RU2763318C1

RU2763318C1 - Laboratory multi-platform gas vortex bioreactor

Info

Publication number: RU2763318C1
Application number: RU2021100420A
Authority: RU
Inventors: Андрей Петрович Репков
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Центр Вихревых Технологий"
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-12-28
Also published as: WO2022154690A1

Abstract

FIELD: biotechnology.

SUBSTANCE: proposed is a laboratory multi-platform gas vortex bioreactor for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms. The bioreactor comprises a container with a cover, branch pipes, a medium aeration and mixing apparatus including a horizontal paddle wheel and an annular floating partition, a mechanism for stabilising the position of the annular floating partition relative to the surface of the cellular suspension, a removable optically transparent hollow cylindrical socket for accommodating a light source and/or a unit for video recording, measuring and monitoring the technological process of cultivation. The stabilisation mechanism is equipped with an axle, wherein the axle is installed coaxially to the horizontal paddle wheel, configured to be attached to the end wall of the cylindrical socket, and the medium aeration and mixing apparatus is equipped with an annular floating element located in the gap between the cylindrical wall of the container and the annular floating partition. The bioreactor therein comprises radially arranged removable blades attached to the body of the annular floating element and/or needle-shaped elements for surface bubbling of the liquid nutrient medium, made evenly on the upper end surface of the annular floating element.

EFFECT: invention ensures creation of a universal bioreactor providing a possibility of cultivating microorganisms, plant and animal cellular cultures, as well as microalgae in laboratory conditions.

4 cl, 7 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к устройствам для культивирования низших фототропов (микроводорослей), а также для проведения биохимических процессов с использованием жидких сред различной вязкости, в частности при культивировании клеток тканей и микроорганизмов в питательных средах повышенной или изменяющейся вязкостью. Изобретение может быть использовано в учебном процессе на биологических факультетах различных учебных заведений (от школ до университетов), а также в качестве экспериментального фото- и биореактора (ферментера) при организации промышленного производства.The invention relates to devices for cultivating lower phototropes (microalgae), as well as for carrying out biochemical processes using liquid media of various viscosities, in particular when cultivating tissue cells and microorganisms in nutrient media with increased or varying viscosity. The invention can be used in the educational process at the biological faculties of various educational institutions (from schools to universities), as well as an experimental photo- and bioreactor (fermenter) in the organization of industrial production.

Известен биореактор, содержащий цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками для подвода и отвода газа и устройство для аэрации и перемешивания среды. Устройство для аэрации и перемешивания содержит горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном приводном валу, размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, и расположенную под ним кольцевую пластину с центральным отверстием для пропуска газа, прикрепленную по периферии к стенке емкости с образованием кольцевой полости вокруг колеса для подвода и отвода газа. В кольцевой перегородке выполнены щелевые отверстия для прохода газа, расположенные равномерно по окружности под наклоном к горизонтальной плоскости (WO 92105245, C12N 5/00, 02.04.1992).Known bioreactor containing a cylindrical container with a lid and nozzles for inlet and outlet of gas and a device for aeration and mixing of the medium. SUBSTANCE: device for aeration and mixing contains a horizontal impeller mounted on a vertical drive shaft, placed in the upper part of the container directly under the lid, and an annular plate located under it with a central hole for passing gas, attached along the periphery to the wall of the container with the formation of an annular cavity around the wheel for gas inlet and outlet. Slotted holes for gas passage are made in the annular partition, spaced evenly along the circumference at an inclination to the horizontal plane (WO 92105245, C12N 5/00, 02.04.1992).

Конструкция этого биореактора не универсальна применительно к лабораторным биотехнологическим исследованиям и не обеспечивает эффективное перемешивание вязкой культуральной среды при проведении биохимических процессов. Наличие направляющего аппарата вокруг активатора приводит к потере мощности газового вихря и, одновременно, к увеличению разряжения в приосевой зоне биореактора вследствие чего при высоких скоростях движения газа над поверхностью последней происходит захват капель с культивируемыми клетками и выброс их на стенку емкости, что приводит к травмированию и гибели, например, растительных или животных клеток. «Каплеотрыв» может быть эффективным режимом только при культивировании, например, дрожжевых культур.The design of this bioreactor is not universal in relation to laboratory biotechnological research and does not provide efficient mixing of a viscous culture medium during biochemical processes. The presence of a guide vane around the activator leads to a loss of power of the gas vortex and, at the same time, to an increase in vacuum in the axial zone of the bioreactor, as a result of which, at high speeds of gas movement above the surface of the latter, droplets with cultured cells are captured and ejected onto the vessel wall, which leads to injury and death, for example, plant or animal cells. "Drop separation" can be an effective mode only when cultivating, for example, yeast cultures.

Известен биореактор, включающий цилиндрическую емкость с крышкой, расположенное в ней устройство для перемешивания среды, состоящее из лопастного колеса, горизонтально укрепленного на вертикальном валу в верхней части емкости, и кольцевой перегородки, установленной в емкости с возможностью вращения, образующей со стенкой емкости зазор и снабженной поплавками, и механизм регулирования положения кольцевой перегородки по высоте относительно перемешиваемой среды. Этот механизм может содержать стойки, прикрепленные к крышке емкости и кольцевой перегородке при помощи фиксаторов и позволяющие изменять положение перегородки по высоте емкости (RU 2099413 C1, С12М 1/04, 20.12.1997).A bioreactor is known, including a cylindrical container with a lid, a device for mixing the medium located in it, consisting of a paddle wheel horizontally mounted on a vertical shaft in the upper part of the container, and an annular partition installed in the container with the possibility of rotation, forming a gap with the wall of the container and provided with floats, and a mechanism for adjusting the position of the annular partition in height relative to the mixed medium. This mechanism may contain racks attached to the lid of the container and the annular partition using clamps and allowing you to change the position of the partition along the height of the container (RU 2099413 C1, S12M 1/04, 12/20/1997).

Недостаток биореактора заключается в том, что при креплении неподвижно кольцевой перегородки ею создается большое сопротивление движению вязкой культуральной среды, что ухудшает процесс ее перемешивания. Использование плавающей кольцевой перегородки приводит к тому, что она выбрасывается на поверхность жидкости и периодически колеблется со смещением ее к стенке емкости, что ухудшает процесс перемешивания. Конструкция биореактора не универсальна применительно к лабораторным биотехнологическим исследованиямThe disadvantage of the bioreactor is that when the fixed annular partition is attached, it creates a great resistance to the movement of the viscous culture medium, which worsens the process of its mixing. The use of a floating annular baffle leads to the fact that it is ejected to the surface of the liquid and periodically fluctuates with its displacement to the vessel wall, which worsens the mixing process. The design of the bioreactor is not universal in relation to laboratory biotechnological research

