RU2099413C1 - Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms - Google Patents

Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms Download PDF

Info

Publication number
RU2099413C1
RU2099413C1 SU925043856A SU5043856A RU2099413C1 RU 2099413 C1 RU2099413 C1 RU 2099413C1 SU 925043856 A SU925043856 A SU 925043856A SU 5043856 A SU5043856 A SU 5043856A RU 2099413 C1 RU2099413 C1 RU 2099413C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
annular
annular partition
cell suspension
container
aeration
Prior art date
Application number
SU925043856A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Кислых
А.П. Репков
Ю.А. Рамазанов
И.Д. Воробьев
Original Assignee
Научно-производственная фирма "БИОК"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственная фирма "БИОК" filed Critical Научно-производственная фирма "БИОК"
Priority to SU925043856A priority Critical patent/RU2099413C1/en
Priority to PCT/RU1992/000143 priority patent/WO1993021301A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2099413C1 publication Critical patent/RU2099413C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/22—Perforated plates, discs or walls

Abstract

FIELD: biotechnology and microbiological industry. SUBSTANCE: apparatus has cylindrical vessel with cover and branch pipes for supply of aerating gas and withdrawal of gaseous medium, and device for aeration and agitation of medium including horizontal paddle wheel secured to vertical hollow shaft and located in upper part of vessel directly under cover. Device for aeration and agitation has annular partition installed in vessel coaxial to paddle wheel to form gap between vessel cylindrical wall and annular partition, and mechanism for regulation of position of annular partition relative to the surface of cell suspension. EFFECT: improved design. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и касается аппаратов для культивирования клеток тканей или микроорганизмов в суспензиях. The invention relates to the field of biotechnology and relates to apparatus for culturing tissue cells or microorganisms in suspensions.

Известен аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов (авт. св. СССР N 1331888, кл. C 12 M 1/04, опубл. 1987), включающий закрытую емкость, к днищу которой присоединены патрубки для подачи аэрирующего газа. Одна группа патрубков расположена тангенциально, а другая параллельно цилиндрической стенке емкости. В процессе культивирования аэрирующий газ вовлекается сразу в вихревое движение с одновременной циркуляцией в виде восходящих и нисходящих потоков вдоль оси аппарата. A known apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms (ed. St. USSR N 1331888, class C 12 M 1/04, publ. 1987), including a closed container, to the bottom of which are connected nozzles for supplying aerating gas. One group of nozzles is located tangentially, and the other parallel to the cylindrical wall of the tank. In the process of cultivation, the aeration gas is immediately involved in the vortex motion with simultaneous circulation in the form of ascending and descending flows along the axis of the apparatus.

Однако такой аппарат невозможно использовать для культивирования легко травмируемых клеток тканей животных и человека, так как в процессе культивирования в суспензии образуется множество пузырьков газа, при разрушении которых будет гибнуть значительное количество клеток. Аэрация продувкой газа вызывает пенообразование, которое также приведет к гибели части клеток. Для гашения пены потребуется введение дорогостоящих нетоксичных химических пеногасителей в питательную среду, в результате чего усложнится технологический процесс культивирования, а использование пеногасителя приведет к ухудшению качества культурной среды. However, such an apparatus cannot be used for the cultivation of easily injured cells of animal and human tissues, since in the process of cultivation in suspension many gas bubbles are formed, upon destruction of which a significant number of cells will die. Aeration by blowing gas causes foaming, which will also lead to the death of some cells. To extinguish the foam, the introduction of expensive non-toxic chemical defoamers into the nutrient medium will be required, as a result of which the cultivation process will be complicated, and the use of antifoam will lead to a deterioration in the quality of the culture medium.

Известен также аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов (пат. США N 4259449, кл. C 12 N 5/02, опубл. 1981), содержащий цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для перемешивания суспензии клеток, в качестве которого использована решетка, расположенная в нижней части емкости. Через решетку в емкость подается воздух для создания гидростатического давления, обеспечивающего предотвращение оседания клеток из суспензии. Also known apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms (US Pat. US N 4259449, class C 12 N 5/02, publ. 1981), containing a cylindrical container with a lid and nozzles for supplying aerating gas and venting a gaseous medium and a device for mixing cell suspension, which is used as a lattice located in the lower part of the tank. Air is supplied through the grate to the container to create hydrostatic pressure, which prevents the cells from settling from the suspension.

