特開 2024-17609 圧力測定装置、バイオリアクター、培養装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017609

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】圧力測定装置、バイオリアクター、培養装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20240201BHJP

   C12M 1/00 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 Z

C12M1/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022120361

(22)【出願日】2022-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】000224101

【氏名又は名称】藤森工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100155066

【弁理士】

【氏名又は名称】貞廣 知行

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 将太

(72)【発明者】

【氏名】松田 博行

(72)【発明者】

【氏名】都倉 知浩

【テーマコード（参考）】

4B029

【Ｆターム（参考）】

4B029AA01

4B029BB01

4B029FA15

(57)【要約】

【課題】圧力センサを繰り返し使用することが可能で、かつ、容器の内部に雑菌を持ち込むことがなく、バイオリアクター内の結露の影響も受けない圧力測定装置、バイオリアクター、培養装置を提供する。
【解決手段】可撓性の本体容器１１の内圧を測定する圧力測定装置２０であって、本体容器１１を収容する外殻容器１２と、本体容器１１の気相１４に接する位置で、外殻容器１２の壁面に保持された圧力センサ２１と、を備える圧力測定装置２０である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性の本体容器の内圧を測定する圧力測定装置であって、
前記本体容器を収容する外殻容器と、
前記本体容器の気相に接する位置で、前記外殻容器の壁面に保持された圧力センサと、
を備えることを特徴とする圧力測定装置。

【請求項2】

前記外殻容器に収容された前記本体容器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の圧力測定装置。

【請求項3】

前記本体容器にチューブが接続されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力測定装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の圧力測定装置を備えるバイオリアクター。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載の圧力測定装置を備える培養装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力測定装置、バイオリアクター、培養装置に関する。

【背景技術】

【0002】

細胞培養装置、バイオ医薬品製造装置、培養肉製造装置などのバイオリアクターの内部では、微生物や細胞が代謝を行ってガスを発生させたり、気体をバブリングさせることが多い。容器の外部から雑菌が入らないように、フィルターを介してガスを放出して一定の圧力に保つバイオリアクターもあるが、フィルターの目詰まりなどによりリアクター内の圧力が上昇する場合がある。このため、バイオリアクター内の圧力を監視する必要がある。例えば、特許文献１には、シングルユースバッグの内側に圧力センサが取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１９－５２００６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のバイオリアクターでは、圧力センサが１回で使い捨てにされる。また、バイオリアクターの外部から、圧力センサを内部に挿入する方法も採用されている。圧力センサを挿入する方法では、雑菌をバイオリアクターの内部に持ち込む危険性があると共に、挿入時に毎回圧力センサを滅菌処理しなくてはならず、手間がかかる。また、バイオリアクター内の結露により、圧力センサの精度が低下することがある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、圧力センサを繰り返し使用することが可能で、かつ、容器の内部に雑菌を持ち込むことがなく、バイオリアクター内の結露の影響も受けない圧力測定装置、バイオリアクター、培養装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、下記の態様を含む。
第１の態様は、可撓性の本体容器の内圧を測定する圧力測定装置であって、前記本体容器を収容する外殻容器と、前記本体容器の気相に接する位置で、前記外殻容器の壁面に保持された圧力センサと、を備えることを特徴とする圧力測定装置である。

【0007】

第２の態様は、第１の態様において、前記外殻容器に収容された前記本体容器をさらに備える。
第３の態様は、第２の態様において、前記本体容器にチューブが接続されている。
第４の態様は、第１～３のいずれか１の態様の圧力測定装置を備えるバイオリアクターである。
第５の態様は、第１～３のいずれか１の態様の圧力測定装置を備える培養装置である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、圧力センサを繰り返し使用することが可能で、かつ、容器の内部に雑菌を持ち込むことがなく、バイオリアクター内の結露の影響も受けることがない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】圧力測定装置の一例を示す説明図である。

【図2】圧力測定装置の概略的なシステム構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、好適な実施形態に基づいて、本発明を説明する。

【0011】

図１は、圧力測定装置の一例を示す。実施形態の圧力測定装置２０は、本体容器１１の内圧を測定する装置である。

【0012】

圧力測定装置２０を備えたシステムは、特に限定されないが、細胞培養装置、バイオ医薬品製造装置、培養肉製造装置などのバイオリアクターが挙げられる。細胞は単細胞生物の細胞でもよく、多細胞生物またはその組織の細胞でもよい。

