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

Національний технічний університет України «КПІ»

КУЛЬТИВУВАННЯ КЛІТИН В РІДИННОМУ СЕРЕДОВИЩІ

Пропонуєма конструкція відноситься до біотехнології. Доцільне використання окресленне культивуванням клітин в рідинних середовищах при виготовленні біологічно-активних речовин і вакцин.

Відомий апарат для культивування (АК) клітин, 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 і рухомою втулкою шарніра фільтруючий елемент, а також аератор (див, наприклад, А. с. СССР № 1633814, С12МЗ/00, 1995). Недолік цього АК полягає в низькій продуктивності, що обумовлено недостатньою інтенсивністю перемішування клітин при невеликих швидкостях обертання, що зумовлює обмежену кількість кисню і уповільнює їх розвиток, а, отже, знижує продуктивність, і навпаки, при збільшенні числа обертів вала - перемішуючий елемент руйнує їх оболонки та закручує робочу рідину, що, в свою чергу, також знижує продуктивність. Крім того, відомий АК має складну конструкцію, що слугує іншою його вадою.

Відомий також АК, який містить вертикально встановлений циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений вздовж осі корпусу вал з перемішуючими лопатками, аератор, привод, а також, розміщені в діаметральній площині корпусу гальмуючі перегородки, які розташовані прилегло до корпусу, ребрами меншої грані ( А. с. СССР №1555353, С12М1/04, 1990).

Цей АК є найбільш близьким до пропонуємої конструкції за технічною суттю та досягаємим ефектом. Він простіший від попереднього та суттєво зменшує закручування робочої рідини і пошкодження клітин. Разом з тим, його недолік полягає у відносно низькій продуктивності внаслідок пасивного перемішування (масообміну) робочої рідини.

Зазначений недолік породжений неоптимальним розташуванням перемішуючих лопаток в діаметральній площині та їх приляганням до корпусу ребрами вузької грані, що зменшує число напрямків руху робочої рідини при перемішуванні.

В основу пропонуємої моделі поставлена задача підвищення продуктивності шляхом збільшення числа напрямків руху робочої рідини при її перемішуванні. [1]

Поставлена задача вирішується тим, що в АК, який містить циліндричний корпус з технологічними патрубками, розміщений вздовж осі корпусу вал з перемішуючими лопатками, привод, аератор, а також розташовані прилегло до корпусу (з внутрішньої сторони) гальмуючі перегородки, згідно вивчаємої моделі, новим є те, що кожна гальмуюча перегородка розташована під прямим кутом до діаметра корпусу і розміщена з можливістю прилягання до нього протилежними ребрами більшої грані.

Вказані відмітні ознаки забезпечують при перемішуванні робочої рідини її додаткове переміщення (рух) по висоті, що відсутнє в найближчому аналозі і інтенсифікує процес перемішування, в першу чергу змішування придонних та поверхневих її шарів.

Інтенсифікація процесу перемішування підвищує рівномірність розподілу живильних речовин (і клітин) в об’ємі робочої рідини, а це прискорює ріст клітин і приводить до зростання продуктивності.

На рис. 1 схематично зображено пропонуєму конструкцію АК; на рис. 2 – переріз А-А на рис. 1.

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 виведення відпрацьованого газу. Вздовж осі корпусу 1 розміщений приєднаний до приводу (мотор – редуктора) 7 вал 8 з перемішуючими лопатками 9. В порожнині корпусу 1 розташовані також гальмуючі перегородки 10 у вигляді плоских пластин висотою Н і шириною В (рис. 2). Перегородки 10 розташовані під прямим кутом α до діаметра Д корпусу 1 (тобто в площинах його хорд) і розміщені з можливістю прилягання до нього протилежними ребрами «а», «в» більшої грані, тобто грані розмірами НхВ.

Розташування перегородок 10 під прямим кутом до діаметра D корпусу 1 з можливістю прилягання їх до корпусу ребрами більшої грані, приводить до утворення ними зі стінкою корпусу замкнутих пристінних проміжків 11, що відсутнє в найближчому аналозі. Це незмінно викликає додатковий рух робочої рідини при її перемішуванні.

Працює АК наступним чином. В попередньо простерилізований корпус 1 через патрубок 2 вводять живильну рідину і посівний матеріал (робоча рідина). Після цього вмикають привод 7, внаслідок чого перемішуючі лопатки 9 приводять в обертовий рух робочу рідину 12, здійснюючи її переміщення в коловому напрямку 13 (рис. 2), а, отже, реалізують часткове перемішування. Одночасно з цим, в аератор 4 подають стиснений газ (повітря), який у вигляді численних бульбашок 14 надходить в центральну частину робочої рідини 12 і утворює з нею рідинноповітряну суміш, яка набагато легша від робочої рідини, що знаходиться в утворених перегородками 10 проміжках 11. Різна щільність (питома вага) робочої рідини в центральній частині і проміжках 11 породжує градієнт тиску і, тим самим, викликає додатковий рух робочої рідини вздовж висоти корпусу у вигляді висотної циркуляції 15 навколо перегородок 10. Цей чинник приводить до більш активного змішування між собою придонних та поверхневих шарів робочої рідини.

Оскільки при перемішуванні робоча рідина рухається в двох напрямках - коловому і осьовому - замість одного (колового) в найближчому аналозі, то інтенсивність масообміну росте, а це прискорює розвиток клітин і слугує зростанню продуктивності.

По закінченні процеса культивування, зупиняють привод 7, а готовий для подальшого використання продукт зливають через патрубок 5.

Література

1. В.М. Мельник, М.С. Тривайло, В.В. Карачун, О.Я. Ковалець. Ізоляція імпедансних систем приладів. –К.: «Корнійчук», 2009. – 104с.