攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器制造技術

本發明專利技術涉及一種適用于動物細胞的自懸浮培養或者是微載體懸浮培養的生物反應器。為了找到一種攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，從而消除攪拌式生物反應器中攪拌槳和深層通氣對所培養的動物細胞造成的剪切傷害，同時無需外接設備，就可以方便的完成培養過程中的換液、清洗、消化。本發明專利技術公開了一種攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，包括反應容器、反應器頂蓋、反應器攪拌軸，還包括有一個帶孔過濾套筒，所述過濾套管懸置于反應容器中，將反應容器區分為攪拌、通氣、過濾一體化腔室及細胞培養腔室。從而將攪拌、通氣及培養物過濾三方面工藝操作合為一體，且位于生物反應器內部，統一整體滅菌，無外接設備，操作簡單，安全高效。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及動物細胞生物反應器工程，具體來說涉及一種適用于動物細胞的自懸浮培養或者是微載體懸浮培養的生物反應器。
技術介紹
目前，用于動物細胞大規模培養的反應器多為機械攪拌式生物反應器，FDA批準的生產工藝也基本都是攪拌式反應器的分批式、流加式、灌注式培養工藝，是當前動物細胞大規模培養及生物醫藥產品生產的主流技術。攪拌式反應器通過攪拌槳的持續攪拌均勻分布營養、氣體(氧氣等)及熱量，為動物細胞提供相對穩定的生長環境。 但是攪拌式生物反應器在實際運行中依然存在一些缺點 I)培養過程中，持續運轉的攪拌槳葉對所培養的動物細胞具有不可消除的剪切力損傷，一般轉速越大，剪切力損傷越大。隨著細胞密度的提高，生物體對氧氣的需求增加，應用提高攪拌轉速從而提高傳氧速率的策略可能會直接導致細胞因高剪切力而大量死亡。2)空氣、氧氣及二氧化碳在動物細胞培養過程中調節著溶氧及pH兩個重要參數。氣體在培養液中的溶解需要攪拌槳進行有效的攪拌分散，增加氣體與液體的傳導面積(大氣泡破裂分散成若干小氣泡)。但是每一個氣泡在培養液里行進過程中的破裂、分散對初始培養的動物細胞會造成不可逆的傷害。3)動物細胞大規模培養過程中通常伴隨著換液、清洗、消化、灌注等工藝操作，目前有兩種操作方式①采用罐內的spin-filter去除培養上清,但spin-filter的最小操作高度過高，換液量僅為培養總體積的1/3 1/2，換液不徹底，影響隨后的清洗、消化等操作。同時spin-filter的工作高度將直接制約了灌注培養的體積及培養效能。②采用外接設備，如罐外細胞截留器、聲波細胞截留器等等，將培養物和培養液一并取出并在相關設備的作用下截留培養物(細胞或長有細胞的微載體)，將培養上清去除，培養物重新泵回罐中，這一過程已經可以連續進行。但這些設備大都屬于國外企業的高端產品，價格極其昂貴。并且這些設備是反應器的外接設備，傳遞操作或多或少都存在污染風險。 由此可見，開發一種可以有效減小攪拌剪切力、氣泡破裂損傷，同時又能保證細胞生長所需的營養、氣體、熱量均勻分布，而且具有有效分離細胞培養物與培養上清的一體化裝置勢在必行。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，從而消除攪拌式生物反應器中攪拌槳和深層通氣對所培養的動物細胞造成的剪切傷害，同時該生物反應器還需要具備培養物(微載體/細胞)的過濾功能，無需外接設備，就可以方便的完成培養過程中的換液、清洗、消化，從而適應于補料培養、循環培養及灌注培養等工藝操作，安全可O為了實現本專利技術的目的，本專利技術公開了一種攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，包括反應容器、反應器頂蓋、反應器攪拌軸，還包括有一個帶孔過濾套筒，其孔徑小于實際培養物，所述過濾套筒內壁固定有帶分布器的氣體分布管以及取液管，并通過氣體分布管及取液管安裝于反應器頂蓋，所述反應器攪拌軸位于過濾套管中軸，所述過濾套管懸置于反應容器中，將反應容器區分為攪拌、通氣、過濾一體化腔室 及細胞培養腔室。具體來說，過濾套筒通過氣體分布管和取液管安裝于攪拌式生物反應器的頂蓋，以螺紋螺絲固定透過頂蓋的氣體分布管和取液管即可。其中氣體分布管用于向培養液中通入無菌氣體，取液管用于連接硅膠管移取不含有培養物的培養液。另個腔室是指位于過濾套筒內部的攪拌、通氣、過濾一體化腔室，和位于反應器內壁和過濾套筒間的細胞培養腔室。利用該裝置將機械攪拌槳、深層通氣與細胞培養物分開，可有效降低培養過程中攪拌槳葉及氣泡對細胞培養物的損傷。同時不銹鋼過濾套筒具備過濾功能，其內部的取液管在取液時僅僅移取培養液，而細胞培養物仍保留在細胞培養腔室中，快速有效的將培養液與培養物分開，大大簡化在生物反應器中進行換液、清洗、消化、流加培養、循環培養、灌注培養等操作工藝。由于將反應容器區分為攪拌、通氣、過濾一體化腔室及細胞培養腔室，所以必須保證培養在其中的細胞或者是載體受到過濾套筒上孔徑的限制，不能在兩個腔室內自由移動，所以孔徑要小于實際培養物，對于動物細胞的微載體懸浮培養，孔徑一般選擇為lOOym左右，對于動物細胞的自懸浮培養，孔徑一般選擇為IOiim 15iim。由于過濾套筒與反應容器的直徑比，直接影響到細胞培養腔室的空間大小，所以本專利技術公開了反應容器與過濾套筒直徑比為2 T3 1的技術方案，從而保證細胞培養腔室的空間大小可以滿足細胞的培養增值速度。同時，本專利技術還進一步公開了所述過濾套筒距離反應容器底端:T5cm，使得細胞培養腔室仍然為一個連通腔體，不會被中間加入的過濾套筒分隔為兩個單獨的培養空間。作為進一步的改進，本專利技術公開了所述反應器攪拌軸安裝有兩種或兩種以上攪拌槳，從而形成軸向流和徑向流，實現液體的上下環形流動。作為攪拌槳的一種優選方式，本專利技術公開了所述反應器攪拌軸同時安裝有渦輪推進槳和直排六葉漿，從而更加有利于軸向流和徑向流的形成，上下環形流動性更好。同時，本專利技術還進一步公開了分布器的優選方式，所述分布器為環形分布器或微泡分布器。由于氣體分布管和取液管本身起到對過濾套筒的固定作用，所以本專利技術還公開了所述氣體分布管及取液管對稱固定于過濾套筒內壁的技術方案，這樣一來就使得過濾套筒的固定更加合理，固定力更加均勻，過濾套筒的中心軸也與物理中軸對應起來，產品在工作中更加穩定。作為一種固定方式的優選，本專利技術公開了所述氣體分布管及取液管點焊固定于過濾套筒內壁，不僅固定牢靠，而且焊點小，對細胞培養的影響小。最后本專利技術公開了一種過濾套筒的優選材質，所述過濾套筒為不銹鋼材質，更為優選的是316L標號的不銹鋼材質。使得整個裝置更加耐老化，耐腐蝕，當然為了進一步提高這種性能，還可以在裝置的表面進行硅化處理。綜上所述，采用本專利技術公開的技術方案后，可以將攪拌、通氣及培養物過濾三方面工藝操作合為一體，且位于生物反應器內部，統一整體滅菌，無外接設備，操作簡單，安全高效。附圖說明圖I攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器示意 其中I為氣體分布器管，2為取液管,3為反應器頂蓋,4為反應器攪拌軸,5為過濾套·筒，6為攪拌、通氣、過濾一體化腔室，7為細胞培養腔室，8為反應容器，9為直排六葉漿，10為渦輪推進漿。具體實施例方式以下結合附圖說明本專利技術的實施方式。但需要具體指出的是，以下具體描述僅以說明為目的，不應將其理解成對本專利技術范圍的限定。根據本專利技術的描述，本專業的技術人員推導出的等效的改換方式，理應涵蓋在本專利技術的范圍之內。實施例I 在BHK21自懸浮培養中，將本專利技術公開的整體裝置安裝于5L動物細胞反應容器8中，如圖I所示，不銹鋼過濾套筒5高度為32cm，直徑為6cm，安裝于反應器頂蓋3下，氣體分布器管I和取液管2穿越頂蓋，用螺紋螺絲與反應器頂蓋3固定，確保過濾套筒5的中心軸與反應器攪拌軸4完全重合。不銹鋼過濾套筒5的過濾孔徑選用IOy m，確保可以截留住單個懸浮生長的BHK21細胞。整體裝置隨反應容器8同時整體滅菌，冷卻并無菌檢測后保壓待用。培養開始時，BHK21種子細胞以每毫升3. 5X IO5個細胞的密度接種于細胞培養腔室7中，并加入培養液，最大培養體積為3. 8L。培養液的液面始終低于不銹鋼過濾套筒5的頂端，即該裝置有效的將BHK21細胞截留在細胞培養腔室7中，培養參數pH設定為7. 2、DO設定為40%本文檔來自技高網...