Однако данный аппарат имеет низкую производительность процесса культивирования клеток вследствие ухудшения массообменных характеристик, которые в свою очередь ухудшаются из-за снижения интенсивности подачи аэрирующего газа во избежание травмирования клеток. При этом полностью травмирование клеток не исключается, и имеет место интенсивное пенообразование. However, this apparatus has a low productivity of the cell cultivation process due to the deterioration of mass transfer characteristics, which in turn are deteriorated due to a decrease in the intensity of the aerating gas supply in order to avoid injury to the cells. In this case, cell trauma is not completely ruled out, and intense foaming takes place.

Наиболее близким техническим решением является аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов (Заявка РСТ N 92/05245, кл. C 12 M 1/04, опубликована 02.04.92), содержащий цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками для подвода и отвода газа и устройство для аэрации и перемешивания среды. Устройство для аэрации и перемешивания содержит горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном приводном валу, размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, и расположенную под ним кольцевую пластину с центральным отверстием для отвода газа, прикрепленную по периферии к стенке емкости с образованием кольцевой полости вокруг колеса для подвода и отвода газа. В кольцевой перегородке выполнены щелевые отверстия для прохода газа, расположенные равномерно по окружности под наклоном к горизонтальной плоскости. Патрубок для подвода газа установлен в крышке соосно лопастному колесу, а патрубок для отвода газа подключен к указанной кольцевой полости и размещен на краю крышки. The closest technical solution is an apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms (PCT Application N 92/05245, class C 12 M 1/04, published 04/02/92), containing a cylindrical container with a lid and nozzles for supplying and discharging gas and device for aeration and mixing of the medium. The aeration and mixing device comprises a horizontal impeller mounted on a vertical drive shaft, located in the upper part of the container directly under the cover, and an annular plate located underneath with a central gas outlet, peripherally attached to the container wall to form an annular cavity around the wheel for supply and removal of gas. Slit openings for gas passage are made in the annular partition, arranged uniformly around the circumference at an angle to the horizontal plane. A gas supply pipe is installed in the lid coaxially to the impeller, and a gas pipe is connected to the specified annular cavity and is located on the edge of the cover.

Недостатком прототипа является то, что формирование осесимметричного вихревого движения жидкости (потенциальный вихрь с осевым противотоком) в таком аппарате достигается при высоких скоростях движения газа (свыше 15 18 м/с ) над поверхностью этой жидкости, т.е. связано с большими энергозатратами. При этом происходит захват капель жидкости с поверхности суспензии клеток с последующим выбросом их на стенку емкости. Клетки в каплях жидкости травмируются от удара о стенку аппарата, т.е. имеет место массовая гибель клеток. При снижении скорости движения газа (6 8 м/с) над поверхностью суспензии клеток наблюдается неустойчивое течение жидкости, т.е. периодическая смена режима осесимметричного вихревого движения жидкости на режим автоколебания жидкости, при котором возникает бегущая вдоль стенки емкости волна. Поверхность жидкости искривляется и представляет собой асимметричный параболоид вращения. Вся жидкость в аппарате колеблется как единое целое, раскачивая весь аппарат, что неблагоприятно сказывается на процессе культивирования клеток. Кроме того, конструкция аппарата-прототипа позволяет культивировать клетки при высоте заполнения емкости, равной или менее одного диаметра этой емкости. Если высота заполнения емкости суспензией клеток более одного диаметра этой емкости, то у дна ее образуется застойная зона. При культивировании клетки неизбежно оседают в эту зону и гибнут от недостатка кислорода. The disadvantage of the prototype is that the formation of axisymmetric vortex fluid motion (a potential vortex with an axial countercurrent) in such an apparatus is achieved at high gas velocities (over 15 18 m / s) above the surface of this fluid, i.e. associated with high energy consumption. In this case, liquid droplets are captured from the surface of the cell suspension, followed by their ejection onto the container wall. Cells in liquid droplets are injured from hitting the apparatus wall, i.e. there is massive cell death. When the gas velocity decreases (6-8 m / s) above the surface of the cell suspension, an unstable fluid flow is observed, i.e. periodic change of the axisymmetric vortex motion of the liquid to the regime of self-oscillation of the liquid, in which there is a wave running along the wall of the tank. The surface of the liquid is curved and is an asymmetric paraboloid of revolution. All liquid in the apparatus oscillates as a whole, swinging the entire apparatus, which adversely affects the process of cell cultivation. In addition, the design of the apparatus of the prototype allows you to cultivate cells at a filling height of the tank equal to or less than one diameter of the tank. If the height of filling the container with a suspension of cells is more than one diameter of this container, then a stagnant zone is formed at its bottom. During cultivation, cells inevitably settle in this zone and die from a lack of oxygen.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания аппарата для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов, который обеспечивал бы формирование осесимметричного вихревого движения жидкости (потенциальный вихрь с осевым противотоком в суспензии клеток) при низких скоростях движения газа (3 6 м/с) над поверхностью этой жидкости и высотой заполнения суспензии клеток более одного диаметра этой емкости, что в свою очередь позволит снизить энергозатраты что и повысить производительность процесса культивирования клеток за счет снижения их травмируемости. The basis of the present invention is the creation of an apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms, which would ensure the formation of axisymmetric vortex fluid motion (potential vortex with axial countercurrent flow in the cell suspension) at low gas velocities (3 6 m / s) above the surface of this fluid and the height of the suspension of cells more than one diameter of this capacity, which in turn will reduce energy costs and increase the productivity of the cultivated process ni cells by reducing their trauma.

