專利名稱：旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬適于植物組織或細(xì)胞培養(yǎng)用的生物反應(yīng)器，特別涉及的是旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器。
生物反應(yīng)器技術(shù)以應(yīng)用于微生物、植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)，通過控制反應(yīng)器中物理、化學(xué)條件來提供最優(yōu)的生長環(huán)境，對于迫切需要解決的組織培養(yǎng)自動化問題來說，生物反應(yīng)器的應(yīng)用，可以給微培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)開辟一個廣闊的前景。
但到目前為止，所開發(fā)的植物組織與培養(yǎng)液的接觸都是在單層培養(yǎng)箱或培養(yǎng)瓶中進(jìn)行的。培養(yǎng)物——即植物組織通過吸附材料吸附培養(yǎng)液獲得營養(yǎng)基或是通過噴淋方式，或是由機械裝置帶動置放培養(yǎng)物的支架間歇或連續(xù)地浸入到培養(yǎng)液貯槽中，使植物組織獲得培養(yǎng)液。這種單層培養(yǎng)接種簡便，易于控制，但規(guī)模較小，效率低，不利于微培養(yǎng)的工業(yè)化生產(chǎn)。對常規(guī)培養(yǎng)實驗，一般是在無菌條件下，人工接種，國外有些實驗室曾采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(yǎng)體系的操作費用。從目前的文獻(xiàn)報導(dǎo)中，還未發(fā)現(xiàn)在多層生物反應(yīng)器中自動進(jìn)行接種的方法。因此，尋求一種有利于工業(yè)化生產(chǎn)，能使植物組織浸沒在淺層培養(yǎng)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(yīng)器，勢在必行。
本實用新型的發(fā)明目的在于設(shè)計與研制一種新型多層生物反應(yīng)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(yǎng)基中，進(jìn)行多層培養(yǎng)，又能實現(xiàn)簡便易行、自動化程度高的接種方式，以此推動植物微培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。
本實用新型的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的設(shè)計一種旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，主要由具有頂蓋和底板的圓形外筒及置于其內(nèi)與之同心的導(dǎo)流筒組成，導(dǎo)流筒壁與外筒壁間形成空氣與培養(yǎng)液流動的環(huán)隙。外筒的頂蓋上設(shè)有進(jìn)液口，接種口和出氣口。外筒的底板上設(shè)有出液孔和進(jìn)氣口，底板上還固定有環(huán)形氣體分布板，該板上均布通氣孔，導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)置多層穿過中心軸的培養(yǎng)板，中心軸的頂部從外筒頂蓋上的軸封口處伸出，中心軸的底部置于外筒底板上的槽內(nèi)。每層培養(yǎng)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于該孔隙的寬度，該距離應(yīng)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(dǎo)流筒壁相互固定，并將導(dǎo)流筒在垂直方向上分成若干段，在相鄰的兩塊培養(yǎng)板間的導(dǎo)流筒壁上開設(shè)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(zhuǎn)中心軸頂部，則可以帶動所有的上塔板同方向、同角度旋轉(zhuǎn)。每層上塔板上設(shè)有溢流堰。
旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器接種與培養(yǎng)植物組織的工作過程如下接種時旋轉(zhuǎn)中心軸，調(diào)節(jié)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(yīng)器內(nèi)充滿培養(yǎng)基，然后由接種口倒入培養(yǎng)物。通過底板上的進(jìn)氣口通入氣體，在氣流的帶動下，反應(yīng)器中的培養(yǎng)基攜帶培養(yǎng)物流動，經(jīng)各段上的窗口培養(yǎng)物流入導(dǎo)流筒內(nèi)塔板上方，培養(yǎng)液經(jīng)上下各層培養(yǎng)板上相通的孔隙向下流到底部，經(jīng)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(jīng)底部環(huán)形氣體分布板上的通氣孔，實現(xiàn)環(huán)隙通氣、中心通氣或中心與環(huán)隙同時通氣。培養(yǎng)液在氣液推動下沖擊每層塔板上已被截留的培養(yǎng)物，使其能自動分布均勻，不至產(chǎn)生過多密集或堆積的現(xiàn)象，以實現(xiàn)快速、簡便、自動接種的目的。接種完后，再旋轉(zhuǎn)中心軸，帶動所有上塔板轉(zhuǎn)動，使每層上、下塔板間孔隙錯開而阻塞，培養(yǎng)液便被截流在各層塔板上，形成淺層培養(yǎng)液。多余的培養(yǎng)液經(jīng)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(huán)使用。上述過程實現(xiàn)植物組織在多層生物反應(yīng)器中，浸沒在淺層培養(yǎng)基中的多層、高效培養(yǎng)。
