專利名稱：帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域中使用的生物反應(yīng)器，特別涉及一種帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
生物反應(yīng)器是用于大規(guī)模培養(yǎng)微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞的反應(yīng)器，如適于微生物、植物和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的外環(huán)流生物反應(yīng)器(W.W.Su，US5342781)；由三個(gè)通過(guò)膜互相連通的反應(yīng)室(包括細(xì)胞培養(yǎng)室、培養(yǎng)液室和產(chǎn)物室)組成的生物反應(yīng)器(K.Hermann，EP0155237)；用于硝化細(xì)菌培養(yǎng)的膜式生物反應(yīng)器(徐又一等，CN1239709A)；用于單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的氣—液環(huán)流生物反應(yīng)器(王洪祺等，CN85109440A)；用于微生物細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器(森敬，CN87104667；許驍增等，CN1124292A)。人們已利用生物反應(yīng)器培養(yǎng)植物細(xì)胞組織器官來(lái)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，如用生物反應(yīng)器培養(yǎng)人參毛狀根(B.Hwang et al.，KR9500443)；用氣升式生物反應(yīng)器培養(yǎng)長(zhǎng)春花細(xì)胞生產(chǎn)蛇根堿(Scragg & Altan，Biotechnology in agriculture andforestry，1993，pp.249-268)；三井石油化學(xué)公司采用750L攪拌式反應(yīng)器二步法培養(yǎng)紫草細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)紫草寧的工業(yè)化生產(chǎn)(Noguchi et al.，Plant tissue culture and itsbiotechnological application，1977，pp.85.)。德國(guó)建立了75L、750L、7500L、1500L和75000L系列攪拌式生物反應(yīng)器組成的植物細(xì)胞培養(yǎng)工廠，并利用這些反應(yīng)器培養(yǎng)紫松果菊(Echinaceapurpurea)細(xì)胞，生產(chǎn)免疫活性多糖(Mavituna F，Recent advancesin biotechnology，1992，pp.209-226)。
從七十年代后期開始，植物細(xì)胞、組織和器官的培養(yǎng)較多采用氣升式生物反應(yīng)器，如本申請(qǐng)人的已于1999年11月13日授權(quán)的專利號(hào)為98205797.0L的氣升式周期浸沒光照植物細(xì)胞組織器官培養(yǎng)反應(yīng)器，該反應(yīng)器主要由反應(yīng)器主體、篩網(wǎng)隔板、接種管、氣體分布器、光源、儲(chǔ)液槽、電磁閥、氣液循環(huán)管和氣液分配管組成，是一種適于大規(guī)模培養(yǎng)的生物反應(yīng)器，可以實(shí)現(xiàn)植物組織和器官培養(yǎng)的均勻接種并克服植物組織器官長(zhǎng)期浸沒產(chǎn)生的玻璃化和變異現(xiàn)象，但是，這種生物反應(yīng)器只能適用于植物組織和器官的培養(yǎng)；又如《醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)》1999年第5期第3頁(yè)“氣升式發(fā)酵罐設(shè)計(jì)”一文所介紹的導(dǎo)流筒氣升式生物反應(yīng)器，該氣升式生物反應(yīng)器是在反應(yīng)器主體中設(shè)置一導(dǎo)流筒，該導(dǎo)流筒位于氣體分布器的上方，可以將反應(yīng)器分為上升區(qū)和下降區(qū)，培養(yǎng)液在反應(yīng)器中循環(huán)流動(dòng)，但無(wú)法穿透導(dǎo)流筒的側(cè)壁作徑向的流動(dòng)，因此該氣升式生物反應(yīng)器在氣速過(guò)大時(shí)，氣流造成的剪切力仍然較大，對(duì)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)不利。
因?yàn)橹参锛?xì)胞的個(gè)體大，細(xì)胞壁僵脆和具有大的液泡，因此，植物細(xì)胞對(duì)流體剪切力較為敏感，流體剪切力對(duì)植物細(xì)胞的影響有正反兩方面一方面，流體剪切力對(duì)植物細(xì)胞的積極影響表現(xiàn)為增加通氣，保持良好的混合狀態(tài)和細(xì)胞分散性，在合適的條件下甚至可以提高細(xì)胞產(chǎn)率和增加次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量；另一方面，在多數(shù)情況下流體剪切力對(duì)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)呈副作用，造成細(xì)胞損傷，影響細(xì)胞形態(tài)、代謝及聚集狀態(tài)等。在氣升式生物反應(yīng)器中，植物細(xì)胞主要受到隨著時(shí)間和液層高度變化而變化的剪切力的影響，越靠近氣體分布器，氣流速度越大，細(xì)胞所受到的剪切力也越大，剪切力過(guò)大時(shí)會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷細(xì)胞膜并導(dǎo)致細(xì)胞溶解，因此在氣升式生物反應(yīng)器中選擇合適的氣流速度和方向，減少剪切力就顯得非常重要。