CN102676386A

CN102676386A - 一种超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置

Info

Publication number: CN102676386A
Application number: CN2011100529596A
Authority: CN
Inventors: 刘春朝; 刘瑞; 刘�英; 成喜雨
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: CN102676386B

Abstract

本发明涉及一种超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置。本发明的装置包括反应器罐体系统、高频超声波雾化系统和低频超声波发生系统；所述反应器罐体系统包括反应器罐体(8)，所述的反应器罐体(8)在不同高度上分层排列有若干低频超声振子粘结平面；所述低频超声波发生系统包括若干低频超声振子(11)，该低频超声振子(11)通过中心螺栓和胶粘相结合的方法固定在反应器罐体(8)的低频超声振子粘结平面；所述高频超声波雾化系统包括超声波雾化腔(1)，通过雾滴流动中心管(52)与所述的反应器罐体(8)联通，实现了超声波低频-高频的耦合。本发明解决了雾化反应器的放大问题，加速材料表面液膜的更新。

Description

一种超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置

技术领域

本发明涉及生物反应器领域，具体地，本发明涉及一种超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置。

背景技术

超声雾化作用是高频声波的一大特点，这类超声波通过与雾化片的谐振，使雾化片上方液体形成高频振荡，在常温下将水抛离水面，形成直径在1～10μm的超微粒子，形成水雾。高频超声波可使液体形成微小水雾，在细胞及组织培养中为培养体系提供营养。与喷嘴雾化形式相比，超声雾化形成的液滴直径较小(1～10μm)。在生物细胞或组织培养过程中，液滴直径越小，培养液的气液比表面积就越大，越有利于氧向液体内部的传递。富氧液滴与细胞或组织接触后附着于材料表面或在植物组织表面形成一层薄的富氧液膜，培养物质表面的氧供给和营养物质供给都非常充分，有利于培养物质的生长与代谢。

低频超声波可使溶液产生局部的剧烈湍动，强化溶液内的物质扩散和传递，已经在生物工程领域得到广泛研究。超声波换能器的工作原理是将电信号转换成高频机械振动能量通过介质中的声辐射，使介质微粒振动。低频超声波即频率在20-100kHz的超声波，该类超声波的重要特点是空化作用。在超声的作用下，液体分子产生高频机械振动，液体无规律的振动不仅会改变液体内部压力的分布，产生无数负压区和正压区，还会产生无数微小的真空气泡，这些小气泡在负压区形成、生长，并在正压区迅速泯灭，形成无数高压冲击波，在液体内部造成无数微观的剧烈震动。低频超声波在传播过程中所引起的微观尺寸的剧烈振动可促进组织表面液膜的更新，加速营养物质和代谢物的传递，有利于培养细胞、组织的生长和代谢。

超声雾化生物反应器在植物组织培养中有较广泛的研究，美国Weathers PJ等人研究了多种超声雾化生物反应器内毛状根的生长代谢特性，但他们报道的超声雾化反应器具有超声雾化探头价格昂贵、无法灭菌、产雾量小等缺点，不利于雾化反应器的放大。雾化反应器在培养毛状根植物材料过程中，根团生长至中后期时，毛状根根团内的液体滞留量大，新的雾滴无法穿透液膜达到根表面，会造成材料的衰亡，不利于根的生长。低频超声波强化传质的特点已被用于药物控释、强化植物细胞代谢物的合成、加速胞内物质的释放等研究中，但在生物细胞、组织大规模培养反应器中尚未有应用报道。在植物组织(如毛状根)反应器规模培养过程中，由于无菌操作要求严格，材料的接种操作比较困难。传统的使用摇瓶的接种操作须在镊子的辅助下完成，过程耗时长，极易染菌，这也限制了生物反应器进行植物培养过程的发展。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决雾化生物反应器培养细胞/组织/器官过程中培养材料表面易形成液体滞留层而产生的传质阻力而阻碍培养材料生长和代谢、雾化量小和雾化反应器放大困难、营养雾液滴逃逸量大导致培养基损失等问题，提供一种超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置。

