(57)【要約】本発明は、チューブエアレーション手段による液状媒体のエアレーション用装置、そこに含まれる特殊チューブモジュール、および液状媒体のエアレーションのための装置の使用に関する。
2009514512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブモジュールであって、ガスの供給および排出を調節するマウンティングに適当な連結器によって連結されることができるヘッドマウンティングおよびフットマウンティング中に平行に整列された複数のチューブの組み合わせを特徴とする、チューブモジュール。
【請求項２】
用いられるチューブが固定子高さの１〜２倍の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載されたチューブモジュール。
【請求項３】
チューブ端が、ヘッドおよびフットのマウンティング中に気密に固定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載されたチューブモジュール。
【請求項４】
チューブの使用が、垂直に伸ばされた単層あるいは多層の平行シート状に配列されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載されたチューブモジュール。
【請求項５】
マウンティングと、請求項１〜３のいずれか１つに記載されたチューブモジュールの少なくとも１つと、を有して成る装置。
【請求項６】
同軸に配置された撹拌要素の流れに曝されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか1つに記載された装置。
【請求項７】
チューブモジュールのヘッド部材が、ねじ連結、チューブ連結、管継手、またはロックイン要素によってマウンティングに連結されていることを特徴とする、請求項５または６のいずれか１つに記載された装置。
【請求項８】
マウンティングが、上からガスを供給(ガス供給および排出)するための向かい合う偏向具およびチューブ偏向を備えた固定子であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１つに記載された装置。
【請求項９】
チューブが撹拌要素によって引込まれるのを防ぐための保持具を備えていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか１つに記載された装置。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか１つに記載された装置の、液状媒体、特に細胞培養液のエアレーションのための使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブエアレーションによる液状媒体のエアレーション用装置、そこに含まれる特殊チューブモジュール、および液状媒体のエアレーションのための装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
製薬産業において、組換え型タンパク質の製造はより一層重要になりつつある。翻訳後修飾を備えた糖化蛋白質を生産する能力の故に、動物細胞培養はより複雑な蛋白質の製造法としてよく確立されて来た。
【０００３】
分散し撹拌する要素を備えた強力な泡エアレーションが、微生物に酸素を供給するために通常用いられる。
【０００４】
動物細胞は、それらが培養される工業的リアクターに特別の要求を賦課する。ガス泡を分割するために必要なものとしての、高剪断力は特に回避されなければならない。というのは、細胞壁を有しない細胞の細胞膜に取り返しがつかない程に損傷を与え、その結果、細胞培養物の成長にとって不利な結果を及ぼすからである。
【０００５】
撹拌要素による分散の間とは別に、剪断力は、液体表面でのガス泡の形成および破裂の間にもまた放出される。従って、泡エアレーションは、非常に低いガス処理能力を備えた細胞培養の中でのみ生ずることができる。撹拌要素はこの場合、何らガス気泡分散作用を担っておらず、本質的に分配機能だけを担っている。従って剪断に敏感な細胞の場合には、比較的低い細胞密度に対してのみ、大きな泡を用いるエアレーション方法によって酸素の適切な供給を保証することができる。
