(57)【要約】      （修正有）【課題】反応容器内の物質の成分や状態などを、その場で連続的に測定したり観察したりすることを可能とする。【解決手段】物質１０を収容する容器１１と、前記物質１０を撹拌する撹拌装置１２と、前記物質１０が前記容器１１の外で流通するバイパス１３と、を具備し、前記バイパス１３の一方の端と他方の端が、前記撹拌装置１２により撹拌した際に前記物質１０が前記バイパス１３を流通する位置において、前記容器１１に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を収容する容器と、
前記物質を撹拌する撹拌装置と、
前記物質が前記容器の外で流通するバイパスと、を具備し、
前記バイパスの一方の端と他方の端が、前記撹拌装置により撹拌した際に前記物質が前記バイパスを流通する位置において、前記容器に接続されていることを特徴とする反応容器。
【請求項２】
請求項１に記載の反応容器において、
前記バイパスには、光学分析あるいは光学観察する領域を具備していることを特徴とする反応容器。
【請求項３】
請求項１に記載の反応容器において、
前記バイパスの一方の端および他方の端が、前記容器の内壁面上の内周円の接線の方向を向けて取り付けられていることを特徴とする反応容器。
【請求項４】
請求項１に記載の反応容器において、
前記撹拌装置は水平方向に回転するものであり、
前記バイパスの一方の端と、前記バイパスの他方の端とが水平に配置されていることを特徴とする反応容器。
【請求項５】
請求項１に記載の反応容器において、
前記撹拌装置は水平方向に回転するものであり、
前記物質の出口であるバイパスの他方の端が、前記物質の入口であるバイパスの一方の端よりも高く配置されていることを特徴とする反応容器。
【請求項６】
請求項１に記載の反応容器において、
前記バイパスを複数個具備することを特徴とする反応容器。
【請求項７】
請求項６に記載の反応容器において、
前記複数個のバイパスが、前記容器の高さ方向に配置されていることを特徴とする反応容器。
【請求項８】
請求項６に記載の反応容器において、
前記複数個のバイパスが、前記容器の周方向に配置されていることを特徴とする反応容器。
【請求項９】
請求項２に記載の反応容器において、
前記バイパスの光学分析あるいは光学観察する領域に、光学分析装置あるいは光学観察装置が取り付けられていることを特徴とする反応容器。
【請求項１０】
反応容器と光学分析或いは光学観察を行う装置を備える物質の製造システムであって、
前記反応容器は、
物質を収容する容器と、
前記物質を撹拌する撹拌装置と、
前記物質が前記容器の外で流通するバイパスと、を具備し、
前記バイパスの一方の端と他方の端が、前記撹拌装置により撹拌した際に前記物質が前記バイパスを流通する位置において、前記容器に接続されており、
前記反応容器のバイパスが、前記光学分析あるいは光学観察を行う装置で光学分析あるいは光学観察可能な位置に配置されることを特徴とする反応容器を用いた物質の製造システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の反応容器を用いた物質の製造システムにおいて、
前記反応容器の前記バイパスには光学分析あるいは光学観察する領域を具備していることを特徴とする反応容器を用いた物質の製造システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載の反応容器を用いた物質の製造システムにおいて、
前記反応容器は、化学物質の製造に用いる反応容器であることを特徴とする反応容器を用いた物質の製造システム。
【請求項１３】
請求項１０に記載の反応容器を用いた物質の製造システムにおいて、
前記反応容器は、生化学物質の培養に用いる培養容器であることを特徴とする反応容器を用いた物質の製造システム。
【請求項１４】
反応容器と光学分析あるいは光学観察を行う装置を備える製造システムの物質の製造方法であって、
前記反応容器は、
物質を収容する容器と、
前記物質を撹拌する撹拌装置と、
前記物質が前記容器の外で流通するバイパスと、を具備し、
前記バイパスの一方の端と他方の端が、前記撹拌装置により撹拌した際に前記物質が前記バイパスを流通する位置において、前記容器に接続されており、
前記撹拌装置により回転撹拌して前記バイパスに前記物質を流通させるステップと、
光学分析あるいは光学観察を行う装置により、前記反応容器のバイパスの前記物質を分析あるいは観察するステップと、