为了解决上述问题本发明所提供的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置包括包括反应器罐体系统和高频超声波雾化系统和低频超声波发生系统；

所述反应器罐体系统包括反应器罐体8，所述的反应器罐体8外壁同一高度圆周上等弧度均匀设置直径为60～70mm的圆形低频超声振子粘结平面，其在反应器罐体8不同高度上为多层排列，层与层之间距离为10～20cm；

所述的低频超声波发生系统包括若干低频超声振子11，该低频超声振子11通过中心螺栓和胶粘固定在反应器罐体8的低频超声振子粘结平面，实现了超声波低频-高频的耦合。

作为上述方案的一种改进，所述的低频超声振子11为频率固定或可调的超声振子，其频率为20KHz～100KHz；所述的反应装置包括一控制柜，该控制柜包括地低频超声继电器25和低频超声模块输出频率、功率调节旋钮27来控制低频超声振子11的功率和超声时间，该控制柜24还包括高频超声继电器26和超声雾化模块电源开关28来控制超声波雾化腔1的工作状态及雾化时间。

作为上述方案的又一种改进，所述的高频超声波雾化系统包括超声波雾化腔1及其内部的雾滴流动中心管52，该中心管52和反应器罐体系统顶部上法兰7的接口螺纹连接，与反应器罐体系统连通。

作为上述方案的再一种改进，所述的反应装置还包括一补料罐22，该补料罐22通过雾化腔补液口3与超声波雾化腔1连通。

作为上述方案的还一种改进，所述的反应装置还包括接种装置，该接种装置包括接种器腔体54、活塞56和活塞杆59，其中接种器腔体54与上法兰7上的接种口41匹配连接与反应器罐体8连通，活塞56和活塞杆59通过固定螺纹58相连接，推动活塞杆带动活塞运动实现快速无菌接种。

作为上述方案的还一种改进，所述的接种器腔体54顶部设置挡板55，所述的活塞56上设有0～3个密封O圈。

作为上述方案的还一种改进，所述反应装置包括检测系统，该检测控制系统包括安装在上法兰7上的pH电极插孔39、消泡电极插孔43和溶氧电极插孔40中的pH电极、消泡电极、溶氧电极和设置在反应器罐体8底部的湿度感应探头13以及温度感应探头18，该检测系统与控制柜24相连，用于参数的检测和控制。

作为上述方案的还一种改进，所述的反应器罐体8外壁上设有反应器控温夹套10，该反应器控温夹套10的底部和顶部分别设有夹套进水口12、夹套出水口17和与夹套进水口12相连的夹套水加热器23，用于温度的控制，其中反应器罐体8高径比为2～7，内部培养空间体积为10～1000L。

作为上述方案的还一种改进，所述的超声波雾化腔1和接种装置的材料为聚四氟乙烯、不锈钢或聚醚醚酮(PEEK)的耐高温的材料。

作为上述方案的还一种改进，所述的反应器罐体8底部设有气体分布器19和底阀20，该反应器为鼓泡式、气升式、周期浸没式或雾化式培养模式，或者鼓泡式-雾化式、气升式-雾化式或周期浸没-雾化式分段培养模式。

