(57)【要約】  光合成微生物の増殖のためのフォトバイオリアクターは、液体培地を保持するためのタンク（２）、液体培地を撹拌するための６つの回転式撹拌部（３ａ〜３ｆ）を含む。各撹拌部は、タンク（２）の半径（Ｒ）と実質的に一致する直径（Ｄ）を有する実質的な循環経路（Ｃ）を、回転時、掃引によって実質的に垂直軸（６ａ−６ｆ）を中心に攪拌するために配置されている。各撹拌部（３ａ〜３ｆ）は、隣接する撹拌部から約６０°間隔を空けられている半径上に配置される。これは、これはタンク内のより一様な混合およびより均一な配光を可能にする。【選択図】図３
2014509870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成微生物を生育するためのフォトバイオリアクターであって、
（ａ）液体培地を保持するための増殖レセプタクルと、
（ｂ）前記液体培養を撹拌するための、前記増殖レセプタクル内に配置された少なくとも３つの回転式撹拌部と、
を含み、
各撹拌部が、回転時に、レセプタクルの半径と実質的に一致する直径を有する実質的な循環経路を掃引することによって実質的に垂直軸を中心に撹拌するように配置され、各撹拌部の垂直軸は他から独立しているフォトバイオリアクター。
【請求項２】
少なくとも２つの撹拌部が逆方向に回転する、請求項１記載のフォトバイオリアクター。
【請求項３】
各撹拌部が前記レセプタクルの半径と一致しており、約各半径は隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている、請求項１または２に記載のフォトバイオリアクター。
【請求項４】
それぞれが前記レセプタクルの半径と一致している６つの撹拌部を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項５】
各半径は隣接する撹拌部から約６０°間隔を空けられている、請求項４記載のフォトバイオリアクター。
【請求項６】
偶数個の撹拌部を含んでおり、すべての撹拌部が隣接する撹拌部に対して逆方向に回転する請求項１〜５のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項７】
一つの撹拌部の中心から隣接する撹拌部の中心までの距離がレセプタクルの半径の長さの半分と略等しい撹拌部の配置を含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項８】
前記撹拌部が衝突することなく、第１撹拌部がその前記垂直軸に近い位置で、第２を過ぎて回転できるように、各撹拌部が、隣接する撹拌部から回転的にオフセットされる、請求項１〜７のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項９】
各撹拌部が、タンクの高さと実質的に同じである、略連続する表面を備える撹拌部本体を有する、請求項１〜８のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１０】
各撹拌部が、タンクの長さと実質的に同じである、略連続する表面を備える撹拌部本体を有する、請求項１〜９のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１１】
各撹拌部が前記光合成微生物の増殖を促進するために光を放出する撹拌部本体を有する、請求項１〜１０のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１２】
少なくとも１つの撹拌部が、実質的に光透過性材料から形成されている撹拌部本体を有する、請求項１〜１１のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１３】
少なくとも１つの撹拌部が、光放出材料を含む撹拌部本体を有する、請求項１〜１２のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１４】
添付の図面を参照して実質的に明細書中に記載および図示したフォトバイオリアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の生育に関する。より詳細には、本発明は、光を用いた微生物の増殖に関する。光を用いて増殖する微生物は、光合成または向光性微生物と呼ぶ。特に対照となるのは、藻類、たとえば海草および微細藻類などの大型藻類の増殖である。本発明は、微生物、特に、光を用いた、藻類、シアノバクテリア等のバクテリアなどの微生物の増殖を可能にするための好適な装置の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物および特に光合成微生物の培養のための技術は、長年知られており、この分野での著しい進展が見られている。このような進展としては、培養条件の最適化、微生物の新種の供給／識別、および、特に藻類ならびに微生物を生育するための装置の開発が挙げられる。また、微生物内に形成される特定の抽出物の収率を最適化するために、微生物に付与され得るストレスのレベルを決定するための研究も行われてきた。微生物は通常は、収穫用に生育され、特定の最終用途を有する化合物などの抽出物が微生物から抽出され得る。
【０００３】
しかしながら、光合成微生物の生育の商業化で問題があった。これは伝統的な生育システムで、商業的に実行可能な収率を得ることが困難であったからである。例えばそのような微生物はしばしば、周囲条件が優勢で、したがって増殖条件の最適化が難しい開放された池で生育されていた。
【０００４】
栄養分レベル、温度およびｐＨなど、微生物の最適な増殖のための他の条件が周知であると仮定すると、増殖上の制限要因は、適切な光の提供、特に、好適な光および特に好適な光の量ならびに強度の供給である傾向がある。
【０００５】
