旋轉塔板式徑向流生物反應器的製作方法
2023-05-24 23:21:16
專利名稱：旋轉塔板式徑向流生物反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬適於植物組織或細胞培養用的生物反應器，特別涉及的是旋轉塔板式徑向流生物反應器。
生物反應器技術以應用於微生物、植物組織與細胞培養，通過控制反應器中物理、化學條件來提供最優的生長環境，對於迫切需要解決的組織培養自動化問題來說，生物反應器的應用，可以給微培養產業開闢一個廣闊的前景。
但到目前為止，所開發的植物組織與培養液的接觸都是在單層培養箱或培養瓶中進行的。培養物——即植物組織通過吸附材料吸附培養液獲得營養基或是通過噴淋方式，或是由機械裝置帶動置放培養物的支架間歇或連續地浸入到培養液貯槽中，使植物組織獲得培養液。這種單層培養接種簡便，易於控制，但規模較小，效率低，不利於微培養的工業化生產。對常規培養實驗，一般是在無菌條件下，人工接種，國外有些實驗室曾採用類似機械手的裝置來免除人工接種之勞，但這類裝置及其附件極其繁瑣，而且還增加培養體系的操作費用。從目前的文獻報導中，還未發現在多層生物反應器中自動進行接種的方法。因此，尋求一種有利於工業化生產，能使植物組織浸沒在淺層培養基中，又能具備簡便易行，自動化程度高的無菌接種的多層生物反應器，勢在必行。
本實用新型的發明目的在於設計與研製一種新型多層生物反應器，它能使植物組織(尤其是芽類組織與器官)浸沒在淺層培養基中，進行多層培養，又能實現簡便易行、自動化程度高的接種方式，以此推動植物微培養產業的迅速發展。
本實用新型的發明目的是這樣實現的設計一種旋轉塔板式徑向流生物反應器，主要由具有頂蓋和底板的圓形外筒及置於其內與之同心的導流筒組成，導流筒壁與外筒壁間形成空氣與培養液流動的環隙。外筒的頂蓋上設有進液口，接種口和出氣口。外筒的底板上設有出液孔和進氣口，底板上還固定有環形氣體分布板，該板上均布通氣孔，導流筒內設置多層穿過中心軸的培養板，中心軸的頂部從外筒頂蓋上的軸封口處伸出，中心軸的底部置於外筒底板上的槽內。每層培養板均由上塔板和緊壓在下的下塔板組成，上、下塔板上開有大、小與分布情況完全相同的孔隙，孔隙由圓心向周邊呈放射狀分布，在同一圓弧上相鄰兩個孔隙的中心距離大於該孔隙的寬度，該距離應保證上、下塔板間的孔隙能上、下相通，也能相互錯開。下塔板與導流筒壁相互固定，並將導流筒在垂直方向上分成若干段，在相鄰的兩塊培養板間的導流筒壁上開設有接種窗，上塔板通過中心孔嵌套在中心軸上，上塔板中心孔與中心軸的橫截面形狀與大小相吻合，旋轉中心軸頂部，則可以帶動所有的上塔板同方向、同角度旋轉。每層上塔板上設有溢流堰。
旋轉塔板式徑向流生物反應器接種與培養植物組織的工作過程如下接種時旋轉中心軸，調節上、下塔板的相對位置，使上、下塔板的孔隙對正相通。先在反應器內充滿培養基，然後由接種口倒入培養物。通過底板上的進氣口通入氣體，在氣流的帶動下，反應器中的培養基攜帶培養物流動，經各段上的窗口培養物流入導流筒內塔板上方，培養液經上下各層培養板上相通的孔隙向下流到底部，經出液口放液。而植物組織被截流在各層塔板上。通氣時，氣體經底部環形氣體分布板上的通氣孔，實現環隙通氣、中心通氣或中心與環隙同時通氣。培養液在氣液推動下衝擊每層塔板上已被截留的培養物，使其能自動分布均勻，不至產生過多密集或堆積的現象，以實現快速、簡便、自動接種的目的。接種完後，再旋轉中心軸，帶動所有上塔板轉動，使每層上、下塔板間孔隙錯開而阻塞，培養液便被截流在各層塔板上，形成淺層培養液。多餘的培養液經溢流口徑向折流至下一層塔板，直至流到底層，由出液口排出，循環使用。上述過程實現植物組織在多層生物反應器中，浸沒在淺層培養基中的多層、高效培養。
