生物膜載體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種由紗線制成的生物膜載體。
【背景技術(shù)】
[0002]以微生物轉(zhuǎn)化以及以微生物產(chǎn)生的物質(zhì)為基礎(chǔ)的操作被現(xiàn)代經(jīng)濟用到了一個顯著的且逐漸增長的程度。以微生物轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的這些操作包括但不限于:例如生物污水處理、有機物質(zhì)至沼氣的厭氧發(fā)酵、若干醫(yī)藥工業(yè)發(fā)酵和食品工業(yè)發(fā)酵、甚至生物空氣的清潔。對此引用幾個生物上可產(chǎn)生的物質(zhì)的例子，例如生物乙醇、生物聚合物(例如聚乳酸或聚輕基燒酸酯(polyhydroxyalkonate))、酶、有機酸、抗體和無數(shù)的其他重要產(chǎn)品。
[0003]有關(guān)的微生物轉(zhuǎn)化明確在液相反應(yīng)器中進行而很少在氣相反應(yīng)器中進行，這些反應(yīng)器即所謂的生物反應(yīng)器。生物反應(yīng)器為負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)化的微生物的操作提供了充足的條件:必要的營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件。當(dāng)充足條件存在時，生物反應(yīng)器的性能基本上由引入到該生物反應(yīng)器的微生物的量(濃度)及其狀態(tài)限定。
[0004]負(fù)責(zé)生物轉(zhuǎn)化的微生物基本上以兩種形式存在于生物反應(yīng)器中:自由漂浮(所謂的浮游生物)形式、或附著于表面(如所謂的生物膜表型)。在自然條件下，如果可能的話，微生物優(yōu)選生物膜形式。在生物膜上定殖的微生物能夠獲得非常高的細胞濃度，并且由于所建立的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及用于該復(fù)雜結(jié)構(gòu)的粘合材料，在生物膜上定殖的微生物基本上能夠比它們的自由漂浮同源物發(fā)揮更高效的作用。
[0005]上述實現(xiàn)方式已經(jīng)造成以生物膜為基礎(chǔ)的生物反應(yīng)器(即所謂的生物膜反應(yīng)器)全球使用的增加，以用于各種生物轉(zhuǎn)化。工業(yè)化尺寸的生物膜反應(yīng)器首先出現(xiàn)在生物污水處理中，但現(xiàn)在，他們被用于越來越多的工業(yè)發(fā)酵技術(shù)中。
[0006]在生物膜反應(yīng)器中，微生物在載體上定殖并形成生物膜，其中，該載體具有用于使微生物在其上定殖并形成生物膜的充足表面。一個最重要的必要條件是:生物膜載體必須能夠結(jié)合盡可能多的生物量，而同時能夠使所產(chǎn)生的生物膜對液相中的營養(yǎng)物質(zhì)以及對微生物所產(chǎn)生的代謝物是可滲透的。根據(jù)載體的設(shè)計，可滲透的且適用于技術(shù)目的的生物膜的厚度在十分之一毫米到厚達幾厘米的范圍內(nèi)。
[0007]已知有兩種主要的生物膜載體:即懸浮載體(懸浮在生物反應(yīng)器的流體空間中)和固定設(shè)計的載體。固定載體近年來已經(jīng)躋身到前沿研究中，因為它們的性能比懸浮載體的性能更加有利(無需用于移動、懸浮的能量，無需特定的過濾步驟，沒有因摩擦而導(dǎo)致的機械磨損問題等)。
[0008]此外，在固定設(shè)計的生物膜載體中，柔性結(jié)構(gòu)已替代了之前出現(xiàn)的剛性結(jié)構(gòu)，尤其是，由于柔性結(jié)構(gòu)的有利表面和成本特征，基本上以織物為基礎(chǔ)的纖維狀和絲狀的載體應(yīng)用最廣泛。由合成織物編織而制成的生物膜載體的一個最優(yōu)選設(shè)計公開在匈牙利專利HU227984說明書中，而圈狀合成織物載體的例子公開在US5771716和US7862890中?？梢哉f，在柔性的、以織物為基礎(chǔ)的生物膜載體中，圈狀構(gòu)造已被證明是更有利的，因為該圈為微生物粘附至織物紗線的表面提供了某種保護，以避免微生物受到液體流動的剪切作用，這樣，能夠使更大量的生物量粘附至表面。
