CN104508110B

CN104508110B - 生物反应器容器以及相关的生物反应器系统

Info

Publication number: CN104508110B
Application number: CN201380039941.XA
Authority: CN
Inventors: 艾德里安·尼尔·巴夫
Original assignee: Triplex System (phc) Co Ltd
Current assignee: Automation Partnership Cambridge Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2033-07-29
Also published as: GB201213506D0; US10041030B2; US20150307828A1; WO2014020327A1; CN104508110A; EP2880148A1; EP2880148B1

Abstract

本申请提供了生物反应器容器(100)，其具有从其侧面突出并限定3个分别的面向外部的口(132a‑c)和容器室(105)之间的流体管道(136a‑c)的刚性架。生物反应器系统包括具有容纳站(14)的细胞培养模块(10)，在使用时，容器(100)容纳在容纳站(14)中。3个流体连接口(314a‑c)与容纳站(14)相邻，并通过阀组件(300)与相关的气体和/或液体输入管线(302a‑c，316，318)流体连接。当容器(100)被插入容纳站时，架的刚性性质和容纳站连接口(314a‑c)的限定位置表明，容器上的面向外部的口(132a‑c)与容纳站连接口(314a‑c)配准，从而自动形成分别的流体连接，而不需要对容器(100)上的流体管线与细胞培养基座(12)上的口进行手动连接。

Description

生物反应器容器以及相关的生物反应器系统

发明领域

本发明大体上涉及用于悬浮细胞培养物的生物反应器处理系统领域。更具体而言，本发明涉及用于插入生物反应器系统中的细胞培养模块的生物反应器容器的改进和处理这样的生物反应器容器的改进的方法。

发明背景

在仔细控制多个参数的情况下，在生物反应器中产生由悬浮生长于生长培养基中或生长于溶液中的悬浮颗粒表面上的细胞组成的细胞培养物。这些生物反应器可能能够处理大量的细胞培养溶液。例如，大规模的生物反应器能具有1-20,000升，甚至能达到50,000升的容量。

在生物反应器中，仔细控制细胞所暴露的环境是重要的。环境的细微改变可以对细胞的生理学和由每个细胞产生的目标产物(例如重组蛋白)的量(产物滴度)产生重大的影响。相应地，这对生产过程的经济效益也产生了巨大的影响。必须控制的参数包括细胞可接触的氧气和二氧化碳(溶解氧和CO₂)的浓度、pH、温度和特定的营养素水平，例如葡萄糖浓度。另外，物理环境也是很重要的，特别是重要的组分，包括气体分布的形式，例如气泡大小和整体气体流动。最后，液体和细胞的混合也是很关键的，其会影响反应器中的均质性以及生物反应器中的细胞所暴露的局部环境改变。这些问题在非常大的生物反应器中十分重要。

在生物反应器系统中制备产品的公司所面临的主要挑战是为生产某一具体产品来优化生物反应器中的条件。为生产某一具体产品的某一具体细胞系优化条件会容易地对产品的收率产生数量级水平的影响，从而对生产的经济效益产生巨大的影响。这个问题并不是能容易解决的，因为需要控制很多参数，并且最佳方法可能涉及这些条件的随时间的改变。但是，由于设备可用性缺少以及操作的巨大成本，探索改变一系列参数的影响是不现实的。运行一次2l生物反应器的实际成本可以超过$2000。对于更大的规模，成本迅速增加而不能被接受。这些问题阻碍了应用基于现代统计学的实验方法来分析多参数改变(通常称为DOE(实验设计))的影响，这些方法通常需要数十个生物反应器实验才能产生价值。

这样的工作产生价值的机会在近些年来有所提高，因为监管机构已经引入了这样的理念，如果控制参数中的改变的影响已经被探索，那么一个生产运行中的这些改变不一定意味着一个批次的自动失败。在没有小规模的高度平行的生物反应器模型的情况下，这是不可能的，但是这又是生产商保持竞争力所必需的。

生物反应器所面临的另一问题是难于在研发早期选择出在搅拌式生物反应器环境中生存力强并且生产能力强的细胞系。很显然的一点是，当需要筛选数十个至数百个细胞系时，已有的生物反应器系统是无法使用的。

已经尝试了多种小规模方法生物反应器(例如，振动多孔板和瓶)，但是这些生物反应器无法真实再现具有培养参数闭环控制的搅拌式通气系统中存在的条件。至今为止，小规模实验运行通常在1至10升容量的容纳溶液中的细胞培养物的个体生物反应器中实施。对于哺乳动物培养物，这些实验在细致的监控控制下进行约两周的时间，对于微生物培养物来说，持续时间通常更短。在这段时期，可以改变各个生物反应器之间的上文所讨论的输入参数，同时监测各个生物反应器的内容物，从而确定哪套参数能实现希望的最佳结果。然后，可以使用这套参数来将过程的规模升级到完全生产规模，目标是最大化细胞生产或细胞活力，从而提高生产效率和/或增加产物滴度收率。

控制培养参数需要考虑以下三方面：i)在规定时间内将参数保持在控制限度内限定的设定点；ii)随时间以受控、计划的方式改变该参数；以及最后iii)该参数在各个生物反应器之间和在各次运行之间的一致性和可再现性。一旦实现这样的控制，则可以改变参数并确定这样的改变对于生产能力的影响。

可以搅拌生物反应器中的细胞培养溶液来确保均质性。搅拌速率会通过影响细胞的物理环境(例如剪切)对培养物的生产能力产生重要影响，并且还会影响细胞的活力和生产寿命。此外，搅拌速率会直接影响混合以及气体从气泡输入流大量转移入细胞接触的液相的效率。对于某一具体培养过程，必须建立搅拌速率和其潜在负面影响以及良好的混合和气体转移的优势之间的平衡。在生产规模上，向反应器的能量输入也成重要的经济效益考量因素。

