共培养装置的制作方法

1.本公开涉及一种培养装置，具体而言，尤其涉及一种用于将不同种生物样本进行共培养的共培养装置。


背景技术：

2.随着生物技术的发展，所研究的生物机制更趋复杂。尤以微生物、细胞等之间存在各种复杂的相互作用，例如微生物可能产生各种物理或化学信号，而另一种微生物或细胞可能对应于该信号反应，而达到特定的生物学功能。因此，细胞或微生物对于微环境间的相互作用极为敏感，为了理解此类的相互作用，而建立出模拟体内环境的培养系统，因而发展出共培养技术。
3.微生物共培养系统是一种用于评估微生物群落中沉默基因活化和代谢产物多样性的方法。在公知共培养系统中，通常将2种或以上的微生物、细胞共同培养于同一环境中。然而，在上述的共培养系统难以评估微生物之间的相互作用量，尤其是在培养3种以上的微生物的状况下，更难以观察对单一物种的影响。
4.因此，具有能够对不同种类微生物或细菌进行共培养，同时能仅对单一物种进行评估或调控是目前重要的课题。


技术实现要素：

5.本公开有鉴于上述公知问题，提供一种平行共培养膜的生物反应器，可实现单独培养一种微生物或细胞，使其之间不混合培养，但其代谢物质能穿透膜材，进而能够评估微生物或细胞的相互作用的状况，同时能够仅对单一微生物或细胞进行观察或调控。
6.根据一些实施例，本公开提供一种共培养装置，其为平行共培养膜的生物反应器，该共培养装置包括：至少两个培养容器、衔接环以及阻隔膜。该至少两个培养容器分别具有培养腔室，且该培养容器的壁上包括具有连通至该培养腔室的开口的至少一衔接管。该衔接环具有对应于该衔接管外径的尺寸。该阻隔膜是由亲水性通透膜材所构成。其中，阻隔膜设置于衔接环中，并将衔接环分别与培养容器的衔接管卡合，以阻隔膜阻隔在两个衔接管之间的方式，使该培养容器彼此对接。
7.根据本公开其中一个实施方式，还包含一夹持具，该夹持具夹持于该衔接管卡合处。
8.根据本公开其中一个实施方式，该夹持具为扣链式夹持具或夹式夹持具。
9.根据本公开其中一个实施方式，该至少两培养容器分别具有一培养瓶口，该培养瓶口以可拆卸式盖子密封。
10.根据本公开其中一个实施方式，该盖子具有至少一通孔，该培养容器经由该通孔与一搅拌装置、一通气装置、一光密度检测装置或一ph检测装置连接。
11.根据本公开其中一个实施方式，该搅拌装置的一端设置有一扇叶组件，具有该扇叶组件的一端经由该通孔延伸至该培养腔室中，且该搅拌装置的另一端与一马达连接。
12.根据本公开其中一个实施方式，当该培养容器与该通气装置连接时，该通孔具有至少两个，该至少两个通孔中的一个作为一进气端，另一通孔作为一出气端。
13.根据本公开其中一个实施方式，该进气端连接至一进气装置，该进气装置可包含一打气泵及用于调整通气流量的一气体流量计。
14.根据本公开其中一个实施方式，该打气泵还连接至一定时装置。
15.根据本公开其中一个实施方式，该出气端连接至用于调整该培养腔室内压力的一压力计。
16.根据本公开其中一个实施方式，该阻隔膜孔洞的孔径为0.2μm至5μm。
17.根据本公开其中一个实施方式，该衔接管的该开口直径为超过28mm且小于47mm。
18.根据本公开其中一个实施方式，该培养腔室的体积为100至1000ml。
19.根据本公开其中一个实施方式，该培养容器的该衔接管的数目为1个、2个、3个或4个。
20.根据本公开其中一个实施方式，该至少一衔接管为两个以上衔接管时，该衔接管之间的角度为45
°
、60
°
、90
°
、120
°
、135
°
或180
°
。
21.根据本公开其中一个实施方式，还包括至少一外接管，该外接管通过一旋盖可拆卸地密封。
22.根据本公开其中一个实施方式，该衔接管是以自该培养容器的壁面向外突出的方式构成，且设置于该衔接管中的该开口的横截面平行于该培养容器壁面。本公开的有益效果在于，本公开提供一种共培养装置，通过将培养容器以亲水性阻隔膜及衔接环阻隔成独立的培养环境，并且可在各培养容器分别培养不同的生物样本，以达到能对各生物样本独立进行培养作业，但生物样本的代谢物仍能通过亲水性阻隔膜而彼此影响。
23.为了让本公开的特征、和优点能更明显易懂，下文特举出一些实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
24.为了让本公开的各个观点能更明显易懂，以下配合所附附图作详细说明。应该注意，根据工业中的标准范例，各个装置和设备未必按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种装置和设备的尺寸可以被任意增大或减小。