本发明的装置包括：1、反应器罐体系统，带有低频超声波发生装置和高频超声波雾化装置的反应器罐体，罐体底部法兰设有气体分布器和底阀，可用于雾化式、气升式、鼓泡式以及周期浸没式培养方式，罐体中部设有视窗、温度探头插孔、湿度探头插孔和低频超声振子粘结面，罐体夹套连接循环水控温系统，罐体上法兰设有接种口、雾化器孔连接超声雾化装置、pH电极插孔、溶氧电极插孔、消泡探头插孔、补料孔、加酸/加碱孔、出气孔连接出气口电磁阀、视灯窗口；2、高频超声波雾化系统，带有高频超声波雾化腔、液位检测探头、高频电流转换电源，高频超声波雾化腔连接雾化片、补料、进气、液位计、出气口电磁阀等，实现雾化量、通气速率的可调以及高频超声雾化腔内液位可视，高频雾化腔雾滴流动中心管中52与反应器上法兰中心接口螺纹连接；3、低频超声波发生装置，通过螺栓固定及胶粘接结合的方式固定于反应器罐体壁面的低频超声振子粘结面，与低频超声波的时间、功率显示控制装置相连接；4、检测系统，含温度检测、湿度检测、pH检测、溶氧检测、液位检测等，连接控制中心，温度参数反馈至控制中心作出控温判断，湿度参数反馈至控制中心做出补雾判断，pH参数反馈至控制中心做出补酸/碱判断，高频超声波雾化腔液位测定参数反馈至控制中心做出补料判断，溶氧参数无反馈控制；5、控制和显示系统，通过对循环水加热或降温实现温度的调控，通过调整高频超声波雾化系统的通气量实现反应器内湿度的控制、通过蠕动泵补酸或补碱实现pH的控制，低频超声波发生装置控制器可实现超声波强度、超声时间及超声频率的调节，将计算机连接至控制中心，实现温度、湿度、pH、溶氧、液位、低频超声强度以及低频超声时间、高频超声时间等参数的控制、显示以及数据输出；6、植物组织材料接种装置。

本发明的反应装置为不锈钢反应器，罐体结构的高径比在2～7范围以内，反应器体积为10L～1000L范围以内；该生物反应器可适用于多种培养方式，其中包括鼓泡式、气升式、周期浸没式和雾化式培养以及分段式培养如气升式-雾化式、鼓泡式-雾化式等；该生物反应器培养温度为连续可调，调节范围为20～80℃；通气量为连续可调，调节范围为1L/min～1000L/min；超声波雾化系统输出的雾量为连续可调，调节范围为10ml/min～100ml/min。

本发明的反应装置中的超声波雾化腔内可安装一个或多个超声雾化片，根据反应器体积的不同而不同，各超声雾化片具有独立控制开关；其中低频超声波发生装置为可变频率超声波发生装置，频率在20～60KHz可调并且可以分组控制，按照轴向位置的不同分组，每组的超声波输出功率为连续可调；所述的低频超声波发生装置中，同一组振子的个数可设置为1～6个，具体数量根据反应器的直径而定，相邻两个振子间距为10～20cm；所述的高频超声波雾化系统及低频超声波发生装置可分别安装于传统的生物反应器上，单独使用。

本发明的优点在于：

1、本发明的生物反应器由控温、补料、加酸/碱、多参数测定、低频超声波、高频超声波雾化等多个系统构成，由统一的控制中心控制，操作简便。

2、本发明将低频超声振子均匀分布于反应器壁面各处，可有效消除超声波在空间上的衰减现象，实现反应器内部空间超声强度的均匀性。

3、本发明的超声波雾化腔可通过调整通气量、工作状态的超声雾化片的个数来实现雾化流量可调的补雾过程，间歇补料的设计使得该装置无需装载整个培养过程中所需的培养液，放大简便，解决了雾化反应器的放大瓶颈问题。

4、本发明的超声雾化腔与上法兰连接，雾滴从顶部进入培养体系，利用重力沉降的方式分布至反应器内各个位置，节省能源的消耗，并且超声波雾化与出气口电磁阀的配合使用使得雾化时间下出气口处于封闭状态，减少了培养基的逃逸。

5、在雾化培养过程中，所述的低频超声波发生装置间歇工作，可在低能耗的前提下有效降低培养材料表面的液体滞留量，加速材料表面液膜的更新速率，消除代谢物质在细胞或组织表面液膜内的过量积累，有利于培养对象的生长和代谢。