前記分析あるいは観察した結果に基づいて製造システムを制御するステップと、
を備えることを特徴とする反応容器を用いた物質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応容器、それを用いた物質の製造システムおよび製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容器内の物質の成分濃度や状態、形態などを測定または観察する必要がある製造工程においては、スポイトやシリンジ、チューブ等を用いて容器から物質を抜き取って測定や観察を行っている。
【０００３】
また、先行技術例として、攪拌槽にバイパスと循環用ポンプを設け、バイパスを経由して計測部に試料を送付し、試料の状態を分析装置で計測し、試料を撹拌槽に戻している装置が、特開２００９−２９４００２号公報（特許文献１）に記載されている。この特許文献１には、「微量物質を含む溶液を一様に攪拌するとともに溶液中の特定の反応を進行させるヒータ付きスターラと、溶液の流入口、流出口とともに前記流入口及び流出口の間に溶液の貯留部を有して溶液の一様性を維持し得るとともにＸ線源から放射した入射Ｘ線を貯留部内の溶液に照射するための受光窓を有する測定セルと、Ｘ線を照射した溶液が放射する蛍光Ｘ線を受光窓を介して受光することにより溶液中の微量物質をその場で検出し得る７素子ＳＤＤと、ヒータ付きスターラと測定セルとの間を連通する流路と、流路の途中に介在されてヒータ付きスターラと測定セルとの間で溶液を循環させる送液ポンプとを具備する。」（要約）と記載されている。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９４００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のように、スポイトやシリンジ等を用いた物質の抜き取りでは、連続測定が困難である。また、容器の蓋を開けて物質を抜き取ると、気体が外部に放出されたり空気が内部に混入したりすることによる容器内の成分変化の可能性や、外部からのごみや細菌類の混入汚染のリスクがある。さらに、特許文献１に記載される装置では、サンプリングのためのバイパスに循環用ポンプが必要となる。この場合、構造が複雑になるほか、循環用ポンプのような機械的可動部の故障リスクも生じる。
【０００６】
本発明の目的は、反応容器内の物質の成分や状態などを、その場で連続的に測定したり観察したりすることを可能とする反応容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための、代表的な本発明の反応容器の一例を挙げれば、
物質を収容する容器と、前記物質を撹拌する撹拌装置と、前記物質が前記容器の外で流通するバイパスと、を具備し、前記バイパスの一方の端と他方の端が、前記撹拌装置により撹拌した際に前記物質が前記バイパスを流通する位置において、前記容器に接続されているものである。
【０００８】
なお、本発明の反応容器は、化学物質の製造に用いる反応容器や生化学物質の培養に用いる培養容器などを含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、反応容器内の物質の成分や状態などを、その場で連続的に測定したり観察したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の、撹拌装置とバイパスを具備した反応容器の１例を示す図である。
【図２】容器に接続するバイパスの端部の位置を説明する図である。
【図３】容器に接続するバイパスの端部の位置と、バイパス内に流入する物質の流速との関係を計算で見積もった結果を示す図である。
【図４】本発明を基に試作した容器で実験した結果から得られた、バイパス内を流通する水の流速と容器内の攪拌回転数との関係を示す図である。
【図５】計算結果から得られた、容器が直径１ｍの円柱体の場合のバイパス内を流通する水の流速と容器内の攪拌回転数との関係を示す図である。
【図６】容器に接続するのバイパスの形状の変形例を示す図である。
【図７】本発明の反応容器のバイパスを光学分析装置に入れて分析する構成の１例を示す図である。
【図８】本発明の実施例２の反応容器の１例を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の反応容器の１例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４の反応容器の１例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５の反応容器の１例を示す図である。
