專利名稱：一種多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及生物反應(yīng)裝置，具體地說是一種多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
上世紀末，人類基因組計劃的初步完成給生命科學帶來了無限的生機，科學進入了后基因組時代。據(jù)報道，人體中支配遺傳特性的基因還不到40,000個，從而掀起了研究功能基因組的熱潮；生命源于蛋白質(zhì)，只有對基因的關(guān)鍵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的充分了解，我們才有可能了解生命，優(yōu)化生命，征服疾病；但是，大量獲得功能性蛋白質(zhì)并不是一件容易的事；因此，高通量制備或純化蛋白質(zhì)的技術(shù)已經(jīng)成為后基因組工程的瓶頸。傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)制備或純化都是單個的一一操作，效率較低，很難適應(yīng)生物高科技發(fā)展的速度要求。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種效率高多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是本實用新型運用組合學中平行后處理器的原理，多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，由控制加液機構(gòu)、平行微型電動攪拌平臺、生物反應(yīng)器組和產(chǎn)物溶液接收裝置四部分構(gòu)成；控制加液機構(gòu)為可控型多種儲液罐通過設(shè)有閥門的管路與生物反應(yīng)器加液口相連；生物反應(yīng)器組由至少2個獨立生物反應(yīng)器組成，每一生物反應(yīng)器從上至下依次由配有加液口和通氣口反應(yīng)器蓋、反應(yīng)器圓筒體、置于反應(yīng)器圓筒體內(nèi)的電動攪拌器、分子量截留膜墊圈和底座、放料緩沖腔及底座控制閥和放料管組成；生物反應(yīng)器安裝于微型電動攪拌平臺上；平行微型電動攪拌平臺由電動機組固定在支架上構(gòu)成，其與電動攪拌器傳動連接；產(chǎn)物溶液接收裝置由真空槽及其上的帶孔真空面板和置于其內(nèi)的產(chǎn)物接受器構(gòu)成，產(chǎn)物接受器底端通出真空槽槽壁與控制支閥相連，產(chǎn)物接受器通過真空面板與放料管相通。
所述生物反應(yīng)器組較佳是由12～96個生物反應(yīng)器組成；底座為膜墊圈嵌入式結(jié)構(gòu)；放料管為與底座連體的帶有螺紋的支管，可以通過螺母固定在真空接受槽的上方面板上；產(chǎn)物接受器為圓柱狀、傾斜角狀或腰部球體下角狀，產(chǎn)物接收器與真空槽為連體式結(jié)構(gòu)；真空槽為矩形，上方為開口式半封閉裝置，槽體一側(cè)有兩園孔，上端與真空閥連接，用作為通氣孔，下方通過玻璃真空閥與真空泵連接；真空槽的另一側(cè)上方帶一圓孔，通過帶孔橡皮塞連上真空表頭；真空槽的殼體自然放置于帶有密封橡皮圈的真空面板下部；所述控制加液機構(gòu)中的閥門與電腦電路連接，儲液槽為蛋白質(zhì)表達緩沖液、變性蛋白質(zhì)包涵體溶解緩沖液(脲或胍)、蛋白質(zhì)復(fù)性緩沖液可電控的加液裝置；液體的加料量、加料順序和加料時間可由電腦控制。
真空槽槽體由厚質(zhì)耐真空玻璃制成，各產(chǎn)物接收器下端通過支管連接到真空槽外，并有控制支閥(真空閥)控制，接收的液體可間歇式在常壓下平行放料。
本實用新型具有如下優(yōu)點1.結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，平行操作過程簡單，可手動或半自動操作。
2.所用各種生物和化學試劑可封閉性處理、連續(xù)操作，速度快、污染?。粸榫G色環(huán)保型小型生物反應(yīng)系統(tǒng)，安全可靠。