Известен биореактор (RU, 2299903, С12М 1/04, опубл. 27.05.2007 г.), включающий цилиндрическую емкость с крышкой, расположенное в ней устройство для перемешивания среды, состоящее из лопастного колеса, горизонтально укрепленного на вертикальном валу в верхней части емкости, и кольцевой перегородки, установленной в емкости с возможностью вращения, образующей со стенкой емкости зазор и снабженной поплавками, и механизм регулирования положения кольцевой перегородки по высоте относительно поверхности перемешиваемой среды. Этот механизм содержит вертикально установленную по оси емкости штангу и размещенную на ней втулку, связанную при помощи стоек с кольцевой перегородкой для ее вращения на штанге. Механизм регулирования положения кольцевой перегородки может быть снабжен фиксатором ее положения относительно штанги, содержащим дополнительную втулку, расположенную между штангой и втулкой кольцевой перегородки, ограничителями хода последней и по меньшей мере одним зажимным элементом. Штанга установлена с возможностью ее осевого перемещения.Known bioreactor (RU, 2299903, S12M 1/04, publ. 05/27/2007), including a cylindrical container with a lid, located in it a device for mixing the environment, consisting of a paddle wheel, horizontally mounted on a vertical shaft in the upper part of the container, and an annular baffle installed in the tank with the possibility of rotation, forming a gap with the wall of the tank and provided with floats, and a mechanism for adjusting the position of the annular baffle in height relative to the surface of the stirred medium. This mechanism contains a rod vertically mounted along the axis of the container and a sleeve placed on it, connected by means of racks with an annular partition for its rotation on the rod. The mechanism for adjusting the position of the annular baffle can be provided with a lock of its position relative to the rod, containing an additional bushing located between the rod and the bushing of the annular baffle, the stroke limiters of the latter, and at least one clamping element. The rod is installed with the possibility of its axial movement.

Однако данный реактор работает в жидких средах, вязкость которых не превышает вязкость воды более, чем в 2 раза. При культивировании растительных и животных клеток, склонных к агломерации, особенно в вязкой среде или среде с изменяющейся вязкостью, существует проблема оседания клеток или кластеров клеток на верхнюю поверхность кольцевой перегородки. При развитии, закрепившихся на поверхности шайбы агломератов клеток происходит гибель нижних слоев клеток и отравление продуктами лизиса окружающей среды, что негативно сказывается на результатах культивирования. Конструкция этого биореактора не универсальна применительно к лабораторным биотехнологическим исследованиям.However, this reactor operates in liquid media, the viscosity of which does not exceed the viscosity of water by more than 2 times. When culturing plant and animal cells prone to agglomeration, especially in a viscous medium or a medium with varying viscosity, there is a problem of settling of cells or cell clusters on the upper surface of the annular partition. With the development of cell agglomerates fixed on the surface of the puck, the death of the lower layers of cells and poisoning by the products of environmental lysis occur, which negatively affects the results of cultivation. The design of this bioreactor is not universal in relation to laboratory biotechnological research.

Известна установка для выращивания одноклеточных водорослей, включающая установленный на опоре поддон, расположенные на нем в кольцевом ряду сосуды из прозрачного материала для культуральной жидкости и источник искусственного освещения в виде лампы (патент РФ №2203938, МПК C12N 1/12, опубл. 10.05.2003 г.). В поддоне по центру выполнено отверстие, при этом лампа снабжена средством ее перемещения через это отверстие в рабочее положение между сосудами и в нерабочее положение под поддоном, состоящее из двух расположенных один над другим пластинчатых дисков, жестко связанных между собой при помощи стержней, причем нижний диск служит опорой для лампы, а верхний - отражателем света и крышкой для отверстия в поддоне при размещении лампы под ним.Known installation for the cultivation of unicellular algae, including installed on the support tray located on it in an annular row of vessels made of transparent material for the culture fluid and a source of artificial lighting in the form of a lamp (RF patent No. 2203938, IPC C12N 1/12, publ. 10.05.2003 G.). A hole is made in the tray in the center, while the lamp is equipped with a means for moving it through this hole to the working position between the vessels and to the non-working position under the tray, consisting of two plate disks located one above the other, rigidly connected to each other by means of rods, and the lower disk serves as a support for the lamp, and the upper one serves as a light reflector and a cover for the hole in the tray when placing the lamp under it.

Известна установка для культивирования низших фототрофов, включающая фотобиореактор, систему освещения и установочную площадку (Патент РФ на полезную модель №150345, МПК C12N 1/12, опубл. 10.02.2015 г.). Установку дополняют системой термостабилизации в виде жестко соединенного с фотобиореактором водяного контура и системой обеспечения непрерывного режима культивирования, содержащей емкости для питательной среды, программируемое реле времени и электромагнитный клапан, при этом установочная площадка состоит из верхней и нижней полок, система освещения, размещенная на нижней полке, включает горизонтальные световые решетки, расположенные за фотобиореактором. На верхней полке располагают емкости для питательной среды с возможностью подачи питательной среды в фотобиореактор, где фотобиореактор плоско-параллельного типа объемом 3 литра, выполненный с возможностью перемещения относительно горизонтальных световых решеток, имеет зеркальные боковые стенки и стеклянные фронтальные стенки, а также дно, расположенное под углом 25°.A plant for cultivating lower phototrophs is known, including a photobioreactor, a lighting system and an installation platform (RF Patent for utility model No. 150345, IPC C12N 1/12, publ. 10.02.2015). The installation is supplemented with a thermal stabilization system in the form of a water circuit rigidly connected to the photobioreactor and a system for ensuring a continuous cultivation regime containing containers for a nutrient medium, a programmable time switch and an electromagnetic valve, while the installation site consists of an upper and lower shelves, a lighting system located on the bottom shelf , includes horizontal light gratings located behind the photobioreactor. On the upper shelf there are containers for the nutrient medium with the possibility of supplying the nutrient medium to the photobioreactor, where the 3-liter plane-parallel type photobioreactor, made with the possibility of moving relative to horizontal light gratings, has mirrored side walls and glass front walls, as well as a bottom located under angle 25°.

Однако конструкция указанного фотобиореактора не обеспечивает возможность масштабирования технологии культивирования на объемы свыше 3-5 литров, а также сложен в техническом обслуживании между процессами культивирования (разборка биореактора, промывка его внутреннего объема, стерилизация и сборка), а также не обеспечивает возможность эффективного культивирования растительных и животных культур клеток. Конструкция этого биореактора не универсальна применительно к лабораторным биотехнологическим исследованиям.However, the design of the specified photobioreactor does not provide the possibility of scaling the cultivation technology to volumes of more than 3-5 liters, and is also difficult to maintain between cultivation processes (disassembly of the bioreactor, washing its internal volume, sterilization and assembly), and also does not provide the possibility of effective cultivation of plant and animal cell cultures. The design of this bioreactor is not universal in relation to laboratory biotechnological research.

