АППАРАТ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК Советский патент 1995 года по МПК C12M3/00 

Изобретение относится к биотехнологии, к аппаратам для культивирования клеток животных или человека.

Целью изобретения является ускорение накопления биомассы.

На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 аппарат в режиме перемешивания; на фиг. 4 аппарат в режиме фильтрации.

Аппарат для культивирования клеток содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с патрубком 2 для подвода питательной среды и посевного материала, патрубком 3 для подвода газа, патрубком 4 для отвода отработанной питательной среды и патрубком 5 для отвода отработанного газа.

В емкости 1 размещена лопастная мешалка 6 с вертикальным полым приводным валом 7, на нижнем участке которого под лопастями 8 размещен фильтрующий элемент 9, сообщенный с полостью вала 7. Лопасти 8 мешалки 6 укреплены на валу 7 посредством четырехзвенного шарнирного механизма, состоящего из стержней 10, шарниров 11 и двух втулок 12 и 13, установленных на валу 7. Лопасти 8 установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно фильтрующего элемента 9. Нижняя из указанных втулок 13 установлена на валу 7 свободно с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вала 7. Фильтрующий элемент 9 прикреплен к втулке 13 и выполнен в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз.

Кроме того, аппарат содержит рубашку 14 охлаждения, аэратор 15 и привод 16 вала 7.

Между втулками 12 и13 на валу 7 установлена пружина 17. Полый вал 7 снабжен на крышке емкости 1 камерой 18 для сбора и отвода отработанной питательной среды.

Аппарат работает следующим образом. В емкость 1 через патрубок 2 заливается питательная среда и подается посевной материал, производится термостатирование среды подачей термостатной воды в рубашку 14 через патрубок 3. В аэратор 15 подают газы на аэрацию культуральной среды. Включается привод 16 мешалкой 6. Отвод отработанных газов из аппарата производится через патрубок 5. Привод 16 работает в импульсном режиме. При включенном приводе 16 приводится во вращение вал 7, вместе с ним втулки 12 и1 3 и через стержни 10 лопасти 8. На лопасти 8 действует центробежная сила Р (см. фиг. 3), величина которой определяется выражением.

P R [кгс] где R радиус лопасти, м;
G масса лопасти, кгс;
g ускорение свободного падения, м/с²;
n частота вращения вала, об/мин.

Под действием равнодействующей тангенциальных составляющих центробежной силы P и силы тяжести G_t лопасти 7, сжимая пружину 17, поворачиваются на шарнирах 11 и устанавливаются в горизонтальное положение. При этом в емкости 1 создаются радиально-осевые циркуляционные потоки культуральной среды, обеспечивающие высокую интенсивность массообмена и роста клеток.

При отключенном приводе 16 центробежная сила Р исчезает и под действием радиальной составляющей силы тяжести G_t и силы сжатия пружины 17 лопасти поворачиваются и устанавливаются в крайнее нижнее положение. При этом в емкости 1 создаются радиально-осевые циркуляционные потоки культуральной среды, обеспечивающие высокую интенсивность массообмена и роста клеток.

Далее производится повторное включение привода 16, и процесс повторяется.

Таким образом, в процессе культивирования клеток в сосуде реализуется существенно нестационарный процесс перемешивания культуральной среды. В этом процессе участвует вся среда, находящаяся в рабочей полости сосуда, что обеспечивает равномерное распределение питательных веществ и аэрируемых газов по всему объему, исключает появление застойных зон в аппарате и в конечном счете позволяет получить высокие массообменные характеристики и интенсифицировать процесс выращивания клеток.

