使用超声振动器生产微气泡水的设备、包含微气泡水的细胞培养基、使用该细胞培养基的...的制作方法

使用超声振动器生产微气泡水的设备、包含微气泡水的细胞培养基、使用该细胞培养基的 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用超声振动器生产微气泡水的能大批量生产具有最大量的溶 解气体的气泡水的设备、微气泡释放单元、包含微气泡水并且满足经济效率和安全性的细 胞培养基、使用该细胞培养基的细胞培养方法、使用微气泡的高效混合燃料以及用于制造 高效混合燃料的设备。
【背景技术】
[0002] 近几年来，已经生产出比普通水具有更高溶解气体含量的水。举例来说，具有高溶 解氧含量的氧气（气体）水已经主要用于净化牧场的废水或者给渔场的鱼供应氧气（气 体）。如果动物或人类饮用氧气水，氧气水会快速溶解在体内并激活新陈代谢，且使人体抵 抗各种害虫和疾病。因此，这种氧气水通常不仅用于牧场，而且用于家用或公司的净水器。 另外，对于植物，氧气水改善了土壤环境并且直接供应氧气给树叶或根，因此帮助植物生长 得更强壮并且使植物抵抗害虫和疾病，从而导致产量提高。由于上述原因，已经提出了各种 方法和设备以便生产氧气（气体、气泡）水。照惯例，用于生产气体水的方法和设备使用马 达高速混合水，同时增加溶解的气体含量。然而，根据这种方法，难以在短时间内获得所需 的气体含量并且也难以产生微气泡。另外，已经提供了通过电解或冷冻生产氧气（气体） 水的方法。在这种情况下，这种系统非常昂贵，并且混合的氧气（气体）在水中以气泡形式 存在。因此，溶解的氧含量随着时间推移而迅速下降，并且无法控制气泡的大小。此外，根 据通过供应微空气泡生产氧气（气体）水的方法，能够产生高浓度的氧气（气体）水，但是 需要在高压条件下持续产生并供应纳米气泡以便供应纳米气泡。另外，在这种情况下，相当 多的氧气（气体）量在水中以气泡形式存在，并且溶解的氧含量随着时间推移而迅速减小。
[0003] 血清是各种材料混合的复合制品，并且在细胞培养室中用作基本细胞培养基的添 加剂，并且用于细胞培养的血清包括生长因子、激素、刺激细胞的成分等，并且根据细胞的 种类而不同地使用。一般而言，然而，胎牛血清（FBS)是使用最广泛的血清。FBS是从怀孕 期的牛的血液分离的血清，并且尤其是，用作开发疫苗、蛋白质医疗用品和治疗抗体（近几 年来全世界在加速它们的技术开发）的原材料，以及培养动物细胞（生物技术相关实验的 基本步骤）。然而，最近，FBS的供应在疯牛病爆发之后受到限制，并且其价格飙升。另外， 目标产品会染上疯牛病，因此无法充分保障其安全性。韩国的FBS市场价值约为200亿韩 元，FBS的全球市场价值约为2万亿韩元。美国的FBS约占85%，澳大利亚和新西兰的FBS 约占15%。韩国的FBS尚未生产并且尚未商业化销售。因此，一旦FBS进口被禁止，几无 可用对策。因此，开发其他血清作为FBS或培养基成分的替代品的需求有了很大增加。韩 国专利No. 10-0394430描述了一种在用于培养人体血清的培养基中培养包含人体血清的 人体细胞的方法。然而，根据上述专利，培养基会感染例如AIDS之类的人体病毒并且其供 应受到限制。另外，它在培养其他动物细胞中不是非常有效，并且甚至在培养人体细胞时， 比使用FBS的培养基更为低效。因此，它无法完全替代FBS。它可以稍微减少FBS的使用， 但是其经济效益非常低。因此，已经需要开发能够减少使用FBS并且还促进细胞生长的作 为FBS或培养基的其他成分的替代品的其他血清。就这一点而言，通过使用纳米气泡水作 为细胞培养基的成分已经减少了高价FBS的使用。
