(57)【要約】  本発明は、収率（濃度、生産性）が改善され、機械的応力に感度の高い微生物を培養することが可能であり、かつ省エネルギーである、バイオリアクターを提案することを目的とする。本発明の主題は、培地中に懸濁している微生物を培養する方法であって、該微生物の懸濁液が内部を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を発生させる手段を有するチャネル内に微生物の懸濁液を流す、方法である。【選択図】図１
2012508003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養培地中に懸濁している微生物を培養する方法であって、該微生物の懸濁液がチャネル内を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を発生させる手段（２５−２６）を有するチャネル（２０）内に前記微生物の懸濁液を流すことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記チャネル（２０）は、接続アーム（２６、３７）によって互いに接続される複数の基本形態（２５、２５ａ−２５ｂ−２５ｃ、３０、３１、３２ａ−３２ｂ−３２ｃ、３３ａ−３３ｂ−３３ｃ、３５、３６ａ−３６ｂ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基本形態（２５、２５ａ−２５ｂ−２５ｃ、３０、３１、３２ａ−３２ｂ−３２ｃ、３３ａ−３３ｂ−３３ｃ、３５、３６ａ−３６ｂ）は、「Ｃ」字状形態、「Ｖ」字状形態、「Ｂ」字状形態、「Ｕ」字状形態、「３Ｄジグザグ」形態、交互の円形状セグメントを有するチャネル、「Ｌ」字状形態及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記チャネル（２０）は、培養すべき光合成微生物の成長に必要な光放射に対して透過性である壁を有する、光合成微生物の培養のための請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記チャネル内に直列に配置されている少なくとも１つのリザーバ（２７−２８）中の細胞懸濁液を循環させる工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記培養培地中のガス量を制御する工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記培養培地の温度を制御する工程を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
培養培地中に懸濁している微生物の培養用のバイオリアクターであって、該微生物の懸濁液用の入口（２１）及び出口（２２）が備わっているチャネル（２０）と、該チャネル（２０）内に前記微生物の懸濁液を流す手段とを備え、前記チャネルは、前記微生物の懸濁液がチャネル内を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を発生させる手段（２５−２６）を有することを特徴とする、バイオリアクター。
【請求項９】
前記ラグランジアンカオスによる混合を発生させる手段は、接続アーム（２６、３７）によって互いに接続される複数の基本形態（２５、２５ａ−２５ｂ−２５ｃ、３０、３１、３２ａ−３２ｂ−３２ｃ、３３ａ−３３ｂ−３３ｃ、３５、３６ａ−３６ｂ）を含む、請求項８に記載のバイオリアクター。
【請求項１０】
前記基本形態（２５、２５ａ−２５ｂ−２５ｃ、３０、３１、３２ａ−３２ｂ−３２ｃ、３３ａ−３３ｂ−３３ｃ、３５、３６ａ−３６ｂ）は、「Ｃ」字状形態、「Ｖ」字状形態、「Ｂ」字状形態、「Ｕ」字状形態、「３Ｄジグザグ」形態、交互の円形状セグメントを有するチャネル、「Ｌ」字状形態及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項９に記載のバイオリアクター。
【請求項１１】
前記チャネル（２０）は、培養すべき光合成微生物の成長に必要な光放射に対して透過性である壁を有する、光合成微生物の培養のための請求項８〜１０のいずれか一項に記載のバイオリアクター。
【請求項１２】
前記チャネル（２０）は、該チャネル内に直列に配置されている少なくとも１つのリザーバ（２７−２８）を含む、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のバイオリアクター。
