CN109439523B - 一种离心式自动掺氧的生物反应器 - Google Patents

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Abstract

一种离心式自动掺氧的生物反应器，包括带有培养液的反应槽以及固定在反应槽外的高度调节架，在反应槽内安装有与控制器相连的氧浓度传感器，在高度调节架顶部反应槽的中心吊装有升降机构，升降机构上安装有与控制器相连的用于控制其转速的驱动电机，驱动电机的输出轴安装有T型喷嘴，所述的T型喷嘴的底部入口置于培养液以下。本发明通过T形喷嘴的旋转运动把内部的培养液以碟形均匀漂撒出去，形成与空气最大面积的接触，又利用在中心形成的负压把培养液源源不断的吸上来，配置的氧气浓度闭环自动控制系统保证培养液中的氧气浓度始终处于所要求的浓度范围内。

Description

一种离心式自动掺氧的生物反应器
技术领域
本发明涉及一种液体中气体的掺入反应器，特别涉及一种离心式自动掺氧的生物反应器。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，生物工程已经发展成为一个独立的热门学科，而各种细胞的培养及生长就成为研究和生产的基本环节。理论和实践证明，生物反应器平台里生长环境中(培养液)氧气的含量对于细胞的良好生长至关重要。而通常情况下利用搅拌培养液实现掺氧的方法虽然简单可行，但是同时由于培养液的流动带来的剪切力对于细胞的生长有着很大影响，如何利用现代电子技术成果实现给培养液中有效掺氧的同时，又能够保持细胞生长环境的相对稳定，有效消除流动引起的剪切力对于细胞的生长不良影响，并且实现细胞生长期间培养液中氧浓度的有效控制，保证其始终工作于最佳的氧浓度范围内，已经成为细胞培养装置的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心式自动掺氧的生物反应器，在避免搅拌培养液的情况下实现掺氧的目标，防止培养液剧烈运动形成的剪切力对于细胞生长的不良影响。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括带有培养液的反应槽以及固定在反应槽外的高度调节架，在反应槽内安装有与控制器相连的氧浓度传感器，在高度调节架顶部反应槽的中心吊装有升降机构，升降机构上安装有与控制器相连的用于控制其转速的驱动电机，驱动电机的输出轴安装有T型喷嘴，所述的T型喷嘴的底部入口置于培养液液面以下。
所述的高度调节架通过第一卡箍安装在反应槽外侧。
所述的T型喷嘴通过第二卡箍安装在驱动电机的输出轴上。
所述的升降机构包括吊装在高度调节架上的两条平行的滑轨，在两条平行的滑轨之间安装有与驱动电机相连的滑道，且在两滑轨上均开设有上、下位孔，在滑道上均安装有与上、下位孔配套的定位销。
所述的上位孔距离培养液液面的距离小于驱动电机上端与T型喷嘴下端的距离，下位孔距离培养液液面的距离小于驱动电机上端与T型喷嘴上端的距离。
所述的驱动电机上端安装有升降手柄，及与定位销相连的提拉绳，且在定位销13上套装有弹簧。
所述的两条平行的滑轨末端还设置有限位挡板。
所述的升降机构包括吊装在高度调节架上的与控制器相连的伺服电机，所述的伺服电机上安装有驱动电机。
本发明通过T形喷嘴的旋转运动把内部的培养液以碟形均匀漂撒出去，形成与空气最大面积的接触，又利用在中心形成的负压把培养液源源不断的吸上来，配置的氧气浓度闭环自动控制系统保证培养液中的氧气浓度始终处于所要求的浓度范围内，而且保证培养液中的细胞始终处于相对平稳的生长环境。
另外，本发明设置相应的滑轨以及定位销、孔结构容易通过手工操作完成驱动电机与T型喷嘴一起的升、降移动，方便的排除了系统开始启动阶段T型喷嘴上部存在的空气，使得系统快速直接进入正常工作状态。