一種氣升式磁負離子生物反應器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣升式磁負離子生物反應器，包括液體培養罐，液體培養罐的頂部設置有罐頂蓋，液體培養罐的底部通過空氣循環通道與液體培養罐的頂部連通，空氣循環通道內設置有用于循環空氣的氣泵和用于加熱空氣循環通道內溫度的溫度控制器，空氣循環通道上還套設有磁場-高壓發生器，還包括電解氧水槽，電解氧水槽的電解正電極的輸出管道與空氣循環通道連通，還包括設置在液體培養罐內的用于檢測溶氧率的氧電極和用于檢測pH值和溫度的pH計及溫度計。本發明通過電解氧來供應培養液中的細胞、組織或生物體所需的氧；采用發生負離子的方式調節培養液的pH值和氧化還原電位，中和細胞生長過程中產生的氧化劑或自由基。
【專利說明】一種氣升式磁負罔子生物反應器
【技術領域】
[0001]本發明屬于生命科學實驗室生化培養【技術領域】，更具體涉及一種氣升式磁負離子生物反應器，適用自養細胞、異養細胞和動植物細胞或組織的液體培養研究。
【背景技術】
[0002]生化工程是生命科學領域高新技術方向之一。通過生化工程手段生產人類需要的藥品、食品乃至組織或器官是生命科學發展趨勢之一。在生化反應的基礎研究和工業化應用中，細胞培養是最常用的一種研究野生型細胞和工程細胞合成目的產物的手段。氣升式液體培養由于攪拌溫和，易于控制而被廣泛使用。然而，目前的好氧微生物和動植物細胞氣升式培養方式主要是采用外界空氣供氧的。這勢必由于大氣污染而引起液體培養效率大大降低，例如空氣中的二氧化硫超標將導致菌種或細胞迅速衰退或中毒，目的產物產量急劇減少。而且空氣中的氧氣比率是固定的，因此傳統氣升式液體培養罐不利于調節氧氣比率的液體培養研究需要和生產需要。
[0003]本裝置除了解決目前傳統的氣升式液體培養罐采用空氣供氧的缺陷外，還重點解決了細胞培養過程中采用可控的氧氣濃度進行供氧的技術問題和不需要添加堿性鹽類就能控制PH值的問題，并能維持液體培養液的還原態，對通入發酵液的氣體分子進行磁化，可以延緩細胞、組織衰老和提高細胞、組織活力。
[0004]該裝置除了用來進行微生物和動植物細胞與組織的好氧培養之外，還可以用于厭氧液體培養研究或生產，無論在好氧液體培養還是厭氧液體培養中，都能夠直接調節PH值和氧化還原電位，而不需要通過添加堿性鹽類，該方法可以大大提高細胞的活力和延長代謝產物生產時間及產量。
【發明內容】
`[0005]本發明的目的是在于針對現有氣升式液體培養罐存在的上述問題，提供一種氣升式磁負離子生物反應器，適用自養細胞、異養細胞和動植物組織或器官的液體培養研究與生產，還可以用于水生動植物培養等。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0007]一種氣升式磁負離子生物反應器，包括液體培養罐，液體培養罐的頂部設置有罐頂蓋，液體培養罐的底部通過空氣循環通道與液體培養罐的頂部連通，空氣循環通道內設置有用于循環空氣的氣泵和用于加熱空氣循環通道內溫度的溫度控制器，空氣循環通道上還套設有磁場-高壓發生器，還包括電解氧水槽，電解氧水槽的電解正電極的輸出管道與空氣循環通道連通，還包括設置在液體培養罐內的用于檢測溶氧率的氧電極和用于檢測PH值和溫度的PH計及溫度計。
[0008]如上所述的磁場-高壓發生器的高壓電極以犬牙交錯的方式深入到空氣循環通道內。
[0009]如上所述的罐頂蓋上設置有取樣管和進料管，取樣管上設置有取樣閥門，進料管上設置有空氣過濾器，所述的空氣循環通道內設置有空氣過濾器，液體培養罐的底部與空氣循環通道連通的部分設置有底部閥門。
[0010]如上所述的溫度控制器、磁場-高壓發生器、氣泵和空氣循環通道內的空氣過濾器從液體培養罐的頂部到底部依次排列設置，且溫度控制器、磁場-高壓發生器、氣泵和空氣循環通道內的空氣過濾器均高于液體培養罐內的液面高度，電解氧水槽的電解正電極的輸出管道與空氣循環通道上溫度控制器與磁場-高壓發生器之間的部分連通。