Известен биореактор для культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов, содержащий емкость с крышкой и устройство для перемешивания и аэрации микроорганизмов, включающее патрубки соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды, размешенные в крышке емкости, и выполненное с возможностью создания на поверхности суспензии закрученного потока аэрирующего газа с полем скорости потенциального вихря на периферии емкости и осевым противотоком в приосевой зоне и перепадом давления между периферией и центром вихря и несколько кольцевых перегородок с открытыми снизу полыми поплавками, установленные в емкости соосно им на вертикальной оси на расстоянии друг от друга с возможностью вращения и возвратно-поступательного по ней перемещения с образованием зазора между стенкой емкости и кольцевыми перегородками (патент РФ №2471863, МПК С12М 1/04, опубл. 10.01.2013 г.). Крышка, емкость реактора и кольцевые перегородки выполнены из оптически прозрачных материалов. Биореактор снабжен источниками искусственного освещения, установленными соответственно в полостях поплавков кольцевых перегородок. Крышка емкости имеет жесткую конструкцию, а емкость выполнена в виде одноразовой или многоразовой съемной оболочки и снабжена средствами для ее крепления соответственно к крышке и днищу емкости реактора. Оболочка емкости выполнена из мягкого оптически прозрачного упруго-эластичного полимерного материала.A known bioreactor for cultivating photosynthetic microorganisms, containing a container with a lid and a device for mixing and aerating microorganisms, including nozzles, respectively, for supplying aerating gas and removing a gaseous medium, placed in the lid of the container, and configured to create a swirling flow of aerating gas with a field on the surface of the suspension. speed of the potential vortex at the periphery of the vessel and axial counterflow in the axial zone and the pressure drop between the periphery and the center of the vortex and several annular partitions with hollow floats open from below, installed in the vessel coaxially with them on the vertical axis at a distance from each other with the possibility of rotation and reciprocating moving along it with the formation of a gap between the vessel wall and the annular partitions (RF patent No. 2471863, IPC S12M 1/04, publ. 10.01.2013). The lid, reactor vessel and annular partitions are made of optically transparent materials. The bioreactor is equipped with sources of artificial lighting installed respectively in the cavities of the floats of the annular partitions. The container lid has a rigid structure, and the container is made in the form of a disposable or reusable removable shell and is provided with means for attaching it to the lid and bottom of the reactor vessel, respectively. The shell of the container is made of soft optically transparent elasto-elastic polymeric material.

Однако такой биореактор не предназначен для культивирования растительных и животных культур клеток в условиях лаборатории. Кроме того, конструкция этого биореактора не универсальна применительно к лабораторным биотехнологическим исследованиям.However, such a bioreactor is not intended for cultivation of plant and animal cell cultures in the laboratory. In addition, the design of this bioreactor is not universal in relation to laboratory biotechnological research.

Известен аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов (патент РФ №2135579, МПК С12М 1/04, опубл. 27.08.1999 г.), содержащий цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания среды, включающее горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном полом валу и размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, кольцевую перегородку, установленную в цилиндрической емкости соосно лопастному колесу с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости и кольцевой перегородкой, и механизм стабилизации положения кольцевой перегородки относительно поверхности суспензии клеток, выполненный в виде направляющих элементов и поплавков.An apparatus for suspension cultivation of tissue or microorganism cells is known (RF patent No. 2135579, IPC S12M 1/04, publ. 27.08.1999), containing a cylindrical container with a lid and nozzles, respectively, for supplying aerating gas and removing a gaseous medium and a device for aeration and mixing of the medium, including a horizontal paddle wheel mounted on a vertical hollow shaft and placed in the upper part of the tank directly under the lid, an annular baffle installed in the cylindrical tank coaxially with the paddle wheel with the formation of a gap between the cylindrical wall of the tank and the annular baffle, and a mechanism for stabilizing the position of the annular partitions relative to the surface of the cell suspension, made in the form of guide elements and floats.

Однако выше приведенное устройство не универсально и не позволяет культивировать низшие фототропы (микроводоросли).However, the above device is not universal and does not allow the cultivation of lower phototropes (microalgae).

Наиболее близким аналогом (прототипом) является биореактор, включающий цилиндрическую емкость с крышкой, расположенное в ней устройство для перемешивания среды, состоящее из лопастного колеса, горизонтально укрепленного на вертикальном валу, в верхней части емкости, и горизонтальной кольцевой перегородки, установленной в емкости с зазором относительно ее цилиндрических стенок, вертикально установленную по оси емкости штангу, на которой размещена с возможностью вращения горизонтальная кольцевая перегородка и механизм фиксации горизонтальной кольцевой перегородки на штанге (патент РФ №2538170, МПК C12N 1/12, опубл. 10.01.2015 г.). Биореактор снабжен трубой или телескопической трубой, состыкованной с осевым отверстием горизонтальной кольцевой перегородки, прикрепленной снизу к последней и расположенной вокруг штанги, а в горизонтальной кольцевой перегородке выполнены радиальные каналы, расположенные от осевого отверстия до края кольцевой перегородки с наклоном к низу в сторону днища емкости. Горизонтальная кольцевая перегородка выполнена плавучей, например, из полипропилена. Внутренний диаметр трубы или телескопической трубы соответствует диаметру осевого отверстия горизонтальной кольцевой перегородки. Площадь осевого отверстия горизонтальной кольцевой перегородки равна суммарной площади сечений на входе в радиальные каналы и суммарной площади сечений на выходе из этих радиальных каналов.The closest analogue (prototype) is a bioreactor, including a cylindrical container with a lid, a device for mixing the medium located in it, consisting of a paddle wheel horizontally mounted on a vertical shaft in the upper part of the container, and a horizontal annular partition installed in the container with a gap relative to its cylindrical walls, a rod vertically mounted along the axis of the tank, on which a horizontal annular partition is placed with the possibility of rotation and a mechanism for fixing the horizontal annular partition on the rod (RF patent No. 2538170, IPC C12N 1/12, publ. 10.01.2015). The bioreactor is equipped with a pipe or a telescopic pipe docked with the axial hole of the horizontal annular baffle, attached to the bottom of the latter and located around the rod, and in the horizontal annular baffle there are radial channels located from the axial hole to the edge of the annular baffle with an inclination to the bottom towards the tank bottom. The horizontal annular partition is made floating, for example, from polypropylene. The inner diameter of the pipe or telescopic pipe corresponds to the diameter of the axial hole of the horizontal annular baffle. The area of the axial opening of the horizontal annular partition is equal to the total cross-sectional area at the inlet to the radial channels and the total cross-sectional area at the outlet of these radial channels.

Однако и такой аппарат для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов не универсален и не позволяет культивировать низшие фототропы (микроводоросли) как в лабораторных, так и в промышленных масштабах.However, even such an apparatus for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms is not universal and does not allow cultivation of lower phototropes (microalgae) both on a laboratory and industrial scale.

Техническим результатом является создание более универсального лабораторного мультиплатформенного биореактора, обеспечивающего возможность культивирования в лабораторных условиях микроорганизмы, растительные и животные культуры клеток и микроводоросли (низшие фототропы) в зависимости от поставленных исследовательских задач.The technical result is the creation of a more universal laboratory multiplatform bioreactor, which makes it possible to cultivate microorganisms, plant and animal cell cultures and microalgae (lower phototropes) in laboratory conditions, depending on the research tasks.