本實用新型的優(yōu)點是1．反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于密封和消毒，反應(yīng)器內(nèi)剪切力較弱。采用多層培養(yǎng)結(jié)構(gòu)，提高了反應(yīng)器空間利用率，有利于大規(guī)模生產(chǎn)的實現(xiàn)。
2．采用反應(yīng)器內(nèi)非人工無菌接種，效率高，節(jié)省人力和物力。接種時間短，而且可達(dá)到接種物在反應(yīng)器內(nèi)，徑向與軸向的均勻分布，無堆積，易于培養(yǎng)。
3．培養(yǎng)液采用外循環(huán)方式循環(huán)流動，易于在反應(yīng)器外對培養(yǎng)液進(jìn)行測量與更換。
4．通過反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)置，可達(dá)到植物組織的淺層液體培養(yǎng)要求，經(jīng)小型熱模實驗證實，能達(dá)到較好的培養(yǎng)效果。
5．應(yīng)用廣泛，適用于多種植物的微培養(yǎng)過程，尤其適用于芽類器官與組織的培養(yǎng)。


圖1 旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 A-A視圖；圖3 反應(yīng)器底頂蓋平面圖；圖4 反應(yīng)器底板平面圖；圖5 培養(yǎng)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(huán)形溢流堰平面布置圖；圖9 環(huán)形溢流堰另一形式平面布置圖；
圖10采用分段式導(dǎo)流筒的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)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(jìn)一步介紹如
圖1，圖2,3,4,5所示的一種旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，主要由具有頂蓋(1)和底板(8)的圓型形外筒(2)及置于其內(nèi)與之同心的導(dǎo)流筒(4)組成，導(dǎo)流筒壁與外筒壁間形成空氣與培養(yǎng)液流動的環(huán)隙(25)。圓形外筒的頂蓋(1)上設(shè)有進(jìn)液口(17)、接種口(15)和出氣口(14)。外筒的底板上設(shè)有出液孔(9)和進(jìn)氣口(10)，底板上還固定有環(huán)形氣體分布板(11)，該板上均布通氣孔(21)。在導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)有五層穿過中心軸(12)的培養(yǎng)板(5,6)，中心軸的頂部從外筒的頂蓋上的軸封口(16)處伸出，中心軸的底部置于外筒底板上的槽內(nèi)。每層培養(yǎng)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?qū)挾?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于該孔隙的寬度，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(dāng)旋轉(zhuǎn)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(dǎo)流筒壁用膠粘結(jié)相互固定，并將導(dǎo)流筒在垂直方向上分成五段。在相鄰的兩塊培養(yǎng)板間的導(dǎo)流筒壁上開設(shè)相對的兩個接種窗，以便培養(yǎng)物隨同培養(yǎng)基從接種窗流到每層培養(yǎng)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(dāng)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。每層上塔板一側(cè)邊緣上設(shè)有如圖2所示的溢流堰(13)，堰高能保證培養(yǎng)板上聚集一薄層培養(yǎng)液，相鄰兩層的上塔板溢流堰口(19)設(shè)置位置相反，以使培養(yǎng)基可沿徑向折流過每一層塔板，與上塔板上的培養(yǎng)物彼此接觸，而被培養(yǎng)物吸收，達(dá)到良好的培養(yǎng)效果。培養(yǎng)板上的開孔率為16％，有利于放液，實現(xiàn)快速接種。圖3示出頂蓋上中心軸、出氣口、接種口、軸封、進(jìn)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(yīng)器底板上的環(huán)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(jìn)氣口(10)的相對位置。
