RU2270245C1 - Apparatus for suspension cultivation of tissue and microorganism cells - Google Patents
Apparatus for suspension cultivation of tissue and microorganism cells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270245C1 RU2270245C1 RU2004136025/13A RU2004136025A RU2270245C1 RU 2270245 C1 RU2270245 C1 RU 2270245C1 RU 2004136025/13 A RU2004136025/13 A RU 2004136025/13A RU 2004136025 A RU2004136025 A RU 2004136025A RU 2270245 C1 RU2270245 C1 RU 2270245C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- screen
- aeration
- culture medium
- pipeline
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к биотехнологии, а точнее к аппаратам для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов, таких, например, как клетки млекопитающих, мицелиальных грибов и т.п., в том числе тех, морфологическая структура которых чувствительна к физическим воздействиям культуральных суспензий, и может быть использовано в микробиологической, медицинской, пищевой промышленности и исследовательской практике.The invention relates to biotechnology, and more specifically to apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms, such as, for example, mammalian cells, mycelial fungi, etc., including those whose morphological structure is sensitive to the physical effects of culture suspensions, and can be used in microbiological, medical, food industry and research practice.
Известен аппарат для суспензионного культивирования клеток и микроорганизмов, содержащий ферментационную 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 процесс перемешивания и предотвращающий оседание клеток из суспензии (US №4259449, С 12 М 1/04, 1981 г.).A known apparatus for suspension cultivation of cells and microorganisms containing a fermentation tank with a lid and nozzles for supplying aerating gas and venting a gaseous medium and a device for mixing a suspension of cells, 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 ensures the mixing process and prevents the sedimentation of cells from the suspension (US No. 4259449, C 12 M 1/04, 1981).
Однако такой аппарат имеет недостаточную эффективность процесса массообмена, которая обусловлена необходимостью снижения интенсивности подачи аэрирующего газа во избежание травмирования клеток.However, such an apparatus has insufficient efficiency of the mass transfer process, which is due to the need to reduce the intensity of the aeration gas supply in order to avoid injury to cells.
Ближайшим аналогом предложенного аппарата является аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов, содержащий ферментационную емкость, крышку и патрубки, соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды, и устройство для аэрации и перемешивания культуральной среды, включающее горизонтальное лопастное колесо, закрепленное на вертикальном полом валу и размещенное под крышкой емкости (RU, №2135579, С 12 М 1/04, 27.09.1999 г.).The closest analogue of the proposed apparatus is an apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms, containing a fermentation vessel, a lid and nozzles, respectively, for supplying aerating gas and venting a gaseous medium, and a device for aeration and mixing of the culture medium, including a horizontal impeller mounted on a vertical floor shaft and placed under the cover of the tank (RU, No. 2135579, C 12 M 1/04, 09/27/1999).
Лопастное колесо установлено над поверхностью суспензии и частота его вращения формирует воздушные вихри, способные вызвать перемещение суспензии в полости аппарата по заданной траектории, что создает условия для газо- и массообмена культуральной суспензии.The impeller is mounted above the surface of the suspension and its rotation speed forms air vortices that can cause the suspension to move in the cavity of the apparatus along a predetermined path, which creates the conditions for gas and mass transfer of the culture suspension.
Используемое в аппарате устройство для аэрации и перемешивания культуральной среды не вызывает механического разрушения культивируемых клеток.The device for aeration and mixing of the culture medium used in the apparatus does not cause mechanical destruction of cultured cells.
Недостатки аппарата заключаются в следующем.The disadvantages of the apparatus are as follows.
Аппарат эффективен только при малых объемах ферментационной емкости, так как не обеспечивает эффективный массообмен по всей высоте культурального объема суспензии при значительных объемах ферментационной емкости.The apparatus is effective only with small volumes of the fermentation tank, since it does not provide effective mass transfer over the entire height of the culture volume of the suspension with significant volumes of the fermentation tank.
