本發(fā)明是涉及一種振動型培養(yǎng)裝置及使用其的培養(yǎng)方法。

本申請主張以2015年1月29日申請的日本特愿2015-015426號為基礎的優(yōu)先權，并在此援引其內(nèi)容。

背景技術：

微生物、昆蟲細胞、植物細胞、動物細胞等的大量培養(yǎng)，被廣泛使用于醫(yī)藥品、食品、化妝品及作為這些的原材料等而有用的各種物質的生產(chǎn)中。

在專利文獻1中，記載有氣密地收納具有帶攪拌翼旋轉軸的攪拌裝置的培養(yǎng)袋。該培養(yǎng)裝置，在攪拌時，由攪拌翼所致的高的剪應力在體系內(nèi)產(chǎn)生。另外，有時會產(chǎn)生由攪拌翼的軸承部分的滑動所致的顆粒。而且，有價格方面的問題、攪拌翼及培養(yǎng)袋的接合方法的問題。

在專利文獻2中，記載有使由平袋所構成的培養(yǎng)袋固定在托盤狀的支撐裝置的培養(yǎng)裝置。采用該培養(yǎng)裝置時，平袋為被設置成橫放，因此存在大規(guī)模化時占有面積增大的問題。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4986659號公報

專利文獻2：日本專利第5214714號公報

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供一種不使用攪拌翼，可進行大規(guī)模的培養(yǎng)的振動型培養(yǎng)裝置及使用其的培養(yǎng)方法。

解決技術問題的技術手段

本發(fā)明為解決上述課題，提供一種振動型培養(yǎng)裝置，其包括：培養(yǎng)袋，其由軟包裝材料構成；外殼容器，其收納所述培養(yǎng)袋整體，以可進行其溫度調整的方式被設置；以及動力源，其使收納所述培養(yǎng)袋的所述外殼容器振動，其中通過使收納所述培養(yǎng)袋的所述外殼容器振動，可攪拌混合所述培養(yǎng)袋內(nèi)的內(nèi)容物。

收納所述培養(yǎng)袋的所述外殼容器，優(yōu)選在水平方向上旋轉。

優(yōu)選收納所述培養(yǎng)袋的所述外殼容器的振動轉速為0.1～2000rpm，振幅為0.1～100mm。

優(yōu)選所述培養(yǎng)裝置包括檢測所述培養(yǎng)袋內(nèi)的所述內(nèi)容物的波的高度的裝置，并具有調整收納所述培養(yǎng)袋的所述外殼容器的振動轉速、以使得所述內(nèi)容物的波的高度穩(wěn)定的調整機構。

所述外殼容器優(yōu)選包括可通過循環(huán)水的夾層結構或橡膠加熱器。

優(yōu)選所述培養(yǎng)袋為方形袋(gussetbag)，具有注出口。

優(yōu)選所述振動型培養(yǎng)裝置具有傳感器，該傳感器測定所述培養(yǎng)袋內(nèi)的內(nèi)容物的ph或溶解氧濃度(do)；以及利用所述傳感器所獲得的數(shù)據(jù)的反饋控制機構。

為使所述內(nèi)容物的ph穩(wěn)定，優(yōu)選所述培養(yǎng)袋具有酸或堿的投入口。

為追加及取出所述內(nèi)容物，優(yōu)選所述培養(yǎng)袋可連接有各個管體。

優(yōu)選所述培養(yǎng)袋具有用于供給空氣或氧氣至所述內(nèi)容物的機構。

優(yōu)選所述外殼容器的內(nèi)部空間為圓柱形狀，圓柱的圓位于外殼的底面，圓的直徑與圓柱的高的比為1：2～2：1。

優(yōu)選內(nèi)容物被所述培養(yǎng)袋收納，由于所述培養(yǎng)袋因所述內(nèi)容物的重量而變形且附著于所述外殼容器的內(nèi)表面，由此，所述培養(yǎng)袋被所述外殼容器支撐。

另外，本發(fā)明提供一種使用所述振動型培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)方法。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，通過使用外殼容器，不使用攪拌翼，容易進行由少量到大容量的規(guī)模升級。另外，通過振動容器，能夠以低剪應力在一個容器內(nèi)，進行由少量至大容量的攪拌，可進行效率良好的細胞培養(yǎng)。另外，由于不具有攪拌翼，所以可抑制由攪拌翼的軸承部分所致的顆粒的產(chǎn)生?？商峁┮环N即使因為培養(yǎng)而裝置被污染，也更換培養(yǎng)袋即可，而無需廢棄攪拌翼及攪拌磁鐵，所以相較于以前更廉價的培養(yǎng)裝置。

