专利名称：一种内循环气升式细胞培养装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种细胞培养装置，特别是一种内循环气升式细胞培养装置，它主要 适用于农林业组织的细胞培养，尤其适合对剪切力以及对外源气体敏感的以获得重要次生 代谢物为目的的药用植物细胞的培养。
背景技术：
目前用于植物组织细胞培养的装置很多，植物细胞能合成许多具有重要价值的次 级代谢产物，包括药用活性物质。利用生物反应器大规模悬浮培养植物细胞生产植物有用 代谢产物在近年来取得了很大发展，反应器的设计和研制方面主要着重于混合效率较高、 剪切强度较低的生物反应器的设计和制作。目前适合植物组织和细胞的反应器主要有通过机械搅拌输入能量的机械搅拌式 反应器和利用气体喷射动能的气升式反应器。机械搅拌式是20世纪七十年代发展起来的，其主要缺点是植物细胞的细胞壁对 剪切的耐受力差，搅拌式生物反应器搅拌轴和罐体间的轴封往往容易泄漏造成染菌。气生式生物反应器依靠大量通气输入动量和能量，以保证反应器内培养液的良好 的传热、传质，并保证不出现死角。由于独特的流体力学特性，气升式反应器具有以下特点 热质传递速率高，供气效率高，结构简单，内部无运动部件，通气量高，流化效果极佳，能量 耗散均勻。现有技术中，气生式生物反应器虽具有很多优点，但对于实验室小容积细胞培养 也有其缺点；由于其气源都为空压机或气瓶通过压力差泵入反应器中，其中需经过单独的 过滤装置以达到灭菌目的；因此，造成设备复杂而昂贵，能耗也高；另外，外接气源通入驱 除了细胞液中的二氧化碳和乙烯，对细胞的生长反而有阻碍作用，且植物细胞的摄氧速率 较低，过高的溶氧对植物细胞合成次级代谢产物不利。中国实用新型专利号902258052公开了一种“高粘度发酵气生式生物反应器”，其 为一种内环流高粘度发酵气生式生物反应器，可用于微生物发酵及动植物细胞培养；该反 应器在实际使用中的结构缺点是它主要是针对菌丝酵培养，尽管其可适用植物细胞培养， 但该反应器内管提升运动过程时仍可伤害敏感的植物细胞。其所需空气来自外部，因此也 属外源气升植物细胞培养及其培养装置，且该装置外部气源压力过大，并不适合类似银杏， 红豆杉细胞的培养。中国发明专利申请号031499058公开了一种“带有筛网型导灌筒的气生式植物 细胞反应器”，该反应器在实际使用中的结构缺点是其使用时需用空气过滤器，且其气源 来自于外部空压机，属外源气升植物细胞培养及其培养装置；同时，即使其外源空压机所使 用的不是空气而是来自反应器中的气体，因空压机无法做到无菌状态所以仍需要空气过滤器。中国发明专利申请号2004100007971公开了一种“周期浸没气生式的植物细胞培
养及其培养装置”，它主要适用于需要控制细胞聚集体大小以及需要固定化和悬浮培养的植物细胞，该培养装置在实际使用中的结构缺点是结构设计复杂，需外接贮气罐，以及空 气过滤柱，另外还多处应用了膜式空气过滤器；因此它是一种外源式气升植物细胞培养及 其培养装置，不适用于内源气升植物细胞培养。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的使用外部气源造成的设 备复杂，且通气后驱除了细胞液中的二氧化碳和乙烯等缺陷，而提供一种结构设计合理、能 培养药用植物细胞的内循环气升式细胞培养装置。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该内循环气升式细胞培养装置包 括细胞培养瓶，瓶内设置有带孔的空气分散器，其特征在于所述的细胞培养瓶上还开有培养瓶抽气孔，培养瓶进气孔；所述的空气分散器和 培养瓶进气孔均位于瓶体的中下部，培养瓶抽气孔位于瓶体的中上部。所述空气分散器的下表面与培养瓶进气孔相通。设置有内部气体循环机构，它包括传动固定座，耐磨绳，一对相向安装的活塞体， 一对复位弹簧和一对复位弹簧卡；该内部气体循环机构与所述的细胞培养瓶相连。