一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，包括液體培養(yǎng)罐，液體培養(yǎng)罐的頂部設(shè)置有罐頂蓋，液體培養(yǎng)罐的底部通過(guò)空氣循環(huán)通道與液體培養(yǎng)罐的頂部連通，空氣循環(huán)通道內(nèi)設(shè)置有用于循環(huán)空氣的氣泵和用于加熱空氣循環(huán)通道內(nèi)溫度的溫度控制器，空氣循環(huán)通道上還套設(shè)有磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器，還包括電解氧水槽，電解氧水槽的電解正電極的輸出管道與空氣循環(huán)通道連通，還包括設(shè)置在液體培養(yǎng)罐內(nèi)的用于檢測(cè)溶氧率的氧電極和用于檢測(cè)pH值和溫度的pH計(jì)及溫度計(jì)。本發(fā)明通過(guò)電解氧來(lái)供應(yīng)培養(yǎng)液中的細(xì)胞、組織或生物體所需的氧；采用發(fā)生負(fù)離子的方式調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值和氧化還原電位，中和細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的氧化劑或自由基。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種氣升式磁負(fù)罔子生物反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室生化培養(yǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，適用自養(yǎng)細(xì)胞、異養(yǎng)細(xì)胞和動(dòng)植物細(xì)胞或組織的液體培養(yǎng)研究。
【背景技術(shù)】
[0002]生化工程是生命科學(xué)領(lǐng)域高新技術(shù)方向之一。通過(guò)生化工程手段生產(chǎn)人類(lèi)需要的藥品、食品乃至組織或器官是生命科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)之一。在生化反應(yīng)的基礎(chǔ)研究和工業(yè)化應(yīng)用中，細(xì)胞培養(yǎng)是最常用的一種研究野生型細(xì)胞和工程細(xì)胞合成目的產(chǎn)物的手段。氣升式液體培養(yǎng)由于攪拌溫和，易于控制而被廣泛使用。然而，目前的好氧微生物和動(dòng)植物細(xì)胞氣升式培養(yǎng)方式主要是采用外界空氣供氧的。這勢(shì)必由于大氣污染而引起液體培養(yǎng)效率大大降低，例如空氣中的二氧化硫超標(biāo)將導(dǎo)致菌種或細(xì)胞迅速衰退或中毒，目的產(chǎn)物產(chǎn)量急劇減少。而且空氣中的氧氣比率是固定的，因此傳統(tǒng)氣升式液體培養(yǎng)罐不利于調(diào)節(jié)氧氣比率的液體培養(yǎng)研究需要和生產(chǎn)需要。
[0003]本裝置除了解決目前傳統(tǒng)的氣升式液體培養(yǎng)罐采用空氣供氧的缺陷外，還重點(diǎn)解決了細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中采用可控的氧氣濃度進(jìn)行供氧的技術(shù)問(wèn)題和不需要添加堿性鹽類(lèi)就能控制PH值的問(wèn)題，并能維持液體培養(yǎng)液的還原態(tài)，對(duì)通入發(fā)酵液的氣體分子進(jìn)行磁化，可以延緩細(xì)胞、組織衰老和提高細(xì)胞、組織活力。
[0004]該裝置除了用來(lái)進(jìn)行微生物和動(dòng)植物細(xì)胞與組織的好氧培養(yǎng)之外，還可以用于厭氧液體培養(yǎng)研究或生產(chǎn)，無(wú)論在好氧液體培養(yǎng)還是厭氧液體培養(yǎng)中，都能夠直接調(diào)節(jié)PH值和氧化還原電位，而不需要通過(guò)添加堿性鹽類(lèi)，該方法可以大大提高細(xì)胞的活力和延長(zhǎng)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)時(shí)間及產(chǎn)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

`[0005]本發(fā)明的目的是在于針對(duì)現(xiàn)有氣升式液體培養(yǎng)罐存在的上述問(wèn)題，提供一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，適用自養(yǎng)細(xì)胞、異養(yǎng)細(xì)胞和動(dòng)植物組織或器官的液體培養(yǎng)研究與生產(chǎn)，還可以用于水生動(dòng)植物培養(yǎng)等。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，包括液體培養(yǎng)罐，液體培養(yǎng)罐的頂部設(shè)置有罐頂蓋，液體培養(yǎng)罐的底部通過(guò)空氣循環(huán)通道與液體培養(yǎng)罐的頂部連通，空氣循環(huán)通道內(nèi)設(shè)置有用于循環(huán)空氣的氣泵和用于加熱空氣循環(huán)通道內(nèi)溫度的溫度控制器，空氣循環(huán)通道上還套設(shè)有磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器，還包括電解氧水槽，電解氧水槽的電解正電極的輸出管道與空氣循環(huán)通道連通，還包括設(shè)置在液體培養(yǎng)罐內(nèi)的用于檢測(cè)溶氧率的氧電極和用于檢測(cè)PH值和溫度的PH計(jì)及溫度計(jì)。
