(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織細胞または微生物を懸濁液中で培養する装置であって、カバー（２）およびエアレーションガスを供給し、気体媒質を除去する各々の枝管（３および４）を有する円筒形リザーバ（１）と、媒質をエアレーションおよび撹拌するデバイスとを含み、該デバイスが、鉛直な中空シャフト（６）に取り付けられ、カバー（２）の直ぐ下でリザーバ（１）の上側部分に配置された水平なブレードホイール（５）と、ブレードホイール（５）と同軸状に円筒形リザーバ（１）内に収められた環状パーティション（７）であって、リザーバ（１）の円筒形壁との間で隙間が設けられた環状パーティション（７）と、細胞懸濁液の表面に対する環状パーティションの位置を安定化する機構とを含み、該機構がガイド部材（１１）およびフロート（１０）とを含む装置において、
液体表面に対して環状パーティション（７）の位置を安定化する機構のガイド部材（１１）が、平坦な上側表面（１４）および凸状の下側表面（１５）を有する脱着可能なブレード（１２および１３）として形成され、該ブレード（１２および１３）が環状パーティション（７）に対して半径方向に向き決めされ、該ブレード（１２および１３）の表面（１４および１５）が、「アンチ・ウィング」型のそれ自体の空気力学的な輪郭を規定し；ブレード（１２）が、支柱（１６）によって環状パーティション（７）の上側表面（９）に取り付けられるか、あるいは、ブレード（１２）がパーティション（７）の上側表面（９）に取り付けられ、かつブレード（１３）が支柱（１７）によってパーティション（７）の下側表面（８）に取り付けられ、ブレード（１２）および（１３）には、気体または液体のインカミング・フローに対する迎え角を変更し、環状パーティション（７）の上方およびその下方でブレード（１２）および（１３）を支柱（１６）および（１７）に各々取り付けるユニットが備えられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
気体または液体のインカミング・フローに対するブレード（１２）および（１３）の迎え角を変更し、ブレード（１２）を環状パーティション（７）の上方で支柱（１６）に、ブレード（１３）をパーティション（７）の下方で支柱（１７）に各々取り付けるユニットが、締付デバイス（１８）として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ブレード（１２）が細胞懸濁液の表面の上方にて環状パーティション（７）の上に位置する場合、気体のインカミング・フローに対するブレードの迎え角が−１５°〜−９０°であり、ブレード（１３）が液体中にて環状パーティション（７）の下に位置する場合、液体のインカミング・フローに対するブレード（１３）の迎え角が０°〜−３５°であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
液相の表面に対して環状パーティション（７）の位置を安定化する機構のフロート（１０）が、該パーティション（７）の本体部内に組み込まれるか、あるいは、先を切った頂部を環状パーティション（７）に向けて配置された、側面が等しくない角錐台として形成され、かつブレード（１２）およびパーティション（７）の間にて環状パーティションおよびブレード（１２）に対して隙間を有して支柱（１６）に取付けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
環状パーティション（７）が、
Ｈ＝０．０２÷０．０９（Ｄ1−Ｄ2）
（ここで、Ｄ1は環状パーティションの直径であり、
Ｄ2は環状パーティションにおける軸開口部の直径である）
に等しい深さ（Ｈ）まで懸濁液中に漬けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、バイオテクノロジーに関し、より詳細には、組織細胞または微生物を懸濁液中で培養する装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
組織細胞および微生物を懸濁液中で培養する装置であって、エアレーションガス（または給気用の気体）を供給するための枝管が底部に連結されている閉じたリザーバ（または容器）を含む装置が、当該技術分野において知られている（ソ連国特許公開公報（ＳＵ，Ａ１）第１３３１８８８号（１９８７年））。リザーバの円筒形の壁に対して、枝管の１つのグループは接線方向に配置され、他のグループは平行に配置される。培養プロセスにおいて、エアレーションガスは、装置の軸に沿って上昇および下降する流れの形態で同時に循環させると共に懸濁液を直ちに渦（vortex）運動させる。
