CN111289447A - 一种在线检测菌浓度装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在线检测菌浓度装置，包括液压动力源、气压动力源、定量液体动力源、光纤光谱仪、液体收集瓶、溶剂瓶、液体混合芯片、稀释池、电磁控制阀、多通道切换阀及相互连接的管路。本发明操作简单，能够快速取样检测菌浓度，检测准确度和精度高、检测结果稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测菌浓度装置，特别涉及一种在线检测菌浓度装置。
背景技术
菌株发酵过程中，进行菌浓度检测，常常通过人工取样，人工稀释后使用分光光度计进行检测，这种检测方法，检测周期长、人为因素影响大，操作步骤繁琐，不能实时检测。随着技术发展，在发酵罐中安装密度电极或者在线活细胞电极等进行菌浓度实时检测，然而密度电极检测方法，光程、无法稀释，所以检测的精度和检测范围很有限，在线活细胞电极检测方法因电极成本高，普及受到限制，同时由于电容变化非常微小，所以对电容检测的高精度依赖度很高，作为电极长时间随发酵罐高温高压灭菌后其检测精度易受影响。此外，生物发酵由于出现参数检测不准确，需要样品事后检测复查。因此，需要一种在线检测菌浓度装置，通过简单的操作，实现快速取样留样，及菌浓度快速准确的检测。
发明内容
为了克服现有技术对菌浓度检测的精度和检测范围局限性，本发明提供了一种在线检测菌浓度装置，能够实现在线取样，并通过一次稀释和二次稀释进行菌浓度快速准确检测。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
1. 一种在线检测菌浓度装置，由液压动力源、气压动力源、定量液体动力源、光纤光谱仪、液体收集瓶、溶剂瓶、液体混合芯片、稀释池、电磁控制阀、多通道切换阀及相互连接的管路组成；其中，
液压动力源、多通道切换阀，通过管道相连并与发酵罐相连接；
发酵罐中菌液在液压动力源的驱动下，可形成发酵罐--液压动力源--多通道切换阀--发酵罐回流通路，也可在多通道切换阀切换下，或进入液体收集瓶中实现菌液在线留样，或进入定量液体动力源的容器中在光纤光谱仪的作用下进行菌浓度第一次检测；
定量液体动力源可驱动菌液经过液体混合芯片进入稀释池，另一定量液体动力源驱动溶剂瓶中的溶剂经过液体混合芯片进入稀释池；
电磁控制阀，作用于稀释池与收集瓶连接的管道上，用于控制稀释池中的液体进入收集瓶。
2. 根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述定量液压动力源上设有透明材质的液体存放腔室，所述光纤光谱仪的光纤探头设在腔室外，紧贴腔室壁面。
3. 根据权利要求1中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述液体混合芯片材料包括PDMS、PC、PMMA、玻璃和/或硅。
4. 根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述液压动力源和定量液压动力源均包括用于控制进样的控制单元，所述控制单元调节液体进入稀释池中的时间、流速与流量从而控制液体的进样量，所述液压动力源优选蠕动泵，定量液压动力源优选注射泵。
5. 根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述气压动力源包括用于控制气体进气的控制单元，所述气压动力源控制单元用于控制进气时间、流速和进气量看，进一步气压动力源为气泵。
6. 根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述多通道切换阀包括用于控制管道通路接口切换的控制单元。
