特許 6693668 分離装置及び分離方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6693668

(24)【登録日】2020年4月20日

(45)【発行日】2020年5月13日

(54)【発明の名称】分離装置及び分離方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20200427BHJP

   C12M 1/33 20060101ALI20200427BHJP

【ＦＩ】

   C12M1/00 A

   C12M1/33

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-141137(P2014-141137)

(22)【出願日】2014年7月9日

(65)【公開番号】特開2016-15927(P2016-15927A)

(43)【公開日】2016年2月1日

【審査請求日】2016年11月16日

【審判番号】不服2018-10259(P2018-10259/J1)

【審判請求日】2018年7月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000229047

【氏名又は名称】日本スピンドル製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100197022

【弁理士】

【氏名又は名称】谷水 浩一

(72)【発明者】

【氏名】勝田 直子

(72)【発明者】

【氏名】中條 晃伸

(72)【発明者】

【氏名】浅見 圭一

【合議体】

【審判長】 長井 啓子

【審判官】 中島 庸子

【審判官】 高堀 栄二

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５０００４２号公報

【文献】 特表２００８−５２７３１２号公報

【文献】 特開２００７−１２５５５４号公報

【文献】 特表２０１２−５２００７６号公報

【文献】 特開平９−２６２４５３号公報

【文献】 特開２０１１−３６１８９号公報

【文献】 特開２０１２−２５０１４５号公報

【文献】 三菱重工技報，２０１０年，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．３，ｐ．６５−６９

【文献】 ターボ機械，１９９５年，第２３巻、第４号，ｐ．４５−５０

【文献】 ２０１４年電気化学会第８１回大会講演要旨集，２０１４年 ３月２９日，ｐ．３５３，３Ｑ０９

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

IPC C12M 1/00

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

細胞の細胞膜に含まれた有機物を前記細胞膜から分離する分離装置であって、
剪断力とキャビテーションとを発生させる発生部を備え、
前記発生部で発生した剪断力とキャビテーションとを用いて、前記細胞から前記細胞膜に含まれた有機物と再利用可能な細胞とを分離することを特徴とする分離装置。

【請求項2】

前記発生部は、前記細胞に前記剪断力を与える回転翼を有し、
前記回転翼が回転することにより、当該回転翼に沿って前記キャビテーションが発生することを特徴とする請求項１記載の分離装置。

【請求項3】

細胞の細胞膜に含まれた有機物を前記細胞膜から分離する分離方法であって、
剪断力とキャビテーションとを用いて、前記細胞から前記細胞膜に含まれた有機物と再利用可能な細胞とを分離することを特徴とする分離方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、細胞膜に含まれた有効成分を細胞膜から分離するための分離装置及び分離方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、微生物（単細胞生物）に産生させたタンパク質を有効成分として当該微生物から回収するタンパク質分離方法として、以下の特許文献１に記載の方法が知られている。

【0003】

この特許文献１に記載の方法は、高分子凝集剤を当該微生物の懸濁液に添加し、浸透圧ショック法により微生物の細胞膜に含まれるタンパク質を回収する方法である。そして、この回収方法によれば、高速の遠心分離及び／又は微生物の凍結融解などの操作を行なうことなく、また、微生物を溶液に分散するための強力な撹拌操作を必要とせずに、しかも大量処理をも可能とする微生物の細胞膜に含まれるタンパク質の回収ができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−１８４６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１では、高分子凝集剤を添加しているため、高分子凝集剤が凝集作用を有する条件に加えて、タンパク質の活性を損なわない条件を設定する必要がある。

【0006】

そこで、本発明は、薬品を用いることなく、細胞膜に含まれる有効成分を細胞膜から分離できる分離装置及び分離方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明による分離装置は、細胞の細胞膜に含まれた有効成分を細胞膜から分離する分離装置であって、剪断力とキャビテーションとを発生させる発生部を備え、発生部で発生した剪断力とキャビテーションとを用いて、細胞膜から有効成分を分離することを特徴としている。

【0008】

また、本発明による分離方法は、細胞の細胞膜に含まれた有効成分を細胞膜から分離する分離方法であって、剪断力とキャビテーションとを用いて、細胞膜から有効成分を分離することを特徴としている。

【0009】

このような分離装置及び分離方法によれば、細胞に、剪断力とキャビテーションとが作用すると、剪断力及びキャビテーションにより発生した泡の力（マイルドな力）によって、細胞膜に含まれる有効成分を当該細胞膜から分離できる。すなわち、薬品を用いることなく、微生物の細胞膜に含まれる有効成分を細胞膜から分離できる。なお、ここでいう有効成分とは、細胞膜に直接又は間接的に保持されているものである。従って、有効成分は、広義には、細胞膜に含まれた状態となっている。

