CN209485752U - 一种生物反应过程在线循环取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于生物反应过程在线循环取样装置，其包括循环管路系统、留样管路系统、切换系统组成，其中，循环管路系统，包括伸入生物反应装置中的取样探头、液压动力源、管道，液压动力源驱动生物反应装置中液体通过取样探头进入管道中，留样管路系统，包括留样容器、气压动力源、管道，切换系统，为多通道切换系统，对形成循环管路系统的回流通路或者回流通路断开时连接的留样管路系统进行切换控制。本实用新型实现了生物反应过程的在线取样，该取样方法为无菌取样、取样量少、取样间隔时间长短可控。此外，形成的死体积少，大大减少了液样的浪费。

Description

一种生物反应过程在线循环取样装置

技术领域

本实用新型属于生物反应过程在线取样装置领域，特别涉及一种生物反应过程在线循环取样装置。

背景技术

生物反应过程是生物系统在生物反应装置中进行生化反应的过程。与化学反应相比，生物反应所需的条件比较温和、反应速率过程缓慢，过程机理复杂。

生物反应过程包括反应前准备阶段、反应过程监控和反应后处理三个阶段。在生物反应过程中，实施监控生物反应中的培养基、细胞/微生物的状态等，有利于了解生物代谢状态，为生物反应过程的优化提供了十分重要的参考依据。

目前，生物反应过程的监控方式主要有两种：一个是采用生物反应器，生物反应器可为生物系统中的生物反应提供了可控的环境条件，促使生物过程高效进行，生物反应器可实现温度、pH、溶氧等条件的在线检测；另一个是通过取样进行检测控制。由于生物反应器通常用于对生物反应条件的监控，而对于生化参数在线检测无法实时获取。但是在生物反应过程中，生物的生长代谢旺盛，短期内生物生化指标就会发生很大的改变，因此需要频繁地取样检测。

为了更多更好获得生物反应在线数据，为后续生物反应过程提供更多的改进依据，专利文献CN202246647U公开了设有连续或定时取样的在线检测装置的生物反应器，包括生物反应器、恒流泵、检测器、微机和电磁阀，实现了在连续或定时取样在线精确检测生物反应器中物料的瞬时浓度，被检测样品不会在管线中积累，精度较高，避免了控制的滞后，但是在检测管道中容易形成溶液积累，极易造成染菌，影响后续样品检测，甚至影响整个生物反应器的生物反应。专利文献CN105890923A公开了一种无菌微量在线取样装置及取样方法，其取样装置由无菌微量取样探头、可调速取样泵系统、管路清洗灭菌系统、定量取样环、无菌微量取样探头防堵反吹系统组成，按取样流程方法，实现发酵罐微量在线取样；该实用新型无菌取样，减少死体积，取样量微小，对发酵系统的影响极小，探头防堵反吹系统保障连续取样，管路清洗灭菌系统防染菌和液体残存。但是该专利无菌取样操作繁琐，无法实现在线循环取样，同时实现的造成的死体积较大，造成取样浪费。

发明内容

本实用新型为了克服上述问题，进行了深入研究。具体而言，本实用新型提供了一种生物反应过程在线循环取样装置。

本实用新型主要涉及以下部分：

一种生物反应过程在线循环取样装置，包括循环管路系统、留样管路系统、切换系统组成，其中，循环管路系统，包括伸入生物反应装置中的取样探头、液压动力源、管道，液压动力源驱动生物反应装置中液体通过取样探头进入管道中；留样管路系统，包括留样容器、气压动力源、管道；切换系统，为多通道切换系统，对形成循环管路系统的回流通路或者回流通路断开时连接的留样管路系统进行切换控制。