Активная зона действия воздушного вихря распространяется на приповерхностный слой рабочей суспензии и затухает в направлении дна емкости, что снижает производительность аппарата.The active zone of the air vortex extends to the surface layer of the working suspension and damps in the direction of the bottom of the tank, which reduces the productivity of the device.
Массообмен в аппарате зависит от высоты столба суспензии и центробежной скорости вихря, образованного лопастным колесом, такая зависимость существенно ограничивает сферу использования аппарата и затрудняет оптимизацию условий газо- и массообмена, тем самым снижая производительность аппарата.Mass transfer in the apparatus depends on the height of the suspension column and the centrifugal speed of the vortex formed by the impeller, this dependence significantly limits the scope of use of the apparatus and complicates the optimization of gas and mass transfer conditions, thereby reducing the productivity of the apparatus.
Центробежное лопастное колесо размещено в газовой полости емкости, которая дополнительно продувается газами заданного состава, а отработанные газы отводятся в атмосферу через бактериальные фильтры. При такой конструкции в газовый вихрь будут захватываться капли суспензии клеток, которые не только загрязнят трубопроводы для отвода газов, но и бактериальный фильтр отработанных газов, что может привести к нарушению асептических условий культивирования клеток и прекращению процесса.A centrifugal impeller is located in the gas cavity of the tank, which is additionally blown with gases of a given composition, and the exhaust gases are discharged into the atmosphere through bacterial filters. With this design, droplets of cell suspension will be captured in the gas vortex, which will not only contaminate the pipelines for venting gases, but also the bacterial filter of exhaust gases, which can lead to a violation of the aseptic conditions of cell culture and termination of the process.
Засорение полости действия центробежного лопастного колеса биомассой, питательной средой и продуктами микробного синтеза, которые захватываются воздушным вихрем с поверхности суспензии и выбрасываются на стенку емкости, что приводит к непредсказуемым процессам деструкции клеточной биомассы, загрязнению суспензии продуктами разложения клеток и, как следствие, снижению производительности и качества получаемых продуктов.Clogging of the centrifugal impeller’s cavity by biomass, nutrient medium, and microbial synthesis products, which are captured by an air vortex from the surface of the suspension and are thrown onto the wall of the container, which leads to unpredictable processes of destruction of cellular biomass, contamination of the suspension with the products of cell decomposition and, as a result, reduced productivity and quality of the products obtained.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности массообмена в процессе культивирования клеток и микроорганизмов путем увеличения поверхностей фазового раздела "газ-жидкость" и повышении производительности аппарата.The technical result of the invention is to increase the efficiency of mass transfer during the cultivation of cells and microorganisms by increasing the surfaces of the gas-liquid phase section and increasing the productivity of the apparatus.
Этот результат достигается тем, что аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей и микроорганизмов включает ферментационную емкость с крышкой и патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания культуральной среды, последнее содержит контур аэрирующего газа, состоящий из трубопровода и размещенного над его выходным отверстием внутри емкости экрана, расположенного горизонтально для образования под ним газовой подушки и установленного с зазором к стенкам емкости, а также средство создания колебаний газовой подушки для перемешивания культуральной среды и регулятор расхода газа, сообщенный с указанным трубопроводом.This result is achieved by the fact that the apparatus for suspension cultivation of tissue cells and microorganisms includes a fermentation tank with a lid and nozzles, respectively, for supplying aerating gas and venting a gaseous medium and a device for aeration and mixing of the culture medium, the latter contains an aeration gas circuit consisting of a pipe and placed above its outlet inside the screen, located horizontally to form a gas cushion beneath it and installed with a gap to enkam container, and means for creating a gas cushion vibrations for stirring the culture medium and a gas flow controller in communication with said conduit.
Аппарат может иметь, по меньшей мере, еще одно устройство для аэрации и перемешивания культуральной среды.The apparatus may have at least one more device for aeration and mixing of the culture medium.
