(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使い捨てバイオリアクタ（２００）のための流体移送アセンブリ（１０）であって、
入口ポート（１６）と、少なくとも１つの出口ポート（１８）と、それらの間で流体連通するように延在する細長いハウジング流路（２０）と、を画定するハウジング本体（１４）を有する流体移送ハウジング（１２）と、
前記ハウジング本体（１４）は、貫通して延在する開放シャフト流路（２６）をさらに画定し、
前記開放シャフト流路（２６）内に固定されたローラ軸受またはボール軸受などの転がり要素軸受（３０）と、を含み、前記転がり要素軸受（３０）は、同心の内側軸受レースおよび外側軸受レース（３２、３４）、ならびに前記内側軸受レース（３２）と前記外側軸受レース（３４）との間に配置された、ローラまたはボールなどの、複数の転がり要素（３８）を含み、前記外側軸受レース（３４）は、前記ハウジング本体（１４）に固定され、前記内側軸受レース（３２）は、シャフト開口部（４０）を画定する内面（３５）を含み、インペラシャフト（２１０）が前記ハウジング本体（１４）から独立して回転することができるように前記内側軸受レース（３２）が前記インペラシャフト（２１０）に固定可能であり、
前記流体移送ハウジング（１２）が、前記使い捨てバイオリアクタ（２００）の底面の上方に配設されており、
前記転がり要素軸受（３０）が、前記流体移送ハウジング（１２）とは別体である、流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項２】
前記ハウジング本体（１４）は、対向する第１の主表面および第２の主表面（２２，２４）と、前記第１の主表面および前記第２の主表面（２２，２４）の間に延在する周辺側壁（８０）と、を含み、前記入口ポート（１６）は、任意選択的に、前記流体移送ハウジング（１２）の前記周辺側壁（８０）によって画定される、請求項１に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項３】
前記ハウジング本体（１４）の前記第１の主表面（２２）は、前記少なくとも１つの出口ポート（１８）を画定し、例えば、前記第１の主表面（２２）は、前記ハウジング流路（２０）と流体連通する複数の出口ポート（１８）を画定する、請求項２に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項４】
前記ハウジング流路（２０）は、前記シャフト開口部（４０）の周りで前記周辺側壁（８０）に沿って延在するように画定され、例えば、前記ハウジング本体（１４）の前記第１の主表面（２２）は、前記ハウジング流路（２０）と流体連通する複数の出口ポート（１８）を画定し、前記複数の出口ポート（１８）は、前記シャフト開口部（４０）の周りに配列される、請求項２または３に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項５】
前記出口ポート（１８）にまたがる多孔質部材をさらに含み、例えば、前記多孔質部材の孔径は、約２マイクロメートル〜約１０ミリメートル、約２マイクロメートル〜約３ミリメートル、または約５マイクロメートル〜約３ミリメートルであり、任意選択的に、前記出口ポート（１８）に付随する前記多孔質部材は、微粒子分離装置としての使用にも適合する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項６】
前記入口ポート（１６）は、前記ハウジング本体（１４）から突出する細長いポートステム（７４）によってさらに画定され、前記ポートステム（７４）は、前記ハウジング流路（２０）と開放流体連通する開放した細長いポート流路（７２）を画定する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項７】
前記ハウジング本体（１４）は、前記ハウジング本体（１４）を貫通する少なくとも１つの開放リアクタ流路（８２）をさらに画定し、前記開放リアクタ流路（８２）は、前記開放シャフト流路（２６）に隣接して配置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項８】
前記流体移送ハウジング（１２）の前記入口ポート（１６）から延在する細長い流体導管（５０）をさらに含み、前記流体導管（５０）は、対向する第１の端部および第２の端部（５４，５６）と、それらの間に延在する細長い管状導管本体（５２）と、を有し、前記流体導管（５０）の前記第１の端部（５４）は、第１の導管開口部（６０）を画定し、前記流体導管（５０）の前記第２の端部（５６）は、第２の導管開口部（６２）を画定し、前記管状導管本体（５２）は、それらの間に開放流体連通して延在する細長い導管流路（６４）を画定し、前記流体導管（５０）は、前記流体移送ハウジング（１２）の前記出口ポート（１８）を、容器壁（２０２）の流体ポート（２０６ａ）に開放流体連通するように配置するためのものであり、前記流体移送ハウジング（１２）を通して、前記容器壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）と、前記容器壁（２０２）によって画定されるバイオリアクタキャビティ（２０４）と、の間に流体を提供することができる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
【請求項９】
使い捨てバイオリアクタ（２００）のためのインペラアセンブリ（５）であって、前記インペラアセンブリ（５）は、
対向する第１の端部および第２の端部と、それらの間に延在する細長いシャフト本体（２１２）と、を有する細長いインペラシャフト（２１０）と、
複数のインペラブレード（２１６）を含み、前記インペラシャフト（２１０）に取り付けられた少なくとも１つのインペラハブ（２１４）と、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の前記流体移送アセンブリ（１０）と、を含み、前記流体移送アセンブリ（１０）の前記流体移送ハウジング（１２）は、前記インペラシャフト（２１０）に回転可能に取り付けられ、前記インペラシャフト（２１０）は、前記ハウジング本体（１４）の前記開放シャフト流路（２６）を通って延在する、インペラアセンブリ（５）。
【請求項１０】
