植物细胞或组织器官载物装置及气升式生物反应器的制作方法

本实用新型涉及植物细胞或组织器官培养领域，尤其涉及一种植物细胞或组织器官载物装置及具有该载物装置的气升式生物反应器。

背景技术：

植物悬浮细胞培养是将植物细胞或器官(茎、芽、根、胚和毛状根等)悬浮在液体培养基中，并置于反应器内进行培养生产。根据植物细胞的特性，用于发酵培养的反应器主要有：搅拌反应器、气升式反应器、流化床反应器及固定化反应器，其中，气升式反应器在植物细胞培养上应用最广泛。气升式反应器按照结构分为内环流反应器和外环流反应器，内部无搅拌装置，是在鼓泡塔中加入导流筒，气体通过进入导流筒达到气液混合目的。

在植物细胞组织的发酵培养或生产过程中，需要将植物细胞从摇瓶接入气升式反应器中进行扩大增殖或者生产。工业生产的气升式反应器罐体过大会导致植物细胞培养过程中细胞沉底，造成细胞培养死角的问题；颗粒过大的植物细胞或组织器官会沉入气升式反应器的底部，堵塞空气导流管或底部通气盘管(即，o型盘管)的气孔，卡住植物细胞或组织器官无法循环；并且，o型盘管的气孔朝上，当通入气体(例如，无菌空气)量过大时，会增加对植物细胞或组织器官的剪切力，进而破坏植物细胞或组织器官。对于需要光照的植物细胞或组织器官，空气导流管还会使其在暗管内有循环时间，导致不能充分光照而影响生长，进而引起植物细胞或组织器官的生长停滞甚至死亡，亟待改进。

此外，植物细胞大小为10～100微米，植物组织或器官大小为10～325目，由于植物细胞或组织器官太分散不利于发酵成活与生长，且接种密度过低会导致延迟期加长，因此，需要保证0.5×10⁵～2.5×10⁵个细胞/毫升，约2～200个细胞或一定量的组织器官。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种植物细胞或组织器官载物装置及气升式生物反应器，可以方便拿取植物细胞或组织器官，节省收取操作时间；还可以防止产生培养死角，避免气孔阻塞，保证光照均匀和细胞发酵密度。

为实现上述目的，本实用新型提供一种植物细胞或组织器官载物装置，该载物装置包括：侧面和底面；所述侧面的底部连接所述底面，所述侧面的顶部铰接有提手；其中，所述侧面与所述底面均为网格结构。

可选地，所述底面具有沿所述载物装置的轴向向下凸出的延伸部，所述延伸部的侧面和底面均为网格结构。

可选地，所述侧面为圆环，所述底面为圆形，所述底面的直径等于所述侧面的外径；所述延伸部为皿状结构，所述延伸部的侧面的外径小于所述底面的直径。

本实用新型还提供一种气升式生物反应器，包括：罐盖、罐体、第一硅胶圈、进气管、排气管和上述载物装置；所述罐盖与所述罐体的顶部开口端密封连接；所述排气管设置在所述罐盖上并与所述罐体的内部连通；所述进气管的一端插入所述罐体的内部并位于所述载物装置的下方，所述进气管的另一端位于所述罐体的外部；所述载物装置位于所述罐体内，并通过所述第一硅胶圈与所述罐体的内壁抵接。

可选地，位于所述罐体内部的进气管上设有多个朝向所述罐体底部的气孔。

可选地，位于所述罐体内部的进气管的垂直投影为s形，水平投影为葫芦形。

可选地，所述第一硅胶圈的轴向截面为直角三角形或直角梯形，从而使所述第一硅胶圈的内径从上至下逐渐减小，所述第一硅胶圈的外径与所述罐体的内径相等。

可选地，所述气升式生物反应器还包括：设置在所述罐盖上的ph电极和溶氧电极；所述底面具有所述延伸部，所述延伸部的底面直径大于所述ph电极和所述溶氧电极之间的最大距离；其中，所述最大距离为所述ph电极的宽度、所述溶氧电极的宽度、所述ph电极与所述溶氧电极之间的间隔之和。

