專利名稱：帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物技術領域中使用的生物反應器，特別涉及一種帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器。
背景技術：
生物反應器是用于大規(guī)模培養(yǎng)微生物、植物和動物細胞的反應器，如適于微生物、植物和動物細胞培養(yǎng)的外環(huán)流生物反應器(W.W.Su，US5342781)；由三個通過膜互相連通的反應室(包括細胞培養(yǎng)室、培養(yǎng)液室和產物室)組成的生物反應器(K.Hermann，EP0155237)；用于硝化細菌培養(yǎng)的膜式生物反應器(徐又一等，CN1239709A)；用于單細胞蛋白生產的氣—液環(huán)流生物反應器(王洪祺等，CN85109440A)；用于微生物細胞培養(yǎng)的生物反應器(森敬，CN87104667；許驍增等，CN1124292A)。人們已利用生物反應器培養(yǎng)植物細胞組織器官來進行工業(yè)化生產，如用生物反應器培養(yǎng)人參毛狀根(B.Hwang et al.，KR9500443)；用氣升式生物反應器培養(yǎng)長春花細胞生產蛇根堿(Scragg & Altan，Biotechnology in agriculture andforestry，1993，pp.249-268)；三井石油化學公司采用750L攪拌式反應器二步法培養(yǎng)紫草細胞，實現(xiàn)紫草寧的工業(yè)化生產(Noguchi et al.，Plant tissue culture and itsbiotechnological application，1977，pp.85.)。德國建立了75L、750L、7500L、1500L和75000L系列攪拌式生物反應器組成的植物細胞培養(yǎng)工廠，并利用這些反應器培養(yǎng)紫松果菊(Echinaceapurpurea)細胞，生產免疫活性多糖(Mavituna F，Recent advancesin biotechnology，1992，pp.209-226)。
從七十年代后期開始，植物細胞、組織和器官的培養(yǎng)較多采用氣升式生物反應器，如本申請人的已于1999年11月13日授權的專利號為98205797.0L的氣升式周期浸沒光照植物細胞組織器官培養(yǎng)反應器，該反應器主要由反應器主體、篩網(wǎng)隔板、接種管、氣體分布器、光源、儲液槽、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)的生物反應器，可以實現(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期浸沒產生的玻璃化和變異現(xiàn)象，但是，這種生物反應器只能適用于植物組織和器官的培養(yǎng)；又如《醫(yī)藥工程設計》1999年第5期第3頁“氣升式發(fā)酵罐設計”一文所介紹的導流筒氣升式生物反應器，該氣升式生物反應器是在反應器主體中設置一導流筒，該導流筒位于氣體分布器的上方，可以將反應器分為上升區(qū)和下降區(qū)，培養(yǎng)液在反應器中循環(huán)流動，但無法穿透導流筒的側壁作徑向的流動，因此該氣升式生物反應器在氣速過大時，氣流造成的剪切力仍然較大，對植物細胞的生長不利。
因為植物細胞的個體大，細胞壁僵脆和具有大的液泡，因此，植物細胞對流體剪切力較為敏感，流體剪切力對植物細胞的影響有正反兩方面一方面，流體剪切力對植物細胞的積極影響表現(xiàn)為增加通氣，保持良好的混合狀態(tài)和細胞分散性，在合適的條件下甚至可以提高細胞產率和增加次生代謝產物的產量；另一方面，在多數(shù)情況下流體剪切力對植物細胞的生長呈副作用，造成細胞損傷，影響細胞形態(tài)、代謝及聚集狀態(tài)等。在氣升式生物反應器中，植物細胞主要受到隨著時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，細胞所受到的剪切力也越大，剪切力過大時會嚴重損傷細胞膜并導致細胞溶解，因此在氣升式生物反應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)有的導流筒氣升式反應器中的剪切力對植物細胞造成的傷害仍然較大，且無細胞可以附著的固體表面，影響了細胞的生長及代謝產物的生成。另外，利用現(xiàn)有的氣升式生物反應器培養(yǎng)植物細胞時接種量均不能過大，否則細胞會由于供氧不足而容易褐化以至死亡。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的導流筒氣升式生物反應器中細胞所受到的剪切力較大和接種量小的缺點，從而提供一種帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，包括反應器主體、導流筒、外置光源和氣體分布器，其中，反應器主體為圓型或方型透明筒體，導流筒固定在反應器主體中，并與反應器主體的上下壁之間留有間距，反應器主體的上壁上設有接種口、空氣出口和通過控制閥門與補液瓶相通的補液口，反應器主體下壁上設有供經(jīng)過濾后的空氣進入的空氣進口，該空氣進口與安裝在反應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器主體的四周，其特征在于所述的導流筒為由金屬篩網(wǎng)制成的篩網(wǎng)型導流筒，位于反應器主體的中心處，氣體分布器位于篩網(wǎng)型導流筒的正下方。
