CN104212714B - 多层填充床生物反应器 - Google Patents

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Abstract

一种多层填充床生物反应器，包括一个罐体，罐体中设置有上层填充床和下层填充床，罐体中设置有一个中心管，中心管从上层填充床的上方向下垂直穿过上层填充床和下层填充床并延伸到下层填充床的下方，中心管内设置有一个带有离心叶片组件的提升管，上层填充床中设置有3个以上数目的引流管，下层填充床中设置有相同数目的排液管。本发明利用多层填充床提高了罐体放大能力，把填充床均匀分隔成多个具有相同床身高度的分床，在培养过程中输送给每个分床相同的培养液，提供相同的培养环境，也同样适用于以床身高度来放大的流化床反应器和固定床反应器，适用于片状纤维载体细胞培养和微载体细胞培养。

Description

多层填充床生物反应器
技术领域:
本发明涉及机械领域，尤其涉及用于培养细胞的生物机械，特别是一种多层填充床生物反应器。
背景技术:
装填各种载体的填充床生物反应器，被广泛用于细胞培养以研制和生产各种生物医药产品。上世纪90年代，美国NBS推出了一种片状纤维载体的填充床生物反应器（US5501971），较好地实现了高密度连续培养，得到了世界各国生物医药界的好评。尤其在中国的疫苗和基因工程药物的研制和生产领域得到较为广泛运用。由于在填充床中，细胞所需的营养和氧气是靠不断流过填充床的培养液来传递，因此填充床的高度成为该反应器放大的限制因素。一个装有片状纤维载体的填充床反应器，在连续培养过程中细胞密度可达到或大于1x10e8个/ml,对于床身高度超过30cm的此类填充床，位于底部的细胞就可能得不到足够氧气供给，导致该部分细胞生长受到阻碍，所以现有技术中此类填充床生物反应器所用的罐体均小于100升，不能满足研究和生产需要。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种多层填充床生物反应器，所述的这种多层填充床生物反应器要解决现有技术中填充床生物反应器的体积放大受限于其床身高度的技术问题。
本发明的这种多层填充床生物反应器，包括一个罐体，其中，所述的罐体中设置有一个上层填充床和一个下层填充床，所述的上层填充床位于所述的下层填充床的上方，上层填充床和下层填充床之间设置有一个隔板，下层填充床与罐体的底面之间设置有间隙，罐体中设置有一个中心管，所述的中心管从上层填充床的上方向下垂直穿过上层填充床和下层填充床并延伸到下层填充床的下方，上层填充床的上方设置有一个转动轴，所述的转动轴的下端设置有一个离心叶片组件，所述的离心叶片组件包括一个上圆盘和一个下圆环，所述的上圆盘和所述的下圆环平行设置，上圆盘和下圆环均与转动轴共轴，上圆盘和下圆环之间设置有3个以上数目的离心叶片，所述的离心叶片沿下圆环的圆周均匀分布，任意一个离心叶片均设置在下圆环的内圆与下圆环的外圆之间，任意一个离心叶片的上缘和下缘均分别与上圆盘和下圆环固定连接，上圆盘与转动轴的下端固定连接，下圆环的下侧固定连接有一个提升管，所述的提升管与下圆环共轴，提升管位于中心管内并与中心管共轴，提升管的下端端面延伸到中心管的下端端面的下方，上层填充床中设置有3个以上数目的引流管，任意一个所述的引流管的上端均延伸到上层填充床的上方，任意一个引流管的下端均延伸到隔板与下层填充床的间隙之间，下层填充床中设置有3个以上数目的排液管，任意一个所述的排液管的上端均延伸到隔板与上层填充床的间隙之间，任意一个排液管的下端均延伸到下层填充床的下方。
进一步的，提升管的下部的外周设置有一个环状布气管，所述的环状布气管位于中心管内，环状布气管通过一个通气管与提升管的内腔连通。
进一步的，上层填充床包括有一个上层上盖板和一个上层底板，所述的上层上盖板位于所述的上层底板的上方，下层填充床包括有一个下层上盖板和一个下层底板，所述的下层上盖板位于所述的下层底板的上方，上层上盖板、上层底板、下层上盖板和下层底板中各自分布有复数个圆孔，任意一个所述的圆孔的直径均小于上层上盖板和上层底板之间的载体的粒径、下层上盖板和下层底板之间的载体的粒径。
进一步的，离心叶片的数目为6至12个。
进一步的，排液管的直径和引流管的直径相等，排液管的长度和引流管的长度相等，排液管的数目与引流管的数目相等。
