一種超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置的製作方法

2024-02-29 01:09:15

專利名稱：一種超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及生物反應器領域，具體地，本發明涉及一種超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置。
背景技術：
超聲霧化作用是高頻聲波的一大特點，這類超聲波通過與霧化片的諧振，使霧化片上方液體形成高頻振蕩，在常溫下將水拋離水面，形成直徑在I 10 μ m的超微粒子，形成水霧。高頻超聲波可使液體形成微小水霧，在細胞及組織培養中為培養體系提供營養。與噴嘴霧化形式相比，超聲霧化形成的液滴直徑較小(I 10 μ m)。在生物細胞或組織培養過 程中，液滴直徑越小，培養液的氣液比表面積就越大，越有利於氧向液體內部的傳遞。富氧液滴與細胞或組織接觸後附著於材料表面或在植物組織表面形成一層薄的富氧液膜，培養物質表面的氧供給和營養物質供給都非常充分，有利於培養物質的生長與代謝。低頻超聲波可使溶液產生局部的劇烈湍動，強化溶液內的物質擴散和傳遞，已經在生物工程領域得到廣泛研究。超聲波換能器的工作原理是將電信號轉換成高頻機械振動能量通過介質中的聲輻射，使介質微粒振動。低頻超聲波即頻率在20-100kHz的超聲波，該類超聲波的重要特點是空化作用。在超聲的作用下，液體分子產生高頻機械振動，液體無規律的振動不僅會改變液體內部壓カ的分布，產生無數負壓區和正壓區，還會產生無數微小的真空氣泡，這些小氣泡在負壓區形成、生長，並在正壓區迅速泯滅，形成無數高壓衝擊波，在液體內部造成無數微觀的劇烈震動。低頻超聲波在傳播過程中所引起的微觀尺寸的劇烈振動可促進組織表面液膜的更新，加速營養物質和代謝物的傳遞，有利於培養細胞、組織的生長和代謝。超聲霧化生物反應器在植物組織培養中有較廣泛的研究，美國Weathers PJ等人研究了多種超聲霧化生物反應器內毛狀根的生長代謝特性，但他們報導的超聲霧化反應器具有超聲霧化探頭價格昂貴、無法滅菌、產霧量小等缺點，不利於霧化反應器的放大。霧化反應器在培養毛狀根植物材料過程中，根團生長至中後期吋，毛狀根根團內的液體滯留量大，新的霧滴無法穿透液膜達到根表面，會造成材料的衰亡，不利於根的生長。低頻超聲波強化傳質的特點已被用於藥物控釋、強化植物細胞代謝物的合成、加速胞內物質的釋放等研究中，但在生物細胞、組織大規模培養反應器中尚未有應用報導。在植物組織(如毛狀根)反應器規模培養過程中，由於無菌操作要求嚴格，材料的接種操作比較困難。傳統的使用搖瓶的接種操作須在鑷子的輔助下完成，過程耗時長，極易染菌，這也限制了生物反應器進行植物培養過程的發展。

發明內容
本發明的目的在幹，為了解決霧化生物反應器培養細胞/組織/器官過程中培養材料表面易形成液體滯留層而產生的傳質阻カ而阻礙培養材料生長和代謝、霧化量小和霧化反應器放大困難、營養霧液滴逃逸量大導致培養基損失等問題，提供一種超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置。為了解決上述問題本發明所提供的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置包括包括反應器罐體系統和高頻超聲波霧化系統和低頻超聲波發生系統；所述反應器罐體系統包括反應器罐體8，所述的反應器罐體8外壁同一高度圓周上等弧度均勻設置直徑為60 70_的圓形低頻超聲振子粘結平面，其在反應器罐體8不同高度上為多層排列，層與層之間距離為10 20cm ；所述的低頻超聲波發生系統包括若干低頻超聲振子11，該低頻超聲振子11通過 中心螺栓和膠粘固定在反應器罐體8的低頻超聲振子粘結平面，實現了超聲波低頻-高頻的耦合。