在很多已有的小规模系统中，并不搅拌生物反应器容器的内容物，而是通过振荡来摇动。尽管这样简化了系统使得容器不需要单独的搅拌器，但是这不能实现生产规模条件(内容物被搅拌)的准确模拟；振荡并不能复制通过搅拌容器内容物所带来的剪切力。此外，振荡容器中的气体转移主要是通过表面通气，而不是将气泡提供到系统的基部，从而改变气体转移的动力学和物理环境。

当提供搅拌器时，通常每个搅拌器是由驱动源独立地驱动。操作者将每个搅拌器与相关的驱动源连接和拆卸是耗时的，而这正是实验运行之间所需要的。EP2270129公开了通过共用驱动盘在单个过程中连接分别的小规模生物反应器的多个搅拌器的系统和相关的方法。

对于生物反应器中的气体控制有两个关键方面：CO₂和O₂的控制。

生物反应器中的溶解氧水平必须保持在设定水平以确保对于细胞的一致的可利用性，使得代谢作用不受到限制。通常的保持水平在气体饱和度所实现的最大溶解氧水平的15至50％之间变化。使用者之间实现这种变化的方法有所不同，有些人偏向于使用较低的输入浓度和较高的流速，另一些人偏向于使用较高的输入浓度和较低的流速。控制输入流速是非常关键的，因为其影响其他气体(例如CO₂)从培养基脱离。

细胞所暴露的CO₂的浓度会对代谢产生重要影响，特别是在哺乳动物细胞培养物中。因此，对于这样的哺乳动物培养物，控制CO₂还可以用于联合培养基中基于碳酸氢盐的缓冲系统来控制pH。气泡也是关键的对细胞造成损伤的来源，因此控制总气体流入速率是保持细胞活力中的重要因素。

生物反应器中的pH水平应当保持在预定范围内，预定范围可以随着细胞培养的发展而变化。在哺乳动物细胞培养物中，通过联合使用液体培养基中的基于碳酸氢盐的缓冲体系和保持特定的溶解CO₂水平可以实现这一点。但是，当高于一定的细胞密度时，细胞产生的乳酸会破坏培养基的缓冲能力，通过添加一定量的碱性溶液来对抗增加的酸度能够将pH保持在理想的限度内。在生物反应器中添加碱被控制为包括pH感应器的反馈回路的一部分。

温度是生物反应器中的重要参数。培养哺乳动物细胞的生物反应器中使用的温度的变化幅度不大，这是因为细胞来源于表现为控制体温的动物。但是，在培养期间可以进行一些小的改动，例如，从而实现使细胞生理学偏向于产生重组蛋白而不是细胞增殖的代谢改变。对于微生物培养物，根据生物体，操作温度可以在18-65℃之间变化，并且需要准确控制。

通常，控制加热器来增加或减少提供的热量。在某些系统中，培养物生长和在搅拌中的能量输入产生过量的热量，因此需要冷却和热消散系统。

可以将多种营养素供给分配到反应器中。通常，营养素供给包括提供另外的氨基酸和碳源来替换细胞生长所用的氨基酸和碳源的培养基供给。可以根据不同的计划将多种不同的供给添加到生物反应器中，通常包括碳源，例如葡萄糖。通常，响应于生物反应器中参数水平的测量值添加这些供给。

操作者将流体管道与分别的入口/出口连接和拆卸来建立流体通道用于向生物反应器容器输入气体和/或营养素是耗时的并且通常手动操作比较复杂。

监测生物反应器中的各种参数对控制它们是非常重要的。某些参数通过闭环感应和响应系统进行控制，而由于缺乏合适的在线监测系统，另一些参数通过采样和线下分析来进行控制。

容器内容物的监测可通过“侵入式”方法实现，其中取出细胞培养溶液的一小部分样品用于在线或线下分析，例如通过采样口或通过用移液管吸出溶液样品用于分散到例如分析系统的样品杯中。同样，可以提取容器内顶部空间的气体的样品部分用于分析，例如，在气体分析仪中分析。通过插入顶部空间的探针或经由气体出口和相关的管道可以完成提取。随着用于向容器输入气体或营养素的流体管道的连接，在液体样品和/或顶部空间气体通过每个容器出口被提取而进行分析的情况下，操作者将流体管道与分别的出口连接和拆卸是耗时的并且通常手动操作比较复杂，主要的风险在于被插入的设备的污染。这样的问题增加了构建多个生物反应器实验的普遍复杂性和成本。

在EP2270129中，通过在单一步骤中实现多个流体通道的连接改进了方法，所述连接是通过利用界定基站中分别的容器的入口/出口和相关的流体口之间分别的管道的共用夹板。但是，该方法的缺点在于，在实验运行之间流体仍能存在于夹板的管道中，从而产生了后续运行污染的风险，特别是对于营养素供给。通过在运行之间冲刷和/或灭菌管道可以克服这个问题，但是这对于方法增加了额外的步骤。

总之，在开发和优化基于生物反应器的生产过程中存在一系列的挑战，包括：i)现有系统运行的一般成本，甚至，由于所需设施(蒸汽产生)中机构、工作量、资金成本、设备可用性的复杂性以及单位体积培养基组分的高成本，小规模系统是不被容许的；ii)缺少直接可适用的小规模系统来建立较大生物反应器的模型；和iii)缺少推进提高每个受训雇员的生产量的要求的受训人员。

因此，本发明的一个目的是提高小规模和大规模生物反应器系统中实验运行之间周转的简便性和效率，降低劳动量要求，降低污染风险和增加实验室生产量。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了生物反应器容器，所述容器包括：