【0010】

ここで、上記作用を好適に奏する構成としては、具体的には、発生部は、細胞に剪断力を与える回転翼を有し、回転翼が回転することにより、当該回転翼に沿ってキャビテーションが発生する構成が挙げられる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、薬品を用いることなく、細胞膜に含まれる有効成分を細胞膜から分離できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る分離方法を適用した分離装置を示す構成図である。

【図2】図１中の分離ポンプの内部構造を示す断面図である。

【図3】図２のIII-III矢視図である。

【図4】図２及び図３に示す分離ポンプの分解斜視図である。

【図5】図４中の仕切板の正面図である。

【図6】図４中の仕切板の側面図である。

【図7】図４中の仕切板の背面図である。

【図8】図１中の再循環機構部の分離部の内部構造を示す説明図である。

【図9】有効成分の一例を具体的に示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明による分離方法を適用した分離装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る分離方法を適用した分離装置を示す構成図であり、本実施形態の分離装置は、細胞の細胞膜に含まれた有効成分を当該細胞膜から分離し得るものである。

【0014】

本実施形態の分離装置に用いるのに有効な細胞としては、例えば、大腸菌Ｋ−１２株、酵母、枯草菌、乳酸菌、放線菌の他、動物細胞或いは植物細胞の宿主細胞株、活性汚泥菌等が挙げられる。また、細胞内部を覆う細胞膜に含まれている有効成分とは、例えば、細胞外タンパク、細胞外多糖、細胞外ポリマー等の成分を含むものである。

【0015】

図９に、有効成分の一例を具体的に示す。ここでは、有効成分Ｍ１として糖タンパクが、有効成分Ｍ２として糖脂質がそれぞれ示されている。有効成分としての糖タンパクＭ１は、タンパク質Ｄが細胞内部Ｓの表面内から伸びて細胞膜Ｖを貫通し当該細胞膜Ｖに保持されたような状態で（細胞膜Ｖに含まれたような状態で）細胞外部へと伸び、細胞外部の表面に糖Ｚが付着する構造を呈している。また、有効成分としての糖脂質Ｍ２は、脂質Ｅが細胞膜Ｖ中に存在し細胞膜Ｖに保持されたような状態（細胞膜Ｖに含まれたような状態）になっていると共に、当該脂質Ｅの端部から糖Ｚが伸びて細胞膜Ｖを貫通し細胞外部へと伸びる構造を呈している。なお、有効成分の他の例としては、有効成分全体が、細胞膜内に存在するものや、細胞膜近傍に存在するもの等、種々の構造が挙げられる。

【0016】

図１に示すように、分離装置１００は、細胞Ｒを導入し、当該細胞Ｒから有効成分Ｍを分離する分離工程を実施するものである。

【0017】

分離装置１００は、具体的には、細胞Ｒと溶媒（ここでは水）とを混合して定量供給する細胞供給部５０と、細胞供給部５０から定量供給される細胞Ｒを負圧吸引し、当該細胞Ｒの細胞膜から有効成分Ｍを分離するための分離ポンプＹと、分離ポンプＹから吐出された有効成分Ｍ、細胞膜から有効成分が分離された細胞Ｎ、細胞（細胞膜から有効成分が分離されていない細胞；初期状態の細胞）Ｒを分離ポンプＹに循環供給する再循環機構部７０等を備えて構成される。

【0018】

細胞供給部５０は、貯留タンク５１に貯留された細胞Ｒ及び溶媒を、設定流量で分離ポンプＹの第１の供給部１１に連続的に供給するように構成される。

【0019】

具体的には、細胞供給部５０は、上記貯留タンク５１と、貯留タンク５１から細胞Ｒ及び溶媒（以降において溶媒に関しては記載を省略する）が送出される送出ポンプ５２Ｐを介在させた供給管５２と、貯留タンク５１から供給管５２に送出される細胞Ｒの流量を設定流量に調整する流量調整バルブ（図示せず）と、を備え、設定流量に調整された細胞Ｒが、第１の供給部１１に供給される。

【0020】

ここで、貯留タンク５１は、後述するように、排出路２２から、キャビテーションによる気泡が導入されるように構成されている。このため、貯留タンク５１には、空気（気体）Ｇの放出管５１Ｇが接続される。また、貯留タンク５１内には、タンク内を撹拌するための撹拌機構５１Ｋが配設される。

【0021】

供給管５２と第１の供給部１１を接続する部材６１は、図２に示すように、その外側部分が、蓋部６２により外側から蓋されると共に、その内周側の部分が、円筒状の第１の供給部１１よりも小径に構成されて、第１の供給部１１との間に環状のスリット６３を形成すべく第１の供給部１１に挿入状態で配設され、さらに、環状のスリット６３に全周に亘って連通する状態で第１の供給部１１の外周部に環状流路６４を形成する環状流路形成部６５を備えて構成される。そして、部材６１には、供給管５２が環状流路６４に対して細胞Ｒを接線方向に供給するように接続される。