Экран в поперечном сечении может иметь форму ромба с продольной щелью в его нижней части для возвратно-поступательного протока культуральной среды.The screen in cross section may be in the form of a rhombus with a longitudinal slit in its lower part for the reciprocal flow of the culture medium.
Средство создания колебаний газовой подушки содержит пульсатор с подвижной диафрагмой создания возвратно-поступательного движения потока газа в газовую подушку под экраном.The means for creating oscillations of the gas cushion comprises a pulsator with a movable diaphragm for creating a reciprocating movement of the gas flow into the gas cushion under the screen.
Изобретение поясняется чертежом, на котором:The invention is illustrated in the drawing, in which:
на фиг.1 - схематично изображен аппарат в продольном разрезе;figure 1 - schematically shows the apparatus in longitudinal section;
на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1;figure 2 is a section along aa of figure 1;
на фиг.3 - аппарат с двумя устройствами для аэрации и перемешивания культуральной среды;figure 3 - apparatus with two devices for aeration and mixing of the culture medium;
на фиг.4 - вариант аппарата с вертикальным расположением ферментационной емкости;figure 4 is a variant of the apparatus with a vertical arrangement of the fermentation tank;
на фиг.5 - экран, в поперечном сечении имеющий форму ромба с продольной щелью.figure 5 is a screen in cross section having the shape of a rhombus with a longitudinal slit.
Аппарат для суспензионного культивирования клеток и микроорганизмов (см. фиг.1) содержит ферментационную емкость 1, крышки 2, закрывающие емкость 1 с двух сторон, патрубок 3 (см. фиг.2) для загрузки и патрубок 4 для разгрузки емкости 1, патрубки 5 и 6 соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания культуральной среды. Патрубки 5 и 6 диагонально расположены в верхних частях разных крышек 2, закрывающих емкость 1 с двух сторон.The apparatus for suspension cultivation of cells and microorganisms (see figure 1) contains a fermentation tank 1, covers 2, covering the tank 1 on both sides, a pipe 3 (see figure 2) for loading and a pipe 4 for unloading the tank 1,
Устройство для аэрации и перемешивания культуральной среды включает контур аэрирующего газа и средство для создания колебаний газовой подушки для перемешивания культуральной среды.A device for aeration and mixing of the culture medium includes an aeration gas circuit and means for generating vibrations of the gas pad for mixing the culture medium.
Контур аэрирующего газа содержит экран 7, установленный с помощью держателя 8 экрана внутри ферментационной емкости 1. Экран 7 установлен горизонтально с зазором к стенкам емкости 1 над выходным отверстием трубопровода 9 для подачи аэрирующего газа под экран для образования под ним газовой подушки.The aerating gas circuit contains a
Средство для создания колебаний газовой подушки сообщено с трубопроводом 9 и содержит пульсатор 10 с подвижной диафрагмой 11 для создания возвратно-поступательного движения газа в подушку. Перемещение диафрагмы 11 обеспечивает привод 12. В качестве привода 12 может быть использован, например, двигатель, механически соединенный с диафрагмой 11 и обеспечивающий ее возвратно-поступательное перемещение, или генератор импульсов сжатого воздуха, понуждающий к перемещению диафрагму 11. Другой конец трубопровода 9 через клапан 14 и регулятор 11 сообщен с бактериальным фильтром 16, через который подается аэрирующий газ.Means for creating oscillations of the gas cushion is communicated with the
Фильтр 16 сообщен также через регулятор 15 расхода газа с патрубком 5 для продувки газовой полости аппарата аэрирующим газом через патрубок 6 и бактериальный фильтр 17. Аппарат для суспензионного культивирования клеток и микроорганизмов снабжен прибором 18 управления.The
Экран 7 имеет форму, например, зонта или двухскатной поверхности, закреплен внутри ферментационной емкости любым известным способом, например с помощью держателя 8 на трубопроводе 9. Для интенсификации газообмена культуральной среды экран 7 может быть изготовлен из газопроницаемого гидрофобного материала, например тифлона. Для интенсификации процесса перемешивания (массообмена) культуральной суспензии экран 7 в поперечном сечении может иметь форму ромба с продольной щелью для возвратно-поступательного протока культуральной среды (см. фиг.5).The
