、培養液７のpHを検出するものとして、タイテック株式会社製の商品名： SP-HP5-D5を使用することができる。
【００１６】
支持部材５は、培養容器１内部にガスを充填して使用可能な形状となったときに、培養容器１の外面形状に沿った形状の板状部材である。なお、支持部材５及び剛性天板６は、内部の気体がほぼ抜かれて折りたたまれた状態の培養容器１に対して、梱包作業、輸送作業、開包作業及び展開作業の際に損傷することが無いように外力を吸収して保護する機能を果たす。
【００１７】
回転シール部材３３は、培養容器１の上面を貫通するように剛性天板６の略中央部に取り付けられている。回転シール部材３３は、内部に挿入された円筒部材３２を回転可能で且つ気密に保持している。すなわち、円筒部材３２は、回転シール部材３３の内径とほぼ同径の外径寸法を有している。また、鞘部材３１は、培養容器１内部に臨む円筒部材３２の端部に気密に取り付けられている。さらに、鞘部材３１の端部は封止されている。
【００１８】
図１に示した培養装置は、上記のように構成された培養容器１を搭載する機構を有している。すなわち、培養装置は、培養容器１の底面を支持する底面支持カバー１６ｂと、培養容器１の側面を支持する側面支持カバー１６ｓと、培養容器１の側面を支持するとともに開閉可能に取り付けた側面開閉支持カバー１６ｄとを備えている。なお、側面支持カバー１６ｓの内面には、図示しないが、培養容器１の支持部材５を嵌合するための凹溝が高さ方法に形成されている。すなわち、底面支持カバー１６ｂ、側面支持カバー１６ｓ及び側面開閉支持カバー１６ｄで形成される空間部に培養容器１を収容する際に、培養容器１の支持部材５を側面支持カバー１６ｓの内面に形成された凹溝と嵌合させる。なお、培養装置は、これら底面支持カバー１６ｂ、側面支持カバー１６ｓ及び側面開閉支持カバー１６ｄを固定する架台１９を備えている。
【００１９】
また、図１に示した培養装置は、上記のように構成された培養容器１を搭載した状態で、培養容器１内に張り込まれた培養液７にて生体細胞を培養するための各種機構を備えている。すなわち、培養装置は、培養容器１に配設された検出素子３ｆと対向する位置に取り付けられた受光/発光部３ｓと、受光/発光部３ｓに接続された溶存酸素濃度測定器３と、溶存酸素濃度測定器３からの信号を入力する制御装置４とを備えている。受光/発光部３ｓは、培養容器１の内部に配設された検出素子３ｆに相対向するような位置に取り付けられる。なお、図１には、培養液７の溶存酸素濃度を測定するための溶存酸素濃度測定器３のみを示したが、培養装置は、培養液の溶存二酸化炭素濃度を測定するための溶存二酸化炭素濃度測定器（図示せず）及び培養液のpHを測定するためのpH測定器（図示せず）を有している。ここで、受光/発光部３ｓとしては、上記の検出素子３ｆの蛍光体に対する励起光を照射でき、且つ、当該蛍光体からの蛍光を受光できるものであれば特に限定されない。受光/発光部３ｓとしては、例えば、タイテック株式会社製の商品名：POF-L2.5-1SMA及びPOF-L2.5-2SMAを使用することができる。また、溶存酸素濃度測定器３としては、受光/発光部３ｓで受光した蛍光を測定するものであれば特に限定されない。溶存酸素濃度測定器３としては、例えば、タイテック株式会社製の商品名：Fibox3を使用することができる。また、図示しない溶存二酸化炭素濃度測定器としてはタイテック株式会社製の商品名：pCO2- miniを、pH測定器としては、タイテック株式会社製の商品名：pH-1 miniを使用することができる。
【００２０】
培養容器１を取り付けた状態で、培養容器１の検出素子３ｆが側面支持カバー１６ｓに覆われる位置となる場合、側面支持カバー１６ｓは、受光/発光部３ｓを内容に臨ませるための開口部を有することとなる。受光/発光部３ｓは、この開口部に取り付けられることで、培養容器１の検出素子３ｆに相対向することができる。また、受光/発光部３ｓは、培養容器１に対して相対的に自在に位置決めできるような位置決め機構により配設されていることが好ましい。位置決め機構としては、側面支持カバー１６ｓの外周に沿って周方向及び/又は高さ方法に自在にスライドできるスライド機構を採用することができる。このスライド機構により受光/発光部３ｓを自在に位置決めする場合、側面支持カバー１６ｓに形成される開口部は、受光/発光部３ｓを自在に位置決めするに足る大きさとする。
