CN103224875A - 一种微生物培养装置 - Google Patents

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Abstract

一种微生物培养装置，包括培养箱体、箱盖、气泵、进气管道、气泡发生器和出气管道，在培养箱体内设置有用于延长气泡行走路径的气泡导向结构。本发明能够使含有营养成分的气泡由气泡导向结构的底部按照气泡导向结构设定的路径由下往上运动，从而增加了气泡与微生物培养液的接触面积并延长了接触时间，使微生物生长所需的气态营养物能够充分地从气相传递到微生物培养液中供微生物生长使用，同时气泡的运动带动了微生物培养液的运动，这种运动把微生物生长所需的营养物均匀地传送到整个微生物培养液中并把微生物生长的代谢产物通过气泡***掉，极大地降低了微生物培养过程中的能量消耗，提高了培养效率和降低了培养成本。

Description

一种微生物培养装置
技术领域
本发明涉及微生物培养技术领域，特别是涉及一种微生物培养装置。
背景技术
在现有的微生物培养器中，气态的营养物通常是用气泡的方式从大气中或人造气体储存容器中传递到微生物培养液里。增加气态营养物在微生物培养液里的供应有利于微生物的生长。目前，增加气态营养物供应的方法有三种：第一是增加气体的传输率，把更多的气体在一定时间内压入微生物培养器中；第二是减小气泡的直径，使气泡可以溶解在培养液中；第三是增加培养器内气泡经历的微生物培养液的高度。这三种方法的缺点是：①都会增加微生物培养过程的能量消耗，从而增加生产成本；②不能把微生物培养器的模式放大到工业化生产的规模；③不能使用只装少量微生物培养液的微生物培养器进行培养，限制了微生物培养器的应用；④对于微藻培养，现有技术只能把二氧化碳气体与光能同时提供给一小部分微藻细胞进行光合作用，降低了培养效率。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种使用安全可靠、能耗低、效率高、应用范围广的微生物培养装置。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的微生物培养装置，包括顶部开口的用于盛放微生物培养液的培养箱体、密封盖置在培养箱体顶部开口上的箱盖、放置在培养箱体内且通过进气管道与位于培养箱体外的气泵相连通的用于向微生物培养液提供含有微生物培养生长所需的营养气体的气泡的气泡发生器和设置在箱盖上且与培养箱体的内腔相连通的用于把收集到微生物代谢产物的气泡排出培养箱体的出气管道，其特点是所述培养箱体内设置有用于延长气泡行走路径的气泡导向结构，所述气泡发生器位于气泡导向结构的底部。
为了确保整个微生物培养液中的营养供应充足和平衡，上述气泡导向结构内包含有至少一条可供气泡及气泡推动的微生物培养液由下往上行走的且长于气泡直接从微生物培养液底部垂直上升至微生物培养液表面所经过的路程的通道，且所述气泡导向结构与培养箱体的内壁之间留有可供被气泡推至顶部的微生物培养液由上往下回流至培养箱体底部的间隙。而所述通道既可以是供气泡及气泡推动的微生物培养液由下往上呈之字形行走的通道，也可以是其它形状的通道。
为了使本发明能够简单及有效地达到延长气泡行走路径的目的，上述气泡导向结构由至少一用于改变气泡运动方向且气泡不能穿透的构造物组成，所述构造物由塑料或金属或玻璃或其它不容于水的物质制成。
当上述气泡导向结构是由若干构造物组成时，为了使本发明的结构及安装方式多种多样，既可以是所述各构造物分别安装在一支撑架上，也可以是所述各构造物分别安装在进气管道上，还可以是所述各构造物的上下相邻两块构造物的其中一块安装在一支撑架上、另一块安装在进气管道上，还可以是所述各构造物分别安装在培养箱体的内壁上，还可以是所述各构造物相互连接在一起后再固定到一支撑架上。而且，所述各构造物分别水平地设置或倾斜地设置。并且，所述各构造物均为平面挡板或圆锥状挡板或其它几何形状的挡板。
为了使本发明在有效延长了气泡行走路径的同时，使微生物具有高效的光合作用和快速的生长率，上述气泡导向结构或培养箱体上安装有人工光源。