Поставленная задача решается тем, что в аппарате для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов, содержащем цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания среды, включающее горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном полом валу и размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, согласно изобретению устройство для аэрации и перемешивания среды снабжено кольцевой перегородкой, установленной в емкости соосно лопастному колесу с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости и кольцевой перегородкой и механизмом регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности суспензии клеток. The problem is solved in that in the apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms containing a cylindrical container with a lid and nozzles, respectively, for supplying aerating gas and venting gaseous medium and a device for aeration and mixing of the medium, including a horizontal impeller mounted on a vertical hollow shaft and located in the upper part of the container directly under the lid, according to the invention, the device for aeration and mixing of the medium is provided with an annular overflow a neck mounted in the tank coaxially to the impeller with the formation of a gap between the cylindrical wall of the tank and the annular partition and the mechanism for regulating the position of the annular partition relative to the surface of the cell suspension.

В соответствии с одним из вариантов выполнения изобретения механизм регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности суспензии клеток выполнен в виде стоек, прикрепленных к крышке емкости и кольцевой перегородке посредством фиксаторов с возможностью изменения положения кольцевой перегородки относительно высоты емкости. In accordance with one embodiment of the invention, the mechanism for regulating the position of the annular septum relative to the surface of the cell suspension is made in the form of racks attached to the lid of the container and the annular partition by means of latches with the possibility of changing the position of the annular partition relative to the height of the container.

Механизм при таком конструктивном выполнении наиболее прост в изготовлении. The mechanism with such a structural embodiment is the easiest to manufacture.

В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения механизм регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности суспензии клеток выполнен в виде поплавков с направляющими лопастями, прикрепленными к верхней поверхности кольцевой перегородки. In accordance with another embodiment of the invention, the mechanism for regulating the position of the annular septum relative to the surface of the cell suspension is made in the form of floats with guide vanes attached to the upper surface of the annular septum.

Механизм при таком конструктивном выполнении позволяет автоматически поддерживать кольцевую перегородку в жидкости на определенной глубине независимо от высоты заполнения емкости суспензией клеток. Кроме того, плавающая кольцевая перегородка снижает или устраняет совсем трение между ее поверхностью и вращающимся потоком суспензии клеток, что снижает энергозатраты на аэрацию и перемешивание жидкой среды. The mechanism with this constructive implementation allows you to automatically maintain the annular septum in the liquid at a certain depth, regardless of the height of the filling of the container with a suspension of cells. In addition, the floating annular septum reduces or completely eliminates friction between its surface and the rotating flow of the cell suspension, which reduces the energy consumption for aeration and mixing of the liquid medium.

В предлагаемом аппарате нижняя поверхность кольцевой перегородки может быть выполнена с переменным радиусом кривизны, а верхняя ее поверхность - плоской, что также снижает энергозатраты на формирование осесимметричного вихревого движения суспензии клеток. In the proposed apparatus, the lower surface of the annular septum can be made with a variable radius of curvature, and its upper surface is flat, which also reduces the energy consumption for the formation of axisymmetric vortex motion of the cell suspension.