結果として、フォトバイオリアクターへの移行が行われた。これらバイオリアクターは、増殖条件を改善するように意図された装置の様々な形態であり、特に、微生物の光への曝露を増加させることによるものである。フォトバイオリアクターの１つの典型的な構成は、微生物を運ぶ好適な液体媒体がポンピングにより循環する、光透過性チューブの配列である。培地は水ベースであることが多く、混合物は微生物の増殖のための好適な培養を形成する。光が光透過性チューブを透過することで、培養は光にさらされる。比較的小さな直径のチューブを形成することにより、光の透過が増加する。しかしながら、微生物が生育して培養の密度が増大すると、光の透過がより制限され、そのようなフォトバイオリアクターの機能が低下する。実際、そのようなフォトバイオリアクターでは、操作を商業的に持続可能にするために十分な成長率および／または抽出物収率が得られないことが判明している。フォトバイオリアクターは高価値の抽出物の生産の理由となるのに十分効率的であり得るが、典型的に、低コスト製品には適していない。システムは、自然光を使用するという利点を有するが、一方で、限られた光の透過（特に培養密度が増加するにつれて）、光強度と持続時間における変動（光がアンビエント光であるために）、設置資本コストが高く、占領面積に対する生育量が低いという欠点を有している。他の問題として、微生物に物理的に損傷を与えることができるポンピングのせいで損なわれる潜在的剪断応力および増殖を損ない得るシステム内に酸素増大（微生物の光合成プロセスのために）が挙げられる。国際公開第２０１０／１４２８７０号は、そのような配置に基づいてシステムを示している。
【０００６】
上記のいくつかの問題を克服する代替のフォトバイオリアクターを提供するために、いくつかの試みが行われている。
【０００７】
そのような選択肢は、タンクの透明壁、またはタンク内に定義されている窓を介して人工光を照らすことで外側から照らされているタンクを含む。
【０００８】
提供される他のシステムは、微生物が生育されているタンク内に配置されるように意図された照明システムを含む。例えば、国際公開第２０１０／１１５６５５号は、それぞれ増殖タンクの容積の内部に配置される光の配列を備える複数のライトチューブを記載している。ライトチューブは、互いに関して等距離に配置され、容器の内部の実質的に均一な照明を提供すると言われている。しかしながら、光源からより距離をとるものより、固定された照明装置を有するシステム内で、照明装置に最も近い微生物が光へのより大きな曝露を受けることは明確である。最も離れた微生物が成長するための十分な光刺激を受け取らないかもしれない一方、光源により近い微生物は、光への過度な曝露によって損傷を受ける可能性がある。従って、良くても、タンク内の増殖パターンが不均一となり、最悪の場合、一部のエリアで増殖が起こらず、他のエリアでは光損傷が発生すると考えられる。米国特許出願公開第２０１０／０３２３４３６号は、液体培養のための回旋状フロースルー経路を備えるタンクシステムを記載している。国際公開第２０１０／１１７７２０号は、透明なフィルムの上および下層の連結によって、および明細書中で定義されたフローチャネルと共に形成されたフォトバイオリアクターを記載している。
【０００９】
国際公開第２００９／１４２７６５号は、回転可能なライトアレイが配置されたタンクを含む光合成微生物を生育するためのシステムを記載している。ライトアレイは、タンク内に垂直に配向され、その上に直列の水平および平行アームを有する、中央軸を含む。２つ以上のアレイは、ライトアレイが回転時にかみ合うように提供されることができる。特開第２００８−２８３９３７号公報も同様のシステムを記載している。米国特許第７，８２４，９０４は、回転混合器がタンク内に存在するフォトバイオリアクターを記載している。タンクの外側の光源は、混合器のブレード上の発光素子に光を伝達する。そのようなシステムは、上述したような固定されたシステムよりも優れた配光特性を有する一方で、これらのシステム内の効率の欠如は依然として存在する。所望の製品の商業的に実現可能な生産を可能にするために、システムは依然として大きな改善を必要とする。
【００１０】
また、他の多くのシステムも記載されている。このようなシステムとして、光合成微生物の培養のためのフォトバイオリアクターを記載する米国特許第４，９５２，５１１に記載されているシステムが挙げられる。このシステムは、タンク、タンク内に延びるチューブの形態の複数の光コンパートメント、および光がチューブの中に向けられる高輝度ランプを含む。各チューブは、透明壁と、透明壁を通ってランプからの光を実質的に均一に分配するための手段とを有する。米国特許出願公開第２０１０／０１４４０１９号は、タンク内へ下方に延在し、さらに機械的スターターおよび空気混合装置を含むライトチューブの直列を示している。スターターは液体循環を作り出す。空気圧混合装置は、培地中の微細藻類を懸濁するための気泡を産生する。
【００１１】
国際公開第２００３／０５７８１８号は、ガス噴霧反応を行うためのプロセスおよび装置を記載している。米国特許第４，４９３，５５７号は、粘性材料を混合または均質化するための装置を記載している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のシステムにも関わらず、液体培地内で、微生物の光合成増殖、および特に微生物のための代替システムを提供することが未だ望ましい。本発明は、上述した非効率的なシステムを解消し、より良好な効率を提供するために提示される。本発明は、微生物の生産の良好な商業実用化、ひいては、微生物から生成または抽出される製品を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、
（ｉ）液体培地を保持するための増殖レセプタクルと、
（ｉｉ）液体培地を攪拌するための、増殖レセプタクル内に存在する少なくとも３つの回転式撹拌部と、
を含む光合成微生物の増殖のためのフォトバイオリアクターを提供し、
（ｉｉｉ）各撹拌部は、回転時に、レセプタクルの半径と実質的に一致する直径を有する実質的な循環経路を掃引することによって実質的に垂直軸を中心に攪拌するように配置されているフォトバイオリアクターを提供する。
【００１４】
これは、タンク内の光合成微生物の撹拌のための、シンプルで非常に効果的なシステムを提供する。重要なのは、それがまた、各撹拌部から光がタンク中を照らすタンクによる光の均等な分布を提供する。各撹拌部のための垂直軸は他から独立しており、特に各垂直軸は、隣接する撹拌部から間隔を空けられている。