本发明的工作原理是：在细胞培养时，先把细胞培养的载体装填充在上层填充床和下层填充床内。常用的是片状纤维载体。把片状纤维载体一半的量装入上层填充床内，把片状纤维载体的另一半量装入下层填充床内。加入培养液，液面淹没了离心叶片组件，离心叶片组件转动时，由于离心力作用，培养液通过提升管自底部向上流动，从离心叶片组件被抛出。气体通过通气管，在中心管底部与培养液进行气液混合交换，并形成一个气升式提升器。培养液被提升至上层填充床的上层上盖板的上方混合。混合后的部分培养液经由引流管进入下层填充床，传送细胞生长所需的营养和氧气，再经过下层底板流出。混合后的另一部分培养液经由上层盖板进入上层填充床内，传送细胞生长所需的营养和氧气，穿过上层底板后，经由排液管流出。细胞生长所需要的营养和氧气，通过培养液的不断反复循环，被分配传递到多层填充床的上层填充床和下层填充床中。
本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明在罐体中上下设置了多层填充床，提高了罐体放大能力，具有上下两层填充床的生物反应器，可将罐体体积的放大达到近十倍，把填充床均匀分隔成多个具有相同床身高度的分床，在培养过程中输送给每个分床相同的培养液，提供相同的培养环境，也同样适用于以床身高度来放大的流化床反应器和固定床反应器，适用于片状纤维载体细胞培养和微载体细胞培养。
附图说明：
图1是本发明的多层填充床生物反应器的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1:
如图1所示，本发明的多层填充床生物反应器，包括一个罐体13，其中，罐体13中设置有一个上层填充床2和一个下层填充床6，上层填充床2位于下层填充床6的上方，上层填充床2和下层填充床6之间设置有一个隔板4，下层填充床6与罐体13的底面之间设置有间隙，罐体13中设置有一个中心管7，中心管7从上层填充床2的上方向下垂直穿过上层填充床2和下层填充床6并延伸到下层填充床6的下方，上层填充床2的上方设置有一个转动轴，转动轴的下端设置有一个离心叶片组件16，离心叶片组件16包括一个上圆盘17和一个下圆环，上圆盘17和下圆环平行设置，上圆盘17和下圆环均与转动轴共轴，上圆盘17和下圆环之间设置有3个以上数目的离心叶片15，离心叶片15沿下圆环的圆周均匀分布，任意一个离心叶片15均设置在下圆环的内圆与下圆环的外圆之间，任意一个离心叶片15的上缘和下缘均分别与上圆盘17和下圆环固定连接，上圆盘17与转动轴的下端固定连接，下圆环的下侧固定连接有一个提升管9，提升管9与下圆环共轴，提升管9位于中心管7内并与中心管7共轴，提升管9的下端端面延伸到中心管7的下端端面的下方，上层填充床2中设置有3个以上数目的引流管12，任意一个引流管12的上端均延伸到上层填充床2的上方，任意一个引流管12的下端均延伸到隔板4与下层填充床6的间隙之间，下层填充床6中设置有3个以上数目的排液管5，任意一个排液管5的上端均延伸到隔板4与上层填充床2的间隙之间，任意一个排液管5的下端均延伸到下层填充床6的下方。
进一步的，提升管9的下部的外周设置有一个环状布气管，环状布气管位于中心管7内，环状布气管通过一个通气管8与提升管9的内腔连通。
进一步的，上层填充床2包括有一个上层上盖板14和一个上层底板3，上层上盖板14位于上层底板3的上方，下层填充床6包括有一个下层上盖板11和一个下层底板10，下层上盖板11位于下层底板10的上方，上层上盖板14、上层底板3、下层上盖板11和下层底板10中各自分布有复数个圆孔，任意一个圆孔的直径均小于上层上盖板14和上层底板3之间的载体的粒径、下层上盖板11和下层底板10之间的载体的粒径。
进一步的，离心叶片15的数目为6至12个。
进一步的，排液管5的直径和引流管12的直径相等，排液管5的长度和引流管12的长度相等，排液管5的数目与引流管12的数目相等。
本实施例的工作原理是：在细胞培养时，先把细胞培养的载体装填充在上层填充床2和下层填充床6内。常用的是片状纤维载体。把片状纤维载体一半的量装入上层填充床2内，把片状纤维载体的另一半量装入下层填充床6内。加入培养液，液面18淹没离心叶片组件16，离心叶片组件16转动时，由于离心力作用，培养液C3通过提升管9自底部向上流动，从离心叶片组件16被抛出。气体通过通气管8，在中心管7底部与培养液C4进行气液混合交换，并形成一个气升式提升器。培养液C3和培养液C4被提升至上层填充床2的上层上盖板14的上方混合。混合后的部分培养液C1经由引流管12进入下层填充床6，传送细胞生长所需的营养和氧气，再经过下层底板10流出。混合后的另一部分培养液C2经由上层上盖板14进入上层填充床2内，传送细胞生长所需的营养和氧气，穿过上层底板3后，经由排液管5流出。细胞生长所需要的营养和氧气，通过培养液的不断反复循环，被分配传递到多层填充床的上层填充床2和下层填充床6中。