【図１２】光学分析装置のための構成を有する、反応容器のバイパス部分の複数の例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例６の、反応容器を用いた物質の製造システムの１例を示す図である。
【図１４】本発明の実施例６の、反応容器を用いた物質の製造システムの他の例を示す図である。
【図１５】本発明の実施例７の、反応容器を用いた物質の製造方法の１例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお実施の形態を説明するための全図において、原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。説明上の方向として、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を備える直交座標系を用いる。Ｘ、Ｙは水平面を構成する方向とし、Ｚは鉛直方向とする。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図７を用いて、本発明の実施例１の、撹拌装置とバイパスを具備した反応容器について説明する。
【００１３】
図１は、実施例１の撹拌装置とバイパスを具備した反応容器１００の構成の１例を示している。
【００１４】
反応容器１００は、物質１０を収容する容器１１と、物質１０を撹拌する撹拌翼１２１を有する撹拌装置１２と、物質１０を容器１１の外で流通させるバイパス１３で構成されている。バイパス１３の一方の端と他方の端は、撹拌装置１２により撹拌した際に物質がバイパスを流通する位置において、容器１１に接続されている。
【００１５】
撹拌装置１２はほぼ鉛直方向の回転軸を備えており、撹拌装置１２と撹拌翼１２１によって、物質１０は水平方向に回転撹拌される。それに伴い、バイパス１３の内部を物質１０が流通する。なお、撹拌の回転方向を図1と逆にしてもよく、その場合は図１に示した流れの方向は逆になる。また、回転方向を時間ごとに反転させてもよい。さらに、撹拌装置は、撹拌翼ではなく、磁気的な力を用いる撹拌子あるいは回転子と回転装置によって回転撹拌してもよい。あるいは、物質が水平方向に回転撹拌するのであれば、その他の方法を用いても良い。物質を水平方向に回転撹拌するため、容器は円柱体、円錐体などのように、容器の水平断面が円形または楕円形を有することが望ましい。
【００１６】
容器１１とバイパス１３の材料は、同じ材料でも異なる材料でもよい。材料としては、ガラス、ステンレス鋼、高分子樹脂などを使うことができる。使う材料は、高温や低温に対する耐性、耐圧性、機械的強度、耐薬品性、滅菌方法に対する耐性などが高いことと、ガスや水、薬品に対する吸収性などが低いことが望ましい。容器１１とバイパス１３とは一体型の構造でもよいし、分割して取り外しや再取り付けが可能な構造でもよい。一体型の構造の場合は、一体成形してもよいし、溶接や接着などで取り付けても良い。分割して取り外しや再取り付けが可能な構造の場合は、フランジとＯリングやガスケットを組み合わせたり、ねじ込み式にしてもよい。
【００１７】
図２は、容器１１に接続するバイパス１３の端部の位置の例を示している。ただし、図を見やすくするために、図２では物質と撹拌装置および撹拌翼の図示を省略している。ここでは、一例として、容器１１が円柱体（半径をＲとする）の場合を説明する。
【００１８】
図２の(d)に示したように、バイパス１３の一方の端をＰとし、他方の端をＳとしたとき、バイパス１３の一方の端Ｐと他方の端Ｓを含む容器１１の水平断面に、回転撹拌の中心を原点ＯとしたＸＹ座標を置く。容器１１の内壁面上の内周円の1点で、Ｘ軸上のものをＲとする。線分ＯＰとＸ軸（線分ＯＲ）とのなす角度をθとし、θは点Ｐが点Ｒと重なるときを０°とし、点ＰがＹ軸に向かう方向に増加し、点ＰがＹ軸と重なったとき（その点を点Ｑとする）の９０°までの値を取ることにする。ここで、バイパスの端部の位置を表すために、ｘを点ＰのＸ座標とすると、ｘ＝Ｒ・ｃｏｓθとなる。ｘは０からＲまでの間の値を取る。バイパス１３の端部の位置とバイパス１３の形状は、ｘ＝０のとき図２(a)となり、ｘ＝Ｒのとき図２(c)となる。ｘ＝０とｘ＝Ｒとの間の状態の一例が図２(b)である。
【００１９】
