Апарат для культивування клітин

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, аератор і реверсивний привод. Для забезпечення перемішування культуральної рідини у всьому об'ємі апарата без надмірного ризику пошкодження клітин перемішуючий елемент виконаний у вигляді двох однакового радіуса співвісних дисків, внутрішні поверхні яких з'єднані між собою більшими сторонами однакових прямокутних пластин, які радіально закріплені між дисками і поділяють міждисковий проміжок на сукупність однакових центральних горизонтальних секторів. При цьому верхній суцільний диск приєднаний до рухомої втулки, утворює з нею гвинтову пару і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною. Нижній диск має центральний отвір для вільного перетікання культуральної рідини з нижніх шарів апарата до секторів міждискового проміжку. UA 113242 C2 (12) UA 113242 C2 UA 113242 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до біотехнології, а саме до апаратів для культивування клітин, і може бути використаний у фармацевтичній і мікробіологічній промисловостях, а також для потреб клінічних досліджень в медицині при культивуванні клітин або тканин. Відома установка для культивування мікроорганізмів, яка містить з'єднані між собою в нижній частині еластичним трубопроводом дві камери, що обладнані пристроями для стерильного зливу і доливання, пристрої для аерації і стерилізації повітря, а також реверсивний привод для зворотно-поступального руху камер у вертикальній площині [1]. У простерилізовані камери, через пристрій для стерильного зливу і доливання уводиться стерильне поживне середовище та інокулят. Засів інокулята здійснюється кожного разу на початку технологічного процесу. Під час 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 тросу переміщує камери уздовж вертикалі, внаслідок чого здійснюється перетікання культуральної рідини з однієї камери до іншої. Надходження і вихід повітря у камери здійснюється через пристрій для аерації та стерилізації повітря, який герметично закріплений в горловинах 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 потреба у значних наявних габаритах для реалізації 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, аератор і реверсивний привод [2]. У корпус, через патрубок, заливається поживне середовище і подається посівний матеріал. В аератор надходить газ для аерації культурального середовища. Включається привод з мішалкою, який працює в імпульсному режимі, і приводить в обертальний рух вал і, разом з ним, втулку. 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 культуральної рідини. Відомий апарат, до того ж, має надмірно складну конструкцію, що є іншою його вадою. Цей апарат для культивування клітин є найбільш близьким до заявлюваного за технічною суттю та досягнутим ефектом і може бути визнаним за найближчий аналог. В основу заявлюваного винаходу поставлена задача росту продуктивності технологічного процесу шляхом підвищення інтенсивності перемішування культуральної рідини за допомогою модифікації форми і характера руху перемішуючого елемента і відтворення, завдяки цьому, енергетичної активності культуральної рідини по всьому робочому об'єму апарата без надмірного ризику пошкодження клітин. Одночасно, спрощується конструкція апарата. Поставлена задача вирішується тим, що заявлюваний винахід усуває недоліки відомого рішення, прийнятого за найближчий аналог, і пропонує нове ефективне рішення з новим технічним результатом. Заявлюваний 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, аератор і реверсивний привод, згідно з заявлюваним винаходом, перемішуючий елемент виконаний у вигляді двох однакового радіуса співвісних дисків, внутрішні поверхні яких з'єднані між собою більшими сторонами однакових прямокутних пластин, які радіально закріплені між дисками і поділяють міждисковий проміжок на сукупність однакових центральних секторів, верхній суцільний диск приєднаний до рухомої втулки, утворює з нею гвинтову пару і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, нижній диск має центральний отвір для вільного перетікання культуральної рідини з нижніх шарів апарата до секторів міждискового проміжку. 1 UA 113242 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Аналіз причинно-наслідкових зв'язків дає підстави дійти висновку, що наведені ознаки заявлюваного апарата для культивування клітин належать до суттєвих, бо забезпечують досягнення нового технічного результату, вигідно відрізняючи заявлюваний винахід від відомих аналогів і найближчого аналогу. Технічний результат від використання заявлюваного апарата для культивування клітин забезпечується обладнанням апарата перемішуючим елементом у вигляді двох однакового радіуса співвісних дисків, внутрішні поверхні яких з'єднані між собою більшими сторонами однакових прямокутних пластин, які радіально закріплені між дисками і поділяють міждисковий проміжок на сукупність однакових центральних горизонтальних секторів, верхній суцільний диск приєднаний до рухомої втулки, утворює з нею гвинтову пару і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, нижній диск має центральний отвір для вільного перетікання культуральної рідини з нижніх шарів апарата до секторів міждискового проміжку. Рухаючись донизу, поверхня нижнього диска надає поступального руху робочій рідині у бік днища апарата і видавлює придонні шари через боковий зазор "δ" угору, в бік кришки апарата, в той же час, через центральний отвір нижнього диска придонні шари робочої рідини плинуть угору, надходять у міждисковий проміжок, а з нього, вже в горизонтальній площині центральних секторів, рухаються до бічної поверхні корпуса апарата, турбулізуючи периферійні, застійні, шари культуральної рідини. Таким чином, зустрічні потоки культуральної рідини у придонних шарах і у стінок апарата формують зони активної