CN105602847A - 离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，包括整体呈U型结构的主体，其升液区一侧还设有进液口，降液部的底部位置设有细胞收获口；升液部在位于主体的底部位置上还设有气喷头；降液部从上至下设有密封漏斗和螺旋管，密封漏斗顶部与主体的降液部的内壁贴合密封，密封漏斗的底部连接在螺旋管的入口处，螺旋管的底部处还连接重力沉降管，重力沉降管另外一侧连接废液收集器。本发明的生物反应器内的与螺旋管底相连的重力沉降管内就会实现细胞与培养液的分离，将该螺旋管附加到反应器上后可以明显提高细胞截留的效率，从而实现植物细胞连续灌注培养，进而提高植物细胞培养的效率。

Description

离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器
技术领域
本发明涉及植物细胞培养方法和培养适应的生物反应器技术领域，特别是涉及离心沉降式离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器。
背景技术
植物天然产物的开发一直是人们研究的热点，利用生物反应器进行植物离体组织培养不仅可以生产许多具有重要价值的次级代谢产物，而且可以缓解野生资源的过度采挖。然而，植物细胞在培养过程中产生的中间次生代谢产物在培养液中积累会抑制产物的进一步合成。植物细胞连续灌注培养可以将细胞释放到培养基里面的物质不断带到反应器外面，有效解决了细胞褐变和产物反馈抑制的问题。与分批培养相比，植物细胞连续培养有很大的优势，然而，植物细胞连续灌注培养过程中细胞与培养液的分离效率成为限制该技术进一步发展的主要因素。目前用于植物细胞连续培养的反器类型主要有：膜过滤反应器和重力沉降反应器等。膜过滤易发生堵塞，所以主要用于动物细胞；重力沉降效率太低不能大规模推广应用。
目前，授权公告号为CN200710044223.8，名称为药用植物组织细胞连续灌注培养气升式生物反应器系统的中国专利，已经公开了一种生物技术领域的药用植物组织细胞连续灌注培养气升式生物反应器系统，其包括:储液瓶、反应器主体、重力沉降装置、废液瓶、组织/器官连续收获装置、双联取样瓶、液泵、氧探头、PH探头、在线监测系统、电脑。储液瓶、液泵、反应器主体、重力沉装置、废液瓶通过硅胶管依次相连。氧探头、PH探头通过在线监测系统与电脑相连。本发明具有反应器系统可用于各种不同组织、细胞和器官的培养,节约了成本,避免了对植物组织细胞造成的损伤等优点,应用于药用植物组织、细胞和器官悬浮培养。
但是上述生物反应器的植物细胞截获率不是很高，会造成一定的浪费，由于植物细胞本身获取就比较困难，成本相对偏高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了，离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其目的在于采用外循环式反应器，在其下降区设有一个螺旋管和重力沉降管，随着培养液在反应器内部循环，细胞在螺旋管中进行离心式转动并沉降到螺旋管底部，所以与螺旋管底相连的重力沉降管内就会实现细胞与培养液的分离。将该螺旋管附加到反应器上后可以明显提高细胞截留的效率，从而实现植物细胞连续灌注培养，进而提高植物细胞培养的效率，缩短其培养周期。
本发明所采用的技术方案是：离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，包括整体呈U型结构的主体，主体包括升液部和降液部，升液区和降液部其对应的底部和顶部位置分别联通；升液区一侧还设有进液口，降液部的底部位置设有细胞收获口；升液部在位于主体的底部位置上还设有气喷头，气喷头喷出向上的气流，进而驱动升液部内的培养液升起；降液部从上至下设有密封漏斗和螺旋管，密封漏斗顶部与主体的降液部的内壁贴合密封，密封漏斗的底部连接在螺旋管的入口处。本发明的生物反应器采用外循环式反应器，在其下降区设有一个螺旋管，随着培养液在反应器内部循环，细胞在螺旋管中进行离心式转动并沉降到螺旋管底部，所以螺旋管就会实现细胞与培养液的分离。将该螺旋管附加到反应器上后可以明显提高细胞截留的效率，从而实现植物细胞连续灌注培养，进而提高植物细胞培养的效率，缩短其培养周期。