反應(yīng)器外筒與導(dǎo)流筒用透明材料制成，以保證培養(yǎng)物能獲得充足的光照。塔板、頂蓋與底板等采用不銹鋼材料制成。
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(cè)的邊緣設(shè)有溢流堰(13)，培養(yǎng)時，培養(yǎng)液從兩側(cè)的溢流口(19)流到下一層上塔板上，培養(yǎng)液從兩側(cè)流到設(shè)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(cè)布置，其它內(nèi)容與例1同。
實施例3如圖8所示，培養(yǎng)液由設(shè)在上塔板圓周邊緣的環(huán)形溢流堰(13)溢流經(jīng)溢流口(19)流到下一層塔板上，然后再由塔板四周流向中心的溢流口(19)，如圖9所示經(jīng)溢流堰(13)流到下一層塔板，其它內(nèi)容與例1同。
實施例4如
圖10、11所示，導(dǎo)流筒由四段構(gòu)成，每段上設(shè)有接種窗，所有下塔板靠支架(23)聯(lián)結(jié)固定，整個支架通過底架(24)架在反應(yīng)器底板上。相鄰兩層塔板間夾有一段導(dǎo)流筒。其它內(nèi)容與例1同。
權(quán)利要求1．一種旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，主要由具有頂蓋和底板的圓形外筒及置于其內(nèi)與之同心的導(dǎo)流筒組成，導(dǎo)流筒壁與外筒壁間形成環(huán)隙，外筒的頂蓋上設(shè)有進(jìn)液口、接種口和出氣口，外筒的底板上設(shè)有出液孔和進(jìn)氣口，底板上還固定有環(huán)形氣體分布板，該板上均布通氣孔，其特征在于導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)置多層穿過中心軸的培養(yǎng)板，中心軸的頂部從外筒頂蓋上的軸封口處伸出，中心軸的底部置于外筒底板上的槽內(nèi)，每層培養(yǎng)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于該孔隙的寬度，下塔板與導(dǎo)流筒壁相互固定，并將導(dǎo)流筒在垂直方向上分成若干段，在相鄰的兩塊培養(yǎng)板間的導(dǎo)流筒壁上開設(shè)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(shè)有溢流堰。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，其特征在于上塔板中心孔與中心軸的橫截面均為六邊形。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，其特征在于在相鄰的兩塊培養(yǎng)板間的導(dǎo)流筒壁上開設(shè)的接種窗是兩個相對的接種窗。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，其特征在于上、下塔板上的開孔率應(yīng)大于15％。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，其特征在于上塔板一側(cè)邊緣設(shè)有溢流堰，相鄰兩層上塔板上的溢流口位置相反。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，其特征在于上塔板相對兩側(cè)的邊緣設(shè)有溢流堰，與之相鄰的上塔板上的兩道溢流堰設(shè)在中間。
7．根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，其特征在于在上塔板圓周邊緣設(shè)有環(huán)形溢流堰，與之相鄰的上塔板上的環(huán)形溢流堰則設(shè)在上塔板的中部。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)流筒由若干直徑相同的圓環(huán)組成。
專利摘要本實用新型涉及的是適于植物組織或細(xì)胞培養(yǎng)用的旋轉(zhuǎn)塔板式徑向流生物反應(yīng)器。本反應(yīng)器采用了多層可旋轉(zhuǎn)的塔板,利用液體環(huán)流巧妙地解決了植物組織,尤其是芽類組織與器官在反應(yīng)器內(nèi)無菌非人工接種。接種方式簡便、高效及實現(xiàn)了徑向流液體淺層潤濕的培養(yǎng)條件,可達(dá)到較好的培養(yǎng)效果。該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、空間利用率高、操作方便,適用于多種植物的微培養(yǎng)過程,有利于大規(guī)模生產(chǎn)的實現(xiàn),是一種有廣泛應(yīng)用前景的生物反應(yīng)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(yōu)先權(quán)日1997年8月29日
發(fā)明者劉德華, 歐陽藩, 符逸群 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所