енергетики, що слугує якісній і глобальній турбулізації по всьому об'єму апарата, швидкій ліквідації застійних зон, збагаченню киснем мікроорганізмів і, як наслідок, швидкому їх росту. Рух перемішуючого елемента угору створює аналогічну енергетику технологічного процесу. Перемішуючий елемент у вигляді двох однакового радіуса співвісних дисків внутрішні поверхні яких з'єднані між собою більшими сторонами однакових прямокутних пластин, які радіально закріплені між дисками і поділяють між дисковий проміжок на сукупність однакових центральних горизонтальних секторів, верхній суцільний диск приєднаний до рухомої втулки, утворює з нею гвинтову пару і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого вала напрямною, нижній диск має центральний отвір для вільного перетікання культуральної рідини з нижніх шарів апарата до секторів між дискового проміжку, окрім зазначеного, ліквідує надмірний ризик пошкодження клітин. Одночасно, спрощується конструкція апарата і підвищується продуктивність технологічного процесу. Сукупність наведених ознак заявлюваного апарата для культивування клітин забезпечує досягнення нового технічного результату. Далі суть заявлюваного винаходу 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. заявлюваний апарат для культивування клітин (фіг. 1) використовується у фармацевтичній і мікробіологічній промисловостях, а також для потреб клінічних досліджень в медицині при культивуванні клітин або тканин і містить циліндричний корпус 1 з патрубком 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 командно-реверсуючим 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 двох однакового радіуса "R" співвісних дисків 12 і 13, внутрішні поверхні яких з'єднані між собою більшими сторонами однакових прямокутних пластин 14, які радіально закріплені між дисками 12 та 13 і поділяють міждисковий проміжок на сукупність однакових центральних горизонтальних секторів 15, верхній суцільний диск 12 приєднаний до рухомої втулки 10, утворює з нею гвинтову пару і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала 9 напрямною 16, нижній диск 13 має центральний отвір радіуса "r" для вільного перетікання культуральної рідини з нижніх шарів апарата до центральних горизонтальних секторів 15 міждискового проміжку 17. Робота заявлюваного апарата для культивування клітин здійснюється наступним чином. У заздалегідь 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 культуральної рідини 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 2 UA 113242 C2 5 10 15 20 25 30 35 рухомій втулці 10 і, приєднаному до неї і убезпеченого від обертання напрямною 16, перемішуючому елементу 11 у вигляді двох однакового радіуса "R" співвісних дисків 12 і 13, внутрішні поверхні яких з'єднані між собою більшими сторонами однакових прямокутних пластин 14, які радіально закріплені між дисками 12 та 13 і поділяють міждисковий проміжок на сукупність однакових центральних горизонтальних секторів 15, верхній суцільний диск 12 приєднаний до рухомої втулки 10, утворює з нею гвинтову пару і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала 9 напрямною 16, нижній диск 13 має центральний отвір радіуса V для вільного перетікання культуральної рідини з нижніх шарів апарата до секторів 15 міждискового проміжку 17. При поступальному рухові перемішуючого елемента 11 донизу із швидкістю V, поверхня 18 нижнього диска 13 надає поступального руху у бік днища апарата частині культуральної рідини, внаслідок чого вона видавлює придонні шари 19 через проміжок "δ" угору, а інша частина 20 культуральної рідини, що знаходиться під центральним отвором радіуса "r", плине угору і надходить у центральні горизонтальні сектори 15 міждискового проміжку 17, звідкіля по горизонтальній поверхні диска рухається потоками 21 в бік корпусу 1, де турбулізують периферійні застійні шари культуральної рідини, і, надалі, перемішуються з висхідними потоками 19 з боку днища, прямуючи в бік кришки корпуса апарата. Таким чином, зустрічні потоки 19 і 21 будуть суттєво турбулізувати культуральну рідину периферійної зони, підвищуючи її енергетичну активність. В свою чергу, потоки, які линуть із швидкістю V до днища апарата під дією дисків перемішуючого елемента, також створять турбулентний стан культуральної рідини і піднімуть її енергетичну активність в придонному прошарку. Рух перемішуючого елемента угору, створить аналогічну енергетику технологічного процесу. Все зазначене буде слугувати якісному тепломасообміну, збагаченню киснем клітин і, відповідно, забезпечить більш швидкий її ріст, що підвищить продуктивність і якість технологічного процесу. Відсутність обертального руху перемішуючого елемента сприятиме зменшенню надмірного ризику пошкодження клітин, внаслідок динамічного контакту з його поверхнею, і суттєво спростить конструкцію в цілому. Таким чином, використання заявлюваного апарата для культивування клітин 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. SU 1131899 А, 30.12.1984 2. SU 1633814 А1, 27.08.1995 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 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, аератор і реверсивний привод, який відрізняється тим, що перемішуючий елемент виконаний у вигляді двох однакового радіуса співвісних дисків, внутрішні поверхні яких з'єднані між собою більшими сторонами однакових прямокутних пластин, які радіально закріплені між дисками і поділяють міждисковий проміжок на сукупність однакових центральних горизонтальних секторів, верхній суцільний диск приєднаний до рухомої втулки, утворює з нею гвинтову пару і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, нижній диск має центральний отвір для вільного перетікання культуральної рідини з нижніх шарів апарата до секторів міждискового проміжку. 3 UA 113242 C2 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