JP2018140375A - Agitation device, agitation method, cell culturing method and reaction acceleration method - Google Patents
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Abstract
【課題】小型容器内の流体を効率的に迅速に撹拌することを可能とする撹拌装置及び撹拌方法を提供する。【解決手段】蓋により覆われた容器内の流体を撹拌する撹拌装置は、回転軸線を中心に回転する撹拌子と、回転磁場を発生させる回転磁場発生手段とを備える。撹拌子は、混合体と、回転磁場を受ける磁石又は磁性体を備える台座とを有する。混合体外表面には流体の吸入口及び吐出口を有し、混合体内部には吸入口と吐出口を繋ぐ孔を有し、混合体は複数の混合エレメントを回転軸線方向に積層した積層物により構成する。混合エレメントは、複数の第1の貫通孔を有し、混合体において第1の貫通孔の一部又は全部が、隣接する混合エレメントの第1の貫通孔とその位置をずらせて部分的に重なり且つ隣接する混合エレメントの第1の貫通孔との間で流体を流通可能に連通し、混合エレメントの積層方向と延在方向とに分割するように配置されている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stirring device and a stirring method capable of efficiently and quickly stirring a fluid in a small container. SOLUTION: A stirring device for stirring a fluid in a container covered with a lid includes a stirrer rotating around a rotating axis and a rotating magnetic field generating means for generating a rotating magnetic field. The stir bar has a mixture and a magnet or pedestal with a magnetic material that receives a rotating magnetic field. The outer surface of the mixture has a fluid suction port and a discharge port, and the inside of the mixture has a hole connecting the suction port and the discharge port. Configure. The mixing element has a plurality of first through holes, and a part or all of the first through holes in the mixture partially overlaps with the first through holes of adjacent mixing elements by shifting their positions. Further, the fluid is communicated with the first through hole of the adjacent mixing element so as to be able to flow, and is arranged so as to divide the mixing element into the stacking direction and the extending direction. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、例えば小型の容器内に収容された流体を撹拌する撹拌装置、撹拌方法、細胞培養方法及び反応促進方法に関する。 The present invention relates to an agitation device, an agitation method, a cell culture method, and a reaction promotion method for agitating a fluid accommodated in, for example, a small container.
ディッシュと呼ばれる小型容器は、底板とその外周に配される側壁から形成される平皿状の容器であって、蓋に覆われて微生物や細胞の培養、または広く試験研究用途に使用されている。培養のためにディッシュ内に収容された流体を撹拌するには、振盪や、マグネチックスターラーと棒状撹拌子を組み合わせたものがある(特許文献1、特許文献2)。 A small container called a dish is a flat dish-like container formed from a bottom plate and side walls arranged on the outer periphery thereof, and is covered with a lid and used for culture of microorganisms and cells, or widely for testing and research. In order to stir the fluid contained in the dish for culturing, there is a combination of shaking or a magnetic stirrer and a rod-shaped stirrer (Patent Documents 1 and 2).
生体内部を模した生理的な震盪は、より細胞の分化・増殖を促すと期待されている。しかし、通常の一方向性・単調な振盪では容器内の流体が溢れ易く、棒状撹拌子ではあまり良く混合されない。また、付着細胞を培養する場合は、棒状撹拌子では容器底部の細胞を撹拌子の回転により傷付けてしまう。 Physiological shaking that mimics the interior of a living body is expected to promote cell differentiation and proliferation. However, normal unidirectional and monotonous shaking tends to cause the fluid in the container to overflow, and the rod-shaped stirrer does not mix well. Further, when culturing adherent cells, the rod-shaped stirrer damages the cells at the bottom of the container by the rotation of the stirrer.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、特に小型容器内の流体を効率的に迅速に撹拌することを可能とする撹拌装置、及び撹拌方法を提供することを目的とする。また、微生物や細胞を効率的に培養することを可能とする細胞培養方法や反応促進方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the stirring apparatus and stirring method which make it possible to stir the fluid in a small container efficiently and rapidly especially. Another object of the present invention is to provide a cell culture method and a reaction promotion method that enable efficient cultivation of microorganisms and cells.
本発明に係る撹拌装置は、
蓋により覆われた容器内に収容された流体を撹拌するための撹拌装置であって、
回転軸線を中心に回転することにより流体を撹拌する撹拌子と、前記撹拌子を回転させる回転磁場を発生させる回転磁場発生手段とを備え、
前記撹拌子は、流体を撹拌する混合体と、回転磁場を受ける磁石又は磁性体を備える台座とを有し、
前記混合体の外表面には、流体の吸入口及び吐出口を有し、
前記混合体の内部には、前記吸入口と前記吐出口を繋ぐ1又は2以上の孔を有し、
前記混合体は、複数の混合エレメントを前記回転軸線方向に積層した積層物により構成し、
前記混合エレメントは、前記混合体内部の孔となる複数の第1の貫通孔を有し、
前記混合体において前記混合エレメントは、前記第1の貫通孔の一部又は全部が、隣接する混合エレメントの第1の貫通孔とその位置をずらせて部分的に重なり合うように配置され、且つ隣接する混合エレメントの第1の貫通孔との間で流体を流通可能に連通し、混合エレメントの積層方向と延在方向とに分割するように配置されている構成とする。
The stirring device according to the present invention comprises:
A stirring device for stirring fluid contained in a container covered with a lid,
A stirrer that stirs the fluid by rotating about a rotation axis, and a rotating magnetic field generation unit that generates a rotating magnetic field that rotates the stirrer;
The stirrer has a mixture that stirs a fluid, and a pedestal including a magnet or a magnetic body that receives a rotating magnetic field,
The outer surface of the mixture has a fluid inlet and outlet,
Inside the mixture, there are one or more holes connecting the suction port and the discharge port,
The mixture is constituted by a laminate in which a plurality of mixing elements are laminated in the rotation axis direction,
The mixing element has a plurality of first through holes serving as holes inside the mixture,
In the mixture, the mixing element is arranged so that a part or all of the first through hole partially overlaps the first through hole of the adjacent mixing element while shifting its position. It is set as the structure arrange | positioned so that a fluid may be distribute | circulated between the 1st through-holes of a mixing element so that a circulation is possible, and it divides | segments into the lamination direction and extension direction of a mixing element.
