专利名称：旋转塔板式径向流生物反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型属适于植物组织或细胞培养用的生物反应器，特别涉及的是旋转塔板式径向流生物反应器。
生物反应器技术以应用于微生物、植物组织与细胞培养，通过控制反应器中物理、化学条件来提供最优的生长环境，对于迫切需要解决的组织培养自动化问题来说，生物反应器的应用，可以给微培养产业开辟一个广阔的前景。
但到目前为止，所开发的植物组织与培养液的接触都是在单层培养箱或培养瓶中进行的。培养物——即植物组织通过吸附材料吸附培养液获得营养基或是通过喷淋方式，或是由机械装置带动置放培养物的支架间歇或连续地浸入到培养液贮槽中，使植物组织获得培养液。这种单层培养接种简便，易于控制，但规模较小，效率低，不利于微培养的工业化生产。对常规培养实验，一般是在无菌条件下，人工接种，国外有些实验室曾采用类似机械手的装置来免除人工接种之劳，但这类装置及其附件极其繁琐，而且还增加培养体系的操作费用。从目前的文献报导中，还未发现在多层生物反应器中自动进行接种的方法。因此，寻求一种有利于工业化生产，能使植物组织浸没在浅层培养基中，又能具备简便易行，自动化程度高的无菌接种的多层生物反应器，势在必行。
本实用新型的发明目的在于设计与研制一种新型多层生物反应器，它能使植物组织(尤其是芽类组织与器官)浸没在浅层培养基中，进行多层培养，又能实现简便易行、自动化程度高的接种方式，以此推动植物微培养产业的迅速发展。
本实用新型的发明目的是这样实现的设计一种旋转塔板式径向流生物反应器，主要由具有顶盖和底板的圆形外筒及置于其内与之同心的导流筒组成，导流筒壁与外筒壁间形成空气与培养液流动的环隙。外筒的顶盖上设有进液口，接种口和出气口。外筒的底板上设有出液孔和进气口，底板上还固定有环形气体分布板，该板上均布通气孔，导流筒内设置多层穿过中心轴的培养板，中心轴的顶部从外筒顶盖上的轴封口处伸出，中心轴的底部置于外筒底板上的槽内。每层培养板均由上塔板和紧压在下的下塔板组成，上、下塔板上开有大、小与分布情况完全相同的孔隙，孔隙由圆心向周边呈放射状分布，在同一圆弧上相邻两个孔隙的中心距离大于该孔隙的宽度，该距离应保证上、下塔板间的孔隙能上、下相通，也能相互错开。下塔板与导流筒壁相互固定，并将导流筒在垂直方向上分成若干段，在相邻的两块培养板间的导流筒壁上开设有接种窗，上塔板通过中心孔嵌套在中心轴上，上塔板中心孔与中心轴的横截面形状与大小相吻合，旋转中心轴顶部，则可以带动所有的上塔板同方向、同角度旋转。每层上塔板上设有溢流堰。
旋转塔板式径向流生物反应器接种与培养植物组织的工作过程如下接种时旋转中心轴，调节上、下塔板的相对位置，使上、下塔板的孔隙对正相通。先在反应器内充满培养基，然后由接种口倒入培养物。通过底板上的进气口通入气体，在气流的带动下，反应器中的培养基携带培养物流动，经各段上的窗口培养物流入导流筒内塔板上方，培养液经上下各层培养板上相通的孔隙向下流到底部，经出液口放液。而植物组织被截流在各层塔板上。通气时，气体经底部环形气体分布板上的通气孔，实现环隙通气、中心通气或中心与环隙同时通气。培养液在气液推动下冲击每层塔板上已被截留的培养物，使其能自动分布均匀，不至产生过多密集或堆积的现象，以实现快速、简便、自动接种的目的。接种完后，再旋转中心轴，带动所有上塔板转动，使每层上、下塔板间孔隙错开而阻塞，培养液便被截流在各层塔板上，形成浅层培养液。多余的培养液经溢流口径向折流至下一层塔板，直至流到底层，由出液口排出，循环使用。上述过程实现植物组织在多层生物反应器中，浸没在浅层培养基中的多层、高效培养。