【請求項１３】
前記培養培地中のガス量を制御する手段を含む、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のバイオリアクター。
【請求項１４】
前記培養培地の温度を制御する熱交換器（３５０）をさらに含む、請求項８〜１３のいずれか一項に記載のバイオリアクター。
【請求項１５】
請求項１０に記載のバイオリアクターを製造する方法であって、
基体（１０）の第１のプレート（１００）内に、「Ｃ」字状形態、「Ｖ」字状形態、「Ｂ」字状形態、「Ｕ」字状形態、「３Ｄジグザグ」形態、交互の円形状セグメントを有するチャネル、「Ｌ」字状形態及びそれらの組合せからなる群から選択される複数の基本形態（２５、２５ａ−２５ｂ−２５ｃ、３０、３１、３２ａ−３２ｂ−３２ｃ、３３ａ−３３ｂ−３３ｃ、３５、３６ａ−３６ｂ）をエッチングする工程と、
基体（１０）の第１のプレート（１００）内に、チャネル（２０）への入口（２１）及び前記チャネル（２０）からの出口（２２）をエッチングする工程と、
前記基体（１０）の第２のプレート（２００）内に、複数の接続アーム（２６、３７）をエッチングする工程と、
シーリング目地（５０）を配置すると共に、前記エッチングされた前記基体の２つのプレート（１００―２００）を、前記接続アーム（２６、３７）が前記基本形態（２５、２５ａ−２５ｂ−２５ｃ、３０、３１、３２ａ−３２ｂ−３２ｃ、３３ａ−３３ｂ−３３ｃ、３５、３６ａ−３６ｂ）間に前記チャネルの前記入口（２１）及び前記出口（２２）との水密の流体連通を可能にするように配置されるようにして並置する工程と、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項１６】
前記第１のプレート（１００）内に、前記チャネル内に直列に配置されることを意図された少なくとも１つのリザーバ（２７−２８）をエッチングする工程をさらに含む、請求項１５に記載の製造する方法。
【請求項１７】
前記第２のプレート（２００）内に、前記チャネル内に直列に配置されることを意図された少なくとも１つのリザーバ（２７−２８）をエッチングする工程をさらに含む、請求項１５または１６に記載の製造する方法。
【請求項１８】
第３のプレート（３００）内に、伝熱流体を循環させるチャネル（３５０）をエッチングする工程と、前記エッチングされた基体の前記第１のプレート（１００）及び前記第３のプレート（３００）を、前記伝熱流体を循環させるチャネル（３５０）が前記培養培地を循環させる前記チャネル（２０）と熱交換関係にあるように並置する工程とをさらに含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物を培養する方法、該方法を行うためのバイオリアクター及びかかるバイオリアクターを製造する方法に関する。
【０００２】
本発明は、微生物を培養する分野に関し、より詳細には、バイオリアクター内での光合成微生物の培養に関する。
【背景技術】
【０００３】
微生物の培養は最適化された栄養素供給を必要とする。光合成微生物の培養は可能な限り最も均一な光供給をさらに必要とする。
【０００４】
光合成微生物の培養用のバイオリアクターは光バイオリアクターと呼ばれる。これらは概して、通常のバイオリアクターと同じ原理、すなわち、リザーバ中の所定量の培地内での微生物の最適な成長に必要な条件の連続的な制御に基づいている。現在の研究の主な目的は、その性能（細胞濃度及び生産性）を改善することである。
【０００５】
光バイオリアクターの特定の特徴は、培養のための一般的な条件の他に光エネルギーを供給する必要性にある。この特別な制約が、これらのリアクターの開発を困難にし、その幾何学的形状の外挿を困難にする。実際、光の良好な使用には、これらの微生物が、強い色素沈着性を有しているため、入射光を吸収及び拡散する、すなわち、そのために培地において利用可能な光が、特にバイオマス濃度が増大するにつれて非常に急速に減衰するという点で複雑な問題が依然としてある。したがって、光バイオリアクターの生産性は入射光の生物学的利用によって直接制御される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、特に培地が限定されていて吸収性が高い（照射の比表面積が大きい）場合のバイオマスへの光エネルギーの変換収率、したがって、光バイオリアクターの性能（バイオマス濃度、生産性）を改善することである。
【０００７】