Причем кольцевая перегородка выполнена диаметром (D1), равным D1 (0,7 0,9)D0, а диаметр (D2) осевого отверстия этой перегородки выполнен равным D2 (0,1 0,3)D1, где D0 - внутренний диаметр цилиндрической емкости. При использовании в аппарате кольцевой перегородки с размерами D1 > 0,9D0 и D2 < 0,1D1, последняя настолько будет разделять объемы жидкости над и под перегородкой, что резко снизится интенсивность восходящего (по оси емкости) и нисходящего (по периферии емкости) потоков жидкости. При использовании в аппарате кольцевой перегородки с размерами D1 < 0,7D0 и D2 > 0,3D1 последняя не будет оказывать существенного гидродинамического влияния на вихревое движение жидкости, вследствие чего также снизится эффективность формирования вихревого движения жидкости.Moreover, the annular partition is made with a diameter (D 1 ) equal to D 1 (0.7 0.9) D 0 , and the diameter (D 2 ) of the axial hole of this partition is made equal to D 2 (0.1 0.3) D 1 , where D 0 - the inner diameter of the cylindrical container. When using an annular partition with sizes D 1 > 0.9D 0 and D 2 <0.1D 1 in the apparatus, the latter will separate the volumes of liquid above and below the partition so that the intensity of ascending (along the axis of the tank) and descending (along the periphery) decreases capacity) fluid flows. When using an annular partition with sizes D 1 <0.7D 0 and D 2 > 0.3D 1 in the apparatus, the latter will not have a significant hydrodynamic effect on the vortex movement of the liquid, which will also reduce the efficiency of the formation of the vortex movement of the liquid.

Кроме того, кольцевая перегородка должна быть погружена в суспензию клеток на глубину не менее 0,02(D1 D2). При погружении кольцевой перегородки в жидкость на меньшую глубину эффективность вихревого перемешивания жидкости снижается, а аэрация клеток прекращается совсем.In addition, the annular septum should be immersed in a suspension of cells to a depth of not less than 0.02 (D 1 D 2 ). When the annular septum is immersed in the liquid to a shallower depth, the vortex mixing efficiency of the liquid decreases, and the aeration of the cells ceases altogether.

Таким образом, предлагаемая конструкция аппарата для суспензионного культивирования клеток позволяет по сравнению с известными аппаратами снизить энергозатраты и повысить производительность процесса культивирования клеток за счет снижения их травмируемости. Thus, the proposed design of the apparatus for suspension cell cultivation allows, in comparison with known apparatuses, to reduce energy consumption and increase the productivity of the cell cultivation process by reducing their trauma.

На фиг. 1 приведена схема аппарата для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов с одним из вариантов выполнения механизма регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности жидкости. На фиг. 2 изображен аппарат с другим вариантом выполнения механизма регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности жидкости, на фиг.3 разрез А-А на фиг. 2. In FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms with one embodiment of a mechanism for regulating the position of the annular septum relative to the surface of the liquid. In FIG. 2 shows an apparatus with another embodiment of a mechanism for adjusting the position of the annular partition relative to the surface of the liquid; FIG. 3 is a section A-A in FIG. 2.

Аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов содержит цилиндрическую емкость 1 (фиг. 1 и 2) для суспензии клеток с крышкой 2 и патрубками 3 и 4 соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды, и устройство для аэрации и перемешивания среды. Патрубок 3 для подачи аэрирующего газа установлен над крышкой 2 соосно емкости 1, а патрубок 4 для отвода газа на краю крышки 2. Устройство для аэрации и перемешивания суспензии клеток содержит горизонтальное лопастное колесо 5, укрепленное на вертикальном полом валу 6 и размещенное в верхней части емкости 1 непосредственно под крышкой 2, кольцевую перегородку 7, установленную в емкости 1 соосно ей и колесу 5 с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости 1 и кольцевой перегородкой 7, и механизм регулирования положения кольцевой перегородки 7 относительно поверхности суспензии клеток. В соответствии с вариантом, показанным на фиг. 1, механизм для регулирования положения кольцевой перегородки 7 относительно поверхности суспензии клеток выполнен в виде стоек 8, прикрепленных к крышке 2 и кольцевой перегородке 7 посредством фиксаторов 9 с возможностью изменения положения перегородки 7 по высоте емкости 1. Фиксаторы 9 могут быть выполнены, например, в виде пары винт-гайка. В соответствии с вариантом, показанным на фиг.2, механизм для регулирования кольцевой перегородки 7 относительно поверхности суспензии клеток выполнен в виде поплавков 10 с направляющими лопастями 11, прикрепленными равномерно и радиально к верхней поверхности 12 кольцевой перегородки 7. The apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms contains a cylindrical container 1 (Fig. 1 and 2) for suspension of cells with a cap 2 and nozzles 3 and 4, respectively, for supplying aerating gas and venting a gaseous medium, and a device for aeration and mixing of the medium. A pipe 3 for supplying aerating gas is mounted above the cover 2 coaxially of the container 1, and a pipe 4 for venting gas at the edge of the cover 2. The device for aeration and mixing of the cell suspension contains a horizontal impeller 5 mounted on a vertical hollow shaft 6 and placed in the upper part of the container 1 directly under the cover 2, an annular partition 7 mounted in the tank 1 coaxially to it and the wheel 5 with the formation of a gap between the cylindrical wall of the tank 1 and the annular partition 7, and the mechanism for adjusting the position of the annular lane towns 7 relative to the surface of the cell suspension. In accordance with the embodiment shown in FIG. 1, the mechanism for adjusting the position of the annular septum 7 relative to the surface of the cell suspension is made in the form of uprights 8 attached to the lid 2 and the annular septum 7 by means of clamps 9 with the possibility of changing the position of the partition 7 along the height of the container 1. The latches 9 can be made, for example, in in the form of a screw-nut pair. In accordance with the embodiment shown in FIG. 2, the mechanism for regulating the annular septum 7 relative to the surface of the cell suspension is made in the form of floats 10 with guide vanes 11 attached uniformly and radially to the upper surface 12 of the annular septum 7.

