用于容纳的微生物培养的光生物反应器制造技术

技术编号:25645136 阅读:29 留言:0更新日期:2020-09-15 21:36
至少一个细长的光生物反应器,其相对于水平面以小角度并通过大气泡流基本上或完全混合,用于容纳的细胞培养,例如,微藻培养。细长的、柔性、透明的、聚合物的光生物反应器管,处于接近平坡和接近水平(例如倾斜1度至3度)取向并使用低压空气混合,允许非常廉价的构造和操作。可以使用多个细长的管用于多个光生物反应器管对于相同或不同的细胞例如微藻和不同应用的独立操作。低压空气在生物反应器的低端附近以小于10psig输送而没有鼓泡,以产生从生物反应器的低端行进至高端的大气泡,用以湍流混合和气体交换。每个廉价的、柔性的生物反应器管都容易被修改以改善内部流动特性和细胞悬浮,和/或以包括传感器和/或取样辊环和端口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于容纳的微生物培养的光生物反应器描述本申请要求2017年12月4日提交的,并且标题为“用于容纳的微生物培养的光生物反应器”的临时申请序列号62/594456的优先权,其全部公开内容,包括说明书的附录,通过引用并入本文。
该技术涉及用于培养微生物的光生物反应器(PBR)。更具体地,该技术提供了一种经济构造且经济操作的、受控的和封闭的生长环境,用于生产在各种商业产品的各种应用中的微生物,例如微藻原料、蓝细菌、壶菌。
技术实现思路
光生物反应器系统包括至少一个细长的生物反应器,用于容纳微生物在水/生长介质中的悬浮液。细长的生物反应器以相对于水平面的小角度延伸,因此它是倾斜的但是接近水平的。在某些实施方式中,生物反应器依赖于纵向流过生物反应器主体的低压空气用于混合和氧汽提(oxygenstripping)。例如,细长的生物反应器可以以在大约1-8度、大约1-5度或大约1-3度的范围内的一个或多个角度倾斜。例如,可以在管状生物反应器的低端处或附近以低于10psig输送低压空气,以使输送的空气压力略高于生物反应器中的液体压头压力。气流和进气口适于在生物反应器的更低端产生从生物反应器的低端行进到高端的大气泡。由于一系列的这些大气泡从生物反应器的头部件到尾部件穿过生物反应器内部空间的纵向运动,沿着生物反应器的长度发生混合。在某些实施方式中,生物反应器主体可以描述为管,其中大气泡快速连续地流入管中并沿着管的长度流向管的高端。大气泡趋于沿着管的内部纵向顶表面流动,以填充该纵向顶表面附近的管内部空间的很大部分。高频率的气泡产生和气泡的大尺寸导致湍流混合,该湍流混合提供良好的质量传递和细胞悬浮液,并防止细胞从细胞悬浮液中沉降,同时造成很小的细胞损伤。因此,该大气泡混合通过改善细胞对光的获取——从而提高产率以及提供对营养物和CO2的获取——以及通过改善氧汽提而有益于细胞生长。某些实施方式适于在生物反应器管的进气口或低端“头部件”中不将大气泡分成小气泡。例如,某些实施方式从进气口和头部件中省略了将空气体积打碎成小气泡的装置,例如,省略了进气口和头部件中小气泡产生装置比如分布器板(spargerplate)、喷嘴、孔板、挡板和突出物。这样,大量的空气聚集在头部件中,并且当该空气压力超过生物反应器管的低端处的静水压头时,一次将一个大气泡从头部件“射出(pop)”或“喷出(burp)”或“流出(blurp)”到生物反应器管的主体中,并穿过大部分悬浮液行进到管的高端或“尾部”。沿着该路径,每个大气泡混合培养物/悬浮液,在每个气泡周围形成湍流区。除了不包括小气泡产生装置的进气口和头部件之外,或者代替不包括小气泡产生装置的进气口和头部件,某些实施方式还适于在大气泡离开进气口和头部件之后不将大气泡分成小气泡。例如,某些实施方式从生物反应器管中在头部件和尾部件之间的省略了小气泡产生装置,例如,省略了打碎在头部件中形成的大气泡的装置,比如分布器板、喷嘴、孔板、挡板和突出物。某些其他实施方式从生物反应器管中在头部件和尾部件之间省略了用于小气泡产生装置的装置,例如省略了装置比如分布器板、喷嘴和挡板,但是包括一个或多个感测装置、取样探针和/或流体出口;例如,可以永久地或临时地插入一个或多个传感器探针和/或取样探针以测量/监测温度、pH、氧含量等,或抽取生物反应器流体的样品,用于实验室分析。另外地或替代地,某些实施方式从尾部件中省略了小气泡产生装置,例如省略了装置比如分布器板、喷嘴、孔板、挡板和突出物,但是包括用于使生物反应器气体从尾部件流动至漂白剂捕集阱(bleachtrap)或其他中和/洗涤系统的出气口。某些实施方式包括在管状生物反应器系统中的改装(adaptation),以进一步提高大气泡混合的有效性。在某些实施方式中,这些改装可以调节/控制大气泡的路径和/或位置,迫使大气泡行进更靠近沿着管长度的一个或多个位置的生物反应器管的内部纵向底表面和/或沿着其行进。在某些实施方式中,这些改装可以升高、倾斜或以其他方式移动生物反应器管以促使沉降的细胞进入悬浮液中。例如,这些改装可以包括生物反应器管内部之内的挡板;柔性生物反应器管外部上的构件/力,其使管壁/内表面成形/轮廓化以用作带有挡板的/收缩的区域;沿管长度隔开的减小或以其他方式改变的管直径或形状的区域;施加在生物反应器管的一个或多个部分上的机械力;和/或生物反应器管的机械运动。多个生物反应器管可以基本上或完全单独地且独立地操作。每个生物反应器管可以是其中液体不会从一个生物反应器管流动到任何其他生物反应器管的系统。例如,优选地,除了或许分别通过单独的控制件、单独的单向阀和单独过滤从单个空气源和单个CO2源提供给多个生物反应器管的空气和CO2之外——以防止生物反应器管之间经由空气或CO2管线污染,多个生物反应器管之间不存在流体连通。因此,在某些实施方式中,在多管系统中提供了多个生物反应器管,其中多个生物反应器管并排且彼此平行,但是配置为使得每个生物反应器管内的细胞悬浮液不能流到或到达任何其他的生物反应器管。因此,在这样的实施方式中,在给定管内的空气、细胞悬浮液和任何其他流体的流动可以沿着从该管的头端部到尾端部——而不到任何相邻的管——的单方向描述。在某些实施方式中,在每个管状生物反应器中的细胞培养是分批操作或半连续操作,其中例如通过填充/收获管线F从管状生物反应器周期性地抽取/排出一部分细胞悬浮液,用于部分收获,而剩余的细胞继续生长。在某些实施方式中,除了本文讨论的大气泡混合之外,细胞悬浮液没有连续流动到管状生物反应器中或从管状生物反应器连续流出,并且在管状反应器内没有液体的流动或没有液体的显著流动。在某些实施方式中,由于空气和CO2连续地或半连续地添加到管状生物反应器内部,所以流入、穿过每个生物反应器管和从每个生物反应器管流出的气体是连续的或半连续的。那些气体加上由细胞产生的氧气流至漂白剂捕集阱或其他中和/洗涤系统并且通常连续地从所述每个单独的生物反应器管的高端离开到达漂白剂捕集阱或其他中和/洗涤系统,该漂白剂捕集阱或其他中和/洗涤系统仅为该生物反应器管提供,和仅与其连接。柔性半透明管,例如薄壁聚乙烯管或其他聚合物管,已经是圆的以对用作每个生物反应器的主体中是特别有益的。半透明的光生物反应器管对于细胞生长是有益的,并且在某些实施方式中,管不仅是半透明的,而且还是透明的,使得光进入管中,并且观察者可以看到管内以观察/监测细胞悬浮液。薄壁聚合物管可以由常规且廉价的支撑结构支撑,并且发现在初始装置成本、操纵成本和安装成本方面是特别廉价的。进一步,如上述在本文件中所描述的,这样的柔性管可以通过实施某些方法和装置特别好地适于改进的大气泡混合,所述某些方法和设备装置为调节/控制大气泡的路径和/或位置,迫使大气泡沿着管的内部纵向底表面行进,和/或升高或以其他方式移动管以将沉降的细胞移入悬浮液中。用于容纳的(contained)微生物培养的光生物反应器的这些和其他特征、操作步骤和/或目的在下文描述,或者将被本领域技术人员根据该文件和包括并入本文的附录的临时申请而理解。...