【0013】

本体容器１１は、可撓性の容器である。可撓性の本体容器１１が外殻容器１２に収容されて、複合容器１０を構成することが好ましい。可撓性の本体容器１１は複合容器１０の内袋であってもよい。外殻容器１２を繰り返し使用しながら、本体容器１１を適宜の頻度で交換、使い捨てにしてもよい。

【0014】

本体容器１１の内部には液相１３と気相１４が収容されている。気相１４は液相１３の上方に配置される。本体容器１１の上部には、気相１４に気体を供給する給気路１５と、気相１４に含まれる気体を排出する排気路１６が接続されてもよい。給気路１５および排気路１６は、それぞれ、フレキシブルなチューブであってもよく、硬質の管路であってもよく、適宜に選択することができる。

【0015】

特に図示しないが、本体容器１１は、液相１３に液体を供給する給液路と、液相１３に含まれる液体を排出する排液路を備えてもよく、さらに、液相１３に気体を供給する供給路、液相１３に含まれる液体を循環させる循環路を備えてもよい。これらの給液路、排液路、供給路、循環路は、それぞれ、フレキシブルなチューブであってもよく、硬質の管路であってもよく、適宜に選択することができる。

【0016】

圧力測定装置２０は、本体容器１１の気相１４に接する位置で、外殻容器１２の壁面に保持された圧力センサ２１を備える。外殻容器１２の壁面には、圧力センサ２１を保持するための凹凸等を配置してもよい。

【0017】

本体容器１１が可撓性を有するため、気相１４内の圧力により本体容器１１が外殻容器１２の壁面に沿って変形し、圧力センサ２１に密着することができる。また、気相１４の圧力が本体容器１１のフィルムを介して圧力センサ２１に伝達される。

【0018】

圧力センサ２１が本体容器１１と外殻容器１２との間に挟み込まれることにより、本体容器１１の気相１４の圧力が圧力センサ２１に検知される。本体容器１１の気相１４の圧力は、本体容器１１の内圧に相当する。

【0019】

圧力センサ２１は、本体容器１１内に存在しないため、繰り返し再利用が可能である。また、圧力センサ２１の滅菌処理をしなくても本体容器１１の内部に雑菌を持ち込むことがない。

【0020】

圧力センサ２１の信号は、ケーブル２２を介して、表示部２３，２４に表示してもよいし、圧力センサ２１に付属する通信装置から発信した電波等を表示部２３，２４で受信して表示してもよい。ケーブル２２は、外殻容器１２の壁面を貫通するように配線してもよく、外殻容器１２の上部から外に引き出してもよい。

【0021】

表示部２３，２４に表示される値は、圧力センサ２１の信号に含まれる電圧値でもよく、本体容器１１の気相１４の圧力値でもよい。本体容器１１の内圧を表示する場合は、変換器を用いて数値を換算してもよい。

【0022】

＜本体容器を備えるシステムの詳細＞
複合容器１０は、液相１３を収容する本体容器１１と、本体容器１１を収容する外殻容器１２とを備えている。この場合、本体容器１１は、フィルム状容器から構成することができる。フィルム状容器としては、平坦なフィルムを２枚重ね合わせて周囲を封止した平袋、平坦なフィルム２枚の間に２つ折り状のガゼット部を接合して封止したガゼット袋、両端が開口した筒状フィルムの少なくとも一方の開口部に平坦なフィルムを接合して封止した筒状フィルム容器などが挙げられる。

【0023】

筒状フィルム容器は、ドラム缶ライナーのように、円筒状フィルムの両端に円形の平坦なフィルムを接合した構造であってもよい。筒状フィルムの一方の開口部のみに平坦なフィルムを接合する場合は、反対側の開口部において筒状フィルムを径方向に潰して、筒状フィルムの内面同士を直接接合してもよい。筒状フィルム容器は、円筒状に限らず、水平面上の断面形状が四角形等の多角形である角筒状に構成してもよい。本体容器１１を二重袋や三重袋など多重の袋で構成すると、液相１３が漏れにくくなるので好ましい。

【0024】

前記フィルム状容器を構成するフィルムの材質は特に限定されないが、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、アクリル等の熱可塑性樹脂や、これらの積層体が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、高分子構造が脂肪族構造でも芳香族構造でもよく、あるいは環状構造でも非環状構造でもよい。前記フィルム状容器は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の汎用性の高い熱可塑性樹脂を主体とする場合、大型容器でも比較的安価に製造できるので好ましい。