【００１５】
望ましくは少なくとも２つの撹拌部は逆方向に回転する。これはより良好な混合と配光とを可能にする。
【００１６】
望ましくは、各撹拌部はレセプタクルの半径と一致しており、各半径は隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている。この等間隔な配置は、一様な混合、良好な撹拌、および良好な配光を可能にする。
【００１７】
本発明のフォトバイオリアクターは、それぞれがレセプタクルの半径と一致している６つの撹拌部を含んでよい。例えば、各半径は隣接する撹拌部から約６０°間隔を空けられてよい。これは幾何学的に最適な配置であることが見出されている。
【００１８】
望ましくは、撹拌部は、実質的に直線的であり、好適には、それぞれのサイズおよび形状は次と同様である。均一な撹拌部を有することは、一様な混合にとって重要である。実質的に直線的であることは、互いの動きを阻止することなく、互いに掃引することを可能にする。
【００１９】
本発明のフォトバイオリアクターは、すべての撹拌部が次に対し逆方向で回転する、偶数個の撹拌部を含んでよい。さらに、混合および光の一様な分配の観点から、これは有利な配置である。
【００２０】
フォトバイオリアクターは、１つの撹拌部の中心から隣接する撹拌部の中心までの距離がレセプタクルの半径の長さの半分と略等しい、撹拌部の配置を含んでよい。この一様な間隔は撹拌部のより良好な連携を可能にする。
【００２１】
撹拌部が衝突することなく、第１撹拌部はその垂直軸に近い位置で第２を過ぎて回転できるように、望ましくは、各撹拌部は、例えば約９０°で、隣接する撹拌部から回転的にオフセットされる。
【００２２】
少なくとも１つの撹拌部（望ましくは各撹拌部）は、タンクと実質的に同じ高さである、略連続する表面を備える撹拌部本体を有してもよい。これは、タンクの深さにわたる混合と配光とを可能にする。少なくとも１つの撹拌部、望ましくは、各撹拌部は、タンクの半径と略等しい長さを有する略連続する表面を備える撹拌部本体を有してもよい。すなわち撹拌部は、タンクの半径と略等しい長さに径方向に延在する。
【００２３】
撹拌部は、実質的にタンクのすべての半径の長さおよび高さに延在することが望ましく、特に、撹拌部本体は、実質的にこの２つの次元で連続的であることが望ましい。望ましくは、プロペラは実質的に直線的であり、例えば、旋回軸の反対側のそれぞれに撹拌部ブレードまたはパドルを備える。直線的配置で、互いを妨害することなく、互いの経路を出入りする撹拌部を有するより良好な能力を有する。
【００２４】
光合成微生物の増殖のために、各撹拌部が、光合成植物の増殖を促進するための、発光する撹拌部本体を備えることが好ましい。例えば、各撹拌部が、実質的に光透過性材料から形成されている撹拌部本体を有してよい。あるいは、撹拌部本体は、例えば光放出材で覆われるか、または光放出材を含んでよい。
【００２５】
本発明は、添付の図面を参照して実質的に明細書中に記載および図示されたフォトバイオリアクターを包含する。
【００２６】
本発明の実施例を単なる例示として、付図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のフォトバイオリアクターの上平面から見た概略図である。
【図２】図１と同様の図であるが、相対的距離を図示するために円と三角とが図上に重ねられている図である。
【図３】図１のフォトバイオリアクターの上部から側面への、撹拌部の斜視図である。
【００２８】
図１〜３を参照すると、光合成微生物の増殖のためのフォトバイオリアクター１が示されており、フォトバイオリアクター１は、液体媒体を保持するためのタンク２の形態の増殖レセプタクルを備える。タンク２は、内壁表面５および外壁表面６と共に、実質的に循環周縁壁４によって定義される円形である。タンク２は、中心点Ｅを有する。
【００２９】
少なくとも３つのおよび特に６つの回転式撹拌部３ａ〜ｆは、液体培地を撹拌するためのタンク２内に存在する。各撹拌部３ａ〜３ｆは、レセプタクルの半径Ｒと実質的に一致する直径Ｄを有する、回転時、実質的な循環経路Ｃ（図２を参照）を掃引することによって、実質的に垂直軸６ａ〜ｆを中心に各々撹拌するために配置される。各撹拌部はそのサイクル中、半径Ｒに沿って自身を回転し、整列させることが理解されるであろう。実際は、このように示された直線的撹拌部は、そのサイクル中、少なくとも１回および実際には２回、半径Ｒ上で自身を整列させる。各撹拌部３ａ〜ｆは、実質的に長さが中心点Ｃとタンク２の周壁４間の半径距離と同じ長さである。各撹拌部は、その枢軸軸の反対側のそれぞれに撹拌部ブレードまたはパドルを備える直線的であると考えることができる。
【００３０】
３つの撹拌部３ａ，３ｂ，３ｃは、レセプタクルの半径Ｒと一致し、望ましくは、隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている。これは、タンク２周辺の隣接する撹拌部から約等距離のタンク２の半径Ｒ上にそれぞれ位置される、各々の垂直軸６ａ〜６ｃ上に撹拌部３ａ，３ｂ，３ｃを配置することによって達成される。
【００３１】
実際にフォトバイオリアクター１は、レセプタクルの半径Ｒとそれぞれ一致し、それらの半径が隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている第２の撹拌部の組３ｄ，３ｅ，３ｆを有する。
【００３２】
全体的に、この配置は、レセプタクルの半径Ｒと一致する６つの撹拌部３ａ〜３ｆが存在し、望ましくは、各半径は隣接する撹拌部から６０°間隔を空けられている。これは、図に示される配置を与え、タンク２の均等な分配撹拌を提供する。特に、本発明の配置は、最大混合を提供すると考えられており、実際にタンク２の容積は、撹拌部３ａ〜３ｆの１つ以上によって掃引される。
【００３３】
一方の撹拌部の中心（回転軸）からの距離Ｌ１を示している配置では、例えば、撹拌部３ｃは隣接する一方の中心へ、例えば、３ｅはレセプタクルの半径Ｒの長さの半分と略等しい。
【００３４】
