CN1033758C - 培养固定形体、特别是丝状微生物的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种安全、结构上配合紧凑且具有高度适应性、有足够大生产能力及操作表面的培养固定形体、特别是丝状微生物的装置，该装置包括迭置于箱式容器(41)内的培养基浅盘(2)，
-箱式容器(41)与给料室(41)和包括空气调节设备的空气调节室(44)组合在一个共用罩壳内，并且
-在给料室(40)的侧壁中配有一个密封的给料开口(46)。
空气调节设备包括了持续对输入的空气进行除菌及过滤排出气的除菌滤器(3)。

Description

培养固定形体、特别是丝状微生物的装置
本发明涉及培养固定形体、特别是丝状微生物，以及收获在培养基表面上所形成的固定形体的装置，该装置包括多个使培养基迭放在箱式容积内的浅盘。
这类微生物被称为丝状微生物，在于它们都有一个分枝丝状体的伸展系统(菌丝)，如丝孢菌和放线菌。这样的微生物如果最初是生长在液体或固体培养基的表面上，则它们通常都形成突出于培养基的固定形体。
通常被称为孢子的微生物的稳定形体，常常被用作发酵的起始培养物。例如，用黑曲霉孢子生产柠檬酸，以及用木霉的孢子生产纤维素酶。使用孢子的优点在于，这些微生物一般都是有很高繁殖力的品种，能够长时期储存而不丢失其活性。
在实验室和中试工厂使用时，微生物生长在因最终形成孢子而固化了的液体培养基上，足可在较大的培养皿或盘槽中由培养物产生孢子，然后即可用无菌刷收获干燥状态的孢子，或用无菌生理盐水冲洗得到湿润状态的孢子。
然而，这种相对简单的方法亦有其缺点，即对一部分来说，在培养皿上只能得到很少孢子，对其他部分来说，则只能将培养皿内的空气湿度控制到有限的程度。
当在较大的浅盘上培养时，一方面要调节箱内空气温度，另一方面必须配有收获孢子的无菌室。此外，用这样的培养盘进行无菌操作大多都是很麻烦的。
控制空气湿度对于孢子的质量和产率是特别重要的。为此，迄今为止仍选用下述程序进行工业规模的生产。
在一种通常可置换的盒子上装配有迭置的平面和可去掉的浅盘。这些浅盘中装有热的、液态培养基，并在大空间消毒器内消毒包括浅盘在内的整个箱子。冷却并使培养基固化后，由消毒器内取出箱子并通过除菌滤器使之与空气调节装置相接。从而，将通过通气系统来影响对孢子的孵育，微生物在初始的高湿度空气中生长并依此形成孢子，借助干燥的空气脱水，直到培养物变干，而且能在取出各个浅盘后在无菌室内收获孢子。
为此，工业生产的先决条件就在于具有复杂的并且昂贵的大空间消毒器。另外，必须具备无菌室。还有，将浅盘移入无菌室内相当麻烦，而且收获孢子要花费很长时间。再者，当培养和收获病原微生物时，很难防止操作人员不与孢子接触。
本发明的装置有助于排除上述缺点和困难，并且其目的在于提供一种安全、可移动、结构上紧密配合而且适应性强的装置，其可提供足够大的生产能力和操作表面，并且不依赖于大空间消毒器及无菌室。
可按下述方法，使用上面限定的装置完成本发明的目的：—将箱式容器配合在一个装在给料室和包括空气调节设备之空气调节室的共用罩壳内，其中至少给料室的前壁是由透明材料制成的，并配备有与操作辅助用品(如手套)相接通的开口，—在给料室的侧壁中备有可紧密封闭空气的给料开口，并且—空气调节设备包括一个使通入箱式容器与给料室的输入空气得以持续除菌的除菌滤器，以及另一个过滤排出空气的除菌滤器，这两个除菌滤器是通过装在空气调节室内的一个通气管彼此相接通的，并且在该管路中配有第一关闭部件、冷冻单元、风扇及加热单元。