【００２１】
また、培養装置は、図２に示すように、培養容器１を取り付けた状態で鞘部材３１に挿入する棒状部材３４と、棒状部材３４に回転力を伝達するカップリング３５と、カップリング３５を介して棒状部材３４を回転駆動する撹拌機駆動モータ１１とを備えている。なお、鞘部材３１、円筒部材３２及び棒状部材３４をまとめて、図１においては回転軸１０として図示している。また、攪拌機駆動モータ１１は、制御装置４に接続され、駆動制御される。
【００２２】
さらに、図１に示した培養装置は、培養容器１に対して酸素含有ガスを供給する第１ガス調節装置１２、培養容器１に対して二酸化炭素を供給する第２ガス調節装置１３、培養容器１内部にガスを供給又は内部のガスを排出する第３ガス調節装置１４を備えている。第１ガス調節装置１２、第２ガス調節装置１３及び第３ガス調節装置１４は、それぞれ中途部にガス用フィルタ２０を配設した第１ガス流路管２１、第２ガス流路管２２及び第３ガス流路管２３を介して培養容器１と接続されている。培養容器１には、図示しないが、第１ガス流路管２１、第２ガス流路管２２及び第３ガス流路管２３を気密に接続するための接続機構を有している。第１ガス流路管２１は、先端部に気泡を発生させるための散気手段１７が接続されている。散気手段としては特に限定するものではなく、公知のリングスパージャ、プラスチック多孔質材、金属多孔質材、無機多孔質材のいずれかまたはこれらを組み合わせで用いる。また、発生させる気泡の大きさは培養を目的とする生体の細胞によって適宜選択する。第２ガス流路管２２及び第３ガス流路管２３は、培養容器１に接続された状態で、共に先端部が培養液７の上方空間部に位置している。また、これら第１ガス調節装置１２、第２ガス調節装置１３及び第３ガス調節装置１４は、制御装置４と接続されている。よって制御装置４は、第１ガス調節装置１２、第２ガス調節装置１３及び第３ガス調節装置１４からのガス供給のタイミング及び供給量などを制御することができる。
【００２３】
さらにまた、培養装置は、図示しない培養液タンクと接続された液体供給管２４を備えている。液体供給管２４の先端部は、培養容器１の内部に位置している。培養液７は、培養液タンクから液体供給管２４を介して培養容器１内に張り込まれる。
【００２４】
さらにまた、培養装置は、図示しないタンクと接続された培養液排出管２５を備えている。培養液排出管２５は、培養容器１の底面部に取り付けられる。培養容器１に張り込まれた培養液７は、培養液排出管２５を介して図示しないタンクへと排出されることとなる。
【００２５】
さらにまた、培養装置は、制御装置４と接続された温度調節手段１５を有している。温度調節手段としては、特に限定されないが、例えば、培養液７を加熱する電気ヒータを使用することができる。なお、温度制御手段１５は、例えば、側面支持カバー１６ｓの外側に配設されている。温度制御手段１５から供給される熱は側面支持カバー１６ｓを介して培養容器１内の培養液７に伝達される。また、温度制御手段１５は、あらかじめ設定した温度を超えることがないよう過熱防止制御系を備えることが好ましい。過熱防止制御系により所定の温度以上に加熱することが防止されるため、熱によって培養容器１を損傷することを防止することができる。
【００２６】
以上のように構成された培養装置について、培養容器１を取り付ける動作について説明する。先ず、培養容器１を取り付けるには、培養容器１の支持部材５を、側面支持カバー１６ｓの内面に形成されている凹溝と嵌合させる。次に、培養装置１の上方に露出した円筒部材３２から鞘部材３１の下端部まで棒状部材３４を挿入するとともに、円筒部材３２の上端部にカップリング３５を固定する（図２参照）。このとき、撹拌機駆動モータ１１は、取り付け位置を自在に変更できる取り付け座（図示なし）によって架台１９に固定されており、この取り付け座を調節することでカップリング３５に取り付けられる。これにより、攪拌機駆動モータ１１の重量及び回転に伴う振動は、この取り付け座により支えることができる。すなわち、攪拌機駆動モータ１１の重量及び回転に伴う振動から培養容器１を解放することができる。その後、側面開閉支持カバー１６ｄを閉めて固定する。
