專利名稱：一種全波長可控光源的生物反應裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明技術涉及生物細胞光反應領域，尤其涉及一種全波長可控光源的生物反應裝置，適用于光照控制野生型生活細胞或工程細胞遺傳研究、代謝研究或工業(yè)化光控細胞發(fā)酵工藝。
背景技術：
大量的科學研究證明自養(yǎng)生物細胞在一定波長的光源照射下營養(yǎng)生長和次生代謝產物積累都受到波長的定向調節(jié)，異養(yǎng)生物細胞在特殊波長光源的刺激下代謝途徑也會發(fā)生變化而導致一些生物活性物質的積累。生活細胞的這一特點可用于工業(yè)化生產人類需要的生物活性物質或者藥物。由于不同波長的光源都具備一定的能量，且只能被生活細胞內某些特殊的光敏色素或者其它光敏物質(如某些酶或者非酶蛋白質受體)吸收而使基因表達或相應的代謝網絡發(fā)生變化，由此引起某些特定的次生代謝產物表達量增加。這是本發(fā)明裝置的理論基礎。利用生活細胞的這一特性，可以系統(tǒng)深入地研究不同波長光源對代謝網絡的調控機理，這些未知的光反應機制是生物光反應科學研究的重要內容，也是生物工程高科技產業(yè)中細胞光反應技術領域的核心理論。各種波長的光照射對生物細胞內的復雜的代謝網絡具有一定的光化學效應，從而對信號轉導、酶的活性和基因表達具有調節(jié)功能，這對以細胞培養(yǎng)為手段生產生物活性物質和藥物為目的的生物工程產業(yè)具有重大意義。因此研究全波長范圍內的各波長光源與生活細胞內代謝網絡之間的作用規(guī)律、作用靶點，對生物細胞代謝光反應具有重大的理論意義，對生物工程高新技術開發(fā)具有重大的實踐意義。但是目前尚沒有符合這一研究需要的科學儀器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現有的技術存在的上述問題，提供一種全波長可控光源的生物反應裝置，該裝置提供從200納米到1000納米范圍的全波長光源，根據科學研究的需要， 該裝置上的光源控制器可以選擇該波長范圍內的任意波長的光進行組合以獲得特殊波長組合的混合光源或單色光源，利用此光源對發(fā)酵細胞或植物愈傷組織進行光反應研究。尤其適用于特定波長的光照對某些基因的表達調控，對次生代謝產物積累的調控，對植物細胞生長、分化的調控等方面的研究。本發(fā)明的目的可通過下列技術方案來實現
一種全波長可控光源的生物反應裝置，包括外圍箱體和設置在外圍箱體內的石英玻璃制成的罐體，罐體頂部的設置有罐蓋，還包括通氣玻璃管道、設置在罐體內且一端與罐蓋連接的石英玻璃制成的螺旋攪拌器和設置在罐體內且一端與罐蓋連接的溫度和PH值傳感器，罐體底部與設置有開關閥的發(fā)酵液出口管的一端連通，發(fā)酵液出口管的另一端穿出外圍箱，罐蓋上設置有與罐體連通的培養(yǎng)基入口管，培養(yǎng)基入口管位于罐體外部的一端穿出外圍箱體且設置有第二無菌過濾器，罐體側壁上設置有波長可調的全波長LED裝置，外圍箱體外壁設置有用于調節(jié)全波長LED裝置波長的總控制器，通氣玻璃管道一端穿過罐蓋與罐體連通，另一端穿出外圍箱體且設置有第一無菌過濾器。如上所述的全波長LED裝置的波長范圍為200-1000納米，全波長LED裝置的波長調節(jié)的最小梯度為5-10納米。如上所述的通氣玻璃管道與罐體連通的一端延伸至罐體底部。如上所述的通氣玻璃管道為二條。如上所述的罐體上部設置有微量取樣口。如上所述的外圍箱體的底部內壁上設置有自動控溫加熱器。如上所述的全波長LED裝置包括設置有LED的印制板，印制板設置有LED的一面與罐體外圍相適配。如上所述的印制板包括第一印制板和第二印制板，且設置在罐體兩側。如上所述第一印制板上的LED與第二印制板上的LED鏡像對稱分布，第一印制板和第二印制板鏡像對應的LED波長錯開分布。如上所述的第一印制板上的LED與第二印制板上的LED鏡像對稱分布，第一印制板上的LED按照波長遞增依次排列，第二印制板上鏡像對應的LED按照波長遞減依次排列。與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是
