專利名稱：植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種培養(yǎng)系統(tǒng)，具體是一種植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)。用于植物組織工程領域。
背景技術：
光生物反應器的研究始于20世紀40年代微藻的大規(guī)模培養(yǎng)，80年代以后得到迅速發(fā)展，迄今為止已研制出種類繁多的光生物反應器，并且可在光生物反應器中插入pH值電極、溶解氧電極、溫度電極、細胞密度電極、粘度電極等，將上述傳感器獲得的信號可進一步轉換，實現(xiàn)光生物反應器的程序化自動記錄和控制。用于培養(yǎng)的陸地植物和大型海藻細胞或組織主要是愈傷組織、微繁殖體或是配子體細胞等形式，其共同特點是具有很強的生長、擴增能力，切割后可繼續(xù)生長，并且，培養(yǎng)過程中個體不斷長大，必須通過定期切割打碎才能維持其未分化狀態(tài)。對于目前植物組織的光生物反應器培養(yǎng)的研究，培養(yǎng)過程中當培養(yǎng)的組織和細胞生長到一定體積并開始影響其生長時，因目前的設計都沒有在線切割裝置，如需切割打碎則要完全離線操作，影響實驗進程，給實驗操作帶來不便，因此，在原有的設計在硬件上不能滿足需要的前提下，在線切割連續(xù)長期光生物反應器培養(yǎng)裝置系統(tǒng)可進一步實現(xiàn)光生物反應器的程序化自動記錄和控制。
經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，Yao-ming Huang等人在《BiotechnologyProgress》2002，1862-71上發(fā)表的″Dynamics of oxygen evolution and biomassproduction during cultivation of Agardhiella subulata microplantlrts ina bubble-column photobioreactor under medium perfusion″(利用氣升式光生物反應器培養(yǎng)拜式新亞藻微繁殖體進行氧傳遞動力學和生物量的研究，《生物技術進展》)一文中，提出Agardhiella subulata微繁殖體適宜懸浮培養(yǎng)的大小為3-10mm，微繁殖體培養(yǎng)過程中必須定期切割打碎，為了維持微繁殖體的高生長速率，培養(yǎng)過程中當微繁殖體生長超過10mm時，重新切割至3-5mm適宜大小再繼續(xù)培養(yǎng)；同時該文提出的Agardhiella subulata微繁殖體的光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)由輸氣系統(tǒng)、光照系統(tǒng)和反應器主體三部分組成。其不足之處是該系統(tǒng)只能為微繁殖體提供階段性培養(yǎng)，不能實現(xiàn)連續(xù)長期光生物反應器的培養(yǎng)，另外，該系統(tǒng)對微繁殖體只能進行離線切割，這種離線切割方式大大增加了培養(yǎng)過程的微生物污染率和繁瑣的切割工作，給實驗帶來不便；當應用于大規(guī)模培養(yǎng)時，離線切割則成為限制步驟，嚴重影響實驗的順利進行。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種植物組織在線切割連續(xù)長期光生物反應器培養(yǎng)裝置系統(tǒng)，使其實現(xiàn)植物細胞和組織培養(yǎng)過程中的在線切割，保證培養(yǎng)過程中培養(yǎng)物的生長代謝狀態(tài)維持在優(yōu)化點，同時大大降低了離線切割的污染率。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括輸液系統(tǒng)，氣體輸送系統(tǒng)，光照系統(tǒng)，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)，控制器，在線光敏監(jiān)測器。其連接關系為輸液系統(tǒng)通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)連接；氣體輸送系統(tǒng)通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)連接；光照系統(tǒng)固定在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)外圍；在線光敏監(jiān)測器安裝在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)一側，將信號傳送至控制器，控制器接收來自在線光敏監(jiān)測器的光電信號，通過數(shù)據線與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)連接。
輸液系統(tǒng)由儲液罐和輸液泵組成。儲液罐由硅膠管經輸液泵與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)連接，儲液罐中的新鮮培養(yǎng)液經輸液泵流入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)內。
氣體輸送系統(tǒng)由氣泵，第一空氣過濾器，氣體流量計，氣體增濕裝置組成。氣體增濕裝置主體是圓柱型半球頂玻璃容器，其頂部整合有氣體入口和氣體出口，氣體入口伸入至距容器底部約1/6處；氣泵、第一空氣過濾器、氣體流量計和氣體增濕裝置的氣體入口間由硅膠管首尾順次連接；氣體增濕裝置的氣體出口與氣體分布器連接。
