植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統的製作方法

2023-09-19 18:39:40

專利名稱：植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種培養系統，具體是一種植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統。用於植物組織工程領域。
背景技術：
光生物反應器的研究始於20世紀40年代微藻的大規模培養，80年代以後得到迅速發展，迄今為止已研製出種類繁多的光生物反應器，並且可在光生物反應器中插入pH值電極、溶解氧電極、溫度電極、細胞密度電極、粘度電極等，將上述傳感器獲得的信號可進一步轉換，實現光生物反應器的程序化自動記錄和控制。用於培養的陸地植物和大型海藻細胞或組織主要是愈傷組織、微繁殖體或是配子體細胞等形式，其共同特點是具有很強的生長、擴增能力，切割後可繼續生長，並且，培養過程中個體不斷長大，必須通過定期切割打碎才能維持其未分化狀態。對於目前植物組織的光生物反應器培養的研究，培養過程中當培養的組織和細胞生長到一定體積並開始影響其生長時，因目前的設計都沒有在線切割裝置，如需切割打碎則要完全離線操作，影響實驗進程，給實驗操作帶來不便，因此，在原有的設計在硬體上不能滿足需要的前提下，在線切割連續長期光生物反應器培養裝置系統可進一步實現光生物反應器的程序化自動記錄和控制。
經對現有技術文獻的檢索發現，Yao-ming Huang等人在《BiotechnologyProgress》2002，1862-71上發表的″Dynamics of oxygen evolution and biomassproduction during cultivation of Agardhiella subulata microplantlrts ina bubble-column photobioreactor under medium perfusion″(利用氣升式光生物反應器培養拜式新亞藻微繁殖體進行氧傳遞動力學和生物量的研究，《生物技術進展》)一文中，提出Agardhiella subulata微繁殖體適宜懸浮培養的大小為3-10mm，微繁殖體培養過程中必須定期切割打碎，為了維持微繁殖體的高生長速率，培養過程中當微繁殖體生長超過10mm時，重新切割至3-5mm適宜大小再繼續培養；同時該文提出的Agardhiella subulata微繁殖體的光生物反應器培養系統由輸氣系統、光照系統和反應器主體三部分組成。其不足之處是該系統只能為微繁殖體提供階段性培養，不能實現連續長期光生物反應器的培養，另外，該系統對微繁殖體只能進行離線切割，這種離線切割方式大大增加了培養過程的微生物汙染率和繁瑣的切割工作，給實驗帶來不便；當應用於大規模培養時，離線切割則成為限制步驟，嚴重影響實驗的順利進行。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種植物組織在線切割連續長期光生物反應器培養裝置系統，使其實現植物細胞和組織培養過程中的在線切割，保證培養過程中培養物的生長代謝狀態維持在優化點，同時大大降低了離線切割的汙染率。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括輸液系統，氣體輸送系統，光照系統，耦合培養系統，控制器，在線光敏監測器。其連接關係為輸液系統通過矽膠管與耦合培養系統連接；氣體輸送系統通過矽膠管與耦合培養系統連接；光照系統固定在耦合培養系統外圍；在線光敏監測器安裝在耦合培養系統一側，將信號傳送至控制器，控制器接收來自在線光敏監測器的光電信號，通過數據線與耦合培養系統連接。
