УЧЕБНО-ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ ПО БИОТЕХНОЛОГИИ

Полезная модель относится к учебным приборам, предназначенным для проведения лабораторных и практических занятий по биотехнологии, а именно для культивирования биообъектов в стерильных условиях с использованием физико-химических методов контроля процесса, и может быть использована в высших и средних учебных заведениях.
Известен вихревой биореактор «Биок-03», предназначенный для суспензионного культивирования биообъектов в стерильных условиях [Вихревой биореактор. Тип: БИОК-03, паспорт, ЗАО «Саяны», Новосибирск, 2001 г.], выбранный в качестве прототипа, содержащий биореактор, к верхней части которого присоединено перемешивающее устройство, а снизу присоединен нагревательный элемент и термодатчик. Термодатчик, нагревательный элемент и перемешивающее устройство подключены к блоку управления, который может быть связан с ЭВМ.
К недостаткам данной конструкции можно отнести малое количество регистрируемых параметров проводимого биотехнологического процесса (только температура), громоздкость конструкции, обусловленную использованием дополнительных измерительных приборов при выполнении лабораторных занятий, требующих измерения физико-химических показателей процесса, а также нерациональное использование учебного времени, связанное с предварительной подготовкой дополнительных измерительных приборов к работе.
Задача полезной модели - создание компактного учебно-лабораторного комплекса для проведения практических занятий по биотехнологии с расширенными функциональными возможностями, позволяющего сократить время проведения лабораторных занятий.
Поставленная задача достигается за счет того, что учебно-лабораторный комплекс для проведения практических занятий по биотехнологии содержит так же, как и в прототипе, биореактор, блок управления биореактором, выполненный с возможностью подключения к ЭВМ, термодатчик, нагревательный элемент, перемешивающее устройство.
Согласно предложенной полезной модели, учебно-лабораторный комплекс для проведения практических занятий по биотехнологии дополнительно содержит блок водоподготовки, блок газоподготовки, парогенератор, УФ-облучатель, аппарат для приготовления питательных сред, блок управления аппаратом для приготовления питательных сред, кондуктометрический датчик, фотометрический датчик, стеклянный электрод, хлоридсеребряный электрод. Блок водоподготовки подключен шлангами с клапанами к парогенератору, аппарату приготовления питательных сред, биореактору, а парогенератор подключен шлангом с клапаном к распределительной гребенке. Распределительная гребенка подключена шлангами с клапанами к аппарату для приготовления питательных сред, биореактору, коллектору, причем коллектор оснащен дренажным клапаном. Внутри корпуса блока газоподготовки размещены последовательно соединенные шлангами фильтр грубой очистки, снабженный штуцером для подвода воздуха/газа, компрессор, фильтр тонкой очистки, озонатор, а также схема управления, электрически связанная с компрессором, озонатором, УФ-облучателем и с парогенератором. Выходной штуцер озонатора соединен шлангом с УФ-облучателем, а УФ-облучатель шлангом с клапаном подсоединен к распределительной гребенке. Аппарат для приготовления питательных сред связан с блоком управления аппаратом для приготовления питательных сред и оснащен трубой передавливания, клапаном для подачи компонентов питательной среды и клапаном для стравливания избыточного давления, а биореактор связан с блоком управления биореактором и оснащен трубой передавливания клапаном для подачи посевного материала и клапаном для стравливания избыточного давления. Блоки управления аппаратом для приготовления питательных сред и управления биореактором подключены к ЭВМ и оснащены каждый термодатчиком, фотометрическим датчиком, кондуктометрическим датчиком, хлоридсеребряным и стеклянным электродами. На верхней плоскости блока управления аппаратом для приготовления питательных сред и блока управления биореактором размещен нагревательный элемент, внутри которого смонтировано перемешивающее устройство. Датчики и электроды выполнены с возможностью их размещения внутри аппарата для приготовления питательных сред и биореактора.
2
Весь учебно-лабораторный комплекс для проведения практических занятий по биотехнологии занимает менее 1 м площади поверхности стола и позволяет проводить лабораторные работы непосредственно на ученическом месте. Время проведения лабораторных занятий сокращается за счет того, что учебно-лабораторный комплекс для проведения практических занятий по биотехнологии не требует использования внешних измерительных приборов.
На фиг.1 представлена блок-схема учебно-лабораторного комплекса для проведения практических занятий по биотехнологии.