附圖說明

圖1為表示培養(yǎng)袋的一個例子的立體圖。

圖2為表示外殼容器的一個例子的立體圖。

圖3為表示收納培養(yǎng)袋的外殼容器的一個例子的剖面圖。

圖4為表示振動型培養(yǎng)裝置的一個例子的立體圖。

圖5(a)為表示外殼容器的一個例子的俯視圖；圖5(b)為表示外殼容器振動動作的一個例子的俯視圖。

具體實施方式

以下，以優(yōu)選的實施方式為基礎，參照圖面說明本發(fā)明。

圖1表示培養(yǎng)袋10的一個例子。該培養(yǎng)袋10由膜12、13等軟包裝材料所構成。在圖1中，在一對膜12之間，設置一對具有折疊的膜13，通過在膜12、13的周緣部設置密封部11，表示被密封的方形袋。作為袋的形狀，可例舉圓筒形、方管形等。培養(yǎng)袋10為二層袋及三層袋等多層包裝袋時，液體不易泄漏，故而優(yōu)選。

構成培養(yǎng)袋10的膜的材質沒有特別限定，可例舉聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚烯烴等熱塑性樹脂、或這些熱塑性樹脂的層疊體。使用于培養(yǎng)袋10的膜，優(yōu)選為與在精制工序中使用的膜相同的材質。通過使用與培養(yǎng)工序及精制工序中相同的膜，可容易擔保所制成的醫(yī)藥品的產(chǎn)品質量。

培養(yǎng)袋10的容量(大小)，雖然未特別限定，可使其為例如0.1l～5000l的大小，優(yōu)選為1～2000l。培養(yǎng)袋10也可以為單次使用(一次性)的培養(yǎng)袋。

出于培養(yǎng)基及環(huán)境氣體等內(nèi)容物的追加、取出等目的，在培養(yǎng)袋10上可以連結多個管體14、15。另外，培養(yǎng)袋10可具有注出口16。在注出口16中，也可設置龍頭、蓋體、尖銳狀的注口等。也可以在注出口16連結管體14、15。在本實施方式的情形下，通過注出口16的基部17被密封到膜12的內(nèi)側，注出口16被固定在培養(yǎng)袋10。

管體的材質，雖然未特別限定，優(yōu)選為硅膠及熱性彈性體等耐藥性及耐候性等優(yōu)異的材質。在管體也可以設置過濾器、流動監(jiān)視器、流量計、閥體、泵等。培養(yǎng)袋10及管體14、15優(yōu)選在培養(yǎng)前被滅菌。滅菌方法可根據(jù)培養(yǎng)目的等而適宜選擇，作為具體例，可例舉γ射線等放射線、環(huán)氧乙烷等氣體、利用水蒸氣等進行的加熱等。

圖2表示外殼容器20的一個例子。另外，圖3表示將圖1的培養(yǎng)袋10收納在圖2的外殼容器20之后的狀態(tài)的剖面圖。外殼容器20用于保護由軟包裝材料所構成的培養(yǎng)袋10，如圖3所示，能夠收納培養(yǎng)袋10的整體。

外殼容器的構成未特別限定，如圖2所示的外殼容器20包括：具有側壁部21a及底壁部21b的容器主體21、與封閉側壁部21a的上方開口部的蓋部22。當通過側壁部21a，可在培養(yǎng)袋10的上下方向，收納整體或大部分時，也可以省略蓋部22。也可以以容器主體21覆蓋培養(yǎng)袋10的側面的下部，以蓋部22覆蓋培養(yǎng)袋10的側面的上部。

為抑制內(nèi)部的溫度變動，優(yōu)選以蓋部22封閉用于相對于外殼容器20將培養(yǎng)袋10拿進拿出的開口部。蓋部22可以是可自容器主體21分離的取出式，也可以相對于容器主體21，通過鉸鏈等以可開關的方式被連結。

外裝容器20(例如容器主體21及蓋部22)的材質，優(yōu)選具有可保護培養(yǎng)袋10的硬度(剛性)，可例舉不銹鋼等金屬、樹脂、木材、集成材料、纖維強化塑料等復合材料。