进一步地，螺旋管还连接有重力沉降管，并且螺旋管的底部与重力沉降管的底部相连，重力沉降管的顶部为废液出口，保证重力沉降发生在离心沉降之后。
进一步地，重力沉降管的直径小于螺旋管的直径，并且重力沉降管的直径按比例不能小于主体的降液部直径的1/3。
进一步地，螺旋管的底部为喇叭状出口，便于细胞沉降反应器底部。
进一步地，密封漏斗与降液部内壁之间还设有密封圈，提高密封漏斗与降液部内壁的密封程度，保证培养液能够完全从密封漏斗的漏嘴部分进入至螺旋管内。
进一步地，主体的顶部位置还设有空气过滤器，过滤空气中的大颗粒物污染物，防止污染培养液，同时又能保证培养液能够呼吸到足够的空气。
进一步地，气喷头的外部连接气泵，其气喷头内部还设有玻璃滤芯。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的生物反应器采用外循环式反应器，在其下降区设有一个螺旋管，随着培养液在反应器内部循环，细胞在螺旋管中进行离心式转动并沉降到螺旋管底部，所以螺旋管就会实现细胞与培养液的分离。将该螺旋管附加到反应器上后可以明显提高细胞截留的效率，从而实现植物细胞连续灌注培养，进而提高植物细胞培养的效率。
附图说明
图1为离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器的一个实施例的结构示意图；
其中：1-进液口，2-升液部，3-气喷头；4-细胞收获口，5-螺旋管，51-入口，52-底部；6-密封漏斗，7-重力沉降管，8-空气过滤器，9-主体，10-降液部，11-气泵，12-培养液，13-废液出口，14-密封圈。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例1
如图1所示，离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，包括整体呈U型结构的主体9，主体9包括升液部2和降液部10，升液区2和降液部10其对应的底部和顶部位置分别联通；升液区2一侧还设有进液口1，降液部10的底部位置设有细胞收获口4；升液部2在位于主体9的底部位置上还设有气喷头3，气喷头3喷出向上的气流，进而驱动升液部2内的培养液12升起；降液部10从上至下设有密封漏斗6和螺旋管5，密封漏斗6顶部与主体9的降液部10的内壁贴合密封，密封漏斗6的底部连接在螺旋管5的入口51处。本发明的生物反应器采用外循环式反应器，在其下降区设有一个螺旋管，随着培养液在反应器内部循环，细胞在螺旋管中进行离心式转动并沉降到螺旋管底部，所以螺旋管就会实现细胞与培养液的分离。将该螺旋管附加到反应器上后可以明显提高细胞截留的效率，从而实现植物细胞连续灌注培养，进而提高植物细胞培养的效率，降低了其培养成本。
在上述实施例中，螺旋管5还连接有重力沉降管7，并且螺旋管5的底部52与重力沉降管7的底部相连，重力沉降管7的顶部为废液出口13，保证重力沉降发生在离心沉降之后。重力沉降管7的直径小于螺旋管5的直径，并且重力沉降管7的直径按比例不能小于主体9的降液部10直径的1/3。
在上述实施例中，螺旋管5的底部52为喇叭状出口，便于细胞沉降反应器底部。
在上述实施例中，密封漏斗6与降液部10内壁之间还设有密封圈14，提高密封漏斗与降液部内壁的密封程度，保证培养液能够完全从密封漏斗的漏嘴部分进入至螺旋管内。
在上述实施例中，主体9的顶部位置还设有空气过滤器8，过滤空气中的大颗粒物污染物，防止污染培养液。
在上述实施例中，气喷头3的外部连接气泵11，其气喷头3内部还设有玻璃滤芯。在上述实施例中，气喷头3的外部可以与气泵11连接，气喷头3内部还设有玻璃滤芯，并且当玻璃滤芯的直径为180μm时形成的气泡直径小，均匀分布，有效地减少了气泡破裂时对植物细胞的损伤。
实施例2
使用生物反应器对细胞进行连续培养的方法，包括如下步骤：采用培养液为添加NAA和IAA的MS培养基对植物细胞置入U型离心沉降式生物反应器内进行培养，保持气喷头内出来的通气速率为200-300vvm,培养温度为20-30℃，培养25-35天。
