本發(fā)明涉及細(xì)菌纖維膜生產(chǎn)，尤其涉及一種細(xì)菌纖維素流動(dòng)式連續(xù)培養(yǎng)反應(yīng)設(shè)備及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、細(xì)菌纖維素(細(xì)菌納米纖維素膜)是一種由特定細(xì)菌，在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)培養(yǎng)條件下合成的天然聚合物。這種材料以其高純度、高強(qiáng)度、高結(jié)晶度和良好的生物相容性而聞名，是當(dāng)今生物材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。與植物纖維素不同，細(xì)菌纖維素具有更加均勻的納米纖維結(jié)構(gòu)，并且不需要復(fù)雜的化學(xué)處理即可獲得。

2、現(xiàn)有的細(xì)菌納米纖維素膜制備技術(shù)主要基于微生物發(fā)酵過程。在此過程中，細(xì)菌利用碳源(例如葡萄糖)和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)臏囟?、ph值等條件下生長(zhǎng)并分泌出纖維素納米纖維，這些納米纖維交織在一起形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終沉淀下來(lái)成為一層濕態(tài)的細(xì)菌納米纖維素膜。

3、盡管細(xì)菌納米纖維素膜展示了眾多優(yōu)異特性，但目前的技術(shù)仍然面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，由于細(xì)菌納米纖維素膜在培養(yǎng)基表面生長(zhǎng)過程中，上層接觸空氣，纖維素束形成速度快，粗細(xì)相近，分布均勻，從而具有良好的物理和化學(xué)性能，如圖1所示；而細(xì)菌納米纖維素膜形成時(shí)的下層因?yàn)榻肱囵B(yǎng)液中，纖維素束容易粘結(jié)，聚集成大的纖維束，從而形成很多大的孔洞，吸水能力顯著下降，如圖2所示；因此目前生產(chǎn)的細(xì)菌納米纖維素膜存在上層和下層兩面性能差異大，分布不均勻的技術(shù)問題。提升膜的生長(zhǎng)速度，保持整體的均勻性，是行業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

4、其次，目前細(xì)菌納米纖維素膜都是在培養(yǎng)容器中進(jìn)行靜止培養(yǎng)的，通常需要培養(yǎng)48h以上才能形成所需厚度的細(xì)菌納米纖維素膜，因此目前采用的培養(yǎng)方式是在恒溫培養(yǎng)室，疊放多層培養(yǎng)容器，然后等待發(fā)酵完成后，逐個(gè)分批撈出細(xì)菌納米纖維素膜，此種方式無(wú)法進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，本發(fā)明提供了一種細(xì)菌纖維素流動(dòng)式連續(xù)培養(yǎng)反應(yīng)設(shè)備及其生產(chǎn)方法，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)過程中膜的連續(xù)翻轉(zhuǎn)，從而解決了現(xiàn)有細(xì)菌納米纖維素膜生產(chǎn)中普遍采用的淺層培養(yǎng)方式中，膜的上層和下層兩面性能差異大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例記載的一種細(xì)菌纖維素流動(dòng)式連續(xù)培養(yǎng)反應(yīng)設(shè)備，包括自上而下依次設(shè)置的培養(yǎng)層，所有所述培養(yǎng)層一側(cè)都設(shè)有通道口，所述通道口上設(shè)有翻邊，相鄰的所述培養(yǎng)層的通道口位置相互背離，所述通道口處都設(shè)有翻轉(zhuǎn)裝置；

3、所述翻轉(zhuǎn)裝置包括主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥與設(shè)置在所述主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥下側(cè)的導(dǎo)向傳送輥，所述主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥設(shè)置在通道口處，所述翻邊上設(shè)有延伸到主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥?lái)敳课恢玫膶?dǎo)向板；所述主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥和主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥都傳動(dòng)連接有翻轉(zhuǎn)電機(jī)，所述導(dǎo)向傳送輥位于主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥遠(yuǎn)離翻邊一側(cè)。