前記転がり要素軸受（３０）の前記内側軸受レース（３２）は、前記インペラシャフト（２１０）に固定されている、請求項９に記載のインペラアセンブリ（５）。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の第２の流体移送アセンブリ（１０）を含み、前記第２の流体移送アセンブリ（１０）の前記流体移送ハウジング（１２）は、前記インペラシャフト（２１０）に回転可能に取り付けられ、前記インペラシャフト（２１０）は、前記ハウジング本体（１４）の前記開放シャフト流路（２６）を通って延在し、前記第２の流体移送アセンブリ（１０）は、第１の流体移送アセンブリ（１０）から前記少なくとも１つのインペラハブ（２１４）の反対側に取り付けられているインペラアセンブリ（５）であって、任意選択的に、前記インペラアセンブリ（５）は、複数のインペラブレード（２１６）を含む第２のインペラハブ（２１４）をさらに含み、前記第２のインペラハブ（２１４）は、前記少なくとも１つのインペラハブ（２１４）から前記第２の流体移送ハウジング（１２）と反対側の位置で前記インペラシャフト（２１０）に取り付けられている、請求項９または１０に記載のインペラアセンブリ（５）。
【請求項１２】
使い捨てバイオリアクタ（２００）であって、
バイオリアクタキャビティ（２０４）を画定する可撓性容器壁（２０２）を有する可撓性バイオリアクタ容器（２００）と、
前記バイオリアクタキャビティ（２０４）に設けられた、請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の前記インペラアセンブリ（５）と、
容器壁（２０２）に取り付けられ、前記容器壁（２０２）を貫通する開放開口部（２０８）を画定する流体ポート（２０６ａ）と、
前記容器壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）から前記流体移送ハウジング（１２）の前記入口ポート（１６）まで延在する細長い流体導管（５０）と、を含み、前記流体導管（５０）は、対向する第１の端部および第２の端部（５４，５６）ならびにそれらの間に延在する細長い管状導管本体（５２）を有し、前記流体導管（５０）の前記第１の端部（５４）は、第１の導管開口部（６０）を画定し、前記流体導管（５０）の前記第２の端部（５６）は、第２の導管開口部（６２）を画定し、前記管状導管本体（５２）は、それらの間に開放流体連通して延在する細長い導管流路（６４）を画定し、前記流体導管（５０）は、前記流体移送ハウジング（１２）の前記出口ポート（１８）を、前記容器壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）に開放流体連通するように配置し、前記流体移送ハウジング（１２）を通して、前記容器壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）と前記バイオリアクタキャビティ（２０４）との間に流体を提供することができる、使い捨てバイオリアクタ（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使い捨てバイオリアクタの分野に関する。より具体的には、本発明は、使い捨てバイオリアクタ用流体移送アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物バイオリアクタでは、スパージガスは、最も低いインペラに近接して、好ましくは最も低いラシュトン（Ｒｕｓｈｔｏｎ）インペラの直下に適用する必要がある。一回使用のバイオリアクタバッグを使用する場合には、インペラに実際に当たらずに、インペラの近くに底部係留スパージャ機構を確実に得ることは困難である。底部係留インペラを使用することにより、一回使用のバッグの製造／組立がより困難になる。
【０００３】
当該技術は、インペラシャフトと同心であるがそれから分離したバイオリアクタスパージャを提供してきたが、スパージャは、穴あけされた一連のチューブであって、最も低いラシュトンインペラのすぐ下の一回使用バイオリアクタバッグの底部につなぎ留められていた。この設計は製造上の困難があり、スパージャ構造は一回使用バイオリアクタバッグの底部に剛性の要素を加えた。スパージャをバッグにつなぎ留めておくことは、ラシュトンインペラに対する位置が変化する可能性があることを意味する。
【０００４】
このスパージャは、追加のクロスバーを備えた半円形の半硬質プラスチックチューブ（小さな穴が開けられている）のシステムであった。スパージャは容器底部に平行であり、インペラシャフトは半円形チューブにまたがる２つのクロスバーを通って垂直に通過した。スパージャは、カップリングマグネットを含むインペラコアの上であって、インペラシャフト上の最も低いラシュトンインペラの下に配置されていた。
【０００５】
微生物細胞は保護細胞壁を有し、バイオリアクタ内で培養すると一緒に凝集する傾向があることが知られている。したがって、微生物細胞培養は、細胞の塊を分解するために高速の剪断インペラを必要とし、かつ大量の空気が必要である。微生物培養は、哺乳動物の細胞培養よりも約２０倍から４０倍速く成長および増殖する。したがって、微生物細胞の発酵培養における酸素消費速度は、哺乳類培養プロセスにおける速度よりも約２０〜４０倍大きい。
【０００６】
微生物培養における増殖を維持するために、微生物システムで使用するバイオリアクタは、哺乳動物の細胞に使用されるバイオリアクタよりも速く培養物に酸素を供給することができなければならず、かつ細胞の塊を分解することができなければならない。
【０００７】
当該技術はまた、バイオリアクタキャビティから流体を引き出すためにバイオリアクタ内に配置された灌流装置も見ている。
【０００８】
当該技術は、シャフトマウント式インペラブレードの下ではあるが、可撓性または使い捨てバイオリアクタ容器の底面の上にスパージガスまたは供給流体のいずれかを提供するように働くことができるシャフトマウント式流体移送装置を欠いている。また、インペラシャフトの長さに沿って、シャフトに取り付けられた各インペラハブの下方で利用され得るバイオリアクタのための流体移送装置が必要とされている。さらに、当該技術は、バイオリアクタのための灌流装置として代替的に機能することができるシャフトマウント式流体移送装置を欠いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１３４７３号明細書