【技术保护点】
1.一种光生物反应器系统,其包括一个或多个细长的生物反应器,其中每个生物反应器包括柔性管、连接至所述管的头端部的头部件和连接至所述管的尾端部的尾部件,每个细长的生物反应器以相对于地面的一个或多个接近水平的角度提供,所述接近水平的角度在相对于水平面1-8度的范围内,并且每个生物反应器具有细长的内部空间,所述内部空间容纳通过空气混合系统混合的细胞悬浮液;/n其中所述空气混合系统包括进入每个生物反应器的所述头部件内部的空气入口,所述头部件适合使空气从所述空气入口进入并积聚在所述头部件的内部中,直到所述头部件中的空气压力增加至高于所述生物反应器中的液压压头,并且所述头部件中的空气以大气泡从所述头部件进入所述管内并朝向所述管的尾端部移动;并且/n其中来自任一个所述细长的生物反应器的细胞悬浮液不会进入任何其他的所述一个或多个细长的生物反应器,使得所述生物反应器适合于生长不同的细胞。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171204 US 62/594,4561.一种光生物反应器系统,其包括一个或多个细长的生物反应器,其中每个生物反应器包括柔性管、连接至所述管的头端部的头部件和连接至所述管的尾端部的尾部件,每个细长的生物反应器以相对于地面的一个或多个接近水平的角度提供,所述接近水平的角度在相对于水平面1-8度的范围内,并且每个生物反应器具有细长的内部空间,所述内部空间容纳通过空气混合系统混合的细胞悬浮液;
其中所述空气混合系统包括进入每个生物反应器的所述头部件内部的空气入口,所述头部件适合使空气从所述空气入口进入并积聚在所述头部件的内部中,直到所述头部件中的空气压力增加至高于所述生物反应器中的液压压头,并且所述头部件中的空气以大气泡从所述头部件进入所述管内并朝向所述管的尾端部移动;并且
其中来自任一个所述细长的生物反应器的细胞悬浮液不会进入任何其他的所述一个或多个细长的生物反应器,使得所述生物反应器适合于生长不同的细胞。