Claims (3)

1.一种多层填充床生物反应器，包括一个罐体，其特征在于：所述的罐体中设置有一个上层填充床和一个下层填充床，所述的上层填充床位于所述的下层填充床的上方，上层填充床和下层填充床之间设置有一个隔板，下层填充床与罐体的底面之间设置有间隙，罐体中设置有一个中心管，所述的中心管从上层填充床的上方向下垂直穿过上层填充床和下层填充床并延伸到下层填充床的下方，上层填充床的上方设置有一个转动轴，所述的转动轴的下端设置有一个离心叶片组件，所述的离心叶片组件包括一个上圆盘和一个下圆环，所述的上圆盘和所述的下圆环平行设置，上圆盘和下圆环均与转动轴共轴，上圆盘和下圆环之间设置有3个以上数目的离心叶片，所述的离心叶片沿下圆环的圆周均匀分布，任意一个离心叶片均设置在下圆环的内圆与下圆环的外圆之间，任意一个离心叶片的上缘和下缘均分别与上圆盘和下圆环固定连接，上圆盘与转动轴的下端固定连接，下圆环的下侧固定连接有一个提升管，所述的提升管与下圆环共轴，提升管位于中心管内并与中心管共轴，提升管的下端端面延伸到中心管的下端端面的下方，上层填充床中设置有3个以上数目的引流管，任意一个所述的引流管的上端均延伸到上层填充床的上方，任意一个引流管的下端均延伸到隔板与下层填充床的间隙之间，下层填充床中设置有3个以上数目的排液管，任意一个所述的排液管的上端均延伸到隔板与上层填充床的间隙之间，任意一个排液管的下端均延伸到下层填充床的下方，提升管的下部的外周设置有一个环状布气管，所述的环状布气管位于中心管内，环状布气管通过一个通气管与提升管的内腔连通，上层填充床包括有一个上层上盖板和一个上层底板，所述的上层上盖板位于所述的上层底板的上方，下层填充床包括有一个下层上盖板和一个下层底板，所述的下层上盖板位于所述的下层底板的上方，上层上盖板、上层底板、下层上盖板和下层底板中各自分布有复数个圆孔，任意一个所述的圆孔的直径均小于上层上盖板和上层底板之间的载体的粒径、下层上盖板和下层底板之间的载体的粒径。
2.如权利要求1所述的多层填充床生物反应器，其特征在于：离心叶片的数目为6至12个。
3.如权利要求1所述的多层填充床生物反应器，其特征在于：排液管的直径和引流管的直径相等，排液管的长度和引流管的长度相等，排液管的数目与引流管的数目相等。
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