本發(fā)明涉及一種生物反應(yīng)器，其用于通過間歇浸沒離體生產(chǎn)諸如芽或根的分化的植物生物質(zhì)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的用于生產(chǎn)分化的植物生物質(zhì)的微體繁殖技術(shù)總體上是昂貴且費力的。因此已改進各種類型的容器用于植物的離體培養(yǎng)以便克服這些問題。這些容器中所使用的方法論可粗略分成四類：液相、氣相、雜交式生物反應(yīng)器以及間歇浸沒式系統(tǒng)(tis)。

間歇浸沒式系統(tǒng)是一種周期性半自動或全自動的培養(yǎng)系統(tǒng)，其基于如下的交替循環(huán)，即將培養(yǎng)的植物組織間歇浸沒到液體媒介中之后將植物組織排出以及暴露于氣態(tài)環(huán)境。通常浸沒階段相對較短，處于幾分鐘的范圍，而空氣暴露階段被延長，處于幾個小時的范圍。通過對浸沒以及暴露階段的持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)，可以形成針對最優(yōu)濕度的條件以及在最小液體接觸的情況下供應(yīng)營養(yǎng)物，藉此可以顯著地減少所培養(yǎng)植物組織的過度含水性。

不但減少所培養(yǎng)植物組織的過度含水性，間歇浸沒式系統(tǒng)還被認為是最佳用于生產(chǎn)分化的植物組織，是因為其每平方米生產(chǎn)更多的植物。間歇浸沒式系統(tǒng)具有更高的增值率并且液體媒介的使用減少了瓊脂成本。間歇浸沒引起更高的營養(yǎng)物攝取以及吸收，并且強制通氣增加了生長以及生物質(zhì)產(chǎn)量。減少的操作量以及減少的勞動成本是另外的優(yōu)點，同時帶有改善的植物品質(zhì)以及生產(chǎn)更高的鮮重和干重產(chǎn)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種間歇浸沒式生物反應(yīng)器，其用于離體生產(chǎn)分化的植物生物質(zhì)，所述間歇浸沒式生物反射器包括：

生長室，其具有一個或多個透明側(cè)壁以及具有網(wǎng)眼底部，所述網(wǎng)眼底部限定多個接收植物材料的孔眼；

由透明材料形成的柔性袋，所述柔性袋具有可密封的開口以及尺寸設(shè)置成接收所述生長室連同液體媒介；

外室，其具有一個或多個透明側(cè)壁，所述外室形成為形狀與生長室對應(yīng)并且尺寸設(shè)置成接收柔性袋以內(nèi)的生長室，使得生長室的網(wǎng)眼底部面向外室的底部并且生長室在外室以內(nèi)的運動被約束為沿單一軸線的運動，從而生長室的網(wǎng)眼底部朝著外室的底部以及遠離外室的底部運動；以及

驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置成當生長室和柔性袋被接收在所述外室中時選擇性地驅(qū)動生長室沿著單一軸線在第一位置與第二位置之間的運動，在所述第一位置，生長室的網(wǎng)眼底部位于外室的底部或朝著外室的底部定位；在所述第二位置，生長室的網(wǎng)眼底部與外室的底部間隔開。

應(yīng)理解的是，在使用中，外室的底部旨在擱置于支承表面上。

當容納液體媒介以及生長室的柔性袋位于外室中時，所述液體媒介將不可避免地鄰近于生長室的底部地在柔性袋的底部處聚集。相應(yīng)地設(shè)置驅(qū)動機構(gòu)以選擇性地驅(qū)動生長室沿著所述單一軸線在外室中第一位置與第二位置之間的運動允許生長室在所述液體媒介中的間歇浸沒。

使用驅(qū)動機構(gòu)以實現(xiàn)生長室的間歇浸沒是有利的，原因在于其易于允許生物反應(yīng)器按比例擴大從而以相對較大的規(guī)模操作。

在使用中，所述生長室的網(wǎng)眼底部的第一位置必須充分靠近于外室的底部以便將網(wǎng)眼的孔眼浸沒在于外室底部處容納在柔性袋中的液體媒介中。因此將理解的是在該第一位置，網(wǎng)眼底部不必剛好位于外室的底部處。網(wǎng)眼底部可與外室的底部間隔開。

在第二位置，網(wǎng)眼底部必須運動離開外室的底部以便將生長室的網(wǎng)眼底部提升出所述液體媒介以外。第一位置和第二位置的準確方位因此將取決于在外室的底部處于柔性袋中聚集的液體媒介的深度。然而將理解的是網(wǎng)眼底部在第二位置時將相比于其位于第一位置時距外室的底部進一步間隔開。