Указанный технический результат достигается тем, что в лабораторном мультиплатформенным газовихревом биореакторе для суспензионного культивирования клеток тканей или микроорганизмов, содержащем цилиндрическую емкость с крышкой и патрубками соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания среды, включающее горизонтальное лопастное колесо, укрепленное на вертикальном валу и размещенное в верхней части емкости непосредственно под крышкой, кольцевую плавучую перегородку, установленную в цилиндрической емкости с возможностью вращения соосно лопастному колесу с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости и кольцевой плавучей перегородкой, и механизм стабилизации положения кольцевой плавучей перегородки относительно поверхности суспензии клеток, выполненный в виде поплавков, выполненных сверху на теле указанной кольцевой перегородки с зазором относительно друг друга и образующих между собой радиальные каналы, расположенные от осевого отверстия до края указанной кольцевой перегородки, согласно изобретения, биореактор снабжен съемным оптически прозрачным полым цилиндрическим стаканом, выполненным с возможностью размещения в нем источника освещения и/или блока видеорегистрации, измерения и контроля за технологическим процессом культивирования, и установленным под кольцевой плавучей перегородкой, нижний открытый торец которого герметично прикреплен к днищу емкости и образует между цилиндрической стенкой емкости и цилиндрической стенкой стакана кольцевую зону суспензионного культивирования биологических объектов; механизм стабилизации положения кольцевой плавучей перегородки относительно поверхности суспензии клеток снабжен осью, установленной соосно горизонтальному лопастному колесу с возможностью ее крепления на торцевой стенке цилиндрического стакана, а устройство для аэрации и перемешивания среды снабжено кольцевым плавучим элементом, расположенным в зазоре между цилиндрической стенкой емкости и кольцевой плавучей перегородкой с возможностью вращения и содержащим радиально расположенные съемные лопатки для перемешивания жидкой питательной среды, прикрепленные к телу кольцевого плавучего элемента, и/или содержит игольчатые элементы для поверхностного барботирования жидкой питательной среды, выполненные равномерно на верхней торцевой поверхности кольцевого плавучего элемента.The specified technical result is achieved by the fact that in a laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms, containing a cylindrical container with a lid and nozzles, respectively, for supplying aerating gas and removing a gaseous medium and a device for aeration and mixing of the medium, including a horizontal impeller, reinforced on a vertical shaft and placed in the upper part of the container directly under the lid, an annular floating baffle installed in a cylindrical container with the possibility of rotation coaxially with the paddle wheel with the formation of a gap between the cylindrical wall of the container and the annular floating baffle, and a mechanism for stabilizing the position of the annular floating baffle relative to the surface of the cell suspension , made in the form of floats, made on top of the body of the specified annular partition with a gap relative to each other and forming radial channels between them, located from the axial hole to the edge of the specified annular partition, according to the invention, the bioreactor is equipped with a removable optically transparent hollow cylindrical glass, made with the possibility of placing a light source and/or a video recording unit, measuring and controlling the cultivation process, and installed under the annular floating partition , the lower open end of which is hermetically attached to the bottom of the container and forms an annular zone of suspension cultivation of biological objects between the cylindrical wall of the container and the cylindrical wall of the glass; the mechanism for stabilizing the position of the annular floating partition relative to the surface of the cell suspension is provided with an axis mounted coaxially to the horizontal paddle wheel with the possibility of its mounting on the end wall of the cylindrical glass, and the device for aeration and mixing of the medium is equipped with an annular floating element located in the gap between the cylindrical wall of the container and the annular floating a partition with the possibility of rotation and containing radially located removable blades for mixing the liquid nutrient medium, attached to the body of the annular floating element, and/or contains needle elements for surface bubbling of the liquid nutrient medium, made evenly on the upper end surface of the annular floating element.

Источник освещения размещен в прозрачном полом цилиндрическом стакане с зазором и содержит светодиодную ленту, закрепленную на внешней поверхности металлической трубы и установленную с кольцевым зазором в стеклянной трубе и узел принудительного охлаждения светодиодной ленты, выполненный в виде осевого вентилятора, выходной канал которого соединен с металлической трубой со светодиодной лентой для формирования вокруг светодиодной ленты циркулирующего потока воздуха.The light source is placed in a transparent hollow cylindrical glass with a gap and contains an LED strip fixed on the outer surface of a metal pipe and installed with an annular gap in a glass pipe and a unit for forced cooling of the LED strip, made in the form of an axial fan, the output channel of which is connected to a metal pipe with LED strip to form a circulating airflow around the LED strip.

Кольцевая плавучая перегородка выполнена одно- или двухъярусной, а радиальные каналы в каждом ярусе расположены тангенциально и направлены против часовой стрелки.The annular floating partition is made of one or two tiers, and the radial channels in each tier are located tangentially and directed counterclockwise.

Кольцевой плавучий элемент может содержать сквозные отверстия для перетока жидкой питательной среды, выполненные на одинаковом расстоянии в теле кольцевого плавучего элемента со стороны его цилиндрической поверхности.The annular floating element may contain through holes for the flow of liquid nutrient medium, made at the same distance in the body of the annular floating element from the side of its cylindrical surface.

Заявляемый лабораторный мультиплатформенный газовихревой биореактор иллюстрируется следующими чертежами. На фиг. 1 представлена схема лабораторного мультиплатформенного газовихревого биореактора с полным комплектом оборудования (платформа №1), предназначенного для культивирования микроводорослей (низших фототропов). На фиг. 2 представлена схема лабораторного мультиплатформенного газовихревого биореактора без кольцевого плавучего элемента с мешалкой и игольчатых элементов для поверхностного барботирования (платформа №2). Такой биореактор предназначен для культивирования бактерий и культур клеток в лабораторных масштабах, не требующих повышенной аэрации. На фиг. 3 представлена схема лабораторного мультиплатформенного газовихревого биореактора без внутреннего прозрачного стакана, кольцевого плавучего элемента с мешалкой и игольчатых элементов для поверхностного барботирования (платформа №3). Такой биореактор предназначен для культивирования в лабораторных и промышленных масштабах бактерий и культур клеток, не требующих повышенной аэрации. На фиг. 4 приведен вид А сверху фигуры 5. На фиг. 5 приведен узел перемешивания и аэрации суспензии, включающий кольцевую плавучую перегородку, кольцевой плавучий элемент с мешалкой и игольчатыми элементами для поверхностного барботирования. На фиг. 6 приведен вид Б сбоку фигуры 5. На фиг. 7 изображен кольцевой плавучий элемент с лопастной мешалкой и игольчатыми элементами для поверхностного барботирования.The inventive laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor is illustrated by the following drawings. In FIG. Figure 1 shows a diagram of a laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor with a complete set of equipment (platform No. 1) designed for cultivating microalgae (lower phototropes). In FIG. Figure 2 shows a diagram of a laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor without an annular floating element with a stirrer and needle elements for surface bubbling (platform No. 2). Such a bioreactor is intended for the cultivation of bacteria and cell cultures on a laboratory scale that do not require increased aeration. In FIG. 3 shows a diagram of a laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor without an internal transparent glass, an annular floating element with a stirrer, and needle elements for surface bubbling (platform No. 3). This bioreactor is intended for laboratory and industrial cultivation of bacteria and cell cultures that do not require increased aeration. In FIG. 4 is a top view of figure 5. FIG. 5 shows a suspension mixing and aeration unit, including an annular floating baffle, an annular floating element with a stirrer and needle elements for surface bubbling. In FIG. 6 shows a side view B of figure 5. FIG. 7 shows an annular floating element with a paddle agitator and needle elements for surface sparging.

