CN106701577A - 一种用于细胞培养和细胞分选的多功能生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于细胞培养和细胞分选的多功能生物反应器反应器。该反应器包括翻转装置、细胞培养容器，翻转装置包含可围绕空间轴运转的翻转支架，与翻转支架物理连接的磁场发生装置，细胞培养容器以可拆卸方式固定在翻转支架上，细胞培养容器位于上述空间轴或其延长线上，跟随翻转支架按一定的规律和轨迹运转，细胞培养容器端面靠近磁场发生装置，磁场发生装置可控制围绕细胞培养容器周边及内部磁场的变化。本发明在不更换容器的情况下进行黏附细胞和悬浮细胞的共培养，通过其中载体在磁场环境下的运动而实现培养液内部的搅动，减少了细胞污染和靶细胞损伤及死亡的风险，并可同时作为贴壁细胞的承载物，极大地提高了细胞的培养效率。

Description

一种用于细胞培养和细胞分选的多功能生物反应器

技术领域

本发明涉及一种生物工程技术设备，是与细胞培养和细胞分选有关的多功能生物反应器。

背景技术

随着科学技术的发展，现代细胞生物学工程技术已经广泛应用于社会生产的方方面面。并伴随着细胞生物学工程技术在生物、医疗、美容等社会多个行业的快速发展和应用，迫切需要进行大规模的细胞培养，以便获得大量有用的细胞表达产物。而采用玻璃瓶静置或旋转瓶的培养方法，其所培养的细胞数量及其分泌产物早已不能满足社会各行业的需求。经过多年的技术研究和发展，至今已经开发出多种类型的生物反应器，滚瓶式生物反应器、搅动悬浮培养生物反应器、摇袋式生物反应器、旋转壁式生物反应器、平板型生物反应器、固定流化床式生物反应器等。

在培养细胞的方式上，有静置状态以及运动状态两种方式。在静置状态下培养的细胞，培养时受到的剪切力最小，但静置状态下培养的细胞在密度较大时，容易造成在培养容器底部的一些细胞无法获得足够的营养成份，并伴随着在细胞培养过程中乳酸、丙酮酸以及一些抑制生长的代谢废物的逐渐增加，容易造成培养容器底部的一些细胞生长停滞甚至坏死。因此不适合用于大规模的细胞培养和扩增。在运动状态下培养细胞的应用中，有许多生物反应器采用机械搅拌式或气升搅拌式搅动生物反应器内培养液里面的细胞，使细胞处在悬浮状态。在传统的机械搅拌式或者气升搅拌式的生物反应器内搅动时，会在细胞表面产生剪切力。在培养细胞时，特别是培养异常敏感的干细胞时，过大的剪切力会导致细胞的损伤甚至死亡。在有些生物反应器中，通过静置或者轻柔的运动方式培养细胞，虽然降低了剪切力，但是一旦停止运转，细胞可能累积于细胞培养容器底部或细胞培养容器中的其它位置，而且是不均匀地分布，不利于绝大多数细胞生长。

专利102199538A中提出了一个能适用于微载体细胞培养的生物反应器设计方案，通过让罐体上下端反复调换的方式让微载体悬浮，吸附在微载体上的粘附细胞随着罐体的上下移动而实现细胞以及微载体的悬浮，而在实际应用过程中，微载体随着罐体的上下调换过程中，趋向于贴着培养罐体壁的一侧运动，对一侧的培养基、细胞产生的搅动比另一侧大，另一侧受到的搅动有限，从而不能使细胞在整个培养环境中均匀悬浮，在这个过程中，搅动较剧烈一侧的细胞极易受到损伤，使得细胞死亡率增加。

在细胞体外培养时，存在悬浮细胞与贴壁细胞两种以不同方式生长的细胞。贴壁细胞需要依附于一定的支持物表面才能生长，当细胞的生长增殖占据了全部支持物表面后，细胞由于接触抑制而不能继续生长，因此对于贴壁生长的细胞在支持物表面积限定的情况下很难进行大规模培养。并且大多数生物反应器只能满足其中一种生长方式的细胞的培养。而在大规模培养细胞时，需要将不同的培养细胞从培养容器中分离出来，因为在某些应用中，例如干细胞治疗时，在间充质干细胞和造血干细胞共同培养时，细胞的生长状态更好，治疗效果也更加突出。而为了让贴壁生长的细胞可以高密度的生长，便产生了使细胞在微载体上悬浮生长的技术：让贴壁细胞细胞贴附于微载体上，当微载体悬浮在培养基中时，细胞一起悬浮生长，由于微载体的数量多、表面积大，供细胞可生长的表面也相当大，可以满足细胞的大规模快速生长。

在现在的常用微载体生物反应器中，贴壁细胞一般吸附的微小载体的尺寸在几微米到几百微米不等，如专利CN 101416059A(水凝胶专利)当微载体越小时，相连的微载体之间的空隙比较少，细胞生长的密度比较大，容易造成供氧不足，导致细胞死亡。当细胞增长一定数量之后，这些细胞和微载体会一起聚集成团，形成聚集体，在聚集体内部的细胞不能获得充足的养分，生长状态将变差，如果是干细胞，则更容易产生非特异性分化。并且在细胞培养成型后，可能需要使用某种特殊的程序把细胞从小生态环境中洗出，或者是必须加入某种特定的试剂降解构建小生态环境的物质，以释放出靶细胞。

以上所列举的多种细胞培养方式，在原理上都存在一些缺陷和局限性，不能高效率、大规模、多样性的实现各种类型细胞的培养，从而影响细胞生物技术在社会上规模化的广泛应用。

发明内容

针对现在社会上广泛应用的一些生物反应器，在细胞培养技术和方法上，想要取得突破性的发展和规模化的应用，还需要解决以下的一些问题：

①、足够的营养成份供给空间：在细胞生长的过程中，通过持续不断的供应足够的养分，并且在细胞周围有足够的空间进行养分的交换与分泌物的排泄。

②、温和轻柔的搅拌方式：在细胞培养过程中，尽可能的减少因对培养基或载体的搅拌而在细胞表面产生的剪切力，避免细胞的损伤，特别是干细胞的非定向分化。

③、持续稳定的悬浮技术：在培养细胞过程中，需要保证悬浮细胞能持续稳定的悬浮在培养容器中自由生长。

④、多种类细胞的培养：一种能够高效培养细胞的方式，既能够培养悬浮细胞，也能够同时培养贴壁细胞。如造血干细胞和间充质干细胞的联合培养。

⑤、实时快速便捷的检测：在细胞培养过程中，可以实现实时快速快捷的检测细胞生长情况，以及培养基情况。

⑥、能以简便的方式实现同步分选：能够让细胞分选与细胞扩增两种程序在同一个培养容器内完成，操作简便易行，可以最大限度地减少污染和靶细胞的损伤及死亡的风险，从而极大地提高细胞培养的效率。