生長室的網(wǎng)眼底部易于允許隨著生長室運動至所述第一位置并浸沒在液體媒介中而使液體媒介進入生長室中。類似地，所述網(wǎng)眼底部允許隨著生長室運動至所述第二位置并從液體媒介移除而使液體媒介從生長室排出。相應(yīng)地，使用網(wǎng)眼底部允許液體媒介高效地流入和流出所述孔眼。

在使用間歇浸沒的傳統(tǒng)生物反應(yīng)器中，液體媒介運動到植物材料上以便浸沒所述植物材料。液體媒介或是機械地運動或是例如使用空氣壓縮機而通過空氣壓力運動。這種方法不僅導(dǎo)致了液體媒介從對植物材料進行保持的支承件溢出的風(fēng)險以及藉此導(dǎo)致植物材料被沖洗出所述支承件的風(fēng)險，而且在這種方法中使液體媒介循環(huán)所需的相對高的壓力、高能量要求致使按比例擴大生物反應(yīng)器的尺寸和容量是不切實際的。相應(yīng)地，使用間歇浸沒的傳統(tǒng)生物反應(yīng)器僅能以實驗室規(guī)模操作(通常受限于10公升的最大容積)，并且不允許以商用規(guī)模使用間歇浸沒以生產(chǎn)分化的植物生物質(zhì)。

相反地，申請人已發(fā)現(xiàn)對相對較輕生長室的運動進行驅(qū)動以便使容納在生長室中的植物材料浸沒在液體媒介中需要顯著更少的能量并且因而允許生物反應(yīng)器的尺寸和容量按比例擴大至范圍在10至1000公升的最大容積，并且優(yōu)選是擴大至范圍在30至150公升的最大容積。

使用柔性袋以可密封地容納生長室以及在使用中容納液體媒介不僅防止污染物侵入液體媒介而且還進一步有助于按比例擴大生物反應(yīng)器。使用柔性袋例如可允許將生物反應(yīng)器的容量按比例擴大至2000公升。使用透明材料以形成生長室、柔性袋和外室允許光穿透并且到達位于所述生長室的網(wǎng)眼底部的孔眼中的植物材料。

生長室和外室各自具有至少一個透明壁以便允許光穿透進入生長室和外室。在本發(fā)明的實施例中，可設(shè)想的是所述室的其它壁可由實心或不透明材料形成以便控制能夠穿透進入生長室和外室的光的量。然而在尤其優(yōu)選的實施例中，生長室和外室的所有壁由透明材料形成以便允許最大量的光穿透進入生長室和外室。

生長室和外室的壁的數(shù)量當然將取決于所述室的形狀。在所述室的形狀為圓形或橢圓形的情況下，將僅需要一個壁。為了產(chǎn)生具有其它形狀的室，所述室可具有兩個、三個、四個、五個或更多互連的壁。

設(shè)置外室以接收在柔性袋中連同液體媒介一起密封的生長室減少了液體媒介中的空隙并且限制了生長室的運動以便僅允許使用中沿著所述單一軸線進入和離開液體媒介的運動。

在本發(fā)明尤其優(yōu)選的實施例中，生長室運動進入和離開液體媒介所沿著的單一軸線將大致是豎直的。然而在其它實施例中可設(shè)想的是該單一軸線會相對于豎直方向以一角度延伸，僅有的要求在于生長室沿著該軸線的運動使得生長室的網(wǎng)眼底部朝著和遠離外室的底部運動。

氣體可被在柔性袋中密封，從而當生長室運動至所述第二位置并從液體媒介移除時，生長室中容納的植物材料暴露于所述氣體。

優(yōu)選地，所述柔性袋包括可密封的端口以接收液體媒介和/或接種物。將理解的是所述液體媒介和接種物可取決于情況同時地或分開地經(jīng)由所述可密封的端口引入生物反應(yīng)器。因此并非必要的是液體媒介和接種物在同一時間經(jīng)由可密封的端口引入生物反應(yīng)器。

設(shè)置可密封的端口(通常具有范圍在0.5至5cm的直徑)易于允許根據(jù)需要將液體媒介和接種物引入柔性袋。這還允許將污染的風(fēng)險最小化同時允許按比例擴大生物反應(yīng)器的尺寸和容量。這是因為在將液體媒介和/或接種物引入柔性袋期間，與整個生物反應(yīng)器形成對照，僅僅可密封的端口需要位于無菌環(huán)境中。