借助这样一种装置，可不花费很高成本、以一种并不复杂的方式、并在恒定的无菌条件下完成无菌培养微生物并通过改变可控制的环境条件诱导生成固定形体、干燥及无菌收获固定形体等几个步骤。通过透明的前壁可容易地观察孢子的生成情况。
作为给料室前壁的透明材料，例如可使用装在铝制框架中的普列克斯玻璃，可将前壁适当地设计成可以其整体向上对折的结构。因为可以直接伸入内部，所以这样一种设计很有利于在每次操作之后进行清洁处理。
在前壁的开口中，以一种紧密封闭空气的方式紧固操作辅助用具，作为辅助用具最好使用氯丁橡胶手套。
各种情况下，所需要的小型器械可以通过给料开口送进去。
共用罩壳的上盖最好包括有在盒式容器区域及给料室区域完成穿刺技术的连接部件，而且如必要时，亦可有如制作前壁一样的透明材料制作。
这些连接部件可以包括弹性材料(例如硅橡胶)的多层隔膜。可在没有染菌的外部空气进入罩内部的情况下，使无菌套管通过隔膜刺入罩壳内部。套管可以与注射器本体相接或通过一个锥形体与导管相接，从而能够将除菌的液体或气体培养基送入罩壳内部。
依据本发明的优选实施方案，将一个有开口并可绕着水平轴回转活动的工作台安在箱式容器前面下方，其下面有一个空间留作放置备用物品。
这类备用物品可包括暂时不用的仪器零件，或可能出现的有碍进一步操作的废弃物。可通过将工作台提升到尽可能接近垂直位置的这样一个简单方法，将这些物品运送到其下面的可利用的空间中去。通过盒式容器、通过给料室和存放物品的空间循环的空气可以没有阻碍地流过工作台上的开口处。
依据本发明的另一优选实施方案，通向固定形体收获装置的连接部件被置于给料室的底侧面上，该收获装置是作为旋风分离器设计的，由其外部连接套管有一可弯曲的管导向安装在给料室之底侧面上的连接部件上，其中央连接套管则通过一个滤器与风扇的吸入侧相接，而其排气管则密闭空气地插入收集瓶中。
在这种情况下，吸气管被保留在给料室中，该管也是通过一个可弯曲的吸气管与装在给料室的下侧上的连接管相连通的。
为了调整循环于本发明的装置内之空气的预期湿度，可以控制冷冻设备的致冷性能和/或在冷冻设备中的滞留时间，而该冷冻设备例如可由一个空气冷却的冷冻压缩器和一个制冷定时器组成。为了防止制冷定时器上结冰，必须将冷却剂的温度下限定在0℃左右。
制冷设备可通过第二关闭部件与冷凝水收集器相接，并且电路上与湿度控制器相连，后者包括一个探测器，置于加热单元与给进空气除菌滤器之间之气体管道的部分中。由空气经受冷凝后形成的排出水被收集在冷凝水收集器中。
为了精确地调节所需的进气温度，在延伸于加热单元和进气除菌滤器之间的气体管道部分装配一个温度探测器，该温度探测器的电路与通向加热单元的温度控制器相接。
加热单元可以由一个或几个电加热棒组成。这种加热类型是很有效的，可以以最简单的方式不受限制地改变加热性能。
为了能够混合确定比例的新鲜空气(给进空气)，即调节给进空气与循环空气之间的所需比例，以及为了能够由本发明的装置中排除气态消毒剂如环氧乙烷或甲醛，根据对本发明装置的进一步改进，使一个装有第三关闭部件的新鲜空气管通入制冷单元和第一关闭部件之间的气体管道内，并且在第一关闭部件与排出气除菌滤器之间分出另一个管，该管相继装配有第四关闭部件、辅助风扇、活性碳滤器和空气体积计。
通过这一附助管道，气体可借助辅助风扇由装置内排出。
下面将参照有关附图更详细地解释本发明。
