一种生物工程用生物反应装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域，具体是一种生物工程用生物反应装置及其使用方法。

背景技术

生物反应釜也称生物反应罐，是利酶或生物体如微生物所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，它是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等，在食品、酒类、医药生产、有机污染物降解方面有重要应用。

采用活细胞的某种特定功能生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或细胞培养过程，目前，医药行业的研究人员在研究药物的实验过程中需要用到生物反应釜，研究人员在生物反应釜内的反应原液中添加大量的微生物，使微生物在反应釜内进行发酵，从而产生新产品，例如：半纤维素酶的制备，需要黑曲霉进行发酵制备；转化酶的制备，则需要啤酒酵母、糖化酵母等微生物进行发酵制备，从而使得微型的生物反应釜在药物研究方面也是个不可以缺少的设备。

但是现有的生物反应釜在使用时存在一些不足：

1、反应液中加入微生物搅拌发酵的过程中会产生大量气泡，气泡上升到液面形成大量泡沫，泡沫堆积在反应液的液面，会影响二氧化碳等气体的排出，影响发酵效果，且成品后的反应液还需要与泡沫分离；

2、现有的反应釜发酵时，搅拌不充分，且叶片在搅拌时容易产生切应力，从而使微生物细胞受损；

3、在微生物的发酵过程中，反应釜内的温度是微生物发酵时的重要因素，但是现有的反应釜无法保持内部的恒温，从而导致发酵效率低下和发酵产物成分变化。

因此，本发明提供一种生物工程用生物反应装置及其使用方法来解决上述问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种生物工程用生物反应装置及其使用方法，有效的解决了泡沫堆积在反应液的液面，会影响二氧化碳等气体的排出，影响发酵效果；搅拌不充分，且叶片在搅拌时容易产生切应力，从而使微生物细胞受损的问题。

一种生物工程用生物反应装置及其使用方法，包括外筒，所述外筒内固定有内筒，其特征在于，所述内筒的顶部固定有筒盖，所述筒盖的中部贯穿有位于内筒内部的隔离杆，所述隔离杆的内部贯穿并同轴转动安装有搅拌杆，所述搅拌杆的底部固定安装有位于隔离杆下方的搅拌叶，所述内筒的内部上下滑动安装有与隔离杆的底端转动连接的隔离板，所述隔离板上开有若干个网孔，所述隔离板的底部通过定位销上下滑动连接有密封板，所述隔离杆的底端外表面上开有螺旋槽，所述隔离杆的底端贯穿密封板的中部，且密封板的内侧面上固定安装有滑动安装在螺旋槽内的驱动销，所述筒盖的底部开有圆形的储存槽。

优选的，所述筒盖上贯穿并固定安装有加料管和排气管。

优选的，所述内筒的外侧同轴固定安装有温控水管，所述外筒的顶部固定安装有两个水阀，所述温控水管的两端分别与两个水阀固定连接。

优选的，所述隔离杆的外表面上开有等间距分布的环形槽，所述筒盖的顶部滑动安装有与环形槽配合的定位滑块，所述定位滑块与筒盖之间安装有定位弹簧。

优选的，所述隔离板的底部开有圆槽，且若干个所述网孔均分布在圆槽的范围内，所述圆槽的顶面上一体连接有分别位于每个所述网孔外侧的尖刺。

优选的，所述隔离板的外表面上开有限位槽，所述内筒的内表面上固定安装有竖向的且与限位槽滑动配合的限位杆。

优选的，多个所述搅拌叶均呈弧形且均匀分布在搅拌杆的底端，多个所述搅拌叶上分别开有多个搅拌孔。

优选的，所述搅拌杆的中部贯穿并固定有曝气管，所述曝气管的底部固定安装并连通有带有若干个出气孔的曝气盘。

优选的，所述外筒内的顶部固定安装有位于内筒外侧且呈筒状的遮挡帘，所述遮挡帘的底部固定连接有上下滑动在外筒内的升降圆环。

一种生物工程用生物反应装置的使用方法，其使用步骤为：

a.首先，通过加料管向内筒内加入反应液，并上下滑动隔离杆使隔离板置于反应液液面以下；

b.然后，通过温控水管控制反应液的适宜温度，并通过曝气管向反应液中曝气添加氧气，通过调节遮挡帘的高度能够为反应液提供无光环境或有光环境，转动搅拌杆使多个搅拌叶对反应液进行充分搅拌，搅拌叶能够将气泡打破使得氧气充分与反应液混合，部分气泡穿过若干个网孔时，气泡会被若干个尖刺扎破，小部分的气泡上升至液面形成少量泡沫；