В качестве регуляторов расхода газа 14 и 15 могут быть использованы ротаметры, перистальтические насосы или другие аналогичные устройства.As
Для обеспечения оптимальных условий газо- и массообмена при культивировании различных микроорганизмов аппарат может содержать несколько устройств для аэрации и перемешивания культуральной среды, при этом в ферментационной емкости 1 может быть установлено необходимое количество экранов 7 на разных высотах (см. фиг.3).To ensure optimal conditions of gas and mass transfer during the cultivation of various microorganisms, the apparatus may contain several devices for aeration and mixing of the culture medium, while the required number of
Аппарат для суспензионного культивирования клеток и микроорганизмов может содержать ферментационную емкость 1, расположенную как горизонтально, так и вертикально (см. фиг.4). При вертикальном расположении емкости 1 патрубки 5 и 6 диагонально расположены в верхней крышке 2, закрывающей емкость 1. Ферментационная емкость 1 может иметь различную форму, но предпочтительной является цилиндрическая форма емкости. Емкость 1, при необходимости, может быть выполнена из прозрачного термостойкого стекла.The apparatus for suspension cultivation of cells and microorganisms may contain a fermentation tank 1 located both horizontally and vertically (see figure 4). With a vertical arrangement of the container 1, the
Работа аппарата для суспензионного культивирования клеток и микроорганизмов (см. фиг.1) осуществляется следующим образом.The operation of the apparatus for suspension cultivation of cells and microorganisms (see figure 1) is as follows.
Перед началом работы выполняются известные процедуры по герметизации и стерилизации ферментационного оборудования, питательных сред и получению инокулюма клеток.Before starting work, well-known procedures are carried out for sealing and sterilizing fermentation equipment, culture media and obtaining inoculum cells.
В ферментационную емкость 1 в асептических условиях через вентиль и патрубок 3 вносят питательную среду и инокулюм посевных клеток. Вентиль закрывают, а на регуляторе 15 задают расход аэрирующего газа, продуваемого через фильтр 16, патрубок 5, верхнюю часть емкости 1, патрубок 6 и фильтр 17. На регуляторе 14 задают расход аэрирующего газа, продуваемого через фильтр 16 и устройство для аэрации и перемешивания культуральной суспензии. Газ протекает через фильтр 16, регулятор 14 и клапан 10, заполняет полость под диафрагмой 11 пульсатора 10 и по контуру аэрирующего газа, поступает под экран 7, вытесняет из-под него культуральную среду и образует под экраном газовую подушку. Избыточное давление газа, образующееся под экраном, сбрасывается в культуральную среду в виде пузырьков газа и далее через патрубок 6 и фильтр 17 в атмосферу. Аэрация культуральной среды обеспечивается газообменом по всей поверхности газовой подушки, расположенной под экраном 7 и контактирующей с культуральной средой и протоком аэрирующего газа над поверхностным слоем культуральной суспензии в емкости 1.In the fermentation tank 1 under aseptic conditions, through the valve and
На приборе 18 управления задают частоту работы средства для создания колебаний газовой подушки, а именно устанавливают частоту работы привода 12, который приводит диафрагму 11 пульсатора 10 в возвратно-поступательное движение. При перемещении диафрагма 11 обеспечивает вытеснение газа из пульсатора 10. Газ под избыточным давлением поступает по трубопроводу 9 под экран 7 в образованную под ним газовую подушку. Объем газа под экраном 7 увеличивается, воздействует на культуральную среду, заставляя ее перемещаться вверх через зазоры между краями экрана и стенками ферментационной емкости 1, при этом уровень культуральной суспензии в емкости 1 повышается. При перемещении диафрагмы 11 в пульсаторе 10, обеспечивающем всасывание газа по трубопроводу 9 при закрытом клапане 10 из воздушной подушки, расположенной под экраном 7, давление газа в подушке понижается, объем подушки