25.图1示出根据本公开的一些实施例的共培养装置的示意图。
26.图2示出根据本公开的一些实施例的共培养装置的爆炸图。
27.图3示出根据本公开的一些实施例的共培养装置的平面图。
28.图4a至图4h示出根据本公开的一些实施例的培养容器具有各种方式的衔接管的平面图。
29.图5示出根据本公开的一些实施例的共培养装置的示意图。
30.图6示出根据本公开的一些实施例的共培养装置的示意图。
31.图7示出根据本公开的一些实施例的共培养装置的平面图。
32.图8示出根据本公开的一些实施例的共培养装置的平面图。
33.图9示出根据本公开的其他实施例的共培养装置的示意图。
34.图10a示出利用hplc分析根据比较例的单培养装置培养的各菌株的代谢产物；图
10b示出利用hplc分析根据图9的共培养装置培养的各菌株的代谢产物。
35.附图标记如下：
36.100,200,300,400,500:共培养装置
37.10,10_1,10_21,10_22,10_23,10_31,10_32,10_33,10_41,10_42,10_43,10_5,10_6,10_7,10_8,10_9:培养容器
38.11:衔接管
39.12:外接管
40.13:旋盖
41.14:管子
42.20:夹持具
43.21:衔接环
44.22:垫片
45.30:盖子
46.40:搅拌装置
47.41:马达
48.50:ph探针
49.51:ph检测仪
50.60:阻隔膜
51.70:进气端
52.71:进气装置
53.72:定时装置
54.80:出气端
55.81:压力计
具体实施方式
56.以下说明本公开共培养装置的一些实施例。然而，可轻易了解本公开实施例提供许多合适的创作概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅用于说明以特定方法使用本公开，并非用以局限本公开的范围。
57.在此，“约”、“大约”的用语通常表示在一给定值或范围的+/-20％之内，较佳是+/-10％之内，且更佳是+/-5％之内，或+/-3％之内，或+/-2％之内，或+/-1％之内，或+/-0.5％之内。在此给定的数量为大约的数量，也就是在没有特定说明“约”、“大约”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”的含义。
58.在此，“大抵上”、“实质上”的用语通常表示在一给定值或范围的90％之内，且例如是95％之内，或98％之内，或99％之内。
59.再者，此处可能使用空间上的相对用语，例如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“下方的”、“在
……
上方”、“上方的”和其他类似的用语可用于此，以便描述如图所示的一组件或部件与其他组件或部件之间的关系。此空间上的相关用语除了包含附图示出的方位外，也包含使用或操作中的装置的不同方位。当装置被转至其他方位时(旋转90度或其他方位)，则在此所使用的空间相对描述可同样依旋转后的方位来解读。除非另外定义，在此使用的
全部用语(包括技术及科学用语)具有与本公开所属技术领域中技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。
60.定义
61.如本文中所用的用语“生物样本(bio-sample)”通常主要是指微小有机体或显微有机体(无法以肉眼观察者)，且意欲包括适用于本公开共培养装置进行培养的样本。作为生物样本的实例，可举出细胞、细菌、真菌、酵母、病毒、藻类孢子、古生菌或原生生物等。
62.如本文中所用的用语“培养”指的是使微生物或细胞生长在人工控制的环境当中。于本公开中，培养过程是利用本公开的培养装置以所属技术领域中的生物样本和培养条件来进行。任何该所属技术领域中技术人员可以根据所选择的细胞、菌种类型轻易地控制培养过程。具体而言，本公开所述的培养可以是分批式、连续式或分批补料式的培养，但本公开不限于此。
63.首先请参阅图1至图3，其分别示出根据本公开的一些实施例的共培养装置100的示意图、爆炸图及平面图。共培养装置100主要包含两个培养容器10、夹持具20、衔接环21、阻隔膜60、搅拌装置40及ph探针50。两个培养容器10中分别具有培养腔室，该培养腔室可用于培养生物样本，且各培养容器10的壁上包括一个衔接管11，且顶部设置有宽口的培养瓶口，该培养瓶口可以可拆卸式的盖子30密封，以供使用者通过培养瓶口进行植菌、更换培养基等操作。