在上述实施例中，反应器包括整体呈U型结构的主体9，主体9包括升液部2和降液部10，升液区2和降液部10其对应的底部和顶部位置分别联通；升液区2一侧还设有进液口1，降液部10的底部位置设有细胞收获口4；升液部2在位于主体9的底部位置上还设有气喷头3，气喷头3喷出向上的气流，进而驱动升液部2内的培养液12升起；降液部10从上至下设有密封漏斗6和螺旋管5，密封漏斗6顶部与主体9的降液部10的内壁贴合密封，密封漏斗6的底部连接在螺旋管5的入口51处，螺旋管5的底部52处还连接重力沉降管7，螺旋管5的底部52为喇叭口朝下的喇叭形状。
在上述实施例中，进液口1的灌注植物细胞的灌注速率比为10%,灌注速率比为每天流进去的体积占占体积的百分比，其单位为V/V。
在上述实施例中，主体9的顶部位置还设有空气过滤器8。
在上述实施例中，用培养液为添加NAA和IAA的MS培养基对植物细胞置入U型离心沉降式生物反应器内进行培养，保持气喷头内出来的通气速率为260vvm,培养温度为25℃，培养29天。本发明的生物反应器采用外循环式反应器，在其下降区设有一个螺旋管和重力沉降管，随着培养液在反应器内部循环，细胞在螺旋管中进行离心式转动并沉降到螺旋管底部，所以与螺旋管底相连的重力沉降管内就会实现细胞与培养液的分离。将该螺旋管附加到反应器上后可以明显提高细胞截留的效率，从而实现植物细胞连续灌注培养，进而提高植物细胞培养的效率。
实施例3
本实施例使用的装置如图1所示。通过本实施例对甘草细胞进行了连续培养，起始接种密度为5g(干重)/L，培养液为添加NAA和IAA的MS培养基，通气速率为300vvm,培养温度为25℃。同时以甘草细胞为材料对该反应器的截效率和kLa进行了测定。结果表明，在适合于植物细胞生长的条件下（通气速率为0.3vvm，灌注速率为10%），细胞截留效率达到100%，体积溶氧系数kLa为5.0，27天后细胞最大生物量达14.0g/L，高于分批培养时最大生物量12.0g/L。本发明所涉及的装置非常适合于植物细胞连续培养，可大规模推广应用。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其特征在于：包括整体呈U型结构的主体（9），所述主体（9）包括升液部（2）和降液部（10），所述升液区（2）和降液部（10）其对应的底部和顶部位置分别联通；所述升液区（2）一侧还设有进液口（1），所述降液部（10）的底部位置设有细胞收获口（4）；
所述升液部（2）在位于主体（9）的底部位置上还设有气喷头（3），所述气喷头（3）喷出向上的气流，进而驱动升液部（2）内的培养液（12）升起；
所述降液部（10）从上至下设有密封漏斗（6）和螺旋管（5），所述密封漏斗（6）顶部与主体（9）的降液部（10）的内壁贴合密封，所述密封漏斗（6）的底部连接在螺旋管（5）的入口（51）处。
2.根据权利要求1所述的离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其特征在于：所述螺旋管（5）还连接有重力沉降管（7），并且所述螺旋管（5）的底部（52）与重力沉降管（7）的底部相连，所述重力沉降管（7）的顶部为废液出口（13），保证重力沉降发生在离心沉降之后。
3.根据权利要求2所述的离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其特征在于：所述重力沉降管（7）的直径小于螺旋管（5）的直径，并且所述重力沉降管（7）的直径按比例不能小于主体（9）的降液部（10）直径的1/3。
4.根据权利要求2所述的离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其特征在于：所述螺旋管（5）的底部（52）为喇叭状出口，便于细胞沉降反应器底部。
5.根据权利要求1所述的离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其特征在于：所述密封漏斗（6）与降液部（10）内壁之间还设有密封圈（14）。
6.根据权利要求1所述的离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其特征在于：所述主体（9）的顶部位置还设有空气过滤器（8）。
7.根据权利要求1所述的离心沉降式植物细胞连续培养用生物反应器，其特征在于：所述气喷头（3）的外部连接气泵（11），其气喷头（3）内部还设有玻璃滤芯。
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