可选地，所述延伸部的底面到所述罐盖之间的距离大于所述ph电极的高度；所述延伸部的底面到所述罐盖之间的距离大于所述溶氧电极的高度。

可选地，所述罐盖上还设有进料口，所述罐体的外壁上设有光照装置，位于所述罐体外部的进气管上设有气体流量计，所述排气管上设有无菌滤膜。

本实用新型提供的植物细胞或组织器官载物装置及气升式生物反应器，通过第一硅胶圈将所述载物装置平稳的安装在气升式生物反应器的内部，可以避免因气流压力出现浮动不定，还可以防止产生培养死角、保证细胞发酵密度；还通过设置提手使该载物装置易于取放，从而方便拿取植物细胞或组织器官，有效节省收取操作时间；并且，通过网格结构方便载物装置内培养的植物细胞或组织器官吸收培养液中的营养，也使载物装置取出时快速淋出培养液；还通过延伸部显著增加载物装置的容积和网格表面积，既保证了ph电极和溶氧电极的顺利插入，又进一步加快培养液的流动。此外，进气管的结构可以使气体均匀，并且，进气管上朝下的气孔可以显著降低气流搅拌对于植物细胞或组织器官的剪切力，还能有效避免植物细胞或组织器官进入气孔而造成气孔阻塞。另外，还通过透明材质的光照装置使需要光照的植物细胞或组织器官光照均匀。

附图说明

图1为本实用新型实施例的植物细胞或组织器官载物装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的植物细胞或组织器官载物装置的结构示意图；

图3为具有图1所示载物装置的气升式生物反应器的结构示意图；

图4为图3的a—a剖视图；

图5为本实用新型的第一硅胶圈的轴向截面图；

图6为具有图2所示载物装置的气升式生物反应器的结构示意图；

其中：1为载物装置，101为侧面，102为底面，103为提手，104为延伸部，2为罐盖，3为罐体，4为第一硅胶圈，5为进气管，6为气体流量计，7为第二硅胶圈，8为卡箍，9为进料口，10为ph电极，11为溶氧电极，12为排气管，13为无菌滤膜，14为气孔，15为光照装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

下面结合图1和图2详细描述本实用新型实施例提供的植物细胞或组织器官载物装置。图1为本实用新型实施例的植物细胞或组织器官载物装置的结构示意图；图2为本实用新型另一实施例的植物细胞或组织器官载物装置的结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例提供的载物装置1包括：侧面101及底面102。所述侧面101的底部连接所述底面102，所述侧面101的顶部铰接有提手103。

所述提手103放倒在所述侧面101的顶部，使用时再翻转起来进行手提。通过在载物装置1的侧面101顶部设置可折叠的提手103，实现方便拿取载物装置1，有效节省植物细胞收取操作时间。例如，操作人员通过提手103将载物装置1从气升式生物反应器内部取出，以收集发酵产出的植物细胞。

优选地，所述提手103的数量为两个，沿径向对称设置在所述侧面101的顶部。

可以理解，可根据用户需要设置所述提手103的形状，本实用新型对此不作具体限定。例如，所述提手103为圆弧形。

这里，所述侧面101与所述底面102均为网格结构。细胞培养时，该网格结构可以方便载物装置1内的植物细胞或组织器官吸收培养液中的营养；通过提手103从气升式生物反应器内部取出载物装置1时，该网格结构可以方便培养液从载物装置1内流出，从而快速淋出培养液。

具体地，所述底面102的网格面积等于或小于所述底面102的面积，所述侧面101的网格面积等于或小于所述侧面101的面积。

所述侧面101与所述底面102为一体或分体结构。当所述侧面101与所述底面102为一体结构时，所述侧面101由底面102的外边缘向上弯折形成；当所述侧面101与所述底面102为分体结构时，所述侧面101的底部与底面102的外边缘相连接。