【０００３】
しかしながら、そのような装置は、動物およびヒトの組織の細胞を培養するのに使用できない：これらの細胞は、懸濁液中での培養プロセスにおいては多数の気泡が形成されるために容易に損傷され、これらの気泡の破壊によって多くの細胞が死滅する。ガスの吹き込みによるエアレーション（または給気）によって、泡の形成が起こり、また、細胞の一部の損失をももたらす。泡の抑制には、高価な非毒性の泡消し剤を栄養媒質（nutrient medium）に導入することを必要とし、培養の技術的プロセスが複雑になり、泡消し剤の使用は培地（または媒質もしくは栄養液）の特性を低下させることになる。
【０００４】
組織細胞および微生物を懸濁液中で培養する装置であって、カバーと、エアレーションガスを供給し、気体媒質（gaseous medium）を除去するための枝管とを有するリザーバならびに細胞懸濁液を撹拌するデバイスを含み、該デバイスがリザーバの底部に配置されたグリッド（または格子状物）の形で作製されている装置が、当該技術分野において知られている（米国特許第４２５９４４９号（１９８１年））。懸濁液から細胞が沈殿（または沈降）することを防止する静水圧を形成するために、空気が、グリッドを通してリザーバに供給される。
【０００５】
しかしながら、細胞を培養するプロセスにおけるそのような装置の生産性は、細胞の損傷を回避するためにエアレーションガスの供給の強度を減少させる範囲で損なわれる物質移動特性の悪化のために低い。この場合においても、細胞を損傷することは完全にはなくならず、激しい泡の形成が起こる。
【０００６】
また、組織細胞および微生物を懸濁液中で培養する装置であって、カバーと、ガスの供給および除去のための枝管とを有する円筒形リザーバならびに懸濁液をエアレーションおよび撹拌するデバイスを含む装置も、当該技術分野において知られている（国際公開（ＷＯ）第９２／０５２４５号（１９９２年４月２日））。エアレーションおよび撹拌のためのデバイスは、鉛直な駆動シャフトに取り付けられ、カバーの直ぐ下にあるリザーバの上側部分に配置された水平なブレードホイールと、その下方に配置される環状プレートとを備え、この環状プレートは、ガスの除去のための中央開口部を備え、その周辺部でリザーバの壁に取り付けられ、ガスの供給および除去のためにブレードホイールの周りで環状空間を形成する。この環状パーティション（または仕切り）には、ガスの通過のためにスロット状開口部が設けられ、該スロットは、周囲に沿って、水平面に対して角度を付けて均等に配置される。ガスの供給のための枝管は、カバーにブレードホイールと同軸状に設けられ、他方、ガスの除去のための枝管は、該環状空間に連通し、カバーの縁部に配置される。
【０００７】
そのような装置の欠点は、その内部での液体の渦運動（軸方向に反対の流れを有するポテンシャル渦）の形成が、この液体の表面の上方におけるガス流速が大きいとき（１５〜１８ｍ／ｓ以上の流速）に起こることにあり、従って、該渦形成がかなりの投入動力を伴う。同時に、懸濁液の表面からの液滴の同伴が起こり、その結果、これらの液滴はリザーバの壁に投げ出される。懸濁液滴中の細胞は、装置の壁に対する衝突によって損傷され、これにより細胞が大量に死滅する。ガス流速が減少（６〜８ｍ／ｓ）すると、細胞懸濁液の液面の上方において液体の不安定な流れが観測され、即ち、液体の軸対称な渦運動が液体の自動振動（auto-oscillation）へと周期的に変化し、このモードでは、リザーバの壁に沿って波の移動が始まる。液面は湾曲し、非対称な回転放物面を示す。装置内の全ての液体が単一体として振動し、装置全体が揺れ動き始め、これによって、細胞培養プロセスは望ましくない影響を受ける。その上、装置の構造は、リザーバの１直径分に等しいかそれより低い高さまで満たされるリザーバを用いる細胞の培養を見込んでいる。リザーバが、その１直径分よりも高い高さまで細胞懸濁液で満たされる場合、淀み領域がリザーバの底部に形成される。培養の間、細胞がこの領域に留まることは避けられず、細胞は酸素不足のために死滅する。
【０００８】