本発明に係る撹拌方法は、
前記撹拌装置を用いて蓋により覆われた容器内に収容された流体を撹拌する撹拌方法であって、
前記撹拌子を構成する混合体の外表面には、当該混合体内部の孔により繋がっている流体の吸入口及び吐出口を有し、
前記撹拌子を蓋上部の内平面に配設して回転させ、当該撹拌子がその吸入口から容器内の流体を吸い込み、当該撹拌子内部の孔に流体を流通させ、当該撹拌子の吐出口から容器内へ流出させて流体を撹拌する方法である。
前記撹拌方法においては、前記容器内の流体を細胞培養液とし、前記撹拌子により細胞培養液を撹拌する細胞培養方法や、前記容器内の流体を反応溶液とし、前記撹拌子により反応溶液を撹拌して反応を促進する反応促進方法とすることができる。
The stirring method according to the present invention comprises:
A stirring method for stirring fluid contained in a container covered with a lid using the stirring device,
The outer surface of the mixture constituting the stirrer has a fluid inlet and outlet connected by holes inside the mixture,
The stirrer is disposed on the inner flat surface of the upper part of the lid and rotated, and the stirrer sucks the fluid in the container from the suction port, causes the fluid to flow through the hole inside the stirrer, In this method, the fluid is stirred into the container.
In the stirring method, the fluid in the container is used as a cell culture solution and the cell culture solution is stirred with the stirring bar, or the fluid in the container is used as a reaction solution and the reaction solution is stirred with the stirring bar. Thus, a reaction promoting method for promoting the reaction can be obtained.
本発明によれば、撹拌子の回転により容器内の流体の流れが乱されるので、容器内の流体を効率的に混合することができる。また、混合体内部において流体が分割されるので、流体を高度に混合し、容器内部の流体を効率的に混合することができる。また、生理的に類似の撹拌を起こさせることで、生体を再現し、目的とする反応を引き出すことができる。 According to the present invention, since the fluid flow in the container is disturbed by the rotation of the stirring bar, the fluid in the container can be mixed efficiently. Further, since the fluid is divided inside the mixture, the fluid can be highly mixed and the fluid inside the container can be mixed efficiently. In addition, by causing a physiologically similar agitation, it is possible to reproduce a living body and draw out a target reaction.
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態として、図1に示す撹拌装置を用いた撹拌方法は、ディッシュと呼ばれる平皿状の容器6内に微生物や細胞等の培養液からなる流体Aを収容して蓋61により覆い、この培養液(流体A)を撹拌する細胞培養方法等に適用したり、また、容器6内に反応促進液からなる流体Aを収容して蓋61により覆い、この反応促進液(流体A)を撹拌して反応を促進する反応促進方法に適用することができる。この場合、細胞培養方法では、温度制御装置(図示せず)により培養液又は培養環境の温度を制御しながら撹拌することができ、また、反応促進方法では、温度制御装置(図示せず)により反応液又は反応環境の温度を制御しながら撹拌することができる。なお、本発明は、これらに限られるものではなく、各種の撹拌方法に適用することができる。
なお、本明細書において記載する方向として、「積層方向」とは、撹拌子1(混合体2、台座3を含む。)の回転軸方向や上下方向等と同義であり、「延在方向」とは、積層方向と直交する方向、混合エレメント21の半径方向や周方向等と同義である。
Hereinafter, actual forms of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As an embodiment of the present invention, the agitation method using the agitation apparatus shown in FIG. The culture solution (fluid A) is applied to a cell culturing method or the like, or the container 6 is filled with a fluid A made of a reaction promoting solution and covered with a lid 61, and the reaction promoting solution (fluid A) is covered. The present invention can be applied to a reaction promoting method for promoting the reaction by stirring. In this case, in the cell culture method, stirring can be performed while controlling the temperature of the culture solution or the culture environment by a temperature control device (not shown), and in the reaction promoting method, the temperature control device (not shown) is used. It can stir, controlling the temperature of a reaction liquid or reaction environment. In addition, this invention is not restricted to these, It can apply to various stirring methods.
In addition, as a direction described in this specification, the “stacking direction” is synonymous with the rotation axis direction, the vertical direction, and the like of the stirrer 1 (including the mixture 2 and the pedestal 3). Is synonymous with the direction orthogonal to the stacking direction, the radial direction of the mixing element 21, the circumferential direction, and the like.
図1に示す撹拌装置は、流体Aを撹拌するための撹拌子1と、撹拌子1を回転させるための回転磁場を発生させるマグネチックスターラー(回転磁場発生手段)4とを備えている。マグネチックスターラー4は、交流電源その他により駆動させられる。 The stirrer shown in FIG. 1 includes a stirrer 1 for stirring the fluid A and a magnetic stirrer (rotating magnetic field generating means) 4 that generates a rotating magnetic field for rotating the stirrer 1. The magnetic stirrer 4 is driven by an AC power source or the like.