現行の技術水準は幾つかのタイプの光バイオリアクターを含み、その幾何学的形状は２つの部類：タンク、チューブ又は気泡塔のタイプの筒状の幾何学的形状と、「平板反応器」（ＦＰＲ）として知られる平坦の幾何学的形状とに基づいて分類される。
【０００８】
現行の技術水準の光バイオリアクター全てに共通の特徴点は、培養培地を均質化する手段：タンク内の機械的攪拌機、又は、気泡塔タイプ若しくはＦＰＲ（エアリフト型）タイプのリアクター用の気泡循環の使用である。
【０００９】
しかしながら、培養培地を攪拌するこれらの手段は、脆弱であることが知られている特定の光合成微生物に対して損傷を与えるか又は破壊的でさえある強力な流体力学的応力を誘発する。
【００１０】
さらに、現行の技術水準の光バイオリアクターは低い生産性を示す。すなわち、非常に多くの場合、得られる濃度は数グラム／リットル未満、生産性も一日あたり数グラム／リットル未満にとどまる。このことは現在、光バイオリアクターの有益な産業開発にとっての主な障壁である。
【００１１】
現時点で、目的が光合成微生物の培養の強化である唯一知られている光バイオリアクターは、ＦＰＲ光バイオリアクターである。
【００１２】
１９９６年にHu他によって最初に導入されて以来、ＦＰＲは現在、オランダのワーゲニンゲン大学のR. Wijffels教授チームにおける長期的な研究目的となっている（「Microalgal photobio-reactors: Scale-up and optimization」 PhD thesis by Barbosa, 2003）。この光バイオリアクターは幅が１センチメートル〜３センチメートル、長さが２０センチメートル、及び高さが６０センチメートルのリザーバを有する。光バイオリアクターは、リザーバの底部にわたって配される気泡発生インジェクターを備える。気泡の放出により、藻類懸濁液の体積を混合することが可能である。
【００１３】
このＦＰＲ光バイオリアクターは、培養量に対して曝露面積が大きいことにより、条件のよい性能レベルを達成する。さらに、気泡の除去作用により壁のファウリングが低レベルであることが認められ、これは入射光の減衰を防止する。
【００１４】
しかしながら、気泡塔タイプの系の場合、反応培地の有効な攪拌を得るのに高レベルのガスが必要とされ、これは（特に微生物懸濁液が粘性となる場合に）放射性ガス−液体材料伝達効果を低減する可能性がある。さらに、このタイプの構成では、光合成微生物懸濁液の流体力学は制御されず、このため、光合成微生物が感度の高い明ゾーン／暗ゾーンサイクルの制御を困難にさせる。
【００１５】
本発明の第２の目的は、性能（濃度／生産性）が改善されていると同時にバイオリアクターの壁のファウリングを制限しつつ、機械的応力に対して感度が高いことが知られている微生物の培養に好適なバイオリアクターを提案することである。
【００１６】
既知の解決策の不都合点を改善するために、本発明は、ラグランジアンカオスによる混合を発生させる幾何学的形状構造内に培養培地を流す方法及びバイオリアクターを提案する。
【００１７】
ラグランジアンカオス（Lagrangian chaos）による混合は、培養培地が激しく攪拌されるからといって、時に「カオス」と誤って称されるランダムな又は乱流の混合と混同されるべきではない。したがって、流体機械では、混合は、以下の判定基準の少なくとも１つを満たす場合にラグランジアンカオスと称される：
―  初期条件に対する感度（発散軌道（divergent trajectories）の法則とも呼ばれる）
カオス系では、非常によく似た初期条件が非常に様々に展開する可能性がある：その場合、初期条件の記憶の損失があると言える。ラグランジアンカオスによる混合の場合、２つの最初のとてもよく似た流体軌跡間の発散が指数関数的に成長する。それにもかかわらず、この系は決定論的であるため、同じ初期条件が常に同じ最終状態を与える。このことが、ラグランジアンカオスによる混合と（例えば乱流の）ランダムな混合との間に存在する主要な相違点である。実際、ランダムな混合は異なる最終状態を同じ初期条件に結びつける。
―  ホモクリニック又はヘテロクリニックの横断的な交差（transverse intersections：横断的な交わり）の存在
