Мельник В.М., Тривайло М.С., Карачун В.В.,

Колесник М.М., Заброда А.О.

Національний технічний університет України «КПІ»

ШЛЯХИ УСУНЕННЯ ЗАСТІЙНИХ ЗОН В АПАРАТІ

ДЛЯ КУЛЬТИВУВАННЯ КЛІТИН

Пропонуєма корисна модель відноситься до біотехнології і може бути використана для культивування клітин при виробництві вірусних вакцин та різноманітних біологічно активних препаратів.

Відомий апарат для культивування клітин (АК), який містить циліндричний корпус із технологічними патрубками і консольно закріплений на дні корпусу перемішуючий диск із немагнітного матеріалу, а також привод у формі встановлених на диску й роторі періодично взаємодіючих між собою магнітів. Недолік цього АК полягає в низькій ефективності перемішування, що обумовлено консольним закріпленням диску і знижує продуктивність.

Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю і досягаємим ефектом є АК, що містить циліндричний корпус із дном з немагнітного матеріалу та технологічними патрубками і розміщений на дні корпусу, виконаний з магнітного матеріалу диск з центральним стержнем на одній стороні, і перемішуючим елементом на іншій стороні, який виконано в формі центрального стержня, а також привод диска у формі рівномірно розташованих по колу під дном корпусу електромагнітів, що послідовно підключаються до джерела живлення. Недолік АК полягає також у низькій ефективності перемішування, що уповільнює ріст клітин і приводить до зниження продуктивності.

Зазначений недолік обумовлений тим, що перемішуючий елемент у формі стержня при своєму русі не забезпечує зміщення центральних частин робочої рідини в радіальних напрямках та по висоті, а здійснює лише колове переміщення незначного об’єму.

В основу пропонуємої конструкції поставлена задача вдосконалення АК, в якому шляхом модифікації перемішуючого елемента забезпечується збільшення переміщення робочої рідини в її центральних та периферійних частинах, що підвищує інтенсивність і рівномірність перемішування, приводить до зростання продуктивності.

Поставлена задача вирішується тим, що в АК, який містить циліндричний корпус з дном із немагнітного матеріалу та технологічними патрубками і розміщений на дні корпусу виконаний з магнітного матеріалу диск з центральним опорним стержнем на одній стороні і перемішуючим елементом на іншій стороні, а також привод диска у формі рівномірно розташованих по колу під дном корпусу електромагнітів, що послідовно підключаються до джерела живлення, згідно корисної моделі новим є те, що перемішуючий елемент виконано у вигляді пластини. У найприйнятнішому прикладі виконання АК пластина має форму трапеції, яка більшою основою приєднана до диска.

Виконання перемішуючого елемента у формі пластини забезпечує відсутнє в найближчому аналозі активне переміщення робочої рідини в радіальних напрямках та по висоті, оскільки зростає на порядок і більше поверхня його (елемента) взаємодії з робочою рідиною, внаслідок чого ефективність перемішування суттєво зростає.

Виконання пластини у формі трапеції збільшує площу взаємодії робочої рідини з перемішуючим елементом, що додатково підвищує інтенсивність перемішування.

На рис. 1 зображено заявляємий АК в перерізі, на рис. 2 – переріз А-А на рис. 1.

АК містить циліндричний корпус 1 з дном 2 із немагнітного матеріалу та кришкою 3 і технологічними патрубками 4 для введення і видалення робочої (культуральної) рідини.

На дні корпусу 1 розташований виконаний з магнітного матеріалу перемішуючий диск 5 діаметром «d» з центральним опорним стержнем 6 на

Рис.1 Рис.2

нижній стороні. На іншій (верхній) стороні диска 5, закріплений, наприклад, приварений додатковий перемішуючий елемент, виконаний у вигляді розташованої у діаметральній площині диска пластини 7, розмірами «В×Н» (рис. 2), яка перекриває рівень робочої рідини 8 в корпусі 1. Пластина 7, крім прямокутної, може мати форму трапеції 9 (на рис. 2 показано пунктиром), яка приєднана до диска 5 більшою основою, що збільшує її поверхню для взаємодії з робочою рідиною 8.

Привод диска 5 здійснюється від розташованих під дном 2 рівномірно розташованих по колу електромагнітів 10, які в імпульсному програмному режимі підключаються почергово до джерела живлення 11.

Працює АК наступним чином. При вмиканні електромагнітного приводу електромагніти 10 утворюють обертаюче магнітне поле, яке притягує диск 5, внаслідок чого він приходить в коливальний навколо стержня 6 синусоїдальний рух. Коливаючись, диск 5 і пластина 7 здійснюють перемішування робочої рідини 8, диск 5 – переважно придонного шару, а пластина 7 – верхніх і середніх шарів. При цьому, пластина 7, переміщаючись, наприклад, по стрілці 12, переміщає одною стінкою центральну частину 13, робочої рідини (площею «В×Н») в радіальному напрямку і витісняє її пристінну частину 14 через зазори «δ» (рис. 2) на тильну свою сторону. Внаслідок одночасного переміщення центральних і периферійних частин робочої рідини відбувається їх активне (змішування) перемішування.

Крім цього, при коливанні пластини 7 в напрямку стрілки 15 (рис. 1) внаслідок різних діаметрів «d» диска 5 та діаметра «d₁» дна корпусу 1, які контактують між собою в місці «а» і утворюють фрикційну передачу, пластина 7 приходить в повільний обертовий рух по стрілці 16 (рис. 2), що інтенсифікує перемішування робочої рідини в коловому напрямку.

В порівнянні з найближчим аналогом, пропонуємий АК за рахунок збільшення поверхні перемішуючого елемента 7, забезпечує додаткове перемішування робочої рідини та підвищення рівномірності розподілу в ній живильних речовин і клітин, що покращує умови для росту клітин і приводить до зростання продуктивності.

Пропонована корисна модель досить проста в реалізації та поліпшує гасіння піни на поверхні робочої рідини.