容器6を覆う蓋61の外平面61aにはマグネチックスターラー4が載置され、マグネチックスターラー4内のモータに取り付けられた磁石(図示せず)により吸引された撹拌子1は、蓋61の内平面61bに接するように配置されている。この撹拌子1は、マグネチックスターラー4からの回転磁場を受けて回転させられ、容器6内に収容する試料等の流体Aを撹拌するものである。撹拌子1は、図2(a)(b)も参照して、回転軸線Sを中心に回転することにより流体Aを撹拌する混合体2と、混合体2を支持するとともに回転磁場を受ける撹拌用磁石5a,5bを内蔵する台座3とを備えている。なお、台座3は、撹拌用磁石5a,5bに代わる磁性体を備えていてもよい。撹拌子1の上下位置関係は、混合体2を上とし、台座3を下として、以下に説明するが、図1の使用態様では、撹拌子1は、図2に示した撹拌子1の状態とは上下位置が逆に配置され、図1の撹拌子1においては、蓋61側を下部、容器6側を上部として図2と対応する。 The magnetic stirrer 4 is placed on the outer flat surface 61 a of the lid 61 covering the container 6, and the stirrer 1 sucked by a magnet (not shown) attached to the motor in the magnetic stirrer 4 It arrange | positions so that the inner plane 61b may be touched. The stirring bar 1 is rotated by receiving a rotating magnetic field from the magnetic stirrer 4 and stirs a fluid A such as a sample accommodated in the container 6. 2 (a) and 2 (b), the stirrer 1 is a mixture 2 that stirs the fluid A by rotating about the rotation axis S, and a stirrer that supports the mixture 2 and receives a rotating magnetic field. And a pedestal 3 having built-in magnets 5a and 5b. The pedestal 3 may include a magnetic body instead of the stirring magnets 5a and 5b. The vertical positional relationship of the stirrer 1 will be described below with the mixture 2 at the top and the pedestal 3 at the bottom. In the usage mode of FIG. 1, the stirrer 1 is in the state of the stirrer 1 shown in FIG. The upper and lower positions are oppositely arranged, and the stirrer 1 in FIG. 1 corresponds to FIG. 2 with the lid 61 side as the lower part and the container 6 side as the upper part.
台座3は、図3(a)(b)に示すように、横置きにされる角柱状の棒状体31を備えている。棒状体31の上面両端部には、それぞれ、混合体2を取り付け固定するためのネジ筒部33が設けられている。また、棒状体31の両端部には、それぞれ、マグネチックスターラー4からの回転磁場を受ける撹拌用磁石5a,5bが収容されている。各撹拌用磁石5a,5bは、着磁方向が棒状体31の長手方向と直交する方向になるように配置され、且つ各撹拌用磁石5a,5bの磁極の位置が互いに逆位置となるように配置されている。すなわち、棒状体31の横置き状態では、例えば、一方の撹拌用磁石5aのN極が下面側に配置されている場合には、他方の撹拌用磁石5bの下面側にS極が配置される。撹拌用磁石5a,5bとしては、円柱型、リング型、または角型磁石を使用することができる。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the pedestal 3 includes a prismatic rod-like body 31 that is placed horizontally. At both ends of the upper surface of the rod-shaped body 31, screw cylinders 33 for attaching and fixing the mixture 2 are provided. Further, stirring magnets 5 a and 5 b that receive a rotating magnetic field from the magnetic stirrer 4 are accommodated at both ends of the rod-shaped body 31, respectively. The stirring magnets 5a and 5b are arranged so that the magnetization direction is perpendicular to the longitudinal direction of the rod-shaped body 31, and the magnetic pole positions of the stirring magnets 5a and 5b are opposite to each other. Has been placed. That is, in the horizontal state of the rod-shaped body 31, for example, when the north pole of one stirring magnet 5a is disposed on the lower surface side, the south pole is disposed on the lower surface side of the other stirring magnet 5b. . As the stirring magnets 5a and 5b, cylindrical, ring, or square magnets can be used.
また、棒状体31には、撹拌子1の回転を安定させるために円環部32が設けられている。円環部32は、棒状体31の下面と面一となるように棒状体31の両端部に連設されている。棒状体31の下面の中央部には、蓋61上部の内平面61bと接触する円弧状の支持突起34が突設されている。これにより、撹拌子1は、支持突起34が回転中心となるため、回転時にほとんど移動せずに撹拌子1が支持される。そのため、撹拌子1と蓋61上部の内平面61bとの摩擦抵抗が非常に小さくなり、撹拌子1をスムーズに回転させることができる。 The rod-shaped body 31 is provided with an annular portion 32 for stabilizing the rotation of the stirring bar 1. The annular portion 32 is connected to both ends of the rod-shaped body 31 so as to be flush with the lower surface of the rod-shaped body 31. At the center of the lower surface of the rod-shaped body 31, an arc-shaped support protrusion 34 that projects into contact with the inner flat surface 61b of the upper portion of the lid 61 is projected. Thereby, since the support protrusion 34 becomes a rotation center, the stirrer 1 is supported with little movement at the time of rotation. Therefore, the frictional resistance between the stirrer 1 and the inner flat surface 61b on the top of the lid 61 becomes very small, and the stirrer 1 can be smoothly rotated.
円環部32の下面(棒状体31の連設部分も含む。)には、支持突起34の突出高さ以下で、円弧状の安定化突起を等間隔に2以上設けるようにしてもよい。この場合、回転時に支持突起34で支持されている撹拌子1の姿勢が斜めに傾いても、安定化突起が蓋61上部の内平面61bに接触して安定した姿勢に保つことができる。また、図3(c)に示すように、支持突起34が棒状体31の下面全体にわたって形成されていてもよい。 Two or more arc-shaped stabilizing protrusions may be provided at equal intervals on the lower surface of the annular portion 32 (including the continuous portion of the rod-shaped body 31) at a protrusion height of the support protrusion 34 or less. In this case, even if the posture of the stirring bar 1 supported by the support protrusion 34 is inclined at the time of rotation, the stabilization protrusion can be kept in a stable posture by contacting the inner flat surface 61b of the upper portion of the lid 61. Further, as shown in FIG. 3C, the support protrusion 34 may be formed over the entire lower surface of the rod-shaped body 31.