【００２７】
次に、第１ガス流路管２１、第２ガス流路管２２、第３ガス流路管２３、液体供給管２４及び培養液排出管２５を培養容器１に連結する。この状態で、第３ガス調節装置１４から滅菌された気体が第３ガス流路管２３を介して培養容器１内に充填される。これにより培養容器１は、折りたたまれた状態から使用可能な状態へと展開される。このように展開され使用可能な状態となった培養容器１は、下方の端部が封止されている鞘部材３１、鞘部材３１を取り付けてなる回転シール部材３３等の構成によって内部の気密性が保持されている。
【００２８】
また、上述したように培養容器１を折りたたまれた状態から使用可能な状態に展開されるとき、培養容器１の天井に相当する部分に剛性部材からなる剛性天板６を気密的に設置し、更に剛性天板６に固定される支持部材５を設けているため、撹拌翼等の突起物によって傷をつくことの無いよう、十分に配慮されている。
【００２９】
なお、受光/発光部３ｓが上述した位置決め機構に配設されている場合には、上述したように培養容器１を取り付けた後、受光/発光部３ｓが培養容器１の検出素子３ｆと対向する位置となるように調節することができる。例えば、培養容器１が合成樹脂フィルム等で形成されている場合など、室温や湿度、充填するガス量等により、培養容器１が常に一定の形状及び/又は位置に展開されるとは限らない。すなわち、培養容器１の検出素子３ｆが常に一定の位置となるとは限らない。したがって、当該位置決め機構により受光/発光部３ｓの位置決めを行うことで、検出素子３ｆと受光/発光部３ｓとをより正確に対向させることができ、溶存酸素濃度やpHの測定不良を防止することができる。
【００３０】
以上のように、培養容器１を取り付けた培養装置を用いて細胞培養を行うプロセスについて説明する。先ず、培養容器１に取り付けられた液体供給管２４を介して所定の量の培養液７が気密性を保持した培養容器１内部に張り込まれる。このとき、培養液７の注入に伴って内圧が上昇するため、第３ガス流路管２３を介して培養容器１内部に充填されたガスを排出する。また、培養液の張り込み作業中及び張り込み終了後、第３ガス調節装置１４により培養容器１内部の圧力を大気圧よりも僅かに高くなるように調節する。これにより、培養容器１の形状を保持できるとともに、培養容器１内部への雑菌の侵入を防止することができる。
【００３１】
培養容器１内に培養液７が張り込まれると、培養液７に浸る部分の鞘部材３１が圧力により棒状部材３４に密着することとなる。これにより、棒状部材３４の回転に伴って鞘部材３１及び撹拌翼２ａ、２ｂが一体的に回転することができる。なお、棒状部材３４の横断面形状は、特に限定されないが、非円形の形状であることが好ましい。棒状部材３４の横断面形状が円形である場合には、棒状部材３４に伴って回転する撹拌翼２ａ及び２ｂに負荷される抵抗によって、棒状部材３４に密着した鞘部材３１に皺やねじれが生じ、この部分から破損する虞がある。これに対して、棒状部材３４の横断面形状を非円形とした場合には、培養液７の水圧によって棒状部材３４の外周面に鞘部材３１が密着する際に、棒状部材３４の外周面に対して一部が比較的に強く密着することとなる。具体的には、棒状部材３４の横断面における突出した部分に対しては、鞘部材３１が強く密着することとなる。これにより、棒状部材３４とともに鞘部材３１が回転し、撹拌翼２ａ及び２ｂに抵抗が負荷されたとしても、この部分が引っかかりとなって鞘部材３１に皺やねじれが生じないように作用し、鞘部材３１の破損を防止することができる。
【００３２】
非円形の横断面形状としては、特に限定されないが、図３〜７に示すような形状を例示することができる。すなわち、図３に示すような少なくとも一辺を円弧とした略矩形形状、図４に示すような楕円形状、図５〜７に示すような円形の一部を円弧で切り欠いた形状を挙げることができる。棒状部材３４の横断面をこれら図３〜７に示した形状とすれば、培養液７の水圧によって棒状部材３４の外周面に鞘部材３１が密着する際に、棒状部材３４の外周面に対して一部が比較的に強く密着することが理解できる。したがって、棒状部材３４の横断面をこれら図３〜７に示した形状とすることで、棒状部材３４の回転によって鞘部材３１が破損するような不都合を確実に回避することができる。