回転撹拌の角速度をωとし、容器１１内の物質１０がこの角速度ωで円運動すると仮定したとき、点Ｒにおける内周円接線方向の物質１０の速度はＲ・ω(これをＶ０とする)となる。角度θのときの点Ｐにおける、バイパス１３内に流入する物質の速度ｖは、
ｖ＝Ｖ０・ｃｏｓθ＝Ｒ・ω・ｃｏｓθ＝ω・ｘとなる。
【００２０】
図３は、容器に接続するバイパスの端部の位置とバイパス内に流入する物質の流速との関係を、計算で見積もった結果を示している。図３に示したように、ｘの値が０からＲへ変化するとき、バイパス１３内に流入する物質１０の速度ｖの値は０からＲ・ωへ変化し、ｘ＝Ｒのとき最大値Ｒ・ωをとる。
【００２１】
以上のことから、容器１１に、バイパス１３の一方の端および他方の端を接続する際、バイパス１３に流入する物質１０の速度を最大とするためには、図２の(c)のように、容器１１の内壁面上の内周円の接線の方向に、バイパス１３の一方の端および他方の端を向けて取り付けることが望ましい。
【００２２】
図４は、本実施例を基に試作した容器で実験した結果から得られた、バイパス内を流通する水の流速と容器内の攪拌回転数との関係を示している。
【００２３】
試作した容器１１は、図１に示した構成に類似のものである。容器１１はメタクリル樹脂で作った円柱体で、外径70mm、内径60mm、高さ150mmのものを用いた。また、物質１０には水を用いた。ただし、撹拌翼ではなく、磁気的な力を用いる撹拌子と回転装置によって回転撹拌した。撹拌子の形状は直径30mm円板状である。回転装置には回転数がデジタル表示されるものを用い、容器１１内で撹拌する物質１０が水の場合は、この表示値が容器内の物質の回転数に相当すると仮定した。
【００２４】
バイパス１３には、ガラス管と軟質塩化ビニルチューブをつないだものを用いた。容器１１とバイパス１３との接続部には軟質塩化ビニルチューブを用いた。ガラス管の内径は5mm、長さは110mmとした。軟質塩化ビニルチューブの内径は3mmで、バイパス部分の全長は約340mmである。バイパス１３内を流通する水の流速は、バイパス１３内のガラス管部分を通過する気泡の単位時間当りの移動距離から算出した。算出に用いた気泡の体積は約200μLである。
【００２５】
図４に示したように、バイパス１３内を流通する水の流速と容器１１内の攪拌回転数の間には、ほぼ直線関係が得られた。なお、撹拌回転数が250rpm以下では流速が0になっているが、これはバイパス１３内を流通する水の流速が小さいと、気泡とガラス管との摩擦抵抗や気泡のガラス内壁への付着力の影響が大きくなって気泡が動かなくなったためと考えられ、バイパス１３内の水が完全に静止したわけではない。
【００２６】
次に、容器１１をスケールアップした場合に、バイパス１３内を流通する水の流速を見積もった。図４で示した試作容器による実験結果と、そのときの回転撹拌による円運動における容器１１の内壁面上の内周円の接線方向の速度を用いて、実用的な大きさの容器の一例として、容器１１が直径１ｍの円柱体の場合のバイパス１３内を流通する水の流速を計算した。撹拌回転数と容器１１の内径から、各回転数の円運動における容器１１の内壁面上の内周円の接線方向の速度を算出した。円柱体の直径だけが大きくなり、そのほかのバイパス１３の構成や内径などは図４の実験と同じとし、物理的なパラメータや特性などは図４の実験と変わらないと仮定した。つまり、バイパス１３内を流通する水の流速と容器１１内の攪拌回転数の間には図４の比例関係があり、容器の直径を変えてもその関係は変わらないと仮定した。
【００２７】
図５は、上記の計算結果から得られた、容器１１が直径１ｍの円柱体の場合のバイパス１３内を流通する水の流速と容器１１内の攪拌回転数との関係を示したものである。上記の仮定が成り立つ範囲では、容器をスケールアップした場合に、図５のような相関関係が成り立つと見積もった。
【００２８】
図６は、本発明の反応容器のバイパス形状の他の例を示している。ただし、図を見やすくするために、図６では物質の図示を省略している。
【００２９】
図１では、バイパス１３の折れ曲がり部分が直角になっていたが、図６(a)のように、折れ曲がり部分の物質１０の流れをよくするために円弧状にしてもよい。また、バイパス１３に流入する物質の速度を最大とするためには、容器１１の内壁面上の内周円の接線の方向に、バイパスの一方の端および他方の端を向けて取り付けることが望ましいので、それを考慮して、図６の(b)、(c)、(d)、(e)のようにしてもよい。
【００３０】
