振动型培养装置及使用其的培养方法与流程

本发明是涉及一种振动型培养装置及使用其的培养方法。

本申请主张以2015年1月29日申请的日本特愿2015-015426号为基础的优先权，并在此援引其内容。

背景技术：

微生物、昆虫细胞、植物细胞、动物细胞等的大量培养，被广泛使用于医药品、食品、化妆品及作为这些的原材料等而有用的各种物质的生产中。

在专利文献1中，记载有气密地收纳具有带搅拌翼旋转轴的搅拌装置的培养袋。该培养装置，在搅拌时，由搅拌翼所致的高的剪应力在体系内产生。另外，有时会产生由搅拌翼的轴承部分的滑动所致的颗粒。而且，有价格方面的问题、搅拌翼及培养袋的接合方法的问题。

在专利文献2中，记载有使由平袋所构成的培养袋固定在托盘状的支撑装置的培养装置。采用该培养装置时，平袋为被设置成横放，因此存在大规模化时占有面积增大的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4986659号公报

专利文献2：日本专利第5214714号公报

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种不使用搅拌翼，可进行大规模的培养的振动型培养装置及使用其的培养方法。

解决技术问题的技术手段

本发明为解决上述课题，提供一种振动型培养装置，其包括：培养袋，其由软包装材料构成；外壳容器，其收纳所述培养袋整体，以可进行其温度调整的方式被设置；以及动力源，其使收纳所述培养袋的所述外壳容器振动，其中通过使收纳所述培养袋的所述外壳容器振动，可搅拌混合所述培养袋内的内容物。

收纳所述培养袋的所述外壳容器，优选在水平方向上旋转。

优选收纳所述培养袋的所述外壳容器的振动转速为0.1～2000rpm，振幅为0.1～100mm。

优选所述培养装置包括检测所述培养袋内的所述内容物的波的高度的装置，并具有调整收纳所述培养袋的所述外壳容器的振动转速、以使得所述内容物的波的高度稳定的调整机构。

所述外壳容器优选包括可通过循环水的夹层结构或橡胶加热器。

优选所述培养袋为方形袋(gussetbag)，具有注出口。

优选所述振动型培养装置具有传感器，该传感器测定所述培养袋内的内容物的ph或溶解氧浓度(do)；以及利用所述传感器所获得的数据的反馈控制机构。

为使所述内容物的ph稳定，优选所述培养袋具有酸或碱的投入口。

为追加及取出所述内容物，优选所述培养袋可连接有各个管体。

优选所述培养袋具有用于供给空气或氧气至所述内容物的机构。

优选所述外壳容器的内部空间为圆柱形状，圆柱的圆位于外壳的底面，圆的直径与圆柱的高的比为1：2～2：1。

优选内容物被所述培养袋收纳，由于所述培养袋因所述内容物的重量而变形且附着于所述外壳容器的内表面，由此，所述培养袋被所述外壳容器支撑。

另外，本发明提供一种使用所述振动型培养装置的培养方法。

发明效果

根据本发明，通过使用外壳容器，不使用搅拌翼，容易进行由少量到大容量的规模升级。另外，通过振动容器，能够以低剪应力在一个容器内，进行由少量至大容量的搅拌，可进行效率良好的细胞培养。另外，由于不具有搅拌翼，所以可抑制由搅拌翼的轴承部分所致的颗粒的产生。可提供一种即使因为培养而装置被污染，也更换培养袋即可，而无需废弃搅拌翼及搅拌磁铁，所以相较于以前更廉价的培养装置。

附图说明

图1为表示培养袋的一个例子的立体图。

图2为表示外壳容器的一个例子的立体图。

图3为表示收纳培养袋的外壳容器的一个例子的剖面图。

图4为表示振动型培养装置的一个例子的立体图。

图5(a)为表示外壳容器的一个例子的俯视图；图5(b)为表示外壳容器振动动作的一个例子的俯视图。

具体实施方式

以下，以优选的实施方式为基础，参照图面说明本发明。

图1表示培养袋10的一个例子。该培养袋10由膜12、13等软包装材料所构成。在图1中，在一对膜12之间，设置一对具有折叠的膜13，通过在膜12、13的周缘部设置密封部11，表示被密封的方形袋。作为袋的形状，可例举圆筒形、方管形等。培养袋10为二层袋及三层袋等多层包装袋时，液体不易泄漏，故而优选。