⑦、简便的细胞收获方法:不需要加入另外的物质，使培养好的细胞从附载的微环境中脱离出来。

⑧、多功能、操作简便的人机交互操作系统：全程电脑控制记录，实时反馈及调节系统参数。

只有满足以上功能要求的生物反应器，才能在社会各领域、各行业的实际应用中，能够快速、大规模、广泛的发展起来，并快速产生经济效益和社会效应，为推动细胞生物科学技术及研究的可持续性发展提供动力和基础。

本发明所涉及的一种以培养细胞和细胞分选的多功能生物反应器，是以模拟人体内细胞生长的动态微环境，在减小剪切力的情况下，高效率的扩增各类型细胞，如造血干细胞、免疫细胞等，并保证细胞的活性，特别是干细胞的“干性”。同时，本发明的生物反应器集成了全自动的细胞分选、细胞密度检测反馈等多种功能，可以让细胞分选与细胞扩增两种流程在一个培养容器内完成，操作简便易行，可以最大限度地减少了细胞污染和靶细胞损伤及死亡的风险，极大地提高了细胞的培养效率。

本发明的所涉及的一种以培养细胞和细胞分选的多功能生物反应器主要通过如下技术方案来实现：包括翻转装置、细胞培养容器，翻转装置包含可围绕空间轴运转的翻转支架，与翻转支架物理连接的磁场发生装置，细胞培养容器以可拆卸方式固定在翻转支架上，细胞培养容器位于上述空间轴或其延长线上，跟随翻转支架按一定的规律和轨迹运转，细胞培养容器端面靠近磁场发生装置，磁场发生装置可控制围绕细胞培养容器周边及内部磁场的变化。

以上所述的翻转装置主要由基座、电机罩、电机支架、翻转电机、翻转支架、磁芯、密封胶垫等部件组成。翻转电机固定在电机支架上，电机罩罩在翻转电机上并压住密封胶垫固定在电机支架上；磁芯安装在翻转支架内；翻转支架套在翻转电机上与电机支架固定在基座上。其特征在于，所述的翻转电机可根据程序参数设置按一定的转速、频率和正反两向角度旋转。

以上所述的细胞培养容器主要由容器框体、载体等部件组成。载体通过容器框体的端部接口放置于容器框体内部。其特征在于，所述的细胞培养容器是通过容器框体容纳培养液、载体、细胞等细胞培养要素，以提供细胞生长的微环境。并随着翻转装置的转动而带动容器框体内载体的上下运动，从而实现搅动容器框体内培养液的功能，以利于悬浮细胞的均匀分布生长。并同时通过载体为贴壁细胞提供一个可生长的表面，以扩大贴壁细胞的生长空间。

以上所述的多功能生物反应器可包含控制系统，其主要由主机箱、显示屏幕、主控制器、开关电源、机箱盖板等部件组成。显示屏幕固定在主机箱的前端面，主控制器与开光电源安装在主机箱内部的隔板上，机箱盖板固定在主机箱后端面。其特征在于，负责整个系统的界面显示、操作、程序运行与设置等人机交互信息的处理。并将从主控制器中设置好的程序或者指令信息转化为电子信号，进而操控整个生物反应器中电气部件的工作，并将从受控电气部件得到的信息反馈给主控制器并显示在显示屏幕上。所述的电气部件括翻转电机、磁芯、光电检测器、蠕动泵等

以上所述的翻转装置的翻转支架上可装配有一个或多个细胞培养容器。

以上所述的翻转支架的运动方式包括但不限于翻转、摇摆、抛物线运动、曲线运动或上下左右直线运动。

以上所述的翻转支架两侧端安装有磁芯。磁芯可以由电磁铁或者永磁铁构成。磁芯采用永磁铁时，配合装配有磁芯支架以及屏蔽磁板。将屏蔽磁板和磁芯安装在磁芯支架两侧面，通过磁芯支架的旋转来实现磁力的有无；磁芯采用电磁铁时，通过控制电流的大小、方向以及通断来控制磁力的大小、方向和有无，以此来达到吸附或释放附载体的功能，从而实现附载体在容器框体内的不同存在状态。

以上所述的磁芯为永磁铁构成时，磁芯支架由磁芯电机控制旋转，旋转速度为1～200r/min，其最佳的旋转速度为20-60r/min左右。

以上所述的磁芯与容器框体两端面的距离不超过200毫米。

以上所述的屏蔽磁板可由坡莫合金、硅铁软磁合金和铁、钴、镍及其合金等导磁性高的金属材料制成。

以上所述翻转电机包含但不限于直流电动机、异步电动机、同步电动机，尤其是用于精确控制的步进电机和伺服电机。

以上所述翻转电机的翻转角度顺时针旋转不超过360°，逆时针旋转不超过360°。

以上所述翻转电机的旋转速度为1～200r/min，其最佳的旋转速度为2～60r/min左右。

以上所述的翻转支架上可装配有光电检测器，其包含有光敏电阻和发光体、以及各种光电检测探头。

以上所述的光电检测器监控的条件包括但不限于：细胞密度(浓度)、pH值、葡萄糖、二氧化碳、氧气、氮气浓度和反应器室中的温度、湿度等。

以上所述的光电检测器或通过电极插针方式插接在翻转支架上；或可通过卡槽卡扣方式扣接在翻转支架上；或可通过焊接固定在翻转支架上；或可通过插销固定在翻转支架上；或可用螺钉固定在翻转支架上；或可通过磁性吸附在翻转支架上，并可通过其接口实现导电、传输数据等功能。

以上所述的密封胶垫主要是由硅胶、橡胶、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维或碳纤维等材料制作成型。

以上所述的基座主要材质由金属、塑料或者其他非金属材料制作成型。最佳采用医用不锈钢及聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。

以上所述的电机罩主要材质由金属、塑料或者其他非金属材料制作成型。最佳采用医用不锈钢及聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。

以上所述的翻转支架主要是由塑料、金属或者其他非金属材料制作成型。最佳采用医用不锈钢及聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。

以上所述的主机箱主要材质由金属钣金成型、塑料或者其他非金属材料制作成型。

以上所述的主机箱内可集成内置CO₂培养箱功能，并可将翻转装置和细胞培养容器集成安装在内置的CO₂培养箱内。以上所述的主机箱包含但不限于CO₂培养箱所含有的所有功能。

以上所述的显示屏幕可采用非触摸式显示屏和触摸式显示屏。

以上所述的主机箱上可设置有供外界设备接入的通讯及电源数据线接口，包含但不限于USB接口、同轴接口、光纤接口、网线接口、火线接口、串行接口等接口类型。

以上所述的可另在主机箱上外部附加键盘、鼠标、写字板、扫描仪等外设型输入输出设备。

以上所述的主机箱上可安装有灌注泵，其特征在于为细胞培养容器注入培养液或其他生长因子、激素、细胞因子等细胞增殖所需的营养成份而提供持续的灌注动力，其类型包含但不限于蠕动泵或注射器或压力泵或活塞泵等所包含的所有功能。