作為上述方案的一種改進，所述的低頻超聲振子11為頻率固定或可調的超聲振子，其頻率為20KHz IOOKHz ;所述的反應裝置包括一控制櫃，該控制櫃包括地低頻超聲繼電器25和低頻超聲模塊輸出頻率、功率調節旋鈕27來控制低頻超聲振子11的功率和超聲時間，該控制櫃24還包括高頻超聲繼電器26和超聲霧化模塊電源開關28來控制超聲波霧化腔I的工作狀態及霧化時間。作為上述方案的又一種改進，所述的高頻超聲波霧化系統包括超聲波霧化腔I及其內部的霧滴流動中心管52，該中心管52和反應器罐體系統頂部上法蘭7的接ロ螺紋連接，與反應器罐體系統連通。作為上述方案的再一種改進，所述的反應裝置還包括一補料罐22，該補料罐22通過霧化腔補液ロ 3與超聲波霧化腔I連通。作為上述方案的還ー種改進，所述的反應裝置還包括接種裝置，該接種裝置包括接種器腔體54、活塞56和活塞杆59，其中接種器腔體54與上法蘭7上的接種ロ 41匹配連接與反應器罐體8連通，活塞56和活塞杆59通過固定螺紋58相連接，推動活塞杆帶動活塞運動實現快速無菌接種。作為上述方案的還ー種改進，所述的接種器腔體54頂部設置擋板55，所述的活塞56上設有O 3個密封O圏。作為上述方案的還ー種改進，所述反應裝置包括檢測系統，該檢測控制系統包括安裝在上法蘭7上的pH電極插孔39、消泡電極插孔43和溶氧電極插孔40中的pH電極、消泡電極、溶氧電極和設置在反應器罐體8底部的溼度感應探頭13以及溫度感應探頭18，該檢測系統與控制櫃24相連，用於參數的檢測和控制。作為上述方案的還ー種改進，所述的反應器罐體8外壁上設有反應器控溫夾套10，該反應器控溫夾套10的底部和頂部分別設有夾套進水口 12、夾套出水ロ 17和與夾套進水口 12相連的夾套水加熱器23，用於溫度的控制，其中反應器罐體8高徑比為2 7，內部培養空間體積為10 1000L。作為上述方案的還ー種改進，所述的超聲波霧化腔I和接種裝置的材料為聚四氟こ烯、不鏽鋼或聚醚醚酮(PEEK)的耐高溫的材料。作為上述方案的還ー種改進，所述的反應器罐體8底部設有氣體分布器19和底閥20，該反應器為鼓泡式、氣升式、周期浸沒式或霧化式培養模式，或者鼓泡式-霧化式、氣升式-霧化式或周期浸沒-霧化式分段培養模式。本發明的裝置包括I、反應器罐體系統，帶有低頻超聲波發生裝置和高頻超聲波霧化裝置的反應器罐體，罐體底部法蘭設有氣體分布器和底閥，可用於霧化式、氣升式、鼓泡式以及周期浸沒式培養方式，罐體中部設有視窗、溫度探頭插孔、溼度探頭插孔和低頻超聲振子粘結面，罐體夾套連接循環水控溫系統，罐體上法蘭設有接種ロ、霧化器孔連接超聲霧化裝置、PH電極插孔、溶氧電極插孔、消泡探頭插孔、補料孔、加酸/加鹼孔、出氣孔連接出氣ロ電磁閥、視燈窗ロ ；2、高頻超聲波霧化系統，帶有高頻超聲波霧化腔、液位檢測探頭、高頻電流轉換電源，高頻超聲波霧化腔連接霧化片、補料、進氣、液位計、出氣ロ電磁閥等，實現霧化量、通氣速率的可調以及高頻超聲霧化腔內液位可視，高頻霧化腔霧滴流動中心管中52與反應器上法蘭中心接ロ螺紋連接；3、低頻超聲波發生裝置，通過螺栓固定及膠粘接結合的方式固定於反應器罐體壁面的低頻超聲振子粘結面，與低頻超聲波的時間、功率顯示控制裝置相連接；4、檢測系統，含溫度檢測、溼度檢測、pH檢測、溶氧檢測、液位檢測等，連接控制中心，溫度參數反饋至控制中心作出控溫判斷，溼度參數反饋至控制中心做出補霧判斷，PH參數反饋至控制中心做出補酸/鹼判斷，高頻超聲波霧化腔液位測定參數反饋至控制中心做出補料判斷，溶氧參數無反饋控制；5、控制和顯示系統，通過對循環水加熱或降溫實現溫度的調控，通過調整高頻超聲波霧化系統的通氣量實現反應器內溼度的控制、通過蠕動泵補酸或補鹼實現PH的控制，低頻超聲波發生裝置控制器可實現超聲波強 度、超聲時間及超聲頻率的調節，將計算機連接至控制中心，實現溫度、溼度、pH、溶氧、液位、低頻超聲強度以及低頻超聲時間、高頻超聲時間等參數的控制、顯示以及數據輸出；6、植物組織材料接種裝置。