RU2820199C1

RU2820199C1 - Роллер для культивирования

Info

Publication number: RU2820199C1
Application number: RU2022132700A
Authority: RU
Inventors: Александр Хемович Липский; Юрий Владимирович Плугатарь
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2024-05-30

Abstract

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для одновременного выращивания в контролируемых условиях различных биологических объектов, чувствительных к гидродинамическому стрессу. Может быть применено в микробиологической, пищевой и медицинской промышленности для проведения процессов культивирования и тестирования, требующих пониженный гидродинамический стресс при длительном перемешивании. Устройство содержит несущую раму с опорными стойками, привод с асинхронным электродвигателем и редуктором, шарнир, муфту подшипника, низкооборотные прозрачные диски с закрепленными на них съемными сосудами, вращающиеся на несущей оси под углом к горизонтальной плоскости. В качестве съемных сосудов использованы конические широкогорлые колбы, съемно закрепленные на дисках-платформах, несущая ось которых с редуктором и асинхронным электродвигателем шарнирно установлена на опорной стойке. Муфта подшипника несущей оси выполнена с возможностью при вертикальных перемещениях вдоль второй опорной стойки изменять и фиксировать угол наклона колб к горизонтали. Использование устройства обеспечивает увеличение площади тонкого слоя культуральной жидкости, омывающей боковую поверхность конической широкогорлой колбы, мягкое механическое перемешивание и повышение освещенности объектов культивирования. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для одновременного выращивания в контролируемых условиях различных биологических объектов, чувствительных к гидродинамическому стрессу, для проведения исследований глубинных культур клеток, тканей и органов растений, а также процессов морфогенеза растительного организма. Кроме того, изобретение может быть применено в микробиологической, пищевой и медицинской промышленности для проведения процессов культивирования и тестирования, требующих пониженный гидродинамический стресс при длительном перемешивании.

Известны устройства для контролируемого выращивания клеток и тканей растений, погруженных в жидкую питательную среду на роллерах [1]. В таких устройствах использовали специальные культуральные сосуды, конструктивно выполненные из стеклянных цилиндров диаметром 35 мм, длиной 125 мм с округлыми торцевыми стенками и боковым отводом в центре цилиндра, через который в сосуд вводился и выводился исследуемый материал. Каждый сосуд крепился двумя зажимами радиально по периметру прозрачного диска диаметром 520 мм. Общее количество таких сосудов на одном диске составляло 24 шт. Устройство комплектовалось четырьмя такими дисками, установленными на двух независимых осях, вращающихся под углом 12 градусов к горизонтали. Привод вращения осей осуществлялся с помощью электродвигателя и клиноременного редуктора, что позволяло изменять число оборотов от 0,5 до 5 мин^-1. В эти культуральные сосуды помещали 10-15 мл культуральной жидкости с объектами исследования. При вращении дисков с сосудами культуральная жидкость омывала внутреннюю поверхность сосуда за счет гравитационной силы, создавая эффективную поверхность газомассобмена в тонком слое жидкости и обеспечивая мягкое механическое перемешивание объектов культивирования. В таком устройстве достигалась хорошая освещенность объектов культивирования при световом режиме выращивания.

Основным недостатком такого устройства являются используемые в нем, нестандартные культуральные сосуды, которые неудобны для взятия проб объекта культивирования и их мытья, а также необходимость специального заказа для изготовления.

Также известны роллерные устройства для выращивания микробных культур, в которых в качестве культуральных сосудов применяют биологические пробирки. Из-за ограниченного 1-2 мл объема культивирования и невозможности глубинного выращивания агрегированные культуры тканей и органов растений они не применяются.

В современных роллерных устройствах для выращивания применяют культуральные сосуды в виде цилиндров, вращающихся вокруг продольной оси на специальных горизонтальных платформах [2]. Такие цилиндрические культуральные сосуды относительно дороги, их количество на платформе ограничено. Выращивание в таких сосудах агрегированные культуры тканей и органов растений в глубинной культуре затруднительно и не эффективно.

Также известны культуральные сосуды для одновременного культивирования различных биологических объектов в жидких питательных средах, это стандартные конические колбы Эрленмейера различного объема. В качестве известных устройств, обеспечивающих газомассообмен культивируемых объектов в этих колбах, применяются различные варианты качалок и шейкеров, отличающихся вращательным, возвратно-поступательным и встряхивающим принципами движения колб с различной частотой цикла [3]. Общей особенностью этого типа устройств является то, что культуральная жидкость перемешивается у дна колбы в горизонтальной плоскости или близкой к ней.

Недостатком такого типа устройств является то, что при увеличении частоты перемешивания в колбах возрастает воздействие механического стресса на объектов культивирования, а также затененность объектов культивирования при световом режиме выращивания, как с верхним расположением светильника, так и неравномерность освещенности объектов культивирования при боковом его расположении. Такие устройства характеризуются малой эффективностью в этом случае при высокой их стоимости. Этот тип устройств в низком и среднем ценовых сегментах при длительной эксплуатации не надежен.

Задачей, решаемой использованием заявленного изобретения, является применение конических широкогорлых колб для одновременного культивирования; улучшение условий выращивания по освещенности и понижение стресса механического перемешивания.