混合体2は、図2(a)(b)に示すように、円板から構成される混合エレメント21を複数枚(ここでは4枚)積層した積層物により構成されており、積層した混合エレメント21を外周部の180度位置の2ヶ所でボルト11(固定手段)により台座3のネジ筒部33にそれぞれ締め付けて台座3に固定される。これにより、積層した複数の混合エレメント21が分解可能に一体化された混合体2を容易に構成するとともに台座3に固定される。また、複数の混合エレメント21が個々に分解可能に構成されることにより、各混合エレメント21に分解して混合エレメント21(後述の第1の貫通孔22、第2の貫通孔23等)に残存した残留物や異物の除去のような洗浄作業を容易に行うことができる。なお、複数の混合エレメント21を一体化する構造や混合体2の台座3への取付け構造としては、ボルト11による固定に限らず、凹凸の嵌め合い構造等のような分解可能な取付け方としてもよい。 As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the mixture 2 is composed of a laminate in which a plurality of (in this case, four) mixing elements 21 each made of a disk are stacked. 21 is fastened to the screw cylinder portion 33 of the pedestal 3 by bolts 11 (fixing means) at two positions 180 degrees on the outer peripheral portion and fixed to the pedestal 3. Thus, the mixed body 2 in which the plurality of stacked mixing elements 21 are integrated so as to be disassembled can be easily configured and fixed to the base 3. In addition, since the plurality of mixing elements 21 are configured to be disassembled individually, the mixing elements 21 are disassembled into the respective mixing elements 21 and remain in the mixing elements 21 (a first through hole 22 and a second through hole 23 described later). It is possible to easily perform a cleaning operation such as removal of residues and foreign matters. The structure for integrating the plurality of mixing elements 21 and the structure for attaching the mixture 2 to the pedestal 3 are not limited to fixing with bolts 11, but may be a dismountable attachment method such as an uneven fitting structure. Good.
混合体2は、図4に示すように、2種類の混合エレメント21a,21bを交互に積層して構成されており、これら2種類の混合エレメント21a,21bは、それぞれ、厚さ方向に貫通する第1の貫通孔22を複数有している。複数の第1の貫通孔22は、略円板形状の混合エレメント21a,21bの延在方向に延びる延在面に沿って設けられている。混合エレメント21a,21bの中央部には、第1の貫通孔22よりも開口面積が大きい第2の貫通孔23を有している。第2の貫通孔23は、略円形状に形成されており、混合エレメント21a,21bが積層されることにより、混合体2には、各第2の貫通孔23が連通した円筒状の中空部24が形成される。この中空部24の上部開口が流体Aの吸入口20αを構成する。中空部24の中心軸線は、撹拌子1の回転軸線Sと一致する。従って、吸入口20αは、回転軸線S上の位置に配置されている。なお、混合エレメント21a,21bは、図2に示すものと周方向及び半径方向の仕切壁の数が異なってもよい。 As shown in FIG. 4, the mixture 2 is configured by alternately stacking two types of mixing elements 21 a and 21 b, and each of the two types of mixing elements 21 a and 21 b penetrates in the thickness direction. A plurality of first through holes 22 are provided. The plurality of first through holes 22 are provided along the extending surfaces extending in the extending direction of the substantially disc-shaped mixing elements 21a and 21b. A central portion of the mixing elements 21 a and 21 b has a second through hole 23 having an opening area larger than that of the first through hole 22. The 2nd through-hole 23 is formed in the substantially circular shape, and when the mixing elements 21a and 21b are laminated | stacked, it is the cylindrical hollow part to which the 2nd through-hole 23 was connected with the mixture 2. 24 is formed. The upper opening of the hollow portion 24 constitutes the fluid A suction port 20α. The central axis of the hollow portion 24 coincides with the rotation axis S of the stirring bar 1. Accordingly, the suction port 20α is disposed at a position on the rotation axis S. The mixing elements 21a and 21b may be different in the number of partition walls in the circumferential direction and the radial direction from those shown in FIG.
また、第1の貫通孔22は、平面視略矩形状に形成されており、第2の貫通孔23の中心点を中心として同心円状に配設されている。第1の貫通孔22は、千鳥状に配置され、2種類の混合エレメント21a,21bでは、第1の貫通孔22の配列パターン自体を異ならせている。一方の混合エレメント21aは、第1の貫通孔22が第2の貫通孔23の内周面では閉じられ、外周面では開放されているが、他方の混合エレメント21bは、第1の貫通孔22が第2の貫通孔23の内周面では開放され、外周面では閉じられている。混合エレメント21aの外周面に開放された第1の貫通孔22の各々が流体Aの吐出口20βを構成する。従って、吐出口20βは、中空部24の上端開口である吸入口20αよりも回転軸線Sより外側の位置(例えば、回転軸線Sに直交する半径方向外側の位置)に配置されている。 The first through hole 22 is formed in a substantially rectangular shape in plan view, and is arranged concentrically with the center point of the second through hole 23 as the center. The first through holes 22 are arranged in a zigzag pattern, and the arrangement patterns of the first through holes 22 are different in the two types of mixing elements 21a and 21b. In one mixing element 21a, the first through hole 22 is closed on the inner peripheral surface of the second through hole 23 and is open on the outer peripheral surface, whereas the other mixing element 21b is in the first through hole 22. Is open on the inner peripheral surface of the second through-hole 23 and closed on the outer peripheral surface. Each of the first through holes 22 opened to the outer peripheral surface of the mixing element 21a constitutes a discharge port 20β for the fluid A. Therefore, the discharge port 20β is disposed at a position outside the rotation axis S with respect to the suction port 20α that is the upper end opening of the hollow portion 24 (for example, a radially outer position orthogonal to the rotation axis S).
第1の貫通孔22の大きさは、混合エレメント21a,21bの同一円周方向では同じ大きさに形成され、混合エレメント21a,21bの半径方向外側に向かうに従い大きくなるように形成することができる。また、2種類の混合エレメント21a,21bの重なり状態では、第1の貫通孔22が相互に重なり合った部分の面積は、円周方向において均等となっているが、非均等に形成することもできる。 The size of the first through-hole 22 can be formed to be the same size in the same circumferential direction of the mixing elements 21a and 21b, and to increase as it goes outward in the radial direction of the mixing elements 21a and 21b. . Further, in the overlapping state of the two types of mixing elements 21a and 21b, the area of the portion where the first through holes 22 overlap each other is uniform in the circumferential direction, but may be formed non-uniformly. .
