一种组合式消泡桨及使用组合式消泡桨的微型生物反应器的制作方法

本发明涉及微型反应器技术领域，尤指一种组合式消泡桨及使用组合式消泡桨的微型生物反应器。

背景技术：

近年来，生物制药产业在国民经济中发挥了越来越大的作用，收到了更多媒体和老百姓的关注。微生物发酵制药的技术源头是微生物的菌种，一个好的微生物菌种在一定程度上决定了微生物发酵产生的药物的质与量。而菌种的高通量筛选技术是其性能改进的重要环节之一。

目前，高通量筛选技术因其筛选效率高而日益得到重视与发展，而高通量筛选需要借助微型生物反应器来完成。

消泡桨是生物反应器的重要部件，其作用是打碎反应器内因通气和搅拌形成的泡沫，防止泡沫随排气带出反应器内，致使反应器逃液。

常规的生物反应器结构示意图，如图1所示。常规的生物反应器包括罐体、罐盖、搅拌轴、机械密封动环、机械密封静环、搅拌桨、常规挡圈、由桨叶与轮毂组成的常规消泡桨。

位于罐体内部的机械密封动环、挡圈、消泡桨为分体结构，挡圈用于压紧设置在搅拌轴上的机械密封动环，致使机械密封动环与位于罐盖定位槽内的静环相互压紧，保证反应器内气体的密封以形成罐压；消泡桨通常安装于液面与罐盖之间的搅拌轴上，根据液面的高低与泡沫情况可进行高低调节，以控制泡沫位置高低。

由于微型反应器轴向尺寸要求较小，如采用传统的结构，消泡桨的位置将降低，影响微型反应器的装料系数，同时在有限空间内增加了操作与维护的难度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种组合式消泡桨及使用组合式消泡桨的微型生物反应器，在不影响消泡功能的基础上，有效缩减了微型生物反应器的轴向空间，便于清洗与维护，简化了用于高通量筛选的微反应器的内部结构与操作要求。

本发明提供的技术方案如下：

一种组合式消泡桨，其包括：一对桨叶和挡圈，所述一对桨叶水平设置在挡圈的外圈，且所述一对桨叶所在直线穿过挡圈的几何中心。

具体的，一对桨叶设置在挡圈的外圈上，其位置水平相对，桨叶所在的直线穿过挡圈的几何中心。

进一步优选地，所述桨叶的下部设置有锯齿形结构，或平叶结构，或相互垂直的圆杆与细杆的组合结构，以保证良好的消泡效果。

具体的，桨叶下部根据使用要求所采用的锯齿形、平叶形、横向圆杆形或圆杆上加装竖杆等形式结构，与罐体内液面上的气泡接触，更容易戳破气泡，从而破坏罐体内液面上的气泡，保证良好的消泡效果。

进一步优选地，所述桨叶的底部与挡圈的底部齐平。

具体的，桨叶的底部与挡圈的底部齐平的设计，有效保证组合式消泡桨制作工艺的统一性，从而保证消泡桨结构的一致性，以避免基于平行试验原理的多通道微型反应器相互之间内部器件结构尺寸不一致，而影响高通量筛选的试验数据。

本发明还提供了一种微型生物反应器，其包括罐体、搅拌轴、罐盖、机械密封动环、机械密封静环以及搅拌桨；所述机械密封静环固定在罐盖下方；搅拌轴穿过罐盖的中心孔，设置在罐体的内腔中；所述机械密封动环、搅拌桨设置在搅拌轴上；在搅拌轴上还设置有如前述的组合式消泡桨。

进一步优选地，所述组合式消泡桨设置在所述机械密封动环的下部，其中，所述组合式消泡桨上的挡圈的顶部紧压所述机械密封动环以实现轴向限位。

进一步优选地，所述组合式消泡桨在所述搅拌轴上的位置可调，以调节对所述机械密封动环的压紧程度。

进一步优选地，当所述组合式消泡桨在所述搅拌轴上的位置确定后，通过紧定螺钉将所述组合式消泡桨固定于所述搅拌轴上。

进一步优选地，当所述组合式消泡桨在所述搅拌轴上的位置确定后，通过对穿销柱将所述挡圈固定于所述搅拌轴上，以将所述组合式消泡桨固定于所述搅拌轴上，来固定对所述机械密封动环的压紧量。