將理解的是污染會浪費容納在生物反應(yīng)器中的任何植物材料。相應(yīng)地，當考慮到按比例擴大生物反應(yīng)器的尺寸和容量時高效防止污染物侵入的能力是尤其重要的。生物反應(yīng)器的容量越大，在污染情況下會被浪費的植物材料的量就越大。

在缺乏引入液體媒介和/或接種物的端口的情況下，有必要再次打開柔性袋可密封的開口以便引入和補充液體媒介和/或引入接種物。相應(yīng)地，為了避免污染，對于至少整個開口以及非?？赡苁钦麄€生物反應(yīng)器而言有必要將其定位于無菌環(huán)境中。所述無菌環(huán)境通常通過使用層流凈化罩(laminarflowhood)來提供。因此將理解的是，以這樣的設(shè)置，層流凈化罩的尺寸會限制生物反應(yīng)器的最大尺寸和容量。

當設(shè)置可密封的端口以引入液體媒介和/或接種物時不會出現(xiàn)這樣的限制。這是因為，一旦在初始設(shè)定生物反應(yīng)器時將生長室定位在柔性袋以內(nèi)，則不必再次打開柔性袋可密封的開口。相應(yīng)地，如以上所概述的，僅僅可密封的端口需要定位在無菌環(huán)境中以防止在將液體媒介和/或接種物引入生物反應(yīng)器時污染物的侵入，并且生物反應(yīng)器的剩余部分可定位于無菌環(huán)境以外。

在優(yōu)選實施例中，生物反應(yīng)器還可包括空氣泵，其用于連接至柔性袋以便允許氣體被傳輸通過所述柔性袋。在使用中，產(chǎn)生通過柔性袋的氣體流改善了當生長室從液體媒介移除時定位于生長室的網(wǎng)眼底部的孔眼中的植物材料的通氣。

在這樣的實施例中，柔性袋優(yōu)選包括至少三個端口，第一端口和第二端口配置成連接至空氣泵以允許氣體流入和流出柔性袋，而第三端口配置成通過該第三端口接收液體媒介和接種物。

被設(shè)置成對生長室的運動進行驅(qū)動的驅(qū)動機構(gòu)可包括驅(qū)動臂，其位于外室內(nèi)以便當生長室和柔性袋被接收在外室中時經(jīng)由所述柔性袋與生長室的網(wǎng)眼底部的下側(cè)接合。在這樣的實施例中驅(qū)動臂可在沿著所述單一軸線向上的第一方向上從外室的底部運動至伸展位置以便將生長室從第一位置推到第二位置。驅(qū)動臂從該伸展位置可在沿著所述單一軸線相反的第二方向上運動以便對生長室從第二位置向下至第一位置的運動進行引導(dǎo)。

將理解的是在這樣的實施例中，驅(qū)動臂并不與生長室的網(wǎng)眼底部的整個下側(cè)接合以便允許，隨著驅(qū)動臂朝著伸展位置向上運動以驅(qū)動生長室從第一位置至第二位置的運動，液體媒介從生長室被排放到于柔性袋中形成在驅(qū)動臂相反兩側(cè)上的口袋部中。

在驅(qū)動臂向下運動時，驅(qū)動臂每一側(cè)上柔性袋中的口袋部在深度上減少，直至生長室達到處于外室底部的第一位置并且浸沒在液體媒介中，所述液體媒介在驅(qū)動臂上方越過外室整個寬度地聚集于柔性袋中。

雖然真空泵可用于對驅(qū)動臂的運動進行驅(qū)動，但是在按比例擴大生物反應(yīng)器時真空泵是能量密集型的且極大地增加了功耗。因此在優(yōu)選實施例中，使用一個或多個電機對驅(qū)動臂的運動進行驅(qū)動以及藉此對生長室的運動進行驅(qū)動。

在其它實施例中，驅(qū)動機構(gòu)可包括漂浮元件，所述漂浮元件安裝成圍繞生長室的網(wǎng)眼底部延伸并且藉此允許當生長室和柔性袋被接收在外室中時將生長室漂浮在于柔性袋中容納的液體媒介上，并且藉此將生長室定位在所述第二位置。

為了當需要時將生長室浸沒在液體媒介中，這樣實施例中的驅(qū)動機構(gòu)還包括一個或多個驅(qū)動元件，所述一個或多個驅(qū)動元件設(shè)置在外室中以選擇性地接合生長室以及對生長室從第二位置向下至第一位置的運動進行驅(qū)動。