1.結構簡單，操作簡單方便；
2.提供精確的光源控制系統(tǒng)，適合科學研究需要；
3.在現有的發(fā)酵罐技術基礎上加入全波長可控光源，填補了生物光反應研究所需儀器和技術的空白；
4.發(fā)酵罐體為石英玻璃制作，確保各波長光源的透過率，也便于隨時觀察細胞或組織的生長狀況，同時外圍加一個密閉箱體，可以對發(fā)酵液保溫和遮光以避免環(huán)境光線的影響；
5.根據發(fā)酵細胞和目的產物的需要，將光源改成特定波長組合的光源板，可以用于工業(yè)化細胞發(fā)酵，利用光反應原理提高細胞生長速度、生長量以及目的產物的產量。


圖1為一種全波長可控光源的生物反應裝置的結構示意圖。圖中1-全波長LED裝置；2-螺旋攪拌器；3_通氣玻璃管道；4_外圍箱體；5_罐體；6-氣體輸入管道；701-第一無菌過濾器(聚苯乙烯材料，孔徑0. 1-0. 45微米)；702-第二無菌過濾器(聚苯乙烯材料，孔徑0. 1-0. 45微米);8_培養(yǎng)基入口管；9-溫度和PH值傳感器(溫度范圍0-120攝氏度，pH值傳感范圍pH4. 0-10.0) ； 10-自動控溫系統(tǒng)(帶加熱器和微型靜音壓縮機，控溫范圍0-50攝氏度，由總控制器調控)；11-總控制器(具有液晶顯示面板、光波和溫度選擇按鍵、調節(jié)光波和溫度以及顯示PH值的集成電路組成；液晶面板可以顯示當前溫度、溫度設置、PH值和波長顯示及其設置)；12_微量取樣口 ；13-開關閥；14-罐蓋；15-發(fā)酵液出口管。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，一種全波長可控光源的生物反應裝置，包括外圍箱體4和設置在外圍箱體 4內的石英玻璃制成的罐體5，罐體5頂部的設置有罐蓋14，還包括通氣玻璃管道3、設置在罐體5內且一端與罐蓋14連接的石英玻璃制成的螺旋攪拌器2和設置在罐體5內且一端與罐蓋14連接的溫度和PH值傳感器9，罐體5底部與設置有開關閥13的發(fā)酵液出口管15 的一端連通，發(fā)酵液出口管15的另一端穿出外圍箱體4，罐蓋14上設置有與罐體5連通的培養(yǎng)基入口管8，培養(yǎng)基入口管8位于罐體5外部的一端穿出外圍箱體4且設置有第二無菌過濾器702，罐體5側壁上設置有波長可調的全波長LED裝置1，外圍箱體4外壁設置有用于調節(jié)全波長LED裝置1波長的總控制器11，通氣玻璃管道3 —端穿過罐蓋14與罐體5 連通，另一端穿出外圍箱體4且設置有第一無菌過濾器701。全波長LED裝置1的波長范圍為200-1000納米，全波長LED裝置1的波長調節(jié)的最小梯度為5-10納米。通氣玻璃管道 3與罐體5連通的一端延伸至罐體5底部。通氣玻璃管道3為二條。罐體5上部設置有微量取樣口 12。外圍箱體4的底部內壁上設置有自動控溫加熱器10。全波長LED裝置1包括設置有LED的印制板，印制板設置有LED的一面與罐體5外圍相適配。印制板包括第一印制板和第二印制板，且設置在罐體5兩側。第一印制板上的LED與第二印制板上的LED 鏡像對稱分布，第一印制板和第二印制板鏡像對應的LED波長錯開分布。第一印制板上的 LED與第二印制板上的LED鏡像對稱分布，第一印制板上的LED按照波長遞增依次排列，第二印制板上鏡像對應的LED按照波長遞減依次排列。作為一種優(yōu)選方案，第一印制板上LED緊密排列，排列順序為按照燈珠的波
長順序橫向或縱向排列，即:200nm, 205nm, 2IOnm......IOOOnm, 200nm, 205nm, 2IOnm......