（Ｈ．Ｊ．Ｈｅｎｚｌｅｒ：「Verfahrenstechnische Auslegungsunterlagen feur Reuhrbehaulter als Fermenter（発酵器としての撹拌槽のためのプロセス工学設計書）」化学工学技術（Chem. Ing. Tech.）５４巻（１９８２年）Ｎｏ．５  ４６１〜４７６ページ、  Ｈ．Ｊ．Ｈｅｎｚｌｅｒ、Ｊ．Ｋａｕｌｉｎｇ：「細胞培養の酸素化（Oxygenation of cell cultures）」バイオプロセスエンジニアリング（Bioprocess Engineering）９巻（１９９３年）６１〜７５ページ、：「Mischen und Ruhren（混合および撹拌）」ｂｙ Ｍ．Ｋｒａｕｍｅ，ＷＩＬＥＹ−ＶＣＨ社  ２００３年。）
【０００６】
酸素供給を改良するために、孔径が０．２μｍまでの細孔巾を持った金属またはセラミック材料の焼結エアレーターの使用が提案されており、小さな剪断力で細かな泡が産出される。（Ｄ．Ｎｅｈｒｉｎｇ、Ｐ．Ｃｚｅｒｍａｋ、Ｊ．Ｖｏｒｌｏｐ，Ｈ．Ｌｕｂｅｎ： 「パイロット規模の動物細胞培養におけるセラミックマイクロ拡散エアレーションシステム（a ceramic microsparging aeration system）の実験的研究」バイオテクノロジーの進歩（Biotechnology Progress） ２０巻 （２００４年） ６号、 １７１０〜１７１７ページ, Ｈａｎｓｈｉ、Ｑｉ、Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎｏｖ：「動物細胞の高密度還流培養（Perfusion Cultures）におけるマイクロ拡散の技術と科学」１７回ＥＳＴＡＣ会議、タイロサンド（Ｔｙｌｏｓａｎｄ）スエーデン、２００１年）。しかしながら、長時間にわたって使用されると、焼結エアレーターは詰まる傾向がある。更に、発泡問題が起こり得て、消泡剤の使用が要求されるが、それは翻って再処理における収率のロスに繋がる。
【０００７】
酸素供給の低剪断法はメンブレンエアレーションによって代表され、酸素は気相と培養媒体との間に張られたメンブレン壁を通過する。そのようなメンブレンは筒状の籠固定子上にチューブとして巻き上げることができる（Ｈ．Ｊ．Ｈｅｎｚｌｅｒ、Ｊ．Ｋａｕｌｉｎｇ「細胞培養の酸素化（Oxygenation of cell cultures）」バイオプロセス工学（Bioprocess Engineering）９巻（１９９３年）、６１〜７５ページ、欧州特許公開（ＥＰＡ１）第０１７２４７８号、国際特許公開（ＷＯ）第８７／０２００５４号）。大きな交換面積を与えるために、チューブはできるだけ空隙が少なくなるように互いに接近して配置される。
【０００８】
チューブ間の空隙Ｓは、チューブの外径をＤとして、懸濁細胞の場合、通常０＜Ｓ／Ｄ＜１の範囲である。もし、担体材料上に固定化された細胞が用いられるなら、チューブマトリックスの透過性を確かにするために、担体微粒子との関連でより大きな空隙が望ましいかもしれない。垂直および水平の巻き固定子が用いられる。垂直巻きはチューブ上への析出を防止するという原理から好ましい。更に、このようにして仮想的に２倍のチューブ面積をリアクター中に設けることができる。翼または他の撹拌器のような低剪断力で半径方向へ移動する撹拌要素の助けで、液体側での物質移動抵抗を最小化するために、同軸状に配置されたチューブメンブレンが半径方向への流れを受ける。
【０００９】
中空繊維リアクターとして知られ、円周状の流れの中で撹拌層リアクターに連結する他のリアクターが、媒体によって貫通される（ドイツ特許第１９５３７０３３Ａ１号、欧州特許第０７２７４８１Ａ２号、ドイツ特許第１９５２８８７１Ｃ２号、米国特許第６００１５８５Ａ号、米国特許第５４４３９８５Ａ号、国際特許公開第０２／３１１０８Ａ１号）。ここで、培養液が、媒体の供給およびｐＨ調整が生ずる撹拌層リアクターとエアレーションリアクターとの間を定常的にポンプ循環されることが必要である。高い物質移動を実現することができるためには、メンブレンの液体側での物質移動抵抗を減らさなければならず、そのことは高いポンプ循環速度を要求し、その結果剪断力の問題を生ずる。