由顶壁、底壁和侧壁界定的室；

刚性架，所述刚性架从容器的侧面突出，并具有面向外部的连接口；和

管道，所述管道至少部分地界定所述室和所述面向外部的连接口之间的流体流动通道。

提供具有面向外部的连接口的向侧面突出的刚性架和作为容器本身的一部分的、室和面向外部的连接口之间的管道能帮助建立生物反应器系统和提高实验运行之间周转的效率，因为建立容器(室)的内部和对应的流体口(例如，生物反应器容器所容纳于的基站中的一个流体口，用于供给气体或营养素)之间的流体通道所需要的全部工作是将容器插入基站中的容纳站的位置。架的刚性性质确保容器上的面向外部的连接口能够与基站中的对应的口配准，从而建立直接流体连接。不需要界定连接流体管道的中间部分，因此也没有那些连接管道中的潜在流体相关的问题。不需要对管道进行冲洗或灭菌，因为生物反应器容器通常在一次使用后就被处理掉了。

管道可以终止于室中的开口端。或者，所述室可以包括通过所述顶壁、底壁和侧壁之一的室口，所述管道在室端连接于所述室口。

在一个实施方案中，所述管道可以界定于所述架之内。在这样的情况下，所述架可以包括：从所述容器的侧面突出的唇部；和过廊板；其中所述面向外部的连接口延伸通过所述唇部，并且其中所述过廊板包括在所述面向外部的连接口和所述室之间延伸的槽，从而界定所述管道。这种配置提供了易于生产并因此低成本的简单的和稳定的流体通道。

当如上文所述，所述容器包括室口并且所述架包括唇部时，所述唇部可以包括所述室的顶壁的一部分，其也界定所述室口。所述顶壁可以包括所述容器的盖。在这样的配置下，可以非常简单地改造已有的生物反应器容器，仅需要通过将所述盖替换为具有另外的唇部特征的盖，并且通过连接所述顶壁(盖)上方的有槽的过廊板。

或者，当如上文所述，所述容器包括室口并且所述架包括唇部和过廊板时，所述唇部可以包括所述室的侧壁的一部分，并且过廊板可以包括所述室的顶壁的一部分，其也界定所述室口。这种配置会需要改动已有容器的侧壁。

在可选实施方案中，所述管道可以界定在所述架的外部。在这种情况下，所述管道可以包括柔性管。这提供了所述室和外部之间的简单的和低成本的连接。这种配置所需要的柔性管类型是容易获得的，因此这种配置不需要除了刚性架特征之外的任何“订制”部分。

无论是哪个实施方案，所述架可以从所述容器的上端突出。这是将容器置入细胞培养模块中的方便的配置，因为细胞培养模块基座中的容纳站可以位于其下端，从而容纳容器的下端，并且连接于所述架中的面向外部的连接口的所述容器中的口可以朝向细胞培养模块基座的上端。

另外，所述面向外部的连接口可以位于架的底表面上。因此，通过将容器向下插入所述基座可以简单地建立流体连接。重力会帮助所述插入和保持面向外部的连接口和细胞培养模块基座中相关的口之间的连接处的密封。

任选地，所述架可以包括多个所述面向外部的连接口，分别的多个管道，所述管道至少部分地界定了所述室和每个所述面向外部的连接口之间的分别的多个流体流动通道。多个流动通道可以包括歧管，其具有起自主管道、向每个分别的面向外部的连接口的分支。多种气体可以从不同的管线提供到用于输入容器的共同管道。营养素可以经由另一流体流动通道单独供给，或可以与气体经由相同的通道供给。通过将不同的流动通道合并到共同管道，所述容器仅需要具有单一输入，例如室口向室。

通常，所述容器还包括管，所述管的上端连接于所述管道的室端。管能实现输入气体和/或营养素被直接输入室中的液体。当存在多个入口和出口路径时，它们可以如上文所述合并到共同管道，用于连接所述管，或一个或一些路径可以以其他开口连接所述管进入容器顶部空间。

按照本发明的第二方面，提供了包括细胞培养模块的生物反应器系统，所述细胞培养模块包括：

基座，其包括用于可移除地容纳本发明的第一方面所定义类型的生物反应器容的容纳站，所述容纳站包括至少一个容纳站流体口，使得当容纳在容纳站时，所述架中所述面向外部的连接口或每个面向外部的连接口与相关的至少一个容纳站流体口配准；和

用于将所述架中所述面向外部的连接口或每个面向外部的连接口与相关的至少一个容纳站流体口连接的装置。

在本发明的该方面中，上文所述的按照第一方面的容器的刚性架配置的优势变得更明显。

用于连接的装置可以包括用于将所述架中所述面向外部的连接口或每个分别的面向外部的连接口推动朝向相关的至少一个容纳站流体口而形成密封连接的装置。推动装置可以包括夹板，所述夹板可固定于所述基座而将所述容器推入所述容纳站。夹板可通过手拧螺丝固定于基座。虽然在某些实施方案中借助于将所述面向外部的连接口或每个分别的面向外部的连接口推动朝向相关的至少一个容纳站流体口的重力可以实现足够的密封，但是如果提供另外的推动装置则可以提供更可靠的密封。当不存在另外的推动装置时，用于连接的装置可以认为是容纳站自身，容纳站与容器联合在一起将容器与分别的口配准。

容纳站可以包括用于容纳对应的多个生物反应器容器的多个容器位置，每个容器位置具有至少一个所述容纳站流体口。

当推动装置包括夹板时，夹板可以被设计为用于将多个容器中的每个同时推入相关的容器位置。这实现了在单个动作中使每个容器的口的密封得到加强。

所述系统还可以包括阀组件，所述阀组件具有多个流体供给，所述阀组件可被操作来为所述基座中选定容纳站流体口供给选定流体。按照这样的方式，与每个容器的流体连接能够向容器递送选定的一种(或混合物)流体供给。