以上所述的主机箱上可装配有吊杆支架，以便将大容量的培养液存储容器挂装在上面，可实现长时间、大体积的细胞培养灌注需求。

以上所述的灌注泵其工作过程是通过主控制器操控灌注泵按程序运转，并通过相应的管道将新鲜的培养液灌注到细胞培养容器中，以此迅速扩增和分化所培养的细胞，并将培养液废液和废弃物从培养容器中排出，同时保证增殖的细胞留存在培养容器内。

以上所述的培养液存储容器其包含但不限于现有的袋装存储器、玻璃容器存储器、不锈钢罐体存储器以及其他金属、塑料或者非金属材料制成的存储容器。

以上所述的培养液存储容器可采用一个；或可采用两个；或可采用两个以上，根据不同的培养要求和环境安装不同数量的培养液存储容器。

以上所述的管道包含但不限于硅胶管、不锈钢管、塑料管及其他非金属制成的管道。

针对目前市场上广泛应用的用于细胞培养的生物反应器，在面对动物细胞需要大规模、高密度培养时，还要同时保证在细胞培养的过程中对细胞的损伤程度减少到最小，就目前的技术水平来说还是很困难的。因为在目前的技术背景下，细胞在培养过程中的损伤主要来自两个方面：一是导入气体养分时，气体在逸出培养基液面时所形成的气泡产生爆裂，从而对细胞造成损伤，二是在使用机械搅拌时，培养基液体内部产生的剪切力对细胞造成的损伤。

本发明的生物反应器就是以这两点为基础，从根本上解决了这两个问题。并在原理结构上拥有以下几点优势：

①、在结构上，培养容器内细胞的生长是在细胞保持悬浮或者静置状态或者悬浮与静置状态交替方式时进行的。一方面培养容器可透气，气体是慢慢渗透溶解到培养基中的，全程无气体直接导入到培养基中，也就不会生成气泡及其产生的爆裂对细胞造成损伤；另一方面在细胞生长时，利用载体自身重力或者浮力或者磁性缓慢的运动，以达到搅拌培养基的效果，从而使培养基液体内部不会产生剪切力，也就从根本上解决了机械式搅拌方式对细胞造成的损伤。而且本发明的生物反应器采用间歇性培养方式，在增加了细胞生长稳定性的同时，也能使细胞以及载体在搅拌时控制其悬浮效果，从而能更好地营造细胞生长的微环境以及其营养成份的交换空间。

②、在原理上，培养容器两端的可调磁场可用于协调细胞分选程序和培养程序。细胞分选时，可调磁场用于捕获分选细胞中带磁性标记的细胞，并让这些细胞粘附于上述的载体的表面，因此在隔离了其他细胞后就可以让这些捕获的细胞继续生长增殖。同时也因为排除了像其他培养容器那样的在外部状态下分选以及转移这一步骤，减小了微环境对细胞的污染。

③、在功能上，培养容器可用于绝大部分细胞的培养，包括悬浮细胞、贴壁细胞和兼性贴壁细胞。并且对于悬浮细胞而言，由于培养容器的培养液内部无剪切力，可以最大限度的减少造成造血干细胞非特异性分化。

④、在性能上，培养容器中细胞的生长由计算机程序控制，操作简便，细胞在分选和生长过程中可以随时监测培养条件，并通过光电检测器取得数据参数，记录和报告细胞的生长情况，以便实时的提供补充培养基、变更培养基或停止培养的建议。在补充培养基时，生物反应器自动开始交换培养基包括排空、清洗以及加注。

⑤、在运用中，培养容器由于是采用一次性耗材，无需清洗、消毒，不会产生交叉污染，细胞接触到的容器内壁安全、可靠，并且培养容器的制作可以实现大批量、规模化的生产，产量和质量更容易保证，可以满足大规模细胞培养的需求。

⑥、在收获时，细胞培养完成后，细胞可能需要使用特殊的程序从小生态环境中洗出。其他的生物反应器需要融化或者用酶消化构建小生态环境的物质材料，以释放靶细胞。而在本发明的生物反应器中，载体之间的空隙自然形成了用于细胞生长的小微生态环境，而当变换磁场强度，使载上升或下沉时，就可以轻易地释放出靶细胞。

本发明所涉及的生物反应器由于改善了细胞培养时的搅拌方式，可以最大限度的降低细胞生长时由于液体搅拌运动所造成的剪切力对细胞的损害，能在细胞培养过程中提供足够的代谢支持，并能同时进行各类型细胞特别是敏感型细胞的增殖和细胞的多重培养，以及对细胞的同步分选、细胞培养环境的实时监测等细胞培养要素的优化，提供了简便、高效的方法，极大的提高了细胞的培养效率。

