生物過程快速取樣裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于生物取樣裝置領(lǐng)域，更具體地，本實用新型設(shè)及一種生物過程快 速取樣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對生物過程的研究出了進(jìn)行多參數(shù)的在線檢測(環(huán)境pH、溶氧、攬拌轉(zhuǎn)速、尾氣 組分等）外，還需要離線測定各種胞外胞內(nèi)物質(zhì)濃度，W對生物過程進(jìn)行系統(tǒng)的生物學(xué)研 究，探明生物過程的機理。然而，針對胞內(nèi)物質(zhì)的檢測往往存在著多種問題，使其檢測參數(shù) 的可靠性與準(zhǔn)確性備受質(zhì)疑。
[0003] 其中的一個主要問題便是在樣品在離開發(fā)酵環(huán)境后菌體自身會因環(huán)境的變化而 發(fā)生改變，從而失去其在發(fā)酵過程中的代表性。例如，在離開連續(xù)攬拌及通氣的生物反應(yīng)器 后，高濃度的菌體由于耗氧過程而迅速消耗在樣品中的溶解氧，從而進(jìn)入嚴(yán)格的厭氧過程。 若此時發(fā)酵液內(nèi)依舊殘留了部分葡萄糖未被利用(殘?zhí)牵瑒t菌體會通過厭氧途徑消耗運部 分糖源而產(chǎn)生醇類及有機酸等。運一方面使得后期檢測的糖濃度被低估，同時也會使得胞 內(nèi)物質(zhì)的平衡發(fā)生改變。所有上述變化都可能在很快的時間內(nèi)發(fā)生:胞外的糖濃度降低會 在數(shù)分鐘內(nèi)檢測到，而胞內(nèi)的ATP能量水平因氧氣限制導(dǎo)致的降低可能發(fā)生在數(shù)秒內(nèi)。
[0004] 針對此類問題，國內(nèi)外已經(jīng)設(shè)計并應(yīng)用了多種快速取樣裝置。如圖1所示為同類型 的兩種快速取樣裝置，實現(xiàn)了在短時間（數(shù)分鐘）內(nèi)的連續(xù)快速取樣。運種取樣方式往往需 要通過較為大型完整的儀器W及精密控制的取樣累為硬件基礎(chǔ)。
[000引如圖2所示為另一種連續(xù)快速取樣裝置，并且在其中加入了擾動條件，W期實現(xiàn)菌 體在擾動條件下的動態(tài)響應(yīng)捕捉。
[0006] 圖3為第=種快速取樣裝置，此裝置通過真空累產(chǎn)生負(fù)壓力使得取樣的速度加快， 實現(xiàn)嚴(yán)格意義的秒級快速取樣。
[0007] W上幾類快速取樣裝置均在某種程度上實現(xiàn)了生物過程的快速取樣過程。然而它 們均各有缺點。
[0008] 如圖1所示的快速取樣裝置，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)的專一性強，無法簡單的套用于各 類反應(yīng)器，同時由于其中設(shè)及了多種自動化控制，系統(tǒng)與系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性需要調(diào)教，連續(xù)取 樣的時間點也較難準(zhǔn)確控制，一經(jīng)確定也較難修改。
[0009] 如圖2所示的快速取樣裝置，W空間換取時間，能夠通過計算流速與距離來精確估 計取樣時間點，然而由于其取樣位置固定，無法隨意根據(jù)實驗需求設(shè)計取樣過程。并且，前 兩類反應(yīng)器受到取樣管徑(取樣死體積)的限制而往往無法實現(xiàn)在1秒內(nèi)的快速取樣與澤滅 過程，并且在遇到高粘度發(fā)酵(絲狀真菌發(fā)酵及多糖發(fā)酵)時無法正常運行。離位的稱重過 程既增加了取樣過程的時間，也會因低溫澤滅劑結(jié)露而引入了取樣量的誤差。
[0010] 如圖3所示的快速取樣裝置，通過加入額外的真空累來營造負(fù)壓空間，實現(xiàn)了 1秒 W內(nèi)的快速取樣過程。但是，整套系統(tǒng)依舊存在著適用性不強（需要指定試管來配套試管適 配器）、系統(tǒng)可靠性不強(負(fù)壓空間往往容易因漏氣而失效，導(dǎo)致取樣失敗)等缺點。
[0011] 因此，本領(lǐng)域還需要開發(fā)結(jié)構(gòu)簡化、取樣精準(zhǔn)、適用性強的改進(jìn)的快速取樣裝置。 【實用新型內(nèi)容】
[0012] 本實用新型的目的在于提供一種生物過程快速取樣裝置。
[0013] 在本實用新型的第一方面，提供一種生物反應(yīng)液(發(fā)酵液)取樣裝置，所述的裝置 包括：
[0014] 取樣管（1)，其是T字形管，包括第一取樣段(11)，第二取樣段(12)，廢液段(13);
[0015] 第一閥口（2)，其位于第一取樣段(11)中，能控制第一取樣段(11)的連通和閉合；
[0016] 第二閥口（3)，其位于第二取樣段(12)中，能控制第二取樣段(12)的連通和閉合；
[0017] 蠕動累(4)，其位于廢液段（13)中，能控制取樣前排走廢液的流速及控制取樣后裝 置排空。
[0018] 在一個優(yōu)選例中，所述的生物過程快速取樣裝置包括：
[0019] 時序控制器(5)，其與所述的第一閥口（2)、第二閥口（3)和蠕動累(4)連接，控制第 一閥口（2)、第二閥口（3)和蠕動累(4)的開啟或關(guān)閉。
[0020] 在另一優(yōu)選例中，所述的生物過程快速取樣裝置中，所述的第一閥口和第二閥口 是:管夾閥。
[0021 ]在另一優(yōu)選例中，所述的生物過程快速取樣裝置還包括：
[0022] 第一容器(6 )，用于接收廢液段(13)流出的廢液。
[0023] 在另一優(yōu)選例中，所述的生物過程快速取樣裝置還包括：