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、バイオリアクタと共に使用するためのシャフトマウント式流体移送アセンブリを提供する。さらに、本発明は、バイオリアクタ内のシャフトに回転可能に取り付けられ得る流体移送ハウジングを提供する。本発明はまた、図示し説明するように、流体移送ハウジングまたは流体移送アセンブリを組み込んだバイオリアクタ用のインペラアセンブリを提供する。あるいは、本発明は、インペラシャフトがハウジング本体のインペラシャフト流路を通って延在するように、インペラシャフトに回転可能に取り付けられた流体移送ハウジングを組み込んだバイオリアクタを提供する。本発明を組み込んだバイオリアクタは、望ましくは一回使用または使い捨ての設計である。
【００１１】
本発明はさらに、第１の流体移送ハウジングからインペラハブの反対側に取り付けられた第２の流体移送ハウジングなどの、インペラシャフトに回転可能に取り付けられた本発明の複数の流体移送ハウジングを提供することを企図しており、各流体移送ハウジングは、望ましくは本発明の２つの別個の流体移送アセンブリの一部として提供される。あるいは、本発明は、本発明の流体移送ハウジングがインペラハブの各々の下に設けられた、インペラブレードをそれぞれ支持する２つの別個のインペラハブを有するインペラシャフトを提供する。本発明の流体移送ハウジングを組み込んだバイオリアクタは、流体移送ハウジングの入力ポートとバイオリアクタの壁に固定されたポートとの間に延在する細長い導管を含み、本発明の流体移送ハウジングを通過することによって、流体がバイオリアクタの外側と容器キャビティとの間を通過することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のシャフトマウント式流体移送アセンブリを組み込んだ使い捨てバイオリアクタを示す図である。
【図２】本発明のシャフトマウント式流体移送アセンブリの断面図である。
【図３】本発明の流体移送ハウジングが取り付けられた溝付きインペラシャフトを示す図である。
【図４】図３の溝付きインペラシャフトの分解図である。
【図５】図３の溝付きインペラシャフトの斜視図である。
【図６Ａ】本発明の流体移送ハウジングが取り付けられた固体インペラシャフトを示す。
【図６Ｂ】本発明の流体移送ハウジングが取り付けられた固体インペラシャフトを示す。
【図６Ｃ】本発明の流体移送ハウジングが取り付けられた固体インペラシャフトを示す。
【図７】本発明の流体移送ハウジングを示す図である。
【図８】図７の線８−８を通る流体移送ハウジングの断面図である。
【図９】図７の流体移送ハウジングの斜視図である。
【図１０】図９の線１０−１０を通る、図７の流体移送ハウジングの断面図である。
【図１１】本発明の流体移送ハウジングの底部の斜め分解図であり、流体移送ハウジングへの軸受の組立を示す。
【図１２】本発明の流体移送アセンブリを溝付きシャフトに取り付けるために使用されるシャフトアダプタの斜視図である。
【図１３】流体移送ハウジングと共に使用される軸受の断面図である。
【図１４】図１３の軸受の内側レースと外側レースとの間にボール軸受を保持する軸受ケージの斜視図である。
【図１５】シャフトアダプタに取り付けられた本発明の流体移送ハウジングを示す図である。
【図１６】図１５の線１６−１６を通る、シャフトアダプタに取り付けられた流体移送ハウジングの断面図である。
【図１７】流体移送アセンブリがどのように軸受を保持し、シャフトにどのように取り付けられているかを示す分解図である。
【図１８】流体移送がシャフトにどのように取り付けられているかを示す断面分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、バイオリアクタのインペラシャフトに回転可能に取り付けられた流体移送ハウジングを有する流体移送アセンブリを提供する。バイオリアクタは、生物学的サンプルまたは材料が生成され得る可撓性容器またはバッグで形成された一回使用または使い捨てバイオリアクタであってもよい。一回使用のバイオリアクタは、望ましくは、容器ならびにその中のインペラを回転させるための手段へのアクセスを可能にする剛性ハウジング内に配置される。流体移送ハウジングは、バイオリアクタプロセスに必要な気体または液体を提供することができる。あるいは、流体移送ハウジングは、バイオリアクタから流体を引き出すことができる。流体移送ハウジングは、望ましくは、側壁から流体移送ハウジングにまたがる流体移送導管によって、流体移送ハウジングがバイオリアクタの側壁につなぎ留められている間に、シャフトが高速でかつ長時間回転することを可能にする転がり要素軸受によってシャフトに直接取り付けられるように設計されている。流体移送導管は、流体移送ハウジングに液体または気体を供給するように、あるいは流体移送ハウジングを通して流体をバイオリアクタから引き出すように設計される。したがって、本発明の流体移送ハウジングは、スパージガスまたは供給流体を提供すること、ならびに灌流装置として機能することに適している。
【００１４】
本発明の流体移送アセンブリは、好ましくは、インペラシャフトに回転可能に取り付けられたハウジングを含み、ハウジングは、内部流路と流体連通するようにハウジングによって画定された１つまたは複数の出口ポートに通じる内部流路を画定する。ハウジングはまた、ハウジングとバイオリアクタの壁に設けられたポートとの間に延在する流体導管に接続するためのポートを画定する。本発明は、本発明の流体移送アセンブリをインペラシャフト上で利用することができ、バイオリアクタの壁に設けられたポートに接続された導管の第２の端部を有するバイオリアクタのキャビティ内に設けることができることを企図している。液体または気体形態の流体は、可撓性壁のポートを通り、導管および内部流路を通って、ハウジングの１つまたは複数の出口ポートの外に供給されてもよい。したがって、ガススパージャとしての適合性に加えて、本発明は、混合が最大化されるインペラ直下のバイオリアクタに液体を添加するのに適している。一例は、バイオリアクタ運転中の液体供給物の添加である。
【００１５】
本発明の流体移送アセンブリはまた、必要に応じて、複数の流体移送アセンブリをインペラシャフトの長さに沿って設置することを可能にする。バイオリアクションプロセスの必要性に応じて、本発明の１つまたは複数の流体移送アセンブリは、したがって、１つまたは複数の流体移送アセンブリが流体を容器キャビティから引き出すことができる間に、供給流体および／またはスパージガスを提供することができる。