[0011]本發明與現有技術相比，本裝置具有以下優點和效果:
[0012]1、通過電解氧來供應培養液中的細胞、組織或生物體所需的氧，氧濃度可調，可以很方便地通過氧濃度調節培養液中的細胞、組織或生物體的生長和代謝，達到研究或生產的目的；
[0013]2、氣升式攪拌所用的空氣循環采用內循環氣體，避免了大氣污染(如二氧化硫)對培養液中的細胞、組織或生物體帶來的不利影響；
[0014]3、無論在好氧培養還是厭氧培養，都可以采用發生負離子的方式調節培養液的pH值和氧化還原電位，而不需要添加酸堿調節劑，而且全程可調pH值和氧化還原電位，解決了傳統發酵過程中難于控制PH值變化的問題和避免了添加酸堿調節試劑的環節；
[0015]4、無論在好氧培養還是厭氧培養，都可以采用發生負離子的方式中和細胞生長過程中產生的氧化劑或自由基，從而提高細胞的活力和代謝產物生產時間及產量；
[0016]5、內循環氣體中含有大量的水汽分子等氣體，通過高強磁場對這些氣體尤其是水汽分子進行磁化，再將這些磁化的分子通入到發酵罐內，可以顯著地提高細胞生長活力和生長量并促進代謝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的結構示意圖。
[0018]圖中:1-電解氧水槽，2-磁場-高壓發生器，3-電解正電極，4-電解負電極，5-氧電極，6-電源控制器，7-溫度控制器，8-進料管，9-氣泵，10-底部閥門，11-液體培養罐，12-空氣循環通道，13-pH計及溫度計，14-取樣口及其閥門，15-罐頂蓋，16-空氣過濾器。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述:
[0020]實施1:
[0021]如圖1所示，一種氣升式磁負離子生物反應器，包括電解氧水槽1，設置在電解氧水槽I上的氧氣通路上的磁場-高壓發生器2，電解正電極3和電解負電極4、氧電極5和電源控制器6、液體培養罐11及其底部閥門10、空氣循環通道12及其內部的溫度控制器7、進料管8和氣泵9、與控制器連接的pH計及溫度計13、取樣口及其閥門14、罐頂蓋15、空氣循環通道12上的空氣過濾器16。
[0022]電解氧水槽I的電解正電極3通過電解水的方式釋放出氧氣進入磁場-高壓發生器2，位于空氣循環通道12上的磁場-高壓發生器2的高壓電極以犬牙交錯的方式深入到管道內，所述的磁場-高壓發生器2為直流高壓，高壓范圍在2000-20000伏特，經過磁場-高壓發生器2的氣體再進入空氣循環通道12再進入液體培養罐11 ;所述的磁場-高壓發生器2對通過的氧氣和二氧化碳進行電離產生負氧離子；位于液體培養罐11內的氧電極5與電源控制器6連接。該電源控制器6可以根據氧電極5的設置范圍控制電解正電極3的開關或電流電壓，所述的氧電極5測量的溶氧率范圍在0-30.0mg/L，
[0023]磁場-高壓發生器2對通過的氧氣、二氧化碳和水分子氣體等氣體進行電離產生負離子。在厭氧發酵時，內循環氣體中帶有大量的水汽分子、氮氣分子和二氧化碳分子，氮氣、二氧化碳和水汽分子在高壓泵的推動下經過磁場-高壓發生器的時候，二氧化碳等氣體分子在水分子的催化下被帶上負電荷形成活潑負離子，該負離子進入發酵液后一方面可以提高發酵液的PH值，另一方面可以中和細胞生長過程中產生的自由基、維持發酵液的還原態，提高細胞活力；在好氧發酵時，通入的氧氣分子則成為內循環氣體的主要負離子，起到如上有益作用。[0024]磁場-高壓發生器2帶有強磁場，對經過的氣體分子尤其是水分子進行磁化后再通入發酵罐內，可以提高發酵罐內細胞的活力、促進生長與代謝。磁場強度為1000-7000mT(毫特斯拉)，所述的磁場可以是外加永磁體產生的，也可以是電磁鐵通電產生的。
[0025]位于液體培養罐11內的pH計及溫度計13與電源控制器6連接。該電源控制器6可以根據液體培養罐內液體培養液的氧化還原電位數據來控制磁場-高壓發生器2的工作，根據發酵液溫度的變化控制加熱器的工作。