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：参见图1，2，本发明包括带有培养液3的反应槽1以及通过第一卡箍4安装在反应槽1外的高度调节架2，在反应槽1内放置有与控制器15相连的氧浓度传感器16，在高度调节架2顶部反应槽1的中心吊装有升降机构，升降机构上安装有与控制器15相连的用于控制其转速的驱动电机7，驱动电机7的输出轴通过第二卡箍6安装有T型喷嘴5，所述的T型喷嘴5的底部入口置于培养液3液面以下；所述的升降机构包括吊装在高度调节架2上的两条平行的滑轨9，在两条平行的滑轨9之间安装有与驱动电机7相连的滑道8，且在两滑轨9上均开设有上、下位孔17、18，上位孔17距离培养液3液面的距离小于驱动电机上端与T型喷嘴5下端的距离，下位孔18距离培养液3液面的距离小于驱动电机上端与T型喷嘴5上端的距离，在滑道上均安装有与上、下位孔配套的定位销13，在驱动电机7上端安装有升降手柄11，及与定位销13相连的提拉绳10，且在定位销13上套装有弹簧12，两条平行的滑轨9末端还设置有限位挡板19。
实施过程(本实施例适用于氧浓度变化范围时间短通常不需要停机的情况，使T型喷嘴一直以最低转速维持系统的运行)
1、首先把培养液加入清洗干净反应槽1中，使得高度达到设定的标准刻度。
2、把T型喷嘴利用第二卡箍2连接于驱动电机输出轴下端，再把高度调节架放置在反应槽1的固定位置并利用第一卡箍1进行固定。
3、利用手工操作把负载下降并通过定位销固定在下位孔18中，使得负载全部浸入到培养液中，启动控制器15，负载在驱动电机驱动下开始旋转，稳定状态后(大于8秒即可)手工操作重新再使其上升并利用固定销将其固定于上位孔17中，装置进入正常工作状态，即通过高速旋转的T型喷嘴利用离心力把内部的培养液以碟形均匀漂撒出去，形成与空气最大面积的接触，同时又利用在中心形成的负压把培养液源源不断的吸上来，从而在避免搅拌培养液的情况下实现掺氧的目标，又避免了由于搅拌培养液产生剧烈运动形成的剪切力对于细胞生长的不良影响。
其中配置的控制氧浓度的控制器设置的最低旋转速度为0.8m/s，当氧浓度达到要求时在始终保证氧浓度处于正常范围的前提下，以T型喷嘴以最低转速旋转避免了一旦停止旋转再重新启动时其上部因为充满空气无法再次正常工作的问题；
4、反应结束后，关断电源，打开第一卡箍1，移走高度调节架，再打开第二卡箍2后卸下T型喷嘴，取出细胞基体；
5、清洗干净反应槽和T型喷嘴消毒后再存放。
本实施例中高速旋转的T型嘴利用离心力把内部的培养液以碟形均匀漂撒出去，形成与空气最大面积的接触，又利用在中心形成的负压把培养液源源不断的吸上来，从而在避免搅拌培养液的情况下实现掺氧的目标，避免了由于搅拌培养液产生剧烈运动形成的剪切力对于细胞生长的不良影响。
手动操作T型喷嘴方便的上升和下降有效解决了装置启动时由于其上部高出培养液面而无法正常工作的技术难题，且通常情况下连续几天甚至更长的反应时间里仅操作一次；而配置的氧浓度自动控制器中专门设置的最低旋转速度(T型喷嘴的最小线速度为0.8m/s)，在始终保证氧浓度处于正常范围的前提下，又避免了一旦停止旋转再重新启动时其上部因为充满空气无法正常工作的问题。
实施例2：本实施例是对实施例1的进一步改进，用与控制器15相连的直线电机替代了实施例1的手动升降机构，且其负载就是驱动电机和T型喷嘴。
实施过程(本实施例适用于氧浓度变化范围时间长且需要长时间停机的情况)
1、首先把培养液加入清洗干净反应槽1中，使得高度达到设定的标准刻度。
2、把T型喷嘴利用第二卡箍2连接于驱动电机输出轴下端，再把高度调节架放置在反应槽1的固定位置并利用第一卡箍1进行固定。
3、由控制器15控制直线电机带动驱动电机和T型喷嘴向下运动，使得负载全部浸入到培养液中，控制器控制驱动电机带动T型喷嘴旋转进行8秒左右稳定转速后在直线电机带动下上升到正常工作位置，即通过高速旋转的T型喷嘴利用离心力把内部的培养液以碟形均匀漂撒出去，形成与空气最大面积的接触，又利用在中心形成的负压把培养液源源不断的吸上来，从而在避免搅拌培养液的情况下实现掺氧的目标，避免了由于搅拌培养液产生剧烈运动形成的剪切力对于细胞生长的不良影响；
当氧浓度达到要求时，控制器控制驱动电机停止工作，同时控制直线电机下降使T型喷嘴整个位于培养液液面以下，待需要再次加氧时控制器控制驱动电机带动T型喷嘴旋转进行8秒左右稳定转速后在直线电机带动下上升到正常工作位置，
4、反应结束后，关断电源，打开第一卡箍1，移走高度调节架，再打开第二卡箍2后卸下T型喷嘴，取出细胞基体；
5、清洗干净反应槽和T型喷嘴消毒后再存放。
本发明的反应槽通常采用医用不锈钢或者玻璃材料的圆形开口容器，这里选择医用不锈钢材料，内部放置培养液及相应细胞生长基体。