附图说明

图1是本发明ZYX生物反应器M1立体结构示意图。

图2是本发明ZYX生物反应器M1分解结构示意图。

图3是本发明ZYX生物反应器M1智能主机控制系统分解示意图。

图4是本发明ZYX生物反应器M1多功能翻转系统分解示意图。

图5是本发明ZYX生物反应器M1细胞培养系统分解示意图。

图6是本发明ZYX生物反应器M1细胞培养循环流程分解示意图。

图7是本发明ZYX生物反应器S20立体结构示意图。

图8是本发明ZYX生物反应器S20分解结构示意图。

图9是本发明ZYX生物反应器S20智能主机控制系统分解示意图。

图10是本发明ZYX生物反应器S20多功能翻转系统分解示意图。

图11是本发明ZYX生物反应器S20细胞培养系统分解示意图。

图12是本发明ZYX生物反应器S20细胞培养循环流程分解示意图。

图13是本发明ZYX生物反应器细胞培养容器接口示意图。

图14是本发明ZYX生物反应器的多功能翻转系统放置在CO2培养箱内的示意图。

具体实施方式

实施例一：

本发明的ZYX生物反应器M1的立体结构如图1，主要由三个模块部分组成，如图2所示。包括控制系统1、翻转装置2和细胞培养容器3等构成。

如图3所示，在控制系统中，包含：主机箱1-1、显示屏幕1-2、警示灯1-3、面板1-4、电脑主机开关1-5、吊杆支架1-6、废液袋1-7、培养基存储袋1-8、读码器天线1-9、吊杆定位环1-10、硅胶导管1-11、主控制器1-12、主机箱后盖1-13、固线槽1-14、第一开关电源1-15、第二开关电源1-16、安装板1-17、电脑主机1-18、主机固定板1-19、散热风扇1-20、主机箱电源开关1-21、保护开关1-22、电源接口1-23、网线接口1-24、导管端盖1-25、减震垫1-26、蠕动泵1-27、主机箱前盖1-28、USB接口1-29、第一通信线端子1-30。在整体装配过程中，先将四个减震垫1-26用螺钉锁紧在主机箱1-1底部；USB接口1-29、第一通信线端子1-30分别用螺钉固定在主机箱1-1右侧的上下卡槽内；电脑主机1-18通过主机固定板1-19用螺钉固定在主机箱1-1的底部；主机箱电源开关1-21、保护开关1-22、电源接口1-23和网线接口1-24分别用螺钉固定在主机箱1-1后部下端的相应的槽口内；散热风扇1-20固定在主机箱1-1的左端上部相对的孔内；两个蠕动泵1-27分别穿过主机箱1-1前端对应的卡口用螺钉固定；显示屏幕1-2对应用螺钉固定在主机箱1-1上端部，警示灯1-3和电脑主机开关1-5分别固定在面板1-4上的端口内，再将装配好的面板1-4罩住显示屏幕1-2用螺钉紧固在主机箱1-1上端部；将读码器天线1-9用螺钉锁紧在吊杆支架1-6一侧，并将电源线穿过吊杆支架1-6上的孔连接到主机箱1-1内，再将两个吊杆定位环1-10分别套在吊杆支架1-6的两端，然后将吊杆支架1-6的两端穿过主机箱1-1上端的孔槽，在主机箱1-1内部用螺母锁紧固定；将固线槽1-14、第一开关电源1-15、第二开关电源1-16及主控制器1-12分别用螺钉固定在安装板1-17上，再连同安装板1-17一起用螺钉固定在主机箱1-1内的支架板上，并分别将其他电器元件的电源线和数据线对应连接或插接起来；主机箱前盖1-28通过销轴连接在主机箱1-1前部的铰链上，再用螺钉把主机箱后盖1-13固定在主机箱1-1后部；将废液袋1-7和培养基存储袋1-8分别挂在吊杆支架1-6上的吊钩上，并将培养基存储袋1-8上的识别标签正对着读码器天线1-9，以便随时读取或存储数据；再分别将两根硅胶导管1-11连接在废液袋1-7和培养基存储袋1-8下部的端口上，并穿过主机箱1-1左侧上部的槽口，分别卡在两个蠕动泵1-27内，通过主机箱1-1上的挂钩引出，把导管端盖1-25盖上固定硅胶导管1-11，以此组装成一个完整的控制系统。

如图4所示，在翻转装置中，包含：第二通信线端子2-1、电机罩2-2、翻转电机2-3、电机支撑板2-4、定位密封环2-5、后端支架2-6、电机轴套2-7、翻转架后盖2-8、磁芯电机2-9、第一电极套2-10、翻转支架2-11、基座2-12、光电检测支架盖2-13、光电检测支架2-14、光电检测接收器2-15、磁芯2-16、磁芯支架2-17、前端支架2-18、前端盖2-19、翻转支架前盖2-20、第二电极套2-21、磁芯屏蔽板2-22、锁紧旋钮2-23、光电检测发射器2-24、导管支架2-25、导管固定盖2-26。后端支架2-6固定在基座2-12上；翻转电机2-3用螺钉固定在电机支撑板2-4上，再将电机支撑板2-4用螺钉固定在后端支架2-6上；分别将第一电极套2-10和第二电极套2-21安装在翻转支架2-11中间两端的圆柱筒空间内，把四个锁紧旋钮2-23分别安装在翻转支架2-11上端四个相应的固定孔内，将两个磁芯电机2-9分别用螺钉固定在翻转架后盖2-8上，两块磁芯2-16与两块磁芯屏蔽板2-22分别两两相对地固定在磁芯支架2-17，再分别将装配好的两个磁芯支架2-17一端卡槽卡在磁芯电机2-9的旋转轴上，两个磁芯支架2-17上的两块磁芯屏蔽板2-22装配后位置相对，再把翻转支架2-11上的两个套筒分别穿过两个装配好的磁芯支架2-17卡接在翻转架后盖2-8上，用螺钉锁紧固定，然后把翻转支架前盖2-20上的两个孔分别套在两个磁芯支架2-17的轴端，与翻转支架2-11套在一起，并用螺钉锁紧固定；把电机轴套2-7用螺钉固定在组装好的翻转支架2-11上，并在翻转支架2-11两端的转轴上分别套上定位密封环2-5，然后分别套在后端支架2-6和前端支架2-18的轴孔内，并把电机轴套2-7上的轴孔套在翻转电机2-3的转轴上，用紧定螺钉锁紧，并在翻转支架2-11的前端用螺钉固定好前端盖2-19；把第二通信线端子2-1用螺钉固定在电机罩2-2上相应的槽口内，并把第二通信线端子2-1尾端相应的电源线或数据线分别连接在对应的磁芯电机2-9和第一电极套2-10上，再把电机罩2-2用螺钉分别固定在后端支架2-6与基座2-12上；最后把导管支架2-25用螺钉固定在电机罩2-2上，并把导管固定盖2-26卡在导管支架2-25卡槽内；将光电检测接收器2-15用螺钉固定在光电检测支架2-14上，并盖上光电检测支架盖2-13用螺钉固定，组装成光电检测接收端，将之对应插接在翻转支架2-11下端的第一电极套2-10和第二电极套2-21的前后电极卡口内；将光电检测发射器2-24用螺钉固定在光电检测支架2-14上，并盖上光电检测支架盖2-13用螺钉固定，组装成光电检测发射端，将之对应插接在翻转支架2-11下端的第一电极套2-10和第二电极套2-21的前后电极卡口内，以此组装成一个完整的翻转装置。

如图5所示，细胞培养容器中，包含容器框体3-1、进珠口密封盖3-2、载体磁珠3-3。把进珠口密封盖3-2旋转从容器框体3-1上打开后将一定数量的载体磁珠3-3从容器框体3-1上的进珠口放入到容器框体3-1内部的空间内，再将进珠口密封盖3-2旋紧在容器框体3-1的进珠口上密封，以此组装成一个完整的细胞培养容器。

如图1所示，由以上控制系统上引出的两根硅胶导管1-11穿过导管支架2-25上的槽，分别接入到容器框体3-1上对应的接口上，并固定导管固定盖2-26，保证从培养基存储袋1-8接出的硅胶导管1-11接到容器框体3-1上的输入端，从废液袋1-7接出的硅胶导管1-11接到容器框体3-1上的排出端，再将细胞培养容器3用锁紧旋钮2-23固定在翻转装置2上的翻转支架2-11的框架槽内，由此组成一个完整的ZYX生物反应器M1。

