ОДНОРАЗОВЫЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к области микробиологии и биотехнологии, а именно к установкам для культивирования микроорганизмов и клеток растений или животных и\или продуцирования различных метаболитов в периодическом режиме.
Известен сегментный модуль-ферментер (полезная модель РФ №112189 С12М 1\00) состоящий из размещенного в силовом каркасе корпуса, имеющего верхнее и нижнее днища, причем силовой каркас включает вертикальные опорные колонны, вертикальные и горизонтальные силовые элементы, системы термостатирования, перемешивающего устройства, аэратора, контрольно-измерительной и запорной арматуры, впускных и выпускных патрубков, имеющий верхнее и нижнее днища, выполнен из отдельных сегментов, каждый из которых имеет фланец или части фланцев для соединения сегментов между собой с образованием при сборке вертикальных ребер-шпангоутов, причем часть силового каркаса образована из ребер-шпангоутов, продольных и поперечных ребер верхнего и нижнего днищ с возможностью присоединения к ним других элементов силового каркаса, например вертикальных опорных колонн, при этом корпус снабжен дополнительными регулируемыми по высоте опорами для разгрузки вертикальных опорных колонн с возможностью их установки в расчетных местах на нижнем днище корпуса между ребрами, образованными стыками фланцев и опорной поверхностью, выполнен таким образом, что изнутри все зазоры в стыках краев соседних сегментов заполнены эпоксидной композицией или расплавом металла и механически обработаны.
Недостатками данного устройства являются:
1. Большая металлоемкость
2. Низкая экономическая эффективность при использовании для производства разовой биотехнологической продукции
3. Инженерная сложность при сборки конструкции
4. Сниженная надежность из-за наличия большого количества составных элементов и мест их сочленений.
5. Высок риск микробиологической контаминации производимой продукции из-за большого количества мест сочленений элементов.
Известен биореактор модульный (полезная модель РФ №102617 С12М 1\00) который выполнен трубчатым, расположен горизонтально и разделен сверху перегородками сегментами на три секции: загрузочную, рабочую и выгрузочную, при этом перегородки сегменты не доходят до дна емкости, в загрузочной секции биореактора сверху расположен загрузочный люк для загрузки биомассы, в выгрузочной секции - выгрузочный люк для выгрузки биомассы, а рабочая секция имеет подключение, через которое биогаз из биорактора откачивается компрессором в газгольдер, рабочая секция биореактора изготовлена из одного или нескольких базовых трубчатых модулей, при этом загрузочная и выгрузочная секции выполнены в виде отдельных модулей и соединены с рабочей секцией, что в каждом базовом трубчатом модуле смонтирована мешалка и теплообменник, при этом рабочая секция, состоящая из нескольких базовых трубчатых модулей, разделяется или посредством одного или нескольких модулей вставок, или посредством одного или нескольких модулей вставок в виде колен, или посредством одного или нескольких сегментов-разделителей конверсионных потоков.
Биореактор может быть выполнен:
- как цилиндрическим, так и конусным с расширением в сторону выгрузки на 0,5-2%
- иметь вытянутую форму
- иметь зигзагообразную форму
- выполнен из пластика
- выполнен из металла
- механическое соединение модулей биореактора выполнено фланцевым.
- механическое соединение модулей биореатора выполнено сварным
- внутри базового трубчатого модуля мешалка выполнена горизонтальной
- модуль-вставка имеет в совеем составе мотор-редуктор, соединенный с горизонтальной мешалкой.
- внутри базового трубчатого модуля мешалка выполнена вертикальной.
- внутри базового трубчатого модуля мешалка выполнена погружной, при этом мешалка погружена в биомассу вместе с двигателем
- сегмент-разделитель конверсионных потоков монтируется между базовыми трубчатыми модулями в случае применения вертикальной или погружной мешалки
- в модуле-вставке, имеющей форму в виде колена, установлена регулируемая заслонка-сегмент
- регулируемая заслонка-сегмент перекрывает только нижнюю часть биореактора, а между верхом регулируемой заслонки-сегмента и корпусом остается свободное пространство.
- регулируемая заслонка-сегмент имеет винтовой привод, связанный со штурвалом.
- в модуле выгрузочной секции имеется технологический люк, в котором устанавливается мешалка миксер
- внутри биореактора установлены датчики pH, eH, температуры, влажности, которые подключены к управляющему микропроцессорному контроллеру, по сигналам которого осуществляют необходимую корректировку параметров.