更なる変形はレシプロジェットリアクターであり、そこではメンブレン面積は振動する形で垂直方向に動く（Ｊａｎｉｎｅ  Ｔ．Ｂｏｈｌｍａｎｎ「Entwicklung eines neuartigen Staustrahl-Membranreaktors feur die Zellkulturtechnik mittels CFD（細胞培養技術のためのＣＦＤ手法による新規なラムジェット（ｒａｍｊｅｔ）メンブレンリアクター）の開発」ＣＩＴ、Ｎｏ．７５（２００３年）１３１〜１３５ページ）。工業的規模でのそのような構造では、軸ベアリングの封止に由来する無菌条件を備える上での技術的問題と同様に、複雑なメンブレンリアクターの取り扱い上の問題が起こりやすい。前述の理由により、同軸上に配置された撹拌器の流れに曝される巻きチューブ固定子（wound tube stators）は、依然として最も技術的に洗練されおよび信頼し得る解決のように見える。
【００１０】
チューブ材料としては多孔質ポリマーが好ましいとして、シリコーンが広く採用されてきた。この理由は、高いガス透過性、高い耐熱性、および５０ｍ以上にわたるチューブ部分上に均一に分布するチューブ特性であり、この特性は殺菌後でも保たれている。チューブ部分のチューブの大きな長さは、同軸チューブ固定子の時間のかかる製造を短時間にすることに寄与する。シリコーンチューブは通常、一度使用した後は廃棄される。そのために発酵終了の度ごとに、エアレーションケージの製造にかなりの努力が要求される。長いチューブ部分を使用することによって達成されるより労力を要しない解決策の長所は、しかしながら、また、短所によって相殺される。例えば、チューブを分配システムに固定するための圧損上限に従うことは、チューブ長さのチューブ直径の比に比例的に依存するチューブ内での圧力低下を制限するために、大口径チューブの使用を要求する。チューブ直径が大きくなると、代わりに強度に依存する壁厚の増加を招き、それはチューブを通っての物質移動における拡散抵抗の比例的増加を招く。更なる考慮すべき問題は、チューブ巻きの再現性によって代表され、その再現性はチューブを伸ばす力の消費に依存しており、確定的には決定することができない。垂直巻きの場合、余りにも堅い巻きは偏向点における断面方向の歪みにつながり、およびチューブの長さ方向の圧力分布の変化へとつながる。不十分に伸ばされたチューブでは、チューブが撹拌要素との接触で損傷を受ける危険性がある。メンブレンエアレーションの基本的問題はチューブの比表面積Ａ／Ｖの拡大縮小（scaling）によって表され、該比表面積はリアクター容積Ｖ１／３と共に減少して、発酵規模に上限を賦課する。この不利益を発酵槽中の変更された流体力学条件、例えば増加した円周状撹拌速度による向上した流れにチューブを曝すこと、によって補償することはできない。なぜならば、この不利益は、剪断負荷の増加および追加的拡散抵抗が原因であり、これらは流体力学的には影響されないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
先行技術に基づいて、課題は今や先行技術からの巻きチューブ固定子および他のメンブレンエアレーションシステムで知られている欠点を回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、本発明による少なくとも1つのチューブモジュールおよび対応するマウンティングを有して成る本発明による装置によって、驚くほど容易に達成される。
【００１３】
従って、マウンティングおよび少なくとも1つの関連するチューブモジュールを有するチューブモジュールおよび液媒を通気するための対応する装置は、本出願の対象である。
【００１４】
対応するチューブモジュール、それは複数のチューブの組合せによって特徴付けられ、該チューブはヘッドマウンティングおよびフットマウンティング中で平行に配列し、該マウンティングはまた、チューブモジュールのヘッド部材またはチューブモジュールヘッド(部材)とも呼ばれ、それはガスの供給および除去を調節するマウンティングへ適切な連結具によって連結されている、チューブモジュールが本発明の対象である。
【００１５】