輸液系統由儲液罐和輸液泵組成。儲液罐由矽膠管經輸液泵與耦合培養系統連接，儲液罐中的新鮮培養液經輸液泵流入耦合培養系統內。
氣體輸送系統由氣泵，第一空氣過濾器，氣體流量計，氣體增溼裝置組成。氣體增溼裝置主體是圓柱型半球頂玻璃容器，其頂部整合有氣體入口和氣體出口，氣體入口伸入至距容器底部約1/6處；氣泵、第一空氣過濾器、氣體流量計和氣體增溼裝置的氣體入口間由矽膠管首尾順次連接；氣體增溼裝置的氣體出口與氣體分布器連接。
耦合培養系統是將生物反應器培養系統和切割系統耦合在一起，由進液口，氣體分布器，溶氧電極，pH電極，攪拌裝置，取樣管，出氣口，第二空氣過濾器，出液口，過濾篩絹，切割器，耦合培養系統控制面板組成。氣體分布器是由不鏽鋼材料製成的中空管，由通氣管和氣體分布管組成，通氣管由耦合培養系統頂端插入至耦合培養系統底部位置，氣體分布器底部為氣體分布管，呈圓弧形，分布在耦合培養系統圓形底面的外周，上面整合有圓形出氣孔，通氣管和氣體分布管連接處為通氣管接點；攪拌裝置由攪拌杆和攪拌槳組成，攪拌杆由耦合培養系統頂部中央位置伸入耦合培養系統內部距底部1/3～1/4處，攪拌杆底部整合有攪拌槳；取樣管伸入耦合培養系統內部距底部約1/2處；溶氧電極和pH電極伸入耦合培養系統的液面下；出氣口處用矽膠管連接第二空氣過濾器；出液口處有雙層800目的過濾篩絹。
輸液系統將新鮮培養液由進液口輸入至耦合培養系統，為保持恆定體積，耦合培養系統內過量的培養液由出液口處自動流出，出液口處有過濾篩絹；氣體輸送系統通過矽膠管與氣體分布器相連，氣體分布器由耦合培養系統頂端插入至耦合培養系統底部位置，為其培養提供充足的氣體，剩餘氣體及廢氣經出氣口排出；溶氧電極和pH電極由耦合培養系統頂端伸入耦合培養系統內部；切割器整合在耦合培養系統控制面板底座上，位於中央位置，呈十字刀形，兩端向上傾斜立起；耦合培養系統控制面板上整合有切割參數設定旋鈕。
本發明工作時，儲液罐中的新鮮培養液經輸液泵流入耦合培養系統內，以維持耦合培養系統的長期連續培養，為保持耦合培養系統的培養體積的恆定，過量的培養液由出液口處自動流出，氣泵提供的氣體經第一空氣過濾器過濾除菌，氣體增溼裝置增溼後，由氣體分布器在耦合培養系統底部為其培養提供充足的氣體，剩餘的氣體及廢氣由出氣口排出，出氣口處連接第二空氣過濾器，以保證反應器內無菌狀態，光照系統為耦合器培養系統提供必須的光強，耦合培養系統進入培養階段，耦合培養系統一側的在線光敏監視器通過光敏信號確定目的培養物的大小，連續、在線監測目的培養物大小和濃度，並將信號反饋至控制器，當反饋信息中目的培養物的大小達到設定大小參數，同時數量達到設定比例數時，控制器開始工作，控制器直接控制耦合培養系統控制面板上整合的切割器開關，啟動切割器，切割開始，當反饋信息中目的培養物的大小和數量低於設定參數時，控制器關閉切割器的啟動，切割自行停止，切割結束，耦合培養系統進入培養階段。
本發明系統為密閉系統，最大限度降低了微生物的汙染，同時解決了植物細胞和組織培養過程中因目的培養物個體過大而給實驗帶來的實際問題，保證了培養過程中培養物的生長代謝狀態維持在優化點，實現了植物組織在線切割連續長期光生物反應器培養，為規模化培養提供可能的途徑。
與現有技術相比，本發明將切割器與光生物反應器整合在一起使用，實現了植物細胞和組織培養過程中的在線切割，提高了工作效率，保證了培養過程中目的培養物的品質及其生長代謝狀態維持在優化點；本發明中的耦合培養控制面板，可操作性強，可根據不同的目的培養物設定不同的切割參數；由在線光敏監測器檢測目的培養物大小取代傳統的目測方法，提高了實驗的科學性、準確性；切割器內置型光生物反應器培養系統適用於大型生物反應器，系統高度集約化，可自動控制，佔地面積小，操作簡便，易於控制，最大限度降低了因切割而帶來的系統誤差。