[0026]實施例2:在好氧細胞培養中的應用示例。
[0027]以北蟲草菌絲發酵為例:
[0028]步驟1、先根據北蟲草菌種生長的適宜溫度設置溫度控制器，液體培養罐11內的溫度范圍控制在15-16攝氏度，通過循環氣體來調節液體培養罐11內的溫度，再按照常規無菌操作將無菌培養基注入到罐體內，無菌培養液的成分包括去離子水、酵母膏、葡萄糖、磷酸二氫鉀和硫酸鋅，質量比率為:1500 (g):5 (g):50 (g):0.3 (g):0.3 (g)，在無菌條件下接入北蟲草菌種(Cordyceps militatirs)。
[0029]步驟2、開啟氣泵9，空氣循環通道12內的氣體開始循環，對液體培養罐11內的發酵液進行攪拌，對電源控制器6進行設置溶氧率范圍在16-18mg/L和pH值范圍在6.0-7.5。
[0030]步驟3、當發酵液的溶氧率低于16mg/L時，電源控制器6自動開啟電解電源，電解正電極3產生氧氣并進入循環管道補充循環空氣中的氧氣濃度，直至發酵液中的溶氧率達到18mg/L后，電解電源自動關閉；當發酵液中的pH值低于設定6.0時，溫度控制器7自動開啟磁場-高壓發生器2的電源，磁場-高壓發生器2產生2500伏特電壓，對循環氣體進行高壓電離產生負離子，大量的負離子進入發酵液導致PH值升高，當達到7.5時，磁場-高壓發生器2的電源自動關閉。如此自動控制發酵液的溶氧率穩定在16-18mg/L和pH值始終穩定在6.0-7.5，而不需要人為添加調節試劑。
[0031]磁場-高壓發生器2除帶有高壓電極之外，還帶有高強電磁場，磁場強度設置在7000mT (毫特斯拉)，該磁場為電磁鐵通入市電產生的高強磁場。該磁場對通過的內循環水分子等氣體進行磁化，這些磁化的負離子或磁化分子進入發酵液后可以提高細胞的活力、促進生長和代謝。
[0032]采用如上方法培養北蟲草菌種，以常規方法發酵作為對照，結果如下:
[0033]
【權利要求】
1.一種氣升式磁負離子生物反應器，包括液體培養罐(11)，其特征在于，液體培養罐(11)的頂部設置有罐頂蓋(15)，液體培養罐(11)的底部通過空氣循環通道(12)與液體培養罐(11)的頂部連通，空氣循環通道(12)內設置有用于循環空氣的氣泵(9)和用于加熱空氣循環通道內溫度的溫度控制器(7 )，空氣循環通道(12)上還套設有磁場-高壓發生器(2)，還包括電解氧水槽(1)，電解氧水槽(I)的電解正電極的輸出管道與空氣循環通道(12)連通，還包括設置在液體培養罐(11)內的用于檢測溶氧率的氧電極(5)和用于檢測pH值和溫度的PH計及溫度計(13)。
2.根據權利要求1所述的一種氣升式磁負離子生物反應器，其特征在于，所述的磁場-高壓發生器(2)的高壓電極以犬牙交錯的方式深入到空氣循環通道(12)內。
3.根據權利要求2所述的一種氣升式磁負離子生物反應器，其特征在于，所述的罐頂蓋(15)上設置有取樣管和進料管(8)，取樣管上設置有取樣閥門，進料管上設置有空氣過濾器，所述的空氣循環通道(12)內設置有空氣過濾器，液體培養罐(11)的底部與空氣循環通道(12)連通的部分設置有底部閥門(10)。
4.根據權利要求3所述的一種氣升式磁負離子生物反應器，其特征在于，所述的溫度控制器(7)、磁場-高壓發生器(2)、氣泵(9)和空氣循環通道(12)內的空氣過濾器從液體培養罐(11)的頂部到底部依次排列設置，且溫度控制器(7)、磁場-高壓發生器(2)、氣泵(9)和空氣循環通道(12)內的空氣過濾器均高于液體培養罐(11)內的液面高度，電解氧水槽(I)的電解正電極的輸出管 道與空氣循環通道(12)上溫度控制器(7)與磁場-高壓發生器(2)之間的部分連通。
【文檔編號】C12M1/36GK103627636SQ201310645712
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】董靜洲, 朱蕾, 雷燦, 王瑛, 艾訓儒, 鄭小江 申請人:湖北民族學院