本發明的反應裝置為不鏽鋼反應器，罐體結構的高徑比在2 7範圍以內，反應器體積為IOL 1000L範圍以內；該生物反應器可適用於多種培養方式,其中包括鼓泡式、氣升式、周期浸沒式和霧化式培養以及分段式培養如氣升式-霧化式、鼓泡式-霧化式等；該生物反應器培養溫度為連續可調，調節範圍為20 80°C ;通氣量為連續可調，調節範圍為lL/min 1000L/min ;超聲波霧化系統輸出的霧量為連續可調，調節範圍為10ml/min 100ml/mino本發明的反應裝置中的超聲波霧化腔內可安裝一個或多個超聲霧化片，根據反應器體積的不同而不同，各超聲霧化片具有獨立控制開關；其中低頻超聲波發生裝置為可變頻率超聲波發生裝置，頻率在20 60KHz可調並且可以分組控制，按照軸向位置的不同分組，每組的超聲波輸出功率為連續可調；所述的低頻超聲波發生裝置中，同一組振子的個數可設置為I 6個，具體數量根據反應器的直徑而定，相鄰兩個振子間距為10 20cm ;所述的高頻超聲波霧化系統及低頻超聲波發生裝置可分別安裝於傳統的生物反應器上，単獨使用。本發明的優點在於I、本發明的生物反應器由控溫、補料、加酸/鹼、多參數測定、低頻超聲波、高頻超聲波霧化等多個系統構成，由統ー的控制中心控制，操作簡便。2、本發明將低頻超聲振子均勻分布於反應器壁面各處，可有效消除超聲波在空間上的衰減現象，實現反應器內部空間超聲強度的均勻性。3、本發明的超聲波霧化腔可通過調整通氣量、工作狀態的超聲霧化片的個數來實現霧化流量可調的補霧過程，間歇補料的設計使得該裝置無需裝載整個培養過程中所需的培養液，放大簡便，解決了霧化反應器的放大瓶頸問題。
4、本發明的超聲霧化腔與上法蘭連接，霧滴從頂部進入培養體系，利用重力沉降的方式分布至反應器內各個位置，節省能源的消耗，並且超聲波霧化與出氣ロ電磁閥的配合使用使得霧化時間下出氣ロ處於封閉狀態，減少了培養基的逃逸。5、在霧化培養過程中，所述的低頻超聲波發生裝置間歇工作，可在低能耗的前提下有效降低培養材料表面的液體滯留量，加速材料表面液膜的更新速率，消除代謝物質在細胞或組織表面液膜內的過量積累，有利於培養對象的生長和代謝。6、本發明的生物反應器不僅適用於霧化培養方式，還使用於氣升式、鼓泡式和間歇浸沒式培養方式，以及氣升-霧化、鼓泡-霧化等分段式培養方式。7、本發明的配件植物材料接種裝置實現了植物材料的快速無菌接種，一定程度上解決了反應器規模上植物組織培養接種難、易染菌的問題。



圖I為本發明的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置系統組成示意圖；圖2為本發明中反應罐體頂部上法蘭結構示意圖；圖3為本發明中超聲霧化腔剖視圖；圖4為本發明的植物接種裝置示意圖。附圖標識I、超聲波霧化腔 2、霧化腔通氣ロ3、霧化腔補液ロ4、超聲霧化片 5、液位感應探頭6、接種ロ密封蓋7、反應器上法蘭 8、反應器罐體9、電極10、反應器控溫夾套 11、低頻超聲振子12、夾套進水口13、溼度感應探頭 14、法蘭固定螺栓15、下法蘭16、可拆卸導流筒 17、夾套出水ロ18、溫度感應探頭19、氣體分布器 20、底閥21、空氣過濾膜22、補料罐 23、夾套水加熱器24、控制櫃25、低頻超聲時間繼電器26、超聲霧化時間繼電器27、低頻超聲模塊輸出頻率、功率調節旋鈕28、超聲霧化模塊電源開關29、溶氧記錄模塊 30、pH控制模塊31、通氣量控制模塊32、溼度控制模塊 33、溫度控制模塊34、補料流量控制模塊35、蒸汽發生器 36、數據記錄電腦37、出氣ロ38、視燈窗ロ 39、pH電極插孔40、溶氧電極插孔41、接種ロ42、超聲霧化腔連接ロ 43、消泡電極插孔44、補料孔 45、加酸/鹼孔46、法蘭固定螺栓孔47、超聲霧化腔法蘭蓋 48、超聲霧化腔體49、超聲霧化片安裝ロ50、超聲霧化片固定板 51、液位計接ロ52、霧滴流動中心管53、連接螺紋 54、接種器腔體55、擋板56、活塞 57、密封O圈58、固定螺紋59、活塞杆