【００１６】
流体移送ハウジングは、出口ポートを横切る多孔質表面、メッシュスクリーン、または膜をさらに支持することができる。さらに、本発明の流体移送アセンブリは、流体をバイオリアクタから１つまたは複数の出口ポートを通って内部流路内に導き、そして導管および導管の壁に取り付けられたポートを通って導くことができる。多孔質表面の細孔サイズは、望ましくは約２ミクロン〜約１０ミリメートル、または約５ミクロン〜約３ミリメートルである。付随する多孔質表面は、入口ガス流の流路を可能にするように構成されてもよく、入口ガス流を単一チャンバの内部に添加する前のガス気泡の大きさおよび分布を制御することも微粒子分離装置としての使用に適合する。
【００１７】
本発明の流体移送アセンブリは、望ましくは、バイオリアクタ、望ましくは使い捨てまたは一回使用のバイオリアクタ容器またはバッグ内のシャフトに取り付けられる。バイオリアクタは、反応チャンバとしての任意の容積を提供することができ、微生物発酵のプロセス要求を処理するように特に設計された５００リットルの容器で実証されている。これらの細胞は短い倍加時間を有し、急速な増殖の結果として、バイオリアクタが最初に開発された典型的な哺乳動物の細胞用途よりも多くの酸素を消費し、より多くの熱を生成する。この用途をサポートするシステム属性は、大きなアジテータモータと、流体に必要な動力を供給できる長いシャフトに取り付けられた複数のインペラを有する。この長いシャフトは、タンク壁をバッグの内側のインペラに強固に接続する機構を介してシャフトの上部を安定させる特徴を有する。アジテータは、駆動ヘッドとの磁気結合を通して底部駆動される。高いガス流は、排気フィルタの寿命を保ち、リアクタ内の容積損失を減少させるために、大きなフィルタおよび凝縮器システムを必要とする。熱伝達表面積は、ジャケット付きドアによって最大化され、その結果、熱伝達表面積が大きくなり、バッグの取り付けが容易になる。
【００１８】
本発明の流体移送アセンブリは、最も低いＲｕｓｈｔｏｎインペラの直下のインペラシャフトに取り付けることができるが、インペラシャフトがスパージャの内部で回転できるようにする軸受を含むので、一回使用の微生物バイオリアクタ用のスパージャとしての使用に適している。シリコーンチュービングからなるスパージングガスラインは、スパージャを一回使用のバッグ壁のポートに接続し、スパージガスをスパージャに導入することができ、スパージャがインペラシャフトと共に回転しないようにする。
【００１９】
スパージャとして、本発明の流体移送アセンブリは、非常に激しく攪拌して気泡を分散させて表面積を最大にし、それによって気泡の吸収を増加させるシステムを提供する。インペラは繰り返し大きな泡を砕き、細胞の塊を分解する。本発明の流体移送アセンブリは、流体供給システムがバイオリアクタの可撓性容器につなぎ留められている間に、インペラシャフトの独立した回転を可能にするように、インペラシャフト上に回転可能に取り付けられる。インペラシャフトはまた、酸素を急速に細胞に供給するために、インペラによる溶液の激しい混合が細胞懸濁液を介して酸素を引き上げるように、シャフトと共に回転するように取り付けられたインペラブレードを支持する。
【００２０】
したがって、本発明の流体移送アセンブリは、バッグの底部から分離して、インペラシャフトの周りに同心の軸受に配置されたスパージャを提供することができる。したがって、本発明は、スパイクガスまたは供給流体を供給する流体移送ハウジングを、ラシュトンインペラの真下に位置するように設けており、その位置はインペラシャフトそれ自体によって決定されるので、それは常に正確にラッシュトンインペラに関して最大効果となるものである。また、この設計は、追加のスパージ能力が必要な場合に、追加のスパージャをインペラシャフトに沿った異なる位置に配置するのに役立つ。
【００２１】
図１〜図１８を参照すると、本発明は、使い捨てバイオリアクタ２００用の流体移送アセンブリ１０を提供する。バイオリアクタ２００は、望ましくは、細長い容器キャビティ２０４を画定する可撓性容器壁２０２を含む。容器壁２０２は、通常、容器キャビティ２０４内への流体の導入または除去のための複数の流体ポート２０６を含む。さらに、バイオリアクタ２００は、細長いシャフト本体２１２を有する細長い回転可能なインペラシャフト２１０を支持し、細長いシャフト本体２１２は、インペラシャフト２１０と共に回転するように取り付けられた１つまたは複数のインペラハブ２１４を支持する。各インペラハブ２１４は、そこから半径方向に突出するいくつかのインペラブレード２１６を含む。シャフト２１０は、容器壁２０２の底面２２２に取り付けられた回転可能なシャフトベース２２０を含む。シャフトベース２２０は、シャフト２１０の周りに離間したいくつかの磁石を含む。磁石は、バイオリアクタ２００の外部に設けられた駆動磁石に磁気的に結合され、駆動磁石がその磁石を回転させると、シャフト２１０の磁気的に結合された磁石もまた回転し、シャフト２１０も回転させることができる。そのような磁気的に結合された駆動システムは、シャフト２１０が容器キャビティ２０４内に完全に保持されることを可能にし、したがって容器キャビティ２０４内の清浄な環境を維持する。図２に示すように、バイオリアクタ２００は、望ましくは、ステンレス鋼バイオリアクタハウジング２０５内に嵌合する。ハウジング２０５は、容器２０２の全てのポート２０６へのアクセスを可能にし、シャフト２１０をキャビティ２０４内で回転させる磁気駆動モータを収容することが望ましい。本発明は、本発明はシャフト２１０を回転させるための特定の駆動システムに依存しないので、容器壁を貫通して延在するシャフトを用いて作業することも想定される。
【００２２】
