Устройство для поддержания температуры выращиваемых клеток в суспензии Советский патент 1983 года по МПК C12M1/02 

Изобретение отьосится к биотехн ческой промышленности,-а именно к устройствам для поддержания температуры выращиваемых клеток в суспе зии, и может найти применение в биологической лабораторной технике для обеспечения температурных режи мов при исследовании процессов управляемого культивирования кдеток человека и животных. Известно устройство для ферментации , содержащее ферментер, внутр которого размещены мешалка для пер мешивания клеток в суспензии и уст ройство для поддержания постоянной температуры выращиваемых клеток Cl Это устройство состоит из наружногс нагревателя, размещенного в дополнительной емкости с водой, теп.лообменника, размещенного в фермен тере, насоса и датчика температуры расположенного в теплообменнике (в среде теплоносителя ). В качеств теплоносителя применяется водопроводная вода. Основные недостатки известного устройства - сложность конструкции и низкая эксплуатационная надежность . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для поддержания темпера туры выращиваемых клеток в суспензии, содержащее ферментер, магнит.ную мешалку, нагреватель и датчик температуры суспензии, подключенны к регулятору 22. К недостаткам известного устройства можно отнести следующие. Передача тепла от нагревателя зависит от скорости перемешивания суспензии при. малых скоростях перемешивания нагреватель перегревается и может ВЫЙТИ из строя, при этом возможна гибель клеток от перегрева возле долго включенного нагревателя; при случайной остановке мешалки процесс переноса тепла еще более ухудшается, так как нагреватель не омывается суспензией, появляются локальные зоны перегрева-, выращиваемы клетки (особенно высокоспециализированные клетки человека и животных могут погибнуть. Нагреватель и датчик температуры суспензии разнесены, при этом возникают динамические ошибки, запаздывание, включение (отключение ) наг ревателя, увеличивается время переходных процессов, ч-гр отрицательно сказывается на процессе выращивания клеток. Указанные недостатки сущест , венно снижают эксплуатационную надежность. : Целью изобретения является повы шение эксплуатационной надежности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ферментер, магнитную мешалку, нагреватель и датчик температуры суспензии, подключенные к регулятору, введены термоблок с теплопроводящей насэдкой, в котором размещены нагреватель, датчик температуры суспензии -и дополнительный датчик температуры нагревателя, а термоблок выполнен в виде двух вертикально расположенных трубок из теплопроводящего материала,, укрепленных на теплоизоляционной втулке, в которой непосредственно укреплен датчик температуры суспензии, чувствительный элемент которого расположен в трубке, размещенной под теплоизоляционной втулкой, и закреплен в теплопроводящей насадке, прикрепленной к днищу термоблока, причем на теплоизоляционной втулке закреплены нагреватель и дополнительный датчик, подключенный к регулятору, а размещенная под теплоизоляционной втул- f кой трубка, нагреватель и датчик температуры суспензии расположены коаксиально. Предлагаемое устройство представлено на чертеже. На фиг. 1 изображено устройство, общий вид на фиг. 2 - то же, вид сверху; Hct фиг. 3 - термоблок, разрез . Устройство содержит ферментер 1, со смонтированной магнитной мешал-кой 2, привод 3 которой расположен снаружи в нижней части устройства. В крышке 4 ферментера имеются.гнезда 5 установки датчиков 6 для определения физико-химических параметров выращиваемых клеток.: В такое же гнездо устанавливается и термоблок 7 , который подключа от к регулятору 8. Термоблок конструктивно выполнен аналогично конструкции ста,ндартного рН-метра и может быть установлен в любой культиватор, где имеется место для установки датчиков. Термоблок содержит нагреватель 9 и датчик 10 температуры суспензии. Сам термоблок выполнен в виде двух вертикально расположенных цилиндрических трубок 11 и 12. Последние навинчены на теплоизоляционную втулку 13. Чувствительный элемент 14 датчика 10 расположен в трубке 12, находящейся под теплоизоляционной втулкой 13, и смонтирован в теплопроводящей насадке 15, закрепленной в теплоизоляционном днище 16 термоблока. На втулке смонтирован дополнительный датчик 17 температуры нагревателя. Электрическое подключение термоблока к. регулятору осуществляется разъемом 18, .

Устройство работает следующим образом.