換言すれば、系内の少なくとも１つの不安定要素の存在が確かにその動力学を複雑にするが、特に、混合の点ではより有効にする。数学的観点から、不安定点は典型的に（混合に対して障害となる楕円点とは違って）双曲点である。２つの局部的な挙動が双曲点に関わる、すなわち、最大の圧縮及び延伸の物理的な方向にそれぞれ対応して、一方は安定し他方は不安定である。これらの２つの挙動の交差は、（同じ双曲点から出ている場合は）ホモクリニックと呼ばれる点から、又は（２つの双曲点から出ている場合は）へテロクリニックと呼ばれる点を起点とする。これらのホモクリニック交差及びヘテロクリニック交差はラグランジアンカオスの指標である。
―  基準体積の馬蹄形状の変化
ラグランジアンカオスによる混合では、単位体積の流体が一方向に延伸し、これにより垂直方向に収縮され、次いで、その元の初期位置に戻る。したがって、初期の立方状の体積について、ラグランジアンカオスによる混合は、馬蹄形状の流体軌跡の延伸及び戻りを特徴とする。
【００１８】
最終的に、動的系の理論に従って、速度場が二次元であると共に時間依存であるか、又は、時間依存であるかどうかにかかわらず三次元である場合にしか、粒子のカオス的な運動が起こり得ないことに留意されたい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、微生物の培養用のバイオリアクターとしての、流体がチャネル内部を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を発生させることが可能なチャネルの使用に関する。したがって、流れは、本明細書のこれ以降では「カオス的な」と称される。好適な用途では、本発明は、光合成微生物の培養のための放射に対して透過性であるチャネルを使用する。
【００２０】
本発明の主題は、培養培地中に懸濁している微生物を培養する方法であって、該微生物の懸濁液がチャネル内を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を発生させる手段を有するチャネル内に微生物の懸濁液を流す、方法である。
【００２１】
この方法によって、チャネル内での流体の循環により細胞の栄養素供給が最適化される。さらに、チャネルの全長に沿ったその層流特性により、固定培地の混合ではなく、培養培地自体のカオス的な流れが、機械的応力に対して感度が高いことが知られている微生物（例えば、プロトセラツム・レチクルム（Protoceratum reticulum）のような特定の渦鞭毛藻類又はスケルトネマ・コスタツム（Skeltonema costatum）のような珪藻類）の培養を可能にすると同時にエネルギーを節約する。
【００２２】
この方法は、カオス的な流れの三次元特性（流体ラインの連続的な戻り／延伸）により、乱流系において、ただし層流以外の任意の流れに存在する高い機械的応力なしに得られる混合に等しい混合を得ることを可能にする、微生物の培養の独特の解決策を与える。
【００２３】
ラグランジアンカオスによる混合のこれらの特性による利点は、特に培養培地が限定されていて吸収性が高い（照射の比表面積が高い）場合の光放射に対する光合成微生物の曝露の改善（より良好な空間的均質性及び光透過）であり、したがって、培養の生物学的性能（細胞濃度、生産性）の向上を可能にする。
【００２４】
しかしながら、本発明において行われるラグランジアンカオスによる混合は、さらなる利点を与える。実際、ＦＰＲにおける気泡とは違って、培養培地におけるいかなる強い機械的応力も誘発しないが、チャネルのファウリングが著しく制限される、すなわち、チャネル内での数十日間の循環後でさえ、チャネルの壁に微生物はほとんど全く付着していないことに留意されたい。したがって、ラグランジアンカオスによる混合により、従来の２つの相容れない利点、すなわち、微生物の細胞完全性を重んじる有効な混合とバイオリアクターの制限されたファウリングとを両立させることを可能にする。
【００２５】
他の実施の形態によると、
・  前記チャネルは、接続アームによって互いに接続される複数の基本形態（basic forms）を含むことができ、
・  前記基本形態は、「Ｃ」字状形態、「Ｖ」字状形態、「Ｂ」字状形態、「Ｕ」字状形態、「３Ｄジグザグ」形態、交互の円形状セグメントを有するチャネル、「Ｌ」字状形態及びそれらの組合せからなる群から選択することができ、
・  該方法は、光合成微生物の培養に適合することができ、前記チャネルは、培養すべき光合成微生物の成長に必要な光放射に対して透過性である壁を有することができ、
・  該方法は、前記チャネル内に直列に配置されている少なくとも１つのリザーバ中の細胞懸濁液を循環させる工程を含むことができ、
・  該方法は、前記培養培地中のガス量を制御する工程を含むことができ、かつ／又は