所述系统可以包括多个所述反应器容器。所述多个反应器容器被制成盒式件。通过将容器制成盒式件，所述容器可以作为一个单元被全部插入容器容纳站或从容器容纳站移除。这会减少容器处理时间。

按照本发明的第三方面，提供了包括细胞培养模块的生物反应器系统，所述细胞培养模块包括：

基座，包括用于可移除地容纳生物反应器容器的容纳站；和

生物反应器容器，其具有至少由底壁和侧壁界定的室，并具有通过壁之一的流体口；

其中所述容纳站包括流体口，所述流体口被定位于使得当所述容器被容纳于所述容纳站时，所述容器壁中的口与容纳站中的流体口配准，从而界定所述基座和所述容器室之间的流体流动通道。

在按照本发明的该方面的实施方案中，除了用于界定面向外部的连接口的位置从而位于与容纳站中的对应的口配准的正确位置和方向的刚性架，流体口借助于其通过容器的壁的位置来定位。关于本发明的第一和第二方面，通过将容器插入容纳站，可以简单地建立容器和容纳站(例如)之间的流体通道，而无需制造各个连接并且没有上文关于现有技术的夹板配置所讨论的污染风险的缺点。

附图简要描述

现参考附图以举例说明的方式描述本发明，其中：

图1是从小规模生物反应器系统细胞培养模块的一部分上方看的立体图；

图2是用于插入图1的细胞培养模块的小规模生物反应器容器的顶视立体图；

图3是图2的生物反应器容器的底视立体图；

图3A是图2和3的生物反应器容器的盖部分的底视立体图；

图4是图2和3的生物反应器容器的截面图；

图5是图1的细胞培养模块的一部分的截面图；

图6是从可选的生物反应器系统细胞培养模块的一部分上方看的立体图；

图6A对应于图6，但是生物反应器容器不在原位；

图7是图6的细胞培养模块的顶视平面图；

图8是沿图7的A-A的截面图；

图9是图8的部分B的细节图，显示了生物反应器容器和细胞培养模块之间的连接；

图10是用于插入图6的细胞培养模块的生物反应器容器的顶视立体图；

图10A是图10的生物反应器容器的底视立体图；

图11是图10的生物反应器容器的侧面正视图；

图12和12A是图10的生物反应器容器的顶视平面图；

图13是沿图12的C-C的截面图；

图13A是沿图12A的D-D的截面图；以及

图14是图1和5的细胞培养模块中部分流体管线的示意图。

发明详细描述

小规模生物反应器容器实施方案

图1显示了用于处理小规模生物反应器100的阵列的细胞培养模块10。细胞培养模块10形成更大的生物反应器处理系统(未示出)的一部分，并且通常安装于所述系统中的基站的平台上。

细胞培养模块10包括基座12，基座12上安装了基座板13，基座板13界定了可移除地容纳多个生物反应器容器100的容纳站14。在所示实施方案中，容纳站14可以保持多达12个容器100，分为两排，每排有6个，位于分别的位置16。在图1中，显示了6个容器100已在分别的容器容纳位置16中就位，并且显示了6个空的容器容纳位置16，这是为了更好地展示基座板13中的流体口(如下文所述)。但是，应当理解，容纳站14可被设计为能容纳更多或更少的容器100，并且容器100可以排列为任何合适的形式。

一个或多个加热器或冷却器(未示出)可位于容器容纳位置16的附近，用于控制容器100的温度。

具体参照图2至4，与细胞培养模块10共同使用的小规模生物反应器容器100包括前壁101a、后壁101b、顶壁102、底壁103和侧壁104a、104b，它们界定了用于容纳细胞培养溶液107的室105，细胞培养溶液107在上方具有顶部空间109。顶壁102包括移液管进入口106，进入口106上可移除地连接了帽108。当需要将流体移入或移出容器100时，移除帽108。在图3A中可以看得最清楚，容器还包括一组3个管110a-c，每个管具有位于容器的顶壁102的相关的流体输入口112a-c。流体输入口112a-c的每一个包括滤器114。

容器100中可转动地安装了搅拌器116，搅拌器116包括安装在垂直轴120的基座上的刀片118。轴120的上端包括驱动输入124。

pH传感器点126和DO传感器点128被设置在底壁103，使得它们能检测溶液107的pH和DO水平并且能从容器100的外部查询。

容器室105的排放是通过连接室105与外部环境的曲折通道、通过搅拌器轴驱动输入124实现的。或者，可以向容器100的顶部提供单独的排放口。

容器100的顶壁102包括唇部130，唇部130突出到容器侧部的外部，超出侧壁104a。唇部130包括3个通过口132a-c。过廊板134被固定在包括唇部130的顶壁102的一部分的上方，并且包括3个槽136a-c，槽136a-c在管110a-c顶部的分别的气体输入口112a-c和每个相关的通过口132a-c之间延伸，从而界定了每个口和容器室105之间经由分别的管110a-c的管道。唇部130和过廊板134一起形成了突出于容器侧部的刚性架。包括唇部130和相关的过廊板134的顶壁102可以包括连接于容器100的其他部分的盖。或者，唇部130可以直接从侧壁104a突出，同时过廊板134为顶壁102的一部分。

阀组件300安装在细胞培养模块基座12的下面。当细胞培养模块10与床站连接时，阀组件300被容纳在床站的腔中。

再参照图14，阀组件300具有3个气体输入口302a-c，分别可与O₂，N₂和CO₂气体供给连接。一组阀304a-c与每个分别的输入口302a-c相关联，每组304a-c包括阀306a-c，用于每个容器容纳位置16。因此，对于图1所示的12个容器容纳位置16，阀组件包括共36个气体输入阀306a-c。从另一个角度看，每个容器容纳位置16具有3个相关的气体输入阀：一个(306a)用于控制O₂供给，一个(306b)用于控制N₂供给，一个(306c)用于控制CO₂供给。

