Апарат для культивування клітин з поршневим перемішувачем

Реферат: Апарат для культивування клітин містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпуса пустотілий приводний вал з рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, до якої приєднаний перемішуючий елемент у формі чотириланцюгового шарнірного механізму з лопатками на кінцях, аератор і реверсивний привод, причому перемішуючий елемент виконано у вигляді колової форми поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні під однаковими кутами  до площини поршня плоскими лопатками і приєднано до рухомої втулки, поршень убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного валу напрямною, а контактуючі між собою поверхні вала і рухомої втулки становлять гвинтову пару. UA 112075 U (12) UA 112075 U UA 112075 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до біотехнології, а саме до апаратів для культивування клітин, і може бути використаний в мікробіологічній, харчовій і фармацевтичній промисловостях, а також для потреб медицини і клінічних досліджень при культивуванні клітин або тканин. Відома установка для культивування мікроорганізмів, яка містить з'єднані між собою в нижній частині еластичним трубопроводом дві камери, обладнані пристроями для стерильного зливу і доливу, пристрої для аерації і стерилізації повітря, а також реверсивний привод для зворотно-поступального руху камер у вертикальній площині [1]. У попередньо простерилізовані камери уводиться через пристрій для стерильного зливу і доливу стерильне поживне середовище та інокулят. Засів інокулята здійснюється кожного разу на початку технологічного процесу. У процесі вирощування культури, камери переміщуються відносно одна одної уздовж вертикалі із заданою швидкістю. За сигналом командного пристрою починає працювати мотор-редуктор, який за допомогою перекинутого через блок троса переміщує камери уздовж вертикалі, внаслідок чого здійснюється перетікання культуральної рідини з однієї камери в іншу. Надходження і вихід повітря у камери для переміщення культуральної рідини здійснюється через пристрій для аерації та стерилізації повітря, який герметично закріплений в горловині камер. По закінченні процесу культивування, мотор-редуктор зупиняється і припиняє рух камер. При цьому передбачається відповідність кількості культуральної рідин в одній з камер необхідному об'єму інокулята. Недоліком цього технічного рішення постає необхідність у великих габаритах для забезпечення переміщення камер у вертикальній площині. Відомий також апарат для культивування клітин, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпуса пустотілий приводний вал з рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, до якої приєднаний перемішуючий елемент у формі чотириланцюгового шарнірного механізму з лопатками на кінцях, аератор і реверсивний привод [2]. У корпус через патрубок заливається поживне середовище і подається посівний матеріал. В аератор надходять гази для аерації культурального середовища. Включається привод з мішалкою, який працює в імпульсному режимі, і приводить в обертальний рух вал і, разом з ним, втулки і лопатки. На лопатки діють відцентрові сили і сили тяжіння, внаслідок чого лопатки повертаються на шарнірах до горизонтального положення, створюючи радіально-осьові циркуляційні потоки культурального середовища і породжену ними високу інтенсивність тепломасообміну. Надалі повторюються включення привода і процес знову поновлюється Недолік цього технічного рішення полягає у низькій продуктивності технологічного процесу, обумовлений тим, що зменшення обертів вала знижує інтенсивність перемішування і, відповідно, знижує якість тепломасообміну. Крім того, не забезпечується потрібне збагачення киснем культуральної рідини по всьому робочому об'єму, що уповільнює розвиток клітин, а отже, знижує продуктивність. Навпаки, при збільшенні обертів вала, перемішуючий елемент руйнує слабкі оболонки клітин і також знижує продуктивність технологічного процесу. На недостатньо високу продуктивність апарата чинить свій вплив наявність зон низької енергетичної активності периферійних і придонних шарів робочої рідини в процесі перемішування. Відомий апарат до того ж має досить складну конструкцію, що є іншою його вадою. Цей апарат для культивування клітин є найбільш близьким до заявленого за технічною суттю та досягуваним ефектом і може бути визнаним за найближчий аналог. В основу поставлена задача росту продуктивності технологічного процесу шляхом підвищення інтенсивності перемішування культуральної рідини за допомогою модифікації форми і характера руху перемішуючого елемента і створення, завдяки цьому, енергетичної активності культуральної рідини по всьому робочому об'єму апарата без зайвого ризику пошкодження клітин. Одночасно, спрощується конструкція апарата. Поставлена задача вирішується тим, що заявлювана корисна модель усуває недоліки відомого рішення, прийнятого за найближчий аналог, і пропонує нове ефективне рішення з новим технічним результатом. Заявлений апарат для культивування клітин з поршневим перемішувачем містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпуса пустотілий приводний вал з рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, до якої приєднаний перемішуючий елемент у формі чотириланцюгового шарнірного механізму з лопатками на кінцях, аератор і реверсивний привод, згідно з заявленою корисною моделлю, перемішуючий елемент виконано у вигляді колової форми поршня з рівномірно розташованими 1 UA 112075 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 на його бічній поверхні під однаковими кутами α до площини поршня плоскими лопатками і приєднано до рухомої втулки, поршень убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного валу напрямною, а контактуючі між собою поверхні вала і рухомої втулки становлять гвинтову пару. Аналіз причинно-наслідкових зв'язків дає підстави дійти висновку, що наведені ознаки заявленого апарата для культивування клітин з поршневим перемішувачем належать до суттєвих, бо забезпечують досягнення нового технічного результату, вигідно відрізняючи заявлену корисну модель від відомих аналогів і найближчого аналогу. Технічний результат від використання заявленого апарата для культивування клітин з поршневим