[0004] 同时，化石燃料已经主要用作地球上的能源，并且这些化石燃料的相应储量有限。 因此，需要高效使用化石燃料。中东原油价格每年持续上涨。根据IEA(国际能源署）2010 的数据，中东原油价格在2035年有望达到约$243. 8/桶（BL)。2010年每天的平均原油消 耗约为8. 0740千万桶，原油消耗增加和原油价格上涨已经成为主要问题。需要关注开发下 一代燃料。尽管已经进行了开发燃料电池或氢燃料作为替代能源的研宄，但需要开发高效 能源以便抑制原油消耗。韩国专利No. 10-1071461涉及一种微气泡生成设备，并且描述了 通过搅拌将包含水和燃料的混合油转换成乳液状的微气泡生成设备。然而，根据上述方法， 转换成乳液状的混合油在一段时间内会不稳定，并且水和油会分离。为了解决这个问题，需 要开发稳定且不会发生分离的高效燃料。

【发明内容】
本发明解决的问题
[0005] 鉴于上述问题，本公开的目的是提供使用超声振动器生产微气泡水的设备。在该 设备中，多孔管主体接收超声振动器传播的超声振动，并且因此，多孔管主体振动，使得排 出微气泡形式的气体振动。当从多孔管主体产生微气泡时，微气泡容易聚合并且微气泡容 易从多孔管主体脱离。另外，为了产生微气泡，不需要注入高压气体。因此，能够通过较简 单的系统大批量生产微气泡，从而导致显著降低的生产成本。多孔管主体排出较均匀的微 气泡，并且因此能够在较短时间内大批量生产高质量的微气泡水。
[0006] 本公开的另一个目的还是提供一种微气泡排出单元，当超声振动器在多孔管主体 上施加超声振动时，该微气泡排出单元便于多孔管主体产生的微气泡分离。
[0007]本公开的另一个目的是提供一种包含微气泡水的细胞培养基以及使用该细胞培 养基的细胞培养方法，该细胞培养基通过减少使用高价的FBS满足安全性和经济效率。
[0008] 本公开的另一个目的是提供一种使用微气泡的高效混合燃料以及用于制造该燃 料的设备。
[0009] 然而，本公开的示例性实施方式解决的问题不限于上述问题。尽管本文中未描述， 本领域技术人员从以下描述可以清楚地理解本公开解决的其他问题。 解决问题的手段
[0010] 在本公开的第一方面，提供了一种使用超声振动器生产微气泡水的设备，所述设 备包括：容纳液体的液罐；液体循环线路单元，其促使液罐中容纳的液体循环；气体供给线 路单元，其供应气体到所述液罐中；和多个微气泡排出单元，其设置在所述液罐中并且与所 述气体供给线路单元连接上，通过超声振动以分离微气泡，使得当以微气泡形式从气体供 给线路单元排出从气体供给线路单元供应的气体时微气泡不会彼此聚合。
[0011] 在本公开的第二方面，提供了一种使用超声振动器的微气泡排出单元，包括：主体 单元，其设置成与多孔管主体的一侧连接上并且被构造成通过设置在里面的超声振动器来 产生振动；和振动传送单元，其与所述多孔管主体的一侧连接并且被构造成传递主体单元 产生的超声振动到多孔管主体，其中所述超声振动经由振动传送单元施加在所述多孔管主 体上以便分离所述多孔管主体产生的微气泡。
[0012] 在本发明的第三方面，提供了一种细胞培养基，其包含血清和抗生素，其中所述细 胞培养基包含微气泡水，并且lmL微气泡水包含103至10 18个平均直径为lnm至1000ym的 微气泡。
[0013] 在本发明的第四方面，提供了一种细胞培养方法，包括：以汇合方式在培养基中培 养细胞；并且将所述细胞培养基更换成包含微气泡水的培养基，其中lmL微气泡水包含103 至1018个平均直径为lnm至1000ym的微气泡。
[0014] 在本公开的第五方面，提供了一种高效混合燃料，其包括：燃料和所述燃料中形成 的微气泡。
