(57)【要約】発生する可能性がある汚染物質を含有する汚染物質の機会を減少させ、汚染物質に応答して、またはスケジュール中にバイオリアクタの全てまたは一部を容易に洗浄し、滅菌するように設計される、液体環境中で細胞を培養するためのバイオリアクタが提供される。バイオリアクタにおける滅菌を促進する、プロセッサにより制御される方法もまた、提供される。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体環境中で細胞を培養するためのバイオリアクタであって、前記バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび滅菌マニホールドと、
各々、前記マニホールドと接続される、加圧二酸化炭素源、加圧空気源および滅菌源と、
前記培養培地ラインと接続される液体中の培養培地源と、
実質的に垂直の外形を備える側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、噴霧器、入口および出口を備える、少なくとも１つの容器と、
種培養容器を受け入れるための移送システムと、
培養条件、滅菌スケジュールの実行、およびスケジュール中の培養物の体積の漸増を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
前記培養ライン、前記培養培地ライン、および前記マニホールドは、流れ方向および流量を制御するための弁、任意に圧力を解放するための圧力解放弁、および任意に圧力を維持するためのポンプを備え、
前記移送システムは第１の容器と接続する、バイオリアクタ。
【請求項２】
少なくとも前記側壁は光透過性であり、前記容器は前記側壁に近接する照明を備える、請求項１に記載のバイオリアクタ。
【請求項３】
基部をさらに備え、前記側壁は垂直に配置される頂部および谷部を備え、前記基部は前記側壁と適合するように成形される、請求項２に記載のバイオリアクタ。
【請求項４】
前記容器は、前記照明に近接する反射体をさらに備える、請求項３に記載のバイオリアクタ。
【請求項５】
少なくとも１つの洗浄器をさらに備え、前記洗浄器は、ブレード、アームおよびドライブを備え、前記ブレードは前記少なくとも１つの容器内に位置し、前記アームに磁気的に接続するか、または直接駆動され、前記アームは前記容器周囲で回転するように構成され、前記ドライブは前記アームの回転を駆動するためであり、使用中に前記ブレードは前記容器内の前記側壁を拭く、請求項４に記載のバイオリアクタ。
【請求項６】
前記滅菌源は、蒸気ボイラまたは液体滅菌剤パックである、請求項５に記載のバイオリアクタ。
【請求項７】
前記プロセッサは、細胞密度に基づいたスケジュールで培養体積を増加させるようにプログラムされる、請求項６に記載のバイオリアクタ。
【請求項８】
少なくとも２つの容器を備え、前記プロセッサは、培養体積を増加させるために第１の容器から第２の容器まで培養物を移送するようにプログラムされる、請求項７に記載のバイオリアクタ。
【請求項９】
１つの容器を備え、前記プロセッサは、培養体積を増加させるために培養培地を前記容器に加えるようにプログラムされる、請求項７に記載のバイオリアクタ。
【請求項１０】
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインと、
前記ガスラインとガス流通するガス源と、
前記培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
垂直に配置された頂部および谷部を備える側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、ガスラインと接続しているガススパージャ、培養培地ラインと接続している培養培地スパージャ、培養入口および培養出口を備える少なくとも１つの培養容器と、
種培養容器から前記培養容器に培養物を移送するために圧力により駆動される移送システムと、
培養条件、培養体積の漸増、および滅菌サイクルの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備える、バイオリアクタであって、
前記培養ライン、前記培養培地ラインおよび前記ガスラインは弁および任意にポンプを備え、
前記バイオリアクタのその場での滅菌のための一体化された滅菌システムである、バイオリアクタ。
【請求項１１】
前記一体化された滅菌システムはガスラインを備え、滅菌源は前記ガスラインと接続し、滅菌サイクルプロトコルが前記プロセッサにおいてプログラムされる、請求項１０に記載のバイオリアクタ。
【請求項１２】
前記滅菌源が蒸気ボイラである、請求項１１に記載のバイオリアクタ。
【請求項１３】
前記滅菌源が滅菌流体パックである、請求項１１に記載のバイオリアクタ。
【請求項１４】
洗浄器をさらに備え、前記洗浄器はブレード、アームおよびドライブを備え、前記ブレードは前記容器内に位置し、前記アームに接続され、前記アームは回転するように構成され、前記ドライブは前記アームの回転を駆動するためであり、使用中、前記ブレードは前記容器内の前記側壁を拭く、請求項１１に記載のバイオリアクタ。
【請求項１５】
少なくとも前記側壁は、光透過性であり、前記容器は前記側壁に近接する照明を備える、請求項１４に記載のバイオリアクタ。
【請求項１６】
バイオリアクタ容器であって、前記容器は、実質的に垂直の外形を備える側壁、蓋、底部、前記側壁と適合するように成形される基部、培養条件を記録するためのセンサ、ガスラインと接続するガススパージャ、培養培地ラインと接続する培養培地噴霧器、培養入口および培養出口を備え、
前記側壁は、光透過性であり、ピークおよび谷部の実質的に垂直の外形を備える、バイオリアクタ容器。
【請求項１７】
照明に近接する層をさらに備え、前記垂直の外形および層は空気チャネルを画定する、請求項１６に記載のバイオリアクタ容器。
【請求項１８】
複合スタンドおよび冷却システムをさらに備え、前記複合スタンドおよび前記冷却システムは、導管のフレームワークおよび少なくとも１つのブロワーを備え、前記ブロワーは導管入口とガス流通し、導管の前記フレームワークは、前記空気チャネルと並んでいる一連の出口を有し、使用中、空気は、前記チャネルの下端に吹かれ、そして前記チャネルの最上部まで上昇し、それにより、前記バイオリアクタ容器を冷却する、請求項１７に記載のバイオリアクタ容器。
【請求項１９】
バイオリアクタにおける滅菌を促進する、プロセッサにより制御される方法であって、前記バイオリアクタは、少なくとも２つの培養容器、センサ、培養ライン、培養培地ライン、混合ガスおよび滅菌マニホールド、滅菌源、周囲空気と前記バイオリアクタとの間のインラインフィルタ、およびプロセッサを備え、前記方法は、
前記プロセッサが、滅菌サイクルの開始の信号を送るステップと、
前記マニホールドを通して、前記インラインフィルタの少なくとも下流の前記バイオリアクタに滅菌剤を供給するステップと、
滅菌サイクルの終了の信号を送り、それにより前記バイオリアクタにおける滅菌を達成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２０】
汚染物質を検知するステップをさらに含み、前記プロセッサは、前記滅菌サイクルの開始の信号を送る前に培養容器を空にする信号を送る、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記滅菌サイクルの開始の信号を送る前に洗浄ステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
バイオリアクタ中で植物細胞を培養する、プロセッサにより制御される方法であって、前記バイオリアクタは、プロセッサ、種培養容器を受け入れるための滅菌可能な切替弁、培養ライン入口および培養ライン出口を有する少なくとも１つの培養容器、前記培養容器のためのセンサ、ライト、前記切替弁と前記少なくとも１つの培養容器との間の培養ライン、培養培地ライン、混合ガスおよび滅菌マニホールド、滅菌源、ならびに周囲空気と前記バイオリアクタとの間のインラインフィルタを備え、前記方法は、
ｉ）前記種培養容器を前記切替弁に取り付けるステップと、
ｉｉ）前記プロセッサが、滅菌サイクルの開始の信号を送り、前記マニホールドを通して、前記インラインフィルタの少なくとも下流の前記バイオリアクタへの滅菌剤の供給を制御し、次いで前記滅菌サイクルの停止の信号を送るステップと、
ｉｉｉ）前記プロセッサが、前記切替弁の開放の信号を送り、前記培養培地ラインの開放の信号を送り、それにより培養培地および培養物を第１の容器へ供給することを制御する、ステップと、
ｉｖ）前記センサが培養条件データを前記プロセッサに送信し、前記プロセッサが培養条件を制御するステップと、
ｖ）前記プロセッサが培養を終了し、前記第１の培養容器を空にする信号を送るステップと、
を含む、方法。
【請求項２３】
ｖｉ）前記プロセッサが少なくとも１つの培養容器を洗浄する信号を送るステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ｖｉｉ）前記プロセッサが、出された培養物を第２の培養容器に移送することを制御し、前記培養培地ラインを開放する信号を送り、それにより前記第２の培養容器を充填するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
ｖｉｉｉ）前記プロセッサが前記培養容器を洗浄する信号を送るステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
液体環境中で細胞を培養するためのバイオリアクタであって、前記バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび滅菌マニホールドと、
実質的に垂直の外形を備える透明の側壁、前記側壁と適合するように成形される基部、蓋、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、噴霧器、入口および出口を備える培養容器と、
前記側壁周囲に配置される光源と、
培養条件および滅菌スケジュールの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
前記培養ライン、前記培養培地ラインおよび前記マニホールドは、流れ方向および流量を制御する弁、圧力を解放するための任意の圧力解放弁、および任意に圧力を維持するためのポンプを備える、バイオリアクタ。
【請求項２７】
前記側壁の外形は頂部および谷部であり、前記頂部から前記谷部までの高さは、約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１２インチ（３０．４８ｃｍ）であり、前記頂部間の距離は約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１２インチ（３０．４８ｃｍ）である、請求項２６に記載のバイオリアクタ。
【請求項２８】
前記頂部から前記谷部までの高さは、約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）であり、前記頂部間の距離は約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）である、請求項２７に記載のバイオリアクタ。
【請求項２９】
冷却システムをさらに備え、前記冷却システムは、少なくとも１つのファンおよび前記少なくとも１つのファンと接続する分配プレートを備え、前記分配プレートは空気流を各々の谷部に方向付けるためのネットワークを有する、請求項２６に記載のバイオリアクタ。
【請求項３０】
前記分配プレートの下に配置され、冷却源と接続するための冷却プレートをさらに備える、請求項２９に記載のバイオリアクタ。
【請求項３１】
前記マニホールドと各々ガス流通する加圧二酸化炭素源、加圧空気源および滅菌源をさらに備える、請求項３０に記載のバイオリアクタ。
【請求項３２】
バイオリアクタにおける滅菌を促進する、プロセッサにより制御される方法であって、前記バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインと、
前記ガスラインとガス流通するガス源と、
