本發明涉及一種生物制藥、化學制藥、微生物學裝置領域，特別涉及一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜及三維恒速或隨機回轉化學反應釜。

背景技術：

1、生物反應器、化學反應釜，是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接種至液相或固相的反應系統，是一種利用生物體系(如微生物、植物細胞、動物細胞或酶等)作為催化劑，在體外進行生化反應的設備或系統。

2、現有的生物反應器、化學反應釜、化學反應釜一般是筒式結構，由電機沿豎直方向驅動一個或多個機械葉片來攪動液體或乳液，這種運動方式只能向一個方向，即一個軸向旋轉，無法滿足現在的要求，尤其針對生物制藥領域，這種結構的機械葉片在轉動的同時，極容易將一些健康的細胞打碎，導致亞健康或死細胞數量升高，增加了生產成本并降低了生產效率。此外，無論是筒形或其他形狀的生物反應器、化學反應釜或化學反應釜，其內部空間幾何結構不可避免地存在許多拐角，當容器內的液體動態運動時，這些不可避免地拐角便會導致強烈的沖擊從而引發液體湍流以及剪切力的增強而破壞生長環境。

技術實現思路

1、本發明的主要目的在于提供了一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜。這種目前全球首創的采用獨特的幾何結構球形設計的容器，巧妙地避免了其它幾何結構的拐角，從而確保即使在三維動態回轉中，容器本身也不會引發容器內液體的嚴重湍流或剪切力的增強。同時懸浮于液體中的細胞或其它顆粒，在一段時間內接近三維回轉中心即球形容器的中心或遠離球形容器的中心的概率是相等的，這提高了最終產品的均一性，這不管是對生物制藥領域，如大規模的細胞培養、疫苗的培養、抗體的制備，還是對于傳統的化學制藥領域，如不同成分的藥液的充分混勻、充分反應等都十分有意義。通過控制系統對球形容器的三維回轉速度進行精確控制，可以模擬出不同的重力環境，其中最低可以模擬出10-3g的微重力水平以及10g以上的超重力水平。這些不同的重力環境對于生物制藥或傳統的化學制藥也非常重要。

2、尤其對于生物制藥，現有很多實驗室數據、公開文獻均表明，在微重力環境下細胞的生長速度、干性的維持、特異蛋白的表達等均出現了不同程度的變化。此外，這種模擬的不同的重力環境下，一些化學反應在反應速率、反應充分性上也表現出了積極變化。因此，該套裝置的獨特的幾何結構設計的球形容器配合算法控制其三維回轉運動從而將傳統的由接卸葉片驅動的單一方向回轉的筒形生物反應器或化學反應釜帶入了一個模擬的微重力或超重力的三維回轉時代，是對傳統的生物制藥或化學制藥的一次技術變革。

3、為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

4、一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，包括固定架本體，第一動力電機，第二動力電機，外旋轉環，內旋轉環，固定連接件和球形生物反應器、化學反應釜本體，該固定架本體上固定安裝有第一動力電機和第二動力電機，該第一動力電機和第二動力電機分別傳動連接有第一傳動組件和第二傳動組件，該固定連接件上開設有滑動連接槽，該滑動連接槽內滑動連接有外旋轉環和內旋轉環，該固定連接件與固定架本體固定連接，該第一傳動組件與外旋轉環傳動連接，該第二傳動組件與內旋轉環傳動連接，該內旋轉環通過連接件設于外旋轉環的內環內，該內旋轉環的內環與球形生物反應器、化學反應釜本體固定連接。

5、進一步的，所述第一傳動組件和第二傳動組件固定安裝在固定架本體上，該第一傳動組件與第二傳動組件的結構相同，均包括電機傳動輪，從動輪，傳動皮帶，固定座，旋轉軸承和輸出輪，該電機傳動輪固定安裝在第一動力電機或第二動力電機的輸出端，該固定座上開設有直線軸孔，該直線軸孔內固定安裝有旋轉軸承，該旋轉軸承的內環固定連接有傳動軸桿，該傳動軸桿的一端固定安裝有從動輪，該從動輪與電機傳動輪通過傳動皮帶傳動連接，該傳動軸桿的另一端固定安裝有輸出輪，該輸出輪與外旋轉環或內旋轉環緊密貼合傳動連接。