本實用新型的優點是1．反應器的結構簡單，操作方便，易於密封和消毒，反應器內剪切力較弱。採用多層培養結構，提高了反應器空間利用率，有利於大規模生產的實現。
2．採用反應器內非人工無菌接種，效率高，節省人力和物力。接種時間短，而且可達到接種物在反應器內，徑向與軸向的均勻分布，無堆積，易於培養。
3．培養液採用外循環方式循環流動，易於在反應器外對培養液進行測量與更換。
4．通過反應器結構的設置，可達到植物組織的淺層液體培養要求，經小型熱模實驗證實，能達到較好的培養效果。
5．應用廣泛，適用於多種植物的微培養過程，尤其適用於芽類器官與組織的培養。
圖1 旋轉塔板式徑向流生物反應器結構示意圖；圖2 A-A視圖；圖3 反應器底頂蓋平面圖；圖4 反應器底板平面圖；圖5 培養板狹縫狀孔隙平面圖；圖6 雙溢流堰平面布置圖；圖7 雙溢流堰另一形式的平面布置圖；圖8 環形溢流堰平面布置圖；圖9 環形溢流堰另一形式平面布置圖；
圖10採用分段式導流筒的反應器結構示意圖；
圖11B-B視圖；以下通過附圖和實施例對本實用新型作進一步介紹如
圖1，圖2,3,4,5所示的一種旋轉塔板式徑向流生物反應器，主要由具有頂蓋(1)和底板(8)的圓型形外筒(2)及置於其內與之同心的導流筒(4)組成，導流筒壁與外筒壁間形成空氣與培養液流動的環隙(25)。圓形外筒的頂蓋(1)上設有進液口(17)、接種口(15)和出氣口(14)。外筒的底板上設有出液孔(9)和進氣口(10)，底板上還固定有環形氣體分布板(11)，該板上均布通氣孔(21)。在導流筒內設有五層穿過中心軸(12)的培養板(5,6)，中心軸的頂部從外筒的頂蓋上的軸封口(16)處伸出，中心軸的底部置於外筒底板上的槽內。每層培養板均由上塔板(5)和緊壓在下的下塔板(6)組成，上、下塔板上開有大小與分布情況完全相同的孔隙(20)，這些孔隙由圓心向周邊呈放射狀分布，孔隙的直徑(或寬度)由圓心向周邊逐漸加大如圖2所示。在同一圓弧上相鄰兩個孔隙的中心距離大於該孔隙的寬度，保證上、下塔板間的孔隙能上、下相通，也能相互錯開。也就是當旋轉上塔板，而下塔板不動時，上塔板的實心部分能將下塔板的孔遮蓋住，此時上，下塔板孔不通。每層下塔板(6)與導流筒壁用膠粘結相互固定，並將導流筒在垂直方向上分成五段。在相鄰的兩塊培養板間的導流筒壁上開設相對的兩個接種窗，以便培養物隨同培養基從接種窗流到每層培養板上。上塔板中心孔與中心軸的橫截面均為六邊形，其形狀與大小相吻合，以便上塔板能通過中心孔緊緊嵌套在中心軸上。當旋轉中心軸頂部時，則可以帶動所有的上塔板同方向同角度旋轉。每層上塔板一側邊緣上設有如圖2所示的溢流堰(13)，堰高能保證培養板上聚集一薄層培養液，相鄰兩層的上塔板溢流堰口(19)設置位置相反，以使培養基可沿徑向折流過每一層塔板，與上塔板上的培養物彼此接觸，而被培養物吸收，達到良好的培養效果。培養板上的開孔率為16％，有利於放液，實現快速接種。圖3示出頂蓋上中心軸、出氣口、接種口、軸封、進液口的相對位置，及頂蓋與外筒相固定的固定螺釘(18)。圖4示出反應器底板上的環隙空氣分布板(11)和板上的通氣孔(21)，及出液口(9)，無菌空氣進氣口(10)的相對位置。
反應器外筒與導流筒用透明材料製成，以保證培養物能獲得充足的光照。塔板、頂蓋與底板等採用不鏽鋼材料製成。