Лабораторный мультиплатформенный газовихревой биореактор для суспензионного культивирования клеток тканей, микроорганизмов или микроводорослей содержит оптически прозрачную цилиндрическую емкость 1 с крышкой 2 и патрубками 3, 4 соответственно для подачи аэрирующего газа и отвода газообразной среды и устройство для аэрации и перемешивания среды, включающее горизонтальное лопастное колесо 5, укрепленное на вертикальном валу 6 и размещенное в верхней части емкости 1 непосредственно под крышкой 2, кольцевую плавучую перегородку 7 со сквозным осевым отверстием 8, установленную в цилиндрической емкости 1 с возможностью вращения соосно лопастному колесу 5 с образованием зазора между цилиндрической стенкой емкости 1 и кольцевой плавучей перегородкой 7. Вал 6 соединен с приводом вращения колеса 5, расположенным на крышке 2 емкости 1. Механизм стабилизации положения кольцевой плавучей перегородки 7 относительно поверхности суспензии клеток микроорганизмов выполнен в виде поплавков 9, расположенных сверху (одноярусная перегородка 7, фиг. 1) или сверху и в теле указанной кольцевой перегородки 7 (двухъярусная перегородка 7, фиг. 5) с зазором относительно друг друга и образующих между собой радиальные каналы 10, расположенные от осевого отверстия 8 до края указанной кольцевой перегородки 7. Биореактор снабжен съемным оптически прозрачным полым цилиндрическим стаканом 11, выполненным с возможностью размещения в нем источника 12 освещения и/или блока 13 видеорегистрации, измерения и контроля за технологическим процессом культивирования, и установленным под кольцевой плавучей перегородкой 7. Нижний открытый торец стакана 11 герметично прикреплен к днищу 14 емкости 1 и образует между цилиндрической стенкой емкости 1 и цилиндрической стенкой стакана 11 кольцевую зону 15 суспензионного культивирования биологических объектов. Механизм стабилизации положения кольцевой плавучей перегородки 7 относительно поверхности суспензии клеток снабжен осью 16, установленной соосно горизонтальному лопастному колесу 5 с возможностью ее крепления на торцевой стенке 17 цилиндрического стакана 11. Устройство для аэрации и перемешивания среды (фиг. 1, 4-6) снабжено кольцевым плавучим элементом 18, расположенным в зазоре между цилиндрической стенкой емкости 1 и кольцевой плавучей перегородкой 7 с возможностью вращения и содержащим радиально расположенные съемные лопатки 19 для перемешивания жидкой питательной среды, прикрепленные к телу кольцевого плавучего элемента 7, и/или содержит игольчатые элементы 20 для поверхностного барботирования жидкой питательной среды, выполненные равномерно на верхней торцевой поверхности кольцевого плавучего элемента 18.The laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor for suspension cultivation of tissue cells, microorganisms or microalgae contains an optically transparent cylindrical container 1 with a lid 2 and nozzles 3, 4, respectively, for supplying aerating gas and removing a gaseous medium, and a device for aeration and mixing of the medium, including a horizontal paddle wheel 5, mounted on a vertical shaft 6 and placed in the upper part of the container 1 directly under the cover 2, an annular floating partition 7 with a through axial hole 8, installed in a cylindrical container 1 with the possibility of rotation coaxially with the paddle wheel 5 with the formation of a gap between the cylindrical wall of the container 1 and the annular floating partition 7. The shaft 6 is connected to the wheel rotation drive 5 located on the cover 2 of the container 1. The mechanism for stabilizing the position of the annular floating partition 7 relative to the from above (single-tier partition 7, Fig. 1) or above and in the body of said annular partition 7 (two-tier partition 7, Fig. 5) with a gap relative to each other and forming radial channels 10 between them, located from the axial hole 8 to the edge of the said annular partition 7. The bioreactor is equipped with a removable optically transparent hollow cylindrical glass 11, made with the possibility of placing in it a source 12 of illumination and / or a block 13 of video recording, measurement and control of the technological process of cultivation, and installed under the annular floating partition 7. The lower open end of the glass 11 is hermetically attached to the bottom 14 of the container 1 and forms between the cylindrical wall of the container 1 and the cylindrical wall of the glass 11 an annular zone 15 suspension cultivation of biological objects. The mechanism for stabilizing the position of the annular floating partition 7 relative to the surface of the cell suspension is provided with an axis 16 installed coaxially with the horizontal paddle wheel 5 with the possibility of its attachment to the end wall 17 of the cylindrical cup 11. The device for aeration and mixing of the medium (Fig. 1, 4-6) is equipped with an annular floating element 18 located in the gap between the cylindrical wall of the container 1 and the annular floating partition 7 with the possibility of rotation and containing radially located removable blades 19 for mixing the liquid nutrient medium, attached to the body of the annular floating element 7, and/or contains needle elements 20 for surface bubbling liquid nutrient medium, made evenly on the upper end surface of the annular floating element 18.

Источник 12 освещения размещен в прозрачном полом цилиндрическом стакане 11 с зазором и содержит светодиодную ленту 21, закрепленную на внешней поверхности металлической трубы и установленную с кольцевым зазором в стеклянной трубе 22 и узел принудительного охлаждения светодиодной ленты 21, выполненный в виде осевого вентилятора 23, выходной канал которого соединен с металлической трубой 22 светодиодной ленты 21 для формирования вокруг последней циркулирующего потока воздуха.The light source 12 is placed in a transparent hollow cylindrical cup 11 with a gap and contains an LED strip 21 fixed on the outer surface of a metal pipe and installed with an annular gap in a glass pipe 22 and a forced cooling unit for the LED strip 21, made in the form of an axial fan 23, the outlet channel which is connected to the metal pipe 22 of the LED strip 21 to form a circulating air flow around the latter.

Кольцевая плавучая перегородка 7 выполнена одно- или двухъярусной, а радиальные каналы 10 в каждом ярусе расположены тангенциально и направлены против часовой стрелки. Указанная плавучая перегородка 7 может быть снабжена лопатками «В» для дополнительного ее раскручивания вихревым потоком. Кольцевая плавучая перегородка 7 обеспечивает функционирование биореактора в оптимальном режиме при заполнении его объема от 10 до 90%. Одноярусная плавучая перегородка 7 может функционировать при скорости вращения лопастного колеса 5 до 2000 об/мин. При скорости вращения лопастного колеса 5 свыше 2000 об/мин центральный восходящий поток культуральной среды способен выталкивать одноярусная плавучую перегородку 7 на поверхность указанной среды. При этом происходит запирание стока восходящего потока культуральной среды, которая начинает вращаться как квази твердое тело. При отсутствии восходящего потока одноярусная плавучая перегородка 7 возвращается на исходную глубину и процесс ее всплытия в этом режиме повторяется, что нарушает процесс культивирования при высоких оборотах лопастного колеса 5. Двухъярусная плавучая перегородка 7 устраняет указанные недостатки и позволяет обеспечивать процесс культивирования как на низких оборотах лопастного колеса 5, так и на скорости более 2000-2500 об/мин.The annular floating partition 7 is made of one or two tiers, and the radial channels 10 in each tier are located tangentially and directed counterclockwise. Said floating baffle 7 can be equipped with blades "B" for its additional unwinding by a vortex flow. Annular floating partition 7 ensures the functioning of the bioreactor in the optimal mode when filling its volume from 10 to 90%. Single-tiered floating partition 7 can operate at a speed of rotation of the impeller 5 up to 2000 rpm. When the speed of rotation of the impeller 5 is over 2000 rpm, the central upward flow of the culture medium is able to push the single-tier floating partition 7 onto the surface of the specified medium. In this case, the flow of the upward flow of the culture medium is blocked, which begins to rotate as a quasi-solid body. In the absence of an upward flow, the single-tier floating partition 7 returns to its original depth and the process of its ascent in this mode is repeated, which disrupts the cultivation process at high speeds of the impeller 5. The two-tier floating partition 7 eliminates these disadvantages and allows the cultivation process to be carried out both at low speeds of the impeller 5, and at speeds over 2000-2500 rpm.