64.根据本公开的一些实施例，培养容器10中的培养腔室体积可为100至1000ml，较佳为250～500ml，但本公开不限于此，例如本公开的共培养装置100亦可使用于大型工业用培养槽，以供商业上批式培养等方式使用，因此培养容器10的材料并未特别限定，可使用坚固耐用的材料制成即可，例如玻璃、塑料、钢或复合式材料等。培养容器10的衔接管11可为自培养容器10的壁面向外突出的形状，且其中设置有连通至该培养腔室的开口，该开口的横截面可平行于培养容器10的壁面。
65.衔接环21具有对应于培养容器10的衔接管11外径的尺寸，并可在面对两个培养容器10两侧分别设置有垫片22，该垫片22可为例如硅胶、橡胶等弹性物以增加衔接时的密合度。衔接环21中设置有一个阻隔膜60，阻隔膜60为具有孔洞的亲水性通透膜材，该孔洞的尺寸可用于阻隔生物样本通过衔接管11，但可供生物样本所产生的代谢物等通过的尺寸。也就是说，阻隔膜60介入在培养容器10的衔接管11之间并完全覆盖衔接管11的开口，因而可使培养腔室成为彼此独立的空间。再者，该孔洞的尺寸可为约0.2μm至约5μm，也就是说，该孔洞的尺寸可根据所培养的生物样本的大小决定，例如，可举出0.25μm、0.30μm、0.35μm、0.40μm、0.45μm、0.50μm、0.55μm、0.60μm、0.65μm、0.70μm、0.75μm、0.80μm、0.85μm、0.90μm、1.00μm、1.50μm、2.00μm、2.50μm、3.00μm、3.50μm、4.00μm、4.50μm的尺寸。
66.在本公开的一些实施例中，使用者在进行本公开的共培养装置100组装时，如图2所示，可以一培养容器10的衔接管11、阻隔膜60、一垫片22、衔接环21、另一垫片22、另一培养容器10的衔接管11的顺序进行连接，再以扣链式夹持具20将衔接环21处整体扣紧，以使两个培养容器10中间的衔接处得以紧固，但上述顺序仅为例示性，也就是例如可省略其中一个垫片22，或是阻隔膜60可设置于另一垫片22与另一培养容器10的衔接管11之间，而非
限于上述配置顺序。
67.另外，在本公开的一些实施例中，若培养腔室使用约250ml以上的体积时，衔接管11的开口中心位置距培养容器10的瓶底可为约35～50mm，较佳为45mm，由此在培养腔室中容置培养基时，能维持较佳的液面高度，且培养基的体积较佳为200ml以上，当具有此体积的培养基时，培养基可良好地覆盖阻隔膜60，且于灭菌时较不会造成阻隔膜60破裂。再者，衔接管11的外径可为约45～60mm，较佳为约50～55mm，最佳为约53mm，且衔接管11内部的开口直径为超过约28mm且小于47mm，较佳为30～40mm，最佳为33mm。通过将衔接管11的内径及外径设为上述范围时，可使用市售直径约47mm的阻隔膜60，以良好地将培养腔室彼此阻隔，但本公开不限于此，也就是衔接管11的内径及外径与阻隔膜60的尺寸可根据需要而自行设计。
68.值得一提的是，用于密封培养瓶口的盖子30具有通孔，如图1及图3所示，左侧的培养容器10上的盖子30设置有两个通孔，其中分别安装有搅拌装置40及ph探针50，而右侧的培养容器10上的盖子30设置有一个通孔，其中安装有搅拌装置40。应理解的是，虽然附图中示出左侧盖子30为两个通孔，右侧盖子30为一个通孔，但本公开不限于此，根据不同的实施例，使用者可根据需要决定通孔的数量。
69.根据本公开的一些实施例，设置于左侧盖子30上的ph探针50可与ph检测仪51连接，以用于实时检测培养基的ph值。由于大部分的生物样本具有各自适合生长的ph值，因此通过ph探针50及ph检测仪51的设置可得知培养基的ph值是否在适当的范围内。另外，搅拌装置40的一端可具有扇叶组件，且具有扇叶组件的一端延伸至培养腔室中，而搅拌装置40的另一端可与马达41连接。因此，通过该搅拌装置40的设置可使培养基良好地混合均匀。另外，盖子30上亦可进一步增加插入有通气管的通孔(未图示)。因此，当生物样本为耗氧程度较高的微生物时，通过搅拌装置40或通气管的设置可使微生物较易获得氧气，因而能使微生物在较佳环境下进行培养。然而，本公开的共培养装置100所能搭配的装置不仅限于上述，其可根据需要而适当地选择，例如亦可于通孔中安装光密度(od)检测探针，并将探针连接至光密度检测仪，以利用生物样本的吸亮度来测量生物样本在培养基中的浓度，从而估计生物样本的生长情况。