每个阀306a-c具有出口，所述出口与输出管道308a-c连接。阀306a-c按照它们所对应于的容器容纳位置16进行分组，并且每个组的输出管道308a-c连接到分别的气体传输管道310b的近端。因此，存在与每个容器容纳位置16相关联的气体传输管道310b。每个气体传输管道310b的远端容纳在管道室312中，并在其中连接于基座板13的上表面上的分别的出口314b。

阀组件还包括第一液体入口和第二液体入口318，它们可分别与第一和第二液体供给连接。举例来说，连接于第一入口316的第一液体可以为碱，用于控制容器中的pH水平，第二液体可以为营养素供给。一组阀320与第一入口316相关联，并包括用于每个容器容纳位置16的阀322。因此，对于图1所示的12个容器容纳位置16，阀组件包括共12个第一液体输入阀322。一组阀324与第二入口318相关联，并包括用于每个容器容纳位置16的阀326。因此，阀组件包括共12个第二液体输入阀326。

每个第一液体输入阀322具有出口，所述出口与第一液体传输管道310a连接。因此，存在与每个容器容纳位置16相关联的第一液体传输管道310a。每个第一液体传输管道310a的远端容纳在管道室312中，并在其中连接于基座板13的上表面上分别的出口314a。

每个第二液体输入阀326具有出口，所述出口与第二液体传输管道310c连接。因此，存在与每个容器容纳位置16相关联的第二液体传输管道310c。每个第二液体传输管道310c的远端容纳在管道室312中，并在其中连接于基座板13的上表面上分别的出口314c。

因此，存在与每个容器容纳位置相关联的3个流体传输管道：气体传输管道310b和一对液体传输管道310a、310c。

在图5中可以看得最清楚，夹板20通过从基座板13的上表面突出的一对柱22可移除地连接于细胞培养模块基座板13，位置在容器容纳站14上面。出于清楚的目的，图1中去除了夹板20。夹板20通常是矩形的、平面部件，具有相对较大的圆形孔24的阵列，孔24排列为2行，每行6个，位置对应于容器容纳位置。如下文所述，当容器100被容纳在分别的容器容纳位置16时，这样的孔24用于容纳分别的容器100的直立移液管进入口106，连接或不连接相关的帽108。

与每个相对较大的孔24相邻的是较小的圆形孔26。轴28可转动地容纳在每个较小的孔26中。孔24和孔26都从顶部至底部延伸通过夹板20。每个轴28的下侧具有驱动元件29，用于形成与分别的容器100的搅拌器116的驱动输入124的驱动连接。

生物反应器处理系统的使用

为了实施实验运行，将容器100加载到细胞培养站10，每个容器被置于容纳站14中分别的容器容纳位置。

当容器100被插入容纳站14时，唇部130的底表面中的开口132a-c与基座板13的上表面上的对应的容纳站流体口314a-c对准，并与其形成密封连接。在插入时，分别的开口借助于容器容纳站的限定位置(包括与其相邻的流体口314a-c)和刚性架自动彼此对准，刚性架使对应的容器连接口132a-c与容纳站流体口314a-c配准。

另外的密封部件(例如o形环328)可以加强密封。容器100及其内容物的重量本身就足以形成面向外部的连接口132a-c和分别的容纳站流体口164之间的良好密封。但是，优选通过施加从夹板20向下的力来加强密封。

夹板20被置于基座板13的顶部，并通过柱22固定就位。容器移液管进入口106以及连接的帽108通过夹板20中分别的较大的孔24突出。

按照该方式，每个容器100通过以下路径连接于每个流体供给302a-c、316、318：气体(或流体)供给302a-c(或316或318)；阀组件300，经由输入口；通过选择性开放的阀306a-c(或322或326)；经由输出管道308a-c(用于气体供给)至传输管道310a-c；至容纳站流体口314a-c；至容器中相关的面向外部的连接口132a-c；经由相关的流体管道136a-c至相关的管入口112a-c；通过管110a-c；并进入容器室105。

当夹板20被置于基座板13上时，连接上驱动耦合器而形成与每个轴28的驱动连接，用于驱动每个容器搅拌器116。

可以为容器100提供预先装载的细胞培养溶液。或者，可以提供空的容器100，当容器被容纳在它们分别的位置后，细胞培养溶液经由分别的移液管进入口106被加入。该加入可以手动进行，或者借助于机器人液体操作站自动进行。

容器100可以提供在无菌包装中。为了最小化污染的风险，将容器100插入容纳站14可以在受控制的环境下进行。例如，受控制的环境可以为生物安全柜，例如层流柜，其可以配备有例如HEPA滤器，从而防止生物材料污染细胞培养物。

监测和控制

随着实验运行的发生，每个容器100的细胞培养溶液产生变化并具有不同的对于最适生长和产生目标蛋白和/或抗体的要求。因此，输入参数在实验运行过程中并不是保持固定，而是遵循一定的谱。例如，与发展晚期相比，发展早期的细胞培养可以需要碱性稍微更强的环境。

在实验运行中，通过查询分别的传感器点126、128独立地监测每个容器的pH和DO。

得到的数据流可以用作向控制系统的输入，用于各个容器100的输入参数的反馈控制。例如，为了将pH保持在预定谱中，来自pH传感器126的数据可以用作输入来确定提供到各个容器100的CO₂的量(或碱或其他用于控制pH的液体)。

通过相关的温度传感器还可以监测每个培养站模块100的温度。来自温度传感器的数据可以用作向加热器或冷却器的输入，以确保对应的培养站模块中的容器100保持在预定温度谱中。

