ПРОТОЧНЫЙ БИОРЕАКТОР Российский патент 1997 года по МПК C12M3/00 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для культивирования клеток и тканей растительного и животного происхождения, а также для изучения влияния различных факторов внешней среды на культивируемые объекты при проведении биологических исследований.

Известно широко применяемое в практике биологических исследований устройство, представляющее собой плоскую чашку (чашка Петри), вмещающую жидкую или отвержденную (агаризованную) питательную среду и закрытую чаще всего негерметично прилегающей к стенкам чашки крышкой [1] Основным недостатком такого устройства является низкая защищенность выращиваемых объектов от внешнего заражения и необходимость частой пересадки (через 1-3 недели) этих объектов на свежую среду для устранения их самоотравления продуктами своей жизнедеятельности, что связано еще каждый раз с повышенным риском внесения внешнего заражения.

Известно также устройство для культивирования клеток с циркуляционным движением питательного раствора в нем (циркуляционный биореактор), состоящий из сосудов для питательной среды и выращивания клеток, двух трубок, каждая из которых соединяет дно одного сосуда с верхом другого, и перистальтического насоса (см. Биотехнология сельскохозяйственных растений /пер. с англ. М: Агропромиздат, 1987, с. 50-55).

Последнее устройство принимается за прототип в связи с наибольшей близостью по своей технической сущности к заявляемому. Недостатком прототипа является также, хотя и в меньшей степени, чем в аналоге, низкая защищенность выращиваемых объектов от внешнего заражения и возможность самоотравления продуктами своей жизнедеятельности, накапливающимся в циркулирующей питательной среде.

Задачей изобретения является создание простого и надежного в работе устройства с повышенной степенью защищенности от внешнего биологического заражения и удалением вредных продуктов жизнедеятельности из сосуда для культивирования биологических объектов.

Эта задача решается в устройстве, состоящем из сосуда для питательного раствора, сосуда для выращивания биологических объектов, соединительной трубки между ними, причем, согласно изобретению, сосуд для питательного раствора оборудован сплошной герметически закрывающей его крышкой, соединительная трубка выполнена из гибкого материала, устройство также снабжено сосудом для отработанного раствора при герметичном соединении его с сосудом для выращивания биологических объектов и использование для соединения этих сосудов трубки из гибкого материала.

Из приведенной сущности устройства видно, что одним из основных его отличиев является оборудование сосуда для питательного раствора сплошной герметически закрывающей его крышкой. Наличие этого конструктивного элемента позволяет исключить микробиологическое заражение питательного раствора в процессе эксплуатации устройства. При этом оказывается невозможным заражение сосуда для выращивания биологических объектов от питательного раствора. В случае же появления заражения в сосуде для культивирования питательная среда остается стерильной в своем сосуде, так как этот раствор отделен от сосуда культивирования воздушным пространством.

Другим отличием является выполнение соединительной трубки между сосудами для питательного раствора и культивирования из гибкого материала. Такое техническое решение позволяет устанавливать сосуд с питательным раствором на разной высоте относительно сосуда для выращивания биологических объектов, что дает дополнительные гарантии против неконтролируемого излива питательной среды в сосуд для выращивания (например в случае резких суточных колебаний температуры в рабочем помещении).

Еще одним отличием устройства является то, что оно снабжено сосудом для отработанного раствора, герметично соединенным с сосудом для выращивания биологических объектов. Введение такого конструктивного элемента обеспечивает защиту биологических объектов от микробиологического заражения со стороны отработанного раствора. Кроме того, наличие этого сосуда позволяет накапливать и сохранять в стерильных условиях продукты жизнедеятельности культивируемых объектов.

И, наконец, последним отличием является использование для соединения сосудов для культивирования и отработанного раствора трубки из гибкого материала. Такое конструктивное решение позволяет устанавливать сосуд для отработанного раствора на различных высотах относительно сосуда для культивирования. Это обеспечивает поддержание уровня и соответствующего ему необходимого объекта питательного раствора в сосуде для культивирования на уровне точки излива из соединительной трубки в сосуде с отработанным раствором.

Кроме того, устройство обладает рядом других положительных свойств, к которым в первую очередь следует отнести: возможность регулирования газовой среды в сосуде для культивирования; возможность замены состава питательного раствора в процессе культивирования объекта без перемещения его в другой сосуд и связанных с этим опасности заражения и механического повреждения объекта; простота подачи и выпуска растворов в сосуд для культивирования без использования для этого механических устройств (водяных, воздушных насосов) и др.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором видно: кран 1 для выпуска отработанного раствора; отработанный раствор 2; сосуд 3 для отработанного раствора; газообменная трубка 4 с фильтром на сосуде для отработанного раствора; подложка 5; сосуд 6 для выращивания биологических объектов; газообменная трубка 7 с фильтром на сосуде для выращивания биологических объектов; питательный раствор 8; сосуд 9 для питательного раствора; крышка 10; соединительная трубка 11; соединительная трубка 12.