如图2所示，所述载物装置1的底面102具有沿所述载物装置1的轴向向下凸出的延伸部104。也就是说，所述延伸部104从所述底面102的中间区域沿载物装置1的高度方向向下延伸，显著增加了载物装置1的容积。

优选地，所述延伸部104的侧面和底面均为网格结构，可以有效增加所述底面102的网格表面积，加快培养液的流动。

作为示例，所述侧面101为圆环，所述底面102为圆形，所述底面102的直径等于所述侧面101的外径。

作为示例，所述延伸部104为皿状结构，所述延伸部104的侧面为圆环，所述延伸部104的底面为圆形；所述延伸部104的侧面的外径小于所述底面102的直径。

下面结合图3至图6详细描述本实用新型实施例提供的气升式生物反应器。图3为具有图1所示载物装置的气升式生物反应器的结构示意图；图4为图3的a—a剖视图；图5为本实用新型的第一硅胶圈的轴向截面图；图6为具有图2所示载物装置的气升式生物反应器的结构示意图。

如图3所示，本实用新型的气升式生物反应器包括：载物装置1、罐盖2、罐体3、第一硅胶圈4、进气管5及排气管12。

所述罐盖2与所述罐体3的顶部开口端密封连接；所述排气管12设置在所述罐盖2上并与所述罐体3的内部连通；所述进气管5的一端插入所述罐体3的内部并位于所述载物装置1的下方，所述进气管5的另一端位于所述罐体3的外部；所述载物装置1位于所述罐体3内，并通过所述第一硅胶圈4与所述罐体3的内壁抵接。

作为示例，所述罐盖2与所述罐体3的顶部开口端可通过第二硅胶圈7实现密封连接。具体地，所述罐盖2与所述罐体3的径向截面均为圆形，所述罐盖2的下表面及所述罐体3顶部开口端的端面上均设有环形槽(图中未示出)，所述第二硅胶圈7位于所述环形槽内。

进一步地，所述罐盖2与所述罐体3可通过不锈钢材质的卡箍8进行固接。

这里，位于所述罐体3内部的进气管5上设有多个朝向所述罐体3底部的气孔14。气孔14向下可以显著降低气流搅拌对于植物细胞或组织器官的剪切力，还能有效避免植物细胞或组织器官进入气孔14而造成气孔14阻塞。

优选地，多个气孔14可均匀分布在所述进气管5上。可以理解，所述气孔14的数量可根据用户需要进行设置，本实用新型对此不作具体限定。

如图4所示，位于所述罐体3内部的进气管5的垂直投影为s形，水平投影为葫芦形，可以使所述罐体3内的气体(例如，空气)均匀。

所述第一硅胶圈4的轴向截面为直角三角形或直角梯形(如图5所示)，从而使所述第一硅胶圈4的内径从上至下逐渐减小，所述第一硅胶圈4的外径与所述罐体3的内径相等，所述第一硅胶圈4的最小内径小于所述载物装置1的侧面101的外径，所述第一硅胶圈4的最小内径小于所述载物装置1的底面102的直径，所述第一硅胶圈4的最大内径大于或等于所述载物装置1的侧面101的外径，所述第一硅胶圈4的最大内径大于或等于所述载物装置1的底面102的直径。

所述第一硅胶圈4的外径与所述罐体3的内壁抵接，在将所述载物装置1安装于所述罐体3的内部时，由于所述第一硅胶圈4具有弹性，所述第一硅胶圈4被所述载物装置1和所述罐体3内壁挤压，从而使载物装置1平稳的安装在所述罐体3的内部，避免因气流压力出现浮动不定。在使用所述气升式生物反应器之前，可打开所述罐盖2，通过提手103拉动载物装置1，调整载物装置1的高度及安装角度，从而通过调整高度给细胞生长留下足够的空间，通过调整安装角度(例如，调整安装角度使载物装置水平)使细胞分布均匀，提高大规模发酵生产时植物细胞或组织器官生长营养均匀性，进而使其同化生长。

