Апарат для культивування клітин із здвоєним поршнем

Реферат: Винахід належить до біотехнології, а саме до апаратів для культивування клітин, і може бути використаний в медицині і клінічних дослідженнях при культивуванні клітин або тканин, а також в мікробіологічній, харчовій і фармацевтичній промисловостях. Апарат для культивування клітин містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпусу пустотілий привідний вал з рухомою втулкою для забезпечення зворотнопоступального руху уздовж вала, до якої приєднаний перемішуючий елемент, аератор і реверсивний привід. Згідно з винаходом, перемішуючий елемент виконано як здвоєний, колової форми, поршень, який приєднаний до рухомої втулки, яка становить з пустотілим приводним валом гвинтову пару, і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, а циліндричний корпус апарата для культивування клітин всередині обладнаний із зазором трьома, співвісно з корпусом, однаковими поперечними дисковими перегородками з рівномірно розташованими прямокутними, радіальними вікнами, перегородки мають центральний отвір для вільного проходження здвоєного поршня і повернуті одна відносно одної. Винахід забезпечує підвищення продуктивності технологічного процесу. UA 113247 C2 (12) UA 113247 C2 UA 113247 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до біотехнології, а саме до апаратів для культивування клітин, і може бути використаний в медицині і клінічних дослідженнях при культивуванні клітин або тканин, а також в мікробіологічній, харчовій і фармацевтичній промисловостях. 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 заздалегідь простерилізовані камери уводиться через пристрій для стерильного зливу і доливу стерильне поживне середовище та інокулят. Засів інокуляту 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 рідини в одній з камер необхідному об'єму інокуляту. Недоліком цього технічного рішення постає потреба у великих габаритах для виконання переміщень 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 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. 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 заявлюваного за технічною суттю та досягуваним 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 створення, завдяки цьому, енергетичної активності культуральної рідини по всьому робочому об'єму апарата без надмірного ризику пошкодження оболонок клітин, високого рівня збагачення киснем культуральної рідини і, відповідно, росту продуктивності технологічного процесу. 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 із здвоєним поршнем 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 заявлюваного винаходу, перемішуючий елемент виконано у вигляді здвоєного, колової форми, поршня, який приєднаний до рухомої втулки, яка становить з пустотілим приводним валом гвинтову пару, і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, а циліндричний корпус апарата для культивування клітин всередині обладнаний із зазором трьома, співвісно з корпусом, однаковими поперечними дисковими перегородками з рівномірно 1 UA 113247 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розташованими прямокутними радіальними вікнами, перегородки мають центральний отвір для вільного проходження здвоєного поршня і повернуті одна відносно одної. Аналіз причинно-наслідкових зв'язків дає підстави дійти висновку, що наведені ознаки заявлюваного апарата для культивування клітин із здвоєним поршнем належать до суттєвих, бо забезпечують досягнення нового технічного результату, вигідно відрізняючи заявлюваний винахід від відомих аналогів і найближчого аналога. Технічний результат від використання заявлюваного винаходу для культивування клітин із здвоєним поршнем забезпечується обладнанням апарата перемішуючим елементом у вигляді здвоєного, колової форми, поршня, який приєднаний до рухомої втулки, яка становить з пустотілим приводним валом гвинтову пару, і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, а циліндричний корпус апарата для культивування клітин всередині обладнаний із зазором трьома, співвісно з корпусом, однаковими поперечними дисковими перегородками з рівномірно розташованими прямокутними радіальними вікнами, перегородки мають центральний отвір для вільного проходження здвоєного поршня і повернуті одна відносно одної. Рухаючись донизу, нижній поршень надає культуральній рідині поступального руху у бік днища апарата. Збагачуючись киснем від аератора, потоки плинуть в горизонтальній площині до стінок корпуса апарата, інша частина у вигляді повітряно-рідинної суміші підіймається вгору і, частково, крізь вікна нижньої дискової перегородки надходить у проміжок між нижньою і середньою перегородками (другий поверх), а частково рухається уздовж нижньої поверхні в бік стінок корпуса із суттєво меншою швидкістю, при цьому культуральна рідина щедро збагачується киснем, що надходить знизу. У проміжку між нижньою і середньою перегородками, а також середньою і верхньою перегородками відбуваються аналогічні процеси. Важливо, що такі процеси відбуваються одночасно на всіх рівнях, а не послідовно. За цих умов коїться більш