具體實施例方式下面根據具體實施例對本發明的反應裝置進行進一步的說明。如圖I所示，本發明的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應器裝置包括反應器罐體系統、高頻超聲波霧化系統、低頻超聲波系統及接種裝置，其中反應器罐體系統包括反應器上法蘭7、反應器罐體8、電極9、反應器控溫夾套10、可拆卸導流筒16、下法蘭15及夾套水加熱器23 ;其中反應器上法蘭7、下法蘭15通過法蘭固定螺栓14與反應器罐體8密封連接；電極9測定反應器罐體8內的溶氧及pH指標，通過與溶氧控制模塊29、pH控制模塊30配合工作實現反應器內溶氧和pH值的監控；溼度感應探頭13與反應器罐體8密封連接，用於測定反應器內的溼度，通過與溼度控制模塊32及超聲霧化時間繼電器26的配合使用實現反應器內溼度的控制；溫度感應探頭18探測與反應器罐體8密封連接，測定反應器內的溫度，測得數據傳輸至溫度控制模塊33，並通過對夾套水加熱器23的控制實現反應器罐體系統內的溫度控制，夾套水加熱器23控溫的熱水通過夾套進水口 12及夾套出水ロ 17實現在反應器控溫夾套10中的循環，從而控制反應器罐體系統內部溫度；可拆卸導流筒16 放置於反應器罐體8內部，用於支撐和固定培養材料，實現反應器內部空間的高效利用；反應器罐體8壁面有多個低頻超聲振子粘結平面，用於固定低頻超聲振子11 ;下法蘭15與氣體分布器19和底閥20相連，無菌氣體通過氣體分布器19進入反應器罐體8，通過通氣量控制模塊31實現反應器內氣體的定量供應，通過底閥20可放出反應器罐體8內的殘液；向反應器罐體系統通入蒸氣發生器35產生的蒸氣實現在線滅菌。低頻超聲波系統包括低頻超聲振子11、低頻超聲時間繼電器25及低頻超聲模塊輸出頻率、功率調節旋鈕27，低頻超聲振子11通過螺栓固定及膠粘相結合的方法實現與反應器罐體8的緊密連接，通過低頻超聲模塊輸出頻率、功率調節旋鈕27控制低頻超聲振子11的工作狀態及產生的超聲波頻率及功率，低頻超聲時間繼電器25控制低頻超聲振子11的工作時間。如圖2所示，反應器上法蘭7有多個接ロ，分別為出氣ロ 37、視燈窗ロ 38、pH電極插孔39、溶氧電極插孔40、接種ロ 41、超聲霧化腔連接ロ 42、消泡電極插孔43、補料孔44、加酸/鹼孔45和法蘭固定螺栓孔46，法蘭固定螺栓14通過法蘭固定螺栓孔46實現反應器上法蘭7與反應器罐體8的密封連接，出氣ロ 37與外界大氣聯通，實現反應器罐體8內壓カ的穩定，視燈窗ロ 38連接ー個飛利浦電燈泡，實現反應器罐體8內的照明方便觀測，接種ロ 40用以實現反應器的接種操作，超聲霧化腔連接ロ 41與超聲霧化腔I連接實現反應器培養過程營養霧滴的供給，消泡電極插孔42、補料孔43和加酸/鹼孔44為預留接ロ，在浸沒式培養階段中使用，消泡電極與消泡插孔42連接檢測反應器內泡沫的高度從而判斷是否需加入消泡劑，補料孔43通過補料針與補料瓶連接用實現培養過程營養液的補給，カロ酸/鹼孔44與酸/鹼瓶連接，通過pH電極對培養液的測定及pH控制模塊30實現反應器內酸/鹼的補充從而穩定培養液的pH值，電極9包括pH電極和溶氧電極,分別與pH電極插孔39和溶氧電極插孔40密封連接，pH電極和溶氧電極另一端分別連接pH控制模塊30和溶氧記錄模塊29用以完成反應器培養過程各參數的監控。