使用超聲振動器生產微氣泡水的設備、包含微氣泡水的細胞培養基、使用該細胞培養基的 ...的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種使用超聲振動器生產微氣泡水的能大批量生產具有最大量的溶 解氣體的氣泡水的設備、微氣泡釋放單元、包含微氣泡水并且滿足經濟效率和安全性的細 胞培養基、使用該細胞培養基的細胞培養方法、使用微氣泡的高效混合燃料以及用于制造 高效混合燃料的設備。
【背景技術】
[0002] 近幾年來，已經生產出比普通水具有更高溶解氣體含量的水。舉例來說，具有高溶 解氧含量的氧氣（氣體）水已經主要用于凈化牧場的廢水或者給漁場的魚供應氧氣（氣 體）。如果動物或人類飲用氧氣水，氧氣水會快速溶解在體內并激活新陳代謝，且使人體抵 抗各種害蟲和疾病。因此，這種氧氣水通常不僅用于牧場，而且用于家用或公司的凈水器。 另外，對于植物，氧氣水改善了土壤環境并且直接供應氧氣給樹葉或根，因此幫助植物生長 得更強壯并且使植物抵抗害蟲和疾病，從而導致產量提高。由于上述原因，已經提出了各種 方法和設備以便生產氧氣（氣體、氣泡）水。照慣例，用于生產氣體水的方法和設備使用馬 達高速混合水，同時增加溶解的氣體含量。然而，根據這種方法，難以在短時間內獲得所需 的氣體含量并且也難以產生微氣泡。另外，已經提供了通過電解或冷凍生產氧氣（氣體） 水的方法。在這種情況下，這種系統非常昂貴，并且混合的氧氣（氣體）在水中以氣泡形式 存在。因此，溶解的氧含量隨著時間推移而迅速下降，并且無法控制氣泡的大小。此外，根 據通過供應微空氣泡生產氧氣（氣體）水的方法，能夠產生高濃度的氧氣（氣體）水，但是 需要在高壓條件下持續產生并供應納米氣泡以便供應納米氣泡。另外，在這種情況下，相當 多的氧氣（氣體）量在水中以氣泡形式存在，并且溶解的氧含量隨著時間推移而迅速減小。
[0003] 血清是各種材料混合的復合制品，并且在細胞培養室中用作基本細胞培養基的添 加劑，并且用于細胞培養的血清包括生長因子、激素、刺激細胞的成分等，并且根據細胞的 種類而不同地使用。一般而言，然而，胎牛血清（FBS)是使用最廣泛的血清。FBS是從懷孕 期的牛的血液分離的血清，并且尤其是，用作開發疫苗、蛋白質醫療用品和治療抗體（近幾 年來全世界在加速它們的技術開發）的原材料，以及培養動物細胞（生物技術相關實驗的 基本步驟）。然而，最近，FBS的供應在瘋牛病爆發之后受到限制，并且其價格飆升。另外， 目標產品會染上瘋牛病，因此無法充分保障其安全性。韓國的FBS市場價值約為200億韓 元，FBS的全球市場價值約為2萬億韓元。美國的FBS約占85%，澳大利亞和新西蘭的FBS 約占15%。韓國的FBS尚未生產并且尚未商業化銷售。因此，一旦FBS進口被禁止，幾無 可用對策。因此，開發其他血清作為FBS或培養基成分的替代品的需求有了很大增加。韓 國專利No. 10-0394430描述了一種在用于培養人體血清的培養基中培養包含人體血清的 人體細胞的方法。然而，根據上述專利，培養基會感染例如AIDS之類的人體病毒并且其供 應受到限制。另外，它在培養其他動物細胞中不是非常有效，并且甚至在培養人體細胞時， 比使用FBS的培養基更為低效。因此，它無法完全替代FBS。它可以稍微減少FBS的使用， 但是其經濟效益非常低。因此，已經需要開發能夠減少使用FBS并且還促進細胞生長的作 為FBS或培養基的其他成分的替代品的其他血清。就這一點而言，通過使用納米氣泡水作 為細胞培養基的成分已經減少了高價FBS的使用。
