基于TRIZ理論提高放線菌分離培養(yǎng)效率的策略①

戚珊珊

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.096

摘 要：放線菌是抗生素的主要產(chǎn)生菌，廣泛應用于生物制藥行業(yè)。目前，實驗室普遍采用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)方法獲得放線菌菌種資源，梯度稀釋涂布分離法是最廣泛采用的方法。在實際分離過程中，放線菌的分離效率低是一個主要問題，特別在青藏高原地區(qū)，由于氣候特殊，放線菌的生長受到限制。該研究利用TRIZ理論創(chuàng)新方法，對主要問題進行了系統(tǒng)分析、因果分析及資源分析，并基于分析，通過利用組件分析—系統(tǒng)裁剪、技術矛盾—創(chuàng)新原理、物理矛盾—條件分離、物場模型等TRIZ創(chuàng)新解決工具，構(gòu)造了一體成形式涂布器、壓片式涂布器、制備一種保水性好的瓊脂、用實心的工程塑料材料作為超凈臺臺面、蜂窩狀墊條等8個創(chuàng)新方案，其中3個有專利申請意向，為提高放線菌分離培養(yǎng)效率提供了一個新思路。

關鍵詞：TRIZ 放線菌 分離 效率

中圖分類號：Q93 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0096-05

TRIZ理論誕生于70年前，創(chuàng)始人是俄羅斯的根里奇·阿奇舒勒先生。TRIZ理論英文全名為“Theory of Inventive Problem Solving”，中文譯為“發(fā)明問題解決理論”。TRIZ理論的發(fā)展經(jīng)歷了萌芽期、初建期、發(fā)展期和成熟期，1985年后，TRIZ開始在全世界范圍內(nèi)廣泛傳播，經(jīng)過多個國家、企業(yè)的應用驗證，TRIZ成為世界上最有力的創(chuàng)新理論方法之一，極大地推動了科學技術的進步。中國引入TRIZ理論是近10年的事，隨著TRIZ理論在我國的深入推廣，許多科研單位、高校、企業(yè)人員都加入到研究TRIZ理論的隊伍中來，TRIZ理論在工程、機械、管理、計算機等多個領域已有許多應用案例，但在科學實驗領域幾乎是空白。該研究利用TRIZ理論創(chuàng)新方法，旨在提高實驗室分離培養(yǎng)放線菌效率，為TRIZ理論在科學實驗的應用方面提供一些參考與思路。

1 問題描述

1.1 工作原理

樣品梯度稀釋后，將一定濃度的樣品懸液均勻分散在固體培養(yǎng)基上，適宜溫度下培養(yǎng)后，采用微生物分離純化技術獲得放線菌純培養(yǎng)物。

1.2 主要問題及發(fā)生條件

培養(yǎng)基內(nèi)氧氣和濕度不足，營養(yǎng)成分種類不能滿足各種放線菌的需求，導致分離效率低。主要問題發(fā)生條件：（1）在高原環(huán)境中，氧氣和濕度低時會發(fā)生；（2）多數(shù)情況下，分離菌種較少；（3）研究人員和設備不足時，均會發(fā)生。

1.3 初步思路及問題現(xiàn)狀

目前一般采用改變分離培養(yǎng)的條件參數(shù)，營養(yǎng)因子，以期得到更多放線菌種群。由于缺乏對未知放線菌種群的了解，此方法較盲目，效率低。

2 解決過程

2.1 解題流程

解題流程見圖1。

2.2 分析問題

系統(tǒng)組件分析見圖2。因果分析見圖3。資源分析見圖4。

3 方案生成

3.1 方案1—一體成形式涂布器

根據(jù)因果分析，涂布器的形狀不足導致樣品與培養(yǎng)基的接觸不足。系統(tǒng)裁剪順序為組件B能完成組件A功能。裁剪后的組件模型見圖5。

方案為裁剪掉部分連接臂，采用金屬制作涂布器，一體成形。連接臂與涂布棒的夾角為15°～30°，底角較小，使得涂布器在涂布過程中能最大程度地涂布到培養(yǎng)皿的邊緣。此方法提供了較低成本的涂布器，金屬不會破碎，更方便使用。優(yōu)點是使用方便，效率高，降低成本。（見圖6）

3.2 方案2—壓片式涂布器

根據(jù)因果分析，涂布器的形狀不足導致樣品與培養(yǎng)基的接觸不足。系統(tǒng)裁剪順序為組件B能完成組件A功能。裁剪后的組件模型見圖5。

方案為采用與培養(yǎng)皿底大小、形狀一致的金屬壓片式涂布器代替三角涂布器，以一次按壓代替來回涂布。此方法操作簡便快捷，同時減少污染；按壓能將樣品均勻分散在培養(yǎng)基平板上，避免涂抹分散不均。方案的特點是高效、便捷。優(yōu)點是使用方便，效率高，省時省力。（見圖7）。

