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(yīng)用于生物制藥行業(yè)。目前，實(shí)驗(yàn)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(shí)際分離過(guò)程中，放線菌的分離效率低是一個(gè)主要問(wèn)題，特別在青藏高原地區(qū)，由于氣候特殊，放線菌的生長(zhǎng)受到限制。該研究利用TRIZ理論創(chuàng)新方法，對(duì)主要問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)分析、因果分析及資源分析，并基于分析，通過(guò)利用組件分析—系統(tǒng)裁剪、技術(shù)矛盾—?jiǎng)?chuàng)新原理、物理矛盾—條件分離、物場(chǎng)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(shí)心的工程塑料材料作為超凈臺(tái)臺(tái)面、蜂窩狀墊條等8個(gè)創(chuàng)新方案，其中3個(gè)有專利申請(qǐng)意向，為提高放線菌分離培養(yǎng)效率提供了一個(gè)新思路。

關(guān)鍵詞：TRIZ 放線菌 分離 效率

中圖分類號(hào)：Q93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(wèn)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(kāi)始在全世界范圍內(nèi)廣泛傳播，經(jīng)過(guò)多個(gè)國(guó)家、企業(yè)的應(yīng)用驗(yàn)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(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。中國(guó)引入TRIZ理論是近10年的事，隨著TRIZ理論在我國(guó)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(duì)伍中來(lái)，TRIZ理論在工程、機(jī)械、管理、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域已有許多應(yīng)用案例，但在科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域幾乎是空白。該研究利用TRIZ理論創(chuàng)新方法，旨在提高實(shí)驗(yàn)室分離培養(yǎng)放線菌效率，為T(mén)RIZ理論在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用方面提供一些參考與思路。

1 問(wèn)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(shù)獲得放線菌純培養(yǎng)物。

1.2 主要問(wèn)題及發(fā)生條件

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

1.3 初步思路及問(wèn)題現(xiàn)狀

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

2 解決過(guò)程

2.1 解題流程

解題流程見(jiàn)圖1。

2.2 分析問(wèn)題

系統(tǒng)組件分析見(jiàn)圖2。因果分析見(jiàn)圖3。資源分析見(jiàn)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(dǎo)致樣品與培養(yǎng)基的接觸不足。系統(tǒng)裁剪順序?yàn)榻M件B能完成組件A功能。裁剪后的組件模型見(jiàn)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(guò)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(huì)破碎，更方便使用。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，效率高，降低成本。（見(jiàn)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(dǎo)致樣品與培養(yǎng)基的接觸不足。系統(tǒng)裁剪順序?yàn)榻M件B能完成組件A功能。裁剪后的組件模型見(jiàn)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(lái)回涂布。此方法操作簡(jiǎn)便快捷，同時(shí)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(diǎn)是高效、便捷。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，效率高，省時(shí)省力。（見(jiàn)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(shù)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(yīng)用的創(chuàng)新原理：物理或化學(xué)參數(shù)改變（35）。

方案為向瓊脂加壓或化學(xué)物質(zhì)，增加瓊脂的保水性或凝點(diǎn)，從而達(dá)到減少水分蒸發(fā)的目的。優(yōu)點(diǎn)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(zhǎng)。

3.4 方案4—用實(shí)心的工程塑料材料作為超凈臺(tái)臺(tái)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(gè)原因是超凈工作臺(tái)臺(tái)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(tái)臺(tái)面改為實(shí)心的金屬，將增加重量。

技術(shù)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(yīng)用的創(chuàng)新原理：復(fù)制（26）。

方案為采用實(shí)心的工程塑料代替金屬臺(tái)面。能夠保證超凈臺(tái)的臺(tái)面在較大壓力下不變形，從而保證培養(yǎng)基的平整，也不會(huì)增加超凈臺(tái)的重量。優(yōu)點(diǎn)是使放線菌能夠更均勻地生長(zhǎng)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(gè)原因是超凈工作臺(tái)臺(tái)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(tái)臺(tái)面改為實(shí)心的金屬，將增加重量。

技術(shù)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(yīng)用的創(chuàng)新原理：分割（1）。

方案為在超凈臺(tái)的臺(tái)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(tái)面的重力，使整體支撐穩(wěn)定性更好，見(jiàn)圖8。優(yōu)點(diǎn)是使放線菌能夠更均勻的生長(zhǎng)在平板上，便于后續(xù)分離操作，提高效率。

3.6 方案6—自動(dòng)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(shù)矛盾：改善的參數(shù)為應(yīng)力或壓力；惡化的參數(shù)為形狀。該方案應(yīng)用的創(chuàng)新原理：動(dòng)態(tài)特性（15）、曲率增加（14）。

方案為將涂布器分為驅(qū)動(dòng)裝置和動(dòng)力裝置，動(dòng)力裝置包含磁鐵，驅(qū)動(dòng)裝置包含條形磁鐵、電動(dòng)機(jī)、電機(jī)軸等，將動(dòng)力裝置放入培養(yǎng)基，打開(kāi)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置里的電機(jī)軸帶動(dòng)磁鐵作曲線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)動(dòng)力裝置的磁鐵作曲線運(yùn)動(dòng)，使得樣品均勻分布于培養(yǎng)基上。優(yōu)點(diǎn)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(chǎng)模型

物場(chǎng)模型見(jiàn)圖9。

3.7.2 標(biāo)準(zhǔn)解應(yīng)用

2.1.1鏈?zhǔn)轿飯?chǎng)模型見(jiàn)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(gè)均勻分布的出液孔。優(yōu)點(diǎn)是減少繁復(fù)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(chǎng)模型

物場(chǎng)模型見(jiàn)圖11。

3.8.2 標(biāo)準(zhǔn)解應(yīng)用

用場(chǎng)F2來(lái)抵消有害作用見(jiàn)圖12。

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

4 結(jié)語(yǔ)

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(rèn)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(gè)方案聯(lián)合應(yīng)用，在分離過(guò)程中能最大程度地提高分離效率。蜂窩狀墊條的應(yīng)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(kāi)。取樣-涂布一體式涂布器的應(yīng)用，將分離操作過(guò)程簡(jiǎn)化，省時(shí)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(zhǎng)期培養(yǎng)的缺點(diǎn)。以上方案的運(yùn)用，預(yù)計(jì)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(jì)效益不可估量。

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