示される構成では、すべての撹拌部は次の隣接する一方へ逆方向に回転する。したがって例えば、撹拌部３ａ，３ｂ，３ｃはある方向（例えば時計回り）に移動してよく、撹拌部３ｄ，３ｅ，３ｆのそれぞれは、逆方向（例えば反時計回り）に移動してよい。さらに、これが、より完全な混合を提供する。
【００３５】
図からも分かるように、撹拌部３ａ，３ｅが衝突することなく、第１撹拌部（例えば３ａ）が、そこから垂直軸（例えば６ｅ）に近い位置で第２撹拌部（例えば３ｅ）を超えて回転することができるように、各撹拌部は、隣接する撹拌部から回転式オフセットされる。実際に、各撹拌部（例えば３ａ）は２つの隣接する撹拌部（例えば３ｄ，３ｅ）を有し、隣接する撹拌部（例えば３ｄ，３ｅ）のそれぞれは、その垂直軸に近い撹拌部を超えて移動する。
【００３６】
これは、各撹拌部の中心に近い液体が、その隣接する撹拌部のうち少なくとも１つによって離れるように移動させることができることを意味する。
【００３７】
図３から最も良く示されているように（記載を容易にするために、タンク２の壁４が省略されている）、各撹拌部３ａ〜３ｆは、タンク２と実質的に同じ高さである、略連続する撹拌（外側の）表面９を備える撹拌部本体８を有する。実際に、その撹拌表面９は、タンクの半径Ｒと実質的に同じ長さに沿って、略連続している。実際に、撹拌部本体８は実質的に直線的であり、直線的プロペラ型の形状を有してよいと考えられる。
【００３８】
撹拌部本体８は、キャビティ１２の形態の中空部として本明細書中に定義される。１つ以上の光源は、それぞれが光合成微生物の増殖を促進するために光を発する撹拌部本体を有するように、各撹拌部３ａ〜３ｆ上に設けられることができる。例えば、各撹拌部図３ａ〜３ｆは、実質的に光透過性材料で生成されている撹拌部本体８を有してよい。光は撹拌部３Ａ〜３Ｆに案内され、透明壁を介して放出させることができる。撹拌部本体８を介して光を放射するために、１つ以上の光源はキャビティ１２内部に配置されることができる。付加的にまたは代替的に、光源は、撹拌部本体、例えば、撹拌部本体８が透明でない場所に固定されてもよい。撹拌部本体は発光材料で覆われてもよい。
【００３９】
従って、本発明の設計は、増殖培養を介した光の均等な伝播を可能にする。これは、生育されているすべての向光性微生物は、均一な光の量を連続的に受け取ることを意味する。例えば、１つのパドルが、タンクの中心に回転軸を搭載することによりタンク全体を混合し、液体培養が撹拌部の周りに追従するタンクの直径と実質的に同じ長さである、単一の直線的パドルシステムにおいて理解されるであろう。この理由は、撹拌部の中心に近い撹拌部本体が、不均等な混合がある撹拌部の外側先端に向かって、撹拌部本体と比較して小さい距離を移動し、そして光が撹拌部から放たれる場合、曝露としての光への不均等な曝露は、撹拌部の中心からの距離に依存するからである。
【００４０】
従って本発明は、撹拌部が、長さが半径の長さと実質的に等しく、その中心から旋回される撹拌部を備える円形タンクの半径上の中心点から旋回する場合、次いで回転時に、撹拌部はタンクの中心からタンクの外側に“触れる”ことを示している。この点で“触れる”ことは、近接した状態で掃き出していくことを意味する。当業者が理解するように、撹拌部にとって互いの任意の部分またはタンクに対して擦ることは望ましくない。
【００４１】
６つの撹拌部が、６０°の間隔を空けて配置されている場合は、一方の撹拌部の中心から撹拌部に最も近い次の中心までの距離もタンクの半分の半径に等しい。これは、図２に描かれた（等辺の）三角形Ｔによって示されている。これは、撹拌部が回転するに従い、それは次いでタンクの中心、タンクの外側およびその傍の両方の撹拌部の中心に触れるということを意味する。例えば、それらの傍の撹拌部へ９０°の回転分離で動作するように、撹拌部はオフセットされる。（従って、撹拌部がタンクの外側および中心と一致する場合は、撹拌部が隣接する撹拌部の中心軸を向くように、隣接する撹拌部が９０°でセットされる）。隣接する撹拌部の回転が逆方向にあるため、撹拌部間の衝突が回避される。
【００４２】
この効果は、生体物質（例えば微細藻類）が、一方の撹拌部の先端部に接触することから連続的に移動され、それが回転されるにつれて、次の撹拌部の内側およびその逆に移動する。これは、すべての生体物質（例えば微細藻類）に対して、均一な光の量を提供する。微生物材料が撹拌部の中心から先端へ、および撹拌部から撹拌部へ移動されるように、微生物材料が各撹拌撹拌部から通過する。
【００４３】
単語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、および単語「ｈａｖｉｎｇ／ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（有する／含む）」は、本発明を参照して本明細書で使用される場合、述べられた特徴の存在、整数、ステップおよび構成要素等を明示するために使用されるが、１つまたはそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素等の存在または追加を排除するものではない。
【００４４】
明確さのために別個の実施形態の文脈で記載されている本発明の特定の特徴が、１つの実施形態内に組み合わせて提供されてもよい。逆に、簡潔さのために１つの実施形態の文脈に記載されている本発明の様々な特徴が、別々に提供されても、任意のサブコンビネーションで提供されてもよい。
【図１】
2014509870.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年11月26日(2013.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成微生物を生育するためのフォトバイオリアクターであって、
（ａ）液体培地を保持するための増殖レセプタクルと、
（ｂ）前記液体培養を撹拌するための、前記増殖レセプタクル内に配置された少なくとも３つの回転式撹拌部と、
を含み、
各撹拌部が、回転時に、レセプタクルの半径と実質的に一致する直径を有する実質的な循環経路を掃引することによって実質的に垂直軸を中心に撹拌するように配置され、各撹拌部の垂直軸は他から独立しているフォトバイオリアクター。
【請求項２】