ZYX生物反应器M1的工作流程如下：

参见图3、4、5，根据控制系统中编制好的程序，通过主控制器转换成指令信息，控制翻转装置按指令信息动作。在控制系统通电启动后，在开始运行细胞培养程序前，需要通过控制系统上的主控制器1-12、初始检测各个电器系统的运行是否正常。包含显示屏幕1-2、警示灯1-3、读码器天线1-9、第一开关电源1-15、第二开关电源1-16、散热风扇1-20、蠕动泵1-27、第一通信线端子1-30、第二通信线端子2-1、翻转电机2-3、磁芯电机2-9、光电检测接收器2-15、光电检测发射器2-24等部件。如果其中的某一部件有问题，运行不正常或没有动作，则报警灯会出现闪烁，并由警示灯1-3上的蜂鸣器发出警报声。其中显示屏幕1-2、读码器天线1-9、第一开关电源1-15、第二开关电源1-16、翻转电机2-3、磁芯电机2-9、第一通信线端子1-30、第二通信线端子2-1为一级报警故障(红灯闪烁)，整个控制系统停止运转，不能进行任何细胞培养程序的操作，需要排除故障后才能运行细胞培养程序。警示灯1-3、散热风扇1-20、蠕动泵1-27、光电检测接收器2-15、光电检测发射器2-24为二级报警(黄灯闪烁)，则翻转装置停止运转，细胞培养程序暂停，需要排除故障后才能继续运行细胞培养程序。在控制系统的系统自检完成并没有故障报警后，通过显示屏幕1-2调入并运行设定好的细胞培养程序。翻转装置上的翻转支架2-11在控制系统通电启动时是处于水平平衡状态，如图6A所示。主控制器控制翻转电机以60r/min的转速开始顺时针转动90°至起始位置，如图6B所示。在此过程中，由于采用的载体磁珠3-3的比重比培养基密度小且含有导磁性，载体磁珠3-3开始在浮力的作用下上浮至容器框体3-1的顶端。并经过5s的静置时间后开始进入细胞培养程序的循环启动状态，如图6C所示。在经过5s的静置时间后，上端部的磁芯电机以40r/min的转速逆时针旋转180°，将磁芯支架2-17上磁芯2-16旋转面向堆积在容器框体3-1顶端的载体磁珠3-3，从而将其全部吸附在容器框体3-1的顶端，如图6D所示。经过2s静置时间后，翻转电机以30r/min的转速开始逆时针旋转180°如图6E所示，将原吸附并堆积在容器框体3-1顶端的载体磁珠3-3旋转到下端部，如图6F所示。在旋转停止3s后，主机箱前端部左边的蠕动泵开始以5mL/min的速度从培养基存储袋往容器框体3-1内的底部灌注培养基。在灌注的同时，右边的另一个蠕动泵也开始同步以5mL/min的速度从容器框体3-1的顶部抽出已经被细胞消耗过培养基废液。经过1min的灌注新鲜培养基和排出培养基后，两个蠕动泵同步停止工作。在每次灌注新鲜培养基后，主控制器都会根据细胞培养程序中的蠕动泵运行参数并结合程序运行初始通过读码器天线从培养基存储袋上面射频标签(RFID)上读取得到的容量数值计算出剩余培养基的容量数值，并再次通过读码器天线写到培养基存储袋上面的射频标签(RFID)上，存储起来供下次读写。在经过6个小时的细胞静置培养时间后，下端部的磁芯电机以40r/min的转速逆时针旋转180°，将磁芯屏蔽板2-22旋转面向载体磁珠3-3，从而使载体磁珠3-3在没有磁力的影响下，根据自身的浮力开始缓慢的向上浮动，并在培养基液体的内部产生轻柔的搅动，由此可以搅动培养基中培养的细胞，使细胞可以均匀的分布在培养基液体中，如图6G所示。然后经过10s的静置时间，使得载体磁珠3-3全部上浮到容器框体3-1的顶端。再将上端部的磁芯电机以40r/min的转速逆时针旋转180°，将磁芯支架2-17上磁芯2-16旋转面向堆积在容器框体3-1顶端的载体磁珠3-3，将其全部吸附在容器框体3-1的顶端，如图6H所示。经过2s静置时间后，翻转伺服电机以30r/min的转速开始顺时针旋转180°如图6I所示，将原吸附并堆积在容器框体3-1顶端的载体磁珠3-3旋转到下端部，如图6J所示。在旋转停止并细胞静置培养3s时间后，下端部的磁芯电机以40r/min的转速逆时针旋转180°，将磁芯屏蔽板2-22旋转面向载体磁珠3-3，从而使载体磁珠3-3在没有磁力的影响下，根据自身的浮力开始缓慢的向上浮动，并搅动培养基中培养的细胞，使细胞均匀分布在培养基液体中，如图6K所示。由此处开始进入一个细胞培养的循环模式，重复从图6C到图6K的细胞培养过程，此过程为细胞培养的一个循环周期，以此实现细胞周期性的循环生长。在连续运行20次细胞培养循环周期后，翻转电机以60r/min的转速开始逆时针转动90°至起始位置，如图6L所示，整个细胞培养程序结束。

实施例二：

本发明的ZYX生物反应器S20主要由三个模块部分组成，如图8所示。包括控制系统Ⅰ、翻转装置Ⅱ和细胞培养容器Ⅲ等构成。

如图9所示，在控制系统中，包含：硅胶导管Ⅰ-1、主机箱前盖Ⅰ-2、铰链Ⅰ-3、前盖透视板Ⅰ-4、显示屏幕Ⅰ-5、主机开关Ⅰ-6、主机箱Ⅰ-7、主机安装板Ⅰ-8、主机Ⅰ-9、主机固定板Ⅰ-10、主机箱后盖Ⅰ-11、散热风扇Ⅰ-12、机箱锁扣Ⅰ-13、第一开关电源Ⅰ-14、第二开关电源Ⅰ-15、报警器Ⅰ-16、主控制器Ⅰ-17、接线座Ⅰ-18、电源安装板Ⅰ-19、灌注驱动模块Ⅰ-20、模块安装板Ⅰ-21、注射器Ⅰ-22、保护开关Ⅰ-23、主机箱电源开关Ⅰ-24、电源接口Ⅰ-25、第一通信线端子Ⅰ-26、减震垫Ⅰ-27、信号线Ⅰ-28。在整体装配过程中，先将四个减震垫Ⅰ-27用螺钉锁紧在主机箱Ⅰ-7底部；将四个铰链Ⅰ-3用螺钉分别两两固定在主机箱Ⅰ-7前端面的右边和后端面的左边相应的安装孔位置上；将前盖透视板Ⅰ-4安装固定在主机箱前盖Ⅰ-2上；再将装配好的主机箱前盖Ⅰ-2通过铰链Ⅰ-3与主机箱Ⅰ-7装配链接起来；将显示屏幕Ⅰ-5安装在主机箱Ⅰ-7前端面上端的窗口内固定；将主机开关Ⅰ-6固定在主机箱Ⅰ-7前端面上的孔内；把主机安装板Ⅰ-8用螺钉固定在主机箱Ⅰ-7内部的上端；再将主机Ⅰ-9放置在主机安装板Ⅰ-8上，并用主机固定板Ⅰ-10和螺钉固定锁紧；将保护开关Ⅰ-23、主机箱电源开关Ⅰ-24和电源接口Ⅰ-25分别安装固定在主机箱Ⅰ-7后端面的下部安装孔内；将第一通信线端子Ⅰ-26和报警器Ⅰ-16用螺钉分别固定在主机箱Ⅰ-7的侧面的相应的孔内；把四个注射器Ⅰ-22挨个卡在模块安装板Ⅰ-21上，再将灌注驱动模块Ⅰ-20通过螺钉固定在模块安装板Ⅰ-21上，并与注射器Ⅰ-22调试好联动性，再将装配好的模块安装板Ⅰ-21用螺钉固定在主机箱Ⅰ-7内；将第一开关电源Ⅰ-14、第二开关电源Ⅰ-15、主控制器Ⅰ-17和接线座Ⅰ-18分别安装排布在电源安装板Ⅰ-19的对应安装孔上，再将装配好的电源安装板Ⅰ-19用螺钉固定在主机箱Ⅰ-7内；将机箱锁扣Ⅰ-13和散热风扇Ⅰ-12分别固定安装在主机箱后盖Ⅰ-11上，再将装配好的主机箱后盖Ⅰ-11通过铰链Ⅰ-3链接在主机箱Ⅰ-7后端；最后把硅胶导管Ⅰ-1分别套在注射器Ⅰ-22上；再将信号线Ⅰ-28卡接在第一通信线端子Ⅰ-26上。以此组装成一个完整的控制系统。