【0022】

従って、細胞Ｒは、環状流路６４に接線方向から供給され、環状流路６４の内周側に形成される環状のスリット６３を介して、切れ目のない中空円筒状の渦流の状態で第１の供給部１１に供給され、分離ポンプＹの第１の導入室１３内に吸引導入される。

【0023】

分離ポンプＹは、導入される細胞Ｒに、剪断力とキャビテーションとを作用させることにより、細胞膜から有効成分を分離するものである（詳しくは後述）。

【0024】

この分離ポンプＹは、両端開口が前壁部２と後壁部３とで閉じられた円筒状の外周壁部４を備えたケーシング１を備え、そのケーシング１の内部に同心状で回転駆動自在に設けられたロータ５と、そのケーシング１の内部に同心状で前壁部２に固定配設された円筒状のステータ７と、ロータ５を回転駆動するポンプ駆動モータＭ３等を備えて構成される。

【0025】

図３及び図４に示すように、ロータ５の径方向の外方側には、複数の回転翼６が、前壁部２側である前方側（図２の左側）に突出し、且つ、周方向に等間隔で並ぶ状態でロータ５と一体的に設けられる。

【0026】

円筒状のステータ７には、図２及び図４に示すように、絞り流路となる複数の透孔７ａ、７ｂが周方向に夫々並べて備えられ、そのステータ７が、ロータ５の前方側（図２の左側）で、且つ、回転翼６の径方向の内側に位置させて前壁部２に固定配設され、そのステータ７とケーシング１の外周壁部４との間に、排出室を兼ねた、回転翼６が周回する環状の翼室８が形成される。

【0027】

図２〜図４に示すように、細胞Ｒを回転翼６の回転によりケーシング１の内部に吸引導入する第１の供給部１１は、前壁部２の中心軸（ケーシング１の軸心）Ａ３よりも外周側に偏移した位置に設けられる。

【0028】

図２及び図４に示すように、ケーシング１の前壁部２の内面には環状溝１０が形成され、環状溝１０と連通する状態で第１の供給部１１が設けられる。図２及び図３に示すように、有効成分Ｍ、有効成分が分離された細胞Ｎ、有効成分が分離されていない細胞Ｒを吐出する円筒状の吐出部１２が、ケーシング１の円筒状の外周壁部４の周方向における１箇所に、その外周壁部４の接線方向に延びて翼室８に連通する状態で設けられる。なお、分離ポンプＹでは、キャビテーションによる気泡が生じ、この気泡は、有効成分Ｍ、有効成分が分離された細胞Ｎ、有効成分が分離されていない細胞Ｒと共に、吐出部１２に吐出される。

【0029】

図１、図２及び図８に示すように、吐出部１２から吐出された有効成分Ｍ、有効成分が分離された細胞Ｎ、有効成分が分離されていない細胞Ｒ、キャビテーションによる気泡は、吐出路１８を通して再循環機構部７０に供給され、その再循環機構部７０の分離部としての円筒状容器７１にて気泡が分離された有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒを、ポンプ駆動モータＭ４により回転駆動される循環ポンプ１６Ｐを介在させた循環流路１６を介して、ケーシング１内に循環供給する第２の供給部１７がケーシング１の前壁部２の中央部（軸心Ａ３と同心状）に設けられている。

【0030】

また、図２〜図４に示すように、ステータ７の内周側を、前壁部２側の第１の導入室１３とロータ５側の第２の導入室１４とに区画する仕切板１５が、ロータ５の前方側に当該ロータ５と一体回転する状態で設けられると共に、仕切板１５の前壁部２側に回転翼の一種である掻出翼９が設けられる。掻出翼９は、同心状に、周方向において均等間隔で複数（図６では４つ）備えられ、各掻出翼９がその先端部９Ｔを環状溝１０内に進入した状態でロータ５と一体的に周回可能に配設される。

【0031】

第１の導入室１３及び第２の導入室１４は、ステータ７の複数の透孔７ａ、７ｂを介して翼室８と連通されるように構成され、第１の供給部１１が第１の導入室１３に連通し、第２の供給部１７が第２の導入室１４に連通するように構成される。

【0032】

具体的には、第１の導入室１３と翼室８とは、ステータ７における第１の導入室１３に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第１の導入室側の透孔７ａにて連通され、第２の導入室１４と翼室８とは、ステータ７における第２の導入室１４に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の第２の導入室側の透孔７ｂにて連通される。