シャフト２１０はまた、その自由端部２１０ａに隣接する保持カラー２３０を支持する。保持カラー２３０は、シャフト２１０の自由端部２１０ａを支持し、したがってキャビティ２０４内のシャフト２１０の位置および向きを維持するために使用される。保持カラー２３０は、シャフト２１０の周りに配置され、レセプタクル２３４を画定する環状のカラー本体２３２を含む。各レセプタクル２３４は、内部に支持ロッド２３６の第１の端部２４０を受け入れる。支持ロッド２３６は、対向する第１の端部２４０と第２の端部２４２との間に延在する細長い本体２３８をそれぞれ含む。ロッド２３６の第２の端部２４２は、容器壁２０２と同一の広がりを有するように延在する。望ましくは、バッグ２１０は、容器壁２０２から各ロッド２３６のためのレセプタクル２３４まで延在する細長い可撓性スリーブ２４５を提供する。スリーブ２４５は、ロッド２３６の材料がキャビティ２０４内で生じる反応に及ぼす影響を最小限に抑えるように、各端部でカラー２３０および壁２０２に固定された（およびロッド２３６の第２の端部２４２が挿入される）ポートもしくは容器に固定される。シャフト駆動機構のタイプと同様に、本発明の流体移送装置は、シャフトが安定に保持される方法から独立して動作するので、自由端部がキャビティ２０４内で固定される方法は本発明には重要ではない。
【００２３】
本発明は、バイオリアクタ２００を形成するために使用される全ての流体接触部品が、キャビティ２０４内で起こる所望の反応に対して適切であって互換性のある材料から形成されることを意図している。さらに、バイオリアクタ２００を形成するために使用される材料は、適切なポリマーおよびセラミックを含むが、これに限定されない、一回使用または使い捨てバイオリアクタに適した材料から形成されることが望ましい。
【００２４】
図７〜図１０および図１２、図１３を特に参照すると、流体移送アセンブリ１０は、入力ポート１６と、少なくとも１つの出口ポート１８と、それらの間で流体連通するように延在する細長いハウジング流路２０と、を画定するハウジング本体１４を有する流体移送ハウジング１２を含む。ハウジング本体１４は、対向する主表面２２、２４を含み、主表面２２、２４の間に延在し、主表面２２、２４上に開口する開放シャフト流路２６をさらに画定する。インペラアセンブリ５は、インペラシャフト２１０と、複数のインペラブレード２１６を有する少なくとも１つのインペラハブ２１４と、をさらに含む。流体移送アセンブリ１０は、シャフト流路２６内に固定された転がり要素軸受３０を含む。転がり要素軸受３０は、同心の内側軸受レース３２および外側軸受レース３４をそれぞれ含み、それらは軸受ケージ３６およびそれらの間に複数の転がり要素３８を保持する。転がり要素軸受３０は、ローラ軸受またはボール軸受であってもよく、ローラまたはボールが転がり要素３８をそれぞれ構成する。外側軸受レース３４は、ハウジング本体１４に固定され、内側軸受レース３２は、シャフト開口部４０を画定する内面３５を含み、シャフト２１０がハウジング本体１４から独立して回転することができるように内側レース３２がインペラシャフト２１０に固定可能である。本発明で試験した転がり要素軸受３０は、中国寧波のＸｉｎｇ  Ｌｕｎ  Ｂｅａｒｉｎｇｓ  Ｇｒｏｕｐ  Ｌｉｍｉｔｅｄから入手した。内側レース３２および外側レース３４、ならびにボール３８は、バイオリアクタ用途に適したセラミック材料から形成することができる。本発明は、内面３５がシャフト２１０の外面に適合することを意図している。あるいは、図１５〜図１８に示すように、内面３５は、アダプタ２５０の外面２５４の周りに延在するように適合する。アダプタ２５０は、シャフト２１０の外面を受け入れて係合するように設計された貫通流路２５８を画定する外面２５４および内面２５６を有するアダプタ本体２５２を含む。したがって、シャフト２１０が、例えば図３〜図５に示すような溝付き設計を有する場合には、内面２５６は、望ましくは、溝付き形状と係合するための嵌合する起伏のある表面を提供する。あるいは、シャフト２１０が、例えば図６に示すような円筒状の外面を有する場合には、内面３５は嵌合する円筒形状を有してもよい。アダプタ本体２５２は、シャフト２１０と共に回転するように設計されるので、外面２５４に固定された内側レース３２は、シャフト２１０に固定されると言われる。外側レース３４がハウジング本体１４に固定されると、転がり要素３８によって内側レース３２と外側レース３４との間の相対的な回転が可能になる。
【００２５】
図１５〜図１８は、外側レース３４をハウジング本体１４に、内側レース３２をアダプタ２５０に固定するための一実施形態を示す。シャフト本体は、環状壁２６４によって分離された第１および第２の横方向に延在する環状リム２６０、２６２を含む。第２の環状壁２６６は、第２のリム２６２から延在する。したがって、環状リム２６２および環状壁２６６は、リム２６０および壁２６４の半径方向内向きに延在する。第１のロックリング２７０は、内側レース３２を第２の環状リム２６２に押し付けまたは保持するように環状壁２６６の周りに配置される。ロックリング２７０およびアダプタ２５０は、同様のポリマーで形成することができる。第２のロックリング２７２は、外側レース３４をハウジング本体１４の横方向に延在する環状リム３９に押し付けまたは保持するように、ハウジング本体１４の環状壁２５の内側に配置される。したがって、内側レース３２は、アダプタ２５０およびシャフト２１０に対して静止して保持され、外側レース３４は、ハウジング本体１４に対して静止して保持される。したがって、シャフト２１０は、本発明によりハウジング本体１４から独立して回転することができる。
【００２６】
望ましくは、ハウジング本体１４は、ハウジング流路２０と流体連通する複数の出口ポート１８を画定し、ハウジング流路２０および出口ポート１８の両方がシャフト流路２６の周りに延在する。本発明は、ハウジング１２からの流体の流れに所望の均一性を提供するために、出口ポート１８が互いに異なる形状または大きさを有することを意図している。例えば、入力ポート１６に近い出口ポートは、入口ポート１６からハウジング本体１４の反対側に位置する出口ポートよりも寸法が小さくまたは形状が異なっていてもよい。出口ポート１８は、望ましくは、シャフト２１０と共に回転するインペラブレード２１６の直下に配置される。
【００２７】