本实用新型的优点是1．反应器的结构简单，操作方便，易于密封和消毒，反应器内剪切力较弱。采用多层培养结构，提高了反应器空间利用率，有利于大规模生产的实现。
2．采用反应器内非人工无菌接种，效率高，节省人力和物力。接种时间短，而且可达到接种物在反应器内，径向与轴向的均匀分布，无堆积，易于培养。
3．培养液采用外循环方式循环流动，易于在反应器外对培养液进行测量与更换。
4．通过反应器结构的设置，可达到植物组织的浅层液体培养要求，经小型热模实验证实，能达到较好的培养效果。
5．应用广泛，适用于多种植物的微培养过程，尤其适用于芽类器官与组织的培养。
图1 旋转塔板式径向流生物反应器结构示意图；图2 A-A视图；图3 反应器底顶盖平面图；图4 反应器底板平面图；图5 培养板狭缝状孔隙平面图；图6 双溢流堰平面布置图；图7 双溢流堰另一形式的平面布置图；图8 环形溢流堰平面布置图；图9 环形溢流堰另一形式平面布置图；
图10采用分段式导流筒的反应器结构示意图；
图11B-B视图；以下通过附图和实施例对本实用新型作进一步介绍如
图1，图2,3,4,5所示的一种旋转塔板式径向流生物反应器，主要由具有顶盖(1)和底板(8)的圆型形外筒(2)及置于其内与之同心的导流筒(4)组成，导流筒壁与外筒壁间形成空气与培养液流动的环隙(25)。圆形外筒的顶盖(1)上设有进液口(17)、接种口(15)和出气口(14)。外筒的底板上设有出液孔(9)和进气口(10)，底板上还固定有环形气体分布板(11)，该板上均布通气孔(21)。在导流筒内设有五层穿过中心轴(12)的培养板(5,6)，中心轴的顶部从外筒的顶盖上的轴封口(16)处伸出，中心轴的底部置于外筒底板上的槽内。每层培养板均由上塔板(5)和紧压在下的下塔板(6)组成，上、下塔板上开有大小与分布情况完全相同的孔隙(20)，这些孔隙由圆心向周边呈放射状分布，孔隙的直径(或宽度)由圆心向周边逐渐加大如图2所示。在同一圆弧上相邻两个孔隙的中心距离大于该孔隙的宽度，保证上、下塔板间的孔隙能上、下相通，也能相互错开。也就是当旋转上塔板，而下塔板不动时，上塔板的实心部分能将下塔板的孔遮盖住，此时上，下塔板孔不通。每层下塔板(6)与导流筒壁用胶粘结相互固定，并将导流筒在垂直方向上分成五段。在相邻的两块培养板间的导流筒壁上开设相对的两个接种窗，以便培养物随同培养基从接种窗流到每层培养板上。上塔板中心孔与中心轴的横截面均为六边形，其形状与大小相吻合，以便上塔板能通过中心孔紧紧嵌套在中心轴上。当旋转中心轴顶部时，则可以带动所有的上塔板同方向同角度旋转。每层上塔板一侧边缘上设有如图2所示的溢流堰(13)，堰高能保证培养板上聚集一薄层培养液，相邻两层的上塔板溢流堰口(19)设置位置相反，以使培养基可沿径向折流过每一层塔板，与上塔板上的培养物彼此接触，而被培养物吸收，达到良好的培养效果。培养板上的开孔率为16％，有利于放液，实现快速接种。图3示出顶盖上中心轴、出气口、接种口、轴封、进液口的相对位置，及顶盖与外筒相固定的固定螺钉(18)。图4示出反应器底板上的环隙空气分布板(11)和板上的通气孔(21)，及出液口(9)，无菌空气进气口(10)的相对位置。
反应器外筒与导流筒用透明材料制成，以保证培养物能获得充足的光照。塔板、顶盖与底板等采用不锈钢材料制成。