【００３３】
上述のように培養容器１に培養液７を張り込んだ後若しくは張り込むと同時に、例えば液体供給管２４を介して生体細胞を培養液７に接種する。培養液７による細胞培養は、通常、所定の回転数で撹拌翼２ａ及び２を回転させながら行う。撹拌翼２ａ及び２ｂの回転数は、撹拌機駆動モータ１１の回転を制御装置４によってコントロールすることによって調節される。撹拌機駆動モータ１１の回転は回転軸１０に伝達され、回転軸１０に設けた撹拌翼２ａ及び２ｂを回転させることによって培養容器１内に張り込まれた培養液７を撹拌・混合する。培養液７中には、微細粒子である生体細胞が浮遊しており、細胞が沈積することの無いよう培養液７を流動させる。なお、培養する生体の細胞が足場依存性を有する場合には、増殖のための足場となるマイクロキャリアを使用する。足場依存性を有する生体の細胞はマイクロキャリアに接触することにより培養面に付着して増殖する。撹拌回転数が増加すると混合が強化され、酸素溶解量が増加するとともに生体の細胞の浮遊状況が改善される。
【００３４】
また、細胞培養時の培養液７の温度は、温度調節手段１５により予め規定された温度となるように調節される。さらに、細胞培養時には、第１ガス調節装置１２より第１ガス流路管２１及び散気手段１７を介して酸素含有ガスが培養液７に供給される。また、細胞培養時には、第２ガス調節装置１３より第２ガス流路管２２を介して二酸化炭素が培養液７上方の空間部に供給される。このように、培養装置では、第１ガス調節装置１２から供給される酸素含有ガスの通気ガス量と酸素分圧を増減することにより、培養液７中の溶存酸素濃度をコントロールする。また、培養装置では、第２ガス調節装置１３から供給される二酸化炭素の通気ガス量と二酸化炭素分圧を増減することにより、培養液７中のpHをコントロールする。
【００３５】
特に、培養容器１を搭載した培養装置では、培養液７内の溶存酸素濃度を長期間に亘って高精度に検出することができる。溶存酸素濃度の測定方法を以下に説明するが、培養液７の溶存二酸化炭素濃度及びpHを測定する方法についても同様である。培養装置では、培養容器１を搭載した状態で、培養容器１の内壁面に取り付けられた検出素子３fと、受光/発光部３ｓとが相対向している。培養液７の溶存酸素濃度を測定する際には、受光/発光部３ｓの発光素子から発せられた所定の波長の励起光が、培養容器１壁面を透過し、検出素子３fに設けた蛍光体を照射する。検出素子３fの蛍光体は、励起光によって励起され、基底状態に戻る際に蛍光を発する。蛍光体から発せられる蛍光は、酸素の存在によって影響を受け、溶存酸素量が多いほど蛍光の減衰が大きくなる。検出素子３fから発せられた蛍光を受光/発光部３ｓで受光し、蛍光強度とその時間変化を溶存酸素濃度測定器３にて測定する。なお、受光/発光部３ｓから照射する励起光及び受光/発光部３ｓで受光する蛍光は、ともに培養容器１壁面を透過することとなる。このため、培養容器１は、少なくともこれら励起光及び蛍光が透過する領域が、これら励起光及び蛍光の波長領域については透明であることが好ましい。
【００３６】
溶存酸素濃度測定器３にて測定した溶存酸素濃度の測定値は、制御手段４に出力される。制御手段４は、例えば、入力した溶存酸素濃度の測定値に基づいて、培養液７の溶存酸素濃度が所望の値となるように制御することができる。具体的に制御手段４は、撹拌翼２ａ及び/又は２ｂの回転数を増減するよう攪拌機駆動モータ１１を制御する方法、第１ガス調節装置１２から供給する酸素含有ガスの通気ガス量及び/又は酸素分圧を調節するよう第１ガス調節装置１２を制御する方法のいずれか又は両方により、溶存酸素濃度を所定の値となるように制御することができる。なお、第１ガス調節装置１２による酸素含有ガスの制御においては、後述する溶存二酸化炭素濃度が所望の値以上となって溶存二酸化炭素濃度低下の制御がなされている場合には酸素含有ガスの通気ガス量の増減による方法が優先され、溶存二酸化炭素濃度が所望の値以下で溶存二酸化炭素濃度低下の制御がなされていない場合には酸素含有ガスの酸素分圧を調節する方法が優先される。