前記培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、前記ガスラインと流通するガススパージャ、前記培養培地ラインと流通する培養培地噴霧器、培養入口および培養出口を備える少なくとも１つの培養容器と、
種培養容器から前記培養容器に培養物を移送するための圧力により駆動される移送システムと、
プロセッサと、
前記バイオリアクタのその場での滅菌のための一体化された滅菌システムと、
を備え、
前記培養ライン、前記培養培地ライン、および前記ガスラインは弁および任意にポンプを備え、
前記方法は、
前記プロセッサが滅菌サイクルの開始の信号を送るステップと、
前記バイオリアクタの一体化された滅菌システムにより、前記インラインフィルタの少なくとも下流に滅菌剤を供給するステップと、
前記プロセッサが滅菌サイクルの終了の信号を送り、それにより前記バイオリアクタにおける滅菌を達成するステップと、
を含む、方法。
【請求項３３】
前記センサが前記プロセッサにデータを報告し、前記プロセッサは汚染物質を決定し、前記プロセッサは、前記滅菌サイクルの開始の信号を送る前に、培養容器を空にする信号を送るステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記滅菌サイクルの開始の信号を送る前に洗浄ステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
バイオリアクタにおける滅菌を促進する、プロセッサにより制御される方法であって、前記バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび滅菌マニホールドと、
実質的に垂直の外形を備える透明な側壁、前記側壁と適合するように成形される基部、蓋、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、噴霧器、入口および出口を備える培養容器と、
前記側壁周囲に配置される光源と、
培養条件および滅菌スケジュールの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
前記培養ライン、前記培養培地ラインおよび前記マニホールドは、流れ方向および流量を制御する弁、任意の圧力を解放するための圧力解放弁および任意の圧力を維持するためのポンプを備え、
前記方法は、
前記プロセッサが、滅菌サイクルの開始の信号を送るステップと、
混合ガスおよび滅菌マニホールドを通して、インラインフィルタの少なくとも下流に滅菌剤を供給するステップと、
滅菌サイクルの終了の信号を送り、それにより前記バイオリアクタにおける滅菌を達成するステップと、
を含む、方法。
【請求項３６】
前記センサが前記プロセッサにデータを報告し、前記プロセッサは汚染物質を決定し、前記プロセッサは、前記滅菌サイクルの開始の信号を送る前に、培養容器を空にする信号を送るステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記滅菌サイクルの開始の信号を送る前に洗浄ステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
バイオリアクタにおいて植物細胞を培養する、プロセッサにより制御される方法であって、前記バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインと、
前記ガスラインとガス流通するガス源と、
前記培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
垂直に配置された頂部および谷部を備える側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、前記ガスラインと接続するガススパージャ、前記培養培地ラインと接続する培養培地噴霧器、培養入口および培養出口を備える少なくとも１つの培養容器と、
種培養容器から前記培養容器に培養物を移送するための圧力により駆動される移送システムと、
培養条件、培養体積の漸増および滅菌サイクルの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
前記バイオリアクタのその場での滅菌のための一体化された滅菌システムと、
を備え、
前記培養ライン、前記培養培地ライン、および前記ガスラインは、弁および任意にポンプを備え、
前記方法は、
ｉ）前記種培養容器を第１の培養ラインに取り付けるステップと、
ｉｉ）前記プロセッサが、前記培養容器に培養物を供給するために前記種培養容器を加圧する信号を送るステップと、
ｉｉｉ）前記プロセッサが、前記培養培地ラインを開放する信号を送り、それにより前記培養容器への培養培地の供給を制御するステップと、
ｉｖ）前記センサが培養条件データを前記プロセッサに送信し、前記プロセッサが培養条件を制御し、前記培養容器における培養体積の漸増を制御するステップと、
ｖ）前記プロセッサが培養を終了し、前記培養容器を空にする信号を送るステップと、
を含む、方法。
【請求項３９】
ｖｉ）前記プロセッサが前記培養容器を洗浄する信号を送るステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ｖｉｉ）前記プロセッサが滅菌サイクルの実行の信号を送るステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
液体環境中で細胞を培養するためのバイオリアクタであって、前記バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび培養物マニホールドと、
前記マニホールドと接続する加圧二酸化炭素源および加圧空気源と、
前記培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
空気冷却チャネルを画定するために垂直に配置された頂部および谷部を備える側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、少なくとも１つの入口および出口を備える少なくとも１つの容器と、
前記容器と接続する滅菌源と、
第１の容器と接続する種培養容器を受け入れるための移送システムと、
培養条件、滅菌スケジュールの実行、およびスケジュール中の培養物の体積の漸増を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
前記培養ライン、前記培養培地ラインおよび前記マニホールドは、流れ方向および流量を制御する弁、圧力を解放するための圧力解放弁および圧力を維持するためのポンプを備える、バイオリアクタ。
【請求項４２】
少なくとも前記側壁は光透過性であり、前記容器は前記側壁に近接する照明を備える、請求項４１に記載のバイオリアクタ。
【請求項４３】
前記容器は、前記照明に近接する反射体をさらに備える、請求項４２に記載のバイオリアクタ。
【請求項４４】
少なくとも１つの洗浄器をさらに備え、前記洗浄器は、ブレード、アームおよびドライブを備え、前記ブレードは少なくとも１つの前記容器内に位置し、前記アームに磁気的に接続されるか、または直接駆動され、前記アームは前記容器周囲を回転するように構成され、前記ドライブは前記アームの回転を駆動するためであり、使用中、前記ブレードは前記容器内の前記側壁を拭く、請求項４３に記載のバイオリアクタ。
【請求項４５】
前記滅菌源は、蒸気ボイラまたは液体滅菌剤パックである、請求項４４に記載のバイオリアクタ。
【請求項４６】
前記プロセッサは、細胞密度に基づいたスケジュールで培養体積を増加させるようにプログラムされる、請求項４５に記載のバイオリアクタ。
【請求項４７】
少なくとも２つの容器を備え、前記プロセッサは、培養体積を増加させるために前記培養物を第１の容器から第２の容器に移送するようにプログラムされる、請求項４６に記載のバイオリアクタ。
【請求項４８】
１つの容器を備え、前記プロセッサは、培養体積を増加させるために培養培地を前記容器に加えるようにプログラムされる、請求項４６に記載のバイオリアクタ。
【請求項４９】
培養容器を冷却するための熱交換器をさらに備える、請求項４３に記載のバイオリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、滅菌条件下での液体培養のスケールアップおよび定常状態産生のためのシステムに関する。より具体的には、本技術は、海水動物プランクトンおよび植物プランクトンならびにそれらの組み合わせを含む水生生物由来物質を増殖させるための安全なバイオリアクタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオリアクタは、細胞培養のため、中でも注目すべきは発酵のため、および最近では細菌の増殖のために何年も使用されている。これらの培養物は、通常、ステンレス鋼容器に含まれ、ガス交換、温度、ｐＨ、溶存酸素濃度および循環が厳密にモニタされ、制御される。
【０００３】
光バイオリアクタは光を必要とする物質のためのリアクタである。オープンエアのレースからチューブ、透明容器までの範囲にわたる多くの設計が存在している。容器は周囲に光のバンクまたは光の中心コアを有し得る。制御のレベルは、本質的に存在しないことから増殖条件の厳格なモニタリングまで様々である。増殖条件に対する制御が存在しない場合、無菌状態および細胞培養純度の維持は考慮されない。これは、バイオ燃料生産のための藻類の増殖に適し得るが、食物源としての藻類の増殖には適していない。この場合、特許文献１に開示されているようにセンサおよび制御装置が利用される。バイオリアクタモジュールは、とりわけ、ポンプモジュール、刺激信号生成モジュール、モータモジュール、機械式伝動モジュール、ガス交換モジュール、温度モジュール、湿度モジュールおよび／またはＣＯ２モジュールなどの１つ以上の機能的モジュールに接続され得る。バイオリアクタおよび機能的モジュールはモジュールの接続および可動を容易にするために標準的または一般的コネクタを備えてもよい。バイオリアクタシステムは、各々の接続されたモジュールを個々に識別し、制御でき、モジュールのいずれかに埋め込まれたセンサからの信号データを収集するように構成され得る制御装置によって制御および／またはモニタされてもよい。
【０００４】
センサの使用は特別な適応を必要とし得る。特許文献２に開示されているように、センサアダプタはセンサが配置され得る収容チャネルを備え、その一端領域は半透過性膜によって閉鎖される。さらに、センサアダプタは、収容チャネルの長手方向軸と同軸上の収容チャネル内に配置される中空円筒封止構造を備え、それによりセンサは半透過性膜に隣接して気密に配置され得る。
【０００５】
プロセッサおよびプログラムが、センサからの出力をモニタし、種々のコントローラを作動するために使用され得る。特許文献３に開示されているように、発酵の過程で検出された変化を利用する意思決定ソフトウェアが使用されてもよい。決定は、細胞増殖についての最適条件を決定すること、代謝産物または基質の産生または分解を最適化すること、あるいは条件の種々の組み合わせの下での増殖の限界を決定することを目的とする。本発明は、より迅速で、従来の方法より低コストである最適条件または限界を決定する。コンピュータにより求められる決定の根拠は、変曲点、変化の許容可能な割合に対する限界などの観察される第１または第２の導関数の変化であってもよい。意思決定プロセスを制御する最も一般的な測定パラメータは、研究下での細胞（例えば、微生物、動物または植物細胞培養物）の光学的に観察される増殖である。任意の他の測定可能なパラメータ（例えば、ｐＨ、温度、色素産生）がプロセス（すなわち独立した変数）を制御するために使用されてもよい。実験室規模におけるこのプロセスおよびこのプロセスの変数は、研究および開発、教育、パイロットプラントモデルおよび生成物体積のスケールアップを含む、バイオ製造最適条件に重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１０１３６２２５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１０１１１４８９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５０２０８４７３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術は、空気、二酸化炭素、栄養素、滅菌および中和源、その滅菌および中和源から少なくとも１つの培養容器までのライン、種培養物を容器に供給するための培養ライン、培養容器までおよび培養容器からの流れを方向付けるためのマニホールド、照明、センサならびにバイオリアクタの機能を制御するためのプロセッサを備える、一体化されたバイオリアクタである。