3.功能性強。集生物或化學反應(yīng)、產(chǎn)品過濾、濃縮、分離、液體轉(zhuǎn)運為一體的系統(tǒng)集成設(shè)備；具有高通量合成生物活性分子的功能，克服了多個蛋白質(zhì)的一一分離的困難，提高制備蛋白質(zhì)、分離純化蛋白質(zhì)的效率；其不僅能用于操作單個蛋白質(zhì)的復(fù)性與純化，而且能多蛋白質(zhì)的高通量地平行操作，既可用于同一蛋白質(zhì)的表達、復(fù)性的條件優(yōu)化又可用于放大制備，也可以用于不同蛋白質(zhì)的同時復(fù)性純化；除此之外，所用生物反應(yīng)器為可移動組合式裝置，依據(jù)微生物發(fā)酵的原理，根據(jù)搖床的型號，進行配套設(shè)計，用做大量的蛋白質(zhì)平行合成器；其可與膜技術(shù)結(jié)合，用作微量組合生物催化、微量組合生物合成生物反應(yīng)器；也可作為同一生物反應(yīng)的條件優(yōu)化系統(tǒng)；尤其是運用于高通量蛋白質(zhì)表達、包涵體變性蛋白質(zhì)高通量重折疊復(fù)性，組合生物催化、組合化學、和固相合成；泛用于大分子諸如蛋白質(zhì)、核酸與多糖的高通量制備。
4.對于在空氣不穩(wěn)定的產(chǎn)物或反應(yīng)物，該系統(tǒng)可以在惰性氣體保護下操作，適于厭氧物質(zhì)的反應(yīng)和后處理。
5.節(jié)約人力和物力，同時設(shè)備所用材料大多為塑料和玻璃、設(shè)備制造成本低廉，具有大批量生產(chǎn)的廣闊前景。
6.生物反應(yīng)器和產(chǎn)物接受裝置各部件均可拆卸，清洗、消毒滅菌方便。
本實用新型可以運用于變性蛋白質(zhì)的高通量復(fù)性，也可用于高通量組合生物催化反應(yīng)，和大分子參與的生物反應(yīng)；可用于基礎(chǔ)性微量生物反應(yīng)、也可用于毫克級乃至克級大規(guī)模生物活性產(chǎn)品的生產(chǎn)，也可以通過調(diào)節(jié)分子量膜截留墊圈中的不同孔隙的膜作為生物產(chǎn)品的濃縮裝置。


圖1為本實用新型的剖視圖。
圖2為本實用新型的側(cè)面剖視圖。
圖3為三種反應(yīng)液接收器14A-C的剖面圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)及工作原理圖作進一步詳細說明。
如圖1所示，組合式平行生物反應(yīng)器由緩沖液儲液罐1、緩沖液加料控制閥門5、電腦29、生物反應(yīng)器蓋7、放氣或惰性氣體接口、上蓋液器控制總閥、柱狀反應(yīng)器圓筒體9、分子量截留膜墊圈11、底座控制閥24、生物反應(yīng)器底座10組成；緩沖液儲料罐1中的液體可通過電腦29控制進液閥門5，間歇式或連續(xù)式加料，放氣或通氣孔可控制反應(yīng)的內(nèi)部氣體環(huán)境；整個反應(yīng)圓筒體9為可拆卸式玻璃或塑料裝置，安裝在帶有分子量截留膜墊圈11的底座10上；平行微型電動攪拌平臺2由雙排十二電動機構(gòu)成固定在支架22上，每個電動機由速度調(diào)節(jié)鈕28控速；所述生物反應(yīng)器組3為一整體，既可作為反應(yīng)容器又可作為最終產(chǎn)品的過濾裝置(即在帶有接收器的真空槽上方配置園柱狀兩排多通道微型分子濃縮柱；)；用于生物催化時，可將大分子或細胞留在反應(yīng)器內(nèi)重復(fù)利用；用于變性蛋白質(zhì)的重折疊復(fù)性時可將大分子量的物質(zhì)留在反應(yīng)器內(nèi)，所需產(chǎn)物和試劑、溶液通過底座10下端的放料管25放入產(chǎn)物接收器14中；如圖1和圖2所示，產(chǎn)物溶液接收裝置4由帶有十二個圓孔的矩形真空面板12、橡皮墊圈、真空表13、矩形柱狀玻璃真空槽15、雙排平行的12只產(chǎn)物接收器14，各產(chǎn)物接收器由連體臂連接在槽體內(nèi)壁上、接收器下端控制支閥16與玻璃槽連體式通出槽外、在外出口處連有控制閥和支管、放氣閥和耐腐蝕塑料螺母組成；真空槽15上方為開口式半封閉裝置，槽體一側(cè)有兩園孔，上端與陶瓷真空閥連接，用作為通氣孔，下方通過玻璃真空閥17與真空泵18連接，真空槽的另一側(cè)上方帶一園孔，通過帶孔橡皮塞連上真空表頭13；如圖2所示，上方為兩排平行的生物反應(yīng)器，每排如圖1中所示裝有6個平行的單個的組合式生物反應(yīng)器組，下