[0008]如上所述的磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器的高壓電極以犬牙交錯(cuò)的方式深入到空氣循環(huán)通道內(nèi)。
[0009]如上所述的罐頂蓋上設(shè)置有取樣管和進(jìn)料管，取樣管上設(shè)置有取樣閥門(mén)，進(jìn)料管上設(shè)置有空氣過(guò)濾器，所述的空氣循環(huán)通道內(nèi)設(shè)置有空氣過(guò)濾器，液體培養(yǎng)罐的底部與空氣循環(huán)通道連通的部分設(shè)置有底部閥門(mén)。
[0010]如上所述的溫度控制器、磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器、氣泵和空氣循環(huán)通道內(nèi)的空氣過(guò)濾器從液體培養(yǎng)罐的頂部到底部依次排列設(shè)置，且溫度控制器、磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器、氣泵和空氣循環(huán)通道內(nèi)的空氣過(guò)濾器均高于液體培養(yǎng)罐內(nèi)的液面高度，電解氧水槽的電解正電極的輸出管道與空氣循環(huán)通道上溫度控制器與磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器之間的部分連通。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0012]1、通過(guò)電解氧來(lái)供應(yīng)培養(yǎng)液中的細(xì)胞、組織或生物體所需的氧，氧濃度可調(diào)，可以很方便地通過(guò)氧濃度調(diào)節(jié)培養(yǎng)液中的細(xì)胞、組織或生物體的生長(zhǎng)和代謝，達(dá)到研究或生產(chǎn)的目的；
[0013]2、氣升式攪拌所用的空氣循環(huán)采用內(nèi)循環(huán)氣體，避免了大氣污染(如二氧化硫)對(duì)培養(yǎng)液中的細(xì)胞、組織或生物體帶來(lái)的不利影響；
[0014]3、無(wú)論在好氧培養(yǎng)還是厭氧培養(yǎng)，都可以采用發(fā)生負(fù)離子的方式調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值和氧化還原電位，而不需要添加酸堿調(diào)節(jié)劑，而且全程可調(diào)pH值和氧化還原電位，解決了傳統(tǒng)發(fā)酵過(guò)程中難于控制PH值變化的問(wèn)題和避免了添加酸堿調(diào)節(jié)試劑的環(huán)節(jié)；
[0015]4、無(wú)論在好氧培養(yǎng)還是厭氧培養(yǎng)，都可以采用發(fā)生負(fù)離子的方式中和細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的氧化劑或自由基，從而提高細(xì)胞的活力和代謝產(chǎn)物生產(chǎn)時(shí)間及產(chǎn)量；
[0016]5、內(nèi)循環(huán)氣體中含有大量的水汽分子等氣體，通過(guò)高強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)這些氣體尤其是水汽分子進(jìn)行磁化，再將這些磁化的分子通入到發(fā)酵罐內(nèi)，可以顯著地提高細(xì)胞生長(zhǎng)活力和生長(zhǎng)量并促進(jìn)代謝。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:1-電解氧水槽，2-磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器，3-電解正電極，4-電解負(fù)電極，5-氧電極，6-電源控制器，7-溫度控制器，8-進(jìn)料管，9-氣泵，10-底部閥門(mén)，11-液體培養(yǎng)罐，12-空氣循環(huán)通道，13-pH計(jì)及溫度計(jì)，14-取樣口及其閥門(mén)，15-罐頂蓋，16-空氣過(guò)濾器。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0020]實(shí)施1:
[0021]如圖1所示，一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，包括電解氧水槽1，設(shè)置在電解氧水槽I上的氧氣通路上的磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2，電解正電極3和電解負(fù)電極4、氧電極5和電源控制器6、液體培養(yǎng)罐11及其底部閥門(mén)10、空氣循環(huán)通道12及其內(nèi)部的溫度控制器7、進(jìn)料管8和氣泵9、與控制器連接的pH計(jì)及溫度計(jì)13、取樣口及其閥門(mén)14、罐頂蓋15、空氣循環(huán)通道12上的空氣過(guò)濾器16。