[0004] 同時，化石燃料已經主要用作地球上的能源，并且這些化石燃料的相應儲量有限。 因此，需要高效使用化石燃料。中東原油價格每年持續上漲。根據IEA(國際能源署）2010 的數據，中東原油價格在2035年有望達到約$243. 8/桶（BL)。2010年每天的平均原油消 耗約為8. 0740千萬桶，原油消耗增加和原油價格上漲已經成為主要問題。需要關注開發下 一代燃料。盡管已經進行了開發燃料電池或氫燃料作為替代能源的研宄，但需要開發高效 能源以便抑制原油消耗。韓國專利No. 10-1071461涉及一種微氣泡生成設備，并且描述了 通過攪拌將包含水和燃料的混合油轉換成乳液狀的微氣泡生成設備。然而，根據上述方法， 轉換成乳液狀的混合油在一段時間內會不穩定，并且水和油會分離。為了解決這個問題，需 要開發穩定且不會發生分離的高效燃料。
【發明內容】
本發明解決的問題
[0005] 鑒于上述問題，本公開的目的是提供使用超聲振動器生產微氣泡水的設備。在該 設備中，多孔管主體接收超聲振動器傳播的超聲振動，并且因此，多孔管主體振動，使得排 出微氣泡形式的氣體振動。當從多孔管主體產生微氣泡時，微氣泡容易聚合并且微氣泡容 易從多孔管主體脫離。另外，為了產生微氣泡，不需要注入高壓氣體。因此，能夠通過較簡 單的系統大批量生產微氣泡，從而導致顯著降低的生產成本。多孔管主體排出較均勻的微 氣泡，并且因此能夠在較短時間內大批量生產高質量的微氣泡水。
[0006] 本公開的另一個目的還是提供一種微氣泡排出單元，當超聲振動器在多孔管主體 上施加超聲振動時，該微氣泡排出單元便于多孔管主體產生的微氣泡分離。
[0007]本公開的另一個目的是提供一種包含微氣泡水的細胞培養基以及使用該細胞培 養基的細胞培養方法，該細胞培養基通過減少使用高價的FBS滿足安全性和經濟效率。
[0008] 本公開的另一個目的是提供一種使用微氣泡的高效混合燃料以及用于制造該燃 料的設備。
[0009] 然而，本公開的示例性實施方式解決的問題不限于上述問題。盡管本文中未描述， 本領域技術人員從以下描述可以清楚地理解本公開解決的其他問題。 解決問題的手段
[0010] 在本公開的第一方面，提供了一種使用超聲振動器生產微氣泡水的設備，所述設 備包括：容納液體的液罐；液體循環線路單元，其促使液罐中容納的液體循環；氣體供給線 路單元，其供應氣體到所述液罐中；和多個微氣泡排出單元，其設置在所述液罐中并且與所 述氣體供給線路單元連接上，通過超聲振動以分離微氣泡，使得當以微氣泡形式從氣體供 給線路單元排出從氣體供給線路單元供應的氣體時微氣泡不會彼此聚合。
[0011] 在本公開的第二方面，提供了一種使用超聲振動器的微氣泡排出單元，包括：主體 單元，其設置成與多孔管主體的一側連接上并且被構造成通過設置在里面的超聲振動器來 產生振動；和振動傳送單元，其與所述多孔管主體的一側連接并且被構造成傳遞主體單元 產生的超聲振動到多孔管主體，其中所述超聲振動經由振動傳送單元施加在所述多孔管主 體上以便分離所述多孔管主體產生的微氣泡。
[0012] 在本發明的第三方面，提供了一種細胞培養基，其包含血清和抗生素，其中所述細 胞培養基包含微氣泡水，并且lmL微氣泡水包含103至10 18個平均直徑為lnm至1000ym的 微氣泡。
[0013] 在本發明的第四方面，提供了一種細胞培養方法，包括：以匯合方式在培養基中培 養細胞；并且將所述細胞培養基更換成包含微氣泡水的培養基，其中lmL微氣泡水包含103 至1018個平均直徑為lnm至1000ym的微氣泡。
[0014] 在本公開的第五方面，提供了一種高效混合燃料，其包括：燃料和所述燃料中形成 的微氣泡。
[0015] 在本公開的第六方面，提供了一種用于制造高效混合燃料的設備，其包括：液罐， 液體注入到所述液罐中；氣體供給線路單元，其被配置成供應氣體到所述液罐中；以及多 孔管主體，其設置在所述液罐中。 本發明的效果