図６(b)では、バイパス１３の一方の端および他方の端の容器１１への接続位置を近づけることにより、図１や図６(a)よりもバイパス１３の長さを短くすることができる。図６(c)では、バイパス１３の全体を円弧状にすることにより、角ばった折れ曲がりがないので、物質１０の流れをよりスムーズにすることができる。図６(d)では、バイパス１３を略方形状とし、方形の一辺に容器との接続位置を設けたので、バイパス１３の端部の容器１１への接続位置を互いに近づけることができる。バイパス１３を複数個配置する場合に、バイパス同士が互いに干渉しにくくなり、配置しやすくなる。図６(e)では、バイパス１３全体を楕円形とすることにより、図６(d)よりもバイパス１３の長さを短くすることができ、物質１０の流れをよりスムーズにすることができる。また、バイパス１３を曲げた形は図６(e)に示した楕円に限らず、円形でもよい。
【００３１】
なお、撹拌の回転方向を図６と逆にしてもよく、その場合は図６に示した流れの方向は逆になる。また、バイパス１３内を流通する物質１０の流速が最大でなくても良い場合には、バイパス１３を図２の(b)のように、内周円の接線の方向から傾斜させて、容器１１に接続するようにしてもよい。
【００３２】
さらに、容器１１やバイパス１３の設置の関係上、または、バイパス１３を使った測定あるいは観察の都合上、必要であれば、本発明に図示したものよりも、バイパス１３の長さを長くしたり、曲線状に引き回したり、バイパス１３の形状を変えたりしてもよい。
【００３３】
図７に、本実施例の反応容器を用いて、光学分析装置で分析する構成の１例を示す。
【００３４】
光学分析装置６０は反応容器１００とは独立した装置である。光学分析するために、反応容器１００を光学分析装置６０の場所に搬送し、バイパス１３が光学分析装置６０の分析チャンバ６０１の中に入るように、配置する。バイパス１３の分析領域を光学分析装置６０の光源６０２と受光部６０３の間にセットし、光をバイパス１３の分析領域に照射して、光学分析を行う。遮光のために、分析チャンバ６０１の中に反応容器１００の全体を入れるようにしてもよい。
【００３５】
また、光学分析装置６０は可搬性のあるハンディ型のものでもよく、それをバイパス１３の分析領域に接近させたり押し当てたりしてもよい。
【００３６】
なお、図７では、反応容器として図６（ｄ）のものを記載しているが、図１や図６のその他の反応容器を用いても良い。
【００３７】
本実施例によれば、以下のような効果がある。
反応容器内の物質の成分や状態などを、その場で連続して測定したり観察したりすることができる。
サンプリングや分析のために、反応容器を開放したり、サンプリング用具を出し入れする必要がないため、気体の外部放出や空気の混入による反応容器内の成分変化を防止することができ、外部からのごみや細菌の混入汚染を防止することができる。
反応容器にサンプリング用のポンプやシリンダー、バイパスの循環用ポンプなどの機械的可動部を設ける必要がないため、構造を簡易にすることができ、故障リスクを低くすることができる。
【実施例２】
【００３８】
図８に、本発明の実施例２の反応容器の１例を示している。ただし、図を見やすくするために、図８では物質の図示を省略している。
【００３９】
図１では、撹拌翼１２１は水平方向に回転し、バイパス１３の一方の端と他方の端とが水平に配置され、バイパス１３の一方の端と他方の端とが容器１１に水平になるように、容器１１に接続されている。
【００４０】
これに対し、図８では、バイパス１３の一方の端が、バイパス１３の他方の端よりも高く配置されている。バイパス１３内に入り込んだ気泡がバイパス１３内に滞留せずに容器１１内へ流れ出ることが望ましい。そのために、容器１１内からバイパス１３内へ流入する部分をバイパス１３の入口、バイパス１３内から容器１１内へ流出する部分をバイパス１３の出口と定義したとき、バイパス１３の入口に当たるバイパス１３の端部よりも、バイパス１３の出口に当たるバイパス１３の端部のほうが高くなるように配置する。
【００４１】
本実施例によれば、バイパスの一端を他端よりも高く配置することによって、バイパス流路に侵入した気泡の滞留を防止することができる。
【実施例３】
【００４２】
図９に、本発明の実施例３の反応容器の１例を示している。ただし、図を見やすくするために、図９では物質の図示を省略している。
【００４３】
図９では、容器１１の周上で、２つのバイパス１３が向き合うように２つのバイパス１３を配置している。バイパス１３を容器１１に複数個配置することによって、一方をバイパスの予備品としたり、それぞれのバイパスで測定や観察を複数実施することができる。