少なくとも２つの撹拌部が逆方向に回転する、請求項１記載のフォトバイオリアクター。
【請求項３】
各撹拌部が前記レセプタクルの半径と一致しており、約各半径は隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている、請求項１または２に記載のフォトバイオリアクター。
【請求項４】
それぞれが前記レセプタクルの半径と一致している６つの撹拌部を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項５】
各半径は隣接する撹拌部から約６０°間隔を空けられている、請求項４記載のフォトバイオリアクター。
【請求項６】
偶数個の撹拌部を含んでおり、すべての撹拌部が隣接する撹拌部に対して逆方向に回転する請求項１〜５のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項７】
一つの撹拌部の中心から隣接する撹拌部の中心までの距離がレセプタクルの半径の長さの半分と略等しい撹拌部の配置を含んでいる、請求項１〜６のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項８】
前記撹拌部が衝突することなく、第１撹拌部がその前記垂直軸に近い位置で、第２を過ぎて回転できるように、各撹拌部が、隣接する撹拌部から回転的にオフセットされる、請求項１〜７のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項９】
各撹拌部が、タンクの高さと実質的に同じである、略連続する表面を備える撹拌部本体を有する、請求項１〜８のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１０】
各撹拌部が、タンクの長さと実質的に同じである、略連続する表面を備える撹拌部本体を有する、請求項１〜９のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１１】
各撹拌部が前記光合成微生物の増殖を促進するために光を放出する撹拌部本体を有する、請求項１〜１０のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１２】
少なくとも１つの撹拌部が、実質的に光透過性材料から形成されている撹拌部本体を有する、請求項１〜１１のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１３】
少なくとも１つの撹拌部が、光放出材料を含む撹拌部本体を有する、請求項１〜１２のいずれか１項記載のフォトバイオリアクター。
【請求項１４】
添付の図面を参照して実質的に明細書中に記載および図示したフォトバイオリアクター。
【請求項１５】
（ｉ）（ａ）液体培地を保持するための増殖レセプタクルと、
（ｂ）前記液体培養を撹拌するための、前記増殖レセプタクル内に配置された少なくとも３つの回転式撹拌部と、
を含み、
各撹拌部が、回転時に、レセプタクルの半径と実質的に一致する直径を有する実質的な循環経路を掃引することによって実質的に垂直軸を中心に撹拌するように配置される、光合成微生物の生育のための光合成微生物を生育するためのフォトバイオリアクターを提供するステップと、
（ｉｉ）前記フォトバイオリアクターの前記増殖レセプタクルに液体培地を提供するステップと、
（ｉｉｉ）前記撹拌部によって前記液体培地を撹拌しながら、前記液体培地で光合成微生物を生育するステップと、を含む方法によって生育される光合成微生物。
【請求項１６】
方法によって生育される前記微生物から製品を製造するステップをさらに含む、請求項１５記載の方法によって生育される光合成微生物。
【請求項１７】
前記微生物から製品を抽出するステップを更に含む、請求項１５記載の方法によって生育される光合成微生物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】    明細書
【０００１】
本発明は、微生物の生育に関する。より詳細には、本発明は、光を用いた微生物の増殖に関する。光を用いて増殖する微生物は、光合成または向光性微生物と呼ぶ。特に対照となるのは、藻類、たとえば海草および微細藻類などの大型藻類の増殖である。本発明は、微生物、特に、光を用いた、藻類、シアノバクテリア等のバクテリアなどの微生物の増殖を可能にするための好適な装置の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物および特に光合成微生物の培養のための技術は、長年知られており、この分野での著しい進展が見られている。このような進展としては、培養条件の最適化、微生物の新種の供給／識別、および、特に藻類ならびに微生物を生育するための装置の開発が挙げられる。また、微生物内に形成される特定の抽出物の収率を最適化するために、微生物に付与され得るストレスのレベルを決定するための研究も行われてきた。微生物は通常は、収穫用に生育され、特定の最終用途を有する化合物などの抽出物が微生物から抽出され得る。
【０００３】
しかしながら、光合成微生物の生育の商業化で問題があった。これは伝統的な生育システムで、商業的に実行可能な収率を得ることが困難であったからである。例えばそのような微生物はしばしば、周囲条件が優勢で、したがって増殖条件の最適化が難しい開放された池で生育されていた。
【０００４】
栄養分レベル、温度およびｐＨなど、微生物の最適な増殖のための他の条件が周知であると仮定すると、増殖上の制限要因は、適切な光の提供、特に、好適な光および特に好適な光の量ならびに強度の供給である傾向がある。
【０００５】