c.搅拌完毕后，将隔离杆向上提升，使隔离板的顶面与液面齐平，然后转动隔离杆使得密封板向上运动与隔离板的底部贴合密封圆槽，使得反应液的液面与泡沫之间彻底隔离开；

d.最后，将隔离杆向上提升，使隔离板的顶面与筒盖的底部贴合，使得隔离板上方的泡沫进入储存槽内，可使用排气管将泡沫吸出，也可将筒盖拆卸下来清理泡沫。

本发明通过多个弧形的搅拌叶对反应液进行搅拌，不会使微生物细胞受损，且搅拌叶上的若干个搅拌孔能够将反应液中的气泡打破，从而减少泡沫的数量；可通过隔离板和密封板将反应液和液面上的泡沫隔离开，并将泡沫单独存放在储存槽内，从而实现反应液与泡沫的快速分离；通过曝气盘能够向反应液中提供足够的氧气，气泡向上上升的过程中，一部分气泡会被若干个搅拌孔打破，另一部分气泡上升并穿过若干个网孔时会被若干个尖刺刺破，从而减少或避免气泡的产生；

本发明设计思路清晰，结构简洁，操作方便，实用性强，为生物工程的生物实验工作提供了巨大的便利。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明的剖面立体示意图。

图3为本发明温控水管的安装立体示意图。

图4为本发明隔离板与密封板的安装示意图。

图5为本发明若干个网孔和若干个尖刺的结构示意图。

图6为本发明隔离板与储存槽密封的剖面立体示意图。

图7为本发明定位滑块与隔离杆配合的立体示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图7对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

实施例一，本发明为一种生物工程用生物反应装置及其使用方法，包括外筒1，所述外筒1的外侧固定安装有支撑腿，外筒1可放置在桌面上使用，所述外筒1的材质可采用玻璃或者其他无害无污染的透明材质，所述外筒1内固定有内筒2，内筒2内盛放有反应液，所述内筒2的底部固定连接有贯穿外筒1底部的出水阀，内筒2内的反应液可通过出水阀排出带到外界，所述内筒2的材质可采用玻璃或者其他无害无污染的透明材质，实验人员可通过外筒1和内筒2直接观察到内部反应液的反应情况，其特征在于，所述内筒2的顶部固定有筒盖3，所述筒盖3能够对内筒2的开口实现密封且能够在内筒2的顶部快速拆卸下来，所述筒盖3的中部贯穿有位于内筒2内部的隔离杆4，所述隔离杆4能够在筒盖3的中部转动，又能够在筒盖3中部上下运动，所述隔离杆4的顶部同轴固定安装有隔离旋钮，实验人员可通过转动隔离旋钮能够带动隔离杆4转动，所述隔离杆4的内部贯穿并同轴转动安装有搅拌杆5，所述搅拌杆5能够在隔离杆4内转动，且隔离杆4在筒盖3内上下运动时能够带动搅拌杆5也上下运动，所述搅拌杆5的顶部同轴固定安装有位于隔离旋钮上方的搅拌旋钮，实验人员可通过转动搅拌旋钮能够带动搅拌杆5转动，所述搅拌杆5的底部固定安装有位于隔离杆4下方的搅拌叶6，多个搅拌叶6垂直安装，所述搅拌杆5转动时能够带动多个搅拌叶6在内筒2内转动，从而对反应液进行搅拌，多个所述搅拌叶6转动时其弧形面能够将反应液向内筒2的内壁拨动，反应液中的微生物与搅拌叶6的弧形面接触，不会使微生物细胞受损，上下移动隔离杆4时可带动多个搅拌叶6在内筒2内上下运动调整其在反应液中的高度，从而对不同高度的反应液进行搅拌，所述内筒1的内部上下滑动安装有与隔离杆4的底端转动连接的隔离板7，所述隔离板7能够在内筒2内上下滑动，且隔离杆4能够在隔离板7内转动，所述隔离板7上开有若干个网孔8，隔离板7能够随着隔离杆4在内筒2内上下移动，隔离板7上下移动时反应液能够穿过若干个网孔8，所述隔离板7的底部通过定位销上下滑动连接有密封板10，所述密封板10能够在多个定位销上滑动，当密封板10的顶部固定有密封垫，且其顶面与隔离板7的底面接触时，能够将隔离板7上方的空间与隔离板7下方的空间隔离开，所述隔离杆4的底端外表面上开有螺旋槽11，所述隔离杆4的底端贯穿密封板10的中部，所述密封板10能够在隔离杆4上下滑动，且密封板10的内侧面上固定安装有滑动安装在螺旋槽11内的驱动销，所述隔离杆4转动时能够通过螺旋槽11带动驱动销和密封板10在隔离板7下方上下运动，当搅拌叶6搅拌时会产生大量的气泡，一部分的气泡会被搅拌叶6打破，一小部分的气泡会继续上升并穿过若干个网孔8到达液面形成泡沫，搅拌完毕后，可向上移动隔离杆4使得隔离板7的顶面与液面齐平，然后转动隔离杆4使得密封板10向上移动并与隔离板7的底部贴合，使得位于隔离板7上方的泡沫与位于隔离板7下方的反应液之间隔离开，从而实现反应液与泡沫的快速分离，所述筒盖3的底部开有圆形的储存槽13，所述隔离板7将泡沫隔离在其顶部时，可继续向上移动隔离杆4，使得隔离板7的底部与筒盖3的底部贴合，使得隔离板7上的泡沫进入储存槽13内并进行暂时储存，将反应液通过出水阀排出后，可拆下筒盖3对泡沫进行清理。