組織細胞または微生物を懸濁液中で培養する装置であって、カバーと枝管（エアレーションガスの供給および気体媒質の除去のための枝管）とを有する円筒形リザーバならびに懸濁液をエアレーションおよび撹拌するデバイスを含み、該デバイスが、鉛直な中空のシャフトに取り付けられ、カバーの直ぐ下にあるリザーバの上側部分に配置された水平なブレードホイールを含む装置が、当該技術分野において知られている（国際公開（ＷＯ）第９３／２１３０１号（１９９３年１０月２８日）、第１の実施形態の装置）。媒質（または培養液）のエアレーションおよび撹拌のためのデバイスは、円筒形リザーバ内にブレードホイールと同軸状に収められた環状パーティションを備え、リザーバの円筒形壁と環状パーティションとの間に隙間が形成されている。また、該デバイスは、細胞懸濁液の表面（または液面）に対して環状パーティションの位置を安定化する機構（mechanism）も備える。この発明のこの実施形態によれば、細胞懸濁液の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構は、リザーバの高さに対して環状パーティションの位置を変化させることが可能なラッチ（latch、または掛け金もしくは止め金）によって環状パーティションおよびリザーバのカバーに取り付けられたラック（rack）の形で作製される。環状パーティションは、深さ  Ｈ≧０．０２（Ｄ1−Ｄ2）
（ここで、Ｄ1は環状パーティションの直径であり、
Ｄ2は環状パーティションにおける軸開口部の直径である）
まで懸濁液中に漬けなければならない。
【０００９】
この実施形態の装置の欠点は、以下の通りである。多くの場合、細胞および組織を培養するプロセスは、バイオリアクターの初期の充填レベルの変化（例えば、培養の最終段階では反応器のリザーバが最大限に充填されて実施されるのに対して、初期の期間では少量の栄養媒質を用いて実施される培養または定期的なサンプリングによる変化）を伴う。その結果、環状パーティションの浸漬深さ（Ｈ）が変化し、即ち、条件Ｈ≧０．０２（Ｄ1−Ｄ2）が乱れる。値（Ｈ）の減少によって、環状パーティションにおける軸開口部を通過する液状ドレインの「ロッキング（locking）」が起こり、これによって、培養される細胞の撹拌およびエアレーションのプロセスが悪化する。環状パーティションは、細胞懸濁液の表面の上方にて静止しなければならないため、物質移動パラメータは尚更悪化する。環状パーティションの浸漬深さ（Ｈ）がＨ＝０．０２（Ｄ1−Ｄ2）よりもかなり大きい場合、進行波（travelling wave）が懸濁液の上方にて形成され、これによって、細胞懸濁液の全体が次第に揺れ動くようになり、物質移動パラメータが小さくなった不安定な撹拌状態となる。従って、培養プロセスにおいて装置のリザーバの充填レベルが定期的に変動する条件下では、このデバイスはほとんど操作不能となるか、あるいは、装置リザーバの充填レベルにおける変動に対して最適な深さに環状パーティションを自動的に配置するのに、追加の機構を導入することが必要となる。このため装置がより一層複雑になる。更に、静止した環状パーティションを使用することは、操作モードに達するために、バイオリアクターに追加の電力投入および時間消費を必要とする。
【００１０】
本発明により提供される技術的解決策に最も関連する既知の従来技術は、組織細胞または微生物を懸濁液中で培養する装置であって、カバーと枝管（エアレーションガスの供給および気体媒質の除去のための枝管）とを有する円筒形リザーバならびに懸濁液をエアレーションおよび撹拌するデバイスを含み、該デバイスが、鉛直な中空のシャフトに取り付けられ、カバーの直ぐ下にあるリザーバの上側部分に配置された水平なブレードホイールを含む装置である（国際公開（ＷＯ）第９３／２１３０１号（１９９３年１０月２８日）、第２の実施形態の装置）。媒質のエアレーションおよび撹拌のためのデバイスは、円筒形リザーバ内にブレードホイールと同軸状に収められた環状パーティションを備え、リザーバの円筒形壁と環状パーティションとの間に隙間が形成される。また、該デバイスは、細胞懸濁液の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構も備える。細胞懸濁液の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構は、環状パーティションの上側表面に取り付けられたリードブレード（lead blade）を有するフロート（または浮き）から成る。環状パーティションは、深さ  Ｈ≧０．０２（Ｄ1−Ｄ2）
（ここで、Ｄ1は環状パーティションの直径であり、
Ｄ2は環状パーティションにおける軸開口部の直径である）
まで漬けなければならない。
【００１１】