圖5示出上、下塔板的孔隙形狀可為狹縫狀(22)。
實施例2，如圖6所示，在上塔板上相對兩側的邊緣設有溢流堰(13)，培養時，培養液從兩側的溢流口(19)流到下一層上塔板上，培養液從兩側流到設在中間的溢流堰(1 3)，由溢流口(19)如圖7所示，再流到下一層塔板上。此層塔板上的溢流堰呈相對兩側布置，其它內容與例1同。
實施例3如圖8所示，培養液由設在上塔板圓周邊緣的環形溢流堰(13)溢流經溢流口(19)流到下一層塔板上，然後再由塔板四周流向中心的溢流口(19)，如圖9所示經溢流堰(13)流到下一層塔板，其它內容與例1同。
實施例4如
圖10、11所示，導流筒由四段構成，每段上設有接種窗，所有下塔板靠支架(23)聯結固定，整個支架通過底架(24)架在反應器底板上。相鄰兩層塔板間夾有一段導流筒。其它內容與例1同。
權利要求1．一種旋轉塔板式徑向流生物反應器，主要由具有頂蓋和底板的圓形外筒及置於其內與之同心的導流筒組成，導流筒壁與外筒壁間形成環隙，外筒的頂蓋上設有進液口、接種口和出氣口，外筒的底板上設有出液孔和進氣口，底板上還固定有環形氣體分布板，該板上均布通氣孔，其特徵在於導流筒內設置多層穿過中心軸的培養板，中心軸的頂部從外筒頂蓋上的軸封口處伸出，中心軸的底部置於外筒底板上的槽內，每層培養板均由上塔板和緊壓在下的下塔板組成，上、下塔板上開有大小與分布情況完全相同的孔隙，孔隙由圓心向周邊呈放射狀分布，在同一圓弧上相鄰兩個孔隙的中心距離大於該孔隙的寬度，下塔板與導流筒壁相互固定，並將導流筒在垂直方向上分成若干段，在相鄰的兩塊培養板間的導流筒壁上開設有接種窗，上塔板通過中心孔嵌套在中心軸上，上塔板中心孔與中心軸的橫截面形狀與大小相吻合，每層上塔板上設有溢流堰。
2．根據權利要求1所述的旋轉塔板式徑向流生物反應器，其特徵在於上塔板中心孔與中心軸的橫截面均為六邊形。
3．根據權利要求1或2所述的旋轉塔板式徑向流生物反應器，其特徵在於在相鄰的兩塊培養板間的導流筒壁上開設的接種窗是兩個相對的接種窗。
4．根據權利要求1所述的旋轉塔板式徑向流生物反應器，其特徵在於上、下塔板上的開孔率應大於15％。
5．根據權利要求3所述的旋轉塔板式徑向流生物反應器，其特徵在於上塔板一側邊緣設有溢流堰，相鄰兩層上塔板上的溢流口位置相反。
6．根據權利要求3所述的旋轉塔板式徑向流生物反應器，其特徵在於上塔板相對兩側的邊緣設有溢流堰，與之相鄰的上塔板上的兩道溢流堰設在中間。
7．根據權利要求3所述的旋轉塔板式徑向流生物反應器，其特徵在於在上塔板圓周邊緣設有環形溢流堰，與之相鄰的上塔板上的環形溢流堰則設在上塔板的中部。
8．根據權利要求1所述的旋轉塔板式徑向流生物反應器，其特徵在於導流筒由若干直徑相同的圓環組成。
專利摘要本實用新型涉及的是適於植物組織或細胞培養用的旋轉塔板式徑向流生物反應器。本反應器採用了多層可旋轉的塔板,利用液體環流巧妙地解決了植物組織,尤其是芽類組織與器官在反應器內無菌非人工接種。接種方式簡便、高效及實現了徑向流液體淺層潤溼的培養條件,可達到較好的培養效果。該反應器結構簡單、空間利用率高、操作方便,適用於多種植物的微培養過程,有利於大規模生產的實現,是一種有廣泛應用前景的生物反應器。
文檔編號C12M3/00GK2334763SQ9722628
公開日1999年8月25日 申請日期1997年8月29日 優先權日1997年8月29日
發明者劉德華, 歐陽藩, 符逸群 申請人:中國科學院化工冶金研究所