Мельник В.М.

Національний технічний університет України «КПІ»

АКТИВІЗАЦІЯ ЗАСТІЙНИХ ЗОН БІОРЕАКТОРА

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.

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.

Цей АК є найбільш близьким до пропонуємої конструкції за технічною суттю та досягаємим ефектом і прийнятий за прототип.

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 – перемішуючий елемент руйнує їх оболонки, що також обмежує зростання продуктивності.

Крім цього, відомий АК має складну конструкцію, що є іншим його недоліком.

В основу пропонуємої конструкції покладена задача вдосконалення АК, в якому шляхом модифікації форми і руху перемішуючого елемента забезпечується більш активне перемішування без ризику пошкодження клітин, що приводить до зростання продуктивності при одночасному спрощенні конструкції.

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, а також реверсивний привод, новим є те, що контактуючі між собою поверхні вала і втулки виконано у вигляді гвинтової пари, а убезпечений від обертання вертикальною напрямною перемішуючий елемент має форму диска з чотирма радіальними наскрізними прорізями однакових типорозмірів вздовж його взаємно перпендикулярних діаметрів, а на краях інших двох взаємно перпендикулярних діаметрів, які розташовані під кутом рад відносно перших, виконані чотири півкруглі виточки однакового радіуса.

Вказана відмінність дозволяє активізувати всю зону робочого об’єму корпуса 1 і інтенсифікувати процес перемішування всієї біомаси без ризику пошкодження клітин, що підвищує продуктивність культивування, тобто збільшує вихід пробіотиків до складу котрих входять живі клітини продуцентів. Одночасно з цим спрощується конструкція, оскільки перемішуючий елемент має просту і надійну в роботі геометричну форму.

На рисунках схематично зображений пропонуємий АК в поздовжньому перерізі (фіг. 1) і поперечному перерізі А-А (фіг. 2).

АК містить циліндричний корпус 1 з патрубком 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубком 3 з аератором 4, патрубком 5 для видалення культуральної рідини і патрубком 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 убезпечений від обертання вертикальною напрямною перемішуючий елемент у формі встановленого із зазором “δ” відносно стінок корпусу 1 диска 11 з чотирма радіальними наскрізними прорізями 12 однакових типорозмірів вздовж його взаємно перпендикулярних діаметрів, а на краях інших двох взаємно перпендикулярних діаметрів, які розташовані під кутом рад відносно перших, виконані чотири півкруглі виточки 13 однакового радіуса. Контактуючі між собою поверхні вала 9 і втулки 10 виконані у вигляді гвинтової пари, а диск 11 має закріплену в корпусі 1 вертикальну напрямну 14.

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 подають 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” приводить в зворотно-поступальний рух втулку 10 і приєднаний до неї і убезпечений напрямною 14 від обертання диск 11.

Рухаючися вздовж вала 9, диск 11 спричиняє перетіканню біомаси крізь зазор “δ” і прорізі 12 по висоті корпуса 1. В периферійній частині корпусу 1, додатково в напрямках 15 перетікає до центру біомаса завдяки півкруглим виточкам 13, активізуючи, тим самим, робочу рідину по всьому об’єму, внаслідок чого інтенсифікується процес перемішування завдяки підвищеній турбулізації і зростає продуктивність культивування клітин при повній відсутності ризику їх пошкодження.

Зменшенню ризику пошкодження клітин сприяє також відсутність обертального руху диска 11, що має місце в прототипі, а його проста форма призводить до спрощення конструкції. По закінченні процесу культивування зупиняють мотор-редуктор 7, а готовий для подальшого використання продукт зливають крізь патрубок 5.