この実施形態の装置（浮かぶ環状パーティションを有する実施形態）の欠点は、懸濁液中において植物および動物細胞が高密度になる場合、あるいは非常に好気性の細胞培養物を培養する際に、該生物的対象物をエアレーションするのに最適な状態を提供するために、液相の表面の上方における空気の渦の速度を７〜８ｍ／秒以上としなければならないという点にある。しかし、そのような空気渦の速度では、上昇する流体流れ（軸方向の逆の流れ）の強さは、環状パーティションが（環状パーティションの上下の差圧により）細胞懸濁液の表面にまで浮くような大きさとなり、環状パーティションの最適な浸漬条件  Ｈ≧０．０２（Ｄ1−Ｄ2）が乱れ、その結果、液体（細胞懸濁液）の流れ（撹拌）の流体力学的モードが乱れて、培養している細胞のエアレーション条件が悪化し、これにより、反応器の底部にバイオマスが沈殿し、酸素不足のために細胞が死滅する。生物的対象物を培養するプロセスにおける液相の粘度が変動すると、環状パーティションは、その一定の浮力のために、液相の表面に対するその位置を制御不能に変化させ得る。
【００１２】
その上、浮いている環状パーティションが細胞懸濁液中で回転するので、淀み影領域（stagnant shadow zone）がフロートの後方（behind）で生じ、そこでは、培養される細胞が沈殿し、蓄積する。その領域では、下層の細胞は、酸素不足によりその領域にて死滅し、それにより、最終生成物の質が損なわれ、装置の技術的特性が低下する。
【００１３】
（発明の開示）
本発明は、組織細胞または微生物を懸濁液中で培養する装置であって、細胞懸濁液の表面の上方における気体の渦の強さの変動および液相の粘度の変動に関わりなく、環状パーティションを最適な深さに維持することによって、液面の上方における気体運動が小さい速度（３〜６ｍ／秒）でも、あるいはより大きい速度（７〜１０ｍ／秒およびそれ以上）でも淀み領域を生じることなく、懸濁液において軸方向の逆の流れを伴う液体の軸対称な渦運動の形成を確保し、これにより、種々の（または異なる）酸素要求量を有する組織細胞または微生物を培養することを可能にする装置を提供することに関する。
【００１４】
この目的は、組織細胞および微生物を懸濁液中で培養する装置であって、カバーおよび枝管（エアレーションガスを供給し、気体媒質を除去するための枝管）を有する円筒形リザーバと、媒質をエアレーションおよび撹拌（または混合）するデバイスとを含み、該デバイスが、鉛直な中空シャフトに取り付けられ、カバーの直ぐ下にあるリザーバの頂上部分に配置された水平なブレードホイールと、ブレードホイールと同軸状に円筒形リザーバに収められた環状パーティション（リザーバの円筒形壁と環状パーティションとの間に隙間が設けられる）と、（細胞懸濁液の）液相の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する、ガイド部材およびフロートの形で作製される機構とを含む装置において、本発明によれば、液面（液体の表面）に対して環状パーティションの位置を安定化する機構のガイド部材が、平坦な上側表面および凸状の下側表面を有する脱着可能なブレード（または羽根）として形成され、該ブレードが環状パーティションに対して放射状に向き決めされ、該ブレードの表面が、「アンチ・ウィング（anti-wing、または反転翼）」型の空気力学的な自らの輪郭を規定し；ブレードが、支柱によって環状パーティションの上側表面に取り付けられるか、あるいはブレードが、支柱によって該パーティションの上側および下側表面に取り付けられ、ブレードには、気体または液体のインカミング・フロー（incoming flow、またはやって来る流れ）に対する迎え角を変更するユニットであって、環状パーティションの上およびその下にブレードを支柱に各々取り付けるユニットが備えられることによって達成される。
【００１５】
そのような（「アンチ・ウィング」型の輪郭を有する）形状のブレードが気体または液体によって流れ（または層流もしくは流線）の下に置かれる（streamline）ときに生じる空気力学的または流体力学的な力が、環状パーティションの浮遊をもたらす流体力学的力に抗して働き、これにより、液相の表面の上方における気体渦（gas vortex）の速度が６〜７ｍ／秒以上となるときに、該環状パーティションを最適な深さに維持することができる。
【００１６】
気体または液体のインカミング・フロー（または循環流）に対する迎え角を変更し、環状パーティションの上およびその下にてブレードを支柱（またはマウント）に各々取り付けるユニットは、締付（clamping）デバイスとして形成されている。該ユニットは、例えばネジ−ナット（screw nut）またはコレット型の種々の差込み型（plug-type）連結部として形成され得る。