方為內(nèi)帶兩排連體式的溶液接收管的真空槽，各液體接收管通過槽壁通出槽外，與真空控制閥相連；如圖3所示，帶有三種不同形狀的產(chǎn)物接受器14A-C的真空槽；各接收管的特點是上開口直筒狀14A的真空槽具有洗滌方便，出液量中等，節(jié)約空間；對于微量物質(zhì)的分離，上開口彎錐角型14B具有放液時無死角的特點，上開口中球下錐角狀14C的真空槽具有14A儲液量大優(yōu)勢，對于粘度大的溶液同時又有14B放料容易的特點；是厚質(zhì)玻璃制成，每個接受器的上側(cè)方由玻璃燒制到真空槽15的內(nèi)壁上，接受器14下端連體式通過玻璃槽體，槽外帶有一真空支閥16。
具體操作方式以變性蛋白質(zhì)復(fù)性為例如圖1裝好系統(tǒng)，在平行生物反應(yīng)器中加入純化后的蛋白質(zhì)包涵體，蓋好上蓋7后，用平行加液滴槍，加入8M脲素緩沖液或6～8M的胍緩沖液去折疊，調(diào)到指定蛋白質(zhì)濃度；在4℃根據(jù)需要分別以梯度稀釋法向反應(yīng)器中加入蛋白質(zhì)重疊復(fù)性緩沖液，或分子伴侶(如β-環(huán)湖精/去污劑，GroEL，GroES，DnaJ，DnaK，GrpE，關(guān)于實用分子伴侶協(xié)助復(fù)性的專利正在申請中)法重折疊復(fù)性，通過選擇適于最佳折疊條件、在搖床上孵化適當時間，裝在真空槽上真空面板12上，關(guān)閉產(chǎn)物接收器下端控制支閥16，分別打開反應(yīng)器放液閥，檢查各連接接口是否接好，然后將整個真空槽通過真空閥17連接到真空泵18上，在真空下富集粗產(chǎn)物溶液；如產(chǎn)物接收器負荷不夠，可間歇式將產(chǎn)物接收器14中溶液通過控制支閥16，通過蠕動泵排到指定液體器皿中，過濾完畢，用緩沖液洗滌反應(yīng)器兩次，真空膜過濾，合并反應(yīng)液，用于下一步純化步驟，或直接用于生物活性測定。
本實用新型的工作原理是變性蛋白質(zhì)在高濃度的去折疊緩沖液中可迅速溶解，并變成一級蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，所需溶液量不大，重折疊復(fù)性為分子內(nèi)反應(yīng)過程，而去折疊蛋白質(zhì)與去污劑結(jié)合識分子間反應(yīng)，高濃度較有利；在變性蛋白質(zhì)和去污劑負荷物稀釋到適當濃度后，再緩慢滴加重折疊復(fù)性液，慢慢釋放一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，由于此時蛋白質(zhì)濃度較低，極為有利重折疊形成天然活性蛋白質(zhì)，由于這樣可以一直保持一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的相對濃度不增加，可以避免部分折疊的蛋白質(zhì)分子間的凝聚反應(yīng)；由于所形成的天然蛋白質(zhì)不改變分子量，根據(jù)復(fù)性后的蛋白質(zhì)分子量選定分子量截留膜的孔徑大于所需蛋白質(zhì)的分子大小，這樣所需純化的蛋白質(zhì)將可流出反應(yīng)器，分子量增大的多聚體將停留在反應(yīng)器中；可以反復(fù)變性、重折疊的過程將包涵體高效復(fù)性成所需蛋白質(zhì)；通過實行平行操作，實現(xiàn)辦公桌上的生物實驗室目的，提高效率、節(jié)約空間和能源。此外，在用于小分子的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)時，通過膜的分子量截留的原理，將反應(yīng)后的小分子產(chǎn)物、試劑和溶劑完全排出生物反應(yīng)器，而大分子留在反應(yīng)器內(nèi)，重復(fù)利用，在酶催化領(lǐng)域尤為展現(xiàn)其優(yōu)越性。