【0033】

次に、分離ポンプＹの各部について説明する。

【0034】

図２に示すように、ロータ５は、その前面が概ね円錐台状に膨出する形状に構成されると共に、その外周側に、複数の回転翼６が前方に突出する状態で等間隔に並べて設けられる。なお、図３では、周方向に等間隔に１０個の回転翼６が配設されている。また、この回転翼６は、内周側から外周側に向かうに連れて、回転方向後方に傾斜するようにロータ５の外周側から内周側に突出形成されており、回転翼６の先端部の内径は、ステータ７の外径よりも若干大径に形成されている。

【0035】

このロータ５が、ケーシング１内においてケーシング１と同心状に位置する状態で、後壁部３を貫通してケーシング１内に挿入されたポンプ駆動モータＭ３の駆動軸１９に連結されて、そのポンプ駆動モータＭ３により回転駆動される。

【0036】

そして、ロータ５が、その軸心方向視（図２のIII-III方向視）において回転翼６の先端部が前側となる向きで回転駆動されることにより、回転翼６の回転方向の後側となる面（背面）６ａに、所謂キャビテーション（局所沸騰）が発生するように構成される。

【0037】

図２、図４〜図７に示すように、仕切板１５は、ステータ７の内径よりも僅かに小さい外径を有する概ね漏斗状に構成される。この漏斗状の仕切板１５は、具体的には、その中央部に、頂部が円筒状に突出する筒状摺接部１５ａにて開口された漏斗状部１５ｂを備えると共に、その漏斗状部１５ｂの外周部に、前面及び後面共にケーシング１の軸心Ａ３に直交する状態となる環状平板部１５ｃを備える形状に構成される。

【0038】

そして、図２及び図３に示すように、仕切板１５は、頂部の筒状摺接部１５ａがケーシング１の前壁部２側を向く姿勢で、周方向に等間隔を隔てた複数箇所（この実施形態では４箇所）に配設された間隔保持部材２０（図７参照）を介して、ロータ５の前面の取付部５ａ（図４参照）に取り付けられる。

【0039】

図３及び図７に示すように、仕切板１５を複数箇所夫々で間隔保持部材２０を介してロータ５に取り付ける際には、撹拌羽根２１が、ケーシング１の後壁部３側に向く姿勢で仕切板１５に一体的に組み付けられ、ロータ５が回転駆動されると、４枚の撹拌羽根２１がロータ５と一体的に回転するように構成される。

【0040】

図２及び図４に示すように、円筒状の第２の供給部１７は、ケーシング１と同心状で、そのケーシング１の前壁部２の中心部に設けられている。この第２の供給部１７には、循環流路１６（図１参照）の内径よりも小径で、仕切板１５の筒状摺接部１５ａよりも小径となり流路面積が小さな絞り部１４ａが形成される。そして、ロータ５の回転翼６が回転することにより、吐出部１２を介して、有効成分Ｍ、有効成分が分離された細胞Ｎ、有効成分が分離されていない細胞Ｒが吐出され、第２の供給部１７の絞り部１４ａを介して、これらの有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒが導入されることになるため、分離ポンプＹ内は減圧される。

【0041】

図２〜図４に示すように、第１の供給部１１は、そのケーシング１内に開口する開口部（入口部）が、環状溝１０における周方向の一部を内部に含む状態で、ケーシング１内に対する第２の供給部１７の開口部の横側方に位置するように、前壁部２に設けられる。また、第１の供給部１１は、平面視（図１及び図２の上下方向視）において軸心Ａ２がケーシング１の軸心Ａ３と平行となり、且つ、ケーシング１の軸心Ａ３に直交する水平方向視（図１及び図２の紙面表裏方向視）において、軸心Ａ２がケーシング１の前壁部２に近づくほどケーシング１の軸心Ａ３に近づく下向きの傾斜姿勢で、ケーシング１の前壁部２に設けられる。因みに、第１の供給部１１の水平方向（図１及び図２の左右方向）に対する下向きの傾斜角度は、４５°程度である。

【0042】

図２及び図４に示すように、ステータ７は、ケーシング１の前壁部２の内面（ロータ５に対向する面）に取り付けられ、ケーシング１の前壁部２とステータ７とが一体となるように固定される。ステータ７において、第１の導入室１３に臨む部分に配設された複数の第１の導入室側の透孔７ａは、概略円形状に形成され、第１の導入室１３の流路面積よりも複数の第１の導入室側の透孔７ａの合計流路面積が小さくなるように設定される。また、第２の導入室１４に臨む部分に配設された複数の第２の導入室側の透孔７ｂは、概略楕円形状に形成され、第２の導入室１４の流路面積よりも複数の第２の導入室側の透孔７ｂの合計流路面積が小さくなるように設定される。そして、ロータ５の回転翼６が回転することにより、吐出部１２を介して、有効成分Ｍ、有効成分が分離された細胞Ｎ、有効成分が分離されていない細胞Ｒが吐出され、第１の導入室１３の第１の導入室側の透孔７ａを介して、細胞Ｒが供給されると共に、第２の供給部１７を介して、有効成分Ｍ、有効成分が分離された細胞Ｎ、有効成分が分離されていない細胞Ｒが導入されることになるため、分離ポンプＹ内は減圧される。