・  該方法は、前記培養培地の温度を制御する工程を含むことができる。
【００２６】
本発明はまた、培養培地中に懸濁している微生物の培養用のバイオリアクターであって、該微生物の懸濁液用の入口及び出口が備わっているチャネルと、該チャネル内に前記微生物の懸濁液を流す手段とを備え、前記チャネルは、前記微生物の懸濁液が内部を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を発生させる手段を有する、バイオリアクターに関する。
【００２７】
他の実施の形態によると、
・  前記ラグランジアンカオスによる混合を発生させる手段は、接続アームによって互いに接続される複数の基本形態を含むことができ、
・  前記基本形態は、「Ｃ」字状形態、「Ｖ」字状形態、「Ｂ」字状形態、「Ｕ」字状形態、「３Ｄジグザグ」形態、交互の円形状セグメントを有するチャネル、「Ｌ」字状形態及びそれらの組合せからなる群から選択することができ、
・  前記バイオリアクターは、光合成微生物の培養に適合することができ、前記チャネルは、培養すべき光合成微生物の成長に必要な光放射に対して透過性である壁を有することができ、
・  前記チャネルは、該チャネル内に直列に配置されている少なくとも１つのリザーバを含むことができ、
・  前記チャネルは、前記培養培地中のガス量を制御する手段を含むことができ、かつ／又は
・  前記バイオリアクターは、前記培養培地の温度を制御する熱交換器をさらに含むことができる。
【００２８】
本発明はまた、かかるバイオリアクターを製造する方法であって、
-  基体の第１のプレート内に、「Ｃ」字状形態、「Ｖ」字状形態、「Ｂ」字状形態、「Ｕ」字状形態、「３Ｄジグザグ」形態、交互の円形状セグメントを有するチャネル、「Ｌ」字状形態及びそれらの組合せからなる群から選択される複数の基本形態をエッチングする工程と、
-  基体の第１のプレート内に、チャネルの入口及び出口をエッチングする工程と、
-  前記基体の第２のプレート内に、複数の接続アームをエッチングする工程と、
-  シーリング目地を配置すると共に、前記エッチングされた前記基体の２つのプレートを、前記接続アームが前記基本形態間に前記チャネルの前記入口及び前記出口との水密の流体連通を可能にするように配置されるようにして並置する工程と、
を含む、方法に関する。
【００２９】
他の実施の形態によると、
・  該製造する方法は、前記第１のプレート内に、前記チャネル内に直列に配置されることを意図された少なくとも１つのリザーバをエッチングする工程をさらに含むことができ、
・  該製造する方法は、前記第２のプレート内に、前記チャネル内に直列に配置されることを意図された少なくとも１つのリザーバをエッチングする工程をさらに含むことができ、かつ／又は
・  該製造する方法は、基体の前記第３のプレート内に、伝熱流体を循環させるチャネルをエッチングする工程と、前記エッチングされた基体の第１のプレート及び第３のプレートを、前記伝熱流体を循環させるチャネルが前記培養培地を循環させるチャネルと熱交換関係にあるように並置する工程とをさらに含むことができる。
【００３０】
本発明の他の特徴は、それぞれ示す添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明において概説する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるバイオリアクターの実施例を上から見た概略図である。
【図２ａ】本発明によるチャネルの基本形態及び接続アームの種々の可能な幾何学的形状のうちの１つの概略斜視図である。
【図２ｂ】本発明によるチャネルの基本形態及び接続アームの種々の可能な幾何学的形状のうちの１つの概略斜視図である。
【図２ｃ】本発明によるチャネルの基本形態及び接続アームの種々の可能な幾何学的形状のうちの１つの概略斜視図である。
【図２ｄ】本発明によるチャネルの基本形態及び接続アームの種々の可能な幾何学的形状のうちの１つの概略斜視図である。
【図２ｅ】本発明によるチャネルの基本形態及び接続アームの種々の可能な幾何学的形状のうちの１つの概略斜視図である。
【図２ｆ】本発明によるチャネルの基本形態及び接続アームの種々の可能な幾何学的形状のうちの１つの概略斜視図である。
【図２ｇ】本発明によるチャネルの基本形態及び接続アームの種々の可能な幾何学的形状のうちの１つの概略斜視図である。
【図３】図２ｅの幾何学的形状における微生物懸濁液のカオス的な流れにおける微生物の軌跡を示す概略斜視図である。