6、本发明的生物反应器不仅适用于雾化培养方式，还使用于气升式、鼓泡式和间歇浸没式培养方式，以及气升-雾化、鼓泡-雾化等分段式培养方式。

7、本发明的配件植物材料接种装置实现了植物材料的快速无菌接种，一定程度上解决了反应器规模上植物组织培养接种难、易染菌的问题。

附图说明

图1为本发明的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置系统组成示意图；

图2为本发明中反应罐体顶部上法兰结构示意图；

图3为本发明中超声雾化腔剖视图；

图4为本发明的植物接种装置示意图。

附图标识

1、超声波雾化腔 2、雾化腔通气口 3、雾化腔补液口

4、超声雾化片 5、液位感应探头 6、接种口密封盖

7、反应器上法兰 8、反应器罐体 9、电极

10、反应器控温夹套 11、低频超声振子 12、夹套进水口

13、湿度感应探头 14、法兰固定螺栓 15、下法兰

16、可拆卸导流筒 17、夹套出水口 18、温度感应探头

19、气体分布器 20、底阀 21、空气过滤膜

22、补料罐 23、夹套水加热器 24、控制柜

25、低频超声时间继电器 26、超声雾化时间继电器

27、低频超声模块输出频率、功率调节旋钮 28、超声雾化模块电源开关

29、溶氧记录模块 30、pH控制模块 31、通气量控制模块

32、湿度控制模块 33、温度控制模块 34、补料流量控制模块

35、蒸汽发生器 36、数据记录电脑 37、出气口

38、视灯窗口 39、pH电极插孔 40、溶氧电极插孔

41、接种口 42、超声雾化腔连接口 43、消泡电极插孔

44、补料孔 45、加酸/碱孔 46、法兰固定螺栓孔

47、超声雾化腔法兰盖 48、超声雾化腔体 49、超声雾化片安装口

50、超声雾化片固定板 51、液位计接口 52、雾滴流动中心管

53、连接螺纹 54、接种器腔体 55、挡板

56、活塞 57、密封O圈 58、固定螺纹

59、活塞杆

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的反应装置进行进一步的说明。

如图1所示，本发明的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应器装置包括反应器罐体系统、高频超声波雾化系统、低频超声波系统及接种装置，其中反应器罐体系统包括反应器上法兰7、反应器罐体8、电极9、反应器控温夹套10、可拆卸导流筒16、下法兰15及夹套水加热器23；其中反应器上法兰7、下法兰15通过法兰固定螺栓14与反应器罐体8密封连接；电极9测定反应器罐体8内的溶氧及pH指标，通过与溶氧控制模块29、pH控制模块30配合工作实现反应器内溶氧和pH值的监控；湿度感应探头13与反应器罐体8密封连接，用于测定反应器内的湿度，通过与湿度控制模块32及超声雾化时间继电器26的配合使用实现反应器内湿度的控制；温度感应探头18探测与反应器罐体8密封连接，测定反应器内的温度，测得数据传输至温度控制模块33，并通过对夹套水加热器23的控制实现反应器罐体系统内的温度控制，夹套水加热器23控温的热水通过夹套进水口12及夹套出水口17实现在反应器控温夹套10中的循环，从而控制反应器罐体系统内部温度；可拆卸导流筒16放置于反应器罐体8内部，用于支撑和固定培养材料，实现反应器内部空间的高效利用；反应器罐体8壁面有多个低频超声振子粘结平面，用于固定低频超声振子11；下法兰15与气体分布器19和底阀20相连，无菌气体通过气体分布器19进入反应器罐体8，通过通气量控制模块31实现反应器内气体的定量供应，通过底阀20可放出反应器罐体8内的残液；向反应器罐体系统通入蒸气发生器35产生的蒸气实现在线灭菌。

低频超声波系统包括低频超声振子11、低频超声时间继电器25及低频超声模块输出频率、功率调节旋钮27，低频超声振子11通过螺栓固定及胶粘相结合的方法实现与反应器罐体8的紧密连接，通过低频超声模块输出频率、功率调节旋钮27控制低频超声振子11的工作状态及产生的超声波频率及功率，低频超声时间继电器25控制低频超声振子11的工作时间。