3.3 方案3—制備一種保水性好的瓊脂

根據(jù)因果分析，放線菌分離效率低的原因是培養(yǎng)基含水量不足。

技術矛盾：改善的參數(shù)為物質(zhì)的量；惡化的參數(shù)為形狀。該方案應用的創(chuàng)新原理：物理或化學參數(shù)改變（35）。

方案為向瓊脂加壓或化學物質(zhì)，增加瓊脂的保水性或凝點，從而達到減少水分蒸發(fā)的目的。優(yōu)點是改善高原地區(qū)分離放線菌的培養(yǎng)條件（濕度），利于放線菌的生長。

3.4 方案4—用實心的工程塑料材料作為超凈臺臺面

根據(jù)因果分析，放線菌分離效率低的原因是樣品在培養(yǎng)基上的分散度不足。一個原因是超凈工作臺臺面由單薄的金屬制成，易變形，培養(yǎng)基凝固后，平面發(fā)生傾斜。如果將超凈臺臺面改為實心的金屬，將增加重量。

技術矛盾：改善的參數(shù)為穩(wěn)定性；惡化的參數(shù)為靜止物體的重量。該方案應用的創(chuàng)新原理：復制（26）。

方案為采用實心的工程塑料代替金屬臺面。能夠保證超凈臺的臺面在較大壓力下不變形，從而保證培養(yǎng)基的平整，也不會增加超凈臺的重量。優(yōu)點是使放線菌能夠更均勻地生長在平板上，便于后續(xù)分離操作，提高效率。

3.5 方案5—蜂窩狀墊條

根據(jù)因果分析，放線菌分離效率低的原因是樣品在培養(yǎng)基上的分散度不足。一個原因是超凈工作臺臺面由單薄的金屬制成，易變形，培養(yǎng)基凝固后，平面發(fā)生傾斜。如果將超凈臺臺面改為實心的金屬，將增加重量。

技術矛盾：改善的參數(shù)為穩(wěn)定性；惡化的參數(shù)為靜止物體的重量。該方案應用的創(chuàng)新原理：分割（1）。

方案為在超凈臺的臺面下安裝蜂窩狀墊條，采用PVC材質(zhì)，裁切方便，不易變形，具有緩沖作用，有效分解臺面的重力，使整體支撐穩(wěn)定性更好，見圖8。優(yōu)點是使放線菌能夠更均勻的生長在平板上，便于后續(xù)分離操作，提高效率。

3.6 方案6—自動涂布器

根據(jù)因果分析，分散度不足的原因是樣品與培養(yǎng)基的接觸不充分。

技術矛盾：改善的參數(shù)為應力或壓力；惡化的參數(shù)為形狀。該方案應用的創(chuàng)新原理：動態(tài)特性（15）、曲率增加（14）。

方案為將涂布器分為驅(qū)動裝置和動力裝置，動力裝置包含磁鐵，驅(qū)動裝置包含條形磁鐵、電動機、電機軸等，將動力裝置放入培養(yǎng)基，打開電動機，驅(qū)動裝置里的電機軸帶動磁鐵作曲線運動，從而帶動動力裝置的磁鐵作曲線運動，使得樣品均勻分布于培養(yǎng)基上。優(yōu)點是減少人為操作的步驟，降低污染幾率，使樣品均勻分散，提高分離效率。

3.7 方案7—取樣-涂布一體式涂布器

3.7.1 建立物場模型

物場模型見圖9。

3.7.2 標準解應用

2.1.1鏈式物場模型見圖10。

方案為取樣-涂布一體式涂布器。將涂布器改造為吸液-涂布一次操作式，并在前端增加多個均勻分布的出液孔。優(yōu)點是減少繁復的操作，降低污染幾率，節(jié)省成本。

3.8 方案8—增加恒濕、恒氧系統(tǒng)

3.8.1 建立物場模型

物場模型見圖11。

3.8.2 標準解應用

用場F2來抵消有害作用見圖12。

方案為增加恒濕、恒氧系統(tǒng)。優(yōu)點是克服高原低氧低濕環(huán)境，利于放線菌生長。

4 結(jié)語

青藏高原氣候環(huán)境惡劣，濕度低，傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法分離到的放線菌數(shù)量和種類都很少，筆者認為，采用蜂窩狀墊條、取樣-涂布一體式涂布器方案和制備保水性好的瓊脂，三個方案聯(lián)合應用，在分離過程中能最大程度地提高分離效率。蜂窩狀墊條的應用，能使涂布面保持平整，樣品更加均勻地分布，使不同菌群能在平面上分離開。取樣-涂布一體式涂布器的應用，將分離操作過程簡化，省時省力，提高效率。制備保水性好的瓊脂，能夠克服高原濕度較低、培養(yǎng)基很快變干而不利于長期培養(yǎng)的缺點。以上方案的運用，預計能提高放線菌分離效率20%以上。目前，能夠從環(huán)境中分離到的放線菌不足環(huán)境中放線菌總量的1%，因此，以上策略產(chǎn)生的經(jīng)濟效益不可估量。

參考文獻

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