本发明由于采用在培养箱体内放置有可延长气泡行走路径的气泡导向结构，当进行微生物培养时，通过使用该气泡导向结构能够使富含二氧化碳或氧气的气泡由气泡导向结构的底部按照气泡导向结构设定的路径由下往上运动，使气泡的垂直上升速度减慢而增加了水平方向的运动，从而有效地增加了气泡与微生物培养液的接触面积及延长了接触时间，使微生物生长所需的气态营养物能够充分地从气相传递到微生物培养液中供微生物生长使用，这样就极大地降低了微生物培养过程中的能量消耗，提高了培养效率和降低了培养成本，同时气泡的运动带动了微生物培养液的运动，这种运动把微生物生长所需的营养物均匀地传送到整个微生物培养液中并把微生物生长的代谢产物通过气泡***掉，而且高效率吸收的气态营养物质有利于多种微生物的培养。同时，可以在气泡导向结构上安装有人工光源，当培养能进行光合作用的微生物时，这种人工光源能够把光能投射到气泡周围使微生物细胞可同时获得进行光合作用必需的二氧化碳和光能，从而使微生物能够有效地进行光合作用及快速地生长。此外，气泡导向结构与培养箱体的内壁之间留有间隙，通过这些间隙可使气泡带动上升至顶部的微生物培养液由上往下回流至培养箱体的底部，使微生物培养液在培养箱体内形成上下循环运动，从而有效地保证整个微生物培养液中的营养平衡。又由于培养箱体与箱盖之间为密封连接，这种密封型微生物培养装置可避免培养过程中污染的空气对微生物的培养造成干扰，使微生物的培养效果更理想。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施方案1的剖面结构示意图。
图2为本发明实施方案1的分解结构示意图。
图3为本发明实施方案2的剖面结构示意图。
图4为本发明实施方案2的分解结构示意图。
图5为本发明实施方案3的剖面结构示意图。
图6为本发明实施方案3的分解结构示意图。
图7为本发明实施方案4的剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1-图7所示，本发明所述的微生物培养装置，包括顶部开口的用于盛装微生物培养液12的培养箱体1、密封盖置在培养箱体1顶部开口上的箱盖2、放置在培养箱体1内且通过进气管道3与位于培养箱体1外的气泵4相连通的用于向微生物培养液12提供含有微生物培养生长所需的营养气体的气泡11的气泡发生器5和设置在箱盖2上且与培养箱体1的内腔相连通的用于把收集到微生物代谢产物的气泡排出培养箱体1的出气管道6，其中进气管道3用于连接气泡发生器5的一端既可以从培养箱体1的顶部开口处伸入到培养箱体1内，也可以是从培养箱体1的其它部位伸入到培养箱体1内，为了有效地增加气泡11与微生物培养液12的接触面积及延长接触时间，使微生物生长所需的气态营养物能够有效地从气相传递到微生物培养液12中供微生物生长使用，从而降低微生物培养过程中的能量消耗，提高培养效率和降低培养成本，在培养箱体1内设置有用于延长气泡11行走路径的气泡导向结构7，而气泡发生器5位于气泡导向结构7的底部。为了确保整个微生物培养液中的营养供应充足和平衡，气泡导向结构7内包含有至少一条可供气泡11及气泡11推动的微生物培养液由下往上行走的且长于气泡11直接从微生物培养液底部垂直上升至微生物培养液表面所经过的路程的通道9，该通道9既可以是供气泡11及气泡11推动的微生物培养液由下往上呈之字形行走的通道，也可以是其它形状的通道，且气泡导向结构7与培养箱体1的内壁之间留有可供被气泡11推至顶部的微生物培养液由上往下回流至培养箱体1底部的间隙。为了使本发明能够简单及有效地达到延长气泡11行走路径的目的，以及能够有效地提高微生物培养液的利用率，气泡导向结构7由至少一用于改变气泡11运动方向且气泡11不能穿透的构造物71组成，而构造物71是由塑料或金属或玻璃或其它不容于水的物质制成。当气泡导向结构7只是由一个构造物71组成时，该构造物71可以是由单块板块制成的螺旋状结构体，该螺旋状结构体的底面具有弧形凹槽，或者该构造物71是一条折迭的袋状结构。但是在实际的应用中，如图1至图7所示，气泡导向结构7通常是由若干构造物71组成的，而且为了使本发明的结构及安装方式多种多样，既可以是各构造物71分别安装在一支撑架8上，也可以是各构造物71分别安装在进气管道3上，此时进气管道3与培养箱体1的底面垂直，还可以是各构造物71的上下相邻两块构造物71的其中一块安装在一支撑架8上、另一块安装在进气管道3上，还可以是各构造物71分别安装在培养箱体1的内壁上，还可以是各构造物71相互连接在一起后再固定到一支撑架8上。而且，各构造物71分别水平地设置或倾斜地设置。并且，各构造物71为平面挡板或圆锥形挡板或阶梯状挡板或其它几何形状的挡板。一般来说，当各构造物71为平面挡板时，各构造物71分别倾斜地设置；当各构造物71为圆锥形挡板时，各构造物71分别水平地设置。此外，培养箱体1和箱盖2分别由塑料或金属或玻璃或其它材料制成，培养箱体1的形状可为长方形或圆形或其它几何形状，箱盖2的形状与培养箱体1的形状相对应，气泡发生器5则可为任何形状。为了使本发明在有效延长了气泡11行走路径的同时，使微生物具有高效的光合作用和快速的生长率，在气泡导向结构7或培养箱体1上安装有人工光源10，该人工光源10为可发射波长在400～700纳米的光源。如图所示，在组成气泡导向结构7的各构造物71的底面上均设置有至少一个人工光源10。