如图10所示，在翻转装置中，包含：电机罩Ⅱ-1、翻转电机Ⅱ-2、电机支架板Ⅱ-3、电机轴套Ⅱ-4、翻转支架板Ⅱ-5、基座Ⅱ-6、翻转支架盖板Ⅱ-7、光电检测支架Ⅱ-8、光电检测接收器Ⅱ-9、光电检测支架盖Ⅱ-10、电磁磁芯Ⅱ-11、硅胶垫片Ⅱ-12、磁芯罩Ⅱ-13、光电检测发射器Ⅱ-14、第二通信线端子Ⅱ-15。在整体系统装配过程中，将电机支架板Ⅱ-3用螺钉固定在基座Ⅱ-6上；把翻转电机Ⅱ-2的轴穿过电机支架板Ⅱ-3上的轴孔，用螺钉固定锁紧；将两个电磁磁芯Ⅱ-11分别套进两个磁芯罩Ⅱ-13内，再分别套上硅胶垫片Ⅱ-12后用螺钉固定锁紧在翻转支架盖板Ⅱ-7两端；将光电检测接收器Ⅱ-9和光电检测发射器Ⅱ-14分别嵌装进两个光电检测支架Ⅱ-8内，再分别把两个光电检测支架盖Ⅱ-10扣上固定；将两个配装好的电检测支架Ⅱ-8用螺钉分别固定在翻转支架盖板Ⅱ-7前端面的上下，含有电检测接收器Ⅱ-9的固定在上端，含有光电检测发射器Ⅱ-14的固定在下端；再将翻转支架板Ⅱ-5与组装好的翻转支架盖板Ⅱ-7用螺钉固定锁紧；将组装好的翻转支架板Ⅱ-5与电机轴套Ⅱ-4用螺钉锁紧固定在翻转电机Ⅱ-2的转轴上面；把第二通信线端子Ⅱ-15用螺钉紧固在电机罩Ⅱ-1上的安装孔内，并把相应的电源线和数据线对应连接好，最后再将电机罩Ⅱ-1罩住翻转电机Ⅱ-2用螺钉固定在电机支架板Ⅱ-3上，并在底部基座Ⅱ-6上用螺钉定位锁紧。以此组装成一个完整的翻转装置。

如图11所示，细胞培养容器中，包含容器框体Ⅲ-1、密封端盖Ⅲ-2、进珠口端盖Ⅲ-3、载体磁珠Ⅲ-4。将一定数量的载体磁珠Ⅲ-4从容器框体Ⅲ-1上的进珠口放入到容器框体Ⅲ-1内部的空间内，再将进珠口端盖Ⅲ-3旋紧在容器框体Ⅲ-1的进珠口上密封，再将密封端盖Ⅲ-2旋紧密封在容器框体Ⅲ-1上，以此组装成一个完整的细胞培养容器。

如图7所示，由以上控制系统上引出的硅胶导管Ⅰ-1穿过主机箱前盖Ⅰ-2前端的槽口，分别接入到容器框体Ⅲ-1上对应的接口上，保证从注射器Ⅰ-22接出的硅胶导管Ⅰ-1接到容器框体Ⅲ-1上的输入端，并将另一根硅胶导管Ⅰ-1接到容器框体Ⅲ-1上的排出端，然后把信号线Ⅰ-28接入到电机罩Ⅱ-1上的第二通信线端子Ⅱ-15接口上，再将细胞培养容器Ⅲ塞进翻转装置Ⅱ上磁芯罩Ⅱ-13的上的卡槽内，由此组成一个完整的ZYX生物反应器S20。