【００１７】
環状パーティションのブレードが細胞懸濁液の表面の上方に位置するとき、気体のインカミング・フローに対するブレードの迎え角は、−１５°〜−９０°であり、ブレードが環状パーティションの下方で液体中に位置するとき、液体のインカミング・フローに対するブレードの迎え角は、０°〜−３５°である。
【００１８】
気体または液体のインカミング・フローに対するブレードの傾きについての上記角度範囲では、環状パーティションを少ない電力消費で最適深さに安定的に維持することが確保される。
【００１９】
液相の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構のフロートは、このパーティションの本体部内に組み込まれる（made in、または配置される）か、あるいは、側面が等しくない角錐台であって、先を切った頂部を環状パーティションに向けて配置され、ブレードおよび環状パーティションに対して間隙を有して支柱に取り付けられた角錐台として成形される。
【００２０】
フロートのこのような形状は、液相の粘度変化に関わりなく、環状パーティションを最適深さに維持する信頼性を確実に増し、他方、フロートと環状パーティションとの間の間隙は、フロートに隠れた（behind）淀み影領域を無くし、これにより、これらの領域における培養された細胞の沈殿、蓄積および死滅が防止される。
【００２１】
フロートを環状パーティションの本体部内に組み込むことにより、このパーティションにおける淀み影領域を無くし、これにより、培養された細胞のこれらの領域での沈殿、蓄積および死滅を回避する。
【００２２】
環状パーティションは、Ｈ＝０．０２÷０．０９（Ｄ1−Ｄ2）
（ここで、Ｄ1は環状パーティションの直径であり、
Ｄ2は環状パーティションにおける軸開口部の直径である）
に等しい深さ（Ｈ）まで細胞懸濁液中に漬けられる。
【００２３】
値Ｈ＜０．０２（Ｄ1−Ｄ2）の減少によって、環状パーティションの軸開口部を通過する液体のドレインの「ロッキング（locking、または閉塞もしくは停止）」が起こり、これは、培養している細胞の撹拌およびエアレーションプロセスの悪化をもたらし、バイオマスが反応器の底部に沈殿して、酸素不足により細胞が死滅する。環状パーティションの浸漬深さ（Ｈ）が、Ｈ＝０．０９（Ｄ1−Ｄ2）よりもかなり大きい場合、懸濁液の表面の上方に進行波が形成され、これは、細胞懸濁液の全量を徐々に揺り動かし、次いで、物質移動パラメータがより小さい不安定な撹拌モード（自動振動モード）にする。このことは、バイオマスの生存率（viability）および生産性に悪影響を及ぼす。
【００２４】
本発明の特定の実施形態を添付の図面を参照しながら説明することによって本発明を更に説明する。
【００２５】
（好ましい実施形態の説明）
本発明の組織細胞および微生物を懸濁液中で培養する装置は、カバー２ならびに枝管３および４（各々エアレーションガスを供給し、気体媒質を除去する）を有する細胞懸濁液用の円筒形リザーバ１（図１）と、栄養媒質をエアレーションおよび撹拌するデバイスとを含む。エアレーションガスを供給する枝管３は、リザーバ１と同軸状にカバー２の上に設置され、また、ガスを除去する枝管４は、カバー２の縁部に設置される。細胞懸濁液をエアレーションおよび撹拌するデバイスは、鉛直（または垂直）な中空シャフト６に取り付けられ、カバー２の直ぐ下にあるリザーバ１の上側部分に配置された水平なブレードホイール５と、円筒形リザーバ１にこれとおよびブレードホイール５と同軸状に収められた環状パーティション７（リザーバ１の円筒形壁と環状パーティション７との間に隙間が設けられる）と、細胞懸濁液の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構とを含む。
【００２６】
環状パーティション７の下側表面８は凸状であり、その上側表面は平坦である。更に、環状パーティション７は、Ｄ1＝（０．７÷０．９）Ｄ0に等しい直径（Ｄ1）を有し、パーティション７にある軸開口部の直径（Ｄ2）は、Ｄ2＝（０．１÷０．３）Ｄ1に等しい（ここで、Ｄ0は円筒形リザーバ１の内径である）。Ｈ＝０．０２÷０．０９（Ｄ1−Ｄ2）に等しい深さ（Ｈ）までパーティション７を細胞懸濁液に漬ける必要がある。
【００２７】