流体移送アセンブリ１０はさらに、バイオリアクタ壁２０２に固定された入口ポート２０６ａからハウジング本体１４の入力ポート１６まで延在する細長い流体導管５０を含む。流体導管５０は、対向する第１および第２の開放端部５４、５６の間にそれぞれ延在する細長い管状本体５２を含む。第１の開放端部５４は第１の導管開口部６０を画定し、第２の開放端部は第２の導管開口部６２を画定し、管状本体は、それらの間で流体連通するように延在する細長い導管流路６４を画定する。したがって、流体導管５０は、ハウジング本体１４の出口ポート１８を、バイオリアクタ壁２０２の流体ポート２０６ａと開放流体連通するように配置する。したがって、液体または気体は、バイオリアクタ２００の外部の供給源から、導管５０を通り、入力ポート１６を通ってハウジング流路２０内に入り、出口ポート１８を通って容器キャビティ２０４内に移動することができる。同様に、液体はポート１８を通ってハウジング流路２０を通り、入力ポート１６から出て、導管５０を通ってバイオリアクタ２００の外側に位置する容器に引き込まれ得る。望ましくは、ハウジング本体は、ハウジング本体１４から突出し、入口ポート１６を画定する細長い中空ステム７０と、ハウジング流路２０と開放流体連通する開放した細長いポート流路７２と、を含む。同様に、ポート２０６ａは、容器壁２０２から突出し、貫通ポート（開放開口部）２０８を画定する細長い中空ポートステム７４と、開放した細長いポート流路２０９と、を含む。環状ツーピースクリップまたはケーブルタイを含むがこれに限定されない従来の手段によって、導管５０の第１の端部５４はステム７０の周りに固定され、第２の端部５６はポートステム７４に接続される。
【００２８】
本発明は、導管５０が、シャフト２１０がキャビティ２０４内で回転している間にハウジング本体１４を比較的静止して保持するテザーとしても機能し得ることを意図している。本発明は、さらに、シャフト２１０と共に回転しないようにハウジング本体１４をつなぎ留めるために追加のまたは代替的な手段を使用できることを意図しており、それは、例示のためであって限定しないが、キャビティ２０４内のバイオリアクタ２００の静止部材に固定された別個のテザーまたは導管５０上に固定された細長いスリーブを含み、シャフト２１０が回転する際に導管５０上のハウジング本体１４によって与えられる荷重の大部分を支えることができる。しかし、内部試験では、ハウジング本体１４から半径方向外向きに配置されたポート２０６ａに固定された導管５０は、長時間にわたってシャフト２１０の高速回転に耐える能力を実証した。
【００２９】
ハウジング本体１４は、それぞれ対向する第１および第２の平面主表面２２、２４と、第１および第２の主表面２２、２４の間に延在する周辺側壁８０とを含む。望ましくは、入力ポート１６は側壁８０によって画定され、ステム７０は側壁８０から突出する。望ましくは、第１の主表面２２は、出口ポート１８を前記ハウジング流路と流体連通するように画定する。それによって、第１の主表面２２は、望ましくは、シャフト開口部４０の周りに配列された出口ポート１８を画定するが、１つまたは複数の出口ポートもまた側壁８０によって画定され得る。
【００３０】
本発明の一実施形態では、ハウジング流路２０は、周辺側壁８０に沿って、シャフト開口部４０の周りに延在するように画定される。図１０を特に参照すると、４つの直線状セグメント２０ａ〜ｄを有するようにハウジング流路２０を形成することができる。直線状セグメント２０ａ〜ｄの各々は、側壁セグメント８０ａ〜ｄのうちの１つからセグメントを機械加工（またはサブトラクティブ・マニュファクチャリング）することによってそれぞれ形成することができる。各セグメント２０ａ〜ｄは、側壁セグメント８０ａ〜ｄに沿って固定された側壁プラグ８１ａ〜ｄによって封止されている。あるいは、ハウジング本体は、その間に流路２０を画定し、入力ポート１６および／または出口ポート１８を共にまたは個別に画定する２つの上に横たわる平面部品から形成されてもよい。さらに本発明では、ハウジング流路２０がシャフト開口部４０の周りで環状である必要はなく、代わりに、ほぼ「Ｃ」字形になるようにシャフト開口部４０の周りのある点で塞がれてもよいことが意図されている。
【００３１】
ハウジング本体１４は、それを貫通し、シャフト開口部４０に隣接し、シャフト２１０に実質的に平行な方向に延在する少なくとも１つの開放リアクタ流路８２をさらに画定する。リアクタ流路８２ａ〜ｄは、インペラブレードの作用により流体がそこを通って流れることを可能にし、それにより、キャビティ２０４内の所望の混合流に対してハウジング本体１４によってもたらされる妨害を低減するために設けられる。ハウジング本体１４は、ほぼ正方形の形状（周囲壁８０によって画定される）を有するように示されているが、本発明は、代わりに、ハウジング本体１４がリング形状および多角形形状から選択される一般的な形状を有してもよいことを意図している。さらに、主表面２２、２４は平面として示され、説明されているが、本発明は、それぞれが対向する円弧形状を有するか、そうでなければ非平面であってもよいことを意図している。同様に、周辺側壁８０は、平面セグメントを有するものとして示され、説明されているが、これらのセグメントは、代わりに、丸い円筒形および多角形の円筒形から選択される形状を有してもよい。
【００３２】
本発明はさらに、ハウジング本体１４が、各出口ポート１８をまたぐ多孔質部材をさらに提供し得ることを意図している。多孔質部材は、スパージャ技術において知られているようなフリットであってもよく、あるいは、各出口ポートにまたがる多孔質膜であってもよい。あるいは、単一の多孔質膜を出口ポート１８の全てにまたがるように流路２０内に固定することができる。多孔質部材の細孔サイズは、約２マイクロメートル〜約１０ミリメートルであると想定される。あるいは、多孔質部材の細孔サイズは、約２マイクロメートル〜約３ミリメートルである。あるいは、多孔質部材の細孔サイズは、約５マイクロメートル〜約３ミリメートルであってもよい。多孔質部材は、回転するインペラブレードにより小さな気泡を提供するように適合されてもよく、あるいは、ハウジング本体がキャビティ２０４から流体を引き出すために使用される際などに微粒子分離装置としての使用に適合されてもよい。
【００３３】
本発明の特定の実施形態を示し説明したが、本発明の教示から逸脱することなく、変更および修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、流体移送ハウジングの特定の形状、内部流路の形状、およびハウジング開口部の形状および数は、本発明から逸脱することなく変更することができる。前述の説明および添付の図面に記載された事項は、例示のためにのみ提供され、限定するためではない。本発明の実際の範囲は、従来技術に基づいた適切な観点から見た場合に、添付の特許請求の範囲において定義されることが意図されている。
［実施態様１］
使い捨てバイオリアクタ（２００）のための流体移送アセンブリ（１０）であって、
入力ポート（１６）と、少なくとも１つの出口ポート（１８）と、それらの間で流体連通するように延在する細長いハウジング流路（２０）と、を画定するハウジング本体（１４）を有する流体移送ハウジング（１２）と、