інтенсивний тепломасообмін, аерація і турбулентність культуральної рідини, як у центрі, так і на периферії, що ліквідує зони застою у всьому робочому об'ємі апарата. Таким чином, завдяки підвищенню енергетичної активності культуральної рідини, ліквідації застійних зон периферійних шарів внутрішнього об'єму апарата, цілковитого забезпечення технологічних вимог до ступеня аерації, інтенсифікується розвиток клітин і, відповідно, зростає продуктивність апарата. Сукупність наведених ознак заявлюваного апарата для культивування клітин із здвоєним поршнем 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 із здвоєним поршнем (фіг. 1) використовується в медицині і клінічних дослідженнях при культивуванні клітин або тканин, а також в мікробіологічній, харчовій і фармацевтичній промисловостях і містить циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для уведення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубок 3 з аератором 4, патрубок 5 для видалення культуральної рідини і патрубок 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 приєднаний перемішуючий елемент у вигляді здвоєного, колової форми, поршня 11, який убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного апарата 9 напрямною 12, циліндричний корпус 1 апарата всередині обладнаний із зазором "δ" трьома, співвісно з корпусом 1, однаковими поперечними дисковими перегородками 13 з рівномірно розташованими прямокутними, радіальними, заданого типорозміру, вікнами 14, перегородки мають центральний отвір 15 для вільного проходження здвоєного поршня 11 і повернуті одна відносно одної. Робота заявляемого апарата для культивування клітин із здвоєним поршнем 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 культуральної рідини і вмикають командно-реверсуючий пристрій 8, за сигналами 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 убезпеченому від обертання напрямною 12, 2 UA 113247 C2 5 10 15 20 25 30 35 перемішуючому елементу у вигляді здвоєного, колової форми, поршня 11, який приєднаний до рухомої втулки 10. Рухаючись поступально донизу, нижня поверхня 16 здвоєного поршня 11 видавлює розташовану під ним живильну рідину через центральний отвір 15 в бік днища у вигляді потоків 17 і надає їй руху до зазорів "δ" з корпусом 1. Ту ж саму роботу виконує нижня поверхня 18 верхнього поршня у формі потоків 19, але у проміжку між нижньою і середньою поперечними перегородками 14. Повітряно-рідинна суміш рухається знизу, від аератора 4, і через вікна 14 нижньої перегородки надходить у проміжок між нижньою і верхньою перегородками у вигляді модульованих плоских потоків, де зустрічається із горизонтальними потоками 19, внаслідок чого турбулізується культуральна рідина. Між середньою і верхньою перегородками має місце та ж сама кінематична структура взаємодії потоків. У зв'язку з тим, що вікна 14 в поперечних перегородках повернуті одне відносно одного, висхідні потоки крізь вікно 14 газово-рідинної суміші будуть певний час затримуватися у проміжку між перегородками, збагачуючи киснем культуральну рідину, а потім, двічі змінивши напрям руху, надійдуть до вікон 14 вищої перегородки і т.д. Таким чином, турбулізація, тепломасообмін і збагачення киснем діються одночасно на усіх рівнях по висоті і в горизонтальній площині, що слугуватиме підвищенню продуктивності технологічного процесу. При рухові здвоєного поршня вгору, структура руху культуральної рідини повторюється. Відсутність в апараті обертального руху перемішуючого елемента приводить до зниження зайвих ризиків пошкодження слабких оболонок клітин. Таким чином, використання заявлюваного апарата для культивування клітин із здвоєним поршнем, за допомогою нових властивостей, буде збільшувати якість та інтенсивність тепломасообміну і аерації культуральної рідини безперервно під час усієї роботи апарата, а не у визначені відрізки часу, що забезпечить швидкий розвиток клітин і, відповідно, підвищить продуктивність технологічного процесу. Джерела інформації: 1. А.с. 1131899 А СССР, С12М 1/00. 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 Α1 СССР, С12М 3/00. Апарат для культивирования 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: ил. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 Апарат для культивування клітин, що містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений уздовж осі корпусу пустотілий привідний 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 виконано як здвоєний, колової форми, поршень, який приєднаний до рухомої втулки, яка становить з пустотілим приводним валом гвинтову пару, і убезпечений від обертання паралельною до осі пустотілого приводного вала напрямною, а циліндричний корпус апарата для культивування клітин всередині обладнаний із зазором трьома, співвісно з корпусом, однаковими поперечними дисковими перегородками з рівномірно розташованими прямокутними, радіальними вікнами, перегородки мають центральний отвір для вільного проходження здвоєного поршня і повернуті одна відносно одної. 3 UA 113247 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело 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