細胞懸濁液の表面に対して環状パーティション７の位置を安定化する機構は、フロート１０およびガイド部材１１を含む。細胞懸濁液の表面に対して環状パーティション７の位置を安定化する機構のガイド部材１１は、平坦な上側表面１４および凸状の下側表面１５を有する脱着可能なブレード１２および１３として形成され、該ブレードは、環状パーティションに対して放射状（または半径方向）に向き決めされ、また、該ブレードの表面は、それ自体の「アンチ・ウィング（または前進翼（forward-sweep wing））」型の空気力学的な輪郭（または翼形もしくはエアロダイナミック・プロファイル）を規定する。ブレード１２が気体の流線下に置かれるときに生じる空気力（aerodynamic force、または気体力）Ｆ1は、およびブレード１３が液体の流線下に置かれるときに生じる流体力Ｆ2は、液体の回転流れ中で生じる流体力（hydrodynamic force、または液体力）Ｆ3に抗して働き、この環状パーティションの上方と下方との圧力差によって環状パーティション７が浮き上がる。
【００２８】
液相の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構の１つの実施形態（図１）においては、ブレード１２は、支柱１６によって環状パーティション７の上に取り付けられ、フロート１０は、この環状パーティション７の本体部内に組み込まれる。
【００２９】
液相の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構のもう１つの実施形態（図３）においては、ブレード１２は、支柱１６によって環状パーティション７の上に取り付けられ、ブレード１３は、支柱１７によって環状パーティション７の下方に取り付けられる。フロート１０は、フロート１０とパーティション７との間に、ならびにフロート１０とブレード１２との間に隙間が設けられた状態で、ブレード１２と環状パーティション７との間で支柱１６に取り付けられる。フロート１０は、先を切った頂部を環状パーティション７に向けて配置された、側面が等しくない（または不等辺の）角錐台として形成されている。
【００３０】
液相の表面に対して環状パーティションの位置を安定化する第２の実施形態の機構の１つの操作モード（図４）においては、ブレード１２は、パーティション７に対して−９０°の角度で取り付けられ、このパーティションを液体中で（細胞懸濁液中で）回転させるためにしか働かない。
【００３１】
ブレード１２および１３には、気体または液体のインカミング・フローに対する迎え角を変更するユニットであって、環状パーティション７の上方で支柱１６に、また、環状パーティション７の下方で支柱１７にブレードを各々取り付けるユニットが備えられている。気体または液体のインカミング・フローに対するブレード１２および１３の迎え角を変更し、これらを支柱１６および１７に各々取り付けるユニットは、ネジ−ナットまたはコレット（collet）型の締付デバイス１８として形成されている。
【００３２】
気体のインカミング・フローに対するブレード１２の迎え角は、−１５°〜−９０°であり、液体のインカミング・フローに対するブレード１３の迎え角は、０°〜−３５°である。
【００３３】
環状パーティション７は、Ｈ＝０．０２÷０．０９（Ｄ1−Ｄ2）
（ここで、Ｄ1は環状パーティションの直径であり、
Ｄ2は環状パーティションにおける軸開口部の直径である）
に等しい深さ（Ｈ）まで細胞懸濁液中に漬けられる。
【００３４】
ブレードホイール５を回転させるために磁気連結器（magnetic coupling）１９が使用され、その一方の可動部分２０は、カバー２の上方にて中空シャフト６に取り付けられ、他方の部分２１は中空の軸２２に配置される。中空の軸２２は、連結器１９の可動部分２０の周囲に、シャフト６と同軸状に配置される。連結器１９の部分２０は、例えば電気モーター２４によるベルト伝動装置２３によって回転する。リザーバ１（図１）の底部には、培養用媒質および接種物を投与するために枝管２５が配置される。この枝管２５は、培養プロセスの終了時に細胞懸濁液を抜き出す（またはドレイン排出する）ためにも使用される。
【００３５】
本発明により提供される装置は以下のように作動する：
高好気性の生物体（動物または昆虫の細胞）を培養するために、ブレード１２が締付デバイス１８によって環状パーティション７の支柱１６に、例えば−３５°の迎え角で取り付けられ（図１）、あるいはブレード１２が支柱１６に、例えば−２５°のブレード１２の迎え角で取り付けられ、また、ブレード１３が環状パーティション７の支柱１７に、例えば−１５°のブレード１３の迎え角で取り付けられる（図３）。