【0025】

外殻容器１２は、本体容器１１を収容できる容器であれば特に限定されず、箱、瓶、袋、缶、タンク等が挙げられる。外殻容器１２の材質は特に限定されず、樹脂、ゴム、ガラス、金属、木材、繊維強化プラスチック等から構成することができる。外殻容器１２の内面は、本体容器１１に接触することから、本体容器１１を損傷しにくいように平滑にしてもよく、本体容器１１を保持しやすいように、凹凸等を形成してもよい。外殻容器１２に、本体容器１１を収容する個数は特に限定されず、外殻容器１２に１つの本体容器１１を収容してもよく、外殻容器１２に２つ以上の本体容器１１を収容してもよい。

【0026】

外殻容器１２は、本体容器１１を機械的に保護することが可能な硬さ（剛性）を有することが好ましい。本体容器１１の周囲を外殻容器１２で保護することにより、柔軟（フレキシブル）な本体容器１１であっても、本体容器１１の形状を容易に維持することができる。本体容器１１の側面が外殻容器１２の内面に密着して、本体容器１１の重量が外殻容器１２に支持されてもよい。外殻容器１２は、本体容器１１に収容された液相１３の温度を調整するため、加熱器、冷却器、放熱器、熱媒体を流通させる熱交換器、温度計等を備えてもよい。

【0027】

本体容器１１の内面は液相１３に接触することから、液相１３に含まれる成分の吸収、液相１３の汚染等を低減することが好ましい。本体容器１１の容量（大きさ）は特に限定されないが、例えば０．１Ｌ～５０００Ｌの大きさとすることができる。

【0028】

液相１３に含まれる液体としては、特に限定されないが、水性液体、油性液体、溶液、電解液、分散液、乳濁液など各種の液体が挙げられる。液相１３中には、気泡、粒子、粉末、粒状物、細胞、微生物などが含まれていてもよい。本体容器１１は、外気に開放された構造であってもよいが、外気から密閉されていることが好ましい。本体容器１１が外気に開放されている場合は、気相１４は外気から構成される。本体容器１１が外気から密閉されている場合は、液相１３の上に気相１４が充填される。

【0029】

本体容器１１内で液相１３が気相１４と接することにより、液相１３が揺動したとき、液相１３と気相１４とが混合されてもよい。液相１３と気相１４との容量比（気液容量比）は特に限定されず、液相１３が気相１４より多くても、液相１３より気相１４が多くてもよく、液相１３及び気相１４が半々程度でもよい。気液容量比は、例えば１：９～９：１の範囲が好ましい。

【0030】

気相１４としては、Ｎ_２，Ｏ_２，ＣＯ_２，ＮＨ_３，Ｈ_２Ｏ（水蒸気），Ｈ_２Ｓ等、又はこれらの２種類以上の混合気体が挙げられる。気相１４がＨｅ，Ａｒ等の不活性ガスを含んでもよい。また、気相１４の組成が空気又は乾燥空気を主体として調整されてもよい。気体を本体容器１１に供給するときは、液相１３を通じて気体が供給されてもよく、液相１３より上側に気体が供給されてもよい。

【0031】

本体容器１１は、本体容器１１の外から液相１３を揺動させる揺動装置（図示せず）を備えてもよい。これにより、揺動装置の部分を液相１３に接触させることなく、液相１３を撹拌することができる。撹拌翼、撹拌棒、磁気撹拌子等の撹拌部材を液相１３中に配置する場合と比べて、撹拌部材の損傷、劣化等による液相１３の汚染、撹拌部材の交換の手間等を回避することができる。

【0032】

揺動装置は、本体容器１１を往復運動させることにより液相１３を揺動させてもよい。揺動装置は、本体容器１１を回転運動させることにより液相１３を揺動させてもよい。往復運動又は回転運動の方向は、水平方向（左右方向）、鉛直方向（上下方向）、又はこれらの間の傾斜方向であってもよい。回転運動においては、回転軸が液相１３の重心を通る自転運動であってもよく、回転軸が液相１３の重心から離れた位置を通る公転運動であってもよい。

【0033】

揺動装置は、運動の種類又は方向が異なる２種類以上の運動を同時に重ね合わせて本体容器１１に作用させてもよい。また、揺動装置は、時間軸に対して周期的又は不定期に、運動の種類又は方向を変更してもよい。