实施例二，在实施例一的基础上，所述筒盖3上贯穿并固定安装有加料管14和排气管15，可通过加料管14向内筒2内添加反应液或微生物，所述排气管15的底部与筒盖3的底部齐平，当隔离板7的顶面与筒盖3的底面贴合时，排气管15的底部开口可抵在隔离板7的若干个网孔8上，反应液搅拌时产生的二氧化碳等气体可通过排气管15排出到外界，当泡沫被储存在储存槽13内时，也可使用排气管15将隔离板7上的泡沫吸出。

实施例三，在实施例一的基础上，所述内筒的外侧同轴固定安装有温控水管16，所述温控水管16能够向内筒2内的反应液提供适宜的温度环境，所述温控水管16内安装有温度传感器和加热棒，二者均连接有智能控制板，可通过智能控制板设定温度，通过温度传感器可实时监测温控水管16内的水温，加热棒可对温控水管16内的水进行加热，所述外筒1的顶部固定安装有两个水阀17，所述温控水管16的两端分别与两个水阀17固定连接，通过其中一个水阀17可向温控水管16内注入冷水，温控水管16内的热水能够从另一个水阀17排出，通过注入冷水可降低温控水管16内的水温。

实施例四，在实施例一的基础上，所述隔离杆4的外表面上开有等间距分布的环形槽18，所述筒盖3的顶部滑动安装有与环形槽18配合的定位滑块19，所述定位滑块19能够在筒盖3顶部左右滑动，当隔离杆4需要上下运动时，可将定位滑块19向右滑动使之与环形槽18分离，隔离杆14调整完毕后，可将定位滑块19重新卡在其中一个环形槽18内，从而对隔离杆4重新定位，通过多个环形槽18，可以使得隔离杆4和若干个搅拌叶6在内筒2内处于不同的高度，所述定位滑块19与筒盖3之间安装有定位弹簧20，定位弹簧20向定位滑块19提供弹力。

实施例五，在实施例一的基础上，所述隔离板7的底部开有圆槽21，所述圆槽21向隔离板7内凹陷，且若干个所述网孔8均分布在圆槽21的范围内，所述密封板10的直径大于圆槽21的直径，小于隔离板7的直径，所述圆槽21的顶面上一体连接有分别位于每个所述网孔8外侧的尖刺22，当反应液中的一部分气泡上升并穿过若干个网孔8时，会被若干个尖刺22刺破，从而再次减少反应液中气泡的数量，从而减少泡沫的产生。

实施例六，在实施例五的基础上，所述隔离板7的外表面上开有限位槽23，所述内筒2的内表面上固定安装有竖向的且与限位槽23滑动配合的限位杆24，所述隔离板7能够沿着限位杆24在内筒2内上下移动。