所述漂浮元件可具有至少5cm的深度，以使得所述漂浮元件在生長室的網(wǎng)眼底部下方突伸至少5cm，從而當生長室在液體媒介上漂浮時，生長室的網(wǎng)眼底部與液體媒介的表面間隔至少5cm。當生長室處于第二位置時將網(wǎng)眼底部與液體媒介的表面間隔開是有利的，在于其減少了植物根部或芽部伸到保持浸沒在液體媒介中的網(wǎng)眼底部以下的風(fēng)險。

在尤其優(yōu)選的實施例中，所述漂浮元件具有10cm的深度。

在其它實施例中，所述驅(qū)動機構(gòu)可包括至少兩個電磁體已將生長室定位在所述第二位置。在這樣的實施例中，至少兩個電磁體可朝著外室的底部地定位于該外室內(nèi)，并且至少兩個電磁體在生長室的網(wǎng)眼底部附近地定位在生長室的外表面上。在這樣的實施例中，電磁體可選擇性操作以產(chǎn)生相對立的磁場。相對立磁場的產(chǎn)生用于對生長室在沿著所述單一軸線的第一方向上從第一位置向上至第二位置的運動進行驅(qū)動。

與其中驅(qū)動機構(gòu)包括漂浮構(gòu)件的實施例一樣，這種實施例中的驅(qū)動機構(gòu)還包括一個或多個驅(qū)動元件，所述一個或多個驅(qū)動元件設(shè)置在外室中以選擇性地接合所述生長室，以及當需要將生長室浸沒在液體媒介中時對生長室從第二位置向下至第一位置的運動進行驅(qū)動。

在驅(qū)動機構(gòu)包括漂浮構(gòu)件或相對立的電磁體以將生長室保持在第二位置的實施例中，被設(shè)置成在需要浸沒在液體媒介中時對生長室的向下運動進行驅(qū)動的所述驅(qū)動構(gòu)件或每個驅(qū)動構(gòu)件可設(shè)置成位于外室內(nèi)的柱塞的形式。所述柱塞或每個柱塞具有接合構(gòu)件以在生長室和柔性袋被接收在外室中時經(jīng)由所述柔性袋與生長室的那個側(cè)壁或至少一個側(cè)壁的上邊緣接合。所述柱塞或每個柱塞可運動以對相應(yīng)接合構(gòu)件從外室的頂部沿著所述單一軸線向下從休息位置至伸展位置的運動進行驅(qū)動，以及藉此對生長室從第二位置至第一位置的運動進行驅(qū)動。所述柱塞或每個柱塞可運動以對相應(yīng)接合構(gòu)件從該伸展位置在沿著所述單一軸線的第二相反方向上的運動進行驅(qū)動，以便在所述漂浮構(gòu)件或相對立電磁體的作用下對生長室從所述第一位置向上至所述第二位置的運動進行引導(dǎo)。

優(yōu)選地，在這樣的實施例中，驅(qū)動機構(gòu)包括至少三個這樣的柱塞，所述柱塞以關(guān)于外室的內(nèi)周邊等間距的方位定位在外室內(nèi)。這樣的布置允許驅(qū)動機構(gòu)在關(guān)于生長室間隔的方位處等同地施加向下的驅(qū)動力，以及藉此減少了回轉(zhuǎn)力施加至生長室的風(fēng)險，所述回轉(zhuǎn)力否則將防止生長室在外室內(nèi)平滑的向下運動。

在這樣的實施例中，每個柱塞可容置在密封的柱塞殼體內(nèi)并且通過容納在殼體內(nèi)的流體的壓力改變而被驅(qū)動，以便對柱塞端部作用，并且藉此在壓力增加時對柱塞離開殼體的運動進行驅(qū)動以及在壓力降低時引起柱塞的收縮。

在其它這樣的實施例中，每個柱塞可借助于電機驅(qū)動。

在驅(qū)動機構(gòu)包括漂浮構(gòu)件以將生長室維持在第二位置的其它實施例中，驅(qū)動機構(gòu)還可包括電磁體以當需要浸沒在液體媒介中時對生長室的向下運動進行驅(qū)動。在這樣的實施例中，至少兩個電磁體可朝著外室的底部地位于該外室內(nèi)，并且至少兩個電磁體在生長室的網(wǎng)眼底部附近地定位在生長室的外表面上。所述電磁體可選擇性操作以便產(chǎn)生吸引的磁場并且藉此對生長室在沿著所述單一軸線的第二方向上從第二位置向下至第一位置的運動進行驅(qū)動。通過關(guān)掉電磁體，在移除吸引的磁場時，漂浮構(gòu)件引起生長室從第一位置至第二位置的向上運動。