[0022]電解氧水槽I的電解正電極3通過(guò)電解水的方式釋放出氧氣進(jìn)入磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2，位于空氣循環(huán)通道12上的磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2的高壓電極以犬牙交錯(cuò)的方式深入到管道內(nèi)，所述的磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2為直流高壓，高壓范圍在2000-20000伏特，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2的氣體再進(jìn)入空氣循環(huán)通道12再進(jìn)入液體培養(yǎng)罐11 ;所述的磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2對(duì)通過(guò)的氧氣和二氧化碳進(jìn)行電離產(chǎn)生負(fù)氧離子；位于液體培養(yǎng)罐11內(nèi)的氧電極5與電源控制器6連接。該電源控制器6可以根據(jù)氧電極5的設(shè)置范圍控制電解正電極3的開(kāi)關(guān)或電流電壓，所述的氧電極5測(cè)量的溶氧率范圍在0-30.0mg/L，
[0023]磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2對(duì)通過(guò)的氧氣、二氧化碳和水分子氣體等氣體進(jìn)行電離產(chǎn)生負(fù)離子。在厭氧發(fā)酵時(shí)，內(nèi)循環(huán)氣體中帶有大量的水汽分子、氮?dú)夥肿雍投趸挤肿?，氮?dú)?、二氧化碳和水汽分子在高壓泵的推?dòng)下經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器的時(shí)候，二氧化碳等氣體分子在水分子的催化下被帶上負(fù)電荷形成活潑負(fù)離子，該負(fù)離子進(jìn)入發(fā)酵液后一方面可以提高發(fā)酵液的PH值，另一方面可以中和細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的自由基、維持發(fā)酵液的還原態(tài)，提高細(xì)胞活力；在好氧發(fā)酵時(shí)，通入的氧氣分子則成為內(nèi)循環(huán)氣體的主要負(fù)離子，起到如上有益作用。[0024]磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2帶有強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)經(jīng)過(guò)的氣體分子尤其是水分子進(jìn)行磁化后再通入發(fā)酵罐內(nèi)，可以提高發(fā)酵罐內(nèi)細(xì)胞的活力、促進(jìn)生長(zhǎng)與代謝。磁場(chǎng)強(qiáng)度為1000-7000mT(毫特斯拉)，所述的磁場(chǎng)可以是外加永磁體產(chǎn)生的，也可以是電磁鐵通電產(chǎn)生的。
[0025]位于液體培養(yǎng)罐11內(nèi)的pH計(jì)及溫度計(jì)13與電源控制器6連接。該電源控制器6可以根據(jù)液體培養(yǎng)罐內(nèi)液體培養(yǎng)液的氧化還原電位數(shù)據(jù)來(lái)控制磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2的工作，根據(jù)發(fā)酵液溫度的變化控制加熱器的工作。
[0026]實(shí)施例2:在好氧細(xì)胞培養(yǎng)中的應(yīng)用示例。
[0027]以北蟲(chóng)草菌絲發(fā)酵為例:
[0028]步驟1、先根據(jù)北蟲(chóng)草菌種生長(zhǎng)的適宜溫度設(shè)置溫度控制器，液體培養(yǎng)罐11內(nèi)的溫度范圍控制在15-16攝氏度，通過(guò)循環(huán)氣體來(lái)調(diào)節(jié)液體培養(yǎng)罐11內(nèi)的溫度，再按照常規(guī)無(wú)菌操作將無(wú)菌培養(yǎng)基注入到罐體內(nèi)，無(wú)菌培養(yǎng)液的成分包括去離子水、酵母膏、葡萄糖、磷酸二氫鉀和硫酸鋅，質(zhì)量比率為:1500 (g):5 (g):50 (g):0.3 (g):0.3 (g)，在無(wú)菌條件下接入北蟲(chóng)草菌種(Cordyceps militatirs)。
[0029]步驟2、開(kāi)啟氣泵9，空氣循環(huán)通道12內(nèi)的氣體開(kāi)始循環(huán)，對(duì)液體培養(yǎng)罐11內(nèi)的發(fā)酵液進(jìn)行攪拌，對(duì)電源控制器6進(jìn)行設(shè)置溶氧率范圍在16-18mg/L和pH值范圍在6.0-7.5。