Кольцевой плавучий элемент 18 (фиг. 7) может содержать сквозные отверстия 24 для перетока жидкой питательной среды, выполненные на одинаковом расстоянии в теле кольцевого плавучего элемента 18 со стороны его цилиндрической поверхности.The annular floating element 18 (Fig. 7) may contain through holes 24 for the flow of liquid nutrient medium, made at the same distance in the body of the annular floating element 18 from the side of its cylindrical surface.

Кольцевой плавучий элемент 18 с игольчатыми элементами 20 для поверхностного барботирования может быть выполнено из полипропилена (плотность 9,6 г/см³) с остроконечными коническими выступами на его верхней плоскости высотой 3-5 мм. С помощью дополнительных грузиков и поплавков плавучий элемент 18 балансируют так, чтобы при погружении в культуральную среду острия конусов находились на уровне поверхности среды. Плавучий элемент 18 в процессе культивирования находится всегда в зоне формирования нисходящего потока культуральной среды. Газовый вихрь деформирует поверхность среды над игольчатыми элементами 20 в виде конических выступов за каждым из которых формируется шлейф из воздушных пузырьков, которые перед всплытием успевают погрузиться в среду на глубину 5-10 мм вследствие чего она насыщается газом (например, кислородом или углекислым газом). Насыщенная газом среда опускается по спирали до дна биореактора, обеспечивая аэрацию по всему объему среды.The annular floating element 18 with needle elements 20 for surface bubbling can be made of polypropylene (density 9.6 g/cm ³ ) with pointed conical protrusions on its upper plane 3-5 mm high. With the help of additional weights and floats, the floating element 18 is balanced so that, when immersed in the culture medium, the points of the cones are at the level of the medium surface. The floating element 18 in the process of cultivation is always in the zone of formation of the downward flow of the culture medium. The gas vortex deforms the surface of the medium above the needle-shaped elements 20 in the form of conical protrusions behind each of which a plume of air bubbles is formed, which, before surfacing, have time to plunge into the medium to a depth of 5-10 mm, as a result of which it is saturated with gas (for example, oxygen or carbon dioxide). The gas-saturated medium descends in a spiral to the bottom of the bioreactor, providing aeration throughout the volume of the medium.

Суспензионное культивирование с использованием заявляемого лабораторного мультиплатформенного газовихревого биореактора осуществляют следующим образом.Suspension cultivation using the inventive laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor is carried out as follows.

В зависимости от вида культивируемых биообъектов выбирают платформу №1, 2 или 3 биореактора с разным составом оборудования.Depending on the type of cultivated biological objects, platform No. 1, 2 or 3 of the bioreactor with a different composition of equipment is chosen.

Пример 1. Для культивирования микроводорослей (низших фототропов) используют платформу №1 биореактора (фиг. 1). В емкость 1 в стерильных условиях устанавливают оборудование как показано на фиг. 1 и заполняют питательной средой через патрубок (на чертеже не показан) так, чтобы над поверхностью среды в верхней части емкости 1 под крышкой 2 оставалась полость для движения аэрирующего газа, кольцевая перегородка 7 с поплавками 9 располагалась в питательной среде у ее поверхности. Далее вводят посевную дозу фотосинтезирующих клеток микроорганизмов, например хлореллы (в количестве 0,1 г на 1 л питательной среды.), и включают привод вращения лопастного колеса 5, который подает через патрубок 3 воздух, обогащенный, например, углекислым газом (для хлореллы) тангенциально в емкость 1, а через патрубок 4 отработанный газ. Система обогащения воздуха углекислым газом на чертеже не показана. В зависимости от требований технологии устанавливают необходимое число оборотов лопастного колеса 5 вентилятора. Над кольцевой поверхностью суспензии клеток создается разряжение в приосевой зоне емкости 1 и повышенное давление на периферии этой емкости 1. Под действием перепада давления между периферией и приосевой зоной газовой полости над кольцевой поверхностью суспензии клеток создается закрученный поток газа, который образует в кольцевой зоне 15 культуральной жидкости турбулентное вращательное движение с интенсивным перемешиванием между внешней стороной цилиндрической поверхности стакана 11 и емкостью 1. Кольцевой плавучий элемент 18 с лопатками 19 и кольцевая перегородка 7 вращаются в ту же сторону и с той же угловой скоростью, что и культуральная жидкость и удерживаются на плаву. Лопатки 19 дополнительно способствуют перемешиванию суспензии, а игольчатые элементы 20 способствуют более интенсивному поверхностному барботированию культуральной жидкости. В процессе культивирования газ аэрирует клетки на поверхности жидкости. Скорость движения газового вихря (3-6 м/с) не вызывает отрыв капель культуральной жидкости с ее поверхности, что уменьшает травмирование клеток. При этом обеспечиваются оптимальные условия культивирования фотосинтезирующих микроорганизмов. Источник 12 обеспечивает достаточное равномерное освещение кольцевой зоны 15 суспензии хлореллы, толщина которой составляет 30-50 мм. Процесс ведут непрерывно до нарастания биомассы фотосинтезирующих микроорганизмов, например водоросли хлореллы до 15-20 г на 1 л суспензии, после чего сливают часть суспензии (урожай), доливают свежую питательную среду и продолжают процесс культивирования.Example 1. For the cultivation of microalgae (lower phototropes) use platform No. 1 of the bioreactor (Fig. 1). Equipment is installed in container 1 under sterile conditions as shown in Fig. 1 and fill with a nutrient medium through a pipe (not shown in the drawing) so that above the surface of the medium in the upper part of the container 1 under the lid 2 there is a cavity for the movement of aerating gas, the annular partition 7 with floats 9 is located in the nutrient medium near its surface. Next, a seed dose of photosynthetic cells of microorganisms, such as chlorella, is introduced (in the amount of 0.1 g per 1 liter of nutrient medium.), And the impeller rotation drive 5 is turned on, which supplies air enriched, for example, with carbon dioxide (for chlorella) through the nozzle 3 tangentially into the container 1, and through the branch pipe 4 the exhaust gas. The system for enriching the air with carbon dioxide is not shown in the drawing. Depending on the requirements of the technology, the required number of revolutions of the impeller 5 of the fan is set. Above the annular surface of the cell suspension, a vacuum is created in the axial zone of the container 1 and an increased pressure on the periphery of this container 1. Under the action of the pressure difference between the periphery and the axial zone of the gas cavity, a swirling gas flow is created above the annular surface of the cell suspension, which forms the culture liquid in the annular zone 15 turbulent rotational motion with intense mixing between the outer side of the cylindrical surface of the glass 11 and the container 1. The annular floating element 18 with blades 19 and the annular partition 7 rotate in the same direction and with the same angular velocity as the culture fluid and are kept afloat. The blades 19 additionally contribute to the mixing of the suspension, and the needle elements 20 contribute to a more intense surface bubbling of the culture liquid. During cultivation, the gas aerates the cells on the surface of the liquid. The speed of movement of the gas vortex (3-6 m/s) does not cause separation of drops of culture fluid from its surface, which reduces cell injury. This provides optimal conditions for the cultivation of photosynthetic microorganisms. The source 12 provides sufficient uniform illumination of the annular zone 15 of the chlorella suspension, the thickness of which is 30-50 mm. The process is carried out continuously until the increase in the biomass of photosynthetic microorganisms, such as chlorella algae, up to 15-20 g per 1 liter of suspension, after which part of the suspension (crop) is drained, fresh nutrient medium is added and the cultivation process continues.