前記ハウジング本体（１４）は、貫通して延在する開放シャフト流路（２６）をさらに画定し、
前記シャフト流路（２６）内に固定されたローラ軸受またはボール軸受などの転がり要素軸受（３０）と、を含み、前記転がり要素軸受（３０）は、同心の内側および外側軸受レース（３２、３４）、ならびに前記内側軸受レース（３２）と前記外側軸受レース（３４）との間に配置された、ローラまたはボールなどの、複数の転がり要素（３８）を含み、前記外側軸受レース（３４）は、前記ハウジング本体（１４）に固定され、前記内側軸受レース（３２）は、シャフト開口部（４０）を画定する内面（３５）を含み、シャフト（２１０）が前記ハウジング本体（１４）から独立して回転することができるように前記内側レース（３２）が前記インペラシャフト（２１０）に固定可能である、流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様２］
前記ハウジング流路（２０）と流体連通する複数の出口ポート（１８）をさらに含む、請求項１に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様３］
前記ハウジング本体（１４）は、対向する第１および第２の平面主表面（２２，２４）と、前記第１および第２の主表面（２２，２４）の間に延在する周辺側壁（８０）と、を含む、請求項１または２に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様４］
前記入力ポート（１６）は、前記ハウジング（１２）の前記周辺側壁（８０）によって画定される、請求項３に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様５］
前記ハウジング本体（１４）の前記第１の主表面（２２）は、前記少なくとも１つの出口ポート（１８）を画定する、請求項３または４に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様６］
前記第１の主表面（２２）は、前記ハウジング流路（２０）と流体連通する複数の出口ポート（１８）を画定する、請求項５に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様７］
前記ハウジング流路（２０）は、前記シャフト開口部（４０）の周りで前記周辺側壁（８０）に沿って延在するように画定される、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様８］
前記ハウジング本体（１４）の前記第１の主表面（２２）は、前記ハウジング流路（２０）と流体連通する複数の出口ポート（１８）を画定し、前記複数の出口ポート（１８）は、前記シャフト開口部（４０）の周りに配列される、請求項７に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様９］
前記出口ポート（１８）にまたがる多孔質部材をさらに含む、請求項３乃至８のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１０］
前記多孔質部材の孔径は、約２マイクロメートル〜約１０ミリメートルである、請求項９に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１１］
前記多孔質部材の孔径は、約２マイクロメートル〜約３ミリメートルである、請求項９に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１２］
前記多孔質部材の孔径は、約５マイクロメートル〜約３ミリメートルである、請求項９に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１３］
前記出口ポート（１８）に付随する前記多孔質部材は、微粒子分離装置としての使用にも適合する、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１４］
前記入口ポート（１６）は、前記ハウジング本体（１４）から突出する細長いポートステム（７４）によってさらに画定され、前記ポートステム（７４）は、前記ハウジング流路（２０）と開放流体連通する開放した細長いポート流路（７２）を画定する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１５］
前記ハウジング本体（１４）は、前記ハウジング本体（１４）を貫通する少なくとも１つの開放リアクタ流路（８２）をさらに画定し、前記リアクタ流路（８２）は、前記シャフト流路（２６）に隣接して配置される、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１６］
前記ハウジング本体（１４）は、リング形状、正方形形状、および多角形形状から選択される一般的な形状を有する、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１７］
前記周辺側壁（８０）は、丸い円筒形および多角形の円筒形から選択される形状を有する、請求項３乃至１３のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１８］
前記流体移送ハウジング（１２）の前記入力ポート（１６）から延在する細長い流体導管（５０）をさらに含み、前記流体導管（５０）は、対向する第１および第２の端部（５４，５６）と、それらの間に延在する細長い管状導管本体（５２）と、を有し、前記流体導管（５０）の前記第１の端部（５４）は、第１の導管開口部（６０）を画定し、前記流体導管（５０）の前記第２の端部（５６）は、第２の導管開口部（６２）を画定し、前記導管本体（５２）は、それらの間に開放流体連通して延在する細長い導管流路（６４）を画定し、前記流体導管（５０）は、前記流体移送ハウジング（１２）の前記出口ポート（１８）を、容器壁（２０２）の流体ポート（２０６ａ）に開放流体連通するように配置するためのものであり、前記流体移送ハウジング（１２）を通して、前記容器壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）と、前記容器（２０２）によって画定されるバイオリアクタキャビティ（２０４）と、の間に流体を提供することができる、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の流体移送アセンブリ（１０）。