耦合培養(yǎng)系統(tǒng)是將生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)和切割系統(tǒng)耦合在一起，由進液口，氣體分布器，溶氧電極，pH電極，攪拌裝置，取樣管，出氣口，第二空氣過濾器，出液口，過濾篩絹，切割器，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板組成。氣體分布器是由不銹鋼材料制成的中空管，由通氣管和氣體分布管組成，通氣管由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)頂端插入至耦合培養(yǎng)系統(tǒng)底部位置，氣體分布器底部為氣體分布管，呈圓弧形，分布在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)圓形底面的外周，上面整合有圓形出氣孔，通氣管和氣體分布管連接處為通氣管接點；攪拌裝置由攪拌桿和攪拌槳組成，攪拌桿由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)頂部中央位置伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)內部距底部1/3～1/4處，攪拌桿底部整合有攪拌槳；取樣管伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)內部距底部約1/2處；溶氧電極和pH電極伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)的液面下；出氣口處用硅膠管連接第二空氣過濾器；出液口處有雙層800目的過濾篩絹。
輸液系統(tǒng)將新鮮培養(yǎng)液由進液口輸入至耦合培養(yǎng)系統(tǒng)，為保持恒定體積，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)內過量的培養(yǎng)液由出液口處自動流出，出液口處有過濾篩絹；氣體輸送系統(tǒng)通過硅膠管與氣體分布器相連，氣體分布器由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)頂端插入至耦合培養(yǎng)系統(tǒng)底部位置，為其培養(yǎng)提供充足的氣體，剩余氣體及廢氣經出氣口排出；溶氧電極和pH電極由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)頂端伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)內部；切割器整合在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板底座上，位于中央位置，呈十字刀形，兩端向上傾斜立起；耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板上整合有切割參數(shù)設定旋鈕。
本發(fā)明工作時，儲液罐中的新鮮培養(yǎng)液經輸液泵流入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)內，以維持耦合培養(yǎng)系統(tǒng)的長期連續(xù)培養(yǎng)，為保持耦合培養(yǎng)系統(tǒng)的培養(yǎng)體積的恒定，過量的培養(yǎng)液由出液口處自動流出，氣泵提供的氣體經第一空氣過濾器過濾除菌，氣體增濕裝置增濕后，由氣體分布器在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)底部為其培養(yǎng)提供充足的氣體，剩余的氣體及廢氣由出氣口排出，出氣口處連接第二空氣過濾器，以保證反應器內無菌狀態(tài)，光照系統(tǒng)為耦合器培養(yǎng)系統(tǒng)提供必須的光強，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)進入培養(yǎng)階段，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)一側的在線光敏監(jiān)視器通過光敏信號確定目的培養(yǎng)物的大小，連續(xù)、在線監(jiān)測目的培養(yǎng)物大小和濃度，并將信號反饋至控制器，當反饋信息中目的培養(yǎng)物的大小達到設定大小參數(shù)，同時數(shù)量達到設定比例數(shù)時，控制器開始工作，控制器直接控制耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板上整合的切割器開關，啟動切割器，切割開始，當反饋信息中目的培養(yǎng)物的大小和數(shù)量低于設定參數(shù)時，控制器關閉切割器的啟動，切割自行停止，切割結束，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)進入培養(yǎng)階段。
本發(fā)明系統(tǒng)為密閉系統(tǒng)，最大限度降低了微生物的污染，同時解決了植物細胞和組織培養(yǎng)過程中因目的培養(yǎng)物個體過大而給實驗帶來的實際問題，保證了培養(yǎng)過程中培養(yǎng)物的生長代謝狀態(tài)維持在優(yōu)化點，實現(xiàn)了植物組織在線切割連續(xù)長期光生物反應器培養(yǎng)，為規(guī)?；囵B(yǎng)提供可能的途徑。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明將切割器與光生物反應器整合在一起使用，實現(xiàn)了植物細胞和組織培養(yǎng)過程中的在線切割，提高了工作效率，保證了培養(yǎng)過程中目的培養(yǎng)物的品質及其生長代謝狀態(tài)維持在優(yōu)化點；本發(fā)明中的耦合培養(yǎng)控制面板，可操作性強，可根據不同的目的培養(yǎng)物設定不同的切割參數(shù)；由在線光敏監(jiān)測器檢測目的培養(yǎng)物大小取代傳統(tǒng)的目測方法，提高了實驗的科學性、準確性；切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)適用于大型生物反應器，系統(tǒng)高度集約化，可自動控制，占地面積小，操作簡便，易于控制，最大限度降低了因切割而帶來的系統(tǒng)誤差。


圖1為本發(fā)明結構示意2為本發(fā)明輸液系統(tǒng)結構示意3為本發(fā)明氣體輸送系統(tǒng)結構示意4為本發(fā)明耦合培養(yǎng)系統(tǒng)結構示意5為本發(fā)明氣體分布器結構正視6為本發(fā)明氣體分布器結構俯視中，1.輸液系統(tǒng) 2.氣體輸送系統(tǒng) 3.光照系統(tǒng) 4.耦合培養(yǎng)系統(tǒng) 5.控制器 6.在線光敏監(jiān)測器 7.儲液罐 8.輸液泵 9.氣泵 10.第一空氣過濾器 11.氣體流量計 12.氣體增濕裝置 13.氣體入口 14.氣體出口 15.進液口 16.氣體分布器 17.溶氧電極 18.pH電極 19.攪拌裝置 20.取樣管 21.出氣口 22.第二空氣過濾器 23.出液口 24.過濾篩絹 25.切割器26.耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板 27.攪拌桿 28.攪拌槳 29.通氣管 30.氣體分布管 31.通氣管接點 32.出氣孔具體實施方式
