CN103045475A - 一种气升式生化培养装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气升式生化培养装置，包括石英瓶体，还包括设置在石英瓶体上的瓶盖，瓶盖上设置有进气管、出气管和取样管，进气管的一端延伸至石英瓶底部且设置有空气分散筛，进气管另一端依次通过进气口第一过滤器和进气口第二过滤器与进气口气泵连接，取样管的一端延伸至石英瓶体底部，出气管通过出气口过滤器与出气口气泵连接，进气管通过进气口气泵往石英瓶体内鼓气，出气管通过出气口气泵从石英瓶体抽气。本发明结构简单，操作方便，可以同时进行多个处理和多个重复，大大提高研究速度和研究效率。

Description

一种气升式生化培养装置
技术领域
本发明属于生命科学实验室生化培养技术领域，更具体涉及一种气升式生化培养装置，适用自养细胞、异养细胞和动植物组织的培养研究。 
背景技术
生化工程是生命科学领域高新技术方向之一。通过生化工程手段生产人类需要的药品、食品是生命科学发展趋势之一。在生化反应的基础研究中，细胞培养是最常用的一种研究野生型细胞和工程细胞合成目的产物的手段。然而，目前的细胞培养方式主要是两种：一是微型发酵罐培养，二是摇瓶培养（即用培养瓶在摇床上震荡培养）。这两种培养方式都有致命的缺陷。对于传统的发酵罐培养而言，实验重复少，控制条件有限，尤其对于生物代谢的光反应研究无法用传统发酵罐开展。对于摇瓶培养而言，无法控制培养基的气体交换和气体组成，而且普通的培养瓶为普通玻璃制作或者透明塑料制作，不能用于生物代谢光反应研究。此外，摇瓶培养受摇床大小和数量的影响，实验重复受到限制，往往增大了实验误差；摇床培养过程中不能对培养瓶进行均匀地光照处理，因而摇床培养也限制了生物代谢的光反应研究。
本装置除了解决目前传统的发酵罐和摇瓶的缺陷外，还重点解决了用细胞培养进行生物代谢的全波长光反应研究的实验技术问题。生物代谢的全波长光反应研究近几年来成为生命科学的新兴研究领域。该领域研究的科学基础是：自养生物细胞在一定波长的光源照射下营养生长和次生代谢产物积累都受到波长的定向调节，异养生物细胞在特殊波长光源的刺激下代谢途径也会发生变化而导致一些生物活性物质的积累。生活细胞的这一特点可用于工业化生产人类需要的生物活性物质或者药物。由于不同波长的光源都具备一定的能量，且只能被生活细胞内某些特殊的光敏色素或者其它光敏物质（如某些酶或者非酶蛋白质受体）吸收而使其生理活性增强，最后导致相应的基因表达或代谢网络发生变化，由此引起某些特定的次生代谢产物表达量增加。利用生活细胞的这一特性，可以系统深入地研究不同波长光源对代谢网络的调控机理，这些未知的光反应机制是生物光反应科学研究的重要内容，也是生化工程高科技产业中细胞光反应技术领域的核心理论。但是目前尚没有符合这一研究需要的科学仪器。
本研究小组已经申请了用于生物光反应研究的培养装置，一种全波长可控光源的生物培养装置，申请号：201110424449.7。为了更加方便地进行生物代谢光反应研究，需要提供一种气升式生化培养装置。该装置与一种全波长可控光源的生物培养装置配合使用。以一种全波长可控光源的生物培养装置提供控制波长的光源和反应温度，以本申请作为简易的生物反应器，可以同时进行多个处理多个重复的生物代谢光反应研究。如此大大提高了实验速度和研究效率。
该装置除了用来进行生物代谢光反应研究之外，还可以用于通过气体控制进行纯氧发酵研究或者调节空气碳氮比进行发酵研究、通入氮气进行厌氧发酵研究和调节气体组成和空气湿度进行组织培养研究等。 
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种气升式生化培养装置，适用自养细胞、异养细胞和动植物组织的代谢光反应研究。还可以用于通过鼓气代替传统的摇床培养、通过气体控制可以进行纯氧发酵研究或者调节空气碳氮比进行发酵研究、通入氮气进行厌氧发酵研究、调节气体组成和空气湿度进行组织培养研究等。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 
一种气升式生化培养装置，包括石英瓶体，还包括设置在石英瓶体上的瓶盖，瓶盖上设置有进气管、出气管和取样管，进气管的一端延伸至石英瓶体底部且设置有空气分散筛，进气管另一端依次通过进气口第一过滤器和进气口第二过滤器与进气口气泵连接，取样管的一端延伸至石英瓶体底部，出气管通过出气口过滤器与出气口气泵连接，进气管通过进气口气泵往石英瓶体内鼓气，出气管通过出气口气泵从石英瓶体抽气。
如上所述的出气口气泵通过气体循环阀门开关与氮气瓶连通，所述的进气口气泵与氮气瓶连通。
如上所述的取样管延伸至石英瓶体底部一端距离石英瓶体的瓶底的长度为石英瓶体瓶高的1/3~2/3。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果： 
1、开辟新的研究领域--生物代谢光反应研究，并为此提供新型的高效简便的科研仪器；
2、结构简单，操作方便，可以同时进行多个处理和多个重复，大大提高研究速度和研究效率；
3、以气升式搅拌代替摇床震荡搅拌，通气条件一致，大大减小实验误差；
4、用途广泛，可以进行更多的新型发酵因子控制，既可用于好氧气培养也可用于厌氧培养，还可用于气体组成控制培养；
5、可以随时取样检测，研究细胞反应规律更为便捷。
