專利名稱：一種強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的仿生生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物器領(lǐng)域，特別涉及一種強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的仿生生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
生物反應(yīng)器是實(shí)現(xiàn)微生物發(fā)酵、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)，生產(chǎn)各種生物基產(chǎn)品的必備設(shè) 備，其作用是強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱，為微生物或動(dòng)植物細(xì)胞提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境。目前已經(jīng)有多 種生物反應(yīng)器問(wèn)世，如攪拌式深層液體反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器，氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器 等，它們能分別使用于某些特定物質(zhì)的生產(chǎn)，對(duì)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。但各 自都有一定的缺陷，如攪拌式反應(yīng)器產(chǎn)生的剪切力對(duì)某些細(xì)胞的生長(zhǎng)有抑制作用而限制了 其更廣泛的應(yīng)用，并且攪拌能耗高，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器以 氣體為介質(zhì)進(jìn)行氣體交換和強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱，不能進(jìn)行以液體為介質(zhì)的物質(zhì)交換。事實(shí)上人 體是一個(gè)精密的生物反應(yīng)器，通過(guò)神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)體內(nèi)的代謝活動(dòng)，通過(guò)由心臟和 血管組成的循環(huán)系統(tǒng)完成細(xì)胞的物質(zhì)交換，運(yùn)送氧氣和養(yǎng)料，帶走二氧化碳等廢物。本發(fā)明 根據(jù)人體循環(huán)系統(tǒng)的原理，將類似于血管的管道置于反應(yīng)器內(nèi)，而類似于心臟的儲(chǔ)料囊置 于反應(yīng)器外，通過(guò)儲(chǔ)料囊的收縮和舒張強(qiáng)化反應(yīng)器管道內(nèi)外的物質(zhì)交換。
近年來(lái)膜技術(shù)的發(fā)展迅速，已能夠廉價(jià)制備各種高效的微濾膜、超濾膜和納濾膜， 這就使本發(fā)明的仿生管道壁的選擇提供了廣泛的材料，根據(jù)需要，管道的壁可以是微濾膜、 超濾膜或納濾膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的根據(jù)人體循環(huán)系統(tǒng)的工作原理，發(fā)明了一種仿生生物反應(yīng)器，使 發(fā)酵微生物或動(dòng)植物細(xì)胞在相對(duì)靜態(tài)的條件下能夠與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，克服攪拌 式反應(yīng)器產(chǎn)生的剪切力對(duì)微生物和動(dòng)植物細(xì)胞的不利影響、氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器只 能以氣體為介質(zhì)進(jìn)行氣體交換和強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱等目前生物反應(yīng)器存在的缺陷。本發(fā)明的技 術(shù)方案如下技術(shù)方案一種強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的仿生生物反應(yīng)器，其罐體(1)為圓柱狀，有進(jìn)料 口 (7)和出料口 (8)，可以密封和利用蒸汽滅菌，罐體(1)內(nèi)有類似人體血管的相通管道，包 括入口總管(2)、毛細(xì)管(6)和出口總管(4)，管壁為微濾膜、超濾膜或納濾膜，二氧化碳、氧 氣、葡萄糖等小分子可以透過(guò)管壁，使管內(nèi)的物質(zhì)與罐體(1)內(nèi)培養(yǎng)基進(jìn)行物質(zhì)和能量交 換，入口總管(2)和出口總管(4)固定在罐體(1)壁上，罐體(1)外面有入口囊(3)和出口 囊(5)分別與入口總管(2)和出口總管(4)相連，氣體或液體物質(zhì)可從入口囊(3)進(jìn)入，經(jīng) 入口總管(2)、毛細(xì)管(6)、出口總管(4)到達(dá)出口囊(5)，入口囊(3)和出口囊(5)可以在 入口囊壓板(9)和出口囊壓板(91)的擠壓和松弛下收縮和舒張，調(diào)節(jié)毛細(xì)管(6)內(nèi)的壓力 和物質(zhì)流向，使物質(zhì)在毛細(xì)管(6)內(nèi)往復(fù)流動(dòng)，有利于管內(nèi)物質(zhì)和管外培養(yǎng)基進(jìn)行充分的 物質(zhì)和能量交換，管內(nèi)的物質(zhì)最后從出口囊(5)排出。 毛細(xì)管內(nèi)徑大小為O. lmm-2mm，毛細(xì)管的數(shù)量為l百至l萬(wàn)根，均勻分布于罐體內(nèi)，管道內(nèi)可以通氣體如空氣、二氧化碳等，也可以通液體，如葡萄糖溶液等，通過(guò)調(diào)節(jié)充入管 道物質(zhì)的溫度來(lái)控制反應(yīng)器的溫度。入口囊和出口囊體積為罐體內(nèi)管道總體積的2-10倍， 入口囊和出口囊有儲(chǔ)存物料功能，它們的收縮和舒張可使管道內(nèi)的物質(zhì)往復(fù)流動(dòng)，加快管 道內(nèi)外物質(zhì)的交換，本生物反應(yīng)器可用于厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵，也適 應(yīng)于動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)。