实施例七，在实施例一的基础上，多个所述搅拌叶6均呈弧形且均匀分布在搅拌杆5的底端，多个所述搅拌叶6上分别开有多个搅拌孔25，多个搅拌叶6转动时能够通过若干个搅拌孔25将气泡打破，减少泡沫的产生。

实施例八，在实施例七的基础上，所述搅拌杆5的中部贯穿并固定有曝气管26，所述曝气管26不会随着搅拌杆5转动，且曝气管26连接有气泵，所述曝气管26的底部固定安装并连通有带有若干个出气孔且位于若干个搅拌叶6下方的曝气盘27，气泵可将外界的空气通过曝气管26和曝气盘27排入反应液中，从而为反应液提供充足的氧气，空气从曝气盘27内向反应液中喷出时呈气泡状，并正在反应液中向上升起，而气泡经过若干个转动的搅拌叶6时会被若干个搅拌叶6打破，从而使反应液与空气充分接触。

实施例九，在实施例一的基础上，所述外筒1内的顶部固定安装有位于内筒1外侧且呈筒状的遮挡帘28，所述遮挡帘28采用不透光的材质，遮挡帘28可为内筒2内喜暗环境的微生物提供黑暗的发酵环境，所述遮挡帘28的底部固定连接有上下滑动在外筒1内的升降圆环29，通过升降圆环29可实现遮挡帘28在内筒2外侧的升降，可调节遮挡帘28的高度，所述外筒1内的底面上均匀分布并转动安装有竖向的且位于内筒1外侧的多个升降丝杆30，多个所述升降丝杆30均与升降圆环29螺纹连接，且多个升降丝杆30的螺纹方向完全一致，多个所述升降丝杆30的底部分别同轴固定安装有驱动齿轮31，所述外筒1内的底部转动安装有与多个驱动齿轮31啮合的驱动齿圈32，其中一个升降丝杆30连接有固定安装在外筒1底部的丝杆电机33，所述丝杆电机33为正反转电机且连接有供电电源，通过丝杆电机33可实现遮挡帘28在内筒2外侧的自动升降。

一种生物工程用生物反应装置的使用方法，其使用步骤为：

a.首先，通过加料管14向内筒2内加入反应液和微生物，并上下滑动隔离杆4使隔离板7置于反应液液面以下；

b.然后，通过温控水管16控制内筒2外侧的温度，使得反应液和微生物处于一个适宜温度环境内，并通过曝气管26向反应液中曝气添加氧气，通过调节遮挡帘28的高度能够为反应液和微生物提供无光环境或有光环境，转动搅拌杆5使多个搅拌叶6对反应液进行充分搅拌，使反应液与微生物成分混合，同时搅拌叶6能够打破一部分从曝气盘27喷出的气泡，使气泡内的氧气与反应液成分混合，另一部分气泡向上穿过若干个网孔8时，气泡会被若干个尖刺22扎破，小部分的气泡上升至液面形成少量泡沫；

c.搅拌完毕后，为了使反应液与泡沫分离，可将隔离杆14向上提升，使隔离板7的顶面与液面齐平，然后转动隔离杆4使得密封板10向上运动与隔离板7的底部贴合从而密封圆槽21，使得隔离板7下方的反应液与隔离板7上方的泡沫之间彻底隔离开；

d.最后，将隔离杆14继续向上提升，使隔离板7的顶面与筒盖3的底部贴合，使得隔离板7上方的泡沫进入储存槽13内，反应液可通过出水阀排至外界的容器内，可使用排气管15将储存槽13内的泡沫吸出，也可将筒盖3拆卸下来清理泡沫。

本发明通过多个弧形的搅拌叶对反应液进行搅拌，不会使微生物细胞受损，且搅拌叶上的若干个搅拌孔能够将反应液中的气泡打破，从而减少泡沫的数量；可通过隔离板和密封板将反应液和液面上的泡沫隔离开，并将泡沫单独存放在储存槽内，从而实现反应液与泡沫的快速分离；通过曝气盘能够向反应液中提供足够的氧气，气泡向上上升的过程中，一部分气泡会被若干个搅拌孔打破，另一部分气泡上升并穿过若干个网孔时会被若干个尖刺刺破，从而减少或避免气泡的产生；

本发明设计思路清晰，结构简洁，操作方便，实用性强，为生物工程的生物实验工作提供了巨大的便利。