而現(xiàn)有的導(dǎo)流筒氣升式反應(yīng)器中的剪切力對(duì)植物細(xì)胞造成的傷害仍然較大，且無(wú)細(xì)胞可以附著的固體表面，影響了細(xì)胞的生長(zhǎng)及代謝產(chǎn)物的生成。另外，利用現(xiàn)有的氣升式生物反應(yīng)器培養(yǎng)植物細(xì)胞時(shí)接種量均不能過(guò)大，否則細(xì)胞會(huì)由于供氧不足而容易褐化以至死亡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的導(dǎo)流筒氣升式生物反應(yīng)器中細(xì)胞所受到的剪切力較大和接種量小的缺點(diǎn)，從而提供一種帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體、導(dǎo)流筒、外置光源和氣體分布器，其中，反應(yīng)器主體為圓型或方型透明筒體，導(dǎo)流筒固定在反應(yīng)器主體中，并與反應(yīng)器主體的上下壁之間留有間距，反應(yīng)器主體的上壁上設(shè)有接種口、空氣出口和通過(guò)控制閥門與補(bǔ)液瓶相通的補(bǔ)液口，反應(yīng)器主體下壁上設(shè)有供經(jīng)過(guò)濾后的空氣進(jìn)入的空氣進(jìn)口，該空氣進(jìn)口與安裝在反應(yīng)器主體底部的氣體分布器相連通，外置光源均勻分布在反應(yīng)器主體的四周，其特征在于所述的導(dǎo)流筒為由金屬篩網(wǎng)制成的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒，位于反應(yīng)器主體的中心處，氣體分布器位于篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的正下方。
所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒為奇數(shù)個(gè)不同直徑的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒套裝在一起組成的導(dǎo)流筒組，位于最中心處篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的正下方放置器壁上帶噴氣孔的圓形氣體分布器，由最中心處篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒向外依次每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)流筒之間形成的環(huán)形區(qū)域的正下方放置器壁上帶噴氣孔的環(huán)形氣體分布器。
所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒為偶數(shù)個(gè)不同直徑的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒套裝在一起組成的導(dǎo)流筒組，由里向外依次每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)流筒之間形成的環(huán)形區(qū)域的正下方放置器壁上帶噴氣孔的環(huán)形氣體分布器。
本發(fā)明提供的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，還包括一沿反應(yīng)器主體的中心軸線設(shè)置的內(nèi)置光源。
本發(fā)明提供的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，還可進(jìn)一步包括一位于反應(yīng)器主體外部且與空氣進(jìn)氣口相連通的氣體控溫裝置。
所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒螺合固定在反應(yīng)器內(nèi)的支架上，以便拆卸。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的反應(yīng)器根據(jù)所培養(yǎng)的植物組織或細(xì)胞的大小不同而可以改變篩網(wǎng)孔徑的大小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)增加了通氣量，篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒內(nèi)外之間的徑向流動(dòng)減小了植物細(xì)胞所受的剪切力；設(shè)置多個(gè)篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒，徑向流動(dòng)的流體可以使細(xì)胞附著在篩網(wǎng)導(dǎo)流筒壁上，提供大部分細(xì)胞生長(zhǎng)所需的足夠的附著表面，可增加植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)時(shí)的接種量，并為細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝創(chuàng)造了一個(gè)良好的聚集附著條件。同時(shí)多個(gè)環(huán)形氣體分布器可以在氣流量不變的情況下，保證流出氣體的速度減低，并增加導(dǎo)流筒內(nèi)外之間的徑向流動(dòng)，既可減少剪切力，又有利于細(xì)胞的流動(dòng)，減少沉降現(xiàn)象，解決因單個(gè)導(dǎo)流筒內(nèi)氣速過(guò)大造成植物細(xì)胞破裂自溶的缺點(diǎn)，另外，內(nèi)外設(shè)置光源也為細(xì)胞生長(zhǎng)提供了充足的光照環(huán)境。


圖1為本發(fā)明的具有1個(gè)篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明的具有2個(gè)篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明的具有3個(gè)篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖其中