图1为本发明之装置的一个实施方案的基本图，由该图可直接显示操作方式。
图2也是一个说明本发明之装置的示意图，具有一收获设备，一个培养基(琼脂)的消毒器及与之相接通的已消毒液体培养基的计量泵。
图3显示本发明的可移动装置的特定设计图，图中大部分以剖面图形式示出。
图4为根据图3的装置沿着线IV—IV方向的剖面视图。
图5为根据图3沿着V的方向看的部分升高了的装置的侧视图。
图6更详细地图解显示了与本发明的装置适当结合在一起的固定形体收获设备。
图1中，共用罩壳的一部分，即封闭包含浅盘2之箱式容器及给料室的那个部分，总地用1’标示。除菌滤器3直接附属于箱式容器而没有分开显示，并且包括迭置的浅盘2以便维持对给进空气进行除菌。除菌滤器3通过管路4与另一个用于过滤排出气体的除菌滤器5相接。箭头指出了流过气体管路4之气体混合物(特别是空气)的流动方向。气体管路4中接有第一关闭部件7(例如活板或阀)、致冷单元7、风扇8和加热单元9。
致冷单元7通过第二关闭部件10与冷凝水收集器11相接。另外，致冷单元7与湿度调节器有电路联系，后者则进而以电传导方式，与接于加热单元9和给进空气除菌滤器4之间的气体管路4部分中的附属传感器13(图中没有详细示出)相接。在气体管路4的同一部分中，进一步提供了一个温度探测器14(图中没有详细示出)，后者的电路与温度控制器15相联。温度控制器15还以电路与加热单元9相联。
在第一关闭部件6和致冷单元7之间，有一配有第3关闭部件16的新鲜空气(给进空气)管道17进入气体管道4，在排出空气除菌滤器5和第一关闭部件6之间分出一个(排气)管道18，其中连续装配有第四关闭部件19、附助风扇20、活性碳滤器21和空气体积计22。
由图2可以看出本发明之可移动装置的正面观，其包括两个位于给料室透明前壁24中的，用于连接操作用具有开口23。在构成共用罩壳之一部分的前壁24的上方，可见有仪表板，其上装有测量仪器的刻度盘及调节本发明之装置内部气候条件的控制钮。
固定形体收获工具总地以25标示，其中用例如特种钢制成的旋流分离器27的侧面连接套管26借助可弯管28与装在给料室底面上的连接物29相接。在给料室内，一个可弯管起自封闭空气的连接物29，止于抽气管30。旋流分离器27的中心连接套管31通过滤器32与另一风扇33的吸气侧相接，未在旋流分离器27内分离的余留孢子被保留于其中。旋流分离器27的排出管34气密地插于固定形体收集瓶35中。
可在无菌条件下，使来自消毒器36的热的液体培养基借助计量泵37，例如榨压成型的管式泵，通过管路38和正如图解所示的穿刺针39穿过共用罩壳的上盖引入给料室。
最好在恒温室内放置本发明的装置连同所述的辅助部件，须将恒温室的总是调节到稍高于整个装置内的温度，以避免蒸汽在共同罩壳的壁上冷凝。
在生长周期开始时将预先消毒的浅盘2安放在箱式容器内，同时将必需的器械引入给料室内。
此后，除空气调节室外，向装置的内部充入甲醛气体并保留几小时，直到完成消毒过程。因为环氧乙烷有较大的爆炸危险，并且这种气体对人有很高毒性，故不太适用于消毒。然后关闭第一关闭部件6，打开第三和第四关闭部件16、19，并接通风扇8以及辅助风扇20。吸出甲醛蒸汽并使之凝结在活性碳滤器21中。之后接通空气调节设备，调整空气的温度、湿度及新鲜空气与循环空气的比例。为此，在仍打开第三和第四关闭部件16、19时，重新开放第一关闭部件6，用空气体积计测定新鲜空气与循环空气的比例，并通过控制辅助风扇20的转数来调整预期的比例。在此期间，在消毒器36中制备培养基并将其以无菌状态借助计量泵37，通过穿刺针泵入各别浅盘2中。在使用压榨成型的管式泵时，须预先借助定时器计算泵入的时间，以适当调整各种情况下所加培养基的量。