优选地，所述载物装置1在罐体3内部的高度可根据种子细胞或组织器官的量或发酵装液量进行内置高度调节。

在本实施例中，所述气升式生物反应器内部可拆卸安装所述载物装置1，既可以有效提高植物细胞或组织器官的活跃性，保证细胞发酵密度，利于细胞生长成活；还可以阻止植物细胞或组织器官进入空气夹套中，防止产生培养死角。

可以理解，通过所述提手103取出所述载物装置1时，所述第一硅胶圈4会一起被取出。这里，可拆卸的所述第一硅胶圈4可以方便调整所述载物装置1的高度和安装角度等。

作为示例，所述第一硅胶圈4和所述第二硅胶圈7均为o型硅胶圈。

此外，所述气升式生物反应器还包括：设置在所述罐盖2上的ph电极10和溶氧电极11。

所述ph电极10用于检测所述罐体3内的液体ph值，所述溶氧电极11用于检测所述罐体3内的液体溶氧度。

如图6所示，所述底面102具有所述延伸部104，所述延伸部104的位置与所述ph电极10和溶氧电极11的位置相对应；所述延伸部104的底面直径大于所述ph电极10和所述溶氧电极11之间的最大距离。

这里，所述最大距离为所述ph电极10的宽度、所述溶氧电极11的宽度、所述ph电极10与所述溶氧电极11之间的间隔之和。

所述延伸部104的底面到所述罐盖之间的距离大于所述ph电极10的高度；所述延伸部104的底面到所述罐盖之间的距离大于所述溶氧电极11的高度。

可以理解，所述延伸部104显著增加了载物装置1的最低处到罐盖2之间的距离，为ph电极10和溶氧电极11的插入留下了足够的空间，从而利于两个电极的顺利插入。另外，当气升式生物反应器的罐体3中心具有空气导管时，载物装置1放置在空气导管上方，通过所述延伸部104与空气导管紧密结合。

此外，所述罐盖2上还设有植物细胞或组织器官的进料口9，所述罐体3的外壁上设有光照装置15(例如，led灯)，所述排气管12上安装有无菌滤膜13。

优选地，位于所述罐体3外部的进气管5上设有气体流量计6并在进入罐体3前设置无菌空气滤膜(图中未示出)；位于所述罐体3外部的进气管5与外部的空气压缩机(图中未示出)相连以接收气体，所述气体流量计6用于调节控制空气量。

作为示例，所述罐体3为透明的玻璃材质，所述罐体3的外壁沿圆周向均匀安装有多个带时控开关的led灯，从而使需要光照的植物细胞或组织器官光照均匀。优选地，所述led灯可进行拆卸。

这里，所述载物装置1的底面102的直径可根据植物细胞的情况确定，作为示例，所述载物装置1的直径为10～30cm，高度为0.5～2cm，所述底面102的网格孔径50目～325目，所述侧面101的网格孔径为10目～325目，所述载物装置1的材质为不锈钢，如sus304、304l、316或316l等。

本实用新型实施例提供的气升式生物反应器的工作过程为：

(1)装液灭菌：由所述进料口9向所述罐体3内投入培养液，然后灭菌处理；(2)装料：由所述进料口9向所述罐体3内投入植物细胞或组织器官；(3)培养：打开所述进气管5以通入气体，培养预定时间(例如，7天、10天等)；(4)收取产物：关闭所述进气管5，打开所述罐盖2，通过所述提手103取出所述载物装置1，收集发酵培养后的植物细胞或组织器官。

这里，可采用各种可行的灭菌方式进行灭菌处理，本实用新型对此不作具体限定。

以上对本实用新型所提供的植物细胞或组织器官载物装置及具有该载物装置的气升式生物反应器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。