IOOOnm……依此類推，排到電路板的末端為止，第二印制板的LED的排列方向與第一印制板的LED排列走向鏡像相反，以確保罐體內發(fā)酵細胞所受光源的均勻性?？偪刂破?1的控制功能為同一波長的多個LED燈珠并聯作為一個電源控制單位，第一印制板和第二印制板分別進行控制。實施例2
一種全波長可控光源的生物反應裝置實驗室應用方法 生物材料紅景天分離細胞； 培養(yǎng)基優(yōu)化的紅景天細胞培養(yǎng)液； 光反應條件研究
接種后O-M小時黑暗培養(yǎng)，細胞適應期。接種后M-IM小時620-630納米光照處理，表面光照強度400LUX (勒克斯)，為細胞快速分裂增長的光波條件。取樣檢測細胞增長量和紅景天苷含量。接種后124-168小時420-440納米50%+620-630納米50% (50%表示兩種光源各占一半形成混合光源并同時照射，以下同理)，或320-350納米40%+620-630納米60%，或沘0_320納米10%+620_630納米90%光照處理，表面光照強度400LUX，為紅景天苷生物合成的優(yōu)化光波條件。取樣檢測紅景天苷含量，可以反復優(yōu)化得到紅景天苷生物合成最佳光波組合。實施例3
一種全波長可控光源的生物反應裝置實驗室應用方法 生物材料蛹蟲草(Cbr辦ce/zs militarist菌種； 培養(yǎng)基蛹蟲草液體培養(yǎng)基；光控發(fā)酵程序
接種后0-48小時黑暗培養(yǎng)，以使菌種適應與恢復生長。接種后48-168小時620-630納米光照處理，表面光照強度400LUX，為優(yōu)化的菌絲分裂增長和腺苷生物合成光波條件。此時可獲得最大菌絲體生物量和最大腺苷產量。接種后168-288小時420-440納米光照處理，表面光照強度400LUX，為優(yōu)化的蟲草素和類胡蘿卜素生物合成光波條件。此時可獲得最大蟲草素產量和類胡蘿卜素產量。
權利要求
1.一種全波長可控光源的生物反應裝置，包括外圍箱體(4)和設置在外圍箱體(4)內的石英玻璃制成的罐體(5)，罐體(5)頂部的設置有罐蓋(14)，其特征在于還包括通氣玻璃管道(3)、設置在罐體(5)內且一端與罐蓋(14)連接的石英玻璃制成的螺旋攪拌器(2)和設置在罐體(5)內且一端與罐蓋(14)連接的溫度和PH值傳感器(9)，罐體(5)底部與設置有開關閥(13)的發(fā)酵液出口管(15)的一端連通，發(fā)酵液出口管(15)的另一端穿出外圍箱體(4)，罐蓋(14)上設置有與罐體(5)連通的培養(yǎng)基入口管(8)，培養(yǎng)基入口管(8)位于罐體(5)外部的一端穿出外圍箱體(4)且設置有第二無菌過濾器(702)，罐體(5)側壁上設置有波長可調的全波長LED裝置(1)，外圍箱體(4 )外壁設置有用于調節(jié)全波長LED裝置(1) 波長的總控制器(11)，通氣玻璃管道(3)—端穿過罐蓋(14)與罐體(5)連通，另一端穿出外圍箱體(4)且設置有第一無菌過濾器(701)。
2.根據權利要求1所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的全波長LED裝置(1)的波長范圍為200-1000納米，全波長LED裝置(1)的波長調節(jié)的最小梯度為5-10納米。
3.根據權利要求1所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的通氣玻璃管道(3)與罐體(5)連通的一端延伸至罐體(5)底部。
4.根據權利要求3所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的通氣玻璃管道(3)為二條。
5.根據權利要求1所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的罐體(5 )上部設置有微量取樣口( 12 )。
6.根據權利要求1所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的外圍箱體(4 )的底部內壁上設置有自動控溫加熱器(10 )。
7.根據權利要求1所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的全波長LED裝置(1)包括設置有LED的印制板，印制板設置有LED的一面與罐體(5)外圍相適配。
8.根據權利要求7所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的印制板包括第一印制板和第二印制板，且設置在罐體(5)兩側。
9.根據權利要求8所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的第一印制板上的LED與第二印制板上的LED鏡像對稱分布，第一印制板和第二印制板鏡像對應的LED波長錯開分布。
10.根據權利要求8所述的一種全波長可控光源的生物反應裝置，其特征在于所述的第一印制板上的LED與第二印制板上的LED鏡像對稱分布，第一印制板上的LED按照波長遞增依次排列，第二印制板上鏡像對應的LED按照波長遞減依次排列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全波長可控光源的生物反應裝置，設置在外圍箱體內的罐體，罐體頂部設置有罐蓋，設置在罐體內且一端與罐蓋連接的石英玻璃制成的螺旋攪拌器，設置在罐體內且一端與罐蓋連接的溫度和pH值傳感器，罐體底部與設置有開關閥的發(fā)酵液出口管的一端連通，發(fā)酵液出口管的另一端穿出外圍箱體，罐蓋上設置有與罐體連通的培養(yǎng)基入口管，培養(yǎng)基入口管位于罐體外部的一端設置有第二無菌過濾器且穿出外圍箱體，罐體側壁上設置有波長可調的全波長LED裝置，外圍箱體外壁設置有用于調節(jié)全波長LED裝置波長的總控制器。具有全波長光源可選，操作簡單，控制精確，適用于生物細胞光反應研究和發(fā)酵工業(yè)上特定波長光控細胞發(fā)酵生產。
文檔編號C12M3/00GK102517210SQ20111040569
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者董靜洲, 鄭小江 申請人:湖北民族學院