如圖3所示，高頻超聲波霧化系統包括超聲波霧化腔I、霧化腔通氣ロ 2、霧化腔補液ロ 3、超聲霧化片4和液位感應探頭5，其中超聲波霧化腔I又包括超聲霧化腔法蘭蓋47、超聲霧化腔體48、超聲霧化片安裝ロ 49、超聲霧化片固定板50、液位計接ロ 51及霧滴流動中心管52 ;超聲霧化腔法蘭蓋47通過螺栓固定於超聲霧化腔體48上，使其頂部密封，超聲霧化片4放置於超聲霧化片安裝ロ 49內，通過超聲霧化片固定板50使其密封固定於超聲霧化腔體48底部，液位感應探頭5安裝於液位計接ロ 51處，整個超聲霧化腔I通過連接螺紋53與上法蘭的超聲霧化腔連接ロ 42密封連接；超聲霧化腔I中的液體培養基通過霧化腔補液ロ 3進行補液供給，通過液位感應探頭5和補料流量控制模塊34的配合實現液位的控制，液體培養基在補料罐22中，為保證補料過程的正常運轉補料罐22通過空氣過濾膜21與外部聯通，保證在不斷補料後罐內壓力的穩定；通過超聲霧化模塊電源開關28、溼度控制模塊32及超聲霧化時間繼電器26控制超聲霧化片4的工作狀態及工作時間，超聲霧化片4工作過程中，通過霧化腔通氣ロ 2對超聲波霧化腔I進行通氣，培養基霧滴在通入氣體的帶動下由超聲波霧化腔I通過霧滴流動中心管52實現反應器罐體內霧滴的供給。如圖4所示，接種裝置包括接種器腔體54、擋板55、活塞56 、密封O圈57、固定螺紋58和活塞杆59構成，活塞56通過密封O圈57與接種腔體54實現緊密連接，在接種操作前，將活塞56拉至接種腔體54的底部，活塞杆59與活塞56分離，接種腔體54頂部入ロ用多層紗布或螺紋蓋等形式無菌密封，進行滅菌操作後在超淨工作檯中打開接種腔體54頂部的紗布或螺紋蓋，將待培養材料放置於接種腔體54內部後蓋上紗布或螺紋蓋，將活塞杆59通過固定螺紋58與活塞56連接，利用火焰接種的方法，在火焰旁邊打開接種腔體54頂部的紗布或螺紋蓋以及接種ロ密封蓋6，將接種腔體54頂部插入接種ロ 41，擋板55卡在接種ロ 41頂部防止接種腔體54掉入反應器內部，利用活塞杆59將接種腔體內的材料迅速推入反應器內部，蓋上接種ロ密封蓋6，完成接種操作。本發明的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應器所涉及的所有控制系統都整合於控制櫃24中，控制系統所獲得數據信號通過數據記錄電腦36實現監控數據的記錄。根據圖I 圖4所示，以氣升-霧化分段式培養植物毛狀根為例，具體如下(I)培養材料為植物毛狀根，由於該材料在生長過程中有結團現象，故選擇氣升-霧化分段式培養方式，反應器內導流筒選擇不鏽鋼篩網結構以利於液體、霧滴的軸向擴散，氣升式模式下培養5 15天使得毛狀根纏繞固定在篩網導流筒上後，進行霧化式模式培養。(2)圖I所述生物反應器及連接管路在進行植物組織培養前，反應器需進行滅菌操作。將配好的毛狀根培養基倒入所述反應器罐內，固定好上法蘭以及上法蘭上的溶氧電扱、PH電極、消泡電極、接種ロ蓋，上法蘭的出氣ロ電磁閥處於常開狀態，固定好罐體上的溫度電極和溼度電極，高頻超聲波霧化系統與反應器罐體分開滅菌，上法蘭超聲霧化腔接ロ用蓋子固定，利用蒸汽發生器產生的高溫高壓蒸汽對所述生物反應器及連接管路進行120°C 125°C高溫滅菌15 50min。植物毛狀根培養過程培養基pH值會下降，用於調培養基PH值的補鹼瓶與所述反應器分開滅菌，連接好補料針的補鹼瓶在滅菌鍋中単獨滅菌，120°C 125 °C高溫滅菌15 50min。(3)圖3所述超聲霧化系統與圖I所述生物反應器分開滅菌，超聲霧化系統底部通霧ロ用12層紗布包裹，連同補料罐一起放置於滅菌鍋中120°C 125°C滅菌15 50min。(4)圖I所述生物反應器及圖3所述高頻超聲波霧化系統都滅菌結束後，用火焰接種法的方式將上法蘭超聲霧化腔的接ロ蓋子打開，連上高頻超聲波霧化系統。將滅菌好的補鹼瓶通過補料針連接入所述生物反應器的上法蘭補酸/鹼接ロ。