Пример 2. Для подготовки мультиплатформенного газовихревого биореактора в виде платформы №2 из емкости 1 вынимают кольцевой плавучий элемент 18 с мешалкой 19 и игольчатыми элементами 20 для поверхностного барботирования, а также источник освещения 12. Платформа №2 позволяет культивировать бактерии и культуры клеток в лабораторных условиях, наблюдая и регистрируя указанный процесс с использованием блока 13 видеорегистрации, измерения и контроля за технологическим процессом культивирования (фиг. 2), что очень важно при проведении научных исследований в лабораторных условиях. Процесс культивирования осуществляют следующим образом. В емкость 1 в стерильных условиях устанавливают оборудование как показано на фиг. 2 и заполняют питательной средой через патрубок (на чертеже не показан) так, чтобы над поверхностью среды в верхней части емкости 1 под крышкой 2 оставалась полость для движения аэрирующего газа, кольцевая перегородка 7 с поплавками 9 располагалась в питательной среде у ее поверхности. Далее вводят посевную дозу животных или растительных клеток и включают привод вращения лопастного колеса 5, который подает через патрубок 3 воздух, обогащенный кислородом (например для животных клеток Vero) в емкость 1, а через патрубок 4 отработанный газ. Система обогащения воздуха кислородом на чертеже не показана. В зависимости от требований технологии устанавливают необходимое число оборотов лопастного колеса 5 вентилятора. Над кольцевой поверхностью суспензии клеток создается разряжение в приосевой зоне емкости 1 и повышенное давление на периферии этой емкости 1. Под действием перепада давления между периферией и приосевой зоной газовой полости над кольцевой поверхностью суспензии клеток создается закрученный поток газа, который образует в кольцевой зоне 15 культуральной жидкости турбулентное вращательное движение с интенсивным перемешиванием между внешней стороной цилиндрической поверхности стакана 11 и внутренней поверхностью емкости 1. В процессе культивирования газ аэрирует клетки на поверхности жидкости. Скорость движения газового вихря (3-6 м/с) не вызывает отрыв капель культуральной жидкости с ее поверхности, что уменьшает травмирование клеток. При этом обеспечиваются оптимальные условия культивирования растительных или животных клеток. Процесс ведут непрерывно до нарастания биомассы клеток после чего сливают часть суспензии (урожай), доливают свежую питательную среду и продолжают процесс культивирования.Example 2. To prepare a multi-platform gas-vortex bioreactor in the form of platform No. 2, an annular floating element 18 with a stirrer 19 and needle elements 20 for surface bubbling, as well as a light source 12, are removed from tank 1. Platform No. 2 allows cultivating bacteria and cell cultures in laboratory conditions , observing and recording the specified process using the video recording unit 13, measuring and controlling the technological process of cultivation (Fig. 2), which is very important when conducting scientific research in the laboratory. The cultivation process is carried out as follows. Equipment is installed in container 1 under sterile conditions as shown in Fig. 2 and fill with a nutrient medium through a pipe (not shown in the drawing) so that above the surface of the medium in the upper part of the container 1 under the lid 2 there is a cavity for the movement of aerating gas, the annular partition 7 with floats 9 is located in the nutrient medium near its surface. Next, a seed dose of animal or plant cells is introduced and the rotation drive of the paddle wheel 5 is turned on, which supplies oxygen-enriched air (for example, for Vero animal cells) through the pipe 3 into the container 1, and through the pipe 4 the exhaust gas. The oxygen enrichment system is not shown in the drawing. Depending on the requirements of the technology, the required number of revolutions of the impeller 5 of the fan is set. Above the annular surface of the cell suspension, a vacuum is created in the axial zone of the container 1 and an increased pressure on the periphery of this container 1. Under the action of the pressure difference between the periphery and the axial zone of the gas cavity, a swirling gas flow is created above the annular surface of the cell suspension, which forms the culture liquid in the annular zone 15 turbulent rotational movement with intense mixing between the outer side of the cylindrical surface of the glass 11 and the inner surface of the vessel 1. During the cultivation, the gas aerates the cells on the surface of the liquid. The speed of movement of the gas vortex (3-6 m/s) does not cause separation of drops of culture fluid from its surface, which reduces cell injury. This provides optimal conditions for the cultivation of plant or animal cells. The process is carried out continuously until the growth of cell biomass, after which part of the suspension (harvest) is drained, fresh nutrient medium is added and the cultivation process is continued.