构成培养袋10的膜的材质没有特别限定，可例举聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚烯烃等热塑性树脂、或这些热塑性树脂的层叠体。使用于培养袋10的膜，优选为与在精制工序中使用的膜相同的材质。通过使用与培养工序及精制工序中相同的膜，可容易担保所制成的医药品的产品质量。

培养袋10的容量(大小)，虽然未特别限定，可使其为例如0.1l～5000l的大小，优选为1～2000l。培养袋10也可以为单次使用(一次性)的培养袋。

出于培养基及环境气体等内容物的追加、取出等目的，在培养袋10上可以连结多个管体14、15。另外，培养袋10可具有注出口16。在注出口16中，也可设置龙头、盖体、尖锐状的注口等。也可以在注出口16连结管体14、15。在本实施方式的情形下，通过注出口16的基部17被密封到膜12的内侧，注出口16被固定在培养袋10。

管体的材质，虽然未特别限定，优选为硅胶及热性弹性体等耐药性及耐候性等优异的材质。在管体也可以设置过滤器、流动监视器、流量计、阀体、泵等。培养袋10及管体14、15优选在培养前被灭菌。灭菌方法可根据培养目的等而适宜选择，作为具体例，可例举γ射线等放射线、环氧乙烷等气体、利用水蒸气等进行的加热等。

图2表示外壳容器20的一个例子。另外，图3表示将图1的培养袋10收纳在图2的外壳容器20之后的状态的剖面图。外壳容器20用于保护由软包装材料所构成的培养袋10，如图3所示，能够收纳培养袋10的整体。

外壳容器的构成未特别限定，如图2所示的外壳容器20包括：具有侧壁部21a及底壁部21b的容器主体21、与封闭侧壁部21a的上方开口部的盖部22。当通过侧壁部21a，可在培养袋10的上下方向，收纳整体或大部分时，也可以省略盖部22。也可以以容器主体21覆盖培养袋10的侧面的下部，以盖部22覆盖培养袋10的侧面的上部。

为抑制内部的温度变动，优选以盖部22封闭用于相对于外壳容器20将培养袋10拿进拿出的开口部。盖部22可以是可自容器主体21分离的取出式，也可以相对于容器主体21，通过铰链等以可开关的方式被连结。

外装容器20(例如容器主体21及盖部22)的材质，优选具有可保护培养袋10的硬度(刚性)，可例举不锈钢等金属、树脂、木材、集成材料、纤维强化塑料等复合材料。

从搅拌效率的观点考虑，优选外壳容器的内部空间为圆柱形，圆柱的圆部分位于外壳容器的底面。位于内部空间的圆柱的底面的圆的直径(内径)与圆柱的高度的比，例如为1：2～2：1。内径与高度也可以相同(比为1：1)。

被外壳容器20收纳的培养袋10的内容物，优选含有液体(培养基)26及气体27。气体与液体的容量比(气液容量比)，并无特别限制，可以液体比气体多，也可以气体比液体多，也可以各占一半。气液容量比优选为例如1：9～9：1的范围。优选培养袋10为在至少收纳液体(培养基)26的范围的整体或大部分，培养袋10附着于外壳容器20，外壳容器20支撑培养袋10的侧面。在培养袋10收纳气体27的部分中，培养袋10的上部(一部份)也可以被露出于外壳容器20之上(外)。

培养基26只要通过振动可搅拌，则未特别限定，也可以是溶液、乳液、悬浮液、分散液、凝胶等。培养基26可以是均匀的单相组合物，也可以是含有固体成分的液体等，由两相以上所构成。培养基26优选为在培养前被灭菌。而且，培养基26可含有微生物、昆虫细胞、植物细胞、动物细胞、组织、细胞片体及细胞块等生物(培养对象物)。在需要支架的培养中，也可以将粒状物、块状物、发泡体、纤维质等固体成分，作为培养基材而混合到培养基中。