如图2所示，反应器上法兰7有多个接口，分别为：出气口37、视灯窗口38、pH电极插孔39、溶氧电极插孔40、接种口41、超声雾化腔连接口42、消泡电极插孔43、补料孔44、加酸/碱孔45和法兰固定螺栓孔46，法兰固定螺栓14通过法兰固定螺栓孔46实现反应器上法兰7与反应器罐体8的密封连接，出气口37与外界大气联通，实现反应器罐体8内压力的稳定，视灯窗口38连接一个飞利浦电灯泡，实现反应器罐体8内的照明方便观测，接种口40用以实现反应器的接种操作，超声雾化腔连接口41与超声雾化腔1连接实现反应器培养过程营养雾滴的供给，消泡电极插孔42、补料孔43和加酸/碱孔44为预留接口，在浸没式培养阶段中使用，消泡电极与消泡插孔42连接检测反应器内泡沫的高度从而判断是否需加入消泡剂，补料孔43通过补料针与补料瓶连接用实现培养过程营养液的补给，加酸/碱孔44与酸/碱瓶连接，通过pH电极对培养液的测定及pH控制模块30实现反应器内酸/碱的补充从而稳定培养液的pH值，电极9包括pH电极和溶氧电极，分别与pH电极插孔39和溶氧电极插孔40密封连接，pH电极和溶氧电极另一端分别连接pH控制模块30和溶氧记录模块29用以完成反应器培养过程各参数的监控。

如图3所示，高频超声波雾化系统包括超声波雾化腔1、雾化腔通气口2、雾化腔补液口3、超声雾化片4和液位感应探头5，其中超声波雾化腔1又包括超声雾化腔法兰盖47、超声雾化腔体48、超声雾化片安装口49、超声雾化片固定板50、液位计接口51及雾滴流动中心管52；超声雾化腔法兰盖47通过螺栓固定于超声雾化腔体48上，使其顶部密封，超声雾化片4放置于超声雾化片安装口49内，通过超声雾化片固定板50使其密封固定于超声雾化腔体48底部，液位感应探头5安装于液位计接口51处，整个超声雾化腔1通过连接螺纹53与上法兰的超声雾化腔连接口42密封连接；超声雾化腔1中的液体培养基通过雾化腔补液口3进行补液供给，通过液位感应探头5和补料流量控制模块34的配合实现液位的控制，液体培养基在补料罐22中，为保证补料过程的正常运转补料罐22通过空气过滤膜21与外部联通，保证在不断补料后罐内压力的稳定；通过超声雾化模块电源开关28、湿度控制模块32及超声雾化时间继电器26控制超声雾化片4的工作状态及工作时间，超声雾化片4工作过程中，通过雾化腔通气口2对超声波雾化腔1进行通气，培养基雾滴在通入气体的带动下由超声波雾化腔1通过雾滴流动中心管52实现反应器罐体内雾滴的供给。

如图4所示，接种装置包括接种器腔体54、挡板55、活塞56、密封O圈57、固定螺纹58和活塞杆59构成，活塞56通过密封O圈57与接种腔体54实现紧密连接，在接种操作前，将活塞56拉至接种腔体54的底部，活塞杆59与活塞56分离，接种腔体54顶部入口用多层纱布或螺纹盖等形式无菌密封，进行灭菌操作后在超净工作台中打开接种腔体54顶部的纱布或螺纹盖，将待培养材料放置于接种腔体54内部后盖上纱布或螺纹盖，将活塞杆59通过固定螺纹58与活塞56连接，利用火焰接种的方法，在火焰旁边打开接种腔体54顶部的纱布或螺纹盖以及接种口密封盖6，将接种腔体54顶部插入接种口41，挡板55卡在接种口41顶部防止接种腔体54掉入反应器内部，利用活塞杆59将接种腔体内的材料迅速推入反应器内部，盖上接种口密封盖6，完成接种操作。