ZYX生物反应器S20的工作流程如下：

参见图9、10、11，根据控制系统中编制好的程序，通过主控制器转换成指令信息，控制翻转装置按指令信息动作。在控制系统通电启动后，开始运行细胞培养程序前，需要通过控制系统上的主控制器Ⅰ-17初始检测各个电器系统的运行是否正常。包含显示屏幕Ⅰ-5、第一开关电源Ⅰ-14、第二开关电源Ⅰ-15、报警器Ⅰ-16、主控制器Ⅰ-17、第一通信线端子Ⅰ-26、翻转电机Ⅱ-2、光电检测接收器Ⅱ-9、电磁磁芯Ⅱ-11、光电检测发射器Ⅱ-14、第二通信线端子Ⅱ-15等电气元件。如果其中的某一部件有问题，运行不正常或没有动作，则会发出报警，并由报警器Ⅰ-16上的蜂鸣器发出警报声。其中第一开关电源Ⅰ-14、第二开关电源Ⅰ-15、报警器Ⅰ-16、主控制器Ⅰ-17、灌注驱动模块Ⅰ-20、第一通信线端子Ⅰ-26、翻转电机Ⅱ-2、电磁磁芯Ⅱ-11、第二通信线端子Ⅱ-15为一级报警故障(警报声持续)，控制系统停止运转，不能进行任何细胞培养程序的操作，需要排除故障后才能运行细胞培养程序。散热风扇Ⅰ-12、光电检测接收器Ⅱ-9、光电检测发射器Ⅱ-14、为二级报警故障(警报声间隔)，则翻转装置停止运转，细胞培养程序暂停，需要排除故障后才能继续运行细胞培养程序。在控制系统自检完成并没有故障报警后，通过显示屏幕Ⅰ-5调入并运行设定好的细胞培养程序。翻转装置上的翻转支架板Ⅱ-5在控制系统通电启动时是处于水平平衡状态，如图12A所示。主控制器控制翻转电机以40r/min的转速开始顺时针转动90°至起始位置，如图12B所示。在此过程中，由于采用的载体磁珠Ⅲ-4的比重比培养基密度大且带有导磁性，载体磁珠Ⅲ-4开始在重力的作用下下沉至容器框体Ⅲ-1的底端。并经过4s的静置时间后开始进入细胞培养程序的循环启动状态，如图12C所示。在旋转停止4s后，主机箱内部的灌注驱动模块开始以1mL/min的速度从四个注射器中的第一个往容器框体Ⅲ-1内的底部灌注培养基。在灌注的同时，四个注射器中的第三个也开始同步以1mL/min的速度从容器框体Ⅲ-1的顶部抽出已经被细胞消耗过培养基废液。经过1min的灌注新鲜培养基和排出培养基后，灌注驱动模块停止工作。在经过2个小时的细胞静置培养时间后，下端部的电磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制通电产生磁力，从而将载体磁珠Ⅲ-4全部吸附在容器框体Ⅲ-1的底端，如图12D所示。翻转电机以40r/min的转速开始逆时针旋转180°，如图12E所示，将原吸附并堆积在容器框体Ⅲ-1底端的载体磁珠Ⅲ-4转到上端部，如图12F所示。上端部的电磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制断电，磁力消失，从而使载体磁珠Ⅲ-4在没有磁力的影响下，根据自身的重力开始缓慢的下沉，并在培养基液体的内部产生轻柔的搅动，以此来搅动培养基中培养的细胞，使细胞均匀的分布在培养基液体中，如图12G所示。然后经过12s的静置时间，使得载体磁珠Ⅲ-4全部下沉并静止到容器框体Ⅲ-1的底端。再由下端部的电磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制通电产生磁力，将底部的载体磁珠Ⅲ-4全部吸附在容器框体Ⅲ-1的底端，如图12H所示。翻转电机开始以40r/min的转速开始顺时针旋转180°，如图12I所示，将原吸附并堆积在容器框体Ⅲ-1底端的载体磁珠Ⅲ-4旋转到顶部，如图12J所示。上端部的电磁磁芯Ⅱ-11由主控制器控制断电磁力消失，从而使载体磁珠Ⅲ-4在没有磁力的影响下，根据自身的重力开始缓慢的下沉，并搅动培养基中培养的细胞，使细胞均匀的分布在培养基中，如图12K所示。并由此处开始进入一个细胞培养的循环模式，重复从图12C到图12K的细胞培养过程，此过程为细胞培养的一个循环周期，以此实现细胞周期性的循环生长。在连续运行20次细胞培养循环周期后，翻转电机以40r/min的转速开始逆时针转动90°至起始位置，如图12L所示，整个细胞培养程序结束。

在以上两个实例所述中，整个细胞培养程序运行的过程中，所有的电器元部件都处于实时监测状态，如有问题，则会出现相应的故障报警。

以上所述的两个细胞培养的实施例，是为了对本发明的进一步说明，不应理解为完全覆盖本发明所包括的内容。并且不用于限制所培养细胞的种类，以及在对于本实施例中所定义的所有电机的转速、电机的转动方向、电机的转动角度、每个流程定义的时间以及培养基灌注的容量体积等参数设置的限制。

在实施例一中，磁芯采用的是强力永磁铁，其磁力大小和方向都是固定的。只能由磁芯电机转动磁芯和磁芯屏蔽板的来实现磁力的吸附和释放。在实施例二中，电磁磁芯是采用硅钢片和漆包铜线来创造可变磁场。通过变换电流、电压以及电流的方向来调节磁场强度和磁力线方向。磁力的有无可以通过电流的通断来控制；磁力的大小可以用电流的强弱或漆包铜线的匝数多少来控制；也可通过改变电阻控制电流大小来控制；电磁的磁极可以由改变电流的方向来控制。选择线径0.12mm的漆包线缠绕在直径为50mm的圆形铁芯电磁铁上制成电磁磁芯，在48v电压下工作，磁力为1.05kg，加0.1s时长的反向电压，4x20cm在4-8V、1x3cm在2-4V下90％以上能自由落下。选择线径为0.21mm的漆包线缠绕在E型Z10硅钢片上，使得大小均为长57mm宽47mm高37mm，将硅钢片加在5.5v电压下测的磁力为2.5kg；断电时，电磁磁芯消磁，4x20cm硅钢片能自由落下，加0.1s时长的反向电压，1x3cm在2-4V下90％以上能自由落下。在正常的通电状态下，电磁磁芯会发热产生高温，并会向培养容器传导，在孵化箱37℃的环境中，电磁铁发热允许值37±1℃，在满足温度条件下，可以使用任何电磁磁芯。

在细胞培养过程中时，将翻转装置和细胞培养容器放入到CO₂培养箱中，培养箱中的温度以及湿度会产生腐蚀作用，翻转装置外部为封闭的系统。翻转装置的核心为翻转电机，翻转电机通过电机轴套连接翻转臂，从而控制整个翻转臂，翻转臂上面装有细胞培养容器，在翻转臂的两端装有磁芯。翻转臂通过控制翻转电机的旋转角度来避免因翻转臂的过度旋转导致机器中的线路缠绕在中间。

实施例一、二中的载体磁珠采用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等材料作为壳材料，里面包裹可磁化的四氧化三铁或硅钢片，载体磁珠的直径大于1毫米，小于培养容器中最短的边。培养悬浮细胞时，需要对载体磁珠进行灭菌处理；培养贴壁细胞时，对载体磁珠进行贴壁处理后再灭菌，这里的贴壁处理包括TC处理、蛋白包被、多聚糖包被、等离子处理等。

实施例一、二中的培养容器：培养容器采用聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等材料制成方形框子，在上下两侧用可透气的特氟龙膜覆盖制成密闭空间的容器。为便于细胞培养时的养分物质交换、更替，培养容器的上下两侧各设有两个与外部连接的端口，如图13所示。一侧设有一个可供载体出入的端口(如图13上的D、H接口)，大小略比载体磁珠的直径大，另相对设有三个供培养液交换的出入口(如图13上的A、B、C、E、F、G接口)，分布在框子四周，其中设置一个出口一个进口，出口供消耗过的废弃培养液的输出，进口供输入新鲜的培养液，两个口可以同时工作，也可以根据需要单独供培养液出入。培养容器的接口设计为可与供鲁尔接头连接的形状(如图13上的A)或与硅胶导管连接的锥形(如图13上的E)。培养容器中特氟龙膜和框子结合成的整体容器，采用的是卡槽的方式进行契合，再在外层进行固定，可以加胶水使其更密封。聚苯乙烯框子内部光滑，在每个转角的地方都设有弧度的转角。

实施例一、二的工作状态：细胞培养容器中加入载体磁珠，载体磁珠既可作为贴壁细胞培养的载体，同时也作为搅拌工具。

培养贴壁细胞：贴壁细胞是粘附在载体磁珠或培养容器的表面。细胞培养容器保持缓慢翻动24小时，让细胞粘附到载体磁珠表面上。在第二天，将包含未完成贴壁的细胞的培养基排入废料容器或注射器，然后再加入新鲜培养基。细胞吸附在载体磁珠表面，随着载体磁珠在培养容器内的上下运动而达到搅拌的目的。通过设定翻转臂的转动速率、方向以及磁场磁力的大小，在细胞培养时，使培养容器底端的磁场打开，将含有细胞的载体磁珠控制在培养容器的上端或下端，使细胞稳定不动，培养一段时间后去除磁场，使得载体磁珠受浮力或重力作用而产生上升或下沉至培养容器的两端，再打开两端磁场，使载体磁珠稳定在培养容器的两端，然后转动培养容器，使细胞及载体磁珠旋转到培养容器的另一端，继续循环培养，直到培养结束。