7. 根据权利要求1-6中任一项的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述光纤光谱仪包括检测控制单元，所述检测控制单元用于控制对液体在线浓度的检测。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述自动进样的稀释装置还包括控制系统和显示界面，所述控制系统包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，用于控制定量液压动力源的控制单元、气压动力源的控制单元、多通道切换阀的控制单元、液体浓度指标检测装置检测控制单元；所述显示界面显示液体和/或气体的流速、进样量，液体浓度指标及其稀释倍数。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述装置可将菌液稀释1-100倍；优选10-50倍；进一步优选10-20倍。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述装置通过控制系统实现自动检测，单次菌浓度检测时间为1-5分钟；优选2-3分钟。
本发明通过采用先在线取样然后进行菌浓度检测的方式，克服了在发酵罐中通过电极进行菌浓度检测不可控因素，如高温高压灭菌后对电极测量精度带来的影响，菌浓度过高造成检测精确下降；通过二次不同浓度菌液检测，有效提高了检测的准确度和精确，此外还能在线取样留样，一旦检测出现问题，可进行复查；通过在线自动控制，大大减少了人工繁琐操作，成本低廉。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图。
符号说明：
1液压动力源；2、4、6、10多通道切换阀；3气压动力源；5、12定量液体动力源；7、8液体收集瓶；9液体混合芯片；11溶剂瓶；13稀释池；14电磁控制阀；15液体收集瓶；16光纤光谱仪。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
一种在线检测菌浓度装置，由液压动力源、气压动力源、定量液体动力源、光纤光谱仪、液体收集瓶、溶剂瓶、液体混合芯片、稀释池、电磁控制阀、多通道切换阀及相互连接的管路组成；其中，液压动力源、多通道切换阀，通过管道相连并与发酵罐形成闭合通路，发酵罐中的菌液在液压动力源的驱动下可循环流动；发酵罐中菌液在液压动力源的驱动下，通过多通道切换阀管路切换，或进入液体收集瓶中实现菌液在线留样，或进入定量液体动力源的容器中在光纤光谱仪的作用下进行菌浓度第一次检测；定量液体动力源可驱动菌液经过液体混合芯片进入稀释池，另一定量液体动力源驱动溶剂瓶中的溶剂经过液体混合芯片进入稀释池；电磁控制阀，作用于稀释池与收集瓶连接的管道上，用于控制稀释池中的液体进入收集瓶。
图1给出了本发明一个实施例的一种在线检测菌浓度装置的结构示意图。从图1可以看出，一种在线检测菌浓度装置由液压动力源1，气压动力源3，定量液体动力源5与12，光纤光谱仪16，液体收集瓶7与8，溶剂瓶11，液体混合芯片9，稀释池13，电磁控制阀14、多通道切换阀2、4、6、10，及相互连接的管路组成。
液压动力源1、多通道切换阀2，通过管道与发酵罐相连。
多通道切换阀2进一步为四通道切换阀2，其C1端通过管道连接多通道切换阀4 A2端，其D1端通过管道连接气压动力源3。
多通道切换阀4，其B2端通过管道连接定量液体动力源5，定量液压动力源5上设有透明材质的液体存放腔室，所述光纤光谱仪16的光纤探头设在腔室外，紧贴腔室壁面，对液体存放腔室中的菌液进行菌浓度检测；其C2端通过多通道切换阀6和管道与液体收集瓶7、8相连；其D端与液体混合芯片9相连，再通过管道与稀释池13。收集瓶7、8一个用于收集发酵罐中直接流出的菌液，一个用于收集管道和定量液体动力源中的废液。
多通道切换阀10，其A3端通过管道连接溶剂瓶11，其B3端通过管道连接定量液体动力源12。两端也可以反过来连接即A3端连接定量液体动力源12，B3端连溶剂瓶11；其C3端通过管道与芯片相连，通过芯片与管道与稀释池13连通。
稀释池13通过管道与液体收集瓶15相连，液体收集瓶15用来收集稀释液和废液。
电磁控制阀14，作用于稀释池13与液体收集瓶15连接的管道上，用于控制稀释池中的液体进入收集瓶。
一种在线检测菌浓度装置工作前，在多通道切换阀10的A3和B3连通，定量液体动力源12抽吸溶剂瓶11中的溶剂。
一种在线检测菌浓度装置，工作时：
状态1：取样检测前。发酵罐中菌液在液压动力源的驱动下，形成闭合通路“发酵罐—液压动力源—多通道切换阀A1-B1—发酵罐”，发酵罐中的菌液在液压动力源1的驱动下可循环流动，取样和检测通路断开。