4、本發(fā)明的技術(shù)原理為：自上而下每一層的培養(yǎng)層依次培養(yǎng)一定厚度的細(xì)菌納米纖維素膜，如頂層的培養(yǎng)層將細(xì)菌納米纖維素膜從0培養(yǎng)到0.1mm的厚度，然后通過翻轉(zhuǎn)裝置傳送到下層的培養(yǎng)層繼續(xù)培養(yǎng)，因?yàn)橹鲃?dòng)翻轉(zhuǎn)輥與導(dǎo)向傳送輥配合，可以在傳送過程中將細(xì)菌納米纖維素膜的正反面調(diào)轉(zhuǎn)，使得原本納米纖維素膜的下側(cè)面翻轉(zhuǎn)到上側(cè)，完成傳送后，繼續(xù)培養(yǎng)到0.2mm，然后再次通過翻轉(zhuǎn)裝置傳送到下層的培養(yǎng)層繼續(xù)培養(yǎng)，這種培養(yǎng)方式每培養(yǎng)0.1mm細(xì)菌納米纖維素膜就翻轉(zhuǎn)一次，使得細(xì)菌納米纖維素膜正反面的表面質(zhì)量保持一致。

5、因?yàn)橄聦拥募?xì)菌納米纖維素膜在增厚的過程中，上層的細(xì)菌納米纖維素也在持續(xù)生產(chǎn)，因此實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌納米纖維素膜的連續(xù)生產(chǎn)。

6、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：通過多層設(shè)置的培養(yǎng)層配合翻轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)細(xì)菌納米纖維素膜的傳送與翻轉(zhuǎn)，其解決了現(xiàn)有細(xì)菌納米纖維素膜生產(chǎn)中普遍采用的淺層培養(yǎng)方式中，膜的上層和下層兩面性能差異大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的技術(shù)問題。

7、優(yōu)選的，本技術(shù)可以通過控制培養(yǎng)層的數(shù)量以及細(xì)菌納米纖維素膜在每層的停留時(shí)間，精確控制細(xì)菌納米纖維素膜的厚度。

8、進(jìn)一步的，所述翻邊上均布有排液孔，最底部的所述培養(yǎng)層的通道口下側(cè)設(shè)有菌液收卷斗，所述菌液收集斗連通有菌液攪拌混合箱，所述攪拌混合箱外連接有水泵，所述水泵連通最頂部的培養(yǎng)層遠(yuǎn)離其通道口一側(cè)。

9、進(jìn)一步的，最底部的所述培養(yǎng)層下側(cè)設(shè)有收卷裝置，所述收卷裝置包括收卷輥與所述收卷輥連接的收卷電機(jī)。

10、進(jìn)一步的，所述翻邊內(nèi)側(cè)還設(shè)有擋水板，所述擋水板頂部與翻邊鉸接，所述擋水板兩端與培養(yǎng)層之間設(shè)有電推桿。

11、進(jìn)一步的，所述培養(yǎng)層沿寬度方向均布有擋水條，所述擋水條長(zhǎng)度方向與培養(yǎng)層長(zhǎng)度方向平行，所述擋水條為t形結(jié)構(gòu)，所述擋水條倒置在培養(yǎng)層上。

12、進(jìn)一步的，所有所述培養(yǎng)層外設(shè)有共用的外殼，所述外殼靠近翻轉(zhuǎn)裝置處設(shè)有噴頭，所述噴頭連接有水箱，所述噴頭對(duì)準(zhǔn)翻轉(zhuǎn)裝置，所述外殼對(duì)應(yīng)每層培養(yǎng)層處都設(shè)有濕度傳感器，每個(gè)所述濕度傳感器都對(duì)應(yīng)控制一個(gè)噴頭。

13、進(jìn)一步的，所述外殼位于每層培養(yǎng)層兩端的上側(cè)位置設(shè)有通氣口，兩側(cè)的所述通氣口處分別設(shè)有電熱裝置與排氣裝置。