如圖1-6所示，本發(fā)明包括輸液系統(tǒng)1，氣體輸送系統(tǒng)2，光照系統(tǒng)3，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4，控制器5，在線光敏監(jiān)測器6。其連接關系為輸液系統(tǒng)1通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4連接；氣體輸送系統(tǒng)2通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4連接；光照系統(tǒng)3固定在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4外圍；在線光敏監(jiān)測器6安裝在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4的一側，將信號傳送至控制器5，控制器5接收來自在線光敏監(jiān)測器6的光電信號，通過數(shù)據線與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4連接。
輸液系統(tǒng)1由儲液罐7和輸液泵8組成。儲液罐7由硅膠管經輸液泵8與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4連接，儲液罐7中的新鮮培養(yǎng)液經輸液泵8流入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4內。
氣體輸送系統(tǒng)2由氣泵9，第一空氣過濾器10，氣體流量計11，氣體增濕裝置12組成。氣體增濕裝置12的頂部整合有氣體入口13和氣體出口14，氣體入口13伸入至距容器底部約1/6處；氣泵9、第一空氣過濾器10、氣體流量計11和氣體增濕裝置12的氣體入口13之間由硅膠管首尾順次連接；氣體增濕裝置12的氣體出口14與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4連接。
耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4是將生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)和切割系統(tǒng)耦合在一起，由進液口15，氣體分布器16，溶氧電極17，pH電極18，攪拌裝置19，取樣管20，出氣口21，第二空氣過濾器22，出液口23，過濾篩絹24，切割器25，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板26組成。氣體分布器16是由不銹鋼材料制成的中空管，由通氣管29和氣體分布管30組成，通氣管29由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4頂端插入至耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4底部位置，氣體分布器16底部為氣體分布管30，呈圓弧形，分布在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4圓形底面的外周，上面整合有圓形出氣孔32，通氣管29和氣體分布管30連接處為通氣管接點31；攪拌裝置19由攪拌桿27和攪拌槳28組成，攪拌桿27由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4頂部中央位置伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4內部距底部1/3～1/4處，攪拌桿27底部整合有攪拌槳28；取樣管20伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4內部距底部約1/2處；溶氧電極17和pH電極18伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4的液面下；出氣口21處用硅膠管連接第二空氣過濾器22；輸液系統(tǒng)1將新鮮培養(yǎng)液由進液口15輸入至耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)4內過量的培養(yǎng)液由出液口23處自動流出，出液口23處有雙層800目的過濾篩絹24；切割器25整合在培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板26底座上，位于中央位置，呈十字刀形，兩端向上傾斜立起；耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板26上整合有切割參數(shù)設定旋鈕。
權利要求
1.一種植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)，包括輸液系統(tǒng)(1)、氣體輸送系統(tǒng)(2)、光照系統(tǒng)(3)，其特征在于，還包括耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)、控制器(5)、在線光敏監(jiān)測器(6)，其連接方式為輸液系統(tǒng)(1)通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)連接，氣體輸送系統(tǒng)(2)通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)連接，光照系統(tǒng)(3)固定在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)外圍，在線光敏監(jiān)測器(6)設置在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)的一側，將信號傳送至控制器(5)，通過數(shù)據線與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)連接。