所述的一对活塞体上分别开有活塞进气孔和活塞出气孔。所述的复位弹簧与活塞体相接触，复位弹簧卡固定在传动固定座上，该复位弹簧 卡的位置与复位弹簧相匹配，所述的耐磨绳与活塞体相连接。作为优选，本发明所述的活塞体包括玻璃活塞和玻璃活塞座，玻璃活塞位于玻璃 活塞座内，并可在玻璃活塞座内移动；所述复位弹簧的一端位于玻璃活塞座内并与玻璃活 塞相接触，所述耐磨绳的一端与玻璃活塞相连接。作为优选，本发明所述的内部气体循环机构上还设置有转动盘、盘绳固环和一对 绳固定环；所述的转动盘位于一对活塞体之间，盘绳固环固定在转动盘上，绳固定环固定在 传动固定座上，所述的耐磨绳穿过绳固定环和盘绳固环与转动盘相连接。作为优选，本发明所述的内部气体循环机构上还设置有电源、电机和电流调节器 电源；所述的电机与转动盘连接，而电源和电流调节器则分别与电机相连。作为优选，本发明所述的细胞培养瓶通过三通与内部气体循环机构相连。作为优选，本发明所述细胞培养瓶的培养瓶抽气孔通过玻璃三通与内部气体循环 机构的一对活塞进气孔相连，细胞培养瓶的培养瓶进气孔通过玻璃三通与内部气体循环机 构的一对活塞出气孔相连。作为优选，本发明还设置有开有处理瓶进气孔和处理瓶出气孔的气体外部处理 瓶，其中的处理瓶出气孔与培养瓶进气孔相连，处理瓶进气孔与活塞体上的活塞出气孔相 连。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果结构设计合理，通过小型单向活塞 泵即内部气体循环机构将细胞培养瓶中的气体循环泵入培养液中，解决了现有技术中所存 在的以下缺陷外源气体发生与过滤装置结构设计复杂，且外部气源通气后驱除了细胞液 中的二氧化碳和乙烯，以及过高的溶氧对植物细胞合成次级代谢产物不利。本发明所用空 气循环机构可以拆卸灭菌，且使用时无染菌可能，因此，无需外接气体过滤装置，即节约了 成本，也简化了系统结构。当然，也可通过外接气体处理瓶达到改善内源气体组分，补充植物必需的氧气成分。同时，本装置在使用时，一对玻璃活塞随电机和转动盘分别不间断地泵出细胞培 养瓶体内的空气，使细胞培养瓶体内植物组织的细胞处于气升培养状态；此外，由于可调节 电动机功率，来达到控制通气量的功能，以达到最佳的气升培养效果；整个装置可采取模块 化设计，方便接入气体处理模块，以增强整个装置效能；整个装置结构设计简单，容易拆卸 与组装；整个装置即可以整体灭菌，也可以分别灭菌后在无菌操作台内接种组织细胞后再 组装使用；每个部件采取模块化设计，每个组件损坏与更换并不影响整个装置的运行，因此 生产成本低，易于推广应用。
图1为本发明双孔培养瓶的结构示意图；图2为本发明内部气体循环机构的结构示意主视图；图3为图2的结构示意俯视图；图4为本发明的整体结构示意图；图5为图3中A处的结构放大示意图；图6为本发明的气体外部处理瓶的结构示意图。图中1空气分散器，2瓶体，3培养瓶盖，4培养瓶抽气孔，5培养瓶进气孔，6活塞 出气孔，7活塞进气孔，8玻璃活塞，9玻璃活塞座，10复位弹簧卡，11转动盘，12复位弹簧， 13绳固定环，14盘绳固环，15耐磨绳，16传动固定座，17电源，18电机，19电流调节器，20 处理瓶出气孔，21处理瓶进气孔，22气体外部处理瓶，23玻璃三通，24软管，I细胞培养瓶， II内部气体循环机构，II-I活塞体，II-Il左活塞体，11-12右活塞体，11-13左活塞体底 端，11-14右活塞体顶端。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例提供了详细的实施方式和 具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。参见图1-图6，本实施例主要由细胞培养瓶I和内部气体循环机构II两部分组 成。本实施例的细胞培养瓶I上设置有带孔的空气分散器1，培养瓶抽气孔4，培养瓶 进气孔5 ；空气分散器1和培养瓶进气孔5均位于瓶体2的中下部，培养瓶抽气孔4位于瓶 体2的中上部；所述空气分散器1的下表面与培养瓶进气孔5相通。