本発明に従ってチューブモジュール中で処理されるチューブは短く、優先的には、歪んだ状態において固定子高さの１〜２倍の長さを有する。タンク直径をＤとして、固定子高さＨはおよそ０．５＜Ｈ／Ｄ＜５、好ましくは０．８＜Ｈ／Ｄ＜３の範囲、および特に好ましくは、Ｈ／Ｄ比が２である。タンクの端からリアクターの中心への液体の逆流については、液体の表面およびリアクターの底面からの固定子の適切な距離が必要である。この距離は流体力学的な移動条件に依存し、好ましくは充満高さの２％と２０％との間である。
【００１６】
本発明に従ってチューブモジュール中で処理されるチューブは、通常ヘッドおよびフット部材中にチューブの両端を機密性よく固定される。その固定は、好ましくは、適切な接着剤で所定の位置に固定され、より好ましくは２成分接着剤またはシリコーン接着剤により固定される。適切な接着剤の例としては、硬化してエラストマー状のシリコーンポリマーを形成し、製薬工程のＦＤＡ規格を有し、および１３４℃に至る耐熱性を有する、例えばＧＥ  Ｂａｙｅｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社のＲＴＶ８００１系統のような、商業的に入手可能なシリコーン封止化合物である。
【００１７】
本発明に従って処理されるチューブの外径は、通常０．１〜１０ｍｍ、好ましくは、０．５〜３ｍｍである。
【００１８】
本発明に従って処理されるチューブの壁厚は通常０．０５〜２ｍｍの間、好ましくは０．１〜０．５ｍｍの間にある。
【００１９】
チューブは、１以上の垂直に延伸された平行なシートに合わされてあって、該平行な配列はチューブモジュールヘッド部材の背後の接着剤小片（strips）によって達成され、または好ましくは、チューブモジュールヘッド部材自体のキャスト成形によって達成される（例えば、図３および４、要素（１２）／（２２）〜（１１）／（２３）〜（１１）／（２１）〜（１２）／（２０）、または図９ａ、図９ｂ、および図９ｃ、要素（９１）を参照）。チューブモジュールおよびマウンティングは、好ましくはリング固定子と共に一体となって、固定子とエアレーション効果とを１単位として結合し、および同様に本発明の対象である、装置を作り出す。
【００２０】
対応するリアクター／発酵器中の運転状態において、本発明による装置は同軸上に配置された撹拌要素の流れに曝され、媒体の適切な完全混合を保証する。
【００２１】
チューブモジュールのチューブモジュールヘッド部材は連結要素によってマウンティングに連結されて、エアレーション媒体が導入されおよび抜け出ることを可能にする。チューブモジュールヘッドとマウンティングとの間のそのような連結要素は、例えば、管またはネジ連結、管継ぎ手、もしくは、好ましくはロックイン要素である。管連結の場合、例えば、更なる接着性結合工程を用いてチューブモジュールヘッドがチューブ状連結を有する様にできる可能性があり、該連結によって、チューブモジュールは固定子に備わったホース継ぎ手上へと容易に引き揚げられる。もし、管継ぎ手が用いられると、チューブモジュールヘッドはその２つの継ぎ手部材の一つの中の所定の位置へ固着される。幾分かの高コストに拘わらず、設備保全の観点からは、エアレーションモジュールの製造に、より敏感な使い捨て部品として設計された継ぎ手改変品を使用することと、固定子中に、よりシンプルな受け手部分、より強固な接続管を搭載することとが推奨される。供給要素への非ポジティブ連結が、特に好ましくは、チューブモジュールヘッド上に備えられたロックイン（locking-in）要素によって確立され、チューブモジュールおよび供給要素の外部空間からの封止は、シリコーン表面鋳型（cast）上への表面圧力がチューブモジュールヘッド内へと押圧することによって可能となる。
【００２２】
好ましい実施態様において、装置全体としてはチューブモジュールヘッドの繋ぎ込みのために、ガスの供給と除去とのための連結部材をもった各供給ステーションを有して成る。
【００２３】
特に好ましい実施態様においては、異なる圧力レベルの領域が酸素と二酸化炭素との供給と廃棄との分離した最適化のために設定されるように、ガス供給および除去のための供給ステーションが分割される。この場合、各部分はガスの供給と除去とのためのそれ自体の連結から成る。
【００２４】
マウンティングとして特に好ましいのは、ガス供給および廃棄ステーションが固定子の上方域に一緒に設けられている固定子を建設することであって、チューブは反対側にある偏向具によってステーション間で１８０°偏向させられている。
