Установка для культивирования биологических микрообъектов

 

Использование: микробиологическая промышленность и биотехнология, культивирование биологических микрообъектов, тканей и клеток растительного и животного происхождения. Сущность изобретения: установка содержит ростовую камеру с иммобилизованным материалом для объектов и форсункой, накопительную и питательную камеры, и технологические штуцеры. Форсунка снабжена насосом высокого давления и штуцер для подачи питательного раствора на нее подключен к этому насосу, а штуцер для отбора суспензии клеток и штуцер для подачи суспензии на иммобилизационный материал соединены и снабжены насосом с магнитным приводом. Камеры заключены в продолговатую по высоте эластичную емкость, образованную двумя коаксиальными цилиндрами, а накопительная и питательная камеры совмещены и расположены в нижней части кольцевой полости емкости, остальная часть которой, верхняя, служит ростовой камерой. Иммобилизационный материал выполнен эластичным и расположен в кольцевой полости на стенках указанных цилиндров, а по торцам внутреннего цилиндра расположены заглушки, на одной из которых установлен источник вибрации. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к установкам для промышленного культивирования биологических микрообъектов, тканей и клеток растительного и животного происхождения.

Известны устройства, применяемые для выращивания клеток, такие как аппараты шейкерного типа, обеспечивающие перемешивание и аэрацию суспензионных культур в колбах при встряхивании [1].

Недостатком таких устройств является то, что они эффективны только для суспензионного выращивания микроорганизмов.

Известно взятое за прототип устройство для культивирования растительных тканей [2], предназначенное для культивирования растительных тканей в паровой среде периодическим способом. Лотки с культурой перемещают в герметичной камере и по мере накопления культуру с очередного лотка собирают так, что процесс в целом происходит полунепрерывно. Камеру и систему циркуляции питательной жидкости вместе с жидкостью стерилизуют и жидкость охлаждают до заданной температуры. Лоток подводят под загрузочное окно, через которое вносят в лоток подлежащую культивированию ткань. Операцию повторяют до засева всех лотков. Через распылитель к ткани в лотках поочередно подводят жидкую питательную среду. По мере роста ткани лотки перемещаются вниз и поочередно опрокидываются, сбрасывая урожай через разгрузочное окно.

Недостатком этой установки является громоздкость и сложность конструкции, наличие большого количества движущихся частей, для выполнения которых необходимы дорогостоящие материалы, сложность в обслуживании. Кроме того, выращивание культуры в данной установке носит прерывистый характер, что свидетельствует о недостаточной производительности установки.

Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение производительности за счет обеспечения непрерывноcти процесса культивирования живых организмов.

В заявляемой установке так же, как и в прототипе, имеется ростовая камера с иммобилизационным материалом для объектов и форсункой, накопительная и питательная камеры, а также штуцера для ввода стерильного воздуха, ввода инокулята, отбора урожая клеток, и для подачи питательного раствора на форсунку.

Отличие заявляемой установки состоит в том, что она снабжена насосом высокого давления и штуцер для подачи питательного раствора на нее подключен к этому насосу, а штуцер отбора суспензии клеток и штуцер для подачи суспензии на иммобилизационный материал, размещенный в верхней части ростовой камеры, соединены и снабжены насосом с магнитным приводом, при этом все камеры заключены в продолговатую по высоте эластичную емкость, образованную наружным и внутренним коаксиальными цилиндрами, накопительная и питательная камеры совмещены и расположены в нижней части кольцевой полости емкости, остальная верхняя часть которой служит ростовой камерой, причем иммобилизационный материал выполнен эластичным и расположен в кольцевой полости емкости на внешней поверхности внутреннего цилиндра и внутренней поверхности наружного цилиндра, а по торцам внутреннего цилиндра расположены заглушки, на одной из которых установлен источник вибрации. Кроме того, штуцера для ввода стерильного воздуха, для ввода инокулята, для отбора урожая клеток, для подачи питательного раствора на форсунку и отбора суспензии клеток в питательном растворе, объединены кожухом с открытой верхней горловиной, соединенной герметично с нижней частью полости эластичной емкости, а в донной закрытой части кожуха расположена крыльчатка вихревого насоса.