圖1為本發明結構示意2為本發明輸液系統結構示意3為本發明氣體輸送系統結構示意4為本發明耦合培養系統結構示意5為本發明氣體分布器結構正視6為本發明氣體分布器結構俯視中，1.輸液系統 2.氣體輸送系統 3.光照系統 4.耦合培養系統 5.控制器 6.在線光敏監測器 7.儲液罐 8.輸液泵 9.氣泵 10.第一空氣過濾器 11.氣體流量計 12.氣體增溼裝置 13.氣體入口 14.氣體出口 15.進液口 16.氣體分布器 17.溶氧電極 18.pH電極 19.攪拌裝置 20.取樣管 21.出氣口 22.第二空氣過濾器 23.出液口 24.過濾篩絹 25.切割器26.耦合培養系統控制面板 27.攪拌杆 28.攪拌槳 29.通氣管 30.氣體分布管 31.通氣管接點 32.出氣孔具體實施方式
如圖1-6所示，本發明包括輸液系統1，氣體輸送系統2，光照系統3，耦合培養系統4，控制器5，在線光敏監測器6。其連接關係為輸液系統1通過矽膠管與耦合培養系統4連接；氣體輸送系統2通過矽膠管與耦合培養系統4連接；光照系統3固定在耦合培養系統4外圍；在線光敏監測器6安裝在耦合培養系統4的一側，將信號傳送至控制器5，控制器5接收來自在線光敏監測器6的光電信號，通過數據線與耦合培養系統4連接。
輸液系統1由儲液罐7和輸液泵8組成。儲液罐7由矽膠管經輸液泵8與耦合培養系統4連接，儲液罐7中的新鮮培養液經輸液泵8流入耦合培養系統4內。
氣體輸送系統2由氣泵9，第一空氣過濾器10，氣體流量計11，氣體增溼裝置12組成。氣體增溼裝置12的頂部整合有氣體入口13和氣體出口14，氣體入口13伸入至距容器底部約1/6處；氣泵9、第一空氣過濾器10、氣體流量計11和氣體增溼裝置12的氣體入口13之間由矽膠管首尾順次連接；氣體增溼裝置12的氣體出口14與耦合培養系統4連接。
耦合培養系統4是將生物反應器培養系統和切割系統耦合在一起，由進液口15，氣體分布器16，溶氧電極17，pH電極18，攪拌裝置19，取樣管20，出氣口21，第二空氣過濾器22，出液口23，過濾篩絹24，切割器25，耦合培養系統控制面板26組成。氣體分布器16是由不鏽鋼材料製成的中空管，由通氣管29和氣體分布管30組成，通氣管29由耦合培養系統4頂端插入至耦合培養系統4底部位置，氣體分布器16底部為氣體分布管30，呈圓弧形，分布在耦合培養系統4圓形底面的外周，上面整合有圓形出氣孔32，通氣管29和氣體分布管30連接處為通氣管接點31；攪拌裝置19由攪拌杆27和攪拌槳28組成，攪拌杆27由耦合培養系統4頂部中央位置伸入耦合培養系統4內部距底部1/3～1/4處，攪拌杆27底部整合有攪拌槳28；取樣管20伸入耦合培養系統4內部距底部約1/2處；溶氧電極17和pH電極18伸入耦合培養系統4的液面下；出氣口21處用矽膠管連接第二空氣過濾器22；輸液系統1將新鮮培養液由進液口15輸入至耦合培養系統4，耦合培養系統4內過量的培養液由出液口23處自動流出，出液口23處有雙層800目的過濾篩絹24；切割器25整合在培養系統控制面板26底座上，位於中央位置，呈十字刀形，兩端向上傾斜立起；耦合培養系統控制面板26上整合有切割參數設定旋鈕。
權利要求
1.一種植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統，包括輸液系統(1)、氣體輸送系統(2)、光照系統(3)，其特徵在於，還包括耦合培養系統(4)、控制器(5)、在線光敏監測器(6)，其連接方式為輸液系統(1)通過矽膠管與耦合培養系統(4)連接，氣體輸送系統(2)通過矽膠管與耦合培養系統(4)連接，光照系統(3)固定在耦合培養系統(4)外圍，在線光敏監測器(6)設置在耦合培養系統(4)的一側，將信號傳送至控制器(5)，通過數據線與耦合培養系統(4)連接。
