一种搅拌桨及使用该搅拌桨的微型生物反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种搅拌桨，其包括轮毂、圆盘及桨叶，桨叶与圆盘为一体结构，圆盘固定在轮毂的下部。本发明提供的一种搅拌桨，能够带来以下至少一种有益效果：(1)搅拌桨采用涨接的连接方式，有效避免常规氩弧焊带来的金属熔流缺损的问题，有效保证了搅拌桨的动平衡性能，保证搅拌桨转动的平稳性；(2)所加工的搅拌桨尺寸精准，避免了因制造过程的不确定性造成搅拌桨叶成型后的尺寸差异，降低了对培养过程及实验结果的影响，有利于用于微型生物反应器进行平行试验。
【专利说明】
一种搅拌桨及使用该搅拌桨的微型生物反应器
技术领域
[0001]本发明涉及微型反应器搅拌技术领域，尤指一种搅拌桨及使用该搅拌桨的微型生物反应器。
【背景技术】
[0002]近年来，生物制药产业在国民经济中发挥了越来越大的作用，受到了更多媒体和老百姓的关注。微生物发酵制药的技术源头是微生物的菌种，一个好的微生物菌种在一定程度上决定了微生物发酵产生的药物的质与量。而菌种的高通量筛选技术是其性能改进的重要环节之一。
[0003]目前，高通量筛选技术因其筛选效率高而日益得到重视与发展。而高通量筛选，在从实验室的微升级反应器向升级反应器逐级放大研究的过程中，需要经过毫升级的微型生物反应器来完成。
[0004]在生物技术领域，现有的小试、中试及生产规模的反应器，大部分采用机械搅拌系统，以实现反应器中的动量传递、热量传递、质量传递及反应过程。机械搅拌系统采用电机驱动搅拌轴，带动搅拌桨与搅拌轴同步旋转。因此，搅拌系统尤其是搅拌桨，是搅拌式生物反应器的重要部件。
[0005]目前传统的搅拌桨采用桨叶、圆盘与轮毂组成，材质尽可能采用不锈钢材料以减少金属材料腐蚀溶出物对生物反应过程的影响。桨叶、圆盘与轮毂相互间采用不锈钢焊接常用的氩气保护焊接的方式加工而成。
[0006]用于微型生物反应器的搅拌桨，为尽可能降低搅拌对放大研究结果的干扰，也需要参照正常搅拌桨的尺寸比例进行设计与加工。由于圆盘与桨叶的尺寸小、材料薄的特点，如采用常规氩弧焊，焊接难度较大，容易造成焊接效果不理想(熔流影响外形尺寸，结构尺寸难以控制)，一方面影响搅拌桨的动平衡性能，进而影响搅拌系统的使用寿命;另一方面，高通量筛选所采用的平行试验方法，会因为各反应器内桨叶的制造差异，造成对各反应器内依靠搅拌桨实现的气泡粉碎与供氧、介质混合及菌体所受剪切力等指标产生差异，从而影响基于平行试验方案的培养过程及实验结果，降低实验数据的有效性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种搅拌桨及使用该搅拌桨的微型生物反应器，其中搅拌桨的搅拌桨尺寸精准，避免了因制造过程的不确定性造成搅拌桨叶成型后的尺寸差异，降低了对培养过程及实验结果的影响，有利于用于微型生物反应器进行平行试验。
[0008]本发明提供的技术方案如下:
[0009]—种搅拌桨，包括:轮毂、圆盘及桨叶，桨叶与圆盘为一体结构，圆盘固定在轮毂的下部。
[0010]进一步优选地，所述桨叶、圆盘为可折弯的薄板金属，以有利于圆盘、桨叶的加工成型。[0011 ]具体的，桨叶、圆盘的加工采用线切割成型，采用薄板金属，有利于线切割钼丝的选择，方便桨叶、圆盘的成型加工;采用线切割成型加工后，需要折弯成型，即，将桨叶由水平设置折弯成竖直设置，以扩大搅拌流体的区域，达到良好的搅拌效果。
[0012]进一步优选地，所述圆盘与轮毂采用涨接、点焊、螺纹连接方式，这些连接方式易于控制，这样可以有效避免焊接方式带来的不足，即避免金属熔流缺损的问题。
[0013]具体的，圆盘与轮毂所采用的易于控制的固定与连接方式，如涨接、点焊、螺纹等方式，与焊接方式相比，具有一定的优势，其可以避免金属熔流缺损的问题，从而保证了圆盘结构尺寸，避免在加工成型过程中尺寸变形，从而影响后期的试验方案的设计。
[0014]进一步优选地，所述圆盘的中部设置有中心孔，中心孔尺寸与轮毂下部凸台的外圆尺寸配合设置，以保证圆盘与轮毂准确定位并连接固定良好。
[0015]具体的，圆盘的中心孔与轮毂下部凸台的外圆配合设置，有利于保证两者定位精度及连接效果，即，在圆盘与轮毂连接过程中，桨叶通过圆盘与轮毂的精确定位，保证了搅拌桨叶片结构与尺寸的精度，以实现各桨叶之间的一致性，从而有利于用于微型生物反应器进行平行试验。
