[发明专利]菌体培养装置和方法及采用此类装置的菌体培养系统

说明书

本发明涉及菌体培养装置，具体地说是进行容器内外的空气无菌交换的菌体培养装置和方法。本发明适用于菌体的扩大培养、特别是由试管菌种进行的扩大培养。

在菌体培养过程中，尤其是由试管菌种扩大培养时，广泛使用一种机械式的摇瓶机(简称“摇床”)。目前使用的摇瓶机，国内外型号及种类繁多，如上海工业微生物研究所设计监制、江苏无锡县查桥轻工机械厂制造的DXY型独轴旋转式摇瓶机，CXY-2型往复式摇瓶机，美国FORMA SCIENTIFIC公司生产的4520型摇瓶机，等等。但是，不论何种型号的摇瓶机，其原理都是在其工作台面上，放有很多玻璃瓶，瓶内装有接好菌种的液体培养基，接通电源后，该机以一定的振动频率晃动，直至菌体生长周期的完成。所以，摇瓶机的主要作用是使瓶内的培养基液面晃动，使空气进入瓶内，供菌体生长使用。但是，不论是国内或国外的摇瓶机都因工作原理，存在如下缺点：(1)由于整个工作台面晃动，所以整机的功率消耗较大，通常在1KVA左右；(2)长时间的机械振荡，易发生机械故障；(3)长期机械磨损，使机械噪声变大，污染环境；(4)由于一直处在晃动工作状态，瓶内的液体不可能装得很多，通常是瓶子容量的20％左右；(5)组合性能差。有时只做一、二支瓶子的菌体实验时，也得开动整台摇瓶机，这样浪费能源；(6)机器维修困难。

1994年9月20日公开的日本特许公开6-261747披露了一种利用电磁搅拌的液体培养方法及培养装置，在该申请中一个具有磁性体和搅拌翼的搅拌子借助于浮力耦合在槽内培养液自由表面上，通过槽底部的外部磁力的旋转带动搅拌子旋转，促使槽内培养液流动，从而达到生物细胞的正常培养。但是该方法及装置并未披露气体交换的有关细节。

1995年11月28日颁发的美国专利5470152披露了一个具有磁耦合式混合器的搅拌筒。该混合器包含一个和电机耦合的驱动磁体以及一个下端固定有叶轮的从动磁体，这两个磁体之间为磁耦合，使得驱动磁体旋转一周导致从动磁体和叶轮旋转一周。该电机带动驱动磁体旋转，从而最终使叶轮旋转，使搅拌筒内的液体流动。但该专利没有提及控制空气特别是氧气进出的通道。

1976年8月2日公开的SU-808114披露了一个菌类液体中混合固态和气态物质的搅拌器，但它同样未提及搅拌器和外界是如何进行空气交换的。

本发明的目的是提供插入容器内的换气装置，促使容器内外作无菌空气交换，从而降低成本及其能源消耗。

根据本发明的第一方面是提供磁耦合式菌体培养装置，它包括：用于盛放菌种培养基液体的容器，该容器具有在其顶部的一或多个出气口和一个开口，各出气口各自带有空气过滤膜；固定在容器之上并罩住所述开口的过滤密封罩，该密封罩上有配置了空气过滤膜的入口；密封罩内一个中空的吸气管，它向下穿过所述开口并伸入容器中，可相对于密封罩和瓶体转动；固定在吸气管下端的叶轮，它和吸气管气体相通；固定在吸气管上端的从动磁体；在叶轮附近相对于容器固定的阻挡结构，用于防止容器内液体产生涡流；当外加旋转磁场的时候从动磁体在其作用下带动吸气管及叶轮转动，经入口进入吸气管中的过滤空气靠离心力抛入液体中，达到空气交换的目的。

根据本发明的第二方面是提供菌体培养装置，它包括：盛有液体的容器，该容器包括在其顶部的带有空气过滤膜的一或多个出气口和一个开口；固定在容器上方的空气净化室，该净化室的壁上有配置了空气过滤膜的一或多个入口；净化室内的一个中空吸气管，它向下穿过所述容器开口并伸入容器中，吸气管上端通过联轴器咬合在微电机的驱动轴上，吸气管上端口设有空气过滤膜；固定在吸气管下端的叶轮，和吸气管气体相通；在叶轮附近固定在容器上的阻挡结构，用于阻挡容器内的液体以防止其产生涡流；除吸气管外，几乎不存在由空气净化室进入容器的通道；微电机在接通的时候驱动吸气管及叶轮转动，因此经入口进入吸气管中的过滤空气靠离心力抛入液体中。