Пример 3. Культивирование бактерий, клеток животных или растений в промышленных масштабах используют платформу №3 (фиг. 3). Для этого из емкости 1 убирают кольцевой плавучий элемент 18 с мешалкой 19 и игольчатыми элементами 20, а также демонтируют стакан 11. При культивировании микроорганизмов, например бактерий, клеток животных или растений цилиндрическую емкость 1 с установленной в ней кольцевой плавучей перегородкой 7 с лопатками «В» (фиг. 3) в стерильных условиях заполняют питательной средой так, чтобы над поверхностью среды в верхней части емкости 1 оставалась полость для движения аэрирующего газа, а кольцевая перегородка 7 располагалась в питательной среде с выступающими лопатками «В» над жидкой средой. Далее устанавливают, например, для культивирования клеток растений или животных, требуемый температурный режим, вводят также посевную дозу клеток и включают привод вращения лопастного колеса 5. В зависимости от требований технологии культивирования устанавливают необходимое число оборотов вращения колеса 5, при вращении которого над поверхностью суспензии клеток создается разряжение в приосевой зоне емкости 1 и повышенное давление на периферии этой емкости. Под действием перепада давления между периферией и приосевой зоной газовой полости над поверхностью суспензии клеток создается закрученный поток газа, который образует в культуральной жидкости турбулентное вращательное движение с интенсивным перемешиванием вдоль оси емкости. Кольцевая плавучая перегородка 7 вращается в ту же сторону и с той же угловой скоростью, что и культуральная жидкость и удерживается у поверхности жидкости с лопатками «В», расположенными над поверхностью жидкости за счет собственной плавучести. В процессе культивирования кольцевая перегородка 7 повышает интенсивность циркуляции жидкости (в виде тангенциального вихревого движения с осевым противотоком). Жидкая среда с микроорганизмами или клетками животных или растений в виде восходящего потока поднимается вверх и через осевое отверстие 8 перегородки 7 перетекает через тангенциальные радиальные каналы 10 этой перегородки 7 вниз вдоль цилиндрических боковых стенок емкости 1. Тангенциальная форма радиальных каналов 10 указанной кольцевой перегородки 7 не позволяют закрепляться на ее поверхности агломератам клеток, которые сбрасываются с указанной перегородки 7 потоком жидкости. Причем, в процессе культивирования газ аэрирует клетки животных, растений или микроорганизмы на поверхности жидкости. В результате такой аэрации в культуральной жидкости не образуются пузырьки газа и пена и не происходит травмирование клеток и микроорганизмов. Скорость движения газового вихря (3-6 м/с) не вызывает отрыв капель культуральной жидкости с ее поверхности, что также уменьшает травмирование клеток. Увеличение интенсивности движения восходящего и нисходящего потоков суспензии клеток позволяет осуществлять их культивирование без образования застойных зон. При этом обеспечиваются нормальные условия культивирования микроорганизмов. Полученная биомасса отводится через соответствующий патрубок (на чертежах не показан).Example 3 Cultivation of bacteria, animal or plant cells on an industrial scale using platform #3 (FIG. 3). To do this, an annular floating element 18 with a stirrer 19 and needle elements 20 is removed from the container 1, and the glass 11 is also dismantled. ” (Fig. 3) is filled with a nutrient medium under sterile conditions so that a cavity for the movement of aerating gas remains above the surface of the medium in the upper part of the container 1, and the annular partition 7 is located in the nutrient medium with protruding blades “B” above the liquid medium. Then, for example, for cultivating plant or animal cells, the required temperature regime is set, the seed dose of cells is also introduced, and the rotation drive of the impeller 5 is turned on. a vacuum is created in the axial zone of the container 1 and an increased pressure on the periphery of this container. Under the action of the pressure difference between the periphery and the axial zone of the gas cavity, a swirling gas flow is created above the surface of the cell suspension, which forms a turbulent rotational motion in the culture liquid with intense mixing along the axis of the container. The annular floating partition 7 rotates in the same direction and with the same angular velocity as the culture liquid and is held near the surface of the liquid with blades "B" located above the surface of the liquid due to its own buoyancy. In the process of cultivation, the annular partition 7 increases the intensity of the liquid circulation (in the form of a tangential vortex motion with axial countercurrent). The liquid medium with microorganisms or cells of animals or plants in the form of an upward flow rises and through the axial hole 8 of the partition 7 flows through the tangential radial channels 10 of this partition 7 down along the cylindrical side walls of the container 1. The tangential shape of the radial channels 10 of the said annular partition 7 does not allow to be fixed on its surface to agglomerates of cells, which are discharged from the specified partition 7 by a liquid flow. Moreover, in the process of cultivation, the gas aerates the cells of animals, plants or microorganisms on the surface of the liquid. As a result of such aeration, gas bubbles and foam are not formed in the culture liquid, and cells and microorganisms are not injured. The speed of movement of the gas vortex (3-6 m/s) does not cause separation of drops of culture fluid from its surface, which also reduces cell injury. An increase in the intensity of movement of the ascending and descending flows of the cell suspension allows their cultivation without the formation of stagnant zones. This ensures normal conditions for the cultivation of microorganisms. The resulting biomass is discharged through the appropriate pipe (not shown in the drawings).

Из описания изобретения видно, что заявляемый лабораторный мультиплатформенный биореактор в зависимости от выбранной платформы №1, 2 или 3 обеспечивает возможность культивирования в лабораторных условиях микроорганизмы, культуры клеток или микроводоросли (низшие фототропы) с исследовательскими целями, визуально наблюдать за биотехнологическими процессами и записывать их на видиокамеру, масштабировать указанные процессы, что подтверждает его универсальность и, таким образом, обеспечивается заявляемый технический результат.It can be seen from the description of the invention that the claimed laboratory multiplatform bioreactor, depending on the selected platform No. 1, 2 or 3, provides the possibility of cultivating microorganisms, cell cultures or microalgae (lower phototropes) in laboratory conditions for research purposes, visually observing biotechnological processes and recording them on video camera, scale these processes, which confirms its versatility and thus ensures the claimed technical result.

Claims

1. Laboratory multiplatform gas-vortex bioreactor for suspension cultivation of tissue cells or microorganisms, containing an optically transparent cylindrical container with a lid and pipes, respectively, for supplying aerating gas and removing a gaseous medium and a device for aeration and mixing of the medium, including a horizontal paddle wheel mounted on a vertical shaft and located in the upper part of the container directly under the lid, an annular floating partition installed in a cylindrical container with the possibility of rotation coaxially to the paddle wheel with the formation of a gap between the cylindrical wall of the container and the annular floating partition, and a mechanism for stabilizing the position of the annular floating partition relative to the surface of the cell suspension, made in the form floats made from above in the body of the specified annular partition with a gap relative to each other and forming radial channels between them, located from the axial hole to the edge i of the specified annular partition, characterized in that the bioreactor is equipped with a removable optically transparent hollow cylindrical glass, made with the possibility of placing a light source and / or a video recording unit, measuring and controlling the cultivation process, and installed under the annular floating partition, the lower open end which is hermetically attached to the bottom of the container and forms between the cylindrical wall of the container and the cylindrical wall of the glass an annular zone of suspension cultivation of biological objects; the mechanism for stabilizing the position of the annular floating partition relative to the surface of the cell suspension is provided with an axis mounted coaxially to the horizontal paddle wheel with the possibility of its mounting on the end wall of the cylindrical glass, and the device for aeration and mixing of the medium is equipped with an annular floating element located in the gap between the cylindrical wall of the container and the annular floating a partition with the possibility of rotation and containing radially located removable blades for mixing the liquid nutrient medium, attached to the body of the annular floating element, and/or contains needle elements for surface bubbling of the liquid nutrient medium, made evenly on the upper end surface of the annular floating element.

2. The bioreactor according to claim 1, characterized in that the light source is placed in a transparent hollow cylindrical glass with a gap relative to its walls and contains an LED strip fixed on the outer surface of a metal pipe and installed with an annular gap in a glass pipe, and a unit for forced cooling of the LED strip, made in the form of an axial fan, the outlet channel of which is connected to the metal tube of the LED strip to form a circulating air flow around the latter.

3. The bioreactor according to claim 1, characterized in that the annular floating partition is made of one or two tiers, and the radial channels in each tier are located tangentially and directed counterclockwise.

4. The bioreactor according to claim 1, characterized in that the annular floating element contains through holes for the flow of liquid nutrient medium, made at the same distance in the body of the annular floating element from the side of its cylindrical surface.