如本说明书的前序部分所提及的，实验运行的一个目的是确定什么样的输入参数集合能提供最佳结果。因此，细胞培养模块10中的每个容器100可以按照与其他容器稍微不同的参数集合运行。例如，不同的容器100可以以与其他容器相比改变的一个或多个下述参数运行：pH谱、CO₂谱、溶解氧谱、营养素谱、温度谱和搅拌速度。

通过在实验运行期间和之后监测细胞培养溶液来评价改变的效果，从而确定以下的一项或多项：细胞计数、细胞活力、细胞大小、生物量、代谢物和生物分子，例如产物滴度，其可以为蛋白或抗体。按照这样的方式，可以评价在运行的不同阶段的参数的改变效果。如上文所讨论的，通过将样品吸出并分散到多孔板或样品杯进行分析可以实现这点。

然后，最佳的参数集合可用作进一步实验运行的参考点。

其他实施方案

除了与夹板20整合之外，驱动机构可以单独于夹板20安装。

或者，在另一实施方案中，驱动机构和各个容器100的搅拌器116之间的驱动连接是直接建立的，不需要夹板20作为中介。在该实施方案中，搅拌器轴120可以长于之前的实施方案，并且可以容纳在夹板20的分别的较小的孔26中。或者，在该实施方案中可以完全省去夹板20。

除了过廊板134中限定3个不同且分离的管道的槽136a-c之外，过廊板还可以界定歧管，其具有向每个分别的面向外部的连接口132a-c的分支，主干起自连接于容器室105(例如通过单个管110)的主管道。

另一备选方案是3个不同的输入在容器100之前汇合。这样的一种设置是使流体传输管道310a-c汇合到基座板13的上表面的单个容纳站流体口314，用于连接唇部130中对应的单个面向外部的连接口132。

除了O₂，N₂和CO₂中的每一种通过阀组件300被供给之外，还可以仅供给这些气体中选定的两种。例如，可以仅供给O₂和N₂。如上文所讨论的，提供CO₂为了将pH水平保持在哺乳动物细胞培养物的预定谱中。但是，通过其他方式也可以实现这点，例如通过将例如苏打的碳酸氢盐或氨水分配到容器内容物中。因此，利用这样的其他pH水平控制，CO₂供给可以省去，通过添加碱性或酸性液体控制pH。当仅供给两种气体时，阀组件当然仅需要两组气体阀304。

除了O₂和N₂的混合物用于控制细胞培养溶液中的溶解氧浓度之外，还可以使用O₂和空气的组合或空气和N₂的组合。此外，可以提供O₂气体，例如50％O₂，然后与空气或N₂混合。

事实上，可以想到的是，可以仅提供单一气体或不提供气体。例如，依赖于环境空气的扩散来向系统供给O₂和N₂也是已知的。但是，这样的系统不能代表完全规模的过程，因为完全规模的过程几乎都是具有至少一种气体供给。

可以供给多于3种气体，在这样的情况下，将需要另外的阀组和每种另外气体的相关的输出管道。

按照气体输入连接描述了O₂、N₂和CO₂连接。应当理解，这些输入也可以为液体形式。而且，应当理解，一个或多个流体通道可以反过来使用，容器中的口作为出口，流体经由流体连接从容器中提取。这种提取可用于监测容器的内容物，内容物为顶部空间109的气体或细胞培养溶液107，流体连接将提取的样品运去分析。通过细胞培养模块10的这种监测可以替代上文关于通过移液管进入口106吸出样品用于分析所描述的方法。在一个具体实施方案中，通过使容器中的一个口作为出口并且容器中的另一个口作为输入口，可以形成流体循环环路。流体循环环路可以包括以下的一个或多个：外部泵、滤器(例如切向流滤器)、氧化处理膜、气体交换器、热交换器和采样设备。

容器100被描述为具有向室105的3个入口(或出口)112a-c，但是很容易理解的是，通过对过廊板134中相关的流体连接和细胞培养模块10的其余部分进行适当的改动，可以提供更多或更少的口。

按照机械连接的方式描述了向分别的搅拌器的驱动连接。应当理解，也可能以非机械的方式传输驱动，例如通过电磁力。例如，作为简单的替换，驱动元件可以包括磁体或铁磁体元件，并且驱动元件可以包括分别的互补的铁磁体元件或磁体，驱动动作通过分别的磁体和铁磁体元件之间的铁磁体力来传达。

可以为每个容器100提供加热器和/或冷却器，在这样的情况下，可以通过相关的反馈控制来控制各个容器中的温度。因此，不同的容器的温度谱可以相对于彼此改变。

为了避免容器100上部的冷凝，加热器可以位于上部附近，例如，位于夹板20中或基座板13的上表面的区域内。

如上文所述，管110a-c延伸至容器100的底部来直接向细胞培养溶液107供给气体。但是，应当理解，气体管110b(也称为喷雾管)可以比较短，仅伸入顶部空间109来向顶部空间供给气体，然后所述气体扩散入细胞培养溶液。事实上，当气体经由口112b直接提供到顶部空间109时，管110b完全可以省略。对于液体供给，优选的是管110a、c伸入细胞培养溶液107，这样输入流体可以以稳定的速度状态扩散入溶液。否则，当液体供给到顶部空间时，液体聚集为输入口处的液滴，只有当液滴达到一定大小时，才会滴入下方溶液。这导致向溶液的液体供给不均匀且不准确，并且内部的条件有波动。

除了pH和DO传感器点126、128或与pH和DO传感器点126、128一起，可以使用其他的传感器。实例包括用于检测以下的传感器：CO₂浓度、温度、细胞计数、细胞活力、细胞大小、生物量、代谢物和生物分子。

