Установка для культивування мікроорганізмів

Реферат: Винахід стосується установки для культивування мікроорганізмів, яка містить з'єднані між собою в нижній частині гнучким трубопроводом дві камери і пристрій для подачі в них через герметично закріплені в горловинах фільтруючі елементи стерильного повітря, а також механізм переміщення камер по вертикалі у вигляді з'єднаних з верхньою частиною камер підйомників, обидві камери установки для культивування мікроорганізмів мають циліндричну форму і у верхніх своїх частинах на зовнішній стороні обладнані звуковими випромінювачами з регульованим напрямом променя відносно центру нижнього шпангоута камер. UA 109599 C2 (12) UA 109599 C2 UA 109599 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до мікробіології і може бути використаний для культивування мікроорганізмів в рідинних середовищах, зокрема при виготовленні біологічно-активних речовин та вакцин. Відомий пристрій для культивування мікроорганізмів, який містить раму і обертаючу в похилій площині платформу з установленими в ній циліндричними посудинами для культивування. На платформі містяться штирові держаки, які утворюють стільникові вічка для посудин. Посудини в вічках розміщені вільно з утворенням зазору для струшування посудин у процесі обертання платформи [1]. Недоліком цього технічного рішення є висока матеріаломісткість установки та певна незручність в експлуатації, оскільки потребує при використанні розфасовки робочої рідини. Крім того, струшування посудин у процесі обертання платформи не забезпечує якості тепломасообміну вмісту посудин і слугує піноутворенню. Відома також установка для культивування мікроорганізмів, яка містить з'єднані між собою в нижній частині гнучким трубопроводом дві камери і пристрій для подачі в них через герметично закріплені в горловинах фільтруючі елементи стерильного повітря, а також механізм переміщення камер по вертикалі у вигляді з'єднаних з верхньою частиною камер підйомників [2]. Установка дозволяє вести процес культивування суспензійних культур клітин і мікроорганізмів за будь-яких режимів - накопичувальному, напівнеперервному, неперервному з вибраною інтенсивністю масообміну, щільністю культури тощо, які можуть бути заданими у відомих апаратах для культивування. Зберігається найбільш прийнятний режим перемішування і аерації та дотримання 100 %-ї стерильності процесу. Робота установки здійснюється за сигналом командного пристрою, який приводить в роботу мотор-редуктор і тросами, перекинутими через блоки, по-черзі, переміщує камери вздовж вертикалі, завдяки чому культуральна рідина перетікає з однієї камери до іншої згідно принципу сполучених посудин. Недолік цього технічного рішення полягає у низькому рівні енергетичного стану робочої рідини, ламінарному процесі перетікання з камери в камеру, наявності застійних зон пасивної енергетики в проміжку між камерами, обмеженій поверхні аерації, окресленій тільки верхніми шарами поверхні робочої рідини, недостатньою якістю тепломасообміну по всьому об'єму робочої рідини, нарешті, породжену вищеозначеними вадами низьку продуктивність і якість технологічного процесу. Ця установка для культивування мікроорганізмів є найбільш близькою до заявленої за технічною суттю та досягуваним ефектом і може бути визнаною за найближчий аналог. В основу заявленого винаходу поставлена задача підвищення продуктивності і якості технологічного процесу шляхом активізації енергетичного стану робочої рідини і інтенсифікації тепломасообміну і аерації по всьому об'єму сполучених камер за допомогою штучного формування резонансного стану культурального середовища. Поставлена задача вирішується тим, що заявлюваний винахід усуває недоліки відомого рішення, прийнятого за найближчий аналог, і пропонує нове ефективне технічне рішення з новим технічним результатом. Заявлена установка для культивування мікроорганізмів містить з'єднані між собою в нижній частині гнучким трубопроводом дві камери і пристрій для подачі в них через герметично закріплені в горловинах фільтруючі елементи стерильного повітря, а також механізм переміщення камер по вертикалі у вигляді з'єднаних з верхньою частиною камер підйомників, згідно з заявлюваним винаходом обидві камери установки для культивування мікроорганізмів мають циліндричну форму і у верхніх своїх частинах на зовнішній стороні обладнані звуковими випромінювачами з регульованим напрямом променя відносно центру нижнього шпангоута камер. Аналіз причинно-наслідкових зв'язків дає підстави для висновку, що наведені ознаки заявлюваної установки для культивування мікроорганізмів належать до суттєвих, бо забезпечують досягнення нового технічного результату, вигідно відрізняючи заявлений винахід від відомих аналогів і найближчого аналога. Технічний результат від використання заявленої установки для культивування мікроорганізмів забезпечується тим, що обидві камери мають циліндричну форму і у верхніх своїх частинах на зовнішній стороні обладнані звуковими випромінювачами з регульованим напрямом ψ променя відносно центру нижнього шпангоута камер. Ці випромінювачі генерують в матеріалі камер поздовжні хвилі на частотах ƒ, нижчих за граничну ƒгр, внаслідок чого виникає хвильове співпадання (резонанс співпадання), яке породжує ефект "акустичної прозорості" 1 UA 109599 C2 5 поверхні камер і, практично без втрат, забезпечує трансляцію енергії випромінювання в робочу рідину, внаслідок чого вона глибоко турбулізується по всіх шарах, набуває енергетичної активності турбулентної структури, втрачає зони пасивної енергетики і інтенсифікує процес аерації. Це явище слід сприймати як рівність сліду довжини кола шпангоута 2R і проекції довжини поздовжньої хвилі