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

Колесник М.М., Заровний Я.О.

Національний технічний університет України «КПІ»

ІТЕНСИФІКАЦІЯ МАСООБМІНУ ПРИ КУЛЬТИВУВАННІ КЛІТИН

При вірішенні цілої низки проблем клінічних досліджень тканин живих організмів, а також потреб медицини та охорони здоров’я медицини, виникає потреба культивування клітин. Залишаючи поза увагою аспекти власне технології, зосередимо увагу на технічній стороні процесу масообміну та інтенсифікації виготовлення продуцента, як необхідних складових при культивуванні.

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 зворотно-поступального переміщення камер у вертикальній площині.

Недолік цієї установки полягає у великих габаритах, що обумовлене 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 із 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 більш ефективним та з вищим коефіцієнтом корисної дії. Недолік його конструкції можна окреслити так, що при зменшенні числа обертів вала знижується інтенсивність перемішування і клітини не забезпечуються у достатній кількості киснем, що уповільнює їх розвиток, і, отже, знижується продуктивність, а при збільшенні числа обертів вала чатує інша неприємність – перемішуючий елемент руйнує їх оболонки, що також певним чином, обмежує підвищення продуктивності.

Крім цього, такий АК має складну конструкцію, що додає його вад.

В основу пропонуємої моделі покладена задача вдосконалення АК, в якому шляхом модифікації форми і руху перемішуючого елемента забезпечується більш активне перемішування без пошкодження клітин, що підвищує продуктивність 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, згідно корисної моделі новим є те, що контактуючі між собою поверхні вала і втулки виконано у формі різьби, а перемішуючий елемент має форму диска, який зафіксовано від обертання вертикальною напрямною.

Вказана відмінність дозволяє інтенсифікувати процес перемішування біомаси без пошкодження клітин, що підвищує продуктивність, 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 рис. 1 схематично зображений АК, що пропонується для використання. Він містить циліндричний корпус 1 з патрубками 2 для введення живильної рідини і посівного матеріалу, патрубком 3 з аератором 4, патрубком 5 для видалення культуральної рідини, і патрубком 6 для видалення відпрацьованого газу. Вздовж осі корпусу 1 розташований приєднаний до мотор-редуктора 7 з командним реверсивним приводом 8 вал 9 з втулкою 10, на якій розташований перемішуючий елемент у формі встановленого із зазором “б” відносно стінок корпусу 1 диск 11. Контактуючі між собою поверхні вала 9 і втулки 10 виконані у формі різьби (гвинтової пари), а диск 11 має закріплену в корпусі 1 вертикальну напрямну 12.

Працює апарат наступним чином.

В попередньо простерилізований АК в корпус 1 вводять крізь патрубок 2 живильну рідину і посівний матеріал (інокулятор), 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 у зворотно-поступальний рух втулку 10 і приєднаний до неї і убезпечений напрямною 12 від обертання диск 11.

Переміщуючися вздовж вала, диск 11 здійснює перемішування перетікаючого крізь зазор “б” біомаси без пошкодження клітин, внаслідок чого зростає продуктивність.

Зменшенню пошкоджень клітин сприяє також відсутність обертового руху диска 11, що має місце в інших конструкціях, а його проста форма суттєво спрощує конструкцію. По закінченні процесу культивування зупиняють мотор-редуктор 7, а готовий для подальшого використання продукт зливають крізь патрубок 5.