通过本发明提供的一种组合式消泡桨及使用组合式消泡桨的微型生物反应器，能够带来以下至少一种有益效果：

(1)消泡桨采用组合式结构，结构紧凑，布局合理，保证了微型生物反应器的消泡功能。

(2)使用组合式消泡桨，可以有效缩减微型生物反应器的轴向空间，满足微反应器的使用与操作要求。常规生物反应器的搅拌系统，是将机械密封动环的挡圈与消泡桨各自独立设置，而微型生物反应器的罐体几何尺寸较小，尤其是罐内高度不够，设置两个独立的结构(挡圈与消泡桨)就使消泡桨位置过低，降低了微反应器的装料系数，同时在有限空间内增加了操作与维护的难度。在本发明中，用于压紧机械密封动环的挡圈与消泡桨集成为一体，组合式消泡桨中的挡圈既对机械密封动环压紧，同时挡圈又作消泡桨的轮毂使用；而且桨叶还起到消泡作用。这样的结构就可以既起到对机械密封动环的限位作用，同时又避免消泡桨的位置过低，可以有效粉碎泡沫。进一步地，这种二者相集成的结构还有效缩减了微型生物反应器的轴向空间要求。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种组合式消泡桨及使用组合式消泡桨的微型生物反应器的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是传统的生物反应器结构示意图；

图2是本发明组合式消泡桨一种实施例的结构示意图；

图3是本发明使用组合式消泡桨的微型生物反应器一种实施例的结构示意图。

附图标号说明：

1.挡圈；2.桨叶；

3.搅拌轴；4.罐体；5.搅拌桨；6.罐盖；7.机械密封动环；

8.罐体；9.罐盖；10.搅拌轴；11.机械密封动环；12.搅拌桨；13.传统挡圈；14.传统消泡桨。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

图1是传统的生物反应器结构示意图，传统的生物反应器包括罐体8、罐盖9、搅拌轴10、机械密封动环11、搅拌桨12、传统挡圈13、传统消泡桨14。

位于罐体8内部的传统挡圈13、传统消泡桨14为分体结构，传统挡圈13用于压紧设置在搅拌轴10上的机械密封动环11，致使机械密封动环11与位于罐盖9静环定位槽内的静环相互压紧，保证反应器内气体的密封形成罐压；消泡桨用于打碎罐内因通气与搅拌形成的泡沫，防止泡沫随排气带出罐内造成逃液，传统消泡桨14通常安装于液面与罐盖9之间的搅拌轴10上，根据液面的高低与泡沫情况可进行高低调节，以控制泡沫位置高低。挡圈与消泡桨均依靠紧定螺钉从二者的轮毂位置侧向固定于搅拌轴上。而在微型反应器中，由于罐体几何尺寸小，尤其是罐内高度不够，设置两个轮毂使得消泡桨位置过低，而由于微型反应器轴向尺寸要求较小，采用上述传统的结构，又会降低反应器的装料体积、增加清洗与操作难度。

在本发明组合式消泡桨的实施例一中，其包括一对桨叶、挡圈，其中，一对桨叶水平设置在挡圈的外圈，且桨叶所在直线穿过挡圈的几何中心，以实现对称的结构，从而保证消泡的均匀效果。通过本实施例的结构，能够将传统结构中的机械密封动环挡圈与消泡桨合二为一，有效减小了将组合式消泡桨应用于微型生物反应器中时，对轴向安装空间尺寸的要求，同时简化了反应器的罐内结构，便于操作、清洗、降低死角风险。

优选地，在实施例一的基础上，本发明的实施例二在桨叶的下部设置有锯齿形结构，或平叶结构，或相互垂直的圆杆与细杆的组合结构，以保证良好的消泡效果。

优选地，在实施例一的基础上，本发明的实施例三中的桨叶的底部与挡圈的底部齐平，从而有效保证组合式消泡桨制作工艺的统一性，从而保证消泡桨结构的一致性，以避免基于平行试验原理的多通道微型反应器相互之间内部器件结构尺寸不一致，而影响高通量筛选的试验数据。

在本发明组合式消泡桨的一个具体的优选实施例中，参照图2，组合式消泡桨包括：桨叶2，挡圈1，一对桨叶2水平设置在挡圈1的外圈，桨叶2所在直线穿过挡圈1的几何中心。桨叶2的下部设置有锯齿形结构，且桨叶2的底部与挡圈1的底部齐平。本发明的组合式消泡桨在保证搅拌效果的前提下，通过挡圈和桨叶的组合式结构，有效减小轴向的安装空间尺寸，从而当将本发明的组合式消泡桨应用于微型生物反应器中时，能够增加微反应器的装料体积，简化反应器罐体内的结构，便于操作、清洗、降低死角风险。