【００３６】
低好気性の生物体（ある種の細菌）を培養するために、ブレード１２が締付デバイス１８によって環状パーティション７の支柱１６に、例えば−１６°の迎え角で取り付けられ（図１）、あるいはブレード１２が環状パーティション７の支柱１６に、例えば−１６°の迎え角で取り付けられ、また、ブレード１３が環状パーティション７の支柱１７に、例えば０°のブレード１３の迎え角で取り付けられる（図３）。
【００３７】
その後、取り付けた環状パーティション７と、液面に対して環状パーティション７の位置を安定化する機構とを備える円筒形リザーバ１は、無菌状態で栄養媒質で満たされて、エアレーションガスの移動用にリザーバ１の上側部分において媒質表面の上方に空間を設け、かつ、栄養媒質の表面に、または（フロート１０の浮力を調節することによって）最適深さＨ＝０．０２÷０．０９（Ｄ1−Ｄ2）未満のある深さで環状パーティション７が栄養媒質中に配置される。この場合、ブレード１２は液面の上方に配置される。例えば、直径Ｄ0＝２００ｍｍのリザーバについては、装置の最適パラメータは次のとおりである：Ｄ1＝１６０ｍｍ；Ｄ2＝３２ｍｍ；Ｈ＝８ｍｍ。更に、細胞または微生物を培養するのに要する温度条件（regime）を設定し、必要量の接種物を導入し、電気モーター２４のスイッチをオンにする。培養技術要件の必要に応じてブレードホイール５の必要回転数をセットする。ブレードホイール５が接種物を含む栄養媒質の液面の上方で回転すると、リザーバ１の軸の近傍の領域が希薄になり、このリザーバの周辺部にて圧力が上昇する。気体空間の該周辺部と軸近傍の領域との間の圧力差によって、エアレーションガスの渦を巻く（swirling）流れが、リザーバ１の周辺部におけるポテンシャル渦の流速場およびその軸付近の領域での軸方向の逆流を伴って液面の上方にて形成され、その結果、液体中では、リザーバの軸に沿って激しく撹拌する同様の乱流の回転運動が生じる。
【００３８】
例えばある種の細菌細胞などの低好気性の生物体を培養する場合、気体渦の回転速度は、３〜６ｍ／ｓに設定される。この場合、空気力Ｆ1（これはブレード１２が気体流れの流線下に置かれるときに生じる）、または空気力Ｆ1および流体力Ｆ2（これはブレード１３が液体流れの流線下に置かれるときに生じる）が生じるか、あるいは流体力Ｆ2のみが生じる。この力Ｆ1（図１）、またはＦ1およびＦ2（図３）、あるいはＦ2（図４）は、環状パーティション７を更に漬け、これを深さＨ＝０．０２÷０．０９（Ｄ1−Ｄ2）の範囲の最適深さ（Ｈ）に配置する。
【００３９】
例えば植物または動物細胞などの高好気性の生物体を培養する場合、気体渦の回転速度は、７〜１０ｍ／ｓ以上に設定される。このような気体渦速度では、液体の回転流れ中の環状パーティション７には、鉛直方向下向きの力Ｆ1（図１）、またはＦ1およびＦ2（図３）、あるいはＦ2（図４）だけでなく、更なる流体力Ｆ3（これは、そのような液体の流速に起因し、パーティション７の上方と下方との圧力差によって生じる）が働き、この力Ｆ3は鉛直方向上向きの力であり、パーティション７を浮き上がらせる。この力Ｆ3は、力Ｆ1およびＦ2の作用を部分的に打ち消し（compensate）、環状パーティション７は、その位置を深さＨ＝０．０２÷０．０９（Ｄ1−Ｄ2）の範囲に確実に維持する。
【００４０】
従って、環状パーティション７の位置を安定化する機構により、培養のモードまたは装置内の懸濁液の量に関わりなく、環状パーティションを最適深さに維持することができる。環状パーティション７を懸濁液中に配置することによって、懸濁液の上昇および下降流れの強さおよび指向性（directivity、または向き）が増強される（即ち、気体渦の効率が向上する）。
【００４１】
計算によると、懸濁液の表面の上方での気体の平均流速がＶgas＝１０ｍ／ｓのとき、ブレード１２および環状パーティション７（Ｄ1＝１６０ｍｍ）の液体に対する平均回転速度は、Ｖpart＝２．４４６ｍ／ｓとなり、力Ｆ3＝０．３９３Ｎとなる。
【００４２】
ブレード１２の長さｌ1＝７．５ｃｍおよび翼弦（chord）ｈ1＝２ｃｍとし、その数ｎ1＝３とし、ブレード１２の気体流れに対する迎え角α1＝−３５°とすると、Ｆ1＝０．４８７３Ｎとなる。従って、液面に対して環状パーティション７の位置を安定化する機構の、図１に示す実施形態においては、力Ｆ1は、力Ｆ3の働きによって部分的に打ち消され、このパーティションは、その位置を深さＨに確実に維持される。
【００４３】