此外，除了远程检测(例如通过荧光效应)之外，通过插入细胞培养溶液和/或插入顶部空间的探针可以更直接地检测参数。这样的探针可以整合于容器100或可以连接于夹板20。

另一可选的传感装置可以包括位于容器100内的IC芯片，并具有位于容器中用于连接查询探针的或可通过壁访问的触点，用于直接从芯片传输信号。

其他生物反应器容器实施方案

图6至13展示了本发明的备选实施方式，其应用于比小规模生物反应器容器100规模更大的生物反应器容器100’。为了帮助认识实施方案之间的平行联系，可能的类似特征会标记为与小规模实施方案相似的参考标记，但是上方标有(‘)。

用于处理单个生物反应器100’的细胞培养模块10’显示于图6至9。细胞培养模块10’形成生物反应器处理系统(未示出)的一部分，并且通常安装于系统中基站的平台。除非另外描述，生物反应器100’和相关的细胞培养模块10’与小规模实施方案类似地运行，具有适当的改动。

细胞培养模块10’包括基座12’，基座12’具有顶部表面，顶部表面界定了用于可移除地容纳生物反应器容器100’的容纳站14’。但是，应当理解，在适当的改造下，容纳站14’可以设计为容纳更多的容器100’。

一个或多个加热器/冷却器(未示出)的位置可以相邻于容器容纳位置16’来控制容器100’的温度。

具体参照图10至13A，与细胞培养模块10’一起使用的生物反应器容器100’包括容器主体部分101，其界定了用于容纳细胞培养溶液107’的室105’，溶液107’的上方具有顶部空间109’。容器通常保持约200至250ml细胞培养溶液107’的工作容量。但是，应当理解，在进行必要的改动下，参照该规模的容器描述的原则可以适用于更大规模的和更小规模的容器。

容器还包括盖部分102’，盖部分102’通过裙部212之间的摩擦配合固定于主体部分101的顶部，裙部212搭接容器主体部分101的上缘的环形唇部214。O形环216保持在裙部212和唇部214下方的外壁之间，从而提供盖部分102’和主体部分101之间的密封。盖部分102’包括移液管进入口106’，其上可移除地连接了帽108’。喷雾管110’具有细胞培养溶液107’中的远端开口和通过盖部分102’终止于口112’的近端。气体输入管线136c’连接在口112’的一端和流体模块250的另一端，并且可以包括滤器(239c)。

搅拌器116’可转动地安装于容器100’中，搅拌器116’包括安装在垂直轴120’的基座的刀片118’。轴120’的上端包括驱动输入124’，并且借助于曲径密封设置保持在盖部分102’中。

容器包括位于主体部分101’的底壁103’上的DO传感器点128’，用于检测溶液的DO水平和从容器100’的外部进行查询。

对于哺乳动物细胞培养物，例如小规模实施方案中描述的pH传感器点(未示出)可用于监测培养基的pH水平。但是，对于微生物细胞培养物而言，其可以直接影响pH点的准确性，因此容器可包括容纳于盖部分102’的口282中的pH电极传感器探针280。电极探针280的远端284伸入容器室105’，从而在使用时能被细胞培养基107’覆盖，用于按照已知方式监测培养基的pH水平。

除了向喷雾管110’的气体输入管线136c’之外，流体模块250包括另外的气体管线136a’。气体管线136a’是第二输入管线，通过盖部分101’连接于口235，用于递送气体进入顶部空间109’。该输入管线136a’也可以包括滤器(239c)。

流体模块250可以分别地连接于O₂、N₂和CO₂气体供给，用于经由输入管线136a’和136c’将这些气体单独或组合选择性地受控递送到容器。

具体参照图12，盖部分101’在其下表面包括弓形槽290。槽290大约围绕盖部分周长的250°从第一端292至第二端294环形延伸。槽290位于容器主体部分101的唇部214的平坦表面的顶部，从而界定了环形设置的管道296(参见图12，12A)。在槽的第一端292，存在扩大的开口，其提供与容器室105’的流体连通，用于从顶部空间109’蒸发进入管道296的流体的出口通道。

出口管线136b’连接于槽的第二端294，用于蒸发的出口流体向流体模块250的通道。该出口管线136b’还可以提供有滤器239b，并且通常连接于传感器(未示出)，用于监测出口流体的气体和水含量，从而提供细胞培养物的代谢活性的指示，如本说明书的前序部分所述。

容器室105’的排放是通过朝向容器100’的顶部提供的单独的排放口实现。或者，如小规模实施方案中所述，排放可以借助于经由搅拌器轴驱动输入124’连接室105’和外部环境的曲折通道实现。

流体模块250形成了容器100’的顶壁102’的整体部分，包括刚性架，刚性架突出到容器侧面之外，超出主体部分101。流体模块250限定3个通过口。柔性管道136a-c’连接于通过口的分别的顶端，它们分别在连接口132a-c’终止它们的底部，从而界定了每个连接口132a-c’和容器室105’之间的管道。滤器239a-c容纳在通过口中。

包括流体模块架250的顶壁102’可以包括盖，盖连接于容器100’的其余部分。或者，流体模块架250可以直接从主体部分101伸出。

阀组件(未示出)安装在细胞培养模块基座12’的下侧。容器容纳位置具有3个相关的阀：一个用于控制O₂的供给，一个用于控制N₂的供给，一个用于控制CO₂的供给，每个用于递送至管道136c’，经由喷雾管110’递送至容器室105’。还可以包括其他阀来控制通过其他管道136a’和136b’的流体(通常为气体)的供给。

每个阀具有出口(未示出)，其通过基座12’连接于分别的传输管道310a-c’的近端。每个传输管道310a-c’的远端与基座12’的上表面的分别的容纳站出口314a-c’流体连接。

容器100’还包括液体模块260，其包括直立于刚性平台264的4个栓262，每个通过分别的柔性管道266与容器室105’流体连接。保护箔268固定于平台264的下侧。