從攪拌效率的觀點考慮，優(yōu)選外殼容器的內(nèi)部空間為圓柱形，圓柱的圓部分位于外殼容器的底面。位于內(nèi)部空間的圓柱的底面的圓的直徑(內(nèi)徑)與圓柱的高度的比，例如為1：2～2：1。內(nèi)徑與高度也可以相同(比為1：1)。

被外殼容器20收納的培養(yǎng)袋10的內(nèi)容物，優(yōu)選含有液體(培養(yǎng)基)26及氣體27。氣體與液體的容量比(氣液容量比)，并無特別限制，可以液體比氣體多，也可以氣體比液體多，也可以各占一半。氣液容量比優(yōu)選為例如1：9～9：1的范圍。優(yōu)選培養(yǎng)袋10為在至少收納液體(培養(yǎng)基)26的范圍的整體或大部分，培養(yǎng)袋10附著于外殼容器20，外殼容器20支撐培養(yǎng)袋10的側面。在培養(yǎng)袋10收納氣體27的部分中，培養(yǎng)袋10的上部(一部份)也可以被露出于外殼容器20之上(外)。

培養(yǎng)基26只要通過振動可攪拌，則未特別限定，也可以是溶液、乳液、懸浮液、分散液、凝膠等。培養(yǎng)基26可以是均勻的單相組合物，也可以是含有固體成分的液體等，由兩相以上所構成。培養(yǎng)基26優(yōu)選為在培養(yǎng)前被滅菌。而且，培養(yǎng)基26可含有微生物、昆蟲細胞、植物細胞、動物細胞、組織、細胞片體及細胞塊等生物(培養(yǎng)對象物)。在需要支架的培養(yǎng)中，也可以將粒狀物、塊狀物、發(fā)泡體、纖維質等固體成分，作為培養(yǎng)基材而混合到培養(yǎng)基中。

氣體27可以是含有空氣(或者含氧氣的氣體)的有氧氣氛，也可以是氧氣濃度較低的厭氧氣氛。氣體27的組成，雖然未特別限定，但一般為兩種以上的混合氣體。作為氣體27的成分，可例舉氧(o2)等氧化性氣體、氮(n2)及氬(ar)等惰性氣體、二氧化碳(co2)等酸性氣體、氨(nh3)等堿性氣體、硫化氫(h2s)等還原性氣體等。被供給到培養(yǎng)袋10的氣體，優(yōu)選為通過了過濾器的氣體?？諝?、氧及二氧化碳等氣體，優(yōu)選自下方(液體側)或上方(氣體側)的任一者或兩者導入。

在側壁部21a具有用于以目視確認被收納在外殼容器20的培養(yǎng)袋10的內(nèi)容物的量(液面)的窗23。窗23被設成在側壁部21a的上下方向上的狹縫狀切口。窗23可以為開口，也可以以透明材料被封閉。另外，在底壁部21b及蓋部22具有用于通過管體14、15的孔24、25。

在本實施方式中，雖然在培養(yǎng)袋10的上表面設置2個管體14，在培養(yǎng)袋10的下表面設置2個管體15，但是，管體14、15的設置及個數(shù)并未特別限定，可在適宜位置設置所希望的個數(shù)。管體的設置可例如在培養(yǎng)袋的上部、下部、側部的任意部位設置一個或兩個以上。透過這些管體，可進行內(nèi)容物的取樣、流動物(氣體、液體及粉體等)的導入及排出、營養(yǎng)成分的供給及廢物的去除等。也可以通過管體，設置包括培養(yǎng)袋及外部裝置的循環(huán)路徑，將培養(yǎng)液的一部分以外部裝置處理之后，回到培養(yǎng)袋的結構。

如圖3所示，當使培養(yǎng)袋10收納在外殼容器20時，培養(yǎng)袋10根據(jù)內(nèi)容物的重量而變形，附著于外殼容器20的內(nèi)表面。通過培養(yǎng)袋10與外殼容器20之間在寬廣的面積接觸，即使無機械性的嵌合、卡合，或化學性的粘接、吸附也會附著，產(chǎn)生可耐受振動的固定力。外殼容器20的內(nèi)表面優(yōu)選為平滑，例如通過拋光等被研磨。雖然內(nèi)表面也可以有平緩的凹凸，但是，相對于構成培養(yǎng)袋10的膜12、13(參照圖1)的厚度，優(yōu)選沒有導致膜12、13的破損及劣化的微小凹凸及形狀變化(銳角部等)。