6、進一步的，所述固定連接件包括第一連接件和第二連接件，該第一連接件上開設有一個滑動連接槽，該第一連接件通過滑動連接槽與外旋轉環或內旋轉環滑動連接，該第二連接件上開設有兩個滑動連接槽，該第二連接件通過滑動連接槽分別與外旋轉環和內旋轉環滑動連接。

7、進一步的，所述外旋轉環和內旋轉環為垂直角度設立。

8、進一步的，所述外旋轉環和內旋轉環的外環面上設有第一嚙合齒部，所述輸出輪上設有與嚙合齒部嚙合的第二嚙合齒部。

9、進一步的，所述球形生物反應器、化學反應釜本體包括上下兩個半球形結構組成，兩個半球形結構的連接面上設有連接部，兩個半球形結構的連接部通過螺釘鎖固在一起，且連接部與內旋轉環的內環面固定連接。

10、進一步的，所述內旋轉環包括第一環部和第二環部，第一環部固定設于第二環部的內環，且第一環部與第二環部為同一個中心，該第一環部的寬度小于第二環部的寬度，第一環部上固定設有與球形生物反應器、化學反應釜本體固定連接的多個連接座。

11、進一步的，所述球形生物反應器、化學反應釜本體上還設有用于球形生物反應器、化學反應釜本體內部實時高清監控攝像或拍照的監控組件，用于向球形生物反應器、化學反應釜本體內氣體輸入的氣體輸入口，用于球形生物反應器、化學反應釜本體內液體加熱的直熱式加熱組件，用于球形生物反應器、化學反應釜本體內環境參數監測的傳感器組件，氣體交換器組件，生物反應器、化學反應釜內液體溢出組件，生物反應器、化學反應釜內氣體溢出組件，補料口和排料口。

12、進一步的，所述氣體交換器組件包括多個氣體交換器，且多個氣體交換器之間通過連接管串聯。

13、進一步的，所述第二連接件為兩個，兩個第二連接件分別設于內旋轉環和外旋轉環的連接處，該內旋轉環和外旋轉環上還分別設有不少于兩個的第一連接件，且第一連接件之間的間距相同，第二連接件與臨近第二連接件的第一連接的間距也相同。

14、與現有技術相比，本發明的有益效果為：

15、本發明可通過控制器對驅動電機進行控制，并通過程序算法實時改變內外結構框架的回轉軌跡模擬微重力效應、半重力效應以及超重力效應等多種模擬的重力環境；

16、本發明將生物反應器、化學反應釜設計成球形，與傳統的筒式生物反應器、化學反應釜相比，結構上沒有明顯的幾何拐角，避免了給生物反應器、化學反應釜內液體動態運動帶來強烈的沖擊從而引發液體湍流以及剪切力的增強而破壞培養對象的生長環境；

17、球形結構的腔體能夠確保懸浮于其中的培養對象在一段時間內自由運動過程中接近球心或遠離球心的概率幾乎相等，從而保證了培養對象生長的均一性；

18、球形的生物反應器、化學反應釜配合三維立體運動模式時，能夠獲得更好的混勻效果。

技術特征：

1.一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：包括固定架本體(1)，第一動力電機(2)，第二動力電機(3)，外旋轉環(4)，內旋轉環(5)，固定連接件和球形生物反應器、化學反應釜本體(101)，該固定架本體(1)上固定安裝有第一動力電機(2)和第二動力電機(3)，該第一動力電機(2)和第二動力電機(3)分別傳動連接有第一傳動組件和第二傳動組件，該固定連接件上開設有滑動連接槽(13)，該滑動連接槽(13)內滑動連接有外旋轉環(4)和內旋轉環(5)，該固定連接件與固定架本體(1)固定連接，該第一傳動組件與外旋轉環(4)傳動連接，該第二傳動組件與內旋轉環(5)傳動連接，該內旋轉環(5)通過連接件設于外旋轉環(4)的內環內，該內旋轉環(5)的內環與球形生物反應器、化學反應釜本體(101)固定連接。

