Карачун В.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

КУЛЬТИВУВАННЯ КЛІТИН ДЛЯ ПОТРЕБ МЕДИЦИНИ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ

Пропонєма конструкція відноситься до біотехнології і може бути використана в мікробіологічній, харчовій промисловостях, а також для потреб медицини і клінічних досліджень для культивування клітин або тканин.

Відома установка для культивування мікроорганізмів, яка містить з’єднані між собою в нижній частині еластичним трубопроводом дві камери з повітряними фільтрами і реверсивний привод для звортно-поступального переміщення камер в вертикальній площині (див., наприклад, А.С. СССР № 1131899, С 12 М 1/00, 1984).

Недолік цієї установки полягає у великих габаритах, що обумовлено необхідністю переміщення камер у вертикальній площині.

Відомий також апарат для культивування клітин (АК), який містить корпус з технологічними патрубками і розміщений по осі корпусу пустотілий вал імпульсного привода з втулкою, до якої приєднаний перемішуючий елемент у формі чотирьохланцюгового шарніра з лопатками на кінцях, з’єднаний з порожниною вала і рухомою втулкою шарніра фільтруючий елемент, а також аератор (див., наприклад, А.с. СССР №1633814, С 12 М 3/00, 1995).

Цей АК є найбільш близьким до пропонуємої за технічною суттю та досягаємим ефектом.

Недолік відомого АК полягає в низькій продуктивності.

Зазначений недолік обумовлений тим, що при зменшенні числа обертів вала знижується інтенсивність перемішування і клітини не забезпечуються у достатній кількості киснем, що уповільнює їх розвиток, а, отже, знижує продуктивність, а при збільшенні числа обертів вала, навпаки, перемішуючий елемент руйнує їх оболонки, що також перешкоджає росту продуктивності.

В основу конструкції покладена задача вдосконалення АК, в якому шляхом модифікації форми перемішуючого елемента забезпечується більш активне перемішування без ризику пошкодження клітин, що призводить до росту продуктивності.

Поставлена задача вирішується тим, що в АК, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений вздовж осі корпусу вал з втулкою, до якої приєднаний перемішуючий елемент, аератор, реверсивний привод, а контактуючі між собою поверхні вала і втулки виконано у вигляді, наприклад, гвинтової пари, згідно корисної моделі новим є те, що перемішуючий елемент має форму встановленої із зазором “δ” відносно бічної поверхні корпусу гладкої напівсфери, яка співвісно закріплена на валу і убезпечена від непередбаченого обертання вертикальною напрямною.

Вказана відмінність дозволяє активізувати всю зону робочого об’єму корпуса і інтенсифікувати процес перемішування всієї біомаси, а завдяки гладкій і обтічній формі поверхні перемішуючого елементу значно знизити ризик пошкодження клітин, що підвищує продуктивність культивування, тобто збільшує вихід пробіотиків до складу котрих входять живі клітини продуцентів.

На рисунках схематично зображений пропонуємий АК в поздовжньому перерізі (фіг. 1, фіг. 3, фіг. 4), в поперечному перерізі А-А на фіг. 1 (фіг. 2).

АК містить циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубок 3 з аератором 4, патрубок 5 для видалення культуральної рідини і патрубок 6 для відведення відпрацьованого газу. Вздовж осі корпусу 1 розташований приєднаний до мотор-редуктора 7 з командним реверсуючим пристроєм 8 вал 9 з втулкою 10, на якій розташований перемішуючий елемент у формі встановленої із зазором “δ” відносно стінок корпусу 1 гладкої напівсфери 11 (наприклад, з нержавіючої сталі), яка співвісно кріпиться до колеса 12. Контактуючі між собою поверхні вала 9 і втулки 10 виконані у вигляді гвинтової пари, а напівсфера 11 має закріплену в корпусі 1 вертикальну напрямну 13.

Працює АК наступним чином.

В попередньо простерилізований АК до корпусу 1 вводять через патрубок 2 живильну рідину і посівний матеріал (інокулят), після чого в аератор 4 вдувають газ для аерації культурального середовища і включають командний пристрій 8, за сигналом якого приходить в дію мотор-редуктор 7 і вал 9, який в межах заданого командним пристроєм 8 ходу “Н” надає зворотно-поступального руху втулці 10 і приєднаній до неї і убезпеченій напрямною 13 від непередбаченого обертання навколо вала 9 гладкої напівсфері 11 .

Рухаючися вздовж вала 9, гладка напівсфера 11 чинить примусове вихрове перетікання біомаси по всьому робочому об’єму АК. Так, при переміщенні напівсфери 11 із швидкістю V вгору, в її нижній порожнині утворюється зона зниженого тиску, куди стрімко прямують вихрові потоки 14, 15 і 16 з придонних периферійних зон, а потоки 17, 18 рушають донизу крізь зазор “δ” під дією лобового тиску верхньої поверхні напівсфери 11 (фіг. 3). Навпаки, переміщення напівсфери 11 донизу із швидкістю V, надає примусового вихрового руху робочій рідині потоками 19, 20 в напрямку днища корпусу 1, а потоками 21 в напрямку бічної поверхні корпусу 1 (фіг. 4). Таким чином, за один цикл зворотно-поступального руху гладкої напівсфери 11 потоки 15 і 19, 16 і 20, 14 і 21, 18 і 22 змінюють напрям свого руху на протилежний активізуючи, тим самим, робочу рідину по всьому об’єму внаслідок енергійної взаємодії зон підвищеного і зниженого тиску, що інтенсифікує процес перемішування біомаси заподіяною вихровими потоками турбулізацією і підвищує продуктивність культивування без ризику пошкодження клітин, чому сприяє також відсутність обертального руху напівсфери 11, що має місце в прототипі. По закінченні процесу культивування, зупиняється мотор-редуктор 7, а готовий для подальшого використання продукт зливається назовні крізь патрубок 5.