【技術保護點】
攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，包括反應容器、反應器頂蓋、反應器攪拌軸，其特征在于：還包括有一個帶孔過濾套筒，其孔徑小于實際培養物，所述過濾套筒內壁固定有帶分布器的氣體分布管以及取液管，并通過氣體分布管及取液管安裝于反應器頂蓋，所述反應器攪拌軸位于過濾套管中軸，所述過濾套管懸置于反應容器中，將反應容器區分為攪拌、通氣、過濾一體化腔室及細胞培養腔室。

【技術特征摘要】
1.攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，包括反應容器、反應器頂蓋、反應器攪拌軸，其特征在于還包括有一個帶孔過濾套筒，其孔徑小于實際培養物，所述過濾套筒內壁固定有帶分布器的氣體分布管以及取液管，并通過氣體分布管及取液管安裝于反應器頂蓋，所述反應器攪拌軸位于過濾套管中軸，所述過濾套管懸置于反應容器中，將反應容器區分為攪拌、通氣、過濾一體化腔室及細胞培養腔室。2.根據權利要求I所述的攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，其特征在于所述反應容器與過濾套筒直徑比為2 T3 :1。3.根據權利要求I或2所述的攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，其特征在于所述過濾套筒距離反應容器底端3 5cm。4.根據權利要求I所述的攪拌、通氣及細胞過濾一體化生物反應器，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮磊，吳培培，王偉峰，侯繼波，
申請(專利權)人：江蘇省農業科學院，
類型：發明
國別省市：