【００２５】
加えて特に好ましいのは、装置が、チューブが撹拌要素によって引き込まれるのを防ぐような器具を伴うことである。
【００２６】
本発明によるチューブモジュールのチューブはガス透過性プラスチックから成っている；従来から知られているガス透過性および耐熱性のシリコンメンブレンが好ましい。
【００２７】
チューブモジュールは例えば次のように製造される：
【００２８】
初めに、リール上に巻かれたチューブは、平行なシートに互いに接して、できるだけ均一に回転している巻き固定子（winding stator）上に、できるだけ同一の張力で以って巻かれる。チューブの張力は、できるだけ垂直な位置に保たれた遊びプーリーの重み（加速力）によって、適度な精度で予め定められる。巻き固定子の円周は、再引張りされた（restrained）チューブモジュール長さにオフカット分を加えた長さに対応するような寸法である。オフカットによるロスの大きさは主にチューブを巻き固定子に巻きつける時の張力の差に由来し、および巻き上げ操作の均一性に依存して、１０〜３０％の間である。巻き上げ操作の後に、チューブは約１〜５ｍｍ厚さで約５〜２０ｍｍ巾の薄いシリコーン小片（strip）によって互いに連結される。小片は何ら大きな正確性を要せずにコテによって貼られ得るところ、シリコーン化合物、例えば商業的に入手可能なシリコーン封止化合物であって硬化によってエラストマー状のシリコーンポリマーを形成し、ならびに製薬工程においてＦＤＡから要求される品質および１３４℃に及ぶ耐熱性を有する、例えばＧＥ  Ｂａｙｅｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ社のＲＴＶ８００１系のようなシリコーン化合物が、コテで以ってチューブ間の空隙に押入される。硬化後、チューブは巻き上げ方向に９０°の角度でシリコーン小片に沿ってカットされる。シリコーン小片はその部分だけ所望の巾に束ねられてチューブモジュールを形成するチューブに平行にカットされる。所望のチューブ長さは、チューブモジュールヘッド間の距離から適度に再引張りされたモジュールチューブの張力を生ずるための差長を差し引いて得られる。最後にチューブを並べて平行シートを形成するために、少なくとも１つの更なるシリコーン小片がチューブの反対側端を固定するために提供される。偏向具によってチューブを偏向するに当たって、チューブをこの方向に更なる小片で固定することが推奨される。チューブの平行な配列とは離れて、前記のことは、好ましくは薄い膜厚を有していてより敏感なチューブを接触から機械的に保護するという利点も備える。更なる固定用小片を平行配列のために使用することは薦められない、と言うのは、それらは酸素化の削減に導くからである。チューブモジュールヘッド部材中のチューブの接着性結合のためには、モジュールシートは、図８ａおよび図８ｂに示されるように、チューブの端の領域でシリコーン小片（７０）に沿って安定な筒状のキャリア、例えば管（７１）上に巻き上げられ得る。該管の内径は高度に粘性のあるシリコーン接着性化合物を加えることが可能な寸法である。巻き上げられたチューブはリング保持具（７２）中へシリコーン小片（７０）に対して封止状となるように導入される。リング保持具（７２）およびヘッドスペース（７３）は一緒にされ、および接着性化合物（１５）が下方から、垂直に保持されたチューブモジュール中へと注入される。硬化後、リング保持具はチューブモジュールヘッドから数ミリ引き出され、およびナイフで直接、線（７４）に沿って後ろからカットされる。チューブの更なる変形は図９ａ，９ｂ，９ｃに示される。図９ａおよび９ｂに表されるように、巻かれおよびシリコーン小片で接続されてマットを形成したチュー���（１０）の両端は単一チューブモジュールヘッド（９１）中にシリコーン接着性化合物で所定の位置に、高さの正確に決められたシリコーン表面（９２）がチューブモジュールヘッド中で実現される様に、固着される。図９ｃが示すように、硬化後、チューブモジュールヘッドは非ポジティブに（non-positively）、例えばロックイン要素（９３）によって、相方として形成される供給要素（９０）へ連結され得る。その結果、シリコーン表面（９２）が接触面領域において供給要素（９０）方向へ、供給要素のチャネル（４）および（５）（＝供給ライン）が互いにおよび外部空隙に対して封止されるような具合に、押圧される。図９ａ，９ｂ，９ｃに示されるように、チューブモジュールヘッド（９１）および供給要素（９０）は直線形状または曲折形状で使用され得る。曲折形状は、円周状のエアレーション固定子において好ましい
