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CN1259409C - 一种磁性生物反应器 - Google Patents

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CN1259409C
CN1259409C CN 200310100483 CN200310100483A CN1259409C CN 1259409 C CN1259409 C CN 1259409C CN 200310100483 CN200310100483 CN 200310100483 CN 200310100483 A CN200310100483 A CN 200310100483A CN 1259409 C CN1259409 C CN 1259409C
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steel plate
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刘会洲
官月平
邢建民
安振涛
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Institute of Process Engineering of CAS
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Institute of Process Engineering of CAS
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    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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Abstract

本发明涉及的磁性生物反应器，包括：反应室，反应室底端安装磁颗粒进口管、生物液进口管和生物反应液排放管，上端安装循环料出口管；垂向安装于反应室中心处的中心轴上横向固定安装有呈间隔分布的多层丝网介质板；中心轴上端固定一钢板，钢板上方设一永磁铁，靠近永磁铁上表面处设有一由电机驱动而旋转的偏心轮，电机驱动偏心轮旋转，进而带动永磁铁做与钢板接触及分离相间的上下往复振动；其往复振动将磁性传递到丝网介质板，丝网介质板获得间断式磁性，磁性颗粒不断吸附在丝网介质上，而又不断地分散悬浮在反应室中，从而目标生物分子能与磁性颗粒有较大的接触表面积和较长的停留时间，提高了磁性颗粒的吸附效率，且结构简单，操作方便。