2.根據權利要求1所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，輸液系統(tǒng)(1)由儲液罐(7)和輸液泵(8)組成，儲液罐(7)由硅膠管經輸液泵(8)與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)連接。
3.根據權利要求1所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，氣體輸送系統(tǒng)(2)由氣泵(9)，第一空氣過濾器(10)，氣體流量計(11)，氣體增濕裝置(12)組成，氣體增濕裝置(12)的頂部整合有氣體入口(13)和氣體出口(14)，氣體入口(13)伸入至距容器底部約1/6處，氣泵(9)、第一空氣過濾器(10)、氣體流量計(11)和氣體增濕裝置(12)的氣體入口(13)之間由硅膠管首尾順次連接，氣體增濕裝置(12)的氣體出口(14)與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)連接。
4.根據權利要求1所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)由進液口(15)、氣體分布器(16)、溶氧電極(17)、pH電極(18)、攪拌裝置(19)、取樣管(20)、出氣口(21)、第二空氣過濾器(22)，出液口(23)、過濾篩絹(24)、切割器(25)、耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板(26)組成，氣體分布器(16)分布在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)圓形底面的外周，攪拌裝置(19)由攪拌桿(27)和攪拌槳(28)組成，攪拌桿(27)由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)頂部中央位置伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)內部距底部1/3～1/4處，攪拌桿(27)底部整合有攪拌槳(28)，取樣管(20)伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)內部距底部1/2處，溶氧電極(17)和pH電極(18)伸入耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)的液面下，出氣口(21)處用硅膠管連接第二空氣過濾器(22)，輸液系統(tǒng)(1)將新鮮培養(yǎng)液由進液口(15)輸入至耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)內過量的培養(yǎng)液由出液口(23)處自動流出，出液口(23)處有雙層過濾篩絹(24)，切割器(25)整合在培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板(26)底座上，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板(26)上整合有切割參數(shù)設定旋鈕。
5.根據權利要求4所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，氣體分布器(16)是由不銹鋼材料制成的中空管，由通氣管(29)和氣體分布管(30)組成，通氣管(29)與氣體增濕裝置(12)的氣體出口(14)相連，由耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)頂端插入至耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)底部位置，氣體分布器(16)底部為氣體分布管(30)，呈圓弧形，分布在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)(4)圓形底面的外周，上面整合有圓形出氣孔(32)，通氣管(29)和氣體分布管(30)連接處為通氣管接點(31)。
6.根據權利要求4所述的植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)，其特征是，切割器(25)整合在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)控制面板(26)底座上，位于中央位置，呈十字刀形，兩端向上傾斜立起。
全文摘要
一種植物組織切割器內置型光生物反應器培養(yǎng)系統(tǒng)，包括輸液系統(tǒng)，氣體輸送系統(tǒng)，光照系統(tǒng)，耦合培養(yǎng)系統(tǒng)，控制器，在線光敏監(jiān)測器。輸液系統(tǒng)通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)連接；氣體輸送系統(tǒng)通過硅膠管與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)連接；光照系統(tǒng)固定在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)外圍；在線光敏監(jiān)測器安裝在耦合培養(yǎng)系統(tǒng)一側，將信號傳送至控制器，控制器接收來自在線光敏監(jiān)測器的光電信號，通過數(shù)據線與耦合培養(yǎng)系統(tǒng)連接。本發(fā)明實現(xiàn)植物細胞和組織培養(yǎng)過程中的在線切割，保證培養(yǎng)過程中培養(yǎng)物的生長代謝狀態(tài)維持在優(yōu)化點，同時大大降低了離線切割的污染率。
文檔編號C12M3/00GK1680540SQ20051002328
公開日2005年10月12日 申請日期2005年1月13日 優(yōu)先權日2005年1月13日
發(fā)明者張寶紅, 齊瀚實, 陳思曄, 趙銳, 黃娜 申請人:上海交通大學