そして、混合体2において隣接する混合エレメント21a,21bの各々の第1の貫通孔22は、半径方向及び円周方向に部分的にずれて重なり合うように配置され、混合エレメント21a,21bの積層方向及び延在方向に連通されている。換言すれば、混合エレメント21a,21bの半径方向と円周方向とのそれぞれに延びる第1の貫通孔22間の仕切壁が、隣接する混合エレメント21a,21b相互間において位置を違えて配置されている。従って、混合体2内部は、流体Aを隣接する混合エレメント21a,21bの第1の貫通孔22間に順次通り抜けさせて、混合エレメント21a,21bの積層方向及び延在方向のそれぞれにおいて分割するように構成されている。このように、混合体2内部の複数の第1の貫通孔22は、吸入口20αとなる中空部24の上部開口と吐出口20βとなる混合エレメント21aの外周面に開放する第1の貫通孔22との間を繋ぐための複数の流路を構成している。 The first through holes 22 of each of the adjacent mixing elements 21a and 21b in the mixture 2 are arranged so as to be partially displaced in the radial direction and the circumferential direction so as to overlap each other, and the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b And it is connected in the extending direction. In other words, the partition walls between the first through holes 22 extending in the radial direction and the circumferential direction of the mixing elements 21a and 21b are arranged at different positions between the adjacent mixing elements 21a and 21b. Yes. Therefore, the inside of the mixture 2 is allowed to pass through the fluid A sequentially between the first through holes 22 of the adjacent mixing elements 21a and 21b, and is divided in each of the stacking direction and the extending direction of the mixing elements 21a and 21b. It is configured. As described above, the plurality of first through holes 22 in the mixture 2 are opened to the upper opening of the hollow portion 24 serving as the suction port 20α and the outer peripheral surface of the mixing element 21a serving as the discharge port 20β. A plurality of flow paths for connecting between the two are configured.
混合体2を構成する混合エレメント21a,21bや台座3は、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂等の樹脂から作製されたものであるが、セラミック、金属等で作製されたものでもよい。混合エレメント21a,21bや台座3を樹脂製とすることにより、樹脂成形により混合エレメント21a,21bや台座3を容易に且つ安価に製造することができる。また、混合エレメント21a,21bや台座3がフッ素系樹脂以外の樹脂で作製されている場合は、コーティング等により表面層をフッ素系樹脂により形成してもよい。この場合、耐薬品性が向上する。 The mixing elements 21a and 21b and the pedestal 3 constituting the mixture 2 are made of a resin such as polyethylene, polypropylene, and fluorine resin, but may be made of ceramic, metal, or the like. By making the mixing elements 21a and 21b and the pedestal 3 made of resin, the mixing elements 21a and 21b and the pedestal 3 can be easily and inexpensively manufactured by resin molding. When the mixing elements 21a and 21b and the pedestal 3 are made of a resin other than the fluorine resin, the surface layer may be formed of a fluorine resin by coating or the like. In this case, chemical resistance is improved.
一方、マグネチックスターラー4の内部には、2個の駆動用磁石を備えたモータが配設されている(図示せず。)。2個の駆動用磁石は、撹拌子1の台座3の撹拌用磁石5a,5bの着磁方向と同方向であって、かつ、各々の磁極(N極、S極)が互いに逆になるように配置されている。そして、モータの回転駆動により、2個の駆動用磁石が回転して回転磁場を発生させる。 On the other hand, a motor having two driving magnets is disposed inside the magnetic stirrer 4 (not shown). The two drive magnets are in the same direction as the magnetization directions of the stirring magnets 5a and 5b of the base 3 of the stirrer 1, and the magnetic poles (N pole and S pole) are opposite to each other. Is arranged. The two driving magnets are rotated by the rotation of the motor to generate a rotating magnetic field.
次に、以上の構成の撹拌子1を用いた流体Aの撹拌方法を説明する。図1のように、流体Aが収容された容器6を覆う蓋61上部の外平面61a上にマグネチックスターラー4を載置して、蓋61上部の内平面61bに台座3側が接するように撹拌子1を配置させる。このとき、撹拌子1に収容された撹拌用磁石5a,5bがマグネチックスターラー4内部の駆動用磁石により吸着されるので、混合体2が容器6の底部に接することなく、撹拌子1が容器6内に浮いた状態となる。そして、マグネチックスターラー4のモータを駆動させ、モータに取り付けられた駆動用磁石を回転させる。そうすると、マグネチックスターラー4内部の回転する駆動用磁石から発生する回転磁場に、撹拌子1の台座3の撹拌用磁石5a,5bが吸引され、蓋61上部の内平面61bに接する撹拌子1が回転させられる。 Next, a method for stirring the fluid A using the stirring bar 1 having the above configuration will be described. As shown in FIG. 1, the magnetic stirrer 4 is placed on the outer flat surface 61a on the top of the lid 61 that covers the container 6 containing the fluid A, and stirred so that the pedestal 3 side is in contact with the inner flat surface 61b on the top of the lid 61. Child 1 is placed. At this time, since the stirring magnets 5a and 5b accommodated in the stirrer 1 are adsorbed by the driving magnet inside the magnetic stirrer 4, the stirrer 1 is not in contact with the bottom of the container 6 and the stirrer 1 is 6 is in a floating state. Then, the motor of the magnetic stirrer 4 is driven, and the driving magnet attached to the motor is rotated. Then, the stirring magnets 5a and 5b of the pedestal 3 of the stirrer 1 are attracted to the rotating magnetic field generated by the rotating driving magnet inside the magnetic stirrer 4, and the stirrer 1 in contact with the inner flat surface 61b above the lid 61 is Rotated.