大规模生物反应器处理系统的使用

为了实施实验运行，通过将容器100’置于容纳站14’的容器容纳位置16’中来加载细胞培养站10’。

当容器100’被插入容纳站14’时，流体模块架250的底表面中的口132a-c’与直立于基座12’的上表面的对应的容纳站流体口314a-c’对准，和并与其形成密封连接。在插入时，分别的口借助于容器容纳站的限定位置(包括与其相邻的流体口314a-c’)和刚性架250自动彼此对准，刚性架250使对应的容器连接口132a-c’与容纳站流体口314a-c’配准。

另外的密封部件(例如o形环328’)可以加强密封。容器100’及其内容物的重量本身就足以形成面向外部的连接口132a-c’和分别的容纳站流体口314a-c’之间的良好密封。但是，优选通过施加从夹板(未示出)向下的力来加强密封。

除了通过刚性流体模块250在容器100’和容纳站流体口314a-c’之间“自动”形成气体连接之外，在移去保护箔268之后，通过手动将平台264连接在基座12’的对应的连接模块270上，可以建立液体连接。

可以为容器100’提供预先装载的细胞培养溶液。或者，可以提供空的容器100’，当容器被容纳在容纳站14’后，细胞培养溶液经由流体转移口106’被加入。该加入可以手动进行，或者借助于机器人液体操作站自动进行。

容器100’可以提供在无菌包装中。为了最小化污染的风险，将容器100’插入容纳站14’可以在受控制的环境下进行。例如，受控制的环境可以为生物安全柜，例如层流柜，其可以配备有例如HEPA滤器，从而防止生物材料污染细胞培养物。

大规模系统的监测和控制

随着实验运行的发生，容器100’的细胞培养溶液产生变化并具有不同的对于最适生长和产生目标蛋白和/或抗体的要求。因此，输入参数在实验运行过程中并不是保持固定，而是遵循一定的谱。例如，与发展晚期相比，发展早期的细胞培养可以需要碱性稍微更强的环境。

在实验运行中，通过查询传感器点270和pH探针280监测容器100’的pH和DO。

得到的数据流可以用作向控制系统的输入，用于容器100’的输入参数的反馈控制。例如，为了将pH保持在预定谱中，来自pH探针280的数据可以用作输入来确定提供到容器100’的CO₂的量。

通过相关的温度传感器还可以监测培养站模块10’的温度。来自温度传感器的数据可以用作向加热器的输入，以确保培养站模块10’中的容器100’保持在预定温度谱中。

其他实施方案

除了包括从基座12’的上表面的直立突出部之外，容纳站流体口314a-c’可以与上表面齐平。在这样的情况下，可以将o形环328’置于上表面的环形凹部中，用于用作代替环形密封的面密封。

还可以“自动”建立液体连接，可通过将液体模块260制成容器100’的刚性延伸体，而不是仅通过柔性管道266固定于其上，从而当容器100’被插入容纳站14’时，与匹配连接模块270对准。

垂直口的实施方案

在另一实施方案中(未示出)，容纳站流体口314a-c(’)不是位于基座12’或基座板13的水平表面上，而是可以位于容纳站14、14’的基本垂直的侧壁上。按照这样的配置，容器上的面向外部的连接口132a-c(‘)会通过容器的侧壁101a,b，104a,b。当容器被置于容纳站中时，借助于容器和容纳站的配合特征(例如容器的底壁联合容纳站的底部界定流体连接的高度，分别的侧壁界定其侧面位置)，也会建立流体连接。利用渐窄的侧壁，容器和内容物的重量可足以形成密封连接。但是，可以施加额外的侧向力(例如通过夹压装置)来加强密封。

Claims

1.用于与生物反应器模块进行可移除式连接的生物反应器容器，所述容器包括：

由顶壁、底壁和侧壁界定的室；

刚性架，所述刚性架从容器的侧面突出且从所述容器的上端突出，并具有面向外部的连接口，其中所述刚性架包括过廊板和突出到所述容器侧壁的外部且超出侧壁的唇部，其中所述面向外部的连接口延伸通过所述唇部；和

管道，所述管道界定所述室和所述面向外部的连接口之间的流体流动通道的至少一部分，所述管道的室端与所述室流体连通，所述管道的另一端连接于所述面向外部的连接口，并且其中所述过廊板包括在所述面向外部的连接口和所述室之间延伸的槽，从而界定所述管道，

其中所述管道被界定在所述刚性架的内部，以及

其中当所述生物反应器容器装载于其容纳站时，所述面向外部的连接口与所述容纳站的流体口配准。

2.如权利要求1所述的生物反应器容器，其中所述面向外部的连接口朝向所述底壁所界定的平面。

3.如权利要求1所述的容器，其中所述室包括室口，所述管道在所述室端连接于所述室口，其中所述唇部包括所述室的顶壁的一部分，其也界定所述室口。

4.如权利要求3所述的容器，其中所述顶壁包括所述容器的盖。

5.如权利要求3所述的容器，其中所述唇部包括所述室的侧壁的一部分，并且其中所述过廊板包括所述室的顶壁的一部分，其也界定所述室口。

6.如权利要求1所述的容器，其中所述面向外部的连接口位于所述刚性架的底表面上。

7.如权利要求1所述的容器，其中所述刚性架包括多个所述面向外部的连接口，分别的多个管道，所述管道界定了所述室和每个所述面向外部的连接口之间的分别的多个流体流动通道的至少一部分。

8.如权利要求7所述的容器，其中所述多个流动通道包括歧管，其具有起自主管道、向每个分别的面向外部的连接口的分支。

9.如权利要求1所述的容器，其中所述容器还包括管，所述管的上端连接于所述管道的室端。