外殼容器20優(yōu)選具有溫度調整機構(結構)，使得可進行培養(yǎng)袋10及其內(nèi)容物的溫度調整。作為溫度調整機構，可例舉可通過循環(huán)水等的熱介質的夾層結構、橡膠加熱器等加熱裝置等，但并不限定于此。

圖4表示振動外殼容器20的振動裝置30的一個例子。振動裝置30包括包圍外殼容器20的座部31及框部32、與振動外殼容器20的動力源33。如圖3所示，振動裝置30可在收納培養(yǎng)袋10的狀態(tài)下，直接振動外殼容器20。本實施方式的振動型培養(yǎng)裝置具有收納培養(yǎng)袋10的外殼容器20、及振動裝置30，通過振動收納培養(yǎng)袋10的外殼容器20，可一邊攪拌混合培養(yǎng)袋10內(nèi)的內(nèi)容物，一邊培養(yǎng)。

圖5(b)表示外殼容器的振動動作的一個例子。在本實施方式中，外殼容器20的平面形狀為圓形，立體形狀為使中心軸約略往上下的圓柱。圖5(a)表示外殼容器20的中心20c及半徑20r。在圖5(b)的振動動作中，外殼容器20的中心20c在半徑r的軌道c上旋轉(公轉)。在該情形下，振動的振幅為半徑r的兩倍。而且，也可以使外殼容器20在中心20c周圍旋轉(自轉)。圖示例的半徑r雖然小于半徑20r，但是，圖示的比率并非特別正確表示實際比率。

當振動時，收納培養(yǎng)袋10的外殼容器20，優(yōu)選沿水平方向旋轉。旋轉方向也可以包括水平成分及垂直成分這兩者。垂直成分的大小優(yōu)選小于水平成分的大小(包括垂直成分為0的情形)。通過不是往一個方向振動，而是納入旋轉，可效率良好地攪拌。攪拌時的剪應力不易施加在培養(yǎng)袋上，可效率良好地培養(yǎng)。旋轉的速度及方向可適宜控制。通過改變旋轉速度及旋轉方向，不只實現(xiàn)水平方向的液體攪拌，也可實現(xiàn)垂直方向的攪拌。

優(yōu)選根據(jù)培養(yǎng)體系設定旋轉速度及振幅等，并通過程序控制。例如，如果是大腸桿菌的培養(yǎng)，優(yōu)選提高溶液中的溶解氧濃度(dissolvedoxygen；do)來培養(yǎng)。為提高do，優(yōu)選使之激烈振動，使氣液的混合激烈。另一方面，如果是動物細胞的培養(yǎng)時，優(yōu)選抑制培養(yǎng)液的起泡，溫和地攪拌。本實施方式的振動培養(yǎng)裝置，可例如控制下述的控制因子中的一個或兩個以上，以進行培養(yǎng)。

·裝置的振動的轉速及振動方向

·培養(yǎng)基的ph

·培養(yǎng)基的空氣通氣量

·培養(yǎng)基的溫度

·液面的高度(波的高度)

振動方向，優(yōu)選以任意的模式重復右轉及左轉、或者正轉及逆轉。振動裝置的旋轉速度及轉速，優(yōu)選組合系統(tǒng)，使得通過控制盤等進行控制。振動裝置優(yōu)選為可使旋轉方向任意切換。因此，動力源及旋轉裝置，優(yōu)選包括可正逆雙向旋轉的機構。另外，優(yōu)選通過程序，控制旋轉模式。旋轉模式未被特別限定，以下舉出幾個例子。

(1)正轉→停止→逆轉→停止→正轉→停止→逆轉→(重復)

(2)正轉→停止→正轉→停止→逆轉→停止→逆轉→(重復)

(3)正轉→停止→正轉→停止→正轉→停止→正轉→(重復)