【００３７】
溶存二酸化炭素濃度測定器(図示なし)にて測定した溶存二酸化炭素濃度の測定値は、制御手段４に出力される。制御手段４は、例えば、入力した溶存二酸化炭素濃度の測定値に基づいて、培養液７の溶存二酸化炭素濃度が所望の値以下となるように制御することができる。具体的に制御手段４は、溶存二酸化炭素濃度が所望の値を超えた場合には、撹拌翼２ａ及び/又は２ｂの回転数を増加するよう攪拌機駆動モータ１１を制御する方法、第１ガス調節装置１２から供給する酸素含有ガスの通気ガス量及び/又は酸素分圧を調節するよう第１ガス調節装置１２を制御する方法のいずれか又は両方により、溶存溶存二酸化炭素濃度を所定の値となるように制御することができる。具体的には、溶存二酸化炭素濃度が所望の値を超えた場合に、撹拌翼２ａ及び/又は２ｂの回転数を増加する方法、供給する酸素含有ガスの通気ガス量を増加する方法、供給する酸素含有ガスの酸素分圧を低下する方法を適宜併用することによって、溶存溶存二酸化炭素濃度を所定の値となるように制御する。
【００３８】
pH測定器(図示なし)にて測定したpHの測定値は、制御手段４に出力される。制御手段４は、例えば、入力したpHの測定値に基づいて、培養液７のpHが所望の値となるように制御することができる。具体的に、制御手段４は、pHが所望の値を超えた場合には、第２ガス調節装置１３から供給する二酸化炭素の通気ガス量を増加するよう第２ガス調節装置１３を制御する。pHが所望の値より低下した場合には、第２ガス調節装置１３から供給する二酸化炭素の通気ガス量を減少させるよう第２ガス調節装置１３を制御し、二酸化炭素の通気ガス量が０となっても更にpHが低下しているようであればアルカリ性の中和剤を添加するよう中和剤添加装置(図示していない)を制御する。
【００３９】
このとき、本発明に係る培養装置では、培養容器１に配設された検出素子３ｆが撹拌翼２ｂと対向するように位置しているため、撹拌翼２ｂの回転によって生じる円周方向の培養液７の流れが検出素子３ｆの表面に対して強く作用する。この培養液７の流れによって、検出素子３ｆの表面に対して種々の成分（生細胞、死滅細胞、細胞酸性物質及び培地成分等）が付着するのを防止することができる。特に、培養液７に含まれる生細胞が検出素子３ｆに付着すると、生細胞自信が酸素を消費するため、溶存酸素濃度を正確に測定することができない。特に、本発明に係る培養装置では、細胞を長期間に亘って培養する際であっても各種成分が検出素子３ｆに付着するのを常に防止することができるため、培養全期間に亘って正確に溶存酸素濃度を測定することができる。
【００４０】
本発明において、培養容器１に配設された検出素子３ｆが撹拌翼２ｂと対向するように位置するとは、上述のように、撹拌翼２ｂの回転によって生じる培養液７の円周方向の流れが作用しうる位置を意味し、撹拌翼２ｂの高さ位置と検出素子３ｆの高さ位置とが厳密に一致することを意味するものではない。例えば、検出素子３ｆの高さ位置は、撹拌翼２ｂの高さ位置からずれていても、上述した培養液の流れが作用するのであれば、撹拌翼２ｂと対向する位置となる。
【００４１】
以上のように、本発明に係る培養容器１を搭載した培養装置によれば、検出素子３ｆ表面の汚れに起因する計測精度の低下を防止することにより長期の培養でも良好な培養制御をおこなえる。さらに、培養容器１外壁面を介して検出素子３ｆと対向する位置に受光/発光部３ｓを備える構成によって培養液７の溶存酸素濃度や溶存二酸化炭素濃度及びpHを測定できるため、光ファイバの使用によるコストアップや、光の減衰、迷光の侵入による感度低下を起こすことがなく、高感度計測を維持できる。これらの効果を有する培養容器１及び培養装置を提供することによって、培養を長期間継続でき、目的物質の生産性および生産物の安全性を向上できる。
【００４２】
なお、上述した細胞培養が終了した後、培養液７を培養液排出管２５より排出して図示しないタンクに収容することができる。なお、上述した細胞培養の最中、液体供給管２４及び培養液排出管２５は、微生物の侵入や内部溶液の漏えいを防止するため密封状態を維持する。