【0043】

図４〜図７に示すように、各掻出翼９は棒状に形成され、ロータ５の径方向視（図６の紙面表裏方向視）で、当該棒状の掻出翼９の先端側ほど前壁部２側に位置し、且つ、ロータ５の軸心方向視（図５の紙面表裏方向視）で、当該棒状の掻出翼９の先端側ほどロータ５の径方向内方側に位置する傾斜姿勢で、当該棒状の掻出翼９の基端部９Ｂがロータ５と一体回転するように固定され、ロータ５が、その軸心方向視（図５の紙面表裏方向視）において掻出翼９の先端が前側となる向き（図２〜図７において矢印にて示す向き）に回転駆動される。

【0044】

掻出翼９は、図３〜図６に示すように、仕切板１５に固定される基端部９Ｂ、第１の導入室１３に露呈する状態となる中間部９Ｍ、環状溝１０に進入する状態となる先端部９Ｔを、基端から先端に向けて一連に備えた棒状に構成される。

【0045】

図３、図４及び図６に示すように、掻出翼９の基端部９Ｂは、概ね矩形板状に構成される。図３、図４〜図６に示すように、掻出翼９の中間部９Ｍは、横断面形状が概ね三角形状になる概ね三角柱状に構成される（特に図３参照）。そして、掻出翼９が上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、三角柱状の中間部９Ｍの三側面のうちのロータ５の回転方向前側を向く一側面９ｍ（以下、「放散面」と記載する場合がある）は、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して径方向外方側に向く（以下、「斜め外向き」と記載する場合がある）ように構成される（特に図４〜図６参照）。

【0046】

つまり、棒状の掻出翼９が、上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、掻出翼９のうち第１の導入室１３に露呈する中間部９Ｍが、環状溝１０に進入する先端部９Ｔよりもロータ５の径方向外方に位置し、しかも、その中間部９Ｍの回転方向前側を向く放散面９ｍが、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して斜め外向きに傾斜している。これにより、掻出翼９の先端部９Ｔにより環状溝１０から掻き出された細胞Ｒは、掻出翼９の中間部９Ｍの放散面９ｍにより、第１の導入室１３内においてロータ５の径方向外方側に向けて流動するように案内される。

【0047】

図４〜図６に示すように、掻出翼９の先端部９Ｔは、横断面形状が概ね矩形状になる概ね四角柱状であり、ロータ５の軸心方向視（図５の紙面表裏方向視）において、四側面のうちのロータ５の径方向外方側に向く外向き側面９ｏが、環状溝１０の内面における径方向内方側を向く内向き内面に沿い、且つ、四側面のうちのロータ５の径方向内方側に向く内向き側面９ｉが、環状溝１０の内面における径方向外方側を向く外向き内面に沿う状態となる弧状に構成される。

【0048】

また、四角柱状の先端部９Ｔの四側面のうちの、ロータ５の回転方向前側を向く掻き出し面９ｆは、ロータ５の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ５の径方向に対して径方向外方側に向く（以下、「斜め外向き」と記載する場合がある）になるように構成される。

【0049】

これにより、掻出翼９の先端部９Ｔにより環状溝１０から掻き出された細胞Ｒは、掻出翼９の先端部９Ｔの掻き出し面９ｆにより、ロータ５の径方向外方側に向けて第１の導入室１３内に放出されることになる。さらに、掻出翼９の先端部９Ｔの先端面９ｔは、その先端部９Ｔが環状溝１０に進入した状態で環状溝１０の底面と平行になるように構成される。

【0050】

また、ロータ５が、その軸心方向視（図５の紙面表裏方向視）において掻出翼９の先端が前側となる向きに回転駆動されると、掻出翼９の基端部９Ｂ、中間部９Ｍ、先端部９Ｔそれぞれに、回転方向の後側となる面（背面）９ａが形成される。この背面９ａには、掻出翼９が回転することにより、所謂キャビテーション（局所沸騰）が発生するように構成される。

【0051】

上述のような形状に構成された４個の掻出翼９が、上述の如き傾斜姿勢で、中心角で９０°ずつ間隔を隔てて周方向に並べた形態で、夫々、基端部９Ｂを仕切板１５の環状平板部１５ｃに固定して設けられる。