[0009]然而，即使現(xiàn)在以織物為基礎(chǔ)的生物膜載體、尤其是圈狀的織物生物膜載體構(gòu)成了生物膜反應(yīng)器中用于微生物的最有利的結(jié)合表面，但目前熟知的且廣泛應(yīng)用的技術(shù)方案也存在嚴(yán)重的缺陷。
[0010]已知技術(shù)方案的主要缺陷在于:由于已知技術(shù)方案的自身設(shè)計，用于結(jié)合單位生物量(lkg的干物質(zhì))所使用的特定織物材料的量是相當(dāng)顯著的(大約0.2-0.5kg)。
[0011]此外，在載體表面上發(fā)展的生物膜的量以及適當(dāng)?shù)牟僮骶苌锬ぶ形⑸镄玛惔x所需的營養(yǎng)物質(zhì)的入口速度和深度的限制，還受所產(chǎn)生的代謝物從表面上釋放方式的限制。這意味著限制了生物反應(yīng)器的體積效率和利用率。
[0012]此外，已知的生物膜載體通常由同類材料制成，這樣，與自然界中并存的多種多樣的材料及其性能相比，由同類材料制成的生物膜載體減少了生物多樣性并由此降低了產(chǎn)生生物膜的效率。
【實用新型內(nèi)容】
[0013]因此，本實用新型的目的是創(chuàng)建一種生物膜載體，適用于消除現(xiàn)有技術(shù)中載體的缺陷，也就是說，本實用新型中，用于結(jié)合單位生物量所需的特定織物材料的用量基本上更少了，而微生物新陳代謝所必需的營養(yǎng)物質(zhì)的入口深度、所產(chǎn)生的代謝物的釋放速度以及生物膜的生產(chǎn)效率都提高了。
[0014]通過設(shè)計一種生物膜載體實現(xiàn)了該特定目標(biāo)，其中，所述生物膜載體由紗線制成，且具有:由初級纖維制成的中心紗線，其中，構(gòu)成所述中心紗線的各條初級纖維構(gòu)成了在紗線的整個長度上延伸的連續(xù)纖維；以及由其他紗線制成的圈，所述圈在至少兩個第一錨定點處被固定到所述中心紗線上，此外，所述圈在兩個相鄰的第一錨定點之間的弧長大于所述中心紗線在兩個相鄰的第一錨定點之間的長度。
[0015]該生物膜載體還包括用于固定所述紗線的初級纖維的第二錨定點，兩個相鄰的第二錨定點彼此之間的距離為5-50mm。
[0016]兩個相鄰的、用于固定中心紗線和圈的第一錨定點到彼此之間的距離為15-150mmο
[0017]初級纖維在所述第一錨定點和所述第二錨定點處通過膠合、機械結(jié)合或縫合彼此固定到一起。
[0018]在紗線和/或圈上固定有生成生物膜的表面單元。
[0019]生成生物膜的表面單元被固定在靠近所述第一銷定點處。
[0020]生成生物膜的表面單元設(shè)置在載體環(huán)上。
[0021]在中心紗線和/或圈上通過膠合固定有載體環(huán)。
【附圖說明】
[0022]下面將參照附圖詳細描述本實用新型。在附圖中，
[0023]圖la-ld示出了生物膜載體的優(yōu)選實施例；
[0024]圖2示出了放大的生物膜載體的紗線的結(jié)構(gòu)；
[0025]圖3示出了懸浮于圓柱形構(gòu)件中的生物膜載體B;
[0026]圖4示出了懸浮于星形框架構(gòu)件中的生物膜載體B;
[0027]圖5示出了懸浮于四方形設(shè)計的構(gòu)件中的生物膜載體；
[0028]圖6示出了懸浮于方形構(gòu)件中的生物膜載體，其中，該方形構(gòu)件類似于圖5中的構(gòu)件；
[0029]圖7示出了在生物膜載體上形成的表面單元;和
[0030]圖8示出了載體環(huán)。
【具體實施方式】
[0031]在圖la-ld示出的生物膜載體B的優(yōu)選實施例中，圍繞由初級纖維4制成的中心延伸紗線1(圖la)形成