將理解的是，在以上參照的每個實施例中，驅(qū)動機構(gòu)優(yōu)選包括定時器以控制驅(qū)動臂、電磁體和/或柱塞(一個或多個)的啟用和停用，并且藉此在使用中對生長室在第一位置與第二位置之間的運動進行驅(qū)動。通過合適地設(shè)定定時器，可以針對位于生長室的網(wǎng)眼底部的孔眼中的特定植物材料根據(jù)需要設(shè)定具體的浸沒和通氣周期。

為了確保高效的操作，柔性袋優(yōu)選由諸如例如聚丙烯、聚乙烯和聚氨酯的柔性熱塑性聚合物形成。還可設(shè)想的是，也可使用適于形成柔性材料透明片材的其它聚合材料以形成所述柔性袋。

可通過將透明塑性材料模制或成型為其最終形式而制造所述生長室和外室，所述塑性材料選擇自合成的或天然的聚合物。在其它實施例中，可使用3d打印機由透明樹脂制造所述生長室和外室。

可設(shè)想的是可使用其它材料以制作生物反應(yīng)器的其中一個組成部件或全部的組成部件。例如，為了改善生物反應(yīng)器的環(huán)境友善性，可使用適合的可生物降解的或可再循環(huán)的材料。

為了允許在使用中外室對生長室的運動高效地引導(dǎo)，生長室和外室在大致垂直于所述單一軸線的平面中的截面形狀是相同的。假設(shè)兩個室的截面形狀是相同的，所述室可被形成以限定任何的截面形狀，例如包括圓形、橢圓形、方形、三角形或矩形。

將理解的是，在生長室和外室限定圓形截面的實施例中，所述生長室和外室中的每一個將包括單一連續(xù)的側(cè)壁。

生長室的網(wǎng)眼底部可由塑性材料或金屬材料形成，所述網(wǎng)眼優(yōu)選形成為限定孔眼，所述孔眼具有50至500μm范圍的尺寸并且更優(yōu)選具有100至200μm范圍的尺寸。

為了防止在位于生長室的網(wǎng)眼底部的孔眼中的植物材料已生長至堵塞孔眼的情形下液體媒介從生長室溢出，并且藉此防止液體媒介經(jīng)由所述孔眼的排放，生長室可包括網(wǎng)眼區(qū)段，其位于所述側(cè)壁或一個側(cè)壁中。所述網(wǎng)眼區(qū)段優(yōu)選由與生長室的網(wǎng)眼底部相同的材料形成并且具有與生長室的網(wǎng)眼底部相同的孔眼尺寸，并且所述網(wǎng)眼區(qū)段優(yōu)選位于所述側(cè)壁的與網(wǎng)眼底部間隔開的邊緣處或是朝著該邊緣定位。

為了允許使用所述生物反應(yīng)器以在商用規(guī)模上生產(chǎn)植物生物質(zhì)，所述生長室優(yōu)選形成為限定10至1000公升范圍的內(nèi)部容積，并且更優(yōu)選是限定30至150公升范圍的容積。

附圖說明

現(xiàn)在將借助非限制性示例參照所附附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中：

圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的間歇浸沒式生物反應(yīng)器的示意圖；

圖3示出圖1和圖2的生物反應(yīng)器的驅(qū)動臂；

圖4a和圖4b示出圖1和圖2的生物反應(yīng)器的生長室；

圖5a和圖5b示出圖1和圖2的生物反應(yīng)器的生長室和柔性袋；

圖6a和圖6b示出圖1和圖2的生物反應(yīng)器的生長室、柔性袋和外室；

圖7和圖8示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的間歇浸沒式生物反應(yīng)器的示意圖；

圖9圖示了使用圖1和圖2的生物反應(yīng)器的多葉生物質(zhì)的生長率；以及

圖10示出使用圖1和圖2的生物反應(yīng)器生產(chǎn)的煙草的多葉生物質(zhì)。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于離體生產(chǎn)分化的植物生物質(zhì)的間歇浸沒式生物反應(yīng)器10在圖1和圖2中示出。

生物反應(yīng)器10包括生長室12(圖4a和圖4b)，其具有多個透明側(cè)壁14以及網(wǎng)眼底部16，所述網(wǎng)眼底部限定多個孔眼18以接收植物材料或接種物?？梢栽O(shè)想的是所述植物材料或接種物可包括葉或根塊、細胞懸液或胼胝體。