圖1為本發(fā)明仿生生物反應(yīng)器的示意圖，圖中 1、罐體，2、入口總管，3、入口囊，4、出口總管，5、出口囊，6、毛細(xì)管，7、進(jìn)料口，8，出 料口，9、入口囊壓板，91、出口囊壓板
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，罐體(1)為圓柱狀，有效發(fā)酵體積 為l立方米，進(jìn)料口 (7)和出料口 (8)關(guān)閉時(shí)罐體完全密封，可利用蒸汽滅菌，罐體(1)內(nèi) 有類似人體血管的1500根中空超濾膜管道(6)，這些中空超濾膜管道(6) —端匯入入口總 管(2)，另一端匯入出口總管(4)，中空超濾膜管道(6)的物質(zhì)與罐體(1)內(nèi)培養(yǎng)基可進(jìn)行 物質(zhì)和能量交換，入口總管(2)和出口總管(4)固定在罐體(1)壁上，罐體(1)外面有入口 囊(3)和出口囊(5)分別與入口總管(2)和出口總管(4)相連，入口囊(3)和出口囊(5)由 柔性的硅橡膠做成，體積均為5升，氣體或液體物質(zhì)可從入口囊(3)進(jìn)入，經(jīng)入口總管(2)、 毛細(xì)管(6)、出口總管(4)到達(dá)出口囊(5)，入口囊(3)和出口囊(5)可以在入口囊壓板(9) 和出口囊壓板(91)的擠壓和松弛下收縮和舒張，當(dāng)出口囊(3)壓縮時(shí)入口囊(5)舒張，調(diào) 節(jié)空超濾膜管道(6)內(nèi)的壓力和物質(zhì)流向，使物質(zhì)在空超濾膜管道(6)內(nèi)往復(fù)流動(dòng)，有利于 管內(nèi)物質(zhì)和管外培養(yǎng)基進(jìn)行充分的物質(zhì)和能量交換，管內(nèi)的物質(zhì)最后從出口囊(5)排出。
權(quán)利要求
一種強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的仿生生物反應(yīng)器，其特征是罐體(1)為圓柱狀，有進(jìn)料口和出料口，可以密封和利用蒸汽滅菌，罐體(1)內(nèi)有類似人體血管的相通管道，包括入口總管(2)、毛細(xì)管(6)和出口總管(4)，管壁為微濾膜、超濾膜或納濾膜，二氧化碳、氧氣、葡萄糖等小分子可以透過(guò)管壁，使管內(nèi)的物質(zhì)與罐體(1)內(nèi)培養(yǎng)基進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，入口總管(2)和出口總管(4)固定在罐體(1)壁上，罐體(1)外面有入口囊(3)和出口囊(5)分別與入口總管(2)和出口總管(4)相連，氣體或液體物質(zhì)可從入口囊(3)進(jìn)入，經(jīng)入口總管(2)、毛細(xì)管(6)、出口總管(4)到達(dá)出口囊(5)，入口囊(3)和出口囊(5)可以在入口囊壓板(9)和出口囊壓板(91)的擠壓和松弛下收縮和舒張，調(diào)節(jié)毛細(xì)管(6)內(nèi)的壓力和物質(zhì)流向，使物質(zhì)在毛細(xì)管(6)內(nèi)往復(fù)流動(dòng)，有利于管內(nèi)物質(zhì)和管外培養(yǎng)基進(jìn)行充分的物質(zhì)和能量交換，管內(nèi)的物質(zhì)最后從出口囊(5)排出。
2. 權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管內(nèi)徑大小為0. lmm-2mm，毛細(xì)管的數(shù)量為1百至1萬(wàn)根，均 勻分布于罐體內(nèi)。
3. 權(quán)利要求1所述的入口囊和出口囊體積為罐體內(nèi)管道總體積的2-10倍，入口囊和出 口囊有儲(chǔ)存物料功能，它們的收縮和舒張可使管道內(nèi)的物質(zhì)往復(fù)流動(dòng)，加快管道內(nèi)外物質(zhì) 的交換。
4. 本生物反應(yīng)器可用于厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵，也適應(yīng)于動(dòng)植物細(xì) 胞培養(yǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的仿生生物反應(yīng)器，根據(jù)人體循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特征，設(shè)計(jì)了一種類似于人體的在反應(yīng)器內(nèi)充滿大小相通管道的生物反應(yīng)器，其中兩個(gè)大管道相當(dāng)于總動(dòng)脈和總靜脈，而小管道相當(dāng)于分支血管和毛細(xì)血管，大管道口固定在反應(yīng)器壁上，液體或氣體物質(zhì)可以進(jìn)出，在反應(yīng)器外面有可收縮和舒張類似于心臟的囊與大管道口相連，通過(guò)囊的收縮和舒張控制小管道內(nèi)液體或氣體的壓力和流向，管道壁由微濾膜、超濾膜或納濾膜做成，管道內(nèi)外的物質(zhì)和能量可通過(guò)管道壁進(jìn)行交換，這樣便達(dá)到強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的目的。本生物反應(yīng)器可用于厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵，也適應(yīng)于動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)。
文檔編號(hào)C12M1/00GK101787348SQ20101011356
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者彭小偉, 陳洪章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所