Причем нижняя поверхность 13 кольцевой перегородки 7 может быть выполнена выпуклой с переменным радиусом кривизны, а верхняя ее поверхность 12 - плоской. Кроме того, кольцевая перегородка 7 выполнена диаметром (D1), равным D1 (0,7 0,9)D0, а диаметр (D2) осевого отверстия перегородки 7 выполнен равным D2 (0,1 0,3)D1, где D0 внутренний диаметр цилиндрической емкости 1. Перегородка 7 должна быть погружена в суспензию клеток на глубину (H) не менее Н ≥ 0,02(D1 D2). Для вращения лопастного колеса 5 использована магнитная муфта 13, одна из подвижных частей 14 которой смонтирована на полом валу 6 над крышкой 2, а другая часть 15 размещена на полой оси 16 посредством подшипников 17. Полая ось 16 расположена соосно валу 6 вокруг подвижной части 14 муфты 13. Часть 15 муфты 13 приводится во вращение, например, ременной передачей 18 от электродвигателя 19. В нижней части емкости 1 (на фиг. 1, 2) размещен патрубок 20 ввода культуральной среды и посевного материала. Этот же патрубок 20 служит для слива суспензии клеток после окончания процесса культивирования.Moreover, the lower surface 13 of the annular partition 7 can be made convex with a variable radius of curvature, and its upper surface 12 is flat. In addition, the annular partition 7 is made with a diameter (D 1 ) equal to D 1 (0.7 0.9) D 0 , and the diameter (D 2 ) of the axial hole of the partition 7 is made equal to D 2 (0.1 0.3) D 1 , where D 0 is the inner diameter of the cylindrical container 1. The partition 7 should be immersed in a cell suspension to a depth (H) of at least H ≥ 0.02 (D 1 D 2 ). To rotate the impeller 5, a magnetic coupling 13 is used, one of the moving parts 14 of which is mounted on the hollow shaft 6 above the cover 2, and the other part 15 is placed on the hollow axis 16 by means of bearings 17. The hollow axis 16 is aligned with the shaft 6 around the movable part 14 of the coupling 13. Part 15 of the clutch 13 is driven, for example, by a belt drive 18 from the electric motor 19. In the lower part of the tank 1 (in Fig. 1, 2) there is a pipe 20 for introducing the culture medium and seed. The same pipe 20 serves to drain the cell suspension after the end of the cultivation process.