70.根据本公开的共培养装置100，用户可在两个培养容器10中培养不同的生物样本，并通过阻隔膜60阻隔各培养腔室内的生物样本的流通，但生物样本的代谢物可通过具亲水性的阻隔膜60彼此影响，进而达到复合的共培养效果。因此，本公开的共培养装置100可达到便于观察各生物样本的代谢物对其它生物样本的影响的动态变化；且若以生物样本进行发酵以产生发酵物时，能较容易仅对于单一生物样本进行生产调控。另外，本公开的共培养装置100可依各种生物样本的特性，多样性选择其所需的不同装置以做出符合该生物样本特性的培养环境。
71.接着，请参照图4a至图4h，其示出根据本公开的一些实施例的培养容器10具有各种方式的衔接管11的平面图。如图4a至图4h所示，根据本公开的一些实施例的培养容器10，培养容器10上所设置的衔接管11的数目可为2个以上。
72.详细而言，如图4a至图4e所示，衔接管11的数目为2个，且以对等纵切衔接管11并延伸至培养容器10中间点的线作为虚拟线时，两条虚拟线之间的角度可称为衔接管11可称为“衔接管之间的角度”。根据本公开的一些实施例，衔接管11之间的角度可为约45
°
、约
60
°
、约90
°
、约120
°
或约180
°
。再者，如图4f至图4h所示，培养容器10的衔接管11数目可为1个、3个或4个，且3个或4个的衔接管11之间的角度彼此可为相同或不同。举例而言，3个衔接管11中的2个之间的角度可为约90
°
，剩余1个衔接管11与该2个衔接管11之间的角度可为约135
°
。相似地，4个的衔接管11之间的角度皆可为约90
°
。
73.根据本公开的一些实施例，由于本公开的共培养装置具有各种方式的衔接管11，故使用者可根据所欲培养的生物样本数目、生物样本的特性或是所需要的产物，决定衔接管11的数目或衔接管11之间的角度，进而自由组合出符合需要的共培养装置，其组合及与其他装置的搭配的各种方式将于下文进一步描述。
74.接着，请参照图5，其示出根据本公开的一些实施例的共培养装置200的示意图。除了共培养装置200的培养容器10进一步设置外接管12之外，与共培养装置100实质上相似。应理解的是，后文中与前文相同或相似的组件或组件将以相同或相似的标号表示，其材料、制造方法与功能皆与前文所述相同或相似，故此部分于后文中将不再赘述。
75.根据本公开的一些实施例，共培养装置200的培养容器10可进一步包含两个外接管12，其为两个自培养容器10的壁面向外突出的部分，且分别具有由旋盖13可拆卸地密封的开口。两个外接管12中的一个可位于培养容器10的壁面上相对较高的位置，且另一个可位于培养容器10的壁面上相对较低的位置。进一步，密封外接管12的旋盖13的顶部分别具有通孔，且一管子14通过旋盖13的通孔将两个外接管12彼此连接。使用者可通过将外接管12连接至外部抽吸装置(未图标)，而能够快速进行取样、过滤或更换培养基等操作，以增加共培养装置200使用的灵活度。然而，外接管12的数目并不限于两个，亦可根据需要而设置一个或两个以上。另外，根据使用者的需要而仅设置一个外接管12的情况下，旋盖13可不具有通孔并且可将管子14省略。
76.在一些情况下，如图5所示，本公开的共培养装置200中具有外接管12的培养容器10(图5的左侧)可不培养任何生物样本而仅容置培养基，且在不具外接管12的培养容器10(图5的右侧)中可培养生物样本。当培养于右侧的培养容器10的生物样本产生代谢物或发酵物时，会通过阻隔膜60进入左侧的培养容器10，由此，使用者可经由外接管12轻易的取出代谢物或发酵物，而不会取到任何生物样本，因而不须再经过将代谢物或发酵物与生物样本分离的工艺，可简化共培养代谢物的分离纯化工作。
77.接着，请参照图6至图7，其分别示出根据本公开的一些实施例的共培养装置300的示意图及平面图。图6至图7所示的共培养装置300是将图4b的培养容器10进行组装而成。详言之，根据本公开的一些实施例的共培养装置300是利用具有两个衔接管11，且两个衔接管11之间的角度为60
°
的3个培养容器10。如图6至图7所示，培养容器10的各衔接管11通过衔接环21、夹持具20及阻隔膜60彼此对接，以形成三个能独立培养且代谢物可彼此流通的共培养装置300。另外，根据本公开的一些实施例的共培养装置300所使用的夹持具20为夹式夹持具，通过夹式夹持具20可有效且快速地使衔接环21与衔接管11良好对合，以增加各培养容器10之间的密合度。