【００２９】
国際特許公開第０３／０２０９１９Ａ２、ページ４、ライン２３〜２６、ページ２９、ライン２２〜２８、ページ３０、ライン２８〜３１、およびページ３１、ライン１、同様に付録のページ３、図３からの類推によって、チューブモジュールのチューブはリアクター中に輪状マウンティングによって搭載されてあって、該マウンティングは垂直な支柱によって互いに連結されてリング固定子を形成し、該固定子は通常高級スチールから完全に製造される。リング固定子は、この先行技術からの制約を離れ、本発明に従ってチューブモジュールの取り付けおよび供給用具としての役目を果たし、この目的のためにガスの供給および排出のために必要な連結具が備えられている。更に、マウンティングはチューブモジュールを受けるための連結具の役目をする。好ましい実施態様において、モジュールが取り付けられた後に、固定子はリアクターの底部にスペーサーによって組み込まれ、および更に、少なくとも２水準で備えられた３〜４個の横方向スペーサーによって中央を中心に配置されている。チューブの近距離を通過する回転翼によってチューブが後に損傷を受けないために、撹拌機に対しての正確な配置が絶対的に必要である。ガスの供給および排出のための連結が、発酵槽中のチューブラインによって簡単に固定子を組立てた後に確立でき、その目的のためには、リング固定子は対応する連結部材、例えばホース継ぎ手で作られる。発酵槽カバー（このカバーは組立て時には外される）の中の強固な係留が、同様に少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの係留点によって可能となる。この場合、連結は殺菌された状態でカバーを通って外部の非殺菌領域へと通じ、ならびにガス供給および排出用のラインとして使用される。重量の理由およびチューブ損傷を避けるためにリアクター中へ導入する際に要求される正確性の理由から、カバー中の固定子および撹拌要素の固定された懸架が比較的小さなリアクターの場合にのみ推奨される。従って、１００Ｌ以上の容量では、底部に搭載されたリング固定子および同様に底部に搭載された撹拌要素の使用が推奨される。
【００３０】
巻き固定子に比較して、本発明によるチューブモジュールの使用によって、物質移動のかなりの増加と同様に、固定子のより容易なカバーが本発明によって達成されるのであって、該モジュールにおいては、平行なエアレーションチューブがガスの入るおよび出る量を制御するマウンティングの両端に取り付けられている。
【００３１】
図１には、チューブモジュール（３）が本発明に従ってデザインされたモジュールの例として示されている。それらが使用されるためには、チューブモジュール（３）はガス供給および排出のための円形供給ライン（４）および（５）に、例えば連結要素（９）によって連結されて、エアレーション固定子を形成する。チューブモジュール（３）の場合には、固定子高さの１倍、好ましくは２倍の長さを有する短いチューブが、長いチューブに代わって、本発明に従って用いられる。
【００３２】
巻きチューブ固定子に比べて、エアレーション固定子中で引っ張られ、および束ねられてチューブモジュールを形成しているチューブは（図３および４参照）、低剪断回転子（２）、好ましくは回転軸（１）上に同心円状に配置されたアンカー型回転子による発酵媒体の半径方向（２）への流れ（図２参照）に曝される。チューブモジュールを製造するために、図３が示すように、チューブをチューブモジュールヘッド（１１）および（１２）中へ両端を封止する様に組立てる。組立ては、例えばチューブを接着剤中へ投入することで生じ得る。要求されるＦＤＡ規格および１３４℃に至る耐熱性を有する、市場で入手可能な２成分系のポリマーまたはシリコーンベースの接着剤が接着剤（１５）として用いられる。
【００３３】