【０００８】
一実施形態において、バイオリアクタは、その場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）滅菌のための一体化された滅菌システムを有する。この技術は、定期的な自動化洗浄および製品の最小の中断でバイオリアクタの滅菌を可能にする。ダウンタイムは一週間に１時間未満であり得る。１つから複数の培養容器がバイオリアクタを構成する。バイオリアクタは、制御され、閉鎖されたスケールアップを提供する。
【０００９】
具体的には、液体環境中で細胞を培養するためのバイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび滅菌マニホールドと、
各々、マニホールドと接続される、加圧二酸化炭素源、加圧空気源および滅菌源と、
培養培地ラインと接続される液体中の培養培地源と、
側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、噴霧器、入口および出口を備える、少なくとも１つの容器と、
種培養容器を受け入れるための移送システムと、
培養条件、滅菌スケジュールの実行、およびスケジュール中の培養物の体積の漸増を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
培養ライン、培養培地ライン、およびマニホールドは、流れ方向および流量を制御するための弁、任意に圧力を解放するための圧力解放弁、および任意に圧力を維持するためのポンプを備え、
移送システムは第１の容器と接続する。
【００１０】
光栄養または混合栄養培養についての使用のために、少なくとも側壁は光透過性であり、容器は側壁に近接する照明を備える。
【００１１】
バイオリアクタは基部をさらに備えてもよく、側壁は実質的に垂直の外形を備え、基部は側壁と適合するように成形される。
【００１２】
容器は照明に近接する反射体をさらに備えてもよい。
【００１３】
バイオリアクタは、少なくとも１つの洗浄器をさらに備えてもよく、洗浄器は、ブレード、アームおよびドライブを備え、ブレードは少なくとも１つの容器内に位置し、アームに磁気的に接続するか、または直接駆動され、アームは容器周囲で回転するように構成され、ドライブはアームの回転を駆動するためであり、使用中にブレードは容器内の側壁を吹く。
【００１４】
滅菌源は、蒸気ボイラまたは液体滅菌剤パックであってもよい。
【００１５】
プロセッサは、細胞密度に基づいたスケジュールで培養体積を増加させるようにプログラムされてもよい。
【００１６】
バイオリアクタは少なくとも２つの容器を備えてもよく、プロセッサは、培養体積を増加させるために第１の容器から第２の容器まで培養物を移送するようにプログラムされる。
【００１７】
バイオリアクタは１つの容器を備えてもよく、プロセッサは、培養体積を増加させるために培養培地を容器に加えるようにプログラムされる。
【００１８】
別の実施形態において、バイオリアクタが提供され、バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインと、
ガスラインとガス流通するガス源と、
培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、ガスラインと接続しているガススパージャ、培養培地ラインと接続している培養培地スパージャ、培養入口および培養出口を備える少なくとも１つの培養容器と、
種培養容器から培養容器に培養物を移送するために圧力により駆動される移送システムと、
培養条件、培養体積の漸増、および滅菌サイクルの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
培養ライン、培養培地ラインおよびガスラインは弁および任意にポンプを備え、
バイオリアクタのその場での滅菌のための一体化された滅菌システムである。
【００１９】
一体化された滅菌システムはガスラインを備えてもよく、滅菌源はガスラインと接続し、滅菌サイクルプロトコルがプロセッサにおいてプログラムされる。
【００２０】
滅菌源は蒸気ボイラであってもよい。
【００２１】
滅菌源は滅菌流体パックであってもよい。
【００２２】
バイオリアクタは、洗浄器をさらに備えてもよく、洗浄器はブレード、アームおよびドライブを備え、ブレードは容器内に位置し、アームに接続され、アームは回転するように構成され、ドライブはアームの回転を駆動するためであり、使用中、ブレードは容器内の側壁を拭く。
【００２３】
少なくとも側壁は、光透過性であってもよく、容器は側壁に近接する照明を備えてもよい。
【００２４】
バイオリアクタ容器も提供され、容器は、側壁、蓋、底部、側壁と適合するように成形される基部、培養条件を記録するためのセンサ、ガスラインと接続するガススパージャ、培養培地ラインと接続する培養培地噴霧器、培養入口および培養出口を備え、側壁は、光透過性であり、ピークおよび谷部の実質的に垂直の外形を備える。
【００２５】
バイオリアタ容器は、照明に近接する層をさらに備えてもよく、垂直の外形および層は空気チャネルを画定する。
【００２６】
バイオリアクタ容器は、複合スタンドおよび冷却システムをさらに備えてもよく、複合スタンドおよび冷却システムは、導管のフレームワークおよび少なくとも１つのブロワーを備え、ブロワーは導管入口とガス流通し、導管のフレームワークは、空気チャネルと並んでいる一連の出口を有し、使用中、空気は、チャネルの下端に吹かれ、そしてチャネルの最上部まで上昇し、それにより、バイオリアクタ容器を冷却する。
【００２７】
バイオリアクタにおける滅菌を促進する、プロセッサにより制御される方法も提供され、バイオリアクタは、少なくとも２つの培養容器、センサ、培養ライン、培養培地ライン、混合ガスおよび滅菌マニホールド、滅菌源、周囲空気とバイオリアクタとの間のインラインフィルタ、およびプロセッサを備え、方法は、
プロセッサが、滅菌サイクルの開始の信号を送るステップと、
マニホールドを通して、インラインフィルタの少なくとも下流のバイオリアクタに滅菌剤を供給するステップと、
滅菌サイクルの終了の信号を送り、それによりバイオリアクタにおける滅菌を達成するステップと、
を含む。
【００２８】
方法は、汚染物質を検知するステップをさらに含んでもよく、プロセッサは、滅菌サイクルの開始の信号を送る前に培養容器を空にする信号を送る。
【００２９】
方法は、滅菌サイクルの開始の信号を送る前に洗浄ステップをさらに含んでもよい。
【００３０】
バイオリアクタ中で植物細胞を培養する、プロセッサにより制御される方法も提供され、バイオリアクタは、プロセッサ、種培養容器を受け入れるための滅菌可能な切替弁、培養ライン入口および培養ライン出口を有する少なくとも１つの培養容器、培養容器のためのセンサ、ライト、切替弁と少なくとも１つの培養容器との間の培養ライン、培養培地ライン、混合ガスおよび滅菌マニホールド、滅菌源、ならびに周囲空気とバイオリアクタとの間のインラインフィルタを備え、方法は、
ｉ）種培養容器を切替弁に取り付けるステップと、
ｉｉ）プロセッサが、滅菌サイクルの開始の信号を送り、マニホールドを通して、インラインフィルタの少なくとも下流のバイオリアクタへの滅菌剤の供給を制御し、次いで滅菌サイクルの停止の信号を送るステップと、
ｉｉｉ）プロセッサが、切替弁の開放の信号を送り、培養培地ラインの開放の信号を送り、それにより培養培地および培養物を第１の容器へ供給することを制御する、ステップと、
ｉｖ）センサが培養条件データをプロセッサに送信し、プロセッサが培養条件を制御するステップと、
ｖ）プロセッサが培養を終了し、第１の培養容器を空にする信号を送るステップと、
を含む。
【００３１】
方法は、ｖｉ）プロセッサが少なくとも１つの培養容器を洗浄する信号を送るステップをさらに含んでもよい。
【００３２】
方法は、ｖｉｉ）プロセッサが、出された培養物を第２の培養容器に移送することを制御し、培養培地ラインを開放する信号を送り、それにより第２の培養容器を充填するステップをさらに含んでもよい。
【００３３】
方法は、ｖｉｉｉ）プロセッサが培養容器を洗浄する信号を送るステップをさらに含んでもよい。
【００３４】
別の実施形態において、液体環境中で細胞を培養するためのバイオリアクタが提供され、バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび滅菌マニホールドと、
実質的に垂直の外形を備える透明の側壁、側壁と適合するように成形される基部、蓋、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、噴霧器、入口および出口を備える培養容器と、
側壁周囲に配置される光源と、
培養条件および滅菌スケジュールの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
培養ライン、培養培地ラインおよびマニホールドは、流れ方向および流量を制御する弁、圧力を解放するための任意の圧力解放弁、および任意に圧力を維持するためのポンプを備える。
【００３５】
側壁の外形は頂部および谷部であってもよく、頂部から谷部までの高さは、約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１２インチ（３０．４８ｃｍ）であり、頂部間の距離は約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１２インチ（３０．４８ｃｍ）である。
【００３６】
頂部から谷部までの高さは、約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）であってもよく、頂部間の距離は約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）であってもよい。
【００３７】
バイオリアクタは、冷却システムをさらに備えてもよく、冷却システムは、少なくとも１つのファンおよび少なくとも１つのファンと接続する分配プレートを備え、分配プレートは空気流を各々の谷部に方向付けるためのネットワークを有する。
【００３８】
バイオリアクタは、分配プレートの下に配置され、冷却源と接続するための冷却プレートまたは冷却水ジャケットをさらに備えてもよい。
【００３９】
バイオリアクタは、マニホールドと各々ガス流通する加圧二酸化炭素源、加圧空気源および滅菌源をさらに備えてもよい。
【００４０】
バイオリアクタにおける滅菌を促進する、プロセッサにより制御される方法も提供され、バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインと、
ガスラインとガス流通するガス源と、
培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、ガスラインと流通するガススパージャ、培養培地ラインと流通する培養培地噴霧器、培養入口および培養出口を備える少なくとも１つの培養容器と、
種培養容器から培養容器に培養物を移送するための圧力により駆動される移送システムと、
プロセッサと、
バイオリアクタのその場での滅菌のための一体化された滅菌システムと、
を備え、
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインは弁および任意にポンプを備え、
方法は、
プロセッサが滅菌サイクルの開始の信号を送るステップと、
バイオリアクタの一体化された滅菌システムにより、インラインフィルタの少なくとも下流に滅菌剤を供給するステップと、
プロセッサが滅菌サイクルの終了の信号を送り、それによりバイオリアクタにおける滅菌を達成するステップと、
を含む。
【００４１】