權(quán)利要求1.一種多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，由控制加液機構(gòu)、平行微型電動攪拌平臺(2)、生物反應(yīng)器組(3)和產(chǎn)物溶液接收裝置(4)四部分構(gòu)成，其特征在于控制加液機構(gòu)為可控型多種儲液罐(1)通過設(shè)有閥門(5)的管路與生物反應(yīng)器加液口相連；生物反應(yīng)器組(3)由至少2個單個生物反應(yīng)器組成，每一生物反應(yīng)器從上至下依次由配有加液口和通氣口反應(yīng)器蓋(7)、反應(yīng)器筒體(9)、置于反應(yīng)器筒體(9)內(nèi)的電動攪拌器(8)、分子量截留膜墊圈(11)、底座(10)、放料緩沖腔、底座控制閥(24)和放料管(25)組成；生物反應(yīng)器安裝于微型電動攪拌平臺(2)上；平行微型電動攪拌平臺(2)由電動機組(27)固定在支架(22)上構(gòu)成，其與電動攪拌器(8)傳動連接；產(chǎn)物溶液接收裝置(4)由真空槽(15)及其上的帶孔真空面板(12)和置于其內(nèi)的產(chǎn)物接受器(14)構(gòu)成，產(chǎn)物接受器(14)底端通出真空槽(15)槽壁與控制支閥(16)相連，產(chǎn)物接受器(14)通過真空面板(12)與放料管(25)相通。
2.按照權(quán)利要求1所述的多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述生物反應(yīng)器組(3)由12～96個生物反應(yīng)器組成。
3.按照權(quán)利要求1所述的多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于底座(10)為膜墊圈嵌入式結(jié)構(gòu)。
4.按照權(quán)利要求1所述的多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述放料管(25)為與底座連體的帶有螺紋的支管，可以通過螺母(26)固定在真空接受槽的上方面板(12)上。
5.按照權(quán)利要求1所述的多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述產(chǎn)物接受器(14)為圓柱狀、傾斜角狀或腰部球體下角狀，產(chǎn)物接收器(14)與真空槽(15)為連體式結(jié)構(gòu)。
6.按照權(quán)利要求1所述的多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述真空槽為矩形，上方為開口式半封閉裝置，槽體一側(cè)有兩園孔，上端與真空閥(20)連接，用作為通氣孔，下方通過玻璃真空閥(17)與真空泵(18)連接；真空槽的另一側(cè)上方帶一圓孔，通過帶孔橡皮塞連上真空表頭(13)。
7.按照權(quán)利要求1所述的多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述閥門(5)與電腦(29)電路連接。
8.按照權(quán)利要求1所述的多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于所述真空槽的殼體(15)自然放置于帶有密封橡皮圈的真空面板(12)下部。
專利摘要本實用新型涉及生物反應(yīng)裝置，具體地說是一種多通道組合式平行生物反應(yīng)系統(tǒng)，它由控制加液機構(gòu)、平行微型電動攪拌平臺、生物反應(yīng)器組和產(chǎn)物溶液接收裝置四部分構(gòu)成，生物反應(yīng)器組由至少2個單個生物反應(yīng)器組成，每一生物反應(yīng)器從上至下依次由配有加液口和通氣口反應(yīng)器蓋、反應(yīng)器筒體、置于反應(yīng)器筒體內(nèi)的電動攪拌器、分子量截留膜墊圈、底座、放料緩沖腔、底座控制閥和放料管組成；生物反應(yīng)器安裝于微型電動攪拌平臺上。本實用新型體積小、可多通路平行操作、生物反應(yīng)器為可移動型裝置，運用范圍包括組合式蛋白質(zhì)表達、變性蛋白質(zhì)包涵體的平行復(fù)性、組合生物催化、生物合成組合化學等生物反應(yīng)。整個系統(tǒng)操作簡便、效率高、安全經(jīng)濟。
文檔編號C07K1/14GK2599006SQ0321092
公開日2004年1月14日 申請日期2003年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月13日
發(fā)明者梅曉丹 申請人:大連百奧科技發(fā)展有限公司