уменьшается. При этом культуральная среда протекает вниз через зазоры между стенкой емкости 1 и краями экрана 7 и уровень культуральной среды в емкости 1 возвращается в исходное положение. Циклическое изменение давления газа в газовой подушке поднимает и опускает уровень культуральной среды в емкости 1, при этом последняя в условиях возвратно-поступательного движения протекает через зазор, образованный между стенками емкости 1 и краями экрана 7. Возвратно-поступательный проток суспензии через указанные зазоры с заданной частотой обеспечивает перемешивание культуральной среды в щадящих для клеток условиях. Газовая подушка, расположенная под экраном и погруженная в культуральную среду, испытывает одновременно давление столба культуральной среды, частоту изменения давления газа от средства для создания колебаний газовой подушки и замещение газа в ней по контуру для аэрирующего газа от регулятора расхода газа 14, что обеспечивает управляемый газообмен.On the
При наличии в аппарате нескольких устройств для аэрации и перемешивания культуральной среды и экранов 7, установленных на различных высотах внутри ферментационной емкости, аппарат работает аналогично описанному выше. Наличие нескольких устройств аэрации и перемешивания культуральной среды и экранов обеспечивает дополнительную послойную аэрацию и перемешивание культуральной среды и оптимальные условия для культивирования в более вязких суспензиях.If there are several devices for aeration and mixing of the culture medium and
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136025/13A RU2270245C1 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Apparatus for suspension cultivation of tissue and microorganism cells |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004136025/13A RU2270245C1 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Apparatus for suspension cultivation of tissue and microorganism cells |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2270245C1 true RU2270245C1 (en) | 2006-02-20 |
Family
ID=36051023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004136025/13A RU2270245C1 (en) | 2004-12-09 | 2004-12-09 | Apparatus for suspension cultivation of tissue and microorganism cells |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2270245C1 (en) |
-
2004
- 2004-12-09 RU RU2004136025/13A patent/RU2270245C1/en active IP Right Revival
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2010238548B2 (en) | Cell culture system | |
JP5054016B2 (en) | Pneumatic bioreactor and method for mixing biological contents using the bioreactor | |
JP6739273B2 (en) | Single-use culture apparatus and culture method | |
EP2025391B1 (en) | Cell culture and mixing vessel with gaz circulation | |
JP4866736B2 (en) | System for cell culture | |
JPH0761254B2 (en) | Cell culture fermenter | |
RU2270245C1 (en) | Apparatus for suspension cultivation of tissue and microorganism cells | |
RU2363729C1 (en) | Apparatus for suspension cultivation of tissue or microorganism cells | |
SE447121B (en) | CLEANING DEVICE WITH MEMBRANE PUMP | |
RU2099413C1 (en) | Apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms | |
SU1159947A1 (en) | Laboratory fermenter | |
JPH03160982A (en) | Culturing device | |
JP2570256Y2 (en) | Culture device | |
JPS63173576A (en) | Cultivation apparatus | |
SU1423582A1 (en) | Apparatus for cultivating microorganisms | |
SU1139748A2 (en) | Apparatus for growing microorganisms | |
RU1773936C (en) | Device for crowing microorganisms or cells | |
RU2031113C1 (en) | Bioreactor | |
SU1114696A1 (en) | Apparatus for culturing microorganisms | |
SU569594A2 (en) | Apparatus for cultivating microorganisms | |
JPH0367578A (en) | Culture device | |
JP2021192591A (en) | Microbial culture apparatus and microbial culture method | |
SU1751193A1 (en) | Apparatus for mixing and aeration of liquid medium | |
US432692A (en) | Apparatus for producing bisulphite solutions | |
JP2560462Y2 (en) | Culture device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061210 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20090710 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101210 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20111010 |