所述液压动力源为注射泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵，优选注射泵。

所述气压动力源为连接控制无菌空气进入所述取样装置管道的气压动力源，优选控制无菌空气进入所述取样装置管道的气泵。

所述多通道切换系统为多通道切换阀，所述多通道切换阀至少能够实现四个端口的切换控制。

所述多通道切换系统包括用于控制切换的自动控制单元。

所述液压动力源、气压动力源均包括用于控制进样的控制单元，所述控制单元分别调节液体、气体进入管道中的流速和流量。

所述在线循环取样装置还包括废液回收容器，其通过另一多通道切换系统与留样管路系统中的管道相连。

所述在线循环取样装置还包括显示界面，所述显示界面显示液体和/或气体进入管道中的流速和流量，及多通道切换系统的控制通路。

所述管道为硅胶管、有机塑料硬管中的一种或者多种，其内径为0.1-15毫米，进一步优选为0.2-15毫米，进一步优选为1-2毫米。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型的生物反应过程在线循环取样装置通过循环管路系统实现了循环培养，有效避免了染菌情况发生；通过留样管路系统简单结构，实现了在线自动取样，取样时间间隔小，同时减少了整个取样过程死体积，每次取样形成的液体死体积为0.01 – 2 mL（死体积指取样过程中所形成的无法继续培养或无法检测或无法留样等无利用价值而只能废弃的反应液体积），有效避免了样液浪费；通过气压动力源控制无菌空气，有效地将死体积液体排除，确保样液的实时性。

本实用新型装置，拆装方便，便于操作，可适用于实验室小型生物反应器到工业型生物发酵等多种场合；本实用新型自动取样，有效较少人工操作，在工业应用中可有效降低人工成本；本实用新型装置通过对管路和切换阀进行高温灭菌，可实现重复利用。

附图说明

图1 为实用新型生物反应过程在线循环取样装置一实施例的结构示意图。

图2 为实用新型一种生物反应过程在线循环取样装置另一实施例的结构示意图。

符号说明：

1.循环管理系统；2.留样管理系统；3.切换系统；4.取样探头；5.液压动力源；6.气压动力源；7.留样容器；8.另一多通道切换系统；9.废液回收容器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型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实用新型，并且能够将本实用新型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实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，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实用新型实施例的限定。

图1为本实用新型一个实施例的一种生物反应过程在线循环取样装置结构示意图。从图1中可以看出，一种生物反应过程在线循环取样装置，包括循环管路系统1、留样管路系统2、切换系统3组成，其中，循环管路系统1，包括伸入生物反应装置中的取样探头4、液压动力源5、管道，液压动力源5驱动生物反应装置中液体通过取样探头4进入管道中；留样管路系统2包括留样容器7、气压动力源6、管道；切换系统3为多通道切换系统，对形成循环管路系统的回流通路或者回流通路断开的同时连接留样管路系统进行切换控制。

本实用新型所述的液压动力源5为注射泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵，优选蠕动泵。所述的气压动力源6为连接控制无菌空气的气压动力源；所述气压动力源6优选气泵；所述气压动力源6可通过电磁阀控制自动控制开关。

本实用新型所述切换系统为多通道切换阀，其至少能够实现四个端口A、B、C、D的切换控制，进一步为四通道切换阀，四通道切换阀端口两两连接，有两种工作状态，一种是循环管路系统的控制即控制阀A、B之间接通与生物反应器形成回流通路；另一种是循环管路控制阀A、B之间断开，控制阀A、C之间接通，形成取样通路。

所述液压动力源、气压动力源均包括用于控制进样的控制单元，所述控制单元分别调节液体、气体进入管道中的流速和流量。所述多通道切换系统包括用于控制切换的自动控制单元。所述液压动力源、气压动力源、多通道切换系统的控制单元包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，可以根据进样需求对控制单元进行编程设计。为了更方便人性化控制操作，所述循环取样装置还包括显示界面，所述显示界面显示液体和/或气体进入管道中的流速和流量，及多通道切换系统的控制通路，为方便操作，显示屏为可触摸显示屏，所述显示界面上有显示操作按钮以实现对控制单元的控制。

本实用新型所述的管路为硅胶管、有机塑料硬管中的一种或者多种。

图2为本实用新型另一实施例的一种生物反应过程在线循环取样装置结构示意图。在图1循环取样装置的基础上，在留样管路系统中，设有另一多通道切换系统，进一步为三通切换阀，其设置有切换端E、F、G端，其分别对应连接循环管路系统中液体进入管道、与留样容器连接的管道、与废液回收容器连接的管道，工作时三通切换阀或通过E、F端连接，或通过E、G端连接。设置另一多通道切换系统一方面可以取样，另一方面有利于管道C-E段的进一步清洁。