Дополнительные отличия также состоят в том, что в штуцере для подачи питательного раствора на форсунку размещен мембранный фильтр. Кроме того, внешняя поверхность наружного цилиндра и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра снабжены металлизированным покрытием; источник вибрации представляет собой генератор акустических колебаний; продольная ось эластичной емкости расположена вертикально или наклонно к горизонтальной плоскости.

Заявляемая установка для культивирования биологических микрообъектов имеет простую конструкцию, обладает повышенной производительностью за счет обеспечения непрерывности процесса культивирования живых организмов, элементы установки могут быть изготовлены из дешевого материала, а составляющие ее комплектующие изделия являются стандартными.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой установки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Установка для культивирования биологических микрообъектов содержит эластичную продолговатую по высоте емкость 1 тороидальной формы, образованную наружным 2 и внутренним 3 коаксиальными цилиндрами. Ось емкости расположена вертикально. Емкость выполнена из полимерной пленки. Внешняя поверхность наружного цилиндра и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра (внешняя поверхность эластичной емкости) имеют металлизированное покрытие 4. Иммобилизационный материал 5 расположен на внешней поверхности внутреннего цилиндра 3 и на внутренней поверхности наружного цилиндра 2 (внутри тороида эластичной емкости). В нижней части емкости 1 расположена накопительная камера 6, которая совмещена с питательной. Остальную часть занимает ростовая камера 7. С торцов емкости 1 установлены заглушки 8, на одной из которых расположен генератор акустических колебаний, например, динамик 9. В верхней части емкости расположена форсунка 10. Установка содержит также штуцер 11 для ввода стерильного воздуха, штуцер 12 для ввода инокулята, штуцер 13 для отбора урожая клеток, штуцер 14 для подачи питательного раствора на форсунку 10, штуцер 15 для отбора суспензии клеток в питательном растворе. Установка содержит насос высокого давления 16, через который штуцер 14 соединен с форсункой 10. В установке имеется вихревой насос 17 с магнитным приводом. Она снабжена кожухом 18 для размещения на нем штуцеров 11, 12, 13, 14, 15. Кожух 18 выполнен в форме усеченного конуса, верхняя открытая горловина которого герметично закреплена в нижней части эластичной емкости 1, а в закрытой донной части кожуха 18 расположена крыльчатка 19 вихревого насоса 17, в которую впрессованы постоянные магниты 20. Для привода крыльчатки вихревого насоса используется внешняя магнитная муфта 21. В штуцере 14 размещен мембранный фильтр 22, выполненный из любого микропористого материала, выдерживающего температуру стерилизации. В верхней части емкости 1 в ростовой камере 7 размещен штуцер 23 для подачи суспензии клеток в питательном растворе непосредственно на иммобилизационный материал 5. Штуцер 23 снабжен экраном 24, который установлен перпендикулярно основному потоку жидкости и параллельно стенкам емкости 1. Кроме того, в верхней части емкости 1 установлен штуцер 25 для сброса отработанного воздуха, снабженный запирающим клапаном, который срабатывает при повышении давления в полости емкости выше заданного.

Установка снабжена двумя трубопроводами: для подачи клеточной суспензии 26 и для подачи отфильтрованного питательного раствора 27.

Установка может быть выполнена из полимерной пленки в виде вытянутого в длину цилиндра, один конец которого протягивается во внутрь и запаивается с другим концом так, чтобы образовалась конструкция типа цилиндр в цилиндре - тороид с кольцевыми перемычками между собой. Тороид принимает и поддерживает свою рабочую форму за счет избыточного давления внутри рабочей полости.

Иммобилизационный материал 5 представляет собой либо тканевый рукав, изготовленный на чулочной машине с эластичными кольцевыми (поперечными) нитями и наружным ворсом заданных размеров, который надевается на внутреннюю поверхность цилиндра в момент изготовления емкости, либо иммобилизационным материалом могут служить волокна любых типов, которые приклеиваются к внутренней поверхности цилиндра из полимерной пленки.

Наружная поверхность цилиндра из полимерной пленки, образующая внутренний и наружный цилиндры, металлизирована таким образом, чтобы между внутренней и внешней токопроводящими зонами сохранялся зазор (не было контакта).

Емкость может располагаться в любом положении, однако наиболее целесообразное - это вертикальное положение (ось симметрии перпендикулярна горизонту). Нижняя часть тороида выполняет функцию накопительной камеры для сбора питательного раствора и клеточной суспензии, в том числе, для сбора урожая клеток.