外殼容器的振動的轉速及振幅可以任意設定，但為了在旋轉時使在培養(yǎng)袋內(nèi)內(nèi)容物的波的高度(例如，液面的平均高度、最大高度及高低差等)的上升幅度在一定范圍內(nèi)，優(yōu)選檢測波的高度，由波的高度以反饋控制等調整轉速。轉速優(yōu)選為0.1～2000rpm(每分鐘一圈)，更優(yōu)選為0.1～200rpm，進一步優(yōu)選為0.1～100rpm，最優(yōu)選為10～80rpm。振幅優(yōu)選為0.1～100mm，更優(yōu)選為2～100mm，進一步優(yōu)選為10～30mm。而且，當旋轉方向改變時，轉速為，右轉速與左轉速的和、或者正轉速與逆轉速的和，即，為轉速(非負值)的合計，而不依賴于旋轉方向。

培養(yǎng)袋優(yōu)選具有測定內(nèi)容物的ph或do的傳感器、及利用由傳感器所獲得的數(shù)據(jù)的反饋控制機構。

關于氫離子指數(shù)(ph)，可以通過插入ph電極到培養(yǎng)袋、或者、通過將因ph而變色的芯片粘貼到體系內(nèi)，從而可知道體系內(nèi)的ph。當欲使體系內(nèi)為酸性時，通過導入二氧化碳氣體或者滴加酸溶液，可將ph改變成酸性側。當導入二氧化碳氣體時，為防止二氧化碳氣體在溶液中溶解超過需要，優(yōu)選從培養(yǎng)袋的上表面導入二氧化碳氣體，或者自培養(yǎng)袋底部間歇地導入。當欲使體系內(nèi)為堿性時，通過添加堿性溶液，可使ph為堿性。用于使ph一定的酸或堿的投入口，可以設在管體14、15或注出口16，或者，也可以設在其他地方。

對于do(溶解氧濃度)，優(yōu)選測定空氣通氣量，施加反饋控制，導入氧氣。作為氧氣(o2)的供給方法，優(yōu)選自溶液內(nèi)(液面下)具有出口的管體導入，使得氧氣布滿溶液內(nèi)。

對于內(nèi)容物(培養(yǎng)基)的溫度，可使用外殼容器20的溫度調整功能(上述)，進行溫度調整。培養(yǎng)溫度根據(jù)被培養(yǎng)的生物的種類而定，當例如為微生物時，優(yōu)選為4～40℃，特別優(yōu)選為25～37℃。當不培養(yǎng)而用作培養(yǎng)基等攪拌裝置時，也可以冷卻(例如4～20℃)。溫度管理為通過放置溫度計到培養(yǎng)袋10，利用其測定值，可進行反饋控制。溫度計雖然也可以為接觸式溫度計，但是，優(yōu)選為定置型非接觸溫度計。

本實施方式的振動型培養(yǎng)裝置，可應用在流加培養(yǎng)(饋料批次方式)、灌流培養(yǎng)(灌注方式)中的任一者。培養(yǎng)的生物體、細胞等，雖然未特別限定，但是，可使用于以大腸桿菌為首的菌類、酵母、微生物、昆蟲細胞、植物細胞、動物細胞、生物醫(yī)藥制造用的cho(chinesehamsterovary)細胞、hela細胞、cos細胞、再生醫(yī)療用途的ips細胞、以間葉系干細胞為首的干細胞、分化后的組織細胞等動物細胞等的培養(yǎng)。其中，適合于cho細胞的培養(yǎng)。

本實施方式的振動型培養(yǎng)裝置及使用其的培養(yǎng)方法，尤其適合于大規(guī)模的培養(yǎng)。當振動裝置為特別大規(guī)模時，優(yōu)選搭載平衡配重(counterbalance)。當搭載平衡配重時，即使使用含有大容量培養(yǎng)基的培養(yǎng)袋，也可以穩(wěn)定地運轉裝置。也可以通過在一個振動裝置搭載兩個以上的培養(yǎng)袋，發(fā)揮彼此制衡的功能。

以上，雖然依據(jù)優(yōu)選的實施方式說明本發(fā)明，但是，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，在不脫逸本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)，可進行各種改變。

上述振動裝置，在培養(yǎng)之外，也可利用于組合物(培養(yǎng)基等)的攪拌、調制、化學反應及發(fā)酵等。

附圖標記說明

10：培養(yǎng)袋；11：密封部；12、13：膜；14、15：管體；16：注出口；17：基部；20：外殼容器；21：容器主體；21a：側壁部；21b：底壁部；22：蓋部；23：窗；24、25：孔；30：振動裝置；31：座部；32：框部；33：動力源。