如图1及图2所示，在该实施例中，构造物71为平面挡板，该平面挡板设置有若干块，各平面挡板上下排布且相互倾斜地连接成一之字形结构体，该之字形结构体固定在一支撑架8上并通过该支撑架8悬挂到培养箱体1内，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板在所述两平面挡板的连接处内侧设置有可供气泡11由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气孔711。如图所示，各平面挡板靠近排气孔711的一端与排气孔711之间的位置处分别开设有一插孔713，同时在远离排气孔711的一端设置有一插脚714，而支撑架8的支撑部设置成上下倾斜的结构，各平面挡板相互连接成一体时，首先是将位于最底面的平面挡板放置到支撑架8的支撑部上，然后再将其余的平面挡板由下往上逐块地插接在一起，相邻两平面挡板之间形成有可供气泡11穿行的通道9。而且，在各块平面挡板的底面上分别开设有用于嵌接人工光源10的凹槽，或者人工光源10是通过螺钉等连接件连接固定在平面挡板的底面上。同时，进气管道3连接有气泡发生器5的一端是从培养箱体1的顶部开口处伸入而将气泡发生器5放置到培养箱体1的内底部。
如图3及图4所示，在该实施例中，构造物71为平面挡板，该平面挡板设置有若干块，各平面挡板分别上下间隔且倾斜地安装在一支撑架8上并通过该支撑架8固定到培养箱体1内，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板的上端与位于上方的平面挡板的下端之间形成有可供气泡11由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气空间712。如图所示，支撑架8由底板及设置在底板上的两根立柱组成，各平面挡板分别上下间隔且倾斜地安装在两根立柱上并位于两根立柱之间，此时在两根立柱上可以开设有倾斜的用于插接各平面挡板的凹槽，或者是将各平面挡板通过螺钉等连接件倾斜地连接固定在两根立柱上。当各平面挡板随支撑架8一起放入培养箱体1后，两根立柱与培养箱体1的内壁之间可留有间隙，而各平面挡板的下端边缘与培养箱体1的内壁之间也可留有间隙或者两者相互接触，且相邻两平面挡板处于下方的平面挡板的上端位于上方的平面挡板的下端内侧而使两者之间形成可供气泡11由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气空间712，而相邻两平面挡板之间形成有可供气泡11穿行的通道9。而且，在各平面挡板的底面上开设有用于嵌接人工光源10的凹槽，或者人工光源10是通过螺钉等连接件连接固定在平面挡板的底面上。同时，进气管道3连接有气泡发生器5的一端是从培养箱体1的顶部开口处伸入而将气泡发生器5放置到培养箱体1的内底部。
如图5及图6所示，在该实施例中，构造物71为圆锥形挡板，该圆锥形挡板设置有若干块，各圆锥形挡板分别同轴且上下间隔地安装在进气管道3和一支撑架8上并通过进气管道3和支撑架8共同固定到培养箱体1内，且相邻两块圆锥形挡板的其中一块是安装在支撑架8上、另一块是安装在进气管道3上，且安装在支撑架8上的圆锥形挡板的中心开设有可供气泡11由下往上穿过的排气孔711。其中，支撑架8由底板及设置在底板上的两根立柱组成，安装在支撑架8上的圆锥形挡板是安装在两根立柱上并位于两根立柱之间，而且将圆锥形挡板安装在两根立柱上，既可以是在两根立柱上开设有水平的用于插接各圆锥形挡板的凹槽，也可以是将各块圆锥形挡板通过螺钉等连接件水平地连接固定在两根立柱上。而安装在进气管道3上的圆锥形挡板的中心开设有与进气管道3的外直径相匹配的连接孔并通过连接孔套接到进气管道3上而与进气管道3固定连接在一起，且安装在进气管道3的圆锥形挡板的外端位于安装在支撑架8上的圆锥形挡板的外端的内侧，从而使安装在进气管道3上的圆锥形挡板的外端留有可供气泡11由下往上穿过的排气空间712，而相邻两圆锥形挡板之间形成有可供气泡11穿行的通道9，同时各圆锥形挡板与培养箱体1的内壁之间留有间隙。而且，在各圆锥形挡板的底面上开设有用于嵌接人工光源10的凹槽，或者人工光源10是通过螺钉等连接件连接固定在圆锥形挡板的底面上。