反應(yīng)器主體1篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒2 氣體分布器3接種口4空氣進(jìn)口5 氣體流量計(jì)6空氣出口7 補(bǔ)液瓶8 外置光源9內(nèi)置光源10 空氣過(guò)濾器11閥門12氣體控溫裝置13 補(bǔ)液口1具體實(shí)施方式
實(shí)施例1制備1套2L的本發(fā)明提供的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，如圖1所示，一由φ120mm×300mm耐熱玻璃制造的反應(yīng)器主體1，內(nèi)置光源10沿反應(yīng)器主體1的軸線固定在反應(yīng)器主體的頂蓋上，將用不銹鋼篩網(wǎng)制成的1個(gè)篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒2軸向螺合固定在反應(yīng)器底部的支架上，且位于反應(yīng)器主體1中心，位于篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒2的正下方的圓形氣體分布器3固定在反應(yīng)器主體1的底板上，該圓形氣體分布器3與底板上的空氣進(jìn)口5相連通，空氣進(jìn)口5與外部的空氣壓縮機(jī)相連，其連接管道上安裝有空氣過(guò)濾器11，和氣體流量計(jì)6(用來(lái)調(diào)節(jié)氣流量的大小)，反應(yīng)器主體1外圍均勻設(shè)外置日光燈管9，反應(yīng)器主體的頂蓋上設(shè)有設(shè)有一接種口4、一空氣出口7和一通過(guò)控制閥門12與補(bǔ)液瓶8相連通的補(bǔ)液口14。
實(shí)施例2制備1套2L的本發(fā)明提供的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，如圖2所示，一由φ120mm×300mm耐熱玻璃制造的反應(yīng)器主體1，內(nèi)置光源10沿反應(yīng)器主體1的軸線固定在反應(yīng)器主體的頂蓋上，將用不銹鋼篩網(wǎng)制成的2個(gè)直徑分別40mm和80mm的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒2同軸套裝固定于反應(yīng)器主體1內(nèi)，所述篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒2的環(huán)形區(qū)的正下方設(shè)置一環(huán)形氣體分布器3，該環(huán)形氣體分布器3安裝在反應(yīng)器主體1底板上，與空氣進(jìn)口5相連通，空氣進(jìn)口5與外部的空氣壓縮機(jī)相連，其連接管道上安裝有空氣過(guò)濾器11、氣體控溫裝置13和氣體流量計(jì)6，反應(yīng)器主體1外圍均勻設(shè)外置日光燈管9，反應(yīng)器主體的頂蓋上設(shè)有設(shè)有一接種口4、一空氣出口7和一通過(guò)控制閥門12與補(bǔ)液瓶8相連通的補(bǔ)液口14。氣體控溫裝置13用以控制培養(yǎng)所需氣體的溫度。
用實(shí)施例2所述的2L篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器來(lái)培養(yǎng)肉蓯蓉懸浮細(xì)胞，其接種量由已有技術(shù)中的氣升式生物反應(yīng)器接種量的2.5％增加至5％，通氣量由0.010m3/h增加至0.075m3/h，培養(yǎng)20天后，細(xì)胞干重由4.6g/L增加至8.69g/L，次級(jí)代謝產(chǎn)物苯乙醇糖甙產(chǎn)量由0.42g/L增加至0.85g/L。
實(shí)施例3制備一40L的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，如圖3所示，一由φ230mm×1400mm耐熱玻璃制造的反應(yīng)器主體1，將用不銹鋼篩網(wǎng)制成的3個(gè)直徑分別為60mm、120mm和180mm的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒2同軸套裝固定于反應(yīng)器主體1內(nèi)，內(nèi)置光源10沿反應(yīng)器主體1的軸線固定在反應(yīng)器主體的頂蓋上，該內(nèi)置光源10是在φ40mm耐熱玻璃內(nèi)置光照管中插入日光燈管制成。
位于中心的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的正下方的圓形區(qū)域內(nèi)有一圓形氣體分布器，其外圍的兩個(gè)篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒之間的環(huán)形區(qū)域的正下方有一環(huán)形氣體分布器3，該兩個(gè)氣體分布器3均安裝在反應(yīng)器主體1底板上，并與空氣進(jìn)口5相連通，空氣進(jìn)口5與外部的空氣壓縮機(jī)相連，其連接管道上安裝有空氣過(guò)濾器11、氣體控溫裝置13和氣體流量計(jì)6，反應(yīng)器主體1外圍均勻設(shè)外置日光燈管9，反應(yīng)器主體的頂蓋上設(shè)有設(shè)有一接種口4、一空氣出口7和一通過(guò)控制閥門12與補(bǔ)液瓶8相連通的補(bǔ)液口。
用實(shí)施例3所述的40L篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器培養(yǎng)植物細(xì)胞時(shí)，先用高溫蒸汽滅菌，滅菌溫度為103-115℃，滅菌50-200分鐘；然后通入培養(yǎng)液，待溫度降至室溫后打開接種口封帽，在無(wú)菌環(huán)境下將培養(yǎng)物種子加入，蓋好封帽，通入空氣進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞受篩網(wǎng)導(dǎo)流筒內(nèi)外壓差的影響可以附著于篩網(wǎng)壁上生長(zhǎng)，同時(shí)培養(yǎng)液的徑向流動(dòng)使得細(xì)胞所受的剪切力降低。
