CN103614289A - 用于微生物培养和菌种筛选的摇床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于微生物培养和菌种筛选的摇床，包括摇瓶、摇床底盘、振荡系统及微控制器，摇瓶至少一个，摇瓶的瓶口密封封盖，摇瓶安置于摇床底盘之上；微控制器通过振荡系统控制摇床底盘动作，进而带动摇瓶动作；摇瓶内伸入溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器、两补料管；溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器的外端均与微控制器电连接；两补料管的外端分别与一补料瓶连通，两补料瓶分别用于盛装酸液、碱液。本发明优点在于能够提供多个动态参数并对参数做出修正及能自动选择酸碱微量补料。

Description

用于微生物培养和菌种筛选的摇床
技术领域
本发明属于微生物发酵培养设备制造技术领域，具体是一种在医药、食品和农产品精深加工等行业中用于微生物培养和菌种筛选的摇床。
背景技术
医药、食品和农产品精深加工等行业中，生物转化是其中的关键环节。生物转化主要采用微生物或酶的方法将其中的低价值物质转化为高附加值、高生物活性或风味性物质等。在生物转化的过程中，大量的具有相关酶活或其他生物活性的菌株和细胞株等都必须经过摇瓶培养，来筛选高性能细胞株或优化工艺。
摇床是用于菌种筛选、种子扩大培养的一种专用设备，以摇床的放瓶结果作为实验数据。但是目前的摇床（如03129230.5号专利申请技术方案）存在如下问题：
一、提供的实验数据几乎都是缺乏过程研究的静态分析数据，局限性非常显然，例如进行菌种选育时，传统摇瓶筛选方法往往缺乏补料或供氧不足，并不一定处于代谢流分配最合理的状态，由此可能出现严重的高产菌株漏筛现象。
二、只能对一个参数进行监控，根本无法满足菌种培养过程中需要精确分析的要求。
三、无法根据摇瓶内的酸碱变化进行微量补料，更无法进行酸碱自动选择补料，只能通过事先判断摇瓶内的初期PH值及PH值的走向，事先在摇瓶内机械地放入一种补料，如初期PH值小于7，则补料瓶中放入的是酸性补料，如初期PH值大于7，则补料瓶中放入的是碱性补料。这种事先判断是根据人工的判断，无法准确预测PH值的走向，在发酵或者培育过程中，PH值是千变万化的，事先放入酸性或碱性补料，缺少一个灵活的应对性，无法满足过程中出现的诸多要求。
四、虽然可以监测溶氧量，但是无法对溶氧量进行控制。
五、不能实现远程多摇床监测和控制。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种方便、结构简单、能够同时实时监测摇瓶各参数（如PH值、温度值、溶氧量值、反应生成物浓度等）并对各参数变化做出响应的用于微生物培养和菌种筛选的摇床。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：用于微生物培养和菌种筛选的摇床，包括摇瓶、摇床底盘、振荡系统及微控制器，摇瓶至少一个，摇瓶的瓶口密封封盖，摇瓶安置于摇床底盘之上；微控制器通过振荡系统控制摇床底盘动作，进而带动摇瓶动作；摇瓶内伸入溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器、两补料管；溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器的外端均与微控制器电连接；两补料管的外端分别与一补料瓶连通，两补料瓶分别用于盛装酸液、碱液。
作为优选，补料管通过一蠕动泵与补料瓶连通，蠕动泵由微控制器驱动而动作。
作为优选，摇瓶的瓶口由无菌密封塞封盖。
作为优选，溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器穿过摇瓶的瓶口后，垂直悬空于摇瓶内。
作为优选，微控制器与温度传感器电连接，温度传感器置于摇瓶外。
作为优选，微控制器与加热及制冷模块电连接，微控制器通过加热及制冷模块来控制加热器、冷却器的运行。
作为优选，微控制器通过网络与上位机通信。
与现有技术相比，本发明用于微生物培养和菌种筛选的摇床具有如下优点：
1、结构简单、制造成本低。
2、可以同时监控、记录多个不同参数（包括PH值、溶氧量、反应生成物浓度、温度），为精确分析提供基础。
3、在培育或者发酵过程中，可以根据预设值，对实时的数据进行修正及精确控制，减少人工操作的盲目性。
4、高度智能化，优化工艺过程，对大规模的发酵系统实验具有一定的研究意义。
5、具备联网能力，实现对多摇床实验的监视和控制。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明的局部放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
如图1、2所示，本实施例用于微生物培养和菌种筛选的摇床包括数个摇瓶1，摇瓶1置于摇床底盘2上。摇瓶1的瓶口通过无菌密封塞10密封，摇瓶1内置有溶氧量传感器11、PH传感器12、反应生成物浓度传感器13，各个传感器均穿过无菌密封塞10后垂直悬空置于摇瓶1内，各传感器输出的电信号馈入微控制器6，与微控制器6电连接，各个传感器垂直悬空内置，不仅结构简单，且保证了传感器不会因摇瓶1的摇晃，与摇瓶1碰撞而发生破裂，从而提高了使用寿命，使用无菌密封塞10能够保证摇瓶1处于无菌状态，减少外界的污染。PH传感器12、溶氧量传感器11和反应生成物浓度传感器13采用电化学传感器。