如图7所示，在该实施例中，构造物71为平面挡板，该平面挡板设置有若干块，各平面挡板分别上下间隔且倾斜地安装在培养箱体1的内壁上，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板的上端与位于上方的平面挡板的下端之间形成有可供气泡11由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气空间712，而相邻两平面挡板之间形成有可供气泡11穿行的通道9。同时，进气管道3是从培养箱体1侧壁上开设的通孔穿入而与放置在培养箱体1内的气泡发生器5相连通，而且在各平面挡板的底面上开设有用于嵌接人工光源10的凹槽，或者人工光源10是通过螺钉等连接件连接固定在平面挡板的底面上。
此外，各构造物71还可以是其它形状的物体并可通过其它的连接方式连接为一体后再放入到培养箱体1内，例如：构造物71为平面挡板，该平面挡板设置有若干块，各平面挡板分别上下间隔且倾斜地安装在进气管道3上并通过进气管道3固定到培养箱体1内，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板的上端与位于上方的平面挡板的下端之间形成有可供气泡11由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气空间712；或者构造物71为圆锥形挡板，该圆锥形挡板设置有若干块，各圆锥形挡板分别同轴且上下间隔地安装在进气管道3上并通过进气管道3固定到培养箱体1内，且相邻两块圆锥形挡板的其中一块的中心开设有可供气泡11由下往上穿过的排气孔711、另一块的外端留有可供气泡11由下往上穿过的排气空间712。此外，各构造物71与培养箱体1之间也可以通过其它的连接方式直接连接在一起。
本发明使用时，气泵4把含有微生物生长所需的营养气体，例如含有二氧化碳或氧气的气体，从进气管道3送入气泡发生器5中，使气体以气泡11的形式从气泡发生器5进入微生物培养液中开始在构造物71形成的通道9内由下往上运动，当碰到构造物71后，气泡11只能改变运动方向，顺着构造物71的引导同时做水平和向上移动，并可从一块构造物71的上端边缘或外端边缘处上升到下一块构造物71的底面上。在此运动中，当气泡11中携带的是二氧化碳时，二氧化碳会被微生物培养液吸收，同时构造物71附近的微生物细胞利用人工光源10和被微生物培养液吸收的二氧化碳进行光合作用放出氧气。在此同时，气泡11也收集了微生物细胞的光合作用所产生的氧气，而气泡11的运动又带动了微生物培养液在通道9内的自下到上的运动，同时被气泡11带至顶部的微生物培养液又会从气泡导向结构7与培养箱体1之间的间隙处由上往下回流至培养箱体1的底部，从而形成了微生物培养液的循环运动，保证整个微生物培养液中的营养平衡。最后，气泡11冒出水面后，从出气管道6被释放出培养箱体1；当气泡11中携带的是氧气时，氧气会被微生物培养液吸收，构造物附近的微生物细胞利用被微生物培养液吸收的氧气进行代谢活动。在此同时，气泡11也收集了微生物细胞代谢所释放的二氧化碳，而气泡11在通道9内的运动又带动了微生物培养液的自下到上的运动，同时被气泡11带至顶部的微生物培养液又会从气泡导向结构7与培养箱体1之间的间隙处由上往下回流至培养箱体1的底部，从而形成了微生物培养液的循环运动，保证整个微生物培养液中的营养平衡。最后，气泡11冒出水面后，从出气管道6被释放出培养箱体1。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种微生物培养装置，包括顶部开口的用于盛放微生物培养液（12）的培养箱体（1）、密封盖置在培养箱体（1）顶部开口上的箱盖（2）、放置在培养箱体（1）内且通过进气管道（3）与位于培养箱体（1）外的气泵（4）相连通的用于向微生物培养液（12）提供含有微生物培养生长所需的营养气体的气泡（11）的气泡发生器（5）和设置在箱盖（2）上且与培养箱体（1）的内腔相连通的用于把收集到微生物代谢产物的气泡排出培养箱体（1）的出气管道（6），其特征在于所述培养箱体（1）内设置有用于延长气泡（11）行走路径的气泡导向结构（7），所述气泡发生器（5）位于气泡导向结构（7）的底部。