[0024] 第二容器(7)，用于接收第二取樣段(12)流出的樣品。
[0025] 在另一優(yōu)選例中，所述的生物過程快速取樣裝置中，所述的第二容器(7)裝有發(fā)酵 液澤滅溶液。
[0026] 本實用新型的其它方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易 見的。
【附圖說明】
[0027 ]圖1、現(xiàn)有技術(shù)中的多點連續(xù)快速取樣裝置。
[0028] 圖2、現(xiàn)有技術(shù)中的帶擾動實驗點的連續(xù)快速取樣裝置。
[0029] 圖3、現(xiàn)有技術(shù)中的單點快速取樣裝置。
[0030] 圖4、實施例1中的單點快速取樣裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ] 圖5、快速取樣裝置平行性測試。A，C，E:250ms取樣時間；B，D，F(xiàn):500ms取樣時間；A， 8:取樣管內(nèi)徑3.1111111;(：，0:取樣管內(nèi)徑2.4臟瓜尸:取樣管內(nèi)徑3.1111111。
[0032] 圖6、不同反應(yīng)器壓力(0.03MPa、0.04MPa、0.05MPa)、取樣時間（250ms、500ms)及取 樣管規(guī)格（內(nèi)徑1.6mm、2.4mm、3.1mm)下的平均取樣量。
[0033] 其中，附圖中各數(shù)字標(biāo)記說明如下：
[0034] 1:取樣管；
[00巧]11:第一取樣段，12:第二取樣段；
[0036] 13:廢液段；
[0037] 2:第一閥口、3:第二閥口；
[003引 4:蠕動累；
[0039] 5:時序控制器；
[0040] 6:第一容器，7:第二容器；
[0041 ] 100:管盒；
[0042] 101:管夾閥；
[0043] 102:齒輪帶；
[0044] 103:步進(jìn)引擎；
[0045] 104:轉(zhuǎn)閥盤；
[0046] 105:步進(jìn)馬達(dá)；
[0047] 106: S 通閥口；
[004引 107: S 通閥口；
[0049] 108:管夾閥 I;
[0050] 109:管夾閥 II;
[0051 ] 110:管調(diào)節(jié)器；
[0052] 111:廢液；
[0053] 112:真空容器；
[0054] 113:試驗管。
【具體實施方式】
[0055] 在利用生物反應(yīng)器的過程中，為了實現(xiàn)快速、高效地取樣，本設(shè)計人經(jīng)過了深入地 研究，提供了一種基于生物反應(yīng)器的發(fā)酵過程快速取樣裝置。本實用新型的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)1 秒內(nèi)的發(fā)酵過程樣品采集及澤滅，大大提高了生物過程數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與可靠性。同時 具有結(jié)構(gòu)簡單，適用性強的特點。
[0056] 本實用新型的裝置的取樣管是一種T字形管，該T字形管包括幾個取樣段，每個取 樣段上設(shè)置閥口或蠕動累，來控制樣液的流向。
[0057] 所述的T字形管可W是多種材料制備的，本實用新型對于其所用的材料沒有特別 的限制，例如橡膠材料、硅膠材料。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的T字形管是硅膠管。
[0058] 所述的T字形管的管徑可W根據(jù)實際的取樣規(guī)模而定，本實用新型中沒有特別的 限制。作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的T字形管的內(nèi)管徑可W是較佳地1.5-3mm， 例如1.5、2、2.5、3mm。當(dāng)然，根據(jù)實際的生物反應(yīng)器規(guī)模W及取樣的規(guī)模，其管徑還可W超 出該范圍，只要確保能夠滿足Is內(nèi)完成全套流程的快速取樣標(biāo)準(zhǔn)。
[0059] 作為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的閥口是管夾閥；較佳地，其是常閉的管夾閥。 管夾閥控制著其所在的管段的連通和閉合。
[0060] 本實用新型所述的蠕動累位于T形管的廢液段中，其能控制取樣管排廢及排空。作 為本實用新型的優(yōu)選方式，所述的蠕動累是高速蠕動累，可W形成大于等于5ml/s的轉(zhuǎn)速。
[0061] 本實用新型的裝置可W通過蠕動累的運作來完成特定時間內(nèi)的管內(nèi)廢液排放(即 避免先前管內(nèi)殘留廢液對樣品的影響），在蠕動累停止運作時，并可借由生物反應(yīng)器內(nèi)部正 壓力(〉0.03MPa)完成快速取樣過程。
[0062] 作為本實用新型的優(yōu)選方式，采用時序控制器與所述的閥口和蠕動累連接，控制 所述的閥口和蠕動累的開啟或關(guān)閉。所述的時序控制器可W采用本領(lǐng)域已知的時序控制 器，通過制定時間驅(qū)動不同的閥口和蠕動累按照規(guī)律進(jìn)行開始或關(guān)閉。時序控制器具有簡 單的人機交互界面，可W根據(jù)實驗需求適時改變各閥口及蠕動累的開閉操作及持續(xù)時間。
[0063] 本實用新型的生物過程快速取樣裝置通過簡單的硬件設(shè)備(硅膠管、管夾閥、蠕動 累、時序控制器)實現(xiàn)有效地定量快速取樣，并且具有良好的系統(tǒng)兼容性。
[0064] 本實用新型的生物過程快速取樣裝置設(shè)計基于簡潔、可靠、適用性強的特點，實