本发明的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应器所涉及的所有控制系统都整合于控制柜24中，控制系统所获得数据信号通过数据记录电脑36实现监控数据的记录。

根据图1～图4所示，以气升-雾化分段式培养植物毛状根为例，具体如下：

(1)培养材料为植物毛状根，由于该材料在生长过程中有结团现象，故选择气升-雾化分段式培养方式，反应器内导流筒选择不锈钢筛网结构以利于液体、雾滴的轴向扩散，气升式模式下培养5～15天使得毛状根缠绕固定在筛网导流筒上后，进行雾化式模式培养。

(2)图1所述生物反应器及连接管路在进行植物组织培养前，反应器需进行灭菌操作。将配好的毛状根培养基倒入所述反应器罐内，固定好上法兰以及上法兰上的溶氧电极、pH电极、消泡电极、接种口盖，上法兰的出气口电磁阀处于常开状态，固定好罐体上的温度电极和湿度电极，高频超声波雾化系统与反应器罐体分开灭菌，上法兰超声雾化腔接口用盖子固定，利用蒸汽发生器产生的高温高压蒸汽对所述生物反应器及连接管路进行120℃～125℃高温灭菌15～50min。植物毛状根培养过程培养基pH值会下降，用于调培养基pH值的补碱瓶与所述反应器分开灭菌，连接好补料针的补碱瓶在灭菌锅中单独灭菌，120℃～125℃高温灭菌15～50min。

(3)图3所述超声雾化系统与图1所述生物反应器分开灭菌，超声雾化系统底部通雾口用12层纱布包裹，连同补料罐一起放置于灭菌锅中120℃～125℃灭菌15～50min。

(4)图1所述生物反应器及图3所述高频超声波雾化系统都灭菌结束后，用火焰接种法的方式将上法兰超声雾化腔的接口盖子打开，连上高频超声波雾化系统。将灭菌好的补碱瓶通过补料针连接入所述生物反应器的上法兰补酸/碱接口。

(5)图1所述生物反应器内温度降至毛状根培养温度(25℃)后，利用图4所述植物材料接种装置开始毛状根的接种操作。接种操作前图4所述接种装置活塞拉至腔体底部后，活塞杆与活塞分离，顶部用12层纱布包裹密封，置于灭菌锅中120℃～125℃灭菌15～50min。

(6)在超净台中用手术刀将摇瓶培养的一定接种量的新鲜毛状根根尖材料切成2～5cm长段，转移至灭过菌的图4所述的接种器腔体中，转移结束后所述接种器腔体口仍包裹上原灭菌的纱布。

(7)将图4所述的植物材料接种装置的活塞杆与活塞底部螺纹连接上，图4所述的接种器腔体外径比图2所述上法兰接种口内径略小，差值在0.5mm以内。用火焰接种的方式将所述接种装置的接种腔体口与图1所述生物反应器上法兰接种口对接，所述的接种器腔体的外部挡板卡在接种口顶部避免整个接种装置掉入反应器。利用接种器活塞杆和活塞将接种器腔体内的毛状根材料推至反应器内，随后盖上接种口盖子，利用所述生物反应器的通气量控制模块调整反应器底部气体分布器的通气量，毛状根在气液扰动作用下分散至导流筒外侧各个部位，开始气升模式培养。培养过程利用温度控制模块控制图1所述生物反应器内的培养温度，利用pH模块控制所述生物反应器内的培养基的pH。

(8)毛状根在所述生物反应器的气升式模式下培养5～15天后，毛状根在导流筒上结团，所述生物反应器罐体内的培养基从底阀放出，通过通气量控制模块停止底部气体分布器通气，开启图3所述超声雾化腔的通气，开始雾化模式培养。

(9)湿度控制模块显示反应器罐体内湿度低于设定值(如40％)时，图3所述高频超声波雾化系统开始工作，每次工作时间通过超声雾化时间继电器调整(如5min)，超声雾化腔内液位通过补料流量控制模块调整，控制液位在3～6cm高，通过调整超声雾化系统的通气量来控制进入图1所述生物反应器内的雾滴流量，通气量调整范围为3L/min～1000L/min。