なお、複数のバイパス１３は、同じ形状でも、異なる形状でもよい。また、図９に図示したような２個だけでなく、３個以上配置してもよい。
【００４４】
本実施例によれば、バイパスを複数個設けることにより、機能の異なる複数の分析装置を設置したり、１つのバイパスが使用不能になったときに他のバイパスで代用したりすることができる。
【実施例４】
【００４５】
図１０に、本発明の実施例４の反応容器の１例を示している。ただし、図を見やすくするために、図１０では物質と撹拌装置および撹拌翼の図示を省略している。
【００４６】
実施例４は、バイパス１３を容器１１の深さ方向（あるいは高さ方向）に複数個配置したものである。バイパスの形状は、全部同じでもよいし、異なっていてもよい。バイパスの位置は、深さ方向（あるいは高さ方向）に等間隔でもよいし、異なる間隔でもよい。また、実施例３の図９のような、バイパスを容器の周方向に複数個設ける配置を、図１０のように容器１１の深さ方向（あるいは高さ方向）に複数個配置してもよい。あるいは、実施例２の図８のように、バイパス１３の一方の端をバイパス１３の他方の端よりも高くする配置を、図１０のように容器１１の深さ方向（あるいは高さ方向）に複数個配置してもよい。それぞれのバイパス１３で測定や観察を実施することによって、容器１１内における深さ方向（あるいは高さ方向）の物質１０の分布を調べることができる。
【００４７】
本実施例によれば、バイパスを複数個設けることにより、位置による濃度分布などを測定することができる。
【実施例５】
【００４８】
図１１に、本発明の実施例５の反応容器の１例を示している。ただし、図を見やすくするために、図１１では物質と撹拌装置および撹拌翼の図示を省略している。
【００４９】
実施例５は、反応容器１００に光学分析装置１４を取り付け一体化したものである。図１１に示すように、光学分析装置１４は容器１１のバイパス１３に取り付けられ、反応容器と一体化されている。光学分析装置１４では、バイパス１３に透明部１４２を設け、透明部に光が照射されるように光源１４１と受光部１４３を取り付けて、光学分析を行う。透明部１４２とは、光源１４１から出る光および受光部１４３で測定したい光に対して透過性を有するものである。光学分析装置１４には、赤外、近赤外、可視光、紫外、蛍光あるいはＸ線などを用いる分光分析装置が含まれる。バイパス部分の材料は、それぞれの光に対して透過性を有する光学分析装置に適したものとする。例えば、光源１４１と受光部１４３との間の透明部１４２には、石英ガラスなどを用いる。
【００５０】
また、容器１１内からバイパス１３内へ流入する部分をバイパス１３の入口としたとき、図に示すように、光学分析装置１４をバイパス１３の入口付近に設けることによって、容器１１内の状態により近い物質の状態を測定することができる。１つのバイパス１３に１つの光学分析装置１４を設けてもよいし、１つのバイパス１３に複数の光学分析装置１４を設けてもよい。バイパス１３を複数個配置しておき、複数の光学分析装置１４を、１つのバイパス１３に１つずつ設けてもよいし、複数個設けてもよい。
【００５１】
図１２に、光学分析装置のための構成を有する、反応容器のバイパス部分の複数の例を示している。なお、図を見やすくするために、バイパスと容器との接続部分は図示を省略している。
【００５２】
図１２(a)は、バイパス１３部分がすべて透明となっている。材料としては、ガラスや高分子樹脂などを使う。高分子樹脂としては、ポリスチレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、それらとあるいは他のモノマー類との共重合体などがある。光学分析装置の光源がＸ線の場合には、薄いアルミニウムや、ポリエチレン樹脂、フッ素樹脂などでもよい。いずれも、容器１１に収容する物質に溶解したり、物質を吸収したり、腐食劣化しないものが望ましい。また、使用する温度に対して、軟化したり溶融したりしないように温度耐性があるものが望ましい。
【００５３】
図１２(b)は、バイパス１３部分に異なる材料を組み合わせている。特に、光源１４１と受光部１４３との間の材料Ａ１４４を、それ以外の部分の材料Ｂ１４５とは別の材料にする。異なる材料同士を圧着、溶着、接着など種々の方法でつなげることができる。
【００５４】
図１２(c)は、光源１４１と受光部１４３との間を透明部１４２にして、それ以外の部分を遮光部１４６で遮光するものである。遮光部１４６では、バイパス１３の材料そのもので遮光してもよいし、バイパス１３の外部あるいは内部に遮光できる材料を別に付けてもよい。遮光部の例としては、バイパス部分をステンレスとしてもよいし、バイパスの外部を、ステンレスやアルミニウム、黒化処理した鉄鋼やアルミニウム、黒い紙や布で被覆してもよい。
