专利名称：一种生物培养液透射光谱获取方法及适用该方法的反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于光谱检测领域，特别涉及透射光谱数据快速实时获取方法及工具。
背景技术：
生物反应器中生物培养液里成分含量的定量信息的快速实时获取，是进行其生产 过程控制决策的基础，是实现其高效、低成本自动化生产管理的关键因素之一。光谱分析技 术是一种已经被证明了的，可以快速获取物质内部成分的无损检测方法。传统的生物培养 液光谱获取方法主要有以下几种
第一种是将培养液从生物反应器中抽提出来，放入样品池内，然后进行光谱的测量。但 是这样的采样过程，会造成生物反应器内部与外界接触，从而很容易污染生物反应器。而且 采样过程无法实现实时在线的信息获取，测量过程耗费时间，且不易实现自动化采样。第二种是将光谱测量探头插入生物反应器内。这个方法需要对光谱探头进行杀菌 后，长时间地将光谱探头插入反应器内，如果需要测量很多个样本点的话，就需要很多个光 谱探头，成本较高。此外，杀菌方法一般都要求高温高压，这会对探头造成伤害，而用化学试 剂杀菌的话，残留的化学试剂会对生物反应器中的生物造成很大的影响，同时由于生物反 应器中生物培养液一般需要搅动，而流动的培养液对光谱信号的采集影响非常大。第三种是直接将光谱探头放置接触到生物反应器的表面，从而测量生物培养液的 反射光谱，由于长方体与圆柱体相比，相同体积下耗费的材料多，且反应器有棱角的话搅拌 时会有阻力，并且搅拌死角，不利于液体搅拌，所以反应器一般为圆柱体，表面为曲面，检测 时反应器的反射光会对检测结果造成影响，且信号较差，同时生物培养液搅动对光谱测量 的影响依然存在。对于需要封闭培养的生物培养液来说，采用上述三种方法都很难准确而快速地获 取光谱数据。S. Alison Arnold等人于2003年在《生物技术与生物工程》(《BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING)), VOL. 84，NO. 1，OCTOBER 5，2003)上发表的论文“哺乳动物细胞培养 关键成分的原位近红外光谱监测”(In-Situ Near Infrared Spectroscopy to Monitor Key Analytes in Mammalian Cell Cultivation)中提到，在光谱数据的获取中，将光谱探 头伸入培养液中，这种方法对光谱探头会有损伤，且要对光谱探头进行严格消毒，否则将对 培养液中的培养物造成很大影响。中国专利局2006年7月12日公告的CN1802120A号专利，名称为利用近红外光谱对 溶液和分散液进行定量分析的方法和装置，该专利所用的方法类似于上述第三种检测方法， 从容器表面进行照射并对产品的反射或传输的射线进行检测，该方法使用过程中，由于容器 表面为曲面，每个角度对射线的反射特性不同，对每次检测获取的数据都有不同程度的影响。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的生物培养液的光谱数据获取方法误差较大且效率低的问题，设计一种生物培养液透射光谱快速实时的获取方法及适用该方法的反应器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种生物培养液透射光谱获取方 法，使用光源和光谱探头来获取透射光谱数据，生物培养液在反应器中培养，并定时对生物 培养液进行搅动，反应器侧壁上设有抽筒，透射光谱获取步骤为将生物培养液抽取到抽筒 内，光源和光谱探头分别放置在抽筒两侧，获取抽筒内生物培养液的透射光谱数据，数据获 取后将抽筒内的生物培养液重新送入反应器中进行培养。对生物培养液进行搅动来保持培 养液均勻，搅拌后将生物培养液抽取到抽筒中，由于抽筒容量小且相对独立，生物培养液在 抽筒中相对稳定，将搅拌后液体流动对透射光谱数据的影响减少到可以忽略的程度，获取 的数据更为准确，在获取数据后将培养液重新送入反应器中，整个透射光谱获取过程中生 物培养液无需与外界接触，即不会对生物培养液造成污染，又省略了取样过程，避免样品与 外界接触后获得数据与实际数据不符。作为优选，光源发出的射线依次穿过抽筒一侧壁、生物培养液、抽筒另一侧壁后被 光谱探头获取，射线穿过的两侧壁与射线方向垂直。射线在穿过抽筒侧壁时，如果抽筒侧壁 为弧形，不与射线方向垂直，射线会产生折射，而每次检测时很难做到将光源和光谱探头对 准抽筒侧壁的同一个位置，那么每次检测过程中射线的折射角度都会不同，对最后获取的 透射光谱数据造成影响。所以保持抽筒侧壁与射线方向垂直，可以将这种影响减小。作为优选，采用一组光源及光谱探头对多个点进行检测。一般方法是采用多个光 谱探头固定在反应器内部的不同位置，对多个点进行检测，成本高，本方法中光谱探头不用 伸入反应器，只要设置多个抽筒，光谱探头在各抽筒之间活动，就可以采用单个光谱探头检 测多个点。作为优选，生物培养液整个培养过程均为封闭式。生物培养液始终不与外界接触， 保证培养环境的一致性，使结果更为可靠。