[0016]进一步优选地，所述桨叶的数量为二叶至或六叶，其对称均分在圆盘的外部;桨叶所在平面与圆盘所在平面垂直形成平叶桨，也可形成一定的角度成为斜叶桨。
[0017]具体的，圆盘的外部设置有二件至六件，其均匀设置在圆盘的外部;桨叶与圆盘经过线切割一体加工成型后，桨叶与圆盘在一个水平面上，线切割成型后，需要将桨叶由水平位置折弯之竖直或一定角度位置，这样有利于桨叶与罐体内部的液体充分接触，保证搅拌桨的搅拌效果。
[0018]本发明还提供了一种微型生物反应器，其包括罐体、搅拌轴、罐盖、消泡桨;消泡桨穿过罐盖的中心孔，设置在罐体的内腔中，并设置在搅拌轴上;在搅拌轴上还设置有如前述的搅拌桨。
[0019]进一步优选地，所述搅拌桨设置于所述搅拌轴靠近于罐体底部的一端。
[0020]通过本发明提供的一种搅拌桨及使用该搅拌桨的微型生物反应器，能够带来以下至少一种有益效果:
[0021](I)搅拌桨采用易于控制的连接固定方式，如涨接、点焊、螺纹等方式，有效避免焊接带来的金属熔流缺损的问题，有效降低搅拌桨的动不平衡质量，保证搅拌桨在微型生物反应器转动的均匀性；
[0022](2)搅拌桨的结构合理，避免了搅拌桨差异对微生物培养过程与结果的影响，有利于按平行试验设计方案开展高通量菌种筛选，提高实验数据的有效性。
【附图说明】
[0023]下面将以明确易懂的方式，结合【附图说明】优选实施方式，对一种搅拌桨及使用该搅拌桨的微型生物反应器的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
[0024]图1是本发明之搅拌桨结构示意图；
[0025]图2是本发明之圆盘及桨叶结构示意图(未折弯)；
[0026]图3是使用本发明提供的使用搅拌桨的微型生物反应器结构示意图。
[0027]附图标号说明:
[0028]1.轮毂;2.圆盘;3.桨叶;4.罐体;5.搅拌轴;6.罐盖;7.消泡桨;8.搅拌桨。
【具体实施方式】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0030]为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0031]图1是本发明搅拌桨的实施例一的结构示意图，其包括:轮毂1、圆盘2及桨叶3，其中，桨叶3与圆盘2为一体结构，圆盘2固定在轮毂I的下部。
[0032]在本发明搅拌桨的另一优选实施例中，桨叶、圆盘为可折弯的薄板金属，易于圆盘、桨叶的加工成型。
[0033]在本发明搅拌桨的再一优选实施例中，圆盘与轮毂采用易于控制的固定与连接方式，如涨接、点焊、螺纹等方式，这样可以有效避免焊接方式带来的不足，即，避免金属熔流缺损的问题。
[0034]在本发明搅拌桨的又一优选实施例中，圆盘的中部设置有中心孔，中心孔尺寸与轮毂下部的外圆尺寸配合设置，以保证圆盘与轮毂准确定位并连接固定良好。
[0035]图2是本发明之圆盘及桨叶结构示意图(未折弯)的实施例，桨叶3与圆盘2为一体结构，其采用线切割方式形成;桨叶3的数量为四件，其均分在圆盘2的外部，以降低搅拌桨的动不平衡质量，保证搅拌桨的转动稳定性;桨叶3所在平面与圆盘2所在平面垂直，这样，有利于桨叶与罐体内部的液体充分接触，保证搅拌桨的搅拌效果。
[0036]本发明提供的搅拌桨的制作过程如下:
[0037]首先，选取圆盘2及桨叶3的加工板料，采用线切割的方式，按照设计尺寸切割四件桨叶3及圆盘2中部的中心孔；
[0038]接着，将桨叶3由水平方向旋钮成竖直方向，其中，位置相对的桨叶3的旋转方向相反；
[0039]最后，采用涨接的方法，将圆盘2中部的中心孔与轮毂I下部的外圆柱面连接固定。
[0040]本发明还公开了一种微型生物反应器。目前国际上出现的微型生物反应器在结构上大体包括三类:孔板式微反应器(microtiter plate,MTP)、基于现有摇瓶或发酵罐原型缩微化的分体式微反应器(miniature b1reactor，MBR)和微流控芯片实验室(microfluid-based lab-on-a_chip)。微型生物反应器虽然形式各异，但都具有以下功能和特点:①多参数在线检测功能，可同时测量pH值、D0(dissolved oxygen，溶解氧)、Pco2、0D(optical density，光密度)等重要参数;②高通量分析功能，在一台微反应器上集成的微发酵罐数可达6、12、24、48、96个不等;③体积小，其体积一般小于lOOmL，有的甚至小至5mL，微流控芯片则为nL级规模。此外，还有造价低、减少昂贵原材料消耗、降低劳动强度等优势。