[0015] 在本公开的第六方面，提供了一种用于制造高效混合燃料的设备，其包括：液罐， 液体注入到所述液罐中；气体供给线路单元，其被配置成供应气体到所述液罐中；以及多 孔管主体，其设置在所述液罐中。 本发明的效果
[0016] 在根据本公开的使用超声振动器生产微气泡水的设备中，首先，被构造成以微气 泡形式排出从外侧供应的低压气体的多孔管主体在接收从超声振动器传来的超声振动时 振动，并且因此，在微气泡附着在多孔管主体的表面上或者彼此聚合之前，微气泡从多孔管 主体分离，使得能够在容纳于液罐的液体中产生具有最大溶解量的气泡的气泡水。另外，由 于不需要注入高压气体以便产生微气泡，所以能够通过较简单的系统大批量生产高质量气 泡水，从而导致显著减少生产高质量气泡水的生产成本。其次，由于没有与液体混合的剩余 气体允许留在液罐中并且液罐内的气氛维持在气体饱和状态，所以能够使气泡水的气体含 量最大化并且也能够生产甚至在一段时间过后维持充分溶解的气体含量的气泡水。第三， 由于产生的微气泡非常小并且尺寸较为均匀，所以微气泡可以高效地溶解在液体（水）中 并且在较短时间内可以获得预定的溶解气体比率的气泡水。第四，能够在高粘性材料内产 生尺寸又小又均匀的微气泡。第五，能够生产包含高效清洁能源的微气泡。
[0017] 根据本公开的微气泡排出单元，当超声振动器在多孔管主体上施加超声振动时， 可以便于多孔管主体产生的微气泡分离。
[0018] 根据本公开的细胞培养基包含微气泡水，并且因此可以在具有与含FBS的培养基 相等或更高的细胞生长促进效果的同时减少使用高价的FBS。另外，由于微气泡水本身是安 全的，所以能够经济且安全地培养细胞。
[0019] 在根据本公开的高效混合燃料以及用于制造高效混合燃料的设备中，在常规燃料 中产生微气泡，使得可以提高燃料燃烧和燃料效率并且可以减少进一步的能耗和有害排放 物。具体地讲，燃料中容纳的微气泡减小了当燃料穿过管通道时在管通道的内表面与燃料 之间产生的摩擦力，并且因此，可以提高燃料的效率，并且还减小在燃料燃烧到显著水准之 后产生的有害排放物的量。
【附图说明】
[0020] 图1示出了根据本公开的实例的用于产生微气泡水的设备。
[0021] 图2是示出了根据本公开的实例的微气泡排出单元的剖视图。
[0022]图3是示出了根据本公开的实例的微气泡排出单元的操作状态的示例图。
[0023] 图4A和图4B示出了根据本公开的实例的氢气微气泡水中的气泡的测得大小和浓 度的测试图。
[0024] 图5A和图5B示出了根据本公开的实例的氧气微气泡水中的气泡的测得大小和浓 度的测试图。
[0025] 图6示出了根据本公开的实例的在包含氢气微气泡水和氧气微气泡水的细胞培 养基中培养不同时间段的肺癌细胞A549的生长的光学图像细胞统计的分析结果。
[0026] 图7示出了根据本公开的实例的肺癌细胞A549的细胞图像的分析结果。
[0027] 图8示出了根据本公开的实例的在包含氢气微气泡水和氧气微气泡水的细胞培 养基中培养不同时间段的肺癌细胞A549D9K的生长的光学图像细胞统计的分析结果。
[0028] 图9示出了根据本公开的实例的肺癌细胞A549D9K的细胞图像的分析结果。
[0029] 图10示出了根据本公开的实例的在包含氢气微气泡水和氧气微气泡水的细胞培 养基中培养的成骨细胞MC3T3的生长的光学图像细胞统计的分析结果。
[0030] 图11示出了根据本公开的实例的成骨细胞MC3T3的细胞图像的分析结果。
[0031] 图12示出了根据本公开的实例的在包含氢气微气泡水和氧气微气泡水的细胞培 养基中培养不同时间段的纤维原细胞NIH3T3的生长的光学图像细胞统计的分析结果。
[0032] 图13示出了根据本公开的实例的纤维原细胞NIH3T3的细胞图像的分析结果。