生長室12位于由透明材料形成的柔性袋20(圖5a和圖5b)中。柔性袋20包括可密封的開口(未示出)并且尺寸設(shè)置成接收所述生長室12連同液體媒介22。

柔性袋20連同生長室12以及液體媒介22一起地位于外室24中(圖6a和圖6b)。外室24具有多個透明側(cè)壁26以及一底部28，該底部在使用時旨在擱置于支承表面上。

生物反應(yīng)器10還包括形式為驅(qū)動臂30(圖1和圖2)的驅(qū)動機構(gòu)，所述驅(qū)動臂朝著外室24的底部28定位。驅(qū)動臂30經(jīng)由柔性袋20接合生長室12的網(wǎng)眼底部16的下側(cè)。

優(yōu)選地，驅(qū)動臂30配置成具有相對平滑的接合部分31(圖3)，該接合部分經(jīng)由柔性袋20接合生長室12的網(wǎng)眼底部16的下側(cè)。設(shè)置不具有尖銳邊緣或凸起的相對平滑的接合部分31降低了驅(qū)動臂30使柔性袋20撕裂或以其它方式破裂的風(fēng)險。

如圖1和圖2所示，驅(qū)動臂30并不與生長室12的網(wǎng)眼底部16的整個下側(cè)接合。驅(qū)動臂30接合網(wǎng)眼底部16的下側(cè)的相對較小比例，在該點處柔性袋20被截留在驅(qū)動臂30與網(wǎng)眼底部16之間。因此，在驅(qū)動臂30的任一側(cè)上形成兩個口袋部32、34，液體媒介22流入所述兩個口袋部中。

生長室12、柔性袋20和外室24各自由透明材料形成，以便允許光穿透并到達位于生長室12的網(wǎng)眼底部16的孔眼18中的任何植物材料。

優(yōu)選地，柔性袋20由一次性材料形成以便允許在使用后棄置所述袋20。

在圖1和圖2所示的實施例中，柔性袋20由聚丙烯形成。在其它實施例中，柔性袋20可由諸如聚乙烯或聚氨酯的另一柔性熱塑性聚合物形成。

如圖1和圖2所示，將容納生長室12以及液體媒介22的柔性袋20定位在外室24中允許液體媒介22在柔性袋20以內(nèi)地下沉到外室24的底部處。該設(shè)置方式消除了在液體媒介22中形成的空隙。

生長室12和外室24二者都由透明的聚乙烯塑料模制而成，以便在大致垂直于軸線a的平面中限定一矩形截面。

在其它實施例中，生長室12和外室24可由有機玻璃、玻璃或其它能經(jīng)受通過化學(xué)、高壓釜或伽馬輻射滅菌的透明材料形成。

可設(shè)想的是在其它實施例中，生長室12和外室24可被形成以便在大致垂直于軸線a的平面中限定不同的截面形狀。所述截面形狀可例如為圓形、橢圓形、三角形或方形。

圖1和圖2中所示的生物反應(yīng)器10的生長室12尺寸設(shè)置成具有25cm的高度ya，60cm的寬度xa以及40cm的深度za(圖3a中示出x-y-z軸線)。這導(dǎo)致生長室12具有60公升的內(nèi)部容積。

可設(shè)想的是在其它實施例中生長室12的寬度x和深度z可變化以改變生長室12的最大內(nèi)部容積。然而申請人已發(fā)現(xiàn)如果充足的光打算到達植物材料或接種物的話，則生長室的高度y應(yīng)優(yōu)選不超過25cm。

外室24尺寸設(shè)置成具有60cm的高度yb、70cm的寬度xb以及50cm的深度xb(圖6a)。這些尺度允許當生長室12和柔性袋20如圖1和圖2所示地位于外室24中時在生長室12的沿寬度x和深度z方向的每側(cè)上5cm的間隙。

生長室12與外室24的對應(yīng)形狀、以及室12、26沿寬度x和深度z方向上的相對尺度意味著生長室12緊貼地配合在外室24的側(cè)壁28以內(nèi)，藉此將生長室12在外室24內(nèi)的運動約束為沿著單一軸線a的運動，該軸線大致平行于兩個室12、26的高度ya、yb方向。