14、進(jìn)一步的，所述外殼一側(cè)設(shè)為透明板材，所述透明板材與外殼之間鉸接連接。

15、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例記載的一種細(xì)菌纖維素流動(dòng)式連續(xù)培養(yǎng)反應(yīng)設(shè)備的生產(chǎn)方法，包括：

16、s1、在最頂部的所述培養(yǎng)層中倒?jié)M菌液，然后開始發(fā)酵；

17、s2、所述菌液持續(xù)發(fā)酵，在所述培養(yǎng)層頂部形成一層細(xì)菌納米纖維素膜；

18、s3、在最頂部的所述培養(yǎng)層中遠(yuǎn)離通道口一端繼續(xù)加入菌液，使得所述菌液沒過導(dǎo)向板，然后進(jìn)入所述通道口達(dá)到下一層的培養(yǎng)層，同時(shí)表層的所述細(xì)菌納米纖維素膜跟隨菌液流動(dòng)接觸到主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥，然后所述主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥轉(zhuǎn)動(dòng)，將細(xì)菌納米纖維素膜扯離培養(yǎng)層，并通過所述導(dǎo)向傳送輥翻轉(zhuǎn)進(jìn)入下層的培養(yǎng)層中，并因?yàn)樗鼍旱牧鲃?dòng)重新平鋪在培養(yǎng)層上；

19、s4、直到下層的所述培養(yǎng)層被菌液裝滿后停止加入菌液，然后讓所述菌液繼續(xù)發(fā)酵增厚細(xì)菌納米纖維素膜；

20、s5、重復(fù)所述s3與s4步驟，直到所述菌液和細(xì)菌納米纖維素膜從最底部的培養(yǎng)層的通道口排出；

21、s6、持續(xù)重復(fù)所述s3-s5步驟，連續(xù)生產(chǎn)長(zhǎng)條狀的細(xì)菌納米纖維素膜。

22、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例記載的一種細(xì)菌纖維素流動(dòng)式連續(xù)培養(yǎng)反應(yīng)設(shè)備的生產(chǎn)方法，包括：

23、s1、將所述菌液攪拌混合箱中的菌液通過水泵泵送到最頂部的培養(yǎng)層上，讓所述菌液自上而下的通過通道口到達(dá)每一層的培養(yǎng)層上，直到所有所述培養(yǎng)層都裝滿菌液，此時(shí)將所述水泵的泵送量調(diào)整到與排液孔的排出量相同或略高于的的狀態(tài)，使得所有所述培養(yǎng)層都保持裝滿菌液的狀態(tài)；

24、s2、所述菌液持續(xù)發(fā)酵，在培養(yǎng)層頂部形成一層細(xì)菌納米纖維素膜；

25、s3、人工將所述細(xì)菌納米纖維素膜一端搭到對(duì)應(yīng)層的主動(dòng)翻轉(zhuǎn)輥上，然后所述翻轉(zhuǎn)電機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，使得所述細(xì)菌納米纖維素膜在被卷出的過程中，尾部位置會(huì)持續(xù)形成新的細(xì)菌納米纖維素膜；

26、s4、當(dāng)上層的所述細(xì)菌納米纖維素膜接觸到下層細(xì)菌納米纖維素膜后，將最底層處的所述細(xì)菌納米纖維素膜人工引出儲(chǔ)存。

27、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

28、1、上述生產(chǎn)方法，可以將原本只能生產(chǎn)出長(zhǎng)條狀或者塊狀的細(xì)菌納米纖維素膜，生產(chǎn)呈無(wú)限長(zhǎng)度的細(xì)菌納米纖維素膜，可以應(yīng)用于對(duì)材料長(zhǎng)度有特殊要求的復(fù)合材料的原料。

29、2、因?yàn)樯鲜錾a(chǎn)方式中菌液處于單方向流動(dòng)狀態(tài)，其可以讓細(xì)菌納米纖維素膜中纖維呈單方向生長(zhǎng)。