气体27可以是含有空气(或者含氧气的气体)的有氧气氛，也可以是氧气浓度较低的厌氧气氛。气体27的组成，虽然未特别限定，但一般为两种以上的混合气体。作为气体27的成分，可例举氧(o2)等氧化性气体、氮(n2)及氩(ar)等惰性气体、二氧化碳(co2)等酸性气体、氨(nh3)等碱性气体、硫化氢(h2s)等还原性气体等。被供给到培养袋10的气体，优选为通过了过滤器的气体。空气、氧及二氧化碳等气体，优选自下方(液体侧)或上方(气体侧)的任一者或两者导入。

在侧壁部21a具有用于以目视确认被收纳在外壳容器20的培养袋10的内容物的量(液面)的窗23。窗23被设成在侧壁部21a的上下方向上的狭缝状切口。窗23可以为开口，也可以以透明材料被封闭。另外，在底壁部21b及盖部22具有用于通过管体14、15的孔24、25。

在本实施方式中，虽然在培养袋10的上表面设置2个管体14，在培养袋10的下表面设置2个管体15，但是，管体14、15的设置及个数并未特别限定，可在适宜位置设置所希望的个数。管体的设置可例如在培养袋的上部、下部、侧部的任意部位设置一个或两个以上。透过这些管体，可进行内容物的取样、流动物(气体、液体及粉体等)的导入及排出、营养成分的供给及废物的去除等。也可以通过管体，设置包括培养袋及外部装置的循环路径，将培养液的一部分以外部装置处理之后，回到培养袋的结构。

如图3所示，当使培养袋10收纳在外壳容器20时，培养袋10根据内容物的重量而变形，附着于外壳容器20的内表面。通过培养袋10与外壳容器20之间在宽广的面积接触，即使无机械性的嵌合、卡合，或化学性的粘接、吸附也会附着，产生可耐受振动的固定力。外壳容器20的内表面优选为平滑，例如通过抛光等被研磨。虽然内表面也可以有平缓的凹凸，但是，相对于构成培养袋10的膜12、13(参照图1)的厚度，优选没有导致膜12、13的破损及劣化的微小凹凸及形状变化(锐角部等)。

外壳容器20优选具有温度调整机构(结构)，使得可进行培养袋10及其内容物的温度调整。作为温度调整机构，可例举可通过循环水等的热介质的夹层结构、橡胶加热器等加热装置等，但并不限定于此。

图4表示振动外壳容器20的振动装置30的一个例子。振动装置30包括包围外壳容器20的座部31及框部32、与振动外壳容器20的动力源33。如图3所示，振动装置30可在收纳培养袋10的状态下，直接振动外壳容器20。本实施方式的振动型培养装置具有收纳培养袋10的外壳容器20、及振动装置30，通过振动收纳培养袋10的外壳容器20，可一边搅拌混合培养袋10内的内容物，一边培养。

图5(b)表示外壳容器的振动动作的一个例子。在本实施方式中，外壳容器20的平面形状为圆形，立体形状为使中心轴约略往上下的圆柱。图5(a)表示外壳容器20的中心20c及半径20r。在图5(b)的振动动作中，外壳容器20的中心20c在半径r的轨道c上旋转(公转)。在该情形下，振动的振幅为半径r的两倍。而且，也可以使外壳容器20在中心20c周围旋转(自转)。图示例的半径r虽然小于半径20r，但是，图示的比率并非特别正确表示实际比率。

当振动时，收纳培养袋10的外壳容器20，优选沿水平方向旋转。旋转方向也可以包括水平成分及垂直成分这两者。垂直成分的大小优选小于水平成分的大小(包括垂直成分为0的情形)。通过不是往一个方向振动，而是纳入旋转，可效率良好地搅拌。搅拌时的剪应力不易施加在培养袋上，可效率良好地培养。旋转的速度及方向可适宜控制。通过改变旋转速度及旋转方向，不只实现水平方向的液体搅拌，也可实现垂直方向的搅拌。

优选根据培养体系设定旋转速度及振幅等，并通过程序控制。例如，如果是大肠杆菌的培养，优选提高溶液中的溶解氧浓度(dissolvedoxygen；do)来培养。为提高do，优选使之激烈振动，使气液的混合激烈。另一方面，如果是动物细胞的培养时，优选抑制培养液的起泡，温和地搅拌。本实施方式的振动培养装置，可例如控制下述的控制因子中的一个或两个以上，以进行培养。

·装置的振动的转速及振动方向

·培养基的ph

·培养基的空气通气量

·培养基的温度

·液面的高度(波的高度)