所述的篩網(wǎng)型導流筒為奇數(shù)個不同直徑的篩網(wǎng)型導流筒套裝在一起組成的導流筒組，位于最中心處篩網(wǎng)型導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)型導流筒向外依次每兩個導流筒之間形成的環(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)型導流筒為偶數(shù)個不同直徑的篩網(wǎng)型導流筒套裝在一起組成的導流筒組，由里向外依次每兩個導流筒之間形成的環(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)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，還包括一沿反應器主體的中心軸線設置的內置光源。
本發(fā)明提供的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，還可進一步包括一位于反應器主體外部且與空氣進氣口相連通的氣體控溫裝置。
所述的篩網(wǎng)型導流筒螺合固定在反應器內的支架上，以便拆卸。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的反應器根據(jù)所培養(yǎng)的植物組織或細胞的大小不同而可以改變篩網(wǎng)孔徑的大小，結構簡單、操作方便，篩網(wǎng)結構增加了通氣量，篩網(wǎng)型導流筒內外之間的徑向流動減小了植物細胞所受的剪切力；設置多個篩網(wǎng)型導流筒，徑向流動的流體可以使細胞附著在篩網(wǎng)導流筒壁上，提供大部分細胞生長所需的足夠的附著表面，可增加植物細胞懸浮培養(yǎng)時的接種量，并為細胞生長和代謝創(chuàng)造了一個良好的聚集附著條件。同時多個環(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，并增加導流筒內外之間的徑向流動，既可減少剪切力，又有利于細胞的流動，減少沉降現(xiàn)象，解決因單個導流筒內氣速過大造成植物細胞破裂自溶的缺點，另外，內外設置光源也為細胞生長提供了充足的光照環(huán)境。
圖1為本發(fā)明的具有1個篩網(wǎng)型導流筒的氣升式生物反應器的結構示意2為本發(fā)明的具有2個篩網(wǎng)型導流筒的氣升式生物反應器的結構示意3為本發(fā)明的具有3個篩網(wǎng)型導流筒的氣升式生物反應器的結構示意圖其中
反應器主體1篩網(wǎng)型導流筒2 氣體分布器3接種口4空氣進口5 氣體流量計6空氣出口7 補液瓶8 外置光源9內置光源10 空氣過濾器11閥門12氣體控溫裝置13 補液口1具體實施方式
實施例1制備1套2L的本發(fā)明提供的篩網(wǎng)型導流筒氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，如圖1所示，一由φ120mm×300mm耐熱玻璃制造的反應器主體1，內置光源10沿反應器主體1的軸線固定在反應器主體的頂蓋上，將用不銹鋼篩網(wǎng)制成的1個篩網(wǎng)型導流筒2軸向螺合固定在反應器底部的支架上，且位于反應器主體1中心，位于篩網(wǎng)型導流筒2的正下方的圓形氣體分布器3固定在反應器主體1的底板上，該圓形氣體分布器3與底板上的空氣進口5相連通，空氣進口5與外部的空氣壓縮機相連，其連接管道上安裝有空氣過濾器11，和氣體流量計6(用來調節(jié)氣流量的大小)，反應器主體1外圍均勻設外置日光燈管9，反應器主體的頂蓋上設有設有一接種口4、一空氣出口7和一通過控制閥門12與補液瓶8相連通的補液口14。
實施例2制備1套2L的本發(fā)明提供的篩網(wǎng)型導流筒氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，如圖2所示，一由φ120mm×300mm耐熱玻璃制造的反應器主體1，內置光源10沿反應器主體1的軸線固定在反應器主體的頂蓋上，將用不銹鋼篩網(wǎng)制成的2個直徑分別40mm和80mm的篩網(wǎng)型導流筒2同軸套裝固定于反應器主體1內，所述篩網(wǎng)型導流筒2的環(huán)形區(qū)的正下方設置一環(huán)形氣體分布器3，該環(huán)形氣體分布器3安裝在反應器主體1底板上，與空氣進口5相連通，空氣進口5與外部的空氣壓縮機相連，其連接管道上安裝有空氣過濾器11、氣體控溫裝置13和氣體流量計6，反應器主體1外圍均勻設外置日光燈管9，反應器主體的頂蓋上設有設有一接種口4、一空氣出口7和一通過控制閥門12與補液瓶8相連通的補液口14。氣體控溫裝置13用以控制培養(yǎng)所需氣體的溫度。
用實施例2所述的2L篩網(wǎng)型導流筒氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器來培養(yǎng)肉蓯蓉懸浮細胞，其接種量由已有技術中的氣升式生物反應器接種量的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，細胞干重由4.6g/L增加至8.69g/L，次級代謝產物苯乙醇糖甙產量由0.42g/L增加至0.85g/L。
實施例3制備一40L的篩網(wǎng)型導流筒氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，如圖3所示，一由φ230mm×1400mm耐熱玻璃制造的反應器主體1，將用不銹鋼篩網(wǎng)制成的3個直徑分別為60mm、120mm和180mm的篩網(wǎng)型導流筒2同軸套裝固定于反應器主體1內，內置光源10沿反應器主體1的軸線固定在反應器主體的頂蓋上，該內置光源10是在φ40mm耐熱玻璃內置光照管中插入日光燈管制成。