この撹拌子1の回転により、混合体2内部に保持されている流体Aは遠心力を受けて混合体2外周部方向へ流通し、混合体2の外周面に開く混合エレメント21aの第1の貫通孔22から混合体2外部へ流出する。一方、容器6内の流体Aは、混合体2が配置される容器6上部に向かって、混合体2の吸入口20αから中空部24内に流入する。中空部24内に流入した流体Aは撹拌子1の回転による遠心力を受け、中空部24の内周面に開く混合エレメント21bの第1の貫通孔22から混合体2内部に流入する。そして流体Aは、流入場所の第1の貫通孔22から当該第1の貫通孔22に連通する他の第1の貫通孔22を通り抜け、さらに、他の第1の貫通孔22に連通する第1の貫通孔22を通り抜けるというように混合体2内部を流通し、混合体2外周部の流出口20βから流出する。混合体2の流出口20βから流出した流体Aは、容器6内を循環して再び混合体2の吸入口20αから混合体2内部に取り込まれる。このようにして、流体Aが撹拌される。 The rotation of the stirrer 1 causes the fluid A held inside the mixture 2 to receive centrifugal force and flow toward the outer peripheral portion of the mixture 2, and the first of the mixing elements 21 a that open to the outer peripheral surface of the mixture 2. It flows out of the mixture 2 from the through hole 22. On the other hand, the fluid A in the container 6 flows into the hollow portion 24 from the suction port 20α of the mixture 2 toward the upper part of the container 6 in which the mixture 2 is disposed. The fluid A that has flowed into the hollow portion 24 receives centrifugal force due to the rotation of the stirrer 1, and flows into the mixture 2 from the first through hole 22 of the mixing element 21 b that opens on the inner peripheral surface of the hollow portion 24. The fluid A passes through the other first through hole 22 communicating with the first through hole 22 from the first through hole 22 at the inflow location, and further communicates with the other first through hole 22. It flows through the inside of the mixture 2 so as to pass through one through-hole 22, and flows out from the outlet 20β of the outer periphery of the mixture 2. The fluid A flowing out from the outlet 20β of the mixture 2 circulates in the container 6 and is taken into the mixture 2 from the suction port 20α of the mixture 2 again. In this way, the fluid A is agitated.
この場合、混合体2内部を流通する流体Aは、図5(a)に示すように、混合エレメント21a,21bの複数の第1の貫通孔22を通り抜けて内周部から外周部に向かって略放射状に流通し、この際、流体Aは、混合エレメント21a,21bの延在方向に分割され、合流する。 In this case, as shown in FIG. 5A, the fluid A flowing through the mixture 2 passes through the plurality of first through holes 22 of the mixing elements 21a and 21b and travels from the inner peripheral portion toward the outer peripheral portion. At this time, the fluid A is divided in the extending direction of the mixing elements 21a and 21b and merges.
また、混合体2は、混合エレメント21a,21bを積層方向に複数備えるので、積層方向に連通する各第1の貫通孔22により流体Aを混合エレメント21a,21bの積層方向にも流通させる複数の流路が形成されている。従って、混合体2内部の流体Aは、第1の貫通孔22を通り抜ける際に、図5(b)に示すように、混合エレメント21a,21bの積層方向にも流通し、この際、流体Aは、混合エレメント21a,21bの積層方向にも分割され、合流し、混合される。 In addition, since the mixture 2 includes a plurality of mixing elements 21a and 21b in the stacking direction, a plurality of fluids A are also circulated in the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b through the first through holes 22 communicating in the stacking direction. A flow path is formed. Therefore, when the fluid A inside the mixture 2 passes through the first through hole 22, as shown in FIG. 5B, the fluid A also flows in the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b. Are also divided in the stacking direction of the mixing elements 21a, 21b, merged and mixed.
なお、混合体2は、混合エレメント21a,21bを積層方向に1枚ずつ備えていてもよい。混合エレメント21a,21bが1枚ずつ積層されていても、容器6内の流体Aは、混合体2の吸入口20αから中空部24内に流入し、撹拌子1の回転による遠心力を受け、中空部24から混合体2内部に流入し、連通する第1の貫通孔22を通り抜けて混合体2外周部の流出口20βから流出する。このようにしても、流体Aは、混合エレメント21a,21bの延在方向に分割され、合流して混合されるからである。 The mixture 2 may include one mixing element 21a, 21b in the stacking direction. Even if the mixing elements 21a and 21b are stacked one by one, the fluid A in the container 6 flows into the hollow portion 24 from the suction port 20α of the mixture 2 and receives the centrifugal force due to the rotation of the stirring bar 1, It flows into the inside of the mixture 2 from the hollow portion 24, passes through the communicating first through hole 22, and flows out from the outlet 20β of the outer periphery of the mixture 2. Even if it does in this way, it is because the fluid A is divided | segmented into the extension direction of mixing element 21a, 21b, and merges and is mixed.
こうして、混合体2内部における流体Aの流動は、混合エレメント21a,21bの延在方向への平面的すなわち二次元的な分割と合流だけではなく、混合エレメント21a,21bの積層方向にも広がりをもった三次元的に分割と合流が行われる。このような三次元的な流動により、流体Aは、分割、合流、乱流等を繰り返して混合される。混合エレメント21a,21bを1枚ずつ積層した場合には、平面的・二次元的な分割と合流が行われるが、この場合でも、流体Aは、分割、合流、乱流等を繰り返して混合される。また、流体Aは、混合体2内部で分割されるだけでもよい。この場合でも、混合体2から流出した流体Aは容器6内部で合流して、混合されるからである。 Thus, the flow of the fluid A inside the mixture 2 spreads not only in the planar or two-dimensional division and merging in the extending direction of the mixing elements 21a and 21b but also in the stacking direction of the mixing elements 21a and 21b. Dividing and merging are performed three-dimensionally. By such a three-dimensional flow, the fluid A is mixed by repeating division, merging, turbulent flow, and the like. When the mixing elements 21a and 21b are stacked one by one, planar and two-dimensional division and merging are performed, but even in this case, the fluid A is repeatedly mixed, divided, merged, and turbulent. The Further, the fluid A may only be divided inside the mixture 2. Even in this case, the fluid A that has flowed out of the mixture 2 joins and mixes inside the container 6.
