Устройство для культивирования микроорганизмов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гапеева Тамара Александровна Левашенко Григорий Иванович Волотовский Игорь Дмитриевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Устройство для культивирования микроорганизмов, содержащее нагревательную камеру, установленную в ней платформу, на которой расположены ячейки для сосудов,имеющих возможность колебательных и орбитальных движений, отличающееся тем, что сосуды выполнены в виде двух параллельных пробирок сечением , соединенных между собой трубкой сечением (0,05-0,15) на высоте 0,2-0,25 от длины пробирки, платформа выполнена из подвижной и неподвижной частей, ячейки для сосудов имеют рычаги управления и установлены на осях по окружности на подвижной части платформы с возможностью синхронных колебательно-орбитальных движений вдоль окружности на угол 50-60 градусов от среднего вертикального положения с помощью рычагов управления и реверсивного двигателя. 36762007.06.30 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что соединительные трубки имеют две плоскопараллельные боковые стенки, а на неподвижных частях платформы с двух сторон сосудов на высоте соединительных трубок установлены источник параллельного пучка оптического излучения и оптически связанное с ним приемное устройство, при этом соединительные трубки сосудов имеют возможность поочередной установки в неподвижном горизонтальном положении на оптической линии источник оптического излучения - приемное устройство.(56) 1. Термошейкер. Техническое описание. ООО Компания Биоком. - Москва, 2003. 2. Способ и устройство для глубинного культивирования микроорганизмов. Заявка 93009549, МПК С 12 М 1/10, РФ // Бюллетень Изобретения и полезные модели. -1. 1997. - С. 50. Полезная модель относится к биотехнологии, а точнее к устройствам для культивирования микроорганизмов, и может быть использована для культивирования жидких бактериальных культур в различных условиях. Культивирование микроорганизмов в устройстве обеспечивается оптимальной средой их обитания, определяемой температурой, аэрацией культуральной жидкости и возможностью контроля процесса роста микроорганизмов. Известно устройство для культивирования микроорганизмов 1, содержащее нагревательный шкаф и установленную в нем подвижную платформу с ячейками для сосудов. Платформа вращается в горизонтальной плоскости с частотой 90-450 об./мин. Сосуды с культуральной жидкостью совершают орбитальное движение, которое, по мнению авторов 1, создает аэрацию, способствующую росту культуры. Недостатком устройства является не очень высокая эффективность процесса аэрации,затрудняющая рост микроорганизмов и приводящая к не очень высокому выходу жизнеспособных микроорганизмов (титру). Кроме того, устройство не позволяет контролировать процесс роста микроорганизмов непосредственно в сосудах. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство 2 (прототип), содержащее нагревательную камеру, в которой установлена подвижная платформа с ячейками для сосудов. Механизмы, узлы и органы управления устройства обеспечивают вращение платформы под разными углами относительно горизонтальной плоскости, возвратно-поступательные колебания с боковым покачиванием в плоскости, перпендикулярной колебаниям, с изменением амплитуды колебаний и скорости движения. Интенсивное движение сосудов по сложным траекториям в трех измерениях создает, по мнению авторов 2, непрерывное глубинное перемешивание культуральной жидкости, обеспечивающее аэрацию, необходимую для культивирования микроорганизмов. При этом скорость роста микроорганизмов определяется по изменению оптической плотности пробы жидкой культуры, взятой из сосуда при выключенном устройстве. Недостатком устройства является сложность конструкции. При этом глубинное перемешивание культуральной жидкости не обосновывается реальными толщинами перемешивающихся слоев в движущихся сосудах. Это не гарантирует равномерности перемешивания и надежности аэрации по всему объему культуральной жидкости. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность осуществления контроля за процессом роста микроорганизмов непосредственно в сосудах во времени. Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, обеспечивающего повышение эффективности аэрации культуральной жидкости. Эффективность аэрации достигается за счет объемного перемешивания культуральной жидкости в сосудах. 