【００４３】
なお、図１及び２に示した、培養容器１を搭載する培養装置は、図示していない構成を備えていても良いことは当然理解できる。培養容器１を搭載する培養装置は、例えば、サンプリングやpH調節用薬剤注入、培地交換のための複数の配管等を備えていても良い。また、培養容器１を搭載する培養装置は、培養容器１内の培養液７の一部に対して所望の試薬を添加する際に使用される液出し入れ用ノズルを備えていても良い。さらにまた、培養容器１を搭載する培養装置は、空気、酸素、窒素及び二酸化炭素等のガス供給設備、温水冷水供給設備並びに給排水設備を備えていても良い。
【００４４】
一方、図１及び２に示した、培養容器１を搭載する培養装置では、培養容器１の鞘部材３１に棒状部材３４を挿入し、培養液７の水圧によって鞘部材３１を棒状部材３４に密着させた状態を形成し、棒状部材３４と鞘部材３１を一体的に回転駆動させていた。しかしながら、このような構成に限定されず、例えば図８に示すように、いわゆるマグネットカップリングを利用して培養容器１の回転軸１０を回転駆動させるような構成であっても良い。
【００４５】
具体的に、図８に示すように、培養容器１は、撹拌翼２ａ及び２ｂが取り付けられた剛性を有する回転軸１０と、回転軸１０の一方端部側に連結された第１磁性カップリング部材４０と、回転軸１０の一方端部が挿入された第１摺動部材４１と、剛性天板６に固定された攪拌機支持部材４２と、攪拌機支持部材４２に取り付けられた第２摺動部材４３とを備えている。この培養容器１において、回転軸１０は、所定の間隔をもって配置された第１摺動部材４１及び第２摺動部材４３に挿入されることで支持されている。すなわち、第１摺動部材４１と回転軸１０との接点が回転軸１０の上部支点となり、第２摺動部材４３と回転軸１０との接点が回転軸１０の下部支点となる。なお、第１摺動部材４１は剛性天板６に固定され、第２摺動部材４３は攪拌機支持部材４２を介して剛性天板６に固定されている。
【００４６】
一方、この培養容器１を取り付ける培養装置は、攪拌機駆動モータ１１と、攪拌機駆動モータ１１の駆動軸４６の端部に取り付けられた第２磁性カップリング部材４４と、第２磁性カップリング部材４４を固定する取り付けガイド４５とを備えている。
【００４７】
このように構成された培養装置では、第１磁性カップリング部材４０と第２磁性カップリング部材４４との間の磁力により、攪拌機駆動モータ１１の駆動軸４６の回転が、回転軸１０に伝達されることとなる。これにより、図１及び２に示した培養装置と同様に、図８に示した構成の培養装置であっても、培養液７内で撹拌翼２ａ及び２ｂを回転させることができる。
【００４８】
特に図８に示した培養装置では、剛性天板６にメカニカルシールのための貫通口を設ける必要がなくなり、培養容器１の気密性をより高めることができる。このため、特に図８に示した培養装置では、微生物汚染の可能性をより低下させることができ、製品の安全性向上が図れる。さらに、図８に示した培養装置では、培養容器の着脱をより簡便に行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１…培養容器、２a、２b…撹拌翼、３ｆ…検出素子、３ｓ…受光/発光部、３…溶存酸素濃度計測器、４…制御装置、５…支持部材、６…剛性天板、１０…回転軸、１１…攪拌機駆動モータ、１２…第１ガス調節装置、１３…第２ガス調節装置、１４…第３ガス調節装置、１６…支持カバー、１９…架台、２１…第１ガス流路管、２２…第２ガス流路管、２３…第３ガス流路管、２４…液体供給管、２５…培養液排出管、３１…鞘部材、３２…円筒部材、３４…棒状部材、４０…第１磁性カップリング部材、４４…第２磁性カップリング部材
【図１】
0005570913.tif 000002
【図２】
0005570913.tif 000003
【図３】
0005570913.tif 000004
【図４】
0005570913.tif 000005
【図５】
0005570913.tif 000006
【図６】
0005570913.tif 000007
【図７】
0005570913.tif 000008
【図８】
0005570913.tif 000009