【0052】

図２に示すように、掻出翼９が設けられた仕切板１５が、間隔保持部材２０によりロータ５の前面と間隔を隔てた状態でロータ５の前面の取付部５ａ（図４参照）に取り付けられ、このロータ５は、仕切板１５の筒状摺接部１５ａが第２の供給部１７に摺接回転可能に進入した状態でケーシング１内に配設される。

【0053】

これにより、ロータ５の膨出状の前面と仕切板１５の後面との間に、ケーシング１の前壁部２側ほど小径となる先細り状の第２の導入室１４が形成され、第２の供給部１７が仕切板１５の筒状摺接部１５ａを介して第２の導入室１４に連通するように構成される。また、ケーシング１の前壁部２と仕切板１５の前面との間に、第１の供給部１１に連通する環状の第１の導入室１３が形成される。

【0054】

そして、ロータ５が回転駆動されると、筒状摺接部１５ａが第２の供給部１７に摺接する状態で、仕切板１５がロータ５と一体的に回転することになり、ロータ５及び仕切板１５が回転する状態でも、第２の供給部１７が仕切板１５の筒状摺接部１５ａを介して第２の導入室１４に連通する状態が維持されるように構成される。

【0055】

図１に示す再循環機構部７０は、円筒状容器７１内において比重によって、有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒと、キャビテーションによる気泡Ｇとに分離するものであり、これらの有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒを循環流路１６に、気泡Ｇを排出路２２にそれぞれ分離するように構成される。吐出路１８及び循環流路１６は、夫々、円筒状容器７１の下部に接続され、排出路２２は、円筒状容器７１の上部に形成された排出部７３から貯留タンク５１に接続される。

【0056】

ここで、再循環機構部７０は、図８に示すように、吐出路１８が接続される導入パイプ７２を円筒状容器７１の底面から内部に突出して配設し、円筒状容器７１の上部に排出路２２に接続される排出部７３を備えると共に、下部に循環流路１６に接続される循環部７４を備え、導入パイプ７２の吐出上端に、導入パイプ７２から吐出される有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒの流れを旋回させる捩り板７５を配設して構成される。これにより、循環流路１６に循環供給される有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒから気泡を分離した状態で第２の導入室１４内に供給することができる。

【0057】

分離装置１００に備えられる制御部は、図示しないが、ＣＰＵや記憶部等を備えた公知の演算処理装置からなり、分離装置１００を構成する分離ポンプＹ、細胞供給部５０等の各機器の運転を制御可能に構成されている。特に、制御部は、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を制御可能に構成され、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力が所定の負圧状態となるように、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を設定し、当該設定された周速度（ロータ５の回転数）で回転翼６を回転することで、少なくとも、ステータ７の第１の導入室側の透孔７ａ及び第２の導入室側の透孔７ｂを通過した直後の翼室８内の領域を、翼室８内の全周に亘って連続して、微細気泡（マイクロバブル）が多数発生した微細気泡領域（キャビテーション領域）として形成させることができるように構成されている。

【0058】

なお、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力（本実施形態においては、第１の導入室１３内の圧力）を測定するための圧力計８０が設けられる（図２参照）。

【0059】

次に、このように構成された分離装置１００の動作について説明する。

【0060】

先ず、細胞供給部５０において撹拌機構５１Ｋにより貯留タンク５１内を撹拌しながら当該貯留タンク５１から細胞Ｒを供給すると共に、ポンプ駆動モータＭ３，Ｍ４を駆動する。すなわち、ロータ５を回転させ、分離ポンプＹの運転を開始する。所定の運転時間が経過すると、分離ポンプＹ内が負圧状態となる。そして、分離ポンプＹの負圧吸引力により、細胞Ｒが、部材６１の環状のスリット６３を通して切れ目のない中空円筒状の渦流の状態で第１の供給部１１に供給され、環状溝１０に導入される。

【0061】

ロータ５が回転駆動されて、そのロータ５と一体的に仕切板１５が回転すると、その仕切板１５に同心状に設けられた掻出翼９が、環状溝１０に先端部９Ｔが進入した状態で周回する。

【0062】

これにより、図２及び図３において実線矢印にて示すように、第１の供給部１１を流動して環状溝１０に導入された細胞Ｒは、環状溝１０に進入し周回する掻出翼９の先端部９Ｔにより掻き出され、その掻き出された細胞Ｒは、概略的には、第１の導入室１３内を仕切板１５における漏斗状部１５ｂの前面と環状平板部１５ｃの前面とに沿いながらロータ５の回転方向に流動し、さらに、ステータ７の第１の導入室側の透孔７ａを通過して翼室８に流入し、その翼室８内をロータ５の回転方向に流動して、吐出部１２から吐出される。