ところで、従来のような、棒状やクロス状等の回転体からなる撹拌子では、撹拌子周辺部にはきわめて高いずり応力が発生し、ディッシュ(平皿状の容器6)により細胞等を培養する場合に細胞が損傷される。一方、容器6内の中央部は一様で比較的遅い流れとなり、十分な撹拌が得られないことが多い。 By the way, in the conventional stirrer made of a rotating body such as a rod or cloth, extremely high shear stress is generated around the stirrer, and cells and the like are cultured in a dish (flat dish 6). The cells are damaged. On the other hand, the central portion in the container 6 is a uniform and relatively slow flow, and sufficient stirring is often not obtained.
これに対して、本実施形態の撹拌子1では、混合体2中央部において回転軸線S方向に貫通する中空部24を備えている。そのため、容器6内の中央部の流体Aは、混合体2の吸入口20αから中空部24内に吸い込まれ、混合体2内部で高度に撹拌されることにより迅速に混合される。 In contrast, the stirrer 1 of the present embodiment includes a hollow portion 24 that penetrates in the center of the mixture 2 in the direction of the rotation axis S. Therefore, the fluid A at the center in the container 6 is sucked into the hollow portion 24 from the suction port 20α of the mixture 2 and rapidly mixed by being highly agitated inside the mixture 2.
この混合体2の中空部24は、第1の貫通孔22より開口面積の大きい第2の貫通孔23が積層して形成され、第1の貫通孔22に対して十分大きく開口している。それゆえ、中空部24への流体Aの流入抵抗は、吸入口20αに隣接する第1の貫通孔22に比べて小さい。また、混合体2の中空部24は、撹拌子1の回転中心部に位置するので、撹拌子1の回転により、この中空部24と対向する容器6内の流体Aを滞らせることなく吸入口20αを経て中空部24内に吸い込ませることができる。そして、中空部24内に吸い込まれた流体Aは、混合体2の回転による遠心力を受け、各第1の貫通孔22を通過することで、上述したように、混合エレメント21a,21bの積層方向及び延在方向へそれぞれ分割と合流を繰り返して高度に混合されて、混合体2外部へ流出する。 The hollow portion 24 of the mixture 2 is formed by laminating a second through hole 23 having a larger opening area than the first through hole 22, and opens sufficiently large with respect to the first through hole 22. Therefore, the inflow resistance of the fluid A to the hollow portion 24 is smaller than that of the first through hole 22 adjacent to the suction port 20α. Further, since the hollow portion 24 of the mixture 2 is located at the center of rotation of the stirrer 1, the suction port 1 does not stagnate the fluid A in the container 6 facing the hollow portion 24 due to the rotation of the stirrer 1. It can be sucked into the hollow part 24 through 20α. Then, the fluid A sucked into the hollow portion 24 receives a centrifugal force due to the rotation of the mixture 2 and passes through each first through-hole 22, thereby stacking the mixing elements 21 a and 21 b as described above. Dividing and joining are repeated in the direction and the extending direction, respectively, and the mixture is highly mixed and flows out of the mixture 2.
以上より、このような混合体2を備える撹拌子1によれば、回転中心にある容器6内部の流体Aを迅速に撹拌し、流体A全体を効率よく撹拌することができ、その結果、容器6内の流体A全体を均一に撹拌するまでの時間を短くすることができる。また、撹拌子1が容器6底部に接触しないので、容器6底部に付着した細胞が損傷されることがない。さらに、倒立顕微鏡を用いれば、容器6下部から撹拌子1の動作中の撮影をすることも可能である。 As described above, according to the stirrer 1 provided with such a mixture 2, the fluid A inside the container 6 at the center of rotation can be rapidly stirred, and the entire fluid A can be efficiently stirred, and as a result, the container The time until the whole fluid A in 6 is uniformly stirred can be shortened. Moreover, since the stirrer 1 does not contact the bottom of the container 6, the cells attached to the bottom of the container 6 are not damaged. Furthermore, if an inverted microscope is used, it is also possible to take a picture while the stirring bar 1 is operating from the bottom of the container 6.
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で様々な変更を施すことが可能であり、例えば、以下のように変形することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above embodiment, A various change is possible within the range of the summary of this invention, For example, it can deform | transform as follows.
混合体2は、複数の混合エレメント21を分解可能に積層した積層物ではなく、上述した第1の貫通孔22及び中空部24を設けた一体物により構成することができる。このような一体物の混合体2は、例えば、3Dプリンター装置により容易に作製することができる。また、他の混合体2として、第1の貫通孔22となる連続気孔を有する多孔質の一体物に、上述した中空部24を設けたものでもよい。撹拌子1は、台座3も混合体2とともに一体物として構成することができる。因みに、図6に示した撹拌子1は、3Dプリンター装置により製作したアクリル系UV硬化樹脂製の撹拌子1であり、その台座3部分には撹拌用磁石5a,5bを埋め込んで接着したものである。 The mixed body 2 can be constituted by an integrated body provided with the first through hole 22 and the hollow portion 24 described above, not a laminate in which a plurality of mixing elements 21 are laminated so as to be disassembled. Such a unitary mixture 2 can be easily manufactured by, for example, a 3D printer apparatus. Further, the other mixture 2 may be a porous integrated body having continuous pores to be the first through holes 22 and the above-described hollow portion 24 provided therein. In the stirring bar 1, the pedestal 3 and the mixture 2 can be configured as a single body. Incidentally, the stirrer 1 shown in FIG. 6 is an acrylic UV curable resin stirrer 1 manufactured by a 3D printer device. The stirrer 3 is embedded with a stirring magnet 5a, 5b and bonded thereto. is there.