[0041]在本发明微型生物反应器的实施例一中，微型生物反应器包括罐体、搅拌轴、罐盖、消泡桨;消泡桨穿过罐盖的中心孔，设置在罐体的内腔中，并设置在搅拌轴上;在搅拌轴上还设置有搅拌桨，其中搅拌桨的结构为:其包括轮毂、圆盘及桨叶，桨叶与圆盘为一体结构，圆盘固定在轮毂的下部。
[0042]在本发明微型生物反应器的实施例二中，优选地，在上述实施例一的基础上，搅拌桨设置于所述搅拌轴靠近于罐体底部的一端，便于进行搅拌动作，并有效保证搅拌系统运转的稳定、搅拌效果的均匀。
[0043]在本发明微型生物反应器的一个具体的优选实施例中，参照图1、图3，微型生物反应器包括罐体4、搅拌轴5、罐盖6、消泡桨7;消泡桨7穿过罐盖6的中心孔，设置在罐体4的内腔中，并设置在搅拌轴5上;在搅拌轴5上还设置有搅拌桨8，搅拌桨由紧固螺钉固定在搅拌轴上，搅拌桨8设置于搅拌轴5靠近于罐体4底部的一端。其中，搅拌桨8的结构为:其包括轮毂1、圆盘2及桨叶3，桨叶3与圆盘2为一体结构，圆盘2固定在轮毂I的下部。桨叶3、圆盘2为可折弯的薄板金属。圆盘2与轮毂I采用涨接的连接方式。圆盘2的中部设置有中心孔，中心孔尺寸与轮毂I下部的外圆尺寸配合设置。桨叶3的数量为四件，其均分在圆盘2的外部;桨叶3所在平面与圆盘2所在平面垂直。
[0044]本实施例中，搅拌桨8的数量为一件，可根据实验需要，灵活设置搅拌桨8的数量。
[0045]在本实施例中，消泡桨的结构还可以采用如下结构:其包括圆盘，挡圈，一对圆盘水平设置在挡圈的外圈，圆盘所在直线穿过挡圈的几何中心。圆盘的下部设置有锯齿形结构，且圆盘的底部与挡圈的底部齐平。同时，所述组合式消泡桨设置在机械密封动环的下部，组合式消泡桨上的挡圈的顶部紧压机械密封动环固定。
[0046]通过本发明提供的一种搅拌桨，能够带来以下至少一种有益效果:
[0047](I)搅拌桨采用涨接的连接方式，有效避免焊接带来的金属熔流缺损的问题，有效降低搅拌桨的动不平衡质量，保证搅拌桨转动的稳定性；
[0048](2)搅拌桨的结构合理，避免了不同反应器的搅拌桨之间相互差异对培养过程与实验结果的影响，有利于提高高通量菌种筛选实验数据的有效性。
[0049]应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。微型生物反应器中的消泡桨也可采取与本发明类似的结构设计。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种搅拌桨，其特征在于，包括:轮毂、圆盘及桨叶，桨叶与圆盘为一体结构，圆盘固定在轮毂的下部。2.根据权利要求1所述的搅拌桨，其特征在于:所述桨叶、圆盘为可折弯的薄板金属。3.根据权利要求1所述的搅拌桨，其特征在于:所述圆盘与轮毂采用涨接或点焊或螺纹方式连接。4.根据权利要求1所述的搅拌桨，其特征在于:所述圆盘的中部设置有中心孔，中心孔尺寸与轮毂下部的外圆尺寸配合设置。5.根据权利要求1-4任一所述的搅拌桨，其特征在于:所述桨叶的数量为2-6件，其均分在圆盘的外部;桨叶所在平面与圆盘所在平面垂直。6.—种微型生物反应器，其特征在于:包括罐体、搅拌轴、罐盖、消泡桨； 消泡桨穿过罐盖的中心孔，设置在罐体的内腔中，并设置在搅拌轴上； 在搅拌轴上还设置有权利要求1-5任一所述的搅拌桨。7.根据权利要求6所述的微型生物反应器，其特征在于:所述搅拌桨设置于所述搅拌轴靠近于罐体底部的一端。
【文档编号】C12M1/21GK106085821SQ201610643051
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月8日 公开号201610643051.5, CN 106085821 A, CN 106085821A, CN 201610643051, CN-A-106085821, CN106085821 A, CN106085821A, CN201610643051, CN201610643051.5
【发明人】杭海峰, 唐寅, 张明, 曾良平, 李加亮, 张伟平, 郭谋之, 徐奇聪, 庄英萍, 张嗣良
【申请人】上海国强生化工程装备有限公司, 华东理工大学