メンブレンエアレーターの最適機能を確実にするために、媒体が流通するチューブ基材の特定のポロシティを維持することが絶対的に必要になる。この目的のために、チューブをチューブの平行列中へ配列することが必要である。図３および図４に示された口金（２０）、（２１）、（２２）、および（２４）は、チューブの平行配列のために用い得る。この機能は、しかしながら、簡単な接着剤小片をチューブモジュールヘッド（１１）および（１２）に近接して付着するだけで比較的よく発揮することができる。チューブ（１０）の配列は単一層形態としての１つの単一層（図３参照）、または他に、表面積を増やすために、多層形態としての図４に示すよう複数の平行層で在り得る。チューブ（１０）の直径は、耐熱性および市場で入手可能で好ましくはシリコーン材料から成っているＦＤＡ認定製品との理由から、０．１〜５ｍｍの間にあるべきである。しかしながら、優先的に直径が０．７ｍｍの小さなチューブが用いられる。それは０．１ｍｍ以下の壁厚でもって、外径３ｍｍおよび壁厚０．５ｍｍのチューブと遜色ない強度を有する一方、５倍も向上したメンブレン物質移動を可能にする。
【００３４】
チューブモジュールヘッド（１１）および（１２）をガス供給ライン（４）および（５）へ気密性よく固定するための複数の可能性がある。
【００３５】
図５は例として、しかし本発明を限定するものではなく、ユニオンナット（４０）での固定化可能性を示しており、該ナットによって、チューブモジュールヘッド（１１）、（１２）に付設された止め（４３）が供給ライン（４）または（５）の筒状の連結部材（４１）に対面するように引き込まれる。この封止はこの場合、Ｏリングによって生ずるべきである。筒状連結部材（４１）および筒状チューブモジュールヘッド（１１）、（１２）、この場合、好ましくは同一の外径を有すべきだが、このヘッド間の簡単なチューブ連結だから、他の連結、例えば市場で入手可能なチューブ継ぎ手もまた考え得る。
【００３６】
図６および７は、例として、しかし本発明を限定するものとしてではなく、チューブモジュール（３）のチューブモジュールヘッド（１１）および（１２）の、ガス供給ライン（４）および（５）ならびに排出（６）および（７）を備えた共通供給リング（５２）への固定化を示す。この配列の場合、モジュールは固定子高さ（８）の約２倍に対応するチューブ長さを有する。この配列の利点は、単一層モジュール構成（図３を参照）の場合にチューブ表面積の増加と、下方供給ライン（５）中に閉じ込められたチューブモジュラーヘッド（１１）の析出危険性の削減とである（図２，３，４を参照）。図６および７に対応するモジュール配列の場合、チューブが偏向リング（５１）に沿って導かれてチューブ長さの半分以上にわたって１またはそれ以上の層を成している正常な垂直の巻きチューブ固定子に類似するような様子で、微粒子の放出が生ずる。
【００３７】
このように、偏向リング（５１）は連結要素（５０）によって供給リング（５２）に連結されてチューブ固定子を形成している。チューブ張力はこの配列の場合、チューブが撹拌機（２）による流れに曝されるときに、チューブの動きを偏向リング（５１）の領域で許容するという風にして減少させることができ、該撹拌機は、堅く巻かれた固定子と比較して微粒子の放出を明らかに助ける。可動性チューブが撹拌帯域中へ引き込まれる危険を阻止するためには、チューブの動きの自由度を１つ以上の保持リング（５４）で制限することが必要である。供給リング上（５２）の微粒子の析出は構造的デザインの関連で、滑り落ち領域を設けることにより、または最も簡単には図６に示すように、対応して供給リング（５２）の上方へと延在している撹拌機の撹拌翼により、流れに乗ってまたは流れを越えて生起させることができる。
【００３８】
図９ａ、図９ｂおよび図９ｃは例示として、しかし本発明を限定するものではなく、チューブモジュールヘッド（９１）を、それにマッチする相方として形成されている供給要素（９０）へ、モジュールヘッドに付着しているロックイン要素（９３）によって固定する更なる可能性を示している。固定化が適所にされた後、モジュールヘッド（９１）中に表面（９２）の決まった高さまでキャストされたシリコーン接着性化合物（１５）の表面圧によって封止が起こり、それによってチューブ（１０）は同時にチューブモジュールヘッド（９１）の適所に固着される。
【００３９】