2.根據權利要求1所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述第一傳動組件和第二傳動組件固定安裝在固定架本體(1)上，該第一傳動組件與第二傳動組件的結構相同，均包括電機傳動輪(6)，從動輪(7)，傳動皮帶(8)，固定座，旋轉軸承和輸出輪(10)，該電機傳動輪(6)固定安裝在第一動力電機(2)或第二動力電機(3)的輸出端，該固定座上開設有直線軸孔，該直線軸孔內固定安裝有旋轉軸承，該旋轉軸承的內環固定連接有傳動軸桿，該傳動軸桿的一端固定安裝有從動輪(7)，該從動輪(7)與電機傳動輪(6)通過傳動皮帶(8)傳動連接，該傳動軸桿的另一端固定安裝有輸出輪(10)，該輸出輪(10)與外旋轉環(4)或內旋轉環(5)緊密貼合傳動連接。

3.根據權利要求1所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述固定連接件包括第一連接件(11)和第二連接件(12)，該第一連接件(11)上開設有一個滑動連接槽(13)，該第一連接件(11)通過滑動連接槽(13)與外旋轉環(4)或內旋轉環(5)滑動連接，該第二連接件(12)上開設有兩個兩個滑動連接槽(13)，該第二連接件(12)通過滑動連接槽(13)分別與外旋轉環(4)和內旋轉環(5)滑動連接。

4.根據權利要求1所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述外旋轉環(4)和內旋轉環(5)為垂直角度設立。

5.根據權利要求2所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述外旋轉環(4)和內旋轉環(5)的外環面上設有第一嚙合齒部(14)，所述輸出輪(10)上設有與嚙合齒部嚙合的第二嚙合齒部(15)。

6.根據權利要求1所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述球形生物反應器、化學反應釜本體(101)包括上下兩個半球形結構組成，兩個半球形結構的連接面上設有連接部(16)，兩個半球形結構的連接部(16)通過螺釘鎖固在一起，且連接部(16)與內旋轉環(5)的內環面固定連接。

7.根據權利要求1所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述內旋轉環(5)包括第一環部(17)和第二環部(18)，第一環部(17)固定設于第二環部(18)的內環，且第一環部(17)與第二環部(18)為同一個中心，該第一環部(17)的寬度小于第二環部(18)的寬度，第一環部(17)上固定設有與球形生物反應器、化學反應釜本體(101)固定連接的多個連接座(19)。

8.根據權利要求1所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述球形生物反應器、化學反應釜本體(101)上還設有用于球形生物反應器、化學反應釜本體(101)內部實時高清監控攝像或拍照的監控組件(20)，用于向球形生物反應器、化學反應釜本體(101)內氣體輸入的氣體輸入口(21)，用于球形生物反應器、化學反應釜本體(101)內液體加熱的直熱式加熱組件(22)，用于球形生物反應器、化學反應釜本體(101)內環境參數監測的傳感器組件(23)，氣體交換器組件(24)，生物反應器、化學反應釜內液體溢出組件(25)，生物反應器、化學反應釜內氣體溢出組件(26)，補料口(27)和排料口(28)。

9.根據權利要求8所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述氣體交換器組件(24)包括多個氣體交換器，且多個氣體交換器之間通過連接管(29)串聯。

10.根據權利要求3所述的一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，其特征在于：所述第二連接件(12)為兩個，兩個第二連接件(12)分別設于內旋轉環(5)和外旋轉環(4)的連接處，該內旋轉環(5)和外旋轉環(4)上還分別設有不少于兩個的第一連接件(11)，且第一連接件(11)之間的間距相同，第二連接件(12)與臨近第二連接件(12)的第一連接的間距也相同。

技術總結
本發明公開了一種商業化變重力模擬三維回轉球形生物反應器、化學反應釜，包括固定架本體，第一動力電機，第二動力電機，外旋轉環，內旋轉環和球形生物反應器、化學反應釜本體，該第一動力電機和第二動力電機分別傳動連接有第一傳動組件和第二傳動組件，該第一傳動組件與外旋轉環傳動連接，該第二傳動組件與內旋轉環傳動連接，該內旋轉環通過連接件設于外旋轉環的內環內，該內旋轉環的內環與球形生物反應器、化學反應釜本體固定連接，本發明通過外旋轉環和內旋轉環帶動球形生物反應器、化學反應釜本體在三維空間內做回轉運動，可以沿X軸線和Y軸線進行回轉，可以通過回轉軌跡模擬微重力效應、半重力效應以及超重力效應等多種模擬的重力環境。

技術研發人員：姚毅珍,魏巍
受保護的技術使用者：蘇州賽吉生物科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24