［実施態様１９］
使い捨てバイオリアクタ（２００）のためのインペラアセンブリ（５）であって、前記インペラアセンブリ（５）は、
対向する第１および第２の端部と、それらの間に延在する細長いシャフト本体（２１２）と、を有する細長いインペラシャフト（２１０）と、
複数のインペラブレード（２１６）を含み、前記インペラシャフト（２１０）に取り付けられた少なくとも１つのインペラハブ（２１４）と、
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の前記流体移送アセンブリ（１０）と、を含み、前記流体移送アセンブリ（１０）の前記流体移送ハウジング（１２）は、前記インペラシャフト（２１０）に回転可能に取り付けられ、前記インペラシャフト（２１０）は、前記ハウジング本体（１４）の前記シャフト流路（２６）を通って延在する、インペラアセンブリ（５）。
［実施態様２０］
前記軸受（３０）の前記内側レース（３２）は、前記インペラシャフト（２１０）に固定されている、請求項１９に記載のインペラアセンブリ（５）。
［実施態様２１］
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の第２の流体移送アセンブリ（１０）を含み、前記第２の流体移送アセンブリ（１０）の前記流体移送ハウジング（１２）は、前記インペラシャフト（２１０）に回転可能に取り付けられ、前記インペラシャフト（２１０）は、前記ハウジング本体（１４）の前記シャフト流路（２６）を通って延在し、前記第２の流体移送アセンブリ（１０）は、前記第１の流体移送アセンブリ（１０）から前記少なくとも１つのインペラハブ（２１４）の反対側に取り付けられている、請求項１９または２０に記載のインペラアセンブリ（５）。
［実施態様２２］
複数のインペラブレード（２１６）を含む第２のインペラハブ（２１４）をさらに含み、前記第２のインペラハブ（２１４）は、前記少なくとも１つのインペラハブ（２１４）から前記第２の流体移送ハウジング（１２）と反対側の位置で前記インペラシャフト（２１０）に取り付けられている、請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載のインペラアセンブリ（５）。
［実施態様２３］
使い捨てバイオリアクタ（２００）であって、
バイオリアクタキャビティ（２０４）を画定する可撓性容器壁（２０２）を有する可撓性バイオリアクタ容器（２００）と、
前記バイオリアクタキャビティ（２０４）に設けられた、請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の前記インペラアセンブリ（５）と、
前記容器壁（２０２）に取り付けられ、前記容器壁（２０２）を貫通する開放開口部（２０８）を画定する流体ポート（２０６ａ）と、
前記バイオリアクタ壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）から前記流体移送ハウジング（１２）の前記入力ポート（１６）まで延在する細長い流体導管（５０）と、を含み、前記流体導管（５０）は、対向する第１および第２の端部（５４，５６）ならびにそれらの間に延在する細長い管状導管本体（５２）を有し、前記流体導管（５０）の前記第１の端部（５４）は、第１の導管開口部（６０）を画定し、前記流体導管（５０）の前記第２の端部（５６）は、第２の導管開口部（６２）を画定し、前記導管本体（５２）は、それらの間に開放流体連通して延在する細長い導管流路（６４）を画定し、前記流体導管（５０）は、前記流体移送ハウジング（１２）の前記出口ポート（１８）を、前記容器壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）に開放流体連通するように配置し、前記流体移送ハウジング（１２）を通して、前記容器壁（２０２）の前記流体ポート（２０６ａ）と前記バイオリアクタキャビティ（２０４）との間に流体を提供することができる、使い捨てバイオリアクタ（２００）。
【符号の説明】
【００３４】
５  インペラアセンブリ
１０  流体移送アセンブリ
１２  ハウジング
１４  ハウジング本体
１６  入力ポート／入口ポート
１８  出口ポート
２０  流路
２０ａ〜ｄ  直線状セグメント
２２  第１の主表面
２４  第２の主表面
２５  環状壁
２６  開放シャフト流路
３０  転がり要素軸受
３２  内側軸受レース
３４  外側軸受レース
３５  内面
３６  軸受ケージ
３８  転がり要素／ボール
３９  横方向に延在する環状リム
４０  シャフト開口部
５０  導管
５２  細長い管状本体
５４  第１の開放端部
５６  第２の開放端部
６０  第１の導管開口部
６２  第２の導管開口部
６４  細長い導管流路
７０  細長い中空ステム
７２  開放した細長いポート流路
７４  細長い中空ポートステム
８０  周辺側壁
８０ａ〜ｄ  側壁セグメント
８１ａ〜ｄ  側壁プラグ
８２  開放リアクタ流路
８２ａ〜ｄ  リアクタ流路
２００  使い捨てバイオリアクタ
２０２  可撓性容器壁／バイオリアクタ壁
２０４  容器キャビティ
２０５  ステンレス鋼バイオリアクタハウジング
２０６  流体ポート
２０６ａ  入口ポート
２０９  開放した細長いポート流路
２１０  インペラシャフト／バッグ
２１０ａ  自由端部
２１２  細長いシャフト本体
２１４  インペラハブ
２１６  インペラブレード
２２０  回転可能なシャフトベース
２２２  底面
２３０  保持カラー
２３２  環状のカラー本体
２３４  レセプタクル
２３６  支持ロッド
２３８  細長い本体
２４０  第１の端部
２４２  第２の端部
２４５  細長い可撓性スリーブ
２５０  アダプタ
２５２  アダプタ本体
２５４  外面
２５６  内面
２５８  貫通流路
２６０  第１の横方向に延在する環状リム
２６２  第２の横方向に延在する環状リム
２６４  環状壁
２６６  第２の環状壁
２７０  第１のロックリング
２７２  第２のロックリング
【図１】
0006752472.tif 000002
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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