Недостатками данной модели является:
1- пригодность только для длительно протекающих во времени процессов
2- чрезмерная сложность установки
3- высокая металлоемкость,
4- отсутствие предусмотренной системы стерилизации оборудования и питательной среды
5- не пригодность для разовых биотехнологических циклов производства
Известна установка для осуществления микробиологических процессов (полезная модель РФ №45733 С12М 1\02), содержащая основание, платформу для размещения емкостей, систему крепления емкостей, емкости с жидкой или полужидкой средой, содержащей микроорганизмы или живые клетки, и систему перемещения платформы где емкости для осуществления микробиологических процессов выполнены из пластичного материала
- в качестве емкостей из пластичного материала используют пластиковые мешки
- мешки снабжены горловиной
- мешки снабжены заглушкой горловины
- мешки снабжены компонентами оборудования системы газообмена, связанными с внешней средой через горловину
- в мешках установлены датчики системы контроля регулирования параметров процесса.
Недостатками данной модели являются:
1. Чрезвычайно высокая биологическая опасность использования пластичных емкостей (мешков) для выращивания микроорганизмов
2. Не пригодность использования пластичных мешков для тепловой стерилизации питательной среды
3. Не пригодность пластичных мешков для повторного использования
Наиболее близкими аналогами к заявленному устройству относится установка для осуществления микробиологических процессов (полезная модель РФ №70891 С12М 1\02).
Установка для осуществления микробиологических процессов, содержащая основание, платформу для размещения емкости с жидкой и полужидкой средой, содержащей микроорганизмы или живые клетки, систему крепления емкости, емкости с жидкой и полужидкой средой, содержащей микроорганизмы или живые клетки и систему перемещения платформы, емкость для осуществления микробиологических процессов выполнена из пластикового мешка, а в качестве системы перемещения она содержит систему обеспечивающую вращение емкости вокруг оси.
- используют систему перемещения, обеспечивающую вращение емкости вокруг горизонтальной оси
- мешок снабжен по крайней мере одной горловиной с заглушкой,
- мешок снабжен компонентами оборудования системы газообмена, связанными с внешней средой через горловину,
- в мешке установлены датчики системы контроля и регулирования процесса
Недостатками данной модели являются:
1. Чрезвычайно высокая биологическая опасность использования пластичных емкостей (мешков) для выращивания микроорганизмов
2. Не пригодность использования пластичных мешков для тепловой стерилизации питательной среды
3. Не пригодность пластичных мешков для повторного использования
Задача полезной модели - упрощение конструкции и обеспечение биологической безопасности окружающей среды.
Поставленная задача решается за счет того, что одноразовый биологический реактор, включающий выполненную из пластика емкость с заглушкой для размещения жидкой или полужидкой среды, содержащей микроорганизмы или живые клетки, емкость выполнена в виде перевернутого усеченного конуса с соотношением площадей его оснований в диапазоне, равном 1,0/1,0-1,5/1,0 и с возможностью размещения ее в любом термостатирующем оборудовании, при этом на боковой стороне емкости выполнена градуировочная шкала объема.
Новые существенные признаки:
1. Форма в виде перевернутого усеченного конуса с соотношением площади оснований в диапазоне от 1,0/1,0 до 1,5/1,0
2. Выполненная на его боковой стороне градуировочная шкала объема.
3. С возможностью размещения ее в любом термостатирующем оборудовании
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными, необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат
Упрощение конструкции при одновременном повышении удобства пользования и обеспечении биологической безопасности окружающей среды.
На Фиг.1 схематично изображен одноразовый биологический реактор.
Одноразовый биологический реактор содержит, емкость 1 выполненную из пластика с жидкой или полужидкой средой 2, содержащий микроорганизмы или живые клетки и имеющий заглушку 3, реактор выполнен из пластика в виде перевернутого усеченного конуса с соотношением площади его оснований 4, 5 в диапазоне от 1,0/1,0 до 1,5/1,0 и выполненной на его боковой стороне градуйровочной шкалой объема 6.
Одноразовый биологический реактор работает следующим образом:
В новый одноразовый биологический реактор 1 добавляют жидкую или полужидкую питательную среду 2 контролируя ее объем по градуйровочной шкале объема на боковой стороне реактора 6.
Наполненный одноразовый биологический реактор закрывают заглушкой 3.
Наполненный и заглушенный одноразовый биологический реактор 1 стерилизуют.
В стерильный одноразовый биологический реактор 1 с жидкой или полужидкой питательной средой 2, добавляют стартовую дозу живых клеток растений или микроорганизмов с соблюдением необходимых правил асептики.
Инокулированный стартовой культурой микроорганизмов одноразовый биологический реактор 1 помешают в любое термостатирующее оборудование и выдерживаю при термостабильном состоянии время достаточное для роста микроорганизмов или клеток растений до требуемой концентрации.
После окончания термостатирования, одноразовый биологический реактор 1 маркируют этикеткой (на фиг 1 не показано) содержащей всю необходимую для потребителей информацию о препарате из культуры микроорганизмов или культуры клеток растений, при необходимости обеспечивают его вторичной упаковкой и передают потребителю для использования.