【0034】

給気路１５、排気路１６等の管路は、フレキシブルなチューブ、ホース等でもよく、硬質のパイプ等でもよい。管路の材質としては、樹脂、ゴム、エラストマー、金属等が挙げられる。管路には、フィルター、フローモニター、流量計等を設けてもよい。特に図示しないが、本体容器１１に液体、気体、固形物、混合物等を供給する目的に限らず、本体容器１１から液体、気体、固形物、混合物等を取り出す目的でも、本体容器１１にチューブ、ホース、パイプ等の管路を接続することができる。

【0035】

前記フィルム状容器に各種の管路等として、チューブ、ホース、注出口、注入口等の付属部品を接続する場合は、付属部品の材質が前記フィルム状容器にヒートシール可能な樹脂、ゴム、エラストマー等の有機材料であることが好ましい。これにより、付属部品をヒートシールにより容易にフィルム状容器に接続することができる。また、付属部品を含めたフィルム状容器をシングルユースに構成することも容易になる。

【0036】

本体容器１１内では、細胞培養装置、バイオ医薬品製造装置、培養肉製造装置などのバイオリアクターにおいて、微生物、細胞等の培養物を培養してもよい。培養物としては、特に限定されないが、菌類、細菌類、ウイルス、酵母、藻類、昆虫細胞、植物細胞、動物細胞、バイオ医薬製造用のＣＨＯ（Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｈａｍｓｔｅｒ Ｏｖａｒｙ）細胞や、ＨｅＬａ細胞、ＣＯＳ細胞、再生医療用途のｉＰＳ細胞、間葉系幹細胞を始めとした幹細胞、分化させた組織細胞などの動物細胞、などが挙げられる。

【0037】

実施形態の圧力測定装置２０を備えたシステムは、バイオリアクターであってもよく、培養装置であってもよく、培養装置を兼ねるバイオリアクターであってもよい。液相１３中で微生物、細胞等の培養物を培養した場合、培養液の液相１３から培養物を回収してもよい。また、微生物、細胞等の培養物が産生した酵素、抗体、化学物質等の産生物を液相１３から回収してもよい。

【0038】

実施形態の圧力測定装置２０は、微生物、細胞等の培養物が代謝によりガスを発生させたときや、バイオリアクター等の本体容器１１内に気体を導入してバブリングさせたときの気相１４の圧力の変化を検知することができる。気相１４の圧力が一定となるように、給気路１５、排気路１６を通じて制御してもよい。

【0039】

圧力センサ２１と気相１４との間に本体容器１１のフィルムが介在され、圧力センサ２１と気相１４との間にフィルターを設置する必要がない。これにより、フィルターの目詰まりによる圧力上昇やフィルターの清掃などの手間を回避することができる。また、圧力センサ２１が本体容器１１の内部の物質に汚染されることがなく、圧力センサ２１を繰り返し使用することができる。さらに、バイオリアクター等の本体容器１１内の結露により、圧力センサ２１の精度が低下することもない。

【0040】

図２に、圧力測定装置２０の概略的なシステム構成の一例を示すブロック図を示す。
圧力センサ２１は、例えば、コンピュータなどの監視装置４０などに接続されている。

【0041】

監視装置４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサ４１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの内部メモリ４２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などのストレージデバイス４３と、周辺機器を接続するための入出力インターフェイス４４（入出力Ｉ／Ｆ）と、装置外部の機器や圧力センサ２１に付属する通信装置と通信を行う通信インターフェイス４５（通信Ｉ／Ｆ）と、を備えた通常のコンピュータのハードウェア構成を有する。

【0042】

監視装置４０は、例えば、プロセッサ４１が内部メモリ４２を利用しながら、ストレージデバイス４３や内部メモリ４２などに格納されたプログラムを実行することで各機能を実現することができる。
監視装置４０は、圧力センサ２１の圧力値を表示するための液晶ディスプレイや有機ＥＬなどの表示部４６を有している。

【0043】

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。改変としては、各実施形態における構成要素の追加、置換、省略、その他の変更が挙げられる。

【符号の説明】

【0044】

１０…複合容器、１１…本体容器、１２…外殻容器、１３…液相、１４…気相、１５…給気路、１６…排気路、２０…圧力測定装置、２１…圧力センサ、２２…ケーブル、２３，２４，４６…表示部、４０…監視装置、４１…プロセッサ、４２…内部メモリ、４３…ストレージデバイス、４４…入出力インターフェイス、４５…通信インターフェイス。

【図1】

【図2】