[0033] 图14示出了根据本公开的实例的在包含氢气微气泡水和氧气微气泡水的细胞培 养基中培养不同时间段的肾脏细胞J1EK293的生长的光学图像细胞统计的分析结果。
[0034] 图15示出了根据本公开的实例的肾脏细胞HEK293的细胞图像的分析结果。
[0035] 图16是根据本公开的实例的在汽油中产生微气泡后121天用包括配备有405nm 激光器以及X20显微镜物镜的LM14的NanoSight LM10-HS( -种高灵敏度(XD(电荷耦合 器件）照相机）拍摄的微气泡的图像。
[0036] 图17A示出了根据本公开的实例的汽油中的微气泡随时间变化的数量，并且图 17B至图17D分别示出了就在汽油中产生微气泡之后、在76天后和在121天后的微气泡的 大小分布。
[0037] 图18A示出了常规汽油和根据本公开的实例的在里面产生微气泡的汽油的粘度， 并且图18B示出了常规汽油和根据本公开的实例的在里面产生微气泡的汽油的表面张力。
[0038] 图19是示出了根据本公开的实施方式的使用微气泡制造高效混合燃料的设备的 配置图。
[0039] 图20是示出了根据本公开的实施方式的在多孔材料表面上产生微气泡的示意 图。
[0040] 图21A至图21C示出了常规汽油和根据本公开的实例的在里面产生微气泡的汽油 的功率特性。
[0041] 图22A至图22D示出了根据常规汽油和对应于本公开的实例的在里面产生微气泡 的汽油的发动机负载的有害废气排放物的产生率。
【具体实施方式】
[0042] 以下将参照附图详细描述本公开的实例，使得本领域技术人员可以容易地实施本 公开。然而，要注意，本公开不限于这些实例，而是可以按照多种其他方式实施。在附图中， 为了简化说明，省略了与说明书无关的部分，并且在本公开的整个文章中，相同的附图标记 指代相同的部分。
[0043] 在本公开的整篇文章中，用于指明一个元件与另一个元件的连接或耦接的术语 "连接至"或"耦接"包括元件"直接连接至或耦接"另一个元件的情形以及元件经由又另一 个元件"电子地连接至或耦接"另一个元件的情形。
[0044] 在本公开的整篇文章中，用于指明一个元件相对于另一个元件的位置的术语 "在...上"包括一个元件与另一个元件相邻的情形以及在这两个元件之间存在任何其他元 件的情形。
[0045] 在本公开的整篇文章中，文章中使用的术语"包括或包含"和/或"包括有/包含 有"表示除所述的组件、步骤、操作和/或元件之外不排除一个或多个其他组件、步骤、操作 和/或元件的存在或添加，除非上下文另外指明。术语"约或大约"或"基本上"旨在表示接 近用可容许的误差指明的数值或范围，并且旨在防止任何不合理的第三方非法或不正当地 使用为了理解本公开而公开的精确的或绝对的数值。在整篇文章中，术语的步骤"不 表示"用于...的步骤"。
[0046] 在本公开的整篇文章中，在马库什类型的描述中包括的术语的组合"表示 选自由按照马库什类型描述的组件、步骤、操作和/或元件组成的组的一个或多个组件、步 骤、操作和/或元件的混合或组合，从而表示本公开包括选自马库什组的一个或多个组件、 步骤、操作和/或元件。
[0047] 在本公开的整篇文章中，"A和/或B"形式的短语表示"A或B，或A和B"。
[0048] 在本公开的整篇文章中，术语"微气泡"包括微米大小的微米气泡和/或纳米大小 的纳米气泡。微气泡的平均直径可以是约lnm至约lOOOym，但是可以不限于此。举例来 说，微气泡的平均直径可以是约1um至约1000ym，并且纳米气泡的平均直径可以是约lnm 至约lOOOnm。