2.根据权利要求1所述的光生物反应器系统,其中所述头部件包括空气入口、CO2入口、营养物入口和用于水输入或细胞收获的管线。


3.根据权利要求2所述的光生物反应器系统,其中输入到所述生物反应器内的所有空气、CO2、营养物和水被输入到所述头部件中。


4.根据权利要求3所述的光生物反应器系统,其中除了连接至所述空气入口的入口管道和用于水输入或细胞收获的所述管线、所述CO2入口和所述营养物入口以外,每个头部件是在近端闭合的刚性管道,并且其中每个头部件在远端是开放的,用以与所述管流体连通,包括所述大气泡从所述头部件向所述管移动。


5.根据权利要求4所述的光生物反应器系统,其中所述头部件不包括分布器板、喷嘴、孔板、挡板或突出物,使得所述大气泡而不是小气泡在所述头部件中形成并从所述头部件移动到所述管中。


6.根据权利要求1所述的光生物反应器系统,其中所述尾部件是在远端闭合和在近端开放的刚性管道,用以与所述管流体连通,所述尾部件具有在所述尾部件的上表面中的端口和排气管线的连接器,用于从所述生物反应器在所述尾端部放气。


7.根据权利要求1所述的光生物反应器系统,其包括在每个细长的生物反应器的外表面处或附近的水管线,所述水管线延伸每个细长的生物反应器的长度并连接至喷雾喷嘴,所述喷雾喷嘴将水喷射到所述生物反应器上以蒸发冷却所述生物反应器。


8.根据权利要求7所述的光生物反应器系统,其中所述管驻留在细长槽中,所述细长槽收集来自喷射在所述生物反应器上的水的径流。


9.根据权利要求8所述的光生物反应器系统,其包括在所述头部件的至少一部分下方并适于捕获从所述细长槽流动的液体的排水槽,所述排水槽管道输送至下水道或其他废物处理。


10.根据权利要求1所述的光生物反应器系统,其包括适于在每个生物反应器上延伸各个量的遮阳物以遮阳所述生物反应器免受阳光。


11.根据权利要求7所述的光生物反应器系统,其包括适于在每个生物反应器上延伸各个量的遮阳物以遮阳所述生物反应器免受阳光。


12.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员:M·奥莱佐拉J·达文波特J·科德X·佩雷斯L·R·布朗R·C·布朗
申请(专利权)人:合成基因组股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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