方法は、センサがプロセッサにデータを報告し、プロセッサは汚染物質を決定し、プロセッサは、滅菌サイクルの開始の信号を送る前に、培養容器を空にする信号を送るステップをさらに含んでもよい。
【００４２】
方法は、滅菌サイクルの開始の信号を送る前に洗浄ステップをさらに含んでもよい。
【００４３】
バイオリアクタにおける滅菌を促進する、プロセッサにより制御される方法も提供され、バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび滅菌マニホールドと、
実質的に垂直の外形を備える透明な側壁、側壁と適合するように成形される基部、蓋、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、噴霧器、入口および出口を備える培養容器と、
側壁周囲に配置される光源と、
培養条件および滅菌スケジュールの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
培養ライン、培養培地ラインおよびマニホールドは、流れ方向および流量を制御する弁、任意の圧力を解放するための圧力解放弁および任意の圧力を維持するためのポンプを備え、
方法は、
プロセッサが、滅菌サイクルの開始の信号を送るステップと、
混合ガスおよび滅菌マニホールドを通して、インラインフィルタの少なくとも下流に滅菌剤を供給するステップと、
滅菌サイクルの終了の信号を送り、それによりバイオリアクタにおける滅菌を達成するステップと、
を含む。
【００４４】
方法は、センサがプロセッサにデータを報告し、プロセッサは汚染物質を決定し、プロセッサは、滅菌サイクルの開始の信号を送る前に、培養容器を空にする信号を送るステップをさらに含んでもよい。
【００４５】
方法は、滅菌サイクルの開始の信号を送る前に洗浄ステップをさらに含んでもよい。
【００４６】
バイオリアクタにおいて植物細胞を培養する、プロセッサにより制御される方法も提供され、バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインと、
ガスラインとガス流通するガス源と、
培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、ガスラインと接続するガススパージャ、培養培地ラインと接続する培養培地噴霧器、培養入口および培養出口を備える少なくとも１つの培養容器と、
種培養容器から培養容器に培養物を移送するための圧力により駆動される移送システムと、
培養条件、培養体積の漸増および滅菌サイクルの実行を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
バイオリアクタのその場での滅菌のための一体化された滅菌システムと、
を備え、
培養ライン、培養培地ライン、およびガスラインは、弁および任意にポンプを備え、
方法は、
ｉ）種培養容器を第１の培養ラインに取り付けるステップと、
ｉｉ）プロセッサが、培養容器に培養物を供給するために種培養容器を加圧する信号を送るステップと、
ｉｉｉ）プロセッサが、培養培地ラインを開放する信号を送り、それにより培養容器への培養培地の供給を制御するステップと、
ｉｖ）センサが培養条件データをプロセッサに送信し、プロセッサが培養条件を制御し、培養容器における培養体積の漸増を制御するステップと、
ｖ）プロセッサが培養を終了し、培養容器を空にする信号を送るステップと、を含む。
【００４７】
方法は、ｖｉ）プロセッサが培養容器を洗浄する信号を送るステップをさらに含んでもよい。
【００４８】
方法は、ｖｉｉ）プロセッサが滅菌サイクルの実行の信号を送るステップをさらに含んでもよい。
【００４９】
別の実施形態において、液体環境中で細胞を培養するためのバイオリアクタも提供され、バイオリアクタは、
培養ライン、培養培地ライン、ならびに混合ガスおよび培養物マニホールドと、
マニホールドと接続する加圧二酸化炭素源および加圧空気源と、
培養培地ラインと液体流通する培養培地源と、
側壁、蓋、底部、培養条件を記録するためのセンサ、スパージャ、少なくとも１つの入口および出口を備える少なくとも１つの容器と、
容器と接続する滅菌源と、
第１の容器と接続する種培養容器を受け入れるための移送システムと、
培養条件、滅菌スケジュールの実行、およびスケジュール中の培養物の体積の漸増を制御するようにプログラムされるプロセッサと、
を備え、
培養ライン、培養培地ラインおよびマニホールドは、流れ方向および流量を制御する弁、圧力を解放するための圧力解放弁および圧力を維持するためのポンプを備える、バイオリアクタ。
【００５０】
光栄養または混合栄養培養のために、少なくとも側壁は光透過性であってもよく、容器は側壁に近接する照明を備えてもよい。
【００５１】
バイオリアクタは、基部をさらに備えてもよく、側壁は実質的に垂直の外形を備え、基部は側壁と適合するように成形される。
【００５２】
容器は、照明に近接する反射体をさらに備えてもよい。
【００５３】
バイオリアクタは、少なくとも１つの洗浄器をさらに備えてもよく、洗浄器は、ブレード、アームおよびドライブを備え、ブレードは少なくとも１つの容器内に位置し、アームに磁気的に接続されるか、または直接駆動され、アームは容器周囲を回転するように構成され、ドライブはアームの回転を駆動するためであり、使用中、ブレードは容器内の側壁を拭く。
【００５４】
滅菌源は、蒸気ボイラまたは液体滅菌剤パックであってもよい。
【００５５】
プロセッサは、細胞密度に基づいたスケジュールで培養体積を増加させるようにプログラムされてもよい。
【００５６】
バイオリアクタは、少なくとも２つの容器を備えてもよく、プロセッサは、培養体積を増加させるために培養物を第１の容器から第２の容器に移送するようにプログラムされる。
【００５７】
バイオリアクタは、１つの容器を備えてもよく、プロセッサは、培養体積を増加させるために培養培地を容器に加えるようにプログラムされる。
【００５８】
バイオリアクタは、培養容器を冷却するための熱交換器または水ジャケットをさらに備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の技術のバイオリアクタの平面図である。
【図２】図１のバイオリアクタの概略図である。
【図３】本発明の技術のスケールアップ容器の長手方向断面図である。
【図４】本発明の技術の供給容器の長手方向断面図である。
【図５】図５Ａおよび５Ｂは洗浄器および代替の洗浄器の長手方向断面図である。
【図６】第２の実施形態の概略図である。
【図７】図６のバイオリアクタの供給培養容器の長手方向断面図である。
【図８】図７の供給培養容器の側壁を示す。
【図９】バイオリアクタの第３の実施形態の概略図である。
【図１０】バイオリアクタの第４の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
明確に指定されていない限り、以下の規則の解釈が本明細書（記載されている詳細な説明、特許請求の範囲および図面）に適用される：（ａ）本明細書で使用される全ての用語は、必要な状況に応じて、不可算名詞または可算名詞（単数形または複数形）などであると解釈される；（ｂ）単数形「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、文脈が明確に他に述べられていない限り、複数の参照を含む；（ｃ）先行詞の「約」という用語は、列挙される範囲に適用されるか、または範囲における偏差内の近似値を示す値に適用されるか、または測定方法から当該分野において知られているかもしくは予想される値に適用される；（ｄ）「本明細書において」、「本明細書により」、「本明細書の」、「本明細書に」、「本明細書上記に」および「本明細書以下に」という用語および同様の意味の用語は、他に特定されない限り、本明細書のその全体を指し、任意の特定の段落、請求項または他の細分された部分を指すわけではない；（ｅ）説明の見出しは利便性のためのみであり、本明細書の任意の部分の意味または解釈を規制するかまたはそれらに影響を及ぼすものではない；（ｆ）「または」および「任意」は排他的ではなく、「含む」および「含んでいる」は限定ではない。さらに、「備える」、「有する」、「含む」および「含有する」という用語は、他に示されない限り、オープンエンドの用語として解釈される（すなわち、「限定されないが、含む」を意味する）。
【００６１】
記述的サポートを提供するために必要な範囲で、添付の特許請求の範囲の主題および／または文章はそれらの全体が本明細書に参照として組み込まれる。
【００６２】
本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に他に示されない限り、単に、その範囲内の各々の別個の値を個々に参照する省略方法として役立つことを意図し、各々の別個の値は、本明細書に個々に列挙しているかのように本明細書に組み込まれる。特定の範囲の値が提供される場合、文脈が他に明確に示さない限り、各々の間にある値、下限の単位の１０分の１、その範囲の上限と下限の間およびその記載された範囲における任意の他に記載されているかまたは間にある値が本明細書に含まれることは理解される。全てのより小さな部分的範囲もまた含まれる。記載された範囲において任意に具体的に排除された限定を除いて、これらのより小さな範囲の上限および下限もまた、本明細書に含まれる。
【００６３】
他に定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術的および科学的用語は、関連分野の当業者により一般に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと類似または等価の任意の方法および物質もまた、使用されてもよいが、許容可能な方法および物質がここで記載される。
【００６４】
定義：
水性−本発明の技術に関して、水性培養は、新鮮な水、海水、汽水、塩水など−本質的に任意の液体における生物由来物質の培養を含む。
【００６５】
培養−本発明の技術に関して、培養ラインまたは培養容器のような培養とは、生物由来物質、培養培地および培養プロセスの間に生物由来物質によって産生される任意のさらなる化学物質の組み合わせを指す。培養は、培養培地によって提供される適切な食物源およびエネルギーならびに適切な物理的環境を必要とする。組織培養物は、それ自体、ウイルスについての培養培地になり、生細胞と共にのみ増殖する。混合または夾雑培養と区別される１つの種類のみの細胞の培養は純粋培養として知られている。
【００６６】
細胞−本発明の技術に関して、細胞は、任意の細胞およびウイルスまたは微小サイズ、例えば、生体細胞のサイズと同様のサイズを有する任意の他の粒子を意味し、任意の原核細胞または真核細胞、例えば、限定されないが、細菌、真菌、植物および動物細胞を含む。細胞は生細胞であっても、死細胞であってもよい。本明細書で使用される場合、他に示されない限り、細胞は一般に生きている。細胞は複数の個々の細胞であってもよいか、または細胞集塊、凝集体または集団であってもよい。細胞は未分化であってもよいか、または分化であってもよいが、組織を形成していない。
【００６７】
組織−本発明の技術に関して、組織は、多かれ少なかれ同様の形態および機能である細胞の集合を意味する。
【００６８】
センサ−本発明の技術に関して、センサは測定可能な量を測定できる任意のデバイスとして定義される。例えば、センサは、限定されないが、熱検出器、電気的検出器、化学物質検出器、光検出器、イオン検出器、生物学的検出器、電気化学的検出器、磁気検出器、容量検出器、圧力検出器、超音波検出器、赤外線検出器、マイクロ波作動検出器、エレクトリック・アイ、およびイメージセンサであってもよい。
【００６９】
培養培地−本発明の技術に関して、培養培地とは、細胞の増殖および維持を支持するのに必要とされる化学物質を含む液体を指す。化学物質は、限定されないが、ビタミン、ミネラル、微量栄養素、アミノ酸を含む、栄養素であり得る。化学物質はまた、浸透圧調節物質、炭素源、生物抽出物および緩衝液を含んでもよい。培地は１種以上の細胞によって消費される１種以上の検体を備えてもよい。一部の場合、培養培地は単に塩水であってもよく、塩水は海水またはブライン池水と定義されるか、または汽水であってもよい。
【００７０】
植物−本発明の技術に関して、植物とは、任意の生物、細胞または光合成する細胞を指す。