[0016] 在根據本公開的使用超聲振動器生產微氣泡水的設備中，首先，被構造成以微氣 泡形式排出從外側供應的低壓氣體的多孔管主體在接收從超聲振動器傳來的超聲振動時 振動，并且因此，在微氣泡附著在多孔管主體的表面上或者彼此聚合之前，微氣泡從多孔管 主體分離，使得能夠在容納于液罐的液體中產生具有最大溶解量的氣泡的氣泡水。另外，由 于不需要注入高壓氣體以便產生微氣泡，所以能夠通過較簡單的系統大批量生產高質量氣 泡水，從而導致顯著減少生產高質量氣泡水的生產成本。其次，由于沒有與液體混合的剩余 氣體允許留在液罐中并且液罐內的氣氛維持在氣體飽和狀態，所以能夠使氣泡水的氣體含 量最大化并且也能夠生產甚至在一段時間過后維持充分溶解的氣體含量的氣泡水。第三， 由于產生的微氣泡非常小并且尺寸較為均勻，所以微氣泡可以高效地溶解在液體（水）中 并且在較短時間內可以獲得預定的溶解氣體比率的氣泡水。第四，能夠在高粘性材料內產 生尺寸又小又均勻的微氣泡。第五，能夠生產包含高效清潔能源的微氣泡。
[0017] 根據本公開的微氣泡排出單元，當超聲振動器在多孔管主體上施加超聲振動時， 可以便于多孔管主體產生的微氣泡分離。
[0018] 根據本公開的細胞培養基包含微氣泡水，并且因此可以在具有與含FBS的培養基 相等或更高的細胞生長促進效果的同時減少使用高價的FBS。另外，由于微氣泡水本身是安 全的，所以能夠經濟且安全地培養細胞。
[0019] 在根據本公開的高效混合燃料以及用于制造高效混合燃料的設備中，在常規燃料 中產生微氣泡，使得可以提高燃料燃燒和燃料效率并且可以減少進一步的能耗和有害排放 物。具體地講，燃料中容納的微氣泡減小了當燃料穿過管通道時在管通道的內表面與燃料 之間產生的摩擦力，并且因此，可以提高燃料的效率，并且還減小在燃料燃燒到顯著水準之 后產生的有害排放物的量。
【附圖說明】
[0020] 圖1示出了根據本公開的實例的用于產生微氣泡水的設備。
[0021] 圖2是示出了根據本公開的實例的微氣泡排出單元的剖視圖。
[0022]圖3是示出了根據本公開的實例的微氣泡排出單元的操作狀態的示例圖。
[0023] 圖4A和圖4B示出了根據本公開的實例的氫氣微氣泡水中的氣泡的測得大小和濃 度的測試圖。
[0024] 圖5A和圖5B示出了根據本公開的實例的氧氣微氣泡水中的氣泡的測得大小和濃 度的測試圖。
[0025] 圖6示出了根據本公開的實例的在包含氫氣微氣泡水和氧氣微氣泡水的細胞培 養基中培養不同時間段的肺癌細胞A549的生長的光學圖像細胞統計的分析結果。
[0026] 圖7示出了根據本公開的實例的肺癌細胞A549的細胞圖像的分析結果。
[0027] 圖8示出了根據本公開的實例的在包含氫氣微氣泡水和氧氣微氣泡水的細胞培 養基中培養不同時間段的肺癌細胞A549D9K的生長的光學圖像細胞統計的分析結果。
[0028] 圖9示出了根據本公開的實例的肺癌細胞A549D9K的細胞圖像的分析結果。
[0029] 圖10示出了根據本公開的實例的在包含氫氣微氣泡水和氧氣微氣泡水的細胞培 養基中培養的成骨細胞MC3T3的生長的光學圖像細胞統計的分析結果。
[0030] 圖11示出了根據本公開的實例的成骨細胞MC3T3的細胞圖像的分析結果。
[0031] 圖12示出了根據本公開的實例的在包含氫氣微氣泡水和氧氣微氣泡水的細胞培 養基中培養不同時間段的纖維原細胞NIH3T3的生長的光學圖像細胞統計的分析結果。
[0032] 圖13示出了根據本公開的實例的纖維原細胞NIH3T3的細胞圖像的分析結果。