Работа предлагаемого аппарата осуществляется следующим образом. Цилиндрическую емкость 1 с установленной кольцевой перегородкой 7 в стерильных условиях заполняют питательной средой так, чтобы над поверхностью среды в верхней части емкости оставалась полость для движения аэрирующего газа, а кольцевая перегородка 7 располагалась на глубине (Н) не менее: Н ≥ 0,02 (D1 D2) относительно поверхности питательной среды в соответствии с вариантами, показанными на фиг. 1 и 2. Например, для емкости диаметром D0 200 мм оптимальными являются следующие параметры: D1 160 мм, D2 32 мм, Н 10 мм. В соответствии с фиг. 2 плавучесть поплавков 10 подбирают такой, чтобы кольцевая перегородка 7 плавала в жидкой среде на глубине Н ≥ 0,02(D1 D2). Далее устанавливают для культивирования клеток требуемый температурный режим, вводят посевную дозу клеток и включают электродвигатель 19. В зависимости от требований технологии устанавливают необходимое число оборотов лопастного колеса 5. При вращении колеса 5 над поверхностью суспензии клеток создаются разряжение в приосевой зоне емкости и повышенное давление на периферии этой емкости. Под действием перепада давления между периферией и приосевой зоной газовой полости над поверхностью суспензии клеток формируется закрученный поток аэрирующего газа с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости и осевым противотоком в приосевой зоне, который генерирует в жидкости аналогичное турбулентное вращательное движение с интенсивным перемешиванием вдоль оси емкости. Причем за счет установки кольцевой перегородки 7 в жидкости повышаются интенсивность и направленность восходящего и нисходящего потока в суспензии клеток при низкой скорости (3 6 м/с) движения аэрирующего потока газа (т.е. повышается КПД газового вихря). В процессе культивирования клеток аэрирующий газ взаимодействует с суспензией клеток через ее свободную поверхность над кольцевой перегородкой 7, не смешиваясь с жидкостью. Поэтому в суспензии клеток нет пузырьков газа, что исключает травмирование клеток и образование пены. Низкая скорость движения газового вихря (3 6 м/с) не вызывает отрыв капель суспензии с ее поверхности, что дополнительно уменьшает травмирование клеток, а увеличение интенсивности движения восходящего и нисходящего потоков суспензии клеток позволяет осуществлять культивирование клеток без застойных зон при высоте заполнения емкости средой, равной или в несколько раз (2 3 paзa) более диаметра (D0) этой емкости. Причем второй вариант выполнения механизма регулирования положения кольцевой перегородки 7 относительно поверхности суспензии клеток, когда кольцевая перегородка 7 свободно плавает посредством поплавков 10, позволяет снизить трение между поверхностями 12 и 13 перегородки 7 за счет ее вращения под воздействием потока аэрирующего газа на лопатки 11 в ту же сторону и с той же угловой скоростью, что и суспензия клеток. Снижение трения между поверхностями 12 и l3 плавающей перегородки 7 обеспечивает возможность снижения скорости движения аэрирующего газа в 1,5 раза (по сравнению с первым вариантом) при той же интенсивности перемешивания суспензии клеток. За счет разряжения в приосевой зоне лопастного колеса 5 осуществляется подсос аэрирующего газа в емкость 1 через патрубок 3, а вследствие повышенного давления на периферии газовой полости над поверхностью суспензии вывод газообразной среды из емкости 1 через патрубок 4. При этом достигается поддержание оптимального соотношения компонентов аэрирующего газа для обеспечения нормальных условий культивирования клеток или микроорганизмов.The work of the proposed apparatus is as follows. In sterile conditions, a cylindrical container 1 with an installed annular partition 7 is filled with a nutrient medium so that a cavity for the movement of aerating gas remains above the surface of the medium, and the annular partition 7 is located at a depth of (N) not less than: N ≥ 0.02 ( D 1 D 2 ) relative to the surface of the culture medium in accordance with the options shown in FIG. 1 and 2. For example, for a container with a diameter of D 0 200 mm, the following parameters are optimal: D 1 160 mm, D 2 32 mm, H 10 mm. In accordance with FIG. 2, the buoyancy of the floats 10 is selected such that the annular partition 7 floats in a liquid medium at a depth of H ≥ 0.02 (D 1 D 2 ). Next, the required temperature regime is established for cell cultivation, the seed dose of cells is introduced and the electric motor 19 is turned on. Depending on the technology requirements, the required number of revolutions of the impeller 5 is set. When the wheel 5 is rotated above the surface of the cell suspension, a vacuum is created in the axial zone of the container and increased pressure on the periphery this capacity. Under the action of a pressure differential between the periphery and the paraxial zone of the gas cavity above the surface of the cell suspension, a swirling flow of aerating gas is formed with the velocity field of the potential vortex at the periphery of the container and axial counterflow in the paraxial zone, which generates a similar turbulent rotational motion in the liquid with intensive mixing along the axis of the container. Moreover, due to the installation of the annular partition 7 in the fluid, the intensity and direction of the upward and downward flow in the cell suspension increase at a low speed (3 6 m / s) of the aerated gas flow (i.e., the efficiency of the gas vortex increases). In the process of cell cultivation, the aeration gas interacts with the cell suspension through its free surface above the annular partition 7, without mixing with the liquid. Therefore, there are no gas bubbles in the cell suspension, which eliminates cell injury and foam formation. The low velocity of the gas vortex (3 6 m / s) does not cause the droplets of the suspension to peel off its surface, which further reduces cell injury, and the increase in the intensity of movement of the ascending and descending flows of the cell suspension allows the cultivation of cells without stagnant zones at a height of filling the tank with medium, equal to or several times (2 3 times) more than the diameter (D 0 ) of this tank. Moreover, the second embodiment of the mechanism for regulating the position of the annular septum 7 relative to the surface of the cell suspension, when the annular septum 7 floats freely by means of floats 10, allows to reduce friction between the surfaces 12 and 13 of the septum 7 due to its rotation under the influence of the flow of aerating gas on the blades 11 in the same side and at the same angular velocity as the cell suspension. The reduction of friction between the surfaces 12 and l3 of the floating partition 7 makes it possible to reduce the speed of movement of the aerating gas by 1.5 times (compared with the first option) with the same intensity of mixing of the cell suspension. Due to the discharge in the axial zone of the impeller 5, the aeration gas is sucked into the tank 1 through the pipe 3, and due to the increased pressure on the periphery of the gas cavity above the surface of the suspension, the gaseous medium is withdrawn from the tank 1 through the pipe 4. At the same time, the optimal ratio of the components of the aeration gas is maintained to ensure normal cultivation of cells or microorganisms.