【００５５】
図１２(d)は、バイパス１３の透明部１４２に、光源１４１と受光部１４３からなる光学分析装置１４と、顕微鏡のような光学観察装置１５とを取り付けている。光源１４１と受光部１４３から構成される光学分析装置１４がなく、顕微鏡のような光学観察装置１５だけでもよい。顕微鏡のような光学観察装置１５は、カメラや撮像素子にしてもよいし、そこに適切な光源を組合わせてもよい。物質が液体の場合、液体中の微粒子や細胞などの固形分の計数、形状観察、写真撮影などができる。また、顕微鏡のような光学観察装置１５を付けずに、光源１４１と受光部１４３から構成される光学分析装置１４を２つ付けてもよい。
【００５６】
本実施例によれば、反応容器に光学分析装置を取り付けて一体化されているので、測定の都度、反応容器を光学分析装置に配置する必要がなく、短時間に測定を行うことができる。
【実施例６】
【００５７】
図１３に、実施例６の、本発明の反応容器を用いた物質の製造システムの１例で、撹拌翼を用いた場合を示している。
【００５８】
反応容器１００は実施例５の図１１に示したもので、容器１１には、物質１０を撹拌する撹拌装置１２および撹拌翼１２１と、物質１０を容器１１の外で流通するバイパス１３が具備されている。バイパス１３には、光学分析装置１４あるいは光学観察装置１５（図示せず）が具備されている。
【００５９】
本実施例の、反応容器を用いた物質の製造システムは、上記の反応容器１００と、物質の供給部１６１、ガスの導入または抜き出し部１７１、物質の抜き出し部１６２、ガスの導入部１７２を具備している。物質の供給部１６１、ガスの導入または抜き出し部１７１、物質の抜き出し部１６２、ガスの導入部１７２は、それぞれ配管１８１とバルブ１８２で構成されている。
【００６０】
反応容器１００の外周には、恒温槽１９１が具備されており、温度調節装置１９２につながっている。また、容器１１には各種センサ２０１が付いている。これらのセンサによって、容器１１内の温度、圧力、ガス濃度、物質１０の成分濃度、ｐＨ、比重、色、濁度、導電率などを測定する。例えば、物質１０が気体と液体の場合には、気体中と液体中の両方の温度、ガス濃度、物質１０の成分濃度などを測定する。
【００６１】
上記の撹拌装置１２、バルブ１８２、温度調節装置１９２は、制御装置３０につながっている。また、センサ２０１、光学分析装置１４あるいは光学観察装置１５は測定装置４０につながっている。
【００６２】
測定装置４０は、パーソナルコンピュータのような解析装置５０につながっていて、測定データや観察データを解析装置５０に送ったり、測定や観察のための制御指令を解析装置５０から受けたりしている。解析装置５０は制御装置３０にもつながっていて、プログラムや解析した結果に基づいて、制御の指令を送っている。制御装置３０は、解析装置５０からの制御指示を受けて、撹拌装置１２や各種バルブ１８２、温度調節装置１９２などの制御を行う。
【００６３】
以上の装置や部品類は１つだけでなく、複数付いていてもよい。また、ここに挙げたもの以外でも、化学物質の製造や生化学の培養などに必要な装置や部品類を追加することができる。光が必要な場合は、光照射用の光源などもある。容器外周に恒温槽を付けるのではなく、容器内に電熱ヒータや、水蒸気あるいは冷媒などを通した配管を入れて温度制御する場合もある。
【００６４】
図１４は、本発明の反応容器を用いた物質の製造システムの他の例で、撹拌子を用いた場合を示している。図１３に示した撹拌装置１２および撹拌翼１２１の代わりに、ここでは磁気的な力を用いる回転装置１２２と撹拌子１２３が付いている。回転装置１２２で発生する回転磁場により、磁性体の撹拌子１２３を回転させる。回転装置１２２は制御装置３０につながっている。それ以外は図１２と同様である。
【００６５】
なお、図１３および図１４の例では、光学分析装置１４が反応容器１００と一体に構成されているが、図７に示すように、光学分析装置１４と反応容器１００とを別体に構成し、反応容器を取り付けたときに組み合わされるようにしてもよい。
【００６６】
本実施例の物質の製造システムによれば、反応容器内の物質の成分や状態などを、その場で連続的に測定したり観察しながら、物質を製造することができる。
【実施例７】
【００６７】
図１５に、実施例７の、本発明の反応容器を用いた物質の製造方法のフロー図の１例を示している。