Учебно-лабораторный комплекс для проведения практических занятий по биотехнологии содержит блок водоподготовки 1 (БВ), подключенный через клапан 2 к магистральному водопроводу, и соединенный через шланг с клапаном 3 с парогенератором 4 (ПГ), через шланг с клапаном 5 с аппаратом для приготовления питательных сред 6 (АППС) и через шланг с клапаном 7 с биореактором 8 (БР). Парогенератор 4 (ПГ) подключен через шланг с клапаном 9 к распределительной гребенке 10. Внутри корпуса блока газоподготовки 11 (БГ) размещены последовательно соединенные шлангами фильтр грубой очистки 12 (ФГО), компрессор 13 (К), фильтр тонкой очистки 14 (ФТО), озонатор 15 (О), а также схема управления 16 (СУ), электрически связанная через тумблер 17 с компрессором 13 (К), через тумблер 18 озонатором 15 (О), через тумблер 19 с УФ-облучателем 20 (УФ) и через тумблер 21 с парогенератором 4 (ПГ). Схема управления 16 (СУ) подключена к электрической сети переменного тока (220 В, 50 Гц). На задней стенке корпуса блока газоподготовки 11 (БГ) расположен штуцер для подвода воздуха (газа), соединенный шлангом с фильтром грубой очистки 12 (ФГО), и выходной штуцер озонатора 15 (О) и электрический разъем для подключения к электрической сети. На передней стенке корпуса блока газоподготовки 11 (БГ) расположены тумблеры включения/выключения схемы управления 16 (СУ), парогенератора 4 (ПГ), УФ-облучателя 20 (УФ), озонатора 15 (О). УФ-облучатель 20 (УФ) соединен шлангом с выходным штуцером озонатора 15 (О) и шлангом с клапаном 22 подсоединен к распределительной гребенке 10, которая в свою очередь соединена шлангами с клапанами 23, 24 с аппаратом для приготовления питательных сред 6 (АППС), шлангами с клапанами 25, 26 с биореактором 8 (БР), шлангами с клапанами 27, 28 с коллектором 29. Коллектор 29 оснащен дренажным клапаном 30. Аппарат для приготовления питательных сред 6 (АППС) связан с блоком управления аппаратом для приготовления питательных сред 31 (БУАППС) и оснащен трубой передавливания 32, клапаном для подачи компонентов питательной среды 33 и клапаном для стравливания избыточного давления 34. Биореактор 8 (БР) связан с блоком управления биореактором 35 (БУБР) и оснащен трубой передавливания 36, клапаном для подачи посевного материала 37 и клапаном для стравливания избыточного давления 38. Блок управления аппаратом для приготовления питательных сред 31 (БУАППС) и блок управления биореактором 35 (БУБР) подключены к ЭВМ и оснащены термодатчиком, фотометрическим датчиком, кондуктометрическим датчиком, хлоридсеребряным и стеклянным электродами. На верхней плоскости блока управления аппаратом для приготовления питательных сред 31
(БУАППС) и блока управления биореактором 35 (БУБР) размещен нагревательный элемент, внутри которого смонтировано перемешивающее устройство. Датчики и электроды выполнены с возможностью их размещения внутри аппарата для приготовления питательных сред 6 (АППС) и биореактора 8 (БР) через отверстия в верхней крышке.
В качестве блока водоподготовки 11 (БВ) может быть использована комбинация мембранного фильтра со средним диаметром пор 0,2 мкм и ионно-обменной смолы.
Парогенератор 4 (ПГ) представляет собой цилиндрическую емкость из нержавеющей стали, внутри которой размещен нагревательный элемент мощностью 0.5 кВт, а на верхней крышке смонтированы штуцер для подачи воды и штуцер для отвода пара.
Биореактор 8 (БР) и аппарат для приготовления питательных сред 6 (АППС) представляют собой цилиндрические емкости из кварцевого стекла, верхняя и нижняя крышки которых выполнены из алюминия, покрытого фторопластом. На верхней крышке предусмотрено три отверстия, закрывающиеся резиновыми пробками, для подключения датчиков и электродов, а также для подведения шлангов.
Фильтр грубой очистки 12 (ФГО) представляет собой цилиндр, заполненный сорбентом, например активированным углем.
Фильтр тонкой очистки 14 (ФТО) представлен мембранным фильтром со средним диаметром пор 0,4 мкм.
В качестве компрессора 13 (К) может быть использован мембранный компрессор с производительностью 250-350 л/час.
В качестве озонатора 15 (О) может быть выбрана схема озонатора по патенту РФ на полезную модель №2179150 или другая с производительностью по озону не менее 1 г/ч.
В качестве УФ-облучателя 20 (УФ) может быть использована лампа ДРБ-9.
В качестве блока управления аппаратом для приготовления питательных сред 31 (БУАППС) и блока управления биореактором 35 (БУБР) может быть выбрана схема учебно-лабораторного измерительного комплекса по патенту РФ на полезную модель №52335.
На месте работы производят сборку установки и подсоединение к магистральному трубопроводу воды с давлением не менее 0,1 МПа, включение в электрическую сеть переменного тока (220 В, 50 Гц) и подключение к ЭВМ.