圖1和圖2中所示的生物反應(yīng)器10包括氣體泵(未示出)，所述氣體泵在使用中產(chǎn)生通過柔性袋20內(nèi)部容積的氣體流。為了有助于空氣泵的連接，柔性袋20包括第一端口38和第二端口40，所述第一端口和第二端口配置成限定用于連接至空氣泵的入口和出口，以便允許氣體流入和流出柔性袋20。

在使用中，空氣泵可被啟用以在生物反應(yīng)過程開始時將空氣吹入密封的柔性袋20?？諝獗萌缓罂捎糜谝苑秶鷱拿?小時至每6小時的時間間隔更換柔性袋20中的空氣，所述時間間隔取決于植物品種，并且優(yōu)選是每1至2小時。

被泵入柔性袋20的空氣的體積在每分鐘2公升至每分鐘20公升之間，并且每次空氣被泵送1分鐘至60分鐘之間的任何時間。

柔性袋還包括第三端口42，其被配置成接收液體媒介，藉此提供用于將液體媒介22引入柔性袋20的措施。第三端口42然后可用于將植物材料或接種物引入柔性袋20。優(yōu)選地，被引入柔性袋20的接種物的量處于生長室12的內(nèi)部容積的每公升1g至10g的范圍。

設(shè)置第三端口42是有利的，在于其意味著構(gòu)造生物反應(yīng)器10時不必連同液體媒介22或植物材料或接種物一起在柔性袋20中對生長室12進行密封。液體媒介22和植物材料或接種物的引入可被推延，直至生物反應(yīng)器被完全構(gòu)造好并準備使用為止。

這繼而意味著在將液體媒介22和/或植物材料或接種物引入生物反應(yīng)器10期間僅需將第三端口42定位在無菌環(huán)境中。不必將整個生物反應(yīng)器10定位在無菌環(huán)境中并且相應(yīng)地?zé)o菌環(huán)境的尺寸不會對生物反應(yīng)器10的最大尺寸和容量造成限制。

生長室12的網(wǎng)眼底部16由不銹鋼制成以限定尺寸在50至200μm范圍、優(yōu)選是100μm的孔眼18以便使得其能夠保持最小的細胞。

生長室12還包括網(wǎng)眼區(qū)段36，其沿著側(cè)壁14的上邊緣定位。網(wǎng)眼區(qū)段36也由不銹鋼制成并且形成為限定孔眼(未示出)，所述孔眼在尺寸上與在生長室12的網(wǎng)眼底部16中形成的孔眼18相對應(yīng)。

在使用中，驅(qū)動臂30可在休息位置沿著軸線a向上運動至伸展位置，在所述休息位置，可運動臂處于與外室24的底部28相鄰(圖2)；在所述伸展位置，可運動臂與外室24的底部28間隔開(圖1)。因此，驅(qū)動臂30對生長室12沿著軸線a從第一位置朝著第二位置的運動進行驅(qū)動，在所述第一位置，網(wǎng)眼底部16朝著外室24的底部28定位(圖2)；在所述第二位置，網(wǎng)眼底部16與外室28的底部26間隔開(圖1)。

在驅(qū)動臂30的運動期間，在驅(qū)動臂30的任一側(cè)上于柔性袋20中形成的口袋部32、34在深度上增加并且液體媒介22從生長室12排到那些口袋部32、34中。

在柔性袋20中所提供的液體媒介22的量被選擇成使得當生長室12位于第一位置時，位于生長室12的網(wǎng)眼底部16的孔眼18中的任何植物材料被浸沒在液體媒介22中。

在柔性袋20中所提供的液體媒介22的量以及驅(qū)動臂30的伸展位置優(yōu)選被選擇成使得當生長室12位于第二位置時，生長室12的網(wǎng)眼底部16與液體媒介22的上表面間隔距離δ(圖1)。這確保了液體媒介22從生長室12排走。其還確保了從網(wǎng)眼底部的下側(cè)突伸的任何植物芽部或根部不會保持浸沒在液體媒介22中。

在特別優(yōu)選的實施例中，柔性袋20中所提供的液體媒介22的量以及驅(qū)動臂30的伸展位置被選擇成使得網(wǎng)眼底部16與液體媒介22的上表面間隔至少5cm的距離δ(圖1)、并且優(yōu)選是間隔10cm的距離。

驅(qū)動臂30的操作借助于定時器控制，所述定時器連接至驅(qū)動電機33，所述驅(qū)動電機設(shè)置成對驅(qū)動臂30的運動進行驅(qū)動(圖3)。所述定時器在使用時控制生長室12在所述第一位置和第二位置之間的運動并且藉此控制植物材料或接種物在液體媒介22中的浸沒。通過對定時器進行適當設(shè)置，可以根據(jù)需要為位于生長室12的網(wǎng)眼底部16的孔眼18中的特定植物材料設(shè)定浸沒和通氣的具體周期。