【図４】「Ｃ」字状基本形態を上から見た概略図である。
【図５】基本形態の接続アームを上から見た概略図である。
【図６】接続アームによって連結された「Ｃ」字状基本形態を含む、本発明によるチャネルの一部を上から見た概略図である。
【図７】切取り線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った、図６のチャネルの一部の概略断面図である。
【図８】図１のバイオリアクターの実施例を右側から見た概略図である。
【図９】図１のバイオリアクターの実施例を左側から見た概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の用途の好適な例は、微生物の培養用のバイオリアクターとしての、培養培地がチャネル内部を流れる際にラグランジアンカオスによる混合を発生させることが可能な構造を有するチャネルの使用を提案する。
【００３３】
本発明によるバイオリアクターは、一方で、有効であるがわずかな機械的応力しか発生させず、他方で、壁付近の流れ及び速度（平均の循環速度（流量と横断面との比率によって計算される）よりも数倍大きい）の三次元性により、チャネルの壁の最小限のファウリングを可能にし、このファウリングは全てミリメートルの培養物厚の存在下であっても可能である。
【００３４】
性能（濃度、生産性）を強化するために、用いるチャネルは低減した培養物厚（１センチメートル未満）、したがって、現行の技術水準の光バイオリアクターと比して増大した照射の比表面積（１３０ｍ−１超）を有し、したがって培地を特に限られたものにすると共に吸収性の強いものにする。
【００３５】
好適な幾何学的形状の形態（「Ｃ」字状形態）では、レイノルズ数はおよそ２００である、すなわち、その形態は発生したカオス的な流れ（混合）の効率、及び、光合成微生物を懸濁状態に維持するのに十分な（およそ数センチメートル／秒の）流れの速度に関して最適化されるものとする。なお、１ｇ／Ｌ藻類懸濁液の動粘性率は水の動粘性率に近いが、細胞濃度により増加する。
【００３６】
したがって、用いるチャネルは光への微生物の曝露を促すように低減された寸法を有し、一方で、比較的高濃度で微生物を含有している流体の効果的な循環、他方で、バイオリアクターの良好な収益率を確実にする。
【００３７】
概して、本発明によるバイオリアクター内の流れのレイノルズ数は１５０〜２５０、好ましくは２００である。
【００３８】
図１に示すバイオリアクター１はチャネル２０の支持体（support）１０を含む。このチャネル２０は流体入口２１及び流体出口２２を含む。
【００３９】
流体入口２１は、培養培地中に懸濁している光合成微生物が該光合成微生物に損傷を与える可能性のある機械的な制約又は応力を受けないように構成される単一孔から形成される。
【００４０】
チャネル内で流体を循環させる手段（図示せず）が入口２１及び出口２２を介してチャネルと流体連通する。例として、この手段は、懸濁している微生物を該微生物に損傷を与えることなくチャネル２０内で循環及び再循環させることが可能な蠕動ポンプである。
【００４１】
チャネル２０は、流体が内部を循環する際にカオス的な流れを発生させることを可能にする。
【００４２】
図１に示す実施形態によれば、チャネル２０は、接続アーム２６によって互いに接続される複数の基本形態２５を含む。
【００４３】
これらの基本形態は概して、循環している流体の方向を変えさせる筒状コイルから構成される。
【００４４】
図１の実施形態では、基本形態２５は、図５に示す真っ直ぐな接続アーム２６によって接続された「Ｃ」字状形態である。各「Ｃ」字状形態は、直角に配置されている連続的な３つの直線状セクション２５ａ、２５ｂ、２５ｃ（図２ａを参照）を含む筒状コイルである。これらのセクションの配置は同一平面にある。
【００４５】
培養される微生物が光合成微生物である場合、チャネル２０は培養すべき微生物の成長に必要な光放射に対して透過性である壁を有する。
【００４６】
図示の実施形態では、チャネルは基本ユニット（basic units）２５と流体連通する２つのリザーバ２７−２８を含む。
【００４７】
これらのリザーバにより、ｐＨ及び温度等のパラメーターを監視する標準器具４１０（図９を参照）、並びにこれらのパラメーターを調整する器具、又は採取及び／若しくは注入する器具４２０（図８を参照）を使用することが可能となる。例として、経済的な標準ｐＨプローブは約１２ｍｍの直径を有しており、チャネル２０に直接一体化することはできない。