перемішувачем забезпечується обладнанням апарата перемішуючим елементом у вигляді колової форми поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні під однаковими кутами α до площини поршня плоскими лопатками і приєднаного до рухомої втулки і убезпеченого від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, причому контактуючі між собою поверхні пустотілого приводного вала і рухомої втулки становлять гвинтову пару. Рухаючись донизу, площина поршня надає поступальної швидкості культуральній рідині у бік днища апарата, а лопатки примушують рухатися культуральну рідину під кутом α до площини поршня униз і до внутрішньої циліндричної поверхні корпуса апарата, причому від сусідніх лопаток рух потоків діється назустріч один одному. Поршень, крім того, видавлює робочу рідину крізь боковий зазор "δ" знизу догори апарата. Таким чином, створюється примусовий рух культуральної рідини у трьох напрямках внутрішнього простору апарата, в тому числі, до днища і до периферії внутрішнього об'єму, де мають місце застійні зони. Це формує підвищений енергетичний стан робочої рідини, турбулентний за своєю структурою, і сприяє інтенсивному росту клітин та збагаченню їх киснем. Рух поршня угору, створює схожу енергетичну ситуацію всередині апарата і на його периферії. Таким чином, завдяки підвищенню енергетичної активності культуральної рідини, ліквідації застійних зон периферійних шарів внутрішнього об'єму апарата, інтенсифікується ріст клітин і, відповідно, стрімко росте продуктивність технологічного процесу. Перемішуючий елемент у вигляді поршня, до того ж, ліквідує зайвий ризик руйнування оболонок клітин під час роботи апарата. Сукупність наведених ознак заявленого апарата для культивування клітин з поршневим перемішувачем забезпечує досягнення нового технічного результату. Далі суть пояснюється відповідним описом та кресленнями, де: на фіг. 1 показаний в поздовжньому перерізі загальний вигляд заявлюваного апарата; на фіг. 2 показаний переріз А-А на фіг. 1. Заявлений апарат для культивування клітин з поршневим перемішувачем (фіг. 1) використовується для культивування клітин або тканин і містить циліндричний корпус 1 з патрубками 2 для уведення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубком 3 з аератором 4, патрубком 5 для видалення культуральної рідини і патрубком 6 для відведення відпрацьованого газу. Уздовж осі корпуса 1 розташований приєднаний до мотор-редуктора 7 з команднореверсуючим пристроєм 8, пустотілий приводний вал 9 з рухомою втулкою 10, контактуючі поверхні яких становлять гвинтову пару. До рухомої втулки 10 із зазором "δ" відносно стінок корпуса 1 приєднаний перемішуючий елемент 11 у вигляді колової форми поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні 12 під однаковими кутами α до площини поршня плоскими лопатками 13. Перемішуючий елемент 11 убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала 9 напрямною 14. Робота заявлюваного апарата для культивування клітин з поршневим перемішувачем здійснюється наступним чином. У попередньо простерилізований апарат до корпуса 1 уводять через патрубок 2 живильну рідину і посівний матеріал (інокулят), після чого через патрубок 3 подають до аератора 4 газ для аерації культурального середовища і вмикають командно-реверсуючий пристрій 8, за сигналом якого приходить в дію мотор-редуктор 7 і пустотілий приводний вал 9, який в межах заданого командно-реверсуючим пристроєм 8 ходу "Н" надає зворотно-поступального переміщення рухомій втулці 10 і, приєднаному до неї і убезпеченого від обертання напрямною 14, перемішуючому елементу 11 у вигляді колової форми поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні 12 під однаковими кутами α до площини поршня плоскими лопатками 13. Рухаючись поступально донизу із швидкістю V, перемішуючий елемент 11 видавлює розташовану під ним живильну рідину у формі потоків 15 і надає їй руху через зазор "δ" угору, до кришки апарата. В свою чергу, лопатки 13 формують два потоки рідини у бік днища і стінок 2 UA 112075 U 5 10 15 20 апарата із швидкостями V1=Vcos α та V2 - V sin α. Вони додатково діють на застійну зону основи апарата, примушуючи культуральну рідину рухатися у трьох напрямках, формуючи при цьому турбулентний стан і підвищену енергетику. Цьому сприяє також зустрічний рух потоків сусідніх лопаток із швидкостями V1 і V2 (фіг. 2). До того ж, ці потоки діють на сталий пристінний шар апарата і примусять його турбулізуватися як в горизонтальній площині, так і уздовж висоти апарата. При рухові апарата угору, кінематика процесу перемішування аналогічна. Відсутність обертального руху перемішуючого елемента сприяє зменшенню зайвих ризиків пошкодження клітин, а проста форма перемішуючого елемента суттєво спрощує конструкцію. Таким чином, використання заявленого апарата для культивування клітин з поршневим перемішувачем, за допомогою нових властивостей, збільшить якість та інтенсивність тепломасообміну і аерації культуральної рідини, що буде слугувати швидкому розвитку клітин і росту продуктивності технологічного процесу. Джерела інформації: 1. 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. 2. А.с. 1633814 А1 СССР, С12МЗ/00. Апарат для культивування клітин [Текст]/ А.И. Гуславский, В.Н. Качалов, Л.И. Ковальчук, И.И. Дамиров (СССР). - № 4633148/13; заявл. 05.01.89; опубл. 27.08.95, Бюл. №24.-1 с: іл. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Апарат для культивування клітин, що містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпуса пустотілий приводний вал з рухомою втулкою для забезпечення зворотно-поступального руху уздовж вала, до якої приєднаний перемішуючий елемент у формі чотириланцюгового шарнірного механізму з лопатками на кінцях, аератор і реверсивний привод, який відрізняється тим, що перемішуючий елемент виконано у вигляді колової форми поршня з рівномірно розташованими на його бічній поверхні під однаковими кутами  до площини поршня плоскими лопатками і приєднано до рухомої втулки, поршень убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного валу напрямною, а контактуючі між собою поверхні вала і рухомої втулки становлять гвинтову пару. 3 UA 112075 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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