在圖6和圖7中示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的生物反應(yīng)器110。

生物反應(yīng)器110的結(jié)構(gòu)非常類似于圖1和圖2中所示生物反應(yīng)器10的結(jié)構(gòu)。兩個實施例所共同的那些特征使用相同的附圖標記表示并且不再詳細描述。

圖7和圖8中所示的生物反應(yīng)器110與圖1和圖2所示的生物反應(yīng)器10不同之處在于，其省略了對生長室12從第一位置到第二位置的運動進行驅(qū)動的驅(qū)動臂30。

在圖7和圖8所示的實施例中，生長室12包括漂浮元件112，所述漂浮元件安裝成繞著生長室12的網(wǎng)眼底部16延伸。

漂浮元件112允許生長室12在使用時于容納在柔性袋20中的液體媒介上漂浮，并且藉此將生長室12定位在網(wǎng)眼底部16與外室24的底部28間隔開的第二位置(圖7)。

在圖7和圖8所示的實施例中，漂浮元件112具有10cm的深度，從而當生長室12在液體媒介22上漂浮時，生長室12的網(wǎng)眼底部16與液體媒介22的表面間隔10cm的距離δ。

為了當需要時將生長室12浸沒在液體媒介22中，生物反應(yīng)器110包括位于外室24中的四個柱塞114。柱塞114設(shè)置成使得在柱塞114上設(shè)置的接合構(gòu)件116與生長室12的上邊緣接合。

在使用中，每個柱塞114可操作以選擇性地驅(qū)動相應(yīng)的接合構(gòu)件116從休息位置沿著軸線a向下至伸展位置，以便對生長室12從第二位置至第一位置(其中生長室12的網(wǎng)眼底部浸沒在液體媒介22中)的運動進行驅(qū)動(圖8)。

將生長室12的網(wǎng)眼底部16浸沒在液體媒介22中之后，柱塞114中的每個柱塞可操作以選擇性地驅(qū)動相應(yīng)的接合構(gòu)件116從伸展位置沿著軸線a向上至休息位置，并且藉此在漂浮構(gòu)件112的作用下對生長室12從第一位置向上至第二位置的運動進行引導(dǎo)。

柱塞114的操作借助于定時器控制，以便在使用中對生長室12于第一位置和第二位置之間的運動進行控制并且藉此控制植物材料或接種物在液體媒介22中的浸沒。通過對定時器進行適當設(shè)置，可以根據(jù)需要為位于生長室12的網(wǎng)眼底部16的孔眼18中的特定植物材料設(shè)定浸沒和通氣的具體周期。

在對圖1和圖2中所示的生物反應(yīng)器10或者對圖7和圖8中所示的生物反應(yīng)器110進行操作的一個特別方法中，生物反應(yīng)器10、110處于如下的受控環(huán)境：25℃、16小時/8小時的日/夜循環(huán)以及袋高度處50μmolm^-2s^-1的光強度。

接種物經(jīng)由第三端口42被引入柔性袋20中。此后50公升的液體媒介22被引入柔性袋20中，以使得當生長室12浸沒在柔性袋20內(nèi)的液體媒介22中時，液體媒介22覆蓋生長室12的80％。

生物反應(yīng)過程以生長室12處于與外室24的底部28間隔開的第二位置開始，液體媒介22流過生長室12的網(wǎng)眼底部16以便在外室24以內(nèi)地聚集在柔性袋20的底部處。

空氣泵連接至第一端口38以將環(huán)境空氣以每分鐘15公升的速率每個小時持續(xù)10分鐘時間段地泵入柔性袋20中。在其它實施例中，所述空氣可富含高達1％的二氧化碳。

定時器設(shè)定成每6小時將生長室12浸沒在液體媒介22中持續(xù)4分鐘的時間段。

跟隨該操作模式，在3周的延遲階段之后生物質(zhì)以指數(shù)級生長(如圖9中所圖示)直至其50天后達到平穩(wěn)。最大生物質(zhì)產(chǎn)量預(yù)估大約300gf.w./l(每公升鮮重)。

煙草的多葉生物質(zhì)通過生物質(zhì)150的圖示性示例示出，所述生物質(zhì)可通過依照以上概述的方法使用生物反應(yīng)器10而生產(chǎn)。