Поставленная задача решается тем, что в результате создания оптимальных условий для долговременного, синхронного, стандартного выращивания глубинных культур клеток, тканей и органов высших растений заявленное устройство для культивирования дает существенные преимущества по сравнению с культивированием в таких же колбах на качалках - шейкерах. В 100 мл колбах с 25 мл культуральной жидкости на качалках при скорости вращения 90 мин^-1 и амплитудой 20 мм в горизонтальной плоскости площадь тонкого слоя культуральной жидкости, омывающей внутреннюю боковую поверхность колб, в 6-7 раза меньше, чем на роллере при вращении таких же колб под углом 14 градусов к горизонтали со скоростью вращения 7,5 мин^-1. На качалках интенсивность газомассообмена в культуральной жидкости достигается 12 кратным увеличением частоты вращения колб в горизонтальной плоскости, что приводит к повышению влияния механического стресса на объект культивирования.

Техническим результатом является увеличение площади тонкого слоя культуральной жидкости, омывающей боковую поверхность конической широкогорлой колбы, мягкое механическое перемешивание и повышение освещенности объектов культивирования.

Техническая сущность предлагаемого устройства заключается в том, что в известном устройстве для культивирования клеток и тканей растений в жидкой питательной среде, содержащем несущую раму с опорными стойками, привод с асинхронным электродвигателем и редуктором, несущую ось под углом к горизонтали, с зафиксированными на ней прозрачными дисками-платформами, в качестве сосудов для культивирования использованы съемные конические широкогорлые колбы с возможностью изменять их угол наклона к горизонтали.

На фиг. 1 изображена схема заявленного устройства.

Заявленное устройство для культивирования содержит асинхронный электродвигатель 1 и редуктор 2, понижающий число оборотов, крепятся на шарнире 3. Крутящий момент редуктора передается на несущую ось 4. Конструкция крепится на несущей раме 5, на которой установлены левая и правая опорные стойки 6. Шарнир 3 установлен на вторую опорную стойку и обеспечивает вертикальные перемещения электропривода (1 и 2) для изменения угла наклона несущей оси 4, на которую установлены прозрачные диски-платформы 7. Другой конец несущей оси установлен в подшипнике муфты 8, вертикальные перемещения которой задают фиксированный угол наклона несущей оси и прозрачных дисков-платформ. На прозрачных дисках-платформах с помощью клипс закреплены легкосъемные конические широкогорлые колбы для культивирования 9.

Устройство работает следующим образом.

Включение асинхронного электродвигателя 1, совмещенного с редуктором 2, приводит во вращение несущую ось 4 с тремя прозрачным дисками-платформами 7, установленными на опорных стойках 6 с помощью шарнира 3 и муфты подшипника 8 под углом 14 градусов к горизонтали. Таким образом, достигается увеличение площади тонкого слоя культуральной жидкости, омывающей боковую поверхность конических широкогорлых колб 9, эффективный газомассобмен культуральной жидкости и мягкое механическое перемешивание объектов культивирования. Угол наклона и частота вращения прозрачных дисков-платформ регулируется таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия перемешивания. Число оборотов вращения всех конических широкогорлых колб на трех прозрачных дисках-платформах устройства было 7,5 мин^-1. Общее количество таких 100 мл конических широкогорлых колб, симметрично расположенных на трех прозрачных дисках-платформах опытного устройства для культивирования при одновременном культивировании, составляло 121 штук. Устройство для культивирования установлено напольно в термостатируемой камере, обеспечивающей температурный режим выращивания +25°С ± 0,5°С. Световой режим культивирования осуществлялся сверху дополнительным осветительным устройством.

Таким образом, предлагаемое устройство для культивирования позволит оптимизировать процессы биотехнологических исследований.

Источники информации

1. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. Бутенко Р.Г., «Наука», Москва, 1964, стр. 66-67.

2. Роллер-шейкер: https://www.dia-m.ru/catalog/lab/sheykerymain/sheikery/ika-4011000-shejker-roller-6-digital-kachayushe vrashayushij-5-80-obmin/

3. Шейкеры орбитальные для колб (качалки): https://www.dia-m.ru/catalog/lab/sheykery-main/shejkery-vysokoj-emkosti/heidolph-542-10020-00-unimax-2010/; http://www.okabiolab.ru/catalogue/equipments/shejkery-orbitalnye-dlya-kolb-kachalki/

Claims

Устройство для культивирования объектов, чувствительных к гидродинамическому стрессу, содержащее несущую раму с опорными стойками, привод с асинхронным электродвигателем и редуктором, шарнир, муфту подшипника, низкооборотные прозрачные диски с закрепленными на них съемными сосудами, вращающиеся на несущей оси под углом к горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что в качестве съемных сосудов использованы конические широкогорлые колбы, съемно закрепленные на дисках-платформах, несущая ось которых с редуктором и асинхронным электродвигателем шарнирно установлена на опорной стойке, муфта подшипника несущей оси выполнена с возможностью при вертикальных перемещениях вдоль второй опорной стойки изменять и фиксировать угол наклона колб к горизонтали.