【００７１】
装置：
主な構成要素の項目別リスト：
１．滅菌システム；
２．水処理システム；
３．定置洗浄システム（Ｃｌｅａｎ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ  ｓｙｓｔｅｍ）（ＣＩＰ）；
４．空気およびＣＯ２付加；
５．制御システム−プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）ベース；
６．種培養容器；
７．スケールアップ容器；
８．供給容器；および
９．冷却システム（「第２の実施形態」に記載される）。
【００７２】
全体を１０と称されるバイオリアクタが図１に示される。種培養容器１２は、第１の培養ライン１４を介してスケールアップ容器２００に接続し、次に第２の培養ライン１８を介して供給容器３００に接続する。種培養容器１２は、滅菌可能な切替弁２２を介して第１の培養ライン１４に一時的に取り付けられるか、あるいは、再度、一時的に切替弁２２を介してスケールアップ容器２００に直接取り付けられる。種培養容器１２からスケールアップ容器２００、スケールアップ容器２００から供給容器３００まで、容器の体積が徐々に増加する。各容器は容器２００、３００を冷却するための水チャンバを画定するための第２の底部１６を有する。これは熱交換器として機能する。
【００７３】
図２はバイオリアクタ１０の概略である。蒸気発生器２４がバイオリアクタ１０を滅菌するために使用される。タンクであってもよい空気源２６または周囲空気および加圧ＣＯ２タンク２８は、ガスライン３０を介して、スケールアップ容器２００の内部２０１および供給容器３００の内部３０１に位置する注入器３２に接続される。プロセッサ３４は必要に応じて空気およびＣＯ２の送達を制御する。調節器およびデジタル圧力計３６は、ガスライン３０のＣＯ２ライン３８の部分においてＣＯ２タンク２８から下流に位置する。弁３１は下流に位置する。３方向、２位置のソレノイド弁４０はプロセッサ３４と接続し、ガスライン３０に位置する。空気ポンプ４２は、ガスライン３０の空気ライン４４の部分にあり、約２ｐｓｉ〜約１５ｐｓｉの圧力を生成するように調整される。逆止弁４６は、空気ポンプ４２と、３方向、２位置のソレノイド弁４０の１つとの間に位置する。０．１μｍの定置蒸気（ｓｔｅａｍ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）フィルタ４８はソレノイド弁４０から上流に位置する。ソレノイド弁４０は空気ライン４４を空気放出ライン５０および空気ライン４４に分離する。ＣＯ２ライン３８および空気ライン４４は、ガスライン３０を形成させるために３方向ソレノイド弁４０にて接続する。ＣＯ２ライン３８、空気ライン４４、およびガスライン３０はマニホールドを形成する。このマニホールドはまた、蒸気または一般に滅菌剤を分配し、ラインの容易な蒸気滅菌を可能にする。
【００７４】
第１の培養ライン１４は注入口２０３にてスケールアップ容器２００に入る。切替弁２２から下流に、第１の培養ライン１４は、ラインにおいて手動で操作可能な３方向弁４３０および２方向弁４３２を有する。第１の培養ライン１４は、任意選択に、移送機構を加圧するためのインラインポンプを有する。
【００７５】
第２の培養ライン１８は出口７０を通してスケールアップ容器から出て行く。第１の放出ライン７２は第２の培養ライン１８から分かれる。両方は、２方向弁−放出ラインにおける７４および第２の培養ライン１８における７６を有する。第２の培養ライン１８は注入口３０１にて供給容器３００に入る。
【００７６】
第３の培養ライン８０は出口８２を通して供給容器３００から出て行く。第３の培養ライン８０は、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいインラインポンプ８４を通過し、第２の放出ライン８６が分離する。両方は２方向弁−放出ライン８６における８８および第３の培養ライン８０における９０を有する。さらに、第３の培養ライン８０は下流に１方向逆止弁９２を有する。出口９４は第３の培養ライン８０の終端である。この点において、供給培養物が、そのままで、または出口９４から上流もしくは下流に濃縮器９６を含むことによって濃縮形態で顧客に供給される。濃縮器９６は、任意の好適な濃縮器、例えば、限定されないが、遠心分離器または濾過システムであってもよい。
【００７７】
海水用の水ライン３９０は、インライン１００μｍフィルタ３９２を有し、栄養パック３９６から２つの栄養素ライン３９４と結合して培養培地ライン３９８になり、次いで下流に位置する紫外線（ＵＶ）光源３９９を通過する。培養培地ライン３９８は加熱器４０２および圧力センサ４０４を備えたブースタータンク４００に入る。ライン３９８は、出口４０６を通して、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいインラインポンプ４０８、および１方向逆止弁４１０から３方向誘導弁４１２を通過してタンク４００から出ていき、その３方向誘導弁４１２はスケールアップ容器２００または供給容器３００までの流れを方向付ける。第１の噴霧器４１４はスケールアップ容器２００内にラインの内容物を噴霧する。第２の噴霧器４１６は供給容器３００内にラインの内容物を噴霧する。噴霧器４１４および４１６は好ましくは回転噴霧ノズルである。プロセッサ３４は、流れを制御するために、１方向逆止弁４１０およびソレノイド弁である３方向誘導弁４１２を制御する。
【００７８】
新鮮な水供給４３０は、５０μｍフィルタ４３２を通過し、蒸気発生器、例えばボイラ４３４に入る。蒸気発生器４３４からの第１の蒸気ライン４３６は、ソレノイド弁４０にてＣＯ２ライン３８および空気ライン４４に入る。第２の蒸気ライン４３８は、栄養素ライン３９４から下流でＵＶ光源３９９から上流の水ラインに入る。第３の蒸気ライン４４０は蒸気を切替弁２２に送る。蒸気ライン、マニホールドおよびバイオリアクタの全体の一体化により、バイオリアクタ全体または選択容器およびラインのいずれかのその場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）滅菌が可能となる。
【００７９】
全体を２００と称されるスケールアップ容器が図３に示される。スケールアップ容器は、約２００〜約２，０００リットル、または約５００〜約１５００リットル、または１，０００リットル、およびこれらの間の全ての範囲である。藻類または他の植物物質が培養される場合、少なくとも側壁２０２は透明または光透過性である。壁２０２の唇部２０３がフランジ２０４内に形成され、気密蓋２１０を取り付けるためのボルト２０８を受け入れるように開口２０６を有する。容器が蒸気により洗浄されるので、容器２００および蓋２１０の両方は蒸気耐性材料、例えば、限定されないが、繊維ガラスまたはＴｙｖａｒ（登録商標）などの耐熱性ポリエチレンから作製される。蓋２１０は、全体を２１４と称される定置洗浄システム（ＣＩＰ）を受け入れるためのアクセスポート２１２を有する。ガスケット２１６は、蓋２１０とフランジ２０４との間およびＣＩＰ４１４のＣＩＰフランジ２１８と蓋２１０との間に位置する。
【００８０】
スケールアップ容器２００は、ガスライン３０に接続される底部２３１および第２の培養ライン１８に接続される出口７０において、またはそれらに近接して底部アクセス２３０を備える。ガスライン３０はスパージャ２３２で終端する。第１の培養ライン１４は側壁２０２においてスケールアップ容器２００内に入る。任意選択の薄いプラスチックポリマーシェル２３４は側壁２０２を囲み、発光ダイオードグローライト２３６を備える。任意選択の反射面２３８がシェル２３４の外側に位置する。ライト２０５がさらに蓋２１０に設けられてもよい。図２に示されるように、スケールアップ容器２００は、培養条件を記録するためのセンサ、例えば、限定されないが、ｐＨ２４０、光学密度２４２、温度２４４および圧力センサ２４６の各々を備える。容量センサ２４８がいくらかの深さに位置する。例えば、２つが１／３および２／３深さに位置し、３つが１／４、１／２、３／４深さに位置し、または４つが１／５、２／５、３／５および４／５深さに位置する。
【００８１】
全体を３００と称される供給培養容器が図４に示される。供給培養容器は、約１００〜約１００，０００リットル、または約２５０〜約７５，０００リットルまたは５０，０００リットル、およびこれらの間の全ての範囲である。藻類または他の植物物質が培養される場合、少なくとも側壁３０２は透明または光透過性である。壁の唇部３０３はフランジ３０４内に形成され、気密蓋３１０を取り付けるためのボルト３０８を受け入れるように開口３０６を有する。容器は蒸気により洗浄されるので、容器３００および蓋３１０の両方は、蒸気耐性材料、例えば、限定されないが、繊維ガラスまたはＴｙｖａｒ（登録商標）などの耐熱性ポリエチレンから作製される。蓋３１０は、全体を４１６と称される定置洗浄システム（ＣＩＰ）を受け入れるためのアクセスポート３１２を有する。ガスケット３１６は、蓋３１０とフランジ３０４との間およびＣＩＰフランジ３１８と蓋３１０との間に位置する。
【００８２】
供給培養容器３００は、ガスライン３０に接続される底部３３１および第３の培養ライン８０に接続される出口８２において、またはそれらに近接して底部アクセス３３０を備える。ガスライン３０はスパージャ３３２で終端する。第２の培養ライン１８は側壁３０２にて供給培養容器３００に入る。任意選択の薄いプラスチックポリマーシェル３３４が容器３００を囲み、発光ダイオードグローライト３３６を備える。任意選択の反射面３３８がシェル３３４の外側に位置する。ライト３０５がさらに蓋３１０に設けられてもよい。図２に示されるように、供給培養容器３００は、培養条件を記録するためのセンサ、例えば、限定されないが、ｐＨ３４０、光学密度３４２、温度３４４および圧力センサ３４６の各々を備える。容量センサ３４８がいくらかの深さに位置する。例えば、２つが１／３および２／３深さに位置し、３つが１／４、１／２、３／４深さに位置し、または４つが１／５、２／５、３／５および４／５深さに位置する。
【００８３】
バイオリアクタはプロセッサ３４によって制御される。プロセッサ３４は、種々のセンサ（ｐＨ、光学密度、温度、圧力）からデータを受信し、処理し、ソレノイド、ポンプ、蒸気洗浄、照明および加熱の作動を調整する。所望の場合、プロセッサ３４はリモートモニタリングおよび制御を可能にするコンピュータに無線で接続されてもよい。
【００８４】
図５Ａに示されるように、全体を１００と称される洗浄器が、スケールアップ容器２００および供給培養容器３００に配置される。スケールアップ容器２００および供給培養容器３００の内部に位置するブレード１０２は、容器２００、３００の外部周囲で移動するように構成される回転アーム１０４に磁気的に接続される。当業者に知られているように、磁石１０６および磁性材料１０８が回転アーム１０４およびブレード１０２に交換可能に位置してもよい。あるいは、ブレード１０２は直接駆動されてもよい。洗浄器１００は、好ましくは、容器２００、３００の内面１１０の形状に合わせられるか、またはフレキシブル、例えば、限定されないが、長いフレキシブルなプラスチックカバーに包まれる鉄の削りくずまたはブレード１０２に位置するブラシであってもよい。代替の実施形態において、図５Ｂに示されるように、小さな浮遊部分１１２が培養容器２００、３００の内部に配置される。これらの遊離浮遊部分１１２は、培養培地１１６中にガスの流れ１１４によって運ばれ、連続した小衝突により内面１１０を清浄に維持する。
【００８５】
方法：