本实施例的内部气体循环机构II，它包括传动固定座16，耐磨绳15，一对相向安 装的活塞体11-1，一对复位弹簧12和一对复位弹簧卡10 ；该内部气体循环机构II与细胞 培养瓶I相连；一对活塞体II-I上分别开有活塞进气孔7和活塞出气孔6 ；复位弹簧12与 活塞体II-I相接触，复位弹簧卡10固定在传动固定座16上，该复位弹簧卡10的位置与复 位弹簧12相匹配，耐磨绳15与活塞体II-I相连接。文中所说的一对相向安装的活塞体II-I是指左活塞体II-Il上的进、出气孔位 于左活塞体II-11的左端，右活塞体11-12上的进、出气孔位于右活塞体II-Il的右端，左、 右活塞体11-11、11-12的结构对称。
所述的活塞体II-I包括玻璃活塞8和玻璃活塞座9，玻璃活塞8位于玻璃活塞座 9内，并可在玻璃活塞座9内移动；所述复位弹簧12的一端位于玻璃活塞座9内并与玻璃 活塞8相接触，所述耐磨绳15的一端与玻璃活塞8相连接。所述的内部气体循环机构II上还设置有转动盘11、盘绳固环14和一对绳固定环 13 ；转动盘11位于一对活塞体II-I之间，盘绳固环14固定在转动盘11上，绳固定环13固 定在传动固定座16上，耐磨绳15穿过绳固定环13和盘绳固环14与转动盘11相连接。所述的内部气体循环机构II上还设置有电源17、电机18和电流调节器电源19 ； 电机18与转动盘11连接，电源17和电流调节器19分别与电机18相连。所述细胞培养瓶I的培养瓶抽气孔4通过玻璃三通23与内部气体循环机构II的 一对活塞进气孔7相连，细胞培养瓶I的培养瓶进气孔5通过玻璃三通30与内部气体循环 机构II的一对活塞出气孔6相连。作为可选项，本实施例还可设置有开有处理瓶进气孔21和处理瓶出气孔20的气 体外部处理瓶22，其中的处理瓶出气孔20与培养瓶进气孔5相连，处理瓶进气孔21与活塞 体II-I上的活塞出气孔6相连。在本实施例中，活塞体II-I通过卡口安装在传动固定座16内，玻璃活塞8的一端 安装有复位弹簧12和耐磨绳15，耐磨绳15的另一端与转动盘11相连。在安装时，应确保 一对玻璃活塞8中的一只尽量处于活塞体II-I的底端，如左活塞体II-Il的底端11-13，另 一只尽量处于活塞体II-I的顶端，如右活塞体II-12的顶端11-14。细胞培养瓶I可以为三角瓶，瓶体2容积可以为250ml、500mlUOOOml或更大。活塞体II-I与瓶体通过耐高温PE软管24或一次性灭菌PV软管以及玻璃三通23 相连。耐高温PE软管24，以及活塞体II-I及瓶体2等都可置于121°C高压灭菌处理。所述转动盘11的功率可调，以调节气体循环流速。此外，与细胞培养瓶I的培养瓶进气孔5连接的软管24可以通过气夹以及玻璃三 通23接入气体处理模块，且该模块可以任意增加，以净化细胞培养瓶I内的空气或增加某 一种或数种特殊组分。在本实施例中培养瓶盖3为耐高温塑料盖，电源17为12V电源，玻璃活塞座9为 可拆卸结构，空气分散器1上的孔为微小的通孔。使用时，通过内部气体循环机构II，将细胞培养瓶I中的气体通过培养瓶抽气孔4 抽出，并通过培养瓶进气孔5打进，通过气体分散器1均勻分散于其上的液体培养基中。内部气体循环机构II的工作原理如下电机18在电源17带动下转动转动盘11， 进而通过盘绳固环14拉动耐磨绳15，使玻璃活塞8在复位弹簧12和耐磨绳15作用下作往 复运动。由于传动固定座16按装有一对玻璃活塞座9，因此形成抽气与出气的不间断性。 其中复位弹簧12是由复位弹簧卡10定位于玻璃活塞座9内部的。另外，通过电流调节器 19可控制电机18的功率，进而控制转动盘11的运行速度，从而达到控制气流量的目的。气体外部处理瓶22为可选部件，如果需加入该部件，只需通过耐高温PE软管24 或一次性消毒塑料管将该部件与本发明连接即可，以达到加氧等目的。本发明可以分件，也可连件成整体进行蒸气灭菌，在细胞培养瓶I内注入一定量 的液体培养基后，并经过灭菌即可在无菌操作台内接种植物组织细胞，在接通电源17后就 可达到气升式细胞培养的效果。