Таким образом, конструктивные особенности предлагаемого аппарата с различными вариантами механизма регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности жидкой среды позволяют снизить энергозатраты на аэрацию и перемешивание суспензии клеток в 2 3 раза и снизить травмируемость этих клеток за счет уменьшения скорости движения аэрирующего газа, а значит, и скорости вращения вала электродвигателя. Thus, the design features of the proposed apparatus with various variants of the mechanism for regulating the position of the annular septum relative to the surface of the liquid medium can reduce the energy consumption for aeration and mixing of the cell suspension by 2 3 times and reduce the trauma of these cells by reducing the speed of the aerated gas, and hence the speed rotation of the motor shaft.

Предлагаемый аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов может широко использоваться в микробиологической, медицинской промышленности и сельскохозяйственном производстве. The proposed apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms can be widely used in the microbiological, medical industry and agricultural production.

Claims (5)

1. Аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов, содержащий цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания среды, включающее горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном полом валу и размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, отличающийся тем, что устройство для аэрации и перемешивания среды снабжено кольцевой перегородкой, установленной в емкости соосно лопастному колесу с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости и кольцевой перегородкой и механизмом регулирования положения кольцевой перегородки по высоте относительно поверхности суспензии клеток. 1. Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms containing a cylindrical container with a lid and nozzles, respectively, for supplying aerating gas and venting a gaseous medium and a device for aeration and mixing of the medium, including a horizontal impeller mounted on a vertical hollow shaft and placed in the upper part containers directly under the lid, characterized in that the device for aeration and mixing of the medium is equipped with an annular partition installed in the tank coaxial the impeller with a clearance between said cylindrical container wall and the annular wall of the annular partition and a mechanism for adjusting the position of height relative to the surface of the cell suspension. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что механизм для регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности суспензии клеток выполнен в виде стоек, прикрепленных к крышке емкости и кольцевой перегородке посредством фиксаторов с возможностью изменения положения кольцевой перегородки по высоте емкости. 2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the mechanism for regulating the position of the annular septum relative to the surface of the cell suspension is made in the form of racks attached to the lid of the container and the annular partition by means of latches with the possibility of changing the position of the annular partition along the height of the container. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что механизм для регулирования положения кольцевой перегородки относительно поверхности суспензии клеток выполнен в виде поплавков с направляющими лопастями, прикрепленными к верхней поверхности кольцевой перегородки. 3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the mechanism for regulating the position of the annular septum relative to the surface of the cell suspension is made in the form of floats with guide vanes attached to the upper surface of the annular septum. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что нижняя поверхность кольцевой перегородки выполнена выпуклой с переменным радиусом кривизны, а верхняя ее поверхность плоской. 4. The apparatus according to claim 1, characterized in that the lower surface of the annular partition is convex with a variable radius of curvature, and its upper surface is flat. 5. Аппарат по пп.1 и 4, отличающийся тем, что кольцевая перегородка выполнена диаметром D1, равным 0,7 0,9 от D0 внутреннего диаметра цилиндрической емкости, а диаметр D2 осевого отверстия кольцевой перегородки выполнен равным 0,1 0,3 от D1 диаметра кольцевой перегородки.5. The apparatus according to claims 1 and 4, characterized in that the annular partition is made with a diameter D 1 equal to 0.7 0.9 from D 0 of the inner diameter of the cylindrical container, and the diameter D 2 of the axial hole of the annular partition is made equal to 0.1 0 , 3 from D 1 of the diameter of the annular partition.
SU925043856A 1992-04-15 1992-04-15 Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms RU2099413C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925043856A RU2099413C1 (en) 1992-04-15 1992-04-15 Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms
PCT/RU1992/000143 WO1993021301A1 (en) 1992-04-15 1992-07-24 Apparatus for suspension cultivating cells of tissues and microorganisms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925043856A RU2099413C1 (en) 1992-04-15 1992-04-15 Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2099413C1 true RU2099413C1 (en) 1997-12-20