培养悬浮细胞：悬浮细胞是悬浮在培养液中。培养时，将细胞放入含有载体磁珠的培养容器。把培养容器装到生物反应器的翻转臂上，启动培养程序，生物反应器先自动分选细胞，然后注入培养基，开始培养。培养前和培养期间，电脑主机根据光电检测器分析细胞密度取得的数据记录和报告细胞的生长指数，提供补充培养基、变更培养基或停止培养的建议。培养细胞过程中，根据程序和细胞密度增加的结果，载体磁珠根据程序和微环境的状态，通过磁场的变化来实现悬浮或吸附，以达到搅拌的目的。细胞培养完成后，可以收获全部细胞，或者是将细胞导入另一个容器继续培养，实现分级放大或扩增的功能。

实施例一、二中的仪器分布情况：整个生物反应器由控制系统、翻转装置和细胞培养容器组成。控制系统主要通过通讯线与翻转装置连接通讯并控制，通过硅胶导管与细胞培养容器连接导入新鲜培养基或导出培养基废液。在细胞培养过程中，细胞培养容器是安装固定在翻转装置上，通过翻转装置上的翻转臂带动细胞培养系统一同转动。同时，在细胞培养过程中可以把翻转装置和细胞培养容器一同放置在CO₂培养箱中工作，CO₂培养箱为细胞生长提供适宜的CO₂浓度、温度和湿度，如图14所示。图14所示中的α为CO₂培养箱，β和γ分别为实施例一和实施例二中的翻转装置。

通过以上实例，CO₂培养箱可以和生物反应器整合成一体式的设备仪器来实现细胞培养，在生物反应器内部设计一个密闭的空腔，其包括或含有所有CO₂培养箱的功能，可以实现一个或多个翻转装置在生物反应器内同时进行培养，并同时可以通过电脑主机调节生物反应器箱体内部的CO₂浓度、O₂浓度、温度以及湿度等培养条件。整合CO₂培养箱功能的生物反应器，可以有效避免翻转装置接线和导管穿过CO₂培养箱时，破坏CO₂培养箱密闭性时带来的问题。

Claims (17)

1.一种用于培养细胞和细胞分选的多功能生物反应器,其特征在于：包括翻转装置、细胞培养容器，翻转装置包含可围绕空间轴运转的翻转支架，与翻转支架物理连接的磁场发生装置，细胞培养容器以可拆卸方式固定在翻转支架上，细胞培养容器位于上述空间轴或其延长线上，跟随翻转支架按一定的规律和轨迹运转，细胞培养容器端面靠近磁场发生装置，磁场发生装置可控制围绕细胞培养容器周边及内部磁场的变化。

2.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于所述翻转装置包括基座、电机罩、电机支架、翻转电机、翻转支架、磁芯、密封胶垫；翻转电机固定在电机支架上，电机罩罩在翻转电机上并压住密封胶垫固定在电机支架上；磁芯安装在翻转支架内；翻转支架套在翻转电机上与电机支架固定在基座上；所述的翻转电机可根据程序参数设置按一定的转速、频率和正反两向角度旋转。

3.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的细胞培养容器包括容器框体、载体；载体通过容器框体的端部接口放置于容器框体内部；所述的细胞培养容器是通过容器框体容纳培养液、载体、细胞等细胞培养要素，以提供细胞生长的微环境，并随着翻转装置的转动而带动容器框体内载体的上下运动，从而实现搅动容器框体内培养液的功能，以利于悬浮细胞的均匀分布生长，并同时通过载体为贴壁细胞提供一个可生长的表面，以扩大贴壁细胞的生长空间。

4.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于还包含控制系统，由主机箱、显示屏幕、主控制器、开关电源、机箱盖板组成，负责反应器的界面显示、操作、程序运行与设置的人机交互信息的处理，并将从主控制器中设置好的程序或者指令信息转化为电子信号，进而操控整个生物反应器中电气部件的工作，并将从受控电气部件得到的信息反馈给主控制器并显示在显示屏幕上。

5.根据权利要求1所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的翻转装置的翻转支架上装配有一个或多个细胞培养容器。

6.根据权利要求2所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的翻转支架的运动方式为翻转、摇摆、抛物线运动、曲线运动或上下左右直线运动。

7.根据权利要求2所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的翻转支架两侧端安装有磁芯，磁芯由电磁铁或者永磁铁构成；磁芯采用永磁铁时，配合装配有磁芯支架以及屏蔽磁板，将屏蔽磁板和磁芯安装在磁芯支架两侧面，通过磁芯支架的旋转来实现磁力的有无；磁芯采用电磁铁时，通过控制电流的大小、方向以及通断来控制磁力的大小、方向和有无，以此来达到吸附或释放载体的功能，从而实现载体在容器框体内的不同存在状态。

8.根据权利要求7所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的磁芯与容器框体两端面的距离不超过200毫米。

9.根据权利要求7所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的屏蔽磁板由导磁性高的金属材料制成。

10.根据权利要求2所述的多功能生物反应器，其特征在于所述翻转电机的翻转角度顺时针旋转不超过360°，逆时针旋转不超过360°。

11.根据权利要求2所述的多功能生物反应器，其特征在于所述翻转电机的旋转速度为1～200r/min，其最佳的旋转速度为2～60r/min。

12.根据权利要求2所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的翻转支架上装配有光电检测器，其包含有光敏电阻和发光体、以及各种光电检测探头。

13.根据权利要求12所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的光电检测器监控的条件为：细胞密度、pH值、葡萄糖、二氧化碳、氧气、氮气浓度和反应器室中的温度、湿度等。

14.根据权利要求12所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的光电检测器或通过电极插针方式插接在翻转支架上；或通过卡槽卡扣方式扣接在翻转支架上；或通过焊接固定在翻转支架上；或通过插销固定在翻转支架上；或用螺钉固定在翻转支架上；或通过磁性吸附在翻转支架上，并可通过其接口实现导电、传输数据等功能。

15.根据权利要求4所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的主机箱内集成内置CO₂培养箱功能，将翻转装置和细胞培养容器集成安装在内置的CO₂培养箱内。

16.根据权利要求4所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的主机箱上安装有灌注泵，灌注泵的工作过程是受主控制器操控，按程序运转，通过相应的管道将新鲜的培养液灌注到细胞培养容器中，并将培养液废液和废弃物从培养容器中排出。

17.根据权利要求4所述的多功能生物反应器，其特征在于所述的主机箱上可装配有吊杆支架。