【００６８】
本実施例では、反応容器に具備したバイパス部で反応容器内の物質を測定あるいは観察し、その結果を解析し、解析結果を基に、反応容器に取り付けた各種装置を制御しながら物質を製造することが特徴である。ここでは物質が液体の場合を説明する。
【００６９】
図１５に示したように、ステップ５１で、まず反応容器に物質を投入する。投入する物質としては、化学反応で製造する化学物質の場合であれば、原材料や触媒、溶媒などである。培養で製造する生化学物質の場合であれば、細胞あるいは菌類と栄養分を含む培地などである。
【００７０】
続いてステップ５３で、物質を撹拌する。撹拌に前後して、温度や圧力などを調整したり、他の物質を供給してもよい。解析装置からの指示により、ステップ５４で、センサによる測定と、ステップ５５で、バイパス部における容器内の物質の測定または観察を実施する。
センサによる測定では、反応容器内の温度、圧力、ガス濃度、物質の成分濃度、ｐＨ、比重、色、濁度、導電率などを測定する。
一方、バイパス部における反応容器内の物質の測定または観察では、光学分析装置を用いて、物質の同定や物質の成分濃度測定などを実施する。あるいは、光学観察装置を用いて、液体中の微粒子や細胞などの固形分の計数、形状観察、写真撮影などを実施する。
【００７１】
ステップ５６で、測定および観察の結果を解析装置で解析し、ステップ５７で、解析結果あるいはプログラムに基づいた制御を制御装置で実施する。これにより、反応あるいは培養が適切になるように、温度、圧力、撹拌回転数、ガス濃度や物質の成分濃度などを調整する。
【００７２】
その後、また撹拌を続けて、解析装置からの指示による測定および観察を繰り返す。撹拌は連続でも断続的でもよいし、回転数や回転方向を変えてもよい。測定中および観察中に撹拌を続けていてもよいし、止めてもよい。
【００７３】
解析装置による解析結果に基づいて、容器からの物質の一部抜き出しはせずにそのまま反応や培養を継続したり、ステップ５８に示すように、容器から物質の一部を抜き出してもよい。
【００７４】
ステップ５９では、反応や培養を完了あるいは中止して物質を全部抜き出す。
【００７５】
なお、途中で容器から物質の一部を抜き出したり容器に物質を供給しながら連続処理としてもよいし、所定の反応や培養が完了してから取り出すバッチ処理としてもよい。上記により、化学物質や生化学物質などの物質の製造方法を提供することができる。
【００７６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００７７】
例えば、上記した各実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００７８】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、本実施例では、反応容器に入れる物質には、気体状態、液体状態あるいは流動性を有する固体状態のもので、化学品や医薬品、食品の原材料など種々のものがありうる。また、透明な液体だけでなく、微粒子を含む懸濁液や油滴を含む乳濁液などにも適用可能である。また、容器やバイパス、撹拌翼や撹拌子の形状やサイズも変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の反応容器は、化学物質の製造に用いる反応容器やバイオ医薬品等の生化学物質の培養に用いる培養容器など、各種の物質の製造に用いることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…物質、１１…容器、１２…撹拌装置、１２１…撹拌翼、１２２…磁気的な力を用いる回転装置、１２３…撹拌子、１３…バイパス、１４…光学分析装置、１４１…光源、
１４２…バイパスの透明部、１４３…受光部、１４４…材料Ａ、１４５…材料Ｂ、
１４６…遮光部、１５…光学観察装置、１００…反応容器、
１６１…物質の供給部、１６２…物質の抜き出し部、
１７１…ガスの導入または抜き出し部、１７２…ガスの導入部、
１８１…配管、１８２…バルブ、１９１…恒温槽、１９２…温度調節装置、２０１…各種センサ、３０…制御装置、４０…測定装置、５０…解析装置、
６０…光学分析装置、６０１…分析チャンバ、６０２…光源、６０３…受光部。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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