По окончании культивирования в аппарате при работающем в импульсном режиме приводе 16 производится концентрирование полученной клеточной суспензии путем ее фильтровании и последующего слива отработанной питательной среды. Для обеспечения фильтрования суспензии через пористый фильтрующий элемент 9 на нем создается перепад давления либо путем создания избыточного давления в аппарате, либо за счет вакуумирования полости фильтрующего элемента 9. Фильтрующий элемент 9 прикреплен к нижней втулке 13 вала 7 и в процессе работы, с одной стороны, вращается вместе с валом 7, с другой стороны, совершает возвратно-поступательное движение относительно него. В результате этого обеспечивается высокая степень самоочистки фильтрующей поверхности, а следовательно, и высокая производительность фильтрования. Выполнение фильтрующего элемента 9 в виде расширяющегося книзу усеченного конуса обеспечивает возможность сползания образовавшегося на фильтрующей поверхности осадка и тем самым способствует увеличению производительности процесса фильтрования. Импульсный режим работы привода 16 обеспечивает самоочистку фильтрующей поверхности не только за счет поля центробежных сил, но и за счет переменной окружной скорости фильтрующего элемента 9, возникающей в процессе работы привода. Таким образом, в результате использования указанного выше ряда конструктивных признаков в аппарате обеспечивается высокая степень самоочистки культивирования клеточной суспензии, а значит, и высокая производительность фильтрующего элемента. Отфильтрованная от клеток отработанная питательная среда отводится из камеры 18 через патрубок 4 наружу. Концентрированная клеточная суспензия, оставшаяся в аппарате, подвергается следующей технологической операции.

В процессе культивирования в аппарате возможна реализация периодического обновления питательной среды. По мере роста клеток и истощения питательной среды часть питательной среды отбирается из аппарата и заменяется свежей. Слив части отработанной питательной среды производится путем фильтрования культуральной жидкости с помощью фильтрующего элемента 9 и отвода ее через полый вал 7, камеру 18 на крышке аппарата и патрубок 4. Свежую питательную среду подают через патрубок 2, и процесс культивирования продолжается. Скорость вращения лопастей 8, как следует из вышеизложенного, определяет величину центробежной силы, вызывающей поворот лопастей 8 при вращении вала 7 мешалки 6 в рабочее положение.

Предлагаемый аппарат обеспечивает уменьшение продолжительности процесса производства медицинских и биологических препаратов. Эффект достигается, во-первых, за счет интенсификации роста клеток в результате улучшения массообменных характеристик аппарата в процессе культивирования, во-вторых, за счет ускорения стадии концентрирования клеточной суспензии в результате увеличения производительности фильтрования. Достижению эффекта способствует также совмещение в одном аппарате двух технологических операций, что исключает необходимость проведения ряда вспомогательных операций и уменьшает количество необходимого оборудования технологических линий по производству препаратов. При культивировании клеток животных продолжительность производственного процесса уменьшается на 5%

Изобретение относится к микробиологической и медицинской отраслям промышленности, к аппаратам для культивирования клеток. Целью изобретения является ускорение накопления биомассы. Аппарат содержит вертикальную цилиндрическую емкость 1 с рубашкой 14 и технологическими патрубками 2, 3, 4 и 5. Аппарат снабжен приводом 16 и центрально расположенным полым валом 7. На валу 7 установлена верхняя 12 и нижняя 13 втулки, между которыми размещена пружина 17. Верхняя втулка 12 жестко закреплена на валу 7, а нижняя 13 может перемещаться вдоль вала 7. К нижней втулке 13 прикреплен фильтрующий пористый элемент 9, выполненный в виде усеченного конуса. Втулки 12 и 13 прикреплены шарнирно к лопастям 8, и образованный ими шарнирный механизм обеспечивает возможность поворота лопастей 8 в вертикальной плоскости. В процессе культивирования при работе привода 16 в импульсном режиме за счет поворота лопастей 8 в вертикальной плоскости реализуется существенно нестационарный процесс перемешивания культуральной среды. При концентрировании клеточной суспензии в результате вращательного и возвратно-поступательного движения фильтрующего элемента 9 обеспечивается высокая степень самоочистки. Оба указанных обстоятельства обеспечивают уменьшение продолжительности процесса производства биологических и медицинских препаратов. 4 ил.

АППАРАТ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК, содержащий вертикальную цилиндрическую емкость с технологическими патрубками, размещенную в емкости лопастную мешалку с вертикальным полым приводным валом, на нижнем участке которого под лопастями размещен фильтрующий элемент, сообщенный с полостью вала, отличающийся тем, что, с целью ускорения накопления биомассы, лопасти мешалки укреплены на валу посредством четырехзвенного шарнирного механизма и двух втулок и установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно фильтрующего элемента, при этом нижняя из указанных втулок установлена свободно и с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль вала, причем фильтрующий элемент прикреплен к этой втулке и выполнен в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием вниз.