2 36762007.06.30 Предлагаемое устройство также позволяет осуществлять контроль за ростом микроорганизмов непосредственно в сосудах путем измерения коэффициента пропускания слоя культуральной жидкости. Задача решается за счет того, что в устройстве, содержащем нагревательную камеру и установленную в ней платформу, на которой расположены ячейки для сосудов с возможностью колебательных и орбитальных движений, сосуды выполнены в виде двух параллельных пробирок сечением , соединенных между собой трубкой сечением (0,05-0,15) на высоте 0,2-0,25 от длины пробирки. Платформа выполнена из подвижной и неподвижной частей. Ячейки для сосудов имеют рычаги управления и установлены на осях по окружности подвижной части платформы с возможностью синхронных колебательноорбитальных движений вдоль окружности на угол 50-60 градусов от среднего вертикального положения с помощью рычагов управления и реверсивного электродвигателя. Соединительные трубки имеют две плоскопараллельные боковые стенки, а на неподвижных частях платформы с обеих сторон сосудов на высоте соединительных трубок установлены источник параллельного пучка оптического излучения и оптически связанное с ним приемное устройство. Соединительные трубки пробирок поочередно устанавливаются в неподвижном горизонтальном положении на оптической линии источник оптического излучения - приемное устройство, это позволяет измерять коэффициент пропускания слоя культуральной жидкости и определять концентрацию культуры. Сущность полезной модели поясняется общей схемой устройства, представленного на фиг. 1, и схемой устройства с узлом для измерения коэффициента пропускания слоя культуральной жидкости в сосуде (вид сверху), представленного на фиг. 2. Устройство содержит нагревательную камеру 1, в качестве которой может быть использован термостат, подвижную 2 и неподвижную 3 части платформы. Ячейки с прижимом 4 для сосудов 5 расположены по окружности подвижной части платформы 2 и установлены на осях 6. Сосуды 5 выполнены в виде двух параллельных пробирок сечением , соединенных между собой трубкой 7 сечением (0,05-0,15), которая имеет две параллельные боковые стенки. Ячейки 4 снабжены рычагами управления 8, которые на фиг. 1 показаны для ячеек с сосудами в среднем вертикальном положении. Направления рычагов 8, отклоненных в правую и левую стороны на угол , показаны на фиг. 1 пунктиром и обозначены буквами А и Б. Это соответствует наклонам ячеек с сосудами на уголсоответственно в правую и левую стороны. Поворот ячеек в обе стороны с возможностью остановки в вертикальном положении осуществляется с помощью реверсивного электродвигателя 9 типа РД-09 А, рычагов управления 8, тросика 10 и опорных направляющих 11,обеспечивающих постоянное натяжение тросика 10. Для упрощения схемы на фиг. 1 показаны только три ячейки с сосудами, которые через рычаги управления 8, опорные направляющие 11 и тросик 10 соединены с осью электродвигателя 9. Схема узла измерения коэффициента пропускания культуральной жидкости, приведенная на фиг. 2 (вид сверху), состоит из источника параллельного пучка оптического излучения 12, образованного источником излучения и линзой (на фиг. 2 не показаны), и приемного устройства 13, образованного светофильтром, линзой приемника излучения,усилителем и регистрирующим устройством - на фиг. 2 не показаны. Источник параллельного пучка излучения 12 и оптически связанное с ним приемное устройство 13 установлены на неподвижных частях 3 платформы по обе стороны сосудов 5 на уровне расположения соединительных трубок 7 с культуральной жидкостью. При высокой температуре в камере 1 приемное устройство 13 может быть вынесено за внешнюю сторону окна камеры. Перемещение подвижной части 2 платформы с сосудами 5 мимо измерительного канала 12-13 может осуществляться механически или электрически. Устройство работает следующим образом. Создают необходимую температуру в камере. Сосуды 5, наполненные микроорганизмами в питательной среде выше соединительной трубки, помещают в ячейки с прижима 3 36762007.06.30 ми 4, находящиеся в исходном вертикальном положении. Включают реверсивный электродвигатель 9, который с помощью тросика 10, опорных направляющих 11 синхронно сдвигает рычаги управления 8 в направление, например, А. При