附图说明
图1为本发明装置的第一种实施例的结构图；
图2为本发明装置的第二种实施例的结构图；
图3为本发明装置的第三种实施例的结构图；
图4为本发明装置的第四种实施例的结构图；
图中：1-石英瓶体；2-瓶盖；2-1-进气管；2-2-出气管；3-进气口第一过滤器；3-1-进气口第二过滤器；4-出气口过滤器；5-通气管；6-空气分散筛；7-进气口气泵； 8-出气口气泵；9-取样管，9-1-取样口阀门，10-氮气瓶；11-气体循环阀门开关；12-气体出口阀门开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
实施1：
如图1所示，一种气升式生化培养装置，包括石英瓶体1，还包括设置在石英瓶体1上的瓶盖2，瓶盖2上设置有进气管2-1、出气管2-2和取样管9，进气管2-1的一端延伸至石英瓶体1底部且设置有空气分散筛6，进气管2-1另一端依次通过进气口第一过滤器3和进气口第二过滤器3-1与进气口气泵7连接，取样管9的一端延伸至石英瓶体1底部，出气管2-2通过出气口过滤器4与出气口气泵8连接，进气管2-1通过进气口气泵7往石英瓶体1内鼓气，出气管2-2通过出气口气泵8从石英瓶体1抽气。
取样管9延伸至石英瓶体1底部一端距离石英瓶体1的瓶底的长度为石英瓶体1瓶高的1/3~2/3。
实施例2：在好氧细胞光反应研究中的应用示例。
如图2所示，先按照常规无菌操作对石英瓶体1注入过滤的无菌培养基或对培养基进行高温灭菌后，在无菌条件下接入好氧微生物菌种或细胞株后插紧瓶盖2上的进气口第一过滤器3、进气口第二过滤器3-1、出气口过滤器4。三个（或多个）装置接种后的组合起来，公用同一个进气口气泵7和出气口气泵8，连接的管子根据需要可长可短。
根据实验目的将接种后的石英瓶体1置于不同波长的光源下鼓气培养，在培养过程中根据实验需要随时通过取样管9抽取培养物样品进行生化指标检测，取样方法为：将注射器针头插进取样管口，然后抽吸使取样管内处于低压状态，然后开启取样口阀门9-1，瓶内的培养物就会迅速被抽出，然后迅速关闭取样口阀门9-1，取样完毕。
实施例3：在厌氧细胞光反应研究中的应用示例。
如图3所述，先按照常规无菌操作对石英瓶体1注入过滤的无菌培养基或对培养基进行高温灭菌后，在无菌条件下接入好氧微生物菌种或细胞株后插紧瓶盖2上的进气口第一过滤器3、进气口第二过滤器3-1、出气口过滤器4。三个（或多个）装置接种后的组合起来，共用同一个进气口气泵7和出气口气泵8，连接的管子根据需要可长可短。出气口气泵8通过气体循环阀门开关11与氮气瓶10连通，所述的进气口气泵7与氮气瓶10连通。
根据实验目的将接种后的石英瓶体1置于不同波长的光源下鼓气培养，在培养过程中根据实验需要随时通过取样管9抽取培养物样品进行生化指标检测，取样方法为：将注射器针头插进取样管口，然后抽吸使取样管内处于低压状态，然后开启取样口阀门9-1，瓶内的培养物就会迅速被抽出，然后迅速关闭取样口阀门9-1，取样完毕。
实施例4：在异养细胞和自养细胞共生体系研究中的应用示例。
如图4所示，本申请装置个数为2个，共用同一个进气口气泵7和出气口气泵8，进气口气泵7分别与一个装置的进气管2-1和另一个装置的出气管2-2连接，出气口气泵8分别与一个装置的出气管2-2和另一个装置的进气管2-1连接。
如图4所述，先按照常规无菌操作对石英瓶体1注入过滤的无菌培养基或对培养基进行高温灭菌后，在无菌条件下，其中一个石英瓶体1接入异养微生物菌种，另一个石英瓶体1接种光合细胞株后插紧瓶盖2上的无菌过滤器。接种后的石英瓶体1按照图4所示连通起来形成一个与外界隔绝的微生态体系。
然后开启进气口气泵7和出气口气泵8，开始气升式搅拌培养。异养细胞在生长过程中呼吸作用释放的二氧化碳进入循环气体中供自养细胞光合作用使用，自养细胞在光合作用过程中释放氧气进入循环气体中供异养细胞呼吸作用使用。
也可以根据实验目的将石英瓶体1置于不同波长的光源下研究光源波长对自养细胞和异养细胞共生体系的调节效应。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种气升式生化培养装置，包括石英瓶体（1），其特征在于：还包括设置在石英瓶体（1）上的瓶盖（2），瓶盖（2）上设置有进气管（2-1）、出气管（2-2）和取样管（9），进气管（2-1）的一端延伸至石英瓶体（1）底部且设置有空气分散筛（6），进气管（2-1）另一端依次通过进气口第一过滤器（3）和进气口第二过滤器（3-1）与进气口气泵（7）连接，取样管（9）的一端延伸至石英瓶体（1）底部，出气管（2-2）通过出气口过滤器（4）与出气口气泵（8）连接，进气管（2-1）通过进气口气泵（7）往石英瓶体（1）内鼓气，出气管（2-2）通过出气口气泵（8）从石英瓶体（1）抽气。
2.根据权利要求1所述的一种气升式生化培养装置，其特征在于：所述的出气口气泵（8）通过气体循环阀门开关（11）与氮气瓶（10）连通，所述的进气口气泵（7）与氮气瓶（10）连通。
3.根据权利要求1所述的一种气升式生化培养装置，其特征在于：所述的取样管（9）延伸至石英瓶体（1）底部一端距离石英瓶体（1）的瓶底的长度为石英瓶体（1）瓶高的1/3~2/3。
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