ブレード１３の長さｌ2＝３．０ｃｍおよび翼弦ｈ2＝１．５ｃｍとし、ブレードの数ｎ2＝６とし、ブレード１３の液体流れに対する迎え角α2＝０°とすると、Ｆ2＝０．４８４５Ｎとなる。従って、液面に対して環状パーティション７の位置を安定化する機構の、図４に示す実施形態においては、力Ｆ2は、力Ｆ3の働きによって部分的に打ち消され、このパーティションは、その位置を深さＨに確実に維持される。これに加えて、この実施形態の機構における環状パーティション７の位置の安定性は、フロート１０の浮力を変化させることによって支援される。
【００４４】
側面が等しくない角錐台として構成されるフロート１０もまた、培養のモードまたは装置内の細胞懸濁液の量に関わりなく、環状パーティション７を最適深さに維持することができる。これは、例えば培養の途中での気体渦の速度または細胞懸濁液の密度の増加などにより、パーティション７がある程度浮き上がろうとすると、フロート１０の浮力が（その特殊な形状のために）減少して、パーティション７が深さ（Ｈ）に再び戻ることによる。
【００４５】
フロート１０をパーティション７の本体部内に配置するか（図１）、フロート１０と環状パーティション７との間に隙間を設ける（図３、４）ことによって、パーティション７の表面９の上の淀み（影）領域を無くし、また、培養された細胞のこの領域での沈殿、蓄積および死滅を防止する。
【００４６】
細胞または微生物を培養するプロセスにおいては、エアレーションガスは、液体と混合されることなく、環状パーティション７の上方の液相の自由表面を介して液相と相互作用する。従って、細胞懸濁液中に気泡が存在せず、その結果、細胞の損傷および泡の形成が妨げられる。少なくとも３〜２０ｍ／ｓの範囲におけるいずれの気体渦速度においても、懸濁液表面からの懸濁液滴の分離は起こらず、細胞の損傷が更に低減される。
【００４７】
ブレードホイール５の軸の近傍の領域の希薄化によって、エアレーションガスが枝管３を通ってリザーバ１内へと更に流入し、懸濁液面の上方の気体空間の周辺部における圧力の上昇によって、気体媒質が枝管４を通ってリザーバ１から流出する。細胞または微生物を培養する通常条件をもたらすエアレーションガス成分の最適な割合が得られる。
【００４８】
従って、液体媒質に対して環状パーティション７の位置を安定化する機構の種々の実施形態を有する本発明の装置の構造的特徴によれば、この液体の表面の上方での気体移動速度が小さい場合（３〜６ｍ／ｓ）、または気体移動速度が大きい場合（７〜１０ｍ／ｓまたはそれ以上）のいずれの場合でも、細胞懸濁液の表面の上方にある気体渦の強度の変化に関わらず、環状パーティションを最適深さに維持することにより、淀み領域を生じること無く、軸方向の逆流を伴う液体の軸対称な回転運動を細胞懸濁液中に形成することが可能となる。これにより、機械的損傷を受け易く、種々の酸素要求量を有する組織細胞または微生物を培養し、ならびにいかなる種類の細胞でも、懸濁液中の濃度をより高くすることが可能となる。
【００４９】
（産業上の利用の可能性）
本発明により提供した、組織細胞および微生物を懸濁液中で培養する装置は、微生物学的産業、医療業、食品業などに広範に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、組織細胞および微生物を懸濁液中で培養する装置であって、環状パーティションの上方に配置されたブレードと、このパーティションの本体部内に配置されたフロートとを備える装置の概略図である。
【図２】  図２は、図１の装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】  液面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構であって、支柱に配置されたフロートと、環状パーティションの上方およびその下方に配置されたブレード（気体および液体の流れに対する迎え角の小さいブレード）とを備える機構を示す。
【図４】  液面に対して環状パーティションの位置を安定化する機構であって、支柱に配置されたフロートと、環状パーティションの上方に配置された（気体流れに対するブレードの迎え角が−９０°の）ブレードおよびその下方に配置された（液体流れに対するブレードの迎え角が小さい）ブレードとを備える機構を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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