Description

一种磁性生物反应器
技术领域
本发明涉及生物反应装置，特别涉及一种永磁场下的磁性生物反应器。
背景技术
近年来，磁分离技术在化工、冶金、环保、生物工程和生物医学工程等领域中应用日益广泛。特别是把有磁性标记的生物分子或负载有生物分子的磁性颗粒从生物产品中分离出来，磁分离技术展现出独特的优势，是生化分离发展的方向。
磁性反应器是磁性分离过程的核心部分，如何捕获细小的磁性颗粒和如何提高磁性颗粒对目标生物分子的吸附率是关键。提高背景磁场可以提高对细小磁性颗粒的捕获能力，在目前的磁分离装置中的背景磁场逐渐从电磁磁场向永磁磁场发展。关于磁性反应器和磁性分离装置(参见Journal of Chromatography A，Vol.690：1-8，1995)，该磁稳定床反应装置的结构为：包括一位于电磁磁场中的反应容器，反应容器内设置多层吸附床，磁性颗粒在吸附床层中进行吸附反应时，由于目标生物分子与磁性颗粒接触面积小和停留时间较短，其吸附反应相当弱，很多目标生物分子还未来得及与磁性颗粒吸附反应，就已进入了下一步操作中，影响了磁性颗粒的利用率和吸附效率。同时该反应器采用的是电磁铁作为背景磁场，由于发热等原因很难在床内产生较高的磁场强度，导致吸附效率下降。因此，如何提高目标生物分子与磁性颗粒的接触面积和停留时间是待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有磁性分离反应器存在的诸多缺陷，提供了一种结构简单且在永磁场下的磁性生物反应器。
本发明的技术方案如下：
本发明提供的磁性生物反应器，包括：
一反应室，所述反应室的底端安装有磁颗粒进口管、生物液进口管和生物反应液排放管，所述反应室的上端室壁上安装有循环料出口管；
一垂向安装于反应室中心处的中心轴；以及，
横向固定安装在中心轴上呈间隔分布的多层丝网介质板；
所述中心轴的上端固定一钢板，钢板上方设置一永磁铁，靠近永磁铁上表面处设有一由电机驱动而旋转的偏心轮，电机驱动偏心轮旋转，进而带动永磁铁做与钢板接触及分离相间的上下往复振动；
所述的永磁铁的磁场为600-4600奥斯特；
所述永磁铁的上下往复振动的波形为正弦波或其它波形；
所述的丝网介质板为纯铁丝网介质板，其孔径为50μm-100μm；
所述的中心轴为纯铁轴；所述的钢板横截面面积与永磁铁横截面面积大致相等。
本发明的磁性生物反应器，用永磁场替代电磁场，永磁铁由偏心轮带动做上下往复振动，振动的振幅及频率可以调节。当永磁铁向下振动时，永磁铁与中心轴连接的钢板相接触，将磁性传递到中心轴，再到丝网介质板，磁性颗粒将立即被吸附到网状介质板上；当永磁铁向上运动离开中心轴连接的钢板时，丝网介质板的磁性立即消失，磁性颗粒离开丝网介质板而分散悬浮在反应室中。永磁铁的上下往复运动，使磁性颗粒不断地聚集和分散悬浮在反应室中。这样磁性颗粒能与目标生物分子有更大表面积的接触，具有较长的停留时间，磁吸附率大大提高。而以往的磁稳定床反应器是在外加磁场作用下，使磁性颗粒固定聚集在反应室中，由于长时间的磁化，颗粒会团聚，导致目标生物分子与磁性颗粒的接触面积减小，停留时间变短，磁性颗粒的吸附率低。本发明采用永磁铁上下往复运动赋予丝网介质板间断式的磁性，可使磁性颗粒悬浮在反应室中与目标生物分子有较大的接触面积和较长的接触时间，解决了现有技术中的磁稳定床反应器使磁性颗粒团聚的问题，提高了磁性颗粒的吸附率。
本发明具有以下特点：
(1)使用永磁铁，具有很高的背景磁场。
(2)永磁场通过中心轴将磁性传递到丝网介质板上，利用了磁性的传递原理。
(3)永磁场的上下往复振动，使丝网介质板具有间断式的磁性。
(4)磁性颗粒可长时间的分散悬浮在反应室中。
(5)磁性颗粒对目标生物分子具有较高的吸附率。
(6)调节永磁铁的振动频率丝网介质板可获得不同频率的磁性。
(7)反应器的结构简单，操作方便。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为永磁铁与钢板接触时，磁性颗粒的工作状态示意图；
图3为永磁铁离开钢板时，磁性颗粒的工作状态示意图；
其中：反应室1            永磁铁2                钢板3
      中心轴4            丝网介质板5            磁颗粒进口管6
      生物液进口管7      生物反应液排放管8      循环料出口管9
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步描述本发明：
实施例1
如图1所示，本发明的永磁场下的磁性生物反应器，在反应室1内由多个丝网介质板5与中心轴4连接，中心轴上端连接一钢板3，在钢板3正上方安装一永磁铁2，并与钢板3保持一定距离，永磁铁2由一偏心轮带动，使永磁铁2做上下往复振动。
实施例2
下面结合图2、图3具体说明本发明的工作原理：偏心轮(图中未示)带动永磁铁2不断地做上下往复振动，当永磁铁2向下振动时，永磁铁2与钢板3相接触，将磁性传递到中心轴4，然后再将磁性传到丝网介质板5，反应室1中的表面带有亲核配基的磁性颗粒立即被吸附到丝网介质板5上；当永磁铁2向上运动离开中心轴4连接的钢板3时，丝网介质板5的磁性立即消失，磁性颗粒便离开丝网介质板5而分散悬浮在反应室1中，这样，目标生物分子与磁性颗粒有较大表面积的接触，磁性颗粒吸附目标生物分子的量将大大增加。由于永磁铁2不断地上下往复振动，丝网介质板5也相应地获得了间断式磁性，从而使磁性颗粒不断地吸附在丝网介质板5上，而又不断地分散悬浮在反应室中。如此循环操作，目标生物分子便能与磁性颗粒有较大的接触表面积和较长的停留时间，提高了磁性颗粒的吸附效率。

Claims (5)

1、一种磁性生物反应器，包括：
一反应室，所述反应室的底端安装有磁颗粒进口管、生物液进口管和生物反应液排放管，所述反应室的上端室壁上安装有循环料出口管；
一垂向安装于反应室中心处的中心轴；以及
横向固定安装在中心轴上呈间隔分布的多层丝网介质板；
所述中心轴的上端固定一钢板，钢板上方设置一永磁铁，靠近永磁铁上表面处设有一由电机驱动而旋转的偏心轮，电机驱动偏心轮旋转，进而带动永磁铁做与钢板接触及分离相间的上下往复振动。
2、按权利要求1所述的磁性生物反应器，其特征在于，所述的永磁铁的磁场为600-4600奥斯特。
3、按权利要求1所述的磁性生物反应器，其特征在于，所述的永磁铁的上下往复振动的波形为正弦波。
4、按权利要求1所述的磁性生物反应器，其特征在于，所述的丝网介质板为纯铁丝网介质板，其孔径为50μm-100μm。
5、按权利要求1所述的磁性生物反应器，其特征在于，所述的中心轴为纯铁轴。
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