【００４８】
代替的に、測定器具をチャネル内に直接一体化することができる場合、これらのリザーバを省くことが可能である。しかしながら、このタイプの器具はその小型化によりかなりのコストを生じる。
【００４９】
培養培地のカオス的な流れに対してこれらのリザーバが引き起こす摂動を制限するために、かさばる器具は比較的大きな寸法（例えばチャネルの高さの４倍）を有する第１のリザーバ２７にまとめることが好ましい。同様に、あまりかさばらない器具はより適度な寸法（例えばチャネルの高さの２倍）の第２のリザーバ２８内に一緒にまとめる。例として、第２のリザーバ２８は、細胞懸濁液を採取及び／又は注入する器具を配置する働きをすることができる。
【００５０】
図１のバイオリアクターはまた、第２のリザーバ２８の出口に配置されている直線セクション２９を有する。この直線セクション２９は、培養培地中に存在するガスの量を制御する手段を含むことができる。したがって、光合成微生物の成長条件（ｐＨ、光合成に利用可能な炭素量、生成されるＯ２の除去等）を最適化するために、空気及び／又はＣＯ２を注入することが可能である。
【００５１】
チャネル内に気泡が蓄積する危険性を制限するために、この直線セクションを省くこと及び／又はガス（空気／ＣＯ２）の代わりに液体形態の炭酸Ｈ２ＣＯ３を注入することも可能である。
【００５２】
流体が内部を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を可能にする限り、幾つかのタイプの基本形態２５及び接続アーム２６を用いることができる。一方又は他方の選択は以下の間での妥協に起因する：
-  技術的な単純性（バイオリアクターの製造及び分解）、
-  カオス的な流れの効率（光合成微生物の混合と曝露の改善との間の最適化）
-  エネルギー消費の最小限化、並びに
-  チャネルの壁のファウリングの最小限化及び機械的応力に対する感度の重視。
【００５３】
７つの非限定的な例を図２ａ〜図２ｇに示す。
【００５４】
図２ａ〜図２ｅにおいて、形態は一部が示されている２つの接続アーム２６と流体連通して示されている。形態２ｂ〜２ｅは、燃料電池熱交換器の性能を最大にする目的で、フランスのナント大学のＬＴＮ研究室（H. Peerhossaini教授、C. Castelain及びB. Auvityのチーム）で開発された「Ｃ」字状形態の変更形態である。本出願人はもっぱら、この研究室に地理的に近いという幸運からこの研究の知識を得ていた。この技術分野は全く異なるにもかかわらず、本出願人は、バイオリアクター、特に光バイオリアクターの特定用途においてこれらの形態を試験するという着想を得た。カオス的な移流バイオリアクターにおけるこれらの形態２ｂ〜２ｅの利用は、細胞濃度及び生産性を著しく改善すると共に、チャネルのファウリングを制限し、したがって、光への曝露を促すことに気づいた。
【００５５】
図２ａに示す基本形態は図１について記載した形態のような「Ｃ」字状形態である。図２ｂに示す基本形態は「３Ｄジグザグ」状と呼ばれる。この基本形態はほぼ直角に湾曲している曲線状セクション３０を含む。
【００５６】
図２ｃに示す基本形態は「Ｕ」字状と呼ばれる形態である。この実施形態では、流体は、湾曲セクション３１内で曲線運動（二次的流れ）を行うが、Ｃ字状形態では各直線状セクション内で直線運動を行う。Ｕ字状形態はＣ字状形態よりも少ない圧力損失を生じる。
【００５７】
図２ｄに示す実施形態は「Ｖ字状形態」と呼ばれる。この変形形態によって、直線状セクション３２ａ、３２ｂ及び３２ｃ間の９０度未満の角度により、Ｃ字状形態よりも圧力損失が小さい空間的にカオス的な流れをつくることが可能となる。
【００５８】
図２ｅに示す実施形態は「Ｂ」字状と呼ばれる。この基本形態は、直線状セクション３３ａを含み、このセクションの両端に円筒状セクション３３ｂ及び３３ｃが位置する。したがって、図３によって示すように、流体は、基本形態における円筒状セクションによって誘発される乱流の流れを局所的に引き起こし、一群の形態では、流体は空間的なカオス的な流れを受ける。
【００５９】
図２ｆの実施形態は「交互の円形状セグメントを有する」と呼ばれる。各基本形態３５は、円弧のような形状のチャネル部分、正方形横断面、チャネルの直径の５倍に等しい曲率半径、及び円の３／４にほぼ等しいスパンαによって画定された長さから構成される。したがって、チャネルは、２つの真っ直ぐな入口セクション及び出口セクション、並びに対向して位置する円弧のような形状の一連の基本形態３５を有する。チャネルは、正確には、ラグランジアンカオスによる混合を発生させる方向のこれらの周期的変化である。