【0063】

環状溝１０に導入された細胞Ｒは、掻出翼９の先端部９Ｔにより掻き出されるときに、剪断作用を受ける。この場合、掻出翼９の先端部９Ｔの外向き側面９ｏと内側の環状溝１０の内向き内面との間、及び、掻出翼９の先端部９Ｔの内向き側面９ｉと内側の環状溝１０の外向き内面との間において剪断作用が働く。同時に、掻出翼９の回転方向背面側の背面９ａにおいては、掻出翼９が回転することにより、背面９ａに沿ってキャビテーションが発生する。また、ステータ７の第１の導入室側の透孔７ａを通過する際に、剪断作用が働く。

【0064】

すなわち、第１の導入室１３内の細胞Ｒに掻出翼９により、剪断力を作用させると共にキャビテーションを発生させることができるため、掻き出される細胞Ｒは、掻出翼９及び第１の導入室側の透孔７ａから剪断作用を受けて混合されると共に、掻出翼９の背面９ａに沿って発生するキャビテーションによって気泡が生じ、この発生した泡の力によって、細胞膜に含まれる有効成分Ｍが細胞膜から分離される。すなわち、有効成分Ｍ、細胞膜から有効成分が分離された細胞Ｎ、細胞膜から有効成分が分離されなかった細胞（貯留タンク５１の貯留時と変化ない細胞）Ｒに分けられる。

【0065】

吐出部１２から吐出された有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒは、吐出路１８を通して再循環機構部７０に供給され、再循環機構部７０において、有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒから気泡Ｇが分離されて、有効成分Ｍ、細胞Ｎ，Ｒは、ポンプ駆動モータＭ４により回転駆動される循環ポンプ１６Ｐを介在させた循環流路１６を介して、再び分離ポンプＹの第２の供給部１７に供給され、一方、分離された気泡Ｇは排出路２２を通して貯留タンク５１に供給される。

【0066】

細胞Ｒは、第２の供給部１７の絞り部１４ａを介して流量が制限された状態で第２の導入室１４内に導入される。その第２の導入室１４内においては、回転する複数の撹拌羽根２１により剪断作用を受け、さらに、第２の導入室側の透孔７ｂの通過の際にも剪断作用を受ける。この際には、第２の導入室側の透孔７ｂを介して流量が制限された状態で翼室８に導入される。そして、翼室８内において、高速で回転する回転翼６により剪断作用を受ける。

【0067】

ここで、制御部は、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を制御可能に構成され、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力が所定の負圧状態となるように、回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を設定し、当該設定された周速度（ロータ５の回転数）で回転翼６を回転することで、少なくとも、ステータ７の第１の導入室側の透孔７ａ及び第２の導入室側の透孔７ｂを通過した直後の翼室８内の領域を、翼室８内の全周に亘って連続して、微細気泡（マイクロバブル）が多数発生した微細気泡領域（キャビテーション領域）として形成させることができる。

【0068】

これによって、翼室８内の全周に亘って、細胞Ｒに微細気泡が作用し、さらに、その発生した微細気泡が翼室８において加圧され消滅する際の衝撃力が細胞Ｒに作用することになる。

【0069】

すなわち、回転翼６により、細胞Ｒに剪断力を作用させると共にキャビテーションを発生させることができ、回転翼６の背面６ａに沿って発生するキャビテーションによって生じる泡の力によって、細胞膜に含まれる有効成分Ｍが細胞膜から分離される。

【0070】

この状態で、分離ポンプＹの運転を所定時間継続し、貯留タンク５１、供給管５２、分離ポンプＹ、吐出路１８、再循環機構部７０、循環流路１６によって、細胞Ｒに対する剪断力とキャビテーションの作用を続行する。

【0071】

ここで、分離ポンプＹを運転しているときに、第１の導入室１３及び第２の導入室１４内の圧力が、−０．０１〜−０．１０ＭＰａ、好ましくは、−０．０３〜−０．０９ＭＰａ、より好ましくは、−０．０４〜−０．０８ＭＰａの範囲の負圧状態となるように、分離ポンプＹの回転翼６の周速度（ロータ５の回転数）を、６〜８０ｍ／ｓ、好ましくは、１５〜５０ｍ／ｓに設定するようにしている。これにより、前述したキャビテーションが発生し、細胞膜に含まれる有効成分Ｍを細胞膜から分離できる。

【0072】

その後、所定時間経過したら、ポンプ駆動モータＭ３，Ｍ４の駆動を停止すると共に、撹拌機構５１Ｋの撹拌を停止し、分離装置１００の運転を停止する。

【0073】

このように、本実施形態によれば、剪断力及びキャビテーションの発生部である掻出翼９及び回転翼６を備え、細胞Ｒに対して、剪断力及びキャビテーションを作用させるようにしているため、剪断力及びキャビテーションにより発生した泡の力（マイルドな力）によって、細胞膜に含まれる有効成分Ｍを当該細胞膜から分離できる。