[0049] 在本公开的整篇文章中，用于产生微气泡的气体可以包括选自由氢气、氧气、二氧 化碳、一氧化碳、氮气、氣气、氩气、氖气、空气、臭氧、氣气、氦气、含氮化合物气体、含碳化合 物气体和它们的组合组成的组的气体，但是可以不限于此。含氮化合物气体不受特定地限 制，只要它是气体形式的含氮化合物，并且可以包括，例如，但不限于，氨气、氮氧化物等。含 碳化合物气体不受特别限制，只要它是气体形式的含碳化合物，并且可以包括，例如，但不 限于，具有1至4个碳原子的碳氢化合物气体（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等）。
[0050] 以下将更详细地解释本公开。
[0051] 在本公开的第一方面，提供了一种使用超声振动器生产微气泡水的设备，所述设 备包括：容纳液体的液罐；液体循环线路单元，其促使液罐中容纳的液体循环；气体供给线 路单元，其供应气体到所述液罐中；和多个微气泡排出单元，其设置在所述液罐中并与所述 气体供给线路单元连接，且通过超声振动以分离微气泡，使得当以微气泡形式将从气体供 给线路单元供应的气体排出时微气泡不会彼此聚合。
[0052] 根据本公开的实施方式，所述液体可以包括选自由水、高粘性材料和它们的组合 组成的组中的成员，但是可以不限于此。举例来说，高粘性材料可以包括选自由聚合物、燃 料和它们的组合组成的组中的成员，但是可以不限于此。举例来说，高粘性材料可以包括选 自由聚合物、化石燃料、生物燃料和它们的组合组成的组中的成员，并且可以包括，例如，选 自由润滑油、汽油、柴油、燃料油（bunkeroil)、生物乙醇、生物甲醇、生物柴油和它们的组 合组成的组中的成员，但是可以不限于此。
[0053]根据本公开的实施方式，在使用超声振动器生产微气泡水的设备中，液罐100中 具有预定空间来容纳预定量的液体，如图1所示，并且可以在其上部包括透视窗口（未示 出），透过该窗口可以看到里面，但是可以不限于此。被构造成检查液罐100的内部压力并 且调节液罐100的内部压力的止回阀（未示出）可以进一步设置在液罐100的上表面，但 是可以不限于此。另外，可以形成用于排出容纳在液罐100中的液体的排出口 101以及用 于引入液体到液罐100中的入口 102,但是可以不限于此。举例来说，排出口 101可以形成 在比液罐100中容纳的液体的液位低的位置，并且可以形成在液罐100的下部，但是可以 不限于此。举例来说，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，被构造成引入气体的气体注入单元可以进一步设置在液罐100的上部，但是可以不限 于此。该气体注入单元可以注入气体到液罐100中并且维持液罐100中的气氛处于气体饱 和状态，并且在液罐100中产生压力，但是可以不限于此。
[0054]根据本公开的实施方式，液体循环线路单元200被构造成使液罐100中容纳的液 体循环，并且可以包括循环管道210和循环马达220,但是可以不限于此。循环管道210被 构造成使液罐100的排出口 101和入口 102连接，并且液罐100中的液体通过排出口 101排 出，然后通过入口 102再次引入到液罐100中并在液罐中循环，但是可以不限于此。另外， 循环管道210包括循环马达220,并且循环马达220响应于从外侧施加的控制信号选择性地 操作，并且促使液罐100中的液体循环以通过排出口 101排出、沿着循环管道210循环并且 通过入口 102再次引入到液罐100中，但是可以不限于此。因此，在液体循环线路单元200 中，循环管道210被构造成使液罐100的排出口 101和入口 102连接，并且循环管道210中 包括的循环马达220被构造成响应于从外侧施加的控制信号操作，使得液罐100中的液体 通过排出口 101排出、沿着循环管道210循环并且通过