バイオリアクタの設計は最小のダウンタイム（稼働停止時間）および最大の効率を提供する。各容器が空になると、容器およびラインの両方が滅菌され得るようになる。さらに、バイオリアクタ全体が洗浄され、滅菌され得る。スケールアップが開始すると、システムは閉鎖し、収集するまで閉鎖されたままであり、これは好ましくは後期対数期であるが、それより早くまたは遅くてもよい。この閉鎖系（すなわち、開放移動を必要としないもの）において、容器の体積は、スケジュール中、プロセッサの制御下で、種容器からスケールアップ容器、スケールアップ容器から供給容器まで徐々に増加し、それ故、培養培地で満たされた１つの大きな培養容器を有するものと比較して、比較的少量しか汚染物質が含まれない。また、周囲環境からの弁、ラインおよび容器の数が増加すると、安全性増加のレベルが増加するので、容器をより大きくすると、さらに周囲から隔てられるので、汚染の可能性が低くなる。容器を洗浄するために使用される培養培地は放出されてもよいか、または培養体積をスケールアップするために保持されてもよい。任意の１つの容器で汚染が発生すると、プロセッサは少なくとも１つのセンサからのデータに基づいて汚染を検出し、容器を空にするように制御する。容器はさらに、滅菌サイクルが始まる前に、プロセッサが洗浄ステップの信号を送ることによって洗浄され得る。ガス滅菌が蒸気ラインおよびマニホールドによってバイオリアクタに供給される。全ての送達は自動化され、それによって汚染の危険性を低下させる。
【００８６】
第２の実施形態：
主な構成要素の項目リスト：
１．滅菌システム；
２．水処理システム；
３．定置洗浄システム（Ｃｌｅａｎ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ  ｓｙｓｔｅｍ）（ＣＩＰ）；
４．空気およびＣＯ２付加；
５．制御システム−プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）ベース；
６．種培養容器；
７．供給培養容器；および
９．冷却システム。
【００８７】
図７は、バイオリアクタ５１０の第２の実施形態の概略である。種培養容器５１２は第１の培養ライン５１４を介して供給容器６００に接続する。種培養容器５１２は、供給容器６００に直接供給する、第１の培養ライン５１４に一時的に取り付けられる。第１の培養ライン５１４は注入口６０３にて供給容器６００に入る。第１の培養ライン５１４はラインにおいて２方向弁４８を有する。
【００８８】
空気ライン５１６および第１の培養ライン５１４は栓５１８を通して種培養容器５１２に入る。空気ライン５１６は、空気をカーボイ５１２内にポンプで送り込むためのポンプ５２０に接続され、それによって圧力を増加させ、第１の培養ライン５１４を通して培養物を送る。空気ライン５１６、第１の培養ライン５１４、栓５１８およびポンプ５２０は、まとめて圧力により駆動される移送システムと称される。蒸気発生器２４はバイオリアクタ５１０を滅菌するために使用される。タンクであってもよい空気源２６、周囲空気および加圧ＣＯ２タンク２８が、ガスライン３０を介して、供給容器６００の内部６０１に位置する注入器３２に取り付けられる。プロセッサ３４は必要に応じて空気およびＣＯ２の送達を制御する。調節器およびデジタル圧力計３６は、ガスライン３０のＣＯ２ライン３８の部分においてＣＯ２タンク２８から下流に位置する。弁３１は下流に位置する。３方向、２位置のソレノイド弁４０はプロセッサ３４と接続し、ガスライン３０に位置する。空気ポンプ４２は、ガスライン３０の空気ライン４４の部分にあり、約２ｐｓｉ〜約１５ｐｓｉの圧力を生成するように調整される。逆止弁４６は、空気取り込みラインおよび空気ポンプラインの両方の空気ライン４４に位置する。０．１μｍの定置蒸気フィルタ４８はソレノイド弁４０から上流に位置する。これは、空気ライン４４を放出ライン５０および空気ライン４４に分離する。ＣＯ２ライン３８および空気ライン４４はガスライン３０を形成するために３方向ソレノイド弁４０に接続する。ＣＯ２ライン３８、空気ライン４４およびガスライン３０はマニホールドを形成する。このマニホールドはまた、蒸気または一般に滅菌剤を分配し、ラインの容易な蒸気滅菌を可能にする。
【００８９】
海水用の水ライン３９０はインライン１００μｍフィルタ３９２、および弁３９３を有する。これは栄養素パック３９６から２つの栄養素ライン３９４に結合して培養培地ライン３９８になる。各々の栄養素ライン３９４は、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいポンプ４０８および逆止弁４１０を備える。蠕動ポンプ４０８から上流の栄養素ライン３９４は好ましくは使い捨てである。培養培地ライン３９８は、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいインラインポンプ４０８を通過する。噴霧器４１６がラインの内容物を供給容器６００内に噴霧する。噴霧器４１６は好ましくは回転噴霧ノズルである。これはＣＩＰである。供給容器６００は、圧力解放弁７０２および周囲空気放出部７０４を備える圧力除去ライン７００を有する。
【００９０】
新鮮な水供給４３０は５０μｍフィルタ４３２を通過し、蒸気発生器、例えばボイラ４３４に入る。蒸気発生器４３４からの第１の蒸気ライン４３６はフィルタ４８とソレノイド弁４０との間の空気ライン４４に入る。第２の蒸気ライン４３８は栄養素ライン３９４から上流の水ラインに入る。蒸気ライン、マニホールドおよびバイオリアクタの全体の一体化により、バイオリアクタ全体または選択容器およびラインのいずれかのその場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）滅菌が可能となる。蒸気ライン４３６、４３８は圧力解放弁４３９を有する。
【００９１】
第３の培養ライン８０は出口８２を通して供給培養容器６００から出ていく。第３の培養ライン８０は、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいインラインポンプ８４を通過し、第２の放出ライン８６が分離する。両方は２方向弁−放出ライン８６において８８および第３の培養ライン８０において９０を有する。さらに、第３の培養ライン８０は下流に１方向逆止弁９２を有する。出口９４により第３の培養ライン８０は終端する。この点において、供給培養物が、そのままで、または出口９４から上流もしくは下流のいずれかで濃縮器９６を含むことによって濃縮形態のいずれかで顧客に供給される。濃縮器９６は、任意の好適な濃縮器、例えば、限定されないが、遠心分離器または濾過システムであってもよい。
【００９２】
全体を６００と称される供給培養容器が図７に示される。供給培養容器は、約１００〜約１００，０００リットル、または約２５０〜約７５，０００リットルまたは５０，０００リットル、およびそれらの間の全ての範囲である。藻類または他の植物物質が培養される場合、少なくとも側壁６０２は透明または光透過性である。側壁６０２は好ましくはポリカーボネートである。壁６０２の唇部６０３がフランジ６０４内に形成され、気密蓋６１０を取り付けるためのボルト６０８を受け入れるように開口６０６を有する。容器は蒸気により洗浄されるので、容器６００および蓋６１０の両方は、蒸気耐性材料、例えば、限定されないが、繊維ガラスまたはＴｙｖａｒ（登録商標）などの耐熱性ポリエチレンから作製される。蓋６１０は、全体を４１６と称される定置洗浄システム（ＣＩＰ）を受け入れるためのアクセスポート６１２を有する。ガスケット６１６は、蓋６１０とフランジ６０４との間およびＣＩＰフランジ６１８と蓋６１０との間に位置する。
【００９３】
供給培養容器６００は、ガスライン３０に接続される底部６３１上に、またはその底部６３１に近接して底部アクセス６３０、および第３の培養ライン８０に接続される出口８２を備える。ガスライン３０はスパージャ６３２で終端する。第１の培養ライン５１４は、注入口６０３にて供給容器６００に入る。任意の薄いプラスチックポリマーシェル６３４は、容器６００を囲み、発光ダイオードグローライト６３６を備える。ライト６０５はさらに、蓋６１０上に設けられてもよい。任意の反射面６３８はシェル６３４の外側に位置する。図６に示されるように、供給培養容器６００は、培養条件、例えば、限定されないが、ｐＨ６４０、光学密度６４２、温度６４４、および圧力センサ６４６の各々を記録するためのセンサを備える。静電容量センサ６４８はいくらかの深さに位置する。例えば、２つが１／３および２／３深さに位置し、３つが１／４、１／２、３／４深さに位置し、または４つが１／５、２／５、３／５および４／５深さに位置する。
【００９４】
図８に示されるように、側壁６０２が、垂直に配置された頂部６５０および谷部６５２に形成される。これらは、円いまたは鋭い縁であってもよく、それらの垂直軸６５３周囲で波形６５１であってもよい。垂直外形６５４は、限定されないが、波、頂部および谷部、もしくはピークおよびトラフであってもよいか、またはアコーディオン形状であり、実質的に垂直であり、例えば、垂直軸は床に対して垂直、床に対して約８５度、床に対して約８０度または床に対して約７５度である。垂直外形６５４は側壁６０２の表面積を増加させるように機能し、それにより、供給培養培地６００における光透過性を増加させる。外形６５４のピークから谷部までの高さは約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１フィート（３０．４８ｃｍ）、または約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）もしくは約３インチ（７．６２ｃｍ）およびこれらの間の全ての範囲である。ピーク間の距離は、約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１フィート（３０．４８ｃｍ）、または約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）もしくは３インチ（７．６２ｃｍ）およびこれらの間の全ての範囲である。さらに、外形６５４は好ましくは、表面積をさらに増加させるように小さな波形６５５を有する。底部プレート６５６は側壁６０２を保持し、側壁６０２の外形６５４に対応するプレート外形６５８を有する。あるいは、底部プレート６５６は、側壁６０２を受け入れるために成形された溝６６０（図８、挿入図に示した）を有してもよい。
【００９５】
冷却システムは、供給培養容器６００と発光ダイオードグローライト６３６との間の空間に空気流を提供する（図８を参照のこと）。この空間は空気チャネル６６２と称される。図７に示されるように、ブロワーまたはファン６６４は、空気チャネル６６２を通して空気を下方に押し進め、次いで、空気チャネル６６２の底部６７２から出ていく。同様に、ブロワーまたはファンは、図３および図４の容器において空気チャネルを通して空気を下方に押し進める。
【００９６】
バイオリアクタはプロセッサ３４によって制御される。バイオリアクタは、種々のセンサ（ｐＨ、光学密度、温度、圧力）からデータを受信し、処理し、ソレノイド、ポンプ、蒸気洗浄、照明および加熱の作動を調整する。所望の場合、プロセッサ３４がリモートモニタリングおよび制御を可能にするようにコンピュータに無線で接続されてもよい。
【００９７】
洗浄器および代替の洗浄器は図５および６に示される。
【００９８】
方法：
バイオリアクタの設計は最小のダウンタイム（稼働停止時間）および最大の効率を提供する。容器が空になると、容器およびラインの両方が滅菌され得るようになる。さらに、バイオリアクタ全体は洗浄され、滅菌され得る。スケールアップが開始すると、システムは閉鎖し、収集するまで閉鎖されたままであり、これは好ましくは後期対数期であるが、それより早くまたは遅くてもよい。初めは、供給培養容器は少量の培養培地を含有する。この閉鎖系（すなわち、開放移動を必要としないもの）において、培養培地の体積は、スケジュール中、プロセッサの制御下で徐々に増加し、それ故、汚染が発生する機会はそれ自体で、より少なくなる。少量の媒体（汚染についてのベクター）がスケールアップの開始時に加えられるので、汚染生物が初期に加えられる機会はより少なくなる。これは、汚染物質がこの系で増殖し、資源について競合する時間を制限し、平均で顕著に低い汚染された培養を生じる。容器を洗浄するために使用される培養培地は、培養体積をスケールアップするために放出されてもよく、維持されてもよい。汚染が容器において発生すると、プロセッサが、少なくとも１つのセンサからのデータに基づいて汚染を検出し、容器を空にするように制御する。容器はさらに、滅菌サイクルが開始する前に、プロセッサが洗浄ステップの信号を送ることによって洗浄され得る。ガス滅菌が蒸気ラインおよびマニホールドによってバイオリアクタに供給される。
【００９９】
第３の実施形態
主な構成要素の項目リスト
１．滅菌システム；
２．水処理システム；