П на площину, паралельну до фронту падаючої хвилі [3]: 2R  П sin  . sin  10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Кожній частоті ƒ випромінювання відповідає свій кут ψ, за якого наступає резонанс співпадання, в свою чергу, матеріал камер окреслює граничну частоту ƒгр. Наприклад, для камер радіуса R = 0,1 м, зроблених із скла, низькочастотний резонанс співпадання, зокрема, на 1000 Гц проявляється при куті ψ = 19°20', для камер із сталі - при ψ = 18°45', для алюмінію чи органічного скла - при ψ = 18°15'. Таким чином, формування хвильового співпадання для штучно генерованих звуковим випромінюванням поздовжніх хвиль в камерах установки для культивування мікроорганізмів приводить в резонансний стан культуральну рідину, збурює її по всьому об'єму, турбулізує на всіх шарах, надає енергетичної активності і ліквідує зони пасивної енергетики, а також інтенсифікує аерацію і тепломасообмін. В своїй сукупності, ці ознаки призведуть до росту продуктивності і якості технологічного процесу. Сукупність наведених ознак заявленої установки для культивування мікроорганізмів забезпечує досягнення нового технічного результату. Далі суть заявлюваного винаходу пояснюється відповідним описом та кресленнями, де: на фіг. 1 схематично зображена заявлювана установка для культивування мікроорганізмів; на фіг. 2 показана дія акустичного випромінювання на камеру установки; на фіг. 3 розкрито умови виникнення низькочастотного резонансу співпадання штучно генерованих в камері поздовжніх хвиль. Заявлена установка для культивування мікроорганізмів (фіг. 1) використовується для культивування мікроорганізмів в рідинних середовищах при виготовлені біологічно-активних речовин та вакцин і містить з'єднані між собою в нижній частині гнучким трубопроводом 1 дві камери 2 і 3 з пристроями 4 і 5 для подачі в них через герметично закріплені в горловинах фільтруючі елементи стерильного повітря. Камери 2 і 3 мають циліндричну форму і у верхніх своїх частинах на зовнішній стороні обладнані звуковими випромінювачами 6, 7 з регульованим напрямом променя відносно центру нижнього шпангоута камер 8, 9 (фіг. 2). Камери 2, 3 мають технологічні патрубки 10, 11 для виведення робочої рідини, а трубопровід 1 має кран 12 для зливу вмісту камер і технологічного перекриття каналу трубопроводу. Пристрої 4, 5 для подачі стерильного повітря мають патрубки 13, 14 з кранами 15, 16 для відведення з камер відпрацьованого повітря в навколишнє середовище. Камери 2, 3 приєднані до механізму їх зворотно-поступального руху у вертикальній площині. Привод містить реверсивний моторредуктор 17 з блоком керування 18 та барабаном 19, який охоплений перекинутим через блоки 20 і приєднаний до камер 2, 3 тросом 21. Робота заявлюваної установки для культивування мікроорганізмів здійснюється наступним чином. Одну з попередньо простерилізованих камер, наприклад, в показаному на кресленні в верхньому положенні камеру 2, заправляють живильною рідиною з інокулятом (робоча рідина), після чого вмикають попередньо налаштовані звукові випромінювачі 6 і 7 і відкривають кран 12 на трубопроводі 1, що призводить до перетікання робочої рідини з камери 2 до камери 3 по трубопроводу 1. Після заповнення робочою рідиною камери 3 до необхідного рівня, блок керування 18 вмикає мотор-редуктор 17 і змінює положення камер у вертикальній площині камеру 2 переводить у нижнє положення, а камеру 3 - у верхнє, в якому вона утримується на визначений для переливання час. Перетікання робочої рідини між камерами із нового положення, тобто з камери 3 до камери 2, відбувається в зворотному напрямку у раніше описаний спосіб. Налагодження звукових випромінювачів на резонансний режим у вигляді хвильового співпадання (фіг. 3) для різного матеріалу камер, частоти ƒ випромінювання і напряму ψ звукового променя здійснюється заздалегідь. Створення турбулентного стану робочої рідини по всьому її об'єму, формування активної енергетики всіх шарів, інтенсифікація тепломасообміну і аерації забезпечать якісно нову структуру перетікання. Таким чином, використання заявленої установки для культивування мікроорганізмів, завдяки новим властивостям, дозволить суттєво підвищити продуктивність і якість технологічного процесу. 2 UA 109599 C2 5 Джерела інформації: 1. А.с. 1731801 А1 СССР, С12М1/10. Устройство для культивирования микроорганизмов [Текст]/ Ю.К. Самойлов, В.И. Пивоваров, В.А. Иванов, А.В. Алексеев (СССР). - № 4844876/13; заявл. 22.05.90; опубл. 07.05.92, Бюл. № 7. - 1 с.: ил. 2. А.с. 1131899 А СССР, С12М1/00. Установка для культивирования микроорганизмов [Текст]/ А.Н. Данилина, А.В. Данилов, И.В. Александрова, А.А. Складнев, B.C. Ромазанов, И.А. Туков (СССР). - № 3226238/30-15; заявл. 25.12.80; опубл. 30.12.84, Бюл. № 48. - 1 с.: ил. 3. Заборов, В.И. Теория звукоизоляции ограждающих конструкций [Текст]: моногр./ В.И. Заборов. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1969. - 185 с. (ст. 46-48, рис. 19, рис. 20). 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Установка для культивування мікроорганізмів, яка містить з'єднані між собою в нижній частині гнучким трубопроводом дві камери і пристрій для подачі в них через герметично закріплені в горловинах фільтруючі елементи стерильного повітря, а також механізм переміщення камер по вертикалі у вигляді з'єднаних з верхньою частиною камер підйомників, яка відрізняється тим, що обидві камери установки для культивування мікроорганізмів мають циліндричну форму і у верхніх своїх частинах на зовнішній стороні обладнані звуковими випромінювачами з регульованим напрямом променя відносно центру нижнього шпангоута камер. 3 UA 109599 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4