УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1994 года по МПК C12M3/00 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к установкам для промышленного культивирования микроорганизмов, тканей и клеток растительного и животного происхождения, грибов и т.д.

Известны такие устройства, применяемые для выращивания клеток, как аппараты шейкерного типа, обеспечивающие перемешивание и аэрацию суспензионных культур в колбах при встряхивании (см. Березняковская Л.П. и др. Культура тканей и клеток алкалоидных растений, Томск, 1975, с. 29), аппараты роллерного типа, обеспечивающие перемешивание и аэрацию суспензионных культур в специальных культуральных сосудах.

Наиболее близкой к предлагаемой, принятой за прототип, является установка для культивирования микроорганизмов, содержащая соединенные между собой в нижней части трубопроводами две камеры и устройство для подачи в них стерильного воздуха.

Работа установки осуществляется путем перемещения камер относительно друг друга по вертикали со скоростью, заданной в командном приборе. Вход и выход воздуха в камеры осуществляется через устройство для аэрации и стерилизации воздуха, герметично закрепленное в горловине камер, при перемещении культуральной жидкости из одной камеры в другую. При полном перетекании культуральной жидкости из одной камеры в другую процесс идет в обратном направлении.

Недостатком известной установки является необходимость в перемещении камер для аэрации микроорганизмов, которая опосредуется передвижением столба жидкости и как следствие этого установка эффективна только для суспензионного выращивания микроорганизмов.

В этой установке невозможно поверхностное или иммобилизованное выращивание клеток. Кроме того, производительность установки низка, так как перемешивание клеток и дезинтеграция крупных клеточных агрегатов происходит за счет пассивного перетекания жидкости.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и увеличение производительности.

Цель достигается тем, что в известной установке для культивирования организмов, содержащей камеру с устройством подачи в нее стерильного воздуха и слива и долива питательного раствора, а также механизм перемещения камеры, последняя выполнена в виде зафиксированной на жестком поддоне эластичной емкости, которая разделена на два неравных отсека встроенной прокладкой из пористого материала, зафиксированной внешним зажимом, на нижней внутренней поверхности большего из отсеков расположен материал для иммобилизации клеток, жесткий поддон выполнен из двух шарнирно связанных звеньев, свободные концы которых через систему блоков бесконечным тросом связаны между собой и с механизмом перемещения камеры, а на большем звене жесткого поддона закреплены вибраторы. Кроме того, отсеки эластичной емкости соединены между собой воздуховодом.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение содержит новые существенные признаки. Следовательно, оно соответствует критерию изобретения "новизна".

В известных технических решениях не обнаружено совокупности существенных признаков, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих получить положительный эффект, нашедший свое отражение в поставленной цели. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

Положительный эффект при использовании заявляемого технического решения проявляется при наличии совокупности всех признаков (как новых, так и известных). Совокупность признаков позволяет обеспечить поставленную в заявке цель, а именно расширить функциональные возможности и усилить массообмен. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "положительный эффект".

На чертеже показана установка. Установка содержит эластичную емкость 1, разделенную на два неравных отсека: ростовую камеру 2 (большую камеру) и накопительную камеру 3 для питательного раствора. На внутренней нижней поверхности большего отсека - ростовой камеры 2 - расположен материал для иммобилизации клеток 4, например тканевая подложка или дискретный материал в виде стеклянных бус. Ростовая 2 и накопительная 3 камеры разделены пористой прокладкой 5 из нейтрального материала, которая фиксируется внутри емкости и уплотняется до нужной величины с помощью внешнего зажима 6. Засев культурой микроорганизмов или клеток, а также отбор части биомассы производится через штуцер 7 ростовой камеры 2. Аэрация эластичной емкости 1 производится через штуцера 8, 9. Для слива и долива питательного раствора используется штуцер 10. Ростовая 2 и накопительная 3 камеры дополнительно соединены между собой воздуховодом 11. Эластичная емкость 1 зафиксирована на жестком поддоне, который состоит из двух звеньев 12 и 13 различной длины (по размерам ростовой и накопительной камер соответственно). Звенья 12 и 13 жесткого поддона соединены шарниром 14. Свободные концы 15 звеньев 12 и 13 присоединены к системе блоков 16 посредством бесконечного троса 17. В результате обеспечивается подвижность звеньев поддона. При движении троса по или против часовой стрелке точка 15 звеньев поддона переходит в крайние положения а-а ^I или б-б ^I (аа^I=бб^I). Шарнир 14 и блоки 16 могут быть зафиксированы на несущей раме 18, а блоки 16 могут быть подсоединены к механизму их перемещения, соединенному с командным прибором (не показано). На большем звене поддона 12 установлены вибраторы 19.