當(dāng)然，本發(fā)明中的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒也為由多個(gè)不同直徑的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒套裝在一起組成的導(dǎo)流筒組。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提供的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體、導(dǎo)流筒、外置光源和氣體分布器，其中，反應(yīng)器主體為圓型或方型透明筒體，導(dǎo)流筒固定在反應(yīng)器主體中，并與反應(yīng)器主體的上下壁之間留有間距，反應(yīng)器主體的上壁上設(shè)有接種口、空氣出口和通過(guò)控制閥門與補(bǔ)液瓶相通的補(bǔ)液口，反應(yīng)器主體下壁上設(shè)有供經(jīng)過(guò)濾后的空氣進(jìn)入的空氣進(jìn)口，該空氣進(jìn)口與安裝在反應(yīng)器主體底部的氣體分布器相連通，外置光源均勻分布在反應(yīng)器主體的四周，其特征在于所述的導(dǎo)流筒為由金屬篩網(wǎng)制成的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒，位于反應(yīng)器主體的中心處，氣體分布器位于篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的正下方。
2.按權(quán)利要求書1所述的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒為奇數(shù)個(gè)不同直徑的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒套裝在一起組成的導(dǎo)流筒組，位于最中心處篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的正下方放置器壁上帶噴氣孔的圓形氣體分布器，由最中心處篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒向外依次每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)流筒之間形成的環(huán)形區(qū)域的正下方放置器壁上帶噴氣孔的環(huán)形氣體分布器。
3.按權(quán)利要求書1所述的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒為偶數(shù)個(gè)不同直徑的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒套裝在一起組成的導(dǎo)流筒組，由里向外依次每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)流筒之間形成的環(huán)形區(qū)域的正下方放置器壁上帶噴氣孔的環(huán)形氣體分布器。
4.按權(quán)利要求書1、2或3所述的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于還包括一沿反應(yīng)器主體的中心軸線設(shè)置的內(nèi)置光源。
5.按權(quán)利要求書1、2或3所述的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于還包括一位于反應(yīng)器主體外部且與空氣進(jìn)氣口相連通的氣體控溫裝置。
6.按權(quán)利要求書4所述的帶有篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于還包括一位于反應(yīng)器主體外部且與空氣進(jìn)氣口相連通的氣體控溫裝置。
7.按權(quán)利要求書1、2或3所述的帶篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒螺合固定在反應(yīng)器內(nèi)的支架上。
8.按權(quán)利要求書4所述的帶篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒螺合固定在反應(yīng)器內(nèi)的支架上。
9.按權(quán)利要求書5所述的帶篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒螺合固定在反應(yīng)器內(nèi)的支架上。
10.按權(quán)利要求書6所述的帶篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒螺合固定在反應(yīng)器內(nèi)的支架上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒氣升式植物細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體、導(dǎo)流筒、外置光源和氣體分布器，其中，反應(yīng)器主體為圓型或方型透明筒體，導(dǎo)流筒固定在反應(yīng)器主體中，并與反應(yīng)器主體的上下壁之間留有間距，反應(yīng)器主體的上壁上設(shè)有接種口、空氣出口和補(bǔ)液口，其下壁上設(shè)有空氣進(jìn)口，該空氣進(jìn)口與安裝在反應(yīng)器主體底部的氣體分布器相連通，外置光源均勻分布在反應(yīng)器主體的四周，其特征在于所述的導(dǎo)流筒為由金屬篩網(wǎng)制成的篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒，位于反應(yīng)器主體的中心處，氣體分布器位于篩網(wǎng)型導(dǎo)流筒的正下方。該反應(yīng)器使植物細(xì)胞附著于篩網(wǎng)上生長(zhǎng)，降低氣流對(duì)植物細(xì)胞的剪切力，適于植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12M3/00GK1576361SQ0314990
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者王玉春, 歐陽(yáng)杰, 王曉東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所