状态2：取样。多通道切换阀2切换A1-B1通路断开，A1-C1连通，发酵罐中的菌液通过A2-C2通路进入液体收集瓶7或8，气压动力源3驱动无菌空气进入管道推进管道中的液体全部进入液体收集瓶7或8中。
状态3：取样与菌浓度第一次检测。多通道切换阀2切换A1-B1通路断开，A1-C1连通，发酵罐中的菌液通过A2-B2通路进入定量液体动力源5中，然后气压动力源3驱动无菌空气进入管道推进管道中的液体全部进入定量液体动力源5中。在光纤光谱仪16的作用下进行菌浓度第一次检测。
状态4：菌液稀释。第一次检测后，根据设定菌浓度测定范围确定稀释倍数，定量液压动力源5定量驱动菌液通过液体混合芯片9进入稀释池13中，同时定量液体动力源12定量驱动溶剂通过液体混合芯片9进入稀释池13中。定量液压动力源5和定量液体动力源12驱动液体进程相同，菌液和溶剂在液体混合芯片9的交汇处充分混匀，同时进入稀释池中，同时气压动力源3驱动无菌空气进入管道推进管道中的液体全部进入稀释池13中，完成菌液稀释。
状态5：定量液压动力源5排液与稀释液润洗。将定量液压动力源5排入液体收集瓶7或8中的盛装的废液瓶中。接着定量液体动力源5反抽稀释池13中的稀释液入透明材质的液体存放腔室中进行润洗，重复3-4次，废液排入液体收集瓶7或8中的盛装的废液瓶中。
状态6：稀释菌液第二次菌浓度检测。定量液体动力源5反抽稀释池13中的稀释液入透明材质的液体存放腔室中，在光纤光谱仪16的作用下进行菌浓度第二次检测，并根据稀释倍数得出发酵罐中菌液浓度。
状态7：清洁。利用定量液体动力源5、12将其中的液体排入管道，然后在气压动力源3驱动的无菌空气作用下，液体通过稀释池进入液体收集瓶15中。
进一步，液体混合芯片材料包括PDMS、PC、PMMA、玻璃和/或硅。
为了方便自动操作，液压动力源1，定量液压动力源5与12，气压动力源3，光纤光谱仪16，多通道切换阀2、4、6、10，电磁控制阀14各设置控制单元。
液压动力源和定量液压动力源均包括用于控制进样的控制单元，所述控制单元调节液体进入稀释池中的时间、流速与流量从而控制液体的进样量，液压动力源优选蠕动泵，定量液压动力源优选注射泵。
气压动力源包括用于控制气体进气的控制单元，所述气压动力源控制单元用于控制进气时间、流速和进气量看，进一步气压动力源优选气泵。
多通道切换阀包括用于控制管道通路接口切换的控制单元。
所述光纤光谱仪包括检测控制单元，所述检测控制单元用于控制液体在线浓度的检测。
进一步为了方便自动操作，本发明一种在线检测菌浓度装置，还包括控制系统和显示界面，所述控制系统包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，用于控制定量液压动力源的控制单元、气压动力源的控制单元、多通道切换阀的控制单元、液体浓度指标检测装置检测控制单元；所述显示界面显示液体和/或气体的流速、进样量，液体浓度指标及其稀释倍数。
本发明一种在线检测菌浓度装置，可将菌液稀释1-100倍；进一步优选10-50倍；进一步优选10-20倍。
本发明一种在线检测菌浓度装置，所述装置通过控制系统进行在线自动控制，单次菌浓度检测时间为1-5分钟；优选2-3分钟。
在发酵罐发酵过程中，一种在线检测菌浓度装置可重复循环检测和重复利用。
利用本发明一种在线检测菌浓度装置进行二次稀释实验：大肠杆菌离心菌液OD测试稀释实验，其方法如下：
将300mL菌悬液4000r/min离心8min，用生理盐水稀释至100mL作为母液，将母液置于磁力搅拌器上，用本发明装置进行稀释，采用二次稀释法进行稀释，最终将菌悬液分别稀释10倍、20倍、30倍、40倍、50倍，取出稀释后的液体，摇匀后用分光光度计测OD600值，再用移液枪手动稀释测OD600，比较各稀释倍数的变异系数。
本发明与手动稀释各稀释倍数测得大肠杆菌离心菌液OD600数据
由上表可知，本发明装置在进行稀释检测OD时，稀释10倍、20倍、30倍、40倍、50倍的标准差分别为0.007、0.003、0.005、0.002、0.003，变异系数分别为0.9%、0.7%、2%、1.1%、1.4%。