３．定置洗浄システム（Ｃｌｅａｎ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ  ｓｙｓｔｅｍ）（ＣＩＰ）；
４．空気およびＣＯ２付加；
５．制御システム−プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）ベース；
６．種培養容器；
７．培養容器；および
９．冷却システム。
【０１００】
全体を７００と称される第３の実施形態の概略は図９に示される。種培養容器７０２は第１の培養ライン７０４を介して培養容器７０６に接続する。種培養容器７０２は、培養容器７０６に直接供給する、第１の培養ライン７０４に一時的に取り付けられる。第１の培養ライン７０４は注入口７１４にて培養容器７０６に入る。
【０１０１】
第１の空気ライン７１０は、タンクまたは周囲空気であってもよい空気源７１６を有する。ポンプ７１８は、Ｔ分岐点７２０から第２の空気ライン７２２に空気を進ませる。この第２の空気ライン７２２は、Ｔ分岐点７２０にて第１の空気ライン７１０から分岐する。ポンプ７１８は約２ｐｓｉ〜約１５ｐｓｉの圧力を生じるように調整される。第２の空気ライン７２２は、２方向手動弁７２４およびユーザが第３の空気ライン７３０を空気フィルタ７３２に取り付けるための、弁７２４から下流のフィッティング７２６を有する。第３の空気ライン７３０は栓７３４を通して種培養容器７０２に入る。第１の培養ライン７０４は同様に、栓７３４を通して種培養容器７０２に入る第２の培養ライン７３８を取り付けるためのフィッティング７３６を有する。弁７２４が開口され、空気ライン７０６、７２２、７３０がポンプ７１８によって加圧される場合、培養物７４０は種培養容器７０２から、培養容器７０６に通じる第１の培養ライン７０４まで進む。空気ライン７０６、７２２、７３０、培養ライン７０４、７３８およびポンプ７１８は、まとめて圧力により駆動される移送システムと称される。あるいは、上記の切替弁２２が利用されてもよい。
【０１０２】
加圧ＣＯ２タンク７４４は、ＣＯ２をＣＯ２ライン７４６に提供する。調節器およびデジタル圧力計７４８がＣＯ２ライン７４６においてＣＯ２タンク７４４から下流に位置し、３方向２位置ソレノイド弁７４９が調節器およびデジタル圧力計７４８から下流に位置する。ＣＯ２ライン７４６はガスライン７５０を形成するために第１の空気ライン７１０と結合し、ガスライン７５０は、培養容器７０６の内部７５４に位置するインジェクタまたはスパージャ７５２を通して培養容器７０６に供給する。ガスライン７５０からの上流に、３方向、２位置ソレノイド弁７５６が第１の空気ライン７１０に位置する。プロセッサ７５８は、弁７４６、７５６と接続することによって必要に応じて空気およびＣＯ２の送達を制御する。０．１μｍフィルタ７６０はガスライン７５０に位置する。
【０１０３】
海水のための水ライン７６２は、２位置ソレノイド弁７６４および任意にインライン紫外線フィルタを有する。水ライン７６２およびガスライン７５０は接続して、弁７６４の下流に共通ライン７６６を形成する。２位置ソレノイド弁７６８は接続７７０から下流にある。共通ライン７６６は、共通ライン７６６の内容物（通常、主に液体であるが、水ライン７６２における弁７２６を閉じることによってガスラインになり得る）を培養容器７０６内に噴霧する噴霧器７７２にて培養容器７０６に入る。噴霧器７７２は好ましくは回転噴霧ノズルである。
【０１０４】
栄養素パック７７６からの２つの栄養素ライン７７４は、各々、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいポンプ７７８を備える。蠕動ポンプ７７８から上流の栄養素ライン７７４は好ましくは使い捨てである。栄養素ライン７７４は上端７８０にて培養容器７０６に入る。
【０１０５】
滅菌パック７８４からの滅菌ライン７８２は、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいポンプ７８６を備える。同様に、中和または解毒パック７９０からの中和または解毒ライン７８８はポンプ７９２を備える。ライン７８２、７８８は上端７９４にて培養容器７０６に入る。ガスライン７５０、共通ライン７６６および滅菌ライン７８２は、その場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）滅菌のための一体化された滅菌システムを提供するためにマニホールドを形成する。
【０１０６】
２方向空気フィルタ７９５は、上端７９４にて培養容器７０６から延び、圧力解放弁として機能する。第３の培養ライン８００は出口８０２を通して培養容器７０６から出ていく。第３の培養ライン８００は、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいインラインポンプ８０４を通過し、放出ライン８０６が分岐する。両方は、２方向弁−放出ライン８０６における８０８および第３の培養ライン８００における８１０を有する。さらに、第３の培養ライン８００は下流に１方向逆止弁８１２を有する。出口８１４により第３の培養ライン８００は終端する。この点において、供給培養が、そのままで、または出口８０２からの上流もしくは下流のいずれかに濃縮器８１６を備えることによって濃縮形態で顧客に供給される。濃縮器８１６は任意の適切な濃縮器、例えば、限定されないが、遠心分離器または濾過システムであってもよい。
【０１０７】
液体滅菌パック７８４はバイオリアクタ７００を滅菌するために使用される滅菌剤を含有する。滅菌剤は、少量の次亜塩素酸ナトリウム、例えば水中に１％であってもよい。中和装置または解毒装置は脱塩素装置（ｄｅ−ｃｈｌｏｒｉｎａｔｏｒ）であってもよい。滅菌剤の経路は以下の通りである。
【０１０８】
滅菌剤は、滅菌パック７８４から出ていき、ポンプ７８６から培養容器７０６まで生じる圧力下で、滅菌ライン７８２を通して移動し、噴霧器７７２（ＣＩＰシステム）により培養容器７０６内に噴霧される。滅菌剤は、注入器７５２を通して培養容器７０６から出ていき、ガスライン７５０を通して接続７７０まで移動し、開放弁７６８を通して共通ライン７６６内に移動する。滅菌剤は、フィルタ７６０および閉じられる弁７６２によって止められる。次いで、滅菌剤は噴霧器７７２を通して培養容器７０６に再び入り、その場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）滅菌のための一体化された滅菌システムを形成する。滅菌が完了すると、システムは中和剤によって中和される。中和剤は、中和剤パック７７６から出ていき、ポンプ７９２から培養容器７０６まで生じる圧力下で中和剤ライン７８８を通して移動し、噴霧器７７２（ＣＩＰシステム）により培養容器７０６内に噴霧される。中和剤は、注入器７５２を通して培養容器７０６を出ていき、ガスライン７５０を通して接続７７０に移動し、開放弁７６８を通して共通ライン７６６内に移動する。中和剤はフィルタ７６０および閉じられる弁７６２によって止められる。中和剤は、次いで、噴霧器７７２により培養容器７０６に再び入り、閉じた中和ループを形成する。
【０１０９】
全体を７０６と称される培養容器は、図７の培養容器（この培養容器は全体を６００と称される）と同じである。培養容器は約１００〜約１００，０００リットル、または約２５０〜約７５，０００リットルもしくは５０，０００リットルおよびこれらの間の全ての範囲である。藻類または他の植物物質が培養される場合、少なくとも側壁６０２は透明または光透過性である。側壁６０２は好ましくはポリカーボネートであるが、アクリルまたはガラスであってもよい。壁６０２の唇部はフランジ６０４内に形成され、気密蓋６１０を固定するためのボルト６０８を受け入れるための開口６０６を有する。容器は蒸気により洗浄されるので、容器６００および蓋６１０の両方は、蒸気耐性材料、例えば、限定されないが、繊維ガラスまたはＴｙｖａｒ（登録商標）などの耐熱性ポリエチレンから作製される。蓋６１０は、全体を４１６と称される、定置洗浄システム（ＣＩＰ）を受け入れるためのアクセスポート６１２を有する。ガスケット６１６は、蓋６１０とフランジ６０４との間およびＣＩＰフランジ２１８と蓋６１０との間に位置する。任意の薄いプラスチックポリマーシェル６３４は容器６００を囲み、発光ダイオードグローライト６３６を備える。任意の反射防止面６３８がシェル６３４の外側に位置する。培養容器７０６は、培養条件、例えば、限定されないが、ｐＨ６４０、光学密度６４２、温度６４４、および圧力センサ６４６の各々を記録するためのセンサを備える。容量センサ６４８がいくらかの深さに位置する。例えば、２つが１／３および２／３深さに位置し、３つが１／４、１／２、３／４深さに位置し、または４つが１／５、２／５、３／５および４／５深さに位置する。
【０１１０】
図８に示されるように、側壁６０２は、垂直に配置された頂部６５０および谷部６５２を形成する。それらは円いまたは鋭い縁であってもよく、それらの垂直軸６５３周囲の波形６５１であってもよい。垂直外形６５４は、限定されないが、波、もしくは頂部および谷部、またはピークおよびトラフであってもよく、またはアコーディオン形状であり、実質的に垂直であり、例えば、垂直軸は、床に対して垂直、床に対して約８５度、床に対して約８０度または床に対して約７５度である。垂直外形６５４は側壁６０２の表面積を増加させる機能をするので、供給培養容器６００において光透過性を増加させる。外形６５４のピークから谷部の高さは、約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１フィート（３０．４８ｃｍ）、または約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）もしくは約３インチ（７．６２ｃｍ）およびこれらの間の全ての範囲である。ピーク間の距離は、約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１フィート（３０．４８ｃｍ）、または約１インチ（２．４２ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）もしくは約３インチ（７．６２ｃｍ）およびこれらの間の全ての範囲である。さらに、外形６５４は、好ましくは、表面積をさらに増加させるための小さな波形６５５を有する。図７に示されるように、底部プレート６５６は側壁６０２を保持し、側壁６０２の外形６５４に対応するプレート外形６５８を有する。あるいは、底部プレート６５６は側壁６０２を受け入れるための成形された溝を有してもよい。
【０１１１】
冷却システムは供給培養容器６００と発光ダイオードグローライト６３６との間の空間に空気流を提供する（図８を参照のこと）。この空間は空気チャネル６６２と称される。図７に示されるように、一連のブロワーまたはファン６６４により、空気は空気チャネル６６２を通り、次いで、空気チャネル６６２の底部６７２から出ていく（図７を参照のこと）。
【０１１２】
バイオリアクタはプロセッサ７５８によって制御される。バイオリアクタは、種々のセンサ（ｐＨ、光学密度、温度、圧力）からデータを受信し、処理し、ソレノイド、ポンプ、洗浄、滅菌、中和、照明および加熱の作動を調整する。所望の場合、プロセッサ７５８はリモートモニタリングおよび制御を可能にするように無線でコンピュータに接続されるように構成され得る。
【０１１３】
洗浄器および代替の洗浄器は図５Ａおよび５Ｂに示される。
【０１１４】
全体を８００と称される第４の実施形態の概略が図１０に示される。種培養容器７０２は第１の培養ライン７０４を介して培養容器７０６に接続する。種培養容器７０２は、培養容器７０６に直接供給する、第１の培養ライン７０４に一時的に取り付けられる。第１の培養ライン７０４は入口７１４にて培養容器７０６に入る。
【０１１５】