好ましくは、特に好ましくは、または最も好ましくは、パラメーター、連結、定義、および説明が、好ましい、特に好ましく、または最も好ましく言及された実施態様である。
【００４０】
一般的な記述で開示されまたは好ましい範囲で開示された定義、パラメーター、連結、および説明は、しかしながら、所望の如何なる態様でもお互いに組み合わせることができる、すなわち、相対的範囲および好ましい範囲間の組み合わせなどである。
【００４１】
驚くべきことに、本発明のモジュールに従えば、従来のエアレーション技術におけるよりも非常に高い細胞密度で細胞培養液のエアレーションが可能である。チューブモジュールを備えた固定子の化学工学的利点は、巻き固定子と比べると、非常に短縮されたチューブ長さの使用から生じる。圧損はチューブ部分の長さの直径に対する比Ｌ／Ｄに依存するから、長さの減少は圧損の増加なしに比例的にチューブ直径の減少を実現することができる。チューブ直径の減少は翻って、リアクター内のチューブによって占められる同一体積に対するチューブの比表面積の増加に繋がる。更に決定的な利点はチューブに必要とされる壁厚であり、それは強度に依存することになるから、減少するチューブ直径に比例して減少する。このことは、メンブレンが撹拌要素による良好な流れに曝されたときに酸素化反応を律することとなるチューブ中の拡散抵抗を減少させるという結果をもたらす。第３の利点は、短いチューブのチューブ全長に亙って実現できる、長い巻きチューブに比較してより高く、デザイン依存性のある正圧（positive pressure）である。長い巻きチューブの場合には、酸素移動に決定的なチューブの内側とチューブの外側との間の圧力差が、チューブの長さに沿って明確に低下する。媒体中への向上した酸素移動とは別に、低圧下で、もし要求されるならば負圧下であっても操作できる第２供給ネットワークによって、ＣＯ２脱着を選択的に向上させる可能性がある。
【００４２】
酸素およびＣＯ２の向上した物質移動によって獲得された自由度は、より大きな細胞密度を供給するために、スケールを増加するために、および／または動力入力の削減の結果としてリアクター中の剪断速度を減少させるために、用いることができる。驚くべきことには、非常に労力を要するチューブ固定子の１〜２日の製造が、本発明による構築形式によれば、数分の期間に短縮することができる。加えて、巻きチューブ固定子の場合はチューブ張力を運転要員が正確には設定することができないのに比較して、指定された使い捨てモジュールの使用により、チューブカバーの再現性を明確に増加できる。
【００４３】
本発明に従うチューブモジュールは、ガスが供給されることを要求する如何なる所望の反応への使用にも原理的に適合するが、特に生物工学的プロセスエンジニアリングにおいて、敏感な細胞培養液のエアレーションに適しており、そこで本発明による特別に穏やかなエアレーションがその全利点を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本発明は図１〜９の補助によって説明されるが、これらに限定されるものではない。
【図１】メンブレンモジュールを備えたリアクター
【図２】モジュールメンブレンが曝される流れ
【図３】単一層メンブレンモジュール
【図４】多層メンブレンモジュール
【図５】供給要素へのチューブモジュールヘッドの連結
【図６】チューブメンブレンを逆方向に偏向する装置を備えた片側供給ステーション
【図７】チューブメンブレンを偏向しおよび保護する片側向供給ステーションを備えたリアクター
【図８】チューブマットをチューブ上に巻きつけ（図８ａ）、チューブでモジュールヘッドを満たすことによる（図８ａ）チューブモジュールの製造
【図９】片側から供給することができる多層メンブレンエアレーションモジュールであって、チューブの両端共に単一のチューブモジュールヘッド中に収められており、図９ａはチューブ端部の収納およびチューブ偏向の側面図であり、図９ｂはチューブヘッドモジュールの平面図であり、および図９ｃはロックイン要素による片側供給ステーションへのモジュール連結である。
【符号の説明】
【００４５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【国際調査報告】
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