振动方向，优选以任意的模式重复右转及左转、或者正转及逆转。振动装置的旋转速度及转速，优选组合系统，使得通过控制盘等进行控制。振动装置优选为可使旋转方向任意切换。因此，动力源及旋转装置，优选包括可正逆双向旋转的机构。另外，优选通过程序，控制旋转模式。旋转模式未被特别限定，以下举出几个例子。

(1)正转→停止→逆转→停止→正转→停止→逆转→(重复)

(2)正转→停止→正转→停止→逆转→停止→逆转→(重复)

(3)正转→停止→正转→停止→正转→停止→正转→(重复)

外壳容器的振动的转速及振幅可以任意设定，但为了在旋转时使在培养袋内内容物的波的高度(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围内，优选检测波的高度，由波的高度以反馈控制等调整转速。转速优选为0.1～2000rpm(每分钟一圈)，更优选为0.1～200rpm，进一步优选为0.1～100rpm，最优选为10～80rpm。振幅优选为0.1～100mm，更优选为2～100mm，进一步优选为10～30mm。而且，当旋转方向改变时，转速为，右转速与左转速的和、或者正转速与逆转速的和，即，为转速(非负值)的合计，而不依赖于旋转方向。

培养袋优选具有测定内容物的ph或do的传感器、及利用由传感器所获得的数据的反馈控制机构。

关于氢离子指数(ph)，可以通过插入ph电极到培养袋、或者、通过将因ph而变色的芯片粘贴到体系内，从而可知道体系内的ph。当欲使体系内为酸性时，通过导入二氧化碳气体或者滴加酸溶液，可将ph改变成酸性侧。当导入二氧化碳气体时，为防止二氧化碳气体在溶液中溶解超过需要，优选从培养袋的上表面导入二氧化碳气体，或者自培养袋底部间歇地导入。当欲使体系内为碱性时，通过添加碱性溶液，可使ph为碱性。用于使ph一定的酸或碱的投入口，可以设在管体14、15或注出口16，或者，也可以设在其他地方。

对于do(溶解氧浓度)，优选测定空气通气量，施加反馈控制，导入氧气。作为氧气(o2)的供给方法，优选自溶液内(液面下)具有出口的管体导入，使得氧气布满溶液内。

对于内容物(培养基)的温度，可使用外壳容器20的温度调整功能(上述)，进行温度调整。培养温度根据被培养的生物的种类而定，当例如为微生物时，优选为4～40℃，特别优选为25～37℃。当不培养而用作培养基等搅拌装置时，也可以冷却(例如4～20℃)。温度管理为通过放置温度计到培养袋10，利用其测定值，可进行反馈控制。温度计虽然也可以为接触式温度计，但是，优选为定置型非接触温度计。

本实施方式的振动型培养装置，可应用在流加培养(馈料批次方式)、灌流培养(灌注方式)中的任一者。培养的生物体、细胞等，虽然未特别限定，但是，可使用于以大肠杆菌为首的菌类、酵母、微生物、昆虫细胞、植物细胞、动物细胞、生物医药制造用的cho(chinesehamsterovary)细胞、hela细胞、cos细胞、再生医疗用途的ips细胞、以间叶系干细胞为首的干细胞、分化后的组织细胞等动物细胞等的培养。其中，适合于cho细胞的培养。

本实施方式的振动型培养装置及使用其的培养方法，尤其适合于大规模的培养。当振动装置为特别大规模时，优选搭载平衡配重(counterbalance)。当搭载平衡配重时，即使使用含有大容量培养基的培养袋，也可以稳定地运转装置。也可以通过在一个振动装置搭载两个以上的培养袋，发挥彼此制衡的功能。

以上，虽然依据优选的实施方式说明本发明，但是，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱逸本发明要旨的范围内，可进行各种改变。

上述振动装置，在培养之外，也可利用于组合物(培养基等)的搅拌、调制、化学反应及发酵等。

附图标记说明

10：培养袋；11：密封部；12、13：膜；14、15：管体；16：注出口；17：基部；20：外壳容器；21：容器主体；21a：侧壁部；21b：底壁部；22：盖部；23：窗；24、25：孔；30：振动装置；31：座部；32：框部；33：动力源。