78.值得一提的是，设置于培养容器10上的盖子30各具有两个通孔，该两个通孔中的一个可作为进气端70，另一通孔作为出气端80。如图7所示，进气端70可连接至进气装置71，该进气装置71可包含打气泵及气体流量计，气体流量计可调整通气流量以符合目标生物样本的需求。该进气装置71可还连接至定时装置72，以控制打气泵进行打气的时间。此外，出
delbrueckii)、啤酒酵母菌(saccharomyces cerevisiae)各自注入至培养容器10_7、10_8、10_9，且培养容器10_6未注入任何生物样本而作为空白组(blank)，并采用0.2μm孔径的阻隔膜60进行共培养。另外，亦进行粪肠球菌、戴白氏乳酸杆菌、啤酒酵母菌与空白组的单培养(mono-culture)以作为比较例。
85.在单培养与共培养进行2天之后，通过显微镜观察、ph检测装置、光密度检测仪以及高效液相色谱法(hplc)对三种生物样本及空白组进行生长和代谢产物的分析。ph检测装置、光密度检测仪的结果如表1所示，而hplc的分析结果如图10a及图10b所示。
86.[表1]
[0087][0088]
根据显微镜观察(未图示)，在本公开的共培养装置500中，阻隔膜60能有效地阻止各菌株从培养容器10_7、10_8、10_9的衔接管11向培养容器10_6移动。
[0089]
再者，由表1及图10a至图10b可知，经过共培养的菌株，不论是在ph、光密度(od600)或hplc的结果和单培养的结果相比，皆有显著地不同，其表示三种菌株虽然在共培养装置500中无法移动，但其代谢物仍能经由阻隔膜60扩散至其他培养容器中。值得注意的是，三种菌株在共培养装置500中的光密度皆比单培养的系统更高，例如，戴白氏乳酸杆菌的光密度从0.317增加到0.852，其可能的原因是各菌株的生长皆受到其他菌株的代谢物影响所致。
[0090]
另外，如图10a至图10b所示，与图10a所示的三种菌株单培养的hplc图谱相比，图10b所示的菌株共培养能产生更多样性的代谢产物且代谢产物的量更高，例如，经共培养的戴白氏乳酸杆菌与单培养的戴白氏乳酸杆菌相比，所产生的乳酸代谢物产量显著增加，显示通过本公开的共培养装置500确实能达到生物样本在独立培养下，同时所产生的代谢物能彼此交互作用。
[0091]
综上所述，本公开提供一种共培养装置，通过将培养容器以亲水性阻隔膜及衔接环阻隔成独立的培养环境，并且可在各培养容器分别培养不同的生物样本，以达到能对各生物样本独立进行培养作业，但生物样本的代谢物仍能通过亲水性阻隔膜而彼此影响。在一些情况下，由于需要特定生物样本共同培养，才能产生特定代谢物或发酵物。通过本公开的共培养装置，可将特定的不同生物样本分别培养在各培养腔室中，并通过阻隔膜的通透性使各生物样本的代谢物渗透至其他培养腔室，因而在能产生特定代谢物或发酵物的同时，也能尽针对单一生物样本进行调控，进而更容易理解生物样本间的消长状况或其调控
机制。
[0092]
虽然本公开的实施例及其优点已公开如上，但应该了解的是，任何本公开所属技术领域中技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本公开的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的机器、物质组成、装置、方法及配置方式，任何本公开所属技术领域中技术人员可从本公开公开内容中理解，现行或未来所发展出的机器、物质组成、装置、方法及配置方式皆可根据本公开使用，只要可以与本文所述实施例具有大抵相同功能或获得大抵相同结果。因此，本公开的保护范围包括上述机器、物质组成、装置、方法及配置方式。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本公开的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。
[0093]
虽然本公开以前述数个实施例公开如上，然其并非用以限定本公开。本公开所属技术领域中技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此，本公开的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。