[0033] 圖14示出了根據本公開的實例的在包含氫氣微氣泡水和氧氣微氣泡水的細胞培 養基中培養不同時間段的腎臟細胞J1EK293的生長的光學圖像細胞統計的分析結果。
[0034] 圖15示出了根據本公開的實例的腎臟細胞HEK293的細胞圖像的分析結果。
[0035] 圖16是根據本公開的實例的在汽油中產生微氣泡后121天用包括配備有405nm 激光器以及X20顯微鏡物鏡的LM14的NanoSight LM10-HS( -種高靈敏度(XD(電荷耦合 器件）照相機）拍攝的微氣泡的圖像。
[0036] 圖17A示出了根據本公開的實例的汽油中的微氣泡隨時間變化的數量，并且圖 17B至圖17D分別示出了就在汽油中產生微氣泡之后、在76天后和在121天后的微氣泡的 大小分布。
[0037] 圖18A示出了常規汽油和根據本公開的實例的在里面產生微氣泡的汽油的粘度， 并且圖18B示出了常規汽油和根據本公開的實例的在里面產生微氣泡的汽油的表面張力。
[0038] 圖19是示出了根據本公開的實施方式的使用微氣泡制造高效混合燃料的設備的 配置圖。
[0039] 圖20是示出了根據本公開的實施方式的在多孔材料表面上產生微氣泡的示意 圖。
[0040] 圖21A至圖21C示出了常規汽油和根據本公開的實例的在里面產生微氣泡的汽油 的功率特性。
[0041] 圖22A至圖22D示出了根據常規汽油和對應于本公開的實例的在里面產生微氣泡 的汽油的發動機負載的有害廢氣排放物的產生率。
【具體實施方式】
[0042] 以下將參照附圖詳細描述本公開的實例，使得本領域技術人員可以容易地實施本 公開。然而，要注意，本公開不限于這些實例，而是可以按照多種其他方式實施。在附圖中， 為了簡化說明，省略了與說明書無關的部分，并且在本公開的整個文章中，相同的附圖標記 指代相同的部分。
[0043] 在本公開的整篇文章中，用于指明一個元件與另一個元件的連接或耦接的術語 "連接至"或"耦接"包括元件"直接連接至或耦接"另一個元件的情形以及元件經由又另一 個元件"電子地連接至或耦接"另一個元件的情形。
[0044] 在本公開的整篇文章中，用于指明一個元件相對于另一個元件的位置的術語 "在...上"包括一個元件與另一個元件相鄰的情形以及在這兩個元件之間存在任何其他元 件的情形。
[0045] 在本公開的整篇文章中，文章中使用的術語"包括或包含"和/或"包括有/包含 有"表示除所述的組件、步驟、操作和/或元件之外不排除一個或多個其他組件、步驟、操作 和/或元件的存在或添加，除非上下文另外指明。術語"約或大約"或"基本上"旨在表示接 近用可容許的誤差指明的數值或范圍，并且旨在防止任何不合理的第三方非法或不正當地 使用為了理解本公開而公開的精確的或絕對的數值。在整篇文章中，術語的步驟"不 表示"用于...的步驟"。
[0046] 在本公開的整篇文章中，在馬庫什類型的描述中包括的術語的組合"表示 選自由按照馬庫什類型描述的組件、步驟、操作和/或元件組成的組的一個或多個組件、步 驟、操作和/或元件的混合或組合，從而表示本公開包括選自馬庫什組的一個或多個組件、 步驟、操作和/或元件。
[0047] 在本公開的整篇文章中，"A和/或B"形式的短語表示"A或B，或A和B"。
[0048] 在本公開的整篇文章中，術語"微氣泡"包括微米大小的微米氣泡和/或納米大小 的納米氣泡。微氣泡的平均直徑可以是約lnm至約lOOOym，但是可以不限于此。舉例來 說，微氣泡的平均直徑可以是約1um至約1000ym，并且納米氣泡的平均直徑可以是約lnm 至約lOOOnm。