第１の空気ライン７１０はタンクまたは周囲空気であってもよい空気源７１６を有する。ポンプ７１８は、空気を３方向弁７２５、３方向弁７２５にて第１の空気ライン７１０から分岐する第２の空気ライン７２２に進ませる。ポンプ７１８は約２ｐｓｉ〜約１５ｐｓｉの圧力を生じるように調整される。第２の空気ライン７２２は、第３の空気ラインに取り付けるためのユーザのための弁７２５から下流にフィッティング７２６を有する。空気フィルタ７３２はこれらから下流である。第２の空気ライン７２２は栓７３４を通して種培養容器７０２に入る。第１の培養ライン７０４は同様に、栓７３４を通して種培養容器７０２に入る第２の培養ライン７３８を取り付けるためのフィッティング７３６を有する。弁７２５が開口し、空気ライン７０６、７２２がポンプ７１８によって加圧される場合、培養物７４０は、種培養容器７０２から第１の培養ライン７０４に進み、第１の培養ライン７０４は培養容器７０６に通じる。空気ライン７０６、７２２、培養ライン７０４、７３８およびポンプ７１８はまとめて圧力により駆動される搬送システムと称される。あるいは、上記の切替弁２２が利用されてもよい。
【０１１６】
加圧ＣＯ２タンク７４４はＣＯ２をＣＯ２ライン７４６に提供する。調節器およびデジタル圧力計７４８はＣＯ２ライン７４６においてＣＯ２タンク７４４から下流に位置し、３方向２位置ソレノイド弁７４９は調節器およびデジタル圧力計７４８から下流に位置する。プロセッサ７５８は、必要に応じて、弁７４９と接続することによって空気およびＣＯ２の送達を制御する。１方向弁７６１はガスライン７５０において０．１μｍフィルタ７６０から上流にある。ＣＯ２ライン７４６はガスライン７５０を形成するために第１の空気ライン７１０に結合する。ガスライン７５０はマニホールド９００に入り、そこから送達ライン９０２はポンプ８０４を通して、培養容器７０６の内部７５４に位置する噴霧器、スパージャまたは注入器７７２に入る。噴霧器７７２は、好ましくは、回転噴霧ノズルである。ポンプ８０４は、好ましくは、蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよい。
【０１１７】
海水のための水ライン７６２は２位置ソレノイド弁７６４およびインライン紫外線フィルタ７６３を有する。水ライン７６２、栄養素ライン７７４および滅菌ライン７８２は、弁７６４の下流および紫外線フィルタ７６３の上流に共通ライン７６７を形成するために接続する。共通ライン７６６は培養容器７０６に入る。
【０１１８】
栄養素パック７７６からの２つの栄養素ライン７７４は、各々、好ましくは、蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいポンプ７７８を備える。蠕動ポンプ７７８から上流にある栄養素ライン７７４は、好ましくは、使い捨てである。栄養素ライン７７４は上端７８０において培養容器７０６に入る。撹拌モータ７７７は、撹拌した栄養素を維持するために栄養素パック７７６の下に位置する。
【０１１９】
滅菌パック７８４からの滅菌ライン７８２は、好ましくは蠕動ポンプまたは往復ポンプであるが、回転ポンプであってもよいポンプ７８６を備える。同様に、中和剤または解毒剤パック７９０からの中和剤または解毒剤ライン７８８はポンプ７９２を備える。ライン７８２、７８８は上端７９４にて培養容器７０６に入る。液体滅菌パック７８４はバイオリアクタ７００を滅菌するために使用される滅菌剤を含有する。滅菌剤は、少量の次亜塩素酸ナトリウム溶液、例えば水中に１％であってもよい。中和装置または解毒装置は脱塩素装置であってもよい。
【０１２０】
２方向空気フィルタ７９５は、上端７９４にて培養容器７０６から延び、圧力解放弁として機能する。共通ライン９０２は開口８０２に位置する出口７５２を通して培養容器７０６から出ていく。共通ライン９０２はマニホールド９００および放出ライン８０６を通過し、第３の培養ライン８００は分岐する。両方は、２方向弁−放出ライン８０６における８０８および第３の培養ライン８００における８１０を有する。出口８１４により、第３の培養ライン８００は終端する。
【０１２１】
全体を７５４と称される培養容器は、図７の培養容器（この培養容器は全体で６００と称される）と同じである。容器７５４は、発光ダイオードグローライト６３７および蛍光ライト６３６のバンクを備える。任意の反射面６３８はシェル６３４の外側に位置する。培養容器７０６は、培養条件、例えば、限定されないが、光学密度６４２、温度６４４、および圧力センサ６４６の各々を記録するためのセンサを備える。ファン９０６が容器７５４周囲の空気を冷却するために使用される。図１に示されるような冷却熱交換器１６が容器７５４を冷却するために使用される。
【０１２２】
図８に示されるように、側壁６０２は垂直に配置される頂部６５０および谷部６５２に形成される。それらは、円いまたは鋭い縁であってもよく、それらの垂直軸６５３周囲の波形６５１であってもよい。垂直外形６５４は、限定されないが、波、または頂部および谷部、またはピークおよびトラフであってもよいか、あるいはアコーディオン形状であり、実質的に垂直である。例えば、垂直軸は、床に対して垂直、床に対して約８５度、床に対して約８０度または床に対して約７５度である。垂直外形６５４は側壁６０２の表面積を増加させるように機能するので、供給培養容器６００における光透過性を増加させる。外形６５４のピークから谷部までの高さは、約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１フィート（３０．４８ｃｍ）、または約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）もしくは約３インチ（７．６２ｃｍ）およびこれらの間の全ての範囲である。ピーク間の距離は、約１／１６インチ（０．１６ｃｍ）〜約１フィート（３０．４８ｃｍ）、または約１インチ（２．５４ｃｍ）〜約６インチ（１５．２４ｃｍ）、もしくは約３インチ（７．６２ｃｍ）およびこれらの間の全ての範囲である。さらに、外形６５４は、好ましくは、表面積をさらに増加させるように小さな波形６５５を有する。図７に示されるように、底部プレート６５６は側壁６０２を保持し、側壁６０２の外形６５４に対応するプレート外形６５８を有する。あるいは、底部プレート６５６は側壁６０２を受け入れるための成形された溝を有してもよい。
【０１２３】
冷却システムは供給培養容器６００と発光ダイオードグローライト６３６との間の空間に空気流を提供する（図８を参照のこと）。この空間は空気チャネル６６２と称される。図７に示されるように、一連のブロワーまたはファン６６４により、空気は空気チャネル６６２を進み、次いで空気チャネル６６２の底部６７２から出ていく（図７を参照のこと）。
【０１２４】
バイオリアクタはプロセッサ７５８によって制御される。それは、種々のセンサ（ｐＨ、光学密度、温度、圧力）からデータを受信し、処理し、ソレノイド、ポンプ、洗浄、滅菌、中和、照明および加熱の作動を調整する。所望の場合、プロセッサ７５８は、リモートモニタリングおよび制御を可能にするコンピュータに無線で接続するように作製されてもよい。
【０１２５】
方法：
バイオリアクタの設計は最小のダウンタイム（稼働停止時間）および最大の効率を提供する。容器が空になると、容器およびラインの両方が滅菌され得るようになる。さらに、バイオリアクタ全体が洗浄され、滅菌され得る。スケールアップが開始すると、システムは閉鎖し、収集するまで閉鎖されたままであり、これは好ましくは後期対数期であるが、それより早くまたは遅くてもよい。初めは、供給培養容器は少量の培養培地を含有する。この閉鎖系（すなわち、開放移動を必要としないもの）において、培養培地の体積は、スケジュール中、プロセッサの制御下で徐々に増加し、それ故、比較的少量しか汚染物質が含まれない。少量の媒体（汚染についてのベクター）がスケールアップの開始時に加えられるので、汚染生物が初期に加えられる機会はより少なくなる。これは、汚染物質がこの系で増殖し、資源について競合する時間を制限し、平均で顕著に低い汚染された培養を生じる。容器を洗浄するために使用される培養培地は、培養体積をスケールアップするために放出されてもよく、維持されてもよい。汚染が容器において発生すると、プロセッサが、少なくとも１つのセンサからのデータに基づいて汚染を検出し、容器を空にするように制御する。容器はさらに、滅菌サイクルが開始する前に、プロセッサが洗浄ステップの信号を送ることによって洗浄され得る。液体の滅菌剤が閉鎖されたループ再循環系によってバイオリアクタに供給される。
【０１２６】
本明細書に記載される全ての方法は、本明細書に他に示されていない限り、または文脈により明確に矛盾しない限り、任意の適切な順序で実施され得る。任意および全ての例の使用または本明細書に提供される例示的な用語（例えば、「など」）は、単に、例示的な実施形態をより良く例示することを意図し、他に請求されない限り、請求される本発明の範囲に対して制限を課しているわけではない。明細書の用語は、本質的なものとして請求されていない要素を示すものと解釈されるべきではない。
【０１２７】
本明細書に記載される例示的な実施形態の利点は、この記載される説明に特に指摘されている機器および組み合わせによって実現され得、達成され得る。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は例示および説明のためのみであり、以下の請求項の制限ではないことが理解される。例示的な実施形態が詳細に記載されているが、前述の詳細は、全ての態様において、例示であり、限定ではない。多くの他の修飾および変更が、例示的な実施形態の範囲から逸脱せずに考案され得ることは理解される。例えば、熱交換器は冷却システムに一体化されてもよく、一体化された系に入る水の濾過は、各々の一体化された系におけるインラインフィルタを使用して、または多くの一体化された系において水を濾過するために、より大きな回転ドラムまたは回転スクリーンミクロンフィルタを使用して行われてもよい。フィルタの孔径は概算サイズであり、例えば、０．１μｍフィルタは約０．０５μｍ〜約０．１５μｍであってもよく、１μｍフィルタは約０．５〜約１．５μｍであってもよく、５０μｍフィルタは約２５μｍ〜約７５μｍであってもよく、１００μｍフィルタは約７５μｍ〜約１５０μｍ、または約７５μｍ〜約１２５μｍおよびこれらの間の全ての範囲であってもよい。濾過は、藻類、プランクトン、または細菌であるかどうかに関わらず、汚染物質を除去または殺傷するために他の公知の方法と組み合わされてもよいか、あるいは他の方法と置き換えられてもよい。ＵＶ濾過が、多くの一体化されたシステムについての１つの大きなフィルタを使用して行われてもよいか、または本発明者らの場合、個々のＵＶフィルタを各々の一体化された系に組み込んで行われてもよい。当業者に公知のように、滅菌は蒸気以外の滅菌によって行われてもよいので、蒸気発生器および種々のラインは、例えば、限定されないが、エチレンオキシドまたはオゾンのタンクである化学物質タンクと置き換えられてもよい。バイオリアクタは、新鮮な水、塩水、ブライン、汽水およびバイオリアクタ培養物中の流体として使用され得る任意の他の液体のために使用されてもよい。藻類培養は、イソキリス（ｉｓｏｃｈｒｙｓｉｓ）、ナンノクロロプシス（ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｏｐｓｉｓ）、パブロバ（ｐａｖｌｏｖａ）、テトラセルミス（ｔｅｔｒａｓｅｌｍｉｓ）、または任意の種々の工業的標準種を含む。混合培養は、ナンノクロロプシスからワムシの生産システム、またはナンノクロプシスおよびイソキリスからワムシの生産システムを含む。それはまた、発酵槽として使用されてもよい。栄養素パックはグルコースなどの炭化水素源を含有してもよい。汚染が繰り返し起こる問題があるならば、追加の容器が、以前の容器より大きく、次の容器より小さい体積を有する、すなわち、徐々に増加する体積を有するシステムに加えられてもよい。記載されている実施形態は１つまたは２つの恒久的容器を有するが、３から４、５またはそれ以上の範囲の一連の容器が意図される。複数のスパージャが適切な混合を確実にするために利用されてもよい。これは特に、谷の深さが増加する場合の代替の実施形態に関連する。当業者に公知のように、一実施形態に記載される構成要素が他の実施形態において使用されてもよい。プロセッサは、���胞密度に基づいたスケジュールまたはタイムスケジュールで培養体積を徐々に増加させるようにプログラムされてもよい。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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