2.根據權利要求1所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統，其特徵是，輸液系統(1)由儲液罐(7)和輸液泵(8)組成，儲液罐(7)由矽膠管經輸液泵(8)與耦合培養系統(4)連接。
3.根據權利要求1所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統，其特徵是，氣體輸送系統(2)由氣泵(9)，第一空氣過濾器(10)，氣體流量計(11)，氣體增溼裝置(12)組成，氣體增溼裝置(12)的頂部整合有氣體入口(13)和氣體出口(14)，氣體入口(13)伸入至距容器底部約1/6處，氣泵(9)、第一空氣過濾器(10)、氣體流量計(11)和氣體增溼裝置(12)的氣體入口(13)之間由矽膠管首尾順次連接，氣體增溼裝置(12)的氣體出口(14)與耦合培養系統(4)連接。
4.根據權利要求1所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統，其特徵是，耦合培養系統(4)由進液口(15)、氣體分布器(16)、溶氧電極(17)、pH電極(18)、攪拌裝置(19)、取樣管(20)、出氣口(21)、第二空氣過濾器(22)，出液口(23)、過濾篩絹(24)、切割器(25)、耦合培養系統控制面板(26)組成，氣體分布器(16)分布在耦合培養系統(4)圓形底面的外周，攪拌裝置(19)由攪拌杆(27)和攪拌槳(28)組成，攪拌杆(27)由耦合培養系統(4)頂部中央位置伸入耦合培養系統(4)內部距底部1/3～1/4處，攪拌杆(27)底部整合有攪拌槳(28)，取樣管(20)伸入耦合培養系統(4)內部距底部1/2處，溶氧電極(17)和pH電極(18)伸入耦合培養系統(4)的液面下，出氣口(21)處用矽膠管連接第二空氣過濾器(22)，輸液系統(1)將新鮮培養液由進液口(15)輸入至耦合培養系統(4)，耦合培養系統(4)內過量的培養液由出液口(23)處自動流出，出液口(23)處有雙層過濾篩絹(24)，切割器(25)整合在培養系統控制面板(26)底座上，耦合培養系統控制面板(26)上整合有切割參數設定旋鈕。
5.根據權利要求4所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統，其特徵是，氣體分布器(16)是由不鏽鋼材料製成的中空管，由通氣管(29)和氣體分布管(30)組成，通氣管(29)與氣體增溼裝置(12)的氣體出口(14)相連，由耦合培養系統(4)頂端插入至耦合培養系統(4)底部位置，氣體分布器(16)底部為氣體分布管(30)，呈圓弧形，分布在耦合培養系統(4)圓形底面的外周，上面整合有圓形出氣孔(32)，通氣管(29)和氣體分布管(30)連接處為通氣管接點(31)。
6.根據權利要求4所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統，其特徵是，切割器(25)整合在耦合培養系統控制面板(26)底座上，位於中央位置，呈十字刀形，兩端向上傾斜立起。
全文摘要
一種植物組織切割器內置型光生物反應器培養系統，包括輸液系統，氣體輸送系統，光照系統，耦合培養系統，控制器，在線光敏監測器。輸液系統通過矽膠管與耦合培養系統連接；氣體輸送系統通過矽膠管與耦合培養系統連接；光照系統固定在耦合培養系統外圍；在線光敏監測器安裝在耦合培養系統一側，將信號傳送至控制器，控制器接收來自在線光敏監測器的光電信號，通過數據線與耦合培養系統連接。本發明實現植物細胞和組織培養過程中的在線切割，保證培養過程中培養物的生長代謝狀態維持在優化點，同時大大降低了離線切割的汙染率。
文檔編號C12M3/00GK1680540SQ20051002328
公開日2005年10月12日 申請日期2005年1月13日 優先權日2005年1月13日
發明者張寶紅, 齊瀚實, 陳思曄, 趙銳, 黃娜 申請人:上海交通大學