[0049] 在本公開的整篇文章中，用于產生微氣泡的氣體可以包括選自由氫氣、氧氣、二氧 化碳、一氧化碳、氮氣、氣氣、氬氣、氖氣、空氣、臭氧、氣氣、氦氣、含氮化合物氣體、含碳化合 物氣體和它們的組合組成的組的氣體，但是可以不限于此。含氮化合物氣體不受特定地限 制，只要它是氣體形式的含氮化合物，并且可以包括，例如，但不限于，氨氣、氮氧化物等。含 碳化合物氣體不受特別限制，只要它是氣體形式的含碳化合物，并且可以包括，例如，但不 限于，具有1至4個碳原子的碳氫化合物氣體（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等）。
[0050] 以下將更詳細地解釋本公開。
[0051] 在本公開的第一方面，提供了一種使用超聲振動器生產微氣泡水的設備，所述設 備包括：容納液體的液罐；液體循環線路單元，其促使液罐中容納的液體循環；氣體供給線 路單元，其供應氣體到所述液罐中；和多個微氣泡排出單元，其設置在所述液罐中并與所述 氣體供給線路單元連接，且通過超聲振動以分離微氣泡，使得當以微氣泡形式將從氣體供 給線路單元供應的氣體排出時微氣泡不會彼此聚合。
[0052] 根據本公開的實施方式，所述液體可以包括選自由水、高粘性材料和它們的組合 組成的組中的成員，但是可以不限于此。舉例來說，高粘性材料可以包括選自由聚合物、燃 料和它們的組合組成的組中的成員，但是可以不限于此。舉例來說，高粘性材料可以包括選 自由聚合物、化石燃料、生物燃料和它們的組合組成的組中的成員，并且可以包括，例如，選 自由潤滑油、汽油、柴油、燃料油（bunkeroil)、生物乙醇、生物甲醇、生物柴油和它們的組 合組成的組中的成員，但是可以不限于此。
[0053]根據本公開的實施方式，在使用超聲振動器生產微氣泡水的設備中，液罐100中 具有預定空間來容納預定量的液體，如圖1所示，并且可以在其上部包括透視窗口（未示 出），透過該窗口可以看到里面，但是可以不限于此。被構造成檢查液罐100的內部壓力并 且調節液罐100的內部壓力的止回閥（未示出）可以進一步設置在液罐100的上表面，但 是可以不限于此。另外，可以形成用于排出容納在液罐100中的液體的排出口 101以及用 于引入液體到液罐100中的入口 102,但是可以不限于此。舉例來說，排出口 101可以形成 在比液罐100中容納的液體的液位低的位置，并且可以形成在液罐100的下部，但是可以 不限于此。舉例來說，入口 102可以形成在液罐100的上部或下部，但是可以不限于此。此 外，被構造成引入氣體的氣體注入單元可以進一步設置在液罐100的上部，但是可以不限 于此。該氣體注入單元可以注入氣體到液罐100中并且維持液罐100中的氣氛處于氣體飽 和狀態，并且在液罐100中產生壓力，但是可以不限于此。
[0054]根據本公開的實施方式，液體循環線路單元200被構造成使液罐100中容納的液 體循環，并且可以包括循環管道210和循環馬達220,但是可以不限于此。循環管道210被 構造成使液罐100的排出口 101和入口 102連接，并且液罐100中的液體通過排出口 101排 出，然后通過入口 102再次引入到液罐100中并在液罐中循環，但是可以不限于此。另外， 循環管道210包括循環馬達220,并且循環馬達220響應于從外側施加的控制信號選擇性地 操作，并且促使液罐100中的液體循環以通過排出口 101排出、沿著循環管道210循環并且 通過入口 102再次引入到液罐100中，但是可以不限于此。因此，在液體循環線路單元200 中，循環管道210被構造成使液罐100的排出口 101和入口 102連接，并且循環管道210中 包括的循環馬達220被構造成響應于從外側施加的控制信號操作，使得液罐100中的液體 通過排出口 101排出、沿著循環管道210循環并且通過