Установка работает следующим образом: в предварительно простерилизованную эластичную емкость 1 вводятся стерильная питательная среда и инокулят. Засев инокулята осуществляется один раз. Выращивание клеток производится в ростовой камере 2, на внутренней нижней поверхности которой расположен материал для иммобилизации. В накопительной камере 3 собирается и хранится питательный раствор.

В процессе выращивания жесткий поддон, на котором зафиксирована эластичная емкость 1, периодически меняет величину и знак угла наклона с заданной скоростью и амплитудой; трос 17 приводится в движение и звенья 12 и 13 жесткого поддона поворачиваются относительно шарнира 14. При этом происходит перетекание питательного раствора из накопительной камеры в ростовую камеру и обратно. Регулирование скорости перетекания питательного раствора осуществляется с помощью прижатия внешнего зажима 6. Обратное перетекание питательной среды может быть ускорено при пережатии воздухопровода 11.

Вход стерильного воздуха для аэрации клеток и поддержания формы пластиковой емкости осуществляется через штуцер 8, а сброс отработанного воздуха - через штуцер 9. Сразу после засева или по мере производственной необходимости оба штуцера 8, 9 могут перекрываться и проточная аэрация заменяется на пассивную газовую подушку. При этом состав газов может подбираться специально.

Дезинтеграция клеточных агрегатов, разрушение структурированных плотных каллусов, а также равномерное распределение посевного материала по тканевой подложке осуществляется с помощью вибраторов.

По окончании процесса культивирования при помощи вибраторов 19 производят диспергирование клеток или смыв спор с мицеля с последующим стерильным отбором суспензии через штуцер 7 и добавлением по мере необходимости свежей питательной среды через штуцер 10. Далее процесс повторяется по аналогичному культивационному циклу, но без внесения инокулята.

В случае производственной необходимости пластиковая емкость снимается с поддона, вскрывается и из нее удаляется наросшая биомасса. Для повторения ростового цикла на поддон устанавливается новая стерильная емкость.

Установка позволяет вести культивирование поверхностных и суспензионных культур микроорганизмов и клеток в любых режимах: накопительном, полунепрерывном, непрерывном с различной интенсивностью массообмена, плотностью культуры и т. д. Установка позволяет выращивать как аэробные клетки так и анаэробные. При аэробном выращивании суспензионных культур, располагая вибраторы нужным образом и изменяя частоту вибрации, можно менять интенсивность массообмена, в том числе - газообмена, в очень широких пределах даже без периодического осушения культуры и при малой амплитуде вибрации.

Установка позволяет увеличить массу растительных клеток или микроорганизмов с одного ферментационного цикла. За счет создания ламинарного стока питательного раствора предотвращается унос клеток из зоны роста и их травмирование.

Использование: микробиология и различные области биотехнологии при культивировании биологических объектов, микроорганизмов, изолированных клеток, культур тканей и т.п. Сущность изобретения: установка содержит камеру в виде эластичной емкости, состоящей из двух неравных отсеков, сообщенных посредством встроенной пористой прокладки с внешним зажимом. Емкость установлена фиксированно на жестком поддоне, состоящим из двух шарнирно соединенных звеньев. Звенья поддона через систему блоков соединены бесконечным тросом с механизмом перемещения камеры. Отсеки емкости соединены между собой воздуховодом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащая камеру с устройством для подачи в нее стирильного воздуха и слива-долива питательной среды и механизм перемещения камеры, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и усиления массообмена, камера представляет собой эластичную емкость, установленную фиксированно на жестком поддоне и разделенную на два неравных отсека, встроенной прокладкой из пористого материала, зафиксированной внешним зажимом, при этом на нижней внутренней поверхности большего из отсеков расположен материал для иммобилизации биологических объектов, а жесткий поддон выполнен из двух шарнирно связанных звеньев, свободные концы которых через систему блоков бесконечным тросом связаны между собой и с механизмом перемещения камеры, причем на большем звене жесткого поддона укреплены вибраторы. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отсеки эластичной емкости соединены между собой воздуховодом.