(5)圖I所述生物反應器內溫度降至毛狀根培養溫度(25°C )後，利用圖4所述植物材料接種裝置開始毛狀根的接種操作。接種操作前圖4所述接種裝置活塞拉至腔體底部後，活塞杆與活塞分離，頂部用12層紗布包裹密封，置於滅菌鍋中120°C 125°C滅菌15 50mino(6)在超淨臺中用手木刀將搖瓶培養的一定接種量的新鮮毛狀根根尖材料切成2 5cm長段，轉移至滅過菌的圖4所述的接種器腔體中，轉移結束後所述接種器腔體ロ仍包裹上原滅菌的紗布。(7)將圖4所述的植物材料接種裝置的活塞杆與活塞底部螺紋連接上，圖4所述的接種器腔體外徑比圖2所述上法蘭接種ロ內徑略小，差值在O. 5mm以內。用火焰接種的方 式將所述接種裝置的接種腔體ロ與圖I所述生物反應器上法蘭接種ロ對接，所述的接種器腔體的外部擋板卡在接種ロ頂部避免整個接種裝置掉入反應器。利用接種器活塞杆和活塞將接種器腔體內的毛狀根材料推至反應器內，隨後蓋上接種ロ蓋子，利用所述生物反應器的通氣量控制模塊調整反應器底部氣體分布器的通氣量，毛狀根在氣液擾動作用下分散至導流筒外側各個部位，開始氣升模式培養。培養過程利用溫度控制模塊控制圖I所述生物反應器內的培養溫度，利用PH模塊控制所述生物反應器內的培養基的pH。(8)毛狀根在所述生物反應器的氣升式模式下培養5 15天後，毛狀根在導流筒上結團，所述生物反應器罐體內的培養基從底閥放出，通過通氣量控制模塊停止底部氣體分布器通氣，開啟圖3所述超聲霧化腔的通氣，開始霧化模式培養。(9)溼度控制模塊顯示反應器罐體內溼度低於設定值(如40%)時，圖3所述高頻超聲波霧化系統開始工作，每次工作時間通過超聲霧化時間繼電器調整(如5min)，超聲霧化腔內液位通過補料流量控制模塊調整，控制液位在3 6cm高，通過調整超聲霧化系統的通氣量來控制進入圖I所述生物反應器內的霧滴流量，通氣量調整範圍為3L/min 1000L/min0(10)高頻超聲波霧化控制模塊同時控制所述的生物反應器上法蘭出氣ロ電磁閥的電源，高頻超聲波霧化系統開啟的同時關閉所述的生物反應器上法蘭出氣ロ電磁閥，高頻超聲波霧化結束後一定延遲時間(如5 IOmin)後出氣ロ電磁閥返回打開狀態。(11)所述生物反應器在霧化模式下培養一定時間(如24h)後，進行低頻超聲處理一定時間(如IOmin)來減小毛狀根組織的靜態持水量，低頻超聲時間通過低頻超聲時間繼電器控制，低頻超聲的輸出頻率和功率通過低頻超聲模塊輸出頻率、功率調節旋鈕調節。(12)所述反應器在霧化模式下培養至收穫。(13)所述生物反應器培養毛狀根過程中，氣升段的培養基pH、溶氧、溫度、補鹼量由數據記錄電腦記錄，霧化段的通氣量、溫度、溼度由數據記錄電腦記錄，所有記錄結果都可輸出Excel格式文檔。
權利要求
1.一種超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，所述的裝置包括反應器罐體系統和高頻超聲波霧化系統，其特徵在於，該裝置還包括低頻超聲波發生系統； 所述反應器罐體系統包括反應器罐體(8)，所述的反應器罐體(8)在不同高度上分層排列有若干低頻超聲振子粘結平面同一高度圓周上等弧度均勻設置低頻超聲振子粘結平面，層與層之間距離為10 20cm ； 所述的低頻超聲波發生系統包括若干低頻超聲振子(11)，該低頻超聲振子(11)通過中心螺栓和膠粘分別固定在反應器罐體(8)的各低頻超聲振子粘結平面上，通過低頻超聲振子(11)產生低頻超聲振動，在該生物反應裝置中形成低頻超聲場。
2.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在於，所述的低頻超聲振子(11)為頻率固定或可調的超聲振子，其頻率為20KHz ΙΟΟΚΗζ。