位于中心的篩網(wǎng)型導流筒的正下方的圓形區(qū)域內有一圓形氣體分布器，其外圍的兩個篩網(wǎng)型導流筒之間的環(huán)形區(qū)域的正下方有一環(huán)形氣體分布器3，該兩個氣體分布器3均安裝在反應器主體1底板上，并與空氣進口5相連通，空氣進口5與外部的空氣壓縮機相連，其連接管道上安裝有空氣過濾器11、氣體控溫裝置13和氣體流量計6，反應器主體1外圍均勻設外置日光燈管9，反應器主體的頂蓋上設有設有一接種口4、一空氣出口7和一通過控制閥門12與補液瓶8相連通的補液口。
用實施例3所述的40L篩網(wǎng)型導流筒氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器培養(yǎng)植物細胞時，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，在無菌環(huán)境下將培養(yǎng)物種子加入，蓋好封帽，通入空氣進行培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中細胞受篩網(wǎng)導流筒內外壓差的影響可以附著于篩網(wǎng)壁上生長，同時培養(yǎng)液的徑向流動使得細胞所受的剪切力降低。
當然，本發(fā)明中的篩網(wǎng)型導流筒也為由多個不同直徑的篩網(wǎng)型導流筒套裝在一起組成的導流筒組。
權利要求
1.本發(fā)明提供的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，包括反應器主體、導流筒、外置光源和氣體分布器，其中，反應器主體為圓型或方型透明筒體，導流筒固定在反應器主體中，并與反應器主體的上下壁之間留有間距，反應器主體的上壁上設有接種口、空氣出口和通過控制閥門與補液瓶相通的補液口，反應器主體下壁上設有供經(jīng)過濾后的空氣進入的空氣進口，該空氣進口與安裝在反應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器主體的四周，其特征在于所述的導流筒為由金屬篩網(wǎng)制成的篩網(wǎng)型導流筒，位于反應器主體的中心處，氣體分布器位于篩網(wǎng)型導流筒的正下方。
2.按權利要求書1所述的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導流筒為奇數(shù)個不同直徑的篩網(wǎng)型導流筒套裝在一起組成的導流筒組，位于最中心處篩網(wǎng)型導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)型導流筒向外依次每兩個導流筒之間形成的環(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.按權利要求書1所述的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導流筒為偶數(shù)個不同直徑的篩網(wǎng)型導流筒套裝在一起組成的導流筒組，由里向外依次每兩個導流筒之間形成的環(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.按權利要求書1、2或3所述的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于還包括一沿反應器主體的中心軸線設置的內置光源。
5.按權利要求書1、2或3所述的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于還包括一位于反應器主體外部且與空氣進氣口相連通的氣體控溫裝置。
6.按權利要求書4所述的帶有篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于還包括一位于反應器主體外部且與空氣進氣口相連通的氣體控溫裝置。
7.按權利要求書1、2或3所述的帶篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導流筒螺合固定在反應器內的支架上。
8.按權利要求書4所述的帶篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導流筒螺合固定在反應器內的支架上。
9.按權利要求書5所述的帶篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導流筒螺合固定在反應器內的支架上。
10.按權利要求書6所述的帶篩網(wǎng)型導流筒的氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，其特征在于所述的篩網(wǎng)型導流筒螺合固定在反應器內的支架上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種篩網(wǎng)型導流筒氣升式植物細胞培養(yǎng)生物反應器，包括反應器主體、導流筒、外置光源和氣體分布器，其中，反應器主體為圓型或方型透明筒體，導流筒固定在反應器主體中，并與反應器主體的上下壁之間留有間距，反應器主體的上壁上設有接種口、空氣出口和補液口，其下壁上設有空氣進口，該空氣進口與安裝在反應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器主體的四周，其特征在于所述的導流筒為由金屬篩網(wǎng)制成的篩網(wǎng)型導流筒，位于反應器主體的中心處，氣體分布器位于篩網(wǎng)型導流筒的正下方。該反應器使植物細胞附著于篩網(wǎng)上生長，降低氣流對植物細胞的剪切力，適于植物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)，且具有結構簡單、操作方便的優(yōu)點。
文檔編號C12M3/00GK1576361SQ0314990
公開日2005年2月9日 申請日期2003年7月29日 優(yōu)先權日2003年7月29日
發(fā)明者王玉春, 歐陽杰, 王曉東 申請人:中國科學院過程工程研究所