本实施的细胞培养瓶I总体积为500ml，活塞体11_1往复一次的进气量为2ml。本 实施例是一个多功能的植物细胞培养装置，可用于实验室中药用植物组织和细胞小批量培养。本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明；而且，本发 明零部件所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等 效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。
权利要求
一种内循环气升式细胞培养装置，包括细胞培养瓶，瓶内设置有带孔的空气分散器，其特征在于(1)所述的细胞培养瓶上还开有培养瓶抽气孔，培养瓶进气孔；所述的空气分散器和培养瓶进气孔均位于瓶体的中下部，培养瓶抽气孔位于瓶体的中上部；(2)所述空气分散器的下表面与培养瓶进气孔相通；(3)设置有内部气体循环机构，它包括传动固定座，耐磨绳，一对相向安装的活塞体，一对复位弹簧和一对复位弹簧卡；该内部气体循环机构与所述的细胞培养瓶相连；(4)所述的一对活塞体上分别开有活塞进气孔和活塞出气孔；(5)所述的复位弹簧与活塞体相接触，复位弹簧卡固定在传动固定座上，该复位弹簧卡的位置与复位弹簧相匹配，所述的耐磨绳与活塞体相连接。
2.根据权利要求1所述的内循环气升式细胞培养装置，其特征在于所述的活塞体包 括玻璃活塞和玻璃活塞座，玻璃活塞位于玻璃活塞座内；所述复位弹簧的一端位于玻璃活 塞座内并与玻璃活塞相接触，所述耐磨绳的一端与玻璃活塞相连接。
3.根据权利要求1或2所述的内循环气升式细胞培养装置，其特征在于所述的内部 气体循环机构上还设置有转动盘、盘绳固环和一对绳固定环；所述的转动盘位于一对活塞 体之间，盘绳固环固定在转动盘上，绳固定环固定在传动固定座上，所述的耐磨绳穿过绳固 定环和盘绳固环与转动盘相连接。
4.根据权利要求3所述的内循环气升式细胞培养装置，其特征在于所述的内部气体 循环机构上还设置有电源、电机和电流调节器电源；所述的电机与转动盘连接，而电源和电 流调节器则分别与电机相连。
5.根据权利要求1或2所述的内循环气升式细胞培养装置，其特征在于所述的细胞 培养瓶通过三通与内部气体循环机构相连。
6.根据权利要求5所述的内循环气升式细胞培养装置，其特征在于所述细胞培养瓶 的培养瓶抽气孔通过玻璃三通与内部气体循环机构的一对活塞进气孔相连，细胞培养瓶的 培养瓶进气孔通过玻璃三通与内部气体循环机构的一对活塞出气孔相连。
7.根据权利要求1所述的内循环气升式细胞培养装置，其特征在于还设置有开有处 理瓶进气孔和处理瓶出气孔的气体外部处理瓶，其中的处理瓶出气孔与培养瓶进气孔相 连，处理瓶进气孔与活塞体上的活塞出气孔相连。
全文摘要
本发明涉及一种内循环气升式细胞培养装置，它主要适用于农林业组织的细胞培养。本发明的特征在于细胞培养瓶上设置有空气分散器，培养瓶抽气孔，培养瓶进气孔；空气分散器和培养瓶进气孔均位于瓶体的中下部，而培养瓶抽气孔则位于瓶体的中上部；设置有内部气体循环机构，它包括传动固定座，耐磨绳，一对相向安装的活塞体，一对复位弹簧和一对复位弹簧卡；该内部气体循环机构与所述的细胞培养瓶相连；活塞体上开有活塞进气孔和活塞出气孔。本发明结构设计合理，通过小型单向活塞泵将细胞反应器中的气体循环到培养液中，使细胞培养瓶体内植物组织的细胞处于气升培养状态；装置容易拆卸与组装，损坏与更换不影响运行，成本低，易推广。
文档编号C12M1/24GK101899392SQ201010225520
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者潘炘 申请人:浙江省林业科学研究院