Установка работает следующим образом.

После стерилизации эластичную емкость 1 заполняют газом (надувают) через штуцер П до достижения необходимой жесткости. Затем через штуцер 12 и горловину кожуха 18 в накопительную камеру 6 закачивают инокулят и далее посредством вихревого насоса 17 по трубопроводу 26 впрыскивают клеточную суспензию в промежуточное пространство между стенкой внутреннего цилиндра и прилегающей к нему поверхностью эластичного тканевого рукава через штуцер 23. Экструзия инокулята может происходить до тех пор, пока волокна тканевого рукава не адсорбируют всю посевную биомассу (клетки или споры). В дальнейшем возможны как ламинарное орошение питательным раствором, который подается через штуцер 23 и стекает в накопительную камеру 6 по иммобилизационому материалу 5, так и аэрозольное орошение при помощи форсунки 10, которая генерирует мелкодисперсную аэрозоль.

Для сбора урожая к торцам емкости 1 прижимают две круглые заглушки 8, на одной из которых расположен генератор акустических колебаний 9, например динамик. Заглушки герметизируют внутреннее пространство емкости и позволяют создавать и поддерживать внутри этого пространства избыточное давление до 0,5 ати, что, в свою очередь, повышает КПД акустических колебаний.

Разрушение каллусных конгломератов, а также стряхивание спор и отдельных клеток с тканевых волокон, происходит за счет поперечной составляющей акустических волн. Для повышения выхода спор или клеток при сборе урожая и для предотвращения их "залипания" на тканевом рукаве под действием электростатического поля, которое возникает в результате интенсивного влагоуноса и каплеобразования в период акустического стряхивания спор или клеток с иммобилизационного материала, предусмотрена возможность деполяризации поверхностей внутри рабочей полости при помощи наведения внешнего электростатического поля, для чего на поверхности тороида предусмотрены электропроводные зоны из металлизированной пленки 4, на которые подается компенсационное напряжение (как бы образующие обкладки цилиндрического конденсатора).

Техническим преимуществом заявляемого технического решения по сравнению с прототипом является то, что конструкция установки проста в изготовлении, элементы ее изготовлены из дешевого материала. Установка и проста в обслуживании и ее использование дает возможность перейти к большим объемам производства без увеличения количества обслуживающего персонала и вспомогательного оборудования.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МИКРООБЪЕКТОВ, содержащая ростовую камеру с иммобилизованным материалом для объектов и форсункой, накопительную и питательную камеры и штуцеры для ввода стерильного воздуха, ввода инокулята, отбора урожая клеток и для подачи питательного раствора на форсунку, отличающаяся тем, что форсунка снабжена насосом высокого давления и штуцер для подачи питательного раствора на нее подключен к этому насосу, а штуцер для отбора суспензии клеток и штуцер для подачи суспензии на иммобилизационный материал, размещенный в верхней части ростовой камеры, соединены и снабжены насосом с магнитным приводом, при этом все камеры заключены в продолговатую по высоте эластичную емкость, образованную наружным и внутренним коаксиальными цилиндрами, накопительная и питательная камеры совмещены и расположены в нижней части кольцевой полости емкости, остальная верхняя часть которой служит ростовой камерой, причем иммобилизационный материал выполнен эластичным и расположен в кольцевой полости емкости на внешней поверхности внутреннего цилиндра и внутренней поверхности наружного цилиндра, а по торцам внутреннего цилиндра расположены заглушки, на одной из которых установлен источник вибрации.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что штуцеры для ввода стерильного воздуха, для ввода инокулята, для обора урожая клеток, для подачи питательного раствора на форсунку и для отбора суспензии клеток в питательном растворе объединены кожухом с открытой верхней горловиной, соединенной герметично с нижней частью полости эластичной емкости, а в донной закрытой части кожуха расположена крыльчатка вихревого насоса.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в штуцере для подачи питательного раствора на форсунку размещен мембранный фильтр.

4. Установка по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что внешняя поверхность наружного цилиндра и внутренняя поверхность внутреннего цилиндра снабжена металлизированным покрытием.

5. Установка по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что источник вибрации представляет собой генератор акустических колебаний.

6. Установка по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что продольная ось эластичной емкости расположена вертикально или наклонно к горизонтальной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2