一种适用上述方法的反应器，包括反应器主体，反应器主体的侧壁上有至少一个 带有抽取活塞的抽筒，其中一个抽筒两侧相对设置光源和光谱探头。抽取活塞可以控制将 生物培养液抽取和送回的动作，光源和光谱探头作为透射光谱数据获取设备，可以在不同 抽筒之间移动，可以采用一套光源和光谱探头获取多点数据。作为优选，所述抽筒与光源及光谱探头相对的两个侧壁均为平面。抽筒侧壁各处 等厚且为平面，避免弧面折射对透射光谱数据的影响。作为优选，抽筒截面可以是两侧为平 面、顶部和底部为弧面的结构。作为优选，所述光源及光谱探头与抽筒侧壁表面垂直，光源及光谱探头与抽筒侧 壁之间有间隙。避免光线折射对数据的影响。作为优选，所述反应器为封闭式结构。反应器设有可以封闭的进、出料口，培养和 检测过程中进、出料口封闭，避免生物培养液与外界接触。作为优选，所述反应器内设有搅拌装置。搅拌装置可以是手动操作的搅动杆，也可 以是泵。作为优选，所述反应器为玻璃容器。本发明无需取样、无需将光谱探头伸入培养液中，操作简单，可以实现实时检测； 抽筒避免了液体流动的影响，抽筒与光谱探头及光源垂直的侧壁为平面，避免了弧面折射 对光谱数据的影响，数据可靠性高；整个培养和检测过程生物培养液不与外界接触，培养环
4境稳定。
图1是本发明一种结构示意图。图2是图1中A-A处的剖视图。图中1.反应器主体，2.抽筒，3.抽取活塞，4.光源，5.光谱探头，6.生物培养液。
具体实施例方式下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。实施例一种能实时准确获取生物培养液透射光谱数据的反应器，如图1、图2所 示。反应器主体1为柱状玻璃容器，反应器主体1装入生物培养液6后封闭，反应器主体1 内设有搅拌装置，反应器主体1的侧壁上设有一个抽筒2，抽筒2为透明玻璃，抽筒2左右 两侧壁为竖直平面，抽筒2内设有抽取活塞3，抽取活塞3的内端与抽筒2内壁相配，抽筒2 的左右两侧分别设有光源4和光谱探头5，光源4和光谱探头5相互对齐，并与抽筒2侧壁 垂直。定时搅动生物培养液，使生物培养液均勻，获取透射光谱数据时，向外抽动抽取活 塞3，将生物培养液6抽取到抽筒2中，光源4发出的射线依次穿过抽筒2的右侧壁、生物培 养液6、抽筒2的左侧壁后被光谱探头获取，检测完成后将抽取活塞3推入，将抽取生物培养 液6重新送入反应器主体1中。
权利要求
一种生物培养液透射光谱获取方法，使用光源和光谱探头来获取透射光谱数据，其特征在于生物培养液在反应器中培养，并定时对生物培养液进行搅动，反应器侧壁上设有抽筒，透射光谱获取步骤为将生物培养液抽取到抽筒内，光源和光谱探头分别放置在抽筒两侧，获取抽筒内生物培养液的透射光谱数据，数据获取后将抽筒内的生物培养液重新送入反应器中进行培养。
2.根据权利要求1所述的一种生物培养液透射光谱获取方法，其特征在于光源发出 的射线依次穿过抽筒一侧壁、生物培养液、抽筒另一侧壁后被光谱探头获取，射线穿过的两 侧壁与射线方向垂直。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物培养液透射光谱获取方法，其特征在于采用 一组光源及光谱探头对多个点进行检测。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物培养液透射光谱获取方法，其特征在于生物 培养液整个培养过程均为封闭式。
5.一种反应器，包括反应器主体，其特征在于反应器主体的侧壁上有至少一个带有 抽取活塞的抽筒，其中一个抽筒两侧相对设置光源和光谱探头。
6.根据权利要求5所述的一种反应器，其特征在于所述抽筒与光源及光谱探头相对 的两个侧壁均为平面。
7.根据权利要求6所述的一种反应器，其特征在于所述光源及光谱探头与抽筒侧壁 表面垂直，光源及光谱探头与抽筒侧壁之间有间隙。
8.根据权利要求5或6或7所述的一种反应器，其特征在于所述反应器为封闭式结构。
9.根据权利要求5或6或7所述的一种反应器，其特征在于所诉反应器内设有搅拌装置。
10.根据权利要求5或6或7所述的一种反应器，其特征在于所述反应器为玻璃容器。
全文摘要
本发明属于光谱检测领域，特别涉及透射光谱数据快速实时获取方法及工具，解决了现有的生物培养液的光谱数据获取方法误差较大且效率低的问题。本发明使用光源和光谱探头来获取透射光谱数据，其特征在于生物培养液在反应器中培养，并定时对生物培养液进行搅动，反应器侧壁上设有抽筒，透射光谱获取步骤为将生物培养液抽取到抽筒内，光源和光谱探头分别放置在抽筒两侧，获取抽筒内生物培养液的透射光谱数据，数据获取后将抽筒内的生物培养液重新送入反应器中进行培养。本发明操作简单，可以实现实时检测；抽筒与光谱探头及光源垂直的侧壁为平面，数据可靠性高；整个培养和检测过程生物培养液不与外界接触，培养环境稳定。
文档编号C12M1/02GK101893549SQ201010216319
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者何勇, 吴迪, 聂鹏程 申请人:浙江大学