本发明还公开了一种微型生物反应器。目前国际上出现的微型生物反应器在结构上大体包括三类：孔板式微反应器(microtiter plate，MTP)、基于现有摇瓶或发酵罐原型缩微化的分体式微反应器(miniature bioreactor，MBR)和微流控芯片实验室(microfluid-based lab-on-a-chip)。微型生物反应器虽然形式各异，但都具有以下功能和特点：①多参数在线检测功能，可同时测量pH值、DO(dissolved oxygen，溶解氧)、Pco2、OD(optical density，光密度)等重要参数；②高通量分析功能，在一台微反应器上集成的微发酵罐数可达6、12、24、48、96个不等；③体积小，其体积一般小于100mL，有的甚至小至5mL，微流控芯片则为nL级规模。此外，还有造价低、减少昂贵原材料消耗、降低劳动强度等优势。

在本发明微型生物反应器的实施例一中，微型生物反应器包括罐体、搅拌轴、罐盖、机械密封动环、机械密封静环以及搅拌桨；所述机械密封静环固定在罐盖下方；搅拌轴穿过罐盖的中心孔，设置在罐体的内腔中；所述机械密封动环、搅拌桨设置在搅拌轴上；在搅拌轴上还设置有如前述的组合式消泡桨，其中组合式消泡桨的结构为：其包括一对桨叶、挡圈，其中，一对桨叶水平设置在挡圈的外圈，且桨叶所在直线穿过挡圈的几何中心。本发明提供的微型生物反应器能够通过简化消泡桨的结构，在满足消泡功能的基础上，有效提高了微型生物反应器的装料系数，同时简化了罐内结构，便于操作、清洗、降低死角风险。

在本发明微型生物反应器的实施例二中，优选地，在上述实施例一的基础上，组合式消泡桨设置在机械密封动环的下部，组合式消泡桨上的挡圈的顶部紧压机械密封动环固定，以实现对机械密封动环的轴向限位。组合式消泡桨上的挡圈由紧固螺钉固定在搅拌轴上，其可根据搅拌系统的轴向累积加工误差及机械密封动环所需弹簧压紧程度，灵活调整在搅拌轴上的位置。

优选地，组合式消泡桨在搅拌轴上的位置可调，以调节对所述机械密封动环的压紧程度。当组合式消泡桨在搅拌轴上的位置确定后，可以通过紧定螺钉将组合式消泡桨固定于搅拌轴上。也可以通过对穿销柱将挡圈固定于搅拌轴上，以将组合式消泡桨固定于搅拌轴上，来固定对机械密封动环的压紧量。

在本发明微型生物反应器的一个具体的优选实施例中，参照图2、图3，微型生物反应器包括罐体4、搅拌轴3、罐盖6、机械密封动环7以及搅拌桨5；搅拌轴3穿过罐盖6的中心孔，设置在罐体4的内腔中；机械密封动环7、搅拌桨5设置在搅拌轴3上；在搅拌轴3上还设置有组合式消泡桨，其中，组合式消泡桨的结构为：包括桨叶2，挡圈1，一对桨叶2水平设置在挡圈1的外圈，桨叶2所在直线穿过挡圈1的几何中心。桨叶2的下部设置有锯齿形结构，且桨叶2的底部与挡圈1的底部齐平。同时，所述组合式消泡桨设置在机械密封动环7的下部，组合式消泡桨上的挡圈1的顶部紧压机械密封动环7固定。其中，组合式消泡桨在搅拌轴3上的位置可调，以调节对机械密封动环7的压紧程度。

在本实施例中，搅拌桨的结构还可以采用如下结构：其包括轮毂、圆盘及桨叶，桨叶与圆盘为一体结构，圆盘固定在轮毂的下部。桨叶、圆盘为耐折弯的薄壁金属。圆盘与轮毂采用涨接、点焊或螺栓紧固的连接方式。圆盘的中部设置有中心孔，中心孔尺寸与轮毂下部的外圆尺寸配合设置。桨叶的数量为二至六件，其均分在圆盘的外部；桨叶所在平面与圆盘所在平面垂直。

本发明提供的组合式消泡桨及使用组合式消泡桨的微型生物反应器，其结构紧凑，布局合理，消泡桨与动环挡圈采用组合式结构，在保证消泡功能的基础上，有效提高了微型生物反应器的装料系数，同时简化了罐内结构，便于操作、清洗、降低死角风险，更好满足了微型反应器的使用要求。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。