Ферментер 1 заполняют питательной суспензией с клетками; Предварительно устанавливают .датчики 6 и термоблок 7 внутри культивационной. камеры Датчики соединяются с электронными регуляторами (не показаныК Термоблок 7 подключается разъемом 18 к регулятору 8. Включают магнитную мешалку 2. Суспензия клеток омы- , ваёт термоблок 7, а именно часть трубки 12 и насадку 15. Трубка 12 и насадка 15 выполнены из теплопрово-г дящего материала, поэтому они быстро приобретают температуру суспензии. В насадке 15 установлен чувствительный элемент 14 датчика 10, который измеряет температуру суспензии. Если эта температуры ниже за данной, то включается нагреватель 9. Последний равномерно распределен на втулке 13;, Для обеспечения теплового контакта нагревателя с трубкой полость между ними заполняют теплопроводящей пастой. Таким образом ;тепло от нагревателя через нижнюю трубку отдается жидкой суспензии, пока она не приобретает заданную температуру (например, + ), не-- обходимую для выращиваемых клеток,. Как только температура суспензии достигнет заданной, регулятор 8 у выключает нагреватель и температура, суспензии начинает понижаться до определенного значения, после которого нагреватель 9 опять включается. Таким образом,происходит поддержание температуры выращиваемых клеток в суспензии при исследовапии процессов управляемого культивирования клеток человека и животных.

В процессе исследований скорость перемешивания суспензии может меняться в широких пределах, не нарушая температурного режима. При больших скоростях перемешивания суспензия омывает термо&лок 7 и. быстро приобретает необходимую температуру. При малых скоростях перемешивания i , суспензии или при случайной остановке мешалки 2 нагреватель 9 все время включен. Для предотвращения выхода из строя нагревателя от перегрева и образования локальных зон перегрева нагреватель 9 отключается по сигналу дополнительного датчика 17 температуры. В этом случае нагрева суспензий немного увеличивается, однако при этом резко повышается надежность жизнедеятельности клеток в случае экстремальных температурных условий. Так как нагреватель 9 и датчик 10 температуры суспензии установлены вместе в одном термоблоке 7, то это существенно упрощает процесс установки (монтажа; нагревателя и датчика температуры суспензии, так как вместо двух отдельных узлов, входящих в известное устройство, имеется один термоблок, в котором все выполнено вместе., Такая конструкция{компактна, занимает меньший рабочий объём в ферментере. Кроме этого, на место прежнего датчика температуры можно установить дополнительный датчик для

0 определения физико-химических препаратов выращиваемых клеток. Возможность получения дополнительной ин, формации очень важна при исследовании процессов управляемого культи5вирования клеток человека и животных.

Выполнение термоблока 7 в виде двух вертикально расположенных цилиндрических трубок 11 и 12 из теп0лопроводящего материала, навинченных на теплоизоляционную втулку 13, обеспечивает концентрацию тепла только в нижней части термоблока. Нагревается только нижняя трубка,

5 она и погружена в суспензию. Теплоизолирующая втулка предотвращает передачу тепла вверх по трубке. Таким образом, потери тепла в данной конструкции минимальны. То, что датчик температуры 10 суспензии зак0лючен во втулку 13, а его чувствительный элемент 14 расположен в . .трубке 12 и укреплен в теплопрово.дящей насадке 15, закрепленной в :днище т рмоблока, выполненного из

5 термоизоляционного материала, позволяет с высокой точностью поддерживать температуру суспензии. Выполнение нагревателя 9 на. втулке 13 позволяет максимально прибли0зить нагреватель к металлической трубке, которая непосредственно контактирует с суспензией. Кроме этого, в минимальный зазор между трубкой и нагревателем вводится теплопроводя5 щая паста. Такая же паста вводится между чувствительным элементом 14 Сдатчика 10 итеплопроводящей насадкой 15.

Расположение нижней трубки, нагревателя и датчика температуры сус0пензии коаксиально упрощает изготовление элементов термоблока, улучшает процесс подачи тепла в суспензию и процесс измерения температуры суспензии, предотвращаются динами5ческие ошибки регулирования.

Таким образом, эффективность устройства заключается в повышении его эксплуатационной надежности. Это позволяет использовать устройство

0 в аппаратах и системах управляемого культивирования клеток человека и животных, требуюс;,их надежных, температурных режимов при исследованиях процессов культивирования.

Фш.2

Л

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ . . ТЕМПЕРАТУРЫ , ВЫРАЩИВАЕМЫХ КЛЕТОК В СУСПЕНЗИИ, содержащее ферментер, магнитную мешалку, нагреватель и датчик температуры суспензии, подключенные к регулятору, отличающ е е с я тем, что, .с целью повышения эксплуатационной надежности устройства, в него введены термоблок с теплопроводящей насадкой, в котором размещены нагреватель, датчик температуры суспензии и дополнительный датчик температуры нагревателя, а термрблок выполнен в виде двух вертйксшьно расположенных трубок из теплопроводящего материала, укрепленных на теплоизоляционной втулке, в которой непосредственно укреплен датчик температуры суспен-зии, чувствительный элемент которого расположен в трубке, размещенной под теплоизоляционной втулкой, и закреплен в теплопроводящей насадке, прикрепленной к днищу термоблос SS ка, причем на теплоизоляционной втулке закреплены нагреватель и (Л дополнительный датчик, подключенный к регулятору, а размещенная под теплоизоляционной втулкой трубка, нах- реватель и датчик температуры суспензии расположены коаксиально. О5 о о М Од