本实用新型所述的多通道切换系统进一步为多通道切换阀，优选四通道切换阀，所述另一多通道切换系统进一步为三通道切换阀，均包括用于调控切换的自动控制单元，液压动力源、气压动力源都通过控制单元进行控制，连接到显示界面上。所述控制单元包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。所述显示界面对液体和/或气体进入管道中的流速和流量，及多通道切换系统的控制通路状态进行显示。

本实用新型所述的生物反应过程在线循环取样装置中的管道内径为0.1-15毫米，进一步优选为0.2-15毫米，进一步优选为1-2毫米。所述在线循环取样装置通过液压动力源的流速和时间，每次取样量为0.5-50 毫升，进一步优选为1-20毫升，进一步优选为5-15毫升。所述在线循环取样装置每次取样时间为30秒-1分钟，可连续多次取样，两次取样间隔时间为5分钟-0.5天，进一步优选为1-2小时。所述在线循环取样装置每次取样形成的液体死体积为0.02 – 2 mL。

一种利用生物反应过程在线循环取样装置使用时，第一步，启动液压动力源，在其动力控制下，取样探头取生物反应装置中的液体，通过多通道切换系统回流至生物反应装置中；

第二步，在线取样时，首先，多通道切换系统切换，断开回流通路同时连通取样通路，让液体进入留样容器中；再切换多通道切换系统，断开取样通路，形成回流通路，同时启动气压动力源，控制无菌空气将管道中液体吹入留样容器中；

第三步，取样完成后，在多通道切换系统控制下，继续液样回流，气压动力源与管道、废液回收容器连通，对管道进行清洁干燥；

第四步，重复第一、二、三步，进入下一个取样循环。

其中第二步骤中，同时启动气压动力源，控制无菌空气将管道中液体吹入留样容器中，大大减少了液体的死体积，形成的死体积甚至可忽略不计。

根据本实用新型的使用，可自动取样，减少了人工操作，有效降低人工成本；通过循环回路，死体积小，减少了液样的浪费。此外，本实用新型在使用前对管路和切换阀进行高温灭菌处理，取样过程中无需灭菌操作，实现无菌取样。

本实用新型的利用生物反应过程在线循环取样装置可以生物反应过程领域制造并使用。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (14)

1.一种生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，包括循环管路系统、留样管路系统、切换系统组成，其中，

循环管路系统，包括伸入生物反应装置中的取样探头、液压动力源、管道，液压动力源驱动生物反应装置中液体通过取样探头进入管道中，

留样管路系统，包括留样容器、气压动力源、管道，

切换系统，为多通道切换系统，对形成循环管路系统的回流通路或者回流通路断开时连接的留样管路系统进行切换控制。

2.根据权利要求1所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述液压动力源为注射泵、蠕动泵、隔膜泵和/或柱塞泵。

3.根据权利要求2所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述液压动力源为注射泵。

4.根据权利要求1所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述气压动力源为连接控制无菌空气进入所述取样装置管道的气压动力源。

5.根据权利要求4所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述气压动力源为连接控制无菌空气进入所述取样装置管道的气泵。

6.根据权利要求1所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述多通道切换系统为多通道切换阀，所述多通道切换阀至少能够实现四个端口的切换控制。

7.根据权利要求1或6中所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述多通道切换系统包括用于控制切换的自动控制单元。

8.根据权利要求1中所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述液压动力源、气压动力源均包括用于控制进样的控制单元，所述控制单元分别调节液体、气体进入管道中的流速和流量。

9.根据权利要求1所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述在线循环取样装置还包括废液回收容器，其通过另一多通道切换系统与留样管路系统中的管道相连。

10.根据权利要求1所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，还包括显示界面，所述显示界面显示液体和/或气体进入管道中的流速和流量，及多通道切换系统的控制通路。

11.根据权利要求1所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述循环管路系统中的管道和留样管路系统中的管道为硅胶管、有机塑料硬管中的一种或者多种。

12.根据权利要求1所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述循环管路系统中的管道和留样管路系统中的管道内径为0.1-15毫米。

13.根据权利要求12所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述循环管路系统中的管道和留样管路系统中的管道内径为0.2-15毫米。

14.根据权利要求13所述的生物反应过程在线循环取样装置，其特征在于，所述循环管路系统中的管道和留样管路系统中的管道内径为1-2毫米。