【0074】

また、本実施形態によれば、細胞を再利用することもできる。

【0075】

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、有効成分は、上記実施形態で挙げたものに限定されるものではなく、本発明の分離装置及び分離方法により、細胞膜から分離できる成分であれば良い。

【実施例】

【0076】

以下、上記効果を確認すべく、本発明者らが実施した実施例及び比較例について述べる。

【0077】

（実施例１）
細胞の試料として、活性汚泥（菌体細胞）を用いた。分離装置としては図１に示したものと同様な構成のものを用いた。具体的には、粉体吸引連続溶解分散装置として用いられるジェットペースタ（登録商標；JP-SS、日本スピンドル製造、Japan）を用いた。分離ポンプの回転数は１８００rpmとし、運転時間は１０min、６０minの２通りとした。上記活性汚泥８００mlを貯留タンクに投入した。なお、運転中は６．２°Ｃの冷却水で分離ポンプを冷却し温度上昇を抑えるようにした。

【0078】

（実施例２）
分離ポンプの回転数を３６００rpmとした以外は、実施例１と同様とした。

【0079】

（実施例３）
分離ポンプの回転数を７２００rpmとした以外は、実施例１と同様とした。

【0080】

表１に、実施例１〜３における圧力と処理液の温度を示す。圧力は、前述したキャビテーションが発生する負圧であり、回転数が高くなるほど大きくなる。処理液の温度も、回転数が高くなるほど高くなった。また、回転数が同じ場合は、運転時間を長くしても、温度は殆ど変化しなかった。また、ジェットペースタの運転では然程温度は上がらなかった。

【0081】

【表1】

【0082】

（比較例１）
６０°Ｃのウォーターバスに、活性汚泥５００mlの入った１Lガラス瓶を６０min間浸漬した。

【0083】

（比較例２）
活性汚泥５００mlに対し、５N NaOHを添加してｐＨ＝１１に調整し、マグネチックスターラー３００rpmで６０min間撹拌した。

【0084】

（比較例３）
活性汚泥に対して何ら処理を行わなかった。

【0085】

（評価）
実施例１〜３及び比較例１〜３の各々に対してAdvantec No.5Cを用い、ろ過によりろ液を得た。評価には、ＨＡＣＨ社製のＤＲ２０００（リアクター分解法）を用いた。有機物濃度は、化学的酸素要求量（ＣＯＤCr）で評価した。

【0086】

また、顕微鏡による観察を行った。比較例１、２においては、細胞が破壊されているのが確認され、実施例１〜３、比較例３においては、細胞内部は然程破壊されていないのが確認された。

【0087】

測定したろ液ＣＯＤCr濃度（有機物濃度）、全ＣＯＤCr濃度を評価と共に表２に示す。なお、全ＣＯＤCr濃度は、ろ液及びろ液以外のＣＯＤCr濃度の合算値である。また、評価の○印は良を、△印は可を、×印は不可をそれぞれ表している。

【0088】

【表2】

【0089】

実施例１〜３及び比較例１〜３において、全ＣＯＤCr濃度（全有機物濃度）は殆ど同じ値であった。すなわち、細胞が有する有機物濃度はぼ同じであった。また、比較例１、２においては、ろ液ＣＯＤCr濃度が極端に高くなっている。上述したように、比較例１、２においては、細胞が破壊されているのが顕微鏡により確認されていることから、有効成分の他に細胞内液が多量に漏出し、ろ液ＣＯＤCr濃度が桁違いに高くなったと考えられる。

【0090】

一方、実施例１〜３においては、ろ液ＣＯＤCr濃度が比較例３より高くなっており、回転数に応じて徐々に高くなっているが、比較例１、２ほど桁違いには高くなっていない。上述したように、実施例１〜３においては、細胞内部は破壊されていないのが顕微鏡により確認されていることから、細胞内液は漏出せず、細胞膜に含まれる有効成分のみが分離され、比較例３より高いろ液ＣＯＤCr濃度として測定されたものと考えられる。また、回転数を上げれば、細胞膜に含まれる有効成分が、より多く分離されると考えられる。

【0091】

すなわち、実施例１〜３によれば、細胞内部を破壊することなく、細胞膜に含まれる有効成分が分離されたと考えられる。なお、機械的分離装置である例えば高圧ホモジナイザー等を用いて有効成分を細胞膜から分離しようとした場合には、細胞が破壊されてしまうことになる。

【符号の説明】

【0092】

６…回転翼（発生部）、９…掻出翼（回転翼；発生部）、１００…分離装置、Ｍ，Ｍ１，Ｍ２…有効成分、Ｎ…細胞膜から有効成分が分離された細胞、Ｒ…細胞。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】