培养基固化后，依照针穿刺技术，使用计量泵或注射器将微生物或孢子的保温悬液加到浅盘上，并使用Drigalski平勺等工具使之散布均匀。
生长时间和孢子形成时间，以及生长条件在很大程度上取决于所使用的微生物。当固定形体已经出现时，将循环空气的湿度和温度改变为干燥条件。
经足够干燥之后，用收获设备25吸出所形成的孢子，并进而转移到玻璃制成的收集瓶35中。然后由装置中取出收获过的浅盘，清洗装置并准备进行新的生长周期。
在图3至5所显示的本发明的特定实施方案中，箱式容器是开向给料室40的。它包括推动用于接受培养基之浅盘2的轨道42。给料室40的前壁24、箱式容器41的区域中和给料室40的区域中共用罩壳的上盖、给料室40的底面、及这些装置间隔的所有侧壁，包括安排在下面的空间43的限制壁都是用普列克斯玻璃板制成的、后面则构成这个区域中的共用罩壳的边缘。空气调节室44附在箱式容器41和空间43的共用后壁45上。
由前壁24看到的给料室40的左侧壁置有长方形送料开口46，其安装是可以不透空气的方式紧密封闭的。前壁24可以绕着折叶47以其整体向上折迭。处于关闭状态时，它可借助沿着其边缘装配的紧固元件，如借助螺旋接合部件48压在外周密封垫上。前壁24中，配有两个以不透空气的方式连接手套的环形开口23(图中未示出)，以便在保持无菌条件下，在给料室40或箱式容器41内完成必要的操作。
在正下方和容器41的前面安有一个包括开口的工作台49，该工作台呈U形凹进箱式容器41的下方，并且可以回转运动地安装在两个轴承50中。图3中以点和破折线示出工作台转到垂直位置的轨迹。在工作台49处于这一位置时，安排在其下面的空间43正好用于存放不用的仪器零件，此时可由给料室40通入这一空间。
在给料室40的底面上，有一个与图2中已描述过的固定形体收获设备相连接的连接部件29。在工作台49中有一深孔51，可弯管通过该孔由连接部件29导向抽气管30(图2)。
另外，在共用罩壳的上盖中备有两个用于穿刺针技术的连接部件52。
为了便于由空间43中移除废物，在该空间的前面还备有一可密封的排除开口53。在空间43的底部区域，气体管路4的一个部分通过共用后壁45导入空间43中。气体管道的末端与排出空气除菌滤器5相接。给进空气除菌滤器3与气体管路4的另一端相通。除菌滤器3安置在空气调节室44中，并通过后壁45的框架密封地与相应断流的边缘相接。无菌空气通过一个有相当大横截面积的除菌滤器3直接送到浅盘2的后面，然后以层流方式流过所有的浅盘，从而可以易于控制生长的气候条件。
在气体管路4中，在空气的流动方向上可见在排出空气除菌滤器5之后相继地装配有第一关闭部件6、致冷设备7、风扇8和包括3个电加热棒的加热单元9。这些组成部分的功能，已在有关图1和2的说明中详细指出。
必要的电气和电子仪器，如上述的测量和控制仪器均置于仪表室55内，其可以看作是空气调节室44的一部分。测量仪器的指示器刻度盘装在仪表室55前壁的外侧面。图3至5中没有图示电气仪表及导电线路。
图6中对图2所示的固定形体收获设备25以放大和部分截面的方式作了图解说明。
旋流分离器27的排出管34借助通过弹性材料塞56穿刺密封地插入收集瓶35中。运载孢子的空气流通过水平连接套管26进入旋风分离器。如此分离，可分离出由空气流携带的大部分孢子，通过排出管34落入收集瓶35中。仍含有一些残留孢子的空气通过中央连接套管31离开旋风分离器27。