結果として、フォトバイオリアクターへの移行が行われた。これらバイオリアクターは、増殖条件を改善するように意図された装置の様々な形態であり、特に、微生物の光への曝露を増加させることによるものである。フォトバイオリアクターの１つの典型的な構成は、微生物を運ぶ好適な液体媒体がポンピングにより循環する、光透過性チューブの配列である。培地は水ベースであることが多く、混合物は微生物の増殖のための好適な培養を形成する。光が光透過性チューブを透過することで、培養は光にさらされる。比較的小さな直径のチューブを形成することにより、光の透過が増加する。しかしながら、微生物が生育して培養の密度が増大すると、光の透過がより制限され、そのようなフォトバイオリアクターの機能が低下する。実際、そのようなフォトバイオリアクターでは、操作を商業的に持続可能にするために十分な成長率および／または抽出物収率が得られないことが判明している。フォトバイオリアクターは高価値の抽出物の生産の理由となるのに十分効率的であり得るが、典型的に、低コスト製品には適していない。システムは、自然光を使用するという利点を有するが、一方で、限られた光の透過（特に培養密度が増加するにつれて）、光強度と持続時間における変動（光がアンビエント光であるために）、設置資本コストが高く、占領面積に対する生育量が低いという欠点を有している。他の問題として、微生物に物理的に損傷を与えることができるポンピングのせいで損なわれる潜在的剪断応力および増殖を損ない得るシステム内に酸素増大（微生物の光合成プロセスのために）が挙げられる。国際公開第２０１０／１４２８７０号は、そのような配置に基づいてシステムを示している。
【０００６】
上記のいくつかの問題を克服する代替のフォトバイオリアクターを提供するために、いくつかの試みが行われている。
【０００７】
そのような選択肢は、タンクの透明壁、またはタンク内に定義されている窓を介して人工光を照らすことで外側から照らされているタンクを含む。
【０００８】
提供される他のシステムは、微生物が生育されているタンク内に配置されるように意図された照明システムを含む。例えば、国際公開第２０１０／１１５６５５号は、それぞれ増殖タンクの容積の内部に配置される光の配列を備える複数のライトチューブを記載している。ライトチューブは、互いに関して等距離に配置され、容器の内部の実質的に均一な照明を提供すると言われている。しかしながら、光源からより距離をとるものより、固定された照明装置を有するシステム内で、照明装置に最も近い微生物が光へのより大きな曝露を受けることは明確である。最も離れた微生物が成長するための十分な光刺激を受け取らないかもしれない一方、光源により近い微生物は、光への過度な曝露によって損傷を受ける可能性がある。従って、良くても、タンク内の増殖パターンが不均一となり、最悪の場合、一部のエリアで増殖が起こらず、他のエリアでは光損傷が発生すると考えられる。米国特許出願公開第２０１０／０３２３４３６号は、液体培養のための回旋状フロースルー経路を備えるタンクシステムを記載している。国際公開第２０１０／１１７７２０号は、透明なフィルムの上および下層の連結によって、および明細書中で定義されたフローチャネルと共に形成されたフォトバイオリアクターを記載している。
【０００９】
国際公開第２００９／１４２７６５号は、回転可能なライトアレイが配置されたタンクを含む光合成微生物を生育するためのシステムを記載している。ライトアレイは、タンク内に垂直に配向され、その上に直列の水平および平行アームを有する、中央軸を含む。２つ以上のアレイは、ライトアレイが回転時にかみ合うように提供されることができる。特開第２００８−２８３９３７号公報も同様のシステムを記載している。米国特許第７，８２４，９０４は、回転混合器がタンク内に存在するフォトバイオリアクターを記載している。タンクの外側の光源は、混合器のブレード上の発光素子に光を伝達する。そのようなシステムは、上述したような固定されたシステムよりも優れた配光特性を有する一方で、これらのシステム内の効率の欠如は依然として存在する。所望の製品の商業的に実現可能な生産を可能にするために、システムは依然として大きな改善を必要とする。
【００１０】
また、他の多くのシステムも記載されている。このようなシステムとして、光合成微生物の培養のためのフォトバイオリアクターを記載する米国特許第４，９５２，５１１に記載されているシステムが挙げられる。このシステムは、タンク、タンク内に延びるチューブの形態の複数の光コンパートメント、および光がチューブの中に向けられる高輝度ランプを含む。各チューブは、透明壁と、透明壁を通ってランプからの光を実質的に均一に分配するための手段とを有する。米国特許出願公開第２０１０／０１４４０１９号は、タンク内へ下方に延在し、さらに機械的スターターおよび空気混合装置を含むライトチューブの直列を示している。スターターは液体循環を作り出す。空気圧混合装置は、培地中の微細藻類を懸濁するための気泡を産生する。
【００１１】
国際公開第２００３／０５７８１８号は、ガス噴霧反応を行うためのプロセスおよび装置を記載している。米国特許第４，４９３，５５７号は、粘性材料を混合または均質化するための装置を記載している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のシステムにも関わらず、液体培地内で、微生物の光合成増殖、および特に微生物のための代替システムを提供することが未だ望ましい。本発明は、上述した非効率的なシステムを解消し、より良好な効率を提供するために提示される。本発明は、微生物の生産の良好な商業実用化、ひいては、微生物から生成または抽出される製品を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、
（ｉ）液体培地を保持するための増殖レセプタクルと、
（ｉｉ）液体培地を攪拌するための、増殖レセプタクル内に存在する少なくとも３つの回転式撹拌部と、
を含む光合成微生物の増殖のためのフォトバイオリアクターを提供し、
（ｉｉｉ）各撹拌部は、回転時に、レセプタクルの半径と実質的に一致する直径を有する実質的な循環経路を掃引することによって実質的に垂直軸を中心に攪拌するように配置されているフォトバイオリアクターを提供する。
【００１４】
これは、タンク内の光合成微生物の撹拌のための、シンプルで非常に効果的なシステムを提供する。重要なのは、それがまた、各撹拌部から光がタンク中を照らすタンクによる光の均等な分布を提供する。各撹拌部のための垂直軸は他から独立しており、特に各垂直軸は、隣接する撹拌部から間隔を空けられている。
【００１５】
望ましくは少なくとも２つの撹拌部は逆方向に回転する。これはより良好な混合と配光とを可能にする。
【００１６】