этом все ячейки с сосудами на осях 6 поворачиваются в правую сторону на уголот вертикального положения. Культуральная смесь через соединительные трубки переливается в пробирки, расположенные снизу. Затем двигатель прекращает свое вращение, ось его меняет направление вращения в обратную сторону. Рычаги управления перемещаются в положение Б, и сосуды синхронно поворачиваются в левую сторону, проходят вертикальное положение и наклоняются на уголот вертикального положения. Культуральная смесь через соединительные трубки переливается обратно в нижерасположенные пробирки. Далее процесс повторяется. Время колебания (движения) ячеек с сосудами между двумя крайними положениями А и Б определяется, в основном, скоростью вращения двигателя и диаметром его оси и составляет 4-10 с. Время переливания жидкости определяется ее количеством и сечением соединительной трубки, но не должно превышать время колебания сосудов. При повторении процесса переливания культуральной жидкости из одной пробирки в другую происходит непрерывное объемное перемешивание культуральной смеси в сосуде, которое обеспечивает высокую аэрацию в смеси. Это способствует росту, делению и увеличению количества микроорганизмов в единице объема. Чтобы следить за динамикой роста микроорганизмов и не пропустить максимального титра, необходимо периодически определять оптическую плотность культуры в сосудах. Для этого устанавливают соединительные трубки сосудов в горизонтальное положение и при выключенном реверсивном двигателе механически или с помощью электродвигателя поворачивают подвижную часть платформы, чтобы сосуды перемещались к измерителю коэффициента пропускания 12-13. Устанавливая поочередно или выборочно соединительные трубки сосудов с культурой в пучок оптического излучения, определяют спектральный коэффициент пропусканиякультуральной смеси в трубке. Затем по известной формуле Д 1/, где- длина волны, определяют оптическую плотность культуры и содержание микроорганизмов в единице объема. Соединение пробирок сечениемтрубкой сечением (0,05-0,15) позволяет при переливании культуральной жидкости обеспечить более равномерное перемешивание ее за счет возникающей турбулизации жидкости. Расположение соединительных трубок на высоте 0,2-0,25 от длины пробирки и колебание (поворачивание) сосудов на угол 5060 градусов от вертикального положения обеспечивают, с одной стороны, переливание максимального количества жидкости с верхней пробирки в нижнюю, а с другой, уровень жидкости в нижней пробирке не достигает краев пробирки. Выполнение соединительных трубок с плоскопараллельными боковыми стенками позволяет измерять коэффициент пропускания культуральной жидкости с меньшей погрешностью, а следовательно, с большей точностью определять момент достижения максимального титра. Предложенное устройство имеет преимущество перед прототипом в более равномерном объемном перемешивании культуральной жидкости, что обеспечивает более эффективную аэрацию культивируемых микроорганизмов. Кроме того, возможность измерения коэффициента пропускания культуральной жидкости в устройстве позволяет контролировать процесс роста микроорганизмов непосредственно в сосудах, не останавливая эксперимент и не нарушая стерильности культуры. Таким образом, применение в устройстве для культивирования микроорганизмов сосудов, выполненных в виде двух пробирок сечением , соединенных между собой трубкой сечением (0,05-0,15) на высоте 0,2-0,25 от длины пробирки, рычагов управления для ячеек, установленных на оси по окружности подвижной части платформы с возможностью синхронных колебательно-орбитальных движений вдоль окружности на угол 5060 градусов от среднего вертикального положения с помощью рычагов управления и ре 4 36762007.06.30 версивного электродвигателя, выполнение соединительных трубок с двумя боковыми плоскопараллельными стенками и установка на неподвижных частях платформы с двух сторон сосудов источника параллельного пучка оптического излучения и оптически связанного с ним приемного устройства, обеспечивающих измерение коэффициента пропускания культуральной жидкости, позволили существенно улучшить аэрацию культивируемых микроорганизмов за счет равномерного объемного перемешивания культуры и обеспечить контроль процесса роста микроорганизмов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5