图5示出上、下塔板的孔隙形状可为狭缝状(22)。
实施例2，如图6所示，在上塔板上相对两侧的边缘设有溢流堰(13)，培养时，培养液从两侧的溢流口(19)流到下一层上塔板上，培养液从两侧流到设在中间的溢流堰(1 3)，由溢流口(19)如图7所示，再流到下一层塔板上。此层塔板上的溢流堰呈相对两侧布置，其它内容与例1同。
实施例3如图8所示，培养液由设在上塔板圆周边缘的环形溢流堰(13)溢流经溢流口(19)流到下一层塔板上，然后再由塔板四周流向中心的溢流口(19)，如图9所示经溢流堰(13)流到下一层塔板，其它内容与例1同。
实施例4如
图10、11所示，导流筒由四段构成，每段上设有接种窗，所有下塔板靠支架(23)联结固定，整个支架通过底架(24)架在反应器底板上。相邻两层塔板间夹有一段导流筒。其它内容与例1同。
权利要求1．一种旋转塔板式径向流生物反应器，主要由具有顶盖和底板的圆形外筒及置于其内与之同心的导流筒组成，导流筒壁与外筒壁间形成环隙，外筒的顶盖上设有进液口、接种口和出气口，外筒的底板上设有出液孔和进气口，底板上还固定有环形气体分布板，该板上均布通气孔，其特征在于导流筒内设置多层穿过中心轴的培养板，中心轴的顶部从外筒顶盖上的轴封口处伸出，中心轴的底部置于外筒底板上的槽内，每层培养板均由上塔板和紧压在下的下塔板组成，上、下塔板上开有大小与分布情况完全相同的孔隙，孔隙由圆心向周边呈放射状分布，在同一圆弧上相邻两个孔隙的中心距离大于该孔隙的宽度，下塔板与导流筒壁相互固定，并将导流筒在垂直方向上分成若干段，在相邻的两块培养板间的导流筒壁上开设有接种窗，上塔板通过中心孔嵌套在中心轴上，上塔板中心孔与中心轴的横截面形状与大小相吻合，每层上塔板上设有溢流堰。
2．根据权利要求1所述的旋转塔板式径向流生物反应器，其特征在于上塔板中心孔与中心轴的横截面均为六边形。
3．根据权利要求1或2所述的旋转塔板式径向流生物反应器，其特征在于在相邻的两块培养板间的导流筒壁上开设的接种窗是两个相对的接种窗。
4．根据权利要求1所述的旋转塔板式径向流生物反应器，其特征在于上、下塔板上的开孔率应大于15％。
5．根据权利要求3所述的旋转塔板式径向流生物反应器，其特征在于上塔板一侧边缘设有溢流堰，相邻两层上塔板上的溢流口位置相反。
6．根据权利要求3所述的旋转塔板式径向流生物反应器，其特征在于上塔板相对两侧的边缘设有溢流堰，与之相邻的上塔板上的两道溢流堰设在中间。
7．根据权利要求3所述的旋转塔板式径向流生物反应器，其特征在于在上塔板圆周边缘设有环形溢流堰，与之相邻的上塔板上的环形溢流堰则设在上塔板的中部。
8．根据权利要求1所述的旋转塔板式径向流生物反应器，其特征在于导流筒由若干直径相同的圆环组成。
专利摘要本实用新型涉及的是适于植物组织或细胞培养用的旋转塔板式径向流生物反应器。本反应器采用了多层可旋转的塔板,利用液体环流巧妙地解决了植物组织,尤其是芽类组织与器官在反应器内无菌非人工接种。接种方式简便、高效及实现了径向流液体浅层润湿的培养条件,可达到较好的培养效果。该反应器结构简单、空间利用率高、操作方便,适用于多种植物的微培养过程,有利于大规模生产的实现,是一种有广泛应用前景的生物反应器。
文档编号C12M3/00GK2334763SQ9722628
公开日1999年8月25日 申请日期1997年8月29日 优先权日1997年8月29日
发明者刘德华, 欧阳藩, 符逸群 申请人:中国科学院化工冶金研究所