[0030]步驟3、當(dāng)發(fā)酵液的溶氧率低于16mg/L時(shí)，電源控制器6自動(dòng)開(kāi)啟電解電源，電解正電極3產(chǎn)生氧氣并進(jìn)入循環(huán)管道補(bǔ)充循環(huán)空氣中的氧氣濃度，直至發(fā)酵液中的溶氧率達(dá)到18mg/L后，電解電源自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)發(fā)酵液中的pH值低于設(shè)定6.0時(shí)，溫度控制器7自動(dòng)開(kāi)啟磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2的電源，磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2產(chǎn)生2500伏特電壓，對(duì)循環(huán)氣體進(jìn)行高壓電離產(chǎn)生負(fù)離子，大量的負(fù)離子進(jìn)入發(fā)酵液導(dǎo)致PH值升高，當(dāng)達(dá)到7.5時(shí)，磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2的電源自動(dòng)關(guān)閉。如此自動(dòng)控制發(fā)酵液的溶氧率穩(wěn)定在16-18mg/L和pH值始終穩(wěn)定在6.0-7.5，而不需要人為添加調(diào)節(jié)試劑。
[0031]磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器2除帶有高壓電極之外，還帶有高強(qiáng)電磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置在7000mT (毫特斯拉)，該磁場(chǎng)為電磁鐵通入市電產(chǎn)生的高強(qiáng)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)對(duì)通過(guò)的內(nèi)循環(huán)水分子等氣體進(jìn)行磁化，這些磁化的負(fù)離子或磁化分子進(jìn)入發(fā)酵液后可以提高細(xì)胞的活力、促進(jìn)生長(zhǎng)和代謝。
[0032]采用如上方法培養(yǎng)北蟲(chóng)草菌種，以常規(guī)方法發(fā)酵作為對(duì)照，結(jié)果如下:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，包括液體培養(yǎng)罐(11)，其特征在于，液體培養(yǎng)罐(11)的頂部設(shè)置有罐頂蓋(15)，液體培養(yǎng)罐(11)的底部通過(guò)空氣循環(huán)通道(12)與液體培養(yǎng)罐(11)的頂部連通，空氣循環(huán)通道(12)內(nèi)設(shè)置有用于循環(huán)空氣的氣泵(9)和用于加熱空氣循環(huán)通道內(nèi)溫度的溫度控制器(7 )，空氣循環(huán)通道(12)上還套設(shè)有磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器(2)，還包括電解氧水槽(1)，電解氧水槽(I)的電解正電極的輸出管道與空氣循環(huán)通道(12)連通，還包括設(shè)置在液體培養(yǎng)罐(11)內(nèi)的用于檢測(cè)溶氧率的氧電極(5)和用于檢測(cè)pH值和溫度的PH計(jì)及溫度計(jì)(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器(2)的高壓電極以犬牙交錯(cuò)的方式深入到空氣循環(huán)通道(12)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的罐頂蓋(15)上設(shè)置有取樣管和進(jìn)料管(8)，取樣管上設(shè)置有取樣閥門(mén)，進(jìn)料管上設(shè)置有空氣過(guò)濾器，所述的空氣循環(huán)通道(12)內(nèi)設(shè)置有空氣過(guò)濾器，液體培養(yǎng)罐(11)的底部與空氣循環(huán)通道(12)連通的部分設(shè)置有底部閥門(mén)(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氣升式磁負(fù)離子生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的溫度控制器(7)、磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器(2)、氣泵(9)和空氣循環(huán)通道(12)內(nèi)的空氣過(guò)濾器從液體培養(yǎng)罐(11)的頂部到底部依次排列設(shè)置，且溫度控制器(7)、磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器(2)、氣泵(9)和空氣循環(huán)通道(12)內(nèi)的空氣過(guò)濾器均高于液體培養(yǎng)罐(11)內(nèi)的液面高度，電解氧水槽(I)的電解正電極的輸出管 道與空氣循環(huán)通道(12)上溫度控制器(7)與磁場(chǎng)-高壓發(fā)生器(2)之間的部分連通。
【文檔編號(hào)】C12M1/36GK103627636SQ201310645712
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】董靜洲, 朱蕾, 雷燦, 王瑛, 艾訓(xùn)儒, 鄭小江 申請(qǐng)人:湖北民族學(xué)院