本发明通过采用先在线取样然后进行菌浓度检测的方式，克服了在发酵罐中通过电极进行菌浓度检测不可控因素，如高温高压灭菌后对电极测量精度带来的影响，菌浓度过高造成检测精确下降；通过二次不同浓度菌液检测，有效提高了检测的准确度和精确，此外还能在线取样留样，一旦检测出现问题，可进一步进行复查；通过在线控制，大大减少了人工繁琐操作，成本低廉。
本申请接受各种修改和可替换的形式，具体的实施方式已经在附图中借助于实施例来显示并且已经在本申请详细描述。但是，本申请不意在受限于公开的特定形式。相反，本申请意在包括本申请范围内的所有修改形式、等价物、和可替换物，本申请的范围由所附权利要求及其法律等效物限定。
Claims (10)
1.一种在线检测菌浓度装置，由液压动力源、气压动力源、定量液体动力源、光纤光谱仪、液体收集瓶、溶剂瓶、液体混合芯片、稀释池、电磁控制阀、多通道切换阀及相互连接的管路组成；其中，
液压动力源、多通道切换阀，通过管道相连并与发酵罐相连接；
发酵罐中菌液在液压动力源的驱动下，可形成发酵罐--液压动力源--多通道切换阀--发酵罐回流通路，也可在多通道切换阀切换下，或进入液体收集瓶中实现菌液在线留样，或进入定量液体动力源的容器中在光纤光谱仪的作用下进行菌浓度第一次检测；
定量液体动力源可驱动菌液经过液体混合芯片进入稀释池，另一定量液体动力源驱动溶剂瓶中的溶剂经过液体混合芯片进入稀释池；
电磁控制阀，作用于稀释池与收集瓶连接的管道上，用于控制稀释池中的液体进入收集瓶。
2.根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述定量液压动力源上设有透明材质的液体存放腔室，所述光纤光谱仪的光纤探头设在腔室外，紧贴腔室壁面。
3.根据权利要求1中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述液体混合芯片材料包括PDMS、PC、PMMA、玻璃和/或硅。
4.根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述液压动力源和定量液压动力源均包括用于控制进样的控制单元，所述控制单元调节液体进入稀释池中的时间、流速与流量从而控制液体的进样量，所述液压动力源优选蠕动泵，定量液压动力源优选注射泵。
5.根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述气压动力源包括用于控制气体进气的控制单元，所述气压动力源控制单元用于控制进气时间、流速和进气量看，进一步气压动力源为气泵。
6.根据权利要求1所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述多通道切换阀包括用于控制管道通路接口切换的控制单元。
7.根据权利要求1-6中任一项的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述光纤光谱仪包括检测控制单元，所述检测控制单元用于控制对液体在线浓度的检测。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述自动进样的稀释装置还包括控制系统和显示界面，所述控制系统包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，用于控制定量液压动力源的控制单元、气压动力源的控制单元、多通道切换阀的控制单元、液体浓度指标检测装置检测控制单元；所述显示界面显示液体和/或气体的流速、进样量，液体浓度指标及其稀释倍数。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述装置可将菌液稀释1-100倍；优选10-50倍；进一步优选10-20倍。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种在线检测菌浓度装置，其特征在于，所述装置通过控制系统实现自动检测，单次菌浓度检测时间为1-5分钟，优选2-3分钟。
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