(10)高频超声波雾化控制模块同时控制所述的生物反应器上法兰出气口电磁阀的电源，高频超声波雾化系统开启的同时关闭所述的生物反应器上法兰出气口电磁阀，高频超声波雾化结束后一定延迟时间(如5～10min)后出气口电磁阀返回打开状态。

(11)所述生物反应器在雾化模式下培养一定时间(如24h)后，进行低频超声处理一定时间(如10min)来减小毛状根组织的静态持水量，低频超声时间通过低频超声时间继电器控制，低频超声的输出频率和功率通过低频超声模块输出频率、功率调节旋钮调节。

(12)所述反应器在雾化模式下培养至收获。

(13)所述生物反应器培养毛状根过程中，气升段的培养基pH、溶氧、温度、补碱量由数据记录电脑记录，雾化段的通气量、温度、湿度由数据记录电脑记录，所有记录结果都可输出Excel格式文档。

Claims

1.一种超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，所述的装置包括反应器罐体系统和高频超声波雾化系统，其特征在于，该装置还包括低频超声波发生系统；

所述反应器罐体系统包括反应器罐体(8)，所述的反应器罐体(8)在不同高度上分层排列有若干低频超声振子粘结平面同一高度圆周上等弧度均匀设置低频超声振子粘结平面，层与层之间距离为10～20cm；

所述的低频超声波发生系统包括若干低频超声振子(11)，该低频超声振子(11)通过中心螺栓和胶粘分别固定在反应器罐体(8)的各低频超声振子粘结平面上，通过低频超声振子(11)产生低频超声振动，在该生物反应装置中形成低频超声场。

2.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的低频超声振子(11)为频率固定或可调的超声振子，其频率为20KHz～100KHz。

3.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的高频超声波雾化系统包括超声波雾化腔(1)及其内部的雾滴流动中心管(52)，该雾滴流动中心管(52)和反应器罐体系统顶部上法兰(7)的接口螺纹连接，与反应器罐体系统连通。

4.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的反应装置还包括一补料罐(22)，该补料罐(22)通过雾化腔补液口(3)与超声波雾化腔(1)连通。

5.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的反应装置还包括接种装置，该接种装置包括接种器腔体(54)、活塞(56)和活塞杆(59)，其中接种器腔体(54)与上法兰(7)上的接种口(41)匹配连接与反应器罐体(8)连通，活塞(56)和活塞杆(59)通过固定螺纹(58)相连接，推动活塞杆带动活塞运动实现快速无菌接种。

6.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的接种器腔体(54)顶部设置挡板(55)，所述的活塞(56)上设有0～3个密封O圈。

7.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的反应装置包括一控制柜(24)，该控制柜(24)包括地低频超声继电器(25)和低频超声模块输出频率、功率调节旋钮(27)来控制低频超声振子(11)的输出频率、输出功率和超声时间，该控制柜(24)还包括高频超声继电器(26)和超声雾化模块电源开关(28)来控制超声波雾化腔(1)的工作状态及雾化时间。

8.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的反应装置包括检测控制系统，该检测系统包括安装在上法兰(7)上的pH电极插孔(39)、消泡电极插孔(43)和溶氧电极插孔(40)中的pH电极、消泡电极、溶氧电极和设置在反应器罐体(8)底部的湿度感应探头(13)以及温度感应探头(18)，该检测系统与控制柜(24)相连，用于参数的检测和控制。

9.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的超声波雾化腔(1)和接种装置的材料为聚四氟乙烯、不锈钢或聚醚醚酮的耐高温的材料。

10.根据权利要求1所述的超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，其特征在于，所述的反应器罐体(8)底部设有气体分布器(19)和底阀(20)，该反应器为鼓泡式、气升式、周期浸没式或雾化式培养模式，或者鼓泡式-雾化式、气升式-雾化式或周期浸没-雾化式分段培养模式。