Для проведения лабораторной работы через клапан 2 в блок водоподготовки 1 (БВ) подается вода, очищенная вода поступает через открытый клапан 3 в парогенератор 4
(ПГ). После наполнения парогенератора 4 (ПГ) закрывают клапан 3, тумблером 21 включают парогенератор 4 (ПГ) и открывают клапан 9. Пар поступает в распределительную гребенку 10 и через открытые клапаны 23, 24, 25, 26, 27, 28 поступает в аппарат для приготовления питательных сред 6 (АППС), биореактор 8 (БР), коллектор 29, стерилизуя их. Отработанный пар через открытые клапаны 30, 34, 38 выходит в атмосферу. После окончания стерилизации паром выключают тумблер 21 и закрывают клапаны 9, 30, 34, 38.
Для стерилизации озоно-воздушной смесью включают тумблером 17 компрессор 13 (К), тумблером 18 озонатор 15 (О), тумблером 19 УФ-облучатель 20 (УФ) и открывают клапан 22. Воздух последовательно проходит через фильтр грубой очистки 12 (ФГО), компрессор 13 (К), фильтр тонкой очистки 14 (ФТО), озонатор 15 (О), УФ-облучатель 20 (УФ), очищаясь и обогащаясь озоном, и поступает в распределительную гребенку 10. Затем, озоно-воздушная смесь, проходя через открытые клапаны 23, 24, 25, 26, 27, 28, поступает в аппарат для приготовления питательных сред 6 (АППС), биореактор 8 (БР), коллектор 29, стерилизуя их, и через клапаны 30, 34, 38 выходит в атмосферу. После окончания стерилизации закрывают клапаны 22, 30, 34, 38 и выключают тумблеры 17, 18, 19.
Для приготовления питательной среды открывают клапаны 33 и 34. Через клапан 33 в аппарат для приготовления питательных сред 6 (АППС) подают компоненты питательной среды, при этом избыточное давление стравливается через клапан 34. После наполнения аппарата для приготовления питательных сред 6 (АППС) компонентами питательной среды закрывают клапан 33. Согласно специально разработанной программе для ЭВМ включают привод перемешивающего устройства, нагревательный элемент блока управления аппаратом для приготовления питательных сред 31 (БУАППС) и непрерывно фиксируют входящие электрические сигналы от датчиков и электродов. После приготовления питательной среды закрывают клапан 34, выключают нагревательный элемент и перемешивающее устройство.
Для перемещения питательной среды из аппарата для приготовления питательных сред 6 (АППС) в биореактор 8 (БР) тумблером 17 включают компрессор 13 (К) и открывают клапаны 22, 24, 27, 28, 38. Питательная среда под давлением воздуха поступает через трубу передавливания 32 в коллектор 29 и, далее, через трубу передавливания 36 в биореактор 8 (БР). После этого закрывают клапаны 22, 24, 27, 28 и выключают тумблер 17. Открывают клапан 37, производят загрузку посевного материала. Закрывают клапан 37.
Для проведения процесса ферментации с барботированием включают компрессор 13 (К) тумблером 17 и открывают клапаны 22, 25, 38. Воздух (газ) проходит через трубу
передавливания 36 и стравливается через клапан 38. Согласно специально разработанной программе для ЭВМ включают привод перемешивающего устройства и нагревательный элемент блока управлением биореактором 35 (БУБР) и непрерывно фиксируют входящие электрические сигналы от датчиков и электродов.
Для проведения процесса ферментации без барботирования, согласно специально разработанной программе для ЭВМ включают привод перемешивающего устройства и нагревательный элемент блока управлением биореактором 35 (БУБР) и непрерывно фиксируют входящие электрические сигналы от датчиков и электродов. При этом клапан 38 может быть открыт для стравливания образующихся в биореакторе 8 (БР) газов.
Для выгрузки культуральной жидкости из биореактора 8 (БР) тумблером 17 включают компрессор 13 (К) и открывают клапаны 22, 26, 28, 30. Воздух поступает в биореактор 8 (БР) и вытесняет культуральную жидкость через трубу передавливания 36 в коллектор 29 и через клапан 30 в приемную емкость.
Для промывки аппарата для приготовления питательных сред 6 (АППС) открывают клапаны 2, 5, 27, 30. Вода поступает в аппарат для приготовления питательных сред 6 (АППС) и через трубу передавливания 32 попадает в коллектор 29, а затем через клапан 30 стекает в приемную емкость.
Для промывки биореактора 8 (БР) открывают клапаны 2, 7, 28, 30. Вода поступает в биореактор 8 (БР) и через трубу передавливания 36 попадает в коллектор 29, а затем через клапан 30 стекает в приемную емкость.
Таким образом, с помощью предложенного учебно-лабораторного комплекса для проведения практических занятий по биотехнологии можно на практике реализовать широкий спектр биотехнологических методов и приемов с использованием физико-химических методов контроля проводимого процесса.