2.根据权利要求1所述微生物培养装置，其特征在于上述气泡导向结构（7）内包含有至少一条可供气泡（11）及气泡（11）推动的微生物培养液由下往上行走的且长于气泡（11）直接从微生物培养液底部垂直上升至微生物培养液表面所经过的路程的通道（9），且所述气泡导向结构（7）与培养箱体（1）的内壁之间留有可供被气泡（11）推至顶部的微生物培养液由上往下回流至培养箱体（1）底部的间隙。
3.根据权利要求1所述微生物培养装置，其特征在于上述气泡导向结构（7）由至少一用于改变气泡（11）运动方向且气泡（11）不能穿透的构造物（71）组成，所述构造物（71）由塑料或金属或玻璃或其它不容于水的物质制成。
4.根据权利要求3所述微生物培养装置，其特征在于上述构造物（71）为平面挡板，所述平面挡板设置有若干块，所述各平面挡板上下排布并相互倾斜地连接成一之字形结构体，该之字形结构体固定在一支撑架（8）上并通过该支撑架（8）悬挂到培养箱体（1）内，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板在所述两平面挡板的连接处内侧设置有可供气泡（11）由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气孔（711）。
5.根据权利要求3所述微生物培养装置，其特征在于上述构造物（71）为平面挡板，所述平面挡板设置有若干块，所述各平面挡板分别上下间隔且倾斜地安装在一支撑架（8）上并通过该支撑架（8）固定到培养箱体（1）内，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板的上端与位于上方的平面挡板的下端之间形成有可供气泡（11）由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气空间（712）。
6.根据权利要求3所述微生物培养装置，其特征在于上述构造物（71）为平面挡板，所述平面挡板设置有若干块，所述各平面挡板分别上下间隔且倾斜地安装在培养箱体（1）的内壁上，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板的上端与位于上方的平面挡板的下端之间形成有可供气泡（11）由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气空间（712）。
7.根据权利要求3所述微生物培养装置，其特征在于上述构造物（71）为平面挡板，所述平面挡板设置有若干块，所述各平面挡板分别上下间隔且倾斜地安装在进气管道（3）上并通过进气管道（3）固定到培养箱体（1）内，且相邻两块平面挡板位于下方的平面挡板的上端与位于上方的平面挡板的下端之间形成有可供气泡（11）由下方的平面挡板的底面升至上方的平面挡板的底面的排气空间（712）。
8.根据权利要求3所述微生物培养装置，其特征在于上述构造物（71）为圆锥形挡板，所述圆锥形挡板设置有若干块，所述各圆锥形挡板分别同轴且上下间隔地安装在进气管道（3）和一支撑架（8）上并通过进气管道（3）和支撑架（8）共同固定到培养箱体（1）内，且相邻两块圆锥形挡板的其中一块是安装在支撑架（8）上、另一块是安装在进气管道（3）上，且安装在支撑架（8）上的圆锥形挡板的中心开设有可供气泡（11）由下往上穿过的排气孔（711），安装在进气管道（3）上的圆锥形挡板的外端留有可供气泡（11）由下往上穿过的排气空间（712）。
9.根据权利要求3所述微生物培养装置，其特征在于上述构造物（71）为圆锥形挡板，所述圆锥形挡板设置有若干块，所述各圆锥形挡板分别同轴且上下间隔地安装在进气管道（3）上并通过进气管道（3）固定到培养箱体（1）内，且相邻两块圆锥形挡板的其中一块的中心开设有可供气泡（11）由下往上穿过的排气孔（711）、另一块的外端留有可供气泡（11）由下往上穿过的排气空间（712）。
10.根据权利要求1所述微生物培养装置，其特征在于上述气泡导向结构（7）或培养箱体（1）上安装有人工光源（10）。
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