また、マグネチックスターラー4の上に容器6を載置し、容器6内底部に撹拌子1を配置しても良い。このようにしても、容器6内の流体Aは撹拌子1により混合されるからである。また、浮遊細胞の培養であれば、撹拌子1を容器6内部の底部で回転させても、細胞を傷付け難いからである。 Alternatively, the container 6 may be placed on the magnetic stirrer 4 and the stirring bar 1 may be disposed at the bottom of the container 6. This is because the fluid A in the container 6 is mixed by the stirrer 1 even in this way. Further, in the case of culture of floating cells, even if the stirring bar 1 is rotated at the bottom inside the container 6, it is difficult to damage the cells.
以上の他の形態の混合体及び撹拌装置によっても、上述の実施形態と同様に、回転中心にある容器6内部の流体Aをも迅速に撹拌し、流体A全体を効率よく撹拌することができ、その結果、容器6内の流体A全体を均一に撹拌するまでの時間を短くすることができる。 Also with the mixture and the stirring device of the other forms described above, the fluid A inside the container 6 at the center of rotation can be rapidly stirred and the entire fluid A can be efficiently stirred as in the above-described embodiment. As a result, the time until the entire fluid A in the container 6 is uniformly stirred can be shortened.
1 撹拌子
2 混合体
3 台座
4 マグネチックスターラー
6 容器
1 Stirrer 2 Mixture 3 Pedestal 4 Magnetic Stirrer 6 Container
Claims (11)
回転軸線を中心に回転することにより流体を撹拌する撹拌子と、前記撹拌子を回転させる回転磁場を発生させる回転磁場発生手段とを備え、
前記撹拌子は、流体を撹拌する混合体と、回転磁場を受ける磁石又は磁性体を備える台座とを有し、
前記混合体は、複数の混合エレメントを前記回転軸線方向に積層した積層物により構成し、
前記混合エレメントは、前記混合体内部の孔となる複数の第1の貫通孔を有し、
前記混合体において前記混合エレメントは、前記第1の貫通孔の一部又は全部が、隣接する混合エレメントの第1の貫通孔とその位置をずらせて部分的に重なり合うように配置され、且つ隣接する混合エレメントの第1の貫通孔との間で流体を流通可能に連通し、混合エレメントの積層方向と延在方向とに分割するように配置されている構成とする撹拌装置。 A stirring device for stirring fluid contained in a container covered with a lid,
A stirrer that stirs the fluid by rotating about a rotation axis, and a rotating magnetic field generation unit that generates a rotating magnetic field that rotates the stirrer;
The stirrer has a mixture that stirs a fluid, and a pedestal including a magnet or a magnetic body that receives a rotating magnetic field,
The mixture is constituted by a laminate in which a plurality of mixing elements are laminated in the rotation axis direction,
The mixing element has a plurality of first through holes serving as holes inside the mixture,
In the mixture, the mixing element is arranged so that a part or all of the first through hole partially overlaps the first through hole of the adjacent mixing element while shifting its position. A stirrer configured to communicate with a first through hole of the mixing element so as to be able to flow and to be divided into a stacking direction and an extending direction of the mixing element.
前記撹拌子は、前記回転磁場発生手段により回転させられるように蓋上部の内平面に配設されている請求項1に記載の撹拌装置。 The rotating magnetic field generating means is disposed on the outer flat surface of the upper part of the lid,
The stirrer according to claim 1, wherein the stirrer is disposed on an inner flat surface of an upper portion of the lid so as to be rotated by the rotating magnetic field generating means.
前記混合体には、前記第2の貫通孔が積層方向に連通し、流体を混合体内部に流入させるための中空部が形成されている請求項1又は2に記載の撹拌装置。 The mixing element in the mixture has a second through hole larger than the first through hole;
3. The stirring device according to claim 1, wherein the second through-hole communicates in the stacking direction in the mixture, and a hollow portion for allowing a fluid to flow into the mixture is formed.
前記撹拌子を構成する混合体の外表面には、当該混合体内部の孔により繋がっている流体の吸入口及び吐出口を有し、
前記撹拌子を蓋上部の内平面に配設して回転させ、当該撹拌子がその吸入口から容器内の流体を吸い込み、当該撹拌子内部の孔に流体を流通させ、当該撹拌子の吐出口から容器内へ流出させて流体を撹拌する撹拌方法。 A stirring method for stirring fluid contained in a container covered with a lid using the stirring device according to any one of claims 1 to 6,
The outer surface of the mixture constituting the stirrer has a fluid inlet and outlet connected by holes inside the mixture,
The stirrer is disposed on the inner flat surface of the upper part of the lid and rotated, and the stirrer sucks the fluid in the container from the suction port, causes the fluid to flow through the hole inside the stirrer, A stirring method in which a fluid is stirred by flowing into the container.
前記容器内の流体を細胞培養液とし、
前記撹拌子により細胞培養液を撹拌する細胞培養方法。 A cell culture method using the stirring method according to claim 7,
The fluid in the container is a cell culture solution,
A cell culture method in which a cell culture solution is stirred with the stirring bar.
前記細胞培養液又は培養環境の温度を制御しながら細胞培養液を撹拌する細胞培養方法。 The cell culture method according to claim 8,
A cell culture method in which the cell culture solution is stirred while controlling the temperature of the cell culture solution or the culture environment.
前記容器内の流体を反応溶液とし、
前記撹拌子により反応溶液を撹拌して反応を促進する反応促進方法。 A reaction promoting method by the stirring method according to claim 7,
The fluid in the container is a reaction solution,
A reaction promoting method for promoting a reaction by stirring a reaction solution with the stirring bar.
前記反応溶液又は反応環境の温度を制御しながら反応溶液を撹拌する反応促進方法。 In the reaction promotion method of Claim 10,
A reaction promoting method of stirring the reaction solution while controlling the temperature of the reaction solution or the reaction environment.
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