两根补料管14、18均通过无菌密封塞10后垂直悬空于摇瓶1内，两补料管14、18分别通过一蠕动泵5与补料瓶3、4相连通，补料瓶3、4分别装载酸性和碱性补料。补料管采用蠕动泵5可以实现酸碱的微量补料，而不会使得补料过多导致摇瓶1内的PH值不可逆，采用两根补料管可以实现酸碱的自动选择补料，对过程中的PH值变化作出灵活响应；两蠕动泵5均与微控制器6电连接，由微控制器6来控制其运行。蠕动泵为现有技术，采用步进电机驱动。
温度传感器7安置于摇瓶1外并与微控制器6电连接，温度传感器7采用PT100。
微控制器6与加热及制冷模块（H/C）8电连接，加热及制冷模块8包括加热子模块、制冷子模块，都属于现有技术。加热子模块采用双向可控硅与光电耦合器构成的电路，制冷子模块采用帕尔贴模块。微控制器6分别通过加热子模块、制冷子模块来控制加热器、冷却器的运行。
微控制器6还通过振荡系统驱动摇床底盘2作摇晃动作。振荡系统为现有技术，其由振荡机构16与振荡电路构成，振荡电路包括电动机9，电动机9采用无刷直流电机，振荡机构16与摇床底盘2连动，微控制器6通过电动机9及传动机构15控制振荡机构16动作，进而使摇床底盘2作摇晃动作，传动机构15采用现有设计中的凸轮结构。
本实施例中，微控制器6采用STC12C5A60S2单片机，其与远程计算机通过网络通信，本地网路通信采用RS485，远程通信采用GPRS实现。
当摇瓶1内的PH值发生变化时，PH传感器12会将信号传送到微控制器6，微控制器6根据信号（偏酸或偏碱）发出相应的脉冲，驱动相应的蠕动泵5工作，从而实现酸或碱的微量补料。补料瓶3、4将酸碱补料分开，可以根据摇瓶1内的PH值灵活采取补酸或者补碱，达到实时监测、控制PH值和精确补料的目的，从而使分析结果更加精确。经过补料，摇瓶内的PH值达到预设值时，微控制器6根据PH传感器12的信号发出脉冲，使相应的蠕动泵5停止工作，不再补料。
当温度传感器7监测到摇瓶1的外部环境温度值偏离预设值时，会将信号传给微控制器6，微控制器6根据信号（偏冷或偏热）发出脉冲，通过加热子模块或者制冷子模块来启动加热器或冷却器17。当温度值达到预设值时，微控制器6同样会给出脉冲，通过加热子模块或制冷子模块使加热器或冷却器17停止工作。从而通过加热及制冷模块来实现对温度的精确控制。
当摇瓶1内的溶氧量发生变化时，溶氧量值传感器11会将信号传至微控制器6，微控制器6产生相应宽度的脉冲，电动机9启动，传动机构15带动振荡机构16做旋转运动，进而使摇床底盘2进行摇晃动作。当溶氧量过高时，振荡机构16做减速或者停止运动；当溶氧量过低时，振荡机构16做加速运动。通过对振荡机构16的转速控制实现对摇瓶1内环境溶氧量的控制，实现了对反应条件更为准确的控制。
反应生成物浓度传感器13将摇瓶1内反应生成物的溶度值传至微控制器6，微控制器6实时记录摇瓶内反应生成物的浓度变化。通过对多个参数的监控，能够使分析结果更加精确，对大规模的发酵系统实验具有重要的意义。
微控制器6可以通过网线与上位机（即远程计算机）实现联网。本实施例中，上位机为PC机，通过网络通信，微控制器6可以上传数据也可以执行PC机发出的命令，PC机可以实时在线计算各类数据，进行实验结果的交叉分析。上位机还可以同时连接多个摇床，实现对多个摇床的监测和控制。
本发明不仅可以实时记录各个参数的变化，还能根据参数的变化做出相应的控制和修正，实现真正的智能化控制。
尽管本文较多地使用了传感器、微控制器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.用于微生物培养和菌种筛选的摇床，包括摇瓶、摇床底盘、振荡系统及微控制器，摇瓶至少一个，摇瓶的瓶口密封封盖，摇瓶安置于摇床底盘之上；微控制器通过振荡系统控制摇床底盘动作，进而带动摇瓶动作；其特征在于：摇瓶内伸入溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器、两补料管；溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器的外端均与微控制器电连接；两补料管的外端分别与一补料瓶连通，两补料瓶分别用于盛装酸液、碱液。
2.根据权利要求1所述的摇床，其特征在于：补料管通过一蠕动泵与补料瓶连通，蠕动泵由微控制器驱动而动作。
3.根据权利要求1所述的摇床，其特征在于：摇瓶的瓶口由无菌密封塞封盖。
4.根据权利要求1或3所述的摇床，其特征在于：溶氧量传感器、PH传感器、反应生成物浓度传感器穿过摇瓶的瓶口后，垂直悬空于摇瓶内。
5.根据权利要求1所述的摇床，其特征在于：微控制器与温度传感器电连接，温度传感器置于摇瓶外。
6.根据权利要求5所述的摇床，其特征在于：微控制器与加热及制冷模块电连接，微控制器通过加热及制冷模块来控制加热器、冷却器的运行。
7.根据权利要求1或2或5或6所述的摇床，其特征在于：微控制器通过网络与上位机通信。
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