【００６０】
図２ｇの実施形態は「Ｌ」字状と呼ばれる。「Ｃ」字状形態の別の変更形態であるこの形態は、長さが異なり互いに垂直な２つの真っ直ぐなセクション３６ａ及び３６ｂを含む。接続アーム３７は「Ｌ」字状形態と同一である。
【００６１】
図４に示す、好適な実施形態によれば、Ｃ字状の基本形態はチャネルの幅Ｌｃの３倍に等しい総幅ＬＴを有する。例として、チャネルＬｃの幅は１０ｍｍに等しい。したがって、総幅ＬＴは３０ｍｍに等しい。同様に、図５に示す、好適な実施形態では、各接続アームはチャネルの幅Ｌｃの３倍に等しい総幅ＬＴを含む。そのように寸法決めされたこれらの基本形態と接続アームとの組合せは図６に示す。
【００６２】
図７は、切取り線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った、図６の全体の横断面である。基本形態２５及び接続アーム２６は好ましくはチャネルの幅Ｌｃの約半分に等しい高さｈを有する。換言すれば、高さｈは上記の例に関してほぼ５ｍｍに等しい。
【００６３】
好適な実施形態によれば、本発明によるバイオリアクターは透明材料からなる少なくとも２つの並置プレートで実装される。この構造は図８及び図９に示す。
【００６４】
バイオリアクターは、基本形態２５、接続アーム２６、流体入口２１、流体出口２２、並びに、図示の実施形態では、深さが異なる２つのリザーバ２７〜２８及び真っ直ぐなセクション２９がエッチングされている、第１のプレート及び第２のプレート１００―２００を含む。
【００６５】
シーリング目地５０が２つのプレート１００―２００間に位置決めされ、これらのプレートは、接続アーム２６が基本形態２５間にチャネル２０の入口２１及び出口２２との水密の流体連通を可能にするように位置決めされるようにして並置される。
【００６６】
図示の実施形態では、第１のリザーバ２７はチャネルの高さｈの４倍にほぼ等しい深さＰ１を有する。このリザーバを作製するには、２つのプレート１００及び２００をチャネルの高さの２倍にほぼ等しい深さまでエッチングする。
【００６７】
同様にして、リザーバ２８はチャネルの高さｈの２倍にほぼ等しい深さＰ２を有する。このリザーバを作製するには、２つのプレート１００及び２００をチャネルの高さにほぼ等しい深さまでエッチングする。
【００６８】
任意選択的に、バイオリアクターは、熱交換により培養培地の温度を調整するように伝熱流体を循環させる回路３５０がエッチングされている第３のプレート３００を含む。
【００６９】
好ましくは、プレート３００は基本形態２５を支持するプレート１００に並置される。これにより、伝熱流体及び培養培地間の熱交換面積が改善される。シーリング目地５１が、水密を確実にするように２つのプレート１００及び３００間に位置決めされる。
【００７０】
この伝熱流体は、光合成微生物の成長に有用な放射に対して透過性でなければならない。好ましくはこの流体は水である。
【００７１】
好ましくは、バイオリアクターは、リザーバ２７〜２８内の測定器具４１０用の水密支持体として働くことを意図された着脱可能な蓋４００を有する。この蓋４００は、微生物の採取又は注入用の針通路４２０用の孔も含むことができる。
【００７２】
図示の実施形態では、本発明による光バイオリアクターは縦に用いられる。この位置により、反応培養培地に形成されかねないガス気泡をバイオリアクターの上部に向けて除去し易くすることが可能となる。
【００７３】
多くの変形形態及び代替形態を本発明から逸脱しない限り行うことができ、特に：
・  バイオリアクターは、縦に用いられる場合に気泡をリザーバの頂部に向けて除去することを促すように壁が構成される基本形態を含むことができる。
・  バイオリアクターは、流体が内部を循環する際にラグランジアンカオスによる混合を発生させる種々の幾何学的形状の基本形態の組合せを含むことができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図２ｆ】
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【図２ｇ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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