对于一个体积大约0.9m3的装置(没有空气调节室)，已证明按如下性能条件设计各组成部分是有利的：
风扇8：有可变的转数，风扇输出为每小时0至50m3气体(空气)；
辅助风扇20：有可变的转数，风扇输出为每小时0至20m3空气；
致冷单元7(制冷压缩器和制冷定时器)：每小时20m3空气，33℃至4℃，功率输出约700W；
加热单元9(三个电加热棒)：功率约500W，无限可变的；
空气体积计22：适于测量流量为每小时0.5至5m3的排出气体和新鲜空气(给进空气)。

Claims (7)

1.培养固定形体，特别是丝状微生物，以及收获培养基表面上形成之固定形体的装置，其包括迭置于箱式容器中的培养基浅盘，其特征在于—箱式容器(41)配合在一个装有给料室(40)和包括空气调节设备之空气调节室(44)的共用罩壳内，其中至少给料室(40)的前壁(24)是用透明材料制成的，并提供有与操作辅助用具如手套相接连的开口(23)，—在给料室(40)的侧壁中备有可密封的给料开口(46)，—一个连接固定形体收获装置(25)的连接部件(29)被配置在给料室(40)的底面上，—空气调节设备包括一个使通入箱式容器(41)与给料室(40)的输入空气得到持续除菌的除菌滤器(3)，以及另一个过滤排出空气的除菌滤器(5)，这两个除菌滤器是通过装在空气调节室(44)内的一个通气管(4)彼此相接通的，并且在该管道中配有第一关闭部件(6)、致冷单元(7)、风扇(8)和加热单元(9)，其中致冷单元(7)通过第二关闭部件与冷凝水收集器(11)相接，并且电路上与湿度控制器(12)相连，其探测器安装在延伸于加热单元(9)和给进空气降菌滤器(3)之间的气体管道(4)部分中。
2.根据权利要求1的装置，特征在于给料室(40)的前壁(24)设计成可以以其整体向上折迭的。
3.根据权利要求1和2中之一的装置，特征在于共用罩壳的上盖包括有在箱式容器(41)区域及给料室(40)区域内完成穿刺技术的连接物(53)，而且必要时亦可使用如前壁(24)一样的透明材料制作。
4.根据权利要求1至3之至少一项的装置，特征在于在箱式容器(41)的下方和前面安装了一个备有开口并可绕着水平轴回转活动的工作台(49)，其下面有一个放置物品的空间(43)。
5.根据权利要求1的装置，特征在于收获装置是作为旋风分离器(27)设计的，由其内部连接套管(26)有一可弯曲的管(28)导向安装在给料室底侧面上的连接部件(29)，其中央连接套管(31)通过一个滤器(32)与风扇(33)的吸气侧相接，而其排气管(34)则密封地插入收集瓶(35)中(图2和6)。
6.根据权利要求1至5中至少一项的装置，特征在于在延伸于加热单元与进气除菌滤器之间的气体管道部分提供了一个温度探测器(14)，该温度探测器(14)的电路与通向加热单元(9)的温度控制器相接。
7.根据权利要求1至6中至少一项的装置，特征在于使装有第三关闭部件的新鲜空气管通入制冷单元(7)与第一关闭部件(6)之间的气体管道(4)内，并且在第一关闭部件(6)和排出气除菌滤器(5)之间分出另一个管，该管上连续地装配了第四关闭部件(19)、辅助风扇(20)、活性碳滤器(21)和空气体积计(22)。
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