Family

ID=21605079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU925043856A RU2099413C1 (en) 1992-04-15 1992-04-15 Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2099413C1 (en)
WO (1) WO1993021301A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000017314A1 (en) * 1998-09-22 2000-03-30 Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'sayany' Apparatus for the suspension of cultured cells from tissues and micro-organisms
WO2013025116A1 (en) 2011-08-15 2013-02-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Vortex bioreactor
RU2610674C1 (en) * 2016-02-29 2017-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Красноярский государственный аграрный университет" Bioreactor for biochemical processes
RU2700512C2 (en) * 2014-12-03 2019-09-17 Зондерхофф Инджиниринг Гмбх Device and method of liquid loading with gas
RU2763318C1 (en) * 2021-01-12 2021-12-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Laboratory multi-platform gas vortex bioreactor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1190486C (en) * 2000-05-18 2005-02-23 周镭 Thallus culturing equipment and method and thallus culturing system with the equipment

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH485847A (en) * 1967-12-21 1970-02-15 Mueller Hans Dr Ing9 Fermentation facility
FR1601396A (en) * 1968-12-27 1970-08-17
SU1306944A1 (en) * 1985-07-03 1987-04-30 Предприятие П/Я Р-6729 Apparatus for cultivating cells
SU1708829A1 (en) * 1988-12-01 1992-01-30 Предприятие П/Я В-2262 Gas-lift bubbling apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1331888, кл. C 12 M 1/04, 1987. 2. Патент США N 4259449, кл. C 12 N 5/02, 1981. 3. Заявка РСТ N 92/05245, кл. C 12 M 1/04, 1992. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000017314A1 (en) * 1998-09-22 2000-03-30 Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'sayany' Apparatus for the suspension of cultured cells from tissues and micro-organisms
US6632657B1 (en) 1998-09-22 2003-10-14 Biozex Technologies Corp Apparatus for cultivating tissue cells and microorganisms in suspension
WO2013025116A1 (en) 2011-08-15 2013-02-21 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Vortex bioreactor
RU2538170C1 (en) * 2011-08-15 2015-01-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Vortex bioreactor
RU2700512C2 (en) * 2014-12-03 2019-09-17 Зондерхофф Инджиниринг Гмбх Device and method of liquid loading with gas
RU2610674C1 (en) * 2016-02-29 2017-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Красноярский государственный аграрный университет" Bioreactor for biochemical processes
RU2763318C1 (en) * 2021-01-12 2021-12-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий" Laboratory multi-platform gas vortex bioreactor

Also Published As

Publication number Publication date
WO1993021301A1 (en) 1993-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5075234A (en) Fermentor/bioreactor systems having high aeration capacity
RU2538170C1 (en) Vortex bioreactor
US7628528B2 (en) Pneumatic bioreactor
US5248613A (en) Nonhomogeneous centrifugal film bioreactor
US5188808A (en) Method for mixing liquid, solids and gas and for simultaneously separating gas or gas and solids from the liquid
EP0422149B1 (en) Static oxygenator for suspension culture of animal cells
JPS6341614B2 (en)
US6554259B2 (en) High dissolved oxygen mixer-digester
RU2135579C1 (en) Apparatus for suspension cultivation of cells of tissues and microorganisms
RU2099413C1 (en) Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms
JPS633590B2 (en)
RU2763318C1 (en) Laboratory multi-platform gas vortex bioreactor
RU2610674C1 (en) Bioreactor for biochemical processes
RU2363729C1 (en) Apparatus for suspension cultivation of tissue or microorganism cells
WO2010053394A1 (en) Bioreactor and method for cultivating photosynthesising microorganisms using said bioreactor
RU2299903C2 (en) Bioreactor
KR950005423B1 (en) Method and apparatus for incubating animal cells
RU1779690C (en) Apparatus for cultivation of cells of tissues or microorganisms
RU43786U1 (en) APPARATUS FOR MIXING AND / OR AERATION OF LIQUID AND VISCOUS FLUID PRODUCTS DURING BIOCHEMICAL PROCESSES
SU728384A1 (en) Apparatus for cultivating micorganisms
SU1751193A1 (en) Apparatus for mixing and aeration of liquid medium
RU1773936C (en) Device for crowing microorganisms or cells
SU579304A1 (en) Apparatus for growing microorganisms
SU1114696A1 (en) Apparatus for culturing microorganisms
SU410078A1 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090416

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20100910