Работа устройства поясняется следующим примером. По данному примеру в устройстве применен кран 1 зажимного типа; для сосуда 3 использована стеклянная емкость объемом 100 мл и имеющая герметично закрывающую ее крышку с отверстиями для газообменной и соединительной трубкой; газообменная трубка 4 выполнена из стекла и частично заполнена ватой в качестве фильтра; в качестве подложки 5 использован песок; для сосуда 6 использована стеклянная емкость объемом 100 мл, имеющая также герметично закрывающую ее крышку, которая также герметично соединена с газообменной и соединительной трубками; газообменная трубка 7 аналогична трубке 4; для сосуда 9 использована узкогорлая стеклянная емкость объемом 300 мл; в качестве крышки 10 использована сплошная резиновая пробка; соединительная трубка 11 имеет диаметр 5 мм и дину 150 мм и выполнена из резины; соединительная трубка 12 имеет диаметр 10 мм и длину 30 мм.

Работа с устройством начинается со стерилизации основных его частей и посадки культивируемого объекта на подложку. Стерилизация и посадка производятся по общепринятым методикам.

После посадки соединяют сосуды между собой в стерильных условиях (в ламинарбоксе) в одно целое так, как показано на фиг.1. При этом сосуд для культивирования находится непосредственно над сосудом для отработанного раствора, а сосуд для питательного раствора расположен ниже сосуда для культивирования.

Для подачи питательного раствора в сосуд 6 производят нагрев воздуха в сосуде 9, в результате чего воздух расширяется и вытесняет питательный раствор в сосуд 6. После подачи необходимого количества раствора нагрев прекращен, в результате чего воздух в сосуде 9 охлаждается, сжимается и засасывает соответствующую часть воздуха из сосуда 6.

Нагрев воздуха можно производить специальными нагревателями, располагаемыми вблизи верхней части сосуда 9 или внутри его. При малых размерах устройства, как по данному примеру, нагрев можно производить прикосновением руки к верхней части сосуда.

Слив отработанного раствора происходит самотеком через подложку 5 и соединительную трубку 12. Поскольку по данному примеру точка излива находится ниже дна сосуда 6, то свободного объема питательного раствора в этом сосуде не образуется. Необходимое же количество питательного раствора для жизнедеятельности культивируемого объекта находится в подложке и удерживается в ней капиллярными силами.

При периодической подаче раствора из сосуда 9 происходит замена отработанного раствора в подложке на свежий. Тем самым осуществляется проточный режим движения раствора в устройстве, достигается удаление вредных продуктов жизнедеятельности культивируемого объекта и поддержание оптимальных условий для его развития.

При необходимости изменения газовой среды в сосуде 6 подают газ требуемого состава в этот сосуд через газообменную трубку 7. Этот газ поступает в сосуд 6, вытесняет из него находящийся там воздух через соединительную трубку 12 в сосуд 3, из которого избыток воздуха выделяется через газообменную трубку 4.

Применение: изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для культивирования клеток и тканей растительного и животного происхождения, а также для изучения влияния различных факторов внешней среды на культивирование объектов при проведении биологических опытов. Сущность изобретения: проточный биореактор содержит сосуд для питательной среды, закрытый герметичной крышкой и соединенный с сосудом для выращивания гибкой трубкой, причем сосуд для питательной среды и соединение выполнены с возможностью вытеснения питательной среды из сосуда нагреванием находящегося в нем воздуха. Биореактор может дополнительно содержать сосуд для отработанного питательной среды, соединенный с сосудом для выращивания трубкой из гибкого материала. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Проточный биореактор, состоящий из сосуда для питательного раствора, сосуда для выращивания биологических объектов, соединительной трубки между ними, отличающийся тем, что сосуд для питательного раствора оборудован сплошной герметически закрывающей его крышкой, при этом сосуд для питательного раствора и соединение его с сосудом для выращивания выполнены с возможностью вытеснения питательного раствора из содержащего его сосуда нагреванием находящегося в нем воздуха. 2. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что соединительная трубка между сосудами выполнена из гибкого материала. 3. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен сосудом для отработанного раствора, герметично соединенным с сосудом для выращивания биологических объектов. 4. Биореактор по п.3, отличающийся тем, что для соединения сосуда для выращивания биологических объектов с сосудом для отработанного раствора использована трубка из гибкого материала. 5. Биореактор по п.1, отличающийся тем, что в качестве нагревателя использована рука пользователя биореактора, прикладываемая для этого к верхней части сосуда с питательным раствором.