望ましくは、各撹拌部はレセプタクルの半径と一致しており、各半径は隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている。この等間隔な配置は、一様な混合、良好な撹拌、および良好な配光を可能にする。
【００１７】
本発明のフォトバイオリアクターは、それぞれがレセプタクルの半径と一致している６つの撹拌部を含んでよい。例えば、各半径は隣接する撹拌部から約６０°間隔を空けられてよい。これは幾何学的に最適な配置であることが見出されている。
【００１８】
望ましくは、撹拌部は、実質的に直線的であり、好適には、それぞれのサイズおよび形状は次と同様である。均一な撹拌部を有することは、一様な混合にとって重要である。実質的に直線的であることは、互いの動きを阻止することなく、互いに掃引することを可能にする。
【００１９】
本発明のフォトバイオリアクターは、すべての撹拌部が次に対し逆方向で回転する、偶数個の撹拌部を含んでよい。さらに、混合および光の一様な分配の観点から、これは有利な配置である。
【００２０】
フォトバイオリアクターは、１つの撹拌部の中心から隣接する撹拌部の中心までの距離がレセプタクルの半径の長さの半分と略等しい、撹拌部の配置を含んでよい。この一様な間隔は撹拌部のより良好な連携を可能にする。
【００２１】
撹拌部が衝突することなく、第１撹拌部はその垂直軸に近い位置で第２を過ぎて回転できるように、望ましくは、各撹拌部は、例えば約９０°で、隣接する撹拌部から回転的にオフセットされる。
【００２２】
少なくとも１つの撹拌部（望ましくは各撹拌部）は、タンクと実質的に同じ高さである、略連続する表面を備える撹拌部本体を有してもよい。これは、タンクの深さにわたる混合と配光とを可能にする。少なくとも１つの撹拌部、望ましくは、各撹拌部は、タンクの半径と略等しい長さを有する略連続する表面を備える撹拌部本体を有してもよい。すなわち撹拌部は、タンクの半径と略等しい長さに径方向に延在する。
【００２３】
撹拌部は、実質的にタンクのすべての半径の長さおよび高さに延在することが望ましく、特に、撹拌部本体は、実質的にこの２つの次元で連続的であることが望ましい。望ましくは、プロペラは実質的に直線的であり、例えば、旋回軸の反対側のそれぞれに撹拌部ブレードまたはパドルを備える。直線的配置で、互いを妨害することなく、互いの経路を出入りする撹拌部を有するより良好な能力を有する。
【００２４】
光合成微生物の増殖のために、各撹拌部が、光合成植物の増殖を促進するための、発光する撹拌部本体を備えることが好ましい。例えば、各撹拌部が、実質的に光透過性材料から形成されている撹拌部本体を有してよい。あるいは、撹拌部本体は、例えば光放出材で覆われるか、または光放出材を含んでよい。
【００２５】
本発明は、添付の図面を参照して実質的に明細書中に記載および図示されたフォトバイオリアクターを包含する。
【００２６】
また、本発明は、
（ｉ）
（ａ）液体培地を保持するための増殖レセプタクルと、
（ｂ）前記液体培養を撹拌するための、前記増殖レセプタクル内に配置された少なくとも３つの回転式撹拌部と、
を含み、
各撹拌部が、回転時に、レセプタクルの半径と実質的に一致する直径を有する実質的な循環経路を掃引することによって実質的に垂直軸を中心に撹拌するように配置されている、光合成微生物を生育するためのフォトバイオリアクターを提供するステップと、
（ｉｉ）フォトバイオリアクターの増殖レセプタクルに液体培地を提供するステップと、
（ｉｉｉ）撹拌部によって液体培地を撹拌しながら、液体培地で光合成微生物を生育するステップと、
ことを含む方法によって生育される光合成微生物にも関する。
【００２７】
方法によって生育される光合成微生物はさらに微生物から製品を製造するステップを含んでもよい。
【００２８】
方法によって生育される光合成微生物はさらに微生物から製品を抽出するステップを含んでもよい。
【００２９】
本発明の実施例を単なる例示として、付図面を参照して記載する。
【図面の簡単な記載】
【００３０】
【図１】本発明のフォトバイオリアクターの上平面から見た概略図である。
【図２】図１と同様の図であるが、相対的距離を図示するために円と三角とが図上に重ねられている図である。
【図３】図１のフォトバイオリアクターの上部から側面への、撹拌部の斜視図である。
【００３１】
図１〜３を参照すると、光合成微生物の増殖のためのフォトバイオリアクター１が示されており、フォトバイオリアクター１は、液体媒体を保持するためのタンク２の形態の増殖レセプタクルを備える。タンク２は、内壁表面５および外壁表面６と共に、実質的に循環周縁壁４によって定義される円形である。タンク２は、中心点Ｅを有する。
【００３２】
少なくとも３つのおよび特に６つの回転式撹拌部３ａ〜ｆは、液体培地を撹拌するためのタンク２内に存在する。各撹拌部３ａ〜３ｆは、レセプタクルの半径Ｒと実質的に一致する直径Ｄを有する、回転時、実質的な循環経路Ｃ（図２を参照）を掃引することによって、実質的に垂直軸６ａ〜ｆを中心に各々撹拌するために配置される。各撹拌部はそのサイクル中、半径Ｒに沿って自身を回転し、整列させることが理解されるであろう。実際は、このように示された直線的撹拌部は、そのサイクル中、少なくとも１回および実際には２回、半径Ｒ上で自身を整列させる。各撹拌部３ａ〜ｆは、実質的に長さが中心点Ｃとタンク２の周壁４間の半径距離と同じ長さである。各撹拌部は、その枢軸軸の反対側のそれぞれに撹拌部ブレードまたはパドルを備える直線的であると考えることができる。
【００３３】
３つの撹拌部３ａ，３ｂ，３ｃは、レセプタクルの半径Ｒと一致し、望ましくは、隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている。これは、タンク２周辺の隣接する撹拌部から約等距離のタンク２の半径Ｒ上にそれぞれ位置される、各々の垂直軸６ａ〜６ｃ上に撹拌部３ａ，３ｂ，３ｃを配置することによって達成される。
【００３４】
実際にフォトバイオリアクター１は、レセプタクルの半径Ｒとそれぞれ一致し、それらの半径が隣接する撹拌部から約１２０°間隔を空けられている第２の撹拌部の組３ｄ，３ｅ，３ｆを有する。
【００３５】