Claims (7)

1.一种离心式自动掺氧的生物反应器，其特征在于：包括带有培养液(3)的反应槽(1)以及固定在反应槽(1)外的高度调节架(2)，在反应槽(1)内安装有与控制器(15)相连的氧浓度传感器(16)，在高度调节架(2)顶部反应槽(1)的中心吊装有升降机构，升降机构上安装有与控制器(15)相连的驱动电机(7)，驱动电机(7)的输出轴安装有T型喷嘴(5)，所述的T型喷嘴(5)的底部入口置于培养液(3)液面以下，所述的升降机构包括吊装在高度调节架(2)上的两条平行的滑轨(9)，在两条平行的滑轨(9)之间安装有与驱动电机(7)相连的滑道(8)，且在两滑轨(9)上均开设有上位孔(17)和下位孔(18)，在滑道上均安装有与上位孔(17)和下位孔(18)配套的定位销(13)。
2.根据权利要求1所述的离心式自动掺氧的生物反应器，其特征在于：所述的高度调节架(2)通过第一卡箍(4)固定在反应槽(1)外侧。
3.根据权利要求1所述的离心式自动掺氧的生物反应器，其特征在于：所述的T型喷嘴(5)通过第二卡箍(6)安装在驱动电机(7)的输出轴上。
4.根据权利要求1所述的离心式自动掺氧的生物反应器，其特征在于：所述的上位孔(17)距离培养液(3)液面的距离小于驱动电机上端与T型喷嘴(5)下端的距离，下位孔(18)距离培养液(3)液面的距离小于驱动电机上端与T型喷嘴(5)上端的距离。
5.根据权利要求1所述的离心式自动掺氧的生物反应器，其特征在于：所述的驱动电机(7)上端安装有升降手柄(11)，及与定位销(13)相连的提拉绳(10)，且在定位销(13)上套装有弹簧(12)。
6.根据权利要求1所述的离心式自动掺氧的生物反应器，其特征在于：所述的两条平行的滑轨(9)末端还设置有限位挡板(19)。
7.根据权利要求1所述的离心式自动掺氧的生物反应器，其特征在于：所述的升降机构包括吊装在高度调节架(2)上的与控制器(15)相连的伺服电机，所述的伺服电机上安装有驱动电机(7)。
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