3.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在於，所述的高頻超聲波霧化系統包括超聲波霧化腔(I)及其內部的霧滴流動中心管(52)，該霧滴流動中心管(52)和反應器罐體系統頂部上法蘭(7)的接ロ螺紋連接，與反應器罐體系統連通。
4.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在於，所述的反應裝置還包括一補料罐(22)，該補料罐(22)通過霧化腔補液ロ(3)與超聲波霧化腔(I)連通。
5.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在幹，所述的反應裝置還包括接種裝置，該接種裝置包括接種器腔體(54)、活塞(56)和活塞杆(59)，其中接種器腔體(54)與上法蘭(7)上的接種ロ(41)匹配連接與反應器罐體(8)連通，活塞(56)和活塞杆(59)通過固定螺紋(58)相連接，推動活塞杆帶動活塞運動實現快速無菌接種。
6.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在於，所述的接種器腔體(54)頂部設置擋板(55)，所述的活塞(56)上設有O 3個密封O圏。
7.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在於，所述的反應裝置包括一控制櫃(24)，該控制櫃(24)包括地低頻超聲繼電器(25)和低頻超聲模塊輸出頻率、功率調節旋鈕(27)來控制低頻超聲振子(11)的輸出頻率、輸出功率和超聲時間，該控制櫃(24)還包括高頻超聲繼電器(26)和超聲霧化模塊電源開關(28)來控制超聲波霧化腔(I)的工作狀態及霧化時間。
8.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在幹，所述的反應裝置包括檢測控制系統，該檢測系統包括安裝在上法蘭(7)上的pH電極插孔(39)、消泡電極插孔(43)和溶氧電極插孔(40)中的pH電極、消泡電極、溶氧電極和設置在反應器罐體⑶底部的溼度感應探頭(13)以及溫度感應探頭(18)，該檢測系統與控制櫃(24)相連，用於參數的檢測和控制。
9.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在於，所述的超聲波霧化腔(I)和接種裝置的材料為聚四氟こ烯、不鏽鋼或聚醚醚酮的耐高溫的材料。
10.根據權利要求I所述的超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置，其特徵在幹，所述的反應器罐體(8)底部設有氣體分布器(19)和底閥(20)，該反應器為鼓泡式、氣升式、周期浸沒式或霧化 式培養模式，或者鼓泡式-霧化式、氣升式-霧化式或周期浸沒-霧化式分段培養模式。
全文摘要
本發明涉及一種超聲波低頻-高頻耦合式霧化生物反應裝置。本發明的裝置包括反應器罐體系統、高頻超聲波霧化系統和低頻超聲波發生系統；所述反應器罐體系統包括反應器罐體(8)，所述的反應器罐體(8)在不同高度上分層排列有若干低頻超聲振子粘結平面；所述低頻超聲波發生系統包括若干低頻超聲振子(11)，該低頻超聲振子(11)通過中心螺栓和膠粘相結合的方法固定在反應器罐體(8)的低頻超聲振子粘結平面；所述高頻超聲波霧化系統包括超聲波霧化腔(1)，通過霧滴流動中心管(52)與所述的反應器罐體(8)聯通，實現了超聲波低頻-高頻的耦合。本發明解決了霧化反應器的放大問題，加速材料表面液膜的更新。
文檔編號C12M3/00GK102676386SQ201110052959
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者劉春朝, 劉瑞, 劉 英, 成喜雨 申請人:中國科學院過程工程研究所