全体的に、この配置は、レセプタクルの半径Ｒと一致する６つの撹拌部３ａ〜３ｆが存在し、望ましくは、各半径は隣接する撹拌部から６０°間隔を空けられている。これは、図に示される配置を与え、タンク２の均等な分配撹拌を提供する。特に、本発明の配置は、最大混合を提供すると考えられており、実際にタンク２の容積は、撹拌部３ａ〜３ｆの１つ以上によって掃引される。
【００３６】
一方の撹拌部の中心（回転軸）からの距離Ｌ１を示している配置では、例えば、撹拌部３ｃは隣接する一方の中心へ、例えば、３ｅはレセプタクルの半径Ｒの長さの半分と略等しい。
【００３７】
示される構成では、すべての撹拌部は次の隣接する一方へ逆方向に回転する。したがって例えば、撹拌部３ａ，３ｂ，３ｃはある方向（例えば時計回り）に移動してよく、撹拌部３ｄ，３ｅ，３ｆのそれぞれは、逆方向（例えば反時計回り）に移動してよい。さらに、これが、より完全な混合を提供する。
【００３８】
図からも分かるように、撹拌部３ａ，３ｅが衝突することなく、第１撹拌部（例えば３ａ）が、そこから垂直軸（例えば６ｅ）に近い位置で第２撹拌部（例えば３ｅ）を超えて回転することができるように、各撹拌部は、隣接する撹拌部から回転式オフセットされる。実際に、各撹拌部（例えば３ａ）は２つの隣接する撹拌部（例えば３ｄ，３ｅ）を有し、隣接する撹拌部（例えば３ｄ，３ｅ）のそれぞれは、その垂直軸に近い撹拌部を超えて移動する。
【００３９】
これは、各撹拌部の中心に近い液体が、その隣接する撹拌部のうち少なくとも１つによって離れるように移動させることができることを意味する。
【００４０】
図３から最も良く示されているように（記載を容易にするために、タンク２の壁４が省略されている）、各撹拌部３ａ〜３ｆは、タンク２と実質的に同じ高さである、略連続する撹拌（外側の）表面９を備える撹拌部本体８を有する。実際に、その撹拌表面９は、タンクの半径Ｒと実質的に同じ長さに沿って、略連続している。実際に、撹拌部本体８は実質的に直線的であり、直線的プロペラ型の形状を有してよいと考えられる。
【００４１】
撹拌部本体８は、キャビティ１２の形態の中空部として本明細書中に定義される。１つ以上の光源は、それぞれが光合成微生物の増殖を促進するために光を発する撹拌部本体を有するように、各撹拌部３ａ〜３ｆ上に設けられることができる。例えば、各撹拌部図３ａ〜３ｆは、実質的に光透過性材料で生成されている撹拌部本体８を有してよい。光は撹拌部３Ａ〜３Ｆに案内され、透明壁を介して放出させることができる。撹拌部本体８を介して光を放射するために、１つ以上の光源はキャビティ１２内部に配置されることができる。付加的にまたは代替的に、光源は、撹拌部本体、例えば、撹拌部本体８が透明でない場所に固定されてもよい。撹拌部本体は発光材料で覆われてもよい。
【００４２】
従って、本発明の設計は、増殖培養を介した光の均等な伝播を可能にする。これは、生育されているすべての向光性微生物は、均一な光の量を連続的に受け取ることを意味する。例えば、１つのパドルが、タンクの中心に回転軸を搭載することによりタンク全体を混合し、液体培養が撹拌部の周りに追従するタンクの直径と実質的に同じ長さである、単一の直線的パドルシステムにおいて理解されるであろう。この理由は、撹拌部の中心に近い撹拌部本体が、不均等な混合がある撹拌部の外側先端に向かって、撹拌部本体と比較して小さい距離を移動し、そして光が撹拌部から放たれる場合、曝露としての光への不均等な曝露は、撹拌部の中心からの距離に依存するからである。
【００４３】
従って本発明は、撹拌部が、長さが半径の長さと実質的に等しく、その中心から旋回される撹拌部を備える円形タンクの半径上の中心点から旋回する場合、次いで回転時に、撹拌部はタンクの中心からタンクの外側に“触れる”ことを示している。この点で“触れる”ことは、近接した状態で掃き出していくことを意味する。当業者が理解するように、撹拌部にとって互いの任意の部分またはタンクに対して擦ることは望ましくない。
【００４４】
６つの撹拌部が、６０°の間隔を空けて配置されている場合は、一方の撹拌部の中心から撹拌部に最も近い次の中心までの距離もタンクの半分の半径に等しい。これは、図２に描かれた（等辺の）三角形Ｔによって示されている。これは、撹拌部が回転するに従い、それは次いでタンクの中心、タンクの外側およびその傍の両方の撹拌部の中心に触れるということを意味する。例えば、それらの傍の撹拌部へ９０°の回転分離で動作するように、撹拌部はオフセットされる。（従って、撹拌部がタンクの外側および中心と一致する場合は、撹拌部が隣接する撹拌部の中心軸を向くように、隣接する撹拌部が９０°でセットされる）。隣接する撹拌部の回転が逆方向にあるため、撹拌部間の衝突が回避される。
【００４５】
この効果は、生体物質（例えば微細藻類）が、一方の撹拌部の先端部に接触することから連続的に移動され、それが回転されるにつれて、次の撹拌部の内側およびその逆に移動する。これは、すべての生体物質（例えば微細藻類）に対して、均一な光の量を提供する。微生物材料が撹拌部の中心から先端へ、および撹拌部から撹拌部へ移動されるように、微生物材料が各撹拌撹拌部から通過する。
【００４６】
単語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、および単語「ｈａｖｉｎｇ／ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（有する／含む）」は、本発明を参照して本明細書で使用される場合、述べられた特徴の存在、整数、ステップおよび構成要素等を明示するために使用されるが、１つまたはそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素等の存在または追加を排除するものではない。
【００４７】
明確さのために別個の実施形態の文脈で記載されている本発明の特定の特徴が、１つの実施形態内に組み合わせて提供されてもよい。逆に、簡潔さのために１つの実施形態の文脈に記載されている本発明の様々な特徴が、別々に提供されても、任意のサブコンビネーションで提供されてもよい。
【国際調査報告】
2014509870.tif 000006
2014509870.tif 000007